JP2601060Y2 - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、内燃機関の運転状態に
応じて吸気・排気弁の開閉時期を可変制御する吸排気弁
駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の装置としては種々提供さ
れているが、その一つとして例えば実開昭５７−１９８
３０６号公報等に記載されているものが知られている。

【０００３】図８及び図９に基づいて概略を説明すれ
ば、図中２はカムシャフト１の外周に回転自在に設けら
れて、吸気弁１６をバルブスプリング１７のばね力に抗
して開作動させるカムであって、このカム２はカム軸受
用ブラケット３とカムシャフト１にキー４を介して固設
されたフランジ部５とにより軸方向の位置決めがなされ
ている。また、カム２の一側部にはＵ字溝６を有するフ
ランジ部７が形成されている一方、前記フランジ部５に
もＵ字溝８が形成され、両フランジ部５，７間に円環状
のディスク９が介装されている。このディスク９は、両
側の対向位置に前記両Ｕ字溝６，８に係止するピン１
０，１１が設けられていると共に、外周が制御環１２に
回転自在に支持されている。この制御環１２は、外周の
突起１２ａを介してシリンダヘッド側の支持孔１３に揺
動自在に支持されていると共に、該突起１２ａの反対側
に有する歯車部１２ｂがロッカアーム１５を軸支するロ
ッカシャフト１４外周の歯車環１４ａに噛合している。

【０００４】そして、制御環１２は、歯車部１２ｂに噛
合した歯車環１４ａを介して図外の駆動機構により機関
運転状態に応じて一方あるいは他方向へ揺動するように
なっており、これに伴ってディスク９は、中央のカムシ
ャフト挿通孔９ａと、該挿通孔９ａと対峙するフランジ
部５のスリーブ５ａとの間の隙間部１８を介して中心Ｃ
がカムシャフト１の軸心に対して偏心動するようになっ
ている。

【０００５】したがって、例えば機関低速低負荷時の場
合は、駆動機構の油圧アクチュエータによってロッカシ
ャフト１４を一方向に回動させると、歯車環１４ａと歯
車部１２ｂを介して制御環１２が突起１２ａを支点とし
て揺動し、これによってディスク９の中心Ｃがカムシャ
フト１の軸心に対し一方向に偏心する。また、機関高速
高負荷時の場合は、油圧アクチュエータによりロッカシ
ャフト１４を他方向に回動させると、制御環１２を介し
てディスク９の中心Ｃがカムシャフト１の軸心に対して
他方向に偏心する。

【０００６】このため、ピン１０，１１が夫々Ｕ字溝
６，８に沿って移動し、かつ偏心方向にフランジ部５，
７をカムシャフト１を中心に回動させる。依って、カム
シャフト１の１回転毎に、ディスク９の回転位相がカム
シャフト１に対して変化し、同時にカム２の回転位相も
ディスク９に対して変化する。したがって、カム２は、
カムシャフト１に対し、ディスク９のカムシャフト１に
対する所定位相差で回転する。

【０００７】この結果、吸気弁１６の作動角つまり弁開
閉時期（バルブタイミング）特性は、低速低負荷域では
最小作動角となり、弁開時期が若干遅れると共に、弁閉
時期が早くなって、排気弁とのオーバラップが小さくな
る。したがって、燃費や低速トルクの向上等が図れる。
一方、高速高負荷域では、最大作動角となり、弁開時期
が早くなると共に弁閉時期が遅くなって、排気弁とのオ
ーバラップが大きくなる。したがって、高出力化が得ら
れる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】然し乍ら、前記従来の
装置にあっては、前述のように、ディスク９のカムシャ
フト挿通孔９ａの内周側にカムシャフト１の外周面が対
峙するのではなく、フランジ部５と一体のスリーブ５ａ
の外周面５ｂが対峙するようになっているため、スリー
ブ５ａの肉厚分だけ円環状の隙間部１８の巾寸法Ｌ１が
必然的に小さくなってしまう。このため、該隙間部１８
を介して揺動するディスク９のカムシャフト１の軸心に
対する偏心量が抑制されて、大きく偏心させることが不
可能になる。

【０００９】この結果、前記ディスク９のカムシャフト
１に対する位相差を大きくすることができず、つまり角
速度の変化が大きくできず、バルブタイミング（作動
角）の制御範囲が小さくなってしまう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、 機関の回転に同期し
て回転する駆動軸と、該駆動軸の同軸上に相対回動可能
に設けられて、吸排気弁を駆動させるカムと、前記駆動
軸とカムとを連繋し、かつ駆動軸が挿通する中央の挿通
孔を介して中心が駆動軸の軸心に対して偏心揺動可能な
環状ディスクと、機関運転状態に応じて前記環状ディス
クを偏心動させる駆動機構とを備え、前記環状ディスク
の偏心動に伴い駆動軸に対するカムの角速度の変化を得
て前記吸排気弁の作動角を可変制御する吸排気弁駆動制
御装置であって、前記駆動軸の前記挿通孔の内周面と対
向する外周面のみを縮径状に切欠形成して、駆動軸と挿
通孔との間の隙間部の径方向の巾を大きく形成したこと
を特徴としている。

【００１１】

【作用】前記構成の本考案によれば、環状ディスクの中
心が駆動軸の中心と合致している場合は、カムは前記環
状ディスク等を介して駆動軸に同期して位相差なしで回
転する。

【００１２】一方、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
によって環状ディスクが一方向へ揺動すると、その中心
が駆動軸の軸心と偏心する。したがって、カムは、角速
度が変化して部分的に回転速度が増速あるいは減速し、
これによって吸気・排気弁の作動角を可変制御する。

【００１３】しかも、環状ディスクの挿通孔と駆動軸と
の間の隙間部の径方向の巾を大きく形成したため、該環
状ディスクの駆動軸に対する偏心量を従来よりも増加さ
せることが可能になり、したがって、前記角速度の変化
量を大きくすることができる。特に、前記隙間部は、駆
動軸の外周面の全体ではなく、挿通孔の内周面に対向し
た一部のみを切欠して形成したため、該駆動軸の捩れ剛
性の低下、つまり、全体の捩れ量が少なくなり、バルブ
タイミング制御精度に影響を与えることがない。したが
って、たとえ多気筒機関であっても機関性能の低下を招
くことはない。

【００１４】

【実施例】本考案に係る吸排気弁駆動制御装置は、主と
して図１〜図３に示すように構成され、図１の２１は図
外の機関のクランク軸からスプロケットを介して回転力
が伝達される駆動軸、２２は該駆動軸２１の外周に一定
の隙間をもって配置され、かつ駆動軸２１の中心Ｘと同
軸上に設けられたカムシャフトであって、前記駆動軸２
１は、機関前後方向に延設されていると共に、軽量化等
の要請から内部中空状に形成されている。

【００１５】前記カムシャフト２２は、中空状に形成さ
れ、図外のシリンダヘッド上端部に有する図外のカム軸
受に回転自在に支持されていると共に、図２に示すよう
に外周の所定位置に吸気弁２３をバルブスプリング２４
のばね力に抗してバルブリフター２５を介して開作動さ
せる複数のカム２６…が一体に設けられている。また、
カムシャフト２２は、長手方向の所定位置で軸直角方向
から分割形成されていると共に、一方側の分割端部にフ
ランジ部２７が設けられている。また、この両分割端部
間にスリーブ２８と環状ディスク２９が配置されてい
る。前記フランジ部２７は、図４にも示すように中空部
から半径方向に沿った細長い矩形状の係合溝３０が形成
されていると共に、その外周面の円周方向に環状ディス
ク２９の一側面に摺接する突起面２７ａが一体に設けら
れている。

【００１６】前記スリーブ２８は、小径な一端部がカム
シャフト２２の前記他方側の分割端部内に回転自在に挿
入している共に、略中央位置に直径方向に貫通した連結
軸３１を介して駆動軸２１に連結固定されている。ま
た、スリーブ２８の他端部に設けられたフランジ部３２
は、図５にも示すように前記係止溝３０と反対側に半径
方向に沿った細長い矩形状の係合溝３３が形成されてい
ると共に、外周面に環状ディスク２９の他側面に摺接す
る突起面２８ａが一体に設けられている。

【００１７】前記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状
を呈し、駆動軸２１が挿通される中央の挿通孔５２の内
径がカムシャフト２２の内径と略同径に形成されて、該
挿通孔５２の内周面と駆動軸２１の外周面２１ａとの間
に環状の隙間部Ｓが形成されている。また、小巾の外周
部２９ａが環状ベアリング３４を介して制御環３５の内
周面に回転自在に支持されている。また、直径線上の対
向位置に貫通形成された保持孔２９ｂ，２９ｃには、各
係合溝３０，３３に係入する一対のピン３６，３７が設
けられている。この各ピン３６，３７は、互いにカムシ
ャフト軸方向へ逆向きに突出しており、基部が保持孔２
９ｂ，２９ｃ内に回転自在に支持されていると共に、先
端部の両側縁に図４及び図５に示すように前記係合溝３
０，３３の対向内面３０ａ，３０ｂ、３３ａ，３３ｂと
当接する２面巾状の平面部３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３
７ｂが形成されている。

【００１８】そして、前記挿通孔５２の内周面と対向す
る駆動軸２１の外周面は、円環状に切欠されて一般部２
１ａよりも小径な小径部２１ｂに形成されている。した
がって、前記挿通孔５２内周面と小径部２１ｂ外周面と
の間の隙間部Ｓの径方向の巾が大きく設定されている。

【００１９】前記制御環３５は、図１〜図３に示すよう
に略円環状を呈し、外周の一端部に有するボス部３５ａ
及び該ボス部３５ａを貫通した枢支ピン３８を支点とし
て図２中上下に揺動自在に設けられている一方、該ボス
部３５ａと反対側の外周面にレバー部３５ｂが半径方向
に沿って突設されている。また、この制御環３５は、レ
バー部３５ｂを介して駆動機構３９により揺動するよう
になっている。

【００２０】前記駆動機構３９は、図２及び図６に示す
ようにシリンダヘッドの所定部位に対向して形成された
第１，第２シリンダ４０，４１と、該各シリンダ４０，
４１内から出没自在に設けられて各先端縁で前記レバー
部３５ａの円弧状先端を上下方向から挾持する油圧ピス
トン４２及びリテーナ４３と、前記第１シリンダ４０内
の受圧室４０ａに油圧を給排して油圧ピストン４２を進
退動させる油圧回路４４とを備えている。

【００２１】前記第２シリンダ４１内に設けられたリテ
ーナ４３は、略有底円筒状に形成され、第２シリンダ４
１内に弾装されたコイルスプリング４５のばね力で進出
方向（レバー部方向）に付勢されている。

【００２２】前記油圧回路４４は、一端部がオイルパン
４６内に、他端部が受圧室４０ａに夫々連通した油通路
４７と、該油通路４７のオイルパン４６側に設けられた
オイルポンプ４８と、該オイルポンプ４８の下流側に設
けられた３ポート２位置型の電磁切換弁４９とから主と
して構成されている。前記電磁切換弁４９は、機関回転
数や吸入空気量等の信号に基づいて現在の機関運転状態
を検出するコントローラ５０からのＯＮ−ＯＦＦ信号に
よって流路を切り換え作動し、ＯＮ信号によって油通路
４７全体を連通する一方、ＯＦＦ信号によって油通路４
７とドレン通路５１を連通するようになっている。

【００２３】以下、本実施例の作用について説明する。

【００２４】まず、コントローラ５０から電磁切換弁４
９にＯＮ信号が出力されると、オイルポンプ４８から油
通路４７に圧送された作動油はそのまま受圧室４０ａに
供給される。したがって、該受圧室４０ａの内圧上昇に
伴い油圧ピストン４２が図２，図６の一点鎖線で示すよ
うにコイルスプリング４５のばね力に抗してレバー部３
５ｂを押し下げるので、制御環３５つまり環状ディスク
２９の回転中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘが合致する。こ
の場合は、環状ディスク２９と駆動軸２１との間に回転
位相は生じず、またカムシャフト２２の中心と環状ディ
スク２９の中心Ｙも合致しているため、両者２２，２９
間の回転位相差も生じない。したがって、駆動軸２１の
回転に伴い連結軸３１を介してスリーブ２８が同期回転
すると共に、スリーブ側の係止溝３３とピン３７，環状
ディスク２９，ピン３６，カムシャフト２２側の係止溝
３０を介してカムシャフト２２も同期回転する。

【００２５】次に、機関運転状態の変化に伴い電磁切換
弁４９にＯＦＦ信号が出力されて、油通路４７の上流側
を遮断すると共に、油通路４７の下流側とドレン通路５
１を連通する。このため、受圧室４０ａ内の作動油は、
油通路４７を逆流してドレン通路５１からオイルパン４
６内に戻され、したがって、受圧室４０ａの内圧低下に
伴い油圧ピストン４２がバルブスプリング２４及びコイ
ルスプリング４５のばね力でリテーナ４３を介して後退
移動する。

【００２６】これにより、制御環３５は、図２，図６の
破線で示すようにリテーナ４３により押し上げられて枢
支ピン３８を支点として上方へ揺動し、環状ディスク２
９も隙間部Ｓを介して中心Ｙが駆動軸２１の中心Ｘと偏
心する。したがって、スリーブ２８の係止溝３３とピン
３７並びにカムシャフト２２の係止溝３０とピン３６と
の摺動位置が駆動軸２１の１回転毎に移動し、環状ディ
スク２９の角速度が変化して不等角速度回転になる。

【００２７】即ち、例えば係止溝３３とピン３７の摺動
位置が駆動軸２１の中心Ｘに接近する場合は、係止溝３
０とピン３６の摺動位置が中心Ｘから離れる関係にな
る。この場合は、環状のディスク２９は、駆動軸２１に
対して角速度が小さくなり、環状ディスク２９に対しカ
ムシャフト２２の角速度も小さくなる。したがって、カ
ムシャフト２２及びカム２６は、駆動軸２１に対して２
重に減速された状態になる。

【００２８】一方、機関運転状態がさらに変化して前述
とは逆に油圧ピストン４２によりレバー部３５ｂが押し
下げられ環状ディスク２９が隙間部Ｓを介して図２，図
６の実線で示すように中心合致位置よりもさらに下方へ
揺動して、係止溝３３とピン３７の摺動位置が駆動軸２
１の中心Ｘから離れ、係止溝３０とピン３６の作動位置
が中心Ｘに接近する関係になると、逆にカムシャフト２
２及びカム２６は、駆動軸２１に対して２重に増速され
た状態になる。

【００２９】この結果、該夫々の角速度の変化に基づき
カムシャフト２２及びカム２６と駆動軸２１との回転位
相差は、図７Ｂに示すように変化し、バルブタイミング
は同図Ｂに示すようにバルブリフトを一定のままカムシ
ャフト２２の位相差に応じて変化する。

【００３０】つまり、カムシャフト２２の角速度が相対
的に大きい場合は、駆動軸２１に対する回転位相は両者
２１，２２が等速になるまで進み、やがてカムシャフト
２２の角速度が相対的に小さくなると回転位相は両者２
１，２２が等速になるまで遅れる。そして、図７Ｂで示
すように回転位相差の最大，最小点の途中に同位相点
（Ｐ点）が存在し、同図の破線Ｑで示す回転位相の変化
では、Ｐ点よりも前の吸気弁２３の開弁時期が遅れ、Ｐ
点より後の閉弁時期は進み、図７Ａの破線Ｔで示すよう
に弁の作動角が小さくなる。一方、図７Ｂの一点鎖線で
示す回転位相の変化では、Ｐ点よりも前では開弁時期は
進み、Ｐ点より後の閉弁時期は遅れ、図７Ａの一点鎖線
で示すように弁の作動角が大きくなる。尚、図７Ａの実
線は中心Ｘ，Ｙが合致している場合である。

【００３１】特に、本実施例では、駆動軸２１の小径部
２１ｂによって一般部２１ａの場合に比較して隙間部Ｓ
の巾が大きくなっているため、環状ディスク２９は該隙
間部Ｓを介して大きく偏心動することが可能になる。し
たがって、駆動軸２１とカムシャフト２２の回転位相差
も破線Ｒで示す一般部２１ａの場合よりも破線Ｑで示す
小径部２１ｂの方が大きくなる。この結果、図７Ａで示
すように弁の作動角を一般部２１ａの場合（破線Ｕ）よ
りも小径部２１ｂの場合（破線Ｔ）の方が小さくなり、
バルブタイミングの制御範囲を大きくすることが可能に
なる。

【００３２】しかも、前述のように小径部２１ｂは駆動
軸２１の外周面全体ではなく、一部に形成するだけであ
るから、駆動軸２１の捩れ剛性の低下も少なく、バルブ
タイミング制御精度に影響を与えることがない。したが
って、たとえ多気筒機関であっても機関性能の低下を招
くことはない。

【００３３】また、前述のように各ピン３６，３７は両
側縁が平面部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂに形成さ
れているため、各係止溝３０，３３の対向内面３０ａ，
３０ｂ、３３ａ，３３ｂと面接触状態で当接する。した
がって、駆動軸２１からカムシャフト２２への回転伝達
時及び環状ディスク２９の偏心状態における平面部３６
ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂと対向内面３０ａ，３０
ｂ、３３ａ，３３ｂとの摺動時に両者間の集中荷重の発
生が防止されて、面圧が低下する。この結果、係止溝３
０，３３とピン３６，３７間に経時的な摩耗の発生が防
止されて、カムシャフト２２の回転トルク変動に伴う各
フランジ部２７，３２と各ピン３６，３７との打音の発
生やバルブタイミングのズレによる制御精度の低下等が
防止される。

【００３４】しかも、各ピン３６，３７は、環状ディス
ク２９の保持孔２９ｂ，２９ｃに回転自在に支持されて
いるため、ディスク２９の揺動時においても各ピン３
６，３７が適宜回転して平面部３６ａ，３６ｂ，３７
ａ，３７ｂと係止溝３０，３３の対向内面３０ａ，３０
ｂ、３３ａ，３３ｂが常に面接触する形になる。したが
って、両者３０，３６、３３，３７間の摩耗の発生が一
層確実に防止される。

【００３５】尚、本発明は前記実施例の構成に限定され
るものではなく、排気弁側あるいは吸気・排気弁の両方
に適用することも可能である。また、隙間部Ｓの巾を大
きくするには、環状ディスク２９の挿通孔５２の内径を
大きくすることによっても可能であり、また挿通孔５２
の内径を大きくすると共に、駆動軸２１の外径を小さく
することによっても可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本考案に
よれば、環状ディスク等によって駆動軸とカムとの角速
度を変化させて、弁作動角つまりバルブタイミングを精
度良く制御できることは勿論のこと、とりわけ環状ディ
スクの挿通孔内周面と駆動軸の外周面との間の隙間部の
巾を大きく形成したため、該隙間部内を揺動する環状デ
ィスクの偏心量を可及的に大きくすることが可能にな
る。この結果、前記角速度の変化量の増加に伴い吸・排
気弁のバルブタイミングの制御範囲を十分に大きくする
ことが可能になる。特に、前記隙間部は、駆動軸の外周
面の全体ではなく、挿通孔の内周面に対向した一部のみ
を切欠形成したため、該駆動軸の捩れ剛性の低下、すな
わち、駆動軸全体の捩れ量が、駆動軸の全体を切欠して
小径化した場合に比較して十分に小さくなる。この結
果、バルブタイミング制御精度に影響を与えることがな
くなり、たとえ駆動軸の軸方向の長さが長くなる多気筒
機関であっても機関性能の低下を招くことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す一部破断図。

【図２】図１のＡ矢視図。

【図３】本実施例の要部を示す平面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】図３のＣ−Ｃ線断面図。

【図６】本実施例の駆動手段を示す概略図。

【図７】本実施例の駆動軸とカムシャフトとの回転位相
差とバルブリフト量の特性図。

【図８】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２１ｂ…小径部 ２２…カムシャフト ２３…吸気弁 ２６…カム ２９…環状ディスク ３９…駆動機構 ５２…挿通孔 Ｓ…隙間部

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転に同期して回転する駆動軸
   と、該駆動軸の同軸上に相対回動可能に設けられて、吸
   排気弁を駆動させるカムと、前記駆動軸とカムとを連繋
   し、かつ駆動軸が挿通する中央の挿通孔を介して中心が
   駆動軸の軸心に対して偏心揺動可能な環状ディスクと、
   機関運転状態に応じて前記環状ディスクを偏心動させる
   駆動機構とを備え、前記環状ディスクの偏心動に伴い駆
   動軸に対するカムの角速度の変化を得て前記吸排気弁の
   作動角を可変制御する吸排気弁駆動制御装置であって、前記駆動軸の前記挿通孔の内周面と対向する外周面のみ
   を縮径状に切欠形成して、 駆動軸と挿通孔との間の隙間
   部の径方向の巾を大きく形成したことを特徴とする内燃
   機関の吸排気弁駆動制御装置。