JP3181986B2 - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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１０及び図１１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、吸気バルブ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１０，１１が設けられていると共に、外周が制御環１
２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
なっている。即ち、ディスク９の中心Ｐが図１０に示す
位置にある場合は、カムシャフト１とディスク９との回
転中心が一致し、したがってディスク９は、ピン１１と
Ｕ字溝８を介してカムシャフト１に同期回転する一方、
カム２はピン１０とＵ字溝６を介してカムシャフト１に
同期回転する。

【０００５】また、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
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Ｐがカムシャフト１の中心に対し前記
回動方向に偏心する。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に対する位相差の２倍の位相差で回転する。この
結果、バルブタイミングをカム２の位相差に応じて可変
にすることができる。

【０００６】

【発明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、制御環１２を歯車部１２ｂと歯車環１
４ａとの噛合回転により揺動させるようにしたため、作
動中にカムシャフト１に発生する正負の回転トルク変動
に起因して制御環１２に作用する交番荷重、つまり正逆
回転方向の繰り返し荷重により、歯車部１２ｂと歯車環
１４ａとの間に打音が発生すると共に、該両者１２ｂ，
１４ａ間に経時的に摩耗が発生して制御環１２の揺動作
用が不安定になる。この結果、バルブタイミングの可変
制御精度が低下してしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、機関から伝達された回
転力により回転駆動する駆動軸と、バルブスプリングに
よって閉弁方向に付勢された吸排気弁を開作動させるカ
ムと、前記駆動軸の軸心に対してほぼ径方向へ揺動自在
に設けられた保持部材と、該保持部材に揺動自在に保持
され、かつ前記カムに駆動軸の回転力を伝達する回動部
材とを備え、該回動部材の偏心動に伴い前記カムの角速
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において、前記保持部材の一端部に
形成された第１カム孔内に、支軸に回転自在に設けられ
た従動偏心カムを回動自在に支持すると共に、他端部に
形成された第２カム孔内に、前記駆動機構により正逆回
動して前記従動偏心カムの同期回動を得て前記保持部材
を揺動させる駆動偏心カムを回動自在に支持したことを
特徴としている。

【０００８】

【作用】前記構成の本発明によれば、ディスクの中心が
カムシャフトの軸心と合致している場合は、カムシャフ
トの角速度が変化せずに機関と同期回転する。

【０００９】一方、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
によって第２偏心カムを一方向に回動させると、ディス
クハウジングが支軸を中心に第１偏心カムの同期回動を
得ながら一方向に揺動する。したがって、ディスクも揺
動して、その中心をカムシャフトの軸心に対して所定量
偏心させる。このため、カムシャフトは、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。

【００１０】また、ディスクハウジングは、歯車等では
なく第２偏心カムの回動力によって第１偏心カムを介し
て揺動するため、カムシャフトの回転変動トルクに起因
してディスクハウジングに交番荷重が発生しても、打音
や経時的な摩耗の発生等を防止できる。

【００１１】しかも、ディスクハウジングを第１，第２
の２つの偏心カムによって支持しているため、該両偏心
カムの大きさや取付位置を、ディスクの偏心量や初期偏
心位置及び回転方向等に応じて自由に変更することが可
能になる。

【００１２】

【実施例】図１〜図７は本発明に係る吸排気弁駆動制御
装置の一実施例を示し、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
た中空状のカムシャフトであって、前記駆動軸２１は、
機関前後方向に延設されていると共に、軽量化を図るた
めに内部中空状に形成されている。

【００１３】前記カムシャフト２２は、シリンダヘッド
２０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１〜図３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２
２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、この両分割形端部間にスリーブ
２８と回動部材である環状ディスク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。

【００１４】前記スリーブ２８は、小径な一端部２８ｂ
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。

【００１５】前記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状
を呈し、内径がカムシャフト２２の内径と略同径に形成
されて、駆動軸２１の外周面との間に環状の隙間部Ｓが
形成されていると共に、小巾の外周部２９ａが環状の保
持部材であるディスクハウジング３４の中央に形成され
た支持孔３４ａの内周面に金属製の環状ベアリング３５
を介して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ピン孔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、基部がピン孔
２９ｂ，２９ｃ内に回転自在に支持されていると共に、
先端部の両側縁には図４及び図５に示すように前記係合
溝３０、３３の対向内面３０ａ，３０ｂ、３３ａ，３３
ｂに当接する２面巾状の平面部３６ａ，３６ｂ，３７
ａ，３７ｂが形成されている。

【００１６】前記ディスクハウジング３４は、図１に示
すように略円環状を呈し、外周の上端両側部に有するボ
ス部３４ｂ，３４ｃの一方側に第１カム孔３８がカムシ
ャフト２２軸方向に貫通形成されていると共に、他方側
に第２カム孔３９が貫通形成されている。そして、前記
第１カム孔３内には、支軸４０に支持された従動偏心カ
ムである第１偏心カム４１が回動自在に設けられてる一
方、第２カム孔３９内には、制御シャフト４２に固定用
穴４３ａを介して固定された駆動偏心カムである第２偏
心カム４３が回動自在に設けられてる。したがって、デ
ィスクハウジング３４は、第１偏心カム４１を介して支
軸４０に揺動自在に支持されていると共に、第２偏心カ
ム４３によって揺動するようになっている。

【００１７】具体的に説明すれば、前記支軸４０は、図
２に示すようにその基部がシリンダヘッド２０の上端部
に固定されたブラケット４４に有する固定孔４４ａ内に
圧入固定されている一方、先端部が第１偏心カム４１の
挿通孔４１ａ内に摺動自在に挿通して、該第１偏心カム
４１を回動自在に支持している。また、第１偏心カム４
１は、図１及び図２に示すようにリング状を呈し、外径
が第１カム孔３８の内径より若干小さく設定されている
と共に、周方向の肉厚が薄肉部４１ｂと対向する部位が
最大厚肉部４１ｃとなるように漸次変化している。ま
た、その中心Ｐ１が支軸４０の軸心Ｑ１から所定量ε１
偏倚している。尚、この第１偏心カム４１は、支軸４０
の先端部外周に嵌着されたスナップリング６０によって
該支軸４０からの抜け出しが防止されるようになってい
る。

【００１８】更に、前記第２偏心カム４３は、第１偏心
カム４１と同形及び同一径に設定されていると共に、そ
の回動位置も同一に配置されて、その中心Ｐ２が制御シ
ャフト４２の軸心Ｑ２から所定量ε２偏倚しており、第
１偏心カム４１の偏倚量ε１と同一になっている。ま
た、制御シャフト４２は、支軸４０と並行に機関の前後
方向に沿って延設されて、所定部位がシリンダヘッド２
０上の図外の軸受に支持されていると共に、駆動機構４
５によって回転制御されるようになっている。

【００１９】前記駆動機構４５は、図６及び図７に示す
ように制御シャフト４２の一端部に設けられた油圧アク
チュエータ４６と、油圧アクチュエータ４６に油圧を給
排する油圧回路４７とを備えていえる。前記油圧アクチ
ュエータ４６は、シリンダヘッド２０にブラケット６１
を介して固定された筒状ハウジング４８と、該筒状ハウ
ジング４８内に回転自在に設けられてた２枚羽根の回転
ベーン４９と、該回転ベーン４９に隔成されて、対角線
上に位置する各第１油室５０，５０及び第２油室５１，
５１とを備えており、前記回転ベーン４９が制御シャフ
ト４２に連結されている。前記油圧回路４７は、第１，
第２油室５０，５１に油圧を給排する一対の第１，第２
油通路５２ａ，５２ｂと、該両油通路５２ａ，５２ｂの
端部に設けられた４ポート２位置型の電磁切換弁５３
と、オイルメインギャラリ５４の上流端に設けられたオ
イルポンプ５５と、各油通路５２ａ，５２ｂと適宜連通
してオイルパン５６内に作動油を戻すドレン通路５７
と、ポンプ吐出圧を一定圧に制御するリリーフバルブ５
８とを備えている。更に、前記電磁切換弁５３は、機関
回転数や吸気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５９からのＯＮ−ＯＦＦ信
号によって切り換え作動し、ＯＦＦ信号によってオイル
ポンプ５５と第１油通路５２ａとを連通させると共に、
第２油通路５２ｂとドレン通路５７を連通させ、ＯＮ信
号によって前記とは逆に連通させるようになっている。

【００２０】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関低速低負荷時には、コントローラ５９から電
磁切換弁５３にＯＮ信号が出力されてオイルポンプ５５
から吐出された油圧が第１油室５０，５０内に流入する
一方、第２油室５１，５１内の作動油がドレン通路５７
からオイルパン５６内に排出される。このため、回転ベ
ーン４９が図中反時計方向に回転して制御シャフト４２
を同方向に回転させる。したがって、第２偏心カム４３
は、図８に示すように、図２に示す位置（破線位置）か
ら図中反時計方向へ回転して、θ角度位置まで回転し、
最大厚肉部４３ｃが図中左側から右側に移動する。依っ
て、ディスクハウジング３４は、第１カム孔３８及び第
１偏心カム４１を介して支軸４０を支点としてｅ１，ｅ
２の量だけ揺動し、環状ディスク２９の中心Ｙが駆動軸
２１（カムシャフト２２）の中心Ｘと偏心する。つま
り、第２偏心カム４３の回動に伴い第１偏心カム４１も
同一方向へ同期回動して、環状ディスク２９の中心Ｙを
駆動軸２１の中心Ｘから図中右方向へ所定量Ｅだけ偏心
動させる。したがって、スリーブ２８側の係止溝３３と
ピン３７並びにカムシャフト２１側の係止溝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。

【００２１】即ち、係止溝３０とピン３６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３３とピ
ン３７の摺動位置が中心Ｘから離れる関係になる。この
場合は、環状ディスク２９は、駆動軸２１に対して角速
度が大きくなり、環状ディスク２９に対しカムシャフト
２２の角速度も大きくなる。したがって、カムシャフト
２２は、駆動軸２１に対して、部分的に２重に増速され
た状態になる。

【００２２】一方、機関が高速高負荷域に移行した場合
は、コントローラ５９から電磁切換弁５３にＯＦＦ信号
が出力されて、第１油室５０，５０内の作動油がドレン
通路５７から排出されると共に、第２油室５１，５１内
にオイルポンプ５５から油圧が圧送され、回転ベーン４
９が逆に時計方向に回転する。したがって、第１偏心カ
ム４３は、図１に示すように時計方向に回転して、原状
位置に戻り、これによってディスクハウジング３４も第
１偏心カム４１の時計方向の回動を介して元の位置に揺
動し、環状ディスク２９の中心Ｙが駆動軸２１の中心Ｘ
と合致する。依って、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。

【００２３】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９Ａ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。

【００２４】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９Ａ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９Ｂの破線で示すように弁
の作動角が小さくなる。したがって、前記のように機関
低速低負荷域では、吸気弁２３のバルブタイミングが図
９Ｂの破線で示すように作動角が小さくなり、開時期が
少し遅れ、閉時期が早くなる。これによって、吸排気弁
のバルブオーバラップが小さくなり、燃焼室の残留ガス
が減少し、安定した燃焼により燃費の向上が図れる。ま
た、早い閉時期により、吸気充填効率が向上し、低速ト
ルクを高めることができる。

【００２５】一方、高速高負荷域では、図９Ｂの実線で
示すように作動角が大きくなり、同時期が早くなると共
に、閉時期が遅くなるため、吸気慣性力を利用した吸気
充填効率が向上し、高出力化が図れる。尚、斯る高速高
負荷域において、偏心カム４３をさらに時計方向に回動
させて、図１のディスクハウジング３４及び環状ディス
ク２９を最大右方向に揺動させれば、図９Ｂの一点鎖線
で示すように吸気弁２３の作動角が一層大きくなり、高
出力化を助長することができる。

【００２６】このように、本実施例では、機関運転変化
に応じてバルブタイミングを高精度に可変制御できるこ
とは勿論のこと、ディスクハウジング３４を、従来のよ
うに歯車等を用いずに第２偏心カム４３を用いて揺動さ
せるようにしたため、カムシャフト２２の回転トルク変
動に起因するディスクハウジング３４の交番荷重による
打音や摩耗等の発生を確実に防止できる。特に、ディス
クハウジング３４の一端部も、第１偏心カム４１を用い
て揺動自在に支持したため、前述の交番荷重による打音
や摩耗等の発生をさらに効果的に防止できる。

【００２７】また、ディスクハウジング３４を、前述の
ように２つの偏心カム４１，４３によって支持している
ため、該両偏心カム４１，４３の大きさや相対的な取付
位置を環状ディスク２９の偏心量や初期偏心位置及び回
転方向などによって自由に設定することが可能になる。
このため、レイアウトの自由度が向上すると共に、装置
のコンパクト化が図れる。しかも、両偏心カム４１，４
３で支持するため、ディスクハウジング３４や環状ディ
スク２９と駆動軸２１との製造時における位置決めや所
謂芯出し作業が極めて容易になる。

【００２８】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。

【００２９】更に、各ピン３６，３７は、環状ディスク
２９のピン孔２９ｂ，２９ｃに回転自在に支持されてい
るため、環状ディスク２９の揺動時においても、各ピン
３６，３７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。

【００３０】以上の説明で明らかなように、本発明によ
れば、カムシャフトに対する保持部材の偏心揺動を、従
来のように歯車等によって行なうのではなく、２つの偏
心カムを用いて行なうようにしたため、カムシャフトの
中心に対する回動部材の円滑な偏心動によるバルブタイ
ミングの高精度な可変制御が得られることは勿論のこ
と、各偏心カムと保持部材との間のカムシャフトの回転
トルク変動に起因する打音や摩耗等の発生を十分に防止
できる。

【００３１】しかも、保持部材を、前述のように２つの
偏心カムによって偏心揺動させるようにしたため、該両
偏心カムの大きさや相対的な取付位置を、回動部材の偏
心量や初期偏心位置及び回転方向等によって自由に設定
できる。したがって、レイアウトの自由度が向上すると
共に、装置全体をコンパクトにすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図３のＡ−Ａ線断面
図。

【図２】本実施例の要部を示す平面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図。

【図５】図２のＤ−Ｄ線断面図。

【図６】本実施例に供される駆動機構を示す概略図。

【図７】同駆動機構の要部平面図。

【図８】本実施例の作用を示す図２のＡ−Ａ線断面図。

【図９】本実施例の駆動軸とカムシャフトとの回転位相
差とバルブタイミングの特性図。

【図１０】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図１１】図１０のＥ−Ｅ線断面図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２９…環状ディスク ３４…ディスクハウジング ３４ａ…内周面 ４０…支軸 ４１…第１偏心カム ４３…第２偏心カム ４５…駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関から伝達された回転力により回転駆
   動する駆動軸と、バルブスプリングによって閉弁方向に
   付勢された吸排気弁を開作動させるカムと、前記駆動軸
   の軸心に対してほぼ径方向へ揺動自在に設けられた保持
   部材と、該保持部材に揺動自在に保持され、かつ前記カ
   ムに駆動軸の回転力を伝達する回動部材とを備え、該回
   動部材の偏心動に伴い前記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
   置において、前記保持部材の一端部に形成された第１カム孔内に、 支
   軸に回転自在に設けられた従動偏心カムを回動自在に支
   持すると共に、他端部に形成された第２カム孔内に、前
   記駆動機構により正逆回動して前記従動偏心カムの同期
   回動を得て前記保持部材を揺動させる駆動偏心カムを回
   動自在に支持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。