JP3324438B2 - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
特性制御装置に係り、詳しくは内燃機関の吸・排気バル
ブを駆動するカムのカムプロフィールを同機関の運転条
件に応じて変更することでそれらバルブの開閉特性を制
御する内燃機関のバルブ特性制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のバルブ特性制御装置とし
ては、カムシャフトに低速用と高速用の異なるカムプロ
フィールを持つ２種類のカムを設け、エンジンの運転条
件に応じてそれらカムを切り換えることにより、吸気側
バルブあるいは排気側バルブの開閉タイミングやリフト
量を制御するようにした装置が知られている。このよう
なバルブ特性制御装置では、エンジンの低速時と高速時
とでそれぞれ専用のカムプロフィールを持ったカムを使
用して、それらバルブの最大リフト量を低速域では十分
に小さく、また高速域では十分に大きくするなどの制御
を行うことができるため、低速域であれ高速域であれ、
トルクや安定性の面で常に好適なエンジン特性を得るこ
とができる。

【０００３】一方、例えば図６に示すように、いわゆる
１気筒４バルブエンジンにあっては、吸気側あるいは排
気側の２つのバルブ４３に対応するカム４０の各々をカ
ムノーズ高さがカムシャフト４２の軸線方向に連続無段
階に変化する立体カムとし、シャフト移動機構４１にて
カムシャフト４２とともにそれらカム４０を回転軸線方
向（図の左右方向）に変位させることによりバルブ４３
の各々を駆動するカム面４０ａのカムノーズ高さを連続
無段階に変更するようにしたバルブ特性制御装置が提案
されている。このようなバルブ特性制御装置では、カム
ノーズ高さの最大値と最小値との差によりバルブ４３の
リフト量を変化させることができる範囲（以下、リフト
制御量）が決定される。そして、バルブ４３の最大リフ
ト量をエンジン低速域では小さく、またエンジン高速域
では大きくするようにカムシャフト４２の軸線方向への
移動を制御することで、上述同様、低速域であれ高速域
であれ、トルクや安定性の面で常に好適なエンジン特性
を得ることができる。なお、同図６に示す装置におい
て、各々バルブ４３とカム４０との間にはバルブリフタ
４９が設けられており、その上面に設けられたカムフォ
ロア４５がカム面４０ａに添って揺動する構造となって
いる。カムフォロワ４５の表面４５ａはカム面４０ａに
摺接する摺接面となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした１
気筒４バルブエンジンにあっては、各カム４０の十分な
支持剛性を得るために、それらカム４０間に同図６に示
す態様で軸受４４を配設する必要がある。また、各バル
ブ４３の配設間隔はエンジンの燃焼室のサイズに応じて
自ずと制限され、同配設間隔をむやみに広げることはで
きない。このため、同図６に示す各カム４０の幅（以
下、カム幅）Ｗや同カム４０がカムシャフト４２の軸線
方向に移動可能な変位量（以下、カム変位量）Ｄも上記
軸受４４との干渉やバルブ４３の配設間隔により制限さ
れ、バルブ特性の変更幅、すなわち上記リフト制御量を
十分に確保できない実情にある。

【０００５】なお従来、こうした１気筒４バルブエンジ
ンのバルブ特性制御装置としてそのより大きなリフト制
御量を得るべく、例えば特開平３−１７９１１６号公報
に記載された装置のように、２つのバルブを１つのリフ
タにて開閉駆動するようにした装置も知られてはいる。
図７にその要部を示す。

【０００６】同図７に示すように、このバルブ特性制御
装置にあっては、２つのバルブ１１８が一体型のバルブ
リフタ１１９を介して１個のカム１１１により駆動され
る。このような構成によれば、カムノーズの傾斜角θが
図６に示した装置のものと同一角度であっても、カム幅
Ｗ及びカム変位量Ｄを拡大することが可能となり、より
大きなリフト制御量を確保することができる。

【０００７】ただし同装置の場合、バルブリフタ１１９
の平面形状が図８に示すように小判状となり、それに伴
ない当該エンジンのシリンダヘッドに形成されるリフタ
ボアの形状も小判状に形成される必要がある。そのた
め、 ・バルブリフタ１１９の平面形状が単純な円形である場
合に比べて、バルブリフタ１１９やリフタボアの加工精
度がより厳しくなる。

【０００８】・バルブリフタ１１９の内部構成も２本の
バルブ１１８を所定の位置に確保する必要上、複雑なも
のになる。 ・一体型のバルブリフタ１１９及びリフタボアの形状が
個別のバルブリフタ及びそのリフタボアの場合に比べて
それぞれ大きくなるため、バルブリフタ１１９及びリフ
タボアの組み合わせ精度も個別のバルブリフタ及びリフ
タボアの場合に比べより厳しくなる。 等々、その生産性が著しく悪化することともなってい
る。

【０００９】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、１気筒につき複数バ
ルブからなる吸気側若しくは排気側バルブを備える内燃
機関のバルブ特性制御装置として、それらバルブのより
大きな特性変更幅（リフト制御量）を得るとともに、そ
の生産性をも向上することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、直動式バルブ駆動装置を
備える内燃機関に適用され、１つの気筒に設けられた複
数のバルブと、カムシャフトの軸方向にそのカムプロフ
ィールが変化する立体カムと、前記複数のバルブとその
気筒に対応する１つの立体カムとの間に各々設けられた
円筒状のバルブリフタと、それら各バルブリフタを各々
収容する平面円形状のリフタボアとを備え、前記立体カ
ムによって前記複数のバルブをそれぞれ開閉駆動すると
ともに、前記カムシャフトの軸方向への移動に基づいて
それら複数のバルブの開閉特性を変更制御する内燃機関
のバルブ特性制御装置において、前記各バルブリフタ
は、前記１つの立体カムとの当接部に揺動フォロアを備
える連結部材によって連結されてなることをその要旨と
する。

【００１１】同構成によれば、上記１つの立体カムを通
じて１気筒に設けられた複数のバルブの開閉特性が変更
制御されることから、それらバルブの配設間隔にかかわ
らず、余裕を持って同カムのカム幅やカムシャフト軸方
向への移動量を拡大することができ、ひいてはそれら対
応するバルブの開閉特性変更幅を拡大することができる
ようになる。そして、こうしてバルブの開閉特性変更幅
が拡大されることで、当該内燃機関の安定した運転に必
要とされる空気量あるいは残留ガスについて最適な制御
が可能となる。

【００１２】しかも同構成にあって、上記バルブリフタ
は、各々円筒状に形成されたものの上側、すなわち立体
カムに駆動連結される側のみが上記連結部材により連結
されて一体化されるものであるため、そのリフタボアも
基本的にはそれら円筒状のバルブリフタを収容し得る円
形状のものとして加工することができる。このため、バ
ルブリフタ及びリフタボア共々、その加工が容易である
とともに、必要とされる加工精度も出しやすく、ひいて
は同装置全体としてもその生産性が大きく向上されるよ
うになる。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の
内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記連結部材
にて連結される各バルブリフタのうち少なくとも１つの
バルブリフタは、同連結部材とシムを介して連結されて
なることをその要旨とする。上記構成によれば、シムに
より連結されたバルブリフタ間の高さ調整が可能とな
り、バルブリフタ間に生じるリフト量差が低減されると
ともにバルブリフタの回転も防止される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図５に従って説明する。図２は、車両用
エンジン（以下、エンジン）１に適用された本実施の形
態にかかるバルブ特性制御装置を示している。ここで
は、そのバルブ駆動方式としてＤＯＨＣ（ダブルオーバ
ーヘッドカム）４バルブタイプのものを想定している。

【００１４】はじめに、同図２を参照してエンジン１の
概要を説明する。エンジン１を構成するシリンダブロッ
ク２には複数のシリンダ３が設けられ、各シリンダ３に
はピストン４が配置されている。各ピストン４はクラン
クケース５に支持されるクランクシャフト６に対しそれ
ぞれコンロッド７にて連結されている。クランクシャフ
ト６にはクランクシャフトタイミングプーリ８が設けら
れている。

【００１５】シリンダブロック２の上側に設けられるシ
リンダヘッド９には、吸気側カムシャフト１０が複数の
軸受（図示せず）にて回転可能にかつその軸線方向に移
動可能に支持されている。該吸気側カムシャフト１０に
は前記シリンダ３の数分の吸気側カム１１が一体的に設
けられている。また、シリンダヘッド９には同じく複数
の軸受（図示せず）にて排気側カムシャフト１２が回転
可能に支持されている。該排気側カムシャフト１２には
シリンダ３の数分の排気側カム１３が一体的に設けられ
ている。

【００１６】吸気側カムシャフト１０にはカムシャフト
タイミングプーリ１４及びシャフト移動機構１５が一体
的に設けられている。また排気側カムシャフト１２に
は、カムシャフトタイミングプーリ１６が設けられてい
る。各カムシャフトタイミングプーリ１４，１６は前記
クランクシャフトタイミングプーリ８にタイミングベル
ト１７で連結されている。そして、クランクシャフト６
が回転すると吸気側カムシャフト１０及び排気側カムシ
ャフト１２が回転駆動されるようになっている。

【００１７】前記各シリンダ３には、吸気側バルブ１８
が２個ずつ配設されている。該吸気側バルブ１８は、前
記吸気側カム１１に対してバルブリフタ１９Ａ，１９Ｂ
を介してそれぞれ駆動連結されている。各バルブリフタ
１９Ａ，１９Ｂは円筒状に形成され、図１、図３及び図
４に示すように、各々その上面においてブラケット２３
により連結一体化されてシリンダヘッド９に設けられる
リフタボア（これらの図においては図示せず）内に摺動
可能に支持されている。このリフタボアの平面構造を図
５に示す。

【００１８】同図５に示すように、このリフタボア２６
Ａ，２６Ｂは、シリンダヘッド９に対しそれぞれ従来
（図６）通り円形に形成され、その加工精度が容易に確
保されている。また、ボア２６Ｃはブラケット２３のボ
アであり、リフタボア２６Ａ，２６Ｂの形成後、その中
央部に同ブラケット２３が通過できる形状にて形成され
ている。なお、本実施の形態では、このブラケット２３
用のボア（ブラケットボア）２６Ｃもリフタボア２６
Ａ，２６Ｂと同様に円形に形成されているが、これに限
定されるものではない。また、このブラケットボア２６
Ｃ自体は、それほど高い加工精度は要求されない。

【００１９】図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれバルブリ
フタ上部の断面及び平面図を示すものである。同図４
（ａ）に示すように、前記ブラケット２３は、バルブリ
フタ１９Ａの上面においてはこれに溶接等で直接結合さ
れている。また、バルブリフタ１９Ｂの上面において
は、同図４（ａ）及び（ｂ）のごとく円盤状のシム２７
を介してこれらブラケット２３及びバルブリフタ１９Ｂ
が連結されている。このシム２７は、バルブリフタ１９
Ａ及び１９Ｂ間の高さ調整を行うものである。

【００２０】また、このブラケット２３の上面中央部に
はカムフォロアホルダ２４が図４（ａ）及び（ｂ）に示
される態様で同ブラケット２３に一体的に形成され、同
カムフォロアホルダ２４にはカムフォロア２５が揺動可
能に支持されている。また、カムフォロア２５の表面
（摺接面）２５ａは吸気側カム１１のカム面１１ａ（図
１、図３）に摺接されるようになり、カムフォロア２５
は同カム面１１ａに添って揺動する。このとき、カムフ
ォロア２５の揺動方向は吸気側カムシャフト１０の軸線
方向に一致する。

【００２１】また、各シリンダ３には、排気側バルブ２
０が２個ずつ配設されている。各排気側バルブ２０は、
前記排気側カム１３に対しバルブリフタ２１を介してそ
れぞれ駆動連結されている。各バルブリフタ２１も、図
示しないリフタボア内に摺動可能に支持されている。

【００２２】図１及び図３は、吸気側カムシャフト１０
に連結される前記シャフト移動機構１５と、同カムシャ
フト１０に設けられた吸気側カム１１、そしてこの吸気
側カム１１にて開閉駆動される１シリンダ分の吸気側バ
ルブ１８を示している。各吸気側カム１１の間には、そ
れら各カム１１の支持剛性を確保すべく軸受２２が設け
られている。吸気側カムシャフト１０がこの軸受２２を
はじめとする複数の軸受を通じてシリンダヘッド９に対
し回転可能にかつその軸線方向に移動可能に支持されて
いることは上述した通りである。

【００２３】吸気側カムシャフト１０に設けられている
吸気側カム１１は、図６、図７に例示したような周知の
立体カムであり、そのカム面１１ａのカムノーズ高さは
吸気側カムシャフト１０の軸線方向に連続無段階に変化
する。該吸気側カム１１のカムノーズの傾斜角θ１は、
図６、図７に示した従来の装置におけるカム４０のカム
ノーズの傾斜角θと同じ角度に形成されているとする。
ただし、本実施の形態では、吸気側カム１１のカム幅Ｗ
１が図６に示した従来の装置のカム４０のカム幅Ｗより
も大きく形成されている。それとともに、大きく形成さ
れたカム幅Ｗ１に合わせて、カム変位量Ｄ１も従来の装
置におけるカム４０のカム変位量Ｄよりも大きく確保さ
れている。つまり、本実施の形態の吸気側カム１１にお
いては、カムノーズの傾斜角θ１が従来のカム４０の傾
斜角θと同じままでも、カムノーズ高さの最大値と最小
値との差は同従来のカム４０のカムノーズ高さの最大値
と最小値との差よりも大きく設定されている。

【００２４】一方、前記シャフト移動機構１５は、図示
しない油圧回路を通じて吸気側カムシャフト１０をその
軸線方向に連続無段階に変位させる周知の機構である。
すなわち、シャフト移動機構１５は、図３に示すように
前記カムフォロア２５の摺接面２５ａがカム面１１ａの
最もカムノーズ高さの低い部分に摺接する位置と、図１
に示すように同摺接面２５ａがカム面１１ａの最もカム
ノーズ高さの高い部分に摺接する位置との間で、吸気側
カムシャフト１０を連続無段階に変位させる。

【００２５】次に、以上のように構成された内燃機関の
バルブ特性制御装置の作用について説明する。本実施の
形態では上述のように、吸気側カム１１に駆動連結され
る各バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂは、各々その上面にお
いてブラケット２３により連結一体化されている。その
ため、従来の装置においてはそれらバルブリフタの駆動
に２個必要であった吸気側カム４０が上記１個の吸気側
カム１１で済むことになり、吸気側カムシャフト１０の
軸線方向にその移動スペースを確保する上で有利な構成
となっている。すなわち、吸気側カム１１のカムノーズ
の傾斜角θ１を図６に示した従来の装置のカム４０の傾
斜角θと同じ角度にしたままで、同カム４０のカム幅Ｗ
よりもそのカム幅Ｗ１を大きくとることができるように
なっている。そして、このカム幅Ｗ１に合わせて同吸気
側カム１１のカム変位量Ｄ１も従来の装置のカム変位量
Ｄより大きく確保でき、その結果カムノーズ高さの最大
値と最小値との差をより大きく設定することができるよ
うになっている。このため、同吸気側カム１１のカム面
１１ａに従って駆動される吸気側バルブ１８のリフト制
御量（開閉特性変更幅）を従来の装置のリフト制御量よ
りも確実に大きくすることができるようになる。そし
て、こうしてリフト制御量が拡大されることで、エンジ
ン１の安定した運転に必要とされる空気量についての最
適な制御が可能となる。なお、上述したように、カムノ
ーズの傾斜角θ１が従来の装置と同じであるため、吸気
側カムシャフト１０の特に図中右方向への移動に要する
荷重も従来の装置より大きくなることはなく、シャフト
移動機構１５の大型化を招く懸念もない。

【００２６】しかも、本実施の形態において、各バルブ
リフタ１９Ａ，１９Ｂは従来の装置と同様に円筒状に形
成されている。そのため、そのリフタボア２６Ａ、２６
Ｂ（図５）の平面形状も従来の装置と同様円形となり、
同リフタボア２６Ａ、２６Ｂの加工において、その加工
精度が容易に確保されることともなっている。

【００２７】また、これらバルブリフタ１９Ａ，１９Ｂ
並びにリフタボア２６Ａ、２６Ｂが共に円形に形成され
ることで、それらの組み合わせ精度も容易に確保されて
いる。

【００２８】また本実施の形態において、上記ブラケッ
ト２３とバルブリフタ１９Ｂとの間に設けられているシ
ム２７は、バルブリフタ１９Ａ及び１９Ｂの高さ調整を
行うとともに、バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂの回転防止
も兼ねている。そのため、バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂ
が円筒状に形成されているにもかかわらず同バルブリフ
タ１９Ａ，１９Ｂには回りどめが不要となっている。

【００２９】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、次のような効果が得られるようになる。 ・吸気側カム１１のカム幅Ｗ１及びカム変位量Ｄ１を大
きくすることができるため、吸気側バルブ１８のリフト
制御量（開閉特性変更幅）を容易に拡大できる。その結
果、エンジン１が必要とする最適な空気量及び残留ガス
の制御が可能となる。

【００３０】・バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂ並びにリフ
タボア２６Ａ、２６Ｂの加工が容易であり、それらの組
み合わせ精度も容易に確保される。 ・シム２７によってバルブリフタ１９Ａ，１９Ｂの高さ
調整が行われるとともに、それらの回転も好適に防止さ
れる。

【００３１】・カムとバルブを１対１に対応させる場合
に比べてカム数を半減でき、カムシャフト１０の生産性
（加工性）を向上させることができる。なお、本発明は
上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように
構成することもできる。

【００３２】・上記実施の形態では、吸気側カム１１を
吸気側カムシャフト１０に一体的に設け、同吸気側カム
シャフト１０とともに吸気側カム１１をその軸線方向に
変位させる構成とした。これに対し、吸気側カムシャフ
ト１０は移動させず、吸気側カム１１のみを同方向に変
位させる構成としてもよい。この場合においても、上記
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００３３】・同バルブ特性制御装置を吸気側のバルブ
に限らず、排気側のバルブ、あるいは両方のバルブに適
用してもよい。 ・１気筒につき４バルブ以外のバルブ数のエンジン、例
えば、１気筒につき６バルブ，８バルブ等のバルブ数の
エンジンに適用してもよい。

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、立体カ
ムのカム幅やカムシャフト軸方向への移動量を拡大する
ことができ、それら対応するバルブの開閉特性変更幅を
拡大することができるようになる。そして、バルブの開
閉特性変更幅が拡大されることで、当該内燃機関の安定
した運転に必要とされる空気量あるいは残留ガスについ
て最適な制御が可能となる。

【００３７】しかも、バルブリフタは、各々円筒状に形
成されたものの上側のみが連結部材により連結されて一
体化されるものであるため、そのリフタボアも基本的に
はそれら円筒状のバルブリフタを収容し得る円形状のも
のとして加工することができる。このため、バルブリフ
タ及びリフタボア共々、その加工が容易であるととも
に、必要とされる加工精度も出しやすく、ひいては同装
置全体としてもその生産性が大きく向上されるようにな
る。請求項２に記載の発明によれば、シムにより連結さ
れたバルブリフタ間の高さ調整が可能となり、バルブリ
フタ間に生じるリフト量差を低減することができるとと
もに、バルブリフタの回転も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のバルブ特性制御装置の一実施の形
態を示す断面略図。

【図２】 同実施の形態のバルブ特性制御装置を備えた
エンジンを示す斜視図。

【図３】 同実施の形態のバルブ特性制御装置の他の作
動位置例を示す断面略図。

【図４】 バルブリフタ上部の構造を示す断面及び平面
略図。

【図５】 リフタボアの構造を示す平面図。

【図６】 従来のバルブ特性制御装置例を示す断面略
図。

【図７】 従来のバルブリフタ構造例を示す断面略図。

【図８】 従来のバルブリフタ例を示す斜視図。

【符号の説明】

９…シリンダヘッド、１０…吸気側カムシャフト、１１
…吸気側カム、１１ａ…カム面、１５…シャフト駆動機
構、１８…吸気側バルブ、１９Ａ，１９Ｂ…バルブリフ
タ、２２…軸受、２３…ブラケット（連結部材）、２５
…カムフォロア、２６Ａ，２６Ｂ…リフタボア、２６Ｃ
…ブラケットボア、２７…シム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井殿 則幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社 内 (56)参考文献 特開 平５−18221（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−279629（ＪＰ，Ａ) 実公 平１−43441（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/14 F01L 1/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直動式バルブ駆動装置を備える内燃機関に
   適用され、１つの気筒に設けられた複数のバルブと、カ
   ムシャフトの軸方向にそのカムプロフィールが変化する
   立体カムと、前記複数のバルブとその気筒に対応する１
   つの立体カムとの間に各々設けられた円筒状のバルブリ
   フタと、それら各バルブリフタを各々収容する平面円形
   状のリフタボアとを備え、前記立体カムによって前記複
   数のバルブをそれぞれ開閉駆動するとともに、前記カム
   シャフトの軸方向への移動に基づいてそれら複数のバル
   ブの開閉特性を変更制御する内燃機関のバルブ特性制御
   装置において、 前記各バルブリフタは、前記１つの立体カムとの当接部
   に揺動フォロアを備える連結部材によって連結されてな
   ることを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関のバルブ特性制
   御装置において、前記連結部材にて連結される各バルブ
   リフタのうち少なくとも１つのバルブリフタは、同連結
   部材とシムを介して連結されてなることを特徴とする内
   燃機関のバルブ特性制御装置。