JP3352309B2 - 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】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の運転
状態に応じて吸気弁・排気弁の開閉時期や作動角を可変
制御する吸排気弁駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁・排気弁の開閉時期や作動角を可
変制御する装置は、従来から種々の形式のものが提供さ
れているが、その一つとして例えば実開昭５７−１９８
３０６号公報に記載されているものがある。

【０００３】これは一種のオルダム継手のような不等速
軸継手を利用したもので、機関の回転に同期して駆動さ
れる駆動軸の外周に円筒状のカムシャフトを配置し、か
つ駆動軸に対しカムシャフトを不等速回転させること
で、実際のバルブリフト特性をカムプロフィールに対し
変化させる構成となっている。詳しくは、上記カムシャ
フトは一端部にフランジ部を有し、かつこれに対向する
ように、駆動軸側にもフランジ部が設けられている。そ
して、両フランジ部の間に環状ディスクが介装されてお
り、該環状ディスクに、それぞれ１８０゜離れた位置で
かつ反対側へ向かって突出する一対のピンが設けられて
いる。これらのピンは、それぞれ、各フランジ部に半径
方向に形成された係合溝に係合している。上記環状ディ
スクが、駆動軸およびカムシャフトと同心位置にあれ
ば、カムシャフトは駆動軸に対し等速で回転するが、偏
心位置にある場合には、カムシャフトが不等速回転す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような形式の吸
排気弁駆動制御装置にあっては、多気筒内燃機関に適用
する場合に、カムシャフトを各気筒毎に分割して構成す
る必要があるので、その複数のカムシャフトの軸方向の
位置規制が重要な課題となる。特に、ピンと係合溝との
間の摩耗を考慮して、ピン先端部に平行な平面部を加工
する場合、この平面部と円柱状基部との間の段部でスラ
スト力を受けるようにすると、この段部に応力集中が発
生し易い。

【０００５】そこで、この発明は、回転力を伝達するピ
ンに軸方向の荷重を作用させることなく、カムシャフト
の軸方向の位置規制を確実に行うようにすることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、機関の回転に
同期して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に相対回
転可能に嵌合し、かつ吸排気弁を駆動するカムを外周に
有する円筒状のカムシャフトと、このカムシャフトの端
部に鍔状に設けられ、かつ半径方向に沿って第１係合溝
が形成された第１フランジ部と、上記第１フランジ部に
対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向
に沿って第２係合溝が形成された第２フランジ部と、上
記両フランジ部の間に配設された環状ディスクと、この
環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、
上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合する一対のピ
ンと、上記環状ディスクを回転自在に保持するととも
に、軸直角方向に沿って揺動可能な制御環と、上記制御
環を機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構と、を備
えた内燃機関の吸排気弁駆動制御装置において、上記環
状ディスクに一対の保持孔が貫通形成されており、上記
ピンは、上記保持孔に回転自在に嵌合した円柱状の基部
と、上記係合溝に係合する平行な平面部を形成した先端
部とからなり、かつ両者の境界となる段部が上記保持孔
内に後退するように上記円柱状基部の軸方向長さが上記
保持孔の軸方向寸法よりも小さいことを特徴としてい
る。

【０００７】上記構成においては、環状ディスクの中心
が駆動軸およびカムシャフトの中心と合致している同心
位置では、カムシャフトは環状ディスクおよびピンを介
して駆動軸に同期して等速で、つまり位相差なしで回転
する。この状態では、カムリフト特性に沿ってバルブリ
フト特性が得られる。

【０００８】これに対し、駆動機構によって環状ディス
クが一方へ揺動した状態では、環状ディスクの中心が駆
動軸の中心から偏心するため、駆動軸とカムシャフトと
が不等速で連動するようになり、回転中に位相差を生じ
る。これにより、バルブリフト特性が変形し、バルブ作
動角も変化する。

【０００９】ここで、上記ピンと係合溝とは、ピンの平
面部において面接触するので、摩耗が防止される。そし
て、保持孔内に位置するピンの段部は、スラスト力を受
けないため、応力集中を回避できる。

【００１０】また請求項２の発明では、さらに、上記第
１フランジ部のフランジ面と上記環状ディスク側面とが
当接するように構成し、両者の当接により上記カムシャ
フトの軸方向の移動を規制することを特徴としている。
つまり、円筒状のカムシャフトは、その一端の第１フラ
ンジ部のフランジ面と環状ディスク側面とが互いに当接
することにより、軸方向の移動が規制される。

【００１１】また請求項３の発明では、さらに、上記第
２フランジ部のフランジ面と上記環状ディスク側面とが
当接するように構成し、両者の当接により上記環状ディ
スクの軸方向の移動を規制することを特徴としている。
つまり、環状ディスクは、カムシャフトの第１フランジ
部と駆動軸の第２フランジ部との間に挟まれたものとな
るが、第２フランジ部のフランジ面と環状ディスク側面
とが当接することにより環状ディスクの軸方向の移動が
規制される。

【００１２】請求項４の発明では、さらに、上記カムシ
ャフトを上記環状ディスクに向けて軸方向に付勢する付
勢手段を有している。これにより、第１，第２フランジ
部の各フランジ面と環状ディスク側面とが常に当接した
状態に保たれる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る吸排気弁駆
動制御装置の一実施例を図１〜図６に基づいて説明す
る。図において、２１は図外の機関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の外周に相対回転可能に嵌合し、かつ駆動軸
２１の中心と同軸上に設けられた中空円筒状のカムシャ
フトである。上記駆動軸２１は、機関前後方向に延設さ
れていると共に、中空状に形成されている。またカムシ
ャフト２２は、各気筒毎に分割して構成されている。

【００１４】上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド
上端部のカム軸受５１に回転自在に支持されていると共
に、図１に示すように、外周の所定位置に、吸気弁２３
（図２参照）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一対のカム２
６が一体に設けられている。また、カムシャフト２２
は、上述したように複数個に分割形成されているが、そ
れぞれの一方の端部に、鍔状に広がった第１フランジ部
２７が設けられている。また、この複数に分割されたカ
ムシャフト２２の端部間に、それぞれスリーブ２８と環
状ディスク２９が配置されている。

【００１５】上記第１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第
１係合溝３０が形成されていると共に、環状ディスク２
９の一方の側面に当接する環状のフランジ面２７ａを有
している。

【００１６】上記スリーブ２８は、カムシャフト２２の
他方の端部に隣接して配置されており、かつ駆動軸２１
外周に嵌合するとともに、連結ピン３１により固定され
ている。そして、このスリーブ２８の小径部外周面にカ
ムシャフト２２が回転自在に嵌合している。また、スリ
ーブ２８の先端部には、カムシャフト２２側の第１フラ
ンジ部２７と対向する第２フランジ部３２が形成されて
いる。この第２フランジ部３２は、図５にも示すよう
に、半径方向に沿った細長い矩形状の第２係合溝３３が
形成されていると共に、環状ディスク２９の他方の側面
に当接する環状のフランジ面３２ａを有している。上記
第２係合溝３３は、カムシャフト２２側フランジ部２７
の第１係合溝３０と１８０°異なる反対側に配置されて
いる。

【００１７】さらに、上記スリーブ２８とカムシャフト
２２端部との間には、付勢手段としてコイルスプリング
５２がそれぞれ配設されており、各カムシャフト２２を
環状ディスク２９へ向けて付勢している。

【００１８】上記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状
を呈し、駆動軸２１外周面との間に十分大きな環状間隙
を保つように内径が設定されているとともに、外周面２
９ａが環状のベアリングメタル３４を介して制御環３５
の内周面に回転自在に保持されている。また、互いに１
８０°異なる直径線上の対向位置にそれぞれ保持孔２９
ｂ，２９ｃが貫通形成されており、該保持孔２９ｂ，２
９ｃには、各係合溝３０，３３に係合する第１ピン３
６，第２ピン３７がそれぞれ嵌合配置されている。

【００１９】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、円柱状をなす基部が保
持孔２９ｂ，２９ｃ内に回転自在に嵌合支持されている
と共に、環状ディスク２９表面から突出する先端部に、
上記係合溝３０，３３の対向する内側面と面接触するよ
うに、２面巾状の平行な平面部３６ａ，３７ａが形成さ
れている。また、上記ピン３６，３７の基部における円
筒面と上記平面部３６ａ，３７ａとの間には、段部３６
ｂ，３７ｂが生じているが、この段部３６ｂ，３７ｂ
は、図７および図８に詳示するように、それぞれ応力集
中を避けるために、適宜な曲率半径ｒ，ｒ′のＲ形状を
なしている。そして、上記保持孔２９ｂ，２９ｃを貫通
したピン３６，３７の基端面がフランジ面２８ａ，２７
ａに当接している基準位置においては、各段部３６ｂ，
３７ｂは、保持孔２９ｂ，２９ｃ内に後退した位置にあ
る。詳しくは、図７，図８に示す曲率半径の中心点まで
の距離ｌ，ｌ′が０より大きく設定されている。従っ
て、この段部３６ｂ，３７ｂがフランジ部２７，３２に
圧接することはなく、スラスト力は作用しない。

【００２０】上記制御環３５は、略円環状をなすととも
に、図２に示すように、外周の一部にボス部３５ａを有
し、該ボス部３５ａを貫通した揺動軸３８を支点とし
て、駆動軸２１の軸方向と直交する面に沿って上下に揺
動自在に構成されている。またボス部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
おり、該レバー部３５ｂを介して駆動機構３９により揺
動位置が制御されるようになっている。

【００２１】上記駆動機構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互いに対向して形
成された第１，第２シリンダ４０，４１と、各シリンダ
４０，４１内に出没自在に嵌合した油圧ピストン４２及
びリテーナ４３と、上記第１シリンダ４０内に画成され
る油圧室４０ａに油圧を給排して油圧ピストン４２を進
退させる油圧回路４４とを備えている。上記油圧ピスト
ン４２及びリテーナ４３は、互いに対向し、かつ両者の
先端の間で、上記レバー部３５ｂの円弧状先端部を上下
方向から挾持するようになっている。

【００２２】上記第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内に配設されたコイルスプリング４５のばね力で突出
方向に付勢されている。また、このリテーナ４３は、ス
トッパ部４１ｂにより後退位置が規制されるようになっ
ており、このストッパ部４１ｂに当接した最大後退位置
つまり油圧ピストン４２の最大突出位置において、環状
ディスク２９の回転中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘとが同
心状態となるように設定されている。尚、図２の符号４
１ｃはエア抜き孔を示す。

【００２３】上記油圧回路４４は、一端部が機関のオイ
ルパン４６内に、他端部が油圧室４０ａにそれぞれ連通
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。尚、この油圧回路４４
は、一般に機関潤滑系統を利用して構成され、オイルポ
ンプ４８等を機関潤滑系統と共用したものとなる。上記
電磁切換弁４９は、機関回転数や吸入空気量等の運転条
件信号に基づいてコントローラ５０により切換制御され
る。

【００２４】次に、上記のように構成された実施例の作
用について説明する。

【００２５】先ず、機関の所定の運転条件、例えば高速
領域においては、コントローラ５０から電磁切換弁４９
にＯＮ信号が出力される。これにより、オイルポンプ４
８から油通路４７に圧送された作動油はそのまま油圧室
４０ａに供給される。従って、該油圧室４０ａの内圧上
昇に伴い油圧ピストン４２が図２，図６の実線で示すよ
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を限界位置まで押し下げるので、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およびカム
シャフト２２の中心Ｘとが合致する。この場合は、駆動
軸２１，環状ディスク２９およびカムシャフト２２の３
者が、ピン３６，３７を介して等速で同期回転する。こ
の結果、図９の（Ａ）の実線に示すようなバルブリフト
特性が得られる。

【００２６】これに対し、例えば機関の低速領域におい
ては、コントローラ５０から電磁切換弁４９にＯＦＦ信
号が出力される。これにより、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５１と
が連通される。このため、油圧室４０ａ内の油圧が解放
され、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のばね力で後退する。従って、制御
環３５は、図２，図６の一点鎖線で示すようにリテーナ
４３により押し上げられる形となり、揺動軸３８を支点
として上方へ揺動して、環状ディスク２９の中心Ｙが駆
動軸２１およびカムシャフト２２の中心Ｘから偏心す
る。この状態では、一種の不等速軸継手と同様に、駆動
軸２１の回転に対し環状ディスク２９の角速度が変化す
る不等速回転になる。

【００２７】これにより、図９の（Ｂ）に一点鎖線で示
すように、駆動軸２１とカムシャフト２２との間で比較
的大きな位相差が与えられる。また、回転位相差の最
大，最小点の途中に同位相点（Ｐ点）が存在する。尚、
図９（Ｂ）の特性図では、カムシャフト２２が相対的に
進む方向の位相差を正に、相対的に遅れる方向の位相差
を負にしてある。そして、カムシャフト２２が相対的に
遅れ側となる領域（Ｐ１点以前の領域およびＰ２〜Ｐ３
の領域）に位置する吸気弁２３の開弁時期は、上記位相
差に伴って遅れることになる。逆に、カムシャフト２２
が相対的に進み側となる領域（Ｐ１〜Ｐ２の領域）に位
置する吸気弁２３の閉弁時期は、位相差に伴って進むこ
とになる。従って、図９の（Ａ）に一点鎖線で示すよう
なバルブリフト特性が得られ、その作動角は小さくな
る。

【００２８】なお、電磁切換弁４９のＯＮ−ＯＦＦデユ
ーティ比を可変制御することにより上記偏心量を連続的
に可変制御することが可能である。

【００２９】ここで上記実施例においては、上述したよ
うな運転中に、カムシャフト２２一端の第１フランジ部
２７のフランジ面２７ａが環状ディスク２９の一方の側
面に当接し、これによってカムシャフト２２の軸方向の
位置規制がなされている。特に、この実施例では、カム
シャフト２２は、付勢手段としてのコイルスプリング５
２によって環状ディスク２９へ向けて付勢されており、
常にフランジ面２７ａが環状ディスク２９の側面に圧接
する。また、環状ディスク２９の他方の側面は、第２フ
ランジ部３２のフランジ面３２ａに当接し、これによっ
て環状ディスク２９の軸方向の位置が規制されている。
従って、この実施例では、コイルスプリング５２の付勢
力によって、カムシャフト２２と環状ディスク２９と駆
動軸２１（スリーブ２８）との３者が互いに軸方向に精
度よく位置決めされる。また、ピン３６，３７の段部３
６ｂ，３７ｂには軸方向の力が作用しないので、経時的
な摩耗や応力集中を防止できる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の吸排気弁駆動制御装置によれば、ピン
と係合溝との接触を面接触として摩耗を防止することが
できると同時に、ピンの段部における応力集中を回避で
きる。

【００３１】また請求項２の構成によれば、カムシャフ
トの軸方向の移動が第１フランジ部のフランジ面と環状
ディスク側面との当接により規制され、両者間で回転力
を伝達するピンには、軸方向の荷重が作用しないため、
ピン段部の摩耗や応力集中を一層確実に防止できる。

【００３２】また請求項３の構成によれば、さらに、環
状ディスク側面と第２フランジ部のフランジ面とが当接
し、環状ディスクの軸方向の移動が規制されるので、環
状ディスクと第２フランジ部との間のピンについても、
その段部の摩耗や応力集中を一層確実に防止できる。

【００３３】さらに請求項４の構成によれば、付勢手段
によりカムシャフトや環状ディスクの軸方向の位置が一
層精度よく規制される。

【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の側面
図。

【図２】図１のＡ矢視図。

【図３】本実施例の要部を示す一部破断の平面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図５】図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

【図６】駆動機構の構成を示す概略図。

【図７】図３の部分Ｄの拡大断面図。

【図８】図３の部分Ｅの拡大断面図。

【図９】駆動軸とカムシャフトとの回転位相差の特性お
よびバルブリフト特性を対比して示す特性図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２６…カム ２７…第１フランジ部 ３２…第２フランジ部 ２９…環状ディスク ３０…第１係合溝 ３３…第２係合溝 ３６…第１ピン ３７…第２ピン ５２…コイルスプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇宿 尚史 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 山田 俊次 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 原 誠之助 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社 ユニシアジェックス内 (56)参考文献 特開 平５−202718（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275902（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転に同期して回転する駆動軸
   と、 この駆動軸の外周に相対回転可能に嵌合し、かつ吸排気
   弁を駆動するカムを外周に有する円筒状のカムシャフト
   と、 このカムシャフトの端部に鍔状に設けられ、かつ半径方
   向に沿って第１係合溝が形成された第１フランジ部と、 上記第１フランジ部に対向するように上記駆動軸側に設
   けられ、かつ半径方向に沿って第２係合溝が形成された
   第２フランジ部と、 上記両フランジ部の間に配設された環状ディスクと、 この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設され
   て、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合する一対
   のピンと、 上記環状ディスクを回転自在に保持するとともに、軸直
   角方向に沿って揺動可能な制御環と、 上記制御環を機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構
   と、 を備えた内燃機関の吸排気弁駆動制御装置において、上記環状ディスクに一対の保持孔が貫通形成されてお
   り、 上記ピンは、上記保持孔に回転自在に嵌合した円柱状の
   基部と、上記係合溝に係合する平行な平面部を形成した
   先端部とからなり、 かつ両者の境界となる段部が上記保持孔内に後退するよ
   うに上記円柱状基部の軸方向長さが上記保持孔の軸方向
   寸法よりも小さいことを特徴とする内燃機関の吸排気弁
   駆動制御装置。
2. 【請求項２】 上記第１フランジ部のフランジ面と上記
   環状ディスク側面とが当接するように構成し、両者の当
   接により上記カムシャフトの軸方向の移動を規制するこ
   とを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気弁駆動
   制御装置。
3. 【請求項３】 上記第２フランジ部のフランジ面と上記
   環状ディスク側面とが当接するように構成し、両者の当
   接により上記環状ディスクの軸方向の移動を規制するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸
   排気弁駆動制御装置。
4. 【請求項４】 上記カムシャフトを上記環状ディスクに
   向けて軸方向に付勢する付勢手段を有することを特徴と
   する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸排気
   弁駆動制御装置。