JP3355211B2 - 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に係合するピ
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、歯車環１４ａ及び
歯車部１２ｂ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８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
構によってロッカアーム１５を軸支するロッカシャフト
１４を回動させると、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に沿って各フ
ランジ部５，７を径方向に移動する。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来に
おける装置に用いられるカム２は、プロフィールが最大
リフト点と中心の接線を中心として左右対称形状に形成
されている。このため、機関低回転時などにおいて、デ
ィスク９の偏心揺動に伴い吸気弁１６の作動角が小さく
制御された場合、つまり開弁期間が短縮制御された場合
は、カム２のリフト時の加速度が増加して吸気弁１６が
ジャンピング等の不整運動を起こす惧れがある。

【０００８】即ち、ディスク９を偏心制御して吸気弁１
６の閉時期を早めて全体の開弁期間を短縮制御すると、
機関低回転域における吸気充填効率の向上が図れるもの
の、カム２のリフト側の位相差の変化が大きくなって、
加速度が増加する。このため、バルブリフト特性が、図
１０の実線で示すようにリフト側Ｌが急激な立上り角度
になるのに対してダウン側Ｄが緩やかな立上り角度にな
って、左右非対称形になってしまう。この結果、吸気弁
１６の不整運動が発生し易くなり、斯かる低回転域から
高回転域に移行した際に、前記ディスク９の揺動制御つ
まりディスク９の中心Ｐをカムシャフト１の中心に合致
させる同心制御の応答性が何らかの原因で低下した場合
は、吸気弁１６の不整運動がさらに増幅されてバルブタ
イミングの制御精度の低下は勿論のこと、動弁機構の円
滑な作動が阻害されてしまう。

【０００９】尚、ディスク９の偏心制御を行わない高回
転域では、リフト側Ｌの加速度の増加が抑制されるた
め、バルブリフト特性は図の一点鎖線で示すような略左
右対称形の特性が得られ、不整運動の発生もない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の実
情に鑑みて案出されたもので、 機関のクランク軸と同
期回転する駆動軸と、該駆動軸と同軸上に相対回転可能
に配設され、かつ外周面で吸排気弁を駆動するカムと、
該カムの端部に有するフランジ部に対向配置され、かつ
前記駆動軸に連結固定されたフランジ部と、前記両フラ
ンジ部の間に配設されて、駆動軸の軸心に対して偏心揺
動可能な環状ディスクと、該環状ディスクの両側部に互
いに反対方向に突設されて、前記両フランジ部に形成さ
れた各係合溝内に夫々係入するピンと、前記環状ディス
クを機関低回転時に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制御に伴い前記吸排気弁の作動
角を小さく制御する吸排気弁駆動制御装置において、前
記カムのプロフィールを、カム山の頂点とカムの中心点
を結ぶ線を中心として左右非対称形に形成し、リフト側
の上り面をダウン側の下り面よりも緩やかな立上り角度
に設定して、前記吸排気弁の小作動角制御時におけるバ
ルブリフト特性をほぼ左右対称形に形成して、カムリフ
ト側の加速度レベルを低下させたことを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】前記構成の本発明によれば、例えば機関低回転
域などにおいて、環状ディスクが、駆動機構によって駆
動軸の中心から偏心する偏心制御を行った場合には、カ
ムのリフト側の立上り傾斜角度が緩やかに設定されてい
ることから、リフト側の加速度レベルが低下してバルブ
リフト特性が環状ディスクを偏心制御しない同心制御の
場合と同様の立上り特性を示す。したがって、バルブリ
フト特性は、リフト側とダウン側で左右対称形状にな
り、吸気弁等の不整運動の発生を十分に抑制できる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る吸排気弁駆動制御装置を
４気筒の内燃機関に適用した一実施例を示し、図中２１
は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の外周に相対回
転可能に配置され、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２１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。

【００１３】前記カムシャフト２２は、内部軸方向に駆
動軸２１の挿通孔２２ａが形成され、図外のシリンダヘ
ッド上端部に有するカム軸受５２，５３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２
６…が一体に設けられている。

【００１４】この各カム２６は、図２示すようにプロフ
ィールがカム山の頂点（最大リフト点）Ｐ１とカム２６
の中心点Ｐ２を結ぶ結線Ｚを中心として左右非対称形状
に形成されている。具体的には、カムベース２６ａから
立上がるリフト側の上り面２６ｂが、最大リフト点Ｐ１
からカムベース２６ａ方向に立下るダウン側の下り面２
６ｃよりも緩やかな立上り角度角度に設定されている。
そして、この下り面２６ｃは、通常のＯＨＣ型動弁機構
に用いられる一般的なカム下り面の立下り角度とほぼ同
等な角度に設定されている。

【００１５】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２
９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２７
ａ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、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，３３ｂと当接する２面巾状の
平面部３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂが形成されてい
る。

【００１８】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。

【００１９】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及びプランジャ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。

【００２０】前記第２シリンダ４１内に設けられたプラ
ンジャ４３は、略有底円筒状に形成され、第２シリンダ
４１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。

【００２１】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。

【００２２】以下、本実施例の作用について説明する。

【００２３】機関高回転時には、斯かる運転状態を検出
したコントローラ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３５ｂを押し上げる
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
リーブ側の係合溝３３とピン３７，環状ディスク２９，
ピン３６，カムシャフト２２側の係合溝３０を介してカ
ムシャフト２２も同期回転する。したがって、吸気弁２
３は、カム２６のプロフィールにしたがって開閉作動
し、バルブリフト特性が図７Ａの実線で示すようにリフ
ト側Ｌが緩やかな立上りになるのに対し、ダウン側Ｄが
リフト側Ｌよりも若干急な立下り特性になって左右非対
称形状になると共に、弁作動角が大きくなって閉弁時期
が十分に遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して
高出力トルクが得られる。

【００２４】一方、機関低回転時には、コントローラ５
０から電磁切換弁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５１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４６内に戻され、したがって、受圧室４０
ａ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のばね力でプランジャ
４３を介して後退移動する。これにより、制御環３５
は、図２，図６の破線で示すようにプランジャ４３によ
り押し下げられて枢支ピン３８を支点として下方へ揺動
し、環状ディスク２９の中心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。

【００２５】即ち、一方のピン３７が係合溝３３内を摺
動して駆動軸２１の中心Ｘから離れ、他方のピン３６が
係合溝３０内を摺動して中心Ｘに接近すると、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、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２重に増速され
た状態になる。この結果、カムシャフト２２及びカム２
６と駆動軸２１との回転位相差は、図７Ｂに示すように
変化する。したがって、吸気弁２３は、そのバルブリフ
ト特性が図７Ａの一点鎖線で示すようにバルブリフトは
一定のまま弁作動角（バルブタイミング）が小さくな
り、閉弁時期が十分に早くなる。このため、吸気充填効
率が向上して低速トルクが向上する。

【００２６】また、斯かる環状ディスク２９の偏心揺動
制御時におけるカム２６は、前述の駆動軸２１とカムシ
ャフト２２との回転位相差変化によってリフト時の加速
度が増加しようとするが、その上り面２６ｂの立上り傾
斜角度が緩やかになっていることから、該加速度レベル
が抑制されてバルブリフト特性（カム山特性）は、ダウ
ン側と同様の軌跡となる。つまり、バルブリフト特性が
通常の左右対称形状のカムを用いた場合と同様に、略左
右対称形の特性が得られる。なぜならば、図７Ｂ，Ｃに
おいて、Ｐ点近傍はカムシャフト２２の角速度が大きい
ためバルブリフトは早く立ち上がり加速度が大きくなる
が、Ｑ点近傍あるいはその後方はカムシャフト２２の回
転角速度は駆動軸２１にほぼ等しくなるか、より小さく
なる。このため、バルブリフトの立下り側は偏心制御し
ても増速作用がなくなるので、加速度が上昇することは
ない。したがって、予めカムプロフィルの下り面２６ｃ
を通常のカムプロフィルの立下り角度に設定しておけ
ば、偏心制御した場合でも、加速度はほぼ通常と変わら
ないので、通常機関並の高速回転性が得られる。この場
合、上り側は、図７Ｂ，Ｃで示すように増速されるた
め、上り面２６ｂを予め緩やかな立上り傾斜角度のカム
形状が必要になるわけである。したがって、斯かる偏心
制御時における吸気弁２３の不整運動の発生が防止され
る。よって、この偏心制御時に、機関が高回転域に移行
した場合に、何らかの原因で、前述のような環状ディス
ク２９中心Ｙの駆動軸２１の中心Ｘに合致させるための
同心制御応答性が低下した場合でも、動弁機構の作動に
支障が発生することがなく、偏心制御のない通常の機関
と同様に高速回転性能が得られる。

【００２７】また、本実施例では、バルブリフトを低下
させずに、吸気弁２３の作動角のみ、特に閉弁時期を変
化させつつバルブリフトの加速度の適正化を図るもので
あるから、吸気充填効率の十分な向上を確保しながら吸
気弁２３の常時円滑な作動を得ることができる。

【００２８】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、吸気弁の他、排気弁側あるいは吸気・
排気弁の両方側に適用することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、とりわけ、カムのプロフィールを、左右非対称
形に形成して上り面を下り面よりも緩らかな立上り傾斜
角度に設定して、吸排気弁の小作動角制御時におけるバ
ルブリフト特性をほぼ左右対称形に形成したことから、
該吸排気弁の小作動角制御時におけるカムのリフト時の
加速度レベルを低下させることが可能になる。したがっ
て、斯かる小作動角制御時における吸排気弁のジャンピ
ング等の不整運動の発生が防止される。依って、機関低
回転域から高回転域に移行して小作動角制御から大作動
角制御への応答性が低下した場合でも、吸排気弁の不整
運動の増幅化が防止される。

【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図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【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】Ａは本実施例のカムによるバルブリフト特性
図、Ｂは駆動軸とカムシャフトとの回転位相差の特性
図、Ｃは駆動軸とカムシャフトの回転角速度比の特性
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。

【図１０】従来の装置におけるバルブリフト特性図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２６…カム ２６ｂ…上り面 ２６ｃ…下り面 ２７…フランジ部 ２９…環状ディスク ３０，３３…係合溝 ３２…フランジ部 ３６，３７…ピン ３９…駆動機構 Ｚ…結線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−182309（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95705（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−198306（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−27211（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−96306（ＪＰ，Ｕ) 仏国特許出願公開1357151（ＦＲ，Ａ １) (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】 機関のクランク軸と同期回転する駆動軸
   と、該駆動軸と同軸上に相対回転可能に配設され、かつ
   外周面で吸排気弁を駆動するカムと、該カムの端部に有
   するフランジ部に対向配置され、かつ前記駆動軸に連結
   固定されたフランジ部と、前記両フランジ部の間に配設
   されて、駆動軸の軸心に対して偏心揺動可能な環状ディ
   スクと、該環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突
   設されて、前記両フランジ部に形成された各係合溝内に
   夫々係入するピンと、前記環状ディスクを機関低回転時
   に偏心動させる駆動機構とを備え、前記環状ディスクの
   偏心動制御に伴い前記吸排気弁の作動角を小さく制御す
   る吸排気弁駆動制御装置において、 前記カムのプロフィールを、カム山の頂点とカムの中心
   点を結ぶ線を中心として左右非対称形に形成し、リフト
   側の上り面をダウン側の下り面よりも緩やかな立上り角
   度に設定して、前記吸排気弁の小作動角制御時における
   バルブリフト特性をほぼ左右対称形に形成して、カムリ
   フト側の加速度レベルを低下させたことを特徴とする内
   燃機関の吸排気弁駆動制御装置。