JP3355850B2 - 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】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特開平５−２０２７
１８号公報に記載されているものがある。

【０００３】これは、一種の不等速軸継手を応用してカ
ムの実際の回転速度を機関の回転速度に対し増減速させ
るようしたものであって、機関の回転に同期して回転す
る駆動軸の外周に、吸排気弁駆動用のカムを有する円筒
状のカムシャフトが相対回転可能に嵌合配置されてお
り、かつこのカムシャフトの端部にフランジ部が形成さ
れている。このフランジ部には、半径方向に沿って係合
溝が形成されている。また上記駆動軸にも、半径方向に
沿って係合溝が形成されたフランジ部が固定されてお
り、両フランジ部が、環状ディスクを挟んで互いに対向
している。この環状ディスクは、カムシャフトの径方向
に沿って揺動可能な制御環に回転自在に保持されてお
り、かつこの環状ディスクの両側部には、上記両フラン
ジ部の各係合溝内に夫々係合するピンが互いに反対方向
に突設されている。また、この環状ディスクの揺動位置
は、上記制御環を介して油圧アクチュエータ等により機
関運転条件に応じて可変制御されるようになっている。

【０００４】従って、駆動軸の回転は、該駆動軸のフラ
ンジ部からピンを介して環状ディスクに伝達され、さら
にピンを介してカムシャフトのフランジ部へと伝達され
ることになるが、環状ディスクの中心が駆動軸の中心と
合致している状態では、カムシャフトが上記環状ディス
ク等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。これに対し、環状ディスクの中心が駆動
軸の中心から偏心している状態では、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。すなわち、図９の（Ｂ）に示すように、環状
ディスクの揺動方向および偏心量に応じて、例えば破線
もしくは一点鎖線に示す位相差を与えることができ、こ
れに伴って、同図（Ａ）のように、等速回転であれば実
線で示すようになるバルブリフト特性を、破線もしくは
一点鎖線に示すように変化させることができるのであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置にあっ
ては、図９の破線および一点鎖線で示す間を、機関運転
条件に応じて連続的に変化させるようにしており、環状
ディスクと駆動軸とが同心な状態つまり等速で連動する
状態が必ず存在する。むしろ、等速で運動するときのバ
ルブリフト特性を基本として制御が行われる形となって
いる。

【０００６】しかしながら、この環状ディスクと駆動軸
とが同心となる運転条件が長く継続すると、フランジ部
の係合溝におけるピンの接触面位置が一定となるため、
図１０に示すように、ピン７１と接触している係合溝７
２の表面７２ａに、経時的に局部的な摩耗が生じ、微少
な段差７３が形成されてしまう。そのため、この同心状
態から偏心状態に移行するときに、ピン７１が段差７３
に引っ掛かり、円滑な切換作動が阻害される懸念があっ
た。

【０００７】

【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、この駆動軸と同軸上に配設
され、かつ吸排気弁を駆動するカムを外周に有するカム
シャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ
半径方向に沿って係合溝が形成されたフランジ部と、こ
の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係合溝が形成されたフランジ
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
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
えた吸排気弁駆動制御装置において、上記環状ディスク
を、上記駆動軸の中心からそれぞれ同方向へ偏心した第
１制御位置および第２制御位置の範囲内で制御すること
を特徴としている。

【０００８】

【０００９】また請求項２の発明では、内燃機関の常用
運転領域で最大偏心制御位置となるようにした。

【００１０】

【作用】駆動軸の回転は、両フランジ部の係合溝を摺動
するピンと環状ディスクとを介してカムシャフトに伝達
される。駆動機構によって環状ディスクが一方向へ揺動
し、環状ディスクの中心が駆動軸の中心から偏心した状
態では、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。つまり、カムシャ
フトの回転速度が１回転の間に増減し、カムにより駆動
される吸排気弁の実際のバルブタイミングおよびその作
動角が変化する。このような偏心状態では、各ピンが係
合溝と滑りつつ回転力の伝達を行う。

【００１１】ここで請求項１の構成では、第１制御位置
と第２制御位置との範囲内で制御がなされるが、これら
は同方向へ偏心しているので、決して同心位置となるこ
とがない。つまり、ピンが係合溝内で固定せず、常に移
動することになる。

【００１２】

【００１３】請求項２の構成では、常用運転領域でピン
の摺動幅が最大となる。つまり、係合溝内でピンが接触
し得る最大の幅に亙ってピンが移動を繰り返すことにな
り、全体で平均的に摩耗が進行する。

【００１４】

【実施例】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。

【００１５】上記カムシャフト２２は、図示せぬシリン
ダヘッド上端部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、上述
したように複数個に分割形成されているが、その一方の
分割端部に、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。上記フランジ部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、環状ディスク２９の一方の表面に
摺接するフランジ面２７ａを有している。

【００１６】上記スリーブ２８は、小径な一端部がカム
シャフト２２の他方の分割端部内に回転自在に挿入され
ている共に、駆動軸２１外周に嵌合しており、かつ直径
方向に貫通した連結ピン３１を介して該駆動軸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、カムシャフト２２側のフラン
ジ部２７と対向して位置し、かつ図５にも示すように、
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の他方の表面
に摺接するフランジ面２８ａを有している。上記係合溝
３３は、カムシャフト２２側フランジ部２７の係合溝３
０と１８０°異なる反対側に配置されている。

【００１７】上記環状ディスク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
されていて、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１８０°異な
る直径線上の対向位置にそれぞれ保持孔２９ｂ，２９ｃ
が貫通形成されており、該保持孔２９ｂ，２９ｃには、
各係合溝３０，３３に係合する一対のピン３６，３７が
嵌合配置されている。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、円筒面か
らなる基部が保持孔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、図４及び図５に示すように、上記係合溝
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。また、上記ピン３６，３７の
軸方向への位置決めは、突出方向については、ピン３
６，３７の円筒面と上記平面部３６ａ，３６ｂ、３７
ａ，３７ｂとの間に生じる段部３６ｃ，３７ｃとフラン
ジ面２７ａ，２８ａとの当接により、また後退方向につ
いては、上記保持孔２９ｂ，２９ｃを貫通したピン３
６，３７の基端面３６ｄ，３７ｄとフランジ面２８ａ，
２７ａとの当接により、それぞれ行われる。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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
ている。ここで、上記リテーナ４３が突出した状態で
は、環状ディスク２９の回転中心Ｙが駆動軸２１の中心
Ｘに対し、図の上方に偏心しているが、特に、リテーナ
４３が上記ストッパ部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も、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
心に到達せず、環状ディスク２９の回転中心Ｙが僅かに
上方に偏心した状態を保つように設定されている。尚、
図２の符号４１ｃはエア抜き孔を示す。

【００２１】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により制御される。
該電磁切換弁４９がＯＮ作動すると、油通路４７が連通
して、油圧室４０ａに油圧が供給され、ＯＦＦ作動する
と油通路４７下流部分とドレン通路５１とが連通して油
圧を解放するようになっている。具体的には、上記電磁
切換弁４９のＯＮ−ＯＦＦのデューティ比が可変制御さ
れ、油圧室４０ａ内に供給される油圧が機関運転条件に
応じて連続的に制御される。

【００２２】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。

【００２３】先ず、内燃機関の高速高負荷側の運転領域
では、上述したように、コントローラ５０により電磁切
換弁４９のＯＮデューティ比が最大に制御される。これ
により、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３５ｂ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の中心Ｘが接近する。但し、前述したよう
に同心状態とはならない。なお、カムシャフト２２の中
心は駆動軸２１の中心Ｘに常に等しい。この第１制御位
置においては、偏心量が小さいことから、駆動軸２１と
カムシャフト２２との間の回転位相差は、図７の（Ｂ）
の実線に示すように、比較的小さい。この結果、図７の
（Ａ）の実線に示すようなバルブリフト特性が得られ
る。なお、図７の（Ａ）の二点鎖線は、環状ディスク２
９の回転中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘとが同心状態にあ
ると仮定した場合の特性である。また、このときには、
ピン３６，３７は係合溝３０，３３内で滑りを生じつつ
移動するようになる。

【００２４】一方、内燃機関の常用運転領域である低速
低負荷側の領域では、コントローラ５０により電磁切換
弁４９に与えられるＯＮデューティ比が最小となり、油
圧室４０ａ内の油圧が解放される。そのため、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の中
心Ｘから大きく偏心する。この第２制御位置にある状態
では、図７の（Ｂ）に一点鎖線で示すように、駆動軸２
１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。従って、図７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。尚、図７（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。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。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２
３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。

【００２５】なお、この実施例では、油圧室４０ａに与
えられる油圧は、連続的に可変制御可能であり、上記環
状ディスク２９の位置は、機関運転条件に応じて、上記
第１制御位置および第２制御位置の範囲内で変化するこ
とになる。

【００２６】このように、低速低負荷側の領域で一点鎖
線のような特性となることにより、低速域での充填効率
が向上し、低速トルクが増大する。しかも、開弁時期が
遅れることで、バルブオーバーラップが小さくなり、ア
イドル時の燃費が良好になるとともに、アイドル安定性
が向上する。

【００２７】逆に、高速側の領域では、相対的に作動角
が大きく、閉弁時期が遅いため、高速域での充填効率が
向上する。しかも、バルブオーバーラップ増大による排
気効率向上により、高速域でのトルク，出力が向上す
る。

【００２８】そして、上記構成では、環状ディスク２９
の位置が同心状態とならないように規制されるので、ピ
ン３６，３７が係合溝３０，３３内で一定位置に留まる
ことがなく、常に滑りつつ移動することになる。そのた
め、係合溝３０，３３の局部的な摩耗を抑制できる。図
９は、この係合溝３０，３３の摩耗の様子を図示したも
ので、ピン３６，３７の移動量が最も少なくなる第１制
御位置においても、図９に符号Ｌで示す範囲でピン３
６，３７が移動するので、仮に第１制御位置に制御され
る時間の割合が大きかったとしても、係合溝３０，３３
表面の摩耗は、図示するように、緩やかに発生し、ピン
３６，３７の移動を阻害するような段差が生じることが
ない。

【００２９】また上記実施例によれば、機関の常用領域
である低速低負荷領域で、偏心量の最も大きな第２制御
位置となる。この状態では、係合溝３０，３３における
ピン３６，３７の移動量が最大となるので、ピン３６，
３７が接触し得る係合溝３０，３３の幅全域に亙って平
均的に摩耗が進行するようになる。しかも、この低速低
負荷領域では、接触部に加わる面圧も小さい。従って、
長期間の使用による部分的な摩耗を一層抑制できる。

【００３０】さらに、上記構成では、各ピン３６，３７
が回転自在であるとともに、その両側縁が平面部３６
ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂに形成されているため、各
係合溝３０，３３の対向内面３０ａ，３０ｂ、３３ａ，
３３ｂと常に面接触状態で当接し、経時的な摩耗が一層
抑制される。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】尚、本発明は上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弁，排気弁の両
方に適用することも可能である。

【００３５】

【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、回転
力を伝達する各ピンが係合溝内で常に滑りつつ移動を繰
り返すようになり、一定位置に留まることがないので、
係合溝表面の局部的な摩耗を防止でき、ピンの円滑な移
動が損なわれる虞れがない。

【００３６】特に、請求項１の構成によれば、バルブリ
フト特性の連続的な可変制御が可能である。

【００３７】また請求項２のように、内燃機関の常用運
転領域で最大偏心制御位置となるようにすれば、係合溝
表面の摩耗が最大幅に亙って平均的に進行するようにな
り、局部的な摩耗の発生を一層確実に防止できる。

【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】駆動機構の構成を示す概略図。

【図７】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。

【図８】ピンが接触する係合溝表面における摩耗の状態
を示す説明図。

【図９】従来における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。

【図１０】従来例における係合溝表面の摩耗の状態を示
す説明図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２７…フランジ部 ３２…フランジ部 ２９…環状ディスク ３０，３３…係合溝 ３５…制御環 ３６，３７…ピン ３９…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 F01L 1/00 - 1/46

Claims (2)

(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、 この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸排気弁を駆動す
   るカムを外周に有するカムシャフトと、 このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿
   って係合溝が形成されたフランジ部と、 この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係合溝が形成されたフランジ
   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、 を備えた吸排気弁駆動制御装置において、 上記環状ディスクを、上記駆動軸の中心からそれぞれ同
   方向へ偏心した第１制御位置および第２制御位置の範囲
   内で制御する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】 内燃機関の常用運転領域で最大偏心制御
   位置となることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関
   の吸排気弁駆動制御装置。