JP3385809B2 - 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実開昭５７−１９８
３０６号公報に記載されているものがある。

【０００３】図１０及び図１１は、この従来の吸排気弁
駆動制御装置を示すもので、その概略を説明すれば、図
中２は駆動軸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、この円筒状のカム２はカム軸受
用ブラケット３と駆動軸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の一側部に係合溝６を有するフランジ
部７が形成されている一方、上記フランジ部５にも係合
溝８が形成され、かつ両フランジ部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
の対向位置に上記両係合溝６，８に係合するピン１０，
１１が設けられているとともに、外周が制御環１２に回
転自在に保持されている。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ともに、該突起１２ａの反対側
に位置する歯車部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、上記制御環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Ｃが図１０に示す位
置にある場合は、駆動軸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と係合溝８
を介して駆動軸１に等速で同期回転し、かつカム２はピ
ン１０と係合溝６を介してディスク９に等速で同期回転
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１
４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Ｃが駆動軸１
の中心に対し偏心する。この状態では、係合溝６，８を
有するディスク９とピン１０，１１とによって一種の偏
心軸継手が構成され、カム２が駆動軸１に従動して回転
するものの、両者の回転速度は不等速となる。つまり、
駆動軸１の１回転の間に、ディスク９の回転位相が駆動
軸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、駆動軸
１に対し、図１２の（ａ）に破線もしくは一点鎖線で示
すように位相差を生じ、この結果、同図（ｂ）のよう
に、実線で示すバルブリフト特性を、破線もしくは一点
鎖線のように変化させることができる。なお、Ｐ点は、
回転位相差が常に０に保たれる点である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置にあっては、バルブリフト特性が上記ディスク
９の非偏心状態を基準に設定され、カム２のプロフィー
ルが概ね対称形状となっている。そのため、回転位相差
が常に０となる上記Ｐ点がカム２のノーズ部頂点の位相
Ｑから図１２のようにずれているとすると、偏心時とり
わけ最大偏心時には、バルブリフト特性が非対称となっ
て、上りおよび下りの最大正加速度がいずれか一方だけ
極端に大きくなり（図９の一点鎖線参照）、動弁系各部
の摩耗とりわけピン１０，１１と係合溝６，８との接触
面での摩耗が促進される、という不具合がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、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、かつ上記カムシャフトと上記駆動軸との回
転位相差が常に０となる点が、上記カムのノーズ部頂点
の位相からずれている内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
において、上記カムのプロフィールを非対称形状とし、
上記環状ディスクが上記駆動軸に対し最大偏心状態にあ
るときにバルブリフト特性が略対称となるように構成す
るとともに、内燃機関の低速域で上記環状ディスクと上
記駆動軸とを同心位置に制御し、高速域で偏心位置に制
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、上記最大偏心状
態にあるときのバルブリフト特性の最大正加速度の大き
さが、上り，下りの双方で等しくなるようにした。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】環状ディスクの中心が駆動軸の中心と合致して
いる同心位置では、カムシャフトは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。この状態では、ピンと係合溝とは、実質的に
滑りを生じない。

【００１３】一方、駆動機構によって環状ディスクが一
方向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、バルブタイミングおよびその作動角が変化
する。ここで、本発明では、最大偏心状態にあるとき
に、バルブリフト特性が略対称となる。そのため、バル
ブリフト特性の最大正加速度が上り，下りの双方で平均
化される。

【００１４】内燃機関の低速域での潤滑油量が不足しが
ちとなる一般的な内燃機関の場合には、本発明のよう
に、低速域で上記環状ディスクと上記駆動軸とを同心位
置に制御し、高速域で偏心位置に制御するとよい。

【００１５】

【００１６】

【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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【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】なお、本実施例においては、カムシャフト
２２のフランジ部２７における係合溝３０の位相が、図
２のピン３６の位置から明らかなように、カム２６のノ
ーズ部頂点の位相からずれている。また、カム２６のプ
ロフィールは、非対称であり、後述するように、最大偏
心状態にあるときにバルブリフト特性が略対称望ましく
は完全な対称となるように、予めその形状が設定されて
いる。

【００２４】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。具体的には、上記電磁切換弁４９のＯＮ−ＯＦＦの
切換は、図８に示すような特性に沿って行われるように
なっており、低速側の領域ＡでＯＦＦに、高速側の領域
ＢでＯＮに、それぞれ制御される。そして、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４
７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。尚、機関停止時には、電磁切換弁
４９は、ＯＦＦ状態に保たれる。

【００２５】次に、上記のように構成された吸排気弁駆
動制御装置の作用について説明する。なお、高速域で環
状ディスク２９を同心位置とするようにした制御を参考
例として先に説明する。

【００２６】先ず、高速側の領域Ｂでは、上述したよう
に、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
位相差は生じず、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２２，２
９間の回転位相差も生じない。そのため、駆動軸２１，
環状ディスク２９およびカムシャフト２２の３者は、ピ
ン３６，３７を介して等速で同期回転する。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。また、このときには、ピン３６，３７と係合溝
３０，３３との間で実質的に滑りが生じないようにな
る。

【００２７】一方、低速側の領域Ａでは、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の中心Ｘか
ら偏心する。この状態では、スリーブ２８の係合溝３３
とピン３７並びにカムシャフト２２の係合溝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の角速度が変化する不等速回転になる。

【００２８】これにより、図７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。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。

【００２９】このように、低速側の領域Ａ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。

【００３０】逆に、高速側の領域Ｂ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。

【００３１】ここで上記構成では、図７に示すように、
回転位相差が常に０となる点が、カム２６のノーズ部頂
点の位相Ｑからずれている。従って、偏心時のバルブリ
フト特性は、同心時のバルブリフト特性を、その上りと
下りとで不均一にクランク角方向に伸縮させた形状とな
るが、本発明では、この不均一な変形を考慮して、図９
に示すように、最大偏心時にバルブリフト特性が対称と
なるように、カム２６のプロフィールが設定されてい
る。これにより、同図に示すように、バルブリフト特性
の上りと下りとの最大正加速度の大きさが、互いに等し
いものとなる。なお、最大偏心時のバルブリフト特性が
上りと下りとで僅かに異なっていても、それぞれの最大
正加速度が互いに等しければよい。

【００３２】また上記の例では、機関高速域で同心状態
とし、機関低速域で偏心状態としている。これは、高速
型もしくは高出力型の内燃機関に適している。すなわ
ち、高速型の機関では、一般にオイルポンプ容量が通常
仕様の機関よりも大きく設定されており、低速域での潤
滑状態はよい。しかし、通常仕様の機関よりも高速回転
させるためにバルブスプリングのばね力を強く設定して
あり、かつ高回転化に伴って、ピン３６，３７等に加わ
る入力荷重も大きい。従って、低速域は偏心状態とし、
高速域は同心状態とすることで、ピン３６，３７等から
なるカム２６の駆動機構の異常摩耗を防止できる。

【００３３】一方、通常仕様の内燃機関においては、燃
費低減のために、動弁系への給油量等の潤滑油量全体を
必要最小限とし、オイルポンプの仕事をなるべく少なく
するとともに、オイルポンプの容量小型化を図ってい
る。そのため、低速域での潤滑性が厳しく、この状態で
最大偏心状態とすると、カム２６の駆動機構への入力荷
重が低下しても、潤滑が不足しがちとなる。従って、本
発明のように低速域は同心状態とし、高速域は偏心状態
とすることが好ましい。なお、この場合に、偏心に伴う
バルブリフト特性の変化の態様を前述した参考例と異な
らせる必要があることは勿論である。

【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と係合溝との間で滑りが発生する最
大偏心時に、バルブリフト特性がほぼ対称となり、最大
正加速度が上りと下りとで均一となるので、ピンと係合
溝との間の摩耗を抑制できる。

【００３６】また、内燃機関の低速域で環状ディスクと
駆動軸とを同心位置に制御し、高速域で偏心位置に制御
することで、その摩耗を一層抑制できる。

【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】機関運転条件に対する切換制御の領域を示す特
性図。

【図９】回転位相差とバルブリフト特性と加速度との関
係を示す特性図。

【図１０】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図１１】図１０のＤ−Ｄ線断面図。

【図１２】従来の吸排気弁駆動制御装置の回転位相差特
性およびバルブリフト特性を示す特性図。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−248921（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340224（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76711（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−42517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301

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、かつ上記カムシャフトと上記駆動軸との回転位
   相差が常に０となる点が、上記カムのノーズ部頂点の位
   相からずれている内燃機関の吸排気弁駆動制御装置にお
   いて、 上記カムのプロフィールを非対称形状とし、上記環状デ
   ィスクが上記駆動軸に対し最大偏心状態にあるときにバ
   ルブリフト特性が略対称となるように構成するととも
   に、内燃機関の低速域で上記環状ディスクと上記駆動軸
   とを同心位置に制御し、高速域で偏心位置に制御するこ
   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】 上記最大偏心状態にあるときのバルブリ
   フト特性の最大正加速度の大きさが、上り，下りの双方
   で等しくなるようにした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。