JP3386236B2 - 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１０及び図１１に基づいて概略を説明す
れば、図中２はカムシャフト１の外周に相対回転自在に
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１２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１２
ａ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、例えば機関高回転時には、ディスク９の中
心Ｐが図１０に示す位置に保持されて、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。これによって、吸気
弁１６の作動角が、図１２の一点鎖線で示すように大き
く制御されて、開弁時期が早くなると共に、閉弁時期が
遅くなるため、吸気慣性力を利用した吸気充填効率が向
上する。 【０００５】また、機関低回転時には、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。これによって、吸気弁１６の作動角が図
１２の実線で示すように小さく制御されている。したが
って、開弁時期が遅くなり、閉弁時期が早くなって、吸
排気弁のバルブオーバラップが小さくなって燃焼効率が
向上し、低速トルクと燃費の向上が図れる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記従来の
装置にあっては、吸気弁１６の作動角を大小に切り換え
ることにより出力や燃費等の機関性能の向上が図れるも
のの、小作動角制御時バルブリフト量Ｈが図１２に示す
ように大作動角制御時と同様に大きくなっている。この
ため、特に、小作動角制御におけるバルブリフトの立上
り、立下り時の加速度つまり吸気弁１６の作動加速度レ
ベルが過大になる惧れがある。したがって、吸気弁１６
等の動弁系の駆動損失や作動音の増加を招くと共に、カ
ムシャフト１の回転振動が増加する。 【０００８】更に、小作動角制御状態時において、車両
の急加速時などを行って、機関運転状態が急速に高回転
域に移行した場合に、弁の大作動角への切り換え制御応
答性の遅れが生じると、前述のように吸気弁１６の作動
加速度レベルが大きくなっているため、吸気弁１６がジ
ャンピングやバウンズ等の不整運動を起こし、弁作動に
支障を来す惧れがある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、機関によって回転駆動
する駆動軸と、該駆動軸の外周に相対回転自在に設けら
れて、外周面に吸排気弁を開作動させるカムを有するカ
ムシャフトと、前記駆動軸とカムシャフトとの間に介装
されて、駆動軸の軸心に対し略径方向へ揺動自在に設け
られたディスクハウジングと、前記ディスクハウジング
の内周に回転自在に保持され、かつ駆動軸とカムシャフ
トとを連繋しつつディスクハウジングの揺動に伴い中心
が駆動軸の軸心から偏心動するディスクと、前記ディス
クハウジングを機関運転状態に応じて揺動させる駆動機
構と、一端部が揺動自在に枢支されかつ前記カムと吸排
気弁との間に介装された他端部を介してカムリフトを吸
排気弁に伝達するロッカアームと、該ロッカアーム一端
部の枢支点位置を該ロッカアームの長手方向に沿って可
変にするロッカ比可変手段とを備え、該ロッカ比可変手
段は、前記ディスクハウジングの端部に支持されて、前
記ロッカアームの一端部が枢支されるロッカシャフト
と、前記ディスクハウジングを揺動させることにより、
ロッカシャフトを介してロッカアーム一端部の枢支点位
置を可変にする前記駆動機構とから構成したことを特徴
としている。 【００１０】 【作用】請求項１の発明によれば、例えば機関低回転時
には、駆動機構によりディスクハウジングが揺動してデ
ィスクの中心を駆動軸の軸心に対して偏心し、これによ
って、駆動軸とカムシャフトとの回転位相差が発生し
て、カムシャフトの角速度が変化し、例えば吸気弁の作
動角を小さく制御する。 【００１１】同時に、前記駆動機構によるディスクハウ
ジングの揺動に伴いロッカシャフトを介してロッカアー
ムが、大作動角制御の位置から吸気弁の直径方向へ移動
する。このため、吸気弁に対する所謂ロッカ比が小さく
なる。したがって、カムによる吸気弁のバルブリフト量
が大作動角制御時に比較して小さくなる。この結果、吸
気弁の作動加速度レベルが減少する。 【００１２】 【実施例】図１〜図６は本発明に係る吸排気弁駆動制御
装置を４気筒の内燃機関の吸気側に適用した第１実施例
を示し、図２の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、長手方向の所定
位置で各気筒毎に軸直角方向から分割形成されており、
夫々の内部軸方向に駆動軸２１が挿通する挿通孔２２ａ
が形成されていると共に、図外のシリンダヘッド上端部
に有するカムブラケット５２，５３によって回転自在に
支持されている。また、図１にも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夫々一対
のカム２６が一体に設けられている。 【００１４】更に、一方側の分割端部には、第１フラン
ジ部２７が設けられており、この第１フランジ部２７と
対向する分割端部との間に、スリーブ２８と環状ディス
ク２９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、その一端面の
円周方向に環状ディスク２９の一側面に摺接する突起面
２７ａが一体に設けられている。 【００１５】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の他端部には、第１フランジ部２７と
対向する第２フランジ部３２が一体に設けられている。
この第２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、一端面に環状ディス
ク２９の他側面に摺接する突起面３２ａが一体に設けら
れている。 【００１６】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を介してディスクハウジング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が挿通保持
されている。 【００１７】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２９
ｂ，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３
０，３３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，３
７ｂが形成されている。 【００１８】前記各ディスクハウジング３５は、図１〜
図３に示すように略円環状を呈し、外周の上端部に有す
る該ボス部３５ａを貫通した枢支ピン３８を支点として
後述する駆動機構３９を介して図１中上下に揺動自在に
設けられている一方、該ボス部３５ａと９０°の角度位
置にレバー部３５ｂが半径方向に沿って突設されてい
る。更に、ボス部３５ａからレバー部３５ｂと反対側の
約１２０°の角度位置に有する膨出部３５ｃに挿通孔３
５ｄがカムシャフト２２軸方向に沿って貫通形成されて
いる。また、この各挿通孔３５ｄ内には、図３に示すよ
うにロッカ比可変手段を構成するロッカシャフト６０が
回転自在に挿通支持されている。 【００１９】具体的に説明すれば、ロッカ比可変手段
は、前記駆動機構３９とロッカシャフト６０と該ロッカ
シャフト６１に一端部６３が枢支された後述するロッカ
アーム６１とから構成されている。前記ロッカシャフト
６０は、機関の前後方向へ延設されていると共に、ディ
スクハウジング３５の揺動に連動して径方向へ移動可能
になっており、また、各カム２６毎に設けられたロッカ
アーム６１を揺動自在に支持している。このロッカアー
ム６１は、全体が略湾曲状を呈し、一端部６２が支持孔
６２ａを貫通したロッカシャフト６０に回動自在に支持
されていると共に、他端部６３がカム２６とバルブリフ
ター２５との間に介装されている。即ち、該他端部６３
の円弧状の上面６３ａがカム２６の外周面に当接してい
ると共に、他端部６３の突出状下面６３ｂがバルブリフ
ター２５の上面に当接してカム２６のリフト力に従って
バルブリフター２５を押圧するようになっている。ま
た、ロッカアーム６１は、図１に示すようにロッカシャ
フト６０の揺動に伴い長手方向へ移動自在に形成され、
つまり、他端部６２がバルブリフター２５の上面上を直
径方向に沿って所定の距離Ｚを移動可能に形成されてい
る。 【００２０】前記駆動機構３９は、図１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。 【００２１】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。 【００２２】前記油圧回路４４は、一端部がオイルメイ
ンギャラリ５２を介してオイルパン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４
７とオイルメインギャラリ５２との間に設けられたオイ
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４７と
ドレン通路５１を連通するようになっている。 【００２３】以下、本実施例の作用について説明する。 【００２４】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１，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、ディスクハウジング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
に伴いスリーブ２８が回転して、第２フランジ部３２の
係合溝３３とピン３７，環状ディスク２９，ピン３６，
第１フランジ部２７の係合溝３０を介してカムシャフト
２２が駆動軸２１と同期回転する。 【００２４】したがって、カム２６の回転に伴いロッカ
アーム６１がロッカシャフト６０を介して揺動し、他端
部６２でバルブリフター２５をバルブスプリング２４の
ばね力に抗して押圧し、吸気弁２３を開閉作動させる。 【００２５】依って、吸気弁２３はその作動角が図９Ａ
の破線で示すように大きく制御されて、開弁時期が早く
なると共に、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。そし
て、ロッカアーム６１は、斯かる状態では、図１の実線
及び図７にも示すようにバルブリフター２５の直径方向
の図中最大左方向位置に存するため、ロッカ比が大きく
なる。即ち、上面６３ａとカム２６との接触点Ｑ１とロ
ッカシャフト６０の軸心Ｑ２（揺動支点）までの長さＬ
１と、下面６３ｂとバルブリフター２５との接触点Ｑ３
と前記軸心Ｑ２までの長さＬ２の比率（ロッカ比）が十
分に大きくなっており、したがって、ロッカアーム６１
の揺動ストロークが大きくなる。 【００２６】したがって、吸気弁２３のバルブリフト量
Ｈ１も図９Ａに示すように大きく制御され、吸気流量の
増加が図れる。 【００２７】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、ディスクハウ
ジング３５は、図１，図６の一点鎖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、第２フランジ部
３２の係止溝３３とピン３７並びに第２フランジ部２７
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。 【００２８】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との回転位相差及び回転角速度比は、図
９Ｂ，Ｃに示すように変化する。このため、吸気弁２３
は、弁作動角が図９Ａの実線で示すように小さくなり、
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。 【００２９】同時に、ロッカアーム６１は、図８に示す
ようにディスクハウジング３５の揺動に伴いロッカシャ
フト６０を介してバルブリフター２５の直径方向の図中
最大右方向位置に移動するため、前記Ｑ１とＱ２までの
長さＬ３と、Ｑ３とＱ２までの長さＬ４の比率（ロッカ
比）が前記同心制御の場合よりも小さくなり、したがっ
て、ロッカアーム６１の揺動ストロークが小さくなる。 【００３０】このため、吸気弁２３は、図９Ａの実線で
示すように前記小作動角制御中におけるバルブリフト量
Ｈ２が大作動角制御時及び従来の小作動角制御時（一点
鎖線）のバルブリフト量Ｈ１に比較して十分に小さくな
る。この結果、吸気弁２３の開閉作動の加速度レベルの
上昇が十分に抑制されて、動弁系の駆動損失や作動音の
増加を防止できる。また、駆動軸２１やカムシャフト２
２の大きな回転振動の発生を防止できる。 【００３１】しかも、前記バルブリフトを小さく制御す
ることができることにより、前述のような作動角制御を
行わない通常の機関における吸気弁の作動音よりもさら
に低減することが可能になる。 【００３２】更に、前述のように作動加速度レベルの低
下により前述の小作動角制御中に車両の急加速を行って
高回転域に移行した場合でも、吸気弁２３のジャンピン
グ等の不整運動の発生が防止される。 【００３３】 【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、吸排気弁の小作動角制御時において、該吸排気
弁の過大な作動加速度を抑制することができるため、動
弁系の駆動損失や作動音の増加を防止できると共に、カ
ムシャフト等の大きな回転振動の発生を防止できる。 【００３４】また、吸排気弁の作動加速度レベルの低下
により、小作動角制御中に例えば高回転域に急激に移行
した場合にも、吸排気弁のジャンピングやバランス等の
不整運動の発生が防止され、常時円滑かつ確実な作動が
得られる。 【００３５】さらに、バルブリフト量を減ずることによ
り、カムシャフト駆動トルクを低減でき、燃費の改善を
図ることができる。 【００３６】特に、ロッカ比可変手段を作動角変換制御
用のディスクハウジングや駆動機構を用いているため、
部品点数の増加が抑制されて構造が簡素化される。

【図面の簡単な説明】 【図１】図２のＡ−Ａ線断面図。 【図２】本発明の第１実施例の要部を示す一部破断図。 【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】本実施例の作用を示す説明図。 【図８】本実施例の作用を示す説明図。 【図９】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 ２３…吸気弁 ２６…カム ２９…環状ディスク ３５…ディスクハウジング ３５ｄ…挿通孔 ３９…駆動機構 ６０…ロッカシャフト ６１…ロッカアーム ６２…一端部 ６３…他端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−241916（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−17108（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−198306（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−20654（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/18

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 機関によって回転駆動する駆動軸と、 該駆動軸の外周に相対回転自在に設けられて、外周面に
   吸排気弁を開作動させるカムを有するカムシャフトと、 前記駆動軸とカムシャフトとの間に介装されて、駆動軸
   の軸心に対し略径方向へ揺動自在に設けられたディスク
   ハウジングと、 前記ディスクハウジングの内周に回転自在に保持され、
   かつ駆動軸とカムシャフトとを連繋しつつディスクハウ
   ジングの揺動に伴い中心が駆動軸の軸心から偏心動する
   ディスクと前記ディスクハウジングを機関運転状態に応
   じて揺動させる駆動機構と、 一端部が揺動自在に枢支されかつ前記カムと吸排気弁と
   の間に介装された他端部を介してカムリフトを吸排気弁
   に伝達するロッカアームと、 該ロッカアーム一端部の枢支点位置を該ロッカアームの
   長手方向に沿って可変にするロッカ比可変手段とを備
   え、該ロッカ比可変手段は、前記ディスクハウジングの端部
   に支持されて、前記ロッカアームの一端部が枢支される
   ロッカシャフトと、前記ディスクハウジングを揺動させ
   ることにより、ロッカシャフトを介してロッカアーム一
   端部の枢支点位置を可変にする前記駆動機構とから構成
   した ことを特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動制御装
   置。