JP3514941B2 - 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、駆動軸外周に配
置した円筒状カムシャフトを駆動軸に対し不等速回転さ
せることで、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
装置に関し、特に、各気筒毎に設けられる環状ディスク
を制御ハウジングでもって回転可能に保持し、かつ該制
御ハウジングを軸直角方向に偏心させるようにした内燃
機関の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号公報や特開平６−１８５３２１号公報に記載さ
れているように、不等速軸継手の原理を応用したものが
知られている。これは、機関の回転に同期して回転する
駆動軸の外周に、各気筒毎に分割した円筒状のカムシャ
フトを設け、かつ該カムシャフトの端部のフランジ部と
駆動軸側のフランジ部とにそれぞれ半径方向に沿った係
合溝を形成するとともに、両フランジ部間に介在する環
状ディスクに各係合溝に係合する一対のピンを設けた構
成であって、上記環状ディスクを制御ハウジングでもっ
て回転自在に保持するとともに、該制御ハウジングを介
して環状ディスクをカムシャフトに対し偏心させること
ができるようにしてあり、その偏心量を制御することに
より、バルブリフト特性が変化するようになっている。 【０００３】また、上記特開平６−１８５３２１号公報
には、制御ハウジングを軸直角方向に移動させるため
に、偏心カムを用いた構成が開示されている。すなわ
ち、制御ハウジングが支軸により揺動可能に支持されて
いるとともに、該制御ハウジングに円形のカム嵌合孔が
開口形成されており、制御シャフトに形成された偏心カ
ムがこのカム嵌合孔に回転可能に嵌合している。そし
て、制御シャフトの回転位置をアクチュエータにより制
御することによって、制御ハウジングを移動させる構成
となっている。 【０００４】ここで、上記制御ハウジングは、環状ディ
スクが回転自在に嵌合する円形の開口部を有するリング
状の構成となっており、例えば、その上部に上記支軸お
よび制御シャフトが配置されている。また、この制御ハ
ウジングは、軸方向に、環状ディスクと略等しい厚さ寸
法に設定されている。 【０００５】 【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おいては、リング状をなす制御ハ
ウジングの径方向の僅かな変形によって、環状ディスク
との間の摩擦力が増大する。特に、潤滑油の供給が不十
分となりやすい機関始動時においては、環状ディスクと
制御ハウジングとの間の静止摩擦係数が大きいものとな
るので、フリクションが非常に大きくなり、始動が困難
になる、という問題がある。 【０００６】この発明は、環状ディスクから荷重が作用
する方向について制御ハウジングの剛性を高めることに
より、環状ディスクと制御ハウジングとの間のクリアラ
ンスを適正に保持し、上述した摩擦力の増大を回避する
ことを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
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設けられ、かつ円筒形のリフタを
介して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一端部に設けら
れ、かつ半径方向に沿った係合溝を有する第１フランジ
部と、上記第１フランジ部にそれぞれ対向するように上
記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿った係合溝を
有する第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、この環状ディスクと両フランジ
部との間で互いの偏心を許容しつつ回転運動を伝達する
ように、上記環状ディスクから突出し、かつそれぞれ各
係合溝に係合する一対のピンと、上記環状ディスクの外
周面が回転自在に嵌合するとともに、固定シャフトによ
って軸直角方向に移動可能に支持された制御ハウジング
と、上記制御ハウジングを軸直角方向に沿って移動させ
る制御機構と、を備えてなる内燃機関の吸排気弁駆動制
御装置において、上記カムシャフトが吸排気弁のリフト
上り期間にあり、かつ上記リフタの中心からカム当接点
までの距離が最大であるときに、上記第１フランジ部の
係合溝は、上記固定シャフトと上記カムシャフト中心と
を結ぶ線を、上記カムシャフトを中心として駆動軸回転
方向に９０°回転させた位置にあることを特徴としてい
る。 【０００８】なお、カムが当接する円形のリフタ頂面に
おいて、該リフタの中心からカム当接点までの距離を、
カムトラベルという。 【０００９】これらの構成においては、駆動軸の回転が
第２フランジ部から環状ディスクへ伝達され、かつ該環
状ディスクからカムシャフトへと伝達されるのである
が、第２フランジ部から環状ディスクへ加わる力および
カムシャフト側から環状ディスクへ加わる反力によっ
て、環状ディスクは、制御ハウジング内で半径方向の一
方へ付勢される。この環状ディスクからの荷重が大とな
るのは、カムシャフトが吸排気弁のリフト上り期間にあ
るときであり、かつカムトラベルが最大であるときに最
も大きくなる。そして、この荷重の方向は、２つのピン
を結ぶ線に略直交する方向、詳しくは、上記第１フラン
ジ部と環状ディスクとのピンおよび係合溝の係合点を基
準点とし、カムシャフト中心を中心として上記基準点を
駆動軸回転方向に２７０°回転させた方向となる。従っ
て、この方向について制御ハウジングの剛性を部分的に
高めれば、荷重による制御ハウジングの変形が抑制さ
れ、環状ディスクとの間で常に適正なオイルクリアラン
スを維持できるため、摩擦力増大を回避できる。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】ここで本発明においては、制御ハウジング
が固定シャフトによって支持されているが、上述したよ
うに環状ディスクから制御ハウジングに荷重が作用する
方向に、この固定シャフトが配置されている。従って、
環状ディスクから制御ハウジングに作用した荷重が、そ
の荷重作用面の背部に位置する固定シャフトによって支
承されることになり、制御ハウジングの変形が抑制され
る。特に、上記の荷重は、カムトラベルが最大であると
きに最も大きくなるので、このときの荷重方向を考慮し
て固定シャフトを配置すれば、最も効果的である。 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【発明の効果】本発明に係る内燃機関の吸排気弁駆動制
御装置によれば、環状ディスクから半径方向に加えられ
る荷重による制御ハウジングの変形が抑制され、両者間
で適正なオイルクリアランスが保持される。そのため、
変形に伴う環状ディスクと制御ハウジングとの間の摩擦
力増大を回避でき、機関の始動性が向上する。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、この発明に係る吸排気弁駆
動制御装置の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明
する。 【００１８】図１は、この発明に係る吸排気弁駆動制御
装置の要部を示す分解斜視図、図２および図３は、それ
ぞれ図１の矢印Ａ方向およびＢ方向から見た要部の断面
図である。 【００１９】図１に示すように、シリンダヘッドの上部
に、全気筒に亙って連続した駆動軸１が配設されてい
る。この駆動軸１は、内部に潤滑油通路（図示せず）が
形成された中空状のものであって、一端にスプロケット
３が取り付けられ、タイミングチェーン４を介して図示
せぬクランクシャフトに連動している。そして、この駆
動軸１の外周には、各気筒毎に分割された円筒状のカム
シャフト１１が相対回転可能に嵌合しており、各カムシ
ャフト１１の端部に、第１フランジ部１２が設けられて
いる。各カムシャフト１１は、図示せぬ吸気弁もしくは
排気弁を円筒形のリフタ５（図２参照）を介して駆動す
る一対のカム１１ａを有し、かつその一対のカム１１ａ
の中間のジャーナル部１１ｂが、図示せぬシリンダヘッ
ドにカムブラケットを介して回転自在に支持されてい
る。なお、このシリンダヘッドの軸受部を介して、シリ
ンダヘッド内部のオイルギャラリから駆動軸１内部の潤
滑油通路に潤滑油が導入されるようになっている。 【００２０】また、駆動軸１には、短いスリーブ１５が
固定されており、各スリーブ１５の端部に、それぞれ上
記第１フランジ部１２と対向するように、第２フランジ
部１６が形成されている。両フランジ部１２，１６の間
には、図２，図３に示すように、円環状をなす環状ディ
スク１７が介装されている。この環状ディスク１７は、
両端面が平坦な板状をなしており、かつ制御ハウジング
１８の円形の開口部１８ａ内に回転自在に嵌合保持され
ている。具体的には、制御ハウジング１８の開口部１８
ａ内周面は単純な円筒面をなし、ここに、環状ディスク
１７の外周面が回転自在に嵌合している。 【００２１】上記第１フランジ部１２および第２フラン
ジ部１６には、それぞれ半径方向に沿った第１，第２係
合溝１９，２０が形成されている。両係合溝１９，２０
は、互いに１８０゜異なる位置に配置されている。そし
て、環状ディスク１７には、互いに１８０゜異なる位置
にそれぞれ保持孔が貫通形成されているとともに、それ
ぞれに、第１ピン２３，第２ピン２４が回転可能に嵌合
している。これらのピン２３，２４は、互いに逆向きに
突出しており、第１ピン２３の先端部が第１フランジ部
１２の第１係合溝１９に摺動可能に係合しているととも
に、第２ピン２４の先端部が第２フランジ部１６の第２
係合溝２０に摺動可能に係合している。なお、係合溝１
９，２０に摺接する各ピン２３，２４の先端部の側面
は、平行な一対の平面に加工されている。 【００２２】上記のような偏心型の可変動弁機構自体
は、例えば前述した特開平６−１８５３２１号公報等に
おいて公知の構成であるので、その詳細な説明は省略す
るが、環状ディスク１７が駆動軸１の中心に対し同心位
置にあれば、各カムシャフト１１は駆動軸１に対し等速
回転し、カム１１ａのプロフィールに沿ったバルブリフ
ト特性が得られる。また環状ディスク１７が駆動軸１の
中心に対し偏心すると、一種の不等速軸継手となり、各
カムシャフト１１が駆動軸１に対し不等速回転する。こ
れにより、その偏心量に応じて、バルブリフト特性およ
びバルブ作動角が変化する。 【００２３】上記環状ディスク１７を回転自在に保持す
る制御ハウジング１８は、駆動軸１と直交する面に沿っ
た板状をなしており、駆動軸１に平行に配置された固定
シャフト２５および制御シャフト２６によって軸直角方
向に沿って移動可能なように支持されている。すなわ
ち、図２，図３に示すように、制御ハウジング１８に
は、環状ディスク１７を保持する開口部１８ａととも
に、それぞれ円形をなすカム嵌合孔２７およびブッシュ
嵌合孔２８が開口形成されており、カム嵌合孔２７に制
御シャフト２６が、ブッシュ嵌合孔２８に固定シャフト
２５がそれぞれ挿通されている。上記制御シャフト２６
には、円形の偏心カム２９が各気筒毎に固設されてお
り、この偏心カム２９の外周面が上記カム嵌合孔２７に
摺動可能に嵌合している。また、固定シャフト２５とブ
ッシュ嵌合孔２８との間には、偏心ブッシュ３０が介装
されている。この偏心ブッシュ３０は、互いに真円形を
なす外周面と内周面とが偏心しているものであって、そ
の内周面が固定シャフト２５に回転可能に嵌合し、かつ
外周面が上記ブッシュ嵌合孔２８に回転可能に嵌合して
いる。従って、偏心カム２９を備えた制御シャフト２６
が回転すると、制御ハウジング１８が図の上下に揺動
し、環状ディスク１７の中心が駆動軸１およびカムシャ
フト１１の中心から偏心するようになっている。なお、
図２および図３の構成例では、カム嵌合孔２７の中心を
通る分割面に沿って制御ハウジング１８が分割構成さ
れ、かつ一対のボルト３１によって一体化されている。 【００２４】上記制御シャフト２６は、図１に示すよう
に、駆動軸１と平行に配設され、かつ全気筒に亙って連
続しており、その一端が図示せぬ油圧式アクチュエータ
に連結されているとともに、他端に、該制御シャフト２
６の回転位置を検出する図示せぬポジションセンサが設
けられている。そして、上記制御シャフト２６は、図示
せぬ軸受部を介してシリンダヘッドに回転可能に支持さ
れている。また固定シャフト２５は、やはり駆動軸１と
平行に配設されており、図示せぬ部分においてシリンダ
ヘッドに固定されている。 【００２５】ここで、参考例として説明する図示例で
は、上記制御ハウジング１８は、上記円形開口部１８ａ
の外周部分の一部が、半径方向もしくは軸方向に厚肉と
なっており、その剛性が部分的に高められている。図４
は、その剛性を高めた部分の位置を模式的に説明するた
めの説明図であって、上述したカムシャフト１１は、図
示の状態では、吸排気弁のリフト上り期間にあり、かつ
カムトラベルＬが最大となっている。この状態におい
て、第１フランジ部１２と環状ディスク１７とを連結す
る第１係合溝１９および第１ピン２３の位置を基準点Ｓ
とし、この基準点Ｓとカムシャフト１１の中心Ｏ１とを
通る線Ｍ１を、上記カムシャフト中心Ｏ１を中心とし
て、駆動軸１の回転方向（矢印ω方向）に２７０°回転
させたときの位置をＭ２とする。そして、このＭ２を中
心として、略６０°の角度範囲つまり斜線を施して示す
領域３２において、制御ハウジング１８が部分的に厚肉
となっており、その剛性が高められている。 【００２６】図６は、機関低速時におけるバルブリフト
特性とカム駆動トルクとの関係を示している。また図７
は、機関高速域におけるバルブ加速度とカム駆動トルク
との関係を示している。これらの図に示すように、上り
カムトラベル最大時において、カム駆動トルクが最大と
なる。上記構成では、このように駆動トルクが最大とな
るときに、環状ディスク１７は、その駆動トルクの反力
でもって上述したＭ２に沿って矢印Ｐ１の方向に荷重を
受けるので、この荷重が作用する方向に対し上記のよう
に制御ハウジング１８の剛性を高めておくことにより、
該制御ハウジング１８の変形が効果的に防止され、環状
ディスク１７との間で適正なオイルクリアランスを保持
できる。 【００２７】次に図５は、この発明の一実施例を示して
いる。なお、この図も図４と同様に、各部のレイアウト
を模式的に示した説明図である。 【００２８】この実施例においては、上述した荷重の方
向に、制御ハウジング１８を支持する上記の固定シャフ
ト２５が配置されている。すなわち、カムシャフト１１
は、図示の状態では、吸排気弁のリフト上り期間にあ
り、かつカムトラベルＬが最大となっている。この状態
において、固定シャフト２５の中心Ｏ２とカムシャフト
１１の中心Ｏ１を通る線Ｍ３を、上記カムシャフト中心
Ｏ１を中心として、駆動軸１の回転方向（矢印ω方向）
に９０°回転させたときの位置に、第１係合溝１９およ
び第１ピン２３が位置している。さらに、上記固定シャ
フト２５は、その軸径が、制御シャフト２６の軸径より
も大径に設定され、つまり剛性が高く与えられている。 【００２９】従って、駆動トルクの反力でもって環状デ
ィスク１７が矢印Ｐ２の方向に最大の荷重を受けたとき
に、この荷重が開口部１８ａ背部の固定シャフト２５に
よって荷重作用線に沿った位置で直接的に支承されるこ
とになり、開口部１８ａの変形つまり真円度の低下が防
止される。特に、固定シャフト２５の径を大径化するこ
とにより、一層堅固に制御ハウジング１８を支持でき、
開口部１８ａにおけるオイルクリアランスの変化が少な
くなる。なお、このように固定シャフト２５を配置すれ
ば、ブッシュ嵌合孔２８を形成すべく制御ハウジング１
８の径方向の寸法を部分的に大きくする必要があるの
で、制御ハウジング１８自体もこの方向について剛性が
高いものとなる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す要部の分解斜視図。 【図２】その組立状態における要部の断面図であって、
図１の矢印Ａ方向から見た断面図。 【図３】同じく図１の矢印Ｂ方向から見た断面図。 【図４】参考例として、制御ハウジングの部分的な厚肉
部の位置を説明するための説明図。 【図５】一実施例における固定シャフトとの位置関係を
説明する説明図。 【図６】機関低速時におけるバルブリフトとカム駆動ト
ルクの変化を示す特性図。 【図７】機関高速時におけるバルブ加速度とカム駆動ト
ルクの変化を示す特性図。 【符号の説明】 １…駆動軸 １１…カムシャフト １２…第１フランジ部 １６…第２フランジ部 １７…環状ディスク １８…制御ハウジング １８ａ…開口部 ２５…固定シャフト ２６…制御シャフト ２７…カム嵌合孔 ２８…ブッシュ嵌合孔 ２９…偏心カム ３０…偏心ブッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−10630（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−41921（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−25836（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【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設けられ、かつ円筒
   形のリフタを介して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一端部に設けられ、かつ半径方向に
   沿った係合溝を有する第１フランジ部と、 上記第１フランジ部にそれぞれ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た係合溝を有する
   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、 この環状ディスクと両フランジ部との間で互いの偏心を
   許容しつつ回転運動を伝達するように、上記環状ディス
   クから突出し、かつそれぞれ各係合溝に係合する一対の
   ピンと、 上記環状ディスクの外周面が回転自在に嵌合するととも
   に、固定シャフトによって軸直角方向に移動可能に支持
   された制御ハウジングと、 上記制御ハウジングを軸直角方向に沿って移動させる制
   御機構と、 を備えてなる内燃機関の吸排気弁駆動制御装置におい
   て、 上記カムシャフトが吸排気弁のリフト上り期間にあり、
   かつ上記リフタの中心からカム当接点までの距離が最大
   であるときに、上記第１フランジ部の係合溝は、上記固
   定シャフトと上記カムシャフト中心とを結ぶ線を、上記
   カムシャフトを中心として駆動軸回転方向に９０°回転
   させた位置にあることを特徴とする内燃機関の吸排気弁
   駆動制御装置。