JP3907265B2

JP3907265B2 - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置

Info

Publication number: JP3907265B2
Application number: JP10552497A
Authority: JP
Inventors: 信一竹村; 信中村; 章日高
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JPH10299437A; US5913292A

Description

【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の中心を、偏心カムを備えた制御シャフトでもって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５７−１９８３０６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り、制御ハウジングを移動させる構成となっている。
【０００４】
【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、制御ハウジングの軸方向の移動を規制し、その位置を正しく保持することが重要な課題となる。特に、環状ディスクには、カムシャフトが受けるバルブスプリング反力によって、該環状ディスクを傾けようとする力が作用するので、両フランジ部の間に挟持されている環状ディスクによって制御ハウジングを軸方向に位置決めしようとすると、この環状ディスクの倒れ変形に伴って制御ハウジングも傾いてしまい、偏心カムによる偏心動作が円滑に行えなくなる虞がある。
【０００５】
この発明は、環状ディスクを偏心させることによりバルブリフト特性を変化させるようにした内燃機関の吸排気弁駆動制御装置において、環状ディスクを保持する制御ハウジングを軸方向に位置決めするとともに、その傾きを防止することを目的とする。
【０００６】
【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、この駆動軸の外周に相対回転可能に設けられ、かつ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た第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た第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ための半径方向に沿った一対の係合溝および該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、円形のカム嵌合孔が開口形成され、かつ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のカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心カムを有し、その回転によって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シャフトと、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、
上記制御ハウジングの軸方向の移動を上記制御シャフトによって規制したことを特徴としている。
【０００７】
また、上記制御シャフトに、上記制御ハウジングを両側から挟む一対の鍔部が設けられており、これによって制御ハウジングが軸方向に位置決めされる。
【０００８】
この構成においては、制御シャフトが偏心カムとともに回転すると、そのカム作用によって制御ハウジングがカムシャフトの軸直角方向に沿って移動する。これにより、環状ディスクが駆動軸の中心に対し偏心動作し、バルブリフト特性が変化する。ここで、制御ハウジングは、そのカム嵌合孔を貫通した制御シャフトによって軸方向の移動が規制されるため、環状ディスクが倒れ変形するように力を受けても、制御ハウジングの傾きは確実に防止される。
【０００９】
また請求項１に係る発明では、上記制御ハウジングの環状ディスクから離れた部分が、部分的に軸方向に厚肉となっており、この厚肉部が上記鍔部に挟まれている。そして、制御ハウジングの残りの部分は、軸方向に薄く構成されている。
【００１０】
環状ディスクが倒れ変形すると、制御ハウジングは、該環状ディスクを中心として傾こうとするので、ここから離れた位置で軸方向に規制することにより、制御ハウジングの倒れを効果的に抑制できる。
【００１１】
そして、上記環状ディスク内周に駆動軸内部の潤滑油通路から潤滑油が供給される場合には、環状ディスクから遠心力でもって外周側へ飛散した潤滑油が、制御ハウジングの薄肉部分の表面に沿って流れてカム嵌合孔に達し、偏心カムとの間を確実に潤滑する。
【００１２】
更に、上記厚肉部の軸方向の厚さが、上記第１フランジ部の外側面から上記第２フランジ部の外側面までの距離以上となっている。つまり、環状ディスク内周から流れて係合溝とピンとの間の潤滑等に用いられた潤滑油は、遠心力により両フランジ部から外周側に飛散するが、この構成では、このように両フランジ部から放射状に進む潤滑油も捕捉され、カム嵌合孔へ案内される。
【００１３】
また請求項２に係る発明では、上記制御ハウジング内部に、上記カム嵌合孔に潤滑油を導入する油孔が形成されているとともに、該カム嵌合孔の周縁部が全周に亘って均一な軸方向の厚さを有している。この構成では、上記油孔を通して供給される潤滑油によってカム嵌合孔と偏心カムとの間が強制潤滑される。そのため、環状ディスクの外側に沿って流れる潤滑油を捕捉する必要はない。また、カム嵌合孔の両端が鍔部で閉塞された形となり、潤滑油の流出が抑制される。
【００１４】
さらに請求項３に係る発明では、上記制御ハウジングは、上記カム嵌合孔の中心を含む分割面に沿って２分割され、かつボルトにより一体に結合されている。
この構成においては、制御ハウジングを２分割した状態で制御シャフトがカム嵌合孔に組み立てられる。
【００１５】
この構成においては、制御ハウジングを２分割した状態で制御シャフトがカム嵌合孔に組み立てられる。
【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、環状ディスクとともに傾こうとする制御ハウジングを、制御シャフトでもって軸方向に位置規制するので、その傾きを効果的に抑制でき、偏心カムとカム嵌合孔との片当たりによる動作不良や偏摩耗を防止できる。
【００１７】
また請求項１の発明によれば、環状ディスク内周に供給された潤滑油がカム嵌合孔に円滑に案内されるため、偏心カムとの間を確実に潤滑することができる。
【００１８】
また請求項２の構成によれば、カム嵌合孔の周縁部の軸方向の厚さを全周に亘って均一なものにできるので、請求項３のように２分割構成とする場合に、その組立が容易となる。そして、カム嵌合孔両端からの潤滑油の流出が阻止され、偏心カムとの間が確実に潤滑される。
【００１９】
【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。
【００２０】
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断面図、図２は、同じく要部の側面図である。
【００２１】
図１，図２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２が形成された中空状のものであって、一端に図示せぬスプロケットが取り付けられ、タイミングチェーンを介して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、例えば吸気弁を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、シリンダヘッド側の隔壁状をなすカムブラケット取付部８に凹設した半円形軸受面とカムブラケット１３との間で回転自在に支持されている。上記カムブラケット取付部８には、シリンダヘッド内部のオイルギャラリに連通する潤滑油供給通路４が開口しており、カムシャフト１１のジャーナル部１１ｂに形成した油孔５および駆動軸１に形成した油孔６を介して、上記潤滑油供給通路４から駆動軸１内部の潤滑油通路２に潤滑油が導入されるようになっている。
【００２２】
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、円環状をなす環状ディスク１７が介装されており、この環状ディスク１７は、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１８ａ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。なお、上記カムシャフト１１は、その第１フランジ部１２が第２フランジ部１６に近づく方向に図示せぬスプリング等によって常時付勢されており、これによって、環状ディスク１７は、両フランジ部１２，１６に常に密接した状態を保持している。
【００２３】
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の係合溝２０に摺動可能に係合している。なお、係合溝１９，２０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。
【００２４】
また上記係合溝１９，２０とピン２３，２４との摺動部を潤滑するために、上記駆動軸１に、各気筒毎に直径方向に沿って一対の油孔９が貫通形成されており、駆動軸１内部の潤滑油通路２から環状ディスク１７内周に潤滑油が導かれるようになっている。
【００２５】
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。
【００２６】
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３に示すように、制御ハウジング１８の開口部１８ａの上部に、円形をなすカム嵌合孔２７が、開口部１８ａの側部に同じく円形をなすブッシュ嵌合孔２８が、それぞれ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。そして、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３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。
【００２７】
上記制御シャフト２６は、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２６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、カムブラケット１３の上部に設けた半円形軸受部と該軸受部に対向して取り付けられたブラケットキャップ２１とによって回転可能に支持されている。上記ブラケットキャップ２１は、該ブラケットキャップ２１とカムブラケット１３の双方を貫通した一対のボルト１４によってシリンダヘッドに固定されている。つまり、カムブラケット１３は、このボルト１４を利用して共締めされている。そして、上記カムブラケット１３には、図１に示すように、駆動軸１の油孔６に合致し得る位置に、油孔７が貫通形成されており、駆動軸１内部の潤滑油通路２から上記制御シャフト２６の軸受面に潤滑油を導いている。
【００２８】
また固定シャフト２５は、やはり全気筒に亙って一本に連続しており、ここに複数個の偏心ブッシュ３０が回転自在に嵌合している。この固定シャフト２５は、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。
【００２９】
ここで、上記制御シャフト２６には、制御ハウジング１８を軸方向に位置規制するために、該制御ハウジング１８を両側から挟む各一対の鍔部３２が、偏心カム２９に隣接して形成されている。この鍔部３２は、制御シャフト２６の全周に亘って環状に形成されている。
【００３０】
また、上記制御ハウジング１８は、図２，図３に示すように、上記カム嵌合孔２７の中心を含む分割面に沿って２分割されている。つまり、制御ハウジング１８の上部の一部が、キャップ部１８Ａとして分割形成されており、かつ一対のボルト３１によって本体部１８Ｂに一体に結合されている。そして、図２に示すように、このキャップ部１８Ａおよび上記分割面に沿う本体部１８Ｂの上端部分は、下方の開口部１８ａ周縁部分に比べて、軸方向に厚肉に形成されている。換言すれば、カム嵌合孔２７の開口縁の中で、環状ディスク１７から離れた上縁部分のみが厚肉となって上記両鍔部３２に接しており、環状ディスク１７に近い下縁部分は、相対的に薄肉となっているため、鍔部３２との間に間隙３３（図２参照）が生じている。
【００３１】
上記参考例の構成においては、上述したように、環状ディスク１７は制御ハウジング１８に対し単に嵌合しているに過ぎず、両者間では、特に軸方向の位置決めはなされていない。環状ディスク１７は、両フランジ部１２，１６の間に挟持され、その位置が規制される。そして、制御ハウジング１８は、制御シャフト２６に形成された鍔部３２によって、その軸方向の位置が規制されている。従って、環状ディスク１７が、カムシャフト１１に加わるバルブスプリング反力によって倒れるように変形したとしても、制御ハウジング１８は上記制御シャフト２６によって独立して軸方向に支持され、しかも、その支持点が環状ディスク１７の中心から離れているので、該制御ハウジング１８は傾くことがない。そのため、偏心カム２９とカム嵌合孔２７内周面との片当たりが防止され、制御シャフト２６の回転に伴う制御ハウジング１８の円滑な移動を常に確保できるとともに、その偏摩耗が防止される。
【００３２】
また、駆動軸１の油孔９を通して環状ディスク１７内周に供給された潤滑油は、遠心力によって外周側へ流れるので、それぞれのピン２３，２４と係合溝１９，２０との間を潤滑した後に、さらに半径方向外周側へ飛散するが、カム嵌合孔２７側へ向かった潤滑油は、カム嵌合孔２７の下縁部分が上述したように軸方向に薄くなっていることから、上記の間隙３３を通してカム嵌合孔２７に確実に案内される。これによって、偏心カム２９とカム嵌合孔２７との間が良好に潤滑される。従って、制御ハウジング１８の倒れ変形の防止と相俟って、フリクションロスの低減ならびにバルブリフト特性の制御応答性の向上が図れる。
【００３３】
次に、図４は、この発明の第１の実施例を示している。この実施例は、制御ハウジング１８の厚肉部分、つまり上部のキャップ部１８Ａおよび分割面に沿う本体部１８Ｂの上端部分の軸方向の厚さＬ１が、前述の参考例に比較して大きく設定されている。具体的には、第１フランジ部１２の外側面から第２フランジ部１６の外側面までの距離Ｌ２よりも僅かに大きく設定されており、両フランジ部１２，１６および環状ディスク１７の上方を覆っている。これに伴って、一対の鍔部３２の間隔も大きくなっており、かつ偏心カム２９も軸方向に長く形成されている。なお、上記鍔部３２は、前述の実施例と同じく、制御ハウジング１８の厚肉部に接している。
【００３４】
この実施例においては、偏心カム２９との嵌合面の長さが長く、かつ一対の鍔部３２の間隔が大きいことから、制御ハウジング１８の倒れ変形が一層効果的に抑制される。また、図示するように、第１，第２フランジ部１２，１６の外側面に沿って外周側に飛散した潤滑油滴３４も鍔部３２内の間隙３３を通してカム嵌合孔２７に捕捉され、一層確実に潤滑を行うことができる。
【００３５】
次に、図５は、この発明の第２の実施例を示している。この実施例おいては、制御ハウジング１８内部に、その開口部１８ａ内周面からカム嵌合孔２７内周面に至る油孔１０が形成されている。そして、制御ハウジング１８の上部のキャップ部１８Ａが開口部１８ａ周縁部よりも軸方向に厚肉になっているとともに、このキャップ部１８Ａに接合される本体部１８Ｂの上部が、カム嵌合孔２７に沿って同様に厚肉となっている。つまり、カム嵌合孔２７の周縁部が全周に亘って均一な軸方向の厚さを有している。そのため、鍔部３２は、カム嵌合孔２７の全周に亘って制御ハウジング１８に接している。
【００３６】
この実施例においては、制御ハウジング１８の軸方向位置を規制する一対の鍔部３２がカム嵌合孔２７の開口縁に全周に亘って接しているので、制御ハウジング１８の倒れ変形が効果的に抑制される。また制御ハウジング１８と制御シャフト２６とを組み立てる際に、制御ハウジング１８の本体部１８Ｂ側のカム嵌合孔２７の長さが鍔部３２の間隔に等しいものとなるので、制御シャフト２６を正しい位置に容易にセットでき、その組立作業が容易となる。
【００３７】
そして、環状ディスク１７の内周に供給された潤滑油の一部が上記油孔１０を通してカム嵌合孔２７に導入され、これによって偏心カム２９との間が潤滑される。ここで、カム嵌合孔２７の嵌合隙間の両端は、鍔部３２によって閉塞された形となるので、油孔１０を通して導入された潤滑油の流出が抑制され、確実に潤滑がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示す要部の断面図。
【図２】同じく要部の側面図。
【図３】制御ハウジングのみを示す正面図。
【図４】この発明の第１の実施例を示す図２と同様の側面図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す図１と同様の断面図。
【符号の説明】
１…駆動軸
２…潤滑油通路
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…キャップ部
２６…制御シャフト
２７…カム嵌合孔
２９…偏心カム
３２…鍔部

Claims

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た第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た第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ための半径方向に沿った一対の係合溝および該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、円形のカム嵌合孔が開口形成され、かつ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のカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心カムを有し、その回転によって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シャフトと、
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、
上記制御ハウジングの軸方向の移動を上記制御シャフトによって規制するように、上記制御シャフトに、上記制御ハウジングを両側から挟む一対の鍔部が設けられ、
上記制御ハウジングの環状ディスクから離れた部分が、部分的に軸方向に厚肉となっており、この厚肉部が上記鍔部に挟まれているとともに、制御ハウジングの残りの部分は、軸方向に薄く構成され、
上記環状ディスク内周に駆動軸内部の潤滑油通路から潤滑油が供給され、
かつ、上記厚肉部の軸方向の厚さが、上記第１フランジ部の外側面から上記第２フランジ部の外側面までの距離以上で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。
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た第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た第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ための半径方向に沿った一対の係合溝および該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、円形のカム嵌合孔が開口形成され、かつ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のカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心カムを有し、その回転によって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シャフトと、
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、
上記制御ハウジングの軸方向の移動を上記制御シャフトによって規制するように、上記制御シャフトに、上記制御ハウジングを両側から挟む一対の鍔部が設けられ、
かつ、上記制御ハウジング内部に、上記カム嵌合孔に潤滑油を導入する油孔が形成されているとともに、該カム嵌合孔の周縁部が全周に亘って均一な軸方向の厚さを有していることを特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。
上記制御ハウジングは、上記カム嵌合孔の中心を含む分割面に沿って２分割され、かつボルトにより一体に結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。