JPH02221612A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の吸排気弁のバルブタイミングを運転
条件に応じて変化させる可変動弁装置の改良に関する。

（従来の技術） 一般に内燃機関の吸排気弁のバルブタイミングを運転条
件に応じて変化させられるようにして、たとえば低速域
と高速域とでそれぞれ吸排気効率等を改善する装置が、
特開昭５５−９６３１０号公報等によって提案されてい
る。

バルブタイミングを変化させるために、カムプロフィル
がカムシャフトの軸方向に変化する立体カムを作り、こ
れを運転条件に応じて軸方向に移動させることにより、
たとえば低速域では開弁期間やリフトを小さく、高速域
では開弁期間やリフトを大きくして、低速域での燃費や
排気組成、高速域での吸排気効率等を改善するのである
。

（発明が解決しようとする課題） ところが通常の動弁装置によれば、吸排気弁の開弁はカ
ムによって行うが、閉弁はバルブスプリングの付勢力を
利用しているため、立体カムを軸方向に移動するときに
大きな駆動力が必要となっていた。とくにバルブリフト
中はバルブスプリングによって大きな摩擦力がかかるた
め、立体カムを移動させるのに、この摩擦力に打ち勝つ
だけのアクチュエータが必要で、しかも応答よく切換を
行うにはさらに大きな駆動力が必要となる。

多気筒内燃機関の場合は、総ての気筒が共通して、カム
と吸排気弁との摩擦力が最も小さくなる、カムベースサ
ークルにある期間は極めて少ないので、立体カムの切換
をタイミングよく行うのも非常に難しかった。

また、カム表面が軸方向に傾斜していることから、吸排
気弁のロッカアーム等のカム接触部分（カムフォロア）
が点接触となるか、またはカム表面に追従しうるピボッ
ト式のチップを介在させる必要となり、前者は高い面圧
による摩耗、後者は構造や組立の複雑化等の対策が要求
される。

本発明はバルブタイミングを変化させるにあたり、カム
軸方向への移動がスムーズに行える内燃機関の可変動弁
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、機関回転に同期して回転するカムシャフトに
開弁用カムと閉弁用カムとをそれぞれ設け、かつこれら
開弁用と閉弁用カムは軸方向にカムプロフィルが変化す
る立体カムで構成し、このカムシャフトを軸方向に変位
させる駆動手段を設ける一方、前記開弁用カムに円弧部
を介して接触させた揺動自在な開弁用ロッカアームを吸
気または排気弁の弁軸に対して押し下げ方向に当接させ
、かつ前記閉弁用カムに円弧部を介して接触させた揺動
自在な閉弁用ロッカアームを同じく弁軸に対して引き上
げ方向に係止させた。

（作用） したがって、吸気または排気弁は開弁用カムに応動する
開弁用ロッカアームによって開弁方向に駆動され、閉弁
用カムに応動する閉弁用ロッカアームによって閉弁方向
に戻される。

吸気または排気弁のバルブタイミングを変化させるとき
は、カムシャフトと共に立体カムを軸方向に移動させる
。これにより開弁用、閉弁用ロッカアームのカムに対す
る接触位置が変化し、カムプロフィルの異なった特性で
もって吸気または排気弁がリフトする。この場合、吸気
または排気弁をカムに向けて付勢するバルブスプリング
がないため、カムに対する接触圧力が低く、カムシャフ
トの移動はスムーズに行える。

また、このように接触摩擦力が小さいことから、各ロッ
カアームは円弧部を介してカムに接触させるにもかかわ
らず、その摩耗が少なく、高い耐久性が維持できる９ （実施例） 以下本発明をいくつかの実施例に基づいて説明する。

第１図、第２図に示す第１の実施例において、図中１は
カムシャフトであり、このカムシャフト１には各気筒の
バルブ（吸気または排気弁）４の上方に位置して１つの
開弁用カム２と、この開弁用カム２をはさんで両側に２
つの閉弁用カム３がそれぞれ一体的に形成される。

開弁用カム２とカムフォロア部５ａを介して接触する開
弁用ロッカアーム５は、その揺動先端を前記バルブ４の
弁軸４ａの端部に当接させると共に、その揺動基端はア
ジャストスクリュー６を介してピボット（球面受け）７
に揺動自在に支持され、カムシャフト１の回転位置によ
りバルブ４を押し下げる。

これに対して、２つの閉弁用カム３にそれぞれ二股に分
岐したカムフォロア部１５ａを介して接触する閉弁用ロ
ッカアーム１５は、その中間部で支持軸１６を介して前
記開弁用ロッカアーム５の途中に揺動自在に連結される
一方、揺動先端は弁軸４ａに取付けたりテーナ１７に下
面から接触（係止）し、カムシャフト１の回転位置によ
りバルブ４を引き上げる。

なお、開弁用カム２がバルブ４を押し下げるときに閉弁
用カム３はこれを妨げず、まな閉弁用カム３がバルブ４
を引き上げるときに開弁用カム２はこれを妨げることの
ないように、それぞれカムプロフィルが形成され、これ
によりバルブスプリングを備えることなく、バルブ４の
上下運動が共にカムにより駆動される。

前記アジャストスクリュー６のねじ部６ａの螺合位置を
変えることにより、開弁用ロッカアーム５の揺動中心位
置が調整され、アジャストスクリュー６はねじ部６ａに
螺合する綴止ナツト８で固定される。なお、ピボット７
はシリンダヘッド＜ｍ関本体）９の支持孔９ａに挿入さ
れて荷重を受けると共に、支持孔９ａに導かれる潤滑油
によりアジャストスクリュー６の球面受部１１との接触
面を潤滑する。

ところで第３図（Ａ）に示すように、前記カムシャフト
１に形成される開弁用、閉弁用カム２と３は、軸方向に
カムプロフィルが連続的に変化する立体カム１０ａで形
成される。つまり、カムシャフト１の軸方向位置によっ
てロッカアーム５と１５と接触するカムプロフィルが少
しづつ異なり、バルブ４の開弁期間やリフト量を徐々に
変化させることができる。各カムプロフィルは、カムシ
ャフト１の軸方向位置により、たとえば機関低速域では
開弁期間、リフトが共に小さく、これに対して高速域で
は開弁期間とリフトが大きくなるように設定することに
より、低速域ではバルブオーバラップを無くして燃費や
排気組成の改善を図り、高速域では吸排気効率を上げて
機関最大出力を向上させるのである。

第３図（Ｂ）に示すものは、開弁用、閉弁用カム２と３
のカムプロフィルが、低速用と高速用の２つに設定され
、その間は斜面により連続させた２段切換の立体カム１
０ｂとしたものである。この場合には、カムプロフィル
の加工が第３図（Ａ）よりも簡単で、一般の２軸加工で
対応することができる。

この開弁用カム２と閉弁用カム３とに対するロッカアー
ム５と１５のカムフォロア部５ａと１５ａは、軸方向に
変化するカム面に対して円滑に追従できるように、クラ
ウニング加工を施すことにより、カムシャフト軸方向に
対しての円弧部をもって形成される。

また、閉弁用ロッカアーム１５の２つのカムフォロア部
１５ａの両側に位置して、カムシャフト１を変位させた
ときにロッカアーム５．１５が一緒に駆動することのな
いように、位置ずれを防止するためのガイド１９ａ、１
９ｂが設けてありる。

カムシャフト１を運転条件に応じて軸方向に変位させる
ために、第４図（Ａ）や第４図（Ｂ）に示すような駆動
機構を備える。

第４図（Ａ）は電磁的なアクチュエータ２０ａによりカ
ムシャフト１を駆動するもので、コントローラ２１から
の信号が駆動回路２２を介してアクチュエータ２０ａに
出力されると、これに応じてアクチュエータ２０ａが作
動し、カムシャフト１を変位させる。なお、この変位量
はストロークセンサ２３によって検出され、変換回路２
４、移動判別回路２５を介してコントローラ２１にフィ
ードバックされ、これにより目標値と一致するようにカ
ムシャフト１の移動が制御される。

コントローラ２１には機関の回転数、負荷、温度等種々
の運転条件を代表する信号が入力され、これらに基づい
てカムシャフト１の軸方向への目標位置を演算する。

第４図（Ｂ、）では電磁的なアクチュエータ２０ａに代
えて油圧アクチュエータ２０ｂを備えてあり、アクチュ
エータ２０ｂに対する供給油圧を制御するための切換弁
２６を駆動回路２２の出力によって切換作動させるよう
になっている。なお、２７は油圧ポンプ、２８はリザー
バである。

以上のように構成され、次に作用について説明する。

カムシャフト１の回転に伴い開弁用カム２によってロッ
カアーム５を介してバルブ４が押し下げられて開弁じ、
その後、閉弁用カム２によりロッカアーム１５を介して
バルブ４が引き上げられて閉弁する。

このようにしてバルブ４の開閉はすべてカム２と３によ
って行なわれ、従来のバルブスプリングが不要になるた
めに、高回転域までもサージング等を起こすことなく、
安定してバルブ４の開閉を行うことができる。

一方、機関の運転条件に応じてコントローラ２１からの
信号によりアクチュエータ２０ａ（２０ｂ）を介してカ
ムシャフト１が軸方向に駆動されると、各ロッカアーム
５．１５のカムフォロア部５ａ、１５ａに接触する開弁
用、閉弁用カム２と３のカムプロフィルが変わり、これ
に伴ってバルブタイミングが変化する。

つまり、機関低速域ではバルブ４の開弁期間とリフトを
小さく、また高速域では開弁期間とリフトが大きくなる
ように、バルブタイミングが変化し、それぞれ運転条件
に応じた最適なバルブ特性が確保されるのである。

バルブ４はバルブスプリングで閉弁方向に常時付勢され
るわけではないので、各ロッカアーム５．１５とカム２
．３との接触圧力はきわめて小さく、したがってカムシ
ャフト１を軸方向に変位させるための駆動力が小さくて
も、カムシャフト１はスムーズに移動し、バルブタイミ
ングの切換は応答よく行える。また、このように接触圧
力が低いため、カム２．３に接触するロッカアーム５．
１５のカムフォロア部５ａ、１５ａが円弧部になってい
ても、高い面圧が発生することがなく、摩耗によるバル
ブクリアランスの変動等の問題もほとんど起きない。

次に第５図、第６図の実施例を説明すると、これはロッ
カアーム５と１５を互いに独立してロッカシャフト３０
と３１に揺動自在に支持した例である。

この場合も、開弁用、閉弁用カム２．３に応動するロッ
カアーム５．１５により、バルブ４の開閉が制御される
。またカムシャフト１の移動により各ロッカアーム５．
１５と接触するカム２．３のカムプロフィルが変化する
ように、立体カムで構成され、バルブタイミングが可変
的に制御される。ロッカアーム５．１５はカムシャフト
１の変位時にスラスト方向に変位することのないように
、ロッカシャフト３０（３１）の支持ボス部３２の端面
によって位置を規制される。

なお、この実施例では閉弁用ロッカアーム１５は弱いス
プリング３３によって戻し方向に付勢されており、バル
ブ４の閉弁時の踊りを防止しているが、バルブ４を閉弁
方向に駆動するのはあくまでも閉弁用カム３で、したが
ってスプリング３３のばね荷重は、通常のバルブスプリ
ングに比較してはるかに小さくてよく、このためカムシ
ャフト１の軸方向への移動は第１の実施例と同様に円滑
に行える。

なお、上記説明において、低速域と高速域とのバルブタ
イミングの設定については、あくまでも−例を示したに
過ぎず、目的に応じて自由に設定することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、カムシャフトを軸方向に
変位させることで立体カムのカムプロフィルが変化し、
吸気または排気弁のバルブタイミングを運転条件に応じ
て自由に変化させることができるのであり、この場合、
吸気または排気弁をカムに向けて閉弁方向に付勢するバ
ルブスプリングがないため、カムに対するロッカアーム
の接触圧力が低く、カムシャフトの移動は応答よくスム
ーズに行え、またこの結果、カムシャフトを駆動する機
構の小型化、軽量化も図れる。

また、ロッカアームとカムとの接触摩擦力が小さいこと
から、ロッカアームのカムに対する接触部の構造を単純
な形状の円弧部にしても面圧が高まらず、このため摩耗
を少なくでき、高い耐久性と信頼性が維持できると共に
、構造の簡略化や組立性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
同じく平面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ立体カ
ムの平面図、第４図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれカムシャ
フトの駆動手段の構成図である。第５図は第２の実施例
の断面図、第６図は同じく平面図である。 １・・・カムシャフト、２・・・開弁用カム、３・・・
閉弁用カム、４・・・バルブ（吸、排気弁）５・・・ロ
ッカアーム、５ａ・・・カムフォロア部、９・・・シリ
ンダヘッド、１０ａ、１０ｂ・・・立体カム、１５・・
・ロッカアーム、１５ａ・・・カムフォロア部、２０ａ
、２０ｂ・・・アクチュエータ、２１・・・コントロー
ラ。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　　後　藤　政　喜　ｉ代理人　　弁
理士　　松　１）嘉　夫　；。っ第 図 １−−一υムｉ／ｌ−フト ２−　開弁用カム ３−・−閉弁Ｍカム ４°−ハ′ルア゛ ５・−・開弁用ロツカアーム ９−　　ンリンダヘークド １１−　璋１女け １５〜・−閉弁用ロッカアーム １６−シャフト １７〜・り士−す 第２ 図（Ａ） 図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関回転に同期して回転するカムシャフトに開弁用カム
   と閉弁用カムとをそれぞれ設け、かつこれら開弁用と閉
   弁用カムは軸方向にカムプロフィルが変化する立体カム
   で構成し、このカムシャフトを軸方向に変位させる駆動
   手段を設ける一方、前記開弁用カムに円弧部を介して接
   触させた揺動自在な開弁用ロッカアームを吸気または排
   気弁の弁軸に対して押し下げ方向に当接させ、かつ前記
   閉弁用カムに円弧部を介して接触させた揺動自在な閉弁
   用ロッカアームを同じく弁軸に対して引き上げ方向に係
   止させたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。