JPH0610631A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸排気弁の作動角を高精度に可変制御しつ
つ、カムシャフトの回転トルク変動に伴う打音や摩耗を
防止する。また、レイアウトの自由度を向上させると共
に、装置のコンパクト化を図る。 【構成】 駆動軸２１に連結されたスリーブのフランジ
部とカムシャフト２２のフランジ部との間に、円環状の
ディスクハウジング３４が揺動自在に設けられている。
環状ディスク２９の中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘを、デ
ィスクハウジング３４の揺動に伴い偏心させる。ディス
クハウジング３４は、一端部が支軸４０に揺動自在に支
持されていると共に、他端部がリンク部材４１を介して
偏心カム４３によって揺動する構成とした。

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１３及び図１４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に係止するピ
ン１０，１１が設けられていると共に、外周が制御環１
２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１２ａの反
対側に有する歯車部１２ｂがロッカアーム１５を軸支す
るロッカシャフト１４外周の歯車環１４ａに噛合してい
る。

【０００４】そして、制御環１２は、歯車部１２ｂに噛
合した歯車環１４ａ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Ｐが図１３に示す
位置にある場合は、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。

【０００５】また、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
の油圧アクチュエータによってロッカシャフト１４を回
動させると、歯車環１４ａと歯車部１２ｂを介して制御
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に沿って移動し、かつ偏心方向にフランジ
部５，７をカムシャフト１を中心に回動させる。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。この
結果、バルブタイミングをカム２の位相差に応じて可変
にすることができる。

【０００６】

【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、制御環１２を歯車部１２ｂと歯車環１
４ａとの噛合回転により揺動させるようにしたため、作
動中にカムシャフト１に発生する正負の回転トルク変動
に起因して制御環１２に作用する交番荷重、つまり正逆
回転方向の繰り返し荷重により、歯車部１２ｂと歯車環
１４ａとの間に有するバックラッシ隙間に起因して打音
が発生すると共に、該両者１２ｂ，１４ａ間に経時的に
摩耗が発生して制御環１２の揺動作用が不安定になる。
この結果、バルブタイミングの可変制御精度が低下して
しまう。

【０００７】

【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、機関から伝達された回
転力により吸排気弁を駆動させるカムを有するカムシャ
フトと、該カムシャフトの軸心に対して略径方向へ揺動
自在に設けられたディスクハウジングと、前記カムシャ
フトに連繋しつつディスクハウジングの内周面に回転自
在に保持されて、ディスクハウジングの揺動に伴い中心
がカムシャフトの軸心と偏心動するディスクとを備え、
該ディスクの偏心動に伴い前記カムシャフトの角速度の
変化を得て前記吸排気弁の作動角を可変制御する吸排気
弁駆動制御装置において、一端部が支軸により揺動自在
に支持された前記ディスクハウジングの他端部に、リン
ク部材の一端部を回動自在に連結すると共に、該リンク
部材の他端部に、駆動機構により回動してリンク部材を
介してディスクハウジングを揺動させる偏心カムを回動
自在に設けたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】前記構成の本発明によれば、ディスクの中心が
カムシャフトの軸心と合致している場合は、カムシャフ
トの角速度が変化せずに機関と同期回転する。

【０００９】一方、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
によって偏心カムを一方向に回動させると、リンク部材
を介してディスクハウジングが支軸を中心に一方向に揺
動し、ディスクの中心をカムシャフトの軸心に対して所
定量偏心させる。このため、カムシャフトは、角速度が
変化して、部分的に回転速度が増速あるいは減速し、こ
れによって吸気，排気弁の作動角を可変制御する。

【００１０】また、ディスクハウジングは、歯車等では
なく偏心カムの回動力によって揺動するため、カムシャ
フトの回転変動トルクに起因してディスクハウジングに
交番荷重が発生しても、打音や経時的な摩耗の発生等を
防止できる。

【００１１】しかも、偏心カムの大きさやリンク部材の
長さを、ディスクの偏心量や初期偏心位置及び回転方向
等に応じて自由に変更することが可能になる。

【００１２】

【実施例】図１〜図１０は本発明に係る吸排気弁駆動制
御装置の第１実施例を示し、図１の２１は図外の機関の
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
られた中空状の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、軽量化を図
るために内部中空状に形成されている。

【００１３】前記カムシャフト２２は、シリンダヘッド
２０上端部に有する図外のカム軸受に回転自在に支持さ
れていると共に、図１〜図３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２
２は、長手方向の所定位置で軸直角方向から分割形成さ
れていると共に、一方側の分割端部にフランジ部２７が
設けられている。また、この両分割端部間にスリーブ２
８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、その外周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。

【００１４】前記スリーブ２８は、小径な一端部２８ｂ
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の他端部に設けられたフランジ
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、外周面に環状ディスク２９の他側面に
摺接する突起面２８ａが一体に設けられている。

【００１５】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が環状のデ
ィスクハウジング３４の内周面３４ａに金属製の環状部
材３５を介して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ピン孔２９ｂ，２９ｃ
には、各係合溝３０，３３に係入する一対のピン３６，
３７が設けられている。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、基部が
ピン孔２９ｂ，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、３
７ａ，３７ｂが形成されている。

【００１６】前記ディスクハウジング３４は、図１に示
すように略円環状を呈し、外周の上端両側部に有するボ
ス部材３４ｂ，３４ｃの一方側に支持孔３８がカムシャ
フト２２軸方向に貫通形成されていると共に、他方側に
枢支孔３９が貫通形成されている。前記支持孔３８内に
は、図２に示すように基部がシリンダヘッド２０上部の
ブラケット７０の固定孔７０ａ内に圧入された支軸４０
の先端部が回転自在に挿通されて、該支軸４０によって
ディスクハウジング３４が揺動自在に支持されている。
一方、枢支孔３９内には、リンク部材４１の一端部４１
ａが連結される連結ピン４２が圧入固定されている。
尚、支軸４０は、先端部外周に嵌着されたスナップリン
グ７１によって支持孔３８からの抜け出しが防止されて
いる。

【００１７】前記リンク部材４１は、図１にも示すよう
に細長い略平板状を呈し、一端部４１ａに連結ピン４２
が遊挿する挿通孔４１ｃが形成されている一方、略円板
状の他端部４１ｂに偏心カム４３が回転摺動自在に設け
られたカム孔４１ｄが形成されている。

【００１８】前記偏心カム４３は、図１に示すようにリ
ング状を呈し、制御シャフト４４に圧入孔４３ａを介し
て固定されていると共に、周方向の肉厚は薄肉部４３ｂ
と対向する部位が最大厚肉部４３ｃとなるように漸次変
化している。また、その中心Ｐが、制御シャフト４４中
心Ｑから所定量偏倚している。

【００１９】前記制御シャフト４４は、支軸４０と並行
に機関前後方向に沿って延設されて、所定部位がシリン
ダヘッド２０上の図外の軸受に支持されていると共に、
駆動機構４５によって回転制御されるようになってい
る。

【００２０】前記駆動機構４５は、図６及び図７に示す
ように制御シャフト４２の一端部に設けられた油圧アク
チュエータ４６と、油圧アクチュエータ４６に油圧を給
排する油圧回路４７とを備えていえる。前記油圧アクチ
ュエータ４６は、筒状ハウジング４８内に２枚羽根の回
転ベーン４９が対角線上に位置する各第１油室５０，５
０及び第２油室５１，５１を隔成しつつ回動自在に設け
られていると共に、該回転ベーン４９が制御シャフト４
２に連結されている。前記油圧回路４７は、第１，第２
油室５０，５１に油圧を給排する一対の第１，第２油通
路５２ａ，５２ｂと、該両油通路５２ａ，５２ｂの端部
に設けられた４ポート２位置型の電磁切換弁５３と、オ
イルメインギャラリ５４の上流端に設けられたオイルポ
ンプ５５と、各油通路５２ａ，５２ｂと適宜連通してオ
イルパン５６内に作動油を戻すドレン通路５７と、ポン
プ吐出圧を一定圧に制御するリリーフバルブ５８とを備
えている。更に、前記電磁切換弁５３は、機関回転数や
吸気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５９からのＯＮ−ＯＦＦ信号によっ
て切り換え作動し、ＯＦＦ信号によってオイルポンプ５
５と第１油通路５２ａとを連通させると共に、第２油通
路５２ｂとドレン通路５７を連通させ、ＯＮ信号によっ
て前記とは逆に連通させるようになっている。

【００２１】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関低速低負荷時には、コントローラ５９から電
磁切換弁５３にＯＮ信号が出力されてオイルポンプ５５
から吐出された油圧が第１油室５０，５０内に流入する
一方、第２油室５１，５１内の作動油がドレン通路５７
からオイルパン５６内に排出される。このため、回転ベ
ーン４９が、図中時計方向に回転して制御シャフト４４
を同方向に回転させる。したがって、偏心カム４３は、
図８に示すように、図１に示す位置（破線位置）から図
中時計方向へ回転して、θ１角度位置まで最大に回転
し、最大厚肉部４３ｃが図中右側から左側に移動する。
依って、ディスクハウジング３４は、支軸４０を支点と
してθ２の角度位置まで揺動し、環状ディスク２９の中
心Ｙが駆動軸２１（カムシャフト２２）の中心Ｘと偏心
する。つまり、偏心カム４３の回動に伴い環状ディスク
２９の中心Ｙが駆動軸２１の中心Ｘから図中下方向へ所
定量Ｅだけ偏倚する。したがって、スリーブ２８側の係
止溝３３とピン３７並びにカムシャフト２１側の係止溝
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。

【００２２】即ち、係止溝３０とピン３６の摺動位置が
駆動軸２１の中心Ｘに接近する場合は、係止溝３３とピ
ン３７の摺動位置が中心Ｘから離れる関係になる。この
場合は、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、環状ディスク２９に対しカムシャフト
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、部分的に２重に増速され
た状態になる。

【００２３】一方、機関が高速高負荷域に移行した場合
は、コントローラ５９から電磁切換弁５３にＯＦＦ信号
が出力されて、第１油室５０，５０内の作動油がドレン
通路５７から排出されると共に、第２油室５１，５１内
にオイルポンプ５５から油圧が圧送され、回転ベーン４
９が逆に反時計方向に回転する。したがって、偏心カム
４３は、図８の破線で示すように反時計方向に回転し
て、原状位置に戻り、これによってディスクハウジング
３４も元の位置に揺動して、環状ディスク２９の中心Ｙ
が駆動軸２１の中心Ｘと合致する（図１参照）。依っ
て、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２
２，２９間の回転位相差も生じない。したがって、駆動
軸２１の回転に伴い連結軸３１を介してスリーブ２８が
同期回転すると共に、スリーブ側の係止溝３３とピン３
７，環状ディスク２９，ピン３６，カムシャフト２２側
の係止溝３０を介してカムシャフト２２も同期回転す
る。

【００２４】この結果、該夫々の角速度の変化に基づき
カムシャフト２２及びカム２６と駆動軸２１との回転位
相差は、図９Ａに示すように変化し、バルブタイミング
は同図Ｂに示すようにバルブリフトを一定のままカムシ
ャフト２２の位相差に応じて変化する。

【００２５】つまり、カムシャフト２２の角速度が相対
的に大きい場合は、駆動軸２１に対する回転位相は両者
２１，２２が等速になるまで進み、やがてカムシャフト
２２の角速度が相対的に小さくなると回転位相は両者２
１，２２が等速になるまで遅れる。そして、図９Ａで示
すように回転位相差の最大，最小点の途中に同位相点
（Ｐ点）が存在し、同図の破線で示す回転位相の変化で
は、Ｐ点よりも前の吸気弁２３の開弁時期が遅れ、Ｐ点
より後の閉弁時期は進み、図９Ｂの破線で示すように弁
の作動角が小さくなる。したがって、前記のように機関
低速低負荷域では、吸気弁２３のバルブタイミングが図
９Ｂの破線で示すように作動角が小さくなり、開時期が
少し遅れ、閉時期が早くなる。これによって、吸排気弁
のバルブオーバラップが小さくなり、燃焼室の残留ガス
が減少し、安定した燃焼により燃費の向上が図れる。ま
た、早い閉時期により、吸気充填効率が向上し、低速ト
ルクを高めることができる。

【００２６】一方、高速高負荷域では、図９Ｂの実線で
示すように作動角が大きくなり、同時期が早くなると共
に、閉時期が遅くなるため、吸気慣性力を利用した吸気
充填効率が向上し、高出力化が図れる。尚、斯る高速高
負荷域において、偏心カム４３をさらに反時計方向に回
動して図１のディスクハウジング３４及び環状ディスク
２９を最大右方向に揺動させれば図９Ｂの一点鎖線で示
すように吸気弁２３の作動角が一層大きくなり、高出力
化を助長することができる。

【００２７】このように、本実施例では、機関運転変化
に応じてバルブタイミングを高精度に可変制御できるこ
とは勿論のこと、ディスクハウジング３４を、従来のよ
うに歯車等を用いずに偏心カム４３及びリンク部材４１
を用いて揺動させるようにしたため、カムシャフト２２
の回転トルク変動に起因するディスクハウジング３４の
交番荷重による打音や摩耗等の発生を確実に防止でき
る。

【００２８】また、偏心カム４３の大きさやリンク部材
４１の長さ等を、環状ディスク２９の偏心量や初期偏心
位置及び回転方向などによって自由に設定することが可
能になる。このため、偏心カム４３等のレイアウトの自
由度が向上すると共に、装置を可及的にコンパクト化す
ることができる。

【００２９】しかも、ディスクハウジング３４を、支軸
４０とリンク部材４１及び偏心カム４３を介して制御シ
ャフト４４とによって支持するようにしたため、該ディ
スクハウジング３４や環状ディスク２９と駆動軸２１と
の製造時における位置決めや所謂芯出し作業が極めて容
易になる。

【００３０】また、前述のように各ピン３６，３７は両
側縁が平面部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂに形成さ
れているため、各係止溝３０，３３の対向内面３０ａ，
３０ｂ、３３ａ，３３ｂと面接触状態で当接する。した
がって、駆動軸２１からカムシャフト２２への回転伝達
時及び環状ディスク２９の偏心状態における平面部３６
ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂと対向内面３０ａ，３０
ｂ、３３ａ，３３ｂとの摺動時に両者間の集中荷重の発
生が防止されて、面圧が低下する。この結果、係止溝３
０，３３とピン３６，３７間に経時的な摩耗の発生が防
止されて、カムシャフト２２の回転トルク変動に伴う各
フランジ部２７，３２と各ピン３６，３７との打音の発
生やバルブタイミングのズレによる制御精度の低下等が
防止される。

【００３１】更に、各ピン３６，３７は、環状ディスク
２９のピン孔２９ｂ，２９ｃに回転自在に支持されてい
るため、環状ディスク２９の揺動時においても各ピン３
６，３７が適宜回転して平面部３６ａ，３６ｂ，３７
ａ，３７ｂと係止溝３０，３３の対向内面３０ａ，３０
ｂ、３３ａ，３３ｂが常に面接触する形になる。したが
って、両者３０，３６、３３，３７間の摩耗の発生が一
層確実に防止される。

【００３２】図１０〜図１２は本発明の第２実施例を示
し、吸気弁２３側のディスクハウジング３４を揺動させ
る駆動機構４５，制御シャフト４４及び巾厚の偏心カム
４３を排気弁６０側も兼用させたものである。即ち、排
気弁６０側には、吸気弁２３側と同一構成の駆動軸６
１，カムシャフト６２，環状ディスク６３，ディスクハ
ウジング６４，支軸６５，連結ピン６６等の各構成部品
が吸気側の構成部品と対称位置に配置されている。そし
て、一端部６７ａが連結ピン６６に枢支された長尺なリ
ンク部材６７の他端部６７ｂに有するカム孔６７ｃ内に
前記偏心カム４３が回転自在に設けられている。尚、図
中６８，６９は、各ピン３６，３７と同様のピンであ
る。

【００３３】したがって、この実施例では、偏心カム４
３の回動に伴い図１２に示すように各ディスクハウジン
グ３４，６４を各リンク部材４１，６７をか介して同時
に揺動させることができる。つまり、１つの駆動機構４
５，制御シャフト４４，偏心カム４３で両ディスクハウ
ジング３４，６４を揺動させて両環状ディスク２９，６
３の中心Ｙ，Ｙを駆動軸２１，６１の中心Ｘ，Ｘから偏
心させることができるため、夫々別個に駆動機構や偏心
カム等を設ける場合に比較して、部品点数の削減と装置
全体の小型化が図れると共に、軽量化が図れるばかり
か、駆動騒音等の発生も抑制できる。

【００３４】

【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、カムシャフトに対するディスクハウジングの偏
心揺動を、従来のように歯車等によって行うのではな
く、偏心カムとリンク部材を用いて行うようにしたた
め、カムシャフトの中心に対するディスクの円滑な偏心
移動によるバルブタイミングの高精度な可変制御が得ら
れることは勿論のこと、偏心カムとディスクハウジング
間のカムシャフトの回転トルク変動に起因する打音や摩
耗等の発生が確実に防止される。

【００３５】しかも、ディスクハウジングを前述のよう
に偏心カムとリンク部材で偏心揺動させるようにしたた
め、該偏心カムの大きさやリンク部材の長さを、ディス
クの偏心量や初期偏心位置及び回転方向等によって自由
に設定できる。したがって、レイアウトの自由度が向上
すると共に、装置全体のコンパクト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図３のＡ−Ａ線断面
図。

【図２】本実施例の要部を示す平面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図。

【図５】図２のＤ−Ｄ線断面図。

【図６】本実施例に供される駆動機構を示す概略図。

【図７】同駆動機構の要部平面図。

【図８】本実施例の作用を示す図２のＡ−Ａ線断面図。

【図９】本実施例の駆動軸とカムシャフトとの回転位相
差とバルブタイミングの特性図。

【図１０】本発明の第２実施例を示す図１１のＥ−Ｅ線
断面図。

【図１１】本実施例の要部を示す平面図。

【図１２】本実施例の作用を示す図１１のＥ−Ｅ線断面
図。

【図１３】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図１４】図１０のＦ−Ｆ線断面図。

【符号の説明】

２１，６１…駆動軸 ２２，６２…カムシャフト ２３…吸気弁 ２９，６３…環状ディスク ３４，６４…ディスクハウジング ３４ａ，６４ａ…内周面 ３４ａ，６４ａ…一端ボス部 ３４ｂ，６４ｂ…他端ボス部 ４０，６５…支軸 ４１，６７…リンク部材 ４１ａ，６７ａ…一端部 ４１ｂ，６７ｂ…他端部 ４３…偏心カム ４５…駆動機構 ６０…排気弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関から伝達された回転力により吸排気
   弁を駆動させるカムを有するカムシャフトと、該カムシ
   ャフトの軸心に対して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、前記カムシャフトに連繋しつつ
   ディスクハウジングの内周面に回転自在に保持されて、
   ディスクハウジングの揺動に伴い中心がカムシャフトの
   軸心と偏心動するディスクとを備え、該ディスクの偏心
   動に伴い前記カムシャフトの角速度の変化を得て前記吸
   排気弁の作動角を可変制御する吸排気弁駆動制御装置に
   おいて、一端部が支軸により揺動自在に支持された前記
   ディスクハウジングの他端部に、リンク部材の一端部を
   回動自在に連結すると共に、該リンク部材の他端部に、
   駆動機構により回動してリンク部材を介してディスクハ
   ウジングを揺動させる偏心カムを回動自在に設けたこと
   を特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。