JPH06272525A

JPH06272525A - エンジンのバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JPH06272525A
Application number: JP6417793A
Authority: JP
Inventors: Masanari Fukuma; 真生福馬; Masami Nishida; 正美西田; Akira Asai; 晃浅井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-27
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JP3380582B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】駆動カムと揺動カムを備えたエンジンの動弁装
置に関し、弁タイミング可変時のリフトの加速度変化を
抑制し、エンジン出力の低下を抑制する装置を提供す
る。【構成】テーパー状のカム面を有する駆動カム７，８
と、バルブに摺接するカム面と駆動カムのカム面に摺接
するカムフォロアとを有する揺動カム４，５とを備え、
駆動カムの回転により揺動カムを揺動させバルブの開閉
を行うと共に、駆動カムと揺動カムとの軸方向相対位置
を変更してバルブタイミングを可変とする装置であっ
て、バルブタイミングの可変操作の前後において駆動カ
ムによる加速度成分と揺動カムによる加速度成分との合
算値として規定されるバルブリフトの合成加速度が変化
しないように駆動カムと揺動カムのカム面の形状を設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、駆動カムと揺動カム
とを備えたエンジンのバルブタイミング制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりエンジンの動弁装置として種々
の形式のものが提案されており、駆動カムによってロッ
カーアームを揺動させてバルブ開閉を行う従来一般的な
動弁装置の他に、例えば特開昭５５ー１３７３０６号公
報に開示されるように、駆動カムと揺動カムとを備え、
該駆動カムによって直接あるいは揺動レバーを介して間
接的に上記揺動カムを揺動させてバルブ開閉を行うよう
にした揺動カム式の動弁装置も知られている。

【０００３】また一方、このよに駆動カムと揺動カムと
を備えた動弁装置において、上記駆動カムと揺動カムと
をテーパー状に形成し、これらを軸方向に相対移動させ
ることでバルブタイミングを可変とするバルブタイミン
グ制御装置も知られている(例えば、特公昭５８ー３８
６０２号公報参照)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にエン
ジンの動弁装置においては、バルブリフトの正の加速度
を高くすれば同じ開き角で且つ同じバルブリフトにおい
てもバルブリフトのクランク角の積分値、即ち、時間面
積が大きくできることからエンジンの体積効率が向上
し、より高いエンジン出力が得られることが知られてい
る。

【０００５】しかし、駆動カムと揺動カムとを備えると
ともに、これらを軸方向に相対移動させることでバルブ
タイミングを可変となすようにしたものにおいては、バ
ルブリフトの加速度は、駆動カムによる加速度成分と揺
動カムによる加速度成分の合算値として規定されること
から、バルブタイミングの可変時にバルブリフトの加速
度(合成加速度)が変化し易く、例えば、バルブタイミン
グの可変に伴ってこの合成加速度が可変前よりも小さく
なると上記時間面積の減少によってエンジン出力の低下
を引き起こすことになる。

【０００６】そこで本願発明は、バルブタイミングの可
変時におけるバルブリフトの加速度の変化を抑制し、も
って特に加速度の減少変化に伴うエンジン出力の低下を
抑制し得るようにしたエンジンのバルブタイミング制御
装置を提供せんとしてなされたものである。

【０００７】

【発明の技術的背景】本願発明者らは、上記目的を達成
するための具体的手段の開発に際して、バルブリフトの
加速度特性に着目し、駆動カムによる加速度成分と揺動
カムによる加速度成分との相互関係が、バルブタイミン
グの可変の前後におけるバルブリフトの加速度(合成加
速度)に与える影響について考察した。

【０００８】先ず、図３及び図４に示す如き揺動カム式
の動弁装置を想定した。尚、図３及び図４において、符
号３１はエンジンにより回転駆動されるテーパー状の駆
動カム３１、３２はバルブ３３のステム上端に設けたバ
ルブタペット３４に摺接するカム面３２aと上記駆動カ
ム３１のカム面３１aに摺接する円弧状のカムフォロア
３２bとを有し且つカム支承軸３５により揺動可能に支
承された揺動カムである。そして、上記揺動カム３２
は、上記駆動カム３１の回転(矢印a方向)に伴って矢印c
ーd方向に揺動し、上記バルブ３３をリフトさせてこれ
を開閉弁するようになっている。また、上記駆動カム３
１と揺動カム３２とを軸方向に相対移動させることでバ
ルブタイミングを可変とし得るようになっている。

【０００９】ここで、揺動カム３２のカムリフトを
(g)、カム速度を(g′)、加速度を(g″)とし、また駆動
カム３１のカムリフトを(f)、カム速度を(f′)、加速度
を(f″)とすると、バルブ３３のバルブリフトの加速度
(α)は、 α＝f″・g′＋(f′)²・g″ として表せることが知られている。このことは、バルブ
リフトの加速度は駆動カムの加速度成分(f″・g′)と揺
動カムの加速度成分((f′)²・g″)との合算値として規
定されるとともに、これらの相互関係の影響を受けて変
化し易いということである。

【００１０】本願発明者らは、ここで駆動カムによる加
速度成分と揺動カムによる加速度成分との相互関係とし
て下記する二つの場合を想定し、それぞれの場合につい
てバルブタイミングの可変の前後における合成加速度
(α)の変化状態を比較した。

【００１１】先ず、第１の相対関係の想定例として、図
５に示すように、駆動カム３１の正の加速度(f″)と、
大バルブリフト時における揺動カム３２の正の加速度(g
₁″)とが重ならず且つ該駆動カム３１の正の加速度
(f″)が揺動カム３２の正の加速度(g₁″)に先行するよ
うに設定した。尚、図５において符号(g₂″)は小バルブ
リフト時における揺動カム３２の正の加速度であり、(g
₁)は大バルブリフト時のリフト特性、(g₂)は小バルブリ
フト時のリフト特性、θ₁は大バルブリフト時の開き
角、θ₂は小バルブリフト時の開き角である。

【００１２】かかる場合におけるバルブリフト時の合成
加速度(α₁),(α₂)を図６に示した。尚、同図において
(α₁)はバルブタイミング可変前の大バルブリフト時に
おける合成加速度、(α₂)はバルブタイミング可変後の
小バルブリフト時における合成加速度である。この図６
を考察すれば、駆動カム３１の正の加速度と揺動カム３
２の可変前後の正の加速度とが重ならず相互に影響し合
うことがないため、合成加速度(α₁),(α₂)はほとんど
その大きさに変化は生じない。

【００１３】第２の相対関係の想定例として、図７に示
すように、駆動カム３１の正の加速度(f″)と、大バル
ブリフト時における揺動カム３２の大バルブリフト時に
おける正の加速度(g₃″)とが重なるように設定した。
尚、図７において符号(g₄″)は小バルブリフト時におけ
る揺動カム３２の正の加速度であり、(g₃)は大バルブリ
フト時のリフト特性、(g₄)は小バルブリフト時のリフト
特性である。

【００１４】かかる場合におけるバルブリフト時の合成
加速度(α₃),(α₄)を図８に示した。尚、同図において
(α₃)はバルブタイミング可変前の大バルブリフト時に
おける合成加速度、(α₄)はバルブタイミング可変後の
小バルブリフト時における合成加速度である。この図８
を考察すれば、駆動カム３１の正の加速度と揺動カム３
２の可変前後の正の加速度とが重なることからこれらが
相互に影響し合った結果、可変後の合成加速度(α₄)は
可変前の合成加速度(α₃)に比して小さくなっているこ
とが分かる。

【００１５】さらに、上記二つの想定例のそれぞれにお
けるバルブリフトの時間的変化を図９に示した。この図
９を考察すれば、第２の想定例におけるバルブリフト曲
線Ｌ₂は第１の想定例におけるバルブリフト曲線Ｌ₁に比
して細くなっており、従って、バルブリフトの時間(即
ち、ククランク角)の積分値、即ち、時間面積は第２の
想定例の方が第１の想定例の場合よりも小さく、それだ
けエンジン出力が低下するということが分かる。即ち、
かかる考察の結果、バルブタイミングの可変前後におけ
るエンジン出力の変化を抑制するには上記第１の想定例
の如きバルブリフト特性が得られるように駆動カム３１
と揺動カム３２のカム面形状を設定すれば良いというこ
とが知見された。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで本願発明者らは、
かかる知見事実に鑑み、上述の如き課題を解決するため
の具体的手段として、請求項１記載の発明では、テーパ
ー状のカム面を有する駆動カムと、バルブに摺接するカ
ム面と上記駆動カムのカム面に摺接するカムフォロアと
を有する揺動カムとを備え、上記駆動カムの回転により
上記揺動カムを揺動させることで上記バルブの開閉を行
うとともに、上記駆動カムと揺動カムとの軸方向相対位
置を変更することでバルブタイミングを可変とするエン
ジンのバルブタイミング制御装置において、バルブタイ
ミングの可変操作の前後において上記駆動カムによる加
速度成分と上記揺動カムによる加速度成分との合算値と
して規定されるバルブリフトの合成加速度が変化しない
ように該駆動カムと揺動カムのカム面の形状を設定し
た。

【００１７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
エンジンのバルブタイミング制御装置において、上記揺
動カムのカム面における正の加速度成分と上記駆動カム
のカム面における正の加速度成分とが上記バルブのリフ
ト過程において相互に重ならないように上記駆動カムと
揺動カムのカム面の形状を設定した。

【００１８】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
エンジンのバルブタイミング制御装置において、上記駆
動カムの正の加速度成分が上記揺動カムの正の加速度成
分に先行するように該駆動カムと揺動カムのカム面形状
を設定した。

【００１９】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることにより、
請求項１及び２記載の発明では、駆動カムによる加速度
が揺動カムによる加速度に与える影響が少ないことか
ら、バルブタイミングの可変の前後におけるバルブリフ
トの合成加速度の変化、特に加速度の減少変化が抑制さ
れる。

【００２０】また、特に請求項３記載の発明において
は、上記の作用に加えて、バルブリフトの初期段階にお
いては駆動カムの加速度成分のみで合成加速度が規定さ
れることから、バルブリフト初期の加速状態が滑らかと
なるものである。

【００２１】

【発明の効果】従って、本願各発明のエンジンのバルブ
タイミング制御装置によれば、バルブタイミングの可変
時におけるバルブリフトの加速度変化、特に減少変化が
抑制されることから、バルブリフトの時間の積分値で表
される時間面積の低下が少なく、それだけエンジンの体
積効率の向上によりエンジン出力が高められるという効
果が得られるものである。

【００２２】

【実施例】以下、本願発明を実施例に基づいて具体的に
説明すると、図１及び図２には、本願発明の実施例にか
かるエンジンのバルブタイミング制御装置を多気筒エン
ジンに適用したものが示されており、同各図において符
号１は一気筒当たり２個づつ配置されたバルブであり、
該各バルブ１,１はバルブスプリング２,２により常時閉
弁方向へ付勢されるとともに、その上端にはバルブタペ
ット３が取り付けられている。そして、この各バルブ
１,１の各バルブタペット３は、シリンダヘッド１６上
に固定配置されたブラケット１０に対して摺動可能に支
持され、該ブラケット１０に取り付けられる後述のカム
機構Ｐによって開閉駆動される。

【００２３】カム機構Ｐは、各気筒毎にそれぞれテーパ
状のカム面を有する第１駆動カム７と第２駆動カム８と
を軸方向に隣接配置するとともに上記ブラケット１０に
対してその軸方向へ摺動可能に取り付けられたカムシャ
フト６を有している。そして、このカムシャフト６は、
その一端６aにヘリカルスプラインを形成するととも、
この一端６aを、上記ブラケット１０に回転可能に取付
けられるとともにエンジンにより同期回転せしめられる
カムギヤ９に対してスプライン結合させている。また、
該カムシャフト６の他端(図示省略)には該カムシャフト
６を軸方向(矢印ＲーＬ方向)へ移動させるモータが取り
付けられ、該カムシャフト６はモータによって軸方向に
所定ストローク範囲内で移動せしめられる。

【００２４】一方、上記カムシャフト６と上記各バルブ
１,１の各バルブタペット３,３との間には、該カムシャ
フト６と平行方向に向けて揺動カム支承軸１１が配置さ
れている。そして、この揺動カム支承軸１１には、第１
揺動カム４と第２揺動カム５とが、上記カムシャフト６
の各駆動カム７,８と上記各バルブ１,１のバルブタペッ
ト３,３の両者に摺接状態で取り付けられている。この
各揺動カム４,５は、上記バルブタペット３の頂面に摺
接するカム面４１,５１と、上記各駆動カム７,８のカム
面７a,８aにそれぞれ摺接するテーパー状のカムフォロ
ア４２,５２と、該カムフォロア４２,５２を常時所定押
圧力で上記各駆動カム７,８側に押圧せしめる揺動カム
付勢手段１２に摺接するスプリング受面４３,５３とを
有しており、該揺動カム４,５は上記各駆動カム７,８の
矢印a方向への回転に伴って矢印cーd方向に揺動して上
記バルブ１,１を開閉弁させるようになっている。

【００２５】また、このカム機構Ｐは、上記カムシャフ
ト６をモータによってその軸方向へ移動させることで上
記各駆動カム７,８と各揺動カム４,５の軸方向相対位置
を変化させ、もって上記バルブ１,１のバルブリフトと
バルブの開き角とを変化させ得るようになっている。具
体的には、図２に示す如く各駆動カム７,８の大径側に
各揺動カム４,５が摺接した状態では大リフトで且つ大
開き角とされ、この状態から上記カムシャフト６が矢印
Ｒ方向へ移動して上記各駆動カム７,８の小径側に各揺
動カム４,５が摺接することで小リフトで且つ小開き角
とされる。尚、この場合、上記カムシャフト６の一端６
aをヘリカルスプラインとしていることで、バルブリフ
トの変更と同時にカムギヤ９とカムシャフト６との回転
位相、即ち、バルブタイミングも変更され、その変更態
様は、バルブリフトが大リフト量側に操作される場合に
は進角し、小リフト側に操作される場合には遅角するよ
うに設定されている。

【００２６】ところで、この実施例においては、上記各
駆動カム７,８及び各揺動カム４,５のカム面形状の設定
に際しては、本願発明を適用して、上記揺動カム４,５
のカム面４１,５１における正の加速度成分と上記駆動
カム７,８のカム面７a,８aにおける正の加速度成分とが
バルブリフト過程において相互に重ならず、且つ該駆動
カム７,８の正の加速度成分が上記揺動カム４,５の正の
加速度成分に先行するように該駆動カム７,８と揺動カ
ム４,５のカム面形状を設定している。

【００２７】従って、上記カムシャフト６を軸方向へ移
動させてのバルブタイミング可変時における可変前後の
バルブリフト加速度の変化、特に減少側への変化が抑制
されることから、エンジン出力の低下がなく、良好な出
力性能が維持されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例にかかるバルブタイミング制
御装置を備えたエンジンの動弁系の要部縦断面図であ
る。

【図２】図１のII-II要部縦断面図である。

【図３】一般的な揺動カム式動弁装置の構造説明図であ
る。

【図４】図３のIV-IV矢視図である。

【図５】第１の想定例の場合におけるカム特性図であ
る。

【図６】図５のカム特性を採用した場合のバルブリフト
可変時における合成加速度の変化状態説明図である。

【図７】第２の想定例の場合におけるカム特性図であ
る。

【図８】図７のカム特性を採用した場合のバルブリフト
可変時における剛性加速度の変化状態説明図である。

【図９】カムの時間面積特性図である。

【符号の説明】

１はバルブ、２はバルブスプリング、３はバルブタペッ
ト、４は第１揺動カム、５は第２揺動カム、６はカムシ
ャフト、７は第１駆動カム、８は第２駆動カム、９はカ
ムギヤ、１０はブラケット、１１は揺動カム支承軸、１
６はシリンダヘッド、２０は揺動カム付勢手段、２１は
タペット、２２はスプリング、２３は可動子、２４はソ
レノイドコイル、４１はカム面、４２はカムフォロア、
４３はスプリング受面、５１はカム面、５２はカムフォ
ロア、５３はスプリング受面、Ｐはカム機構である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テーパー状のカム面を有する駆動カム
と、バルブに摺接するカム面と上記駆動カムのカム面に
摺接するカムフォロアとを有する揺動カムとを備え、上
記駆動カムの回転により上記揺動カムを揺動させること
で上記バルブの開閉を行うとともに、上記駆動カムと揺
動カムとの軸方向相対位置を変更することでバルブタイ
ミングを可変とするエンジンのバルブタイミング制御装
置であって、バルブタイミングの可変操作の前後において上記駆動カ
ムによる加速度成分と上記揺動カムによる加速度成分と
の合算値として規定されるバルブリフトの合成加速度が
変化しないように該駆動カムと揺動カムのカム面の形状
を設定したことを特徴とするエンジンのバルブタイミン
グ制御装置。
【請求項２】請求項１において、上記揺動カムのカム
面における正の加速度成分と上記駆動カムのカム面にお
ける正の加速度成分とが上記バルブのリフト過程におい
て相互に重ならないように上記駆動カムと揺動カムのカ
ム面の形状を設定したことを特徴とするエンジンのバル
ブタイミング制御装置。
【請求項３】請求項２において、上記駆動カムの正の
加速度成分が上記揺動カムの正の加速度成分に先行する
ように該駆動カムと揺動カムのカム面形状が設定されて
いることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御
装置。