JPH0627490B2 - エンジンのバルブ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気バルブ又は、排気バルブを駆動するため
のカム部材をカムシャフトに対してロック、アンロック
を行うためのロック機構を備え、運転状態に応じてロッ
ク機構を制御しこれによってバルブ作動の制御を行うよ
うになったエンジンのバルブ駆動装置に関する。

（従来技術） 従来から、エンジンの燃費性能及び出力性能等を向上さ
せる目的で運転状態に応じて、吸気バルブ及び排気バル
ブの作動を制御し、これによって、吸排気タイミング、
あるいは吸排気量を制御することが知られている。

例えば、特開昭５９−１５５５１５号公報には、２つの
カム部材を一体にした２連式カムを構成するとともに、
この２連式カム部材をカムシャフトに遊嵌する構造と
し、該カム部材とカムシャフトとの間の相対的回動を阻
止するための弁停止装置を備えたエンジンが開示されて
いる。

この構造では、エンジンの比較的軽負荷時には、弁停止
装置に油圧を導入して、ロックを解除し、２連式カム部
材の相対的回動を許容するようになっている。すなわち
軽負荷時には、２連式カムはバルブの開動作を生じさせ
ず、当該２連式カムに対応するバルブは、閉状態に維持
される。

（本発明が解決しようとする問題点） 上記特開昭５９−１５５５１５に開示された装置では、
弁停止装置は、上記のように油圧が導入されたときロッ
クを解除してバルブ作動を停止するようになっており、
この切換は、比較的低速状態において行なわれるように
なっている。従って、この開示された構造では、エンジ
ンの低速域でカム部材をアンロック状態に維持するため
の油圧が必要となる。しかし、エンジンの低速域におい
て得られる油圧は比較的低いものであり、従って、この
弁停止装置の確実な作動が得られない恐れがあり、信頼
性に欠けるという問題がある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記問題を解決するために構成されたもの
で、本発明に係るバルブ駆動装置は、カムシャフトと、
該カムシャフトに嵌合し吸気バルブ又は排気バルブを駆
動するためのカム部材とを備えている。

該カム部材には、半径方向に延びる孔が形成されてお
り、この孔は、カムシャフトを収容する嵌合穴の内面に
開口している。そして、この孔内には、バネが配置され
るとともに、該バネに付勢され上記孔内を摺動し得る状
態で第１プランジャが配置される。またカムシャフト内
にも半径方向に延びる孔が形成されており、該孔には、
第２プランジャが摺動自在に配置される。該カムシャフ
トの孔は、一方でカムシャフトの外表面に開口するとと
もに、他方で、カムシャフト内部に形成されたオイル通
路に連通している。さらに、本発明のバルブ駆動装置
は、上記オイル通路への油圧の供給を制御する制御弁を
備えている。カム部材の孔とカムシャフトの孔とは、カ
ムシャフトの軸方向において整合した位置に形成されて
おり、すなわち、２つの孔は、所定の周方向位置におい
て一致し、このとき、第１プランジャと第２プランジャ
が当接するようになっている。第１プランジャと第２プ
ランジャが当接した場合において、制御弁の作動により
カムシャフトのオイル通路に油圧が導入されると、第２
プランジャは該油圧によりカムシャフトの孔内を摺動し
第１プランジャをバネの付勢力に抗しつつ押し、カム部
材の孔内に突出する。これによって、カム部材はカムシ
ャフトに固定され、すなわちロックされカム部材とカム
シャフトとの相対的回動は阻止され、カム部材はカムシ
ャフトとともに回転しこれによって、該カム部材による
バルブ駆動が可能となる。本発明によれば、制御弁は、
エンジンの運転状態に応じて制御されるようになってお
り、これによって、カム部材のロック、アンロックが制
御される。

本発明に従う上記のロック機構を用いて１つのバルブに
対して、複数のカム部材が設け、このカム部材を選択的
にバルブの作動に寄与させることができ、この場合複数
のカム部材を、それぞれ異なるカムプロフィールを有す
るように構成し、適宜カム部材を選択的に作動させるよ
うにすれば、運転状態に応じて異なる開弁タイミング、
開弁期間、及びバルブリフト量を与えることができる。

本発明を利用した制御の１態様において、２つのカム部
材を１つのバルブに対応させて、運転状態に応じて例え
ば、低速時と高速時とで異なるカム部材を選択して２段
階で作動させることができるが、この場合、低速用のカ
ム部材は、開弁期間が短かく、また、バルブリフト量が
小さくなるように、すなわち、小さなカムプロフィール
となるように構成される。これに対し、高速用カム部材
は大きなカムプロフィールを有するように構成される。
この態様では、バルブステム及び、カムの偏応力を小さ
くするためにバルブとの接触時間の長い高速カムをバル
ブの作動方向の中心軸からのオフセット量が小さくなる
ように配置するのが好ましい。なおこの場合には、低速
カムをカムシャフトに固定とし、高速カムをカムシャフ
トに回動自在に取付け、高速域でロック機構を作動させ
カムシャフトに固定するようにすれば、高速時では、カ
ムプロフィールの大きい高速カムが優先的にバルブ作動
に寄与するので、これによって、低速用及び高速用の２
段階のバルブ作動を得ることができる。

また、本発明に従うロック機構を低速用及び高速用の２
つの吸気ポートを備えたエンジンに対しても適用するこ
とができる。この場合には、高速用カムに対して、本発
明のロック機構を設置し、低速時においては、高速カム
をアンロック状態にして、高速側の吸気弁を閉状態に維
持して、低速側の吸気ポートからのみ吸気を導入し高速
時には、高速カムをロックして、２つの吸気ポートから
吸気を導入する。これによって、低速時には、高吸気流
速を確保して燃焼性を向上させることができ、高速時に
は十分な吸気量を確保して高出力を得ることができる。

また、１つのバルブに対して、３つのカム部材を設け２
段階にバルブを作動させることもできる。この場合に
は、高速カムをバルブ作動方向の中心軸に一致させて配
置し、この両側に該中心軸からのオフセット量が等しく
なるように低速カムを配置すれば良い。これによって、
バルブステム及びカムへの偏応力を低減することができ
る。

さらに、４つのカム部材を用いて、バルブ作動を低、
中、及び高速の３段階で行なわせることもできる。この
場合には、低速、及び中速カムを中央よりに並べて配置
し、その両側に一対の高速カムを配置すれば良い。

本発明のロック機構は、好ましくは、第１プランジャ
は、第２プランジャよりも大きな断面積を有するように
構成されており、先端において、カムシャフトの外表面
がストッパの役割を果たすようになっている。また、カ
ム部材の孔の付近には、第２プランジャの軌道に合わせ
て、第２プランジャを案内する助走溝が形成されてお
り、ロック機構の作動の確実性を向上させるようになっ
ている。

さらに、本発明によれば、特定の気筒のカム部材をすべ
てカムシャフトに対して回動自在にロック機構を用いて
制御し得るように構成することもでき、これによって、
当該気筒のバルブ作動を一定の運転状態のとき完全に停
止することもできる。

（発明の効果） 本発明によれば、カム部材のロック、アンロックを行う
ためのロック機構は、オイル通路に設けられた制御弁の
作動により油圧が導入されたとき、カムシャフトとカム
部材とをロックし油圧が解除されたとき、アンロックす
るようになっている。すなわち、油圧が導入された場合
には、カム部材は、カムシャフトとともに回動し、所定
のタイミングで、バルブを駆動する。本発明が適用され
るバルブは、低速状態では、該ロック機構を有するカム
部材によっては、駆動されず、高速状態において、駆動
される。従って、本発明ではロック機能を作動させるた
めの油圧は高速運転状態において必要であり、低速状態
では、必要とはならない。すなわち、本発明では、エン
ジンが高速となって、十分な油圧が発生した場合におい
て、ロック機構作動用油圧を使用するようになっている
ので、ロック機構の作動が確実となり、これによって、
信頼性のあるバルブ制御を行うことができる。また、本
発明のロック機構は、カム装置内に内蔵される構造であ
るので、コンパクトであるという利点もある。さらに、
カム部材のプロフィールを要請に応じて、適当な形状に
構成することにより、エンジンの運転状態に応じた適正
なバルブ作動特性を得ることができる。また、本発明は
ＤＯＨＣ、及びＳＯＨＣのいずれに対してもまた休筒運
転を行うエンジンに対しても適用することができ、汎用
性の面でも優れている。

（実施例の説明） 以下図面を参照しつつ本発明の実施例につき説明する。

第１図及び第２図を参照すれば、エンジンは燃焼室に臨
むバルブ１を開閉駆動するバルブ駆動装置を備えてい
る。バルブ駆動装置は、エンジンの上部に、シリンダヘ
ッド２とキャップ３とで形成されるジャーナル部にライ
ナー４を介して回動自在に支持されるカムシャフト５を
備えている。本例のカムシャフト５には、バルブ１を駆
動するための２つのカム部材６、７が取付けられてい
る。この場合、２つのカム部材６、７は、異なるカムプ
ロフィールを有するように構成されるとともに、大きい
カムプロフィールを有するカム部材７は、カムシャフト
５に対して回動自在に、一方、カム部材６は、常時固定
的に取付けられる。バルブ１は、バルブステム１ａの中
間部分でバルブガイド８を介してシリンダヘッド２に摺
動自在に支持されている。また、バルブステム１ａの先
端部付近に取付けられるバネ抑え９と、シリンダヘッド
２に形成されたシート面２ａとの間には、コイルバネ１
０が縮装されている。さらに、バルブステム１ａの頂部
を覆うようにバルブバケット１１が取付けられており、
このバケット１１の頂面にカム部材６、７のカム面が摺
接するようになっている。この場合、カム部材７は、ロ
ック機構１２によって制御されるようになっており、ロ
ック機構１２が作動したときカム部材７は、カムシャフ
ト５に対する相対的回動が拘束され、カムシャフトとと
もに回動するようになる。この状態では、カム部材７の
カムプロフィールがカム部材６のカムプロフィールより
も大きいので、カム部材７が優先して、バルブ１を駆動
する。本例では、カム部材７は、高速領域でロックされ
るようになっており、従って、カム部材６は低速カムと
して機能し、カム部材７は、高速カムとして機能する。
また、本例では、大きなバルブリフト量を与えるカム部
材７のバルブバケット１１との接触面圧がカム部材６に
比して高くならないように、カム部材７をカム部材６よ
りも巾広に形成している。また、高速用カム部材７は、
バルブ１の作動方向の中心軸１３からのオフセット量
が、カム部材６よりも小さくなるように配置されてお
り、バルブステム１ａにかかる偏荷重が極力小さくなる
ように構成されている。このカム部材７のカムシャフト
軸方向への移動は、係止ピン１４により不能にされてい
る。カム部材７のロック・アンロックを行うためのロッ
ク機構１２は、第１ａ図を併わせて参照すれば、カム部
材７に形成された凹部７ａに嵌合するカム側プランジャ
１６と該プランジャ１６と凹部７ａの底面との間に縮装
されるバネ１７と、上記プランジャ１６よりも小径に、
カムシャフト５の半径方向に形成された係合穴５ａに嵌
合するシャフト側プランジャ１８とを備えている。ロッ
ク機構１２は、油圧によって作動するようになってお
り、カムシャフトの回転軸に沿って形成された貫通穴１
９をプラグ２０によって仕切ることによって形成される
油圧室２２に油圧が導入されたとき、カムシャフト側の
プランジャ１８がバネ１７の弾性力に抗してプランジャ
１６を押し、カム部材内面の凹部７ａのトレーリング側
に形成された助走溝に摺接しつつ移動してカム側凹部７
ａ内に突出したとき、カム部材７をカムシャフト５に対
して拘束する。油圧は、第１図に示すようにオイルポン
プ２３から油圧通路２４に設けられたオイルフィルタ２
５、及びコントロール用電磁弁２６を介してジャーナル
部に形成された油圧通路２７とに導入され、さらにジャ
ーナル部の半径方向に形成された貫通穴２８から油圧室
２２に導入される。電磁弁２６は、好ましくは、マイク
ロコンピュータを含んで構成される電子制御コントロー
ラ３０によって制御されるようになっており、オイルポ
ンプ２３からの油圧の油圧室２２への導入又はその解除
を切換えるようになっている。電磁弁は油圧を油圧室２
２に導入しない場合には、リターンポート２６ａからオ
イルをオイルパン３１に戻すようになっている。コント
ローラ３０には、エンジン回転数、エンジン負荷等の信
号が入力されるようになっており、コントローラ３０は
この入力信号に基づいて電磁弁２６のソレノイド２６ｂ
に命令信号を出力し、電磁弁２６を切換作動させる。本
例では、エンジンの高速時に油圧室２２に油圧が導入さ
れカムシャフト側プランジャ１８が油圧によってカム側
の凹部７ａに突出し、カム部材７をロックするようにな
っている。

従って、本例の構造を吸気弁及び排気弁についてそれぞ
れ採用した場合には、低速時には第３図の実線で示すよ
うな、比較的開弁期間の短かい、またオーバーラップ期
間の短かい開弁特性を得ることができる。また、高速時
には、破線で示すような開弁期間が長く、またオーバー
ラップ期間の長い特性を得ることができる。従って、低
速時には、吸気の吹き返しを有効に抑えて良好な燃焼性
を確保して、燃費を向上させることができるとともに、
高速時には、吸気の慣性力を利用して高充填率を確保す
ることができ、もって、高出力を確保することができ
る。なお、本例において、得られるバルブ特性は、上記
に限られるものではなく、高速用カムと、低速用カムの
切換を適宜制御して、運転状態に応じた適正なバルブ特
性を得ることができる。

また、本発明の他の実施例では、エンジンは各気筒に１
次吸気ポート及び２次吸気ポートの２つの吸気ポートを
備えており、１次吸気ポートには１次吸気弁が、２次吸
気ポートには、２次吸気弁がそれぞれ組合わされる。こ
れらの吸気弁を駆動するためのカム部材がそれぞれ１つ
つずつ各吸気弁に対応して設けられる。本例の構造で
は、１次吸気弁に対応するカム部材はカムシャフトに対
して固定して設けられ、２次吸気弁に対応するカム部材
は、カムシャフトに対して回動自在に設けられロック機
構を介して固定され得るようになっている。２次側カム
部材は、第４図に示す、運転領域Ｂにおいてロックされ
るようになっている。これによって、運転領域Ａでは、
２次吸気弁は、閉状態に維持され、吸気は、１次吸気ポ
ートからのみ導入され、運転領域Ｂでは、１次及び２次
ポートの両方から吸気が導入される。これによって、回
転数及び負荷の比較的低い領域Ａでは、吸気の高流速が
確保され、これによって燃焼性を向上させることができ
る。一方、多量の吸気量が必要となる領域Ｂでは、十分
な吸気量を確保して高出力を得ることができる。

また、さらに異なる実施例では、上記のような２つの吸
気ポートを有するエンジンにおいて１次吸気弁を作動さ
せるために２つのカム部材が設けられており、この２つ
のカム部材が運転状態に応じて選択的に用いられるよう
になっている。また、２次吸気弁に対しては、単一のカ
ム部材が設けられており、このカム部材は、ロック機構
の作動により、運転状態に応じて、ロック、アンロック
されるようになっている。これによって、２次吸気弁
は、運転状態に応じて、閉状態に維持され、又は、開閉
作動させられる。本例の構造では、１次吸気弁に対応す
る２つのカム部材は、異なるカムプロフィールを有して
おり、大きいカムプロフィールを有するカム部材は、ロ
ック機構を備えた遊嵌した構造になっている。また、カ
ムプロフィールの小さいカム部材は、カムシャフトに固
定されている。本例では、第５図に示すように、低速低
負荷運転領域Ａ′では、１次吸気弁の固定カムだけがバ
ルブ作動に寄与し、他の２つのカム部材はアンロック状
態になっており、従って、該カム部材に対して、カムシ
ャフトは、空転する。この結果、１次側ポートのみか
ら、比較的小さな開弁期間、及びリフト量を有する開弁
特性のもとに、吸気が導入される。また、中速中負荷運
転領域Ｂ′では、２次吸気弁用カム部材は、空転状態に
維持されるが、１次吸気弁用のカム部材は、ロックされ
る。これによって、このロックされたカム部材は、他方
のカム部材よりも大きなカムプロフィールを有するため
に、優先的に作動する。この結果、領域Ｂ′では、領域
Ａ′の場合よりも、大きな開弁期間、バルブリフト量を
有する開弁特性が得られ、領域Ａ′の場合よりも多量の
吸気量を確保することができる。また、高速高負荷運転
時Ｃ′では、さらに２次吸気弁用カム部材がロックされ
る。従って、この運転状態では、２次吸気弁用カム部材
及び１次弁用カム部材のうち大きいカムプロフィールを
有するカム部材がバルブ作動に寄与することとなる。こ
の結果、吸気は、２つの吸気ポートから、十分な開弁期
間をもって導入され、従って高出力を確保することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係るエンジンの部分断面
図、第１ａ図は、ロック機構の詳細図、第２図は、第１
図の実施例のカム部材の詳細図、第３図は、第１図の実
施例にかかるバルブ制御の開弁特性を示すグラフ、第４
図は、他の実施例に係る制御特性を示すグラフ、第５図
は、さらに他の実施例に係る制御特性を示すグラフであ
る。 １……バルブ、１ａ……バルブステム、 ２……シリンダヘッド、３……キャップ、 ５……カムシャフト、６……低速用カム部材、 ７……高速用カム部材、１２……ロック機構、 １６、１８……プランジャ、２２……油圧室、 ２６……電磁弁、３０……コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カムシャフトと、該カムシャフトに嵌合し
   吸気バルブ又は排気バルブを駆動するためのカム部材
   と、該カム部材内に半径方向に延びるように形成されカ
   ムシャフトを収容する嵌合穴の内面に開口する孔内に配
   置されるバネと、前記孔内に摺動自在に配置され前記バ
   ネによって付勢される第１プランジャと、前記カムシャ
   フト内に半径方向に延びるように形成されカムシャフト
   表面に開口するとともにカムシャフト内に形成されたオ
   イル通路に連通する孔内に摺動自在に配置される第２プ
   ランジャと、前記カムシャフトのオイル通路への油圧供
   給を制御する制御弁と、を備え前記第２プランジャは、
   前記第１プランジャに当接し得るようになっており、前
   記オイル通路に油圧が導入された場合おいて、第１プラ
   ンジャに当接したとき第１プラジャをバネの付勢力に抗
   して押しカム部材の孔内に突出しこれによってカム部材
   をカムシャフトに対して固定するようになったことを特
   徴とするエンジンのバルブ駆動装置。