JPH07127411A

JPH07127411A - 内燃機関用輪郭可変カム

Info

Publication number: JPH07127411A
Application number: JP27675093A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Tofuji; 保東藤
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】機関の回転領域に応じてバルブタイミングを
変化させることのできる輪郭可変カム機構を加工および
組立が容易で廉価な構成とする。【構成】バルブ作動部材（バルブリフター１０）に摺
接するアウターカム部材（７）と、カム軸１に嵌合固定
されると共にアウターカム部材（７）の嵌合孔（１１）
に嵌合され、回転方向の揺動を許容する揺動規制部材
（３）と、アウターカム部材（７）と揺動規制部材
（３）とを連結することによりアウターカム部材（７）
の揺動を禁止するカム連結手段（１４，１５，１６）と
カム連結手段を付勢する手段（１８，１Ａ，３３，３
２，３１）とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用輪郭可変カ
ムに関し、詳しくは、内燃機関の吸排気弁を開閉させる
ためのカムシャフトに設けられ、運転状態に応じてその
バルブタイミングを変化させることができる輪郭可変カ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の内燃機関用輪郭可変カム
としては、例えば、実公平４−２９０４２号公報に開示
されているものがある。このものは、カムシャフトと一
体に回転するカム基体の軸方向の中央部分を軸と直交す
る方向に溝状に切欠き、この溝に別体の揺動カム片を揺
動自在に組込んで油圧によってこの揺動カム片をカム軸
回転方向に揺動させることで、作用するカムの輪郭を運
転状態に応じて可変にしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の輪郭可変カムでは、限られた狭いカム機
構の空間に複雑な形状のカムや、その可変機構が組込ま
れるために、カム自体の加工が難しく、高精度が要求さ
れる上、各部品に均合のとれた強度が必要であり、耐久
性やコストの点で問題がある。特にカム基体と揺動カム
片との間にはそのカムの輪郭において、微妙な形状の相
違が生じ易く、運転中に衝撃的な騒音発生の要因となる
虞があった。

【０００４】本発明の目的は、このような従来の問題に
着目し、その解決を図るべく、機関の回転領域に応じて
バルブタイミングを変化させることができ、しかも加工
および組立作業が容易で、コストの低減を図ることので
きる内燃機関用輪郭可変カムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、バルブ作動部材に摺接するアウターカ
ム部材と、カム軸に固定されると共に、前記アウターカ
ム部材の軸方向に穿設された嵌合孔に嵌合され、前記ア
ウターカム部材の回転方向の揺動を限られた範囲で許容
する揺動規制部材と、前記アウターカム部材を前記揺動
規制部材に連結することにより前記アウターカム部材の
揺動を禁止するカム連結手段と該カム連結手段を付勢す
る手段とを具備したことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、カム軸に嵌合固定される揺動
規制部材がアウターカム部材の嵌合孔に嵌め合わされた
状態でアウターカム部材の揺動を限られた範囲で許容す
るもので、内燃機関の低中速回転領域では、このような
揺動許容状態でカム軸を回転駆動させることによりバル
ブ作動部材に摺接するアウターカム部材をその開弁作動
行程と閉弁作動行程とで嵌合孔内において異なる方向に
揺動させ、これによって、バルブの遅開き、早閉じを実
現することができる。

【０００７】また、内燃機関の高速回転領域では、カム
連結手段を動作させて揺動規制部材とアウターカム部材
とを連結させることにより、アウターカム部材の揺動規
制部材に対する揺動を禁止し、アウターカム部材のカム
形状に合わせてバルブ作動部材を動作させ、予め設定さ
れた通りのバルブタイミングで弁の開閉を行わせること
ができる。

【０００８】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳
細かつ具体的に説明する。

【０００９】図１は本発明にかかる輪郭カムの構成例を
示す。なお、本例ではダブルオーバヘッドカムシャフト
（ＤＯＨＣ）採用の内燃機関への適用例が示されてお
り、バルブリフタの頂面にカム自体が直接に接触を保っ
てこれを駆動する。また、カムシャフト（カム軸）自体
は後述するようにタイミングベルト等を介してクランク
シャフトによって駆動される。本例の場合は、各シリン
ダごとに例えば２個の吸気弁が設けられていて、１本の
カム軸に配設された各カムによって駆動されるものであ
る。

【００１０】図１において、１は中空のカム軸であり、
カム軸１の一方の端部には図２に示すようにこれを駆動
するためのカムプーリ２が設けられている。３は、カム
軸１の外周面に沿って各シリンダごとに嵌装され、後述
するようにしてアウターカム部材の揺動を規制するイン
ナーカム部材（揺動規制部材）である。なお、このイン
ナーカム部材３はカム軸１に一体成形してもよい。４は
１つのインナーカム部材３に対をなして形成されたイン
ナーカム部、５はインナーカム部４の長径中心線方向に
オフセットされ、軸方向に穿設されたピン係合孔、６は
エア抜き孔である。また、７は個々のインナーカム部４
に揺動自在に嵌合されるアウターカム部材、８はそのア
ウターカム部であり、アウターカム部８の外周に形成さ
れたカム面８Ａはインナーカム部４の外周面とほぼ相似
的に形成されていて、シリンダヘッド９側のバルブリフ
タ１０の頂面１０Ａと接触を保つ。１１はアウターカム
部材７にカム面８Ａとほぼ相似的に形成されたインナー
カム部嵌合孔である。ここで、嵌合孔１１の基礎円部１
１Ａはインナーカム部４の基礎円部４Ａと同心に形成さ
れていて、インナーカム部４のカム山部４Ｂが収容され
る部分（以下では嵌合孔の揺動許容部１１Ｂという）と
カム山部４Ｂとの間にはアウターカム部材７の揺動を許
容するようにすき間１２が形成されている。なお、１２
Ａは、インナーカム部４の基礎円部４Ａとカム山部４Ｂ
との境界部分に対応する嵌合孔１１の基礎円部１１Ａと
揺動許容部１１Ｂとの境界部分に形成した逃げであり、
アウターカム８の嵌合孔１１の表面研磨を容易とするた
めのものである。

【００１１】１３はアウターカム部材７に設けたピスト
ンピン孔であり、ピストンピン孔１３はインナーカム部
４のピン係合孔５と対向する位置にこれと同径に穿設さ
れている。１４はピストンピン孔１３に摺動自在に保持
されるピストンピン、１５はピストンピン１４とピン係
合孔５との間に介装したばね、１６はピストンピン孔１
３に保持されるピストンピン１４の後端側に当接し、ピ
ストンピン孔１３を液密に封止する封止栓、１７はその
止め輪である。なお、封止栓１６とピストンピン１４の
後端部との間にはオイル通路１８を介してカム軸１の中
空通路１Ａから油圧が供給され、ピストンピン１４をば
ね１５のばね力に抗してピン係合孔５に導き、インナー
カム部４と、アウターカム部８とを結合し、カム全体を
図１の（Ｂ）に示す状態に保つことができる。また、ピ
ストンピン１４の先端側にはピン係合孔５に導入され易
いように周囲部にＲが形成されている。

【００１２】１９はアウターカム部材７をインナーカム
部材３のインナーカム部４に向けて偏倚させ、両部材を
圧接状態に保つための皿ばね、２０は皿ばね１９を介し
てアウターカム部材７を上述の状態に保つためのストッ
パーリングである。２１はシリンダヘッド９に設けた軸
受部であり、軸受部２１にはカム軸１に嵌合され、これ
と一体になって回転するインナーカム部材３が軸支され
る。なお、インナーカム部材３は図１（Ａ）にも示すよ
うに軸受部２１を中心として対称に形成されており、そ
の両側に上述の構成でアウターカム部材７が組込まれる
もので、３Ａはインナーカム部材３の両端部に形成さ
れ、インナーカム部材３同士を例えばドッグ歯型によっ
て結合する接続部である。

【００１３】図２は上述のような構成になる輪郭可変カ
ムを配設したカム軸機構の一例を示す。ここで、３１は
油圧ポンプ、３２は不図示の制御回路によって制御さ
れ、油圧の供給を切換えるソレノイドバルブ、３３はカ
ム軸１の中空通路１Ａに油圧を供給するオイル通路であ
る。なお、カムシャフト機構の組立にあたっては、シリ
ンダヘッド９の各シリンダごとにインナーカム部材３を
軸受部２１により軸支させると共にその両側にアウター
カム部材７を組込んで、アウターカム部８のカム面８Ａ
を所定の位置で個々のバルブリフタ頂面１０Ａに当接さ
せる。この際に上述のドッグ歯型による接続部３Ａの噛
合い位置を変更することにより、インナーカム部材３、
ひいてはアウターカム部材７の各位相を調整する。かく
して、カムプーリ２側からカム軸１に各シリンダごとに
インナーカム部材３およびアウターカム部材７を嵌合さ
せると共に、インナーカム部材３同士を接続部３Ａで結
合させた上、カム軸１の端部にナット３４を螺締して、
カム軸１上に各カム機構を固定することができる。

【００１４】続いて、上述した構成の輪郭可変カムによ
る吸排気弁の開閉動作について説明する。

【００１５】吸排気弁の好適な開閉時期は機関の回転数
によっても異なるので、カム機構による弁の開閉もま
た、それに合わせるように構成されることが望ましい。
ところで機関が低中速の回転領域にあるときは、特にカ
ムによる弁開閉のための作動角を高速回転領域に比して
小さく保つことが望ましく、それによって、アイドル回
転等を容易にすることができる。本例では、そのため
に、低中速回転領域において弁の遅開き、早閉じを実施
可能とするもので、なお、同時に弁の全開時期を高速回
転領域の時よりも後にずらせることで、吸入効率を高め
る効果が得られる。

【００１６】まず、内燃機関が高速回転領域にあるとき
は、不図示の制御部を介して図２に示したソレノイドバ
ルブ３２が開弁され油圧ポンプ３１からの油圧をカム軸
１の中空通路１Ａに供給する。よって、各カム機構では
ピストンピン１４がばね１５のばね力に抗して付勢さ
れ、ピン係合孔５に押込まれることで、アウターカム部
材７がインナーカム部材３に図１の（Ｂ）に示す状態で
結合され、カムプーリ２によりアウターカム部８が駆動
されてそのカム面８Ａにより、図３に実線で示す曲線Ｃ
_H のようにリフタ１０を動作させ、その弁の開閉動作が
行われる。

【００１７】また、内燃機関が低中速領域にあるとき
は、ピストンピン１４への油圧の供給を停止すること
で、ばね１５のばね力によりピストンピン１４をピン孔
１３に戻し、アウターカム部材７のインナーカム部４外
周りの揺動を許容させるようにする。この状態でカム軸
１を図１の（Ｂ）で時計回りの方向に回転させたとする
と、リフタ１０からの反力がアウターカム部８に作用す
ることで、アウターカム部８が嵌合孔１１内で反時計回
りの方向に揺動し、嵌合孔１１内の右側の壁に当接す
る。そして、この揺動動作が行われることによってアウ
ターカム部８によるカムリフタ１０の開動作が遅らさ
れ、図３に破線で示す曲線Ｃ_L のようにバルブ開き始め
のタイミングが高速回転領域にある時に比べて遅くな
り、遅開きを実現することができる。

【００１８】なお、インナーカム部４のカム山部４Ｂが
図１の（Ｂ）において嵌合孔１１の右側の壁に当接した
まま同方向に回転し、アウターカム部８のカム面８Ａに
形成されたカム山部が高速回転時の回転角度に比して遅
れた角度でバルブリフタ１０を押下げることにより弁全
開のタイミングが図３の破線で示す曲線Ｃ_L のように遅
らされる。そしてこのカム山の最高部を通過したあと、
アウターカム部８のカム面８Ａに形成されたカム山部の
左側の面にバルブリフタ１０の上面１０Ａからの作用力
が働くことによりインナーカム部４のカム山部４Ｂの左
側の面が嵌合孔１１の左側の面に当接する。かくして、
アウターカム部８の基礎円部がバルブリフタ上面１０Ａ
に摺接するようになる閉弁時期を図３に示すように高速
回転時よりは速め、早閉じを実現することができる。

【００１９】以上のカム機構による弁開閉動作は各弁ご
とに行われるもので、なお、アウターカム部材７が皿ば
ね１９のばね力によりインナーカム部材３のインナーカ
ム部４に向けて偏倚されているので、嵌合孔１１内でカ
ム部同士の対峙する摺接面間に発生する摩擦力によりカ
ム部間の摺動速度が緩和される。これは、アウターカム
部材７に作用するバルブスプリングの反力を前記摩擦力
が効果的に吸収していることを意味し、アウターカム部
材７とインナーカム部材３間の衝撃音の発生を抑制する
ことができる。

【００２０】なお、上述した実施例においては、ピン係
合孔５はインナーカム部４の長径中心線上に、また、ピ
ストンピン孔１３もアウターカム部材７の長径中心線上
に設けるようにしたが、ピストンピン孔１３の位置はア
ウターカム部材７の揺動方向に偏位させることも可能で
ある。

【００２１】例えば、ピストンピン孔１３をアウターカ
ム部材７におけるカム軸１の回転方向進み側に偏位させ
て設けると、低中速回転領域から高速回転領域に移行す
る際のピストンピン１４のピン係合孔５への導入のタイ
ミングが、カムリフタ１０のバルブ開動作中（インナー
カム部４が嵌合孔１１の右側の壁に当接している）のみ
に限られ、ピストンピン１４とピン係合孔５との位置決
めが容易となり、ピストンピン１４の導入が円滑に行わ
れることになる。

【００２２】一方、ピストンピン孔１３をアウターカム
部材７におけるカム軸１の回転方向遅れ側に偏位させて
設けた場合には、同様に低中速から高速回転領域に移行
する際のピストンピン１４導入のタイミングが、カムリ
フタ１０のバルブ閉動作中からその閉鎖中（アウターカ
ム部材７の基礎円と摺接中）にかけた長い期間中のいず
れかであればよく、ピストンピン１４の導入のための速
度が低くてもよい。このため、ピストンピン１４の作動
軸圧を高くする必要がない。

【００２３】また、以上に述べた実施例では、揺動規制
部材として機能するインナーカム部材３におけるカム山
部４Ｂの形状をアウターカム部８のカム山部形状にほぼ
相似させて形成したが、インナーカム部４のカム山部４
Ｂの形状としては嵌合孔１１内を揺動可能に形成される
限り、嵌合孔１１の形状およびすき間１２の設定と共に
自在な形状に設定されて良い。更にまた、アウターカム
部８のカム面形状も図示のような円弧カムに限られるも
のでないことはいうまでもない。

【００２４】また、上述の実施例ではＤＯＨＣ採用の内
燃機関への適用例について述べたが、このような内燃機
関に限らず、オーバヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）やオ
ーバヘッドバルブ（ＯＨＶ）等採用の内燃機関にも広く
本発明を適用することができる。さらに、アウターカム
部材をインナーカム部材に圧接させる弾性部材として
は、皿ばね１９に替えてゴムばね、樹脂製ばね等を用い
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、バルブタイミングを機関の回転領域に合わせて適宜
変化させることができるので、内燃機関の出力向上に貢
献できる。

【００２６】また、１本のカム軸に本発明にかかるカム
機構を複数一体にして組込むことができるので、少ない
部品点数でしかも組立が容易であり、更にその制御も簡
単な機構で良く、費用も少なくてすむ。

【００２７】更にまた、本発明によりＤＯＨＣ採用の内
燃機関のみならずＯＨＣ，ＯＨＶ採用の内燃機関等、シ
リンダヘッド上に弁機構が配置される形態の内燃機関に
好適な輪郭可変カム機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による輪郭可変カムの構成例を側断面図
（Ａ）および（Ａ）のＡ−Ａ線断面図（Ｂ）によって示
す説明図である。

【図２】本発明による輪郭カム機構を組込んだＤＯＨＣ
内燃機関のカム軸の構成例を示す側面図である。

【図３】本発明によるバルブリフト曲線の一例を高速回
転時と低速回転時とで比較して示す特性曲線図である。

【符号の説明】

１カムシャフト（カム軸）１Ａ中空通路２カムプーリ３インナーカム部材（揺動規制部材）３Ａ接続部４インナーカム部４Ａ基礎円部４Ｂカム山部５ピン係合孔７アウターカム部材８アウターカム部８Ａカム面９シリンダヘッド１０バルブリフタ１１嵌合孔１１Ａ基礎円部１１Ｂ揺動許容部１２すき間１２Ａ遊び１３ピストンピン孔１４ピストンピン１５ばね１６封止栓１８オイル通路１９皿ばね２１軸受部３１油圧ポンプ３２ソレノイドバルブ３３オイル通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブ作動部材に摺接するアウターカム
部材と、カム軸に固定されると共に、前記アウターカム
部材の軸方向に穿設された嵌合孔に嵌合され、前記アウ
ターカム部材の回転方向の揺動を限られた範囲で許容す
る揺動規制部材と、前記アウターカム部材を前記揺動規制部材に連結するこ
とにより前記アウターカム部材の揺動を禁止するカム連
結手段と、該カム連結手段を付勢する手段と、を具備したことを特徴とする内燃機関用輪郭可変カム。
【請求項２】前記アウターカム部材の回転方向の揺動
は前記嵌合孔に嵌合された前記揺動規制部材と前記アウ
ターカム部材との間のすき間によって許容されることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関用輪郭可変カム。
【請求項３】前記カム連結手段は油圧によって付勢さ
れることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機
関用輪郭可変カム。
【請求項４】前記アウターカム部材は前記揺動規制部
材に設けた弾性部材により前記嵌合孔内で該揺動規制部
材に前記軸方向で圧接状態に保たれることを特徴とする
請求項１または２に記載の内燃機関用輪郭可変カム。
【請求項５】前記揺動規制部材はその複数が前記カム
軸上で、一体に結合されることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の内燃機関用輪郭可変カム。