JPH0714105U - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２バルブシングルカム方式において、吸気弁と
排気弁のバルブオーバーラップ量を運転状態に応じて連
続的に可変制御して、機関の全運転域で機関出力の向上
を図ることを目的とする。 【構成】サーボモータ２６を回動駆動してねじ部材２７
を回動させて、押圧部材２４を軸方向にスライド移動さ
せ、同時にスプリング保持部材２２を軸方向にスライド
移動させ、内歯歯車１８をスライド移動して内歯歯車１
８のハスバ１６と噛み合うハスバギヤ１３に回動を付与
し、ハスバギヤ１３が固定されたインナシャフト３を回
動させてインナシャフト３に一体的に結合されたカムＢ
を回動させるようにした。この結果、吸気弁駆動用カム
と排気弁駆動用カムのカム回転位相差を変化させること
ができ、吸気弁と排気弁のバルブオーバラップ量を可変
するようにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の動弁装置に関し、特に、吸気弁と排気弁の開閉タイミン グを可変する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、内燃機関において、１本のカムシャフトに吸気弁駆動用カムと排気弁駆 動用カムを設けた構成、即ち、２バルブシングルカム方式の動弁装置が知られて いる。 このような動弁装置において、排気浄化性能並びに機関出力の向上を図るため 、機関運転状態に応じて吸気弁と排気弁の開閉タイミングを可変して、吸気弁と 排気弁のバルブオーバラップ量を可変する可変バルブタイミング機構を備えたも のが知られている。

【０００３】 従来の可変バルブタイミング機構としては、ＯＮ・ＯＦＦの２段切換構造であ り、カムリフトを変化させることによってカムカム回転位相差を変化させる方式 が主流である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、かかる従来の可変バルブタイミング機構にあっては、バルブオーバラ ップ量を連続的に変化させくことはできず、低速域、中速域、高速域で夫々最適 なバルブオーバラップ量を確保できず、全運転域で吸気充填効率η_v の向上を図 れず、機関出力を向上することができないという問題点があった。

【０００５】 尚、実開平１−４９１６０号公報に示すように、吸気弁と排気弁を駆動する吸 気カムと排気カムのいずれか一方をアウタシャフトに、他方をインナシャフトに 固定したカムをアウタシャフトに対して回転自在に嵌合し、アウタシャフトとイ ンナシャフトに回転位相差を付与する差動機構を設け、機関運転状態に応じて吸 気弁と排気弁のバルブオーバラップ量を可変するようにした技術が知られている そこで、本考案は上記に鑑みてなされたものであり、２バルブシングルカム方 式において、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を運転状態に応じて連続 的に可変制御して、機関の全運転域で機関出力の向上を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の内燃機関の排気還流制御装置は、１本のカムシャフトに吸気弁駆動用 カムと排気弁駆動用カムを設けて吸・排気弁を開閉駆動する構成の内燃機関の動 弁装置であって、前記カムシャフトは、シリンダヘッドに軸支されクランクシャ フトに同期して回転する中空状のアウタシャフトと、該アウタシャフトの中空部 に相対回転可能に貫通するインナシャフトとからなり、前記アウタシャフトに吸 気弁駆動用カムと排気弁駆動用カムのうち一方のカムを一体結合し、前記インナ シャフトに、アウタシャフトに設けた長孔を貫通させたピンを介して他方のカム を一体結合する一方、前記インナシャフトの一端に設けたハスバギヤと、該ハス バギヤに噛合うハスバを内側に有し外側にスプライン歯を有する内歯歯車と、該 内歯歯車の前記スプライン歯に嵌合するスプライン歯を内側に有し前記アウタシ ャフトに結合すると共に、前記内歯歯車と軸方向に相対移動可能に弾性部材を介 して結合されるスプライン部材と、シリンダヘッドに軸方向移動可能にガイドさ れ前記内歯歯車に軸受を介して相対回転自由に軸支され内歯歯車を軸方向に押圧 する押圧部材と、該押圧部材を軸方向に移動させる押圧部材移動手段とを含んで 構成されるカム回転位相差可変機構を設け、機関運転状態検出手段と、該機関運 転状態検出手段から出力される検出信号に基づいて前記押圧部材を所定の距離移 動させるように、前記押圧部材移動手段の作動を制御する制御手段とを備えるよ うにした。

【０００７】

【作用】

アウタシャフトとインナシャフトを相対回転させることにより、吸気弁駆動用 カムと排気弁駆動用カムの回転位相差を連続的に可変とする。これにより、吸気 弁と排気弁のバルブオーバラップ量を、運転状態に応じて連続的に可変制御して 、最適に変化させ、吸気充填効率の向上等を図れ、機関出力の向上等が図れる。

【０００８】

【実施例】

図１及び図２において、カムシャフト１は、シリンダヘッドに軸支されクラン クシャフトに同期して回転する中空状のアウタシャフト２と、該アウタシャフト ２の中空部に相対回転可能に貫通するインナシャフト３とから構成される。 この場合、アウタシャフト２はシリンダヘッド側の複数のカムブラケット４に カムジャ−ナル５を介して回転自由に支承される。アウタシャフト２の一端部外 周面にはカムスプロケット６が嵌合され、キー７によって結合される。カムスプ ロケット６には図外のクランクシャフト側のクランクスプロケットに巻き掛けら れたドライブチェーンが巻き掛けられる。

【０００９】 そして、カムシャフト１外周面の隣り合うカムブラケット４間部位には、吸気 弁駆動用カムと排気弁駆動用カムとが設けられている。 即ち、図３に示すように、アウタシャフト２の外周面には、吸気弁駆動用カム と排気弁駆動用カムのうち一方のカムＡが嵌合され、キー８によって結合される 。これにより、アウタシャフト２にカムＡが一体的に結合される。

【００１０】 又、図４に示すように、アウタシャフト２の外周面には、吸気弁駆動用カムと 排気弁駆動用カムのうち他方のカムＢが回動可能に嵌挿される。このカムＢは、 該カムＢの外周面の相対向する２部位に形成された孔９と、アウタシャフト２外 周面の相対向する２部位に夫々設けられた長孔１０と、インナシャフト３に貫通 形成された貫通孔１１とに貫通させたピン１２を介してインナシャフト３に一体 的に結合される。

【００１１】 次に、かかるカムシャフト１に設けられたカム回転位相差可変機構の構成につ いて説明する。 前記インナシャフト３の前記カムスプロケット６側の一端部にはハスバギヤ１ ３が設けられている。 この場合、ハスバギヤ１３はインナシャフト３端部の小径軸部３Ａ外周面に嵌 合され、キー１４と固定リング１５とによって結合される。

【００１２】 前記ハスバギヤ１３に噛合うハスバ１６を内周面に有し、外周面にスプライン 歯１７を有する内歯歯車１８が設けられている。この内歯歯車１８は、筒部１８ ａと、該筒部１８ａの一端部内周面から張り出すフランジ部１８ｂとから構成さ れ、筒部１８ａの反フランジ部１８ｂ側端部内周面にハスバ１６が形成され、筒 部１８ａの外周面にスプライン歯１７が形成される。

【００１３】 前記内歯歯車１８のスプライン歯１７に嵌合するスプライン歯１９を内周面に 有し、前記アウタシャフト２に結合されると共に、前記内歯歯車１８と軸方向に 相対移動可能に弾性部材としてのスプリング２０を介して結合されるスプライン 部材２１が設けられている。 このスプライン部材２１は、筒部２１ａと該筒部２１ａの一端部外周面から張 り出すフランジ部２１ｂとから構成され、前記筒部２１ａ内周面にスプライン歯 １９が形成される。フランジ部２１ｂは図示しない固定ピン等により前記カムス プロケット６の端面に結合される。

【００１４】 前記内歯歯車１８のフランジ部１８ｂには前記スプライン部材２１外周面側を 間隔を介して取り囲むスプリング保持部材２２が一体的に設けられている。 このスプリング保持部材２２は、筒部２２ａと該筒部２２ａの一端部内周面か ら張り出すフランジ部２２ｂとから構成され、該フランジ部２２ｂはボルト２３ によって前記内歯歯車１８のフランジ部１８ｂに固定取付される。前記スプリン グ２０は、前記スプリング保持部材２２の筒部２２ａと前記スプライン部材２１ の筒部２１ａとの間に配設され、該スプリング２０の両端部はスプリング保持部 材２２のフランジ部２２ｂの端面と前記スプライン部材２１のフランジ部２１ｂ 端面に夫々係止される。

【００１５】 シリンダヘッドに軸方向移動可能にガイドされ前記内歯歯車１８に軸受を介し て相対回転自由に軸支され内歯歯車１８を軸方向に押圧する押圧部材２４が設け られている。 この押圧部材２４は、筒部２４ａと該筒部２４ａの一端部内周面から張り出す フランジ部２４ｂとから構成される。このフランジ部２４ｂの中央部にはボス部 ２４ｃが形成され、該ボス部２４ｃ内周面にはめねじ部２４ｄが形成される。

【００１６】 かかる押圧部材２４は、その筒部２４ａがスプリング保持部材２２の筒部２２ ａ外周面を間隔を介して取り囲むように、かつボス部２４ｃが内歯歯車１８の中 心孔に突入するように配設される。押圧部材２４の筒部２４ａ内周面とスプリン グ保持部材２２の筒部２２ａ外周面との間には一対のボールベアリング２５が介 装される。

【００１７】 尚、前記押圧部材２４の筒部２４ａ外周面には軸方向に伸びる図外の溝が、該 押圧部材２４外周面と相対面するシリンダヘッド壁内面には該溝にスライド自由 に嵌め込まれる図示しないスライドレール部が、夫々形成され、押圧部材２４を 軸方向にスライド可能にしつつ回転不能に保持するようになっている。 かかる押圧部材２４を軸方向に移動させる押圧部材移動手段としては、サーボ モータ２６が設けられ、該サーボモータ２６の回転軸２６ａには前記ボス部２４ ｃ内周面のめねじ部２４ｄにねじ嵌合するおねじ部２７ａを外周面に有するねじ 部材２７が連結される。

【００１８】 一方、機関運転状態検出手段としては、回転センサ２８等の機関回転速度検出 手段とアクセル開度センサ２９等の機関負荷検出手段とが設けられ、これら各セ ンサ２８，２９から出力される検出信号に基づいて前記押圧部材２４を所定の距 離移動させるように、前記サーボモータ６の作動を制御する制御手段が設けられ ている。

【００１９】 ここで、前記回転センサ２８及びアクセル開度センサ２９夫々から出力される 検出信号はコントロールユニット３０に入力される。このコントロールユニット ３０には、前記制御手段の機能がソフトウェア的に装備されており、該コントロ ールユニット３０から前記サーボモータ２６に制御信号が出力される。 次に、かかる構成の作用について説明する。

【００２０】 サーボモータ２６を回動駆動してねじ部材２７を回動させると、押圧部材２４ が軸方向にスライド移動し、同時にスプリング保持部材２２も軸方向にスライド 移動する。スプリング保持部材２２のスライド移動によって、内歯歯車１８もス ライド移動し、該内歯歯車１８のハスバ１６と噛み合うハスバギヤ１３が回動を 付与される。このようにハスバギヤ１３に回動が付与されると、該ハスバギヤ１ ３が固定されたインナシャフト３が回動し、該インナシャフト３に一体的に結合 されたカムＢが回動する。

【００２１】 この結果、吸気弁駆動用カムと排気弁駆動用カムのカム回転位相差が変化し、 吸気弁と排気弁のバルブオーバラップ量が可変される。 図２は押圧部材２４を図の右方にスライド移動した状態を示している。 ここで、コントロールユニット３０内に機関回転速度と機関負荷とによって所 定のバルブオーバラップ量が得られるような吸気弁駆動用カムと排気弁駆動用カ ムの回転位相差、即ち、バルブオーバラップ角度を割り付けたマップ（図５参照 ）を予め装備しておき、センサ２８，２９によって検出された機関回転速度と機 関負荷に基づいて、マップからバルブオーバラップ角度を読み出して、このバル ブオーバラップ角度となるようにサーボモータ２６を回動して、インナシャフト ３を回動させ、カムＢを所定角度回動させるようにすれば良い。

【００２２】 従って、このように、アウタシャフト２とインナシャフト３を相対回転させる ことにより、吸気弁駆動用カムと排気弁駆動用カムの回転位相差を連続的に可変 とする。これにより、吸気弁と排気弁のバルブオーバラップ量を、機関運転状態 に応じて連続的に可変制御でき、機関運転状態に応じて最適に変化させ、吸気充 填効率の向上を図れ、機関出力の向上が図れると共に、排気エミッションの低減 をも図ることができる。

【００２３】 尚、具体的には、機関高速運転時には、図６に示すようにバルブオーバラップ 量を大にして、吸気干渉を有効利用し、吸気慣性による吸気充填効率の向上を図 るようにする。 又、機関低速運転時には、吸気干渉が逆に吸気充填効率を低下させるため、バ ルブオーバラップ量が大きいと、残留ガスの影響によりアイドル回転が不安定に なるため、図７に示すようにバルブオーバラップ量を小にして、吸気充填効率の 低下を防止すると共に、アイドル回転を安定化させる。

【００２４】 更に、機関中速運転時には、図８に示すようにバルブオーバラップ量を中間の 値にして、吸気充填効率の向上を図るようにする。 特に、上記のカム回転位相差可変機構の構成によると、ハスバギヤ１３と、内 歯歯車１８と、スプライン部材２１と、押圧部材２４と、を含んで構成して、押 圧部材２４のスライド動作により内歯歯車１８を回動させ、該内歯歯車１８の回 動動作により、ハスバギヤ１３を介してインナシャフト３を回動させる構成とし たから、軽量でコンパクトな構造とすることがてき、作動の信頼性も高いという 利点がある。

【００２５】 尚、上記実施例においては、押圧部材２４を軸方向に移動させる押圧部材移動 手段として、サーボモータ２６とこれにより回動されるねじ部材２７を設けるよ うにしたが、図９の実施例のように、負圧アクチュエータ３１と該負圧アクチュ エータ３１によりスライド動作されるスライド部材３２とを設けるようしても良 い。

【００２６】 この場合、負圧を発生するバキュームポンプ３３を設け、該ポンプ３３に接続 した負圧導入管３４を負圧アクチュエータ３１の負圧室に連通接続し、更に、負 圧導入管３４に電磁開閉弁３５を介装する。又、負圧アクチュエータ３１により スライド動作されるスライド部材３２をカム回転位相差可変機構３６の押圧部材 に連結する。

【００２７】 そして、前記電磁開閉弁３５をコントロールユニット３０から出力される制御 信号により開閉制御して、押圧部材のスライド動作を制御すれば良い。 以上のように、特定の実施例を参照して本考案を説明したが、本考案はこれに 限定されるものではなく、当該技術分野における熟練者等により、本考案に添付 された実用新案登録請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正が可 能であるとの点に留意すべきである。

【００２８】

【考案の効果】

本考案は以上説明したように、吸気弁と排気弁を駆動する吸気カムと排気カム のいずれか一方をカムシャフトを構成するアウタシャフトに、他方をインナシャ フトに一体的に結合し、アウタシャフトとインナシャフトを相対回転させること により、２つのカムの回転位相差を連続的に可変とする構成とし、吸気弁と排気 弁のバルブオーバラップ量を、機関運転状態に応じて連続的に可変制御できるよ うにしたから、機関運転状態の全域にわたり吸気充填効率の向上を図れ、機関出 力の向上が図れると共に、排気エミッションの低減をも図ることができる実用的 効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係る内燃機関の動弁装置の一実施例
を示す断面図

【図２】 同上実施例のカム回転位相差可変機構の作動
状態を示す断面図

【図３】 同上実施例におけるカムの取付構造を示す断
面図

【図４】 同上実施例におけるカムの取付構造を示す断
面図

【図５】 同上実施例におけるバルブオーバラップ角度
のマップ

【図６】 バルブオーバラップ量の説明図

【図７】 バルブオーバラップ量の説明図

【図８】 バルブオーバラップ量の説明図

【図９】 他の実施例のシステム図

【符号の説明】

Ａ カム Ｂ カム １ カムシャフト ２ アウタシャフト ３ インナシャフト １０ 長孔 １２ ピン １３ ハスバギヤ １６ ハスバ １７ スプライン歯 １８ 内歯歯車 １９ スプライン歯 ２０ スプリング ２１ スプライン部材 ２２ スプリング保持部材 ２４ 押圧部材 ２５ ボールベアリング ２６ サーボモータ ２７ ねじ部材 ２８ 回転センサ ２９ アクセル開度センサ ３０ コントロールユニット ３１ 負圧アクチュエータ ３２ スライド部材

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】１本のカムシャフトに吸気弁駆動用カムと
   排気弁駆動用カムを設けて吸・排気弁を開閉駆動する構
   成の内燃機関の動弁装置であって、前記カムシャフト
   は、シリンダヘッドに軸支されクランクシャフトに同期
   して回転する中空状のアウタシャフトと、該アウタシャ
   フトの中空部に相対回転可能に貫通するインナシャフト
   とからなり、前記アウタシャフトに吸気弁駆動用カムと
   排気弁駆動用カムのうち一方のカムを一体結合し、前記
   インナシャフトに、アウタシャフトに設けた長孔を貫通
   させたピンを介して他方のカムを一体結合する一方、前
   記インナシャフトの一端に設けたハスバギヤと、該ハス
   バギヤに噛合うハスバを内側に有し外側にスプライン歯
   を有する内歯歯車と、該内歯歯車の前記スプライン歯に
   嵌合するスプライン歯を内側に有し前記アウタシャフト
   に結合すると共に、前記内歯歯車と軸方向に相対移動可
   能に弾性部材を介して結合されるスプライン部材と、シ
   リンダヘッドに軸方向移動可能にガイドされ前記内歯歯
   車に軸受を介して相対回転自由に軸支され内歯歯車を軸
   方向に押圧する押圧部材と、該押圧部材を軸方向に移動
   させる押圧部材移動手段とを含んで構成されるカム回転
   位相差可変機構を設け、機関運転状態検出手段と、該機
   関運転状態検出手段から出力される検出信号に基づいて
   前記押圧部材を所定の距離移動させるように、前記押圧
   部材移動手段の作動を制御する制御手段とを備えたこと
   を特徴とする内燃機関の動弁装置。