JPH07279631A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギーロスの非常に少ない可変動弁装置
の提供。 【構成】 装置は、カム軸10の一端に一体的に設けられ
た差動歯車機構12と位相変更機構14とを有している。機
構12は、方向の異なる左，右雌ねじ24,24aが設けられた
一対のベベルギア22,22aを有している。カム軸10の一端
に連結された連結軸26には、雌ねじ24,24aと螺着される
左，右雄ねじ28,28aが設けられ、これらを螺合させて連
結軸26がベベルギア22,22aを貫通するように配置されて
いる。ベベルギア22,22aの対向するギア面には、ベベル
ピニオン30が設置されている。ピニオン30は、ピニオン
支持プレート38,38aに回転可能に支持されている。ベベ
ルギア22,22aの外側面側には、電磁ブレーキ40,40aが付
設されている。機構16は、連結軸26の外周に設けられた
スプライン突起42と、突起42と嵌合するスプライン溝44
から構成され、溝44は、外周縁に内燃機関の回転部と連
結されるギア46が周設されたカム軸駆動歯車48に設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の可変動弁
装置に関し、特に、軸方向にプロフィールが異なる立体
カムを設けたカム軸の可変動弁装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の可変動弁装置としては、
例えば、月刊誌ＭＺＴ（Ｍｏｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈ
ｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ）（内燃機関）ドイツ版
1986年47巻5 号の第185 〜186 頁に、表題”Ｄｉｅ ｖ
ａｒｉａｂｌｅ Ｖｅｎｔｉｌｓｔｅｕｅｒｕｎｇ ｖ
ｏｒ ＦＩＡＴ（ＦＩＡＴによる可変動弁機構）”
（著者 Ａｎｄｒｅａ Ｔｉｔｏｌｏ）の下に記載され
ている装置が知られており、図５〜８にこの文献に開示
されている可変動弁装置を示している。

【０００３】同図に示す可変動弁装置は、内燃機関の回
転と同期回転するカム軸１を有していて、このカム軸１
には、カム軸方向に沿ってプロフィールが異なる立体カ
ム２が固設されている。燃焼室の開閉を行なう各動弁Ｖ
には、同軸上で摺動移動するタペット３が設けられ、こ
のタペット３上には、立体カム２に摺接する滑りフォロ
ア４がシリンドリカルシート５を介して揺動可能に設け
られている。

【０００４】また、カム軸１の後端側には、このカム軸
１を軸方向にスライド移動させるスライド移動機構６が
配置されるとともに、カム軸１の前端側には、カム軸１
を周方向に回転させて、その回転位相を変更する位相変
更機構７が配置されている。スライド移動機構６は、ケ
ース６ａ内に摺動移動自在に設けられ、一端側がカム軸
１に連結され、他端側に油圧室６ｂを画成するぴストン
６ｃと、ピストン６ｃと復帰バネ６ｄを介して結合され
たガバナ機構６ｅと、油圧室６ｂと連通するケース６ａ
に設けられた油路６ｆとを有している。

【０００５】位相変換機構７は、カム軸１の先端側に設
けられたヘリカル状のスプライン突起７ａと、このスプ
ライン突起７ａと嵌合するスプライン溝７ｂが内設され
た円筒体７ｂとを有している。このように構成された可
変動弁装置では、ガバナ機構６ｅが回転すると、その遠
心力により油路６ｆに介装された弁を開き、油路６ｆを
介して油圧室６ｂ内に高圧油が導入され、ピストン６ｃ
を前方に移動させる。

【０００６】ピストン６ｃが前方に移動すると、これに
伴ってカム１も前方にスライド移動し、この結果、立体
カム２のタペット３に対する当接位置が変化し、動弁Ｖ
のリフト量が変更される。このときの移動前の状態を示
したのが図６であり、移動後の状態を図５に示してい
る。一方、カム軸１が前方にスライド移動すると、スプ
ライン突起７ａとスプライン溝７ｂとが嵌合しているの
で、カム軸１は、前方移動と同時に周方向に回転し、カ
ム軸１の回転位相は、スライド移動に伴って変更され
る。このようにして図５〜８に示した可変動弁装置で
は、動弁Ｖの開弁時期やリフト量などが制御されるが、
このような可変動弁装置には、以下に説明する技術的課
題が指摘されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述した可
変動弁装置では、油圧によりピストン６ｃを介してカム
軸１を軸方向にスライド移動させる構成になっているの
で、高圧油を供給するポンプを常時作動させておく必要
があるとともに、可変動弁機構の非作動時には、この高
圧油が無駄になり、エネルギーロスが非常に大きくなる
という問題があった。

【０００８】また、油圧を使用する構成では、作動応答
性が悪く、油の粘度が温度によって大きく変化し、低温
で粘度が高くなるため、所定温度以下の温度条件下での
作動が不能になるという問題もあった。さらに、スライ
ド移動機構６をガバナー機構６ｅにより制御しているの
で、機構が複雑になるとともに、スライド移動機構６と
位相変更機構７とを別個に設けているので、組み立てが
面倒になる上に、比較的大きな設置スペースを必要とし
ていた。

【０００９】さらにまた、上述した可動動弁装置では、
カム軸１の両端にスライド移動機構６と位相変更機構７
とを設けていたので、エンジンの全長が長くなり、車体
にエンジンを搭載する際のマウントバリエーションに制
約を及ぼすという問題もあった。本発明は、このような
従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的
とするところは、エネルギー消費が非常に少なく、作動
応答性に優れ、温度条件に影響されることなく作動し、
しかも、組み立て性がよく、エンジンのマウントバリエ
ーションの自由度が大きい可変動弁装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、内燃機関により回転駆動されるカム軸
と、前記カム軸に一体化され、前記カム軸の軸方向に沿
ってプロフィールの変化する立体カムとを備えた内燃機
関の可変動弁装置において、前記カム軸と螺着結合され
て一体的に回転し、運転状態に対応して負荷を増減する
ことにより、負荷に対応させて前記カム軸を軸方向に沿
ってスライド移動させる差動歯車機構と、前記内燃機関
の回転力が外周側から入力され、内周側が前記カム軸と
スプライン結合されて同期回転し、前記カム軸のスライ
ド移動に伴って当該カム軸を回動させる位相変更機構と
を有し、前記差動歯車機構と位相変更機構とを前記カム
軸の一端側に一体的に設けたことを特徴とする。

【００１１】前記差動歯車機構は、ギア面が対向するよ
うに回転自在に支承され、中央円孔に方向の異なる雌ね
じが内設された一対のベベルギアと、前記べベルギアを
貫通するように配置された前記カム軸の外周に、間隔を
置いて設けられた前記雌ねじとそれぞれ螺合する方向の
異なる一対の雄ねじと、前記ベベルギアの対向するギア
面にそれぞれ咬合する複数のベベルピニオンと、前記ベ
ベルピニオンを回転可能に支持するピニオン支持プレー
トと、前記ベベルギアにそれぞれ付設されたブレーキ手
段とを有し、前記位相変更機構は、前記一対の雄ねじ部
間の前記カム軸の外周に設けられたヘリカル状のスプラ
イン突起と、前記スプライン突起と嵌合するスプライン
溝が内設された中央円孔を有し、外周縁に前記内燃機関
の回転部と連結されるギアが周設されたカム軸駆動歯車
とを有し、前記ピニオン支持プレートを前記カム軸駆動
歯車内に回動可能に設けることができる。

【００１２】また、前記ブレーキ手段は、電磁ブレーキ
から構成することができる。

【００１３】

【作用】上記構成の可変動弁装置によれば、カム軸と螺
着結合されて一体的に回転し、運転状態に対応して負荷
を増減することにより、負荷に対応させてカム軸を軸方
向に沿ってスライド移動させる差動歯車機構と、内燃機
関の回転力が外周側から入力され、内周側がカム軸とス
プライン結合されて同期回転し、カム軸のスライド移動
に伴って当該カム軸を回動させる位相変更機構とを有し
ているので、油圧によることなく、カム軸の回転位相や
リフト量などを、内燃機関の運転状態に対応させて変更
することができる。

【００１４】また、上記構成の可変動弁装置によれば、
差動歯車機構と位相変更機構とをカム軸の一端側に一体
的に設けているので、これらをカム軸の両端に設けた場
合に比べて、カム軸の全長を短くすることができるとと
もに、組み立ても簡単になる。さらに、請求項２の構成
によれば、差動歯車機構のピニオン支持プレートが、位
相変更機構のカム軸駆動歯車内に回動可能に設けられて
いるので、全体の構造がより一層コンパクトになる。ま
たさらに、請求項３の構成によれば、差動歯車機構の負
荷を運転状態に対応して増減するブレーキ手段が電磁ブ
レーキから構成されているので、構造が簡単で、通電す
ることにより時間遅れが非常に少ない状態でベベルギア
に負荷を与えらることができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、前
述した従来例と同一若しくは相当する部分に同一符号を
付している。図１から図４は、本発明にかかる可変動弁
装置の一実施例を示している。同図に示す可変動弁装置
は、カム軸１０と、このカム軸１０の一端に一体的に設
けられた差動歯車機構１２と位相変更機構１４とを有し
ている。

【００１６】カム軸１０は、内燃機関により回転駆動さ
れるものであって、シリンダヘッド１６に回転可能に支
持されている。カム軸１０には、リフト量，リフト時間
を連続的に変化させるべくプロフィールを軸方向に異な
らせた立体カム２が固設されている。この立体カム２
は、カム前端部２ａが内燃機関の低回転域における燃費
重視特性が得られるプロフィールに形成され、カム後端
部２ｂが高回転域における出力重視特性が得られるプロ
フィールに形成されている。

【００１７】各立体カム２の下方には、カムの傾斜に対
応して滑りフォロワ４と、滑りフォロア５の凸曲面に整
合する凹曲面をもつシリンドリカルシート５とを介在さ
せてタペット３が設けられている。差動歯車機構１２
は、内燃機関の運転状態に応じて、負荷が増減され、設
定された負荷に対応させてカム軸１０を軸方向にスライ
ド移動させるものであり、以下の構成を有している。

【００１８】すなわち、本実施例の差動歯車機構１２
は、ギア面が対向するようにベアリング１８を介して中
空筒状取付部２０に回転自在に支承された一対のベベル
ギア２２，２２ａを有している。各ベベルギア２２，２
２ａには、その中央に円形の孔が貫通形成され、これら
の各円形孔の内周面には、方向の異なる左および右雌ね
じ２４，２４ａが形成されている。

【００１９】一方、カム軸１０の一端には、連結軸２４
が螺着することにより結合されていて、この連結軸２６
には、ベベルギア２２，２２ａの左および右雌ねじ２
４，２４ａとそれぞれ螺着される左および右雄ねじ２
８，２８ａが、所定の間隔をおいて設けられ、各雄ねじ
２８，２８ａをそれぞれ雌ねじ２４，２４ａに螺合させ
て、連結軸２６が一対のベベルギア２２，２２ａを貫通
するようにして配置され、このねじの螺着結合により、
ベヘルギア２２，２２ａは、カム軸１０と一体的に回転
するようになっている。

【００２０】なお、本実施例では、組み付け性を考慮し
て、カム軸１０の一端に連結軸２６を設けているが、例
えば、一方のベベルギア２２ａを分割すれば、雄ねじ２
８，２８ａは、カム軸１０に直接設けてもよい。ベベル
ギア２２，２２ａの対向するギア面には、これらのギア
面とそれぞれ咬合する複数のベベルピニオン３０が、ほ
ぼ等角度間隔になるように設置されている。各ベベルピ
ニオン３０は、図４に示すように、回転軸部３２と、こ
の回転軸部３２に一体化されたギア部３４と、回転軸部
３２の嵌着されたカラー３６とを有している。

【００２１】各ベベルピニオン３０は、円盤状の一対の
ピニオン支持プレート３８，３８ａに回転可能に支持さ
れている。また、各ベベルギア２２，２２ａの外側面側
には、一対の電磁ブレーキ４０，４０ａが付設されてい
て、この電磁ブレーキ４０，４０ａは、ベベルギア２
２，２２ａの外側面に当接し、内燃機関の運転状態に応
じて、ベベルギア２２，２２ａの回転に対する負荷を与
える。一方、位相変更機構１４は、前記一対の雄ねじ部
２８，２８ａ間の連結軸２６の外周に設けられたヘリカ
ル状のスプライン突起４２と、このスプライン突起４２
と嵌合するスプライン溝４４が内設された中央円孔を有
し、外周縁に前記内燃機関の回転部と連結されるギア４
６が周設されたカム軸駆動歯車４８とから構成されてい
る。

【００２２】カム軸駆動歯車４８は、その外周に設けら
れたギア４６が内燃機関の回転部と直接ギア結合される
か、あるいは、タイミングベルトやチェーンなどの動力
伝達部材を介して連結され、スプライン突起４２とスプ
ライン溝４４との結合により、カム軸１０と同期回転さ
せられる。また、本実施例のカム軸駆動歯車４８は、中
心に配置され前記中央円孔が貫通形成されたボス部４９
と、このボス部４９の外周に放射状に延びる３本のステ
ー５０と、ステー５０の外側端に一体形成されたリング
部５２とを有していて、リング部５２の外周面にギア４
６が刻設されている。

【００２３】ステー５０は、板状のものであって、ボス
部４９とリング部５２とを軸方向の中心で連結してい
る。ピニオン支持プレート３８，３８ａは、中心にカム
軸駆動歯車４８のボス部５０が挿通される貫通孔５６，
５６ａが穿設されているとともに、この貫通孔５６，５
６ａの外周に３個の略扇状透孔５８ａ，５８ａが等角度
間隔で穿設されており、貫通孔５６，５６ａをボス部４
９に外嵌することにより、ピニオン支持プレート３８，
３８ａがカム軸駆動歯車４８に対して回転可能に配置さ
れる。

【００２４】各ベベルピニオン３０は、カム軸駆動歯車
４８のステー５０間の空間部に、回転軸部３２が連結軸
２６の中心を向くように配置され、各貫通孔５６，５６
ａをボス部４９の両端側からその外周に挿通するように
して、ベベルピニオン３０の両側に一対のピニオン支持
プレート３８，３８ａが当接される。このとき、各ピニ
オン支持プレート３８，３８ａの透孔５８，５８ａから
ベベルピニオン３０のギア部３４が露出するようにセツ
トされ、この状態で、ピニオン３０のカラー３６が支持
プレート３８，３８ａにスポット溶接などにより固設さ
れ、この構成によりベベルピニオン３０は、回転自在に
カム軸駆動歯車４８内に配置される。

【００２５】以上のように構成された可変動弁装置の作
動について説明する。いま、図１に実線矢印で示すよう
に、カム軸１０（連結軸２６）が右方向から見て時計方
向に回転しているものとする。このとき、電磁ブレーキ
４０，４０ａが一切作動していないときには、カム軸駆
動歯車４８とカム軸１０とがスプライン突起４２とスプ
ライン溝４４とを介して結合しているので、カム軸１０
とカム軸駆動歯車４８とが一体となって時計方向に回転
する。

【００２６】これと同時に、連結軸２６の雄ねじ２８，
２８ａとベベルギア２２，２２ａの雌ねじ２４，２４ａ
が螺合しているので、一対のベベルギア２２，２２ａも
同じ方向に一体回転する。この状態から、電磁ブレーキ
４０に通電して、このブレーキ４０を作動させると、ベ
ベルギア２２に負荷が与えられ、この負荷に対応した分
だけベベルギア２２の回転数が、カム軸１０（連結軸２
６）の回転数よりも低くなる。

【００２７】このとき、ベベルギア２２は、ベヘベルピ
ニオン３０を介してベベルギア２２ａと咬合しているの
で、ベベルピニオン３０を差動分だけ自転させるととも
に、ベベルギア２２は、カム軸１０（連結軸２６）と左
ねじ（左雌ねじ２４と左雄ねじ２８）によって螺合して
いるので、差動に相当した分だけカム軸１０（連結軸２
６）が右方向にスライド移動する（図１点線矢印方
向）。

【００２８】一方、ベベルピニオン３０が自転すると、
ベべルギア２２ａは、ベベルギア２２の減速分だけ加速
され、ベベルギア２２ａとカム軸１０（連結軸２６）が
右ねじ（右雌ねじ２４ａと右雄ねじ２８ａ）によって螺
合しているので、差動に相当する分だけカム軸１０（連
結軸２６）が右方向にスライド移動する（図１点線矢印
方向）。

【００２９】このようにして、カム軸１０（連結軸２
６）が右方向にスライド移動すると、カム軸１０（連結
軸２６）とカム軸駆動歯車４８とがヘリカル状のスプラ
イン結合（スプライン突起４２とスプライン溝４４）し
ているので、カム軸１０（連結軸２６）は、周方向に回
転し、この結果、図２に示す状態において、ピニオンニ
ュートラル位置から進角方向へカム軸１０のスライド移
動に対応した分だけ進角することになる。

【００３０】以上の作動により、内燃機関の運転では、
カムのリフト量が小さい方向に、また、啓開角は小さい
方向に変更される。他方、電磁ブレーキ４０ａに通電す
ると、上記と全く逆の作動が行なわれ、カムのリフト量
と啓開角とが大きい方向に変更され、カム位相も遅角方
向になる。なお、電磁ブレーキ４０，４０ａのベベルギ
ア２２，２２ａに対する負荷力は、電磁ブレーキ４０，
４０ａに印加される電流の大きさによって決まり、この
電流の大きさは、内燃機関の運転状態に応じて図外のコ
ントロールユニットによって設定される。

【００３１】さて、以上のように構成された本発明の可
変動弁装置によれば、カム軸１０と螺着結合されて一体
的に回転し、運転状態に対応して負荷を増減することに
より、負荷に対応させてカム軸１０を軸方向に沿ってス
ライド移動させる差動歯車機構１２と、内燃機関の回転
力が外周側から入力され、内周側がカム軸１０とスプラ
イン結合されて同期回転し、カム軸１０のスライド移動
に伴って当該カム軸１０を回動させる位相変更機構１４
とを有しているので、比較的簡単な構造により、油圧に
よることなく、カム軸１０の回転位相やリフト量など
を、内燃機関の運転状態に対応させて変更することがで
きる。

【００３２】従って、従来のこの種の装置のように、油
圧駆動に起因する応答性の悪化や、低温時の作動不能と
いった問題がなく、エネルギーロスが非常に少なくな
り、特に、装置の非作動時のエネルギーロスを実質上零
にすることができる。また、上記構成の可変動弁装置に
よれば、差動歯車機構１２と位相変更機構１４とをカム
軸１０の一端側に一体的に設けているので、これらをカ
ム軸１０の両端に設けた場合に比べて、カム軸の全長を
短くすることができるとともに、組み立ても簡単にな
り、少ないスペースでの配置が可能になって、車体に内
燃機関を搭載する際のマウントバリエーションの自由度
が増す。

【００３３】さらに、上記実施例の構成によれば、差動
歯車機構１２のピニオン支持プレート３８，３８ａが、
位相変更機構１４のカム軸駆動歯車４８内に回動可能に
設けられているので、全体の構造がより一層コンパクト
になる。またさらに、上記実施例の構成によれば、差動
歯車機構１２の負荷を運転状態に対応して増減するブレ
ーキ手段が電磁ブレーキ４０，４０ａから構成されてい
るので、構造が簡単で、通電することにより時間遅れが
非常に少ない状態でベベルギア２２，２２ａにブレーキ
作用を与えることができる。

【００３４】なお、上記実施例では、ベベルギア２２，
２２ａ間に３個のベベルピニオン３０を設けたものを例
示したが、このベベルピニオン３０は、２個以上であれ
ばよい。また、上記実施例では、ベベルギア２２，２２
ａに負荷を与える手段として電磁ブレーキ４０，４０ａ
を示したが、これに変えてトグル構造のような機械的ブ
レーキ手段や油圧的ブレーキ手段を採用することもでき
る。

【００３５】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる可変動弁装置によれば、油圧駆動に伴う
応答性の悪化などの種々の問題がなくなり、非常にエネ
ルギー消費の少ない経済的な可変動弁装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる可変動弁装置の一実施例を示す
要部断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】図２の分解斜視図である。

【図５】従来の可変動弁装置のスライド移動機構示す要
部破断斜視図である。

【図６】図５の可変動弁装置の作動状態の説明図であ
る。

【図７】図５に示した可変動弁装置の位相変更機構の要
部破断斜視図である。

【図８】図５の要部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ カム軸 １２ 差動歯車機構 １４ 位相変換装置 ２２，２２ａ ベベルギア ２４；２４ａ 左（右）雌ねじ ２６ 連結軸（カム軸） ２８，２８ａ 左（右）雄ねじ ３０ ベベルピニオン ３８，３８ａ ピニオン支持プレート ４０，４０ａ 電磁ブレーキ ４２ スプライン突起 ４４ スプライン溝 ４６ ギア ４８ カム軸駆動歯車

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関により回転駆動されるカム軸
   と、前記カム軸に一体化され、前記カム軸の軸方向に沿
   ってプロフィールの変化する立体カムとを備えた内燃機
   関の可変動弁装置において、 前記カム軸と螺着結合されて一体的に回転し、運転状態
   に対応して負荷を増減することにより、負荷に対応させ
   て前記カム軸を軸方向に沿ってスライド移動させる差動
   歯車機構と、 前記内燃機関の回転力が外周側から入力され、内周側が
   前記カム軸とスプライン結合されて同期回転し、前記カ
   ム軸のスライド移動に伴って当該カム軸を回動させる位
   相変更機構とを有し、 前記差動歯車機構と位相変更機構とを前記カム軸の一端
   側に一体的に設けたことを特徴とする内燃機関の可変動
   弁装置。
2. 【請求項２】 前記差動歯車機構は、ギア面が対向する
   ように回転自在に支承され、中央円孔に方向の異なる雌
   ねじが内設された一対のベベルギアと、 前記べベルギアを貫通するように配置された前記カム軸
   の外周に、間隔を置いて設けられた前記雌ねじとそれぞ
   れ螺合する方向の異なる一対の雄ねじと、 前記ベベルギアの対向するギア面にそれぞれ咬合する複
   数のベベルピニオンと、 前記ベベルピニオンを回転可能に支持するピニオン支持
   プレートと、 前記ベベルギアにそれぞれ付設されたブレーキ手段とを
   有し、 前記位相変更機構は、前記一対の雄ねじ部間の前記カム
   軸の外周に設けられたヘリカル状のスプライン突起と、 前記スプライン突起と嵌合するスプライン溝が内設され
   た中央円孔を有し、外周縁に前記内燃機関の回転部と連
   結されるギアが周設されたカム軸駆動歯車とを有し、 前記ピニオン支持プレートを前記カム軸駆動歯車内に回
   動可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機
   関の可変動弁装置。
3. 【請求項３】 前記ブレーキ手段は、電磁ブレーキから
   なることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動
   弁装置。