JPH0734823A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディスクの首振り運動の発生を抑制して、デ
ィスクハウジングとのフリクションや衝突打音及び摩耗
の発生を防止する。 【構成】 駆動軸１と各カムシャフト３の第１、第２フ
ランジ部１４，１６間に介装されたディスクハウジング
１９と、該ディスクハウジング１９の支持孔１９ｃ内に
回転自在に保持されて、中心Ｙが駆動軸１の中心Ｘと偏
心動可能なディスク１７とを備えている。前記カムシャ
フト３の他端部端面３ｂと駆動軸１に固定されたスリー
ブ１５の段差面１５ｂとの間に、板ばね２９を介装し
て、該ばね力によりディスク１７を前記両フランジ部１
４，１６間に挾圧支持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の運転状態に
応じて吸気・排気弁の開閉時期を可変制御する吸排気弁
駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の装置としては種々提供さ
れており、その一つとして本出願人が先に出願した特願
平４−１１５９１号に記載されたものがある。

【０００３】図８に基づいて概略を説明すれば、この吸
排気弁駆動制御装置は、多気筒機関のクランク軸からス
プロケット２を介して回転力が伝達される駆動軸１と、
該駆動軸１の同軸上に相対回転自在に設けられたカムシ
ャフト３と、各気筒毎に分割された該カムシャフト３の
分割端部間に設けられた制御機構４とを備えている。

【０００４】前記駆動軸１は、機関前後方向に沿って延
設され、側部にスプロケット２が取り付けられた大径な
１番ジャーナル６がシリンダヘッド７の上端部に有する
軸受８及びブラケット９により回転自在に支持されてい
る。

【０００５】前記カムシャフト３は、各気筒毎に軸直角
方向から分割形成され、夫々外周に１気筒当たり２つの
吸気弁５，５を駆動する２個のカム１０，１１を有して
いると共に、シリンダヘッド７上の一対のカム軸受１
２，１３によって夫々回転自在に支持されている。

【０００６】前記制御機構４は、カムシャフト３の分割
端部位の機関後端側一端部に一体に設けられた第１フラ
ンジ部１４と、駆動軸１の外周にスリーブ１５を介して
固定された第２フランジ部１６と、両フランジ部１４，
１６間に介装されて駆動軸１の軸中心Ｘに対して偏心揺
動可能な環状ディスク１７と、該環状ディスク１７の外
周面をベアリング１８を介して回転自在に支持し、図外
の駆動機構を介して環状ディスク１７の偏心動を制御す
る円環状のディスクハウジング１９とを備えている。ま
た、環状ディスク１７の両側面には、互いに反対方向に
突出して、各フランジ部１４，１６の係合溝２０，２１
に係合するピン２２，２３が突設されている。

【０００７】そして、機関の運転状態の変化に伴い駆動
機構によりディスクハウジング１９が揺動し、環状ディ
スク１７を駆動軸１の軸心Ｘに対して偏心動させると、
各ピン２２，２３が各係合溝２０，２１内を径方向に摺
動し、一方側ピン２２が駆動軸１の軸心Ｘに接近する場
合は、他方側ピン２３は軸心Ｘから離れる関係になる。
したがって、この場合は、環状ディスク１７は、駆動軸
１に対して角速度が小さくなり、環状ディスク１７に対
し、カムシャフト３の角速度も小さくなる。このため、
カムシャフト３は、駆動軸１に対して２重に減速された
状態になる。

【０００８】各ピン２２，２３が逆に摺動する場合は、
角速度が大きくなり、カムシャフト３は、駆動軸１に対
して２重に増速された状態になる。

【０００９】この結果、カム１０，１１と駆動軸１の回
転位相差が変化し、吸気弁５，５の弁作動角つまりバル
ブタイミングを高精度に可変制御することができるよう
になっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記カムシ
ャフト３…は、前述のようなバルブタイミング可変制御
時における駆動軸１との円滑な相対回転を得るために、
スリーブ１５側の端面３ｂと該端面３ｂに対向するスリ
ーブ１５の段差面１５ａとの間に一定の隙間Ｃ１を確保
している。このため、カムシャフト３自身が軸方向（ス
ラスト方向）へ移動可能になっており、このスラスト方
向への移動に伴い第１フランジ部１４と環状ディスク１
７との間にも隙間Ｃ２が形成されている。

【００１１】したがって、該環状ディスク１７は、両フ
ランジ部１４，１６間をスラスト方向に僅かに自由移動
可能になる。このため、該環状ディスク１７は、スラス
ト方向へ所謂首振り運動を起こして、外周面がベアリン
グ１８の内周面に肩当たりする。この結果、ディスク１
７とベアリング１８との間に比較的大きなフリクション
が発生し、該ディスク１７の円滑な回転及び偏心動が阻
害されると共に、首振り運動時にベアリング１８内周面
との衝突打音や摩耗等が発生し易くなる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記先願に係
る装置の問題点に鑑みて案出されたもので、機関によっ
て回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に相対回転自
在に設けられて、外周面に吸排気弁を作動させるカムを
有するカムシャフトと、該カムシャフトの一端部に結合
された第１フランジ部と、前記駆動軸の所定外周に結合
されて、前記第１フランジ部と対向する第２フランジ部
と、該両フランジ部の間に介装されて、駆動軸の略径方
向へ揺動自在に設けられたディスクハウジングと、前記
ディスクハウジングの内周に有する支持孔内に回転自在
に保持され、かつ前記駆動軸とカムシャフトとを両フラ
ンジ部を介して連繋しつつディスクハウジングの揺動に
伴い中心が駆動軸の軸心から偏心動するディスクとを備
えた吸排気弁駆動制御装置において、前記ディスクを、
カムシャフト軸方向へ付勢して前記両フランジ部間に挾
圧支持させる付勢手段を設けたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】ディスクは、付勢手段である例えば板ばね等に
より常時スラスト方向に付勢されて、第１フランジ部と
第２フランジ部との間に挾圧支持された形になる。この
ため、ディスクのスラスト方向の自由移動を規制するこ
とができるため、ディスクハウジング内でのディスクの
首振り運動を抑制することがききる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る吸排気弁駆動制御装置を
１気筒当たり２つの吸気弁を備えた４気筒機関に適用し
た一実施例を図面に基づいて詳述する。尚、本実施例の
基本構成は前記先願に係る構成と同一であるから共通の
構成個所には同一の符号を付して説明する。

【００１５】即ち、図１の１は４気筒機関のクランク軸
からタイミングチェーンを介して回転力が伝達される駆
動軸、３…は内部の挿通孔３ａ内に該駆動軸１が相対回
転可能に嵌挿されて、該駆動軸１の中心Ｘと同軸上に配
置された複数のカムシャフト、４は駆動軸１とカムシャ
フト３とを連繋する４つの制御機構である。

【００１６】前記駆動軸１は、軽量化を図るために内部
中空状に形成され、機関前端側の大径な１番ジャーナル
６から段差小径に形成されて、機関後端側まで延設され
ている。また、１番ジャーナル６は、シリンダヘッド７
の上端部に有する軸受８とブラケット９によって回転自
在に支持されており、前端部にタイミングチェーンが巻
装されるスプロケット２がボルト２４により固定されて
いると共に、後端側の外周面に円筒状の嵌合溝２５が形
成されている。この嵌合溝２５は、１番ジャーナル６に
小径部６ａを形成し、その長さが１番ジャーナル６の軸
方向の全長の約半分位の長さに設定されている。

【００１７】前記カムシャフト３…は、図２にも示すよ
うに機関の各気筒毎に軸直角方向から４分割されている
と共に、各分割部位がシリンダヘッド７上の夫々一対の
カム軸受１２，１３によって回転自在に支持されてい
る。また、各カムシャフト３…の外周の所定位置に、図
３に示すように吸気弁５，５をバルブスプリング２６の
ばね力に抗してバルブリフター２７を介して開作動させ
る夫々一対のカム１０，１１が一体に設けられている。

【００１８】前記各制御機構４…は、第１の制御機構４
が一番ジャーナル６と第１気筒（＃１）間に配置され、
第２〜から第４制御機構４…は第１と第２、第２と第
３、第３と第４の各気筒（＃２〜＃４）間に夫々配置さ
れ、夫々が各カムシャフト３の機関前端側の一端部に一
体に設けられた第１フランジ部１４と、駆動軸１の所定
外周にスリーブ１５を介して設けられ、前記第１フラン
ジ部１４と対向する第２フランジ部１６と、該両フラン
ジ部１４，１６の間に介装された環状ディスク１７と、
該環状ディスク１７の外周を支持孔１９ｄ内周面にベア
リング１８を介して回転自在に支持するディスクハウジ
ング１９とから主として構成されている。

【００１９】前記各フランジ部１４は、図４にも示すよ
うに中空部から半径方向に沿った細長い矩形状の係合溝
２０が形成されていると共に、その外側面の円周方向に
環状ディスク１７の一側面に摺接する突起面１４ａが一
体に設けられている。一方、第２フランジ部１６は、ス
リーブ１５の機関後端側に一体に設けられ、前記係合溝
２０と１８０°の反対位置に半径方向に沿った細長い矩
形状の係合溝２１が形成されており、また、外側面に環
状ディスク１７の他側面に摺接する突起面１６ａが一体
に設けられている。

【００２０】前記各スリーブ１５は、１番ジャーナル６
側以外では、段差小径な一端部１５ｃが各カムシャフト
３の他端部３ｂの内部に回転自在に挿入していると共
に、略中央位置及び駆動軸１の直径方向へ貫通形成され
た貫通孔に挿通した連結ピン２８によって駆動軸１に連
結固定されている。また、１番ジャーナル６側のスリー
ブ１５は、前記小径部６ａに嵌合溝２５を介して嵌合し
ており、その肉厚は嵌合溝２５の深さ寸法と同一に設定
されていると共に、軸方向の長さは嵌合溝２５の長さ寸
法と略同一に設定されている。また、このスリーブ１５
は、自身の略中央位置及び小径部６ａの直径方向に有す
る貫通孔に貫通した連結ピン２８ａによって１番ジャー
ナル６に固定されていると共に、外周面１５ａが１番ジ
ャーナル６の大径部外周面６ｂと同一平面に形成され
て、１番ジャーナル６の一部を構成している。

【００２１】前記環状ディスク１７は、略ドーナツ板状
を呈し、内径がカムシャフト３の内径と略同径に形成さ
れて、駆動軸１の外周面との間に環状の隙間部Ｓが形成
されていると共に、直径線上の対向位置に軸方向に沿っ
て貫通形成された保持孔１７ａ，１７ｂに各係合溝２
０，２１に係合する一対のピン２２，２３が設けられて
いる。この各ピン２２，２３は、互いにカムシャフト３
軸方向へ逆向きに突出しており、基部が保持孔１７ａ，
１７ｂ内に回転自在に支持されていると共に、先端部の
両側縁に図４及び図５に示すように前記係合溝２０，２
１の対向内面２０ａ，２０ｂ、２１ａ，２１ｂと当接す
る２面巾状の平面部２２ａ，２２ｂ、２３ａ，２３ｂが
形成されている。

【００２２】前記ディスクハウジング１９は、図１〜図
３に示すように略円環状を呈し、外周の一端部に有する
ボス部１９ａの挿通孔１９ｃに挿通した枢支ピン４２を
支点として図３中上下に揺動自在に設けられている一
方、該ボス部１９ａと反対側の外周面にレバー部１９ｂ
が半径方向に沿って突設されている。また、このディス
クハウジング１９は、レバー部１９ｂを介して駆動機構
３０により揺動するようになっている。尚、前記枢支ピ
ン４２は、シリンダヘッド７の上端部にブラケットを介
して固定されている。

【００２３】また、前記カムシャフト３…の他端部端面
３ｂと、一番ジャーナル６側以外のスリーブ１５の一端
部側の段差面１５ａとの間には、環状の隙間が形成され
ており、この隙間内に前記カムシャフト３…を軸方向
（図中左方向）へ付勢する付勢手段たるウェーブ状の環
状板ばね２９が介装されている。したがって、この板ば
ね２９のばね力により、カムシャフト３の第１フランジ
部１４を介して環状ディスク１７を反対側の第２フラン
ジ部１６側へ付勢して、環状ディスク１７を両フランジ
部１４，１６で挾圧支持するようになっている。

【００２４】前記駆動機構３０は、図３及び図６に示す
ようにシリンダヘッドの所定部位に対向して形成された
第１，第２シリンダ３１，３２と、該各シリンダ３１，
３２内から出没自在に設けられて各先端縁で前記レバー
部１９ａの円弧状先端を上下方向から挾持する油圧ピス
トン３３及びプランジャ３４と、前記第１シリンダ３１
内の受圧室３１ａに油圧を給排して油圧ピストン３３を
進退動させる油圧回路３５とを備えている。

【００２５】前記第２シリンダ３２内に設けられたプラ
ンジャ３４は、略有底円筒状に形成され、第２シリンダ
３２内に弾装されたコイルスプリング３６のばね力で進
出方向（レバー部方向）に付勢されている。

【００２６】前記油圧回路３５は、一端部がオイルパン
４２内に、他端部が受圧室３１ａに夫々連通した油通路
３７と、該油通路３７のオイルパン４２側に設けられた
オイルポンプ３８と、該オイルポンプ３８の下流側に設
けられた３ポート２位置型の電磁切換弁３９とから主と
して構成されている。前記電磁切換弁３９は、機関回転
数や吸入空気量等の信号に基づいて現在の機関運転状態
を検出するコントローラ４０からのＯＮ−ＯＦＦ信号に
よって流路を切り換え作動し、ＯＮ信号によって油通路
３７全体を連通する一方、ＯＦＦ信号によって油通路３
７とドレン通路４１を連通するようになっている。

【００２７】以下、本実施例の作用について説明する。

【００２８】まず、コントローラ４０から電磁切換弁３
９にＯＮ信号が出力されると、オイルポンプ３８から油
通路３７に圧送された作動油はそのまま受圧室３１ａに
供給される。したがって、該受圧室３１ａの内圧上昇に
伴い油圧ピストン３３が図３，図６の実線で示すように
コイルスプリング３６のばね力に抗してレバー部１９ｂ
を押し下げるので、ディスクハウジング１９つまり環状
ディスク１７の回転中心Ｙと駆動軸１の中心Ｘが合致す
る。この場合は、環状ディスク１７と駆動軸１との間に
回転位相は生じず、またカムシャフト３の中心と環状デ
ィスク１７の中心Ｙも合致しているため、両者１，３間
の回転位相差も生じない。したがって、駆動軸１の回転
に伴い連結ピン２８を介してスリーブ１５が同期回転す
ると共に、スリーブ側の係合溝２１とピン２３，環状デ
ィスク１７，ピン２２，カムシャフト３側の係合溝２０
を介してカムシャフト３も同期回転する。

【００２９】次に、機関運転状態の変化に伴い電磁切換
弁３９にＯＦＦ信号が出力されて、油通路３７の上流側
を遮断すると共に、油通路３７の下流側とドレン通路４
１を連通する。このため、受圧室３１ａ内の作動油は、
油通路３７を逆流してドレン通路４１からオイルパン３
６内に戻され、したがって、受圧室３１ａの内圧低下に
伴い油圧ピストン３３がバルブスプリング２６及びコイ
ルスプリング３６のばね力でプランジャ３４を介して後
退移動する。これにより、ディスクハウジング１９は、
図２，図６の一点鎖線で示すようにプランジャ３４によ
り押し上げられて枢支ピン２９を支点として上方へ揺動
し、環状ディスク１７の中心Ｙが駆動軸１の中心Ｘと偏
心する。したがって、スリーブ１５の係合溝２１とピン
２３並びにカムシャフト３の係合溝２０とピン２２との
摺動位置が駆動軸１の１回転毎に移動し、環状ディスク
１７の角速度が変化して不等角速度回転になる。

【００３０】即ち、例えば係合溝２１とピン２３の摺動
位置が駆動軸１の中心Ｘに接近する場合は、係合溝２０
とピン２２の摺動位置が中心Ｘから離れる関係になる。
この場合は、環状のディスク１７は、駆動軸１に対して
角速度が小さくなり、環状ディスク１７に対しカムシャ
フト３の角速度も小さくなる。したがって、カムシャフ
ト３は、駆動軸１に対して２重に減速された状態にな
る。

【００３１】一方、機関運転状態がさらに変化して、前
述とは逆に油圧ピストン３３によりレバー部１９ｂが押
し下げられ環状ディスク１７が図３，図６の２点鎖線で
示すように中心合致位置よりもさらに下方へ揺動して、
係合溝２１とピン２３の摺動位置が駆動軸１の中心Ｘか
ら離れ、係合溝２０とピン２２の作動位置が中心Ｘに接
近する関係になると、逆にカムシャフト３は、駆動軸１
に対して２重に増速された状態になる。

【００３２】この結果、該夫々の角速度の変化に基づき
カムシャフト３及びカム１０，１１と駆動軸１との回転
位相差は、図７Ｂに示すように変化し、バルブタイミン
グは同図Ａに示すようにバルブリフトを一定のままカム
シャフト３の位相差に応じて変化する。

【００３３】つまり、カムシャフト３の角速度が相対的
に大きい場合は、駆動軸１に対する回転位相は両者１，
３が等速になるまで進み、やがてカムシャフト３の角速
度が相対的に小さくなると回転位相は両者１，３が等速
になるまで遅れる。そして、図７Ｂで示すように回転位
相差の最大，最小点の途中に同位相点（Ｐ点）が存在
し、同図の破線で示す回転位相の変化では、Ｐ点よりも
前の吸気弁５，５の開弁時期が遅れ、Ｐ点より後の閉弁
時期は進み、図７Ａの破線で示すように弁の作動角が小
さくなる。一方、図７Ｂの一点鎖線で示す回転位相の変
化では、Ｐ点よりも前では開弁時期は進み、Ｐ点より後
の閉弁時期は遅れ、図７Ａの一点鎖線で示すように弁の
作動角が大きくなる。尚、図７Ａの実線は中心Ｘ，Ｙが
合致している場合である。

【００３４】しかも、この実施例では、板ばね２９のば
ね力で環状ディスク１７を両フランジ部１４，１６間に
挾圧支持した形で保持したため、環状ディスク１７とフ
ランジ部１４との間の隙間が吸収されて、該環状ディス
ク１７のスラスト方向（カムシャフト３の軸方向）への
自由な移動を確実に規制することができる。したがっ
て、環状ディスク１７は、ベアリング１８内での首振り
運動が突起面１４ａ，１６ａなどによって抑制されて、
該ベアリング１８の内周面に対する肩当たりが防止され
る。この結果、ベアリング１８との間のフリクションの
発生が防止されると共に、衝突打音や摩耗等の発生も十
分に防止される。

【００３５】また、この実施例では、機関最前端側のス
リーブ１５を、１番ジャーナル６の嵌合溝２５に嵌合さ
せて、１番ジャーナル６の一部として構成したため、前
記スリーブ１５の長さを実質的に零にすることが可能と
なる。したがって、制御機構４のカムシャフト軸方向の
全体長さが短尺化され、該制御機構４を１番ジャーナル
６と第１気筒（＃１）カムシャフト３一端部との間の狭
い隙間に配置することが可能となる。この結果、機関最
後端側の制御機構４を第３気筒（＃３）と第４気筒（＃
４）との間に配置できるので、駆動軸１は図１に示すよ
うに第４気筒（＃４）側のカムシャフト３内を貫通させ
る必要がなくなり、したがって、１気筒分だけ短尺化で
きる。

【００３６】したがって、駆動軸１の短尺化により、捩
り剛性の低下が防止され、吸気弁５，５の不整運動の発
生が抑制されると共に、真直度加工や同軸度加工が容易
になる。尚、制御機構４の各構成部品の寸法や大きさ
は、変更しないので、その剛性や強度等が十分に確保さ
れていることは云うまでもない。

【００３７】また、駆動軸１は、１番ジャーナル６以外
の部位はスリーブ１５を介してカムシャフト３のカム軸
受１０，１１によって間接的に軸受されるようになって
いる。

【００３８】本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、付勢手段を板ばね２９に代えてコイルスプリン
グや合成ゴム等の弾性部材とすることも可能である。ま
た、付勢手段を、カムシャフト３の他端面と第２フラン
ジ部１６の外端面との間あるいは、第１フランジ部１４
と環状ディスク１７との間に直接的に設けることも可能
である。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る吸排気弁駆動制御装置によれば、とりわけディスク
を付勢手段によって第１フランジ部と第２フランジ部と
の間に挾圧支持するようにしたため、ディスクのスラス
ト方向の自由な移動が規制されて、ディスクハウジング
内での首振り運動を抑制できる。この結果、ディスクと
ディスクハウジングとの肩当たりが防止されて、両者間
のフリクションの発生が防止されると共に、衝突打音や
摩耗の発生も十分に防止される。したがって、ディスク
の常時円滑な回転と偏心動が得られ、バルブタイミング
制御精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す縦断面図。

【図２】本実施例の要部を示す平面図。

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図。

【図６】本実施例の駆動手段を示す概略図。

【図７】本実施例の駆動軸とカムシャフトとの回転位相
差とバルブリフト量の特性図。

【図８】先願に係る吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【符号の説明】

１…駆動軸 ３…カムシャフト ５…吸気弁 １０，１１…カム １４…第１フランジ部 １５…スリーブ １６…第２フランジ部 １７…環状ディスク １９…ディスクハウジング １９ｄ…支持孔 ２９…板ばね（付勢手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関によって回転駆動する駆動軸と、該
   駆動軸の外周に相対回転自在に設けられて、外周面に吸
   排気弁を作動させるカムを有するカムシャフトと、該カ
   ムシャフトの一端部に結合された第１フランジ部と、前
   記駆動軸の所定外周に結合されて、前記第１フランジ部
   と対向する第２フランジ部と、該両フランジ部の間に介
   装されて、駆動軸の略径方向へ揺動自在に設けられたデ
   ィスクハウジングと、前記ディスクハウジングの内周に
   有する支持孔内に回転自在に保持され、かつ前記駆動軸
   とカムシャフトとを両フランジ部を介して連繋しつつデ
   ィスクハウジングの揺動に伴い中心が駆動軸の軸心から
   偏心動するディスクとを備えた吸排気弁駆動制御装置に
   おいて、前記ディスクを、カムシャフト軸方向へ付勢し
   て前記両フランジ部間に挾圧支持させる付勢手段を設け
   たことを特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。