JPH0742515A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

内燃機関の吸排気弁駆動制御装置

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JPH0742515A
JPH0742515A JP18501793A JP18501793A JPH0742515A JP H0742515 A JPH0742515 A JP H0742515A JP 18501793 A JP18501793 A JP 18501793A JP 18501793 A JP18501793 A JP 18501793A JP H0742515 A JPH0742515 A JP H0742515A
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shaft
drive
control
intake
exhaust valve
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JP18501793A
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Inventor
Akira Hidaka
章 日高
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動機構の駆動負荷を軽減して、駆動容量の
減少化を図り、軽量化や製造コストの低廉化を図る。 【構成】 駆動軸21とカムシャフト22との間に介装
されて、揺動に伴いカムシャフト22の角速度を変化さ
せて弁作動角を可変にする制御機構23と、該制御機構
23のディスクハウジング34を制御シャフト42を介
して揺動させる駆動機構24とを備えている。また、制
御シャフト42の途中に粘性ダンパ機構47を設けて、
ラビリンス溝内のシリコンオイル51の粘性でディスク
ハウジング34からアクチュエータ45への交番荷重の
伝達を遮断するようにした。

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
れているが、その一つとして例えば実開昭57−198
306号公報等に記載されているものが知られている。
【0003】図9及び図10に基づいて概略を説明すれ
ば、図中2はカムシャフト1の外周に相対回転自在に設
けられて、吸気バルブ16をバルブスプリング17のば
ね力に抗して開作動させるカムであって、このカム2は
カム軸受用ブラケット3とカムシャフト1にキー4を介
して固設されたフランジ部5とにより軸方向の位置決め
がなされている。また、カム2の一側部にはU字溝6を
有するフランジ部7が形成されている一方、前記フラン
ジ部5にもU字溝8が形成され、両フランジ部5,7間
に円環状のディスク9が介装されている。このディスク
9は、両側の対向位置に前記両U字溝6,8に係合する
ピン10,11が設けられていると共に、外周が制御環
12に回転自在に支持されている。この制御環12は、
外周の突起12aを介してシリンダヘッド側の支持孔1
3に揺動自在に支持されていると共に、該突起12aの
反対側に有する円弧状の歯車部12bがロッカアーム1
5を軸支するロッカシャフト14外周に形成された平歯
形の歯車環14aに噛合している。
【0004】そして、制御環12は、歯車部12bに噛
合した歯車環14aを介して図外の駆動機構により機関
運転状態に応じて一方あるいは他方向へ揺動するように
なっている。即ち、ディスク9の中心Pが図9に示す位
置にある場合は、カムシャフト1とディスク9との回転
中心が一致し、したがってディスク9は、ピン11とU
字溝8を介してカムシャフト1に同期回転する一方、カ
ム2はピン10とU字溝6を介してカムシャフト1に同
期回転する。
【0005】また、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
の油圧アクチュエータによってロッカシャフト14を回
動させると、歯車環14aと歯車部12bを介して制御
環12が突起12aを支点として揺動し、これによって
ディスク9の中心Pがカムシャフト1の中心に対し前記
回動方向に偏心する。このため、ピン10,11が夫々
U字溝6,8に沿って移動し、かつ偏心方向にフランジ
部5,7をカムシャフト1を中心に回動させる。依っ
て、カムシャフト1の1回転毎に、ディスク9の回転位
相がカムシャフト1に対して変化し、同時にカム2の回
転位相もディスク9に対して変化する。したがって、カ
ム2は、カムシャフト1に対し、ディスク9のカムシャ
フト1に対する位相差の2倍の位相差で回転する。この
結果、バルブタイミングをカム2の位相差に応じて可変
にすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記従来の
装置にあっては、制御環12を円弧状歯車部12bと平
歯形の歯車環14aとの噛合回転により揺動させる、つ
まり平歯車として単に回転運動をそのまま並行な回転運
動に変換して揺動させるようにしたため、作動中にバル
ブスプリング17のばね力に起因してカムシャフト11
に発生する正負の回転トルク変動が制御環12から歯車
部12b及び歯車環14aを介してロッカシャフト14
から油圧アクチュエータへ直接的に伝達されてしまう。
このため、油圧アクチュエータの駆動負荷が大きくな
り、制御環12の揺動に対する制御応答性が低下すると
共に、耐久性が低下してしまう。したがって、該油圧ア
クチュエータの駆動容量を大きくしなければならず、装
置全体の大型化や重量の増加が余儀なくされると共に、
製造コストの高騰を招く。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、まず、請求項1の発明
は、機関によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の同
軸上に相対回転自在に設けられ、外周に吸排気弁を開作
動させるカムを有するカムシャフトと、駆動軸とカムシ
ャフトとを連繋し、かつ駆動軸の軸心に対して偏心動し
て駆動軸とカムシャフトとの角速度を変化させる制御機
構と、機関運転状態に応じて前記制御機構を揺動させる
駆動機構とを備えた吸排気弁駆動制御装置において、前
記駆動機構から制御機構の駆動伝達経路の途中に、前記
制御機構で発生する交番荷重の伝達を遮断する遮断手段
を設けたことを特徴としている。
【0008】請求項2の発明は、前記遮断手段を、粘性
ダンパ機構によって構成したことを特徴としている。
【0009】請求項3の発明は、前記遮断手段を、駆動
機構の回転伝達方向を略直角方向に変換する歯車機構に
よって構成したことを特徴としている。
【0010】
【作用】請求項1の発明によれば、制御機構から駆動機
構に伝達されるカムシャフトの回転トルク変動に起因す
る交番荷重が伝達経路途中に設けられた遮断手段により
遮断される。このため、駆動機構への交番荷重の伝達が
遮断され、該駆動機構の駆動負荷の増加を防止できる。
【0011】また、請求項2の発明によれば、遮断手段
が粘性ダンパ機構となっているので、制御機構の交番荷
重が粘性ダンパ機構の粘性液体であるシリコンオイル等
の粘性で効果的に吸収される。
【0012】更に、請求項3の発明によれば、遮断手段
として駆動機構の伝達方向を略直角方向に変換する歯車
機構を備えているので制御機構で発生する交番トルクが
駆動機構に伝達されることはない。
【0013】
【実施例】図1は請求項1及び2の発明に係る装置を多
気筒機関の吸気側に適用した一実施例を示している。
【0014】即ち、図中21は図外の機関のクランク軸
からスプロケットを介して回転駆動する駆動軸、22は
該駆動軸21の外周に一定の隙間をもって同軸上に配置
され、かつ駆動軸21と相対回転自在なカムシャフト、
23は駆動軸21とカムシャフト22との間に介装され
て、両者21,22を連繋する制御機構、24は該制御
機構23を揺動させる駆動機構である。
【0015】前記駆動軸21は、機関前後方向へ延設さ
れていると共に、軽量化を図るために内部中空状に形成
されている。
【0016】前記カムシャフト22は、長手方向の所定
位置で各気筒毎に軸直角方向から分割形成されており、
夫々がシリンダヘッド20上端部に有するカムブラケッ
ト20a,20aに回転自在に支持されていると共に、
外周の所定位置に吸気弁25をバルブスプリング25a
のばね力に抗してバルブリフター25bを介して開作動
させる夫々一対のカム26が一体に設けられている。
【0017】前記制御機構23は、図1〜図3に示すよ
うに各カムシャフト22の一端部に一体に設けられた第
1フランジ部27と、駆動軸21の所定外周にスリーブ
28を介して設けられ、前記第1フランジ部27と対向
する第2フランジ部32と、該両フランジ部29,32
の間に介装された環状ディスク29と、該環状ディスク
29の外周を支持孔34a内周面にベアリング35を介
して回転自在に支持するディスクハウジング34とから
主として構成されている。
【0018】前記第1フランジ部27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30が形成されており、また、その外側面に円周方向
に環状ディスク29の一側面に摺接する突起面27aが
一体に設けられている。一方、第2フランジ部32は、
図5に示すようにスリーブ28の機関後端側に一体に設
けられ、前記係合溝30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33が形成されてお
り、また、外側面に環状ディスク29の他側面に摺接す
る突起面32aが一体に設けられている。
【0019】前記スリーブ28は、小径な一端部28b
が各カムシャフト22の前記他方側の分割端部内に回転
自在に挿入している共に、略中央位置に直径方向に貫通
した連結軸31を介して駆動軸21に連結固定されてい
る。
【0020】前記環状ディスク29は、略ドーナツ板状
を呈し、内径がカムシャフト22の内径と略同径に形成
されて、駆動軸21の外周面との間に環状の隙間部Sが
形成されており、また、直径線上の対向位置に貫通形成
されたピン孔29b,29cには、各係合溝30,33
に係合する一対のピン36,37が設けられている。こ
の各ピン36,37は、互いにカムシャフト軸方向へ逆
向きに突出しており、基部がピン孔29b,29c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30,33の対向内
面30a,30b、33a,33bと当接する2面巾状
の平面部36a,36b、37a,37bが形成されて
いる。
【0021】前記ディスクハウジング34は、図3に示
すように略円環状を呈し、外周の上端両側部に有するボ
ス部34b,34cの一方側に第1カム孔38がカムシ
ャフト22軸方向に貫通形成されていると共に、他方側
に第2カム孔39が貫通形成されている。そして、前記
第1カム孔38内には、支軸40に支持された第1偏心
カム41が回動自在に設けられている一方、第2カム孔
39内には、制御シャフト42に固定用孔43aを介し
て固定された第2偏心カム43が回動自在に設けられて
いる。したがって、ディスクハウジング34は、第1偏
心カム41を介して支軸40に揺動自在に支持されてい
ると共に、第2偏心カム43によって揺動するようにな
っている。
【0022】即ち、前記支軸40は、図1に示すように
その基部がシリンダヘッド20の上端部に固定されたブ
ラケット44に有する固定孔44a内に圧入固定されて
いる一方、先端部が第1偏心カム41の挿通孔41a内
に摺動自在に挿通して、該第1偏心カム41を回動自在
に支持している。また、第1偏心カム41は、図3に示
すようにリング状を呈し、外径が第1カム孔38の内径
より若干小さく設定されていると共に、周方向の肉厚は
薄肉部41bと対向する部位が最大厚肉部41cとなる
ように漸次変化している。また、その中心P1が支軸4
0の軸心Q1から所定量ε1偏倚している。尚、この第
1偏心カム41は、支軸40の先端部外周に嵌着された
スナップリング60によって該支軸40からの抜け出し
が防止されるようになっている。
【0023】更に、前記第2偏心カム43は、第1偏心
カム41と同形及び同一径に設定されていると共に、そ
の回動位置も同一に配置されて、その中心P2が制御シ
ャフト42の軸心Q2から所定量ε2偏倚しており、第
1偏心カム41の偏倚量ε1と同一になっている。ま
た、制御シャフト42は、支軸40と並行に機関の前後
方向に沿って延設されて、所定部位がシリンダヘッド2
0上の図外の軸受に支持されていると共に、前記駆動機
構24によって回転制御されるようになっている。
【0024】前記駆動機構24は、図1に示すように制
御シャフト42の一端部に設けられた直流電動モータ型
のアクチュエータ45と、該アクチュエータ45に制御
信号を出力するコントローラ46とを備えている。
【0025】前記アクチュエータ45は、シリンダヘッ
ド20の端部に固定されていると共に、駆動ロッド45
aが制御シャフト42の一端部に軸方向から連結されて
いる。
【0026】前記コントローラ46は、図外のクランク
角センサやエアーフローメータ,水温センサ等の各セン
サ類からの入力信号に基づいて現在の機関運転状態を検
出して、該運転状態に応じて前記アクチュエータ45に
制御信号を出力するようになっている。
【0027】そして、前記制御シャフト42の途中に
は、遮断手段たる粘性ダンパ機構47が設けられてい
る。具体的に説明すれば、この粘性ダンパ機構47は、
シリンダヘッド20上端部のブラケット48に固定され
た円環状のダンパケース49と、該ダンパケース49の
内部に収納され、かつ内周面が制御シャフト42の外周
面に固定されたダンパディスク50と、ダンパケース4
9とダンパディスク50との間に充填された粘性液体で
あるシリコンオイル51とから主として構成されてい
る。
【0028】前記ダンパケース49は、軸方向から2分
割された図中左右のケース部52,53を組み合わせて
構成され、該ケース部52,53の内周側外端部に一体
に有する環状シール保持部52a,53a内にダンパケ
ース49内を液密的にシールするシール部材54,55
が保持されている。また、図中右側のケース部52の内
端面に一体に突設された内外2重の第1円環部間に円環
状のラビリンス溝56a,56bが形成されている。
【0029】一方、ダンパディスク50は、環状の内周
部50aが制御シャフト42に圧入固定されていると共
に、右側ケース部52側の一端面に前記ラビリンス溝5
6a,56bに嵌合する第2円環部が形成され、この第
2円環部間のラビリンス溝50b,50c内に第1円環
部が嵌合している。また、内周部50aと第2円環部と
の間に、シリコンオイル51の貯留室50dが形成され
ている。
【0030】以下、制御機構23による弁作動角の可変
制御作用を簡単に説明すれば、機関低回転時には、コン
トローラ46からの制御信号によってアクチュエータ4
5が一方向へ回転してシャフト42を同方向に回転させ
る。したがって、第2偏心カム43は、図3に示すよう
に、図中反時計方向へ回転して、θ角度位置まで回転
し、最大厚肉部43cが図中左側から右側に移動する。
【0031】依って、ディスクハウジング34は、第1
カム孔38及び第1偏心カム41を介して支軸40を支
点としてε1,ε2の量だけ揺動し、環状ディスク29
の中心Yが駆動軸21(カムシャフト22)の中心Xと
偏心する。つまり、第2偏心カム43の回動に伴い第1
偏心カム41も同一方向へ同期回動して、環状ディスク
29の中心Yを駆動軸21の中心Xから図中右方向へ所
定量Eだけ偏心動させる。したがって、第2フランジ部
32の係止溝33とピン37並びに第1フランジ部27
の係止溝30とピン36との摺動位置が駆動軸21の1
回転毎に移動し、環状ディスク29の角速度が変化して
不等角速度回転になる。このため、カムシャフト22
は、駆動軸21に対して、部分的に2重に増速された状
態になる。
【0032】つまり、カムシャフト22の角速度が相対
的に大きい場合は、駆動軸21に対する回転位相は両者
21,22が等速になるまで進み、やがてカムシャフト
22の角速度が相対的に小さくなると回転位相は両者2
1,22が等速になるまで遅れる。そして、回転位相差
の最大,最小点の途中に同位相点が存在し、同位相点よ
りも前の吸気弁23の開弁時期が遅れ、同位相点より後
の閉弁時期は進み、弁の作動角が小さくなる。したがっ
て、前記のように機関低速低負荷域では、吸気弁25の
作動角が小さくなり、開時期が少し遅れ、閉時期が早く
なる。これによって、吸排気弁のバルブオーバラップが
小さくなり、燃焼室の残留ガスが減少し、安定した燃焼
により燃費の向上が図れる。また、早い閉時期により、
吸気充填効率が向上し、低速トルクを高めることができ
る。
【0033】一方、機関が高回転域に移行した場合は、
コントローラ46からの制御信号によりアクチュエータ
46が逆転して、制御シャフト42を同方向に回転させ
る。このため、第2偏心カム43は、図3に示すように
時計方向に回転して、原状位置に戻り、これによってデ
ィスクハウジング34も第1偏心カム41の時計方向の
回動を介して元の位置に揺動し、環状ディスク29の中
心Yが駆動軸21の中心Xと合致する。
【0034】依って、この場合は、環状ディスク29と
駆動軸21との間に回転位相は生じず、またカムシャフ
ト22の中心と環状ディスク29の中心Yも合致してい
るため、両者22,29間の回転位相差も生じない。し
たがって、駆動軸21の回転に伴い連結軸31を介して
スリーブ28が同期回転すると共に、係止溝33とピン
37,環状ディスク29,ピン36,係止溝30を介し
てカムシャフト22も同期回転する。したがって、作動
角が大きくなり、同時期が早くなると共に、閉時期が遅
くなるため、吸気慣性力を利用した吸気充填効率が向上
し、高出力化が図れる。
【0035】また、この実施例では、ディスクハウジン
グ34を従来のよに平歯車を用いずに第2偏心カム43
を用いて揺動させるようにしたため、カムシャフト22
の回転トルク変動に起因するディスクハウジング34の
交番荷重による打音や摩耗等の発生を防止できる。
【0036】しかも、ディスクハウジング34の交番荷
重が制御シャフト42に僅かながらも伝達された場合
は、ダンパケース49内でダンパディスク50が回動し
て、各ラビリンス溝50b,50c,56a,56b間
のシリコンオイル51に大きな剪断力が作用し、これに
よって、前記交番荷重を効果的に吸収する。したがっ
て、アクチュエータ45への交番荷重の伝達が確実に遮
断される。この結果、アクチュエータ45と制御シャフ
ト42間に打音や摩耗等の発生が全く生じないばかり
か、アクチュエータ45の駆動負荷の増加が防止され、
小さな駆動力で制御シャフト42の回転駆動制御が可能
になる。このため、ディスクハウジング34の揺動制御
制度が向上することは勿論のこと、アクチュエータ45
の小型化が図れる。
【0037】尚、アクチュエータ45によって制御シャ
フト42が回転駆動する際には、ダンパディスク50も
同期回転するが、その回転速度は前記交番荷重を受けた
際の回転速度よりも十分に遅いため、シリコンオイル5
1に生じる剪断力は極めて小さい。したがって、制御シ
ャフト42の回転駆動がシリコンオイル51によって阻
害されることなく常時効率の良い回転制御が得られる。
【0038】図6は請求項1及び3の発明に係る実施例
を示し、遮断手段をウォーム歯車機構57で構成したも
のである。即ち、制御シャフト42の一端部にウォーム
ホィール58を設ける一方、アクチュエータ45の駆動
ロッド45aの先端にウォームホィール58と直径方向
から噛合する円筒ウォーム59を設けたものである。
【0039】したがって、この実施例によれば、制御シ
ャフト42に伝達された前記交番荷重はウォームホィー
ル58と円筒ウォーム59との間で減殺される。つま
り、ウォームホィール58が回転振動を発生しても円筒
ウィーム59には回転方向への振動が伝達されずに、単
に軸方向に僅かに振動して交番荷重を減殺する。このた
め、アクチュエータ45の回転駆動に何ら支障を与える
ものではなく、駆動負荷の増加が防止される。依って、
アクチュエータ45による常時効率の良い回転制御が得
られる。また、この実施例では、単にウォーム歯車機構
57で構成したため、製造作業が容易であると共に、製
造コストの低廉化が図れる。
【0040】図7は本実施例の他例を示し、制御シャフ
ト42の途中にフリクション発生機構を設けたものであ
る。即ち、シリンダヘッド20の上端部に、制御シャフ
ト42が夫々遊挿する前後一対の支持片60,61が平
行に立設されていると共に、該両支持片60,61の間
には、内周が制御シャフト42に固定されたコントロー
ルプレート62が配設されている。また、このコントロ
ールプレート62は、制御シャフト42の軸方向に弾装
されたコイルスプリング63のばね力によって前側支持
片61の内端面61aに弾接している。これによって、
制御シャフト42は、コントロールプレート62の支持
片61に対する弾接力で回転方向にフリクションが発生
するようになっている。
【0041】したがって、制御シャフト42に伝達され
た前記交番荷重は、コントロールプレート62と前側支
持片61とのフリクションによって吸収される。このた
め、ウォーム歯車機構57による交番荷重の伝達遮断作
用と相俟って、アクチュエータ45への交番荷重の伝達
をさらに効果的に遮断することができる。尚、コイルス
プリング63はアクチュエータ45による制御シャフト
42の円滑な回転制御を阻害しない程度のばね力に設定
されている。
【0042】図8はさらに異なる実施例を示し、シリン
ダヘッド20の上端部に有する突起部20bとディスク
ハウジング34のボス部34cとの間にコイルスプリン
グ64を弾装し、このコイルスプリング64のばね力で
ディスクハウジング34を支軸40側へ付勢して該ディ
スクハウジング34の交番荷重を直接的に吸収するよう
になっている。
【0043】尚、本発明は前記実施例の構成に限定され
るものではなく、例えばアクチュエータ45をステップ
モータや油圧モータとすることも可能であり、また、制
御機構23は、偏心カム以外の例えばリンク部材を介し
て揺動させることも可能である。
【0044】また、歯車機構としては、傘歯車やハイポ
イド歯車等を適用することも可能である。
【0045】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、カムシャフトの回転トルク変動に起因した制御
機構の交番荷重の伝達を、遮断手段によって効果的に遮
断したため、駆動機構の駆動負荷の増加が抑制される。
このため、駆動機構による制御機構の制御応答性や耐久
性の低下が防止される。この結果、駆動機構を可及的に
小型化でき、軽量化や製造コストの低廉化が図れると共
に、機関に対するレイアウトの自由度が向上する。
【0046】また、請求項2の発明によれば、前述の効
果の他、粘性ダンパ機構を用いたことにより、制御機構
と駆動機構間の打音や摩耗等が生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1及び2の発明に係る一実施例を示す要
部平面図。
【図2】本実施例の要部縦断面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【図4】図1のB−B線断面図。
【図5】図1のC−C線断面図。
【図6】請求項1及び3の発明に係る一実施例を示す要
部平面図。
【図7】本実施例の変形例を示す要部平面図。
【図8】本実施例のさらに異なる例を示す要部平面図。
【図9】従来の装置を示す断面図。
【図10】図9のD−D線断面図。
【符号の説明】
21…駆動軸 22…カムシャフト 23…制御機構 24…駆動機構 25…吸気弁 42…制御シャフト 47…粘性ダンパ機構 57…ウォーム歯車機構。

Claims (3)

    【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
    駆動軸の同軸上に相対回転自在に設けられ、外周に吸排
    気弁を開作動させるカムを有するカムシャフトと、駆動
    軸とカムシャフトとを連繋し、かつ駆動軸の軸心に対し
    て偏心動して駆動軸とカムシャフトとの角速度を変化さ
    せる制御機構と、機関運転状態に応じて前記制御機構を
    揺動させる駆動機構とを備えた吸排気弁駆動制御装置に
    おいて、前記駆動機構から制御機構の駆動伝達経路の途
    中に、前記制御機構で発生する交番荷重の伝達を遮断す
    る遮断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。
  2. 【請求項2】 前記遮断手段を、粘性ダンパ機構によっ
    て構成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の
    吸排気弁駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 前記遮断手段を、駆動機構の回転伝達方
    向を略直角方向に変換する歯車機構によって構成したこ
    とを特徴とする請求項1記載の内燃機関の吸排気弁駆動
    制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7551438B2 (en) 2005-03-31 2009-06-23 Nec Corporation Information processing blade and information processing apparatus using the same

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