JPH08158827A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気弁の小作動角制御時における正の荷重パ
ターンの局部的なピークの発生を防止して、カムの面圧
を低下させると共に、振動打音の発生を抑制する。 【構成】 駆動軸２１の第２フランジ部３２とカムシャ
フト２２の第１フランジ部２７との間に、駆動機構によ
ってディスクハウジング３５を介して環状ディスク２９
を揺動自在に設けている。そして、該環状ディスク２９
の駆動軸２１の軸心Ｘに対する偏心位置において、駆動
軸２１に対するカムシャフト２２の角速度を変化させる
構成を前提としている。前記環状ディスク２９の偏心動
に伴い吸気弁２３の作動角が小さく制御された際に、バ
ルブリフトの直後及び終了直前における荷重パターンの
頂上部を略平坦状となるようにカム２６のプロフィール
を設定する。

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８及び図９に基づいて概略を説明すれ
ば、図中２はカムシャフト１の外周に回転自在に設けら
れて、吸気弁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に係止するピン１
０，１１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１３に揺
動自在に支持されていると共に、該突起１２ａの反対側
に有する歯車部１２ｂがロッカアーム１５を軸支するロ
ッカシャフト１４外周の歯車環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、例えば機関低速低負荷時の場合は、
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を一方向に回動させると、歯車環１４ａと歯車部１
２ｂ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Ｙがカムシャフト１
の軸心Ｘに対し一方向に偏心する。また、機関高速高負
荷時の場合は、油圧アクチュエータによりロッカシャフ
ト１４を他方向に回動させると、制御環１２を介してデ
ィスク９の中心Ｙがカムシャフト１の軸心Ｘに対して他
方向に偏心する。

【０００５】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、図１
０Ａに示すようにカムシャフト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に対する所定位相差で回転し、角速
度が変化する。尚、図１０ＡのＰ点は、回転位相差の無
変換ポイントである。

【０００６】この結果、吸気弁１６のバルブリフト（バ
ルブタイミング）特性は、図１０Ｂに示すように、リフ
ト量は同一であるが低速低負荷域では最小作動角（破
線）となり、弁開時期が若干遅れると共に、弁閉時期が
早くなって、排気弁とのオーバラップが小さくなる。し
たがって、燃費や低速トルクの向上等が図れる。一方、
高速高負荷域では、図１０Ｂに示すように最大作動角
（一点鎖線）となり、弁開時期が早くなると共に弁閉時
期が遅くなって、排気弁とのオーバラップが大きくな
る。したがって、高出力化が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に動弁
機構におけるカムと吸排気弁及びバルブスプリングとを
機関に組み付ける際には、開閉作動時のバルブジャンプ
や振動及びカムと吸排気弁との間に生じる面圧等を考慮
しなければならず、これらの技術的問題を解決するに
は、カムから受ける吸排気弁の加速度（荷重）をどのよ
うに設定するかが重要である。

【０００８】特に、前記従来装置のように機関運転状態
の変化に応じてカムリフト中の吸気弁１６の作動角を可
変制御するものにあっては、吸気弁１６の作動角を、最
大作動角状態から小作動角へ変換制御すると、吸気弁１
６の加速度が大きくなるため、該吸気弁１６の慣性重量
によるカム２に対する吸気弁１６の荷重レベルが全体的
に＋（正）側（ＦＣ）と−（負）側（ＦＸ）がともに大
きくなる。また、回転位相差のＰ点（無変換ポイント）
に近くなる程、カム２の角速度変化が大きくなる。この
ため、大作動角制御時の荷重パターン曲線ＦＣを、図１
１Ａの破線で示すように通常の形に設定すると、つま
り、バルブリフト直後及びバルブリフト終了直前におけ
る正側の荷重パターンＦＣ１，ＦＣ２の頂上部ＦＣ３，
ＦＣ４を平坦状になるようにカム２のプロフィールを設
定した場合は、小作動角へ変換した後は、図１１Ａの実
線で示すように前記正側の荷重パターンＦＣ５，ＦＣ６
の頂上部ＦＣ７，ＦＣ８がリフト外側から内側に向かっ
て上り傾斜になって該リフト内側にピークＰＣが生じて
荷重がさらに大きくなってしまう。この結果、カム２の
面圧が大きくなると共に、カム２と吸気弁１６との間に
大きな振動打音が発生する惧れがある。

【０００９】そこで、正側の荷重全体を小さくするよう
カムプロフィールを設定すると、前述の振動打音等の発
生は抑制できるものの、バルブリフトも小さくなり、特
に高回転時における機関性能（出力トルク）を向上させ
ることができない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記先願の問
題点に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、機
関によって回転駆動する駆動軸と、外周面に吸排気弁を
駆動するカムを有するカムシャフトと、一方の側端部が
該カムシャフトに連係し、他方の側端部が前記駆動軸に
連動するように駆動軸と同軸上に配置され、かつ駆動軸
の軸心に対して偏心揺動自在な環状ディスクと、該環状
ディスクを駆動軸に対して同心あるいは偏心動させる駆
動機構とを備え、前記環状ディスクの偏心揺動に伴いカ
ムシャフトの角速度の変化を得て前記吸排気弁の作動角
を大小に可変制御する吸排気弁駆動制御装置において、
前記小作動角制御時におけるバルブリフト時の吸排気弁
の前記カム面に対する荷重パターン曲線の正の頂上部が
略平坦状になるように前記カムのプロフィールを設定し
たことを特徴としている。

【００１１】請求項２の発明は、前記大作動角制御時に
おけるバルブリフト時の吸排気弁の前記カム面に対する
荷重パターン曲線の正の頂上部をリフト外側から内側に
下り傾斜状となるように前記カムのプロフィールを設定
したことを特徴としている。

【００１２】

【作用】前記請求項１の発明によれば、機関低回転時に
環状ディスクを偏心揺動させて弁の作動角を小さく制御
した際には、バルブリフト直後及び終了直前における正
の荷重パターンの頂上部が略平坦状になり、局部的なピ
ークの発生が防止されるため、カムの面圧の増加や振動
打音等の発生が確実に防止される。

【００１３】また、請求項２の発明によれば、大作動角
制御時における正の荷重パターンを前述のような構成と
することによって請求項１の発明と同様にバルブリフト
直後及び終了直前における正の荷重パターンの頂上部が
略平坦状になり、局部的なピークの発生が防止される。

【００１４】

【実施例】図２〜図４は本発明に係る吸排気弁駆動制御
装置を４気筒の内燃機関の吸気側に適用した実施例を示
し、図中２１は機関のクランク軸からスプロケットを介
して回転力が伝達される駆動軸、２２は該駆動軸２１の
外周に相対回転可能に配置され、かつ駆動軸２１の中心
Ｘと同軸上に設けられた複数のカムシャフトであって、
前記駆動軸２１は、機関前後方向に延設されていると共
に、軽量化等の要請から内部中空状に形成されている。

【００１５】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４分割されており、内
部軸方向に形成された挿通孔２２ａ内に駆動軸２１が挿
通している一方、図外のシリンダヘッド上端部に有する
カム軸受５２，５３に回転自在に支持されている。ま
た、図３に示すようにカムシャフト２２の外周の所定位
置に１気筒当たり２つの吸気弁２３をバルブスプリング
２４のばね力に抗してバルブリフター２５を介して開作
動させる複数のカム２６…が一体に設けられている。

【００１６】また、各カムシャフト２２の一方側の分割
端部に第１フランジ部２７が一体に固定されており、こ
の第１フランジ部２７は、図５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第１係合溝３０が形
成されていると共に、その外周面の円周方向に後述する
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。

【００１７】また、この第１フランジ部２７に一定の隙
間をもって対峙する他方側のカムシャフト２２の端部側
にスリーブ２８と該スリーブ２８に一体に有する第２フ
ランジ部３２配置されており、第１フランジ部２７と第
２フランジ３２との対向面間に環状ディスク２９が配置
されている。

【００１８】前記スリーブ２８は、小径な一端部がカム
シャフト２２の前記他方側の分割端部内に回転自在に挿
入していると共に、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。こ
の第２フランジ部３２は、図６に示すように第１フラン
ジ部２７の第１係合溝３０と径方向の反対側に半径方向
に沿った細長い矩形状の係合溝３３が形成されていると
共に、外周面に環状ディスク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
形成されていると共に、小巾の外周部２９ａが環状ベア
リング３４を介してディスクハウジング３５の内周面に
回転自在に支持されている。また、直径線上の対向位置
に貫通形成された保持孔２９ｂ，２９ｃには、各係合溝
３０，３３に係入する一対のピン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、基部が保持孔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６及び図７に示すように前記係合溝３０，３
３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。

【００２０】前記ディスクハウジング３５は、図２〜図
４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３５ａ及び該ボス部３５ａを貫通した枢支ピン３
８を支点として図４中上下に揺動自在に設けられている
一方、該ボス部３５ａと反対側の外周面にレバー部３５
ｂ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３５は、レバー部３５ｂを介して駆動機
構３９により揺動するようになっている。

【００２１】前記駆動機構３９は、図３及び図７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４０，４１と、該各シリンダ４０，
４１内から出没自在に設けられて各先端縁で前記レバー
部３５ａの円弧状先端を上下方向から挾持する油圧ピス
トン４２及びプランジャ４３と、前記第１シリンダ４０
内の受圧室４０ａに油圧を給排して油圧ピストン４２を
進退動させる油圧回路４４とを備えている。

【００２２】前記第２シリンダ４１内に設けられたプラ
ンジャ４３は、略有底円筒状に形成され、第２シリンダ
４１内に弾装されたコイルスプリング４５のばね力で進
出方向（レバー部方向）に付勢されている。

【００２３】前記油圧回路４４は、一端部がオイルパン
４６内に、他端部が受圧室４０ａに夫々連通した油通路
４７と、該油通路４７のオイルパン４６側に設けられた
オイルポンプ４８と、該オイルポンプ４８の下流側に設
けられた３ポート２位置型の電磁切換弁４９とから主と
して構成されている。前記電磁切換弁４９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５０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
４７全体を連通する一方、ＯＦＦ信号によって油通路４
７とドレン通路５１を連通するようになっている。

【００２４】そして、前記カム２６は、そのプロフィー
ルが前記環状ディスク２９の駆動軸２１の軸心に対する
偏心揺動時に吸気弁２３のバルブリフト時のカム面２６
ａに対する正の荷重パターン曲線ＦＣ中、バルブリフト
直後とバルブリフト終了直前における正の荷重パターン
ＦＣ５，ＦＣ６の頂上部ＦＣ７，ＦＣ８が略平坦状にな
るように設定されている。

【００２５】具体的に説明すれば、カムプロフィール
は、環状ディスク２９の中心Ｙが駆動軸２１の軸心Ｘと
同心制御（大作動角制御）されている場合に、図１に示
すようにバルブリフト時におけるカム面２６ａに対する
正の荷重パターン曲線ＦＣ中、バルブリフト直後と、バ
ルブリフト終了直前における正の荷重パターンＦＣ１，
ＦＣ２の頂上部ＦＣ３，ＦＣ４をリフト外側からリフト
内側に亘って下り傾斜状となるように設定されている。

【００２６】これによって、前述のように環状ディスク
２９の偏心制御（小作動角制御）時には、図１に示すよ
うにバルブリフト直後と終了直前における荷重パターン
ＦＣ５，ＦＣ６の頂上部ＦＣ７，ＦＣ８が略平坦状に創
成されて、該頂上部ＦＣ７，ＦＣ８に局部的なピークが
発生しないようになっている。

【００２７】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関高回転時には、斯かる運転状態を検出したコ
ントローラ５０から電磁切換弁４９にＯＮ信号が出力さ
れると、オイルポンプ４８から油通路４７に圧送された
作動油はそのまま受圧室４０ａに供給される。したがっ
て、該受圧室４０ａの内圧上昇に伴い油圧ピストン４２
が、図３，図７の実線で示すようにコイルスプリング４
５のばね力に抗してレバー部３５ｂを押し上げるので、
ディスクハウジング３５つまり環状ディスク２９の回転
中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘが合致する。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、第２フランジ部３２側の係合溝３３とピン３７，
環状ディスク２９，ピン３６，第１フランジ部２７側の
係合溝３０を介してカムシャフト２２も同期回転する。
したがって、吸気弁２３は、従来と同様に図１０Ｂの一
点鎖線で示すように弁作動角が大きくなって、閉弁時期
が十分に遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して
高出力トルクが得られる。

【００２８】一方、機関低回転時には、コントローラ５
０から電磁切換弁４９にＯＦＦ信号が出力されて、油通
路４７の上流側を遮断すると共に、油通路４７の下流側
とドレン通路５１を連通する。このため、受圧室４０ａ
内の作動油は、油通路４７を逆流してドレン通路５１か
らオイルパン４６内に戻され、したがって、受圧室４０
ａの内圧低下に伴い油圧ピストン４２がバルブスプリン
グ２４及びコイルスプリング４５のばね力でプランジャ
４３を介して後退移動する。これにより、ディスクハウ
ジング３５は、図３，図７の一点鎖線で示すようにプラ
ンジャ４３により押し下げられて枢支ピン３８を支点と
して下方へ揺動し、環状ディスク２９の中心Ｙが駆動軸
２１の中心Ｘと偏心する。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
回転毎に往復移動し、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。

【００２９】即ち、一方のピン３７が係合溝３３内を摺
動して駆動軸２１の中心Ｘから離れ、他方のピン３６が
係合溝３０内を摺動して中心Ｘに接近すると、環状ディ
スク２９は駆動軸２１に対して角速度が大きくなり、カ
ムシャフト２２の角速度も大きくなる。したがって、カ
ムシャフト２２は、駆動軸２１に対して２重に増速され
た状態になる。この結果、カムシャフト２２及びカム２
６と駆動軸２１との回転位相差は、図１０Ａに示すよう
に変化する。したがって、吸気弁２３は、そのバルブリ
フト特性が図１０Ｂの破線で示すようにバルブリフトは
一定のまま弁作動角（バルブタイミング）が小さくな
り、閉弁時期が十分に早くなる。このため、吸気充填効
率が向上して低速トルクが向上する。

【００３０】また、本実施例では、前述のように機関低
回転時には、吸気弁２３のバルブリフト中の正の荷重パ
ターンＦＣ５，ＦＣ６の頂上部ＦＣ７，ＦＣ８を略平坦
状にすることができ、荷重レベルの局部的なピークの発
生を防止したため、従来よりも荷重レベルを下げること
が可能になる。

【００３１】この結果、カム面２６ａに対する面圧を低
下させることができ、カム２６やタペットの摩耗，焼き
付きの発生を防止できる。また、カム２６と吸気弁２５
との衝突振動の発生が抑制され、振動騒音を効果的に防
止できる。

【００３２】しかも、前述のように小作動角時における
頂上部ＦＣ７，ＦＣ８を平坦化しても、両荷重パターン
ＦＣ５，ＦＣ６の面積を通常パターンの面積と同等に保
持できるため、吸気弁２５の開度量を比較的大きくする
ことが可能になり、これによって、機関性能の向上を図
りつつ信頼性，耐久性の向上が図れる。

【００３３】尚、機関高回転時に弁作動角を大きく制御
した場合には、図１Ａの破線で示すように各荷重パター
ンＦＣ１，ＦＣ２の両頂上部ＦＣ３，ＦＣ４が傾斜状に
なるが、この時点では元々加速度（荷重）レベルが大き
くないため、カム２６の過度な面圧の上昇や振動等の問
題が発生しない。

【００３４】また、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、小作動角制御時における正の荷重パター
ンＦＣ５，ＦＣ６の頂上部ＦＣ７，ＦＣ８を略平坦状に
なるようにカムプロフィールを設定できればよく、機関
の大きさや仕様等及び弁の開閉時期の変化は問わない。
更に、吸気弁の他に排気弁側にも適用できることは勿論
である。

【００３５】

【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、吸排気弁の作動角
が小さく制御された際において、バルブリフト直後及び
終了直前のカム面に対する正の荷重パターンの頂上部を
略平坦状になるようにカムプロフィールを設定したた
め、カム面に対する吸排気弁の過度な荷重レベルの発生
を抑制することができる。この結果、カムの面圧の上昇
と、カムと弁との振動打音も十分に抑制することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは本発明の実施例におけるカム面に対する荷
重パターン曲線、Ｂはカムシャフトの角速度比及び駆動
軸とカムシャフトの回転位相差との関係を示す特性図。

【図２】本実施例の要部を示す一部破断図。

【図３】図２のＡ矢視図。

【図４】本実施例の一部を示す平面図。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図。

【図６】図４のＣ−Ｃ線断面図。

【図７】本実施例の駆動手段を示す概略図。

【図８】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。

【図１０】Ａは従来のカムとカムシャフトとの回転位相
差、Ｂはバルブリフトの特性図。

【図１１】Ａは従来におけるカム面に対する荷重パター
ン曲線、Ｂはカムの角速度比及びカムシャフトとカムの
回転位相差との関係を示す特性図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２３…吸気弁 ２４…バルブスプリング ２６…カム ２９…環状ディスク ３５…ディスクハウジング ３９…駆動機構 ＦＣ…カム面に対する正の荷重パターン曲線 ＦＣ１．ＦＣ２…大作動角制御時の荷重パターン ＦＣ３，ＦＣ４…大作動角制御時の荷重パターンの各頂
上部 ＦＣ５，ＦＣ６…小作動角制御時の荷重パターン ＦＣ７，ＦＣ８…小作動角制御時の荷重パターンの各頂
上部

Claims (2)

【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、外
   周面に吸排気弁を駆動するカムを有するカムシャフト
   と、一方の側端部が該カムシャフトに連係し、他方の側
   端部が前記駆動軸に連動するように駆動軸と同軸上に配
   置され、かつ駆動軸の軸心に対して偏心揺動自在な環状
   ディスクと、該環状ディスクを駆動軸に対して同心ある
   いは偏心動させる駆動機構とを備え、前記環状ディスク
   の偏心揺動に伴いカムシャフトの角速度の変化を得て前
   記吸排気弁の作動角を大小に可変制御する吸排気弁駆動
   制御装置において、 前記小作動角制御時におけるバルブリフト時の吸排気弁
   の前記カム面に対する荷重パターン曲線の正の頂上部が
   略平坦状になるように前記カムのプロフィールを設定し
   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】 前記大作動角制御時におけるバルブリフ
   ト時の吸排気弁の前記カム面に対する荷重パターン曲線
   の正の頂上部がリフト外側から内側に下り傾斜状となる
   ように前記カムのプロフィールを設定したことを特徴と
   する内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。