JPH10252430A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転力を伝達する各ピンが係合溝内で常に滑
りつつ移動を繰返すようにすることで、係合溝表面の局
部的な摩耗を防止することができる内燃機関の吸排気弁
駆動制御装置を提供することを目的としている。 【解決手段】 駆動軸２１は機関の回転に同期して回転
する。カムシャフト２２は駆動軸２１と同軸に配設され
る。カムシャフト２２の端部には係合溝３０が形成され
たフランジ部２７が設けられ、駆動軸側には係合溝３３
が形成されたフランジ部３２が設けられる。両フランジ
部２７，３２の間の環状ディスク２９には互いに反対方
向にピン３６，３７が突設され、上記両フランジ部の各
係合溝内に夫々係合する。環状ディスク２９は回転自在
かつ軸直角方向に沿って揺動可能に支持され、これを機
関の運転状態に応じて揺動させる。環状ディスクを揺動
させたときの中心軌跡が、駆動軸の中心と一致しないよ
うにすることで、回転力を伝達する各ピンが係合溝内で
滑りつつ移動するようになり係合溝表面の局部的な摩耗
が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の運転状
態に応じて吸気弁・排気弁の開閉時期や作動角を可変制
御する吸排気弁駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁・排気弁の開閉時期や作動角を可
変制御する装置は、従来から種々の形式のものが提供さ
れているが、その一つとして例えば特開平５−２０２７
１８号公報に記載されているものがある。

【０００３】これは、図１０および図１１に示す如く、
一種の不等速継手を応用してカムの実際の回転速度を機
関の回転速度に対し増減速させるようにしたものであっ
て、機関の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、吸
排気弁駆動用のカムを有する円筒状のカムシャフトが相
対回転可能に嵌合配置されており、かつこのカムシャフ
トの端部にフランジ部が形成されている。このフランジ
部には、半径方向に沿って係合溝が形成されている。ま
た上記駆動軸にも、半径方向に沿って係合溝が形成され
たフランジ部が固定されており、両フランジ部が、環状
ディスクを挟んで互いに対向している。この環状ディス
クは、カムシャフトの径方向に沿って揺動可能な制御環
に回転自在に保持されており、かつこの環状ディスクの
両側部には、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合
するピンが互いに反対方向に突設されている。また、こ
の環状ディスクの揺動位置は、上記制御環を介して油圧
アクチュータ等により機関運転条件に応じて可変制御さ
れるようになっている。

【０００４】従って、駆動軸の回転は、該駆動軸のフラ
ンジ部からピンを介して環状ディスクに伝達され、さら
にピンを介してカムシャフトのフランジ部へとされるこ
とになるが、環状ディスクの中心が駆動軸の中心と合致
している状態では、カムシャフトが上記環状ディスク等
を介して駆動軸に同期して等速で、つまり位相差なしで
回転する。これに対し、環状ディスクの中心が駆動軸の
中心から偏心している状態では、駆動軸とカムシャフト
とが不等速で連動するようになり、回転中に位相差を生
じる。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、環状デ
ィスクの揺動方向および偏心量に応じて、例えば破線も
しくは一点鎖線に示す位相差を与えることができ、これ
に伴って、同図（ａ）のように、等速回転であれば実線
で示すようになるバルブリフト特性を、破線もしくは一
点鎖線に示すように変化させることができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
装置にあっては、図１０の破線および一点鎖線で示す間
を、機関運転条件に応じて連続的に変化させるようにし
ており、環状ディスクと駆動軸とが同心な状態つまり等
速で連動する状態が必ず存在する。むしろ、等速で運動
するときのバルブリフト特性を基本として制御が行われ
る形となっている。

【０００６】しかしながら、この環状ディスクと駆動軸
とが同心となる運転条件が長く継続すると、フランジ部
の係合溝におけるピンの接触面位置が一定となるため、
図１１に示すように、ピン７１と接触している係合溝７
２の表面７２ａに、経時的に局部的な摩耗が生じ、微少
な段差７３が形成されてしまう。そのため、この同心状
態から偏心状態に移行するときに、ピン７１が段差７３
に引っ掛かり、円滑な切換作動が阻害される懸念があっ
た。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、回転力を伝達する各ピンが係合溝内で常に滑りつつ
移動を繰返すようにすることで、係合溝表面の局部的な
摩耗を防止することができる内燃機関の吸排気弁駆動制
御装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に係る本発明の内燃機関の吸排気弁駆動制御
装置は、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この
駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸排気弁を駆動するカ
ムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの
端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成さ
れたフランジ部と、このフランジ部に対向するように上
記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が
形成されたフランジ部と、上記両フランジ部の間に配設
された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互
いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合
溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを回転自
在に保持するとともに、軸直角方向に沿って揺動可能な
制御環と、上記制御環を機関運転状態に応じて揺動させ
る駆動機構とを備えた吸排気弁駆動制御装置において、
前記制御環を揺動させた場合の環状ディスクの中心の軌
跡が、駆動軸の中心と一致しないことを特徴としてい
る。

【０００９】この場合、偏心機構摩耗及びクリアランス
が最大値をとった場合においても環状ディスクの中心の
軌跡が駆動軸の中心と一致しないように設定することが
望ましい。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、環状ディスクの回転中
心軌跡を駆動軸中心と一致させない構成としたため、回
転力を伝達する各ピンが係合溝内で常に滑りつつ移動を
繰返すようになり、一定位置に留まることがないので、
係合溝表面の局部的な摩耗を防止でき、ピンの円滑な移
動が損われるおそれがない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る吸排気弁駆動制御装置の実施形態を説明する。図
１〜図６は本発明の実施形態を示す図である。図におい
て、２１は図外の機関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
外周に一定の隙間をもって配置され、かつ駆動軸２１の
中心Ｘと同軸上に設けられた中空円筒状のカムシャフト
である。上記駆動軸２１は、機関前後方向に延設されて
いると共に、中空状に形成されている。またカムシャフ
ト２２は、各気筒毎に分割して構成されている。

【００１２】上記カムシャフト２２は、図示せぬシリン
ダヘッド上端部のカム軸受に回転自在に支持されている
と共に、図２に示すように、外周の所定位置に、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。また、カムシャフト２２は、上述し
たように複数個に分割形成されているが、その一方の分
割端部に、フランジ部２７が設けられている。また、こ
の複数に分割されたカムシャフト２２の端部間に、それ
ぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が配置されてい
る。上記フランジ部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
成されていると共に、環状ディスク２９の一方の表面に
摺接するフランジ面２７ａを有している。

【００１３】上記スリーブ２８は、小径な一端部が隣接
するカムシャフト２２の他方の分割端部内に回転自在に
挿入されていると共に、駆動軸２１外周に嵌合してお
り、かつ直径方向に貫通した連結ピン３１を介して該駆
動軸２１に連結固定されている。また、スリーブ２８の
他端部に設けられたフランジ部３２は、カムシャフト２
２側のフランジ部２７と対向して位置し、かつ図５にも
示すように、半径方向に沿った細長い矩形状の係合溝３
３が形成されていると共に、外周面に環状ディスク２９
の他方の表面に摺接するフランジ面２８ａを有してい
る。上記係合溝３３はカムシャフト２２のフランジ部２
７側の係合溝３０と１８０°異なる反対側に配置されて
いる。

【００１４】上記環状ディスク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
されていて、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
のベアリングメタル３４を介して制御環３５の内周面に
回転自在に保持されている。また、互いに１８０°異な
る直径線上の対向位置にそれぞれ保持孔２９ｂ，２９ｃ
が貫通形成されており、該保持孔２９ｂ，２９ｃには、
各係合溝３０，３３に係合する一対のピン３６，３７が
嵌合配置されている。この各ピン３６，３７は、互いに
カムシャフト軸方向の逆向きに突出しており、円筒面か
らなる基部が保持孔２９ｂ，２９ｃ内に回転自在に嵌合
支持されていると共に、環状ディスク２９表面から突出
する先端部に、図４及び図５に示すように、上記係合溝
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。また、上記ピン３６，３７の
軸方向への位置決めは、突出方向については、ピン３
６，３７の円筒面と上記平面部３６ａ，３６ｂ、３７
ａ，３７ｂとの間に生じる段部３６ｃ，３７ｃとフラン
ジ面２７ａ，２８ａとの当接により、また後退方向につ
いては、上記保持孔２９ｂ，２９ｃを貫通したピン３
６，３７の基端面３６ｄ，３７ｄとフランジ面２８ａ，
２７ａとの当接により、それぞれ行われる。

【００１５】上記制御環３５は、略円環状をなすととも
に、図２に示すように、外周の一部にボス部３５ａを有
し、該ボス部３５ａを貫通した揺動軸３８を支点とし
て、駆動軸２１の軸方向と直交する面に沿って上下に揺
動自在に構成されている。またボス部３５ａと反対側の
外周面にレバー部３５ｂが半径方向に沿って突設されて
おり、該レバー部３５ｂを介して駆動機構３９により揺
動位置が制御されるようになっている。

【００１６】上記駆動機構３９は、図２及び図６に示す
ように、シリンダヘッドの所定部位に互いに対向して形
成された第１，第２シリンダ４０，４１と、各シリンダ
４０，４１内に出没自在に嵌合した油圧ピストン４２及
びリテーナ４３と、上記第１シリンダ４０内に画成され
る油圧室４０ａに油圧を給排して油圧ピストン４２を進
退させる油圧回路４４とを備えている。上記油圧ピスト
ン４２及びリテーナ４３は、互いに対向し、かつ両者の
先端の間で、上記レバー部３５ｂの円弧状先端部を上下
方向から挟持するようになっている。なお、図２の符号
４１ｃはエア抜き孔を示す。

【００１７】上記第２シリンダ４１内に設けられたリテ
ーナ４３は、略有底円筒状に形成され、第２シリンダ４
１内に配設されたコイルスプリング４５のばね力で突出
方向に付勢されている。また、このリテーナ４３は、ス
トッパ部４１ｂにより後退位置が規制されるようになっ
ている。ここで、上記リテーナ４３が突出した状態、最
大後退した状態にかかわらず、環状ディスク２９の回転
中心Ｙは駆動軸２１の中心Ｘに対し、常に偏心した状態
にある（図８参照。）。また、この偏心量は摩耗，クリ
アランス等のばらつきを見込んでも同心にならない程度
に設定するとさらによい。

【００１８】上記油圧回路４４は、一端部が機関のオイ
ルパン４６内に、他端部が油圧室４０ａにそれぞれ連通
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。尚、この油圧回路４４
は、一般に機関潤滑系統を利用して構成され、オイルポ
ンプ４８等を機関潤滑系統と共用したものとなる。上記
電磁切換弁４９は、機関回転数や吸入空気量等の運転条
件信号に基づいてコントローラ５０により制御される。
該電磁切換弁４９がＯＮ作動すると、油通路４７が連通
して、油圧室４０ａに油圧が供給され、ＯＦＦ作動する
と油通路４７下流部分とドレン通路５１とが連通して油
圧を解放するようになっている。具体的には、上記電磁
切換弁４９のＯＮ−ＯＦＦのデューティ比が可変制御さ
れ、油圧室４０ａ内に供給される油圧が機関運転条件に
応じて連続的に制御される。

【００１９】次に、上記のように構成された実施形態の
内燃機関の吸排気弁駆動制御装置の動作について説明す
る。

【００２０】まず、内燃機関の高速高負荷側の運転領域
では、上述したように、コントローラ５０により電磁切
換弁４９のＯＮデューティ比が最大に制御される。これ
により、オイルポンプ４８から油通路４７に圧送された
作動油はそのまま油圧室４０ａに供給される。従って、
該油圧室４０ａの内圧上昇に伴い油圧ピストン４２が図
２、図６の実線で示すようにコイルスプリング４５のば
ね力に抗してレバー部３５ｂを限界位置まで押し下げる
ので、制御環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が接近する。但し、前述したよう
に、環状ディスク２９の回転軌跡は駆動軸２１の中心Ｘ
と一致しないため、同心状態とはならない。なお、カム
シャフト２２の中心は駆動軸２１の中心Ｘに常に等し
い。この第１制御位置においては、偏心量が小さいこと
から、駆動軸２１とカムシャフト２２との間の回転位相
差は、図７の(b)の実線に示すように、比較的小さい。
この結果、図７の(a)の実線に示すようなバルブリフト
特性が得られる。なお、図７の（ａ）の二点鎖線は、環
状ディスク２９の回転中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘとが
同心状態にあると仮定した場合の特性である。また、こ
のときには、ピン３６，３７は係合溝３０，３３内で滑
りを生じつつ移動するようになる。

【００２１】一方、内燃機関の常用運転領域である低速
低負荷側の領域では、コントローラ５０により電磁切換
弁４９に与えられるＯＮデューティ比が最小となり、油
圧室４０ａ内の油圧が解放される。そのため、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のばね力で後退する。従って、制御環３５は、図
２，図６の一点鎖線で示すようにリテーナ４３により押
上げられる形となり、揺動軸３８を支点として上方へ揺
動して、環状ディスク２９の中心Ｙが駆動軸２１の中心
Ｘから大きく偏心する。この第２制御位置にある状態で
は、図７の（ｂ）に一点鎖線で示すように、駆動軸２１
とカムシャフト２２との間で比較的大きな位相差が与え
られる。従って、図７の（ａ）に一点鎖線で示すような
バルブリフト特性が得られ、その作動角は小さくなる。
尚、図７（ｂ）の特性図では、カムシャフト２２が相対
的に進む方向の位相差を正に、相対的に遅れる方向の位
相差を負にしてある。また、回転位相差の最大，最小点
の途中に同位相点（Ｐ点）が存在する。そして、カムシ
ャフト２２が相対的に遅れ側となる領域（Ｐ１点以前の
領域およびＰ２〜Ｐ３の領域）に位置する吸気弁２３の
開弁時期は、上記位相差に伴って遅れることになる。逆
に、カムシャフト２２が相対的に進み側となる領域（Ｐ
１〜Ｐ２の領域）に位置する吸気弁２３の開弁時期は、
位相差に伴って進むことになる。

【００２２】なお、この実施形態では、油圧室４０ａに
与えられる油圧は、連続的に可変制御可能であり、上記
環状ディスク２９の位置は、機関運転条件に応じて、上
記第１制御位置および第２制御位置の範囲内で変化する
ことになる。

【００２３】このように、低速低負荷側の領域で一点鎖
線のような特性となることにより、低速域での充填効率
が向上し、低速トルクが増大する。しかも、開弁時期が
遅れることで、バルブオーバーラップが小さくなり、ア
イドル時の燃費が良好になるとともに、アイドル安定性
が向上する。

【００２４】逆に、高速側の領域では、相対的に作動角
が大きく、閉弁時期が遅いため、高速域での充填効率が
向上する。しかも、バルブオーバーラップ増大による排
気効率向上により、高速域でのトルク，出力が向上す
る。

【００２５】そして上記構成では、図８に示す如く、環
状ディスク２９の回転中心軌跡は駆動軸中心と常に一致
しない構成としたため、ピン３６，３７が係合溝３０，
３３内で一定位置に留まることがなく、常に滑りつつ移
動することになる。そのため、係合溝３０，３３の局部
的な摩耗を抑制できる。図９は、この係合溝３０，３３
の摩耗の様子を図示したもので、ピン３６，３７の移動
量が最も少なくなる第１制御位置においても、図９に符
号Ｌで示す範囲でピン３６，３７が移動するので、仮に
第１制御位置に制御される時間の割合が大きかったとし
ても、係合溝３０，３３表面の摩耗は図示するように緩
やかに発生し、従来技術における図１１に示すようなピ
ン３６，３７の移動を阻害する段差が生じることがなく
なる。

【００２６】また上記実施形態によれば、機関の常用領
域である低速低負荷領域で、偏心量の最も大きな第２制
御位置となる。この状態では、係合溝３０，３３におけ
るピン３６，３７の移動量が最大となるので、ピン３
６，３７が接触し得る係合溝３０，３３の幅全域に亙っ
て平均的に摩耗が進行するようになる。しかも、この低
速低負荷領域では、接触部に加わる面圧も小さい。従っ
て、長期間の使用による部分的な摩耗を一層抑制でき
る。

【００２７】さらに、上記構成では、各ピン３６，３７
が回転自在であるとともに、その両側縁が平面部３６
ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂに形成されているため、各
係合溝３０，３３の対向内面３０ａ，３０ｂ、３３ａ，
３３ｂと常に面接触状態で当接し、経時的な摩耗が一層
抑制される。

【００２８】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
を示す正面図である。

【図２】本発明による内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
を示す側面図である。

【図３】本発明による内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
を示す平面図である。

【図４】図１の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置の要部
を示す側面図である

【図５】図１の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置の要部
を示す側面図である

【図６】図１の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置の油圧
系統を示す油圧回路図である。

【図７】本発明による内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
の弁開閉動作を示す図である。

【図８】本発明による内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
の環状ディスクの中心の軌跡を示す図である。

【図９】図１の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置による
効果を模式的に説明する図である。

【図１０】従来技術による内燃機関の吸排気弁駆動制御
装置の弁開閉動作を示す図である。

【図１１】従来技術による内燃機関の吸排気弁駆動制御
装置による問題点を模式的に説明する図である。

【図１２】従来技術による内燃機関の吸排気弁駆動制御
装置の環状ディスクの中心の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

２１ 駆動軸 ２２ カムシャフト ２７ フランジ部 ２９ 環状ディスク ３０ 係合溝 ３２ フランジ部 ３３ 係合溝 ３６，３７ ピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転に同期して回転する駆動軸
   と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸排気弁を駆
   動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシ
   ャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝
   が形成されたフランジ部と、このフランジ部に対向する
   ように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って
   係合溝が形成されたフランジ部と、上記両フランジ部の
   間に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両
   側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部
   の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスク
   を回転自在に保持するとともに、軸直角方向に沿って揺
   動可能な制御環と、上記制御環を機関運転状態に応じて
   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、前記制御環を揺動させた場合の環状ディスクの
   中心の軌跡が、駆動軸の中心と一致しないことを特徴と
   する内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。
2. 【請求項２】 偏心機構摩耗及びクリアランスが最大値
   をとった場合においても環状ディスクの中心の軌跡が駆
   動軸の中心と一致しない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。