JPH10266819A - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １気筒につき複数バルブからなる吸気側若し
くは排気側バルブを備える内燃機関用バルブ特性制御装
置として、それらバルブのより大きな特性変更幅（リフ
ト制御量）を得る。 【解決手段】 １気筒４バルブエンジンの各吸気側カム
１１の間に設けられる軸受２２にて吸気側カムシャフト
１０をシリンダヘッド９に回転可能にかつその軸線方向
に移動可能に支持する。吸気側カム１１は立体カムであ
り、そのカム面１１ａのカムノーズ高さは、カムシャフ
ト１０の軸線方向に連続的に変化する。軸受２２を挟ん
で設けられる吸気側カム１１に各々対応して開閉駆動さ
れる吸気側バルブ１８は、そのバルブリフタ１９Ａ，１
９Ｂ側の間隔が開く方向に、各々鉛直軸Ｖに対してθ_B
の傾斜角を持って設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
特性制御装置に係り、詳しくは内燃機関の吸・排気バル
ブを駆動するカムのカムプロフィールを同機関の運転条
件に応じて変更することでそれらバルブの開閉特性を制
御する内燃機関のバルブ特性制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のバルブ特性制御装置とし
ては、カムシャフトに低速用と高速用の異なるカムプロ
フィールを持つ２種類のカムを設け、エンジンの運転条
件に応じてそれらカムを切り換えることにより、吸気側
バルブあるいは排気側バルブの開閉タイミングやリフト
量を制御するようにした装置が知られている。このよう
なバルブ特性制御装置では、エンジンの低速時と高速時
とでそれぞれ専用のカムプロフィールを持ったカムを使
用して、それらバルブの最大リフト量を低速域では十分
に小さく、また高速域では十分に大きくするなどの制御
を行うことができるため、低速域であれ高速域であれ、
トルクや安定性の面で常に好適なエンジン特性を得るこ
とができる。

【０００３】一方、例えば図７に示すように、いわゆる
１気筒４バルブエンジンにあっては、吸気側あるいは排
気側の２つのバルブ４３に対応するカム４０の各々をカ
ムノーズ高さがカムシャフト４２の軸線方向に連続無段
階に変化する立体カムとし、シャフト移動機構４１にて
カムシャフト４２とともにそれらカム４０を回転軸線方
向（図の左右方向）に変位させることによりバルブ４３
の各々を駆動するカム面４０ａのカムノーズ高さを連続
無段階に変更するようにしたバルブ特性制御装置が提案
されている。このようなバルブ特性制御装置では、カム
ノーズ高さの最大値と最小値との差によりバルブ４３の
リフト量を変化させることができる範囲（以下、リフト
制御量）が決定される。そして、バルブ４３の最大リフ
ト量をエンジン低速域では小さく、またエンジン高速域
では大きくするようにカムシャフト４２の軸線方向への
移動を制御することで、上述同様、低速域であれ高速域
であれ、トルクや安定性の面で常に好適なエンジン特性
を得ることができる。なお、同図７に示す装置におい
て、各々バルブ４３とカム４０との間にはバルブリフタ
４９が設けられており、その上面に設けられたカムフォ
ロア４５がカム面４０ａに添って揺動する構造となって
いる。カムフォロワ４５の表面４５ａはカム面４０ａに
摺接する摺接面となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした１
気筒４バルブエンジンにあっては、各カム４０の十分な
支持剛性を得るために、それらカム４０間に同図７に示
す態様で軸受４４を配設する必要がある。また、各バル
ブ４３の配設間隔はエンジンの燃焼室のサイズに応じて
自ずと制限され、同配設間隔をむやみに広げることはで
きない。このため、同図７に示す各カム４０の幅（以
下、カム幅）Ｗや同カム４０がカムシャフト４２の軸線
方向に移動可能な変位量（以下、カム変位量）Ｄも上記
軸受４４との干渉やバルブ４３の配設間隔により制限さ
れ、バルブ特性の変更幅、すなわち上記リフト制御量を
十分に確保できない実情にある。

【０００５】なお、限られたカム幅Ｗやカム移動量Ｄの
中でより大きなリフト制御量を得る方法としては、カム
面４０ａのカムノーズを結ぶ線の回転軸線に対する傾斜
角θを大きくすることによりカムノーズ高さの最大値と
最小値との差を拡大することなどが考えられる。しか
し、カムノーズの傾斜角θを大きくすると、カムシャフ
ト４２の移動（特に図中右方向への移動）に要する荷重
が大きくなり、上記シャフト移動機構４１を大型化せざ
るを得なくなる。

【０００６】また、他の方法としては、カム面４０ａに
摺接するカムフォロワ４５の摺接面４５ａの幅Ｓを小さ
くすることによりカムフォロワ４５が移動可能なカム面
４０ａの有効長さを拡大する方法なども考えられる。し
かし、こうしてカムフォロワ４５の摺接面４５ａの幅Ｓ
を小さくした場合には、該摺接面４５ａに加わる面圧が
大きくなり、その結果カムフォロア４５が摩耗しやすく
なるなどその耐久性が著しく低下することとなる。

【０００７】本発明は、上記実情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、１気筒につき複数
バルブからなる吸気側若しくは排気側バルブを備える内
燃機関のバルブ特性制御装置として、それらバルブのよ
り大きな特性変更幅（リフト制御量）を得ることにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、カムシャフトの軸方向に
カムプロフィールが変化する複数の立体カムによって１
気筒に設けられた複数のバルブをそれぞれ開閉駆動する
とともに、前記カムシャフトの軸方向への移動に基づい
てそれら複数のバルブの開閉特性を変更制御する内燃機
関のバルブ特性制御装置において、前記複数のバルブの
少なくとも２つは各対応する立体カムとの駆動連結部が
互いに離間する方向に傾斜配設されてなることをその要
旨とする。

【０００９】同構成によれば、上記少なくとも２つのバ
ルブの内燃機関燃焼室側での配設間隔を広げることなく
それらバルブに各対応する立体カムの配設間隔を広げる
ことができるようになる。このため、カムシャフトのそ
れら立体カム間に軸受が設けられる場合であれ、余裕を
持って同カムのカム幅やカムシャフト軸方向への移動量
を拡大することができ、ひいてはそれら対応するバルブ
の開閉特性変更幅を拡大することができるようになる。
そして、こうしてバルブの開閉特性変更幅が拡大される
ことで、当該内燃機関の安定した運転に必要とされる空
気量あるいは残留ガスについて最適な制御が可能とな
る。

【００１０】また、１気筒に設けられた複数（２つ）の
バルブが上記態様で傾斜配設されることにより、内燃機
関の燃焼室形状もペントルーフ形状から半球形状へと理
想的な形状に近づくこととなる。このため、燃焼効率の
更なる改善が図られるとともに、ノッキング等にも強く
なる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記少なくと
も２つのバルブに対応する各立体カムは、各異なるカム
プロフィールを有することをその要旨とする。

【００１２】同構成によれば、上記各立体カムの各異な
るカムプロフィールを通じて、例えば低リフト時、各バ
ルブのリフト量差による吸気乱れ効果（タンブル強化）
を期待することができ、ひいては該吸気乱れ効果による
燃焼改善を期待することができるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図４に従って説明する。図２は、車両用
エンジン（以下、エンジン）１に適用された本実施の形
態にかかるバルブ特性制御装置を示している。ここで
は、そのバルブ駆動方式としてＤＯＨＣ（ダブルオーバ
ーヘッドカム）４バルブタイプのものを想定している。

【００１４】はじめに、同図２を参照してエンジン１の
概要を説明する。エンジン１を構成するシリンダブロッ
ク２には複数のシリンダ３が設けられ、各シリンダ３に
はピストン４が配置されている。各ピストン４はクラン
クケース５に支持されるクランクシャフト６に対しそれ
ぞれコンロッド７にて連結されている。クランクシャフ
ト６にはクランクシャフトタイミングプーリ８が設けら
れている。

【００１５】シリンダブロック２の上側に設けられるシ
リンダヘッド９には、吸気側カムシャフト１０が複数の
軸受（図示せず）にて回転可能にかつその軸線方向に移
動可能に支持されている。該吸気側カムシャフト１０に
は前記シリンダ３毎に２つの吸気側カム１１が一体的に
設けられている。また、シリンダヘッド９には同じく複
数の軸受（図示せず）にて排気側カムシャフト１２が回
転可能に支持されている。該排気側カムシャフト１２に
はシリンダ３毎に２つの排気側カム１３が一体的に設け
られている。

【００１６】吸気側カムシャフト１０にはカムシャフト
タイミングプーリ１４及びシャフト移動機構１５が一体
的に設けられている。また排気側カムシャフト１２に
は、カムシャフトタイミングプーリ１６が設けられてい
る。各カムシャフトタイミングプーリ１４，１６は前記
クランクシャフトタイミングプーリ８にタイミングベル
ト１７で連結されている。そして、クランクシャフト６
が回転すると吸気側カムシャフト１０及び排気側カムシ
ャフト１２が回転駆動されるようになっている。

【００１７】前記各シリンダ３には、吸気側バルブ１８
が２個ずつ配設されている。なお、この２個の吸気側バ
ルブ１８は、図１に示すように、互いにその軸上端部が
エンジン前後方向（図２の左右方向）に広がるように傾
斜して設けられている。すなわち、各吸気側バルブ１８
は、図１に示す鉛直軸Ｖに対し傾斜角θ_B をもって傾斜
して設けられている。そして、この吸気側バルブ１８
は、前記吸気側カム１１に対しバルブリフタ１９Ａ，１
９Ｂを介してそれぞれ駆動連結されている。各バルブリ
フタ１９Ａ，１９Ｂは、シリンダヘッド９に設けられる
図示しないリフタボア内に摺動可能に支持されている。

【００１８】また、各シリンダ３には、排気側バルブ２
０が２個ずつ配設されている。各排気側バルブ２０は、
前記排気側カム１３に対しバルブリフタ２１を介してそ
れぞれ駆動連結されている。各バルブリフタ２１も、図
示しないリフタボア内に摺動可能に支持されている。

【００１９】図１及び図３は、吸気側カムシャフト１０
に連結される前記シャフト移動機構１５と、同カムシャ
フト１０に設けられた吸気側カム１１、そしてこの吸気
側カム１１にて開閉駆動される１シリンダ分の吸気側バ
ルブ１８を示している。各吸気側カム１１の間には、そ
れら各カム１１の支持剛性を確保すべく軸受２２が設け
られている。吸気側カムシャフト１０がこの軸受２２を
はじめとする複数の軸受を通じてシリンダヘッド９に対
し回転可能にかつその軸線方向に移動可能に支持されて
いることは上述した通りである。

【００２０】吸気側カムシャフト１０に設けられている
吸気側カム１１は、図７に例示したような周知の立体カ
ムであり、そのカム面１１ａのカムノーズ高さは吸気側
カムシャフト１０の軸線方向に連続無段階に変化する。
該吸気側カム１１のカムノーズの傾斜角θ１は、図７に
示した従来の装置におけるカム４０のカムノーズの傾斜
角θと同じ角度に形成されているとする。

【００２１】また、バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂは、図
４に示すように（これらは同一の形状であり図４ではバ
ルブリフタ１９Ａのみを代表して示す）、円筒状に形成
され、その側面１９ａには案内部材２３が設けられてい
る。案内部材２３は、側面１９ａに形成される嵌合孔１
９ｂに圧入または溶接されることで同側面１９ａに接合
されている。この案内部材２３は、当該バルブリフタ１
９Ａをリフタボア内で回動不能にかつ中心軸線方向に摺
動可能に係止している。

【００２２】バルブリフタ１９Ａの上面１９ｃにはカム
フォロアホルダ２４が一体的に形成され、同カムフォロ
アホルダ２４にはカムフォロア２５がその幅方向に揺動
可能に支持されている。なお、カムフォロアホルダ２４
は、図４に示すように、上側面１９ｃの中心部に設けら
れている。カムフォロア２５の表面（摺接面）２５ａは
吸気側カム１１のカム面１１ａ（図１、図３）に摺接さ
れるようになり、カムフォロア２５は同カム面１１ａに
添って揺動する。また、本実施の形態において、カムフ
ォロア２５の幅Ｓ１（図１）は、図７に示した従来の装
置におけるカムフォロア４５幅Ｓと同じ幅に形成されて
いるとする。

【００２３】さて、本実施の形態では、図１あるいは図
３に示すように、軸受２２を挟む一対の吸気側カム１１
に対応する吸気側バルブ１８が互いにその軸上端部がエ
ンジン前後方向（図２の左右方向）に広がるように傾斜
して配設されることにより、吸気側カム１１のカム幅Ｗ
１が図７に示した従来の装置のカム４０のカム幅Ｗより
も大きく形成されている。それとともに、大きく形成さ
れたカム幅Ｗ１に合わせて、カム変位量Ｄ１も従来の装
置におけるカム４０のカム変位量Ｄよりも大きく確保さ
れている。つまり、本実施の形態では、吸気側カム１１
は、カムノーズの傾斜角θ１が従来のカム４０の傾斜角
θと同じままでも、カムノーズ高さの最大値と最小値と
の差は同従来のカム４０のカムノーズ高さの最大値と最
小値との差よりも大きく設定されている。

【００２４】一方、前記シャフト移動機構１５は、図示
しない油圧回路を通じて吸気側カムシャフト１０をその
軸線方向に連続無段階に変位させる周知の機構である。
すなわち、シャフト移動機構１５は、図３に示すように
前記カムフォロワ２５の摺接面２５ａがカム面１１ａの
最もカムノーズ高さの低い部分に摺接する位置と、図１
に示すように同摺接面２５ａがカム面１１ａの最もカム
ノーズ高さの高い部分に摺接する位置との間で、吸気側
カムシャフト１０を連続無段階に変位させる。

【００２５】次に、以上のように構成された内燃機関の
バルブ特性制御装置の作用について説明する。本実施の
形態では上述のように、軸受２２を挟む一対の吸気側カ
ム１１に対応する吸気側バルブ１８は互いにその軸上端
部がエンジン前後方向（図２の左右方向）に広がるよう
に傾斜して設けられている。そのため、それらバルブ１
８のシリンダ（燃焼室）側での配設間隔を広げることな
く吸気側カム１１の配設間隔を広げることができるよう
になり、同吸気側カム１１のカムノーズの傾斜角θ１を
図７に示した従来の装置のカム４０の傾斜角θと同じ角
度にしたままで、同カム４０のカム幅Ｗよりもそのカム
幅Ｗ１を大きくとることができるようになっている。そ
して、このカム幅Ｗ１に合わせて同吸気側カム１１のカ
ム変位量Ｄ１も従来の装置のカム変位量Ｄより大きく確
保でき、その結果カムノーズ高さの最大値と最小値との
差をより大きく設定することができるようになってい
る。このため、同吸気側カム１１のカム面１１ａに従っ
て駆動される吸気側バルブ１８のリフト制御量（開閉特
性変更幅）を従来の装置のリフト制御量よりも確実に大
きくすることができるようになる。そして、こうしてリ
フト制御量が拡大されることで、エンジン１の安定した
運転に必要とされる空気量についての最適な制御が可能
となる。

【００２６】また、吸気側バルブ１８が上記形態で傾斜
して設けられることにより、燃焼室形状をペントルーフ
形状から半球形状へと理想的な形状に近づけることがで
きる。そのため、燃焼が改善されるとともにノッキング
等にも強くなり、エンジン性能の更なる向上が図られる
ようにもなる。

【００２７】なお、本実施の形態にあっては、カムノー
ズの傾斜角θ１が従来の装置と同じであるため、吸気側
カムシャフト１０の特に図中右方向への移動に要する荷
重も従来の装置より大きくなることはなく、シャフト移
動機構１５の大型化を招く懸念もない。

【００２８】また、カムフォロア２５の摺接面２５ａの
幅Ｓ１も従来の装置の同幅Ｓと同じであるため、吸気側
カム１１から同摺接面２５ａに加わる面圧が従来の装置
より大きくなることはなく、その耐久性が従来の装置よ
り低下することもない。

【００２９】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、次のような効果が得られるようになる。 ・吸気側バルブ１８を傾斜して設けたことによりカム幅
Ｗ１及びカム変位量Ｄ１を大きくすることができ、ひい
ては吸気側バルブ１８のリフト制御量（開閉特性変更
幅）を拡大することができる。その結果、エンジン１が
必要とする最適な空気量及び残留ガスの制御が可能とな
る。

【００３０】・吸気側バルブ１８が傾斜して設けられる
ことにより、燃焼室形状をペントルーフ形状から半球形
状へと理想的な形状に近づけることができる。そのた
め、燃焼が改善されるとともにノッキング等にも強くな
り、エンジン性能の更なる向上が図られる。

【００３１】・これまでの吸気側バルブ１８を単に傾斜
させて設けただけなので、カム及びバルブリフタ等全て
これまでとほぼ同一のものが使用できるという設計・製
造上の利点がある。

【００３２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、以下のように構成することもできる。 ・上記実施の形態では、カムフォロアホルダ２４及びカ
ムフォロア２５は、バルブリフタの上面１９ｃの中心部
に設けられているが、これに限定されるものではない。
他に例えば、図５に示すように、各バルブリフタ１９
Ａ，１９Ｂにおいて、各カムフォロアホルダ２４及びカ
ムフォロア２５を軸受２２から離間する側にそれぞれオ
フセットして配設するようにしてもよい。このような配
設により、カム幅Ｗ及びカム変位量Ｄを更に拡大するこ
とができる。

【００３３】・上記実施の形態では、軸受２２を挟む一
対の吸気側カム１１において、そのカムノーズの傾斜角
θ１を等しく構成したがこれに限定されるものではな
い。他に例えば、図６に示すように、同図において軸受
２２の左に位置する吸気側カム１１のカムノーズ傾斜角
θ_L を、同軸受２２の右に位置する吸気側カム１１のカ
ムノーズ傾斜角θ_R より大きく構成してもよい。このよ
うに構成するのは、吸気側バルブ１８の傾斜角θ_B の関
係で、左右吸気側カム１１の各バルブリフタ１９Ａ，１
９Ｂに対するテーパ度が異なるからである。また、この
ように左右の吸気側カム１１のカムノーズ傾斜角を異な
らせることで、低リフト時、左右の吸気側バルブ１８の
リフト差による吸気乱れ効果（タンブル強化）を期待で
きるようにもなり、燃焼効率の更なる改善を図ることが
可能となる。

【００３４】・上記実施の形態では、各吸気側バルブ１
８は、各々等しい傾斜角θ_B をもって鉛直軸Ｖに対し傾
斜して設けられているがこれに限定されるものではな
い。例えば軸受２２の左側に位置する吸気側バルブ１８
の傾斜角θ_B を、同軸受２２の右側に位置する吸気側バ
ルブ１８の傾斜角θ_B より小さくなるように構成しても
よい。

【００３５】・上記実施の形態では、吸気側カム１１を
吸気側カムシャフト１０に一体的に設け、同吸気側カム
シャフト１０とともに吸気側カム１１をその軸線方向に
変位させる構成とした。これに対し、、吸気側カムシャ
フト１０は移動させず、吸気側カム１１のみを同方向に
変位させる構成としてもよい。この場合においても、上
記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００３６】・同バルブ特性制御装置を吸気側のバルブ
に限らず、排気側のバルブ、あるいは両方のバルブに適
用してもよい。 ・１気筒につき４バルブ以外のバルブ数のエンジン、例
えば、１気筒につき６バルブ，８バルブ等のバルブ数の
エンジンに適用してもよい。

【００３７】その他、前記実施の形態から把握できる請
求項以外の技術的思想について、以下にその効果ととも
に記載する。 （１） 請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブ特性
制御装置において、前記少なくとも２つのバルブはその
各対応する立体カムとの駆動連結部にカムフォロアを有
するバルブリフタを備え、各カムフォロアは更に互いが
離間する方向にオフセットされて各バルブリフタに配設
されていることを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御
装置。

【００３８】この構成によれば、カム幅Ｗ及びカム変位
量Ｄを更に拡大することができる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、カムシ
ャフトの立体カム間に軸受が設けられる場合であれ、余
裕を持って同カムのカム幅やカムシャフト軸方向への移
動量を拡大することができ、ひいてはそれら対応するバ
ルブの開閉特性変更幅を拡大することができるようにな
る。そして、バルブの開閉特性変更幅が拡大されること
で、当該内燃機関の安定した運転に必要とされる空気量
あるいは残留ガスについて最適な制御が可能となる。

【００４０】また、内燃機関の燃焼室形状もペントルー
フ形状から半球形状へと理想的な形状に近づくこととな
る。このため、燃焼効率の更なる改善が図られるととも
に、ノッキング等にも強くなる。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、立体カム
の各異なるカムプロフィールを通じて少なくとも、例え
ば低リフト時、各バルブのリフト量差による吸気乱れ効
果（タンブル強化）を期待することができ、ひいては該
吸気乱れ効果による燃焼改善を期待することができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のバルブ特性制御装置の一実施の形態
を示す断面略図。

【図２】同実施の形態のバルブ特性制御装置を備えたエ
ンジンを示す斜視図。

【図３】同実施の形態のバルブ特性制御装置の他の作動
位置例を示す断面略図。

【図４】バルブリフタの構造を示す斜視図。

【図５】バルブリフタの他の例を示す平面図。

【図６】この発明のバルブ特性制御装置の他の実施の形
態を示す断面略図。

【図７】従来のバルブ特性制御装置例を示す断面略図。

【符号の説明】

９…シリンダヘッド、１０…吸気側カムシャフト、１１
…吸気側カム、１１ａ…カム面、１５…シャフト移動機
構、１８…吸気側バルブ、１９Ａ，１９Ｂ…バルブリフ
タ、２２…軸受、２５…カムフォロア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井殿 則幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カムシャフトの軸方向にカムプロフィール
   が変化する複数の立体カムによって１気筒に設けられた
   複数のバルブをそれぞれ開閉駆動するとともに、前記カ
   ムシャフトの軸方向への移動に基づいてそれら複数のバ
   ルブの開閉特性を変更制御する内燃機関のバルブ特性制
   御装置において、 前記複数のバルブの少なくとも２つは各対応する立体カ
   ムとの駆動連結部が互いに離間する方向に傾斜配設され
   てなることを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関のバルブ特性制御
   装置において、 前記少なくとも２つのバルブに対応する各立体カムは、
   各異なるカムプロフィールを有することを特徴とする内
   燃機関のバルブ特性制御装置。