JPH10280929A - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体カムの移動に基づく吸気側若しくは排気
側バルブのバルブ特性を変更する内燃機関のバルブ特性
制御装置にあって、立体カムの損傷防止も含めそれらバ
ルブのより円滑な特性変更を得ること。 【解決手段】 吸気側カムシャフト１０は適宜の軸受に
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。吸気側カム１１は立体カムであり、そのカム面１
１ａ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。バルブリフタ１９Ａの上面１９ｃ
にはカムフォロア２５が設けられ、その揺動方向はカム
シャフト１０の軸線方向に一致する。同カムフォロア２
５はその上面（摺接面）２５ａが所定の曲率を有する曲
面として形成される。

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９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。

【０００４】この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。

【０００５】なお、同図９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、その上面中央部にはカムフォロアホルダ４
４がそれぞれ一体的に形成されている。そして、同カム
フォロアホルダ４４に載置されたカムフォロア４５がカ
ム４０のカム面４０ａに添って揺動する。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。こうしたカムフォロア４５の形状を図１０に
拡大して示す。図１０（ａ）はカムフォロア４５の断面
を示すもので、その断面は半円形をなす。図１０（ｂ）
は同カムフォロア４５の側面を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした立
体カムを備えるバルブ特性制御装置においては、同立体
カムであるカム４０の回転に伴ない、例えば図１１
（ａ）に示すカム基本径部（カムシャフト４２に平行）
となっているカム面４０ａ₁ から図１１（ｂ）に示すカ
ムリフト部（カムシャフト４２に対しθの角度付）とな
っているカム面４０ａ ₂ に変化する際、同図１１（ｂ）
に示すように、先ずカムフォロア４５のエッジ部４５ｂ
がカム面４０ａ₂ に当接する。その様子を図１２に拡大
して示す。そして、カム４０の更なる回転に伴ない、こ
のエッジ部４５ｂは図１１（ｂ）に矢印にて示す方向に
回転力を受けて、図１１（ｃ）に示すようにカムリフト
部となっているカム面４０ａ₂ に添うようになる。同装
置にあってはこのように、カムフォロア４５のエッジ部
４５ｂの当接に起因するカム面４０ａ₂ の損傷が避け得
ないものとなっている。

【０００７】また、前記カムリフト部となっているカム
面４０ａ₂ が低リフト位置から高リフト位置に移動する
際には、カムフォロア４５のエッジ部４５ｂによる同カ
ム面４０ａ₂ の油膜切りが発生する。そのため同エッジ
部４５ｂとカム面４０ａ₂ との接触の際に潤滑不良が発
生し、同カム面４０ａ₂ に摩耗が発生しやすい状況とな
っている。また、この摩耗により形成されるカムリフト
部のカム面４０ａ₂ の段差（一般に低リフト側の使用頻
度が中高リフト側より高いため、同カム面４０ａ₂ の摩
擦状態に差ができて段差が発生する）にカムフォロア４
５のエッジ部４５ｂが引っかかり、円滑なバルブリフト
量の調整ができないというおそれもある。

【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、立体カムの移動に基
づく吸気側若しくは排気側バルブのバルブ特性を変更す
る内燃機関のバルブ特性制御装置にあって、立体カムの
損傷防止も含めそれらバルブのより円滑な特性変更を得
ることにある。

【０００９】

【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立体カムによって内燃機関
のバルブを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同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、前記バ
ルブはその対応する立体カムとの駆動連結部に同立体カ
ムのカム面に当接して揺動するカムフォロアを有して同
カム面の傾斜を吸収するバルブリフタを備え、前記カム
フォロアはそのカム面に当接する上面において、少なく
ともその端部が少なくともその揺動方向に所定の曲率を
有してなることをその要旨とする。

【００１０】同構成によれば、立体カムにて駆動される
バルブリフタの上面に揺動可能に支持されるカムフォロ
アは、そのカム面に当接する上面において、少なくとも
その端部が少なくともその揺動方向に所定の曲率を有す
る曲面として形成される。そのため、カムフォロアの端
部によるカム面への損傷が好適に防止されるとともに、
該カムフォロアの摺接によるカム面の摩耗も抑制され
る。さらに、カム面の油膜切りや段差の発生も抑制さ
れ、より円滑なバルブリフト量の制御が実現される

【００１１】。

【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５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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。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１９
Ａ，１９Ｂ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。

【００１６】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。

【００１７】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９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。
同部分の具体的構造を、先の図９に例示した装置に対応
するものとしてその一部を図１に示す。

【００１８】また、バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂは、図
３に示すように（これらは同一の形状であり図３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。

【００１９】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。図４に、このカムフォロア２５
の形状を拡大して示す。

【００２０】同図４に示すように、本実施の形態におい
て、カムフォロア２５は、そのカム面１１ａ（図１）と
の摺接面２５ａが同カムフォロア２５のカム軸方向の幅
に対して５０〜３００倍の曲率を有する曲面状に形成さ
れている。なお、同図４において、図４（ａ）はこうし
たカムフォロア２５の断面形状を示し、図４（ｂ）はそ
の側面形状を示している。

【００２１】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１において二点
鎖線にて示す前記カムフォロア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において実線にて示す同摺接面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。その移動可能な変位量は同図１においてＤ
で示す。

【００２２】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、吸気側カム１１にて駆動される
バルブリフタ１９Ａ，１９Ｂの上側面１９ｃに揺動可能
に支持されるカムフォロア２５の表面（摺接面）２５ａ
が、同カムフォロア２５のカム軸方向の幅に対して５０
〜３００倍の曲率を有する曲面として形成されている。
そして、このカムフォロア２５は、前述のように、吸気
側カム１１の回転に伴なってその表面（摺接面）２５ａ
が同吸気側カム１１のカム面１１ａ（図１）に当接さ
れ、同カム面１１ａのカム基本径部（カムシャフト１０
に平行）となっているカム面１１ａ₁ とカムリフト部
（カムシャフト１０に対しθの角度付）となっているカ
ム面１１ａ₂ との間でその形状に添って揺動する。ただ
しこのとき、カムフォロア２５の摺接面２５ａは前記曲
率を有しているため、図５に示すように、同カムフォロ
ア２５のエッジ部２５ｂが最初にカム面１１ａ₂ に当接
することはない。最初にカム面１１ａ₂に当接するする
のは、同図５に示すように摺接面２５ａ上の一部（２５
ｃ）である。そのため、カムフォロア２５のエッジ部２
５ｂによって前記カム面１１ａ₂に傷が付くこともな
い。

【００２３】また、カムフォロア２５の摺接面２５ａと
カム面１１ａ₂ との接触開始時には上述のように、摺接
面２５ａ上の一部（２５ｃ）が最初に接触するため、同
摺接面２５ａとカム面１１ａ₂ との接触面積が、上記エ
ッジ部２５ｂがカム面１１ａ ₂ と最初に接触する場合に
比べ大きくなる。このことにより接触面圧が下がり、カ
ムフォロア２５の摺接面２５ａとの接触によるカム面１
１ａ₂ の摩耗も抑制される。

【００２４】また更に、カムフォロア２５の摺接面２５
ａとカム面１１ａ₂ との定常接触時（図１１（ｃ）にて
示す状態時）には、従来のものに比べ同摺接面２５ａと
カム面１１ａ₂ との接触面積が減少する。そのため同接
触面圧が増加することとはなるが、カム面１１ａ₂ の低
リフト位置と高リフト位置との間での移動に際してカム
フォロア２５のエッジ部２５ｂによる油膜切りが発生す
ることがなく、カム面１１ａ₂ の摩耗量も現実的には減
少するようになる。従って、カム面１１ａ₂ に前述した
段差ができてしまうことなども好適に抑制され、より円
滑なバルブリフト量の制御が行われるようになる。

【００２５】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。 ・カムフォロア２５のエッジ部２５ｂによるカム面１１
ａ₂ への損傷が好適に防止される。

【００２６】・カムフォロア２５の摺接によるカム面１
１ａ₂ の摩耗も抑制される。 ・カム面１１ａ₂ の油膜切りや段差の発生も抑制され、
より円滑なバルブリフト量の制御が実現される。

【００２７】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２５の表面（摺接
面）２５ａの形状を図４に示すいわば「かまぼこ状」と
したがこれに限定されるものではない。同摺接面２５ａ
の形状としては他にも例えば、図６に示すような、カム
フォロア２５のカム軸方向の幅に対して５０〜３００倍
の曲率を有する「球面状」とすることができる。

【００２８】・上記実施の形態では、カムフォロア２５
の断面形状を図４（ａ）に示すように、カムフォロア２
５のカム軸方向の幅に対して５０〜３００倍の曲率を有
する「円弧状」としたがこれに限定されるものではな
い。カムフォロア２５の断面形状としては、例えば図７
（ａ）及び（ｂ）に示すような形状、すなわちカムフォ
ロア２５の断面上部においてその中央部は平面状となっ
ておりそのエッジ部２５ｂのみが曲率を有する曲面状と
なる形状としてもよい。なお、このエッジ部２５ｂの曲
面の形成においては、図７（ａ）に対応して図８（ａ）
に示すように１種類の曲率Ｒで形成してもよいし、図７
（ｂ）に対応して図８（ｂ）に示すように複数の曲率Ｒ
₁ 〜Ｒ₃ により合成して形成してもよい。このように複
数の曲率によってエッジ部２５ｂを形成する場合には、
摺接面２５ａの平面部との境界にできるエッジをなくす
ことができる。

【００２９】・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。

【００３０】・上記実施の形態では、１気筒につき４バ
ルブのエンジンに実施した例を示したがこれに限らず、
例えば、１気筒につき２バルブ、あるいは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。

【００３１】・上記実施の形態では、２個の吸気側カム
１１によってそれぞれバルブリフタ１９Ａ，１９Ｂを駆
動する構成のバルブ特性制御装置に適用した例を示した
が、これに限らず、例えば１個の吸気側カム１１で２個
のバルブリフタを駆動する構成を有するバルブ特性制御
装置に適用することもできる。

【００３２】・上記実施の形態では、吸気側バルブのバ
ルブ特性を制御する装置について例を示したが、これに
限らず、排気側のバルブ、あるいは両方のバルブ特性を
制御する装置として具体化することもできる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、立体カ
ムのカム面と摺接するカムフォロアの上面において、少
なくともその端部が少なくともその揺動方向に所定の曲
率を有する曲面とし形成される。そのため、カムフォロ
アが立体カムのカム面のカムノーズに摺接するとき、カ
ムフォロアの端部によるカム面への損傷が好適に防止さ
れるとともに、該カムフォロアの摺接によるカム面の摩
耗も抑制される。さらに、カム面の油膜切りや段差の発
生も抑制され、より円滑なバルブリフト量の制御が実現
される。

【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】 バルブリフタの構造を示す斜視図。

【図４】 カムフォロアの構造を示す断面及び側面図。

【図５】 カムフォロアとカム面との摺接態様を示す拡
大図。

【図６】 カムフォロアの他の例を示す正面及び側面
図。

【図７】 カムフォロアの他の例を示す断面図。

【図８】 図７に示したカムフォロアのエッジ部の拡大
図。

【図９】 従来のバルブ特性制御装置例を示す断面略
図。

【図１０】従来のカムフォロアの構造を示す断面及び側
面図。

【図１１】従来のカムフォロアのカム面との摺接態様を
示す略図。

【図１２】従来のカムフォロアのカム面との摺接態様を
示す拡大図。

【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、２５…カムフォロア、２５ｂ…カムフォロアのエッ
ジ部。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【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
   が変化する立体カムによって内燃機関のバルブを開閉駆
   動するとともに、前記カムシャフトの軸方向への移動に
   基づいて同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、 前記バルブはその対応する立体カムとの駆動連結部に同
   立体カムのカム面に当接して揺動するカムフォロアを有
   して同カム面の傾斜を吸収するバルブリフタを備え、前
   記カムフォロアはそのカム面に当接する上面において、
   少なくともその端部が少なくともその揺動方向に所定の
   曲率を有し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。