JPH10306713A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環状ディスク１７を保持する制御ハウジング
１８の可動量を拡大するとともに、制御シャフト２６の
カム作用により制御ハウジング１８が円滑に移動するよ
うにする 【解決手段】 機関と同期回転する駆動軸１の外周に、
気筒毎に分割した円筒状カムシャフト１１が配設され、
両者を連動させる環状ディスク１７の偏心位置に応じて
カムシャフト１１が不等速回転する。環状ディスク１７
は制御ハウジング１８に嵌合して回転自在に保持され
る。制御ハウジング１８は支持シャフト２５を介して揺
動可能に支持され、制御シャフト２６の偏心カム２９に
よって偏心動作する。支持シャフト２５は、制御ハウジ
ング１８の円形支持孔２８に嵌合する偏心円部３０を一
体に有し、シリンダヘッドに回転自在に支持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、駆動軸外周に配
置した円筒状カムシャフトを駆動軸に対し不等速回転さ
せることで、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
装置に関し、特に、各気筒毎に設けられる環状ディスク
の中心を、偏心カムを備えた制御シャフトでもって軸直
角方向に偏心させるようにした内燃機関の吸排気弁駆動
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実開昭５７−１９８
３０６号公報や特開平６−１８５３２１号公報に記載さ
れているように、不等速軸継手の原理を応用したものが
知られている。これは、機関の回転に同期して回転する
駆動軸の外周に、各気筒毎に分割した円筒状のカムシャ
フトを設け、かつ該カムシャフトの端部のフランジ部と
駆動軸側のフランジ部とにそれぞれ半径方向に沿った係
合溝を形成するとともに、両フランジ部間に介在する環
状ディスクに各係合溝に係合する一対のピンを設けた構
成であって、上記環状ディスクを制御ハウジングでもっ
て回転自在に保持するとともに、該制御ハウジングを介
して環状ディスクをカムシャフトに対し偏心させること
ができるようにしてあり、その偏心量を制御することに
より、バルブリフト特性が変化するようになっている。

【０００３】また、上記特開平６−１８５３２１号公報
には、制御ハウジングを軸直角方向に移動させるため
に、偏心カムを用いた構成が開示されている。すなわ
ち、制御ハウジングが軸直角方向に揺動可能に支持され
ているとともに、該制御ハウジングに円形のカム嵌合孔
が開口形成されており、制御シャフトに形成された偏心
カムがこのカム嵌合孔に回転可能に嵌合している。そし
て、制御シャフトの回転位置をアクチュエータにより制
御することにより、制御ハウジングを移動させる構成と
なっている。

【０００４】ここで、上記制御ハウジングを揺動可能に
支持する支持構造として、上記公報では、支軸を制御ハ
ウジングの切欠部に係合させた構成が示されているが、
偏心カムの僅かな力で制御ハウジングが円滑に動くよう
にするために、制御ハウジングに円形のブッシュ嵌合孔
を開口形成し、ここに挿通された支持シャフトと該ブッ
シュ嵌合孔との間に、偏心ブッシュを回転可能に配設し
た構成も考えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに制御ハウジングの支持のために偏心ブッシュを用い
た構成においては、支持シャフトの外周に環状の偏心ブ
ッシュが設けられるので、偏心ブッシュに強度上必要な
最小肉厚を考慮すると、偏心ブッシュの偏心量をそれほ
ど大きく確保することができない。従って、制御ハウジ
ングの可動量が制約されるとともに、支持シャフトを中
心とした偏心ブッシュの回転に必要な力が比較的大きな
ものとなる。

【０００６】また、一層円滑な動きを得るべくニードル
ベアリングのような転がり軸受を利用しようとしても、
支持シャフトと偏心ブッシュとの間にニードルベアリン
グを配設することは、スペース的に困難である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、機関の回転に
同期して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に相対回
転可能に設けられ、かつ吸排気弁を駆動するカムを外周
に有する気筒毎に分割された円筒状のカムシャフトと、
このカムシャフトの一端部に設けられた第１フランジ部
と、上記第１フランジ部にそれぞれ対向するように上記
駆動軸側に設けられた第２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
クと両フランジ部との間で互いの偏心を許容しつつ回転
運動を伝達するための半径方向に沿った一対の係合溝お
よび該係合溝に係合する一対のピンと、上記環状ディス
クの外周面が回転自在に嵌合するとともに、円形のカム
嵌合孔が開口形成され、かつ支持シャフトを介して軸直
角方向に移動可能に支持された制御ハウジングと、上記
制御ハウジングのカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心
カムを有し、その回転によって上記制御ハウジングを軸
直角方向に沿って移動させる制御シャフトと、を備えて
なる内燃機関の吸排気弁駆動制御装置において、上記支
持シャフトは、上記制御ハウジングの円形支持孔に回転
可能に嵌合する偏心円部を有し、かつシリンダヘッドに
回転可能に支持されていることを特徴としている。

【０００８】この構成においては、制御シャフトが偏心
カムとともに回転すると、そのカム作用によって制御ハ
ウジングがカムシャフトの軸直角方向に沿って移動す
る。このとき、支持シャフトの偏心円部は、制御ハウジ
ングの円形支持孔内で回転し、かつ支持シャフト自体も
回転して、制御ハウジングの移動が許容される。これに
より、環状ディスクが駆動軸の中心に対し偏心動作し、
バルブリフト特性が変化する。

【０００９】上記偏心円部は、支持シャフトの一部とし
て構成されるので、その径や偏心量を、支持シャフトの
径に制約されずに自由に設定できる。

【００１０】請求項２に係る発明では、上記偏心円部
は、上記支持シャフトの径よりも大径であり、かつ上記
支持シャフトの外周円と上記偏心円部の外周円とが一点
で一致している。つまり、支持シャフトの半径をｒ、偏
心円部の半径をＲ、両者の偏心量をｅとすると、Ｒ＝ｅ
＋ｒの関係を有している。この構成では、偏心円部の円
形の中に支持シャフトの外周円が包含されるので、制御
ハウジングの円形支持孔部分を分割しなくとも、軸方向
に挿入することが可能である。そして、偏心円部の偏心
量が大きなものとなる。このように偏心量が大きいと、
支持シャフトを中心としたモーメントが大きくなるの
で、偏心円部とともに支持シャフトが円滑に回転するよ
うになる。つまり、制御ハウジングが制御シャフトの回
転に伴って円滑に移動する。

【００１１】また請求項３に係る発明では、上記偏心円
部は、その外周円が上記支持シャフトの外周円と２点で
交わるように偏心しており、上記制御ハウジングは、上
記円形支持孔を通る分割面に沿って分割構成されてい
る。つまり、支持シャフトの半径をｒ、偏心円部の半径
をＲ、両者の偏心量をｅとすると、Ｒ＜ｅ＋ｒの関係を
有しており、偏心円部の外周円と支持シャフトの外周円
とは、互いに部分的に重なり合っている。この場合、偏
心円部は、制御ハウジングの円形支持孔の部分を分割し
た状態で該制御ハウジングに組み付けられる。この構成
では、偏心円部を大径化せずに、偏心量をさらに大きく
確保できる。

【００１２】さらに請求項４に係る発明では、上記偏心
円部の偏心によって支持シャフトに生じる凹部の両側
に、偏心円部両端面に沿う一対のガイド面が形成されて
おり、このガイド面に上記制御ハウジングが挟まれて該
制御ハウジングの軸方向の位置決めがなされている。つ
まり、上記ガイド面は、制御ハウジングの円形支持孔の
開口縁から外周側にはみ出た形となり、該開口縁部分を
両側から挟持する。これにより、制御ハウジングが軸方
向に位置決めされる。従って、制御ハウジングの軸方向
の位置決めのための他の機構が不要となる。また、カム
シャフトから加わるバルブスプリング反力によって環状
ディスクが倒れるように力を受けても、制御ハウジング
の傾きは確実に防止される。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の吸排気弁駆動制
御装置によれば、制御ハウジングの円形支持孔に回転可
能に嵌合する偏心円部の径や支持シャフト中心に対する
偏心量を自由に設定でき、制御ハウジングの可動量の拡
大が図れるとともに、制御シャフトのカム作用による制
御ハウジングの移動を円滑なものにできる。また、支持
シャフトの軸受部にニードルベアリング等の転がり軸受
を配設することが容易となる。

【００１４】特に、請求項２によれば、制御ハウジング
の円形支持孔に軸方向に挿入し得る範囲内で偏心円部の
偏心量を最も大きく確保でき、回転モーメントの拡大に
より制御シャフトのカム作用による制御ハウジングの移
動を円滑なものにできる。

【００１５】また請求項３によれば、偏心円部を大径化
せずに、偏心量をさらに大きく確保できる。そのため、
制御ハウジングの移動をさらに円滑にできる。

【００１６】さらに請求項４によれば、支持シャフトに
よって制御ハウジングを軸方向に位置決めでき、かつ制
御ハウジングの倒れを抑制できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る吸排気弁駆
動制御装置の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明
する。

【００１８】図１は、この発明に係る吸排気弁駆動制御
装置の第１実施例を示す分解斜視図である。

【００１９】この図１に示すように、シリンダヘッドの
上部に、全気筒に亙って連続した駆動軸１が配設されて
いる。この駆動軸１は、内部に潤滑油通路（図示せず）
が形成された中空状のものであって、一端に図示せぬス
プロケットが取り付けられ、タイミングチェーンを介し
てクランクシャフトに連動している。そして、この駆動
軸１の外周には、各気筒毎に分割された円筒状のカムシ
ャフト１１が相対回転可能に嵌合しており、各カムシャ
フト１１の端部に、第１フランジ部１２が設けられてい
る。各カムシャフト１１は、例えば吸気弁３を駆動する
一対のカム１１ａを有し、かつその一対のカム１１ａの
中間のジャーナル部１１ｂが、シリンダヘッド側の図示
せぬ軸受部とカムブラケットとによって回転自在に支持
されている。

【００２０】また、駆動軸１には、短いスリーブ１５が
固定されており、各スリーブ１５の端部に、それぞれ上
記第１フランジ部１２と対向するように、第２フランジ
部１６が形成されている。両フランジ部１２，１６の間
には、円環状をなす環状ディスク１７が介装されてお
り、この環状ディスク１７は、制御ハウジング１８の円
形の開口部１８ａ内に回転自在に嵌合保持されている。
具体的には、制御ハウジング１８の開口部１８ａ内周面
は単純な円筒面をなし、ここに、環状ディスク１７の外
周面が回転自在に嵌合している。

【００２１】上記第１フランジ部１２および第２フラン
ジ部１６には、それぞれ半径方向に沿った係合溝１９，
２０が形成されている。両係合溝１９，２０は、互いに
１８０゜異なる位置に配置されている。そして、環状デ
ィスク１７には、互いに１８０゜異なる位置にそれぞれ
保持孔が貫通形成されているとともに、それぞれに、第
１ピン２３，第２ピン２４が回転可能に嵌合している。
これらのピン２３，２４は、互いに逆向きに突出してお
り、第１ピン２３の先端部が第１フランジ部１２の係合
溝１９に摺動可能に係合しているとともに、第２ピン２
４の先端部が第２フランジ部１６の係合溝２０に摺動可
能に係合している。なお、係合溝１９，２０に摺接する
各ピン２３，２４の先端部の側面は、平行な一対の平面
に加工されている。

【００２２】上記のような偏心型の可変動弁機構自体
は、例えば前述した特開平６−１８５３２１号公報等に
おいて公知の構成であるので、その詳細な説明は省略す
るが、環状ディスク１７が駆動軸１の中心に対し同心位
置にあれば、各カムシャフト１１は駆動軸１に対し等速
回転し、カム１１ａのプロフィールに沿ったバルブリフ
ト特性が得られる。また環状ディスク１７が駆動軸１の
中心に対し偏心すると、一種の不等速軸継手となり、各
カムシャフト１１が駆動軸１に対し不等速回転する。こ
れにより、その偏心量に応じて、バルブリフト特性およ
びバルブ作動角が変化する。

【００２３】上記環状ディスク１７を回転自在に保持す
る制御ハウジング１８は、駆動軸１と直交する面に沿っ
た板状をなしており、駆動軸１に平行に配置された支持
シャフト２５および制御シャフト２６によって軸直角方
向に沿って移動可能なように支持されている。すなわ
ち、制御ハウジング１８の開口部１８ａの上部に、円形
をなすカム嵌合孔２７が、開口部１８ａの側部に同じく
円形をなす支持孔２８が、それぞれ開口形成されてお
り、カム嵌合孔２７に制御シャフト２６が、円形支持孔
２８に支持シャフト２５がそれぞれ挿通されている。そ
して、制御シャフト２６には、円形の偏心カム２９が各
気筒毎に固設されており、この偏心カム２９の外周面が
上記カム嵌合孔２７に摺動可能に嵌合している。上記制
御シャフト２６は、図示せぬ軸受部を介してシリンダヘ
ッドに回転可能に支持されているものであって、駆動軸
１と平行にかつ全気筒に亙って連続しており、その一端
が図示せぬ油圧式アクチュエータに連結されているとと
もに、他端に、該制御シャフト２６の回転位置を検出す
る図示せぬポジションセンサが設けられている。なお、
上記制御ハウジング１８は、組立の都合上、上記カム嵌
合孔２７の中心を含む分割面に沿って２分割されてい
る。つまり、制御ハウジング１８の上部の一部が、キャ
ップ部１８Ａとして分割形成されており、かつ一対のボ
ルト３３によって本体部に一体に結合されている。

【００２４】また、支持シャフト２５には、該支持シャ
フト２５中心に対し偏心した円形をなす偏心円部３０が
一体に形成されている。この偏心円部３０は、その外周
面が上記円形支持孔２８に回転可能に嵌合している。そ
して、上記支持シャフト２５は、シリンダヘッド上面の
軸受部３１とベアリングキャップ３２との間に、回転自
在に支持されている。なお、上記支持シャフト２５は、
各気筒毎に分割して構成してもよく、あるいは、複数気
筒に亘って連続した一本のシャフトとして構成すること
もできる。

【００２５】従って、偏心カム２９を備えた制御シャフ
ト２６が回転すると、制御ハウジング１８が図の上下に
揺動し、環状ディスク１７の中心が駆動軸１およびカム
シャフト１１の中心から偏心する。

【００２６】図２〜図４は、上記支持シャフト２５のみ
を示している。これらの図に示すように、上記偏心円部
３０は、支持シャフト２５の径よりも大径であり、かつ
上記支持シャフト２５の外周円と偏心円部３０の外周円
とが一点で一致している。つまり、支持シャフト２５の
半径をｒ、偏心円部３０の半径をＲ、両者間の偏心量を
ｅとすると、Ｒ＝ｅ＋ｒの関係を有している。

【００２７】この実施例では、図３に示すように、偏心
円部３０の外周円の中に支持シャフト２５の外周円が包
含されるので、制御ハウジング１８の円形支持孔２８部
分を分割しなくとも、軸方向に挿入することが可能であ
る。そして、このように円形支持孔２８に軸方向に挿入
可能な範囲内で、偏心円部３０の偏心量ｅを最も大きく
確保できる。このように偏心量ｅが大きいと、支持シャ
フト２５を中心としたモーメントが大きくなるので、偏
心円部３０とともに支持シャフト２５が円滑に回転する
ようになる。

【００２８】図５は、偏心円部３０が回転する際の摩擦
モーメントおよび駆動モーメントのモーメント比（摩擦
モーメント／駆動モーメント）と、偏心量ｅとの関係を
示したものである。例えば、図６に示すように、偏心円
部３０が支持シャフト２５の中心ｏを中心として時計回
り方向に動かされる場合を考えると、時計回り方向の駆
動モーメントＭ１に対抗するように反時計回り方向に摩
擦モーメントＭ２が生じる。従って、モーメント比Ｍ２
／Ｍ１が大きいほど偏心円部３０が回転しにくいことを
意味し、逆にモーメント比Ｍ２／Ｍ１が小さければ、偏
心円部３０が回転しやすいことを意味する。この図５に
明らかなように、偏心量ｅが大きいほどモーメント比Ｍ
２／Ｍ１は低下し、偏心円部３０が容易に回転する。つ
まり、制御ハウジング１８が、制御シャフト２６の回転
に伴って円滑に移動することになる。

【００２９】次に、図７〜図１０は、この発明の第２実
施例を示している。この実施例においては、制御ハウジ
ング１８の円形支持孔２８に回転自在に嵌合する偏心円
部３０は、その外周円が支持シャフト２５の外周円と２
点で交わるように偏心している。つまり、支持シャフト
２５の半径をｒ、偏心円部３０の半径をＲ、両者間の偏
心量をｅとすると、Ｒ＜ｅ＋ｒの関係を有しており、偏
心円部３０の外周円と支持シャフト２５の外周円とは、
図９のように、互いに部分的に重なり合っている。従っ
て、支持シャフト２５の外周面の一部には、偏心円部３
０の軸方向の幅に等しい範囲に、凹部３４が生じてい
る。そして、この凹部３４の両側の内側面は、一対のガ
イド面３４ａ，３４ａとして、偏心円部３０両端面に沿
う平行な平面に形成されている。なお、この凹部３４の
軸方向の幅つまり偏心円部３０の軸方向の幅は、制御ハ
ウジング１８の板厚にほぼ等しい。

【００３０】また上記のような偏心円部３０に対応し
て、制御ハウジング１８は、図７に示すように、上記円
形支持孔２８の中心を含む分割面に沿って分割されてい
る。つまり、制御ハウジング１８の側方の一部が、キャ
ップ部１８Ｂとして分割形成されており、かつ一対のボ
ルト３５によって本体部に一体に結合されている。

【００３１】従って、上記偏心円部３０は、上記キャッ
プ部１８Ｂを分解した状態で円形支持孔２８内に組み付
けられる。そして、組立状態では、上記円形支持孔２８
外周の開口縁部分に上記凹部３４が嵌合する。すなわ
ち、凹部３４両側のガイド面３４ａ，３４ａが、制御ハ
ウジング１８の両端面に摺動可能に接しており、該制御
ハウジング１８を両側から挟持している。

【００３２】この実施例の構成では、偏心円部３０を大
径化せずに、偏心量ｅをさらに大きく確保できる。換言
すれば、ある偏心量ｅが必要な場合に、偏心円部３０や
円形支持孔２８を大径化せずに済み、制御ハウジング１
８ひいては装置全体の小型化が図れる。また前述したよ
うに、制御ハウジング１８の円滑な動作という点でも有
利となる。さらに、支持シャフト２５によって各制御ハ
ウジング１８が軸方向に位置決めされるので、他の位置
決め機構が不要となり、装置全体として構成の簡素化が
図れる。そして、環状ディスク１７が、カムシャフト１
１に加わるバルブスプリング反力によって倒れるように
変位したとしても、制御ハウジング１８は上記支持シャ
フト２５によって軸方向に支持され、しかも、その支持
点が環状ディスク１７の中心から離れているので、該制
御ハウジング１８は傾くことがない。そのため、偏心カ
ム２９とカム嵌合孔２７内周面との片当たりが防止さ
れ、制御シャフト２６の回転に伴う制御ハウジング１８
の円滑な移動を常に確保できるとともに、その偏摩耗が
防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す分解斜視図。

【図２】支持シャフトのみを示す斜視図。

【図３】同じく支持シャフトの側面図。

【図４】同じく支持シャフトの正面図

【図５】偏心円部の回転時のモーメント比Ｍ２／Ｍ１と
偏心量ｅとの関係を示す特性図。

【図６】回転時のモーメントを示す説明図。

【図７】本発明の第２実施例を示す分解斜視図。

【図８】この第２実施例の支持シャフトのみを示す斜視
図。

【図９】同じく支持シャフトの側面図。

【図１０】同じく支持シャフトの正面図

【符号の説明】

１…駆動軸 １１…カムシャフト １２…第１フランジ部 １６…第２フランジ部 １７…環状ディスク １８…制御ハウジング ２５…支持シャフト ２６…制御シャフト ２８…円形支持孔 ２９…偏心カム ３０…偏心円部

Claims (4)

【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、 この駆動軸の外周に相対回転可能に設けられ、かつ吸排
   気弁を駆動するカムを外周に有する気筒毎に分割された
   円筒状のカムシャフトと、 このカムシャフトの一端部に設けられた第１フランジ部
   と、 上記第１フランジ部にそれぞれ対向するように上記駆動
   軸側に設けられた第２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、 この環状ディスクと両フランジ部との間で互いの偏心を
   許容しつつ回転運動を伝達するための半径方向に沿った
   一対の係合溝および該係合溝に係合する一対のピンと、 上記環状ディスクの外周面が回転自在に嵌合するととも
   に、円形のカム嵌合孔が開口形成され、かつ支持シャフ
   トを介して軸直角方向に移動可能に支持された制御ハウ
   ジングと、 上記制御ハウジングのカム嵌合孔に回転可能に嵌合した
   偏心カムを有し、その回転によって上記制御ハウジング
   を軸直角方向に沿って移動させる制御シャフトと、 を備えてなる内燃機関の吸排気弁駆動制御装置におい
   て、 上記支持シャフトは、上記制御ハウジングの円形支持孔
   に回転可能に嵌合する偏心円部を有し、かつシリンダヘ
   ッドに回転可能に支持されている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】 上記偏心円部は、上記支持シャフトの径
   よりも大径であり、かつ上記支持シャフトの外周円と上
   記偏心円部の外周円とが一点で一致していることを特徴
   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】 上記偏心円部は、その外周円が上記支持
   シャフトの外周円と２点で交わるように偏心しており、
   上記制御ハウジングは、上記円形支持孔を通る分割面に
   沿って分割構成されている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。
4. 【請求項４】 上記偏心円部の偏心によって支持シャフ
   トに生じる凹部の両側に、偏心円部両端面に沿う一対の
   ガイド面が形成されており、このガイド面に上記制御ハ
   ウジングが挟まれて該制御ハウジングの軸方向の位置決
   めがなされていることを特徴とする請求項３記載の内燃
   機関の吸排気弁駆動制御装置。