JPH0734820A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転条件に適したバルブリフト特性を得ると
ともに、ピン３６，３７と係合溝３０，３３との間の摩
耗を防止し、かつ始動性確保を図る。 【構成】 機関と同期回転する駆動軸２１の外周に円筒
状カムシャフト２２が配設され、カムシャフト２２のフ
ランジ部２７と駆動軸２１に連結固定されたスリーブ２
８のフランジ部３２との間に、環状ディスク２９が配設
される。環状ディスク２９は揺動自在な制御環３５によ
り保持されており、両フランジ部２７，３２の係合溝３
０，３３に係合する一対のピン３６，３７が回転可能に
取り付けられている。環状ディスク２９は主に機関回転
速度に応じて駆動機構３９により揺動制御され、高速側
ではカムシャフト２２等と同心状態を保つ位置に、低速
側では偏心状態となる位置に、択一的に切り換えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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実開昭５７−１９８
３０６号公報に記載されているものがある。

【０００３】図９及び図１０は、この従来の吸排気弁駆
動制御装置を示すもので、その概略を説明すれば、図中
２は駆動軸１の外周に回転自在に設けられて、吸気バル
ブ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、この円筒状のカム２はカム軸受用
ブラケット３と駆動軸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の一側部に係合溝６を有するフランジ部７
が形成されている一方、上記フランジ部５にも係合溝８
が形成され、かつ両フランジ部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
向位置に上記両係合溝６，８に係合するピン１０，１１
が設けられているとともに、外周が制御環１２に回転自
在に保持されている。この制御環１２は、外周の突起１
２ａ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ともに、該突起１２ａの反対側に位
置する歯車部１２ｂがロッカシャフト１４外周の歯車環
１４ａに噛合している。

【０００４】そして、上記制御環１２は、歯車環１４ａ
及び歯車部１２ｂ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、ディスク９の中心Ｃが図９に示す位置
にある場合は、駆動軸１とディスク９との回転中心が一
致し、したがってディスク９は、ピン１１と係合溝８を
介して駆動軸１に等速で同期回転し、かつカム２はピン
１０と係合溝６を介してディスク９に等速で同期回転す
る。

【０００５】また、機関運転状態の変化に伴い駆動機構
によってロッカアーム１５を軸支するロッカシャフト１
４を回動させると、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Ｃが駆動軸１
の中心に対し偏心する。この状態では、係合溝６，８を
有するディスク９とピン１０，１１とによって一種の偏
心軸継手が構成され、カム２が駆動軸１に従動して回転
するものの、両者の回転速度は不等速となる。つまり、
駆動軸１の１回転の間に、ディスク９の回転位相が駆動
軸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、駆動軸
１に対し、図１１の（ａ）に破線もしくは一点鎖線で示
すように位相差を生じ、この結果、同図（ｂ）のよう
に、実線で示すバルブリフト特性を、破線もしくは一点
鎖線のように変化させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置にあっては、図１１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
にしているため、図９のように３者の中心が一致してい
る同心状態の期間は、実際には運転中ほとんど無く、運
転の大部分の期間では、各ピン１０，１１と係合溝６，
８との間で滑りを生じるようになる。このため、各ピン
１０，１１や係合溝６，８の対向内面６ａ〜８ｂが摩耗
し易く、経時的に、両者６，８、１０，１１間に比較的
大きな隙間が発生する。この結果、カムシャフト１の正
負の回転トルク変動に伴い打音が発生したり、バルブタ
イミングのずれが発生して制御精度が低下するといった
問題を生じる虞れがある。

【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揺動自在な環
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、上記環状ディスクを、上記駆動軸と略
同心な第１制御位置と、所定量偏心した第２制御位置と
に択一的に切換制御することを特徴としている。

【０００８】特に、請求項２の発明では、機関高速側で
第１制御位置に、低速側で第２制御位置に制御するよう
にした。

【０００９】また請求項３の発明では、上記駆動機構が
油圧式駆動機構からなり、かつ油圧供給時に第１制御位
置に、油圧解除時に第２制御位置となることを特徴とし
ている。

【００１０】さらに、請求項４の発明では、摩耗を抑制
するために、上記ピンを環状ディスクの保持孔内に回転
自在に嵌合支持するとともに、上記係合溝の内側面に面
接触するように、ピンの突出部分に平面部を形成した。

【００１１】請求項５の発明では、上記ピンの円筒面と
上記平面部との間に生じる段部を一方のフランジ面に当
接させるとともに、上記保持孔を貫通したピンの基端面
を他方のフランジ面に当接させて、該ピンを軸方向に位
置決めするようにした。

【００１２】

【作用】環状ディスクの中心が駆動軸の中心と合致して
いる第１制御位置では、カムシャフトは上記環状ディス
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。この状態では、ピンと係合溝とは、実質
的に滑りを生じない。

【００１３】一方、駆動機構によって環状ディスクが一
方向へ揺動した第２制御位置では、環状ディスクの中心
が駆動軸の中心から偏心するため、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。したがって、駆動軸側のフランジ部の係止溝と
一方側ピン並びにカムシャフト側のフランジ部の係止溝
と他方側のピンの摺動位置が、駆動軸の１回転毎に移動
する。これにより、バルブタイミングおよびその作動角
が変化する。この第２制御位置では、各ピンが係合溝と
滑りつつ回転力の伝達を行う。

【００１４】本発明では、上記第１制御位置と第２制御
位置とが択一的に切換制御されるので、運転時間の中の
かなりの期間でピンと係合溝との滑りがなくなり、その
摩耗が抑制される。特に、回転速度の高い機関高速側で
第１制御位置とすることにより、摩耗抑制の上で一層有
利となる。

【００１５】また、駆動機構の油圧解除時に低速側に適
した第２制御位置となるようにすれば、油圧系統の万一
の故障時や油圧が不十分な始動時に、低速側に適したバ
ルブリフト特性となり、運転性悪化や始動性悪化を生じ
ない。

【００１６】

【実施例】以下、この発明に係る吸排気弁駆動制御装置
の一実施例を図１〜図６に基づいて説明する。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。

【００１７】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。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。

【００１８】上記スリーブ２８は、小径な一端部がカム
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２２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側フランジ部２７の係合溝３
０と１８０°異なる反対側に配置されている。

【００１９】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へ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。

【００２０】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。

【００２１】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
方向から挾持するようになっている。

【００２２】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
ており、このストッパ部４１ｂに当接した最大後退位置
つまり油圧ピストン４２の最大突出位置において、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
心状態となるように設定されている。尚、図２の符号４
１ｃはエア抜き孔を示す。

【００２３】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により切換制御され
る。具体的には、上記電磁切換弁４９のＯＮ−ＯＦＦの
切換は、図８に示すような特性に沿って行われるように
なっており、低速側の領域ＡでＯＦＦに、高速側の領域
ＢでＯＮに、それぞれ制御される。そして、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４
７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。尚、機関停止時には、電磁切換弁
４９は、ＯＦＦ状態に保たれる。

【００２４】次に、上記のように構成された実施例の作
用について説明する。

【００２５】先ず、高速側の領域Ｂでは、上述したよう
に、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。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
位相差は生じず、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２２，２
９間の回転位相差も生じない。そのため、駆動軸２１，
環状ディスク２９およびカムシャフト２２の３者は、ピ
ン３６，３７を介して等速で同期回転する。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。また、このときには、ピン３６，３７と係合溝
３０，３３との間で実質的に滑りが生じないようにな
る。

【００２６】一方、低速側の領域Ａでは、コントローラ
５０から電磁切換弁４９にＯＦＦ信号が出力される。こ
れにより、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とが連通される。この
ため、油圧室４０ａ内の油圧が解放され、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により押し上げ
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
ら偏心する。この状態では、スリーブ２８の係合溝３３
とピン３７並びにカムシャフト２２の係合溝３０とピン
３６との摺動位置が駆動軸２１の１回転毎に移動し、環
状ディスク２９の角速度が変化する不等速回転になる。

【００２７】特に、一方の係止溝３３とピン３７の摺動
位置が駆動軸２１の中心Ｘに接近する角度領域では、他
方の係止溝３０とピン３６の摺動位置が中心Ｘから離れ
る関係になる。この場合は、環状ディスク２９は、駆動
軸２１に対して角速度が小さくなり、さらに環状ディス
ク２９に対しカムシャフト２２の角速度も小さくなる。
したがって、カムシャフト２２の角速度は、駆動軸２１
に対して２重に減速された状態になる。逆に、一方の係
止溝３３とピン３７の摺動位置が駆動軸２１の中心Ｘか
ら離間する角度領域では、他方の係止溝３０とピン３６
の摺動位置が中心Ｘに接近する関係になる。この場合
は、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、さらに環状ディスク２９に対しカムシャフ
ト２２の角速度も大きくなる。したがって、カムシャフ
ト２２の角速度は、駆動軸２１に対して２重に増速され
た状態になる。

【００２８】これにより、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。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。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。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（Ｐ１〜Ｐ２の領域）に位
置する吸気弁２３の閉弁時期は、位相差に伴って進むこ
とになる。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。

【００２９】このように、低速側の領域Ａ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。

【００３０】逆に、高速側の領域Ｂ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。

【００３１】そして、上記構成では、領域Ａの偏心状態
と領域Ｂの同心状態とが択一的に切り換えられるので、
ピン３６，３７と係合溝３０，３３との間で滑りが生じ
ない期間が占める割合を大きく確保でき、その摩耗を抑
制できる。

【００３２】しかも、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３６ａ，３６ｂ，３７
ａ，３７ｂに形成されているため、各係止溝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。

【００３３】また、上記実施例では、ピン３６，３７と
係合溝３０，３３との摩耗の上で不利な高速域において
同心状態となり、その滑り接触が回避されるので、摩耗
がさらに効果的に抑制される。

【００３４】また上記実施例では、油圧室４０ａへの油
圧供給時に同心状態となり、油圧解放時に偏心状態つま
り低速用バルブリフト特性となる。従って、オイルポン
プ４８による発生油圧が十分に高くならない機関始動時
においても、確実に低速用バルブリフト特性に保つこと
ができ、始動性ならびに始動直後の運転性を良好に得る
ことができる。しかも、万一、油圧系統の故障により油
圧を供給できないような場合でも低速用バルブリフト特
性に固定されるため、機関の運転が十分に可能となる。

【００３５】尚、本発明は上記実施例の構成に限定され
るものではなく、排気弁側あるいは吸気弁，排気弁の両
方に適用することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の吸排気弁駆動制御装置によれば、回転
力を伝達する各ピンと係合溝との滑りがない運転期間を
比較的大きな割合で確保することができ、ピンと係合溝
との間の摩耗を抑制できる。

【００３７】また、高速側で油圧供給により同心状態と
なるようにすれば、高速時の摩耗促進を防止できるとと
もに、油圧の低い始動時に確実に低速用バルブリフト特
性とすることができ、始動性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す一部破断図。

【図２】図１のＡ矢視図。

【図３】本実施例の要部を示す平面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】図３のＣ−Ｃ線断面図。

【図６】駆動機構の構成を示す概略図。

【図７】駆動軸とカムシャフトとの回転位相差の特性お
よびバルブリフト特性を対比して示す特性図。

【図８】機関運転条件に対する切換制御の領域を示す特
性図。

【図９】従来の吸排気弁駆動制御装置の断面図。

【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図。

【図１１】従来の吸排気弁駆動制御装置の回転位相差特
性およびバルブリフト特性を示す特性図。

【符号の説明】

２１…駆動軸 ２２…カムシャフト ２７…フランジ部 ３２…フランジ部 ２９…環状ディスク ３０，３３…係合溝 ３６，３７…ピン ３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂ…平面部 ３９…駆動機構。

Claims (5)

【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揺動自在な環状ディ
   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、 上記環状ディスクを、上記駆動軸と略同心な第１制御位
   置と、所定量偏心した第２制御位置とに択一的に切換制
   御す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】 機関高速側で第１制御位置に、低速側で
   第２制御位置に制御す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】 上記駆動機構が油圧式駆動機構からな
   り、かつ油圧供給時に第１制御位置に、油圧解除時に第
   ２制御位置となることを特徴とする請求項２記載の内燃
   機関の吸排気弁駆動制御装置。
4. 【請求項４】 上記ピンを環状ディスクの保持孔内に回
   転自在に嵌合支持するとともに、上記係合溝の内側面に
   面接触するように、ピンの突出部分に平面部を形成した
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃
   機関の吸排気弁駆動制御装置。
5. 【請求項５】 上記ピンの円筒面と上記平面部との間に
   生じる段部を一方のフランジ面に当接させるとともに、
   上記保持孔を貫通したピンの基端面を他方のフランジ面
   に当接させて、該ピンを軸方向に位置決めすることを特
   徴とする請求項４記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装
   置。