JPH0452411Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、内燃機関の吸・排気バルブの開閉時
期を制御する装置に関し、特にカムシヤフトと該
カムシヤフトを回転駆動する駆動輪の相対角度位
相を、両者の間に介装した液圧アクチユエータに
より設定し、もつて吸・排気バルブの開閉時期を
制御する装置における液圧アクチユエータの作動
液の流量制御機構に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の装置としては、例えば、第３図
に示すようなものがある（米国特許第4421074号、
クラス123／90.15 1983年12月20日公開及び「モ
ータフアン」1982年12月号第222〜224頁参照）。

このものの概要を説明すると、機関の吸気バル
ブ若しくは排気バルブまたはこれらの両方或いは
第３弁等他の開閉弁（以下吸・排気バルブとい
う）を開閉するカムを備えたカムシヤフト１の一
端には液圧アクチユエータ２を介して駆動輪３が
所定角度相対回動自由に軸支されており、該駆動
輪３を図示しない巻掛伝導媒体等を介しクランク
シヤフトにより回転駆動してカムシヤフト１を回
転する。液圧アクチユエータ２においては、リン
グピストン４が、液圧作動室５に液圧通路６を介
して作動液が導入されてこれを受圧すると共にこ
れと対抗するスプリング７のばね力を受け、両者
のバランスした位置で停止する構成となつてい
る。前記リングピストン４は、その内外周面に実
質的にカムシヤフト１と噛合する内歯８と、駆動
輪３と噛合する外歯９とを有しており、これら内
外の歯８，９の相手歯との噛合のうち少なくとも
一組がスパイラル状に噛合している。これにより
リングピストン４が軸方向に移動すると、カムシ
ヤフト１は駆動軸３に対して相対角度位相が変化
され、吸・排気バルブのクランクシヤフトに対す
る開閉時期が可変制御されるのである。

液圧アクチユエータ２の液圧作動室５に導入さ
れる作動液は流量制御弁１１により流量制御され
結果的に圧力制御される。即ち、流量制御弁１１
は流出孔１１ａを有する一端開放の中空スリーブ
よりなり、カムシヤフト１の端部に装着されて、
液圧作動室５に連通するリリーフ通路１２の通路
面積を図の右端部で制御する。

流量制御弁１１は第３図示の位置でリリーフ通
路１２を開放することにより液圧作動室５内の液
圧をリリーフしており、このときはリングピスト
ン４はスプリング７の付勢力で左端位置にある。
この状態から該流量制御弁１１に対向する出力シ
ヤフト１５を備えた電磁アクチユエータ１６が励
磁されると、出力シヤフト１５が図で右行し、こ
れにつれて流量制御弁１１も右行してリリーフ通
路１２が遮断される。このため液圧作動室５内に
はエンジンオイル圧が導入されリングピストン４
がスプリング７の付勢力に抗して右行し、前記の
如く吸・排気バルブの開閉時期が変化する。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような従来装置によると、電
磁アクチユエータ１６の出力シヤフト１５の先端
部がエンジンオイルの飛散する機関のロツカカバ
ー１７内部に露出している。このために、電磁ア
クチユエータ１６のコイルが励磁又は消磁され、
出力シヤフト１５が電磁アクチユエータ１６内部
で往復運動が繰り返されると、電磁アクチユエー
タ１６内部に圧力変動が発生し、その負圧時にエ
ンジンオイルが吸入され易い。この吸入されたエ
ンジンオイルが電磁アクチユエータ１６内部に残
留すると、高温時の機関発生熱と通電時のコイル
発熱とによりこれが酸化、劣化して出力シヤフト
１５を汚損し或いは固化付着し、予想し得ないス
トローク位置で出力シヤフト１５のステイツクを
生じてしまう惧れが生じる。

また機関温度が例えば暖機完了前の低温時に
も、機関運転状態に応じて電磁アクチユエータが
作動するが、電磁アクチユエータが通電作動した
後に通電停止を行うと、リターンスプリング（通
常低負荷用に弾性復元力を与えてフエイルセーフ
となつている）の力では、エンジンオイルの粘度
が大であるために、出力シヤフトが所定位置に復
帰することなく、ストローク途中で停止し或いは
その停止に至る期間が長くなつてしまう。このた
め流量制御弁の作動が不良となつて、吸・排気バ
ルブの開閉時期が所望の値を示さず又は過渡応答
が悪化し、吸・排気バルブのオーバーラツプ量の
不安定化により、高速高負荷領域の出力不足或い
はアイドル回転速度の不安定化を招いてしまうお
それがあつた。

勿論、リターンスプリングの弾性係数を大とす
れば上記不都合は解消するが、この弾性付勢力に
打ち勝つコイル装置が大型化する不都合が生じ
る。

本考案はかかる従来装置の不都合に鑑み、機関
高温時に電磁アクチユエータの作動を停止して、
出力シヤフトがエンジンオイル固化等によりステ
イツクし、運転性困難他となるのを未然に防ぐこ
とを目的とすると共に、機関低温時には始動当初
から電磁アクチユエータの作動を停止して吸・排
気バルブの開閉時期をフエイルセーフ側の一定値
にクランプしてその不安定化を防止することを目
的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 そのために本考案では、内燃機関の吸・排気バ
ルブを開閉させるカムを有したカムシヤフトに、
クランク軸の回転駆動力を伝達する駆動輪をカム
シヤフトに対して所定角度回動可能に軸支し、前
記駆動輪とカムシヤフトとの間に該両者の相対角
度位相を設定するための液圧アクチユエータを介
装し、端部が機関内部に露出しかつフエイルセー
フ側に弾性復元力を受ける出力シヤフトにより前
記液圧アクチユエータの作動液用の流量制御弁を
制御する電磁アクチユエータを備えた内燃機関の
吸・排気バルブ開閉時期制御装置において、機関
温度を検出する温度センサと、該温度センサの検
出信号に基づき機関温度が第１所定値以下の低温
領域及び前記第１所定値より高い第２所定値以上
の高温領域において前記電磁アクチユエータの通
電を停止してフエイルセーフ側に保持する手段
と、を設ける。

〈作用〉 これにより、機関高温時には、電磁アクチユエ
ータの作動がフエイルセーフ側に位置したまま停
止し、電磁アクチユエータの発熱も停止するか
ら、出力シヤフトに過熱エンジンオイルによる汚
損又は固着が発生することを防止でき、機関はそ
の全運転領域でフエイルセーフ側の吸・排気バル
ブ開閉時期で運転されることになり安全となる。
また機関低温時には、電磁アクチユエータの作動
が最初から停止し、吸・排気バルブの開閉時期が
クランプされて、機関制御が不安定化されること
がない。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を第１図に基づいて説明
する。図は左側にカムシヤフトの前端部の断面、
右側にカムシヤフトの後端部の拡大断面を示して
あり、中間部分は省略してあり、内燃機関は燃料
噴射式を示してある。カムシヤフト２１の一端部
には延長軸２２がねじ止めされ、該延長軸２２の
端部に圧入されたストツパ２３と延長軸２２とに
スリーブ２４が嵌挿される。スリーブ２４とシリ
ンダヘツド２５との間には、オイルシール２６が
取り付けられている。スリーブ２４の外周に形成
した突起２４ａとスリーブ２４にねじ止めされた
ナツト２７との間には、カムシヤフト駆動用の駆
動輪としてのプーリ２８が固定され、プーリ２８
に形成された外歯２８ａには、クランク軸の回転
力を伝達する巻掛部材としての歯付ベルト２９の
内歯２９ａが係合される。

ストツパ２３と延長軸２２との間には、スリー
ブ２４に形成した内歯２４ｂと、延長軸２２に形
成した外歯２２ａとに夫々外歯３０ａと内歯３０
ｂとが係合して軸方向に移動自由なリングピスト
ン３０と、該リングピストン３０を図で左方向へ
付勢するスプリング３１とを備える。前記内歯２
４ｂと外歯３０ａ、外歯２２ａと内歯３０ｂの少
なくとも一組はスパイラルに形成され、リングピ
ストン３０の移動によりカムシヤフト２１をプー
リ２８に対して相対角度変位できることは従来同
様である。前記プーリ２８及び歯付ベルト２９等
の外側を覆うカバー３２がロツカカバー３３に連
結される。

カムシヤフト２１の反対側の端部には流量制御
弁３４が設けられる。即ち、カムシヤフト２１の
プーリ２８取付側の端部とは反対側の端部に形成
された孔２１ａ内には、弁孔３４ａを周壁に形成
した弁ハウジング３４ｂと、該弁ハウジング３４
ｂ内に摺動自由に嵌挿され、オイル流出孔３４ｃ
を形成した中空スリーブ状の弁体３４ｄと、該弁
体３４ｄを外側方向に付勢するスプリング３４ｅ
とからなる流量制御弁３４が装着され、通常は開
弁している。

そして、前記流量制御弁３４の弁体３４ｄ端面
に出力シヤフト４１が係合して、弁体３４ｄを駆
動させる電磁アクチユエータ４２がロツカカバー
３３とシリンダヘツド２５との間に装着され、内
端を機関内に臨ませている。

また、カムシヤフト２１の図中左端面と、前記
孔２１ａとを結ぶオイル通路２１ｂ及び該オイル
通路２１ｂとシリンダヘツド２５のカムシヤフト
軸承孔に面した部分に形成された環状溝２１ｃと
を結ぶオイル通路２１ｄとが形成されている。

シリンダヘツド２５のカムシヤフト軸承部分に
は、図示しないオイルポンプから圧送された液圧
媒体としてのエンジンオイルを前記環状溝２１ｃ
に導くオイル通路２５ａが形成されている。

また、前記延長軸２２には、オイル通路２２ｂ
が形成されており、前記オイル通路２１ｂからオ
イル通路２２ｂ、外歯２２ａと内歯３０ｂとの隙
間を介してリングピストン３０の図中左端面にオ
イルが導かれる。従つて、スリーブ２４、延長軸
２２、ストツパ２３、リングピストン３０及びス
プリング３１でカムシヤフト２１をプーリ（駆動
輪）２８に対して相対回転させる液圧アクチユエ
ータが構成され、リングピストン３０の図中左側
空間に液圧作動室Ａが形成される。

電磁アクチユエータ４２はボビン４４にコイル
４５が巻付けられ該コイル４５に電圧が印加され
ると、ケース４６、コイル４５両端のプレート４
７及びコア４８が励磁され、コア４８内の出力シ
ヤフト４１を図で左行させ、流量制御弁３４の弁
体３４ｄを左方に押して弁孔３４ａを閉鎖し、オ
イル通路２１ｂの機関内への連通を遮断する。

これにより液圧作動室Ａ内のオイル圧が上昇す
る。

出力シヤフト４１の図で右端には大径のプラン
ジヤ５１が形成され、該プランジヤ５１とコア４
８端部との間にプランジヤ移動空間５２が形成さ
れる。尚、前記プランジヤ５１を設けなくともよ
い。出力シヤフト４１はカムシヤフト２１と略平
行若しくは同一軸心上に配設され、該出力シヤフ
ト４１（軸心）より上方位置のコア４８には第１
及び第２の入口５３，５４が機関内に開口して設
けられている。一方の第１の入口５３は、ボビン
４４に設けた溝５５及びプランジヤ５１のガイド
６１に設けた孔６２を介して前記プランジヤ移動
空間５２に連通され、他方の第２入口５４は出力
シヤフト４１の段付部４１ａとコア４８との間に
リターンスプリング６５が介装される環状のスプ
リング室５６に連通される。ここで該リターンス
プリング６５は図で右方に出力シヤフト４１を弾
性付勢し、コイル４５の非通電消磁時は出力シヤ
フト４１を右端位置に持ち来たして、流量制御弁
３４に対し左方への押圧力を付与しない低負荷用
の吸・排気バルブ開閉時期にマツチングさせてあ
り、フエイルセーフ手段として機能する。

また出力シヤフト４１（の軸心）より下位のコ
ア４８には第１及び第２の出口５８，５９が機関
内に向けて開口される。第１の出口５８はガイド
６１に開口した孔６３及びボビン４４に設けた溝
５７を介してプランジヤ移動空間５２に連通し、
第２の出口５９は前記スプリング室５６に連通し
ている。

プランジヤ５１を含む出力シヤフト４１にはそ
の中心軸を通つてプランジヤ５１右端面とプラン
ジヤ移動空間５２及びスプリング室５６に連通す
る内部通路６０を有する。この内部通路６０は、
出力シヤフト４１の往復動によつてプランジヤ５
１の図で右端の室（これも出力シヤフト端部移動
空間といえる）、プランジヤ移動空間５２及びス
プリング室５６の容積が変化しても相互間にオイ
ル流動が発生し、これにより出力シヤフト４１の
軸方向移動を容易にしている。

電磁アクチユエータ４２は、コイル４５の端子
６７に電圧を印加する制御手段７１により、前記
したようなコイル４５の通電励磁或いは非通電消
磁を行う。

制御手段７１は入出力手段、記憶手段、処理手
段等からなるマイクロコンピユータであり、該制
御手段７１には、公知の手段により機関回転速度
Ｎを検出する回転センサ７２、機関負荷例えば吸
入空気量Ｑ、燃料噴射量、吸入負荷、吸気絞り弁
開度等を検出する負荷センサ７３及び機関温度、
例えば機関の冷却水温度T_Wエンジンオイル温度、
吸気温度等を検出する温度センサ７４その他から
の検出信号が入力される。そして機関回転速度Ｎ
及び機関負荷に応じて制御手段７１が前記電磁ア
クチユエータ４２を制御し、吸・排気バルブの最
適開閉時期を制御する。

電磁アクチユエータ４２の通電励磁は、温度セ
ンサ７４の検出した温度T_Wが第１所定温度（例
えば冷却水温度が約０℃）以下、例えば暖機完了
前の機関冷間領域で制御手段７１により停止され
ると共に、暖機完了後の第２所定温度（例えば冷
却水温度が約100℃）以上の高温領域で同様に停
止され、吸・排気バルブ開閉時期が低負荷用にマ
ツチングされるフエイルセーフ側にリターンスプ
リング６５が出力シヤフト４１を右端位置に弾性
付勢する。従つて、前記制御手段７１は上記領域
において電磁アクチユエータの作動を停止する手
段として機能する。

次に作用を第２図に示すフローチヤートに基づ
いて説明する。

Ｓ１において回転センサ７２、負荷センサ７３
及び温度センサ７４の検出信号を入力した制御手
段７１はＳ２において吸・排気バルブの最適開閉
時期及び燃料噴射量T_P（噴射弁の噴射パルス巾）
を演算する。この演算の結果は図示しない燃料噴
射弁の制御信号及び電磁アクチユエータ４２の通
電・非通電制御信号として出力される。

尚、説明の便宜上及び制御の容易性から、以下
の電磁アクチユエータ４２による吸・排気バルブ
最適開閉時期の制御は、通電又は非通電の一方を
選択することにより行うこととし、実際にはＳ３
〜Ｓ６の判断に基づいて行われることとする。

Ｓ８における電磁アクチユエータ４２の非通電
時は、リターンスプリング６５の弾性力で、図示
のようにその出力シヤフト４１が引き込まれた右
端位置にあり、流量制御弁３４の弁体３４ｄがス
プリング３４ｅにより右端位置にあつて弁孔３４
ａが開かれている。

この状態では、シリンダヘツド２５のオイル通
路２５ａからカムシヤフト２１の環状溝２１ｃ、
オイル通路２１ｄ，２１ｂ内に流入したオイル
は、孔２１ａから流量制御弁３４の弁孔３４ａを
経由して流出孔３４ｃから外部に流出する。

したがつて、オイル通路２１ｂからオイル通路
２２ｂ及び外歯２２ａと内歯３０ｂとの隙間を経
て液圧作動室Ａに流入するオイルの圧力は小さ
く、リングピストン３０はスプリング３１による
付勢力で左端位置にあり、この位置で定まるプー
リ２８と、カムシヤフト２１との相対角度位相に
応じて吸・排気バルブ乗載部開閉時期が制御され
る。具体的には吸・排気バルブの開弁オーバーラ
ツプ量はこの場合小さく設定され、機関低速低負
荷用にマツチングされる。

尚、この時、オイル流出孔３４ｃから流出する
オイルが周辺に飛散してもプーリ２８を駆動する
歯付ベルト２９はカムシヤフト２１の反対側の端
部に設けられるため、オイルが歯付ベルト２９に
付着することを防止できる。この結果、オイルに
よる歯付ベルト２９のラバー部分の劣化を防止で
きるので、吸・排気バルブ開閉時期のずれ、ひい
ては吸・排気バルブとピストンとの干渉による破
損を防止できる。

一方、Ｓ７においては、所定の運転条件になる
と、電磁アクチユエータ４２のコイル４５が通電
されてリターンスプリング６５の弾性力に抗し出
力シヤフト４１が伸び出し、弁体３４ｄがスプリ
ング３４ｅに抗して押圧されて、弁孔３４ａが閉
じる。

したがつて、液圧作動室Ａに導かれるオイル圧
力が上昇し、リングピストン３０はスプリング３
１に抗して図で右方向に移動するため、プーリ２
８に対してカムシヤフト２１が所定角度相対回転
し、吸・排気バルブの開閉時期が所定クランク角
度ずらされ、当該運転条件にマツチングした開閉
時期に制御される。具体的にはこの場合吸・排気
バルブのオーバーラツプ量が大きく設定され、機
関高速高負荷領域にマツチングされる。

一方、流量制御弁３４を開閉制御する電磁アク
チユエータ４２側からみると、出力シヤフト４１
の上記軸方向往復動がピストン作用を行つて、機
関内部に飛散したオイルを出力シヤフト４１右行
時に入口５３、５４若しくは出口５８，５９から
溝５５及び孔６２又は出力シヤフト４１外周面を
介してプランジヤ移動空間５２若しくはスプリン
グ室５６に吸引し、自重で下方に流れ落ちたオイ
ルを出力シヤフト４１左行時に孔６３及び溝５７
を介して出口５８又は５９から機関内部に放出さ
れる。

以上のような電磁アクチユエータ４２の通電制
御（Ｓ７）は、Ｓ３，Ｓ４で機関運転状態が判断
されて、機関回転速度Ｎが例えば1000rpm以上の
とき及び燃料噴射パルス巾T_Pが４ｍｓ以上のと
きになされ、非通電制御（Ｓ８）はそれ以外の運
転領域でなされる。

ところで機関運転状態に応じ上記作用を行う
吸・排気バルブ開閉時期制御にあつては、機関を
寒冷地等で始動するときは、エンジンオイルの温
度も低くオイル粘度が大きい。この状態で機関が
高負荷運転され、電磁アクチユエータ４２が通電
励磁されると、大きな磁力により、出力シヤフト
４１が左行して流量制御弁３４が閉じ吸・排気バ
ルブ開閉時期が変化する。しかしその後機関が例
えばアイドル回転に戻つても出力シヤフト４１又
（又はプランジヤ５１）外周面を流れるオイル粘
度が大き過ぎて、流量制御弁３４及び電磁アクチ
ユエータ４２内のスプリング３４ｅ，６５の弾性
復帰力では出力シヤフト４１が右端に到達するこ
とができなくなる。

そこでＳ５で機関冷却温度T_Wが約０℃（第１
所定値）以下の状態を温度センサ７４が検出した
ときは、制御手段７１が始動当初から電磁アクチ
ユエータ４２の通電励磁を停止（Ｓ８）し、出力
シヤフト４１を右端のフエイルセーフ位置に保持
する。

この結果、流量制御弁３４は開弁状態を保持し
て吸・排気バルブ開閉時期を低速低負荷のフエイ
ルセーフ側にクランプすることとなる。これは出
力シヤフト４１のストローク位置が不特定即ち
吸・排気バルブ開閉時期が機関運転状態で不安定
になるよりも、従来から行われてきた固定開閉時
期となり、全運転領域で燃焼の悪化を防止でき、
燃費の改善が図られると共に、回転速度、出力の
値が安定して得られ、機関の運転性が向上でき
る。

一方、例えば機関を夏期において高負荷で連続
運転すると、機関発熱量が大きくエンジンオイル
の温度が上昇する。この状態で電磁アクチユエー
タ４２に通電がなされコイル４５の発熱が加わる
と、電磁アクチユエータ４２内のエンジンオイル
が過熱して固化し、出力シヤフト４１に付着して
ステイツクを生じ易い。これは機関の高負荷状態
等において生じ易く、低負荷用等においては不適
となつて機関の運転性が難しくなる。そこでＳ６
において例えば機関冷却水温度T_Wが100℃（第２
所定値）より高温となつた場合には電磁アクチユ
エータ４２を非通電とし、リターンスプリング６
５により出力シヤフト４１を右端位置にクランプ
し、コイル４５の発熱停止により出力シヤフト４
１のステイツクを防止することによつて、機関の
運転性悪化を防止して安全を確保できる。

尚、上記実施例においてボビン４４に溝５５，
５７を形成する代わりにコア４８に溝を設けても
同様に作用することは明らかである。

またコア４８に設けた出口５９を省いてもよ
い。その場合にはスプリング室５６に導入された
オイルはコア４８及び出力シヤフト４１の隙間を
通つてプランジヤ移動空間５２に導かれる。

〈考案の効果〉 以上のように本考案によると、機関温度が第１
所定温度以下の低温時に電磁アクチユエータの作
動を停止したので、吸・排気バルブの開閉時期が
安定しひいては燃焼が安定して燃費の悪化が防止
され、機関回転、出力が安定し運転性の悪化を防
止できる。

また、機関温度が第２所定値温度以上の高温時
に電磁アクチユエータの作動を停止しフエイルセ
ーフ側に吸・排気バルブの開閉時期をクランプ
し、電磁アクチユエータの発熱停止により出力シ
ヤフトのステイツクを防止したので機関の運転性
の悪化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成を示す要部断
面図であり、図で左側はカムシヤフト前端部、右
側はカムシヤフト後端部を示し、該後端部は前端
部に対して拡大して示してある、第２図は同上実
施例の具体的作動例を示すフローチヤート、第３
図は従来例の要部構成を示す断面図である。 ２１……カムシヤフト、２１ａ……孔、２１
ｂ，２１ｄ……オイル通路、２１ｃ……環状溝、
２５ａ……オイル通路、２８……プーリ、２９…
…歯付ベルト、３０……リングピストン、３０ａ
……外歯、３０ｂ……内歯、３１……スプリン
グ、３４……流量制御弁、３４ａ……弁孔、Ａ…
…液圧作動室、４１……出力シヤフト、４２……
電磁アクチユエータ、７１……制御手段、７４…
…温度センサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 内燃機関の吸・排気バルブを開閉させるカムを
   有したカムシヤフトに、クランク軸の回転駆動力
   を伝達する駆動輪をカムシヤフトに対して所定角
   度回動可能に軸支し、前記駆動輪とカムシヤフト
   との間に該両者の相対角度位相を設定するための
   液圧アクチユエータを介装し、端部が機関内部に
   露出しかつフエイルセーフ側に弾性復元力を受け
   る出力シヤフトにより前記液圧アクチユエータの
   作動液用の流量制御弁を制御する電磁アクチユエ
   ータを備えた内燃機関の吸・排気バルブ開閉時期
   制御装置において、 機関温度を検出する温度センサと、該温度セン
   サの検出信号に基づき機関温度が第１所定値以下
   の低温領域及び前記第１所定値より高い第２所定
   値以上の高温領域において前記電磁アクチユエー
   タの通電を停止してフエイルセーフ側に保持する
   手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の
   吸・排気バルブ開閉時期制御装置。