JPH0627491B2 - エンジンのバルブ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸気バルブ又は、排気バルブを駆動するため
のカム部材をカムシャフトに対してロック、アンロック
を行うためのロック機構を備え、運転状態に応じてロッ
ク機構を制御しこれによってバルブ作動の制御を行うよ
うになったエンジンのバルブ駆動装置に関する。

（従来技術） 従来から、エンジンの燃費性能及び出力性能等を向上さ
せる目的で運転状態に応じて、吸気バルブ及び排気バル
ブの作動を制御し、これによって、吸排気タイミング、
あるいは吸排気量を制御することが知られている。

例えば、特開昭５９−１５５５１５号公報には、２つの
カム部材を一体にした２連式カムを構成するとともに、
この２連式カム部材をカムシャフトに遊嵌する構造と
し、該カム部材とカムシャフトとの間の相対的回動を阻
止するための弁停止装置を備えたエンジンが開示されて
いる。

この構造では、エンジンの比較的軽負荷時には、弁停止
装置に油圧を導入して、ロックを解除し、２連式カム部
材の相対的回動を許容するようになっている。すなわち
軽負荷時には、２連式カムはバルブの開動作を生じさせ
ず、当該２連式カムに対応するバルブは、閉状態に維持
される。

この装置において弁停止装置は、カム部材とカムシャフ
ト内に半径方向に連通可能に形成された係合穴内を摺動
するプランジャを設け、該プランジャカム部材側係合穴
への進入、脱出を制御することにより、カム部材のロッ
ク、アンロックを制御するようになっている。

（解決しようとする問題点） このようなプランジャを用いたロック機構では、プラン
ジャの係合穴への進入、脱出を確実に制御することが前
提となるが、カムシャフトは極めて高速で回転するた
め、作動の確実性を行ることが困難となる。このため、
プランジャがカム部材側の係合穴に入りやすくするた
め、該係合穴をプランジャの径より僅かに大きく形成す
ることが考えられる。しかし、このようにすると、プラ
ンジャと係合穴壁面との間にすき間が生じ、この結果、
適正なバルブ作動特性が得られないという問題がある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記問題を解決するために構成されたもの
で、確実な作動を行うことができ、従って、信頼性のあ
るバルブ制御を行うことができ、しかも、ロック状態に
おいてカム部材とカムシャフトの間のガタつきがなく、
従って、適正なバルブ作動特性を与えることができるロ
ック機構を備えたバルブ駆動装置を提供することを目的
とする。

本発明のバルブ駆動装置は、カムシャフトと、該カムシ
ャフトに回動自在に取付けられ吸気バルブ又は排気バル
ブを駆動するためのカム部材を備えている。そして、該
カム部材及びカムシャフトにはカム部材の所定の回転位
置において同時に連通し得るように半径方向に延びる一
対の係合穴の組が形成されている。各カム部材側の係合
穴はカムシャフト側の係合穴よりも僅かに大径に形成さ
れる。また、該各カム部材側の係合穴にはバネ及び該バ
ネによって付勢される第１プランジャが摺動自在に配置
される。各カムシャフト側の係合穴はカムシャフト内部
に形成されたオイル通路に連通しており該カムシャフト
側係合穴には摺動自在に第２プランジャが配置される。
前記カムシャフト内のオイル通路への油圧を制御するこ
とにより第２プランジャがカム部材側係合穴に対して進
入又は脱出しこれによってカム部材をカムシャフトにロ
ック又ははアンロックすることができるようになってい
る。そして各第２プランジャがカム部材側係合穴に進入
したときカム部材にカムシャフトに対する相対的回動が
不能になるように各カムシャフト側係合穴が各カム部材
側係合穴に対してオフセットして配置されている。

本発明の好ましい態様では、カム部材側の２つの係合穴
のうち、一方の係合穴の第２プランジャが進入する側に
は、回動方向に沿って該第２プランジャの進入を案内す
る助走溝が形成されるとともに他方の係合穴の第２プラ
ンジャの脱出側には、第２プランジャの脱出を助ける同
様の助走溝が形成される。

また、本発明に係る一対の係合穴の組は、単一のカム面
を有するカム部材について形成することもできるが、カ
ム部材を２つのカム面を有する２連式のカム部材で構成
し、各カム面に対応して、上記の条件を有するように、
１つづつ設置するようにしても良い。さらに、本発明の
バルブ駆動装置は、好ましくは上記オイル通路への油圧
の供給を制御する制御弁を備えている。本発明の構造に
よれば、カム部材側の係合穴とカムシャフト側の係合穴
とは、カムシャフトの軸方向において整合した位置に形
成されており、すなわち、２つの係合穴は、所定の周方
向において連通し、このとき、第１プランジャと第２プ
ランジャが当接するようになっている。第１プランジャ
と第２プランジャが当接した場合において、制御弁の作
動によりカムシャフトのオイル通路に油圧が導入される
と、第２プランジャは該油圧によりカムシャフトの孔内
を摺動し第１プランジャをバネの付勢力に抗しつつ押
し、カム部材の孔内に突出する。これによって、カム部
材はカムシャフトに固定され、すなわちロックされカム
部材とカムシャフトとの相対的回動は阻止され、カム部
材はカムシャフトとともに回転しこれによって、該カム
部材によるバルブ駆動が可能となる。

本発明では、第１プランジャは第２プランジャより大径
に構成されており、すなわち、カム部材側係合穴は、カ
ムシャフト側係合穴よりも大きくなっている。これは、
第２プランジャのカム側係合穴への進入、脱出を容易に
するための構成であるが、この構成では、ロック状態に
おいて、第２プランジャとカム部材側係合穴の壁面との
間にすき間が存在するためカム部材のガタつきが発生す
ることとなる。本発明では、このガタつきの問題を解消
するため２つのロック機構を組合わせて活用するように
なっている。すなわち、カム部材側係合穴とカムシャフ
ト側係合穴は例えばロック状態において、両者の径の差
だけオフセットした状態になるように、位置関係が決定
される。この結果、２つの第２プランジャは、カム部材
側係合穴に進入したとき、すなわち、ロック状態におい
て、係合穴の壁面に接触した状態になり、従って、カム
部材は、カムシャフトに対して完全に回動不能に固定さ
れる。

さらに、本発明によれば、カムシャフト内のオイル通路
への油圧を制御する制御弁は、エンジンの運転状態に応
じて制御されるようになっており、これによって、カム
部材のロック、アンロックが制御される。

本発明に従う上記のロック機構を用いて１つのバルブに
対して、複数のカム部材を設け、このカム部材を選択的
にバルブの作動に寄与させることができ、この場合複数
のカム部材を、それぞれ異なるカムプロフィールを有す
るように構成し、適宜カム部材を選択的に作動させるよ
うにすれば、運転状態に応じて異なる開弁タイミング、
開弁期間、及びバルブリフト量を与えることができる。

さらに、特定の気筒のカム部材をすべてカムシャフトに
対して回動自在にロック機構を用いて制御し得るように
構成することもでき、これによって、当該気筒のバルブ
作動を一定の運転状態のとき完全に停止することもでき
る。

（発明の効果） 本発明によれば、上記のように、プランジャを用いたロ
ック機構は、ロック用プランジャと係合するカム部材側
係合穴が、該プランジャよりも大径になっているので、
プランジャの進入、脱出が極めて、容易であり、従っ
て、確実なバルブ駆動制御を行なうことができる。この
場合、本発明の構造では、同様な構造の一対のロック機
構が組合わされて用いられるようになっており、各ロッ
ク機構のカム部材側係合穴とカムシャフト側係合穴と
は、ロック状態において、ロック用プランジャが係合穴
の壁面に接触しており、従って、カム部材は、完全に回
動不能にカムシャフトに固定される。従って、作動容易
性を得るために設けたクリアランスによって、カム部材
のガタつきが生じるといった問題を解消することができ
る。また、カムシャフトの回転方向に沿ってカム部材側
係合穴に助走溝を設けた場合には、さらに、プランジャ
の係合穴への進入、脱出が容易となり、作動の確実性を
さらに向上されることができる。なお、本発明はＤＯＨ
Ｃ、及びＳＯＨＣのいずれに対してもまた休筒運転を行
うエンジンに対しても適用することができ、汎用性の面
でも優れている。

（実施例の説明） 以下図面を参照しつつ本発明の実施例につき説明する。

第１図及び第２図を参照すれば、エンジンは燃焼室に臨
むバルブ１を開閉駆動するバルブ駆動装置を備えてい
る。バルブ駆動装置は、エンジンの上部に、シリンダヘ
ッド２とキャップ３とで形成されるジャーナル部にライ
ナー４を介して回動自在に支持されるカムシャフト５を
備えている。本例のカムシャフト５には、バルブ１を駆
動するための２つのカム部材６、７が取付けられてい
る。この場合、２つのカム部材６、７は、異なるカムプ
ロフィールを有するように構成されるとともに、大きい
カムプロフィールを有するカム部材７は、カムシャフト
５に対して回動自在に、一方、カム部材６は、常時固定
的に取付けられる。バルブ１は、バルブステム１ａの中
間部分でバルブガイド８を介してシリンダヘッド２に摺
動自在に支持されている。また、バルブステム１ａの先
端部付近に取付けられるバネ抑え９と、シリンダヘッド
２に形成されたシート面２ａとの間には、コイルバネ１
０が縮装されている。さらに、バルブステム１ａの頂部
を覆うようにバルブバケット１１が取付けられており、
このバケット１１の頂面にカム部材６、７のカム面が摺
接するようになっている。この場合、カム部材７は、ロ
ック機構１２によって制御されるようになっており、ロ
ック機構１２が作動したときカム部材７は、カムシャフ
ト５に対する相対的回動が拘束され、カムシャフトとと
もに回動するようになる。この状態では、カム部材７の
カムプロフィールがカム部材６のカムプロフィールより
も大きいので、カム部材７が優先して、バルブ１を駆動
する。本例では、カム部材７は、高速領域でロックされ
るようになっており、従って、カム部材６は低速カムと
して機能し、カム部材７は、高速カムとして機能する。
また、本例では、大きなバルブリフト量を与えるカム部
材７のバルブバケット１１との接触面圧がカム部材６に
比して高くならないように、カム部材７をカム部材６よ
りも巾広に形成している。また、高速用カム部材７は、
バルブ１の作動方向の中心軸１３からのオフセット量
が、カム部材６よりも小さくなるように配置されてお
り、バルブステム１ａにかかる偏荷重が極力小さくなる
ように構成されている。このカム部材７のカムシャフト
軸方向への移動は、係止ピン１４により不能にされてい
る。カム部材制御用油圧は、第１図に示すようにオイル
ポンプ２３から油圧通路２４に設けられたオイルフィル
タ２５、及びコントロール用電磁弁２６を介してジャー
ナル部に形成された油圧通路２７とに導入され、さらに
ジャーナル部の半径方向に形成された貫通穴２８から油
圧室２２に導入される。電磁弁２６は、好ましくは、マ
イクロコンピュータを含んで構成される電子制御コント
ローラ３０によって制御されるようににっており、オイ
ルポンプ２３からの油圧の油圧室２２への導入又はその
解除を切換えるようになっている。電磁弁は油圧を油圧
室２２に導入しない場合には、リターンポート２６ａか
らオイルをオイルパン３１に戻すようになっている。コ
ントローラ３０には、エンジン回転数、エンジン負荷等
の信号が入力されるようになっており、コントローラ３
０はこの入力信号に基づいて電磁弁２６のソレノイド２
６ｂに命令信号を出力し、電磁弁２６を切換作動させ
る。

第３図を併せて参照すれば、カム部材７のロック、アン
ロックを制御するために、ロック機構１２ａ、１２ｂが
設けられている。ロック機構１２ａ、１２ｂは、同一の
構造を有するので、ロック機構１２ａについてのみ説明
し、ロック機構１２ｂについては、対応する符号を付し
て説明は省略する。ロック機構１２ａは、カム部材７に
形成された係合穴７ａに嵌合するカム部材側プランジャ
すなわち第１プランジャ１６ａと該第１プランジャ１６
ａと係合穴７ａの端面との間に縮装されるバネ１７ａ
と、第１プランジャ１６よりも小径で、かつ、カムシャ
フト５の半径方向に形成された係合穴５ａに嵌合するシ
ャフト側プランジャすなわち第２プランジャ１８ａとを
備えている。ロック機構１２ａは、油圧によって作動す
るようになっており、カムシャフトの回転軸に沿って形
成されたオイル通路１９をプラグ２０によって仕切るこ
とによって形成される油圧室２２に油圧が導入されたと
き、第２プランジャ１８ａがバネ１７ａの弾性力に抗し
て第１プランジャ１６ａを押し、カム部材内面の回転方
向に沿って係合穴７ａのトレーリング側すなわち、第２
プランジャ１８ａの進入側に形成された助走溝２７ａに
摺接しつつ移動してカム側係合穴７ａ内に進入する。

ロック機構１２ｂは、ロック機構１２ａに対して回転方
向に一定距離だけ隔置して配置されて、同様に油圧室２
２に油圧が導入されたとき、プランジャ１６ｂが係合穴
７ｂ内に突出する。すなわち、ロック機構１２ａ、１２
ｂは、同期して作動し、カム部材７は、第２プランジャ
１８ａ、１８ｂが係合穴７ａ、７ｂ内に進入したとき、
ロック状態になり、脱出したときアンロック状態とな
る。なおロック機構１２ｂの助走溝２７ｂは、係合穴７
ｂのリーディング側すなわち、第２プランジャ１８ｂの
脱出側に設けられている。さらに本発明の構造では、係
合穴７ａ、７ｂの中心線間距離と、係合穴５ａ、５ｂの
中心線間距離とは、係合穴７ａ、７ｂと係合穴５ａ、５
ｂの径の差だけ異なっている。すなわち、ロック状態に
おいて、係合穴７ａ、７ｂ及び５ａ、５ｂの壁面は、内
側又は、外側のいずれかにおいて、面一になるように、
カムシャフト側係合穴５ａ、５ｂとカム部材側係合穴７
ａ、７ｂとのオフセットされた位置関係が決定されてい
る。従って、第２プランジャ１８ａ、１８ｂがカム部材
側係合穴７ａ、７ｂ内に進入してロック状態になったと
き、プランジャ１８ａ、１８ｂが係合穴７ａ、７ｂの壁
面に接触状態になり、この結果、カム部材７のカムシャ
フト５に対する相対的回動が全く不能になる。

本例では、エンジンの高速時に油圧室２２に油圧が導入
されカムシャフト側プランジャ１８ａ、１８ｂが油圧に
よってカム部材側の係合穴７ａに進入し、カム部材７を
ロックするようになっている。

本例の構造によれば、カム部材側係合穴７ａ、７ｂは、
第２プランジャ１８ａ、１８ｂよりも大径に形成されて
いるとともに、係合穴７ａ、７ｂの周辺に助走溝２７
ａ、２７ｂが形成されているので、第２プランジャ１８
ａ、１８ｂの係合穴７ａ、７ｂへの進入、脱出が容易に
なり、従って、確実なロック、アンロック作動を行なわ
せることができる。また、カム部材側係合穴７ａ、７ｂ
とカムシャフト側係合穴５ａ、５ｂとは、一定のオフセ
ット量を有するように位置関係が決定されているのでロ
ック状態において、上記第２プランジャ１８ａ、１８ｂ
と係合穴７ａ、７ｂとの径の差があるにもかかわらず、
カム部材７とカムシャフトの間の良好なロック状態を得
ることができる。この結果本例の構造によって、運転状
態に応じた適正なバルブ駆動制御を与えることができ
る。

第４図を参照すれば、本発明の他の実施例が示されてお
り、本例では、カム部材３７は、それぞれ異なる気筒の
バルブ１を駆動する２つのカム部３８、３９を有する２
連式カム部材として構成されており、前例と同様に、カ
ムシャフト５に遊嵌している。本例の構造の説明は、前
例と異なる点についてのみ行い、共通する部分について
は、対応する部材に同一の符号を付して説明は省略す
る。カム部材３７は、両端部にカム部３８、３９を備え
るとともに中央部にシリンダヘッド２に支持される軸受
部３７ａを備えている。カム部３８、３９には、前例と
同様のロック機構１２ａ、１２ｂがそれぞれ１つずつ設
置される。この２つのロック機構は、前例と同様の回転
方向の位置関係で配置されており、ロック状態において
２つのロック機構１２ａ、１２ｂが協働してカム部材３
７をカムシャフト５に対して回転不能に拘束する。従っ
て、本例の構造においても、前例と同様の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係るエンジンの部分断面
図、第２図は、第１図の実施例のカム部材の詳細図、第
３図は、ロック機構の詳細図、第４図は、本発明の他の
実施例にかかるバルブ駆動装置の部分断面図である。 １……バルブ、１ａ……バルブステム、 ２……シリンダヘッド、３……キャップ、 ５……カムシャフト、６，７，３７……カム部材、 １２ａ，１２ｂ……ロック機構、 １６ａ，１６ｂ、１８ａ、１８ｂ……プランジャ、 ２２……油圧室、２６……電磁弁、 ３０……コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カムシャフトと、該カムシャフトに回転自
   在に取付けられ吸気バルブ又は排気バルブを駆動するた
   めのカム部材を備えており、該カム部材及びカムシャフ
   トにはカム部材の所定の回転位置において同時に連通し
   得るように半径方向に延びる一対の係合穴の組が形成さ
   れており、各カム部材側の係合穴はカムシャフト側の係
   合穴よりも僅かに大径に形成されるとともに該各カム部
   材側の係合穴にはバネ及び該バネによって付勢される第
   １プランジャが摺動自在に配置され、各カムシャフト側
   の係合穴はカムシャフト内部に形成されたオイル通路に
   連通しており該カムシャフト側係合穴には摺動自在に第
   ２プランジャが配置され、前記カムシャフト内のオイル
   通路内への油圧を制御することにより第２プランジャが
   カム部材側係合穴に対して進入又は脱出しこれによって
   カム部材をカムシャフトにロック又ははアンロックする
   ことができるようになっており、各第２プランジャがカ
   ム部材側係合穴に進入したときに各カムシャフト側係合
   穴が各カム部材側係合穴に対して所定量だけ周方向にオ
   フセットされており、この結果各第２プランジャが協働
   してカム部材を拘束するように構成されたことを特徴と
   するエンジンのバルブ駆動装置。