JPH09296713A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブスプリング反力が作用したときにカム
シャフト３が傾くことがないようにし、各部の偏摩耗を
防止する。 【解決手段】 機関と同期回転する駆動軸２の外周に、
気筒毎に分割した円筒状カムシャフト３が配設され、カ
ムシャフト３端部の第１フランジ部４と駆動軸２に固定
された第２フランジ部８との間に、環状ディスク９が介
在している。環状ディスク９と各フランジ部とは、第
１，第２ピン１５，１６を介して連動する。環状ディス
ク９は制御ハウジング１０により回転自在に保持されて
おり、環状ディスク９の偏心位置に応じてカムシャフト
３が不等速回転する。カムシャフト３は、外周側でカム
嵌合孔６により回転自在に保持されているとともに、内
周側で駆動軸２により支持される。カムシャフト３の傾
きを防止するために、カムシャフト３の全長に亙って駆
動軸２に摺接する。

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た一つのカム
シャフトが各気筒の複数個の吸排気弁を一斉に開閉駆動
する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、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、吸気２弁式機関に対応して、各気筒のカムシャフ
トにそれぞれ一対のカムを形成し、その一対のカムの間
のジャーナル部において該カムシャフトをカムブラケッ
トを介してシリンダヘッドに回転自在に支持した構成が
開示されている。そして、このものでは、駆動軸に固定
した円筒状スリーブの外周に、カムシャフトの一端部の
内周面が回転可能に嵌合している。つまり、複数気筒に
亙って１本に連続した駆動軸が、各カムシャフトの一端
部においてそれぞれ支持されており、各カムシャフトの
他端部は、駆動軸とは接触していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置にあっ
ては、各気筒毎に分割された円筒状のカムシャフトが、
その外周側でシリンダヘッドに支持されていると同時
に、内周側で駆動軸により支持される形となっている
が、外周側を支持するカムブラケットの軸受孔とカムシ
ャフト外周面との間には、僅かながらクリアランスが存
在するので、上記のようにカムシャフト一端部のみで駆
動軸に摺接していると、カムにバルブスプリング反力が
加わった際に、カムシャフトが僅かに傾いてしまう。こ
の結果、カムシャフトと駆動軸との摺接面が偏摩耗し、
騒音発生等を誘起する可能性がある。

【０００５】なお、カムブラケットの幅を大きく設定す
れば、内周側での支持に依存せずにカムシャフトの傾き
を小さく規制できるが、そのためには、一対のカムの間
の距離を大きく確保する必要があり、吸排気弁のレイア
ウトが困難となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、複数
気筒に亙って配設され、かつ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嵌合
し、かつ各気筒毎に分割されているとともに、それぞれ
が吸排気弁を駆動する複数個のカムを外周に有する円筒
状のカムシャフトと、このカムシャフトの隣り合う一対
のカムの間に形成されたジャーナル部に嵌合し、該カム
シャフトをそれぞれ回転自在に支持するカム軸受孔と、
上記各カムシャフトと上記駆動軸との間に配設され、上
記駆動軸の回転力を上記カムシャフトに伝達するととも
に、該回転力の角速度を変化せしめる角速度変更機構
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、 上記駆動軸外周とカムシャフト内周との摺接面
が、上記カム軸受孔の嵌合面の軸方向両側に亙って設け
られていることを特徴としている。

【０００７】この構成においては、バルブスプリング反
力が各カムに作用した際に、カムシャフト内周面がカム
軸受孔両側で駆動軸外周に当接し、カムシャフトの傾き
を抑制する。

【０００８】また、請求項２においては、上記カムシャ
フトがそれぞれ一対の吸排気弁を開閉するように一対の
カムを有し、両カムの間において上記カム軸受孔により
支持されているとともに、上記駆動軸外周とカムシャフ
ト内周との摺接面の軸方向の幅が、一対の吸排気弁の間
の距離よりも広くなっている。

【０００９】これによりカムを介してカムシャフトに加
わる入力は、駆動軸との摺接面の範囲内の２点で作用す
ることになり、カムシャフトを傾かせようとするモーメ
ントは発生しない。

【００１０】特に、請求項３においては、上記駆動軸外
周とカムシャフト内周との摺接面がカムシャフトの全長
に亙っており、駆動軸に一様に接触するので、カムシャ
フトを傾かせようとするモーメントは発生しない。

【００１１】また、請求項４においては、上記カムシャ
フトがそれぞれ一対の吸排気弁を開閉するように一対の
カムを有し、両カムの間において上記カム軸受孔により
支持されているとともに、上記駆動軸外周とカムシャフ
ト内周との摺接面の軸方向の幅が、一対の吸排気弁の間
の距離よりも狭く、かつ摺接面の軸方向の中心が一対の
吸排気弁の間の中心に一致している。

【００１２】この構成では、一対のカムを介してカムシ
ャフトに加わるモーメントが、互いに相殺されるため、
摺接面の軸方向の幅が短くてもカムシャフトの傾きが規
制される。また、摺接面の面積を小さくすることで、駆
動軸とカムシャフトとの間の相対運動に伴うフリクショ
ンが低減される。

【００１３】さらに、請求項５においては、上記駆動軸
は中心部に潤滑油通路を有し、上記カム軸受孔に嵌合す
るカムシャフトジャーナル部の外周面に開口するよう
に、駆動軸およびカムシャフトに、油孔がそれぞれ半径
方向に沿って貫通形成されている。

【００１４】この構成においては、駆動軸内部の潤滑油
通路から駆動軸の油孔を介して駆動軸とカムシャフトと
の摺接面に潤滑油が供給される。さらに、カムシャフト
の油孔を介してカムシャフトとカム軸受孔との間に潤滑
油が供給される。

【００１５】上記角速度変更機構としては、例えば請求
項６のように、各カムシャフトの端部に鍔状に設けら
れ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された第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、かつ半径方向に沿って係合
溝が形成された第２フランジ部と、上記両フランジ部の
間にそれぞれ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各一対の係合
溝および該係合溝に係合する各一対のピンと、上記環状
ディスクを回転自在に保持するとともに、駆動軸の軸直
角方向に沿って移動可能な制御ハウジングと、上記環状
ディスクが駆動軸に対し偏心するように上記制御ハウジ
ングを機関運転条件に応じて軸直角方向に沿って移動さ
せる駆動機構と、から構成される。

【００１６】

【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１に基づいて説明
する。

【００１７】この実施例は直列多気筒内燃気筒の吸気弁
に適用した例であり、図１に示すように、シリンダヘッ
ド１の上部に、全気筒に亙って伸びる１本の駆動軸２が
配設されている。この駆動軸２は、中心に潤滑油通路３
１を備えた管状のもので、一端に図示せぬスプロケット
を有し、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。駆動軸２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３が相対回転可能に嵌合し
ており、各カムシャフト３の端部に、第１フランジ部４
が設けられている。各カムシャフト３は、図示せぬ吸気
弁を駆動する一対のカム３ａを有するとともに、この一
対のカム３ａの中間位置にジャーナル部３ｂを有し、こ
のジャーナル部３ｂにおいてシリンダヘッド１に回転自
在に支持されている。詳しくは、シリンダヘッド１側の
隔壁状軸受部１ａに対向してカムブラケット５が取り付
けられており、両者間に形成されるカム軸受孔６に、上
記ジャーナル部３ｂが回転自在に嵌合している。そし
て、駆動軸２には、各気筒毎に短いスリーブ７が固定さ
れており、各スリーブ７の端部に、それぞれ第１フラン
ジ部４と対向するように、第２フランジ部８が形成され
ている。両フランジ部４，８の間には、円環状をなす環
状ディスク９が介装されており、この環状ディスク９
は、制御ハウジング１０の円形の開口部１０ａ内に回転
自在に嵌合保持されている。

【００１８】上記第１フランジ部４および第２フランジ
部８には、それぞれ半径方向に沿った係合溝１１，１２
が形成されている。両係合溝１１，１２は、互いに１８
０゜異なる位置に配置されている。そして、環状ディス
ク９には、互いに１８０゜異なる位置にそれぞれ保持孔
１３，１４（図２参照）が貫通形成されているととも
に、それぞれに、第１ピン１５，第２ピン１６が回転可
能に嵌合している。これらのピン１５，１６は、互いに
逆向きに突出しており、第１ピン１５の先端部が第１フ
ランジ部４の係合溝１１に摺動可能に係合しているとと
もに、第２ピン１６の先端部が第２フランジ部８の係合
溝１２に摺動可能に係合している。なお、係合溝１１，
１２に摺接する各ピン１５，１６の先端部の側面は、平
行な一対の平面に加工されている。

【００１９】上記環状ディスク９を保持する制御ハウジ
ング１０は、駆動軸２と直交する面に沿った板状をなし
ており、駆動軸２に平行に配置された固定シャフト１７
および制御シャフト１８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１０の開口部１０ａの上部に、図２に示すように、
それぞれ円形をなすカム嵌合孔１９とブッシュ嵌合孔２
０とが開口形成されており、カム嵌合孔１９に制御シャ
フト１８が、ブッシュ嵌合孔２０に固定シャフト１７が
それぞれ挿通されている。そして、制御シャフト１８に
は、円形の偏心カム２１が各気筒毎に固設されており、
この偏心カム２１の外周面が上記カム嵌合孔１９に摺動
可能に嵌合している。また、固定シャフト１７とブッシ
ュ嵌合孔２０との間には、偏心ブッシュ２２が介装され
ている。この偏心ブッシュ２２は、互いに真円形をなす
外周面と内周面とが偏心しているものであって、その内
周面が固定シャフト１７に回転可能に嵌合し、かつ外周
面が上記ブッシュ嵌合孔２０に回転可能に嵌合してい
る。従って、偏心カム２１を備えた制御シャフト１８が
回転すると、制御ハウジング１０が図の上下に揺動し、
環状ディスク９の中心が駆動軸２およびカムシャフト３
の中心から偏心するようになっている。

【００２０】上記制御シャフト１８は、図１に示すよう
に、駆動軸２と平行に配設され、かつ全気筒に亙って連
続しており、その一端が油圧モータ等の図示せぬアクチ
ュエータに連結されている。そして、この制御シャフト
１８は、図１に示すように、カムブラケット５の上部に
設けた軸受孔２３によって回転可能に支持されている。
詳しくは、上記カムブラケット５は、上記軸受孔２３の
中心を通る平面に沿って上部ブラケット５ａと下部ブラ
ケット５ｂとに分割されており、両者間に上記軸受孔２
３が形成されている。これらの上部ブラケット５ａおよ
び下部ブラケット５ｂは、それぞれの両側部を通る一対
のボルト２４，２４によってシリンダヘッド１に共締め
されている。

【００２１】また固定シャフト１７は、この実施例では
やはり全気筒に亙って連続しており、各カムブラケット
５に固定されている。

【００２２】上記のバルブリフト特性可変機構自体は、
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、その詳細な動作の説明は省略
するが、環状ディスク９が駆動軸２の中心に対し図１の
ように同心位置にあれば、各カムシャフト３は駆動軸２
と等速回転し、カム３ａ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９が駆動軸２
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３が駆動軸２に対し不等速回転する。こ
れにより、バルブリフト特性およびバルブ作動角が変化
する。

【００２３】この実施例においては、カムシャフト３の
内周面が全長に亙り一定の内径の円筒面に構成されてお
り、この結果、カムシャフト３内周と駆動軸２外周とが
カムシャフト３全長に亙って摺接している。

【００２４】また駆動軸２内部の潤滑油通路３１から半
径方向に沿って、該駆動軸２およびカムシャフト３のそ
れぞれに第１油孔３２および第２油孔３３が貫通形成さ
れている。これらの第１，第２油孔３２，３３は、両者
が同位相で回転するときに互いに連続する位置にあり、
かつ第２油孔３３の先端は、カムブラケット５のカム軸
受孔６に対応する位置に開口している。

【００２５】上記実施例の構成においては、一対のカム
３ａにバルブスプリング反力が作用したときに、カムシ
ャフト３は外周側からカムブラケット５によって支持さ
れると同時に、内周側で駆動軸２によっても支持され
る。なお、駆動軸２は複数のカムシャフト３を介してシ
リンダヘッド１に間接的に支持されているが、各気筒の
カムシャフト３が順次バルブスプリング反力を受けるの
で、バルブスプリング反力が作用しているカムシャフト
３は逆に駆動軸２によって支持される形となる。ここ
で、上記構成では、カムシャフト３に反力が作用する点
つまり一対のカム３ａが位置する点は、カムシャフト３
内周と駆動軸２外周との摺接面の範囲に含まれているの
で、カムシャフト３を傾かせようとするモーメントは全
く発生せず、カムシャフト３の傾き、ひいては各接触部
の偏摩耗を防止できる。

【００２６】また、駆動軸２の潤滑油通路３１に圧送さ
れた潤滑油は、第１油孔３２および第２油孔３３を通し
てカムブラケット５のカム軸受孔６内周に供給され、カ
ムシャフト３との間を潤滑する。また、一部の潤滑油
は、第１油孔３２を通して駆動軸２とカムシャフト３と
の摺接面に供給され、ここを潤滑する。

【００２７】次に、図３に基づいて異なる実施例を説明
する。

【００２８】この図３の実施例においては、カムシャフ
ト３の両端部分の内径が僅かに大きく加工されており、
駆動軸２外周面との間に、それぞれ間隙部３５が形成さ
れている。この間隙部３５においては、カムシャフト３
内周面と駆動軸２とは接触しないため、両者の摺接面の
軸方向の幅Ｓは、前述した実施例よりも狭くなってい
る。但し、この摺接面の幅Ｓは、一対の吸気弁の間の距
離Ｌよりも広くなっている。

【００２９】この実施例においては、バルブスプリング
反力を受ける一対のカム３ａの位置に摺接面が存在する
ため、やはりカムシャフト３にモーメントが発生せず、
カムシャフト３の傾きが防止される。また、前述の実施
例に比較して摺接面の幅Ｓが狭くなっているため、駆動
軸２とカムシャフト３との相対変位に伴うフリクション
が小さくなる利点がある。

【００３０】なお、図３の実施例では、カムシャフト３
の両端部分に間隙部３５を設けているが、図４のよう
に、一方のみに間隙部３５を形成するようにしてもよ
い。

【００３１】また、上記各実施例では、カムシャフト３
の内径を拡大することで間隙部３５を形成しているが、
逆に駆動軸２外周を部分的に小径にして間隙部３５を形
成することもできる。なお、駆動軸２の強度確保の点か
らは、図示例のようにカムシャフト３の内径を大径化す
ることが好ましい。

【００３２】また、上記各実施例では、カムシャフト３
と駆動軸２との摺接面が一つの円筒面に連続している
が、例えば軸方向の中央部等に間隙部３５を形成して、
摺接面を軸方向に複数個に分割するようにしてもよい。
この構成によっても、摺接面積の低減ひいてはフリクシ
ョンの低減が可能である。

【００３３】図５は、この発明のさらに異なる実施例を
示したもので、図３の実施例と同様に、カムシャフト３
の両端部分に間隙部３５が設けられている。そして、こ
の実施例では、特に駆動軸２外周とカムシャフト３内周
との摺接面の軸方向の幅Ｓが、一対の吸気弁の間の距離
Ｌよりも狭い。但し、カム軸受孔６の軸方向の幅よりは
広い。そして、摺接面の軸方向の中心Ｍが一対の吸気弁
の間の中心ｍに一致している。また、カムブラケット５
（カム軸受孔６）は一般に一対のカム３ａのちょうど中
央に位置するので、カム軸受孔６の軸方向の中心とも一
致している。

【００３４】この実施例においては、バルブスプリング
反力が作用するカム３ａの位置には摺接面が存在してい
ないが、中央の摺接面を挟んで一対のカム３ａから対称
に同一の力が作用するようになるので、摺接面の幅Ｓが
狭くともカムシャフト３を傾けようとするモーメントが
発生しない。従って、カムシャフト３の傾きを防止しつ
つ、フリクションの一層の低減を図ることができる。

【００３５】

【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、バル
ブスプリング反力が各カムに作用した際に、カムシャフ
ト内周面がカム軸受孔両側で駆動軸外周に当接するた
め、カムシャフトの傾きが規制され、その傾きに起因す
る各部の偏摩耗を防止できる。

【００３６】また、請求項２および請求項３の構成にお
いては、カムを介してカムシャフトに加わる入力は、駆
動軸との摺接面の範囲内の２点で作用することになり、
カムシャフトを傾かせようとするモーメントが全く発生
せず、カムシャフトの傾きを一層確実に防止できる。

【００３７】また、請求項４の構成においては、一対の
カムを介してカムシャフトに加わるモーメントが、互い
に相殺されるため、摺接面の軸方向の幅が短くてもカム
シャフトの傾きが規制される。また、摺接面の面積が小
さくなり、駆動軸とカムシャフトとの間の相対運動に伴
うフリクションを低減できる。

【００３８】さらに、請求項５の構成においては、駆動
軸とカムシャフトとの摺接面、ならびにカムシャフトと
カム軸受孔との間に、極めて簡単な構成でもって潤滑油
を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】本発明の異なる実施例を示す断面図。

【図４】本発明のさらに異なる実施例を示す断面図。

【図５】本発明のさらに異なる実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド ２…駆動軸 ３…カムシャフト ４…第１フランジ部 ５…カムブラケット ６…カム軸受孔 ８…第２フランジ部 ９…環状ディスク １０…制御ハウジング ２１…偏心カム ２２…偏心ブッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 吉彦 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒に亙って配設され、かつ機関の
   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嵌合し、かつ各気筒
   毎に分割されているとともに、それぞれが吸排気弁を駆
   動する複数個のカムを外周に有する円筒状のカムシャフ
   トと、 このカムシャフトの隣り合う一対のカムの間に形成され
   たジャーナル部に嵌合し、該カムシャフトをそれぞれ回
   転自在に支持するカム軸受孔と、 上記各カムシャフトと上記駆動軸との間に配設され、上
   記駆動軸の回転力を上記カムシャフトに伝達するととも
   に、該回転力の角速度を変化せしめる角速度変更機構
   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、 上記駆動軸外周とカムシャフト内周との摺接面が、上記
   カム軸受孔の嵌合面の軸方向両側に亙って設けられてい
   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】 上記カムシャフトがそれぞれ一対の吸排
   気弁を開閉するように一対のカムを有し、両カムの間に
   おいて上記カム軸受孔により支持されているとともに、
   上記駆動軸外周とカムシャフト内周との摺接面の軸方向
   の幅が、一対の吸排気弁の間の距離よりも広いことを特
   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】 上記駆動軸外周とカムシャフト内周との
   摺接面がカムシャフトの全長に亙っ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】 上記カムシャフトがそれぞれ一対の吸排
   気弁を開閉するように一対のカムを有し、両カムの間に
   おいて上記カム軸受孔により支持されているとともに、
   上記駆動軸外周とカムシャフト内周との摺接面の軸方向
   の幅が、一対の吸排気弁の間の距離よりも狭く、かつ摺
   接面の軸方向の中心が一対の吸排気弁の間の中心に一致
   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。
5. 【請求項５】 上記駆動軸は中心部に潤滑油通路を有
   し、上記カム軸受孔に嵌合するカムシャフトジャーナル
   部の外周面に開口するように、駆動軸およびカムシャフ
   トに、油孔がそれぞれ半径方向に沿って貫通形成されて
   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。
6. 【請求項６】 上記角速度変更機構は、 各カムシャフトの端部に鍔状に設けられ、かつ半径方向
   に沿って係合溝が形成された第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、かつ半径方向に沿って係合溝が形成さ
   れた第２フランジ部と、 上記両フランジ部の間にそれぞれ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
   各一対の係合溝および該係合溝に係合する各一対のピン
   と、 上記環状ディスクを回転自在に保持するとともに、駆動
   軸の軸直角方向に沿って移動可能な制御ハウジングと、 上記環状ディスクが駆動軸に対し偏心するように上記制
   御ハウジングを機関運転条件に応じて軸直角方向に沿っ
   て移動させる駆動機構と、 を備えてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。