JPH10196322A - エンジンのカム制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのカムシャフトにおけるカムの回転
位相を制御する装置として、比較的小型で構造の簡単な
ものを提供する。 【解決手段】 エンジンのクランク軸から回転力が伝達
されるカムギヤ９は、第１ヘリカルスプライン５により
カムシャフト２へ嵌合され、第１ヘリカルスプライン５
と同方向の第２ヘリカルスプライン６により、吸排カム
本体１２がカムシャフト２へ嵌合されると共に、第１ヘ
リカルスプライン５と逆方向の第３ヘリカルスプライン
７により、ユニットインジェクタカム本体１９がカムシ
ャフト２へ嵌合され、カムギヤ９の内部に一体形成され
た油圧シリンダ１０へ、カムシャフト２に固定されたピ
ストン８が嵌装されて、カムシャフト２をその軸方向に
変位させることができるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのカムシ
ャフトにおけるカムの回転位相を制御するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのカムシャフトにおけるカムの
回転位相を制御するため、従来は、特開平７−２６９２
１号公報に例示されているように、エンジンのカムプー
リとカムシャフトとをヘリカルスプライン軸及びヘリカ
ルスプライン孔の係合により連結し、カムシャフトと一
体化されてシリンダ部材内に配置されたピストン部材に
油圧を作用させ、カムシャフトをその軸方向に変位させ
ることによって、カムプーリと相対的にカムシャフトを
回転変位させるようにしている。

【０００３】しかしながら、この場合には、油圧シリン
ダがカムプーリ等とは別体に設置されているため、カム
軸移動手段をふくめたバルブタンミング制御装置の全体
構造が大型となって、各部の収容スペースが特に厳しい
車両用ディーゼルエンジンにあっては不具合であり、ま
た、カムシャフトの回転に伴いピストン部材は定置シリ
ンダ部材に対して常時回動しているため、ピストン部材
外周のシール部材によるシール性能が悪化するおそれが
あると同時に、ピストン部材に一体形成されたスラスト
規制部材とシリンダ部材内面との間には、回転スラスト
荷重に対応するためのスラストメタル等を特別に設置す
る必要があって、構造が複雑となる欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、エンジンの
カムシャフトにおけるカムの回転位相を制御する装置と
して、比較的小型で構造の簡単なものを提供しようとす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明にかか
るエンジンのカム制御装置は、カムシャフトの外周面と
ヘリカルスプライン部により嵌合し上記カムシャフトに
回転力を伝達する駆動部材と、上記カムシャフトをその
軸方向に変位させるアクチュエータとを有し、上記アク
チュエータは、上記駆動部材の少なくとも一部により形
成されて上記駆動部材と一体的に回動するシリンダ部材
と、上記カムシャフトに連結されて上記シリンダ部材内
に嵌装されたピストン部材と、同ピストン部材を上記カ
ムシャフトの軸方向に変位させる付勢手段とをそなえて
いる。

【０００６】すなわち、カムシャフトとそのカムシャフ
トに回転力を伝達する駆動部材とがヘリカルスプライン
部により嵌合しているので、アクチュエータによりカム
シャフトをその軸方向に変位させることによって、カム
シャフトの回転位相を変化させることができる一方、駆
動部材の少なくとも一部によりアクチュエータのシリン
ダ部材が形成され、シリンダ部材が駆動部材と一体的に
回動するように構成されているため、アクチュエータを
ふくんだエンジンのカム制御装置を容易に小型化するこ
とができると共に、カムシャフトを回転させる駆動部材
の少なくとも一部により形成されたシリンダ部材と、カ
ムシャフトに連結されてシリンダ部材内に嵌装されたピ
ストン部材との間には、カムの回転位相を制御する一時
的な場合を除けば相対的回転が生じないので、シリンダ
部材及びピストン部材間のシール性能を容易に高めるこ
とができ、かつ、シリンダ部材及びピストン部材間には
スラストメタル等の軸受構造を不要とすることができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す本発明の実施形
態例について説明する。図１において、燃料噴射ポンプ
及び燃料噴射弁が一体化されて、燃料噴射弁の作動が電
磁式アクチュエータにより制御されるユニットインジェ
クタをそなえた多シリンダディーゼルエンジンのシリン
ダヘッド１上に、カムシャフト２が各カムブラケット３
及びギヤブラケット４によって回動自在に支持され、カ
ムシャフト２の外周面には、一方向に傾斜した第１ヘリ
カルスプライン部５と、第１ヘリカルスプライン部５と
同方向に傾斜した第２ヘリカルスプライン部６と、第１
ヘリカルスプライン部５と逆方向に傾斜して、第２ヘリ
カルスプライン部６と交叉する第３ヘリカルスプライン
部７とがそれぞれ形成され、第１ヘリカルスプライン部
５に隣接するカムシャフト２の端部にピストン８が固定
されている。

【０００８】また、カムシャフト２の第１ヘリカルスプ
ライン部５には、内孔に同方向のヘリカルスプライン部
をそなえたカムギヤ９が嵌合して、後記のようにカムシ
ャフト２の軸方向への変位が拘束されており、図示しな
いエンジンクランクシャフトからアイドルギヤ等を経て
カムギヤ９に伝達された回転力により、カムシャフト２
は矢印Ａの方向へ回転させられるようになっていると共
に、カムギヤ９の内部に形成された油圧シリンダ１０に
ピストン８が嵌装されて、ピストン８及び油圧シリンダ
１０により油圧アクチュエータ１１が構成され、この油
圧アクチュエータ１１の作動によってカムシャフト２は
その軸方向に変位できるようになっている。

【０００９】一方、カムシャフト２の各第２ヘリカルス
プライン部６には、内孔に同方向のヘリカルスプライン
部をそなえた各エンジンシリンダ用吸排カム本体１２が
それぞれ嵌合していて、吸排カム本体１２に形成された
吸気弁用カム１３及び排気弁用カム１４に、吸気弁駆動
用ロッカー１５のローラ１６及び排気弁駆動用ロッカー
１７のローラ１８がそれぞれ圧接されている。

【００１０】また、カムシャフト２の各第３ヘリカルス
プライン部７には、内孔に同方向のヘリカルスプライン
部をそなえた各エンジンシリンダ用ユニットインジェク
タカム本体１９がそれぞれ嵌合し、ユニットインジェク
タカム本体１９に形成されたユニットインジェクタカム
２０に、ユニットインジェク駆動用ロッカー２１のロー
ラ２２がそれぞれ圧接されている。

【００１１】このとき、吸排カム本体１２及びユニット
インジェクタカム本体１９は、それぞれ相互に当接する
と共に、カムブラケット３の両側端面にそれぞれ設けら
れたスラストメタル３´、または、ギヤブラケット４の
側端面に設けられたスラストメタル４´へ摺動自在に当
接することにより、カムシャフト２の軸方向への変位が
拘束され、図１に示す各範囲Ｓがそれぞれ各シリンダに
対応することとなる。

【００１２】また、図２に示されているように、カムシ
ャフト２の軸方向に対する第１ヘリカルスプライン部５
の傾斜角をβ１、第２ヘリカルスプライン部６の傾斜角
をβ２、第３ヘリカルスプライン部７の傾斜角をβ３と
し、また、第１ヘリカルスプライン部５におけるピッチ
サークル直径をＤ１、第２ヘリカルスプライン部６にお
けるピッチサークル直径をＤ２、第３ヘリカルスプライ
ン部７におけるピッチサークル直径をＤ３とすると、油
圧アクチュエータ１１の作用によるカムシャフト２の軸
方向変位量Ｌに対して、カムシャフト２及びカムギヤ９
間の相対的回動角α１（度）は、 となり、カムシャフト２及び吸排カム本体１２間の相対
的回動角α２（度）は、 となり、カムシャフト２及びユニットインジェクタカム
本体１９間の相対的回動角α３（度）は、 となるが、α１＝α２、すなわち、（１）式及び（２）
式から、 が成立するように設定されている。

【００１３】なお、図３に詳しく示されているように、
カムギヤ９は、ギヤブラケット４の側端面に設けられた
スラストメタル３０へ摺動自在に当接すると共に、ケー
シング３１に固定されたスラストベアリング３２のスラ
ストメタル３３へ摺動自在に当接して、カムシャフト２
の軸方向への変位が拘束されており、スラストベアリン
グ３２に形成された環状の内溝３４、３５及びカムギヤ
９の壁面内に形成された油路３６、３７を通じて、外方
からピストン８の両面へそれぞれ矢印Ｘ、Ｙのように圧
油が給排され、油圧シリンダ１０内でピストン８をカム
シャフト２の軸方向へ摺動させる油圧アクチュエータ１
１の作動により、カムシャフト２はその軸方向に変位す
ることができる。

【００１４】次に、上記装置の作用効果について説明す
る。油圧アクチュエータ１１の上記作動によりカムシャ
フト２がその軸方向に、例えば、図１の左方へＬだけ変
位すると、第１ヘリカルスプライン部５におけるカムシ
ャフト２及びカムギヤ９の嵌合により、カムシャフト２
はカムギヤ９に対して矢印Ａの進角方向へ角度α１だけ
回動させられ、また、第２ヘリカルスプライン部６にお
けるカムシャフト２及び吸排カム本体１２の嵌合によ
り、吸排カム本体１２はカムシャフト２に対して矢印Ａ
と逆の遅角方向へ角度α２だけ回動させられるが、上記
のようにα１＝α２であって、カムシャフト２の回動角
α１と吸排カム本体１２の回動角α２とが相殺される結
果、カムギヤ９に対する吸排カム本体１２の回転位相は
全く変わらないこととなり、従って、吸排カム本体１２
に形成された吸気弁用カム１３及び排気弁用カム１４の
回転位相はカムギヤ９に対して常に一定に保たれてい
る。

【００１５】他方、上記のように、第１ヘリカルスプラ
イン部５におけるカムシャフト２及びカムギヤ９の嵌合
により、カムシャフト２はカムギヤ９に対して矢印Ａの
進角方向へ角度α１だけ回動させられるが、第３ヘリカ
ルスプライン部７におけるカムシャフト２及びユニット
インジェクタカム本体１９の嵌合により、ユニットイン
ジェクタカム本体１９はカムシャフト２に対して矢印Ａ
の進角方向へ角度α３だけ回動させられ、その結果、ユ
ニットインジェクタカム本体１９はカムギヤ９に対して
矢印Ａの方向へ角度α＝α１＋α３、すなわち、（１）
式及び（３）式から、 だけ回動させられ、従って、ユニットインジェクタカム
本体１９に形成されたユニットインジェクタカム２０は
角度α（度）だけ進められることとなる。

【００１６】また、油圧アクチュエータ１１の作用によ
りカムシャフト２がその軸方向に、例えば、図１の右方
へＬだけ変位すると、上記と全く逆に作用して、吸排カ
ム本体１２に形成された吸気弁用カム１３及び排気弁用
カム１４の回転位相はカムギヤ９に対して常に一定に保
たれているが、ユニットインジェクタカム本体１９に形
成されたユニットインジェクタカム２０は角度αだけ遅
れることとなる。

【００１７】すなわち、油圧アクチュエータ１１の作用
によりカムシャフト２をその軸方向に適宜変位させれ
ば、吸気弁用カム１３及び排気弁用カム１４の回転位相
をカムギヤ９に対して常に一定に保持したままで、ユニ
ットインジェクタカム２０を適宜進角または遅角させる
ことができ、従って、ユニットインジェクタカム２０か
らローラ２２及びロッカー２１を経てユニットインジェ
クタが駆動されるとき、クランク角に対するユニットイ
ンジェクタの略梯形送油率パターンを随時進角または遅
角させると共に、ユニットインジェクタにおける燃料噴
射時期を適宜選定すれば、燃料噴射タイミングと送油率
とをそれぞれ独立に制御できることとなって、エンジン
の燃焼特性、例えば、エンジンの高速運転時における燃
焼効率の改善や、エンジンのアイドル運転時における排
気中のＮＯｘ及び燃焼騒音の低減等を容易に実現させる
ことが可能となる。

【００１８】また、カムギヤ９と油圧アクチュエータ１
１の油圧シリンダ１０とが一体化されていて、カムギヤ
９及び油圧アクチュエータ１１の全体構造を容易に小型
軽量化することができるので、とくに車両用ディーゼル
エンジンのように周囲のスペースが限定されている場合
の利点が大きい。

【００１９】さらに、カムギヤ９と油圧アクチュエータ
１１の油圧シリンダ１０とが一体化されているため、カ
ムシャフト２に対しユニットインジェクタカム２０の回
転位相が一定で、カムシャフト２及びカムギヤ９が同速
回転しているディーゼルエンジン１の通常運転時には、
油圧アクチュエータ１１におけるピストン８と油圧シリ
ンダ１０との間には相対変位が全くなく、また、ディー
ゼルエンジン１の運転中に、カムシャフト２に対してユ
ニットインジェクタカム２０の回転位相を制御すること
はきわめて一時的であり、かつ、それによるピストン８
と油圧シリンダ１０との間の相対的変位も比較的少ない
ので、ピストン８の外周面と油圧シリンダ１０の内周面
との間におけるシール性能及び耐久性を簡単に高めるこ
とができると同時に、ピストン８の各側面とそれに対向
する油圧シリンダ１０の各端面、もしくは、図示しない
ピストン８のストッパとの間に、それぞれスラストメタ
ル等の軸受け構造を設ける必要はとくになく、このた
め、油圧アクチュエータ１１を比較的簡単な構成とする
ことができる。

【００２０】また、カムシャフト２の矢印Ａ方向回動
時、ヘリカルスプライン部６での嵌合により吸排気行程
で各吸排カム本体１２には図１の右方へスラスト力Ｆ１
が作用するのに対して、ヘリカルスプライン部７での嵌
合により燃料噴射時に各ユニットインジェクタカム本体
１９には図１の左方へ大きなスラスト力Ｆ２が作用し、
各吸排カム本体１２に作用するスラスト力Ｆ１はカムブ
ラケット３の側端面におけるスラストメタル３´、また
は、ギヤブラケット４の側端面におけるスラストメタル
４´により支持されると共に、各ユニットインジェクタ
カム本体１９に作用するスラスト力Ｆ２はカムブラケッ
ト３の側端面におけるスラストメタル３´により支持さ
れている。

【００２１】他方、ヘリカルスプライン部７での嵌合に
より燃料噴射時にカムシャフト２には反作用として図１
の右方へ大きなスラスト力Ｆ２が作用すると共に、カム
ギヤ９によるカムシャフト２の駆動のため、ヘリカルス
プライン部５での嵌合によりカムシャフト２には図１の
右方へ特に大きなスラスト力Ｆ３が作用するので、図１
に示すようにカムシャフト２の端部にはスラスト力（Ｆ
２＋Ｆ３）が作用することとなる結果、圧油によりピス
トン８に図１の左方へ押圧力（Ｆ２＋Ｆ３）を作用させ
る必要がある。なお、各吸排カム本体１２に作用するス
ラスト力Ｆ１の反作用としてカムシャフト２へ作用する
スラスト力Ｆ１は、スラスト力Ｆ２と比較して格段に小
さいため、これを無視している。

【００２２】従って、その反作用として油圧シリンダ１
０には図１の右方へ押圧力（Ｆ２＋Ｆ３）が作用するこ
ととなるが、ヘリカルスプライン部５での嵌合によりカ
ムギヤ９には図１の左方へスラスト力Ｆ３が作用し、こ
のスラスト力Ｆ３はスラストメタル３０を介してギヤブ
ラケット４の側端面により支持されているので、油圧シ
リンダ１０が一体化されたカムギヤ９においては、押圧
力（Ｆ２＋Ｆ３）のうちの押圧力Ｆ３とギヤブラケット
４側端面へのスラスト力Ｆ３とが相殺されることとな
り、このため、カムギヤ９に作用する残余の押圧力Ｆ２
はスラストメタル３３を介してスラストベアリング３２
により支持される。

【００２３】この場合、スラスト力Ｆ２はスラスト力Ｆ
３と比較してかなり小さいため、スラストベアリング３
２に作用する負荷を容易に軽減させることができて、ス
ラストベアリング３２を容易に小型化できる等の特別な
長所がある。

【００２４】また、スラストベアリング３２に形成され
た環状の内溝３４、３５及びカムギヤ９の壁面内に形成
された油路３６、３７を通じて、外方からピストン８の
両面へそれぞれ油圧が導かれ、長大なカムシャフト２に
は油圧アクチュエータ１１を作動させるための油路の加
工を施す必要がなく、比較的小さいカムギヤ９及びスラ
ストベアリング３２に油路を形成させればよいため、そ
れらの工数が比較的少なくてすむという実用的効果がえ
られる。

【００２５】なお、上記実施形態例では、カムシャフト
に回転力を伝達する駆動部材としてカムギヤが用いられ
ているが、これをコグベルトやチェインにより回転力が
加えられるプーリやスプロケット等に置き換えてもよい
ことはいうまでもない。

【００２６】

【発明の効果】本発明にかかるエンジンのカム制御装置
にあっては、カムシャフトに回転力を伝達する駆動部材
の少なくとも一部によりアクチュエータのシリンダ部材
が形成され、シリンダ部材が駆動部材と一体的に回動す
るように構成されているため、アクチュエータをふくん
だエンジンのカム制御装置を容易に小型化することがで
きると共に、カムシャフトを回転させる駆動部材の少な
くとも一部により形成されたシリンダ部材と、カムシャ
フトに連結されてシリンダ部材内に嵌装されたピストン
部材との間に通常は相対的回転が生じないので、シリン
ダ部材及びピストン部材間のシール性能を容易に高める
ことができ、かつ、シリンダ部材及びピストン部材間に
はスラストメタル等の軸受構造を不要として、アクチュ
エータの構造を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例における要部縦断面図。

【図２】上記実施形態例の一部構造説明図。

【図３】上記実施形態例の要部縦断面拡大図。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ カムシャフト ３ カムブラケット ４ ギヤブラケット ５ 第１ヘリカルスプライン部 ６ 第２ヘリカルスプライン部 ７ 第３ヘリカルスプライン部 ８ ピストン ９ カムギヤ １０ 油圧シリンダ １１ 油圧アクチュエータ １２ 吸排カム本体 １３ 吸気弁用カム １４ 排気弁用カム １９ ユニットインジェクタカム本体 ２０ ユニットインジェクタカム ３２ スラストベアリング ３４、３５ 内溝 ３６、３７ 油路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフトの外周面とヘリカルスプラ
   イン部により嵌合し上記カムシャフトに回転力を伝達す
   る駆動部材と、上記カムシャフトをその軸方向に変位さ
   せるアクチュエータとを有し、上記アクチュエータは、
   上記駆動部材の少なくとも一部により形成されて上記駆
   動部材と一体的に回動するシリンダ部材と、上記カムシ
   ャフトに連結されて上記シリンダ部材内に嵌装されたピ
   ストン部材と、同ピストン部材を上記カムシャフトの軸
   方向に変位させる付勢手段とをそなえたエンジンのカム
   制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記付勢手段は油圧
   により上記ピストン部材を変位させる油圧作動手段であ
   って、上記駆動部材をエンジン本体に支持する軸受部材
   及び上記駆動部材にそれぞれ形成された油路を通って上
   記油圧が上記シリンダ部材内に導かれるように構成され
   たエンジンのカム制御装置。