JPH10280927A - 内燃機関の吸排気弁駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏心量の変化に伴うバルブリフト特性の位相
のずれを防止し、バルブリフト特性の可変制御を容易に
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が回転可能に嵌合
しており、両者を連動させる環状ディスク３の偏心位置
に応じてカムシャフトが不等速回転する。環状ディスク
３は制御ハウジング６に嵌合して回転自在に保持され
る。制御ハウジング６はガイドレール１１によって平行
移動するように案内されており、制御シャフト１３の偏
心カム１３ａによって偏心動作する。環状ディスク３の
中心の移動軌跡が直線状となり、位相のずれが生じな
い。

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
ができるようにしてあり、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、制御ハウジングを軸直角方向に移動させるため
に、偏心カムを用いた構成が開示されている。すなわ
ち、制御ハウジングが支軸により揺動可能に支持されて
いるとともに、該制御ハウジングに円形のカム嵌合孔が
開口形成されており、制御シャフトに形成された偏心カ
ムがこのカム嵌合孔に回転可能に嵌合している。そし
て、制御シャフトの回転位置をアクチュエータにより制
御することにより、制御ハウジングを移動させる構成と
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の吸排気弁駆動制御装置においては、制御ハウジングを
揺動可能に支持し、偏心カム等によって揺動させること
によって駆動軸中心から偏心させるようになっているの
で、環状ディスクの回転中心の移動軌跡が略円弧形とな
る。そのため、偏心量の変化に対するバルブリフト特性
の変化が複雑なものとなり、所望の特性を得ることが難
しいという問題がある。図１０は、駆動軸とカムシャフ
トとの間の位相差の変化を示したものであり、この位相
差に起因してバルブリフト特性がカムプロフィールに比
較して変化するのであるが、偏心方向が略円弧状の軌跡
に沿って変化すると、図示するように、位相差が０であ
る点（同位相点）もΔθで示すように動いてしまい、バ
ルブリフト特性の変化が非線形となってしまうのであ
る。

【０００５】また、Ｖ型内燃機関においては、左右のバ
ンクで吸排気系のレイアウトが対称になるのに対し、そ
れぞれの駆動軸は同一回転方向に回転するため、偏心の
軌跡が円弧形であると、偏心量の変化に伴い、一方のバ
ンクではバルブリフト特性が進み側に、他方のバンクで
は逆に遅れ側に変化し、それぞれのバルブリフト特性が
完全に同一の特性とはならない、という不具合も生じ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、機関の
回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周面
に内周面が相対回転可能に嵌合し、かつ吸排気弁を駆動
するカムを外周に有する円筒状のカムシャフトと、この
カムシャフトの一端部に設けられ、かつ半径方向に沿っ
て係合溝が形成された第１フランジ部と、上記第１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第２フランジ部
と、上記両フランジ部の間に配設された環状ディスク
と、この環状ディスクに互いに反対方向に突設され、か
つ両フランジ部の係合溝にそれぞれ係合する一対のピン
と、上記環状ディスクを回転自在に保持するとともに、
軸直角方向に沿って移動可能な制御ハウジングと、を備
え、上記制御ハウジングを介して上記環状ディスクの回
転中心を偏心させることによりバルブリフト特性を変化
させるようにした内燃機関の吸排気弁駆動制御装置にお
いて、上記制御ハウジングの移動軌跡が直線となるよう
に該制御ハウジングをガイドレールにより案内するとと
もに、制御シャフトの回転を直線運動として上記制御ハ
ウジングに伝達するように構成したことを特徴としてい
る。

【０００７】この構成においては、従来のものと同様
に、環状ディスクの回転中心が駆動軸およびカムシャフ
トの中心と同心状態にある場合には、駆動軸とカムシャ
フトとが等速回転し、また環状ディスクが偏心位置にあ
る場合には、両者が不等速回転する。従って、上記環状
ディスクの位置に応じて、吸排気弁のバルブリフト特性
が連続的に変化する。

【０００８】ここで、本発明では、上記制御ハウジング
がガイドレールに案内されて常に平行移動する。つま
り、環状ディスクの回転中心の移動軌跡が完全な直線と
なる。そのため、バルブリフト特性の変化が単純化され
る。

【０００９】より具体的な請求項２の発明においては、
上記制御シャフトは偏心カムを有し、この偏心カムによ
って制御シャフトの回転が直線運動として制御ハウジン
グに伝達される。つまり、ガイドレールによって平行移
動するように案内されている制御ハウジングが、制御シ
ャフトのカム作用によって動かされ、環状ディスクの回
転中心が偏心する。

【００１０】また請求項３の発明では、上記制御シャフ
トの回転がピニオンラック機構を介して直線運動として
制御ハウジングに伝達される。つまり、制御シャフト側
にピニオンが設けられ、その回転によって、ラックを備
えた制御ハウジングが直線運動する。

【００１１】請求項４の発明では、上記ガイドレール
が、制御ハウジングの両端面に係合し、該制御ハウジン
グの駆動軸軸方向の移動を規制している。

【００１２】また請求項５の発明では、上記ガイドレー
ルは、シリンダヘッドのバルブリフタボア間に配置され
ている。環状ディスクおよび制御ハウジングは、隣接す
る２つの気筒の間に設けられているが、両気筒のバルブ
リフタボアに挟まれる位置に、ガイドレールが配置され
る。

【００１３】また請求項６の発明では、偏心カムを備え
た上記の制御シャフトの中心と上記環状ディスクの中心
とを通る直線上に上記ガイドレールが設けられている。
従って、カム作用による力の作用線がガイドレールの方
向に実質的に一致し、ガイドレールとの摺動部において
横方向に力が加わることがない。そのため、制御シャフ
トの回転に伴って制御ハウジングが円滑に移動する。

【００１４】さらに請求項７の発明では、上記ガイドレ
ールは、上記駆動軸の直下に位置している。駆動軸やそ
の外周のカムシャフトは、シリンダヘッド側から供給さ
れる潤滑油によって強制潤滑される。この潤滑油が下方
へ流れ落ちることによって、ガイドレールが同時に潤滑
される。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の吸排気弁駆動制
御装置によれば、バルブリフト特性の変化が偏心量によ
って定まる単純なものとなり、バルブ作動角やバルブリ
フト特性の制御が容易になる。また、Ｖ型内燃機関に適
用した場合でも、偏心に伴ってバルブリフト特性が進ん
だり遅れたりすることがないので、常に各気筒の特性を
同一に維持することができる。

【００１６】また請求項４の構成によれば、制御ハウジ
ングの倒れ変形を抑制でき、制御ハウジングが倒れるこ
とによる環状ディスクのフリクションの増大や偏摩耗な
どを防止できる。

【００１７】また請求項５の構成によれば、バルブリフ
タボア間の空間を利用してガイドレールを配置でき、シ
リンダヘッド全体の小型化が図れる。

【００１８】また請求項６の構成によれば、制御シャフ
トの回転に伴う制御ハウジングの動きが非常に円滑なも
のとなり、必要な駆動力を低減できるとともに、フリク
ションロスを抑制できる。

【００１９】さらに、請求項７の構成によれば、駆動軸
やカムシャフト等を潤滑した潤滑油によってガイドレー
ルを同時に潤滑でき、格別な潤滑機構を不要にできる。

【００２０】

【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面に基づいて説明
する。

【００２１】図１は、この発明に係る吸排気弁駆動制御
装置の要部を示すシリンダヘッド１の断面図である。

【００２２】この実施例は、吸排気弁の一方、例えば吸
気弁側に可変動弁機構を設けたものであって、シリンダ
ヘッド１の上部に、排気側カムシャフト（図示せず）と
平行に、全気筒に亙って連続した１本の駆動軸２が配設
されている。この駆動軸２は、一端に図示せぬスプロケ
ットが取り付けられ、タイミングチェーンを介して排気
側カムシャフトとともに図示せぬクランクシャフトに連
動している。そして、この駆動軸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（図示せず）が相
対回転可能に嵌合しており、各カムシャフトの端部に設
けられた第１フランジ部（図示せず）と駆動軸２側に固
定された第２フランジ部（図示せず）との間に、円環状
をなす環状ディスク３が挟持されている。この環状ディ
スク３には、一対のピン４，５がそれぞれ逆向きに突出
して設けられており、各フランジ部に半径方向に沿って
形成された係合溝にそれぞれ摺動可能に係合している。
上記環状ディスク３は、駆動軸２に対し偏心可能なよう
に、その内周縁と駆動軸２外周との間に所定の間隙が与
えられている。上記環状ディスク３は、制御ハウジング
６の円形の開口部７内に回転自在に嵌合保持されてい
る。

【００２３】上記のような偏心型の可変動弁機構自体
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、その詳細な説明は省略す
るが、図１に示す状態のように環状ディスク３が駆動軸
２の中心に対し同心位置にあれば、各カムシャフトは駆
動軸２に対し等速回転し、そのカム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３
の中心が駆動軸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。

【００２４】上記環状ディスク３を保持する制御ハウジ
ング６は、駆動軸２と直交する面に沿った板状をなして
おり、中央部分に、上記開口部７を囲むリング部６ａが
位置し、かつこのリング部６ａの斜め下方にガイド部６
ｂが方形に延長形成されているとともに、斜め上方に、
略正方形状の耳部６ｃが延長形成されている。そして、
上記ガイド部６ｂの先端面がガイド面８として平滑に形
成されているとともに、このガイド面８と平行に、細長
いガイドスリット９が形成されている。なお、このガイ
ドスリット９およびガイド面８は、上記開口部７の接線
方向に略沿っている。また、上記耳部６ｃには、平行な
一対のカム当接面１０ａ，１０ｂを備えた略矩形のカム
嵌合部１０が開口形成されている。上記カム当接面１０
ａ，１０ｂは、やはり上記開口部７の接線方向に略沿っ
ており、かつ上記ガイドスリット９およびガイド面８に
対し略直交するように形成されている。

【００２５】上記のガイド面８およびガイドスリット９
に対応して、シリンダヘッド１側に、ガイドレール１１
が設けられている。このガイドレール１１は、図２にも
示すように、断面長方形の棒状に延びたベース部１１ａ
と、このベース部１１ａから断面Ｌ字形に突出するレー
ル部１１ｂと、を備えており、上記ベース部１１ａの上
面に上記ガイド面８が摺接するとともに、上記レール部
１１ｂが上記ガイドスリット９に摺動可能に係合してい
る。つまり、このガイドレール１１によって、制御ハウ
ジング６が直線的に移動するように案内されている。

【００２６】上記ガイドレール１１は、ベース部１１ａ
の一端に設けられた取付部１１ｃがボルト１２によって
シリンダヘッド１に固定されている。特に、このガイド
レール１１は、隣接する一対の気筒の間、さらに詳しく
は、それぞれのバルブリフタボアの間に生じている凹所
に配置されており、その上に制御ハウジング６が乗った
形となっている。

【００２７】また上記のように支持された制御ハウジン
グ６のカム嵌合部１０を通して制御シャフト１３が配置
されている。上記制御シャフト１３は、駆動軸１と平行
に配置され、かつ全気筒に亘って１本に連続したもので
あって、例えば、カムシャフトを保持するカムブラケッ
トの上部に回転可能に保持されているとともに、その一
端が図示せぬ油圧アクチュエータに連結されている。こ
の制御シャフト１３には、各気筒の制御ハウジング６に
対応する位置に、それぞれ円形の偏心カム１３ａが形成
されており、この偏心カム１３ａが、カム嵌合部１０の
一対のカム当接面１０ａ，１０ｂに隙間なく挟まれてい
る。

【００２８】従って、上記実施例の構成においては、制
御シャフト１３が回転すると、偏心カム１３ａのカム作
用によって制御ハウジング６が往復動作し、環状ディス
ク３の偏心量が可変制御される。特に、上記制御ハウジ
ング６は、ガイドレール１１に規制されて、図１の矢印
Ｓの方向に直線状に平行移動することになるため、駆動
軸２とカムシャフトとの位相差が０となる点が、偏心量
の大小に拘わらず一定のカム角に維持されるようにな
り、位相差に基づくバルブリフト特性の変化が単純なも
のとなる。

【００２９】また上記構成では、バルブリフタボアの間
に生じる凹所を利用して上記ガイドレール１１が配置さ
れ、その上に制御ハウジング６が載置されるレイアウト
となっているので、シリンダヘッド１の幅方向ならびに
高さ方向の寸法を非常に小さく保つことができる。そし
て、駆動軸２や環状ディスク３の下方にガイドレール１
１が位置しているので、駆動軸２や環状ディスク３の潤
滑に用いられた潤滑油が下方に流れ落ち、ガイドレール
１１と制御ハウジング６との摺動部が同時に潤滑され
る。これによりフリクションロスの増大を回避できる。

【００３０】次に、図３および図４は、この発明の第２
実施例を示している。この実施例は、制御ハウジング６
のガイド部６ｂおよびこれに対応するガイドレール１１
の構成を変更したものであって、先端がガイド面８とな
ったガイド部６ｂの両面に、ガイド溝２１が凹設されて
おり、ガイドレール１１側には、ベース部１１ａの両側
にそれぞれ上記ガイド溝２１に係合するレール部１１ｂ
が設けられている。換言すれば、ガイドレール１１に、
断面略Ｔ字形に凹溝が形成され、ここにガイド部６ｂ先
端部が摺動可能に嵌合している。

【００３１】この第２実施例においては、制御ハウジン
グ６がガイドレール１１によって直線的に案内されると
同時に、駆動軸２の軸方向の双方について支持される。
つまり、軸方向への移動がガイドレール１１とガイド部
６ｂとの嵌合によって確実に規制される。そのため、運
転中に制御ハウジング６が軸方向に傾くつまり倒れるこ
とがなく、その倒れに起因する環状ディスク３嵌合部の
フリクションロスの増大や偏摩耗の発生を防止できる。

【００３２】次に、図５および図６は、この発明の第３
実施例を示している。この実施例では、制御ハウジング
６において、カム嵌合部１０を備えた耳部６ｃと１８０
°反対側に略三角形にガイド部６ｂが形成されており、
ここに、円形開口部７の半径方向に沿ってガイドスリッ
ト２２が形成されている。このガイドスリット２２は、
制御シャフト１３の中心Ｏ１と環状ディスク３の中心Ｏ
２とを通る直線Ｌの上に沿って形成されており、かつ先
端が開放されている。

【００３３】このガイドスリット２２に対し、シリンダ
ヘッド１側に設けられるガイドレール２３は、図示する
ように、取付部２３ａから断面Ｌ字形に突出しており、
その先端のレール部２３ｂを挟むように上記ガイドスリ
ット２２が摺動可能に嵌合している。

【００３４】この実施例においては、制御シャフト１３
の偏心カム１３ａによる力が、ガイドレール２３に沿っ
て作用し、該ガイドレール２３を中心とした回転モーメ
ントを生じることがない。従って、制御ハウジング６が
非常に円滑に動くことになり、制御シャフト１３の回転
制御に必要な駆動力が低減するとともに、フリクション
ロスを抑制できる。

【００３５】次に、図７および図８は、この発明の第４
実施例を示している。この実施例では、制御ハウジング
６において、カム嵌合部１０を備えた耳部６ｃと反対側
の下部寄りにガイド部６ｂが形成されており、ここに、
ガイド面２４およびガイドスリット２５が形成されてい
る。このガイドスリット２５は、制御シャフト１３の中
心Ｏ１と環状ディスク３の中心Ｏ２とを通る直線Ｌと平
行に形成されている。そして、このガイドスリット２５
に対し、シリンダヘッド１側に、ベース部２６ａとレー
ル部２６ｂとを有するガイドレール２６が設けられてお
り、上記レール部２６ｂが上記ガイドスリット２５に嵌
合しているとともに、上記ベース部２６ａの上に上記ガ
イド面２４が摺接している。特に、この実施例では、上
記ガイド部６ｂが上記ガイドレール２６を含めて、リン
グ部６ａの直径により定まる高さ範囲Ｈよりも下方へ突
出しないように設定されている。

【００３６】従って、この実施例では、第１図の実施例
に比較して、内燃機関の全高を低くすることができる。

【００３７】また、図９は、この発明の第５実施例を示
している。この実施例は、制御ハウジング６を動かすた
めに上述したカム機構に代えてピニオンラック機構を用
いたものである。すなわち、制御シャフト１３にピニオ
ン部２７が形成されているとともに、制御ハウジング６
にラック部２８が形成されており、両者が互いにかみ合
っている。これによって、制御シャフト１３が回転する
と、制御ハウジング６がガイドレール１１に沿って直線
移動する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシリンダヘッド要部の
断面図。

【図２】そのＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】この発明の第２実施例を示す要部のみの断面
図。

【図４】その要部の側面図。

【図５】この発明の第３実施例を示す要部のみの断面
図。

【図６】その要部の側面図。

【図７】この発明の第４実施例を示す要部のみの断面
図。

【図８】その要部の側面図。

【図９】この発明の第５実施例を示す要部のみの断面
図。

【図１０】従来例における駆動軸とカムシャフトとの位
相差の変化を示す特性図。

【符号の説明】

２…駆動軸 ３…環状ディスク ６…制御ハウジング ９…ガイドスリット １１…ガイドレール １３…制御シャフト

Claims (7)

【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、 この駆動軸の外周面に内周面が相対回転可能に嵌合し、
   かつ吸排気弁を駆動する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一端部に設けられ、かつ半径方向に
   沿って係合溝が形成された第１フランジ部と、 上記第１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第２
   フランジ部と、 上記両フランジ部の間に配設された環状ディスクと、 この環状ディスクに互いに反対方向に突設され、かつ両
   フランジ部の係合溝にそれぞれ係合する一対のピンと、 上記環状ディスクを回転自在に保持するとともに、軸直
   角方向に沿って移動可能な制御ハウジングと、 を備え、上記制御ハウジングを介して上記環状ディスク
   の回転中心を偏心させることによりバルブリフト特性を
   変化させるようにした内燃機関の吸排気弁駆動制御装置
   において、 上記制御ハウジングの移動軌跡が直線となるように該制
   御ハウジングをガイドレールにより案内するとともに、
   制御シャフトの回転を直線運動として上記制御ハウジン
   グに伝達するように構成した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】 上記制御シャフトは偏心カムを有し、こ
   の偏心カムによって制御シャフトの回転が直線運動とし
   て制御ハウジングに伝達され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】 上記制御シャフトの回転がピニオンラッ
   ク機構を介して直線運動として制御ハウジングに伝達さ
   れ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】 上記ガイドレールが、制御ハウジングの
   両端面に係合し、該制御ハウジングの駆動軸軸方向の移
   動を規制している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】 上記ガイドレールは、シリンダヘッドの
   バルブリフタボア間に配置されていることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸排気弁駆
   動制御装置。
6. 【請求項６】 上記制御シャフトの中心と上記環状ディ
   スクの中心とを通る直線上に上記ガイドレールが設けら
   れてい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。
7. 【請求項７】 上記ガイドレールは、上記駆動軸の直下
   に位置していることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   かに記載の内燃機関の吸排気弁駆動制御装置。