JP2001295617A - Ｄｏｈｃエンジンの可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸・排気カム軸を同じタイミングで同位相だ
け容易且つ正確に変位させることができるＤＯＨＣエン
ジンの可変バルブタイミング装置の提供。 【構成】 吸・排気カム軸１７，１８にＶＶＴ（可変バ
ルダタイミング機構）２５，２６をそれぞれ設け、クラ
ンク軸の回転を一方のＶＶＴ２６を介して排気カム軸１
８に伝達し、該排気カム軸１８の回転を他方のＶＶＴ２
５を介して吸気カム軸１７に伝達し、各カム軸１７，１
８によって駆動される吸・排気バルブの開閉タイミング
を制御するようにしたＤＯＨＣエンジンの可変バルブタ
イミング装置２４において、前記ＶＶＴ２５にロック手
段（ロックピン４０、嵌合穴４３）を設ける。本発明に
係る可変バルブタイミング装置２４においては、排気カ
ム軸１８の位相変化がそのまま吸気側のＶＶＴ２５に伝
達されるが、ＶＶＴ２５をロック手段によってロックさ
せれば、排気カム軸１８の位相変化がそのまま吸気カム
軸１７に伝達されるために前記目的が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸・排気バルブの
開閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御する
ＤＯＨＣエンジンの可変バルブタイミング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＤＯＨＣエンジンにおいて吸・排気カム
軸に可変バルブタイミング機構をそれそれ設け、吸・排
気カム軸によって駆動される吸・排気バルブの開閉タイ
ミングをエンジンの運転状態に応じて最適に制御し、吸
・排気バルブのオーバーラップ量を大きくして掃気効率
向上によるトルクアップや内部ＥＧＲ率向上による燃費
の改善とＮＯ_X の低減を図ったり、吸・排気バルブの少
なくとも一方を遅閉じとして圧縮行程におけるポンピン
グロスを小さく抑えて燃費の改善を図ることは従来から
行われている。

【０００３】ところで、吸・排気カム軸に可変バルブタ
イミング機構をそれぞれ設け、クランク軸の回転を一方
の駆動側可変バルブタイミング機構を介して一方の駆動
側カム軸に伝達し、該駆動側カム軸の回転を他方の被動
側可変バルブタイミング機構を介して他方の被動側カム
軸に伝達し、各カム軸によって駆動される吸・排気バル
ブの開閉タイミングを制御するようにした可変バルブタ
イミング装置が提案されている（例えば、特許第２７３
８７４５号公報参照）。この種の可変バルブタイミング
装置では、一方の駆動側カム軸の位相変化がそのまま他
方の被動側可変バルブタイミング機構に伝達される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】而して、エンジンの或
る運転領域においては、吸・排気カム軸を同じタイミン
グで同位相だけ変位させたい場合があるが、このような
場合に従来の可変バルブタイミング装置では作動のズレ
が生じるために吸・排気カム軸を同じタイミングで同位
相だけ変位させることは困難であった。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、吸・排気カム軸を同じタイミ
ングで同位相だけ容易且つ確実に変位させることができ
るＤＯＨＣエンジンの可変バルブタイミング装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、吸・排気カム軸に可変バル
ブタイミング機構をそれぞれ設け、クランク軸の回転を
一方の駆動側可変バルブタイミング機構を介して一方の
駆動側カム軸に伝達し、該駆動側カム軸の回転を他方の
被動側可変バルブタイミング機構を介して他方の被動側
カム軸に伝達し、各カム軸によって駆動される吸・排気
バルブの開閉タイミングを制御するようにしたＤＯＨＣ
エンジンの可変バルブタイミング装置において、前記被
動側可変バルブタイミング機構にロック手段を設けたこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ロック手段をエンジン起動時用ロック
手段と兼用したことを特徴とする。

【０００８】本発明に係る可変バルブタイミング装置に
おいては、一方の駆動側カム軸の位相変化がそのまま被
動側可変バルブタイミング機構に伝達されるが、請求項
１記載の発明では被動側可変バルブタイミング機構にロ
ック手段を設けたため、エンジンの或る運転領域におい
て吸・排気カム軸を同じタイミングで同位相だけ変位さ
せたい場合にはロック手段によって被動側可変バルブタ
イミング機構の作動をロックすれば一方の駆動側カム軸
の位相変化がそのまま他方の被動側カム軸に伝達され、
この結果、吸・排気カム軸を同じタイミングで同位相だ
け容易且つ確実に変位させることができる。

【０００９】又、請求項２記載の発明によれば、ロック
手段をエンジン起動時用ロック手段と兼用したため、部
品点数を削減して可変バルブタイミング装置の構造の簡
素化とコストダウンを図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１１】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係る可変バルブタイミング装置を備えるＤＯＨＣ
エンジンの正断面図、図２は同ＤＯＨＣエンジンのカム
軸駆動系の構成を示す正面図、図３は本発明に係る可変
バルブタイミング装置部分の平断面図、図４は図３のＡ
−Ａ線断面図である。

【００１２】図１に示すＤＯＨＣエンジン１は自動車用
の水冷４サイクルＶ型８気筒エンジンであって、そのシ
リンダブロック２には各４つの気筒がＶ字状を成して図
１の紙面垂直方向に並設されており、各気筒にはシリン
ダ３がそれぞれ形成されている。そして、各シリンダ３
にはピストン４がそれぞれ摺動自在に嵌装されており、
各ピストン４はコンロッド５を介してクランク軸６に連
結されている。尚、クランク軸６はクランク室７内に図
１の紙面垂直方向に長く配されており、各ピストン４の
往復直線運動はコンロッド５によってクランク軸６の回
転運動に変換される。又、シリンダブロック２の各シリ
ンダ３の周囲には、冷却水が通過するためのウォータジ
ャケット８がそれぞれ形成されている。

【００１３】又、シリンダブロック２の下部にはオイル
パン９が被着され、同シリンダブロック２のＶ字状を成
す各気筒の上部にはシリンダヘッド１０がそれぞれ被着
されている。そして、各シリンダヘッド１０には各気筒
について内側（Ｖバンク側）に吸気通路１１が形成さ
れ、外側に排気通路１２が形成されており、これらの吸
気通路１１と排気通路１２は吸気バルブ１３と排気バル
ブ１４によってそれぞれ適当なタイミングで開閉され、
これによって各シリンダ３内で所要のガス交換がなされ
る。

【００１４】即ち、吸気バルブ１３と排気バルブ１４は
シリンダヘッド１０に摺動自在に挿通保持されており、
これらはバルブスプリング１５，１６によって閉じ側に
常時付勢されている。

【００１５】又、各シリンダヘッド１０の上面の吸気側
と排気側には、図２〜図４にも示すように、吸気カム軸
１７と排気カム軸１８が図１の紙面垂直方向に互いに平
行且つ回転自在に配されており、これらに各気筒毎に一
体に形成された吸気カム１７ａと排気カム１８ａは、吸
気バルブ１３と排気バルブ１４の各上端に被冠されたバ
ルブリフタ１９，２０にそれぞれ当接している。尚、吸
気カム軸１７と排気カム軸１８は各上半部がベアリング
キャップ２１，２２によってそれぞれ回転自在に支承さ
れており、これらの吸気カム軸１７と排気カム軸１８及
びベアリングキャップ２１，２２は各シリンダヘッド１
０の上面に被着されたヘッドカバー２３によって覆われ
ている。

【００１６】ところで、本実施の形態に係るＤＯＨＣエ
ンジン１においては、吸気バルブ１３と排気バルブ１４
の開閉タイミングは本発明に係る可変バルブタイミング
装置２４によってエンジン１の運転状態に応じて最適に
制御される。

【００１７】ここで、本発明に係る可変バルブタイミン
グ装置２４の構成の詳細を図２〜図４に基づいて説明す
る。

【００１８】図３及び図４に示すように、本発明に係る
可変バルブタイミング装置２４は、吸気カム軸１７と排
気カム軸１８の各端部にはそれぞれ設けられた可変バル
ブタイミング機構（以下、ＶＶＴと略称する）２５，２
６によって構成されている。

【００１９】ここで、排気側のＶＶＴ（駆動側可変バル
ブタイミング機構）２６は、円筒ケーシング状の入力部
材２７の内部にベーン型の出力部材２８を同心的に収納
して構成されており、出力部材２８は図示のように排気
カム軸１８の端部に嵌合されてボルト２９によって排気
カム軸１８に結着されている。そして、この出力部材２
８の外周には図４に示すように４つのベーン２８ａが等
角度ピッチ（９０°ピッチ）で放射状に一体に形成され
ており、同入力部材２８の内端部には図３に示すように
スプロケット３０が一体に形成されている。

【００２０】他方、前記入力部材２７は出力部材２８の
外周に相対回転可能に嵌合保持され、図４に示すよう
に、その内面に等角度ピッチ（９０°ピッチ）で形成さ
れた凹部２７ａの各々には出力部材２８に形成された前
記各ベーン２８ａがそれぞれ臨んでおり、各凹部２７ａ
内のベーン２８ａの両側には油圧室Ｓ11，Ｓ12がそれぞ
れ画成されている。そして、入力部材２７の内端面には
図示のようにスプロケット３１が４本のボルト３２によ
って取り付けられている。

【００２１】ところで、図４に示すように、排気側のＶ
ＶＴ２６の出力部材２８に形成されたベーン２８ａの１
つは幅広に形成されており、このベーン２８ａには油圧
によって軸方向（図４の紙面垂直方向）摺動するエンジ
ン起動時用のロックピン３３が嵌合保持されており、こ
のロックピン３３はエンジン停止時に入力部材２７側に
形成された不図示の嵌合穴に嵌合して入力部材２７と出
力部材２８の相対回転を阻止する。

【００２２】又、吸気側のＶＶＴ（被駆動側可変バルブ
タイミング機構）２５も排気側のＶＶＴ２６と同様に円
筒ケーシング状の入力部材３４の内部にベーン型の出力
部材３５を同心的に収納して構成されており、出力部材
３５は図示のように吸気カム軸１７の端部に嵌合されて
ボルト３６によって吸気カム軸１７に結着されている。
そして、この出力部材３５の外周には図４に示すように
４つのベーン３５ａが等角度ピッチ（９０°ピッチ）で
放射状に一体に形成されている。

【００２３】他方、前記入力部材３４は出力部材３５の
外周に相対回転可能に嵌合保持され、図４に示すよう
に、その内面に等角度ピッチ（９０°ピッチ）で形成さ
れた凹部３４ａの各々には出力部材３５に形成された前
記各ベーン３５ａがそれぞれ臨んでおり、凹部３４ａ内
のベーン３５ａの両側には油圧室Ｓ21，Ｓ22がそれぞれ
画成されている。そして、入力部材３４の内端面には、
排気側のＶＶＴ３６に設けられた前記スプロケット３０
と同径のスプロケット３７が一体に形成されており（図
３参照）、両スプロケット３０，３７間には無端状のタ
イミングチェーン３８が巻装されている。

【００２４】ところで、図４に示すように、吸気側のＶ
ＶＴ２５の出力部材３５に形成されたベーン３５ａの１
つは幅広に成形されており、このベーン３５ａには溝３
９が径方向に形成されている。そして、この溝３９内に
はロックピン４０が径方向に摺動自在に嵌装されてお
り、このロックピン４０はスプリング４１によって径方
向外方に常時付勢されている。

【００２５】一方、入力部材３４の凹部３４ａを形成す
る内面には隣接する２つの嵌合穴４２，４３が隣接して
形成されている。ここで、一方の嵌合穴４２はエンジン
起動時に前記ロックピン４０が嵌合するためのものであ
り、他方の嵌合穴４３は後述のように吸・排気カム軸１
７，１８が同位相で変化する場合に前記ロックピン４０
が嵌合するためのものである。

【００２６】而して、図２に示すように、前記クランク
軸６の端部にはスプロケット４４が取り付けられてお
り、該スプロケット４４と排気側の両ＶＶＴ２６に設け
られた前記スプロケット３１との間にはタイミングチェ
ーン４５がそれぞれ巻装されている。

【００２７】ところで、図１に示すように、各シリンダ
ヘッド１０の吸気通路１１と排気通路の周囲には、冷却
水が通過するためのウォータジャケット４６が形成され
ており、同シリンダヘッド１０の各気筒の頂部には点火
プラグ４７がそれぞれ螺着されており、各点火プラグ４
７の先端の電極部は図示のように燃焼室Ｓの頂部に臨ん
でいる。そして、各シリンダヘッド１０の吸気側には、
燃料を噴射するためのインジェクタ４８が各気筒毎に取
り付けられており、各インジェクタ４８の先端に形成さ
れた不図示の燃料噴射口は各吸気通路１１に開口してい
る。

【００２８】又、各シリンダヘッド１０に形成された前
記排気通路１２には排気マニホールド４９が接続されて
おり、この排気マニホールド４９は合流して排気マフラ
ー５０に接続されている。

【００２９】一方、エンジン本体（シリンダブロック
２、シリンダヘッド１０等によって構成される本体）の
Ｖ形を成して相対向する気筒の間に形成されたバンク内
には吸気ユニット５１が配置されており、この吸気ユニ
ット５１は各シリンダヘッド１０に形成された前記各吸
気通路１１に接続された吸気マニホールド５２とこれを
覆うサージタンク５３を含んで構成されている。尚、サ
ージタンク５３にはスロットルボディ５４が及び不図示
のエアクリーナが接続されており、スロットルボディ５
４にはアクセル操作によって開閉する不図示のスロット
ルバルブが内蔵されている。

【００３０】以上の構成を有するＤＯＨＣエンジン１が
始動されてクランク軸６が回転駆動されると、このクラ
ンク軸６の回転はスプロケット４４、タイミングチェー
ン４５、スプロケット３１及びＶＶＴ２６を経て排気カ
ム軸１８に伝達され、この排気カム軸１８の回転はスプ
ロケット３０、タイミングチェーン３８、スプロケット
３７及びＶＶＴ２５を経て吸気カム軸１７に伝達され、
両カム軸１７，１８が回転駆動される。すると、吸気カ
ム軸１７と排気カム軸１８に形成された吸気カム１７ａ
と排気カム１８ａがそれぞれ適当なタイミングでバルブ
リフタ１９，２０をバルブスプリング１５，１６の付勢
力に抗して押圧して吸気バルブ１３と排気バルブ１４を
押し開くため、前述のように各気筒のシリンダ３内で所
要のガス交換が行われる。

【００３１】而して、前述のように吸気バルブ１３と排
気バルブ１４の開閉タイミングは本発明に係る可変バル
ブタイミング装置２４を構成するＶＶＴ２５，２６によ
ってエンジン１の運転状態に応じてそれぞれ独立に制御
され得る。

【００３２】即ち、各排気側のＶＶＴ２６において油圧
室Ｓ11，Ｓ12に油圧を選択的に供給することによって出
力部材２８が入力部材２７に対して相対回転するため、
該出力部材２８と一体に回転する排気カム軸１８の位相
が変化し、この排気カム軸１８によって開閉される排気
バルブ１４の開閉タイミングが制御される。

【００３３】又、排気カム軸１８の位相の変化はスプロ
ケット３０、タイミングチェーン３８及びスプロケット
３７を経て吸気側のＶＶＴ２５の入力部材３４にそのま
ま伝達されるが、吸気側のＶＶＴ２５において油圧室Ｓ
21，Ｓ22に油圧を選択的に供給することによって出力部
材３５が入力部材３４に対して相対回転するため、該出
力部材３５と一体に回転する吸気カム軸１７の位相が排
気カム軸１８の位相変化との差分だけ変化し、この吸気
カム軸１７によって駆動される吸気バルブ１３の開閉が
同様に制御される。

【００３４】ところで、エンジン１の或る運転領域にお
いては、吸・排気カム軸１７，１８を同じタイミングで
同位相だけ変位させたい場合があるが、このような場合
には吸気側のＶＶＴ２５に設けられたロックピン４０を
径方向内方に押圧している油圧を解除してロックピン４
０をスプリング４１の付勢力によって径方向外方に移動
させてこれを嵌合穴４３に嵌合させれば良い。すると、
ＶＶＴ２５の入力部材３４と出力部材３５の相対回転が
ロックピン４０によって阻止され、両部材３４，３５は
一体的に回転するためにＶＶＴ２５はその本来の機能を
果たさず、排気側のＶＶＴ２６による排気カム軸１８の
位相変化がそのまま吸気カム軸１７に伝達され、この結
果、吸・排気カム軸１７，１８が同じタイミングで同位
相だけ確実に変位する。

【００３５】そして、エンジン１を停止すると、排気側
のＶＶＴ２６に設けたロックピン３３が不図示の嵌合穴
に嵌合して入力部材２７と出力部材２８の相対回転が阻
止され、同様に吸気側のＶＶＴ２５に設けたロックピン
４０が嵌合穴４２に嵌合して入力部材３４と出力部材３
５の相対回転が阻止されるため、エンジン１の起動時の
油圧上昇が不十分である間のＶＶＴ２５，２６の不安定
な作動が防がれる。

【００３６】ここで、本実施の形態では、吸気側のＶＶ
Ｔ２５に設けられたロックピン４０をエンジン起動時用
ロック手段としても兼用したため、ＶＶＴ２５の部品点
数を削減して可変バルブタイミング装置２４の構造の簡
素化とコストダウンを図ることができる。

【００３７】＜実施の形態２＞次に、本発明の実施の形
態２を図５に基づいて説明する。尚、図５は本実施の形
態に係る可変バルブタイミング装置２４の構成を示す正
断面図であり、本図においては図４に示したと同一要素
には同一符号を付しており、以下、それらについての説
明は省略する。

【００３８】本実施の形態は、前記実施の形態１とは吸
気側のＶＶＴ２５に設けたロック手段の形態のみが異な
り、他の構成は実施の形態１のそれと同様である。

【００３９】即ち、本実施の形態では、吸気側のＶＶＴ
２５に軸方向（図５の紙面垂直方向）に摺動するロック
ピン５５を設け、吸・排気カム軸１７，１８を同じタイ
ミングで同位相だけ変化させたい場合に前記ロックピン
５５を油圧によって軸方向に摺動させてこれを入力部材
３４側に形成された不図示の嵌合穴に嵌合させるように
しており、本実施の形態においても吸・排気カム軸１
７，１８を同じタイミングで同位相だけ容易且つ確実に
変位させることができる。

【００４０】尚、図５に示すように、両ＶＶＴ２５，２
６にはエンジン起動時用ロック手段を構成するロックピ
ン５６，３３がそれぞれ設けられている。

【００４１】ところで、以上の形態では、クランク軸に
よって排気カム軸を駆動し、排気カム軸の回転を吸気カ
ム軸に伝達して該吸気カム軸を駆動する構成を採用した
が、逆にクランク軸によって吸気カム軸を駆動し、吸気
カム軸の回転を排気カム軸に伝達して該排気カム軸を駆
動する構成を採用しても良い。又、以上は本発明を特に
自動車用のＶ型８気筒エンジンに設けられた可変バルブ
タイミング装置に適用した形態について述べたが、本発
明は他の任意の用途及び形式のＤＯＨＣエンジンの可変
バルブタイミング装置に対しても同様に適用可能であ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、吸・排気カム軸に可変バルブタイミング機構を
それぞれ設け、クランク軸の回転を一方の駆動側可変バ
ルブタイミング機構を介して一方の駆動側カム軸に伝達
し、該駆動側カム軸の回転を他方の被動側可変バルブタ
イミング機構を介して他方の被動側カム軸に伝達し、各
カム軸によって駆動される吸・排気バルブの開閉タイミ
ングを制御するようにしたＤＯＨＣエンジンの可変バル
ブタイミング装置において、前記被動側可変バルブタイ
ミング機構にロック手段を設けたため、吸・排気カム軸
を同じタイミングで同位相だけ容易且つ確実に変位させ
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る可変バルブタイミ
ング装置を備えるＤＯＨＣエンジンの正断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る可変バルブタイミ
ング装置を備えるＤＯＨＣエンジンのカム軸駆動系の構
成を示す正面図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る可変バルブタイミ
ング装置を備えるＤＯＨＣエンジンの可変バルブタイミ
ング装置部分の平断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係る可変バルブタイミ
ング装置の構成を示す正断面図である。

【符号の説明】

１ ＤＯＨＣエンジン ６ クランク軸 １３ 吸気バルブ １４ 排気バルブ １７ 吸気カム軸（被動側カム軸） １８ 排気カム軸（駆動側カム軸） ２４ 可変バルブタイミング装置 ２５ 吸気側ＶＶＴ（被駆動側可変バルブタイミン
グ機構） ２６ 排気側ＶＶＴ（駆動側可変バルブタイミング
機構） ３３ ロックピン（エンジン起動時用ロック手段） ４０ ロックピン（ロック手段） ４３ 嵌合穴（ロック手段） ５５ ロックピン（ロック手段） ５６ ロックピン（エンジン起動時用ロック手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸・排気カム軸に可変バルブタイミング
   機構をそれぞれ設け、クランク軸の回転を一方の駆動側
   可変バルブタイミング機構を介して一方の駆動側カム軸
   に伝達し、該駆動側カム軸の回転を他方の被動側可変バ
   ルブタイミング機構を介して他方の被動側カム軸に伝達
   し、各カム軸によって駆動される吸・排気バルブの開閉
   タイミングを制御するようにしたＤＯＨＣエンジンの可
   変バルブタイミング装置において、 前記被動側可変バルブタイミング機構にロック手段を設
   けたことを特徴とするＤＯＨＣエンジンの可変バルブタ
   イミング装置。
2. 【請求項２】 前記ロック手段をエンジン起動時用ロッ
   ク手段と兼用したことを特徴とする請求項１記載のＤＯ
   ＨＣエンジンの可変バルブタイミング装置。