JP2009108743A

JP2009108743A - 可変バルブタイミング装置

Info

Publication number: JP2009108743A
Application number: JP2007280792A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nagabuchi; 博樹永渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP5034869B2

Abstract

【課題】本発明は、エンジンの全長を拡大することなく、カムジャーナルからの油漏れによる動作不良を低減することが可能な可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】カムシャフト１０に形成された第１，第２のシャフト油路１３，１４と、シリンダヘッド２０に形成された第１，第２のヘッド油路２１，２２とをそれぞれ連通させる第１，第２のジャーナル溝１１，１２を、カムジャーナル１０ａに形成し、カムジャーナル１０ａの第１，第２のジャーナル溝１１，１２間に、仕切り板２５を設けているので、カムジャーナル１０ａのシール面の幅を拡大する。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変バルブタイミング装置に関し、詳細には、エンジンの吸気弁または排気弁の開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置に関する。

従来から、出力の向上やエミッションの改善等を図るため、エンジンにおける吸気弁や排気弁の開閉時期を適宜に変更する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）が設けられたものがある。この可変バルブタイミング機構は、例えば、エンジンのカムシャフトにベーン部材が連結されると共に、クランクシャフトに連動回転するケースがこのカムシャフトに対して相対回転自在に設けられ、このケース内にベーン部材を収容することで、カムシャフトの回転方向においてベーン部材を挟むように進角室及び遅角室が設けられ、この進角室及び遅角室に対して選択的に作動油を供給可能な油圧制御装置が連結されて構成されている。

従って、油圧制御装置により進角室または遅角室に対して作動油を供給することで、各室に生じる圧力差によってベーン部材を移動し、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を進角側または遅角側に変更することができ、吸気弁や排気弁の開閉時期を変更することができる。

図７は、従来（例えば、特許文献１）の可変バルブタイミング機構の作動油供給経路を示す模式図である。同図において、カムシャフト１００には、カムジャーナル１００ａが形成されている。カムジャーナル１００ａは、シリンダヘッド１０４の軸受部１０４ａとベアリングキャップ１０３との間で回転可能に支持されている。カムジャーナル１００ａには、その外周に沿って延びる第１及び第２の油路を構成する２本のジャーナル溝１０６，１０７が形成されている。また、シリンダヘッド１０４には、各ジャーナル溝１０６，１０７及びカムジャーナル１００ａに作動油を供給するための第１のヘッド油路１０８及び第２のヘッド油路１０９が形成されている。

また、ＶＶＴコントローラ１３０の進角室（不図示）に作動油を供給するために、カムシャフト１００にはその中心に沿って延びる第１のシャフト油路１１１が形成されている。この第１のシャフト油路１１１は、ジャーナル溝１０６に連通されている。一方、ＶＶＴコントローラ１３０の遅角室（不図示）に作動油による油圧を供給するために、カムシャフト１００には第１のシャフト油路１１１と平行に延びる第２のシャフト油路１１０が形成されている。この第２のシャフト油路１１０は他方のジャーナル溝１０７に連通されている。

ＯＣＶ１２０により第１のヘッド油路１０８に作動油が供給されるとともに、第２のヘッド油路１０９がドレインへ開放されることにより、その油圧がジャーナル溝１０６、第１のシャフト油路１１１を通じて進角室（不図示）に供給される。一方、ＯＣＶ１２０により第２のヘッド油路１０９に作動油が供給されるとともに、第１のヘッド油路１０８がドレインへ開放されることにより、その油圧がジャーナル溝１０７、第２のシャフト油路１１０を通じて遅角室（不図示）に供給される。

特開平７−１３９３２７号公報

しかしながら、従来技術では、幅の狭いカムジャーナル１００ａに、一対のジャーナル溝１０６，１０７が形成されている。このため、カムジャーナル１００ａのシール幅（シール性）が不足しており、油漏れ（リーク）による動作不要が発生するという問題がある。ここで、カムジャーナル１００ａの幅を大きくすることが考えられるが、エンジンの構造上大型化することとなるため、エンジンの小型化の要求から望ましくない。

図８は、ＶＶＴ指令値に対するＶＴＴ位相角（実際値）の関係を示しており、（Ａ）は、油漏れがない場合のＶＶＴの挙動、（Ｂ）は、油漏れがある場合のＶＶＴの挙動の一例を示す図である。同図（Ａ）に示すように、油漏れがない場合には、ＶＶＴ位相角が線形的に変化する。他方、同図（Ｂ）に示すように、油漏れがある場合には、ＶＶＴ位相角の変化が線形的にならならいため、ＶＶＴの動作不良となる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、エンジンの全長を拡大することなく、カムジャーナルからの油漏れによる動作不良を低減することが可能な可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１、第２の油圧室を有し、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とする位相可変機構を備え、前記位相可変機構の第１，第２の油圧室と、油圧を制御する油圧制御弁とをそれぞれ連通させるための第１、第２の油路が、前記カムシャフトを回転可能に支承する軸受部および前記カムシャフトに形成されている可変バルブタイミング装置において、前記カムシャフトに形成された第１，第２の油路と、前記軸受部に形成された第１，第２の油路とをそれぞれ連通させる第１，第２の溝をカムジャーナルに形成し、前記カムジャーナルの前記第１，第２の溝間に、仕切り部材を設けたことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記仕切り部材を、前記カムシャフトの軸方向の変位を規制するスラスト軸受けとすることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記仕切り部材は、前記カムシャフトに一体形成または別個に設けられることが望ましい。

本発明によれば、第１、第２の油圧室を有し、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とする位相可変機構を備え、前記位相可変機構の第１，第２の油圧室と、油圧を制御する油圧制御弁とをそれぞれ連通させるための第１、第２の油路が、前記カムシャフトを回転可能に支承する軸受部および前記カムシャフトに形成されている可変バルブタイミング装置において、前記カムシャフトに形成された第１，第２の油路と、前記軸受部に形成された第１，第２の油路とをそれぞれ連通させる第１，第２の溝をカムジャーナルに形成し、前記カムジャーナルの前記第１，第２の溝間に、仕切り部材を設けることとしたので、エンジンの全長を拡大することなく、カムジャーナルからの油漏れによる動作不良を低減することが可能となる。

以下に、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係る可変バルブタイミング装置の概略側面図、図２は、実施例１に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図、図３は、実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるＶＶＴコントローラ（位相可変機構）を表す概略断面図ある。

可変バルブタイミング装置１は、図１および図２に示すように、カムシャフト１０には、複数のカムロブ４１が設けられており、その先端側には、機関出力軸であるクランクシャフト（不図示）にタイミングベルト等を介して駆動連結され、同クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトスプロケット２３がカムシャフト１０と相対回動可能に装着されている。このカムシャフトスプロケット２３は、カムシャフト１０の先端部に設けられたＶＶＴコントローラ４０を介してカムシャフト１０と連結されている。

カムシャフト１０は、カムジャーナル１０ａがシリンダヘッド２０の軸受部２０ａとカムキャップ３０との間で回転可能に支持されると共に、軸方向の変位を複数のスラスト軸受け４２で規制されている。

カムジャーナル１０ａには、その外周に沿って延びる第１及び第２の油路を構成する一対の第１のジャーナル溝１１，第２のジャーナル溝１２が形成されている。シリンダヘッド２０には、第１、第２ジャーナル溝１１，１２及びカムジャーナル１０ａに作動油を供給するための第１のヘッド油路２１及び第２のヘッド油路２２が形成されている。

また、図３に示す進角室（第１の油圧室）５６に作動油を供給するために、カムシャフト１０にはその側方に沿って延びる第１の油路を構成する第１のシャフト油路１３が形成されている。この第１のシャフト油路１３は、第１のジャーナル溝１１に連通されている。一方、図３に示す遅角室（第２の油圧室）５７に作動油による油圧を供給するために、カムシャフト１０には第１のシャフト油路１３と平行に延びる第２の油路を構成する第２のシャフト油路１４が形成されている。この第２のシャフト油路１４は第２のジャーナル溝１２に連通されている。

また、シリンダヘッド２０の軸受部２０ａとカムキャップ３０には、溝２０ｂ、３０ｂが形成されている。この溝２０ｂ、３０ｂには、カムジャーナル１０ａの一対の第１、第２のジャーナル溝１１，１２間に設けられ、かつ、カムジャーナル１０ａに外嵌する環状の仕切り板（仕切り部材）２５が回転可能に配されている。仕切り板２５としては、例えば、Ｏリング等を好適に使用することができる。仕切り板２５の軸方向および径方向幅は、溝２０ｂ、３０ａの軸方向および径方向幅より小さくなっている。このように、仕切り板２５を設けることで、カムジャーナル１０ａのシール幅を、波線矢印で示す幅Ｗ（図１参照）に拡大してシール性を向上させ、カムジャーナル１０ａからの油漏れ量を低減している。

また、カムシャフト１０の端部には、ロータ５１が密着し、締結ボルト５２により固定されており、カムシャフト１０とロータ５１は、一体に回転可能となっている。このカムシャフト１０の端部外周には、カムシャフトスプロケット２３が相対回転自在に嵌合し、このカムシャフトスプロケット２３の端面に接するように、ロータ５１の外周部を囲うようにリングカバー５３が設けられ、このリングカバー５３の先端開口部がリング形状をなす閉塞板５４によって塞がれ、カムシャフトプロケット２３、リングカバー５３、閉塞板５４は、締結ボルト５５によって固定され、一体回転可能となっている。

従って、カムシャフト１０とロータ５１とは、このカムシャフト１０の軸線Ｌを中心に一体回転可能となっており、このカムシャフト１０及びロータ５１に対して、カムシャフトスプロケット２３とリングカバー５３と閉塞板５４は、同じ軸線Ｌを中心に相対回転可能となっている。

ＶＶＴコントローラ４０には、カムシャフト１０及びロータ５１とリングカバー５３との間に、進角室（第１の油圧室）５６及び遅角室（第２の油圧室）５７が区画されている。第１のヘッド油路２１、第１のジャーナル溝１１、および第１のシャフト油路１３を通じて進角室５６に油圧が供給され、また、第２のヘッド油路２２、第２のジャーナル溝１２、および第２のシャフト油路１４を通じて遅角室５７に油圧が供給されることで、カムシャフトスプロケット２３とカムシャフト１０との回転位相が変更され、不図示のクランクシャフトに対するカムシャフト１０の回転位相が進角側または遅角側に変更され、不図示の吸気弁または排気弁の開閉時期を変更することができる。

この第１のヘッド油路２１及び第２のヘッド油路２２は、ＯＣＶ（油圧制御弁）６０に接続されている。また、ＯＣＶ６０には、供給通路６１及び排出通路６２が接続されており、供給通路６１は不図示のクランクシャフトの回転に伴って駆動するオイルポンプ６３を介して不図示のエンジンの下部に設けられたオイルパン６４に連結され、排出通路６２は直接このオイルパン６４に連結されている。

このＯＣＶ６０は、四つの弁部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが形成されたスプール６６を有しており、このスプール６６は、コイルばね６７により一方方向（図２にて、右方向）に付勢支持されると共に、電磁ソレノイド６８により他方方向（図２にて、左方向）に付勢支持されている。そして、電磁ソレノイド６８の消磁状態においては、スプール６６がコイルばね６７の付勢力により一方方向に付勢支持されており、このとき、第１のヘッド油路２１と供給通路６１とが連通されると共に、第２のヘッド油路２２と排出通路６２とが連通される。そのため、オイルパン６４の作動油がオイルポンプ６３により供給通路６１から進角室５６へ送り出されると共に、遅角室５７内にあった作動油が排出通路６２を通ってオイルパン６４内へ戻される。

一方、電磁ソレノイド６８が励磁されたときには、スプール６６がコイルばね６７の付勢力に抗して他方方向に付勢支持されることとなり、このとき、第１のヘッド油路２１と排出通路６２とが連通されると共に、第２のヘッド油路２２と供給通路６１とが連通される。そのため、オイルパン６４内の作動油がオイルポンプ６３により遅角室５７に送り出されると共に、進角室５６内にあった作動油が排出通路６２を通ってオイルパン６４内へ戻される。

図３に示すように、リングカバー５３は、その内周面５３ａにカムシャフト１０の軸線Ｌへ向かって突出する四つの張出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄが、このリングカバー５３の周方向について所定間隔毎に形成されている。この各張出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ間には、それぞれ溝部７２ａ，７２ａ，７２ｃ，７２ｄがリングカバー５３の周方向において所定間隔毎に形成されている。また、ロータ５１は、その外周面から各溝部７２ａ，７２ａ，７２ｃ，７２ｄに挿入されるように外側方へ突出する四つのベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが形成されている。そして、各ベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが挿入された各溝部７２ａ，７２ａ，７２ｃ，７２ｄ内に、このベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄにより進角室５６及び遅角室５７に区画されている。これら進角室５６及び遅角室５７は、ベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄをロータ５１の周方向両側から挟むように位置している。

従って、ＯＣＶ６０の電磁ソレノイド６８が消磁されると、第１のシャフト油路１３から進角室５６へ作動油が供給されると共に、遅角室５７から第２のシャフト油路１４を介して作動油が排出される。その結果、各ベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが、図３の矢印Ａ方向へ相対移動することにより、ロータ５１が同矢印Ａ方向に相対回動し、これによりカムシャフトスプロケット２３に対するカムシャフト１０の回転位相が変更されることとなり、吸気弁または排気弁の開閉時期が進角する。

一方、ＯＣＶ６０の電磁ソレノイド６８が励磁されると、第２のシャフト油路１４から遅角室５７へ作動油が供給されると共に、進角室５６から第１のシャフト油路１３を介して作動油が排出される。その結果、各ベーン部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄが、図３の矢印Ｂ方向へ相対移動することにより、ロータ５１が同矢印Ｂ方向に相対回動し、これにより、吸気カムシャフトスプロケット２３に対するカムシャフト１０の相対回転位相が前述とは逆方向に変更されることとなり、吸気弁または排気弁の開閉時期が遅角する。

更に、電磁ソレノイド６８への駆動電流を制御してその励磁力を調整すると、スプール６６を消磁状態での位置と励磁状態での位置との間の任意の位置に停止させ、その停止位置に応じて、進角室５６及び遅角室５７の作動油の給排量を調整することができる。またこの作動油の給排量の調整により、進角室５６及び遅角室５７の作動油をそれぞれ適切な圧力とすることで、カムシャフト１０の相対回転位相を固定することができる。

この場合、電磁ソレノイド６８への駆動電流をデューティ制御し、進角室５６及び遅角室５７に対する作動油の供給を制御することにより、吸気弁または排気弁の開閉時期を変更したり、所定の開閉時期に固定したりすることが可能となる。

以上説明したように、実施例１によれば、カムシャフト１０に形成された第１，第２のシャフト油路１３，１４と、シリンダブロック２０に形成された第１，第２のシリンダ油路２１，２２とをそれぞれ連通させる第１，第２のジャーナル溝１１，１２を、カムジャーナル１０ａに形成し、カムジャーナル１０ａの第１，第２のジャーナル溝１１，１２間に、仕切り部として機能する仕切り板２５を設けているので、カムジャーナル１０ａのシール面の幅を拡大でき、エンジンの全長を拡大することなく、カムジャーナル１０ａからの油漏れによる動作不良を低減することが可能となる。

図４は、実施例２に係る可変バルブタイミング装置の概略側面図、図５は、実施例２に係る可変バルブタイミング装置におけるＶＶＴコントローラ（位相可変機構）を表す概略断面図を示している。実施例１では、一対の第１、第２のジャーナル溝１１，１２間を仕切る仕切部材として、仕切り板２５を設けることにしたが、実施例２では、仕切部材として、スラスト軸受けを設けた構成としたものである。

図４および図５において、シリンダヘッド２０の軸受部２０ａとカムキャップ３０には、スラスト溝２０ｃ、３０ｃが形成されている。このスラスト溝２０ｃ、３０ｃには、カムジャーナル１０ａの一対の第１、第２のジャーナル溝１１，１２間に設けられ、カムジャーナル１０ａに外嵌する環状のスラスト軸受け８０が回転可能に係合している。スラスト軸受け８０は、カムシャフト１０の軸方向の変位を規制する。スラスト軸受け８０の軸方向幅は、スラスト溝２０ｃ、３０ｃの軸方向幅よりわずかに小さくなっている。このように、仕切り部材をスラスト軸受け８０とすることにより、上記図１および図２で示した一方のスラスト軸受け４２を削除することができ、エンジンの全長をより短くすることが可能となる。

図６は、変形例に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図を示している。変形例では、図６に示すように、カムシャフト１０にスラスト軸受け９０を一体形成したものである。このように、仕切り部材として機能するスラスト軸受けは、カムシャフト１０と別体および一体形成のいずれでもよい。

実施例２によれば、第１、第２のジャーナル溝１１，１２間を仕切る仕切り部材を、カムシャフト１０の軸方向の変位を規制するスラスト軸受け８０，９０としたので、カムジャーナル１０ａからの油漏れによる動作不良を低減でき、また、エンジンの全長をより短くすることが可能となる。

以上のように、本発明に係る可変バルブタイミング装置は、エンジンの全長を延ばすことなくカムジャーナルからの油漏れを低減して動作不良を防止する場合に有用である。

実施例１に係る可変バルブタイミング装置の概略側面図である。実施例１に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図である。実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるＶＶＴコントローラ（位相可変機構）を表す概略断面図ある。実施例２に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図である。実施例２に係る可変バルブタイミング装置におけるＶＶＴコントローラ（位相可変機構）を表す概略断面図ある。変形例に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図である。従来の可変バルブタイミング機構の作動油供給経路を示す模式図である。ＶＶＴ指令値に対するＶＴＴ位相角（実際値）の関係を示す図である。

符号の説明

１可変バルブタイミング装置
１０カムシャフト
１０ａカムジャーナル
１１第１のジャーナル溝
１２第２のジャーナル溝
１３第１のシャフト油路
１４第２のシャフト油路
２０シリンダヘッド
２０ａ軸受部
２１第１のヘッド油路
２２第２のヘッド油路
２３カムシャフトスプロケット
２５仕切り板（仕切り部材）
４０ＶＶＴコントローラ
４１カムロブ
４２スラスト軸受け
５１ロータ
５３リングカバー（リング部材）
５６進角室（第１の油圧室）
５７遅角室（第２の油圧室）
６０ＯＣＶ（油圧制御弁）
６３オイルポンプ
６４オイルパン
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄベーン部材
８０，９０スラスト軸受け（仕切り部材）

Claims

第１，第２の油圧室を有し、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とする位相可変機構を備え、前記位相可変機構の第１，第２の油圧室と、油圧を制御する油圧制御弁とをそれぞれ連通させるための第１、第２の油路が、前記カムシャフトを回転可能に支承する軸受部および前記カムシャフトに形成されている可変バルブタイミング装置において、
前記カムシャフトに形成された第１，第２の油路と、前記軸受部に形成された第１，第２の油路とをそれぞれ連通させる第１，第２の溝をカムジャーナルに形成し、前記カムジャーナルの第１，第２の溝間に、仕切り部材を設けたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
前記仕切り部材を、前記カムシャフトの軸方向の変位を規制するスラスト軸受けとしたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
前記仕切り部材は、前記カムシャフトに一体形成または別個に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。