JP2969284B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンのカムシャフトに油圧作動式の可
変バルブタイミング機構を付設したエンジンの動弁装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来より、エンジンの動弁機構でカムシャフトの駆動
を行うについて、このカムシャフトの駆動機構に可変バ
ルブタイミング機構を装着し、クランクシャフトとカム
シャフトとの回転位相を変更して排気バルブもしくは吸
気バルブのバルブタイミングを運転状態に対応して変化
させるようにした技術が、例えば、実開昭62−57711号
公報に見られるように知られている。

そして、例えば、アイドル安定性と、中高回転域の出
力性能を両立させるために、上記可変バルブタイミング
機構によって、アイドル時にバルブオーバーラップを小
さくし、中高回転域でバルブオーバーラップを大きくす
るように制御するのが良好である、また、高回転時に吸
気バルブのバルブタイミングを遅らせ、この吸気遅閉じ
による吸気慣性で吸気充填効率を向上させて出力を高め
るように制御することもできる。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記のような動弁装置における可変バルブ
タイミング機構はヘリカルスプラインが形成されてカム
シャフトの回転位相を変更するものであるが、バルブタ
イミングの変更作動時の応答性および作動状態の信頼性
を確保する必要がある。

すなわち、低回転時には発生油圧が低くこの油圧によ
っては前記可変バルブタイミング機構をオン作動するこ
とはできないことから、ある程度回転数が上昇した領域
でオン作動するように作動領域を設定する必要がある。
また、油温が上昇すると同一エンジン回転数であっても
発生油圧が低下し、さらに、エンジン回転数が上昇する
とカムシャフトの駆動トルクも増大し、この高い駆動ト
ルクの発生状態での確実な作動が要求されるものであ
る。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、可変バルブタイミ
ング機構の作動応答性を高めると共に高回転時の作動信
頼性を確保するようにしたエンジンの動弁装置を提供す
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための動弁装置は、油圧の導入で
カムシャフトの回転位相を吸気バルブ又は排気バルブの
バルブタイミングが遅れるように変更する油圧作動式の
可変バルブタイミング機構を備え、この可変バルブタチ
ミング機構は、中間回転域で作動され以後高回転で常時
作動状態とし、導入された油圧の作用ででカムシャフト
の軸方向へ移動してヘリカルスプラインを介して前記カ
ムシャフトの回転位相を変更するヘリカルスプラインを
有すると共に、該ヘリカルスプラインをリターン方向に
付勢するリターンスプリングを有し、該リターンスプリ
ングのスプリング力を、可変バルブタイミング機構がオ
ン作動される中回転域時よりも高い高回転時におけるカ
ムシャフトの回転駆動に伴って上記ヘリカルスプライン
に油圧と同方向に作用する軸方向推進力より弱く設定し
て構成したものである。

（作用および効果） 上記のような動弁装置では、可変バルブタイミング機
構のオン作動によって排気バルブまたは吸気バルブの閉
タイミングを遅らせるように設け、高回転時には常時こ
の可変バルブタイミング機構をオン作動するように設定
してバルブオーバーラップの増大または吸気遅閉じで高
出力化 を得るようにしている。また、これに伴い、油
圧導入時のヘリカルピストンの移動方向とカムシャフト
の回転駆動に伴って上記ヘリカルピストンに作用する軸
方向推進力を油圧の作用方向と同方向に設け、さらに、
リターンスプリングのスプリング力を、オン作動域であ
る高回転時の上記ヘリカルピストンに作用する軸方向推
進力より弱く設定したことで、この高回転時には高油温
となって油圧が低下してもヘリカルピストンはオン方向
に移動して可変バルブタイミング機構のオン作動を確保
して信頼性を高め、また、リターンスプリングが弱いこ
とから中回転域などでの可変バルブタイミング機構のオ
ン作動の作動応答性が高くなり、エンジンの信頼性、高
出力化を達成することができるものである。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。第１
図は一実施例の動弁装置を備えたＶ型６気筒DOHCエンジ
ン１における一方のバンク1Aのシリンダヘッド４の平面
図であって、このバンク1Aにおいては３つの気筒が４弁
構造（吸気側２弁、排気側２弁）で備えられると共に、
各気筒の吸・排気バルブを開閉作動するための一対のカ
ムシャフト2,3がシリンダヘッド４の上方に相互に平行
に配設され、軸受部５…5,6によって支承されている。

また、吸気側カムシャフト２および排気側カムシャフ
ト３のそれぞれ一端側（前端側）部分には、カム間ギヤ
7,8が取り付けられ、両カム間ギヤ7,8の噛合で両カムシ
ャフト2,3が同期回転するものであり、このカム間ギヤ
7,8はシリンダヘッド４の端部に形成されたギヤ室９に
収容されている。さらに排気側カムシャフト３の上記カ
ム間ギヤ８を備える前端部がシリンダヘッド４から外方
の突出され、その突出端に可変バルブタイミング機構10
を介してカムプーリ11が取り付けられ（詳細構造は後
述）、このカムプーリ11と、図示しない他方側バンクの
カムプーリおよびクランクシャフトに固装されているク
ランクプーリとにわたってタイミングベルト12が巻き掛
けられている。

このため、クランクシャフトによってタイミングベル
ト12が駆動されると、排気側カムシャフト３が回転さ
れ、かつ該カムシャフト３の回転がカム間ギヤ7,8を経
て吸気側カムシャフト２に伝達される。

次に、第５図に示すように、前記シリンダヘッド４の
下面には、各気筒に対応して燃焼室14が形成されると共
に、この燃焼室14に吸気ポート15と排気ポート16とが連
通開口し、それぞれの開口部に吸気バルブ17および排気
バルブ18が設置されている。また、シリンダヘッド４に
は、吸気バルブ17に対応するタペットホール19と、排気
バルブ18に対応するタペットホール20とが２列に配設さ
れ、これらタペットホール19,20にバケット型タペット2
1,21が嵌挿される。このタペット21,21に、吸気バルブ1
7と排気バルブ18の各バルブステム17a,18aの上端部が接
続され、これらタペット21には流体式バルブラッシュ機
構22が内蔵されている。

さらに、上記タペット21,21はバルブスプリング23,23
によって上方へ付勢され、このタペット21,21の上面が
それぞれ直上に配設された前記カムシャフト2,3のカム
面2a,3aに圧接されると共に、タペット21,21が弁開閉作
動のためにタペットホール19,20内を摺動する際、上記
バルブラッシュ機構22,22によってバルブラッシュの自
動調整が行われる。

前記吸気側および排気側のタペットホール19,20には
後述の配置構成による第１および第２オイル通路41,42
から作動オイルが、供給孔24,24によってタペット21,21
の周面に形成されている溝25に供給され、該溝25からタ
ペット周面に開口された穴26を通ってタペット21内部に
導入され、バルブラッシュ機構22に供給される。また上
記オイルは他方では溝25からタベット21,21とタペット
ホール19,20の間を潤滑する。

一方、前述の可変バルブタイミング機構10は油圧作動
式であり、エンジンの図示しないオイルポンプからのエ
ンジン潤滑油が後述のオイル経路によって運転状態に応
じて排気側カムシャフト３後端部からその内部を貫通し
て送給され、該排気側カムシャフト３の回転位相の変更
で排気バルブ18の開閉時期を可変として吸気バルブ17と
のオーバーラップ期間を変更するものである。

この可変バルブタイミング機構10の詳細構造を第１図
および第４図に基づいて説明する。前記排気側カムシャ
フト３の端部外周には筒状のケーシング27が回転可能に
遊嵌され、該ケーシング27の前端側には図示しないボル
トによってカバー体36が一体に締結され、このカバー体
36にに前記カムプーリ11がボルト29によって取り付けら
れ、タイミングベルト12によって一体に回転駆動され
る。また、上記ケーシング27はジャーナル部27aがシリ
ンダヘッド４の前端軸受部６に支承され、前記カムシャ
フト３が上記軸受部６に支持される一方、このジャーナ
ル部27aの後方部分に前記排気側カムシャフト３のカム
間ギヤ８がキー溝結合で嵌挿され、ナット28で固定され
ている。

上記ケーシング27の前端軸受部６では、その両側に大
径の凹段部6a,6bが形成され、後方の凹段部6aには前記
カム間ギヤ８がナット28の締付け力によって嵌入して軸
受部６の側端面に当接し、前方の凹段部6bにはケーシン
グ27のジャーナル部27aに設けた凸段部27bが、上記ナッ
ト28の締結による引付け力で嵌入して軸受部６の側端面
に当接している。つまり軸受部６はその両側からカム間
ギヤ８とケーシング27とによって挾み付けられ、これに
よって可変バルブタイミング機構10のケーシング27すな
わち固定側のスラスト決めがなされている。なお、ケー
シング27の凸段部27b周りはオイルシール32によってシ
ールされている。

一方、バルブタイミング機構10の内部構造は、カムシ
ャフト３の端部にエンドボルト33によって中心ブロック
34が連結され、該中心ブロック34の外周で前記カバー体
36との間にリング状のヘリカルピストン35が介装されて
いる。また、上記カバー体36はエンドボルト33およびヘ
リカルピストン35の端部を覆って形成されている。そし
て、前記ヘリカルピストン35の内周および外周には互い
に逆方向に傾斜するヘリカルスプラインが形成され、こ
の内外のヘリカルスプラインを介して該ヘリカルピスト
ン35はカムシャフト３の軸方向に移動可能に中心ブロッ
ク34およびカバー体36に係合されている。また、上記ヘ
リカルピストン35の背部にはケーシング27との間にリタ
ーンスプリング40が配設されている。そして、前記カム
プーリ11が回転駆動されると、カバー体36、ヘリカルピ
ストン35および中心ブロック34が一体的に回転され、排
気側カムシャフト３も同方向に回転駆動される。また、
吸気側カムシャフト２には、カムプーリ11と一体に回転
するケーシング27に固着されたカム間ギヤ８から前記吸
気側のカム間ギヤ７によって駆動力が伝達される。

前記排気側カムシャフト３の中心には軸方向に貫通し
て中空通路37が形成され、この中空通路37に連通して前
記エンドボルト33の中心部に連通路38が貫通形成され、
上記中空通路37から供給されたオイルを該連通路38を通
して可変バルブタイミング機構10の内部に導入するよう
に構成されている。そして、上記連通路38の開口端に連
通して、前記カバー体36の端部内側に導入オイルをヘリ
カルピストン35の前端面に作用させる導通路39が配設さ
れると共に、このヘリカルピストン35の背面には前記リ
ターンスプリング40のスプリング力が上記油圧に抗して
作用する。

従って、前記可変バルブタイミング機構10において
は、油圧が導入されていない状態では、上記リターンス
プリング40の力によってヘリカルピストン35が第４図に
おける右方向に押圧付勢されたオフ状態にあるが、この
状態からオイルが連通路38および導通路39を経て供給さ
れてヘリカルピストン35に油圧が作用すると、該ヘリカ
ルピストン35が第４図の左方向にリターンスプリング40
に抗して軸方向に移動しオン状態となる。そして、ヘリ
カルピストン35の内外に位置する中心ブロック34および
カバー体36がそれぞれ該ヘリカルピストン35とヘリカル
スプラインを介して相互に係合されているから、ヘリカ
ルピストン35の軸方向への移動によって中心ブロック34
とカバー体36とが相対的に回転する。このため排気側カ
ムシャフト３とプーリ11が相対的に回転することになっ
て、カムシャフト３とカムプーリ11との間に位相差が生
じ、これによって排気バルブ18の開閉タイミングが可変
されることになる。また、逆に可変バルブタイミング機
構10に対する油圧の導入を停止して、ヘリカルピストン
35に作用している油圧を解放すると、リターンスプリン
グ40のスプリング力で該ヘリカルピストン35が先端側に
復帰移動し、元の開閉タイミングに戻る。

このように可変バルブタイミング機構10は、供給され
る油圧の有無によって排気バルブ18の開閉タイミングを
２段階に切り換えることになる。上記切り換えはエンジ
ン１の回転数に応じて行ない、高回転域で開閉タイミン
グを遅らせてバルブオーバーラップを大きくすることに
より、エンジンの低回転域と高回転域とにおける加速性
能を共に向上させることが可能となる。

ところで、前記排気側カムシャフト３は第５図の矢印
Ｂで示すように、背面側から見て反時計方向に回転する
ように設定されている。また、これに対応して油圧の作
用による前記ヘリカルピストン35の軸方向への後退移動
に伴って、上記カムシャフト３は遅角方向すなわち上記
と逆の時計方向に回転位相がずれるように、このカムシ
ャフト３と一体の中心ブロック34の外周に形成されたヘ
リカルスプラインの傾斜方向は第４図に示すように形成
されている。

また、エンジン停止状態においてはヘリカルピストン
35はリターンスプリング40によって前進移動している
が、エンジンの回転に伴って回転駆動されると、排気バ
ルブ18の開閉作動に伴う駆動負荷に応じて上記ヘリカル
ピストン35にはそのヘリカルスプラインの傾斜方向に対
応して軸方向推進力が作用するものであって、この軸方
向推進力は該ヘリカルピストン35を後退移動する方向で
あって油圧の作用方向と同一である。そして、上記軸方
向推進力は、エンジン回転数の上昇に応じてカムシャフ
ト３の駆動トルクが増大することに対応して大きくなる
ものである。

そして、上記ヘリカルピストン35を前進方向に付勢す
るリターンスプリング40のスプリング力は、高回転時の
上記ヘリカルピストン35の軸方向推進力より弱くなるよ
うに設定されている。

上記関係は第８図に示すように、エンジン回転数の上
昇に対して前記ヘリカルピストン35の軸方向推進力は曲
線Ｅのように高回転側で高くなるように上昇するもので
あり、この特性に対してエンジン回転数が高回転側の設
定値Ｎで軸方向推進力と等しいスプリング力Ｇとなるよ
うにリターンスプリング40が設計されている。従って、
エンジン回転数が設定値Ｎを越えると、ヘリカルピスト
ン35は油圧の作用がなくてもその軸方向推進力によって
リターンスプリング40に抗して自動的に後退作動してカ
ムシャフト３を遅角方向に回転位相をずらせるものであ
る。なお、発生油圧は通常油圧では曲線Ｆのようにエン
ジン回転数の上昇に応じて上昇するものであるが、高油
温時には粘性の低下などに応じて曲線Ｆ′のように低下
し、ヘリカルピストン35の作動力が低下するが、高回転
域では前記軸方向推進力によって安定したオン作動が得
られる。

ところで、上記したカムシャフト2,3の軸受部５…5,
6、バルブラッシュ機構22および可変バルブタイミング
機構10に対するオイルの供給構造は次のように構成され
ている。

すなわち、第１図に示すように、吸気側カムシャフト
２と排気側カムシャフト３との間において、シリンダヘ
ッド４の長手方向に第１および第２の２本のオイル通路
41,42が平行に形成され、このうち第１オイル通路41が
第５図で説明した供給孔24を通って各気筒の吸気側バル
ブラッシュ機構22に連通してオイルを供給する一方、第
２オイル通路42を通って排気側バルブラッシュ機構22に
連通してオイルを供給する。

また、吸気側に位置する第１オイル通路41の後端が、
カム間ギヤ７とは反対のシャフト端部側において、軸受
部５に設けた連通路43を経て吸気側カムシャフト２の中
心に形成された中空通路44に連通される。また、吸気側
カムシャフト２には、中空通路44の長手方向の複数箇所
から各軸受部５にオイルを供給する通孔45が設けられて
いる。

さらに、排気側に位置する第２オイル通路42に対し
て、該通路42と平行に排気側カムシャフト３を挾んだシ
リンダヘッド３の外側位置に第３のオイル通路46が形成
され、この第３オイル通路46と第２オイル通路42とが後
端部側においてシリンダヘッド４に形成されたオリフィ
ス47を介して連通される。そして、第３オイル通路46に
排気側カムシャフト３の各軸受部５にオイルを供給する
通孔48が設けられている。

また、第２オイル通路42はオリフィス47に連通されて
いる後端部側で、制御弁49によって排気側カムシャフト
３の中空通路37への連通が開閉作動される。この制御弁
49は可変バルブタイミング機構10に対するオイル供給を
ソレノイド50のオン・オフに連動して制御するものであ
って、第６図および第７図に示すように、第２オイル通
路42が連通する弁室51を有し、該弁室51にソレノイド50
のプランジャ52が突入されると共に、該プランジャ52に
弁体53が装備され、かつ弁室51とカムシャフト３におけ
る軸受部５とにわたって供給用通路54と排出用通路55と
が形成される。さらに、弁室51にドレン通路56が連通さ
れている。

そして、ソレノイド50のオン状態（第６図）では、閉
弁方向に付勢するスプリング57の力に抗して弁体53が前
進スライドし、弁室51に流入するオイルが該弁体53に設
けている孔58から供給用通路54に流れ、かつカムシャフ
ト３の中空通路37に供給されるようになっている。この
場合、排出用通路55およびドレン通路56は弁体53により
閉止されている。

また、ソレノイド50のオフ時（第７図）は、上記スプ
リング57の力で弁体53が後退スライドし、弁体53によっ
て供給用通路54と弁室51の連通が断たれると共に、排出
用通路55およびドレン通路56が弁室51に連通される。こ
のためバルブタイミング機構10に供給されていたオイル
が中空通路37から制御弁49を経てドレン通路56に排出さ
れることになる。

前記した第１および第２オイル通路41,42に対しては
図示しないオイルポンプからオイルが送給される。すな
わち、第１図および第３図において、シリンダヘッド４
の上面中央部でかつ第１、第２オイル通路41,42の間に
油室60が形成される。そして、オイルポンプからの圧送
オイルが下方から油道61によって油室60に送給され、こ
の油室60から両側の第１および第２オイル通路41,42に
分岐通路62,63によってオイルが分配供給される。

なお、油道61は油室60に対して接線方向か連通され、
また分岐通路62,63は油室60から接線方向に導出され
る。この構造により、油室60に流出入するオイルが該油
室60内で渦流を生じ、オイルに含まれている空気が分離
され、この分離空気が上方のエア抜き孔64から排出され
る。

ところで、排気側カムシャフト３には前端部にカムプ
ーリ11が取り付られてベルト12によって回転駆動され、
このカムシャフト３の前端部分にはベルト張力に基づく
大きな荷重が下方向に作用し、前端軸受部６の潤滑条件
が厳しくなる。この実施例では、上記前端軸受部６にお
ける潤滑性を確保することから、第２図に示すように前
記第３オイル通路46をギヤ室９の下方位置まで形成し、
この前端部から上方に供給路65を設け、前端軸受部６と
ケーシング27におけるジャーナル部27aとの間にオイル
を供給するようにしている。なお、第１および第２オイ
ル通路41,42の前端は閉止されている。

上記のオイル経路においては、オイルポンプから油室
60に送給されたオイルは、分配通路62,63から第１およ
び第２オイル通路41,42に分配され、これらオイル通路4
1,42を流れて各気筒のバルブラッシュ機構22に作動用に
供給される。また、第１オイル通路41の一部のオイル
は、連通路43から吸気側カムシャフト２の中空通路44に
流入し、該中空通路44を前端側に流動する過程で各軸受
部５に潤滑用に供給される。

一方、第２オイル通路42の一部のオイルは制御弁49の
オン作動時に排気側カムシャフト３の中空通路37に流入
し、この中空通路37から可変バルブタイミング機構10に
オン作動用に供給される。さらに、第２オイル通路42の
他の一部のオイルは、オリフィス47を通過することによ
り流量が調整され第３オイル通路46に流入し、排気側カ
ムシャフト３の各軸受部５および前端軸受部６に潤滑用
に供給される。

また、上記オイル経路構成によりバルブラッシュ機構
22および可変バルブタイミング機構10に高い油圧を供給
し、作動の応答性と安定性を得るようにしている。

さらに、Ｖ型エンジン１では、バンク1Aは第３図に示
す水平線Ａに対して傾斜して設けられる。このためエン
ジン１を停止した状態では、油室60、第１オイル通路41
および中空通路44内のオイルは油道61から下方に排出さ
れるが、第２および第３オイル通路42,46と排気側中空
通路37は油室60よりも下方に位置するのでオイルは排出
されずに充填状態にある。これにより、エンジン始動時
に負荷の大きい排気側の潤滑性が速やかに確保される。

なお、上記実施例では排気バルブ18のバルブタイミン
グを高回転時に遅らせる例を示したが、高回転時に吸気
バルブ17のバルブタイミングを遅らせるようにした場合
についても、上記本発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動弁装置を備えたＶ
型エンジンの一方のシリンダヘッドの平面図、 第２図は同シリンダヘッドの側面図、 第３図は同シリンダヘッドを一部断面にして示す背面
図、 第４図は可変バルブタイミング機構の具体例を示す断面
図、 第５図は前記シリンダヘッドの吸排気ポート部分での断
面背面図、 第６図はオン作動時の制御弁部分の断面図、 第７図はオフ作動時の制御弁部分の断面図、 第８図はエンジン回転数に対するヘリカルピストンの軸
方向推進力と発生油圧とリターンスプリングのスプリン
グ力の設定値との関係を示す特性図である。 １……エンジン、３……排気側カムシャフト、４……シ
リンダヘッド、10……可変バルブタイミング機構、11…
…カムプーリ、12……タイミングベルト、17……吸気バ
ルブ、18……排気バルブ、27……ケーシング、34……中
心ブロック、35……ヘリカルピストン、36……カバー
体、40……リターンスプリング、37……中空通路、42…
…オイル通路、49……制御弁、50……ソレノイド。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧の導入でカムシャフトの回転位相を吸
   気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングが遅れるよ
   うに変更する油圧作動式の可変バルブタイミング機構を
   備えたエンジンの動弁装置であって、 上記可変バルブタイミング機構は、中間回転域で作動さ
   れ以後高回転で常時作動状態とし、導入された油圧の作
   用でカムシャフトの軸方向へ移動してヘリカルスプライ
   ンを介して前記カムシャフトの回転位相を変更するヘリ
   カルスプラインを有すると共に、該ヘリカルスプライン
   をリターン方向に付勢するリターンスプリンを有し、該
   リターンスプリングのスプリング力を、可変バルブタイ
   ミング機構がオン作動される中回転域時よりも高い高回
   転時におけるカムシャフトの回転駆動に伴って上記ヘリ
   カルスプラインに油圧と同方向に作用する軸方向推進力
   より弱く設定したことを特徴とするエンジンの動弁装
   置。