JP3159562B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カムシャフトをその軸
線方向に移動させることによって動弁の開閉タイミング
及びリフト量を変化させるエンジンのバルブタイミング
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンには動弁(吸気弁又は
排気弁)を、クランク軸の回転と同期する所定のタイミ
ングで開閉する動弁機構が設けられる。そして、かかる
動弁機構を備えたエンジンにおいて動弁の最適な開閉タ
イミング(バルブタイミング)及びバルブリフト量は、エ
ンジンの運転状態、例えばエンジン負荷、エンジン回転
数等によって変化する。そこで、近年、運転状態に応じ
てバルブタイミング及びバルブリフト量を変化させるバ
ルブタイミング制御装置を備えたエンジンが種々提案さ
れている。

【０００３】例えば、クランク軸と同期して回転するカ
ムシャフトにその軸線方向に広がるテーパ状のカム面を
有する回転カムを設ける一方、回転カムと当接し該回転
カムの回転に対応して揺動する揺動カムと、揺動カムと
当接し該揺動カムの揺動に対応して動弁を上下に移動さ
せて開閉するロッカアームとを設け、揺動カムを油圧機
構等を用いてカムシャフト軸線方向に移動させることに
よりバルブタイミング及びバルブリフト量を変化させる
ようにしたバルブタイミング制御装置が提案されている
(例えば、特公昭５８−３８６０３号公報参照)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
特公昭５８−３８６０３号公報に開示されているよう
な、油圧機構により揺動カム等をカムシャフト軸線方向
に移動させてバルブタイミング及びリフト量を変化させ
るようにした従来のバルブタイミング制御装置では、油
圧機構に作動油を供給するオイルポンプが、エンジン高
回転時には吐出圧及びオイル吐出量が過大となるので、
油圧機構の負荷が増大し、かつエンジンの動力損失が増
大するといった問題がある。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、油圧機構を用いて動弁の開
閉タイミング及びリフト量を変化させるようにしたエン
ジンのバルブタイミング制御装置に対して、エンジン回
転数にかかわりなく常時適正な油圧及び供給量で油圧機
構に作動油を供給することができる手段を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、カムシャフト軸線方向に広がるテー
パ状のカム面を有する動弁駆動用カムが設けられたカム
シャフトを、その軸線方向に移動させることによって上
記カム面と動弁側との摺接位置を変え、動弁の開閉タイ
ミング及びリフト量を変化させるようにしたエンジンの
バルブタイミング制御装置であって、カムシャフトの一
端に該カムシャフトをその軸線方向に移動させる油圧駆
動式のカムシャフト駆動手段が設けられ、カムシャフト
に、動弁駆動用カムとは逆方向に広がるテーパ状のカム
面を有するポンプ駆動用カムが設けられ、該ポンプ駆動
用カムによって駆動されてカムシャフト駆動手段に作動
油を供給する作動油供給手段が設けられていることを特
徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置を提供す
る。

【０００７】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンのバルブタイミング制御装置において、作動油供給手
段が、ポンプ駆動用カムのカム径によって吐出特性が変
化するオイルポンプであって、カムシャフトのその軸線
方向への移動に伴ってオイルの吐出特性を変化させるよ
うになっていることを特徴とするエンジンのバルブタイ
ミング制御装置を提供する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図４に示すように、エンジンＥのシリンダヘッド１の上
端部近傍には、複数の吸気弁用カム２を備えた吸気弁用
カムシャフト３と、複数の排気弁用カム４を備えた排気
弁用カムシャフト５とが、夫々、軸線がエンジンＥの長
手方向(図４では左右方向)を向くようにして並列に配置
されている。そして、吸気弁用カムシャフト３に対して
は、後で説明するように、エンジンＥの運転状態に応じ
て吸気弁６(図１参照)の開閉タイミング及びリフト量を
変化させるバルブタイミング制御装置７が設けられてい
る。また、排気弁用カムシャフト５にはディストリビュ
ータ８が付設されている。なお、吸気弁用カム２、吸気
弁用カムシャフト３及び吸気弁６は夫々、特許請求の範
囲に記載された「動弁駆動用カム」、「カムシャフト」及び
「動弁」に相当する。

【０００９】以下、吸気弁側の動弁機構について説明す
る。なお、以下では便宜上カムシャフト軸線方向(図
１、図４では左右方向)にみてバルブタイミング制御装
置７が設けられている側(図１、図４では右側)をエンジ
ンＥの後側であるので単に「後」といい、これと反対側を
単に「前」ということにする。また、吸気弁用カムシャフ
ト３を単に「カムシャフト３」ということにする。

【００１０】図１及び図２に示すように、各吸気弁用カ
ム２のカム面は、夫々、後方に向かって広がるテーパ状
とされ、対応する係合部材１０を介して吸気弁６の上端
部に設けられた当接部材１１と係合するようになってい
る。具体的には、係合部材１０の上端面は吸気弁用カム
２のカム面と係合する傾斜を有する傾斜面とされ、下端
面は当接部材１１の上端面と係合する非傾斜面(水平方
向に広がる平面)とされている。そして、係合部材１０
の上端面は常時吸気弁用カム２のカム面に当接し、下端
面は当接部材１１の上端面と当接するようになってい
る。なお、当接部材１１は常時吸気弁６の上端部と当接
している。したがって、カムシャフト３が回転すると吸
気弁用カム２によって、係合部材１０と当接部材１１と
を介して吸気弁６が上下方向に往復移動させられて吸気
弁６が開閉される。

【００１１】なお、詳しくは図示していないが、カムシ
ャフト３は、シリンダヘッド１に形成された複数の軸受
部よって回転自在に支持されている。そして、カムシャ
フト３の前端部にはカムスプロケットが取り付けられ、
このカムスプロケットはシリンダヘッド１に形成された
軸受部によって回転自在に支持されている。ここで、カ
ムシャフト３とカムスプロケットとは互いにスプライン
嵌合され、両者は一体的に回転するが前後方向には互い
に相対変位可能とされている。また、カムスプロケット
はクランクプーリ、タイミングベルト等を介してクラン
ク軸によってこれと同期して回転駆動されるようになっ
ている。

【００１２】そして、前記したとおり、吸気弁用カム２
のカム面が後方に向かって広がるテーパ状とされている
ので、係合部材１０の上端面を吸気弁用カム２の前部に
当接させるかそれとも後部に当接させるかによってバル
ブタイミング及びバルブリフト量を変化させられる。す
なわち、カムシャフト３を前方に移動させると係合部材
１０が吸気弁用カム２の後部すなわちカム面の径が大き
い部分に当接し、吸気弁６は開弁期間が比較的長くかつ
バルブリフト量が比較的大きい開閉特性で開閉されるこ
とになる。

【００１３】他方、カムシャフト３を後方に移動させる
と係合部材１０が吸気弁用カム２の前部すなわちカム面
の径が小さい部分に当接し、吸気弁６は開弁期間が比較
的短くかつバルブリフト量が比較的小さい開閉特性で開
閉されることになる。

【００１４】そして、エンジンＥにおいては、エンジン
回転数が比較的高いときにはカムシャフト３を前方位置
に配置して、吸気弁６の開弁期間を長くするとともにバ
ルブリフト量を大きくするようにしている。また、エン
ジン回転数が比較的低いときにはカムシャフト３を後方
位置に配置して、吸気弁６の開弁期間を短くするととも
にバルブリフト量を小さくするようにしている。なお、
この場合、エンジン回転数が所定値を超えるか否かでカ
ムシャフト３を所定の前方位置又は後方位置に切り替え
るようにしても、あるいはエンジン回転数に応じてカム
シャフト３の位置を連続的に変化させるようにしてもよ
い。

【００１５】カムシャフト後端部よりやや前方におい
て、カムシャフト３にはポンプ駆動用カム１３が設けら
れている。このポンプ駆動用カム１３のカム面は、吸気
弁用カム２の場合とは逆に前方に向かって広がるテーパ
状とされている。そして、中間部材１４を介してポンプ
駆動用カム１３によって駆動されるオイルポンプ１５が
設けられている。このオイルポンプ１５は、基本的に
は、中間部材１４を介してポンプ駆動用カム１３によっ
て往復運動させられるピストン１６を備えたプランジャ
式ポンプであって、ピストン１６が上昇するときに、作
動油導入通路１７を介してオイルパンから油室１９に作
動油を吸入し、ピストン１６が下降するときに油室１９
内の作動油を作動油供給通路２０に吐出するようになっ
ている。ここで、オイルポンプ１５の吐出圧を調節する
ために、作動油供給通路２０に対してリリーフ弁４０が
設けられている。なお、オイルポンプ１５は特許請求の
範囲に記載された「作動油供給手段」に相当する。図３
に、オイルポンプ１５の吐出特性ないしは吐出量の可変
範囲を示す。

【００１６】このオイルポンプ１５においては、カムシ
ャフト３の回転に伴ってポンプ駆動用カム１３が中間部
材１４を介してピストン１６を往復運動させるので、エ
ンジン回転数(カムシャフト回転数)の上昇に伴ってピス
トン１６のストローク数(往復移動速度)が増加する。し
たがって、本質的にはエンジン回転数の上昇に伴って作
動油吐出量及び吐出圧が上昇することになるはずである
が、本実施例では、エンジン回転数の上昇による吐出量
及び吐出圧の過上昇が抑制されるようになっている。

【００１７】すなわち、前記したとおり、本実施例では
高回転時にはカムシャフト３を前方位置に配置するよう
にしている。したがって、高回転時にはポンプ駆動用カ
ム１３も前方位置に配置され、中間部材１４はポンプ駆
動用カム１３の後部すなわちカム径の小さい部分に当接
する。したがって、ピストン１６のストローク長が短く
なり、作動油吐出量及び吐出圧が低下する。したがっ
て、エンジン回転数の上昇による吐出量及び吐出圧の上
昇と、ストローク長の減少による吐出量及び吐出圧の低
下とが互いに打ち消し合い、エンジン回転数が上昇して
もオイルポンプ１５の作動油吐出量及び吐出圧は過上昇
せず、エンジン回転数にかかわらず適正な吐出量及び吐
出圧が得られる。

【００１８】以下、バルブタイミング制御装置７につい
て説明する。バルブタイミング制御装置７には油圧機構
Ｓが設けられ、この油圧機構Ｓにおいてはシリンダ２２
内にピストン２３が嵌入され、このピストン２３はシリ
ンダ２２内で前後方向に摺動できるようになっている。
そして、ピストン２３の前端部には、該ピストン２３と
カムシャフト３とを連結する連結部材２４が設けられて
いる。ここで、カムシャフト３と連結部材２４との間に
はベアリング２５が介設され、カムシャフト３と連結部
材２４(ピストン２３)とはカムシャフト軸線まわりに互
いに相対回転自在となっている。すなわち、ピストン２
３はカムシャフト３の回転を何ら妨げない。しかしなが
ら、カムシャフト３と連結部材２４とは、前後方向には
一体的に移動する。したがって、ピストン２３が前後方
向に移動すると、これに伴ってカムシャフト３も前後方
向に移動する。なお、油圧機構Ｓは、特許請求の範囲に
記載された「カムシャフト駆動手段」に相当する。

【００１９】シリンダ２２内の空間部はピストン２３に
よって前室２６と後室２７とに仕切られ、両室２６,２
７へは夫々、第１,第２油路２８,２９を通して作動油
(油圧)が給排されるようになっている。

【００２０】第１,第２油路２８,２９の上流端は油圧切
替装置３２(スプール弁)に接続されている。ここで、油
圧切替装置３２へはオイルポンプ１５から作動油供給通
路２０を介して作動油(油圧)が供給されるようになって
いる。そして、油圧切替装置３２は、エンジンＥの運転
状態に応じて、前室２６に作動油(油圧)を供給するかそ
れとも後室２７に作動油(油圧)を供給するかを切り替え
て、カムシャフト３を前後方向に移動させるようになっ
ている。

【００２１】具体的には、エンジンＥの運転状態が所定
の低回転領域にあるときには、油圧切替装置３２によっ
て前室２６に油圧が供給され、この油圧によってピスト
ン２３が後方に移動し、これに伴ってカムシャフト３が
後方に移動する。このとき、係合部材１０が吸気弁用カ
ム２の前部に当接し、吸気弁６が開弁期間が比較的短く
かつバルブリフト量が比較的小さい開閉特性で開閉され
ることになるのは前記したとおりである。また、この場
合、中間部材１４がポンプ駆動用カム１３の前部すなわ
ちカム径の大きい部分に当接するので、ピストン１６の
ストローク長が長くなる。このため、エンジン回転数が
比較的低いのにもかかわらず十分な作動油吐出量及び吐
出圧が確保され、油圧機構Ｓの作動特性が良好となる。

【００２２】他方、エンジンＥの運転状態が所定の高回
転領域にあるときには、油圧切替装置３２によって後室
２７に油圧が供給され、この油圧によってピストン２３
が前方に移動し、これに伴ってカムシャフト３が前方に
移動する。このとき、係合部材１０が吸気弁用カム２の
後部に当接し、吸気弁６が開弁期間が比較的長くかつバ
ルブリフト量が比較的大きい開閉特性で開閉されること
になるのは前記したとおりである。また、この場合、中
間部材１４がポンプ駆動用カム１３の後部すなわちカム
径の小さい部分に当接するので、ピストン１６のストロ
ーク長が短くなる。このため、エンジン回転数の上昇に
よる吐出量及び吐出圧の上昇と、ストローク長の減少に
よる吐出量及び吐出圧の低下とが互いに打ち消し合い、
エンジン回転数が比較的高いのにもかかわらず、作動油
吐出量及び吐出圧の過上昇が防止され、油圧機構Ｓへの
負荷の増大と動力損失の増大とが防止される。

【００２３】以上、本実施例によれば、エンジン回転数
にかかわりなく、オイルポンプ１５から常に適正な吐出
量及び吐出圧で作動油を吐出することができ、油圧機構
Ｓの作動特性を良好に保持しつつ、油圧機構Ｓへの負荷
の増大と動力損失の増大とを防止することができる。

【００２４】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、カムシャフ
トに、動弁駆動用カムとは逆方向に広がるテーパ状のカ
ム面を有するポンプ駆動用カムが設けられ、このポンプ
駆動用カムによって作動油供給手段が駆動される。した
がって、動弁の開弁期間及びリフト量が大きいときすな
わち高回転時には、作動油供給手段が動弁駆動用カムの
カム径の小さい部分で駆動されることになり、この分作
動油供給手段の作動油吐出量及び吐出圧が低下する。こ
のため、エンジン回転数の上昇による作動油吐出量及び
吐出圧の上昇と、上記作動油吐出量及び吐出圧の低下と
が打ち消し合い、エンジン回転数が高いときでも作動油
吐出量及び吐出圧が適正値に保持され、カムシャフト駆
動手段の負荷の増大と動力損失の増大とが防止される。
逆に、低回転時には、作動油供給手段が動弁駆動用カム
のカム径の大きい部分で駆動されることになり、作動油
供給手段の作動油吐出量及び吐出圧が十分に確保され、
カムシャフト駆動手段の作動特性が良好となる。

【００２５】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、オイルポン
プがカムシャフトのその軸線方向への移動に伴ってオイ
ルの吐出特性を変化させるようになっているので、エン
ジン回転数にかかわらず、オイルポンプの吐出量及び吐
出圧を適正値に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるバルブタイミング制御装置を
備えたエンジンのカムシャフトまわりの一部断面側面説
明図である。

【図２】 オイルポンプ駆動機構の立面断面説明図であ
って、図１のＡ方向の矢視図である。

【図３】 オイルポンプの吐出特性を示す図である。

【図４】 本発明にかかるバルブタイミング制御装置を
備えたエンジンのシリンダヘッド上端部付近の平面説明
図である。

【符号の説明】

Ｅ…エンジン Ｓ…油圧機構 ２…吸気弁用カム ３…吸気弁用カムシャフト ６…吸気弁 ７…バルブタイミング制御装置 １３…ポンプ駆動用カム １５…オイルポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 晃 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−36705（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−19606（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−47137（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/04 F01M 1/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフト軸線方向に広がるテーパ状
   のカム面を有する動弁駆動用カムが設けられたカムシャ
   フトを、その軸線方向に移動させることによって上記カ
   ム面と動弁側との摺接位置を変え、動弁の開閉タイミン
   グ及びリフト量を変化させるようにしたエンジンのバル
   ブタイミング制御装置であって、 カムシャフトの一端に該カムシャフトをその軸線方向に
   移動させる油圧駆動式のカムシャフト駆動手段が設けら
   れ、 カムシャフトに、動弁駆動用カムとは逆方向に広がるテ
   ーパ状のカム面を有するポンプ駆動用カムが設けられ、 該ポンプ駆動用カムによって駆動されてカムシャフト駆
   動手段に作動油を供給する作動油供給手段が設けられて
   いることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたエンジンのバルブ
   タイミング制御装置において、 作動油供給手段が、ポンプ駆動用カムのカム径によって
   吐出特性が変化するオイルポンプであって、カムシャフ
   トのその軸線方向への移動に伴ってオイルの吐出特性を
   変化させるようになっていることを特徴とするエンジン
   のバルブタイミング制御装置。