JP3498784B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のクラン
ク軸と同期回転可能な回転伝達部材に対するカムシャフ
トの回転位相を油圧により可変調整する可変動弁機構に
関し、特に、スプリングのバネ力によりベーン部材をロ
ックすると共に、遅角側または進角側油室への圧油供給
に応じてロックを解除するベーン式カム位相可変装置に
関する。 【０００２】 【関連する背景技術】油圧ベーン式カム位相可変装置
は、クランク軸と同期回転する回転伝達部材と一体回転
可能な収容部材と、この収容部材内に収容されたベーン
を有しカムシャフトと一体回転可能なベーン部材とを含
み、ベーンと収容部材との間に形成された油室に対して
圧油を給排することによりカム位相を変化させて吸気弁
と排気弁とのバルブオーバラップ期間を可変調整するも
ので、エンジン始動性やエンジン出力の向上に寄与す
る。油圧ベーン式カム位相可変装置には、比較的廉価に
製造可能であるという利点がある一方で、エンジン始動
時にカム位相が変動するという欠点がある。 【０００３】すなわち、エンジンの運転停止に伴ってカ
ム位相可変装置の油室への圧油供給が停止すると、エン
ジン上部に位置する油室内の圧油がシリンダヘッド内へ
抜け、圧油を介するベーンと収容部材との結合が解除さ
れ、ベーンは収容部材内で自由に回転可能になる。この
様な状態でのエンジン始動中、吸気弁または排気弁の開
弁から最大リフトまでの期間ではカム回転を抑制する負
の駆動トルクがカムを介してカムシャフトに加わり、最
大リフトから閉弁までの期間ではカム回転を促進する正
の駆動トルクがカムシャフトに加わる。この結果、圧油
による拘束のないベーンが収容部材内で移動してカム位
相が変動し、失火が発生し易くなる。 【０００４】上記の駆動トルクによるカム位相ずれを防
止するため、特開平９−６０５０８号公報に記載のバル
ブタイミング調整装置は、ベーンロータ９（この参照符
号は公報に記載のものである）を最遅角位置にロックす
るロック機構を有している。ベーンロータ９のベーン９
ａ、９ｂは、チェーンスプロケット１及びフロントプレ
ート４と共にハウジング部材を構成するシューハウジン
グ３のシュー３ａ、３ｂにより形成された扇状空間部に
収容されている。 【０００５】上記のロック機構は、ベーン９ａ、９ｂに
形成した収容孔８に収容される大径部とフロントプレー
ト４に形成したストッパ穴２０に嵌合する小径部とから
なるストッパピストン７と、収容孔内に配されピストン
７をフロントプレート側へ付勢するスプリング１８と、
収容孔内でピストン小径部とベーン内壁との間に介在す
るガイドリング１９とを有している。ガイドリングとピ
ストン大径部との間においてベーンロータには遅角油圧
室に連通する油圧室２３が形成され、ストッパ穴とピス
トン小径部との間においてフロントプレートには進角油
圧室に連通する油圧室２４が形成されている。そして、
油圧室２３、２４への圧油供給がなくかつベーンが最遅
角位置にあるときにスプリング１８の付勢力によりピス
トン７がストッパ穴２０に嵌合する一方、いずれかの油
圧室に圧油が供給されたときにピストンがストッパ穴か
ら離脱してロックが解除される。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記のバルブタイミン
グ調整装置は、カムシャフトに加わる駆動トルクによる
位相ずれを防止可能であるが、ロック用のスプリングに
加えて、ロック解除用の２つの油圧室、両油圧室への２
系統の圧油供給系および両油圧室を区分するガイドリン
グを設ける必要があり、装置が大型になる。 【０００７】本発明の目的は、エンジン停止中のカム位
相ずれを防止するロック機構をコンパクトに構成して小
型軽量化を図った可変動弁機構を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の可変動弁機構
は、内燃機関のクランク軸と同期回転する回転伝達部材
と一体回転可能な収容部材と、カムシャフトと一体回転
可能でかつ収容部材に対して相対回転可能なベーン部材
と、可動体を付勢手段により付勢して収容部材のロック
穴へ可動体を嵌入させるロック機構と、可動体と共にベ
ーン部材に設けられ進角側油室または遅角側油室からの
油圧をロック穴へ選択的に導入する切替バルブとを備
え、遅角側油室への油圧供給時と進角側油室への油圧供
給時に油圧を切替バルブを介してロック穴へ導いて可動
体をロック穴から離脱させることを特徴とする。 【０００９】上記構成の可変動弁機構では、ベーン部材
が相対回転して可動体がロック穴に整合すると、遅角側
または進角側油室への油圧供給がなければ、付勢手段の
付勢力により可動体がロック穴に嵌入してベーン部材が
ロックされる。一方、遅角側または進角側油室への油圧
供給が行われると、いずれの場合にも切替バルブを介し
て油圧がロック穴へ導入されて可動体が反ロック穴側へ
付勢され、可動体がロック穴から離脱してロックが解除
される。この様に、本発明の可変動弁機構では、遅角側
油室からの油圧と進角側油室からの油圧を、可動体と共
にベーン部材に設けられた切替バルブを介してロック穴
という同一部位にロック解除油圧として作用させる。こ
のため、ロック解除油圧供給経路の大部分が一系統にま
とめられてロック機構がコンパクトになり、可変動弁機
構の小型軽量化が図られる。そして、内燃機関の運転停
止中に遅角側油室および進角側油室からの油抜けが生じ
たとしても、付勢手段の付勢力によりロック状態が維持
されるのでカム位相ずれを来すことはなく、次回の内燃
機関の始動時の失火発生が防止される。 【００１０】本発明において、好ましくは、可動体は、
ベーン部に形成したロックピン孔に摺動自在に配された
円筒状のロックピンからなる。この好適態様によれば、
ロックピン孔及びロック穴をロックピンに適合する円筒
状に形成すれば良く、ロックピン、ロックピン孔及びロ
ック穴の形状が単純になって簡単かつ正確に加工できる
ことになる。また、ロックピンとロックピン孔との摺動
面間からの油漏れが少なくなり、ロックピン孔内でのロ
ックピンの摺動運動すなわちロック動作及びロック解除
動作が迅速に行われる。また、ロックピンの配設ならび
にロックピン孔及びロック穴の形成に伴うベーン部材や
収容部材の回転バランスの悪化が防止または抑制され
る。 【００１１】本発明において、好ましくは、切替バルブ
は、ベーン部に形成したバルブピストン孔に収容された
バルブピストンを有する。バルブピストン孔は、ベーン
部および可動体のそれぞれに形成したロック解除油圧供
給用の油路を介してロック穴に連通すると共に進角側油
室および遅角側油室に連通可能にされている。進角側油
室への油圧供給時、バルブピストンは、進角側油室とバ
ルブピストン孔とを連通させると共に遅角側油室とバル
ブピストン孔との連通を遮断する。遅角側油室への油圧
供給時、バルブピストンは、遅角側油室とバルブピスト
ン孔とを連通させると共に進角側油室とバルブピストン
孔との連通を遮断する。 【００１２】この好適態様によれば、切替バルブをベー
ン部に設けることができる。また、バルブピストン孔か
らロック穴までのロック解除油圧供給経路が、進角側油
室からロック穴への油圧供給と遅角側油室からロック穴
への油圧供給とに共用され、ロック解除油圧供給経路の
大部分が一系統にまとめられる。より好ましくは、バル
ブピストンは円筒状のピンからなる。この好適態様によ
れば、バルブピストン及びバルブピストン孔の加工を簡
単かつ正確に行える。また、バルブピストンとバルブピ
ストン孔との摺動面間からの油漏れが少なくなり、バル
ブピストン孔内でのバルブピストンの摺動運動すなわち
油圧選択動作が迅速に行われる。また、バルブピストン
の配設およびバルブピストン孔の形成に伴うベーン部材
の回転バランスの悪化が防止または抑制される。 【００１３】より好ましくは、バルブピストン孔はカム
シャフト軸線方向にベーン部を貫通して形成される。こ
の好適態様によれば、カムシャフト軸線まわりの可変動
弁機構の回転による遠心力はバルブピストン孔軸線に直
交する方向に作用するので、油圧選択のためのバルブピ
ストンの摺動運動はこの遠心力の影響を受けずに的確に
行われる。また、バルブピストンはその移動限度位置に
おいて収容部材に当接し、バルブピストン用の抜け止め
は不要である。 【００１４】好ましくは、ベーン部の先端面と収容部材
と対向面との間にベーンシールが配され、ベーン部の先
端面とバルブピストン孔とに開口するシール油圧供給用
の油路がベーン部に形成される。この好適態様によれ
ば、進角側または遅角側油室への油圧供給時に進角側ま
たは遅角側油室からの油圧がシール油圧供給用の油路を
介してベーンシールに作用してシール性が向上する。 【００１５】より好ましくは、シール油圧供給用の油路
は、ベーン部に形成したロック解除油圧供給用の油路と
整合して形成される。この好適態様によれば、双方の油
路を一度に加工可能で、加工コストが低減可能になる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
可変動弁機構としてのベーン式カム位相可変装置を説明
する。本実施形態のカム位相可変装置は、ＤＯＨＣエン
ジンの吸気側カムシャフトに付設されて排気弁に対する
吸気弁のオーバラップ量を可変制御するもので、以下の
説明では吸気弁側の構成を主に説明する。但し、本装置
は、エンジンの排気側または吸排気側の双方に配設可能
である。 【００１７】図１において、ＤＯＨＣエンジンのシリン
ダヘッドとロッカーカバー２（二点鎖線で模式的に示
す）との接合部位には、吸気側のカムシャフト１０を回
転自在に支持するカムジャーナル１５が設けられてい
る。ロッカーカバー２はシリンダヘッドカバーの一部を
構成する。カムシャフト１０には、ロッカアームを介し
て吸気弁に当接するカム４が形成され、カムシャフト１
０の回転につれて吸気弁が開閉するようになっている。 【００１８】エンジンのクランク軸（図示略）は、ベル
トやチェーンなどの回転力伝達要素を介して吸気側のカ
ムプーリやカムスプロケット（回転伝達部材２０）に連
結されている。本実施形態の回転力伝達要素は、軽量化
及びコスト低減を図るため例えば合成樹脂製の歯付きベ
ルト６（図２）により構成され、回転伝達部材２０はカ
ムプーリで構成されている。カムプーリ２０は、円板状
の主体部２２と、歯付きベルト６と噛み合う歯付きフラ
ンジ２４と、カムシャフト１０の端部に外嵌されたボス
部２６とを有している。すなわち、カムプーリ２０は、
カムシャフト１０と同軸に配されると共にカムシャフト
１０により回転可能に支持され、歯付きベルト６を介し
て伝達されるクランク軸の回転力を受けて回転するよう
になっている。 【００１９】本実施形態のカム位相可変装置は、後で詳
述するように装置各部の回転慣性、重量及び外形寸法の
低減ならびに装置の回転バランスの向上をも企図してい
る。これに関連して、カムプーリ主体部２２の外周側に
は、カムプーリ２０の回転慣性及び重量の低減のため、
例えば４つの溝孔２２ａ（図２）が形成されている。図
２中、参照符号２０ａは、クランク軸に対するカムシャ
フト１０の回転位相の位置決めに供されるマークを示
す。 【００２０】カムプーリ２０のボス部２６及びカムジャ
ーナル１５の対向周面間には、エンジン外部への油漏れ
を防止するリング状のオイルシール１７が配されてい
る。カムシャフト１０回りの潤滑などに用いられた油
は、カムシャフト１０、カムジャーナル１５及びオイル
シール１７により画成された環状空間１０ｄ（図３）と
カムジャーナル１５に形成された油路１５ｃとを介し
て、エンジン内部に戻される。 【００２１】カム位相可変装置は、例えば４本のボルト
２３（図３）によりカムプーリ主体部２２の外方端面に
固定されカムプーリ２０と一体回転可能なベーンハウジ
ング（収容部材）３０と、ボルト１４によりカムシャフ
ト１０の端面に固定されカムシャフト１０と一体に回転
可能なベーンロータ（ベーン部材）４０とを有し、各要
素３０、４０はカムシャフト１０及びカムプーリ２０と
同軸に配されている。ベーンハウジング３０およびベー
ンロータ４０は、例えばアルミニウムなどを基材とする
軽合金からなる素材を押し出し成形したもので、重量及
び回転慣性の低減が図られている。この様に回転慣性が
小さいカム位相可変装置にあっては、クランク軸とカム
プーリ２０とを連結する回転力伝達要素に加わる負荷が
小さくなり、従って、この回転力伝達要素を上記の歯付
きベルト６で構成可能になる。なお、以下において、カ
ム位相可変装置での要素配列や回転バランス等に関連し
て、要素１０，２０，３０及び４０を一括してカム駆動
系と称することがある。 【００２２】ベーンロータ４０は、これを収容するベー
ンハウジング３０との間に供給される圧油を介してベー
ンハウジング３０と駆動的に連結された状態でハウジン
グ３０と一体に回転するようにされている。クランク軸
の回転力は、カムプーリ２０、ベーンハウジング３０お
よびベーンロータ４０を介してカムシャフト１０へ伝達
される。 【００２３】カムプーリ２０は、カムシャフト１０に嵌
合する上記のボス部２６を有し、カムシャフト１０に対
して相対回転可能になっている。また、ベーンロータ４
０は、ハウジング３０内で該ハウジングに対して例えば
約４０度の所定角度範囲内で回動可能になっている。そ
して、ベーンロータ４０がハウジング３０内で回動する
と、カムプーリ２０に対するカムシャフト１０の回転位
相が変化して、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ
量が変化することになる。本実施形態では、ベーンロー
タ４０が図６に示す最遅角側の回動位置をとったときに
バルブオーバラップ量を略ゼロにしてエンジンの始動性
向上を図る一方、エンジン回転の上昇につれてバルブオ
ーバラップ量を増大させて吸気効率向上を図るようにし
ている。 【００２４】詳しくは、ベーンロータ４０は、円筒状の
主体部４２と、ロータ主体部４２の周面に互いに直径方
向に対向して設けた２つのベーン４４とを有している
（図２）。ロータ主体部４２のカムシャフト側の端面に
はピン穴４２ｂ（図３）が形成され、このピン穴４２ｂ
に整合してカムシャフト１０の対向端面にピン孔が形成
されている。そして、両ピン穴に配されるピン８（図
３）により、カムシャフト１０に対するベーンロータ４
０の取付位置を位置決めするようにしている。 【００２５】ベーン４４は、ベーンロータ主体部４２か
ら半径方向外方へ延びている。各ベーン４４は、縦断面
でみて先細形状（本実施形態では略台形状）に形成さ
れ、これにより、半径方向外方部位でのベーン４４の重
量が低減され、従って、ベーン４４の回転慣性が大幅に
低減される。また、各ベーン４４は、ベーンロータ回転
中心を通るベーン長手方向軸線に関して対称な断面形状
を有している。この様な先細形状のベーン４４を設けた
ベーンロータ４０は、回転慣性が小さく、しかも、ベー
ンロータ回転中心ひいてはカム駆動系１０、２０、３０
及び４０の回転軸線まわりの回転バランスに富み、回転
振動が抑制される。 【００２６】ベーンハウジング３０は、ハウジング本体
３２とハウジング端壁３４とを有している。ハウジング
本体３２はベーン数と同数（例えば２つ）の周壁部３２
ａを有し、各ハウジング周壁部３２ａの両縁から一対の
隔壁３２ｂ、３２ｃが互いに平行にベーンロータ半径方
向内方へ延びている。また、各ベーンの隔壁３２ｂの内
面は他方のベーンの隔壁３２ｃの内面と面一をなし、両
隔壁は隔壁結合部３２ｄを介して互いに結合されてい
る。隔壁結合部３２ｄの内周面は縦断面円弧状に形成さ
れてベーンロータ主体部４２の外周面に摺接しており、
ベーンロータ４０を回転自在に支持している。隔壁結合
部３２ｄには、ボルト２３が挿通するボルト孔２３ａが
形成されている。 【００２７】上述のようにベーン４４が先細形状である
ので、カム位相可変範囲を所要のものにしつつ、ハウジ
ング周壁部３２ａの周方向長さを短くすることができ
る。このため、ハウジング３０の回転慣性を低減するべ
く、隔壁結合部３２ｄ回りでハウジング３０の半径方向
外方部分を除肉可能になる。ベーンハウジング３０の各
対の隔壁３２ｂ、３２ｃは、ハウジング周壁部３２ａ、
ハウジング端壁３４及びカムプーリ主体部２２と協働し
てベーン４４を収容するベーン収容室を画成している。
換言すれば、本実施形態のカムプーリ主体部２２は、ハ
ウジング要素３２及び３４と共に収容部材を構成してい
る。ベーン４４の先端周面とハウジング周壁部３２ａの
内周面との間にはベーンシール４９が配され、このシー
ル４９とベーン４４とにより、ベーン収容室は進角側油
室４７と遅角側油室４８との２つに区分されている（図
２）。即ち、ベーンハウジング３０とベーンロータ４０
との間には各ベーン４４を挟んで２対の油室４７，４８
が画成されている。そして、両油室４７、４８の所要の
一方に圧油を供給することにより、ハウジング３０内で
ベーンロータ４０を回動させるようにしている。 【００２８】本実施形態によるベーンハウジング３０及
びベーンロータ４０は、上記のように押し出し成形によ
り得られるもので、両要素３０、４０の対向面などは必
要に応じてブローチ盤などを用いて切削加工される。上
記のように各ベーンの隔壁３２ｂ、３２ｃを互いに平行
に設けると共に両隔壁の内面がベーンロータ直径方向に
対向する他方のベーンの隔壁３２ｃ、３２ｂの内面と面
一をなすように設けることにより、ブローチ加工が容易
になると共に加工精度が向上し、また、加工面の検査が
容易になる。 【００２９】次に、油室４７、４８に対する圧油の給排
について説明する。図１に示すように、カムジャーナル
１５には、カムシャフト１０の長手方向軸線に略直交し
てそれぞれ延びる第１及び第２油路１５ａ、１５ｂが形
成されている。油路１５ａ、１５ｂの外方端は、オイル
コントロールバルブ（ＯＣＶ）５０の第１及び第２出口
ポート５１、５２にそれぞれ連通している。ＯＣＶ５０
の第１入口ポート５３は、油タンク６０から汲み上げた
油を加圧する油ポンプ６２の吐出側に連通する油供給パ
イプ６３に接続され、第２入口ポート５４はリターンパ
イプ６４に接続されている。後述のように第１油路１５
ａは遅角側油室４７に連通しており、ＯＣＶ５０が図１
に示す切換位置（遅角位置）５０ａをとって第１入口ポ
ート５３と第１出口ポート５１とが連通すると共に第２
入口ポート５４と第２出口ポート５２とが連通したと
き、油ポンプ６２からの圧油が遅角側油室４８に供給さ
れるようになっている。一方、ＯＣＶ５０が別の切換位
置（進角位置）５０ｂをとって第１入口ポート５３と第
２出口ポート５２とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第１出口ポート５１とが連通したとき、進角側油室
４７への圧油供給が行われる。そして、ＯＣＶ５０を例
えば電子制御ユニット（図示略）によりエンジン回転数
に応じてデューティ制御して油室４７，４８に対する圧
油の給排を制御し、カムシャフト１０に対するカムプー
リ２０の回転位相を可変制御するようにしている。ま
た、ＯＣＶ５０が中立位置５０ｃをとって入口ポート５
３、５４と出口ポート５１、５２との連通が遮断される
と、回転位相が維持されることになる。即ち、ＯＣＶ
は、油ポンプ６２等と共にベーンロータ４０を必要に応
じて油圧により遅角側または進角側へ回転させる油圧供
給手段を構成している。 【００３０】カムジャーナル１５に形成され圧油給排経
路の一部を構成する第１及び第２油路１５ａ、１５ｂの
内方端は、カムシャフト１０の周面に形成された第１及
び第２環状溝１１ａ、１１ｂにそれぞれ開口している。
カムシャフト１０には、第１環状溝１１ａからカムシャ
フト軸線の手前までそれぞれ延びる第１半径方向孔１２
ａと、第２環状溝１１ｂからカムシャフト軸線まで延び
る第２半径方向孔１２ｂとがカムシャフト半径方向に形
成されている。第１半径方向孔１２ａはベーン数と同数
設けられている。カムシャフト１０が如何なる回転位置
をとったときにも、孔１２ａは第１環状溝１１ａに連通
し、孔１２ｂは第２環状溝１１ｂに連通している。ま
た、カムシャフト１０には、孔１２ａ、１２ｂの内方端
からカムシャフト端面までそれぞれ延びる第１及び第２
長手方向孔１３ａ、１３ｂがカムシャフト軸線方向に形
成されている。第２長手方向孔１３ｂはカムシャフト軸
線上に一つ設けられ、第１長手方向孔１３ａはカムシャ
フト軸線から偏倚した半径方向位置においてベーン数と
同数設けられている。 【００３１】第２長手方向孔１３ｂは段付き孔であっ
て、第２半径方向孔１２ｂに連通する小径部と、六角穴
付きの中空ボルト１４が螺着される大径部とを有してい
る。中空ボルト１４は、ベーンロータ主体部４２にこれ
と同軸に形成された段付き貫通孔４２ａ内に配され、中
空ボルト１４の頭部は、段付き貫通孔４２ａの大径部に
収容されている。中空ボルト１４の中空部１４ａは、ベ
ーンロータ主体部４２の内周面（段付き貫通孔４２ａ形
成面）と、ハウジング端壁３４の中央部のネジ孔３５に
螺着された六角穴付きボルト３６の内方端面と、中空ボ
ルト１４の頭部外面とにより画成される断面Ｕ字状の油
路４１に連通している（図１）。 【００３２】油室４７，４８への圧油給排経路に関連し
て、ベーンロータ４０において、ロータ主体部４２に
は、カムシャフト１０の２つの第１長手方向孔１３ａに
整合して２つの短い第１長手方向孔４５ａがベーンロー
タ軸線方向に形成され、また、それぞれの孔４５ａから
ベーンロータ半径方向外方に延びる２つの第１半径方向
孔４６ａが形成されている。孔４６ａの外方端は、ベー
ン４４の根元付近でロータ主体部４２の外周面に開口し
て遅角側油室４８に連通している（図２）。また、第１
半径方向孔４６ａに関して反カムシャフト側に偏倚した
ベーンロータ厚さ方向位置において、ベーンロータ主体
部４２には第２半径方向孔４６ｂがベーンロータ半径方
向に形成されている（図１）。孔４６ｂは、その内方端
がロータ主体部４２の段付き貫通孔４２ａの大径部に開
口し、その外方端がベーン４４の根元付近においてロー
タ主体部４２の外周面に開口して進角側油室４７に連通
している（図２）。 【００３３】上記の環状溝、半径方向孔および長手方向
孔は、油路１５ａまたは１５ｂと油室４８または４７と
を連通させる油路を構成している。図２から明らかなよ
うに、２つの半径方向孔４６ａはベーンロータ回転中心
を通る一つの直線上に設けられている。このため、一回
の孔加工で２つの孔４６ａを同時に形成して加工コスト
を低減できる。また、ベーンロータ４０に孔４６ａを形
成しても、ベーンロータ回転中心に対するベーンロータ
４０の回転バランス（カム駆動系の回転バランス）が損
なわれることがない。孔４６ｂについても同様である。 【００３４】カム位相可変装置は、吸気弁と排気弁との
オーバラップ量を最小値（たとえばゼロ）にするべくベ
ーン４４を最遅角側回転位置にロックするためのロック
機構を有している。図２ないし図４に示すように、本実
施形態のロック機構は、ベーン数と同数（例えば２つ）
のロックピン（可動体）７０およびスプリング（付勢手
段）８０を有している。各ロックピン７０は、ベーン厚
さ方向に各ベーン４４を貫通して形成されたロックピン
孔４４ａ内に移動自在に配されている。ロックピン７０
のハウジング端壁側半部には、スプリング８０を収容す
るスプリング室（収容室）７１がロックピン長手方向に
形成されている。ロックピン７０は、スプリング８０に
より、カムプーリ主体部２２に形成されたロック穴２２
ｂ側（ロック方向）へ常時付勢されており、ベーンロー
タ４０が最遅角側回転位置まで移動したとき、ロック穴
への油圧供給がなければ、ロックピン先端部７０ａがロ
ック穴２２ｂに嵌入して、ベーンロータ４０を最遅角位
置にロックするようになっている（図４及び図６）。こ
のロック状態では、ベーンハウジング３０からベーンロ
ータ４０に加えられる回転トルクは２つのロックピン７
０で分担される。このときにロックピン７０に加わる剪
断力に耐えるように、ロックピン７０は例えば鉄系材料
で構成されている。 【００３５】ロックピン７０は、進角側及び遅角側油室
４７、４８のいずれか一方への圧油供給に応じてハウジ
ング端壁３４側へ移動して、ロックを解除するようにな
っている。本実施形態では、進角側油室４７への圧油供
給および遅角側油室４８への圧油供給に応動する切替バ
ルブにより、進角側油室４７と遅角側油室４８との連通
を遮断しつつ、進角側油室４７または遅角側油室４８か
らの圧油をロック穴２２ｂ内へロック解除用油圧として
選択的に導入するようにしている。この様に、油室４
７、４８からのロック解除用油圧をロック機構の同一部
位（ロック穴）に導入する構成によれば、ロック解除用
油圧経路の大部分を一系統に集約でき、ロック機構をコ
ンパクトにでき、設計自由度が向上し、また、加工が簡
便になり、ロック機構の配設に伴うベーンロータ４０の
回転アンバランスを防止または低減できる。 【００３６】図４に示すように、切替バルブはストレー
トピンからなるバルブピストン（弁体）９０を有し、バ
ルブピストン９０は、ロックピン孔４４ａよりも半径方
向外方位置においてベーン厚さ方向（カムシャフト軸線
方向）にベーン４４を貫通して延びるバルブピストン孔
４４ｂ内に移動自在に配されている。バルブピストン９
０を直円筒状のストレートピンで構成すると、バルブピ
ストン孔４４ｂを直円筒状の孔に形成すれば良く、従っ
て、ピストン９０及びピストン孔４４ｂの加工が容易に
なると共に切替バルブの配設に伴うベーンロータ４０の
回転アンバランスを防止または低減でき、また、要素９
０、４４ｂ間からの圧油漏れが少なくなるので、ピスト
ン９０の圧油選択動作（ピストン孔内でのピストン移
動）が迅速に行われる。バルブピストン９０をベーン４
４内部に配置した構成では、ピストン孔４４ｂをベーン
４４を貫通して設けることができ、有底のピストン孔を
ハウジング３０側に設ける場合に比べてピストン孔４４
ｂの加工が容易になる。そして、ピストン９０をカムシ
ャフト軸線方向に配置すると、ベーンロータ４０の回転
に伴ってピストン９０に加わる遠心力はベーンロータ周
方向すなわちピストン直径方向に作用するので、ピスト
ンはベーンにより支持され、この遠心力に起因してピス
トン孔４４ｂ内で移動することがない。すなわち、圧油
選択のためのピストン９０のピストン孔内での移動は遠
心力の影響を受けずに的確かつ円滑に行われる。また、
ピストン９０はその移動限界位置ではハウジング端壁３
４またはプーリ主体部２２に当接するので、ピストンの
抜け止めを設ける必要もない。 【００３７】図５に示すように、各ベーン４４のハウジ
ング端壁３４側の端面及びカムプーリ主体部２２側の端
面には、ロック解除油圧供給用の油通路４４ｃ、４４ｄ
がそれぞれ形成されている。油通路４４ｃの両端は進角
側油室４７及びバルブピストン孔４４ｂに開口し、油通
路４４ｄの両端は遅角側油室４８及びバルブピストン孔
４４ｂに開口している。このバルブピストン孔４４ｂ
は、ロック穴２２ｂに連通している。すなわち、ロック
解除油圧供給用の油通路４４ｅがベーン４４に形成さ
れ、油通路７２及び７３がロックピン７０に形成されて
いる。油通路４４ｅはベーン長手方向軸線に沿って延
び、その両端はバルブピストン孔４４ｂおよびロックピ
ン孔４４ａにそれぞれ開口している。油通路７２はロッ
クピン直径方向に形成され、その両端はロックピン７０
の外周面にそれぞれ開口している。油通路７２の開口端
は拡径されており、ロックピン７０が図３に示すロック
解除位置にあるか或いは図４に示すロック位置にあるか
にかかわらず、油通路４４ｅと油通路７２とが連通する
ようになっている。油通路７３はロックピン長手方向軸
線に沿って延び、その両端は油通路７２およびロック穴
２２ｂにそれぞれ開口している。 【００３８】ロック解除時の背圧除去のため、各ベーン
４４のハウジング端壁側にはスプリング室７１に連通す
る溝４４ｉが形成され、また、この溝４４ｉに連通する
呼吸孔４４ｊがベーン４４に形成されている（図４）。
呼吸孔４４ｊはベーン厚さ方向に延びて、カムシャフト
１０の先端面周縁に環状に形成された面取り部分１０ａ
に開口している。この面取り部分１０ａは、カムシャフ
ト１０の先端部にカムシャフト軸線方向に形成された呼
吸穴１０ｂとこの呼吸穴１０ｂからカムシャフト外周面
に向けて半径方向外方へ延びる呼吸穴１０ｃ（図３）と
を介して、環状空間１０ｄに連通している。上記要素４
４ｉ、４４ｊ、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、スプリン
グ室７１を環状空間１０ｄに連通させる連通路を構成し
ている。上述のように、環状空間１０ｄは、カムジャー
ナル１５の油路１５ｃを介してエンジン内部に連通して
いる。 【００３９】上記構成において、油通路４４ｃを介して
進角側油室４７からバルブピストン孔４４ｂに圧油が供
給されると、バルブピストン９０がカムプーリ主体部２
２側へ移動し（図５）、油通路４４ｄと油通路４４ｅと
の連通がピストン９０により遮断されると共に油通路４
４ｃと油通路４４ｅとがピストン孔４４ｂを介して連通
し、油室４７からの圧油は、ベーン４４の油通路４４ｅ
とロックピン７０の油通路７２、７３とを介してロック
穴２２ｂ内に流入する。また、油通路４４ｄを介して遅
角側油室４８からバルブ４４ｂに圧油が供給されると、
バルブピストン９０がハウジング端壁３４側へ移動し、
圧油が油通路４４ｅ、７２及び７３を介してロック穴２
２ｂ内に流入する。油室４７または４８からロック穴へ
供給された圧油は、ロックピン７０をスプリング８０の
バネ力に抗してハウジング端壁側へ付勢する。このと
き、スプリング室７１内の油は、ベーン４４の溝４４ｉ
及び呼吸孔４４ｊとカムシャフト１０の面取り部分１０
ａ、呼吸穴１０ｂ、１０ｃとを介して環状空間１０ｄへ
排出され、更に、カムジャーナル１５の油路１５ｃを介
してエンジン内部へ戻される。この結果、ロックピン７
０は、スプリング室７１内の油による背圧を受けずにロ
ック穴２２ｂから離脱し、ロック解除が円滑に行われ
る。また、スプリング室７１内の油がシリンダヘッドカ
バー内の環状空間１０ｄに排出されるので、油分による
歯付きベルト６の劣化は生じない。 【００４０】図４中、参照符号４４ｈは、ロック解除油
圧供給用の油通路４４ｅを加工するときの加工孔を表
す。すなわち、孔４４ｈ及び油通路４４ｅを一回のドリ
ル加工でベーン４４の頂面側から形成可能である。加工
孔４４ｈの両端はベーン４４の頂面およびピストン孔４
４ｂに開口しており、進角側または遅角側油室４７、４
８からピストン孔４４ｂに供給された圧油は加工孔４４
ｈを介してベーンシール４９の直下に作用し、ベーンシ
ール４９のシール性を向上させる。 【００４１】上記の２つのロックピン孔４４ａはベーン
ロータ回転中心に関して互いに対称に配され、ロックピ
ン孔４４ａに収容されるロックピン７０同士もベーンロ
ータ回転中心に関して対称に配されている。上記のロッ
ク穴２２ｂ、油通路４４ｃ及び４４ｄもベーンロータ回
転中心に関して対称に配されている。この様に、ロック
機構の各種要素を好ましくは油路を含めてロータベーン
回転中心に関して対称に設けることにより、ロック機構
の配設に伴うベーンロータ４０の回転バランス悪化を回
避することができる。 【００４２】以下、上記構成のカム位相可変装置の作用
を説明する。エンジン運転中、エンジン回転数が略一定
であって現在のカム位相（吸排気弁のオーバラップ量）
が適正であれば、オイルコントロールバルブ５０は、そ
の入口ポート５３、５４と出口ポート５１、５２との連
通が遮断される中立位置５０ｃに保持される。この場
合、進角側及び遅角側油室４７、４８に対する圧油の給
排がなされず、カム位相可変装置のベーン４４は油室４
７、４８に満たされた油により移動不能に拘束される。
この結果、ベーンハウジング３０とベーンロータ４０と
の相対回転位置が固定されてカム位相が維持された状態
で、クランク軸の回転に同期してカムプーリ２０、ベー
ンハウジング３０、ベーンロータ４０及びカムシャフト
１０が回転し、カムシャフト１０のカム４により吸気弁
が開閉される。上述のように、ベーンハウジング３０お
よびベーンロータ４０の各部は、ベーンロータ回転中心
に関する回転バランスを考慮して構成されており、従っ
て、要素３０及び４０の回転に伴う回転振動は充分に抑
制される。 【００４３】その後、エンジン回転が上昇すると、オイ
ルコントロールバルブ５０は、第１入口ポート５３と第
２出口ポート５２とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第１出口ポート５１とが連通する進角位置５０ｂに
切り換えられる。この結果、油ポンプ６２からの圧油
は、カムジャーナル１５の第２油路１５ｂとカムシャフ
ト１０の第２環状溝１１ｂ、第２半径方向孔１２ｂ及び
第２長手方向孔１３ｂとを介して中空ボルト１４の中空
部１４ａへ流入し、更に、油路４１とベーンロータ主体
部４２の第２半径方向孔４６ｂとを介して進角側油室４
７に供給される。油室４７への圧油供給により、ベーン
４４に進角方向（ハウジング隔壁３２ｃ側）への付勢力
が作用し、ベーン４４は遅角側油室４８内の油を排出し
つつベーンハウジング３０のベーン収容室内で進角方向
へ移動する。この結果、ベーンロータ４０はベーンハウ
ジング３０と共に回転しつつ、ハウジング３０に対して
進角方向へ相対回転し、カム位相が進角される。 【００４４】進角方向へのベーン４４の移動中、遅角側
油室４８内の油は、ベーンロータ主体部４２の第１半径
方向孔４６ａ及び第１長手方向孔４５ａを介してカムシ
ャフト１０の第１長手方向孔１３ａに流入し、次いで、
カムシャフト１０の第１半径方向孔１２ａおよび第１環
状溝１１ａとカムジャーナル１５の第１油路１５ａとオ
イルコントロールバルブ５０を介してシリンダヘッド内
へ排出され、油タンク６０へ戻る。 【００４５】また、上記のように進角側油室４７へ圧油
が供給されると、既に述べたように、油室４７内の圧油
は、油通路４４ｃ、４４ｅ、７２及び７３を介してロッ
ク穴２２ｂ内に流入して、ロックピン７０をロック解除
方向へ付勢する。このとき、ロックピン７０は既にロッ
ク解除状態にあるので、このロック解除状態が維持され
る（図２および図３）。 【００４６】その後、エンジン回転が低下すると、オイ
ルコントロールバルブ５０は、第１入口ポート５３と第
１出口ポート５１とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第２出口ポート５２とが連通する図１に示す遅角位
置５０ａに切り換えられる。この結果、油ポンプ６２か
らの圧油は、オイルコントロールバルブ５０が進角位置
にある場合の油排出経路に対応する経路を逆方向に辿っ
て遅角側油室４８に供給される。油室４８への圧油供給
により、ベーン４４に遅角方向（ハウジング隔壁３２ｂ
側）への付勢力が作用し、ベーン４４は進角側油室４７
内の油を排出しつつベーンハウジング３０のベーン収容
室内で遅角方向へ移動する。この結果、ベーンロータ４
０はベーンハウジング３０と共に回転しつつ、ハウジン
グ３０に対して遅角方向へ相対回転し、カム位相が遅角
される。進角側油室４７からの油排出は、オイルコント
ロールバルブ５０が進角位置にある場合の圧油供給経路
に対応する経路を逆方向に辿って行われ、圧油が油タン
ク６０へ戻る。 【００４７】また、遅角側油室４８への圧油供給時、既
に述べたように、油室４８内の圧油は、油通路４４ｄ、
４４ｅ、７２及び７３を介してロック穴２２ｂ内に流入
して、ロックピン７０をロック解除方向へ付勢し、これ
によりロック解除状態にされる（図２および図３）。エ
ンジンを運転停止させる直前では、エンジンはアイドル
運転されている。このアイドル運転中、ベーン収容室内
でベーン４４が最遅角位置まで回動するように、図１に
示す遅角位置にあるオイルコントロールバルブ５０を介
して油ポンプ６２から遅角側油室４８へ圧油が供給され
る。この結果、ベーンロータ４０が最遅角位置に保持さ
れる。このときロックピン７０はロック穴２２ｂに略整
合するが、油室４８からロック穴２２ｂへの圧油供給に
よりロック解除状態が維持される。 【００４８】エンジンが運転停止状態にある間、ロック
ピン７０はスプリング８０のバネ力を受けてロック穴２
２ｂに嵌入し（図６）、ベーン４４は最遅角位置にロッ
クされる。このエンジン停止中、カムジャーナル１５よ
りも上方位置にある進角側および遅角側油室４７、４８
内の油はシリンダヘッド内に抜けるが、ベーン４４のロ
ック状態はスプリング８０のバネ力により維持される。
従って、次のエンジン始動時、ベーン４４はエンジン始
動に適した最遅角位置にロックされており、エンジンは
失火発生を伴うことなく円滑に始動する。 【００４９】本発明の可変動弁機構は上記実施形態のも
のに限定されず、種々に変形可能である。例えば、上記
実施形態では２枚ベーンのカム位相可変装置を説明した
が、ベーン数は２つに限定されない。４枚ベーンの装置
を図７に例示する。この装置はベーン４４が４つである
点を除き上記実施形態のものと略同一構成であり、実施
形態のものに対応する要素を図７に同一符号で示し、説
明を省略する。エンジンに通常装備される油ポンプを圧
油供給源として利用した場合、油圧増大によるベーンロ
ータ回転力の増大には制約があるが、ベーン数を増加さ
せると、ベーン全体の合計受圧面が広くなり、圧油の給
排に伴って発生するベーンロータ回転力を大きなものに
できる。図７の変形例では直径方向に対向する２つのベ
ーンのみにロック機構を設けたが、全てのベーンにロッ
ク機構を設けても良い。 【００５０】上記の実施形態および変形例では、ベーン
４４を径方向外方側ほどベーン幅方向寸法が連続的に小
さくなるような断面台形状に形成して先細にしたが、こ
れに限定されない。例えば、ベーンを、矩形状や台形状
などの任意形状断面を有した幅広の基端側半部と任意形
状断面の幅狭の先端側半部とで構成可能である。また、
ベーンを先細にすることも必須ではない。 【００５１】上記実施形態では、付勢手段収容室（スプ
リング室７１）と環状空間１０ｄとを連通させる連通路
を、要素４４ｉ、４４ｊ、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃに
より構成したが、連通路の構成はこれに限定されず、ま
た、連通路を設けることも必須ではない。上記実施形態
のロック機構では、ロック穴２２ｂをベーン４４の最遅
角側回動位置に合致するような位置に設けたが、ベーン
４４の最遅角側回動位置よりも僅かに進角側へ偏倚した
位置にロック穴２２ｂに形成すると共にロックピン先端
部７０ａの周面及びロック穴２２ｂの周面にテーパを付
けても良い。この場合、ロック状態においてベーン４４
とベーンハウジング隔壁３２ｂとの間にクリアランスが
付与され、ロック機構のロック解除作動特性が向上し、
エンジン始動時の打音の発生が防止される。 【００５２】なお、ロック機構はハウジング側に設けて
も良いが、ベーン部材に設けた方がカム位相可変装置の
カム軸方向の長さがコンパクトに構成でき好ましい。 【００５３】 【発明の効果】本発明の可変動弁機構は、クランク軸と
同期回転する回転伝達部材と一体回転可能な収容部材
と、カムシャフトと一体回転可能でかつ収容部材に対し
て相対回転可能なベーン部材と、可動体を付勢手段によ
り付勢して収容部材のロック穴へ嵌入させるロック機構
と、可動体と共にベーン部材に設けられ進角側油室また
は遅角側油室からの油圧をロック穴へ選択的に導入する
切替バルブとを備えるので、内燃機関の運転停止中に油
室からの油抜けが生じたとしても、付勢手段の付勢力に
よりロック状態を維持でき、次回の内燃機関の始動時の
失火発生を防止できる。また、本発明では、遅角側油室
への油圧供給時と進角側油室への油圧供給時に油圧をロ
ック穴へ導いて可動体をロック穴から離脱させるので、
遅角側油室からの油圧と進角側油室からの油圧をロック
穴という同一部位にロック解除油圧として作用させるこ
とができ、ロック解除油圧供給経路の大部分が一系統に
まとめられてロック機構をコンパクトに構成でき、可変
動弁機構の小型軽量化を図れる。油圧を同一部位に導く
構成においてベーン部材内に可動体を設けることによ
り、ベーン部材のカム軸方向の長さが短くでき、カム位
相可変装置全体がコンパクトに構成できる。このため、
搭載性に優れるだけでなく重量及び回転慣性の低減が図
られるため、内燃機関の回転応答性を阻害せず、ベルト
やチェーンなどのカム駆動力伝達要素への負担が小さく
耐久性の悪化を引き起こさない。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態によるカム位相可変装置を
図２のＩ−Ｉ線に沿って示す長手方向断面図である。 【図２】カム位相可変装置を図３のＩＩ−ＩＩ線に沿っ
て示す横断面図である。 【図３】ロック解除状態のカム位相可変装置を図２のＩ
ＩＩ−ＩＩＩ線に沿って示す断面図である。 【図４】カム位相可変装置の部分拡大断面図である。 【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 【図６】カム位相可変装置をロック状態で示す横断面図
である。 【図７】本発明の変形例による４枚ベーン式カム位相可
変装置を示す横断面図である。 【符号の説明】 ４ カム １０ カムシャフト ２０ カムプーリ ２２ｂ ロック穴 ３０ ベーンハウジング ４０ ベーンロータ ４４ ベーン ４４ａ ロックピン孔 ４４ｂ バルブピストン孔 ４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、７２、７３ 油通路 ４４ｈ 加工孔 ４７ 進角側油室 ４８ 遅角側油室 ４９ シール ５０ オイルコントロールバルブ ６２ 油ポンプ ７０ ロックピン ７１ スプリング室 ８０ スプリング ９０ バルブピストン

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−280018（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−250311（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−36824（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−141315（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−148380（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−182270（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−193871（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−200903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 1/34

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関のクランク軸から回転力が伝達
   される回転伝達部材と一体回転可能な収容部材と、 上記収容部材内に配され上記収容部材との間に遅角側油
   室及び進角側油室を画成するベーン部を有し、上記内燃
   機関の吸気弁または排気弁を開閉するカム部が形成され
   たカムシャフトと一体回転可能でかつ上記収容部材に対
   して相対回転可能なベーン部材と、 上記遅角側油室または上記進角側油室に油圧を選択的に
   供給する油圧供給手段と、 上記ベーン部材の相対回転により可動体が上記収容部材
   のロック穴に整合したとき、上記可動体内に配された付
   勢手段の付勢力により上記可動体を上記ロック穴へ嵌入
   させ、また、上記遅角側油室への油圧供給時と上記進角
   側油室への油圧供給時に上記油圧を上記ロック穴へ導い
   て上記可動体を上記ロック穴から離脱させるロック機構
   と、 上記進角側油室または上記遅角側油室からの油圧を上記
   ロック穴へ選択的に導入する切替バルブとを備え、 上記可動体と上記切替バルブとが前記ベーン部材に設け
   られたことを特徴とする可変動弁機構。