JP3539182B2 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられる可変バルブタイミング装置に関し、回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとを備えることでカムによる吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを調整することができる可変バルブタイミング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関のクランクシャフトに対して吸気カムシャフトや排気カムシャフトを同期回転させるタイミングプーリやスプロケット部分に組み込まれ、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置が知られている。
【0003】
例えば、特開平9−60508号公報に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置は、図18、図19および図20に示すごとく、カムシャフト1202の一端に設けられている。なお、図18は図19におけるI−I線の断面図、図19は図18におけるII−II線の断面図、図20は図19におけるIII−III線の断面図である。
【0004】
ここで、図示していないクランクシャフトから回転駆動されるスプロケット1204はハウジング部材1206と一体に構成されている。このハウジング部材1206の中心部分にはベーンロータ1208が収納され、このベーンロータ1208は、その回転軸部分でカムシャフト1202の一端に取り付けられて、カムシャフト1202と一体に回転する。
【0005】
また、ベーンロータ1208の周囲からは複数のベーン1210が外側へ向かって突出し、ハウジング部材1206の内周面に接している。また、ハウジング部材1206からは内側に向かって複数の隔壁部1212が突出し、ベーンロータ1208の外周面に接している。隔壁部1212の間は、油圧室1214を形成していて、その各油圧室1214は、それぞれベーン1210により第1圧力室1216と第2圧力室1218とに区画されている。
【0006】
この第1圧力室1216および第2圧力室1218に対する油圧の給排により、ハウジング部材1206に対してベーンロータ1208を相対的に回動させることができ、ベーンロータ1208とハウジング部材1206との間の回転位相差を変更することができる。このことにより、クランクシャフトに対するカムシャフト1202の回転位相差を調整することができる。その結果、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを調整することができる。
【0007】
なお、第1圧力室1216に対する油圧供給機構1220からの油圧の供給あるいは排出は、シリンダヘッドに設けられた軸受部1222の油路を介して、カムシャフト1202のジャーナル部1224に形成されている外周溝1226、カムシャフト1202内の油路1227,1228、およびベーンロータ1208内の油路1230,1232により行われる。また、第2圧力室1218に対する油圧供給機構1220からの油圧の供給あるいは排出は、シリンダヘッドに設けられた軸受部1222の油路を介して、カムシャフト1202のジャーナル部1224に形成されている外周溝1236、カムシャフト1202内の油路1238、およびベーンロータ1208内の油路1240,1242,1244により行われる。
【0008】
上述した可変バルブタイミング装置以外に、3次元カムを用いてバルブのリフト量を変更することでバルブタイミングを調整する装置が知られている。
たとえば、特開平9−32519号公報記載の可変動弁機構では、図21に示すごとく、3次元カム1302を有するカムシャフト1304の一端側を、タイミングプーリ1306に対して、軸方向に摺動可能にかつ一体に回転するように取り付ける。そして、タイミングプーリ1306の一面側にシリンダ1308を設け、このシリンダ1308内に、カムシャフト1304の先端部に取り付けたピストン1310を挿入している。シリンダ1308とピストン1310とで囲まれた圧力室1312の油圧が高ければ、圧力室1312とは反対側に圧縮状態で配置されているスプリング1314に抗して、図示右方向にカムシャフト1304が移動し、あるいは圧力室1312の油圧が低ければスプリング1314に押されて図示左方向にカムシャフト1304が移動する。
【0009】
したがって、マイクロコンピュータ1316がオイルコントロールバルブ1318を制御して、軸受部1320に設けられた油路1322,1324、カムシャフト1304に設けられた油路1326,1328、およびピストン1310をカムシャフト1304の先端に固定するボルト1330に設けられた油路1332を介して、圧力室1312に供給する油圧を調整することで、カムシャフト1304の軸方向での位置を調整できる。
【0010】
このことにより、カムシャフト1304に設けられている3次元カム1302に対する、バルブリフト機構の当接位置が調整できることから、カムプロフィールに応じて変化するリフト量により吸気バルブや排気バルブの開弁期間が変更できる。このことによりバルブタイミングが調整できる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の例では、回転位相差を調整する場合、バルブの開閉タイミングが共に、同方向に同一の変化をしてしまう。また、後者の例では、バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとが逆方向に同一の変化してしまう。このため、開弁タイミングと閉弁タイミングとを個々に任意の調整をすることができず、バルブタイミングの自由度が低いという問題が存在した。
【0012】
これを解決するために、前者の可変バルブタイミング装置と後者の可変動弁機構との両者をカムシャフトに組み付けることにより、回転位相差とリフト量とを共に変更できるようにして、開弁タイミングと閉弁タイミングとをもっと自由に設定する構成が考えられる。
【0013】
例えば、図22に示す吸気カムシャフト1402と排気カムシャフト1404の平面配置図に示すごとく、タイミングスプロケット1406(またはタイミングプーリあるいはタイミングギヤ)が存在する吸気カムシャフト1402の一端に前者の可変バルブタイミング装置1408を備え、他端に後者の可変動弁機構1410を備えた構成が考えられる。
【0014】
しかし、このように単純に可変バルブタイミング装置1408と可変動弁機構1410とを組み合わせた構成は、吸気カムシャフト1402の両端に可変バルブタイミング装置1408と可変動弁機構1410とが配置されるため、内燃機関において、シャフトの軸方向が長大となり、狭いエンジンルーム内での配置に支障を来すことが考えられる。
【0015】
本発明は、回転位相差を調整する機構と3次元カムを用いてリフト量を調整する機構とを共に内燃機関に組み込むことでバルブタイミングの自由度の高い可変バルブタイミング装置を実現するとともに、狭いエンジンルーム内における内燃機関の配置が容易となって良好な搭載性が得られる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ものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
【0017】
請求項1〜16に記載された本可変バルブタイミング装置は、回転位相差を可変設定可能とする回転位相差可変アクチュエータと、バルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータとを同一のシャフトに取り付けるのではなく、異なるシャフトに取り付けたため、1つのシャフトが極端に長くなることが防止でき、内燃機関の大型化を防止できる。
【0018】
しかも、回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとを異なるシャフトに取り付けたとしても、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップや吸気バルブの閉弁タイミング等の内燃機関にとって重要なバルブタイミングの調整については、1つのシャフトを回転位相差可変アクチュエータで調整し、他の1つのシャフトをリフト量可変アクチュエータで調整することで可能となることから、同一のシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとを取り付けた場合と同じ高い自由度で調整することが可能である。
【0019】
また、1つのシャフトに2つのアクチュエータを取り付けていないので、1つのシャフトの質量が過大になることがなく、シャフトを支える機構の耐久性に問題を生じないという副次的な作用効果も生じる。
【0020】
請求項4、12に示したごとく、前記回転伝達機構としては、タイミングベルト、タイミングチェーンあるいはタイミングギヤにより前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達する構成を挙げることができる。
【0021】
この場合は、クランクシャフトの回転位相に対して、回転位相差可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対して回転位相差の調整ができ、更に、リフト量可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対してリフト量およびリフト量に伴う開弁期間の調整ができる。このことにより、1つのシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとの両方を取り付けなくても、バルブタイミングの高い自由度が得られると共に、内燃機関の大型化を防止できる。
【0022】
また、請求項4、12の構成以外に、請求項5、13に示したごとく、前記回転伝達機構は、タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有する第1伝達機構と、ギヤを有する第2伝達機構とを備え、
前記第1伝達機構にて、前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトに伝達し、前記第2伝達機構にて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行う構成を挙げることができる。
【0023】
この場合も、クランクシャフトの回転位相に対して、回転位相差可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対して回転位相差の調整ができ、更に、リフト量可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対してリフト量およびリフト量に伴う開弁期間の調整ができる。このことにより、1つのシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとの両方を取り付けなくても、バルブタイミングの高い自由度が得られると共に、内燃機関の大型化を防止できる。
【0024】
更に、前記回転位相差可変アクチュエータおよび前記リフト量可変アクチュエータの、より具体的な配置としては、例えば、請求項1〜3、8〜11に示すごとくの構成を挙げることができる。
【0027】
また、請求項に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータは、前記排気カムシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータは、前記吸気カムシャフトに設けられた構成が挙げられる。
【0028】
この構成により、例えば、排気カムシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータとの協働により、バルブオーバーラップが調整できるとともに、吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータにより、吸気バルブの閉弁タイミングが調整できる。
【0029】
また、請求項1、9に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータは、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータは、前記吸気カムシャフトに設けられた構成が挙げられる。
【0030】
この構成により、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータとの協働により、吸気バルブの閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0031】
また、請求項2、10に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータは、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータは、前記排気カムシャフトに設けられた構成が挙げられる。
【0032】
この構成により、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータにより、吸気バルブの閉弁タイミングが調整できるとともに、排気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータも協働して、バルブオーバーラップが調整できる。
【0033】
また、請求項3、11に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータは、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、2つの前記リフト量可変アクチュエータが、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに設けられた構成が挙げられる。
【0034】
この構成により、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位置に取り付けられた2つのリフト量可変アクチュエータとの協働により、吸気バルブの閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0035】
次に、請求項6、14に示したごとく、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において、前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に、前記第2伝達機構が設けられ、前記回転位相差可変アクチュエータおよび前記リフト量可変アクチュエータは、異なるシャフトにおける前記第2伝達機構部分に取り付けられている構成としてもよい。
【0036】
このように、第1伝達機構とは反対側に回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータを配置することにより、内燃機関の搭載性を向上させることができる。例えば、自動車に内燃機関が配置された場合には、第1伝達機構側にはサスペンションなどが配置されることから、少しでも第1伝達機構側での内燃機関の構成を小さくすることが内燃機関の搭載性を向上させる上で好ましい。したがって、請求項6、14に示したごとく、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータを、第1伝達機構第とは反対側に設けられた2伝達機構側に取り付ける構成とすることで、内燃機関の搭載性を更に向上させることができる。
【0037】
また、請求項7、15に示したごとく、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において、前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に、前記第2伝達機構が設けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの一方は、前記第1伝達機構が取り付けられているシャフトの前記第2伝達機構部分に取り付けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの他方は、前記第1伝達機構が取り付けられていないシャフトにおける前記第2伝達機構とは反対側の端部に取り付けられている構成としてもよい。
【0038】
このように回転位相差可変アクチュエータまたはリフト量可変アクチュエータの一方を、第1伝達機構第とは反対側に設けられた第2伝達機構側に取り付ける構成とすることでも、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【0039】
また、この場合、回転位相差可変アクチュエータまたはリフト量可変アクチュエータの他方は、第1伝達機構とも第2伝達機構とも組み合わせされていないので、シリンダヘッド内にほとんど全体を収納することができる。このように内燃機関をコンパクトに構成できることにより、サスペンションなどが障害とならず、一層、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【0040】
なお、請求項1に示したごとく、内燃機関が、自動車に搭載されているものであれば、自動車において上述した作用効果を生じさせることができる。
上述した各請求項では、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータは、異なるシャフトに取り付けられているが、次のごとく同一のシャフトに取り付けられていても、内燃機関の搭載性を高めることができる。
【0041】
すなわち、請求項1に示したごとく、クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備え、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向が車体の横方向に配置されるように自動車に搭載された内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
前記クランクシャフトに対する前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトの回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータとを、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内で、前記自動車に備えられているサスペンションから最も離れて存在するシャフトに設けたことを特徴とするものである。
【0042】
このように、内燃機関を自動車内に搭載する場合に、特に搭載の制約となり易いサスペンションから最も離れて存在するシャフトに回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータを取り付けることにより、両アクチュエータの取り付け対象が1つのシャフトであっても、内燃機関の搭載がサスペンションに制約されにくくなるので、自動車への内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【0043】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1〜図8により、内燃機関としてのエンジンの吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトに対して設けられた可変バルブタイミング装置10について説明する。
【0044】
図1には直列4気筒の車載用ガソリンエンジン11(以下、単に「エンジン」という)が示されている。エンジン11は、往復移動するピストン12が設けられたシリンダブロック13と、シリンダブロック13の下側に設けられたオイルパン13aと、シリンダブロック13の上側に設けられたシリンダヘッド14とを備えている。
【0045】
このエンジン11の下部には出力軸であるクランクシャフト15が回転可能に支持され、このクランクシャフト15にはコンロッド16を介してピストン12が連結されている。そして、ピストン12の往復移動は、そのコンロッド16によって、クランクシャフト15の回転へと変換されるようになっている。また、ピストン12の上側には燃焼室17が設けられ、この燃焼室17には吸気通路18および排気通路19が接続されている。そして、吸気通路18と燃焼室17とは吸気バルブ20により連通・遮断され、排気通路19と燃焼室17とは排気バルブ21により連通・遮断されるようになっている。
【0046】
一方、シリンダヘッド14には、吸気カムシャフト22および排気カムシャフト23が平行にかつクランクシャフト15に対しても平行に設けられている。吸気カムシャフト22は回転可能であるが軸方向には移動不可能にシリンダヘッド14上に支持されており、排気カムシャフト23は回転可能かつ軸方向へ移動可能にシリンダヘッド14上に支持されている。
【0047】
吸気カムシャフト22の一端部には、タイミングプーリ24aを備えた回転位相差可変アクチュエータ24が設けられている。この回転位相差可変アクチュエータ24は、吸気カムシャフト22をタイミングプーリ24aに対して相対的に回転させて、クランクシャフト15と吸気カムシャフト22との間の回転位相差を調整するものである。また、排気カムシャフト23において、回転位相差可変アクチュエータ24と同方向の端部にはタイミングプーリ25aを備えたリフト量可変アクチュエータ25が設けられている。このリフト量可変アクチュエータ25は、排気カムシャフト23を軸方向へ移動させて、後述する3次元カムのカムプロフィールを変化させて、排気バルブ21のリフト量および開弁期間を調整するものである。
【0048】
これらタイミングプーリ24a,25aは、タイミングベルト26を介して、クランクシャフト15に取り付けられたタイミングプーリ15aに連結されている。そして、駆動側回転軸としてのクランクシャフト15の回転がタイミングベルト26を介して、従動側回転軸としての吸気カムシャフト22および排気カムシャフト23に伝達されることによって、それら吸気カムシャフト22および排気カムシャフト23がクランクシャフト15の回転に同期して回転するようになっている。
【0049】
吸気カムシャフト22には、吸気バルブ20の上端に当接する吸気カム27が設けられ、排気カムシャフト23には、排気バルブ21の上端に当接する排気カム28が設けられている。そして、吸気カムシャフト22が回転すると、吸気カム27により吸気バルブ20が開閉駆動され、排気カムシャフト23が回転すると、排気カム28により排気バルブ21が開閉駆動されるようになっている。
【0050】
ここで、吸気カム27のカムプロフィールは吸気カムシャフト22の軸方向に対して一定となっているが、排気カム28のカムプロフィールは、図2に示すごとく排気カムシャフト23の軸方向に連続的に変化している。すなわち、排気カム28は3次元カムとして構成されている。
【0051】
このため、排気カムシャフト23が矢印A方向へ移動すると、排気カム28による排気バルブ21のバルブリフト量が徐々に大きくなるとともに、排気バルブ21の開タイミングが進角し閉タイミングが遅角することにより開弁期間が徐々に長くなる。また、矢印A方向とは逆方向に排気カムシャフト23が移動すると、排気カム28による排気バルブ21のバルブリフト量が徐々に小さくなるとともに、排気バルブ21の開タイミングが遅角し閉タイミングが進角することにより開弁期間が徐々に短くなる。したがって、排気カムシャフト23をその軸方向へ移動させることにより、排気バルブ21の開弁期間およびバルブリフト量の調整を行うことができる。
【0052】
次に、回転位相差可変アクチュエータ24、および回転位相差可変アクチュエータ24を油圧により駆動するための給油構造について図3〜図6に基づき説明する。
【0053】
図3は、吸気カムシャフト22の一端に設けられた回転位相差可変アクチュエータ24を示す断面図である。図4は図3のA−A線に沿った断面を示す。なお、図3に示す内部ロータ34およびその関連部分の図は、この図4のB−B線に沿った断面図として描かれている。
【0054】
図3に示すように、シリンダヘッド14の上端部の軸受部14aおよびベアリングキャップ30は、吸気カムシャフト22のジャーナル22aを回転可能に支持する。吸気カムシャフト22の先端面にボルト32により固定された内部ロータ34は、ノックピン(図示しない)により吸気カムシャフト22に対して回り止めされ、吸気カムシャフト22と一体的に回転する。内部ロータ34はその外周面に複数のベーン36を有する。
【0055】
一方、吸気カムシャフト22の先端部に、吸気カムシャフト22に対して相対回動可能に設けられたタイミングプーリ24aは、その外周に複数の外歯24bを有する。そして、タイミングプーリ24aの先端側の面に、順に取り付けられた側板38、ハウジング本体40およびカバー42はいずれもハウジングの一部としてボルト44によりタイミングプーリ24aに固定され、同タイミングプーリ24aと一体に回転する。また、カバー42はハウジング本体40および内部ロータ34の先端側の面を覆っている。ハウジング本体40は内部ロータ34を内包するように設けられ、その内周面に複数の突条46を有する。
【0056】
ベーン36の1つは、吸気カムシャフト22の軸方向に沿って延びる貫通孔48を有する。貫通孔48内において移動可能に収容されたロックピン50は、その内部に収容孔50aを有する。この収容孔50a内に設けられたスプリング54は、ロックピン50を側板38へ向かって付勢する。ロックピン50が側板38に設けられた係止穴52に対向していた場合には、ロックピン50がスプリング54の付勢力により係止穴52に係止し、側板38に対する内部ロータ34の相対回動位置が固定される。これにより、ハウジング本体40に対する内部ロータ34の相対回動が規制され、相対回動位置関係を維持して吸気カムシャフト22とタイミングプーリ24aとが一体に回転する。
【0057】
また、内部ロータ34はその先端側の面に形成された油溝56を有する。この油溝56はカバー42に形成された長穴58と、貫通孔48とを連通する。油溝56および長穴58は、貫通孔48の内部においてロックピン50よりも先端側にある空気あるいは油を外部に排出する機能を有する。
【0058】
図4に示すように、内部ロータ34は、その中央部に位置する円筒状のボス60と、同ボス60を中心に例えば90°毎の等間隔をもって形成された4つのベーン36とを備える。
【0059】
一方、ハウジング本体40は、その内周面において、上記ベーン36同様、互いにほぼ等間隔をもって配置された4つの突条46を有する。各突条46の間に4つ形成された凹部62は各ベーン36が挿入されている。各ベーン36の外周面は各凹部62の内周面に接し、各突条46の先端面はボス60の外周面に接している。このように各凹部62がベーン36により区画されることによって、回転方向における各ベーン36の両側にはそれぞれ第1油圧室64および第2油圧室66が形成される。これらベーン36は隣接する2つの突条46の間を移動可能とされており、このため、内部ロータ34はベーン36が両側の突条46に当接する位置を相対回動の限界位置として、その2つの限界位置とその間の中間領域とが内部ロータ34の相対回動の許容領域となっている。
【0060】
タイミングプーリ24aの回転方向(図4において矢印で示す。)と逆方向(以下、この方向を「遅角方向」と定義する。)の側に位置する第1油圧室64には、バルブタイミングを進める(進角させる)際に作動油が供給される。回転方向と同方向(以下、この方向を「進角方向」 と定義する)の側に位置する第2油圧室66には、バルブタイミングを遅らせる(遅角させる)際に作動油が供給される。
【0061】
また、各ベーン36および各突条46はその先端にそれぞれ溝68,70を有する。各ベーン36の溝68内には、シールプレート72と、同シールプレート72を付勢する板バネ74とが配設されている。同様に、各突条46の溝70内には、シールプレート76と、同シールプレート76を付勢する板バネ78とが配設されている。
【0062】
ロックピン50は図5および図6に示すごとく動作する。図5および図6は図4のC−C線に沿った断面図である。図5においては、内部ロータ34は最遅角位置にあり、ベーン36が突条46と接して静止状態にある。このときには、ロックピン50は係止穴52に対向していないので、ロックピン50の先端部50bは係止穴52には挿入されていない。
【0063】
エンジンが始動時などの場合、あるい後述する電子制御装置180(ECU)による油圧制御が開始されていない場合などで、第1油圧室64の油圧がゼロあるいは十分に上昇していないときに、始動時のクランキング動作により、逆トルクが生じて、内部ロータ34がハウジング本体40に対して進角方向に相対回動すると、ロックピン50が係止穴52に挿入できる相対回動位置に到達し、図6に示すごとくロックピン50が係止穴52に挿入し係止する。このようにロックピン50が係止穴52に係止した場合には、内部ロータ34とハウジング本体40との相対回動が禁止され、内部ロータ34とハウジング本体40とは一体となって回転することができる。
【0064】
なお、係止穴52に係止されたロックピン50の解除は、図5および図6に示す油路80を介して第2油圧室66から環状油空間82に油圧が供給されることにより行われる。すなわち、環状油空間82に供給される油圧が上昇することにより、スプリング54の付勢力に抗してロックピン50が係止穴52から外れ、同ロックピン50の係止が解除される。また、油路84を介して第1油圧室64から係止穴52に油圧が供給されて、ロックピン50の解除状態が確実に保持される。このように、ロックピン50の係止が解除された状態で、ハウジング本体40および内部ロータ34間の相対回動が許容され、第1油圧室64および第2油圧室66に供給される油圧に対応して、ハウジング本体40に対する内部ロータ34の相対回転位相が調整可能となる。
【0065】
次に、図3に基づき各第1油圧室64および各第2油圧室66に対して作動油の給排を行うための油給排構造について説明する。
シリンダヘッド14は、その内部に形成された第1油路86、第2油路88を有する。第1油路86は、吸気カムシャフト22の全周に形成された油溝90、ジャーナル22aの内部に形成された油孔92を介して、吸気カムシャフト22の内部に形成された油通路94に通じている。同油通路94の先端側は、環状空間96に開口する。ボス60の内部において、放射状に形成された4つの油孔98は、環状空間96と各第1油圧室64とを連通し、環状空間96内に供給された作動油を各第1油圧室64に供給する。
【0066】
第2油路88は、吸気カムシャフト22の全周に形成された油溝100に通じている。吸気カムシャフト22内に形成された油孔102、油通路104、油孔106および油溝108は、上記油溝100と、タイミングプーリ24aに形成された環状の油溝110とを連通する。側板38は、図3および図4に示すように各突条46の側面近傍にて開口する4つの油孔112を有する。各油孔112は、油溝110と各第2油圧室66とを連通し、各第2油圧室66内に油溝110内の作動油を供給する。
【0067】
第1油路86、油溝90、油孔92、油通路94、環状空間96および各油孔98は、各第1油圧室64に油を供給するための油路P1を構成する。第2油路88、油溝100、油孔102、油通路104、油孔106、油溝108、油溝110および各油孔112は、各第2油圧室66に作動油を供給するための油路P2を構成する。ECU180は、第1オイルコントロールバルブ114を駆動して、これら油路P1,P2を通じて第1油圧室64および第2油圧室66へ供給される油圧を制御する。
【0068】
一方、貫通孔48を有するベーン36には、図4,図5等に示すように油路84が設けられ、同油路84は第1油圧室64および前記係止穴52に連通しており、第1油圧室64に供給された油圧が係止穴52にも供給可能となっている。
【0069】
また、貫通孔48において、ロックピン50とベーン36との間には環状油空間82が形成されている。この環状油空間82は図4,図5等に示す油路80を介して第2油圧室66と連通しており、第2油圧室66に供給された油圧は同環状油空間82にも供給可能となっている。
【0070】
図3に示すごとく、第1オイルコントロールバルブ114はケーシング116を備え、ケーシング116には、第1給排ポート118、第2給排ポート120、第1排出ポート122、第2排出ポート124、および供給ポート126が設けられている。第1給排ポート118には油路P1が接続され、第2給排ポート120には油路P2が接続されている。更に、供給ポート126にはオイルポンプPから作動油が供給される供給通路128が接続され、第1排出ポート122および第2排出ポート124にはオイルパン13aに作動油を排出する排出通路130が接続されている。また、ケーシング116内には、4つの弁部132を有してコイルスプリング134および電磁ソレノイド136によりそれぞれ逆の方向に付勢されるスプール138が設けられている。
【0071】
そして、電磁ソレノイド136の消磁状態においては、スプール138がコイルスプリング134の付勢力によりケーシング116の一端側(図3における右側)に配置されて、第1給排ポート118と第1排出ポート122とが連通し、第2給排ポート120と供給ポート126とが連通する。この状態では、オイルパン13a内の作動油が供給通路128、第1オイルコントロールバルブ114および油路P2を介して、第2油圧室66へ供給される。また、第1油圧室64内にあった作動油は油路P1、第1オイルコントロールバルブ114および排出通路130を介してオイルパン13a内へ戻される。その結果、内部ロータ34と吸気カムシャフト22とがタイミングプーリ24aに対して回転方向とは反対方向に相対回転する。すなわち吸気カムシャフト22は遅角される。
【0072】
一方、電磁ソレノイド136が励磁されたときには、スプール138がコイルスプリング134の付勢力に抗してケーシング116の他端側(図3において左側)に配置されて、第2給排ポート120が第2排出ポート124と連通し、第1給排ポート118が供給ポート126と連通する。この状態では、オイルパン13a内の作動油が供給通路128、第1オイルコントロールバルブ114および油路P1を介して第1油圧室64へ供給される。また、第2油圧室66内にあった作動油は油路P2、第1オイルコントロールバルブ114および排出通路130を介してオイルパン13a内に戻される。その結果、内部ロータ34と吸気カムシャフト22とがタイミングプーリ24aに対して回転方向と同方向に相対回転する。すなわち吸気カムシャフト22は進角される。図4の状態から進角した場合は、例えば、図7に示すごとくとなる。
【0073】
更に、電磁ソレノイド136への給電を制御し、スプール138をケーシング116の中間に位置させると、第1給排ポート118および第2給排ポート120が閉塞され、それら給排ポート118,120を通じての作動油の移動が禁止される。この状態では、第1油圧室64および第2油圧室66に対して作動油の給排が行われず、第1油圧室64および第2油圧室66内に作動油が充填保持されて、内部ロータ34および吸気カムシャフト22が固定される。例えば、図4や図7の状態が固定されて、吸気カムシャフト22がクランクシャフト15から回転力を受けて回転することになる。
【0074】
なお、ここで、例えば、吸気カムシャフト22は、エンジン11の低回転時および高負荷高回転時に遅角されることにより、吸気バルブ20の開閉タイミングが遅らされ、エンジン11の低中負荷時には吸気カムシャフト22は進角されることにより吸気バルブ20の開閉タイミングが早められる。これはエンジン11の低回転時にはオーバーラップを小さくしてエンジン回転の安定を図るとともに、エンジン11の高回転時に吸気バルブ20を遅く閉じることにより燃焼室17への混合ガスの吸入効率を向上させるためである。また、低中負荷時には、吸気バルブ20の開時期を早め、オーバーラップを大とすることでポンピングロスを減らし、燃費を向上させるためである。
【0075】
次に、リフト量可変アクチュエータ25、およびリフト量可変アクチュエータ25を油圧により駆動するための給油構造について図8に基づき説明する。
図8に示すように、リフト量可変アクチュエータ25はタイミングプーリ25aを備える。このタイミングプーリ25aは、排気カムシャフト23が貫通する筒部151と、筒部151の外周面から突出する円板部152と、円板部152の外周面に設けられた複数の外歯153とから構成されている。タイミングプーリ25aの筒部151は、シリンダヘッド14の軸受部14bに回転可能に支持されている。そして、排気カムシャフト23は、その軸方向へ移動できるように筒部151を貫通している。
【0076】
また、タイミングプーリ25aには排気カムシャフト23の端部を覆うように設けられたカバー154が、ボルト155により固定されている。カバー154の内周面において排気カムシャフト23の端部に対応する位置には、排気カムシャフト23の軸方向に直線状に延びる内歯157が、周方向に沿って複数配列されて設けられている。
【0077】
一方、排気カムシャフト23の先端には、中空ボルト158およびピン159により、筒状に形成されたリングギヤ162が固定されている。リングギヤ162の外周面には、カバー154の内歯157と噛み合う平歯163が設けられている。この平歯163は排気カムシャフト23の軸線方向へ直線状に延びている。すなわち、リングギヤ162は排気カムシャフト23の軸方向に、排気カムシャフト23と共に移動可能となっている。
【0078】
このように構成されたリフト量可変アクチュエータ25において、エンジン11の駆動によりクランクシャフト15が回転し、その回転がタイミングベルト26を介してタイミングプーリ25aに伝達されると、タイミングプーリ25aおよび排気カムシャフト23が一体に回転する。この排気カムシャフト23の回転に伴なって排気バルブ21が開閉駆動される。
【0079】
そして、リングギヤ162が、後述するごとくの機構により、タイミングプーリ25a側(図面右方)へ移動すると、排気カムシャフト23も一体となって(図面右方:矢印A方向)へ移動する。このことにより、排気バルブ21のカムフォロア21aが当接する3次元カムとして形成されている排気カム28のカムプロフィールは、リフト量が大きくかつ開弁期間が長くなる方へ変化する。すなわち、排気バルブ21の開タイミングが進角し、閉タイミングが遅角する。
【0080】
また、リングギヤ162がカバー154側(図面左方)へ移動すると、排気カムシャフト23も一体となって(図面左方:矢印Aとは逆方向)へ移動する。このことにより、排気バルブ21のカムフォロア21aが当接する排気カム28のカムプロフィールは、リフト量が小さくかつ開弁期間が短くなる方へ変化する。すなわち、排気バルブ21の開タイミングが遅角し、閉タイミングが進角する。
【0081】
次に、リフト量可変アクチュエータ25にあって、こうしたリングギヤ162の移動を油圧制御するための構造について説明する。
カバー154の内側は、リングギヤ162の円盤状リング部162aの外周面がカバー154の内周面に軸方向へ摺動可能に密着されていることにより、高リフト側油圧室165と低リフト側油圧室166とに区画されている。そして、排気カムシャフト23の内部には、これら高リフト側油圧室165および低リフト側油圧室166にそれぞれ接続される高リフト制御油路167および低リフト制御油路168が通っている。
【0082】
高リフト制御油路167は、中空ボルト158の内部を通って高リフト側油圧室165に連通するとともに、シリンダヘッド14の内部を通って第2オイルコントロールバルブ170に繋がっている。また、低リフト制御油路168は、タイミングプーリ25aの筒部151内の油路172を通って低リフト側油圧室166に連通するとともに、シリンダヘッド14の内部を通って第2オイルコントロールバルブ170に繋がっている。
【0083】
一方、第2オイルコントロールバルブ170には、供給通路174および排出通路176が接続されている。そして、供給通路174は、回転位相差可変アクチュエータ24にて用いられていたと同じオイルポンプPを介してオイルパン13aに繋がっており、排出通路176は直接オイルパン13aに繋がっている。
【0084】
第2オイルコントロールバルブ170は、第1オイルコントロールバルブ114と同様に構成されている。従って、電磁ソレノイド170aの消磁状態においては、内部のポートの連通状態により、オイルパン13a内の作動油が、供給通路174、第2オイルコントロールバルブ170および低リフト制御油路168を介して、リフト量可変アクチュエータ25の低リフト側油圧室166へ供給される。また、リフト量可変アクチュエータ25の高リフト側油圧室165内にあったオイルは、高リフト制御油路167、第2オイルコントロールバルブ170および排出通路176介してオイルパン13a内へ戻される。その結果、リングギヤ162が高リフト側油圧室165へ向かって移動され、前述したように排気バルブ21のリフト量が小さくなり、開弁期間が短くなる。図8は最小リフト量の状態を示している。
【0085】
一方、電磁ソレノイド170aが励磁されたときには、内部のポートの連通状態により、オイルパン13a内の作動油が、供給通路174、第2オイルコントロールバルブ170および高リフト制御油路167を介してリフト量可変アクチュエータ25の高リフト側油圧室165へ供給される。また、リフト量可変アクチュエータ25の低リフト側油圧室166内にあった作動油は、低リフト制御油路168、第2オイルコントロールバルブ170および排出通路176を介してオイルパン13a内へ戻される。その結果、リングギヤ162が低リフト側油圧室166へ向かって移動され、前述したように排気バルブ21のリフト量が大きくなり、開弁期間が長くなる。
【0086】
更に、電磁ソレノイド170aへの給電を制御し、ポート間の作動油の移動を禁止すると、高リフト側油圧室165および低リフト側油圧室166に対して作動油の給排が行われず、高リフト側油圧室165および低リフト側油圧室166内に作動油が充填保持されて、リングギヤ162は固定される。その結果、排気バルブ21のリフト量および開弁期間は、リングギヤ162が固定されたときの状態に保持される。
【0087】
上述した第1オイルコントロールバルブ114および第2オイルコントロールバルブ170の制御を行っているECU180は、図1に示したごとく、CPU182、ROM183、RAM184およびバックアップRAM185等を備える理論演算回路として構成されている。
【0088】
ここで、ROM183は各種制御プログラムや、その各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されるメモリである。CPU182はROM183に記憶された各種制御プログラムに基づいて所望される演算処理を実行する。また、RAM184はCPU182での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM185はエンジン11の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、CPU182、ROM183、RAM184およびバックアップRAM185は、バス186を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路187および外部出力回路188と接続されている。
【0089】
外部入力回路187には、図示しない回転数センサ、吸気圧センサ及びスロットルセンサ等、エンジン11の運転状態を検出するための各種センサと、クランク側電磁ピックアップ190、吸気カム側電磁ピックアップ192および排気カム側電磁ピックアップ194が接続されている。ここで、クランク側電磁ピックアップ190はクランクシャフト15の回転位相や回転速度を検出し、吸気カム側電磁ピックアップ192は吸気カムシャフト22の回転位相や回転速度を検出し、排気カム側電磁ピックアップ194は排気カムシャフト23の回転位相、回転速度および軸方向位置を検出する。また、外部出力回路188には、第1オイルコントロールバルブ114および第2オイルコントロールバルブ170が接続されている。
【0090】
本実施形態では、こうした構成のECU180を通じて、吸気バルブ20および排気バルブ21のバルブ特性制御が行われる。即ち、ECU180は、エンジン11の運転状態を検出するための図示しない各種センサからの検出信号に基づき、エンジン11を適切な運転状態にするために吸気バルブ20の開閉タイミングを調整する必要がある場合には、第1オイルコントロールバルブ114を駆動制御する。また、エンジン11を適切な運転状態にするために排気バルブ21のリフト量および開弁期間を調整する必要がある場合には、第2オイルコントロールバルブ170を駆動制御する。
【0091】
そして、この駆動制御の際に、ECU180は、クランク側電磁ピックアップ190、吸気カム側電磁ピックアップ192および排気カム側電磁ピックアップ194からの検出信号を入力する。これらの検出信号に基づいて、クランクシャフト15に対する吸気カムシャフト22の回転位相差を求めて、吸気カムシャフト22の回転位相差が目的とする吸気バルブ20の開閉タイミングを実現するように、第1オイルコントロールバルブ114を介して回転位相差可変アクチュエータ24に対するフィードバック制御を行い、また、排気カムシャフト23の軸方向での位置を求めて、目的とする排気バルブ21のリフト量および開弁期間を実現するように、第2オイルコントロールバルブ170を介してリフト量可変アクチュエータ25に対するフィードバック制御を行う。
【0092】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態の可変バルブタイミング装置10は、回転位相差を可変設定可能とする回転位相差可変アクチュエータ24を吸気カムシャフト22のタイミングプーリ24aの位置に設け、3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータ25を排気カムシャフト23のタイミングプーリ25aの位置に設けている。すなわち、回転位相差可変アクチュエータ24とリフト量可変アクチュエータ25とを同一のシャフトに取り付けるのではなく、異なるシャフトに取り付けたため、1つのシャフトが極端に長くなることが防止でき、エンジン11の大型化を防止できる。したがって搭載性が良好なエンジン11を提供できる。
【0093】
(ロ).しかも、回転位相差可変アクチュエータ24とリフト量可変アクチュエータ25とを異なるシャフトに取り付けていても、吸気バルブ20と排気バルブ21とのバルブオーバーラップや吸気バルブ20の閉弁タイミング等のエンジン11にとって重要なバルブタイミングについては、同一のシャフトに回転位相差可変アクチュエータ24とリフト量可変アクチュエータ25とを取り付けた場合と同じ高い自由度で調整することが可能である。例えば、エンジン11の運転状態に応じて、吸気カムシャフト22の位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータ24により、吸気バルブ20の閉弁タイミングが調整できるとともに、排気カムシャフト23の位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータ25も協働することにより、バルブオーバーラップが調整できる。
【0094】
(ハ).いずれか1つのシャフト15,22,23に2つのアクチュエータ24,25を取り付けていないので、1つのシャフトの質量が過大になることがなく、シャフトを支えるジャーナル等の機構の耐久性に問題を生じないという副次的な効果も生じる。
【0095】
[実施の形態2]
実施の形態2における各シャフトと、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータとの関係を図9に示す。本実施の形態が実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト222の一端のタイミングプーリ225aに、リフト量可変アクチュエータ225が取り付けられ、排気カムシャフト223の一端のタイミングプーリ224aに、回転位相差可変アクチュエータ224が取り付けられている点である。更に、実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト222は回転可能かつ軸方向(図示矢印B方向)に移動可能にシリンダヘッド上に配置され、吸気カムシャフト222に設けられている吸気カム227は3次元カムとして構成され、更に、排気カムシャフト223は回転可能だが軸方向へは移動不可能にシリンダヘッド上に配置され、排気カムシャフト223に設けられている排気カム228は軸方向にカムプロフィールが変化しない通常のカムとして構成されている点である。なお、クランクシャフト215は実施の形態1と同じである。
【0096】
したがって、吸気カムシャフト222は、第2オイルコントロールバルブにより軸方向の位置が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ220のリフト量と開弁期間の調整を行うことができる。また、排気カムシャフト223は、第1オイルコントロールバルブによりクランクシャフト215との回転位相差が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて排気バルブ221の開閉タイミングの調整を行うことができる。
【0097】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。実施の形態1の(ロ)については、例えば、排気カムシャフト223の位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータ224と吸気カムシャフト222の位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータ225との協働により、バルブオーバーラップが調整できるとともに、吸気カムシャフト222の位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータ225により、吸気バルブ220の閉弁タイミングが調整できる。
【0098】
[実施の形態3]
実施の形態3における各シャフトと、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータとの関係を図10に示す。本実施の形態が実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト322の一端のタイミングプーリ325aに、リフト量可変アクチュエータ325が取り付けられ、排気カムシャフト323の一端のタイミングプーリ323aはリフト量可変アクチュエータも回転位相差可変アクチュエータも設けられていない点であり、その代わり、クランクシャフト315の一端のタイミングプーリ324aに、回転位相差可変アクチュエータ324が取り付けられている点である。
【0099】
更に、実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト322は回転可能かつ軸方向(図示矢印C方向)に移動可能にシリンダヘッド上に配置され、吸気カムシャフト322に設けられている吸気カム327は3次元カムとして構成され、更に、排気カムシャフト323は回転可能だが軸方向へは移動不可能にシリンダヘッド上に配置され、排気カムシャフト323に設けられている排気カム328は軸方向にカムプロフィールが変化しない通常のカムとして構成されている点である。なお、クランクシャフト315は回転のみ可能であり、軸方向には移動しない点は実施の形態1と同じである。
【0100】
したがって、吸気カムシャフト322は、第2オイルコントロールバルブにより軸方向の位置が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ320のリフト量と開弁期間の調整を行うことができる。また、クランクシャフト315は、第1オイルコントロールバルブにより吸気カムシャフト322および排気カムシャフト323との回転位相差が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ320および排気バルブ321の開閉タイミングの調整を行うことができる。
【0101】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。実施の形態1の(ロ)については、例えば、クランクシャフト315におけるタイミングプーリ324aの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータ324と吸気カムシャフト322におけるタイミングプーリ324aの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータ325との協働により、吸気バルブ320の閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0102】
[実施の形態4]
実施の形態4における各シャフトと、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータとの関係を図11に示す。本実施の形態が実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト422の一端のタイミングプーリ422aはリフト量可変アクチュエータも回転位相差可変アクチュエータも設けられていない点であり、その代わり、クランクシャフト415の一端のタイミングプーリ424aに、回転位相差可変アクチュエータ424が取り付けられている点である。なお、排気カムシャフト423の一端のタイミングプーリ425aに、リフト量可変アクチュエータ425が取り付けられ、その排気カム428が3次元カムとして構成されている点は実施の形態1と同じである。また、吸気カムシャフト422の吸気カム427も実施の形態1と同じく軸方向にカムプロフィールが変化しない通常のカムとして構成されている。
【0103】
したがって、排気カムシャフト423は、第2オイルコントロールバルブにより軸方向(図示矢印D方向)の位置が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて排気バルブ421のリフト量と開弁期間の調整を行うことができる。また、クランクシャフト415は、第1オイルコントロールバルブにより吸気カムシャフト422および排気カムシャフト423との回転位相差が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ420および排気バルブ421の開閉タイミングの調整を行うことができる。
【0104】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。実施の形態1の(ロ)については、例えば、クランクシャフト415の位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータ424により、吸気バルブ420の閉弁タイミングが調整できるとともに、排気カムシャフト423の位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータ425も協働して、バルブオーバーラップが調整できる。
【0105】
[実施の形態5]
実施の形態5における各シャフトと、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータとの関係を図12に示す。本実施の形態が実施の形態1と異なるのは、吸気カムシャフト522の一端のタイミングプーリ526aにはリフト量可変アクチュエータ526が設けられ、吸気カムシャフト522が回転可能かつ軸方向(図示矢印E1方向)に移動可能とされていると共に吸気カム527が3次元カムとして構成されている点であり、更に、クランクシャフト515の一端のタイミングプーリ524aに、回転位相差可変アクチュエータ524が取り付けられている点である。なお、排気カムシャフト523の一端のタイミングプーリ525aに、リフト量可変アクチュエータ525が取り付けられ、その排気カム528が3次元カムとして構成されれている点は実施の形態1と同じである。
【0106】
したがって、排気カムシャフト523は、第2オイルコントロールバルブにより軸方向(図示矢印E2方向)の位置が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて排気バルブ521のリフト量と開弁期間の調整を行うことができる。また、吸気カムシャフト522は、もう1つ設けられた第2オイルコントロールバルブにより軸方向の位置が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ520のリフト量と開弁期間の調整を行うことができる。
【0107】
また、クランクシャフト515は、第1オイルコントロールバルブにより吸気カムシャフト522および排気カムシャフト523との回転位相差が調整されることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブ520および排気バルブ521の開閉タイミングの調整を行うことができる。
【0108】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。実施の形態1の(ロ)については、例えば、クランクシャフト515の一端のタイミングプーリ524aの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータ524と吸気カムシャフト522および排気カムシャフト523の一端のタイミングプーリ525a,526aの位置に取り付けられた2つのリフト量可変アクチュエータ525,526との協働により、吸気バルブ520の閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0109】
[実施の形態6]
図13の平面配置図に、実施の形態6における吸気カムシャフト622および排気カムシャフト623と、回転位相差可変アクチュエータ624およびリフト量可変アクチュエータ625との関係を示す。なお、クランクシャフトは実施の形態1と同じ構成である。
【0110】
ここで、吸気カムシャフト622、排気カムシャフト623および図示していないクランクシャフトの3つのシャフトは平行に配置され、軸方向の一端側(図示左側)には、図示していないタイミングベルト、クランクシャフトの一端側に設けられたタイミングプーリ、および排気カムシャフト623の一端側に設けられたタイミングプーリ624aを備えた第1伝達機構690が設けられている。クランクシャフトのタイミングプーリの回転力は、タイミングベルトにより直接、排気カムシャフト623のタイミングプーリ624aに伝達される。吸気カムシャフト622には直接は伝達されない。
【0111】
また前記軸方向の他端側(図示右側)には、吸気カムシャフト622の他端側に設けられたカムギヤ625bおよび排気カムシャフト623の他端側に設けられたカムギヤ624bを備えた第2伝達機構692が設けられている。このカムギヤ624b,625bとが噛み合うことにより、第1伝達機構690によりクランクシャフトから排気カムシャフト623へ伝達された回転力は、第2伝達機構692により、排気カムシャフト623から、直接、吸気カムシャフト622へ伝達される。
【0112】
回転位相差可変アクチュエータ624は、第2伝達機構692の内、排気カムシャフト623の端部に設けられたカムギヤ624bに取り付けられている。また、リフト量可変アクチュエータ625は、第2伝達機構692の内、吸気カムシャフト622の端部に設けられたカムギヤ625bに取り付けられている。なお、回転位相差可変アクチュエータ624およびリフト量可変アクチュエータ625の構成は、実施の形態1の構成と基本的に同じである。
【0113】
また、吸気カムシャフト622はシリンダヘッドに回転可能にかつ軸方向に移動可能に支持され、吸気カムシャフト622に設けられている吸気カム627は3次元カムとして構成されている。また、排気カムシャフト623はシリンダヘッドに回転可能に移動可能に支持され、排気カムシャフト623に設けられている排気カム628は軸方向でのプロフィールは変化しない通常のカムとして構成されている。
【0114】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。
【0115】
(ロ).更に、上述したごとく、第1伝達機構690とは反対側に回転位相差可変アクチュエータ624およびリフト量可変アクチュエータ625を配置したので、エンジンの搭載性を向上させることができる。すなわち、自動車に本エンジンが配置された場合には、第1伝達機構690側には、破線で示すごとく、コイルスプリングやショックアブソーバなどからなるサスペンション694が配置されることから、少しでも第1伝達機構690側でのエンジンの構成を小さくすることがエンジンの自動車への搭載性を向上させることにつながるからである。
【0116】
[実施の形態7]
図14の平面配置図に、実施の形態7における吸気カムシャフト722および排気カムシャフト723と、回転位相差可変アクチュエータ724およびリフト量可変アクチュエータ725との関係を示す。なお、クランクシャフト等の図示していない構成は実施の形態6と同じ構成である。
【0117】
ここで、吸気カムシャフト722、排気カムシャフト723および図示していないクランクシャフトの3つのシャフトは平行に配置され、軸方向の一端側(図示左側)には、図示していないタイミングベルト、クランクシャフトの一端側に設けられたタイミングプーリ、および排気カムシャフト723の一端側に設けられたタイミングプーリ724aを備えた第1伝達機構790が設けられている。クランクシャフトのタイミングプーリの回転力は、タイミングベルトにより直接、排気カムシャフト723のタイミングプーリ724aに伝達される。吸気カムシャフト722には直接は伝達されない。また前記軸方向の他端側(図示右側)には、吸気カムシャフト722の他端側に設けられたカムギヤ725bおよび排気カムシャフト723の他端側に設けられたカムギヤ724bを備えた第2伝達機構792が設けられている。このカムギヤ724b,725bとが噛み合うことにより、第1伝達機構790によりクランクシャフトから排気カムシャフト723へ伝達された回転力は、第2伝達機構792により、排気カムシャフト723から、直接、吸気カムシャフト722へ伝達される。このように第1伝達機構790および第2伝達機構792の構成と機能とは実施の形態6と同じである。
【0118】
また、実施の形態6と同様に、回転位相差可変アクチュエータ724は、第2伝達機構792の内、排気カムシャフト723の端部に設けられたカムギヤ724bに取り付けられている。
【0119】
一方、実施の形態6とは異なり、リフト量可変アクチュエータ725は、第2伝達機構792には取り付けられておらず、第2伝達機構792とは反対側(図示左側)の吸気カムシャフト722の一端に設けられて、シリンダヘッド714に対して固定されている。
【0120】
このように取り付けられるリフト量可変アクチュエータの構成の一例を図15に示す。
ここで、リフト量可変アクチュエータ825は、シリンダヘッド814の上端部の嵌合孔部814cにそのハウジング830にて嵌合し、複数のボルト832にてシリンダヘッド814に固定されている。また、ハウジング830には複数のボルト834にて取り付けられたカバー836により内部空間が密閉状に形成されている。
【0121】
ハウジング830内部空間にはピストン838が吸気カムシャフト822の軸方向に摺動可能に配置され、ハウジング830の内部空間を、高リフト油圧室840と低リフト油圧室842とに区画している。そしてピストン838の中心には、ボルト844により、吸気カムシャフト822の先端が、ベアリング846を介して軸周りに回転可能に取り付けられている。なお、ボルト844とベアリング846とはキャップ848がピストン838に螺合されることにより覆われている。
【0122】
高リフト油圧室840の油圧は、シリンダヘッド814に設けられた高リフト制御油路850とハウジング830に設けられた高リフト制御油路852とを介して第2オイルコントロールバルブ854により制御され、低リフト油圧室842の油圧は、シリンダヘッド814に設けられた低リフト制御油路856とハウジング830に設けられた低リフト制御油路858とを介して第2オイルコントロールバルブ854により制御される。
【0123】
なお、第2オイルコントロールバルブ854へのオイルポンプPからの作動油の供給は、シリンダヘッド814に設けられた供給通路860,862等を介して行われるが、シリンダヘッド814に設けられたベアリング部814eに形成されている油路864にも作動油を供給することで、この作動油を、ベアリング部814eにて回転可能かつ軸方向に移動可能に支持されている吸気カムシャフト822との間の潤滑油として利用している。なお、第2オイルコントロールバルブ854からオイルパンへの排出通路は図示していない。
【0124】
このような構成により、高リフト油圧室840に第2オイルコントロールバルブ854から作動油が供給され、低リフト油圧室842から作動油が排出されると、図15に示すごとく、吸気バルブ820のカムフォロア820aが当接する3次元カムとしての吸気カム827のカムプロフィールは、リフト量が大きくかつ開弁期間が長くなる方へ変化する。すなわち、吸気バルブ820の開タイミングが進角し、閉タイミングが遅角する。
【0125】
また、低リフト油圧室842に第2オイルコントロールバルブ854から作動油が供給され、高リフト油圧室840から作動油が排出されると、図16に示すごとく、カムフォロア820aが当接する吸気カム827のカムプロフィールは、リフト量が小さくかつ開弁期間が短くなる方へ変化する。すなわち、吸気バルブ820の開タイミングが遅角し、閉タイミングが進角する。
【0126】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、実施の形態1の(イ)、(ロ)および(ハ)と同じ効果を生じる。
【0127】
(ロ).更に、上述したごとく、リフト量可変アクチュエータ725(825)は第1伝達機構790側であるが、回転位相差可変アクチュエータ724は第1伝達機構790とは反対側に配置したので、エンジンの搭載性を向上させることができる。また、リフト量可変アクチュエータ725(825)は伝達機構790,792と組み合わせされていないので、特に、図14に示すリフト量可変アクチュエータ725のごとく、シリンダヘッド714内にほとんどを収納することができる。このようにできることにより、サスペンション794が障害とならず、実施の形態6の(ロ)と同じ効果を生じさせることができる。
【0128】
[実施の形態8]
上述した各実施の形態では、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータは、異なるシャフトに取り付けられていたが、本実施の形態では、同一のシャフトに取り付けられることで、エンジンの搭載性を高めることができる例を示す。
【0129】
すなわち、図17に示すごとく、クランクシャフト(図示していない)、このクランクシャフトから間接駆動されて回転する吸気カムシャフト922、およびクランクシャフトから直接駆動されて回転する排気カムシャフト923の、平行に配置された3つのシャフトの軸方向が車体の横方向となるように、エンジンが自動車に搭載されている。この場合、排気カムシャフト923が自動車の前方側に、吸気カムシャフト922が後方側に配置されている。
【0130】
ここで、排気カムシャフト923の一端側(図では左側)に、クランクシャフトに対する排気カムシャフト923の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータ924が設けられ、排気カムシャフト923の他端側(図では右側)に、排気カムシャフト923に設けられている3次元カムである排気カム928によるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータ925が設けられている。
【0131】
このように、排気カムシャフト923には回転位相差可変アクチュエータ924とリフト量可変アクチュエータ925とが共に取り付けられ、吸気カムシャフト922には、いずれも取り付けられていない。すなわち、吸気カムシャフト922および排気カムシャフト923の内で、自動車に備えられているサスペンション994から最も離れて存在するシャフト(ここでは排気カムシャフト923)における回転伝達機構部分に回転位相差可変アクチュエータ924とリフト量可変アクチュエータ925とを設けた構成を示している。
【0132】
ここで、回転伝達機構は、図示していないクランクシャフトのタイミングプーリ、図示していないタイミングベルトおよび排気カムシャフト923の一端に設けられたタイミングプーリ924aによるクランクシャフトから排気カムシャフト923へ回転を伝達する機構と、カムギヤ925b,926bからなる排気カムシャフト923から吸気カムシャフト922へ回転を伝達する機構との組み合わせであり、回転位相差可変アクチュエータ924はタイミングプーリ924aに取り付けられ、リフト量可変アクチュエータ925はカムギヤ925bに取り付けられている。
【0133】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(イ).すなわち、本実施の形態の可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンを自動車内に搭載する場合に、特に搭載の制約となり易いサスペンション994から最も離れて存在するシャフト(ここでは排気カムシャフト923)に回転位相差可変アクチュエータ924およびリフト量可変アクチュエータ925を取り付けていることにより、前述した各実施の形態と異なり、両アクチュエータ924,925の取り付け対象が1つのシャフトであっても、エンジンの搭載がサスペンション994に制約されにくくなり、自動車へのエンジンの搭載性を向上させることができる。
【0134】
(ロ).しかも、同一のシャフト(ここでは排気カムシャフト923)に両アクチュエータ924,925を設けていることから、実施の形態1の(ロ)で述べた効果またはそれ以上に高いバルブタイミングの自由度を有している。
【0135】
[その他の実施の形態]
・各実施の形態において、回転位相差可変アクチュエータはベーンタイプのものを用いたが、ヘリカルスプラインタイプのものを用いてもよい。
【0136】
・実施の形態6,7において、吸気カムシャフト622,722側にリフト量可変アクチュエータ625,725を用い、排気カムシャフト623,723側に回転位相差可変アクチュエータ624,724を用いたが、吸気カムシャフト622,722側に回転位相差可変アクチュエータ624,724を用い、排気カムシャフト623,723側にリフト量可変アクチュエータ625,725を用いてもよい。
【0137】
・実施の形態8において、吸気カムシャフト922がサスペンション994側であったので、吸気カムシャフト922にはアクチュエータを設けず、回転位相差可変アクチュエータ924およびリフト量可変アクチュエータ925は共に、排気カムシャフト923側に設けたが、排気カムシャフト923側がサスペンション994側、あるいは他の構成に対して配置の障害となる側に存在すれば、排気カムシャフト923にはアクチュエータを設けず、回転位相差可変アクチュエータ924およびリフト量可変アクチュエータ925は共に、吸気カムシャフト922側に設ける。
【0138】
・実施の形態8において、回転位相差可変アクチュエータ924をタイミングプーリ924a側に設け、リフト量可変アクチュエータ925をカムギヤ925b側に設けたが、逆に、回転位相差可変アクチュエータ924をカムギヤ925b側に設け、リフト量可変アクチュエータ925をタイミングプーリ924a側に設けてもよい。
【0139】
・実施の形態8では、回転伝達機構は、クランクシャフトのタイミングプーリ、タイミングベルトおよび排気カムシャフト923の一端に設けられたタイミングプーリ924aによる機構と、カムギヤ925b,926bからなる機構との組み合わせであったが、実施の形態1と同様にクランクシャフトのタイミングプーリ、タイミングベルト、排気カムシャフトの一端に設けられたタイミングプーリおよび吸気カムシャフトの一端に設けられたタイミングプーリを備えた機構のみでもよい。
【0140】
・前記各実施の形態においては、クランクシャフトからの駆動力を伝達するものは、タイミングベルトとタイミングプーリとによるものであったが、これ以外のものでもよい。例えば、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとの組み合わせやタイミングギヤによるものでもよい。
【0141】
・前記各実施の形態において、3次元カムとしては図2に示したごとく、リフト量可変アクチュエータの駆動により、リフト量が変化すると共に、開弁期間の長さが変化する構成のものを用いたが、3次元カムの軸方向でのカムプロフィールにより、リフト量が変化せず、開弁期間全体が進角したり遅角したりするものを用いてもよく、また、3次元カムの軸方向でのカムプロフィールにより、閉タイミングのみ進角あるいは遅角したり、開タイミングのみ進角あるいは遅角したりするものを用いてもよい。
【0142】
・前記実施
の形態1,2,6,7,8において、更にクランクシャフトに回転位相差可変アクチュエータを設けてもよい。このようにすると、より自由度の高いバルブタイミング制御が可能となる。
【0143】
【発明の効果】
・請求項1〜16記載の可変バルブタイミング装置は、回転位相差を可変設定可能とする回転位相差可変アクチュエータと、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトのシャフト上に設けられて、そのシャフトにより開閉される前記吸気バルブまたは排気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータとを同一のシャフトに取り付けるのではなく、異なるシャフトに取り付けたため、1つのシャフトが極端に長くなることが防止でき、内燃機関の大型化を防止できる。したがって搭載性が良好な内燃機関を提供できる。
【0144】
しかも、回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとを異なるシャフトに取り付けたとしても、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップや吸気バルブの閉弁タイミング等の内燃機関にとって重要なバルブタイミングの調整については、1つのシャフトを回転位相差可変アクチュエータで調整し、他の1つのシャフトをリフト量可変アクチュエータで調整することで可能となることから、同一のシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとを取り付けた場合と同じ高い自由度で調整することが可能である。
【0145】
また、1つのシャフトに2つのアクチュエータを取り付けていないので、1つのシャフトの質量が過大になることがなく、シャフトを支える機構の耐久性に問題を生じないという副次的な作用効果も生じる。
【0146】
・請求項4、12に示したごとく、前記回転伝達機構として、タイミングベルト、タイミングチェーンあるいはタイミングギヤにより前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達する構成とした場合には、クランクシャフトの回転位相に対して、回転位相差可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対して回転位相差の調整ができ、更に、リフト量可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対してリフト量およびリフト量に伴う開弁期間の調整ができる。このことにより、1つのシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとの両方を取り付けなくても、バルブタイミングの高い自由度が得られると共に、内燃機関の大型化を防止できる。したがって搭載性が良好な内燃機関を提供できる。
【0147】
・請求項5、13に示したごとく、前記回転伝達機構として、タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有する第1伝達機構と、ギヤを有する第2伝達機構とを備え、前記第1伝達機構にて、前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトに伝達し、前記第2伝達機構にて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行う構成とした場合には、クランクシャフトの回転位相に対して、回転位相差可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対して回転位相差の調整ができ、更に、リフト量可変アクチュエータの取り付けられるシャフトや数に応じて、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの一方または両方に対してリフト量およびリフト量に伴う開弁期間の調整ができる。このことにより、1つのシャフトに回転位相差可変アクチュエータとリフト量可変アクチュエータとの両方を取り付けなくても、バルブタイミングの高い自由度が得られると共に、内燃機関の大型化を防止できる。したがって搭載性が良好な内燃機関を提供できる。
【0149】
・また、請求項に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータが、前記排気カムシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータが、前記吸気カムシャフトに設けられた構成とした場合には、例えば、排気カムシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータとの協働により、バルブオーバーラップが調整できるとともに、吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータにより、吸気バルブの閉弁タイミングが調整できる。
【0150】
・また、請求項1、9に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータが、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータが、前記吸気カムシャフトに設けられた構成とした場合には、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータとの協働により、吸気バルブの閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0151】
・また、請求項2、10に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータが、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、前記リフト量可変アクチュエータが、前記排気カムシャフトに設けられた構成とした場合には、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータにより、吸気バルブの閉弁タイミングが調整できるとともに、排気カムシャフトの位置に取り付けられたリフト量可変アクチュエータも協働して、バルブオーバーラップが調整できる。
【0152】
・また、請求項3、11に示したごとく、前記回転位相差可変アクチュエータが、前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられ、2つの前記リフト量可変アクチュエータが、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに設けられた構成とした場合には、例えば、クランクシャフトの位置に取り付けられた回転位相差可変アクチュエータと吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位置に取り付けられた2つのリフト量可変アクチュエータとの協働により、吸気バルブの閉弁タイミングとバルブオーバーラップとが共に調整できる。
【0153】
・次に、請求項6、14に示したごとく、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において、前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に、前記第2伝達機構が設けられ、前記回転位相差可変アクチュエータおよび前記リフト量可変アクチュエータは、異なるシャフトにおける前記第2伝達機構部分に取り付けられている構成とした場合には、第1伝達機構とは反対側に回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータが配置されるので、内燃機関の搭載性を向上させることができる。例えば、自動車に内燃機関が配置された場合には、第1伝達機構側にはサスペンションなどが配置されることから、少しでも第1伝達機構側での内燃機関の構成を小さくすることが内燃機関の搭載性を向上させる上で好ましい。したがって、請求項6、14に示したごとく、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータを、第1伝達機構第とは反対側に設けられた2伝達機構側に取り付ける構成とすることで、内燃機関の搭載性を更に向上させることができる。
【0154】
・また、請求項7、15に示したごとく、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において、前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に、前記第2伝達機構が設けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの一方は、前記第1伝達機構が取り付けられているシャフトの前記第2伝達機構部分に取り付けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの他方は、前記第1伝達機構が取り付けられていないシャフトにおける前記第2伝達機構とは反対側の端部に取り付けられている構成とした場合には、少なくとも回転位相差可変アクチュエータまたはリフト量可変アクチュエータの一方を、第1伝達機構第とは反対側に設けられた第2伝達機構側に取り付ける構成としているので、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【0155】
また、この場合、回転位相差可変アクチュエータまたはリフト量可変アクチュエータの他方は、第1伝達機構とも第2伝達機構とも組み合わせされていないので、シリンダヘッド内にほとんど全体を収納することができる。このように内燃機関をコンパクトに構成できることにより、サスペンションなどが障害とならず、一層、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【0156】
・なお、請求項1に示したごとく、内燃機関が、自動車に搭載されているものであれば、自動車において上述した作用効果を生じさせることができる。
・上述した各請求項では、回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータは、異なるシャフトに取り付けられているが、次のごとく同一のシャフトに取り付けられていても、内燃機関の搭載性を高めることができる。
【0157】
すなわち、請求項1に示したごとく、内燃機関を自動車内に搭載する場合に、特に搭載の制約となり易いサスペンションから最も離れて存在するシャフトに回転位相差可変アクチュエータおよびリフト量可変アクチュエータを取り付けることにより、両アクチュエータの取り付け対象が1つのシャフトであっても、内燃機関の搭載がサスペンションに制約されにくくなるので、自動車への内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図2】実施の形態1において、排気カムシャフトに用いられる3次元カムとしての排気カムの形状を説明する斜視図。
【図3】実施の形態1としての可変バルブタイミング装置に備えられている回転位相差可変アクチュエータの構成説明図。
【図4】実施の形態1の回転位相差可変アクチュエータにおける内部構成説明図。
【図5】実施の形態1の回転位相差可変アクチュエータにおけるロックピン周辺の構成説明図。
【図6】実施の形態1の回転位相差可変アクチュエータにおけるロックピン周辺の構成説明図。
【図7】実施の形態1の回転位相差可変アクチュエータにおける内部ロータの回転状態説明図。
【図8】実施の形態1としての可変バルブタイミング装置に備えられているリフト量可変アクチュエータの構成説明図。
【図9】実施の形態2としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図10】実施の形態3としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図11】実施の形態4としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図12】実施の形態5としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図13】実施の形態6としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図14】実施の形態7としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図15】実施の形態7の変形例を示すリフト量可変アクチュエータ部分の構成説明図。
【図16】実施の形態7の変形例を示すリフト量可変アクチュエータ部分の動作状態説明図。
【図17】実施の形態8としての可変バルブタイミング装置を組み込んだエンジンの主要部説明図。
【図18】回転位相差可変アクチュエータに対応する従来の可変バルブタイミング装置の構成説明図。
【図19】回転位相差可変アクチュエータに対応する従来の可変バルブタイミング装置の構成説明図。
【図20】回転位相差可変アクチュエータに対応する従来の可変バルブタイミング装置の構成説明図。
【図21】リフト量可変アクチュエータに対応する従来の可変動弁機構の構成説明図。
【図22】従来の方式を踏襲して試作した例を示す可変バルブタイミング装置の構成説明図。
【符号の説明】
10…可変バルブタイミング装置、11…直列4気筒の車載用ガソリンエンジン、12…ピストン、13… シリンダブロック、13a…オイルパン、14…シリンダヘッド、14a…軸受部、14b…軸受部、15…クランクシャフト、15a…タイミングプーリ、16…コンロッド、17…燃焼室、18…吸気通路、19…排気通路、20…吸気バルブ、21…排気バルブ、21a…カムフォロア、22…吸気カムシャフト、22a…ジャーナル、23…排気カムシャフト、24…回転位相差可変アクチュエータ、24a…タイミングプーリ、24b…外歯、25…リフト量可変アクチュエータ、25a…タイミングプーリ、26…タイミングベルト、27…吸気カム、28…排気カム、30…ベアリングキャップ、32…ボルト、34…内部ロータ、36…ベーン、38…側板、40…ハウジング本体、42…カバー、44…ボルト、46…突条、48…貫通孔、50…ロックピン、50a…収容孔、50b…先端部、52…係止穴、54…スプリング、56…油溝、58… 長穴、60…ボス、62…凹部、64…第1油圧室、66…第2油圧室、68,70…溝、72…シールプレート、74…板バネ、76…シールプレート、78…板バネ、80…油路、82…環状油空間、84…油路、86…第1油路、88…第2油路、90…油溝、92…油孔、94…油通路、96…環状空間、98…油孔、100…油溝、102…油孔、104… 油通路、106…油孔、108…油溝、110…油溝、112…油孔、114…第1オイルコントロールバルブ、116…ケーシング、118…第1給排ポート、120…第2給排ポート、122…第1排出ポート、124…第2排出ポート、126…供給ポート、128…供給通路、130…排出通路、132…弁部、134…コイルスプリング、136…電磁ソレノイド、138…スプール、151…筒部、152…円板部、153…外歯、154…カバー、155…ボルト、157…内歯、158…中空ボルト、159…ピン、162…リングギヤ、162a…円盤状リング部、163…平歯、165…高リフト側油圧室、166…低リフト側油圧室、167…高リフト制御油路、168…低リフト制御油路、170…第2オイルコントロールバルブ、170a…電磁ソレノイド、172…油路、174…供給通路、176…排出通路、180…電子制御装置(ECU)、182…CPU、183…ROM、184…RAM、185…バックアップRAM、186…バス、187…外部入力回路、188…外部出力回路、190…クランク側電磁ピックアップ、192…吸気カム側電磁ピックアップ、194…排気カム側電磁ピックアップ、215…クランクシャフト、220…吸気バルブ、221…排気バルブ、222…吸気カムシャフト、223…排気カムシャフト、224…回転位相差可変アクチュエータ、224a…タイミングプーリ、225…リフト量可変アクチュエータ、225a…タイミングプーリ、227…吸気カム、228…排気カム、315…クランクシャフト、320…吸気バルブ、321…排気バルブ、322…吸気カムシャフト、323…排気カムシャフト、323a…タイミングプーリ、324…回転位相差可変アクチュエータ、324a…タイミングプーリ、325…リフト量可変アクチュエータ、325a…タイミングプーリ、327…吸気カム、328…排気カム、415…クランクシャフト、420…吸気バルブ、421…排気バルブ、422…吸気カムシャフト、422a…タイミングプーリ、423…排気カムシャフト、424…回転位相差可変アクチュエータ、424a…タイミングプーリ、425…リフト量可変アクチュエータ、425a…タイミングプーリ、427…吸気カム、428…排気カム、515…クランクシャフト、520…吸気バルブ、521…排気バルブ、522…吸気カムシャフト、523…排気カムシャフト、524…回転位相差可変アクチュエータ、524a…タイミングプーリ、525…リフト量可変アクチュエータ、525a…タイミングプーリ、526…リフト量可変アクチュエータ、526a…タイミングプーリ、527…吸気カム、528…排気カム、622…吸気カムシャフト、623…排気カムシャフト、624…回転位相差可変アクチュエータ、624a…タイミングプーリ、624b…カムギヤ、625…リフト量可変アクチュエータ、625b…カムギヤ、627…吸気カム、628…排気カム、690…第1伝達機構、692…第2伝達機構、694…サスペンション、714…シリンダヘッド、722…吸気カムシャフト、723…排気カムシャフト、724…回転位相差可変アクチュエータ、724a…タイミングプーリ、724b…カムギヤ、725…リフト量可変アクチュエータ、725b…カムギヤ、790…第1伝達機構、792…第2伝達機構、794…サスペンション、814…シリンダヘッド、814c…嵌合孔部、814e…ベアリング部、820… 吸気バルブ、820a…カムフォロア、822…吸気カムシャフト、825…リフト量可変アクチュエータ、827…吸気カム、830…ハウジング、832,834…ボルト、836…カバー、838…ピストン、840…高リフト油圧室、842…低リフト油圧室、844…ボルト、846…ベアリング、848…キャップ、850…高リフト制御油路、852…高リフト制御油路、854…第2オイルコントロールバルブ、856…低リフト制御油路、858…低リフト制御油路、860,862…供給通路、864…油路、922…吸気カムシャフト、923…排気カムシャフト、924…回転位相差可変アクチュエータ、924a…タイミングプーリ、925…リフト量可変アクチュエータ、925b,926b…カムギヤ、928…排気カム、994…サスペンション、P…オイルポンプ、P1,P2…油路。

Claims (17)

  1. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトに設けられて、該シャフトを軸方向へ移動させることにより、該シャフトに設けられている3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  2. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記排気カムシャフトに設けられて、該シャフトを軸方向へ移動させることにより、該シャフトに設けられている3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  3. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトにそれぞれ設けられて、該シャフトを軸方向へ移動させることにより、該当シャフトに設けられている3次元カムによるバルブリフト量を可変とする2つのリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  4. 前記回転伝達機構は、タイミングベルト、タイミングチェーンあるいはタイミングギヤにより前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達することを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の可変バルブタイミング装置。
  5. 前記回転伝達機構は、タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有する第1伝達機構と、ギヤを有する第2伝達機構とを備え、
    前記第1伝達機構にて、前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトに伝達し、前記第2伝達機構にて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の可変バルブタイミング装置。
  6. タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有して、クランクシャフトの回転力を直接、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトに伝達する第1伝達機構と、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に設けられて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うギヤを有する第2伝達機構とを備えた内燃機関において前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方 のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内のいずれかの前記第2伝達機構部分に取付けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内の前記回転位相差可変アクチュエータの取付けられた側とは異なるシャフトにおける前記第2伝達機構部分に取付けられて、該シャフトを軸方向へ移動させることにより、該シャフトに設けられている3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  7. タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有して、クランクシャフトの回転力を直接、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトに伝達する第1伝達機構と、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に設けられて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うギヤを有する第2伝達機構とを備えた内燃機関において前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記シャフトを軸方向へ移動させることにより、該シャフトに設けられている3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと
    を備えるとともに、
    前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの一方は、前記第1伝達機構が取り付けられているシャフトの前記第2伝達機構部分に取り付けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの他方は、前記第1伝達機構が取り付けられていないシャフトにおける前記第2伝達機構とは反対側の端部に取り付けられている
    ことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  8. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記排気カムシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトのシャフト上に設けられて、該吸気シャフトにより開閉される前記吸気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  9. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトのシャフト上に設けられて、該吸気カムシャフトにより開閉される前記吸気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  10. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の 回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記排気カムシャフトのシャフト上に設けられて、該排気カムシャフトにより開閉される前記排気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  11. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備えた内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトにおける前記回転伝達機構部分に設けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのシャフト上にそれぞれ設けられて、該当カムシャフトにより開閉される前記吸気バルブまたは前記排気バルブのバルブリフト量をそれぞれ可変とする2つのリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  12. 前記回転伝達機構は、タイミングベルト、タイミングチェーンあるいはタイミングギヤにより前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達することを特徴とする請求項8〜11のいずれか記載の可変バルブタイミング装置。
  13. 前記回転伝達機構は、タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有する第1伝達機構と、ギヤを有する第2伝達機構とを備え、
    前記第1伝達機構にて、前記クランクシャフトの回転力を直接、前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトに伝達し、前記第2伝達機構にて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うことを特徴とする請求項8〜11のいずれか記載の可変バルブタイミング装置。
  14. タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有して、クランクシャフトの回転力を直接、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトに伝達する第1伝達機構と、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に設けられて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うギヤを有する第2伝達機構とを備えた内燃機関において前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内のいずれかの前記第2伝達機構部分に取付けられて、前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内の前記回転位相差可変アクチュエータの取付けられた側とは異なるシャフトにおける前記第2伝達機構部分に取付けられて、当該シャフトにより開閉される前記吸気バルブまたは前記排気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと、
    を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  15. タイミングベルトとタイミングプーリとによる伝達機構、タイミングチェーンとタイミングスプロケットとによる伝達機構あるいはタイミングギヤによる伝達機構を有して、クランクシャフトの回転力を直接、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトに伝達する第1伝達機構と、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向において前記第1伝達機構が設けられている端部とは反対側の端部に設けられて前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとの間の回転力の伝達を行うギヤを有する第2伝達機構とを備えた内燃機関において前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記シャフト間の回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、
    前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトのシャフト上に設けられて該シャフトにより開閉される前記吸気バルブまたは前記排気バルブのバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータと
    を備えるとともに、
    前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの一方は、前記第1伝達機構が取り付けられているシャフトの前記第2伝達機構部分に取り付けられ、前記回転位相差可変アクチュエータまたは前記リフト量可変アクチュエータの他方は、前記第1伝達機構が取り付けられていないシャフトにおける前記第2伝達機構とは反対側の端部に取り付けられている
    ことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
  16. 前記内燃機関は、自動車に搭載されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
  17. クランクシャフト、吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト、排気バルブを開閉する排気カムシャフトおよびこれら3つのシャフト間での回転力の伝達を行う回転伝達機構を備え、平行に配置された前記3つのシャフトの軸方向が車体の横方向に配置されるように自動車に搭載された内燃機関における前記吸気バルブまたは前記排気バルブのいずれか一方または両方のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置であって、
    前記クランクシャフトに対する前記吸気カムシャフトまたは前記排気カムシャフトの回転位相差を可変設定可能である回転位相差可変アクチュエータと、3次元カムによるバルブリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエータとを、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの内で、前記自動車に備えられているサスペンションから最も離れて存在するシャフトに設けたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
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