JP3846407B2 - エンジンの可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの可変バルブタイミング装置に関し、エンジンの動弁機構の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用などのエンジンにおいては、吸・排気バルブの開閉時期を可変とする可変バルブタイミング装置が備えられることがある。そのエンジンの可変バルブタイミング装置の従来例として特許文献１に記載のものがある。これによると、クランクシャフトにチェーンで連動するスプロケットの中に、カムシャフト側に一体のロータとスプロケット側に一体のケーシングとで形成された進角用油圧室と遅角用油圧室とが設けられ、これらの油圧室への油圧（進角用油圧・遅角用油圧）の給排を制御することによって、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相が変化する。その場合、上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に供給する油圧の制御は、例えばエンジン回転数センサやスロットル開度センサなどの各種センサの検出結果に基づいて、カムシャフトを支持するカムキャップ近傍に設けられた油圧制御弁によって行なわれる。
【０００３】
ここで、一般に、排気行程から吸気行程に移行するピストン上死点近傍において、吸・排気バルブ共に開いている状態をバルブ開期間のオーバーラップというが、例えばアイドリング時などの低負荷時は、オーバーラップが大きいと、エンジンの回転が不安定になるなどの弊害が生じるので、オーバーラップを狭くして排気通路からの排気の吸い戻しを防止する。一方、加速時などの高負荷時は、オーバーラップを大きくして、吸気充填効率の向上などを図る。そして、エンジンの運転状態の変化に伴い、バルブの開閉時期を遅角側から進角側へ切り換えるときには、進角用油圧室に油圧を供給すると同時に、遅角用油圧室に充満している作動油を該遅角用油圧室から排出することによって、ロータ及びカムシャフトを進角側に回転させることになる。このとき、作動油の物性などにより、遅角用油圧室から排出される作動油が通路抵抗を受けることによって、進角制御の信号を受けてから実際にバルブの開閉時期が進角するまでの間、応答遅れが生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５０１０２号公報（第３−５頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、エンジンの停止時には、オーバーラップが少なくなるように油圧が制御される。これは、次回のエンジン始動時に、オーバーラップを少なくして、エンジン回転が安定な状態でエンジンを始動することが望ましいからである。
【０００６】
ところが、前回のエンジン停止が、例えば、高負荷状態からアイドリング状態を十分に経過せずに、急激に起こったときや、また、エンストなどによって、突然起こったときなどには、前述した作動油の応答遅れに起因して、吸気・排気の両カムシャフトがオーバーラップを狭くする側（排気カムシャフトは進角側、吸気カムシャフトは遅角側）に十分に戻っていないことが起こり得る。もちろん、その場合でも、次回のエンジン始動時に、油圧が直ちに立ち上がって、カムシャフトがオーバーラップを狭くする側に速やかに戻ればよいのであるが、エンジンが停止すると油圧ポンプも停止し、油圧の供給が行われなくなるので、エンジン停止の間に、油圧室や、該油圧室と上記油圧制御弁とを連通する油路から作動油が抜けており、次回のエンジン始動時に油圧が直ちに立ち上がることも期待できない。その結果、吸・排気バルブの開閉タイミングが適当でない状態（オーバーラップが十分狭くなっていない状態）でエンジンが始動することになるので、エンジンの着火性・始動性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
ここで、上記油路（遅角用油路・進角用油路）は、回転するカムシャフトの内部に油圧を通すために、例えば、その一部が、カムキャップにおけるカムシャフトの軸受面に形成された環状溝で構成される場合がある。
【０００８】
特に、エンジンの動弁機構には、吸・排気バルブを常時閉側に付勢するリターンスプリングが組み付けられている。このリターンスプリングは、カムシャフトの回転抵抗となり、その結果、カムシャフトは、開弁時、遅角方向への反力を受ける。そして、この遅角方向への反力により、吸気カムシャフトは、オーバーラップが狭くなる方向に付勢されるが、排気カムシャフトは、逆にオーバーラップが大きくなる方向に付勢される。よって、吸気カムシャフトにおいては、エンジン停止の間に、あるいはエンジン始動時に、オーバーラップが狭くなる遅角方向に自然とあるいは容易に戻されるが、排気カムシャフトにおいては、オーバーラップが狭くなる進角方向に戻りにくいという事情がある。
【０００９】
そこで、本発明は、エンジン停止時に、たとえ排気カムシャフトがオーバーラップが狭くなる方向、つまり進角方向に十分に戻っていなくても、該排気カムシャフトを、エンジン停止の間に、あるいはエンジン始動時に、進角方向に確実にあるいは容易に戻すことのできるエンジンの可変バルブタイミング装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの端部にそれぞれ設けられ、クランクシャフトに対するこれらのカムシャフトの位相をそれぞれ可変とする油圧式位相可変機構と、該位相可変機構の進角用油圧室及び遅角用油圧室に供給する油圧を制御する油圧制御弁と、カムシャフトを支持するカムキャップに設けられ、上記油圧制御弁と排気カムシャフト側の位相可変機構の進角用油圧室及び遅角用油圧室とをそれぞれ連通させる進角用油路及び遅角用油路とを有し、かつ該油路の一部がカムキャップにおける排気カムシャフトの軸受面に形成された環状溝で構成されているエンジンの可変バルブタイミング装置に関するもので、遅角用油路の環状溝が進角用油路の環状溝よりカムキャップの軸受面における幅方向の端部寄りに設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、排気カムシャフト側の遅角用油路の環状溝が進角用油路の環状溝よりもカムキャップの軸受面における幅方向の端部寄りに設けられることによって（もちろんそれと共に、カムキャップと協働してカムシャフトを回転自在に支持するシリンダヘッド側においても、該シリンダヘッドにおける排気カムシャフトの軸受面に形成された環状溝のうち、遅角用油路の環状溝が進角用油路の環状溝より上記軸受面における幅方向の端部寄りに設けられる）、遅角用油路の環状溝から、カムシャフト軸受部（カムキャップ及びシリンダヘッドが協働してカムシャフトを回転自在に支持する部分をいう）の外に漏れる作動油の量が増加する（作動油は、例えば、カムシャフトの周面とカムキャップの軸受面との隙間、カムシャフトの周面とシリンダヘッドの軸受面との隙間、あるいはカムシャフトの周面とカムキャップ及びシリンダヘッドの合せ面との隙間などから、カムシャフト軸受部の外に漏れる）。
【００１３】
その結果、エンジン停止の間に、油圧室や油路から油圧が抜けるにしても、排気カムシャフト側においては、遅角用油圧室及び遅角用油路内の油圧のほうが、進角用油圧室及び進角用油路内の油圧よりも容易に抜けることになり、それゆえ、エンジンの動弁機構に組み付けられたリターンスプリングによる遅角方向への付勢力によって、排気カムシャフトにおいては、オーバーラップが狭くなる進角方向に戻りにくいという事情が補填される。したがって、エンジン停止時に、たとえ排気カムシャフトがオーバーラップが狭くなる方向、つまり進角方向に十分に戻っていなくても、該排気カムシャフトを、エンジン停止の間に、あるいはエンジン始動時に、進角方向に確実・容易に戻すことができ、次回のエンジン始動時の着火性・始動性が担保される。
【００１４】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置において、遅角用油路の環状溝は、カムキャップの軸受面における位相可変機構側の端部寄りに設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、排気カムシャフト側の遅角用油路の環状溝が位相可変機構側の端部寄りに設けられることによって、遅角用油圧室から上記環状溝までの油路の長さが短縮される。その結果、遅角用油圧室から排出される作動油が受ける通路抵抗が減少するので、請求項１に記載の発明の作用・効果に加えて、さらに、油圧の抜けが迅速・良好となり、排気側カムシャフトをより一層確実・容易に進角位置に戻すことができる、という作用・効果が得られる。
【００１６】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置において、進角用油路の環状溝は、カムキャップの軸受面における幅方向のほぼ中央に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
上記請求項１、２に記載の発明が遅角用油路の環状溝の位置を関心事とするのに対し、この請求項３に記載の発明では進角用油路の環状溝の位置を関心事とする。すなわち、排気カムシャフト側の進角用油路の環状溝がカムキャップの軸受面における幅方向のほぼ中央に設けられることによって、進角用油路の環状溝から、カムシャフト軸受部の外に漏れる作動油の量が抑制される。その結果、エンジン停止の間に、油圧室や油路から油圧が抜けるにしても、排気カムシャフト側においては、進角用油圧室及び進角用油路内の油圧はそれほど抜けなくなり（無駄なオイル漏れが抑制され）、それゆえ、エンジンの動弁機構に組み付けられたリターンスプリングによる遅角方向への付勢力によって、排気カムシャフトにおいては、オーバーラップが狭くなる進角方向に戻りにくいという事情が補填される。したがって、エンジン停止時に、たとえ排気カムシャフトがオーバーラップが狭くなる方向、つまり進角方向に十分に戻っていなくても、該排気カムシャフトを、エンジン停止の間に、あるいはエンジン始動時に、進角方向に確実・容易に戻すことができ、次回のエンジン始動時の着火性・始動性が担保される。
【００１８】
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンの可変バルブタイミング装置において、油圧制御弁は軸方向をカムキャップの上下方向に向けて該カムキャップに取り付けられ、かつ、進角用油路の油圧制御弁から環状溝に通じる部分が、遅角用油路の環状溝を除く部分の油圧制御弁から環状溝に通じる部分より上位位置に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この発明は、専ら、次に説明するようなロック機構が搭載された位相可変機構で発生し得る不具合に対処するものである。すなわち、ここでいうロック機構とは、カムシャフト及びロータが、オーバーラップを最も狭くする位置（排気側では最進角位置、吸気側では最遅角位置）に到達すると、上記ロータに設けられたロックピンがスプロケット側に付勢されて、該スプロケット側に設けられた凹所に嵌入し、これらのロータとスプロケットとを一体に結合するものである。
【００２０】
このとき、上記ロックピンは、専用の油圧室に油圧が供給されることによって、上記凹所から抜け出るように構成される場合があり、このロックピンを抜くための油圧としては、通常、進角用油路及び進角用油圧室に供給される油圧、すなわち進角用油圧が用いられる。というのも、このロック機構は、エンジンの停止中に、カムシャフトを、オーバーラップが最も狭くなる位置（換言すれば、エンジン始動にとって最も好都合な位置）に保持しておくためのものであり、エンジンの運転中は基本的に必要がない。そして、エンジンの始動直後は、オーバーラップを狭くするように油圧の制御が行われるから、エンジンの始動直後は、進角用油圧が先に立ち、遅角用油圧はまだ立たない状態となる。したがって、エンジンがかかれば必要がなくなるロック機構を早期に解除するために、エンジン始動直後に先に立ち上がる進角用油圧を用いて上記ロック機構を解除するようにしたのである。
【００２１】
ところが、前述したように、エンジンが停止すると油圧ポンプも停止し、油路を流れていた作動油は下方に抜けて、該油路内にはエアが入る。そして、次回のエンジン始動時には、排気カムシャフトが進角側に移動するように（オーバーラップが狭くなるように）、油圧制御弁による油圧の制御が行われる。つまり、カラの進角用油路及び進角用油圧室に先に作動油が供給され、同じくカラの遅角用油路及び遅角用油圧室にはまだ作動油が供給されないのである。そして、このとき、進角用油路に供給した油圧によって該油路内のエアが先に押し出され、そのエアによって上記ロック機構のロックピンが凹所から抜け出てしまう可能性がある。しかも、その時点では、進角用油圧（油路）はまだ進角用油圧室に到達していないから、結局、ロータ及び排気カムシャフトの位置が不安定に揺れ動くことになって、排気カムシャフトと一体のロータと、各油圧室を形成するスプロケットと一体のケーシングとの回転方向のガタツキにより、異音が生じたり、あるいは、ロータ及び排気カムシャフトの位置が進角側の位置からずれて、アイドリング時の回転が不安定となるなどの問題が発生してしまう。
【００２２】
そこで、この請求項４に記載の発明は、進角用油路及び進角用油圧室に作動油を供給した際に圧縮されたエアがロック解除用油圧室に到達する前に外部に抜ける（大気中に放出される）ように対策を講じたものである。すなわち、油圧制御弁をその軸線をカムキャップの上下方向に向けて該カムキャップに取り付け、進角用油路を遅角用油路よりも上位に位置させたから、例えば、油圧制御弁における上記進角用油路への出力ポートが上位に位置することになり、該出力ポートから、カムキャップ上端までの距離が短くなる。
【００２３】
その結果、エンジン始動時に、油圧供給油路から油圧制御弁における入力ポート及び上記出力ポートを経由して上記進角用油路にエアが送り込まれる途中において、作動油より軽い該エアが、例えば、油圧制御弁のバルブケースと、カムキャップにおける該弁挿入孔との隙間、あるいは、油圧制御弁のバブルケースと、スプールとの隙間等から、ドレンポート等に上方に向けて、エアが外部に抜け易くなる。さらに、進角用油路と、該油路を内装するカムキャップ上端との間の距離も短くなるので、例えば、該油路を協働して形成するカムキャップとカバー部材との隙間を介して、やはりエアが外部に抜け易くなる。以上により、進角用油圧が進角用油圧室に到達するより前に、圧迫されたエアがロックピンを押し出すという不具合が良好に回避できる。
【００２４】
これらに対し、例えば、逆に、進角用油路を遅角用油路よりも下位に位置させると、油圧制御弁における上記進角用油路への出力ポートも下位に位置し、その結果、エアが上記出力ポートから前述の種々の隙間に漏れ出したとしても、カムキャップ上端までの距離が長いから（つまり、大気中に放出されるまでの移動距離が長いから）、エアがうまく外部に抜け出せない（つまりエアの圧が低下し難い）という懸念が生じるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２に示すように、本実施の形態に係るエンジン１には、図外のクランクシャフト（符号２を付す）に平行に配置され、シリンダヘッド３とカムキャップ４とで回転自在に支持された、吸気カムシャフト５及び排気カムシャフト６が備えられている。これらのカムシャフト５，６の一端部近傍には、該カムシャフト５，６に対して所定範囲内で相対回転可能なスプロケット７，８が嵌合されると共に、これらのスプロケット７，８とクランクシャフト２側のスプロケットとの間にチェーン９が巻き掛けられている。そして、クランクシャフト２の回転に伴い、上記チェーン９を介して、両スプロケット７，８及び両カムシャフト５，６が回転し、これにより、カムシャフト５，６にそれぞれ固設された複数のカム１０…１０，１１…１１（図１参照）を介して、複数の吸気バルブ１２…１２及び排気バルブ１３…１３が開閉駆動される。
【００２６】
このエンジン１の可変バルブタイミング装置２０は、吸気カムシャフト５及び排気カムシャフト６のスプロケット７，８側の端部にそれぞれ設けられ、クランクシャフト２に対するこれらのカムシャフト５，６の回転位相角（すなわちクランクシャフト２に対する吸気バルブ１２…１２及び排気バルブ１３…１３の開閉時期の位相角）をそれぞれ独立して変更する吸気側及び排気側の油圧式位相可変機構２２，２３と、該位相可変機構２２，２３の進角用油圧室５１…５１及び遅角用油圧室５２…５２（図４参照）に供給する油圧を制御する排気側の油圧制御弁２１及び吸気側の油圧制御弁（図示せず）とを有する。両位相可変機構２２，２３は、エンジン１の運転状態に応じて、相互に独立して、個別に制御される。そして、両位相可変機構２２，２３は、構造がほぼ同様とされているので、以下、排気側位相可変機構２３を例にとってその構造を説明し、吸気側位相可変機構２２についてはその構造の説明は省略する。
【００２７】
すなわち、位相可変機構２３は、図３、図４に示すように、中心に向けて突出する複数の突出部３０…３０（図４に２つだけ図示）を有する中空のハウジング３１と、該ハウジング３１の蓋部材３２とを含み、これらのハウジング３１と蓋部材３２とが複数のボルト３３…３３によりスプロケット８に一体に固定された基本構造である。また、位相可変機構２３は、上記ハウジング３１に収容され、周辺に向けて突出する複数の（より詳しくは、ハウジング３１の突出部３０と同数の）係合部３７…３７（図４に１つだけ図示）を有するロータ３５と、該ロータ３５の中心部に嵌合される受け部材３６とを含み、これらのロータ３５と受け部材３６とが中心部の単一のボルト３４により排気カムシャフト６に一体に固定された構造である。各係合部３７…３７は、スプロケット８とハウジング３１と蓋部材３２とロータ３５とで囲まれた空間を、進角用油圧室５１と遅角用油圧室５２とに画成する。ここで、各係合部３７の頂面には、オイルシール３８が配設されている。
【００２８】
上記受け部材３６にはツルマキバネ３９が内装されている。ツルマキバネ３９の一端３９ａは、蓋部材３２に立設されたピン４０に係止され、他端３９ｂは、上記受け部材３６の中央ボス部に設けられた凹部に係止されている。ツルマキバネ３９は、カムシャフト６を、スプロケット８に対し、進角方向（図４の矢印Ｘ）に付勢する。
【００２９】
また、位相可変機構２３は、図３に明示したように、ロック機構４２を搭載する。このロック機構４２は、ロータ３５の所定の１つの係合部３７の中で軸方向に移動可能なロックピン４３を含む。ロックピン４３は、リターンスプリング４５によって、常にスプロケット８側に付勢されている。スプロケット８には、カムシャフト６及びロータ３５が、オーバーラップを最も狭くする位置（図例は排気側であるから、カムシャフト６及びロータ３５の最進角位置）に到達したときに、上記ロックピン４３が嵌入する凹所４４が形成されている。さらに該凹所４４のスプロケット８側には、後述する進角用油路６２に連通する解除用油圧室４６が設けられている。
【００３０】
一方、図５に示すように、油圧制御弁２１は、軸方向が上下に延びるように油圧制御弁挿入孔２１ａに挿入され、ブラケット７１及びボルト７２を用いて、カムキャップ４に組み付けられている。油圧制御弁２１は、中空のバルブケース６８と、該ケース６８内を軸方向に移動可能なスプール６９と、該スプール６９を１方向に付勢するスプリング７０とを有する。上記スプール６９の軸方向の移動量は、コントロールユニット（図示せず）で駆動が制御されるアクチュエータ、例えば電磁ソレノイドなどで調整される。油圧制御弁２１には、１つの入力ポート６１と、２つのドレンポート６４，６５と、２つの出力ポート６６，６７とが設けられている。そして、入力ポート６１に油圧供給油路６０が接続され、出力ポート６６，６７にそれぞれ進角用油路６２及び遅角用油路６３が接続されている。このとき、油圧制御弁２１のポートの配置は、上から順に、進角用出力ポート６６、入力ポート６１、遅角用出力ポート６７の順である。また、油路の配置は、上から順に、進角用油路６２、油圧供給油路６０、遅角用油路６３の順である。
【００３１】
供給油路６０は、図外の油圧源から制御の元圧をこの油圧制御弁２１に供給する。進角用油路６２及び遅角用油路６３は、この油圧制御弁２１から進角用油圧及び遅角用油圧を上記位相可変機構２３の進角用油圧室５１及び遅角用油圧室５２にそれぞれ供給する。スプール６９の軸方向の位置に応じて、進角用油路６２及び遅角用油路６３の入力ポート６１との連通度及びドレンポート６４，６５との連通度が変化し、上記進角用油圧室５１及び遅角用油圧室５２に供給される進角用油圧及び遅角用油圧が制御される。
【００３２】
次に、この可変バルブタイミング装置２０における上記各油路６０，６２，６３の構成、特に、進角用油路６２及び遅角用油路６３の構成を中心に説明する。まず、本実施形態においては、上記進角用油路６２及び遅角用油路６３は、カムキャップ４に設けられている。また、上記進角用油路６２及び遅角用油路６３は、油圧制御弁２１と位相可変機構２３の進角用油圧室５１及び遅角用油圧室５２とをそれぞれ連通させている。また、上記進角用油路６２及び遅角用油路６３の一部は、カムキャップ４におけるカムシャフト６の軸受面８２に形成された環状溝１０１，１００で構成されている。
【００３３】
すなわち、図１、図２に示すように、カムキャップ４は、シリンダヘッド３の位相可変機構２２，２３側の端部の上面に、複数のボルト８０…８０で締結されている。シリンダヘッド３の上面（カムキャップ４との合せ面）及びカムキャップ４の下面（シリンダヘッド３との合せ面）には、それぞれ下方又は上方に湾曲する半円形の、カムシャフト５，６の軸受面８１，８１，８２，８２が形成されており、これらが合わさり、協働することによって、カムシャフト５，６の軸受部８３，８４が形成されている。
【００３４】
図６に示すように、カムキャップ４の正面（カバー部材９３との合せ面）には、３つの線状溝９０，９１，９２が形成されている。なお、図６において線状溝９０〜９２の右端部を始端部、左端部を終端部とする。また、図７及び図８に示すように、カバー部材９３の背面（カムキャップ４との合せ面）には、上記溝９０〜９２と鏡像関係にある、同じく３つの線状溝９５，９６，９７が形成されている。そして、図２に示したように、これらのカムキャップ４とカバー部材９３とを密着させて、複数のボルト９４…９４で締結することにより、上記溝９０〜９２，９５〜９７同士が合わさり、それぞれ、上記供給油路６０、進角用油路６２、及び遅角用油路６３の一部が構成される。このとき、油路の配置は、油圧制御弁２１の場合と同様に、上から順に、進角用油路６２、供給油路６０、遅角用油路６３の順である。すなわち、進角用油路６２は遅角用油路６３より上位位置に設けられている。
【００３５】
また、図３及び図９に示すように、カムキャップ４における排気カムシャフト６の軸受面８２には、２つの環状溝１００，１０１が形成されている。一方の環状溝１００は、遅角用油路６３の一部を構成し、他方の環状溝１０１は、進角用油路６２の一部を構成する。その場合、遅角用油路６３の環状溝１００は、進角用油路６２の環状溝１０１よりも、カムキャップ４の軸受面８２における幅方向の端部寄りに設けられている。しかも、カムキャップ４の軸受面８２における位相可変機構２３側の端部寄りに設けられている。一方、進角用油路６２の環状溝１０１は、カムキャップ４の軸受面８２における幅方向のほぼ中央に設けられている。
【００３６】
図３に明示したように、排気カムシャフト６の周面には、上記環状溝１００，１０１にそれぞれ臨む縦穴１０２，１０３が形成されており、該縦穴１０２，１０３を介して、上記環状溝１００，１０１から供給される遅角用油圧・進角用油圧が、カムシャフト６の内部に設けられた横穴１０４，１０５を経て、それぞれ位相可変機構２３の遅角用油圧室５２及び進角用油圧室５１に導かれる。
【００３７】
また、図９及び図１０に示すように、カムキャップ４の底面には、吸気カムシャフト５及び排気カムシャフト６の軸受面８２，８２間で、縦穴１１０が形成されている。この縦穴１１０は、図６及び図１０に示すように、横穴１１１を介して、供給油路６０の線状溝９０の始端部と連通している。
【００３８】
そして、図１１及び図１２に示すように、供給油路６０は、線状溝９０の終端部から油圧制御弁２１の入力ポート６１に至る連通路１２０を有する。
【００３９】
一方、図１３及び図１４に示すように、進角用油路６２は、線状溝９１の終端部がそのまま油圧制御弁２１に通じている。ここで、図１４に明示したように、進角用油路６２の線状溝９１は、カムシャフト６の軸受面８２の上方に位置する始端部において、深く形成された箇所１２１を有している。そして、図１４に示すように、進角用油路６２の線状溝９１は、その深く形成された箇所１２１において、単一の連通路１２２のみにより、進角用油路６２の環状溝１０１と連通している。
【００４０】
また、図１５に示すように、遅角用油路６３も、進角用油路６２と同様、線状溝９２の終端部がそのまま油圧制御弁２１に通じている。ここで、遅角用油路６３の線状溝９２は、カムシャフト６の軸受面８２に近接する始端部において、終端部と比べて深く形成されたの箇所１２３を有している。そして、遅角用油路６３の線状溝９２は、その箇所１２３において、単一の連通路１２４のみにより、遅角用油路６３の環状溝１００と連通している。
【００４１】
次に、本実施形態の作用について説明する。まず、位相可変機構２３の作用を説明すると、図４に示すように、ロータ３５は、スプロケット８、ハウジング３１、及び蓋部材３２に対して、係合部３７…３７が突出部３０…３０に当接するまで、所定範囲内で相対回転可能である。これにより、スプロケット８ひいてはクランクシャフト２に対するカムシャフト６の回転位相角が変更可能となり、クランクシャフト２に対する排気バルブ１３…１３の開閉時期が変更可能となる。また、ツルマキバネ３９は、カムシャフト６を、その回転方向である進角方向Ｘに付勢している。これにより、排気バルブ１３…１３を常時閉側に付勢するリターンスプリング（図示せず）の反力によって排気カムシャフト６が遅角方向（オーバーラップが大きくなる方向）へ付勢されることが緩和される。
【００４２】
次に、排気側位相可変機構２３の進角用油圧室５１又は遅角用油圧室５２にそれぞれ進角用油圧・遅角用油圧が供給される動作を説明する。まず、この油圧の給排制御は、例えばエンジン回転数センサやスロットル開度センサあるいは水温センサなどの各種センサで検出されたエンジン１の運転状態に基づいて、油圧制御弁２１を駆使してコントロールユニットにより行われ、エンジン１の出力性能などが最適化される。もちろん、吸気側位相可変機構２２もまた、エンジン１の運転状態に基づいて、図示しない油圧制御弁を駆使して、同様に、個別に制御される。
【００４３】
例えば、バルブ１２…１２，１３…１３開閉のタイミングは、アイドリング時や低温時、低負荷時には吸気量が少ないため、オーバーラップが大きいと燃焼ガスが吸気側に吹き返してしまい吸気の妨げとなる。こうした場合、オーバーラップを小さくした方が燃焼ガスの混入を抑えて燃焼を安定させることができる。
【００４４】
一方、高負荷時は、オーバーラップが小さいと十分な吸気が得られなくなり、吸気充填効率が悪くなる。そのため、高負荷時にはオーバーラップを大きくしてエンジン効率の向上を図る。
【００４５】
いま、スプール６９が図５における上方に移動するように油圧制御弁２１が制御されると、カムキャップ４端面の進角用油路６２と供給油路６０とが入力ポート６１を介して連通し、進角用油路の環状溝１０１に油圧が供給される。そして、排気カムシャフト６に設けられた縦穴１０３からカムシャフト６内の横穴１０５を通って、進角用油圧室５１に油圧が供給される。このとき、ロータ３５が進角側に移動することによって遅角用油圧室５２に予め溜まっていた作動油が同時に進角用油圧室５１からの油圧を受け、オイルパンに戻されることになる。この遅角用油圧室５２の作動油は排気カムシャフト内の横穴１０４及び縦穴１０２を通って、遅角用環状溝１００に達する。作動油はカムキャップ４内部の遅角用油路６３を通って、油圧制御弁２１のドレンポート６５より外部に排出される。しかし、一部の作動油は、例えば、カムシャフト６の周面とカムキャップ４の軸受面８２との隙間、カムシャフト６の周面とシリンダヘッド３の軸受面８１との隙間、あるいはカムシャフト６の周面とカムキャップ４及びシリンダヘッド３の合せ面との隙間などから、カムシャフト軸受部８４の外に漏れる。
【００４６】
逆に、スプール６９が図５における下方に移動するように油圧制御弁２１が制御されると、カムキャップ４端面の遅角用油路６３と供給油路６０とが入力ポート６１を介して連通して、遅角用環状溝１００に油圧が供給される。そして、排気カムシャフト６に設けられた縦穴１０２からカムシャフト内部の横穴１０４を通って、遅角用油圧室５２に油圧が供給される。そして、同時に進角用油路６２に予め溜まっていた作動油は遅角用油圧室５２からの圧力で、進角用油路６２を逆流する。
【００４７】
なお、このとき、吸気側については、図示しない油圧制御弁や、各種油路を介して、油圧を位相可変機構２２に作用させ、吸気カムシャフト５の位相を制御する。
【００４８】
ここで、遅角用環状溝１００を位相可変機構２３に近い側の端寄りに設けたことによって、遅角用環状溝１００とカムシャフト６の隙間から漏れる作動油の量を増加させることができる。すなわち、ロータ３５が迅速に進角するようになって、進角制御が行われて実際に進角するまでの応答遅れを小さくすることができる。さらに、位相可変機構２３に近い側に遅角用環状溝１００を設けることによって遅角用油圧室５２から遅角用環状溝１００までの距離が短縮され、作動油が受ける通路抵抗が小さくなるので作動油の抜けが良くなる。その結果、進角した状態でエンジン１は停止するので、次回エンジン１の始動時の着火性・始動性が良くなる。
【００４９】
また、進角用環状溝１０１は軸受面８４の幅方向の中央寄りに設けられている。これによって、進角用環状溝１０１から軸受部８４の幅方向両端までの距離が長くなり、進角用環状溝１０１から軸受面８４とカムシャフト６の隙間を通って排出してしまう作動油の量を少なくすることができる。すなわち、無駄な作動油の排出を抑制し、ポンプの効率を向上させ、さらに、排気カムシャフト６が進角するためにより大きな油圧を供給することができる。
【００５０】
一方、エンジン１を停止すると、図示しない油圧ポンプも停止し、油路を流れていた作動油は下方に流れて油路内にはエアが混入することになる。次回のエンジン１始動時にカムシャフト６及びロータ３５は最進角位置に移動するように油圧制御されるが、位相可変機構２３にエアが入ると所定の油圧が得られないなどの悪影響が生じる。ここで、図５に示すように、進角用油路６２及び進角用油圧室５１に作動油を供給した際に圧縮されたエアがロック解除用油圧室４６に到達する前に外部に抜ける（大気中に放出される）ように対策を講じたものである。すなわち、油圧制御弁２１をその軸線をカムキャップの上下方向に向けて該カムキャップ４に取り付け、進角用油路６２を遅角用油路６３よりも上位に位置させたから、例えば、油圧制御弁２１における上記進角用油路６２への出力ポート６６が上位に位置することになり、該出力ポート６６から、カムキャップ４上端までの距離が短くなる。
【００５１】
その結果、エンジン１始動時に、油圧供給油路６０から油圧制御弁２１における入力ポート６１及び上記出力ポート６６を経由して上記進角用油路６２にエアが送り込まれる途中において、作動油より軽い該エアが、例えば、油圧制御弁２１のバルブケース６８と、カムキャップ４における該弁挿入孔２１ａとの隙間β、あるいは、油圧制御弁２１のバブルケース６８と、スプール６９との隙間等から、ドレンポート６４等に上方に向けて、エアが外部に抜け易くなる。さらに、進角用油路６２と、該油路６２を内装するカムキャップ４上端との間の距離も短くなるので、例えば、該油路６２を協働して形成するカムキャップ４とカバー部材９３との隙間を介して、やはりエアが外部に抜け易くなる。以上により、進角用油圧が進角用油圧室５１に到達するより前に、圧迫されたエアがロックピン４３を押し出すという不具合が良好に回避できる。
【００５２】
これらに対し、例えば、逆に、進角用油路６２を遅角用油路６３よりも下位に位置させると、油圧制御弁３２における上記進角用油路６２への出力ポート６６も下位に位置し、その結果、エアが上記出力ポート６６から前述の種々の隙間に漏れ出したとしても、カムキャップ４上端までの距離が長いから（つまり、大気中に放出されるまでの移動距離が長いから）、エアがうまく外部に抜け出せない（つまりエアの圧が低下し難い）という懸念が生じるのである。
【００５３】
また、位相可変機構２３のロック機構の作用について説明すると、ロータ３５が最進角位置まで到達すると、リターンスプリング４５でスプロケット８側に常時付勢されたロックピン４３がスプロケット８に設けられた凹所４４に入り、ロータ３５とスプロケット８とは相対回転ができなくなる。そして、解除用油圧室４６に進角用油圧が供給されると、ロックピン４３が抜けてロータ３５は自由に動作できるようになっている。しかし、エンジン１の始動時にエアが進角用油圧室５１に侵入することによって、空圧でロックピン４３が抜けてしまうことがある。すると、エンジン１の始動時にカムシャフト６の回転が安定しなくなり、エンジン１の異音・振動などが生じるという問題が生じる。ここで、上記のように、進角用油路６２を上位位置に設けることによって、進角用油圧室５１に入る空圧を抑制でき、空圧でロックピン４３が抜けることを防止できる。
【００５４】
次に、シリンダヘッド３へのカムキャップ４の位置決め機構について説明する。図１６に示すように、位置決め機構は、供給油路６０の縦穴１１０とシリンダヘッド３に形成された縦穴１３０とを連結する第１のチューブラピン１３１と、図９に示すように、シリンダヘッド３をカムキャップ４に締結するボルト８０…８０のうちの油圧切換弁２１から最も遠いボルトのボルト孔１３２でシリンダヘッド３とカムキャップ４とを連結する第２のチューブラピン１３３との、２つのピンからなる（図９のボルト孔１３２の内側の二重線は、第２のチューブピン１３３が当接する段部を示す）。なお、上記シリンダヘッド３側の縦穴１３０は、図外の油圧源に通じている。
【００５５】
ここで、図１６に明示したように、第１のチューブラピン１１２の周面には絞り孔１３４，１３４が設けられている。また、図９に明示したように、カムキャップ４の底面には、上記縦穴１１０から、吸気カムシャフト５及び排気カムシャフト６の軸受面８２，８２にそれぞれ通じる潤滑用の油溝１３５，１３６が設けられている。その場合に、該油溝１３５，１３６の通路上には、両カムシャフト５，６間に配置されたボルト８０，８０が位置するため、該ボルト８０，８０を避けるように、該ボルト孔１３７，１３８の周りに湾曲する溝部１３９，１４０を設けて、作動油を両カムシャフト５，６の軸受面８２，８２に支障なく供給することを図っている。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、遅角用油路の環状溝が進角用油路の環状溝よりカムキャップの軸受面における幅方向の位相可変機構の端部寄りに設けることによって、遅角用環状溝とカムシャフトの隙間から漏れる作動油の量を増加させることができ、エンジン停止時に、たとえ排気カムシャフトがオーバーラップが狭くなる方向、つまり進角方向に十分に戻っていなくても、該排気カムシャフトを、エンジン停止の間に、あるいはエンジン始動時に、排気カムシャフトを進角方向に確実・容易に戻すことができ、次回のエンジン始動時の着火性・始動性が担保される。また、進角用油路の環状溝をほぼ中央に設けることによって、進角用油路からカムシャフトと軸受部との隙間から漏れる作動油の量が減少するため、ポンプ効率が向上し、進角方向へのより大きな油圧を供給することができる。
【００５７】
また、油圧制御弁をその軸線をカムキャップの上下方向に向けて該カムキャップに取り付け、進角用油路を遅角用油路よりも上位に位置させたから、例えば、油圧制御弁における上記進角用油路への出力ポートが上位に位置することになり、該出力ポートから、カムキャップ上端までの距離が短くなる。
【００５８】
その結果、エンジン始動時に、油圧供給油路から油圧制御弁における入力ポート及び上記出力ポートを経由して上記進角用油路にエアが送り込まれる途中において、作動油より軽い該エアが、例えば、油圧制御弁のバルブケースと、カムキャップにおける該弁挿入孔との隙間等から、外部に抜け易くなる。あるいは、油圧制御弁のバブルケースと、スプールとの隙間等から、ドレンポート等に上方に向けて、エアが外部に抜け易くなる。さらに、進角用油路と、該油路を内装するカムキャップ上端との間の距離も短くなるので、例えば、該油路を協働して形成するカムキャップとカバー部材との隙間を介して、やはりエアが外部に抜け易くなる。以上により、進角用油圧が進角用油圧室に到達するより前に、圧迫されたエアがロックピンを押し出すという不具合が良好に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係るエンジンの可変バルブタイミング装置を示す平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線による矢視図である。
【図３】 排気側の油圧式位相可変機構の周辺を示す一部切欠きの拡大側面図である。
【図４】 同位相可変機構の一部切欠き正面図である。
【図５】 油圧制御弁の一部切欠き正面図である。
【図６】 カムキャップの正面図（カバー部材との合せ面）である。
【図７】 カバー部材の背面図（カムキャップとの合せ面）である。
【図８】 図７のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図９】 カムキャップの底面図（シリンダヘッドとの合せ面）である。
【図１０】 図６のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図１１】 図６のＤ−Ｄ線による断面図である。
【図１２】 図１１のＥ−Ｅ線による断面図である。
【図１３】 図６のＦ−Ｆ線による断面図である。
【図１４】 図６のＧ−Ｇ線による断面図である。
【図１５】 図６のＨ−Ｈ線による断面図である。
【図１６】 図２のＩ−Ｉ線による断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ クランクシャフト
４ カムキャップ
５ 吸気カムシャフト
６ 排気カムシャフト
２０ 可変バルブタイミング装置
２１ 油圧制御弁
５１ 進角用油圧室
５２ 遅角用油圧室
２２，２３ 位相可変機構
６２ 進角用油路
６３ 遅角用油路
８３，８４ 軸受面
１００（６３） 環状溝（遅角用油路）
１０１（６２） 環状溝（進角用油路）

Claims (4)

1. 吸気カムシャフトと排気カムシャフトの端部にそれぞれ設けられ、クランクシャフトに対するこれらのカムシャフトの位相をそれぞれ可変とする油圧式位相可変機構と、該位相可変機構の進角用油圧室及び遅角用油圧室に供給する油圧を制御する油圧制御弁と、カムシャフトを支持するカムキャップに設けられ、上記油圧制御弁と排気カムシャフト側の位相可変機構の進角用油圧室及び遅角用油圧室とをそれぞれ連通させる進角用油路及び遅角用油路とを有し、かつ該油路の一部がカムキャップにおける排気カムシャフトの軸受面に形成された環状溝で構成されているエンジンの可変バルブタイミング装置において、遅角用油路の環状溝が進角用油路の環状溝よりカムキャップの軸受面における幅方向の端部寄りに設けられていることを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング装置。
2. 遅角用油路の環状溝は、カムキャップの軸受面における位相可変機構側の端部寄りに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置。
3. 進角用油路の環状溝は、カムキャップの軸受面における幅方向のほぼ中央に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置。
4. 油圧制御弁は軸方向をカムキャップの上下方向に向けて該カムキャップに取り付けられ、かつ、進角用油路の油圧制御弁から環状溝に通じる部分が、遅角用油路の環状溝を除く部分の油圧制御弁から環状溝に通じる部分より上位位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンのバルブタイミング装置。

Images