JP3952961B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気バルブの開閉時期を可変とするエンジンの可変動弁装置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・排気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置が備えられることがある。この可変動弁装置は、一般に、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とする位相可変機構を有する。カムシャフトの端部に設けられた油圧式の位相可変機構は、クランクシャフトの回転とチェーンで連動するカムスプロケットと一体のケース（クランクシャフト側回転部材）と、該ケースに収容され、カムシャフトと一体のロータ（カムシャフト側回転部材）とを含み、これらのケースとロータとによって進角用油圧室及び遅角用油圧室が形成される。これらの油圧室に対する作動圧の給排を行う油圧制御弁（第１制御弁）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。可変動弁装置には、この第１制御弁を含み、該第１制御弁と進角用油圧室及び遅角用油圧室とを連通する進角用油路及び遅角用油路等から構成される油圧制御回路（第１制御回路）が形成される。
【０００３】
ところで、特許文献１に示されるように、このような位相可変機構に、所定条件の下でケースとロータとを結合するロックピン機構が備えられる場合がある。このロックピン機構は、例えばエンジン始動時に、少なくともエンジンが完爆するまでは、ケースとロータとを一体化させて、ロータのばたつきによる異音発生を防止し、もってエンジン始動性を高めるために用いられる。上記特許文献１に記載のロックピン機構では、ロータに収容されたロックピンがスプリングの付勢力でケース部材の穴に突入したときにロック状態となる。そして、上記穴に設けられたロック解除室に連通する油路を介して油圧制御弁（第２制御弁）で制御された作動圧が供給されると、ロックピンがスプリングを縮めながら上記穴から後退してロック解除状態となる。可変動弁装置には、この第２制御弁を含み、該第２制御弁と上記ロック解除室とを連通するロック解除用油路等から構成される油圧制御回路（第２制御回路）が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０９９７４号公報（第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにロックピン機構を備えた位相可変機構では、カムシャフトの軸受部潤滑用油路の他、上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に通じる第１制御回路の油路や、ロックピン機構のロック解除室に通じる第２制御回路の油路等が少なくとも必要になる。これらの油路は、一般に、カムシャフトの内部をそれぞれ独立をして軸方向に延びる部分と、該部分とカムシャフト外部とを連通するために、カムシャフトの位相可変機構側の軸受部の周面に開口する部分とを含む。よって、上記周面には軸方向に所定の間隔を空けて上記油路の数だけ開口が並ぶことになり、その結果、軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなり、エンジンのコンパクト性が阻害される。
【０００６】
この問題に対処するためには、例えば、上記油路のうち、潤滑用油路と第２制御回路のロック解除用油路とを共通化し、カムシャフトの周面に開口する油路の数を減らすことが考えられる。しかし、その場合、上記共通油路に、どのような大きさの油圧を供給すべきかが重要となる。つまり、エンジンの運転中は、潤滑用油路には、シャフトの焼付を回避するためにある程度高い油圧を常に供給する必要がある一方で、ロック解除用油路には、特にエンジン始動時の完爆前には、あまり高い油圧を供給すると、ロックピンが外れて、ロータのばたつきによる振動や異音等が発生すると共に、エンジンの燃焼が不安定になるからである。
【０００７】
そこで、本発明は、カムジャーナル潤滑用油路とロックピン解除用油路とを共通化することでカムキャップをコンパクトに形成すると共に、エンジンの始動安定性と潤滑性能とを両立したエンジンの可変動弁装置の提供を課題とする。
【０００８】
【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。まず、本願の請求項１に記載の発明は、カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に設けられた軸受部潤滑用油路に分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまではロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように第２制御弁を制御することを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、第２制御回路のカムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に形成された軸受部潤滑用油路に分岐して連通しているから、これらの油路が共通化され、カムシャフトの周面に開口する油路の数を削減することができる。そのため、カムシャフトの軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなることが抑制され、コンパクト性が阻害されない。
【００１０】
そして、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは、制御手段は、ロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように第２制御弁を制御することにより、始動時には完爆前に不用意にロックピンが抜けてしまうことが防止され、エンジンの良好な始動安定性及びロータのばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００１１】
一方、潤滑用油路には、ある程度の油圧が供給されるから、シャフトの焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部に供給される。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明は、カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部には縦油路と軸受部潤滑用油路とが設けられ、上記縦油路は上記第２制御回路の軸方向に延びる油路と上記軸受部潤滑用油路とに分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは第２制御弁の開度を絞り状態に開制御することを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、上記請求項１に記載の発明におけるカムシャフト内部における油路の構成が具体化され、請求項１に記載の発明と同様に、カムキャップの軸方向の厚さが抑制されると共に、エンジンの始動性の確保と、良好な潤滑性能との両立が確実に図られる。
【００１４】
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動弁装置において、ロックピン機構は、カムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材との相対回転範囲の中間位置で両部材を結合することを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、ロックピン機構は、カムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを、これらの相対回転範囲の中間位置で結合するから、このロックピン機構を備えた位相可変機構においては、位相可変制御をこの結合位置から両方向に、広く、細かく行うことができるという利点がある。しかし、このような中間位置ロックの位相可変機構は、完爆する前にロックピンが抜けてしまうと中間保持が困難になり、バルブタイミングが変化し、特にエンジンの燃焼性が不安定になる。そのため、このような中間位置ロックの位相可変機構に、請求項１または請求項２に記載の発明を適用すると、特に有効な作用効果が得られる。
【００１６】
【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。なお、図示しないシリンダブロック及びシリンダヘッド３のカムキャップ４側の端面には、該端面を覆うフロントカバー１４が取り付けられている。
【００１７】
このエンジン１の可変動弁装置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２１，２２と、該位相可変機構２１，２２の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９（図３参照）に供給する油圧を制御する吸気用及び排気用の油圧制御弁（第１制御弁）２３，２４とを有する。両位相可変機構２１，２２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２１，２２は、構造がほぼ同様とされているので、以下、排気用位相可変機構２２を例にとってその構造を説明し、吸気用位相可変機構２１についてはその構造の説明は省略する。
【００１８】
すなわち、位相可変機構２２は、図２、図３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３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２２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３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３８…３８と遅角用油圧室３９…３９とに画成する。
【００１９】
上記受け部材３６にはツルマキバネ４０が内装されている。ツルマキバネ４０の一端４１は、蓋部材３２に立設されたピン４２に係止され、他端４３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。これにより、ツルマキバネ４０は排気カムシャフト６を進角方向（図３におけるＸの方向）に付勢している。その結果、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）の反力による排気カムシャフト６の遅角方向（オーバーラップが大きくなる方向）への一方的な不勢力を相殺する。また、吸気側のツルマキバネ４０は吸気カムシャフト５を進角方向（図３におけるＸの方向）に付勢している。これにより、吸気バルブ１２…１２を常時閉側に付勢するリターンスプリングの反力による吸気カムシャフト５の遅角方向（オーバーラップが小さくなる方向）への一方的な付勢力を相殺する。
【００２０】
また、位相可変機構２２は、図２に明示したように、ロックピン機構５０を搭載する。このロックピン機構５０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５１を含む。ロックピン５１は、リターンスプリング５２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、相対回転範囲の中間位置に到達したときに、上記ロックピン５１が嵌入する凹所５３が形成されている。さらに該凹所５３には、後述するロック解除用油路１０５に連通するロックピン解除用油圧室５４が設けられている。
【００２１】
次に、第１制御弁２３，２４について説明する。図４に示すように、排気用の第１制御弁２４は、軸方向が上下に延びるように挿入孔６０に挿入され、ブラケット６１及びボルト６２を用いて、カムキャップ４に組み付けられている。第１制御弁２４は、中空のバルブケース６３と、該ケース６３内を軸方向に移動可能なスプール６４と、該スプール６４を１方向に付勢するスプリング６５とを有する。上記スプール６４の軸方向の移動量は、コントロールユニット１１３（図７参照）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。第１制御弁２４には、１つの入力ポート７０と、２つのドレンポート７１，７２と、進角用出力ポート７３と遅角用出力ポート７４とが設けられている。そして、入力ポート７０に油圧供給油路８０（図５参照）が接続され、進角用出力ポート７３と遅角用出力ポート７４にそれぞれ進角用油路８１及び遅角用油路８２が接続されている。
【００２２】
一方、吸気側の第１制御弁２３は図１に示すように、フロントカバー１４に水平方向に取り付けられており、その構造は排気用第１制御弁２４と同様とされるので、これ以上の詳しい説明は省略する。第１制御弁２３，２４による制御は、スプール６４の軸方向の位置に応じて、進角用油路８１及び遅角用油路８２の入力ポート７０との連通度及びドレンポート７１，７２との連通度が変化し、上記進角用油圧室３８及び遅角用油圧室３９に供給される進角用油圧及び遅角用油圧を制御することである。
【００２３】
次に、排気側の進角用油路８１及び遅角用油路８２を説明する。進角用油路８１は、図５に示すカムキャップ４の高位置に形成された横油路８３と、同じくカムキャップ４に形成された内部油路８４と、図６に示す排気カムシャフト６用軸受面９１に形成された環状溝９３とを含む。
【００２４】
横油路８３の一端部は、図４に示すように、排気用第１制御弁２４に連結し、進角用出力ポート７３に接続している。横油路８３の他端部は、図５に示す内部油路８４の上端部に連通し、該内部油路８４の下端部は、図６に示す環状溝９３に接続している。
【００２５】
次に、遅角用油路８２は、図５に示すカムキャップ４の低位置に形成された横油路８５と、同じくカムキャップ４に形成された内部油路８６と、図６に示す排気カムシャフト６用軸受面９１に形成された環状溝９４とを含む。
【００２６】
横油路８５の一端部は、図４に示すように、排気用第１制御弁２４に連結し、遅角用出力ポート７４に接続している。横油路８５の他端部は、図５に示す内部油路８６の上端部に連通し、該内部油路８６の下端部は、図６に示す環状溝９４に接続している。
【００２７】
なお、図５に示すように、油圧供給油路８０、進角用油路８１及び遅角用油路８２はカムキャップ４の端面に露出して形成された箇所（横油路８３，８５等）がある。そこで、図１に示すように、カバー部材８７をカムキャップ４の端面に締結することでカムキャップ４の端面の油路を完成する。
【００２８】
また、図２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９３，９４にそれぞれ臨む縦油路９５，９６が形成されており、該縦油路９５，９６を介して、横油路９７，９８がそれぞれ位相可変機構２２の遅角用油圧室３８…３８及び進角用油圧室３９…３９に連通する。
【００２９】
このように、排気側の進角用油路８１及び遅角用油路８２は、横油路８３，８５、内部油路８４，８６、環状溝９３，９４、縦油路９５，９６及び横油路９７，９８を含む。
【００３０】
一方、吸気側の進角用油路１００及び遅角用油路１０１（図６参照）は、図１に示すようにフロントカバー１４に取り付けられた吸気用第１制御弁２３と、吸気用位相可変機構２４の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９とをそれぞれ連通している。進角用油路１００及び遅角用油路１０１は、上記吸気用第１制御弁２３からフロントカバー１４に設けられた油路（図示せず）を一部に有している。そして、この油路にシリンダヘッド３の内部に設けられた油路（図示せず）を介して、図６に示す進角用油路１００及び遅角用油路１０１の一部を構成する進角用環状溝１０２及び遅角用環状溝１０３にそれぞれ連通する。ただし、進角用油路１００はカムキャップ４の底面に設けられた溝油路１０４を含む。そして、図２に示す排気側と同様に、吸気カムシャフト５の周面には、上記環状溝１０３，１０２に臨む縦油路９５，９６が設けられ、該縦油路９５，９６を介して、横油路９７，９８が吸気用位相可変機構２１の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９に導かれる。
【００３１】
このように、吸気側の進角用油路１００及び遅角用油路１０１は、フロントカバー１４及びシリンダヘッド３に設けられた油路、環状溝１０２，１０３、溝油路１０４、縦油路９５，９６及び横油路９７，９８を含む。
【００３２】
ここで、吸気側及び排気側の進角用油路８１，１００及び遅角用油路８２，１０１と第１制御弁２３，２４等で第１制御回路９０（図７参照）が構成される。
【００３３】
次に、図２に基づいて、排気側の位相可変機構２２に備えられたロックピン機構５０に至るロック解除用油路１０５について説明する。なお、吸気側も略同様の構成をしているのでをの説明は省略する。
【００３４】
すなわち、ロックピン機構５０のロック解除室５４に対する作動油の給排を行う油圧制御弁（第２制御弁）１２０（図７参照）が、例えば、シリンダヘッド３に備えられており、該制御弁１２０から延びる制御油路１２１が、図２に示すシリンダヘッド３側のカムシャフト軸受部９２に連通している。該制御油路１２１は排気カムシャフト６に設けられたロックピン用環状溝１２２に連通している。そして、該ロックピン用環状溝１２２からカムシャフト６内部に設けられた縦油路１２３が横油路１２５に接続している。横油路１２５は排気カムシャフト６の位相可変機構２２側端部に貫通しており、ロータ３５に設けられた溝部１２６を介してスプロケット８の表面に設けられた環状溝１２７に連通している。そして、該環状溝１２７からスプロケット８内部を通過してロック解除室５４に至るスプロケット内油路１２８が設けられている。
【００３５】
このように、ロック解除用油路１０５は、制御油路１２１、環状溝１２２、縦油路１２３、横油路１２５、溝部１２６、環状溝１２７およびスプロケット内油路１２８を含む。
【００３６】
ここで、吸気側及び排気側のロック解除用油路１０５，１０５と、第２制御弁１２０等で第２制御回路１１０（図７参照）が構成される。
【００３７】
そして、この第２制御回路１１０のカムシャフト５，６の内部の油路（縦油路１２３，１２３）が、同じくカムシャフト５，６内部に設けられた軸受部潤滑用油路１２４，１２４に分岐して連通している。また、図１及び図６に示すように、カムキャップ４は、ボルト１３０…１３０により、シリンダヘッド３の位相可変機構２１，２２側の端部に締結されている。図６には、カムキャップ４に形成された上記ボルト１３０…１３０の貫通孔１３１…１３１を図示してある。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。まず、位相可変機構２１，２２の作用を説明すると、図３に排気側で示すように、ロータ３５は、スプロケット８（吸気側スプロケット７も同じ）、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（同）ひいてはクランクシャフト２に対するカムシャフト６（吸気カムシャフト５も同じ）の回転位相角が変更可能となり、クランクシャフト２に対する吸・排気バルブ１２…１２，１３…１３の開閉時期が変更可能となる。
【００３９】
第１制御弁２３，２４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、第１制御弁２３，２４を駆使してコントロールユニット１１３（図７参照）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。
【００４０】
例えば、アイドリング時などは、吸気量が少ないため、吸気バルブ１２…１２と排気バルブ１３…１３とのオーバラップが大きいと、燃焼ガスが吸気側に吹き返してしまい、吸気の妨げとなるので、こうした場合には、オーバラップを小さくして、燃焼ガスの混入を抑えて、燃焼の安定化を図る。一方、低・中負荷時には、吸気量を増しながらオーバラップを大きくして、内部ＥＧＲも増加させ、出力を保ちつつ燃費の向上を図る。
【００４１】
例えば、いま、第１制御回路９０の進角用油路８１及び遅角用油路８２により、排気カムシャフト６を遅角状態から進角状態に移行させる場合、図４に示す排気用油圧制御弁２４のスプール６４が軸方向に移動して、その結果、進角用出力ポート７３は、入力ポート７０との連通度が増大し、逆にドレンポート７１との連通度が減少する。それゆえ、進角用出力ポート７３から進角用油路８１に出力される進角用油圧が上昇する。一方、遅角用出力ポート７４は、入力ポート７０との連通度が減少し、逆にドレンポート７２との連通度が増大する。それゆえ、遅角用出力ポート７４から遅角用油路８２に出力される遅角用油圧が低下する。これにより、図３に示す排気用位相可変機構２２の進角用油圧室３８…３８内の油圧は上昇し、遅角用油圧室３９…３９内の油圧は低下して、ロータ３５ないし排気カムシャフト６は、ハウジング３１ないしクランクシャフト２に対して、進角側に変位する。なお、進角状態から遅角状態に移行させる場合は、遅角状態から進角状態に移行させる場合の反対方向にスプール６４を移動させることで達成できる。
【００４２】
次に、図７を参照して、第２制御回路１１０について説明すると、オイルポンプ１１１から吐出された作動圧は元圧油路１１２及び第２の油圧供給油路１１４を経て第２制御弁１２０に供給される。第２制御弁１２０はデューティソレノイドバルブであり、コントロールユニット（特許請求の範囲における制御手段に相当）１１３により印加される制御信号のデューティ率（１ＯＮ−ＯＦＦ周期におけるＯＮ時間の比率）に応じて油路１１４，１１２の開閉及び開度を調整し、油圧を制御する。
【００４３】
そして、該第２制御弁１２０により制御された作動油が図２に示す制御油路１２１に供給される。制御油路１２１に供給された作動油はロックピン用環状溝１２２に供給される。そして、ロックピン用環状溝１２２からカムシャフト６内部に設けられた縦油路１２３が軸受部潤滑用油路１２４と横油路１２５に分岐している。該軸受部潤滑用油路１２４に供給された作動油は多数の軸受部９１，９２…を良好に潤滑する。一方、横油路１２５に供給された作動油はロータ３５に設けられた溝部１２６に供給され、さらに、相対回転するスプロケット８の表面に設けられた環状溝１２７及びスプロケット８の内部に設けられたスプロケット内油路１２８を通じてロック解除室５４に供給される。これにより、スプリング５２によってスプロケット８側に付勢されたロックピン５１が作動圧により凹所５３から抜けてロック機構５３が解除状態となる。
【００４４】
このとき、カムキャップ４及びシリンダヘッド３の軸受面９１，９２に設けられる油路は、本来、第１制御回路９０の進角用油路８１，１００と、遅角用油路８２，１０１と、第２制御回路１１０のロック解除用油路１０５と、軸受部潤滑用油路１２４とが少なくとも必要となる。しかし、縦油路１２３において、ロックピン解除用の油路（横油路１２５）を軸受部潤滑用油路１２４に分岐して設けたことによって、油路が共通化され、カムキャップ４に設ける環状溝の数を削減することができる。その結果、カムシャフト６の軸受面９１を構成するカムキャップ４が軸方向にコンパクトに構成できる。
【００４５】
続いて、図８を用いて第２制御弁１２０のコントロールユニット１１３による弁開度制御について説明すると、最も下方に描かれた曲線は、水温に対するカムシャフト６の軸受部９１，９２を潤滑するために必要な作動圧を供給する第２制御弁１２０の弁開度のライン（潤滑ライン）を表している。この潤滑ラインは、水温の上昇に伴って弁開度が開かれて、作動圧が一定に保たれるという特性を持つ。すなわち、水温が低い場合は作動油の粘性が高いので、作動油が各油路の連結箇所等から漏れる量が少ない。その結果、作動圧が立ちやすくなるので、弁開度は絞り状態に保たれる。一方、水温が上昇すると、上記連結箇所等から漏れる作動油の量が増加するので、一定の作動圧を保つためには弁開度を開く必要がある。なお、潤滑ラインより下方の領域は、ロックピン５１が抜けず、かつ潤滑もされない程度の作動圧が供給される弁開度制御領域である。
【００４６】
そして、潤滑ラインの上方に描かれた曲線は、水温に対するロックピン５１が抜けるための作動圧を供給する第２制御弁１２０の弁開度のライン（ロック解除ライン）を表している。ロック解除ラインも潤滑ラインと同様に、水温が低い場合は弁開度を絞り制御にして、水温の上昇に伴って弁開度を開く制御を行い、作動圧を一定に保つ。なお、潤滑ラインとロック解除ラインの間の領域は、潤滑は行われるが、ロックピン５１は抜けない程度の作動圧が供給される弁開度制御領域である（請求項２に相当）。
【００４７】
次に、図９を用いて水温とエンジン回転による位相可変機構２２の制御について説明すると、図の斜線部は位相可変機構制御領域で、該位相可変機構制御領域の下方に描かれた曲線はロックピン５１解除のラインを示している。また、一定の水温Ｔｅｍｐ１より低いときは、ファストアイドル状態で、ここではエンジン１の回転によらずロックピン５１は解除されない。また、ロックピン５１解除のラインより下方の領域はアイドル回転の領域で、ロックピン５１は解除されない。例えば、いま、水温Ｔｅｍｐ２でロックピン５１解除する場合を考える。図９におけるＴｅｍｐ２でロックピン５１解除の制御信号を受けると、図８に示すように弁開度全開の制御が行われる。すなわち、少なくとも完爆するまでは、潤滑ラインとロックピン解除ラインの間の領域に制御されていた作動圧（α）が、ロックピン５１解除信号で、ロックピン解除ラインを超えて弁開度全開に制御される。もちろん、ロックピン解除ラインを少し超えた弁開度（β）でもよい。要するに、潤滑とロック解除ラインとの間の領域から、ロック解除ラインを超える領域に移行すればよい。
【００４８】
このような制御をすることによって、エンジン１の始動の際に完爆するまでは第２制御弁１２０の開度を絞り状態に制御することにより、上記共通油路１２３には、あまり高い油圧は供給されない。これにより、少なくとも完爆前に不用意にロックピン５１が抜けてしまうことが防止され、エンジン１の良好な始動安定性及びロータ３５のばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００４９】
一方、潤滑用油路１２４には、ある程度の作動圧が供給されるから、シャフト５，６の焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部９１，９２に供給される。
【００５０】
以上により、コントロールユニット１１３は、水温とエンジン回転に応じてロックピン５１の解除の制御を行い、ロックピン５１が解除されないときには、ロックピン５１は解除されずに潤滑するような作動圧を供給するような制御を行う。
【００５１】
なお、キーオフ時は、第２制御弁１２０は全開にされ、キーオンで該制御弁１２０は開度を絞られ、所定の作動圧を供給する。これによって、断線時等のフェールセーフ潤滑を確保することができる。
【００５２】
また、本実施の形態のロックピン機構５０は、ロータ３５とスプロケット８とを、これらの相対回転範囲の中間位置で結合するから、このロックピン機構５０を備えた位相可変機構２１，２２においては、位相可変制御を両方向に、広く、細かく行うことができるという利点がある。しかし、吸気側及び排気側の双方に、ツルマキバネ４０，４０を備える必要があるので、完爆する前にロックピン５１が抜けてしまうと中間保持が困難になり、バルブタイミングが変化し、特にエンジン１の燃焼性が不安定になる。そのため、前述のような完爆するまでは第２制御弁１２０の開度を絞り状態にして軸受部９１，９２の潤滑のみを行う制御を適用すると、特に有効な作用効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第２制御回路のカムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に形成された軸受部潤滑用油路に分岐して連通しているから、これらの油路が共通化され、カムシャフトの周面に開口する油路の数を削減することができる。そのため、カムシャフトの軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなることが抑制され、コンパクト性が阻害されない。
【００５４】
そして、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは第２制御弁の開度を絞り状態に開制御する、具体的にはロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように制御することにより、始動時には完爆前に不用意にロックピンが抜けてしまうことが防止され、エンジンの良好な始動安定性及びロータのばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００５５】
一方、潤滑用油路には、ある程度の油圧が供給されるから、シャフトの焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部に供給される。
【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位相可変機構を示す平面図である。
【図２】 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３】 同位相可変機構の一部切欠き正面図である。
【図４】 排気用第１制御弁の一部切欠き正面図である。
【図５】 カムキャップの正面図である。
【図６】 カムキャップの底面図である。
【図７】 本実施の形態における位相可変機構及びロックピン機構の油圧回路図である。
【図８】 第２制御弁の水温と弁開度に応じた作動圧のマップである。
【図９】 第２制御弁の水温とエンジン回転数に応じたロックピン解除制御のマップである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ クランクシャフト
５ 吸気カムシャフト
６ 排気カムシャフト
２０ 可変動弁装置
３８ 進角用油圧室
３９ 遅角用油圧室
５０ ロックピン機構
５４ ロック解除室
２１，２２ 位相可変機構
２３，２４ 第１制御弁
８１，１００ 進角用油路
８２，１０１ 遅角用油路
９０ 第１制御回路
９１，９２ 軸受面
９３（８１），１０２（１００） 環状溝（遅角用油路）
９４（８２），１０３（１０１） 環状溝（進角用油路）
１０５ ロックピン解除油路
１１０ 第２制御回路
１１３ コントロールユニット（制御手段）
１２０ 第２制御弁
１２４ 軸受部潤滑油路
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気バルブの開閉時期を可変とするエンジンの可変動弁装置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・排気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置が備えられることがある。この可変動弁装置は、一般に、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変とする位相可変機構を有する。カムシャフトの端部に設けられた油圧式の位相可変機構は、クランクシャフトの回転とチェーンで連動するカムスプロケットと一体のケース（クランクシャフト側回転部材）と、該ケースに収容され、カムシャフトと一体のロータ（カムシャフト側回転部材）とを含み、これらのケースとロータとによって進角用油圧室及び遅角用油圧室が形成される。これらの油圧室に対する作動圧の給排を行う油圧制御弁（第１制御弁）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。可変動弁装置には、この第１制御弁を含み、該第１制御弁と進角用油圧室及び遅角用油圧室とを連通する進角用油路及び遅角用油路等から構成される油圧制御回路（第１制御回路）が形成される。
【０００３】
ところで、特許文献１に示されるように、このような位相可変機構に、所定条件の下でケースとロータとを結合するロックピン機構が備えられる場合がある。このロックピン機構は、例えばエンジン始動時に、少なくともエンジンが完爆するまでは、ケースとロータとを一体化させて、ロータのばたつきによる異音発生を防止し、もってエンジン始動性を高めるために用いられる。上記特許文献１に記載のロックピン機構では、ロータに収容されたロックピンがスプリングの付勢力でケース部材の穴に突入したときにロック状態となる。そして、上記穴に設けられたロック解除室に連通する油路を介して油圧制御弁（第２制御弁）で制御された作動圧が供給されると、ロックピンがスプリングを縮めながら上記穴から後退してロック解除状態となる。可変動弁装置には、この第２制御弁を含み、該第２制御弁と上記ロック解除室とを連通するロック解除用油路等から構成される油圧制御回路（第２制御回路）が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０９９７４号公報（第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにロックピン機構を備えた位相可変機構では、カムシャフトの軸受部潤滑用油路の他、上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に通じる第１制御回路の油路や、ロックピン機構のロック解除室に通じる第２制御回路の油路等が少なくとも必要になる。これらの油路は、一般に、カムシャフトの内部をそれぞれ独立をして軸方向に延びる部分と、該部分とカムシャフト外部とを連通するために、カムシャフトの位相可変機構側の軸受部の周面に開口する部分とを含む。よって、上記周面には軸方向に所定の間隔を空けて上記油路の数だけ開口が並ぶことになり、その結果、軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなり、エンジンのコンパクト性が阻害される。
【０００６】
この問題に対処するためには、例えば、上記油路のうち、潤滑用油路と第２制御回路のロック解除用油路とを共通化し、カムシャフトの周面に開口する油路の数を減らすことが考えられる。しかし、その場合、上記共通油路に、どのような大きさの油圧を供給すべきかが重要となる。つまり、エンジンの運転中は、潤滑用油路には、シャフトの焼付を回避するためにある程度高い油圧を常に供給する必要がある一方で、ロック解除用油路には、特にエンジン始動時の完爆前には、あまり高い油圧を供給すると、ロックピンが外れて、ロータのばたつきによる振動や異音等が発生すると共に、エンジンの燃焼が不安定になるからである。
【０００７】
そこで、本発明は、カムジャーナル潤滑用油路とロックピン解除用油路とを共通化することでカムキャップをコンパクトに形成すると共に、エンジンの始動安定性と潤滑性能とを両立したエンジンの可変動弁装置の提供を課題とする。
【０００８】
【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。まず、本願の請求項１に記載の発明は、カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に設けられた軸受部潤滑用油路に分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまではロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように第２制御弁を制御することを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、第２制御回路のカムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に形成された軸受部潤滑用油路に分岐して連通しているから、これらの油路が共通化され、カムシャフトの周面に開口する油路の数を削減することができる。そのため、カムシャフトの軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなることが抑制され、コンパクト性が阻害されない。
【００１０】
そして、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは、制御手段は、ロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように第２制御弁を制御することにより、始動時には完爆前に不用意にロックピンが抜けてしまうことが防止され、エンジンの良好な始動安定性及びロータのばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００１１】
一方、潤滑用油路には、ある程度の油圧が供給されるから、シャフトの焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部に供給される。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明は、カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部には縦油路と軸受部潤滑用油路とが設けられ、上記縦油路は上記第２制御回路の軸方向に延びる油路と上記軸受部潤滑用油路とに分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは第２制御弁の開度を絞り状態に開制御することを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、上記請求項１に記載の発明におけるカムシャフト内部における油路の構成が具体化され、請求項１に記載の発明と同様に、カムキャップの軸方向の厚さが抑制されると共に、エンジンの始動性の確保と、良好な潤滑性能との両立が確実に図られる。
【００１４】
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動弁装置において、ロックピン機構は、カムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材との相対回転範囲の中間位置で両部材を結合することを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、ロックピン機構は、カムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを、これらの相対回転範囲の中間位置で結合するから、このロックピン機構を備えた位相可変機構においては、位相可変制御をこの結合位置から両方向に、広く、細かく行うことができるという利点がある。しかし、このような中間位置ロックの位相可変機構は、完爆する前にロックピンが抜けてしまうと中間保持が困難になり、バルブタイミングが変化し、特にエンジンの燃焼性が不安定になる。そのため、このような中間位置ロックの位相可変機構に、請求項１または請求項２に記載の発明を適用すると、特に有効な作用効果が得られる。
【００１６】
【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。なお、図示しないシリンダブロック及びシリンダヘッド３のカムキャップ４側の端面には、該端面を覆うフロントカバー１４が取り付けられている。
【００１７】
このエンジン１の可変動弁装置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２１，２２と、該位相可変機構２１，２２の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９（図３参照）に供給する油圧を制御する吸気用及び排気用の油圧制御弁（第１制御弁）２３，２４とを有する。両位相可変機構２１，２２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２１，２２は、構造がほぼ同様とされているので、以下、排気用位相可変機構２２を例にとってその構造を説明し、吸気用位相可変機構２１についてはその構造の説明は省略する。
【００１８】
すなわち、位相可変機構２２は、図２、図３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３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２２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３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３８…３８と遅角用油圧室３９…３９とに画成する。
【００１９】
上記受け部材３６にはツルマキバネ４０が内装されている。ツルマキバネ４０の一端４１は、蓋部材３２に立設されたピン４２に係止され、他端４３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。これにより、ツルマキバネ４０は排気カムシャフト６を進角方向（図３におけるＸの方向）に付勢している。その結果、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）の反力による排気カムシャフト６の遅角方向（オーバーラップが大きくなる方向）への一方的な不勢力を相殺する。また、吸気側のツルマキバネ４０は吸気カムシャフト５を進角方向（図３におけるＸの方向）に付勢している。これにより、吸気バルブ１２…１２を常時閉側に付勢するリターンスプリングの反力による吸気カムシャフト５の遅角方向（オーバーラップが小さくなる方向）への一方的な付勢力を相殺する。
【００２０】
また、位相可変機構２２は、図２に明示したように、ロックピン機構５０を搭載する。このロックピン機構５０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５１を含む。ロックピン５１は、リターンスプリング５２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、相対回転範囲の中間位置に到達したときに、上記ロックピン５１が嵌入する凹所５３が形成されている。さらに該凹所５３には、後述するロック解除用油路１０５に連通するロックピン解除用油圧室５４が設けられている。
【００２１】
次に、第１制御弁２３，２４について説明する。図４に示すように、排気用の第１制御弁２４は、軸方向が上下に延びるように挿入孔６０に挿入され、ブラケット６１及びボルト６２を用いて、カムキャップ４に組み付けられている。第１制御弁２４は、中空のバルブケース６３と、該ケース６３内を軸方向に移動可能なスプール６４と、該スプール６４を１方向に付勢するスプリング６５とを有する。上記スプール６４の軸方向の移動量は、コントロールユニット１１３（図７参照）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。第１制御弁２４には、１つの入力ポート７０と、２つのドレンポート７１，７２と、進角用出力ポート７３と遅角用出力ポート７４とが設けられている。そして、入力ポート７０に油圧供給油路８０（図５参照）が接続され、進角用出力ポート７３と遅角用出力ポート７４にそれぞれ進角用油路８１及び遅角用油路８２が接続されている。
【００２２】
一方、吸気側の第１制御弁２３は図１に示すように、フロントカバー１４に水平方向に取り付けられており、その構造は排気用第１制御弁２４と同様とされるので、これ以上の詳しい説明は省略する。第１制御弁２３，２４による制御は、スプール６４の軸方向の位置に応じて、進角用油路８１及び遅角用油路８２の入力ポート７０との連通度及びドレンポート７１，７２との連通度が変化し、上記進角用油圧室３８及び遅角用油圧室３９に供給される進角用油圧及び遅角用油圧を制御することである。
【００２３】
次に、排気側の進角用油路８１及び遅角用油路８２を説明する。進角用油路８１は、図５に示すカムキャップ４の高位置に形成された横油路８３と、同じくカムキャップ４に形成された内部油路８４と、図６に示す排気カムシャフト６用軸受面９１に形成された環状溝９３とを含む。
【００２４】
横油路８３の一端部は、図４に示すように、排気用第１制御弁２４に連結し、進角用出力ポート７３に接続している。横油路８３の他端部は、図５に示す内部油路８４の上端部に連通し、該内部油路８４の下端部は、図６に示す環状溝９３に接続している。
【００２５】
次に、遅角用油路８２は、図５に示すカムキャップ４の低位置に形成された横油路８５と、同じくカムキャップ４に形成された内部油路８６と、図６に示す排気カムシャフト６用軸受面９１に形成された環状溝９４とを含む。
【００２６】
横油路８５の一端部は、図４に示すように、排気用第１制御弁２４に連結し、遅角用出力ポート７４に接続している。横油路８５の他端部は、図５に示す内部油路８６の上端部に連通し、該内部油路８６の下端部は、図６に示す環状溝９４に接続している。
【００２７】
なお、図５に示すように、油圧供給油路８０、進角用油路８１及び遅角用油路８２はカムキャップ４の端面に露出して形成された箇所（横油路８３，８５等）がある。そこで、図１に示すように、カバー部材８７をカムキャップ４の端面に締結することでカムキャップ４の端面の油路を完成する。
【００２８】
また、図２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９３，９４にそれぞれ臨む縦油路９５，９６が形成されており、該縦油路９５，９６を介して、横油路９７，９８がそれぞれ位相可変機構２２の遅角用油圧室３８…３８及び進角用油圧室３９…３９に連通する。
【００２９】
このように、排気側の進角用油路８１及び遅角用油路８２は、横油路８３，８５、内部油路８４，８６、環状溝９３，９４、縦油路９５，９６及び横油路９７，９８を含む。
【００３０】
一方、吸気側の進角用油路１００及び遅角用油路１０１（図６参照）は、図１に示すようにフロントカバー１４に取り付けられた吸気用第１制御弁２３と、吸気用位相可変機構２４の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９とをそれぞれ連通している。進角用油路１００及び遅角用油路１０１は、上記吸気用第１制御弁２３からフロントカバー１４に設けられた油路（図示せず）を一部に有している。そして、この油路にシリンダヘッド３の内部に設けられた油路（図示せず）を介して、図６に示す進角用油路１００及び遅角用油路１０１の一部を構成する進角用環状溝１０２及び遅角用環状溝１０３にそれぞれ連通する。ただし、進角用油路１００はカムキャップ４の底面に設けられた溝油路１０４を含む。そして、図２に示す排気側と同様に、吸気カムシャフト５の周面には、上記環状溝１０３，１０２に臨む縦油路９５，９６が設けられ、該縦油路９５，９６を介して、横油路９７，９８が吸気用位相可変機構２１の進角用油圧室３８…３８及び遅角用油圧室３９…３９に導かれる。
【００３１】
このように、吸気側の進角用油路１００及び遅角用油路１０１は、フロントカバー１４及びシリンダヘッド３に設けられた油路、環状溝１０２，１０３、溝油路１０４、縦油路９５，９６及び横油路９７，９８を含む。
【００３２】
ここで、吸気側及び排気側の進角用油路８１，１００及び遅角用油路８２，１０１と第１制御弁２３，２４等で第１制御回路９０（図７参照）が構成される。
【００３３】
次に、図２に基づいて、排気側の位相可変機構２２に備えられたロックピン機構５０に至るロック解除用油路１０５について説明する。なお、吸気側も略同様の構成をしているのでをの説明は省略する。
【００３４】
すなわち、ロックピン機構５０のロック解除室５４に対する作動油の給排を行う油圧制御弁（第２制御弁）１２０（図７参照）が、例えば、シリンダヘッド３に備えられており、該制御弁１２０から延びる制御油路１２１が、図２に示すシリンダヘッド３側のカムシャフト軸受部９２に連通している。該制御油路１２１は排気カムシャフト６に設けられたロックピン用環状溝１２２に連通している。そして、該ロックピン用環状溝１２２からカムシャフト６内部に設けられた縦油路１２３が横油路１２５に接続している。横油路１２５は排気カムシャフト６の位相可変機構２２側端部に貫通しており、ロータ３５に設けられた溝部１２６を介してスプロケット８の表面に設けられた環状溝１２７に連通している。そして、該環状溝１２７からスプロケット８内部を通過してロック解除室５４に至るスプロケット内油路１２８が設けられている。
【００３５】
このように、ロック解除用油路１０５は、制御油路１２１、環状溝１２２、縦油路１２３、横油路１２５、溝部１２６、環状溝１２７およびスプロケット内油路１２８を含む。
【００３６】
ここで、吸気側及び排気側のロック解除用油路１０５，１０５と、第２制御弁１２０等で第２制御回路１１０（図７参照）が構成される。
【００３７】
そして、この第２制御回路１１０のカムシャフト５，６の内部の油路（縦油路１２３，１２３）が、同じくカムシャフト５，６内部に設けられた軸受部潤滑用油路１２４，１２４に分岐して連通している。また、図１及び図６に示すように、カムキャップ４は、ボルト１３０…１３０により、シリンダヘッド３の位相可変機構２１，２２側の端部に締結されている。図６には、カムキャップ４に形成された上記ボルト１３０…１３０の貫通孔１３１…１３１を図示してある。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。まず、位相可変機構２１，２２の作用を説明すると、図３に排気側で示すように、ロータ３５は、スプロケット８（吸気側スプロケット７も同じ）、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（同）ひいてはクランクシャフト２に対するカムシャフト６（吸気カムシャフト５も同じ）の回転位相角が変更可能となり、クランクシャフト２に対する吸・排気バルブ１２…１２，１３…１３の開閉時期が変更可能となる。
【００３９】
第１制御弁２３，２４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、第１制御弁２３，２４を駆使してコントロールユニット１１３（図７参照）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。
【００４０】
例えば、アイドリング時などは、吸気量が少ないため、吸気バルブ１２…１２と排気バルブ１３…１３とのオーバラップが大きいと、燃焼ガスが吸気側に吹き返してしまい、吸気の妨げとなるので、こうした場合には、オーバラップを小さくして、燃焼ガスの混入を抑えて、燃焼の安定化を図る。一方、低・中負荷時には、吸気量を増しながらオーバラップを大きくして、内部ＥＧＲも増加させ、出力を保ちつつ燃費の向上を図る。
【００４１】
例えば、いま、第１制御回路９０の進角用油路８１及び遅角用油路８２により、排気カムシャフト６を遅角状態から進角状態に移行させる場合、図４に示す排気用油圧制御弁２４のスプール６４が軸方向に移動して、その結果、進角用出力ポート７３は、入力ポート７０との連通度が増大し、逆にドレンポート７１との連通度が減少する。それゆえ、進角用出力ポート７３から進角用油路８１に出力される進角用油圧が上昇する。一方、遅角用出力ポート７４は、入力ポート７０との連通度が減少し、逆にドレンポート７２との連通度が増大する。それゆえ、遅角用出力ポート７４から遅角用油路８２に出力される遅角用油圧が低下する。これにより、図３に示す排気用位相可変機構２２の進角用油圧室３８…３８内の油圧は上昇し、遅角用油圧室３９…３９内の油圧は低下して、ロータ３５ないし排気カムシャフト６は、ハウジング３１ないしクランクシャフト２に対して、進角側に変位する。なお、進角状態から遅角状態に移行させる場合は、遅角状態から進角状態に移行させる場合の反対方向にスプール６４を移動させることで達成できる。
【００４２】
次に、図７を参照して、第２制御回路１１０について説明すると、オイルポンプ１１１から吐出された作動圧は元圧油路１１２及び第２の油圧供給油路１１４を経て第２制御弁１２０に供給される。第２制御弁１２０はデューティソレノイドバルブであり、コントロールユニット（特許請求の範囲における制御手段に相当）１１３により印加される制御信号のデューティ率（１ＯＮ−ＯＦＦ周期におけるＯＮ時間の比率）に応じて油路１１４，１１２の開閉及び開度を調整し、油圧を制御する。
【００４３】
そして、該第２制御弁１２０により制御された作動油が図２に示す制御油路１２１に供給される。制御油路１２１に供給された作動油はロックピン用環状溝１２２に供給される。そして、ロックピン用環状溝１２２からカムシャフト６内部に設けられた縦油路１２３が軸受部潤滑用油路１２４と横油路１２５に分岐している。該軸受部潤滑用油路１２４に供給された作動油は多数の軸受部９１，９２…を良好に潤滑する。一方、横油路１２５に供給された作動油はロータ３５に設けられた溝部１２６に供給され、さらに、相対回転するスプロケット８の表面に設けられた環状溝１２７及びスプロケット８の内部に設けられたスプロケット内油路１２８を通じてロック解除室５４に供給される。これにより、スプリング５２によってスプロケット８側に付勢されたロックピン５１が作動圧により凹所５３から抜けてロック機構５３が解除状態となる。
【００４４】
このとき、カムキャップ４及びシリンダヘッド３の軸受面９１，９２に設けられる油路は、本来、第１制御回路９０の進角用油路８１，１００と、遅角用油路８２，１０１と、第２制御回路１１０のロック解除用油路１０５と、軸受部潤滑用油路１２４とが少なくとも必要となる。しかし、縦油路１２３において、ロックピン解除用の油路（横油路１２５）を軸受部潤滑用油路１２４に分岐して設けたことによって、油路が共通化され、カムキャップ４に設ける環状溝の数を削減することができる。その結果、カムシャフト６の軸受面９１を構成するカムキャップ４が軸方向にコンパクトに構成できる。
【００４５】
続いて、図８を用いて第２制御弁１２０のコントロールユニット１１３による弁開度制御について説明すると、最も下方に描かれた曲線は、水温に対するカムシャフト６の軸受部９１，９２を潤滑するために必要な作動圧を供給する第２制御弁１２０の弁開度のライン（潤滑ライン）を表している。この潤滑ラインは、水温の上昇に伴って弁開度が開かれて、作動圧が一定に保たれるという特性を持つ。すなわち、水温が低い場合は作動油の粘性が高いので、作動油が各油路の連結箇所等から漏れる量が少ない。その結果、作動圧が立ちやすくなるので、弁開度は絞り状態に保たれる。一方、水温が上昇すると、上記連結箇所等から漏れる作動油の量が増加するので、一定の作動圧を保つためには弁開度を開く必要がある。なお、潤滑ラインより下方の領域は、ロックピン５１が抜けず、かつ潤滑もされない程度の作動圧が供給される弁開度制御領域である。
【００４６】
そして、潤滑ラインの上方に描かれた曲線は、水温に対するロックピン５１が抜けるための作動圧を供給する第２制御弁１２０の弁開度のライン（ロック解除ライン）を表している。ロック解除ラインも潤滑ラインと同様に、水温が低い場合は弁開度を絞り制御にして、水温の上昇に伴って弁開度を開く制御を行い、作動圧を一定に保つ。なお、潤滑ラインとロック解除ラインの間の領域は、潤滑は行われるが、ロックピン５１は抜けない程度の作動圧が供給される弁開度制御領域である（請求項２に相当）。
【００４７】
次に、図９を用いて水温とエンジン回転による位相可変機構２２の制御について説明すると、図の斜線部は位相可変機構制御領域で、該位相可変機構制御領域の下方に描かれた曲線はロックピン５１解除のラインを示している。また、一定の水温Ｔｅｍｐ１より低いときは、ファストアイドル状態で、ここではエンジン１の回転によらずロックピン５１は解除されない。また、ロックピン５１解除のラインより下方の領域はアイドル回転の領域で、ロックピン５１は解除されない。例えば、いま、水温Ｔｅｍｐ２でロックピン５１解除する場合を考える。図９におけるＴｅｍｐ２でロックピン５１解除の制御信号を受けると、図８に示すように弁開度全開の制御が行われる。すなわち、少なくとも完爆するまでは、潤滑ラインとロックピン解除ラインの間の領域に制御されていた作動圧（α）が、ロックピン５１解除信号で、ロックピン解除ラインを超えて弁開度全開に制御される。もちろん、ロックピン解除ラインを少し超えた弁開度（β）でもよい。要するに、潤滑とロック解除ラインとの間の領域から、ロック解除ラインを超える領域に移行すればよい。
【００４８】
このような制御をすることによって、エンジン１の始動の際に完爆するまでは第２制御弁１２０の開度を絞り状態に制御することにより、上記共通油路１２３には、あまり高い油圧は供給されない。これにより、少なくとも完爆前に不用意にロックピン５１が抜けてしまうことが防止され、エンジン１の良好な始動安定性及びロータ３５のばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００４９】
一方、潤滑用油路１２４には、ある程度の作動圧が供給されるから、シャフト５，６の焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部９１，９２に供給される。
【００５０】
以上により、コントロールユニット１１３は、水温とエンジン回転に応じてロックピン５１の解除の制御を行い、ロックピン５１が解除されないときには、ロックピン５１は解除されずに潤滑するような作動圧を供給するような制御を行う。
【００５１】
なお、キーオフ時は、第２制御弁１２０は全開にされ、キーオンで該制御弁１２０は開度を絞られ、所定の作動圧を供給する。これによって、断線時等のフェールセーフ潤滑を確保することができる。
【００５２】
また、本実施の形態のロックピン機構５０は、ロータ３５とスプロケット８とを、これらの相対回転範囲の中間位置で結合するから、このロックピン機構５０を備えた位相可変機構２１，２２においては、位相可変制御を両方向に、広く、細かく行うことができるという利点がある。しかし、吸気側及び排気側の双方に、ツルマキバネ４０，４０を備える必要があるので、完爆する前にロックピン５１が抜けてしまうと中間保持が困難になり、バルブタイミングが変化し、特にエンジン１の燃焼性が不安定になる。そのため、前述のような完爆するまでは第２制御弁１２０の開度を絞り状態にして軸受部９１，９２の潤滑のみを行う制御を適用すると、特に有効な作用効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第２制御回路のカムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に形成された軸受部潤滑用油路に分岐して連通しているから、これらの油路が共通化され、カムシャフトの周面に開口する油路の数を削減することができる。そのため、カムシャフトの軸受面を構成するカムキャップが軸方向に厚くなることが抑制され、コンパクト性が阻害されない。
【００５４】
そして、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは第２制御弁の開度を絞り状態に開制御する、具体的にはロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように制御することにより、始動時には完爆前に不用意にロックピンが抜けてしまうことが防止され、エンジンの良好な始動安定性及びロータのばたつきによる異音発生の防止が図られる。
【００５５】
一方、潤滑用油路には、ある程度の油圧が供給されるから、シャフトの焼付等の問題も回避される。しかも、始動時は、回転数が低いから、それ程大量の潤滑油の供給は必要なく、あまり高くない油圧でも十分量の潤滑油が軸受部に供給される。
【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位相可変機構を示す平面図である。
【図２】 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３】 同位相可変機構の一部切欠き正面図である。
【図４】 排気用第１制御弁の一部切欠き正面図である。
【図５】 カムキャップの正面図である。
【図６】 カムキャップの底面図である。
【図７】 本実施の形態における位相可変機構及びロックピン機構の油圧回路図である。
【図８】 第２制御弁の水温と弁開度に応じた作動圧のマップである。
【図９】 第２制御弁の水温とエンジン回転数に応じたロックピン解除制御のマップである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ クランクシャフト
５ 吸気カムシャフト
６ 排気カムシャフト
２０ 可変動弁装置
３８ 進角用油圧室
３９ 遅角用油圧室
５０ ロックピン機構
５４ ロック解除室
２１，２２ 位相可変機構
２３，２４ 第１制御弁
８１，１００ 進角用油路
８２，１０１ 遅角用油路
９０ 第１制御回路
９１，９２ 軸受面
９３（８１），１０２（１００） 環状溝（遅角用油路）
９４（８２），１０３（１０１） 環状溝（進角用油路）
１０５ ロックピン解除油路
１１０ 第２制御回路
１１３ コントロールユニット（制御手段）
１２０ 第２制御弁
１２４ 軸受部潤滑油路
Claims (3)
- カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部の油路が、同じくカムシャフト内部に設けられた軸受部潤滑用油路に分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまではロックピン機構がロック解除されずに軸受部が潤滑されるような油圧が第２制御回路のカムシャフト内部油路に供給されるように第２制御弁を制御することを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
- カムシャフトの端部に設けられてクランクシャフトに対する該カムシャフトの位相を可変とする油圧式の位相可変機構を有すると共に、該位相可変機構に進角用油圧室及び遅角用油圧室を形成するカムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材とを結合するロックピン機構が備えられ、かつ上記進角用油圧室及び遅角用油圧室に対する作動油の給排を行う第１制御弁を含む第１制御回路と、上記ロックピン機構のロック解除室に対する作動油の給排を行う第２制御弁を含む第２制御回路とが設けられたエンジンの可変動弁装置であって、上記第１制御回路及び第２制御回路は、カムシャフトの軸受部周面に軸方向に間隔を空けて開口すると共にカムシャフト内部をそれぞれ軸方向に延びる油路を含み、上記第２制御回路の上記カムシャフト内部には縦油路と軸受部潤滑用油路とが設けられ、上記縦油路は上記第２制御回路の軸方向に延びる油路と上記軸受部潤滑用油路とに分岐して連通していると共に、上記第２制御弁の開閉及び開度を制御する制御手段が備えられ、該制御手段は、少なくともエンジン始動の際に完爆するまでは第２制御弁の開度を絞り状態に開制御することを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
- ロックピン機構は、カムシャフト側回転部材とクランクシャフト側回転部材との相対回転範囲の中間位置で両部材を結合す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動弁装置。
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