JP6090042B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。
エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを調整可能なバルブタイミング調整装置が知られている。例えば特許文献1のバルブタイミング調整装置は、クランクシャフトと一体に回転可能なハウジングと、カムシャフトと一体に回転可能なロータと、ハウジングとロータとの間に設けられている遊星歯車減速機とを備え、モータが遊星歯車減速機を介してロータを回転させることによってバルブの開閉タイミングを調整する。
特許文献1では、遊星歯車減速機は、例えばシリンダブロック、シリンダヘッドおよびカムシャフト等が有する油路を経由してオイルポンプから圧送されるオイルによって潤滑される。オイルポンプによるオイルの供給は常時行われる。そして、潤滑に必要な量を超える余剰分のオイルは、ハウジングのオイル排出口から外部へ排出される。
特開2009−91996号公報
特許文献1では、潤滑に必要な量を超える多量のオイルがオイルポンプから常時供給されるので、オイルの消費量が過大となる問題があった。オイルの消費量が過大となることは、オイルポンプの吐出圧を保つためにエンジンの動力が無駄に使われ、車両の燃費を低下させていることを意味する。
また、必要以上のオイルは、低温時に遊星歯車減速機の作動応答性を低下させるという問題があった。これに対しては、低温時にハウジングのオイル排出口の開度を増大させる機構を新たに設けてオイルの排出を促す対策が考えられる。しかし、上記機構は複雑であり、実現が難しい。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の燃費を向上させることができ、さらに低温時における減速機の作動応答性の低下を抑制可能なバルブタイミング調整装置を提供することである。
本発明によるバルブタイミング調整装置は、油圧制御弁、油圧装置、第1回転体、第2回転体および減速機を備えている。油圧制御弁は、オイルポンプに接続される。油圧装置は、油圧制御弁が吐出ポートから吐出するオイルを取り入れて作動油として用いる。第1回転体は、駆動軸と一体に回転可能である。第2回転体は、従動軸と一体に回転可能であり、第1回転体に対し相対回転可能である。
減速機は、第1回転体と第2回転体とを回転伝達可能に連結し、外部から加えられる回転力によって回転駆動されると第1回転体に対し第2回転体を相対回転させることができる。そして、減速機は、油圧制御弁が排出ポートから排出するオイルを取り入れて潤滑油として用いる。
油圧制御弁は方向切換弁であり、油圧制御弁が排出ポートから排出するオイルは、吐出ポートから油圧装置に供給されたあとに回収されるオイルである。
従動軸には、吸気バルブを開閉駆動する第1カムシャフト、および、排気バルブを開閉駆動する第2カムシャフトがある。第2回転体は、第1カムシャフトおよび第2カムシャフトの一方と一体に回転可能である。
油圧装置は、駆動軸と一体に回転可能な第3回転体と、第1カムシャフトおよび第2カムシャフトの他方と一体に回転可能であり、第3回転体との間に進角室および遅角室を区画形成している第4回転体と、を有している。また、油圧装置は、油圧制御弁から進角室に作動油が供給されつつ遅角室から作動油が排出されると第4回転体を第3回転体に対し進角側に回転させ、油圧制御弁から遅角室に作動油が供給されつつ進角室から作動油が排出されると第4回転体を第3回転体に対し遅角側に回転させる。
油圧装置としては、油圧式の位相調整機構など、従来からエンジンに設けられているものを採用することができる。
本発明では、減速機が潤滑油として用いるオイルは、オイルポンプから供給されるオイルではなく、油圧制御弁が排出ポートから排出するオイルである。そのため、従来、オイルポンプから減速機に常時供給されていたオイルが不要となり、その分、オイルの消費量を低減することができる。したがって、エンジンの動力損失が低減し、車両の燃費を向上させることができる。
また、油圧制御弁が排出ポートから排出するオイル量は、従来形態においてオイルポンプから常時供給されていたオイル量を上回ることはない。つまり、減速機が潤滑油として用いるオイル量を従来と比べて少なくすることができる。したがって、オイルによって減速機の作動が阻害され難くなり、低温時における減速機の作動応答性の低下を抑制可能である。
本発明の第1実施形態によるバルブタイミング調整装置が適用されたエンジンの概略構成を説明する図である。 本発明の第1実施形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成を説明する図である。 図2のバルブタイミング調整装置のうち、排気バルブの開閉タイミングを調整するための手段である位相調整機構および方向切換弁を示す図である。 図3のIV−IV線断面図である。 図2のバルブタイミング調整装置のうち、吸気バルブの開閉タイミングを調整するための手段である位相調整機構およびモータを示す図である。 図5のVI−VI線断面図である。 図5のVII−VII線断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置は、図1に示すエンジンに適用されている。エンジン100は、空気と燃料との混合気を燃焼室101内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によるピストン102の往復運動をクランクシャフト103によって回転運動に変換する。燃焼室101の入口である吸気ポート104には、吸気バルブ105が設けられ、また燃焼室101の出口である排気ポート106には、排気バルブ107が設けられている。吸気バルブ105は、燃焼室101に空気を取り入れるとき吸気ポート104を開く弁であり、また排気バルブ107は、燃焼室101から燃焼ガスを排出するとき排気ポート106を開く弁である。
エンジン100の駆動軸であるクランクシャフト103の回転は、スプロケット108、109、111に巻き掛けられているチェーン112を介してカムシャフト113、114に伝達される。カムシャフト113は、吸気バルブ105を開閉駆動する従動軸であり、特許請求の範囲に記載の「第1カムシャフト」に相当する。カムシャフト114は、排気バルブ107を開閉駆動する従動軸であり、特許請求の範囲に記載の「第2カムシャフト」に相当する。バルブタイミング調整装置10は、クランクシャフト103とカムシャフト113、114との回転位相を変化させることによって、吸気バルブ105および排気バルブ107の開閉タイミングを調整する。
バルブタイミング調整装置10は、クランクシャフト103と一体に回転するスプロケット109に対しカムシャフト113を回転方向へ相対回転させることによって、吸気バルブ105の開閉タイミングを早くする。また、バルブタイミング調整装置10は、クランクシャフト103と一体に回転するスプロケット111に対しカムシャフト114を回転方向へ相対回転させることによって、排気バルブ107の開閉タイミングを早くする。このように吸気バルブ105および排気バルブ107の開閉タイミングが早くなるようにカムシャフト113、114を相対回転させることを「進角させる」という。
一方、バルブタイミング調整装置10は、カムシャフト113をスプロケット109に対し回転方向とは反対方向へ相対回転させることによって、吸気バルブ105の開閉タイミングを遅くする。また、バルブタイミング調整装置10は、カムシャフト114をスプロケット111に対し回転方向とは反対方向へ相対回転させることによって、排気バルブ107の開閉タイミングを遅くする。このように吸気バルブ105および排気バルブ107の開閉タイミングが遅くなるようにカムシャフト113、114を相対回転させることを「遅角させる」という。
以下、バルブタイミング調整装置10について説明する。図2に示すように、バルブタイミング調整装置10は、排気バルブ107の開閉タイミングを調整するための手段として位相調整機構20および方向切換弁40を備え、吸気バルブ105の開閉タイミングを調整するための手段として位相調整機構50およびモータ80を備えている。
先ず、位相調整機構20および方向切換弁40について図2〜図4を参照して説明する。位相調整機構20は、フロントハウジング21、リアハウジング23、スプロケット111およびベーンロータ26を備えている。
フロントハウジング21は、有底筒状であり、カムシャフト114と同軸上に設けられている。フロントハウジング21の筒部は、径方向内側に突き出す複数の仕切り部22を形成している。
リアハウジング23は、円板状であり、フロントハウジング21の筒部に対し底部とは反対側に設けられている。カムシャフト114は、リアハウジング23が有する通孔24に挿入されている。フロントハウジング21およびリアハウジング23は、ボルト25によって互いに固定されている。
スプロケット111は、リアハウジング23と一体に形成されており、図1のチェーン112によってクランクシャフト103のスプロケット108に回転伝達可能に連結されている。
フロントハウジング21、リアハウジング23およびスプロケット111は、クランクシャフト103と一体に回転可能であり、特許請求の範囲に記載の「第3回転体」を構成している。
ベーンロータ26は、フロントハウジング21内に設けられ、フロントハウジング21の内部空間を進角室27と遅角室28とに仕切る複数のベーン29を形成している。ベーンロータ26とカムシャフト114とは、ボルト31によって互いに固定されている。ベーンロータ26は、カムシャフト114と一体に回転可能であり、特許請求の範囲に記載の「第4回転体」に相当する。進角室27は、ベーンロータ26の進角油路32によってカムシャフト114の進角油路33に接続されている。遅角室28は、ベーンロータ26の遅角油路34によってカムシャフト114の遅角油路35に接続されている。
方向切換弁40は、電磁弁であり、供給ポート41、吐出ポート42、43、および排出ポート44を有している。供給ポート41は、オイルポンプ115に接続されている。吐出ポート42は、カムシャフト114の進角油路33に接続されている。吐出ポート43は、カムシャフト114の遅角油路35に接続されている。
方向切換弁40の作動状態は、電子制御装置90によって進角作動状態、遅角作動状態または保持作動状態に制御される。進角作動状態は、供給ポート41と吐出ポート42とが接続されつつ、吐出ポート43と排出ポート44とが接続される作動状態である。遅角作動状態は、供給ポート41と吐出ポート43とが接続されつつ、吐出ポート42と排出ポート44とが接続される作動状態である。保持作動状態は、吐出ポート42と供給ポート41および排出ポート44との接続が遮断されつつ、吐出ポート43と供給ポート41および排出ポート44との接続が遮断される作動状態である。
以上のように構成された位相調整機構20および方向切換弁40では、クランクシャフト103に対するカムシャフト114の回転位相が目標値よりも遅角側である場合、方向切換弁40が進角作動状態に制御される。このとき、オイルポンプ115から圧送されたオイルが吐出ポート42を通じて位相調整機構20の進角室27に供給されつつ、遅角室28のオイルが排出ポート44を通じて排出される。これにより、進角室27のオイルからベーンロータ26に作用する力と遅角室28のオイルからベーンロータ26に作用する力とのバランスが変更され、ベーンロータ26がフロントハウジング21に対し進角側に相対回転する。そして、カムシャフト114がスプロケット111に対し回転方向へ相対回転し、排気バルブ107の開閉タイミングが早くなる。
また、クランクシャフト103に対するカムシャフト114の回転位相が目標値よりも進角側である場合、方向切換弁40が遅角作動状態に制御される。このとき、オイルポンプ115から圧送されたオイルが吐出ポート43を通じて位相調整機構20の遅角室28に供給されつつ、進角室27のオイルが排出ポート44を通じて排出される。これにより、進角室27のオイルからベーンロータ26に作用する力と遅角室28のオイルからベーンロータ26に作用する力とのバランスが変更され、ベーンロータ26がフロントハウジング21に対し遅角側に相対回転する。そして、カムシャフト114がスプロケット111に対し回転方向とは反対方向へ相対回転し、排気バルブ107の開閉タイミングが遅くなる。
また、クランクシャフト103に対するカムシャフト114の回転位相が目標値と一致する場合、方向切換弁40が保持作動状態に制御される。このとき、位相調整機構20の進角室27および遅角室28のオイルが保持される。これにより、進角室27のオイルからベーンロータ26に作用する力と遅角室28のオイルからベーンロータ26に作用する力とがバランスし、ベーンロータ26の相対回転位置が保持される。
位相調整機構20は、方向切換弁40の吐出ポート42、43から吐出されるオイルを取り入れて作動油として用いる油圧装置であり、特許請求の範囲に記載の「油圧装置」に相当する。
次に、位相調整機構50およびモータ80について図2、図5〜図7を参照して説明する。位相調整機構50は、フロントハウジング51、中間ハウジング54、リアハウジング56、ロータ59、筒軸67および遊星回転体71を備えている。
フロントハウジング51は、有底筒状であり、筒部の内壁に内歯車52が形成されている。フロントハウジング51の底部には、軸受53が設けられている。内歯車52および軸受53は、カムシャフト113と同軸上に設けられている。
中間ハウジング54は、筒状であり、フロントハウジング51の筒部に対し底部とは反対側に設けられている。中間ハウジング54の内壁には、複数の凹部55が形成されている。
リアハウジング56は、中間ハウジング54に対しフロントハウジング51とは反対側に設けられている。カムシャフト113は、リアハウジング56が有する通孔57に挿入されている。フロントハウジング51、中間ハウジング54およびリアハウジング56は、ボルト58によって互いに固定されている。
スプロケット109は、リアハウジング56と一体に形成されており、図1に示すようにチェーン112によってクランクシャフト103のスプロケット108に回転伝達可能に連結されている。
フロントハウジング51、中間ハウジング54、リアハウジング56およびスプロケット109は、クランクシャフト103と一体に回転可能であり、特許請求の範囲に記載の「第1回転体」を構成している。
ロータ59は、有底筒状であり、中間ハウジング54内に設けられており、筒部の内壁には内歯車61が形成されている。内歯車61は、カムシャフト113と同軸上に設けられている。ロータ59の外壁には、中間ハウジング54の凹部55内に嵌る複数の凸部62が形成されている。ロータ59は、中間ハウジング54に対し所定角度範囲内で相対回転可能である。ロータ59とカムシャフト113とは、ボルト63によって互いに固定されている。ロータ59は、カムシャフト113と一体に回転可能であり、特許請求の範囲に記載の「第2回転体」に相当する。カムシャフト113の潤滑油路64は、リアハウジング56が有する潤滑油路65、および、ロータ59が有する潤滑油路66を通じて中間ハウジング54内に連通している。
筒軸67は、カムシャフト113と同軸上に設けられ、軸受53により回転可能に支持されている。筒軸67のうち、ロータ59側の端部は、カムシャフト113の軸心O1に対し偏心する偏心部68を形成している。偏心部68には、軸受69が設けられている。
遊星回転体71は、段付筒状であり、筒軸67の偏心部68の軸心である偏心軸心O2上に設けられ、軸受69により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、遊星回転体71が偏心軸心O2まわりに自転しつつ軸心O1まわりに公転する運動のことである。また、遊星回転体71は、フロントハウジング51の内歯車52に内接している外歯車72、および、ロータ59の内歯車61に内接している外歯車73を形成している。外歯車72は、内歯車52よりも歯数が少なく、また外歯車73は、内歯車61よりも歯数が少ない。
モータ80は、例えばブラシレスモータから構成されている。モータ80の出力軸81は、連結部材82によって筒軸67に回転伝達可能に連結されている。
モータ80の作動状態は、電子制御装置90によって制御される。電子制御装置90は、モータ80と電気的に接続されており、モータ80への通電を制御することによって出力軸81の回転状態を制御する。
以上のように構成された位相調整機構50およびモータ80では、クランクシャフト103に対するカムシャフト113の回転位相が目標値よりも遅角側である場合、モータ80の出力軸81がフロントハウジング51に対し高速回転させられる。つまり、モータ80の出力軸81がフロントハウジング51に対し進角側に相対回転させられる。このとき、出力軸81の回転は、遊星回転体71が遊星運動することによって減速してロータ59に伝達される。これにより、ロータ59がフロントハウジング51に対し進角側に相対回転する。そして、カムシャフト113がスプロケット109に対し回転方向へ相対回転し、吸気バルブ105の開閉タイミングが早くなる。
また、クランクシャフト103に対するカムシャフト113の回転位相が目標値よりも進角側である場合、モータ80の出力軸81がフロントハウジング51に対し低速回転または逆回転させられる。つまり、モータ80の出力軸81がフロントハウジング51に対し遅角側に相対回転させられる。このとき、出力軸81の回転は、遊星回転体71が遊星運動することによって減速してロータ59に伝達される。これにより、ロータ59はフロントハウジング51に対し遅角側に相対回転する。そして、カムシャフト113がスプロケット109に対し回転方向とは反対方向へ相対回転し、吸気バルブ105の開閉タイミングが遅くなる。
また、クランクシャフト103に対するカムシャフト113の回転位相が目標値と一致する場合、モータ80の出力軸81がフロントハウジング51と同速回転させられる。このとき、遊星回転体71は、遊星運動せず、フロントハウジング51と一体に回転する。これにより、ロータ59の相対回転位置が保持される。
内歯車52、61、筒軸67、および遊星回転体71は、減速機83を構成している。減速機83は、フロントハウジング51とロータ59とを回転伝達可能に連結し、モータ80から加えられる回転力によって回転駆動されるとフロントハウジング51に対しロータ59を相対回転させることができる。
次に、バルブタイミング調整装置10の特徴について説明する。図2、図5に示すように、方向切換弁40の排出ポート44は、例えばシリンダヘッド95が有する接続油路96によってカムシャフト113の潤滑油路64に接続されている。これにより、位相調整機構20の進角室27および遅角室28から排出ポート44を通じて排出されるオイルは、接続油路96、潤滑油路64、潤滑油路65および潤滑油路66を通じて中間ハウジング54内に供給される。中間ハウジング54内に供給されるオイルは、位相調整機構50の軸受53、69、内歯車61と外歯車73との接触箇所、および、内歯車52と外歯車72との接触箇所などを潤滑したのち、例えばフロントハウジング51の通孔74から外部へ排出される。
以上説明したように、第1実施形態によるバルブタイミング調整装置10では、位相調整機構50は、方向切換弁40が排出ポート44から排出するオイルを取り入れて潤滑油として用いる。つまり、位相調整機構50は、方向切換弁40の吐出ポート42、43から位相調整機構20に供給され作動油として利用されたのち回収されるオイルを、潤滑油として再利用する。そのため、従来、オイルポンプ115から位相調整機構50に常時供給されていたオイルが不要となり、その分、オイル消費量を低減することができる。したがって、エンジン100の動力損失が低減し、車両の燃費を向上させることができる。
また、方向切換弁40は、位相調整機構20による位相調整時にのみ排出ポート44からオイルを排出する。そのため、オイルポンプ115からオイルが常時供給されていた従来形態と比べると、位相調整機構50へのオイルの供給頻度が低い。特に、エンジン始動時などオイルが低温であるとき、位相調整機構20による位相調整は行われず、方向切換弁40は排出ポート44からオイルを排出しない。したがって、オイルによって減速機83の作動が阻害され難くなり、特に低温時の減速機83の作動応答性の低下を抑制可能である。
また、方向切換弁40および位相調整機構20は、位相調整機構50へオイルを供給するための給油アクチュエータとして機能する。方向切換弁40は、位相調整機構20の進角室27または遅角室28と位相調整機構50内部とを接続する。そして、位相調整機構20は、進角室27または遅角室28からオイルを排出するときの排圧を利用して位相調整機構50内部へオイルを供給する。そのため、給油アクチュエータを新設する必要がない。
(他の実施形態)
本発明の他の実施形態では、方向切換弁の吐出ポートから吐出されるオイルを作動油として用いる油圧装置として、位相調整機構20に代えて、例えば油圧シリンダまたは油圧式のショックアブソーバなどの他の油圧装置が設けられてもよい。
本発明の参考形態では、油圧装置に作動油としてのオイルを供給する油圧制御弁として、方向切換弁40に代えて圧力制御弁が設けられてもよい。このような形態では、圧力制御弁が排出ポートから排出するオイルは、吐出ポートから吐出するオイルの圧力を調整するためにリリーフするオイルである。
前述の実施形態では、減速機83は、内歯車とそれに内接する遊星歯車とから構成される変速部を2つ備えていた。それに対し、本発明の他の実施形態では、減速機は、変速部を1つだけ備えていてもよいし、3つ以上備えていてもよい。また、本発明の他の実施形態では、他の型式の減速機が設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、排気バルブ107の開閉タイミングを調整するための手段として位相調整機構50およびモータ80が設けられ、吸気バルブ105の開閉タイミングを調整するための手段として位相調整機構20および方向切換弁40が設けられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
10・・・バルブタイミング調整装置
20・・・位相調整機構(油圧装置)
40・・・方向切換弁(油圧制御弁)
42、43・・・吐出ポート
44・・・排出ポート
51・・・フロントハウジング(第1回転体)
54・・・中間ハウジング(第1回転体)
56・・・リアハウジング(第1回転体)
59・・・ロータ(第2回転体)
83・・・減速機
100・・・エンジン
103・・・クランクシャフト(駆動軸)
105・・・吸気バルブ
107・・・排気バルブ
109・・・スプロケット(第1回転体)
113、114・・・カムシャフト(従動軸)
115・・・オイルポンプ

Claims (1)

  1. エンジン(100)の駆動軸(103)と従動軸(113、114)との回転位相を変化させることによって、前記従動軸が開閉駆動するバルブ(105、107)の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置(10)であって、
    オイルポンプ(115)に接続される油圧制御弁(40)と、
    前記油圧制御弁が吐出ポート(42、43)から吐出するオイルを取り入れて作動油として用いる油圧装置(20)と、
    前記駆動軸と一体に回転可能な第1回転体(51、54、56、109)と、
    前記従動軸と一体に回転可能であり、前記第1回転体に対し相対回転可能な第2回転体(59)と、
    前記第1回転体と前記第2回転体とを回転伝達可能に連結し、外部(80)から加えられる回転力によって回転駆動されると前記第1回転体に対し前記第2回転体を相対回転させることができ、前記油圧制御弁が排出ポート(44)から排出するオイルを取り入れて潤滑油として用いる減速機(83)と、
    を備えており、
    前記油圧制御弁は、方向切換弁であり、
    前記油圧制御弁が前記排出ポートから排出するオイルは、前記吐出ポートから前記油圧装置に供給されたあとに回収されるオイルであり、
    前記従動軸には、吸気バルブを開閉駆動する第1カムシャフト(113)、および、排気バルブを開閉駆動する第2カムシャフト(114)があり、
    前記第2回転体は、前記第1カムシャフトおよび前記第2カムシャフトの一方と一体に回転可能であり、
    前記油圧装置は、前記駆動軸と一体に回転可能な第3回転体(21、23、111)と、前記第1カムシャフトおよび前記第2カムシャフトの他方と一体に回転可能であり、前記第3回転体との間に進角室(27)および遅角室(28)を区画形成している第4回転体(26)と、を有し、前記油圧制御弁から前記進角室に作動油が供給されつつ前記遅角室から作動油が排出されると前記第4回転体を前記第3回転体に対し進角側に回転させ、前記油圧制御弁から前記遅角室に作動油が供給されつつ前記進角室から作動油が排出されると前記第4回転体を前記第3回転体に対し遅角側に回転させることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
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