JPH11182213A - 内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

内燃機関のバルブ特性制御装置

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JPH11182213A
JPH11182213A JP9348252A JP34825297A JPH11182213A JP H11182213 A JPH11182213 A JP H11182213A JP 9348252 A JP9348252 A JP 9348252A JP 34825297 A JP34825297 A JP 34825297A JP H11182213 A JPH11182213 A JP H11182213A
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bearing metal
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの軸方向の長さを増大させないバル
ブ特性制御装置の提供。 【解決手段】 進角用作動油はオイルコントロールバル
ブ（９０）からシリンダヘッド内油路（７１）、カムキ
ャップ（８０）の溝、傾斜油路、上側ベアリングメタル
（６０Ａ）の穴を経て、カムシャフト（５０）の環状進
角油路（５３）に達し、その後はカムシャフト内の油路
（５３）、カムシャフトに接続されたロータ（４０）内
の油路を経て、各進角油室（１１０）に分配される。遅
角用作動油はオイルコントロールバルブからシリンダヘ
ッド内油路（７２）、断面三日月状の溝（７８）と下側
ベアリングメタル（６０Ｂ）の背面の間の油路（７
９）、切り欠き（６２）を経て、カムシャフトの環状遅
角油路（５４）に達し、その後はカムシャフト内の油路
（５６）、カムシャフトとロータの間のギヤ（１０）内
の油路（１２）を経て各遅角油室（１２０）に分配され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ特性制御装
置に関する、特に油圧によりカムシャフトを変位させて
バルブ特性を変更するバルブ特性制御装置の油路の構成
に関する。
【０００２】
【従来の技術】バルブ特性を変更するバルブ特性制御装
置には、大きく分けて２つの種類がある。一方は、バル
ブの開弁期間そのものを変化させるものであり、他方は
開弁期間は変化させずに開弁期間を移動するものであ
る。前者の場合は、カムシャフトを軸方向に動かすもの
が多く後者の場合はカムシャフトのクランクシャフトに
対する回転位相を変化させるものが多いが、いずれも、
油圧によりカムシャフトを動かすものが殆どである。
【０００３】例えば、後者の例として、特開平８−３２
６５１５号公報に開示されたバルブ特性制御装置があ
る。同公報の装置は、プーリとカムシャフトの間に形成
され作動油が供給されるとバルブの開閉位相を進角側に
移動する様にカムシャフトの回転位相を変更する進角油
室と、作動油が供給されるとバルブの開閉位相を進角側
に移動する様にカムシャフトの回転位相を変更する遅角
油室とを備えていて、カムシャフトを支持する軸支部材
内に配置された作動油供給制御弁から、進角油室と遅角
油室に作動油が供給される。
【０００４】そして、作動油は作動油供給制御弁から、
軸支部材内に形成された軸支部材内進角油路と軸支部材
内遅角油路とを通って、それぞれ、カムシャフトとカム
シャフトを軸支する軸支部材の摺動部に設けられた環状
進角油路と環状遅角油路に送られ、そこから、カムシャ
フト内に形成されカムシャフト内進角油路とカムシャフ
ト内遅角油路とを通って、進角油室及び遅角油室に導く
遅角油室に導入される。
【０００５】ここで、軸支部材内進角油路と環状進角油
路、および、軸支部材内遅角油路と環状遅角油路はそれ
ぞれ直接に連通されているので、軸支部材内進角油路と
軸支部材内遅角油路を離間させねばならない。その結
果、環状進角油路と環状遅角油路との間の距離も大きく
なってしまう。したがって、エンジンの軸方向の長さが
増大し、その結果、エンジンの搭載性が悪く、また、重
量が増加する、という問題がある。この問題は位相を変
えるタイプのバルブ特性制御装置に限られるものではな
く、作動油の給排のために同じ様な構造を有するバルブ
特性制御装置に共通の問題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
み、エンジンの軸方向の長さを増大させないバルブ特性
制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、カムシャフトで開閉駆動される内燃機関のバルブの
開閉の特性を制御するバルブ特性制御装置であって、作
動油が供給されるとカムシャフトを第１の方向に変位せ
しめる力を発生する第１油室と、作動油が供給されると
カムシャフトを第１の方向とは反対の第２の方向に変位
せしめる力を発生する第２油室と、カムシャフトを支持
する軸支部材内に配置され、第１油室と第２油室に供給
する作動油を制御する作動油供給制御弁であって、第１
油室に作動油を供給するときは第２油室の作動油を排出
し、第２油室に作動油を供給するときは第１油室の作動
油を排出するように制御する作動油供給制御弁と、作動
油供給制御弁から作動油を第１油室に導く第１油路及び
作動油供給制御弁から作動油を第２油室に導く第２油路
と、を具備し、第１油路と第２油路が、カムシャフトと
カムシャフトを軸支する軸支部材の摺動部に設けられた
環状第１油路と環状第２油路と、カムシャフト内に形成
され環状第１油路と第１油室とを結ぶカムシャフト内第
１油路と、カムシャフト内に形成され環状第２油路と第
２油室とを結ぶカムシャフト内第２油路と、軸支部材内
に形成され環状第１油路と作動油供給制御弁とを結ぶ軸
支部材内第１油路と、軸支部材内に形成され環状第２油
路と作動油供給制御弁とを結ぶ軸支部材内第２油路と、
から成り、環状油路と、軸支部材内油路のカム側開口部
の間にベアリングメタルが配設されていて、少なくとも
一方の軸支部材内油路は作動油供給制御弁からベアリン
グメタルの背面に到達した後、ベアリングメタルの背面
に沿って軸方向に延びる背面油路を経て、背面到達点と
軸方向位置が異なるところで対応する環状油路と連通し
ているバルブ特性制御装置が提供される。
【０００８】この様に構成されたバルブ特性制御装置で
は、作動油を作動油供給制御弁から軸支部材内第１油
路、環状第１油路、カムシャフト内第１油路を通って第
１油室に供給してカムシャフトを第１の方向に変位せし
めて、あるいは、作動油を作動油供給制御弁から軸支部
材内第２油路、環状第２油路、カムシャフト内第２油路
を通って第２油室に供給してカムシャフトを第２の方向
に変位せしめて、バルブ特性を変更するが、一方の油室
に向かう作動油は軸支部材内油路は作動油供給制御弁か
ら、環状油路と軸支部材内油路のカム側開口部の間に配
設されたベアリングメタルの背面に到達した後、ベアリ
ングメタルの背面に沿って軸方向に延びる背面油路を経
て、背面到達点と軸方向位置が異なるところで対応する
環状油路に流入する。
【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、２つの環状油路の内の一方がベアリングメタ
ルで被われる領域内に設けられ、他方はベアリングメタ
ルで被われない領域内に設けられていて、ベアリングメ
タルで被われる領域内に設けられた環状の油路は、作動
油供給制御弁からベアリングメタルの背面に達している
対応する軸支部材内油路と、背面到達点と同じ軸方向位
置で、ベアリングメタルのカムシャフト支持面を貫通す
る貫通穴を介して、連通され、ベアリングメタルで被わ
れない環状の油路はベアリングメタルの端部に設けら
れ、ベアリングメタルの端部に沿って形成された迂回油
路を介して、対応する軸支部材内油路につながる背面油
路に連通されているバルブ特性制御装置が提供される。
【００１０】この様に構成されたバルブ特性制御装置で
は、一方の油室に供給される作動油は、作動油供給制御
弁よりベアリングメタルの背面に達した軸支部材内油路
から、同じ軸方向位置で、ベアリングメタルのカムシャ
フト支持面を貫通する穴を介して、ベアリングメタルで
被われる領域内に設けられた環状の油路に流入する。他
方の油室に供給される作動油は、作動油供給制御弁より
ベアリングメタルの背面に達した軸支部材内油路から、
ベアリングメタルの背面に沿ってベアリングメタルの端
部に延びている背面油路、ベアリングメタルの端部に沿
って形成された迂回通路を介して、ベアリングメタルの
端部に設けられたベアリングメタルで被われない環状の
油路に流入する。
【００１１】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
において、ベアリングメタルが２分割され、貫通穴が設
けられたベアリングメタルと、迂回油路の設けられたベ
アリングメタルが異なるバルブ特性制御装置が提供され
る。この様に構成されたバルブ特性制御装置では、２つ
の油室に供給される作動油は、それぞれ、別個のベアリ
ングメタルに設けられた貫通穴と迂回通路を通って各軸
支部材内油路から対応する各環状油路に流入する。
【００１２】請求項４の発明によれば、請求項２の発明
において、ベアリングメタルで被われる領域内に設けら
れた環状の油路に対応する軸支部材内油路は、ベアリン
グメタルの背面に到達した後、ベアリングメタルの背面
に沿って周方向に延びる背面油路を経て貫通穴に達して
いるバルブ特性制御装置が提供される。この様に構成さ
れたバルブ特性制御装置では、一方の油室に供給される
作動油は、軸支部材内油路でベアリングメタルの背面に
到達した後、ベアリングメタルの背面に沿って周方向に
延びる背面油路、貫通穴を経て、ベアリングメタルで被
われる領域内に設けられた対応する環状の油路に流入す
る。
【００１３】請求項５の発明によれば、請求項２の発明
において、ベアリングメタルの端部にフランジが設けら
れ、前記迂回通路がフランジの基部を貫通して形成され
ているバルブ特性制御装置が提供される。この様に構成
されたバルブ特性制御装置では、一方の油室に供給され
る作動油は、軸支部材内油路でベアリングメタルの背面
に到達した後、ベアリングメタルの背面に沿って軸方向
に端部へ延びる背面油路、ベアリングメタルの端部のフ
ランジの基部を貫通して形成された迂回油路を経て、ベ
アリングメタルで被われない領域に設けられた対応する
環状の油路に流入する。
【００１４】請求項６の発明によれば、請求項２の発明
において、第１油室と第２油室に作動油を供給すること
によりカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位
相を変更し、バルブが開いている開弁期間は変えずに、
バルブが開いている開弁期間をずらして、運転状態に応
じた最適なバルブ特性に変更するようにしたバルブ特性
制御装置が提供される。この様に構成されたバルブ特性
制御装置では、第１油室と第２油室に作動油を供給する
ことによりカムシャフトのクランクシャフトに対する回
転位相が変更され、バルブが開いている開弁期間は変え
ずに、バルブが開いている開弁期間をずらして、運転状
態に応じた最適なバルブ特性に変更される。
【００１５】請求項７の発明によれば、請求項６の発明
において、カムシャフトを進角方向に変位させるために
油室に要求される力と、カムシャフトを遅角方向に変位
させるために油室に要求される力に差があるときには、
ベアリングメタルに被われる領域内に設けられている環
状油路を通る作動油が、より大きな力が要求される油室
に供給されることを特徴とする請求項６に記載のバルブ
特性制御装置が提供される。
【００１６】上記の様に構成されたバルブ特性制御装置
では大きな力が要求されるカムシャフトの変位をおこな
う油室に、ベアリングメタルに被われる領域内に設けら
れている環状油路を通って作動油が供給され、ベアリン
グメタルの端部を通らないので作動油の洩れが少なく、
大きな力が要求されるカムシャフトの変位の応答性がよ
い。
【００１７】請求項８の発明によれば、請求項２の発明
において、カムシャフトの変位によって、バルブのオー
バーラップの拡大と縮小をおこない、バルブのオーバー
ラップの縮小のために油室に要求される力がバルブのオ
ーバーラップの拡大のために油室に要求される力と同じ
あるいは、それ以上の場合は、ベアリングメタルに被わ
れる領域内に設けられた環状の油路を通る作動油が、オ
ーバーラップを縮小する方向にカムシャフトを変位せし
める油室に供給されるバルブ特性制御装置が提供され
る。吸気バルブと排気バルブが両方とも開いているオー
バーラップは小さい方がエンジンの燃焼は安定し、軽負
荷ではオーバーラップは小さくするのが好ましい。一
方、エンジンは負荷をあげたときよりも、下げたときの
ほうが変化が早い。したがって、オーバーラップの縮小
は素早く実施されねばならない。上記の様に構成された
バルブ特性制御装置では、ベアリングメタルに被われる
領域内に設けられた環状の油路を通り途中の洩れが少な
く作動油が供給され、応答性良くカムシャフトを変位す
る力を発生する油室が、オーバーラップを縮小させるの
で、ベアリングメタルに被われない領域内に設けられた
環状の油路を通り、途中の洩れが大きい作動油が供給さ
れる油室によりオーバーラップを縮小させる場合よりも
オーバーラップの縮小が素早くおこなわれる。
【００１８】請求項９の発明によれば、請求項１の発明
において、ベアリングメタルに被われる領域に設けられ
る環状油路がカムシャフトに形成されているバルブ特性
制御装置が提供される。この様に構成されたバルブ特性
制御装置では、カムシャフトに形成されている環状油路
を通る作動油の給排がおこなわれる。
【００１９】請求項１０の発明によれば、請求項１の発
明において、ベアリングメタルに被われる領域に設けら
れる環状油路が、ベアリングメタルの内面に形成されて
いるバルブ特性制御装置が提供される。この様に構成さ
れたバルブ特性制御装置では、ベアリングメタルの内面
に形成されている環状油路を通る作動油の給排がおこな
われる。
【００２０】請求項１１の発明によれば、請求項１の発
明において、ベアリングメタルに被われる領域に設けら
れる環状油路が、カムシャフトとベアリングメタルの内
面の両方に形成されているバルブ特性制御装置が提供さ
れる。この様に構成されたバルブ特性制御装置では、カ
ムシャフトとベアリングメタルの内面の両方に形成され
ている環状油路を通る作動油の給排がおこなわれる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１はエンジン（図示しない）
の吸気バルブを開閉するカムシャフトに取り付けられた
本発明の第１の実施の形態のベーンタイプのバルブ特性
制御装置１００をカムシャフト５０の中心軸線Ｘを通る
平面で切った断面図である。図１を参照すると、クラン
クシャフト（図示しない）によりチェーン（図示しな
い）を介して１／２の回転比で駆動されるギア１０に、
ギア１０と共働して進角油室１１０と遅角油室１２０を
形成するハウジング２０とサイドカバ−３０がＢ１（４
本の内１本のみ図示）により固定されている。ハウジン
グ２０の内側にはロータ４０が所定角度回動自在に配設
されている。ロータ４０はカムシャフト５０にボルトＢ
２で固定されている。
【００２２】図２はサイドカバー３０とボルトＢ１、ボ
ルトＢ２を除去した状態でバルブ特性制御装置１を軸端
側（図１の左側）から見た図である。図２に示されるよ
うにハウジング２０は外周部２１と４つの内側突起部２
２からなる。内側突起部２２の内周側にはシール部材２
３が配設されている。２４はボルトＢ１が通る穴であ
る。図１においては、ハウジング２０は、カムシャフト
５０の中心軸線Ｘよりも上側では外周部２１と内側突起
部２２が一体でシール部材２３と共に示され、カムシャ
フト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではハウジング２０は
外周部２１が示されている。破線２０ａは外周部２１と
内側突起部２２の境目である。
【００２３】また、ロータ４０はボス４１とそこから放
射状に外側に突き出た４つのベーン４２から成る。ベー
ンの外周側にはシール部材４３が配設されている。図１
においては、ロータ４０は、カムシャフト５０の中心軸
線Ｘよりも上側ではボス４１のみが示され、カムシャフ
ト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではボス４１とベーン４
２が一体でシール部材４３と共に示されている。破線４
０ａはボス４１とベーン４２の境目である。ボス４１に
は進角時にカムシャフト内進角油路５５を通って来た作
動油をボス４１の中央部のボルトＢ２の周りに形成され
る中央油室４４に導く２本の傾斜油路４５と、中央油室
４４から、ロータ４０のベーン４２とハウジング２０の
内側突起部２２の間に形成される進角油室１１０に作動
油を導入する４本の分配油路４６が形成されている。
【００２４】一方、図１を参照すると、カムシャフト５
０は外側フランジ５１と内側フランジ５２の間で、半割
りの上側メタルベアリング６０Ａ、下側メタルベアリン
グ６０Ｂを介して、シリンダヘッド７０とカムキャップ
８０により回転自在に支持されている。そして、外側フ
ランジ５１と内側フランジ５２の間で、内側フランジ５
２に近い方に環状進角油路５３が、外側フランジ５２に
近い方に環状遅角油路５４が形成されている。環状進角
油路５３は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト
内進角油路５５と短い油路５５ａを介して連通してい
る。そしてカムシャフト内進角油路５５はロータ４０の
傾斜油路４５に連通している。環状遅角油路５４は中心
軸線Ｘに平行に形成されたカムシャフト内遅角油路５６
と短い油路５６ａを介して連通している。カムシャフト
内進角油路５６は外側フランジ５１よりも軸端側に設け
られている軸端側環状遅角油路５７に連通している。軸
端側環状遅角油路５７は、ギヤ１０の内周側に設けられ
たギヤ内環状油路１１とギヤ内分配油路１２を介して、
遅角油室１２０に連通している（図２参照）。
【００２５】一方、シリンダヘッド７０には各油室への
作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ９０
が嵌入されている。図３にオイルコントロールバルブ９
０の詳細を示す。図３に示されているようにオイルコン
トロールバルブ９０はスリーブ９１内で電磁ソレノイド
９２のプランジャ９３とスプリング９４によってスプー
ル弁９５を移動して作動油の流れ方向を切り換える。
【００２６】スリーブ９１は進角ポート９１ａ、遅角ポ
ート９１ｂ、供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１
ｄ、９１ｅを有している。一方、スプール弁９５は、４
つのランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、３つの
溝通路９５ｅ、９５ｅ、９５ｆを有する。そして電磁ソ
レノイド９２は電子コントロールユニット（以下ＥＣ
Ｕ）２００からの信号によりデューテイ制御で励磁され
るがそのデューティ比を変えることによりスプール弁９
５の位置が変化させて作動油の進角油室１１０、遅角油
室１２０への給排を制御する。
【００２７】例えば、デューティ比１００％で励磁され
るとスプール弁９５は最も左側まで移動し進角ポート９
１ａが供給ポート９１ｃと連通され、遅角ポート９１ｂ
がドレインポート９１ｅと連通され、バルブ特性制御装
置１００の進角油室１１０に向けて作動油が供給されカ
ムシャフト５０はクランクシャフトに対して進角方向に
移動する。また、デューテイ比０％（励磁されない）の
場合は、スプール弁９５は最も右側まで移動し供給ポー
ト９１ｃと遅角ポート９１ｂが連通され、進角ポート９
１ａがドレインポート９１ｄと連通され、バルブ特性制
御装置１の進角油室１２０に向けて作動油が供給されカ
ムシャフト５０はクランクシャフトに対して遅角方向に
移動する。図３はこの供給ポート９１ｃと遅角ポート９
１ｂが連通された状態を示している。
【００２８】後述するがカムシャフト５０のクランクシ
ャフトに対する位相差を検出するカム角センサ２１２を
有していて、予め定めた位相差になると、電磁ソレノイ
ド９２は中間のデューテイ比で励磁されスプール弁９５
はランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄによって、進
角ポート９１ａと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９
１ｄとの連通をそれぞれ遮断し、遅角ポート９１ｂと供
給ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれ
ぞれ遮断する位置で停止し、カムシャフト５０はクラン
クシャフトに対してその位相差を保つ。
【００２９】図１に戻って、７１で示されるのはオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａとカムシャ
フト５０に形成された環状進角油路５３を連通するため
のシリンダヘッド内進角油路である。また、７２で示さ
れるのはオイルコントロールバルブ９０の遅角ポート９
１ｂとカムシャフト５０に形成された環状遅角油路５４
を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路である。同
じく、図１において７３で示されるのはオイルコントロ
ールバルブ９０の供給ポート９１ｃとオイルポンプ（図
示しない）を連通するための供給油路であり７４、７５
で示されるのはオイルコントロールバルブ９０のドレー
ンポート９１ｄ、９１ｅとオイルパンを連通するための
ドレーン油路である。
【００３０】図４は図１の４−４線に沿って見た断面図
であって、環状進角油路５３とシリンダヘッド内進角油
路７１との連通、および、環状遅角油路５４とシリンダ
ヘッド内遅角油路７２との連通を示している。図４に示
されるように、シリンダヘッド内進角油路７１はオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキ
ャップ８０に向かって上方に延伸しシリンダヘッド７０
の上面７６に突き抜けている。このシリンダヘッド内進
角油路７１と上側ベアリングメタル６０Ａの外側を結ぶ
ようにカムキャップ８０の下面８１に溝８２が形成され
ている。一方、上側ベアリングメタル６０Ａには穴６１
が形成されていて、穴６１の径は環状進角油路５３の幅
よりも大きく設定されている。そして、この穴６１とカ
ムキャップ８０の下面８１に溝８２を連通するように傾
斜油路８３が形成されている。なお、図５は上記の構成
を分かりやすく示す上側ベアリングメタル６０Ａとカム
キャップ８０の分解組み立て図である。
【００３１】一方、シリンダヘッド内遅角油路７２はオ
イルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカ
ムキャップ８０に向かって上方に延伸するが途中で斜め
に曲がって下側ベアリングメタル６０Ｂの外側の開口７
２ａに達している。ここで、下側ベアリングメタル６０
Ｂとシリンダヘッド７０の構造を分解組み立て図で示し
た図６を参照すると、上記の開口７２ａの径よりも幅の
大きな断面三日月状の溝７８が、この開口７２ａから軸
端方向に向かって、下側ベアリングメタル６０Ｂを受け
るシリンダヘッド７０の半円断面受け部７７に形成され
ている。
【００３２】一方、下側ベアリングメタル６０Ｂには、
そのフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に切り欠き６２
が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは
少なくとも溝７８の三日月状の断面よりも大きく、切り
欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内
接するカムシャフト５０の環状遅角油路５４の幅よりも
大きい。なお、ベアリングメタルにフランジを設けずに
同じ作用をする別体の部品を設けることもできる。
【００３３】したがって、進角用の作動油はオイルコン
トロールバルブ９０の進角ポート９１ａから、シリンダ
ヘッド内油路７１、カムキャップ８０の溝８２、傾斜油
路８３、上側ベアリングメタル６０Ａの穴６１を通っ
て、カムシャフト５０の環状進角油路５３に達する。環
状進角油路５３からは短い連絡油路５５ａを通ってカム
シャフト内進角油路５５に入って軸端方向に進み、ロー
タ４０の傾斜油路４５を通って中央油室４４に達し、そ
こから分配油路４６を通って各進角油室１１０に分配さ
れる。
【００３４】また、遅角用の作動油はオイルコントロー
ルバルブ９０の遅角ポート９１ｂからシリンダヘッド内
油路７２から、断面三日月状の溝７８と下側ベアリング
メタル６０Ｂの背面の間に形成される油路７９に入って
軸端方向に進み、下側ベアリングメタル６０Ｂの軸端の
角部に形成された切り欠き６２を通ってカムシャフト５
０の環状遅角油路５４に達する。環状遅角油路５４から
は短い連絡油路５６ａを通ってカムシャフト内遅角油路
５６に入って軸端方向に進み、短い連絡油路５６ｂを通
って軸端側環状遅角油路５７に達する。そこからは、軸
端側環状遅角油路５７に対向してギヤ１０に形成された
環状油路１１を経て傾斜分配油路１２に入り、各遅角油
室１２０に分配される。
【００３５】ここで、ベアリングメタルが配設されてい
ない従来技術と比較すると、従来技術では、シリンダヘ
ッド内の２本の油路の軸方向の位置が重ならないように
しなければならないのに対して、本発明では、図１に示
されているようにシリンダヘッド内の２本の通路の軸方
向の位置を重ねて配置することができ、２つ環状油路の
間の距離も必要最低限にされている。結果的にエンジン
の軸方向長さの増大が抑制されている。
【００３６】上述した進角用の作動油が辿る経路と、遅
角用の作動油が辿る経路を比較すると、遅角用に供給さ
れる作動油が辿る経路は各ベアリングメタルのフランジ
部とカムの外側フランジ５１の間からの洩れが大きい。
【００３７】次に、図４を参照して、上記の様に構成さ
れたバルブ特性制御装置１００の制御について説明す
る。この制御は運転条件に応じたバルブ特性、すなわ
ち、クランクシャフト回転に対するカムシャフト５０の
回転の位相差を求め、カムシャフト５０の実際の位相差
が要求された値になるようにオイルコントロールバルブ
９０でフィードバック制御するものである。そこで、Ｅ
ＣＵ２００によりこの制御をおこなうわけであるが、Ｅ
ＣＵ２００は相互に連結された入力インターフェイス２
１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２０、ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）２３０、リードオンリメモリ
（ＲＯＭ）２４０、出力インターフェイス２５０から成
るデジタルコンピュータである。
【００３８】ＥＣＵ２００の入力インターフェイス２１
０には、上記の制御に必要な各センサからの信号が入力
される。まず、クランクポジションセンサ２１１から信
号が入力される。クランクポジションセンサ２１１の構
造の詳細は省略するが、例えば、クランクシャフトに取
り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピック
アップが配され、この電磁ピックアップが突起が通過す
る毎に信号電圧を発生する。信号発生円板の突起は１０
°毎に設けられているが、２つ欠歯しているので３４個
ある。欠歯箇所は例えば１番気筒の上死点に対して所定
の角度位置に設けられているので、欠歯箇所が発した信
号から上死点を正確に求めるもとができる。そして、１
０°おきに発生される信号はさらに分周され計測時点の
上死点からのクランク角度を精確にもとめることができ
る。
【００３９】カム角センサ２１２は、カムシャフト５０
の適切な場所に信号発生突起が設けられ、その突起に近
接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアッ
プが突起を通過する毎に信号電圧を発生する。この突起
は、カムシャフト５０の１回転につき１回、すなわちク
ランクシャフト２回転につき１回信号を発生する。この
突起は、例えば、第１気筒のカムシャフトの最大リフト
時に信号を発生する様に設けられている。吸気管圧力セ
ンサ２１３は負荷としての吸気管圧力ＰＭを検出する。
これらの信号は入力インターフェイス２１０でＣＰＵ２
２０での演算処理に適した形に変換されてＣＰＵ２２０
に送られる。
【００４０】ＣＰＵ２２０は、バルブタイミングの制御
に関して以下のような制御をおこなう。まず、クランク
ポジションセンサ２１１からの信号と、カム角センサ２
１２からの信号に基づき、現在のカムシャフトの位相を
もとめる。この位相をあらわすパラメータとして第１気
筒の圧縮上死点からカム角センサが信号を発生する時
点、すなわち第１気筒のカム山の最大リフト時点、まで
のクランク角を計算する。圧縮上死点は前述のようにク
ランクポジションセンサが欠歯部の信号を発生してから
所定のクランク角を過ぎた点としてもとめる。また、ク
ランクポジションセンサ２１１からの信号に基づき、エ
ンジン回転数ＮＥを演算する。このエンジン回転数ＮＥ
と、吸気管圧力センサ２１３が検出した吸気管圧力ＰＭ
にで規定される運転条件に対応する目標のカムシャフト
の位相をバルブタイミングをＲＯＭ２４０に予め記憶し
ておいたマップから読み込む。マップには前述のカムシ
ャフトの位相の測定に用いたのと同じパラメータで記憶
されている。
【００４１】図７に示すのがマップに記憶されている運
転条件に対応した吸気カムシャフトのクランクシャフト
に対する位相である。軽負荷では燃焼の安定性を優先し
てオーバーラップが少なくなるように最大に遅角させ
る。負荷が大きくなるにつれ進角させてオーバーラップ
を大きくして内部ＥＧＲ率を高めポンピングロスをなく
し燃費の向上とエミッションの向上をはかる。そして、
高回転高負荷では体積効率が向上するように、吸気バル
ブの閉じのタイミングをやや早めるようにされている。
【００４２】そして、マップからもとめたカムシャフト
の目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が
遅れていた場合は、オイルコントロールバルブ９０の電
磁ソレノイド９２にデューテイ比１００％の励磁電流を
送る指令を出し、バルブタイミング制御装置１００の進
角油室１１０に作動油が流れるようにして、カムシャフ
トの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップ
からもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測
したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコ
ントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２を消磁する
指令を出して、バルブタイミング制御装置１００の遅角
油室１２０に作動油が流れるようにして、カムシャフト
の位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシ
ャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比
の励磁電流を送り、その位相を保持する。
【００４３】図８、９、１０はそれぞれカムシャフトの
位相を、最も進角する場合、最も遅角する場合、その中
間にする場合のバルブ特性制御装置１００のバルブハウ
ジング２０の内側突起部２２とロータ４０のベーン４２
の相対位置関係を示している。なお、各図において、ハ
ウジング２０、および、ハウジング２０により駆動され
るロータ４０は図中矢印の様に時計周りに回転する。ま
た各図においては見やすくするために最小限の符号しか
示していない。
【００４４】まず、図８の様にバルブの開閉位相を最も
進角する場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁
ソレノイド９２をデューテイ比１００％で励磁し太い破
線の矢印で示されるように導入された作動油で進角油室
１１０を満たし、逆に遅角油室１２０の作動油をすべて
排出し、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持
する。一方、図９の様にバルブの開閉位相を最も遅角す
る場合は、オイルコントロールバルブ９０の電磁ソレノ
イド９２を消磁し、太い破線の矢印で示されるように導
入された作動油で遅角油室１２０を満たし、逆に進角油
室１１０の作動油をすべて排出し、デューテイ比を中間
の値にしてその状態を保持する。
【００４５】なお、オイルコントロールバルブ９０は電
磁ソレノイド９２をデューテイ比を１００％に励磁して
はじめて進角ポート９１ａが開く、また、０％（消磁）
で初めて遅角ポート９１ｂが開く，というものではな
く、１００％よりも低い、あるいは０％よりも大きい、
デューテイ比から徐々に開き始め、１００％、０％（消
磁）で最大開度に達するというものであり、常に、１０
０％、０％にする必要はない。むしろ、常に、１００
％、０％で制御しようとすると、オーバーシュートが発
生し目標位相に到達するのに時間がかかるので望ましく
ない。そこで、この実施の形態においては、目標位相と
の差に応じてデューテイ比を変更するようにさているが
詳細は省略する。
【００４６】また、図１０の様にバルブの開閉位相を中
間にする場合は、より遅角状態から変化させる場合は上
述の前者の様にして進角油室１１０に作動油を導き遅角
油室１２０の作動油を抜いて所望の状態に達したところ
で保持し、より進角状態から変化させる場合は上述の後
者の様にして遅角油室１２０に作動油を導き進角油室１
１０の作動油を抜いて所望の状態に達したところで保持
する。
【００４７】ところで、進角油室１１０への作動油の導
入はハウジング２０の内側突出部２２がロータ４０のベ
ーン４２に近づこうとするのに抗して行わねばならず高
い油圧が要求される。一方、遅角油室１２０への作動油
の導入はハウジング２０の内側突出部２２自体がギヤ１
０を介してクランクシャフトの力によりロータ４０のベ
ーン４２に近づこうとするのを助勢するものであるので
高い油圧は要求されない。そこで、高い油圧が要求され
ない遅角用の作動油が洩れの大きい経路を辿り、高い油
圧が要求される進角用の作動油が洩れの小さい経路を辿
る様にされているわけである。
【００４８】また、この第１の形態は、吸気バルブを駆
動するカムシャフトに適用されているので、このカムシ
ャフトの位相を進角させるということは、吸気バルブの
開きが早く排気バルブと吸気バルブが両方とも開いてい
るオーバーラップ期間を増大するということである。逆
に、このカムシャフトの位相を遅角させるということ
は、オーバーラップ期間を縮小するということである。
オーバーラップを小さくすると、吸気管側への混合気の
吹き返しを減らし、内部ＥＧＲを減らし、エンジンの燃
焼を安定させる。一方、オーバーラップを大きくする
と、内部ＥＧＲが増大しポンピングロスが減少して、燃
費が向上する。
【００４９】したがって、燃焼の安定性が要求されるア
イドリング、および、軽負荷では、カムシャフトの位相
を遅角させ、高負荷ではカムシャフトの位相を進角させ
ている。ここで高負荷から低負荷への変化の速さと、低
負荷から高負荷への変化を比較すると高負荷から低負荷
への変化の速さの方が速い。したがって、オーバーラッ
プを縮小する遅角の動作の方が速さを要求される。この
第１の実施の形態において、進角時の動作と、遅角時の
動作を、比較すると、遅角時はハウジング２０の内側突
出部２２自体がギヤ１０を介してクランクシャフトの大
きな力でロータ４０のベーン４２に近づこうとするので
動作が速い。したがって、この第１の実施の形態におけ
る、進角用と、遅角用の油室の選択は、上記の要求に適
っているということである。
【００５０】次に、第１の実施の形態と同様なベーンタ
イプのバルブ特性制御装置を排気バルブに応用した場合
を考える。排気バルブに応用した場合は、オーバーラッ
プを縮小させるためには、排気バルブ用のカムシャフト
を進角させねばならなず、オーバーラップを縮小させる
ために油室は大きな力を発生することが要求される。逆
に、オーバーラップを拡大させるために、カムシャフト
を遅角させるので、前述のように油室は大きな力を発生
することが要求されない。オーバーラップの縮小はでき
るだけ素早くおこなわなければならないから、環状油路
がベアリングメタルに被われ洩れが少ない経路を通る作
動油によりオーバーラップの縮小がおこなわれる。
【００５１】次に、第２の実施の形態として、駆動プー
リとカムシャフトの間にヘリカルギヤを介装して、この
ヘリカルギヤを、第１の実施の形態と同様な、２つの環
状油路を通る作動油で移動せしめてカムシャフトを変位
せしめる場合を考える。図１１が上記の第３の実施の形
態の構造を示す図である。図１１において、５１０はク
ランクシャフト（図示しない）により駆動されるプーリ
である。プーリ５１０にはハウジング５２０が固定され
ている。一方、５５０はカムシャフトであって、カムシ
ャフト５５０にはピストン受け部材５４０がボルトＢ３
により固定されている。
【００５２】５３０はピストンであって、外周側と内周
側にそれぞれヘリカルスプライン５３１と５３２が形成
されていて、外周側のヘリカルスプライン５３１はハウ
ジング５２０に形成されたヘリカルシプライン５２１と
噛み合い、内周側のヘリカルスプライン５３２はピスト
ン受け部材５４０に形成されたヘリカルシプライン５４
２と噛み合っている。
【００５３】ピストン５３０の軸方向内側の油室５３３
に油路５５５を通った作動油を供給し、また、軸方向外
側の油室５３４に油路５５６を通った作動油を供給する
ことにより、カムシャフト５５０のプーリ５１０に対す
る位相を変化せしめることができる。カムシャフト５５
０のプーリ５１０に対する位相を変化させるときに、加
えられる力は、油室５３３と油室５３４に供給された作
動油による力のみであって、ピストン５５０の受圧面の
面積もほぼ等しくされている。この第２の実施の形態に
おいては、第１の実施の形態とは異なり、進角するのに
ピストンに要求される力と、遅角するのにピストンに要
求される力は変わらない。
【００５４】ここで、油路５５５、５５６までの、オイ
ルコントロールバルブからの経路は省略してあるが、第
１の実施の形態におけるカム内第１油路５５、カム内第
２油路までの油路と同じである。したがって、油路５５
５に到達した作動油の方が途中の洩れが少なくピストン
５３０の動きが早く、カムシャフトの変位も早くなるな
るので、この油室５３３に作動油が供給された場合にオ
ーバーラップが縮小するようにされている。
【００５５】なお、以上説明してきた、第１、第２の実
施の形態はいずれも、バルブの開弁期間を変えずに移動
するようにカムシャフトの位相をずらすものであるが、
本発明は例えばカムシャフトを軸方向に変位させて開弁
期間を変える場合にも適用できるものである。
【００５６】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、エンジ
ンの軸方向の長さを増大させないバルブ特性制御装置が
提供され、バルブ特性制御装置を取り付けたエンジンの
重量増が抑制され、また、車両への搭載性も悪化しな
い。特に請求項７の発明のようにすれば、応答性よくカ
ムシャフトのクランクシャフトに対する位相の変化を実
現できる。特に請求項８の発明のようにすれば、オーバ
ーラップの縮小が素早くおこなわれる。特に請求項９の
発明のようにすれば、環状油路がカムシャフトに形成さ
れるので環状油路をベアリングメタルに形成する必要が
なくベアリングメタルの厚さを薄くすることができる。
特に請求項１０の発明のようにすれば、環状油路がベア
リングメタルに形成されるのでカムシャフトの径を大き
くする必要がなく重量の増大が抑制される。特に請求項
１１の発明のようにすれば、環状油路がカムシャフトと
ベアリングメタルに形成されるので大きな油路を確保す
ることが可能であり応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブタイミング制御装置の構造をカ
ム中心軸を通る平面で切った断面図である。
【図２】図１の装置を軸方向から見た図である。
【図３】オイルコントロールバルブ９０の構造を示す図
である。
【図４】図１の４−４線に沿って見たオイルコントロー
ルバルブ９０とカムシャフト５０内の油路の連通を示す
断面図である。
【図５】カムキャップ８０と上側ベアリングメタル６０
Ａに設けられた油路を説明する分解組立て図である。
【図６】シリンダヘッドと下側ベアリングメタル６０Ｂ
に設けられた油路を説明する分解組立て図である。
【図７】運転条件に対する吸気カムの位相のマップであ
る。
【図８】カムシャフトの位相を、最も進角する場合のバ
ルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０とロー
タ４０の相対位置関係を示している。
【図９】カムシャフトの位相を、最も遅角する場合のバ
ルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０とロー
タ４０の相対位置関係を示している。
【図１０】カムシャフトの位相を、最も進角する場合と
最も遅角する場合の中間にする場合のバルブ特性制御装
置１００のバルブハウジング２０とロータ４０の相対位
置関係を示している。
【図１１】第２の実施の形態の構造を説明する図であ
る。
【符号の説明】
１０…ギヤ １１…ギヤ内環状油路 １２…ギヤ内分配油路 ２０…ハウジング ２１…外周部 ２２…内側突出部 ２３…シール部材 ３０…サイドカバー ４０…ロータ ４１…ボス ４２…ベーン ４３…シール部材 ４４…中央油室 ４５…傾斜油路 ５０…カムシャフト ５３…環状進角油路 ５４…環状遅角油路 ５５…カムシャフト内進角油路 ５６…カムシャフト内遅角油路 ５７…軸端側環状遅角油路 ６０Ａ…上側ベアリングメタル ６０Ｂ…下側ベアリングメタル ６１…穴 ６２…切り欠き ７０…シリンダヘッド ７１…シリンダヘッド内進角油路 ７２…シリンダヘッド内遅角油路 ７３…供給油路 ７４、７５…ドレーン油路 ７８…溝 ８０…カムキャップ ８２…溝 ８３…傾斜油路 ９０…オイルコントロールバルブ ９１…スリーブ ９１ａ…進角ポート ９１ｂ…遅角ポート ９１ｃ…供給ポート ９１ｄ、９１ｅ…ドレーンポート ９２…電磁ソレノイド ９３…プランジャ ９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ…ランド ９５ｅ、９５ｆ、９５ｇ…溝 １１０…進角油室 １２０…遅角油室 ５１０…プーリ ５２０…ハウジング ５３０…ピストン ５２１、５３１…外側ヘリカルスプライン ５３２、５４２…内側ヘリカルスプライン ５３３…遅角油室 ５３４…進角油室 ５５０…カムシャフト ５５５…カム内進角油路 ５５６…カム内遅角油路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｇ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カムシャフトで開閉駆動される内燃機関
    のバルブの開閉の特性を制御するバルブ特性制御装置で
    あって、 作動油が供給されるとカムシャフトを第１の方向に変位
    せしめる力を発生する第１油室と、 作動油が供給されるとカムシャフトを第１の方向とは反
    対の第２の方向に変位せしめる力を発生する第２油室
    と、 カムシャフトを支持する軸支部材内に配置され、第１油
    室と第２油室に供給する作動油を制御する作動油供給制
    御弁であって、第１油室に作動油を供給するときは第２
    油室の作動油を排出し、第２油室に作動油を供給すると
    きは第１油室の作動油を排出するように制御する作動油
    供給制御弁と、 作動油供給制御弁から作動油を第１油室に導く第１油路
    及び作動油供給制御弁から作動油を第２油室に導く第２
    油路と、を具備し、 第１油路と第２油路が、 カムシャフトとカムシャフトを軸支する軸支部材の摺動
    部に設けられた環状第１油路と環状第２油路と、 カムシャフト内に形成され環状第１油路と第１油室とを
    結ぶカムシャフト内第１油路と、カムシャフト内に形成
    され環状第２油路と第２油室とを結ぶカムシャフト内第
    ２油路と、 軸支部材内に形成され環状第１油路と作動油供給制御弁
    とを結ぶ軸支部材内第１油路と、軸支部材内に形成され
    環状第２油路と作動油供給制御弁とを結ぶ軸支部材内第
    ２油路と、から成り、 環状油路と、軸支部材内油路のカム側開口部の間にベア
    リングメタルが配設されていて、少なくとも一方の軸支
    部材内油路は作動油供給制御弁からベアリングメタルの
    背面に到達した後、ベアリングメタルの背面に沿って軸
    方向に延びる背面油路を経て、背面到達点と軸方向位置
    が異なるところで、対応する環状油路と連通しているこ
    とを特徴とするバルブ特性制御装置。
  2. 【請求項２】 ２つの環状油路の内の一方がベアリング
    メタルで被われる領域内に設けられ、他方はベアリング
    メタルで被われない領域内に設けられていて、 ベアリングメタルで被われる領域内に設けられた環状の
    油路は、作動油供給制御弁からベアリングメタルの背面
    に達している対応する軸支部材内油路と、背面到達点と
    同じ軸方向位置で、ベアリングメタルのカムシャフト支
    持面を貫通する貫通穴を介して、連通され、 ベアリングメタルで被われない環状の油路はベアリング
    メタルの端部に設けられ、ベアリングメタルの端部に沿
    って形成された迂回油路を介して、対応する軸支部材内
    油路につながる背面油路に連通されていることを特徴と
    する請求項１に記載のバルブ特性制御装置。
  3. 【請求項３】 ベアリングメタルが２分割され、貫通穴
    が設けられたベアリングメタルと、迂回油路の設けられ
    たベアリングメタルが異なることを特徴とする請求項２
    に記載のバルブ特性制御装置。
  4. 【請求項４】 ベアリングメタルで被われる領域内に設
    けられた環状の油路に対応する軸支部材内油路は、ベア
    リングメタルの背面に到達した後、ベアリングメタルの
    背面に沿って周方向に延びる背面油路を経て貫通穴に達
    していることを特徴とする請求項１に記載のバルブ特性
    制御装置。
  5. 【請求項５】 ベアリングメタルの端部にフランジが設
    けられ、前記迂回通路がフランジの基部を貫通して形成
    されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ特
    性制御装置。
  6. 【請求項６】 第１油室と第２油室に作動油を供給する
    ことによりカムシャフトのクランクシャフトに対する回
    転位相を変更し、バルブが開いている開弁期間は変えず
    に、バルブが開いている開弁期間をずらして、運転状態
    に応じた最適なバルブ特性に変更することを特徴とする
    請求項２に記載のバルブ特性制御装置。
  7. 【請求項７】 カムシャフトを進角方向に変位させるた
    めに油室に要求される力と、カムシャフトを遅角方向に
    変位させるために油室に要求される力に差があるときに
    は、ベアリングメタルに被われる領域内に設けられてい
    る環状油路を通る作動油が、より大きな力が要求される
    油室に供給されることを特徴とする請求項６に記載のバ
    ルブ特性制御装置。
  8. 【請求項８】 カムシャフトの変位によって、バルブの
    オーバーラップの拡大と縮小をおこない、バルブのオー
    バーラップの縮小のために油室に要求される力がバルブ
    のオーバーラップの拡大のために要求される力と同じあ
    るいは、それ以上の場合は、 ベアリングメタルに被われる領域内に設けられた環状の
    油路を通る作動油がオーバーラップを縮小する方向にカ
    ムシャフトを変位せしめる油室に供給されることを特徴
    とする請求項２に記載のバルブ特性制御装置。
  9. 【請求項９】 ベアリングメタルに被われる領域に設け
    られる環状油路が、カムシャフトに形成されていること
    を特徴とする請求項１に記載のバルブ特性制御装置。
  10. 【請求項１０】 ベアリングメタルに被われる領域に設
    けられる環状油路が、ベアリングメタルの内面に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ特性
    制御装置。
  11. 【請求項１１】 ベアリングメタルに被われる領域に設
    けられる環状油路が、カムシャフトとベアリングメタル
    の内面の両方に形成されていることを特徴とする請求項
    １に記載のバルブ特性制御装置。
JP34825297A 1997-12-17 1997-12-17 内燃機関のバルブ特性制御装置 Expired - Fee Related JP4070857B2 (ja)

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