JPH04132807A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンのカムシャフトに油圧作動式の可変
バルブタイミング機構を付設したエンジンの動弁装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、エンジンの動弁機構でカムシャフトの駆動を
行うについて、このカムシャフトの駆動機構に可変バル
ブタイミング機構を装着し、クランクシャフトとカムシ
ャフトとの回転位相を変更して排気バルブもしくは吸気
バルブのバルブタイミングを運転状態に対応して変化さ
せるようにした技術が、例えば、実開昭８２−５７７１
１号公報に見られるように知られている。

そして、例えば、アイドル安定性と、中高回転域の出力
性能を両立させるために、上記可変バルブタイミング機
構によって、アイドル時にバルブオーバーラツプを小さ
くし、中高回転域でバルブオーバーラツプを大きくする
ように制御するのが良好である。また、高回転時に吸気
バルブのバルブタイミングを遅らせ、この吸気遅閉じに
よる吸気慣性で吸気充填効率を向上させて出力を高める
ように制御することもできる。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記のような動弁装置における可変バルブタ
イミング機構はヘリカルスプラインが形成されてカムシ
ャフトの回転位相を変更するものであるが、バルブタイ
ミングの変更作動時の応答性および作動状態の信頼性を
確保する必要がある。

すなわち、低回転時には発生油圧が低くこの油圧によっ
ては前記可変バルブタイミング機構をオン作動すること
はできないことから、ある程度回転数が上昇した領域で
オン作動するように作動領域を設定する必要がある。ま
た、油温が上昇すると同一エンジン回転数であっても発
生油圧が低下し、さらに、エンジン回転数が上昇すると
カムシャフトの駆動トルクも増大し、この高い駆動トル
クの発生状態での確実な作動が要求されるものである。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、可変バルブタイミン
グ機構の作動応答性を高めると共に高回転時の作動信頼
性を確保するようにしたエンジンの動弁装置を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の動弁装置は、油圧の
導入でカムシャフトの回転位相を吸気バルブまたは排気
バルブのバルブタイミングが遅れるように変更する油圧
作動式の可変バルブタイミング機構を備え、この可変バ
ルブタイミング機構は、導入された油圧の作用でカムシ
ャフトの軸方向へ移動してヘリカルスプラインを介して
前記カムシャフトの回転位相を変更するヘリカルピスト
ンを有すると共に、該ヘリカルピストンをリターン方向
に付勢するリターンスプリングを有し、該リターンスプ
リングのスプリング力を、高回転時におけるカムシャフ
トの回転駆動に伴って上記ヘリカルピストンに油圧と同
方向に作用する軸方向推進力より弱く設定して構成した
ものである。

（作用および効果） 上記のような動弁装置では、可変バルブタイミング機構
のオン作動によって排気バルブまたは吸気バルブの閉タ
イミングを遅らせるように設け、高回転時には常時この
可変バルブタイミング機構をオン作動するように設定し
てバルブオーバーラツプの増大または吸気遅閉じで高出
力化を得るようにしている。また、これに伴い、油圧導
入時のヘリカルピストンの移動方向とカムシャフトの回
転駆動に伴って上記ヘリカルピストンに作用する軸方向
推進力を油圧の作用方向と同方向に設け、さらに、リタ
ーンスプリングのスプリング力を、オン作動域である高
回転時の上記ヘリカルピストンに作用する軸方向推進力
より弱く設定したことで、この高回転時には高油温とな
って油圧が低下してもヘリカルピストンはオン方向に移
動して可変バルブタイミング機構のオン作動を確保して
信頼性を高め、また、リターンスプリングが弱いことか
ら中回転域などでの可変バルブタイミング機構のオン作
動の作動応答性が高くなり、エンジンの信頼性、高出力
化を達成することができるものである。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は一実施例の動弁装置を備えたＶ型６気筒ＤＯＨ
Ｃエンジン１における一方のバンクＩＡのシリンダヘッ
ド４の平面図であって、このバンクＩＡにおいては３つ
の気筒が４弁構造（吸気側２弁、排気側２弁）で備えら
れると共に、各気筒の吸・排気バルブを開閉作動するた
めの一対のカムシャフト２，３がシリンダヘッド４の上
方に相互に平行に配設され、軸受部５・・・５，６によ
って支承されている。

また、吸気側カムシャフト２および排気側カムシャフト
３のそれぞれの一端側（前端側）部分には、カム間ギヤ
７．８が取り付けられ、両カム間ギヤ７．８の噛合で両
カムシャフト２，３が同期回転するものであり、このカ
ム間ギヤ７．８はシリンダヘッド４の端部に形成された
ギヤ室９に収容されている。さらに排気側カムシャフト
３の上記カム間ギヤ８を備える前端部がシリンダヘッド
４から外方に突出され、その突出端に可変バルブタイミ
ング機構１０を介してカムプーリ１１が取り付けられ（
詳細構造は後述）、このカムプーリ１１と、図示しない
他方側バンクのカムブーりおよびクランクシャフトに固
装されているクランクプーリとにわたってタイミングベ
ルト１２が巻き掛けられている。

このため、クランクシャフトによってタイミングベルト
１２が駆動されると、排気側カムシャフト３が回転され
、かつ該カムシャフト３の回転がカム間ギヤ７．８を経
て吸気側カムシャフト２に伝達される。

次に、第５図に示すように、前記シリンダヘッド４の下
面には、各気筒に対応して燃焼室１４が形成されると共
に、この燃焼室１４に吸気ポート１５と排気ポート１６
とが連通開口し、それぞれの開口部に吸気バルブ１７お
よび排気バルブ１８が設置されている。また、シリンダ
ヘッド４には、吸気バルブ１７に対応するタペットホー
ル１９と、排気バルブ１８に対応するタペットホール２
０とが２列に配設され、これらタペットホール１９゜２
０にパケット型タペット２１．２１が嵌挿される。この
タペット２１．２１に、吸気バルブ１７と排気バルブ１
８の各バルブステム１７ａ、１８ａの上端部が接続され
、これらタペット２１には流体式バルブラッシュ機構２
２が内蔵されている。

さらに、上記タペット２１．２１はバルブスプリング２
３．２３によって上方へ付勢され、このタペット２１．
２１の上面がそれぞれの直上に配設された前記カムシャ
フト２，３のカム面２ａ。

３ａに圧接されると共に、タペット２１．２１が弁開閉
作動のためにタペットホール１９．２０内を摺動する際
、上記バルブラッシュ機構２２．２２によってバルブラ
ッシュの自動調整が行われる。

前記吸気側および排気側のタペットホール１９゜２０に
は後述の配置構成による第１および第２オイル通路４１
．４２から作動オイルが、供給孔２４．２４によってタ
ペット２１．２１の周面に形成されている溝２５に供給
され、該溝２５からタペット周面に開口された穴２６を
通ってタペット２１内部に導入され、バルブラッシュ機
構２２に供給される。また上記オイルは他方では溝２５
からタペット２１．２１とタペットホール１９．２０の
間を潤滑する。

一方、前述の可変バルブタイミング機構１０は油圧作動
式であり、エンジンの図示しないオイルポンプからのエ
ンジン潤滑油が後述のオイル経路によって運転状態に応
じて排気側カムシャフト３後端部からその内部を貫通し
て送給され、該排気側カムシャフト３の回転位相の変更
で排気バルブ１８の開閉時期を可変として吸気バルブ１
７とのオーバーラツプ期間を変更するものである。

この可変バルブタイミング機構１０の詳細構造を第１図
および第４図に基づいて説明する。前記排気側カムシャ
フト３の端部外周には筒状のケーシング２７が回転可能
に遊嵌され、該ケーシング２７の前端側には図示しない
ボルトによってカバ一体３６が一体に締結され、このカ
バ一体３６にに前記カムプーリ１１がボルト２９によっ
て取り付けられ、タイミングベルト１２によって一体に
回転駆動される。また、上記ケーシング２７はジャーナ
ル部２７ａがシリンダヘッド４の前端軸受部６に支承さ
れ、前記カムシャフト３が上記軸受部６に支持される一
方、このジャーナル部２７ａの後方部分に前記排気側カ
ムシャフト３のカム間ギヤ８がキー溝結合で嵌挿され、
ナツト２８で固定されている。

上記ケーシング２７の前端軸受部６では、その両側に大
径の凹段部６ａ、６ｂが形成され、後方の凹段部６ａに
は前記カム間ギヤ８がナツト２８の締付は力によって嵌
入して軸受部６の側端面に当接し、前方の凹段部６ｂに
はケーシング２７のジャーナル部２７ａに設けた凸段部
２７ｂが、上記ナツト２８の締結による引付は力で嵌入
して軸受部６の側端面に当接している。つまり軸受部６
はその両側からカム間ギヤ８とケーシング２７とによっ
て挾み付けられ、これによって可変バルブタイミング機
構１０のケーシング２７すなわち固定側のスラスト決め
がなされている。なお、ケーシング２７の凸段部２７ｂ
周りはオイルシール３２によってシールされている。

一方、バルブタイミング機構１０の内部構造は、カムシ
ャフト３の端部にエンドボルト３３によって中心ブロッ
ク３４が連結され、該中心ブロック３４の外周で前記カ
バ一体３６との間にリング状のヘリカルピストン３５が
介装されている。また、上記カバ一体３６はエンドボル
ト３３およびヘリカルピストン３５の端部を覆って形成
されている。

そして、前記ヘリカルピストン３５の内周および外周に
は互いに逆方向に傾斜するヘリカルスプラインが形成さ
れ、この内外のヘリカルスプラインを介して該ヘリカル
ピストン３５はカムシャフト３の軸方向に移動可能に中
心ブロック３４およびカバ一体３６に係合されている。

また、上記ヘリカルピストン３５の背部にはケーシング
２７との間にリターンスプリング４０が配設されている
。

そして、前記カムプーリ１１が回転駆動されると、カバ
一体３６、ヘリカルピストン３５および中心ブロック３
４が一体的に回転され、排気側カムシャフト３も同方向
に回転駆動される。また、吸気側カムシャフト２には、
カムプーリ１１と一体に回転するケーシング２７に固着
されたカム間ギヤ８から前記吸気側のカム間ギヤ７によ
って駆動力が伝達される。

前記排気側カムシャフト３の中心には軸方向に貫通して
中空通路３７が形成され、この中空通路３７に連通して
前記エンドボルト３３の中心部に連通路３８が貫通形成
され、上記中空通路３７から供給されたオイルを該連通
路３８を通して可変バルブタイミング機構１０の内部に
導入するように構成されている。そして、上記連通路３
８の開口端に連通して、前記カバ一体３６の端部内側に
導入オイルをヘリカルピストン３５の前端面に作用させ
る導通路３９が配設されると共に、このヘリカルピスト
ン３５の背面には前記リターンスプリング４０のスプリ
ング力が上記油圧に抗して作用する。

従って、前記可変バルブタイミング機構１０においては
、油圧が導入されていない状態では、上記リターンスプ
リング４０の力によってヘリカルピストン３５が第４図
における右方向に押圧付勢されたオフ状態にあるが、こ
の状態からオイルが連通路３８および導通路３９を経て
供給されてヘリカルピストン３５に油圧が作用すると、
該ヘリカルピストン３５が第４図の左方向にリターンス
プリング４０に抗して軸方向に移動しオン状態となる。

そして、ヘリカルピストン３５の内外に位置する中心ブ
ロック３４およびカバ一体３６がそれぞれ該ヘリカルピ
ストン３５とヘリカルスプラインを介して相互に係合さ
れているから、ヘリカルピストン３５の軸方向への移動
によって中心ブロック３４とカバ一体３６とが相対的に
回転する。

このため排気側カムシャフト３とプーリ１１が相対的に
回転することになって、カムシャフト３とカムプーリ１
１との間に位相差が生じ、これによって排気バルブ１８
の開閉タイミングが可変されることになる。また、逆に
可変バルブタイミング機構１０に対する油圧の導入を停
止して、ヘリカルピストン３５に作用している油圧を解
放すると、リターンスプリング４０のスプリング力で該
ヘリカルピストン３５が先端側に復帰移動し、元の開閉
タイミングに戻る。

このように可変バルブタイミング機構１０は、供給され
る油圧の有無によって排気バルブ１８の開閉タイミング
を２段階に切り換えることになる。

上記切り換えはエンジン１の回転数に応じて行ない、高
回転域で開閉タイミングを遅らせてバルブオーバーラツ
プを大きくすることにより、エンジンの低回転域と高回
転域とにおける加速性能を共に向上させることが可能と
なる。

ところで、前記排気側カムシャフト３は第５図の矢符Ｂ
で示すように、背面側から見て反時計方向に回転するよ
うに設定されている。また、これに対応して油圧の作用
による前記ヘリカルピストン３５の軸方向への後退移動
に伴って、上記カムシャフト３は遅角方向すなわち上記
と逆の時計方向に回転位相がずれるように、このカムシ
ャフト３と一体の中心ブロック３４の外周に形成された
ヘリカルスプラインの傾斜方向は第４図に示すように形
成されている。

また、エンジン停止状態においてはヘリカルピストン３
５はリターンスプリング４０によって前進移動している
が、エンジンの回転に伴って回転駆動されると、排気バ
ルブ１８の開閉作動に伴う駆動負荷に応じて上記ヘリカ
ルピストン３５にはそのヘリカルスプラインの傾斜方向
に対応して軸方向推進力が作用するものであって、この
軸方向推進力は該ヘリカルピストン３５を後退移動する
方向であって油圧の作用方向と同一である。そして、上
記軸方向推進力は、エンジン回転数の上昇に応じてカム
シャフト３の駆動トルクが増大することに対応して大き
くなるものである。

そして、上記ヘリカルピストン３５を前進方向に付勢す
るリターンスプリング４０のスプリング力は、高回転時
の上記ヘリカルピストン３５の軸方向推進力より弱くな
るように設定されている。

上記関係は第８図に示すように、エンジン回転数の上昇
に対して前記ヘリカルピストン３５の軸方向推進力は曲
線Ｅのように高回転側で高くなるように上昇するもので
あり、この特性に対してエンジン回転数が高回転側の設
定値Ｎで軸方向推進力と等しいスプリング力Ｇとなるよ
うにリターンスプリング４０が設計されている。従って
、エンジン回転数が設定値Ｎを越えると、ヘリカルピス
トン３５は油圧の作用がなくてもその軸方向推進力によ
ってリターンスプリング４０に抗して自動的に後退作動
してカムシャフト３を遅角方向に回転位相をずらせるも
のである。なお、発生油圧は通常油温では曲線Ｆのよう
にエンジン回転数の上昇に応じて上昇するものであるが
、高油温時には粘性の低下などに応じて曲線Ｆ′のよう
に低下し、ヘリカルピストン３５の作動力が低下するが
、高回転域では前記軸方向推進力によって安定したオン
作動が得られる。

ところで、上記したカムシャフト２，３の軸受部５・・
・５，６、バルブラッシュ機構２２および可変バルブタ
イミング機構１０に対するオイルの供給構造は次のよう
に構成されている。

すなわち、第１図に示すように、吸気側カムシャフト２
と排気側カムシャフト３との間において、シリンダヘッ
ド４の長手方向に第１および第２の２本のオイル通路４
１．４２が平行に形成され、このうち第１オイル通路４
１が第５図で説明した供給孔２４を通って各気筒の吸気
側バルブラッシュ機構２２に連通してオイルを供給する
一方、第２オイル通路４２を通って排気側バルブラッシ
ュ機構２２に連通してオイルを供給する。

また、吸気側に位置する第１オイル通路４１の後端が、
カム間ギヤ７とは反対のシャフト端部側において、軸受
部５に設けた連通路４３を経て吸気側カムシャフト２の
中心に形成された中空通路４４に連通される。また、吸
気側カムシャフト２には、中空通路４４の長手方向の複
数箇所から各軸受部５にオイルを供給する通孔４５が設
けられている。

さらに、排気側に位置する第２オイル通路４２に対して
、該通路４２と平行に排気側カムシャフト３を挾んだシ
リンダヘッド３の外側位置に第３のオイル通路４６が形
成され、この第３オイル通路４６と第２オイル通路４２
とが後端部側においてシリンダへラド４に形成されたオ
リフィス４７を介して連通される。そして、第３オイル
通路４６に排気側カムシャフト３の各軸受部５にオイル
を供給する通孔４８が設けられている。

また、第２オイル通路４２はオリフィス４７に連通され
ている後端部側で、制御弁４９によって排気側カムシャ
フト３の中空通路３７への連通が開閉作動される。この
制御弁４９は可変バルブタイミング機構１０に対するオ
イル供給をソレノイド５０のオン・オフに連動して制御
するものであって、第６図および第７図に示すように、
第２オイル通路４２が連通する弁室５１を有し、該弁室
５１にソレノイド５０のプランジャ５２が突入されると
共に、該プランジャ５２に弁体５３が装備され、かつ弁
室５１とカムシャフト３における軸受部５とにわたって
供給用通路５４と排出用通路５５とが形成される。さら
に、弁室５１にドレン通路５６が連通されている。

そして、ソレノイド５０のオン状態（第６図）では、閉
弁方向に付勢するスプリング５７の力に抗して弁体５３
が前進スライドし、弁室５１に流入するオイルが該弁体
５３に設けている孔５８から供給用通路５４に流れ、か
つカムシャフト３の中空通路３７に供給されるようにな
っている。この場合、排出用通路５５およびドレン通路
５６は弁体５３により閉止されている。

また、ソレノイド５０のオフ時（第７図）は、上記スプ
リング５７の力で弁体５３が後退スライドし、弁体５３
によって供給用通路５４と弁室５１の連通が断たれると
共に、排出用通路５５およびドレン通路５６が弁室５１
に連通される。このためバルブタイミング機構１０に供
給されていたオイルが中空通路３７から制御弁４９を経
てドレン通路５６に排出されることになる。

前記した第１および第２オイル通路４１．４２に対して
は図示しないオイルポンプからオイルが送給される。す
なわち、第１図および第３図において、シリンダヘッド
４の上面中央部でかつ第１、第２オイル通路４１．４２
の間に油室６０が形成される。そして、オイルポンプか
らの圧送オイルが下方から地道６１によって油室６０に
送給され、この油室６０から両側の第１および第２オイ
ル通路４１．４２に分岐通路６２．６３によってオイル
が分配供給される。

なお、地道６１は油室６０に対して接線方向か連通され
、また分岐通路６２．６３は油室６０から接線方向に導
出される。この構造により、油室６０に流出入するオイ
ルが該油室６０内で渦流を生じ、オイルに含まれている
空気が分離され、この分離空気が上方のエア抜き孔６４
から排出される。

ところで、排気側カムシャフト３には前端部にカムプー
リ１１が取り付けられてベルト１２によって回転駆動さ
れ、このカムシャフト３の前端部分にはベルト張力に基
づく大きな荷重が下方向に作用し、前端軸受部６の潤滑
条件が厳しくなる。

この実施例では、上記前端軸受部６における潤滑性を確
保することから、第２図に示すように前記第３オイル通
路４６をギヤ室９の下方位置まで形成し、この前端部か
ら上方に供給路６５を設け、前端軸受部６とケーシング
２７におけるジャーナル部２７ａとの間にオイルを供給
するようにしている。なお、第１および第２オイル通路
４１，４２の前端は閉止されている。

上記のオイル経路においては、オイルポンプから油室６
０に送給されたオイルは、分配通路６２゜６３から第１
および第２オイル通路４１．４２に分配され、これらオ
イル通路４１．４２を流れて各気筒のバルブラッシュ機
構２２に作動用に供給される。また、第１オイル通路４
１の一部のオイルは、連通路４３から吸気側カムシャフ
ト２の中空通路４４に流入し、該中空通路４４を前端側
に流動する過程で各軸受部５に潤滑用に供給される。

一方、第２オイル通路４２の一部のオイルは制御弁４９
のオン作動時に排気側カムシャフト３の中空通路３７に
流入し、この中空通路３７から可変バルブタイミング機
構１０にオン作動用に供給される。さらに、第２オイル
通路４２の他の一部のオイルは、オリフィス４７を通過
することにより流量が調整され第３オイル通路４６に流
入し、排気側カムシャフト３の各軸受部５および前端軸
受部６に潤滑用に供給される。

また、上記オイル経路構成によりバルブラッシュ機構２
２および可変バルブタイミング機構１０に高い油圧を供
給し、作動の応答性と安定性を得るようにしている。

さらに、Ｖ型エンジン１では、バンクＩＡは第３図に示
す水平線Ａに対して傾斜して設けられる。

このためエンジン１を停止した状態では、油室６０、第
１オイル通路４１および中空通路４４内のオイルは地道
６１から下方に排出されるが、第２および第３オイル通
路４２．４６と排気側中空通路３７は油室６０よりも下
方に位置するのでオイルは排出されずに充填状態にある
。これにより、エンジン始動時に負荷の大きい排気側の
潤滑性が速やかに確保される。

なお、上記実施例では排気バルブ１８のバルブタイミン
グを高回転時に遅らせる例を示したが、高回転時に吸気
バルブ１７のバルブタイミングを遅らせるようにした場
合についても、上記本発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動弁装置を備えたＶ
型エンジンの一方のシリンダヘッドの平面図、 第２図は同シリンダヘッドの側面図、 第３図は同シリンダヘッドを一部断面にして示す背面図
、 第４図は可変バルブタイミング機構の具体例を示す断面
図、 第５図は前記シリンダヘッドの吸排気ポート部分での断
面背面図、 第６図はオン作動時の制御弁部分の断面図、第７図はオ
フ作動時の制御弁部分の断面図、第８図はエンジン回転
数に対するヘリカルピストンの軸方向推進力と発生油圧
とリターンスプリングのスプリング力の設定値との関係
を示す特性図である。 １・・・・・・エンジン、３・・・・・・排気側カムシ
ャフト、４・・・・・・シリンダヘッド、１０・・・・
・・可変バルブタイミング機構、１１・・・・・・カム
プーリ、１２・・・・・・タイミングベルト、１７・・
・・・・吸気バルブ、１８・・・・・・排気バルブ、２
７・・・・・・ケーシング、３４・・・・・・中心ブロ
ック、３５・・・・・・ヘリカルピストン、３６・・曲
・カバ一体、４０・・・・・・リターンスプリング、３
７・・・・・・中空通路、４２・・・・・・オイル通路
、４つ・・・・・・制御弁、５０・・・・・・ソレノイ
ド。 第４ 図 弔 図 第７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧の導入でカムシャフトの回転位相を吸気バル
   ブまたは排気バルブのバルブタイミングが遅れるように
   変更する油圧作動式の可変バルブタイミング機構を備え
   たエンジンの動弁装置であって、上記可変バルブタイミ
   ング機構は、導入された油圧の作用でカムシャフトの軸
   方向へ移動してヘリカルスプラインを介して前記カムシ
   ャフトの回転位相を変更するヘリカルピストンを有する
   と共に、該ヘリカルピストンをリターン方向に付勢する
   リターンスプリングを有し、該リターンスプリングのス
   プリング力を、高回転時におけるカムシャフトの回転駆
   動に伴って上記ヘリカルピストンに油圧と同方向に作用
   する軸方向推進力より弱く設定したことを特徴とするエ
   ンジンの動弁装置。