JPH09324611A - 内燃機関のバルブタイミング可変機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関のバルブタイミング可変機構におい
て、同機構の複雑化を招くことなく、バルブタイミング
を所定のタイミングに保持することにある。 【解決手段】 ＶＶＴ機構１４は、カムスプロケット２
５と、同スプロケット２５の内部に配置され吸気側カム
シャフトに固定された羽根車３７とを備える。羽根車３
７は円筒部３８と同円筒部３８の外周に略等角度間隔に
形成された４つの羽根３９を有する。カムスプロケット
２５に形成された各凹部４３はその内部に各羽根３９を
収容する。各羽根３９の外周に形成された各溝４５内に
プレート４６を配置し、同プレート４６を板バネ４７の
弾性力により凹部４３の内周面に押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の気筒に
設けられた吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方
のバルブタイミングを変更する可変機構に係る。詳しく
は、流体圧力を用いて駆動されるバルブタイミング可変
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の出力を向上させる等の目的か
ら、吸気バルブ又は排気バルブが開閉するタイミング、
即ちバルブタイミングを同機関の運転状態に応じて変更
するようにした技術が提案されている。この種の技術に
おける一例として、特開平１−９２５０４号公報は「弁
開閉時期制御装置」を開示する。

【０００３】上記公報の装置は、図１２に示すように、
カムシャフト２０１の先端側に固定された内部ロータ２
０２と、同シャフト２０１に対して相対回転可能に設け
られ、クランクシャフト（図示略）の回転力が伝達され
るタイミングプーリ２０３とを備える。内部ロータ２０
２は、その外周に径方向に延びる複数のベーン２０４を
有する。タイミングプーリ２０３の内部に形成された複
数のオイル溝２０５は、その内部に各ベーン２０４を収
容する。

【０００４】上記装置は、各オイル溝２０５内において
各ベーン２０４の両側に形成された一対の圧力室２０
６，２０７を有する。各圧力室２０６，２０７はそれぞ
れ圧力通路２０８，２０９を介して切換バルブ（図示
略）に接続されている。各圧力室２０６には、切換バル
ブの切換状態に応じて、例えばオイルポンプから吐出さ
れた油が各圧力通路２０８，２０９を通じて選択的に供
給される。

【０００５】上記装置では、各圧力室２０６，２０７の
油圧を各ベーン２０４に作用させることにより、内部ロ
ータ２０２をタイミングプーリ２０３に対して相対回転
させて、クランクシャフトに対するカムシャフト２０１
の相対的な回転位相、換言すればバルブタイミングを変
更する。

【０００６】上記装置において、カムシャフト２０１の
カム（図示略）は、吸気又は排気バルブを開閉する際に
バルブスプリング（図示略）の反力を受ける。このバル
ブスプリングの反力はカムシャフト２０１の回転位相に
応じて変動するため、同シャフト２０１における回転ト
ルクの大きさもその反力の変動に同期して変動する。従
って、このトルク変動に起因して内部ロータ２０２が回
転方向に揺動し、バルブタイミングが変動してしまう虞
がある。

【０００７】このようなバルブタイミングの変動を防止
するために、上記装置では以下に示す構成を更に備え
る。即ち、タイミングプーリ２０３の内部において径方
向に形成された二つの挿入孔２１０，２１１は、その内
部にロックピン２１２，２１３及びスプリング２１４，
２１５をそれぞれ収容する。各スプリング２１４，２１
５は各ロックピン２１２，２１３をカムシャフト２０１
の軸心に向けて付勢する。内部ロータ２０２は、その外
周部分に各ロックピン２１２，２１３の一部が嵌入可能
な係止穴２１６，２１７をそれぞれ有する。各係止穴２
１６，２１７は油孔２１８，２１９を介して各圧力通路
２０８，２０９にそれぞれ通じており、その内部には各
圧力室２０６，２０７に供給される油の一部が供給され
る。各係止穴２１６，２１７に油が供給されることによ
り、ロックピン２１２，２１３はその油圧によりスプリ
ング２１４，２１５の付勢力に抗して各係止穴２１６，
２１７から抜け、各ピン２１２，２１３の係止が解除さ
れる。

【０００８】上記装置において、バルブタイミングを遅
らせる場合には、切換バルブの切換状態を変更すること
により、一方の圧力室２０６に油を供給する。この際、
係止穴２１６には油孔２１８を介して油が供給され、ロ
ックピン２１２の係止が解除される。これにより、内部
ロータ２０２がタイミングプーリ２０３に対して図１２
に示す状態にまで相対回転すると、ロックピン２１３が
スプリング２１５の付勢力により係止穴２１７に嵌入す
る。その結果、タイミングプーリ２０３に対する内部ロ
ータ２０２の相対回転は規制され、バルブタイミングは
遅れた状態に保持される。

【０００９】これに対して、バルブタイミングを早める
場合には、切換バルブの切換状態を変更することによ
り、他方の圧力室２０７に油を供給する。この際、係止
穴２１７には油孔２１９を介して油が供給され、ロック
ピン２１２の係止が解除される。これにより、内部ロー
タ２０２がタイミングプーリ２０３に対して図１２の矢
印で示す方向に相対回転し、係止穴２１６の位置とロッ
クピン２１２の位置とが一致すると、同ピン２１２はス
プリング２１４の付勢力により係止穴２１６に嵌入す
る。その結果、タイミングプーリ２０３に対する内部ロ
ータ２０２の相対回転は規制され、バルブタイミングは
早められた状態に保持される。

【００１０】このように、上記装置では、各ロックピン
２１２，２１３を係止穴２１６，２１７にて係止するこ
とにより、トルク変動に起因した内部ロータ２０２の揺
動を防止し、バルブタイミングを所定の２つのタイミン
グに保持するようにしている。なお、本出願人は、本技
術に関し、特願平８−１１８８８４号の出願も行ってい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置のように、ロックピン２１２，２１３を係止穴２１
６，２１７に嵌入することによりバルブタイミングを保
持するようにした構成にあっては、保持すべきタイミン
グと同数だけロックピン２１２，２１３及び係止穴２１
６，２１７を内部ロータ２０２及びタイミングプーリ２
０３の限られたスペースにそれぞれ設ける必要がある。
更に、各ロックピン２１２，２１３の係止を解除するた
めに、各係止穴２１６，２１７に油圧を供給する油孔２
１８，２１９等の油通路が必要となる。その結果、装置
全体の構成が複雑化するという問題があった。

【００１２】又、内燃機関における運転状態の変化に対
してバルブタイミングをより適合させるためには、同タ
イミングを更に多くのタイミングで保持する必要がある
が、上記装置において更に多くのタイミングでバルブタ
イミングを保持するようにした場合、装置全体が更に複
雑化してしまうことになる。

【００１３】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、内燃機関のバル
ブタイミング可変機構において、同機構の複雑化を招く
ことなく、バルブタイミングを所定のタイミングに保持
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の第１の発明は、同一回転軸心回
りに相対回転可能な２つの回転体であって、内燃機関の
クランクシャフトに駆動連結された第１回転体及び吸気
バルブ又は排気バルブを駆動するためのカムシャフトに
駆動連結された第２回転体と、第１又は第２回転体のう
ち一方の回転体が有する凸部を第１又は第２回転体のう
ち他方の回転体に形成された凹部内に配置することによ
り、両回転体の回転方向において凸部の少なくとも片側
に形成された圧力室とを備え、圧力室に供給される流体
の圧力によって両回転体を相対回転させることにより、
吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタ
イミングを可変とするバルブタイミング可変機構におい
て、凸部に設けられ凹部に当接する当接部材と、凸部と
当接部材の間に設けられ、その当接部材を付勢して凹部
に押圧するための付勢部材とを更に備えたことをその趣
旨とするものである。

【００１５】上記の構成によれば、内燃機関のクランク
シャフトから第１回転体に伝達された回転力は第２回転
体に伝達され、同回転体からカムシャフトに伝達され
る。カムシャフトはこの回転力により回転し、同シャフ
トの回転に伴って内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブ
が駆動される。圧力室の流体圧を調整して両回転体を同
一軸心回りに相対回転させることにより、吸気バルブ及
び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングが変
更される。

【００１６】凸部に設けられた当接部材は、同部材と凸
部との間に設けられた付勢部材により付勢される。これ
により、当接部材は凹部に押圧される。吸気バルブ又は
排気バルブの駆動に伴って、カムシャフトの回転トルク
は変動する。第２回転体は、このトルク変動に同期して
第１回転体に対して回転方向に揺動しようとする。しか
しながら、この揺動は、当接部材及び凹部間の押圧力に
応じて生じる摺動抵抗により抑制される。

【００１７】上記の目的を達成するために、請求項２に
記載の第２の発明は、請求項１に記載した内燃機関のバ
ルブタイミング可変機構において、圧力室は、両回転体
の回転方向において凸部の両側にそれぞれ形成されるも
のであり、当接部材は両圧力室間を封止するものである
ことをその趣旨とするものである。

【００１８】上記の構成によれば、第１の発明の作用に
加え、当接部材が付勢部材の付勢力により凹部に押圧さ
れることにより、凸部の両側に形成された圧力室間にお
ける流体の移動が抑制される。

【００１９】上記の目的を達成するために、請求項３に
記載の第３の発明は、請求項１又は２に記載した内燃機
関のバルブタイミング可変機構において、当接部材は金
属製材料からなり、且つ、付勢部材は金属製材料からな
るバネ部材であることをその趣旨とするものである。

【００２０】上記の構成によれば、第１の発明又は第２
の発明の作用に加え、例えば、ゴム材料により当接部材
及び付勢部材を構成した場合と比較して、流体の熱によ
る変質、或いは経時的な変質といった各部材の劣化現象
が抑えられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、第１〜３の発明を、内燃機
関としてのガソリンエンジンに設けられたバルブタイミ
ング可変機構に具体化した実施形態について図面を参照
して説明する。

【００２２】図１は、シリンダヘッド１１及びベアリン
グキャップ１２により回転可能に支持された吸気側カム
シャフト１３、同シャフト１３の先端側（同図の左側）
に設けられたバルブタイミング可変機構（以下、「ＶＶ
Ｔ機構」という）１４、及びシリンダブロック（図示
略）に回転可能に支持されたクランクシャフト１５を示
す断面図である。図２は、エンジンの燃焼室１６に通じ
る吸気ポート１７及び排気ポート１８、これら各ポート
１７，１８を開閉する吸気バルブ１９及び排気バルブ２
０、各バルブ１９，２０を開閉するため吸気側カムシャ
フト１３及び排気側カムシャフト２１等を示す断面図で
ある。排気側カムシャフト２１は、吸気側カムシャフト
１３と同様にシリンダヘッド１１及びベアリングキャッ
プ（図示略）により回転可能に支持されている。

【００２３】図１に示すように、吸気側カムシャフト１
３の先端側に設けられたカムスプロケット２５は、その
外周にタイミングチェーン２６が掛けられる外歯２５ａ
を有する。タイミングチェーン２６は、クランクシャフ
ト１５に固定されたクランクスプロケット２７の外歯２
７ａと、排気側カムシャフト２１に固定されたカムスプ
ロケット（図示略）との双方に掛けられており、クラン
クシャフト１５の回転力を両カムシャフト１３，２１に
伝達する。本実施形態において、カムスプロケット２５
は本発明の第１回転体に相当する。

【００２４】図２に示すように、両カムシャフト１３，
２１は複数のカム２８，２９（同図ではその一つを示
す）を有し、それらカム２８，２９は吸気バルブ１９、
排気バルブ２０の上端部にそれぞれ当接する。各バルブ
スプリング３１，３２は、吸気バルブ１９及び排気バル
ブ２０を吸気ポート１７、排気ポート１８を閉鎖する方
向に付勢する。

【００２５】クランクシャフト１５から伝達された回転
力によって両カムシャフト１３，２１が回転することに
より、各カム２８，２９は各バルブ１９，２０を駆動し
て各ポート１７，１８を開閉する。この際、各カム２
８，２９はバルブスプリング３１，３２の反力に抗して
各バルブ１９，２０を開閉駆動するため、各カムシャフ
ト１３，２１に生じるトルクはその開閉動作に同期して
変動する。

【００２６】図１に示すように、吸気側カムシャフト１
３の先端面に取り付けられた側板３３は、ノックピン
（図示略）により同シャフト１３に固定されており、同
シャフト１３と一体に回転する。この側板３３は、略円
板状をなし、その中央にボス３３ａを有する。

【００２７】図３は図１の３−３線に沿った断面を示す
（尚、図１は図３の１−１線に沿った断面を示す）。図
１及び図３に示すように、側板３３の先端側に位置しボ
ス３３ａにより支持された羽根車３７は、その中央部に
位置する円筒部３８と、同円筒部３８を中心に略９０°
毎の間隔をもって形成された４つの羽根３９、及び各羽
根３９の間に形成された凹部４０とを備える。羽根車３
７はノックピン４１により側板３３に固定されており、
同羽根車３７及び側板３３は吸気側カムシャフト１３と
一体に回転する。本実施形態において、羽根車３７は本
発明の第２回転体に相当し、各羽根３９は本発明の凸部
に相当する。。

【００２８】カムスプロケット２５は、図１及び図３に
示すように、側板３３及び羽根車３７の外周側において
両者３３，３７と相対回転可能に設けられている。カム
スプロケット２５は、その内部に中心へ向かって突出し
互いに間隔をもって配置された４つの突状部４２を有す
る。各突状部４２の間にそれぞれ形成された凹部４３
は、その内部に各羽根３９をそれぞれ収容する。各羽根
３９の外周面は各凹部４３の内周面に接し、各突状部４
２の内周面は、円筒部３８の外周面に接する。本実施形
態において、各突状部４２間に形成された凹部４３は本
発明の凹部に相当する。

【００２９】図４は図１の部分拡大断面図である。各羽
根３９は、図３及び図４に示すように、その外周側にお
いて吸気側カムシャフト１３の軸方向に延びるようにそ
れぞれ形成された各溝４５を有する。各溝４５はその内
部に各プレート４６をそれぞれ収容する。図４に示すよ
うに、各プレート４６と各溝４５の内周壁との間にそれ
ぞれ配置された各板バネ４７は、その弾性力によって各
プレート４６を凹部４３の内周面に向けて押圧する。

【００３０】本実施形態において、各プレート４６は、
凹部４３の内周面における損傷を抑えるため、カムスプ
ロケット２５の材質（本実施形態では、鋳鉄）よりも硬
度の小さい金属製材料としての黄銅によって形成されて
いる。各板バネ４７は金属製材料としてのステンレス鋼
によって形成されている。本実施形態において、各プレ
ート４６は本発明の当接部材に相当し、各板バネ４７は
本発明の付勢部材に相当する。

【００３１】図１に示すように、ボス３３ａ及び円筒部
３８の内部に挿通されたボルト４８は、カムスプロケッ
ト２５及び羽根車３７の先端側を覆うカバー４９を吸気
側カムシャフト１３に固定する。各羽根３９は、カバー
４９、凹部４３、円筒部３８、及び側板３３によって囲
まれた４つの空間をそれぞれ２つの油圧室５１，５２に
区画する。各羽根３９に対しカムスプロケット２５の回
転方向（図３において矢印で示す）と逆方向（以下、こ
の方向を「遅角方向」という）の側に位置する第１油圧
室５１には、バルブタイミングを早める（進める）際に
油が供給される。また、各羽根３９に対し回転方向と同
方向（以下、この方向を「進角方向」という）の側に位
置する第２油圧室５２には、バルブタイミングを遅らせ
る際に油が供給される。各プレート４６は凹部４３に押
圧されることにより、両油圧室５１，５２間を封止す
る。本実施形態において、第１油圧室５１及び第２油圧
室５２は本発明の圧力室に相当し、各油圧室５１，５２
に供給される油は本発明の流体に相当する。

【００３２】次に、第１油圧室５１、第２油圧室５２に
油を供給するための第１油路５３、第２油路５４につい
て説明する。シリンダヘッド１１は、その内部に一対の
ヘッド油路５５，５６を有する。各ヘッド油路５５，５
６の一端側は、オイルコントロールバルブ、オイルフィ
ルタ、オイルポンプ、及びオイルストレーナ（いずれも
図示略）を介してオイルパン（図示略）に通じている。

【００３３】吸気側カムシャフト１３の先端側に位置す
るヘッド油路５５は、シリンダヘッド１１及びベアリン
グキャップ１２にそれぞれ形成された油溝５８、吸気側
カムシャフト１３の内部に形成された油通路５９を介し
て、側板３３に形成された切欠６０に通じている。この
切欠６０は、ボルト４８とボス３３ａ及び円筒部３８と
の間に形成された油通路６１に通じている。この油通路
６１は、図３に示すように、羽根車３７の先端面に形成
された４つの切溝６２によって各第１油圧室５１と連通
されている。ヘッド油路５５、油溝５８、油通路６１、
切欠６０、油通路６１、及び各切溝６２は第１油路５３
を構成する。

【００３４】吸気側カムシャフト１３の基端側に位置す
るヘッド油路５６は、吸気側カムシャフト１３の全周に
形成された油溝６４、同シャフト１３の内部に形成され
た油通路６５、及び側板３３に形成された油孔６６を介
して羽根車３７及びボス３３ａにより囲まれた環状油路
６７に通じている。図１及び図３に示すように、羽根車
３７の基端面に形成された４つの切溝６８は、この環状
油路６７と各第２油圧室５２とを連通する。ヘッド油路
５６、油溝６４、油通路６５、油孔６６、環状油路６
７、及び各切溝６８は第２油路５４を構成する。

【００３５】前述したオイルコントロールバルブは、そ
の開閉状態に応じて、第１油路５３及び第２油路５４と
オイルポンプ及びオイルパンとの接続状態を切り換え
る。以上のように構成された本実施形態における作用に
ついて説明する。

【００３６】エンジンの運転が開始されると、クランク
シャフト１５の回転力がタイミングチェーン２６によっ
て吸気側カムシャフト１３のカムスプロケット２５及び
排気側カムシャフト２１のカムスプロケットに伝達さ
れ、その回転力により両カムシャフト１３，２１が回転
する。両カムシャフト１３，２１が回転することによ
り、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は各カム２８，
２９により駆動され、所定のバルブタイミングをもって
吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉する。

【００３７】吸気バルブ１９が所定のバルブタイミング
をもって開閉している状態から、第１油路５３を介して
第１油圧室５１に油を供給するとともに、第２油圧室５
２の油を第２油路５４を通じてオイルパンに戻すことに
より、第１油圧室５１の油圧は、第２油圧室５２の油圧
よりも相対的に大きくなる。このため、各羽根３９が第
１油圧室５１の油圧により付勢され、羽根車３７はカム
スプロケット２５に対して「進角方向」に相対回転す
る。その結果、吸気バルブ１９のバルブタイミングが早
められる。

【００３８】これに対して、吸気バルブ１９が所定のバ
ルブタイミングをもって開閉している状態から、第２油
路５４を介して第２油圧室５２に油を供給するととも
に、第１油圧室５１の油を第１油路５３を通じてオイル
パンに戻すことにより、第２油圧室５２の油圧は、第１
油圧室５１の油圧よりも相対的に大きくなる。このた
め、各羽根３９が第２油圧室５２の油圧により付勢さ
れ、羽根車３７はカムスプロケット２５に対して「遅角
方向」に相対回転する。その結果、吸気バルブ１９のバ
ルブタイミングが遅らせられる。

【００３９】以上のように吸気バルブ１９のバルブタイ
ミングを変更している状態から、第１及び第２油路５
３，５４の双方がオイルコントロールバルブにより閉鎖
されることにより、両油圧室５１，５２への油の供給、
及び両油圧室５１，５２からの油の排出が停止する。そ
の結果、吸気バルブ１９のバルブタイミングが現状のタ
イミングに保持される。このように、本実施形態によれ
ば、吸気バルブ１９のバルブタイミングを任意のタイミ
ングに変更し、保持することができる。

【００４０】前述したように、吸気側カムシャフト１３
における回転トルクは、各カム２８が吸気バルブ１９を
駆動することにより変動する。このようなトルク変動が
吸気側カムシャフト１３に生じると、同シャフト１３に
固定された羽根車３７は回転方向において揺動しようと
する。

【００４１】本実施形態において、各プレート４６は、
各板バネ４７により凹部４３の内周面に押圧されてい
る。このため、羽根車３７が揺動しようとした場合、各
プレート４６及び凹部４３間には押圧力の大きさに比例
した摺動抵抗が生じ、この摺動抵抗は、羽根車３７の揺
動を抑制するように作用する。その結果、本実施形態に
よれば、羽根車３７の揺動に起因するバルブタイミング
の変動を抑え、同タイミングを所定のタイミングに保持
することができる。

【００４２】本実施形態において、摺動抵抗の大きさは
各プレート４６及び凹部４３間の押圧力の大きさ、換言
すれば板バネ４７の弾性力（以下、「弾性力Ｆ」とい
う）の大きさによって変化する。従って、羽根車３７の
揺動を確実に抑制するためには、弾性力Ｆの大きさを適
切な値に調節する必要がある。図５は、羽根車３７の揺
動により生じる吸気側カムシャフト１３の位相変動量△
θと、両油圧室５１，５２の油圧Ｐの大きさとの関係を
求めた実験の結果を示すグラフである。

【００４３】図５において、実線は弾性力Ｆを「２０
Ｎ」とした場合の油圧Ｐと位相変動量△θとの関係を示
し、二点鎖線は弾性力Ｆを「１Ｎ」とした場合の両者
Ｐ，△θの関係を示している。同図に示すように、この
実験において油圧Ｐを最小値Ｐmin から最大値Ｐmax ま
で変化させているが、この最小値Ｐmin 及び最大値Ｐma
xは、エンジンの回転速度を使用回転速度の範囲内で変
化させたときに、各油圧室５１，５２に供給される油の
最小圧及び最大圧と等しい。本実施形態において、オイ
ルポンプは、クランクシャフト１５の回転力により駆動
されるため、エンジン回転速度が低速である程、その吐
出圧は小さくなる。従って、各油圧室５１，５２の油圧
Ｐは、エンジンがアイドル運転状態となって回転速度が
最も低速となったときに最小値Ｐmin となる。

【００４４】同図の一点鎖線で示す所定値△θ1 は、吸
気側カムシャフト１３において許容できる最大の位相変
動量△θである。位相変動量△θが、この所定値△θ1
未満であればバルブタイミング制御に対して及ぼす影響
が極めて小さいため、その影響を無視することができ
る。

【００４５】同図の実線及び二点鎖線で示すように、位
相変動量△θは油圧Ｐの増加に伴って減少する傾向を有
する。これは、油圧Ｐが大きい程、第１及び第２油圧室
５１，５２から各羽根３９に作用する油圧の大きさが増
加し、その油圧により羽根車３７の揺動が抑えられるた
めである。又、油圧Ｐの大きさが等しくても、弾性力Ｆ
が大きい場合（実線）には、弾性力Ｆが小さい場合（二
点鎖線）よりも位相変動量△θが小さくなることがわか
る。これは、前述した摺動抵抗の大きさが弾性力Ｆに応
じて増加することにより、羽根車３７の揺動が抑えられ
るからである。

【００４６】この実験結果より、弾性力Ｆを「２０Ｎ」
とした場合には、位相変動量△θが常に所定値△θ1 を
下回ることがわかる。従って、本実施形態では、弾性力
Ｆの大きさを「２０Ｎ」として設定している。その結
果、本実施形態によれば、吸気側カムシャフト１３の位
相変動量△θが許容レベル以下となり、吸気バルブ１９
のバルブタイミングを所定のタイミングに確実に保持す
ることができる。

【００４７】以上のように、本実施形態によれば、プレ
ート４６及び凹部４３間の摺動抵抗により位相変動量△
θを減少させてバルブタイミング保持することができる
が、この摺動抵抗によりＶＶＴ機構１４における作動応
答性、換言すれば、バルブタイミングを変更する際の速
度が低下してしまうことが懸念される。

【００４８】そこで、ＶＶＴ機構１４の応答性を確認す
るための実験を行った。この実験では、第１油圧室５１
に油圧Ｐの油を供給するとともに、第２油圧室５２から
油を排出することにより羽根車３７を「進角方向」に回
転させる。図６は、このように羽根車３７を回転させた
場合における油圧Ｐと羽根車３７の回転速度Ｖとの関係
を示すグラフである。このグラフでは、回転速度Ｖの大
きさによりＶＶＴ機構１４の応答性が評価できる。即
ち、回転速度Ｖが大きくなるほどＶＶＴ機構１４の応答
性は良好であり、同機構１４の動作には応答遅れが少な
いといえる。同図の実線、一点鎖線、及び二点鎖線は、
弾性力Ｆをそれぞれ「２０Ｎ」、「１０Ｎ」、「１Ｎ」
とした場合における油圧Ｐと回転速度Ｖとの関係を示し
ている。

【００４９】この実験結果より、弾性力Ｆの増加に伴い
回転速度Ｖは若干減少する傾向がみられるが、その減少
量は極めて少なく、例えば弾性力Ｆを「２０Ｎ」とした
場合でも、羽根車３７は所定の回転速度Ｖをもって回転
可能であることがわかる。これは、プレート４６及び凹
部４３間の押圧力が増加することにより、プレート４６
のシール性が向上し両油圧室５１，５２の気密性が向上
するためである。即ち、両油圧室５１，５２の気密性が
向上することにより油の漏れ量が減少する結果、回転速
度Ｖは増加する傾向を示す。そして、このような油の漏
れ量を減少させることによる回転速度Ｖの増加が、摺動
抵抗の増加に伴う回転速度Ｖの低下を相殺するため、同
速度Ｖの低下が抑えられることになる。

【００５０】このように、本実施形態によれば、両油圧
室５１，５２の気密性を向上させて油の漏れ量を減少さ
せることにより、ＶＶＴ機構１４の応答性を殆ど低下さ
せることなく、吸気バルブ１９のバルブタイミング変動
量（位相変動量△θ）を許容レベル以下に抑えることが
できる。本実施形態では、プレート４６の材質として軟
金属である黄銅を選択したため、プレート４６と凹部４
３の内周面との密着性が向上して両油圧室５１，５２の
気密性が更に向上している。その結果、ＶＶＴ機構１４
の応答性を更に向上させることができる。

【００５１】更に、本実施形態によれば、ロックピンを
係止穴に嵌入してバルブタイミングを保持するようにし
た従来の構成とは異なり、複数のロックピン及び係止穴
を備えることによる構造の複雑化を回避することができ
る。即ち、従来の構成によれば、吸気バルブ１９のバル
ブタイミングを多数のタイミングに保持するためには、
そのタイミングと等しい数のロックピン及び係止穴が必
要となる。しかしながら、本実施形態では、摺動抵抗に
よりバルブタイミングを保持するようにしたため、保持
すべきタイミングの数に応じてプレート４６及び板バネ
４７を変更する必要はなく、任意のタイミングに保持す
ることができる。

【００５２】加えて、本実施形態によれば、従来の構成
とは異なり、ロックピンの係止状態を解除するための油
通路６５を形成する必要がないため、ＶＶＴ機構１４を
更に簡素化することができる。

【００５３】以上説明したように、本実施形態では、プ
レート４６及び凹部４３間に生じる摺動抵抗を利用する
ことにより、ＶＶＴ機構１４における所定の応答性を確
保しつつ、吸気バルブ１９のバルブタイミングを任意の
タイミングに保持するようにしている。ここで、本実施
形態と同様の効果を得るために、例えば、図７に示す比
較例のような構成を採用することが考えられる。以下、
この比較例について説明する。尚、同図に示す比較例に
おいて、本実施形態の構成部材と同様の機能を有する部
材については、便宜上同一の符号を付している。

【００５４】同図に示すように、この比較例では、円筒
部３８と、板状をなす４つの各羽根１００とにより羽根
車３７が構成されている（図では、各羽根１００の一つ
のみを示す）。円筒部３８に形成された溝１０１は羽根
１００を円筒部３８の径方向において移動可能に支持す
る。各溝４５内に配置されたスプリング１０２は、各羽
根１００を円筒部３８の径方向に付勢する。これによ
り、各羽根１００は凹部４３の内周面に押圧され、両者
１００，４３の間にはスプリング１０２の弾性力と等し
い押圧力が生じる。

【００５５】この構成によれば、各羽根１００と凹部４
３との間に生じる摺動抵抗により、吸気側カムシャフト
１３のトルク変動に起因した羽根車３７の揺動を抑制す
ることが可能である。しかしながら、この比較例にあっ
ては、以下のような問題が生じる。

【００５６】羽根車３７の揺動を抑制するには、本実施
形態と同様に前述した位相変動量△θが許容レベル以下
となるようにしなければならない。ここで、位相変動量
△θは、各油圧室５１，５２の油圧Ｐが小さい程、大き
くなる傾向を有している（図５参照）。このため、油圧
Ｐの最小値Ｐmin に対応する位相変動量△θが前記所定
値△θ1 以下となるようにスプリング１０２の弾性力を
設定する必要がある。このようにスプリング１０２の弾
性力を設定することで、アイドリング運転時のように油
圧Ｐが小さい場合であっても、位相変動量△θを許容レ
ベル以下に抑えることができる。

【００５７】ところが、エンジン回転速度の増大に伴っ
て各羽根１００に作用する遠心力が大きくなると、この
比較例では各羽根１００が円筒部３８の径方向に移動可
能であるため、前述した押圧力がその遠心力に相当する
量だけ増大する。その結果、各羽根１００及び凹部４３
間における摺動抵抗が必要以上に大きくなる。前述した
ように、押圧力の増加に伴って両油圧室５１，５２間に
おける油の漏れ量が減少することによって、前記回転速
度Ｖが増加しＶＶＴ機構１４における応答性の低下が抑
えられる。しかしながら、両油圧室５１，５２間におけ
る油の漏れ量がある程度小さくなった状態から各羽根１
００及び凹部４３間の押圧力を更に増加させても、ＶＶ
Ｔ機構１４における応答性の向上は期待できない。

【００５８】このため、この比較例においては、エンジ
ンの回転速度が高速となった際に摺動抵抗が過大とな
り、ＶＶＴ機構１４の応答性が低下してしまう虞があ
る。これに対して、このような遠心力による摺動抵抗の
増大を見越して、予めスプリング１０２の弾性力を小さ
く設定することが考えられる。この場合には、逆に、エ
ンジンの回転速度が低速となって油圧Ｐが小さくなった
際に、必要な摺動抵抗が発生せず羽根車３７の位相変動
が抑えられないため、バルブタイミングの変動を抑制す
ることができない。

【００５９】又、例えば、スプリング１０２に換えて、
オイルポンプからの油を各溝１０１に供給するように
し、その油圧によって各羽根１０２を円筒部３８の径方
向に付勢する構成を採用した場合でも、この比較例と同
様にエンジンの回転速度が低速の時に摺動抵抗が不足
し、逆に高速の時に摺動抵抗が過大となる傾向がより顕
著なものとなり好ましくない。

【００６０】更に、この比較例では、各羽根１００の先
端部に摺動抵抗が作用することにより、各羽根１００を
支持している各溝１０１にはモーメント力が作用して溝
１０１が損傷する場合がある。このため、羽根車３７の
耐久性、ひいてはＶＶＴ機構１４の耐久性、信頼性の低
下を招く虞がある。

【００６１】しかしながら、本実施形態によれば、円筒
部３８及び各羽根３９を一体に形成している。このた
め、比較例とは異なり、エンジンの回転速度が高速とな
った場合であっても、遠心力によって各羽根３９が外周
側に移動することによる摺動抵抗の増加はない。本実施
形態においても、プレート４６に対しては比較例と同様
に遠心力が作用し、その遠心力により摺動抵抗は変化す
る。ところが、本実施形態における各プレート４６は、
例えば比較例における各羽根１００と比較して、羽根車
３７の回転軸心回りにおける慣性モーメントが極めて小
さい。従って、各プレート４６に作用する遠心力の大き
さも小さく、エンジン回転速度の変化による摺動抵抗の
変動は殆どない。その結果、本実施形態によれば、比較
例とは異なり、ＶＶＴ機構１４における応答性の低下を
招くことがない。加えて、本実施形態によれば、溝１０
２の損傷によるＶＶＴ機構１４の耐久性、信頼性の低下
を招く虞がない。

【００６２】このように本実施形態におけるＶＶＴ機構
１４は、比較例の構成と比較して種々の優れた点を備え
る。更に、本実施形態は以下の作用効果を奏する。各油
圧室５１，５２に供給される油は、エンジンの運転に伴
って温度上昇するため、プレート４６、板バネ４７等の
ＶＶＴ機構１４における各部材は、高温となった油の熱
によって温度上昇する。このため、各プレート４６及び
板バネ４７がこの熱によって変質（熱劣化）する虞があ
る。これらの部材に熱劣化が生じると、プレート４６及
び凹部４３間における摺動抵抗の変化を招く虞があり好
ましくない。

【００６３】しかしながら、本実施形態では各プレート
４６を黄銅により形成するとともに、板バネ４７をステ
ンレス鋼によって形成している。このため、例えば、こ
れらの部材４６，４７の材質としてゴム材料を選択した
場合と比較して、前述したような熱劣化、或いは経時的
な劣化が極めて小さいものとなる。従って、本実施形態
によれば、プレート４６、板バネ４７の劣化に伴う摺動
抵抗の変化を抑制することができ、長期間にわたりバル
ブタイミングを確実に保持することができる。

【００６４】以上、本発明を具体化した一実施形態につ
いて説明したが、本発明は以下の別の実施形態として具
体化することができる。 （１）上記実施形態において、プレート４６を羽根３９
の外周に形成された溝４５内に配置するようにした。こ
れに対して、図８に示すように、各突状部４２の内周側
にそれぞれ溝７０（図では溝７０の一つを示す）をそれ
ぞれ形成する。そして、各溝７０内にプレート７１、及
び板バネ７２を配置し、プレート７１を板バネ７２によ
って羽根車３７における凹部４０の外周面に押圧する構
成を採用するようにしてもよい。このような構成として
も上記実施形態と同様の作用効果を奏することができ
る。この別の実施形態において、各突状部４２は本発明
の凸部に相当し、各羽根３９の間に形成された凹部４０
は本発明の凹部に相当する。

【００６５】（２）更に、図９に示すように、上記構成
と同様、各突状部４２の内周、羽根３９の外周にそれぞ
れ溝４５，７０を形成し、各溝４５，７０内にプレート
４６，７１及び板バネ４７，７２をそれぞれ配置した構
成を採用することもできる。このような構成とすれば、
両油圧室５１，５２間における油の漏れ量を低減するこ
とにより、ＶＶＴ機構１４における応答性を更に向上さ
せることができる。又、羽根車３７に作用する摺動抵抗
の総和を変化させることなく、各プレート４６７１及び
凹部４３，４０間における個々の摺動抵抗の大きさを小
さくすることができるため、プレート４６，７１及び凹
部４３，４０における磨耗等の損傷の防止を図ることが
できる。

【００６６】（３）上記実施形態では、各羽根３９の全
てに対してプレート４６及び板バネ４７をそれぞれ設け
る構成とした。これに対して、一つの羽根３９に対して
のみプレート４６及び板バネ４７を設けるようにしても
よい。この構成では、本実施形態の場合と比較して板バ
ネ４７の弾性力を増加させることにより、羽根車３７に
作用する摺動抵抗の大きさを、バルブタイミングを保持
可能な大きさに設定することが必要である。

【００６７】（４）上記実施形態において、プレート４
６を板バネ４７によって凹部４３の内周面に押圧する構
成とした。これに対して、板バネ４７を他の弾性部材に
変更するようにしてもよい。例えば、図１０に示すよう
に、プレート４６と凹部４３との間に一対のコイルスプ
リング７３を配置し、各スプリング７３によりプレート
４６を凹部４３の内周面に押圧する。このように構成し
ても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することがで
きる。

【００６８】更に、板バネ４７を、ゴム材料からなる弾
性部材に変更するようにしてもよい。この場合、ゴムの
材質は、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムとい
った耐油性、耐熱性を備えたものであることが望まし
い。上記実施形態では、プレート４６を黄銅により形成
したが、良好なシール性を発揮することができる材料、
例えば、銅、アルミニウム、真鍮、鉛等の軟金属、或い
は硬質ゴム等の材料により形成するようにしてもよい。

【００６９】（５）上記実施形態では、ＶＶＴ機構１４
を吸気側カムシャフト１３に設け、同機構１４のカムス
プロケット２５をタイミングチェーン２６によりクラン
クシャフト１５に駆動連結する構成とした。これに対し
て、例えば、図１１に示す構成を採用することができ
る。

【００７０】同図に示すように、この別の実施形態にお
いては、排気側カムシャフト２１の一端側にＶＶＴ機構
１４が設けられるとともに、同シャフト２１の他端側に
設けられたプーリ７４がベルト７５を介してクランクシ
ャフト１５（図示略）に駆動連結される。ＶＶＴ機構１
４は、カムスプロケット２５に換えてドライブギヤ７６
を有する点を除き、上記実施形態と同様の構成を有す
る。ドライブギヤ７６は、吸気側カムシャフト１３の端
部に設けられたドリブンギヤ７７と噛み合い、同シャフ
ト１３にクランクシャフト１５の回転力を伝達する。本
構成例において、ドライブギヤ７６は本発明の第２回転
体に相当し、ＶＶＴ機構１４の羽根車３７（図示略）は
第１回転体に相当する。

【００７１】上記構成によれば、排気側カムシャフト２
１は、クランクシャフト１５の回転力をＶＶＴ機構１４
に伝達する。同機構１４のドライブギヤ７６は、この回
転力をドリブンギヤ７７を介して吸気側カムシャフト１
３に伝達する。そして、吸気側カムシャフト１３の回転
に伴って、同シャフト１３のカム２８は吸気バルブ１９
（図示略）を開閉する。ＶＶＴ機構１４により羽根車３
７とドライブギヤ７６との相対的な回転位相が変更され
ることにより、吸気側カムシャフト１３の回転位相が変
更され、吸気バルブ１９のバルブタイミングが変更され
る。このような構成によっても上記実施形態と同等の作
用効果を奏することができる。

【００７２】（６）上記実施形態において、ＶＶＴ機構
１４にはタイミングチェーン２６によってクランクシャ
フト１５の回転力が伝達される。これに対して、カムス
プロケット２５をカムプーリに変更するとともに、同プ
ーリに掛けられたタイミングベルトによりクランクシャ
フト１５の回転力を伝達するようにしてもよい。又、カ
ムスプロケット２５をギヤに変更し、同ギヤを排気側カ
ムシャフト２１に設けられたドライブギヤによって回転
駆動することにより、クランクシャフトの１５の回転力
を排気側カムシャフト２１を介してＶＶＴ機構１４に伝
達するようにしてもよい。

【００７３】（７）上記実施形態では、羽根車３７に４
つの羽根３９を形成した。これに対して、羽根３９を３
つ以下、或いは５つ以上有した構成とすることもでき
る。但し、この場合、回転バランスの点からカムシャフ
ト１３の軸心に対して、羽根３９を対称的な位置、或い
は等間隔毎の位置に形成することが好ましい。

【００７４】（８）上記各実施形態では、いずれも吸気
バルブ１９のバルブタイミングを変更するようにした。
これに対して、排気側カムシャフト２１にＶＶＴ機構１
４を設け、排気バルブ２０のバルブタイミングを変更す
るようにしてもよい。更に、ＶＶＴ機構１４を吸気側カ
ムシャフト１３及び排気側カムシャフト２１の双方に設
け、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０の双方のバルブ
バルブタイミングを変更するようにしてもよい。

【００７５】以上本発明を具体化した各実施形態につい
て説明したが、上記実施形態から把握できる技術的思想
について以下に記載する。 （イ）請求項１に記載した内燃機関のバルブタイミング
可変機構において、前記凸部は前記一方の回転体と一体
に形成されていることを特徴とする。

【００７６】このように構成すれば、前記一方の回転体
の回転に伴い前記凸部に作用する前記回転軸心回りの遠
心力によって、当接部材及び凹部間における摺動抵抗が
変化してしまうことを抑制することができる。その結
果、摺動抵抗の大きさが不足することによるバルブタイ
ミングの変動や、摺動抵抗の大きさが必要以上に大きく
なることによる応答性の低下を回避することができる。

【００７７】

【発明の効果】請求項１に記載した第１の発明によれ
ば、凸部に設けられた当接部材を、同部付勢部材により
付勢し凹部に押圧するようにしている。従って、第２回
転体が吸気側カムシャフトのトルク変動に同期して第１
回転体に対して回転方向に揺動しようとした場合でも、
この揺動は当接部材及び凹部間における摺動抵抗により
抑制される。その結果、ロックピンを係止穴に嵌入させ
てバルブタイミングを保持するようにした従来の構成と
は異なり、複数のロックピン及び係止穴を備えることに
よる可変機構の複雑化を招くことなく、トルク変動に起
因したバルブタイミングの変動を抑えて、同タイミング
を所定のタイミングに保持することができる。

【００７８】請求項２に記載した第２の発明によれば、
当接部材を付勢部材の付勢力により凹部に押圧すること
により、凸部の両側に形成された圧力室間における流体
の移動を抑制するようにしている。従って、第１の発明
における効果に加えて、両圧力室における気密性を向上
させることができ、可変機構の応答性を向上させること
ができる。

【００７９】請求項３に記載した第３の発明によれば、
当接部材及び付勢部材をいずれも金属製材料によって構
成するようにしている。従って、例えば、ゴム材料によ
り当接部材及び付勢部材を構成した場合と比較して、各
部材の劣化現象が抑えられ、当接部材及び凹部間におけ
る摺動抵抗の大きさが変化してしまうことを防止でき
る。その結果、第１又は第２の発明における効果に加え
て、トルク変動に起因するバルブタイミングの変動を長
期間にわたりを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態におけるバルブタイミング可変機構
等を示す断面図。

【図２】吸気バルブ及び排気バルブ等を示す断面図。

【図３】図１の３−３線に沿った断面図。

【図４】プレート及び板バネ等を拡大して示す断面図。

【図５】油圧と位相変動量との関係を示す線図。

【図６】油圧と羽根車の回転速度との関係を示す線図。

【図７】比較例において凹部内に設けられた羽根を示す
断面図。

【図８】別の実施形態において突状部に設けられたプレ
ート及び板バネ等を示す断面図。

【図９】別の実施形態において突状部及び羽根に設けら
れたプレート及び板バネ等を示す断面図。

【図１０】別の実施形態におけるプレート及びコイルス
プリング等を示す断面図。

【図１１】別の実施形態における排気側カムシャフト及
び吸気側カムシャフト等を示す平面図。

【図１２】従来の技術における「弁開閉時期制御装置」
を示す断面図。

【符号の説明】

１１…内燃機関の一部を構成するシリンダヘッド、１３
…吸気側カムシャフト、１４…バルブタイミング可変機
構としてのＶＶＴ機構、１５…クランクシャフト、１９
…吸気バルブ、２０…排気バルブ、２１…排気側カムシ
ャフト、２５…第１回転体としてのカムスプロケット、
３７…第１回転体、第２回転体としての羽根車、３９…
凸部としての羽根、４０…凹部、４２…凸部としての突
状部、４３…凹部、４６…当接部材としてのプレート、
４７…付勢部材としての板バネ、５１…圧力室としての
第１油圧室、５２…圧力室としての第２油圧室、７１…
当接部材としてのプレート、７２…付勢部材としての板
バネ、７３…付勢部材としてのコイルスプリング、７６
…第２回転体としてのドライブギヤ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一回転軸心回りに相対回転可能な２つ
   の回転体であって、内燃機関のクランクシャフトに駆動
   連結された第１回転体及び吸気バルブ又は排気バルブを
   駆動するためのカムシャフトに駆動連結された第２回転
   体と、 前記第１又は第２回転体のうち一方の回転体が有する凸
   部を前記第１又は第２回転体のうち他方の回転体に形成
   された凹部内に配置することにより、前記両回転体の回
   転方向において前記凸部の少なくとも片側に形成された
   圧力室とを備え、前記圧力室に供給される流体の圧力に
   よって前記両回転体を相対回転させることにより、前記
   吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタ
   イミングを可変とするバルブタイミング可変機構におい
   て、 前記凸部に設けられ前記凹部に当接する当接部材と、 前記凸部と前記当接部材の間に設けられ、その当接部材
   を付勢して前記凹部に押圧するための付勢部材とを更に
   備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング可
   変機構。
2. 【請求項２】 前記圧力室は、前記両回転体の回転方向
   において前記凸部の両側にそれぞれ形成されるものであ
   り、前記当接部材は前記両圧力室間を封止するものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタ
   イミング可変機構。
3. 【請求項３】 前記当接部材は金属製材料からなり、且
   つ、前記付勢部材は金属製材料からなるバネ部材である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバル
   ブタイミング可変機構。