JPH10238319A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベーン式バルブタイミング制御装置におい
て、油圧室の油量低下時にロータのベーンがハウジング
の油圧室に衝突して打音が発生するのを簡単な構造で防
止する。 【解決手段】 ハウジング７の各ベーン室１２にて当接
面となる壁面１２ａ，１２ｂの最も外側の部分に油溜ま
り穴１４ａ，１４ｂが設けられる一方、各ベーン１０に
て当接面となる側面１０ａ，１０ｂにそれらの油溜まり
穴と微かなクリアランスをもって嵌合する凸部１５ａ，
１５ｂがそれぞれ設けられる。ベーン１０がハウジング
７と衝突するような場合、油溜まり穴１４ａ，１４ｂに
凸部１５ａ，１５ｂが進入し、中の油を圧縮しようとす
る。その際、微かなクリアランスから油が逃げることと
なり、ベーン１０とハウジング７との衝突速度が緩和さ
れる。その結果、衝突時の衝撃が緩和され、打音の発生
が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（エンジ
ン）において吸気バルブ又は排気バルブを開閉するタイ
ミングを連続的に変更するバルブタイミング制御装置に
関し、より詳細には、いわゆるベーン式のバルブタイミ
ング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用エンジンにおいて
は、運転状態に応じて最適なバルブタイミングを達成す
るために動弁系の可変機構が種々実用化されている。か
かる可変機構として主として普及しているものは、２段
切り替え式すなわちＯＮ／ＯＦＦ制御式のものである。
近年においては、エンジンに対する更なる高性能化の要
求に応えるべく、このような可変バルブタイミング機構
（以下では、ＶＶＴ機構ともいう）においても、従来の
２段切り替え式のものに代えて、常時最適な任意のバル
ブタイミングを設定することが可能な連続可変式のもの
が開発されつつある。可変バルブタイミング機構を有す
る内燃機関では、出力性能の向上に寄与する吸入効率の
観点、及びＮＯ_x の低減による排出ガス浄化性能（エミ
ッション）の向上とポンピング損失の低減による燃費の
向上とに寄与する内部排気ガス再循環（内部ＥＧＲ）の
観点から、機関運転状態に応じてバルブタイミングが制
御される。

【０００３】例えば、特開平8-121122号公報は、いわゆ
るベーン式ＶＶＴ機構を開示している。このベーン式Ｖ
ＶＴ機構では、クランクシャフトに駆動連結されるとと
もに内周面に凹部を有するハウジングと、その凹部を２
つの油圧室に区画するベーンを有するとともに相対回転
可能にハウジングと組み合わせられるカムシャフトとを
備え、油圧室に供給する油圧を制御することにより、ハ
ウジングに対してカムシャフトを相対回転せしめ、両者
の回転位相をずらしてバルブタイミングを連続的に変化
させるという構造を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関を
長時間停止した場合、各油圧室（進角油圧室及び遅角油
圧室）内の作動油が抜け落ちてしまう。この抜け落ちに
より、内燃機関の再始動時に各ベーンが遅角油圧室の壁
面に衝突し打音が発生するという問題がある。詳述する
と、内燃機関が停止して作動油が抜け落ちた状態におい
ては、ハウジングに対するカムシャフトの相対回転角度
位置は、進角油圧室の容積が最も小さくかつ遅角油圧室
の容積が最も大きくなる位置、すなわち最遅角側の位置
にある。この状態から内燃機関の始動とともに作動油を
進角油圧室に供給するが、急速に進角側に駆動すると、
遅角油圧室に油が充満していないため、ベーンが遅角油
圧室の壁面に衝突して大きな打音が発生するのである。

【０００５】また、車両の旋回運転時においても、油中
に空気が多量に入り込み、進角油圧室や遅角油圧室の油
が減少した状態となるために、前記した始動時の場合と
同様に、ベーンが油圧室の壁面に衝突し、打音が発生す
る場合がある。

【０００６】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、内周
面に凹部を有する第１の回転体と、少なくとも一方を液
圧室とする２つの室に前記凹部を区画するベーンを有す
る第２の回転体とを同軸に設け、液圧室に供給する液圧
を制御することにより、第１の回転体と第２の回転体と
を相対回転せしめ、一方の回転体を駆動するクランクシ
ャフトの回転位相に対し、他方の回転体に連動するカム
シャフトの回転位相をずらす構造のベーン式バルブタイ
ミング制御装置において、液圧室の液量低下時に第１の
回転体と第２の回転体とがカムシャフトのトルク変動に
よって衝突して打音が発生するという事態を簡単な構造
で防止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明の第１の態様に係る、内燃機関のバル
ブタイミング制御装置は、内周面に少なくとも１つの凹
部を有するとともに、回転軸を中心に回転可能に設けら
れた第１の回転体と、少なくとも一方を液圧室とする２
つの室に前記凹部を区画する少なくとも１つのベーンを
有するとともに、前記回転軸と同軸に回転可能に設けら
れた第２の回転体と、前記第１の回転体又は前記第２の
回転体の一方を回転せしめるクランクシャフトと、前記
第１の回転体又は前記第２の回転体の他方と連動して回
転しバルブを駆動するカムシャフトと、機関運転状態に
応じて、前記液圧室に供給される液量を制御することに
より、前記回転軸回りに前記第１の回転体と前記第２の
回転体とを相対回転せしめる制御手段と、を具備する、
内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記液
圧室の壁面を構成し前記相対回転にて相互に他方に当接
可能な前記第１の回転体の当接面と前記第２の回転体の
当接面とに所定クリアランスをもって嵌合可能な嵌合部
を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の第２の態様によれば、上記
本発明の第１の態様に係る内燃機関のバルブタイミング
制御装置において、前記嵌合部は前記当接面において前
記回転軸より最も外側の部分に設けられる。

【０００９】上述の如く構成された、本発明の第１の態
様に係る、内燃機関のバルブタイミング制御装置におい
ては、液圧室内の液量が少なく、カムシャフトのトルク
変動によって第１の回転体と第２の回転体とが当接面に
て衝突する状態となっても、嵌合部に滞留する液のダン
パ効果によって衝突が緩和され、打音の発生が防止され
る。また、本発明の第２の態様に係る装置においては、
回転軸より最も外側の部分に嵌合部が設けられているた
め、液量が少ないときでも、遠心力によって液が嵌合部
に滞留しやすく、前記したダンパ効果を大きくすること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施形態に係るバルブ
タイミング制御装置１の正面側断面図、図２は、図１に
おけるＡ−Ａ線断面図、図３は、ロータのベーンとハウ
ジングのベーン室との当接面に設けられた嵌合部の拡大
断面図である。このバルブタイミング制御装置１は、バ
ルブ駆動方式としてＤＯＨＣを採用する車両用エンジン
に搭載される。

【００１２】図２に示されるように、バルブタイミング
制御装置１は、シリンダヘッド２に支持される吸気側カ
ムシャフト３の端部に設けられている。バルブタイミン
グ制御装置１は、側板５、ロータ６、ハウジング７、カ
バー８等から構成されている。

【００１３】側板５は、円板状に形成され、吸気側カム
シャフト３の端部に設けられたフランジ３ａに固着され
ている。側板５にはボス５ａが突出形成され、ボス５ａ
にはロータ６が固着されている。

【００１４】ロータ６は、図１に示すように、ボス５ａ
に外嵌する円柱状の軸部９を備え、軸部９の外周面に３
個のベーン１０を等角度間隔に備えている。各ベーン１
０は、外周側ほど拡開する扇状に形成されている。

【００１５】図２に示すように、側板５の外周面５ｂに
は、円筒状に形成されるハウジング７が摺動可能に外嵌
されている。ハウジング７は、ロータ６の軸部９を収容
可能な孔部１１を備え、孔部１１の外周側には各ベーン
１０をそれぞれ収容可能な３個のベーン室１２を備えて
いる。各ベーン室１２は、外周側ほど拡開する扇状に形
成されている。孔部１１には軸部９が摺動可能に嵌挿さ
れ、各ベーン室１２には各ベーン１０が軸部９の回動に
伴って回転方向に相対移動可能に収容されている。つま
り、各ベーン室１２の間に形成される隔壁部１３の内周
面は、それぞれ軸部９の外周面に摺接している。一方、
各ベーン１０の外周面は、それぞれのベーン１０が収容
される各ベーン室１２の内周面に摺接している。従っ
て、ロータ６とハウジング７とは、各ベーン１０がベー
ン室１２内を回転方向に相対移動可能な分の角度だけ互
いに相対回動可能になっている。

【００１６】図１において、ロータ６がハウジング７に
対して時計方向に相対回動したときには、各ベーン１０
の時計方向側の側面１０ａと各ベーン室１２の時計方向
側の壁面１２ａとが最終的に当接する。また、ロータ６
がハウジング７に対して反時計方向に相対回動したとき
には、各ベーン１０の反時計方向側の側面１０ｂと各ベ
ーン室１２の反時計方向側の壁面１２ｂとが最終的に当
接する。すなわち、本実施形態では、側面１０ａ，１０
ｂ及び壁面１２ａ，１２ｂが当接面となっている。

【００１７】ハウジング７の外周面７ａには外歯７ｂが
設けられ、外歯７ｂには図示しないクランクシャフトの
クランクプーリに駆動連結するタイミングチェーン４が
掛装されている。

【００１８】図２に示すように、ハウジング７の端面に
はハウジング７の各ベーン室１２を密封するカバー８が
固着されている。側板５、ロータ６、ハウジング７及び
カバー８は、各部材５，６，７及び８を貫通するボルト
１８にて吸気側カムシャフト３の端部に取着されてい
る。つまり、側板５及びロータ６に対して、ハウジング
７及びカバー８が相対回動可能に支持されている。

【００１９】図１に示すように、各ベーン室１２内に
は、各ベーン１０にて２つの油圧室１９，２０が区画形
成されている。すなわち、各ベーン室１２において、各
ベーン１０の反時計方向側には進角油圧室１９が形成さ
れ、各ベーン１０の時計方向側には遅角油圧室２０が形
成されている。

【００２０】ここで、各進角油圧室１９の容積が大きく
なり各遅角油圧室２０の容積が小さくなるとき、すなわ
ち各ベーン１０がそれぞれのベーン室１２内で遅角油圧
室２０側に移動すると、ハウジング７に対するロータ６
の相対回転位相が進角方向に調整される。反対に、各遅
角油圧室２０の容積が大きくなり各進角油圧室１９の容
積が小さくなるとき、すなわち、各ベーン１０がベーン
室１２内で進角油圧室１９側に移動すると、ハウジング
７に対するロータ６の相対回転位相が遅角方向に調整さ
れる。

【００２１】図２に示すように、吸気側カムシャフト３
が支持されるシリンダヘッド２の軸受部２ａには、進角
用油路２１及び遅角用油路２２が設けられている。各油
路２０，２１には、エンジン電子制御装置（ＥＣＵ）３
５にて制御されるオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
（方向制御弁）２３が接続されている。オイルポンプ３
６によりオイルパン３７からくみ上げられた作動油がＯ
ＣＶ２３により進角用油路２１に供給されるときには、
同時に遅角用油路２２から作動油がオイルパン３７へ排
出される。反対に、オイルポンプ３６によりオイルパン
３７からくみ上げられた作動油がＯＣＶ２３により遅角
用油路２２に供給されるときには、同時に進角用油路２
１から作動油がオイルパン３７へ排出される。ＥＣＵ３
５は、エンジンの運転状態に応じてＯＣＶ２３を制御す
る。

【００２２】進角用油路２１は、シリンダヘッド２側の
油溝２４を介して吸気側カムシャフト３の内部に形成さ
れる油路２５に連通している。油路２５は、吸気側カム
シャフト３の端部から側板５に形成される切欠２６を介
してボルト１８とボス５ａ及び軸部９との間に形成され
る環状の油通路２７に連通している。油通路２７は、軸
部９の先端面に形成された３個の油溝２８にて各進角油
圧室１９に連通している。

【００２３】一方、遅角用油路２２は、シリンダヘッド
２側の油溝２９を介して吸気側カムシャフト３の内部に
形成される油路３０に連通している。油路３０は、吸気
側カムシャフト３の端部から側板５に形成される油孔３
１を介して軸部９とボス５ａとの間に形成される環状の
油通路３２に連通している。油通路３２は、軸部９の基
端側に形成された３個の油溝３３にて各遅角油圧室２０
に連通している。

【００２４】従って、ＯＣＶ２３により、進角用油路２
１に作動油が供給され遅角用油路２２から作動油が排出
されると、各進角油圧室１９に作動油が供給されるとと
もに各遅角油圧室２０から作動油が排出される。する
と、ハウジング７に対するロータ６の相対回転位相が進
角方向に調整される。その結果、クランクシャフトに対
する吸気側カムシャフト３の相対回転位相が進角側に調
整される。反対に、遅角用油路２２に作動油が供給され
進角用油路２１から作動油が排出されると、各遅角油圧
室２０に作動油が供給されるとともに各進角油圧室１９
から作動油が排出される。すると、ハウジング７に対す
るロータ６の相対回転位相が遅角方向に調整される。そ
の結果、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフト
３の相対回転位相が遅角側に調整される。

【００２５】バルブタイミング制御装置１は、クランク
シャフトにより時計方向に回転駆動され、それに伴い吸
気側カムシャフト３を同方向に回転駆動する。そして、
吸気側カムシャフト３は、図示しない吸気カムを介して
吸気バルブを駆動する。

【００２６】ところで、前述したように、エンジン始動
時においては、各進角油圧室１９及び各遅角油圧室２０
に作動油が満たされていない状態で各ベーン１０が進角
方向に急激に動き、各ベーン１０の遅角油圧室２０側側
面１０ａが各ベーン室１２の遅角油圧室２０側壁面１２
ａに衝突する。

【００２７】一方、エンジン始動後、各進角油圧室１９
及び各遅角油圧室２０に作動油が充満した状態で、進角
側に制御されている吸気側カムシャフト３を最遅角側に
制御すべく各遅角油圧室２０に作動油が供給され各進角
油圧室１９から作動油が排出されると、各ベーン１０が
進角油圧室１９側に駆動されロータ６がハウジング７に
対して遅角方向に相対回動する。この動きが急激な場
合、各ベーン１０の進角油圧室１９側側面１０ｂが、各
ベーン室１２の進角油圧室１９側壁面１２ｂに衝突す
る。

【００２８】同様に、エンジン始動後、各進角油圧室１
９及び各遅角油圧室２０にそれぞれ作動油が充満した状
態で、遅角側に制御されている吸気側カムシャフト３を
最進角側に制御すべく各進角油圧室１９に作動油が供給
され各遅角油圧室２０から作動油が排出されると、各ベ
ーン１０が遅角油圧室２０側に駆動されロータ６がハウ
ジング７に対して進角方向に相対回動する。この動きが
急激な場合、各ベーン１０の遅角油圧室２０側側面１０
ａが、各ベーン室１２の遅角油圧室２０側壁面１２ａに
衝突する。

【００２９】以上のような衝突時の衝撃を緩和するため
に、本実施形態においては、以下のように、ダンパ効果
を奏する手段が設けられている。すなわち、ハウジング
７の各ベーン室１２にて当接面となる壁面１２ａ及び１
２ｂの最も外側の部分にそれぞれ油溜まり穴１４ａ及び
１４ｂが設けられている。一方、各ベーン１０において
当接面となる側面１０ａ及び１０ｂには、油溜まり穴１
４ａ及び１４ｂと微かなクリアランスをもって嵌合する
凸部１５ａ及び１５ｂがそれぞれ設けられている。

【００３０】ベーン１０がハウジング７と衝突するよう
な場合、例えば、各ベーン１０の進角油圧室１９側側面
１０ｂが各ベーン室１２の進角油圧室１９側壁面１２ｂ
に衝突する場合には、図３に示されるように、油溜まり
穴１４ｂに凸部１５ｂが進入し、中の油を圧縮しようと
する。その際、微かなクリアランス１６から油が逃げる
こととなり、ベーン１０とハウジング７との衝突速度が
緩和される。その結果、衝突による打音は発生しない。

【００３１】ここで、油溜まり穴１４ａと凸部１５ａと
で構成される嵌合部及び油溜まり穴１４ｂと凸部１５ｂ
とで構成される嵌合部を、ロータ６及びハウジング７の
回転軸から見て当接面の最も外側の部分に設けた理由
は、次のとおりである。 （１）油量が減少したときにも、装置の回転による遠心
力によって油が外側に集まり、油溜まり穴１４ａ，１４
ｂに油が導かれるので、油溜まり穴から油がなくなるこ
とがない。 （２）ベーン１０の回転角に対する、油溜まり穴１４
ａ，１４ｂへの凸部１５ａ，１５ｂの挿入ストロークを
大きくとることができ、衝突速度の緩和の効果が大き
い。 （３）また、逆に、ストロークに対する回転角が小さく
なるため、装置の応答性（すなわちハウジング７に対す
るロータ６の相対回転速度）へ与える悪影響が少ない。

【００３２】上記実施形態では、全ての進角油圧室１９
及び全ての遅角油圧室２０に対応して即ち全ての当接面
に対応して６つの嵌合部が設けられているため、バルブ
タイミング制御装置１がどのような角度にて停止されよ
うとも、いずれかの油溜まり穴１４ａ，１４ｂには油が
残ることとなり、このことは特に始動時に大きな効果が
ある。しかしながら、全ての当接面ではなく一部の当接
面に嵌合部を形成するだけでも一定の効果が得られる。

【００３３】また、上記実施形態では、ハウジング７を
クランクシャフトにて駆動し、ロータ６を吸気側カムシ
ャフト３に連結する構造としたが、反対に、ハウジング
７を吸気側カムシャフト３に連結し、ロータ６をクラン
クシャフトにて駆動する構造としてもよい。この構成に
おいても、上記実施形態と同様の効果を得ることができ
る。また、クランクシャフトによりハウジング７又はロ
ータ６を駆動する際、その駆動伝達手段としては、チェ
ーン、ベルト、又はギヤのいずれも採用可能である。

【００３４】また、上記実施形態は、各ベーン１０の両
側に油圧室１９，２０を形成するバルブタイミング制御
装置に本発明を適用したものであったが、各ベーン１０
の一方にのみ油圧室を形成し、他方に設けた圧縮コイル
ばね等の付勢手段と油圧室との均衡により、ロータ６を
ハウジング７に対して両方向に相対回動させるようにし
たバルブタイミング制御装置に適用してもよい。さら
に、ベーン１０及びベーン室１２の形状は、扇状に限ら
れず、例えば、ベーン室１２のみを扇状とし、ベーン１
０を板状としてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内周面に凹部を有する第１の回転体と、少なくとも一方
を液圧室とする２つの室に前記凹部を区画するベーンを
有する第２の回転体とを同軸に設け、液圧室に供給する
液圧を制御することにより、第１の回転体と第２の回転
体とを相対回転せしめ、一方の回転体を駆動するクラン
クシャフトの回転位相に対し、他方の回転体に連動する
カムシャフトの回転位相をずらす構造のベーン式バルブ
タイミング制御装置において、液圧室の液量低下時に第
１の回転体と第２の回転体とがカムシャフトのトルク変
動によって激しく衝突して打音が発生するという事態を
簡単な構造で防止することが可能となる。また、かかる
衝突時の衝撃の緩和は、装置の破損を未然に防止すると
いう点でも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用バルブタ
イミング制御装置の正面側断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】ロータのベーンとハウジングのベーン室との当
接面に設けられた嵌合部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…バルブタイミング制御装置 ２…シリンダヘッド ２ａ…軸受部 ３…吸気側カムシャフト ３ａ…フランジ ４…タイミングチェーン ５…側板 ５ａ…ボス ５ｂ…外周面 ６…ロータ（第２の回転体） ７…ハウジング（第１の回転体） ７ａ…外周面 ７ｂ…外歯 ８…カバー ９…軸部 １０…ベーン １０ａ…時計方向側の側面 １０ｂ…反時計方向側の側面 １１…孔部 １２…ベーン室 １２ａ…時計方向側の壁面 １２ｂ…反時計方向側の壁面 １３…隔壁部 １４ａ，１４ｂ…油溜まり穴（嵌合部） １５ａ，１５ｂ…凸部（嵌合部） １６…クリアランス １８…ボルト １９…進角油圧室 ２０…遅角油圧室 ２１…進角用油路 ２２…遅角用油路 ２３…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）（方向制御
弁）（制御手段） ２４…油溝 ２５…油路 ２６…切欠 ２７…油通路 ２８…油溝 ２９…油溝 ３０…油路 ３１…油孔 ３２…油通路 ３３…油溝 ３５…エンジン電子制御装置（ＥＣＵ）（制御手段） ３６…オイルポンプ ３７…オイルパン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に少なくとも１つの凹部を有する
   とともに、回転軸を中心に回転可能に設けられた第１の
   回転体と、 少なくとも一方を液圧室とする２つの室に前記凹部を区
   画する少なくとも１つのベーンを有するとともに、前記
   回転軸と同軸に回転可能に設けられた第２の回転体と、 前記第１の回転体又は前記第２の回転体の一方を回転せ
   しめるクランクシャフトと、 前記第１の回転体又は前記第２の回転体の他方と連動し
   て回転しバルブを駆動するカムシャフトと、 機関運転状態に応じて、前記液圧室に供給される液量を
   制御することにより、前記回転軸回りに前記第１の回転
   体と前記第２の回転体とを相対回転せしめる制御手段
   と、 を具備する、内燃機関のバルブタイミング制御装置にお
   いて、 前記液圧室の壁面を構成し前記相対回転にて相互に他方
   に当接可能な前記第１の回転体の当接面と前記第２の回
   転体の当接面とに所定クリアランスをもって嵌合可能な
   嵌合部を設けたことを特徴とする、内燃機関のバルブタ
   イミング制御装置。
2. 【請求項２】 前記嵌合部は前記当接面において前記回
   転軸より最も外側の部分に設けられていることを特徴と
   する、請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制
   御装置。