JPH11210420A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カム位相可変装置におけるエンジン停止中の
カム位相ずれを防止してエンジン始動時の失火発生を防
止するロック機構をスプリングを用いずに構成して、装
置の小型軽量化、回転慣性の低減、圧油供給経路の簡易
化および組立性向上を図る。 【解決手段】 ベーン（４４）がハウジング（３０）内
で最遅角位置まで回転したとき遅角側油室からの圧油が
油通路（４４ｄ）を介してロックピン（７０）の基端部
に作用してロックピンがロック穴（２２ｂ）に嵌入す
る。進角側油室から圧油が油通路（４４ｃ）を介してロ
ックピン先端部に作用すると、ロックピンがロック穴か
ら離脱してロックが解除される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のクラン
ク軸と同期回転可能な回転伝達部材に対するカムシャフ
トの回転位相を油圧により可変調整する可変動弁機構に
関し、特に、遅角側油室への圧油供給によりベーン部材
が最遅角位置まで回動されたときにベーン部材をほぼ最
遅角位置にロックし、その後の進角側油室への圧油供給
によりロックを解除するベーン式カム位相可変装置に関
する。

【０００２】

【関連する背景技術】吸気側カムシャフトにカム位相可
変装置を搭載したＤＯＨＣエンジンが実用化されてい
る。カム位相可変装置は、エンジンの吸気弁と排気弁と
の双方が開いているバルブオーバラップ期間を可変調整
して、エンジン始動性や中高速域でのエンジン出力向上
を図るもので、クランク軸に駆動的に連結されたカムス
プロケットとカムシャフトとの間に介在して両要素を相
対回転可能とすると共に所望の相対回転位置を維持する
ようになっている。

【０００３】カム位相可変装置には油圧ベーン式のもの
があり、この油圧ベーン式装置は、カムスプロケットと
一体回転可能な収容部材と、この収容部材内に収容され
たベーンを具備すると共にカムシャフトと一体回転可能
なベーン部材とを有し、ベーンと収容部材との間に形成
された油室に対して圧油を給排することによりカム位相
を変化させるようになっている。油圧ベーン式カム位相
可変装置には、比較的廉価に製造可能であるという利点
がある一方で、以下に述べるようにエンジン始動時にカ
ム位相が変動するという欠点がある。

【０００４】カム位相可変装置はカムシャフト端部に配
され、その油室はエンジン上部に位置している。このた
め、エンジンの運転停止に伴って油ポンプの運転が停止
して油ポンプからカム位相可変装置の油室への圧油供給
が停止すると、油室内の圧油がシリンダヘッド内へ抜け
ていき、圧油を介するベーンと収容部材との結合が解除
され、ベーンは収容部材内で自由に回転可能になる。

【０００５】この様な状態でエンジンが始動された場
合、例えば、カムの開弁期間の開弁から最大リフトまで
の期間はベーンが収容部材により押されてカムシャフト
が回転し、開弁時期が遅角側となる。しかし、最大リフ
トから閉弁までの期間はバルブスプリングによる回転ト
ルクによりカムシャフトが回転し、収容部材よりもベー
ンが速く回転するので、閉弁時期は進角側となる。

【０００６】このため、圧油による拘束のないベーンが
収容部材内で移動すると、カム位相が変動する。その一
方で、点火時期はエンジン始動に適した固定値に設定さ
れているため、カム位相が変動すると点火時期が不適切
なものになり、失火が発生し易くなり、未燃焼ガスの排
出を伴い、排気ガス浄化の観点から好ましくない。エン
ジン停止後の油室からの油抜け対策として、特開平８−
１２１１２３号公報には、油圧供給手段と遅角油圧室と
を接続する油路および油圧供給手段と進角油圧室とを接
続する油路のそれぞれにパイロット逆止弁を設けたバル
ブタイミング調整装置が提案されている。この装置は、
エンジン停止中の油抜けに有用であるが、エンジン運転
が特定条件下で停止された場合にカム位相ずれが生じる
ことがある。例えばカムによる吸気弁の開弁期間内の最
大リフトから閉弁までの期間でエンジン運転が停止され
ると、バルブスプリングによるカム回転を促進する駆動
トルクがカムシャフトを介してベーン側に作用するの
で、ベーンと回転伝達部材との間の僅かなクリアランス
を介して遅角油圧室内の油を進角油圧室へ移動させつ
つ、ベーンが進角方向へ回動する。その一方で、装置の
回転伝達部材側はエンジンのクランク系でのフリクショ
ン作用により直ちに回転停止する。この結果、カム位相
が進角側へずれて、次回のエンジン始動時に失火が発生
することがある。

【０００７】そこで、駆動トルクによるカム位相ずれを
防止するロック機構を設けたバルブタイミング調整装置
が特開平９−６０５０８号公報に提案されている。この
提案装置のロック機構は、ベーンロータのベーンに形成
した収容孔に収容される大径部とハウジング部材のフロ
ントプレートに形成したストッパ穴に嵌合する小径部と
からなるストッパピストンと、収容孔に組み込まれピス
トンをフロントプレート側へ付勢するスプリングと、収
容孔内でピストン小径部とベーン内壁との間に介在する
ガイドリングとを有している。ガイドリングとピストン
大径部との間においてベーンロータには遅角油圧室に連
通する油圧室が形成され、また、ストッパ穴とピストン
小径部との間においてフロントプレートには進角油圧室
に連通する油圧室が形成されている。このロック機構
は、上記２つの油圧室への圧油供給がなくかつベーンが
最遅角位置にあるときにスプリングの付勢力によりピス
トンをストッパ穴に嵌合させてベーンロータをロックす
る一方、上記油圧室のいずれかに圧油が供給されたとき
にピストンをストッパ穴から離脱させてロックを解除す
るようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のロック機構は、
カムの駆動トルクによる位相ずれを防止可能であるが、
ロック用のスプリングに加えて、ロック解除用の２つの
油圧室、両油圧室への２系統の圧油供給系および両油圧
室を区分するガイドリングを設ける必要がある。そし
て、ベーン内部へのガイドリング及びスプリングの配設
に伴い、ベーンの厚さ方向長さが長くなると共に、大径
の収容孔などが形成されるベーンの機械強度を増強する
べくベーンを鉄系材料で構成する必要が生じる。この結
果、装置寸法が大きくなるばかりか、ベーンロータの回
転慣性が大きくなってクランク軸の回転力をハウジング
部材に伝達する回転伝達要素への負担が大きくなる。そ
して、この回転伝達要素をベルトにより構成すると共に
収容孔内でのストッパピストンの移動を円滑にするべく
背圧抜き穴を設ける場合には、背圧抜き穴からの油分に
よるベルト劣化を防止するために背圧抜き穴をシリンダ
ヘッド内へ連通させることが望ましいが、背圧抜き穴と
圧油供給系とが輻輳してレイアウトが困難になる。更
に、ロック用スプリングを用いると、装置の組立てに際
してスプリングの付勢力に抗してストッパピストンを押
し込めなければならず、組立作業性が悪くなる。

【０００９】本発明の目的は、エンジン停止中の油抜け
によるカム位相ずれを防止してエンジン始動時の失火発
生を防止するロック機構をスプリングを用いずに構成し
て、装置の小型軽量化および回転慣性の低減ならびに圧
油供給経路の簡易化を図ると共に組立性に優れた可変動
弁機構を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の可変動弁機構
は、内燃機関のクランク軸から回転力が伝達される回転
伝達部材と一体回転可能な収容部材と、この収容部材内
に配されたベーン部を有すると共にカムシャフトと一体
回転可能かつ収容部材に対して相対回転可能なベーン部
材と、油圧供給手段からベーン部と収容部材との間の遅
角側油室への圧油供給によりベーン部材が所定遅角位置
まで回転したときに可動体をロック穴に嵌入させる一
方、ベーン部と収容部材との間の進角側油室への油圧供
給により可動体をロック穴から離脱させるロック機構と
を備えることを特徴とする。

【００１１】上記構成の可変動弁機構では、遅角側油室
への圧油供給によりベーン部が収容部材内で回転しベー
ン部材が収容部材に対して相対回転すると共に、孔の一
端部ひいては可動体たとえばロックピンの一端部に圧油
が供給されて可動体がロック穴側へ付勢される。従っ
て、ベーン部材が所定遅角位置たとえばバルブオーバラ
ップ量が最小になる最遅角位置まで回転して可動体がロ
ック穴に整合すると、可動体がロック穴に嵌入してベー
ン部材が所定遅角位置にロックされる。一方、進角側油
室への圧油供給に伴って孔の他端部ひいては可動体の他
端部に圧油が供給されて可動体が反ロック穴側へ付勢さ
れると、可動体がロック穴から離脱してロックが解除さ
れる。この様に、本発明の可変動弁機構では、ロックピ
ンやストッパピストンなどの可動体をロック穴側へ付勢
するスプリングなどの付勢手段、ならびに、ロック解除
用の複数系統の圧油供給系を用いずに、ベーン部材のロ
ック及びロック解除が行われる。

【００１２】そして、ロック状態で内燃機関の運転が停
止された場合、内燃機関の運転停止中に遅角側油室およ
び進角側油室からの油抜けが生じたとしても、ロック状
態は維持されてカム位相ずれを来すことはない。従っ
て、次回の内燃機関の始動時にあってもこのロック状態
は維持されており、始動時の失火発生が防止される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
可変動弁機構としてのベーン式カム位相可変装置を説明
する。本実施形態のカム位相可変装置は、ＤＯＨＣエン
ジンの吸気側カムシャフトに付設されて排気弁に対する
吸気弁のオーバラップ量を可変制御するもので、以下の
説明では吸気弁側の構成を主に説明する。但し、本装置
は、エンジンの排気側または吸排気側の双方に配設可能
である。

【００１４】図１において、ＤＯＨＣエンジンのシリン
ダヘッドとその上方に配されたカムキャッププレート２
（二点鎖線で模式的に示す）との接合部位には、吸気側
のカムシャフト１０を回転自在に支持するカムジャーナ
ル１５が設けられている。カムシャフト１０には、ロッ
カアームを介して吸気弁に当接するカム４が形成され、
カムシャフト１０の回転につれて吸気弁が開閉するよう
になっている。

【００１５】エンジンのクランク軸（図示略）は、ベル
トやチェーンなどの回転力伝達要素（図示略）を介して
吸気側のカムプーリやカムスプロケット（回転伝達部材
２０）に連結されている。本実施形態の回転力伝達要素
は、軽量化及びコスト低減を図るため例えば合成樹脂製
の歯付きベルトにより構成され、回転伝達部材２０はカ
ムプーリで構成されている。カムプーリ２０は、円板状
の主体部２２と、歯付きベルトと噛み合う歯付きフラン
ジ２４と、カムシャフト１０の端部に外嵌されたボス部
２６とを有している。即ち、カムプーリ２０は、カムシ
ャフト１０と同軸に配されると共にカムシャフト１０に
より回転可能に支持され、歯付きベルトを介して伝達さ
れるクランク軸の回転力を受けて回転するようになって
いる。

【００１６】本実施形態のカム位相可変装置は、後で詳
述するように装置各部の回転慣性、重量及び外形寸法の
低減ならびに装置の回転バランスの向上をも企図してい
る。これに関連して、カムプーリ主体部２２の外周側に
は、カムプーリ２０の回転慣性及び重量の低減のため、
例えば４つの溝孔２２ａ（図２）が形成されている。図
２中、参照符号２０ａは、クランク軸に対するカムシャ
フト１０の回転位相の位置決めに供されるマークを示
す。

【００１７】カムプーリ２０のボス部２６及びカムジャ
ーナル１５の対向周面間には、エンジン外部への油漏れ
を防止するリング状のオイルシール１７が配されてい
る。カムシャフト１０回りの潤滑などに用いられた油
は、カムジャーナル１５に形成された油路１５ｃを介し
てエンジン内部に戻される。カム位相可変装置は、例え
ば４本のボルト２３（図４）によりカムプーリ主体部２
２の外方端面に固定されてカムプーリ２０と一体回転可
能なベーンハウジング（収容部材）３０と、ボルト１４
によりカムシャフト１０の端面に固定されてカムシャフ
ト１０と一体に回転可能なベーンロータ（ベーン部材）
４０とを有し、両要素３０、４０はカムシャフト１０お
よびカムプーリ２０と同軸に配されている。ベーンハウ
ジング３０およびベーンロータ４０は、例えばアルミニ
ウムなどを基材とする軽合金からなる素材を押し出し成
形したもので、重量及び回転慣性の低減が図られてい
る。この様に回転慣性が小さいカム位相可変装置にあっ
ては、クランク軸とカムプーリ２０とを連結する回転力
伝達要素に加わる負荷が小さくなり、従って、この回転
力伝達要素を上記のようなベルトで構成可能になる。な
お、以下において、カム位相可変装置での要素配列や回
転バランス等に関連して、要素１０，２０，３０及び４
０を一括してカム駆動系と称することがある。

【００１８】ベーンロータ４０は、これを収容するベー
ンハウジング３０との間に供給される圧油を介してベー
ンハウジング３０と駆動的に連結された状態でハウジン
グ３０と一体に回転するようにされている。クランク軸
の回転力は、カムプーリ２０、ベーンハウジング３０お
よびベーンロータ４０を介してカムシャフト１０へ伝達
される。

【００１９】カムプーリ２０は、カムシャフト１０に嵌
合する上記のボス部２６を有し、カムシャフト１０に対
して相対回転可能になっている。また、ベーンロータ４
０は、ハウジング３０内で該ハウジングに対して例えば
約３０度の所定角度範囲内で回動可能になっている。そ
して、ベーンロータ４０が回動すると、カムプーリ２０
に対するカムシャフト１０の回転位相が変化して、吸気
弁と排気弁とのバルブオーバラップ量が変化することに
なる。本実施形態では、ベーンロータ４０が図７に示す
最遅角側の回動位置をとったときにバルブオーバラップ
量を略ゼロにしてエンジンの始動性向上を図る一方、エ
ンジン回転の上昇につれてバルブオーバラップ量を増大
させて吸気効率向上を図るようにしている。

【００２０】詳しくは、ベーンロータ４０は、円筒状の
主体部４２と、ロータ主体部４２の周面に等角度間隔で
設けられた例えば４つのベーン４４とを有している（図
２）。ロータ主体部４２のカムシャフト側の端面にはピ
ン穴４２ｂが形成され、このピン穴４２ｂに整合してカ
ムシャフト１０の対向端面にピン孔が形成されている。
そして、両ピン穴に配されるピン８により、カムシャフ
ト１０に対するベーンロータ４０の取付位置を位置決め
するようにしている。

【００２１】ベーン４４は、ベーンロータ主体部４２か
ら半径方向外方へ延びている。各ベーン４４は、縦断面
でみて先細形状（本実施形態では略台形状）に形成さ
れ、これにより、半径方向外方部位でのベーン４４の重
量が低減され、従って、ベーン４４の回転慣性が大幅に
低減される。また、各ベーン４４は、ベーンロータ回転
中心を通るベーン長手方向軸線に関して対称な断面形状
を有している。この様な先細形状のベーン４４を周方向
に等間隔に設けたベーンロータ４０は、回転慣性が小さ
く、しかも、ベーンロータ回転中心ひいてはカム駆動系
１０、２０、３０及び４０の回転軸線まわりの回転バラ
ンスに富み、回転振動が抑制される。

【００２２】ベーンハウジング３０は、ハウジング本体
３２とハウジング端壁３４とを有している。ハウジング
本体３２はベーン数と同数（例えば４つ）の周壁部３２
ａを有し、各ハウジング周壁部３２ａの両縁から一対の
隔壁３２ｂ、３２ｃが互いに平行にベーンロータ半径方
向内方へ延びている。また、隔壁３２ｂの内面は、ベー
ンロータ回転中心を通りかつ隔壁３２ｂと直交する仮想
平面に関してこの隔壁３２ｂと対称に配される隔壁３２
ｃの内面と面一をなしている。隔壁３２ｂの内方端部
は、この隔壁３２ｂとベーンロータ周方向に隣る隔壁３
２ｃの内方端部に結合されている（以下、相隣る隔壁の
結合部を隔壁結合部３２ｄと称する）。ハウジング３０
において、隔壁結合部３２ｄの内周面は縦断面円弧状に
形成されてベーンロータ主体部４２の外周面に摺接して
おり、ベーンロータ４０を回転自在に支持している。隔
壁結合部３２ｄには、ボルト２３が挿通するボルト孔２
３ａが形成されている。

【００２３】上述のようにベーン４４が先細形状である
ので、カム位相可変範囲を所要のものにしつつ、ハウジ
ング周壁部３２ａの周方向長さを短くすることができ
る。このため、ハウジング３０の回転慣性を低減するべ
く、隔壁結合部３２ｄ回りでハウジング３０の半径方向
外方部分を除肉可能になる。すなわち、除肉された隔壁
結合部３２ｄの外面は、ハウジング周壁部３２ａよりも
半径方向内方に位置して例えばカムプーリ２２の溝孔２
２ａ画成面に沿って延びている。

【００２４】ベーンハウジング３０の各対の隔壁３２
ｂ、３２ｃは、ハウジング端壁３４及びカムプーリ主体
部２２と協働してベーン４４を収容するベーン収容室を
画成している。換言すれば、本実施形態のカムプーリ主
体部２２は、ハウジング要素３２及び３４と共に収容部
材を構成している。ベーン４４の先端周面とハウジング
周壁部３２ａの内周面との間にはシール４９が配され、
このシール４９とベーン４４とにより、ベーン収容室は
進角側油室４７と遅角側油室４８との２つに区分されて
いる。即ち、ベーンハウジング３０とベーンロータ４０
との間には各ベーン４４を挟んで４対の油室４７，４８
が画成されている。そして、両油室４７、４８の所要の
一方に圧油を供給することにより、ハウジング３０内で
ベーンロータ４０を回動させるようにしている。

【００２５】本実施形態では、後述のように、エンジン
に通常装備される油ポンプを圧油供給源として利用して
いる。この様な場合、油圧増大によるベーンロータ回転
力の増大には制約がある。そこで、本実施形態では、ベ
ーン数を例えば４つと比較的多くしてベーン全体の合計
受圧面を広くし、圧油の給排に伴って発生するベーンロ
ータ回転力を大きなものにしている。

【００２６】本実施形態によるベーンハウジング３０及
びベーンロータ４０は、上記のように押し出し成形によ
り得られるもので、両要素３０、４０の対向面などは必
要に応じてブローチ盤などを用いて切削加工される。上
記のように一対の隔壁３２ｂ、３２ｃを互いに平行に設
けると共にそれぞれの内面がベーンロータ直径方向に対
向する一対の隔壁３２ｃ、３２ｂの内面と同一平面上に
配されるように設けることにより、ブローチ加工が容易
になると共に加工精度が向上し、また、加工面の検査が
容易になる。例えば、図１３に二点鎖線で模式的に示す
検査治具８１を用いてベーンロータ直径方向に対向する
２対の隔壁の加工面の検査を一度に行え、別の検査治具
８２を用いて２つの隔壁の加工面を一度に検査できる。

【００２７】次に、油室４７、４８に対する圧油の給排
について説明する。図１に示すように、カムジャーナル
１５には、カムシャフト１０の長手方向軸線に略直交し
てそれぞれ延びる第１及び第２油路１５ａ、１５ｂが形
成されている。油路１５ａ、１５ｂの外方端は、オイル
コントロールバルブ（ＯＣＶ）５０の第１及び第２出口
ポート５１、５２にそれぞれ連通している。ＯＣＶ５０
の第１入口ポート５３は、油タンク６０から汲み上げた
油を加圧する油ポンプ６２の吐出側に連通する油供給パ
イプ６３に接続され、第２入口ポート５４はリターンパ
イプ６４に接続されている。後述のように第１油路１５
ａは遅角側油室４７に連通しており、ＯＣＶ５０が図１
に示す切換位置（遅角位置）５０ａをとって第１入口ポ
ート５３と第１出口ポート５１とが連通すると共に第２
入口ポート５４と第２出口ポート５２とが連通したと
き、油ポンプ６２からの圧油が遅角側油室４８に供給さ
れるようになっている。一方、ＯＣＶ５０が別の切換位
置（進角位置）５０ｂをとって第１入口ポート５３と第
２出口ポート５２とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第１出口ポート５１とが連通したとき、進角側油室
４７への圧油供給が行われる。そして、ＯＣＶ５０を例
えば電子制御ユニット（図示略）によりエンジン回転数
に応じてデューティ制御して油室４７，４８に対する圧
油の給排を制御し、カムシャフト１０に対するカムプー
リ２０の回転位相を可変制御するようにしている。ま
た、ＯＣＶ５０が中立位置５０ｃをとって入口ポート５
３、５４と出口ポート５１、５２との連通が遮断される
と、回転位相が維持されることになる。即ち、ＯＣＶ
は、油ポンプ６２等と共にベーンロータ４０を必要に応
じて油圧により遅角側または進角側へ回転させる油圧供
給手段を構成している。

【００２８】カムジャーナル１５に形成され圧油給排経
路の一部を構成する第１及び第２油路１５ａ、１５ｂの
内方端は、カムシャフト１０の周面に形成された第１及
び第２環状溝１１ａ、１１ｂにそれぞれ開口している。
カムシャフト１０には、第１環状溝１１ａからカムシャ
フト軸線の手前までそれぞれ延びる第１半径方向孔１２
ａと、第２環状溝１１ｂからカムシャフト軸線まで延び
る第２半径方向孔１２ｂとがカムシャフト半径方向に形
成されている。第１半径方向孔１２ａはベーン数と同数
設けられている。カムシャフト１０が如何なる回転位置
をとったときにも、孔１２ａは第１環状溝１１ａに連通
し、孔１２ｂは第２環状溝１１ｂに連通している。ま
た、カムシャフト１０には、孔１２ａ、１２ｂの内方端
からカムシャフト端面までそれぞれ延びる第１及び第２
長手方向孔１３ａ、１３ｂがカムシャフト軸線方向に形
成されている。第２長手方向孔１３ｂはカムシャフト軸
線上に一つ設けられ、第１長手方向孔１３ａはカムシャ
フト軸線から偏倚した半径方向位置においてベーン数と
同数設けられている。

【００２９】第２長手方向孔１３ｂは段付き孔であっ
て、第２半径方向孔１２ｂに連通する小径部と、六角穴
付きの中空ボルト１４が螺着される大径部とを有してい
る。中空ボルト１４は、ベーンロータ主体部４２にこれ
と同軸に形成された段付き貫通孔４２ａ内に配され、中
空ボルト１４の頭部は、段付き貫通孔４２ａの大径部に
収容されている。中空ボルト１４の中空部１４ａは、ベ
ーンロータ主体部４２の内周面（段付き貫通孔４２ａ形
成面）と、ハウジング端壁３４の中央部のネジ孔３５に
螺着された六角穴付きボルト３６の内方端面と、中空ボ
ルト１４の頭部外面とにより画成される断面Ｕ字状の油
路４１に連通している。

【００３０】油室４７，４８への圧油給排経路に関連し
て、ベーンロータ４０において、ロータ主体部４２に
は、カムシャフト１０の４つの第１長手方向孔１３ａに
整合して４つの短い第１長手方向孔４５ａがベーンロー
タ軸線方向に形成され、また、それぞれの孔４５ａから
ベーンロータ半径方向外方に延びる４つの第１半径方向
孔４６ａが形成されている。孔４６ａの外方端は、ベー
ン４４の根元付近でロータ主体部４２の外周面に開口し
て遅角側油室４８に連通している。また、第１半径方向
孔４６ａに関して反カムシャフト側に偏倚したベーンロ
ータ厚さ方向位置において、ベーンロータ主体部４２に
は第２半径方向孔４６ｂがベーンロータ半径方向に形成
されている。孔４６ｂは、その内方端がロータ主体部４
２の段付き貫通孔４２ａの大径部に開口し、その外方端
がベーン４４の根元付近においてロータ主体部４２の外
周面に開口して進角側油室４７に連通している。

【００３１】上記の環状溝、半径方向孔および長手方向
孔は、油路１５ａまたは１５ｂと油室４８または４７と
を連通させる油路を構成している。図２から明らかなよ
うに、４つの第１半径方向孔４６ａのうちベーンロータ
直径方向に対向するもの同士は、同一直線上に延びてい
る。即ち、一対の孔４６ａはベーンロータ回転中心を通
る一つの直線上に設けられ、別の一対の孔４６ａはベー
ンロータ回転中心を通り上記の直線に直交する別の直線
上に設けられている。この様な孔配列によれば、同一直
線上に配列すべき一対の孔４６ａを一回の孔加工で同時
に形成して加工コスト低減を図れる。また、各対の孔４
６ａが、ベーンロータ４０の回転中心（カム駆動系の回
転軸線）に関して対称に配されているので、４つの孔４
６ａをベーンロータ４０に形成したことにより、ベーン
ロータ回転中心に対するベーンロータ４０の回転バラン
ス（カム駆動系の回転バランス）が損なわれることがな
い。

【００３２】カム位相可変装置は、吸気弁と排気弁との
オーバラップ量を最小値（たとえばゼロ）にするべくベ
ーン４４を最遅角側回転位置にロックするためのロック
機構を有している。図２及び図３に示すように、本実施
形態のロック機構は、ベーン数と同数（例えば４つ）の
ロックピン（可動体）７０を有している。各ロックピン
７０は、ベーン厚さ方向に各ベーン４４を貫通して形成
されたロックピン孔４４ａ内に移動自在に配されてい
る。

【００３３】ロックピン７０は、図５に示されるよう
に、進角側油室４７への圧油供給によりカムプーリ主体
部２２側（ロック解除方向）へ移動する一方、遅角側油
室４８への圧油供給によりハウジング端壁３４側（ロッ
ク方向）へ移動するようにされている。そして、ロック
ピン７０が最遅角側回転位置付近まで移動したとき、ロ
ックピン７０のカムプーリ主体部側の先端部７０ａが、
カムプーリ主体部２２の対向端面に形成されたロック穴
２２ｂに嵌入してロックピン７０がロックされるように
なっている。

【００３４】このロック状態では、ベーンハウジング３
０からベーンロータ４０に加えられる回転トルクは４つ
のロックピン７０で分担される。このときにロックピン
７０に加わる剪断力に耐えるように、ロックピン７０は
例えば鉄系材料で構成されている。この場合、カム位相
可変装置単体でロックピン７０をロックピン孔４４ａ内
で移動させる必要が生じた際に磁石を用いてこれを行え
る。

【００３５】このロック機構は、ロックピン７０をロッ
ク穴２２ｂ側へ付勢する上で、遅角側油室４８へ圧油を
供給する以外には、特別な付勢手段たとえばスプリング
を用いていない。この様にロックピン付勢用スプリング
が不要なので、ロックピン７０にスプリング収容空間を
形成する必要がなく、その分だけロックピン長さを短く
でき、従って、ロックピン孔４４ａが形成されるベーン
４４（ベーンロータ４０）の厚さを薄くできる。このた
め、ベーンロータ４０の重量ならびに回転慣性を低減で
き、カム位相可変装置全体の外形寸法を小さくできる。
また、カム位相可変装置の組立時のスプリング組み込み
が不要なので、装置の組立てが簡単になる。更に、スプ
リングの圧縮動作を円滑にするべくスプリングに加わる
背圧を除去するための呼吸孔（油路）を設ける必要がな
く、ベーン４４を簡便に製作可能になる。また、呼吸孔
から油分が排出されないので、油分による劣化を来すお
それのあるベルトを回転力伝達要素として使用可能にな
る。

【００３６】進角側油室４７からロックピン７０への圧
油印加のため、各ベーン４４のカムプーリ主体部２２側
の端面には第１油通路４４ｃが形成されている。第１油
通路４４ｃは、ベーンロータ厚さ方向断面（図３）でみ
てロックピン孔４４ａからベーンロータ半径方向外方へ
延び、また、ベーンロータ横断面（図２）でみてロック
ピン孔４４ａからベーン長手方向軸線に対して斜め外方
に延びて進角側油室４７に開口している。進角側油室４
７からのロック解除用の圧油は、第１油通路４４ｃを介
してロックピン７０のカムプーリ主体部２２側の先端部
７０ａの受圧面（詳細な図示は省略）に加えられ、ロッ
クピン７０をロックピン長手方向軸線に沿ってロック解
除方向へ移動させるように作用する。

【００３７】遅角室側油室４８からロックピン７０への
圧油印加のため、各ベーン４４のハウジング端壁３４側
の端面には第２油通路４４ｄが形成されている。第２油
通路４４ｄは、ベーンロータ厚さ方向断面（図３）でみ
てロックピン孔４４ａからベーンロータ半径方向外方へ
延び、また、ベーンロータ横断面（図２）でみてロック
ピン孔４４ａからベーン長手方向軸線に対して斜め外方
へかつ第１油通路４４ｃと反対方向に延びて遅角側油室
４８に開口している。遅角側油室４８からのロック用の
圧油は、第２油通路４４ｄを介してロックピン７０のハ
ウジング端壁３４側の基端部７０ｂの受圧面（詳細な図
示は省略）に加えられ、ロックピン７０をロックピン長
手方向軸線に沿ってロック方向へ移動させるように作用
する。ロックピン７０がロック穴２２ｂに整合したベー
ン回動位置にあれば（図７）、遅角側油室４８から供給
される圧油を受けて、ロックピン７０の先端部７０ａが
ロック穴２２ｂに嵌入することになる（図６及び図
７）。

【００３８】上述のようにロックピン孔４４ａおよび油
通路４４ｃ、４４ｄはベーン厚さ方向すなわちカムシャ
フト軸線方向に延びている。従って、ベーンロータ４０
をカム軸方向に型抜きする場合、これらの要素４４ａ、
４４ｃ、４４ｄを同時に形成可能であり、必要に応じて
仕上げ加工を行うことになる。上記の４つのロックピン
孔４４ａは、ベーンロータ回転中心に関して同一円周上
に等角度間隔で設けられ、しかも、ベーン長手方向軸線
上に設けられている。換言すれば、４つのロックピン孔
４４ａのうちベーンロータ直径方向に対向するもの同士
は、ベーンロータ回転中心に関して対称に配されてい
る。従って、ロックピン孔４４ａに収容されるロックピ
ン７０もベーンロータ回転中心に関して対称に配されて
いる。上記のロック穴２２ｂ、油通路４４ｃ及び４４ｄ
に関しても、ベーンロータ直径方向に対向するもの同士
はベーンロータ回転中心に関して対称に配されている。

【００３９】上述のように、ロック機構の各種要素を好
ましくは油路を含めてロータベーン回転中心に関して対
称に設けることにより、または、複数の同一要素を少な
くともロータベーン回転中心に関して同一円周上にかつ
互いに等角度間隔で設けることにより、ロック機構の配
設に伴うベーンロータ回転中心（カム駆動系の回転軸
線）に関するベーンロータ４０の回転バランス悪化を回
避することができる。

【００４０】上記のロック機構配列において、ベーンロ
ータ直径方向に互いに対向するロック機構の一方は、他
方のロック機構のバランス取り手段として機能すると考
えることもできる。すなわち、一つのベーンにロック機
構を配設するとベーンロータ４０の回転バランスはその
分悪化するのであるが、このベーンとベーンロータ直径
方向に対向する別のベーンに同一構成のロック機構を設
けることによりその様な回転バランスの悪化が補償され
る。換言すれば、ベーン全てにロック機構を設けない場
合にあっては、ロック機構を設けたベーンとベーンロー
タ直径方向に対向して配されるベーンに、回転バランス
上でロック機構と等価の作用を奏する回転バランス手段
を設けることにより、ロック機構の配設に伴う回転バラ
ンス悪化を補償できる。より広義には、或るベーンにロ
ック機構を設けたことによる回転バランスの悪化を、そ
れ以外の一つまたは２つ以上のベーンに回転バランス手
段を設けることにより補償可能である。例えば、３枚ベ
ーンの一つにロック機構を設けた場合、残りの２つのベ
ーンにバランス手段を形成する。回転バランス手段は、
ロック機構形成部位に対応する部位におけるベーンの除
肉やベーンへの追加ウエイトの付与により実現可能であ
る。

【００４１】上記のように、本実施形態のロック機構
は、ベーン４４が最遅角側回転位置をとったときにロッ
ク動作するように設けられている。但し、実際には、ロ
ック穴２２ｂは、その長手方向軸線がベーン４４の最遅
角側回動位置よりも僅かに進角側へ偏倚した位置に合致
するように形成されている（図１１）。その一方で、遅
角側油室４８への油圧供給により、ベーン４４が最遅角
側回動位置（図１１）またはその手前の位置（図１２）
まで回動した場合にも、最遅角位置の少し手前に設けら
れたロック穴２２ｂにロックピン先端部７０ａが円滑に
嵌入するように、ロックピン先端部７０ａの周面には先
細のテーパが付けられ、ロック穴２２ｂの周面にもロッ
ク穴底面側に行くほど先細になるテーパが付けられてい
る。

【００４２】ロック穴２２ｂの形成位置ならびにロック
ピン先端部７０ａ及びロック穴２２ｂの形状を上述のよ
うに設定することにより、ロック機構のロック動作時に
は、ロックピン７０およびロック穴２２ｂの調芯作用に
よりベーン４４は最遅角側回動位置よりも僅かに進角側
のロック位置にロックされることになる。この結果、ロ
ック動作完了状態において、ベーン４４とベーンハウジ
ング隔壁３２ｂの対向面同士間にクリアランスが付与さ
れる。この様な構成によれば、ロック穴２２ｂを、ベー
ン４４の最遅角側回動位置に合致する位置に形成してロ
ック動作完了状態においてベーン４４がベーンハウジン
グ隔壁３２ｂに密着するような構成に比べて、ロック穴
形成位置やベーン及びベーンハウジング隔壁についての
許容加工誤差を大きな値に設定することができ加工時間
及び加工コストを低減できると共に、ロック解除時にお
ける進角側油室４７からの油圧供給に対するロック機構
の立ち上がり特性（ロック穴２２ｂからのロックピン７
０の離脱容易性）が向上する。また、エンジン始動時、
ベーン４４とハウジング３０との衝突による打音の発生
が防止される。

【００４３】本実施形態では、ロックピン先端部７０ａ
の周面およびカムプーリ主体部２２の周面にクラウニン
グを付けるようにしている。詳しくは、ロックピン先端
部７０ａは、その直径がロックピン先端面側ほど小さく
なると共にこのロックピン直径低減率がロックピン先端
面側ほど大きくなるような外形形状（複合曲面）に形成
されている。換言すれば、ロックピン先端部７０ａの周
面は、長手方向断面（図８）でみて、ロックピン先端面
側ほど曲率が小さくなる複合円弧状に形成されている。
一方、ロック穴２２ｂの周面は、ロック穴底面側では外
側に凸でかつ曲率が小さい円弧状に形成され、ロック穴
開口面側では外側に凹でかつ曲率がやや大きい円弧状に
形成されている。

【００４４】ロックピン先端部７０ａの周面およびロッ
ク穴２２ｂの周面に上記のようなクラウニングを付けた
構成によれば、ロックピン７０、ロックピン孔４４ａま
たはロック穴２２ｂなどの加工誤差に起因してロックピ
ン孔４４ａやロックピン７０の軸線とロック穴２２ｂの
軸線とが正確に合致していない場合にも、ロック状態に
おいて（図９）、ロックピン先端部７０ａとロック穴２
２ｂとが、互いに面接触または線接触するようになる。
従って、ロックピン先端部７０ａとロック穴２２ｂとの
点接触によるロックピン７０やカムプーリ主体部２２の
ロック穴形成部位の摩耗が防止される。なお、上述した
クラウニングは、ロックピン先端部７０ａの周面または
カムプーリ主体部２２の周面の何れか一方に付けるよう
にしても良い。

【００４５】以下、上記構成のカム位相可変装置の作用
を説明する。エンジン運転中、エンジン回転数が略一定
であって現在のカム位相（吸排気弁のオーバラップ量）
が適正であれば、オイルコントロールバルブ５０は、そ
の入口ポート５３、５４と出口ポート５１、５２との連
通が遮断される中立位置５０ｃに保持される。この場
合、進角側及び遅角側油室４７、４８に対する圧油の給
排がなされず、カム位相可変装置のベーン４４は油室４
７、４８に満たされた油により移動不能に拘束される。
この結果、ベーンハウジング３０とベーンロータ４０と
の相対回転位置が固定されてカム位相が維持された状態
で、クランク軸の回転に同期してカムプーリ２０、ベー
ンハウジング３０、ベーンロータ４０及びカムシャフト
１０が回転し、カムシャフト１０のカム４により吸気弁
が開閉される。上述のように、ベーンハウジング３０お
よびベーンロータ４０の各部は、ベーンロータ回転中心
に関する回転バランスを考慮して構成されており、従っ
て、要素３０及び４０の回転に伴う回転振動は充分に抑
制される。

【００４６】その後、エンジン回転が上昇すると、オイ
ルコントロールバルブ５０は、第１入口ポート５３と第
２出口ポート５２とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第１出口ポート５１とが連通する進角位置５０ｂに
切り換えられる。この結果、油ポンプ６２からの圧油
は、カムジャーナル１５の第２油路１５ｂとカムシャフ
ト１０の第２環状溝１１ｂ、第２半径方向孔１２ｂ及び
第２長手方向孔１３ｂとを介して中空ボルト１４の中空
部１４ａへ流入し、更に、油路４１とベーンロータ主体
部４２の第２半径方向孔４６ｂとを介して進角側油室４
７に供給される。油室４７への圧油供給により、ベーン
４４に進角方向（ハウジング隔壁３２ｃ側）への付勢力
が作用し、ベーン４４は遅角側油室４８内の油を排出し
つつベーンハウジング３０のベーン収容室内で進角方向
へ移動する。この結果、ベーンロータ４０はベーンハウ
ジング３０と共に回転しつつ、ハウジング３０に対して
進角方向へ相対回転し、カム位相が進角される。

【００４７】進角方向へのベーン４４の移動中、遅角側
油室４８内の油は、ベーンロータ主体部４２の第１半径
方向孔４６ａ及び第１長手方向孔４５ａを介してカムシ
ャフト１０の第１長手方向孔１３ａに流入し、次いで、
カムシャフト１０の第１半径方向孔１２ａおよび第１環
状溝１１ａとカムジャーナル１５の第１油路１５ａとオ
イルコントロールバルブ５０を介してシリンダヘッド内
へ排出され、油タンク６０へ戻る。

【００４８】また、上記のように進角側油室４７へ圧油
が供給されると、ベーン４４のカムプーリ主体部２２側
端面の第１油通路４４ｃを介して油室４７からロックピ
ン先端部７０ａの受圧面に圧油が供給され、ロックピン
７０をロック解除方向（ロックピン基端部７０ｂ側）へ
付勢する。このとき、ロックピン７０は既にロック解除
状態にあるので、このロック解除状態が維持される（図
２および図１０）。

【００４９】その後、エンジン回転が低下すると、オイ
ルコントロールバルブ５０は、第１入口ポート５３と第
１出口ポート５１とが連通すると共に第２入口ポート５
４と第２出口ポート５２とが連通する図１に示す遅角位
置５０ａに切り換えられる。この結果、油ポンプ６２か
らの圧油は、オイルコントロールバルブ５０が進角位置
にある場合の油排出経路に対応する経路を逆方向に辿っ
て遅角側油室４８に供給される。油室４８への圧油供給
により、ベーン４４に遅角方向（ハウジング隔壁３２ｂ
側）への付勢力が作用し、ベーン４４は進角側油室４７
内の油を排出しつつベーンハウジング３０のベーン収容
室内で遅角方向へ移動する。この結果、ベーンロータ４
０はベーンハウジング３０と共に回転しつつ、ハウジン
グ３０に対して遅角方向へ相対回転し、カム位相が遅角
される。進角側油室４７からの油排出は、オイルコント
ロールバルブ５０が進角位置にある場合の圧油供給経路
に対応する経路を逆方向に辿って行われ、圧油が油タン
ク６０へ戻る。

【００５０】また、遅角側油室４８への圧油供給時、ベ
ーン４４のハウジング端壁３４側端面の第２油通路４４
ｄを介して油室４８からロックピン基端部７０ｂの受圧
面に圧油が供給され、ロックピン７０をロック方向（ロ
ックピン先端部７０ａ側）へ付勢するが、エンジンがア
イドル運転されていなければロックピン７０はロック穴
２２ｂと整合しておらず、ロックピン７０はロック穴２
２ｂに嵌入することはない。すなわち、ロックピン７０
は、その先端部７０ａがカムプーリ主体部２２に当接さ
せたロック解除状態に維持される（図２および図１
０）。

【００５１】エンジンを運転停止させる直前では、エン
ジンはアイドル運転されている。このアイドル運転中、
ベーン収容室内でベーン４４が最遅角位置まで回動する
ように、図１に示す遅角位置にあるオイルコントロール
バルブ５０を介して油ポンプ６２から遅角側油室４８へ
圧油が供給される。この結果、ロックピン７０はロック
穴２２ｂに略整合する（図１１及び図１２に二点鎖線で
示す）。このとき、ベーン４４の第２油通路４４ｄを介
して油室４８からロックピン基端部７０ｂの受圧面に圧
油が供給されているので、ロックピン７０がロック方向
へ付勢されており、ロックピン７０は、ロック穴２２ｂ
内の油およびベーン４４の第１油通路４４ｃ内の油を上
述の遅角側油室４８からの油排出経路に沿って排出しつ
つ、ロック穴２２ｂに嵌入する（図９）。この結果、ベ
ーン４４は最遅角位置にロックされる（図７）。ロック
穴２２ｂへのロックピン７０の嵌入は、両要素２２ｂ、
７０の調芯作用により円滑に行われる（図１１及び図１
２）。

【００５２】エンジンが運転停止状態にある間、ロック
ピン７０はロック穴２２ｂに嵌入したままであり（図７
及び図９）、ベーン４４は最遅角位置にロックされてい
る。このエンジン停止中、カムジャーナル１５よりも上
方位置にある進角側および遅角側油室４７、４８内の油
はシリンダヘッド内に抜けるが、ベーン４４のロック状
態は維持される。

【００５３】次のエンジン始動時、ベーン４４はエンジ
ン始動に適した最遅角位置にロックされており、エンジ
ンは失火発生を伴うことなく円滑に始動する。また、ロ
ック状態のベーン４４とハウジング隔壁３２ｂとの間に
は僅かなクリアランスが付与されているので、エンジン
始動時に吸気弁側からカムに正負トルクが加えられても
ベーン４４とハウジング隔壁３２ｂとが衝突することは
なく、打音が発生しない。

【００５４】本発明の可変動弁機構は上記実施形態のも
のに限定されず、種々に変形可能である。例えば、上記
実施形態では４枚ベーンのカム位相可変装置を説明した
が、ベーン数は４つに限定されない。２枚ベーンの装置
を図１４に例示する。この装置はベーン４４が２つであ
る点を除き上記実施形態のものと略同一構成であり、実
施形態のものに対応する要素を図１４に同一符号で示
し、説明を省略する。

【００５５】また、ロック機構がロック状態にあるエン
ジン始動時に吸気弁または排気弁からカムシャフトを介
してロック機構に駆動トルクが加わるが、このときのロ
ック機構の負担を軽減するために、特開平８−１２１１
２３号公報で提案されているパイロット式逆止弁を本発
明の装置に組み込むようにしても良い。この場合、一方
のパイロット式逆止弁は、カムジャーナル１５の油路１
５ａと遅角側油室４８とを連通する油経路に配され、例
えばベーン４４の油路４６ａに配される。他方のパイロ
ット式逆止弁は、油路１５ｂと進角側油室４７とを連通
する油経路たとえば油路４６ｂに配される。

【００５６】

【発明の効果】本発明の可変動弁機構は、内燃機関のク
ランク軸から回転力が伝達される回転伝達部材と一体回
転可能な収容部材と、この収容部材内に配されたベーン
部を有すると共にカムシャフトと一体回転可能かつ収容
部材に対して相対回転可能なベーン部材と、油圧供給手
段から遅角側油室への圧油供給によりベーン部材が所定
遅角位置まで回転したときに可動体をロック穴に嵌入さ
せる一方、進角側油室への油圧供給により可動体をロッ
ク穴から離脱させるロック機構とを備えるので、内燃機
関の運転停止中に遅角側油室および進角側油室からの油
抜けが生じたとしても、次回の内燃機関の始動時にあっ
てもロック状態は維持されてカム位相ずれを来すことが
なく、始動時の失火発生を確実に防止できる。また、本
発明のロック機構は、ロックピンやストッパピストンな
どからなる可動体をロック穴側へ付勢するスプリングな
どの付勢手段、ならびに、ロック解除用の複数系統の圧
油供給系を用いずに、ベーン部材のロック及びロック解
除を行えるため、可動体長さひいてはベーンの厚さを薄
くでき、可変動弁機構を小型軽量化可能である。また、
ベーンに大径の収容孔を形成する必要がないと共にロッ
ク解除用の圧油供給系が簡易であり、しかも、孔内での
可動体の移動を円滑化するための背圧抜き孔が不要であ
るので、ベーン部材に対する強度要件が緩和され、例え
ばベーン部材を軽合金製にするなどして更なる軽量化が
可能である。また、ベーン部材の製造が容易になる。そ
して、付勢手段の組み込みが不要なので組立ても簡単に
行える。更に、回転慣性も小さいのでクランク軸から回
転伝達部材への回転力伝達を行う要素に加わる負担が小
さくなり、当該要素をベルトなどで構成可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるカム位相可変装置の
長手方向断面図である。

【図２】図１または図３のＩＩ−ＩＩ線に沿うカム位相
可変装置の横断面図である。

【図３】ロック解除状態のカム位相可変装置を示す、図
４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図４】カム位相可変装置の端面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】カム位相可変装置の断面図である。

【図７】ロック状態のカム位相可変装置を示す、図６の
ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。

【図８】ロックピン先端部およびロック穴の形状を示す
一部断面拡大図である。

【図９】ロックピンをロック状態で示す拡大部分断面図
である。

【図１０】ロックピンをロック解除状態で示す拡大部分
断面図である。

【図１１】ロック穴形成位置をロックピンおよびロック
穴の調芯作用を示す拡大部分断面図である。

【図１２】ロックピンおよびロック穴の調芯作用を示す
拡大部分断面図である。

【図１３】カム位相可変装置のハウジングの検査容易性
を示す平面図である。

【図１４】本発明の変形例に係るカム位相可変装置の横
断面図である。

【符号の説明】

４ カム １０ カムシャフト １１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１
４ａ、１５ａ、１５ｂ、４１、４５ａ、４６ａ、４６ｂ
油路 ２０ カムプーリ ２２ｂ ロック穴 ３０ ベーンハウジング ４０ ベーンロータ ４４ ベーン ４４ａ ロックピン孔 ４４ｃ、４４ｄ 油通路 ４７ 進角側油室 ４８ 遅角側油室 ５０ オイルコントロールバルブ ６２ 油ポンプ ７０ ロックピン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランク軸から回転力が伝達
   される回転伝達部材と一体回転可能な収容部材と、 上記収容部材内に配されて上記収容部材との間に遅角側
   油室及び進角側油室を画成するベーン部を有し、上記内
   燃機関の吸気弁または排気弁の一方を開閉するカム部が
   形成されたカムシャフトと一体回転可能でかつ上記収容
   部材に対して相対回転可能なベーン部材と、 上記遅角側油室または上記進角側油室に油圧を供給して
   上記ベーン部材を上記回転伝達部材に対して遅角側また
   は進角側へ相対回転させる油圧供給手段と、 上記遅角側油室への圧油供給により上記ベーン部材が所
   定遅角位置まで相対回転したとき上記ベーン部材または
   上記収容部材に形成した孔に配された可動体を上記収容
   部材または上記ベーン部材に形成したロック穴に嵌入さ
   せ、上記進角側油室への油圧供給により上記可動体を上
   記ロック穴から離脱させるロック機構とを備えることを
   特徴とする可変動弁機構。