JPH11241606A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カム位相可変装置の回転バランスを高めて、
同装置の回転振動を防止する。 【解決手段】 カム位相可変装置は、内燃機関のクラン
ク軸と同期回転するカムプーリと一体回転可能なベーン
ハウジング（３２）と、該ハウジングに対して相対回転
可能かつカムシャフトと一体回転可能に設けられたベー
ンロータ（４０）とを有している。ベーンロータには４
つのベーン（４４）が装置回転中心に関して同一円周上
に等角度間隔で設けられ、各ベーンにはロック機構（７
０）が設けられている。直径方向に互いに対向する２つ
のベーンの一方のロック機構は他方のベーンのロック機
構に対するバランス手段として機能する。

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、ベーン部材をロックするロック機構の配設
に伴うカムシャフト回転軸線まわりの回転バランスの変
化を補償して回転振動を防止した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】油圧ベーン式カム位相可変装置
は、クランク軸と同期回転する回転伝達部材と一体回転
可能な収容部材と、この収容部材内に収容されたベーン
を有しカムシャフトと一体回転可能なベーン部材とを含
み、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て吸気弁
と排気弁とのバルブオーバラップ期間を可変調整するも
ので、エンジン始動性やエンジン出力の向上に寄与す
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、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。

【０００３】すなわち、エンジンの運転停止に伴ってカ
ム位相可変装置の油室への圧油供給が停止すると、エン
ジン上部に位置する油室内の圧油がシリンダヘッド内へ
抜け、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。この
様な状態でのエンジン始動中、吸気弁または排気弁の開
弁から最大リフトまでの期間ではカム回転を抑制する負
の駆動トルクがカムを介してカムシャフトに加わり、最
大リフトから閉弁までの期間ではカム回転を促進する正
の駆動トルクがカムシャフトに加わる。この結果、圧油
による拘束のないベーンが収容部材内で移動してカム位
相が変動し、失火が発生し易くなる。

【０００４】上記の駆動トルクによるカム位相ずれを防
止するため、特開平９−６０５０８号公報に記載のバル
ブタイミング調整装置は、ベーンロータ９（この参照符
号は公報に記載のものである）を最遅角位置にロックす
るロック機構を有している。ベーンロータ９のベーン９
ａ、９ｂは、チェーンスプロケット１及びフロントプレ
ート４と共にハウジング部材を構成するシューハウジン
グ３のシュー３ａ、３ｂにより形成された扇状空間部に
収容されている。

【０００５】上記のロック機構は、一方のベーン９ａに
形成した収容孔８に収容される大径部とフロントプレー
ト４に形成したストッパ穴２０に嵌合する小径部とから
なるストッパピストン７と、収容孔内に配されピストン
７をフロントプレート側へ付勢するスプリング１８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１９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２３が形成され、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２４が形成されている。そして、
油圧室２３、２４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１８の付勢力によりピス
トン７がストッパ穴２０に嵌合する一方、いずれかの油
圧室に圧油が供給されたときにピストンがストッパ穴か
ら離脱してロックが解除される。

【０００６】上記のバルブタイミング調整装置では、一
方のベーン９ａのみにロック機構が設けられるため、ロ
ック機構の配設に伴ってカムシャフト回転軸線まわりの
装置全体の回転バランスが悪化する。また、特開平１−
９２５０４号公報に記載された弁開閉時期制御装置は、
クランクプーリに連結されたタイミングプーリ１を備
え、該プーリの内周部１ａにはカムシャフト４と一体の
内部ロータ３が相対回転可能に嵌合され、内部ロータ３
の板状ベーン２は、プーリ内周部１ａに形成されたオイ
ル溝に挿入されている。各ベーンの両側に形成された圧
力室８、８ａの一方へオイルが供給されると、プーリ内
周部の収容穴に配されたノックピン２２または２２’が
スプリング２３の付勢力に抗して内部ロータ３の穴２４
または２４’から離脱してベーンが回転し、タイミング
プーリに対するカムシャフトの回転位相が変化する。ノ
ックピン２２または２２’が穴２４’または２４に整合
する位置までベーンが回転すると、ノックピン２２また
は２２’がスプリング２３の付勢力を受けて穴２４’ま
たは２４に嵌入して、変化後の回転位相が維持される。

【０００７】上記の弁開閉時期制御装置では、一方のノ
ックピン２２または２２’が穴２４または２４’に嵌入
すると他方のノックピンは穴から必ず離脱するため、ロ
ック機構２２、２２’、２４及び２４’の配設に伴って
カムシャフト軸線まわりの装置全体の回転バランスが悪
化する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置のロック
機構において、ベーン内に摺動可能に配されベーンをロ
ックするストッパピストンやノックピン（より一般的に
は可動体）には摺動摩擦力や回転トルクが加わるので、
一般に、ストッパピストンやノックピンを鉄系材料で構
成してその機械的強度や耐摩耗性を図る必要があり、そ
の重量ひいては回転慣性が大きくなる。この様なストッ
パピストンやノックピンを含むロック機構を設けること
により装置の回転バランスが悪化すると、装置に発生し
た回転振動がカムシャフトに伝わり、エンジンに振動が
生じる。また、カムシャフト軸受けに偏荷重が加わり、
カムシャフト軸受けにフリクション増大や焼き付きが生
じることがある。更には、カムシャフトに回転変動が生
じて吸排気弁のリフト量が設計どおりに変化せずにエン
ジン運転が不調になることがある。

【０００９】本発明の目的は、ロック機構の配設に伴う
回転バランスの変化を補償して回転振動の発生を防止す
るようにし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内に、或いは、カム
シャフトと一体回転可能でかつ収容部材に対して相対回
転可能なベーン部材内に移動可能に配された可動体を有
しベーン部材を収容部材に対して解除可能にロックする
ロック機構と、このロック機構の配設に伴うカムシャフ
トまわりの回転バランスの変化を補償するバランス手段
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、ロック機構
の配設に伴って可変動弁機構に生じるカムシャフトまわ
りの回転バランス変化がバランス手段により補償されて
可変動弁機構全体の回転バランス取りが予めなされてい
る。このため、可変動弁機構の回転振動は少なく、内燃
機関の振動が防止または低減される。また、可変動弁機
構の回転振動に起因するカムシャフト軸受けへの偏荷重
の印加が防止または低減されるので、カムシャフト軸受
けでのフリクション増大や焼き付き、更には、カムシャ
フトの回転変動に起因するエンジン運転の不調が防止さ
れる。

【００１２】本発明において、好ましくは、ベーン部材
は、周方向に等角度間隔で設けられた複数のベーン部を
有し、収容部材は、ベーン部と同数のベーン収容部を有
し、可変動弁機構は一つ以上のロック機構を有する。各
ロック機構の可動体は、複数のベーン部または複数のベ
ーン収容部のうちの一つに配される。好ましくは、この
可動体が配されるベーン部を収容するベーン収容部、ま
たは、可動体が配されるベーン収容部に収容されるベー
ン部には、可動体が離脱可能に嵌入するロック穴が形成
される。各ロック機構に対応するバランス手段は、複数
のベーン部または複数のベーン収容部のうち、このロッ
ク機構を設けたベーン部またはベーン収容部以外の一つ
以上のベーン部または一つ以上のベーン収容部に設けら
れる。

【００１３】この様に、本発明では、ロック機構の数
は、一つでも良く、複数でも良い。ロック機構の数を少
なくすることにより低コスト化が図られる。また、一つ
のロック機構に対応するバランス手段の数は、一つでも
良く、複数であっても良い。換言すれば、ベーン部が奇
数個である場合または偶数個である場合のいずれにおい
ても可変動弁機構全体の回転バランスをとることができ
る。

【００１４】最も単純には、複数のベーン部または複数
のベーン収容部の全てにロック機構の可動体が配され
る。ベーン部同士は互いに等しい周方向角度間隔でベー
ン部材に設けられると共に互いに同一形状・寸法にされ
る。ベーン収容部同士についても同様である。また、ロ
ック機構は、互いに同一構成にされ、また、可変動弁機
構の回転軸線ひいてはカムシャフト回転軸線に関して同
一円周上に互いに等角度間隔で配される。

【００１５】この好適態様では、それぞれのロック機構
は、ロック動作およびロック解除動作するばかりでな
く、バランス手段としても機能する。この様にロック機
構にロック機能とバランス取り機能とを併有させると、
装置構成が単純になり、装置が低廉になる。ベーン部
は、奇数個でも偶数個でも良い。例えば、ベーン部が偶
数個設けられる場合、すなわち、偶数個のベーン部がカ
ムシャフト回転軸線に関して同一円周上に等角度間隔で
ベーン部材に設けられる場合、カムシャフト回転軸線に
関して直径方向に互いに対向する２つのベーン部が一組
または複数組得られる。ベーン収容部についても同様で
ある。この様な構成において偶数個のベーン部または偶
数個のベーン収容部の全てにロック機構を設けると、各
組のロック機構を構成する２つのロック機構は、直径方
向に互いに対向して配され、回転バランス上は互いに反
対方向に作用する。換言すれば、一方のロック機構は、
他方のロック機構に対するバランス手段として作用す
る。

【００１６】本発明の別の態様では、バランス手段の各
々は、ベーン部またはベーン収容部（例えば、ロック機
構付きベーン部またはロック機構付きベーン収容部に直
径方向に対向するベーン部またはベーン収容部）を例え
ば穴加工により除肉したり或いは追加ウエイトを付与す
ることにより構成される。本発明において、ロック機構
は種々に構成可能である。

【００１７】好ましくは、ロック機構は、ベーン部材内
に配された可動体を付勢手段により付勢して収容部材の
ロック穴へ可動体を嵌入させてロック動作し、遅角側油
室への油圧供給時と進角側油室への油圧供給時に油圧を
ロック穴へ導いて可動体をロック穴から離脱させてロッ
ク解除動作する。この好適態様では、ベーン部材が相対
回転して可動体がロック穴に整合すると、遅角側または
進角側油室への油圧供給がなければ、付勢手段の付勢力
により可動体がロック穴に嵌入してベーン部材がロック
される。一方、遅角側または進角側油室への油圧供給が
行われると、いずれの場合にも油圧がロック穴へ導入さ
れて可動体が反ロック穴側へ付勢され、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、遅角側
油室からの油圧と進角側油室からの油圧をロック穴とい
う同一部位にロック解除油圧として作用させるため、ロ
ック解除油圧供給経路の大部分が一系統にまとめられて
ロック機構がコンパクトになり、可変動弁機構の小型軽
量化が図られる。

【００１８】上記の好適態様において、好ましくは、進
角側油室への油圧供給と遅角側油室への油圧供給に応じ
て進角側または遅角側油室からの油圧をロック穴へ選択
的に導入する切替バルブが設けられる。例えば、切替バ
ルブは、ベーン部に形成したバルブピストン孔に収容さ
れたバルブピストンを有する。バルブピストン孔は、ベ
ーン部および可動体のそれぞれに形成したロック解除油
圧供給用の油路を介してロック穴に連通すると共に進角
側油室および遅角側油室に連通可能にされている。進角
側油室への油圧供給時、バルブピストンは、進角側油室
とバルブピストン孔とを連通させると共に遅角側油室と
バルブピストン孔との連通を遮断する。遅角側油室への
油圧供給時、バルブピストンは、遅角側油室とバルブピ
ストン孔とを連通させると共に進角側油室とバルブピス
トン孔との連通を遮断する。

【００１９】この好適態様によれば、ロック穴への油圧
導入すなわちロック解除を的確に行える。また、切替バ
ルブをベーン部に設けることができる。更には、ロック
解除油圧供給経路の大部分が一系統にまとめられる。本
発明の別の態様では、ロック機構は、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。

【００２０】この好適態様では、遅角側油室への圧油供
給によりベーン部材が収容部材に対して相対回転すると
共に、可動体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、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ロッ
クされる。一方、進角側油室への圧油供給に伴って可動
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、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。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１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。

【００２２】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ロッカーカバー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。

【００２３】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。

【００２４】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の位相差決めに供されるマークを示す。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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４０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がハウジング３０内で回動する
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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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３０を回動させるようにしている。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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（図１）。

【００３８】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（図１）。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４２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。

【００３９】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に形成した場合にも、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。

【００４０】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
形態の装置は、ベーン数と同数（例えば４つ）のロック
機構を有している。各ロック機構のロックピン（可動
体）７０は、ベーン厚さ方向にベーン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。

【００４１】ロックピン７０は、図５に示すように、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２２
ｂ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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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）。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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（バランス手段）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（より一般的には変化）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（変化）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。なお、バランス手段をハウジング３０に設けても良
い。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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ても良
い。

【００５３】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。また、ベーンハウジング３０及びベーンロー
タ４０の回転慣性が小さいので、歯付きベルトに加わる
負担は小さくなる。

【００５４】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。ベーン
ロータ４０の慣性が小さいので、油室４７への油圧供給
に対して応答性良くベーンロータは相対回転を開始す
る。

【００５５】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。

【００５６】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）。

【００５７】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。ベーンロータ４０の慣性が小さいので、油室４
８への油圧供給に対して応答性良くベーンロータは相対
回転を開始する。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。

【００５８】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）。

【００５９】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）。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】上記第１実施形態のカム位相可変装置は、
種々に変形可能である。例えば、上記第１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。第１実施形態の変形例に係る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。上記第１実施形態に
ついて説明したように、この変形例においても、２つの
ベーン４４の一方に設けられたロック機構は、他方のベ
ーン４４に設けたロック機構に対するバランス手段とし
て機能する。すなわち、一方のロック機構は、他方のロ
ック機構を配設したことによってカム位相可変装置に生
じるカムシャフト回転中心に関する回転バランスの変化
を補償するように作用する。

【００６３】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上記
実施形態によるカム位相可変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１５ａ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。

【００６４】以下、本発明の第２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。
スプリングなどの付勢手段を用いずにベーンロータを最
遅角位置にロックするように構成された第１実施形態に
比べ、本実施形態の装置は、ロックピンをスプリングの
バネ力によりロック方向に付勢するようにした点が主に
相違する。

【００６５】以下において、第１実施形態のものと同一
または類似の構成（主として図１に対応する）について
は説明を省略し、主にロック機構について説明する。図
１５ないし図１７に示すように、本実施形態の装置は、
ベーン数と同数（例えば２つ）のロック機構を有し、各
ロック機構はロックピン（可動体）７０とスプリング
（付勢手段）８０とを有している。上記第１実施形態の
変形例の場合と同様、本実施形態においても、２つのベ
ーンの一方に設けられたロック機構は、他方のベーンに
設けられたロック機構に対するバランス手段として機能
する。

【００６６】各ロック機構のロックピン７０は、ベーン
厚さ方向にベーン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。ロックピン７０
のハウジング端壁側半部には、スプリング８０を収容す
るスプリング室（収容室）７１がロックピン長手方向に
形成されている。ロックピン７０は、スプリング８０に
より、カムプーリ主体部２２に形成されたロック穴２２
ｂ側（ロック方向）へ常時付勢されており、ベーンロー
タ４０が最遅角側回転位置まで移動したとき、ロック穴
への油圧供給がなければ、ロックピン先端部７０ａがロ
ック穴２２ｂに嵌入して、ベーンロータ４０を最遅角位
置にロックするようになっている（図１７及び図１
９）。

【００６７】ロックピン７０は、進角側及び遅角側油室
４７、４８のいずれか一方への圧油供給に応じてハウジ
ング端壁３４側へ移動して、ロックを解除するようにな
っている。本実施形態では、進角側油室４７への圧油供
給および遅角側油室４８への圧油供給に応動する切替バ
ルブにより、進角側油室４７と遅角側油室４８との連通
を遮断しつつ、進角側油室４７または遅角側油室４８か
らの圧油をロック穴２２ｂ内へロック解除用油圧として
選択的に導入するようにしている。この様に、油室４
７、４８からのロック解除用油圧をロック機構の同一部
位（ロック穴）に導入する構成によれば、ロック解除用
油圧経路の相当部分を一系統に集約でき、ロック機構を
コンパクトにでき、設計自由度が向上し、また、加工が
簡便になり、ロック機構の配設に伴うベーンロータ４０
の回転アンバランスを低減できる。

【００６８】図１７に示すように、切替バルブはストレ
ートピンからなるバルブピストン（弁体）９０を有し、
バルブピストン９０は、ロックピン孔４４ａよりも半径
方向外方位置においてベーン厚さ方向（カムシャフト軸
線方向）にベーン４４を貫通して延びるバルブピストン
孔４４ｂ内に移動自在に配されている。バルブピストン
９０を例えば円筒状のストレートピンで構成すると、バ
ルブピストン孔４４ｂを例えば直円筒状の孔にでき、従
って、ピストン９０及びピストン孔４４ｂの加工が容易
になると共に切替バルブの配設に伴うベーンロータ４０
の回転アンバランスを低減でき、また、要素９０、４４
ｂ間からの圧油漏れが少なくなるので、ピストン９０の
圧油選択動作（ピストン孔内でのピストン移動）が迅速
に行われる。バルブピストン９０をベーン４４内部に配
置した構成では、ピストン孔４４ｂをベーン４４を貫通
して設けることができ、有底のピストン孔をベーンハウ
ジング側に設ける場合に比べてピストン孔４４ｂの加工
が容易になる。そして、ピストン９０をカムシャフト軸
線方向に配置すると、ベーンロータ４０の回転に伴って
ピストン９０に加わる遠心力は、ベーンロータ周方向す
なわちピストン直径方向に作用するので、ピストンはベ
ーンにより支持され、この遠心力に起因してピストン孔
４４ｂ内で移動することがない。すなわち、圧油選択の
ためのピストン９０のピストン孔内での移動は遠心力の
影響を受けずに的確かつ円滑に行われる。また、ピスト
ン９０はその移動限界位置ではハウジング端壁３４また
はプーリ主体部２２に当接するので、ピストンの抜け止
めを設ける必要もない。

【００６９】図１８に示すように、各ベーン４４のハウ
ジング端壁３４側の端面及びカムプーリ主体部２２側の
端面には、ロック解除油圧供給用の油通路４４ｃ、４４
ｄがそれぞれ形成されている。油通路４４ｃの両端は進
角側油室４７及びバルブピストン孔４４ｂに開口し、油
通路４４ｄの両端は遅角側油室４８及びバルブピストン
孔４４ｂに開口している。このバルブピストン孔４４ｂ
は、ロック穴２２ｂに連通している。すなわち、ロック
解除油圧供給用の油通路４４ｅがベーン４４に形成さ
れ、油通路７２及び７３がロックピン７０に形成されて
いる。油通路４４ｅはベーン長手方向軸線に沿って延
び、その両端はバルブピストン孔４４ｂおよびロックピ
ン孔４４ａにそれぞれ開口している。油通路７２はロッ
クピン直径方向に形成され、その両端はロックピン７０
の外周面にそれぞれ開口している。油通路７２の開口端
は拡径されており、ロックピン７０が図１６に示すロッ
ク解除位置にあるか或いは図１７に示すロック位置にあ
るかにかかわらず、油通路４４ｅと油通路７２とが連通
するようになっている。油通路７３はロックピン長手方
向軸線に沿って延び、その両端は油通路７２およびロッ
ク穴２２ｂにそれぞれ開口している。

【００７０】ロック解除時の背圧除去のため、各ベーン
４４のハウジング端壁側にはスプリング室７１に連通す
る溝４４ｉが形成され、また、この溝４４ｉに連通する
呼吸孔４４ｊがベーン４４に形成されている（図１
７）。呼吸孔４４ｊはベーン厚さ方向に延びて、カムシ
ャフト１０の先端面周縁に環状に形成された面取り部分
１０ａに開口している。この面取り部分１０ａは、カム
シャフト１０の先端部にカムシャフト軸線方向に形成さ
れた呼吸穴１０ｂとこの呼吸穴１０ｂからカムシャフト
外周面に向けて半径方向外方へ延びる呼吸穴１０ｃ（図
１６）とを介して、環状空間１０ｄに連通している。環
状空間１０ｄは、カムシャフト１０、カムジャーナル１
５及びオイルシール１７により画成されている。上記要
素４４ｉ、４４ｊ、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、スプ
リング室７１を環状空間１０ｄに連通させる連通路を構
成している。環状空間１０ｄは、カムジャーナル１５の
油路１５ｃを介してエンジン内部に連通している。

【００７１】上記構成において、油通路４４ｃを介して
進角側油室４７からバルブピストン孔４４ｂに圧油が供
給されると、バルブピストン９０がカムプーリ主体部２
２側へ移動し（図１８）、油通路４４ｄと油通路４４ｅ
との連通がピストン９０により遮断されると共に油通路
４４ｃと油通路４４ｅとがピストン孔４４ｂを介して連
通し、油室４７からの圧油は、ベーン４４の油通路４４
ｅとロックピン７０の油通路７２、７３とを介してロッ
ク穴２２ｂ内に流入する。また、油通路４４ｄを介して
遅角側油室４８からバルブ４４ｂに圧油が供給される
と、バルブピストン９０がハウジング端壁３４側へ移動
し、圧油が油通路４４ｅ、７２及び７３を介してロック
穴２２ｂ内に流入する。油室４７または４８からロック
穴へ供給された圧油は、ロックピン７０をスプリング８
０のバネ力に抗してハウジング端壁側へ付勢する。この
とき、スプリング室７１内の油は、ベーン４４の溝４４
ｉ及び呼吸孔４４ｊとカムシャフト１０の面取り部分１
０ａ、呼吸穴１０ｂ、１０ｃとを介して環状空間１０ｄ
へ排出され、更に、カムジャーナル１５の油路１５ｃを
介してエンジン内部へ戻される。この結果、ロックピン
７０は、スプリング室７１内の油による背圧を受けずに
ロック穴２２ｂから離脱し、ロック解除が円滑に行われ
る。また、スプリング室７１内の油がシリンダヘッドカ
バー内の環状空間１０ｄに排出されるので、油分による
歯付きベルト６の劣化は生じない。

【００７２】図１７中、参照符号４４ｈは、ロック解除
油圧供給用の油通路４４ｅを加工するときの加工孔を表
す。すなわち、孔４４ｈ及び油通路４４ｅを一回のドリ
ル加工でベーン４４の頂面側から形成可能である。加工
孔４４ｈの両端はベーン４４の頂面およびピストン孔４
４ｂに開口しており、進角側または遅角側油室４７、４
８からピストン孔４４ｂに供給された圧油は加工孔４４
ｈを介してベーンシール４９の直下に作用し、ベーンシ
ール４９のシール性を向上させる。

【００７３】本実施形態のカム位相可変装置の作用は、
第１実施形態のものと略同一であり、以下、簡略に説明
する。エンジン運転中、エンジン回転数が略一定であれ
ば、オイルコントロールバルブ５０は中立位置５０ｃに
保持され、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。

【００７４】その後、エンジン回転の上昇に応じて、オ
イルコントロールバルブ５０が進角位置５０ｂに切り換
えられると、油ポンプ６２からの圧油は進角側油室４７
に供給され、ベーン４４はベーン収容室内で進角方向へ
移動し、カム位相が進角される。また、上記のように進
角側油室４７へ圧油が供給されると、既に述べたよう
に、油室４７内の圧油は、油通路４４ｃ、４４ｅ、７２
及び７３を介してロック穴２２ｂ内に流入して、ロック
ピン７０をロック解除方向へ付勢する。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１５および図１６）。

【００７５】その後、エンジン回転の低下に応じてオイ
ルコントロールバルブ５０が遅角位置５０ａに切り換え
られると、油ポンプ６２からの圧油は遅角側油室４８に
供給され、ベーン４４はベーン収容室内で遅角方向へ移
動し、カム位相が遅角される。また、遅角側油室４８へ
の圧油供給時、既に述べたように、油室４８内の圧油
は、油通路４４ｄ、４４ｅ、７２及び７３を介してロッ
ク穴２２ｂ内に流入して、ロックピン７０をロック解除
方向へ付勢し、これによりロック解除状態にされる（図
１５および図１６）。

【００７６】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、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、ベーンロータ４０が最遅角位置に保持される。こ
のときロックピン７０はロック穴２２ｂに略整合する
が、油室４８からロック穴２２ｂへの圧油供給によりロ
ック解除状態が維持される。

【００７７】エンジンが運転停止状態にある間、ロック
ピン７０はスプリング８０のバネ力を受けてロック穴２
２ｂに嵌入し（図１９）、ベーン４４は最遅角位置にロ
ックされる。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、４
８内の油はシリンダヘッド内に抜けるが、ベーン４４の
ロック状態はスプリング８０のバネ力により維持され
る。従って、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。

【００７８】第２実施形態に係るカム位相可変装置は、
種々に変形可能である。例えば、上記第２実施形態では
２枚ベーンのカム位相可変装置を説明したが、ベーン数
は２つに限定されない。第２実施形態の変形例に係る４
枚ベーンの装置を図２０に例示する。この装置はベーン
４４が４つである点を除き上記第２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２
０に同一符号で示し、説明を省略する。上記第２実施形
態の場合と同様、この変形例においても、２つのベーン
の一方に設けられたロック機構は、他方のベーンに設け
られたロック機構に対するバランス手段として機能す
る。エンジンに通常装備される油ポンプを圧油供給源と
して利用した場合、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が、ベーン数を増加させると、ベ
ーン全体の合計受圧面が広くなり、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できる。図
２０の変形例では直径方向に対向する２つのベーンのみ
にロック機構を設けたが、全てのベーンにロック機構を
設けても良い。この場合、直径方向に互いに対向する２
つのロック機構が２組設けられることになる。そして、
各組のロック機構の一方は、他方のロック機構に対する
バランス手段として機能する。

【００７９】本発明の装置は、第１及び第２実施形態ま
たはその変形例に限定されず、更に変形可能である。例
えば、第１実施形態、その変形例および第２実施形態で
は、４枚または２枚の、すなわち偶数個のベーンの全て
にロック機構を設けてロック機構同士で回転バランスを
とるようにしている。このバランス取り原理に基づき、
奇数個のベーンを等角度間隔で設けた装置において全て
のベーンにロック機構を同一円周上に設けて回転バラン
スをとるようにしても良い。

【００８０】この様なロック機構配列の場合、各ロック
機構は、ロック機能と回転バランス取り機能とを併有す
るものとなっている。しかしながら、本発明において、
ロック機構に両機能を併有させて回転バランスをとるこ
とは必須ではない。すなわち、バランスウエイトやバラ
ンス穴などのバランス手段を、ロック機構と別個独立に
設けても良い。

【００８１】例えば、２枚または４枚ベーンのうち直径
方向に対向する２つにロック機構を設けて各ロック機構
を他方のロック機構に対するバランス手段として作用さ
せる第２実施形態やその変形例において、直径方向に対
向する２つのベーンの一方にのみロック機構を設けると
共に、他方のベーンにバランスウエイトを埋設しても良
い。好ましくは、ロック機構と同一円周上に形成された
穴にバランスウエイトを配設する。このバランスウエイ
トは、ロック機構の配設により装置に生じた回転バラン
ス変化を相殺するように作用する。

【００８２】以下、バランス手段の別の態様を更に説明
する。図２１は第１実施形態の変形例に係るものであっ
て、ロックピン７０などのロック機構の主要部が４枚ベ
ーンのひとつに設けられると共にロック穴がベーンハウ
ジング３０に形成されている。以下において、この様な
装置構成の場合、ロック機構が一つのベーンに設けられ
ているという。図２１のものでは、ロック機構の配設に
伴う回転バランス変化を補償するべく、ロック機構を設
けたベーンに直径方向に対向するベーン収容室の両側の
溝穴２２’ａは、二点鎖線で示す溝穴２２ａのものに比
べて、ハウジング隔壁３３ｂ、３３ｃから離隔した周方
向位置で終端をなし、従って、切り欠き面積が少なくな
っている。このため、溝穴２２’ａによるベーン回転慣
性・重量低減作用は溝穴２２ａのものよりも小さい。換
言すれば、ロック機構に対向するベーン収容室の両側に
肉部（バランスウエイト）１０１を設けたことになる。

【００８３】図２２は第１実施形態の別の変形例に係
り、４枚ベーンのひとつに設けたロック機構による回転
バランス変化を補償するべく、ロックピン７０よりも半
径方向外方位置において上記の一つのベーン４４にバラ
ンス穴１０２が設けられている。この様なバランス取り
原理は、ベーンが偶数枚か奇数枚かにかかわらず、種々
のカム位相可変装置に適用可能である。

【００８４】なお、ロック機構を設けたベーンにバラン
ス穴１０２を設けることは必須ではない。例えば、偶数
枚ベーンを有するカム位相可変装置において、ロック機
構を設けたベーンに隣る２つのベーンのそれぞれにバラ
ンス穴を設けても良く、両バランス穴は好ましくはロッ
ク機構と同一円周上に形成される。図２３は第１実施形
態の更に別の変形例に係り、５枚ベーンのうちの、互い
に１４４度の軸線角度をなす２つにロック機構が設けら
れている。そして、２つのロック機構の配設に伴う回転
バランス変化を補償するべく、両ベーンの間のベーン４
４にはロック機構と同一円周上にバランス穴１０２が形
成されている。

【００８５】図２４のものでは、５枚ベーンの一つにロ
ック機構が設けられ、また、このベーン４４との間に１
４４度の軸線角度をなして直径方向反対側にそれぞれ配
された２つのベーン４４にバランスウエイト１０３が設
けられている。付言すれば、本発明の装置を回転数があ
まり高くないエンジンに適用する場合には、ベーンにロ
ック機構を設けると共にハウジング側にバランス手段を
設けても良く、或いは、これとは逆にハウジング側にロ
ック機構を設けると共にベーンにバランス手段を設けて
も良く、いずれの構成によってもほぼバランスが保たれ
る。なお、この場合において、高回転域で使用する遅角
側でバランスを調整するのが好ましい。

【００８６】しかし、高回転エンジンに使用する場合、
ベーンとハウジングの位相が変化しても常にバランスを
保つには、ベーンにロック機構を有する構成ではベーン
にバランス手段を設けるのが良く、ハウジング側にロッ
ク機構を有する構成ではハウジング側にバランス手段を
設けるのが良い。

【００８７】

【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
転可能な収容部材内に、或いは、カムシャフトと一体回
転可能でかつ収容部材に対して相対回転可能なベーン部
材内に移動可能に配された可動体を有しベーン部材を収
容部材に対して解除可能にロックするロック機構と、こ
のロック機構によるカムシャフトまわりの回転バランス
の変化を補償するバランス手段とを備えるので、ロック
機構の配設に伴って可変動弁機構に生じるカムシャフト
まわりの回転バランス変化をバランス手段を配設するこ
とにより補償できる。この結果、可変動弁機構は全体と
して回転バランスに富み、可変動弁機構の回転振動およ
びこれに起因する内燃機関の振動を防止または低減でき
る。また、可変動弁機構の回転振動に起因するカムシャ
フト軸受けへの偏荷重の印加を防止または低減でき、カ
ムシャフト軸受けでのフリクション増大や焼き付き、更
には、カムシャフトの回転変動に起因するエンジン運転
の不調を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるカム位相可変装置
を図２のＩ−Ｉ線に沿って示す断面図である。

【図２】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】本発明の第１実施形態の変形例に係るカム位
相可変装置の横断面図である。

【図１５】カム位相可変装置を図１６のＸＶ−ＸＶ線に
沿って示す横断面図である。

【図１６】カム位相可変装置を図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ
線に沿って示す断面図である。

【図１７】カム位相可変装置の部分拡大断面図である。

【図１８】図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断
面図である。

【図１９】カム位相可変装置をロック状態で示す横断面
図である。

【図２０】本発明の第２実施形態の変形例による４枚ベ
ーン式カム位相可変装置を示す横断面図である。

【図２１】第１実施形態の変形例に係る４枚ベーン式カ
ム位相可変装置を示す横断面図である。

【図２２】第１実施形態の別の変形例に係る４枚ベーン
式カム位相可変装置の横断面図である。

【図２３】第１実施形態の別の変形例に係る５枚ベーン
式カム位相可変装置の横断面図である。

【図２４】第１実施形態の更に別の変形例に係る５枚ベ
ーン式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 ４４ｂ バルブピストン孔 ４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ 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 ７１ スプリング室 ７２、７３ 油通路 ８０ スプリング ９０ バルブピストン

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選択的に
   供給する油圧供給手段と、 上記ベーン部材または上記収容部材内に移動可能に配さ
   れた可動体により上記ベーン部材を上記収容部材に対し
   て解除可能にロックするロック機構と、 上記ロック機構の配設に伴う上記カムシャフトまわりの
   回転バランスの変化を補償するバランス手段とを備える
   ことを特徴とする可変動弁機構。