(57)【要約】【課題】外部環境温度が極低温であってもカムシャフトのカムトルク変動特性が変化しないで、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相を確実に中間止めすることができ、吸気バルブのバルブタイミング位相を安定することができる可変バルブタイミング装置を提供すること。【解決手段】カムジャーナル軸受１２がニードル軸受２０、２１を収容するとともにシリンダブロック２に固定される軸受収容ケース２２を有し、ニードル軸受２０、２１が複数の針状ころ２０ａ、２１ａと、複数の針状ころ２０ａ、２１ａを回転可能に保持するハウジング２０ｂ、２１ｂとを有し、軸受収容ケース２２、複数の針状ころ２０ａ、２１ａおよびハウジング２０ｂ、２１ｂがほぼ同じ熱膨張率を有する鉄を含む金属で形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
2010174860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を含む金属で形成された吸気カムシャフトと、
前記吸気カムシャフトに対して並列に配置され、鉄を含む金属で形成された排気カムシャフトと、
前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの少なくともいずれか一方に設けられ、油圧が供給される進角側油室および遅角側油室と、
クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの相対回転位相を中間位相にする押出機構と、
前記クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの相対回転位相を中間位相に中間止めするストッパ機構と、を備え、
前記進角側油室または前記遅角側油室に供給された油圧によって、前記クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの回転の相対回転位相を進角側および遅角側のいずれか一方に変更し得る可変バルブタイミング機構と、
前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトを回転可能に支持するとともに、シリンダブロックに固定するカムジャーナル軸受と、を備え、
前記カムジャーナル軸受が、ニードル軸受を収容するとともに前記シリンダブロックに固定される軸受収容ケースを有し、
前記ニードル軸受が、複数の針状ころと、前記複数の針状ころを回転可能に保持するハウジングと、を有し、
前記軸受収容ケース、前記複数の針状ころおよび前記ハウジングがほぼ同じ熱膨張率を有する鉄を含む金属で形成されたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれかのバルブタイミング位相を進角側油室または遅角側油室に供給された油圧によって変更し得る可変バルブタイミング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等のエンジンにおいては、エンジンの運転状態に応じて、吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれかのバルブタイミング位相を連続的に変更し得る可変バルブタイミング装置が設けられており、燃料消費量（ｇ／ｋＷ・ｈ）の低減、排気ガスに含まれるエミッションの低減および出力の向上が図られている。
【０００３】
この可変バルブタイミング装置は、例えば、吸気カムシャフトの端部に固定され円筒状に形成され半径方向の外側に突出して形成された４つのベーンを有する可動部材と、可動部材の各ベーンを挟むように設けられる進角側油室および遅角側油室を有するハウジングと、を備えている。そして、進角側油室および遅角側油室のうち一方にオイルポンプからオイルコントロールバルブを介して油圧が、供給されるとともに他方から排出させて可動部材を回転させることによって、クランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフトの相対回転位相が変更されるようになっている。このように、カムシャフトの相対回転位相が変更されることによって、吸気バルブのバルブタイミング位相が変更されるようになっている。
【０００４】
この可変バルブタイミング装置においては、エンジンが停止されると、吸気カムシャフトの相対回転位相は、進角位相、遅角位相、または、進角位相も遅角位相もしていない位相で停止することがあり、どの位相で停止するか定まっていない。例えば、吸気カムシャフトの相対回転位相が、進角位相で制御されているときに、エンジンが停止されると前述の可動部材が、ほぼ進角位相の位置で停止することになり、吸気カムシャフトの相対回転位相が、ほぼ進角位相で停止することになる。
【０００５】
具体的には、吸気カムシャフトの相対回転位相が進角位相にある場合、エンジンが停止されると、オイルポンプが停止されて進角側油室および遅角側油室の油圧が、進角側油室および遅角側油室とオイルパンとの間に設けられたオイル通路を介してオイルパンに戻されて、進角側油室および遅角側油室の油圧が、抜け出てしまう。
【０００６】
このとき、吸気カムシャフトの相対回転位相が、進角位相で制御されて、エンジンが停止される過程では、クランクシャフトの回転数が徐々に低下し、オイルポンプから供給された油圧も低下する。そして、クランクシャフトの回転数が極めて低回転になると、吸気カムシャフトには、バルブスプリングの反力によって吸気カムシャフトの回転を妨げる負荷である正トルクおよびバルブスプリングの復元力によって吸気カムシャフトの回転をアシストする負荷である負トルクの平均である平均トルクが加わっている。この平均トルクは、カムとバルブの接触面に発生する摩擦抵抗があるため、正トルクが、負トルクよりも大きくなっている。その結果、この平均トルクによって、クランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフトの相対回転位相が、進角位相から所定の量だけ遅角されることになるが、ほぼ進角位相で停止する。なお、吸気カムシャフトの相対回転位相が、遅角位相または、進角位相も遅角位相もしていない位相にある場合も進角位相にある場合と同様になる。
【０００７】
なお、エンジン始動時には、吸気カムシャフトの相対回転位相は、例えば、最遅角位相よりも所定量だけ進角した位相などのエンジン始動の際に最適な位相、すなわち、中間位相にあることが好ましい。なぜなら、エンジン始動時は、吸気カムシャフトの相対回転位相が、中間位相にあると、吸気バルブの閉じるタイミングが、燃焼室内の圧縮圧を確保するために最適であるため、エンジンの始動が、容易にできるからである。
【０００８】
しかしながら、吸気カムシャフトの相対回転位相が中間位相でエンジンが停止しても、進角側油室および遅角側油室の油圧が抜け出た状態でエンジンが始動されると、エンジン始動と同時に進角側油室または遅角側油室に油圧が供給され始めてから、必要な油圧が供給されるまでの間に時間がかかってしまう。この間、進角側油室および遅角側油室に油圧が、かからない状態になっているため、吸気カムシャフトに加わった平均トルクによって、可動部材が、進角側および遅角側にばたついてエンジン始動時における吸気バルブのバルブタイミング位相が、安定しない。そのため、エンジンが、始動されてから進角側油室または遅角側油室に油圧を供給するまでの間は、吸気バルブのバルブタイミング位相を制御することができなくなる。したがって、エンジン始動時は、吸気カムシャフトの相対回転位相を中間位相にロックする、すなわち、中間止めする必要がある。
【０００９】
従来、この種の可変バルブタイミング装置として、シリンダヘッドの軸受に回転可能に支持された吸気カムシャフトと、吸気カムシャフトの端部に固定され環状に形成され半径方向に突出して形成された４つのベーンを有する回転部材と、各ベーンによって仕切られ回転部材を時計回りまたは反時計回り方向に回転するのを制御するために油圧が供給、排出される進角側油室または遅角側油室を有するリングカバーと、ストッパピンによって吸気カムシャフトの相対回転位相を固定するストッパ機構と、コイルスプリングによってストッパピンを固定位置に付勢する押出機構と、制御ユニットからの信号に応答してスプールを移動させて進角側油室および遅角側油室のうち一方に油圧が供給されるとともに他方から排出させるオイルコントロールバルブと、によって構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この可変バルブタイミング装置においては、オイルコントロールバルブによって進角側油室および遅角側油室のうち一方にエンジンの回転によって駆動するオイルポンプから油圧が供給されるとともに他方から排出されることで、回転部材が進角側または遅角側に回転され、クランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフト相対回転位相が変更されるように制御している。
【００１１】
この可変バルブタイミング装置においては、エンジンが停止されて吸気カムシャフトの相対回転位相が、中間位相に対して進角側にある場合、回転部材は、吸気カムシャフトに発生する平均トルクによって遅角される。その結果、吸気カムシャフトの相対回転位相が、ストッパ機構のストッパピンによって中間止めされるようになっている。また、エンジンが停止されて吸気カムシャフトの相対回転位相が、中間位相に対して遅角側にある場合、回転部材は、押出機構に設けられたコイルスプリングの付勢力によって進角される。その結果、吸気カムシャフトの相対回転位相が、ストッパ機構のストッパピンによって中間止めされる。さらに、エンジンが停止されて吸気カムシャフトの相対回転位相が、中間位相にある場合、ストッパ機構のストッパピンによって中間止めされるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２２１０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載された可変バルブタイミング装置においては、外部環境温度が極低温のとき、吸気カムシャフトとシリンダヘッドの軸受との間に生じる摩擦抵抗、すなわち、フリクションが増大する。そのため、エンジン停止時に吸気カムシャフトの相対回転位相が中間位相よりも遅角側にあるときは、フリクションが大きいため、押出機構に設けられたコイルスプリングの付勢力では、回転部材が進角されなくなってしまいストッパ機構のストッパピンによって中間止めが機能しなくなってしまう。その結果、エンジン始動時の作動が安定しないという問題があった。
【００１４】
この可変バルブタイミング装置においては、鉄製の吸気カムシャフトがアルミニウム製のシリンダヘッドの軸受によって回転可能に支持されている。そして、鉄製のカムシャフトとアルミニウム製のシリンダヘッド軸受の熱膨張率（×１０−６／℃）は、鉄の１２（×１０−６／℃）に対して、アルミニウム２３（×１０−６／℃）で異なっている。したがって、図１０に示す通常のカムトルクＡ（Ｎ・ｍ）の変動特性に対して、例えば、外部環境が−３５（℃）〜−３０（℃）のような極低温のとき、フリクションが増大するため、カムトルクＢ（Ｎ・ｍ）の変動特性になってしまう。このように、極低温時のカムトルク変動特性が変化すると、エンジン停止時に吸気カムシャフトの相対回転位相が中間位相よりも遅角側にあるときは、フリクションが大きいため、押出機構に設けられたコイルスプリングの付勢力では、回転部材が進角されなくなってしまいストッパ機構のストッパピンによって中間止めが機能しなくなってしまう。その結果、エンジン始動時の作動が安定しないという問題があった。なお、図１０は、カムシャフトを回転させたときのカムシャフトに係るトルク変動を表すグラフであり、正トルクと、負トルクが交代に作用する。
【００１５】
本発明は、前述の従来の問題を解決するためになされたもので、外部環境温度が極低温であってもカムシャフトのカムトルク変動特性が変化しないで、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相を確実に中間止めすることができ、吸気バルブのバルブタイミング位相を安定することができる可変バルブタイミング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る可変バルブタイミング装置は、上記の課題を解決するため、（１）鉄を含む金属で形成された吸気カムシャフトと、前記吸気カムシャフトに対して並列に配置され、鉄を含む金属で形成された排気カムシャフトと、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの少なくともいずれか一方に設けられ、油圧が供給される進角側油室および遅角側油室と、クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの相対回転位相を中間位相にする押出機構と、前記クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの相対回転位相を中間位相に中間止めするストッパ機構と、を備え、前記進角側油室または前記遅角側油室に供給された油圧によって、前記クランクシャフトの回転に対する前記吸気カムシャフトの回転の相対回転位相を進角側および遅角側のいずれか一方に変更し得る可変バルブタイミング機構と、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトを回転可能に支持するとともに、シリンダブロックに固定するカムジャーナル軸受と、を備え、前記カムジャーナル軸受が、ニードル軸受を収容するとともに前記シリンダブロックに固定される軸受収容ケースを有し、前記ニードル軸受が、複数の針状ころと、前記複数の針状ころを回転可能に保持するハウジングと、を有し、前記軸受収容ケース、前記複数の針状ころおよび前記ハウジングがほぼ同じ熱膨張率を有する鉄を含む金属で形成されたものによって構成されている。
【００１７】
この構成により、外部環境温度が極低温であっても、カムジャーナル軸受と吸気カムシャフトとの熱膨張率がほぼ同じなので、カムジャーナル軸受と吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトとのクリアランスは確保される。すなわち、カムジャーナル軸受と吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトにより生ずるフリクションは増大せず、カムトルク変動特性が変化しない。したがって、エンジン停止時に吸気カムシャフトの相対回転位相が中間位相よりも遅角側にあるときでも押出機構によって吸気カムシャフトの相対回転位相が確実に中間止めされる。よって、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相が確実に中間止めされる。その結果、吸気バルブのバルブタイミング位相が安定されてエンジン始動時の作動が安定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外部環境温度が極低温であってもカムシャフトのカムトルク変動特性が変化しないで、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相を確実に中間止めすることができ、吸気バルブのバルブタイミング位相を安定することができる可変バルブタイミング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のオイルコントロールバルブの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図であり、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフトの回転位相を遅角された状態を示す。
【図７】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図であり、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフトの回転位相を進角された状態を示す。
【図８】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図であり、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフトの回転位相を中間位相に保持された状態を示す。
【図９】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の概略断面図であり、エンジンが停止された状態を示す。
【図１０】本発明に係る可変バルブタイミング装置のカムシャフトに発生するカムトルクの変動特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置について、図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、構成について説明する。
図１および図２に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、可変バルブタイミング装置３と、オイル供給装置４と、可変バルブタイミング装置３に動力を伝達するチェーン５と、チェーン５と連結された図示しないクランクシャフトと、によって構成されている。
【００２２】
可変バルブタイミング装置３は、吸気カムシャフト１０と、排気カムシャフト１１と、カムジャーナル軸受１２と可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ−ｉ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ−ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）１３と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１４と、クランクポジションセンサ１５と、カムポジションセンサ１６と、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）１７と、カムジャーナル軸受１２をシリンダブロック２に固定するボルト１８と、によって構成されている。
【００２３】
吸気カムシャフト１０は、鉄を含む金属、例えば、合金鋳鉄によって形成され、エンジン１の各気筒に設けられた図示しない吸気バルブを開閉駆動するための複数のカム１０ａと、固定孔１０ｂと、進角側オイル通路１０ｃと、遅角側オイル通路１０ｄを有する。この吸気カムシャフト１０は、一方端部で可変バルブタイミング機構１３と連結されており、この可変バルブタイミング機構１３により、吸気カムシャフト１０の相対回転位相が進角または遅角に制御されるようになっている。
【００２４】
排気カムシャフト１１は、鉄を含む金属、例えば、合金鋳鉄によって形成され、エンジン１の各気筒に設けられた図示しない排気バルブを開閉駆動するための複数のカム１１ａを有する。この排気カムシャフト１１は、吸気カムシャフト１０に対して並列に配置され一方端部で排気側スプロケット１９に連結されておりチェーン５を介してクランクシャフトの動力が伝達されるようになっている。
【００２５】
カムジャーナル軸受１２は、吸気カムシャフト１０を回転可能に支持するニードル軸受２０と、吸気カムシャフト１０に対して並列に配置された排気カムシャフト１１を回転可能に支持するニードル軸受２１と、ニードル軸受２０、２１を収容する軸受収容ケース２２と、この軸受収容ケース２２と一体的に形成され貫通孔を有する吸気側取付ボス２３および排気側取付ボス２４とを含んで構成されている。
【００２６】
ニードル軸受２０は、複数の針状ころ２０ａと、これらの針状ころ２０ａを収容する円環状のハウジング２０ｂとを含んで構成されており、ニードル軸受２１も、ニードル軸受２０と同様に、複数の針状ころ２１ａと、これらの針状ころ２１ａを収容する円環状のハウジング２１ｂとを含んで構成されている。
【００２７】
軸受収容ケース２２には、その軸線方向に貫通し、並列に配置された貫通孔２２ａ、２２ｂが形成されており、貫通孔２２ａ、２２ｂには、それぞれハウジング２０ｂ、２１ｂが所定の隙間、すなわち、所定のクリアランスを保って挿入されるようになっている。この軸受収容ケース２２、針状ころ２０ａ、２１ａおよびハウジング２０ｂ、２１ｂは、ほぼ同じ熱膨張率を有する鉄を含む金属で形成されており、前述の極低温であっても所定のクリアランスが維持されるようになっている。
【００２８】
吸気側取付ボス２３および排気側取付ボス２４には、ボルト１８が挿入され、軸受収容ケース２２が、シリンダブロック２に締結されるようになっている。
【００２９】
このカムジャーナル軸受１２は、図１に示すように、並列に配置された吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の一方端部の近傍、他方端部の近傍および中間部の３箇所に配置されており、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１を確実に支持している。
【００３０】
また、このカムジャーナル軸受１２は、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１を製造する工程において、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１に組み込んでもよく、他の組み込み手段により、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１に組み込んでもよい。例えば、カムジャーナル軸受１２を、その半径方向に２分割し、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１をシリンダブロック２に取り付ける際に、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１に組み込むようにしてもよい。
【００３１】
このカムジャーナル軸受１２は、例えば、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の直径が２７（ｍｍ）の場合、カムジャーナル軸受１２に対する吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の熱膨張率差を２（×１０−６／℃）以内とすることが好ましい。このように構成することにより、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の温度が高温の９０（℃）から極低温の−３０（℃）に変化したときでも、カムジャーナル軸受１２、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の所定のクリアランスが確保されるようになっている。所定のクリアランスは、吸気カムシャフト１０、排気カムシャフト１１、カムジャーナル軸受１２、可変バルブタイミング機構１３の構造、形状、大きさ、などの可変バルブタイミング装置３の設定諸元やカムトルク変動特性に基づいて適宜選択される。
【００３２】
図２および図３に示すように、可変バルブタイミング機構１３は、オイル通路２５ａを有する吸気側スプロケット２５と、吸気カムシャフト１０の固定孔１０ｂにボルト２６によって固定された回転部材２７と、回転部材２７を囲うように設けられたリングカバー２８と、回転部材２７およびリングカバー２８の先端開口部を塞ぐように設けられ円盤状に形成された閉塞板２９と、押出機構３０と、ストッパ機構３１と、によって構成されている。
【００３３】
この可変バルブタイミング機構１３は、ボルト３２によって、吸気側スプロケット２５、リングカバー２８および閉塞板２９が、一体回転可能に固定されている。したがって、一体回転可能となっている吸気カムシャフト１０および回転部材２７に対して吸気側スプロケット２５、リングカバー２８および閉塞板２９は、相対回転可能となっている。また、この可変バルブタイミング機構１３は、チェーン５を介してクランクシャフトによって駆動されＥＣＵ１４によりクランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフト１０の相対回転位相を進角または遅角に制御するようになっている。
【００３４】
リングカバー２８は、内周面部２８ａを有し、その内周面部２８ａに吸気カムシャフト１０の軸線に向かって周方向に所定間隔毎に形成された突出する４つの張出部２８ｂを有している。また、リングカバー２８は、張出部２８ｂにストッパ機構３１を収容する図４に示す収容孔２８ｃと、各張出部２８ｂ間に形成された溝部２８ｄと、を有する。
【００３５】
回転部材２７は、外周面部２７ａを有しており、この外周面部２７ａからリングカバー２８の各溝部２８ｄに挿入されるよう外側方向へ突出する４つのベーン２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅと、ストッパ機構３１が挿入される図４に示す挿入孔２７ｆと、吸気カムシャフト１０の進角側オイル通路１０ｃと連通する油室２７ｇと、油室２７ｇと連通するオイル通路２７ｈを有する。これらのベーン２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅが挿入されたリングカバー２８の各溝部２８ｄ内は、ベーン２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅにより進角側油室３３および遅角側油室３４が形成されている。
【００３６】
進角側油室３３および遅角側油室３４は、ベーン２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅを周方向両側から挟むように位置している。そして、進角側油室３３は、回転部材２７内に形成されたオイル通路２７ｈと連通し、遅角側油室３４は、吸気側スプロケット２５内に形成されたオイル通路２５ａと連通している。
【００３７】
押出機構３０は、回転部材２７のベーン２７ｃおよびベーン２７ｅに設けられ、周方向に伸縮するスプリング３７と、スプリング３７により付勢されて進角側油室３３内に突出する押出ピン３８と、によって構成されている。
【００３８】
この押出機構３０は、エンジン停止時に吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相よりも遅角側にあるときには、押出ピン３８の先端が進角側油室３３の内周面に当接し、スプリング３７の付勢力により回転部材２７が進角側に回転した状態になる。この状態にあっては、クランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相に位置した状態となる。なお、エンジン停止時に吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相よりも進角側にあるときには、平均トルクにより回転部材２７が遅角側に回転した状態になる。この状態にあっては、クランクシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相に位置した状態となる。
【００３９】
図４に示すように、ストッパ機構３１は、リングカバー２８の収容孔２８ｃに設けられ、吸気カムシャフト１０の軸線に向かって伸縮するスプリング３９と、スプリング３９により付勢されるストッパピン４０と、によって構成されている。
【００４０】
ストッパピン４０は、ストッパピン４０の先端が挿入される回転部材２７の挿入孔２７ｆの底部に油室４１と、オイル通路４２が形成されている。油室４１は、オイル通路４２を介して進角側油室３３に連通しており、この進角側油室３３から油圧が供給されるようになっている。オイル通路４２は、挿入孔２７ｆにストッパピン４０の先端が挿入された状態のときに、挿入孔２７ｆの内周面とストッパピン４０の外周面との間に形成される。
【００４１】
このストッパ機構３１は、スプリング３９の付勢力によってストッパピン４０の先端が挿入孔２７ｆに挿入された状態のときは、吸気カムシャフト１０の相対回転位相を中間止めされるようになっている。また、ストッパピン４０の先端が挿入孔２７ｆに挿入された状態のときに油室４１に油圧が供給されると油圧によってストッパピン４０が挿入孔２７ｆから抜き出され吸気カムシャフト１０の相対回転位相の中間止めが解除されるようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ１４は、マイクロプロセッサおよびその動作に必要な一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、動作を実行させるプログラムなどが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、電気的に書換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどの入力インターフェース回路および駆動回路などの出力インターフェース回路と、によって構成されている。
【００４３】
ＥＣＵ１４のＲＯＭには、カム角度が記憶されている。カム角度とは、予め、実験または数値設計などにより算出された、低燃費と高出力、低エミッション化をともに成立させるように、クランクポジションセンサ１５およびカムポジションセンサ１６等の検出情報とエンジンの運転状態に応じて、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト１０の目標とする、吸気側スプロケット２５に対する回転部材２７の進角とカム角度との関係、遅角とカム角度との関係のことである。
【００４４】
クランクポジションセンサ１５は、クランクシャフトに固定されており、クランクシャフトの回転角度を検出し、検出された信号は、ＥＣＵ１４に出力されるようになっている。この検出された回転角度によってクランクシャフトの回転位相を検出するようになっている。
【００４５】
カムポジションセンサ１６は、シリンダブロック２に固定されており、吸気カムシャフト１０の回転角度を検出し、検出された回転角度の信号は、ＥＣＵ１４に出力されるようになっている。この検出された回転角度によって吸気カムシャフト１０の回転位相を検出するようになっている。
【００４６】
図５に示すように、ＯＣＶ１７は、４つの弁部４３と、スプリング４４と、電磁ソレノイド４５と、スプール４６と、によって構成されており、スプリング４４および電磁ソレノイド４５によりそれぞれ逆の方向にスプール４６を付勢するようになっている。
【００４７】
図２に示すように、オイル供給装置４は、オイルを貯留するオイルパン５０と、オイルパン５０内のオイルを吸い込むオイルストレーナ５１と、オイルポンプ５２と、オイル通路部５３と、によって構成されている。
【００４８】
オイル通路部５３は、オイルパン５０とＯＣＶ１７との間に設けられオイルパン５０内のオイルが、進角側油室３３および遅角側油室３４に供給されるメインオイル供給通路５４と、オイルパン５０とＯＣＶ１７との間に設けられオイルパン５０に進角側油室３３および遅角側油室３４のオイルが排出されるオイル排出通路５５と、ＯＣＶ１７と進角側オイル通路１０ｃとの間に設けられ、進角側オイル通路１０ｃと連通する進角側メインオイル通路５６と、ＯＣＶ１７と遅角側オイル通路１０ｄとの間に設けられ、遅角側オイル通路１０ｄと連通する遅角側メインオイル通路５７と、によって構成されている。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３の動作について図面を参照して説明する。
【００５０】
図６に示すように、可変バルブタイミング機構１３の回転部材２７を図３の矢印Ｆで示す回転方向と逆方向に回転させる場合、すなわち、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相を遅角させようとする場合、ＥＣＵ１４からの信号により電磁ソレノイド４５が励磁され、スプール４６が、電磁ソレノイド４５によって図中の左側に移動される。その結果、進角側メインオイル通路５６とオイル排出通路５５とが連通し、遅角側メインオイル通路５７とメインオイル供給通路５４とが連通する。
【００５１】
このとき、図６の矢印で示すように、オイルポンプ５２により供給された油圧がメインオイル供給通路５４からＯＣＶ１７を介して遅角側メインオイル通路５７に供給され、遅角側メインオイル通路５７から遅角側オイル通路１０ｄを介してオイル通路２５ａに供給され、オイル通路２５ａから遅角側油室３４に供給される。このとき、進角側油室３３の油圧が、オイル通路２７ｈを介して油室２７ｇに排出され、油室２７ｇから進角側オイル通路１０ｃを介して進角側メインオイル通路５６に排出され、進角側メインオイル通路５６からＯＣＶ１７を介してメインオイル供給通路５４に排出され、メインオイル供給通路５４からオイルパン５０に戻される。その結果、進角側油室３３の油圧が、抜け出され、回転部材２７が、図３の矢印Ｆで示す回転方向の逆方向に回転される。その結果、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相が遅角し、吸気バルブのバルブタイミング位相が遅角される。
【００５２】
図７に示すように、可変バルブタイミング機構１３の回転部材２７を図３の矢印Ｆで示す回転方向に回転させる場合、すなわち、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相を進角させようとする場合、ＥＣＵ１４からの信号により電磁ソレノイド４５が消磁され、スプール４６が、図５に示すスプリング４４の付勢力によって図中の右側に移動される。その結果、進角側メインオイル通路５６とメインオイル供給通路５４とが連通し、遅角側メインオイル通路５７とオイル排出通路５５とが連通する。
【００５３】
このとき、図７の矢印で示すように、オイルポンプ５２により供給された油圧が、メインオイル供給通路５４からＯＣＶ１７を介して進角側メインオイル通路５６に供給され、進角側メインオイル通路５６から進角側オイル通路１０ｃを介して油室２７ｇに供給され、油室２７ｇからオイル通路２７ｈを介して進角側油室３３に供給される。このとき、遅角側油室３４の油圧が、オイル通路２５ａを介して遅角側オイル通路１０ｄに排出され、遅角側オイル通路１０ｄから遅角側メインオイル通路５７を介してオイル排出通路５５に排出され、オイル排出通路５５からオイルパン５０に戻される。その結果、遅角側油室３４の油圧が、抜け出され、回転部材２７が、図３の矢印Ｆで示す回転方向に回転される。その結果、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相が進角し、吸気バルブのバルブタイミング位相が進角される。
【００５４】
図８に示すように、可変バルブタイミング機構１３の回転部材２７を中間位相に保持させようとする場合、すなわち、ＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶された目標とするカム角度に達しクランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相を保持させようとする場合、ＥＣＵ１４からの信号によりＯＣＶ１７は、電磁ソレノイド４５が励磁され、スプール４６が、電磁ソレノイド４５によって図中の中央部に移動され、スプール４６によって進角側メインオイル通路５６および遅角側メインオイル通路５７とメインオイル供給通路５４およびオイル排出通路５５とが、遮断されてオイルの供給および排出が停止される。その結果、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相に保持され、吸気バルブのバルブタイミング位相が中間位相に保持される。
【００５５】
図９に示すように、例えば、吸気カムシャフト１０の相対回転位相が、進角位相で制御されているときに、エンジン１が停止されると、ＥＣＵ１４からの信号により電磁ソレノイド４５が消磁され、スプール４６が、図５に示すスプリング４４の付勢力によって図中の右側に移動される。その結果、進角側メインオイル通路５６とメインオイル供給通路５４とが連通し、遅角側メインオイル通路５７とオイル排出通路５５とが連通する。このとき、オイルポンプ５２が停止されて進角側油室３３の油圧が、オイル通路２７ｈを介して油室２７ｇに排出され、油室２７ｇから進角側オイル通路１０ｃを介して進角側メインオイル通路５６に排出され、進角側メインオイル通路５６からＯＣＶ１７を介してメインオイル供給通路５４に排出され、メインオイル供給通路５４からオイルパン５０に戻される。その結果、進角側油室３３の油圧が、抜け出される。また、遅角側油室３４の油圧も、オイル通路２５ａを介して遅角側オイル通路１０ｄに排出され、遅角側オイル通路１０ｄから遅角側メインオイル通路５７を介してオイル排出通路５５に排出され、オイル排出通路５５からオイルパン５０に戻される。その結果、遅角側油室３４の油圧が、抜け出される。なお、吸気カムシャフト１０の相対回転位相が、遅角位相、または、中間位相で制御されているときに、エンジン１が停止されるときも進角位相に制御されているときと同様になる。
【００５６】
この進角側油室３３および遅角側油室３４の油圧が抜け出た状態のとき、例えば、吸気カムシャフト１０の相対回転位相が、中間位相に対して進角側にある場合、回転部材２７は、吸気カムシャフト１０に発生する平均トルクによって遅角され、ストッパ機構３１のストッパピン４０が、挿入孔２７ｆに挿入されて中間止めされる。また、エンジン１が停止されて吸気カムシャフト１０の相対回転位相が、中間位相に対して遅角側にある場合、回転部材２７は、押出機構３０のスプリング３７の付勢力によって進角され、ストッパ機構３１のストッパピン４０が、挿入孔２７ｆに挿入されて中間止めされる。さらに、エンジン１が停止されて吸気カムシャフト１０の相対回転位相が、中間位相にある場合、ストッパ機構３１のストッパピン４０が、挿入孔２７ｆに挿入されて中間止めされる。
【００５７】
このように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３が構成されているので、次の効果が得られる。
【００５８】
図１０に示すように、従来の可変バルブタイミング機構の場合、外部環境温度が極低温のとき、カムトルク変動特性はカムトルクＢ（Ｎ・ｍ）の変動特性になってしまう。すなわち、吸気カムシャフト１０とカムジャーナル軸受１２との間で生じるフリクションによってカムトルクが増大する。しかしながら、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３においては、カムトルク変動特性はカムトルクＡ（Ｎ・ｍ）の変動特性のようになり変化しない。すなわち、吸気カムシャフト１０とカムジャーナル軸受１２との間で生じるフリクションが低減されるからである。したがって、エンジン停止時に吸気カムシャフト１０の相対回転位相が中間位相よりも遅角側にあるときでも押出機構３０のスプリング３７の付勢力によって吸気カムシャフト１０の相対回転位相が確実に中間止めされる。よって、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相が確実に中間止めされる。その結果、進角側油室３３および遅角側油室３４の油圧が抜け出た状態でエンジンが始動されても平均トルクによって、回転部材２７が、進角側および遅角側にばたつかないため、吸気バルブのバルブタイミング位相が安定されてエンジン始動時の作動が安定する効果がある。
【００５９】
具体的には、従来の可変バルブタイミング装置では、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの直径が、２７（ｍｍ）で、鉄を含む金属、例えば、合金鋳鉄によって形成され、カムジャーナル軸受が、アルミニウムで形成された場合、鉄の熱膨張率を１２（×１０−６／℃）でアルミニウムの熱膨張率を２３（×１０−６／℃）とすると、両者の熱膨張率差が、２３（×１０−６／℃）−１２（×１０−６／℃）＝１１（×１０−６／℃）であるので、外部環境温度が、９０（℃）から−３０（℃）に変化したとき、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトと、カムジャーナル軸受とのクリアランス変化量は３５．６（μｍ）となっていた。このようにクリアランスの変化量は大きなものであった。
【００６０】
しかしながら、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３では、カムジャーナル軸受１２と、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の熱膨張率差を２（×１０−６／℃）以内になるように、カムジャーナル軸受１２が、鉄を含む金属、例えば、合金鋳鉄によって形成するよう構成したので、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１と、カムジャーナル軸受１２とのクリアランス変化量は６（μｍ）となり、クリアランスの変化量は著しく小さくなった。
【００６１】
このように、カムジャーナル軸受１２と、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の熱膨張率差を２（×１０−６／℃）以内になるようにした場合、外部環境温度が極低温時のときでもカムジャーナル軸受１２と吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１のクリアランスを確保することができ、カムジャーナル軸受１２と吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１により生ずるフリクションが増大しない。
【００６２】
また、ニードル軸受２０、２１を構成する軸受収容ケース２２、複数の針状ころ２０ａ、２１ａおよびハウジング２０ｂ、２１ｂが、ほぼ同じ熱膨張率を有する鉄を含む金属で形成されているので、外部環境温度が極低温であっても吸気カムシャフト１０の相対回転位相を進角または遅角に変更する制御の際、油圧の応答性が向上するという効果もある。
【００６３】
なお、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３において、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の回転位相を進角または、遅角させる場合について説明したが、本発明の可変バルブタイミング機構においては、クランクシャフトの回転位相に対して排気カムシャフト１１の回転位相を進角または、遅角させるよう排気カムシャフト１１に可変バルブタイミング機構１３を設けてもよい。
【００６４】
また、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３において、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０の回転位相を進角または、遅角させる場合について説明したが、本発明の可変バルブタイミング装置においては、クランクシャフトの回転位相に対して吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１の双方の相対回転位相を進角または、遅角させてもよい。
【００６５】
また、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置３において、カムジャーナル軸受１２は、ニードル軸受２０、２１と、ニードル軸受２０、２１を収容するとともにシリンダブロック２に固定される軸受収容ケース２２と、を備え、ニードル軸受２０、２１が、複数の針状ころ２０ａ、２１ａと、複数の針状ころ２０ａ、２１ａを回転可能に保持するハウジング２０ｂ、２１ｂと、を有する場合について説明したが、本発明の可変バルブタイミング装置においては、カムジャーナル軸受１２はシリンダブロック２に固定される軸受収容ケースに、直接複数の針状ころ２０ａ、２１ａを回転可能に保持させてもよい。
【００６６】
以上のように、本発明によれば、外部環境温度が極低温であってもカムシャフトのカムトルク変動特性が変化しないで、あらゆる温度域においてエンジン始動時のバルブタイミング位相を確実に中間止めすることができ、吸気バルブのバルブタイミング位相を安定することができる可変バルブタイミング装置に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１  エンジン
２  シリンダブロック
３  可変バルブタイミング装置
１０  吸気カムシャフト
１１  排気カムシャフト
１２  カムジャーナル軸受
１３  可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ−ｉ）
１４  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１５  クランクポジションセンサ
１６  カムポジションセンサ
１７  オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２０、２１  ニードル軸受
２０ａ、２１ａ  針状ころ
２０ｂ、２１ｂ  ハウジング
２２  軸受収容ケース
２２ａ、２２ｂ  貫通孔
２３  吸気側取付ボス
２４  排気側取付ボス
２５  吸気側スプロケット
２７  回転部材
２８  リングカバー
２９  閉塞板
３０  押出機構
３１  ストッパ機構
３３  進角側油室
３４  遅角側油室
３８  押出ピン
４０  ストッパピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010174860.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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