(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、あらゆる運転領域においてバルブタイミング位相を確実に最適なタイミングにすることができ、安定した作動を確保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１９、２０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２１を有し、ニードル軸受１９、２０が複数の針状ころ１９ａ、２０ａと、複数の針状ころ１９ａ、２０ａを回転可能に保持するハウジング１９ｂ、２０ｂとを有し、軸受収容ケース２１、複数の針状ころ１９ａ、２０ａおよびハウジング１９ｂ、２０ｂ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
2010168950.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、
カムトルクによって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または前記排気カムシャフトの回転の相対回転位相を進角側または遅角側に変更し得るよう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連結された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され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バルブタイミング位相を正負のカムトルクを利用し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、吸気バルブまたは排気バルブ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】
従来、この種の可変バルブタイミング装置として、カムシャフトと、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対向するとともに半径方向の外側に突出して形成された一対のローブを有するベーンと、ローブによって仕切られベーン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オイルが供給、排出されるリセスを有するスプロケットと、弁本体とスプールを有し弁本体を移動させてリセスにオイルを供給または排出させるスプール弁と、制御ユニットからの信号に応答して弁本体を移動させる電気機械式アクチュエータと、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）。
【０００４】
この可変バルブタイミング装置においては、カムシャフトに発生する正トルクおよび負トルクであるカムトルクによってベーンが時計回り方向または反時計回り方向に回転されており、スプール弁でリセス内のオイルの供給、排出をすることによって回転方向を制御している。そして、時計回り方向または反時計回り方向の回転を利用してクランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が進角、遅角されるようになっている。前述の正トルクは、カムシャフトの回転を妨げる方向に生ずる負荷のことであり、カムシャフトが回転方向である時計回りに回転する際、カムシャフトに設けられたカムがバルブに設けられたバルブスプリングの反力に抗してバルブを押し下げるとき、カムを駆動するカムシャフトにバルブスプリングの反力によって発生する。また、負トルクは、カムシャフトの回転をアシストする負荷のことであり、カムが更に回転しバルブが閉じる際、カムを駆動するカムシャフトにバルブスプリングの復元力によって発生する。
【０００５】
具体的には、ローブによって仕切られたリセスは、ベーンの回転方向前方側のリセスと回転方向後方側のリセスからなり、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相を進角または遅角させない場合には回転方向前方側および回転方向後方側のリセス内にはオイルが充填されており、充填されたオイルによってベーンが、時計回り方向および反時計回り方向に回転しない状態になっている。すなわち、カムシャフトには、正トルクおよび負トルクが加わってもベーンが時計回り方向および反時計回り方向に回転しない状態になっている。
【０００６】
この状態で、ベーンを反時計回り方向に回転させようとする場合、すなわち、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相を遅角させようとする場合、電気機械式アクチュエータで弁本体を移動させて、ベーンの回転方向後方側のリセスに溜められたオイルが排出される状態になる。このとき、カムシャフトの正トルクによってベーンが反時計回り方向に回転すると回転方向後方側のリセスのオイルがベーンによって排出され、回転方向後方側のリセスに対向するベーンの回転方向前方側のリセスにオイルが供給される。したがって、カムシャフトの正トルクによってベーンが反時計回り方向に回転され、その結果、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が遅角され、バルブタイミング位相が遅角される。
【０００７】
一方、ベーンを時計回り方向に回転させようとする場合、すなわち、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相を進角させようとする場合、電気機械式アクチュエータで弁本体を移動させて、ベーンの回転方向前方側のリセスに溜められたオイルが排出される状態になる。このとき、カムシャフトの負トルクによってベーンが時計回り方向に回転すると回転方向前方側のリセスのオイルがベーンによって排出され、回転方向前方側のリセスに対向するベーンの回転方向後方側のリセスにオイルが供給される。したがって、カムシャフトの負トルクによってベーンが時計回り方向に回転され、その結果、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が進角され、バルブタイミング位相が進角される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、カムシャフトとカムシャフト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ため、正トルクである遅角速度は増大するが負トルクである進角速度は低下してしまい、可変バルブタイミング装置が安定して作動しないという問題があった。
【００１０】
具体的には、鉄製のカムシャフトがアルミニウム製のカムシャフト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カムシャフト軸受との熱膨張率（×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ので、遅角速度は増大するが進角速度は低下してカムトルク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、前述のようにカムシャフトは、遅角速度は増大するが進角速度は低下してしまい、可変バルブタイミング装置が安定して作動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この正トルクおよび負トルクが交代に作用することを示している。
【００１１】
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、あらゆる運転領域においてバルブタイミング位相を確実に最適なタイミングにすることができ、安定した作動を確保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】
【００１２】
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、カムトルクによって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または前記排気カムシャフトの回転の相対回転位相を進角側または遅角側に変更し得るよう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連結された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され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。
【００１３】
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排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との間により生じるフリクションは増大することなく、カムトルク変動特性が変化しない。その結果、あらゆる運転領域において可変バルブタイミング装置によってバルブタイミング位相が確実に最適なタイミングとなり、動作が安定する。
【発明の効果】
【００１４】
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、あらゆる運転領域においてバルブタイミング位相を確実に最適なタイミングにすることができ、安定した作動を確保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】
【００１５】
【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機構を含む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機構の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構の構成要素の一部が取り除かれた可変バルブタイミング機構の正面図である。
【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Ｃ−Ｃ断面を示す断面図である。
【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Ｄ−Ｄ断面を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る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せるときの可変バルブタイミング装置の概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る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せるときの可変バルブタイミング装置概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る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保持させるときの可変バルブタイミング装置の概略断面図である。
【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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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１７と、によって構成されている。
【００１９】
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、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、回転位相が進角または遅角されるようになっている。
【００２０】
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１８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。
【００２１】
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１９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２０と、ニードル軸受１９、２０を収容する軸受収容ケース２１と、この軸受収容ケース２１と一体的に形成され貫通孔を有する吸気側取付ボス２２および排気側取付ボス２３とを含んで構成されている。
【００２２】
ニードル軸受１９は、複数の針状ころ１９ａと、これらの針状ころ１９ａを収容する円環状のハウジング１９ｂとを含んで構成されており、ニードル軸受２０も、ニードル軸受１９と同様に、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いる。
【００２３】
軸受収容ケース２１には、その軸線方向に貫通し、並列に配置された貫通孔２１ａ、２１ｂが形成されており、貫通孔２１ａ、２１ｂには、それぞれハウジング１９ｂ、２０ｂ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２１、針状ころ１９ａ、２０ａおよびハウジング１９ｂ、２０ｂ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。
【００２４】
吸気側取付ボス２２および排気側取付ボス２３には、ボルト１７が挿入され、軸受収容ケース２１が、シリンダブロック２に締結されるようになっている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２ないし図６に示すように、可変バルブタイミング機構１３は、吸気カムシャフト１０の端部に固定された回転部材２４と、環状板２５、２６と、スプール弁２７と、逆止弁２８、２９と、吸気カムシャフト１０の端部に回転可能に支持された吸気側スプロケット３０と、オイル供給通路部３１と、オイル供給サブ通路部３２、３３と、オイル排出通路部３４、３５と、アクチュエータ３６とによって構成されている。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の制御によりクランクシャフトの回転に対して吸気カムシャフト１０の相対回転位相を進角側または遅角側に変更するようになっている。
【００２９】
回転部材２４は、可変バルブタイミング機構１３の環状板２５を取り除いた図４に示すように、環状に形成され、外周面２４ａと、外周面２４ａから半径方向の外側に突出するとともに互いに対向する一対のベーン２４ｂ、２４ｃと、吸気側スプロケット３０の内周面とベーン２４ｂ、２４ｃとの間に介装されたシール２４ｄ、２４ｅと、溝部２４ｆと、貫通孔２４ｇと、を有する。この溝部２４ｆは、後述する吸気側スプロケット３０の油室３０ｃと油室３０ｄとを連通するよう形成されており、この溝部２４ｆ内を油室３０ｃから油室３０ｄまたは、油室３０ｄから油室３０ｃにオイルが流入するようになっている。この回転部材２４は、図５に示す吸気カムシャフト１０に対して、位置決めピン３７によって相対的に位置決めされ、３個のボルト６０によって吸気カムシャフト１０に固定されている。
【００３０】
環状板２５は、環状に形成され、外周面２５ａと、外周面２５ａから半径方向の外側に突出するとともに互いに対向する一対の突出部２５ｂ、２５ｃと、貫通孔２５ｄと、を有する。環状板２６も、環状板２５と同形状で形成され貫通孔２６ａを有する。
【００３１】
この環状板２５は、図５に示すように、回転部材２４の端部に配置されており、環状板２６は、環状板２５に対して吸気カムシャフト１０の軸線方向に回転部材２４を挟んで対向して配置されている。この環状板２５、２６はボルト６１によって回転部材２４に固定されており、この回転部材２４に対して、吸気側スプロケット３０が相対回転可能に環状板２５と環状板２６の間に介装されている。
【００３２】
スプール弁２７は、図２に示すように、円筒状部材３８と、スプール３９と、スプリング４０と、有底円筒状部材４１と、円環状に形成されたストッパ４２と、スプリング４０を保持するようスプール３９に装着されたスナップリング４３と、によって構成されている。
【００３３】
円筒状部材３８は、図５に示すように、オイル供給通路部３１と連通する油孔３８ａと、オイル排出通路部３５と連通する油孔３８ｂと、オイル排出通路部３４と連通する油孔３８ｃと、貫通孔３８ｄと、を有する。この円筒状部材３８は、環状板２５の貫通孔２５ｄ、回転部材２４の貫通孔２４ｇおよび環状板２６の貫通孔２６ａに挿入され、吸気カムシャフト１０の端部に設けられた固定孔１０ｂに支持されており、円筒状部材３８の端部にアクチュエータ３６が係合している。
【００３４】
スプール３９は、環状に形成されたオイル排出孔３９ａと、軸線方向に形成されたオイル通路３９ｂと、を有し、円筒状部材３８の貫通孔３８ｄに摺動可能に挿入されている。スプール３９は、アクチュエータ３６に通電されてないときスプリング４０によってオイル排出孔３９ａと油孔３８ｂが連通するように図５の矢印Ｇの方向に向って付勢されている。
【００３５】
逆止弁２８は、環状のハウジング２８ａと、ボール２８ｂと、スプリング２８ｃとによって構成されており、ボール２８ｂは、スプリング２８ｃによってオイル供給通路部３１の方向に向って付勢されるようになっている。逆止弁２９も逆止弁２８と同様に、環状のハウジング２９ａと、ボール２９ｂと、スプリング２９ｃとによって構成されており、ボール２９ｂは、スプリング２９ｃによってオイル供給通路部３１の方向に向って付勢されるようになっている。この逆止弁２８、２９は、オイル供給通路部３１内の油圧が所定圧力を超えたとき、流通を許容し、所定圧力未満のときは、流通を遮断するようになっている。エンジン始動時は、エンジンの作動を安定させるために、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の回転位相を進角、遅角しないようにすることが好ましいので、逆止弁２８、２９の所定圧力は、同じものが好ましい。
【００３６】
吸気側スプロケット３０は、吸気カムシャフト１０に対して、相対回転可能に支持され、回転方向後方側の進角側油室３０ａと、回転方向前方側の遅角側油室３０ｂと、進角側油室３０ａとベーン２４ｂを挟んで対抗する油室３０ｃと、ベーン２４ｃを挟んで対抗する油室３０ｄと、円筒状に形成されたボス部３０ｅと、円盤状に形成された環状部３０ｆと、を有する。
【００３７】
吸気側スプロケット３０の進角側油室３０ａ、遅角側油室３０ｂ、油室３０ｃおよび油室３０ｄは、吸気側スプロケット３０の内周面と回転部材２４の外周面２４ａとベーン２４ｂ、２４ｃと環状板２５、２６の各側面によって形成されている。図４に示す吸気側スプロケット３０の内周面は、回転部材２４のシール２４ｄ、２４ｅによってシールされており、吸気側スプロケット３０の進角側油室３０ａ、遅角側油室３０ｂ、油室３０ｃおよび油室３０ｄ内の油圧が保持されるようになっている。
【００３８】
オイル供給通路部３１は、油孔３８ａと油室３０ｃおよび油室３０ｄとを連通するように油孔３８ａと油室３０ｃおよび油室３０ｄとの間に設けられている。このオイル供給通路部３１は、複数に形成された油孔３８ａのいずれかと連通するようになっている。
【００３９】
オイル供給サブ通路部３２は、逆止弁２８を介してオイル供給通路部３１と進角側油室３０ａとを連通するようになっている。オイル供給サブ通路部３３もオイル供給サブ通路部３２と同様に、逆止弁２９を介してオイル供給通路部３１と遅角側油室３０ｂとを連通するようになっている。
【００４０】
オイル排出通路部３４は、オイル供給サブ通路部３２と油孔３８ｃを連通するようにオイル供給サブ通路部３２と油孔３８ｃとの間に設けられている。このオイル排出通路部３４は、複数に形成された油孔３８ｃのいずれかと連通するようになっている。オイル排出通路部３５もオイル排出通路部３４と同様に、オイル供給サブ通路部３３と油孔３８ｂを連通するようにオイル供給サブ通路部３３と油孔３８ｂとの間に設けられている。このオイル排出通路部３５は、複数に形成された油孔３８ｂのいずれかと連通するようになっている。
【００４１】
アクチュエータ３６は、シリンダブロック２に支持されており、ソレノイドコイル３６ａと、押出部３６ｂと、ソレノイドハウジング３６ｃとによって構成されている。このアクチュエータ３６は、ＥＣＵ１４から出力された信号によりソレノイドコイル３６ａに通電されると、スプール弁２７のスプール３９が軸線方向に押圧されるようなっており、ソレノイドコイル３６ａに流す電流を変更することによってオイル排出孔３９ａと油孔３８ａ、または、オイル排出孔３９ａと油孔３８ｃを連通する位置に変更するようになっている。
【００４２】
オイル供給装置４は、オイルを貯留するオイルパン４５と、オイルパン４５内のオイルを吸い込むオイルストレーナ４６と、ポンプ機構４７と、オイル通路部４８と、逆止弁４９と、によって構成されている。
【００４３】
オイル通路部４８は、メインオイル通路部５０と、吸気カムシャフト１０の端部に形成された油室５１と、メインオイル通路部５０と油室５１を連通する油孔５２と、サブオイル通路部５３と、サブオイル通路部５３と油室５１を連通する油孔５４と、によって構成されている。
【００４４】
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。
【００４５】
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３０に対する回転部材２４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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
まず、エンジン１が始動される場合、図２に示すように、エンジンの作動を安定させるために、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の回転位相を進角、遅角しないようにすることが好ましいので、スプール弁２７のスプール３９はスプリング４０の付勢力によってオイル排出孔３９ａが油孔３８ａと連通する位置にある。
【００５０】
クランクシャフトによってポンプ機構４７が駆動されるとオイルパン４５からオイルストレーナ４６によって吸引されたオイルがメインオイル通路部５０から油孔５２を介して油室５１に供給され、油室５１から油孔５４を介してサブオイル通路部５３から逆止弁４９を介してスプール弁２７に供給され、スプール弁２７からオイル供給通路部３１に供給される。そして、吸気側スプロケット３０の油室３０ｃ、３０ｄにオイルが供給される。また、オイル供給通路部３１内のオイルは、逆止弁２８、２９を介してオイル供給サブ通路部３２、３３から吸気側スプロケット３０の進角側油室３０ａと遅角側油室３０ｂに供給される。
【００５１】
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２４を矢印Ｆで示す回転方向である時計回り方向の逆方向に回転させようとする場合、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の回転位相を遅角させようとする場合、ＥＣＵ１４からの信号で作動したアクチュエータ３６によってスプール３９がオイル排出孔３９ａと油孔３８ｃが連通する位置に移動され、オイル排出通路部３４を介して吸気側スプロケット３０の進角側油室３０ａからオイルが矢印で示す方向でオイル通路３９ｂに排出される状態になる。
【００５２】
このとき、吸気カムシャフト１０の正トルクによってベーン２４ａで進角側油室３０ａのオイルがオイル通路３９ｂに排出され、油室３０ｄのオイルが溝部２４ｆを介して油室３０ｃに移動され回転部材２４が矢印Ｆに対して逆回転される。この状態のとき、遅角側油室３０ｂのオイルはスプール３９によって油孔３８ｂが塞がれて、オイル通路３９ｂに排出されないで遅角側油室３０ｂに充填された状態になるので、吸気カムシャフト１０の負トルクによって回転部材２４が矢印Ｆ方向に回転されることはない。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。
【００５３】
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２４を矢印Ｆで示す回転方向である時計回り方向に回転させようとする場合、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の回転位相を進角させようとする場合、スプリング４０の付勢力によってスプール３９がオイル排出孔３９ａと油孔３８ｂが連通する位置に移動され、オイル排出通路部３５を介して吸気側スプロケット３０の遅角側油室３０ｂからオイルが矢印で示す方向でオイル通路３９ｂに排出される状態になる。
【００５４】
このとき、吸気カムシャフト１０の負トルクによってベーン２４ｂで遅角側油室３０ｂのオイルがオイル通路３９ｂに排出され、油室３０ｃのオイルが溝部２４ｆを介して油室３０ｄに移動され回転部材２４が矢印Ｆ方向に回転される。この状態のとき、進角側油室３０ａのオイルはスプール３９によって油孔３８ｃが塞がれて、オイル通路３９ｂに排出されないで進角側油室３０ａに充填された状態になるので、吸気カムシャフト１０の正トルクによって回転部材２４が矢印Ｆ方向の逆方向に回転されることはない。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。
【００５５】
図９に示すように、可変バルブタイミング機構１３の回転部材２４を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の回転位相を保持させようとする場合、ＥＣＵ１４からの信号で作動したアクチュエータ３６によってスプール３９がオイル排出孔３９ａと油孔３８ａが連通する位置に移動され、オイル排出通路部３４およびオイル排出通路部３５からのオイルがオイル通路３９ｂに排出されない状態となる。この状態のとき、進角側油室３０ａおよび遅角側油室３０ｂのオイルはスプール３９によって油孔３８ｂ、３８ｃが塞がれて、排出されなくなるとともに油室３０ｃ、３０ｄには、オイルが供給されるので充填された状態になる。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の回転位相が保持された状態となり、吸気バルブのバルブタイミング位相が保持される。
【００５６】
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。
【００５７】
図１０に示すように、従来の可変バルブタイミング装置の場合、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。その結果、あらゆる運転領域において可変バルブタイミング装置３によってバルブタイミング位相が確実に最適なタイミングとなり動作が安定するという効果がある。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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を設けてもよい。
【００６２】
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の双方の回転位相を進角または、遅角させてもよい。
【００６３】
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１９と、ニードル軸受１９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２１と、を備え、ニードル軸受１９が、複数の針状ころ１９ａと、針状ころ１９ａを回転可能に保持するハウジング１９ｂ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を回転可能に保持させてもよい。
【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、カムトルクによってクランクシャフトの回転に対する吸気カムシャフト１０の回転の回転位相を進角または遅角に変更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、油圧によってクランクシャフトの回転に対する吸気カムシャフトの回転の回転位相を進角または遅角に変更させるようにしてもよい。この場合、ニードル軸受を構成する軸受収容ケース、複数の針状ころおよびハウジングが、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の回転の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がある。
【００６５】
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、あらゆる運転領域においてバルブタイミング位相を確実に最適なタイミングにすることができ、安定した作動を確保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】
【００６６】
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
４  オイル供給装置
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
１８  排気側スプロケット
１９、２０  ニードル軸受
１９ａ、２０ａ  針状ころ
１９ｂ、２０ｂ  ハウジング
２１  軸受収容ケース
２２  吸気側取付ボス
２３  排気側取付ボス
２４  回転部材
２５、２６  環状板
２７  スプール弁
２８、２９  逆止弁
３０  吸気側スプロケット
３１  オイル供給通路部
３２、３３  オイル供給サブ通路部
３４、３５  オイル排出通路部
３６  アクチュエータ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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