(57)【要約】【課題】カムプロファイルの製作が容易で、広範囲に適切な作用角やリフト量に調整することができ、カムシャフトの位置決め制御も安定して容易に行う。【解決手段】可変バルブタイミング装置は、エンジンに回転可能に支持されるカムシャフトと、このカムシャフトに設けられ、前記エンジンを構成するシリンダに設けられたバルブを開閉するカムを備え、前記カムは、１つのバルブに対して位相及び作用角が異なる複数のカムで構成され、前記カムシャフトを軸方向に移動位置決めして前記バルブを開閉するカムを切り替える作用角可変機構を備え、前記作用角可変機構は、前記複数のカムをそれぞれ単独で用いて前記バルブを開閉する位置と、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に前記カムシャフトをそれぞれ移動して位置決めするロック機構を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変バルブタイミング装置であって、
エンジンに回転可能に支持されるカムシャフトに設けられ、前記エンジンの複数のバルブのうちの１つのバルブを開閉し、前記１つのバルブに対して位相が異なる複数のカムを有するカムユニットと、
前記カムユニットを移動して前記バルブを開閉する前記複数のカムを切り替える機構であって、前記複数のカムがそれぞれ単独で前記バルブを開閉する位置と、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に前記カムユニットをそれぞれ移動する作用角可変機構と、
を有することを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記カムシャフトは吸気側バルブを開閉する吸気側カムシャフトであることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項３】
請求項１に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記複数のカムは前記１つのバルブに対して互いに作用角も異なることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記複数のカムは、作用角が小さい小作用角カムと、作用角が前記小作用角カムよりも大きく且つバルブリフト量も大きな中作用角カムと、を有し、前記小作用角カムは前記中作用角カムよりも進角側となるように互いに位相をずらして設けられていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項５】
請求項４に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記小作用角カムは進角側が遅角側よりも、作用角とリフト量からなるリフトカーブが緩やかな傾斜になるプロファイルに形成されていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項６】
請求項１に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記バルブの開閉機構は、前記カムユニットが前記バルブに設けられたバルブリフタを直接押してバルブを開閉する直動方式の開閉機構であることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項７】
請求項１に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記バルブの開閉機構は、前記カムユニットと前記バルブとの間にロッカーアームを設けて、このロッカーアームを介して前記カムユニットが前記バルブを開閉するロッカーアーム方式の開閉機構であることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項８】
請求項２に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記作用角可変機構は、前記吸気側カムシャフトを、前記複数のカムがそれぞれ単独で前記バルブを開閉する位置と、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に位置決めするロック機構を有していることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項９】
請求項８に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記ロック機構は、前記吸気側カムシャフトの外周面に設けられ、前記複数のカムをそれぞれ単独で用いて前記バルブを開閉する位置に前記吸気側カムシャフトを位置決めするためのロックピン穴と、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に前記カムシャフトを位置決めするためのロックピン穴を備え、これらのロックピン穴の何れかにシャフトロックピンを挿入することで、前記吸気側カムシャフトの軸方向位置決めをすることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記吸気側カムシャフトの一端には該吸気側カムシャフトを駆動するスプロケットを備え、このスプロケットの部分には、前記吸気側カムシャフトの回転位相を連続的に可変するための回転位相差可変機構を有し、この回転位相差可変機構のハウジング内に前記作用角可変機構が設けられていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記回転位相差可変機構のハウジング内には、前記回転位相差可変機構の位相を固定する位相ロックピンを有し、
前記シャフトロックピンと前記位相ロックピンの何れかのロックを解除した状態で他方のロックピンによるロック行うように構成されていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の可変バルブタイミング装置において、
前記吸気側カムシャフトの一端には該吸気側カムシャフトを駆動するスプロケットを備え、このスプロケットには、スプロケットハウジングが設けられ、このスプロケットハウジング内には、吸気側カムシャフトの回転位相を連続的に可変するための回転位相差可変機構を有し、前記スプロケットハウジングには前記作用角可変機構が設けられている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、本発明は、内燃機関等に用いられる可変バルブタイミング装置に関し、特に、回転位相差可変機構を備えるものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対して、吸気バルブ用カムシャフトや排気バルブ用カムシャフトを同期回転させるための駆動力伝達機構としてタイミングプーリ、スプロケットあるいはギヤ等が存在するが、これらに組み込まれ、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置が知られている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１２１９２５号公報（特許文献１）のものには、カムシャフトに３次元カムを設け、カムシャフトを回転軸方向への位置調整を行うことで、カムプロファイルを無段階に変化させて適切な作用角やリフト量に調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２１９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のものでは、カムを３次元カム形状にとしているため、カムプロファイルを無段階に変化させて高精度に製作する必要がある。また、カムシャフトを回転軸方向に位置調整して適切な作用角やリフト量に調整する必要があるため、カムシャフトの軸方向位置決めも高精度に行う必要がある。
【０００６】
このように従来のものにおいては、適切な作用角やリフト量に調整するにはカムシャフトのカムプロファイルを高精度に製作すると共に、カムシャフトの位置決め制御を安定して高精度に行う必要があり、現実的には採用し難いものであった。
【０００７】
本発明の一つの目的は、カムプロファイルの製作が容易で、広範囲に適切な作用角やリフト量に調整することができ、カムシャフトの位置決め制御も安定して容易に行うことのできる可変バルブタイミング装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の好ましい態様によれば、可変バルブタイミング装置は、エンジンに回転可能に支持されるカムシャフトに設けられ、前記エンジンを構成するシリンダに設けられた複数のバルブのうちの１つのバルブを開閉するカムユニットを備え、前記カムユニットは、前記１つのバルブに対して位相が異なる複数のカムを有し、前記カムユニットを軸方向に移動して前記１つのバルブを開閉する複数のカムを切り替える作用角可変機構を備え、前記作用角可変機構は、前記複数のカムをそれぞれ単独で用いて前記バルブを開閉する位置と、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に前記カムユニットを移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カムプロファイルの製作が容易で、広範囲に適切な作用角やリフト量に調整することができる可変バルブタイミング装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の可変バルブタイミング装置の実施例１を説明する概略斜視図。
【図２】図１に示す回転位相差可変機構の構成を説明する断面図。
【図３Ａ】図１のカムの部分を拡大して示す要部拡大斜視図。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】小作用角カムと中作用角カムにおけるクランク角とリフト量との関係を示す線図。
【図５】小作用角カム、中作用角カム及び大作用角カムの使い分けを説明する図。
【図６】シャフトを軸方向に移動させてカムを切り替える作用角可変機構を説明する模式図。
【図７】図６に示す油圧室に油圧を供給するための油圧切り替え機構を説明する図。
【図８】図１に示す回転位相差可変機構における動作を説明する模式図。
【図９Ａ】図６のＢ部拡大図で、作用角可変機構の動作を説明する図。
【図９Ｂ】図６のＢ部拡大図で、作用角可変機構の動作を説明する図。
【図９Ｃ】図６のＢ部拡大図で、作用角可変機構の動作を説明する図。
【図１０Ａ】吸気側カムシャフトの軸方向移動によるカム切り替えを説明する図。
【図１０Ｂ】吸気側カムシャフトの軸方向移動によるカム切り替えを説明する図。
【図１０Ｃ】吸気側カムシャフトの軸方向移動によるカム切り替えを説明する図。
【図１１Ａ】吸気側バルブを大作用角カムを用いて開閉する際の動作を説明する図。
【図１１Ｂ】吸気側バルブを大作用角カムを用いて開閉する際の動作を説明する図。
【図１１Ｃ】吸気側バルブを大作用角カムを用いて開閉する際の動作を説明する図。
【図１２Ａ】回転位相差可変機構と作用角可変機構を組合せて運転した際のクランク角とリフト量との関係を説明する線図。
【図１２Ｂ】回転位相差可変機構と作用角可変機構を組合せて運転した際のクランク角とリフト量との関係を説明する線図。
【図１２Ｃ】回転位相差可変機構と作用角可変機構を組合せて運転した際のクランク角とリフト量との関係を説明する線図。
【図１３】本発明の実施例２を示す回転位相差可変機構付近の構成を説明する図。
【図１４】本発明の実施例３を示すロッカーアーム付近の要部拡大図。
【図１５】一般的なエンジンの概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の可変バルブタイミング装置の具体的実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
【実施例１】
【００１２】
まず、図１５を用いて、本発明の実施例が適用される一般的なエンジンの概略構成を説明する。
【００１３】
エンジン１のシリンダブロック２には複数のシリンダ３が設けられ、各シリンダ３にはピストン４が配置されている。各ピストン４はクランクケース５に支持されているクランクシャフト６に対して、それぞれコンロッド７で連結されている。クランクシャフト６にはクランクプーリ８が固定されている。
【００１４】
シリンダブロック２の上側に設けられているシリンダヘッド９には、吸気側カムシャフト（カムシャフト）１０が複数のジャーナル軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。前記吸気側カムシャフト１０には各前記シリンダ３に対応するように吸気側カム１１が一体に固定されている。また、それぞれのシリンダヘッド９には、排気側カムシャフト（カムシャフト）１２も複数のジャーナル軸受により回転自在に支持されている。前記排気側カムシャフト１２には各前記シリンダ３にそれぞれ対応する排気側カム１３が一体に固定されている。
【００１５】
前記吸気側カムシャフト１０にはスプロケット１４が一体に設けられ、前記排気側カムシャフト１２にもスプロケット１５が一体に設けられている。各前記スプロケット１４，１５は、前記クランクプーリ８にタイミングベルト１６で連結されている。クランクシャフト６が回転すると前記吸気側カムシャフト１０及び前記排気側カムシャフト１２が回転駆動されるように構成されている。
【００１６】
それぞれのシリンダ３には、吸気側バルブ１７が２個ずつ配設されている。これらの吸気側バルブ１７は、前記吸気側カム１１に対してバルブリフタ１８を介してそれぞれ駆動連結されている。
【００１７】
また、各シリンダ３には、排気側バルブ１９も２個ずつ配設されている。各排気側バルブ１９は、前記排気側カム１３に対してバルブリフタ２０を介してそれぞれ駆動連結されている。  
なお、図１５において、２９はオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ)、４０はクランク角度センサ、４１はカム角度センサである。
【００１８】
次に、本発明の可変バルブタイミング装置の実施例１を図１〜図１２を用いて説明する。
まず、本実施例１の可変バルブタイミング装置の全体構造及び動作について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施例では、吸気側カムシャフト１０の一端のスプロケット１４の部分には、回転位相差可変機構（例えば「ＶＴＣ」と呼ばれる）２１が設けられている。この回転位相差可変機構２１は、吸気側カムシャフト１０の回転位相を連続的に可変できるように構成されている。
【００２０】
また、図１に示す例では、排気側カムシャフト１２の一端には、排気側カムシャフト１２の回転位相が変化しないスプロケット１５が設けられているが、前記回転位相差可変機構２１を前記排気側カムシャフト１２の側にも設けてその回転位相も連続的に可変できるように構成しても良い。クランクシャフト６にはクランクプーリ８が固定されている。また、前記クランクシャフト６にはオイルポンプ２２が接続されていて、クランクシャフト６の回転に同期して前記オイルポンプ２２が回転することにより、オイルを吐出し油圧を発生させて、機関内の潤滑や油圧駆動のアクチュエータへのオイル供給を行っている。
【００２１】
前記スプロケット１４，１５は、タイミングベルト１６を介し、クランクプーリ８によって駆動される。スプロケット１４の部分に設けられている前記回転位相差可変機構２１には、油圧によって駆動されるアクチュエータが内蔵されている。
なお、図１において、２９はオイルコントロールバルブ、４０はクランク角度センサ、４１はカム角度センサである。
【００２２】
前記回転位相差可変機構２１を動作させるための前記アクチュエータの構造を、図２を用いて説明する。  
前記吸気側カムシャフト１０の一端には、吸気側の前記スプロケット１４が設けられ、このスプロケット１４の内周側には回転位相差可変機構２１のハウジング２３が設けられている。このハウジング２３の内部には吸気側カムシャフト１０に連結されたベーン２４が内蔵されており、ベーン２４の周囲にはベーン２４が回転方向に動作可能な空間が設けられている。前記空間はベーン２４により進角室２５と遅角室２６に仕切られており、進角室２５は位相進角油圧通路２７に、遅角室２６は位相遅角油圧通路２８にそれぞれつながっている。
【００２３】
オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２９はソレノイド３０、プランジャ３１、ハウジング３２、スプール３３、スプリング３４を備えており、ソレノイド３０に電流を供給しない状態ではスプール３３がスプリング３４に押されて図２の右方向に位置している。
【００２４】
ソレノイド３０に電流を供給すると、プランジャ３１がスプール３３を図２の左方向に押すため、スプリング３４の力に打ち勝ってスプール３３が左方向に移動する。スプール３３の左方向への移動量は、ソレノイド３０に供給する電流の大きさに比例して大きくなる。
【００２５】
ハウジング３２は油圧供給ポート３５、進角ポート３６、遅角ポート３７、ドレインポート３８を備えており、前記油圧供給ポート３５はオイル通路３９に、進角ポート３６は位相進角油圧通路２７に、遅角ポート３７は位相遅角油圧通路２８に、ドレインポート３８は図示しないドレイン通路にそれぞれつながっている。
【００２６】
なお、図１や図１５に示す４０はクランク角度センサ、４１はカム角度センサであり、これらのセンサ４０，４１で検出された信号は制御装置４２に入力され、この制御装置４２は前記回転位相差可変機構２１等を制御する。
【００２７】
図１に示すように、ピストン４が摺動して往復動するそれぞれのシリンダ３に対応して２つの吸入側カム１１と２つの排気側カム１３が設けられており、それぞれのカム１１，１３はそれぞれに対応する吸気側バルブ１７または排気側バルブ１９のバルブリフタ１８，２０を押して吸気側バルブ１７または排気側バルブ１９を開閉するように構成されている。
【００２８】
また、図１に示すように、本実施例では、吸気側カムシャフト１０に設けられている吸入側カム（カムユニット）１１は異なる形状（プロファイル）の２つのカム１１ａ，１１ｂ（１１ａ：小作用角カム、１１ｂ：中作用角カム）から構成されている。更に、吸気側カムシャフト１０は、後述するシャフト駆動機構により、軸方向に往復移動が可能に構成されている。
【００２９】
これにより、前記小作用角カム１１ａをバルブリフタ１８に対応する位置に移動させることにより、該小作用角カム１１ａで前記吸気側バルブ１７を開閉することができる。また、前記中作用角カム１１ｂをバルブリフタ１８に対応する位置に移動させることにより、該中作用角カム１１ｂで前記吸気側バルブ１７を開閉することができる。
【００３０】
更に、本実施例では、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂとの中間位置をバルブリフタ１８に対応する位置に移動させることにより、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いて前記吸気側バルブ１７を開閉することができるようにも構成されている。
【００３１】
図１に示す吸気側カム１１付近の構成を、図３Ａ及び図３Ｂを用いて更に詳しく説明する。  
図３Ａに示すように、吸気側カムシャフト１０を後述する駆動機構により、軸方向に移動することにより、前記小作用角カム１１ａまたは前記中作用角カム１１ｂをそれぞれ単独で用いて前記吸気側バルブ１７を開閉したり、或いは前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を併用して前記吸気側バルブ１７を開閉することができる。
【００３２】
また、図３ＡのＡ−Ａ線矢視断面図である図３Ｂに示すように、小作用角カム１１ａは中作用角カム１１ｂよりも進角側になるように、両カム１１ａ，１１ｂは互いに位相をずらして構成されている。
【００３３】
ここで、図３Ｂ及び図４を用いて、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂのそれぞれのプロファイルと位相差について説明する。図４は小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂにおけるクランク角とリフト量との関係を示すもので、実線で示す１１ａ´は小作用角カム１１ａにおけるクランク角とリフト量との関係を示し、一点鎖線で示す１１ｂ´は中作用角カム１１ｂにおけるクランク角とリフト量との関係を示している。また、クランク角を示す横軸において、ＴＤＣは上死点（０deg.ATDCまた３６０deg.ATDCの位置）、ＢＤＣ下死点（１８０deg.ATDCの位置）を示している。
【００３４】
この図に示す例では、小作用角カム１１ａはクランク角で−２０〜１００deg.ATDCの範囲で吸気側バルブ１７を開くように構成されており、その作用角を１２０degとしている。また、中作用角カム１１ｂはクランク角で６０〜２８０deg.ATDCの範囲で吸気側バルブ１７を開くように構成されており、その作用角を２２０degとしている。
【００３５】
従って、小作用角カム１１ａ単独で吸気側バルブ１７を開閉するように吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動すると、図４の実線１１ａ´で示すように、クランク角で−２０deg.ATDC付近の位置からバルブ１７のリフトを開始して、次第にリフト量が増加してクランク角が５５deg.ATDC（４５〜６５deg.ATDC）付近で最大リフト量となり、その後リフト量が減少してクランク角が１００deg.ATDC付近でバルブ１７は閉じられる。
【００３６】
一方、中作用角カム１１ｂ単独で吸気側バルブ１７を開閉するように吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動すると、図４の一点鎖線１１ｂ´で示すように、クランク角で６０°付近の位置からバルブ１７のリフトを開始して、次第にリフト量が増加してクランク角が１７０deg.ATDC（１６０〜１８０deg.ATDC）付近で最大リフト量となり、その後リフト量が減少してクランク角が２８０deg.ATDC付近でバルブ１７は閉じられる。また、中作用角カム１１ｂの最大リフト量は小作用角カム１１ａの最大リフト量の約１．５〜２倍となるように構成されている。
【００３７】
更に、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いて前記吸気側バルブ１７を開閉するように前記吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動すると、図４の破線１１ｃに示すようになる。即ち、クランク角で−２０deg.ATDC付近の位置からバルブ１７のリフトを開始して、次第にリフト量が増加し、クランク角で８０〜９０deg.ATDC付近になると、中作用角カム１１ｂがバルブリフタ１８に接触してバルブ１７を更に開くように作用し、１６０〜１８０deg.ATDC付近で最大リフト量となり、その後次第に減少して、２８０deg.ATDC付近でバルブ１７は閉じられる。従って、その作用角は約３００degとなる。
【００３８】
このように、本実施例では、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂとの中間位置をバルブリフタ１８に対応する位置に移動させることにより、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いて前記吸気側バルブ１７を開閉することができ、この結果、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂを組み合わせた大作用角のプロファイルをもつカム形状を実現できる。
【００３９】
従って、本実施例によれば、２つのカム（小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂ）の位相をずらして吸気側カムシャフト１０に設け、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂとの中間位置をバルブリフタ１８に対応する位置になるように吸気側カムシャフト１０を移動させることにより、大作用角カム１１ｃのカムプロファイルも実現でき、コンパクトで、幅広い運転条件に応じて運転効率の高い吸気バルブ１７の開閉制御が可能となる。
【００４０】
なお、図４の実線１１ａ´で示すような特性となるように前記小作用角カム１１ａのプロファイルを形成し、また、一点鎖線１１ｂ´で示すような特性となるように前記中作用角カム１１ｂのプロファイルを形成する。更に、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの位相差は、バルブ１７のリフト開始時で７０〜９０deg（好ましくは約８０deg）、最大リフト時では１０５〜１２５deg（好ましくは約１１５deg）の位相差になるように構成されている。更に、バルブ１７のリフト終了時では１６０〜２００deg（好ましくは約１８０deg）の位相差になるように構成されている。
【００４１】
具体的には、図３Ｂに示すように、小作用角カム１１ａは中作用角カム１１ｂよりも進角側に形成され、且つ最大高さも中作用角カム１１ｂの半分程度に形成されている。また、小作用角カム１１ａの頂点は遅角側に偏って形成され、頂点よりも進角側は遅角側よりもなだらかな傾斜になるように構成されている。即ち、前記小作用角カム１１ａは進角側が遅角側よりも、作用角とリフト量からなるリフトカーブが緩やかな傾斜になるプロファイルに形成されている。また、中作用角カム１１ｂの頂点はほぼ中央になるように形成され、その傾斜は進角側と遅角側でほぼ同等になるように構成されている。
【００４２】
このように前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂを形成することにより、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いて前記吸気側バルブ１７を開閉する場合に、バルブリフタ１８へのカムの接触が、前記小作用角カム１１ａから前記中作用角カム１１ｂへと滑らかに移行させることができ、これにより振動等の発生を抑制することができる。
【００４３】
次に、前記小作用角カム１１ａ、前記中作用角カム１１ｂ、及び前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いて前記吸気側バルブ１７を開閉する大作用角カム１１ｃ（図４参照）の使い分けについて図５を用いて説明する。図５において、横軸はエンジンスピード（回転数；ｒｐｍ）であり、縦軸は図示平均有効圧力ＩＭＥＰ（Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｍｅａｎ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）(ＭＰａ)である。このＩＭＥＰはシリンダ内の圧力であり、これはエンジントルクに対応する。
【００４４】
小作用角カム１１ａと大作用角カム１１ｃは、エンジントルクが小さい範囲で運転される場合に使用され、大作用角カム１１ｃは小トルクで回転数も低い場合に使用されることで、効率の良い運転が可能となる。また、トルクが特に小さい場合と、小トルクで回転数が高くなる場合には小作用角カム１１ａが使用されることで効率良い運転ができる。さらに、大きなトルクが必要な場合には回転数の全範囲に亘って中作用角カム１１ｂを使用することで、効率良い運転が可能となる。
【００４５】
このように、運転状態に応じて、前記小作用角カム１１ａ、前記中作用角カム１１ｂ及び前記大作用角カム１１ｃを使い分けることで最小燃費を実現することが可能となる。
【００４６】
次に、図６及び図７を用いて吸気側カムシャフトを軸方向に移動させてカムを切り替え、作用角を可変させる作用角可変機構４３について説明する。  
図６において、１０は吸気側カムシャフトで、この吸気側カムシャフト１０には小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂが取り付けられている。前記吸気側カムシャフト１０の一端側は、図１及び図２に示すように、回転位相差可変機構２１が連結されている。２３は前記回転位相差可変機構２１のハウジングであり、このハウジング２３と前記吸気側カムシャフト１０の一端面との間には油圧室４４が設けられている。また、前記吸気側カムシャフト１０の他端側には該吸気側カムシャフト１０を前記ハウジング２３側に押圧するばね等の押圧部材４５が設けられている。
【００４７】
前記油圧室４４に、オイルポンプ２２（図１参照）などの油圧源からの油圧を給排することにより前記吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させることができ、前記バルブリフタ１８（図１等参照）に作用するカムを、小作用角カム１１ａにしたり、中作用角カム１１ｂに切り替えることができる。更に、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂとの中間位置をバルブリフタ１８に対応する位置になるように吸気側カムシャフト１０を移動させれば、前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いた大作用角カム１１ｃとして吸気バルブ１７を開閉することもできる。
【００４８】
図７は前記油圧室４４に油圧を供給するための油圧切り替え機構を説明する図である。図７において、４６はソレノイドバルブで、図２で説明したものと同様のものであるが、本実施例では、回転位相差可変機構２１を作動させるための油圧通路である位相進角油圧通路２７と位相遅角油圧通路２８の他に、前記吸気側カムシャフト１０を移動させるための油圧源となるシャフト用油圧通路４７も設けられ、これらの油圧通路を前記ソレノイドバルブ４６により切り換えることで、前記回転位相差可変機構２１を操作したり、前記吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させることができる。なお、図７において、４８はエンジンケーシング、４９はオイルポンプ２２などの油圧源から供給される高圧油である。
【００４９】
このように、本実施例では、作用角可変機構４３のためのシャフト用油圧通路４７も必要であるが、このシャフト用油圧通路４７は、前記回転位相差可変機構２１を作動させるための油圧回路と併用することが可能である。即ち、図２に示すソレノイドバルブにシャフト用油圧通路４７用の油圧ポートを１つ追加すれば、回転位相差可変機構２１と作用角可変機構４３の油圧回路を共用化することが可能となり、製作コストを削減できる。
【００５０】
上述したように、本実施例では、図６に示す作用角可変機構４３の他に、図１及び図２に示す回転位相差可変機構２１も備えているので、図８、図９Ａ〜図９Ｃ、及び図１０Ａ〜図１０Ｃを用いて、吸気側カムシャフト１０を軸方向移動させるための動作について説明する。なお、図９Ａ〜図９Ｃは図６のＢ部の拡大図である。
【００５１】
図８において、５１は、回転位相差可変機構２１のハウジング２３とベーン２４のハブ２４ａとの間をロックし、これらが相対的に回転しないようにする第１ロックピン（位相ロックピン）、５２は、吸気側カムシャフト１０と前記ベーン２４のハブ２４ａとの間をロックし、これらが軸方向に相対移動しないようにする第２ロックピン（シャフトロックピン）である。
【００５２】
なお、第１ロックピン５１は、ばね（図示せず）によりロックが解除される方向に付勢されており、図示しない油圧源から油圧を供給することによりロック位置に移動させてロックするように構成されている。第２ロックピン５２は、ばね（図示せず）によりロックされる方向に付勢されており、図示しない油圧源から油圧を供給することによりロックが解除される方向に移動してロックが解除されるように構成されている。
【００５３】
また、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、前記第２ロックピン５２に対向する前記吸気側カムシャフト１０の外周面には、前記第２ロックピン５２が挿入されるロックピン穴５３（５３ａ〜５３ｃ）が軸方向に３個形成されている。図９Ａに示す状態から、前記第２ロックピン５２を一番右のロックピン穴５３ａに挿入することにより、図１０Ａに示すように、前記小作用角カム１１ａが前記バルブリフタ１８の位置に移動し、吸気バルブ１７を前記小作用角カム１１ａで開閉するように構成されている。
【００５４】
図９Ｂに示すように、前記第２ロックピン５２を一番左のロックピン穴５３ｂに挿入することにより、図１０Ｂに示すように、前記中作用角カム１１ｂが前記バルブリフタ１８の位置に移動し、吸気バルブ１７を前記中作用角カム１１ｂで開閉する。
【００５５】
更に、図９Ｃに示すように、前記第２ロックピン５２を中央のロックピン穴５３ｃに挿入することにより、図１０Ｃに示すように、前記小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの中間位置が前記バルブリフタ１８の位置に移動し、吸気バルブ１７を前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方で形成されるカムプロファイル、即ち大作用角カム１１ｃ（図４参照）で開閉される。
【００５６】
上述したように、前記第２ロックピン（シャフトロックピン）５２と、この第２ロックピン５２が挿入される複数のロックピン穴５３により、カムシャフトを軸方向に位置決めするロック機構が構成されている。また、前記ロックピン穴５３は、前記複数のカム１１ａ，１１ｂをそれぞれ単独で用いて前記バルブを開閉する位置にカムシャフトを位置決めするためのロックピン穴５３ａ，５３ｂと、前記複数のカムを併用して前記バルブを開閉する位置に前記カムシャフトを位置決めするためのロックピン穴５３ｃで構成されている。
【００５７】
次に、吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させてバルブ１７を開閉させるカムを切り替える手順を説明する。  
まず、図８に示すように、遅角室２６に油圧を供給してベーン２４を最遅角側に移動させ、前記第１ロックピン５１でベーン２４を最遅角側に固定する。
次に、第２ロックピン５２のロックを解除し（図９Ａ）、油圧室４４に油圧を供給して、吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させる。このとき、吸気側カムシャフト１０はその外周面に軸方向に形成されたガイド溝５４と、このガイド溝５４と係合しハウジング２３に設けられたガイドピン５５により案内されて軸方向に移動する。
【００５８】
前記中作用角カム１１ｂにより前記吸気バルブ１７を開閉する場合には、ロックピン穴５３ｂが前記第２ロックピン５２に対向する位置に吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させた後、前記第２ロックピン５２を前記ロックピン穴５３ｂに挿入する。（図９Ｂ）
前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を用いた大作用角カム１１ｃのプロファイルで吸気バルブ１７を開閉する場合には、ロックピン穴５３ｃが前記第２ロックピン５２に対向する位置に吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させた後、前記第２ロックピン５２を前記ロックピン穴５３ｃに挿入する（図９Ｃ）。
【００５９】
これにより、図１０Ｃで説明したように、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの中間位置が前記バルブリフタ１８の位置に移動し、吸気バルブ１７を前記小作用角カム１１ａと前記中作用角カム１１ｂの両方を併用した大作用角カムのプロファイルを用いて開閉される。この動作を図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて説明する。
【００６０】
吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させ、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの中間位置がバルブリフタ１８の位置になると、まず小作用角カム１１ａがバルブリフタ１８に接触し、吸気バルブ１７を開き始める（図１１Ａ）。
【００６１】
回転が進むと、前記バルブリフタ１８に対する小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの高さが同じになり両方のカム１１ａ，１１ｂでバルブリフタ１８を押し、吸気バルブ１７のリフト量も増加していく（図１１Ｂ）。
【００６２】
更に回転が進むと、今度は中作用角カム１１ｂがバルブリフタ１８を押し、吸気バルブ１７のリフト量は更に増大する（図１１Ｃ）。  
これら図１１Ａ〜図１１Ｃに示す動作は図４で説明した大作用角カム１１ｃのプロファイルに沿った作用角及びリフト量を、大作用角カムに相当する第３のカムを設けることなく、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの２つのカムで実現できる。
【００６３】
前記回転位相差可変機構２１により吸気側カムシャフト１０の回転位相を変える場合には、前記第２ロックピン５２をロック状態にしたまま、前記第１ロックピン５１をロック状態から解除し、前記進角室２５（図２参照）に油圧を供給することにより、回転位相を進角側に変更することができる。また、前記遅角室２６に油圧を供給すれば、回転位相を遅角側に変更できる。  
上述した前記回転位相差可変機構２１の動作や前記作用角可変機構４３の動作は図１に示す制御装置４２により、図７に示す油圧回路等を制御して行うように構成されている。
【００６４】
図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて、上述した回転位相差可変機構２１と前記作用角可変機構４３を組み合わせて運転した場合のクランク角とリフト量との関係を説明する。
図１２Ａは、図９Ａ及び図１０Ａに示すように、吸気側カムシャフト１０を左側に移動させて第２ロックピン５２をロックピン穴５３ａに挿入し、小作用角カム１１ａで吸気バルブ１７を開閉する場合のクランク角と吸気バルブ１７のリフト量との関係を示す図である。実線は、前記回転位相差可変機構２１により、図８に示すように、回転位相を最遅角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示している。破線は、回転位相差可変機構２１により、回転位相を最進角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示している。
【００６５】
図１２Ｂは、図９Ｂ及び図１０Ｂに示すように、吸気側カムシャフト１０を右側に移動させて第２ロックピン５２をロックピン穴５３ｂに挿入し、中作用角カム１１ｂで吸気バルブ１７を開閉する場合のクランク角とリフト量との関係を示す図である。実線は、回転位相差可変機構２１により、回転位相を最遅角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示し、破線は、回転位相差可変機構２１により、回転位相を最進角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示している。
【００６６】
この図に示すように、中作用角カム１１ｂ単独で吸気バルブ１７を開閉する場合には、通常、図１２Ｂの破線で示す位置（上死点ＴＤＣ付近から吸気を開始する位置）で運転することが好ましい。
【００６７】
図１２Ｃは、図９Ｃ及び図１０Ｃに示すように、第２ロックピン５２の位置にロックピン穴５３ｂがくるように吸気側カムシャフト１０を移動させてロックし、図１０Ｃに示すように、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの両方を使用した大作用角カム１１ｃのプロファイルで吸気バルブ１７を開閉する場合のクランク角とリフト量との関係を示す図である。実線は、回転位相差可変機構２１により、回転位相を最遅角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示し、破線は、回転位相差可変機構２１により、回転位相を最進角側にセットして運転した場合のクランク角とリフト量との関係を示している。  
この図に示すように、大作用角カム１１ｃとして運転する場合には、運転状態に応じて回転位相を調整することで、より効率の良い運転が可能となる。
【００６８】
本実施例では、上述したように回転位相差可変機構２１と作用角可変機構４３を組み合わせて、エンジンの運転状態に応じて、前記回転位相差可変機構２１と前記作用角可変機構４３を制御することにより、図１２Ａ〜図１２Ｃで示すように、吸気バルブ１７のリフト量、作用角及び回転位相を広範囲に調整することが可能となる。
【００６９】
従って、本実施例によれば、幅広い運転条件に応じて、吸気バルブ１７のリフト量、作用角及び回転位相を適切に調整して運転できるから、簡単な構成で高いエンジン性能を実現できる可変バルブタイミング装置が得られる。
【実施例２】
【００７０】
上述した実施例１では、吸気側カムシャフト１０を軸方向に移動させるために、図６に示すように、回転位相差可変機構２１のハウジング２３と吸気側カムシャフト１０の一端面との間に油圧室４４を設け、前記吸気側カムシャフト１０の他端側には該吸気側カムシャフト１０を前記ハウジング２３側に押圧する押圧部材４５を設け、前記油圧室４４に油圧を給排することで、前記吸気側カムシャフト１０の軸方向移動を制御する例を説明した。
【００７１】
図１３は、図６に示す例とは別の吸気側カムシャフト１０の軸方向移動機構を示すものである。  
図１３において、１０は吸気側カムシャフト、１４はスプロケット、１４ａは前記スプロケットと一体に構成されたスプロケットハウジング、２３ａは前記吸気側カムシャフト１０の回転位相を変えるための回転位相差可変機構２１のハウジングである。
【００７２】
この図１３に示す例では回転位相差可変機構２１のハウジング２３ａとは別のスプロケットハウジング１４ａを設け、前記ハウジング２３ａを前記スプロケットハウジング１４ａ内で軸方向に移動自在に構成している。また、前記ハウジング２３ａと前記スプロケットハウジング１４ａとの間にはスプライン５６を配置して、前記スプロケット１４の回転を前記スプロケットハウジング１４ａ及び前記スプライン５６を介して前記ハウジング２３ａに伝達し、前記ハウジング２３ａは前記スプロケット１４の回転と共に回転する構成となっている。また、前記スプライン５６により、前記ハウジング２３ａは前記スプロケットハウジング１４ａに対して軸方向に相対移動可能に構成されている。
【００７３】
前記ハウジング２３ａの外周面には前記スプロケットハウジング１４ａとの間をシールするためにＯリングなどのシール部材５７が設けられ、前記ハウジング２３ａの外方端面と前記スプロケットハウジング１４ａとの間には油圧室４４ａが形成されている。また、前記ハウジング２３ａの内方端面と前記スプロケットハウジング１４ａとの間には、ばね等の押圧部材４５ａが設けられ、前記ハウジング２３ａを前記スプロケットハウジング１４ａに対し常時外方側に押圧している。
【００７４】
更に、前記スプロケットハウジング１４ａにおける前記吸気側カムシャフト１０が貫通する部分にはボス部１４ｂが設けられ、このボス部１４ｂには、図９Ａに示すように第２ロックピン５２を出し入れ自在に設ける一方、この第２ロックピン５２に対向する前記吸気側カムシャフト１０の外周面には、図９Ａと同様に、３つのロックピン穴５３ａ，５３ｂ，５３ｃが軸方向に離間して設けられている。
【００７５】
第２ロックピン５２を前記ロックピン穴５３ａに挿入してロックすることにより、図１０Ａに示すように小作用角カム１１ａで、吸気バルブ１７を開閉することができるように構成されている。同様に、第２ロックピン５２を前記ロックピン穴５３ｂに挿入してロックすることにより、図１０Ｂに示すように中作用角カム１１ｂで、吸気バルブ１７を開閉し、第２ロックピン５２を前記ロックピン穴５３ｃに挿入すれば、図１０Ｃに示すように小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの両方を使用した大作用角カム１１ｃのプロファイルで吸気バルブ１７を開閉できるように構成されている。
【００７６】
前記油圧室４４ａには、図６、図７で説明したものと同様の油圧回路を用いて油圧を給排することにより、前記吸気側カムシャフト１０を軸方向に往復動させることができる。
他の構成は上述した実施例１と同様である。
本実施例２のように構成しても上記実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００７７】
本発明の可変バルブタイミング装置の実施例３を、図１４を用いて説明する。上記実施例１では、吸気側バルブ１７を開閉するためのバルブ開閉機構が、吸気側バルブ１７或いはバルブリフタ１８に吸気側カム１１が直接接触して、前記吸気側バルブ１７を開閉する方式、即ち直動方式のバルブ開閉機構のものに本発明を適用した場合について説明した。これに対し、本実施例３では、吸気側バルブ１７或いはバルブリフタ１８と吸気側カム１１との間にロッカーアーム５８を設けて吸気側バルブ１７を開閉するロッカーアーム方式のものに本発明を適用した場合の例について説明する。
【００７８】
図１４において、１０は吸気側カムシャフト、１１ａは前記吸気側カムシャフト１０に固定して設けられた小作用角カム、１１ｂは同じく中作用角カムである。ロッカーアーム５８はロッカーシャフト５８ａを支点として左右に回動自在に設けられている。前記ロッカーアーム５８の一端側（入力部）にはローラ５８ｂが回転自在に設けられ、このローラ５８ｂと前記吸気側カム１１とは係合している。また、前記ロッカーアーム５８の他端側（出力部）は吸気側バルブ１７またはバルブリフタ１８と係合している。
【００７９】
吸気側バルブ１７はバルブスプリング５９により常時シリンダの吸気開口６０を閉じる方向に付勢されている。ロッカーアーム５８は、前記ローラ５８ｂと吸気側カム１１との係合関係に基づき、出力部５８ｃがバルブスプリング５９の付勢力に抗してバルブリフタ１８（或いは吸気側バルブ１７のステム）を押し、シリンダの吸気開口６０を開くように構成されている。
【００８０】
本実施例３においても、前記吸気側カム１１は上記実施例１と同様に、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂで構成され、吸気側カムシャフト１０を上記実施例１或いは実施例２と同様の手段を用いて往復動させ、また第２ロックピンを用いて軸方向位置をロックできるように構成されている。従って、本実施例３においても、小作用角カム１１ａ単独或いは中作用角カム１１ｂ単独でローラ５８ｂを押すことで、ロッカーアーム５８を介して前記吸気側バルブ１７を開閉させることができ、更に、小作用角カム１１ａと中作用角カム１１ｂの両方を使用した大作用角カム１１ｃのプロファイルで前記ローラ５８ｂを押すことで、ロッカーアーム５８を介して前記吸気側バルブ１７を開閉させることもできるように構成されている。
【００８１】
本実施例３においては、上述した図１０Ａ〜図１０Ｃに示すバルブリフタ１８がロッカーアーム５８のローラ５８ｂに変わるだけで、上記実施例１と同様の効果が得られる。
他の構成は上記実施例１と同様である。
【００８２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では本発明を吸気側カムシャフトに適用した場合について説明したが、排気側カムシャフトにも同様に適用できるものである。  
また、小作用角カムと中作用角カムの２つのカムで構成されるものについて説明したが、２つのカムで構成されるものに限定されるものではなく、１つのバルブに対し、位相、作用角、最大リフト量の異なる３つ以上のカムで構成し、各カム単独或いは隣接する２つのカム用いてバルブを開閉するように構成しても良い。例えば、第１〜第３カムの３つのカムで構成した場合には、３つのカムのプロファイルの他に、第１と第２のカムを組合せたカムプロファイル、第２と第３のカムの組合せたカムプロファイルの５つのパターンのカムプロファイルを使用してバルブを開閉可能となる。
【００８３】
また、本発明は上記した実施例に記載のように、カムシャフト１０を軸方向に移動させるものに限定されるものではなく、例えば特許第４３３０６１８号公報に記載されているような、カム（カムユニット）がカムシャフトと別体であってカムがカムシャフトに対して軸方向に移動するものにも適用可能である。  
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８４】
１：エンジン、２：シリンダブロック、３：シリンダ、４：ピストン、
５：クランクケース、６：クランクシャフト、７：コンロッド、
８：クランクプーリ、９：シリンダヘッド、
１０：吸気側カムシャフト（カムシャフト）、１１：吸気側カム（カムユニット）、
１１ａ：小作用角カム、１１ｂ：中作用角カム、１１ｃ：大作用角カム、
１２：排気側カムシャフト（カムシャフト）、
１３：排気側カム、１４，１５：スプロケット、１４ａ：スプロケットハウジング、
１４ｂ：ボス部、１６：タイミングベルト、
１７：吸気側バルブ、１８，２０：バルブリフタ、１９：排気側バルブ、
２１：回転位相差可変機構、２２：オイルポンプ、２３，２３ａ：ハウジング、
２４：ベーン、２４ａ：ハブ、２５：進角室、２６：遅角室、
２７：位相進角油圧通路、２８：位相遅角油圧通路、
２９：オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、
３０：ソレノイド、３１：プランジャ、３２：ハウジング、３３：スプール、
３４：スプリング、
３５：油圧供給ポート、３６：進角ポート、３７：遅角ポート、
３８：ドレインポート、３９：オイル通路、
４０：クランク角度センサ、４１：カム角度センサ、４２：制御装置、
４３：作用角可変機構、４４，４４ａ：油圧室、４５，４５ａ：押圧部材、
４６：ソレノイドバルブ、４７：シャフト用油圧通路、
４８：エンジンケーシング、４９：高圧油、
５１：第１ロックピン（位相ロックピン）、
５２：第２ロックピン（シャフトロックピン）、
５３（５３ａ〜５３ｃ）：ロックピン穴、５４：ガイド溝、５５：ガイドピン、
５６：スプライン、５７：シール部材、５８：ロッカーアーム、
５８ａ：ロッカーシャフト、５８ｂ：ローラ（入力部）、５８ｃ：出力部、
５９：バルブスプリング、６０：吸気開口。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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