(57)【要約】【課題】ＶＴＣ装置におけるカムスプロケット倒れや振れを防止する。【解決手段】カムシャフト１の軸線方向端に同軸的に結合されたインナロータ４５によりベーンを構成し、インナロータを外囲するアウタロータ４３によりベーンハウジングを構成し、インナロータの軸心部にスプール弁５９を設け、インナロータとアウタロータとの相対角度関係を可変にする。クランクシャフトと同期回転しかつアウタロータに結合されたカムスプロケット１１をインナロータに一体に形成した外方突出軸受部４７により軸支する。カムチェーンの走行面（カムスプロケット）上に対してカムシャフトに直に固定可能でありかつカムシャフトとの間に締結部品の少ないインナロータに軸受を設けることで、アウタロータの振れを抑えてＶＴＣの挙動を安定化させることができる。【選択図】図１
2008069653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに設けられたカムシャフトと該カムシャフトにクランクシャフトの回転力を伝達するカムスプロケットとの間に、前記クランクシャフトの位相に対する前記カムシャフトの位相を変化させるためのカム位相可変装置が設けられたカム位相可変装置付きエンジンであって、
前記カム位相可変装置が、前記カムシャフトに固着されたインナロータと、前記インナロータを所定の角度範囲で回動自在に受容しかつ前記カムスプロケットと一体をなすアウタロータとを有し、
前記インナロータに、前記カムスプロケットを軸支するように軸線方向外方に突出する外方突出軸受部を一体に設けたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記カム位相可変装置が油圧駆動機構を有し、
前記カムシャフトの前記インナロータを固着された部分の内部に前記油圧駆動機構を構成するスプール弁が設けられていると共に、
前記カムシャフトの軸線に直交する面であって同一面上に前記カムスプロケットと前記スプール弁とが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のカム位相可変装置付きエンジン。
【請求項３】
前記外方突出軸受部が、前記カムシャフトと同軸の円筒状に形成され、かつ前記油圧駆動機構を構成するロックピンを収容するロックピン収容室に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカム位相可変装置付きエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトとカムシャフトとの回転角度（位相）の相互関係を変化させるためのカム位相可変装置を備えたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランクシャフトとチェーンにて連動連結されるカムスプロケットに一体結合されたアウタロータと、カムシャフトに一体結合されたインナロータとを、所定角度範囲を相対回動可能なように組み合わせることにより、クランクシャフトとカムシャフトとの位相の相互関係を変化させるようにしたカム位相可変（Variable Timing Control：以下ＶＴＣと略称す）装置が、既に実用に供されている（特許文献１を参照されたい）。このＶＴＣ装置においては、カムシャフトの軸端にインナロータが固着され、アウタロータの一方の軸方向端壁に設けられた軸受孔に、カムシャフトにおけるインナロータ接続部が回転自在に支持されている。
【特許文献１】特開２００２−２９５２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したように、従来のＶＴＣ装置にあっては、カム軸に数個の部品が締結され、それらの締結部品を介してカムスプロケットが取り付けられているため、それぞれの部品の加工や組み付け精度によりカムスプロケットに振れや倒れが生じ易くなっていた。振れや倒れが生じると、カムスプロケットにおいて、アウタロータがインナロータに対して同軸で回転できなくなるばかりでなく、ベーン室から軸受を通ってオイルが漏出してしまうという問題が生じる。また、インナロータとアウタロータとの両者間で中心軸同士がずれると各ベーン室間でオイルの移動が生じてしまう。それらの結果、ＶＴＣ作動時にその作動においてロスが生じ、ＶＴＣ作動効率が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を解決して、ＶＴＣ装置におけるカムスプロケット倒れや振れを防止することを実現するために本発明に於いては、エンジンに設けられたカムシャフト（１）と該カムシャフト（１）にクランクシャフト（９）の回転力を伝達するカムスプロケット（１１）との間に、前記クランクシャフト（９）の位相に対する前記カムシャフト（１）の位相を変化させるためのカム位相可変装置（６）が設けられたカム位相可変装置付きエンジンであって、前記カム位相可変装置（６）が、前記カムシャフト（１）に固着されたインナロータ（４５）と、前記インナロータ（４５）を所定の角度範囲で回動自在に受容しかつ前記カムスプロケット（１１）と一体をなすアウタロータ（４３）とを有し、前記インナロータ（４５）に、前記カムスプロケット（１１）を軸支するように軸線方向外方に突出する外方突出軸受部（４７）を一体に設けたものとした。
【０００５】
特に、前記カム位相可変装置（６）が油圧駆動機構を有し、前記カムシャフト（１）の前記インナロータ（４５）を固着された部分の内部に前記油圧駆動機構を構成するスプール弁（５９）が設けられていると共に、前記カムシャフト（１）の軸線に直交する面であって同一面上に前記カムスプロケット（１１）と前記スプール弁（５９）とが配設されていること、また、前記外方突出軸受部（４７）が、前記カムシャフト（１）と同軸の円筒状に形成され、かつ前記油圧駆動機構を構成するロックピン（９１）を収容するロックピン収容室（９３）に対応する位置に設けられていると良い。
【発明の効果】
【０００６】
このように本発明によれば、カム位相可変装置のアウタロータにカムスプロケットが組み込まれて両部品が一体化されているため、カムチェーンの走行面（カムスプロケット）上に対してカムシャフトに直に固定可能でありかつカムシャフトとの間に締結部品の少ないインナロータに軸受を設けることで、アウタロータの振れを抑えてＶＴＣの挙動を安定化させることができる。また、振れや倒れを抑えることでベーン室からのオイル漏れやベーン室間のオイルの移動を最小限にすることが可能となり、ＶＴＣの設計値に近い本来の性能を十分に発揮することができる。
【０００７】
特に、カムシャフトの軸線に直交する面であって同一面上にカムスプロケットとスプール弁とが配設されていることにより、カムスプロケットに作用するカムチェーン駆動方向のトルクによる荷重がスプール弁の軸線を傾けるように働くことがなく、スプール弁の変形を防止することができる。また、ＶＴＣ装置の油圧機構を構成するロックピンを収容するロックピン収容室を設けた場合にはその部分に空室が存在することになって剛性低下が懸念されるが、その対応する部分に外方突出軸受部を設けることにより、補強することができ、剛性低下を回避し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用される直列４気筒ＤＯＨＣ型エンジンを示している。このエンジンＥのシリンダヘッドには、吸気カムシャフト１によって駆動される２つの吸気弁２と、排気カムシャフト３によって駆動される２つの排気弁４とが、４つの気筒のそれぞれについて設けられている。
【０００９】
吸気カムシャフト１の軸端には、吸気弁２の開閉時期を無段階に進角または遅角するためのＶＴＣ装置６が設けられている。
【００１０】
これらの吸気カムシャフト１並びに排気カムシャフト３は、コネクティングロッド７を介して４つのピストン８が接続されたクランクシャフト９に対し、チェーン／スプロケット機構１０を介して連動連結されており、クランクシャフト９の１／２の回転速度で回転駆動される。
【００１１】
次に、本発明に係わるＶＴＣ装置６について、図２・図３を参照して説明する。このＶＴＣ装置６は、エンジンのクランク軸（図示せず）の位相に対するカムシャフト１の位相を所定角度だけ連続的に変化させるためのものであり、クランクシャフト９の回転をカムシャフト１に伝達するためのカムスプロケット１１とカムシャフト１との間に設けられている。
【００１２】
ＶＴＣ装置６は、シリンダヘッド（図示せず）に固定されたカムシャフトホルダ２１に支持されたカムシャフト１におけるカムシャフトホルダ２１からの突出部に設けられており、タイミングチェーンが巻き掛けられるカムスプロケット１１と一体結合されたアウタロータ４３と、カムシャフト１の軸線方向端部に形成された外向フランジ部１ａにボルト４４を用いて一体結合されたインナロータ４５とからなっている。
【００１３】
アウタロータ４３は、インナロータ４５を外囲する円筒状体４３ａと、円筒状体４３ａのカムシャフト１側の軸線方向開口部を覆うように外向フランジ部１ａを外囲する円環状端板４３ｂとからなり、これらが複数のボルト４６を用いて相互に一体結合されてベーンハウジングが構成されている。
【００１４】
そして、インナロータ４５の軸線方向外方端面に円筒状の外方突出軸受部４７がインナロータ４５と一体に形成されかつメタル軸受として設けられている。この外方突出軸受部４７の外周面によりカムスプロケット１１が回動自在に軸支されている。
【００１５】
このようにカムスプロケット１１を支持する軸受をインナロータ４５に一体に形成した円筒状としたことにより、そのような円筒状部分を形成しないものに対してインナロータ４５の剛性を大幅に高めることができる。それにより、インナロータ４５の小型化が可能となり、それに伴って軽量化できるため、ＶＴＣ装置の応答性を向上することができる。特に、剛性を高める目的だけのために円筒状形状の部分を追加するのではなく、ＶＴＣ装置として必要な軸受として形成するものであり、加工工数や部品点数の増加といったものは無く、好適に剛性を高めることができる。
【００１６】
図３に示されるように、インナロータ４５は、ベーンハウジング（アウタロータ４３）内に所定角度範囲を回動変位可能に受容されている。アウタロータ４３の円筒状体４３ａの内周には、カムシャフト１と同心をなす扇形凹部からなるチャンバ５１が、複数（本実施例では２つ）形成されている。そしてインナロータ４５の外周から放射状に突出する複数の（本実施例では２つ）べーン４５ａが、所定角度範囲内を回動し得るように、各チャンバ５１内に受容されている。これにより、各べーン４５ａの一方の周方向端面と各チャンバ５１との間に進角室７１が、各べーン４５ａの他方の周方向端面と各チャンバ５１との間に遅角室７４が、それぞれ画成される。
【００１７】
カムシャフト１及びインナロータ４５の内部には、各進角室７１及び各遅角室７４に連通する油路が形成されており、エンジンオイルの一部を各進角室７１及び各遅角室７４に対して公知の三方弁などを用いて選択的に供給することにより、チャンバ５１内にてベーン４５ａをカムシャフト１回りに移動させてアウタロータ４３とインナロータ４５との相対角度を変化させ、これによってクランクシャフトの位相に対するカムシャフト１の位相を変化させるようになっている。なお、上記油圧回路を構成する三方弁からなるスプール弁５９がインナロータ４５の中心部に同軸に設けられている。
【００１８】
次に、このＶＴＣ装置６を構成する油圧駆動機構について、油圧回路として概念的に表現した図３を参照して説明する。油圧の方向を切り換えるスプール弁５９は、スリーブ５７内を軸方向に移動自在なスプール弁体５８を備えている。スプール弁体５８の一端が圧縮コイルばね６０により図における左方へ弾発付勢され、その他端にソレノイドアクチュエータ６１のプランジャ６２が当接している。
【００１９】
スプール弁５９は、アウタロータ４３と一体に設けられたチャンバ５１をベーン部４５ａで隔てて画定される進角室７１に至る進角通路７２に接続される進角出口ポート７３、同じくチャンバ５１をベーン部４５ａで隔てて画定される遅角室７４に至る遅角通路７５に接続される遅角出口ポート７６、及びオイルパン７７から潤滑油ポンプＰで圧送される圧油を供給するための供給油路７８に供給逆止弁６４を介して接続される入口ポート７９を備えている。また入口ポート７９は、進角逆止弁８０および遅角逆止弁８１を介して進角室７１および遅角室７４に接続されている。
【００２０】
ソレノイドアクチュエータ６１に通電すると、プランジャ６２が突出してスプール弁体５８を右方へ押す。すると圧縮コイルばね６０の弾発力との釣り合いにより、図８における右方へスプール弁体５８が移動し、スプール弁体５８の中央部に設けられた縮径部５８ａがスリーブ５７の入口ポート７９と遅角出口ポート７６との間に跨り、かつ一方のランド部５８ｂが進角出口ポート７３を塞ぐので、入口ポート７９は遅角通路７５を介して遅角室７４に連通する。このとき、カムスプロケット１１に伝わるクランクシャフトの駆動力が、アウタロータ４３に対して時計回り方向に作用し、進角室７１を狭めようとするが、進角室７１内の油圧が高まると進角逆止弁８０が閉じるために進角室７１内の油が封入される。つまり、この状態では、クランクシャフトの駆動力がカムスプロケット１１に作用しても、インナロータ４５とアウタロータ４３との位置関係は変化しない。
【００２１】
他方、カムシャフト１に一体形成された吸気カムが吸気弁２を開弁駆動する行程において、バルブスプリング（図示せず）の復元力による逆トルクがカムシャフト１に加わる区間があり、そのときは、遅角室７４を狭くする向きにインナロータ４５が駆動される。これにより、遅角室７４内の油圧が高まり、遅角室７４と入口ポート７９との間に設けられた遅角逆止弁８１が閉じられるので、遅角室７４内の油は、遅角出口ポート７６、縮径部５８ａ、入口ポート７９、及び進角逆止弁８０を介して進角室７１に向けて移動することとなる。その結果、クランクシャフトの位相に対して進角する向きカムシャフト１が回動する。
【００２２】
この逆にソレノイドアクチュエータ６１を消磁すると、圧縮コイルばね６０の弾発力によって図３における左方へスプール弁体５８が移動する。するとスプール弁体５８の縮径部５８ａがスリーブ５７の入口ポート７９と進角出口ポート７３との間に跨り、他方のランド部５８ｃが遅角出口ポート７６を塞ぐので、入口ポート７９は進角通路７２を介して進角室７１に連通する。このときは、上述のクランクシャフトの駆動力による進角室７１を狭くする向きのトルクがアウタロータ４３に作用して進角室７１内の油圧が高まり、進角室７１と入口ポート７９との間に設けられた進角逆止弁８０が閉じられるので、進角室７１内の油は、進角出口ポート７３、縮径部５８ａ、入口ポート７９、及び遅角逆止弁８１を介して遅角室７４に向けて移動することとなる。その結果、クランクシャフト９の位相に対して遅角する向きカムシャフト１が回動する。このようにして、ソレノイドアクチュエータ６１によってスプール弁５９を作動させることにより、インナロータ４５とアウタロータ４３との位相関係、即ちクランクシャフト９とカムシャフト１との位相関係を、連続的に変化させることができる。
【００２３】
そして、ソレノイドアクチュエータ６１をデューティー比制御してスプール弁体５８を中間位置に保持すれば、スプール弁体５８の両ランド部５８ｂ・５８ｃが進角出口ポート７３並びに遅角出口ポート７６を共に塞ぎ、かつ進角・遅角両逆止弁８０・８１が入口ポート７９との連通を断って進角室７１と遅角室７４との間の油圧を封入するので、インナロータ４５とアウタロータ４３との位相関係、即ちクランクシャフト９とカムシャフト１との位相関係を適宜な位置に保持することができる。
【００２４】
また、インナロータ４５の適所には、アウタロータ４３に対して軸線方向に出没可能なロックピン９１が設けられている。ロックピン９１は、その突出方向端部に小径係合突部９１ａを同軸に有し、その小径係合突部９１ａがアウタロータ４３の円環状端板４３ｂの軸線方向端面に設けられた係合凹部９２に突入し得るように、インナロータ４５に設けられた軸線方向孔からなるロックピン収容凹部９３に受容されている。
【００２５】
また、小径係合突部９１ａが係合凹部９２に突入する向きにロックピン９１の小径係合突部９１ａとは相反する後端部側がばね９４により弾発付勢されている。一方、円環状端板部４３ｂに設けられた油路を介して係合凹部９２内に高圧の作動油が供給されることによりロックピン９１がばね９４の弾発付勢力に抗して押し戻され、小径係合突部９１ａと係合凹部９２との係合状態が解除されるようになっている。
【００２６】
上記ロックピン９１の小径係合突部９１ａと係合凹部９２との係合は、インナロータ４５とアウタロータ４３との位相関係における最進角または最遅角のいずれか一方で行われるものであって良い。そして、進角または遅角させる制御を行う場合に、図示されないソレノイド弁を切り換えて上記したように係合凹部９２内を高圧にして係合状態を解除し、インナロータ４５とアウタロータ４３との位相関係を可変制御する。
【００２７】
このように構成されたＶＴＣ装置６にあって、本発明によればカムスプロケット１１が上記したようインナロータ４５と一体の外方突出軸受部４７により軸支されている。そして、インナロータ４５はカムシャフト１に一体的に結合されていることから、カムシャフト１に対する軸受構造における振れや倒れとしては、インナロータ４５に対してその外方突出軸受部４７の軸受部精度で支持されることになり、他の部品を介在させていないため、倒れや振れは軸受公差程度であり、ほとんど無いに等しい。
【００２８】
アウタロータ４３と一体のカムスプロケット１１のカムシャフト１に対する振れや倒れがほとんど無いことから、ＶＴＣ装置における挙動が安定化するばかりでなく、内蔵のベーンハウジング構造における密閉性に振れや倒れによる悪影響が及ぶことがなく、ベーンハウジングからの油漏れを最小限とすることができる。これにより、ベーン構造内での不要なオイル移動も抑制されることから、上記効果と合わせて、ＶＴＣ作動のための損失も最小限とすることができ、ＶＴＣ装置が本来有する性能（例えば設計にて設定された性能）を十分発揮できるようになる。しかも、インナロータ４５に外方突出軸受部４７を一体に設けたので、インナロータ４５の剛性が向上する。
【００２９】
また、本発明によれば、ＶＴＣ装置６の軸心部にスプール弁（三方弁）５９が設けられ、カムシャフト１の軸線に直交しかつスプール弁５９を通る面（図２のＡ）上にカムスプロケット１１が配設されており、カムシャフト１の軸線に直交する同一面上にスプール弁５９とカムスプロケット１１とが配設されている。カムスプロケットからの大荷重がスプール弁にも加わると、従来技術のような構造ではスプール弁が変形する虞があり、ある程度の強度確保のためにはスプール弁の小型軽量化が困難であったのに対して、本願発明によればカムシャフト１に直結されたインナロータ４５でカムスプロケット１１を支持していることから、カムスプロケット１１に加わる大荷重をカムシャフト１で受けることができ、従来技術のようなスプール弁５９の変形を抑制することができ、スプール弁５９の小型化及び軽量化が可能である。
【００３０】
また、外方突出軸受部４７が、上記ロックピン収容凹部９３に対応する部分から突出するように形成されている。なお、ロックピン収容凹部９３に対応する部分としては、カムシャフト１の軸線方向から見て、ロックピン収容凹部９３と外方突出軸受部４７とが互いに少なくとも一部が重なる関係にあれば良く、例えば図２のｂで示される重なり部分があれば良い。
【００３１】
これにより、ロックピン収容凹部９３を設けることによる剛性低下部分を外方突出軸受部４７により補強することができる。特に、本図示例のように円筒形状に形成されていることにより周方向に連続する壁となるため、カムスプロケット１１に加わるトルクの方向に対して強度が高く、ロックピン収容凹部９３による剛性低下を好適に抑制でき、結果的に軽量化を促進できる。
【００３２】
なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明が適用される直列４気筒ＤＯＨＣ型エンジンの要部透視斜視図である。
【図２】本発明に基づくＶＴＣ装置の側断面図である。
【図３】本発明に基づくＶＴＣ装置の油圧回路を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  カムシャフト
９  クランクシャフト
６  ＶＴＣ装置（カム位相可変装置）
４３  アウタロータ
４５  インナロータ
４７  外方突出軸受部
５９  スプール弁
９１  ロックピン
９３  ロックピン収容室
【図１】
2008069653.tif 000003
【図２】
2008069653.tif 000004
【図３】
2008069653.tif 000005