(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトによって駆動される駆動力伝達部材と、
この駆動力伝達部材と一体化されて回転するハウジングと、
このハウジングから動力を伝達されて機関弁を作動させるカムシャフトと一体に結合された状態で、前記ハウジング内に収容されたベーン部材と、
前記ハウジング内に設けられ、油圧によって前記ベーン部材を回動させる進角油圧室及び遅角油圧室と、を備え、
前記ベーン部材には、カムシャフトの先端部が嵌合される凹部が形成され、カムシャフトは少なくともその前端部が中空構造とされると共に、その前端部に、両端を残し中間部が縮径した通路形成用のチューブが嵌合固定され、
前記カムシャフトからベーン部材にかけては、前記チューブの内側空間を通って進角油圧室と遅角油圧室の一方と連通する第１給排通路が形成されると共に、カムシャフトの内周面と前記チューブの外周面の間の環状空間からカムシャフトの前端部外周面を貫通して通り抜け、このカムシャフトの前端部外周面とベーン部材の間に形成された環状溝を通って進角油圧室と遅角油圧室の他方に連通する第２給排通路が形成された内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記第１給排通路を進角油圧室側に接続し、第２給排通路を遅角油圧室側に接続したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
シリンダヘッドの前端部側のカムジャーナルと吸気弁作動用のカムシャフトの間に設けられた環状溝を通して前記第１，第２吸排通路に作動油の給排を行い、機関始動時に吸気弁の開閉タイミングを遅角側に制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記ベーン部材には、前記カムシャフトの前端部外周面に向けて径方向に打ち込まれる位置決めピンの係合する係合孔が前記環状溝に近接して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを運転条件に応じて制御するためのバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のクランクシャフトと同期回転するタイミングプーリやチェーンスプロケット等の駆動力伝達部材と、外周に駆動カムを有するカムシャフトとの組付角を回動操作することにより、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを可変制御するバルブタイミング制御装置が従来より案出されており、この技術は、例えば、特開２０００-１８６５１３号公報等に開示されている。
【０００３】
この公報に記載のバルブタイミング制御装置は、カムシャフトの端部軸心部にベーン部材をカムボルトによって結合し、そのベーン部材を駆動力伝達部材と一体のハウジングの内部に収容配置すると共に、ハウジングの内部に進角油圧室及び遅角油圧室を設け、この各油圧室に選択的に油圧を給排することによってベーン部材をハウジングに対して相対的に回動させ、それにより駆動力伝達部材とカムシャフトの回転位相を変化させて吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更するようになっている。
【０００４】
また、この公報に記載のバルブタイミング制御装置は、図６に示すように、２系統の給排通路１，２がカムシャフト３からベーン部材４にかけて形成されており、このうちの一方の給排通路１はカムボルト挿通孔５を利用して形成されている。
【０００５】
即ち、カムボルト挿通孔５はベーン部材４からカムシャフト３の前端部付近までの内径がカムボルト８の外径よりも設定径大きく形成されており、このカムボルト挿通孔５とカムボルト８の外周面の間の環状隙間が、シリンダヘッド部分のの給排路９と、ベーン部材４部分の径方向孔７（進角油圧室または遅角油圧室に連通。）とを接続する軸方向孔６とされている。
【０００６】
このバルブタイミング制御装置においては、一方の給排通路１の一部をカムボルト挿通孔５を利用して形成することから、加工工数を少なくして製造コストの削減を図ることができ、また、カムボルト８自体に通路を形成しなくて良いことから、カムボルト８の充分な強度を確保することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のバルブタイミング制御装置は、一方の給排通路１の一部にカムボルト挿通孔５を利用する分、通路形成のための加工工数を少なくできるものの、カムシャフト３には他方の給排通路２を形成するために別途軸方向に沿った孔あけ加工を施さなければならない。このため、加工コストの削減の観点からは未だ充分ではなく、さらなる改善が望まれている。
【０００８】
そこで、本出願人は、図７に示すように、カムシャフト１０の少なくとも前端部を中空構造とし、そのカムシャフト１０の前端部に、両端を残し中間部が縮径した通路形成用のチューブ１１を嵌合固定することにより、そのチューブ１１の内側と外側に２系統の給排通路１２，１３を形成するようにしたバルブタイミング制御装置を開発している。
【０００９】
この装置についてさらに説明すると、カムシャフト１０の前端部はベーン部材１４の凹部１５に嵌合固定されており、カムシャフト１０の外周面のうちの、シリンダヘッド１６のカムジャーナル１７に支持される部位には、カムシャフト１０内のチューブ１１よりも後方側の空間に連通する第１ポート１８と、カムシャフト１０の内周面とチューブ１１の外周面の間の環状空間１９に連通する第２ポート２０が設けられている。そして、第１ポート１８は、チューブ１１の内側空間とカムシャフト１０の前端開口部を通って進角油圧室と遅角油圧室（図示せず。）の一方に連通する第１給排通路１２に連続し、第２ポート２０は、前記環状空間１９からカムシャフト１０の前端部外周の貫通孔２１を通り、さらに同シャフト１０とベーン部材１４の凹部１５の間に形成された環状溝２２を通って進角油圧室と遅角油圧室の他方に連通する第２給排通路１３に連続している。
【００１０】
ところで、カムシャフト１０とベーン部材１４は予め正確に位置決めしておく必要があるが、この現在開発を行っている装置の場合、カムシャフト１０とベーン部材１４の回転方向の位置決めを行う位置決めピン２３をカムシャフト１０の前端部に軸方向に沿わせて配置することが難しい。即ち、この装置においては、カムシャフト１０の前端部が中空構造であることから、カムシャフト１０の前端面に、ピン係合のための充分なスペースを確保することができない。このため、位置決めピン２３はベーン部材１４の基部側外周面からカムシャフト１０の前端部外周面に向けて径方向に沿わせて打ち込むようにしている。
【００１１】
しかし、このバルブタイミング制御装置は、ベーン部材１４とカムシャフト１０の軸方向の嵌合代が限られていることから、ベーン部材１４に形成される環状溝２２と位置決めピン２３の係合孔２４とがどうしても軸方向で近接してしまい、環状溝２２と係合孔２４の間に充分なシール代を確保することができない。このため、バルブタイミングの変更操作時に第２給排通路１３に高圧の作動油が導入されたときに環状溝２２から係合孔２４に作動油が漏れ易くなり、このとき作動油の漏れ量が多くなると、機関弁からの反力（交番トルク）がベーン部材１４を回転方向前後に押し動かすように作用したときにベーン部材１４がその反力を受けてバタつき、作動応答性が低下してしまう。
【００１２】
そこで本発明は、環状溝から位置決めピンの係合孔に作動油が漏れ出る場合であっても、その漏れがバルタイミング変更操作にできる限り影響を与えないようにして、作動応答性の低下を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動される駆動力伝達部材と、この駆動力伝達部材と一体化されて回転するハウジングと、このハウジングから動力を伝達されて機関弁を作動させるカムシャフトと一体に結合された状態で、前記ハウジング内に収容されたベーン部材と、前記ハウジング内に設けられ、油圧によって前記ベーン部材を回動させる進角油圧室及び遅角油圧室と、を備え、前記ベーン部材には、カムシャフトの先端部が嵌合される凹部が形成され、カムシャフトは少なくともその前端部が中空構造とされると共に、その前端部に、両端を残し中間部が縮径した通路形成用のチューブが嵌合固定され、前記カムシャフトからベーン部材にかけては、前記チューブの内側空間を通って進角油圧室と遅角油圧室の一方と連通する第１給排通路が形成されると共に、カムシャフトの内周面と前記チューブの外周面の間の環状空間からカムシャフトの前端部外周面を貫通して通り抜け、このカムシャフトの前端部外周面とベーン部材の間に形成された環状溝を通って進角油圧室と遅角油圧室の他方に連通する第２給排通路が形成された内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記第１給排通路を進角油圧室側に接続し、第２給排通路を遅角油圧室側に接続するようにした。
【００１４】
機関の運転中には、バルブスプリングのばね力に起因する交番トルクがカムシャフトを通してベーン部材を回転方向前後に押し動かすように作用する。そして、この交番トルクは、カム面のフリクション等が関係し、遅角方向に作用するトルク成分が進角方向に作用するトルク成分よりも大きくなる。したがって、バルブタイミングを進角側に変更するときには、遅角方向の大きなトルク成分に抗してベーン部材を油圧作動させる必要があるが、バルブタイミングを遅角側に変更するときには、遅角方向の大きなトルク成分が逆にアシスト力として機能する。
【００１５】
この発明の場合、前記遅角側のトルク成分が遅角側回動制御時にベーン部材を遅角側に大きく押し動かすように作用することから、この作用によって前記環状溝からの作動油の漏れが生じた際の作動遅れを補うことができる。したがって、このとき第２給排通路の環状溝から作動油が漏れ出たとしても、バルブタイミングの変更操作には影響が少ない。
【００１６】
また、このバルブタイミング制御装置を吸気弁側のカムシャフトに適用する場合には、シリンダヘッドの前端部側のカムジャーナルとカムシャフトの間に設けられた環状溝を通して第１，第２吸排通路に作動油の給排を行い、機関始動時に吸気弁の開閉タイミングを遅角側に制御するようにしても良い。
【００１７】
この場合、機関始動時には、吸気弁の開閉タイミングを遅角側に制御するために第２給排通路に高圧の作動油が供給され、その作動油の一部はカムジャーナルとカムシャフトの間の環状溝から漏れ出て、カムジャーナルの潤滑に供される。ここで、第２給排通路側の環状溝は、チューブの外周側の環状空間に接続されることから、第１給排通路側の環状溝よりもカムジャーナルの前端部側に位置されている。したがって、機関始動時には前記環状溝を通してジャーナルの前端部側に作動油が確実に供給される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１９】
図１において、３１は、エンジンの吸気側のカムシャフトであり、このカムシャフト３１は、シリンダヘッド３２にカムジャーナル３３を介して回転自在に支持されると共に、その基幹部外周に吸気弁（機関弁）を開閉するための駆動カム３４が設けられている。
【００２０】
本発明にかかるバルブタイミング制御装置は、タイミングチェーン（図示せず。）を介してクランクシャフト（図示せず。）によって回転駆動される駆動力伝達部材としてのチェーンスプロケット３５と、このチェーンスプロケット３５が外周面に一体に形成されたハウジング３６と、一端部にこのハウジング３６が必要に応じて回動できるように組み付けられた前記カムシャフト３１と、このカムシャフト３１の前端部に一体に組み付けられ前記ハウジング３６の内部に回動自在に収容されたベーン部材３７と、このベーン部材３７をエンジンの運転状態に応じて油圧によって正逆回転（ハウジング３６に対して相対回転。）させる油圧給排手段３８と、吸気弁からの反力によるベーン部材３７の変動を規制するロック機構３９と、を備えている。
【００２１】
前記ハウジング３６は、図３，図４に示すように、内周面にほぼ９０°間隔で断面台形状の仕切壁４０が４つ突設された略円筒状のハウジング本体４１と、このハウジング本体４１の前端側に配置されたフロントカバー４２（図１参照。）と、ハウジング本体４１の後端側に配置され、外周面に前記チェーンスプロケット３５が一体に形成されたリヤカバー４３とを備え、これらの部材が複数のボルト４４によって結合されている。
【００２２】
一方、前記ベーン部材３７は、略円柱状の胴部４５と、この胴部４５の外周面に放射状に突設された４つの羽根部４６を備えており、胴部４５はハウジング３６の軸心位置に配置され、各羽根部４６はハウジング３６の隣接する仕切壁４０，４０の間に配置されている。そして、ベーン部材３７の各羽根部４６の一方側の側面とそれに対峙する仕切壁４０の間は進角油圧室４７とされ、各羽根部４６の他方側の側面とそれに対峙する仕切壁４０の間は遅角油圧室４８とされている。
【００２３】
また、図１に示すように、ベーン部材３７の胴部４５の軸心位置にはカムボルト挿通孔４９が形成され、胴部４５の後面側にはカムボルト挿通孔４９に連続するように凹部５０が形成されている。ベーン部材３７は、この凹部５０をカムシャフト３１の前端部に嵌合し、その状態において同シャフト３１にカムボルト５１によって結合されている。
【００２４】
カムシャフト３１は中空状に形成され、その先端部から所定距離離間した位置には螺合用プラグ５２が圧入固定されている。このプラグ５２はカムボルト５１の先端部をカムシャフト３１にねじ止めするためのものであり、その軸心部にはねじ穴が設けられている。また、カムシャフト３１の先端の中空部内には、両端を残し中間部が縮径した通路形成用のチューブ５３が圧入固定され、カムシャフト３１の内周面とこのチューブ５３の間に環状空間５４が形成されている。そして、シリンダヘッドのカムジャーナル３３部分には軸方向に離間して一対の環状溝５５，５６が設けられており、カムシャフト３１のこれらの環状溝５５，５６に臨む部位には、チューブ５３の後方位置から同チューブ５３の内側空間に連通する第１ポート５７と、チューブ５３の外側の環状空間５４に連通する第２ポート５８が形成されている。
【００２５】
前記チューブ５３の内側空間は、カムシャフト３１の先端部を介してベーン部材３７のカムボルト挿通孔４９に連通し、図３に示すように、この挿通孔４９から略放射方向に延出する径方向孔５９を介してさらに各進角油圧室４７に連通している。尚、ベーン部材３７のカムボルト挿通孔４９には、図３に示すように、その内周面に沿って複数のガイドブロック６０…が突設され、この各ガイドブロック６０…がカムボルト挿入時のガイドとして機能すると共に、隣接するガイドブロック６０，６０間の溝が、カムボルト５１の軸部との間で作動油の流通路を成すようになっている。また、カムボルト挿通孔４９の前端部はカムボルト５１の頭部によって閉塞されている。
【００２６】
また、ベーン部材３７の凹部５０の内壁には環状溝６１が形成されており、この環状溝６１は、カムシャフト３１の前端部の周壁に形成された貫通孔６２を介して前記チューブ５３の外周側の環状空間５４に連通する一方で、ベーン部材３７に形成された径方向孔６３を介して各遅角油圧室４８（図４参照。）に連通している。
【００２７】
したがって、カムシャフト３１からベーン部材３７にかけては２系統の給排通路が形成されており、チューブ５３の内側空間からボルト挿通孔４９と径方向孔５９を介して進角油圧室４７に至る通路が本発明における第１給排通路ａ1を構成し、チューブ５３の外側の環状空間５４から貫通孔６２、環状溝６１、径方向孔６３を介して遅角油圧室４８に至る通路が第２給排通路ａ2を構成している。
【００２８】
また、ベーン部材３７の凹部５０の周壁には径方向に貫通する係合孔６４が形成されており、この係合孔６４を通してカムシャフト３１の外周面に位置決めピン６５が打ち込まれると共に、この位置決めピン６５の基部が係合孔６４と係合されるようになっている。そして、係合孔６４の形成位置はカムシャフト３１とベーン部材３７の嵌合代の関係上、環状溝６１に隣接した位置となっている。
【００２９】
一方、油圧給排手段３８は、前記第１，第２給排通路ａ1，ａ2を供給通路６６とドレン通路６７に選択的に切換える電磁切換弁６８と、この電磁切換弁６８を機関運転状態に応じて制御するコントローラ６９を備えている。供給通路６６にはオイルパン７０内の作動油を圧送するオイルポンプ７１が設けられており、ドレン通路６７の端部はオイルパン７０内に連通している。また、コントローラ６９には、機関回転数、機関の負荷、水温等の機関の運転状態を示す各種信号が入力されるようになっている。
【００３０】
尚、図中７２は、カムシャフト３１の回転位置を検出するために、ベーン部材３７の先端側の突出部に設けられたターゲットプレートである。
【００３１】
このバルブタイミング制御装置は以上のような構成であるため、機関の始動時には、ベーン部材３７が、図３，図４に示すようにハウジング３６に対して遅角側に回動した状態でロック機構３９によってロックされており、チェーンスプロケット３５の回転はその状態においてカムシャフト３１に伝達される。したがって、このときカムシャフト３１は遅角タイミングで吸気弁を開閉することとなる。
【００３２】
また、このとき電磁切換弁６８は、供給通路６６を第２給排通路ａ2に、ドレン通路６７を第１給排通路ａ1に夫々接続し、遅角作動室４８に高圧の作動油を導入する。そして、このときカムジャーナル３３の機関前端部側の環状溝５６に高圧の作動油が導入されるため、この環状溝５６から漏れ出た作動油がカムジャーナル３３部分の潤滑、特に、その機関前端部寄り部分の潤滑に供される。したがって、バルブタイミング制御装置の質量によるモーメントが大きく作用するカムジャーナル３３の前端部付近が機関の始動と共に即時に潤滑され、機関の始動性能の向上が図られる。
【００３３】
また、この状態で機関が始動された後に、電磁切換弁６８の切換え操作によって供給通路６６が第１給排通路ａ1に、ドレン通路６７が第２給排通路ａ2に夫々接続されると、このときロック機構３９が油圧によって解除されると共に、高圧の作動油が第１給排通路ａ1を介して進角油圧室４７に導入され、ベーン部材３７は進角油圧室４７の圧力を受けてハウジング３６に対して進角側に回動する。この結果、カムシャフト３１は進角タイミングで吸気弁を開閉することとなる。
【００３４】
さらにまた、この状態から電磁切換弁６８の操作により、逆に、供給通路６６が第２給排通路ａ2に、ドレン通路６７が第１給排通路ａ1に夫々切換接続されると、ベーン部材３７が遅角油圧室４８の高圧を受けてハウジング３６に対して遅角側に回動し、カムシャフト３１が遅角タイミングで吸気弁を開閉することとなる。
【００３５】
このとき、第２給排通路ａ2に導入された高圧の作動油は、カムシャフト３１の前端部外周の環状溝６１から、ベーン部材３７の凹部５０とカムシャフトの嵌合隙間を通り、隣接する位置決めピン６５の係合孔６４からベーン部材３７の外部に僅かずつ漏れ出す。したがって、この漏れによって遅角作動室４８の油圧の立ち上がりが遅れるが、この遅角側の回動制御時には、吸気弁からカムシャフト３１に作用する交番トルクのうちの遅角側の大きなトルク成分がアシスト力として作用する。
【００３６】
即ち、カムシャフト３１に作用する交番トルクは、カム面の摩擦抵抗等が関係して、図５に示すように遅角側のトルク成分が進角側のトルク成分に対して絶対的に大きくなっている。したがって、この遅角側のトルク成分は、遅角側回動制御時にベーン部材３７を遅角側に大きく押し動かすように作用し、この作用が前記環状溝６１からの作動油の漏れによる作動遅れを補うこととなる。
【００３７】
よって、このバルブタイミング制御装置においては、進角側、遅角側のいずれにバルブタイミングを変更する場合であっても、速やかな作動が可能になる。
【００３８】
尚、本発明の実施形態は、以上で説明したものに限るものでなく、例えば、バルブタイミング制御装置は吸気側のカムシャフトではなく、排気側のカムシャフトに適用することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、第２給排通路に対しては、高圧の作動油を遅角側制御時に導入するようにしたため、遅角側制御時の作動油の漏れによるベーン部材の作動遅れを、交番トルクの遅角方向の大きなトルク成分によるアシスト力によって補い、進角，遅角のいずれの側のバルブタイミング変更時においても作動応答性の低下を無くすことができる。
【００４０】
また、このバルブタイミング制御装置を吸気弁側のカムシャフトに適用し、シリンダヘッドの前端部側のカムジャーナルとカムシャフトの間に設けられた環状溝を通して第１，第２吸排通路に作動油の給排を行うようにした場合には、機関の始動時に、この装置が取付けられるカムジャーナルの前端部側に作動油を即時に供給し、同装置の質量によるモーメントが最も大きく作用する部分の潤滑を確実に行うことができる。したがって、機関始動時の摩擦抵抗をより少なくし、機関の始動性能を高めることができるという、さらなる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＣ矢視図。
【図３】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】機関弁からカムシャフトに作用するトルクの変化を示すグラフ。
【図６】従来の技術を示す断面図。
【図７】現在開発中の技術を示す断面図。
【符号の説明】
３１…カムシャフト
３３…カムジャーナル
３５…チェーンスプロケット（駆動力伝達部材）
３６…ハウジング
３７…ベーン部材
３８…油圧給排手段
４７…進角油圧室
４８…遅角油圧室
５０…凹部
５３…チューブ
５５，５６…環状溝
６１…環状溝
６４…係合孔
６５…位置決めピン
ａ1…第１給排通路
ａ2…第２給排通路
【図１】
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【図２】
0003973850.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003973850.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003973850.tif 000008