(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸と同期して回転する動力伝達部材と、上記内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉するカムが形成されたカム軸と、これら動力伝達部材とカム軸との間に介在し、上記動力伝達部材に対する上記カム軸の回転位相を進める進角動作と上記回転位相を遅める遅角動作を行うカム位相可変機構と、上記カム位相可変機構の上記進角動作に要する進角トルクおよび上記遅角動作に要する遅角トルクを得るべくトルクを発生させるトルク発生手段とを有するカム位相可変装置において、
上記進角トルクのピーク値が上記遅角トルクのピーク値より小さくなるように上記カムの上り傾斜角を下り傾斜角に比べてなだらかにしたことを特徴とするカム位相可変装置。
【請求項２】
上記トルク発生手段は、内燃機関により駆動される油圧源を含み、圧油供給により上記トルクを発生させることを特徴とする、請求項１記載のカム位相可変装置。
【請求項３】
上記カム位相可変機構を所定の遅角位置にロックするロック機構を備えることを特徴とする、請求項１または２記載のカム位相可変装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のクランク軸と同期回転可能な動力伝達部材に対するカム軸の回転位相を可変調整するカム位相可変装置に関し、特に、進角方向への位相調整を円滑に行えるカム位相可変装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
カム位相可変装置として、例えば油圧ベーン式カム位相可変装置が知られている。
油圧ベーン式カム位相可変装置は、クランク軸と同期回転する動力伝達部材とカム軸との間に介在するカム位相可変機構を備える。カム位相可変機構は、動力伝達部材と一体回転可能な収容部材と、収容部材内に収容されたベーンを有し且つカム軸と一体回転可能なベーン部材とを含み、ベーンと収容部材との間に形成された遅角油室および進角油室に対して圧油を給排してカム位相を変化させるようになっている。そして、このカム位相変化により吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ期間を可変調整し、エンジン始動性やエンジン出力の向上を図るようにしている。
【０００３】
すなわち、エンジンのクランキング時に、遅角油室への圧油供給により或いはロック機構により吸気弁側のカム位相を最遅角位置に保持して、エンジンの始動性を高めることができる。また、エンジン回転数等の上昇につれて進角油室への圧油供給量を増大することによりカム位相を進角させ、エンジン出力トルクを増大させることができる。
【０００４】
カム位相可変装置には、上記の油圧ベーン式のもの以外に、動力伝達部材とカム軸との間にヘリカルギア構造のカム位相可変機構を備えたものがあるし、電気モータをトルク発生手段として使用することも考えられる。例えば、特開平１０−１８８１６号公報には、プーリに止着された大径筒とカムシャフトに止着された小径筒とにヘリカルスプライン結合されたピストンにより大径筒の内部を２つに区画して得た進角油室と遅角油室との間に圧力差を付与してピストンをスライドさせてバルブタイミングを可変制御する装置が記載されている。
【０００５】
この様に、カム位相可変装置では、進角トルクまたは遅角トルクをトルク発生手段により発生させて、カム位相可変機構が進角動作もしくは遅角動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のカム位相可変機構の動作に対して、カム軸のカムに作用するバルブスプリングのばね力が大きく影響する。バルブスプリングのばね力は、バルブ（吸気弁または排気弁）の開弁時にカム軸の回転を妨げる方向に作用する一方、閉弁時にはカム軸回転を促す方向に作用する。
【０００７】
カム位相可変装置は、その進角動作時にはバルブスプリングの作用力に抗してカム軸の回転を早める一方、遅角動作時にはバルブスプリングの作用力に抗してカム軸回転を遅めるように動作する。換言すれば、カム位相を円滑に進角または遅角させるには、バルブスプリングの作用力に打ち勝つに足るトルクでカム軸を駆動する必要がある。以下、カム位相の進角調整に要するトルクを正方向カム駆動トルクまたは進角トルクと称し、遅角調整に要するトルクを負方向カム駆動トルクまたは遅角トルクという。
【０００８】
一般に、カムは、カムトップに関して略対称の輪郭形状を有し、この様な輪郭形状を有するカムによれば、カム回転角に対するバルブリフト量および所要のカム駆動トルクは、図６に二点鎖線ＡＶＬ及びＡＤＴでそれぞれ示すように変化する。バルブリフト量変化曲線ＡＶＬは、カム回転角で展開したときのカム輪郭形状を表し、その曲線部ＡＶＬ(+)およびＡＶＬ(-)は、カムの上り傾斜面および下り傾斜面のそれぞれの形状に対応している。
【０００９】
対称形状カムに係るカム駆動トルク変化曲線ＡＤＴで示すように、カム駆動トルクは、カム回転角に対するバルブリフト量の変化量（カム面の傾斜角）すなわちバルブリフト量の微分値の絶対値が大きいほど大きくなる。
但し、カム軸が回転している間、カム軸には回転摩擦力がカム軸回転方向と反対方向に作用するので、バルブリフト量の微分値がゼロになるカムトップにおいて所要カム駆動トルクはゼロにはならず、回転摩擦力に相当する正の値ΔＡＤＴをとる。この摩擦トルクΔＡＤＴは、正方向カム駆動トルク（進角トルク）の増大要因になる。すなわち、図６に示すように、正方向カム駆動トルクＡＤＴ(+)は、摩擦トルクΔＡＤＴの２倍だけ負方向カム駆動トルクＡＤＴ(-)よりも大きくなる。
【００１０】
油圧ベーン式或いはヘリカルギヤ式のカム位相可変装置には、ベーン或いはピストンを遅角方向に付勢するスプリングを備えたものがあり、この遅角用スプリングのばね力は、上記の回転摩擦力と同様、正方向カム駆動トルクの増大要因になる。
カム位相進角要求があった場合、正方向カム駆動トルクＡＤＴ(+)を上回るトルクをカム位相可変装置からカム軸に加えることができれば、バルブスプリングのばね力に打ち勝ってカム軸の回転が早められ、これにより進角要求に即応してカム位相を進めることができる。
【００１１】
従って、進角作動の応答性を損なわないようにするためには、正方向カム駆動トルクのピークを上回るトルクを出力するトルク発生手段が必要となり、トルク発生手段の大型化や性能向上のため配設スペースやコストの問題が生じる。
仮に配設スペースやコストを重視し、正方向カム駆動トルクのピークを下回るトルクしか出力できないトルク発生手段（例えば油圧ポンプ）を用いた場合、図６に示すとおり、進角油圧による発生トルクＣが正方向カム駆動トルクＡＤＴを下回る斜線領域Ｅにおいて進角調整が阻害され、カム位相可変機構の進角動作の応答性が低下するという問題が生じる。
【００１２】
このことは、トルク発生手段としてモータ等を用いた場合にも同様の問題が発生する。
そこで、本発明の目的は、トルク発生手段の能力を増大させることなく進角動作上の応答性も向上させたカム位相可変装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関のクランク軸と同期して回転する動力伝達部材と内燃機関のカム軸との間に介在し、動力伝達部材に対するカム軸の回転位相を進める進角動作と回転位相を遅める遅角動作を行うカム位相可変機構と、進角動作に要する進角トルクおよび遅角動作に要する遅角トルクを得るべくトルクを発生させるトルク発生手段とを有するカム位相可変装置において、進角トルクのピーク値が遅角トルクのピーク値より小さくなるようにカムの上り傾斜角を下り傾斜角に比べてなだらかにしたことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
本発明によれば、進角トルクのピーク値を遅角トルクのピーク値より小さくできるので、カム位相可変機構の進角動作上の応答性を向上することができる。また、トルク発生手段に対して要求されるトルク発生能力を過大に設定する必要もない。
例えば、機関始動中やアイドル運転中にはカム位相を遅角側に制御する場合があるが、このような場合、その他の運転域では、カム位相を進角側に制御することにより機関運転状態に適合するカム位相を得ることができる。このようなカム位相制御に対して、進角動作応答性に優れた本発明を適用すれば、特に、機関始動域やアイドル運転域からそれ以外の運転域への移行時すなわち機関の過渡運転時に、カム位相可変機構が速やかに進角動作してカム位相を機関運転状態に適合させることができ、内燃機関の出力性能、排ガス特性および燃費を向上できる。
【００１５】
本発明のカム位相可変装置の好適な実施態様として、トルク発生手段が、内燃機関により駆動される油圧源を含み、圧油供給によりトルクを発生させるものが挙げられる（請求項２）。さらに、この油圧源にそれぞれ連通可能な遅角油室および進角油室を含むカム位相可変機構とを備えた油圧式カム位相可変装置として構成されるものが挙げられる。斯かる構成によれば、油圧源から遅角油室または進角油室へ圧油を選択的に供給することによりカム位相可変機構を遅角動作または進角動作させる。この種の油圧式カム位相可変装置の場合、高油温時は油粘度が低下し、位相可変装置への供給油圧が低下し、装置内での洩れも生じ易く、従って機関再始動直後においてトルク発生手段が発生するトルクが不十分になり易いが、進角トルクピーク値を遅角トルクピーク値より小さくした本発明によれば、トルク不足による進角応答性の低下を防止できる。
【００１６】
好ましくは、本発明のカム位相可変装置は、極低回転域での機関運転（例えばアイドル運転）の頻度が少ない内燃機関あるいはこの種の内燃機関を搭載した車両に適用される。
この様な車両、例えば、駆動源としての電気モータと駆動源用または発電用の内燃機関とを装備したハイブリッド車では、車両走行停止時又は電気モータ走行時に機関運転を停止し、内燃機関走行を開始する度に内燃機関を始動するようにしたものがある。この場合、機関始動のためのクランキング時に内燃機関が発生する圧縮反力による振動の防止や失火の防止のために、カム位相可変装置により吸気弁側のカム位相を最遅角位置に制御して吸入空気量を低減することがある。
【００１７】
この様に始動のための最遅角位相から走行時には出力が得られる進角側へ瞬時に移行させなければならない内燃機関を搭載した車両に対して、進角トルクピーク値を遅角トルクピーク値より低減させた本発明のカム位相可変装置を用いると、アイドル運転域からの加速運転時にカム位相を円滑に進角調整して加速運転に適合するカム位相を得ることができ、車両の加速性能や加速運転中の排ガス特性を向上できる。特に、内燃機関により駆動される油ポンプをトルク発生手段として用いる場合には、始動直後すなわち油圧ポンプ作動開始直後は油圧が立ち上がっていないにもかかわらず、高出力の進角動作が要求されるが、進角トルクピーク値を遅角トルクピーク値より低減させているので応答性を損なうことがない。
【００１８】
なお、ハイブリッド車以外の車両においても、停車の度に機関運転を自動的に停止させ発進時に内燃機関を自動的に始動させるように構成されたものがあり、このような車両においいても本発明はハイブリッド車の場合と同様に有用である。或いは、通常の車両にあっても進角応答性の確保とトルク発生手段の容量の抑制との両立が求められる場合、本発明のカム位相可変装置は有用である。従って、本発明のカム位相可変装置は、ハイブリッド車以外の車両においても有用である。
【００１９】
本発明において、カム位相可変装置は、カム位相可変機構を所定遅角位置にロックするロック機構を備えるものでも良い（請求項３）。この場合、機関始動性を向上可能とする最遅角位置（所定遅角位置）にカム位相を保持することにより、機関始動を容易に行える。
ロック機構は、種々に構成可能であり、例えば、カム位相可変機構を所定の遅角位置にロックするばね力を発生する遅角用スプリングを備えるもので良い。この場合、遅角用スプリングのばね力を勘案しつつ、進角トルクピーク値が遅角トルクピーク値より小さくなるようにカムの上り傾斜角を設定することにより、遅角用スプリングのばね力に起因する進角応答性低下をも補償でき、所要の進角応答性を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による油圧ベーン式カム位相可変装置を説明する。
本実施形態のカム位相可変装置は、ＤＯＨＣエンジンの吸気側のカム軸に付設されてクランク軸回転に対する吸気弁の開期間の位相を可変制御するもので、以下の説明では吸気弁側の構成を主に説明する。但し、本装置は、エンジンの排気側または吸排気側の双方に配設可能である。
【００２１】
図１において、エンジンのシリンダヘッドとロッカーカバー２との接合部位には、吸気側のカム軸１０を回転自在に支持するカムジャーナル１５が設けられている。カム軸１０には、ロッカアームを介して吸気弁に当接するカム４が形成されている。後で詳述するように、カム４は、その上り傾斜角が下り傾斜角に比べてなだらかになるような輪郭形状に形成され、これにより、カム位相可変装置によるカム位相の進角調整を円滑に行えるようにしている。
【００２２】
エンジンのクランク軸は、図示しない動力伝達要素（例えば歯付きベルト）を介して吸気側の動力伝達部材（例えばカムプーリ２０）に連結されている。カムプーリ２０は、円板状の主体部２２と、歯付きベルトと噛み合う歯付きフランジ２４と、カム軸１０の端部に外嵌されたボス部２６とを有している。
カムプーリ２０のボス部２６及びカムジャーナル１５の対向周面間には、オイルシール１７が配されている。カム軸１０回りの潤滑などに用いられた油は、カムジャーナル１５の油路１５ｃを介してエンジン内部に戻される。
【００２３】
カム位相可変装置は、ボルト２３（図４）によりカムプーリ主体部２２の外方端面に固定されカムプーリ２０と一体回転可能なベーンハウジング３０と、ボルト１４によりカム軸１０の端面に固定されてカム軸１０と一体に回転可能なベーンロータ（ベーン部材）４０とを有している。ハウジング３０及びロータ４０は、プーリ２０に対するカム軸１０の回転位相を可変調整するカム位相可変機構を構成する。
【００２４】
詳しくは、ベーンロータ４０は、円筒状の主体部４２と、その周面に設けられた例えば４つのベーン４４とを有し（図２）、また、ロータ主体部４２のピン穴４２ｂとカム軸１０のピン孔とに嵌合するピン８により、カム軸１０に対して位置決めされている。
ベーンハウジング３０は、ハウジング本体３２とハウジング端壁３４とを有している。ハウジング本体３２はベーン数と同数の周壁部３２ａを有し、各ハウジング周壁部３２ａから一対の隔壁３２ｂ、３２ｃが延びている。相隣る隔壁３２ｃ同士は隔壁結合部３２ｄを介して結合され、隔壁結合部３２ｄはベーンロータ４０を回転自在に支持している。隔壁結合部３２ｄには、ボルト２３が挿通するボルト孔２３ａが形成されている。
【００２５】
ベーンハウジング３０の各対の隔壁３２ｂ、３２ｃは、ハウジング端壁３４及びカムプーリ主体部２２と協働してベーン４４を収容するベーン収容室を画成している。即ち、要素２２は、要素３２、３４と共に収容部材を構成する。ベーン４４とハウジング周壁部３２ａとの間に配されたシール４９とベーン４４とにより、ベーン収容室は進角油室４７と遅角油室４８との２つに区分されている。
【００２６】
次に、油室４７、４８に対する圧油の給排について説明する。
図１に示すように、カムジャーナル１５にはカム軸軸線に略直交して油路１５ａ、１５ｂが形成されている。油路１５ａ、１５ｂは、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５０の出口ポート５１、５２にそれぞれ連通している。ＯＣＶ５０の入口ポート５３は、油タンク６０からの油を加圧する油ポンプ（圧油供給源）６２に連通する油供給パイプ６３に接続され、別の入口ポート５４はリターンパイプ６４に接続されている。油ポンプ６２はエンジンにより駆動される。
【００２７】
ＯＣＶ５０は、その電磁ソレノイドに対する電力供給が遮断される非通電状態では図１に示す進角位置５０ａをとる。この進角位置５０ａでは入口ポート５３、５４と出口ポート５２、５１とが連通して油ポンプ６２が進角油室４７に連通し、油室４７への圧油供給が行われる。電磁ソレノイドに電力が供給される通電状態すなわち遅角位置５０ｂでは、入口ポート５３、５４と出口ポート５１、５２とが連通して油ポンプ６２が遅角油室４８に連通し、油室４８への圧油供給が行われる。また、中立位置５０ｃでは、入口ポート５３、５４と出口ポート５１、５２との連通が遮断されて油ポンプ６２から油室４７、４８への圧油供給が遮断される。
【００２８】
本実施形態では、ＯＣＶ５０の電磁ソレノイドへの通電時間をコントローラ８０によりデューティ制御して、所望のカム位相を得るようになっている。コントローラ８０は、例えばエンジン回転数・デューティ比マップを内蔵しており、エンジン回転数センサ８１により検出したエンジン回転数に対応するデューティ比をこのマップから読み出し、デューティ制御を実施する。
【００２９】
カムジャーナル１５に形成した上記の油路１５ａ、１５ｂは、カム軸１０の周面に形成された環状溝１１ａ、１１ｂにそれぞれ開口している。カム軸１０には、環状溝１１ａからカム軸軸線の手前まで延びる半径方向孔１２ａと、環状溝１１ｂからカム軸軸線まで延びる半径方向孔１２ｂとが形成されている。孔１２ａはベーン数と同数設けられている。カム軸１０の回転位置にかかわらず、孔１２ａは環状溝１１ａに連通し、孔１２ｂは環状溝１１ｂに連通する。また、カム軸１０には、孔１２ａ、１２ｂからカム軸端面まで延びる長手方向孔１３ａ、１３ｂが形成されている。孔１３ｂはカム軸軸線上に一つ設けられ、孔１３ａはカム軸軸線から偏倚した半径方向位置においてベーン数と同数設けられている。
【００３０】
長手方向孔１３ｂは、孔１２ｂに連通する小径部と、中空ボルト１４が螺着される大径部とを有している。ボルト１４は、ベーンロータ主体部４２の段付き貫通孔４２ａ内に配されている。ボルト中空部１４ａは、ベーンロータ主体部４２とハウジング端壁３４のネジ孔３５に螺着されたボルト３６とボルト１４とにより画成される油路４１に連通している（図１）。
【００３１】
油室４７，４８への圧油給排経路に関連して、ロータ主体部４２には、カム軸１０の４つの孔１３ａに整合した４つの短い長手方向孔４５ａと、これらの孔４５ａにそれぞれ対応する４つの半径方向孔４６ａとが形成されている（図１）。孔４６ａは、ロータ主体部４２の外周面に開口し遅角油室４８に連通している。また、ベーンロータ主体部４２には半径方向孔４６ｂが形成されている。孔４６ｂは段付き貫通孔４２ａの大径部に開口し、また、ロータ主体部４２の外周面に開口して進角油室４７に連通している。
【００３２】
上記のように構成したカム位相可変装置では、油ポンプ６２から進角油室４７への圧油供給に応じてカム位相可変機構３０、４０が進角動作してバルブスプリング（図示略）の作用力に抗してカム軸１０の回転を早め、これによりカム位相を進める一方、遅角油室４８への圧油供給に応じてカム位相可変機構３０、４０が遅角動作してバルブスプリングの作用力に抗してカム軸１０の回転を遅めてカム位相を遅めるようになっている。ここで、油ポンプ６２はカム位相可変機構３０、４０と協働してトルク発生手段を構成する。
【００３３】
図６を参照して既に説明したように、カムトップに関して略対称形状のカムを有した従来の装置では、進角油室への油圧供給に応じてカム位相可変装置が発生するトルクＣが、油供給不足などによりカム位相の進角調整に要するカム駆動トルク（進角トルク）ＡＤＴ(+)を下回って、円滑な進角調整が阻害されることがある。
【００３４】
本実施形態では、油供給不足のときにも進角調整を円滑に行うべく、カム４は、カムトップに関して非対称の輪郭形状に形成されている。カム４の輪郭形状は、図６に実線ＢＶＬで示すバルブリフト量変化曲線により表される。この曲線ＢＶＬは、カム回転角に対するバルブリフト量を表し、従って、カム輪郭形状をカム回転角で展開したものを表す。曲線ＢＶＬの、カムトップに関して一半部ＢＶＬ(+)及び他半部ＢＶＬ(-)は、カム４の上り傾斜面の形状及び下り傾斜面の形状にそれぞれ対応している。曲線部ＢＶＬ(+)で表されるカム４の上り傾斜面は、曲線部ＢＶＬ(-)で表される下り傾斜面に比べて全体としてなだらかな形状になっている。
【００３５】
この結果、進角調整に要するカム駆動トルク（進角トルク）ＢＤＴ(+)は、遅角調整に要するカム駆動トルク（遅角トルク）ＢＤＴ(-)に比べて全体として小さくされ、進角トルクＢＤＴ(+)のピーク値は遅角トルクＢＤＴ(-)のピーク値よりも大幅に小さくなっている。
換言すれば、進角トルクＢＤＴ(+)のピーク値が遅角トルクＢＤＴ(-)のピーク値よりも小さくなるように、カム４の上り傾斜角は下り傾斜角よりもなだらかにされている。ここで、上り傾斜角および下り傾斜角は、上り傾斜面（曲線部ＢＶＬ(+)）および下り斜面（曲線部ＢＶＬ(-)）のそれぞれの傾斜角度を指す。
【００３６】
注目すべきは、図６に示すように、進角トルクＢＤＴ(+)のピーク値が、油供給不足を来した場合での発生トルクＣを下回っている点である。このため、カム４の上り傾斜角の最大値は、進角トルクＢＤＴ(+)のピーク値が発生トルクＣを下回るように小さくされる。結果として、油供給不足の場合にも円滑な進角調整が可能になる。
【００３７】
本実施形態に係るカム駆動トルク曲線部ＢＤＴ(+)と回転摩擦相当分のトルク値ΔＡＤＴを通る直線Ｇとが囲む面積は、従来装置における曲線部ＡＤＴ(+)と直線Ｇとが囲む面積と同一である。曲線部ＢＤＴ(-)についても同様であり、この曲線部と直線Ｇとが囲む面積は、曲線部ＡＤＴ(-)と直線Ｇとが囲む面積と同一である。結果として、遅角トルクのピーク値が増大し、図６に斜線領域Ｆで示すように、油供給不足を来した場合、遅角油圧による発生トルクＤが遅角トルクＢＤＴ(-)を下回ることがあるが、斜線領域Ｆにおける遅角調整の遅れは、進角調整遅れの場合と異なり、エンジン運転上大きな問題にはならない。
【００３８】
本実施形態のカム位相可変装置は、ベーン４４を最遅角位置にロックするためのロック機構を有している。図２及び図３に示すように、本実施形態では、ベーン数と同数のロック機構が設けられている。各ロック機構のロックピン７０は、ベーン厚さ方向にベーン４４を貫通して形成されたロックピン孔４４ａ内に移動自在に配されている。
【００３９】
ロックピン７０は、図５に示すように、進角油室４７への圧油供給によりハウジング端壁３４側（ロック解除方向）へ移動する一方、遅角油室４８への圧油供給によりカムプーリ主体部２２側（ロック方向）へ移動するようにされている。そして、ロックピン７０が最遅角回転位置付近まで移動したとき、ロックピン先端部７０ａが、カムプーリ主体部２２に形成されたロック穴２２ｂに嵌入してロックピン７０がロックされるようになっている。
【００４０】
進角油室４７からロックピン７０への圧油印加のため、各ベーン４４のカムプーリ主体部２２側の端面には油通路４４ｃが形成されている。進角油室４７からのロック解除用の圧油は、油通路４４ｃを介してロックピン先端部７０ａの受圧面に加えられ、ロックピン７０をロック解除方向へ移動させるように作用する。
遅角室側油室４８からロックピン７０への圧油印加のため、各ベーン４４のハウジング端壁３４側の端面には油通路４４ｄが形成されている。遅角油室４８からのロック用の圧油は、油通路４４ｄを介してロックピン基端部７０ｂの受圧面に加えられ、ロックピン７０をロック方向へ移動させるように作用する。
【００４１】
以下、上記構成のカム位相可変装置の作用を説明する。
エンジン運転中、コントローラ８０は、図示しないデューティ制御ルーチンを所定周期で実施する。
先ず、エンジン回転数センサ８１の出力を読込んで現在のエンジン回転数を検出し、次に、図示しないエンジン回転数・デューティ比マップを参照してエンジン回転数に対応するデューティ比を設定し、このデューティ比に基づいて、エンジン回転数に適合するカム位相になるように、ＯＣＶ５０の電磁ソレノイドに対する電力供給時間（通電時間）がデューティ制御される。このデューティ制御において、高回転域ではカム位相を進角させるべく通電時間が減少制御され、また、低回転域ではカム位相を遅角させるべく通電時間が増大制御される。
【００４２】
ＯＣＶ５０の電磁ソレノイドへの通電停止中、ＯＣＶ５０は進角位置５０ａに切り替わり、油ポンプ６２からの圧油は、カムジャーナル１５の油路１５ｂ等を介してボルト１４の中空部１４ａへ流入し、更に、油路４１等を介して進角油室４７に供給される。この圧油供給により、ベーン４４は、遅角油室４８内の油を孔４６ａ、４５ａ等やＯＣＶ５０を介してシリンダヘッド内へ排出しつつベーン収容室内で進角方向へ移動し、カム位相が進角される。
【００４３】
一方、電磁ソレノイドへの通電中、ＯＣＶ５０は遅角位置５０ｂに切り替わり、油ポンプ６２から遅角油室４８に圧油が供給され、ベーン４４は進角油室４７内の油を排出しつつベーンハウジング３０のベーン収容室内で遅角方向へ移動し、カム位相が遅角される。
図６を参照して既に説明したとおり、本実施形態では、カム位相の進角調整に要する進角トルクＢＤＴ(+)のピーク値を小さくするような形状にカム４の上り傾斜面が形成されているので、進角調整は円滑に行われる。
【００４４】
すなわち、エンジン運転状態たとえばエンジン回転数が大きく増大変化したとき、コントローラ８０は、カム位相進角要求があったと判断して、ＯＣＶ５０の電磁ソレノイドの通電時間を減少制御する。結果として、進角油室４７への圧油供給がなされ、カム位相可変機構が進角動作する。
この際、高速走行後の停車状態から車両走行を再開した場合のように、カム位相可変機構に供給される油圧が通常よりも大きく低下していて、カム位相可変機構が発生するトルクが図６に記号Ｃで示すように小さくなることがある。本実施形態では、この様な場合にも進角トルクＡＤＴ(+)のピーク値が発生トルクＣよりも小さくなるようにカム４の輪郭形状が設定されているため、カム位相可変機構の進角動作が阻害されず、円滑な進角調整が実施され、上記のエンジン加速運転中、カム位相は過渡的なエンジン運転状態に常に適合したものになる。このため、エンジンの加速性能や排ガス特性が向上する。
【００４５】
図７は、エンジンの一つの気筒に係るカム位相の進角調整の進捗過程を示す。本実施形態による非対称形状のカム４を有したカム位相可変装置によれば、図７に実線で示す曲線Ｂa1で表される進角調整が実施される。すなわち、或るカム位相から目標カム位相Ｐまでカム位相を進角調整する場合、本実施形態の進角調整は滞りなく行われ、カム位相調整開始時点からＴba1時間経過した時点で完了する。すなわち、進角応答性に富む。
【００４６】
一方、対称形状のカムを有した従来装置の進角調整は、図７に破線曲線Ａa1で示すように、図６の斜線領域Ｅでの発生トルク不足を反映してカム位相が一時的に遅角側へ変化する等して円滑には行われず、目標カム位相Ｐまでの進角調整に、本実施形態での所要時間Ｔba1に比べて相当に長い時間Taa1を要する。すなわち、進角動作上の応答性に乏しい。
【００４７】
エンジンの全ての気筒を勘案した場合、本実施形態による進角調整は、図８の実線の曲線Ｂa2で示すように円滑に且つ応答性良く実施され、Ｔba2時間内に終了する。その一方で、本実施形態の遅角調整は、図６の斜線領域Ｆでの発生トルク不足を反映して、図８に実線の曲線Ｂr2で示すように円滑さを欠き、また、長い時間Ｔbr2を要するが、エンジン運転に支障を来すことはない。
【００４８】
これに対して、従来の進角調整は円滑性を欠くと共に所要時間Ｔaa2が長くなり、エンジンの加速運転性能が低下するなどの不具合が生じる。その一方で、遅角調整は円滑に実施され短時間Ｔar2内に完了する。
以下、本実施形態のカム位相可変装置のその他の作用を更に説明する。
一般に、エンジン運転停止直前には、極低回転域でのエンジン運転が行われる。この場合、エンジン回転の安定化のためカム位相を最遅角位置に制御するべくデューティ比が例えば１００％に設定される。この結果、ＯＣＶ５０への通電が連続して行われ、遅角位置５０ｂにあるＯＣＶ５０を介して油ポンプ６２から遅角油室４８へ圧油が供給され、ロックピン７０はロック穴２２ｂに略整合する。このとき、油室４８からロックピン基端部７０ｂの受圧面に供給される圧油によりロックピン７０がロック方向へ付勢されており、ロックピン７０はロック穴２２ｂに嵌入し、ベーン４４が最遅角位置にロックされる。
【００４９】
そして、エンジン回転が停止すると、デューティ比が例えば０％に設定される。この結果、エンジンが運転停止状態にある間、ＯＣＶ５０への通電は停止されるが、ロックピン７０はロック穴２２ｂに嵌入したままであり、ベーン４４は最遅角位置にロックされる。次のエンジン始動時、ベーン４４はエンジン始動に適した最遅角位置にロックされており、エンジンは失火発生を伴うことなく円滑に始動する。
【００５０】
また、排気弁と吸気弁が共に開いているオーバラップ期間において吸気弁が進角位置でオーバラップ期間が拡大しても、吸気のオーバラップ期間におけるリフトが小さく、燃焼ガスの吸気側への押し戻しすなわち内部ＥＧＲ量が制限され、吸気進角位置での極低回転での安定したアイドル運転も可能となる。このため、アイドル運転から出力を増大させる高負荷運転への移行時間がより短縮される。
【００５１】
本発明の装置は、上記の実施形態に限定されず、種々に変形可能である。
例えば、上記実施形態では、進角動作上の応答性を向上することを重視して進角動作応答性を遅角動作応答性に比べて大幅に向上させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に進角動作特性曲線Ｃa2および遅角動作特性曲線Ｃr2で示すように、進角動作応答性を遅角動作応答性と同程度にするようにしても良いが、必ずしも進角トルクのピーク値が遅角トルクのピーク値より小さく又は同等としなければならないものでなく、進角トルクのピーク値が遅角トルクのピーク値よりも大きくても、進角トルクのピーク値を抑制できれば、本発明の効果を充分に満足する。
【００５２】
また、上記実施形態では、進角動作に要するトルクが、油圧不足の場合の発生トルクよりも小さくなるようにしたが、必ずしもその様にする必要はない。
上記実施形態では油圧ベーン式のカム位相可変装置を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ヘリカルギア構造のカム位相可変機構を備えるタイプのものにも適用可能である。
【００５３】
上記実施例では、主に油ポンプ６２からなる油圧式のトルク発生手段を用いたが、これに代えて、トルク発生手段を例えば電気モータなどで構成可能である。
更に、実施形態では、ロックピンをロック方向に付勢するスプリングを具備しないロック機構を有したカム位相可変装置について説明したが、本発明は、スプリング付きのロック機構を有する装置に対しても適用可能である。この場合、カム輪郭形状の設定に際してはスプリングの作用力を勘案することになる。
【００５４】
上記実施形態では、各ベーンにロック機構を設けた４枚ベーン式のカム位相可変装置について説明したが、ベーン数は４枚に限らない。また、ロック機構は少なくとも一つのベーンに設ければ良く、或いはロック機構を設けなくとも良い。
実施形態ではカム位相をエンジン回転数に応じて調整したが、エンジン回転数とエンジン負荷の双方に応じてカム位相を調整可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のカム位相可変装置は、内燃機関のクランク軸と同期して回転する動力伝達部材と内燃機関のカム軸との間に介在し、動力伝達部材に対するカム軸の回転位相を進める進角動作と回転位相を遅める遅角動作を行うカム位相可変機構と、進角動作に要する進角トルクおよび遅角動作に要する遅角トルクを発生させるトルク発生手段とを有するカム位相可変装置において、進角トルクのピーク値を遅角トルクのピーク値より抑制するようにカムの上り傾斜角を下り傾斜角に比べてなだらかにしたので、カム位相可変機構の進角動作上の応答性を向上することができ、従って、内燃機関の過渡運転時たとえば加速運転時においてもカム位相を機関運転状態に適合させて内燃機関の出力性能、排ガス特性および燃費を向上できる。また、本発明によれば、トルク発生手段に対して要求されるトルク発生能力を過大に設定することもなく、従って、トルク発生手段をコンパクトに構成した場合にも所要の進角動作応答性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるカム位相可変装置を図２のＩ−Ｉ線に沿って示す断面図である。
【図２】図３のＩＩ−ＩＩ線に沿うカム位相可変装置の横断面図である。
【図３】ロック解除状態のカム位相可変装置を示す、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】カム位相可変装置の端面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図１ないし図５に示したカム位相可変装置のカムの輪郭形状に対応するバルブリフト量ならびにカム位相の進角調整および遅角調整に要するカム駆動力トルクをカム回転角の関数で表した図である。
【図７】図１ないし図５に示したカム位相可変装置でのカム位相の進角調整の進行過程を、一つの気筒との関連において、従来装置による進角調整と比較して、カム回転角の関数で表した図である。
【図８】図１ないし図５に示したカム位相可変装置での進角調整および遅角調整の進行過程を、全ての気筒との関連において、クランク角の関数で表した図である。
【符号の説明】
４  カム
１０  カム軸
２０  カムプーリ
３０  ベーンハウジング
４０  ベーンロータ
４４  ベーン
４７  進角油室
４８  遅角油室
６２  油ポンプ
【図１】
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【図２】
0003826304.tif 000003
【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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