JPH04105907U - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 筒状歯車を廃止して製造作業能率の向上及び
コストの低廉化を図ると共に、装置全体の小型化を図り
内燃機関のエンジンルーム内へのレイアウトの自由度を
向上させる。 【構成】 カムシャフト１とドリブンスプロケット３と
の相対回動をカムシャフト１の正逆回転トルク変動を利
用すると共に、その相対回動位置をカムシャフト一端部
１ａに設けられたアーム４を介してストッパピン６，７
とクラッチ機構８，９により規制する装置であって、該
クラッチ機構８，９を、スプロケット本体１３の支持軸
１６，１７に支承された回動部材１８，１９と、該両者
１６，１８、１７，１９の連結・解除を適宜行って偏心
軸３４，３５を介してアーム４の正逆回動を規制するク
ラッチスプリング２０，２１とから構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の吸気バルブあるいは排気バルブの開閉時期を運転状態に 応じて可変制御するバルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種バルブタイミング制御装置としては、種々提供されており、その 一例として米国特許第４,２３１,３３０号公報に記載されたものなどが知られて いる。

【０００３】 概略を説明すれば、吸気・排気バルブを開閉制御するカムシャフトは、前端部 の外周に外歯が形成されていると共に、前端部にスリーブが互いの雌雄ねじ部を 介して螺着固定されている。一方、該スリーブ及びカムシャフト前端部の外側に 配置支持された外筒は、外周に機関の回転力がタイミングチェーンを介して伝達 されるスプロケットを備えていると共に、内周には内歯が形成されている。そし て、この内歯と上記カムシャフトの外歯との間に、内外周の歯のうち少なくとも いずれか一方がはす歯に形成された筒状歯車が噛合しており、この筒状歯車を、 機関運転状態に応じて油圧回路の油圧や圧縮スプリングのばね力によりカムシャ フトの軸方向へ移動させることによって、該カムシャフトをスプロケットに対し て相対回動させて吸気・排気バルブの開閉時期を制御するようになっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

然し乍ら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、スプロケットと カムシャフトとを、筒状歯車の内外周の少なくともいずれか一方に形成されたは す歯を利用して相対回転させるようにしており、このはす歯は、スプロケットの 内歯あるいはカムシャフトの外歯との良好な噛合い精度を確保するために、高精 度な加工が要求される。この結果、該はす歯の加工作業が煩雑となり、加工作業 能率の低下と、加工コストの高騰を招いている。

【０００５】 また、筒状歯車を軸方向へ移動させることによってはじめてカムシャフトをス プロケットに対して相対回動させるようになっているため、筒状歯車と内外歯と の噛合い摩擦抵抗などに起因してその軸方向の移動遅れが生じ易くなり、バルブ タイミング制御の応答性が悪化し易い。

【０００６】 しかも、筒状歯車がカムシャフトの軸方向へ延設されていると共に、該軸方向 へ大きく移動するようになっているため、バルブタイミング制御装置の大きな設 置スペースが必要となる。この結果、内燃機関の大型化が余儀なくされ、エンジ ンルームの大きさによっては、該装置の設置が不可能になる虞がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前記従来の実情に鑑みて案出されたもので、機関の回転力が伝達さ れる略筒状の回転体とカムシャフトとを相対回動自在に連繋すると共に、前記カ ムシャフトの端部に、該カムシャフトの回転トルク変動と同期回動するアームを 設ける一方、前記回転体に、前記アームの正逆最大相対回動位置をストッパ機構 と共働して規制する少なくとも一対のクラッチ機構を設け、かつ該両クラッチ機 構の断続作用を機関運転状態に応じて切り替える切替機構を設けてなるバルブタ イミング制御装置であって、前記各クラッチ機構は、回転体にカムシャフト軸方 向に沿って固定された支持軸と、該支持軸の端部に回動自在に設けられて、外周 端側に軸心が支持軸と偏倚して前記アームの端部に当接する偏心軸を有する回動 部材と、該回動部材と支持軸の各外周面に跨がって巻装され、該両者を前記切替 機構を介して連結あるいは連結解除するクラッチスプリングとを備えたことを特 徴としている。

【０００８】

【作用】

例えば機関低負荷域では、切替機構によって一方側のクラッチ機構を連結つま りクラッチスプリングで一方の支持軸に対する回動部材の一方向のみの相対回転 を規制すると同時に、他方側のクラッチ機構の連結作動を解除して他方の支持軸 に対して回動部材の正逆自由な回転を許容する。したがって、カムシャフト及び アームは、バルブ開閉時に発生する例えば正の回転トルク変動に伴い回転体に対 して正方向へストッパ機構で規制されるまで最大に相対回動する。ここで、カム シャフトに負の回転トルク変動が発生してアームも負の方向に回転しようとする が、前述のように一方側のクラッチスプリングが回動部材の回動を規制している ため、アームは偏心軸を介して負方向の回転が阻止される。これによって、カム シャフトは例えば吸気バルブの閉時期を後らす相対回動位置に保持される。

【０００９】 一方、機関が例えば高負荷域に移行した場合は、前述とは逆に他方側のクラッ チ機構を連結させつまりクラッチスプリングで他方の支持軸に対する回動部材の 一方向のみの相対回転を規制すると同時に、一方側のクラッチ機構の連結作動を 解除する。したがって、カムシャフトは、負の回転トルク変動によって負の方向 へストッパ機構で規制される最大位置まで相対回動する。ここで、正の回転トル ク変動が発生しても他方側のクラッチ機構でカムシャフトの正方向の相対回動が 規制されるため、カムシャフトは例えば吸気バルブの閉時期を早める相対回動位 置に保持される。

【００１０】 また、各回動部材の中心軸と各偏心軸の軸心とが偏倚しているため、該偏倚長 さを各回動部材の中心軸から各クラッチスプリングの内周縁までの長さよりも大 きく設定すれば、アームから各偏心軸，各回動部材を介して各クラッチスプリン グに作用する前記回転トルク変動に伴う反力を可及的に小さくすることが可能と なる。このため、該各クラッチスプリングの軸方向の長さを短尺化でき装置全体 の小型化が図れる。

【００１１】

【実施例】

図１及び図２は自動車のＤＯＨＣ型内燃機関に適用したこの考案の第１実施例 を示し、１はシリンダヘッド上部のカム軸受２に支承されて、吸気バルブを図外 のカムにより開閉するカムシャフト、３はカムシャフト１の一端部１ａ外周に設 けられ、クランク軸のドライブスプロケットからタイミングチェーンを介して駆 動力が伝達される回転体たるドリブンスプロケットであって、前記カムシャフト １の一端部１ａには、略Ｔ字形のアーム４が軸方向から螺着した取付ボルト５に よって締付け固定されている。一方、ドリブンスプロケット３には、前記アーム ４の正逆最大回動を規制するストッパ機構たるストッパピン６，７と、該ストッ パピン６，７と共働してアーム４の最大回動位置を規制するクラッチ機構８，９ とが設けられている。また、該両クラッチ機構８，９の断続作用を相対的に切り 替える切替機構１０が設けられている。

【００１２】 具体的に説明すれば、前記アーム４は、取付ボルト５に締結される略円板状の 基部１１と、該基部１１の外周端にカムシャフト１の略直径方向に沿って延設さ れた腕部１２とを備えている。この腕部１２は、両端部に夫々内側へ並行に突出 した押圧部１２ａ，１２ｂが設けられており、この先端部がクラッチ機構８，９ の後述する偏心軸３４，３５の外周縁に当接配置されている。

【００１３】 前記ドリブンスプロケット３は、外周に歯車を有する断面略コ字形のスプロケ ット本体１３と、該本体１３の外端側にボルト１４により固定された略円板状の カバー部１５とから構成されている。前記スプロケット本体１３は、略中央のカ ムシャフト孔の孔縁に突設された筒部１３ａを介してカムシャフト一端部１ａに 回転自在に支持されている。一方、カバー部１５は、外面中央部に略断面コ字形 状に膨出した支持部１５ａが形成されている。

【００１４】 前記ストッパピン６，７は、スプロケット本体１３の端壁１３ｂ内面上部側で かつ前記取付ボルト５中心とした腕部１２の中心を結ぶ直径線Ｐを中心として左 右対称位置にカムシャフト１の軸方向に沿って突設されている。

【００１５】 前記クラッチ機構８，９は、図１及び図３に示すように前記各ストッパピン６ ，７の下方、つまり直径線Ｐを中心とした取付ボルト５の左右対称位置に並設さ れ、端壁１３ｂに突設固定された一対の支持軸１６，１７と、該各支持軸１６， １７の先端部に夫々回動自在に支承された回動部材１８，１９と、該回動部材１ ８，１９と支持軸１６，１７との間に巻装された一対のクラッチスプリング２０ ，２１と、該クラッチスプリング２０，２１の外周に一定のクリアランスをもっ て回転自在に被嵌されたカラー２２，２３とを備えている。

【００１６】 前記支持軸１６，１７は、図３にも示すように内部にボルト孔２４ａ，２５ａ が穿設された中心軸部２４，２５と、該中心軸部２４，２５の外周に一体に設け られた筒部２６，２７とから主として構成され、前記筒部２６，２７は、その長 さが中心軸部２４，２５の約半分の長さに設定されていると共に、その基端側外 周にフランジ２８，２９が一体に設けられている。

【００１７】 前記回動部材１８，１９は、前記筒部２６，２７と同一の外径を有し、かつ端 縁が筒部２６，２７の対抗端縁と相対的に摺動可能な円筒部３０，３１と、該円 筒部３０，３１の外端部周面に一体に設けられた円環部３２，３３と、該円環部 ３２，３３の外端面に突設されてアーム４の各押圧部１２ａ，１２ｂに当接する 偏心軸３４，３５とから構成されている。前記筒部２６，２７は、円環部３２， ３３の中央孔を介して中心軸２４，２５の同心上に回転自在に支持されている一 方、前記偏心軸３４，３５は、図６にも示すように軸心Ｙが中心軸２４，２５の 軸心Ｘから所定の寸法Ｌ₁で偏倚している。

【００１８】 前記クラッチスプリング２０，２１は、筒部２６，２７と円筒部３０，３１の 各外周面に跨がって巻装され、その巻き方向が互いに反対になっていると共に、 全体の長さが比較的短尺に設定されている。また、夫々の一端部２０ａ，２１ａ が各支持軸１６，１７の端部に止着され、各他端部２０ｂ，２１ｂが各カラー２ ２，２３の端部に夫々止着されている。また、各クラッチスプリング２０，２１ の半径方向の長さ、つまり軸心Ｘから内周縁までの長さＬ₂は図６に示すように 前記Ｌ₁よりも大きく設定されている。

【００１９】 前記カラー２２，２３は、外周面の略中央に小径円柱状の突起部４８，４９が 夫々設けられている。

【００２０】 更に、前記中心軸２４，２５の外周には、捩りコイルばね３６，３７が巻装さ れており、この捩りコイルばね３６，３７は一端部が中心軸２４，２５に、他端 部が回動部材１８，１９に夫々止着されて、該回動部材１８，１９を介して偏心 軸３４，３５を各押圧部１２ａ，１２ｂ側へ回動付勢するようになっている。

【００２１】 前記切替機構１０は、スプロケット本体１３の内部を軸方向へ摺動可能な略有 底円筒状のスライダー３８と、該スライダー３８とカバー部１５との間に弾装さ れて該スライダー３８をカムシャフト１方向（図中右方向）に付勢する圧縮スプ リング３９と、スライダー３８とスプロケット本体１３との間に形成された圧力 室４０に油圧を導入する油圧回路４１とを備えている。

【００２２】 前記スライダー３８は、スプロケット本体１３の筒状内周面に摺接する筒壁３ ８ａと、該筒壁３８ａの前端側に一体に有し、一端部がカバー部１５の支持部１ ５ａ内面に弾持された前記圧縮スプリング３９の他端部を弾持する前端壁３８ｂ とを備えている。また、前記筒壁３８ａの図１中左右両側には、図４，図５にも 示すように前記カラー２２，２３の各突起部４８，４９をスライド案内移動させ る移動用長孔４１，４２が形成されている。この各長孔４１，４２は、カムシャ フト１の略軸方向へ対称形状の略く字形に折曲形成されて、スライダー３８全体 の直線的な軸方向の移動に伴い各突起部４８，４９を介して各カラー２２，２３ を同一方向に所定量回転させるようになっている。

【００２３】 前記油圧回路４１は、図２に示すようにオイルメインギャラリから分岐して、 カム軸受２及びカムシャフト１の直径方向に形成された導入通路４３と、カムシ ャフト１及び取付ボルト５の軸方向に連続して形成され、前記導入通路４３と圧 力室４０とを連通する軸方向通路４４とを有している。また、導入通路４３の上 流端には、オイルポンプ４５から圧送された信号油圧の導入，遮断を電子コント ローラ４６からの出力信号によって行なう電磁弁４７が設けられており、前記電 子コントローラ４６は、図外のクランク角センサやエアフローメータ等からの出 力信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して電磁弁４７をＯＮ，ＯＦＦ制御 している。

【００２４】 したがって、例えば機関低負荷域では、コントローラ４６によって電磁弁４７ にＯＦＦ信号（非通電）が出力されて、オイルポンプ４５から圧力室４０への信 号油圧の導入が遮断される。このため、スライダー３８は、圧縮スプリング３９ のばね力で筒壁３８ａがスプロケット本体１３の内端面に突き当たるまで右方向 に最大に移動し（図１，図２に示す位置）て、この位置に保持される。そして、 斯かる状態では各移動用長孔４１，４２によって各突起部４８，４９を図４，図 ５の如く斜め最上位置に移動案内し、各カラー２２，２３を一方向に回転させる 。このため、図１の左側クラッチ機構９のクラッチスプリング２１が一方向に捩 られて弛緩状態となり、支持軸１７の筒部２７と回転部材１９の円筒部３１との 緊締（連結）が解除されて自由な正負方向の相対回転を許容する。

【００２５】 一方、右側のクラッチ機構８のクラッチスプリング２０も一方向に捩られて緊 締状態となり、筒部２６と円筒部３１とを連結して、筒部２６に対する円筒部３ １の正方向の回転は許容するものの負方向の回転を規制する。

【００２６】 依って、この状態でカムシャフト１に吸気バルブの開時に発生する負の回転ト ルクが作用すると、図１の如く該カムシャフト１が負方向に回転してアーム腕部 １２の一端部がストッパピン６に突き当たってそれ以上の回転が規制される。こ こで、カムシャフト１に正の回転トルクが発生し、該カムシャフト１が図中時計 方向（正方向）に回転しようとすると、前述のようにクラッチスプリング２０に よる筒部２６と円筒部３１との緊締作用によってカムシャフト１の正方向の回動 が確実に規制される。このため、カムシャフト１は、アーム４を介してドリブン スプロケット３に対する正負両方向への自由な回動が規制されて吸気バルブの閉 時期を遅らす相対回動位置に保持される。

【００２７】 一方、機関が高負荷域に移行した場合は、電磁弁４７がＯＮ（通電）されてオ イルポンプ４５から圧送された作動油が導入通路４３，軸方向通路４４を通って 圧力室４０に導入され、該圧力室４０が即座に高圧となる。このため、スライダ ー３８は、図２の一点鎖線で示すように圧縮スプリング３９のばね力に抗して孔 縁がカバー部１５の内端縁１５ｂに突き当たるまで図中左方向へ最大に移動する 。したがって、各突起部４８，４９が各移動用長孔４１，４２によって今度は前 述とは逆に斜め下方に移動案内されて各カラー２２，２３を他方向に回転させる 。このため、一方のクラッチスプリング２１が、他方向に捩られて緊締状態とな り、筒部２７に対する円筒部３１の負の方向の相対回転は許容するものの正の方 向の回転を規制する。依って、カムシャフト１は正の回転トルク変動により正方 向に回転し、アーム４の他端部がストッパピン７に突き当たってそれ以上の回転 が規制される。ここで、カムシャフト１に負の回転トルクが発生し、反時計方向 （負方向）に回転しようとすると、一方のクラッチスプリング２１の緊締作用に よってカムシャフト１の負方向の回動が確実に規制される。このため、カムシャ フト１は、アーム４を介して正負両方向への自由な回動が規制され吸気バルブの 閉時期を早くする相対回動位置に保持される。

【００２８】 尚、各クラッチスプリング２０，２１による緊締作用は、正，負の回転トルク が大きい程強くなるため、カムシャフト１の確実な回動規制作用が得られる。ま た、高負荷域から低負荷域に移行した場合における圧力室４０内の作動油は電磁 弁４７を介して外部へ速やかに排出される。

【００２９】 また、アーム４をカムシャフト１の略直径方向に設け、かつスライダー３８の 軸方向の移動量も比較的小さいため、従来のように筒状歯車を用いた場合に比し て装置の軸方向の長さを短尺化できる。

【００３０】 しかも、本実施例では、中心軸２４，２５の軸心Ｘからクラッチスプリング２ ０，２１の内周縁までの長さＬ₂を偏心軸３４，３５の軸心Ｙまでの長さＬ₁より も大きく設定しているため、斯かるレバー比によって各クラッチスプリング２０ ，２１に作用するアーム４の両押圧部１２ａ，１２ｂからの反力が小さくなる。 即ち、前述のようにカムシャフト１がドリブンスプロケット３に対して正逆最大 の相対回動位置に保持されている場合に、該カムシャフト１に反対方向の正・負 の回転トルクが発生し、図６に示すようにアーム４のいずれか一方の押圧部１２ ａ，１２ｂから偏心軸３４または３５にせん断方向の押圧力Ｆ₁が作用すると、 この押圧力Ｆ₁によっていずれか一方のクラッチスプリング２０，２１に緊締力 Ｆ₂として作用する。ここで、Ｆ₂はＦ₁・Ｌ₁＝Ｆ₂・Ｌ₂の式からＦ₂＝Ｆ₁・Ｌ₁ ／Ｌ₂となり、したがって、Ｆ₂＜Ｆ₁となる。このため、クラッチスプリング２ ０，２１に作用する反力が小さくなり、この結果ばね荷重を小さくできる。つま り軸方向の長さを可及的に小さくすることが可能となり、クラッチ機構８，９の 軸方向の長さの短尺化が図れる。この結果、前記アーム４の取付構造等と相俟っ て装置全体の小型化が図れ、内燃機関への搭載性が向上する。

【００３１】 また、アーム４の各押圧部１２ａ，１２ｂは、回動部材１８，１９の回動停止 時は勿論のこと、回動中においてもその先端縁が各捩りコイルばね３６，３７の ばね力で偏心軸３４，３５の外周縁に常時当接しているため、バルブタイミング 変換時においてアーム４と偏心軸３４，３５との間に生じ易い隙間の発生を確実 に防止できる。したがって、アーム４の回転切換時の押圧部１２ａ，１２ｂと偏 心軸３４，３５との干渉が回避されて打音や摩耗の発生を未然に防止できる。更 に、各押圧部１２ａ，１２ｂから偏心軸３４，３５に対する押圧力の伝達性が向 上し、バルブタイミング変換時間の短縮化が図れる。

【００３２】 図７及び図８は本考案の第２実施例を示し、この実施例では、偏心軸３４，３ ５を押圧部１２ａ，１２ｂ側に付勢する機構を前述の捩りコイルばねから別の構 成に替えたものである。即ち、アーム４の基部１１に、腕部１２と対向する別異 の第２腕部５０が設けられ、該第２腕部５０の両端部に有する円柱部５０ａ，５ ０ｂ内に段差円柱状の保持孔５１，５２が形成されている。また、この各保持孔 ５１，５２内には、先端部に円板部５３ａ，５４ａを一体に備えたプランジャ５ ３，５４が摺動自在に設けられている。このプランジャ５３，５４は、保持孔５ １，５２内に弾持されたコイルスプリング５５，５６のばね力で突出方向に付勢 され、円板部５３ａ，５４ａ先端面で各偏心軸３４，３５を押圧部１２ａ，１２ ｂの反対側から押圧支持している。

【００３３】 したがって、偏心軸３４，３５と押圧部１２ａ，１２ｂが各プランジャ５３， ５４によって常時当接状態となり、前述と同様に両者１２ａ，３４、１２ｂ，３ ５間の隙間の発生を確実に防止することができる。特に、腕部１２と第２腕部５ ０とが同期回動して、各プランジャ５３，５４と各押圧部１２ａ，１２ｂとによ り偏心軸３４，３５を常に挾持状態で支持するため、各押圧部１２ａ，１２ｂの 回動変換に対する偏心軸３４，３５の追随性が向上し、隙間の発生をより確実に 防止できると共に、カムシャフト１の相対回動位相変換の応答性がさらに良好と なる。

【００３４】 尚、支持軸１７の外周には、図９に示すように捩りコイルばねは巻装されてい ない。

【００３５】 更に、本考案は、前記実施例に限定されることなく、例えば切替機構１０を別 異の構成とすることも可能であり、またこの装置を排気バルブ側あるいは吸気・ 排気バルブの両方に適用することも可能である。

【００３６】

【考案の効果】

以上の説明で明らかなように、本考案によれば、カムシャフトと回転体との相 対回動を従来のような筒状歯車ではなく、カムシャフトの回転トルク変動を利用 して行なうと共に、該正逆相対回動位置規制を、ストッパ機構とクラッチスプリ ングを利用したクラッチ機構の切替制御により行なうようにしたため、高精度か つ応答性の優れたバルブタイミング制御が得られることは勿論のこと、特にはす 歯が不要になるため構造が簡素化され、製造作業能率の向上とコストの低廉化が 図れる。

【００３７】 しかも、各クラッチ機構の支持軸の軸心から偏心軸の軸心及びクラッチスプリ ングの外周面までの所謂レバー比を変えることにより、各クラッチスプリングの 軸方向の長さを可及的に小さくすることができるため、クラッチ機構ひいては装 置全体の軸方向の長さを短尺化できる。この結果、内燃機関に対する該バルブタ イミング制御装置の搭載性が向上すると共に、内燃機関のエンジンルーム内への レイアウトの自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るバルブタイミング制御装置の第１
実施例を示す図２のＡ−Ａ線断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】本実施例に供されるクラッチ機構の縦断面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図。

【図５】図１のＤ−Ｄ線断面図。

【図６】本実施例におけるレバー比を示す概略図。

【図７】本考案の他例を示す図８のＥ−Ｅ線断面図。

【図８】図６のＦ−Ｆ線断面図。

【図９】本実施例に供されるクラッチ機構を示す縦断面
図。

【符号の説明】

１…カムシャフト、１ａ…一端部、３…ドリブンスプロ
ケット（回転体）、４…アーム、６，７…ストッパピン
（ストッパ機構）、８，９…クラッチ機構、１０…切替
機構、１２ａ，１２ｂ…押圧部（端部）、１６，１７…
支持軸、１８，１９…回動部材、２０，２１…クラッチ
スプリング、３４，３５…偏心軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転力が伝達される回転体とカム
   シャフトとを相対回動自在に連繋すると共に、前記カム
   シャフトの端部に、該カムシャフトの回転トルク変動と
   同期回動するアームを設ける一方、前記回転体に、前記
   アームの正逆最大相対回動位置をストッパ機構と共働し
   て規制する少なくとも一対のクラッチ機構を設け、かつ
   該両クラッチ機構の断続作用を機関運転状態に応じて切
   り替える切替機構を設けてなるバルブタイミング制御装
   置であって、前記各クラッチ機構は、回転体にカムシャ
   フト軸方向に沿って固定された支持軸と、該支持軸の端
   部に回動自在に設けられて、外周端側に軸心が支持軸と
   偏倚して前記アームの端部に当接する偏心軸を有する回
   動部材と、該回動部材と支持軸の各外周面に跨がって巻
   装され、該両者を前記切替機構を介して連結あるいは連
   結解除するクラッチスプリングとを備えたことを特徴と
   する内燃機関のバルブタイミング制御装置。