JPH04140407A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吸・排気バルブの開閉時期を内燃機関の運転状
態に応じて制御するバルブタイミング制御装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、この種のバルブタイミンク制御装置として、例え
ば特開昭６３−１３１８０８号公報に開示されたものが
ある。この装置は第９図に示すように、バルブ駆動用カ
ムシャフト５１の端部に回動可能に外嵌されたプーリ５
２と、同カムシャフト５１端部に固定されたスリーブ５
３と、これらのプーリ５２及びスリーブ５３間の空間Ｓ
に介在された円筒状ピストン５４とを備えている。

プーリ５２にはタイミングベルト６１が掛装されており
、同プーリ５２にクランクシャフトの回転か伝達される
ようになっている。また、ピストン５４の内外周にはそ
れぞれヘリカルスプライン５４ａ、５４ｂが形成されて
おり、同ヘリカルスプライン５４ａ、５４ｂは前記プー
リ５２内周及びスリーブ５３外周のヘリカルスプライン
５２ａ。

５３ａに噛合している。

前記プーリ５２及びスリーブ５３間の空間Ｓは、ピスト
ン５４によって第１圧力室５５と第２圧力室５６とに区
画され、各圧力室５５．５６に潤滑油が供給されてピス
トン５４に油圧が加わるようになっている。すなわち、
シリンダヘッド、カムシャフト５１等には第１油圧通路
５７及び第２油圧通路５８が貫設されており、両性圧通
路５７゜５８は前記圧力室５５．５６に連通している。

そして、油圧ポンプによってオイルパンから汲み上げら
れた潤滑油が両性圧通路５７．５８を通って各圧力室５
５．５６に供給される。なお、各油圧通路５７．５８に
は油圧制御弁５９．６０が設けられており、その開閉動
作によりピストン５４に加わる油圧の大きさが制御され
る。

前記のように構成された従来のバルブタイミング制御装
置においてプーリ５２が回転駆動されると、その回転は
ピストン５４を介してスリーブ５３及びカムシャフト５
１に伝達される。この際、各圧力室５５．５６に潤滑油
を供給しピストン５４に油圧を加えてカムシャフト５１
の軸方向へ移動させると、前記プーリ５２及びカムシャ
フト５１が相対回動じ１．バルブの開閉時期が変えられ
る。

また、各油圧制御弁５９．６０を開閉制御することによ
り、ピストン５４に加わる油圧を適宜調整して、多数の
位相変化を行わせることができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来のバルブタイミング制御装置におい
ては、ピストン５４の両端部に加わる油圧を制御するこ
とのみによってカムシャフト５１とプーリ５２の相対回
動量を決定しているので、両者を所定の角度に保持する
ことが難しく、回転位相の精度が悪い。そのため、新た
に回転位相検出手段を設け、その検出信号に基づいて各
油圧制御弁５９．６０を駆動制御する必要があった。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は多数の位相変化が可能となり、しかもカムシ
ャフト及びプーリを所定の角度に精度良く確実に保持で
きる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、内燃機関のバルブ
を開閉させるカムシャフトにプーリを回動可能に外嵌し
、これらのカムシャフトとプーリとの間にはヘリカルス
プラインを有する円筒状ピストンを介在させ、前記ピス
トンの端部に油圧を加え同ピストンをカムシャフトの軸
方向へ移動させることにより、プーリの駆動力をヘリカ
ルスプラインにてクランクシャフトに伝達し、同プーリ
とカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉時
期を調整するようにした内燃機関のバルブタイミング制
御装置において、前記カムシャフトとプーリとが周方向
に摺接する部分のカムシャフト側には、軸方向に移動可
能でかつ周方向に移動不能なストッパを設け、プーリ側
には前記ストッパと係止可能な突起を設けている。

［作用］ ピストン端部に油圧が加えられると、同ピストンはカム
シャフトの軸方向へ移動する。この移動はヘリカルスプ
ラインを介しプーリ及びカムシャフトに伝達される。そ
の結果、これらのプーリ及びカムシャフトが相対回動し
て回転位相が変化し、内燃機関のバルブの開閉時期が調
整される。

このときの相対回動量は、カムシャフト側に設けられた
ストッパが軸方向に移動し、プーリ側に設けられた突起
がこのストッパに対し係止したりしなかったりすること
で変化する。従って、ストッパと突起との係止状態を変
えることにより多数の回転位相の変化が可能となるばか
りか、前記係止によりカムシャフト及びプーリが所定の
角度に保持されるので、油圧制御のみによって保持する
場合に比べ回転位相の精度が向上する。

［第１実施例］ 以下、本発明を具体化した第１実施例を第１〜３図に従
って説明する。

第１図はバルブタイミング制御装置の断面図、第３図は
部分斜視図である。内燃機関としてのエンジン１のシリ
ンダヘッド２には、図示しない吸気バルブを駆動するた
めの吸気用カムシャフト３が回転可能に支持されている
。カムシャフト３の前端部（第１図左端部）はシリンダ
ヘッド２から前方へ突出しており、この突出部分にプー
リ４が回転自在に設けられている。

プーリ４は互いに径の異なる第１〜３の筒部５゜６．７
からなり、最も小径の第１筒部５がカムシャフト３に外
嵌されている。また、プーリ４の最も大径の第３筒部７
外周には外歯７ａが形成されている。この外歯７ａには
タイミングベルト８が掛装されており、クランクシャフ
ト（図示しない）の回転が同タイミングベルト８を介し
てプーリ４に伝達されるようになっている。さらに、前
記プーリ４の第１筒部５外周にヘリカルスプライン５ａ
が形成されるとともに、第２筒部６の前面には上下一対
の突起６ａが形成されている（第３図参照）前記カムシ
ャフト３の前端部には、後面を開放した有底円筒状のピ
ストンケース９がボルト１０によって固定されている。

ピストンケース９の後部は前記プーリ４の第１筒部５及
び第２筒部６内へ入り込み、同ピストンケース９の後部
外周面９ａが第２筒部６の内周面に当接している。また
、第３図に示すように、ピストンケース９の外周面９ａ
上下において周方向に離間した位置には、進角ストッパ
１２及び遅角ストッパ１３がそれぞれ突設されており、
両ストッパ１２．１３間に前後方向へ延びる位置決め溝
１１が形成されている。さらに、第１図に示すように、
前記第１筒部５と対向するピストンケース９の内周面に
はヘリカルスプライン９ｂが形成されている。

前記ピストンケース９とプーリ４との間に形成される空
間Ｓ内には、前後両面を開放した円筒状ピストン１４が
配設されている。このピストン１４の内周面及び外周面
にはそれぞれヘリカルスプライン１４ａ、１４ｂが形成
されており、これらは前記したプーリ４及びピストンケ
ース９のヘリカルスプライン５ａ、９ｂに噛合している
。このため、プーリ４とピストンケース９とがピストン
１４によって連結され、同ピストン１４かカムシャフト
３の軸方向へ移動しないときには、カムシャフト３がプ
ーリ４と一体となって回転し、同ピストン１４か軸方向
へ移動するとカムシャフト３に捩じり力が加わって、プ
ーリ４に対しカムシャフト３が相対回動することになる
。

なお、本実施例ではプーリ４及びピストン１４内周のヘ
リカルスプライン５ａ、１４ａが右捩じりに、またピス
トンケース９及びピストン１４外周面のヘリカルスプラ
イン９ｂ、１４ｂか左捩じりにそれぞれ形成されている
。そのため、プーリ４に対するカムシャフト３の相対回
動量は、ピストンエ４の内外周のうちの一方のみがヘリ
カルスプラインである場合より大きくなる。

前記空間Ｓはピストン１４により前後２つの室に区画さ
れており、同ピストン１４の前側が圧力室１５に、後側
がばね室１６になっている。そして、圧力室１５はシリ
ンダヘッド２、カムシャフト３、ピストンケース９等に
貫設された油圧通路１７と連通している。この油圧通路
１７には、オイルポンプＩ８によってオイルパン１９か
ら汲み上げられた潤滑油２０が供給される。オイルポン
プ゛１８と圧力室１５との間には油圧制御弁とじての三
方電磁切替弁２１か設けられており、この三方電磁切替
弁２１は前記オイルポンプ１８及び圧力室１５間を連通
させた状態と、オイルポンプ１８及びオイルパン１９間
を連通させた状態とのいずれかを選択するようになって
いる。

前記ばね室１６内には圧縮コイルばね２２が収容されて
おり、この圧縮コイルばね２２によりピストン１４が常
に前方へ付勢されている。ばね室１６はプーリ４、カム
シャフト３等に形成された戻し油路２３に連通しており
、同ばね室１６内の潤滑油２０は戻し油路２３を通って
オイルパン１９に戻されるようになっている。

前記ピストンケース９の前方には、両端部を後方へ折曲
した中間ストッパ２４が配設されている。

中間ストッパ２４の両折曲部２５は前記ピストンケース
９の位置決め溝Ｉｆとほぼ同一幅に形成されており、各
折曲部２５か位置決め溝１１に対し前後方向へのスライ
ド可能に、かつ相対回動不能に係入されている（第３図
参照）。

一方、前記シリンダヘッド２には、プーリ４、ピストン
ケース９等を覆うカバー２６が固定されており、このカ
バー２６には前記中間ストッパ２４を前後方向へ移動さ
せるための電磁ソレノイド２７が取付けられている。電
磁ソレノイド２７は電圧印加により出没するプランジャ
２８を備えており、そのプランジャ２８後端に設けられ
た球体２９が、前記中間ストッパ２４に回動可能に連結
されている。そのため、中間ストッパ２４はピストンケ
ース９と一体的に回転するとともに、電磁ソレノイド２
７のプランジャ２８の出没により位置決め溝１１に゛沿
って前後方向へ移動することが可能である。

次に、上記のように構成された本実施例のバルブタイミ
ング制御装置の作用及び効果を説明する。

エンジン１の運転時には、タイミングベルト８によって
クランクシャフトの回転がブー９４に伝達される。この
プーリ４にはピストン１４を介してピストンケース９及
びカムシャフト３が連結されているので、これらは一体
となって回転する。

こめとき、三方電磁切替弁２１によってオイルポンプ１
８と油圧通路１７とが連通ずると、オイルパン１９内の
潤滑油２０が油圧通路１７を通って圧力室１５に導かれ
、ピストン１４前端に油圧が加えられる。すると、ピス
トン１４が圧縮コイルばね２２の付勢力に抗して軸方向
後方へ移動しながら回動する。その結果、ピストンケー
ス９及びプーリ４にに捩じり力が付与され、カムシャフ
ト３がピストンケース９に対し相対回転し、吸気ノくル
ブの開閉時期が早められる。

一方、三方電磁切替弁２１によってオイルポンプ１８と
オイルパン１９とが連通されると、油圧通路１７への潤
滑油２０の供給が停止され、潤滑油２０の加圧からピス
トン１４が開放される。これによりピストン１４は圧縮
コイルばね２２の付勢力によって加圧前の位置に復帰す
る。

ところで本実施例では、ピストンケース９の外周に進角
ストッパ１２及び遅角スト・ソノ＜１３を突設するとと
もに、両ストッパ１２．１３間に位置決め溝１１を形成
し、電磁ソレノイド２７にて前後方向に移動する中間ス
トッパ２４の折曲部２５をこの位置決め溝１１に係入し
、さらにプーリ４には前記した各種ストッパ１２，１３
．２４に係止可能な突起６ａを設けたので、カムシャフ
ト３の回転位相を次の４つの状態に設定することかでき
る。

第２図（ａ）はエンジン１の通常運転状態を示している
。この状態では圧力室１５に潤滑油２０が供給されず、
圧縮コイルばね２２によりピストン１４が前方へ付勢さ
れており、同付勢力によりプーリ４の突起６ａがピスト
ンケース９の遅角ストッパ１３に押し付けられている。

また、電磁ソレノイド２７のプランジャ２８が没入する
ことにより中間ストッパ２４が前方へ移動している。こ
のため、吸気バルブの開閉時期は最も遅くなっている。

前記第２図（ａ）の状態から吸気バルブの開閉時期を若
干率める場合には、第２図（ｂ）に示すように、中間ス
トッパ２４を後方へ移動させるとともに潤滑油２０を圧
力室１５内へ供給する。このときに発生する油圧により
、ピストンＩ４は圧縮コイルばね２２の付勢力に打ち勝
ち後方へ移動する。この移動によりプーリ４及びピスト
ンケース９か相対回動し、同プーリ４の突起６ａが中間
ストッパ２４の側面に油圧にて押し付けられ、それ以上
の相対回動が規制される。そのため、遅角ストッパ１３
と中間ストッパ２４との間で突起６ａが移動した分だけ
カムシャフト３の回転位相が進み、吸気バルブの開閉時
期が若干率められる。

第２図（ｂ）の状態から吸気ノくルブの開閉時期をさら
に早める場合には、中間スト・ソノ＜２４を前方へ移動
させて前記第２図（ａ）の状態に一旦戻す。すると、プ
ーリ４及びピストンケース９は進角側へ回動する。そし
て、プーリ４の突起６ａが位置決め溝１１よりも進角側
へ回動したところで、中間ストッパ２４を後方へ移動さ
せるとともに、圧力室１５への潤滑油２０の供給を停止
させる。

すると、圧縮コイルばね２２の付勢力によってピストン
１４が前方へ移動する。この移動によりプーリ４及びピ
ストンケース９が相対回動し、その相対回動はプーリ４
の突起６ａが中間スト・ソノく２４の側面に当接したと
ころで止められる。そのため、中間ストッパ２４の幅に
対応して突起６ａが移動した分だけカムシャフト３の回
転位相が進み、吸気バルブの開閉時期が早められる。

前記第２図（ｃ）の状態から吸気バルブの開閉時期をさ
らに早める場合には、圧力室１５へ再度潤滑油２０を供
給する。するとピストン１４が移動するとともに、プー
リ４及びピストンケース９が相対回動し、プーリ４の突
起６ａが第２図（ｄ）で示すように、油圧により進角ス
トッパ１２に押し付けられる。このため、中間ストッパ
２４と進角ス［・ツバ１２との間で突起６ａが移動した
分だけカムシャフト３の回転位相が進み、吸気バルブの
開閉時期が早められる。

このように、本実施例では電磁ソレノイド２７の駆動タ
イミングと、三方電磁切替弁２１の駆動タイミングとを
適宜調節し、プーリ４の突起６ａを進角ストッパ１２、
遅角ストッパ１３、中間ストッパ２４の両側面のうちの
いずれかに係止させることによって、プーリ４に対する
カムシャフト３の回転位相を４段階に制御可能となる。

また、本実施例ではプーリ４の突起６ａをピストンケー
ス９外周の各種ストッパ１２，１３．２４に係止するこ
とにより、カムシャフト３やプーリ４を所定の角度に精
度良く確実に保持できるので、油圧制御のみによってカ
ムシャフト５１及びブー９５２を所定角度に保持するよ
うにした従来技術に比較し、回転位相の精度が向上する
。そのため、新たに回転位相検出手段を設けて三方電磁
切替弁２１を駆動制御する必要もなくなる。

そして、前記回転位相の制御において、第２図（ａ）、
（Ｃ）の状態では、圧縮コイルばね２２の付勢力によっ
て突起６ａが遅角ストッパ１３及び中間ストッパ２４に
押し付けられる。また、第２図（ｂ）、　　（ｄ）の状
態では潤滑油２０の油圧によって突起６ａが進角ストッ
パ１２及び中間ストッパ２４に押し付けられる。そのた
め、これらの周方向への押圧力により、ヘリカルスプラ
イン間でのバックラッシに基づくガタを防止することが
できる。

さらに、本実施例ではｌ系統の油圧制御で前記の回転位
相制御を行うことができるので、２系統の油圧制御を用
いた従来技術とは異なり、油圧通路１７及び三方電磁切
替弁２１が１つですみ、その分製造コストを低減できる
。

［第２実施例］ 次に、本発明の第２実施例を第４，５図に基づいて説明
する。

本実施例では中間ストッパ２４の内側に、略円筒状をな
す多段ストッパ３０が固定されている点が前記第１実施
例と大きく異なっている。つまり、位置決め溝１１に変
え、多段ストッパ３０の内周には前後方向に延びる内歯
３０ａが形成され、この内歯３０ａに対応するピストン
ケース９の外周には、同じく前後方向に延びる外歯９ｃ
が形成されている。そして、これら内外両歯３０ａ、９
ｃが互いに噛み合わされている。このため、多段ストッ
パ３０は軸方向に移動可能であるがピストンケース９に
対し周方向に移動不能である。

前記多段ストッパ３０の後部は切り欠かれ、その切欠き
３１の一方の内側面が遅角ストッパ３２となっている。

また、遅角ストッパ３２と対向する切欠き３１の内側面
には、前記プーリ４の突起６ａが係止し得る多数段（こ
の場合４段）のストッパ部３３が形成されており、最も
後側に位置するストッパ部３３か第１実施例における進
角ストッパを構成している。

従って、本実施例によれば前記第１実施例と同様の作用
及び効果を奏する外、多段ストッパ３゜の前後方向への
移動量を制御することによって、カムシャフト３の回転
位相を５段階に制御することができる。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものでは
なく、例えば以下のように発明の趣旨がら逸脱しない範
囲で任意に変更してもよい。

（１）前記各実施例ではピストン１４の内周部及び外周
部にヘリカルスプライン１４ａ、１４ｂを形成したが、
同ピストンＩ４の内外周のいずれが一方をスプラインに
変更してもよい。

（２）中間ストッパ２４を前後方向に移動させる手段と
しては電磁ソレノイド２７以外にも、エンジン油圧、吸
気管負圧等を利用してもよい。

（３）第６図に示すように、多段ストッパ３０の内歯３
０ａ及びピストンケース９の外歯９Ｃに代えて、多段ス
トッパ３０を挟むように一対の位置決めストッパ３４を
設けてもよい。このようにしても前記第２実施例と同様
な作用及び効果を奏する。また、第７図に示すように切
欠き３１内の遅角ストッパ３２とストッパ部３３との位
置を逆にしてもよい。

（４）前記実施例ではピストン１４の前端部にのみ油圧
を加えたが、油圧経路を２系統にして同ピストン１４の
前後両端部に油圧を加えるようにしてもよい。この場合
にはばね室１６内の圧縮コイルばね２２を省略すること
ができる。

（５）第２実施例における多段ストッパ３０の内歯３０
ａと、ピストンケース９の外歯９Ｃをヘリカルスプライ
ンに変更してもよく、この場合には多段のストッパ部３
３を省略できる（第８図参照）（６）第２図（ａＬ　　
（ｄ）においては中間ストッパ２４が前方へ移動してい
るが、この中間ストッパ２４を後方へ移動させてもよい
。

（７）第５〜７図におけるストッパ部３３の数を適宜変
更してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置によれば、ヘリカルスプラインを有するピ
ストン端部に油圧を加えて軸方向へ移動させることによ
り、カムシャフト及びプーリを相対回動させるとともに
、カムシャフト側のストッパを軸方向へ移動させ、この
ストッパにプーリ側の突起を係止させたりさせなかった
りするようにしたので、多数の位相変化が可能となり、
さらにはストッパと突起との係止関係により、カムシャ
フト及びプーリを所定の角度に精度良く確実に保持でき
、ひいては回転位相検出手段が不要になるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明を具体化した第１実施例を示し、第
１図はバルブタイミング制御装置の部分断面図、第２図
（ａ）〜（ｄ）は中間ストッパとプーリの突起との位置
関係を説明するための図、第３図はバルブタイミング制
御装置の部分斜視図であり、第４，５図は本発明の第２
実施例を示し、第４図はバルブタイミング制御装置の部
分断面図、第５図は中間ストッパとプーリの突起との位
置関係を説明するための図である。第６，７図は中間ス
トッパの別個を示す図であり、第８図はさらに他の実施
例を示す図であり、第９図は従来のバルブタイミング制
御装置の部分断面図である。 ■・・・内燃機関としてのエンジン、３・・・カムシャ
フト、４・・・プーリ、６ａ・・・突起、１４・・・ピ
ストン、１４、ａ、１４ｂ・・・ヘリカルスプライン、
２４・・・中間ストッパ、３０・・・多段ストッパ。 特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　弁理士
　恩田博宣（ほか１名）第４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関のバルブを開閉させるカムシャフトにプー
   リを回動可能に外嵌し、これらのカムシャフトとプーリ
   との間にはヘリカルスプラインを有する円筒状ピストン
   を介在させ、前記ピストンの端部に油圧を加え同ピスト
   ンをカムシャフトの軸方向へ移動させることにより、プ
   ーリの駆動力をヘリカルスプラインにてクランクシャフ
   トに伝達し、同プーリとカムシャフトの回転位相を変化
   させてバルブの開閉時期を調整するようにした内燃機関
   のバルブタイミング制御装置において、前記カムシャフ
   トとプーリとが周方向に摺接する部分のカムシャフト側
   には、軸方向に移動可能でかつ周方向に移動不能なスト
   ッパを設け、プーリ側には前記ストッパと係止可能な突
   起を設け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。