JPH04228813A - 内燃機関のバルブタイミング調節装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気弁また
は排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミン
グ調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気または排気の開始時期お
よび終了時期は、その内燃機関の運転状態に応じて適正
に制御されることが望まれる。そのため、内燃機関の吸
気または排気の開始時期および終了時期を決定する装置
として、クランクシャフトに同期して回転するカムプー
リに対するカムシャフトの回転位相を変更するようにし
たバルブタイミング調節装置が知られている。例えば特
開昭６１−２６８８１０号公報に示されるように、内燃
機関のカムプーリとカムシャフトの間にヘリカルスプラ
インの噛み合いにより回転を伝える中間部材を設けたも
のでは、この中間部材を油圧ピストンによりカム軸方向
に摺動させることによりカムプーリとカムシャフトの相
対位置を変化させる。また特開昭６２−１９１６０６号
公報に示されるものでは、内燃機関の温度に応じて油圧
ピストンの軸方向位置を決定し、カムプーリとカムシャ
フトの相対位置を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６１−２６８８１０号公報および特開昭６２−１９１６
０６号公報に示される従来の内燃機関のバルブタイミン
グ調節装置は、カムシャフトの端部にバルブタイミング
機構の油圧室およびハウジングがカムシャフトと一体に
回転するように構成されているため、バルブタイミング
機構のもつ慣性重量によるカムシャフトの回転変動が大
きく、またバルブタイミング機構の組付作業および搭載
作業が煩雑となり、油圧ピストン位置検出が困難であり
、かつ油圧システムの構造が複雑になるという問題があ
る。さらに前記特開昭６２−１９１６０６号公報に示さ
れるバルブタイミング調節装置は、機関の温度に応じて
バルブタイミングを可変にするようにしたシーケンス制
御である。クランクシャフトとカムシャフトの各々の回
転位置を検出するのでなく、これらの検出信号にもとづ
いてクランクシャフトとカムシャフトの回転位相位置を
制御するものでもない。

【０００４】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたもので、カムシャフトのカムプーリ側の終端で支
持しかつ油圧室を形成するハウジングを非回転とするこ
とで、耐振性、組付性、搭載性の向上を図り、ピストン
位置の検出を容易にするバルブタイミング調節装置を提
供することを目的とする。また本発明は、油圧ピストン
等の油圧システムの集積化を図り、適正なバルブタイミ
ングを取るようにした内燃機関のバルブタイミング調節
装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、ク
ランクシャフトとカムシャフトの相対回転位置にもとづ
いて両者の回転位相をフィードバック制御し、任意の回
転位相にクランクシャフトとカムシャフトを制御し適正
なバルブタイミングを取るようにした内燃機関のバルブ
タイミング調節装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の第
１発明による内燃機関のバルブタイミング調節装置は、
内燃機関の吸気弁または排気弁の少なくもの一方の弁を
駆動するためのカムシャフトと、このカムシャフトの一
端側に設けられ、内燃機関のクランクシャフトと同期し
て回転するカム駆動手段と、前記カムシャフトの前記カ
ム駆動手段側端部に設けられ、内燃機関本体固定部に固
定されるハウジングと、前記ハウジング内にカム軸方向
に摺動可能に油圧室の油圧に応じて駆動される油圧ピス
トンと、この油圧ピストンによってカム軸方向に移動可
能かつ前記油圧ピストンに回転可能に支持される中間部
材であって、前記カム駆動手段の内歯および前記カムシ
ャフトの外歯に噛み合うとともにカム軸方向位置に応じ
て前記カム駆動手段と前記カムシャフトとの相対回転角
を変更するヘリカル歯部を有する中間部材とを備えたこ
とを特徴とする。本発明の第２発明による内燃機関のバ
ルブタイミング調節装置は、前記油圧室に作用する油圧
を制御する制御弁を前記ハウジング内に設けたことを備
えたことを特徴とする。本発明の第３発明による内燃機
関のバルブタイミング調節装置は、前記内燃機関の前記
クランクシャフトと前記カムプーリとの相対回転角を検
出する回転角検出手段と、この回転角検出手段からの検
出信号を入力し、前記内燃機関の運転状態に応じて前記
クランクシャフトに対する前記カムプーリの目標回転角
を演算処理し、この処理結果に基づいて前記クランクシ
ャフトに対する前記カムプーリの相対回転角をフィード
バック制御する信号を前記制御弁に出力する制御装置と
を備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の内燃機関のバルブタイミング調節装置
によれば、内燃機関本体に対し非回転の油圧ピストンに
よって中間部材をカム軸方向に移動し、ヘリカル歯部の
噛み合いによりクランクシャフトに対するカムシャフト
の相対回転角を変更する。またカムシャフトをカムプー
リ側の終端で支持し、しかも油圧室を形成するハウジン
グを非回転とするため、耐振性、組付性および搭載性が
向上される。さらにクランクシャフトとカムシャフトの
実回転位相差を検出する回転角検出手段により検出し、
この検出信号の位相差にもとづいて中間部材を軸移動し
、クランクシャフトとカムシャフトを任意の回転位相に
フィードバック制御する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１は、ダブルオーバーヘッドカム式内燃機関
に本発明を適用した実施例を示す。内燃機関１はクラン
クシャフト２からの動力を伝達するタイミングベルト３
によって一対のカムプーリ１３ａ、１３ｂを介して一対
のカムシャフト４、カムシャフト５が駆動される。カム
シャフト４、５の回転位置を設定するためのバルブタイ
ミング変換装置４０は図２に示すように構成される。カ
ムシャフト５にボルト１０により固定されるシャフト１
１には外周に外歯ヘリカルスプライン部１２が形成され
る。カムシャフト５に対しシャフト１１、中間シャフト
１７を介してカム軸回転方向に摺動可能に嵌合されるカ
ムプーリ１３は、内歯ヘリカルスプライン部１４が形成
される。

【０００８】そして中間シャフト１７は、シャフト１１
の外歯ヘリカルスプライン部１２とカムプーリ１３の内
歯ヘリカルスプライン部１４間にカム軸方向に摺動可能
に噛み合う内歯スプライン部１８および外歯スプライン
部１９を有する。中間シャフト１７の小径円筒状の軸受
接触部１７ａの外周にはボールベアリング２０を介し同
軸上にピストン２１が設けられる。このピストン２１は
、ハウジング２３の内周壁２３ａに対し非回転でかつピ
ストンリング２７を介してカム軸方向に油密に摺動可能
になっている。ハウジング２３は、その脚部２３ｂがボ
ルト２４によって内燃機関本体としてのシリンダヘッド
の固定部２５に結合される。またハウジング２３の内周
壁には軸受部２６によって中間シャフト１７が回転自在
に支持される。ハウジング２３とピストン２１の間には
後述する油圧室２２が形成される。シャフト１１に対し
図２で左方向に中間シャフト１７を付勢するリターンス
プリング３２は、ピストン２１を左方向に動かすように
中間シャフト１７とシャフト１１との間に初期たわみを
もって配置される。

【０００９】カムプーリ１３の内歯ヘリカルスプライン
部１４は、中間シャフト１７を回転するとともに中間シ
ャフト１７に図２で左側にスラスト荷重を生じるように
ねじられている。また中間シャフト１７の内歯ヘリカル
スプライン部１８はカムシャフト５を回転するとともに
中間シャフト１７を図２で左側にスラスト荷重を生じる
ようにねじられている。クランクシャフト２の回転力は
、タイミングベルト３を介してカムプーリ１３、中間シ
ャフト１７、シャフト１１を経てカムシャフト５に伝達
される。

【００１０】内燃機関のオイルパン２８からオイルポン
プ２９によって圧送される油圧は、電磁弁３０により油
圧室２２に導かれ、また電磁弁３１によりオイルパン１
８に戻される。このため、油圧室２２に作用する油圧が
リターンスプリング設定圧以下のとき、中間シャフト１
７およびピストン２１は図２に示すように最も左位置に
ある。油圧室２２に作用する油圧がリターンスプリング
設定圧を超えると、ピストン２１および中間シャフト１
７は油圧に応じて右位置に移動する。

【００１１】バルブタイミング変換装置４０を構成する
制御装置は、図１に示すようにクランクシャフト２にク
ランク位置検出センサ４２が取付けられ、カムシャフト
５にカムシャフト位置検出センサ４４が取付けられる。 クランク位置検出センサ４２およびカムシャフト位置検
出センサ４４からのパルス数は、クランクシャフト１回
転当たりＮ個の場合、カムシャフト５の回転当たり２Ｎ
とする。またカムシャフト５のタイミング変換角最大値
をθｍａｘクランク角とすると、Ｎ＜３６０度／θｍａ
ｘとなるようにパルス数Ｎを設定する。クランク位置検
出センサ４２およびカムシャフト位置検出センサ４４か
らの信号は制御装置４６に入力される。電磁弁３０およ
び電磁弁３１には、制御装置４６で演算処理された信号
が入力される。

【００１２】バルブタイミング変換装置４０は、油圧室
２２に導かれる油圧によって制御される。すなわち、電
磁弁３０が開になると、オイルポンプ２９から油圧室２
２に油圧が導かれる。すると、ピストン２１がボールベ
アリング２０を介して回転する中間シャフト１７を図２
で右側に押す。このとき、ピストン２１に作用する油圧
が中間シャフト１７の受ける外歯および内歯スラスト荷
重とリターンスプリング３２の設定荷の和よりも大きい
と、ピストン２１および中間シャフト１７を右側に移動
する。これにより、内歯ヘリカルスプライン部１４およ
び外歯ヘリカルスプライン部１２との間を摺動する中間
シャフト１７の移動によってカムプーリ１３すなわちク
ランクシャフト２に対しカムシャフト５が相対的に進角
する。この進角位置から電磁弁３１が開になると、油圧
室２２の油圧が低下する。すると前記動作と反対に中間
シャフト１７がカムプーリ１３およびシャフト１２に対
し図２で左側に移動するため、カムプーリ１３に対し相
対的にカムシャフト５が遅角される。

【００１３】次に制御方法の一例について説明する。制
御装置４６の入力信号は、クランク位置検出センサ４２
、カムシャフト位置検出センサ４４であり、さらに内燃
機関の水温信号、吸気温信号等が入力される。制御装置
４６は、各種センサ信号にもとづいてクランクシャフト
２に対するカムシャフト５の相対的目標角度を演算する
。演算した結果の処理信号は、電磁弁３０および３１に
出力される。

【００１４】電磁弁３０および電磁弁３１の動作につい
て図４に示すフローチャートを用いて説明すると、まず
クランク位置検出センサ４２、カムシャフト位置検出セ
ンサ４４からのセンサ信号を読取り（ステップ５０）、
図３に示すように、前記２つのセンサからの信号にもと
づいてクランク位置角θ１　とカムシャフト位置角θ２
　の相対的角度差θを算出する。次いでその時の運転状
態の応じたクランクシャフト２に対するカムシャフト５
の回転相対位置としての目標進角度差θａを演算する（
ステップ５１）。次にクランクシャフト２とカムシャフ
ト５の相対的角度差θが目標進角度差θａに等しいか否
かを判別し（ステップ５２）、θａ＝θであれば、電磁
弁３０、３１を閉にする（ステップ５６）。θａ≠θで
あれば、θａ＞θであるか否かを判別し（ステップ５３
）、θａ＞θであれば、電磁弁３０を開、電磁弁３１を
閉にし進角し（ステップ５４）、θａ＜θであれば、電
磁弁３０を閉、電磁弁３１を開にし、遅角する（ステッ
プ５５）。このようにして電磁弁３０および３１の通電
を制御装置４６によりフィードバック制御し、相対的角
度差が目標値に達したところで電磁弁３０または３１を
閉じてその位置にピストン２１を保持する。

【００１５】前記実施例によれば、バルブタイミング変
換装置４０に作用する荷重の多くを非回転のピストン２
１、ハウジング２３からシリンダヘッドとしての内燃機
関の固定部２５に移す構成にしたことから、カムシャフ
ト５の片持ち状態を排除するため、耐振性が向上する。 また、ハウジング２３が非回転であるため、ハウジング
２３と電磁弁３０、３１の一体化が可能となるので、バ
ルブタイミング装置４０の内燃機関本体への組付性およ
び搭載性が向上する。さらには中間シャフト１７の回転
変動によりカム軸方向前後にスラスト荷重を受けるピス
トン２１を任意の位置で安定させる構成であるから、電
磁弁３０および電磁弁３１の２個の流入側および流出側
の閉弁時の油密性が良好となるから、制御装置４６で演
算された処理信号にもとづいて適正に電磁弁３０および
３１の開状態および閉状態への切替制御を行うことがで
きる。

【００１６】図５は、本発明の第２の実施例を示す。第
２の実施例は第１の実施例で採用したクランク位置検出
センサ４２およびカムシャフト位置検出センサ４４から
の信号に代えてピストン２１のピストン位置を検出する
ギャップセンサ６０の信号を制御装置４６の入力信号に
した例である。ギャップセンサ６０からの入力信号によ
ってピストン２１のピストン位置を検出し、制御装置４
６での演算処理によってピストン２１の位置つまりクラ
ンクシャフト２に対するカムシャフト５の相対進角度フ
ィードバック制御が可能となる。なおこの第２の実施例
ではカムプーリの代わりにカムタイミングギヤ１３ａを
使用している。第２の実施例によれば、バルブタイミン
グ変換装置４０を構成する電磁弁３０、３１ならびにギ
ャプセンサ６０を一体化した１ユニットにすることがで
きるため、バルブタイミング変換装置４０の搭載性なら
びに組付作業性が良好になるという効果がある。図５に
示す他の構成部分について図２に示す第１の実施例と実
質的に同一の構成部分は同一符号を付しその説明を省略
する。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１発明に
よる内燃機関のバルブタイミング調節装置によれば、カ
ムシャフトのカムプーリ側端部に支持部を設けているか
ら、カムシャフトに片持ち荷重が作用しないため、耐振
性が向上されるという効果がある。また油圧ピストンの
ハウジングを内燃機関本体に固定する構成としたため、
バルブタイミング調節装置の組付性ならびに搭載性の向
上が図られるという効果がある。

【００１８】本発明の第２発明によるバルブタイミング
調節装置によれば、バルブタイミング装置をフィードバ
ック制御する制御弁をハウジング内に備えることでバル
ブタイミング制御装置の集積化が図られるという効果が
ある。本発明の第３発明によるバルブタイミング調節装
置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対回
転位置にもとづいて両者の回転位相をフィードバック制
御し、任意の回転位相にクランクシャフトとカムシャフ
トを制御し適正なバルブタイミングをとることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略構成図である
。

【図２】本発明の第１の実施例によるバルブタイミング
調節装置の要部を示す断面図である。

【図３】クランク位置角とカムシャフト位置角の関係を
示す特性図である。

【図４】本発明の第１の実施例による制御方法の一例を
示すフローチャート図である。

【図５】本発明の第２の実施例によるバルブタイミング
調節装置の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　内燃機関 ２　　クランクシャフト ５　　カムシャフト １１　　シャフト（カムシャフト） １２　　外歯ヘリカルスプライン部（カムシャフトの外
歯） １３　　カムプーリ １４　　内歯ヘリカルスプライン部（カムプーリの内歯
）１７　　中間シャフト（中間部材） １８　　内歯スプライン部（ヘリカル歯部）１９　　外
歯スプライン部（ヘリカル歯部）２１　　ピストン（油
圧ピストン） ２２　　油圧室 ２３　　ハウジング ２５　　固定部（内燃機関本体固定部）３０、３１　　
電磁弁（制御弁） ４２　　クランク位置検出センサ（回転角検出手段）４
４　　カムシャフト位置検出センサ（回転角検出手段）
４６　　制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気弁または排気弁の少なくも
   の一方の弁を駆動するためのカムシャフトと、このカム
   シャフトの一端側に設けられ、内燃機関のクランクシャ
   フトと同期して回転するカム駆動手段と、前記カムシャ
   フトの前記カム駆動手段側端部近傍に設けられ、内燃機
   関本体固定部に固定されるハウジングと、前記ハウジン
   グ内でカム軸方向に摺動可能に油圧室の油圧に応じて駆
   動される油圧ピストンと、この油圧ピストンによってカ
   ム軸方向に移動可能かつ前記油圧ピストンに回転可能に
   支持される中間部材であって、前記カム駆動手段の内歯
   および前記カムシャフトの外歯に噛み合うとともにカム
   軸方向位置に応じて前記カム駆動手段と前記カムシャフ
   トとの相対回転角を変更するヘリカル歯部を有する中間
   部材とを備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイ
   ミング調節装置。
2. 【請求項２】前記油圧室に作用する油圧を制御する制御
   弁を前記ハウジング内に設けたことを備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング調
   節装置。
3. 【請求項３】前記内燃機関の前記クランクシャフトと前
   記カムシャフトとの相対回転角を検出する回転角検出手
   段と、この回転角検出手段からの検出信号を入力し、前
   記内燃機関の運転状態に応じて前記クランクシャフトに
   対する前記カムシャフトの目標回転角を演算処理し、こ
   の処理結果に基づいて前記クランクシャフトに対する前
   記カムシャフトの相対回転角をフィードバック制御する
   信号を前記制御弁に出力する制御装置とを備えたことを
   特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミン
   グ調節装置。