JPH06264705A - 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】バルブタイミング制御装置の進角側の応答性を
向上させるとともに、カムジャーナルのコンパクト化が
可能にすることができる。 【構成】カムシャフト２における進角側制御用通路１６
の一端は第二の圧力室１５と連通され、他端はカムジャ
ーナル部２ａの幅方向の中央部に設けた開口部１６ａに
連通されている。開口部１６ａはシリンダヘッド１の軸
受部に開口するシリンダヘッド側の進角制御用通路１６
に連通されている。カムシャフト２における遅角側制御
用通路１７の一端はボルト５の透孔５ａを介して第一の
圧力室１４と連通され、他端はカムジャーナル部２ａの
スラスト面側に設けた開口部１７ａに連通されている。
開口部１７ａはシリンダヘッド１の軸受部においてカム
ジャーナル２ａのスラスト面側に開口するシリンダヘッ
ド１側の進角制御用通路１７に連通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は吸・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。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の運転状態に応じて
カムシャフトの回転位相を変化させて、バルブの開閉時
期を早めたり、遅らせたりするバルブタイミング制御装
置が提案されている。その一つとして、ヘリカルスプラ
インを有する円筒状のリングギヤの軸方向における一端
側には油圧室が設けられ、他端側の室にはスプリングが
配置されたバルブタイミング制御装置がある。この装置
は油圧室へ圧送される作動油の油圧と、スプリングのば
ね力の大小関係によってリングギヤを移動させるように
なっている。そして、例えば吸気バルブの閉じるタイミ
ングを遅角する場合には油圧室への作動油の圧送を停止
し、スプリングの付勢力のみによってリングギヤを移動
させる。反対に吸気バルブの閉じるタイミングを進角す
る場合には作動油を油圧室に圧送してスプリングの付勢
力に抗してリングギヤを移動させるようにしている。

【０００３】従って、リングギヤを遅角させる場合には
スプリングの付勢力に依存しており、良好な応答性を得
るためには付勢力を大きくする必要がある。ところが、
付勢力を大きくした場合、機関の回転数が所定回転数以
下となって作動油の油圧が低下している状態ではスプリ
ングを十分に圧縮するだけの油圧が得られず進角時にお
ける応答性が悪化する問題がある。

【０００４】上記のような問題を解消するために、特開
昭６３−１３１８０８号に示されているようにリングギ
ヤの軸方向における両端側に第一の油圧室と第二の油圧
室を設け、各々の油圧室に対して作動油を圧送すること
によりリングギヤをカムシャフトの軸芯方向へ移動可能
にしたものが提案されている。この技術は前記両油圧室
に作動油を供給する二系統の通路がカムシャフトのカム
ジャーナルにおいて開口され、そのカムジャーナルに開
口した二系統の通路はシリンダブロックの軸受部に設け
た一対の油圧通路に各々連通可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、狭い幅の軸受
部に一対の通路を設ける場合、通路の径を小さくした
り、他方の通路に対するシール性が不足し、応答性が悪
くなる問題があった。この問題を解決するために特に進
角側の通路の軸受部を広くすればよいが、エンジンの構
造上大型化することとなる。

【０００６】又、一般的に応答性が問題となる機関回転
数が低い（油圧が低い）場合、進角側が高トルクとな
り、スロットルを開いた時の進角側の応答性がドライバ
ビリティに与える影響が強いものとなる。そして、一般
的には進角側の応答性は下記の理由から遅角側の応答性
よりも悪くなる。すなわち、進角させる場合、リングギ
ヤを進角側に移動させるように働く油圧力にはカムトル
クによるスラスト力が抗して働くことになる。さらに、
遅角側にバネ力が働くスプリングがリングギヤに対して
設けられている場合には前記カムトルクによるスラスト
力及びスプリングのバネ力に抗して油圧力が働く。一
方、遅角させる場合には、リングギヤには遅角側に移動
させるように働く油圧力及びカムトルクによるスラスト
力が働くことになる。さらに、遅角側にバネ力が働くス
プリングがリングギヤに対して設けられている場合には
前記油圧力に対してカムトルクによるスラスト力及びス
プリングのバネ力が加わることになる。従って、一般的
には進角側の応答性は遅角側よりも悪くなる。

【０００７】この発明の目的は進角側の応答性を向上さ
せるとともに、ジャーナルのコンパクト化が可能にする
ことができるバルブタイミング制御装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、内燃機関のバルブ駆動用カムシャフトの
外周に設けられたプーリーと、前記カムシャフト及びプ
ーリ間に介在されるとともに、内外周面にスプラインを
有し、かつ少なくともその一方がヘリカルスプラインで
ある円筒状のリングギヤと、加圧流体供給源からの流体
をリングギヤの両端に設けた圧力室へ導き、その流体を
前記リングギヤの両端側に作用させるための進角制御用
通路及び遅角制御用通路とを備え、加圧流体供給源から
の流体圧の付勢力により、リングギヤをカムシャフトの
軸方向へ移動させ、プーリの駆動力をヘリカルスプライ
ンにてカムシャフトに伝達し、同プーリ及びカムシャフ
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
ようにした可変バルブタイミング制御装置において、前
記両通路はカムシャフトのスラスト軸受に対するカムジ
ャーナルにおいて開口され、前記遅角制御用通路の開口
はカムジャーナル内のスラスト面に向けて設けられたこ
とを要旨とするものである。

【０００９】

【作用】上記の構成により、遅角制御用通路はカムジャ
ーナル内のスラスト面に向けて開口されているため、進
角制御用通路の開口は幅が狭いカムジャーナルの中央付
近に設けることができ、通路断面積は従来と異なり広く
形成することが可能となり、進角側の応答性が向上す
る。又、進角制御用通路の開口はカムジャーナルの中央
付近に設けることができるため、進角制御用通路の開口
と遅角制御用通路との開口間は従来よりも距離を長く取
ることができ、両開口間のシール性が確保される。合せ
て進角制御用通路の開口と大気側とのシール性も確保さ
れる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明における内燃機関のバルブタイ
ミング装置を具体化した一実施例を図１に従って説明す
る。

【００１１】図１に示すように、内燃機関としてのエン
ジンのシリンダヘッド１には、前後（図１の左右）方向
へ延びる吸気バルブ用のカムシャフト２が設けられてい
る。カムシャフト２の外周にはジャーナル部２ａが形成
され、このジャーナル部２ａがシリンダヘッド１とベア
リングキャップ３とによって回転可能に支承されてい
る。カムシャフト２の前端には筒状の固定ギヤ４がボル
ト５により締付け固定されている。カムシャフト２の前
端外周にはタイミングプーリ６が回転可能に設けられて
いる。タイミングプーリ６のボス部７の前端は前記固定
ギヤ４とカムシャフト２の外周間に遊挿されるととも
に、ボス部７の後端はカムシャフト２の外周から突出し
たフランジ２ｂに摺動可能に当接されている。

【００１２】タイミングプーリ６にはタイミングベルト
８が掛装され、クランクシャフト（図示しない）の回転
がこのタイミングベルト８を介してタイミングプーリ６
に伝達される。タイミングプーリ６の前端面にはキャッ
プ９がボルト１０にて締付け固定されている。同キャッ
プ９によりカムシャフト２の前端が覆われている。タイ
ミングプーリ６間には前記ボルト１０にて締付け固定さ
れた筒状のギヤ１１が配置されている。前記タイミング
プーリ６、ギヤ１１、キャップ９とによって囲まれる空
間が環状空間１２とされ、同環状空間１２にはほぼ二重
円筒状をなすリングギヤ１３が配設されている。このリ
ングギヤ１３によりタイミングプーリ６と固定ギヤ４と
が駆動連結されている。すなわち、リングギヤ１３の最
外周及び最内周にはそれぞれヘリカルスプライン１３
ａ，１３ｂが形成されている。一方、前記固定ギヤ４の
後端外周及びギヤ１１の内周にはヘリカルスプライン４
ａ，１１ａが形成されている。そして、ヘリカルスプラ
イン１３ａ，１１ａ同士が噛み合い、又、ヘリカルスプ
ライン１３ｂ，４ａ同士が相互に噛み合っている。

【００１３】従って、クランクシャフトの回転がタイミ
ングベルト８を介してタイミングプーリに伝達される
と、リングギヤ１３によって連結されたタイミングプー
リ６と固定ギヤ４とが一体的に回転され、カムシャフト
２が回転駆動される。

【００１４】前記環状空間１２におけるリングギヤ１３
の前側は第一の圧力室１４とされ、リングギヤ１３の後
側は第二の圧力室１５とされている。この圧力室１４，
１５には流体としての作動油が供給される。すなわち、
カムシャフト２の前端部、タイミングプーリ６のボス部
６ａ及びシリンダヘッド１には進角制御用通路１６が形
成されている。カムシャフト２における進角側制御用通
路１６の一端はボス部６ａの開口を介して第二の圧力室
１５と連通され、他端はカムジャーナル部２ａの幅方向
の中央部に設けた開口部１６ａに連通されている。そし
て、その開口部１６ａはシリンダヘッド１の軸受部に開
口するシリンダヘッド側の進角制御用通路１６に連通さ
れている。

【００１５】又、カムシャフト２の前端部軸芯、ボルト
５及びシリンダヘッド１には遅角制御用通路１７が形成
されている。すなわち、カムシャフト２における遅角側
制御用通路１７の一端はボルト５の軸芯に沿って穿設さ
れた透孔５ａを介して第一の圧力室１４と連通され、他
端はカムジャーナル部２ａのスラスト面側に設けた開口
部１７ａに連通されている。そして、その開口部１７ａ
はシリンダヘッド１の軸受部においてカムジャーナル２
ａのスラスト面側に開口するシリンダヘッド１側の進角
制御用通路１７に連通されている。

【００１６】前記進角制御通路１６及び遅角制御通路１
７は電磁切換弁１８、加圧流体供給源としてのオイルポ
ンプ１８を介してオイルパン２０に接続されている。オ
イルポンプ１９はエンジンのクランクシャフトに駆動連
結されており、エンジンの作動に連動してオイルパン２
０内の作動油を汲み上げ、電磁切換弁１８にて選択され
た進角制御用通路１６、あるいは遅角制御用通路１７を
介していずれかの油圧室へ供給される。この供給によ
り、リングギヤ１３に流体圧としての油圧が作用するよ
うになっている。

【００１７】又、前記電磁切換弁１８は４ポート３位置
タイプの電磁制御弁であって、同電磁切換弁のソレノイ
ド１８ａの励磁・消磁により中立位置、遅角制御位置及
び進角制御位置の三位置に切換作動されるようになって
いる。すなわち、電磁切換弁１８が中立位置に位置する
ときには、進角及び遅角制御通路１６，１７への作動油
の供給がともに停止される。電磁切換弁１８が遅角制御
位置に位置するときには、遅角制御用通路１７が第一の
圧力室１４への作動油の供給路となり、進角制御用通路
１６が第二の圧力室１５からオイルパン２０への作動油
が戻される戻し路となっている。又、電磁切換弁１８が
進角制御位置に位置するときには、進角制御用通路１６
が第二の圧力室１５への作動油の供給路となり、遅角制
御用通路１７が第一の圧力室１４からオイルパン２０へ
の作動油が戻される戻し路となっている。

【００１８】前記電磁切換弁１８の作動を制御するため
に電子制御装置（ＥＣＵ）２２が設けられている。ＥＣ
Ｕ２２は中央処理制御装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プ
ログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一
次記憶したりする各種メモリ等と、これら各部と各部入
力回路及び外部出力回路等とをバスによって接続した論
理演算回路として構成されている。前記ＥＣＵ２２の外
部入力回路には、吸気通路を通じてエンジンへ吸入され
るエアーフローメータ２３が接続されている。又、同じ
く外部入力回路には、クランクシャフトの近傍に配設さ
れたクランク角センサ２４と、カムシャフト２の近傍に
配設されたカム角センサ２５とがそれぞれ接続されてい
る。そして、ＥＣＵ２２は外部入力回路を介して各セン
サ２３，２４，２５からの出力信号を入力値として読み
込む。そして、ＥＣＵ２２はこれらの入力値に基づい
て、外部出力回路に接続された電磁切換弁１８のソレノ
イド１８ａを好適に制御する。

【００１９】そして、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づ
いて電磁切換弁１８が遅角制御位置に作動位置すると、
遅角制御用通路１７への作動油の供給が許容され、作動
油は遅角制御用通路１７から第一の圧力室１４に導入さ
れる。そして、その油圧によりリングギヤ１３が軸方向
の一方（図１の右方向）へ押圧される。この結果、カム
シャフト２に捩りが付与されてギヤ１１との回転位相が
ずれる。すなわち、吸気バルブの開き・閉じが遅らせら
れ、吸気行程おける吸気バルブと排気バルブとのバルブ
オーバラップが小さくなる方向へ変えられる。

【００２０】反対に、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づ
いて電磁切換弁１８が進角制御位置に作動位置すると、
進角制御用通路１６への作動油の供給が許容され、作動
油は進角制御用通路１６から第二の圧力室１５に導入さ
れる。そして、その油圧によりリングギヤ１３が軸方向
の一方（図１の左方向）へ押圧される。この結果、カム
シャフト２に前記とは逆の捩りが付与されてギヤ１１と
の回転位相がずれる。すなわち、吸気バルブの開き・閉
じが早められ、吸気行程おける吸気バルブと排気バルブ
とのバルブオーバラップが大きくなる方向へ変えられ
る。

【００２１】次に、上記のように構成されたバルブタイ
ミング制御装置の構造の作用について説明する。この実
施例ではジャーナル部２ａにおけるカムシャフト２の遅
角制御用通路１７はカムジャーナル部２ａのスラスト面
に向けて開口されている。このため、進角制御用通路１
６の開口は幅が狭いジャーナル部２ａの中央付近に設け
ることができる。従って、進角制御用通路１６の断面積
は従来と異なり広く形成することができ、進角側の応答
性を向上することができる。

【００２２】さらに、進角制御用通路１６の開口部１６
ａはジャーナル部２ａの中央付近に設けることができる
ため、進角制御用通路１６の開口部１６ａと遅角制御用
通路１７との開口部１７ａ間は従来よりも距離を長く取
ることができ、両開口部１６ａ，１７ａ間のシール性が
確保できる。合せて進角制御用通路１６の開口部１６ａ
と大気側とのシール性も確保できる。

【００２３】又、この実施例では遅角制御時にはジャー
ナル部２ａのスラスト面にも油圧がかかるため、この油
圧が直接加わるスラスト面とは反対側のスラスト面が軸
受部に押し付けられ、カム駆動トルクが増加し、遅角側
応答性が向上する。

【００２４】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で任
意に変更することも可能である。 （１）前記実施例において、リングギヤの内外周のヘリ
カルスプライン１３ａ，１３ｂのいずれか一方を軸線と
平行なストレートスプラインに変更してもよい。 （２）前記実施例では、ガソリンエンジン１に具体化し
たが、ディーゼルエンジンに具体化することもできる。 （３）前記実施例の構成にさらに、コイルスプリングを
第一の圧力室１４に設けてリングギヤ１３を遅角側へ付
勢するように配置すること。 （４）前記実施例では吸気バルブ用のカムシャフトに具
体化したが排気バルブ用のカムシャフトに具体化しても
よい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば進
角側の応答性を向上させることができ、ジャーナルのコ
ンパクト化を行なうことができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例におけるバルブタ
イミング制御装置の断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド、２…カムシャフト、２ａ…ジャー
ナル部、４…固定ギヤ、６…タイミングプーリ、８…タ
イミングベルト、１１…ギヤ、１２…環状空間、１３…
リングギヤ、１３ａ，１３ｂ…ヘリカルスプライン、１
４…第一の圧力室、１５…第二の圧力室、１６…進角制
御用通路、１７…遅角制御用通路、１８…電磁切換弁、
１９…オイルポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のバルブ駆動用カムシャフトの外
   周に設けられたプーリーと、 前記カムシャフト及びプーリ間に介在されるとともに、
   内外周面にスプラインを有し、かつ少なくともその一方
   がヘリカルスプラインである円筒状のリングギヤと、 加圧流体供給源からの流体をリングギヤの両端に設けた
   圧力室へ導き、その流体を前記リングギヤの両端側に作
   用させるための進角制御用通路及び遅角制御用通路とを
   備え、加圧流体供給源からの流体圧の付勢力により、リ
   ングギヤをカムシャフトの軸方向へ移動させ、プーリの
   駆動力をヘリカルスプラインにてカムシャフトに伝達
   し、同プーリ及び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可変バルブタイ
   ミング制御装置において、 前記両通路はカムシャフトのスラスト軸受に対するカム
   ジャーナルにおいて開口され、前記遅角制御用通路の開
   口はカムジャーナル内のスラスト面に向けて設けられた
   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。