JPH0783008A - 内燃機関のバルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カムシャフトおよびタイミングプーリと噛合
する筒状歯車の歯打ち音を減少させ、部品点数を増加す
ることなくタイミングプーリがカムシャフトに衝突する
ことを防止するバルブタイミング調整装置を提供する。 【構成】 タイミングプーリ７に固定されているフラン
ジ５の矢印Ｐに示す遅角方向に油圧を受ける受圧面５ｃ
の面積：Ｓ₁ 、矢印Ｑに示す進角方向に油圧を受けるシ
ール部材２９の受圧面２９ａの面積：Ｓ₂ 、筒状歯車８
の進角方向に油圧を受ける受圧面８ｂの面積：Ｓ₃ 、遅
角方向に油圧を受ける受圧面８ｃの面積：Ｓ₄ とする
と、Ｓ₁ ＞Ｓ₂ 、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ の関係を満たすように各受
圧面が形成されている。このため、内燃機関の運転中、
タイミングプーリ７が受ける力の和は遅角方向になり、
タイミングプーリ７はカムシャフト１のストッパ１ａに
当接した状態を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸排気弁の
開閉タイミングを運転条件に応じて変更するためのバル
ブタイミング調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関には、クランクシャ
フトからタイミングベルト、チェーン、あるいはギヤ等
のような回転伝達部材を介してカムシャフトを回転駆動
し、このカムシャフトによりバルブを作動させるバルブ
駆動機構が広く採用されている。そして、内燃機関の運
転条件に応じて吸排気弁のバルブタイミングを調整する
ために、例えば、カムシャフトとカムシャフトと同軸に
設けられたタイミングプーリとの間に相対的な回転を与
えることにより、バルブタイミングを変化させるバルブ
タイミング調整装置として、例えば、特開昭６３−１３
１８０８号公報、実開平１−１１３１１１号公報に開示
されているものが知られている。

【０００３】特開昭６３−１３１８０８号公報、実開平
１−１１３１１１号公報に開示されているものでは、カ
ムシャフトとタイミングプーリとの間に筒状歯車を軸方
向に移動可能に噛合させ、筒状歯車を軸方向に移動させ
ることによりカムシャフトとタイミングプーリとを相対
的に回転させ、バルブタイミングを変化させている。そ
して、筒状歯車の軸方向への移動をカムシャフトとタイ
ミングプーリとの相対的な回転に変換するために、ヘリ
カルスプラインによる噛み合い構造を採用している。そ
して、筒状歯車を軸方向に分割し、分割した歯車間を弾
性体で連結して互いに反対方向に付勢し合うことによ
り、ヘリカルスプライン同士のバックラッシュを低減
し、内燃機関の回転変動によるヘリカルスプラインの歯
打ち音を低減している。

【０００４】特開昭６３−１３１８０８号公報に示され
ているものでは、筒状歯車の両端に設けられた圧力室の
圧力を調節することにより、筒状歯車の軸方向への移動
位置を可変に制御可能である。また、実開平１−１１３
１１１号公報に示されているものでは、カムシャフトと
タイミングプーリとの間にタイミングプーリをカムシャ
フトの軸方向に付勢するバネ部材を介装することによ
り、カムシャフトの回転変動に伴うトルク変化によりタ
イミングプーリがカムシャフトとの間隙を移動してカム
シャフトに衝突することを防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−１３１８０８号公報に示されているものでは、カ
ムシャフトの回転変動に伴うトルク変化により、タイミ
ングプーリがカムシャフトとの間隙を移動してカムシャ
フトに衝突するという問題がある。実開平１−１１３１
１１号公報に示されているものでは、カムシャフトとタ
イミングプーリとの間にバネ部材を介装することにより
タイミングプーリがカムシャフトに衝突することを防止
しているが、バネ部材を使用することにより部品点数が
増加するため組付け工数が増加するという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、カムシャフトおよびタイミングプー
リと噛合する筒状歯車の歯打ち音を減少させ、部品点数
を増加することなくタイミングプーリがカムシャフトに
衝突することを防止するバルブタイミング調整装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明による内燃機関のバルブタイミング調
整装置は、内燃機関のカムシャフトとタイミングプーリ
との間に噛合し、その少なくとも一方がはす歯を介して
噛合する筒状歯車と、前記筒状歯車を前記カムシャフト
の軸方向に油圧で移動させる油圧供給手段と、を備え、
前記筒状歯車を介して前記タイミングプーリから前記カ
ムシャフトへ回転を伝達するとともに、前記油圧供給手
段により前記筒状歯車が前記カムシャフトの軸方向に移
動することにより、前記カムシャフトと前記タイミング
プーリとを相対的に回動させ、前記カムシャフトの回転
位相を変更させる内燃機関のバルブタイミング調整装置
において、前記カムシャフト側に基準位置規定部材が形
成され、内燃機関の運転中、前記タイミングプーリが該
基準位置規定部材に当接するように、前記筒状歯車の前
記油圧供給手段から受ける油圧の受圧面とタイミングプ
ーリが前記油圧供給手段から受ける油圧の受圧面との面
積比を設定したことを特徴とする。

【０００８】前記油圧供給手段は、前記筒状歯車に進角
方向の油圧を作用させる進角側油圧室と、前記筒状歯車
に遅角方向の油圧を作用させる遅角側油圧室とを有し、
前記タイミングプーリが前記進角側油圧室から遅角方向
に向けて油圧を受ける受圧面の面積をＳ₁ 、前記タイミ
ングプーリが前記遅角側油圧室から進角方向に向けて油
圧を受ける受圧面の面積をＳ₂ 、前記筒状歯車が前記進
角側油圧室から進角方向に向けて油圧を受ける受圧面の
面積をＳ₃ 、前記筒状歯車が前記遅角側油圧室から遅角
方向に向けて油圧を受ける受圧面の面積をＳ₄ とすると
き、Ｓ₁ ＞Ｓ₂、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ を満たすように該面積を設
定することにより、前記油圧供給手段により前記筒状歯
車を中間保持制御するとき前記タイミングプーリを前記
基準位置規定部材に当接し、前記油圧供給手段により前
記筒状歯車を最遅角位置に付勢するとき前記タイミング
プーリを前記基準位置規定部材に当接することが望まし
い。

【０００９】前記タイミングプーリには、前記筒状歯車
の遅角方向への動きを規制する遅角ストッパが形成さ
れ、前記筒状歯車が前記遅角ストッパに当接する最遅角
位置において前記タイミングプーリが前記基準位置規定
部材に当接されることが望ましい。前記カムシャフトに
は、前記筒状歯車の進角方向への動きを規制する進角ス
トッパが形成され、前記筒状歯車が前記進角ストッパに
当接する最進角位置において前記タイミングプーリが前
記基準位置規定部材に当接されることが望ましい。

【００１０】前記カムシャフトには、前記筒状歯車の遅
角方向への動きを規制する遅角ストッパが形成されると
ともに、前記タイミングプーリが前記遅角側油圧室から
油圧を受ける受圧面は、進角方向に向けて油圧を受ける
前記面積Ｓ₂ が０とされ、または該受圧面が遅角方向に
向けて油圧を受けるように形成され、前記筒状歯車が前
記遅角ストッパに当接する最遅角位置において前記タイ
ミングプーリが前記基準位置規定部材に当接されること
も可能である。

【００１１】前記タイミングプーリには、前記筒状歯車
の進角方向への動きを規制する進角ストッパが形成され
るとともに、前記面積Ｓ₁ と前記面積Ｓ₃ とがＳ₁ ＞Ｓ
₃ の関係が成立するよう形成され、前記筒状歯車が前記
進角ストッパに当接する最進角位置において前記タイミ
ングプーリが前記基準位置規定部材に当接されることも
可能である。

【００１２】

【作用】本発明の内燃機関のバルブタイミング調整装置
によると、内燃機関の運転中、タイミングプーリがカム
シャフト側に形成された基準位置規定部材に当接するよ
うに、筒状歯車が圧供給手段から受ける油圧の受圧面と
タイミングプーリが油圧供給手段から受ける油圧の受圧
面との面積比を設定したことによりタイミングプーリが
カムシャフトに衝突する衝突音を抑制する。

【００１３】

【実施例】１２ 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明の第
１実施例によるバルブタイミング調整装置を適用した自
動車用内燃機関システムの一実施例を図２に示す。ＤＯ
ＨＣ型内燃機関の吸気側カムシャフト１にバルブタイミ
ング調整装置が設けられている。吸気側スプロケット４
０と排気側スプロケット４１とは、内燃機関のクランク
シャフト５０に設けられたクランクスプロケット５１に
より、ガイド５３ａおよび５３ｂに案内されるタイミン
グチェーン５２を介して回転駆動される。そして、吸気
側のカムシャフト１と排気側のカムシャフト４２とが駆
動される。

【００１４】油圧制御弁１０は、バルブタイミング制御
装置９によってバルブタイミング調整装置への油圧経路
を切換え制御し、所望のバルブタイミングが得られるよ
うフィードバック制御される。カムシャフト１の回転に
同期して所定回転角毎に信号を発生するカムシャフト１
の回転センサ５４と、クランクシャフト５０の回転に同
期して所定回転角毎に信号を発生するクランクシャフト
５０の回転センサ５５とを備え、回転センサ５４および
５５の信号をバルブタイミング制御装置９に入力してい
る。バルブタイミング制御装置９は回転センサ５４およ
び５５からの信号の位相差を演算し、その検出位相差を
目標とする位相差とするように油圧制御弁１０をフィー
ドバック制御する。なお、目標位相差は、燃料噴射弁５
８を制御する燃料噴射制御装置５７等から吸気量信号Ｑ
と内燃機関回転数信号Ｎｅとを入力し、これら両信号で
示される内燃機関負荷に応じた最適なバルブタイミング
となるよう設定される。

【００１５】次に、本発明の第１実施例によるバルブタ
イミング調整装置を図１、図３〜図６に示す。図１にお
いて、カムシャフト１は、外周に円環状のストッパ１ａ
が一体に形成され、ボルト２およびピン３によってスリ
ーブ４に固定されている。フランジ５は、円筒部５ｂが
カムシャフト１に摺動可能に支持され、タイミングプー
リ７はボルト６によりフランジ５の円環部５ａに固定さ
れている。カムシャフト１の端部では、内燃機関ヘッド
に固定されているステー１４とカムスリーブ１６とがボ
ルト１５により固定されている。

【００１６】スリーブ４は円筒状に形成され、一部がカ
ムシャフト１を覆い、他の部分はカムスリーブ１６の後
述する内環部の外壁を覆っている。スリーブ４のカムシ
ャフト１を覆っている部分の外壁にはヘリカルスプライ
ン４ａが形成されている。油通路４ｂは、ヘリカルスプ
ライン４ａが形成されておらずカムシャフト１を覆って
いないスリーブ４の外壁を貫通して形成され、後述する
遅角側油圧室１２とカムスリーブ１６の内環部で形成さ
れる油通路１６ｂとを連通する。

【００１７】フランジ５は、カムシャフト１の径方向に
延びる円環部５ａとカムシャフト１の軸方向に延びる円
筒部５ｂとから形成され、円筒部５ｂがカムシャフト１
に摺動可能に支持されている。円環部５ａの端面５ｄが
ストッパ１ａに当接するとき、円筒部５ｂの端部５ｅは
スリーブ４とカムシャフト１の軸方向に距離ａを有する
間隙を形成する。

【００１８】ステー１４には、カムスリーブ１６の油通
路１６ａと連通する油通路１４ａ、油通路１４ａに続く
油通路１４ｂ、カムスリーブ１６の油通路１６ｂと連通
する油通路１４ｃとが内部に形成されている。タイミン
グプーリ７は、カムシャフト１の径方向に延びる円環状
のスプロケット７ａとカムシャフト１の軸方向に延びる
円筒部７ｂとから形成され、円筒部７ｂの内壁にはヘリ
カルスプライン７ｃが形成されている。円筒部７ｂは、
ヘリカルスプライン７ｃが形成されている部分の壁厚が
ヘリカルスプライン７ｃが形成されていないカムスリー
ブ１６側の部分の壁厚よりも厚く、壁厚の境界部に円環
状の受圧面７ｄが進角側油圧室１３内に位置するように
形成されている。円筒部７ｂの端部の内壁には円環状の
シール部材２９が固定され、このシール部材２９は後述
するカムスリーブ１６の外壁に固定されている油密用シ
ールリング２４と当接している。

【００１９】カムスリーブ１６は外環部、内環部、外環
部と内環部とを接続する接続部とから形成されている。
外環部と内環部との間には、油通路１６ａが形成され、
遅角側油圧室１２と連通している。内環部とステー１４
とは油通路１６ｂを形成し、油通路４ｂを介して進角側
油圧室１３と連通している。内環部の外壁には油密用シ
ールリング２３が嵌め込まれ、この油密用シールリング
２３がスリーブ４の内壁に当接している。

【００２０】筒状歯車８は、全体としてＬ型の断面を有
し、径方向に広がるピストン部８１と軸方向に延びる歯
車部８２とからなる。筒状歯車８は、ヘリカルスプライ
ン４ａおよびヘリカルスプライン７ｃに噛合可能な内歯
ヘリカルスプラインおよび外歯ヘリカルスプラインを有
している。ピストン部８１は、外周に環状の溝８１ａが
形成されこの溝８１ａに油密用シールリング１１が嵌合
している。そしてピストン部８１は、スリーブ４の外壁
とタイミングプーリ７の円筒部７ｂとの間に形成される
環状のシリンダを遅角側油圧室１２および進角側油圧室
１３に仕切るように収容されている。遅角側油圧室１２
は、油通路１６ａ、１４ａ、１４ｂおよび１７と連通
し、進角側油圧室１３は、油通路４ｂ、１６ｂ、１４ｃ
および１８と連通している。油通路２０は、オイルポン
プ１９によりドレン２１から吸い上げた作動油を油圧制
御弁１０の切換えにより油通路１７または１８に送出
し、油通路２２は、油圧制御弁１０の切換えにより油通
路１７または１８から排出される作動油をドレン２１に
送出する。

【００２１】油圧制御弁１０は、バルブタイミング制御
装置９により駆動される。そして、油圧制御弁１０の切
換えにより、遅角側油圧室１２および進角側油圧室１３
への作動油の供給、排出または遮断が制御されることで
筒状歯車８がカムシャフト１の軸上を移動または停止す
る。次に、筒状歯車８の構成をさらに詳細に説明する。

【００２２】筒状歯車８の歯車部８２は、円筒を４分割
した４つの弧型部分からなる。歯車部８２は、ピストン
部８１から延びピストン部８１と一体に形成された歯車
部分３１および３２と、弧型歯車２５および２６とから
なる。歯車部分３１および３２の内周には、ヘリカルス
プライン４ａと噛み合う内歯ヘリカルスプライン３１ａ
および３２ａが形成され、外周にはヘリカルスプライン
７ｃと噛み合う外歯ヘリカルスプライン３１ｂおよび３
２ｂが形成される。弧型部分２５および２６の内周に
は、ヘリカルスプライン４ａと噛み合う内歯ヘリカルス
プライン２５ａおよび２６ａが形成され、外周にはヘリ
カルスプライン７ｃと噛み合う外歯ヘリカルスプライン
２５ｂおよび２６ｂが形成される。歯車部分３１および
３２と弧型歯車２５およ２６とは、全体として見かけ上
１つの円筒状歯車を構成している。歯車部８２の内側に
は２８歯分、外側には４０歯分のヘリカルスプラインが
形成されている。

【００２３】弧型歯車２５および２６は摺動性に優れた
樹脂材料により形成される。弧型歯車２５および２６に
は、それぞれ３個の穴２５ｃおよび２６ｃが形成され、
これら穴２５ｃおよび２６ｃの中にスプリング２７が圧
縮されて収容されている。そして、弧型歯車３１および
３２の端部には、図４に示すように、径方向に溝３１ｃ
および３２ｃが形成され、ここにスナップリング２８が
装着されている。このため、弧型歯車２５および２６
は、その端部がスナップリング２８に当接することによ
って軸方向への移動が規制されている。この状態では、
内歯ヘリカルスプライン３１ａおよび３２ａと内歯ヘリ
カルスプライン２５ａおよび２６ａとの歯筋は互いにず
れている。

【００２４】次に、タイミングプーリ７および筒状歯車
８が遅角側油圧室１２および進角側油圧室１３から受け
る油圧の受圧面は、タイミングプーリ７に固定されてい
るフランジ５の図１の矢印Ｐに示す遅角方向に油圧を受
ける受圧面５ｃの面積：Ｓ₁、図１の矢印Ｑに示す進角
方向に油圧を受けるシール部材２９の受圧面２９ａの面
積：Ｓ₂ 、筒状歯車８の進角方向に油圧を受ける受圧面
８ｂの面積：Ｓ₃ 、遅角方向に油圧を受ける受圧面８ｃ
の面積：Ｓ₄ とすると、Ｓ₁ ＞Ｓ₂ 、Ｓ₁ ＞Ｓ ₃ 、Ｓ₄
＞Ｓ₂ の関係を満たすように各受圧面が形成されてい
る。

【００２５】なお、ここにいう面積Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、
Ｓ₄ は各部材が遅角側油圧室１２または進角側油圧室１
３から油圧を受ける面積の合計であり、例えば、面積Ｓ
₁ は、タイミングプーリ７が進角側油圧室１３から遅角
方向へ向けて油圧を受ける面積の合計であり、面積Ｓ₂
は、遅角側油圧室１２から進角方向へ向けて油圧を受け
る面積の合計である。そして、各面積Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ
₃ 、Ｓ₄ の大小関係はタイミングプーリ７に作用する油
圧の方向性も考慮して設定されている。

【００２６】図３および図４の状態に組付けた筒状歯車
８がスリーブ４に装着された後に、タイミングプーリ７
がヘリカルスプラインを噛み合わせながら組付けられ
る。この組付け過程で、スプリング２７は図４に示す状
態からさらに圧縮され、図３および図４の状態で存在し
た歯筋のずれが縮小される。各ヘリカルスプラインの噛
み合い状態を図５の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示
す。

【００２７】図５の（Ａ）は、歯車部分３１（３２）、
弧型歯車２５（２６）を実線で示し、タイミングプーリ
７を破線で示している。図５の（Ｂ）には、歯車部分３
１（３２）、弧型歯車２５（２６）、スリーブ４および
タイミングプーリ７の噛み合い状態を模式化した断面図
が示されている。また、図５の（Ｃ）には、歯車部分３
１（３２）、弧型歯車２５（２６）を実線で図示し、ス
リーブ４を破線で示している。なお、図５の（Ｃ）の断
面図は、図５（のＡ）または（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視方向断
面を示している。なお、図５では説明を簡単にするた
め、歯車部８２の内歯と外歯の歯数を同じにして図示さ
れている。

【００２８】組付け後、図５の（Ｂ）に示すように、弧
型歯車２５（２６）の内歯ヘリカルスプライン２５ａ
（２６ａ）と歯車部分３１（３２）の内歯ヘリカルスプ
ライン３１ａ（３２ａ）とは、スプリング２７によって
互いにスリーブ４のヘリカルスプライン４ａの一方の歯
面と他方の歯面とに向けて付勢される。また、弧型歯車
２５（２６）の外歯ヘリカルスプライン２５ｂ（２６
ｂ）と歯車部分３１（３２）の外歯ヘリカルスプライン
３１ｂ（３２ｂ）とは、スプリング２７によって互いに
タイミングプーリ７のヘリカルスプライン７ｃの一方の
歯面と他方の歯面とに向けて付勢される。

【００２９】このため、タイミングプーリ７の図５の
（Ｂ）に示す矢印Ｒ方向への回転は、ヘリカルスプライ
ン７ｃと外歯ヘリカルスプライン３１ｂ（３２ｂ）との
当接により歯車部分３１（３２）に伝達され、さらに内
歯ヘリカルスプライン３１ａ（３２ａ）とヘリカルスプ
ライン４ａとの当接によりスリーブ４に伝達される。こ
のとき歯車部分３１（３２）には、ヘリカルスプライン
のねじれ方向に応じて図１に示す矢印Ｐ方向への推進力
が生じる。

【００３０】一方、弧型歯車２５（２６）は歯車部分３
１（３２）からスプリング２７の付勢力によって図５の
（Ａ）に示す矢印Ｐ方向に距離ｄだけずれており、ヘリ
カルスプライン７ｃとヘリカルスプライン４ａとに対し
て当接している。このため、タイミングプーリ７の図５
の（Ｂ）に示す矢印Ｒ方向への回転は弧型歯車２５（２
６）には伝達されず、歯車部分３１（３２）を介してス
リーブ４の回転がカムシャフト１に伝達される。

【００３１】第１実施例によると、スプリング２７の付
勢方向を図５に示す矢印Ｐ方向に一致させているため、
ヘリカルスプラインのねじれにより発生する推進力に抗
してスプリング２７が弧型歯車２５および２６を付勢す
る必要がない。このため、スプリング２７の付勢力を小
さくすることができる。また、弧型歯車２５および２６
のヘリカルスプライン歯面にかかる歯面圧力も小さくな
るため、弧型歯車２５および２６を歯面の摺動が滑らか
な樹脂材料製とすることができ、筒状歯車８の軸方向へ
の移動を滑らかにすることができる。

【００３２】次に、第１実施例のバルブタイミング調整
装置の作動を説明する。バルブタイミング制御装置９の
制御信号に応じて油圧制御弁１０を切換えることにより
油通路２０と遅角側油圧室１２とを導通させるととも
に、油通路２２と進角側油圧室１３とを導通させること
ができる。ドレン２１からオイルポンプ１９で吸い上げ
た作動油は、油通路２０、１７、１４ｂ、１４ａ、１６
ａを通して遅角側油圧室１２に供給され、進角側油圧室
１３の作動油は、油通路４ｂ、１６ｂ、１４ｃ、１８、
２２を通してドレン２１に戻される。このとき、遅角側
油圧室１２の圧力が進角側油圧室１３の圧力より上昇
し、筒状歯車８は図１の矢印Ｐに示す方向に移動する。
ヘリカルスプラインのねじれ方向によりスプロケット７
ａに対してカムシャフト１が相対的に回動して角度位相
が遅れる。一方、油圧制御弁１０を切換えて油通路２２
と遅角側油圧室１２とを導通させるとともに、油通路２
０と進角側油圧室１３とを導通させることができる。ド
レン２１からオイルポンプ１９で吸い上げた作動油は、
油通路２０、１８、１４ｃ、１６ｂ、４ｂを通して進角
側油圧室１３に供給され、遅角側油圧室１２の作動油
は、油通路１６ａ、１４ａ、１４ｂ、１７、２２を通し
てドレン２１に戻される。このとき、進角側油圧室１３
の圧力が遅角側油圧室１２の圧力より上昇し、筒状歯車
８は図１の矢印Ｑに示す方向に移動する。ヘリカルスプ
ラインのねじれ方向によりスプロケット７ａに対してカ
ムシャフト１が相対的に回動して角度位相が進む。ま
た、油圧制御弁１０を切り替えて導通および遮断を制御
し、筒状歯車８を軸方向の任意の位置に移動または停止
させることでスプロケット７ａとカムシャフト１との位
相関係を制御範囲内で任意に変化させ内燃機関のバルブ
タイミングを連続的に制御する。

【００３３】このような作動中も、弧型歯車２５および
２６はスプリング２７により図５の（Ａ）に示す矢印Ｐ
方向に付勢され、ヘリカルスプライン同士の噛み合いの
バックラッシュを減少させて、内燃機関の回転変動等に
伴うヘリカルスプライン同士歯打ち音の発生を抑制す
る。次に、タイミングプーリ７が受けるカムシャフト１
の軸方向の力について説明する。受圧面５ｃ、２９ａ、
８ｂおよび８ｃが遅角側油圧室１２または進角側油圧室
１３から受ける油圧力をそれぞれＰ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ
₄ とする。

【００３４】筒状歯車８のカムシャフト１の軸方向の位
置が固定されているときは、ヘリカルスプラインのねじ
れ方向によりヘリカルスプラインの歯面から筒状歯車８
が受けるカムシャフト１の軸方向の力は、カムシャフト
１の変動する正トルク、すなわち図示しないカムが吸排
気バルブを押すために必要なトルクに対して図１に示す
矢印Ｐ方向になり、負トルク、すなわち、カムが吸排気
バルブに押し戻されるときに受けるトルクに対して図１
の矢印Ｑ方向になる。一方、タイミングプーリ７は筒状
歯車８とは反対の図１に示す矢印Ｑ方向またはＰ方向の
力を受け、その力によってタイミングプーリ７がカムシ
ャフト１の軸方向に変動する。フランジ５の端部５ｅと
スリーブ４とで形成される間隙ａが確保されないとき、
フランジ５の面５ｄまたは５ｅでストッパ１ａまたはス
リーブ４との衝突打音が発生する。

【００３５】図６の（Ａ）に示すように、筒状歯車８が
遅角側油圧室１２および進角側油圧室１３の圧力でスト
ッパ５ｃおよび３０に当てない状態でカムシャフト１の
軸方向に支持し中間保持制御をするとき、カムシャフト
１のトルク平均値が正であることから進角側油圧室１３
の油圧が遅角側油圧室１２の油圧よりも大きい。筒状歯
車８において、ヘリカルスプライン歯面から受ける力Ｐ
_a およびＰ_b と油圧力Ｐ₄ との和で示す図６の矢印Ｐで
示す遅角方向の力は、油圧力Ｐ₃ で示す図６の矢印Ｑで
示す進角方向の力と釣り合っており、次式(1) が成立す
る。

【００３６】Ｐ₃ ＝Ｐ_a ＋Ｐ_b ＋Ｐ₄ ・・・(1) このとき、タイミングプーリ７においては、ヘリカルス
プライン歯面から受ける力Ｐ_a の反力Ｐ_c と油圧力Ｐ₂
との和Ｐ_c ＋Ｐ₂ を進角方向に、油圧力Ｐ₁ を遅角方向
に受ける。ここで、油圧力の大きさは受圧面に比例す
る。遅角側油圧室１２においては、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ であるた
め次式(2) が成立する。

【００３７】Ｐ₄ ＞Ｐ₂ ・・・(2) また、進角側油圧室１３においては、Ｓ₁ ＞Ｓ₃ である
ため次式(3) が成立する。 Ｐ₁ ＞Ｐ₃ ・・・(3) ここで、式(1)、(2)、(3) より、次式(4) が成立する。

【００３８】 Ｐ₁ ＞Ｐ_a ＋Ｐ_b ＋Ｐ₄ ＞Ｐ_a ＋Ｐ_b ＋Ｐ₂ ・・・(4) さらに、Ｐ_a ＝Ｐ_c であるから、次式(5) が成立する。 Ｐ₁ ＞Ｐ_b ＋Ｐ_c ＋Ｐ₂ ＞Ｐ_c ＋Ｐ₂ ・・・(5) 従って、タイミングプーリ７の受ける力の和としては遅
角方向の力を受けることになり、正トルクの変動分に対
しても間隙ａは確保される。また、Ｓ₁ ＝Ｓ₃ となるよ
うに本実施例のバルブタイミング調整装置を構成する場
合、Ｐ₁ ＝Ｐ₃ となりＰ₁ ＞Ｐ_c ＋Ｐ₂ が同様に成立す
る。負トルクの変動分に対しては、スプライン歯面から
受ける力Ｐ_c が遅角方向の力となるため、タイミングプ
ーリ７の受ける力の和は遅角方向により大きな力となり
同様に間隙ａが確保される。

【００３９】図６の（Ｂ）に示すように、進角側油圧室
１３の油圧を解放して筒状歯車８を遅角方向に移動させ
たとき、筒状歯車８がタイミングプーリ７と一体に移動
するフランジ５の面５ｃに当たりカムシャフト１の軸方
向への移動が阻止される。このとき、筒状歯車８が遅角
方向に受ける油圧力Ｐ₄ はタイミングプーリ７に同方
向、同圧力で加わる。また、面積Ｓ₄ が面積Ｓ₂ より大
きいため油圧力Ｐ₄ が進角方向の油圧力Ｐ₂ より大きく
なる。これにより、タイミングプーリ７がヘリカルスプ
ライン歯面から受ける正トルクによる力Ｐ_a の反力Ｐ_c
と油圧力Ｐ₂ との和で示す進角方向の力に対し、遅角方
向に働く油圧力Ｐ₄ が大きくなるため、タイミングプー
リ７にかかる力の和が遅角方向の力となり間隙ａを確保
している。

【００４０】反対に、進角方向への移動は、製造上およ
び制御上のばらつきを考慮しても必要な位相変換角が得
られるように十分なストロークが確保されており、内燃
機関の運転中にストッパ３０に押し当てられることはな
い。一方、筒状歯車８がカムシャフト１の軸方向への移
動中は、ヘリカルスプライン歯面の摺動摩擦により筒状
歯車８の移動方向と同一方向の力をタイミングプーリ７
は受ける。ここで、筒状歯車８が遅角方向への移動中
は、遅角方向の油圧力Ｐ₄ は進角方向の油圧力Ｐ₂ より
大きいためタイミングプーリ７にかかる力の和が遅角方
向となり間隙ａが確保される。

【００４１】また、筒状歯車８が進角方向への移動中
は、遅角側油圧室１２の油圧が図６の（Ｂ）のときより
小さくなるのに対して、ヘリカルスプライン歯面の摺動
摩擦による進角方向の力がタイミングプーリ７に加わる
が、進角方向の力に打ち勝つように遅角方向にタイミン
グプーリ７が油圧力を受ける受圧面５ｃおよび７ｄの面
積が確保されており、間隙ａが維持される。

【００４２】第１実施例では、面積Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、
Ｓ₄ がＳ₁ ＞Ｓ₂ 、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ の関係を満たすようにタ
イミングプーリ７および筒状歯車８を形成したため、タ
イミングプーリ７に固定されたフランジ５が常にカムシ
ャフト１に形成されたタイミングプーリ７の遅角方向へ
の動きを規制するストッパ１ａに当接し、フランジ５が
カムシャフト１やスリーブ４に衝突して衝突音を発生す
ることを抑制できる。

【００４３】また、第１実施例によると、スプリング２
７が弧型歯車２５および２６の中に収容されるため、全
体の体格を小型化できる。特に、軸方向の全長を短くす
ることができ、内燃機関のカムシャフト１の端部に取り
付けた場合の突出量を少なくできる。また、スナップリ
ング２８によって、筒状歯車８の仮組付けを可能とした
ため筒状歯車８を容易にバルブタイミング装置に組付け
ることができる。

【００４４】また、第１実施例では、弧型歯車２５およ
び２６を設けるに当たり、筒状歯車８の円周上に１８０
°間隔で弧型歯車２５および２６を配置した。このた
め、スプリング２７を筒状歯車８の円周上にバランスよ
く配置し、スプラインの噛み合いのこじりを低減するこ
とができる。なお、第１実施例の構成に代えて、ｎ個の
独立弧型歯車を配置する場合、各独立弧型歯車は、３６
０°／ｎ毎の間隔をもって配置されることが望ましく、
例えば３個の独立弧型歯車を配置する場合には１２０°
間隔とすることが望ましい。

【００４５】また、第１実施例では、弧型歯車２５およ
び２６が、約９０°の範囲に渡って形成されるものを説
明したが、弧型歯車２５および２６の形成範囲を約３０
°とし、歯車部分３１および３２の形成範囲を約１５０
°としてもよい。また、第１実施例では筒状歯車８の内
歯の総歯数と外歯の総歯数とを公約数ｎ（ｎは２以上）
を有する歯数としている。このため、筒状歯車８上の内
歯と外歯との位置関係が、３６０°／ｎ毎に同じにな
る。このため、ｎ個の独立した弧型歯車を３６０°／ｎ
毎の間隔をもって配置する場合に、各弧型歯車に形成さ
れるヘリカルスプラインの形状を同一とすることができ
る。

【００４６】第１実施例では、筒状歯車８の内側に２８
歯分、外側に４０歯分のヘリカルスプラインが形成さ
れ、ｎ（＝２）が内歯と外歯との公約数である。このた
め、１８０°毎に配置される弧型歯車２５および２６の
歯形状を同一とすることができる。このため、ヘリカル
スプラインの形成工程、弧型歯車２５および２６の組付
け工程が容易になる。

【００４７】なお、第１実施例では４個の弧型歯車を９
０°毎に配置する場合でも、４個の独立した弧型歯車の
形状を同一のものとすることができる。また、２ｎが公
約数の１つであるとき、１つの円筒歯車を等ｎ分割する
ことによってできる弧型歯車がすべて３１および３２と
円形状となるので、弧型歯車の製作もより容易に可能と
なる。

【００４８】また、ヘリカルスプラインが内外周に形成
された１つの円筒歯車を分割して歯車部分３１および３
２と、弧型歯車２５および２６とを製作することも可能
である。なお、以上述べた第１実施例では、筒状歯車８
の最大進角位置をフィードバック制御によってストッパ
を使わずに規定している。しかし、この最大進角位置は
ストッパにより規定してもよく、そのような例を第２実
施例として説明する。なお、第２実施例は第１実施例と
同様の構成で実現され、制御のみ変更されたものであ
る。

【００４９】本発明の第２実施例による内燃機関のバル
ブタイミング調整装置を図７に示す。第２実施例におい
て、筒状歯車８の進角側の最大変位を規定するストッパ
３０を用いるときには、遅角側油圧室１２の油圧を解放
して筒状歯車８を進角方向に移動させ、カムシャフト１
と一体となって回動するスリーブ４に設けられたストッ
パ３０によってカムシャフト１の軸方向への筒状歯車８
の移動が阻止される。このとき、遅角側油圧室１２の油
圧がなくなるため、第１実施例における間隙ａを確保す
ることが可能である。

【００５０】本発明の第３実施例による内燃機関のタイ
ミングバルブ調整装置を図８および図９に示す。第１実
施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。図８
の矢印Ｑで示す筒状歯車８の進角方向のストッパ３１が
タイミングプーリ６７の内壁に設けられている。また、
図８の矢印Ｐで示す筒状歯車８の遅角方向のストッパ６
４ａがスリーブ６４の遅角方向の端部に形成されてい
る。タイミングプーリ６７と一体にカムシャフト１の軸
上を移動するフランジ５がカムシャフト１のストッパ１
ａに当接するとき、フランジ５とスリーブ４とに距離ｂ
の間隙が形成されている。

【００５１】遅角側油圧室１２の油圧を解放して進角側
油圧室１３の圧力により筒状歯車８を進角方向に移動さ
せたとき、タイミングプーリ６７が有するストッパ３１
によって進角方向への移動が阻止される。そこで、進角
側油圧室１３からの油圧力Ｐ ₃ が筒状歯車８、ストッパ
３１を介してタイミングプーリ６７に伝えられるため、
第１実施例に比較して大きな進角方向の力を受けること
になる。従って、タイミングプーリ６７が進角側油圧室
１３から遅角方向へ向けて油圧を受ける受圧面５ｃの面
積Ｓ₁ を筒状歯車８の受圧面８ｂの面積Ｓ₃ よりも大き
くする、すなわちＳ₁ ＞Ｓ₃ とすることにより受圧面５
ｃが受ける油圧力Ｐ₁ が受圧面８ｂが受ける油圧力Ｐ₃
よりも大きくなり、タイミングプーリ６７が遅角方向の
油圧力を得て間隙ｂを確保している。

【００５２】進角側油圧室１３の油圧を解放して遅角側
油圧室１２の圧力により筒状歯車８を遅角方向へ移動さ
せたとき、カムシャフト１と一体となったスリーブ６４
に形成されたストッパ６４ａにより遅角方向への移動が
阻止される。そこで、タイミングプーリ６７がヘリカル
スプライン歯面から受ける正トルクによる進角方向の反
力Ｐ_c に対して間隙ｂを確保するため、受圧面６７ａで
受ける遅角側油圧室１２からの油圧力Ｐ₂ が遅角方向に
働くようになっている。なお、受圧面６７ａの面積は０
としてもよい。

【００５３】第３実施例では、第１実施例にいう面積Ｓ
₂ は受圧面６７ａの面積に相当し、油圧の方向が逆とな
るため、Ｓ₁ ＞Ｓ₂ 、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ の関係は第１実施例と
同様に満たされる。本発明の第４実施例による内燃機関
のバルブタイミング調整装置を図１０に示す。第１実施
例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。

【００５４】第４実施例は、第３実施例のタイミングプ
ーリ６７に設けた進角方向のストッパ３１の代わりにス
リーブ７４にストッパ７４ｂを設けたものである。タイ
ミングプーリ７７に形成された受圧面７７ａは、受圧面
７７ａが受ける油圧力Ｐ₂ が遅角方向に働くように形成
されているため、タイミングプーリ７７を容易にカムシ
ャフト１のストッパ１ａに当接することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関の
バルブタイミング調整装置においては、カムシャフト側
に基準位置規定部材を形成し、内燃機関運転中、タイミ
ングプーリを基準位置規定部材に当接するように筒状歯
車の油圧供給手段から受ける油圧の受圧面とタイミング
プーリが油圧供給手段から受ける油圧の受圧面との面積
比を設定したことにより、タイミングプーリとカムシャ
フトとの衝突音が抑制できるとともに、衝突による部品
の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置を自動車の内燃機関システムに適用し
た一実施例を示す模式的構成図である。

【図３】本発明の第１実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置の筒状歯車の横断面図を示す。

【図４】図３のIV-IV 線方向矢視図である。

【図５】本発明の第１実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置のヘリカルスプラインの噛合状態を示
す模式的説明図である。

【図６】本発明の第１実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置の油圧室における圧力の印加状態を示
す模式的説明図である。

【図７】本発明の第２実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置の油圧室における圧力の印加状態を示
す模式的説明図である。

【図８】本発明の第３実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第３実施例による内燃機関のバルブタ
イミング調整装置の油圧室における圧力の印加状態を示
す模式的説明図である。

【図１０】本発明の第４実施例による内燃機関のバルブ
タイミング調整装置の油圧室における圧力の印加状態を
示す模式的説明図である。

【符号の説明】

１ カムシャフト １ａ ストッパ（基準位置規定部材） ４ スリーブ ５ フランジ ７ タイミングプーリ ８ 筒状歯車 １２ 遅角側油圧室 １３ 進角側油圧室 １９ オイルポンプ（油圧供給手段） ２５ 弧型歯車 ２６ 弧型歯車 ２７ スプリング ３１ 歯車部分 ３２ 歯車部分

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のカムシャフトとタイミングプ
   ーリとの間に噛合し、その少なくとも一方がはす歯を介
   して噛合する筒状歯車と、 前記筒状歯車を前記カムシャフトの軸方向に油圧で移動
   させる油圧供給手段と、 を備え、 前記筒状歯車を介して前記タイミングプーリから前記カ
   ムシャフトへ回転を伝達するとともに、前記油圧供給手
   段により前記筒状歯車が前記カムシャフトの軸方向に移
   動することにより、前記カムシャフトと前記タイミング
   プーリとを相対的に回動させ、前記カムシャフトの回転
   位相を変更させる内燃機関のバルブタイミング調整装置
   において、 前記カムシャフト側に基準位置規定部材が形成され、内
   燃機関の運転中、前記タイミングプーリが該基準位置規
   定部材に当接するように、前記筒状歯車の前記油圧供給
   手段から受ける油圧の受圧面とタイミングプーリが前記
   油圧供給手段から受ける油圧の受圧面との面積比を設定
   したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調整
   装置。
2. 【請求項２】 前記油圧供給手段は、前記筒状歯車に進
   角方向の油圧を作用させる進角側油圧室と、前記筒状歯
   車に遅角方向の油圧を作用させる遅角側油圧室とを有
   し、前記タイミングプーリが前記進角側油圧室から遅角
   方向に向けて油圧を受ける受圧面の面積をＳ₁ 、前記タ
   イミングプーリが前記遅角側油圧室から進角方向に向け
   て油圧を受ける受圧面の面積をＳ₂ 、前記筒状歯車が前
   記進角側油圧室から進角方向に向けて油圧を受ける受圧
   面の面積をＳ₃ 、前記筒状歯車が前記遅角側油圧室から
   遅角方向に向けて油圧を受ける受圧面の面積をＳ₄ とす
   るとき、Ｓ₁ ＞Ｓ₂ 、Ｓ₄ ＞Ｓ₂ を満たすように該面積
   を設定することにより、前記油圧供給手段により前記筒
   状歯車を中間保持制御するとき前記タイミングプーリを
   前記基準位置規定部材に当接し、前記油圧供給手段によ
   り前記筒状歯車を最遅角位置に付勢するとき前記タイミ
   ングプーリを前記基準位置規定部材に当接することを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング調
   整装置。
3. 【請求項３】 前記タイミングプーリには、前記筒状歯
   車の遅角方向への動きを規制する遅角ストッパが形成さ
   れ、前記筒状歯車が前記遅角ストッパに当接する最遅角
   位置において前記タイミングプーリが前記基準位置規定
   部材に当接されることを特徴とする請求項２記載の内燃
   機関のバルブタイミング調整装置。
4. 【請求項４】 前記カムシャフトには、前記筒状歯車の
   進角方向への動きを規制する進角ストッパが形成され、
   前記筒状歯車が前記進角ストッパに当接する最進角位置
   において前記タイミングプーリが前記基準位置規定部材
   に当接されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関
   のバルブタイミング調整装置。
5. 【請求項５】 前記カムシャフトには、前記筒状歯車の
   遅角方向への動きを規制する遅角ストッパが形成される
   とともに、前記タイミングプーリが前記遅角側油圧室か
   ら油圧を受ける受圧面は、進角方向に向けて油圧を受け
   る前記面積Ｓ ₂ が０とされ、または該受圧面が遅角方向
   に向けて油圧を受けるように形成され、前記筒状歯車が
   前記遅角ストッパに当接する最遅角位置において前記タ
   イミングプーリが前記基準位置規定部材に当接されるこ
   とを特徴とする請求項２記載の内燃機関のバルブタイミ
   ング調整装置。
6. 【請求項６】 前記タイミングプーリには、前記筒状歯
   車の進角方向への動きを規制する進角ストッパが形成さ
   れるとともに、前記面積Ｓ₁ と前記面積Ｓ₃とがＳ₁ ＞
   Ｓ₃ の関係が成立するよう形成され、前記筒状歯車が前
   記進角ストッパに当接する最進角位置において前記タイ
   ミングプーリが前記基準位置規定部材に当接されること
   を特徴とする請求項２記載の内燃機関のバルブタイミン
   グ調整装置。