JPH09222004A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダヘッドやカムシャフト等の強度や剛
性の低下を防止しつつ製造作業，組み付け作業能率の向
上を図る。 【解決手段】 スプロケット１の筒状本体１ａとカムシ
ャフト２のスリーブ３との間に噛合した筒状歯車１４
を、油圧回路１９の油圧と圧縮スプリング２０のばね力
との相対圧でカムシャフト軸方向に移動させて、両者
１，２の相対回動位相を変換し、これによって、吸気弁
の開閉時期を可変にする。前記油圧回路１９の供給通路
２４，弁孔２５，給排通路２７，ドレン通路２８を、ス
プロケット１やカムシャフト２とは別個独立の油通路構
成体３２内に形成すると共に、該油通路構成体３２の上
端部３２ｂでスプロケット１の前端部を回転自在に支持
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関の吸排気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可
変にするバルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のバルブタイミング制御装置とし
ては、従来から種々提供されており、一般的には機関の
クランク軸からタイミングチェーンを介して回転力が伝
達される筒状のスプロケットと、外周にカムを有しかつ
一端部に固定されたスリーブがスプロケットの筒状本体
内に挿通配置されたカムシャフトと、前後筒状本体とス
リーブとの間に内外周のはす歯を介して噛合しつつ前後
移動可能な筒状歯車とを備えている。

【０００３】前記筒状歯車は、機関運転状態に応じて前
端側の圧力室に油圧回路を介して給排される油圧と、後
端側の圧縮スプリングとのばね力との相対圧によって前
後方向へ移動することにより、前後スプロケットとカム
シャフトとの相対回動位相を変換し、これによって例え
ば吸気弁の開閉時期を進遅制御するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記圧力室
に油圧を給排する油圧回路の供給用油通路と排出用油通
路が、シリンダヘッドやカムシャフトの内部等に形成さ
れているため、前記シリンダヘッドやカムシャフト等の
内部の孔開けによって、これらの強度や剛性が低下し、
各部の支持剛性も低下する。この結果、機関振動や振動
騒音の増大化を招くおそれがある。

【０００５】そこで、例えば特開平４−２２８８１３号
に記載された発明のように、回転体であるタイミングプ
ーリの前端部に設けられたハウジング内に、油圧回路の
供給用油通路と排出用油通路とを設けるものも提供され
てはいるが、このハウジングの前端側には圧力室が形成
されていると共に、内部にピストンを前後方向摺動自在
に配置し、さらにカムシャフトの終端部を回転自在に支
持するようになっている。すなわち、ハウジングは、ピ
ストンやカムシャフト等とは別個独立に設けられている
のではなく、構成上密接な関連をもって設けられている
ため、ハウジングと各構成部との高精度な組み付け精度
や加工精度が要求され、製造作業や組み付け作業能率の
低下を招いている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、機
関から回転体を介して伝達された回転力によってカムを
介して吸，排気弁を開作動させるカムシャフトと、前記
回転体とカムシャフトとの間に介装されて、駆動機構の
油圧回路から供給された油圧により作動して前記回転体
とカムシャフトとの相対回動位相を変換する可動体とを
備えたバルブタイミング制御装置において、前記油圧回
路の油通路を内部に形成した油通路構成体を、前記回転
体とカムシャフトとは別個独立に形成すると共に、前記
油通路構成体の一端部を前記回転体の前端部に摺動自在
に挿通配置して、該回転体の前端部を回転自在に支持し
たことを特徴としている。

【０００７】この発明によれば、油通路構成体を回転体
やカムシャフトとは別個独立に設けたため、シリンダヘ
ッドやカムシャフト等に孔を開ける必要がなくなるの
で、全体の剛性や支持剛性の低下が抑制されることは勿
論のこと、特に一端部が単に回転体の前端部に挿通配置
されているだけで、従来のように油圧室やピストン等を
保持することはないため、各部材との密接な関連を有さ
ず、高い組み付けや加工精度が要求されない。また、油
通路構成体が回転体の前端部を回転自在に支持すること
によって、回転体やカムシャフトがタイミングベルト等
の張力によって倒れることなく、安定した姿勢を確保で
きる。

【０００８】請求項２の発明は、前記可動体を、前記油
圧回路の油圧とばね部材のばね力との相対圧で作動させ
たことを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明は、前記可動体を、前記油
圧回路から可動体の前後に作用する相対的な油圧によっ
て作動させたことを特徴としている。

【００１０】請求項４の発明は、前記可動体を、油圧回
路を介してＯＮ−ＯＦＦ２段切り換え制御により作動さ
せたことを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明は、前記可動体を、油圧回
路に設けられた比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ
を介して多段階に作動制御させたことを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を示
し、機関のクランク軸からタイミングチェーンを介して
回転力が伝達される回転体たるスプロケット１と、一端
部軸方向からスリーブ３がボルト４により固定されて、
外周に吸気弁を開閉するカムを有するカムシャフト２
と、スプロケット１の筒状本体１ａとカムシャフト２の
スリーブ３との間に介装された可動体５と、該可動体５
を機関運転状態に応じてカムシャフト軸方向へ移動させ
る駆動機構６とを備えている。

【００１３】前記スプロケット１は、筒状本体１ａのカ
ムシャフト側端部にタイミングチェーンが巻装される歯
車部１ｂがボルト７固定されていると共に、前端部にフ
ロントカバー８がかしめ固定されている。前記筒状本体
１ａは、図４〜図６に示すように前端側内周にはす歯形
のインナ歯９が形成されており、また、前記歯車部１ｂ
は、折曲された中央側の内周部がカムシャフト２の外周
に摺動自在に支持されている。さらに、フロントカバー
８は、円環状を呈し、中央に支持孔８ａが形成されてい
る。

【００１４】前記カムシャフト２は、図１に示すように
スリーブ側一端部がシリンダブロック１０ａ上のシリン
ダヘッド１０ｂの上端部に設けられたカム軸受１１によ
って軸受されている。前記スリーブ３は、ほぼ円筒状を
呈し、中央に有する隔壁の内部軸方向にボルト挿通孔３
ａが貫通形成されていると共に、筒状の固定端部がカム
シャフト本体の一端部に嵌合している一方、筒状の先端
部内にボルト４の頭部が嵌合する嵌合溝３ｂが形成され
ていると共に、前記筒状先端部の外周には、はす歯形の
アウタ歯１３が形成されている。また、前記嵌合溝３ｂ
の底面とフロントカバー８の筒状内周部との間にスプロ
ケット１とカムシャフト２とを互いに離間する方向に付
勢してスプロケット１に対するスラスト力によるカムシ
ャフト２との打音の発生を抑制するコイルスプリング１
２が弾装されている。

【００１５】前記可動体５は、スリーブ３と筒状本体１
ａとの間に介装された筒状歯車１４とピストン１５とか
らなり、筒状歯車１４は軸直角方向から２分割された前
側歯車構成部と後側歯車構成部とを有すると共に、内外
周に前端インナ歯９とアウタ歯１３に噛合するはす歯形
の内外歯１４ａ，１４ｂが形成されている。また、両歯
車構成部は、各歯９，１３，１４ａ，１４ｂ間のバック
ラッシュ隙間を吸収するためにピン１６とスプロケット
とによって互いに接近する方向へ弾性的に連結されてい
る。前記ピストン１５は、筒状を呈し、周方向の所定部
位に圧入された支持ピン１７を介して後側歯車構成部に
連結されている。

【００１６】前記駆動機構６は、図１及び図４〜図６に
示すようにピストン１５の前端側に形成された圧力室１
８に油圧を供給して筒状歯車１４を図１中右方向（後端
側）へ移動させる油圧回路１９と、ピストン１５の後端
側に弾装されて筒状歯車１４を、図１中左方向へ移動さ
せるばね部材たる比較的ばね力の大きな圧縮スプリング
２０とを備えている。

【００１７】前記油圧回路１９は、オイルパン２１内の
作動油がオイルポンプ２２を介して圧送されるメイン通
路２３と、一端部が該メイン通路２３に連通し、他端部
が弁孔２５に連通する供給通路２４と、一端部が弁孔２
５に、他端部が前記嵌合溝３ｂ及びフロントカバー８の
内周面に形成された通路溝２６を介して圧力室１８に連
通する給排通路２７と、弁孔２５の一端部に設けられた
ドレン通路２８と、弁孔２５内に固定された筒状のバル
ブボディ２９内に摺動自在に設けられて流路を切り換え
るスプール弁３０と、該スプール弁３０を作動させる比
例ソレノイド型の電磁アクチュエータ３１とを備えてい
る。

【００１８】そして、前記供給通路２４の下流端部２４
ａと弁孔２５及び給排通路２７とは油通路構成体３２内
に形成されている。即ち、この油通路構成体３２は、ス
プロケット１やカムシャフト２とは別個独立に形成され
て、下端部３２ａが固定ボルト３３によってシリンダブ
ロック１０ａの側部に固定されていると共に、この下端
部３２ａ内に供給通路下流端部２４ａが形成されてい
る。また、円筒状の上端部３２ｂが前記フロントカバー
８の支持孔８ａ内に耐摩性のシールリング３４を介して
挿通配置されて、これによって上端部３２ｂによりフロ
ントカバー８つまりスプロケット１の前端部が回転自在
に支持されている。また、この上端部３２ｂ内に給排通
路２７が形成されている。さらに、略中央の膨出部３２
ｃ内に、前記弁孔２５が形成されていると共に、膨出部
３２ｃの弁孔２５後端壁にドレン通路２８が形成されて
いる。

【００１９】前記スプール弁３０は、バルブボディ２９
に有する給排孔３５に対して供給孔３６とドレン孔３７
とを相対的に開閉するものであって、バルブスプリング
のばね力で図中左方向に付勢されて給排孔３５とドレン
孔３７とを連通すると共に、電磁アクチュエータ３１に
よって給排孔３５の開口面積を可変制御するようになっ
ている。

【００２０】前記電磁アクチュエータ３１は、ロッカカ
バー３８に固定され、機関運転状態を検出するコントロ
ーラ３９のデューティ比制御により駆動軸３１ａの進出
量が制御されるようになっている。前記コントローラ３
９は、図外のクランク角センサ，エアーフローメータ，
水温センサ，スロットルバルブスイッチ等の各種センサ
からの入力信号に基づいて現在の機関運転状態を検出し
て電磁アクチュエータ３１に制御パルス信号を出力して
いる。

【００２１】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関低速低負荷時には、コントローラ３９から電
磁アクチュエータ３１にＯＦＦ信号が出力され、スプー
ル弁３０がバルブスプリングのばね力で図２の位置つま
り供給孔３６を閉止し、給排孔３５とドレン孔とを連通
させる。このため、圧力室１８内の作動油が給排通路２
７からドレン通路２８を介して外部に排出され、該圧力
室１８が低圧となる。したがって、筒状歯車１４は、圧
縮スプリング２０のばね力によりピストン１５を介して
図４に示すように最大前端側に保持される。これによっ
て、スプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対
回動して位相が変換され、この結果、吸気弁の開時期が
遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなっ
て、燃焼効率が良好になり、安定した駆動と燃費の向上
が図れる。

【００２２】一方、機関低速低負荷域から高速高負荷域
に移行した場合は、電磁アクチュエータ３１に最大パル
ス巾のＯＮ信号が出力されて、スプール弁３０がバルブ
スプリングのばね力に抗して図３に示すように右方向へ
摺動して給排孔３５とドレン孔３７とを閉止すると共
に、供給孔３６と給排孔３５とを連通する。これによっ
て、オイルポンプ２２から圧送された作動油が供給通路
２４，給排通路２７，嵌合溝３ｂ，通路溝２６を通って
圧力室１８に供給され、該圧力室１８が高圧となる。し
たがって、ピストン１５が最大右方向へ移動して支持ピ
ン１７及びピン１６を介して後側歯車構成部と前側歯車
構成部を同方向へ引き付ける。このため、筒状歯車１４
全体が図５に示すように最大右方向位置（図中位置）に
保持される。これによって、両者１，２が他方向に相対
回動して反対に位相が変換される。この結果、吸気弁の
開時期と閉時期が進角制御されてオーバラップが大きく
なり、吸気充填効率の向上によって出力の向上が図れ
る。

【００２３】また、機関中速中負荷時やその他の所定の
運転域では、コントローラ３９からの制御信号に基づい
てスプール弁３０が中間位置に保持されて給排孔３５の
開口面積を所定の大きさに制御する。このため、筒状歯
車１４は、図６に示すように所定の中間位置に保持さ
れ、これによって、吸気弁も所定の開閉時期に制御され
る。したっがて、運転状態に応じた機関性能を十分に発
揮することが可能になる。

【００２４】また、この実施例では、油通路構成体３２
をスプロケット１等とは別個独立に形成したため、シリ
ンダヘッド１０ｂやカムシャフト２に油通路孔を形成す
る必要がなくなり、これによって、シリンダヘッド１０
ｂやカムシャフト２等の強度や剛性の低下が防止される
と共に、他部品に対する支持剛性の低下も防止される。
この結果、機関振動及び振動騒音の低減化が図れる。

【００２５】しかも、油通路構成体３２は、下端部３２
ａが単に固定ボルト３３によってシリンダブロック１０
ａに固定され、上端部３２ｂが支持孔８ａ内に挿通配置
されているだけであって、スプロケット１やカムシャフ
ト２との密接な構成上の関連を有さず別個独立に形成さ
れ、また従来のハウジングのように油圧室を形成した
り、ピストン等を収納保持することがないため、高い加
工精度や組み付け精度が要求されない。この結果、製造
作業能率と組み付け作業能率の向上が図れる。

【００２６】しかも、油通路構成体３２の上端部３２ｂ
がスプロケット１の前端部を回転自在に支持しているた
め、該スプロケット１やカムシャフト２がタイミングチ
ェーンの張力によって下方へ倒れることなく、安定した
水平姿勢を維持できる。したがって、筒状歯車１４の円
滑な作動が妨げられず、この結果、バルブタイミング制
御作用の悪化を防止できる。

【００２７】図７は本発明の第２実施例を示し、比例ソ
レノイド型の電磁アクチュエータ３１をロッカカバー３
８ではなく、シリンダブロック１０ａの側部に設けたも
のである。したがって、油通路構成体３２には、弁孔形
成用の膨出部を設ける必要がなくなり、単に給排通路２
７の一部を形成するだけとなる。一方、シリンダブロッ
ク１０ａ内に、給排通路２７の一部と弁孔２５及び供給
通路２４とドレン通路２８が形成されている。この結
果、油通路構成体３２の全体構造が簡素化され、製造作
業性がさらに向上する 尚、他の構成は第１実施例と同
様であるから説明を省略する。

【００２８】図８及び図９は本発明の第３実施例を示
し、ピストン１５の前後に第１，第２圧力室を形成し、
この各圧力室に油圧を相対的に給排して、筒状歯車１４
を前方向あるいは後方向に移動させるようにしたもので
ある。

【００２９】即ち、ピストン１５の前端側に第１圧力室
１８が形成され、圧縮スプリング４０が収納されたピス
トンの後端側に第２圧力室４１が形成されていると共
に、スプロケット１の筒状本体１ａの前端側に第１圧力
室１８と連通する第１給排孔４２が形成されている一
方、スリーブ３の固定用ボルト４の内部軸方向及び半径
方向とスリーブ３の半径方向に第２圧力室４１と連通す
る第２給排孔４３がほぼＬ字形に形成されている。

【００３０】また、油通路構成体３２は、シリンダブロ
ック１０ａにボルト３３固定された下端部３２ａ内に供
給通路２４の一部２４ａが形成されていると共に、膨出
部３２ｃ内に弁孔２５が形成されている。また、膨出部
３２ｃから上方へ分岐した一方（図中右側）の分岐部３
２ｄ内に、弁孔２５と第１給排孔３５ａとを連通する第
１給排通路２７ａが形成され、他方（図中左側）の分岐
部３２ｅ内に、弁孔２５と嵌合溝３ｂを介して第２給排
孔３５ｂとを連通する第２給排通路２７ｂが形成されて
いる。

【００３１】また、第１分岐部３２ｄは、上端部３２ｆ
が円環状に形成されて、該上端部３２ｆの内周面がシー
ルリング４４，４５を介して筒状本体１ａの前端側を回
転自在に支持していると共に、内周面にグルーブ溝４６
が形成されている。

【００３２】さらに、第２分岐部３２ｅは、上端部に直
角方向から挿通された通路構成部４７を有し、この通路
構成部４７は、内部に嵌合溝３ｂを連通する第２給排通
路２７ｂの一部２７ｃが形成されていると共に、一端の
大径部４７ａがフロントカバー８の支持孔８ａ内に螺着
固定されている。

【００３３】また、前記膨出部３２ｃの後端部には、ド
レン通路２８が形成されていると共に、弁孔２５内に各
給排通路２７ａ，２７ｂを供給通路２４がドレン通路２
８に相対的に切り換えるスプール弁３０が摺動自在に設
けられている。

【００３４】このスプール弁３０は、ロッカカバー３８
に固定された比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ３
１からの制御信号によって作動が制御され、また、この
電磁アクチュエータ３１はコントローラ３９からデュー
ティ比制御されていることは第１実施例と同様である。

【００３５】尚、前記圧縮スプリング４０は、電磁アク
チュエータ３１のＯＦＦ時に筒状歯車１４を最大前方向
位置に保持するだけの小さなばね力に設定されている。
他は、第１実施例と同様な構成である。

【００３６】したがって、この実施例によれば、機関低
速低負荷時には、電磁アクチュエータ３１がＯＦＦされ
て、スプール弁３０により供給通路２４と第２給排通路
２７ｂが連通され、第１給排通路２７ａとドレン通路２
８が連通されるため、第１圧力室１８内の作動油が排出
される一方、第２圧力室４１内に第２給排孔４３を介し
て作動油が供給されている。したがって、ピストン１５
を介して筒状歯車１４が図９に示すように最大前方位置
に移動し、保持され、これによってスプロケット１とカ
ムシャフト２の相対回動位相が一方側に変換される。

【００３７】また、高速高負荷時には、スプール弁３０
が図中右方向に移動して、第２圧力室４１が低圧とな
り、第１圧力室１８が高圧となって、筒状歯車１４は最
大後方位置に移動する。これによって、両者１，２の相
対回動位相が他方側に変換される。

【００３８】さらに、機関の所定の運転域では、スプー
ル弁３０を所定の摺動位置に保持することにより、各給
排通路２７ａ，２７ｂの開口面積を相対的に制御して、
任意の相対回動位相に設定することができる。

【００３９】また、油通路構成体３２による作用効果は
第１実施例と同様である。

【００４０】図１０及び図１１は本発明の第４実施例を
示し、第３実施例と異なるところは、第１給排孔４２の
形成位置をフロントカバー８にすると共に、該フロント
カバー８や油通路構成体３２の構造を変更したものであ
る。すなわち、フロントカバー８は、ほぼ筒状に形成さ
れていると共に、その支持孔８ａ内に挿通配置される油
通路構成体３２の上端部３２ｂ内に第１，第２給排通路
２７ａ，２７ｂが略平行かつ折曲状に形成されている。
また、第１給排孔４２がフロントカバー８内にＬ字形に
形成されている。

【００４１】したがって、この実施例によれば、第３実
施例と同様な作用が得られることは勿論のこと、特に、
２系統の給排通路２７ａ，２７ｂを油通路構成体３２の
上端部３２ｂ内に一緒に形成したため、第３実施例に比
較して、該油通路構成体３２の大型化が抑制され、軽量
化とコンパクト化が図れる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、油通路を従来のようにシリンダヘッドやカムシ
ャフト等の内部に形成するのではなく、回転体やカムシ
ャフトとは別個独立の油通路構成体内に形成したため、
シリンダヘッド等の内部への油通路形成用の孔開けが不
要になり、該シリンダヘッドやカムシャフト等の強度や
剛性及び他部品の支持剛性の低下が防止されて、振動や
振動騒音の発生が抑制される。

【００４３】しかも、油通路構成体は、従来のように油
圧室を形成したりピストン等を収納するなどの回転体や
カムシャフト等との密接な関連を有さず、別個独立に形
成されているため、高い加工精度や組み付け精度が要求
されない。この結果、製造作業や組み付け作業能率の向
上が図れる。

【００４４】また、油通路構成体が回転体の前端部を回
転自在に支持しているため、例えばタイミングチェーン
等による張力が作用しても、回転体やカムシャフトが倒
れることなく安定した姿勢が維持できる。この結果、可
動体の作動の悪化が防止されて、バルブタイミング制御
作用が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す要部断面図。

【図２】本実施例の作用を示す要部拡大断面図。

【図３】本実施例の作用を示す要部拡大断面図。

【図４】本実施例の電磁アクチュエータＯＦＦ時の作用
を示す縦断面図。

【図５】本実施例の電磁アクチュエータＯＮ時の作用を
示す縦断面図。

【図６】本実施例の電磁アクチュエータ中間位置制御時
の作用を示す縦断面図。

【図７】本発明の第２実施例を示す要部断面図。

【図８】本発明の第３実施例を示す要部断面図。

【図９】本発明の要部拡大断面図。

【図１０】本発明の第４実施例を示す要部断面図。

【図１１】本実施例の要部拡大断面図。

【符号の説明】

１…スプロケット（回転体） ２…カムシャフト ３…スリーブ ５…可動体 ６…駆動機構 ８…フロントカバー １４…筒状歯車 １５…ピストン １８…圧力室 １９…油圧回路 ２０…供給通路 ２４…供給通路 ２５…弁孔 ２７…給排通路 ２８…ドレン通路 ３０…スプール弁 ３１…電磁アクチュエータ ３２…油通路構成体 ３２ｂ…上端部（一端部）

フロントページの続き (72)発明者 名倉 直考 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 塚田 智哉 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 小林 朝一 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関から回転体を介して伝達された回転
   力によってカムを介して吸，排気弁を開作動させるカム
   シャフトと、前記回転体とカムシャフトとの間に介装さ
   れて、駆動機構の油圧回路から供給された油圧により作
   動して前記回転体とカムシャフトとの相対回動位相を変
   換する可動体とを備えたバルブタイミング制御装置にお
   いて、 前記油圧回路の油通路を内部に形成した油通路構成体
   を、前記回転体とカムシャフトとは別個独立に形成する
   と共に、前記油通路構成体の一端部を前記回転体の前端
   部に摺動自在に挿通配置して、該回転体の前端部を回転
   自在に支持し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。
2. 【請求項２】 前記可動体を、前記油圧回路の油圧とば
   ね部材のばね力との相対圧で作動させたことを特徴とす
   る請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記可動体を、前記油圧回路から可動体
   の前後に作用する相対的な油圧によって作動させたこと
   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
   グ制御装置。
4. 【請求項４】 前記可動体を、油圧回路を介してＯＮ−
   ＯＦＦ２段切り換え制御により作動させたことを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記可動体を、油圧回路に設けられた比
   例ソレノイド型の電磁アクチュエータを介して多段階に
   作動制御させた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制御装置。