JP2515602B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジンの動弁装置におけるカムシャフトと
タイミングプーリとの間のガタ付きを防止するようにし
た可変動弁機構に関する。

［従来技術の説明］ 一般に自動車等のエンジンにおいて、エンジンの高速
回転時には中低速回転領域と比べて、吸気弁の開きタイ
ミングを早めると共に閉じるタイミングを遅くするよう
にして、吸気弁の開放時間を長くするのが望ましく、ま
た、排気弁の閉じるタイミングも遅くするようにして、
燃焼室内に残留する排気ガス量を低減させるのが望まし
い。これを達成させるため、エンジンの中低速回転領域
と高速回転領域とにおいて、吸気弁及び排気弁の開閉時
期を変化させなければならない。

そこで、例えば実開平１−61410号に示されるよう
に、クランク軸に固定したクランクプーリと吸・排気弁
のカム軸に固定したタイミングプーリとの間にタイミン
グベルトを掛渡し、吸・排気弁のカム軸にカムギアを固
定し、それら両方のカムギアの間にヘリカルギアを噛み
合わせ、そのヘリカルギアを運転状況に応じて軸方向に
移動することにより、２つのカム軸の相対位相角度をず
らすようにしたものがある。この可変動弁機構において
は、２つのカム軸の相対位相角度をずらすためのヘリカ
ルギアの軸方向の移動の駆動力が大きいので、バルブタ
イミングの調整が円滑に行なえない。その上、装置全体
が大型になってしまうという欠点があった。

ここで、バルブタイミングの調整を円滑に行なえるよ
うにすると共に、装置全体を小型化できるようにした可
変動弁機構が既に提供されている。この可変動弁機構を
第11図乃至第13図に示す。

タイミングベルト60とスプロケット62を介してエンジ
ンからの駆動力が回転伝達軸としてのタイミングプーリ
64に伝達される。図示しない吸・排気弁を開閉させるカ
ム65を一体に形成した回転伝達軸としてのカムシャフト
66には、前記カムシャフト66からの回転力が動弁装置68
を介して伝達される。

この動弁装置68は主に、複数の突出腕70を形成した前
記タイミングプーリ64と、そのタイミングプーリ64の回
転中心軸方向に摺動自在なピストン72と、前記カムシャ
フト66に対しスプライン嵌合部74を介して連結され筒の
内側に突出腕76を有する筒状のカムシャフトジョイント
78とから成る。前記ピストン72には放射状に複数の枝腕
79が一体に形成され、前記タイミングプーリ64の突出腕
70と前記カムシャフトジョイント78の突出腕76とに接触
する接触部材としてのボール80が各枝腕79取り付けられ
る。前記タイミングプーリ64の突出腕70と前記カムシャ
フトジョイント78の突出腕76との間には、カムシャフト
ジョイント78の突出腕76とピストン72の突出腕70とを常
にボールに接触するためのばね81が備えられている。ま
た、カムシャフトジョイント78とピストン72との間に
は、ピストン72をカムシャフトジョイント78から離れる
方向に押圧するばね82が備えられている。前記タイミン
グプーリ64と前記ピストン72との間に油圧室83が設けら
れ、その油圧室83内へ導入される油圧によってピストン
72が第11図あるいは第13図で左右に移動させられる。

第13図に示すように、前記タイミングプーリ64の突出
腕70のうち前記ボール80に接触する壁には、前記カムシ
ャフトジョイント78の突出腕76に近い第一平滑面84とそ
れに続く傾斜面86と、突出腕76に遠い第二平滑面88とが
形成される。一方、前記カムシャフトジョイント78の突
出腕76のうち前記ボール80に接触する壁には、前記タイ
ミングプーリ64の突出腕70に近い第一平滑面90と、それ
に続く傾斜面92と、突出腕76に遠い第二平滑面94とが形
成されている。

この油圧室83への油圧の増減に伴ってピストン72が移
動して、突出腕70の第一平滑面84と突出腕76の第一平滑
面90がボール80に接触したり、突出腕70の第二平滑面88
と突出腕76の第二平滑面94がボール80に接触したりす
る。ボール80が接触するこれら両者の位置においては、
第12図におけるタイミングプーリ64とカムシャフトジョ
イント78との相対位置が変位する。これによって、エン
ジンの中低速回転領域と高速回転領域とにおいて、吸気
弁及び排気弁の開閉時期を変化させることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 第11図乃至第13図に示した従来既知の構成の可変動弁
機構においては、タイミングプーリ64の突出腕70とカム
シャフトジョイント78の突出腕76との両者にボール80を
常に接触させるために、即ち周方向のガタを吸収するた
めに、ばね81が備えられている。カムシャフト66のカム
65がその上死点や下死点を越えた時、カムシャフト66に
トルク変動が生じる。このため、ばね81のばね力が弱い
と、一時的に突出腕70や突出腕76がボール80から離れ、
その後ボール80に衝突して打音が生じ、それらの部材の
耐久性が悪くなる。この打音の発生を無くすために、ば
ね81を強くすると、ピストン72を作動させるために大き
な油圧が必要となり、しかもそのピストン72に抗するば
ね82もばね力の強いものが必要となる。即ち、周方向の
ガタを吸収するためにばね81のばね力を強くすると、ピ
ストン72の作動が不可能になるという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、周方向の
ガタを吸収するためのばねを省略してコストダウンを図
り、しかもガタ付きと打音の発生を防止出来るようにし
た可変動弁機構を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、一方の回転伝達
軸にエンジンからの動力が伝達され、他方の回転伝達軸
がカムを有するカムシャフトに取り付けられる第一回転
伝達軸並びに第二回転伝達軸と、これらの第一回転伝達
軸や第二回転伝達軸の回転軸の軸方向に摺動可能なピス
トンと、前記第一回転伝達軸や前記第二回転伝達軸に接
触する前記ピストンに取り付けられた接触部材と、前記
第一回転伝達軸か前記第二回転伝達軸のどちらか一方と
前記ピストンとによって形成される油圧室と、そのピス
トンを油圧室側に付勢するばねとを有し、前記ピストン
の摺動によって前記第一回転伝達軸と前記第二回転伝達
軸との回転中心軸に対する位置を変位させるようにした
可変動弁機構において、前記接触部材よりも径小であっ
て前記ピストンの接触部材の位置より半径方向の外側に
設けた先端部と、その先端部の両側が同時に接触したり
片側が接触したりする前記第二回転伝達軸に設けた面
と、ピストンの移動ストロークの一部の領域で前記接触
部材の両側が接触する第一回転伝達軸に設けた面と、ピ
ストンの移動ストロークのその他の領域で前記接触部材
が接触する第一回転伝達軸の面並びに第二回転伝達軸の
面と、前記接触部材が第一回転伝達軸と第二回転伝達軸
とに同時に接触する際に前記ピストンの接触部材位置よ
り半径方向の内側と接触する第一回転伝達軸に設けた回
転防止面とを有し、ピストンがどのストローク位置にあ
っても常に第一回転伝達軸の２箇所及び第二回転伝達軸
の２箇所が接触部材を含んだピストンに接触するように
したものである。

［作用］ 変位前においては、ピストンのボールの両側をタイミ
ングプーリで狭持し、ピストンの両側をカムシャフトジ
ョイントで狭持する。これによって、タイミングプーリ
とカムシャフトジョイントとの間にガタが生じない。

変位後においては、ピストンのボールにタイミングプ
ーリとカムシャフトジョイントを接触させ、ピストンの
ボール以外の箇所にタイミングプーリを前記ボールとの
接触箇所との反対側から接触させ、ピストンのボール以
外の箇所にカムシャフトジョイントを前記ボールとの接
触箇所との反対側から接触させる。これによって、タイ
ミングプーリとカムシャフトジョイントとの間にガタが
生じない。

このように、ガタを吸収するためのばねを用いなくて
も、ピストンが摺動してもピストンとタイミングプーリ
とカムシャフトジョイントとを固定関係に保ち、タイミ
ングプーリとカムシャフトジョイントとの間にガタが生
じることはない。

［実施例］ 次に本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係わる可変動弁機構の一実施例要部
断面図である。この第１図において、従来例と同一符合
は同一部分を示す。

第２図に示すように、ピストン10は複数個の放射状に
伸びる枝腕12を有し、各枝腕12に接触部材としてのボー
ル14を備えている。この各枝腕12はボール14の位置より
半径方向に突出する先端部16を有しており、また、各枝
腕12にはボール14の位置より根元側で横に突出する球状
部18を有する。

第３図に示す回転伝達軸としてのタイミングプーリ20
は、それぞれ間隔を開けた回転中心軸方向に伸びる複数
個の突出腕22を有する。その突出腕22の一方側の半径方
向の壁は、他方側の半径方向の突出腕22から遠い第一平
滑面24と、それに続く傾斜面26と、それに続く他方側の
突出腕22に近い第二平滑面28とから成る。突出腕22の他
方側の壁には、第三平滑面30とそれに続く短い長さの傾
斜面32とが形成されている。この第三平滑面30と傾斜面
32との高さは、前記第一平滑面24の高さに近いものとさ
れ、また、これら第三平滑面30と傾斜面32は第一平滑面
24に対向した位置に配置される。これら第一平滑面24と
第三平滑面30との間の距離は、前記ボール14の直径とほ
ぼ同一とされ、ボール14がこれらに同時に接触するよう
に設定されている。この第三平滑面30と傾斜面32とが形
成された壁の回転中心側には、前記球状部18と接触する
ための回転防止壁34が一体に形成されている。

第４図に示す回転伝達軸としてのカムシャフトジョイ
ント36は、一端を開放した筒状であって、その筒部を前
記タイミングプーリ20の外側にかぶせるものである。そ
のカムシャフトジョイント36は、開口部から軸方向に沿
った複数個の切欠からなる空間部38を有しており、この
空間部38に前記ピストン10の先端部16が嵌合する。この
空間部38の一方側の壁は、回転中心軸に並行な第一平滑
面40となっており、その反対側の壁は前記第一平滑面40
に近い第二平滑面42と、それに続く傾斜面44と、それに
続く前記第一平滑面40に遠い第三平滑面46とから成る。
前記第一平滑面40と第二平滑面42との間の距離は、先端
部16の幅とほぼ同一とされている。

このカムシャフトジョイント36の筒の内側には、前記
第一平滑面40に近い位置に複数個の内部突出腕48が形成
される。この内部突出腕48は筒の開口縁から少し奥まっ
た位置から回転中心軸方向に伸びて形成され、この内部
突出腕48の第一平滑面40に近い側面には、前記ボール14
が接触するための先端の傾斜面50と、それに続く奥側の
第四平滑面52（第５図及び第７図参照）が形成される。

前記カムシャフトジョイント36と前記ピストン10との
間には、ピストン10をカムシャフトジョイント36から離
れる方向に押圧するばね82が備えられる。前記タイミン
グプーリ20と前記ピストン10との間には油圧室83が設け
られ、その油圧室83内へ導入される油圧と前記ばね82と
によってピストン10が第１図で左右に移動させられる。

次に、動作について説明する。

油圧室83への油圧の導入量が少ない場合は、ばね82に
よってピストン10は第１図で油圧室83側に押圧される。
この状態において、カムシャフトジョイント36の外側か
ら見た構成図を第５図に、第５図のＡ−Ａ線部分断面図
を第６図に、第６図のＢ−Ｂ線部分断面図を第７図に示
す。油圧室83に油圧が導入されない状態においては、ピ
ストン10の先端部16は、カムシャフトジョイント36の第
一平滑面40と第二平滑面42とに接触している。即ち、ピ
ストン10とカムシャフトジョイント36との間には、周方
向のガタがない状態とされている。一方、前記ボール14
は、前記第一平滑面24と前記第三平滑面30との間に位置
して、それら両者に接触している。即ち、ピストン10と
タイミングプーリ20との間にも、周方向のガタがない状
態とされている。この結果、タイミングプーリ20とカム
シャフトジョイント36とは、周方向のガタがない状態で
回転する。

次に、油圧室83への油圧の導入量が多くなるとピスト
ン10は第１図で右方向に移動し、これに伴って前記ボー
ル14は第５図及び第７図で上方に移動し、第８図乃至第
10図の状態になる。即ち、ボール14は、第５図及び第７
図の位置から上方に上昇する途中まではタイミングプー
リ20の第一平滑面24とタイミングプーリ20の第三平滑面
30とに接触しているが、その後は、タイミングプーリ20
の傾斜面26とカムシャフトジョイント36の傾斜面50とに
接触し、その後、ボール14が上昇するに従って、第10図
に示すカムシャフトジョイント36とタイミングプーリ20
との間の空間距離を広げる。即ち、タイミングプーリ20
に対するカムシャフトジョイント36の位置（回転軸に対
する角度）を変化させる。

このピストン10が油圧室83から離れる方向に摺動した
際に、ボール14は傾斜面50からカムシャフトジョイント
36の第四平滑面52へと接触するので、ピストン10の先端
部16は、カムシャフトジョイント36の空間部38におい
て、カムシャフトジョイント36の第一平滑面40から離れ
る。このピストン10の摺動の際に、このピストン10の先
端部16が、カムシャフトジョイント36の空間部38におい
て、第二平滑面42から傾斜面44を経て第三平滑面46に接
触するように、傾斜面44と第三平滑面46の形状が設定さ
れている（第５図）。

更に、ピストン10の先端部16がカムシャフトジョイン
ト36の第一平滑面40に接触しなくなる時点とそれ以降に
おいて、ピストン10の枝腕12に形成した球状部18が、タ
イミングプーリ20の回転防止壁34に接触するように、回
転防止壁34の形状が設定される（第９図及び第10図）。

以上のように、ピストン10の先端部16がカムシャフト
ジョイント36の第一平滑面40に接触しなくなる時点とそ
れ以降において、第９図に示すように、ピストン10はタ
イミングプーリ20によって両側から接触支持されると共
に、カムシャフトジョイント36によっても両側から接触
支持されている。この結果、ピストン10を介して、タイ
ミングプーリ20とカムシャフトジョイント36とは固定さ
れた状態となり、タイミングプーリ20とカムシャフトジ
ョイント36とは周方向のガタがない状態で回転する。

なお、ボール14は球状または球状面を有するものが望
ましいが、タイミングプーリ20とカムシャフトジョイン
ト36に接触するものであれば、どのような形状のもので
あってもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係わる可変動弁機構によれ
ば、周方向のガタを吸収するためのばねを省略しても、
ピストンがどの位置にあってもタイミングプーリとカム
シャフトとによってピストンを狭持し、ピストンとタイ
ミングプーリとカムシャフトを固定状態としたもので、
周方向のガタを吸収するためのばねを省略してコストダ
ウンを図り、しかもガタ付きと打音の発生を防止出来る
ようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる可変動弁機構の一実施例断面
図、第２図はピストンの斜視図、第３図はタイングプー
リの斜視図、第４図はカムシャフトジョイントの斜視
図、第５図はカムシャフトジョイントの外側から見た可
変動弁機構の構成図、第６図は第５図のＡ−Ａ線部分断
面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ線部分断面図、第８図は
ピストンが変位した状態の第５図相当図、第９図はピス
トンが変位した状態の第６図相当図、第10図はピストン
が変位した状態の第７図相当図、第11図は従来の可変動
弁機構の断面図、第12図は第11図の要部断面図、第13図
は第12図の要部断面図である。 10……ピストン、14……ボール、16……先端部、18……
球状部、20……タイミングプーリ、24……第一平滑面、
26……傾斜面、28……第二平滑面、30……第三平滑面、
32……傾斜面、34……回転防止壁、36……カムシャフト
ジョイント、38……切欠、40……第一平滑面、42……第
二平滑面、44……傾斜面、46……第三平滑面、48……内
部突出腕、50……傾斜面、52……第四平滑面、82……ば
ね、83……油圧室。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の回転伝達軸にエンジンからの動力が
   伝達され、他方の回転伝達軸がカムを有するカムシャフ
   トに取り付けられる第一回転伝達軸並びに第二回転伝達
   軸と、これらの第一回転伝達軸や第二回転伝達軸の回転
   軸の軸方向に摺動可能なピストンと、前記第一回転伝達
   軸や前記第二回転伝達軸に接触する前記ピストンに取り
   付けられた接触部材と、前記第一回転伝達軸か前記第二
   回転伝達軸のどちらか一方と前記ピストンとによって形
   成される油圧室と、そのピストンを油圧室側に付勢する
   ばねとを有し、前記ピストンの摺動によって前記第一回
   転伝達軸と前記第二回転伝達軸との回転中心軸に対する
   位置を変位させるようにした可変動弁機構において、前
   記接触部材よりも径小であって前記ピストンの接触部材
   の位置より半径方向の外側に設けた先端部と、その先端
   部の両側が同時に接触したり片側が接触したりする前記
   第二回転伝達軸に設けた面と、ピストンの移動ストロー
   クの一部の領域で前記接触部材の両側が接触する第一回
   転伝達軸に設けた面と、ピストンの移動ストロークのそ
   の他の領域で前記接触部材が接触する第一回転伝達軸の
   面並びに第二回転伝達軸の面と、前記接触部材が第一回
   転伝達軸と第二回転伝達軸とに同時に接触する際に前記
   ピストンの接触部材位置より半径方向の内側と接触する
   第一回転伝達軸に設けた回転防止面とを有し、ピストン
   がどのストローク位置にあっても常に第一回転伝達軸の
   ２箇所及び第二回転伝達軸の２箇所が接触部材を含んだ
   ピストンに接触することを特徴とする可変動弁機構。