JP2515603B2 - 可変動弁機構のピストン構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可変動弁機構に関し、特にエンジン回転力伝
達側のタイミングプーリと被伝達側のカムシャフトとの
間に介在して、その摺動位置に応じてタイミングプーリ
とカムシャフトとの間の相対位置を変位させるピストン
の構造の改良に関する。

［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には、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号に示すように、ク
ランク軸に固定したクランクプーリと吸・排気弁の一方
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。この可変動弁機構のピスト
ン構造においては、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を軸方向に摺動させるために大き
な駆動力を必要とする。この結果、バルブタイミングの
調整が円滑に行なえず、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６図乃至第９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被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
内側に複数の突出腕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80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と前記ばね82
とによって、ピストン72が第５図で左右に移動させられ
る。

第８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７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］ 前述の従来既知の構成の可変動弁機構においては、ピ
ストン72に備えられた複数個の各ボール80に、それぞれ
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とが常に接触する構成になっている。し
かし、突出腕70には平滑面84,88や傾斜面86等が形成さ
れ、突出腕76に平滑面90,94や傾斜面92が形成されてい
るので、例えばピストン72に３個のボール80が備えられ
ているとして、３箇所の突出腕76の第一平滑面90と、３
箇所の突出腕70の第一平滑面84とが確実に各ボール80に
接触できるように、タイミングプーリ64の３箇所の突出
腕70の平滑面や傾斜面の形状とカムシャフトジョイント
78の３箇所の突出腕76の平滑面や傾斜面の形状（特に傾
斜面の形状）を、高精度に仕上げなければならない。

このため、精度を出すために加工工数がかかってコス
トが高くなったり、また、誤差が大きい場合にはボール
が突出腕70や突出腕76に接触しない領域が生じ、ピスト
ン72をスムースに移動させることが出来ないおそれがあ
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、ピストン
のボールに接触するタイミングプーリの各個の突出腕の
形状とカムシャフトジョイントの突出腕の形状の加工を
容易にして、しかもそれらの接触箇所に誤差があっても
ボールがそれらの突出腕に接触してピストンの動きをス
ムースにするようにした可変動弁機構のピストン構造を
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
とによって区画される油圧室と、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軸
を中心とする位相を変位させるようにした可変動弁機構
において、前記ピストンを相対的に回転可能な第一部材
と第二部材との２つの部材から構成し、それら第一部材
と第二部材にそれぞれ複数個の前記接触部材を備え、第
一部材の接触部材に接触する前記第一回転伝達軸と前記
第二回転伝達軸の接触面がピストンの一方方向の摺動に
よって第一回転伝達軸と第二回転伝達軸とを押し広げる
ようなテー面を形成し、第二部材の接触部材に接触する
前記第一回転伝達軸と前記第二回転伝達軸の接触面がピ
ストンの反対方向の摺動によって第一回転伝達軸と第二
回転伝達軸とを押し広げるようなテーパ面を形成するよ
うにしたものである。

［作用］ 第一部材のボールに接触する動力伝達軸側の突出腕と
被伝達軸側の突出腕とによってなす傾斜開き方向と、第
二部材のボールに接触する動力伝達軸側の突出腕と被伝
達軸側の突出腕とによってなす傾斜開き方向とは、互い
に逆になっている。第一部材と第二部材とが一体になっ
て摺動すると、一方のボールは摺動方向に向けて狭くな
っている傾斜面を押し開く。一方のボールは必ず動力伝
達軸側の突出腕と被伝達軸側の突出腕とに接触する。ま
た、他方のボールには傾斜面が狭くなってくるのでその
他方のボールも必ず動力伝達軸側の突出腕と被伝達軸側
の突出腕とに接触する。

第一部材と第二部材とは摺動方向に分離移動できるの
で、動力伝達軸側の突出腕の傾斜面等や被伝達軸側の突
出腕の傾斜面等に誤差があるとしても、各ボールを傾斜
面に必ず接触させることができる。

［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ピストン構造
の一実施例を示す要部断面図、第２図は第１図に示した
ピストンの平面図、第３図は第２図の斜視図である。

ピストン10は、一端閉鎖の径大円筒状の第一部材12と
一端閉鎖の径小円筒状の第二部材14との２つの部材から
構成される。第二部材14の外壁は第一部材12の内壁に丁
度嵌合して、第一部材12に対して摺動かつ回転できるよ
うに設定される。第一部材12の開口部側には互いに反対
側に外側に向けて伸びる２個の枝腕16を有し、その各枝
腕16の先端に接触部材としてのボール18を備えている。
一方、第二部材14の開口部側にも互いに反対側に外側に
向けて伸びる２個の枝腕20を有し、その各枝腕20の先端
には前記ボール18と同一のボール22を備えている。前記
第一部材12の開口部には、互いに向き合った位置に合計
２個の切欠24が形成され、この２個の各切欠24の位置は
前記２個の枝腕16の中間に位置するよう設定されてい
る。この切欠24の高さは第二部材14の腕枝20の高さと同
一とされ、この切欠24の横幅は第二部材14の枝腕20の幅
よりも十分広いものに設定されている。

エンジンよりの動力が伝達されるタイミングプーリ26
と第一部材12に形成される閉鎖端面28との間に油圧室30
が形成される。第一部材12に形成される前記閉鎖端面28
と第二部材14に形成される閉鎖端面32との間にはばね34
が備えられる。この第二部材14と回転力被伝達側のカム
シャフト（またはカムシャフトジョイント）36との間に
はばね38が備えられる。このばね38は前記ばね34より強
いばね力を有するものとされ、このばね38によって、第
二部材14の枝腕20が第一部材12の切欠24に接触したま
ま、第一部材12と第二部材14とが摺動する。

油圧室30への油圧の導入量が少ない場合には、ばね38
によってピストン10（第一部材12と第二部材14とばね3
4）が油圧室30側（第１図で左側）に移動させられる。
一方、油圧室30への油圧の導入量が多くなった場合は、
その油圧によってピストン10は油圧室30より離れる側
（第１図で右側）に移動する。

前記タイミングプーリ26には、回転軸方向に伸びる２
個の突出腕40が一体に形成され、各突出腕40のそれぞれ
の側面には第一部材12のボール18に接触するための第一
傾斜面42と、第二部材14のボール22に接触するための第
二傾斜面44とが形成されている。前記カムシャフト36に
も回転軸方向に伸びる２個の突出腕46が一体に形成さ
れ、各突出腕46のそれぞれの側面には第一部材12のボー
ル18に接触するための第一傾斜面48と、第二部材14のボ
ール22に接触するための第二傾斜面50とが形成されてい
る。

ここで、第４図に示すように、第一部材12のボール18
に接触するためのタイミングプーリ26の第一傾斜面42と
カムシャフト36の第一傾斜面48との開き具合と、第二部
材14のボール22に接触するためのタイミングプーリ26の
第二傾斜面44とカムシャフト36の第二傾斜面50との開き
具合は、それぞれ反対側になるように設定される。

即ち、タイミングプーリ26の第一傾斜面42とカムシャ
フト36の第一傾斜面48は、油圧室30に近いほど互いに接
近し、油圧室30に遠いほど互いに離れるテーパ形状とな
っている。これに対して、タイミングプーリ26の第二傾
斜面44とカムシャフト36の第二傾斜面50は、油圧室30に
近いほど互いに離れ、油圧室30に遠いほぼ互いに接近す
るテーパ形状となっている。

次に、動作について説明する。

油圧室30への油圧の導入量に応じて、ピストン10（第
一部材12と第二部材14）は第１図で左右に摺動させられ
る。

ここで、例えば第５図に示すように、第二部材14の枝
腕20にボール22の位置より半径方向に突出する先端部52
を形成し、この先端部52をガイド部材54の非直線状に形
成したガイド56に沿って、非直線状に移動させる。この
際、第二部材14の枝腕20は第一部材12の切欠24内で自由
に移動できる。即ち、第二部材14は第一部材12に対して
切欠24の範囲内で回転角度を変位させることができる。
この結果、ピストン10が第１図で左右に摺動した位置に
よって、第一部材12と第二部材14とが相対的に回転し、
第一部材12と第二部材14との間の位相が変化する。この
位相の変化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、給気弁及び排気弁の開閉時期を変化
させることができる。

ピストン10が油圧室30に近付く方向（第１図で左側）
に移動した場合には、第３図及び第４図に示すように、
第一部材12のボール18が、タイミングプーリ26の第一傾
斜面42とカムシャフト36の第一傾斜面48（ボール18の移
動方向に向けて幅が狭くなっている２つのテーパ面）に
接触し、それら第一傾斜面42と第一傾斜面48とを押し開
く。これに伴って、タイミングプーリ26の第二傾斜面44
とカムシャフト36の第二傾斜面50との間が狭くなり、第
二部材14のボール22に第二傾斜面44と第二傾斜面50が接
触する。

一方、ピストン10が油圧室30から離れる方向（第１図
で右側）に移動した場合、第二部材14のボール22が、タ
イミングプーリ26の第二傾斜面44とカムシャフト36の第
二傾斜面50（ボール22の移動方向に向けて幅が狭くなっ
ている２つの傾斜面）に接触し、それら第二傾斜面44と
第二傾斜面50とを押し開く。これに伴って、タイミング
プーリ26の第一傾斜面42とカムシャフト36の第一傾斜面
48との間が狭くなり、第一部材12のボール18に第一傾斜
面42と第一傾斜面48が接触する。

ここで、第一部材12と第二部材14とがばね34を介して
互いに反対方向に付勢されているので、図４に示すよう
に、ボール18が一対の傾斜面（第一傾斜面42と第一傾斜
面48）のより狭い箇所に侵入すると共に、ボール22の両
方が一対の傾斜面（第二傾斜面44と第二傾斜面50）のよ
り狭い箇所に侵入することになる。この結果、第一部材
12の各突出腕40の第一傾斜面42や第二傾斜面44や、第二
部材14の各突出腕46の第一傾斜面48や第二傾斜面50の形
状に誤差が生じていたとしても、その誤差分を吸収する
ことができる。

なお、前記実施例では、第一部材12における枝腕16と
ボール18の数や、第二部材14の枝腕20とボール22の数を
各２個ずつとしたが、それ以上の数としてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係わる可変動弁機構のピスト
ン構造によれば、ピストンを互いに回転自在かつ摺動自
在な第一部材と第二部材との２種類の部材から構成し、
動力伝達軸側における第一部材や第二部材との接触面や
被伝達軸側における第一部材や第二部材との接触面に誤
差があるとしても、２つのピストン部材が軸方向に相対
的に離れることにより第一部材と第二部材は動力伝達軸
と被伝達軸に常に接触できるようにして、その誤差を吸
収できるようにしたものである。従って、動力伝達軸側
や被伝達軸側における第一部材や第二部材との接触面を
高精度にしなくて済み、その接触面の加工が容易となっ
てコストを低減することが可能になり、その上、ピスト
ンの動きをスムースにすることができる。

【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ピストン構造の
一実施例を示す要部断面図、第２図は第１図に示したピ
ストンの平面図、第３図は第２図の斜視図、第４図はロ
ーラと突出腕との接触状態を示す概念構成図、第５図は
ピストンを構成する部材を非直線状に移動させる手段を
示す構造図、第６図は従来の可変動弁機構の断面図、第
７図は第６図の要部断面図、第８図は第６図の要部断面
図、第９図は第６図に用いるピストンの斜視図である。 10……ピストン、12……第一部材、14……第二部材、16
……枝腕、18……ボール、20……枝腕、22……ボール、
26……タイミングプーリ、30……油圧室、36……カムシ
ャフト、38……ばね、40……突出腕、42……第一傾斜
面、44……第二傾斜面、46……突出腕、48……第一傾斜
面、50……第二傾斜面。

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軸を中心とする位相を変位
   させるようにした可変動弁機構において、前記ピストン
   を相対的に回転可能な第一部材と第二部材との２つの部
   材から構成し、それら第一部材と第二部材にそれぞれ複
   数個の前記接触部材を備え、第一部材の接触部材に接触
   する前記第一回転伝達軸と前記第二回転伝達軸の接触面
   がピストンの一方方向の摺動によって第一回転伝達軸と
   第二回転伝達軸とを押し広げるようなテーパ面を形成
   し、第二部材の接触部材に接触する前記第一回転伝達軸
   と前記第二回転伝達軸の接触面がピストンの反対方向の
   摺動によって第一回転伝達軸と第二回転伝達軸とを押し
   広げるようなテーパ面を形成するようにしたことを特徴
   とする可変動弁機構のピストン構造。