JP2812775B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の吸気バルブあるいは排気バルブ
の開閉時期を運転状態に応じて可変制御するバルブタイ
ミング制御装置に関する。

従来の技術 従来のこの種バルブタイミング制御装置としては、種
々提供されており、その一例として米国特許第4,231,33
0号公報に記載されたものなどが知られている。

概略を説明すれば、吸気・排気バルブを開閉制御する
カムシャフトは、前端部の外周に外歯が形成されている
と共に、前端部にスリーブが互いの雌雄ねじ部を介して
螺着固定されている。一方、該スリーブ及びカムシャフ
ト前端部の外側に配置支持された外筒は、外周に機関の
回転力がタイミングチェーンを介して伝達されるスプロ
ケットを備えていると共に、内周には内歯が形成されて
いる。そして、この内歯と上記カムシャフトの外歯との
間に、内外周の歯のうち少なくともいずれか一方がはす
歯に形成された筒状歯車が噛合しており、この筒状歯車
を、機関運転状態に応じて油圧回路の油圧や圧縮スプリ
ングのばね力によりカムシャフトの軸方向へ移動させる
ことによって、該カムシャフトをスプロケットに対して
相対回動させて吸気・排気バルブの開閉時期を制御する
ようになっている。

発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあ
っては、スブロケットとカムシャフトとを、筒状歯車の
内外周の少なくともいずれか一方に形成されたはす歯を
利用して相対回転させるようにしており、このはす歯
は、スプロケットの内歯あるいはカムシャフトの外歯と
の良好な噛合い精度を確保するために、高精度な加工が
要求される。この結果、該はす歯の加工作業が煩雑とな
り、加工作業能率の低下と、加工コストの高騰を招いて
いる。

また、筒状歯車を軸方向へ移動させることによっては
じめてカムシャフトをスプロケットに対して相対回動さ
せるようになっているため、筒状歯車と内外歯との噛合
い摩擦抵抗などに起因してその軸方向の移動遅れが生じ
易くなり、バルブタイミング制御の応答性が悪化し易
い。

しかも、筒状歯車がカムシャフトの軸方向へ延設され
ていると共に、該軸方向へ大きく移動するようになって
いるため、バルブタイミング制御装置の大きな設置スペ
ースが必要となる。この結果、内燃機関の大型化が余儀
なくされ、エンジンルームの大きさによっては、該装置
の設置が不可能になる虞がある。

課題を解決するための手段 本発明は、前記従来の実情に鑑みて案出されたもの
で、とりわけ回転体に、該回転体とカムシャフトとの正
逆相対回動位置を、夫々のピストンの相互移動により規
制する一対のクラッチ機構を並設する一方、前記カムシ
ャフトに、該カムシャフトの回転トルク変動に伴い前記
各ピストンの両端面を平行な一対の腕部の各両端で交互
に押圧する揺動アームを設けると共に、前記両クラッチ
機構を機関運転状態に応じて相対的に切り替える切替機
構を設けたことを特徴としている。

作用 例えば機関低負荷域では、切替機構によって一方側の
クラッチ機構を連結作動させ、他方側のクラッチ機構を
連結解除させる。したがって、カムシャフトは、バルブ
開閉時に発生する例えば正の回転トルク変動に伴い回転
体に対して正方向に所定量だけ相対回動すると共に、各
揺動アームが同時に揺動して腕部によりピストンを押圧
して一方側のクラッチ機構によって該回転位置が規制さ
れる。これによって、カムシャフトを、例えば吸気バル
ブの閉時期を遅らす相対回動位置に保持することができ
る。

一方、機関が例えば高負荷域に移行した場合は、他方
側のクラッチ機構を連結作動させ、一方側のクラッチ機
構を連結解除させる。したがって、カムシャフトは、負
の回転トルク変動によって回転体に対して前述とは逆方
向に所定量だけ相対回動すると共に、揺動アームにより
ピストンを押圧して他方側のクラッチ機構によって該回
動位置が規制される。これによって、カムシャフトを例
えば吸気バルブの閉時期を早める相対回動位置に保持す
ることができる。

しかも、平行な各腕部の各端部が、ピストンの両端面
に常時当接するため、前記カムシャフトと回転体の相対
回動の正逆変換時、つまりバルブタイミイング変換時の
腕部とピストンとの間に生じる隙間の発生を防止でき
る。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図〜第３図は自動車のDOHC型内燃機関に適用した
この発明の一実施例を示し、１はシリンダヘッド上部の
カム軸受２に支承されて、吸気バルブを図外のカムによ
り開閉するカムシャフト、３は該カムシャフト１の一端
部1aに回転自在に支承されて、図外のクランク軸に取り
付けられたドライブスプロケット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ドリブンスプ
ロケット、4,5はカムシャフト１とドリブンスプロケッ
ト３との正逆相対回動位置を規制する一対のクラッチ機
構、６はカムシャフト１の一端部1a端縁に設けられて、
各クラッチ機構4,5を作動させる略Ｈ字形の揺動アー
ム、７は該各クラッチ機構4,5を相対的に切り替える切
替機構である。

具体的に説明すれば、前記ドリブンスプロケット３
は、外周に２連の歯車列を有する断面略コ字形のスプロ
ケット本体８と、該本体８の外端側にボルト９により固
定されて本体８内部の圧力室10を密閉する略円板状のカ
バー部11とから構成されている。前記本体８は、略中央
のカムシャフト孔の孔縁に突設された筒部8aを介してカ
ムシャフト一端部1aに回転自在に支持されている。一
方、カバー部11は、中央部に圧力室10側へ略断面コ字形
状に膨出した支持部11aが形成されている。

前記クラッチ機構4,5は、第２図に示すようにスプロ
ケット本体８の内側面上下に略水平方向に沿って固定さ
れた折曲板状のシリンダ12,13と、該各シリンダ12,13内
を摺動する第1,第２ピストン14,15と、該各ピストン14,
15の外周面に巻装された第1,第２クラッチスプリング1
6,17とを備えている。

前記シリンダ12,13は、前後端に内部にピストン14,15
を摺動案内する立上り片状のガイド部12a,12b,13a,13b
を一体に有している。

また、前記各ピストン14,15は、シリンダ12,13の両側
から外部に臨む両端部に、前面に前記アーム６が当接す
る大径な円板部14a,14b,15a,15bが固着されていると共
に、該円板部14a,14b,15a,15bの内周縁が各ガイド部12
a,12b,13a,13bの前端に突き当たる位置でその最大左右
方向の移動が規制されるようになっている。

前記第1,第２クラッチスプリング16,17は、同一方向
に巻装されていると共に、フリー状態では内周縁が各ピ
ストン14,15の外周面に巻着しており、第２図左側の一
端部16a,17aが前記左側ガイド12b,13b付近の切欠溝12c,
13c内に止着されている一方、右側の他端部16b,17bが外
方に突出配置されている。また、各左側ガイド部12b,13
bの内端には、一端部16a,17aと対向する部位16c,17cの
移動を許容する切欠部12d,13dが形成されている。

前記揺動アーム６は、カムシャフト１の一端部1aに取
付ボルト18によって中央部位が固定された略長板状の基
部19と、該基部19の両端部に設けられて、カムシャフト
１の上下接線方向に沿って延設された左右一対の平行な
腕部20,21とを備えている。この両腕部20,21は、各両端
部に有する段差保持孔22…内に、夫々内側に向かって突
出した第1,第2,第3,第４押圧部23,24,25,26が設けられ
ており、この各押圧部23〜26は、後端側の小径軸部が前
記保持孔22…内に圧入固定されていると共に、先端部23
a,24a,25a,26aが球面状に形成されている。また、両側
の夫々対向する先端部23a,25a・24a,26aは、前記各ピス
トン14,15の円板部14a,14b・15a,15bに夫々常時当接配
置されていると共に、その突出量は各円板部14a,14b,15
a,15bへの最適な当接状態を確保するために、小径軸部
の圧入量を変化させることにより調整可能になってい
る。

前記切替機構７は、第１図に示すように圧力室10内に
軸方向に摺動可能に配置されて前記各クラッチスプリン
グ16,17を相対的に弛緩させるスライダー27と、圧力室1
0内に油圧を供給してスライダー27を第１図の左方向に
移動させる油圧回路28とを備えている。

前記スライダー27は、断面略コ字形を呈し、開口した
中央部の孔縁に前記カバー部11の支持部11aに摺動案内
されるフランジ部27aを有していると共に、外周縁には
スプロケット本体８の内周面に摺動案内される筒部27b
を備えている。また、該筒部27bの内周面上下対向位置
に軸方向の移動に伴い前記各クラッチスプリング16,17
の他端部16b,17bを弛緩方向へ相対的に押圧する第1,第
２突起片29,30が設けられている。この各突起片29,30
は、第１図に示すように各クラッチスプリング他端部16
b,17bのオフセット配置に対応して軸方向へ所定量オフ
セットしている。更に、スライダー27は、フランジ部27
aの外周付近に弾装されたコイルスプリング31のばね力
で第１図中右方向つまり第２突起片30を介して下側の第
２クラッチスプリング17を弛緩する方向に付勢されてい
る。尚、スライダー27の最大右方向移動位置は、スプロ
ケット本体８の内端面によって規制されるようになって
いる。

前記油圧回路28は、図外のオイルメインギャラリから
分岐して、カム軸受２及びカムシャフト１の直径方向に
形成された導入通路32と、カムシャフト１及び取付ボル
ト18の軸方向に連続して形成され、前記導入通路32と圧
力室10とを連通する軸方向通路33とを有している。ま
た、導入通路32の上流端には、オイルポンプ34から圧送
された信号油圧の導入，遮断を電子コントローラ35から
の出力信号によって行なう電磁弁36が設けられており、
前記電子コントローラ35は、図外のクランク角センサや
エアフローメータ等からの出力信号に基づいて現在の機
関運転状態を検出して電磁弁36をON,OFF制御している。

したがって、例えば機関低負荷では、コントローラ35
によって電磁弁36にOFF信号が出力されて、オイルポン
プ34から圧力室10への信号油圧の導入が遮断される。こ
のため、スライダー27は、コイルスプリング31のばね力
で筒部27bがスプロケット本体８の内端面に突き当たる
まで第１図右方向に移動し、第２突起片30で第２クラッ
チスプリング17の他端部17bを押して弛緩させ第２ピス
トン15をフリーな状態にする。一方、第１ピストン14
は、第１クラッチスプリング16が巻着されて僅かな締付
力が作用しているものの、該第１ピストン14の右方向へ
の移動が許容されている。したがって、カムシャフト１
に吸気バルブの閉時に発生する正の回転トルクが作用す
ると、第２図に示すように揺動アーム６が右方向に回動
して各腕部20,21が傾き、第２押圧部24が第２ピストン1
5の右側円板部15aを押圧する一方、第３押圧部25が第１
ピストン14の左側円板部14bを押圧するため、両ピスト
ン14,15は互いに各円板部14b,15aがガイド部12b,13aに
突き当たるまで逆方向に移動し、カムシャフト１の正の
回転トルク方向の回動を許容する。ここで、カムシャフ
ト１に負の回転トルクが発生し、アーム６の第1,第４押
圧部23,26が第1,第２ピストン14,15の円板部14a,15bを
押圧すると、第１クラッチスプリング16の一端部16a付
近に左側軸方向へ集中荷重が発生し、該スプリング16の
線材が互いに押圧されて線材間の摩擦力が増加すると同
時に、スプリング一端側部位16cが切欠部12d内に移動し
て第１クラッチスプリング16全体が傾斜状態となり、円
形から楕円形に変形し長軸が長くなる。したがって、こ
の反力として第１クラッチスプリング16の巻方向に引張
応力が発生し、第１ピストン14に対する締付力が増加す
る。また、斯かる締付力（摩擦力）は、第１ピストン14
に対する第１押圧部23の押圧力が増加する程大きくなる
ため、第１ピストン14の後退方向の移動を確実に規制す
ることができる。依って、アーム６は正，負両方向への
自由な回動が規制され、これによってカムシャフト１を
吸気バルブの閉時間が遅くなる回動位置に保持する。

一方、機関が高負荷域に移行した場合は、電磁弁36が
ONされて、オイルポンプ34から圧送された作動油が導入
通路32,軸方向通路33を介して圧力室10に導入され、該
圧力室10内が即座に高圧となる。このため、スライダー
27は、圧力室10の高油圧信号によってコイルスプリング
31のばね力に抗して第１図中左方向へ移動し、第２突起
片30が第２クラッチスプリング17の他端部17bから離間
すると同時に、第１突起片29が第１クラッチスプリング
16の他端部16bを押圧して弛緩させ、第１ピストン14を
フリーな状態にする。したがって、カムシャフト１に吸
気バルブ開時に発生する負の回転トルクが作用すると、
第３図に示すように今度は前述とは逆にアーム６の第1,
第４押圧部23,26が各円板部14a,15bを押圧するため、第
1,第２ピストン14,15は円板部14a,15bがガイド部12a,13
bに突き当たるまで互いに逆方向に移動し、カムシャフ
ト１の負方向の回動を許容する。一方、第２ピストン15
は、正回転トルク時の第１ピストン14と同様な作用で正
回転トルク発生時には、第２クラッチスプリング17の楕
円形の変形により後退移動が確実に規制され、アーム６
の正，負両方向の自由な回動が規制される。これによっ
て、カムシャフト１を吸気バルブの閉時期が早くなる回
動位置に保持する。

尚、斯かる高負荷域から低負荷域に移行した場合にお
ける圧力室10内の圧油は電磁弁36を介して外部に排出さ
れる。

また、アーム６の各押圧部23〜26は、ピストン14,15
の停止時は勿論のこと軸方向の移動時においても、その
先端部23a〜26aが各円板部14a〜15bの外面に常時当接し
ているため、バルブタイミング変換時においてアーム６
とピストン14,15との間に生じ易い隙間の発生を確実に
防止することができる。この結果、アーム６の回転切換
時の押圧部23〜26と各円板部14a〜15bとの干渉が回避さ
れて打音や摩耗の発生を未然に防止できる。しかも、前
記隙間の発生防止によって各押圧部23〜26から各ピスト
ン14,15に対する押圧力の伝達性が向上し、バルブタイ
ミング変換時間の短縮化が図れる。

さらに、アーム６の各腕部20,21を対向して配置して
いるため、アーム６の外形を小型化でき、ひいてはスプ
ロケット本体８の小型化にも寄与する。

本発明は、前記実施例に限定されず、切替機構を別異
の構成とすることも可能である。また、本実施例では吸
気バルブ側に本装置を適用した例について説明したが、
排気バルブ側に本装置を適用することも可能である。

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、カム
シャフトと回転体との相対回動を従来のような筒状歯車
ではなく、カムシャフトの回転トルク変動を利用して行
なうと共に、該正逆相対回動位置規制を揺動アームを介
して一対のクラッチ機構の切替制御により行うようにし
たため、高精度かつ円滑なバルブタイミング制御が得ら
れることは勿論のこと、特にはす歯が不要になるため構
造が簡素化され、製造作業能率の向上とコストの低廉化
が図れる。

更に、各ピストンの両側に配置された揺動アームの各
腕部を前記各ピストンの両端面に常時当接させることが
できるため、カムシャフトと回転体の前記相対回動の正
逆変換時において生じ易い揺動アームとピストン間の隙
間の発生が確実に防止される。この結果、各腕部とピス
トンとの干渉が開扉され、打音や摩耗が防止されると共
に、前記カムシャフトの回転トルク変動による速やかな
相対回動と相俟ってバルブタイミングの変換時間の短縮
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るバルブタイミング制御装置の断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は本実施
例の作用を示す断面図である。 １……カムシャフト、３……ドリブンスプロケット（回
転体）、4,5……クラッチ機構、６……揺動アーム、７
……切替機構、14,15……ピストン、14a〜15b……円板
部（両端面）、20,21……腕部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の駆動力が伝達される回転体とカムシ
   ャフトとを該カムシャフトの回転トルク変動により正逆
   相対回動させてバルブの開閉時期を可変制御するバルブ
   タイミング制御装置であって、前記回転体に、該回転体
   とカムシャフトとの正逆相対回動位置を、夫々のピスト
   ンの相互移動により規制する一対のクラッチ機構を並設
   する一方、前記カムシャフトに、該カムシャフトの回転
   トルク変動に伴い前記各ピストンの両端面を平行な一対
   の腕部の各両端で交互に押圧する揺動アームを設けると
   共に、前記両クラッチ機構を機関運転状態に応じて相対
   的に切り替える切替機構を設け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。