JP2842113B2 - 可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸・排気バルブの開閉時
期を内燃機関の運転状態に応じて制御する可変バルブタ
イミング制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の運転状態に応じて
吸気側カムシャフトの回転位相を変化させて、吸気バル
ブの開閉時期を早めたり遅らせたりする可変バルブタイ
ミング制御装置がある。その一つとして、本出願人が先
に提案した技術がある（特願平３−２８９３５号）。

【０００３】この技術では、図９に示すように、吸気バ
ルブ用カムシャフト７１の外周にタイミングプーリ７２
が回動可能に設けられている。カムシャフト７１の前端
（図９の左端）に固定されたケース７０とタイミングプ
ーリ７２との間には、内外周面にヘリカルスプライン７
３ａ，７３ｂを有する円筒状リングギヤ７３が介在され
ている。リングギヤ７３の前端側の圧力室７４と内燃機
関のオイルポンプ７９とは供給路７５によって相互に連
通されており、オイルポンプ７９によって供給された作
動油８０の油圧がリングギヤ７３の前端に加えられる。
また、リングギヤ７３の後端にはコイルスプリング７６
による付勢力が加えられている。

【０００４】圧力室７４への供給油量（油圧）を調整す
るために、供給路７５の途中には電磁弁よりなる第一油
圧制御弁７７が設けられている。第一油圧制御弁７７の
開閉動作はコンピュータ（図示しない）によって制御さ
れる。そして、第一油圧制御弁７７の開閉動作により油
圧が調整されてリングギヤ７３が前後方向へ移動され、
タイミングプーリ７２の回転がヘリカルスプライン７３
ａ，７３ｂを介してカムシャフト７１に伝達される。そ
の結果、タイミングプーリ７２とカムシャフト７１とが
相対回動し、同カムシャフト７１の回転位相が変化し、
吸気バルブの開閉時期が調整される。

【０００５】さらに、上記技術ではケース７０とリング
ギヤ７３とが相互に密接し、同じくリングギヤ７３とタ
イミングプーリ７２とが相互に密接している。これらの
密接により、圧力室７４内の作動油がコイルスプリング
７６側へ漏出することが防止されている。また、カムシ
ャフト７１等には、圧力室７４とオイルパン８２とを連
通させる排出路７８が形成されている。排出路７８の圧
力室７４側端部は、リングギヤ７３の移動範囲の中間位
置に対応する前記密接部分に開口している。

【０００６】排出路７８の途中には、電磁弁よりなる第
二油圧制御弁８１が設けられている。第二油圧制御弁８
１の開閉動作は、コンピュータ（図示しない）によって
次のように制御される。リングギヤ７３が油圧により最
大量変位して後端部に停止されるときには、排出路７８
を閉じるための信号がコンピュータから第二油圧制御弁
８１へ出力される。また、リングギヤ７３が移動範囲の
中間位置へ変位するときには、排出路７８を開くための
信号がコンピュータから第二油圧制御弁８１へ出力され
る。コンピュータからの信号に応答して、第二油圧制御
弁８１が開弁・閉弁する。

【０００７】この技術によると、リングギヤ７３の前端
に油圧が加えられないと、同リングギヤ７３はコイルス
プリング７６の付勢力により移動範囲の前端部に押し付
けられる。

【０００８】前記リングギヤ７３の前端に油圧が加えら
れ、かつ第二油圧制御弁８１が開かれると、同リングギ
ヤ７３は油圧により後方へ移動する。すると、ヘリカル
スプライン７３ａ，７３ｂの作用によりタイミングプー
リ７２とカムシャフト７１との間に捩じり力が付与され
る。その結果、タイミングプーリ７２及びカムシャフト
７１が相対回動して同カムシャフト７１の回転位相が変
化する。

【０００９】リングギヤ７３が排出路７８の開口部分を
過ぎると、作動油は同開口部分から流出し油圧が低下す
る。すると、コイルスプリング７６によりリングギヤ７
３は前方へ押し戻され、開口部分を閉じる。開口部分を
閉じると前記のようにリングギヤ７３が後方へ移動す
る。このサイクルを繰り返して移動範囲の中間位置にリ
ングギヤ７３が保持される（図９の状態）。

【００１０】前記リングギヤ７３の前端に油圧が加えら
れ、かつ第二油圧制御弁８１が閉じられると、同リング
ギヤ７３は油圧により移動範囲の後端部まで変位する。
このようにリングギヤ７３が移動範囲の３つの位置に選
択的に保持され、カムシャフト７１の回転位相が３段階
に切換えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記の技術では、リン
グギヤ７３を移動範囲の中間位置に保持するために、圧
力室７４とオイルパン８２とを連通させる排出路７８を
設け、リングギヤ７３が油圧により最大量変位して後端
部に停止されるときに排出路７８を閉塞し、リングギヤ
７３が移動範囲の中間位置へ変位するときに排出路７８
を開放するという構成を採っている。そして、この排出
路７８の開閉のために、同排出路７８の途中に第二油圧
制御弁８１を設け、同第二油圧制御弁８１の開閉作動を
コンピュータによって制御している。

【００１２】ところが、前記の第二油圧制御弁８１は、
一般に構造が複雑で重く、しかも比較的大きい。また、
第二油圧制御弁８１はコンピュータからの信号を受けな
いと開閉動作しない。このため、第二油圧制御弁８１を
追加したことにより、カムシャフト７１の中間の回転位
相を得ることが可能となる反面、可変バルブタイミング
制御装置全体が複雑化及び大型化するとともに、重量も
増加する。また、コンピュータによる可変バルブタイミ
ング制御装置の制御も複雑となってしまう。

【００１３】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、油圧制御弁を使用することなく
簡単な構成で排出路を開閉し、リングギヤを移動範囲の
中間位置に保持させて、カムシャフトの中間回転位相を
得ることが可能な可変バルブタイミング制御装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、内燃機関のバルブ駆動用カムシャフトの外
周に設けられたプーリと、前記カムシャフト及びプーリ
間に介在されるとともに、内外周面にスプラインを有
し、かつ少なくともその一方がヘリカルスプラインであ
る円筒状リングギヤと、加圧流体供給源からの流体を圧
力室へ導き、その流体圧を前記リングギヤの一端側に作
用させるための供給路と、前記リングギヤの他端側に配
設され、同リングギヤを前記流体圧とは反対方向へ付勢
するリングギヤ付勢部材とを備え、前記加圧流体供給源
からの流体圧及びリングギヤ付勢部材の付勢力により、
リングギヤをカムシャフトの軸方向へ移動させ、プーリ
の駆動力をヘリカルスプラインにてカムシャフトに伝達
し、同プーリ及びカムシャフトの回転位相を変化させて
バルブの開閉時期を調整するようにした可変バルブタイ
ミング制御装置において、前記カムシャフトとリングギ
ヤとの間、及び同リングギヤとプーリとの間に設けら
れ、前記圧力室内の流体がリングギヤ付勢部材側へ漏出
するのを防止するためのシール部と、前記圧力室内の流
体を内燃機関内へ排出させるべく設けられ、その圧力室
側端部がリングギヤの移動範囲の中間位置に対応する前
記シール部に面して開口された排出路と、前記排出路を
開閉するべく設けられた弁体と、前記排出路を閉塞する
方向へ弁体を付勢する弁体付勢部材と、前記カムシャフ
トに一体回転可能に取付けられ、同カムシャフトの回転
にともない発生する遠心力により変位し、前記弁体付勢
部材による付勢力に抗して、排出路を開放する方向へ前
記弁体を移動させる質量体とを設けている。

【００１５】

【作用】加圧流体供給源によって加圧された流体が供給
路を介して圧力室に導かれず、リングギヤに流体圧が加
えられないときには、同リングギヤはリングギヤ付勢部
材の付勢力により移動範囲の一端部に押し付けられる。

【００１６】一方、内燃機関の作動時には、カムシャフ
トの回転により質量体に遠心力が作用する。この際の遠
心力が小さいと、質量体が弁体付勢部材の付勢力に抗し
て弁体を移動させようとする力がわずかである。このた
め、排出路が弁体によって閉塞される。このとき、加圧
流体供給源による流体の供給が行われてリングギヤに流
体圧が加わると、排出路への流体の流出が弁体によって
阻止されているので、リングギヤは流体圧により移動範
囲の他端部まで最大量変位する。すると、ヘリカルスプ
ラインの作用によりプーリとカムシャフトとの間に捩じ
り力が付与される。その結果、プーリ及びカムシャフト
が相対回動して同カムシャフトの回転位相が変化し、バ
ルブの開閉時期が調整される。

【００１７】カムシャフトの回転数の上昇にともない質
量体に作用する遠心力が増大する。この増大した遠心力
により、前記弁体付勢部材による付勢力に抗して質量体
が変位する。この変位により弁体が移動して排出路が開
放される。このとき、加圧流体供給源による流体の供給
が行われてリングギヤに流体圧が加わると、リングギヤ
は流体圧により移動範囲の他端部側へ移動するが、排出
路の開口部分を過ぎると流体は同開口部分から流出し流
体圧が低下する。流体圧が低下すると、リングギヤ付勢
部材によりリングギヤは押し戻され、開口部分を閉じ
る。開口部分を閉じると前記のようにリングギヤが移動
する。このサイクルを繰り返して移動範囲の中間位置に
リングギヤが保持される。

【００１８】リングギヤが移動すると、前記と同様にし
てヘリカルスプラインの作用によりプーリとカムシャフ
トとの間に捩じり力が付与される。その結果、プーリ及
びカムシャフトが相対回動して同カムシャフトの回転位
相が変化し、バルブの開閉時期が調整される。

【００１９】前記リングギヤが移動範囲の他端部に停止
された状態から、中間位置へ移動する場合、あるいは移
動範囲の一端部へ移動する場合には、前記と逆の動作が
行われる。

【００２０】このように、本発明ではカムシャフトの回
転数の上昇に応じて増大する遠心力を利用し、この遠心
力によって弁体を受動的に移動させて排出路を開閉させ
ている。このため、排出路の途中に電磁弁等からなる油
圧制御弁を設け、この弁の開閉動作をコンピュータによ
り制御しなくても、加圧流体供給源から圧力室への供給
通路の開閉を制御するだけで、カムシャフトの中間回転
位相が得られる。また、排出路開閉のための構成が、弁
体、弁体付勢部材、質量体等の少ない部品点数で得られ
る。

【００２１】

【実施例】

（第一実施例）以下、本発明を具体化した第一実施例を
図１〜図６に従って説明する。

【００２２】図１に示すように、内燃機関としてのエン
ジンのシリンダヘッド１には、前後（図１の左右）方向
へ延びる吸気バルブ用のカムシャフト２が設けられてい
る。カムシャフト２の外周にはジャーナル部２ａが形成
され、このジャーナル部２ａが、シリンダヘッド１とベ
アリングキャップ３とによって回転可能に支承されてい
る。カムシャフト２の前端には、後面を開放した略円筒
状のケース４がボルト５により締付固定されている。カ
ムシャフト２の前端部外周には、タイミングプーリ６が
回転可能に設けられている。タイミングプーリ６にはタ
イミングベルト８が掛装され、クランクシャフト（図示
しない) の回転がこのタイミングベルト８を介してタイ
ミングプーリ６に伝達される。

【００２３】前記タイミングプーリ６のボス部７とケー
ス４とによって環状空間９が形成されている。環状空間
９内には、ほぼ円筒状をなすリングギヤ１１が配設され
ている。このリングギヤ１１により、タイミングプーリ
６とケース４とが駆動連結されている。すなわち、リン
グギヤ１１の前端内周及び外周にはそれぞれヘリカルス
プライン１１ａ，１１ｂが形成されている。一方、前記
ボス部７の前端外周及びケース４の内周にはヘリカルス
プライン７ａ，４ｂが形成されている。そして、ヘリカ
ルスプライン１１ａ，７ａが相互に噛み合い、ヘリカル
スプライン１１ｂ，４ｂが相互に噛み合っている。

【００２４】従って、クランクシャフトの回転がタイミ
ングベルト８を介してタイミングプーリ６に伝達される
と、リングギヤ１１によって連結されたタイミングプー
リ６とケース４とが一体的に回転され、カムシャフト２
が回転駆動される。

【００２５】前記環状空間９における前記リングギヤ１
１の前側は圧力室１２となっている。この圧力室１２に
は流体としての作動油１０が供給される。すなわち、カ
ムシャフト２の前端部、ベアリングキャップ３等には作
動油１０の供給路１３が形成されている。供給路１３の
一端は前記圧力室１２と連通し、他端は加圧流体供給源
としてのオイルポンプ１４を介しオイルパン１５に接続
されている。オイルポンプ１４はエンジンのクランクシ
ャフトに駆動連結されており、エンジンの作動に連動し
てオイルパン１５内の作動油１０を汲み上げ、吐出す
る。吐出された作動油１０は供給路１３を通って圧力室
１２内へ供給される。この供給により、リングギヤ１１
に流体圧としての油圧が作用する。

【００２６】一方、前記環状空間９におけるリングギヤ
１１の後側はスプリング室１６となっており、このスプ
リング室１６には、リングギヤ付勢部材としてのコイル
スプリング１７が圧縮状態で収容されている。コイルス
プリング１７は前記リングギヤ１１を常に前方へ付勢し
ている。そして、前記リングギヤ１１の前後から作用す
る油圧と付勢力とが釣り合うように、同リングギヤ１１
が回転をともないながら前後方向へ移動する。

【００２７】ケース４において圧力室１２の前端に相当
する箇所は、コイルスプリング１７によってリングギヤ
１１が最も前進したときに、それ以上の前進を阻止する
ための前部ストッパ１８となっている。また、タイミン
グプーリ６においてスプリング室１６の後端に相当する
箇所は、油圧によってリングギヤ１１が最も後退したと
きに、それ以上の後退を阻止するための後部ストッパ１
９となっている。

【００２８】前記リングギヤ１１の後部内周面は、前記
ボス部７の後部外周面に回動可能に密接している。リン
グギヤ１１の後部外周面は、ケース４の後部内周面に回
動可能に密接している。両密接部分によってシール部が
構成され、圧力室１２内の作動油１０がリングギヤ１１
の後側へ漏出するのが防止されている。

【００２９】前記ボス部７の内周面及び外周面におい
て、リングギヤ１１の移動範囲の中間位置に対応する箇
所には、環状溝２１，２２がそれぞれ形成されている。
両環状溝２１，２２は、作動油リーク用の孔２３によっ
て相互に連通されている。カムシャフト２内の前端部に
は、前後方向へ略直線状に延びる排出路２４が形成され
ている。排出路２４の圧力室側端部は前記環状溝２１に
開口し、他端はオイルパン１５に接続されている。

【００３０】前記供給路１３とオイルポンプ１４との間
には油圧制御弁２５が設けられている。この油圧制御弁
２５は、供給路１３を開閉してリングギヤ１１の停止位
置を切り換えるためのものである。ここでのリングギヤ
１１の停止位置とは、リングギヤ１１が前部ストッパ１
８に当接した位置（図５参照）、リングギヤ１１が後部
ストッパ１９に当接した位置（図６参照）、両者の中間
位置（図１参照）の三つの位置である。

【００３１】本実施例では前記油圧制御弁２５として、
スプリングリターン形の３ポート２位置電磁切換弁が用
いられている。油圧制御弁２５のポート２６はオイルポ
ンプ１４に接続され、ポート２７は供給路１３に接続さ
れ、ポート２８はオイルパン１５に接続されている。こ
の油圧制御弁２５は、ソレノイドが消磁されたとき図５
で示す第一切換え位置２５ａを採り、ポート２７，２８
間を連通させる。また、油圧制御弁２５は、ソレノイド
が励磁されたとき図１，６で示す第二切換え位置２５ｂ
を採り、ポート２６，２７間を連通させる。

【００３２】前記カムシャフト２内の排出路２４の途中
には、同排出路２４を開閉するためのシャッタバルブ３
１が設けられている。詳しくは、カムシャフト２の外周
部においてジャーナル部２ａよりも若干後側には、その
約半周部分にわたって凹所２９が形成されている。凹所
２９は図２に示すように、バルブ収容部２９ａ、スプリ
ング収容部２９ｃ、及び両収容部２９ａ，２９ｃ間を繋
ぐ中間部２９ｂから構成されている。バルブ収容部２９
ａは前記排出路２４を横切っている。

【００３３】凹所２９内には、弁体及び質量体の両方を
兼ねるシャッタバルブ３１が配設されている。シャッタ
バルブ３１は、凹所２９の中間部２９ｂの形状に対応し
て湾曲形成された棒状部３１ａと、その棒状部３１ａの
下端に一体形成された本体部３１ｂとから構成されてい
る。本体部３１ｂの厚みは、バルブ収容部２９ａの幅と
ほぼ同一に設定されている。シャッタバルブ３１は、そ
の棒状部３１ａの上部において軸３２によりカムシャフ
ト２に回動可能に支持されている。そして、シャッタバ
ルブ３１が軸３２を中心として回動すると、その本体部
３１ｂが排出路２４と交差する方向へ往復動して同排出
路２４を開閉する。

【００３４】前記凹所２９のスプリング収容部２９ｃ内
には、弁体付勢部材としてのコイルスプリング３３が圧
縮状態で配設されている。このコイルスプリング３３
は、シャッタバルブ３１の棒状部３１ａの一端をカムシ
ャフト２の半径方向外方へ常に付勢している。この方向
は、シャッタバルブ３１の本体部３１ｂが前記排出路２
４を閉塞する方向である。

【００３５】そして、エンジンの作動にともなってカム
シャフト２が回転すると、前記シャッタバルブ３１、特
に本体部３１ｂに大きな遠心力が作用する。この遠心力
により、シャッタバルブ３１が軸３２を中心として図２
の矢印Ａ方向へ回動しようとする。この際の遠心力に基
づく回動力と前記コイルスプリング３３の付勢力とが釣
り合う位置まで、本体部３１ｂが変位する。すなわち、
遠心力が小さなエンジン低回転時には、付勢力が回動力
を上回り本体部３１ｂが排出路２４を閉塞する。また、
遠心力が大きなエンジン高回転時には、回動力が付勢力
を上回り、本体部３１ｂが排出路２４を開放する。この
開放の際のエンジン回転数ＮＥを所定値（ＮＥ）a とす
る。

【００３６】なお、図１に示すように、前記油圧制御弁
２５の動作によりカムシャフト２が相対的に回転変位す
る際には、リングギヤ１１にバックラッシが生じるが、
そのバックラッシに基づくガタツキはビスカスカップリ
ング３４の作用により緩衝されて異音の発生が抑えられ
る。このビスカスカップリング３４は、前記タイミング
プーリ６に圧入固定されたアウタプレート３５と、ケー
ス４の外周に形成されたインナプレート３６とからな
り、両者３５，３６の間に高粘度の粘性流体が封入され
ている。

【００３７】前記油圧制御弁２５の作動を制御するため
に電子制御装置（ＥＣＵ）３７が設けられている。ＥＣ
Ｕ３７の入力側には、エンジン回転数ＮＥを検出する回
転数センサ３８が接続されるとともに、吸気通路を通じ
てエンジンへ吸入される空気の量（吸入空気量Ｑ）を検
出するエアフロメータ３９が接続されている。また、Ｅ
ＣＵ３７の出力側には前記油圧制御弁２５が接続されて
いる。ＥＣＵ３７は前記回転数センサ３８及びエアフロ
メータ３９からの各検出信号に基づき、そのときのエン
ジン負荷Ｑ／Ｎを算出し、その算出値が所定値（Ｑ／
Ｎ）a 未満のときには油圧制御弁２５のソレノイドを消
磁し、エンジン負荷Ｑ／Ｎが所定値（Ｑ／Ｎ）a 以上の
ときには油圧制御弁２５のソレノイドを励磁するための
信号をそれぞれ出力するようになっている（図３参
照）。

【００３８】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果を説明する。図５は、エンジン負荷Ｑ／Ｎ
が所定値（Ｑ／Ｎ）a 未満であるとき（図３の第一領域
Ｚ１のとき）の可変バルブタイミング制御装置の状態を
示している。この状態では、ＥＣＵ３７からの信号によ
り、ソレノイドが消磁されて油圧制御弁２５が第一切換
え位置２５ａを採っている。同第一切換え位置２５ａで
はポート２７とポート２８とが連通され、ポート２６と
ポート２７との連通が遮断されている。このため、オイ
ルポンプ１４からの作動油１０は供給路１３を介して圧
力室１２側へは供給されず、圧力室１２内の作動油１０
が供給路１３、油圧制御弁２５を通ってオイルパン１５
へ流出可能である。従って、リングギヤ１１には作動油
１０の油圧がほとんど加わらず、リングギヤ１１はコイ
ルスプリング１７によって前方へ付勢されてケース４の
前部ストッパ１８に押し付けられて停止している。

【００３９】この際の吸気バルブの開閉タイミングは図
４の特性線Ｌ１で示すようになり、バルブオーバラップ
がわずかか、もしくはオーバラップがない。このため、
アイドル回転の安定性が良い。さらに吸気バルブの閉じ
時期が遅くポンピング損失が低減されるので、低負荷時
における燃料消費の低減を図ることができる。

【００４０】なお、このときには、エンジン回転数ＮＥ
の高低に応じてシャッタバルブ３１が回動して排出路２
４を開閉するが、ボス部７の環状溝２２がリングギヤ１
１の後部内周面によって塞がれているので、前記シャッ
タバルブ３１の回動は吸気バルブの開閉タイミングに影
響を及ぼさない。従って、エンジン回転数ＮＥの高低に
かかわらず、エンジン負荷Ｑ／Ｎのみによって吸気バル
ブの開閉タイミングが決定される。

【００４１】図５の状態からエンジンの作動状態が変化
し、エンジン負荷Ｑ／Ｎが所定値（Ｑ／Ｎ）a 以上で、
かつエンジン回転数ＮＥが所定値（ＮＥ）a 未満の第二
領域Ｚ２（図３参照）へ移行した場合、つまり、低回転
高負荷状態となった場合、可変バルブタイミング制御装
置は図６に示すように作動する。

【００４２】ＥＣＵ３７は油圧制御弁２５のソレノイド
を励磁させるための信号を出力する。この信号により、
油圧制御弁２５の状態が第一切換え位置２５ａから第二
切換え位置２５ｂに切り換わり、ポート２６とポート２
７とが連通され、ポート２７とポート２８との連通が遮
断される。このため、オイルポンプ１４から吐出された
作動油１０は供給路１３を介して圧力室１２へ供給され
る。また、エンジン回転数ＮＥが低いことから、カムシ
ャフト２の回転数も低く、シャッタバルブ３１の本体部
３１ｂに作用する遠心力が小さく、コイルスプリング３
３の付勢力が遠心力に基づく回動力を上回り、本体部３
１ｂが排出路２４を閉塞する。従って、圧力室１２内の
作動油１０が排出路２４を通ってオイルパン１５へ戻さ
れることがない。

【００４３】作動油供給によりリングギヤ１１に加わる
油圧がコイルスプリング１７の付勢力に打ち勝つと、ヘ
リカルスプライン１１ａ，７ａ，１１ｂ，４ｂの作用に
より、リングギヤ１１が回転しながら後方へ移動する。
この後方への移動の途中で、リングギヤ１１の後部内周
面はそれまで閉塞していたボス部７の環状溝２２を開放
する。また、前記の回転をともなうリングギヤ１１の移
動により、ケース４及びタイミングプーリ６に捩じり力
が付与され、カムシャフト２とタイミングプーリ６とが
相対回転する。この相対回転は、リングギヤ１１がタイ
ミングプーリ６の後部ストッパ１９に押し付けられたと
ころで停止される。

【００４４】このときの吸気バルブの開閉タイミングは
図４の特性線Ｌ３で示される。このタイミングでは吸気
バルブの閉弁時期が早められて、低・中回転域でシリン
ダ内に吸い込まれた混合気が戻されにくくなる。その結
果、低中速回転域の吸気充填効率が高められ、低中速域
トルクの向上が得られる。

【００４５】なお、リングギヤ１１の後退の過程で中間
位置を越えると、環状溝２２が圧力室１２に面して開口
する。しかし、このときには、排出路２４がシャッタバ
ルブ３１によって閉塞されているので、圧力室１２内の
作動油１０が環状溝２２、孔２３、環状溝２１、排出路
２４を介してオイルパン１５へ戻されることはない。

【００４６】図６の状態から図５の状態へ移行する際に
は前記と逆の動作が行われる。すなわち、ＥＣＵ３７か
ら出力される信号により、油圧制御弁２５のソレノイド
が消磁され、ポート２７とポート２８とが連通され、ポ
ート２６とポート２７との連通が遮断される。このた
め、オイルポンプ１４による作動油１０の圧力室１２側
への供給が停止され、同圧力室１２内の作動油１０が油
圧制御弁２５を通ってオイルパン１５に戻される。そし
て、リングギヤ１１に加わっていた油圧が急激に小さく
なり、リングギヤ１１はコイルスプリング１７によって
前方へ付勢される。その結果、ケース４及びタイミング
プーリ６に捩じり力が付与され、カムシャフト２とタイ
ミングプーリ６とが相対回転し、ケース４の前部ストッ
パ１８に押し付けられて元の状態に復帰される。

【００４７】ところで、本実施例では図５もしくは図６
の状態から図１の状態にしてタイミングプーリ６とカム
シャフト２との回転位相を中間の位相（中間回転位相）
にすることができる。

【００４８】例えば、図５の状態からエンジンの作動状
態が変化し、エンジン負荷Ｑ／Ｎが所定値（Ｑ／Ｎ）a
以上で、エンジン回転数ＮＥが所定値（ＮＥ）a 以上の
第三領域Ｚ３（図３参照）へ移行した場合、つまり、高
回転高負荷状態となった場合、可変バルブタイミング制
御装置は次に示すように作動する。

【００４９】ＥＣＵ３７は、油圧制御弁２５のソレノイ
ドを励磁させるための信号を出力する。この信号によ
り、油圧制御弁２５の状態が第一切換え位置２５ａから
第二切換え位置２５ｂに切り換わるので、オイルポンプ
１４から吐出された作動油１０は供給路１３を介して圧
力室１２へ供給される。また、エンジン回転数ＮＥが高
くなっていることから、カムシャフト２の回転数も高
く、シャッタバルブ３１の本体部３１ｂに作用する遠心
力が大きくなっている。この遠心力がコイルスプリング
３３の付勢力を上回ると、シャッタバルブ３１が軸３２
を中心として回動して図２の矢印Ａ方向へ回動する。シ
ャッタバルブ３１が図２において二点鎖線で示す位置ま
で回動すると、本体部３１ｂが排出路２４を開放する。

【００５０】すると、オイルポンプ１４からの作動油１
０の供給によりリングギヤ１１が後方へ移動するのであ
るが、この移動の途中で、リングギヤ１１の後部内周面
がそれまで閉塞していたボス部７の環状溝２２を開放す
る。このため、圧力室１２内の作動油１０の一部はヘリ
カルスプライン１１ａ，７ａの噛合部分、環状溝２２、
孔２３、環状溝２１、排出路２４を順に通りオイルパン
１５へ戻される。この作動油１０のリークにより圧力室
１２内の油圧が低下し、同油圧とコイルスプリング１７
の付勢力とが釣り合うように、リングギヤ１１は回転し
ながら前方へ移動し、図１に示す中間位置に至る。この
回転をともなった移動により、ケース４及びタイミング
プーリ６に捩じり力が付与され、カムシャフト２とタイ
ミングプーリ６とが相対回転し、吸気バルブの開閉時期
が変更される。

【００５１】さらにリングギヤ１１が前方へ移動し、そ
の後部内周面が前記ボス部７の環状溝２２を塞ぐと、圧
力室１２内の油圧の低下が止められる。このとき圧力室
１２への作動油１０の供給は続けられているので再び油
圧が高められ、その結果、リングギヤ１１が後方へ移動
しようとする。このように、環状溝２２が開放されたり
閉塞されたりすることで圧力室１２内の油圧が調節され
る。そして、リングギヤ１１は油圧とコイルスプリング
１７の付勢力とが釣り合う中間位置に保持される。

【００５２】また、図６の状態からエンジンの作動状態
が変化し、エンジン負荷Ｑ／Ｎが所定値（Ｑ／Ｎ）a 以
上のままで、エンジン回転数ＮＥが所定値（ＮＥ）a 以
上となって図３の第三領域Ｚ３へ移行した場合、可変バ
ルブタイミング制御装置は次に示すように作動する。

【００５３】ＥＣＵ３７は、油圧制御弁２５のソレノイ
ドを励磁させるための信号を出力し続ける。この信号に
より、油圧制御弁２５が第二切換え位置２５ｂを採り続
けるので、オイルポンプ１４から吐出された作動油１０
は依然として供給路１３を介して圧力室１２へ供給され
る。また、エンジン回転数ＮＥが高くなっていることか
ら、カムシャフト２の回転数も高く、シャッタバルブ３
１の本体部３１ｂに作用する遠心力が大きくなってい
る。この遠心力に基づく回動力がコイルスプリング３３
の付勢力を上回ると、シャッタバルブ３１が図２におい
て二点鎖線で示すように軸３２を中心として回動し、本
体部３１ｂが排出路２４を開放する。

【００５４】すると、リングギヤ１１の後部内周面はボ
ス部７の環状溝２２を開放しているので、圧力室１２内
の作動油１０の一部はヘリカルスプライン１１ａ，７ａ
の噛合部分、環状溝２２、孔２３、環状溝２１、排出路
２４を順に通りオイルパン１５へ戻される。この作動油
１０のリークにより圧力室１２内の油圧が低下し、同油
圧とコイルスプリング１７の付勢力とが釣り合うよう
に、リングギヤ１１は回転しながら前方へ移動し、図１
に示す中間位置に至る。この回転をともなった移動によ
り、ケース４及びタイミングプーリ６に捩じり力が付与
され、カムシャフト２とタイミングプーリ６とが相対回
転し、吸気バルブの開閉時期が変更される。

【００５５】さらにリングギヤ１１が前方へ移動し、そ
の後部内周面が前記ボス部７の環状溝２２を塞ぐと、圧
力室１２内の油圧の低下が止められる。このとき圧力室
１２への作動油１０の供給は続けられているので再び油
圧が高められ、その結果、リングギヤ１１が後方へ移動
しようとする。このように、環状溝２２が開放されたり
閉塞されたりすることで圧力室１２内の油圧が調節され
る。そして、リングギヤ１１は油圧とコイルスプリング
１７の付勢力とが釣り合う中間位置に保持される。

【００５６】図１での吸気バルブの開閉タイミングは図
４の特性線Ｌ２で示される。このタイミングでは、特性
線Ｌ１のタイミングに比べるとバルブオーバラップを大
きくでき、さらに、吸気慣性によって混合気をより多く
シリンダ内へ取り込むことが可能となり、高出力が得ら
れる。

【００５７】このように本実施例では、排出路２４を開
閉するためのシャッタバルブ３１をカムシャフト２に回
動可能に支持するとともに、排出路２４を閉塞する方向
へシャッタバルブ３１を付勢するためのコイルスプリン
グ３３を設けている。そして、カムシャフト２の回転数
の上昇に応じて増大する遠心力を利用し、コイルスプリ
ング３３の付勢力に抗して、排出路２４を開放する方向
へシャッタバルブ３１を受動的に移動させて排出路２４
を開閉させている。

【００５８】このため、排出路７８の途中に電磁弁等か
らなる第二油圧制御弁８１を設け、この弁の開閉動作を
コンピュータにより制御するようにした従来技術とは異
なり、本実施例では、ＥＣＵ３７によってオイルポンプ
１４から圧力室１２への供給路１３の開閉を制御するだ
けで、アイドル安定性や運転領域全体にわたる出力向上
に相応したカムシャフト２の三つの回転位相を得ること
ができる。これにともない、第二油圧制御弁８１の使用
及びその開閉動作のための制御がともに不要となり、そ
の分、ＥＣＵ３７による制御が簡略化できる。

【００５９】また、本実施例では排出路２４を開閉する
ために、シャッタバルブ３１、軸３２及びコイルスプリ
ング３３の三つの部品を用いているだけなので、従来の
第二油圧制御弁８１を用いた場合に比べ軽量化及び構造
の簡略化を図ることができる。また、部品点数が少ない
ことから製造コストも低く抑えることができる。

【００６０】さらに、本実施例ではカムシャフト２の外
周部に凹所２９を設け、この凹所２９内にシャッタバル
ブ３１、軸３２及びコイルスプリング３３を内装したの
で、これらの部品を設置するスペースを新たに確保する
必要がない。そのため、第二油圧制御弁８１を用いた場
合に比べ、可変バルブタイミング制御装置をコンパクト
にすることができる。

【００６１】加えて、カムシャフト２の回転にともない
発生する遠心力を利用してシャッタバルブ３１を作動さ
せているので、他の駆動源、例えばオイルポンンプ１４
による油圧を用いた場合に比べ作動遅れが少なく、排出
路２４の開閉時の応答性がよい。 （第二実施例）次に、本発明の第二実施例を説明する。

【００６２】本実施例では、図１におけるＢ部を図７で
示すように変更している。この図７に基づき第一実施例
と異なる箇所のみを説明すると、カムシャフト２の一部
には大径部４１が一体形成され、その外周面に形成され
た環状溝４１ａに排出路２４の途中箇所が開口してい
る。大径部４１の外周には略円筒状をなすバルブホルダ
４２が嵌合されている。バルブホルダ４２の内周面には
前記環状溝４１ａに対応する環状溝４２ａが形成されて
いる。さらに、バルブホルダ４２には、その外周面と前
記環状溝４２ａとを連通させる連通孔４２ｂが透設され
ている。これらの環状溝４１ａ，４２ａ及び連通孔４２
ｂは排出路２４の一部を構成している。

【００６３】前記バルブホルダ４２は、大径部４１の外
周後端（図７の右端）に形成されたフランジ４１ｂと、
同大径部４１の外周前端に取付けられたストッパ４３と
によって前後から挟み込まれている。これらのフランジ
４１ｂ及びストッパ４３によりバルブホルダ４２の前後
方向への移動が規制されている。

【００６４】また、バルブホルダ４２の外周には、円環
状をなす弁体としてのスプールバルブ４４が前後方向へ
の往復動可能に嵌合されている。この移動方向は排出路
２４の延出方向と交差する方向である。スプールバルブ
４４には、その内外周面を連通させる孔４４ｂが透設さ
れている。そして、スプールバルブ４４が往復動して孔
４４ｂが連通孔４２ｂと合致すると排出路２４が開放さ
れ、孔４４ｂが連通孔４２ｂからずれると排出路２４が
閉塞される。

【００６５】前記バルブホルダ４２の後端に突設された
後壁４２ｃとスプールバルブ４４後端との間には、弁体
付勢部材としてのスプリング４５が配設されている。こ
のスプリング４５は前側ほど縮径するような円環状に形
成されており、その後端が前記後壁４２ｃに当接し、前
端が前記スプールバルブ４４に当接している。スプリン
グ４５は排出路２４を閉塞する方向（この場合前方）へ
スプールバルブ４４を付勢している。

【００６６】前記バルブホルダ４２の後壁４２ｃからは
支持腕４２ｄが前方へ延びている。この支持腕４２ｄの
前端には、質量体としてのフライウエイト４６が軸４７
により回動可能に支持されている。フライウエイト４６
は正面略Ｌ字状をなしており、その前端の突起４６ａが
前記スプールバルブ４４の前端に当接している。フライ
ウエイト４６は、前記カムシャフト２の回転にともない
発生する遠心力により軸４７を中心として矢印Ｃ方向へ
回動し、前記スプリング４５による付勢力に抗して、排
出路２４を開放する方向（この場合後方）へスプールバ
ルブ４４を移動させる。

【００６７】前記のように構成された本実施例による
と、エンジン回転数ＮＥが低くて、フライウエイト４６
に作用する遠心力が小さく、スプリング４５による付勢
力がフライウエイト４６による押圧力よりも小さい場合
には、図７に示すように排出路２４がスプールバルブ４
４によって閉塞される。また、エンジン回転数ＮＥが上
昇し、フライウエイト４６に作用する遠心力が大きくな
り、フライウエイト４６による押圧力がスプリング４５
による付勢力に打ち勝つと、同フライウエイト４６が軸
４７を中心として矢印Ｃ方向へ回動する。この回動によ
り、スプールバルブ４４が押圧されて後方へ移動する。
そして、スプールバルブ４４の孔４４ｂがバルブホルダ
４２の連通孔４２ｂに合致し、排出路２４が開放され
る。

【００６８】従って、本実施例によっても前記第一実施
例と同様に、第二油圧制御弁８１を用いることなく簡単
な構成で排出路２４を開閉して、カムシャフト２の中間
回転位相を得ることができる。 （第三実施例）次に、本発明の第三実施例を説明する。

【００６９】本実施例では、図１におけるＢ部を図８で
示すように変更している。この図８に基づき第一実施例
と異なる箇所のみを説明すると、カムシャフト２の外周
部にはバルブ取付穴５１が穿設されている。バルブ取付
穴５１はカムシャフト２の外周面において開口し、軸心
方向へ向けて延びている。バルブ取付穴５１の内周面に
は排出路２４の途中箇所が開口しており、作動油１０が
排出路２４を通ってバルブ取付穴５１内へ流入可能であ
る。

【００７０】前記バルブ取付穴５１内には、有底円筒状
をなすバルブホルダ５２が螺合により締付固定されてい
る。バルブホルダ５２の開口端５２ａは、バルブ取付穴
５１の内底面５１ａに当接している。バルブホルダ５２
の周壁５２ｂ及び底壁５２ｃには、同バルブホルダ５２
の内外を連通する孔５３，５４がそれぞれ透設されてい
る。これらのバルブ取付穴５１、孔５３、バルブホルダ
５２内及び孔５４は排出路２４の一部を構成している。

【００７１】バルブホルダ５２内には、両端を開口した
略円筒状のガバナバルブ５５が、カムシャフト２の半径
方向への往復動可能に収容されている。ガバナバルブ５
５は弁体及び質量体を兼用しており、そのガバナバルブ
５５の軸心方向への移動は、バルブホルダ５２に係止さ
れたスナップリング５６にガバナバルブ５５が当接する
ことで規制されるようになっている。

【００７２】バルブホルダ５２内には、弁体付勢部材と
してのコイルスプリング５７が圧縮状態で配設されてい
る。このコイルスプリング５７は、排出路２４の一部で
ある孔５３を閉塞する方向（この場合軸心方向）へガバ
ナバルブ５５を付勢している。

【００７３】前記のように構成された本実施例による
と、エンジン回転数ＮＥが低くて、ガバナバルブ５５に
作用する遠心力が小さく、コイルスプリング５７による
付勢力がガバナバルブ５５の遠心力よりも小さい場合に
は、図８に示すように排出路２４がガバナバルブ５５に
よって閉塞される。エンジン回転数ＮＥが上昇し、ガバ
ナバルブ５５に作用する遠心力が大きくなって、これが
コイルスプリング５７による付勢力に打ち勝つと、同ガ
バナバルブ５５が矢印Ｄで示すように半径方向外方へ移
動する。すると、それまで閉塞されていた排出路２４が
ガバナバルブ５５の移動により開放される。従って、本
実施例によっても前記第一実施例と同様に、第二油圧制
御弁８１を用いることなく簡単な構成で排出路２４を開
閉することができ、リングギヤ１１を移動範囲の中間位
置に保持させて、カムシャフト２の中間回転位相を得る
ことができる。

【００７４】また、バルブホルダ５２内にガバナバルブ
５５、スナップリング５６及びコイルスプリング５７が
収容されて、これらが一つのアッセンブリとして構成さ
れている。このため、前記第一実施例及び第二実施例に
比較してカムシャフト２への着脱が容易であり、組付け
作業性がよい。バルブ取付穴５１からバルブホルダ５２
を取り外して保守点検を行うことができ、整備性に優れ
るという効果も奏する。

【００７５】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 （１）各実施例において、リングギヤ１１の内外周のヘ
リカルスプライン１１ａ，１１ｂのいずれか一方を軸線
と平行なスプラインに変更してもよい。

【００７６】（２）本発明の可変バルブタイミング制御
装置を排気バルブ用カムシャフトに装着してもよく、こ
のようにすれば排気バルブの開閉タイミングを可変とす
ることができる。

【００７７】（３）ＥＣＵ３７による油圧制御弁２５の
ソレノイドの励磁・消磁の状態を各実施例と逆にしても
よい。 （４）各実施例におけるリングギヤ１１の中間位置は、
シール部における環状溝２１，２２及び孔２３の位置を
変更することによって任意に設定することができる。

【００７８】（５）前記第一実施例でのシャッタバルブ
３１、第二実施例でのスプールバルブ４４、第三実施例
でのガバナバルブ５５がそれぞれ排出路２４を開放する
際のエンジン回転数の所定値（ＮＥ）a は、各実施例で
のスプリング３３、４５、５７のばね荷重を変更するこ
とによって任意に設定できる。それ以外にも、各実施例
でのバルブ３１、４４、５５の質量や、カムシャフト２
に対する取付位置を変更することによっても、前記所定
値（ＮＥ）a を適宜に調整可能である。

【００７９】（６）各実施例において、リングギヤ１１
の移動範囲の互いに異なる箇所に開口する排出路２４を
複数本設け、排出路２４毎にシャッタバルブ３１、スプ
ールバルブ４４及びガバナバルブ５５のいずれかを設け
てもよい。この場合には、上記（５）で説明したよう
に、排出路２４を開放する際のエンジン回転数の所定値
（ＮＥ）a をバルブ３１，４４，５５毎に異ならせる。
すると、カムシャフト２の２つ以上の中間位相を得るこ
とが可能となる。

【００８０】（７）各実施例におけるリングギヤ１１の
中間位置とは、同リングギヤ１１の移動範囲両端部の真
ん中の位置を示すものではなく、リングギヤ１１が移動
する部分の全てを示すもので、各々のエンジンの要求特
性に添って特定の位置に設定可能である。

【００８１】（８）各実施例において、供給路１３の途
中に圧力センサ又は流量センサを設置し、これらのセン
サの検出信号に基づいて油圧制御弁２５をフィードバッ
ク制御するようにしてもよい。

【００８２】（９）各実施例におけるボス部７の内周面
の環状溝２１をカムシャフト２の外周面に形成してもよ
い。また、ボス部７の内周面とカムシャフト２の外周面
との両方に環状溝２１を形成してもよい。

【００８３】（１０）カムシャフト２の位相は、アイド
ル安定性の向上、ポンピングロスの低減、出力性能向上
のほか、排出ガス（ＮＯｘ、ＣＯ₂ 等）の低減に対して
最適な位相を３段の中から選択してもよい。

【００８４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、排
出路を開閉可能な弁体と、排出路を閉塞する方向へ弁体
を付勢する弁体付勢部材と、カムシャフトの回転にとも
ない発生する遠心力により変位し、弁体付勢部材による
付勢力に抗して、排出路を開放する方向へ弁体を移動さ
せる質量体とを設けたので、油圧制御弁を用いることな
く簡単な構成で排出路を開閉し、リングギヤを移動範囲
の中間位置に保持させて、カムシャフトの中間回転位相
を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第一実施例において、リン
グギヤが移動範囲の中間位置に保持された状態を示す可
変バルブタイミング制御装置の部分断面図である。

【図２】第一実施例において、カムシャフトに対するシ
ャッタバルブの取付け状態を示す図であり、図６のＥ−
Ｅ線方向の拡大断面図である。

【図３】第一実施例のエンジン回転数とエンジン負荷と
の関係において、可変バルブタイミング制御装置が採る
位相を説明する特性図である。

【図４】第一実施例において、クランク角と吸気バルブ
のバルブリフト量と排気バルブのバルブリフト量との関
係を示す特性図である。

【図５】第一実施例において、リングギヤが移動範囲の
前端位置に保持された状態を示す可変バルブタイミング
制御装置の部分断面図である。

【図６】第一実施例において、リングギヤが移動範囲の
後端位置に保持された状態を示す可変バルブタイミング
制御装置の部分断面図である。

【図７】本発明を具体化した第二実施例を示す要部断面
図である。

【図８】本発明を具体化した第三実施例を示す要部断面
図である。

【図９】従来の可変バルブタイミング制御装置の部分断
面図である。

【符号の説明】

２…カムシャフト、６…タイミングプーリ、１０…流体
としての作動油、１１…リングギヤ、１１ａ，１１ｂ…
ヘリカルスプライン、１２…圧力室、１３…供給路、１
４…加圧流体供給源としてのオイルポンプ、１７…リン
グギヤ付勢部材としてのコイルスプリング、２４…排出
路、３１…第一実施例における弁体及び質量体を兼用す
るシャッタバルブ、３３…第一実施例における弁体付勢
部材を構成するコイルスプリング、４４…第二実施例に
おける弁体を構成するスプールバルブ、４５…第二実施
例における弁体付勢部材を構成するスプリング、４６…
第二実施例における質量体を構成するフライウエイト、
５５…第三実施例における弁体及び質量体を兼用するガ
バナバルブ、５７…第三実施例における弁体付勢部材を
構成するコイルスプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−269309（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−109006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−105064（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171324（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−245407（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−16706（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 1/34 F01L 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のバルブ駆動用カムシャフトの
   外周に設けられたプーリと、 前記カムシャフト及びプーリ間に介在されるとともに、
   内外周面にスプラインを有し、かつ少なくともその一方
   がヘリカルスプラインである円筒状リングギヤと、 加圧流体供給源からの流体を圧力室へ導き、その流体圧
   を前記リングギヤの一端側に作用させるための供給路
   と、 前記リングギヤの他端側に配設され、同リングギヤを前
   記流体圧とは反対方向へ付勢するリングギヤ付勢部材と
   を備え、前記加圧流体供給源からの流体圧及びリングギ
   ヤ付勢部材の付勢力により、リングギヤをカムシャフト
   の軸方向へ移動させ、プーリの駆動力をヘリカルスプラ
   インにてカムシャフトに伝達し、同プーリ及びカムシャ
   フトの回転位相を変化させてバルブの開閉時期を調整す
   るようにした可変バルブタイミング制御装置において、 前記カムシャフトとリングギヤとの間、及び同リングギ
   ヤとプーリとの間に設けられ、前記圧力室内の流体がリ
   ングギヤ付勢部材側へ漏出するのを防止するためのシー
   ル部と、 前記圧力室内の流体を内燃機関内へ排出させるべく設け
   られ、その圧力室側端部がリングギヤの移動範囲の中間
   位置に対応する前記シール部に面して開口された排出路
   と、 前記排出路を開閉するべく設けられた弁体と、 前記排出路を閉塞する方向へ弁体を付勢する弁体付勢部
   材と、 前記カムシャフトに一体回転可能に取付けられ、同カム
   シャフトの回転にともない発生する遠心力により変位
   し、前記弁体付勢部材による付勢力に抗して、排出路を
   開放する方向へ前記弁体を移動させる質量体とを設けた
   ことを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。