JP2865479B2 - 内燃機関のバルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸排気弁の
開閉タイミングを運転条件に応じて変更するためのバル
ブタイミング調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転条件に応じて吸排気弁の
バルブタイミングを調整するための機構として、クラン
クシャフトからタイミングベルト、チェーン、或いはギ
ヤ等を介してカムシャフトを駆動する際に、その駆動力
伝達経路の途中に、クランクシャフトとカムシャフトと
の相対的な位相を変化させる手段を設けるものが知られ
ている。（例えば、特開昭５９−８７２１４号公報参
照）

【０００３】前記従来の装置は、クランクシャフトから
タイミングベルトによって駆動されるタイミングプーリ
にスリーブを連結すると共に、このスリーブ内にカムシ
ャフトに連結されたスリーブを相互に回転可能に嵌挿
し、これらの内外両スリーブの周上に互いに交叉する方
向にスリットを穿設すると共に、これらのスリットの交
叉点には、ボールねじのナットによって回転自在に支持
された位相変更部材を挿通した構成をとっており、軸方
向に移動しないボールねじのシャフトを電動モータによ
って回転させることにより、ナットと共に位相変更部材
を軸方向に移動させてスリットの交叉点の位置を変更
し、内外両スリーブ間に相対的な回転を与えて、タイミ
ングプーリ或いはクランクシャフトに対するカムシャフ
トの回転位相に連続的な変化を生じさせるようになって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のバルブタイミン
グ調整装置においては、ボールねじのシャフトの延長上
に該シャフトに回転を与えるための電動モータが配置さ
れているため、電動モータ部分のオーバーハングによる
軸方向の突出量が大きくなるばかりでなく、ボールねじ
のシャフトの回転から軸方向の往復運動を取り出すため
にシャフトに螺合しているナットが、電動モータがシャ
フトに回転を与える位置と重複することができないた
め、シャフト上で電動モータから遠く離れた位置に設け
られる結果、バルブタイミング調整装置全体の軸方向の
長さが増大して体格が大きくなり、設置のためにかなり
大きなスペースを必要とするので、自動車に搭載する場
合等には問題になっていた。本発明は上記問題に鑑み、
内燃機関のバルブタイミング調整装置の軸方向長さを従
来技術による場合よりも短縮し、モータ部分のオーバー
ハング及び体格を小さくして搭載性等を改善することを
発明の解決課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、内燃機関のクランクシャフ
トとカムシャフトとの間に形成され、同軸上に支持され
た２つの回転部材の間に配置され、カムシャフトの軸方
向に移動することにより２つの前記回転部材を相対的に
回転させて、クランクシャフトとカムシャフトとの間の
回転位相を変更する制御用部材と、該制御用部材を軸方
向に移動させるための位相制御機構を備えた内燃機関の
バルブタイミング調整装置において、前記位相制御機構
が、ハウジング内に固定されたねじのシャフト部材と、
前記シャフト部材に螺合して回転することができると共
に軸方向に移動することもできるナット部材と、モータ
によって回転駆動され前記ナット部材と回転的にのみ連
結されて軸方向には移動しないロータとを備えているこ
とを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調整装置を
提供する。

【０００６】

【作用】本発明による内燃機関のバルブタイミング調整
装置においては、制御用部材を軸方向に移動させるため
の位相制御機構が、ハウジング内に固定されたねじのシ
ャフト部材と、シャフト部材に螺合して回転することが
できると共に軸方向に移動することもできるナット部材
と、モータによって回転駆動されナット部材と回転的に
のみ連結されて軸方向には移動しないロータとを備えて
いるから、ねじのシャフト部材上で回転を伝達する機能
と軸方向の運動を伝達する機能がいずれもナット部材に
集約されており、それらの機能をもつ部材をシャフト部
材の軸方向に直列に配置する従来技術によるバルブタイ
ミング調整装置に比して、軸方向の長さが著しく短縮さ
れる。

【０００７】

【実施例】図１に、本発明の第１実施例としてのバルブ
タイミング調節装置の全体構成を縦断正面図として示
す。図１において、１は内燃機関の図示しない吸、排気
弁を開閉駆動するカムシャフト、２は図示しないクラン
クシャフトからタイミングベルトを介して回転駆動され
るタイミングプーリを示している。タイミングプーリ２
は、中央に設けられたボア２ａの部分によってカムシャ
フト１の段部１ａに相対回転可能に嵌合しており、段部
１ａ及びカムシャフトスリーブ３とボルト４により軸方
向の移動を阻止されている。カムシャフトスリーブ３
は、その孔を通して軸端に挿入されたピン１ｂをも使用
して、カムシャフト１と一体に回転するように固定され
ている。

【０００８】タイミングプーリ２には、カムシャフト１
と同軸線上において、円筒状のスリーブ５が一体的に形
成されている。そして、カムシャフトスリーブ３の外周
面には外歯ヘリカルスプライン３ａが形成されていると
共に、それに対して環状の間隙をおいて対向しているプ
ーリのスリーブ５の内周面には、内歯ヘリカルスプライ
ン５ａが形成されている。外歯ヘリカルスプライン３ａ
に対して内歯ヘリカルスプライン５ａは逆方向のねじれ
角を有するが、場合によっては、それらの一方をヘリカ
ルスプラインでなく捩じれ角０の軸方向の直線歯を有す
るスプラインとしてもよい。

【０００９】カムシャフトスリーブ３とプーリのスリー
ブ５との間の環状の隙間には、略円筒形の制御用部材６
が軸方向に進退し得るように挿入されており、この制御
用部材６の内側円筒面に形成された内歯ヘリカルスプラ
イン６ａが、カムシャフトスリーブ３の外歯ヘリカルス
プライン３ａと嵌合すると共に、外側円筒面に形成され
た外歯ヘリカルスプライン６ｂが、プーリのスリーブ５
の内歯ヘリカルスプライン５ａと嵌合している。

【００１０】制御用部材６は、その軸方向位置が変化し
ない限り、その内歯ヘリカルスプライン６ａと外歯ヘリ
カルスプライン６ｂが、内外のカムシャフトスリーブ３
及びプーリのスリーブ５に形成されたヘリカルスプライ
ン３ａ及び５ａと嵌合することにより、タイミングプー
リ２とカムシャフト１とを一体的に回転させて、タイミ
ングプーリ２の回転をカムシャフト１に伝達するが、回
転中に制御用部材６をカムシャフト１の軸線方向に摺動
させることにより、カムシャフトスリーブ３の外歯ヘリ
カルスプライン３ａとプーリのスリーブ５の内歯ヘリカ
ルスプライン５ａとの係合位置がずれて、タイミングプ
ーリ２とカムシャフト１をヘリカルスプライン３ａ，５
ａの歯筋に沿って反対方向に相対回転させることができ
る。従って、制御用部材６の軸方向位置を制御すること
により、タイミングプーリ２、ひいては内燃機関のクラ
ンクシャフトに対する、カムシャフト１の回転位相を内
燃機関の運転中に無段階に調節することができる。

【００１１】図示実施例において、制御用部材６をカム
シャフト１の軸線方向に調整移動させると共に回転自在
に支承するための位相制御機構７の一部として、ハウジ
ング８内においてカムシャフト１の延長線上に固定され
たシャフト部９と、それに螺合するナット部１０とを備
えたボールねじ機構と、ナット部１０の先端に内輪を圧
入して支持されているボールベアリング１１が用いられ
る。シャフト部９とナット部１０は、それぞれシャフト
部９の外周とナット部１０の内周に設けられたねじ溝
が、それらに沿って転動する多数のボール１０ａを介し
て螺合しており、ナット部１０がシャフト部９に対して
回転するときにボール１０ａを循環させる図示しない周
知のボール循環機構を備えている。それによって、ボー
ルねじ機構は普通のねじに比べて摩擦が少なくなるの
で、シャフト部９に対してナット部１０を小さな回転力
によっても容易に回転させることができ、またナット部
１０自体がボールベアリング１１を介して制御用部材６
を支持した状態で、軸方向に円滑に移動することができ
る。

【００１２】なお、シャフト部９をハウジング８内にお
いて回転方向及び軸方向の両方向に完全に固定するため
に、図示実施例ではシャフト部９の左端にフランジ９ａ
が形成されており、ハウジング８の孔を通る複数本の螺
子９ｂがシャフト部９のフランジ９ａのねじ孔に螺入さ
れている。また、ボールベアリング１１の内輪はサーク
リップ１１ａのような手段によってナット部１０の右端
段部から抜けないように保持され、ボールベアリング１
１の外輪もサークリップ１１ｂのような手段によって制
御用部材６の段部から抜けないように保持される。

【００１３】軸方向に移動することができるボールねじ
機構のナット部１０に回転を伝えるために、ナット部１
０の外側円筒面には軸方向のキー溝１０ｂが１本以上形
成されており、ナット部１０の外側円筒面に緩く嵌合す
るように円筒形のロータ１２が配置される。ロータ１２
の内側円筒面には、キーとしての軸方向の突条１２ａが
半径方向内方に向かって突出していて、それがナット部
１０のキー溝１０ｂに係合して、軸方向の移動と無関係
に回転を伝達し得るようになっている。言うまでもな
く、このような構成のキー結合は、ピン結合やスプライ
ン結合等と同等のものであるから、それらによって置き
換えることもできる。

【００１４】ロータ１２はその右端部をボールベアリン
グ１３によって支持されていると共に、左端部をハウジ
ング８の一部に形成された摺動軸受部８ａによって支持
されることにより、ハウジング８内の一定の位置で回転
可能に、しかし、軸方向には移動しないように軸支され
ている。また、ロータ１２には、その外周の一部に圧入
或いは楔着等の方法でウオームホイール１４が一体的に
取り付けられている。なお図中１３ａは、ボールベアリ
ング１３の外輪をハウジング８内に固定するためのサー
クリップを示している。

【００１５】ハウジング８は、内燃機関のシリンダヘッ
ド（或いはシリンダブロック）１５に対して、取り付け
ステー１６やボルト８ｂ，ボルト１６ａ等を利用して取
り付けられているが、第１実施例ではハウジング８の外
部に電動モータ１７が支持されており、ハウジング８内
に伸びている電動モータ１７の回転軸の先端にはウオー
ム１８が形成されていて、それが前述のウオームホイー
ル１４と噛み合っている。電動モータ１７は図示しない
制御装置によって回転制御されるよって、ウオーム１８
を正逆転方向に任意の回転角度だけ回転駆動することが
できる。

【００１６】次に、図１に示した本発明の第１実施例と
してのバルブタイミング調整装置の作動について説明す
る。機関運転中のバルブタイミングの変更操作を行って
いないときには、タイミングプーリ２が図示しないタイ
ミングベルトを介してクランクシャフトから駆動される
ことによって、制御用部材６はその軸方向位置を維持し
たまま、ボールベアリング１１上においてプーリのスリ
ーブ５とカムシャフトスリーブ３と共に回転するので、
タイミングプーリ２とカムシャフト１とは一体的に回転
することになり、制御用部材６は単なる伝動部材になっ
ていて、それによってバルブタイミングが変更されるこ
とはない。

【００１７】運転条件に応じてバルブタイミングを変更
する必要が生じた場合、図示しない制御装置が制御信号
を発信することによって、電動モータ１７が正又は逆方
向に指定された回転角度だけウオーム１８を回転駆動す
る。それによってウオームホイール１４は減速されてロ
ータ１２と共に回転し、その回転はロータ１２の内面の
突条１２ａとキー溝１０ｂとの係合部分を介してナット
部１０に伝達される。ボールねじ機構のシャフト部９が
ハウジング８内に固定され、そのシャフト部９にボール
１０ａを介してナット部１０が螺合しながら支承されて
いるため、ナット部１０が回転すると、それ自体がシャ
フト部９上を軸方向に左又は右方向へ移動することにな
り、その軸方向の移動成分だけがボールベアリング１１
を介して制御用部材６に伝えられる。従って、内燃機関
の運転中であっても電動モータ１７によってロータ１２
を回転させれば、制御用部材６を左右の方向に任意の位
置まで移動させることができ、その位置は電動モータ１
７によるウオーム１８の回転角度によって決まる。

【００１８】制御用部材６が左右に調整移動させられる
ことにより、制御用部材６に形成された内歯ヘリカルス
プライン６ａ及び外歯ヘリカルスプライン６ｂが嵌合し
ているカムシャフトスリーブ３の外歯ヘリカルスプライ
ン３ａ及びプーリのスリーブ５の内歯ヘリカルスプライ
ン５ａとの係合位置が移動し、それらの歯筋の捩じれに
よってカムシャフトスリーブ３とプーリのスリーブ５と
の間に相対的な回転が生じる。その結果、タイミングプ
ーリ２、ひいてはクランクシャフトに対するカムシャフ
ト１の回転位相が変化し、カムシャフト１によって開閉
駆動される図示しない吸気弁又は排気弁のバルブタイミ
ングが変更される。

【００１９】第１実施例のバルブタイミング調整装置に
おいては、図１から明らかに理解されるように、位相制
御機構７を構成するナット部１０とロータ１２、更に、
ウオームホイール１４，ウオーム１８及び電動モータ１
７等が、軸方向の略同じ位置で内外に重なって配置され
ているので、それらの一部のものでも軸方向に直列に配
置された場合に比べて、軸方向の長さが著しく短縮され
る。これは、シャフト部９を固定すると共に、ロータ１
２とナット部１０との間を突条１２ａとキー溝１０ｂに
よって連結することによって、ナット部１０をシャフト
部９上で回転するだけでなく軸方向にも移動可能とし、
ナット部１０に回転伝達機能と軸方向の摺動伝達機能の
双方を与えるという新規な構成をとった結果もたらされ
た効果である。このように、位相制御機構７の特別の構
成によって、ハウジング８がシリンダヘッド１５から張
り出す距離が短くなり、それによってバルブタイミング
調整装置全体の体格が縮小されて、自動車のエンジンル
ームのような狭隘な空間にも容易に搭載することができ
るようになる。

【００２０】図２に本発明の第２実施例が図示されてい
る。第２実施例の構造は第１実施例のそれと比べて、位
相制御機構７の駆動部分が異なっているだけで、駆動の
順序から言ってロータ１２から後の、突条１２ａ，キー
溝１０ｂ，ナット部１０，シャフト部９，ボールベアリ
ング１１，制御用部材６等の一連の構成は第１実施例の
それらと同様である。

【００２１】第２実施例の特徴として、ロータ１２はそ
の延長上に一体に形成された拡径部分１２ｂを有してお
り、拡径部分１２ｂの外周側には、ロータ１２と共に回
転するように、リング状のマグネット（永久磁石）１９
が取り付けられている。そして、リング状のマグネット
１９に対して僅かの空隙をおいてその外周を取り巻くコ
イル２０がハウジング８内に固定的に支持されており、
リング状のマグネット１９とコイル２０によってステッ
プモータ２１を構成している。なお、第２実施例におい
ては、ステップモータ２１をハウジング８内に内蔵する
ように設ける結果、第１実施例において設けたウオーム
ホイール１４，ウオーム１８，電動モータ１７等が不要
となる。また、ボールベアリング１３を軸方向に２個並
べて設けることができるので、第１実施例に見られる摺
動軸受部８ａを廃止している。

【００２２】第２実施例においては、第１実施例におけ
る電動モータ１７に代わるものとしてステップモータ２
１をハウジング８内に組み込んでいるので、ステップモ
ータ２１を、前述のように、軸方向の略同じ位置に多数
の部品が重畳されている位相制御機構７の更に外部を取
り巻くように配置することができ、軸方向の長さが第１
実施例の場合と同程度でありながら、電動モータ１７に
よる突出部分がなくなり、バルブタイミング調整装置全
体を更にコンパクトに纏めることができる。

【００２３】図示説明した第１及び第２の実施例では、
いずれも固定のシャフト部９と、回転及び軸方向に移動
するナット部１０と、それらを係合させる多数のボール
１０ａからなるボールねじ機構を用いているが、多少摩
擦抵抗が増大するものの、シャフト部とナット部が直接
螺合する普通の送りねじ機構を用いても同様な作用、効
果が得られる。また、位相制御機構７の駆動部分として
は、電動モータ１７やステップモータ２１の他にも、色
々な回転駆動装置を代替使用することができる。更に、
制御用部材６に対するカムシャフトスリーブ３及びプー
リのスリーブ５の係合機構も、ヘリカルスプラインを使
用したものに限らず、スリットやカム等を使用した同等
の機構によって代替させることもできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のバルブタイミング調整装置にお
いては、位相制御機構の回転伝達部分と軸方向摺動伝達
部分を共にねじ機構のナット部材によって構成し、シャ
フト部材をハウジング内に固定したことにより、位相制
御機構の構成部材のうち、回転を伝達する部分と軸方向
の運動を伝達する部分とを軸方向の同じ位置に重畳する
ことが可能となり、それによって位相制御機構の軸方向
長さを著しく減少させることができる。また、モータの
オーバーハング量を小さくすることもできる。その結
果、バルブタイミング調整装置全体の軸方向長さが短縮
され、体格が縮小して自動車等への搭載が容易になり、
モータの支持も安定なものになる。

【００２５】また、付加的な効果として、機関の運転中
にカムシャフトの回転変動トルクによって制御用部材及
びナット部材に作用する変動するスラスト荷重が、直接
にハウジングに固定されているねじ機構のシャフト部材
によって支持されるため、従来のように直列に何段も積
み重ねられたボールベアリングを介してハウジングによ
って支持する場合に比べて、支持部分の剛性が増加し、
ボールねじの場合は耐久性が向上して、異音発生等のト
ラブルを回避することができる。更に、ナット部材とそ
れを回転駆動するロータとの間が回転のみを伝える手段
によって結合されるため、カムシャフトの回転変動トル
クにより変動するスラスト荷重が直接ウオームギヤ機構
やモータ等に伝わらず、それらの耐久性も向上し、制御
位置の保持機能も更に良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としてのバルブタイミング
調整装置の全体構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第２実施例としてのバルブタイミング
調整装置の全体構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…カムシャフト ２…タイミングプーリ ３…カムシャフトスリーブ ３ａ…外歯ヘリカルスプライン ５…プーリのスリーブ ５ａ…内歯ヘリカルスプライン ６…制御用部材 ６ａ…内歯ヘリカルスプライン ６ｂ…外歯ヘリカルスプライン ７…位相制御機構 ８…ハウジング ９…ねじのシャフト部 ９ａ…フランジ １０…ねじのナット部 １０ａ…ボール １０ｂ…キー溝 １１…ボールベアリング １２…ロータ １２ａ…突条 １２ｂ…拡径部分 １３…ボールベアリング １４…ウオームホイール １５…内燃機関のシリンダヘッド １６…取り付けステー １７…電動モータ １８…ウオーム １９…リング状のマグネット ２０…コイル ２１…ステップモータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−243308（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−87214（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−125912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 1/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランクシャフトとカムシャ
   フトとの間に形成され、同軸上に支持された２つの回転
   部材の間に配置され、カムシャフトの軸方向に移動する
   ことにより２つの前記回転部材を相対的に回転させて、
   クランクシャフトとカムシャフトとの間の回転位相を変
   更する制御用部材と、該制御用部材を軸方向に移動させ
   るための位相制御機構を備えた内燃機関のバルブタイミ
   ング調整装置において、 前記位相制御機構が、ハウジング内に固定されたねじの
   シャフト部材と、前記シャフト部材に螺合して回転する
   ことができると共に軸方向に移動することもできるナッ
   ト部材と、モータによって回転駆動され前記ナット部材
   と回転的にのみ連結されて軸方向には移動しないロータ
   とを備えていることを特徴とする内燃機関のバルブタイ
   ミング調整装置。