JP2958151B2 - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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４,２３１,３３０号公報に記載されたものなどが知
られている。

【０００３】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スプロケッ
トは、筒状本体の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歯車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。

【０００４】

【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、スプロケットと
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、製造作業能率の低下
と、製造コストの高騰を招いている。

【０００５】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とスプロケットとの相対
回動を変換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
が悪化する虞がある。

【０００６】

【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、請求項１記載の発明は、
機関の駆動力が伝達される回転体と、該回転体に相対回
動可能に設けられ、機関弁を閉方向の付勢力に抗して開
作動するカムを有するカムシャフトと、前記カムシャフ
トの端部に固着されて、前記回転体内を正逆回転するこ
とにより前記回転体とカムシャフトの相対回動位置を変
化させて機関弁の開閉時期を制御するアームと、前記ア
ームを回転体に対して一方向あるいは他方向に回転駆動
させる第１油圧室及び第２油圧室と、該各油圧室に対す
る油圧を給排する油圧回路と、機関運転状態に応じて前
記油圧回路の供給、排出流路を切り替えて各油圧室に油
圧を選択的に給排する切替機構と、回転体内にカムシャ
フトと平行に設けられ、該カムシャフトの回転トルク変
動によって発生する前記アームの揺動を規制する揺動規
制機構と、を備えたことを特徴としている。請求項２は
前記回転体内部の前記アームの両端部に対応した位置に
それぞれ形成された各シリンダ孔内に、前記各油圧室に
選択的に供給された油圧によって前記アームの両端部方
向へ進出するプランジャを摺動自在に設ける一方、前記
揺動規制機構を、前記回転体内に設けられて、前記各油
圧室に供給された油圧の逆流を規制する逆止弁と、該逆
止弁が油圧の逆流を規制している際に、前記各油圧室と
ドレン通路との連通を遮断する開閉弁とから構成したこ
とを特徴としている。

【０００７】

【作用】請求項２記載の発明を例にとって説明すれば、
例えば機関低負荷域では、切替機構によって選択的に流
路を切り替えて第１プランジャ側の第１油圧室内の油圧
を排出し、第２プランジャ側の第２油圧室に対して逆止
弁を介して油圧を供給する。したがって、第１プランジ
ャが後退位置に保持され、第２プランジャが油圧によっ
て進出する。依って、該第２プランジャの押圧部が、傾
斜面で漸次アームの一端部側縁を回転体の正転方向とは
逆の負方向に押圧して該負の方向へ回転させる。したが
って、カムシャフトは、回転体に対して負方向へ最大に
相対回動して例えば吸気バルブの閉時期を遅らす回動位
置に保持される。

【０００８】一方、機関が高負荷域に移行した場合は、
切替機構によって前記各油圧室への油圧の給排を切り替
え第２油圧室内の油圧を排出する一方、逆止弁を押し開
いて第１油圧室に油圧を供給する。したがって、今度
は、前述とは逆に第２プランジャが後退動すると共に、
第１プランジャが進出して、この第１押圧部の傾斜面で
アームの他端部側縁を回転体の回転方向（正方向）に押
圧する。したがって、カムシャフトは、正方向へ最大に
相対回動して例えば吸気バルブの閉時期を進める回動位
置に保持される。

【０００９】そして、本発明では、カムシャフトの回転
時に発生する正あるいは負のトルク変動時、つまり第１
あるいは第２のプランジャの各押圧部がアームから離間
した時に、第１あるいは第２の油圧室に速やかに供給さ
れた油圧の逆流が揺動規制機構の逆止弁と開閉弁とによ
って確実に規制されるため、各プランジャによるアーム
の正あるいは逆回動変換即ちカムシャフトの相対回動変
換を応答性良く行なうことができると共に、該カムシャ
フトの最大の相対回動位置を確実に保持することができ
る。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係るバルブタイミング制御装
置を所謂ＤＯＨＣ型内燃機関の吸気バルブ側に適用した
一実施例を示している。

【００１１】即ち、図中１は機関のクランク軸からタイ
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、２はシリンダヘッド上部のカム
シャフト軸受３に支承されて、ドリブンスプロケット１
から伝達された回転力により吸気バルブを開閉するカム
シャフトであって、このカムシャフト２の一端部２ａに
は、略円筒状のスリーブ４が取付ボルト５により軸方向
から固着されている。

【００１２】このスリーブ４は、後端部に該カムシャフ
ト一端部２ａに有するフランジ部２ｂと嵌合する大径フ
ランジ部４ａが一体に設けられていると共に、先端部に
アーム６が取付ボルト５により共締め固定されている。
このアーム６は、図２〜図４に示すようにカムシャフト
２の直径方向に沿って設けられ、略円環状の固定用基部
７と、該基部７の上下端に突設された両端部８，９とか
らなり、該両端部８，９の同一方向に面する両側端面８
ａ，９ａがテーパ状に形成されている。尚、図中１０は
両フランジ部２ｂ，４ａの内部軸方向に亘って設けられ
たスリーブ４の位置決め用の大径ピン、１１はアーム６
の基部７とスリーブ４の先端部に亘って設けられたアー
ム６の位置決め用の小径ピンである。前記ドリブンスプ
ロケット１は、略円柱状のスプロケット本体１２と、該
スプロケット本体１２のカムシャフト２側一端部外周面
に一体に設けられた歯車１３と、スプロケット本体１２
の他端部に配置されて、取付ボルト５によりアーム６等
と一緒に共締めされた段差円板状のカバー部１４とを備
えている。前記スプロケット本体１２は、一端部の外側
面に有する嵌合溝１２ａに嵌合した前記大径フランジ部
４ａに回転自在に支持されていると共に、前記アーム６
の両端部８，９に対応する位置に一対の有底円柱状のシ
リンダ孔１５，１６が軸方向に沿って穿設されている。

【００１３】前記シリンダ孔１５，１６は、図中右端側
が底壁で閉塞されている一方、左端側の開口部１５ａ，
１６ａが各両端部８，９の略中央に臨んでいると共に、
内部に夫々図中上側の第１プランジャ１７と下側の第２
プランジャ１８が軸方向へ摺動自在に保持されている。
この各プランジャ１７，１８は、図３及び図４に示すよ
うに夫々軸方向に２分割されて該各前後分割部１７ａ，
１７ｂ、１８ａ，１８ｂの内部に隔壁１９，２０を介し
て前端側の第１，第２リザーバ室２１，２２と後端側の
第１，第２油圧室２３，２４が設けられている。この各
リザーバ室２１，２２と油圧室２３，２４とは、隔壁１
９，２０に穿設された連通孔２５，２６により連通して
いると共に、各油圧室２３，２４内には各連通孔２５，
２６の一端側を閉塞する第１，第２逆止弁２７，２８が
設けられている。即ち、この逆止弁２７，２８は、作動
油をリザーバ室２１，２２から油圧室２３，２４側にの
みの流入を許容し、油圧室２３，２４がリザーバ室２
１，２２への流入を規制するようになっている。また、
各前側分割部１７ａ，１８ａの先端には、前記両端部
８，９を周方向に押圧する第１，第２押圧部２９，３０
が一体に設けられている。この各押圧部２９，３０は、
一側面に両端部８，９のテーパ状側端面８ａ，９ａに摺
接する傾斜面２９ａ，３０ａが形成されており、この各
傾斜面２９ａ，３０ａは、押圧部２９，３０の基端側か
ら先端側に亘って漸次低くなるように形成されている。
更に、各プランジャ１７，１８は、各油圧室２３，２４
内に弾装された圧縮スプリング３１，３２の小さなばね
力によって両端部８，９側へ進出する方向に付勢されて
いると共に、リザーバ室２１，２２に油圧回路３３を介
して作動油が供給されるようになっており、さらにこの
油圧回路３３は切替機構３４によって切り替えられるよ
うになっている。

【００１４】前記油圧回路３３は、オイルメインギャラ
リ３５から分岐して図外のシリンダヘッド，カムシャフ
ト軸受の内部及びカムシャフト２，取付ボルト５の軸方
向に連続して形成された主通路３３ａと、取付ボルト５
の軸部内で半径方向に分岐して該取付ボルト５の外周面
とカムシャフト２，スリーブ４のボルト挿通孔との間に
形成された環状通路３３ｂと、該環状通路３３ｂの下流
側から分岐してスリーブ４及びスプロケット本体１２の
各半径方向に沿って穿設されて、下流端が油孔３６，３
７を介してリザーバ室２１，２２に夫々連通する第１，
第２分岐通路３８，３９とから構成されている。また、
この各分岐通路３８，３９には、作動油をリザーバ室２
１，２２方向にのみ流入を許容するチェックバルブ４
０，４１が夫々設けられている。尚、主通路３３ａの上
流側には油圧を一定圧に調整するオリフィス４２が設け
られている。

【００１５】前記切替機構３４は、図３及び図４に示す
ようにスプロケット本体１２内に設けられたドレン通路
４３，４４と、前記シリンダ孔１５，１６に並設された
弁孔４５，４６内に摺動自在に設けられて、該ドレン通
路４３，４４を適宜開閉する第１，第２開閉弁４７，４
８と、該開閉弁４７，４８に夫々作動油圧を導入する油
圧通路４９，５０とを備えている。そして、前記第１、
第２開閉弁４７、４８及び前記逆止弁２７、２８とによ
って前記各油圧室２３、２４に供給された油圧の逆流を
規制する揺動規制機構が構成されている。

【００１６】前記ドレン通路４３，４４は、夫々上流端
４３ａ，４４ａが油圧室２３，２４の底部に接続されて
いる一方下流端４３ｂ，４４ｂが弁孔４５，４６に接続
されている。前記開閉弁４７，４８は、有底円筒状を呈
し、周壁の略中央にドレン通路４３，４４の下流端４３
ｂ，４４ｂと内部とを連通する通孔４７ａ，４８ａが径
方向に沿って穿設されていると共に、ストッパリング５
１，５１で支持された円環状のリテーナ５２，５２と上
端壁との間に弾装されたコイルスプリング５３，５４の
ばね力によって上方、つまり下流端４３ｂ，４４ｂを閉
塞する方向に付勢されている。また、開閉弁４７，４８
の内部は、リテーナ５２，５２のドレン孔５２ａ，５２
ａを介して外部と連通している。前記第１，第２油圧通
路４９，５０は、図１に示すように夫々シリンダヘッ
ド，カム軸受３及びカムシャフト２，スリーブ４内に略
並行に形成されて、その各上流端がオイルメインギャラ
リ３５に接続されていると共に、下流端が開閉弁４７，
４８の上端壁と弁孔４５，４６との間に形成された受圧
室５５，５６に接続されている。また、前記各油圧通路
４９，５０の上流端には、電子コントローラ５７によっ
て該油圧通路４９，５０と排出通路５８，５９とを切り
替え作動する４方型の電磁弁６０が設けられている。前
記電子コントローラ５７は、内蔵されたマイクロコンピ
ュータがクランク角センサからの機関回転数やエアーフ
ローメータからの吸入空気量その他スロットル開度セン
サや水温センサからの各種情報信号に基づいて現在の機
関運転状態を検出すると共に、該運転状態の変化に応じ
て前記電磁弁６０に制御信号を出力するようになってい
る。

【００１７】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関の始動と同時にオイルポンプ６１の作動によ
りオイルメインギャラリ３５に圧送された作動油は、主
通路３３ａおよびオリフィス４２を通って環状通路３３
ｂから各分岐通路３８，３９に分流し、さらに油孔３
６，３７を通って各リザーバ室２１，２２に流入する。
ここから、逆止弁２７，２８を開成して連通孔２５，２
６から油圧室２３，２４内に流入する。

【００１８】そして、機関低負荷域では、電子コントロ
ーラ５７から斯かる運転状態に応じた制御信号が電磁弁
６０に出力される。したがって、この電磁弁６０は、図
１に示すように第１油圧通路４９とオイルメインギャラ
リ３５を連通する一方、第２油圧通路５０と排出通路５
８とを連通する。このため、第１油圧通路４９に流入し
た作動油は、図３に示すように第１受圧室５５内に流入
して内圧を上昇させ、第１開閉弁４７をコイルスプリン
グ５３のばね力に抗して押し下げる。依って、ドレン通
路４３と通孔４７ａが合致して第１油圧室２３内の作動
油がドレン通路４３から通孔４７ａ，第１開閉弁４７内
部及びドレン孔５２ａを介して外部に速やかに排出さ
れ、第１油圧室２３内が低圧となる。このため、第１プ
ランジャ１７は、進出することなく第１押圧部２９の傾
斜面２９ａがアーム６の一端部８側端面８ａに単に圧縮
スプリング３１の小さなばね力で当接している状態とな
る。

【００１９】一方、第２受圧室５６内の作動油は、第２
油圧通路５０を通って排出通路５８から外部に排出さ
れ、該第２受圧室５６が低圧となる。このため、第２開
閉弁４８は、図４に示すようにコイルスプリング５４の
ばね力で上昇してドレン通路４４の下流端４４ｂを閉止
する。したがって、前述のようにリザーバ室２２から第
２油圧室２４内に流入した作動油によって該第２油圧室
２４が高圧となり、第２プランジャ１８全体が高油圧と
圧縮スプリング３２との合成力によって前方へ速やかに
進出する。これにより、第２押圧部３０は、傾斜面３０
ａがアーム６の他端部９側端面９ａに摺接しつつ該アー
ム６を図２中反時計方向へ押圧し、カムシャフト２をド
リブンスプロケット１に対して反時計方向（負方向）へ
最大に相対回動させる。ここで、ドリブンスプロケット
１の時計方向の回転力によってアーム６からの反力で第
２押圧部３０を介して第２プランジャ１８を押し戻そう
とするが、前述の合成力で後退移動が確実に阻止され
る。これによって、カムシャフト２の時計方向の相対回
動が規制され、該カムシャフト２は吸気バルブの閉時期
を遅くする回動位置に保持される。

【００２０】一方、機関運転状態が高負荷域に移行した
場合は、電子コントローラ５７によって電磁弁６０が切
り替え作動し、第２油圧通路５０とオイルメインギャラ
リ３５を連通する一方、第１油圧通路４９と排出通路５
９とを連通する。このため、第２油圧通路５０に流入し
た作動油は、第２受圧室５６内に流入して第２開閉弁４
８をコイルスプリング５４のばね力に抗して押し下げ
る。依って、ドレン通路４４と通孔４８ａが合致して第
２油圧室２４内の油圧が排出され、低圧状態になる。こ
のため、第２プランジャ１８は、全体が後退移動して第
２押圧部３０がアーム６の他端部側端面９ａを単に圧縮
スプリング３２の小さなばね力で当接した状態となる。

【００２１】他方、第１受圧室５５内の作動油は、第１
油圧通路４９を通って排出通路５９から外部に排出さ
れ、低圧状態となる。このため、今度は第１開閉弁４７
が上昇してドレン通路４３の下流端４３ａを閉止する。
したがって、第１油圧室２３内が高圧となって、第１プ
ランジャ１７全体が高油圧と圧縮スプリング３１の合成
力で前方へ速やかに進出し、第１押圧部２９の傾斜面２
９ａでアーム６の一端部側端面８ａを図２中時計方向に
押圧する。これにより、カムシャフト２は、時計方向
（正方向）へ最大に相対回動し吸気バルブの閉時期を早
くする回動位置に保持される。

【００２２】このように、本実施例では、切替機構３４
によって各油圧室２３，２４に対する油圧を制御して各
プランジャ１７，１８の相対的な進退動を切り替えて、
アーム６を正逆回動させるようにしたため、カムシャフ
ト２の正逆相対回動を機関運転変化に応じて速やかに変
換させることができる。

【００２３】特に、各プランジャ１７，１８の進出移動
は、カムシャフト２に発生する正負の回転トルク変動時
つまり、アーム６の両端部８，９が各押圧部２９，３０
から離間しようとしたときに、各油圧室２３，２４内に
リザーバ室２１，２２から油圧が即座に供給されること
により行なわれるため、応答性が良好になると共に、僅
かな油圧によって進出移動が可能になる。

【００２４】しかも、揺動規制機構の各逆止弁２７，２
８と各開閉弁４７、４８とによって、リザーバ室２１，
２２から一旦油圧室２３，２４に流入した油圧の逆流が
確実に規制されるため、前記カムシャフト２の正負の回
転トルク変動などによる各プランジャ１７，１８の後退
移動が確実に防止され、応答性がさらに良好になると共
に、カムシャフト２の常時安定かつ確実な相対回動が得
られ、かつ該カムシャフト２を正逆最大相対回動位置に
確実に保持することができる。

【００２５】また、油圧室２３，２４上流にリザーバ室
２１，２２を形成したことに加え、各分岐通路３８，３
９にチェックバルブ４０，４１を設けたため、機関停止
時においても各リザーバ室２１，２２内に作動油が保持
されている。このため、機関始動時に油圧室２３，２４
への作動油の供給が可能となり、各プランジャ１７，１
８の自由な進退動が抑制され、アーム６等への干渉によ
る打音の発生を防止できる。

【００２６】更に、各開閉弁４７，４８を、外部ではな
くスプロケット本体１２内に各プランジャ１７，１８と
並列状態で収納したため、装置全体の小型化が図れる。

【００２７】本発明は、前記実施例の構成に限定される
ものではなく、排気側あるいは排気側と吸気側の両方に
適用することも可能である。また、アーム６を、プラン
ジャ１７を用いずに各油圧室２３，２４の油圧によって
直接正逆回転させることも可能であり、この場合、アー
ム６の構造としては、スプロケット本体１２内を摺動回
転するベーンのような構造とすることも可能である。

【００２８】

【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、各油圧室内の油圧によって直接
あるいは該各油圧室の油圧により、例えば各プランジャ
を相対的に進退動させてアームを正逆回転させることに
より行なうようにしたため、構造が簡素化されると共
に、製造作業能率の向上と製造コストの低廉化が図れ
る。また、前記各プランジャを、機関運転状態に応じて
作動する切替機構によって進退動させるようにしたた
め、大きな摩擦抵抗等の発生がなく機関運転状態に応じ
た高精度かつ応答性の優れたバルブタイミング制御が得
られる。

【００３０】しかも、各油圧室に一旦供給された作動油
は、揺動規制機構の逆止弁及び開閉弁によって各油圧室
からドレン通路への逆流が確実に阻止されるため、カム
シャフトに発生する正負の回転トルク変動による各プラ
ンジャの不用意な後退動を確実に阻止できる。したがっ
て、アームの自由な揺動が規制されて、回転体とカムシ
ャフトの安定かつ確実な相対回動が得られると共に、最
大相対回動位置を確実に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実
施例を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図。

【符号の説明】

１…ドリブンスプロケット（回転体）、２…カムシャフ
ト、２ａ…一端部、６…アーム、８，９…両端部、８
ａ，９ａ…側端面（両側縁）、１７，１８…プランジ
ャ、２３，２４…油圧室、２７，２８…逆止弁、２９，
３０…押圧部、２９ａ，３０ａ…傾斜面、３４…切替機
構。

Claims (2)

(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、 該回転体に相対回動可能に設けられ、機関弁を閉方向の
   付勢力に抗して開作動するカムを有するカムシャフト
   と、 前記カムシャフトの端部に固着されて、前記回転体内を
   正逆回転することにより前記回転体とカムシャフトの相
   対回動位置を変化させて機関弁の開閉時期を制御するア
   ームと、 前記アームを回転体に対して一方向あるいは他方向に回
   転駆動させる第１油圧室及び第２油圧室と、 該各油圧室に対する油圧を給排する油圧回路と、 機関運転状態に応じて前記油圧回路の供給、排出流路を
   切り替えて各油圧室に油圧を選択的に給排する切替機構
   と、回転体内にカムシャフトと平行に設けられ、該カムシャ
   フトの回転トルク変動によって発生する前記アームの揺
   動を規制する揺動規制機構と 、 を備え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。
2. 【請求項２】 前記回転体内部の前記アームの両端部に
   対応した位置にそれぞれ形成された各シリンダ孔内に、
   前記各油圧室に選択的に供給された油圧によって前記ア
   ームの両端部方向へ進出するプランジャを摺動自在に設
   ける一方、 前記揺動規制機構を、前記回転体内に設けられて、前記
   各油圧室に供給された油圧の逆流を規制する逆止弁と、
   該逆止弁が油圧の逆流を規制している際に、前記各油圧
   室とドレン通路との連通を遮断する開閉弁とから構成し
   た ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタ
   イミング制御装置。