JP4434161B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用などの内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを運転条件に応じて調整するバルブタイミング調整装置に関する。
車両用などの内燃機関に燃料となる混合気を供給するための吸気バルブや燃焼ガスを排出するための排気バルブは、内燃機関の運転条件に応じて開閉する。そして、燃費の向上や排気ガス抑制のために、これらのバルブの開閉タイミングを可変とし、内燃機関の動作状況に合わせて調整するバルブタイミング調整装置が付属されるようになってきている。この装置は、当初吸気バルブに適用されていたが、最近では排気バルブにも適用される場合が多くなっている。バルブタイミング調整装置は、吸気バルブや排気バルブを開閉駆動するカム及びカムシャフトと、カムシャフトと相対回転変位することによりタイミングを調整する回転体と、内燃機関の駆動軸から駆動力を分岐して回転体に伝達するチェーンなどの駆動力伝達手段と、により構成されるのが一般的である。また、カムシャフトと回転体との相対回転変位は、油圧機構により制御される場合が多い。
この種のバルブタイミング調整装置の例が、特許文献1及び2に開示されている。特許文献1では、駆動軸または従動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、ハウジング部材内に収容されて相対回転変位するベーンロータ部材と、ベーンロータ部材をいずれかの回転方向に付勢するねじりコイルスプリングとを備えている。特許文献2では、特許文献1に相当する構成が吸気バルブ用と排気バルブ用にそれぞれ設けられて、複数の伝動用無端部材例えばチェーンにより駆動されている。
特開2005−325758号公報 特開2005−155338号公報
ところで、内燃機関の始動時には、吸気バルブと排気バルブとで開閉タイミングを逆方向に調整する必要がある。すなわち、吸気バルブでは駆動軸に対してカムシャフトが遅れて回転するように位相調整し、排気バルブではカムシャフトが先行して回転するように位相調整する必要がある。また、2つのカムシャフトの回転方向自体は駆動軸と同方向に回転するようになっている。このため、特許文献1及び2に開示されるバルブタイミング調整装置では、始動時の位相を変える必要上、吸気用と排気用とでハウジング部材やベーンロータ部材がそれぞれ異なる形状となり、部品レベルでの共通化が困難になっている。吸気用と排気用とで部品形状が異なれば、製作用金型の点数が増え、また製作上の手間も増加するとともに、管理も煩わしくなる。特に、他品種少量生産の趨勢からみても、部品の共通化は重要な課題となっている。
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、吸気用と排気用とで構成部品を共通化することのできるバルブタイミング調整装置を提供する。
本発明のバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブを開閉駆動する吸気用従動軸と、該吸気用従動軸と相対回転変位することにより該吸気バルブの開閉タイミングの調整が可能な吸気用回転体と、該内燃機関の排気バルブを開閉駆動する排気用従動軸と、該排気用従動軸と相対回転変位することにより該排気バルブの開閉タイミングの調整が可能な排気用回転体と、該内燃機関の駆動軸から該吸気用回転体及び該排気用回転体に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、前記駆動力伝達手段は、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方を前記駆動軸と同じ回転方向に駆動する順回転駆動手段と、反転手段を介して他方を該駆動軸と逆の回転方向に駆動する逆回転駆動手段と、からなり、前記順回転駆動手段は、前記駆動軸に設けられた駆動スプロケットと、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方に設けられた順回転用スプロケットと、該駆動スプロケットと該順回転用スプロケットとを繋いで輪転する順回転用チェーンとからなり、前記逆回転駆動手段は、該駆動スプロケットに噛合するアイドラギヤと、前記他方に設けられた逆回転用スプロケットと、該アイドラギヤと該逆回転用スプロケットとを繋いで輪転する逆回転用チェーンとからなる、ことを特徴とする。
本発明は、吸気用と排気用の各回転体を互いに逆の回転方向に駆動することにより、従来では内燃機関始動時に逆方向に調整している位相を、同方向に調整できるようにして、回転体などの構成部品を吸気用と排気用とで共通化することを主眼としている。
吸気バルブ及び排気バルブの開閉駆動にはカムを用いることができ、カムを駆動するカムシャフトは従動軸として他から駆動される必要がある。バルブ、カムは、配置などを考慮することにより、吸気用と排気用とで構成部品を共通化することができる。また、内燃機関の気筒数及び配置によっては、それぞれ複数用いるようにしてもよい。吸気用回転体及び排気用回転体は、それぞれ従動軸と相対回転変位することによりバルブの開閉タイミングを調整するものである。これらの回転体には、例えば従来のハウジング部材を用いることができる。ハウジング部材の内部に形成される収容室には、従動軸と一体に回転するベーンロータ部材を同軸配置に収容することができる。ベーンロータ部材は収容室内で相対回転変位可能であり、両者の位相差は収容室内に連通する油圧機構で調整されるように構成されている。
駆動力伝達手段は、内燃機関の駆動軸から吸気用回転体及び排気用回転体に駆動力を伝達する手段であり、回転運動を伝えるものである。
本発明では、駆動力伝達手段は、吸気用回転体と排気用回転体のうち一方を順回転駆動手段により駆動軸と同じ回転方向に駆動し、他方を逆回転駆動手段により逆の回転方向に駆動するようにしている。
前記順回転駆動手段は、前記駆動軸に設けられた駆動スプロケットと、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方に設けられた順回転用スプロケットと、該駆動スプロケットと該順回転用スプロケットとを繋いで輪転する順回転用チェーンとからなり、前記逆回転駆動手段は、該駆動スプロケットに噛合するアイドラギヤと、前記他方に設けられた逆回転用スプロケットと、該アイドラギヤと該逆回転用スプロケットとを繋いで輪転する逆回転用チェーンとからなるようにしてもよい。
内燃機関の駆動軸はクランクシャフトとも呼ばれるものであり、これと一体に回転するように駆動スプロケットを設けることができる。また、吸気用回転体と排気用回転体のうち一方の外周部分に順回転用スプロケットを設けることができる。さらに、駆動スプロケットと順回転用スプロケットとを順回転用チェーンで繋ぐことができる。すると、順回転用チェーンは、駆動スプロケットに駆動されて駆動軸と同じ回転方向に輪転し、一方を駆動軸と同じ回転方向に駆動する。また、駆動スプロケットに噛合するアイドラギヤを設けることができる。さらに、吸気用回転体と排気用回転体のうち他方の外周部分に逆回転用スプロケットを設けることができ、アイドラギヤと逆回転用スプロケットとを逆回転用チェーンで繋ぐことができる。すると、アイドラギヤは駆動軸とは逆回転し、逆回転用チェーンも逆の回転方向に輪転し、他方を駆動軸と逆の回転方向に駆動する。結局、吸気用回転体と排気用回転体のうち一方は、駆動軸と同じ回転方向となり、他方は逆の回転方向となる。
また、本発明のバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブを開閉駆動する吸気用従動軸と、該吸気用従動軸と相対回転変位することにより該吸気バルブの開閉タイミングの調整が可能な吸気用回転体と、該内燃機関の排気バルブを開閉駆動する排気用従動軸と、該排気用従動軸と相対回転変位することにより該排気バルブの開閉タイミングの調整が可能な排気用回転体と、該内燃機関の駆動軸から該吸気用回転体及び該排気用回転体に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、前記駆動力伝達手段は、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方を前記駆動軸と同じ回転方向に駆動する順回転駆動手段と、反転手段を介して他方を該駆動軸と逆の回転方向に駆動する逆回転駆動手段と、からなり、前記順回転駆動手段は、前記駆動軸に設けられた駆動スプロケットと、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方に設けられた順回転用スプロケットと、該駆動スプロケットと該順回転用スプロケットとを繋いで輪転する順回転用チェーンとからなり、前記逆回転駆動手段は、該順回転用チェーンに外接して噛合するアイドラスプロケットと、前記他方に設けられた逆回転用スプロケットと、該アイドラスプロケットと該逆回転用スプロケットとを繋いで輪転する逆回転用チェーンとからなるようにすることもできる。
駆動スプロケットに噛合するアイドラギヤに代えて、順回転用チェーンに外接して噛合するアイドラスプロケットを用いても反転手段となり、同様に作用させることができる。アイドラスプロケットは順回転用チェーンに外接させることが必要であり、内接させては逆の回転方向は得られない。アイドラギヤやアイドラスプロケットは、2つの対象と噛合するために、2組の歯を軸方向に並べてもつように形成するようにしてもよい。なお、順回転用スプロケット及び逆回転用スプロケットの名称は回転方向の違いを明確にするために付したものであり、構造的には全く同一とすることができる。
以上のように構成した本発明のバルブタイミング調整装置では、吸気用回転体と排気用回転体のうち一方は駆動軸と同じ回転方向となり、他方は逆の回転方向となる。
次に本発明の作用について説明するが、説明を簡略化するために駆動軸と吸気用回転体とは時計回り、排気用回転体は反時計回りに回転する構成を代表例として考える。したがって、吸気用従動軸は吸気起用回転体とともに時計回りに回転し、排気用従動軸は排気用回転体とともに反時計回りに回転する。
ここで、内燃機関始動時のバルブタイミングの調整について注目すると、吸気用従動軸は駆動軸に対し遅れて回転するように調整される必要がある。吸気用ベーンロータ部材は吸気用従動軸と一体に回転し、吸気用ハウジング部材は駆動軸によって駆動されることを考慮すると、吸気用ベーンロータ部材は吸気用ハウジング部材に対し遅れることになる。すなわち、吸気用ベーンロータ部材は、時計回りに回転する吸気用ハウジング部材よりも反時計回り側の遅れ位相となる。
一方、排気用従動軸は駆動軸に対し先行して回転するように調整される必要がある。排気用ベーンロータ部材は排気用従動軸と一体に回転し、排気用ハウジング部材は駆動軸によって駆動されることを考慮すると、排気用ベーンロータ部材は排気用ハウジング部材に対し先行することになる。すなわち、排気用ベーンロータ部材は、反時計回りに回転する排気用ハウジング部材よりも反時計回り側の進み位相となる。
つまり、始動時には、吸気用・排気用ともにベーンロータ部材がハウジング部材よりも反時計回り側に相対回転変位することになる。始動時のベーンロータ部材とハウジング部材との相対位置関係を固定する手段として、一方を他方に係止するための係止ピン及び嵌合孔を用いることができ、その配設位置は吸気用と排気用とで同一とすることができる。また、一方を他方に対して回転方向に付勢するコイルスプリングなどの付勢手段も、吸気用と排気用とで同一とすることができる。したがって、ベーンロータ部材とハウジング部材、及びその他の構成部品の形状を吸気用と排気用とで同一として、共通化することができる。
なお、始動した以降では、ベーンロータ部材とハウジング部材との相対回転変位は、油圧機構により吸気用と排気用とで個別に調整されるため、構成部品共通化の妨げとはならない。
本発明のバルブタイミング調整装置は、順回転駆動手段と逆回転駆動手段とを備えて、吸気用回転体と排気用回転体とを互いに逆回転させるようにしたので、ベーンロータ部材とハウジング部材、及びその他の構成部品の形状を吸気用と排気用とで同一として、共通化することができる。
本発明を実施するための最良の形態を、図1〜図3を参考にして説明する。図1は、本発明の実施例のバルブタイミング調整装置を説明する図であり、(A)は正面断面図、(B)は正面断面図のX−X矢視断面図である。実施例のバルブタイミング調整装置1は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを調整するものであり、同一形状の共通の構成部品として、吸気用カムシャフト21と排気用カムシャフト、吸気用ロータベーン部材31と排気用ロータベーン部材39、吸気用ハウジング部材41と排気用ハウジング部材49、が用いられている。また、吸気用として駆動スプロケット5と順回転用チェーン6とが用いられ、排気用としてアイドラギヤ7と逆回転用チェーン8とが用いられている。
図1(B)は主に吸気用の構成部品を示した図であり、吸気用カムシャフト21と吸気用ロータベーン部材31は軸心を締結ボルト32で共締めされて一体に回転するようになっている。吸気用カムシャフト21は図中の右方に延びて、吸気バルブを駆動する図略の吸気用カムが設けられている。また、吸気用カムシャフト21は、図略の軸支部により回転自在に支持されている。吸気用ロータベーン部材31は、図1(A)に示されるように、円周方向に並んで配設され径方向に突出する4個のベーン部33a〜33dをもっている。また、ひとつのベーン部33aには、軸方向に摺動する係止ピン34が設けられている。
吸気用ハウジング部材41は、吸気用カムシャフト21と吸気用ロータベーン部材31の周囲を囲むように、かつ相対回転変位可能に形成されている。吸気用ハウジング部材41の内側には、円周方向に並び中心に向かって突出する4個の島部42a〜42dによって、4個の収容室43a〜43dが区画形成されている。各収容室43a〜43dには、各ベーン部33a〜33dが1個ずつ収容されている。また、各収容室43a〜43dには、吸気用カム21内に設けられた油路22を経由して油圧機構から油圧が供給され、各ベーン部33a〜33dの相対回転変位すなわち位相を調整できるようになっている。
コイルスプリング45は、吸気用ロータベーン部材31と吸気用ハウジング部材41の間に係止され、吸気用ロータベーン部材31を図中の反時計回りに付勢している。したがって、油圧が加えられていない状態では、図1(A)に示されるように、吸気用ロータベーン部材31は収容室43a〜43d内で反時計回りいっぱいまで相対回転変位している。また、この状態において、吸気用ハウジング部材41の底面の係止ピン34が当接する位置には嵌合孔44が設けられ、係止ピン34が嵌入することにより係止されて相対回転変位を禁止するようになっている。嵌合孔44にも油圧は供給可能とされ、油圧によって係止ピン34が押し出されると、コイルスプリング51の付勢力よりも大きな油圧操作力により相対回転変位できるように構成されている。
以上の説明は排気用の構成部品にも共通であり、排気用カムシャフト、排気用ロータベーン部材39、排気用ハウジング部材49についての詳細説明は省略する。
駆動スプロケット5は、図略の内燃機関の駆動軸に設けられて一体に回転するようになっている。駆動スプロケット5は、チェーンと噛合可能なスプロケット部51と、ギヤと噛合可能なギヤ部52とが同軸に結合されて形成されている。一方、吸気用ハウジング部材41の外周には順回転用スプロケット46が設けられている。順回転用スプロケット46と、駆動スプロケット5のスプロケット部51とは、順回転用チェーン6により繋がれている。
アイドラギヤ7も、チェーンと噛合可能なスプロケット部71と、ギヤと噛合可能なギヤ部72とが同軸に結合されて形成されている。アイドラギヤ7のギヤ部72は、駆動スプロケット5のギヤ部52に噛合して回転駆動されている、一方、排気用ハウジング部材49の外周には逆回転用スプロケットが設けられ、アイドラギヤの7のスプロケット部71と、逆回転用チェーン8により繋がれている。なお、アイドラギヤ7は、駆動スプロケット5と同一の形状として、共通の構成部品とすることができる。
以上のようなスプロケット及びチェーンの構成によれば、図1(A)に矢印で示されるように、駆動軸と一体に駆動スプロケット5が時計回りに回転すると、順回転用チェーン6が時計回りに輪転し、と吸気用ハウジング部材41も時計回りに回転する。一方、アイドラギヤ7は反時計回りに逆回転し、逆回転用チェーン8は反時計回りに輪転して、排気用ハウジング部材49も反時計回りに回転する。したがって、吸気用カムシャフト21と排気用カムシャフトも互いに逆回転となるが、回転方向の違いは、開閉タイミング調整の障害にはならない。
次に、実施例のバルブタイミング調整装置1の作用について説明する。内燃機関停止状態では油圧機構は作動しないので、収容室43a〜43dに油圧は加えられない。したがって、吸気用ロータベーン部材31はコイルスプリング45によって付勢され反時計回りに相対回転変位し、変位した状態で係止ピン34が嵌合孔44に嵌入して係止されている。排気用ロータベーン部材39も同様であり、反時計回りに相対回転変位した状態で係止されている。この状態で内燃機関を始動すると、時計回りに回転する吸気用ハウジング部材41に対して、吸気用ロータベーン部材31すなわち吸気用カムシャフト22は遅れ位相で回転を始める。また、反時計回りに回転する排気用ハウジング部材49に対して、排気用ロータベーン部材39すなわち排気用カムシャフトは進み位相で回転を始める。
上述のような位相調整すなわちバルブの開閉タイミングの調整は望ましいものであり、吸気用と排気用とを共通の構成部品としつつ、両方で所望の開閉タイミングを得られるのは大きなメリットである。
これに対して、従来のバルブタイミング調整装置では、吸気用と排気用の構成部品を共通化することができなかった。図3は従来のバルブタイミング調整装置9を説明する正面断面図である。従来の構成では、吸気用ハウジング部材41と排気用ハウジング部材49と駆動スプロケット5とを三角配置し、1本の順回転用チェーン6で駆動していた。このため、吸気用ハウジング部材41と排気用ハウジング部材49とは同じ回転方向、すなわち図中では時計回りとなっていた。したがって、始動時に吸気用を遅れ位相に調整するために吸気用ロータベーン部材31を反時計回りに相対回転変位させ、排気用を進み位相に調整するために排気用ロータベーン部材39を時計回りに相対回転変位させる必要があった。このため、吸気用と排気用とでコイルスプリングの付勢方向が逆となり、また係止ピンや嵌合孔の配設位置も異なったものとなっており、構成部品は別々の形状となっていた。
図1の本発明と図3の従来構成とを比較した場合、本発明ではスプロケット及びチェーンが余分に必要となるが、ロータベーン部材やハウジング部材などの複雑な形状の構成部品を全て共通化できるメリットの方が格段に大きい。
本発明の別の実施例について、図2を参考にして説明する。図2は、図1の実施例中のアイドラギヤ7の駆動元を駆動スプロケット5ではなく順回転用チェーン6にしたバルブタイミング調整装置11を説明する正面断面図である。別の実施例のバルブタイミング調整装置11は、駆動スプロケット5に代えて単一駆動スプロケット59及び支持スプロケット58を備えるとともに、アイドラギヤ7に代えてアイドラスプロケット79を備え、その他の構成部品は図1の実施例と同一である。
単一駆動スプロケット59は図略の駆動軸に設けられた単純なスプロケットである。支持スプロケット58は、吸気用ハウジング部材41の外周部の順回転用スプロケット46と、単一駆動スプロケット59との三者で三角配置となる位置に設けられるスプロケットである。単一駆動スプロケット59と支持スプロケット58と順回転用スプロケット46とには、順回転用チェーン6が外接して繋がれている。アイドラスプロケット79は、チェーンと噛合できる2組のスプロケット部をもっている。スプロケット部のうち一方は順回転用チェーン6に外接して噛合し、駆動されるようになっている。他方は、逆回転用チェーン8により、排気用ハウジング部材49の逆回転用スプロケットに繋がれている。
以上のように構成された別の実施例のバルブタイミング調整装置11では、単一駆動スプロケット59が時計回りに回転すると、吸気用ハウジング部材41も時計回りに回転し、アイドラスプロケット79と排気用ハウジング部材49とは逆方向の反時計回りに回転する。したがって、吸気用と排気用とは互いに逆回転となって、図1の構成と同様の効果を奏することができる。
なお、支持スプロケット58は、順回転用チェーン6を蛇行させてテンションを持たせて、アイドラスプロケット79の噛合を確実にするためのものであり、省略することもできる。
実施例のバルブタイミング調整装置を説明する図であり、(A)は正面断面図、(B)は正面断面図のX−X矢視断面図である。 図1中のアイドラギヤの駆動元を駆動スプロケットではなく順回転用チェーンにした、別の実施例のバルブタイミング調整装置を説明する正面断面図である。 従来のバルブタイミング調整装置を説明する正面断面図である。
符号の説明
1、11:バルブタイミング調整装置
21:吸気用カムシャフト 22:油路
31:吸気用ロータベーン部材 32:締結ボルト
33a〜33d:ベーン部 34:係止ピン
39:排気用ロータベーン部材
41:吸気用ハウジング部材 42a〜42d:島部
43a〜43d:収容室 44:嵌合孔
45:コイルスプリング 46:順回転用スプロケット
49:排気用ハウジング部材
5:駆動スプロケット 51;スプロケット部 52:ギヤ部
58:支持スプロケット 59:単一駆動スプロケット
6:順回転用チェーン
7:アイドラギヤ 71:スプロケット部 72:ギヤ部
79:アイドラスプロケット
8:逆回転用チェーン
9:従来のバルブタイミング調整装置

Claims (2)

  1. 内燃機関の吸気バルブを開閉駆動する吸気用従動軸と、該吸気用従動軸と相対回転変位することにより該吸気バルブの開閉タイミングの調整が可能な吸気用回転体と、該内燃機関の排気バルブを開閉駆動する排気用従動軸と、該排気用従動軸と相対回転変位することにより該排気バルブの開閉タイミングの調整が可能な排気用回転体と、該内燃機関の駆動軸から該吸気用回転体及び該排気用回転体に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、
    前記駆動力伝達手段は、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方を前記駆動軸と同じ回転方向に駆動する順回転駆動手段と、反転手段を介して他方を該駆動軸と逆の回転方向に駆動する逆回転駆動手段と、からなり、
    前記順回転駆動手段は、前記駆動軸に設けられた駆動スプロケットと、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方に設けられた順回転用スプロケットと、該駆動スプロケットと該順回転用スプロケットとを繋いで輪転する順回転用チェーンとからなり、前記逆回転駆動手段は、該駆動スプロケットに噛合するアイドラギヤと、前記他方に設けられた逆回転用スプロケットと、該アイドラギヤと該逆回転用スプロケットとを繋いで輪転する逆回転用チェーンとからなることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
  2. 内燃機関の吸気バルブを開閉駆動する吸気用従動軸と、該吸気用従動軸と相対回転変位することにより該吸気バルブの開閉タイミングの調整が可能な吸気用回転体と、該内燃機関の排気バルブを開閉駆動する排気用従動軸と、該排気用従動軸と相対回転変位することにより該排気バルブの開閉タイミングの調整が可能な排気用回転体と、該内燃機関の駆動軸から該吸気用回転体及び該排気用回転体に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、
    前記駆動力伝達手段は、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方を前記駆動軸と同じ回転方向に駆動する順回転駆動手段と、反転手段を介して他方を該駆動軸と逆の回転方向に駆動する逆回転駆動手段と、からなり、
    前記順回転駆動手段は、前記駆動軸に設けられた駆動スプロケットと、前記吸気用回転体と前記排気用回転体のうち一方に設けられた順回転用スプロケットと、該駆動スプロケットと該順回転用スプロケットとを繋いで輪転する順回転用チェーンとからなり、前記逆回転駆動手段は、該順回転用チェーンに外接して噛合するアイドラスプロケットと、前記他方に設けられた逆回転用スプロケットと、該アイドラスプロケットと該逆回転用スプロケットとを繋いで輪転する逆回転用チェーンとからなることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
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