JPH04153510A - バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野二 この発明は、エンノン運転中に吸気バルブ及び排気バル
ブの作動タイミングを制御するバルブタイミング制御装
置に関するものである。

■従来の技術て 従来、この種の装置として、例えば特開昭６３１３１８
０８号公報に開示された技術か知られている。

即ち、上記公報の技術では、シリンダヘッドにて回転可
能に支持されたカムシャフトの一端部に、エンジンに駆
動連結されたタイミングプーリアラシイが設けられてい
る。カムシャフトとタイミングプーリアラシイとの間に
は筒状の歯車（リンクギヤ）が介在され、そのリングギ
ヤかカムシャフトとタイミングプーリアラシイとの開に
噛合されている。リンクギヤは、その内外周に設けられ
た歯の少なくともいずれか一方がヘリカル歯になってお
り、軸方向への移動によってカムシャフトと相対回動可
能になっている。

そして、タイミングプーリアラシイ内部において、リン
クギヤの軸方向一端側空間（第１圧力室）には、第１油
圧供給手段からカムシャフトの油路等を通して制御油圧
が供給され、リンクギヤに制御油圧が作用する。又、そ
の制御油圧に対抗するように、リングギヤの他端側空間
には、釣り合い用のスプリングか設けられている。これ
に加え、リンクギヤの他端側空間を第２圧力室として、
その第２圧力室に第２油圧供給手段からカムシャフトの
油路等を通して制御油圧か供給され、第１圧力室の油圧
に対抗する制御油圧かりングキャに作用するようになっ
ている。

従って、第１油圧供給手段又は第２油圧供給手段からの
制御油圧がリンクギヤ両端の各圧力室に加えられ、リン
クギヤかスプリングの付勢力に抗して軸方向へ移動され
ることにより、カムシャフトに捩じりが付与されてカム
シャフトとタイミングプーリアラシイとの回転方向にお
ける相対位置（回転位相）か変えられる。これによって
、図示しない吸気バルブ及び排気バルブの作動タイミン
クか変えられる。又、リンクギヤ両端の各圧力室に供給
される制御油圧を第１及び第２の油圧供給手段よりなる
２系統の油圧回路によって制御することにより、リンク
ギヤを中間位置に保持したりして吸気バルブ及び排気バ
ルブの作動タイミンクを多段階に調整できるようにして
いる。

［発明か解決しようとする課題］ ところか、前記従来例では、第１油圧供給手段及び第２
油圧供給手段における調圧用バルブのヒステリ７スや油
温等に多少の違いかあるため、油圧の設定（調圧）を常
に精度良く再現することが難しいものであった。即ち、
各油圧供給手段における油圧制御をリニアに行うことは
困難で、それを行うためには各油圧供給手段の構成が複
雑化してコスト高になる問題かあった。

しかも、第１及び第２の各油圧供給手段の油圧制御によ
ってリンクギヤか任意の中間位置に保持された場合に、
リンクギヤは単にその両端に加わる油圧とスプリングの
付勢力との釣り合いによって保持されているだけてあり
、その位置決め状態が不安定なものになっていた。この
ため、エンジンのトルク変動に対して、常に安定した位
置決め状態を確保することが困難であった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、制御油圧の調圧精度に左右されることな
く、常に安定した状態でリンクギヤを中間位置に保持す
ることか可能なバルブタイミンク制御装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明においては、エ
ンジンのシリンダへ・ソドにて回転可能に支持されたバ
ルブ駆動用のカムシャフトと、そのカムシャフトの一端
部に設けられ、エンジンに駆動連結されたタイミングプ
ーリアラシイと、内外周に設けられた歯の少な（ともい
ずれか一方かヘノカル歯であり、カムシャフトとタイミ
ングプーリアノノイとの間に介在されて両者を連結する
と共に、軸方向への移動によってカムシャフトと相対回
動可能なりングキャと、タイミングプーリアッノイ内部
においてリンクギヤの軸方向一端側に設けられた油圧室
に加えられる制御油圧に対抗して、同すンクキャの他端
側に設けられた釣り合い用のスプリングとを備え、スプ
リングの付勢力に抗して油圧室に加えられる制御油圧に
よりリンクギヤを軸方向へ移動させながら回動させるこ
とによってカムシャフトに捩りりを付与するバルブタイ
ミンク制御装置において、リンクギヤの軸方向他端側に
設けられて別系統の制御油圧か加えられる別の油圧室と
、その別の油圧室にて別系統の制御油圧により軸方向へ
移動可能に設けられ、リングギャとの間にスプリングを
介在させたピストンとを備えている。

［作用］ 上記の構成によれば、エンジンによって駆動されるタイ
ミングプーリアラシイによりカムシャフトが回転駆動さ
れる時に、リンクギヤの軸方向−端側の油圧室に制御油
圧か加えられることにより、リングギヤはスプリングの
付勢力に抗して軸方向へ移動しながら回動される。これ
によって、カムシャフトに捩じりが付与されてカムシャ
フトとタイミングプーリアラシイとの回転方向における
相対位置（回転位相）か変えられる。この結果、図示し
ない吸気バルブ及び排気バルブの作動タイミングが変え
られる。

一方、リンクギヤの軸方向他端側において別の油圧室に
別系統の制御油圧か加えられることにより、ピストンか
スプリングの付勢力に抗してリングギヤに近接する軸方
向へ移動される。つまり、ピストンはリンクギヤの軸方
向への移動ストロークを小さくする方向へ移動される。

そして、リンクギヤ及びピストンにそれぞれ加わる別系
統の各制御油圧とスプリングの付勢力との釣り合いの関
係によって、リングギヤの保持位置が設定される。

従って、リングギヤ両端側の各油圧室に加えられる制御
油圧によってピストンの位置を任意に変更することによ
り、リングギヤか任意の中間位置に保持される。そして
、この中間位置の保持状態では、ピストンか機械的なス
トッパとして機能してリンクギヤの移動が規制されるの
で、各制御油圧の調圧精度に左右されることなく、リン
クギヤか安定して中間位置に保持される。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

第１図はこの実施例のバルブタイミング制御装置を説明
する概略構成図である。図示しない吸気バルブ及び排気
バルブを駆動するためのカムシャフト１は、そのカムジ
ャーナル２にてシリンダヘッド３の軸受部４とヘアリン
グギヤップ５との間で回転可能に支持されている。そし
て、カムシャフト１の一端部にはタイミングプーリアラ
シイ６が設けられている。

タイミングプーリアラシイ６は、外周に複数の外歯７を
有すると共に一側に収容凹部８を有するプーリ本体９と
、その収容凹部８に嵌合された筒体１０と、その筒体１
０とプーリ本体９との間の収容凹部８を覆うようにカム
シャフト１の先端にてボルト１１で固定されたキャップ
１２とを備えている。このキャップ１２は別のボルト１
３により筒体ＩＯにも連結されている。

タイミングプーリアラシイ６とカムシャフトｌとの間に
はリンクギヤ１４か介在され、両者６゜１か連結されて
いる。つまり、キャップ１２により密閉された収容凹部
８には、リンクギヤ１４が収容されている。このリング
ギヤ１４は、その内外周に設けられた複数の歯１４ａ、
１４ｂの両方かヘリカル歯になっており、軸方向への移
動によってカムシャフト１と相対回動可能になっている
。

リングギヤ１４の内外周の歯１４ａ、１４ｂはプーリ本
体９の内歯９ａ及び筒体１０の内歯１０ａにそれぞれ噛
合している。そして、プーリ本体９の外歯７に掛装され
た図示しないタイミングベルトを介して、タイミングプ
ーリアラシイ６がエンジンに駆動連結されている。

従って、エンジンからタイミングプーリアラシイ６に駆
動伝達されることにより、リンクギヤ１４により連結さ
れたブーり本体９と筒体１０とか一体的に回転され、更
にボルト１３で連結された筒体１０とキャップ１２とか
一体的に回転されてカムシャフト１か回転駆動される。

収容凹部８において、リンクギヤ１４の軸方向一端側の
空間は、制御油圧か作用する第１の油圧室１５となって
いる。又、同しく収容凹部８において、リンクギヤ１４
の他端側の空間は、別系統の制御油圧か作用する第２の
油圧室１６となっている。筒体１０の内壁は第２の油圧
室１６に対応する部分が第１の油圧室１５に対応する部
分よりも大径に形成されており、その境目が段部１０ｂ
となっている。この第２の油圧室１６には、制御油圧に
よって軸方向へ移動可能な環状のピストン１７が設けら
れている。そして、制御油圧か加わるピストン１７の受
圧面積は、別系統の制御油圧が加わるリングギヤ１４の
受圧面積よりも大きくなっている。これによって、ピス
トン１７に作用する制御油圧の力かりングキャ１４に作
用する制御油圧の力よりも大きくなるように設定されて
いる。又、収容凹部８におけるリンクギヤ］４の移動ス
トローク範囲は、第１図において、キャップ１２の内壁
に当たる位置から、その反対側のピストン１７に当たる
位置までである。これに対し、ピストン１７の移動スト
ローク範囲は、第１図において、プーリ本体９の内壁に
当たる位置から筒体１０の段部Ｊｏｂに当たる位置まで
である。

又、そのピストン１７とリングギヤ１４との各対向端面
には、それぞれ凹部１４ｃ、１７ａが形成され、両凹部
１４ｃ、１７ａの間には釣り合い用のスプリング１８が
介在されている。このスプリング１８の付勢力は各制御
油圧によってリンクギヤ１４やピストン１７に加わるカ
リよも小さく設定されている。

第１の油圧室１５へ制御油圧を供給するために、シリン
ダヘッド３及びカムシャフト１には、ジャーナル２にお
いて互いに連通ずるヘット通路１９及び第１のシャフト
通路２０か形成されている。

一方、第２の油圧室１６に別系統の制御油圧を供給する
ために、同しくカムシャフト１には第２のシャフト通路
２１が形成されている。

又、タイミングプーリアラシイ６の内部から洩れ出た制
御油を封止するために、タイミンクプーリアラシイ６と
シリンダヘッド３及びヘアリングギヤップ５との間には
、コム製のシール２２か設けられている。そして、この
シール２２とカムシャフトＪとシリンダヘッド３及びヘ
アリングギヤップ５との間には、タイミンクプーリアラ
シイ６の内部から洩れ出た制御油を回収するだめの油回
収室２３か設けられている。更に、カムシャフト１の下
側位置にて、シリンダヘッド３には、油回収室２３にて
回収された制御油をトレンするための油戻し穴２４か形
成されている。

この実施例において、制御油圧はエンジンの潤滑油圧か
利用されている。即ち、オイルパン、オイルポンプ及び
オイルフィルタ等を含む油圧回路２５からは、ヘッド通
路１９及び第２のシャフト通路２１に対し別々の通路２
６．２７を通じて潤滑油圧か制御油圧として供給される
ようになっている。又、各通路２６．２７の途中には、
開閉切換え用の三方弁よりなる第１の電磁バルブ２８及
び第２の電磁バルブ２９かそれぞれ設けられている。

各を磁バルブ２８．２９は電子制御装置（ＥＣＵ）３０
によって開閉制御されるようになっている。即ち、ＥＣ
Ｕ３Ｏは周知のように中央処理装置（ＣＰＵ）、所定の
制御プログラム等を予め記憶したメモリであるＲＯＭ、
ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するメモリであるＲＡＭ
等により論理演算回路として構成されている。このＥＣ
Ｕ３０の入力側には、エンジンに設けられた各種センサ
によりエンジン負荷及びエンジン回転数に相当する信号
かそれぞれ入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ３０の出力側は各電磁バルブ２８゜２９に
接続されている。そして、ＥＣＵ３０は入力されるエン
ジン負荷及びエンジン回転数の相当値に基つき、各電磁
バルブ２８．２９を好適に制御する。

従って、油圧回路２５のオイルポンプはエンジンの運転
に連動して作動される。そして、エンジン回転数に各電
磁バルブ２８．２９か適宜に開かれることにより、油圧
回路２５から各通路２６゜２７を通してヘット通路１９
及び第２のノヤフト通路２１へ制御油圧か供給される。

又、それら制御油圧は第１及び第２の油圧室１５．１６
へそれぞれ導かれ、リンクギヤ１４の一端側及びピスト
ン１７の一端側にそれぞれ加えられる。そして、制御油
圧によってリンクギヤ１４かスプリング１８の付勢力に
抗して軸方向（第１図の右方向）へ移動しながら回動さ
れることにより、カムシャフト１に捩じりか付与される
。一方、制御油圧によってピストン１７が段部］Ｏｂを
終端位置としてスプリング１８の付勢力に抗して軸方向
（第１図の左方向）へ移動されることにより、リングギ
ヤ１４の移動ストローク範囲が縮められる。つまり、第
１の油圧室１５及び第２の油圧室１６に供給される２系
統の制御油圧を各電磁バルブ２８．２９によって開閉制
御することにより、リングギヤ１４の位置が適宜に変更
される。

尚、タイミングプーリアラシイ６の内部から洩れ出た制
御油は油回収室２３にて回収され、油戻し穴２４から油
圧回路２５のオイルパンへと戻される。同様に、各電磁
バルブ２８．２９のドレンポートから流出する潤滑油も
油圧回路２５のオイルパンへと戻される。

次に、上記のように構成したバルブタイミング制御装置
の作用について説明する。

第２図はエンジン運転中にＥＣＵ３Ｏにより実行される
バルブタイミング制御の処理ルーチンを説明するフロー
チャートである。

この処理ルーチンでは、先ずステップ１０１においてエ
ンジン負荷を入力し、次にステップ１０２においてエン
ジン回転数を入力する。

そして、ステップ１０３において、入力したエンジン負
荷及びエンジン回転数に基づき、第３図に示すマツプを
参照して、その領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの中からその
時の運転状態に応じた領域を判定する。第３図に示すマ
ツプにおいて、領域Ａはエンジン回転数が低く、かつエ
ンジン負荷が大きい領域であり、吸気バルブの閉じを早
めるべき領域を示している。又、同マツプの領域Ｂはエ
ンジン回転数が高い領域であり、吸気バルブの閉じを遅
くし、エンジンの気筒における吸入ガスの慣性を利用し
得る領域を示している。更に、同マツプの領域Ｃはエン
ジン負荷及びエンジン回転数か共に低い領域である。こ
の領域Ｃでは、エンジンのスロットルバルブを絞らずに
吸気バルブの閉じを下死点よりも極端に遅らせることに
より、気筒のシリンダ容積を見かけ上小さくして、ボン
ピンクロスを低減させることかできる。

その後、ステップ１０４において、ステップ１０３で判
定された領域Ａ−Ｃに応したバルブタイミンク制御を実
行するために、以下の表１に示すように第１の電磁バル
ブ２８及び第２の電磁バルブ２９の開閉制御信号を出力
した後、ステップ１０１の処理へ戻る。

表１ このように、ＥＣＵ３Ｏはエンジン負荷及びエンジン回
転数に基ついて、その時々の運転状態に応じたバルブタ
イミング制御を実行すべく、各電磁バルブ２８．２９に
制御信号を出力する。

従って、エンジンによって駆動されるタイミングプーリ
アラシイ６によりカムシャフト１が回転駆動されている
時であって、第３図に領域Ａで示すようにエンジンか高
負荷・低速回転の場合において、第１の電磁バルブ２８
か開かれ、かつ第２の電磁バルブ２９か閉じられると、
第１の油圧室Ｉ５に制御油圧が供給され、第２の油圧室
Ｉ６への制御油圧の供給か解除される。これによって、
第４図に示すように、第１の油圧室１５にてリングギヤ
■４に制御油圧が加えられ、そのリングギヤ］４がスプ
リング１８の付勢力に抗して軸方向（図面右方向）へ移
動しながら回動される。又、第２の油圧室１６には制御
油圧か加えられていないので、第２の油圧室１６にてピ
ストン１７はスプリングＩ８の付勢力によって軸方向へ
押されなからプーリ本体９の内壁に当接して位置決めさ
れる。よって、リングギヤ１４はプーリ本体９の内壁か
らピストン１７の厚さ分だけ離れた右端位置にて移動規
制される。

この結果、カムシャフト１に捩しりが付与され、カムシ
ャフト１とタイミングプーリアラシイ６との回転位相が
変えら、吸気バルブの作動タイミングが早くなるように
変えられる。

方、第３図に領域Ｂで示すようにエンジンが高速回転の
場合において、第１及び第２の電磁バルブ２８．２９か
共に開かれると、第１の油圧室１５にてリングギヤ１４
に制御油圧が加えられると共に、第２の油圧室１６にて
ピストン１７に制御油圧か加えられる。これによって、
第５図に示すように、ピストン１７は第２の油圧室１６
にて段部１０ｂに係止される位置までスプリング１８の
付勢力に抗して移動される。つまり、ピストン１７はリ
ングギヤ１４の軸方向への移動ストロークを小さ（する
方向へ移動される。又、そのピストン１７に当接する位
置にて、リングギヤ１４が移動規制される。つまり、リ
ングギヤ１４は各油圧室１５．１６に加えられる制御油
圧とスプリング１８の付勢力との釣り合いによって、ピ
ストン１７に係止されながら、その中間位置にて保持さ
れる。この保持状態では、制御油圧が作用するピストン
１７の受圧面積の方が、リングギヤＩ４のそれよりも太
き（なっているので、ピストン１７がリングギヤ１４に
よって逆方向へ押し戻されることはない。

この結果、カムシャフト１に捩じりが付与され、カムシ
ャフト１とタイミングプーリアラシイ６との回転位相が
変えら、吸気バルブの作動タイミングか遅くなるように
変えられる。

更に、第３図に領域Ｃで示すようにエンジンか低負荷・
低速回転の場合において、第１の電磁バルブ２８が閉じ
られ、かつ第２の電磁バルブ２９が閉じられるか或いは
開かれると、リングギヤ１４に加えられる制御油圧が解
除され、リングギヤ１４がスプリング１８の付勢力によ
ってキャップ１２の内壁に近接する左端位置まで押圧さ
れて移動規制される。

この結果、カムシャフト］に捩じりか付与され、カムシ
ャフト１とタイミングプーリアラシイ６との回転位相が
変えら、吸気バルブの作動タイミングが極端に遅くなる
ように変えられる。

上記のように、この実施例では、タイミングプーリアラ
シイ６の収容凹部８において、リングギヤ１４を右端位
置、左端位置及びそれらの中間位置の３つの異なる位置
に保持することかでき、吸気バルブの作動タイミングを
３段階に調節することができる。

又、この実施例では、収容凹部８の右端位置及び左端位
置にてリングギヤ１４を安定保持できることは勿論のこ
と、それに加えて、リングギヤ１４を中間位置に保持す
るために、第１の油圧室１５に供給される制御油圧によ
って押圧されるリングギヤ１４を、第２の油圧室１６に
供給される制御油圧によって押圧されるピストン１７に
よって移動規制している。このため、ピストン１７が機
械的なストッパとして機能してリングギヤ１４の移動を
確実に規制しながら、リングギヤ１４を中間位置に位置
決め保持し、その保持状態を常に安定して確保すること
ができる。又、制御油圧の調圧精度に左右されることな
く、リングギヤ１４を常に安定した状態で中間位置に保
持することができる。

従って、エンジンのトルク変動、或いは各電磁バルブ２
８．２９における作動上のヒステリシスや油温等の違い
を考慮して、制御油圧の調圧を高精度で行う必要がなく
、そのための特別な構成を油圧回路２５に付加する必要
がない。よって、油圧回路２５の構成が複雑化してコス
ト高になることもない。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
発明の趣旨を逸脱しない範囲において、構成の一部を適
宜に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記実施例ではリングギヤ１４の内外周両方の歯
１４ａ、１４ｂをヘリカル歯としたが、その内外周の歯
１４ａ、１４ｂのいずれか一方のみをヘリカル歯として
もよい。

（２）前記実施例では、タイミングプーリアラシイ６を
タイミングベルトを介してエンジンに駆動連結する場合
に具体化したが、チェーンを介してエンジンに駆動連結
する場合に具体化してもよい。

又、それに合わせて、タイミングプーリアラシイ６、リ
ングギヤ１４、ピストン１７及びカムシャフト１等の形
状を適宜に変更することもできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、リングギヤの
軸方向一端側に油圧室を設け、リングギヤの軸方向他端
側に別の油圧室を設けて、その別の油圧室にて軸方向へ
移動可能なピストンを設けると共に、そのピストンとリ
ングギヤとの間にスプリングを介在させているので、各
油圧室に加えられる制御油圧によってリングギヤを複数
位置に調節できることは勿論のこと、制御油圧の調圧精
度に左右されることなく、常に安定した状態でリングギ
ヤを中間位置に保持することができるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明を具体化した一実施例に係る
図面であって、第１図はバルブタイミング制御装置を示
す概略構成図、第２図はエンジン運転中にＥＣＵにより
実行されるバルブタイミング制御の処理ルーチンを説明
するフローチャート、第３図はエンジン回転数とエンジ
ン負荷との関係におけるバルブタイミング制御のための
判定領域を示すマツプ、第４図はエンジンの高負荷・低
速回転の領域における主要部の作用を説明する断面図、
第５図はエンジンの高速回転の領域における主要部の作
用を説明する断面図、第６図はエンジンの低負荷・低速
回転の領域における主要部の作用を説明する断面図であ
る。 図中、■はカムシャフト、３はシリンダヘッド、６はタ
イミングプーリアラシイ、１４はリングギヤ、１４ａ、
１４ｂは歯、１５は第１の油圧室、１６は第２の油圧室
、１７はピストン、１８はスプリングである。 特許出願人　　　　　トヨタ自動車　株式会社代理人　
弁理士　　恩　１）博　宣（ほか１名）エンジン回転数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　エンジンのシリンダヘッドにて回転可能に支持され
   たバルブ駆動用のカムシャフトと、前記カムシャフトの
   一端部に設けられ、前記エンジンに駆動連結されたタイ
   ミングプーリアッシィと、 内外周に設けられた歯の少なくともいずれか一方がヘリ
   カル歯であり、前記カムシャフトと前記タイミングプー
   リアッシィとの間に介在されて両者を連結すると共に、
   軸方向への移動によって前記カムシャフトと相対回動可
   能なリングギヤと、前記タイミングプーリアッシィ内部
   において前記リングギヤの軸方向一端側に設けられた油
   圧室に加えられる制御油圧に対抗して、同リングギヤの
   他端側に設けられた釣り合い用のスプリングとを備え、
   前記スプリングの付勢力に抗して前記油圧室に加えられ
   る制御油圧により前記リングギヤを軸方向へ移動させな
   がら回動させることによって前記カムシャフトに捩じり
   を付与するバルブタイミング制御装置において、 前記リングギヤの軸方向他端側に設けられて別系統の制
   御油圧が加えられる別の油圧室と、前記別の油圧室にて
   別系統の制御油圧により軸方向へ移動可能に設けられ、
   前記リングギヤとの間に前記スプリングを介在させたピ
   ストンとを備えたことを特徴とするバルブタイミング制
   御装置。