JPH04187804A - バルブタイミング可変機構 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジンの吸気バルブと排気バルブとの開閉タ
イミングの可変制御を行なうバルブタイミンク可変機構
に関する。

［従来技術の説明コ 自動車等のエンジンにおいては一般に、高出力の確保や
燃費の向上を図るために、高速運転時や中低速運転時に
応じて吸気バルブと排気バルブとの開閉タイミングを変
えるようにしたバルブタイミング可変機構が備えられて
いる。

バルブタイミング可変機構は、タイミングプーリに固定
した部材にインナーヘリカル歯を形成し、カムシャフト
に固定した部材にアウターヘリカル歯を形成し、油圧等
によって前記カムシャフトの軸方向に摺動する筒状のピ
ストンの内周面に前記アウターヘリカル歯と噛み合うヘ
リカル歯を形成し、そのピストンの外周面に前記インナ
ーヘリカル歯と噛み合うヘリカル歯を形成したものであ
る。以上の構成とすることによって、運転状況に応じて
油圧等によってピストンをカムシャフトの軸方向に移動
させ、このピストンの移動位置によってタイミングプー
リとカムシャフトとの相対位相角度を変え、これによっ
て吸気バルブと排気バルブとの開閉タイミングを変える
ものである。

このバルブタイミング可変機構においては、２箇所の噛
み合い箇所にそれぞれガタが生じ、このガタによってピ
ストンの動作中に打音が生じたり、あるいは吸排気バル
ブを開閉するタイミングが不安定になるという欠点があ
った。

この欠点を解消するものとして、例えば特開昭６１−２
７９７１３号等が提供されている。この先行技術によれ
ば、内壁と外壁とに互いに逆向きのヘリカル歯を形成し
た筒状のピストンを、軸方向に垂直な面で２つに切断し
、その切断した２個のピストンを弾性部材を介して互い
の対向する間隔（切断したカッタの幅）を軸方向に変位
可能に連結する。そして、２個のピストンのそれぞれの
内側のヘリカル歯をカムシャフトに固定した部材のアウ
ターヘリカル歯に噛み合わせ、２個のピストンのそれぞ
れの外側のヘリカル歯をタイミングプーリに固定した部
材のインナーヘリカル歯に噛み合わせるようにしたもの
である。

この２個のピストンは弾性部材によって互いに接する方
向に付勢されているので、ピストンとカムシャフトとの
噛み合わせ箇所の隙間をゼロとすると共に、ピストンと
タイミングプーリとの噛み合わせ箇所の隙間をゼロとし
、これによってガタを無くして打音の発生を防止するよ
うにしている。

従来から、油圧等によってピストンを移動させる構成の
バルブタイミング可変機構においては、油圧によるピス
トンの移動を妨げないために、ピストン移動によって体
積が増減する空気室を大気と連通ずるエアベントを設け
る必要がある。ここで、油圧室が大気室より外側に配置
したものにおいて、空気室と大気とを連通させる従来の
エアベントの構造（特開昭６１−２６８８１０号）を第
４図に示す。

カムシャフト７０の外側に固定された連結シャフト７２
の外周にはタイミングプーリ７４が回転自在に取り付け
られ、そのタイミングプーリ７４の一方の面にはカムシ
ャフト７０の先端を覆うようにカバー７６が固定されて
いる。

前記連結シャフト７２の外側でかつタイミングプーリ７
４の内側で、しかもカバー７６で覆われた領域に筒状の
空間が形成され、その筒状の空間に筒状のピストン７８
が摺動自在に備えられる。

この筒状の空間は筒状のピストン７８によって、油圧室
８０（カムシャフト７０の先端側）と空気室８２（カム
シャフト７０の根元側）とに区画される。前記カムシャ
フト７０には先端から内部に向けて油圧通路８４が形成
され、その油圧通路８４は前記カムシャフト７０を保持
する軸受８６を通って油圧制御装置８８に通じている。

即ち、油圧制御装置８８はカムシャフト７０の油圧通路
８４を介して前記油圧室８０に通じている。

一方、空気室８２は、前記連結シャフト７２の外面と前
記タイミングプーリ７４の内面との間の通路９０を経て
、前記軸受８６とタイミングプーリ７４とオイルシール
９２によって囲まれる空間９４と通じ、この空間９４は
カムシャフト７０の根元部を収容するヘッド室９６と通
じている。

ここで、油圧室８０内に油が充満して、ビストン７８が
空気室８２側に移動させられると、空気室８２内の空気
は、エアベントである通路９０と空間９４とを経てヘッ
ド室９６に移動させられる。また、油圧室８０内の油の
極一部は空気室８２に漏れるが、その空気室８２に漏れ
た油は通路９０と空間９４とを経てヘッド室９６に至る
。

［発明が解決しようとする問題点］ 内壁と外壁とに逆方向のヘリカル歯が形成されているピ
ストンを有するバルブタイミング可変機構においては、
ピストンの内壁と外壁の両方のヘリカル歯を加工によっ
て作らなければならず、製造コストが高くなるものであ
った。

また、この従来のバルブタイミング可変機構では、ピス
トンの内壁と外壁のそれぞれに形成されているヘリカル
歯の噛み合い箇所には製作上の誤差が相違するため、内
外の各噛み合い箇所のガタが同じにはならない。この結
果、弾性部材によるガタ取りのストロークは、どちらか
小さい方のガタを吸収するが、大きい方のガタの噛み合
い箇所では依然としてガタが残ってしまい、打音の発生
を防止することが出来なかった。

その上、油圧によってピストンを作動させるバルブタイ
ミング可変機構においては、第３図の連結シャフト７２
の外面と前記タイミングプーリ７４の内面との間にエア
ベントとしての通路８６（隙間）を形成している。この
隙間の存在によってタイミングプーリ７４と連結シャフ
ト７２との間に円周方向のガタが生じ、その結果、タイ
ミングプーリ７４が偏心回転をしてカムシャフト７０に
衝撃荷重がかかるおそれがあった。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、２箇所のヘ
リカル歯の噛み合い箇所のガタの誤差が相違するもので
あっても打音の発生を防止できるようにすると共に、連
結シャフトとその外周に配置されるタイミングプーリと
の間の円周方向のガタを無（して、タイミングプーリの
偏心運動によるカムシャフトへの衝撃荷重がかかるおそ
れの無いバルブタイミング可変機構を提供するものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、タイミングプーリ
の内周に形成したインナーヘリカル歯と、カムシャフト
に一体固定した連結シャフトの外周に形成したアウター
ヘリカル歯と、カムシャフトの軸方向に摺動可能なもの
であって、一方を前記タイミングプーリのインナーヘリ
カル歯に噛み合うと共に他方を前記シャフトのアウター
ヘリカル歯に噛み合うピストンと、そのピストンの摺動
方向の互いに反対側の位置に形成された油圧室並びに空
気室と、その空気室内に備えられ前記ピストンを油圧室
側に付勢する戻しスプリングとを有し、前記油圧室に油
を導入してその油圧によって前記ピストンを変位させて
前記タイミングプーリと前記カムシャフトとの間の位相
を変位させるようにしたバルブタイミング可変機構にお
いて、前記ピストンを互いに軸方向に摺動自在な筒状の
第一ピストンと筒状の第二ピストンとの２つの部材から
構成し、第一ピストンにはその外壁に軸方向に並行なス
トレート歯を形成すると共にその内壁に前記シャフトの
アウターヘリカル歯と噛み合うインナーヘリカル歯を形
成し、第二ピストンにはその内壁に前記第一ピストンの
ストレート歯と噛み合うストレート歯を形成すると共に
その外壁に前記タイミングプーリのインナーヘリカル歯
と噛み合うアウターヘリカル歯を形成し、それら第一ピ
ストンと第二ピストンとの間にそれらを互いに離れる方
向に付勢させるガタ取りスプリングを備え、前記連結シ
ャフトの内部と前記カムシャフトの内部に、そのカムシ
ャフトの根元側を収容するヘッド室と前記大気室とを連
絡するエアベントを形成したものである。

［作　用］ カムシャフトと噛み合う第一ピストンとタイミングプー
リと噛み合う第二ピストンとを、ガタ取りスプリングに
よって離れる方向に付勢させる。

第一ピストンと第二ピストンには１箇所のヘリカル歯し
か形成されていないので、ガタ取りスプリングによって
第一ピストンと第二ピストンとがそれぞれの噛み合わせ
箇所のガタを吸収し、打音の発生を防止する。

また、連結シャフトとカムシャフトの内部に形成したエ
アベントを通じて空気室をヘッド室に連絡するので、タ
イミングプーリと連結シャフトとの嵌合箇所の隙間を無
くし、それらの間のブレの発生を無（す。

［実施例］ 次に、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係わるバルブタイミング可変機構の一
実施例断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３
図は第１図の主要構成部材の分解斜視図である。

吸気弁や排気弁を開閉させるためのカムシャフト１０は
軸受１１によって支持されており、そのカムシャフト１
０の先端には、筒状の連結シャフト１２がボルト１４に
よって固定される。この筒状の連結シャフト１２の外壁
には、アウターヘリカルスプライン１６が形成されてい
る。前記連結シャフト１２をボルト１４によって、カム
シャフト１０に固定する際に、連結シャフト１２に形成
された鍔部１８によって、タイミングプーリ２０はカム
シャフト１０の軸方向に移動しないように、カムシャフ
ト１０の周囲に取付けられる。但し、タイミングプーリ
２０は、カムシャフト１０や連結シャフト１２に固定さ
れないものとする。

前記連結シャフト１２の外側に筒状の第一ピストン２２
が備えられる。この第一ピストン２２の内壁にはインナ
ーヘリカルスプライン２４が形成されており、このイン
ナーヘリカルスプライン２４を前記連結シャフト１２の
アウターヘリカルスプライン１６と噛み合わせることに
よって、第一ピストン２２が連結シャフト１２の外側に
回転かつ軸方向に移動可能に取り付けられる。この第一
ピストン２２の外周には、ストレートスプライン２６が
形成されている。

この第一ピストン２２の外側には筒状の第二ピストン２
８が備えられる。この第二ピストン２８の内壁にはスト
レートスプライン３０が形成されており、このストレー
トスプライン３０は前記第一ピストン２２のストレート
スプライン２６と噛み合わせられる。これによって、第
一ピストン２２と第二ピストン２８とは軸方向に相対的
に変位可能であるが、それら両者における軸を中心とす
る相対位相角度は変わらない。この第二ピストン２８の
外周には、アウターへりカルスプライン３２が形成され
ている。ここで、連結シャフト１２のアウターヘリカル
スプライン１６と、第二ピストン２８のアウターヘリカ
ルスプライン３２とは、その向きが逆となるよう設定さ
れる。

第二ピストン２８の外側にはキャップ状のカバー３４が
備えられる。このカバー３４の筒部の内壁には、インナ
ーヘリカルスプライン３６が形成されている。このイン
ナーヘリカルスプライン３６に前記第二ピストン２８の
アウターヘリカルスプライン３２を噛み合わせることに
よって、第二ピストン２８はカバー３４に対して回転か
つ軸方向に移動可能に取り付けられる。このキャップ状
のカバー３４の開口部には、そこより外側に広がる鍔部
３８が一体に形成され、その鍔部３８（即ちカバー３４
）と前記タイミングプーリ２０とがボルト４０で固定さ
れる。

このカバー３４とタイミングプーリ２０と連結シャフト
１２とによって環状の空間領域が形成され、この環状の
空間領域は、第一ピストン２２と第二ピストン２８とに
よって、カムシャフト１０の先端側の油圧室４２と、カ
ムシャフト１０の根元側の空気室４４とに区画される。

この油圧室４２内には、第一ピストン２２と第二ピスト
ン２８との間にガタ取りスプリング４６が備えられる。

このガタ取りスプリング４６は、第一ピストン２２と第
二ピストン２８とを互いに離れる方向に付勢する働きを
する。一方、空気室４４内には、第一ピストン２２とカ
バー３４との間に、第一ピストン２２を油圧室４２側に
付勢するための戻しスプリング４８が備えられる。

前記ボルト１４には油圧室４２に通じる貫通穴５０が形
成され、前記カムシャフト１０の内部には、一方をボル
ト１４の貫通穴５０に通じ他方を前記軸受１１を経由し
て油圧制御装置５２と通じる油圧通路５４が形成される
。即ち、油圧制御装２５２の働きによって、カムシャフ
ト１０の油圧通路５４とボルト１４の貫通穴５０を経由
して、油圧室４２へ油が導入または排出される。

前記カムシャフト１０の内部には、前記油圧通路５４と
は別に、一方をハウジング５６の内部のヘッド室５８に
開口する空気通路６０が形成される。前記連結シャフト
１２には、一方をカムシャフト１０の空気通路６０と通
じ他方を前記第二室４４と通じる空気通路６２が形成さ
れる。即ち、これら空気通路６２．６０が第二室４４か
らヘッド室５８へ通じるエアベントとなる。

以上のように構成された本発明においては、第一ピスト
ン２２と第二ピストン２８はガタ取りスプリング４６に
よって互いに反対方向へ常に付勢される。ここで、第一
ピストン２２と第二ピストン２８には、ヘリカル歯の噛
み合わせ箇所がそれぞれ１箇所しか形成されていないの
で、ガタ取りスプリング４６のばね力によって、第一ピ
ストン２２が連結シャフト１２とのヘリカル歯の噛み合
わせ箇所に付勢されてその噛み合わせ箇所のガタが無く
なり、第二ピストン２８がカバー３４とのヘリカル歯の
噛み合わせ箇所に付勢されてその噛み合わせ箇所のガタ
が無くなる。従って、第一ピストン２２と第二ピストン
２８における各ヘリカル歯の噛み合わせ箇所からは、打
音が発生することはなくなる。

ここで、カムシャフト１０とタイミングプーリ２０とが
位相角度を変化させる場合について説明する。

先ず、油圧制御装置５２の働きによって油圧室４２内に
油圧が導入された時、この油圧によって第一ピストン２
２のみが戻しスプリング４８に抗して、空気室４４側（
第１図で右側）へ移動させられる。この際、第二ピスト
ン２８はガタ取りスプリング４６の付勢力によって同一
位置に保持される。第一ピストン２２と第二ピストン２
８とは軸方向における相対位置が変化してガタ取りスプ
リング４６の全長が伸びるが、ガタ取りスプリング４６
による２箇所の噛み合わせ箇所のガタを無くす効果はそ
のまま有効である。

また、第一ピストン２２と第二ピストン２８とは、スト
レートスプライン２６．３０によって噛み合っているの
で、第一ピストン２２が軸方向に移動（第二ピストン２
８が固定位置にあるとし、その第二ピストン２８に対し
て第一ピストン２２が移動すると仮定する）しても第一
ピストン２２と第二ピストン２８との軸を中心とする互
いの位相角度は変化しない。

しかし、第一ピストン２２は連結シャフト１４とはヘリ
カルスプライン２４．１６で噛み合っているので、その
第一ピストン２２と噛み合っている連結シャフト１２（
カムシャフト１０と固定されている）は軸を中心とする
位相角度が変化する。この結果、カムシャフトｌＯとタ
イミングプーリ２０との相対位相角度が変化する。

この際、第一ピストン２２が第１図で右側に移動すると
、空気室４４の体積が減少するが、この空気室４４内に
あった空気は空気通路６２．６０を経てヘッド室５８へ
排出される。即ち、空気室４４の空気が油圧の働きを妨
げることはない。

次に、減速時には、油圧制御装置５２の働きによって油
圧室４２内に油圧が減少した時、第一ピストン２２は戻
しスプリング４８によって、油圧室４２側（第１図で左
側）へ移動させられる。

ここで、前述したように、第一ピストン２２と第二ピス
トン２８とは、ストレートスプライン２６．３０によっ
て噛み合っているので、第一ピストン２２が軸方向に移
動したとしても、第一ピストン２２と第二ピストン２８
との軸を中心とする互いの位相角度は変化しない。しか
し、第一ピストン２２は連結シャフト１４とはヘリカル
スプライン２４．１６で噛み合っているので、その第一
ピストン２２が軸方向に移動することによって、連結シ
ャフト１２（カムシャフト１０）は軸（第一ピストン２
２）を中心に回転し、タイミングプーリ２０に対するカ
ムシャフト１０の位相を変化させる。

このように本発明では、互いに噛み合う第一ピストン２
２と第二ピストン２８とを油圧によって移動させて、カ
ムシャフトｌＯとタイミングブーリ２０との相対位相角
度を変化させている。この際、ガタ取りスプリング４６
によって第一ピストン２２と第二ピストン２８とを互い
に離れる方向に付勢させているので、第一ピストン２２
や第二ピストン２８におけるヘリカル歯との噛み合い箇
所のガタを吸収し、その噛み合い箇所の打音を防止して
いる。

また、本発明では連結シャフト１２の内部に設けた空気
通路６２とカムシャフト１０の内部に設けた空気通路６
０とから成るエアベントを経由して、空気室４４の空気
をヘッド室５８に戻すようにしたので、従来のような連
結シャフトの外周面とその外周に備えられるタイミング
プーリの内周面との嵌込み箇所に空気室と通じるエアベ
ントを設ける必要がなくなり、その嵌込み箇所の円周方
向にガタが生じるおそれが無（なる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係わるバルブタイミング可変機
構によれば、２個の各ピストンにへりカル歯を１個だけ
形成するようにしたので、各ヘリカル歯の噛み合わせ箇
所のガタを吸収することができ、打音の発生を防止する
ことが出来る。

また、空気室からのエアベントを連結シャフトの内部と
カムシャフトの内部とを通ってヘッド室に至るようにし
たので、従来のような連結シャフトとタイミングプーリ
との嵌込み箇所にエアベント通路を設ける必要がなくな
り、その嵌込み箇所の円周方向にガタが生じな（なり、
カムシャフトへの衝撃荷重がかかるおそれが無（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるバルブタイミング可変機構の一
実施例を示す断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図
、第３図は第１図の主要構成部材の分解斜視図、第４図
は従来のバルブタイミング可変機構の断面図である。 １０・・・・・・カムシャフト、 １２・・・・・・連結シャフト、 １６・・・・・・アウターヘリカルスプライン、２０・
・・・・・タイミングブー９． ２２・・・・・・第一ピストン、 ２４・・・・・・インナーヘリカルスプライン、２６・
・・・・・ストレートスプライン、２８・・・・・・第
二ピストン、 ３０・・・・・・ストレートスプライン、３２・・・・
・・アウターヘリカルスプライン、３６・・・・・・イ
ンナーヘリカルスプライン、４２・・・・・・油圧室、
　　４４・・・・・・空気室、４６・・・・・・ガタ取
りスプリング、４８・・・・・・戻しスプリング。 ５８・・・・・・ヘッド室、　６０・・・・・・空気通
路、６２・・・・・・空気通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 タイミングプーリの内周に形成したインナーヘリカル歯
   と、カムシャフトに一体固定した連結シャフトの外周に
   形成したアウターヘリカル歯と、カムシャフトの軸方向
   に摺動可能なものであって、一方を前記タイミングプー
   リのインナーヘリカル歯に噛み合うと共に他方を前記シ
   ャフトのアウターヘリカル歯に噛み合うピストンと、そ
   のピストンの摺動方向の互いに反対側の位置に形成され
   た油圧室並びに空気室と、その空気室内に備えられ前記
   ピストンを油圧室側に付勢する戻しスプリングとを有し
   、前記油圧室に油を導入してその油圧によって前記ピス
   トンを変位させて前記タイミングプーリと前記カムシャ
   フトとの間の位相を変位させるようにしたバルブタイミ
   ング可変機構において、 前記ピストンを互いに軸方向に摺動自在な筒状の第一ピ
   ストンと筒状の第二ピストンとの２つの部材から構成し
   、第一ピストンにはその外壁に軸方向に並行なストレー
   ト歯を形成すると共にその内壁に前記シャフトのアウタ
   ーヘリカル歯と噛み合うインナーヘリカル歯を形成し、
   第二ピストンにはその内壁に前記第一ピストンのストレ
   ート歯と噛み合うストレート歯を形成すると共にその外
   壁に前記タイミングプーリのインナーヘリカル歯と噛み
   合うアウターヘリカル歯を形成し、それら第一ピストン
   と第二ピストンとの間にそれらを互いに離れる方向に付
   勢させるガタ取りスプリングを備え、 前記連結シャフトの内部と前記カムシャフトの内部に、
   そのカムシャフトの根元側を収容するヘッド室と前記大
   気室とを連絡するエアベントを形成したことを特徴とす
   る可変動弁機構。