JPH04358710A - 内燃機関の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】

【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円筒状のド
リブンスプロケットは、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形を有していると共に
、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
フトをドリブン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可変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、ドリブンスプロ
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、ドリブンスプ
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、加工
作業能率の低下と、加工コストの高騰を招いている。

【０００５】しかも、筒状歯車がカムシャフトの軸方向
へ延設されていると共に、該軸方向へ大きく移動するよ
うになっているため、バルブタイミング制御装置の軸方
向の長さが長くなり、大型化が余儀なくされる。この結
果、内燃機関の重量の増加と共にエンジンルーム内への
レイアウトの自由度が制約されてしまう。

【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、まず、請求項１の発明は
、とりわけ回転体とカムシャフトとの間に、該両者の正
逆最大相対回動を規制するストッパ機構を設けると共に
、互いに逆方向に巻装された内外２重のクラッチスプリ
ングにより前記正逆最大相対回動位置を前記ストッパ機
構と共働して決定するクラッチ機構を設け、かつ該両ク
ラッチ機構の断続作用を機関運転状態に応じて相対的に
切り替える切替機構を設けたことを特徴としている。

【０００７】請求項２の発明は、回転体とカムシャフト
との間に、前記内外クラッチスプリングを相対的に緊締
・解除させる内外一対のカラーを設けると共に、前記各
クラッチスプリングの一端部が係止する内外カラーの係
止孔を周方向へ延長形成したことを特徴としている。

【０００８】

【作用】請求項１の発明によれば、例えば機関低負荷域
では、切替機構によって、内外カラーを介して例えば内
側のクラッチスプリングを緊締状態とし、外側のクラッ
チスプリングを弛緩状態とする。したがって、カムシャ
フトは、バルブ開閉時期に発生する例えば負の回転トル
ク変動に伴い該負方向に回転してストッパ機構によりそ
の最大回転位置が規制される。ここで、バルブスプリン
グのばね力などに起因して正の回転トルク変動が発生し
カムシャフトが正転しようとしても、前記内側のクラッ
チスプリングの緊締力で正転が規制される。依って、カ
ムシャフトは、例えば吸気バルブの閉時期を遅らせる相
対回動位置に確実に保持される。

【０００９】一方、機関が例えば高負荷域に移行した場
合は、切替機構により内外カラーを介して内側クラッチ
機構のクラッチスプリングを弛緩状態に、外側クラッチ
機構のクラッチスプリングを緊締状態とする。したがっ
て、カムシャフトは、正の回転トルク変動に伴い該正方
向に回転してストッパ機構によりその最大正回転以上の
回転が規制される。ここで、負の回転トルク変動が発生
しカムシャフトが逆転しようとしても、前記外側のクラ
ッチスプリングの緊締力で逆転が規制される。依って、
カムシャフトは、吸気バルブの閉時期を早める相対回動
位置に確実に保持される。

【００１０】また、両クラッチ機構は、カムシャフトの
軸方向ではなく内外２重に設けられているため、装置全
体の長さを可及的に短尺化できる。

【００１１】請求項２の発明によれば、基本的には、請
求項１の発明と同一の作用になることは勿論のこと、各
カラーの係止孔を周方向へ延長形成したことにより、各
クラッチ機構の相対的な切替え時において該各カラーの
所定回動位置で両クラッチスプリングが両方同時に緊締
（ロック）が一時的に解除されてしまう状態が回避され
、両方を同時にロックさせる状態を創成することが可能
になる。これによって、カムシャフトの相対回動変換時
におけるガタ付き等の発生を防止できる。

【００１２】

【実施例】図１は自動車のＤＯＨＣ型内燃機関に適用し
たこの発明の一実施例を示し、１はシリンダヘッド上部
のカム軸受２に支承されて、吸気バルブを図外の駆動カ
ムにより開閉するカムシャフト、３はカムシャフト１の
一端部１ａ外周に設けられ、クランク軸のドライブスプ
ロケットからタイミングチェーンを介して駆動力が伝達
される回転体たるドリブンスプロケットであって、前記
カムシャフト１の一端部１ａとドリブンスプロケット３
との間には、ストッパ機構４が設けられていると共に、
内外２重のクラッチ機構５，６が設けられている。また
、この両クラッチ機構５，６は、その断続作用が切替機
構７によって相対的に切り替えられるようになっている
。

【００１３】具体的に説明すれば、前記カムシャフト１
は、段差状一端部１ａの基端側外周にフランジ８が一体
に設けられていると共に、先端側に小径部位１ｂに固定
された略円筒状の保持部材９と該保持部材９の内周縁に
嵌合したリテーナ１０が軸方向から螺入した取付ボルト
１１によって共締め固定されている。前記保持部材９は
、図３に示すように小径部位１ｂに形成された一面巾１
ｃを介して嵌合固定されて、カムシャフト１と同期回転
するようになっていると共に、内外２重の筒部９ａ，９
ｂからなり、内側筒部９ａの外周面が段差状に形成され
て大径部と小径部とを有している。一方、リテーナ１０
は、縦断面略コ字形を呈し、底部外周端で保持部材９を
一端部１ａの段差縁１ｆに押圧支持していると共に、外
周縁にはフランジ部１０ａを一体に有している。

【００１４】前記ドリブンスプロケット３は、図２にも
示すように円板状の本体３ａの外周にタイミングチェー
ンが巻装される歯形を有し、また本体３ａの内周端には
、前記カムシャフト一端部１ａの外周に摺動自在に支持
されて前記内側筒部９ａと軸方向へ並置される内筒部１
２が一体に設けられていると共に、本体３ａの一端面外
周には、内筒部１２と並行に突出して外側筒部９ｂと軸
方向へ並置される外筒部１３が一体に設けられている。 前記内筒部１２と外筒部１３は、保持部材９の夫々対応
する内側筒部９ａ及び外側筒部９ｂと同一の外径に設定
されていると共に、夫々の対向端縁が互いに摺動可能に
当接している。

【００１５】前記ストッパ機構４は、図１及び図２に示
すようにカムシャフト１のフランジ８外側面の直径線上
対称位置に一体に突設された一対のストッパピン１４，
１４と、前記フランジ８と対向するスプロケット本体３
ａに円周方向に沿って設けられてストッパピン１４，１
４が係入する長孔１５，１５とからなり、前記ストッパ
ピン１４，１４が長孔１５，１５の両端縁１５ａ，１５
ｂに突き当たった位置でカムシャフト１の最大正逆回転
が規制されるようになっている。

【００１６】前記クラッチ機構５，６は、前記保持部材
９とドリブンスプロケット３との間に、内外２重に配置
され、内側筒部９ａと内筒部１２との各外周面に跨って
巻装された内側クラッチスプリング１６と、外側筒部９
ｂと外筒部１３との各外周面に跨って巻装された外側ク
ラッチスプリング１７と、該各クラッチスプリング１６
，１７の外周に回動可能に被装された内側カラー１８と
外側カラー１９とを備えている。前記両クラッチスプリ
ング１６，１７は、互いに反対方向に巻かれ内側クラッ
チスプリング１６が図２中左巻き、外側クラッチスプリ
ング１７が右巻きに巻かれて、夫々逆方向の捩りばね特
性（緊締，弛緩特性）を有している。また、両クラッチ
スプリング１６，１７は、図１中の右側の一端部１６ａ
，１７ａが夫々スプロケット本体３ａの固定用孔３ｂ，
３ｃ内に止着されている一方、左側の他端部１６ｂ，１
７ｂが図５及び図６に示すように各カラー１８，１９の
一端部に有する係止孔１８ａ，１９ａ内に係止されてい
る。この係止孔１８ａ，１９ａは、略円形状を呈し、そ
の内径がクラッチスプリング１６，１７の他端部１６ｂ
，１７ｂの外径よりも若干大きく設定されている。前記
内外側カラー１８，１９は、夫々の外周面の直径線上の
対向位置に夫々一対の突起部２０，２０、２１，２１が
設けられている。

【００１７】前記切替機構７は、外側クラッチ機構６を
被う略有底円筒状のスライダー２２と、該スライダー２
２の円板状前端壁２２ａとリテーナ１０のフランジ部１
０ａとの間に弾装されてスライダー２２をドリブンスプ
ロケット３方向（図中右方向）に付勢する圧縮スプリン
グ２３と、スライダー２２と保持部材９との対向面間に
形成された圧力室２４に油圧を導入する油圧回路２５と
を備えている。

【００１８】前記スライダー２２は、前端壁２２ａの中
央に内周面が前記リテーナ１０の外周面に嵌合して軸方
向に摺動する摺動孔２６が形成されていると共に、前端
壁２２ａの外周縁に外側カラー１９の外周面に沿って軸
方向へ摺動する外筒壁２７が一体に設けられ、更に、前
端壁２２ａのドリブンスプロケット３側一側面の略中央
に前記内側カラー１８の外周面に沿って軸方向へ摺動す
る略円弧状の内筒壁２８が一体に設けられている。また
、この内外筒壁２７，２８には、図４にも示すように前
記各カラー１８，１９の突起部２０，２０、２１，２１
をスライド移動させる移動用孔２９，３０が形成されて
いる。この各移動用孔２９，３０は、同一方向へ傾斜状
に切欠形成されて、スライダー２２全体の直線的な軸方
向の移動に伴い各突起部２０，２１を介して各内外側カ
ラー１８，１９を同一方向に所定量回転させるようにな
っている。

【００１９】前記油圧回路３５は、オイルメインギャラ
リ３１から分岐してカム軸受２及びカムシャフト１の半
径方向に形成された導入通路３２と、カムシャフト１の
ボルト孔１ｄ内周面と取付ボルト１１の軸部外周面との
間に形成された円環通路３３と、一端部１ａ及びスプロ
ケット本体３ａの各内部半径方向に沿って形成されて、
両クラッチ機構５，６間の軸方向通路３４を介して圧力
室２４に連通する半径方向通路３５とを有している。ま
た、導入通路３２の上流端には、オイルポンプ３６から
圧送された油圧の導入，遮断を電子コントローラ３７か
らの出力信号によって行なう電磁弁３８が設けられてい
る。前記電子コントローラ３７は、図外のクランク角セ
ンサやエアーフローメータ等からの出力信号に基づいて
現在の機関運転状態を検出して電磁弁３８をＯＮ，ＯＦ
Ｆ制御している。

【００２０】以下、本実施例の作用について説明する。

【００２１】まず、例えば機関低負荷域では、電子コン
トローラ３７によって電磁弁３８にＯＦＦ信号（非通電
）が出力されて、オイルポンプ３６から圧力室２４への
油圧の導入が遮断される。このため、スライダー２２は
、圧縮スプリング２３のばね力で前端壁２２ａの内面が
保持部材９の外端面に突き当たる最大右方向の位置（図
１の位置）に保持される。そして、斯かる状態では各移
動用孔２９，３０によって突起部２０，２１が図４の実
線矢印で示すように斜め下方向に移動案内されて各カラ
ー１８，１９を２図中反時計方向に回転させる。

【００２２】このため、外側クラッチスプリング１７は
、係止孔１９ａの周面により左端部１７ｂが図６の反時
計方向に捩られて弛緩状態となり、ドリブンスプロケッ
ト３の外筒部１３と保持部材９の外側筒部９ｂとの連結
が解除され自由な正負方向の相対回転を許容する。一方
、内側クラッチスプリング１６も、係止孔１８ａの周面
で左端部１６ｂが図５の反時計方向に捩られて緊締状態
となり、内筒部１２と内側筒部９ａを連結して、内筒部
１２に対する内側筒部９ａの負方向の回転は許容するも
のの正方向の回転を規制する。

【００２３】依って、この状態でカムシャフト１に吸気
バルブの閉時に発生する負の回転トルクが作用すると、
図２に示すように該カムシャフト１が負方向に回転して
ストッパピン１４，１４が長孔１５，１５の一端部孔縁
１５ａ，１５ａに突き当たってそれ以上の回転が規制さ
れる。ここで、カムシャフト１に正の回転トルクが発生
し、該カムシャフト１が図中反時計方向（正方向）に回
転しようとすると、前述のように内側クラッチスプリン
グ１６による内筒部１２と内側筒部９ａとの緊締作用に
よってカムシャフト１の正方向の回動が確実に規制され
る。このため、カムシャフト１は、ドリブンスプロケッ
ト３に対する正負両方向への自由な回動が規制されて吸
気バルブの閉時期を遅くする相対回動位置に保持される
。

【００２４】一方、機関が高負荷域に移行した場合は、
電磁弁３８がＯＮ（通電）されてオイルポンプ３６から
圧送された作動油が導入通路３２，円環通路３３，半径
方向通路３５，軸方向通路３４を通って圧力室２４に導
入され、該圧力室２４が即座に高圧となる。このため、
スライダー２２は、図１の一点鎖線で示すように圧縮ス
プリング２３のばね力に抗して摺動孔２６孔縁がリテー
ナ１０の段差部位１０ｂに突き当たるまで図中左方向へ
最大に移動する。したがって、各突起部２０，２１が、
図４の破線矢印で示すように各移動用孔２９，３０によ
って逆に斜め上方向に移動案内されて、各カラー１８，
１９を２図中時計方向に回転させる。このため、内側ク
ラッチスプリング１６が、係止孔１８ａを介して図５の
時計方向に捩られて弛緩状態となり、内筒部１２と内側
筒部９ａとの連結が解除されて自由な相対回転を許容す
る。一方、外側クラッチスプリング１７が、係入孔１９
ａを介して図５の時計方向に捩られて緊締状態となり、
外筒部１３に対する外側筒部９ｂの正方向の相対回転は
許容するものの負の方向の回転を規制する。

【００２５】依って、カムシャフト１は、正の回転トル
ク変動により正方向に回転し、ストッパピン１４，１４
が長孔１５，１５の他端部孔縁１５ｂ，１５ｂに突き当
たってそれ以上の正回転が規制される。ここで、カムシ
ャフト１に負の回転トルクが発生し、時計方向（負方向
）に回転しようとすると、外側クラッチスプリング１７
の緊締作用によってカムシャフト１の負方向の回動が確
実に規制される。このため、正負両方向への自由な回動
が規制されて吸気バルブの閉時期を早くする相対回動位
置に保持される。

【００２６】尚、内外側のクラッチスプリング１６，１
７による緊締作用は、正，負の回転トルクが大きい程強
くなるため、カムシャフト１の確実な回動規制作用が得
られる。また、高負荷域から低負荷域に移行した場合に
おける圧力室２４内の作動油は電磁弁３８を介して外部
へ速やかに排出される。

【００２７】また、本実施例では、カムシャフト１の相
対回動を正負の回転トルク変動を利用するものであるか
ら、機関運転変化に即応したバルブタイミングの切換制
御が可能になることは勿論のこと、クラッチスプリング
１６，１７を内外に配置し、かつスライダー２２の軸方
向の移動量も十分に小さいため、軸方向へ２連に並設し
た場合よりも装置全体の長さを可及的に短尺化できる。

【００２８】図７及び図８は請求項２の発明に係る実施
例を示し、基本構成は請求項１の発明と同様であるが、
異なるところは、内外カラー１８，１９の係入孔４０，
４１を円周方向に沿って延長形成したところにある。

【００２９】即ち、前記請求項１の発明に係る実施例に
おいては、図５及び図６に示すように、係入孔１８ａ，
１９ａが略円形状に形成されて、内径が各クラッチスプ
リング１６，１７の端部１６ｂ，１７ｂの外径より若干
大きく設定されているにすぎず、十分に小さく設定され
ている。このため前述のように、内外カラー１８，１９
を時計あるいは反時計方向へ回転させて、各クラッチス
プリング１６，１７の緊締（ロック）及びロック解除を
相対的に切り替える際、つまり例えば外側クラッチスプ
リング１７の他端部１７ｂを図６に示すように係止孔１
９ａの一端縁１９ｂで反時計方向に押圧してロックを解
除した際に、内側カラー１８の係入孔１８ａが図５に示
すように一端縁１８ｂで他端部１６ｂを時計方向に今ま
だ押圧している状態が継続された形となる。このため、
両クラッチスプリング１６，１７は、一時的に両方のロ
ック解除状態が創成されてしまう。

【００３０】そこで、斯かる実施例では、各係止孔４０
，４１を、各クラッチスプリング１６，１７が完全にロ
ック解除された各他端部１６ｂ，１７ｂ位置を中心とし
て円周方向の図中左右側へ同一長さで延長形成して長孔
状とした。

【００３１】したがって、図７と図８を対比して相対的
な切替作用説明をすれば、まず、低負荷時などにおいて
、外側カラー１９が図８Ａに示すようにロック解除角度
の最大位置θ１まで反時計方向に回転すると、係止孔４
１の一端縁４１ａで外側クラッチスプリング１７の他端
部１７ｂを押圧してロック解除する。この時点では、内
側カラー１８も図７Ａに示すように、反時計方向に回転
して係止孔４０の略中央に内側クラッチスプリング１６
の他端部１６ｂが位置し、ロック状態を創成する。

【００３２】そして、斯かる状態から高負荷域に移行し
、外側カラー１９が図８Ｂに示すように時計方向へ若干
回転し外側クラッチスプリング１７も自身の捩りばね力
で時計方向に戻り、係止孔４１の一端縁４１ａが他端部
１７ｂから若干離れて、該外側クラッチスプリング１７
をロック状態にする。一方、内側カラー１８も図７Ｂに
示すように時計方向へ若干回転するものの、今まだ係止
孔４０の一端縁４０ａが内側クラッチスプリング１６の
他端部１６ｂを押圧せずに僅かに離間している状態とな
っているため、内側クラッチスプリング１６はロック状
態を維持している。

【００３３】続いて、外側カラー１９が図８Ｃに示すよ
うにさらに時計方向へ回転すると、係止孔４１の一端縁
４１ｂと外側クラッチスプリング１７の他端部１７ｂが
完全に離れて、該外側クラッチスプリング１７はロック
状態を維持する。一方、内側カラー１８も図８Ｃに示す
ようにさらにロック解除必要角度の最大位置θ２まで時
計方向へ回転する。このため、内側クラッチスプリング
１８のロックが解除される。

【００３４】このように、相対的な切替え時に内外カラ
ー１８，１９が図７Ｂ，図８Ｂに示すように時計方向へ
回転した際に、内外クラッチスプリング１６，１７の他
端部１６ｂ，１７ｂが係止孔４０，４１の一端縁３３ａ
，４１ａで一方が押圧されずに、必ず両者１６ｂ，４０
ａ、１７ｂ，４１ａが離れた状態となり、ロック状態が
維持されるため、斯かる相対的なロック，解除切替え時
におけるカムシャフト１のガタつきの発生が防止される
。この結果、打音の発生や吸気バルブや排気バルブの異
常挙動による機関の不調等の発生を防止することができ
る。尚、前記実施例では機関低負荷域から高負荷域への
切替え時について説明したが、逆に高負荷域から低負荷
域への切替え時についても前記と同様に一時的なロック
解除の発生が防止されることは言うまでもない。

【００３５】本発明は、前記実施例に限定されることな
く、例えば切替機構７を別異の構成とすることも可能で
あり、また排気バルブ側あるいは吸気・排気バルブの両
方に適用することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、各請求項
の発明によれば、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、カムシャフトの回転ト
ルク変動を利用して行なうと共に、該正逆相対回動位置
規制を、ストッパ機構と内外２重のクラッチスプリング
を利用したクラッチ機構の切替制御により行なうように
したため、高精度かつ応答性の優れたバルブタイミング
制御が得られることは勿論のこと、特にはす歯が不要に
なるため構造が簡素化され、製造作業能率の向上とコス
トの低廉化が図れる。

【００３７】しかも、前記クラッチ機構を内外２重に配
置したため、装置の軸方向の長さを可及的に短尺化する
ことができ、該装置を備えた内燃機関のエンジンルーム
内へのレイアウトの自由度が向上する。

【００３８】また、請求項２の発明によれば、内外カラ
ーの各係止孔を周方向へ延長形成したため、前記各クラ
ッチ機構の相対的な切替え時において両クラッチスプリ
ングが両方同時に一時的にロック解除される状態の発生
を回避することができる。この結果、カムシャフトのガ
タつきが防止され、打音の発生や機関の不調が防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の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図２のＡ−Ａ線断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】図１のＣ−Ｃ線断面図

【図４】本装置の側面図。

【図５】図１のＤ−Ｄ線断面図。

【図６】図１のＥ−Ｅ線断面図。

【図７】請求項２の発明に係る実施例を示す図１のＤ−
Ｄ線断面図。

【図８】同実施例を示す図１のＥ−Ｅ線断面図。

【符号の説明】

Claims (2)

【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カ
   ムシャフトとを、該カムシャフトの回転トルク変動によ
   り正逆相対回動させて、バルブの開閉時期を可変制御す
   るバルブタイミング制御装置であって、前記回転体とカ
   ムシャフトとの間に、該両者の正逆最大相対回動を規制
   するストッパ機構を設けると共に、互いに逆方向に巻装
   された内外２重のクラッチスプリングにより前記正逆最
   大相対回動位置を前記ストッパ機構と共働して決定する
   クラッチ機構を設け、かつ該両クラッチ機構の断続作用
   を機関運転状態に応じて相対的に切り替える切替機構を
   設け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】　　前記請求項１記載のバルブタイミング
   制御装置において、回転体とカムシャフトとの間に、前
   記内外クラッチスプリングを相対的に緊締・解除させる
   内外一対のカラーを設けると共に、前記各クラッチスプ
   リングの一端部が係止する内外カラーの係止孔を周方向
   へ延長形成し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。