JPH0437205Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は内燃機関のバルブタイミング可変装
置に関する。

（従来の技術） 排気行程の終わりの上死点は吸気始めの上死点
でもあり、この上死点付近で吸排気弁が同時に開
くことがあり、これをバルブオーバーラツプとい
うが、このバルブオーバーラツプは機関の性能に
大きく影響する。

たとえば、機関の低負荷域や低速域にバルブオ
ーバーラツプがあると、大きな吸入負圧に引かれ
て排気弁の下流から排気がシリンダ内へと逆流す
る。しかしながら、低負荷時等はもともと燃料が
多くは供給されないので、残留ガス割合が多くな
ると、燃焼が不良となる。そこで、こうした低負
荷時等にはバルブオーバーラツプがないことが望
ましい。逆に、高負荷時や高速域には、吸気の慣
性を利用して多くの吸気をシリンダ内に押し込
み、吸入効率を大きくしたほうが出力上得策であ
り、このため、バルブオーバーラツプを積極的に
利用することが望ましい。

このように、バルブタイミングに対する要求が
運転状態により異なるので、運転状態に応じてバ
ルブタイミングを可変制御するようにした装置が
各種提案されている。

こうした装置の一例を第２図Ａに示すと（特願
昭60−111115号公報参照。）、同図は機関のクラン
ク軸回転を伝達するカムプーリ７とカム軸３０と
の間に、カム軸３０とカムプーリ７とを相対回転
させるねじ機構を形成し、このねじ機構を運転状
態に応じて駆動する油圧制御機構を形成したもの
である。

すなわち、同図において、ねじ機構は内側ギヤ
１０、中間ギヤ１、外側ギヤ５の３つのギヤから
構成され、内側ギヤ１０と外側ギヤ５とはそれぞ
れカムプーリ７とカム軸３０に固定される。

そしてこれらギヤ５，１０に挟さまれるように
位置する円筒状の中間ギヤ１には、内外周の歯２
Ａ，２Ｂのいずれか一方あるいは両方をヘリカル
状に形成してあり、この内外周の歯２Ａ，２Ｂと
互いにかみ合う歯１１，６が、内側ギヤ１０の外
周と外側ギヤ５の内周とにそれぞれ形成されてい
る。

かつ、中間ギヤ１はカム軸方向にも直線運動を
することができるのに対し、内側ギヤ１０と外側
ギヤ５とは回転のみが許され、カム軸方向の移動
が規制されている。

このため、今中間ギヤ１をカム軸方向に直線運
動させると、この運動によるトルクはねじ接触を
介して内側ギヤ１０あるいは外側ギヤ５をカム軸
方向に移動あるいは回転させようとするが、これ
らギヤ１０，５はカム軸方向には動き得ないよう
に規制されているので、回転だけが許され、この
結果ヘリカル状に形成した歯の捩れ角に応じて内
側ギヤ１０と外側ギヤ５とが相対回転するのであ
る。

次に、この中間ギヤ１を駆動する機構である
が、ここには油圧制御機構を示してあり、この中
間ギヤ１のカム軸方向の一方の側端部に形成した
油圧室５０に、たとえばメーンオイルギヤラリか
らの油通路５５，５６等を介して制御油圧を導く
とともに、他方の側端部にリターンスプリング５
１を介装し、これらのバランスにより中間ギヤ１
のカム軸方向における位置決めをし、前記油通路
に介装したバルブ６５を開閉することにより、前
記制御油圧を可変に制御するのである。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、こうした装置では。中間ギヤ１の内
周側の歯２Ａとかみ合う相手ギヤの外歯を、カム
軸３０の外周部３２に直接形成することはせず、
代わりに、この歯２Ａとかみ合う内側ギヤ１０を
カム軸外周部３２に固定する方策が採られてい
る。

これは、カム面に動弁機構の慣性力、弁ばね張
力、排気ガス圧力の合成力を受け、この合成力が
カム軸３０に曲げ及び捩りモーメントとして同時
にしかも繰り返し作用するので、これらのモーメ
ントにより生じる最大の曲げ応力及び捩り応力に
対抗するには、これらの最大応力と材料の許容応
力にて定まる太さ（カム軸外径）を確保すること
が必要となる。このため、カム軸外周部３２にね
じ加工を施して外径を小さくすることは対トルク
容量を低下させることになること、また加工する
とすれば、カム軸の加工工数の増加を招くこと等
のため、できるだけカム軸外周部はそのままとし
ておきたいためである。

そこで、カム軸外周部３２に内側ギヤ１０を配
置するのであるが、内側ギヤ１０をカム軸３０に
対し偏心して取り付けてしまうと、カム軸３０が
一定回転することができなくなるので、偏心する
ことがないように、内側ギヤ１０の内周には、第
２図Ｂに示すように段付き部１３と大径部１２と
を形成し、この大径部１２をカム軸外周部３２に
全面密接させるとともに、段付き部１２をカム軸
側端部３１にボルト４０にて圧接固定している。

このため、ボルト４０を締め付け過ぎると、こ
れが残留応力として残り、この残留応力が段付き
部１３と大径部１２が曲面を描いてつながる隅部
１４に集中し、これにより隅部１４を中心として
内側ギヤ１０が半径方向外側に膨らみ変形を生じ
ることがある。

ここに、内側ギヤ１０の外周の歯１１は中間ギ
ヤ１の歯２Ａとねじ機構を構成しており、こうし
た膨らみ変形があると、中間ギヤ１のカム軸方向
の移動が困難となる。

そこで、油圧を高くすると、ある程度は中間ギ
ヤ１の移動を行わせることはできるが、油圧が高
いとその分油漏れ対策が必要となるので得策でな
い。同様の観点からは、中間ギヤ１の側端部が油
圧室５０に臨むので、油漏れしないように内側ギ
ヤ１０と中間ギヤ１との間隙が小さく抑えられて
いる。

また、こうした膨らみ変形は、ボルトの締め付
け過ぎだけでなく、カム軸外周部３２と大径部１
２との間隙が偏心防止のためにもともと小さく設
定されていることから、曲面を描く隅部１４近傍
の大径部１２では、その内径がカム軸外周部３２
の外径よりも大きくなることがあり、この隅部１
４がカム軸側端部３１の面取り部３３にわずか乗
り上げるだけでも生じてしまう。

この考案はこうした問題点に着目してなされた
もので、カム軸外周部の外径を小さくすることな
く、隅部近傍の内側ギヤ内周大径部とカム軸外周
部とが直接接触しないようにした装置を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この考案では、内外周の歯の少なくともいずれ
か一方をヘリカル状に形成した円筒状の中間ギヤ
と、外周に機関に同期して駆動されるプーリを備
えるとともに内周に前記中間ギヤの歯とかみ合う
歯を形成した外側ギヤと、内周に段付き部と大径
部とを形成し、この大径部を前記カム軸外周にわ
たつて全面密接させるとともに、段付き部をカム
軸側端部に圧接固定する一方で、外周に前記中間
ギヤの歯とかみ合う歯を形成した内側ギヤとの３
つのギヤをそれぞれ螺合し、前記中間ギヤのカム
軸方向の直線運動により前記カム軸とプーリとを
相対回転運動させるねじ機構を形成し、かつ運転
状態に応じて前記中間ギヤを軸方向に駆動する制
御機構を設ける。

こうしたねじ機構と制御機構とを備える内燃機
関のバルブタイミング可変装置において、この考
案では、前記内側ギヤの内周大径部に、カム軸外
径よりも大径のリング状溝部を段付き部に近接し
て形成した。

（作用） このように構成すると、隅部近傍の内周大径部
とカム軸外周部とが接触しないので、ボルトの締
め付け過ぎによる残留応力が隅部に集中し、変形
を生ずることがあつても、この変形は溝部とカム
軸外周部との間に形成された空間部に解放される
ので、内側ギヤの外周には膨らみ変形を生じるこ
とがない。

また、この空間部の存在により、隅部近傍の大
径部の内径がカム軸外径よりも大きくなることが
ないので、カム軸側端部の面取り部に乗り上げる
こともない。

すなわち、カム軸外周部の外径を小さくして対
トルク容量を低下することなく、内側ギヤ外周の
膨らみ変形を防止し、中間ギヤについてのカム軸
方向運動の円滑さを確保することができる。

以下、具体例にて説明する。

（実施例） 第１図Ａはこの考案の一実施例の概略断面図で
あり、同図は従来例と同様、中間ギヤの駆動制御
を油圧にて行うようにした例である。

すなわち、同図において、ねじ機構は内側ギヤ
１０、中間ギヤ１、外側ギヤ５から構成され、内
側ギヤ１０から半径方向外方に順次中間ギヤ１、
外側ギヤ５が位置する。

円筒状の中間ギヤ１には、内外周の歯２Ａ，２
Ｂのいずれか一方あるいは両方をヘリカル状に形
成してあり、この内外周の歯２Ａ，２Ｂと互いに
かみ合う歯６，１１が、外側ギヤ５の内周と内側
ギヤ１０の外周とに形成されている。

外側ギヤ５は、機関クランク軸からの動力を伝
達するチエーンあるいはタイミングベルトが掛け
回されるカムプーリ７に固定あるいは一体に形成
され、プーリ７は、通常クランク軸の1/2で同期
回転される。なお、外側ギヤ５はハウジングもか
ねている。

内側ギヤ１０は、その内周にカム軸３０の側端
に位置するカム軸外周部３２の全面にわたつて密
接する円筒状の大径部１２と、側端部３１に図中
左方より当接するリング状の段付き部１３と、カ
ムプーリボルト４０の貫通する小径部１５と、ワ
ツシヤ４１の収まるシート部１６とが形成されて
あり、ボルト４０をボルト孔３４にねじ込むこと
により、段付き部１３と側端部３１との圧接を介
し内側ギヤ１０がカム軸３０に固定される。

こうしてカム軸３０とカムプーリ７との間に
は、ねじ機構が構成されるが、さらに前記中間ギ
ヤ１は外側ギヤ５、内側ギヤ１０とそれぞれかみ
合うので、このままだと、これら三者が自由に回
転運動あるいはカム軸方向に直線運動をするので
あるが、外側ギヤ５と内側ギヤ１０とはカム軸方
向には動き得ないように規制されている。

このため、中間ギヤ１がカム軸方向に直線運動
をすると、この運動によるトルクはねじ接触を介
して外側ギヤ５あるいは内側ギヤ１０をカム軸方
向に移動あるいは回転させようとするが、これら
５，１０はカム軸方向には動き得ないように規制
されてあるので、回転だけが許され、この結果中
間ギヤ１にヘリカル状に形成した歯の捩れ角に応
じて外側ギヤ５と内側ギヤ１０とが相対回転、す
なわちこれら５，１０がそれぞれ固定されている
カムプーリ７とカム軸３０とが相対回転する。

次に、中間ギヤ１を駆動する油圧制御機構は、
中間ギヤ１の一方の側端部３をピストンとして油
圧を作用させる制御油圧室５０と、他方の側端部
４から中間ギヤ１を図中左方に付勢するリターン
スプリング５１と、油圧室５０にメーンオイルギ
ヤリ５２からの油を導く油通路と、この油通路に
介装されるバルブ６５と、このバルブ６５を開閉
する制御手段とから構成される。なお、油通路
は、オリフイス５４の介装される油通路５３、カ
ム軸３０やボルト４０の軸芯を貫通かる油通路５
５，５６等から構成されている。なお、５８はオ
イルシール、５９，６０はカバーである。

こうした油圧制御機構では、バルブ６５を閉じ
ると、油圧室５０にオリフイス５３にて減圧され
た適度の油圧が導かれ、リターンスプリング５１
が押し縮められて中間ギヤ１が図中右方向に移動
する。これによりねじ機構が作動してカム軸３０
とカムプーリ７とが相対回転しバルブタイミング
が変わる。反対にバルブ６５を開くと、リターン
スプリング５１により中間ギヤ１が図中左方に押
し戻される。

こうしたねじ機構の作動に合わせて、高負荷時
等にバルブオーバーラツプが生じるように、ギヤ
１，５，１０等の回転部分の回転方向とヘリカル
状に形成する歯の捩れ方向を決定する。

次に、この考案の特徴部分を第１図Ｂを参照し
ながら説明する。なお同図は第１図ＡのＡ部拡大
断面図である。

同図に示すように、円筒状の大径部１１はカム
軸芯から偏心しないように、カム軸外周部３２に
全面密接するようにカム軸外周部３２との間隙が
小さく設定されるのであるが、この考案では、大
径部１２と段付き部１３とがつながる隅部１４近
傍の内周大径部１２に、カム軸外周部３２の外径
よりも大径のリング状溝部７０を段付き部１３に
近接して形成し、これによりカム軸外周部３２と
の間に所定の空間部７１を保持させるようにし
た。

このように構成した場合の作用を説明すると、
ボルト４０の締め付け過剰により残留応力がこの
隅部１４に集中し、この隅部１４を中心として内
側ギヤ１０に変形を生じることがあつても、この
変形は、溝部７０とカム軸外周部３２との間に形
成された空間部７１により吸収され、したがつて
内側ギヤ外周の膨らみ変形が回避される。

また、締め付け過剰でなくとも、曲面で形成さ
れる隅部１４近傍の大径部１２の内径寸法がカム
軸外周部３２の外径よりもわずかでも小さいと、
これが面取り部７１の角に乗り上げる結果とな
り、同じく内側ギヤ外周に膨らみ変形を生じるこ
とあるが、こうしたことも空間部７１があれば回
避される。なお、溝部７０は大径部１２の一部に
のみ設けてあるので、溝部７０を設けたことを原
因として内側ギヤ１０が偏心することはない。

この結果、内側ギヤ１０と中間ギヤ１との間隙
が、油漏れ防止のために小さく設定しなければな
らない制約はあるものの、その制約の範囲内で設
定され、この設定値が組み付け時にもそのまま保
持される。これにより、中間ギヤ１０の軸方向の
移動における滑らかさを確保することができる。

また、中間ギヤ１０の作動が滑らかであるの
で、油圧室５０に導く油圧はそれほど高くなくと
も、十分作動させることができる。

しかしながら、従来例では、こうした空間部７
１は設けられておらず、隅部近傍の内周大径部に
おいても、第２図Ｂに示すようにカム軸外周部３
２に全面密接するため、ボルト４０るの締め付け
過ぎがあると、これにより生じた残留応力が集中
する隅部近傍の大径部１２がめくれて内側ギヤ１
０の外周が半径方向外側に膨らんだり、隅部１４
がカム軸側端部３１の面取り部３３に乗り上げて
膨らんだりしてしまい、こうした大径部の膨らみ
変形により、中間ギヤ１のカム軸方向の移動を困
難にすることがあつたのである。

なお、実施例では、油圧制御機構で説明した
が、制御機構は電気式あるいは機械式でもよく、
こうした場合であつても、同様に軸方向移動の良
好な円滑さを得ることができることに変わりはな
い。

（考案の効果） 以上説明した通り、この考案では、内外周の歯
の少なくともいずれか一方をヘリカル状に形成し
た円筒状の中間ギヤによるカム軸方向の直線運動
により、カムプーリと一体動する外側ギヤと、カ
ム軸外周に全面密接する段付き部とカム軸側端部
に圧接固定される大径部とを内周に形成した内側
ギヤとを相対回転運動させるように構成したバル
ブタイミング可変装置において、前記内側ギヤの
内周大径部に、カム軸外径よりも大径のリング状
溝部を段付き部に近接して形成したので、カム軸
外周部の外径を小さくして対トルク容量を低下さ
せることなく、内側ギヤ外周の膨らみ変形を防止
することができ、中間ギヤの軸方向移動の良好な
円滑さを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはこの考案の一実施例の概略断面図、
第１図Ｂは第１図ＡのＡ部拡大断面図である。第
２図Ａは従来例の概略断面図、第２図Ｂは同じく
第２図ＡのＡ部拡大断面図である。 １……中間ギヤ、２Ａ，２Ｂ……歯、５……外
側ギヤ、６……内歯、７……カムプーリ、１０…
…内側ギヤ、１１……外歯、１２……内周大径
部、１３……段付き部、１４……隅部、３０……
カム軸、３１……側端部、３２……外周部、３３
……面取り部、５０……制御油圧室、５１……リ
ターンスプリング、５２……メーンオイルギヤ
リ、５４〜５６……油通路、６５……バルブ、７
０……溝部、７１……空間部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内外周の歯の少なくともいずれか一方をヘリカ
   ル状に形成した円筒状の中間ギヤと、外周に機関
   に同期して駆動されるプーリを備えるとともに内
   周に前記中間ギヤの歯とかみ合う歯を形成した外
   側ギヤと、内周に段付き部と大径部とを形成し、
   この大径部を前記カム軸外周にわたつて全面密接
   させるとともに、段付き部をカム軸側端部に圧接
   固定する一方で、外周に前記中間ギヤの歯とかみ
   合う歯を形成した内側ギヤとの３つのギヤをそれ
   ぞれ螺合し、前記中間ギヤのカム軸方向の直線運
   動により前記カム軸とプーリとを相対回転運動さ
   せるねじ機構を形成し、かつ運転状態に応じて前
   記中間ギヤを軸方向に駆動する制御機構を設けた
   内燃機関のバルブタイミング可変装置において、
   前記内側ギヤの内周大径部に当該カム軸外径より
   も大径のリング状溝部を段付き部に近接して形成
   したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミン
   グ可変装置。