JPH0526012A

JPH0526012A - 可変バルブタイミング装置

Info

Publication number: JPH0526012A
Application number: JP17995791A
Authority: JP
Inventors: Koji Ichinose; 幸治一ノ瀬; Masami Yamazaki; 正己山崎; Atsushi Watanabe; 敦渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】可変バルブタイミング装置において、リング
ギアの移動速度を速くして作動応答性を向上させる。【構成】リングギア１７の軸方向両脇に油圧室１９及
び負圧室２１を形成する。リングギア１７を移動させる
際、油圧室１９には油圧を作用させる。負圧室２１には
ＶＳＶ（バキュームスイッチングバルブ）４１の切換に
より、スロットルバルブ３９下流側の負圧ポート３６ａ
に発生する負圧を作用させる。油圧室１９に作動油圧が
作用することにより、リングギア１７の一端側が押圧さ
れる。このとき、負圧室２１に負圧が作用することによ
り、リングギア１７が押圧方向と同方向へ引かれる。従
って、前記押圧力に加えて、リングギア１７の他端側に
は負圧が作用し、リングギア１７には油圧による押圧力
と負圧による引張力が同時に働いてリングギア１７の移
動がより迅速なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジン運転中に吸
気バルブあるいは排気バルブの作動タイミングを可変に
する可変バルブタイミング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術として、例えば特開
昭６３−１３１８０８号公報に開示された「可変バルブ
タイミング装置」が知られている。この装置は、図３に
示すように、シリンダヘッド５１とその上部に配置され
た図示しないベアリングキャップとの間にバルブ駆動用
のカムシャフト５２が回転可能に支持されている。この
カムシャフト５２の一端部には、タイミングプーリアッ
シィ５３が設けられている。このタイミングプーリアッ
シィ５３はタイミングベルト５４を介して図示しないエ
ンジンのクランクシャフトに駆動連結されている。これ
らタイミングプーリアッシィ５３とカムシャフト５２と
の間には筒状歯車（リングギア）５５が噛合された状態
で設けられている。そして、そのリングギア５５を介し
てタイミングプーリアッシィ５３の回転力がカムシャフ
ト５２に伝達可能となっている。このリングギア５５
は、その内外周の歯のうち少なくとも一方がヘリカル歯
となっている。そして、その外周側の外歯５５ａがタイ
ミングプーリアッシィ５３の内側に設けられた内歯５３
ａに噛合されている。また、リングギア５５の内周側の
内歯５５ｂがカムシャフト５２の外側に設けられた外歯
５２ａに噛合されている。

【０００３】タイミングプーリアッシィ５３の内部にお
いて、リングギア５５の軸方向の両脇には、油圧室５
６，５７が形成されている。そして、各油圧室５６，５
７には、図示しないオイルポンプからの油圧を供給する
ために、シリンダヘッド５１内及びカムシャフト５２内
等に形成された２系統の異なる油通路５８，５９が連通
されている。

【０００４】一方の油通路５８は電磁弁６０を介してリ
ターン通路６１及びメインギャラリ６２に、他方の油通
路５９はメインギャラリ６２及び電磁弁６３を介してリ
ターン通路６４にそれぞれ連通されている。このメイン
ギャラリ６２は前記オイルポンプに連通されており、ま
た、リターン通路６１，６４は図示しないオイルパンに
連通されている。電磁弁６０は３方弁であって、この電
磁弁６０を切換えることにより、油通路５８がリターン
通路６１又はメインギャラリ６２のいずれか一方に連通
されるようになっている。また、他方の電磁弁６３は流
量調整弁であって、この電磁弁６３を切換えることによ
り、油通路５９とリターン通路６４との間が開閉され
る。

【０００５】従って、油通路５８をリターン通路６１に
連通させるよう電磁弁６０を切換えるとともに、油通路
５９をリターン通路６４に対し閉となるよう電磁弁６３
を切換えた場合、これにより、オイルポンプからの油圧
がメインギャラリ６２から油通路５９を通じて油圧室５
７内に供給される。一方、油圧室５６内の油は油通路５
８を通じてリターン通路６１から図示しないオイルパン
へと戻される。その結果、リングギア５５が図３におい
て左側へ移動され、タイミングプーリアッシィ５３とカ
ムシャフト５２との相対位相がずれ、それによってバル
ブタイミングが変更される。

【０００６】逆に、油通路５８をメインギャラリ６２に
連通させるよう電磁弁６０を切換えるとともに、油通路
５９をリターン通路６４に対し、開となるよう電磁弁６
３を切換えることにより、オイルポンプからの油圧がメ
インギャラリ６２から油通路５８を通じて油圧室５６内
に供給される。一方、油圧室５７内の油は油通路５９を
通じてリターン通路６４からオイルパンへと戻される。
その結果、リングギア５５が右側へ移動され、タイミン
グプーリアッシィ５３とカムシャフト５２の相対位相が
ずれ、それによってバルブタイミングが変更される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術においては、その構造上の理由から、作動応答性の向
上が充分ではなかった。すなわち、前記従来技術におい
ては、リングギア５５を移動させるために作用させる力
は、リングギア５５の軸方向両脇にある油圧室５６，５
７のどちらか一方に加わる油圧となっている。このと
き、他方の油圧室５６，５７には、その内部の油が背圧
となって存在している。そのため、リングギア５５の移
動時には、移動方向側の油圧室５６，５７の背圧が抵抗
となってリングギア５５の移動を速くできず、その結果
として可変バルブタイミング装置としての作動応答性の
点で未だ充分ではなかった。

【０００８】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、リングギアの移動速度が速
くて作動応答性に優れた可変バルブタイミング装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明においては、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リングギアと
を備え、前記リングギアの軸方向の両脇に形成された第
１及び第２の圧力室の圧力変化に応じ、前記リングギア
が軸方向に移動し、前記タイミングプーリとカムシャフ
トとが相対回動することにより、バルブタイミングが変
更される可変バルブタイミング装置において、前記両圧
力室のうち、第１の圧力室を油圧供給源に連通可能に設
けるとともに、第２の圧力室をスロットルバルブ下流の
吸気通路に対し連通可能に設け、バルブタイミング変更
のためにリングギアを移動させるときには、前記両圧力
室を通じて前記リングギアの両脇に油圧及び吸気負圧を
それぞれ同時に作用させるようにしている。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、第１の圧力室の内部は、
油圧供給源に対し連通可能となっている。また、第２の
圧力室の内部は、スロットルバルブ下流の吸気通路に対
し連通可能となっている。

【００１１】従って、第１の圧力室が油圧供給源に連通
されることにより、この第１の圧力室内に油圧が供給さ
れてリングギアが押圧されて移動する。このとき、反対
側の第２の圧力室にスロットルバルブ直下流の吸気通路
を通じて負圧が作用することにより、リングギアが移動
方向へ引かれてリングギアの移動がより一層促進され
る。

【００１２】

【実施例】以下、この発明における可変バルブタイミン
グ装置を具体化した一実施例を図１，２に基づいて詳細
に説明する。

【００１３】図１はこの実施例における可変バルブタイ
ミング装置を説明する概略構成図である。この実施例で
は、図示しない吸気バルブを開閉するためのカムを有す
る吸気用のカムシャフト１に、可変バルブタイミング装
置が備えられているものとする。そして、吸気弁のバル
ブタイミングは、軽負荷時には遅れ側に変わるように設
定され、高負荷時には進み側に変わるように設定され、
可変バルブタイミング装置が制御されるようになってい
る。

【００１４】前記吸気用のカムシャフト１は、そのジャ
ーナル２にてシリンダヘッド３の軸受部４とベアリング
キャップ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
ッシィ６が設けられている。

【００１５】このタイミングプーリアッシィ６は、外周
に複数の外歯７を有するとともに、一側に収容凹部８を
有するプーリ本体９と、同プーリ本体９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１０及び位
置決め用のノックピン１１により固定されたキャップ１
２とを備えている。また、プーリ本体９の開口端とキャ
ップ１２の外周との間には、緩衝用の粘性継手（ビスカ
スカップリング）１３が設けられている。このビスカス
カップリング１３はプーリ本体９に圧入固定されたアウ
タープレート１４と、同アウタープレート１４に組込ま
れ、キャップ１２に形成されたインナープレート１５と
からなり、両者１４，１５の間には図示しない高粘度の
粘性流体が封入されている。また、この粘性流体は前記
インナープレート１５の内側とアウタープレート１４の
外側に設けられたシール部材１６Ａ，１６Ｂによって封
止されている。

【００１６】前記タイミングプーリアッシィ６とカムシ
ャフト１との間には、リングギア１７が介在されてお
り、両者１，６が連結されている。すなわち、前記キャ
ップ１２により密閉されたプーリ本体９の収容凹部８に
リングギア１７が収容されている。リングギア１７は、
その内外周に設けられた複数の歯１７ａ，１７ｂの両方
がヘリカル歯となっており、軸方向への移動によってカ
ムシャフト１と相対回動可能となっている。リングギア
１７の内外周の歯１７ａ，１７ｂはプーリ本体９の内歯
９ａ及びキャップ１２の外歯１２ａにそれぞれ噛合して
いる。そして、前記タイミングプーリアッシィ６は、プ
ーリ本体９の外歯７に掛装されたタイミングベルト１８
を介してエンジンに駆動連結されている。

【００１７】従って、エンジンからタイミングプーリア
ッシィ６に駆動伝達されることにより、リングギア１７
で相互に連結されたプーリ本体９とキャップ１２とが一
体的に回転され、カムシャフト１が回転駆動される。

【００１８】プーリ本体９の収容凹部８において、リン
グギア１７の軸方向一端側は、作動油圧が作用する第１
の圧力室としての油圧室１９となっている。また、同じ
く収容凹部８において、リングギア１７の他端側は、釣
合用のスプリング２０を収容するとともに、内部に気圧
が作用する第２の圧力室としての負圧室２１となってい
る。そして、前記リングギア１７の内外周には、ゴム製
のＯリング２２Ａ，２２Ｂが周設されており、油圧室１
９から負圧室２１内に油が洩れたり、逆に負圧室２１か
ら油圧室１９に気体が洩れたりするのを防ぐようになっ
ている。

【００１９】前記油圧室１９に作動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を経由し、カムシャフト１の内部を通ってタイミ
ングプーリアッシィ６に至る作動油専用通路２３が形成
されている。この作動油専用通路２３は、シリンダヘッ
ド３に形成された第１ヘッド通路２４Ａと、カムシャフ
ト１に形成された第１シャフト通路２５と、これら両通
路２４Ａ，２５を連通させるためにジャーナル２の周方
向に形成された第１ジャーナル溝２６とからなってい
る。なお、上記通路はドレイン通路としても機能する。

【００２０】この可変バルブタイミング装置では、エン
ジンの潤滑油圧がタイミングプーリアッシィ６へ供給さ
れる作動油圧として利用されている。すなわち、潤滑油
供給用の油圧回路２７は、エンジンに連結された油圧供
給手段としてのオイルポンプ２８、オイルパン２９及び
図示しないオイルフィルタ等を備えている。また、オイ
ルポンプ２８と第１ヘッド通路２４Ａとの間には、作動
油圧制御用の油圧制御弁３０が設けられている。なお、
カムシャフト１には、その周方向に第２ジャーナル溝３
１が形成されているとともに、シリンダヘッド３に形成
された第２ヘッド通路２４Ｂ等よりなり、前記作動油専
用通路２３とは別経路の潤滑油専用通路が形成され、カ
ムシャフト１のジャーナル２に対し潤滑油が供給される
ようになっている。そして、エンジンの運転に連動して
オイルポンプ２８が作動することにより、オイルポンプ
２８から潤滑油が吸い上げられ、第２ヘッド通路２４Ｂ
に潤滑油圧が供給されるとともに、油圧制御弁３０を介
して第１ヘッド通路２４Ａに潤滑油圧が作動油圧として
供給される。

【００２１】一方、前記負圧室２１に対して負圧をかけ
るために、ベアリングキャップ５及びカムシャフト１に
は、ジャーナル２を経由し、カムシャフト１の内部を通
ってタイミングプーリアッシィ６に至る気圧専用通路３
２が形成されている。この気圧専用通路３２はベアリン
グキャップ５に形成されたキャップ通路３３と、カムシ
ャフト１に形成された第２シャフト通路３４と、これら
両通路３３，３４を連通させるためにジャーナル２の周
方向に形成された第３ジャーナル溝３５とからなってい
る。

【００２２】この実施例において、エンジンの吸気系に
は吸気通路３６に連通するサージタンク３７が設けら
れ、同タンク３７が吸気用開閉バルブ３８を介してエン
ジン本体に連通可能となっている。サージタンク３７の
上流側にて、吸気通路３６にはスロットルバルブ３９が
設けられている。このスロットルバルブ３９の直下流側
位置には、同位置にて発生する負圧を得るための負圧ポ
ート３６ａが設けられている。そして、この負圧ポート
３６ａが、パイプ４０ａ，４０ｂを介してキャップ通路
３３に連通可能となっている。

【００２３】前記パイプ４０ａ，４０ｂの間には３方式
のバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）４１が設け
られている。また、このＶＳＶ４１の残りのポートはパ
イプ４０ｃを介してクランクケース４２に連通可能とな
っている。そして、前記パイプ４０ａ，４０ｂを連通さ
せるようＶＳＶ４１を切り換えることにより、負圧ポー
ト３６ａにて発生する負圧がＶＳＶ４１及びパイプ４０
ｂを介してキャップ通路３３に作用する。一方、クラン
クケース４２の内部はほぼ大気圧となっているので、パ
イプ４０ｂ，４０ｃを連通させるようＶＳＶ４１を切り
換えることにより、負圧に代わってクランクケース４２
の大気圧がパイプ４０ｂ，４０ｃを介してキャップ通路
３３に作用する。

【００２４】前記油圧制御弁３０及びＶＳＶ４１は、電
子制御装置（ＥＣＵ）４３に対して電気的に接続されて
いる。そして、この実施例において、ＥＣＵ４３は各種
センサの検出によって求められるエンジン負荷に応じた
バルブタイミングとなるよう油圧制御弁３０及びＶＳＶ
４１を好適に切換制御するようになっている。

【００２５】次に、この可変バルブタイミング装置の作
用について説明する。今、図１の状態において、エンジ
ンによって駆動されるタイミングプーリアッシィ６によ
りカムシャフト１が回転駆動されているとき、例えば吸
気弁のバルブタイミングを遅れ側のタイミングとすべ
く、ＥＣＵ４３が油圧制御弁３０を切換制御して開かせ
る。これにより、オイルポンプ２８からの作動油圧は作
動油専用通路２３を通じてタイミングプーリアッシィ６
の油圧室１９に供給される。そして、リングギア１７の
一端側に作動油圧が加えられ、同リングギア１７は図２
に示すように、スプリング２０の付勢力に抗して軸方向
（図中右方向）へ移動しながら回動される。

【００２６】このとき、負圧ポート３６ａ付近では負圧
が発生しているものとして、ＥＣＵ４３がパイプ４０ａ
と４０ｂを連通させるようにＶＳＶ４１を切換える。こ
れにより、負圧ポート３６ａ付近で生じた負圧が気圧専
用通路３２を介してタイミングプーリアッシィ６の負圧
室２１に作用する。そして、リングギア１７の他端側に
負圧が作用し、リングギア１７はより一層円滑に、か
つ、迅速に軸方向へ移動しながら回動される。

【００２７】この結果、カムシャフト１には、タイミン
グプーリアッシィ６に対する捩りが付与され、カムシャ
フト１とタイミングプーリアッシィ６との回転方向にお
ける相対位置（回転位相）が迅速に変えられ、吸気バル
ブの作動タイミングが俊敏に変えられる。

【００２８】また、リングギア１７の内外周にはＯリン
グ２２Ａ，２２Ｂが設けられているので、リングギア１
７の移動の際には、油圧室１９から負圧室２１内に油が
洩れたり、逆に負圧室２１から油圧室１９に気体が洩れ
たりすることはない。さらに、このカムシャフト１の捩
りの際には、通常リングギア１７にはバックラッシが生
じるのであるが、このガタツキは前記ビスカスカップリ
ング１３の作用により緩衝されて異音の発生が抑制され
る。

【００２９】前記リングギア１７を元に戻す場合には、
ＥＣＵ４３が油圧制御弁３０を閉じるように切換制御す
る。また、ＥＣＵ４３はパイプ４０ｂと４０ｃを連通さ
せるようにＶＳＶ４１を切換制御する。これにより、油
圧室１９内の作動油圧は作動油専用通路２３を経てオイ
ルパン２９へ戻される。これと同時に、負圧室２１には
負圧ポート３６ａからの負圧に代わってクランクケース
４２内からの大気圧が作用することになり、前記リング
ギア１７はスプリング２０の付勢力により速やかに元の
位置に戻される。従って、負圧がリングギア１７の戻り
を阻害するような支障をきたすことがない。

【００３０】以上詳述したように、この実施例では、前
記可変バルブタイミング装置作動時、すなわち、リング
ギア１７を移動させる場合において、このリングギア１
７に対し油圧による押圧力を作動させるとともに、その
反対側からは押圧力と同方向へ負圧力を作用させるよう
にしている。従って、従来例のようにリングギア５５の
両脇に対する油圧力の作用を切換えるようにしたものと
は異なり、本実施例では、リングギア１７の一端側に移
動抵抗となる背圧が作用することはなく、むしろ負圧力
により移動が助長される。その結果、リングギア１７は
迅速に移動し、可変バルブタイミング装置としての作動
応答性を向上させることができる。

【００３１】また、この実施例では負圧室２１内に負圧
を作用させるために、スロットルバルブ３９直下流の負
圧ポート３６ａで発生する負圧を利用しているので、作
動応答性改善のためにエンジンオイルポンプとは別に負
圧を発生させるような手段を設ける必要がなく、既存の
エンジンシステムに対し大幅に手を加える必要がない。

【００３２】また、パイプ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ等を
空気通路としていることから、油をはじめとする液体の
ような粘性の影響を無視できるとともに、温度変化によ
る影響も受けることはない。しかも、パイプ４０ａ，４
０ｂ，４０ｃ等の孔径は液体に対するよりも細くするこ
とができる。従って、スペースの効率化を図ることがで
きるとともに、コストの低減を図ることができる。

【００３３】さらに、エンジン回転数の低いアイドリン
グ時には、オイルポンプ２８の吐出圧も低いのである
が、この実施例においては、エンジン回転数が低い状態
ほど負圧ポート３６ａにて発生する負圧が大きくなる。
従って、リングギア１７を移動方向へ引く力も大きくな
り、リングギア１７を押すための作動油圧が低くても充
分な移動力が得られ、このため、リングギア１７の移動
に対してエンジン回転数の高低がほとんど影響を及ぼす
ことがない。従って、この可変バルブタイミング装置に
おいては、いかなるエンジン回転数であっても常にほぼ
同じような作動応答性を期待することができる。

【００３４】ここで、本実施例にかかわる実験例を示
す。アイドリング状態での作動油圧を０．５kg／cm²、
負圧ポート３６ａにて発生する負圧を−２００mmHgとす
ると、リングギア１７には、さらに０．２５kg／cm²の
作動力が加勢され、負圧による効果の大きいことがわか
る。

【００３５】なお、本発明は上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
の一部を適宜変更することもできる。例えば、前記収容
凹部８内に図示しないストッパを設け、リングギア１７
を任意の中間位置で停止させるようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の可変バ
ルブタイミング装置によれば第１の圧力室を油圧供給源
に対し連通可能とするとともに、第２の圧力室を吸気通
路に対し連通可能とし、リングギアに油圧を作動させる
際に、反対方向から負圧を作用させるようにしたので、
油圧による押圧力にさらに負圧が加勢され、リングギア
の移動速度を速くすることができ、もって可変バルブタ
イミング装置としての作動応答性を向上させることがで
きるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した一実施例における可変バ
ルブタイミング装置を説明する概略構成図である。

【図２】一実施例において図１の作用を示す可変バルブ
タイミング装置の概略構成図である。

【図３】従来の可変バルブタイミング装置を示す部分断
面図である。

【符号の説明】

１…カムシャフト、３…シリンダヘッド、６…タイミン
グプーリアッシィ、１７…リングギア、１７ａ，１７ｂ
…歯、１９…第１の圧力室としての油圧室、２１…第２
の圧力室としての負圧室、２８…油圧供給源としてのオ
イルポンプ、３６…吸気通路、３９…スロットルバル
ブ。

Claims

【特許請求の範囲】【請求項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リングギ
アとを備え、前記リングギアの軸方向の両脇に形成され
た第１及び第２の圧力室の圧力変化に応じ、前記リング
ギアが軸方向に移動し、前記タイミングプーリとカムシ
ャフトとが相対回動することにより、バルブタイミング
が変更される可変バルブタイミング装置において、前記両圧力室のうち、第１の圧力室を油圧供給源に連通
可能に設けるとともに、第２の圧力室をスロットルバル
ブ下流の吸気通路に対し連通可能に設け、バルブタイミ
ング変更のためにリングギアを移動させるときには、前
記両圧力室を通じて前記リングギアの両脇に油圧及び吸
気負圧をそれぞれ同時に作用させるようにしたことを特
徴とする可変バルブタイミング装置。