JPH05306604A - 内燃機関のバルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 内燃機関のバルブタイミング調整装置全体の
軸方向の長さを短くして突出量及び体格を小さくし、シ
ャフトの支持を容易にすると共に、搭載性を良くする。 【構成】 内燃機関のクランクシャフトによって駆動さ
れるスプロケット２にスリーブ５を、それと対向してカ
ムシャフト１にスリーブ３を設け、それらの内歯ヘリカ
ルスプライン６と外歯ヘリカルスプライン７の間に進入
して両者の間に相対的な回転位相の変化を与える外歯８
ａ及び内歯８ｂを備えた制御部材８を、軸方向にのみ移
動可能なシャフト部９と、回転のみ可能なナット部１０
と、それらのねじ溝を転動する多数のボール１０ａから
なるボールねじ機構により軸方向に進退させる。特に、
ナット部１０とモータ２０のロータ１２とを一体的に構
成すると共に、ロータ１２を制御部材８と同軸でその略
外周部に配置することにより軸方向の長さを短縮してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸排気弁の
開閉タイミングを運転条件に応じて変更するためのバル
ブタイミング調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転条件に応じて吸排気弁の
バルブタイミングを調整するための機構として、クラン
クシャフトからタイミングベルト、チェーン、或いはギ
ヤ等を介してカムシャフトを駆動する際に、その駆動力
伝達経路の途中に、クランクシャフトとカムシャフトと
の相対的な位相を変化させる手段を設けるものが知られ
ている。（例えば、特開昭５９−８７２１４号公報参
照） 前記従来の装置は、クランクシャフトからタイミングベ
ルトによって駆動されるタイミングプーリにスリーブを
連結すると共に、このスリーブ内にカムシャフトに連結
されたスリーブを相互に回転可能に嵌挿し、これらの内
外両スリーブの周上に互いに交叉する方向にスリットを
穿設すると共に、これらのスリットの交叉点には、ボー
ルねじのナットによって回転自在に支持された位相変更
部材を挿通した構成をとっており、軸方向に移動しない
ボールねじの軸を電動モータによって回転させることに
より、ナットと共に位相変更部材を軸方向に移動させ、
スリットの交叉点の位置を変更して内外両スリーブ間に
相対的な回転を与え、タイミングプーリ或いはクランク
シャフトに対するカムシャフトの回転位相に連続的な変
化を生じさせるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のバルブタイミン
グ調整装置においては、ボールねじの軸の延長上に電動
モータが配置されているため、電動モータ部分のオーバ
ーハングによる軸方向の突出量が大きくなり、バルブタ
イミング調整装置全体の軸方向の長さが増大して体格が
大きくなり、設置のためにかなり大きなスペースを必要
とするので、自動車に搭載する場合等には問題になるこ
と、また、同じ理由によって電動モータの支持に困難を
伴うこと等の問題があった。本発明は上記問題に鑑み、
内燃機関のバルブタイミング調整装置の軸方向長さを従
来技術による場合よりも短縮し、電動モータ部分のオー
バーハング及び体格を小さくして搭載性を改善すると共
に、電動モータの支持を容易にすることを、発明の解決
課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、内燃機関のクランクシャフ
トとカムシャフトとの間に形成され、同軸上に支持され
た２つの回転部材の間に配置され、カムシャフトの軸方
向に移動することにより２つの前記回転部材を相対的に
回転させて、クランクシャフトとカムシャフトとの間の
回転位相を変更する制御部材と、該制御部材を軸方向に
移動させるための送り機構を含む位相制御機構とを備え
た内燃機関のバルブタイミング調整装置において、前記
位相制御機構は、軸方向の移動は拘束されていて回転の
み可能なナット部と、前記ナット部の回転に伴って軸方
向に移動可能なシャフト部と、前記ナット部と連結さ
れ、前記制御部材と同軸でその略外周部に配置されたロ
ータを有するモータとを備えることを特徴とする内燃機
関のバルブタイミング調整装置を提供する。

【０００５】

【作用】本発明による内燃機関のバルブタイミング調整
装置においては、制御部材を軸方向に移動させるための
位相制御機構は、軸方向の移動は拘束されていて回転の
み可能なナット部と、ナット部の回転に伴って送られて
軸方向に移動可能なシャフト部と、からなる送り機構を
含んでおり、更に、ナット部に連結され制御部材と同軸
でその略外周部に配置されたロータを有するモータを備
えている。このため、制御部材の外周部分にモータのロ
ータ等が重畳されて、その分だけカムシャフトの軸方向
におけるモータを含む位相制御機構の突出量が小さくな
り、それによってバルブタイミング調整装置が小型化さ
れ、構造も簡単で位相制御機構の軸支が確実なものとな
る。

【０００６】

【実施例】図１に本発明のバルブタイミング調節装置の
一実施例を示す。図において、１は内燃機関の図示しな
い吸、排気弁を開閉駆動するカムシャフト、２は図示し
ないクランクシャフトからタイミングチェーンを介して
回転駆動されるスプロケット（一般的には回転伝達部
材）を示している。スプロケット２は、中央に設けられ
たボア２ａの部分によってカムシャフト１の段部１ａに
相対回転可能に嵌合しており、段部１ａ及びカムシャフ
トスリーブ３とボルト４により軸方向の移動を阻止され
ている。カムシャフトスリーブ３はピン３ａによりカム
シャフト１と一体に回転するように固定されている。

【０００７】スプロケット２にはカムシャフト１と同心
に円筒状のスプロケットスリーブ５が一体的に取付けら
れている。スプロケットスリーブ５の内周面とカムシャ
フトスリーブ３の外周面には、それぞれ逆方向のねじれ
角を有するヘリカルスプライン６，７が設けられてい
る。スプロケットスリーブ５とカムシャフトスリーブ３
との間には、外周面にスプロケットスリーブ５の内歯ヘ
リカルスプライン６に係合するヘリカルスプライン８ａ
と、内周面にカムシャフトスリーブ３の外歯ヘリカルス
プライン７に係合するヘリカルスプライン８ｂとが、そ
れぞれ形成された円筒状の制御部材８が挿入されてい
る。

【０００８】制御部材８は、その軸方向位置が変化しな
い限り、ヘリカルスプライン６と７とに係合することに
より、スプロケット２とカムシャフト１とを一体的に回
転させて、スプロケット２の回転をカムシャフト１に伝
達するが、回転中に制御部材８をカムシャフト１の軸線
方向に摺動させることにより、スプライン６及び７と制
御部材８との係合位置をずらせて、スプロケット２とカ
ムシャフト１をスプライン６，７の歯筋に沿って互いに
反対方向に相対回転させることができる。従って、制御
部材８の軸方向位置を制御することにより、スプロケッ
ト２、ひいてはクランクシャフトに対するカムシャフト
１の回転位相を、運転中に無段階に調節することができ
る。

【０００９】このように制御部材８をカムシャフト１の
軸線方向に調整移動させると共に、回転自在に支承する
ための位相制御機構としては、シャフト部９とナット部
１０とを備えたボールねじ機構と、シャフト部９の一部
に支持されたボールベアリング１１が用いられる。シャ
フト部９とナット部１０は、それぞれシャフト部９の外
周とナット部１０の内周とに設けられたねじ溝が、それ
らにそって転動する多数のボール１０ａを介して相互に
係合しており、シャフト部９とナット部１０が相互に回
転するときボール１０ａを循環させる周知の循環機構
（図示せず）を備えている。それによって、ボールねじ
機構は普通のねじに比べて摩擦が少なくなるので、シャ
フト部９とナット部１０とを小さな回転力によっても容
易に相対回転させることができる。

【００１０】ボールねじ機構のナット部１０は、それに
嵌着されたロータ１２のスリーブ１２ａと一体化されて
おり、スリーブ１２ａは、ボールベアリング１３によっ
て調整装置のハウジング１４に回転可能に、しかし、軸
方向には移動しないように支持されている。ハウジング
１４は、内燃機関のシリンダヘッド１５のカムシャフト
１を略中心とする開口部１５ａを塞ぐように、ボルト１
６のような手段によって締結されているが、その内周に
は、巻線部１７を有するステータコア１８が、環状の固
定部材１４ａとスクリュ１４ｂのような手段によって取
り付けられており、ステータコア１８に対応するよう
に、前記ロータ１２の外周のリム１２ｂに取り付けられ
た環状の永久磁石１９が、僅かな間隙を残して位置して
いる。

【００１１】永久磁石１９とステータコア１８によっ
て、それ自体は周知のステッピングモータ２０が構成さ
れる。この実施例の特徴として、ステッピングモータ２
０のロータ１２に形成されたリム１２ｂ、それに取り付
けられた永久磁石１９、及びそれに対向するステータコ
ア１８等は、制御部材８のうちでもカムシャフトスリー
ブ３やスプロケットスリーブ５から突出する部分を略全
部覆うような軸方向位置に設けられており、それによっ
て、シリンダヘッド１５から突出するバルブタイミング
調整装置の突出量を減少させている。

【００１２】ボールねじ機構のシャフト部９は、ボール
１０ａを介してナット部１０に支承されているが、ナッ
ト部１０がステッピングモータ２０によって回転して
も、シャフト部９自体は、その端部の孔に打ち込まれた
ノックピン２１と、それを軸方向に案内するようにハウ
ジング１４の突出部の内面に形成された軸方向の溝２２
との係合によって、回転運動を拘束されているので、ナ
ット部１０の回転方向によって、軸方向右又は左にナッ
ト部１０の回転角に応じた分だけ移動する。それによっ
て、ナット部１０の内方先端にボールベアリング１１を
介して取り付けられた制御部材８の軸方向位置が決ま
る。

【００１３】次に本実施例のバルブタイミング調整装置
の作動について説明する。機関の運転中で、バルブタイ
ミング変更操作を行っていない場合には、スプロケット
２が駆動されることによって、制御部材８はその軸方向
位置を維持したまま、スプロケットスリーブ５とカムシ
ャフトスリーブ３と共に回転するので、スプロケット２
とカムシャフト１とは一体的に回転することになる。

【００１４】運転条件に応じてバルブタイミングを変更
する必要が生じた場合、巻線部１７に通電することによ
ってステッピングモータ２０を駆動し、ロータ１２を必
要な方向に必要な量（角度）だけ回転させる。この回転
はナット部１０に伝達され、それによって、ナット部１
０がシャフト部９及びハウジング１４に対して回転す
る。前述のようにナット部１０はボールベアリング１３
によって軸方向移動を阻止されているため、その回転に
よりボール１０ａを介してシャフト部９を駆動しようと
するが、シャフト部９は軸方向の溝２２に係合するノッ
クピン２１によって回転運動を阻止されているため、ね
じ溝の軸方向成分に応じた軸方向移動だけがシャフト部
９に伝達される。

【００１５】ステッピングモータ２０の回転方向と回転
角度に応じて、シャフト部９は左右に移動し、ボールベ
アリング１１を介して制御部材８のカムシャフト１の方
向の位置を変更する。それによって制御部材８はカムシ
ャフトスリーブ３及びスプロケットスリーブ５に対する
挿入深さが変化し、それらの係合面に設けられたヘリカ
ルスプライン６，７，８ａ，８ｂの作用によってカムシ
ャフトスリーブ３、従ってスプロケット２やクランクシ
ャフトと、カムシャフトスリーブ３、従ってカムシャフ
ト１との間に相対的な回転が生じる。そして、それらの
間の回転位相が変化することによって、バルブタイミン
グの変更が行われる。

【００１６】以上述べた実施例の構成によると、モータ
を制御部材８の移動範囲の外周に設けたから、バルブタ
イミング調整装置の軸方向への突出量を減少させること
ができる。しかも、この実施例では送り機構としてボー
ルねじ機構を採用しているので、シャフト部９はボール
１０ａを介してナット部１０によって確実に支持され
る。このため、ナット部１０をロータ１２を介してボー
ルベアリング１３で支持するだけで、強度の高いシャフ
ト部９の支持が可能であり、シャフト部９に専用の支持
部を設ける必要がない。

【００１７】なお、図示実施例においては、ボールねじ
機構のナットをステッピングモータ２０によって回転駆
動するように構成されているが、本発明においてはステ
ッピングモータによって駆動することは要件ではなく、
ナット及び制御部材等に対して図示のステッピングモー
タ２０と同様な位置関係を占め、且つ同様に駆動を行う
ことができるものであれば、他の種類のモータ例えばＤ
Ｃモータや超音波モータのようなものをステッピングモ
ータ２０に代えて使用することもできる。また、ボール
ねじによる送り機構の他にナット部とシャフト部とをね
じ結合した送り機構などを使用してもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明のバルブタイミング調整装置にお
いては、モータのロータが制御部材の外周部に設けられ
ており、送り機構のナット部をモータのロータによって
直接に回転駆動して、シャフト部を軸方向に移動させる
ように構成していることから、モータの突出部のオーバ
ーハング量を著しく減少させることができ、小型で自動
車等への搭載性のよいバルブタイミング調整装置が得ら
れ、同時に構造を簡単なものにしてコストを低減させる
ことができる。また、同じ理由によって、モータの位置
を機関のシリンダヘッドに近づけることが可能になるの
で、耐振性の点でも有利になり、送り機構のシャフト部
及び制御部材の高精度の支持が容易になって、それらの
傾斜を防止して装置の作動を円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブタイミング調整装置の一実施例
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…カムシャフト １ａ…段部 ２…スプロケット ３…カムシャフトスリーブ ３ａ…ピン ５…スプロケットスリーブ ６…内歯ヘリカルスプライン ７…外歯ヘリカルスプライン ８…制御部材 ８ａ…外歯 ８ｂ…内歯 ９…シャフト部 １０…ナット部 １０ａ…ボール １１…ボールベアリング １２…ロータ １２ａ…スリーブ １２ｂ…リム １３…ボールベアリング １４…ハウジング １５…シリンダヘッド １７…巻線部 １８…ステータコア １９…永久磁石 ２０…ステッピングモータ ２１…ノックピン ２２…軸方向の溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランクシャフトとカムシャ
   フトとの間に形成され、同軸上に支持された２つの回転
   部材の間に配置され、カムシャフトの軸方向に移動する
   ことにより２つの前記回転部材を相対的に回転させて、
   クランクシャフトとカムシャフトとの間の回転位相を変
   更する制御部材と、該制御部材を軸方向に移動させるた
   めの送り機構を含む位相制御機構とを備えた内燃機関の
   バルブタイミング調整装置において、 前記位相制御機構は、軸方向の移動は拘束されていて回
   転のみ可能なナット部と、前記ナット部の回転に伴って
   軸方向に移動可能なシャフト部と、前記ナット部と連結
   され、前記制御部材と同軸でその略外周部に配置された
   ロータを有するモータとを備えることを特徴とする内燃
   機関のバルブタイミング調整装置。