JPH05340216A - 内燃機関のバルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブタイミング調整装置において、簡単な
構成によりヘリカルスプラインのバックラッシュを消滅
させ、機関運転時の打音発生を防止する。 【構成】 １は吸気弁用のカム軸でタイミングギヤ３，
４の噛み合いによって排気弁用のカム軸２から駆動され
る。カムギヤハウジング５は最外周の内歯車であり、中
心の歯車である中空のシャフト８はカム軸１に連結され
ている。カムギヤハウジング５と中空のシャフト８との
間には制御用歯車１１が挿入され、内外のヘリカルスプ
ラインによってそれらに嵌合しており、軸方向移動を与
えられることによってバルブタイミングが変更される。
図示実施例では制御用歯車１１の内外のヘリカルスプラ
イン１１ａ，１１ｂの間に穴１１ｄが形成されてスプリ
ングピン１４が打ち込まれているので、制御用歯車１１
の内外のヘリカルスプラインは内外へ付勢されて張り出
し、バックラッシュを埋める。

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に、クランクシャフト
からタイミングベルト、チェーン、或いはギヤ等のよう
な回転伝達部材を介してカム軸を駆動する動弁機構にお
いて、例えば、回転伝達部材とカム軸との間に相対的な
回転を与えたり、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシ
ャフト）式の動弁機構の場合では、排気弁用のカム軸と
それによって駆動される吸気弁用のカム軸との間に相対
的な回転を与えるというように、伝動系統の途中にバル
ブタイミング調整装置を挿入することが知られている。

【０００３】このようなバルブタイミング調整装置の一
つの形式として、中心の歯車と、中心の歯車に形成され
た歯に被さるように嵌合する同歯数の内歯を備えた円筒
形歯車と、更に、この円筒形歯車の外周側に形成された
歯に被さるように嵌合する同歯数の内歯を備えた最外周
の内歯車と、からなる三層構造の複合歯車を主要構成要
素とするものがある。この場合に複合歯車を構成する内
外三個の各歯車は互いに嵌合しているので、これらの歯
は、通常の歯車の歯よりも、むしろスプラインの歯に近
い性格をもっていると言うことができる。

【０００４】この種のバルブタイミング調整装置におい
ては、複合歯車の内外二重のスプライン状の嵌合部分を
それぞれ構成する二対の歯の歯形のうち、少なくとも一
対の歯形を斜歯（ヘリカルスプライン）とすることによ
って、中間層をなす円筒形歯車を中心の歯車と最外周の
内歯車に対して軸方向に移動させた際に、中心の歯車と
最外周の内歯車との間に相対的な回転を生じさせること
ができ、それによって中心の歯車と最外周の内歯車にそ
れぞれ連結された回転伝達部材とカム軸や、吸気弁用カ
ム軸と排気弁用カム軸が相対的に回転する結果、バルブ
タイミングが円筒形歯車の軸方向位置に応じて連続的に
変化するようになっている。前述のように、この種のバ
ルブタイミング調整装置では三層構造の複合歯車におけ
る中間層の円筒形歯車の内外二箇所にスプライン状の嵌
合部分があるので、それらの嵌合部分を形成する各対の
歯車のスプライン状の歯と歯の間にバックラッシュが存
在すると、内燃機関が運転される際にそれらの部分から
打音が発生して、それが機関騒音の一つの要因となる。

【０００５】この問題に対処するための従来技術が、例
えば特開昭６２−３１１１号公報とか特開昭６２−３１
１２号公報等に記載されている。これらの従来技術にお
いては、前述のバルブタイミング調整装置における三層
構造の複合歯車のうち、中間層をなす円筒形歯車に相当
するものとして、軸方向に長い「長尺の歯車」を使用
し、それを軸方向に配列する二個以上の部分に切断（輪
切り）すると共に、それらの各部分が相互に軸方向に微
小な距離だけ相対的移動をすることができるようにする
と共に、軸方向の相対的移動を起こさせる付勢装置とし
て、それらの各部分の間に色々な形の弾性体を介在させ
た構成をとっている。これらのバルブタイミング調整装
置においては、長尺の円筒形歯車を軸方向に配列する複
数個の部分に分割してなる各部分が、軸方向に微小な距
離だけ相対的に移動（接近又は離間）することによっ
て、それぞれの部分の斜歯（ヘリカルスプライン）の歯
筋が相互にずれる結果、円筒形歯車全体としての、その
歯の見かけ上の歯厚が増加し、中心の歯車と最外周の内
歯車の歯との嵌合部におけるバックラッシュが吸収され
るようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術による
バルブタイミング調整装置においては、複合歯車の各層
のスプライン嵌合部分におけるバックラッシュを解消さ
せて内燃機関運転時の打音の発生を防止するには、複数
個の部分に分割した歯車構成体の個々の軸方向の長さを
大きくすると共に、相対的な軸方向の移動距離を大きく
とる必要があるため、それらの歯車構成体を積み重ねて
なる円筒形歯車の合計の軸方向長さがかなり大きくなる
上、それらの各部分の間に直列に挿入される弾性体が集
合体としての円筒形歯車の軸方向長さを一層大きくする
ために、バルブタイミング調整装置全体が軸方向に長く
なること、また、弾性体を円筒形歯車の半径方向の厚み
の中に収容しなければならないから、複合歯車の半径方
向の寸法も大きくなること等の理由から、バルブタイミ
ング調整装置をコンパクトに纏めることが難しい。ま
た、この場合の複合歯車は構造が複雑であり、各歯車構
成体等を高精度のものとする必要があるので、製造工程
の作業が複雑になるという問題もある。本発明は、従来
技術のこれらの問題を解決することを、発明が解決しよ
うとする課題とするものである。

【０００７】

【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、少なくとも、内燃機関のク
ランク軸側又は一つのカム軸側のいずれか一方に連結さ
れている中心の歯車と、前記クランク軸側又は前記カム
軸側の他方に連結され前記中心の歯車と同軸上において
それを覆うように支持されている最外周の内歯車と、前
記中心の歯車及び前記最外周の内歯車の間の環状空間に
挿入され軸方向に移動することによって前記中心の歯車
と前記最外周の内歯車とを相対的に回転させる制御用歯
車との三部材からなる集合体を有し、前記制御用歯車は
略円筒形の形状を有し、半径方向の内外面にそれぞれ内
歯ヘリカルスプラインと外歯ヘリカルスプラインを備え
ていて、前記内歯ヘリカルスプラインは前記中心の歯車
に形成された外歯ヘリカルスプラインに嵌合し、前記外
歯ヘリカルスプラインは前記最外周の内歯車に形成され
た内歯ヘリカルスプラインに嵌合していると共に、前記
制御用歯車の外面の外歯ヘリカルスプラインは半径方向
外方へ、同時に、前記制御用歯車の内面の内歯ヘリカル
スプラインは半径方向内方へ、それぞれ微小な距離だけ
移動するように弾性体によって付勢されていることを特
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。

【０００８】

【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、中心の歯車及び最外周の内歯車の間の
環状空間には制御用歯車が挿入されており、それを軸方
向に移動させることによって中心の歯車と最外周の内歯
車とを相対的に回転させて、内燃機関のクランク軸とカ
ム軸との間の回転位相を変更させる。この場合、制御用
歯車は略円筒形の形状を有し、その半径方向の内外面に
ヘリカルスプラインを備えていて、それらが中心の歯車
の外面及び最外周の内歯車の内面に形成されたヘリカル
スプラインにそれぞれ嵌合しているが、制御用歯車の外
面の外歯ヘリカルスプラインは半径方向外方へ、また、
制御用歯車の内面の内歯ヘリカルスプラインは半径方向
内方へ、それぞれ微小な距離だけ移動するように弾性体
によって付勢されているので、ヘリカルスプラインの各
嵌合箇所にバックラッシュが生じようとしても、制御用
歯車の内外面のヘリカルスプラインが半径方向に微小な
距離だけ移動してバックラッシュを埋めるので、各嵌合
箇所にバックラッシュが残ることはなく、内燃機関が運
転されたときにバックラッシュに起因する打音を発生さ
せる恐れがない。

【０００９】

【実施例】第１実施例として、図１に、排気弁用のカム
軸から一対のタイミングギヤを介して吸気弁用のカム軸
を駆動するＤＯＨＣ式の動弁機構に本発明を適用し、被
駆動側のタイミングギヤと吸気弁用のカム軸との間にバ
ルブタイミング調整装置を挿入した場合の全体構成を縦
断正面図として示す。図１において、１は吸気弁用のカ
ム軸、２は排気弁用のカム軸を示す。図示例の排気弁用
のカム軸２は、図示しないタイミングプーリ等を介して
内燃機関のクランク軸から直接に回転駆動されており、
吸気弁用のカム軸１は、排気弁用のカム軸２に装着され
たタイミングギヤ３に噛み合っているタイミングギヤ４
を介して、排気弁用のカム軸２から駆動される。

【００１０】タイミングギヤ３は所謂シザーズギヤであ
って、その構成ギヤ３ａはカム軸２に固定されている
が、構成ギヤ３ｂはカム軸２に遊嵌されると共に、構成
ギヤ３ａとの間に設けられている弾性部材によって付勢
され、構成ギヤ３ａと構成ギヤ３ｂの各歯の間でタイミ
ングギヤ４の歯を挟んでバックラッシュを零にするよう
になっている。タイミングギヤ３と噛み合うタイミング
ギヤ４の歯はカムギヤハウジング５の外周に形成されて
おり、カムギヤハウジング５は図１の右端側において、
吸気弁用のカム軸１に対して回転可能に緩挿された円筒
状スリーブ６のフランジ部６ａと螺合して一体化されて
いると共に、左端側においてはフランジ７とかしめによ
って一体化されている。

【００１１】内部に２段階の段部を有する中空のシャフ
ト８が吸気弁用のカム軸１と円筒状スリーブ６に緩挿さ
れ、それに形成された軸方向の溝８ａには吸気弁用のカ
ム軸１に打ち込まれたピン９が係合して、吸気弁用のカ
ム軸１と同じ回転をするように連結されている。カムギ
ヤハウジング５と中空のシャフト８を軸方向に位置決め
するために、吸気弁用のカム軸１の左端側にナット１０
が螺合しており、フランジ７を挟んで、中空のシャフト
８の段部の一つを吸気弁用のカム軸１の段部に向かって
押し付けている。この構造によって、吸気弁用のカム軸
１、ピン９、中空のシャフト８、及びナット１０は実質
的に一体化されるが、それらに対して別に一体されたフ
ランジ７、カムギヤハウジング５、及び円筒状スリーブ
６は、軸線の回りに相対的に回転することが許容されて
いる。

【００１２】カムギヤハウジング５の内周面の一部には
内歯ヘリカルスプライン５ａが形成されており、中空の
シャフト８の外周面の一部には外歯ヘリカルスプライン
８ｂが形成されている。内歯ヘリカルスプライン５ａに
対して外歯ヘリカルスプライン８ｂは逆方向の捩じれ角
を有するが、場合によっては、内歯ヘリカルスプライン
５ａ又は外歯ヘリカルスプライン８ｂの一方は、ヘリカ
ルスプラインの一つの特別な形として捩じれ角が零のヘ
リカルスプライン、即ち、軸線の方向と平行な直線状の
スプラインとしてもよい。

【００１３】このようにしてカムギヤハウジング５と中
空のシャフト８との間には略円筒形の隙間が形成される
が、この隙間には、図２及び図３に単独に取り出して示
すような制御用歯車１１が挿入される。制御用歯車１１
の外周面の一部には外歯ヘリカルスプライン１１ａが形
成されていて、それがカムギヤハウジング５の内歯ヘリ
カルスプライン５ａと嵌合していると共に、制御用歯車
１１の内周面の一部には内歯ヘリカルスプライン１１ｂ
が形成されていて、それが中空のシャフト８の外歯ヘリ
カルスプライン８ｂと嵌合している。この場合、ヘリカ
ルスプライン同士が嵌合しているということは、嵌合し
ている二対の内歯及び外歯のヘリカルスプライン同士
が、それぞれ等しい捩じれ角を有していることを意味す
るから、外歯ヘリカルスプライン１１ａと内歯ヘリカル
スプライン１１ｂとは互いに相手に対して逆方向の捩じ
れ角を有するということであり、また、前述のように、
それらの一方がヘリカルスプラインの特別の形として直
線状のスプラインになり得るということである。

【００１４】制御用歯車１１は、相手となる二つのヘリ
カルスプラインとの嵌合を保持しながら、カムギヤハウ
ジング５と中空のシャフト８の間の略円筒形の隙間にお
いて軸方向に進退し得るように挿入されており、図１に
示されたスプリング１２によって一方向に向かって付勢
されている。その付勢力に対抗する任意の大きさの油圧
力が発生するように、図１において制御用歯車１１の右
端側と円筒状スリーブ６のフランジ部６ａとの間に油圧
室１３が形成されており、油圧室１３は円筒状スリーブ
６の孔６ｂ、吸気弁用のカム軸１の孔１ａ、及び軸方向
の貫通孔１ｂを通じて図示しない油圧制御弁に連通し、
それによって任意の大きさの油圧の供給を受けられるよ
うになっている。なお図中、１ｃはカム軸１の軸方向の
貫通孔１ｂの左端を閉塞するために圧入された鋼球を、
７ａはフランジ７に開口された通気孔を、１１ｃは制御
用歯車１１の溝に挿入されたシール用のＯリングを示し
ている。

【００１５】図示しない油圧制御弁によって油圧室１３
に或る大きさの油圧が供給されたとき、図１において制
御用歯車１１の右側に作用する油圧力と、スプリング１
２の付勢力とが釣り合う位置まで制御用歯車１１は軸方
向に移動し、その位置で停止する。制御用歯車１１が軸
方向に移動することによって、捩じれ角の異なる二対の
ヘリカルスプライン、即ち、内歯ヘリカルスプライン５
ａと外歯ヘリカルスプライン１１ａの対、及び、内歯ヘ
リカルスプライン１１ｂと外歯ヘリカルスプライン８ｂ
の対のそれぞれの嵌合位置の変化に応じて、カムギヤハ
ウジング５と中空のシャフト８との間に相対的な回転が
生じ、それによって吸気弁用のカム軸１と排気弁用のカ
ム軸２との間に回転位相の差が生じる結果、吸気弁と排
気弁との間に目的とするバルブタイミングの変化が生じ
る。以上の構成や、バルブタイミング調整装置としての
基本的な作動に関して、第１実施例は従来技術と比べて
格別に特徴を有するものではない。

【００１６】第１実施例の特徴は、図２及び図３に明示
したように、制御用歯車１１において、外歯ヘリカルス
プライン１１ａと内歯ヘリカルスプライン１１ｂの間の
環状の厚肉部分１１ｃに、複数の穴１１ｄが全周にわた
って形成されており、図１のように、制御用歯車１１を
カムギヤハウジング５と中空のシャフト８の間の環状の
隙間に挿入して、二対のヘリカルスプラインを嵌合させ
た状態で、円筒状スリーブ６のフランジ部６ａを螺着す
る前に、穴１１ｄにそれぞれスプリングピン１４を打ち
込んで、穴１１ｄが拡大する方向の付勢力を与えてある
ことである。

【００１７】スプリングピン１４による拡径方向への付
勢によって、環状の厚肉部分１１ｃの半径方向の変形が
可能なように、制御用歯車１１の材料は多少柔軟性を有
している必要があり、そのために、例えばＰＰＳやＰＢ
Ｔ、或いはナイロン樹脂のような熱可塑性の樹脂を用い
るのが良い。スプリングピン１４を制御用歯車１１の穴
１１ｄに打ち込むことによって、図４に示したように、
制御用歯車１１の外歯ヘリカルスプライン１１ａは外方
へ僅かに押し出されて１１ａ’のような形になると共
に、内歯ヘリカルスプライン１１ｂは内方へ僅かに押し
出されて１１ｂ’のような形になる。

【００１８】それによって変形したヘリカルスプライン
１１ａ’及び１１ｂ’は、それぞれカムギヤハウジング
５の内歯ヘリカルスプライン５ａ、及び中空のシャフト
８の外歯ヘリカルスプライン８ｂに向かって半径方向に
押し付けられるから、それらの間にあったバックラッシ
ュは消滅して、内燃機関が運転されたときに打音を発生
するのが防止される。また、長期間の間に制御用歯車１
１の各ヘリカルスプラインが摩耗しても、スプリングピ
ン１４の付勢によって変形したヘリカルスプライン１１
ａ’及び１１ｂ’は常に相手のヘリカルスプラインに押
し付けられているから、摩耗によるバックラッシュの増
大の恐れはなく、いつでもバックラッシュ零の状態を維
持することができる。このように、制御用歯車１１の穴
１１ｄにスプリングピン１４を打ち込むというきわめて
簡単な構造によって、従来技術における複雑な構造と同
様に、打音の解消という効果を奏することができる。な
お、この実施例では、断面Ｃ字型のスプリングピン１４
を打ち込んで制御用歯車１１を拡げているが、断面Ｃ字
型のスプリングピン１４に代えて、板ばね、コイルばね
等を用いてもよい。

【００１９】図５〜図７は本発明の第２実施例を示した
もので、この例における制御用歯車１５は複合歯車であ
って、製造工程において、第１実施例における制御用歯
車１１と略同様な外形と、外周の一部及びそれに対応す
る内周の一部に外歯ヘリカルスプライン１６ａと内歯ヘ
リカルスプライン１６ｂを有するように成形した素材
と、それとは別体で、スプライン１６ａ及び１６ｂと歯
すじが一致するように成形された外歯ヘリカルスプライ
ン１７ａ及び内歯ヘリカルスプライン１７ｂを有するリ
ング状部分１７を作る。

【００２０】次に、主体部分１６の環状の厚肉部分１６
ｃにおける対称の位置において軸方向に穿孔された孔１
６ｄにピン１８を打ち込むと共に、ピン１８と略対応す
る位置において、リング状部分１７の環状の厚肉部分１
７ｃに、ピン１８よりも若干大径の開口１７ｄを穿孔す
る。更に、主体部分１６環状の厚肉部分１６ｃに接線方
向の溝１６ｅを形成すると共に、それと接するリング状
部分１７の環状の厚肉部分１７ｃに、同じ大きさの接線
方向の溝１７ｅを形成する。接線方向の溝１６ｅとそれ
に対応する接線方向の溝１７ｅには、それぞれ組み付け
の際に圧縮されたコイルスプリングやゴムのような弾性
体１９が装填される。

【００２１】本発明の第２実施例のバルブタイミング調
整装置は、図１と略同様な全体構成を備える一方、その
要部となる制御用歯車１５はこのような特殊な構造を有
するから、圧縮された弾性体１９が伸長しようとする力
によって、制御用歯車１５を構成する主体部分１６とリ
ング状部分１７が半径方向反対の方向に向かって相互に
移動するように付勢されるので、外歯ヘリカルスプライ
ン１６ａ，１７ａ及び内歯ヘリカルスプライン１６ｂ，
１７ｂは、図７にも示したように、それぞれ相手に対し
て半径方向にずれる結果、図１に示すものと同様なカム
ギヤハウジング５の内歯ヘリカルスプライン５ａと、中
空のシャフト８の外歯ヘリカルスプライン８ｂに対して
内外方向に押し付けられ、それらの間に存在したバック
ラッシュが消滅し、内燃機関の運転の際に発生する打音
が防止される。第２実施例は、制御用歯車１５を主体部
分１６とリング状部分１７に分割しているが、従来技術
と異なり、それらの軸方向の長さはきわめて小さくてよ
く、軸方向に相対的に移動させる必要もないので、それ
がバルブタイミング調整装置の体格を大きくする要因と
なることはない。

【００２２】

【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、従来技術よりも遙かに簡単な構成によってヘリ
カルスプラインのバックラッシュを消滅させ、それによ
って内燃機関の運転時における打音の発生を防止するこ
とができる。また、本発明によれば、バルブタイミング
調整装置を含む全体の大きさを、従来のものよりも小型
化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としてのバルブタイミング
調整装置の全体構成を示す縦断面図である。

【図２】第１実施例の要部を示す縦断面図である。

【図３】第１実施例の要部を示す側面図である。

【図４】第１実施例の要部の作動状態を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例の要部を示す縦断面図であ
る。

【図６】第２実施例の要部を示す側面図である。

【図７】第２実施例の要部の作動状態を示す部分的拡大
図である。

【符号の説明】

１…吸気弁用のカム軸 ２…排気弁用のカム軸 ３…タイミングギヤ（シザーズギヤ） ４…タイミングギヤ ５…カムギヤハウジング ５ａ…内歯ヘリカルスプライン ６…円筒状スリーブ ６ａ…フランジ部 ７…フランジ ８…中空のシャフト ８ａ…軸方向の溝 ８ｂ…外歯ヘリカルスプライン １１…制御用歯車 １１ａ…外歯ヘリカルスプライン １１ｂ…内歯ヘリカルスプライン １１ｃ…環状の厚肉部分 １１ｄ…穴 １２…スプリング １３…油圧室 １４…スプリングピン １５…制御用歯車 １６…主体部分 １６ａ…外歯ヘリカルスプライン １６ｂ…内歯ヘリカルスプライン １６ｅ…接線方向の溝 １７…リング状部分 １７ａ…外歯ヘリカルスプライン １７ｂ…内歯ヘリカルスプライン １７ｄ…大径の開口 １７ｅ…接線方向の溝 １８…軸方向のピン １９…弾性体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、内燃機関のクランク軸側又
   は一つのカム軸側のいずれか一方に連結されている中心
   の歯車と、前記クランク軸側又は前記カム軸側の他方に
   連結され前記中心の歯車と同軸上においてそれを覆うよ
   うに支持されている最外周の内歯車と、前記中心の歯車
   及び前記最外周の内歯車の間の環状空間に挿入され軸方
   向に移動することによって前記中心の歯車と前記最外周
   の内歯車とを相対的に回転させる制御用歯車との三部材
   からなる集合体を有し、前記制御用歯車は略円筒形の形
   状を有し、半径方向の内外面にそれぞれ内歯ヘリカルス
   プラインと外歯ヘリカルスプラインを備えていて、前記
   内歯ヘリカルスプラインは前記中心の歯車に形成された
   外歯ヘリカルスプラインに嵌合し、前記外歯ヘリカルス
   プラインは前記最外周の内歯車に形成された内歯ヘリカ
   ルスプラインに嵌合していると共に、前記制御用歯車の
   外面の外歯ヘリカルスプラインは半径方向外方へ、同時
   に、前記制御用歯車の内面の内歯ヘリカルスプラインは
   半径方向内方へ、それぞれ微小な距離だけ移動するよう
   に弾性体によって付勢されてい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。