JPH07189619A - 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】 コンパクトで耐久性に優れた騒音の少ない内
燃機関のバルブタイミング調整装置を提供する。 【構成】 カム軸１２の先端部に回転自在に嵌合された
駆動筒１４と、この駆動筒１４の基端部に設けられた歯
車１９と、シリンダヘッド１１の前端側方に取り付けら
れて歯車１９を駆動するタイミング調整用モータと、駆
動筒１４と螺合する雌ねじ筒２７と、この雌ねじ筒２７
とシリンダヘッド１１との間に取り付けられて雌ねじ筒
２７の回転を拘束する回り止め手段と、雌ねじ筒２７の
先端部にスラスト受け手段を介して回転自在に連結され
た中間筒４０と、この中間筒４０の外周に内周が多条ね
じ４２を介して螺合するプーリ３９と、カム軸１２の先
端に一体的に連結され、かつ中間筒４０の内周に外周が
逆リードの多条ねじ４１を介して螺合する延長筒３３と
を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸排気弁の開閉時期を
モータによって連続的に変更し得る内燃機関のバルブタ
イミング調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載される内燃機関（以下、単
に機関と略称する）は、非常に大きな回転変化や負荷の
変動に対して、柔軟に対応することが要求される。この
ような観点から、機関に対する負荷や、機関の回転速度
の如何にかかわらず、常に安定した効率の良い出力特性
が得られるように、吸排気弁の開閉時期を車両の運転状
態に応じて変えられるようにしたものが、例えば特開平
５−７９３０６号公報等で提案されている。

【０００３】この特開平５−７９３０６号公報に開示さ
れた内燃機関のバルブタイミング調整装置は、シリンダ
ヘッドの端部にハウジングを突設し、このハウジング内
にカム軸と同軸状をなすボールナットを回転自在に収納
し、このボールナットに対して貫通状態で螺合するボー
ルねじ軸をカム軸と一直線状に配列し、このボールねじ
軸に対して回転自在に連結された位相変更部材とカム軸
の端部とを多条ねじを介して連結し、ボールナットを電
動機にて回転することにより、ボールねじ軸を位相変更
部材と共にカム軸との対向方向に変位させ、位相変更部
材の移動に伴って多条ねじによりカム軸を強制的に回動
させるようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−７９３０６
号公報に開示された従来のバルブタイミング調整装置で
は、ボールナットおよびボールねじ軸を収納するハウジ
ングや電動機がシリンダヘッドの一端部に突設状態で配
置する必要があるため、機関の全長が長大となってレイ
アウト上の問題が発生する。

【０００５】また、シリンダヘッドの一端部からボール
ねじ軸やボールナット等が大きく突出している上、重量
の嵩む電動機がハウジングに取り付けられているため、
ハウジングの剛性を高めるための何らかの工夫が必要で
あり、位相変更部材等に機関の振動に伴う曲げ力が大き
く働き、その影響で位相変更部材等の円滑な作動が損な
われてしまう。

【０００６】さらに、カム軸の軸線と平行な方向に移動
する位相変更部材とボールねじ軸とをラジアル玉軸受を
介して連結しているため、このラジアル玉軸受にスラス
ト力が負荷し、ラジアル玉軸受の耐久性が損なわれる欠
点がある。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、コンパクトで耐久性に
優れ、騒音の少ない内燃機関のバルブタイミング調整装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
バルブタイミング調整装置は、カム軸の先端部に回転自
在に嵌合された駆動筒と、この駆動筒に一体的に設けら
れた歯車と、この歯車と噛み合う駆動歯車を有し、かつ
シリンダヘッドの前端側方に取り付けられたタイミング
調整用モータと、前記駆動筒と螺合する雌ねじ筒と、こ
の雌ねじ筒と前記シリンダヘッドとの間に取り付けられ
て当該雌ねじ筒の回転を拘束する回り止め手段と、前記
雌ねじ筒の先端部にスラスト受け手段を介して回転自在
に連結された中間筒と、この中間筒の外周に内周が多条
ねじを介して螺合し、かつ機関によって駆動される筒状
のプーリと、前記カム軸の先端に一体的に連結され、か
つ前記中間筒の内周に外周が前記多条ねじと逆リードの
多条ねじを介して螺合する延長筒とを具えたことを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】機関の作動に伴ってプーリが駆動され、このプ
ーリの回転が中間筒を介して延長筒と一体のカム軸に伝
達され、機関に同期してカム軸が駆動される。

【００１０】ここで、タイミング調整用モータを作動し
て駆動歯車から駆動筒の歯車に回転力を伝達すると、駆
動筒と螺合する雌ねじ筒は、回り止め手段によって回転
が拘束されているため、駆動筒の回転に伴ってカム軸の
軸線と平行な方向に移動する。中間筒はスラスト受け手
段を介して雌ねじ筒に連結されているため、この中間筒
もカム軸の軸線と平行な方向に移動するが、中間筒の内
周と外周とには相互に逆リードの多条ねじが形成されて
いるため、中間筒の移動に伴ってプーリの回転位相と延
長筒と一体のカム軸の回転位相とがずれた状態となる。
つまり、タイミング調整用モータの作動によって機関に
対するカム軸の回転位相がずれ、このカム軸の回転に連
動する吸排気弁の開閉タイミングが変更される。

【００１１】また、バルブスプリングの反力に起因した
正逆のトルク変動によって発生し、そして雌ねじ筒に作
用するスラスト力を、雌ねじ筒先端部のスラスト受け手
段が直接受けることとなる。

【００１２】

【実施例】本発明による内燃機関のバルブタイミング調
整装置の一実施例について図１および図２を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００１３】シリンダヘッド１１内に回転自在に保持さ
れたカム軸１２の先端部には、針状ころ軸受１３を介し
て駆動筒１４が相対回転自在に嵌合されており、この駆
動筒１４の基端側には、シリンダヘッド１１内と、カム
軸１２の外周および駆動筒１４の内周の隙間とに連通
し、後述する方法によって針状ころ軸受１３に供給され
た潤滑油をシリンダヘッド１１側へ導くための油逃がし
孔１５が穿設されている。また、この駆動筒１４の基端
部には、シリンダヘッド１１の先端部にボルト１６を介
して固定された正逆転可能なタイミング調整用モータ１
７の駆動傘歯車１８と噛み合う減速傘歯車１９が一体的
に形成されている。

【００１４】後述するように、カム軸１２の位相を調整
しない状態では、駆動筒１４の回転が停止しているた
め、カム軸１２と駆動筒１４との相対回転差が非常に大
きくなるが、本実施例では針状ころ軸受１３によってカ
ム軸１２に対する駆動筒１４の相対回転を許容している
ため、これらの摺動部分の摩耗劣化を最小限に抑制する
ことができる。さらに、この針状ころ軸受１３を使用し
た場合、カム軸１２に対して駆動筒１４が連れ回らなく
なるなるため、カム軸１２に作用する正逆のトルク変動
が駆動傘歯車１８および減速傘歯車１９に伝達されず、
カム軸１２を所望の位相角に安定して調整することがで
きる。

【００１５】タイミング調整用モータ１７の作動を制御
するコントローラ２０は、図示しないクランク軸の回転
位相に基づいてその回転速度を検出するクランク軸角度
センサ２１, 図示しない機関の冷却水温を検出する水温
センサ２２, 図示しない吸気通路内の負圧に基づいて機
関の負荷を検出するブースト圧センサ２３, 車両の走行
速度を検出する車速センサ２４等の車両の運転状態に基
づき、予め記憶された図示しないマップから、カム軸１
２とクランク軸との目標位相を読み出す。そして、カム
軸１２とクランク軸とがこの目標位相と合致するよう
に、駆動傘歯車１８の回転量を調整するようになってい
る。このため、本実施例ではカム軸１２の回転位相を検
出するためのカム軸角度センサ２５がカム軸１２に組み
付けられ、このカム軸角度センサ２５からの検出信号が
コントローラ２０に出力されるようになっている。

【００１６】前記駆動筒１４の先端側に形成された雄ね
じ部２６には、当該駆動筒１４に対して基端側が回転自
在に嵌合された雌ねじ筒２７の先端部に形成された雌ね
じ部２８が螺合している。この雌ねじ筒２７の基端部に
は、二つの切り欠き部２９が相互に１８０度隔ててカム
軸１２の軸線と平行に刻設されており、これら切り欠き
部２９に対してそれぞれ摺動自在に係合する回り止めピ
ン３０がそれぞれボルト３１を介してシリンダヘッド１
１の先端部内側に固定されている。

【００１７】従って、タイミング調整用モータ１７を駆
動すると、駆動傘歯車１８を介して減速傘歯車１９が駆
動筒１４と共に回転する。ここで、駆動筒１４と螺合す
る雌ねじ筒２７は、回り止めピン３０に係合して回転で
きない状態となっているため、駆動筒１４の回転に伴っ
てカム軸１２の軸線と平行な方向（図中、左右方向）に
前後動するようになっている。つまり、これら切り欠き
部２９, 回り止めピン３０等が本発明における回り止め
手段を構成しているが、要するに駆動筒１４の回転に伴
って雌ねじ筒２７が回転しないような構造であれば、本
実施例に限らず、他の周知の回り止め手段を採用するこ
とも当然可能である。

【００１８】なお、雌ねじ筒２７の中央部には、この雌
ねじ筒２７の外周側と駆動筒１４の雄ねじ部２６側とに
連通する油孔３２が形成されている。

【００１９】前記カム軸１２の先端には、円筒状をなす
延長筒３３の基端部がカム軸１２にねじ込まれるボルト
３４を介して一体的に嵌着されている。また、この延長
筒３３には延長筒３３の内周側と基端面とに開口する連
通油路３５が形成され、さらにこの連通油路３５と上述
した針状ころ軸受１３とに連通する油溝３６が延長筒３
３の基端面に刻設されている。

【００２０】延長筒３３および前記雌ねじ筒２７の先端
側を囲むボスフランジ３７には、ボルト３８を介して歯
付きプーリ３９が一体的にねじ止めされており、この歯
付きプーリ３９には図示しない歯付きベルトが巻き掛け
られている。そして、この歯付きベルトを介して歯付き
プーリ３９が図示しない機関のクランク軸と同期回転す
るようになっている。本実施例では、上述したボスフラ
ンジ３７と歯付きプーリ３９とをボルト止めするように
したが、これらボスフランジ３７と歯付きプーリ３９と
を一体的に成形するようにしても良く、この場合にはこ
れらを締結するためのボルト３８が不要となる。

【００２１】上述したボスフランジ３７と前記延長筒３
３との間には、中間筒４０が介在している。この中間筒
４０の先端部内周と延長筒３３の外周との間には、相互
に螺合する多条ねじ４１が形成され、同様に、中間筒４
０の先端部外周とボスフランジ３７の内周との間にも、
相互に螺合する多条ねじ４２が形成されている。これら
二組の多条ねじ４１, ４２は、相互に逆向きのリードと
なっており、本実施例では延長筒３３側の多条ねじ４１
が左ねじに設定され、歯付きプーリ３９側の多条ねじ４
２が右ねじに設定されている。

【００２２】雌ねじ筒２７の先端部には、中間筒４０の
後部に形成された嵌合筒部４３の内周側に放射状に突出
する複数本のローラ支持ピン４４の基端部がそれぞれ一
体的に圧入されており、これらローラ支持ピン４４に
は、雌ねじ筒２７の先端面と対向する中間筒４０の後端
面と、嵌合筒部４３の後端内周に装着された止め環４５
とに当接するスラスト受けローラ４６がそれぞれ回転自
在に装着されている。つまり、スラスト受けローラ４６
は中間筒４０の後端面と止め環４５とで挟持された状態
となっており、これらローラ支持ピン４４や止め環４
５, スラスト受けローラ４６等が本発明によるスラスト
受け手段に該当する。

【００２３】前記中間筒４０には、雌ねじ筒２７の先端
面と対向する側とその反対側の端面側とにそれぞれ開口
する複数の連通油路４７がカム軸１２の軸線と平行に形
成されている。これにより、中間筒４０が図１中、左右
方向に変位する際、この中間筒４０の両側に充満する潤
滑油の移動が連通油路４７を介して円滑になされ、この
潤滑油の抵抗なく中間筒４０を円滑に移動させることが
できる。これら連通油路４７に代えて、多条ねじ４１,
４２の少なくとも一方のねじ山の一部をその全長に亙っ
て削除し、ここを連通油路として代用することによって
も、同様な効果を得ることができる。

【００２４】一方、歯付きプーリ３９がボルト止めされ
たボスフランジ３７の後端部には、隙間を隔てて雌ねじ
筒２７を囲むホルダ４８の先端部が上述したボルト３８
を介して一体的に共締めされている。このホルダ４８の
内周には、中間筒４０後部の嵌合筒部４３を摺動自在に
保持し、カム軸１２の軸線と平行な方向に沿った中間筒
４０の円滑な移動を案内する中間筒案内部４９が形成さ
れており、このホルダ４８の基端外周とシリンダヘッド
１１の先端部との間には、シリンダヘッド１１内を密封
するシールリング５０が介装されている。

【００２５】前記ボスフランジ３７の先端に外周部が一
体的にかしめられた環状をなすカバー５１の内周部に
は、延長筒３３の先端部が貫通状態で嵌合され、この延
長筒３３の先端に装着される止め環５２によって、カバ
ー５１の抜け外れが防止されている。また、カバー５１
の先端面には、ボスフランジ３７の内側を塞ぐ円形の蓋
板５３がボルト５４を介して一体的にねじ止めされてい
る。

【００２６】従って、上述したようにカム軸１２の軸線
と平行な方向への雌ねじ筒２７の移動に伴い、中間筒４
０もこれと一体的にカム軸１２の軸線と平行な方向に移
動する。この時、中間筒４０は相互にリードが逆向きと
なった二組の多条ねじ４１,４２によって延長筒３３と
歯付きプーリ３９のボスフランジ３７とに螺合している
ため、延長筒３３と歯付きプーリ３９のボスフランジ３
７との相対的な位相がこれら多条ねじ４１, ４２のリー
ドに対応してずれた状態となる。この結果、クランク角
の回転位相とカム軸１２の回転位相とがずれ、図示しな
い吸排気弁の開閉タイミングが変化することとなる。

【００２７】なお、中間筒４０が雌ねじ筒２７と一体的
に移動する際、中間筒４０の嵌合筒部４３がホルダ４８
の中間筒案内部４９に対し、がた付きなく摺動自在に嵌
合されているため、多条ねじ４１, ４２の遊びによるが
た付きの悪影響をほとんど受けることなく、中間筒４０
を円滑に移動させることができる。また、本実施例で
は、タイミング調整用モータ１７としてステッピングモ
ータを採用しているが、直流モータ等も使用することが
できる。また、傘歯車１８, １９の代わりにウォームお
よびウォームホイールを採用することも可能である。ウ
ォームおよびウォームホイールを採用した場合には、当
然のことながら非可逆回転状態が実現されるため、特別
なロック機構を用いなくても、駆動筒１４の回転位相、
すなわちクランク軸とカム軸１２との回転位相をタイミ
ング調整用モータ１７に対する通電状態を打ち切った状
態に保持することができる。

【００２８】前記中間筒４０の基端面とホルダ４８との
間には、コイル状の圧縮ばね５５が介装され、この圧縮
ばね５５のばね力によって歯付きプーリ３９のボスフラ
ンジ３７と中間筒４０との間の多条ねじ４２の遊びを除
去している。さらに、歯付きプーリ３９と一体のカバー
５１と延長筒３３との間にも、皿ばね状をなす圧縮ばね
５６が介装され、この圧縮ばね５６のばね力によって歯
付きプーリ３９のボスフランジ３７と中間筒４０との間
の多条ねじ４２の遊びに加え、延長筒３３と中間筒４０
との間の多条ねじ４１の遊びをも除去している。この場
合、圧縮ばね５６は、カバー５１と延長筒３３との間に
摩擦抵抗力を発生させることにより、図示しないバルブ
スプリングからの反力に起因するカム軸１２に作用する
正逆のトルク変動をも低減させる機能を有する。

【００２９】このように、本実施例では二つの圧縮ばね
５５, ５６を採用して二組の多条ねじ４１, ４２の遊び
を除去するようにしているが、他の周知の手段によって
多条ねじ４１, ４２の遊びを除去するようにしても良
い。

【００３０】延長筒３３の先端側には、カバー５１と中
間筒４０の先端面との間に形成された隙間に連通する油
孔５７が放射状に形成されている。また、カム軸１２の
先端部には、ボルト孔５８から延びる油路５９が形成さ
れており、延長筒３３とカム軸１２とを一体的に連結す
る前記ボルト３４の中央部には、この油路５９と延長筒
３３の内側とを連通する連通油路６０が貫通状態で形成
されている。上述した油路５９には、この油路５９とカ
ム軸１２の外周面に形成された環状油溝６１とを連通す
る接続油路６２が形成され、環状油溝６１には、シリン
ダヘッド１１内に形成された油路６３の開口端に装着さ
れてオリフィスとして機能する絞り環６４が接続してい
る。さらに、この油路６３には機関によって駆動される
油ポンプ６５が接続し、油ポンプ６５から吐出される潤
滑油が油路６３から環状油溝６１, 接続油路６２, 油路
５９, 連通油路６０, 油孔５７, 連通油路４７を通り、
スラスト受けローラ４６に供給され、さらに油孔３２か
ら駆動筒１４と雌ねじ筒２７との間に供給される一方、
延長筒３３内から連通油路３５および油溝３６を介して
針状ころ軸受１３にも供給され、余剰の潤滑油が雌ねじ
筒２７とホルダ４８との隙間および油逃がし孔１５から
シリンダヘッド１１側へそれぞれ排出されるようになっ
ている。

【００３１】機関のトルク変動は、歯付きプーリ３９か
ら中間筒４０側に伝達されるが、中間筒は圧縮ばね５
５, ５６によって多条ねじ４１, ４２の部分が遊びのな
い状態に保持されており、上述したトルク変動は圧縮ば
ね５５, ５６の弾性変形および摺動摩擦抵抗によって吸
収される。このため、機関のトルク変動に伴う異音の発
生が抑制された状態となる。

【００３２】なお、本実施例ではクランク軸の回転を歯
付きベルトを介して歯付きプーリにより行うようにした
が、チェーンを用いた場合には、歯付きプーリの代わり
にスプロケットを使用する必要がある。また、本実施例
では雌ねじ筒２７の先端外周にローラ支持ピン４４を圧
入するようにしたが、一体的に成形することも可能であ
る。

【００３３】このような本発明による他の一実施例の主
要部の断面構造を図３に示し、さらにそのIV−IV矢視断
面構造を図４に示すが、先の実施例と同一機能の部材に
はこれと同一の符号を記し、その説明は省略するものと
する。すなわち、雌ねじ筒２７の先端外周には、中間筒
４０と一体の嵌合筒部４３の内周側に放射状に突出する
複数本のローラ支持軸７０が放射状に突設されており、
これらローラ支持軸７０にはスラスト受けローラ４６が
それぞれ回転自在に嵌合されている。また、ローラ支持
軸７０の先端には、これらローラ支持軸７０からスラス
ト受けローラ４６が抜け外れるのを防止するための環状
をなす抜け止め環７１が装着されており、これによって
スラスト受けローラ４６を先の実施例よりも容易かつ迅
速に組み立てることができる。

【００３４】また、転動するスラスト受けローラ４６に
代えてスラスト荷重を受ける針状ころ軸受を雌ねじ筒２
７と中間筒４０との間に組み込んだり、あるいは摺動形
式のものをスラスト受け手段として採用することも可能
である。このような本発明による別な一実施例の主要部
の断面構造を図５に示すが、先の実施例と同一機能の部
材にはこれと同一の符号を記し、その説明は省略するも
のとする。すなわち、雌ねじ筒２７の先端外周には、フ
ランジ部７２が形成されており、このフランジ部７２の
内周端には、環状をなす切り欠き７３が形成されてい
る。フランジ部７２を囲むように装着される溝形断面の
環状をなす軸受シュー７４は、四弗化エチレン樹脂等の
低摩擦係数の材料にて形成され、その内周端には、切り
欠き７３に係止する係止部７５が形成されている。この
場合、軸受シュー７４を軸受メタル等で構成することも
可能であり、本実施例は部品点数や組み立て性等の点で
先の二つの実施例よりも優れたものとすることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の内燃機関のバルブタイミング調
整装置によると、タイミング調整用モータをシリンダヘ
ッドの前端部に設け、このタイミング調整用モータによ
って駆動される駆動筒をカム軸の先端部に回転自在に嵌
合したので、シリンダヘッドの前端から突出する部分の
長さを従来のものよりも著しく短くしてコンパクト化さ
せることが可能である。

【００３６】しかも、回転部分にこれらの軸線に沿った
曲げモーメントが作用しない構造となっているため、動
力の伝達を極めて滑らかに行うことができる。さらに、
雌ねじ筒の先端部と中間筒とをスラスト受け手段を介し
て回転自在に連結したので、従来のような玉軸受の耐久
性の低下等を配慮する必要がなくなり、部品の耐久性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関のバルブタイミング調整
装置の一実施例の主要部を表す断面図である。

【図２】図１のII−II矢視断面平面図である。

【図３】本発明による内燃機関のバルブタイミング調整
装置の他の実施例の主要部を抽出した断面図である。

【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。

【図５】本発明による内燃機関のバルブタイミング調整
装置の別な実施例の主要部を抽出した断面図である。

【符号の説明】

１１ シリンダヘッド １２ カム軸 １３ 針状ころ軸受 １４ 駆動筒 １５ 油逃がし孔 １６ ボルト １７ タイミング調整用モータ １８ 駆動傘歯車 １９ 減速傘歯車 ２０ コントローラ ２１ クランク軸角度センサ ２２ 水温センサ ２３ ブースト圧センサ ２４ 車速センサ ２５ カム軸角度センサ ２６ 雄ねじ部 ２７ 雌ねじ筒 ２８ 雌ねじ部 ２９ 切り欠き部 ３０ 回り止めピン ３１ ボルト ３２ 油孔 ３３ 延長筒 ３４ ボルト ３５ 連通油路 ３６ 油溝 ３７ ボスフランジ ３８ ボルト ３９ 歯付きプーリ ４０ 中間筒 ４１, ４２ 多条ねじ ４３ 嵌合筒部 ４４ ローラ支持ピン（スラスト受け手段） ４５ 止め環（スラスト受け手段） ４６ スラスト受けローラ（スラスト受け手段） ４７ 連通油路 ４８ ホルダ ４９ 中間筒案内部 ５０ シールリング ５１ カバー ５２ 止め環 ５３ 蓋板 ５４ ボルト ５５, ５６ 圧縮ばね ５７ 油孔 ５８ ボルト孔 ５９ 油路 ６０ 連通油路 ６１ 環状油溝 ６２ 接続油路 ６３ 油路 ６４ 絞り環 ６５ 油ポンプ ７０ ローラ支持軸 ７１ 抜け止め環 ７２ フランジ部 ７３ 切り欠き ７４ 軸受シュー ７５ 切り欠き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カム軸の先端部に回転自在に嵌合された
   駆動筒と、 この駆動筒に一体的に設けられた歯車と、 この歯車と噛み合う駆動歯車を有し、かつシリンダヘッ
   ドの前端側方に取り付けられるタイミング調整用モータ
   と、 前記駆動筒と螺合する雌ねじ筒と、 この雌ねじ筒と前記シリンダヘッドとの間に取り付けら
   れて当該雌ねじ筒の回転を拘束する回り止め手段と、 前記雌ねじ筒の先端部にスラスト受け手段を介して回転
   自在に連結された中間筒と、 この中間筒の外周に内周が多条ねじを介して螺合し、か
   つ機関によって駆動される筒状のプーリと、 前記カム軸の先端に一体的に連結され、かつ前記中間筒
   の内周に外周が前記多条ねじと逆リードの多条ねじを介
   して螺合する延長筒とを具えた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。