JPH0719012A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンの前後方向位置及び中間位置までの
移動速度を上昇させて、バルブタイミング制御応答性を
向上させる。 【構成】 スプロケット２１とカムシャフト２２との相
対回動を筒状歯車２８の軸方向の移動によって変換する
と共に、該筒状歯車２８を可動部材３３を介して３経路
の第１〜第３油圧回路３７〜３９から給排される油圧に
より３段階に移動可能とする構成である。前記第１〜第
３油圧回路３７〜３９の上流側に夫々３つの切換電磁弁
５２〜５４を設けると共に、可動部材３３の前端側と、
筒状歯車２８の外周略中央及び後端側に第１〜第３油圧
回路３７〜３９と連通する第１〜第３受圧室３４〜３６
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気・排気
バルブの開閉時期を運転状態に応じて可変制御するバル
ブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のバルブタイミング制御装置として
は、種々提供されており、その一例としては米国特許第
４，５３５，７３１号公報に開示されたものや、該公報
記載の発明を改良したものとして、本出願人が先に出願
した実願平３−１１０１０６号に記載されたものがあ
る。

【０００３】このバルブタイミング制御装置は、図４に
示すように、機関のクランク軸から駆動力が伝達される
円筒状のスプロケット１と、該スプロケット１の回転力
によって例えば吸気バルブを開閉作動させる駆動カムを
一体に有するカムシャフト２と、該スプロケット１とカ
ムシャフト２との間に噛合して、左右軸方向の移動に伴
い該両者１，２の相対回動位相を変換する筒状歯車３
と、該筒状歯車３を左右軸方向に移動させる駆動機構４
とを備えている。

【０００４】この駆動機構４は、筒状歯車３の前端部側
に有する２つの受圧室５ａ，５ａに相対的に油圧を導入
する油圧回路６と、筒状歯車３の後端部に弾装された圧
縮スプリング７とを備えており、油圧回路６の上流側に
は、三方型の電磁弁８が設けられていると共に、下流側
のカムシャフト２前端部にはスプール弁９ａと電磁アク
チュエータ９ｂとからなる油圧切替機構９が設けられて
いる。

【０００５】そして、機関低負荷時には、コントローラ
１０から電磁弁８，電磁アクチュエータ９ｂに夫々ＯＦ
Ｆ信号（非通電）が出力されて、油供給通路６ａを閉成
する。したがって、オイルポンプ１１から圧送された圧
油は、ドレン通路８ａから排出されて第１受圧室５ａに
供給されず、筒状歯車３は圧縮スプリング７のばね力で
左方向へ最大に移動し、スプロケット１とカムシャフト
２との相対回動位相を一方側に変換する。

【０００６】一方、低負荷域から中負荷域に移行する
と、電磁弁８にＯＮ信号（通電）が出力されて、オイル
ポンプ１１からの圧油が第１受圧室５ａに導入される。
依って、可動部材１２がストッパ部１３に突き当たるま
で図中右方向に移動し、筒状歯車３を所定量だけ右方向
に移動させるため、スプロケット１とカムシャフト２と
は、他方側へ所定量だけ相対回動する。

【０００７】さらに、高負荷域に移行した場合は、電磁
アクチュエータ９ｂにもＯＮ信号が出力されて、駆動ロ
ッド９ｃがスプール弁９ａをコイルスプリング９ｄのば
ね圧に抗して押圧して該スプール弁９ａにより連通路６
ｂと第２油路部６ｄとを連通させる一方、ドレン孔６ｅ
と外部を連通させる。このため、第１受圧室５ａ内の油
圧が外部に排出されると共に、第２受圧室５ｂ内に圧油
が導入されて、可動部材１２を左方向へ最大に移動させ
ると同時に、筒状歯車３をさらに右方向へ移動させる。
これによって、スプロケット１とカムシャフト２が、他
方側へ最大に相対回動する。

【０００８】したがって、スプロケット１とカムシャフ
ト２とを、単に正逆２段階の相対回動変換ではなく、任
意の中間相対回動位相にも安定的に保持することができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記従来の
発明にあっては、第１，第２受圧室５ａ，５ｂ間に可動
部材１２を設けているため、前述のように筒状歯車３の
中間移動位置から高負荷域に移行して第２受圧室５ｂ内
の圧油によりさらに最大右方向へ移動しようとする際
に、該同じ圧油によって可動部材１２も同時に左方向に
移動させなければならない。このため、筒状歯車３に対
する油圧力が低下して、斯かる中間移動位置から右方向
への移動応答性が低下し、スプロケット１とカムシャフ
ト２との相対回動位相変換の遅れが発生する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記先願に係
る技術の問題点に鑑みて案出されたもので、機関により
駆動される回転体と、該回転体から伝達された回転力に
より吸気・排気バルブを作動するカムを有するカムシャ
フトと、前記回転体とカムシャフトとの間に介装され
て、カムシャフト軸方向の移動に伴い前記両者の相対回
動位相を変換するピストンと、該ピストンの前端側に軸
方向へ所定のストローク範囲で移動自在に設けられた可
動部材と、油圧の給排により前記ピストンを可動部材を
介して軸方向へ段階的に移動させる３経路の油圧回路と
を備えたバルブタイミング制御装置であって、前記可動
部材の前端部側に、前記第１油圧回路から油圧が給排さ
れる第１受圧室を設けると共に、前記ピストンの周面に
前記第２油圧回路から油圧が給排される第２受圧室を設
け、かつ前記ピストンの後端側に前記第３油圧回路から
油圧が給排される第３受圧室を設け、さらに、各油圧回
路の上流側に設けられた夫々の流路切換弁を、機関運転
状態に応じて供給流路と排出流路に切り換え制御する制
御回路を設けたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】例えば機関低負荷時には、夫々の対応する流路
切換弁が制御回路を介して第１，第２油圧回路を排出側
に切り換えると共に、第３油圧回路を供給側に切り換え
る。したがって、第１，第２受圧室内の油圧が排出され
る一方、第３受圧室へ油圧が供給される。したがって、
ピストンは該第３受圧室内の油圧によって最大前方向へ
の位置へ速やかに移動して、回転体とカムシャフトとを
一方側の相対回動位相に変換する。

【００１２】また、低負荷域から中負荷域に移行した場
合は、夫々の流路切換弁が第１油圧回路を供給側に切り
換えると共に、第２油圧回路を所定時間だけ供給側に切
り換える一方、第３油圧回路を排出側に切り換える。し
たがって、第１受圧室内の油圧の上昇に伴い後方側へ最
大移動して該ピストンを全ストロークの中間位置まで押
圧する。ここで、所定時間だけ第２受圧室にも油圧が供
給されて、ピストンを中間位置まで移動させる。つま
り、可動部材の押圧力をアシストする形でピストンを後
方へ移動させる。したがって、該ピストンの移動速度が
上昇し、該ピストンの中間位置移動に伴い回転体とカム
シャフトの相対回動位相を速やかに変換する。

【００１３】さらに、ここで高負荷域に移行すると、第
１油圧回路が供給側に維持され、一旦排出側に切り換え
られていた第２油圧回路が、供給側に切り換えられる。
したがって、ピストンは第２受圧室の油圧の上昇に伴い
該中間位置から最大他方向の位置へ速やかに移動して、
回転体とカムシャフトとを他方側の相対回動位相に変換
する。

【００１４】また、機関の運転状態変化によりピストン
の最大後方向の移動位置から中間位置あるいは最大前方
向への移動切り換えは、各受圧室への相対的な油圧制御
によって行われ、特に中間位置に移動させる際には、第
３受圧室への油圧を一時的に供給側に切り換えてピスト
ンの移動をアシストするため、該中間移動位置までの移
動速度が上昇する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。尚、本実施例も吸気バルブ側に適用したものを示
している。

【００１６】図１は本発明に係るバルブタイミング制御
装置の第１実施例を示し、２１は図外のクランク軸から
タイミングチェーンにより駆動力が伝達される回転体た
る円筒状の従動スプロケット、２２は一端部２２ａがシ
リンダヘッドのカム軸受２３に回転自在に支持されて従
動スプロケット２１から伝達された回転力により図外の
吸気バルブを開閉作動させるカムシャフトであって、こ
のカムシャフト２２の一端部２２ａには、従動スプロケ
ット２１の内部軸方向に挿通されたスリーブ２４が固定
ボルト２５によって軸方向から固定されている。このス
リーブ２４は、後端側の筒状部２４ａがカムシャフト一
端部２２ａに嵌合していると共に、外周面の略中央位置
にアウタ歯２４ｂが形成されている。

【００１７】前記従動スプロケット２１は、筒状本体２
１ａの後端部外周に一体に設けられた歯車２１ｂと、該
歯車２１ｂの位置する内周面にかしめにより固定され
て、内周面がカムシャフト一端部２２ａの外周面に摺動
自在に支持された円環部材２６と、スリーブ２４の前端
縁に固定ボルト２５により共締め固定されて、筒状本体
２１ａの前端開口を閉塞する円板状のフロントカバー２
７とから構成されている。また、筒状本体２１ａの内周
面略中央には、インナ歯２１ｃが形成されている。更
に、筒状本体２１ａの前端部２１ｃは、フロントカバー
２７の外周面２７ａに摺動自在に支持されている。

【００１８】また、スリーブ２４と筒状本体２１ａとの
間には、後述する駆動機構を介して軸方向に移動するピ
ストンたる筒状歯車２８が配置されている。この筒状歯
車２８は、長尺な歯車を軸直角方向に切断分割して形成
された２個の歯車構成部２９，３０からなり、両歯車構
成部２９，３０は、夫々縦断面略コ字形を呈し、後側の
歯車構成部３０内に装着されたスプリング３１と連結ピ
ン３２とにより互いに接近する方向へ弾性的に連結され
ている。また、各歯車構成部２９，３０の内外周には、
両方がはす歯の内歯と外歯が夫々形成されており、この
両内外歯に前記筒状本体２１ａのインナ歯２１ｃとスリ
ーブ２４のアウタ歯２４ｂがスパイラル噛合している。
また、この筒状歯車２８は、前側歯車構成部２９の前端
縁が後述する可動部材を介してフロントカバー２７の内
面に突き当たった位置で最大前方向の（図１の位置）へ
の移動が規制され、一方、後側歯車構成部３０の後端縁
が円環部材２６の内側面に突き当たった位置で最大後方
向（図中右方向）への移動が規制されるようになってい
る。

【００１９】前記駆動機構は、前側歯車構成部２９とフ
ロントカバー２７との間に軸方向へ摺動自在に設けられ
た略円環状の前記可動部材３３と、該可動部材３３の外
端面に形成された横断面コ字形の溝とフロントカバー２
７との間に形成された円環状の第１受圧室３４と、後側
歯車構成部３０の外周中央部に形成された円環状の第２
受圧室３５と、円環部材２６と後側歯車構成部３０との
間に形成された第３受圧室３６と、該各受圧室３４，３
５，３６に油圧を給排する３経路の第１〜第３油圧回路
３７，３８，３９と、後側歯車構成部３０と円環部材２
６との間に弾装されて筒状歯車２８を前方向に付勢する
圧縮スプリング４０とを備えている。

【００２０】前記可動部材３３は、内周面３３ａに前側
歯車構成部２９の前端面が当接していると共に、第１受
圧室３４内の圧力上昇に伴う右方向の最大移動位置が筒
状本体２１ａの内周面及びスリーブ２４の外周面に対向
して設けられた段差部４１ａ，４１ｂによって規制され
るようになっている。この段差部４１ａ，４１ｂは、形
成位置が筒状歯車２８の最大左右移動位置の略中間位置
となるように設定されている。

【００２１】前記第１油圧回路３７は、シリンダヘッド
とカム軸受２３内及びカムシャフト２２の半径方向に形
成されて一端部がオイルメインギャラリ４２を介してオ
イルポンプ４３と連通する第１油通路４４と、固定ボル
ト２５の中心軸方向に形成されて第１油通路４４と連通
する軸方向通路４５と、固定ボルト２５の頭部付近で直
径方向に分岐形成されかつフロントカバー２７の内端面
に切欠形成されて、軸方向通路４５と第１受圧室３４と
を連通する第１連通路４６とから構成されている。

【００２２】一方、第２油圧回路３８は、第１油通路４
４と略並行に設けられて、一端部がオイルメインギャラ
リ４２に連通する第２油通路４７と、カムシャフト２２
の半径方向に形成されかつ固定ボルト２５の軸部外周面
とカムシャフト一端部２２ａ及びスリーブ２４のボルト
孔内周面との間に形成されて、第２油通路４７と連通す
る筒状通路４８と、スリーブ２４の直径方向に形成され
て、筒状通路４８と第２受圧室３５とを連通する第２連
通路４９とから構成されている。

【００２３】また、第３油圧回路３９は、第１油通路４
４と第２油通路４７との間に並行に形成されて、一端部
がオイルメインギャラリ４２に連通する第３油通路５０
と、カムシャフト一端部２２ａの内部に略コ字形状に形
成されて、一端部が前記第３油通路５０に他端部が第３
受圧室３６に開口形成された第３連通路５１とから構成
されている。

【００２４】また、第１〜第３油通路４４，４７，５０
の途中には、流路切換弁たる３ポート２位置型の切換電
磁弁５２，５３，５４が夫々設けられており、この各切
換電磁弁５２，５３，５４は、各第１，第２油通路４
４，４７，５０の上下流を連通させるか、各油通路４
４，４７，５０とドレン通路５５，５６，５７を連通さ
せる切り換えを行い、マイクロコンピュータを内蔵した
制御回路たるコントローラ５８によって切り換え作動す
るようになっている。このコントローラ５８は、機関回
転数を検出するクランク角センサ５９や吸入空気量を検
出するエアーフローメータ及びカム角センサ６０等から
の各センサ・スイッチ類からの情報信号に基づいて現在
の機関運転状態を検出すると共に、筒状歯車２８の最大
前後方位置及び中間位置を検出して、各切換電磁弁５
２，５３，５４に流路切換用のＯＮ・ＯＦＦの制御信号
を出力している。

【００２５】以下、本実施例の作用について説明する。
即ち、例えば機関低負荷時には、図１に示すように第
１，第２切換電磁弁５２，５３にＯＦＦ信号が出力され
て、第１，第２油通路４４，４７の上流側を閉成すると
同時に各油通路４４，４７の下流側とドレン通路５５，
５６を連通させる。一方、第３切換電磁弁５４にＯＮ信
号が出力されて第３油通路５０の上下流を連通する。こ
のため、オイルポンプ４３から各油通路４４，４７に圧
送された作動油と、第１，第２受圧室３４，３５内の作
動油が、ドレン通路５５，５６から外部に排出されて各
受圧室３４，３５の内圧が低下するが、第３受圧室３６
の内圧は上昇する。したがって、筒状歯車２８は、図１
に示すように圧縮スプリング４０のばね力と第３受圧室
３６の油圧で前側歯車構成部２９が可動部材３３を介し
てフロントカバー２７に突き当たった最大前方移動位置
に保持される。依って、従動スプロケット２１とカムシ
ャフト２２は、一方側へ最大に相対回動し、吸気バルブ
の閉時期を遅角制御する。

【００２６】一方、機関運転状態が低負荷域から例えば
中負荷域に移行すると、図２に示すように第２切換電磁
弁５３がＯＦＦ状態を維持する一方、第１切換電磁弁５
２にＯＮ信号が出力され、また同時に、第２切換電磁弁
５３にも所定時間ＯＮ信号が出力されて、第１，第２油
通路４４，４７とオイルメインギャラリ４２を連通させ
る。このため、オイルポンプ４３から圧送された作動油
は、第１，第２油通路４４，４７、軸方向通路４５、筒
状通路４８、第１，第２連通路４６，４９を通って第
１，第２受圧室３４，３５内に供給される。したがっ
て、第１受圧室３４及び第２受圧室３５の内圧の上昇に
伴い可動部材３３及び筒状歯車２８が圧縮スプリング３
９のばね力に抗して後方向へ移動し、各段差部４１ａ，
４１ｂに可動部材３３が突き当たってその移動が規制さ
れて、筒状歯車２８は斯かる中間位置に保持される。

【００２７】ここで、前述のように第２受圧室３５の内
圧も一時的に上昇して筒状歯車２８の後方移動をアシス
トするため、該筒状歯車２８の中間位置までの移動速度
が上昇する。依って、従動スプロケット２１とカムシャ
フト２２は、その相対回動変換が速やかに行われ、筒状
歯車２８の該中間移動位置で決定される相対回動位相に
応じて吸気バルブの開閉時期を最適かつ応答性良く制御
することができる。尚、筒状歯車２８が中間位置に移動
した際には、この中間位置をクランク角センサ５９とカ
ム角センサ６０からの検出信号に基づいてコントローラ
５８から第２切換電磁弁５３にＯＦＦ信号が出力されて
第２受圧室３５内の作動油がドレン通路５６から排出さ
れてアシスト力が解除される。

【００２８】さらに、機関が高負荷域に移行した場合
は、図３に示すように第１切換電磁弁５２はＯＮ状態を
継続しつつ第２切換電磁弁５３にもＯＮ信号が出力され
て、ドレン通路５６を閉成すると同時に第２油通路４７
の上下流も連通させる。このため、作動油は、第１，第
２油圧回路３７，３８の両方を通って第１受圧室３４と
ともに第２受圧室３５に供給され、したがって、第２受
圧室３５の内圧が即座に上昇する。したがって、筒状歯
車２８は、後側歯車構成部３０が円環部材２６に突き当
たるまでさらに後方向へ速やかに最大移動する。依っ
て、従動スプロケット２１とカムシャフト２２は、さら
に他方側へ相対回動して吸気バルブの閉時期を早めるよ
うに制御する。

【００２９】このように、本実施例では、中負荷域から
高負荷域に移行する際に、両油圧回路３７，３８から各
受圧室３４，３５に供給され、特に、可動部材３４が前
方向へ戻ることなく第１受圧室３４内の油圧によって中
間移動位置に保持された状態で、第２受圧室３５に作動
油が集中的に供給されるため、該第２受圧室３５の内圧
が速やかに上昇し、筒状歯車２８の後方向への移動応答
性が向上する。

【００３０】また、高負荷域から中負荷域に移行した場
合は、図２に示すように第２切換電磁弁５３のみにＯＦ
Ｆ信号が出力されると共に、第１切換電磁弁５２がＯＮ
状態を維持しつつ第３切換電磁弁５４にＯＮ信号が出力
される。このため、第２受圧室３５内の作動油が第２油
圧回路３８を逆流してドレン通路５６から外部へ速やか
に排出されて内圧が低下する一方、第３受圧室３６に作
動油が供給されて内圧が上昇し、後側歯車構成部３０の
後端部を押圧する。したがって、筒状歯車２８は、該第
３受圧室３６の内圧と圧縮スプリング４０のばね力との
合成力で前方へ速やかに移動し、前側歯車構成部２９が
可動部材３３の前面に突き当たってそれ以上の移動が規
制されて中間位置に保持される。

【００３１】したがって、この筒状歯車２８の中間位置
までの移動速度が上昇して、カムシャフト２２と従動ス
プロケット２１の相対回動位相が速やかに変換されると
共に、該中間位置の安定した停止状態が得られる。尚、
この中間位置に停止した際には、第３切換電磁弁５４に
もＯＦＦ信号が出力されて、第３受圧室３６の内圧を低
下させ、筒状歯車２８を圧縮スプリング４０のばね力の
みで前方に付勢して、第１受圧室３４の油圧と相対的な
圧力で中間位置に保持する。

【００３２】さらに、低負荷域に移行した場合は、第３
切換電磁弁５４のＯＮ状態が維持されると共に、第１切
換電磁弁５２にＯＦＦ信号が出力されて、第１受圧室３
４の内圧が速やかに低下する。したがって、筒状歯車２
８は、第３受圧室３６の油圧と圧縮スプリング４０のば
ね力との合成力によって最大前方向へ速やかに移動す
る。

【００３３】このように、本実施例では、機関運転状態
の変化に応じて第１〜第３切換電磁弁５２〜５４を適宜
切り換えて、第１〜第３受圧室３４〜３６への作動油圧
を制御するようにしたため、筒状歯車２８の前後方向位
置及び中間位置への移動速度が上昇する。特に、筒状歯
車２８の最大後方位置から最大前方位置まで及び中間位
置から最大前方位置までは、圧縮スプリング４０のばね
力の他に、第３受圧室３６の油圧も筒状歯車２８を押圧
するため、該筒状歯車２８の移動速度が上昇する。

【００３４】本発明は、前記実施例の構成に限定される
ものではなく、例えば各切換電磁弁５２，５３，５４を
適宜組み合わせた電磁弁やスプール弁とすることも可能
である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、回転部材とカムシャフトの間に介装されたピス
トンの軸方向の移動位置を、各油圧回路を介して３つの
受圧室に給排される液圧を制御するようにしたため、可
動部材を介して３段階に高精度に制御できることは勿論
のこと、軸方向の移動速度とりわけ最大後方位置から最
大前方位置まで及び中間位置から最大前方位置までの移
動速度が上昇する。この結果、回転体とカムシャフトと
の相対回動位相変換速度が上昇し、バルブタイミングの
制御応答性が向上する。

【００３６】しかも、ピストンの前後に液圧を作用させ
ることにより、可動部材を介して該ピストンを中間停止
位置に安定保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実
施例を示す全体構成図。

【図２】本実施例の作用説明図。

【図３】本実施例の異なる作用説明図。

【図４】従来の装置を示す全体構成図

【符号の説明】

２１…従動スプロケット（回転体） ２２…カムシャフト ２２ａ…一端部 ２８…筒状歯車（ピストン） ３３…可動部材 ３４，３５，３６…第１，第２，第３受圧室 ３７，３８，３９…第１，第２，第３油圧回路 ５２，５３，５４…第１，第２，第３切換電磁弁（流路
切換弁） ５８…コントローラ（制御回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関により駆動される回転体と、該回転
   体から伝達された回転力により吸気・排気バルブを作動
   するカムを有するカムシャフトと、前記回転体とカムシ
   ャフトとの間に介装されて、カムシャフト軸方向の移動
   に伴い前記両者の相対回動位相を変換するピストンと、
   該ピストンの前端側に軸方向へ所定のストローク範囲で
   移動自在に設けられた可動部材と、油圧の給排により前
   記ピストンを可動部材を介して軸方向へ段階的に移動さ
   せる３経路の油圧回路とを備えたバルブタイミング制御
   装置であって、前記可動部材の前端部側に、前記第１油
   圧回路から油圧が給排される第１受圧室を設けると共
   に、前記ピストンの周面に前記第２油圧回路から油圧が
   給排される第２受圧室を設け、かつ前記ピストンの後端
   側に前記第３油圧回路から油圧が給排される第３受圧室
   を設け、さらに、各油圧回路の上流側に設けられた夫々
   の流路切換弁を、機関運転状態に応じて供給流路と排出
   流路に切り換え制御する制御回路を設けたことを特徴と
   する内燃機関のバルブタイミング制御装置。