JPH07238807A - 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】 バルブタイミングの制御応答性の向上と安定
かつ確実な制御を得る。 【構成】 従動スプロケット２とカムシャフト１との間
に介装されたピストン１８と、各スライダ１９〜２２を
直線的に移動させてアーム１１を回転させることによ
り、両者１，２の相対回動位相を変換するようになって
いる。前記ピストン１８を移動させる圧力室３０内に油
圧を給排する油圧回路に、電磁弁３２の開閉により供給
通路３１と排出通路３３を相対的に切り換えるチェック
弁４６と大気開放弁４５とを備えた切換制御機構３４を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気弁ある
いは排気弁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】従来のこの種のバルブタイミング制御装
置としては、例えば特開平３−２９０００９号公報など
に記載されたものが知られている。

【０００３】概略を説明すれば、機関から動力が伝達さ
れるタイミングプーリと、カムシャフトの一端部にボル
ト固定されるシャフトと、このタイミングプーリとシャ
フトとの間に、介装されてカムシャフトの軸方向へ摺動
可能な第１，第２ピストンと、前記タイミングプーリと
シャフトに接触し、かつ前記各ピストンに取り付けられ
た複数のスライダと、前記ピストンの摺動方向の一方側
に形成された油圧室と、そのピストンを油圧室側へ付勢
するリターンスプリングとを有している。

【０００４】また、前記タイミングプーリとシャフトに
は、各ピストンの各スライダに接触する傾斜面を有する
複数の可動部材が夫々設けられており、該可動部材は、
ピストンの摺動方向に摺動可能になっている。さらに、
タイミングプーリの可動部材とシャフトの可動部材とに
より形成される複数の傾斜対壁が、互いに反対方向に傾
斜する２種類の対壁になっている。また、一方の傾斜対
壁を形成する一対の可動部材を、夫々ばね部材によって
同方向へ付勢し、他方の傾斜対壁を形成する一対の可動
部材を、夫々ばね部材によって前記一対の可動部材とは
反対側の周方向へ付勢するようにしてある。

【０００５】そして、油圧室の油圧が高くなると、該油
圧によって第１ピストンが一方向へ移動してスライダが
同方向へ移動する。これによって、該一方のスライダ
は、一方の傾斜対壁から離れる方向に移動する。また、
第１ピストンの移動に伴ってガタ取りばねを介して第２
ピストンも同方向へ移動して、他方のスライダも同方向
へ移動する。したがって、該他方のスライダは、ヘリカ
ル面が傾斜対壁に接触し、それらシャフトの突出腕とシ
リンダブロックの突出腕とを押し開く。これによって、
カムシャフトとタイミングプーリが一方側に相対回動し
て位相が変換し、吸気弁の開閉タイミングを可変制御す
ることができる。

【０００６】一方、油圧室の油圧が低くなった場合は、
前述と逆の作用によって吸気弁の開閉タイミングを可変
制御するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の装置にあっては、油圧室に対して作動油を給排する
供給用通路と戻し用通路が共通の油圧通路で構成されて
おり、所謂クローズ回路になっている。つまり、高圧制
御時に油圧室に油圧通路から供給された作動油は、低圧
制御時には同一の油圧通路を逆流する形で戻されるよう
になっている。このため、高圧制御時に油圧室に供給さ
れた作動油は、該油圧室内で油圧の反力や戻りばねの反
力を受けるとそのまま油圧通路を介して逆流してしまう
惧れがある。したがって、該油圧室の高油圧制御が不安
定になる。

【０００８】一方、低油圧制御時は、作動油が同一油圧
通路を逆流するため、その流動抵抗によって作動油の戻
り速度が遅くなり、バルブタイミングの応答性が低下す
る惧れがある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明
は、機関によって回転駆動する回転体と、一端部が前記
回転体内に相対回動自在に挿通配置され、かつ外周に吸
排気弁を作動させ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、該両者の相
対回動位相を変換する位相変換手段と、回転体内部に有
する圧力室に油圧回路を介して給排される油圧により、
前記位相変換手段を作動させる駆動手段とを備えたバル
ブタイミング制御装置において、前記油圧回路を前記圧
力室から分岐した供給通路と排出通路とにより形成し、
該供給通路と排出通路との分岐部に、供給油圧に応じて
前記供給通路と排出通路を相対的に切り換える切換制御
機構を設けたことを特徴としている。

【００１０】請求項２の発明は、前記切換制御機構は、
供給油圧によって該供給通路を開成するチェック弁と、
供給油圧の供給停止時に前記排出通路を開成する大気開
放弁とを備えたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】前記構成によれば、例えば機関低負荷時などに
おいて、圧力室内の作動油を排出する際には、まず、電
磁弁等により供給通路の上流側が閉成されて、該供給通
路の内圧が低下すると、チェック弁が閉作動する。同時
に大気開放弁が排出通路を開成する。したがって、圧力
室内の作動油を、排出通路から外部へ速やかに排出する
ことができる。

【００１２】一方、電磁弁が供給通路の上流側を開成す
ると、該供給通路の内圧が上昇してチェック弁を開作動
させると同時に、大気開放弁が排出通路を閉成する。し
たがって、圧力室に作動油が速やかに排出されると共
に、該圧力室内の油圧がカムシャフトのトルク変動等に
より一時的に低圧化するとチェック弁が供給通路を閉止
して逆流を阻止する。このため、圧力室の内圧変動を十
分に抑制できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。

【００１４】図１及び図２は６気筒のガソリン機関のＤ
ＯＨＣ型動弁機構の吸気バルブ側に適用された請求項１
及び２記載の発明に係る実施例を示し、１は吸気バルブ
を開閉する駆動カムを有するカムシャフト、２は該カム
シャフト本体１ａの一端部に相対回動自在に設けられて
図外のクランク軸の駆動スプロケットから図外のタイミ
ングチェーンを介して回転力が伝達される回転体たる従
動スプロケットである。

【００１５】この従動スプロケット２は、筒状のスプロ
ケット本体３と、該スプロケット本体３の後端部外周に
有する歯車部４と、スプロケット本体３の前端開口をシ
ール部材５を介して閉塞するフロントカバー６とを備え
ている。前記スプロケット本体３は、段差状前端部３ａ
がフロントカバー６の外周フランジ６ａに回転自在に支
持されていると共に、図２に示すように内周面の前端側
所定位置に略台形状の突起部７，８が対向して設けられ
ている。前記フロントカバー６は、軸方向に沿って延長
形成されて、外端部６ａが段差小径状に形成されている
と共に、内部中央に作動孔６ｂが形成されている。ま
た、フロントカバー６の外端部６ａの外周にリテーナ９
が雌雄ねじを介して螺着固定されており、このリテーナ
９は、中央に通孔９ａが貫通形成されている。

【００１６】前記カムシャフト１は、カムシャフト本体
１ａが図外のシリンダヘッドに設けられたカム軸受に支
持されていると共に、該本体１ａの一端部にカムシャフ
ト１の一端部を構成するスリーブ１０と、アーム１１及
びフロントカバー６がカムシャフト本体の一端軸心方向
から螺着した取付ボルト１２によって共締めにより取り
付けられている。前記スリーブ１０は、後端側の大径部
１０ａがノックピン１３を介してカムシャフト本体１ａ
の一端部のフランジ部１ｂの嵌合溝に嵌合しつつ位置決
めされていると共に、該大径部１０ａの外周でスプロケ
ット本体３の後端部を相対回転自在に支持している。

【００１７】また、アーム１１は、図２にも示すように
前記両突起部７，８と略同一平面上に配置され、スリー
ブ１０の外端部にノックピン１４を介して位置決め固定
された円環状の基部１５と、該基部１５の直径方向に延
出して両突起部７，８間に位置する夫々略扇形状の一対
の延出部１６，１７とから構成されている。この各延出
部１６，１７は、図２及び図３に示すように、従動スプ
ロケット２の回転方向（図３実線矢印方向）の前方側に
位置する各側端面１６ａ，１７ａが外端側からカムシャ
フト１側に向かって内側へ下り傾斜状に形成されてい
る。一方、回転方向の後方側に位置する各側端面１６
ｂ，１７ｂが前記各側端面１６ａ，１７ａと同一方向へ
傾斜状に形成され、したがって各延出部１６，１７の外
側縁の４辺が略菱形状に形成されている。

【００１８】また、スプロケット本体３とスリーブ１０
との間には、円環状のピストン１８がフランジ部１０ａ
と各延出部１６，１７間をカムシャフト１の軸方向に進
退動可能に収納されている共に、該ピストン１８の前端
面１８ａに前記各側端面１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７
ｂを押圧摺動する可動部材たる４つの第１〜第４スライ
ダ１９，２０，２１，２２がピストン１８周方向の略等
間隔位置に設けられている。

【００１９】この第１〜第４スライダ１９〜２２は、図
２，図３に示すように夫々突起部７，８の各両側と延出
部１６，１７の各側端面１６ａ〜１７ｂ間に配置され、
夫々が略矩形片状を呈し、内部軸方向に貫通形成された
段差状のピン孔１９ａ〜２２ａ内を挿通したピン２３〜
２６を介してピストン１８の前端部に回動自在に支持さ
れている。また、円弧状に形成された後端面１９ｂ〜２
２ｂは、各突起部７，８の凹状両側面７ａ，７ｂ，８
ａ，８ｂに摺接するようになっている一方、延出部１
６，１７に向かって対向する各前端面１９ｃ〜２２ｃ
は、延出部１６，１７の対向各側端面１６ａ，１６ｂ，
１７ａ，１７ｂの傾斜角度と同一角度で傾斜状に形成さ
れ、各側端面１６ａ〜１７ｂに面接触状態で当接してい
る。

【００２０】また、第１，第３スライダ１９，２１は、
図１及び図３に示すように、一側面１９ｃ，２１ｃがピ
ストン１８に向かって内方へ下り傾斜状に形成されてい
ると共に、ピン２３，２５の頭部とピン孔１９ａ（２１
ａ）のピストン１８側内部段差部との間に弾装された圧
縮スプリング２７ａ，２７ａのばね力でピストン１８の
前端面１８ａに圧接状態に付勢されている。尚、この第
１，第３スライダ１９，２１は、カムシャフト１の回転
トルク変動中、カムシャフト１の回転方向と逆方向の負
のトルク変動を受けるようになっている。

【００２１】一方、第２，第４スライダ２０，２２は、
図１及び図３に示すように前端面２０ｃ，２０ｃが第
１，第３スライダ１９，２１とは逆にピストン１８に向
かって上り傾斜状に形成されていると共に、ピストン前
端面１８ａとの間にバックラッシ隙間Ｃが形成されてい
る。また、ピン２４，２６の頭部側段差部とピストン前
端面１８ａとの間に弾装されたコイルスプリング２８
ａ，２８ａのばね力でピストン前端面１８ａから離間す
る方向つまり図中左方向へ付勢されてバックラッシ隙間
Ｃを維持するようになっている。つまり、このコイルス
プリング２８ａ，２８ａは、そのばねセット荷重が比較
的小さく設定されて、第２，第４スライダ２０，２２の
軸方向の移動を許容するようになっている。尚、この第
２，第４スライダ２０，２３は、カムシャフト１の正の
トルク変動を受けるようになっている。

【００２２】更に、前記ピストン１８を進退動させる駆
動機構は、図１に示すようにピストン１８の後端面とス
リーブ１０のフランジ部１０ａ内端面との間に弾装され
てピストン１８をアーム１１方向（進出方向）に付勢す
る略截頭円錐状のリターンスプリング２９と、フロント
カバー６とピストン１８の前面との間に形成された圧圧
室３０に油圧を給排する油圧回路とを備えている。この
油圧通路は、前記圧力室３０から分岐された供給通路３
１と排出通路３３とからなり、前記供給通路３１の上流
側に該供給通路３１を開閉する電磁弁３２が設けられて
いると共に、供給通路３１の下流側に供給通路３１と排
出通路３３とを適宜切り換える切換制御機構３４が設け
られている。前記電磁弁３２は、コントローラ３５から
機関運転状態に応じて出力されたＯＮ，ＯＦＦ信号によ
って開閉制御されるようになっている。

【００２３】前記供給通路３１は、シリンダヘッド及び
カムシャフト本体１ａの半径方向に形成された主通路部
３６と、取付ボルト１２の外周とカムシャフト本体及び
スリーブ１０の各ボルト挿通孔の内周面との間に形成さ
れて、一端が取付ボルト１２の内部径方向及び軸心方向
に形成された通路孔３７に開口した環状通路部３８ａ，
３８ｂと、切換制御機構３４の後述する弁体４９内部に
略Ｔ字形に形成されて、軸方向孔４０ａが通路孔３７の
一端部に連通した連通路４０と、前記フロントカバー６
の内部に略Ｌ字形に折曲形成されて、一端が圧力室３０
に、他端が連通路４０に適宜連通する油圧通路部４１と
から構成されている。前記主通路部３６は、上流端がオ
イルポンプ３９に連通するオイルメインギャラリ４３に
電磁弁３２を介して連通している。

【００２４】前記排出通路３３は、前記油圧通路部４１
と、前記弁体４９の外周部内部に形成されて一端が油圧
通路部４１に他端が後述する保持溝４７と前記フロント
カバー６の作動孔６ｂとリテーナ９の通孔９ａとを夫々
介して外部に適宜連通するドレン孔４２とから構成され
ている。

【００２５】前記切換制御機構３４は、図１に示すよう
に作動孔６ｂの内部に設けられた大気開放弁４５と、該
大気開放弁４５の内部に設けられたチェック弁４６とか
ら構成されている。

【００２６】前記大気開放弁４５は、前記作動孔６ｂの
内部に有底円筒状の前記弁体４９が軸方向へ摺動自在に
設けられていると共に、該弁体４９の外周部に形成され
た保持溝４７の底面と前記リテーナ９の内端面に弁体４
９を図中右方向に付勢するコイルスプリング５０を有し
ている。前記弁体４９は、図１に示すように底壁が取付
ボルト１２の頭部に当接した位置つまり最大右方向に移
動した位置で油圧通路部４４とドレン孔４２とを連通さ
せ、逆に前端縁がリテーナ９の内端面に当接した位置つ
まり最大左方向の移動位置で油圧通路部４４と連通路４
０の一端とを連通するようになっている。また、前記コ
イルスプリング５０は、チェック弁４６に作用する油圧
力よりも小さいばね力に設定されている。

【００２７】前記チェック弁４６は、弁体４９の内部軸
方向に形成された弁孔５１内に前記軸方向孔４０ａを開
閉するボール弁体５２を有していると共に、該ボール弁
体５２の後端側に摺動自在に設けられた有蓋円筒状の支
持部材５３を有している。また、ボール弁体５２は、支
持部材５３と弁孔５１の前端部に圧入固定されたスプリ
ング受け５４との間に弾装されたリターンスプリング５
５のばね力によって軸方向孔４０ａを閉成する位置に付
勢されている。また、前記支持部材５３の蓋壁には、作
動油の流動抵抗を低下させる小孔５３ａが形成されてい
ると共に、中央にボール弁体５２を安定に着座させるた
めの着座用孔５３ｂが形成されている。

【００２８】前記コントローラ３５は、クランク角セン
サやエアーフローメータ，スロットルバルブスイッチ，
水温センサ等の各センサ類から入力した情報信号によっ
て現在の機関運転状態を検出して、電磁弁３２にＯＮ
（開），ＯＦＦ（閉）信号を出力するようになってい
る。

【００２９】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、機関低回転低負荷時は、電磁弁３２にＯＦＦ信号
が出力されてオイルメインギャラリ４３と主通路３６の
連通を遮断する。このため、供給通路３１内の油圧が低
下して、ボール弁体５２が図１に示すようにリターンス
プリング５５のばね力で軸方向孔４０ａを閉止すると同
時に、弁体４９がコイルスプリング５０のばね力で最大
右方向に移動する。これにより、連通路４０と油圧通路
部４４との連通が遮断されると共に、該油圧通路部４４
とドレン孔４２が連通される。したがって、圧力室３０
内の作動油は、排出通路３３つまり油圧通路部４４，ド
レン孔４２，保持溝４７，作動孔６ｂ，通孔９ａを通っ
て外部へ排出される。したがって、作動油の流動抵抗が
十分に低下して外部へ速やかに排出される。

【００３０】したがって、ピストン１８は、図１に示す
ように圧縮スプリング２９のばね力によって前方に進出
すると共に、各スライダ１９〜２０も各突起部７，８の
各側端面７ａ〜８ｂに摺接案内されつつ前方へ速やかに
進出する。このため、夫々他方側のスライダ２０，２２
の前端面２０ｃ，２２ｃがアーム１１の対向側端面１６
ａ，１７ａを押圧しつつ該アーム１１を従動スプロケッ
ト２の回転方向と逆方向に回動させる。これによって、
カムシャフト１が従動スプロケット２の回転方向と逆方
向（図２の鎖線矢印方向）に相対回動して回転位相が遅
角側に変化し、したがって、吸気弁の開時期及び閉時期
が遅れる。

【００３１】一方、低回転高負荷時には、電磁弁３２に
ＯＮ信号が出力されてオイルメインギャラリ４３と主通
路３６とを連通させる。このため、オイルポンプ３９か
ら主通路３６に作動油が圧送されて供給通路３１内の油
圧が上昇し、この油圧によってボール弁体５２を図４に
示すようにリターンスプリング５５のばね力に抗して押
し開いて軸方向孔４０ａを開成すると同時に、同油圧に
よって弁体４９をコイルスプリング５０のばね力に抗し
て図中左方向へ最大に移動させる。これにより、油圧通
路部４４とドレン孔４２との連通が遮断されると共に、
油圧通路部４４と連通路４０が連通される。したがっ
て、圧力室３０には、作動油が速やかに供給され、内部
油圧の立上りが良好となる。

【００３２】よって、ピストン１８は、該油圧により、
前端面１８ａが押圧されて該ピストン１８及びスライダ
１９〜２２が圧縮スプリング２９のばね力に抗して後退
移動する。このため、一方側のスライダ１９，２１の各
前端面１９ｃ，２１ｃが、各延出部１６，１７の各側端
面１６ｂ，１７ｂを傾斜角にしたがって摺りながら最高
位まで押圧してアーム１１を従動スプロケット２の回転
方向に回動させる。これにより、カムシャフト１が相対
回動して回転位相が進角側に変化する。したがって、吸
気バルブの閉時期が早くなり、吸気の充填効率が向上
し、低速トルクが向上する。

【００３３】ここで、カムシャフト１には、作動中にバ
ルブスプリングのばね力に起因して回転方向と同方向の
正のトルク変動と回転方向と逆方向の負のトルク変動が
発生しており、この各トルク変動がアーム１１を介して
各スライダ１９〜２２に伝達され、ピストン１８が前後
方向へ移動する惧れがある。しかし、前述のように高負
荷域に移行した際にピストン１８が最大後方位置に移動
している場合には、正のトルク変動が作用してピストン
１８を前方向へ移動させようとすると、圧力室３０内の
油圧が上昇してボール弁体５２が軸方向孔４０ａを閉止
するため、ピストン１８の前方向移動を確実に規制す
る。一方、負のトルク変動が作用してピストン１８を後
方向へ移動させようとすると、今度は圧力室３０内の油
圧低下してボール弁体５２が開成されて圧力室３０内に
作動油が供給される。

【００３４】したがって、該ピストン１８は、最大後方
移動位置に安定かつ確実に保持される。この結果、バル
ブスプリング制御の安定化が図れる。

【００３５】また、低負荷域から高負荷域に移行し、ピ
ストン１８が後方向へ移動しようとする際にも、前述の
トルク変動に伴うボール弁体５２の作用によりピストン
１８を前方向へ移動させることなく後方向へ移動させる
ことができるため、低油圧でも移動応答性の向上が図れ
る。

【００３６】一方、高負荷域から低負荷域に移行した際
にも、前述のように圧力室３０内の作動油を大気開放弁
４５の作用によって排出通路３４から速やかに排出する
ことができるため、ピストン１８の前方向への移動応答
性が向上する。

【００３７】また、本実施例では、位相変換手段として
カムシャフト軸方向へ直線的に摺動するスライダ１９〜
２２や該直線運動を回転運動に変換するアーム１１を用
いたため、その構造が簡単であり、該加工作業が容易に
なると共に、コストの低廉化が図れる。

【００３８】ここで、第１，第３スライダ１９，２１
は、圧縮スプリング２７ａ，２７ａの強いばね力でピス
トン前端面１８ａに固定状態になっているため、カムシ
ャフト１の負のトルク変動を直接支持吸収する。一方、
第２，第４スライダ２０，２２は、コイルスプリング２
８ａ，２８ａの小さなばね力でピストン１８の前端面１
８ａに弾持されているため、カムシャフト１の比較的小
さな入力荷重である正のトルク変動が作用すると、第
２，第４スライダ２０，２２がコイルスプリング２８
ａ，２８ａのばね力に抗してピストン１８方向へ移動し
てバックラッシ隙間Ｃを吸収する。したがって、前記カ
ムシャフト１の正負のトルク変動に起因して各スライダ
１９〜２２とアーム１１の延出部１６，１７との衝突が
回避されて、衝突打音の発生が防止される。

【００３９】尚、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば位相変換手段としてスライダ型に替
えて内外周にヘリカル歯を有する筒状歯車を用いたもの
に適用することも可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るバルブタイミング制御装置によれば、切換制御機構
の作動によって位相変換手段の移動応答性が向上し、特
に圧力室内の作動油を供給通路とは別個に形成された排
出通路を介して外部に排出することができるため、位相
変換手段の復帰応答性が向上する。これによってバルブ
タイミングの制御応答性が向上する。

【００４１】しかも、圧力室に作動油が供給されて位置
変換手段が一方向へ最大に移動すると、チェック弁によ
って圧力室が密閉状態に封止されるため、たとえカムシ
ャフトのトルク変動が伝達されても圧力室の内圧変動が
確実に防止される。この結果、バルブタイミングの制御
の安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】本実施例の作用を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…カムシャフト ２…従動スプロケット（回転部材） １０…スリーブ（一端部） １１…アーム（位相変換手段） １８…ピストン １９〜２２…スライダ（位相変換手段） ３０…圧力室 ３１…供給通路 ３３…排出通路 ３４…切換制御機構 ４５…大気開放弁 ４６…チェック弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関によって回転駆動する回転体と、一
   端部が前記回転体内に相対回動自在に挿通配置され、か
   つ外周に吸排気弁を作動させ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、
   該両者の相対回動位相を変換する位相変換手段と、回転
   体内部に有する圧力室に油圧回路を介して給排される油
   圧によって前記位相変換手段を作動させる駆動手段とを
   備えたバルブタイミング制御装置において、 前記油圧回路を前記圧力室から分岐した供給通路と排出
   通路とにより形成し、該供給通路と排出通路との分岐部
   に、供給油圧に応じて前記供給通路と排出通路を相対的
   に切り換える切換制御機構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。
2. 【請求項２】 前記切換制御機構は、供給油圧によって
   該供給通路を開成するチェック弁と、供給油圧の供給停
   止時に前記排出通路を開成する大気開放弁とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミ
   ング制御装置。