JPH07279632A - 内燃機関のカム軸位相可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギーロスの非常に少ないカム軸可変装
置の提供。 【構成】 装置は、カム軸10の一端に設けられた差動歯
車部12と位相変更部14とを有している。歯車部12は、方
向の異なる左，右雌ねじ24,24aが設けられた一対のベベ
ルギア22,22aを有している。カム軸10の一端にスプライ
ン結合26,27 された連結軸25には、雌ねじ24,24aと螺着
される左，右雄ねじ28,28aが設けられ、これらを螺合さ
せて連結軸25がベベルギア22,22aを貫通するように配置
されている。ベベルギア22,22aの対向するギア面には、
ベベルピニオン30が設置されている。ピニオン30は、ピ
ニオン支持プレート38,38aに回転可能に支持されてい
る。ベベルギア22,22aの外側面側には、電磁ブレーキ4
0,40aが付設されている。変更部16は、連結軸26の外周
に設けられたスプライン突起42と、突起42と嵌合するス
プライン溝44から構成され、溝44は、外周縁に内燃機関
の回転部と連結されるギア46が周設されたカム軸駆動歯
車48に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関のカム軸位
相可変装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のカム軸の回転位相を進角ない
しは遅角方向に変えることにより、燃費並びにエミッシ
ョンを向上させ、さらに、トルク−回転特性を向上させ
て、車両の走りやアイドル性能を改善する装置として、
カム軸位相可変装置が知られている。従来のこの種のカ
ム軸位相可変装置としては、例えば、実開平２−７２３
０５号公報に開示されたものがある。

【０００３】この公報に示されているカム軸位相可変装
置は、カム軸方向のスライド移動をヘリカルスプライン
機構により回転力に変換し、この回転力でカム軸を回転
させて、カム軸の回転位相を変更するものであって、二
重構造の内，外筒を有している。内筒の中心にカム軸が
貫通するようにして固定され、外筒には内燃機関から回
転力が与えられる。

【０００４】内，外筒間には、内燃機関の運転状態に対
応して油が供給され、カム軸の軸方向に沿ってスライド
移動する筒状歯車が設置され、この筒状歯車には、内外
周にそれぞれはす歯が形成されている。これらのはす歯
は、内筒の外周に設けられたアウタ歯と、外筒の内周に
設けられたインナ歯とそれぞれ歯合するようになってい
る。

【０００５】このように構成された位相変更装置では、
内燃機関の運転状態に対応して筒状歯車を油圧によりカ
ム軸の軸方向にスライド移動させると、前述した歯同士
の歯合により、スライド移動が回転力に変換されて、こ
の回転力によりカム軸の回転位相を変更する。しかしな
がら、このような構成のカム軸位相可変装置には、以下
に説明する技術的課題が指摘されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述したカ
ム軸位相可変装置では、油圧により筒状歯車を軸方向に
スライド移動させる構成になっているので、高圧油を供
給するポンプを常時作動させておく必要があるととも
に、装置の非作動時には、この高圧油が無駄になり、エ
ネルギーロスが非常に大きくなるという問題があった。

【０００７】また、油圧を使用する構成では、作動応答
性が悪く、油の粘度が温度によって大きく変化し、低温
で粘度が高くなるため、所定温度以下の温度条件下での
作動が不能になるという問題もあった。さらに、油圧を
使用したカム軸位相可変装置では、最大および最小位相
変更の中間位置に回転位相を設定することが非常に困難
な状況にあって、可能にしても複雑な油圧回路を必要と
する。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、油
圧駆動に伴う種々の問題が解決できる迅速な内燃機関の
カム軸位相可変装置を提供することにある。また、別の
目的として、中間位置に回転位相を簡単に設定すること
ができる内燃機関のカム軸可変装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、内燃機関の運転状態に対応させてカム軸の回転位相
を変更するカム軸位相可変装置において、ギア面が対向
するように回転自在に支承され、中央円孔に方向の異な
る雌ねじが内設された一対のベベルギアと、前記べベル
ギアを貫通するように配置され、一端側が前記カム軸と
ヘリカルスプライン結合される連結軸と、前記連結軸の
外周に間隔を置いて設けられ、前記雌ねじとそれぞれ螺
合する方向の異なる一対の雄ねじと、前記ベベルギアの
対向するギア面にそれぞれ歯合する複数のベベルピニオ
ンと、前記ベベルピニオンを回転可能に支持するピニオ
ン支持プレートと、前記ベベルギアにそれぞれ付設され
たブレーキ手段と、前記連結軸の外周に設けられたヘリ
カル状のスプライン突起と結合されるスプライン溝が内
設された中央円孔を有し、外周縁に前記内燃機関の回転
部と連結されるギアが周設されたカム軸駆動歯車とを備
え、前記ピニオン支持プレートを前記カム軸駆動歯車内
に回動可能に設けたことを特徴とする。

【００１０】また、前記ブレーキ手段は、電磁ブレーキ
から構成することができる。

【００１１】

【作用】上記構成のカム軸位相可変装置によれば、ブレ
ーキ手段によって一方のベベルギアに回転負荷を与える
と、負荷が与えられた側のベベルギアの回転が低下する
とともに、一対のベベルギア間において与えられた負荷
に対応してベベルピニオンが差動し、他方のベベルギア
の回転が増加する。この場合、ベヘルギアは、軸方向へ
の移動が規制され、連結軸と異なった方向で螺合してい
るので、ベヘルギアの回転速度の変化に対応して、連結
軸がカム軸方向にスライド移動する。

【００１２】連結軸がスライド移動すると、これがカム
軸駆動歯車およびカム軸とそれぞれヘリカルスプライン
結合しているので、スライド移動に伴って連結軸が回転
する。そして、連結軸が回転すると、この回転に伴って
カム軸が回転することになり、結果として、２段に増幅
された状態でカム軸が回転する。また、請求項２の構成
によれば、ブレーキ手段が電磁ブレーキから構成されて
いるので、構造が簡単で、通電することにより時間遅れ
が非常に少ない状態でベベルギアに負荷を与えることが
できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図１から図４は、本発明に
かかるカム軸位相可変装置の一実施例を示している。同
図に示す可変動弁装置は、カム軸１０と、このカム軸１
０の一端に設けられた差動歯車部１２と位相変更部１４
とを有している。

【００１４】カム軸１０は、内燃機関により回転駆動さ
れるものであって、図外のシリンダヘッドに回転可能に
支持されている。カム軸１０には、内燃機関の燃焼室の
開閉を制御する図外のカムが一体として設けらている。
差動歯車部１２は、内燃機関の運転状態に応じて、負荷
が増減され、設定された負荷に対応させて後述する連結
軸２５をカム軸１０方向にスライド移動させるものであ
り、以下の構成を有している。

【００１５】すなわち、本実施例の差動歯車部１２は、
ギア面が対向するようにベアリング１６を介して中空筒
状取付部１８に回転自在に支承された一対のベベルギア
２２，２２ａを有している。各ベベルギア２２，２２ａ
には、その中央に円形の孔が貫通形成され、これらの各
円形孔の内周面には、方向の異なる左および右雌ねじ２
４，２４ａが形成されている。

【００１６】一方、カム軸１０の一端には、連結軸２５
がヘリカルスプライン結合されている。このヘリカルス
プライン結合は、位相変換部１４の一部を構成するもの
であって、連結軸２５の一端外周に刻設されたスプライ
ン突起２６と、カム軸１０の端部に設けられた凹部１０
ａの内周面に形成されたスプライン溝２７とから構成さ
れている。また、連結軸２５の他端側には、ベベルギア
２２，２２ａの左および右雌ねじ２４，２４ａとそれぞ
れ螺着される左および右雄ねじ２８，２８ａが、所定の
間隔をおいて設けられている。

【００１７】連結軸２５は、各雄ねじ２８，２８ａをそ
れぞれ雌ねじ２４，２４ａに螺合させることで一対のベ
ベルギア２２，２２ａを貫通するようにして配置され、
このねじの螺着結合により、ベベルギア２２，２２ａ
は、カム軸１０と一体的に回転するようになっている。
ベベルギア２２，２２ａの対向するギア面には、これら
のギア面とそれぞれ歯合する複数のベベルピニオン３０
が、ほぼ等角度間隔になるように設置されている。各ベ
ベルピニオン３０は、図４に示すように、回転軸部３２
と、この回転軸部３２に一体化されたギア部３４と、回
転軸部３２の嵌着されたカラー３６とを有している。

【００１８】各ベベルピニオン３０は、円盤状の一対の
ピニオン支持プレート３８，３８ａに回転可能に支持さ
れている。また、各ベベルギア２２，２２ａの外側面側
には、一対の電磁ブレーキ４０，４０ａが付設されてい
て、この電磁ブレーキ４０，４０ａは、ベベルギア２
２，２２ａの外側面に当接し、内燃機関の運転状態に応
じて、ベベルギア２２，２２ａの回転に対する負荷を与
える。

【００１９】一方、位相変更部１４は、前記一対の雄ね
じ部２８，２８ａ間の連結軸２６の外周に設けられたヘ
リカル状のスプライン突起４２と、このスプライン突起
４２と嵌合するスプライン溝４４とで構成されている。
このスプライン溝４４は、外周縁に前記内燃機関の回転
部と連結されるギア４６が周設されたカム軸駆動歯車４
８の中央円孔の内周面に設けられている。なお、このス
プライン突起４２とスプライン溝４４と間のスプライン
結合は、上記突起２６と溝２７とのスプライン結合とは
逆の結合状態になっている。

【００２０】カム軸駆動歯車４８は、その外周に設けら
れたギア４６が内燃機関の回転部と直接ギア結合される
か、あるいは、タイミングベルトやチェーンなどの動力
伝達部材を介して連結され、スプライン突起４２とスプ
ライン溝４４との結合により、カム軸１０と同期回転さ
せられる。また、本実施例のカム軸駆動歯車４８は、中
心に配置され前記中央円孔が貫通形成されたボス部４９
と、このボス部４９の外周に放射状に延びる３本のステ
ー５０と、ステー５０の外側端に一体形成されたリング
部５２とを有していて、リング部５２の外周面にギア４
６が刻設されている。

【００２１】ステー５０は、板状のものであって、ボス
部４９とリング部５２とを軸方向の中心で連結してい
る。ピニオン支持プレート３８，３８ａは、中心にカム
軸駆動歯車４８のボス部５０が挿通される貫通孔５６，
５６ａが穿設されているとともに、この貫通孔５６，５
６ａの外周に３個の略扇状透孔５８ａ，５８ａが等角度
間隔で穿設されており、貫通孔５６，５６ａをボス部４
９に外嵌することにより、ピニオン支持プレート３８，
３８ａがカム軸駆動歯車４８に対して回転可能に配置さ
れる。

【００２２】各ベベルピニオン３０は、カム軸駆動歯車
４８のステー５０間の空間部に、回転軸部３２が連結軸
２６の中心を向くように配置され、各貫通孔５６，５６
ａをボス部４９の両端側からその外周に挿通するように
して、ベベルピニオン３０の両側に一対のピニオン支持
プレート３８，３８ａが当接される。このとき、各ピニ
オン支持プレート３８，３８ａの透孔５８，５８ａから
ベベルピニオン３０のギア部３４が露出するようにセツ
トされ、この状態で、ピニオン３０のカラー３６が支持
プレート３８，３８ａにスポット溶接などにより固設さ
れ、この構成によりベベルピニオン３０は、回転可能に
カム軸駆動歯車４８内に配置される。

【００２３】以上のように構成されたカム軸位相可変装
置の作動について説明する。いま、図１に実線矢印で示
すように、カム軸１０が右方向から見て時計方向に回転
しているものとする。このとき、電磁ブレーキ４０，４
０ａが一切作動していないときには、カム軸駆動歯車４
８とカム軸１０とがスプライン突起４２とスプライン溝
４４とを介して結合しているので、カム軸１０とカム軸
駆動歯車４８とが一体となって時計方向に回転する。

【００２４】これと同時に、連結軸２５の雄ねじ２８，
２８ａとベベルギア２２，２２ａの雌ねじ２４，２４ａ
が螺合しているので、一対のベベルギア２２，２２ａも
同じ方向に一体回転する。この状態から、電磁ブレーキ
４０に通電して、このブレーキ４０を作動させると、ベ
ベルギア２２に負荷が与えられ、この負荷に対応した分
だけベベルギア２２の回転数が、カム軸１０（連結軸２
５）の回転数よりも低くなる。

【００２５】このとき、ベベルギア２２は、ベヘベルピ
ニオン３０を介してベベルギア２２ａと歯合しているの
で、ベベルピニオン３０を差動分だけ自転させるととも
に、ベベルギア２２は、連結軸２５と左ねじ（左雌ねじ
２４と左雄ねじ２８）によって螺合しているので、差動
に相当した分だけ連結軸２５が右方向にスライド移動す
る（図１点線矢印方向）。

【００２６】一方、ベベルピニオン３０が自転すると、
ベべルギア２２ａは、ベベルギア２２の減速分だけ加速
され、ベベルギア２２ａと連結軸２５が右ねじ（右雌ね
じ２４ａと右雄ねじ２８ａ）によって螺合しているの
で、差動に相当する分だけ連結軸２５が右方向にスライ
ド移動する（図１点線矢印方向）。このようにして、連
結軸２５が右方向にスライド移動すると、連結軸２５と
カム軸駆動歯車４８とがヘリカル状のスプライン結合
（スプライン突起４２とスプライン溝４４）し、かつ、
連結軸２５とカム軸１０とがこれと異なった方向でスプ
ライン結合（スプライン突起２６とスプライン溝２６）
しているので、まず、スプライン結合（スプライン突起
４２とスプライン溝４４）により、カム軸駆動歯車４８
のボス部５０の反力を受けて、カム軸１０を図２の進角
方向に回転させる。

【００２７】この回転と同時進行的にスプライン結合
（スプライン突起２６とスプライン溝２６）によりカム
軸１０は、同様に進角方向に回転させられ、カム軸１０
の進角方向への回転量は、２つのスプライン結合による
回転量の和となり、電磁ブレーキ４０の負荷に対応した
スライド移動が２段に増幅された状態でカム軸１０に伝
達され、増幅された状態でカム軸１０の位相が変更され
る。

【００２８】なお、このような過程において、図２に示
したベベルピニオン３０とピニオン支持プレート３８，
３８ａは、スプライン結合（スプライン突起４２とスプ
ライン溝４４）による連結軸２５の回転分だけ、カム軸
駆動歯車４８に対する相対位置が変化する。他方、電磁
ブレーキ４０ａに通電すると、上記と全く逆の作動が行
なわれカム位相は遅角方向になる。なお、電磁ブレーキ
４０，４０ａのベベルギア２２，２２ａに対する負荷力
は、電磁ブレーキ４０，４０ａに印加される電流の大き
さによって決まり、この電流の大きさは、内燃機関の運
転状態に応じて図外のコントロールユニットによって設
定される。

【００２９】さて、以上のように構成された本発明のカ
ム軸位相可変装置によれば、油圧によることなく、カム
軸１０の回転位相を迅速に変更することができ、従っ
て、従来のこの種の装置のように、油圧駆動に起因する
応答性の悪化や、低温時の作動不能といった問題がな
く、エネルギーロスが非常に少なくなり、特に、装置の
非作動時のエネルギーロスを実質上零にすることができ
る。

【００３０】また、差動歯車部１２のピニオン支持プレ
ート３８，３８ａが、位相変更部１４のカム軸駆動歯車
４８内に回動可能に設けられているので、全体の構造が
より一層コンパクトになる。さらに、上記実施例の構成
によれば、差動歯車部１２の負荷を運転状態に対応して
増減するブレーキ手段が電磁ブレーキ４０，４０ａから
構成されているので、構造が簡単で、通電することによ
り時間遅れが非常に少ない状態でベベルギア２２，２２
ａにブレーキ作用を与えることができ、進角ないしは遅
角方向に位相を変更する際に中間位置に簡単に設定する
ことが可能になる。

【００３１】なお、上記実施例では、ベベルギア２２，
２２ａ間に３個のベベルピニオン３０を設けたものを例
示したが、このベベルピニオン３０は、２個以上であれ
ばよい。また、上記実施例では、ベベルギア２２，２２
ａに負荷を与える手段として電磁ブレーキ４０，４０ａ
を示したが、これに変えてトグル構造のような機械的ブ
レーキ手段や油圧的ブレーキ手段を採用することもでき
る。

【００３２】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるカム軸位相可変装置によれば、油圧駆動
に伴う応答性の悪化などの種々の問題がなくなり、非常
にエネルギー消費の少ない経済的な位相可変装置が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる可変動弁装置の一実施例を示す
要部断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】図２の要部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ カム軸 １２ 差動歯車部 １４ 位相変換部 ２２，２２ａ ベベルギア ２４；２４ａ 左（右）雌ねじ ２５ 連結軸 ２６ スプライン突起 ２７ スプライン溝 ２８，２８ａ 左（右）雄ねじ ３０ ベベルピニオン ３８，３８ａ ピニオン支持プレート ４０，４０ａ 電磁ブレーキ ４２ スプライン突起 ４４ スプライン溝 ４６ ギア ４８ カム軸駆動歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の運転状態に対応させてカム軸
   の回転位相を変更するカム軸位相可変装置において、 ギア面が対向するように回転自在に支承され、中央円孔
   に方向の異なる雌ねじが内設された一対のベベルギア
   と、 前記べベルギアを貫通するように配置され、一端側が前
   記カム軸とヘリカルスプライン結合される連結軸と、 前記連結軸の外周に間隔を置いて設けられ、前記雌ねじ
   とそれぞれ螺合する方向の異なる一対の雄ねじと、 前記ベベルギアの対向するギア面にそれぞれ歯合する複
   数のベベルピニオンと、 前記ベベルピニオンを回転可能に支持するピニオン支持
   プレートと、 前記ベベルギアにそれぞれ付設されたブレーキ手段と、 前記連結軸の外周に設けられたヘリカル状のスプライン
   突起と結合されるスプライン溝が内設された中央円孔を
   有し、外周縁に前記内燃機関の回転部と連結されるギア
   が周設されたカム軸駆動歯車とを備え、 前記ピニオン支持プレートを前記カム軸駆動歯車内に回
   動可能に設けたことを特徴とする内燃機関のカム軸位相
   可変装置。
2. 【請求項２】 前記ブレーキ手段は、電磁ブレーキから
   なることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のカム軸
   位相可変装置。