JPH08189313A - 内燃機関の可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は可変バルブタイミング装置に関し、
バルブタイミングの切替時の応答性を低下させることな
く歯打ち音を低下させることを目的とする。 【構成】 ピストン13は分割された第１のピストン部20
と第２のピストン部22とより成り、第１のピストン部20
及び第２のピストン部22の内周にヘリカルスプライン20
-1, 22-1が、外周にヘリカルスプライン20-2, 22-2が形
成され、内周のスプライン20-1, 22-1はインナギア10の
スプライン10-Aに、外周のスプライン20-2, 22-2はハウ
ジング４のスプライン4-2Aに噛み合いする。第１のピス
トン部20の環状溝24に第２のピストン部22の環状突起26
が嵌合し、両者間に油圧ダンパとして機能する空間28が
形成される。空間28に第１のピストン20と第２のピスト
ン22とを相互に離間せしめるスプリング30が配置され
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可変バルブ
タイミング装置(VVT) においてスプライン等の噛合部で
のバックラッシに起因する騒音を防止するための構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】可変バルブタイミング装置で内周及び外
周にヘリカルスプラインを形成したピストンにカム軸側
に連結されるインナスプライン部材及びタイミングプー
リに連結されるアウタスプライン部材を係合させ、ピス
トンを油圧でカム軸の軸線と平行な方向に沿って移動さ
せることによりカム軸側のインナスプライン部材とタイ
ミングプーリ側（クランク軸側）のアウタスプライン部
材との間の回転位相を変化させることによりバルブタイ
ミングを変化させるものが知られている。

【０００３】上述タイプの可変バルブタイミング装置に
おいては相互に噛合するスプライン間でバックラッシは
回避できない。吸気弁及び排気弁の作動に伴いカムシャ
フトに加わるトルクは変動するため、噛合部間で相対的
な回転が起こり、歯打ち音が発生する。バックラッシに
よる歯打ち音を防止するための一般的な技術としてはシ
ザーズギアの採用がある。即ち、スプリングによって噛
合部間にその噛合を維持する弾性力を発生させようとす
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シザーズギアによるバ
ックラッシの解消のためには噛合部間での噛合を維持す
ることができる充分に強いスプリングを使用する必要が
ある。スプリングを強くするとバルブタイミングの切り
替えのためピストンを動かす際の摩擦力が大きくなるた
め、応答速度が遅くなる問題点があった。

【０００５】従って、この発明はバルブタイミングの切
替時の応答性を低下させることなく歯打ち音を低下させ
ることができる可変バルブタイミング装置の構造を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の内燃機関の可
変バルブタイミング装置はカムシャフトに対してその軸
線と平行な方向に摺動自在なピストンを有し、該ピスト
ンは、クランクシャフトからの動力伝達をうける回転被
駆動部材側とカムシャフト側とに噛合いする少なくとも
一つは軸線に対して傾斜した噛合部を有し、噛合部はピ
ストンの移動によってクランクシャフトに対するカムシ
ャフトの相対回転を惹起しつつ回転被駆動部材の回転を
カムシャフトに伝達する内燃機関の可変バルブタイミン
グ装置において、前記ピストンは噛合部が形成された部
位において軸線方向の空間を残すように二つに分割され
ており、これらの分割された二つの部分はカムシャフト
軸線方向に摺動自在に嵌合されており、かつ該二つの部
分を軸線方向に沿って離間するべく付勢する弾性手段が
設けられ、前記空間は分割された二つの部分の急激な相
対移動に対してそこに充填される潤滑油によって油圧ダ
ンパとして機能することを特徴とする。

【０００７】

【作用】噛合部における歯打ちの瞬間にピストンの分割
部分はその間の空間を減少せしめる方向に相対移動使用
とするが、空間中に充填される潤滑油が油圧ダンバとし
て機能することにより、噛み合い時の衝撃を緩和し、歯
打ち音の発生を抑制する。

【０００８】バルブタイミングの切替え時においてはピ
ストンの分割部分はスプリングに抗して相互に変位され
る。

【０００９】

【実施例】図１を参照すると、１はカムシャフトであ
り、シリンダヘッド２に回転自在に軸支される。３はカ
ムシャフト１に対して回転位相を調整可能に連結される
タイミングプーリであり、タイミングベルト８を介して
図示しないクランクシャフト上の図示しないタイミング
プーリに巻き掛けられ、クランクシャフトの回転運動を
カムシャフト１に後述のように伝達することができる。
タイミングプーリ３は円筒状の中心ボス部３ａを有し、
このボス部３ａはカムシャフト１の端部近傍に回転可能
に嵌合されている。皿形のハウジング４は、内部に可変
バルブタイミング機構のアクチュエータの部分を収容す
るものであり、その周囲のフランジ部分は数本のボルト
５によってタイミングプーリ３のハブ部３ｂに締結され
て、ハウジング４はタイミングプーリ３と一体になっ
て、カムシャフト１の軸線上で回転する。なお、組み立
てや保守点検、修理等の便宜を図るために、図１におい
て左端となるハウジング４の底部の中心の開口には、そ
れを閉塞するハウジング４とは別体のキャップ６がねじ
止めされている。

【００１０】カムシャフト１の端部にはインナギア１０
がヘッドボルト１１によって一体的に取り付けられてお
り、かつ位置決めピン１２がインナギア１０よりカムシ
ャフト１に打ち込まれており、インナギア１０のカムシ
ャフト１に対する回転方向の相対的な位置のロックがさ
れている。また、インナギア１０をカムシャフト１の端
部に固定することによってタイミングプーリ３のハブ部
分３ａが拘束され、カムシャフト１に対するタイミング
プーリ３の軸方向移動も阻止される。しかし、タイミン
グプーリ３のカムシャフト１に対する相対的な回転は阻
害されないようにされている。

【００１１】１３はピストンであり、円盤状部１４と円
筒状部１５とから構成される。円盤状部１４は、その内
周においてタイミングプーリ３の中心の円筒形のボス部
分３ａ上に相対回転及び軸方向摺動可能に遊嵌され、ま
た外周においてはハウジング４の大径部分４−１の内周
円筒面に油密に摺動嵌合している。シール性を高めるた
めに、ピストン１３の外周部分の環状溝にはシールリン
グ１６が挿入される。ハウジング４内においてピストン
１３のタイミングプーリ３に近接した側に遅角側油圧室
１８Ａが形成され、ピストン１３のタイミングプーリ３
から離間した側に進角側油圧室１８Ｂが形成される。

【００１２】この発明によれば、ピストンの円筒状部１
５は円盤状部１４から一体に突出する第１の円筒状部２
０とこの第１の円筒状部２０に対して軸線方向に沿って
摺動自在に嵌合された第２の円筒状部２２とから構成さ
れる。図２に示すように第１の円筒状部２０はその端面
から軸線方向に延びる環状の溝２４を形成しており、一
方第２の筒状部２２はこの環状の溝２４に摺動自在に嵌
合される環状の突起２６を形成している。また、突起２
６の先端と溝２４の底面との間に環状の空間２８が形成
される。環状の溝２４と突起２６とのクリアランスは両
者の円滑な摺動は許容し、かつ潤滑油による後述の緩衝
作用は達成するように設定されいてる。スプリング３０
が空間２８に配置される。

【００１３】ピストン１３の円筒状部１５の第１円筒状
部２０の内面及び外面にヘリカルスプライン20-1及び20
-2が形成されており、同じく第２円筒状部２２の内面及
び外面にヘリカルスプライン22-1及び22-2が形成されて
おり、第１及び第２円筒状部２０及び２２の内面のヘリ
カルスプライン20-1及び22-1は同一ピッチであり軸線方
向に対して同一方向に同一角度で傾斜しており、第１及
び第２円筒状部２０及び２２の外面のヘリカルスプライ
ン20-2及び22-2は同一ピッチであり軸線方向に対して同
一角度で反対方向に傾斜している。図示実施例の場合、
内周のヘリカルスプライン20-1, 22-1は左ねじで、外周
のヘリカルスプライン20-2, 22-2は右ねじである。この
ようにヘリカルスプライン20-1, 22-1と20-2, 22-2の傾
斜が反対向きで、それらはカムシャフト１の軸線方向に
対する傾斜角、即ち捩じれ角において正と負の値をとる
が、内周のヘリカルスプライン20-1, 22-1と外周のヘリ
カルスプライン20-2, 22-2とで、内周か外周のいずれか
一方の歯筋が軸線方向であっても同様な作動をするの
で、いずれか内周か外周の一方のヘリカルスプラインの
傾斜角は０の値ということもある。

【００１４】ピストン１３の円筒部分１５の第１円筒部
分２０及び第２円筒部分２２の外面に形成されたヘリカ
ルスプライン20-2及び22-2はハウジング４の小径部分４
−２の内面に形成されたヘリカルスプライン4-2Aに噛み
合っていると共に、円筒部分１５の第１円筒部分２０及
び第２円筒部分２２の内面に形成されたヘリカルスプラ
イン20-1及び22-1はインナギア１０の外周面に形成され
たヘリカルスプライン10-Aと噛み合っている。従って、
ハウジング４の内面のヘリカルスプライン4-2Aはピスト
ン外周のヘリカルスプライン20-2及び22-2の歯筋の傾斜
に合わせて右ねじの傾斜角を有しており、インナギア１
０の外面のヘリカルスプライン10-Aは、ピストンの内周
のヘリカルスプライン20-1及び22-2の歯筋の傾斜に合わ
せて左ねじの傾斜角を有している。

【００１５】カムシャフト１とヘッドボルト１１には油
圧通路１ａ及び１１ａがそれぞれの中心部を貫通するよ
うに設けられており、それらによって油圧通路を形成し
ている。この油圧通路は一端はボール３１によって閉塞
されているが、他端は進角側の油圧室１８Ｂに開口して
いる。この油圧通路はカムシャフト１の孔１ｂ、環状の
溝１ｃ、及び機関のシリンダヘッド２内に形成された第
１の油圧通路２ａを介して、図示しない油圧制御弁に接
続している。一方、遅角側の油圧室１８Ａは、タイミン
グプーリ３のボス部３ａの孔3a-1と、それに合わせてカ
ムシャフト３の外周の一部に形成された環状の溝１ｄ
と、孔１ｅを介してカムシャフト１の中心を外れた位置
に軸方向に形成された第２の油圧通路１ｆに連通してお
り、更にこの第２の油圧通路１ｆはカムシャフト１の孔
１ｇ、環状の溝１ｈ、機関のシリンダヘッド２内に形成
された第２の油圧通路２ｂを介して、前記の図示しない
油圧制御弁に接続される。

【００１６】図示しない油圧制御弁の作動により進角側
の油圧室１８Ｂ又は遅角側の油圧室１８Ａの一方にオイ
ルが供給され、同時に他方の油圧室から同量のオイルが
排出されるから、ピストン１３は２つの油圧室１８Ａ及
び１８Ｂの制御油圧によって発生する軸方向力が等しく
なる任意の中間位置か、或いは可動範囲の終端まで軸方
向に移動することになる。図示のような構造の場合、左
右方向の軸方向力が釣り合ってピストン１３が中間位置
に停止した状態においては、２つの油圧室１８Ａ及び１
８Ｂの制御油圧は同じ値になる。

【００１７】ピストン１３が可動範囲内の任意の中間位
置において停止する場合、その停止位置は２つの油圧室
１８Ａ及び１８Ｂにそれぞれ残存しているオイルの量に
よって決まる。従って、各油圧室１８Ａ，１８Ｂへ供給
するオイルの量を微調整すれば、ピストン１３の停止位
置を無段階に、且つ自由に調整することが可能になる。
それによって内燃機関の吸気弁及び排気弁の開閉時期を
円滑に変更することができる。

【００１８】このような可変バルブタイミング機構にお
いては、図示しないクランクシャフト１からタイミング
ベルト８によってタイミングプーリ３に回転が伝達さ
れ、ハウジング４のヘリカルスプライン4-2Aが第１及び
第２の筒状部２０及び２２のヘリカルスプライン20-2及
び22-2に噛合していることから、ハウジング４の回転は
ピストン１３の第１及び第２の筒状部２０及び２２に伝
えられ、第１及び第２の筒状部２０及び２２の回転は、
第１及び第２の筒状部２０及び２２のヘリカルスプライ
ン20-1及び22-1がインナギア１０のヘリカルスプライン
10-Aに噛合していることから、インナギア１０に伝えら
れ、更に、その回転が位置決めピン１２からカムシャフ
ト１に伝達されてカムを駆動する。それによって吸気弁
及び排気弁のようなバルブが吸気又は排気ポートを開閉
することになる。

【００１９】クランクシャフトに連結されるタイミング
プーリ３とカムシャフト１の相対的な位相関係は、ピス
トン１３を軸方向に移動させることにより、噛み合って
いる２対のヘリカルスプラインの働きによって自由に変
化させることができる。前述のように、ピストン１３の
軸方向位置は、進角側の油圧室１８Ｂと遅角側の油圧室
１８Ａにそれぞれ供給するオイルの量を制御することに
よって決まる。

【００２０】進角側の油圧室１８Ｂのオイル量が増加し
て制御油圧が上昇した場合は、ピストン１３は図１にお
いて右の方向へ押される。ピストン１３の筒状部２０及
び２２とハウジング４は、右ねじのヘリカルスプライン
20-2，22-2と4-2Aとによって噛み合っているので、ピス
トン１３はハウジング４に対して図１の左側から見て右
回りに回されることになる。また、ピストン１３の筒状
部２０及び２２とインナギア１０はヘリカルスプライン
20-1, 22-1と10-Aによって噛み合っているので、前述の
ようなピストン１３の右方向への移動によって、インナ
ギア１０はカムシャフト１と共にピストン１３に対して
右回りに回転させられる。このようにして、カムシャフ
ト１によって駆動されるバルブのタイミングはピストン
１３が軸方向に移動した分だけ進角することになる。

【００２１】反対に、遅角側の油圧室１８Ａにオイルが
供給されると、ピストン１３が左方向に移動して、カム
シャフト７によって駆動されるバルブのタイミングが遅
角されることになる。このようにして、タイミングプー
リ３、ひいてはクランクシャフトに対するカムシャフト
１の位相が無段階に調整される。可変バルブタイミング
機構の作動において、第１の円筒状部２０の環状溝２４
と第２の円筒状部２２の環状突起２６とは相互に嵌合さ
れ、この嵌合部間の空間２８は潤滑油で満たされる。そ
のため、ヘリカルスプライン20-2，22-2と4-2Aとの間及
びヘリカルスプライン20-1, 22-1と10-Aとの間の噛合部
分で歯打ちの瞬間に、前記嵌合部はオイルダンパとして
衝撃を弱める機能を果たす。即ち、空間２８から流出さ
れる潤滑油の量、換言すれば、環状溝２４と環状突起２
６との間のクリアランスは所望の緩衝機能を達成するク
リアランスに設定されている。歯打ちの瞬間に第１の円
筒状部２０と、第２の円筒状部２２との間に設けられる
スプリング３０は前記のオイルダンパとして機能するこ
とができるように、通常時に第１の円筒状部２０と第２
の円筒状部２２の距離を確保することができればよく、
弱いもので十分である。即ち、スプリング３０はヘリカ
ルスプライン20-2，22-2と4-2Aとの間及びヘリカルスプ
ライン20-1, 22-1と10-Aとの間の噛合部分でのバックラ
ッシを解消させるような強いものではない。そのため、
バルブタイミング切替え時に、スプリング３０が抵抗と
なることはなく、スプリングによって動作速度を損なう
ことはない。

【００２２】従来のシザーズギア方式による歯打ち音の
防止装置は歯車又はスプラインの軸方向において二つの
部分に分割し、この分割された部分間にこれらを離間付
勢するスプリングを配置することで、バックラッシによ
るガタを解消し、歯打ち音を防止しようとしたものであ
る。即ち、実施例装置において、ピストン１３を２つの
部分２０と２２とに分割し、その間にスプリング３０と
同様なスプリングを配置するものと等価になる。この場
合はスプリングはバックラッシを解消するためのもので
あるため、ヘリカルスプライン20-2，22-2とヘリカルス
プライン4-2Aとの間及びヘリカルスプライン20-1, 22-1
とヘリカルスプライン10-Aとの間で常時噛合をおこすよ
うに相対移動するべく２つの部分を離間付勢するもので
あるため、ガタが生ぜず歯打ち音の発生は抑制される。
ところが、この場合はスプリングが強力であり、ヘリカ
ルスプライン20-2，22-2とヘリカルスプライン4-2Aとの
間及びヘリカルスプライン20-1, 22-1とヘリカルスプラ
イン10-Aとの間で歯を相互に強く押しつけるように付勢
するものであるため、スプリング力はピストンの動きに
対して強い抵抗力となっていた。

【００２３】図３に示す第２実施例ではピストンの第１
円筒状部１２０は円周方向において離間した複数の孔１
２４を有し、一方、第２円筒状部１２２に円周方向に離
間した複数のピン１２６が打ち込まれ、これらの孔１２
４とピン１２６とは相互に嵌合しており、かつその間に
オイルダンパとして機能する空間１２８が形成され、第
１円筒状部１２０と第２ピストン１２２とがオイルダン
パとして機能するのに必要な距離動くことができるよう
に常態において両者を離間せしめるスプリング１３０が
空間１２８内に配置される。

【００２４】以上の実施例ではコイルスプリング30, 13
0 が用いられたが、板ばね、ゴム等の弾性体であればよ
い。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、ピストンを相互に嵌
合する二つの部分に分割し、この嵌合部に形成される空
間をオイルダンパとして機能させることにより、分割部
分を離間せしめるスプリングとしてバックラッシを解消
せしめるような強力なものを使用する必要がなく、歯打
ち音を防止と応答性の低下の防止との要求を調和させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の可変バルブタイミング機能の
断面図である。

【図２】図２は図１の部分拡大図である。

【図３】図３は第２実施例におけるピストンの断面図で
ある。

【符号の説明】

１…カムシャフト ３…タイミングプーリ ４…ハウジング ４−２Ａ…スプライン １０…インナギア １０Ａ…スプライン １３…ピストン ２０（１２０）…第１円筒状部 ２０−１，２０−２…スプライン ２２（１２２）…第２円筒状部 ２２−１，２２−２…スプライン ２４…環状溝 ２６…環状突起 ２８（１２８）…空間 ３０（１３０）…スプリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフトに対してその軸線と平行な
   方向に摺動自在なピストンを有し、該ピストンは、クラ
   ンクシャフトからの動力伝達をうける回転被駆動部材側
   とカムシャフト側とに噛合いする少なくとも一つは軸線
   に対して傾斜した噛合部を有し、噛合部はピストンの移
   動によってクランクシャフトに対するカムシャフトの相
   対回転を惹起しつつ回転被駆動部材の回転をカムシャフ
   トに伝達する内燃機関の可変バルブタイミング装置にお
   いて、前記ピストンは噛合部が形成された部位において
   軸線方向の空間を残すように二つに分割されており、こ
   れらの分割された二つの部分はカムシャフト軸線方向に
   摺動自在に嵌合されており、かつ該二つの部分を軸線方
   向に沿って離間するべく付勢する弾性手段が設けられ、
   前記空間は分割された二つの部分の急激な相対移動に対
   してそこに充填される潤滑油によって油圧ダンパとして
   機能することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミ
   ング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明において、前記ピ
   ストンの分割された一方の部分はその一端面に環状突起
   を形成し、前記ピストンの分割された他方の部分はその
   一端面に前記環状突起を収容する環状溝を形成し、前記
   弾性手段は環状突起の先端と環状溝の底面との間に配置
   されるスプリングであることを特徴とする内燃機関の可
   変バルブタイミング装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の発明において、前記ピ
   ストンの分割された一方の部分はその一端面に円周方向
   に離間した複数のピンを植設しており、前記ピストンの
   分割された他方の部分はその一端面に前記ピンを収容す
   る円周方向に離間した孔を形成し、前記弾性手段はピン
   の先端と孔の底面との間に配置されるスプリングである
   ことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング装
   置。