JPH11210421A - カム位相可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作不良を未然に防止するとともに、カムの
位相を円滑に変化させることができるカム位相可変装置
を提供する。 【解決手段】 付勢部材（２１）によりベーン部材（１
２）を回動付勢するとともに、オイルポンプからの作動
油を切換弁により第一の油圧室（１７ａ）と第二の油圧
室（１７ｂ）に選択的に供給して、ベーン部材（１２）
と共にカムシャフトを任意の方向に回動させる。よっ
て、オイルポンプから作動油が送られていないときに
は、付勢部材（２１）によりベーン部材（１２）が確実
に位置保持され、かつ、作動油が送られるとベーン部
（１２ａ）の両側の油圧室（１７ａ，１７ｂ）が共に位
置保持の作用を奏するため、ベーン部（１２ａ）の位置
ずれが減少して位置補正のための切換弁の制御が容易と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カムを位相変化さ
せてそのカムにて駆動される機構の動作タイミングを調
整可能なカム位相可変装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来のこの種のカム位相可変装置として、
例えば、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを
運転状態に応じて調整するバルブタイミング調整装置を
挙げることができる。特開平９−６０５０８号公報に記
載のように、このような調整装置ではチェーンスプロケ
ットに形成したハウジング内にカムシャフトと一体回転
するベーンロータを配置し、ハウジング内の油圧を制御
してベーンロータの位相を進角側或いは遅角側に変更し
て、吸排気弁の開閉タイミングを調整している。そし
て、以上のようなバルブタイミング調整装置では、十分
に油圧が上がらない機関始動時においては、ベーンロー
タに設けたテーパ状のストッパピンをハウジングのスト
ッパ孔に嵌め込んで最遅角側に保持し、始動に伴って油
圧が上昇すると、油圧によりストッパピンをストッパ孔
より離脱させてカムシャフトの位相制御を開始してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バルブタイミング装置では、ストッパピンがストッパ孔
内に咬み込んだりストッパ孔内で片当たりして早期摩耗
したりして、動作不良を発生する可能性があった。一
方、特開昭６０−１７５７３８号公報ではディーゼル式
内燃機関に用いられる燃料噴射ポンプの噴射タイミング
を調整する噴射タイミング調整装置が記載されている
が、この調整装置では、ストッパピンを用いずに圧縮コ
イルばねによりベーンロータを遅角側に付勢し、その付
勢力に抗して油圧により進角側にベーンロータを制御し
て所望の噴射タイミングを得ている。

【０００４】しかしながら、この噴射タイミング調整装
置では圧縮コイルばねの付勢力に油圧を均衡させてタイ
ミング制御しているため、特にベーンロータの中間位置
において不具合が生じる。即ち、周囲のクリアランスか
らの油漏れにより中間位置のベーンロータは次第に遅角
側に位置ずれするため、これを補正すべく油圧制御用の
切換弁は単に中立を維持するだけでなく適宜切換制御さ
れている。ところが、このタイミング調整装置では、ベ
ーンロータの位置ずれを規制するのが進角側への油圧力
だけであるため位置ずれ量が非常に大きく、これを補正
するための切換弁の制御が複雑化してしまい、噴射タイ
ミングを円滑に変化させることができなかった。

【０００５】本発明の目的は、動作不良を未然に防止す
るとともに、カムの位相を円滑に変化させることができ
るカム位相可変装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、付勢部材によりベーン部材を回動付勢
するとともに、作動油供給手段からの作動油を第一の油
圧室と第二の油圧室に選択的に供給して、ベーン部材と
共にカムを任意の方向に回動させるものとしている。よ
って、作動油供給手段から未だ作動油が送られていない
ときには、付勢部材によりベーン部材が確実に位置保持
され、かつ、作動油が送られるとベーン部の両側の油圧
室が共に位置保持の作用を奏するため、位置ずれが減少
して位置補正のための作動油供給手段の制御が容易とな
る。

【０００７】本発明は、好適には内燃機関の吸気弁や排
気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整
装置として具体化することができる。即ち、本発明によ
れば、内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動され
る収容部材と、ベーン部を備えるとともに、前記収容部
材内の同一軸心上に配設されて弁開閉用のカムシャフト
と一体で収容部材に対して相対回動可能に設けられたベ
ーン部材と、前記ベーン部材を遅角側に回動付勢する付
勢部材と、前記収容部材内で前記ベーン部の両側に形成
され、内部の油圧によりベーン部材に遅角側または進角
側に回転力を付与可能な第一の油圧室及び第二の油圧室
と、前記第一の油圧室及び第二の油圧室に対して選択的
に作動油を供給する作動油供給手段とを備えたことを特
徴とするバルブタイミング調整装置が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第一実施例）以下、本発明を内
燃機関の吸気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイ
ミング調整装置に具体化した第一実施例を説明する。図
１及び図２に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１
の軸受部２にはカムとしての吸気側のカムシャフト３が
回転可能かつ軸方向に移動不能に支持され、カムシャフ
ト３の回転に伴って各気筒の図示しない吸気弁が開閉駆
動されるようになってる。カムシャフト３の前端はシリ
ンダヘッド１から側方に突出してタイミングプーリ４の
ボス部４ａが回動可能に嵌め込まれ、このタイミングプ
ーリ４はタイミングベルト５を介して駆動源としての図
示しないクランクシャフトに連結されて、カムシャフト
３の軸線を中心として図１の矢印方向に回転駆動され
る。図示はしないがタイミングベルト５には排気側のタ
イミングプーリも連結されて、排気側のカムシャフトに
て排気弁が開閉駆動されるようになっている。なお、タ
イミングプーリ４のボス部４ａと軸受部２との間にはオ
イルシール６が嵌め込まれ、シリンダヘッド１から外部
へのオイルの流出を防止している。

【０００９】タイミングプーリ４の一側面には、収容部
材としてのハウジング７とフロントカバー８がボルト９
により固定され、その内部にカムシャフト３の軸心を中
心とした略十字状の油圧室１０が形成されて、Oリング
１１により油密を保持されている。油圧室１０内にはベ
ーン部材としてのベーンロータ１２が配置され、その中
心部はカムシャフト３の前端にノックピン１３で位置決
めされてカムボルト１４で固定されている。カムボルト
１４の頭部１４ａはベーンロータ１２に形成された油分
配室１５内に位置し、この分配室１５は前記フロントカ
バー８に螺合したプラグ１６により閉塞されている。

【００１０】ベーンロータ１２はベーン部としての４つ
のベーン１２ａを９０度間隔で備え、各ベーン１２ａの
間には油圧室１０の固定摺接面１０ａに当接する円弧状
の可動摺接面１２ｂが形成され、それぞれのベーン１２
ａの先端にはオイルシール１８が設けられている。これ
らの摺接面１０ａ，１２ｂにより油圧室１０は各ベーン
１２ａに対応して４つに区画され、各油圧室１０内にお
いてベーン１２ａの両側には第一の油圧室及び第二の油
圧室としての遅角油圧室１７ａと進角油圧室１７ｂが形
成されている。

【００１１】そして、ベーンロータ１２は、図１に示す
ように各ベーン１２ａの進角油圧室側を油圧室１０の内
壁に当接させて遅角油圧室１７ａの容積を最大とする最
遅角位置と、図５に示すように各ベーン１２ａの遅角油
圧室側を油圧室１０の他方の内壁に当接させて進角油圧
室１７ｂの容積を最大とする最進角位置との間で、カム
シャフト３の軸線を中心として回動し得る。その結果、
タイミングプーリ４に対するカムシャフト３の位相が変
化して、吸気弁の開閉タイミングが変更される。なお、
排気側にはこのようなバルブタイミング調整装置が備え
られていないため、排気弁の開閉タイミングは固定され
たままである。

【００１２】図１及び図４に示すように、１８０度対向
する２つのベーン１２ａには遅角油圧室１７ａ側に開口
するばね凹部１９が形成され、半球状に凹設されたその
奥部には、対応する半球状の傾動ばね座２０が前後左右
に傾動可能に格納されている。遅角油圧室１７ａ内には
ばね凹部１９に対応して付勢部材としての圧縮コイルば
ね２１が配設され、その一端はばね凹部１９内で傾動ば
ね座２０に、他端は摺動ばね座２２を介して遅角油圧室
１７ａの内壁にそれぞれ当接し、この圧縮コイルばね２
１の付勢力によりベーンロータ１２は常に図１に示す最
遅角位置側に付勢されている。圧縮コイルばね２１の付
勢力は、吸気弁を開閉する際にカムシャフト３を介して
ベーンロータ１２が受ける正・負のトルク変動より十分
に高く設定されている。

【００１３】なお、圧縮コイルばね２１の付勢力により
ベーンロータ１２と共にカムボルト１４にはカムシャフ
ト３の軸線を中心とするモーメントが作用するが、その
方向はカムボルト１４の締付方向であるため緩む虞は全
くない。図１及び図３に示すように、前記ベーンロータ
１２には油分配室１５を中心として放射状に４本の進角
導入油路２３が形成され、各進角導入油路２３の一端は
油分配室１５内に開口し、他端はそれぞれ進角油圧室１
７ｂ内に開口している。油分配室１５は、カムボルト１
４を貫通する貫通油路２４、貫通油路２４より連続する
第一油路２５及び第二油路２６を介してカムシャフト３
の外周全周に形成されたオイル溝２７内に開口し、前記
軸受部２に形成された進角供給油路２８に対してカムシ
ャフト３の回転角度に拘わらず常に連通している。

【００１４】一方、ベーンロータ１２には放射状に４本
の遅角導入油路２９が形成され、各遅角導入油路２９の
一端は遅角油圧室１７ａ内に開口している。各遅角導入
油路２９の他端はそれぞれ第三油路３０及び第四油路３
１を介してカムシャフト３のオイル溝３２内に開口し、
軸受部２に形成された遅角供給油路３３に対してカムシ
ャフト３の回転角度に拘わらず常に連通している。

【００１５】図３に示すように、進角供給油路２８及び
遅角供給油路３３には、オイルタンク３４内の作動油を
オイルポンプ３５により圧送する圧送路３６とオイルタ
ンク３４内に作動油を排出する排出路３７とが切換弁３
８を介して接続され、切換弁３８の切換動作に応じて各
供給油路２８，３３が圧送路３６及び排出路３７と交互
に連通、或いは双方とも遮断される。本実施例ではオイ
ルポンプ３５と切換弁３８により作動油供給手段が構成
されている。

【００１６】次に、本実施例のバルブタイミング調整装
置の作動状況を説明する。内燃機関の停止時のベーンロ
ータ１２は、圧縮コイルばね２１の付勢力で図１に示す
最遅角位置に保持されている。機関始動に際して切換弁
３８は図３に示す位置に切り換えられ、オイルポンプ３
５からの作動油は遅角供給油路３３、第四油路３１、第
三油路３０及び遅角導入油路２９を経て遅角油圧室１７
ａ内に導入され、その油圧は圧縮コイルばね２１の付勢
力と同方向に作用する。このとき、クランクシャフトに
て駆動されるオイルポンプ３５の油圧は直ちに上がらな
いため、ベーンロータ１２を最遅角位置に保持する作用
は専ら圧縮コイルばね２１が果たすが、前記のようにそ
の付勢力が十分に高いため、正・負のトルク変動に抗し
てベーンロータ１２は確実に最遅角位置に保持される。

【００１７】そして、始動完了後の切換弁３８は機関回
転数や負荷等に基づき制御され、吸気弁の開閉タイミン
グが機関の運転状態に応じて調整される。例えば、高回
転高負荷時にはバルブオーバーラップを増大すべく切換
弁３８を図３とは逆位置に切り換え、作動油を進角供給
油路２８、第二油路２６、第一油路２５、貫通油路２
４、油分配室１５及び進角導入油路２３を経て進角油圧
室１７ｂ内に導入する。その油圧によりベーンロータ１
２は圧縮コイルばね２１の付勢力に抗して進角側に回動
し、所定位置に達したときに切換弁３８を中立に切り換
えて、ベーンロータ１２の位置を保持する。

【００１８】ここで、ベーンロータ１２の回動を許容す
べく前記固定摺接面１０ａと可動摺接面１２ｂとの間、
及びベーンロータ１２の両側面（図２の左右方向）と油
圧室１０の内壁との間にはそれぞれ微小クリアランスが
設けられているため、これらのクリアランスや前記オイ
ルシール１８を経て遅角油圧室１７ａや進角油圧室１７
ｂにはごく僅かな作動油の流出入がある。よって、上記
のように所定の位置でベーンロータ１２を保持すると
き、切換弁３８は単に中立に維持されるだけでなく適宜
切換制御されて、ベーンロータ１２の位置ずれを補正し
ている。

【００１９】なお、ベーンロータ１２の回動時にばね凹
部１９はカムシャフト３の軸線を中心として円弧状の軌
跡を描くため、圧縮コイルばね２１のばね凹部１９側は
反対側に対して角度変化と位置変化（図１の上下方向）
を生ずる。しかしながら、図１及び図５に示すように、
ばね凹部１９内で傾動ばね座２０が傾動することにより
角度変化が吸収され、遅角油圧室１７ａの内壁上で摺動
ばね座２２が摺動することにより位置変化が吸収される
ため、圧縮コイルばね２１は無理なく軸方向に圧縮され
る。

【００２０】以上のように本実施例のバルブタイミング
調整装置では、始動時のベーンロータ１２を最遅角位置
に保持するために圧縮コイルばね２１の付勢力を利用し
ているため、従来技術で述べた特開平９−６０５０８号
公報のようなストッパピンの咬み込みや摩耗等の動作不
良を未然に防止することができる。また、ベーンロータ
１２が中間位置にあるときベーン１２ａの両側の油圧室
１７ａ，１７ｂが共にその位置を保持する作用を奏する
ため、中間位置でのベーンロータ１２の位置ずれが大幅
に減少する。つまり、中間位置に保持されたベーンロー
タ１２が、例えば圧縮コイルばね２１の付勢力で遅角側
に位置ずれする場合、遅角油圧室１７ａ内に作動油を流
入させながらその容積を増大させるとともに、進角油圧
室１７ｂから作動油を流出させながらその容積を減少さ
せる必要があり、非常に大きな抵抗を受けることにな
る。したがって、従来技術で述べた特開昭６０−１７５
７３８号公報に記載の油圧室が片側のみのものに比較し
て、中間位置でのベーンロータ１２の位置ずれが大幅に
減少して位置補正のための切換弁３８の制御が容易とな
り、ひいては円滑に吸気弁の開閉タイミングを調整する
ことができる。

【００２１】一方、前記圧縮コイルばね２１の付勢力は
ベーンロータ１２の遅角側への回動を補助し進角側への
回動を妨げる方向に作用するため、バルブタイミングの
進角側への制御は遅角側に対して若干緩慢である。しか
しながら、進角側への制御は機関回転数や負荷増加のよ
うに比較的応答性を要求されない場合に行われるため十
分に追従可能である。逆に、ニュートラルへの変速時等
に行われる遅角側への制御は迅速さを要求されるが、圧
縮コイルばね２１の補助により速やかに遅角されること
から、より適切なタイミング制御を実現できる。

【００２２】また、ベーンロータ１２を最進角位置まで
回動させたとき、図５に示すように、各圧縮コイルばね
２１はばね凹部１９内に完全に収納される。即ち、圧縮
コイルばね２１のために特別なスペースを必要とせずに
装置の小型化を実現できる上、ばね凹部１９の形成によ
りベーンロータ１２の慣性質量が軽減されて、バルブタ
イミング制御の応答性をより高めることができる。

【００２３】（第二実施例）次に、本発明を別のバルブ
タイミング調整装置に具体化した第二実施例を説明す
る。尚、前記した第一実施例との相違は、圧縮コイルば
ね２１に代えて捻りコイルばね１０１を用いてベーンロ
ータ１２を付勢している点にある。よって、共通する構
成は同一番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に
説明する。

【００２４】図６及び図７に示すように、本実施例のば
ね凹部１０２は第一実施例のばね凹部１９に比較してベ
ーン１２ａの基端側まで延設され、遅角導入油路２９は
このばね凹部１０２内に開口している。ばね凹部１０２
内の基端側にはベーンロータ１２の軸心に沿って支軸１
０３が架設され、その支軸１０３には捻りコイルばね１
０１が巻回されている。捻りコイルばね１０１の一端は
ばね凹部１０２の内壁に、他端は遅角油圧室１７ａの内
壁にそれぞれ当接し、その付勢力によりベーンロータ１
２は常に最遅角位置側に付勢されている。

【００２５】以上のように設けられた捻りコイルばね１
０１は圧縮コイルばね２１と同様の機能を果たすため、
本実施例では第一実施例と同様の種々の作用効果が得ら
れる。また、図７に示すように、最進角位置で捻りコイ
ルばね１０１は圧縮コイルばね２１と同じくばね凹部１
０２内に完全に収納されるため、装置を小型化できると
ともにベーンロータ１２の慣性質量を軽減することがで
きる。

【００２６】加えて、図１と図６との比較から明らかな
ように傾動ばね座２０や摺動ばね座２２が省略されるた
め、部品点数を減少できる上に、捻りコイルばね１０１
の特性としてベーンロータ１２の広い回動角度にわたっ
て十分な付勢力が得られるため、カムシャフト３の位相
制御の範囲をより拡大することができる。更に、上記の
ように遅角導入油路２９がばね凹部１０２内に開口して
いるため、図７の最進角位置より遅角側に回動し始める
瞬間のベーンロータ１２には、ばね凹部１０２の受圧面
積分の油圧が作用する。つまり、遅角導入油路２９の開
口面積分しか油圧が作用しない第一実施例に比較してベ
ーンロータ１２の回動立上がりを改善し、より応答性の
良い制御を実現できる。

【００２７】ところで、上記第一実施例及び第二実施例
では、４つのベーン１２ａの内の１８０度対向する２つ
のベーン１２ａにコイルばね２１，１０１を設けたが、
要はカムシャフト３周りの回転バランスを崩さない配置
であればよく、ベーンロータ１２のベーン１２ａが偶数
なら本実施例のように対向するベーン１２ａにそれぞれ
コイルばね２１，１０１を設け、ベーン１２ａが奇数な
ら全てのベーン１２ａにコイルばね２１，１０１を設け
ればよい。また、それ以外のコイルばね２１，１０１の
配置であっても、コイルばね２１，１０１相当分のウエ
イト埋設や穴加工を行って不均衡を解消すればよい。そ
して、これにより回転バランスの悪化による種々の弊
害、例えば、カムシャフト３の回転に伴って軸受部２に
偏荷重が加わったときのフリクション増大や焼付き、或
いはカムシャフト３の回転変動による機関の不調や振動
発生等が未然に防止される。

【００２８】また、上記第一実施例及び第二実施例で
は、吸気弁の開閉タイミングを調整するバルブタイミン
グ調整装置に具体化したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、吸気弁に代えて排気弁の開閉タイミン
グ、若しくは吸排気弁の開閉タイミングを共に調整する
バルブタイミング調整装置として具体化してもよい。更
にバルブタイミング調整装置以外の、例えば従来技術で
説明した特開昭６０−１７５７３８号公報のようにディ
ーゼル式内燃機関の燃料噴射タイミングを調整する噴射
タイミング調整装置に具体化してもよい。この場合のタ
イミング調整装置は燃料噴射ポンプの入力軸に設けら
れ、その入力軸に連結されたカムの位相を機関の運転状
態に応じて調整することになる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のカム位相可
変装置によれば、作動油が送られていないときには付勢
部材によりベーン部材が確実に所定位置に保持され、作
動油が送られると両側の油圧室に作用する油圧によりベ
ーン部材が所定の位置に回動して保持されるため、動作
不良を起こすことなく円滑にベーン部材を作動させるこ
とができるとともに、ベーン部材を所定位置に保持する
際の位置ずれが減少して位置補正のための作動油供給手
段の制御が容易となり、カムの位相を適正に制御させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例のバルブタイミング調整装置の最遅
角位置を示す横断面図である。

【図２】第１図のII−II線断面図である。

【図３】第１図のIII−III線断面図である。

【図４】第１図のIV−IV線断面図である。

【図５】第一実施例のバルブタイミング調整装置の最進
角位置を示す横断面図である。

【図６】第二実施例のバルブタイミング調整装置の最遅
角位置を示す横断面図である。

【図７】第二実施例のバルブタイミング調整装置の最進
角位置を示す横断面図である。

【符号の説明】

３ カムシャフト（カム） ７ ハウジング（収容部材） ８ フロントカバー（収容部材） １２ ベーンロータ（ベーン部材） １２ａ ベーン（ベーン部） １７ａ 遅角油圧室（第一の油圧室） １７ｂ 進角油圧室（第二の油圧室） ２１ 圧縮コイルばね（付勢部材） ３５ オイルポンプ（作動油供給手段） ３８ 切換弁（作動油供給手段） １０１ 捻りコイルばね（付勢部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源により回転駆動される収容部材
   と、 ベーン部を備えるとともに、前記収容部材内の同一軸心
   上に配設されてカムと一体で収容部材に対して相対回動
   可能に設けられたベーン部材と、 前記ベーン部材を特定方向に回動付勢する付勢部材と、 前記収容部材内で前記ベーン部の両側に形成され、内部
   の油圧によりベーン部材に対向方向への回転力を付与可
   能な第一の油圧室及び第二の油圧室と、 前記第一の油圧室及び第二の油圧室に対して選択的に作
   動油を供給する作動油供給手段とを備えたことを特徴と
   するカム位相可変装置。