JPH11223113A - カム位相可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カムの位相を広範囲にわたって調整できるカ
ム位相可変装置を提供する。 【解決手段】 タイミングプーリ（４）に固定した収容
部材（７）内にベーン部材（１２）を設けてカム（３）
と連結し、その収容部材（７）外周に捻りばね部材（２
０）を配設してベーン部材（１２）を遅角側に回動付勢
し、更に収容部材（７）内に形成した油圧室の油圧でベ
ーン部材（１２）と共にカム（３）を任意の方向に回動
させる。捻りばね部材（２０）は収容部材（７）の外周
に位置して径が大きく、かつ十分な巻き数を有するため
付勢力の変化が小さく、ベーン部材（１２）の回動範囲
を広く設定可能となる。

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、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
置を挙げることができる。特開昭６０−１７５７３８号
公報に記載のように、このような調整装置ではクランク
シャフトにて回転駆動されるハウジング内に燃料噴射ポ
ンプの入力軸と一体回転するベーンロータを配置し、そ
のベーンロータを一対の圧縮コイルばねにより遅角側に
付勢するとともに、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。そして、この調整装置では、ベーンロータとその両
側に設けた固定部材との間に前記圧縮コイルばねが介装
されて、ベーンロータに付勢力を及ぼすように構成され
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
噴射タイミング装置ではベーンロータと固定部材との間
に制限されて圧縮コイルばねのスプリング長が十分に確
保できないため、ベーンロータの回動に伴い付勢力が急
変する傾向があった。その結果、ばねの撓み量が最も小
さい（付勢力が弱い）最遅角位置においてベーンロータ
を位置保持できるように比較的大きなばね定数を設定す
ると、最進角位置での付勢力が過大になって油圧による
ベーンロータの回動を妨げてしまい、必然的にベーンロ
ータの回動範囲を広く設定できないという不具合があっ
た。

【０００４】そこで、例えば特開平５−２９６０１１号
公報のように圧縮コイルばねに代えて、より安定した付
勢力を発揮する渦巻きばねを用いる提案もなされてい
る。この公報では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
整装置が記載されているが、タイミングプーリの正面に
カムシャフトの軸心を中心として渦巻きばねを配設し、
その中心端をベーンロータに、外周端をタイミングプー
リに掛止して、ベーンロータを付勢している。

【０００５】ところが、周知のように渦巻きばねは半径
方向に曲率を次第に変化させながら巻回成形するため製
造し難く、均一なばね定数を得るには厳密な品質管理を
要して製造コストが高騰するという不具合があった。ま
た、撓み量の増減に伴って巻回部分の線間距離が変化し
易く、それが高回転時の遠心力で助長されて重心が偏っ
てしまう。したがって、回転バランスの悪化による種々
の弊害、例えば、カムシャフト軸受部のフリクション増
大や焼付き、或いはカムシャフトの回転変動による機関
の不調や振動発生等を発生させる虞があった。

【０００６】本発明の目的は、カムの位相を広範囲にわ
たって調整できるとともに、安価なコストで製造でき、
かつ回転バランスの悪化による種々の弊害を未然に防止
す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。

【０００７】

【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、駆動源により回転駆動される収容部材
内にカムと一体で回動するベーン部材を配設し、この収
容部材やカム等の回転駆動される部材のいずれかの外周
に捻りばね部材を配設してベーン部材を回動付勢すると
ともに、収容部材内に形成した油圧室の油圧でベーン部
材に逆方向の回転力を付与して、ベーン部材と共にカム
を回動させる。そして、このように捻りばね部材が収容
部材やカム等の外周に設けられてある程度の径を有して
いるため、付勢力の変化が小さくなってベーン部材の回
動範囲を広く設定可能となり、更に、捻りばね部材は軸
心方向に巻回成形することから均一なばね定数が得ら
れ、かつ、撓みに伴う重心の偏りがない。

【０００８】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、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、前記収容部材内
に形成されて、内部の油圧によりベーン部材に特定方向
に回転力を付与可能な油圧室と、前記油圧室に対して作
動油を供給する作動油供給手段と、前記クランクシャフ
トにより回転駆動されるいずれかの部材の外周に軸心方
向へ螺旋状をなして配設され、一端が前記ベーン部材側
に連結されるとともに他端が前記収容部材側に連結され
て、前記油圧室による回転力と逆方向にベーン部材を回
動付勢する捻りばね部材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。

【０００９】

【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の軸心を中心として図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。尚、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。

【００１０】タイミングプーリ４の一側面には、収容部
材としての略円筒状のハウジング７と円盤状のフロント
カバー８とがボルト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。

【００１１】ベーンロータ１２は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１２
ｂが形成され、それぞれのベーン１２ａ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１０
ａ，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１２
ａの両側には遅角油圧室１７ａと油圧室としての進角油
圧室１７ｂとが形成されている。

【００１２】そして、ベーンロータ１２は、図１に実線
で示すように各ベーン１２ａの一側を油圧室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、仮想線で示すように各ベーン１２ａの他側を
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の軸心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。尚、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。

【００１３】ベーンロータ１２にはカムボルト１４の頭
部１４ａを取り囲む環状シール部１２ｃが一体形成さ
れ、そのシール部１２ｃはフロントカバー８に貫設され
たシール孔８ａ内に回動可能に嵌め込まれて、Ｘリング
１５により油密を保持されている。フロントカバー８に
はばねカバー１９が側方より重ねられ、ばねカバー１９
の中心部はベーンロータ１２の環状シール部１２ｃの中
央に前記カムボルト１４で共締めされるとともに、環状
シール部１２ｃに形成された位置決め突部１２ｄにて回
転を規制されている。

【００１４】ばねカバー１９は有底円筒状をなしてフロ
ントカバー８とハウジング７を外部より隠蔽し、ばねカ
バー１９の内周とハウジング７の外周との間には捻りば
ね部材としての捻りコイルばね２０が配設されている。
捻りコイルばね２０はカムシャフト３の軸心方向へ同一
径で螺旋状に巻回されており、この捻りコイルばね２
０、ハウジング７及びばねカバー１９の軸心はカムシャ
フト３の軸心と一致している。捻りコイルばね２０の一
端２０ａはばねカバー１９の掛止溝１９ａ内に掛け止め
され、他端２０ｂは前記タイミングプーリ４の掛止孔４
ｂ内に掛け止めされ、その付勢力によりばねカバー１９
と共にベーンロータ１２は常に図１に実線で示す最遅角
位置側に付勢されている。

【００１５】尚、捻りコイルばね２０は撓みに伴って若
干外径を変化させる性質を有するが、本実施例では、撓
み量が最小で捻りコイルばね２０が最も拡径したときで
も、ばねカバー１９の内周との間に微小な間隔Δ１が確
保され、逆に撓み量が最大で捻りコイルばね２０が最も
縮径したときでも、ハウジング７の外周との間に微小な
間隔Δ２が確保されるように、ばねカバー１９の内径と
ハウジング７の外径とが設定されている。

【００１６】一方、ばねカバー１９の一側にはバランス
調整孔２１が形成されており、バルブタイミング調整装
置をカムシャフト３にカムボルト１４で連結した状態、
つまりシリンダヘッド１への組付け前のアセンブリ状態
で、このバランス調整孔２１にてバランス調整が行われ
ている。図１及び図３に示すように、ベーンロータ１２
には一端がそれぞれ進角油圧室１７ｂ内に開口する４本
の進角導入油路２３が形成され、各進角導入油路２３の
他端は第一油路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。

【００１７】同様に、ベーンロータ１２には一端がそれ
ぞれ遅角油圧室１７ａ内に開口する４本の遅角導入油路
２９が形成され、各遅角導入油路２９の他端は第三油路
３０及び第四油路３１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。

【００１８】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。

【００１９】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、捻りコイルばね２０の付勢力で図１に実線
で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３５からの作動油は遅角供給油路３３、第四油路３
１、第三油路３０及び遅角導入油路２９を経て遅角油圧
室１７ａ内に導入され、その油圧は捻りコイルばね２０
の付勢力と同方向に作用する。尚、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
は専ら捻りコイルばね２０が果たす。

【００２０】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２
８、第二油路２６、第一油路２５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１２は捻りコイルばね２０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。

【００２１】ところで、周知のようにベーンロータ１２
には吸気弁を開閉する際の正・負のトルク変動がカムシ
ャフト３を介して伝達されるため、捻りコイルばね２０
のばね定数としては、撓み量が最も小さい（付勢力が弱
い）最遅角位置でもトルク変動に抗してベーンロータ１
２を位置保持できるようにある程度大きな値を設定する
必要がある。ここで、本実施例では捻りコイルばね２０
がハウジング７の外周に設けられていることから径が十
分に大きく、かつ十分な巻き数を有するため、ベーンロ
ータ１２の回動に伴う捻りコイルばね２０の付勢力の変
化は極めて小さい。

【００２２】つまり、ばね２０の撓み量が最も大きい
（付勢力が強い）最進角位置でもその付勢力は油圧によ
るベーンロータ１２の回動を妨げる虞のない小さな値に
抑制されるため、ベーンロータ１２の回動範囲、換言す
れば吸気弁の開閉タイミングの調整範囲として、機関設
計上の要求を十分に満たした広い範囲を設定できる。し
かも、最進角位置でも捻りコイルばね２０の付勢力がそ
れほど増大しないため、ベーンロータ１２を高い応答性
で回動制御できる。その結果、より適切なタイミング制
御を実現して、内燃機関の性能を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００２３】加えて、最進角位置でも捻りコイルばね２
０の付勢力が小さな値に抑制されることから、その両端
を掛止する掛止孔４ｂや掛止溝１９ａの摩耗、或いはタ
イミングプーリ４やばねカバー１９の強度等を特に留意
することなく設計できる上に、これらの部材を軽量化し
て内燃機関の応答性を向上させることができる。一方、
周知のように捻りコイルばね２０は同一の曲率を維持し
て軸心方向（図２の左右方向）に巻回成形するため非常
に製造し易く、特に厳密な品質管理を要することなく均
一なばね定数が得られる。よって、安価なコストで捻り
コイルばね２０を製造でき、ひいては調整装置全体の製
造コストを低減することができる。

【００２４】更に、捻りコイルばね２０は前記のように
撓みに伴って若干径を変化させるものの、その巻回部分
のいずれの箇所も回転中心であるカムシャフト３の軸心
から常に等距離に位置する。したがって、高回転時の遠
心力を受けても巻回部分が半径方向（カムシャフト３の
軸心と直交する方向）に撓んで重心が偏ることはなく、
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を未然に防止
することができる。

【００２５】加えて、捻りコイルばね２０は、圧縮コイ
ルばねのように圧縮時に屈曲してしまう等の予定外の変
位を生ずる虞はなく、このような変位で引き起こされる
他部材との接触による摩耗や引っかかりによる動作不良
等のトラブルを防止することができる。更に、前記のよ
うに捻りコイルばね２０の外周側にはばねカバー１９の
内周が位置し、内周側にはハウジング７の外周が位置し
ていることから、何らかの要因により、捻りコイルばね
２０の巻回部分が遠心力で半径方向に撓んだ場合であっ
ても、これらの部材１９，７で撓みが規制されて重心の
偏りは最小限に抑制される。その上、万一捻りコイルば
ね２０が折損したときでも、ばねカバー１９によりエン
ジンルーム内への破片の飛散が防止されるため、破片に
よって引き起こされる機関停止等の二次的なトラブルを
未然に回避できる。

【００２６】（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、捻りコイルば
ね１０２の取付構造にある。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。

【００２７】図４に示すように、シリンダヘッド１の軸
受部２にはオイルシール６により閉塞されたばね収容室
１０１が形成され、ばね収容室１０１内にはカムシャフ
ト３の軸心方向へ同一径で螺旋状に巻回した捻りばね部
材としての捻りコイルばね１０２が配設されている。捻
りコイルばね１０２の一端１０２ａはタイミングプーリ
４のボス部４ａに形成された掛止溝１０３内に掛け止め
され、他端１０２ｂはカムシャフト３の外周に形成され
た掛止溝１０４内に掛け止めされ、この捻りコイルばね
１０２の付勢力により、カムシャフト３はベーンロータ
１２と共に最遅角位置側に付勢されている。

【００２８】詳細はしないがカムボルト１０５には油路
１０６が貫設され、前記第一実施例と同様に、この油路
１０６等を経て図示しないポンプからの作動油が遅角油
圧室１７ａや進角油圧室１７ｂ内に供給されて、ベーン
ロータ１２が遅角側或いは進角側に回動制御される。そ
して、このようにベーンロータ１２の回動付勢に捻りコ
イルばね１０２を利用しているため、本実施例では第一
実施例と同様の種々の作用効果を得ることができる。

【００２９】ところで、上記第一実施例及び第二実施例
では、遅角油圧室１７ａ及び進角油圧室１７ｂの油圧に
よりベーンロータ１２を進角側や遅角側に回動させた
が、遅角油圧室１７ａの油圧は必ずしも作用させる必要
はなく、例えば従来技術で説明した特開昭６０−１７５
７３８号公報と同様に、ベーンロータ１２の遅角側への
回動は捻りコイルばね２０，１０２の付勢力のみで行う
ように構成してもよい。

【００３０】また、上記第一実施例及び第二実施例で
は、捻りコイルばね２０，１０２を長さ方向全体に同一
径で巻回したが、必ずしも全体を同一径とする必要はな
く、例えば、第一実施例のハウジング７の外周形状や第
二実施例のカムシャフト３の外周形状等に合わせて、捻
りコイルばね２０，１０２の径を長さ方向に若干変化さ
せてもよい。

【００３１】更に、上記第一実施例では捻りコイルばね
２０をハウジング７の外周に設け、第二実施例では捻り
コイルばね１０２をカムシャフト３の外周に設けたが、
その設置位置は、タイミングプーリ４周辺の部材レイア
ウトに応じて種々に変更でき、要はタイミングプーリ４
と共にクランクシャフトにより回転駆動される部材の外
周であればよい。

【００３２】また、上記第一実施例では、捻りコイルば
ね２０とハウジング７の外周及びばねカバー１９の内周
との間に間隔Δ１，Δ２を設けたが、必ずしも各部材２
０，７，１９を常に離間させる必要はなく、相互に接触
させてもよい。一方、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。

【００３３】

【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、付勢力の変化が小さい捻りばね部材に
てベーン部材を回動付勢しているため、その回動範囲を
広く設定してカムの位相を広範囲に調整することができ
る。また、捻りばね部材は均一なばね定数が容易に得ら
れるため製造コストを低減でき、かつ、撓みに伴う重心
の偏りがないため、回転バランスの悪化による種々の弊
害を未然に防止することができる。

【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】第二実施例のバルブタイミング調整装置を示す
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） １７ｂ 進角油圧室（油圧室） ２０，１０２ 捻りコイルばね（捻りばね部材） 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）

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、 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、 前記収容部材内に形成されて、内部の油圧によりベーン
   部材を前記収容部材に対し進角方向又は遅角方向に回転
   力を付与可能な油圧室と、 前記油圧室に対して作動油を供給する作動油供給手段
   と、 前記駆動源により回転駆動されるいずれかの部材の外周
   に軸心方向へ螺旋状をなして配設され、一端が前記ベー
   ン部材側に連結されるとともに他端が前記収容部材側に
   連結されて、前記油圧室による前記遅角方向への回転力
   と逆方向にベーン部材を回動付勢する捻りばね部材とを
   備えたことを特徴とするカム位相可変装置。