JPH1181929A - 内燃機関の可変バルブタイミング機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】只１つの回転締結手段によってカムシャフトに
締結保持する場合であれ、カム駆動トルクの変動に起因
する回転締結手段の緩みの発生を、確実に防止可能な内
燃機関の可変バルブタイミング機構を提供する。 【解決手段】可変バルブタイミング機構１１は、カムシ
ャフト１３の先端部にナット２１によって締結されてい
る。ナット２１の締結方向は、カムシャフトの回転方向
とは逆向きとなっている。カム駆動トルクの変動に起因
するナット２１への反力はナット２１の締結方向に作用
するため、ナット２１の締結力は低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸排気
バルブの開閉時期を運転条件に応じて可変とするための
内燃機関の可変バルブタイミング機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の可変バルブタイミング機構
は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトと同期回
転するタイミングプーリやスプロケット、ドリブンギア
等の駆動伝達輪を介して回転駆動されるカムシャフトの
クランクシャフトに対する相対回転位相を可変とする機
構である。この機構により、負荷や回転数などの内燃機
関の運転状態に応じて吸排気バルブの開閉時期を適宜調
整することができる。したがって、幅広い運転領域にわ
たり、内燃機関の燃費や出力、エミッション等を向上さ
せることが可能となる。

【０００３】こうした可変バルブタイミング機構の一例
として、特開平８−１２１１２３号公報に記載の内燃機
関用バルブタイミング調整装置が知られている。上記公
報に記載されたような形式の可変バルブタイミング機構
は、内燃機関のクランクシャフトに駆動連結された駆動
伝達輪と一体回転する第１の回転体と、カムシャフトと
一体となって回転する第２の回転体とを備えている。上
記第２の回転体には、カムシャフトの半径方向にのびる
ベーンが突出形成されている。このベーンは、第１の回
転体に形成された凹部内に配設されている。さらに、こ
の凹部内には、ベーンによって区画されることによって
２つの油圧室が形成されている。そして、これらの油圧
室内の油圧を変化させることで、前記両回転体を相対回
動させることが可能となる。この相対回動により、カム
シャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変更す
る。よって、カムシャフトによって開閉駆動される吸排
気バルブの開閉時期を変更することが可能となる。この
ような構成の可変バルブタイミング機構は一般に「ベー
ン式可変バルブタイミング機構」と呼ばれる。

【０００４】そして通常、こうしたベーン式可変バルブ
タイミング機構は、カムシャフトの先端または後端ある
いはそれらの付近に設けられており、ボルトやナット等
の回転締結手段によってカムシャフトに連結する構造が
採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載の可変バルブタイミング機構の場合、上記回転締結
手段による当該機構（第２の回転体）のカムシャフトへ
の締結保持が２つの回転締結手段（ボルト）によってな
される構造となっている。そのため、締結構造が複雑で
あるばかりかその締結にかかる作業も煩わしく、コスト
的にも不利なものとなっている。

【０００６】そこで、上記回転締結手段におる可変バル
ブタイミング機構（第２の回転体）のカムシャフトへの
締結保持を、同カムシャフトの軸線と一致する軸線を有
するただ１つの回転締結手段にて行う構造が考えられる
が、その場合には以下のような不都合も無視できないも
のとなる。

【０００７】すなわち、こうした可変バルブタイミング
機構には通常、カムシャフトの回転に伴い、同シャフト
に設けられたカムが吸排気バルブを開閉駆動させる際に
生じるカム駆動トルクが作用する。そしてこのカム駆動
トルクは、吸排気バルブの開閉に起因して大きく変動す
る。

【０００８】このようなカム駆動トルクの変動を、直列
４気筒・ＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフ
ト）・４バルブ・エンジン（以下、単に直４エンジンと
記す）の場合を例として、図７のグラフを用いて説明す
る。

【０００９】ここで、図７（ａ）はカムシャフトの回転
位相と吸排気バルブの開度との関係を、図７（ｂ）はそ
の時のカム駆動トルクの推移を示している。なお以下で
は、カムシャフトの回転方向と逆方向に作用するカム駆
動トルクを正として説明する。

【００１０】吸排気バルブが開かれるときには、カムは
バルブスプリングの付勢力に抗してバルブリフタを押す
ため、可変バルブタイミング機構には正方向のカム駆動
トルクが作用する。一方、吸排気バルブが閉じられると
きには、カムがバルブスプリングの付勢力により付勢さ
れるため、同可変バルブタイミング機構には負方向のカ
ム駆動トルクが作用する。

【００１１】直４エンジンの場合、１本のカムシャフト
にはエンジンの各気筒毎に２つ、計８個のカムが取り付
けられている。これら各組のカムは、それぞれ９０°の
角度差（位相差）をもって配列されている。したがっ
て、それぞれの気筒の吸排気バルブは、カムシャフトが
１回転する間にπ／２の角度間隔をおいて開閉駆動され
ている。

【００１２】また各吸排気バルブは、それぞれ１サイク
ルの約３分の１程度の間、開かれた状態となっている。
そのため各気筒の吸排気バルブが開かれている時期は、
図７（ａ）に示すように、それぞれオーバーラップして
いる。このオーバーラップの間は、１つの気筒の吸排気
バルブを閉じる際に発生する負方向のカム駆動トルク
と、別の気筒の吸排気バルブを開こうとする次の組のカ
ムによって生じる正方向のカム駆動トルクとが互いに打
ち消し合う。そのため、オーバーラップ期間中のカム駆
動トルクの変動量は比較的小さくなる。

【００１３】そしてその結果、直４エンジンにおけるカ
ム駆動トルクは、例えば図７（ｂ）に示すような態様で
その増減を繰り返している。次に、Ｖ型６気筒・ＤＯＨ
Ｃ・４バルブ・エンジン（以下、単にＶ６エンジンと記
す）の場合おけるカム駆動トルクの変動について図８の
グラフを用いて説明する。

【００１４】Ｖ６エンジンの場合、一本のカムシャフト
には２対３組、計６個のカムが取り付けられている。各
組のカムは、それぞれ１２０°の角度差（位相差）をも
って配列されている。したがって、それぞれの気筒の吸
排気バルブは、カムシャフトが１回転する間に２π／３
の角度間隔をおいて開閉駆動されている。

【００１５】また、各吸排気バルブの開かれている期間
は、先と同様に１サイクルの約１／３程度である。一
方、各気筒の吸排気バルブが開かれている時期は、図８
（ａ）に示されるように全くオーバーラップしないか、
たとえオーバーラップしたとしてもわずかな期間に限ら
れる。そのため、直４エンジンのような正方向と負方向
のカム駆動トルクの相殺がほとんど発生せず、カムシャ
フトに作用するカム駆動トルクの変動は、例えば図８
（ｂ）に示すように、非常に大きくなる。

【００１６】いずれにせよこうした吸排気バルブの開閉
駆動に起因するカム駆動トルクの変動は可変バルブタイ
ミング機構にとって無視し得ないものであり、可変バル
ブタイミング機構の機能に種々の悪影響を及ぼすように
なる。特にベーン式の可変バルブタイミング機構では、
同機構（第２の回転体）とカムシャフトとを連結する上
記ボルトやナット等の締結手段がこのカム駆動トルクの
変動によって徐々に緩むおそれもある。

【００１７】以下、その理由について説明する。前述し
た第１の回転体と第２の回転体との相対回動は、ベーン
両側に設けられた油圧室内の油圧によって制限されてい
る。通常、この油圧室内は、カムシャフトと連結された
第２の回転体にカム駆動トルク変動が作用しても相対回
動を制限可能な十分に高い油圧に保たれている。

【００１８】ところが、エンジン始動直後、あるいは同
機構の最遅角状態、さらには何らかの異常により進角側
の油圧室の油が不足した場合などには、ベーンの遅角側
面が凹部側壁に直接叩きつけられることがある。また前
述したように、カムシャフトに作用するカム駆動トルク
はその回転に伴って変動するため、このような場合、該
衝突はカムシャフトの回転に伴い何度も発生する。特に
Ｖ６エンジンでは、カム駆動トルクが負方向にも作用す
るため、カム駆動トルクの変動周期毎に第２の回転体が
第１の回転体に対して揺動し、カムシャフトが１回転す
る毎に３度づつ、ベーンと凹部側壁との衝突が繰り返さ
れるようになる。

【００１９】そして、こうした構成のベーン式可変バル
ブタイミング機構の場合、ベーンと凹部側壁との衝突に
よる衝撃力が上記回転締結手段にもその反力として作用
し、衝撃力（反力）が回転締結手段の締め付け軸力を上
回る場合には、その締結も自ずと緩むこととなる。

【００２０】なお、こうした緩み防止対策としては、緩
み防止剤の使用や凹凸関係による緩み防止構造の追加な
ども考えられるが、いずれも、構造や製造工程が複雑化
し、ひいては生産費用の増大を招く結果となる。しか
も、こうした対策を施したとしても、緩みの発生を完全
に防止できるとは保証できないため、信頼性も十分では
ない。

【００２１】また、以上ではベーン式の可変バルブタイ
ミング機構に言及したが、他のいわゆるリングギア式
（油圧ピストン式）の可変バルブタイミング機構にあっ
ても、同機構のカムシャフトへの締結を只１つの回転締
結手段にて行う場合には、概ね上記に準じた不都合を伴
うこととなる。

【００２２】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、只１つの回転締結手段によ
ってカムシャフトに締結保持する場合であれ、カム駆動
トルクの変動に起因する同回転締結手段の緩みの発生
を、確実に防止可能な内燃機関の可変バルブタイミング
機構を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、内燃機関のカムシャフ
ト端部若しくはその近傍に回転締結手段により締結保持
されて同カムシャフトの機関出力軸に対する相対回転位
相を可変とする内燃機関のバルブタイミング機構におい
て、前記回転締結手段はその軸線が前記カムシャフトの
軸線と一致するように設けられるとともに、その回転締
結方向が同カムシャフトの回転駆動方向と逆方向に設定
されていることをその要旨とする。

【００２４】同構成によれば、上記回転締結手段に対し
てカムシャフトの回転駆動方向と逆方向の反力が作用す
る場合であれ、その反力には同回転締結手段の締結力が
より強まる方向に作用するため、これに緩みが生じるよ
うなこともなくなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明にかかる可変バルブ
タイミング機構をＶ型６気筒・ＤＯＨＣ・４バルブ・エ
ンジンに適用した第１の実施の形態について、図１〜図
４を参照して詳細に説明する。

【００２６】図１は、可変バルブタイミング機構を含
む、当該エンジンの片側３気筒分の動弁系の構成を示し
ている。エンジンの出力軸であるクランクシャフト１４
の端部に設けられたクランクプーリ１６には、タイミン
グベルト１７が巻き掛けられている。クランクシャフト
１４の回転は、タイミングベルト１７を介してカムプー
リ１５に伝達され、排気側カムシャフト１２はクランク
シャフト１４と同期して回転される。排気側カムシャフ
ト１２の回転は、ドライブギア１９を介してドリブンギ
ア２０へと伝達される。ドリブンギア２０の回転は、可
変バルブタイミング機構１１を介して吸気側カムシャフ
ト１３へと伝達される。こうして排気側カムシャフト１
２及び吸気側カムシャフト１３が回転すると、これらカ
ムシャフトに設けられたカム１８によりエンジンのシリ
ンダヘッド（図示しない）に設けられた排気バルブ及び
吸気バルブ（同じく図示しない）が開閉駆動される。

【００２７】次に、可変バルブタイミング機構１１の基
本的構造を説明する。図２に、同機構の断面構造を示
す。可変バルブタイミング機構１１は、吸気側カムシャ
フト１３の先端付近に組み付けられている。なお、吸気
側カムシャフト１３は同図２に矢指するように、可変バ
ルブタイミング機構１１から見て時計回り方向に回転す
るものとする。

【００２８】吸気側カムシャフト１３には、回転締結手
段であるナット２１（図１参照）によって、先の第２の
回転体に相当する内部ロータ２２が一体回転可能に取り
付けられている。また、この内部ロータ２２の外周及び
前面を覆うようにして、ハウジング２４が取り付けられ
ている。更にハウジング２４は、２本のボルト３４によ
ってドリブンギア２０と一体回転可能なように固定され
ている。なお、これらハウジング２４及びドリブンギア
２０が先の第１の回転体に相当する。

【００２９】上記内部ロータ２２の外周側面からは、吸
気側カムシャフト１３の径方向にのびる２つのベーン２
３が突出形成されている。また、ベーン２３の一方（図
２上側）の反時計回り方向の側面には、突起状のストッ
パ２５が突出形成されている。

【００３０】更にハウジング２４の内周側面には、ベー
ン２３が収容される凹部２６が形成されている。そし
て、ベーン２３の先端は凹部２６の内周側面に、ハウジ
ング２４の内周側面は内部ロータ２２の外周側面にそれ
ぞれ摺接されている。これら内部ロータ２２及びハウジ
ング２４は吸気側カムシャフト１３の軸心を中心として
相対回動可能となっている。

【００３１】なお、上記ストッパ２５は、内部ロータ２
２がハウジング２４に対して反時計回り方向に最も相対
回動した場合にも、ベーン２２の側面と凹部２６の内周
側面とが直接接触しないよう保持するためのものであ
る。

【００３２】凹部２６内には、ベーン２３によって区画
される２つの油圧室が形成されている。これらの油圧室
の内、ベーン２３から見て反時計回り方向側のものを進
角側油圧室２７、時計回り方向側のものを遅角側油圧室
２８と呼ぶこととする。

【００３３】これら進角側油圧室２７及び遅角側油圧室
２８には、それぞれ進角側油通路２９及び遅角側油通路
３０が接続されている。これら進角側油通路２９及び遅
角側油通路３０の他端は、オイルコントロールバルブ３
１（以下、単にＯＣＶ３１と記す）に接続されている。
ＯＣＶ３１はオイルポンプ３２がオイルパン３３内より
吸引し、加圧吐出した油を進角側油通路２９及び遅角側
油通路３０の一方あるいは両方に選択的に供給する。こ
うして、上記進角側油圧室２７及び遅角側油圧室２８内
の油圧が適宜調整される。

【００３４】例えば、吸気バルブの開閉時期を早める場
合には、進角側油圧室２７内の油圧を高め、遅角側油圧
室２８内の油圧を低くする。各油圧室２７，２８間の油
圧差により、ベーン２３には時計回り方向の力が作用す
る。内部ロータ２２は、この力に基づきハウジング２４
に対して時計回り方向に相対回動する。こうして、吸気
側カムシャフト１３の回転位相は、クランクシャフト１
４あるいは吸気側カムシャフト１２の回転位相に対して
早められる。

【００３５】反対に排気弁の開閉時期を遅くする場合に
は、進角側油圧室２７内の油圧を低め、遅角側油圧室２
８内の油圧を高くする。内部ロータ２２は、両油圧室２
７，２８間の油圧差によってハウジング２４に対して反
時計回り方向に相対回動し、吸気側カムシャフト１３の
回転位相がクランクシャフト１４あるいは吸気側カムシ
ャフト１２の回転位相に対して遅れる。

【００３６】また、排気弁の開閉時期を固定する場合に
は、進角側油圧室２７及び遅角側油圧室２８内の油圧を
均衡させる。これによりベーン２３の両側面に作用する
力がつり合うため、内部ロータ２２の相対回動が制限さ
れ、排気側カムシャフトの回転位相が固定される。

【００３７】つぎに、可変バルブタイミング機構１１の
吸気側カムシャフト１３への取付構造について説明す
る。図３に、可変バルブタイミング機構１１及び吸気側
カムシャフト１３の側部断面構造を示す。

【００３８】内部ロータ２２の先端側には、断面略Ｌ字
形状をなす円環形状のカラー３５が配設されている。一
方、吸気側カムシャフト１３において、ドリブンギア２
０が遊嵌される部分は拡径されている。内部ロータ２２
は、この拡径部１３ａの先端側端面及びカラー３５によ
って挟まれる格好となっている。

【００３９】また、吸気側カムシャフト１３の先端部側
面にはねじ溝が切られており、該ねじ溝に回転締結手段
に相当するナット２１が取り付けられる。内部ロータ２
２は、このナット２１の締め付け力により拡径部１３ａ
とカラー３５とによって挟み込まれ、更に図示しない固
定ピン等により吸気側カムシャフト１３と一体回転可能
なように固定される。そして本実施の形態において、上
記ナット２１の締め付け方向は、図４に示されるよう
に、吸気側カムシャフト１３の回転駆動方向に対して逆
方向となっている。

【００４０】一方、ハウジング２４及びドリブンギア２
０は、図３に示されるようにボルト３４によって一体に
固定されるとともに、内部ロータ２２を挟み込む格好
で、上記拡径部１３ａの外周に遊嵌されている。こうし
て、ハウジング２４及びドリブンギア２０は、内部ロー
タ２２及び吸気側カムシャフト１３に対して相対回動可
能に支持される。

【００４１】ここで前述のように、エンジン始動直後、
あるいは同機構の最遅角状態、さらには何らかの異常に
より進角側の油圧室の油が不足した場合などには、内部
ロータ２２はハウジング２４に対して図１における反時
計回り方向に相対回動する。そして、上記ストッパ２５
の先端が凹部２６の反時計回り方向側の側壁と衝突す
る。また、先の図８に例示した態様でのカム駆動トルク
の変動により、吸気側カムシャフト１３の回転中、何度
もこの衝突が繰り返される。そして、こうした衝突によ
る衝撃力は、吸気側カムシャフト１３とナット２１との
締結部分にも反時計回り方向への回転力として伝達され
る。しかし本実施の形態にあっては、ナット２１のこの
方向への回転力は、その締結力を更に強める方向に働く
ものであり、こうしたカム駆動トルクの変動に起因する
締結手段の緩みの発生は確実に防止されるようになる。

【００４２】以上詳述したように、本実施の形態に係る
内燃機関の可変バルブタイミング機構によれば、次の様
な効果が得られるようになる。・カム駆動トルクの変動
に起因する回転締結手段の緩みの発生を、きわめて簡易
な構成で確実に防止可能となる。

【００４３】・回転締結手段の緩み止め防止構造を特に
設ける必要がないため、部材や製造工程の簡略化を図る
ことができ、ひいてはコストの削減が可能となる。 （第２の実施の形態）続いて、本発明の内燃機関の可変
バルブタイミング機構にかかる第２の実施の形態につい
て説明する。

【００４４】なお、本実施の形態において、可変バルブ
タイミング機構１１と吸気側カムシャフト１３との取付
構造以外の部分は第１の実施の形態と共通するものであ
り、以下では、この共通する部分について重複する説明
は割愛する。

【００４５】図５は、本実施の形態に係る可変バルブタ
イミング機構１１及び吸気側カムシャフト１３の側部断
面構造を示す。同図５に示されるように、本実施の形態
において、吸気側カムシャフト１３の拡径部１３ａより
先端側の部分は、第１の実施の形態のように内部ロータ
２２を貫通するほどには長くなっておらず、またその先
端にはボルト穴３６が形成されている。

【００４６】一方、内部ロータ２２の先端側にはカラー
３７が配設されており、内部ロータ２２はカラー３７と
拡径部１３ａの先端側端面とに挟まれる格好となってい
る。そして、カラー３７先端側より内部ロータ２２を貫
通して、ボルト穴３６に対して回転締結手段であるセン
タボルト３８が取り付けられる。このセンタボルト３８
の締め付け力によって、カラー３７と拡径部１３ａの間
に内部ロータ２２を挟み込み、更に図示しない固定ピン
等により、内部ロータ２２及び吸気側カムシャフト１３
を一体回転可能に固定する。

【００４７】また、図６に示されるように、このセンタ
ボルト３８の締め付け方向は、吸気側カムシャフト１３
の回転駆動方向に対して逆方向となっている。したがっ
て、本実施の形態によっても、、第１の実施の形態と同
様に、 ・カム駆動トルクの変動に起因する回転締結手段の緩み
の発生を、きわめて簡易な構成でもって確実に防止可能
となる。

【００４８】・回転締結手段の緩み止め防止構造を特に
設ける必要がないため、部材の簡略や製造工程の縮小を
図ることができ、ひいては製造費用の削減が可能とな
る。等々の優れた効果が得られるようになる。

【００４９】なお、第１及び第２の実施の形態は、以下
のように変更することもできる。 ・以上の各実施の形態では、２つのベーン２３を有する
可変バルブタイミング機構について説明したが、１つあ
るいは３つ以上のベーンを持つ可変バルブタイミング機
構にも本発明は同様に適用可能である。

【００５０】・以上の各実施の形態では、カム駆動トル
クの変動が特に著しいＶ型６気筒エンジンに本発明を適
用する場合について説明したが、直列４気筒、直列６気
筒、Ｖ型８気筒エンジン等の他の形式のエンジンに対し
ても本発明は適用可能であり、同様の効果を得ることが
できる。

【００５１】・以上の各実施の形態において、排気側カ
ムシャフト１２と吸気側カムシャフト１３とを入れ替え
た構成とすることも可能である。すなわち、可変バルブ
タイミング機構１１を排気側カムシャフト１２に設ける
構成とすることも可能である。また、可変バルブタイミ
ング機構１１を排気側カムシャフト１２及び吸気側カム
シャフト１３の両方に設ける構成とすることも可能であ
る。

【００５２】・以上の各実施の形態において、排気側カ
ムシャフト１２に設けられたドライブギア１９と可変バ
ルブタイミング機構１１のドリブンギア２０とによっ
て、排気側カムシャフト１２と吸気側カムシャフト１３
とを駆動接続する構成としたが、これら両カムシャフト
１２、１３をベルトを介して駆動接続するよう構成する
ことも可能である。

【００５３】・以上の各実施の形態において、可変バル
ブタイミング機構１１はいわゆるベーン式のものとした
が、これをリングギア式（油圧ピストン式）の可変バル
ブタイミング機構に変更しても良い。

【００５４】

【発明の効果】本発明の内燃機関の可変バルブタイミン
グ機構によれば、カム駆動トルクの変動に起因する回転
締結手段の緩みの発生を、きわめて簡易な構成で確実に
防止できるという優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る可変バルブタ
イミング機構を含むエンジンの動弁系を示す構成図。

【図２】同機構の正面断面構造を示す断面図。

【図３】同機構の側部断面構造を示す断面図。

【図４】カムシャフトに対する同機構の取付構造を示す
斜視図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る可変バルブタ
イミング機構の側部断面構造を示す断面図。

【図６】カムシャフトに対する同機構の取付構造を示す
斜視図。

【図７】直列４気筒エンジンにおける吸排気バルブの開
度とカム駆動トルクの推移を示すグラフ。

【図８】Ｖ型６気筒エンジンにおける吸排気バルブの開
度とカム駆動トルクの推移を示すグラフ。

【符号の説明】

１１…可変バルブタイミング機構、１３…吸気側カムシ
ャフト、１４…クランクシャフト、２０…ドリブンギ
ア、２１…ナット（回転締結手段）、２２…内部ロータ
（第２の回転体）、２３…ベーン、２４…ハウジング
（第１の回転体）、２６…凹部、２７…進角側油圧室、
２８…遅角側油圧室、３８…センタボルト（回転締結手
段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のカムシャフト端部若しくはその
   近傍に回転締結手段により締結保持されて同カムシャフ
   トの機関出力軸に対する相対回転位相を可変とする内燃
   機関のバルブタイミング機構において、 前記回転締結手段はその軸線が前記カムシャフトの軸線
   と一致するように設けられるとともに、その回転締結方
   向が同カムシャフトの回転駆動方向と逆方向に設定され
   ていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミン
   グ機構。