JPH051513A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造作業能率の向上とコストの低廉化を図る
と共に、高精度でかつ応答性の良いバルブタイミング制
御が得られる。また、装置の軸方向の長さ及び径方向の
長さを短尺化することにより、エンジンルーム内でのレ
イアウトの自由度が向上する。 【構成】 カムシャフト１とドリブンスプロケット３と
の相対回動をカムシャフト１の回転トルク変動を利用し
た装置であって、前記両者１，３の最大相対回動位置
を、ストッパ機構４と、内外２重のクラッチスプリング
２０，２１を両者２０，２１間のカラー部材２２によっ
て緊締，解除するクラッチ機構５，６とによって保持す
ると共に、該各クラッチ機構５，６の前記緊締，解除作
用を切替機構７によって相対的に切り替えるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気バルブ
あるいは排気バルブの開閉時期を運転状態に応じて可変
制御するバルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種バルブタイミング制御装置
としては、種々提供されており、その一例として米国特
許第４,２３１,３３０号公報に記載されたものなどが知
られている。

【０００３】概略を説明すれば、吸気・排気バルブを開
閉制御するカムシャフトは、前端部の外周に外歯が形成
されていると共に、前端部にスリーブが互いの雌雄ねじ
部を介して螺着固定されている。一方、該スリーブ及び
カムシャフト前端部の外側に配置支持されたスプロケッ
トは、筒状本体の外周に機関の回転力がタイミングチェ
ーンを介して伝達される歯車を備えていると共に、内周
には内歯が形成されている。そして、この内歯と上記カ
ムシャフトの外歯との間に、内外周の歯のうち少なくと
もいずれか一方がはす歯に形成された筒状歯車が噛合し
ており、この筒状歯車を、機関運転状態に応じて油圧回
路の油圧や圧縮スプリングのばね力によりカムシャフト
の軸方向へ移動させることによって、該カムシャフトを
スプロケットに対して相対回動させて吸気・排気バルブ
の開閉時期を制御するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記従来の
バルブタイミング制御装置にあっては、スプロケットと
カムシャフトとを、筒状歯車の内外周の少なくともいず
れか一方に形成されたはす歯を利用して相対回転させる
ようにしており、このはす歯は、スプロケットの内歯あ
るいはカムシャフトの外歯との良好な噛合い精度を確保
するために、高精度な加工が要求される。この結果、該
はす歯の加工作業が煩雑となり、加工作業能率の低下
と、加工コストの高騰を招いている。

【０００５】しかも、筒状歯車がカムシャフトの軸方向
へ延設されていると共に、該軸方向へ大きく移動するよ
うになっているため、バルブタイミング制御装置の大き
な設置スペースが必要となる。この結果、内燃機関の大
型化が余儀なくされ、エンジンルームの大きさによって
は、該装置の設置が不可能になる虞がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の実
情に鑑みて案出されたもので、とりわけ回転体とカムシ
ャフトとの間に、該両者の正逆最大相対回動を規制する
ストッパ機構を設けると共に、互いに逆方向に巻装され
た内外２重のクラッチスプリングにより前記正逆最大相
対回動位置を決定するクラッチ機構を設け、かつ前記回
転体とカムシャフトとの間に、該両者の正逆最大相対回
動を規制するストッパ機構を設けると共に、前記回転体
とカムシャフトとの内外２重の対向部位に同一方向に巻
装された内外２重のクラッチスプリングと、該両クラッ
チスプリングの間に回転自在に設けられて、該クラッチ
スプリングの各一端部が止着されたカラー部材とを備え
たクラッチ機構を設け、かつ機関運転状態に応じて前記
カラー部材を正逆回転させて各クラッチスプリングの各
対向部位に対する相対的な緊締あるいは弛緩作用を切り
替える切替機構を設けたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】例えば機関低負荷域では、切替機構を一方向に
回転させる。これにより、各クラッチスプリングの一端
部側が相対的に捩られて、対向部位を例えば内側のクラ
ッチスプリングにより緊締状態とし、外側のクラッチス
プリングにより弛緩状態とする。したがって、カムシャ
フトは、バルブ開閉時に発生する負の回転トルク変動に
伴い該負の方向に回転してストッパ機構によりその最大
回転位置が規制される。ここで、バルブスプリングのば
ね力により正の回転トルク変動が発生しカムシャフトが
正転しようとしても、前記内側のクラッチスプリングの
緊締力で規制される。依って、カムシャフトは、例えば
吸気バルブの閉時期を遅らせる相対回動位置に確実に保
持される。

【０００８】一方、機関が例えば高負荷域に移行した場
合は、切替機構を他方向に回転させることにより対向部
位を内側クラッチスプリングにより弛緩状態とし、外側
クラッチスプリングにより緊締状態とする。したがっ
て、カムシャフトは、今度は例えば正の回転トルク変動
に伴い該正方向に回転してストッパ機構によりその最大
正回転以上の回転が規制される。ここで、バルブスプリ
ングのばね力により負の回転トルク変動が発生しカムシ
ャフトが逆転しようとしても、前記外側のクラッチスプ
リングの緊締力で逆転が規制される。依って、カムシャ
フトは、吸気バルブの閉時期を早める相対回動位置に確
実に保持される。

【０００９】

【実施例】図１は自動車のＤＯＨＣ型内燃機関に適用し
たこの発明の第１実施例を示し、１はシリンダヘッド上
部のカム軸受２に支承されて、吸気バルブを図外のカム
シャフトにより開閉するカムシャフト、３はカムシャフ
ト１の一端部１ａ外周に設けられ、クランク軸のドライ
ブスプロケットからタイミングチェーンを介して駆動力
が伝達される回転体たるドリブンスプロケットであっ
て、前記カムシャフト１の一端部１ａ側とドリブンスプ
ロケット３との間には、ストッパ機構４が設けられてい
ると共に、内外２重のクラッチ機構５，６が設けられて
いる。また、この両クラッチ機構５，６は、その断続作
用が切替機構７によって相対的に切り替えられるように
なっている。

【００１０】具体的に説明すれば、前記カムシャフト１
は、一端部１ａに段差円筒状のスリーブ８と、該スリー
ブ８の先端側小径部８ａに嵌着された内側筒部材９と横
断面略コ字形の外側筒部材１０と、スリーブ８の先端縁
に配置された横断面略コ字形の支持部材１１とが取付ボ
ルト１２により共締め固定されている。また、前記支持
部材１１の先端部には、大径な横断面略コ字形のカバー
部材１３がボルト１４より固着されている。さらに、外
側筒部材１０には、環状本体１０ａの上部周方向に円弧
状の切欠窓１０ａが形成されていると共に、本体の下端
部外周にガイドピン１５が径方向に沿って植設されてい
る。

【００１１】前記ドリブンスプロケット３は、略円板状
の本体３ａの外周にタイミングチェーンが巻装される歯
形を有し、また本体３ａの一端面内周には、前記スリー
ブ８の中径部８ｂの外周に摺動自在に支持されて前記内
側筒部材９と軸方向へ直列状態に並置される内筒部１６
が一体に設けられていると共に、本体３ａの一端面外周
には、内筒部１６と並行に突出して外側筒部材１０と軸
方向へ直列状態に並置される外筒部１７が一体に設けら
れている。前記内筒部１６と外筒部１７は、夫々対応す
る内側筒部材９及び外側筒部材１０と同一の外径に設定
されていると共に、夫々の対向端縁が互いに摺動可能に
当接している。

【００１２】前記ストッパ機構４は、図１及び図３に示
すようにスプロケット本体３ａの外側面に一体に設けら
れた突部１８と、前記スプロケット本体３ａの外側面と
対向するスリーブ８の大径部８ｃに径方向に沿って設け
られて突部１８が係入する長孔１９とからなり、長孔１
９の両端部１９ａ，１９ｂが、前記突部１８の両端面に
突き当たった位置でカムシャフト１の最大正逆回転が規
制されるようになっている。

【００１３】前記クラッチ機構５，６は、図１に示すよ
うに前記各筒部材９，１０及び内外筒部１６，１７との
間に内外２重に配置され、内側筒部材９と内筒部１６と
外筒部１７との各内周面に跨って巻装された外側クラッ
チスプリング２１と、該各クラッチスプリング２０，２
１の間に回転自在に介装された１つのカラー部材２２と
を備えている。該両クラッチスプリング２０，２１は、
互いに例えば同一右方向に巻かれており、内側クラッチ
スプリング２０は、左側への捩り回転で弛緩（拡径）
し、右側への捩り回転は緊締（縮径）するようになって
いる一方、外側クラッチスプリング２１は、右側への捩
り回転で弛緩（拡径）し、左側への捩り回転は緊締（縮
径）するようになっている。また、両クラッチスプリン
グ２０，２１は、カムシャフト側一端部２０ａ，２１ａ
が前記カラー部材２２の端部に止着されていると共に、
他端部２０ｂ，２１ｂが夫々外側筒部材１０と内側筒部
材９に止着されている。またカラー部材２２は、図４に
も示すように前記切欠窓１０ｂと対向する外端部の内部
軸方向に細長い係止孔２３が穿設されている。

【００１４】前記切替機構７は、前記支持部材１１とカ
バー部材１３との間に軸方向へ摺動自在に設けられた横
断面略コ字形のスライダー２４と、前記外側筒部材１０
と外筒部１７の各外周面に沿って設けられて前記スライ
ダー２４を図中左方向へ付勢する圧縮スプリング２５
と、スライダー２４と、カバー部材１３との間に形成さ
れた圧力室２６と、該圧力室２６に油圧を導入する油圧
回路２７とを備えている。

【００１５】前記スライダー２４は、円板状本体２４ａ
の外周縁に前記カバー部材１３の筒部内周面に摺接する
フランジ部２４ｂが一体に設けられていると共に、本体
２４ａの内端面略中央位置に比較的長尺な丸棒状の係止
部材２８がカムシャフト軸方向に沿って突設されてい
る。この係止部材２８は、図４に示すように先端部が外
側筒部材１０の切欠窓１０ｂを貫通して係止孔２３内に
係入している。また、フランジ部２４ｂは、外端面で前
記圧縮スプリング２５の一端部を支持していると共に、
下端部には図５にも示すように前記ガイドピン１５が係
入する傾斜状の移動用長溝２９が形成されている。この
長溝２９は、ガイドピン１５によって案内されつつスラ
イダー１３全体の軸方向の移動に伴い該スライダー１３
を所定方向に回転させるようになっている。また、スラ
イダー１３の最大左方向の移動は、支持部材１１の段差
部１１ａで、最大右方向の移動は外側筒部材１０で夫々
規制されている。

【００１６】前記油圧回路２７は、オイルメインギャラ
リ３０から分岐してカム軸受２及びカムシャフト１の半
径方向に形成された導入通路３１と、カムシャフト１と
取付ボルト１２との内部中央軸方向に形成された軸方向
通路３２と、取付ボルト１２の頭部とカバー部材１３の
内端面との間に形成されて、軸方向通路３２と連通する
油室３３と、支持部材１１の周壁半径方向に穿設されて
油室３３と圧力室２６とを連通する半径方向孔３４とを
有している。

【００１７】また、導入通路３１の上流端には、オイル
ポンプ３５から圧送された油圧の導入，遮断を電子コン
トローラ３６からの出力信号によって行なう電磁弁３７
が設けられている。前記電子コントローラ３６は、図外
のクランク角センサやエアーフローメータ等からの出力
信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して電磁弁３
７をＯＮ，ＯＦＦ制御している。

【００１８】以下、本実施例の作用について説明する。

【００１９】まず、例えば機関低負荷域では、電子コン
トローラ３６によって電磁弁３７にＯＦＦ信号（非通
電）が出力されて、オイルポンプ３５から圧力室２６へ
の油圧の導入が遮断される。このため、スライダー２４
は、圧縮スプリング２５のばね力で前端面が支持部材１
１の段差部１１ａに突き当たる最大左方向の位置（図１
の位置）に保持される。そして、斯かる状態では長溝２
９がガイドピン１５によって図５の実線で示すように斜
め上方向に回動案内されてカラー部材２２を２図中反時
計方向に回転させる。

【００２０】このため、外側クラッチスプリング２１
が、右方向に捩られて弛緩状態となり、ドリブンスプロ
ケット３の外筒部１７と外側筒部材１０との連結が解除
され自由な正負方向の相対回転を許容する。一方、内側
クラッチスプリング２０は、右方向に捩られて緊締状態
となり、内筒部１６と内側筒部材９を連結して、内筒部
１６に対する内側筒部材９の負方向の回転は許容するも
のの正方向の回転を規制する。

【００２１】依って、この状態でカムシャフト１に吸気
バルブの閉時に発生する負の回転トルクが作用すると、
図３に示すように該カムシャフト１が負方向に回転して
ストッパ１８に長孔１９の一端部１９ａに突き当たって
それ以上の回転が規制される。ここで、カムシャフト１
に正の回転トルクが発生し、該カムシャフト１が図中反
時計方向（正方向）に回転しようとすると、前述のよう
に内側クラッチスプリング２０による内筒部１６と内側
筒部材９との緊締作用によってカムシャフト１の正方向
の回動が確実に規制される。このため、カムシャフト１
は、ドリブンスプロケット３に対する正負両方向への自
由な回動が規制されて吸気バルブの閉時期を遅くする相
対回動位置に保持される。

【００２２】一方、機関が高負荷域に移行した場合は、
電磁弁３７がＯＮ（通電）されてオイルポンプ３５から
圧送された作動油が導入通路３１，軸方向通路３２，油
室３３，半径方向通路３４を通って圧力室２６に導入さ
れ、該圧力室２６が即座に高圧となる。このため、スラ
イダー２４は、図１の一点鎖線で示すように圧縮スプリ
ング２５のばね力に抗して本体２４ａの内端面が外側筒
部材１０の外端面に突き当たるまで図中右方向へ最大に
移動すると共に、長溝２９が図５の破線で示すようにガ
イドピン１５によって逆に時計方向へ回動案内される。

【００２３】したがって、カラー部材２２が、係止部材
２８により同方向に回転させられ、このため、内側クラ
ッチスプリング２０が、左方向に捩られて弛緩状態とな
り、内筒部１６と内側筒部材９との連結が解除されて自
由な相対回転を許容する。一方、外側クラッチスプリン
グ２１は、同方向に捩られて緊締状態となり、外筒部１
７に対する外側筒部材１０の正方向の相対回転は許容す
るものの負の方向の回転を規制する。

【００２４】依って、カムシャフト１は、正の回転トル
ク変動により正方向に回転し、ストッパピン１８が長孔
１９の他端部１９ｂに突き当たってそれ以上の正回転が
規制される。ここで、カムシャフト１に負の回転トルク
が発生し、図中時計方向（負方向）に回転しようとする
と、外側クラッチスプリング２１の緊締作用によって負
方向の回動が確実に規制される。このため、正負両方向
への自由な回動が規制されて吸気バルブの閉時期を進め
る相対回動位置に保持される。

【００２５】尚、内外側のクラッチスプリング２０，２
１による緊締作用は、正，負の回転トルクが大きい程強
くなるため、カムシャフト１の確実な回動規制作用が得
られる。また、高負荷域から低負荷域に移行した場合に
おける圧力室２６内の作動油は電磁弁３７を介して外部
へ速やかに排出される。

【００２６】また、本実施例では、カムシャフト１の相
対回動を正負の回転トルク変動を利用するものであるか
ら、機関運転変化に即応したバルブタイミングの切換制
御が可能になることは勿論のこと、クラッチスプリング
２０，２１を内外に配置し、かつスライダー２４の軸方
向の移動量も十分に小さいため、軸方向へ２連に並設し
た場合よりも装置全体の長さを可及的に短尺化できる。
しかも、一つのカラー部材２２で両クラッチスプリング
２０，２１の緊締，弛緩作用を行なうようにしたため、
径方向の大きさも小さくすることができ、かつ構造が簡
素化されると共に、コストの低廉化が図れる。

【００２７】図６〜図７は本発明の第２実施例を示し、
内外クラッチスプリング２０，２１の緊締，弛緩タイミ
ングを微調整可能にしたものである。

【００２８】具体的に説明すれば、カラー部材は、内側
クラッチスプリング２０の緊締，弛緩を司る内側カラー
部材２２ａと、外側クラッチスプリング２１の緊締，弛
緩を司る外側カラー部材２２ｂの内外に２分割されてい
る。また、この内外カラー部材２２ａ，２２ｂは、夫々
薄肉に形成されて、両者を合わせた全体の肉厚寸法が第
１実施例のカラー部材２２と略同一に設定されており、
各外端部に１８０°の位置で対向する夫々一対の係止孔
２３ａ，２３ａ、２３ｂ，２３ｂが軸方向に沿って形成
されていると共に、各端部に各クラッチスプリング２
０，２１の一端部２０ａ，２１ａが止着されている。前
記各係止孔２３ａ，２３ｂは、図８〜図９に示すように
周方向に沿って巾広に形成されている。

【００２９】一方、スライダー２４は、内端面に前記各
係止孔２３ａ，２３ｂに係入する内外係入部材４０，４
０、４１，４１が設けられている。この各係入部材４
０，４１は、図８〜図９に示すようにスライダー本体２
４ａに穿設されたボルト孔２４ｃ，２４ｃに挿通する夫
々左右一対の調整ボルト４２，４２、４３，４３で締付
け固定された板状基部４０ａ，４１ａと、該基部４０
ａ，４１ａの内周側端縁から軸方向へ突出した平板状の
軸部４０ｂ，４１ｂとから構成されている。前記各ボル
ト孔２４ｃ，２４ｃは、図１０にも示すように夫々周方
向へ連続した円弧状に形成されて、左右に調整代Ｘ，Ｙ
をもたせている一方、軸部４０ｂ，４０ｂはその巾長さ
が前記係止孔２３ａ，２３ｂの巾長よりも小さく設定さ
れている。

【００３０】したがって、この実施例によれば、各構成
部品の組み立て後において、前記各調整ボルト４２，４
３を一旦弛めて各調整代Ｘ，Ｙを介して係入部材４０，
４１を周方向に移動させ、各係入孔２３ａ，２３ｂに対
し各軸部４０ｂ，４１ｂの周方向の位置決めを行なう。
これによって、内外カラー部材２２ａ，２２ｂによる各
クラッチスプリング２０，２１の緊締と弛緩のタイミン
グの微調整を行なうことが可能となる。この結果、カラ
ー部材２２ａ，２２ｂや係入部材４０，４１の高い加工
精度や組み立て精度が要求されず、製造や組み立て作業
が簡単になると共に、コストを大巾に低下させることが
できる。

【００３１】しかも、緊締と弛緩タイミングを微調整す
ることができることにより、カムシャフト１とスプロケ
ット３との相対回動変換を機関運転変化に対して応答性
良く切り替えることができ、高精度なバルブタイミング
制御が可能となる。

【００３２】尚、本実施例の他の構成は第１実施例と同
様である。

【００３３】本発明は、前記実施例に限定されることな
く、例えば切替機構７を別異の構成とすることも可能で
あり、また排気バルブ側あるいは吸気・排気バルブの両
方に適用することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、カムシャフトと回転体との相対回動を従来のよ
うな筒状歯車ではなく、カムシャフトの回転トルク変動
を利用して行なうと共に、該正逆相対回動位置規制を、
ストッパ機構と内外２重のクラッチスプリングを利用し
た切替機構により行なうようにしたため、高精度かつ応
答性の優れたバルブタイミング制御が得られることは勿
論のこと、特にはす歯が不要になるため構造が簡素化さ
れ、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。

【００３５】また、前記クラッチスプリングをカムシャ
フトと回転体との間に形成した内外２重の対向部位に配
置したため、特に装置の径方向の長さを可及的に短尺化
することが可能となり、該装置を備えた内燃機関のエン
ジンルーム内へのレイアウトの自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実
施例を示す図２のＡ−Ａ線断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】図１のＣ矢視図。

【図４】図１のＤ−Ｄ線断面図。

【図５】図１のＥ−Ｅ線断面図。

【図６】本発明の第２実施例を示す図７のＦ−Ｆ線断面
図。

【図７】図６のＧ−Ｇ線断面図。

【図８】図６のＨ−Ｈ線断面図。

【図９】図６のＩ−Ｉ線断面図。

【図１０】図６のＪ矢視図。

【符号の説明】

１…カムシャフト、３…ドリブンスプロケット（回転
体）、４…ストッパ機構、５，６…クラッチ機構、７…
切替機構、９，１０…内外筒部材、１６，１７…内外筒
部（対向部材）２０，２１…内外クラッチスプリング。

フロントページの続き (72)発明者 北村 吉治 長野県駒ケ根市赤穂1170番地の３ 日本発 条株式会社内 (72)発明者 小松 峻雄 神奈川県愛甲郡愛川町中津字桜台4056番地 日本発条株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 機関の駆動力が伝達される回転体とカム
   シャフトとを、該カムシャフトの回転トルク変動により
   正逆相対回動させて、バルブの開閉時期を可変制御する
   バルブタイミング制御装置であって、前記回転体とカム
   シャフトとの間に、該両者の正逆最大相対回動を規制す
   るストッパ機構を設けると共に、前記回転体とカムシャ
   フトとの内外２重の対向部位に同一方向に巻装された内
   外２重のクラッチスプリングと、該両クラッチスプリン
   グの間に回転自在に設けられ、機関運転状態に応じて各
   クラッチスプリングの各対向部位に対する相対的な緊締
   あるいは弛緩作用を切り替える切替機構を設けたことを
   特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。