JPH10280919A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブボディの軸方向の長さを短尺化して、
制御弁全体のコンパクト化を図る。 【解決手段】 スプロケットの筒状本体とカムシャフト
のスリーブとの間に介装された可動体が、前後の進角，
遅角油圧室内の相対圧に応じて前後に移動してスプロケ
ットとカムシャフトとの相対回転位相を変換するように
なっている。前記両油圧室に油通路２４，２５を会して
作動油圧を給排する油圧回路６の電磁制御弁２２は、シ
リンダブロック１０ａの保持孔３２内に収容された筒状
のバルブボディ３３と、該バルブボディ３３の内部に摺
動自在に設けられたスプール弁体３５とを備えている。
また、スプール弁体３５を後端側に付勢するバルブスプ
リング４５を、バルブボディ３３の前端部に有する既存
の空間部６２内に収容した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関の吸排気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可
変にするバルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のバルブタイミング制御装置として
は、例えば特開平７−１３９３１９号公報に記載されて
いるものがある。

【０００３】概略を説明すれば、機関のクランク軸から
タイミングベルトを介して回転力が伝達される筒状のタ
イミングプーリと、外周にカムを有しかつ一端部に固定
されたスリーブがタイミングプーリの筒状本体内に挿通
配置されたカムシャフトと、前記筒状本体とスリーブと
の間に内外周のはす歯を介して噛合しつつ前後動可能な
筒状歯車とを備えている。

【０００４】前記筒状歯車は、前記筒状本体の内部に形
成された前後の進角，遅角側油圧室に油圧回路を介して
給排される作動油圧によって前後方向へ移動することに
よって、タイミングプーリとカムシャフトとの相対回動
位相を変換し、これによって例えば吸気弁の開閉時期を
進角あるいは遅角側に制御するようになっている。

【０００５】また、前記油圧回路は、オイルポンプと各
進角，遅角側油圧室とを連通する油通路に油圧制御弁が
設けられ、この油圧制御弁は、機関本体の保持孔内に収
容された筒状のバルブボディと該バルブボディの前端部
に設けられた電磁アクチュエータとを備え、バルブボデ
ィの内部に大径部と小径部とを備えたスプール弁体を摺
動可能に保持すると共に、バルブボディの周壁には、前
記油通路と連通する複数の開口部が周方向の一部分に形
成されている。そして、この各開口部は溝状に形成さ
れ、隣り合う溝についてシール長さが十分に確保できる
ように円周方向に１８０°および軸方向に微小距離ずら
して配置されている。これによって、バルブボディの全
長を短尺化できると共に、シール長さを大きくとること
が可能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のバルブタイミング制御装置にあっては、開口部の形
成位置を改良することによってバルブボディの短尺化が
図れるものの、前記スプール弁体を一方向（電磁アクチ
ュエータ側）に付勢するバルブスプリングを、バルブボ
ディの後端部内、つまり電磁アクチュエータと反対側の
後端部内に特別に設けられたスプリング収容室に収容す
るようになっている。このため、かかるスプリング収容
室の軸方向の長さ分だけバルブボディ全体の軸長を長く
設定しなければならない。換言すれば、スプリング収容
室の存在によってバルブボディの軸長の短尺化が自ずと
制約され、前述の各開口部の形成位置の改良によっても
十分な短尺化が図れなかった。尚、この従来例のバルブ
ボディの前端部には、バルブボディと保持孔との間をシ
ールするシールリングを嵌合保持する嵌合溝が形成され
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来のバ
ルブタイミング制御装置の実情に鑑みて案出されたもの
で、請求項１記載の発明は、機関により回転駆動する回
転体と、該回転体から回転力が伝達されるカムシャフト
と、回転体とカムシャフトとの間に介装されて、カムシ
ャフト軸方向への摺動に伴い回転体とカムシャフトの回
転位相を変換する可動体と、前記回転体の内部前後位置
に形成されて、可動体を内部の油圧によりカムシャフト
軸方向に移動させる進角側，遅角側の油圧室と、機関運
転状態に応じて前記両油圧室にそれぞれ油通路を介して
油圧を相対的に給排する油圧回路と、該油圧回路の前記
各油通路とドレン通路とを切り換え制御する制御弁とを
備えたバルブタイミング制御装置であって、前記制御弁
は、機関本体の保持孔内に収容固定され、一端部にアク
チュエータが設けられた筒状のバルブボディと、該バル
ブボディ内の弁孔内に摺動自在に設けられて油路を切り
換えるスプール弁体と、該スプール弁体を一方向に付勢
するバルブスプリングとを備え、前記バルブスプリング
を、バルブボディのアクチュエータ側の端部内に配置し
たことを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、前記バルブボディ
のアクチュエータ側の端部は、外周に前記保持孔の内面
との間をシールするシールリングの嵌合溝を形成する部
位としたことを特徴としている。

【０００９】本発明によれば、前記従来例のような特別
なスプリング収容室を形成することなく、バルブボディ
のアクチュエータ側の端部に有する既存の空間部を利用
してバルブスプリングを収容するようにしたため、前述
のようなスプリング収容室を廃止することが可能にな
り、この分バルブボディの軸長を短尺化できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図４は本発明の実施の形態
を示し、機関のクランク軸からタイミングチェーンを介
して回転力が伝達される回転体たるスプロケット１と、
一端部軸方向からスリーブ３がボルト４により固定され
て、外周に吸気弁を開閉するカムを有するカムシャフト
２と、スプロケット１の筒状本体１ａとカムシャフト２
のスリーブ３との間に介装された可動体５と、該可動体
５を機関運転状態に応じてカムシャフト軸方向へ移動さ
せる油圧回路６とを備えている。

【００１１】前記スプロケット１は、筒状本体１ａのカ
ムシャフト側端部にタイミングチェーンが巻装される歯
車部１ｂがボルト７固定されていると共に、前端部にフ
ロントカバー８がかしめ固定されている。前記筒状本体
１ａは、前端側内周にはす歯形のインナ歯９が形成され
ており、また、前記歯車部１ｂは、折曲された中央側の
内周部がカムシャフト２の外周に摺動自在に支持されて
いる。さらに、フロントカバー８は、円筒状を呈し、中
央に支持孔８ａが形成されている。

【００１２】前記カムシャフト２は、スリーブ３側の一
端部がシリンダブロック１０上のシリンダヘッドの上端
部に設けられたカム軸受によって軸受されており、前記
スリーブ３は、ほぼ円筒状を呈し、中央に有する隔壁の
内部軸方向にボルト挿通孔３ａが貫通形成されている。
また、スリーブ３は、筒状の固定端部がカムシャフト本
体の一端部に嵌合していると共に、筒状の先端部内にボ
ルト４の頭部が嵌合する嵌合溝３ｂが形成されており、
前記筒状先端部の外周には、はす歯形のアウタ歯１３が
形成されている。また、前記嵌合溝３ｂの底面とフロン
トカバー８の筒状内周部との間に、スプロケット１とカ
ムシャフト２とを互いに離間する方向に付勢してスプロ
ケット１に対するスラスト力によるカムシャフト２との
打音の発生を抑制するコイルスプリング１２が弾装され
ている。

【００１３】前記可動体５は、スリーブ３と筒状本体１
ａとの間に介装された筒状歯車１４とピストン１５とか
らなり、筒状歯車１４は軸直角方向から２分割された前
側歯車構成部と後側歯車構成部とを有すると共に、内外
周に前端インナ歯９とアウタ歯１３に噛合するはす歯形
の内外歯１４ａ，１４ｂが形成されている。また、両歯
車構成部は、各歯９，１３，１４ａ，１４ｂ間のバック
ラッシュ隙間を吸収するためにピン１６とスプロケット
とによって互いに接近する方向へ弾性的に連結されてい
る。前記ピストン１５は、筒状を呈し、周方向の所定部
位に圧入された支持ピン１７を介して後側歯車構成部に
連結されている。

【００１４】前記油圧回路６は、図１に示すようにピス
トン１５の前側（図中左側）に形成された進角側油圧室
１８とピストン１５の後側（図中右側）に形成された遅
角側油圧室１９に夫々作動油を給排するようになってお
り、オイルパン２０内の作動油を油圧源であるオイルポ
ンプ２１の作動により電磁制御弁２２方向に圧送する供
給通路２３と、電磁制御弁２２から分岐して前記各遅
角，進角側油圧室１８，１９に接続される第１，第２油
通路２４，２５と、電磁制御弁２２の両端部に接続され
て各油通路２４，２５を介して各油圧室１８，１９から
排出された作動油をオイルパン２０内に戻す第１，第２
ドレン通路２６，２７とを備えている。

【００１５】前記第１，第２油通路２４，２５は、油通
路構成体３０内にほぼ並行に形成されており、第１油通
路２４の一端部がフロントカバー８内に形成されたクラ
ンク状の連通孔２８を介して進角側油圧室１８に連通
し、第２油通路２５の一端部が固定用ボルト４とスリー
ブ３内に形成された連通路２９を介して遅角側油圧室１
９に連通している。前記油通路構成体３０は、スプロケ
ット１やカムシャフト２とは別個独立に形成されて、下
端部３０ａが固定ボルトによってシリンダブロック１０
の側部に固定されている。また、円筒状の上端部３２ｂ
が前記フロントカバー８の支持孔８ａ内に耐摩性のシー
ルリング３１を介して挿通配置されて、これによって上
端部３０ｂによりフロントカバー８つまりスプロケット
１の前端部が回転自在に支持されている。

【００１６】前記電磁制御弁２２は、図２〜図４に示す
ようにシリンダブロック１０ａの保持孔３２内に挿通固
定された筒状のバルブボディ３３と、該バルブボディ３
３内の弁孔３４に摺動自在に設けられて流路を切り換え
るスプール弁体３５と、該スプール弁体３５を作動させ
る比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ３６とから構
成されている。

【００１７】前記バルブボディ３３は、周壁のほぼ中央
位置に前記供給通路２３の下流端と弁孔３４とを連通す
る供給ポート３７が貫通形成されていると共に、該供給
ポート３７の両側に前記第１，第２油通路２４，２５の
他端部と弁孔３４とを連通する第１ポート３８及び第２
ポート３９が夫々貫通形成されている。また、周壁の両
端部３３ａ，３３ｂ近傍には、両ドレン通路２６，２７
と弁孔３４とを連通する第３，第４ポート４０，４１が
貫通形成されている。前記供給ポート３７と第３，第４
ポート４０，４１の内周側には、大径段差状の環状グル
ーブ溝３７ａ，４０ａ，４１ａが形成されている。

【００１８】また、バルブボディ３３の電磁アクチュエ
ータ３６側の前端部３３ａ外周面には、保持孔３２の内
周面との間をシールするシールリング５５を嵌合保持す
る環状の嵌合溝５６が形成されている。さらに、前記保
持孔３２の内周面には、前記供給ポート３７及び第１〜
第４ポート３８〜４１に対応する位置に環状の供給用溝
５７と給排用溝５８，５９及びドレン溝６０，６１が夫
々形成されている。尚、前記ドレン溝６０，６１は、そ
の巾長さがほぼ同一に設定されている。

【００１９】前記スプール弁体３５は、小径軸部の中央
に供給ポート３７を開閉する大径な第１弁部４２を有し
ていると共に、両端部に第３，第４ポート４０，４１を
開閉する大径な第２，第３弁部４３，４４を有してい
る。また、スプール弁体３５は、前端側の支軸３５ａの
一端縁に有する傘部３５ｂと弁孔３４の前端側内周壁に
有するスプリングシート３３ａとの間に弾装された円錐
状のバルブスプリング４５によって図中右方向、つまり
第１弁部４２で供給ポート３７と第２油通路３５とを連
通する方向に付勢されている。

【００２０】すなわち、前記バルブスプリング４５は、
バルブボディ３３の弁孔３４の前端部に形成された空間
部６２内に収容されており、この空間部６２は、前述の
嵌合溝５６を形成するためにバルブボディ３３の周壁前
端側を若干延長した部位の内部を利用して形成されたも
のである。

【００２１】前記電磁アクチュエータ３６は、コア４６
と移動プランジャ４７と、コイル４８，コネクタ４９な
どを備え、移動プランジャ４７の先端に前記スプール弁
体３５の傘部３５ｂを押圧する駆動ロッド４７ａが固定
されている。また、電磁アクチュエータ３６は、機関運
転状態を検出するコントローラ５０からの制御信号をコ
ネクタ４９で受けて駆動制御されるようになっている。

【００２２】そして、図２及び図４に示すように、遅
角，進角制御時において、スプール弁体３５の最大前方
あるいは後方移動に伴って、第１弁部４２の両端縁とグ
ルーブ溝３７ａの両内端縁との間に形成される供給制御
路５１ａ，５１ｂの一方の通路断面積は、同時に第２，
第３弁部４３，４４の各端縁とグルーブ溝４０ａ，４１
ａの各端縁との間に形成される排出制御路５２，５３の
通路断面積よりも若干大きく設定されている。つまり、
排出制御路５２，５３側が若干絞られている。この絞り
量は、各室１８，１９内に供給される作動油圧による筒
状歯車１４の移動に影響を与えない大きさに設定されて
いる。

【００２３】一方、図３に示すように、中間位置制御時
において、スプール弁体３５が前後方向の中間位置に存
する場合、第３弁部がグルーブ溝４１ａの端縁をシール
するシール巾ａよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａ
の一端縁をシールするシール巾ｂを小さく設定すると共
に、第２弁部４３がグルーブ溝４０ａの端縁をシールす
るシール巾ｄよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａの
他端縁をシールするシール巾ｃを小さく設定して、かか
る中間位置において供給ポート３７から各油通路２４，
２５を介して各油圧室１８，１９に作動油がわずかにリ
ークするように形成してある。

【００２４】したがって、この実施態様によれば、機関
低速負荷時には、コントローラ５０から電磁アクチュエ
ータ３６にＯＦＦ信号が出力され、スプール弁体３５が
バルブスプリング４５のばね力で図２の位置、つまり右
方向に移動する。これによって、第１弁部４２が一方の
供給制御路５１ｂを開成すると同時に、第３弁部４３が
一方の排出制御路５２を開成すると共に、第４弁部４４
が他方の排出制御路５３を閉止する。このため、オイル
ポンプ２１から圧送された作動油は供給ポート３７、一
方の供給制御路５１ｂ，弁孔３４，６５，第２ポート３
９，第２油通路２５を通って遅角側油圧室１９に速やか
に供給されると共に、進角側油圧室１８内の作動油が第
１油通路２４，第１ポート３８，弁孔３４，他方の排出
制御路５２，第３ポート４０，第１ドレン通路２６を通
ってオイルパン２０内に排出される。

【００２５】したがって、遅角側油圧室１９の内圧が
高、進角側油圧室１８が低となって、筒状歯車１４はピ
ストン１５を介して図１に示すように最大前端側に移動
する。これによって、スプロケット１とカムシャフト２
とは一方側へ相対回動して位相が変換され、この結果、
吸気弁の開時期が遅くなり、排気弁とのオーバラップが
小さくなって燃焼効率が良好になり、安定した駆動と燃
費の向上が図れる。

【００２６】また、前述のように筒状歯車１４は遅角側
油圧室１９の高圧化に伴い最大前方向へ移動するが、排
出制御路５２の絞り効果によって作動油の排出速度が遅
くなるため、進角側油圧室１８の急激な圧力低下が抑制
される。このため、筒状歯車１４は、移動応答性が向上
すると共に、慣性力による前方向つまり進角側油圧室１
８方向への過度な移動が抑制される。かかる原理をさら
に具体的に説明すれば、両油圧室１８，１９は比較的圧
力を高く保持させながらピストン１５の移動制御が行わ
れるため、両油圧室１８，１９内の作動油の見かけの体
積弾性係数の値が大きくなって、ピストン（筒状歯車）
１５の移動時間遅れが小さくなり、応答性が向上するの
である。この原理を式で表すとＰ＝Ｋ（Ｑ−Ａ・Ｙ）／
Ｖ となり、ここで Ｐ：各油圧室１８，１９の単位時
間当たりの圧力、Ｋ：作動油の見かけの体積弾性係数、
Ｑ：各油圧室１８，１９への流入出流量、Ａ：ピストン
の断面積、Ｙ：ピストン速度、Ｖ：各油圧室１８，１９
の体積である。

【００２７】したがって、各油圧室１８，１９の圧力
は、作動油の見かけの体積弾性係数に比例することが明
らかであり、前記両圧力を高く維持することによってピ
ストン１５の移動応答性が向上するのである。

【００２８】一方、機関低速低負荷域から高速高負荷域
に移行した場合は、電磁アクチュエータ３６に最大パル
ス巾のＯＮ信号が出力されて、スプール弁体３５がバル
ブスプリング４５のばね力に抗して図４に示すように左
方向へ摺動して、第３弁部４３が排出制御路５２を閉止
すると同時に、第４弁部４４が排出制御路５３を開成す
ると共に、第１弁部４２が一方の供給制御路５１ｂを閉
止し、他方の供給制御路５１ａを開成する。

【００２９】このため、作動油は、他方の供給制御路５
１ａ，第１ポート３８，第１油通路２４を通って進角側
油圧室１８内に供給されると共に、遅角側油圧室１９内
の作動油が第２油通路２５，第２ポート３９，一方排出
制御路５３，第４ポート４１，第２ドレン通路２７を通
ってオイルパン２０に排出され、遅角側油圧室１９が低
圧になる。このため、筒状歯車１４は、前述とは逆に最
大後端側に移動する。これにより、両者１，２の相対位
相変換が行われ、吸気弁の開時期と閉時期が進角制御さ
れて、オーバラップが大となり、吸気充填効率の向上に
よって出力が高くなる。

【００３０】また、ここで筒状歯車１４は、前述と同様
に排出制御路５３の絞り効果によって遅角側油圧室１９
の急激な圧力低下が抑制され、移動応答性の向上と過度
な移動が防止されて、安定した移動性が得られる。

【００３１】次に、機関中速中負荷時に移行した場合
は、コントローラ５０からの制御信号に基づいてスプー
ル弁体３５が図３に示すように、中間位置に移動保持さ
れて供給ポート３７，第３，第４ポート４０，４１の全
てを閉止する。したがって、筒状歯車１４は所定の中間
位置に保持され、これによって吸気弁も所定の開閉時期
に制御される。したがって、運転状態に応じた機関性能
を十分に発揮させることが可能になる。

【００３２】ここで、スプール弁体３５の第１弁部４２
は、その両端縁のシール巾ｂ，ｃが前述のように小さく
設定されているため、供給ポート３７に圧送された作動
油が前記シール巾ｂ，ｃ面から弁孔３４，６５内にリー
クして、さらに各第１，第２ポート３８，３９，第１，
第２油通路２４，２５を介して各油圧室１８，１９にわ
ずかに供給される。このため、筒状歯車１４をピストン
１５を介して中間移動位置に安定に保持することが可能
になる。

【００３３】しかも、スプール弁体３５の第１弁部４２
を軸方向へ大きく設定する必要がなくなるため、その分
スプール弁体３５の軸方向の長さを短尺化できる。

【００３４】また、バルブボディ３３は、バルブスプリ
ング４５を収容する空間部６２が嵌合溝５６を形成する
部位を利用して形成され、従来のような特別なスプリン
グ収容室を設ける必要がないため、その分バルブボディ
３３の軸長を短尺化することができる。この結果、前記
スプール弁体３５の短尺化と相俟って電磁制御弁２２全
体のコンパクト化が図れる。

【００３５】

【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、バルブボディのアクチュエータ側の端部に有す
る既存の空間部を利用してバルブスプリングを収容した
ため、従来のようなバルブスプリングを収容するための
特別なスプリング収容室を形成する必要がなくなるの
で、その分バルブボディの短尺化が図れ、この結果、制
御弁全体のコンパクト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す断面図。

【図２】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面
図。

【図３】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面
図。

【図４】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面
図。

【符号の説明】

１…スプロケット（回転体） ２…カムシャフト ５…可動体 ６…油圧回路 １８…進角側油圧室 １９…遅角側油圧室 ２２…電磁制御弁 ２４…第１油通路 ２５…第２油通路 ２６，２７…ドレン通路 ３２…保持孔 ３３…バルブボディ ３４…弁孔 ３５…スプール弁体 ３６…電磁アクチュエータ ４５…バルブスプリング ５５…シールリング ５６…嵌合溝 ６２…空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３８５ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３８５Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関により回転駆動する回転体と、該回
   転体から回転力が伝達されるカムシャフトと、回転体と
   カムシャフトとの間に介装されて、カムシャフト軸方向
   への摺動に伴い回転体とカムシャフトの回転位相を変換
   する可動体と、前記回転体の内部前後位置に形成され
   て、可動体を内部の油圧によりカムシャフト軸方向に移
   動させる進角側，遅角側の油圧室と、機関運転状態に応
   じて前記両油圧室にそれぞれ油通路を介して油圧を相対
   的に給排する油圧回路と、該油圧回路の前記各油通路と
   ドレン通路とを切り換え制御する制御弁とを備えたバル
   ブタイミング制御装置であって、 前記制御弁は、機関本体の保持孔内に収容固定され、一
   端部にアクチュエータが設けられた筒状のバルブボディ
   と、該バルブボディ内の弁孔内に摺動自在に設けられて
   油路を切り換えるスプール弁体と、該スプール弁体を一
   方向に付勢するバルブスプリングとを備え、前記バルブ
   スプリングを、バルブボディのアクチュエータ側の端部
   内に配置し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。
2. 【請求項２】 前記バルブボディのアクチュエータ側の
   端部は、外周に前記保持孔の内面との間をシールするシ
   ールリングの嵌合溝を形成する部位としたことを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装
   置。