JP2005105890A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁開閉時期制御装置において、ロック部材に発生する遠心力の影響を低減し、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止すること。
【解決手段】 ハウジング３０に移動可能に配設されるロックプレート８０がロータ２０に形成されるロック溝２０Ａ、２０Ｂに係脱して相対回転を制御するロック機構を備えた弁開閉時期制御装置において、ロックプレート８０に発生する遠心力と対向するようにカウンタウエイト９１に発生する遠心力をアーム９０を介してロックプレート８０に作用させるキャンセル機構を有すること。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

弁開閉時期制御装置としては、内燃機関のクランクシャフトと一体的に回転するハウジング部材と、ハウジング部材に相対回転可能に組付けられカムシャフトと一体的に回転するロータ部材と、ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材がロータ部材に形成される受容部に係脱して相対回転を制御するロック機構と、ロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備える装置において、ロック部材が回転軸に直交または交差する方向に移動可能に配置され、ロック部材を受容部へ向けて付勢する付勢力を、ロック部材を受容部から離脱させる力（解除油圧）よりも大きく、且つ、解除油圧に内燃機関の回転速度がアイドル回転速度であるときにロック部材に働く遠心力を加えたものより小さく設定し、ロック機構を制御しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この従来技術は、エンジン始動後油圧が十分に供給されない時に、エンジン回転が急上昇した場合、ロック部材に発生する遠心力が付勢力より大きくなる場合があり、ロック部材が受容部から離脱して、ロック機構の解除を引き起こす可能性がある。

また、ロック機構を解徐しないように、遠心力に対して十分な付勢力を付加した場合には、ロック部材を受容部から離脱させるために高圧の作動油圧が必要である。
特開２００１−２２７３１１号公報

そこで本発明は、弁開閉時期制御装置において、ロック部材に発生する遠心力の影響を低減し、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明にて講じた技術的手段は、内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの一方と一体的に回転するハウジング部材と、前記ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ前記カムシャフトまたは前記クランクシャフトの他方と一体的に回転するロータ部材と、前記ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材が前記ロータ部材に形成される受容部に係脱して前記相対回転を制御するロック機構と、前記ロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記ロック部材に発生する遠心力と対向する方向にカウンタ力を発生する遠心力キャンセル機構を有することである。

請求項１に記載の発明によれば、ロック部材に発生する遠心力と対向するカウンタ力を発生する遠心力キャンセル機構を有することにより、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止することができる。

上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記カウンタ力は、前記ロック部材に発生する遠心力より小さく設定されていることである。

請求項２に記載の発明によれば、カウンタ力は、ロック部材に発生する遠心力より小さく設定されていることにより、ロック部材を受容部から離脱させる作動油圧を低減することができる。

上記課題を解決するために、請求項３に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記キャンセル機構は、移動可能なカウンタ部材と、一端が前記ロック部材に当接可能で他端が前記カウンタ部材に当接可能であって揺動自在に支持されたシャフト部材とから構成されることである。

請求項３に記載の発明によれば、キャンセル機構は、移動可能なカウンタ部材と、一端がロック部材に当接可能で他端がカウンタ部材に当接可能であって揺動自在に支持されたシャフト部材とから構成されることにより、簡単な構造でロック部材に発生する遠心力と対向するカウンタ力を発生することができる。

本発明によると、ロック部材に発生する遠心力の影響を低減することができるため、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１乃至図４に示す弁開閉時期制御装置１は、内燃機関の図示しないシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト１０と、カムシャフト１０の先端部に一体的に組付けられたロータ２０とからなる弁開閉用のロータ部材２を有している。また、弁開閉時期制御装置１は、ロータ２０に対して所定範囲で相対回転が可能となるように組付けられるハウジング３０、フロントプレート４０、リアプレート５０から成るハウジング部材３を有している。ハウジング３０の外周には、タイミングスプロケット３１が一体に形成されている。さらに、ロータ２０とフロントプレート４０間に組付けられたトーションスプリング６０と、ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、ハウジング３０に組付けたロックプレート（ロック部材）８０等が備えられている。

タイミングスプロケット３１には、周知のように、図示していないクランクシャフトからクランクスプロケットとタイミングチェーンを介して、図２にカムシャフト回転方向として示される時計廻り方向に回転動力が伝達される。

カムシャフト１０は、図示しない吸気弁または排気弁を開閉する周知の図示しないカムを有し、カムシャフト１０の内部には、カムシャフト１０の軸方向に延びる進角通路（油圧回路）１１、遅角通路（油圧回路）１２およびロック通路（油圧回路）１３が設けられている。進角通路１１は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１１ａ及び環状溝１１ｂとシリンダヘッドに設けた接続通路１５を通して切換弁２００の第１接続ポート２０１に接続されている。また、遅角通路１２は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１２ａ及び環状溝１２ｂとシリンダヘッドに設けた接続通路１６を通して切換弁２００の第２接続ポート２０２に接続されている。また、ロック通路１３は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１２ａ及び環状溝１３ｂとシリンダヘッドに設けた接続通路１７を通して切換弁２００の第３接続ポート２０３に接続されている。

切換弁２００は、ソレノイド２０４へ通電し、制御することにより図示しないスプールをスプリングに抗して移動させる周知のものである。制御弁２００は、図１に示すように内燃機関によって駆動されるオイルポンプ２０５に接続された供給ポート２０６ａおよび２０６ｂが各々第１接続ポート２０１および第３接続ポート２０３に連通すると共に、第２接続ポート２０２が排出ポート２０７に連通するように構成される。また制御弁２００は、供給ポート２０６ａが第１接続ポート２０１および第２接続ポート２０２と遮断されると共に、供給ポート２０６ｂが第３接続ポート２０３に連通するように構成される。また制御弁２００は、供給ポート２０６ａおよび２０６ｂが各々第２接続ポート２０２および第３接続ポート２０３に連通すると共に、第１接続ポート２０１が排出ポート２０７に連通するように構成される。また制御弁２００は、内燃機関の停止時および始動時は、第１接続ポート２０１、第２接続ポート２０２および第３接続ポート２０３が排出ポート２０７に連通するように構成されている。

図２に示すように、ハウジング部材３の主要素であるハウジング３０には、その内周面でロータ２０を相対回転可能に支持する突部３３が複数個設けられている。隣接する突部３３とロータ２０とにより相対回転方向（矢印Ｓ１、Ｓ２方向）に沿って並設される複数個の流体圧室Ｒ０が形成されている。

図２に示すように、ロータ２０の外周部には、各流体圧室Ｒ０に対面するようにベーン溝２１が所定の間隔を隔てて放射状に複数個形成されている。各ベーン溝２１には、仕切部材として機能するベーン７０が放射方向に沿ってそれぞれ摺動可能に挿入されている。ベーン７０は、各流体圧室Ｒ０をハウジング３０及びロータ２０の相対回転方向（矢印Ｓ１、Ｓ２方向）において進角室Ｒ１と遅角室Ｒ２とに仕切ると共に、ロータ２０と一体的に回転する。進角室Ｒ１は、径方向の油路２３ａおよびロータ２０の軸心に形成された油路２３ｂを介して進角通路１１に連通する。遅角室Ｒ２は、径方向の油路２４ａおよび軸方向の油路２４ｂを介して遅角通路１２に連通する。

図２に示すように、ロータ２０の外周部にはロック油通路２２が形成されている。ロック油通路２２の一端には後述するロック機構を構成して中間位相から相対回転位相が進角方向（矢印Ｓ１方向）へそれ以上移動することを阻止するロック溝２２Ａが形成されている。また、ロック油通路２２の他端には後述するロック機構を構成して中間位相から相対回転位相が遅角方向（矢印Ｓ１方向）へそれ以上移動することを阻止するロック溝２２Ｂが形成されている。

図２に示すように、ハウジング３０の突部３３には、ハウジング３０及びロータ２０の相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との中間となる中間位相にメカニカルに保持するロック機構を構成するロック部８Ａおよびロック部８Ｂが取り付けられている。ロック部８Ａ（進角用ロック部）は、ロータ２０が進角方向（Ｓ１方向）へ移動することを阻止する。ロック部８Ｂ（遅角用ロック部）は、ロータ２０が遅角方向（Ｓ２方向）へ移動することを阻止する。進角用ロック部８Ａは、プレート形状のロック体６０と、ロックプレート８０をロック方向である径内方向に付勢するバネ８１を有する。遅角用のロック部８Ｂは、進角用のロック部８Ａと同様に、プレート形状のロックプレート８０と、ロックプレート８０をロック方向である径方向内方に付勢するバネ８１とを有する。なおロックプレート８０の形状はプレート形状に限定されない。

図２乃至図４に示すように、突部３３のロック部８Ａとロック部８Ｂとの中間には径方向に案内溝３６が形成されている。案内溝３６には径方向に移動可能なカウンタウエイト９１が挿入されている。突部３３のロック部８Ａ、８Ｂと案内溝３６との各々の中間には支点穴３５ａが形成されている。支点穴３５ａにはアーム９０が一体に設けられた支点軸３５ｂが揺動自在に挿入されている。支点穴３５ａと支点軸３５ｂにより支点構造３５を構成する。アーム９０は一端がロックプレート８０に当接し他端がカウンタウエイト９１に当接している。カウンタウエイト９１に回転による遠心力が径方向外方に発生するとアーム９０は支点構造３５を介して揺動されロックプレート８０に径方向内方にカウンタ力が発生する。カウンタ力は、ロックプレート８０に発生する遠心力に対向するようにロックプレート８０に作用する。これにより、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止することができる。尚、案内溝３６は、外部と連通しているとよい。これにより、案内溝３６に滞留するオイルを排出することができカウンタウエイト９１の作動を円滑にすることができる。

図２に示すように、ロック油通路２２の作動油が排出され、ハウジング３０およびロータ２０の相対回転位相が中間位相のとき、バネ８１の付勢力により進角用のロック部８Ａのロックプレート８０はロック方向である径内方向に付勢され、ロック溝２２Ａにロックプレート８０の先端部が係合される。また、同様にバネ８１の付勢力により遅角用のロック部８Ｂのロックプレート８０がロック方向である径内方向に付勢され、ロック溝２２Ｂに遅角用のロック部８Ｂのロックプレート８０の先端部が係合される。これにより、ハウジング３０およびロータ２０の相対回転位相はロックされる。

このようにハウジング３０およびロータ２０の相対回転位相がロックされると、ハウジング３０およびロータ２０は一体回転可能となる。本実施形態においては上記のようにハウジング３０およびロータ２０の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との中間の中間位相となるとき、つまり、ベーン７０の位相が流体圧室Ｒ０において最進角位相と最遅角位相との中間の中間位相となるとき、エンジンの円滑な始動性が得られるように、エンジンの弁の開閉タイミング時期が設定されている。

以上のように構成した本実施形態の弁開閉時期制御装置１の作用を説明する。

図２は、始動時における弁開閉時期制御装置を示す。始動時は、進角室Ｒ１および遅角室Ｒ２の作動油は排出されると共に、ロック油通路２２の作動油も排出されている。このため、ロックプレート８０が夫々径方向内方に移動して、ロック部８Ａ、８Ｂがロックされている。これにより、回転位相が中間位相においてエンジンを始動させることができ、円滑な始動性が得られる。

ところで、エンジン始動後、エンジン回転がアイドル回転速度の場合は、図２に示すように、ロックプレート８０を径内方向へ向けて付勢するばね８１の付勢力により、ロックプレート８０がロック溝２２Ａ、２２Ｂに没入されてロック機構をロックすることができる。また、エンジン始動後は、制御弁２００を制御することにより、オイルポンプ２０５から進角室Ｒ１、遅角室Ｒ２およびロック油通路２２に作動油が供給され、相対回転位相が中間位相にされる。

しかし、エンジン始動直後は、進角室Ｒ１、遅角室Ｒ２およびロック油通路２２に作動油が十分に供給されていない。また、エンジン回転が急上昇した場合、図３に示すように、ロックプレート８０に発生する遠心力がばね８１の付勢力より大きくなる場合があり、ロックプレート８０がロック溝２２Ａ、２２Ｂから離脱しロック解除を引き起こす場合がある。

しかしながら、本実施形態では、カウンタウエイト９１に回転による遠心力が径方向外方に発生するとアーム９０は支点構造３５を介して揺動されロックプレート８０に径方向内方にカウンタ力が発生する。カウンタ力は、ロックプレート８０に発生する遠心力に対向するようにロックプレート８０に作用し、ばね８１のロックプレート８０を径内方向へ向けて付勢する付勢力に付加されてロックプレート８０をロック溝２２Ａ、２２Ｂに係合させる。これにより、エンジン回転数の急上昇による遠心力によるロック機構の解除を防止することができる。

エンジンの駆動条件に応じてハウジング３０およびロータ２０の相対回転位相を変化させる場合には、進角用のロック部８Ａおよび遅角用のロック部８Ｂを解除する。この場合には、ロック油路２５を介してロック油通路２２に油を供給し、ロック油通路２２の油圧によりロック部８Ａおよび８Ｂのロックプレート８０の先端部の加圧面を加圧し、ロックプレート８０を径外方向に移動させてロック解除する。このようにロック部８Ａ，８Ｂがロック解除されているとき、ハウジング３０およびロータ２０の相対回転は可能となり、エンジンの駆動条件に応じてクランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト１０の回転位相を遅角方向（矢印Ｓ１方向）または進角方向（矢印Ｓ２方向）に必要に応じて調整して、エンジンの出力特性を調整することができる。

本発明の実施形態に従った弁開閉時期制御装置の縦断面図である。 弁開閉時期制御装置のロック機構がロックされた状態を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。 弁開閉時期制御装置のロック機構が解除された状態を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＬ部拡大図である。

符号の説明

１・・・弁開閉時期制御装置
２・・・ロータ部材
３・・・ハウジング部材
１０・・・カムシャフト
１３・・・ロック通路（油圧回路）
２２Ａ，２２Ｂ・・・ロック溝（受容部：ロック機構）
７０・・・ベーン
８０・・・ロックプレート（ロック部材：ロック機構）
９０・・・アーム（シャフト部材：キャンセル機構）
９１・・・カウンタウエイト（カウンタ部材：キャンセル機構）

Claims (3)

1. 内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの一方と一体的に回転するハウジング部材と、
   前記ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ前記カムシャフトまたは前記クランクシャフトの他方と一体的に回転するロータ部材と、
   前記ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材が前記ロータ部材に形成される受容部に係脱して前記両部材の相対回転を制御するロック機構と、
   前記ロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備えた弁開閉時期制御装置において、
   前記ロック部材に発生する遠心力と対向する方向にカウンタ力を発生する遠心力キャンセル機構を有することを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 前記カウンタ力は、前記ロック部材に発生する遠心力より小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記キャンセル機構は、移動可能なカウンタ部材と、一端が前記ロック部材に当接可能で他端が前記カウンタ部材に当接可能であって揺動自在に支持されたシャフト部材とから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。

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