JP2008051115A - Cam phase varying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関(以下、エンジンと称す)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カム位相可変装置に関する。 The present invention relates to a cam phase variable device that adjusts the opening / closing timing of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) according to an operating state.
従来のこの種のカム位相可変装置として、例えば特許文献1のものを挙げることができる。この可変装置はクランクシャフトにより回転駆動されるカムスプロケットに設けられて、内部にカムシャフトと連結したベーンロータを配置しており、油圧によってベーンロータの位相を進角側或いは遅角側に変更して、カムスプロケットに対するカムシャフトの位相を変更し、その結果、吸排気弁の開閉タイミングを調整している。
周知のようにカムシャフトはエンジン回転速度の1/2で高速回転することから、そのカムシャフトと共に回転するカム位相可変装置には精密な回転バランスが要求される。しかしながら、上記した公報記載のカム位相可変装置は回転バランスについての配慮は何らなされず、アンバランスによる種々の不具合、例えば、カムシャフトの回転に伴って軸受部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の回転変動による機関不調に伴う振動及び騒音発生等を生じる可能性があった。 As is well known, since the camshaft rotates at a high speed at half the engine rotation speed, a precise rotation balance is required for the cam phase variable device that rotates with the camshaft. However, the cam phase varying device described in the above publication does not give consideration to the rotational balance, and various problems due to unbalance, for example, increased friction when an unbalanced load is applied to the bearing portion as the camshaft rotates. There is a possibility that vibration and noise may be generated due to engine seizure due to seizure or seizure, or camshaft rotation fluctuation.
本発明の目的は、回転バランスを精密に均衡させて、アンバランスによる種々の不具合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。 An object of the present invention is to provide a cam phase varying device that can precisely balance the rotational balance and prevent various problems due to unbalance.
上記目的を達成するため、請求項1の発明では、内燃機関のクランクシャフトで回転駆動される本体と、本体内に相対回動可能に配置されて弁開閉駆動用のカムシャフトに対して連結され、内燃機関の回転速度に応じて本体内での回動位置を調整される位相可変部材と、本体の一側に設けられて、内燃機関がアイドル運転のときに設定される位相可変部材の回動位置において本体及び位相可変部材のアセンブリ状態での回転バランスを均衡させる重量調整部とを備えたものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a main body that is rotationally driven by a crankshaft of an internal combustion engine, and a camshaft that is disposed in the main body so as to be relatively rotatable and is connected to a valve shaft driving camshaft. A phase variable member whose rotational position in the main body is adjusted according to the rotational speed of the internal combustion engine, and a phase variable member provided on one side of the main body and set when the internal combustion engine is in idle operation. And a weight adjusting unit that balances the rotational balance in the assembly state of the main body and the phase variable member at the moving position.
アイドル運転時での停車中などには周囲の騒音(エンジンの燃焼音や走行音)や振動が低いため、カム位相可変装置のアンバランスによりカムシャフトに回転変動が生じていると、機関不調による騒音や振動を運転者が敏感に感じる傾向がある。本発明では、このような運転者が騒音や振動に敏感になり易いアイドル運転時の作動状態で回転バランスの均衡が図られ、しかも、実際の稼働時と同じアセンブリ状態で回転バランスの均衡が図られる。 Since the ambient noise (engine combustion noise and running noise) and vibration are low when the vehicle is stopped during idle operation, if the camshaft changes due to imbalance of the cam phase variable device, the engine malfunctions. There is a tendency for drivers to feel noise and vibration sensitively. In the present invention, the balance of rotation is balanced in the operating state during idling where the driver tends to be sensitive to noise and vibration, and the balance of rotation is balanced in the same assembly state as in actual operation. It is done.
請求項2の発明では、請求項1において、内燃機関の停止時においてアイドル運転の回動位置で位相可変部材を回動規制する回動規制部材を備えたものである。
従って、重量調整部による本体及び位相可変部材のバランス取り作業では、回動規制部材により位相可変部材をアイドル運転の回動位置に保持した状態で実施される。
請求項3の発明では、請求項1または2において、位相可変部材が、内燃機関のアイドル運転において回動ストロークの一端側の最遅角位置または回動ストロークの他端側の最進角位置に調整され、重量調整部が、位相可変部材の最遅角位置または最進角位置において回転バランスを均衡させるものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a rotation restricting member for restricting the rotation of the phase variable member at the rotation position of the idle operation when the internal combustion engine is stopped is provided.
Therefore, the balancing operation of the main body and the phase variable member by the weight adjusting unit is performed in a state where the phase variable member is held at the rotation position of the idle operation by the rotation restriction member.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the phase variable member is located at the most retarded angle position on one end side of the rotation stroke or the most advanced angle position on the other end side of the rotation stroke in the idling operation of the internal combustion engine. The weight adjustment unit is adjusted to balance the rotational balance at the most retarded angle position or the most advanced angle position of the phase variable member.
従って、内燃機関のアイドル運転では位相可変部材が最遅角位置または最進角位置に調整され、この回動位置において重量調整部により回転バランスが均衡される。 Therefore, in idling operation of the internal combustion engine, the phase variable member is adjusted to the most retarded position or the most advanced position, and the rotation balance is balanced by the weight adjusting unit at this rotational position.
以上説明したように請求項1〜3の発明のカム位相可変装置によれば、アンバランスに起因する騒音や振動に対して運転者が敏感になり易いアイドル運転時において回転バランスを精密に均衡させ、これによりカムシャフトの回転変動で機関不調になったときの騒音や振動により運転者に不快感を与える事態を未然に防止することができる。 As described above, according to the cam phase varying device of the first to third aspects of the present invention, the rotational balance is precisely balanced during idle operation where the driver tends to be sensitive to noise and vibration caused by unbalance. As a result, it is possible to prevent a situation in which the driver feels uncomfortable due to noise or vibration when the engine malfunctions due to the fluctuation of the rotation of the camshaft.
以下、本発明を吸気弁の開閉タイミングを調整するカム位相可変装置に具体化した一実施例を説明する。
図1及び図2に示すように、エンジンのシリンダヘッド1の軸受部2には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の軸線を中心として図2の矢印方向に1/2に減速されて回転駆動される。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。なお、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。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a cam phase varying device that adjusts the opening / closing timing of an intake valve will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
タイミングプーリ4の一側面には、ハウジング7とフロントカバー8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の前端に図示しないノックピンで位置決めされてカムボルト14で固定されている。カムボルト14の頭部14aはベーンロータ12に形成された油分配室15内に位置し、この分配室15は前記フロントカバー8に螺合したプラグ16により閉塞されている。本実施例では、タイミングプーリ4、ハウジング7及びフロントカバー8が本体として機能し、ベーンロータ12が位相可変部材として機能する。
A
ベーンロータ12は油圧室10と対応する略十字状をなして、その90度間隔の4つのベーン12a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12b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10a,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12aの両側には遅角油圧室17aと進角油圧室17bが形成されている。
The
そして、ベーンロータ12は、図2に実線で示すように各ベーン12aの進角油圧室17b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の遅角油圧室17a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の軸線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。
As shown by the solid line in FIG. 2, the
図2及び図3に示すように、ベーンロータ12の各ベーン12aには、その厚み方向(カムシャフト3の軸線方向)にピン孔19が貫設され、各ピン孔19内にはロックピン20(回動規制部材)が軸方向に摺動可能に嵌め込まれている。ロックピン20の長さはベーンロータ12の厚みとほぼ等しく設定され、ロックピン20の先端(図3の下端)はテーパ状に面取り形成されている。タイミングプーリ4には、ベーンロータ12が最遅角位置にあるときに各ピン孔19とそれぞれ対応するロック孔21が形成され、各ロック孔21はロックピン20の先端と対応するテーパ状の断面形状をなしている。ロックピン20はピン孔19内で摺動して、図3に示すように先端をロック孔21内に嵌入させてベーンロータ12を最遅角位置で回動規制するロック位置と、先端をロック孔21内から離脱させてベーンロータ12の回動を許容するロック解除位置との間で切換えられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
ベーンロータ12には、ピン孔19内と遅角油圧室17a内とを連通させるロック油路22a、及びピン孔19内と進角油圧室17b内とを連通させるロック解除油路22bが形成され、後述するように遅角油圧室17a内の油圧が増加したときには、その油圧がロック油路22aを経てロックピン21の基端側に作用してロック位置に切換え、又、進角油圧室17b内の油圧が増加したときには、その油圧がロック解除油路22bを経てロックピン21の先端側に作用してロック解除位置に切換える。
The
一方、ベーンロータ12には油分配室15を中心として放射状に4本の進角導入油路23が形成され、各進角導入油路23の一端は油分配室15内に開口し、他端はそれぞれ進角油圧室17b内に開口している。油分配室15は、カムボルト14を貫通する貫通油路24、貫通油路24より連続する第一油路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。
On the other hand, four advance angle
一方、ベーンロータ12には放射状に4本の遅角導入油路29が形成され、各遅角導入油路29の一端は遅角油圧室17a内に開口している。各遅角導入油路29の他端はそれぞれ第三油路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。
On the other hand, four retard angle introducing
図1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38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。
As shown in FIG. 1, the advance
図1に示すように、フロントカバー8の表面側の一側には表面側バランス孔41が、タイミングプーリ4の裏面側の一側には裏面側バランス孔42が形成されている。これらのバランス孔41,42は、カム位相可変装置の回転バランスを均衡させるためにドリルにより穿孔したものである。尚、図では理解を容易にするために、同一位相位置に1個ずつバランス孔41,42を設けた例を示しているが、実際にはカムシャフト3の軸線を中心とした所定半径上で、回転バランスが均衡する位相位置に必要な個数だけバランス孔41,42が設けられている。本実施例では、これらのバランス孔41,42が重量調整部として機能する。
As shown in FIG. 1, a front
次に、上記バランス取り作業の手順を説明する。
回転バランスの均衡状態は、カムシャフト3を模した回転治具上にカム位相可変装置のアセンブリ(切換弁38等の油圧回路を除き、カムシャフト3と共に回転するタイミングプーリ4、ハウジング7及びフロントカバー8等を組立てた状態)をセットして確認される。まず、カム位相可変装置を構成する各部品の製造が完了すると、実際のカムシャフト3への組付け状態と全く同様に、回転治具に対して各構成部品を順次組付け、アセンブリとして完成させる。
Next, the procedure of the balancing operation will be described.
The rotation balance is balanced by the assembly of the cam phase variable device on the rotating jig simulating the camshaft 3 (except for the hydraulic circuit such as the switching
次いで、バランス取り作業を行うのであるが、図2の構成から明らかなように、内部のベーンロータ12の位相位置に応じてカム位相可変装置の回転重心が移動することから、全ての位相位置で回転バランスを均衡させることは不可能である。よって、ベーンロータ12の特定の位相位置に絞って回転バランスを均衡させる必要があり、本実施例では、最遅角位置においてバランス取りがなされる。
Next, the balancing operation is performed. As is apparent from the configuration of FIG. 2, the rotational center of gravity of the cam phase varying device moves in accordance with the phase position of the
具体的には、まず、カム位相可変装置を把持して回転治具に対して相対回転させ、ベーンロータ12を図2の最遅角位置に切換える。次に、この最遅角位置を保持するためにロックピン20をロック位置に切換えるのであるが、アセンブリ状態ではロックピン20に触れて直接操作できない。そこで、ロックピン20が鉄系材料からなることを利用して、図3に示すように、タイミングプーリ4の裏面側より磁石Mで吸引してロック位置に切換える。
Specifically, first, the cam phase varying device is gripped and rotated relative to the rotating jig, and the
この状態で、回転治具と共にカム位相可変装置を回転回転駆動して回転バランスの均衡状態を確認し、表面側及び裏面側共に、重心が偏っている位相位置にバランス孔41,42を適宜ドリルにより穿孔する。詳細は説明しないが、このバランス取り作業の手順は、一般的なバランス取りの手法を利用している。尚、バランス孔41,42の穿孔に代えて、重心が偏っている位相位置の反対側にウエイトを固定しても同様の効果が得られる。 In this state, the cam phase variable device is rotated and driven together with the rotating jig to check the balanced state of the rotation balance, and the balance holes 41 and 42 are appropriately drilled at the phase positions where the center of gravity is biased on both the front side and the back side. Perforate. Although not described in detail, this balancing operation procedure uses a general balancing method. Note that the same effect can be obtained by fixing the weight on the opposite side of the phase position where the center of gravity is biased instead of the perforation of the balance holes 41 and 42.
以上のバランス取り作業によりカム位相可変装置は、エンジンに組付けられた実際の稼働時と同じアセンブリ状態で、かつ、ベーンロータ12を最遅角位置に保持した状態で回転バランスが最も均衡することになる。その後、カム位相可変装置を回転治具より取り外して、分解することなくそのままエンジンに組付ける。従って、再組立による部品相互間の位置関係の狂いで回転バランスが悪化する虞がなくなり、カム位相可変装置はバランス取り時の最良の状態でエンジンに組付けられる。又、このようにアセンブリ状態でバランス孔41,42を穿孔するため、油圧室10内等に切り粉が付着したときの動作不良を未然に回避可能となる。
With the above balancing operation, the cam phase varying device is in the same assembly state as that during actual operation assembled to the engine, and the rotational balance is most balanced in a state where the
次に、本実施例のカム位相可変装置の作動状況を説明する。
まず、エンジン停止時において、ベーンロータ12は図2に実線で示す最遅角位置(図4の進角量0°)に切換えられ、図3に示すロック位置に切換えられたロックピン20により回動規制されている。エンジン始動に際して切換弁38は図1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31、第三油路30及び遅角導入油路29を経て遅角油圧室17a内に導入されて、ベーンロータ12を最遅角位置に保持する。尚、このように始動時にベーンロータ12を最遅角位置に保持するのは始動性向上を目的としたものであり、ロックピン20は、始動完了によりオイルポンプ35が作動して遅角油圧室17a内の油圧を立ち上げるまでの間、ベーンロータ12を最遅角位置に保持する役割を果たす。
Next, the operation status of the cam phase varying device of this embodiment will be described.
First, when the engine is stopped, the
始動完了後のベーンロータ12の回動位置は、図4のマップに従ってエンジン回転速度NeやエンジントルクTq(負荷)に基づいて制御される。図から明らかなように、エンジン回転速度Neが高いほど、或いはエンジントルクが低いほど、小さな進角量を適用してベーンロータ12を遅角側に制御する。この制御特性は、遅角側への制御により排気側とのオーバラップを縮小して、吸入空気の充填効率を向上させることを目的とするものである。
The rotational position of the
例えば、始動完了後に車両を発進させると、エンジン回転速度NeとエンジントルクTqの増加に伴って次第に大きな進角量が設定される。それに応じて切換弁38は図1とは逆位置に切り換えられ、作動油を進角供給油路28、第二油路26、第一油路25、貫通油路24、油分配室15及び進角導入油路23を経て進角油圧室17b内に導入する。その油圧によりロックピン20がロック解除位置に切換えられると共に、ベーンロータ12が進角側に回動し、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の回動位置を保持する。
For example, when the vehicle is started after the start is completed, a progressively larger advance amount is set as the engine rotational speed Ne and the engine torque Tq increase. Accordingly, the switching
ここで、ベーンロータ12が最遅角位置に制御される場合のエンジン運転状況としては、上記したエンジン始動時の他に、図4のマップから明らかなように高回転域及び低トルク域を挙げることができる。そして、上記のようにカム位相可変装置は、この最遅角位置において回転バランスが最も均衡しているが故に、以下に述べるアンバランスによる不具合を未然に回避することができる。
Here, as the engine operating situation when the
まず、高回転域では、カム位相可変装置にアンバランスが生じているとカムシャフト3の回転に伴って軸受部2に偏荷重が加わってしまうが、カム位相可変装置の回転バランスが均衡しているために偏荷重が防止され、それによって引き起こされる軸受部2のフリクション増大や焼付きを未然に回避することができる。更に、タイミングベルト5に作用する偏荷重も防止されるため、その耐久性を向上させることができる。
First, in the high rotation range, if the cam phase variable device is unbalanced, an unbalanced load is applied to the bearing
尚、回転バランスは最遅角位置に対応する6000〜7000rpmの回転域で最も均衡するが、ベーンロータ12が最遅角位置からそれほど位相変化しない領域、例えば進角量10°程度に対応する5000〜6000rpmの回転域でも十分良好な回転バランスが得られるため、上記した不具合を回避することができる。
又、低トルク域では、アイドル運転での停車中のように周囲の騒音(エンジンの燃焼音や走行音)や振動が低いために運転者が騒音や振動に最も敏感になる領域であるが、カム位相可変装置の回転バランスが均衡しているためにカムシャフト3の回転変動が防止され、それによって引き起こされる機関不調による振動及び騒音を回避して、運転者に極めて良好な運転環境を提供できる。
The rotation balance is most balanced in the rotation range of 6000 to 7000 rpm corresponding to the most retarded angle position, but the region where the
In the low torque range, the driver is most sensitive to noise and vibration because the surrounding noise (engine combustion noise and running noise) and vibration are low, such as during idling. Since the rotational balance of the cam phase varying device is balanced, the rotational fluctuation of the
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、吸気側カムシャフト3にカム位相可変装置を取り付けてその位相を調整したが、加えて、排気側カムシャフトにも同様のカム位相可変装置を取り付けてもよい。この場合の排気側のカム位相可変装置は、例えば図5に示すマップに従って、エンジン回転速度Neが高いほど、或いはエンジントルクが高いほど、大きな進角量を適用してベーンロータ12を進角側に制御し、吸気側とのオーバラップ縮小により吸入空気の充填効率向上を図る。又、アイドル時にも進角側に制御してオーバラップを縮小し、EGR減による回転の安定化を図る。尚、排気側では、始動性向上のためにベーンロータ12を最進角位置で保持する必要があるため、最進角位置でベーンロータ12を回動規制できるようにロック孔21の位置を変更する。
This is the end of the description of the embodiment. However, the embodiment of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the cam phase varying device is attached to the
そして、この排気側に用いるカム位相可変装置は、ロックピン20により最進角位置を保持した状態で、吸気側と同様の手順でバランス取り作業を実施する。即ち、上記のように回転バランスの均衡が最も要求される高回転域及びアイドル時には最進角位置に制御されるため、この最進角位置で最も回転バランスを均衡させているのである。その結果、吸気側のカム位相可変装置で述べたようにアンバランスによる不具合、つまり、高回転域では軸受部2のフリクション増大や焼付きを、アイドル時には機関不調による振動及び騒音発生を未然に回避することができる。
The cam phase varying device used on the exhaust side performs the balancing operation in the same procedure as that on the intake side while the
又、上記実施例では、オイルポンプ35からの油圧を利用してベーンロータ12を回動させる油圧式のカム位相可変装置として具体化したが、その作動原理はこれに限定されるものではなく、例えば、電動モータ等を駆動源とするカム位相可変装置に具体化してもよい。
In the above embodiment, the hydraulic cam phase variable device that rotates the
3 カムシャフト
4 タイミングプーリ(本体)
7 ハウジング(本体)
8 フロントカバー(本体)
12 ベーンロータ(位相可変部材)
20 ロックピン(回動規制部材)
41 表面側バランス孔(重量調整部)
42 裏面側バランス孔(重量調整部)
3
7 Housing (main body)
8 Front cover (main unit)
12 Vane rotor (phase variable member)
20 Lock pin (rotation restricting member)
41 Surface-side balance hole (weight adjustment part)
42 Back side balance hole (weight adjustment part)
Claims (3)
前記本体内に相対回動可能に配置されて弁開閉駆動用のカムシャフトに対して連結され、前記内燃機関の回転速度に応じて前記本体内での回動位置を調整される位相可変部材と、
前記本体の一側に設けられて、前記内燃機関がアイドル運転のときに設定される前記位相可変部材の回動位置において前記本体及び位相可変部材のアセンブリ状態での回転バランスを均衡させる重量調整部と
を備えたことを特徴とするカム位相可変装置。 A main body rotated by a crankshaft of an internal combustion engine;
A phase variable member disposed in the main body so as to be relatively rotatable and connected to a camshaft for driving the valve opening and closing, and having a rotational position adjusted in the main body in accordance with a rotation speed of the internal combustion engine; ,
A weight adjusting unit provided on one side of the main body for balancing the rotational balance in the assembly state of the main body and the phase variable member at the rotation position of the phase variable member set when the internal combustion engine is in idle operation And a cam phase varying device.
前記重量調整部は、前記位相可変部材の最遅角位置または最進角位置において回転バランスを均衡させることを特徴とする請求項1または2記載のカム位相可変装置。 The phase variable member is adjusted to the most retarded angle position on one end side of the rotation stroke or the most advanced angle position on the other end side of the rotation stroke during idle operation of the internal combustion engine,
3. The cam phase varying device according to claim 1, wherein the weight adjusting unit balances a rotational balance at a most retarded angle position or a most advanced angle position of the phase varying member.
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