JP2009174484A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムジャーナルの長手方向の寸法増大を伴わずに油通路間における油の漏洩を防止することができる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】進角側圧力室１８及び遅角側圧力室１９を有しかつタイミングプーリ６とカムシャフト３との相対回転を許容した状態でタイミングプーリ６の回転をカムシャフト３に伝達できる位相変更機構８と、進角側圧力室１８に油を導く進角側油通路２３と、遅角側圧力室１９に油を導く遅角側油通路２４とを備え、カムシャフト３の一方のジャーナル部４に進角側油通路２３に続く進角側油孔２７が、他方のジャーナル部４に遅角側油通路２４に続く遅角側油孔２８がそれぞれ設けられ、オイルポンプ２１からの油が進角側油孔２７を介して進角側油通路２３に、遅角側油孔２８を介して遅角側油通路２４にそれぞれ供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

内燃機関の吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを運転状態に応じて変更するバルブタイミング制御装置が周知である。このような制御装置は、クランクシャフトの回転が伝達されるタイミングプーリやスプロケット等の回転部材とカムシャフトとの間に介在し、油圧を利用して回転部材とカムシャフトとの間の位相を変更する位相変更機構を備えていることが多い。位相変更機構には、バルブタイミングを進角側へ変更するための進角側圧力室と、バルブタイミングを遅角側へ変更するための遅角側圧力室とが設けられており、これらの圧力室への油の供給を切り替えることによりバルブタイミングを変更する。進角側圧力室又は遅角側圧力室への油の供給はこれらの圧力室に繋がりカムシャフト内に形成された油通路を通じて行われている。

例えば、バルブタイミング制御装置として、進角側圧力室に通じる油通路と、遅角側圧力室に通じる油通路とが単一のカムジャーナルに開口し、これらの油通路の開口部間の距離を、油通路間における油の漏洩が抑制されるべくできる限り長くなるように構成したものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開平６−２６４７０５号公報 特開平８−２４６８１８号公報 特開２００１−５００６４号公報

特許文献１のように各油通路を単一のカムジャーナルに開口させた場合は、カムジャーナルの長手方向の寸法を増加させずに油通路間の漏洩を防止することが困難である。

そこで、本発明は、カムジャーナルの長手方向の寸法増大を伴わずに油通路間における油の漏洩を防止することができる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。

本発明のバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転し、カムシャフトの外周に配置された回転部材と、前記回転部材と前記カムシャフトとの相対回転を許容した状態で前記回転部材の回転を前記カムシャフトに伝達でき、かつ前記カムシャフトを進角側に前記回転部材に対して相対回転させるために設けられた進角側圧力室及び前記カムシャフトを遅角側に前記回転部材に対して相対回転させるために設けられた遅角側圧力室を有する位相変更機構と、前記位相変更機構の前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室のそれぞれに供給する油の供給源として設けられた油圧源と、前記油圧源からの油を前記カムシャフト内を経由して前記進角側圧力室に導く進角側油通路と、前記油圧源からの油を前記カムシャフト内を経由して前記遅角側圧力室に導く遅角側油通路と、前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室の油圧が変化するように、前記油圧源からの油の供給状態を前記油圧源と前記進角側油通路とを開通させる進角状態と、前記前記油圧源と前記遅角側油通路とを開通させる遅角状態との間で切り替える切替手段と、前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室の油圧の変化に応じて前記回転部材と前記カムシャフトとの相対回転位置が変化するように、前記切替手段を操作する切替制御手段と、を備え、前記カムシャフトには複数のジャーナル部が設けられ、前記複数のジャーナル部のうちの互いに異なる二つのジャーナル部のいずれか一方に前記進角側油通路に続く進角側油孔が、前記二つのジャーナル部のいずれか他方に前記遅角側油通路に続く遅角側油孔がそれぞれ設けられ、前記油圧供給源からの油が前記進角側油孔を介して前記進角側油通路に、前記遅角側油孔を介して前記遅角側油通路にそれぞれ供給される、ことにより上述した課題を解決する（請求項１）。

この制御装置によれば、進角側油通路に通じる進角側油孔と、遅角側油通路に通じる遅角側油孔が別々のジャーナル部に設けられているので、油通路間における油の漏洩をジャーナル部の長手方向の寸法増大を伴わずに防止することができる。

本発明の一態様において、前記切替制御手段は、前記進角状態又は前記遅角状態のいずれか一方の状態が所定時間継続した場合に前記油圧源からの油の供給状態がいずれか他方の状態へ一時的に切り替えられるように、前記切替手段を操作してもよい（請求項２）。この態様によれば、進角状態又は遅角状態のいずれか一方の状態が継続した場合でも、一時的に他方の状態へ切り替えられるので、一方のジャーナル部への油の供給が滞ることを抑制できる。これにより、ジャーナル部の油の供給が不足してジャーナル部が焼き付くことを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、進角側油通路に通じる進角側油孔と、遅角側油通路に通じる遅角側油孔が別々のジャーナル部に設けられているので、油通路間における油の漏洩をジャーナル部の長手方向の寸法増大を伴わずに防止することができる。

図１は本発明の一形態に係るバルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関１は不図示の複数気筒が一列に並べられた直列型の内燃機関として構成されている。内燃機関１にはそのシリンダヘッド２に吸気バルブ用のカム３ａが形成されたカムシャフト３が設けられている。カムシャフト３の外周には複数のジャーナル部４が形成されている。カムシャフト３はシリンダヘッド２に形成されたジャーナル受け部２ａと、カムキャップ５とによってジャーナル部４が挟まれた状態で回転可能に支持されている。

カムシャフト３の一端の外周には不図示のクランクシャフトと同期して回転する回転部材としてのタイミングプーリ６が配置されており、そのタイミングプーリ６にはタイミングベルト７が巻き掛けられている。タイミングプーリ６とカムシャフト３との間には位相変更機構８が介在しており、この位相変更機構８はタイミングプーリ６とカムシャフト３との相対回転を許容した状態でタイミングプーリ６の回転をカムシャフト３に伝達できるように構成されている。

位相変更機構８は、カムシャフト３の端部にボルト１０により締結された筒状の固定ギヤ１１と、カムシャフト３の端部を覆うキャップ１２と、タイミングプーリ６とキャップ１２とに挟まれた状態でボルト１４にて締結された筒状のギア１３と、タイミングプーリ６、キャップ１２及びギヤ１３にて囲まれた環状空間１５の内部に配置されて、固定ギア１１とギア１３とに噛み合う二重円筒状のリングギア１６とを備えている。リングギヤ１６の最外周及び最内周にはそれぞれヘリカルスプライン１６ａ、１６ｂが形成されている。固定ギヤ１１の外周及びギヤ１３の内周にはヘリカルスプライン１１ａ、１３ａが形成されている。そして、ヘリカルスプライン１６ａ、１３ａ同士が噛み合うとともに、ヘリカルスプライン１６ｂ、１１ａ同士が相互に噛み合っている。従って、不図示のクランクシャフトの回転がタイミングベルト７を介してタイミングプーリ６に伝達されると、リングギヤ１６にて連結されたタイミングプーリ６と固定ギヤ１１とが一体的に回転して、カムシャフト３が回転駆動される。

上述した環状空間１５はリングギア１７によって進角側圧力室１８と負圧側圧力室１９とに区分される。これらの圧力室１８、１９には油が供給され、リングギア１６を軸線Ａｘの方向に移動させるため各圧力室１８、１９の油圧が調整される。各圧力室１８、１９への油の供給は油供給装置２０にて行われる。

油供給装置２０は、内燃機関１のオイルパン２２から油を汲み上げるとともに油を加圧する油圧源としてのオイルポンプ２１と、オイルポンプ２１からの油をカムシャフト３内を経由させて進角側圧力室１８に導く進角側油通路２３と、オイルポンプ２１からの油をカムシャフト３内を経由させて遅角側圧力室１９に導く遅角側油通路２４と、オイルポンプ２１からの油の供給状態を切り替える切替手段としての電磁切替弁２５とを備えている。オイルポンプ２１は内燃機関１にて駆動される周知のポンプである。各油通路２３、２４はカムシャフト３の内部を軸線Ａｘの方向に延びていて、それらの一端は互いに異なるジャーナル部４に開口している。言い換えれば、位相変更機構８に近い側のジャーナル部４に進角側油通路２３に続く進角側油孔２７が、その隣のジャーナル部４に遅角側油通路２４に続く遅角側油孔２８がそれぞれ設けられている。図示するように、これらのジャーナル部４に設けられた各カムキャップ５には進角側油孔２７及び遅角側油孔２８を介して進角側油通路２３及び遅角側油通路２４に油を供給できるように油通路３０が形成されている。このように、進角側油通路２３に通じる進角側油孔２７と、遅角側油通路２４に通じる遅角側油孔２８が別々のジャーナル部４に設けられているので、油通路間における油の漏洩をジャーナル部４の長手方向の寸法増大を伴わずに防止することができる。

各油通路３０には所定の配管が接続されており、その配管には電磁切替弁２５が設けられている。電磁切替弁２５は４ポート３位置型の電磁制御弁として構成され、そのソレノイド２５ａへの通電状態を変更することにより中立位置、進角制御位置及び遅角制御位置の３位置に切り替え動作できる。電磁切替弁２５が中立位置のときには、進角側油通路２３及び遅角側油通路２４のいずれも閉鎖されて各圧力室１８、１９への油の供給が停止される。電磁切替弁２５が進角制御位置のときには、オイルポンプ２１と進角側油通路２３とが開通して進角側圧力室１８へ油が供給されるとともに、オイルパン２２と遅角側油通路２４が開通して遅角側圧力室１９からオイルパン２２へ油が戻される。これによって本発明に係る進角状態が実現される。また、電磁切替弁２５が遅角制御位置のときには、オイルポンプ２１と遅角側油通路２４とが開通して遅角側圧力室１９へ油が供給されるとともに、オイルパン２２と進角側油通路２３とが開通して進角側圧力室１８からオイルパン２２へ油が戻される。これにより本発明に係る遅角状態が実現される。

電磁切替弁２５の動作は内燃機関１の運転状態を適正に制御するためのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ３０には吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ３１、クランクシャフトの回転位置に応じた信号を出力するクランク角センサ３２、及びカムシャフト３の回転位置に応じた信号を出力するカム角センサ３３等の各種センサが電気的に接続されている。

ＥＣＵ３０は各センサ３１〜３３の出力信号を読み込み、これらの信号に基づいて電磁切換弁２５を適宜制御する。ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいて電磁切換弁２５が進角制御位置に位置すると、オイルポンプ２１からの油は油通路３０、進角側油孔２７及び進角側油通路２３を介して進角側圧力室１８に供給される。進角側圧力室１８に供給された油の油圧によりリングギア１６が軸線Ａｘの方向の一方（図１の右方向）へ押し出される。その結果、カムシャフト３に捩りが付与されてギア１３とカムシャフト３との回転位相がずれる。つまり、カムシャフト３とタイミングプーリ６との回転位相が進角方向にずれるため、吸気バルブの開弁及び閉弁時期が早められ、吸気行程おける吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが大きくなる方向へ変更される。

反対に、ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいて電磁切換弁２５が遅角制御位置に位置すると、オイルポンプ２１からの油は油通路３０、遅角側油孔２８及び遅角側油通路２４を介して遅角側圧力室１９に供給される。遅角側圧力室１９に供給された油の油圧によりリングギア１６が軸線Ａｘの方向の他方（図１の左方向）へ押し出される。その結果、カムシャフト３に上記とは反対方向の捩りが付与されてギア１３とカムシャフト３との回転位相がずれる。つまり、カムシャフト３とタイミングプーリ６との回転位相が遅角方向にずれるため、吸気バルブの開弁及び閉弁時期が遅らされ、吸気行程おける吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが小さくなる方向へ変更される。

次に、上記の基本的な制御の他にＥＣＵ３０が行う焼き付き防止制御について説明する。進角側圧力室１８又は遅角側圧力室１９のいずれか一方に油圧が長時間作用している場合には、他方の圧力室に接続される油通路が開口するジャーナル部への油の供給が不足してそのジャーナル部が焼き付く可能性がある。そのため、本形態の焼き付き防止制御では、進角側圧力室１８又は遅角側圧力室１９のいずれか一方に油圧が長時間作用している場合に一時的に他方の圧力室に油圧が作用するように電磁切替弁２５が操作される。

図２は焼き付き防止制御の一制御例を示すタイミングチャートである。この図においては、電磁切替弁２５の作動位置、進角側圧力室１８の油圧、及び遅角側圧力室１９の油圧のそれぞれの時間変化を示している。図示するように、ＥＣＵ３０は、電磁切替弁２５が進角制御位置に保持された時間が所定時間T_thに達すると、T_ocvの間、電磁切替弁２５を遅角制御位置に切り替えてから再び進角制御位置へ戻すように電磁切替弁２５を操作している。これにより、遅角側圧力室１９に関わるジャーナル部４への油の供給不足が補われるので、そのジャーナル部４の焼き付きを防止することができる。

図３はこのような焼き付き防止制御を実現するための制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。図３のルーチンのプログラムはＥＣＵ３０のＲＯＭに保持されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ３０はステップＳ１において、前回演算時と今回演算時とを比較して電磁切替弁２５の制御位置が切り替えられているか否かを判定する。その結果、電磁切替弁２５の制御位置が切り替えられていない場合はステップＳ２に進み、制御位置が切り替えられている場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ２では、電磁弁２５の制御位置の保持時間を管理する変数T_hojiを所定単位ΔTだけインクリメントして変数T_hojiを更新する。所定単位ΔTは本ルーチンの演算周期に応じて適宜設定される。

ステップＳ３では、変数T_hojiが閾値である所定時間T_thを超えたか否かを判定し、超えている場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ４をスキップしてルーチンを抜ける。

ステップＳ４では、T_ocvの間、電磁切替弁２５の制御位置が反対に切り替えられるように電磁切替弁２５を操作する。即ち、進角制御位置が継続している場合は遅角制御位置へ、遅角制御位置が継続している場合は進角制御位置へ切り替える。T_ocvの値は所定時間T_thよりも短くなるように設定されている。

ステップＳ５では、変数T_hojiをリセットする。この場合はT_hojiに０を代入する。

図３に示す制御ルーチンを繰り返し実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る切替制御手段として機能して、図２に示した制御結果を得ることができる。これにより、一方への油圧供給不足が解消されてジャーナル部４の焼き付きを防止することができる。

本発明は、以上の形態に限定されることなく本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記の形態では、吸気バルブ用のカムシャフトに本発明を適用しているが、排気バルブ用のカムシャフトに本発明を適用することもできる。本発明はタイミングチェーンを用いてカムシャフトを駆動する内燃機関に対しても適用できる。タイミングチェーンを用いる内燃機関に本発明を適用する場合には、タイミングチェーンに噛み合うスプロケットが本発明に係る回転部材に相当する。本発明に係る位相変更機構は図示の形態に限らずいわゆるベーン型の機構で実施することもできる。

本発明の一形態に係るバルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の要部を示した図。 焼き付き防止制御の一制御例を示すタイミングチャート。 焼き付き防止制御を実現するための制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
３ カムシャフト
４ ジャーナル部
６ タイミングプーリ（回転部材）
８ 位相変更機構
１８ 進角側圧力室
１９ 遅角側圧力室
２１ オイルポンプ（油圧源）
２３ 進角側油通路
２４ 遅角側油通路
２５ 電磁切替弁（切替手段）
２７ 進角側油孔
２８ 遅角側油孔
３０ ＥＣＵ（切替制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同期して回転し、カムシャフトの外周に配置された回転部材と、前記回転部材と前記カムシャフトとの相対回転を許容した状態で前記回転部材の回転を前記カムシャフトに伝達でき、かつ前記カムシャフトを進角側に前記回転部材に対して相対回転させるために設けられた進角側圧力室及び前記カムシャフトを遅角側に前記回転部材に対して相対回転させるために設けられた遅角側圧力室を有する位相変更機構と、前記位相変更機構の前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室のそれぞれに供給する油の供給源として設けられた油圧源と、前記油圧源からの油を前記カムシャフト内を経由して前記進角側圧力室に導く進角側油通路と、前記油圧源からの油を前記カムシャフト内を経由して前記遅角側圧力室に導く遅角側油通路と、前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室の油圧が変化するように、前記油圧源からの油の供給状態を前記油圧源と前記進角側油通路とを開通させる進角状態と、前記前記油圧源と前記遅角側油通路とを開通させる遅角状態との間で切り替える切替手段と、前記進角側圧力室及び前記遅角側圧力室の油圧の変化に応じて前記回転部材と前記カムシャフトとの相対回転位置が変化するように、前記切替手段を操作する切替制御手段と、を備え、
   前記カムシャフトには複数のジャーナル部が設けられ、前記複数のジャーナル部のうちの互いに異なる二つのジャーナル部のいずれか一方に前記進角側油通路に続く進角側油孔が、前記二つのジャーナル部のいずれか他方に前記遅角側油通路に続く遅角側油孔がそれぞれ設けられ、前記油圧供給源からの油が前記進角側油孔を介して前記進角側油通路に、前記遅角側油孔を介して前記遅角側油通路にそれぞれ供給される、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. 前記切替制御手段は、前記進角状態又は前記遅角状態のいずれか一方の状態が所定時間継続した場合に前記油圧源からの油の供給状態がいずれか他方の状態へ一時的に切り替えられるように、前記切替手段を操作する請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。

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