JP2011012589A - Valve timing adjusting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は内燃機関の排気側カムシャフトに取付けられ、排気バルブの開閉タイミングを油圧により制御するバルブタイミング調整装置に関する。 The present invention relates to a valve timing adjusting device which is attached to an exhaust side camshaft of an internal combustion engine and controls the opening / closing timing of an exhaust valve by hydraulic pressure.
これまで自動車用内燃機関のバルブタイミング調整装置は種々考案されている。特に排気側への適用にあたっては遅角側に作用するカムトルクと装置の始動時基準位置(最進角位置)が異なることから、ロータを進角方向に付勢するためのアシストスプリングを設置し、そのトルク設定についても種々考案されている。特許文献1はその1つである。
Various valve timing adjusting devices for internal combustion engines for automobiles have been devised so far. Especially when applying to the exhaust side, the cam torque acting on the retard side differs from the reference position (most advanced angle position) at the start of the device, so an assist spring for urging the rotor in the advance direction is installed, Various torque settings have been devised.
しかしながら、上記の特許文献1に記載された技術によれば、アシストスプリングの付勢トルクを始動時の最大トルクより大きく設定している。このような大きなトルクを一方向に与えると、通常運転時、バルブタイミング調整装置が油圧により作動する際の負荷として作用し、作動性が著しく低下してしまうことになり、内燃機関の性能に悪影響を与えることが考えられる。
However, according to the technique described in
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、アシストスプリングを有し作動速度と保持制御での安定性を装置自身によって確保・改善するバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a valve timing adjusting device that has an assist spring and ensures and improves the operation speed and stability in holding control by the device itself. Objective.
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、作動油圧室として有効に作用する遅角側油圧室数nに対して、進角側油圧室数n/2とし、ロータを進角方向に付勢するアシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルクの最大値より大きく設定したものである。 The valve timing adjusting device according to the present invention provides an assist for energizing the rotor in the advance direction by setting the advance side hydraulic chamber number to n / 2 with respect to the retard angle side hydraulic chamber number n effectively acting as a working hydraulic chamber. The spring torque is set larger than the maximum value of the cam average torque in the low rotation range.
この発明によれば、遅角側油圧室数nに対して、進角側油圧室数n/2と少なくしたことで、遅角動作時の進角油圧室での残圧による負荷抵抗を削減することができる。この結果、進角側アシストスプリング設置による遅角方向の作動速度低下を防止することができ、進角側作動時の消費油量を削減することにより進角側作動速度も向上することができる。また、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定することで、バルブタイミング調整装置の中間保持制御時、進角側油圧室数が少ないことに起因する装置内の油圧低下を防止でき、保持制御時のロータ振れ拡大を防止することができる。 According to the present invention, the load resistance due to the residual pressure in the advance hydraulic chamber during the retard operation is reduced by reducing the advance hydraulic chamber number n / 2 to the retard hydraulic chamber number n. can do. As a result, it is possible to prevent a decrease in the operation speed in the retard direction due to the installation of the advance side assist spring, and it is possible to improve the advance side operation speed by reducing the amount of oil consumed during the advance side operation. Also, by setting the assist spring torque larger than the cam average torque maximum value in the low rotation range, the hydraulic pressure in the device is reduced due to the small number of advance side hydraulic chambers during intermediate holding control of the valve timing adjustment device Can be prevented, and an increase in rotor deflection during holding control can be prevented.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1、図2はこの発明の最良の実施の形態1によるバルブタイミング調整装置の径方向、軸方向の各断面図を示し、図1は図2のA−A線に沿う横断面図、図2は図1のB−B線に沿う縦断面図である。図において、ケース1は、図示しないクランクからの駆動力を伝達するためのスプロケット部2を外周に形成し、内周部には油圧室を形成するためのシュー3a〜3dを有している。この実施の形態1では4つの油圧室を形成することになる。
Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are sectional views in the radial and axial directions of the valve timing adjusting apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a transverse sectional view taken along line AA in FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG. In the figure, the
ロータ4は、ケース1のシュー3a〜3dで形成された4つの油圧室を進角側油圧室5a〜5dと遅角側油圧室6a〜6dに区画すると共に油圧の受圧部でもあるベーン7a〜7dがほぼ90°間隔で外側に配置されている。このロータ4はボス部9がケース1の内側摺動部8と所定のクリアランスを有して摺接しており、オイルシールと軸受け機能を有している。ここでケース1のシュー3a〜3dの先端部は、その周方向の角部がおよそR0.05程度のエッジに形成されている。これにより軸受け部であるクリアランスに異物が噛み込むことを防止している。
The
また、ベーン7a〜7dの先端部には溝70が形成されており、この溝70内には各油圧室間のオイル流れを規制するシール部材10が配置されている。また、ロータ4はボス部9の内側で図示しないカムシャフトに挿入され、図示しないボルトで締結固定されている。ケース1とロータ4は、その両端面をカバー11とハウジング12で封止されており、それらは4つのボルト13で締結されている。14はロータ4のカムシャフトとの合わせ面である。
Further, a
次に、ロータ4に形成された油通路について説明する。ロータ4のボス部9には、カムシャフトに形成された図示しない油通路と連通し、径方向に貫通形成された進角側通路17a、17b、遅角側通路18a〜18dがあり、それぞれ進角側油圧室5a、5c及び遅角側油圧室6a〜6dに連通して作動油を油圧室に供給する構成となっている。
Next, the oil passage formed in the
ここで、遅角側については油圧室と供給通路がそれぞれ4つずつあり、何れの遅角側油圧室にも油圧は供給される、即ち遅角側油圧室の数は4である。他方進角側については、油圧室は5a〜5dと4つ形成されているが、供給通路は17a、17bの2本のみである。即ち、進角側油圧室5a、5cにしか作動油は供給されず有効となる油圧室は2である。このように進角側油圧室数は遅角側油圧室数よりも少なくなっている。
Here, on the retard side, there are four hydraulic chambers and four supply passages, and the hydraulic pressure is supplied to any of the retard side hydraulic chambers, that is, the number of retard side hydraulic chambers is four. On the other advance side, four
また、残りの進角側油圧室5b、5dには作動油は供給されず、これらの油圧室はケース1の外周側壁に形成された貫通穴19により常に外部に開放されている。この結果、常に外部に開放された進角側油圧室5b、5dに隣接する、ケースの内側摺動部8とロータのボス部9で形成される軸受け部にはオイルが供給されないため、焼付き等の問題が懸念される。そこで、油圧が供給される進角側油圧室5a、5cのオイルをこの軸受け部に供給する油溝(図示せず)がハウジング12に形成されている。
Further, hydraulic oil is not supplied to the remaining advance-side
ケース1のシュー3aには、径方向に貫通した穴21が形成されており、ロータ4のボス部9に形成された嵌合穴22に嵌合することでロータ4を始動時基準位置である最進角位置で規制するためのロックピン23が移動可能に収容されている。ロックピン23はスプリング24で嵌合する方向へ付勢され、スプリング24はストッパ25により保持されている。またロックピン23は、嵌合穴22の底部に開口した遅角側油通路26により遅角側油圧が印加され、先端部にて受圧することでスプリング24に抗して径外方向へ後退し、ロータ4の規制を解除することができる。
The
次にロータ4を進角方向に付勢するためのアシストスプリング27について説明する。ロータ4のベーン7a〜7dとケース1のシュー3a〜3dには、それぞれ軸方向に貫通した溝28、29が形成されており、この溝28、29にはそれぞれ樹脂製のホルダ30、31が挿入されている。アシストスプリング27は、ホルダ30、31の側面に形成された有底の穴32、33に挿入されている。
このようにしてアシストスプリング27は進角側油圧室内に配置されている(この実施の形態では、各油圧室に2本で、計8本配置されている)。
Next, the
In this way, the
アシストスプリング27の発生するトルクは、最も小さくなる最進角位置で、1000〜1500rpm程度の低回転域でのカム平均トルク最大値(カムシャフトのトルクと、例えば回転数や負荷によって異なる高圧燃料ポンプの駆動トルクの最大値の合計値)よりも大きく設定してある。また同様の低回転領域でかつ120℃程度の高油温時で油圧が最も小さくなる(およそ50〜100kPa程度)時の油圧による遅角側装置発生トルクより小さくなるように、最も大きくなる最遅角位置でのトルクを設定している。
The torque generated by the
図3はカムシャフトに作用するトルク特性を示したもので、カムトルクは主にカム面の摩擦力とバルブスプリング反力から決定され遅角側と進角側とに逐次周期的に変動し、しかもカムシャフト回転方向から遅角側にシフトしている。この逐次変動しているカムトルクをカム交番トルクと称し、その平均をカム平均トルクと称している。 FIG. 3 shows the torque characteristics acting on the camshaft. The cam torque is mainly determined from the frictional force of the cam surface and the valve spring reaction force, and periodically varies between the retard side and the advance side. Shifting from the camshaft rotation direction to the retard side. This cam torque that varies sequentially is referred to as cam alternating torque, and the average is referred to as cam average torque.
次に装置の動作について説明する。まず、エンジン始動時やアイドリング時などバルブタイミング調整装置が基準位置である最進角位置に制御されるとき、図示しないオイルコントロールバルブには通電されておらず、図示しないエンジン内進角側通路を通じてバルブタイミング調整装置の進角側油圧室5a、5cに油圧が供給され、ロータ4は最進角位置に固定されている。この時ロックピン23は嵌合穴22と嵌合している。
Next, the operation of the apparatus will be described. First, when the valve timing adjusting device is controlled to the most advanced angle position, which is the reference position, such as when the engine is started or idling, the oil control valve (not shown) is not energized and passes through an engine advance angle side passage (not shown). Oil pressure is supplied to the advance side
次いで、回転数の上昇などによりバルブタイミング調整装置に対して遅角作動の指令が出されると、オイルコントロールバルブに所定の電流が印加され、遅角側の出力ポートが開き、図示しないエンジン内遅角側通路を通じて、まずバルブタイミング調整装置の遅角側油通路26にオイルが供給されロックピン23の先端部で受圧することで、このロックピン23はスプリング24の付勢力に抗して径外方向へ移動し、嵌合穴22から抜け出て、ロータ4の規制を解除する。
Next, when a command for retarding operation is issued to the valve timing adjusting device due to an increase in the rotational speed or the like, a predetermined current is applied to the oil control valve, an output port on the retarding side is opened, and an engine delay (not shown) First, oil is supplied to the retarded-
ここで、ロックピン23が嵌合している状態では、遅角側通路18a〜18dはケース1のシュー部で閉塞されており、遅角側油圧室6a〜6dに油圧は供給されない。ロックピン23が解除されると、カム交番トルクによりロータ4が振れることで、閉塞されていた遅角側通路18a〜18dが開いて遅角側油圧室6a〜6dへオイルが供給される。遅角側油圧室6a〜6dへオイルが供給されると、ロータ4に遅角方向の回転トルクが発生し、遅角方向のカムトルクと合わせて、進角方向のアシストスプリングトルクに抗して作動を始める。
Here, in a state where the
この時、反対側の進角側油圧室内に充満していたオイルは進角側通路17a、17b、及びエンジン内進角側通路、オイルコントロールバルブ内を通じて、ほぼ大気圧のエンジン内の空間へ排出される。しかし、ロータ4が所定速度で作動している状態であること(オイルの流れは所定の流速をもっている)、排出されるオイルは上記通路部の抵抗を受けていることから排出側の進角側油圧室内にも残圧が残っている(通常の装置作動状態では、元圧の約30〜40%の残圧が発生している)。
At this time, the oil filled in the advance side hydraulic chamber on the opposite side passes through the
従って、遅角側動作の際には、進角側油圧室内の残圧によって生じる進角側の油圧トルクをも負荷として動作する必要がある。ここで実施の形態1では、遅角側油圧室数:4に対して、進角側油圧室数:2として、上記残圧による負荷抵抗も1/2となっているので、遅角動作可能な領域が広く設定できる(より低回転数領域から、より高油温範囲でも動作可能)とともに、作動速度も向上することができる。 Accordingly, during the retard side operation, it is necessary to operate using the advance side hydraulic torque generated by the residual pressure in the advance side hydraulic chamber as a load. Here, in the first embodiment, the number of advance side hydraulic chambers: 2 with respect to the number of retard side hydraulic chambers: 4, and the load resistance due to the residual pressure is also halved. Can be set widely (can be operated from a lower rotational speed region to a higher oil temperature range) and the operating speed can be improved.
また、反対の進角側動作を考えた場合、遅角側油圧室の残圧は通常レベルであるが、進角側油圧室数:2であることにより単位角度当たりの動作に必要とする消費油量が1/2になっていることから、作動速度向上が可能である。なお、進角側油圧室数が1/2になって、油圧発生トルクは低くなっているが、進角方向のアシストスプリング27によりその低下分は補っており、性能への影響はない。
In addition, considering the opposite advance side operation, the residual pressure in the retard side hydraulic chamber is at a normal level, but the number of advance side hydraulic chambers is 2: consumption required for operation per unit angle Since the oil amount is halved, the operating speed can be improved. Although the hydraulic pressure generation torque is reduced because the number of advance side hydraulic chambers is halved, the decrease is compensated for by the
バルブタイミング調整装置の動作形態として、上述の遅角側動作、進角側動作のほか、所定の中間角度での保持がある。これは、オイルコントロールバルブにコントロールユニットで演算した所定の電流値を印加することでオイルコントロールバルブからの供給流量を微小に調整し、進角側と遅角側の油圧トルクを最適にすることで、ロータ4を所定の角度で保持制御するものである。即ち、装置に作用する遅角方向のカムトルク、進角方向のアシストスプリングトルク、進角/遅角方向の油圧トルクが釣り合うように調整している。この状態をオイルコントロールバルブの印加電流とバルブタイミング調整装置の発生トルクとの関係で図4に定量的に示す。
As an operation mode of the valve timing adjusting device, there is holding at a predetermined intermediate angle in addition to the above-mentioned retard side operation and advance side operation. This is by applying a predetermined current value calculated by the control unit to the oil control valve to finely adjust the supply flow rate from the oil control valve and optimizing the hydraulic torque on the advance side and retard side. The
図4において、遅角側を示す曲線と進角側を示す曲線の交点Pは、遅角側油圧トルクと進角側油圧トルクが釣り合っている点を示す。即ち、交点Pとなる電流値Ipで制御される状況は、装置に外力として作用する遅角方向のカムトルクと進角方向のアシストスプリングトルクが釣り合っている状態である。ここで、カムトルク:Tcam、スプリングトルク:Tsp、進角の油圧トルク:Pad、遅角の油圧トルク:Preとすると、下記の(1)式として表現できる。
遅角側(Tcam+Pre)=進角側(Tsp+Pad)・・・・・(1)
In FIG. 4, an intersection P between a curve indicating the retard side and a curve indicating the advance side indicates a point where the retard side hydraulic torque and the advance side hydraulic torque are balanced. In other words, the situation controlled by the current value Ip at the intersection point P is a state where the retard cam torque acting as an external force on the apparatus and the advance assist spring torque are balanced. Here, when cam torque: Tcam, spring torque: Tsp, advance hydraulic torque: Pad, and retard hydraulic torque: Pre, it can be expressed as the following equation (1).
Delay angle side (Tcam + Pre) = Advance angle side (Tsp + Pad) (1)
この交点Pより右側(高電流側)ではアシストスプリングトルク>カムトルク、左側(低電流側)ではアシストスプリングトルク<カムトルクとなる状況を示している。交点Pより右側の領域では、所定のトルク差:ΔTを発生させる場合、遅角側・進角側ともに高いトルクでロータを保持することができるため、カム変動トルクを受けた際にもロータの振れは小さく抑制することができる。 The right side (high current side) from this intersection P shows the situation where assist spring torque> cam torque, and the left side (low current side) where assist spring torque <cam torque. In the region on the right side of the intersection point P, when a predetermined torque difference: ΔT is generated, the rotor can be held with a high torque on both the retard side and the advance side. The shake can be suppressed small.
他方、交点Pより左側の領域では、同じトルク差:ΔT(先のΔTとは方向が異なる)を発生させる場合を考える。この場合、進角側油圧室数:2であることにより、進角側の最大トルクは遅角側に比べて1/2になっており、遅角側・進角側ともに低いトルクで保持することになり、カム変動トルクを受けた際のロータ振れが大きくなってしまう。ロータ振れが大きくなることにより排気バルブの開閉タイミングにも影響を及ぼし、エンジンの燃焼や回転に影響を与える懸念がある。特にこの現象はオイルポンプの元圧が低下する低回転域(1000〜1500rpm)で問題になる。 On the other hand, in the region on the left side of the intersection P, a case is considered where the same torque difference: ΔT (the direction is different from the previous ΔT) is generated. In this case, since the number of advance side hydraulic chambers is 2, the maximum torque on the advance side is ½ of that on the retard side, and both the retard side and the advance side are held with low torque. As a result, the rotor runout when receiving the cam fluctuation torque increases. Increased rotor run-out also affects the opening / closing timing of the exhaust valve, which may affect engine combustion and rotation. In particular, this phenomenon becomes a problem in a low rotation range (1000 to 1500 rpm) where the original pressure of the oil pump is reduced.
ここで、実施の形態1では、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定してあるため、低回転域においては交点Pより右側でのみ中間保持制御を行うことになる。従って、進角側・遅角側ともに高いトルクで保持することによりロータの振れは抑制される。また、アシストスプリングトルクの最小値は上述の設定になっているが、最大値も遅角動作速度確保の観点から、最低油圧(例えば50kPa)で発生する遅角側油圧トルク(通常の装置サイズの場合、4〜5Nm)より小さく設定している。従って、スプリングトルクが過大なことに起因する遅角速度の過度の低下を防止することができる。 Here, in the first embodiment, since the assist spring torque is set larger than the maximum cam average torque value in the low rotation range, the intermediate holding control is performed only on the right side of the intersection P in the low rotation range. . Therefore, the swing of the rotor can be suppressed by maintaining a high torque on both the advance side and the retard side. Further, although the minimum value of the assist spring torque is set as described above, the maximum value of the retarded-side hydraulic torque generated at the minimum hydraulic pressure (for example, 50 kPa) is ensured from the viewpoint of securing the retarded operation speed (for the normal device size). In this case, it is set smaller than 4 to 5 Nm). Therefore, it is possible to prevent an excessive decrease in the retarded angular velocity due to an excessive spring torque.
以上のように、この実施の形態1によれば、進角側油圧室数を遅角側油圧室数より少なくする構成であるので、遅角動作時の進角油圧室での残圧による負荷抵抗を削減し、進角側アシストスプリング設置による遅角方向の作動速度低下を防止することができるとともに、進角側作動時の消費油量を削減することにより進角側作動速度も向上することができる。
また、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定する構成であるので、バルブタイミング調整装置の中間保持制御時、進角側油圧室数が少ないことに起因する装置内の油圧低下を防止でき、保持制御時のロータ振れ拡大を防止することができる。
As described above, according to the first embodiment, since the number of advance side hydraulic chambers is smaller than the number of retard side hydraulic chambers, the load due to the residual pressure in the advance hydraulic chamber during the retard operation Reduces the resistance and prevents the retarded operating speed from dropping due to the installation of the advance side assist spring, and improves the advanced side operating speed by reducing the amount of oil consumed during the advanced side operation. Can do.
Further, since the assist spring torque is set to be larger than the cam average torque maximum value in the low rotation range, the valve timing adjusting device has an internal holding control during the intermediate holding control. It is possible to prevent a decrease in hydraulic pressure and to prevent an increase in rotor runout during holding control.
また、アシストスプリングの最遅角位置でのトルクを、低回転域での油圧による遅角側装置発生トルクより小さく設定し、装置発生トルクは、低回転域でかつ高油温時での油圧による構成としたので、進角側のスプリングトルクが過大になることにより、低回転域の油圧が低い状態での遅角側への作動が不可能になったり、作動速度が極度に低下することを防止することができる。またスプリングトルク増大に伴う装置の大型化を防止することができる。 In addition, the torque at the most retarded position of the assist spring is set to be smaller than the retard-side device generated torque due to the oil pressure in the low rotation range, and the device generated torque depends on the oil pressure in the low rotation range and at the high oil temperature. Since the spring torque on the advance side becomes excessive, it is impossible to operate to the retard side when the hydraulic pressure in the low rotation range is low, or the operating speed decreases extremely. Can be prevented. Moreover, the enlargement of the apparatus accompanying the increase in spring torque can be prevented.
1 ケース、2 スプロケット、3a〜3d シュー、4 ロータ、5a〜5d 進角側油圧室、6a〜6d 遅角側油圧室、7a〜7d ベーン、8 内側摺動部、9 ボス部、10 シール部材、11 カバー、12 ハウジング、13 ボルト、17a、17b 進角側通路、18a〜18d 遅角側通路、19 貫通穴、21 貫通穴、22 嵌合穴、23 ロックピン、24 スプリング、25 ストッパ、26 遅角側油通路、27 アシストスプリング、28,29 溝、30,31 ホルダ。 1 case, 2 sprocket, 3a to 3d shoe, 4 rotor, 5a to 5d advanced side hydraulic chamber, 6a to 6d retarded side hydraulic chamber, 7a to 7d vane, 8 inner sliding portion, 9 boss portion, 10 seal member 11 Cover, 12 Housing, 13 Bolt, 17a, 17b Advance side passage, 18a to 18d Delay side passage, 19 Through hole, 21 Through hole, 22 Fitting hole, 23 Lock pin, 24 Spring, 25 Stopper, 26 Delay side oil passage, 27 assist spring, 28, 29 groove, 30, 31 holder.
Claims (3)
内周部に複数の油圧室を形成する複数のシューを有するケースと、
前記複数の油圧室を複数の進角側油圧室と遅角側油圧室に区画するベーンを有するロータと、
前記ベーンと前記シューとの間に配置され前記ロータを進角方向に付勢するアシストスプリングとを備え、
作動油圧室として有効に作用する進角側油圧室数を遅角側油圧室数より少なくし、前記
アシストスプリングのトルクを低回転域でのカム平均トルクの最大値より大きく設定したことを特徴とするバルブタイミング調整装置。 A valve timing adjusting device that is attached to an exhaust side camshaft of an internal combustion engine and controls the opening / closing timing of an exhaust valve,
A case having a plurality of shoes forming a plurality of hydraulic chambers on the inner periphery;
A rotor having a vane that divides the plurality of hydraulic chambers into a plurality of advance side hydraulic chambers and a retard side hydraulic chamber;
An assist spring that is disposed between the vane and the shoe and biases the rotor in an advance direction;
The number of advance-side hydraulic chambers that effectively act as the working hydraulic chamber is less than the number of retard-side hydraulic chambers, and the torque of the assist spring is set to be larger than the maximum value of the cam average torque in the low rotation range. Valve timing adjustment device.
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