JP2017031854A - Variable valve timing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンに設けられた可変バルブタイミング装置に関する。 The present invention relates to a variable valve timing device provided in an engine.
従来、エンジンのクランク軸に対するカム軸の回転位相を可変する可変バルブタイミング機構(VVT:Variable Valve Timing)を備えたエンジンが実用化されており、可変バルブタイミング機構は、エンジンの運転状態に応じて吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更することができる。 Conventionally, an engine equipped with a variable valve timing mechanism (VVT: Variable Valve Timing) that varies the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft of the engine has been put into practical use. The valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve can be continuously changed.
このような可変バルブタイミング機構では、可変バルブタイミング機構の機械損失およびカムシャフトと軸受との間に生じる摩擦抵抗によって、進角側へ位相を調整する際の応答速度(以下、進角側応答速度ともよぶ)が、遅角側へ位相を調整する際の応答速度(以下、遅角側応答速度ともよぶ)より遅延してしまうことが知られている。そこで、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えるために、進角側(回転方向)に付勢力を作用させる付勢部材(渦巻バネやゼンマイバネなど)を設ける場合がある(例えば、特許文献1)。ここで、応答速度は、可変バルブタイミング装置がカムシャフトの回転位相を調整する際におけるカムシャフトが進角側または遅角側の所定の位置まで回転する速度である。 In such a variable valve timing mechanism, the response speed when adjusting the phase toward the advance side (hereinafter referred to as the advance side response speed) due to the mechanical loss of the variable valve timing mechanism and the frictional resistance generated between the camshaft and the bearing. Is also known to be delayed from the response speed when the phase is adjusted to the retard side (hereinafter also referred to as the retard side response speed). Therefore, in order to suppress the difference between the advance side response speed and the retard side response speed, an urging member (such as a spiral spring or a spring spring) that applies an urging force to the advance side (rotation direction) may be provided ( For example, Patent Document 1). Here, the response speed is a speed at which the camshaft rotates to a predetermined position on the advance side or the retard side when the variable valve timing device adjusts the rotation phase of the camshaft.
しかしながら、特許文献1のように渦巻バネなどの付勢部材を設けたとしても、渦巻バネ同士の接触により発生する摩擦抵抗が付勢力に対して負に働き、付勢部材の付勢力が低減されてしまうため、必要以上に弾性係数の高いバネを使用しなければならなかった。その結果、付勢部材の質量や占有体積が大きくなり、コストも嵩むことになってしまう。
However, even if a biasing member such as a spiral spring is provided as in
そこで、本発明は、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a variable valve timing device that can suppress the difference between the advance side response speed and the retard side response speed without using an unnecessarily high elastic modulus spring. .
上記課題を解決するために、本発明の可変バルブタイミング装置は、クランクシャフトから動力伝達部材を介して回転動力が伝達される第1回転部と、第1回転部と回転軸を等しくし、カムシャフトに連結された第2回転部とを有し、第1回転部と第2回転部との位相差を調整する可変バルブタイミング機構と、第1回転部に対し、第2回転部をカムシャフトの回転方向に付勢させる付勢部材と、付勢部材において付勢に寄与している部位同士の接触による摩擦を軽減する摩擦軽減手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a variable valve timing device according to the present invention includes a first rotating part to which rotational power is transmitted from a crankshaft through a power transmission member, a first rotating part, and a rotating shaft that are equalized. A variable valve timing mechanism that adjusts a phase difference between the first rotating unit and the second rotating unit, and a second rotating unit relative to the first rotating unit. An urging member for urging in the rotation direction of the urging member, and a friction reducing means for reducing friction caused by contact between portions of the urging member that contribute to urging.
また、付勢部材は、板状の部材を渦巻き状に巻き込んだ渦巻バネであってもよい。 Further, the urging member may be a spiral spring in which a plate-like member is spirally wound.
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネの板状部材間に位置する、渦巻バネの表面よりも摩擦係数が小さい材質を渦巻バネの表面に対向する位置に有する摩擦軽減部材であってもよい。 Further, the friction reducing means may be a friction reducing member that is located between the plate-like members of the spiral spring and has a material having a smaller friction coefficient than the surface of the spiral spring at a position facing the surface of the spiral spring.
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネの対向する表面同士が研磨されたものであってもよい。 The friction reducing means may be one in which the opposing surfaces of the spiral spring are polished.
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネが付勢力を蓄勢した状態で配設された際に、渦巻バネ自体の付勢力によって渦巻バネ同士が当接する範囲に位置していてもよい。 Further, the friction reducing means may be located in a range where the spiral springs come into contact with each other by the biasing force of the spiral spring itself when the spiral spring is disposed in a state where the biasing force is stored.
本発明によれば、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the difference between the advance side response speed and the retard side response speed without using an unnecessarily high spring.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、可変バルブタイミング装置を備えたエンジン10の一部を示した図である。このうち、図1(a)は、エンジン10の斜視図を示し、図1(b)は、エンジン10の上面図を示す。ここで、エンジン10は、例えば、クランクシャフト12を境に片側2気筒ずつが配設された4気筒の水平対向エンジンである。
FIG. 1 is a view showing a part of an
図1(a)および図1(b)に示すように、エンジン10は、不図示の燃焼室の内部で吸気・圧縮・燃焼・排気行程が行われて、ピストンが直進運動を行う。ピストンの直進運動は、ピストンと連結するコンロッドを介して、回転運動(図中、白抜きの矢印方向)に変換されて、クランクシャフト12に伝達される。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), in the
クランクシャフト12の回転運動は、クランクシャフト12に設けられたクランクスプロケット14と、カムシャフト16の軸方向(以下、単に軸方向とよぶ)の端部に設けられたカムスプロケット18とに巻き付けられたタイミングチェーン(動力伝達部材)20を介して、カムシャフト16に伝達される(図中、白抜きの矢印方向)。
The rotational movement of the
カムシャフト16には、複数のカム22がそれぞれ離隔して固定されており、カムシャフト16とカム22とが一体回転する。カム22は、各バルブ24(吸気側のバルブ24aおよび排気側のバルブ24b)のバルブヘッドに当接した状態で設けられ、カム22が直接的にバルブ24のバルブリフターを押圧することでバルブ24の開閉動作が行われる。本実施形態では、図1に示すように、1つの気筒に対して、吸気側のカムシャフト16aと排気側のカムシャフト16bとがそれぞれ独立して、バルブ24の開閉動作を制御する、所謂、DOHC(Double Over Head Camshaft)と呼ばれる機構を備えたエンジン10を例示している。そして、本実施形態においては、吸気側のカムシャフト16aや排気側のカムシャフト16bに設けられた可変バルブタイミング装置のうち、特に、吸気側のカムシャフト16aに設けられている可変バルブタイミング装置26について説明する。可変バルブタイミング装置26は、カムスプロケット18を通じて伝達された回転動力をカムシャフト16に伝達する装置である。
A plurality of
可変バルブタイミング装置26には、エンジン10の運転状態に応じてクランクシャフト12に対するカムシャフト16の回転位相(以下、単に位相ともよぶ)を連続的に変更する可変バルブタイミング機構30(図2参照)が設けられている。
The variable
図2は、図1におけるII−II線断面図である。なお、図2において、白抜きの矢印は、タイミングチェーン20による可変バルブタイミング装置26(カムスプロケット18)の回転方向を示し、黒塗りの矢印A(Advance)、R(Retard)は、カムシャフト16の位相が調整される方向を示し、実線矢印は、作動油が流れる流路を示す。以下、可変バルブタイミング装置26の回転方向を単に回転方向とよぶ。
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. In FIG. 2, white arrows indicate the rotation direction of the variable valve timing device 26 (cam sprocket 18) by the
可変バルブタイミング機構30は、図2に示すように、ハウジング(第1回転部)32、ロータ(第2回転部)34、位相調整弁36、ロック機構を含んで構成される。なお、ロック機構は、エンジン10の始動時等の油圧が低い状態の場合に、バルブ24の開閉タイミングを所定のタイミングに固定(ロック)する機構であるが、本実施形態に直接関係しないため、その説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the variable
ハウジング32は、径方向の外周上に複数の外歯が形成されたカムスプロケット18が固定され、カムスプロケット18を通じてクランクシャフト12(図1参照)の動力が伝達される。このとき、ハウジング32は、クランクシャフト12の1/2の回転速度で回転する。また、ハウジング32の内部には、ロータ34を収容するため、円状空間とその円状空間から径方向外側に向けて扇状に切り欠いた複数の扇状空間Sからなる収容空間が設けられている。
The
ロータ34は、ハウジング32に設けられた収容空間に回転軸を等しくさせた状態で収容されるとともに、カムシャフト16の端部に固定されている。また、ロータ34には、径方向の外側面に、径方向外側に向けて突出し、扇状空間Sに収容されるベーン34aが複数(本実施形態では、3つ)形成されている。そして、ロータ34は、ベーン34aが扇状空間S内で移動可能な範囲において、ハウジング32に対して相対回転することができる。ベーン34aは、扇状空間Sよりも回転方向の幅が狭く形成されており、扇状空間Sを、進角室S1(ロータ34を進角方向に作動させる油圧室)と遅角室S2(ロータ34を遅角方向に作動させる油圧室)とに二分する。ここで、進角方向は、図2中黒塗りの矢印Aが示す方向とし、遅角方向は、図2中黒塗りの矢印Rが示す方向とする。
The
位相調整弁36は、複数のポートHが形成されたスリーブ36aの内部に、スプール36bを挿入して構成されたスプール弁である。スリーブ36aの各ポートHには、オイルポンプPによってスリーブ36a内へ油圧を供給する油圧供給ライン36cと、進角室S1に油圧を供給する進角用油圧供給ライン36dと、遅角室S2に油圧を供給する遅角用油圧供給ライン36eと、スリーブ36aから不要な作動油を排出するドレンライン36fとがそれぞれ接続されている。ここでは、説明の便宜上、進角用油圧供給ライン36dが1つの進角室S1に油圧を供給し、遅角用油圧供給ライン36eが1つの遅角室S2に油圧を供給する例を挙げて説明している。
The
また、位相調整弁36には、ソレノイドEとバネ部材36gとが設けられている。そして、ソレノイドEがオンしている場合には、電磁力によって、スプール36bを所定の方向(図中左方向)に移動させ、ソレノイドEがオフしている場合には、バネ部材36gの付勢力によって、スプール36bを所定の方向と反対の方向(図中右方向)に移動させる。ソレノイドEは、不図示のECU(Engine Control Unit)などによってオンオフ制御がなされる。このオンオフ制御によって、スプール36bは、油圧供給ライン36cと進角用油圧供給ライン36dとを連通させる位置と、油圧供給ライン36cと遅角用油圧供給ライン36eとを連通させる位置との間を移動させられる。
The
ここで、スプール36bを油圧供給ライン36cと進角用油圧供給ライン36dとを連通させる位置に移動させると、オイルポンプPからスリーブ36a内に供給された油圧は、進角用油圧供給ライン36dを介して進角室S1へと供給される。このとき、遅角室S2内の油は遅角室S2から排出され、ロータ34は、ハウジング32に対して、図中黒塗りの矢印Aの方向(進角側)に相対回転することとなる。また、スプール36bを油圧供給ライン36cと遅角用油圧供給ライン36eとを連通させる位置に移動させると、オイルポンプPからスリーブ36aに供給された油圧は、遅角用油圧供給ライン36eを介して遅角室S2へと供給される。このとき、進角室S1内の油は進角室S1から排出され、ロータ34は、ハウジング32に対して、図中黒塗りの矢印Rの方向(遅角側)に相対回転することとなる。
Here, when the
このように、位相調整弁36は、エンジン10の運転状態に応じて連通させる油圧供給ラインを選択することにより、オイルポンプPから供給される油圧を各油圧室に供給することができる。
Thus, the
ここで、吸気側のバルブ24aの開閉タイミングは、エンジン10の運転状態によって変化させることが望ましいとされている。つまり、吸気側のバルブ24aの開閉タイミングを連続的に変更させることで、バルブオーバーラップ(吸気側のバルブ24aおよび排気側のバルブ24bの双方が開弁となる状態)の期間を調整することができ、燃焼室内における混合気の充填効率をエンジン10の運転状態に応じて高めることができる。
Here, it is desirable that the opening / closing timing of the
可変バルブタイミング機構30は、クランクシャフト12(ハウジング32)とカムシャフト16(ロータ34)との位相差を調整することで、バルブ24の開閉タイミングを連続的に変更させている。ここで、可変バルブタイミング機構30がロータ34をハウジング32に対して進角側または遅角側に調整する際、ロータ34が進角側または遅角側の所定の位置まで回転(移動)する速度となる進角側応答速度と遅角側応答速度には差が生じてしまう。具体的には、可変バルブタイミング機構30自体の機械損失およびカムシャフト16と軸受との間に発生する摩擦抵抗によって、進角側応答速度が遅角側応答速度に比べて遅延してしまう。そこで、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えるために、可変バルブタイミング装置26には、進角側に付勢力を常時作用させる付勢部材40が設けられる。
The variable
図3は、可変バルブタイミング装置26の外観を示す斜視図である。図3(a)では、可変バルブタイミング装置26の構成を説明し、図3(b)では、可変バルブタイミング装置26の一部を分解した状態を説明する。図3に示す白抜きの矢印は、不図示のタイミングチェーン20による可変バルブタイミング装置26の回転方向を示す。
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the variable
図3(a)および図3(b)に示すように、付勢部材40は、例えば、板状の部材を渦巻き状に巻き込んだ渦巻きバネであり、ハウジング32に設けられたケーシング32bの軸方向における外側面32cに配されている。また、付勢部材40は、付勢力を蓄勢された状態のまま、一端40aがロータ34(図2参照)の一部に外側面32cの中心付近で係止され、他端40bがケーシング32bの外側面32cの縁付近に形成された突起32dに係止される。そして、付勢部材40は、一端40aがロータ34に対して回転方向(図中実線矢印)に付勢力を与え、他端40bがハウジング32に対して逆方向(図中破線矢印)に付勢力を与える。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the urging
付勢部材40の付勢力によって、可変バルブタイミング装置26の、進角側応答速度は向上し、遅角側応答速度は低下することとなる。しかし、単に付勢部材40を設けただけでは、付勢部材40の部位同士の接触による摩擦によって付勢部材40の付勢力が低減されてしまい、本来望まれている付勢力をロータ34に作用させることができない。そこで、本実施形態では、可変バルブタイミング装置26に摩擦軽減手段42を設ける。
Due to the urging force of the urging
図3(b)に示すように、摩擦軽減手段42は、平板状の本体部42aと、本体部42aと一体形成された土台部42bと、土台部42bから軸方向に向けて立設され、付勢力を蓄勢された状態で巻き込まれた付勢部材40に沿った所定の曲率を有する複数(本実施形態では、4つ)の接触防止壁42cとを含んで構成される。本体部42aおよび土台部42bは、外側面32cと付勢部材40との間に設けられている。接触防止壁42cは、付勢部材40における部材間に設けられている。具体的に、接触防止壁42cは、付勢部材40自体の付勢力が蓄勢された状態で配設された場合に付勢力によって付勢部材40同士が当接する範囲に、付勢部材40の板状部位を挟持した状態で配置され、付勢部材40に対し径方向に所定の空隙を生成している。ここで、摩擦軽減手段42は、付勢部材40の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有する部材であり、付勢部材40において付勢に寄与している部位(ここでは板状の部材)同士の接触による摩擦を軽減する。
As shown in FIG.3 (b), the friction reduction means 42 is standingly arranged toward the axial direction from the
図4は、摩擦軽減手段42を設けることによる進角側応答速度および遅角側応答速度の変化を示す図である。図4において、縦軸は応答速度(deg/sec)を示し、横軸はエンジン回転数(rpm)を示す。また、四角形のプロットは進角側応答速度を示し、丸いプロットは遅角側応答速度を示す。そして、各プロットにおいて、白抜きのプロットは摩擦軽減手段42が設置された場合を示し、黒塗りのプロットは摩擦軽減手段42が未設置の場合を示す。
FIG. 4 is a diagram showing changes in the advance side response speed and the retard side response speed due to the provision of the
図4に矢印で示すように、摩擦軽減手段42によって、付勢部材40により作用される回転方向への付勢力を低減する摩擦が抑制されるため、進角側応答速度は、摩擦軽減手段42が未設置の場合よりも高くなっている。一方、摩擦軽減手段42によって、付勢部材40により作用される回転方向への付勢力が増加するため、遅角側応答速度は、摩擦軽減手段42が未設置の場合よりも低くなる。図4を参照して理解できるように、付勢部材40のみ(摩擦軽減手段42が未設置)の場合(図中黒塗りのプロット)では、進角側応答速度と遅角側応答速度との差が大きくなり、より高い弾性係数のバネを用いて、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑える必要があった。しかし、摩擦軽減手段42を設置することで同一の付勢部材40を用いた場合でも、図中白抜きのプロットで示すように、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。つまり、摩擦軽減手段42は、付勢部材40が本来望まれている付勢力をロータ34に作用させることができる。
As indicated by arrows in FIG. 4, the
このように、本実施形態の可変バルブタイミング装置26は、摩擦軽減手段42を設けることで、付勢部材40の付勢力が低減させられることを防止し、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。
As described above, the variable
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications within the scope described in the claims. Needless to say, the modified examples also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態において、摩擦軽減手段42は、付勢部材40の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有する部材であるとした。しかしながらこれに限るものでなく、摩擦軽減手段42に立設された接触防止壁42cの少なくとも付勢部材40の表面に対向する位置において、付勢部材40の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有していればよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態において、摩擦軽減手段42として摩擦軽減部材を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、付勢部材40である渦巻バネの対向する表面同士が研磨されたものでもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態において、可変バルブタイミング機構30が油圧によって駆動する例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、例えば、ソレノイドなどの電磁力によって駆動してもよい。
In the above-described embodiment, the variable
また、上気した実施形態において、動力伝達部材はタイミングチェーン20としたが、これに限るものではなく、例えば、タイミングベルトなどの、動力を伝達する様々な部材を適用できる。
In the embodiment described above, the power transmission member is the
本発明は、エンジンに設けられた可変バルブタイミング装置に利用できる。 The present invention can be used for a variable valve timing device provided in an engine.
12 クランクシャフト
16 カムシャフト
20 タイミングチェーン(動力伝達部材)
26 可変バルブタイミング装置
30 可変バルブタイミング機構
32 ハウジング(第1回転部)
34 ロータ(第2回転部)
40 付勢部材
42 摩擦軽減手段
12
26 Variable
34 Rotor (second rotating part)
40
Claims (5)
前記第1回転部に対し、前記第2回転部を前記カムシャフトの回転方向に付勢させる付勢部材と、
前記付勢部材において付勢に寄与している部位同士の接触による摩擦を軽減する摩擦軽減手段と、
を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。 A first rotating part to which rotational power is transmitted from the crankshaft through a power transmission member; a second rotating part having the same rotating axis as the first rotating part and connected to the camshaft; A variable valve timing mechanism that adjusts a phase difference between the first rotating unit and the second rotating unit;
An urging member for urging the second rotating portion in the rotation direction of the camshaft with respect to the first rotating portion;
Friction reducing means for reducing friction due to contact between parts contributing to urging in the urging member;
A variable valve timing device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2015151503A JP2017031854A (en) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Variable valve timing device |
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