JP2019007515A - 油圧制御弁 - Google Patents

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保英 ▲高▼田
保英 ▲高▼田
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Abstract

【課題】全体の構造の簡素化を図ることにより、製造、組付作業コストの低減化を図り得る油圧制御弁を提供する。【解決手段】中空円筒状のバルブボディ30の内部に中心軸線方向に沿って移動可能に配置されたスプール弁31と、軸方向通路40の他端開口を閉塞するように配置され、スプール弁の開口端40dに固定された段差径状のリテーナ32と、一端部33aがリテーナの段差壁32fの外面に当接支持されて、スプール弁を中心軸線の一方に付勢する第1バルブスプリング33と、軸方向通路の内部に収容配置されて、バルブシート48に離着座可能なボール弁体47と、一端部49aが段差壁の内面に当接支持されて、ボール弁体をバルブシート方向へ付勢する第2バルブスプリング49と、を備えている。【選択図】図3

Description

本発明は、油圧制御弁に関する。
従来における油圧制御弁としては、例えば内燃機関のバルブタイミング制御装置に用いられた以下の特許文献1に記載されたものがある。
この油圧制御弁は、周壁に複数のポートを有する円筒状の弁ケーシングと、該弁ケーシングの内部に収容配置され、軸方向へ摺動可能な制御ピストンと、該制御ピストンの軸方向一端部内に配置され、内部油路の気密性を確保する有底円筒状のスリーブと、該スリーブと反対側に配置され、制御ピストンを軸方向の一方に押し付ける第1のばねと、前記内部油路内に壁区分を介して前記ばねと反対側に配置された逆止弁ユニットと、を有している。
前記逆止弁ユニットは、筒状部の内部に設けられたチェックボールと、該チェックボールを円環状のバルブシートへ押し付ける第2のばねと、第2のばねを支持すると共にチェックボールの軸方向ストッパを兼ねた突起状のリテーナと、を備えている。
特開2005−325841号公報
特許文献1に記載の油圧制御弁にあっては、制御ピストンの内部に、前記スリーブや逆止弁ユニットさら壁区分になどのそれぞれ独立した多くの部品が収容配置されている。このため、構造が複雑になって製造作業や組立作業が繁雑となるおそれがある。
本発明は、前記従来の油圧制御弁の技術的課題に鑑みて案出されたもので、構造の簡素化を図り得る油圧制御弁を提供することを一つの目的としている。
本発明の好ましい態様によれば、中空円筒状のバルブボディの内部に中心軸線方向に沿って移動可能に配置され、内部軸方向に形成された軸方向通路を有するスプール弁と、前記軸方向通路の他端開口を閉塞するように配置され、前記スプール弁の開口端に固定された有底円筒状のリテーナと、一端部が前記リテーナに支持されて、前記リテーナを介して前記スプール弁を前記中心軸線の一方に付勢する第1のばねと、前記軸方向通路の内部に収容配置されて、該軸方向通路内に形成されたバルブシートに離着座可能な弁体と、一端部が前記リテーナに支持されて、前記弁体をバルブシート方向へ付勢する第2のばねと、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、油圧制御弁の構造の簡素化が図れる。
本発明に係る油圧制御弁を内燃機関の吸気側に適用したバルブタイミング制御装置を断面して示す第1実施形態の全体構成図である。 図1のA−A線断面図である。 本実施形態における油圧制御弁の縦断面図である。 本実施形態に供されるリテーナを示し、Aはリテーナの斜視図、Bはリテーナの側面図、Cはリテーナの縦断面図である。 本実施形態の油圧制御弁におけるスプール弁の遅角側への油圧制御状態を示す縦断面図である。 本実施形態の油圧制御弁におけるスプール弁の進角側への油圧制御状態を示す縦断面図である。 本実施形態の油圧制御弁におけるスプール弁が保持された状態を示す縦断面図である。 本発明の第2実施形態における油圧制御弁の縦断面図である。
以下、本発明に係る油圧制御弁を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は油圧制御弁を内燃機関の吸気側のバルブタイミング制御装置に適用した第1実施形態を示す断面図、図2は図1のA−A線断面図である。
バルブタイミング制御装置は、図1及び図2に示すように、機関のクランクシャフトにより図外のタイミングチェーンを介して回転駆動される駆動回転体であるタイミングスプロケット1(以下、スプロケット1という。)と、このスプロケット1に対して相対回転可能に設けられた吸気側のカムシャフト2と、スプロケット1とカムシャフト2との間に配置されて、該両者1,2の相対回転位相を変換する位相変更機構3と、該位相変更機構3を、例えば本実施形態では最遅角位相位置でロックさせるロック機構4と、位相変更機構3とロック機構4を作動させる油圧回路5と、を備えている。なお、駆動回転体としては、タイミングベルトによって回転力が伝達されるタイミングプーリであっても良い。
スプロケット1は、円盤状に形成されて、外周にタイミングチェーンが巻回される歯車部1aと、中央に貫通形成されて、カムシャフト2の回転軸方向の一端部2aの外周に回転自在に支持される軸受孔1bとを有している。また、スプロケット1は、外周部の円周方向の複数箇所(本実施形態では4箇所)に雌ねじ孔1cが周方向等間隔位置に形成されている。
また、このスプロケット1は、後述するハウジング本体11の後端開口を、液密的に閉塞するリアカバーとして構成されている。
カムシャフト2は、図外のシリンダヘッド上に複数のカム軸受を介して回転自在に支持されている。このカムシャフト2は、外周面には図外の機関弁である吸気弁を開作動させる複数の卵型の回転カムが軸方向の位置に一体的に固定されている。また、カムシャフト2の一端部2aは、内部軸心方向に後述するバルブボディ30が挿入される挿入孔2bが形成されている。この一端部2aの先端開口の内周面には、バルブボディ30の基端部外周に形成された後述する雄ねじ部30dが螺着される雌ねじ部2cが形成されている。
また、このカムシャフト2の一端部2aは、位相変更機構3の後述するハウジング6やベーンロータ7を貫通して先端部が外部へ露出した状態に回転軸方向に延びている。
位相変更機構3は、図1及び図2に示すように、内部に作動室が形成されたハウジング6と、カムシャフト2の一端部2aに後述するバルブボディ30を介して軸方向から固定され、ハウジング6内に回転自在に収容された従動回転体であるベーンロータ7と、ハウジング6の内部の作動室が、後述するハウジング本体11の内周面に突設された複数(本実施形態では4つ)のシュー8とベーンロータ7とによって仕切られたそれぞれ4つの遅角作動室9及び進角作動室10と、を備えている。
ハウジング6は、圧粉金属を焼結して成形されたいわゆる焼結金属材によって一体に形成された円筒状のハウジング本体11と、鉄系金属板材をプレス成形によって形成され、ハウジング本体11の前端開口を閉塞するフロントプレート12と、後端開口を閉塞するリアカバーとしてのスプロケット1と、から構成されている。
ハウジング本体11は、内周面に前記4つのシュー8が回転軸心方向に向かって突設されている。この各シュー8の内部軸方向には、4つのボルト挿入孔11aが貫通形成されている。
フロントプレート12は、中央に比較的大径な挿入孔12aが貫通形成されている。また。フロントプレート12は、この挿入孔12aを除く内周面とベーンロータ7の対向一側面との間に形成されたサイドクリアランスによって各遅角、進角作動室9,10内をシールするようになっている。また、フロントプレート12は、外周部の円周方向の等間隔位置に複数(本実施形態では4つ)のボルト挿通孔12bが貫通形成されている。
そして、スプロケット1とハウジング本体11及びフロントプレート12は、前記各ボルト挿通孔12bや各ボルト挿入孔11aを挿入して前記各雌ねじ1cに螺着する複数(本実施形態では4本)のボルト13によって軸方向から結合されている。
ベーンロータ7は、ハウジング本体11と同じく焼結金属材によって一体に形成されており、カムシャフト2の一端部2aにバルブボディ30によって固定されたロータ部14と、該ロータ部14の外周面に円周方向のほぼ90°等間隔位置に放射状に突設された複数(本実施形態では4つ)のベーン15a〜15dと、から構成されている。
ロータ部14は、比較的大径な円筒状に形成され、内部中央にカムシャフト2の一端部2aが挿入されるシャフト挿入孔14aが回転軸方向に沿って貫通形成されている。
各ベーン15a〜15dは、回転軸線の径方向の突出長さが所定長さ設定されて、それぞれが各シュー8の間に配置されている。また、1つの第1ベーン15aは、周方向の幅が大きく形成されて、内部にロック機構4の一部が設けられている。また、第1ベーン15a以外の3つのベーン15b〜15dは、円周方向の巾がほぼ同一に設定されて比較的薄肉なプレート状に形成されている。
各ベーン15a〜15dの外周面と各シュー8の先端には、それぞれハウジング本体11の内周面やロータ部14の外周面との間をシールするシール部材16a、16bがそれぞれ設けられている。
また、ベーンロータ7は、図2に示すように、遅角側(反時計方向)へ相対回転すると、第1ベーン15aの一側面が対向する一つのシュー8の対向側面8aに当接して最大遅角側の回転位置が規制されるようになっている。また、進角側(時計方向)へ相対回転すると、同じく第1ベーン15aの他側面が対向する他のシュー8の段差状の対向側面8bに当接して最大進角側の回転位置が規制されるようになっている。
このとき、他の3つのベーン15b〜15dは、両側面が円周方向から対向する各シュー8の対向面に当接せずに離間状態にある。したがって、ベーンロータ7とシュー8との当接精度が向上すると共に、後述する各作動室9,10への油圧の供給速度が速くなってベーンロータ7の正逆回転の応答性が良好になる。
各ベーン15a〜15dの回転軸方向の両側面と各シュー8の両側面との間には、前述した各遅角作動室9と各進角作動室10が設けられている。各遅角作動室9と各進角作動室10は、ロータ部14の内部にほぼ径方向に沿って形成されたそれぞれ4つの遅角通路孔17と進角通路孔18を介して油圧回路5にそれぞれに連通している。
ロック機構4は、ハウジング6に対してベーンロータ7を最遅角側の回転位置(図2に示す位置)にロックするものである。
すなわち、このロック機構4は、図1及び図2に示すように、スプロケット1の内側面の所定位置に形成されたロック穴19と、ベーンロータ7の第1ベーン15aの内部軸方向に形成されたピン収容孔20に進退動自在に設けられ、先端部がロック穴19に係脱するロックピン21と、該ロックピン21をロック穴19方向へ付勢するコイルスプリング22と、ロック穴19の底部内及びロックピン21とピン収容孔20との間の段差面に形成された解除用受圧室23a、23bと、該各解除用受圧室に選択的に油圧を供給する図外のロック通路と、から主として構成されている。
ロック穴19は、ロックピン21の先端部の外径よりも十分に大径な円形状に形成されていると共に、スプロケット1の内側面のベーンロータ7の最遅角側の回転位置に対応した位置に形成されている。
ロックピン21は、いずれか一方の解除用受圧室23a、23bに供給された油圧を受けて後退移動してロック穴19から抜け出してロックが解除される。また、ロックピン21は、後端側に設けられたコイルスプリング22のばね力によって先端部がロック穴19の内部に係入してベーンロータ7をハウジング6に対してロックするようになっている。このロック位置は、前述したように、ハウジング6に対してベーンロータ7の最遅角側の回転位置となる。
各解除用受圧室23a、23bは、遅角作動室9や進角作動室10から油圧がロック通路を介して供給され、この各油圧によってロックピン21をロック穴19から後退移動させるようになっている。
油圧回路5は、図1及び図2に示すように、カムシャフト2の一端部2a周壁に形成された油圧給排用の複数(本実施形態では4つ)の第1〜第4連通ポート24a〜24dと、カムシャフト2の一端部2a側に配置された通路構成部50の内部に形成された供給通路25と、該供給通路25に吐出通路26aから作動油圧を吐出するオイルポンプ26と、を備えている。
また、油圧回路5は、カムシャフト一端部2aの挿入孔2bの内部に収容されて、機関運転状態に応じて供給通路25に対して各遅角通路孔17と各進角通路孔18の流路を切り換える油圧制御弁27と、該油圧制御弁27に連通し、各遅角、進角作動室9、10からの作動油をオイルパン28に排出する排出通路29と、を備えている。
通路構成部50は、図1に示すように、内燃機関に取り付けられたチェーンケース51と一体に形成されている。また、この通路構成部50は、フロントプレート12の挿入孔12a内に挿入配置されて、先端面がベーンロータ7のロータ部14の外側面に当接した筒状部50aと、この筒状部50aと軸方向で反対側の位置に形成されて、後述する電磁アクチュエータ34を保持する保持溝50bと、を有している。
筒状部50aは、内部軸方向にカムシャフト2の一端部2aが挿入される貫通孔50cを有している。保持溝50bは、比較的大径な円形状に形成されて、中央部に貫通孔50cの軸方向一端が臨んで連通状態になっている。
カムシャフト一端部2aの各連通ポート24a〜24dは、先端部側の供給用の第1連通ポート24aと、これに軸方向で隣接する遅角側のドレン用の第2連通ポート24bと、該第2連通ポート24bに隣接する遅角側の第3連通ポート24cと、該第3連通ポート24cに隣接する進角側の第4連通ポート24dと、によって構成されている。この各第1〜第4連通ポート24a〜24dは、カムシャフト一端部2aの周壁の回転軸心の径方向の十字方向へそれぞれ4つずつ貫通形成されている。つまり、一端部2a周壁の円周方向の等間隔位置にそれぞれ4つずつ形成されている。
第1連通ポート24aは、グルーブ溝25aを介して供給通路25に連通し、第2連通ポート24bは、排出通路29に連通している。また、第3連通ポート24cは、シャフト挿入孔14aの内周面に形成されたグルーブ溝14bを介して各遅角通路孔17に連通している。また、第4連通ポート24dは、グルーブ溝14bに側部に形成された別異のグルーブ溝14cを介して各進角通路孔18にそれぞれ連通している。
供給通路25は、通路構成部50及びチェーンケース51の内部に連続的に形成されて、下流端部がオイルポンプ26の吐出通路26aと連通している。また、供給通路25の上流端部は、前述のようにグルーブ溝25aを介して各第1連通ポート24aに連通している。
オイルポンプ26は、一般的な例えばベーンタイプあるいはトロコイドタイプのものが用いられている。
図3は油圧制御弁の縦断面図、図4は本実施形態の油圧制御弁に供されるリテーナを示し、Aはリテーナの斜視図、Bは側面図、Cは縦断面図である。
油圧制御弁27は、図1及び図3に示すように、ベーンロータ7をカムシャフト2の一端部2aに軸方向から固定される有底円筒状のバルブボディ30と、該バルブボディ30の内部軸方向に貫通形成されたバルブ孔30a内に軸方向へ摺動可能に収容配置されたスプール弁31と、該スプール弁31を、リテーナ32を介して図1、図3中、左方向へ付勢する第1のばねである第1バルブスプリング33と、スプール弁31を第1バルブスプリング33のばね力に抗して他方向へ押し出すアクチュエータである電磁アクチュエータ34と、スプール弁31の内部に収容された逆止弁41と、から主として構成されている。
バルブボディ30は、圧縮された鉄系の金属粉を焼結によって成形された焼結金属によって外形がボルト状に一体に形成されている。バルブボディ30は、後述の頭部30b側から内部軸心方向に沿って形成されたバルブ孔30aによって内部中空状の有底円筒状に形成されている。このバルブボディ30は、外周面が六角面に形成された頭部30bと、カムシャフト一端部2aの挿入孔2bに挿通する軸部30cと、該軸部30cの頭部30bの付け根部である基端部外周に形成されて、カムシャフト2の雌ねじ部2cに螺着する雄ねじ部30dと、を有している。
頭部30bは、バルブボディ30が雄ねじ部30dを介してカムシャフト2に締結された状態では、フロントプレート12の挿入孔12a内に配置されている。また、頭部30bは、軸部30cの付け根側の着座面30eがカムシャフト2の挿入孔2bの開口端面(雌ねじ部2cの開口端面)に回転軸方向から所定の軸トルクによって着座(圧接)している。しかし、この頭部30bの着座面30eは、通路構成部50の貫通孔50cの開口端面とは圧接することなく、微小隙間をもって対峙しているか、あるいは僅かに接触した状態になっている。したがって、バルブボディ30は、カムシャフト2とともに通路構成部50に対して自由な回転が確保されている。
軸部30cは、図3にも示すように、軸方向のほぼ頭部30b寄りの位置にカムシャフト2の各第1連通ポート24aと連通する4つの供給ポート35が周壁の軸心から十字状径方向へ貫通形成されている。
また、軸部30cは、供給ポート35と軸方向で隣接した位置に、第2連通ポート24bに適宜連通する遅角側ドレンポート36が周壁の軸心から十字状径方向へ4つ貫通形成されている。
さらに、各遅角側ドレンポート36と隣接した位置には、各第3連通ポート24cと連通する4つの遅角ポート37と、これに隣接した位置には、第4連通ポート24dと連通する4つの進角ポート38がそれぞれ周壁の軸心から十字状径方向へ貫通形成されている。
これら各ポート35〜38は、外周側に形成された各グルーブ溝35a〜38aを介して各連通ポート24a〜24dにそれぞれ連通している。また、供給ポート35のグルーブ溝35aの内周には、オイルポンプ26から圧送された作動油内のコンタミなどを濾過する円環状の濾過フィルタ35bが配置されている。
また、軸部30cの底壁30fには、各進角ポート38と適宜連通する第1、第2ドレンポート39a、39bが貫通形成されている。
第1ドレンポート39aは、底壁30fのほぼ中央に貫通形成されている一方、第2ドレンポート39bは、底壁30fの径方向外側部に貫通形成されている。
この第1、第2ドレンポート39a、39bは、カムシャフト2に形成された排出孔2eを介してオイルパン28に連通している。
スプール弁31は、図3に示すように、例えば鉄系金属材によって有底円筒状に形成されて、バルブボディ30の内部に中心軸線方向(軸方向)に沿って移動可能に設けられている。
また、このスプール弁31は、外周面の軸方向の一端部側(バルブボディ30の頭部30b側)から他端部側へ順に円環状の第1ランド部31aと、第2ランド部31b、第3ランド部31c及び第4ランド部31dをそれぞれ有している。
スプール弁31は、内部軸方向には内径が段差径状の軸方向通路40が形成されている。この軸方向通路40は、スプール弁31の軸方向一端側に形成されて小径通路部40aと、該小径通路部40aの他端開口に連続して形成された中径通路部40bと、該中径通路部40bからリテーナ32方向に延びた大径通路部40cと、を有している。
軸方向通路40は、小径通路部40aから順次、中径通路部40b及び大径通路部40cが連続して形成されている。
小径通路部40aは、軸方向の一端、つまり中径通路部40bと反対側の一端が閉じられている。大径通路部40cは、軸方向他端側に開口部が形成されている。
また、スプール弁31は、第1ランド部31aと第2ランド部31bとの間に軸方向通路40と連通する4つの第1通路孔42が軸心から十字状径方向に沿って貫通形成されている。この各第1通路孔42は、スプール弁31の外周側が大幅なグルーブ溝42aになっている。
スプール弁31の第2ランド部31bと第3ランド部31cとの間には、遅角側ドレンポート36と適宜連通する円環状の遅角側ドレン溝43が形成されている。
スプール弁31の第3ランド部31cと第4ランド部31dとの間には、遅角ポート37と適宜連通する4つの第2通路孔44が軸心から十字状径方向に沿って貫通形成されている。この各第2通路孔44の外周側には、小幅なグルーブ溝44aが形成されている。
スプール弁31の軸方向他端部、つまりバルブボディ30の底壁30f側の他端部外周には、各進角ポート38と各ドレンポート39a、39bに適宜連通する円環状の進角側ドレン溝45が形成されている。ここで、グルーブ溝42a、遅角側ドレン溝43、グルーブ溝44a、進角側ドレン溝45が環状溝部である。
また、スプール弁31は、軸方向の一端部、つまり第1ランド部31a側の先端面に、電磁アクチュエータ34の後述するプッシュロッド57に軸方向から当接する当接部である円柱状の突部31eが一体に設けられている。
さらに、スプール弁31は、バルブボディ30のバルブ孔30aの頭部30b側の内周面に固定されたストッパ部材46によって電磁アクチュエータ34方向の最大移動が規制されるようになっている。
ストッパ部材46は、有底円筒状に形成されて、底壁46aの中央にスプール弁31の突部31eが自由に挿入可能な挿入孔46bが貫通形成されている。また、ストッパ部材46は、筒状の外周部46cがバルブボディ30のバルブ孔30aの頭部30b側の開口部内周面に圧入されている。
そして、スプール弁31が、第1バルブスプリング33のばね力で図中左方向へ移動した際に、第1ランド部31aの外端面がストッパ部材46の円環状の底壁46aの外面に当接してその最大左方向の移動が規制されるようになっている。
逆止弁41は、図1及び図3に示すように、中径通路部40bと大径通路部40cの内部に収容配置された弁体であるボール弁体(チェックボール)47と、小径通路部40aと中径通路部40bとの間の段差縁に形成されて、ボール弁体47が離着座可能なバルブシート48と、リテーナ32とボール弁体47との間に設けられて、ボール弁体47をバルブシート48方向へ付勢する第2のばねである第2バルブスプリング49と、を備えている。
ボール弁体47は、硬度の高い例えば鋼製によって形成されて、中径通路部40bと大径通路部40c内を自由に移動可能になっている。また、ボール弁体47は、第2バルブスプリング49のばね力でバルブシート48に着座することによって小径通路部40aと中径通路部40bとの間の開口を閉止するようになっている。
リテーナ32は、図3及び図4A〜Cに示すように、例えば鉄系金属材をプレス成形によって段差径状のカップ状に形成され、軸方向通路40の開口端40dに固定される大径部32aと、該大径部32aの先端縁から軸方向に延びる中径部32bと、該中径部32bの先端縁に結合されて中径部32bよりも小径なスプリング支持部32cと、から主として構成されている。
大径部32aは、外径がスプール弁31の大径通路部40cの内径とほぼ同一に形成されて、該大径通路部40cの内周面に圧入によって固定されている。また、大径部32aの後端縁には、フランジ部32dが一体に設けられている。
このフランジ部32dは、大径通路部40cの開口端40dに当接することによって該開口端40dをシールしている。また、また、フランジ部32dは、リテーナ32全体を大径通路部40c内に挿入(圧入)した際に、開口端40dに当接することによって、それ以上の軸方向通路40への挿入を規制するようになっている。
中径部32bは、リテーナ32がスプール弁31内に挿入固定された際に、前記第4ランド部31dに対して中心軸線の直角方向においてオーバーラップした位置になっている。
また、この中径部32bは、外周面32eが大径部32aからスプリング支持部32c方向へ向かって下りテーパ状に形成されている。これによって、中径部32bの外周面と大径通路部40cの内周面は、テーパ状の僅かな隙間をもって非接触状態になっている。
スプリング支持部32cは、中径部32bの先端縁との結合箇所に設けられた段差壁32fと、該段差壁32fの内周縁に一体に形成された小径部32gと、から構成されている。
段差壁32fは、平坦な円環状に形成されて、外面には第2バルブスプリング49の軸方向一端部49aが弾性的に当接支持されている。また、この段差壁32fの内面には、第1バルブスプリング33の一端部33aが弾性的に当接支持されている。
小径部32gは、有底円筒に形成されていると共に、ほぼ均一に形成された外径が第2バルブスプリング49のコイル内径よりも小さく形成されている。
第1バルブスプリング33は、他端部33bがバルブボディ30の底壁30fの内底面に弾性的に当接して、リテーナ32を介してスプール弁31を電磁アクチュエータ34方向へ付勢している。
一方、第2バルブスプリング49は、他端部49bがボール弁体47の外面に弾性的に当接して、該ボール弁体47をバルブシート48方向へ付勢している。
また、小径部32gは、図3に示すように、底壁32hの前端面によってボール弁体47の図中右方向の最大移動位置を規制するようになっている。つまり、ボール弁体47が、小径通路部40a内の油圧によって第2バルブスプリング49のばね力に抗してバルブシート48から離れて図中右方向へ最大に後退移動した際に、底壁32h外面に当接させてこれ以上の後退移動を規制するようになっている。
電磁アクチュエータ34は、図1に示すように、合成樹脂材のケーシング52と、該ケーシング52の内部に磁性材のボビン53を介して収容されたソレノイド54と、ボビン53の内周に固定された固定鉄心55と、ボビン53の内部に軸方向へ摺動可能に設けられた円柱状の可動鉄心56と、該可動鉄心56の先端部に一体的に結合されて、先端部の押圧部57aがスプール弁31の突部31e前端面に軸方向から当接するプッシュロッド57と、を備えている。
ケーシング52は、下端部に保持溝50b内に挿入固定される円筒部52aを一体に有している。また、上端部には、ECUであるコントロールユニット59に電気的に接続されるコネクタ部52bが設けられている。このコネクタ部52bは、ほぼ全体がケーシング52内に埋設された一対の端子片52cの各一端部が前記ソレノイド54に接続されている。一方、外部に露出した各他端部は、コントロールユニット59側の雄コネクタの端子に接続されている。なお、円筒部52aは、保持溝50bの内周に固定されたシールリング58によって保持溝50bに液密的に保持されている。
可動鉄心56は、ソレノイド54への非通電時には、第1バルブスプリング33のばね力によってスプール弁31とプッシュロッド57を介して後退移動するようになっている。
図5〜図7は油圧制御弁を縦断面して示す作用説明図である。
ソレノイド54は、コントロールユニット59から通電(励磁)されることによって可動鉄心56を進出移動させてスプール弁31を第1バルブスプリング33のばね力に抗して図1の右方向へ移動させるようになっている。
具体的に説明すれば、スプール弁31は、図5〜図7に示すように、ソレノイド54への非通電と通電中の通電量(デューティ比)に応じて最大左方向位置(図5の第1移動位置)と、最大右方向位置(図6の第2移動位置)と、最大左方向と最大右方向の中間移動位置(図7の第3移動位置)に移動制御されるようになっている。
コントロールユニット59は、図外のクランク角センサ(機関回転数検出)やエアーフローメータ、機関水温センサ、機関温度センサ、スロットルバルブ開度センサおよびカムシャフト2の現在の回転位相を検出するカム角センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力する。これによって、現在の機関運転状態を検出する。また、コントロールユニット59は、前述したように、電磁アクチュエータ34のソレノイド54への通電(通電量)及び非通電を制御してスプール弁31を所定の移動位置に連続的に可変制御するようになっている。
〔本実施形態の作用効果〕
イグニッションスイッチがオフされて機関停止状態になると、オイルポンプ26も停止されて吐出通路26aから作動油が供給されないと共に、コントロールユニット59からソレノイド54への通電もなく非通電状態となっている。
したがって、スプール弁31は、図5に示すように、第1バルブスプリング33のばね力で最大左方向の第1の移動位置に保持されている。このスプール弁31の最大左方向の移動位置は、第1ランド部31aの外端面がストッパ部材46の対向面に当接することによって規制される。
このとき、逆止弁41のボール弁体47は、図3の一点鎖線で示すように、第2バルブスプリング49のばね力によってバルブシート48に着座して小径通路部40aの開口端を閉じている。
次に、イグニッションスイッチがオン操作されて機関が始動を開始すると、オイルポンプ26も駆動して吐出通路26aに作動油を圧送する。この圧送された作動油は、図5の矢印で示すように、グルーブ溝35aを含む供給ポート35から第1通路孔42を通って小径通路部40aに流入する。この小径通路部40aに流入した作動油は、ボール弁体47を第2バルブスプリング49のばね力に抗してバルブシート48から離間させて開口端を押し開く。この作動油は、中径通路部40b及び大径通路部40c内でボール弁体47の周囲を通って第2通路孔44と遅角ポート37に流入して各遅角通路孔17から各遅角作動室9内に供給される。
同時に、スプール弁31は、各進角ポート38と進角側ドレン溝45を連通させる。このため、各進角作動室10の作動油は、図中矢印で示すように、各進角通路孔18から各進角ポート38と進角側ドレン溝45を通ってバルブ孔30aの後端部側を通過して挿入孔2bの底部2d内に流入する。この底部2d内の作動油は、第1、第2ドレンポート39a、39bからカムシャフト2の排出孔2eを通ってオイルパン28内に排出される。
したがって、ベーンロータ7は、最遅角の相対回転位置に維持されていることから、吸気弁のバルブタイミングが遅角側に制御された状態になる。これによって、機関の始動性が良好になる。
また、この時点では、図外のロック通路を介して第1解除用受圧室23aに各遅角作動室9と同じ油圧が供給されるが、クランキング初期の時点では解除用受圧室23a内の油圧が上昇しない。このため、ロックピン21は、ロック穴19内に係入してロックされた状態となる。したがって、カムシャフト2に発生する交番トルクによるベーンロータ7のばたつきなどを抑制することできる。
その後、ロック通路を介して第1解除用受圧室23aに供給された油圧が高くなると、ロックピン21が、コイルスプリング22のばね力に抗して後退移動してロック穴19とのロック状態が解除されて、ベーンロータ7はフリーな状態になり、正逆回転が可能になる。
なお、このとき、前記各進角作動室10は、前述したように低圧状態が維持されている。
次に、機関運転状態の変化に伴いコントロールユニット59から電磁アクチュエータ34のソレノイド54に通電されて所定の通電量が印加されると、可動鉄心56とプッシュロッド57が進出移動する。そうすると、スプール弁31は、図6に示すように、第1バルブスプリング33のばね力に抗して図示のように右方向へ最大進出移動して第2移動位置に保持される。
これによって、スプール弁31の遅角側ドレン溝43が遅角ポート37と遅角側ドレンポート36に連通する。同時に、第4ランド部31dによって、進角ポート38と進角側ドレン溝45との連通が阻止されると共に、第2通路孔44と進角ポート38が連通する。
このため、図6の矢印で示すように、各遅角作動室9の作動油は、各遅角通路孔17からドレンポート36を介して排出通路29に流入し、ここからオイルパン28内に排出される。一方、供給ポート35から軸方向通路40に流入した作動油は、ボール弁体47の外周を通って第2通路孔44から各進角通路孔18を介して各進角作動室10に供給される。これによって、各遅角作動室9の内圧が低下すると共に、各進角作動室10の内圧が上昇する。
なお、このとき、ロックピン21は、進角作動室10からロック通路を介して第2解除用受圧室23bに供給された油圧によってロック穴19から抜け出てロックが解除されている。
このため、ベーンロータ7は、図2に示す位置から時計方向へ回転して最大進角側へ相対回転して、吸気弁のバルブタイミングが最進角位相になって排気弁とのバルブオーバーラップが大きくなる。この結果、吸気充填効率が高くなって機関の出力トルクの向上が図れる。
さらに、機関運転状態の変化に伴い、コントロールユニット59から電磁アクチュエータ34のソレノイド54への通電量(デューティ比)をさらに変化させる。これによって、スプール弁31は、図7に示すように、前述した最大左方向の第1移動位置(図5の位置)と最大右方向の第2移動位置(図6の位置)の間の第3の移動位置(中間位置)に移動させる。
そうすると、供給ポート35とスプール弁31の第1通路孔42が連通した状態となるが、第3ランド部31cによって各遅角ポート37と遅角側ドレン溝43及び第2通路孔44との連通が遮断される。同時に、第4ランド部31dによって各進角ポート38と進角側ドレン溝45及び第2通路孔44との連通も遮断される。
したがって、各遅角作動室9と各進角作動室10が密閉状態になって、作動油の置換流動などが規制される。このため、ベーンロータ7は、ハウジング6に対する相対回転がなくなり、所定の中間回転位置に保持される。
したがって、吸気弁は、バルブタイミングが最遅角と最進角の間の中間位相の開閉タイミングに制御されるので、例えば、定常運転時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
以上のように、本実施形態では、コントロールユニット59からソレノイド54への非通電及び通電量(デューティ比)を制御してスプール弁31の移動位置を第1〜第3の移動位置間で適宜変更することができる。
これによって、各遅角作動室9あるいは各進角作動室10に対して、オイルポンプ26の吐出圧を供給ポート35から軸方向通路40を介して選択的に供給することにより、ベーンロータ7の相対回転位相を変更する、いわゆる通常制御であるOPA制御を行うことができる。
特に、前記第3移動位置の制御は、第1移動位置と第2移動位置の間のいずれかの中間位置に保持できる。これによって、ベーンロータ7を最遅角位置と最進角位置の間のいずれの位置にも保持することが可能になる。つまり、例えば、最遅角位置寄りとか最進角位置寄り、さらには最遅角位置と最進角位置のほぼ中間位置などに自由に制御することが可能である。
この結果、機関運転状態の変化に応じて吸気弁の開閉タイミングを自由に設定できるので、燃費の向上や高い機関性能を引き出すことが可能になる。
そして、本実施形態における油圧制御弁27は、前記従来技術のように、バルブボディの内部にそれぞれ独立したスリーブや逆止弁ユニットを設けるのではなく、バルブボディ30の内部を摺動するスプール弁31の内部に、リテーナ32を介して逆止弁41を設けた。
このため、油圧制御弁27全体の構造が簡素化されて、軽量化が図れると共に、製造作業や組立作業が極めて容易になる。したがって、製造コストや組立コストの低減化が図れる。
すなわち、各構成部品の組立時には、まず、スプール弁31の内部にボール弁体47を収容しておく。この状態で、第2バルブスプリング49をリテーナ32のスプリング支持部32cに仮止め状態に支持する。その後、リテーナ32を、スプリング支持部32c側からスプール弁31の後端部内に挿入する。つまり、リテーナ32を、スプリング支持部32c側から大径通路部40cの後端開口から内部へ挿入するが、フランジ部32dが開口端40dに当接してそれ以上の挿入が規制されるまで挿入する。このとき、リテーナ32の大径部32aは、外周面が大径通路部40cの内周面に圧接しながら摺動して最終的に大径通路部40cの内周面に圧入固定される。
これによって、逆止弁41は、スプール弁31の軸方向通路40内にリテーナ33を介して組み付け保持される。
その後、リテーナ32の大径部32aの開口端側から第1バルブスプリング33を一端部33a側から挿入して該一端部33aを段差壁32fの内面に当接させて保持する。この状態で、スプール弁31を、バルブボディ30の頭部30b側からバルブ孔30a内に挿入しつつ第1バルブスプリング33のばね力に抗して内部へ押し込む。
次に、ストッパ部材46を、バルブ孔30aの開口端内周面に圧入固定すれば、バルブ孔30a内にスプール弁31や逆止弁41のバルブボディ30内への組み付け作業が終了する。
続いて、バルブボディ30を、カムシャフト2の一端部2a内に雌雄ねじ部2c、30dを介してねじ込めば、カムシャフト2の組み付け作業が完了する。
その後、通路構成部50の保持溝50b内に、電磁アクチュエータ34の筒状部50aを、シールリング58を介して軸方向から挿入する。これによって、電磁アクチュエータ34は、通路構成部50に液密的に保持される。
したがって、本実施形態では、油圧制御弁27の構造の簡素化に伴い各構成部品の製造作業及び組付作業能率の向上が図れると共に、コストの低減化が図れる。
特に、本実施形態では、リテーナ32が、第1バルブスプリング33と第2バルブスプリング49の2つのバルブスプリングの端部を一緒に保持して兼用する構造になっている。このため、さらに構造の簡素化が促進されて、製造、組立作業性が良好になりコストのさらなる低減化が図れる。
また、リテーナ32は、中径部32bの外周面32eがスプリング支持部32c方向に向かって下り傾斜状に形成されている。これによって、リテーナ32を、スプール弁31の大径通路部40c内に挿入する際に、該大径通路部40cとの圧入箇所が大径部32aの外周面のみであって、中径部32bの外周面32eとは非接触状態になる。
このため、大径部32aの圧入時において、中径部32bの外周面32eによる大径通路部40cの内周面に対する軸心から径方向への圧入荷重が作用しなくなる。したがって、中径部32bが位置する第4ランド部31dには、径方向の圧入荷重が作用しないことから、該第4ランド部31d及びその周辺の塑性変形を十分に抑制することができる。
この結果、スプール弁31は、バルブ孔30a内での常に円滑な摺動性が得られる。よって、第2〜第4ランド部31b〜31dによる各ポート36〜38の開閉制御精度の低下を抑制できる。
また、本実施形態では、前述のように、逆止弁41を、リテーナ32によってスプール弁31内にコンパクトに収容できたことから、油圧制御弁27全体の軸方向の長さを小さくすることが可能になる。
このように、油圧制御弁27の軸方向長さの短尺化が図れることによって、バルブタイミング制御装置全体の小型化と軽量化を図ることができる。
また、機関停止時には、逆止弁41のボール弁体47がバルブシート48に着座して小径通路部40aの開口端を閉じて、各遅角作動室9からの作動油の逆流を阻止することから各遅角作動室9内に作動油を保持することが可能になる。したがって、機関の再始動時における各遅角作動室9の油圧の立ち上がりが良好になり、ベーンロータ7を最遅角側へ速やかに相対回転させることできる。
〔第2実施形態〕
図8は本発明の第2実施形態を示し、基本構造は第1実施形態と同じであるが、異なるところは、リテーナ32の形状を変更した。また、軸方向通路40の中径通路部40bを廃止して小径通路部40aを延ばして大径通路部40cに直接接続したものである。
すなわち、リテーナ32は、大径部32aと中径部32bの形状は第1実施形態と同じであるが、小径なスプリング支持部32cが凸状から凹状に変更されている。
つまり、このスプリング支持部32cは、中径部32bとの間の結合箇所から折り返し状に折曲された折り返し部32iと、該折り返し部32iから内方へ凹状の小径カップ状に形成された小径部32jと、から構成されている。
小径部32jは、外径が第1バルブスプリング33の内径よりも僅かに小さく形成されていると共に、内径が第2バルブスプリング49のコイル径(外径)よりも僅かに大きく形成されている。
折り返し部32iは、中径部32bとの間に筒状隙間が形成されて、この筒状隙間を介して底面に第1バルブスプリング33の一端部33aが弾性的に当接支持されている。
第2バルブスプリング49は、小径部32jcの内部に収容配置されて、一端部49aがボール弁体47の外面に弾性的に当接支持されている。一方、他端部49bは、小径部32jの底壁32kの内底面に弾性的に当接されている。
このように、第2バルブスプリング49の全体を、スプリング支持部32cの小径部32jの内部に収容した。このため、第2バルブスプリング49が伸縮変形した際に、その外周面が小径部32jの内周面で支持することができる。これによって、伸縮変形時における第2バルブスプリング49の横方向の変形や倒れを抑制できる。したがって、第2バルブスプリング49の安定した支持が可能になり、ボール弁体47を安定的に付勢することができる。
また、第1バルブスプリング33は、一端部33aが折り返し部32iの底面に当接して該折り返し部32iの外周面と中径部32bの内周面との間で挟持状態に支持されることになる。このため、第1バルブスプリング33は、伸縮変形時において安定した支持が得られる。
他は、第1実施形態と同様な作用効果が得られる。
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、バルブタイミング制御装置を吸気弁側ばかりか排気弁側に適用することも可能である。
また、油圧制御弁27を、バルブタイミング制御装置以外の他の機器類に適用することも可能である。さらに、アクチュエータとしては、電磁アクチュエータの他に、油圧アクチュエータであっても良い。
また、弁体としては、前記ボール弁体の他に円盤状や円柱状などの弁体であってもよい。
さらに、前記リテーナは、基本的に有底円筒状であれば、その構造についてはいずれの構造であっても構わず、例えば、フランジ部を除く外形が均一な筒状であってもよい。
なお、本実施形態における遅角、進角ポート37,38の閉止や連通が遮断されている状態とは、スプール弁31の各ランド部31b、31cによって遅角、進角ポート37,38が塞がれている状態を言い、各ランド部31b、31cとバルブ孔30aの間のクリアランスを介して若干連通している状態も含む。
以上説明した実施形態に基づく油圧制御弁としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
その一つの態様において、中空円筒状であって、中心軸線に対して径方向へ複数のポートが貫通形成されたバルブボディと、前記バルブボディの内部に前記中心軸線方向に沿って移動可能に配置されたスプール弁であって、前記中心軸線方向の一端が閉塞され、他端が開口された軸方向通路と、該軸方向通路の内周面から径方向外側に向かって貫通した複数の通路孔と、前記中心軸線に沿って移動することで各ポートと各通路孔との連通と閉じ状態を変更するスプール弁と、前記軸方向通路の他端開口を閉塞するように配置され、前記スプール弁の開口端に固定された有底円筒状のリテーナと、一端部が前記リテーナに支持されて、前記リテーナを介して前記スプール弁を前記中心軸線の一方に付勢する第1のばねと、前記軸方向通路の内部に収容配置されて、該軸方向通路内に形成されたバルブシートに離着座可能な弁体と、一端部が前記リテーナに支持されて、前記弁体をバルブシート方向へ付勢する第2のばねと、を備えている。
さらに好ましくは、前記リテーナは、プレス成形によって段差形状のカップ状に一体に形成されている。
さらに好ましくは、前記リテーナは、前記スプール弁の軸方向通路の開口端に固定された大径部と、該大径部の先端縁から延びて、外周面と前記スプール弁の内周面との間に隙間が形成された中径部と、該中径部の先端縁に結合されて、前記第1のばねと第2のばねのそれぞれの軸方向一端部を支持するスプリング支持部と、を備えている。
さらに好ましくは、前記スプリング支持部は、前記中径部の先端縁から内方へ折曲形成された円環状の段差壁と、該段差壁から前記弁体方向に延びた有底円筒状の小径部と、を備え、前記第1のばねと第2のばねのそれぞれの軸方向一端部を、前記段差壁で支持している。
さらに好ましくは、前記スプリング支持部は、前記中径部の先端縁から該中径部内に折り返し状に折曲された折り返し部と、該折り返し部から軸方向へ延びた有底円筒状の小径部と、を備え、前記第1のばねの軸方向一端部を前記折り返し部で支持する一方、前記第2のばねの軸方向一端部を小径部の底壁の内底面で支持している。
さらに好ましくは、前記スプール弁は、前記バルブボディの内周に摺動する複数のランド部と、該各ランド部の間にそれぞれ形成された複数の環状溝部と、前記軸方向通路と前記環状溝部を連通する複数の前記通路孔と、を有し、
前記リテーナの中径部は、前記いずれかのランド部に対して前記中心軸線方向においてオーバーラップしている。
さらに好ましくは、前記複数の環状溝部の一つは、前記大径部と前記中心軸線方向おいてオーバーラップしている。
さらに好ましくは、前記リテーナは、中心軸方向の外端縁に前記スプール弁の開口端に対して軸線方向の外側から当接するフランジ部を有している。
1…タイミングスプロケット(駆動回転体)、2…カムシャフト、2a…一端部、2b…挿入孔、2c…雌ねじ部、3…位相変更機構、4…ロック機構、5…油圧回路、6…ハウジング、7…ベーンロータ、8…シュー、9…遅角作動室、10…進角作動室、14…ロータ部、15a〜15d…ベーン、17…遅角通路孔、18…進角通路孔、31…スプール弁、31a〜31d…第1〜第4ランド部、32…リテーナ、32a…大径部、32b…中径部、32c…スプリング支持部、32d…フランジ部、32e…中径部の外周面、32f…段差壁、32g…小径部、32h…前端面、32i…折り返し部、32j…小径部、33…第1バルブスプリング(第1のばね)、33a…一端部、34…電磁アクチュエータ、35…供給ポート、36…遅角側ドレンポート、37…遅角ポート、38…進角ポート、39a、39b…進角側第1、第2ドレンポート、40…軸方向通路、40a…小径通路部、40b…中径通路部、40c…大径通路部、41…逆止弁、42…第1通路孔、43…遅角側ドレン溝、44…第2通路孔、45…進角側ドレン溝、47…ボール弁体、48…バルブシート、49…第2バルブスプリング(第2のばね)、49a…一端部、50…通路構成部、51…チェーンケース、59…コントロールユニット。

Claims (8)

  1. 中空円筒状であって、中心軸線に対して径方向へ複数のポートが貫通形成されたバルブボディと、
    前記バルブボディの内部に前記中心軸線方向に沿って移動可能に配置されたスプール弁であって、前記中心軸線方向の一端が閉塞され、他端が開口された軸方向通路と、該軸方向通路の内周面から径方向外側に向かって貫通した複数の通路孔と、前記中心軸線に沿って移動することで各ポートと各通路孔との連通と閉じ状態を変更するスプール弁と、
    前記軸方向通路の他端開口を閉塞するように配置され、前記スプール弁の開口端に固定された有底円筒状のリテーナと、
    一端部が前記リテーナに支持されて、前記リテーナを介して前記スプール弁を前記中心軸線の一方に付勢する第1のばねと、
    前記軸方向通路の内部に収容配置されて、該軸方向通路内に形成されたバルブシートに離着座可能な弁体と、
    一端部が前記リテーナに支持されて、前記弁体をバルブシート方向へ付勢する第2のばねと、
    を備えたことを特徴とする油圧制御弁。
  2. 請求項1に記載の油圧制御弁であって、
    前記リテーナは、プレス成形によって段差形状のカップ状に一体に形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
  3. 請求項2に記載の油圧制御弁であって、
    前記リテーナは、前記スプール弁の軸方向通路の開口端に固定された大径部と、該大径部の先端縁から延びて、外周面と前記スプール弁の内周面との間に隙間が形成された中径部と、該中径部の先端縁に結合されて、前記第1のばねと第2のばねのそれぞれの軸方向一端部を支持するスプリング支持部と、を備えていることを特徴とする油圧制御弁。
  4. 請求項3に記載の油圧制御弁であって、
    前記スプリング支持部は、前記中径部の先端縁から内方へ折曲形成された円環状の段差壁と、該段差壁から前記弁体方向に延びた有底円筒状の小径部と、を備え、
    前記第1のばねと第2のばねのそれぞれの軸方向一端部を、前記段差壁で支持することを特徴とする油圧制御弁。
  5. 請求項3に記載の油圧制御弁であって、
    前記スプリング支持部は、前記中径部の先端縁から該中径部内に折り返し状に折曲された折り返し部と、該折り返し部から軸方向へ延びた有底円筒状の小径部と、を備え、
    前記第1のばねの軸方向一端部を前記折り返し部で支持する一方、前記第2のばねの軸方向一端部を小径部の底壁の内底面で支持することを特徴とする油圧制御弁。
  6. 請求項3に記載の油圧制御弁であって、
    前記スプール弁は、前記バルブボディの内周に摺動する複数のランド部と、該各ランド部の間にそれぞれ形成された複数の環状溝部と、前記軸方向通路と前記環状溝部を連通する複数の前記通路孔と、を有し、
    前記リテーナの中径部は、前記いずれかのランド部に対して前記中心軸線方向においてオーバーラップしていることを特徴とする油圧制御弁。
  7. 請求項6に記載の油圧制御弁であって、
    前記複数の環状溝部の一つは、前記大径部と前記中心軸線方向においてオーバーラップしていることを特徴とする油圧制御弁。
  8. 請求項1に記載の油圧制御弁であって、
    前記リテーナは、中心軸方向の外端縁に前記スプール弁の開口端に対して軸線方向の外側から当接するフランジ部を有することを特徴とする油圧制御弁。
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