JP2757492B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は弁開閉時期制御装置に関する。この弁開閉時
期制御装置は、例えば、エンジンの動弁機構に適用でき
る。

［従来の技術］ 弁開閉時期制御装置、例えば、エンジンの動弁機構に
使用される弁開閉時期制御装置は、従来より、弁を開閉
作動させるカムシャフトとカムシャフトの周方向へ相対
変位可能に配置されたタイミングプーリと、カムシャフ
トとタイミングプーリとの間にカムシャフトの軸方向に
そって一方向および他方向へ移動自在に介装されたピス
トンと、ピストンをカムシャフトの軸方向にそう一方向
へ付勢するスプリングと、ピストンをシャフトの軸方向
にそう他方向へ付勢する油圧を発生する油圧室と、油圧
室にエンジン油圧の一部を供給する制御弁とで構成され
たものが知られている。制御弁は、オイルポンプにつな
がる入口ポート、油圧室につながる出口ポートをもつ。

そして上記装置において、弁開閉時期を変更するにあ
たり、制御弁を作動させて入口ポートと出口ポートとを
連通させて、オイルポンプで発生したエンジン油圧を油
圧室に供給し、油圧室に供給したオイルでピストンをス
プリングに抗して移動させ、これによりカムシャフトを
タイミングプーリに対して周方向へ相対変位することに
している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記装置では、弁開閉時期を元に戻すにあたり、ドレ
ンポートを開放させて油圧室のオイルをドレンに放出す
ることにしているが、このときオイルポンプ側につなが
るオイル通路がドレンに連通してしまい、オイルポンプ
側につながるオイル通路のオイルもドレンに放出されて
しまう。そのためエンジン油圧（元圧）が本来の値から
大きく低下する問題が生じ、所要のエンジン油圧（元
圧）を必要とする他の潤滑系に悪影響を及ぼす問題が生
じる。

一方、エンジン油圧が本来の値から大きく低下する問
題を回避するには、ドレンへのオイル放出量を小さくす
ればよいが、この場合には、油圧室内にオイルが残留し
がちとなり、油圧室内のオイルの残圧が高くなり、その
結果、再び弁の開閉時期を変更する場合に、スプリング
が油圧室内のオイルの残圧に負けるので、スプリングの
ばね定数を過剰に大きくする必要がある。

また、このようにスプリングのバネ定数を過剰に大き
くすると、油圧室に油圧を作用させてピストンをスプリ
ングに抗して移動させカムシャフトを周方向へ相対変位
させる際に、エンジン油圧の低圧域（低回転域）におい
て油圧の大きさがスプリングのバネ力をなかなか越える
ことができず、結果として、カムシャフトの位置の切替
え応答性が大幅に低下したり、エンジン油圧の低圧域で
は切替えができなくなる問題が生じる。

本発明は上記した実情に鑑み開発されたものであり、
その技術的課題は、油圧源の油圧が大きく低下する問題
を回避し、油圧室にオイルの残圧が大きくなることを回
避し、スプリング手段のバネ定数を小さくでき、油圧源
の油圧の低圧域においてもシャフトを周方向へ相対変位
させる際の切替え応答性を向上させ得る弁開閉時期制御
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の弁開閉時期制御装置は、 基部に回転可能に保持され弁を開閉作動させるシャフ
ト、 シャフトの外周側にシャフトの周方向へ相対変位可能
に配置され、シャフトを回転させるタイミングプーリ
と、 シャフトとタイミングプーリとの間にシャフトの軸方
向にそって一方向および他方向へ移動自在に介装され、
一方向への移動に伴いシャフトおよびタイミングプーリ
を周方向の一方向へ相対相対変位させ、他方向への移動
に伴いシャフトおよびタイミングプーリを周方向の他方
向へ相対変位させるピストン手段と、 ピストン手段をシャフトの軸方向にそう一方向へ付勢
するスプリング手段と、 ピストン手段をシャフトの軸方向にそう他方向へ付勢
する油圧を発生する弁室を区画するとともに、油圧源に
つながる入口ポート、前記油圧室につながる出口ポー
ト、ドレンにつながるドレンポートをもつハウジング
と、ハウジングの弁室内に軸方向に第１制御位置及び第
２制御位置間を移動自在に配設され、第１制御位置にて
入口ポートと出口ポートとを連通し、第２制御位置にて
出口ポートとドレンポートを連通すると共に入口ポート
と出口ポートとの連通を遮断するスプール弁と、該スプ
ール弁を第１制御位置及び第２制御位置に磁力により選
択的に移動させる磁力移動手段とで構成された制御弁と
を具備し、 制御弁のハウジングには、スプール弁の外周壁面より
もスプール弁の半径方向外方に位置し入口ポートと出口
ポートとを弁室を介さず常時連通し、スプール弁を第２
制御装置に移動させて油圧室の油を出口ポートを介して
ドレンに排出する際において、油圧源からの油圧を出口
ポートに作用させることにより油圧室側への空気流入を
抑制する微小連通穴が形成されていることを特徴とす
る。

［作用］ 弁開閉時期を変更するにあたり、制御弁を第１制御位
置に作動させてこれの入口ポートと出口ポートとを連通
させて油圧源のオイルを油圧室に供給し、油圧室のオイ
ルでピストンをスプリングに抗して移動させる。すると
シャフトはタイミングプーリに対して周方向へ相対変位
する。

また、弁開閉時期を戻すにあたり、制御弁を第２制御
位置に作動させてこれの入口ポートを遮断して油圧源に
つながるオイル通路を閉じると共に、出口ポートとドレ
ンポートとを連通させて、油圧室のオイルをドレンポー
トを介してドレンに放出する。するとシャフトはタイミ
ングプーリを周方向へ相対変位し、元に位置に戻る。

［実施例］ 以下、本発明の技術的課題を具体化した好適な実施例
について添付図面に基づき説明する。

（実施例の構成） 第１図は本発明を自動車のエンジンの動弁機構に適用
した一実施例の弁開閉時期制御装置10の断面図を示す。

シャフトとしてのカムシャフト12は動弁機構の弁を開
閉作動させるものであり、基部としてのシリンダヘッド
11に回転自在に支承されている。カムシャフト12の内部
にはオイル通路13が設けられている。カムシャフト12の
図示左方外周部にはタイミングプーリ16が嵌装されてお
り、タイミングプーリ16の外周部には図略のタイミング
ベルトと係合する溝部16aが形成されている。また、タ
イミングプーリ16を覆うようにカムシャフト12の図示左
端にはノックピン14を介してダンパーケース15が保持さ
れている。ダンパーケース15とタイミングプーリ16と
は、夫々のラビリンス溝15a、16bにより係合しており、
これにより内部に粘性流体を有する粘性ダンパー手段17
を形成している。

ダンパーケース15の図示左方には、粘性ダンパー手段
17を覆うようにカバー18が配設されており、その外周部
はタイミングプーリ16の一部と係合している。また、ダ
ンパー手段17内に密封された粘性流体は、カバー18とダ
ンパーケース15との間に配設されたオイルシール19、カ
バー18とタイミングプーリ16との間に配設されたＯリン
グ20、及びダンパーケース15とタイミングプーリ16との
間に配設されたオイルシール21によりその流出が防止さ
れている。

ダンパーケース15の内周部とタイミングプーリ16のカ
ムシャフト接触部16cの外周部との間にはピストン手段
としてのピストン22が配設されている。ピストン22の溝
22a内にはピストン22を図示左方に付勢するスプリング
手段としてのスプリング23が配設されている。

ダンパーケース15の内周部にはヘリカルスプライン15
bが形成され、それと噛み合うようにピストン22の外周
部にはヘリカルスプライン22bが形成されている。ま
た、ピストン22の内周部にはヘリカルスプライン22cが
形成され、それと噛み合うようにタイミングプーリ16の
カムシャフト接触部16cにはヘリカルスプライン16dが形
成されている。

ダンパーケース15の内周部とピストン22の頭頂部とタ
イミングプーリ16のカムシャフト接触部16cとで油圧室2
4が形成されている。この油圧室24はカムシャフト12内
のオイル通路13と連通している。

なおダンパーケース15の図示左方より、リング25を介
してボルト26がカムシャフト12の螺孔12cに螺合してお
り、ダンパーケース15等のカムシャフト12からの抜けを
防止している。

さて、制御弁100は油圧室24と油圧源としてのオイル
ポンプとの間に介在している。制御弁100は、弁室101を
もつハウジング102と、弁室101に移動自在に配置され孔
103a、中央孔103bをもつスプール弁103と、スプール弁1
03を図示左方へ付勢するスプリング104とで形成されて
いる。ハウジング102には磁力移動手段としての電磁石
を形成するコイル105は、鉄芯106が配置されている。コ
イル105は制御回路107に接続されており、制御回路107
には水温センサ108、負荷センサ109、エンジン回転数セ
ンサ110の各信号が入力され、水温、負荷、エンジン回
転数に応じて制御回路107はコイル105に電流を流す。

更に、制御弁100のハウジング102には入口ポート11
1、出口ポート113、ドレンポート115、微小連通穴とし
ての連通穴118が形成されている。連通穴118の入口118a
は、スプール弁103の外周壁面よりもスプール弁103の半
径方向外方に位置してハウジング102の壁部に形成され
ている。入口ポート111はオイルポンプにつながり、オ
イルポンプで発生したエンジン油圧が作用する。出口ポ
ート113はオイル通路116、13を介して油圧室24につなが
る。ドレンポート115はドレンにつながる。連通穴118は
入口ポート111と出口ポート113とを連通している。

ここで、制御弁100が断電状態の場合には、スプリン
グ104のバネ力でスプール弁103が押圧されて図示左方へ
移動し第１図に示す第２制御位置に設定されている。こ
の場合には、第１図に示すようにスプール弁103で入口
ポート111と出口ポート113弁室101を介しての連通が遮
断されていると共に、ドレンポート115と出口ポート113
とがスプール弁103の孔103a、中央孔103bを介して連通
している。

また、制御弁100が通電状態の場合には、コイル105に
通電されて電磁石が形成されているので、スプール弁10
3がスプリング104のバネ力に抗して図示右方へ移動し第
１制御位置に設定される。この場合には、入口ポート11
1と出口ポート113とが弁室101を介してつまり部位101c
を介して連通している。

（実施例の作用） 上記構成において、エンジンが始動し図示しないクラ
ンクシャフトが回転すると、その回転はタイミングベル
トを介してタイミングプーリ16に伝達される。その回転
トルクはタイミングプーリ16、タイミングプーリ16のヘ
リカルスプライン16d、ピストン22のヘリカルスプライ
ン22c、22b、ダンパーケース15のヘリカルスプライン15
b、ダンパーケース15、ノックピン14、カムシャフト12
と伝達され、結果としてカムシャフト12に装備されてい
る弁が開閉作動する。

このような通常走行時の状態からエンジンの動弁機構
の弁開閉時期を例えば早めるように変えたい場合には、
制御弁100へ通電すると、コイル105が電磁石を形成し、
スプール弁103が図示右方へストロークして第１制御位
置となり、入口ポート111と出口ポート113とは弁室101
を介してつまり部位101cを介して連通し、ドレンポート
115は遮断され非連通状態となる。従ってエンジン油圧
のオイルは入口ポート111、出口ポート113、オイル通路
116を介してカムシャフト12のオイル通路13を通って油
圧室24へ供給され、その結果ピストン22を図示右方向に
スライドさせる。これにより油圧室24の容積が拡大され
る。つまり、ピストン22はスプリング23の図示左方への
付勢力に打ち勝って図示右方に移動する。すると、ピス
トン22の内外周のヘリカルスプライン22b、22cと夫々に
係合するダンパーケース15のヘリカルスプライン15bと
タイミングプーリ16のヘリカルスプライン16dによっ
て、カムシャフト12はタイミングプーリ16に対して周方
向へ相対変位して、従ってエンジンの動弁機構の弁開閉
時期が早まる。

また、この状態から図示しないエンジンの動弁機構の
弁開閉時期を元に戻したい場合には、制御弁100への電
流をOFFにする。すると、スプール弁103はスプリング10
4のバネ力で元に戻されて図示右方へ移動して第２制御
位置となり、よって第１図から明らかなようにオイルポ
ンプにつながるオイル通路が閉じられ、且つ、入口ポー
ト111と出口ポート113との連通は遮断され、エンジン油
圧のオイルはカットされる。同時に出口ポート113とド
レンポート115とが連通するので、油圧室24のオイルは
出口ポート113、孔103a、中央孔103b、ドレンポート115
を通りドレンに戻される。そのため、本実施例では油圧
室24のオイルの残圧もなくなり、油圧室24の容積が減少
する。つまり、ピストン22はスプリング23の図示左方へ
の付勢力により図示左方に移動する。すると、ピストン
22の内外周のヘリカルスプライン22b、22cと夫々に係合
するダンパーケース15のヘリカルスプライン15bとタイ
ミングプーリ16のヘリカルスプライン16dによって、カ
ムシャフト12はタイミングプーリ16に対して周方向へ相
対回転して、図示しないエンジンの動弁機構の弁開閉時
期が戻される。

この様に、油圧室24へのオイル供給量により動弁機構
の弁開閉時期を連続的に制御することができる。

ところで本実施例では、カムシャフト12はエンジン作
動中に、図示しない弁と係合するスプリングから変動ト
ルクを受ける。この変動トルクはダンパーケース15を介
して、ヘリカルスプライン15b、22b、22c、16dに伝達さ
れ、各ヘリカルスプライン15b、22b、22c、16dのバック
ラッシュにより打音を発生させたりする。この点本実施
例では、カムシャフト12と一体であるダンパーケース15
に形成されたラビリンス溝15aとタイミングプーリ16に
形成されたラビリンス溝16bとが相対回転するため、こ
の粘性ダンパー手段17に密封された粘性流体（例えばシ
リコンオイル）により大きな剪断力が作用し、上記した
変動トルクを吸収することができる。

なお、弁開閉時期の切り換え時には、ラビリンス溝15
aとラビリンス溝16bとの相対回転速度は、上記した変動
トルクを受けた時の相対回転速度と比べ十分に遅い。従
って、粘性ダンパー手段17に密封された粘性流体に生じ
る剪断力は小さく、弁開閉時期の切り換えに支承をきた
すことはない。

（実施例の効果） 本実施例によれば、上記したように制御弁100を第２
制御位置に切替えて油圧室24のオイルを出口ポート11
3、孔103a、中央孔103b、ドレンポート115を介してドレ
ンに放出する際に、入口ポート111と出口ポート113との
弁室101を介してのつまり部位101cを介しての連通を遮
断し、オイルポンプにつながるオイル通路を閉じる構成
である。そのため、オイルポンプで発生したエンジン油
圧（元圧）のオイルがドレンポート115に放出されるこ
とを回避でき、従ってオイルポンプ側のエンジン油圧
（元圧）が低下する問題を回避できる。

このように本実施例では油圧室24のオイルをドレンへ
放出する量を大きくしてもエンジン油圧の低下を回避で
きるので、油圧室24のオイルのドレンへの放出量を大き
くでき、従って油圧室24にオイルの残圧が残る問題も回
避でき、従ってスプリング23のバネ定数も過剰に大きく
する必要もない。よってエンジン油圧が低油圧域（低回
転）の場合にもカムシャフト12を相対変位させる際の切
替え応答性を向上できる。

また前述したように制御弁100を第２制御位置に切替
えたときには、油圧室24は出口ポート113、ドレンポー
ト115を介してドレンと連通するので、オイル通路116、
13のオイルがドレンに流出する際にオイル通路116、13
に空気が流入するおそれがある。このように空気が流入
した場合には、次に制御弁100を第１制御位置に切替え
油圧室24にオイルを供給するときに、流入した空気の影
響で油圧室24の油圧の上昇が遅れ、カムシャフト12の開
閉時期の切替え応答性が低下するおそれがある。この点
本実施例では、入口ポート111と出口ポート113との間に
細い微小の連通穴118を形成しているため、入口ポート1
11側の油が連通穴118を介して出口ポート113、オイル通
路116に作用して漏れる。そのため油圧室24のオイルを
ドレンに放出する際出口ポート113のオイル以外の空間
容積部分が小さくなり、出口ポート113、オイル通路116
内へ空気が流入することを極力回避でき、よってカムシ
ャフト12の切替え応答性の遅れの問題を防止できる。

［発明の効果］ 本発明の弁開閉時期制御装置によれば、制御弁を第２
制御位置に切替えて油圧室のオイルをドレンに放出する
際に、従来装置とは異なり、油圧源につながるオイル通
路を閉じる構成である。そのため油圧源の油圧が大きく
低下する問題を回避し、油圧室のオイルの残圧が大きく
なることを回避し、スプリング手段のバネ定数を小さく
できて、シャフト及びタイミングプーリを周方向へ相対
変位させる場合の切替え応答性を向上させることができ
る。

更に本発明の弁開閉時期制御装置によれば、空気の流
入を回避するのに有利であり、空気流入に起因する切替
え応答性の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御弁の油圧回路とともに示す弁開閉時期制御
装置の断面図である。 図中、12はカムシャフト（シャフト）、16はタイミング
プーリ、23はスプリング（スプリング手段）、22はピス
トン（ピストン手段）、24は油圧室、100は制御弁、111
は入口ポート、113は出口ポート、115はドレンポート、
118は連通穴（微小連通穴）を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基部に回転可能に保持され弁を開閉作動さ
   せるシャフトと、 前記シャフトの外周側にシャフトの周方向へ相対変位可
   能に配置され、前記シャフトを回転させるタイミングプ
   ーリと、 前記シャフトと前記タイミングプーリとの間に前記シャ
   フトの軸方向にそって一方向及び他方向へ移動可能に介
   装され、一方向への移動に伴い前記シャフトおよび前記
   タイミングプーリを周方向の一方向へ相対変位させ、他
   方向への移動に伴い前記シャフトおよび前記タイミング
   プーリを周方向の他方向へ相対変位させるピストン手段
   と、 前記ピストン手段を前記シャフトの軸方向にそう一方向
   へ付勢するスプリング手段と、 前記ピストン手段を前記シャフトの軸方向にそう他方向
   へ付勢する油圧を発生する油圧室と、 弁室を区画するとともに、油圧源につながる入口ポー
   ト、前記油圧室につながる出口ポート、ドレンにつなが
   るドレンポートをもつハウジングと、前記ハウジングの
   弁室内に軸方向に第１制御位置及び第２制御位置間を移
   動自在に配設され、第１制御位置にて前記入口ポートと
   前記出口ポートとを連通し、第２制御位置にて前記出口
   ポートと前記ドレンポートを連通すると共に前記入口ポ
   ートと前記出口ポートとの連通を遮断するスプール弁
   と、前記スプール弁を第１制御位置及び第２制御位置に
   磁力により選択的に移動させる磁力移動手段とで構成さ
   れた制御弁とを具備し、 前記制御弁のハウジングには、前記スプール弁の外周壁
   面よりも前記スプール弁の半径方向外方に位置し前記入
   口ポートと前記出口ポートとを前記弁室を介さずに常時
   連通し、前記スプール弁を第２制御装置に移動させて前
   記油圧室の油を前記出口ポートを介してドレンに排出す
   る際において、油圧源からの油圧を前記出口ポートに作
   用させることにより前記油圧室側への空気流入を抑制す
   る微小連通穴が形成されていることを特徴とする弁開閉
   時期制御装置。