JP3600397B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用内燃機関の吸排気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可変にするバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば特開平７−１３９３１６号公報に記載されているものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、機関のクランク軸からタイミングベルトを介して回転力が伝達される筒状のタイミングプーリと、外周にカムを有しかつ一端部に固定されたスリーブがタイミングプーリの筒状本体内に挿通配置されたカムシャフトと、前記筒状本体とスリーブとの間に内外周のはす歯を介して噛合しつつ前後動可能な筒状歯車とを備えている。
【０００４】
前記筒状歯車は、前記筒状本体の内部に形成された前後の進角，遅角側油室に油圧回路を介して給排される作動油圧によって前後方向へ移動することによって、タイミングプーリとカムシャフトとの相対回動位相を変換し、これによって例えば吸気弁の開閉時期を進角あるいは遅角側に制御するようになっている。
【０００５】
また、前記油圧回路は、オイルポンプと各進角，遅角側油室とを連通する油通路に油圧制御弁が設けられ、この油圧制御弁の筒状のバルブボディの内部に大径部と小径部とを備えたスプール弁体を摺動可能に保持すると共に、バルブボディの周壁には、前記油通路と連通する複数の開口部が軸方向の所定位置に形成され、洩れる作動油量を許容範囲にするため、差圧の高い隣接する開口部のシール長を長く設定する一方、差圧の低い隣接する開口部間のシール長を短く設定し、これによって前記バルブボディの軸方向の長さを短尺化できるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、機関運転状態に応じて遅角制御する場合は、油圧制御弁のスプール弁体が一方向に移動して、オイルポンプ側の供給通路と一方の油通路を連通させて遅角側油室に作動油を供給すると共に、他方の油通路とドレン通路を連通させる一方、進角制御する場合はスプール弁体が他方向に移動して供給通路と他方の油通路を連通させて進角側油室に作動油を供給すると共に、一方の油通路とドレン通路とを連通するようになっている。
【０００７】
すなわち、進，遅角制御時に、進角あるいは遅角側油室に油圧が供給されると同時に、排出側の油室内の作動油の全てをドレン通路から速やかに外部に排出するようになっている。したがって、筒状歯車が移動する場合には、移動方向側の油室が即座に低圧状態になる。
【０００８】
このため、筒状歯車を、例えば中間保持位置から遅角側の前方向へ移動させる場合や進角側の後方向へと移動させる場合など、筒状歯車の静止と移動とを繰り返すような制御中に、スティックスリップが発生し易くなる。つまり、筒状歯車が中間位置などからいずれか一方へ移動を開始して所定の位置で静止しようとする際に、筒状歯車に質量による移動方向の慣性力が働くため、筒状歯車はその慣性力で低圧な油室方向へわずかに移動してしまい、所望の位置に静止させることができなくなってしまう。この結果、所望の中間位置への移動応答性が悪化し、機関運転状態に応じた精度の高いバルブタイミング制御が困難になる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関により回転駆動する回転体と、該回転体から回転力が伝達されるカムシャフトと、前記回転体とカムシャフトの回転位相を変換する可動体と、前記可動体を内部油圧により移動させる進角側，遅角側の油室と、機関運転状態に応じて前記両油室にそれぞれ油通路を介して油圧を相対的に給排する油圧回路と、該油圧回路の前記各油通路を、油圧源に接続された供給通路、または、ドレン通路に切り換え制御する制御弁とを備えたバルブタイミング制御装置であって、前記可動体を所定位置に保持する際に、前記制御弁は、前記供給側の油通路と前記両油室を連通させて前記両油室に作動油を供給すると共に、前記ドレン通路と前記両油室を閉止することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明にあっては、前記制御弁は、バルブボディ内に油路切り換え用のスプール弁体が摺動自在に設けられていると共に、バルブボディの周壁に、油圧源に接続された供給通路に連通する供給ポートと該供給ポートと前記各油通路に夫々連通する給排用の第１ポート及び第２ポートが形成されかつ前記各ドレン通路に夫々連通する排出用の第３ポートと第４ポートが形成され、一方、前記スプール弁体には、前記第１ポートと第２ポートを前記供給ポート、または、第３、第４ポートに切り換える複数の弁部が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周端縁に、供給ポートを僅かに開成する切欠溝を形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記供給ポートのスプール弁体側の開口縁に、前記供給ポートを開閉する前記弁部の閉塞位置において前記供給ポートを僅かに開成する切欠部を形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周面に、前記供給ポートと第１，第２ポートとを連通する連通用溝を軸方向に沿って形成したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示し、機関のクランク軸からタイミングチェーンを介して回転力が伝達される回転体たるスプロケット１と、一端部軸方向からスリーブ３がボルト４により固定されて、外周に吸気弁を開閉するカムを有するカムシャフト２と、スプロケット１の筒状本体１ａとカムシャフト２のスリーブ３との間に介装された可動体５と、該可動体５を機関運転状態に応じてカムシャフト軸方向へ移動させる油圧回路６とを備えている。
【００１８】
前記スプロケット１は、筒状本体１ａのカムシャフト側端部にタイミングチェーンが巻装される歯車部１ｂがボルト７により固定されていると共に、前端部にフロントカバー８がかしめ固定されている。前記筒状本体１ａは、前端側内周にはす歯形のインナ歯９が形成されており、また、前記歯車部１ｂは、折曲された中央側の内周部がカムシャフト２の外周に摺動自在に支持されている。さらに、フロントカバー８は、円筒状を呈し、中央に支持孔８ａが形成されている。
【００１９】
前記カムシャフト２は、図１に示すようにスリーブ側一端部がシリンダブロック１０上のシリンダヘッドの上端部に設けられたカム軸受によって軸受されている。前記スリーブ３は、ほぼ円筒状を呈し、中央に有する隔壁の内部軸方向にボルト挿通孔３ａが貫通形成されていると共に、筒状の固定端部がカムシャフト本体の一端部に嵌合している一方、筒状の先端部内にボルト４の頭部が嵌合する嵌合溝３ｂが形成されていると共に、前記筒状先端部の外周には、はす歯形のアウタ歯１３が形成されている。また、前記嵌合溝３ｂの底面とフロントカバー８の筒状内周部との間にスプロケット１とカムシャフト２とを互いに離間する方向に付勢してスプロケット１に対するスラスト力によるカムシャフト２との打音の発生を抑制するコイルスプリング１２が弾装されている。
【００２０】
前記可動体５は、スリーブ３と筒状本体１ａとの間に介装された筒状歯車１４とピストン１５とからなり、筒状歯車１４は軸直角方向から２分割された前側歯車構成部と後側歯車構成部とを有すると共に、内外周に前端インナ歯９とアウタ歯１３に噛合するはす歯形の内外歯１４ａ，１４ｂが形成されている。また、両歯車構成部は、各歯９，１３，１４ａ，１４ｂ間のバックラッシュ隙間を吸収するためにピン１６とスプロケットとによって互いに接近する方向へ弾性的に連結されている。前記ピストン１５は、筒状を呈し、周方向の所定部位に圧入された支持ピン１７を介して後側歯車構成部に連結されている。
【００２１】
前記油圧回路６は、図１に示すようにピストン１５の前側（図中左側）に形成された進角側油室１８とピストン１５の後側（図中右側）に形成された遅角側油室１９に夫々作動油を給排するようになっており、オイルパン２０内の作動油を油圧源であるオイルポンプ２１の作動により電磁制御弁２２方向に圧送する供給通路２３と、電磁制御弁２２から分岐して前記各遅角，進角側油室１８，１９に接続される第１，第２油通路２４，２５と、電磁制御弁２２の両端部に接続されて各油通路２４，２５を介して各油室１８，１９から排出された作動油をオイルパン２０内に戻す第１，第２ドレン通路２６，２７とを備えている。
【００２２】
前記第１，第２油通路２４，２５は、油通路構成体３０内にほぼ並行に形成されており、第１油通路２４の一端部がフロントカバー８内に形成されたクランク状の連通孔２８を介して進角側油室１８に連通し、第２油通路２５の一端部が固定用ボルト４とスリーブ３内に形成された連通路２９を介して遅角側油室１９に連通している。前記油通路構成体３０は、スプロケット１やカムシャフト２とは別個独立に形成されて、下端部３０ａが固定ボルトによってシリンダブロック１０の側部に固定されている。また、円筒状の上端部３０ｂが前記フロントカバー８の支持孔８ａ内に耐摩性のシールリング３１を介して挿通配置されて、これによって上端部３０ｂによりフロントカバー８つまりスプロケット１の前端部が回転自在に支持されている。
【００２３】
前記電磁制御弁２２は、図２〜図４に示すようにシリンダブロック１０の保持孔３２内に挿通固定された筒状のバルブボディ３３と、該バルブボディ３３内の弁孔３４に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体３５と、該スプール弁体３５を作動させる比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ３６とから構成されている。
【００２４】
前記バルブボディ３３は、周壁のほぼ中央位置に前記供給通路２３の下流端と弁孔３４とを連通する供給ポート３７が貫通形成されていると共に、該供給ポート３７の両側に前記第１，第２油通路２４，２５の他端部と弁孔３４とを連通する第１ポート３８及び第２ポート３９が夫々貫通形成されている。また、周壁の両端部には、両ドレン通路２６，２７と弁孔３４とを連通する第３，第４ポート４０，４１が貫通形成されている。前記供給ポート３７と第３，第４ポート４０，４１の内周側には、大径段差状の環状グルーブ溝３７ａ，４０ａ，４１ａが形成されている。
【００２５】
前記スプール弁体３５は、小径軸部の中央に供給ポート３７を開閉する大径な第１弁部４２を有していると共に、両端部に第３，第４ポート４０，４１を開閉する大径な第２，第３弁部４３，４４を有している。また、スプール弁体３５は、前端側の支軸３５ａの一端縁に有する傘部３５ｂと弁孔３４の前端側内周壁に有するスプリングシート３３ａとの間に弾装された円錐状のバルブスプリング４５によって図中右方向、つまり第１弁部４２で供給ポート３７と第２油通路２５とを連通する方向に付勢されている。
【００２６】
前記電磁アクチュエータ３６は、コア４６と移動プランジャ４７と、コイル４８，コネクタ４９などを備え、移動プランジャ４７の先端に前記スプール弁体３５の傘部３５ｂを押圧する駆動ロッド４７ａが固定されている。また、電磁アクチュエータ３６は、機関運転状態を検出するコントローラ５０からの制御信号をコネクタ４９で受けて駆動制御されるようになっている。
【００２７】
そして、図２及び図４に示すように、遅角，進角制御時において、スプール弁体３５の最大前方あるいは後方移動に伴って、第１弁部４２の両端縁とグルーブ溝３７ａの両内端縁との間に形成される供給制御路５１ａ，５１ｂの一方の通路断面積は、同時に第２，第３弁部４３，４４の各端縁とグルーブ溝４０ａ，４１ａの各端縁との間に形成される排出制御路５２，５３の通路断面積よりも若干大きく設定されている。つまり、排出制御路５２，５３側が若干絞られている。この絞り量は、各室１８，１９内に供給される作動油圧による筒状歯車１４の移動に影響を与えない大きさに設定されている。
【００２８】
一方、図３に示すように、中間位置制御時において、スプール弁体３５が前後方向の中間位置に存する場合、第３弁部がグルーブ溝４１ａの端縁をシールするシール巾ａよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａの一端縁をシールするシール巾ｂを小さく設定すると共に、第２弁部４３がグルーブ溝４０ａの端縁をシールするシール巾ｄよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａの他端縁をシールするシール巾ｃを小さく設定して、かかる中間位置において供給ポート３７から各油通路２４，２５を介して各油室１８，１９に作動油がわずかにリークするように形成してある。
【００２９】
したがって、この実施態様によれば、機関低速負荷時には、コントローラ５０から電磁アクチュエータ３６にＯＦＦ信号が出力され、スプール弁体３５がバルブスプリング４５のばね力で図２の位置つまり右方向に移動する。これによって、第１弁部４２が一方の供給制御路５１ｂを開成すると同時に、第３弁部４３が一方の排出制御路５２を開成すると共に、第４弁部４４が他方の排出制御路５３を閉止する。このため、オイルポンプ２１から圧送された作動油は供給ポート３７、一方の供給制御路５１ｂ，弁孔３４，第２ポート３９，第２油通路２５を通って遅角側油室１９に速やかに供給されると共に、進角側油室１８内の作動油が第１油通路２４，第１ポート３８，弁孔３４，他方の排出制御路５２，第３ポート４０，第１ドレン通路２６を通ってオイルパン２０内に排出される。したがって、遅角側油室１９の内圧が高、進角側油室１８が低となって、筒状歯車１４はピストン１５を介して図１に示すように最大前端側に移動する。これによって、スプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対回動して位相が変換され、この結果、吸気弁の開時期が遅くなり、排気弁とのオーバラップが小さくなって燃焼効率が良好になり、安定した駆動と燃費の向上が図れる。
【００３０】
また、前述のように筒状歯車１４は遅角側油室１９の高圧化に伴い最大前方向へ移動するが、排出制御路５２の絞り効果によって作動油の排出速度が遅くなるため、進角側油室１８の急激な圧力低下が抑制される。このため、筒状歯車１４は、移動応答性が向上すると共に、慣性力による前方向つまり進角側油室１８方向への過度な移動が抑制される。かかる原理をさらに具体的に説明すれば、両油室１８，１９は比較的圧力を高く保持させながらピストン１５の移動制御が行われるため、両油室１８，１９内の作動油の見かけの体積弾性係数の値が大きくなって、ピストン（筒状歯車）１５の移動時間遅れが小さくなり、応答性が向上するのである。この原理を式で表すと
Ｐ＝Ｋ（Ｑ−Ａ・Ｙ）／Ｖ となり、ここで Ｐ：各油室１８，１９の単位時間当たりの圧力、Ｋ：作動油の見かけの体積弾性係数、Ｑ：各油室１８，１９への流入出流量、Ａ：ピストンの断面積、Ｙ：ピストン速度、Ｖ：各油室１８，１９の体積である。
【００３１】
したがって、各油室１８，１９の圧力は、作動油の見かけの体積弾性係数に比例することが明らかであり、前記両圧力を高く維持することによってピストン１５の移動応答性が向上するのである。
【００３２】
一方、機関低速低負荷域から高速高負荷域に移行した場合は、電磁アクチュエータ３６に最大パルス巾のＯＮ信号が出力されて、スプール弁体３５がバルブスプリング４５のばね力に抗して図４に示すように左方向へ摺動して、第３弁部４３が排出制御路５２を閉止すると同時に、第４弁部４４が排出制御路５３を開成すると共に、第１弁部４２が一方の供給制御路５１ｂを閉止し、他方の供給制御路５１ａを開成する。このため、作動油は、他方の供給制御路５１ａ，第１ポート３８，第１油通路２４を通って進角側油室１８内に供給されると共に、遅角側油室１９内の作動油が第２油通路２５，第２ポート３９，一方排出制御路５３，第４ポート４１，第２ドレン通路２７を通ってオイルパン２０に排出され、遅角側油室１９が低圧になる。このため、筒状歯車１４は、前述とは逆に最大後端側に移動する。これにより、両者１，２の相対位相変換が行われ、吸気弁の開時期と閉時期が進角制御されて、オーバラップが大となり、吸気充填効率の向上によって出力が高くなる。
【００３３】
また、ここで筒状歯車１４は、前述と同様に排出制御路５３の絞り効果によって遅角側油室１９の急激な圧力低下が抑制され、移動応答性の向上と過度な移動が防止されて、安定した移動性が得られる。
【００３４】
次に、機関中速中負荷時に移行した場合は、コントローラ５０からの制御信号に基づいてスプール弁体３５が図３に示すように、中間位置に移動保持されて供給ポート３７，第３，第４ポート４０，４１の全てを閉止する。したがって、筒状歯車１４は所定の中間位置に保持され、これによって吸気弁も所定の開閉時期に制御される。したがって、運転状態に応じた機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００３５】
ここで、スプール弁体３５の第１弁部４２は、その両端縁のシール巾ｂ，ｃが前述のように小さく設定されているため、供給ポート３７に圧送された作動油が前記シール巾ｂ，ｃ面から弁孔３４内にリークして、さらに各第１，第２ポート３８，３９，第１，第２油通路２４，２５を介して各油室１８，１９にわずかに供給される。このため、筒状歯車１４をピストン１５を介して中間移動位置に安定に保持することが可能になる。
【００３６】
しかも、スプール弁体３５の第１弁部４２を軸方向へ大きく設定する必要がなくなるため、その分スプール弁体３５の軸方向の長さを短尺化でき、電磁制御弁２２全体のコンパクト化が図れる。
【００３７】
図５は、本発明の第２の実施形態を示し、基本構成は第１の実施態様と同様であるが、異なるところは、第１弁部４２の両側縁がテーパ状の円錐面４２ａ，４２ｂに形成され、スプール弁体３５の中間位置において、供給ポート３７のグルーブ溝３７ａの両端縁と円錐面４２ａ，４２ｂとの間に、供給ポート３７と弁孔３４とを連通する供給路５４ａ，５４ｂを積極的に形成したものである。したがって、スプール弁体３５の中間位置においては、供給ポート３７に圧送された作動油が各供給路５４ａ，５４ｂを通って各油通路２４，２５から各油室１８，１９に供給される。このため、筒状歯車１４は、両油室１８，１９の均一な相対圧によって、中間位置にさらに安定に保持される。この結果、かかる中間領域における安定したバルブタイミング制御が得られる。尚、他は第１の実施態様と同様の作用効果が得られることは勿論である。
【００３８】
図６は本発明の第３の実施態様を示し、同じスプール弁体３５の第１弁部４２の供給ポート３７側の両端縁の一部を切欠して、積極的に供給路５４ａ，５４ｂを形成したものである。したがって、スプール弁体３５の中間位置においては、作動油が前記供給路５４ａ，５４ｂを通って各油室１８，１９に供給されるため、前記第２の実施態様と同様な作用効果が得られる。
【００３９】
図７は第４の実施態様を示し、これは第１弁部４２ではなく、グルーブ溝３７ａの両端縁を切欠して供給路５５ａ，５５ｂを形成したものである。したがって、第２の実施態様と同様な作用効果が得られる。
【００４０】
図８〜図９は第５の実施態様を示し、第１弁部４２の外周面軸方向に９０°角のＶ字状の細長い切欠を形成して、第１，第２ポート３８，３９に夫々連通する一つの供給路５６を形成したものである。したがって、第２の実施形態と同じ作用効果が得られる。尚、この実施形態ではスプール弁体３５が左，右いずれかに移動した場合も、供給路５６を介して閉止側の弁孔にも作動油が供給されてしまうが、そのときは第３あるいは第４ポート４０，４１が開成されているので、閉止側の油通路内に流入することはない。
【００４１】
尚、本発明は、前記各実施態様の構成に限定されるものではなく、例えば可動体を筒状歯車のみで構成することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、可動体を所定位置に保持する際に、前記制御弁によって供給側の油通路と前記両油室を連通させて両油室に作動油を供給すると共に、両油室とドレン通路との連通を遮断するようにしたため、可動体を両油室の均一な相対圧によって中間位置に安定に保持することが可能になる。
この結果、かかる中間領域における安定したバルブタイミング制御が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す断面図。
【図２】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図３】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図４】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図５】本発明の第２の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図６】本発明の第３の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図７】本発明の第４の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図８】本発明の第５の実施態様を示す電磁制御弁の縦断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１…スプロケット（回転体）
２…カムシャフト
５…可動体
６…油圧回路
１８…進角側油室
１９…遅角側油室
２２…電磁制御弁
２４…第１油通路
２５…第２油通路
２６，２７…ドレン通路
３２…保持孔
３３…バルブボディ
３４…弁孔
３５…スプール弁体
３６…電磁アクチュエータ
３７…供給ポート
３８，３９…第１，第２ポート
４０，４１…第３，第４ポート
４２…第１弁部
４３，４４…第２，第３弁部
５１ａ，５１ｂ…供給制御路
５２，５３…排出制御路
５４ａ，５４ｂ…供給路
５５ａ，５５ｂ…供給路
５６…供給路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用内燃機関の吸排気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可変にするバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば特開平７−１３９３１６号公報に記載されているものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、機関のクランク軸からタイミングベルトを介して回転力が伝達される筒状のタイミングプーリと、外周にカムを有しかつ一端部に固定されたスリーブがタイミングプーリの筒状本体内に挿通配置されたカムシャフトと、前記筒状本体とスリーブとの間に内外周のはす歯を介して噛合しつつ前後動可能な筒状歯車とを備えている。
【０００４】
前記筒状歯車は、前記筒状本体の内部に形成された前後の進角，遅角側油室に油圧回路を介して給排される作動油圧によって前後方向へ移動することによって、タイミングプーリとカムシャフトとの相対回動位相を変換し、これによって例えば吸気弁の開閉時期を進角あるいは遅角側に制御するようになっている。
【０００５】
また、前記油圧回路は、オイルポンプと各進角，遅角側油室とを連通する油通路に油圧制御弁が設けられ、この油圧制御弁の筒状のバルブボディの内部に大径部と小径部とを備えたスプール弁体を摺動可能に保持すると共に、バルブボディの周壁には、前記油通路と連通する複数の開口部が軸方向の所定位置に形成され、洩れる作動油量を許容範囲にするため、差圧の高い隣接する開口部のシール長を長く設定する一方、差圧の低い隣接する開口部間のシール長を短く設定し、これによって前記バルブボディの軸方向の長さを短尺化できるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、機関運転状態に応じて遅角制御する場合は、油圧制御弁のスプール弁体が一方向に移動して、オイルポンプ側の供給通路と一方の油通路を連通させて遅角側油室に作動油を供給すると共に、他方の油通路とドレン通路を連通させる一方、進角制御する場合はスプール弁体が他方向に移動して供給通路と他方の油通路を連通させて進角側油室に作動油を供給すると共に、一方の油通路とドレン通路とを連通するようになっている。
【０００７】
すなわち、進，遅角制御時に、進角あるいは遅角側油室に油圧が供給されると同時に、排出側の油室内の作動油の全てをドレン通路から速やかに外部に排出するようになっている。したがって、筒状歯車が移動する場合には、移動方向側の油室が即座に低圧状態になる。
【０００８】
このため、筒状歯車を、例えば中間保持位置から遅角側の前方向へ移動させる場合や進角側の後方向へと移動させる場合など、筒状歯車の静止と移動とを繰り返すような制御中に、スティックスリップが発生し易くなる。つまり、筒状歯車が中間位置などからいずれか一方へ移動を開始して所定の位置で静止しようとする際に、筒状歯車に質量による移動方向の慣性力が働くため、筒状歯車はその慣性力で低圧な油室方向へわずかに移動してしまい、所望の位置に静止させることができなくなってしまう。この結果、所望の中間位置への移動応答性が悪化し、機関運転状態に応じた精度の高いバルブタイミング制御が困難になる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関により回転駆動する回転体と、該回転体から回転力が伝達されるカムシャフトと、前記回転体とカムシャフトの回転位相を変換する可動体と、前記可動体を内部油圧により移動させる進角側，遅角側の油室と、機関運転状態に応じて前記両油室にそれぞれ油通路を介して油圧を相対的に給排する油圧回路と、該油圧回路の前記各油通路を、油圧源に接続された供給通路、または、ドレン通路に切り換え制御する制御弁とを備えたバルブタイミング制御装置であって、前記可動体を所定位置に保持する際に、前記制御弁は、前記供給側の油通路と前記両油室を連通させて前記両油室に作動油を供給すると共に、前記ドレン通路と前記両油室を閉止することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明にあっては、前記制御弁は、バルブボディ内に油路切り換え用のスプール弁体が摺動自在に設けられていると共に、バルブボディの周壁に、油圧源に接続された供給通路に連通する供給ポートと該供給ポートと前記各油通路に夫々連通する給排用の第１ポート及び第２ポートが形成されかつ前記各ドレン通路に夫々連通する排出用の第３ポートと第４ポートが形成され、一方、前記スプール弁体には、前記第１ポートと第２ポートを前記供給ポート、または、第３、第４ポートに切り換える複数の弁部が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周端縁に、供給ポートを僅かに開成する切欠溝を形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記供給ポートのスプール弁体側の開口縁に、前記供給ポートを開閉する前記弁部の閉塞位置において前記供給ポートを僅かに開成する切欠部を形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周面に、前記供給ポートと第１，第２ポートとを連通する連通用溝を軸方向に沿って形成したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示し、機関のクランク軸からタイミングチェーンを介して回転力が伝達される回転体たるスプロケット１と、一端部軸方向からスリーブ３がボルト４により固定されて、外周に吸気弁を開閉するカムを有するカムシャフト２と、スプロケット１の筒状本体１ａとカムシャフト２のスリーブ３との間に介装された可動体５と、該可動体５を機関運転状態に応じてカムシャフト軸方向へ移動させる油圧回路６とを備えている。
【００１８】
前記スプロケット１は、筒状本体１ａのカムシャフト側端部にタイミングチェーンが巻装される歯車部１ｂがボルト７により固定されていると共に、前端部にフロントカバー８がかしめ固定されている。前記筒状本体１ａは、前端側内周にはす歯形のインナ歯９が形成されており、また、前記歯車部１ｂは、折曲された中央側の内周部がカムシャフト２の外周に摺動自在に支持されている。さらに、フロントカバー８は、円筒状を呈し、中央に支持孔８ａが形成されている。
【００１９】
前記カムシャフト２は、図１に示すようにスリーブ側一端部がシリンダブロック１０上のシリンダヘッドの上端部に設けられたカム軸受によって軸受されている。前記スリーブ３は、ほぼ円筒状を呈し、中央に有する隔壁の内部軸方向にボルト挿通孔３ａが貫通形成されていると共に、筒状の固定端部がカムシャフト本体の一端部に嵌合している一方、筒状の先端部内にボルト４の頭部が嵌合する嵌合溝３ｂが形成されていると共に、前記筒状先端部の外周には、はす歯形のアウタ歯１３が形成されている。また、前記嵌合溝３ｂの底面とフロントカバー８の筒状内周部との間にスプロケット１とカムシャフト２とを互いに離間する方向に付勢してスプロケット１に対するスラスト力によるカムシャフト２との打音の発生を抑制するコイルスプリング１２が弾装されている。
【００２０】
前記可動体５は、スリーブ３と筒状本体１ａとの間に介装された筒状歯車１４とピストン１５とからなり、筒状歯車１４は軸直角方向から２分割された前側歯車構成部と後側歯車構成部とを有すると共に、内外周に前端インナ歯９とアウタ歯１３に噛合するはす歯形の内外歯１４ａ，１４ｂが形成されている。また、両歯車構成部は、各歯９，１３，１４ａ，１４ｂ間のバックラッシュ隙間を吸収するためにピン１６とスプロケットとによって互いに接近する方向へ弾性的に連結されている。前記ピストン１５は、筒状を呈し、周方向の所定部位に圧入された支持ピン１７を介して後側歯車構成部に連結されている。
【００２１】
前記油圧回路６は、図１に示すようにピストン１５の前側（図中左側）に形成された進角側油室１８とピストン１５の後側（図中右側）に形成された遅角側油室１９に夫々作動油を給排するようになっており、オイルパン２０内の作動油を油圧源であるオイルポンプ２１の作動により電磁制御弁２２方向に圧送する供給通路２３と、電磁制御弁２２から分岐して前記各遅角，進角側油室１８，１９に接続される第１，第２油通路２４，２５と、電磁制御弁２２の両端部に接続されて各油通路２４，２５を介して各油室１８，１９から排出された作動油をオイルパン２０内に戻す第１，第２ドレン通路２６，２７とを備えている。
【００２２】
前記第１，第２油通路２４，２５は、油通路構成体３０内にほぼ並行に形成されており、第１油通路２４の一端部がフロントカバー８内に形成されたクランク状の連通孔２８を介して進角側油室１８に連通し、第２油通路２５の一端部が固定用ボルト４とスリーブ３内に形成された連通路２９を介して遅角側油室１９に連通している。前記油通路構成体３０は、スプロケット１やカムシャフト２とは別個独立に形成されて、下端部３０ａが固定ボルトによってシリンダブロック１０の側部に固定されている。また、円筒状の上端部３０ｂが前記フロントカバー８の支持孔８ａ内に耐摩性のシールリング３１を介して挿通配置されて、これによって上端部３０ｂによりフロントカバー８つまりスプロケット１の前端部が回転自在に支持されている。
【００２３】
前記電磁制御弁２２は、図２〜図４に示すようにシリンダブロック１０の保持孔３２内に挿通固定された筒状のバルブボディ３３と、該バルブボディ３３内の弁孔３４に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体３５と、該スプール弁体３５を作動させる比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ３６とから構成されている。
【００２４】
前記バルブボディ３３は、周壁のほぼ中央位置に前記供給通路２３の下流端と弁孔３４とを連通する供給ポート３７が貫通形成されていると共に、該供給ポート３７の両側に前記第１，第２油通路２４，２５の他端部と弁孔３４とを連通する第１ポート３８及び第２ポート３９が夫々貫通形成されている。また、周壁の両端部には、両ドレン通路２６，２７と弁孔３４とを連通する第３，第４ポート４０，４１が貫通形成されている。前記供給ポート３７と第３，第４ポート４０，４１の内周側には、大径段差状の環状グルーブ溝３７ａ，４０ａ，４１ａが形成されている。
【００２５】
前記スプール弁体３５は、小径軸部の中央に供給ポート３７を開閉する大径な第１弁部４２を有していると共に、両端部に第３，第４ポート４０，４１を開閉する大径な第２，第３弁部４３，４４を有している。また、スプール弁体３５は、前端側の支軸３５ａの一端縁に有する傘部３５ｂと弁孔３４の前端側内周壁に有するスプリングシート３３ａとの間に弾装された円錐状のバルブスプリング４５によって図中右方向、つまり第１弁部４２で供給ポート３７と第２油通路２５とを連通する方向に付勢されている。
【００２６】
前記電磁アクチュエータ３６は、コア４６と移動プランジャ４７と、コイル４８，コネクタ４９などを備え、移動プランジャ４７の先端に前記スプール弁体３５の傘部３５ｂを押圧する駆動ロッド４７ａが固定されている。また、電磁アクチュエータ３６は、機関運転状態を検出するコントローラ５０からの制御信号をコネクタ４９で受けて駆動制御されるようになっている。
【００２７】
そして、図２及び図４に示すように、遅角，進角制御時において、スプール弁体３５の最大前方あるいは後方移動に伴って、第１弁部４２の両端縁とグルーブ溝３７ａの両内端縁との間に形成される供給制御路５１ａ，５１ｂの一方の通路断面積は、同時に第２，第３弁部４３，４４の各端縁とグルーブ溝４０ａ，４１ａの各端縁との間に形成される排出制御路５２，５３の通路断面積よりも若干大きく設定されている。つまり、排出制御路５２，５３側が若干絞られている。この絞り量は、各室１８，１９内に供給される作動油圧による筒状歯車１４の移動に影響を与えない大きさに設定されている。
【００２８】
一方、図３に示すように、中間位置制御時において、スプール弁体３５が前後方向の中間位置に存する場合、第３弁部がグルーブ溝４１ａの端縁をシールするシール巾ａよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａの一端縁をシールするシール巾ｂを小さく設定すると共に、第２弁部４３がグルーブ溝４０ａの端縁をシールするシール巾ｄよりも第１弁部４２がグルーブ溝３７ａの他端縁をシールするシール巾ｃを小さく設定して、かかる中間位置において供給ポート３７から各油通路２４，２５を介して各油室１８，１９に作動油がわずかにリークするように形成してある。
【００２９】
したがって、この実施態様によれば、機関低速負荷時には、コントローラ５０から電磁アクチュエータ３６にＯＦＦ信号が出力され、スプール弁体３５がバルブスプリング４５のばね力で図２の位置つまり右方向に移動する。これによって、第１弁部４２が一方の供給制御路５１ｂを開成すると同時に、第３弁部４３が一方の排出制御路５２を開成すると共に、第４弁部４４が他方の排出制御路５３を閉止する。このため、オイルポンプ２１から圧送された作動油は供給ポート３７、一方の供給制御路５１ｂ，弁孔３４，第２ポート３９，第２油通路２５を通って遅角側油室１９に速やかに供給されると共に、進角側油室１８内の作動油が第１油通路２４，第１ポート３８，弁孔３４，他方の排出制御路５２，第３ポート４０，第１ドレン通路２６を通ってオイルパン２０内に排出される。したがって、遅角側油室１９の内圧が高、進角側油室１８が低となって、筒状歯車１４はピストン１５を介して図１に示すように最大前端側に移動する。これによって、スプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対回動して位相が変換され、この結果、吸気弁の開時期が遅くなり、排気弁とのオーバラップが小さくなって燃焼効率が良好になり、安定した駆動と燃費の向上が図れる。
【００３０】
また、前述のように筒状歯車１４は遅角側油室１９の高圧化に伴い最大前方向へ移動するが、排出制御路５２の絞り効果によって作動油の排出速度が遅くなるため、進角側油室１８の急激な圧力低下が抑制される。このため、筒状歯車１４は、移動応答性が向上すると共に、慣性力による前方向つまり進角側油室１８方向への過度な移動が抑制される。かかる原理をさらに具体的に説明すれば、両油室１８，１９は比較的圧力を高く保持させながらピストン１５の移動制御が行われるため、両油室１８，１９内の作動油の見かけの体積弾性係数の値が大きくなって、ピストン（筒状歯車）１５の移動時間遅れが小さくなり、応答性が向上するのである。この原理を式で表すと
Ｐ＝Ｋ（Ｑ−Ａ・Ｙ）／Ｖ となり、ここで Ｐ：各油室１８，１９の単位時間当たりの圧力、Ｋ：作動油の見かけの体積弾性係数、Ｑ：各油室１８，１９への流入出流量、Ａ：ピストンの断面積、Ｙ：ピストン速度、Ｖ：各油室１８，１９の体積である。
【００３１】
したがって、各油室１８，１９の圧力は、作動油の見かけの体積弾性係数に比例することが明らかであり、前記両圧力を高く維持することによってピストン１５の移動応答性が向上するのである。
【００３２】
一方、機関低速低負荷域から高速高負荷域に移行した場合は、電磁アクチュエータ３６に最大パルス巾のＯＮ信号が出力されて、スプール弁体３５がバルブスプリング４５のばね力に抗して図４に示すように左方向へ摺動して、第３弁部４３が排出制御路５２を閉止すると同時に、第４弁部４４が排出制御路５３を開成すると共に、第１弁部４２が一方の供給制御路５１ｂを閉止し、他方の供給制御路５１ａを開成する。このため、作動油は、他方の供給制御路５１ａ，第１ポート３８，第１油通路２４を通って進角側油室１８内に供給されると共に、遅角側油室１９内の作動油が第２油通路２５，第２ポート３９，一方排出制御路５３，第４ポート４１，第２ドレン通路２７を通ってオイルパン２０に排出され、遅角側油室１９が低圧になる。このため、筒状歯車１４は、前述とは逆に最大後端側に移動する。これにより、両者１，２の相対位相変換が行われ、吸気弁の開時期と閉時期が進角制御されて、オーバラップが大となり、吸気充填効率の向上によって出力が高くなる。
【００３３】
また、ここで筒状歯車１４は、前述と同様に排出制御路５３の絞り効果によって遅角側油室１９の急激な圧力低下が抑制され、移動応答性の向上と過度な移動が防止されて、安定した移動性が得られる。
【００３４】
次に、機関中速中負荷時に移行した場合は、コントローラ５０からの制御信号に基づいてスプール弁体３５が図３に示すように、中間位置に移動保持されて供給ポート３７，第３，第４ポート４０，４１の全てを閉止する。したがって、筒状歯車１４は所定の中間位置に保持され、これによって吸気弁も所定の開閉時期に制御される。したがって、運転状態に応じた機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００３５】
ここで、スプール弁体３５の第１弁部４２は、その両端縁のシール巾ｂ，ｃが前述のように小さく設定されているため、供給ポート３７に圧送された作動油が前記シール巾ｂ，ｃ面から弁孔３４内にリークして、さらに各第１，第２ポート３８，３９，第１，第２油通路２４，２５を介して各油室１８，１９にわずかに供給される。このため、筒状歯車１４をピストン１５を介して中間移動位置に安定に保持することが可能になる。
【００３６】
しかも、スプール弁体３５の第１弁部４２を軸方向へ大きく設定する必要がなくなるため、その分スプール弁体３５の軸方向の長さを短尺化でき、電磁制御弁２２全体のコンパクト化が図れる。
【００３７】
図５は、本発明の第２の実施形態を示し、基本構成は第１の実施態様と同様であるが、異なるところは、第１弁部４２の両側縁がテーパ状の円錐面４２ａ，４２ｂに形成され、スプール弁体３５の中間位置において、供給ポート３７のグルーブ溝３７ａの両端縁と円錐面４２ａ，４２ｂとの間に、供給ポート３７と弁孔３４とを連通する供給路５４ａ，５４ｂを積極的に形成したものである。したがって、スプール弁体３５の中間位置においては、供給ポート３７に圧送された作動油が各供給路５４ａ，５４ｂを通って各油通路２４，２５から各油室１８，１９に供給される。このため、筒状歯車１４は、両油室１８，１９の均一な相対圧によって、中間位置にさらに安定に保持される。この結果、かかる中間領域における安定したバルブタイミング制御が得られる。尚、他は第１の実施態様と同様の作用効果が得られることは勿論である。
【００３８】
図６は本発明の第３の実施態様を示し、同じスプール弁体３５の第１弁部４２の供給ポート３７側の両端縁の一部を切欠して、積極的に供給路５４ａ，５４ｂを形成したものである。したがって、スプール弁体３５の中間位置においては、作動油が前記供給路５４ａ，５４ｂを通って各油室１８，１９に供給されるため、前記第２の実施態様と同様な作用効果が得られる。
【００３９】
図７は第４の実施態様を示し、これは第１弁部４２ではなく、グルーブ溝３７ａの両端縁を切欠して供給路５５ａ，５５ｂを形成したものである。したがって、第２の実施態様と同様な作用効果が得られる。
【００４０】
図８〜図９は第５の実施態様を示し、第１弁部４２の外周面軸方向に９０°角のＶ字状の細長い切欠を形成して、第１，第２ポート３８，３９に夫々連通する一つの供給路５６を形成したものである。したがって、第２の実施形態と同じ作用効果が得られる。尚、この実施形態ではスプール弁体３５が左，右いずれかに移動した場合も、供給路５６を介して閉止側の弁孔にも作動油が供給されてしまうが、そのときは第３あるいは第４ポート４０，４１が開成されているので、閉止側の油通路内に流入することはない。
【００４１】
尚、本発明は、前記各実施態様の構成に限定されるものではなく、例えば可動体を筒状歯車のみで構成することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、可動体を所定位置に保持する際に、前記制御弁によって供給側の油通路と前記両油室を連通させて両油室に作動油を供給すると共に、両油室とドレン通路との連通を遮断するようにしたため、可動体を両油室の均一な相対圧によって中間位置に安定に保持することが可能になる。
この結果、かかる中間領域における安定したバルブタイミング制御が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す断面図。
【図２】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図３】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図４】本実施態様に供せられる電磁制御弁の縦断面図。
【図５】本発明の第２の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図６】本発明の第３の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図７】本発明の第４の実施態様を示す電磁制御弁の要部断面図。
【図８】本発明の第５の実施態様を示す電磁制御弁の縦断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１…スプロケット（回転体）
２…カムシャフト
５…可動体
６…油圧回路
１８…進角側油室
１９…遅角側油室
２２…電磁制御弁
２４…第１油通路
２５…第２油通路
２６，２７…ドレン通路
３２…保持孔
３３…バルブボディ
３４…弁孔
３５…スプール弁体
３６…電磁アクチュエータ
３７…供給ポート
３８，３９…第１，第２ポート
４０，４１…第３，第４ポート
４２…第１弁部
４３，４４…第２，第３弁部
５１ａ，５１ｂ…供給制御路
５２，５３…排出制御路
５４ａ，５４ｂ…供給路
５５ａ，５５ｂ…供給路
５６…供給路
Claims (5)
- 機関により回転駆動する回転体と、
該回転体から回転力が伝達されるカムシャフトと、
前記回転体とカムシャフトの回転位相を変換する可動体と、
前記可動体を内部油圧により移動させる進角側，遅角側の油室と、
機関運転状態に応じて前記両油室にそれぞれ油通路を介して油圧を相対的に給排する油圧回路と、
該油圧回路の前記各油通路を、油圧源に接続された供給通路、または、ドレン通路に切り換え制御する制御弁とを備えたバルブタイミング制御装置であって、
前記可動体を所定位置に保持する際に、前記制御弁は、前記供給側の油通路と前記両油室を連通させて前記両油室に作動油を供給すると共に、前記ドレン通路と前記両油室を閉止す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。 - 前記制御弁は、バルブボディ内に油路切り換え用のスプール弁体が摺動自在に設けられていると共に、バルブボディの周壁に、油圧源に接続された供給通路に連通する供給ポートと該供給ポートと前記各油通路に夫々連通する給排用の第１ポート及び第２ポートが形成されかつ前記各ドレン通路に夫々連通する排出用の第３ポートと第４ポートが形成され、
一方、前記スプール弁体には、前記第１ポートと第２ポートを前記供給ポート、または、第３、第４ポートに切り換える複数の弁部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周端縁に、供給ポートを僅かに開成する切欠溝を形成したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記供給ポートのスプール弁体側の開口縁に、前記供給ポートを開閉する前記弁部の閉塞位置において前記供給ポートを僅かに開成する切欠部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記供給ポートを開閉する前記弁部の外周面に、前記供給ポートと第１，第２ポートとを連通する連通用溝を軸方向に沿って形成したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
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