JP3654019B2 - ベーン式カム位相可変装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の内燃機関（エンジン）のバルブの開閉タイミングを可変制御するためのベーン式カム位相可変装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの出力向上や始動性向上のため、吸気や排気のバルブ開閉タイミングを可変させるカム位相可変装置が用いられている。このカム位相可変装置によって高負荷時にはバルブタイミングを進角させて吸入空気量を増加し出力を向上させ、始動やアイドリング時にはバルブタイミングを遅角させて吸入空気量を減少し失火防止やクランキングの圧縮反力低減を行う。
【０００３】
上記カム位相可変装置として、従来よりベーン式が知られている。ベーン式のカム位相可変装置は、カムシャフトと同期回転するスプロケットにハウジングを固定し、このハウジングの内部に、カムシャフトに固定されるベーンを相対回転可能に収容したもので、ベーンとハウジングとの間にベーン油室としての遅角油室と進角油室とを形成している。そしてコントロールバルブを介して、上記ベーン油室に油を供給することにより、ベーンとハウジングとの回転方向の相対位置を変化させ、スプロケットとカムシャフトとの位相をずらして吸気バルブの開閉タイミングをシフトさせる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ベーン式のカム位相可変装置において、カムシャフトとスプロケットを相対回転させるための必要トルクは、動弁系の特性（カムリフト量，バルブスプリング力，バルブ数等）等によって決定される。上記必要トルクが大きくなればベーン油室容積増加等で調整する必要がある。従って、エンジンの機種や仕様に応じて種々のハウジングやベーン等を作製しなければならず、コストアップや部品管理の複雑化等の問題が生じる。
【０００５】
そのため、必要トルクが大きいエンジン機種や仕様のカム位相可変装置を必要トルクが小さいエンジン機種や仕様に流用することが考えられる。しかしながらベーン油室容積を増加させたカム位相可変装置は応答性が低下するという不具合が生じる。応答性を重視しないエンジン機種や仕様に流用する場合には問題とはならないが、例えばハイブリッド車のようにエンジン始動と同時に高出力が要求されるエンジン機種や仕様の場合、始動のための遅角制御と高出力のための進角制御を瞬時に行わなければならず応答性が重要視されるので、新規にカム位相可変装置を作製しなければならない。
【０００６】
従って本発明の目的は、エンジンの機種や仕様に応じて簡便にベーン油室容積を調節することができ、応答性を犠牲にすることなく部品の共有化が図れるようなベーン式カム位相可変装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明は、クランクシャフトと同期して回転する第１回転部材と、上記第１回転部材に対し相対回転変位可能に設けられかつカムシャフトと同期回転する第２回転部材と、上記第２回転部材に設けられて径方向に延出しかつ上記第１回転部材の内部に設けるベーンを備えたベーン式カム位相可変装置において、上記第１回転部材は、上記ベーンを収容するベーン油室を有するとともにこのベーン油室のベーン外周側の端部にスペーサ収容部が形成されかつ上記ベーンの厚みに対応した奥行き寸法を有するハウジングと、上記スペーサ収容部に収容される油室容積調整用スペーサとを具備している。本発明では、第１回転部材を構成するハウジングにベーン油室を形成し、かつ、このベーン油室の端部、すなわちベーン外周側にスペーサ収容部を設けている。ベーン油室容積を小さくしたい場合、このスペーサ収容部に油室容積調整用スペーサを収容するとともに、径方向の寸法（ベーン外径）の小さいベーンを使用する。この場合、ハウジングやカバー、スプロケット、ロックピン等が共通化される。
ベーン油室を広くとりたい場合には、前記スペーサを用いずに、ベーン外径の長いベーンを使用することで対処できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の第１の実施形態について、図１から図３に示すベーン式カム位相可変装置１０を参照して説明する。
このベーン式カム位相可変装置１０は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転するスプロケット１１に設けたハウジング１２を備えている。スプロケット１１とハウジング１２は、この発明でいう第１回転部材の一例である。スプロケット１１は、図示しないタイミングベルトによってクランクシャフトと同期回転する。
【０００９】
ハウジング１２は前面側（図３において左側）と背面側（図３において左側）が開口する形状で、その前面側開口がカバー１６によって閉塞される。カバー１６の中央部にキャップ１７が設けられている。ハウジング１２の背面側にスプロケット１１の円板部１１ａがあり、ハウジング１２の背面はこの円板部１１ａにボルト１８によって液密に締結される。図１に示すようにハウジング１２の内部に、下記ベーン油室５２を規定する内壁面１２ａが形成されている。カバー１６とキャップ１７は、ねじ１９によってハウジング１２に共締めされ、カバー１６によってベーン油室５２が覆われる。
【００１０】
エンジンの動弁系を構成するカムシャフト２０の端部に、この発明でいう第２回転部材として機能するロータ２１が設けられている。ロータ２１は、中心部に位置するボルト２２によってカムシャフト２０の端面に固定され、カムシャフト２０とロータ２１とが一体に回転するようになっている。カムシャフト２０とロータ２１は、スプロケット１１とハウジング１２に対し、軸回りに相対回転変位可能である。
【００１１】
カムシャフト２０は、軸受部材２５によってエンジンのシリンダヘッド側に回転自在に支持されている。軸受部材２５に２系統の流通部２６，２７が形成されている。第１の流通部２６は、カムシャフト２０に形成された流通孔３０を介して、ロータ２１の遅角油室用油路３１に連通している。第２の流通部２７は、カムシャフト２０に形成された流通孔３２とボルト２２に形成された流通孔３３を介して、ロータ２１の進角油室用油路３４に連通している。
【００１２】
ハウジング１２の内部にベーン４０が収容されている。図１に示すようにベーン４０は、ロータ２１の外周側にロータ２１と一体に放射状に形成されている。すなわちこれらのベーン４０はロータ２１の径方向に延出している。ベーン４０の先端部にはハウジング１２の内壁面１２ａとの間をシールするためのシール材４１が設けられている。
【００１３】
図１に示すように、各ベーン４０の時計回り側の面４０ａとハウジング１２の内壁面１２ａとの間に、遅角油室５０が形成されている。各ベーン４０の反時計回り側の面４０ｂとハウジング１２の内壁面１２ａとの間に、進角油室５１が形成されている。ハウジング１２とベーン４０は互いに相対回転変位自在であるから、ハウジング１２とベーン４０との相対位置に応じて、遅角油室５０と進角油室５１との容積比が変化することになる。遅角油室５０と進角油室５１は、この発明で言うベーン油室５２を構成する。
【００１４】
ベーン油室５２の端部にスペーサ収容部５３が設けられている。スペーサ収容部５３の両端に弧状の凹部５３ａが形成されている。このスペーサ収容部５３に図２等に示す油室容積調整用スペーサ５４が収容される。スペーサ５４の内面側すなわちベーン外周と接する面５４ａは、ベーン４０の位相変化を許容できるようにするために、ベーン４０の回転中心からの距離Ｒを曲率半径とする円弧状の曲面としている。
【００１５】
ベーン油室容積を小さくしたい場合に、スペーサ収容部５３に油室容積調整用スペーサ５４を収容するとともに、径方向の寸法（ベーン外径）Ｌの短いベーン４０が使用される。このスペーサ５４は、その両端５４ｂをスペーサ収容部５３の凹部５３ａに嵌合させることにより、スペーサ収容部５３の所定位置に動き止めがなされた状態で保持される。
【００１６】
上記スペーサ５４は、それ自身でシール性を有しかつ軽量な樹脂材からなるものが推奨される。こうした軽量な樹脂材を用いることにより、スプロケット１１と一体に回転する回転体としてのイナーシャの増加を抑制できる。ハウジング１２とスーペーサ５４の奥行き寸法Ｗ（カムシャフト２０の軸線方向に沿う寸法）は、ベーン４０の厚さ（奥行き寸法）と対応している。
【００１７】
このカム位相可変装置１０は、ロック機構５５を備えている。ロック機構５５は、ベーン４０に設けたロックピン５６と、カバー１６に設けたピン嵌合穴５７と、ロック用油路５８と、ロック解除用油路５９などからなる。ピン嵌合穴５７は、ベーン４０が最遅角位置まで回動したときにロックピン５６の先端が嵌合できる位置に形成されている。ロックピン５６とピン嵌合穴５７は、径方向の寸法（ベーン外径）Ｌが短いベーン４０にも同じ位置で対応できるようにするため、ベーン４０の回転中心寄りの位置に設けられている。
【００１８】
ロック用油路５８はロックピン５６の基端側と遅角油室５０に連通し、遅角油室５０に導入される油圧により、ロックピン５６をピン嵌合穴５７に向かって押し出すようになっている。ロック解除用油路５９はロックピン５６の先端側と進角油室５１に連通し、進角油室５１に導入される油圧により、ロックピン５６をピン嵌合穴５７から出す方向に移動させることができるようになっている。
【００１９】
図３に示すように、このカム位相可変装置１０は油圧を発生するための油圧供給源６１を備えている。油圧供給源６１としては、エンジンの潤滑系に標準装備されているオイルポンプ等を利用できる。油圧供給源６１は、その吐出側に接続される供給油路６２と下記コントロールバルブ７０を介して、遅角油室５０と進角油室５１とに接続される。供給油路６２の途中からエンジン潤滑部６３への潤滑油路６４が分岐している。
【００２０】
油圧供給源６１の上方にオイルコントロールバルブ７０が設けられている。
このコントロールバルブ７０は、エンジンコントロールコンピュータ等の制御手段からの指令によってスプール位置を制御するように構成され、例えば制御電流非通電時には図３に示す第１ポジションにあって、油圧供給源６１からの油を第１油路７１と流通孔３０などを介して遅角油室５０に供給する。また、コントロールバルブ７０の制御電流通電時にはスプール位置が第２ポジションに切り替わることにより、油圧供給源６１からの油を第２油路７２と流通孔３３などを介して進角油室５１に供給する。そしてスプール中立位置のときに油路７１，７２を遮断するといった制御が行われる。コントロールバルブ７０とドレンタンク７３との間に排出油路７４が設けられている。
【００２１】
次に上記ベーン式カム位相可変装置１０の作用について説明する。
エンジン回転中は、クランクシャフトの回転に同期して動くタイミングベルトによりスプロケット１１が回転する。また、油圧供給源６１によって加圧された油が潤滑油路６４を経てエンジン潤滑部６３に供給され、エンジンの潤滑がなされる。
【００２２】
クランキング時やアイドリング時あるいはエンジンが停止するときには、ベーン４０が最遅角側に位置するようにエンジンコントロールコンピュータによってコントロールバルブ７０が制御される。すなわち油圧供給源６１から送られる油がコントロールバルブ７０を経て遅角油室５０に供給され、ベーン４０が最遅角側に移動する。このとき、ロックピン５６は遅角油室５０に導入された油圧によってピン嵌合穴５７の方向に押されるため、ロックピン５６がピン嵌合穴５７に嵌合し、ロック状態になる。
【００２３】
一方、エンジンの中低速域では、図１中に２点鎖線で示すようにベーン４０が進角側に移動するようにコントロールバルブ７０が制御される。この場合、油圧供給源６１から送られる油がコントロールバルブ７０を経て進角油室５１に供給され、ベーン４０が進角側に移動する。このときロックピン５６は、進角油室５１に導入された油圧によってピン嵌合穴５７から抜ける方向に付勢される。
【００２４】
この実施形態では、エンジン機種やエンジン仕様に応じてベーン油室５２の容積を最適化するために、要求されるベーン油室容積に応じてスペーサ５４を用いるようにしている。すなわちスペーサ５４を設けた分だけ油室容積が減少し、応答性に優れた位相制御が可能となる。この場合、スペーサ５４の肉厚ｔに応じて油室容積を調整することができる。例えば、スペーサ５４の両端５４ｂとスペーサ収容部５３の凹部５３ａとの嵌合状態はそのままで、スペーサ５４の中央部分の肉厚ｔだけを厚くすれば、さらに油室容積の減少が可能となる。
【００２５】
ベーン油室を大きくとりたいときには、図４に示す実施形態のように、前記スペーサ５４を用いずにベーン外径Ｌ′の大きいベーン４０を使用する。この場合スプロケット１１やハウジング１２、カバー１６、ロックピン５６などは前記実施形態と共通の部品を使用することができる。
【００２６】
図１に示したようなベーン外径Ｌの短いベーン４０は、図４に示すようなベーン外径Ｌ′の長いベーン４０の先端部分を機械加工により切削するなどの追加工を施すことによって、共通のベーン素材を用いて、比較的簡便に得ることができる。
【００２７】
ベーン容積を減らしたい場合、図５に示す第２の実施形態のように、前記実施形態（図３）よりも奥行き寸法Ｗ′の薄いハウジング１２とベーン４０を用いることによっても対処できる。この場合も前記スペーサ５４を併用することによって油室容積をさらに小さくすることができる。
【００２８】
なお、前記各実施形態のベーン４０は２枚であるが、図６に示す第３の実施形態のように、ベーン４０の数が４枚あるいはそれ以外の枚数でもかまわない。この第３の実施形態の基本的な構成と作用・効果は前記各実施形態と共通であるから、前記各実施形態と共通の部位に同一符号を付して説明は省略する。
【００２９】
またこの発明を実施するに当たって、この発明を構成する第１回転部材、第２回転部材、ベーン、ベーン油室、スペーサ収容部、油室容積調整用スペーサをはじめとして、各構成要素をそれぞれ適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、エンジンの機種や仕様に応じた可変位相角および応答性の要求等に対し簡便にベーン油室容積を調節することができ、カム位相制御の応答性を犠牲にすることなく部品の共有化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施形態を示すベーン式カム位相可変装置の内部の正面図。
【図２】 図１に示されたベーン式カム位相可変装置に使われる油室容積調整用スペーサの斜視図。
【図３】 図１中のIII-III 線に沿う断面図。
【図４】 この発明のスペーサ無しの実施形態を示すベーン式カム位相可変装置の内部の正面図。
【図５】 この発明の第２の実施形態を示すベーン式カム位相可変装置の図３に対応する断面図。
【図６】 この発明の第３の実施形態を示すベーン式カム位相可変装置の内部の正面図。
【符号の説明】
１０…ベーン式カム位相可変装置
１２…ハウジング（第１回転部材）
１６…カバー
２１…ロータ（第２回転部材）
４０…ベーン
５２…ベーン油室
５３…スペーサ収容部
５４…油室容積調整用スペーサ

Claims (1)

1. クランクシャフトと同期して回転する第１回転部材と、
   上記第１回転部材に対し相対回転変位可能に設けられかつカムシャフトと同期回転する第２回転部材と、
   上記第２回転部材に設けられて径方向に延出しかつ上記第１回転部材の内部に設けるベーンを備えたベーン式カム位相可変装置において、
   上記第１回転部材は、
   上記ベーンを収容するベーン油室を有するとともにこのベーン油室のベーン外周側の端部にスペーサ収容部が形成されかつ上記ベーンの厚みに対応した奥行き寸法を有するハウジングと、
   上記スペーサ収容部に収容される油室容積調整用スペーサと、
   を具備したことを特徴とするベーン式カム位相可変装置。

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