JP3736627B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの開閉時期を可変するバルブタイミング調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの位相を変化させて出力の向上や燃費を改善する技術が公知である。例えば、内燃機関の高回転域では、ピストンが上死点に向かい始めても、吸気が慣性により更にシリンダ内へ入り込もうとするため、吸気バルブの閉時期をピストン下死点より遅らせることにより、体積効率が向上して内燃機関の出力向上を図ることができる。
【０００３】
しかし、ピストン下死点より遅く吸気バルブを閉じると、エンジン暖機後の出力は向上するが、エンジン始動時には、吸気に慣性がないため、圧縮比が上がらず（実圧縮比が不足する）、ピストン上死点での空気温度が十分上昇しないため、エンジンの始動が困難になる。また、アイドリングの安定性も悪くなるという問題がある。即ち、吸気バルブの位相を変化させる場合に、エンジン始動時に最適なバルブタイミングと、エンジン暖機後の燃費出力向上に最適なバルブタイミングとは異なるのである。
【０００４】
上記の問題を解決するために、本出願人が先に出願したバルブタイミング調整装置がある（特願2001-285280 ）。このバルブタイミング調整装置は、ロータが最遅角位相から所定角度だけ進角側に回転した位置（ロック位相と呼ぶ）にロータを保持できるロックピンを有し、このロックピンを専用の油圧制御弁にて制御する構成である。
ロックピンは、エンジン停止時にロック凹部に嵌合してロータをロック位相に保持することにより、エンジン始動時に適した所定のバルブタイミングが得られる。また、エンジン始動後は、ロックピンがロック凹部から離脱することでロータがロック位相より更に遅角側へ回転することが可能となり、遅角側及び進角側の双方にバルブタイミングを変更できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の先願技術では、エンジン始動後、アイドリング時にエンスト等によりエンジンが異常停止すると、カムトルクによりロータが最遅角位相まで移動して停止するため、次回のエンジン始動が困難になるという問題があった。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、エンスト等によりエンジンが異常停止した時に、次回始動時の始動性が極端に悪化することを防止できるバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
本発明のバルブタイミング調整装置は、ロータをロック位相に拘束できるロックピンと、このロックピンを作動させるための油圧を制御する第２の油圧制御弁と、ロック位相に向かってロータを進角制御する際に、ロックピンの頭部がベーンから突出した状態で移動できる様に、ロックピンの頭部を案内する案内溝とを有し、この案内溝は、遅角側の端部が、ロック位相と最遅角位相との間でエンジンを始動可能な始動可能位相に設定され、第２の油圧制御弁は、アイドリング時にロックピンの頭部がベーンから突出して案内溝に嵌合する様にロックピンに対する油圧を制御する。
【０００７】
この構成によれば、アイドリング時にロックピンの頭部がベーンから突出して案内溝に嵌合しているので、アイドリング時にエンスト等によりエンジンが異常停止した場合でも、ロータが最遅角位相まで移動することはなく、ロックピンの頭部が案内溝の遅角側の端部に当接する始動可能位相で停止することができる。この始動可能位相は、最遅角位相より進角側（最遅角位相とロック位相との間）に設定されることにより、エンジンを始動可能なバルブタイミングを得ることができる。 この結果、アイドリング時にエンジンが異常停止しても、次回始動時のエンジン始動性が極端に悪化することを防止できる。
【０００８】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したバルブタイミング調整装置において、
第１の油圧制御弁は、アイドリング時に、始動可能位相に設定された案内溝の端部にロックピンを押圧させるべく、ロータに対し遅角圧を付与することを特徴とする。
この場合、ロックピンを案内溝の端部に押し当てることでロータの挙動を安定させることができ、バルブタイミングのずれを防止できる。
【０００９】
（請求項３の手段）
請求項２に記載したバルブタイミング調整装置において、
第１の油圧制御弁は、アイドリング時の油温またはエンジン冷却水温が所定温度以上の時に、ロータに対し遅角圧を付与することを特徴とする。
油温が高くなる程、油圧が低下してロータのバタツキを抑え難くなるため、油温が高い時（油温またはエンジン冷却水温が所定温度以上の時）は、ロータに対し遅角圧を付与してロックピンを案内溝の端部に押し当てることにより、カム軸のトルク変動によるロータのバタツキを防止できる。
【００１０】
（請求項４の手段）
請求項１〜３に記載した何れかのバルブタイミング調整装置において、
ロックピンは、スプリングによってベーンから押し出される方向に付勢されると共に、第２の油圧制御弁より供給される油圧がスプリングの付勢力に抗してロックピンをベーンの内部に押し戻す方向に作用し、第２の油圧制御弁は、アイドリング時にロックピンに対する油圧の供給を停止することを特徴とする。
この構成では、第２の油圧制御弁によりロックピンに対する油圧の供給を停止すると、スプリングの付勢力でロックピンがベーンから押し出されてピン頭部が案内溝に嵌合する。従って、アイドリング時には、第２の油圧制御弁への通電を停止することにより、電力消費が軽減されて燃費向上に寄与できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はバルブタイミング調整装置の内部構造を示す軸方向平面図、図２はバルブタイミング調整装置（径方向断面図）と油圧回路を示すシステム図である。
バルブタイミング調整装置１（以下ＶＶＴと呼ぶ）は、エンジンの回転力が伝達されて回転するハウジング部材２と、エンジンの吸気弁または排気弁を開閉駆動するためのカムシャフト３に固定されるロータ４とを備え、油圧回路（図２参照）に設けられる第１の油圧制御弁５と第２の油圧制御弁６とを介して油圧制御される。
【００１２】
ハウジング部材２は、ロータ４が固定されるカムシャフト３の端部に回転可能な状態で嵌合し、エンジンの駆動軸（図示しない）からチェーン駆動により回転力が伝達され、駆動軸と同期して回転する。
このハウジング部材２には、図１に示す様に、内側に扇状の凹部２ａが周方向に４箇所設けられ、この凹部２ａとロータ４との間に油圧室（遅角室７と進角室８）を形成している。
【００１３】
ロータ４は、カムシャフト３の端面に自身のボス部４ａを当接させ、そのボス部４ａの中央部に挿通されたボルト９（図２参照）によりカムシャフト３に固定されている。このロータ４には、ボス部４ａの周囲に４枚のベーン１０が設けられ、各ベーン１０がハウジング部材２に設けられた扇状の凹部２ａに収容されて、油圧室を遅角室７と進角室８とに二分している。また、このロータ４は、図２に示す様に、ハウジング部材２とロータ４との間に介在されたスプリング１１により進角側へ付勢されている。
【００１４】
１枚のベーン１０には、遅角制限ピン１２とロックピン１３とが組み込まれている。
遅角制限ピン１２は、エンジン停止時（エンスト等による異常停止を除く）にロータ４がロック位相（下述する）から更に遅角側へ回転することを阻止するもので、図３に示す様に、ベーン１０の内部に進退可能に組み込まれ、スプリング１４の付勢力と遅角制限ピン１２の鍔部に掛かる油圧とのバランスによって作動する。具体的には、遅角制限ピン１２の鍔部に油圧が加わると、スプリング１４の付勢力に抗して遅角制限ピン１２がベーン１０の内部に押し戻され、油圧が解除されると、スプリング１４に付勢されて、遅角制限ピン１２の頭部がベーン１０から突出する。
【００１５】
ロックピン１３は、エンジン停止時にロータ４をロック位相に拘束すると共に、アイドリング時にエンジンが異常停止した場合に、ロータ４を始動可能位相（下述する）に保持するものであり、図３に示す様に、ベーン１０の内部に進退可能に組み込まれ、スプリング１５の付勢力とロックピン１３の鍔部に掛かる油圧とのバランスによって作動する。具体的には、ロックピン１３の鍔部に油圧が加わると、スプリング１５の付勢力に抗してロックピン１３がベーン１０の内部に押し戻され、油圧が解除されると、スプリング１５に付勢されて、ロックピン１３の頭部がベーン１０から突出する。
【００１６】
上記のロック位相とは、エンジンを始動するのに最適なバルブタイミングを実現できるロータ位置（図６(b) 参照）である。また、上記の始動可能位相とは、ロック位相と最遅角位相との間に設定され、エンジン始動が可能なバルブタイミングを実現できるロータ位置（図６(a) 参照）である。なお、本実施例では、始動可能位相より若干進角側にアイドル位相（アイドリング時のロータ位置）が設定されている。
【００１７】
ハウジング部材２には、遅角制限ピン１２の頭部がベーン１０から突出した状態で移動できる様に、遅角制限ピン１２の頭部を案内する遅角制限溝１６と、同様にロックピン１３の頭部がベーン１０から突出した状態で移動できる様に、ロックピン１３の頭部を案内する進角制限溝１７（本発明の案内溝）とが設けられている。
但し、遅角制限溝１６は、ロータ４がロック位相と最進角位相との間を移動できる範囲に設けられ、進角制限溝１７は、ロータ４がロック位相と始動可能位相との間を移動できる範囲に設けられている。
また、ハウジング部材２のロック位相には、ロックピン１３の頭部が嵌合できるロック凹部１８が設けられ、進角制限溝１７より一段深く形成されている（図３参照）。
【００１８】
第１の油圧制御弁５は、図２に示す様に、進角油路１９と遅角油路２０とを介して遅角室７及び進角室８の油圧を制御するもので、内蔵するスプール（図示しない）を駆動する電磁式アクチュエータ５ａを備え、この電磁式アクチュエータ５ａに対する通電電流が図示しないＥＣＵ（電子制御装置）によりデューティー制御される。
第２の油圧制御弁６は、ピン制御用油路２１を介して遅角制限ピン１２及びロックピン１３に対する油圧を制御するもので、内蔵するスプール（図示しない）を駆動する電磁式アクチュエータ６ａを備え、この電磁式アクチュエータ６ａに対する通電電流がＥＣＵによりON/OFF制御される。
【００１９】
次に、本実施例の作動を説明する。
ａ）通常運転時。
通常運転時は、ロータ４が遅角側または進角側へ回転できる様に、遅角制限ピン１２及びロックピン１３によるロータ４の回転制限を解除する。即ち、図４に示す様に、第２の油圧制御弁６に対する通電電流をONすることにより、遅角制限ピン１２及びロックピン１３に油圧が加わり、その油圧がそれぞれスプリングの付勢力に打ち勝つと、遅角制限ピン１２及びロックピン１３がベーン１０の内部に押し戻されて、ロータ４の回転制限を解除する。
また、ＥＣＵは、エンジンの運転状態に応じて第１の油圧制御弁５に対する通電電流をデューティー制御する。
【００２０】
ｂ）通常の停止時。
通常、アイドル位相はロック位相より遅角側であるため、エンジン停止時にＶＶＴ１をロック位相まで進角させる必要がある。このため、イグニッションOFF と同時に進角制御を行い、所定の位相まで進角した後、燃料カット、点火カットによりエンジン停止することが考えられている。
【００２１】
そこで、アイドリング状態から通常にエンジンを停止した時は、イグニッションOFF と同時に進角制御を行うとともに、第２の油圧制御弁６をOFF してロックピン１３に対する油圧を解除し、ロックピン１３を進角制限溝１７に嵌合させる（図５参照）。この状態にてＶＶＴ１を進角制御すると、ロックピン１３が進角制限溝１７の進角側端部に当接してロータ４の回転が停止し、ロックピン１３の頭部がロック凹部１８に嵌合してロータ４をロック位相に拘束する。
【００２２】
ｃ）ロータ４が進角側に停止した時。
ＶＶＴ１の位相がエンスト、フェール等により進角側にて停止した場合（図６(c) 参照）、ロータ位置をＥＣＵに記憶させることが可能である。
この場合、次回始動時にＶＶＴ１を遅角制御すると共に、第２の油圧制御弁６をOFF して遅角制限ピン１２に対する油圧を解除し、遅角制限ピン１２を遅角制限溝１６に嵌合させる。この状態にてＶＶＴ１を遅角制御すると、始動時の油圧がない状態でもカムシャフト３の駆動トルクによりロータ４が遅角側に回転させられるため、遅角制限ピン１２が遅角制限溝１６の遅角側端部に当接してロータ４の回転が停止する。
【００２３】
ロックピン１３と遅角制限ピン１２とは、図６(b) に示す様に、ロックピン１３の頭部がロック凹部１８に嵌合するロック位相において、遅角制限ピン１２が遅角制限溝１６の遅角側端部より若干進角側に位置している。このため、遅角制限ピン１２が遅角制限溝１６の遅角側端部に当接する位置までロータ４が回転すると、ロックピン１３が進角制限溝１７に嵌合することができる。この状態で、カムシャフト３の変動トルクによりロータ４が変動して進角側に移動すると、ロックピン１３が進角制限溝１７の進角側端部に当接してロック可能となり、ロックピン１３の頭部がロック凹部１８に嵌合してロータ４をロック位相に拘束する。
【００２４】
ｄ）ロータ４が遅角側に停止した時。
ＶＶＴ１の位相がエンスト、フェール等により遅角側にて停止した場合（図６(a) 参照）、ロータ位置をＥＣＵに記憶させることが可能である。
この場合、次回始動時にＶＶＴ１を進角制御すると共に、第２の油圧制御弁６をOFF してロックピン１３に対する油圧を解除し、ロックピン１３を進角制限溝１７に嵌合させる。この状態にてＶＶＴ１を進角制御すると、ロックピン１３が進角制限溝１７の進角側端部に当接してロータ４の回転が停止し、ロックピン１３の頭部がロック凹部１８に嵌合してロータ４をロック位相に拘束する。なお、始動時の油圧がない状態でも、スプリング１１（図２参照）の付勢力により進角可能である。
【００２５】
ｅ）アイドリング時にエンスト等により停止した時。
これは、ロータ４が遅角側に停止する場合は、アイドリング時にエンスト等により異常停止することが多い。
この場合、基本的な動作は上記ｄ）の場合と同じであるが、アイドリング時に第２の油圧制御弁６をOFF してロックピン１３に対する油圧を解除し、ロックピン１３を進角制限溝１７に嵌合させる点が異なる。この状態でエンスト等によりエンジンが異常停止しても、既にロックピン１３が進角制限溝１７に嵌合しているので、進角制限溝１７の遅角側端部である始動可能位相より遅角側（最遅角側）へロータ４が回転することを阻止できる。
【００２６】
（本実施例の効果）
本案では、アイドリング時にロックピン１３の頭部がベーン１０から突出して進角制限溝１７に嵌合しているので、エンスト等によりエンジンが異常停止した場合でも、ロータ４が最遅角位相まで移動することはなく、ロックピン１３の頭部が進角制限溝１７の遅角側端部に当接する始動可能位相で停止することができる。この始動可能位相は、最遅角位相より進角側（最遅角位相とロック位相との間）に設定されることにより、エンジンを始動可能なバルブタイミングを得ることができ、次回始動時の始動性を極端に悪化させることを防止できる。
【００２７】
また、従来のＶＶＴでは、進角制限溝が最遅角位相まで設けられているため、図７に示す様に、エンジンが異常停止すると最遅角位相までロータ４が遅角し、その後、進角制御によりロック位相まで進角されるため、ロータ４の揺動が大きくなり、スムーズに進角させることができない。これに対し、本実施例のＶＶＴ１は、エンジンが異常停止しても、ロータ４が始動可能位相で停止するので、図８に示す様に、進角制御の際にロータ４の揺動を抑えることができ、スムーズに進角させることが可能である。
【００２８】
更に、第２の油圧制御弁６への通電を停止すると、ロックピン１３に掛かる油圧が解除されて、スプリング１５の付勢力でロックピン１３がベーン１０から押し出され、ロックピン１３の頭部が進角制限溝１７に嵌合する。従って、アイドリング時には、ロックピン１３をベーン１０から押し出すために第２の油圧制御弁６への通電を停止するので、電力消費が軽減されて燃費向上に寄与できる。
【００２９】
（第２実施例）
本実施例は、アイドリング時に進角制限溝１７の端部にロックピン１３を押圧させるべく、ロータ４に対し遅角圧を付与する場合の一例である。
油温が高くなると油圧が低下してロータ４のバタツキを抑え難くなるため、油温が高い時は、ロータ４に対し遅角圧を付与してロックピン１３を進角制限溝１７の端部に押し当てることにより、カムシャフト３のトルク変動によるロータ４のバタツキを防止することができる。
【００３０】
この場合、例えば油圧回路の油温を油温センサ２２（図２参照）で検出し、その検出温度が予め設定された設定温度以上の時に、第１の油圧制御弁５よりロータ４に対し遅角圧を付与する。また、油温以外にもエンジン冷却水の温度に基づいて第１の油圧制御弁５を制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブタイミング調整装置の内部構造を示す軸方向平面図である。
【図２】バルブタイミング調整装置と油圧回路を示すシステム図である。
【図３】遅角制限ピンとロックピンの構成を示す模式図である。
【図４】通常運転時の作動説明図である。
【図５】通常停止時の作動説明図である。
【図６】進角側及び遅角側に停止した時の作動説明図である。
【図７】始動時の進角制御に伴うロータの挙動を表すグラフである（従来のＶＶＴ）。
【図８】始動時の進角制御に伴うロータの挙動を表すグラフである（本案のＶＶＴ）。
【符号の説明】
１ ＶＶＴ（バルブタイミング調整装置）
２ ハウジング部材
３ カムシャフト（カム軸）
４ ロータ
５ 第１の油圧制御弁
６ 第２の油圧制御弁
７ 遅角室
８ 進角室
１０ ベーン
１３ ロックピン
１５ スプリング
１７ 進角制限溝（案内溝）
１８ ロック凹部

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動軸から回転力が伝達されて回転するハウジング部材と、
   前記内燃機関のカム軸に固定され、且つ前記ハウジング部材に対し所定の角度範囲で相対回転可能に設けられたロータと、
   前記ハウジング部材の内部で前記ロータとの間に形成される油圧室と、
   前記ロータと一体に設けられ、前記油圧室に収容されて前記油圧室を進角室と遅角室とに二分するベーンと、
   前記進角室と前記遅角室の油圧を制御する第１の油圧制御弁と、
   前記ハウジング部材に対する前記ロータの最進角位相と最遅角位相との間にエンジンを始動するのに最適なロック位相が設定され、このロック位相に対応して前記ハウジング部材に凹設されたロック凹部と、
   前記ベーンに進退可能に組み込まれ、自身の頭部が前記ベーンから突出して前記ロック凹部に嵌合することにより前記ロータを前記ロック位相に拘束するロックピンと、
   このロックピンを作動させるための油圧を制御する第２の油圧制御弁と、
   前記ロック位相に向かって前記ロータを進角制御する際に、前記ロックピンの頭部が前記ベーンから突出した状態で移動できる様に、前記ロックピンの頭部を案内する案内溝とを有するバルブタイミング調整装置であって、
   前記案内溝は、遅角側の端部が、前記ロック位相と前記最遅角位相との間でエンジンを始動可能な始動可能位相に設定され、
   前記第２の油圧制御弁は、アイドリング時に前記ロックピンの頭部が前記ベーンから突出して前記案内溝に嵌合する様に前記ロックピンに対する油圧を制御することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 請求項１に記載したバルブタイミング調整装置において、
   前記第１の油圧制御弁は、アイドリング時に、前記始動可能位相に設定された前記案内溝の端部に前記ロックピンを押圧させるべく、前記ロータに対し遅角圧を付与することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
3. 請求項２に記載したバルブタイミング調整装置において、
   前記第１の油圧制御弁は、アイドリング時の油温またはエンジン冷却水温が所定温度以上の時に、前記ロータに対し遅角圧を付与することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかのバルブタイミング調整装置において、
   前記ロックピンは、スプリングによって前記ベーンから押し出される方向に付勢されると共に、前記第２の油圧制御弁より供給される油圧が前記スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンを前記ベーンの内部に押し戻す方向に作用し、
   前記第２の油圧制御弁は、アイドリング時に前記ロックピンに対する油圧の供給を停止することを特徴とするバルブタイミング調整装置。

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