JP3760566B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置において吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の弁開閉時期制御装置の一つとして、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に組付けられる弁開閉用の回転軸（カムシャフトとこれに一体的に設けた内部ロータからなる）に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクプーリからの回転動力が伝達される回転伝達部材と、前記回転軸に取り付けられたベーンと、前記回転軸と前記回転伝達部材との間に形成され前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに二分される流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、前記回転伝達部材に形成され内部に前記回転軸に向けてばね付勢されたロックピンを収容する退避孔と、前記回転軸に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したとき前記ロックピンの頭部が嵌入される受容孔と、この受容孔に流体を給排する第３流体通路とを備えたものがあり、例えば特開平１−９２５０４号公報や実開平２−５０１０５号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した各公報に開示されている弁開閉時期制御装置においては、第３流体通路を通して受容孔に供給される流体によってロックピンがばね付勢力に抗して移動する構成となっているため、受容孔に供給される流体の一部が、退避孔とロックピンの隙間を通して、ロックピンをばね付勢するスプリングを収容している背圧室に漏れる場合を想定して、背圧室から流体を排出すべく背圧室を大気開放としてある。
【０００４】
ところで、当該装置において使用する流体が作動油であり、またクランクプーリからの回転動力がタイミングチェーンを介して回転伝達部材に伝達される場合には、背圧室から排出される作動油をタイミングチェーンの潤滑油として用いることが可能であるが、樹脂やゴム製のタイミングベルトを介して回転動力が伝達される場合には、作動油がタイミングベルトと回転伝達部材の係合をスリップさせたり、タイミングベルトを劣化させたりする。
【０００５】
かかる問題を回避するために、本願出願人は特願平８−２０２２８８号出願にて、背圧室から作動油を的確に排出し得る装置を提案した。この装置では、第３流体通路を進角用室又は遅角用室に連通させる（ロックピンの解除用油圧に進角用油圧又は遅角用油圧を用いる）とともに、背圧室を第４流体通路を通して遅角用室又は進角用室に連通させていて、上記した問題は回避することができる。
【０００６】
しかしながら、特願平８−２０２２８８号出願の装置において、解除用油圧に進角用油圧を用いた場合には、背圧室から遅角用室を介して油溜に至る排出通路が長いため、解除時の負荷が大きくて、ロックピンによるロックが完全に解除される前に位相変換作動が開始されたり、また解除用油圧に遅角用油圧を用いた場合には、最遅角位置から進角に切り替わる際にロックピンが受容孔へ進入して位相変換作動を妨げたりして、ロックピンの誤作動が発生するおそれがある。また、背圧室内に作動油を供給する構成であるため、作動油の圧力脈動によりロックピンが退避孔内で軸方向に微振動して回転軸の外周に当たり打音を発生させることがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に組付けられる弁開閉用の回転軸と、この回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクプーリからの回転動力が伝達される回転伝達部材と、前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に取り付けられたベーンと、前記回転軸と前記回転伝達部材との間に形成され前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに二分される流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、前記回転伝達部材又は前記回転軸に形成され内部に前記回転軸又は前記回転伝達部材に向けてばね付勢されたロックピンを収容する退避孔と、前記回転軸又は前記回転伝達部材に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したとき前記ロックピンの頭部が嵌入される受容孔と、この受容孔に流体を給排する第３流体通路とを備えて、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置において、前記流体として作動油を採用するとともに、前記退避孔にて前記ロックピンの背部に形成される背圧室を、前記回転伝達部材又は前記回転軸に設けた連通路を通して、内燃機関のシリンダヘッド内に連通させ、該連通路に絞りを設けたことに特徴がある。
【０００８】
【発明の作用・効果】
本発明による弁開閉時期制御装置においては、退避孔とロックピンの隙間を通して背圧室内に漏れた作動油を連通路を通してシリンダヘッド内へ排出させることができるため、クランクプーリから回転伝達部材への回転動力の伝達手段として樹脂やゴム製のタイミングベルトが採用されても、タイミングベルトに作動油が付着することはなく、回転伝達部材とタイミングベルトの係合不良及び同ベルトの早期劣化を抑制することができる。また、背圧室内に加圧状態の作動油が供給されないため、ロックピンの誤作動及びロックピンの微震動の発生がなく、ロックピンを付勢するばね力の変更によりロックピンによるロックタイミングのチューニングが可能となる。さらに連通路に絞りを設けたので、ロックピンのロック側への戻り時間を遅らせてエンジン運転中はロックピンが受容孔に嵌入されないようにして、運転中の切換レスポンスを短くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３に示した本発明による弁開閉時期制御装置は、当該内燃機関のシリンダヘッド１１０に回転自在に支持されたカムシャフト１０とこれの先端部に一体的に設けた内部ロータ２０からなる弁開閉用の回転軸と、この回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータ３０、フロントプレート４０、キャップ４１、リアプレート５０、及びタイミングプーリ６０等からなる回転伝達部材と、内部ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、外部ロータ３０に組付けたロックピン８０等によって構成されている。なお、タイミングプーリ６０には、周知のように、クランクプーリから樹脂又はゴム製のタイミングベルト（共に図示省略）を介して図２の時計方向に回転動力が伝達されるように構成されている。
【００１０】
カムシャフト１０は、吸気弁又は排気弁（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる進角通路１１と遅角通路１２が設けられている。進角通路１１は、径方向の通路１３と環状の通路１４と接続通路Ｐ１を介して切換弁１００の接続ポート１０１に接続されている。また、遅角通路１２は、環状の通路１５と接続通路Ｐ２を介して切換弁１００の接続ポート１０２に接続されている。
【００１１】
切換弁１００は、ソレノイド１０３へ通電することによってスプール１０４をスプリング１０５に抗して図１の右方向へ移動できるものであり、非通電時には当該内燃機関によって駆動されるオイルポンプ（図示省略）に接続された供給ポート１０６が接続ポート１０１に連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０７に連通するように、また通電時には供給ポート１０６が接続ポート１０２に連通するとともに、接続ポート１０１が排出ポート１０８に連通するように構成されている。このため、ソレノイド１０３の非通電時には進角通路１１に作動油が供給され、通電時には遅角通路１２に作動油が供給される。
【００１２】
内部ロータ２０は、中空状のボルト１９によってカムシャフト１０に一体的に固着されていて、４枚の各ベーン７０をそれぞれ径方向に取付けるためのベーン溝２１を有するとともに、図２に示した状態、すなわちカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が所定の位相（最遅角位置）で同期したときロックピン８０の頭部８１が所定量嵌入される受容孔２２と、この受容孔２２に進角通路１１から作動油を給排する通路２３と、各ベーン７０によって区画された進角用室Ｒ１（図２の右下のものは除く）に進角通路１１から作動油を給排する通路２４と、各ベーン７０によって区画された遅角用室Ｒ２に遅角通路１２から作動油を給排する通路２５を有している。図２の右下の進角用室Ｒ１には、外部ロータ３０に形成した通路３１を通して受容孔２２から作動油が給排されるように構成されている。受容孔２２は、外端部が大径の段付孔であって、大径部にロックピン８０の頭部８１が嵌入されて頭部８１の頂面が段部に当接するようになっており、大径部の外端には面取が施されている。なお、各ベーン７０は、ベーン溝２１の底部に収容したスプリング７１（図１参照）によって径外方に付勢されている。
【００１３】
外部ロータ３０は、内部ロータ２０の外周に所定範囲で相対回転可能に組付けられていて、その両側にはフロントプレート４０とリアプレート５０がシール部材Ｓ１，Ｓ２を介して接合され、タイミングプーリ６０とともにボルトＢ１によって一体的に連結されている。フロントプレート４０にはキャップ４１が液密的に組付けられていて、これによってカムシャフト１０の進角通路１１と内部ロータ２０の通路２３，２４を接続する通路４２が形成されている。また、外部ロータ３０には、各ベーン７０を収容し各ベーン７０によって進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに二分される流体圧室Ｒｏを内部ロータ２０とによって形成する凹所３２が形成されるとともに、ロックピン８０とこれを内部ロータ２０に向けて付勢するスプリング９１を収容する退避孔３３が外部ロータ３０の径方向に形成されている。
【００１４】
退避孔３３は、外端がプラグ９２とシール部材９３によって液密的に閉塞されていて、ロックピン８０の背部に背圧室Ｒ３が形成されており、この背圧室Ｒ３は、図２及び図３に示したように、外部ロータ３０に形成されて背圧室Ｒ３に連通する通路孔３４と、リアプレート５０に形成されて径外方端にて連通孔３４に連通する連通溝（連通孔として実施することも可能）５１と、リアプレート５０のボス部５２（内周にてカムシャフト１０に回転自在に組付けられ、外周にてシリンダヘッド１１０に組付けたオイルシール１１１と係合している部分）の内周に軸方向に沿って形成されて連通溝５１の径内方端に連通する連通溝（連通孔として実施することも可能）５３と、シリンダヘッド１１０のカムシャフト支持部１１２に形成された連通孔１１３を通して、シリンダヘッド１１０内に連通している。なお、連通孔３４の退避孔側開口は、通路２３を通して受容孔２２に供給される作動油によってロックピン８０がスプリング８１のばね付勢力に抗して移動したときにもロックピン８０のスカート部８２によって塞がれないように配設されている。また、プラグ９２はタイミングプーリ６０によって抜け止めされている。
【００１５】
ロックピン８０は、曲面（球面）形状の頭部８１を有するとともに、スカート部８２を有していて、スカート部８２にて退避孔３３に所定のリーク隙間で外部ロータ３０の径方向にて移動可能に嵌合されており、スプリング９１によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。このため、ロックピン８０のスカート部８２と退避孔３３間のリーク隙間を通して作動油が流通可能である。
【００１６】
上記のように構成した本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、図２及び図３に示した状態、すなわち当該内燃機関が停止してオイルポンプが停止するとともに切換弁１００が図１に示した状態にあり、またロックピン８０の頭部８１が受容孔２２に所定量嵌入して、最遅角位置にて内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対回転を規制しているロック状態にて、当該内燃機関が始動してオイルポンプが駆動されても、当該内燃機関の始動と略同時に切換弁１００のソレノイド１０３が通電されておれば、切換弁１００からカムシャフト１０の進角通路１１には作動油が供給されず、弁開閉時期制御装置は図２及び図３に示したロック状態に維持される。なお、当該内燃機関の停止時に、退避孔３３と受容孔２２との位置が一致していないことにより、ロックピン８０が受容孔２２に嵌入できない場合であっても、内燃機関の始動時に進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２の作動油圧力が低いことにより、外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等が図２の時計方向に回転されて内部ロータ２０及びベーン７０等が遅角側に相対回転し、最遅角位置となると同時にロックピン８０がスプリング９１によって押動されて受容孔２２に嵌入される。
【００１７】
また、当該内燃機関が駆動しオイルポンプが駆動されている状態にて、切換弁１００のソレノイド１０３が通電状態から非通電状態に切り替えられると、切換弁１００からカムシャフト１０の進角通路１１に作動油が供給されて、同作動油が通路４２と各通路２４を通して各進角用室Ｒ１に供給されるとともに、通路４２から通路２３を通して受容孔２２に供給され、また各遅角用室Ｒ２から各通路２５と遅角通路１２と切換弁１００等を通して作動油が排出される。
【００１８】
ところで、受容孔２２に供給される作動油はロックピン８０をスプリング９１に抗して押動するため、ロックピン８０が受容孔２２から順次抜けでるとともにカムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して図４及び図５に示したように相対回転する。また、受容孔２２に供給される作動油は、外部ロータ３０に形成した通路３１を通して図４の右下の進角用室Ｒ１に供給される。
【００１９】
図４及び図５に示した状態、すなわちロックピン８０の曲面形状に形成されている頭部８１が受容孔２２に部分的に嵌入している状態では、カムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して相対回転を許容されるため、ロックピン８０の頭部８１全体が受容孔２２から抜け出す前に回転軸側部材と回転伝達部材の相対回転が開始する。したがって、受容孔２２に作動油が流入し始めてから回転軸側部材と回転伝達部材が相対回転し始めるまでの時間を短くすることができて、当該装置の作動応答性（レスポンス）を向上させることができる。
【００２０】
また、図４及び図５に示したようにロックピン８０の頭部８１が受容孔２２に部分的に嵌入している状態では、受容孔２２に供給される作動油のみならず、回転軸側部材と回転伝達部材の相対回転によりロックピストン８０が受ける作用力Ｆの分力Ｆ１（図６参照）によってもロックピン８０は抜け方向に押動されて受容孔２２から素早く抜けでる。したがって、これによっても当該装置の作動応答性を向上させることができて、図２及び図３に示した状態（最遅角の状態）から図４〜図６に示した状態を経て図７及び図８に示した状態（最進角の状態）に応答性よく変化させることができる。
【００２１】
また、図７及び図８に示した状態で切換弁１００のソレノイド１０３が非通電状態から通電状態に切り替えられると、切換弁１００からカムシャフト１０の遅角通路１２に作動油が供給されて、同作動油が各通路２５を通して各遅角用室Ｒ２に供給されるとともに、各進角用室Ｒ１から各通路２４または通路３１，受容孔２２及び通路２３と進角通路１１と切換弁１００等を通して作動油が排出される。このため、カムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して相対回転し、図７及び図８に示した状態から図２及び図３に示した状態となる。
【００２２】
ところで、本実施形態においては、退避孔３３とロックピン８０の隙間を通して背圧室Ｒ３内に漏れた作動油を連通路（外部ロータ３０に形成した通路孔３４と、リアプレート５０に形成した連通溝５１，５３と、シリンダヘッド１１０のカムシャフト支持部１１２に形成した連通孔１１３）を通してシリンダヘッド１１０内へ排出させることができるため、作動油の漏洩付着によるタイミングプーリ６０とタイミングベルトの係合不良及び同ベルトの早期劣化を抑制することができる。また、上記した連通路は、背圧室Ｒ３とシリンダヘッド１１０内を最短で連通させるものであるため、通路抵抗が小さくて背圧室Ｒ３内に漏れた作動油をシリンダヘッド１１０内に素早く的確に排出することができ、ロックピン８０によるロック解除を的確に行わせることができる。
【００２３】
また、背圧室Ｒ３内には加圧状態の作動油が供給されないため、ロックピン８０の誤作動及びロックピン８０の微震動の発生がなく、ロックピン８０を付勢するスプリング９１のばね力変更によりロックピン８０によるロックタイミングのチューニングが可能となる。また、本実施形態においては、リアプレート５０のボス部５２内周に形成した連通溝５３を通して作動油を排出するようにしているため、この作動油によってカムシャフト１０の外周とリアプレート５０のボス部５２内周間を的確に潤滑することができる。なお、連通溝５３に相当する連通溝をカムシャフト１０の外周に形成して実施しても、またはカムシャフト１０の外周とボス部５２の内周間のクリアランスを大きくして実施しても、上記実施形態と同様の作用効果が期待できる。
【００２４】
上記実施形態においては、内部ロータ２０にベーン７０を取り付けるとともに、外部ロータ３０にロックピン８０とスプリング９１を収容して実施したが、内部ロータにロックピンとスプリングを収容するとともに、外部ロータにベーンを取り付けるようにして実施することも可能である。
【００２５】
また、上記実施形態においては、進角用室Ｒ１が最小容積となる状態（図２の最遅角状態）にて外部ロータ３０に組付けたロックピン８０の頭部８１が内部ロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成したが、遅角用室Ｒ２が最小容積となる状態（図７の最進角状態）にて外部ロータ３０に組付けたロックピン８０の頭部９１が内部ロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成して実施することも可能である。
【００２６】
更に、上記実施形態において、受容孔２２に作動油を給排する通路２３を進角用室Ｒ１へ通じる通路２４に連通させているが、通路２３を遅角用室Ｒ２へ通じる通路２５に連通させて実施することも可能である。この場合には、背圧室Ｒ３をシリンダヘッド１１０内に連通させる上記した連通路に絞りを設けて、ロックピン８０のロック側への戻り時間を遅らせることにより、ロックピン８０が受容孔２２に嵌入する前に位相を変換させるというタイムラグを設けることができて、エンジン運転中はロックピン８０を受容孔２２に嵌入させないようにすることが可能となる。すなわち、ロックピン８０は、エンジン始動時に切換弁１００から十分な油圧が供給されないときに、タイミングプーリ６０の回転に伴ってベーン７０が最遅角位置となった時、或いはベーン７０が最遅角位置にあってエンジンが停止した時等に、スプリング９１の付勢力によって押動されて受容孔２２に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０との相対回転を規制するので、エンジンの通常運転中の切換レスポンスを短くすることができるとともに、エンジン停止後に内部の作動油が漏れ出る等により流体圧室Ｒｏに圧油が十分に満たされないときにベーン７０が流体圧室Ｒｏの端壁に当接して発生する打音を防止できる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、進角通路１１が切換弁１００の接続ポート１０１に接続され、遅角通路１２が切換弁１００の接続ポート１０２に接続されているが、切換弁１００のソレノイド１０３の非通電時に遅角通路１２に図示しないオイルポンプからの作動油が供給され、通電時に進角通路１１に同作動油が供給されるように、進角通路１１を切換弁１００の接続ポート１０２に接続し、遅角通路１２を切換弁１００の接続ポート１０１に接続して実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による弁開閉時期制御装置の一実施形態を概略的に示す縦断側面図である。
【図２】 図１に示した内部ロータ、外部ロータ、ベーン、ロックピン、タイミングプーリ等の関係を示す部分破断正面図である。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】 図２の状態から内部ロータ及びベーンが外部ロータ等に対して僅かに時計方向に相対回転した状態の図である。
【図５】 図４の５−５線に沿った断面図である。
【図６】 図４の要部拡大断面図である。
【図７】 図４の状態から内部ロータ及びベーンが外部ロータ等に対して所定量時計方向に相対回転した状態の図である。
【図８】 図７の８−８線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、２０…内部ロータ、２２…受容孔、２３…通路（第３流体通路）、２４…通路（第１流体通路）、２５…通路（第２流体通路）、３０…外部ロータ、３３…退避孔、３４…連通孔（第１通路）、４０…フロントプレート、５０…リアプレート、５１…連通溝（第２通路）、５３…連通溝（第３通路）、６０…タイミングプーリ、７０…ベーン、８０…ロックピン、８１…頭部、８２…スカート部、９１…スプリング、１００…切換弁、１１０…シリンダヘッド、Ｒｏ…作動室（流体圧室）、Ｒ１…進角用室、Ｒ２…遅角用室、Ｒ３…背圧室。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置において吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の弁開閉時期制御装置の一つとして、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に組付けられる弁開閉用の回転軸（カムシャフトとこれに一体的に設けた内部ロータからなる）に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクプーリからの回転動力が伝達される回転伝達部材と、前記回転軸に取り付けられたベーンと、前記回転軸と前記回転伝達部材との間に形成され前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに二分される流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、前記回転伝達部材に形成され内部に前記回転軸に向けてばね付勢されたロックピンを収容する退避孔と、前記回転軸に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したとき前記ロックピンの頭部が嵌入される受容孔と、この受容孔に流体を給排する第３流体通路とを備えたものがあり、例えば特開平１−９２５０４号公報や実開平２−５０１０５号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した各公報に開示されている弁開閉時期制御装置においては、第３流体通路を通して受容孔に供給される流体によってロックピンがばね付勢力に抗して移動する構成となっているため、受容孔に供給される流体の一部が、退避孔とロックピンの隙間を通して、ロックピンをばね付勢するスプリングを収容している背圧室に漏れる場合を想定して、背圧室から流体を排出すべく背圧室を大気開放としてある。
【０００４】
ところで、当該装置において使用する流体が作動油であり、またクランクプーリからの回転動力がタイミングチェーンを介して回転伝達部材に伝達される場合には、背圧室から排出される作動油をタイミングチェーンの潤滑油として用いることが可能であるが、樹脂やゴム製のタイミングベルトを介して回転動力が伝達される場合には、作動油がタイミングベルトと回転伝達部材の係合をスリップさせたり、タイミングベルトを劣化させたりする。
【０００５】
かかる問題を回避するために、本願出願人は特願平８−２０２２８８号出願にて、背圧室から作動油を的確に排出し得る装置を提案した。この装置では、第３流体通路を進角用室又は遅角用室に連通させる（ロックピンの解除用油圧に進角用油圧又は遅角用油圧を用いる）とともに、背圧室を第４流体通路を通して遅角用室又は進角用室に連通させていて、上記した問題は回避することができる。
【０００６】
しかしながら、特願平８−２０２２８８号出願の装置において、解除用油圧に進角用油圧を用いた場合には、背圧室から遅角用室を介して油溜に至る排出通路が長いため、解除時の負荷が大きくて、ロックピンによるロックが完全に解除される前に位相変換作動が開始されたり、また解除用油圧に遅角用油圧を用いた場合には、最遅角位置から進角に切り替わる際にロックピンが受容孔へ進入して位相変換作動を妨げたりして、ロックピンの誤作動が発生するおそれがある。また、背圧室内に作動油を供給する構成であるため、作動油の圧力脈動によりロックピンが退避孔内で軸方向に微振動して回転軸の外周に当たり打音を発生させることがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に組付けられる弁開閉用の回転軸と、この回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクプーリからの回転動力が伝達される回転伝達部材と、前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に取り付けられたベーンと、前記回転軸と前記回転伝達部材との間に形成され前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに二分される流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、前記回転伝達部材又は前記回転軸に形成され内部に前記回転軸又は前記回転伝達部材に向けてばね付勢されたロックピンを収容する退避孔と、前記回転軸又は前記回転伝達部材に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したとき前記ロックピンの頭部が嵌入される受容孔と、この受容孔に流体を給排する第３流体通路とを備えて、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置において、前記流体として作動油を採用するとともに、前記退避孔にて前記ロックピンの背部に形成される背圧室を、前記回転伝達部材又は前記回転軸に設けた連通路を通して、内燃機関のシリンダヘッド内に連通させ、該連通路に絞りを設けたことに特徴がある。
【０００８】
【発明の作用・効果】
本発明による弁開閉時期制御装置においては、退避孔とロックピンの隙間を通して背圧室内に漏れた作動油を連通路を通してシリンダヘッド内へ排出させることができるため、クランクプーリから回転伝達部材への回転動力の伝達手段として樹脂やゴム製のタイミングベルトが採用されても、タイミングベルトに作動油が付着することはなく、回転伝達部材とタイミングベルトの係合不良及び同ベルトの早期劣化を抑制することができる。また、背圧室内に加圧状態の作動油が供給されないため、ロックピンの誤作動及びロックピンの微震動の発生がなく、ロックピンを付勢するばね力の変更によりロックピンによるロックタイミングのチューニングが可能となる。さらに連通路に絞りを設けたので、ロックピンのロック側への戻り時間を遅らせてエンジン運転中はロックピンが受容孔に嵌入されないようにして、運転中の切換レスポンスを短くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３に示した本発明による弁開閉時期制御装置は、当該内燃機関のシリンダヘッド１１０に回転自在に支持されたカムシャフト１０とこれの先端部に一体的に設けた内部ロータ２０からなる弁開閉用の回転軸と、この回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータ３０、フロントプレート４０、キャップ４１、リアプレート５０、及びタイミングプーリ６０等からなる回転伝達部材と、内部ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、外部ロータ３０に組付けたロックピン８０等によって構成されている。なお、タイミングプーリ６０には、周知のように、クランクプーリから樹脂又はゴム製のタイミングベルト（共に図示省略）を介して図２の時計方向に回転動力が伝達されるように構成されている。
【００１０】
カムシャフト１０は、吸気弁又は排気弁（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる進角通路１１と遅角通路１２が設けられている。進角通路１１は、径方向の通路１３と環状の通路１４と接続通路Ｐ１を介して切換弁１００の接続ポート１０１に接続されている。また、遅角通路１２は、環状の通路１５と接続通路Ｐ２を介して切換弁１００の接続ポート１０２に接続されている。
【００１１】
切換弁１００は、ソレノイド１０３へ通電することによってスプール１０４をスプリング１０５に抗して図１の右方向へ移動できるものであり、非通電時には当該内燃機関によって駆動されるオイルポンプ（図示省略）に接続された供給ポート１０６が接続ポート１０１に連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０７に連通するように、また通電時には供給ポート１０６が接続ポート１０２に連通するとともに、接続ポート１０１が排出ポート１０８に連通するように構成されている。このため、ソレノイド１０３の非通電時には進角通路１１に作動油が供給され、通電時には遅角通路１２に作動油が供給される。
【００１２】
内部ロータ２０は、中空状のボルト１９によってカムシャフト１０に一体的に固着されていて、４枚の各ベーン７０をそれぞれ径方向に取付けるためのベーン溝２１を有するとともに、図２に示した状態、すなわちカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が所定の位相（最遅角位置）で同期したときロックピン８０の頭部８１が所定量嵌入される受容孔２２と、この受容孔２２に進角通路１１から作動油を給排する通路２３と、各ベーン７０によって区画された進角用室Ｒ１（図２の右下のものは除く）に進角通路１１から作動油を給排する通路２４と、各ベーン７０によって区画された遅角用室Ｒ２に遅角通路１２から作動油を給排する通路２５を有している。図２の右下の進角用室Ｒ１には、外部ロータ３０に形成した通路３１を通して受容孔２２から作動油が給排されるように構成されている。受容孔２２は、外端部が大径の段付孔であって、大径部にロックピン８０の頭部８１が嵌入されて頭部８１の頂面が段部に当接するようになっており、大径部の外端には面取が施されている。なお、各ベーン７０は、ベーン溝２１の底部に収容したスプリング７１（図１参照）によって径外方に付勢されている。
【００１３】
外部ロータ３０は、内部ロータ２０の外周に所定範囲で相対回転可能に組付けられていて、その両側にはフロントプレート４０とリアプレート５０がシール部材Ｓ１，Ｓ２を介して接合され、タイミングプーリ６０とともにボルトＢ１によって一体的に連結されている。フロントプレート４０にはキャップ４１が液密的に組付けられていて、これによってカムシャフト１０の進角通路１１と内部ロータ２０の通路２３，２４を接続する通路４２が形成されている。また、外部ロータ３０には、各ベーン７０を収容し各ベーン７０によって進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに二分される流体圧室Ｒｏを内部ロータ２０とによって形成する凹所３２が形成されるとともに、ロックピン８０とこれを内部ロータ２０に向けて付勢するスプリング９１を収容する退避孔３３が外部ロータ３０の径方向に形成されている。
【００１４】
退避孔３３は、外端がプラグ９２とシール部材９３によって液密的に閉塞されていて、ロックピン８０の背部に背圧室Ｒ３が形成されており、この背圧室Ｒ３は、図２及び図３に示したように、外部ロータ３０に形成されて背圧室Ｒ３に連通する通路孔３４と、リアプレート５０に形成されて径外方端にて連通孔３４に連通する連通溝（連通孔として実施することも可能）５１と、リアプレート５０のボス部５２（内周にてカムシャフト１０に回転自在に組付けられ、外周にてシリンダヘッド１１０に組付けたオイルシール１１１と係合している部分）の内周に軸方向に沿って形成されて連通溝５１の径内方端に連通する連通溝（連通孔として実施することも可能）５３と、シリンダヘッド１１０のカムシャフト支持部１１２に形成された連通孔１１３を通して、シリンダヘッド１１０内に連通している。なお、連通孔３４の退避孔側開口は、通路２３を通して受容孔２２に供給される作動油によってロックピン８０がスプリング８１のばね付勢力に抗して移動したときにもロックピン８０のスカート部８２によって塞がれないように配設されている。また、プラグ９２はタイミングプーリ６０によって抜け止めされている。
【００１５】
ロックピン８０は、曲面（球面）形状の頭部８１を有するとともに、スカート部８２を有していて、スカート部８２にて退避孔３３に所定のリーク隙間で外部ロータ３０の径方向にて移動可能に嵌合されており、スプリング９１によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。このため、ロックピン８０のスカート部８２と退避孔３３間のリーク隙間を通して作動油が流通可能である。
【００１６】
上記のように構成した本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、図２及び図３に示した状態、すなわち当該内燃機関が停止してオイルポンプが停止するとともに切換弁１００が図１に示した状態にあり、またロックピン８０の頭部８１が受容孔２２に所定量嵌入して、最遅角位置にて内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対回転を規制しているロック状態にて、当該内燃機関が始動してオイルポンプが駆動されても、当該内燃機関の始動と略同時に切換弁１００のソレノイド１０３が通電されておれば、切換弁１００からカムシャフト１０の進角通路１１には作動油が供給されず、弁開閉時期制御装置は図２及び図３に示したロック状態に維持される。なお、当該内燃機関の停止時に、退避孔３３と受容孔２２との位置が一致していないことにより、ロックピン８０が受容孔２２に嵌入できない場合であっても、内燃機関の始動時に進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２の作動油圧力が低いことにより、外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等が図２の時計方向に回転されて内部ロータ２０及びベーン７０等が遅角側に相対回転し、最遅角位置となると同時にロックピン８０がスプリング９１によって押動されて受容孔２２に嵌入される。
【００１７】
また、当該内燃機関が駆動しオイルポンプが駆動されている状態にて、切換弁１００のソレノイド１０３が通電状態から非通電状態に切り替えられると、切換弁１００からカムシャフト１０の進角通路１１に作動油が供給されて、同作動油が通路４２と各通路２４を通して各進角用室Ｒ１に供給されるとともに、通路４２から通路２３を通して受容孔２２に供給され、また各遅角用室Ｒ２から各通路２５と遅角通路１２と切換弁１００等を通して作動油が排出される。
【００１８】
ところで、受容孔２２に供給される作動油はロックピン８０をスプリング９１に抗して押動するため、ロックピン８０が受容孔２２から順次抜けでるとともにカムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して図４及び図５に示したように相対回転する。また、受容孔２２に供給される作動油は、外部ロータ３０に形成した通路３１を通して図４の右下の進角用室Ｒ１に供給される。
【００１９】
図４及び図５に示した状態、すなわちロックピン８０の曲面形状に形成されている頭部８１が受容孔２２に部分的に嵌入している状態では、カムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して相対回転を許容されるため、ロックピン８０の頭部８１全体が受容孔２２から抜け出す前に回転軸側部材と回転伝達部材の相対回転が開始する。したがって、受容孔２２に作動油が流入し始めてから回転軸側部材と回転伝達部材が相対回転し始めるまでの時間を短くすることができて、当該装置の作動応答性（レスポンス）を向上させることができる。
【００２０】
また、図４及び図５に示したようにロックピン８０の頭部８１が受容孔２２に部分的に嵌入している状態では、受容孔２２に供給される作動油のみならず、回転軸側部材と回転伝達部材の相対回転によりロックピストン８０が受ける作用力Ｆの分力Ｆ１（図６参照）によってもロックピン８０は抜け方向に押動されて受容孔２２から素早く抜けでる。したがって、これによっても当該装置の作動応答性を向上させることができて、図２及び図３に示した状態（最遅角の状態）から図４〜図６に示した状態を経て図７及び図８に示した状態（最進角の状態）に応答性よく変化させることができる。
【００２１】
また、図７及び図８に示した状態で切換弁１００のソレノイド１０３が非通電状態から通電状態に切り替えられると、切換弁１００からカムシャフト１０の遅角通路１２に作動油が供給されて、同作動油が各通路２５を通して各遅角用室Ｒ２に供給されるとともに、各進角用室Ｒ１から各通路２４または通路３１，受容孔２２及び通路２３と進角通路１１と切換弁１００等を通して作動油が排出される。このため、カムシャフト１０，内部ロータ２０及びベーン７０等回転軸側部材が外部ロータ３０及びタイミングプーリ６０等回転伝達部材に対して相対回転し、図７及び図８に示した状態から図２及び図３に示した状態となる。
【００２２】
ところで、本実施形態においては、退避孔３３とロックピン８０の隙間を通して背圧室Ｒ３内に漏れた作動油を連通路（外部ロータ３０に形成した通路孔３４と、リアプレート５０に形成した連通溝５１，５３と、シリンダヘッド１１０のカムシャフト支持部１１２に形成した連通孔１１３）を通してシリンダヘッド１１０内へ排出させることができるため、作動油の漏洩付着によるタイミングプーリ６０とタイミングベルトの係合不良及び同ベルトの早期劣化を抑制することができる。また、上記した連通路は、背圧室Ｒ３とシリンダヘッド１１０内を最短で連通させるものであるため、通路抵抗が小さくて背圧室Ｒ３内に漏れた作動油をシリンダヘッド１１０内に素早く的確に排出することができ、ロックピン８０によるロック解除を的確に行わせることができる。
【００２３】
また、背圧室Ｒ３内には加圧状態の作動油が供給されないため、ロックピン８０の誤作動及びロックピン８０の微震動の発生がなく、ロックピン８０を付勢するスプリング９１のばね力変更によりロックピン８０によるロックタイミングのチューニングが可能となる。また、本実施形態においては、リアプレート５０のボス部５２内周に形成した連通溝５３を通して作動油を排出するようにしているため、この作動油によってカムシャフト１０の外周とリアプレート５０のボス部５２内周間を的確に潤滑することができる。なお、連通溝５３に相当する連通溝をカムシャフト１０の外周に形成して実施しても、またはカムシャフト１０の外周とボス部５２の内周間のクリアランスを大きくして実施しても、上記実施形態と同様の作用効果が期待できる。
【００２４】
上記実施形態においては、内部ロータ２０にベーン７０を取り付けるとともに、外部ロータ３０にロックピン８０とスプリング９１を収容して実施したが、内部ロータにロックピンとスプリングを収容するとともに、外部ロータにベーンを取り付けるようにして実施することも可能である。
【００２５】
また、上記実施形態においては、進角用室Ｒ１が最小容積となる状態（図２の最遅角状態）にて外部ロータ３０に組付けたロックピン８０の頭部８１が内部ロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成したが、遅角用室Ｒ２が最小容積となる状態（図７の最進角状態）にて外部ロータ３０に組付けたロックピン８０の頭部９１が内部ロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成して実施することも可能である。
【００２６】
更に、上記実施形態において、受容孔２２に作動油を給排する通路２３を進角用室Ｒ１へ通じる通路２４に連通させているが、通路２３を遅角用室Ｒ２へ通じる通路２５に連通させて実施することも可能である。この場合には、背圧室Ｒ３をシリンダヘッド１１０内に連通させる上記した連通路に絞りを設けて、ロックピン８０のロック側への戻り時間を遅らせることにより、ロックピン８０が受容孔２２に嵌入する前に位相を変換させるというタイムラグを設けることができて、エンジン運転中はロックピン８０を受容孔２２に嵌入させないようにすることが可能となる。すなわち、ロックピン８０は、エンジン始動時に切換弁１００から十分な油圧が供給されないときに、タイミングプーリ６０の回転に伴ってベーン７０が最遅角位置となった時、或いはベーン７０が最遅角位置にあってエンジンが停止した時等に、スプリング９１の付勢力によって押動されて受容孔２２に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０との相対回転を規制するので、エンジンの通常運転中の切換レスポンスを短くすることができるとともに、エンジン停止後に内部の作動油が漏れ出る等により流体圧室Ｒｏに圧油が十分に満たされないときにベーン７０が流体圧室Ｒｏの端壁に当接して発生する打音を防止できる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、進角通路１１が切換弁１００の接続ポート１０１に接続され、遅角通路１２が切換弁１００の接続ポート１０２に接続されているが、切換弁１００のソレノイド１０３の非通電時に遅角通路１２に図示しないオイルポンプからの作動油が供給され、通電時に進角通路１１に同作動油が供給されるように、進角通路１１を切換弁１００の接続ポート１０２に接続し、遅角通路１２を切換弁１００の接続ポート１０１に接続して実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による弁開閉時期制御装置の一実施形態を概略的に示す縦断側面図である。
【図２】 図１に示した内部ロータ、外部ロータ、ベーン、ロックピン、タイミングプーリ等の関係を示す部分破断正面図である。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】 図２の状態から内部ロータ及びベーンが外部ロータ等に対して僅かに時計方向に相対回転した状態の図である。
【図５】 図４の５−５線に沿った断面図である。
【図６】 図４の要部拡大断面図である。
【図７】 図４の状態から内部ロータ及びベーンが外部ロータ等に対して所定量時計方向に相対回転した状態の図である。
【図８】 図７の８−８線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、２０…内部ロータ、２２…受容孔、２３…通路（第３流体通路）、２４…通路（第１流体通路）、２５…通路（第２流体通路）、３０…外部ロータ、３３…退避孔、３４…連通孔（第１通路）、４０…フロントプレート、５０…リアプレート、５１…連通溝（第２通路）、５３…連通溝（第３通路）、６０…タイミングプーリ、７０…ベーン、８０…ロックピン、８１…頭部、８２…スカート部、９１…スプリング、１００…切換弁、１１０…シリンダヘッド、Ｒｏ…作動室（流体圧室）、Ｒ１…進角用室、Ｒ２…遅角用室、Ｒ３…背圧室。
Claims (5)
- 内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に組付けられる弁開閉用の回転軸と、この回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクプーリからの回転動力が伝達される回転伝達部材と、前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に取り付けられたベーンと、前記回転軸と前記回転伝達部材との間に形成され前記ベーンによって進角用室と遅角用室とに二分される流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、前記回転伝達部材又は前記回転軸に形成され内部に前記回転軸又は前記回転伝達部材に向けてばね付勢されたロックピンを収容する退避孔と、前記回転軸又は前記回転伝達部材に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したとき前記ロックピンの頭部が嵌入される受容孔と、この受容孔に流体を給排する第３流体通路とを備えて、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置において、前記流体として作動油を採用するとともに、前記退避孔にて前記ロックピンの背部に形成される背圧室を、前記回転伝達部材又は前記回転軸に設けた連通路を通して、内燃機関のシリンダヘッド内に連通させ、該連通路に絞りを設けたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
- 前記回転軸は、前記シリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、このカムシャフトの先端部に一体的に設けた内部ロータからなり、前記回転伝達部材は、内部ロータを収容する外部ロータ、フロントプレート及びリアプレートを有し、前記退避孔が前記外部ロータに形成されていることを特徴とする請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
- 前記退避孔は前記外部ロータの径方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
- 前記回転軸は、前記シリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、このカムシャフトの先端部に一体的に設けた内部ロータからなり、前記回転伝達部材は、内部ロータを収容する外部ロータ、フロントプレート及びリアプレートと外部ロータの外周に一体的に設けたタイミングプーリからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の弁開閉時期制御装置。
- 前記回転軸は、前記シリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフトと、このカムシャフトの先端部に一体的に設けた内部ロータからなり、前記回転伝達部材は、内部ロータを収容する外部ロータ、フロントプレート及びリアプレートと外部ロータの外周に一体的に設けたタイミングプーリからなり、前記退避孔が前記外部ロータに形成されるとともに、前記リアプレートがその内周部にて前記カムシャフトに回転自在に支持されており、また前記連通路が前記外部ロータに形成されて前記背圧室に連通する第１通路と前記リアプレートと前記外部ロータ間に形成されて前記第１連通路に連通する第２通路と前記リアプレートと前記カムシャフト間に形成されて前記第２通路と前記シリンダヘッド内を連通させる第３通路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
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