JP3812004B2

JP3812004B2 - 弁開閉時期制御装置

Info

Publication number: JP3812004B2
Application number: JP25930496A
Authority: JP
Inventors: 和己小川; 金剛青木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10103030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、吸気弁又は排気弁を開閉させる回転軸と回転伝達部材との間に形成した圧力室をベーンによって進角室と遅角室とに区画し、進角室と遅角室との選択的な流体の給排によって回転伝達部材と回転軸との相対位相を可変することで、吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御する内燃機関の弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらの種類の弁開閉時期制御装置は、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。これらの従来の弁開閉時期制御装置には、回転伝達部材と回転軸との相対変位を制限するために、受容孔、退避孔、退避孔内に受容孔側にスプリングで付勢されたノックピンからなる位相保持機構が備わっている。
【０００３】
この位相保持機構は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、回転軸１の外周に、回転軸１に一体固定したロータ２と、ロータ２の外側に相対回転可能な回転伝達部材３を配置している。ロータ２の外周には、ロータ２の径方向に延びる複数のベーン４が取り付けられている。それぞれのベーン４は、ロータ２の外側と回転伝達部材３の内側との間に円周上に複数形成された流体圧室５内に延びており、それぞれの流体圧室５を進角室５ａと遅角室５ｂに区画している。回転伝達部材３には放射方向に退避孔６が形成されており、退避孔６内にはスプリング７によってロータ２側に付勢されたノックピン８が収容されている。ロータ２には、ノックピン８が挿入可能な受容孔９が形成されている。進角室５ａには流体通路１０ｂを介して流体が給排され、遅角室５ｂには流体通路１０ｃを介して流体が給排されている。この弁開閉時期制御装置は、進角室５ａと遅角室５ｂとの流体圧の圧力差によって、ベーン４を流体圧室５の範囲で変位させることによって、回転伝達部材３とロータ２（回転軸１）との位相を変換している。ここに示した従来技術は、回転伝達部材３とロータ２（回転軸１）とが、時計の回転方向に回転するものであり、退避孔６と受容孔９の位置関係が、回転伝達部材３の回転に対して最遅角の位置に設けられている。受容孔９に挿入されたノックピン８は、連通路１０ａを介して供給される流体の流体圧によって、スプリング７の付勢力に抗して退避孔６に退けられる。連通路１０ａは、流体通路１０ｂと回転軸１の内部で合流しており、流体通路１０ｃは、連通路１０ａ及び流体通路１０ｂと独立している。
【０００４】
上記の構成の従来技術の作動は、例えば図５（Ａ）に示す最進角位置から、図示しない流体制御装置により流体通路１０ｃを介して流体を遅角室５ｂへ供給し、進角室５ａの流体を流体通路１０ｂを介して排出することにより、進角室５ａと遅角室５ｂの流体圧差によりベーン４が図５（Ａ）にＢで示す矢印の方向へ回転する。これによって、ロータ２が回転伝達部材３との間で相対回転して、図５（Ｂ）に示す最遅角位置まで位相を変換する。最遅角位置になると、退避孔６と受容孔９との位置が合致し、スプリング７の付勢力によりノックピン８が受容孔９に挿入され、ロータ２と回転伝達部材３との相対回転を規制する。次に、最遅角位置から進角させる場合には、図５（Ｃ）に示すように、図示しない流体制御装置により流体通路１０ｂを介して流体を進角室５ａへ供給し、遅角室５ｂの流体を流体通路１０ｃを介して排出すると共に、連通路１０ａにも流体を供給して、ノックピン８を受容孔９から退避孔６へ排出することにより、図５（Ｃ）にＡで示す矢印の方向へベーン４を回転するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の弁開閉時期制御装置によれば、ノックピン８は回転伝達部材３とロータ２とが最遅角位置になる毎に受容孔に挿入され、進角方向に位相を変換するときに、ノックピン８を退避孔６へ離脱させると共に進角室５ａと遅角室５ｂとの流体圧差によって回転伝達部材３とロータ２とを進角させている。連通路１０ａと流体通路１０ｂとを、回転軸１の内部で合流させている技術的なねらいは、遅角方向へ作用させる流体通路１０ｃを独立させて、最遅角位置となったときに受容孔９を空っぽにしてノックピン８を受け入れる体制を整えておくため、並びにノックピン８を受容孔９から排出する流体と、進角方向へ移相する流体を同時に供給することで、ノックピン８の排出処理と、回転位相の進角方向への変換とのレスポンスを向上させるためのものである。しかしながら、上記従来技術のノックピン８は、弁開閉時期制御装置を作動させて最遅角位置となる毎に受容孔９に係合するので、ノックピン８の作動回数が膨大な回数となり、ノックピン８の摩耗に対する耐久性、耐久性を考慮した材料、加工方法の選定や、ノックピン８の作動を支える退避孔６および受容孔９の摩耗に対する耐久性、耐久性を考慮した材料、加工方法の選定など、さまざまな条件を検討し、耐久性を確保するために非常に高価な材料を用いなければならないなどの問題があった。
【０００６】
一方、上記従来の弁開閉時期制御装置においてノックピン８を設ける最大の目的は、次のとおりである。主にエンジンの停止時など、流体の圧力源が停止することにより、進角室５ａと遅角室５ｂとの内部の流体圧が低下した後に、次にエンジンを始動させると、エンジンの始動と同時に進角室５ａと遅角室５ｂとの内部の流体圧を確保することができないことにより、ベーン４が流体室５内を自由に回転することができ、流体室５の内壁に当接して打音を発生する。この打音を防止するためにベーン４の移動を規制する必要があり、少なくともエンジン始動後の進角室５ａと遅角室５ｂとの内部の流体圧が確保されるまで、回転伝達部材３とロータ２の相対回転を停止させるためにノックピン８を設けている。逆に、エンジンの通常運転中においては、少なくとも進角室５ａと遅角室５ｂの一方には流体が満たされることにより、ベーン４が流体室５内を自由に回転することが制限され打音の発生の問題は起きない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決する、すなわち、ノックピンの耐久性を向上させることを目的として、ノックピンによる回転伝達部材とロータ（回転軸）との係合をエンジンの始動時にのみ作動させ、エンジンの通常運転中は受容孔に挿入されないようにした弁開閉時期制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この出願の発明らはさまざまな検討を重ね、エンジンの通常運転中は受容孔内に流体を満たすことにより、この流体の抵抗によってノックピンが受容孔に挿入できなくすることにより、課題を解決できることを確認した。
【０００９】
請求項１及び２の発明を採用した弁開閉時期制御装置は、退避孔と受容孔の同期位置を最遅角位置または最進角位置とし、連通路を同期する直前に流体を供給する流体通路と連通したことにより、回転軸と回転伝達部材とが同期位置となる（すなわち、回転軸と回転伝達部材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させる）ときに、受容孔内に流体が満たされていることを達成するものである。つまり、エンジン運転中に回転軸と回転伝達部材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させ、受容孔と退避孔との位置が合致し、退避孔内に収容されたノックピンが受容孔側へ付勢される力によって、ノックピンが受容孔に挿入されようとするが、回転軸と回転伝達部材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させる流体の一部が受容孔内に満たされており、この流体によってノックピンが受容孔に挿入されることを防止する。一方、エンジンを停止することにより、流体の圧力発生源が停止するので、複数の流体通路、進角室、遅角室、連通路及び受容孔内の流体圧力は徐々に低下する。そして、次回エンジンを始動する時に、回転軸と回転伝達部材とが最遅角または最進角の位置へ相対変位し、受容孔と退避孔との位置が合致することにより、ノックピンが受容孔内に挿入し、回転軸と回転伝達部材との相対変位を規制する。このことによって、エンジン始動時にベーンが流体圧室の内壁と接触して打音を発生することを防止することができるものである。
【００１０】
さらに、請求項１の発明では、上記連通路に絞りが設けられている。この絞りによって、受容孔内に供給された流体を連通路から排出されることを防止するので、受容孔内に確実に流体を満たすことができ、ノックピンが受容孔に挿入されて、回転軸と回転伝達部材との相対位相を規制することがない。
請求項２の発明では、上記連通路にチェックボールを設けることで、受容孔内に供給された流体を連通路を介して排出されないようにし、受容孔内の流体を確実に保持するものである。
【００１１】
請求項３の発明は、退避孔と受容孔の同期位置を最遅角位置とし、連通路は回転伝達部材と回転軸とを遅角移相させる遅角用室へ流体を供給する流体通路と連通したことである。エンジンを停止し複数の流体通路、進角室、遅角室、連通路及び受容孔内の流体圧力が低下した後にエンジンを始動するときには、流体源からの流体圧が十分な値となる前にクランクシャフトの回転がタイミングベルト又はタイミングチェーンを介して回転伝達部材に伝達し、この回転がベーンを介して回転軸を回転することになる。このとき、ベーンの両端に形成される進角室、遅角室の流体圧が低下していることから、上記の回転力によってベーンが最遅角位置まで変位し、回転伝達部材と回転軸とを遅角移相させる。請求項３の発明においては、このときにノックピンを受容孔に挿入して回転軸と回転伝達部材との相対変位を規制することによって、打音の発生を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明に係る各実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態１を示す図１において、符号１２は図示しないシリンダヘッドに回転可能に支持された吸気弁用カムシャフトであり、弁開閉時期制御装置は、この吸気弁用カムシャフト１２の先端部に次に詳細を説明するように取付けられている。この実施形態における回転伝達部材は、ベルト又はチェーンによって回転力が伝達されるタイミングプーリ１４に対し相対回転不能に一体に固定された外部ロータ１８及び外板２０により構成されている。すなわち、外板２０とタイミングプーリ１４とは、間に外部ロータ１８を挟んでボルト１６により共締めされている。タイミングプーリ１４と外板２０の軸方向に扁平な円筒部分は、カムシャフト１２の先端部に止着された内部ロータ２２を内周域に挟み込んでいる。内部ロータ２２は、タイミングプーリ１４及び外部ロータ１８と相対回転可能に、カムシャフト１２の端部にボルト１７によって締付けられている。吸気用カムシャフト１２の内部には、それぞれ軸方向に遅角油路２８と進角油路３０とが切削されており、遅角油路２８と進角油路３０は後述する圧力室側の外周オイル給排口３５，３６と、これらと反対側の終端側の外周オイル給排口３２，３４とを連通し、上記外周オイル給排口３２，３４は、図示しないオイルポンプから供給される流体としてのオイルが切換バルブ１１１を介して選択的に給排状態となって通流する。
【００１３】
切換バルブ１１１は、ソレノイド１１２へ通電することによってスプール１１３をスプリング１１４に抗して図示右方向へ摺動されるものであり、オイルポンプから供給されるオイルを油路１１５から取入れ、一方のポート通路１１７を外周オイル給排口３２に連通し、他方のポート通路１１６を外周オイル排出口３４に連通している。１１９はドレンであり、ソレノイド１１２の非通電時にはポート通路１１７が給圧状態、ポート通路１１６が排圧状態となり、ソレノイド１１２の通電時にはその逆になる。従って、非通電時に進角通路２８にオイルが供給され、通電時に遅角通路３０にオイルが供給される。
【００１４】
次に図２に示すように、外部ロータ１８の内周側には仕切壁３３によって形成されたここでは５個の圧力室３８と１つの退避孔４０が形成されている。圧力室３８は内部ロータ側から放射方向に突設したベーン５２で二つの作動室３８ａ,３８ｂに区画される。作動室３８ａは内部ロータ２２に形成された中間通路５４を介して進角通路２８の外周オイル給排口３５に連通され、作動室３８ｂは同じく内部ロータ２２に形成された中間通路５６を介して遅角通路３０の外周オイル給排口３６に連通されている。ベーン５２はバネ部材４９によって遠心方向に付勢されている。
【００１５】
上記退避孔４０は、外側にエア抜きを有する蓋材４２で封栓され、その内部には外側に付勢手段を構成するスプリング４６が配置され、このスプリング４６は退避孔４０の内部に位置されたノックピン４４を内側へ付勢している。この退避孔４０とほぼ同径で内部ロータ２２の外周には受容孔４８が形成される。この受容孔４８は更に軸心方向に延びる連通路５０が形成され、該連通路５０はカムシャフト１２の外周オイル給排口３６に連通している。従って、連通路５０は外周オイル給排口３６を介して遅角通路３０に連通される。上記ノックピン４４,受容孔４８,退避孔４０及びスプリング４６は位相保持機構２９を構成する。
【００１６】
また、受容孔４８と退避孔４０とが同相となるときのカムシャフト１２と外部ロータ１８との位相は、最遅角状態に設定されている。すなわち、ベーン５２が進角時に給圧側となる作動室３８ａを最縮小しているとき受容孔４８と退避孔４０との位相が一致するものである。
上記実施形態１の構成では、図２に示す最遅角状態において、切換バルブ１１１が非通電にされると、オイルポンプからのオイルがポート通路１１７、外周オイル給排口３２、進角通路２８及び中間通路５４を介して作動室３８ａにオイルが供給される。従来装置は、進角用のオイルの一部を連通路５０にも供給して進角位相への切換えと同時にノックピン４４を退避孔４０へ退避させていた。しかし、この実施形態１では、連通路５０を遅角通路３０に連通しているので、遅角位相時に遅角通路３０を介して受容孔４８にもオイルを供給し、受容孔４８に油圧を貯えている。図２に示す最遅角位置となって、受容孔４８と退避孔４０とが同相となっても、この油圧によってダンピング効果を発揮し、退避孔４０の内部に配置されたスプリング４６の付勢力によって受容孔４８側へ挿入しようとするノックピン４４の挿入を阻止する。そして、次に切換バルブ１１１を非通電状態とし、進角通路２８及び中間通路５４を介して作動室３８ａにオイルを供給すると、ノックピン４４が受容孔４８に挿入されていないので、何らの抵抗もなくスムーズに進角位相を行うことができ、図３に示すように、外部ロータ１８と内部ロータ２２との位相が最遅角状態より進角し、受容孔４８が退避孔４０より進相することになる。受容孔４８が退避孔４０より進相すれば、ノックピン４４がいくらスプリング４６によって軸心方向に押圧されても内部ロータ２２の外周を押圧するだけで、ノックピン４４が受容孔４８に係合する位相保持状態は生じない。こうして実施形態１では、受容孔４８と退避孔４０とが位相同期する前に供給側となる作動室３８ｂへのオイルの一部が連通路５０を介して受容孔４８に充填されていることにより、受容孔４８と退避孔４０とが位相同期しても、受容孔４８のオイルのダンパ作用によってノックピン４４は受容孔４８に係合することなく、弁開閉軸制御動作の動作不良を起すことなく、またノックピン４４が作動しないことにより摩耗等の問題が発生することなく、安定に連続して位相制御を行うことができるのである。
【００１７】
また、エンジン始動時（特に、エンジン停止後ある程度の時間が経過した作動室３８ａ，３８ｂの油圧が抜けた後にエンジンを始動する場合）には、図示しないオイルポンプがエンジンの始動と共に作動しても、カムシャフト１２の初期回転のときには圧力室３８（作動室３８ａ，３８ｂ）に十分な油圧を供給することができない。従って、外部ロータ１８と内部ロータ２２とが自由に相対回転してしまう。そこで、エンジンの始動時には一旦切換バルブ１１１を通電状態として遅角位相を行って、図２に示す最遅角状態とする。この場合には、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の回転が外部ロータ１８から内部ロータ２２に伝達される回転の伝達によっても遅角方向に付勢されるので、比較的弱い油圧によっても遅角位相は達成される。図２に示す最遅角状態となると、受容孔４８には十分な油圧が充填されていないことにより、スプリング４６の付勢力によってノックピン４４が受容孔４８に挿入されて、外部ロータ１８と内部ロータ２２との相対回転を規制して、ベーン５２が圧力室３８の内壁に当接して打音を発生することを防止する。更に、作動室３８ｂ及び受容孔４８に供給される油圧が十分な油圧となると、ノックピン４４をスプリング４６に抗して受容孔４８から排出する。この状態となると、作動室３８ｂに十分な油圧が供給されており、ベーン５２が圧力室３８内で進角方向に移動することもなく打音が発生することもない。
【００１８】
なお、実施形態１では、最遅角位置に退避孔４０と受容孔４８を形成しているが、排気弁を駆動するカムシャフトに実施形態１の弁開閉時期制御装置を取付けて最進角位置に退避孔４０と受容孔４８を形成した場合には、外部ロータ１８と内部ロータ２２との間に圧力室３８に作用する油圧による力よりも小さな力のスプリングを配置して、圧力室３８の油圧が低下すると強制的に最進角位置に位相を変換し、ノックピン４４で外部ロータ１８と内部ロータ２２との自由な相対回転を規制することで対応できる。
【００１９】
さらに、実施形態１の弁開閉時期制御装置は、上記連通路５０に積極的な絞り５０ａを設けたものである。この連通路５０に設けた絞り５０ａによって、遅角側へ変位させた際に受容孔４８に供給されるオイルが連通路５０を介して排出されることがなく、オイルを受容孔４８内に確実に貯えることができ、通常運転状態においては、ノックピン４４が受容孔４８に挿入することを確実に阻止することが可能となる。
【００２０】
次に実施形態２を示す図４の弁開閉時期制御装置は、受容孔４８と連通路５０との境界に、リテーナ６０に係留されたチェックポール６１を設けたものである。リテーナ６０内のチェックポール６１は、連通路５０の受容孔側エッジを弁座としている。このような構成によっても、位相同期前に充填されている受容孔内のオイルはダンパ作用を行い、ノックピンは受容孔４８に係合することができない。図４（Ａ）は、最遅角状態に至った、すなわち受容孔４８と退避孔４０とが位相同期した状態を示し、それまでの間、連通路５０には遅角用のオイルが受容室４８に充填されている。その後、進角動作に変ると、図４（Ｂ）のように、遅角油圧が排圧状態となり、進角油圧が給圧状態となって、ノックピン４４が受容孔４８に係合しようとするが、チェックボール６１が連通路５０を閉じるため、受容孔４８のオイルがスプリング４６の力に勝りノックピン４４を退避孔内に退避させた状態を維持する。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、内燃機関の始動時にだけノックピンが受容孔に係合して位相保持することができ、ノックピンの作動頻度を低減して耐久性が高まるとともに打音を防止し、ノックピンのロック現象を回避して信頼性の高い弁開閉時期制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明に係る実施形態１の弁開閉時期制御装置を示し、図２のＢ−Ｂ線に沿った側断面図である。
【図２】上記実施形態１における図１のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図３】上記実施形態１において最遅角状態から若干進角動作を行っている状態を示す縦断面図である。
【図４】この出願の発明に係る実施形態２の弁開閉時期制御装置を示す側断面図であり、（Ａ）は最遅角状態、（Ｂ）は進角状態に変った進角移相前の状態、（Ｃ）は若干進角動作を行っている状態を示す縦断面図である。
【図５】従来の弁開閉時期制御装置を示す各動作説明図である。
【符号の説明】
１２はカムシャフト（回転軸）、５２はベーン、３８は圧力室、１８は外部ロータ（回転伝達部材）、１１１は切換バルブ、４８は受容孔、４０は退避孔、４６はスプリング（付勢手段）、４４はノックピン、２９は位相保持機構、５０は連通路であり、各実施形態を示す各図において起用通の要素には同一の符号を付す。

Claims

クランクプーリからの回転動力が伝達されるバルブ開閉用の回転軸と、
該回転軸と所定範囲で回転位相角可変に外装された回転伝達部材と、
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、
前記進角用室と遅角用室とのそれぞれに流体を給排する複数の流体通路と、
前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に形成され、内部に前記回転軸又は前記回転伝達部材の他方側に付勢されたノ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の他方に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材との相対位相が所定の位相で同期したときに前記ノックピンを収容する受容孔と、
該受容孔から前記ノックピンを排出する流体を前記受容孔に給排する連通路とを備えた弁開閉時期制御装置において、
前記退避孔と前記受容孔の同期位置を最遅角位置または最進角位置とし、前記連通路を同期する直前に流体を供給する前記流体通路と連通し、かつ、前記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。
クランクプーリからの回転動力が伝達されるバルブ開閉用の回転軸と、
該回転軸と所定範囲で回転位相角可変に外装された回転伝達部材と、
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、
前記進角用室と遅角用室とのそれぞれに流体を給排する複数の流体通路と、
前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に形成され、内部に前記回転軸又は前記回転伝達部材の他方側に付勢されたノ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の他方に形成され前記回転軸と前記回転伝達部材との相対位相が所定の位相で同期したときに前記ノックピンを収容する受容孔と、
該受容孔から前記ノックピンを排出する流体を前記受容孔に給排する連通路とを備えた弁開閉時期制御装置において、
前記退避孔と前記受容孔の同期位置を最遅角位置または最進角位置とし、前記連通路を同期する直前に流体を供給する前記流体通路と連通し、かつ、前記連通路に前記受容孔への流体の流れを許容し、前記受容孔から前記連通路への流体の流れを阻止するチェックボールを配設したことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
前記退避孔と前記受容孔の同期位置を最遅角位置とし、前記連通路は前記回転伝達部材と前記回転軸とを遅角移相させる遅角用室へ流体を供給する前記流体通路と連通したことを特徴とする請求項１又は２記載の弁開閉時期制御装置。