JP3812137B2 - 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１つとして、弁開閉用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軸のクランクスプロケット又は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複数のベーンと、前記回転伝達部材に設けられた突部と前記回転軸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夫々二分される複数の流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、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ある時に前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相を保持する位相保持機構とを備えたものがあり、例えば特開平１−９２５０４号公報や特開平９−２５０３１０号公報に開示されている。
【０００３】
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１流体通路を介して進角用室へ作動流体を供給すると共に第２流体通路を介して遅角用室から作動油を排出することにより、回転軸が回転伝達部材に対してベーンが突部の進角側の周方向端面に当接する最進角位置までの任意な位置に進角方向へ回転して弁開閉時期が早められ、第２流体通路を介して遅角用室へ作動流体を供給すると共に第１流体通路を介して進角用室から作動油を排出することにより、回転軸が回転伝達部材に対してベーンが突部の遅角側の周方向端面に当接する最遅角位置までの任意な位置に遅角方向へ回転して弁開閉時期が遅らされる。
【０００４】
また、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、回転伝達部材から回転軸への回転伝達経路に流体圧室及びベーンが介在していることから、内燃機関の運転中、回転軸には常に遅角方向への力が作用しており、内燃機関の停止時に流体圧室への作動油の供給が停止されると、流体圧室の油圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転し、回転軸と回転伝達部材の相対位相はベーンが突部の遅角側の周方向端面に当接する最遅角位置での位相となる。この状態にて内燃機関が始動されると、流体圧室の油圧が上昇し該油圧によりベーンを保持することができるようになるまでは不安定な状態となり、回転軸に生じる変動トルクによってベーンが振動し、突部の周方向端面と衝突して打音が生じたりするので、これを回避するために、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材との相対位相が最遅角位置にて保持されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の高速回転域では、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、吸気弁の閉時期を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。
【０００６】
しかしながら、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置を吸気弁の開閉時期を制御するために用いる場合には、最遅角位置での弁開閉時期は、上記したように内燃機関の始動時に吸気が可能な時期に設定される必要があるため、高速回転域において吸気弁の閉時期を遅らせて吸気の慣性による体積効率の向上を図ることができない。これは、最遅角位置での弁開閉時期を吸気の慣性による体積効率の向上が可能な時期に設定すると、最遅角位置での内燃機関の始動時に、ピストンが下死点を過ぎ上死点に向かい始めても吸気弁が開いていて、また吸気に慣性がないため、一度吸入した吸気が逆流して排出してしまい、圧縮比が上がらずに、燃焼ができない状態が発生し、内燃機関の始動が困難となるからである。尚、この問題は、最遅角位置での弁開閉時期を吸気の慣性による体積効率の向上が可能な時期に設定しなくても、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置にように、最遅角位置での弁開閉時期を始動時に吸気が可能な時期に設定した場合であっても、吸気弁の閉時期がピストンの下死点後に設定されていると、気圧の低い高所等では発生しやすい。
【０００７】
また、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置を排気弁の開閉時期を制御するために用いる場合にも、排気弁の閉時期を同様に遅らせると、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間が長くなり、内部ＥＧＲ量（排気ガス再循環量）が増大して内燃機関の始動性の低下を招く。
【０００８】
それゆえ、本発明は、内燃機関の始動時におけるベーンによる打音の発生及び始動不良を確実に防止しつつ、その可変制御領域を拡大させることができる弁開閉時期制御装置を提供することを、その課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、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、該回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランク軸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設けられたベーンと、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、前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相である時に前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相を保持する位相保持機構とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記ベーンにより前記遅角用室の容積が最小とされる最大進角状態における前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相と前記ベーンにより前記進角用室の容積が最小とされる最大遅角状態における相対位相の間の中間的な相対位相であって、前記内燃機関が始動可能な弁開閉時期にある時の所定の中間的な相対位相時に前記位相保持機構により前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が保持されるようにすると共に、前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて第１位置と第２位置の間を回転可能な制限部材を設け、前記流体圧が設定値よりも大きいときには前記第１位置にて前記回転軸と前記回転伝達部材の最大遅角状態における相対位相が許容されると共に前記流体圧が設定値よりも小さいときには前記第２位置にて前記制限部材が前記ベーンと当接して前記回転軸と前記回転伝達部材の遅角側への相対位相が前記所定の中間的な相対位相に制限されるようにしたことである。
【００１０】
上記した手段によれば、内燃機関の停止時に流体圧室への作動流体の供給が停止されると、流体圧室の流体圧が低下して同流体圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転するものの、流体圧室の流体圧が設定値未満となることで制限部材が第２位置に回転してベーンと当接し、回転伝達部材に対する回転軸の遅角側への相対回転が制限され、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材の相対位相が中間的な相対位相に保持される。これにより、内燃機関の始動時にベーンが流体圧室の周方向端面に衝突して打音が発生するのが的確に防止される。
【００１１】
また、内燃機関の始動時の弁開閉時期が上記した中間的な相対位相時に得られるので、最遅角位置では中間的な相対位相時よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、吸気の慣性を利用して体積効率の向上を図ることが可能となると共に、始動時の弁開閉時期を進角させることができ、圧縮比低下による内燃機関の始動不良を防止することが可能となる。
【００１２】
上記した弁開閉時期制御装置は、前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて移動可能にラック部材と該ラック部材を前記流体圧に抗する方向に付勢する付勢部材が設けられ、前記制限部材が前記ラック部材に噛合する歯を円弧状に有することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従った弁開閉時期制御装置の実施形態を図面に基づき、説明する。
【００１４】
図１乃至図４において、弁開閉時期制御装置は、内燃機関のシリンダヘッド７０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（図１の左端）に一体的に組付けた内部ロータ２０とからなる弁開閉用の回転軸と、カムシャフト１０及び内部ロータ２０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、リアプレート５０及びリアプレート５０の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット５１から成る回転伝達部材と、内部ロータ２０に組付けた４枚のベーン６０と、外部ロータ３０に組付けたロック機構（位相保持機構）８０と、外部ロータ３０に組付けたストッパ部材９２等からなる相対回転制限機構９０等によって構成されている。尚、タイミングスプロケット５１には、周知のように、図示省略したクランク軸からクランクスプロケットとタイミングチェーンを介して図２乃至図４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。
【００１５】
カムシャフト１０は、吸気弁を開閉する図示しない周知のカムを有していて、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる遅角通路１１及び進角通路１２が設けられている。進角通路１２は、カムシャフト１０に設けた取付ボルト１６用の取付孔内に形成されていて、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１３及び環状溝１４とシリンダヘッド７０に設けた接続通路７２を通して制御弁１００の接続ポート１０１ｂに接続されている。遅角通路１１は、カムシャフト１０に設けた環状溝１５とシリンダヘッド７０に設けた接続通路７１及び切換弁１１０を介して制御弁１００の接続ポート１０１ａに接続されている。
【００１６】
制御弁１００は、ソレノイド１０２へ通電することによりハウジング内に軸方向に移動可能に嵌挿されたスプール１０１をスプリング１０３に抗して図１の左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Ｐに接続された供給ポート１０１ｃが接続ポート１０１ａに連通すると共に、接続ポート１０１ｂが排出ポート１０１ｄに連通するように、また通電時には供給ポート１０１ｃが接続ポート１０１ｂに連通すると共に、接続ポート１０１ａが排出ポート１０１ｄに連通するように構成されている。このため、制御弁１００のソレノイド１０２の非通電時には切換弁１１０を介して遅角通路１１に作動油が供給され、ソレノイド１０２の通電時には進角通路１２に作動油が供給され、ソレノイド１０２への通電が図示しない制御装置によりデューティ制御される。
【００１７】
切換弁１１０は、ソレノイド１１２へ通電することによりハウジング内に軸方向に移動可能に嵌挿されたスプール１１１をスプリング１１３に抗して図１の右側へ移動できるものであり、非通電時には制御弁１００の接続ポート１０１ａを接続通路７１を介して遅角通路１１と連通し、通電時には制御弁１００の接続ポート１０１ａと遅角通路１１との連通を遮断し、遅角通路１１を接続通路７１を介してドレンに連通するように構成されている。尚、ソレノイド１１２への通電は図示しない制御装置によりオン・オフ制御される。
【００１８】
内部ロータ２０は、単一の取付ボルト１６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６０を夫々径方向に移動可能に取り付けるためのベーン溝２０ａを有すると共に、カムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が後述する所定の位相（ベーンの中立位置）で同期したときロック機構８０のロックピン８１の小径部の頭部が所定量嵌入される受容孔２４と、この受容孔２４に進角通路１２から作動油を給排するように受容孔２４と進角通路１２を連通する通路２５と、各ベーン６０によって区画された進角用室Ｒ１に進角通路１２から作動油を給排するように進角通路１２と各進角用室Ｒ２を連通する通路２３と、カムシャフト１０の先端面に対向する側の一端面に形成され遅角通路１１に連通する環状溝２１と、該環状溝２１から軸方向に他端面側に延びる４つの通路２２と、各ベーン６０によって区画された遅角用室Ｒ２に遅角通路１１から作動油を環状溝２１及び通路２２を通して給排するように各通路２２と各遅角用室Ｒ２を連通する通路２６を有している。受容孔２４は、内部ロータ２０の外周に径方向に形成されている。尚、各ベーン６０は、ベーン溝２１の底部に収容したベーンスプリング４１によって径方向外方に付勢されている。
【００１９】
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が接合され、貫通孔３２を貫通する４本の連結ボルト４２によって一体的に連結されている。また、外部ロータ３０の内周には所定の周方向間隔で４個の突部３１が径方向内方に向けて夫々突出形成されていて、これら突部３１の内周面が内部ロータ２０の外周面に摺接する構成で外部ロータ３０が内部ロータ２０に回転自在に支承されており、一つの突部３１にはロックピン８１とスプリング８２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。また、退避孔３３が形成される突部３１に軸対象な位置にある突部３１には、相対回転制限機構９０のラック部材９１を収容する収容孔３４が径方向に形成されていると共に、その進角側の端面（図２において回転方向側の端面）に半円状の凹部３５が形成されている。尚、収容孔３４の側部は凹部３５の円弧部分に開口していると共に、凹部３５の弦部分は後述する進角用室Ｒ１に開口している。また、収容孔３４の内方開口端は突部３１の内周に形成された連通溝２７を隣設された遅角用室Ｒ２に連通されている。
【００２０】
各ベーン６０は、先端の断面形状が円弧形状であり、両プレート４０、５０間にて内部ロータ２０のベーン溝２０ａに径方向に移動可能に取り付けられていて、外部ロータ３０と、外部ロータ３０の各突部３１と、内部ロータ２０と、フロントプレート４０と、リアプレート５０との間に形成される流体圧室Ｒ０を進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに二分しており、外部ロータ３０に形成した一対の突部３１の互いに対向する周方向端面のストッパ部３１ａに１つのベーン６０が当接することにより、当該弁開閉時期制御装置により調整される位相（相対回転量）が制限されるようになっている。
【００２１】
ロックピン８１は、退避孔３３内に軸方向へ摺動可能に組み付けられていて、スプリング８２によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。スプリング８２はロックピン８１とリテーナ８３間に介装されていて、リテーナ８３は退避孔３３内にてスナップリング８４により抜け止め固定されている。
【００２２】
図５及び図６に示すように、ラック部材９１は、収容孔３４内に軸方向へ摺動可能に組付けられていて、スプリング９３によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。スプリング９３は収容孔３４の外方底部に一端を係止されている。凹部３５の円弧部分に開口する収容孔３４の側部側に位置するラック部材９１の側部には軸方向に連続してラックが形成されている。凹部３５内には外部ロータ３０に軸方向に支持されるシャフト９４回りに回転可能とされた半月状のストッパ部材９２が収容されている。ストッパ部材９２の円弧部分には、ラック部材９１のラックに噛合するギヤが周方向に形成されており、これによりラック部材９１の収容孔３４の軸方向への移動に応じてストッパ部材９２がシャフト９４回りに所定角度回転されるようになっている。即ち、ラック部材９１が収容孔３４内をスプリング９３に抗して最外方に移動した時、ストッパ部材９２は弦部９２ｃがベーン６０に対向する第１位置に位置され（図６参照）、ラック部材９１が収容孔３４内をスプリング９３により最内方に移動した時、ストッパ部材９２は第１位置から所定角度回転して、弦部９２ｃが径方向外方を向く第２位置に位置される。また、上記したように、収容孔３４は、突部３１に形成される連通溝２７を介してその内方端を隣設する遅角用室Ｒ２に常時連通されている。これにより、ラック部材９１は連通溝２７を介して供給される遅角用室Ｒ２の油圧が設定圧以上の時にストッパ部材９２を第１位置に回転させるようにスプリング９３に抗して収容孔３４内を外方に移動し、同油圧が設定圧未満の時にストッパ部材９２を第２位置に回転させるようにスプリング９３により収容孔３４内を内方に移動するようにされている。
【００２３】
本実施形態においては、上記したようにカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、各ベーン６０が各流体圧室Ｒ０内にて中立位置にある時（各ベーンが各突部３１の進角側の周方向端面及び遅角側の周方向端面にも当接しない位置にある中間位相の時）に退避孔３３と受容孔２４が同期し、ロックピン８１の頭部が受容孔２４に嵌入可能であるようになっていて、この所定の相対位相にある時、図示しない吸気弁の開閉時期が内燃機関の始動が可能な時期（吸気弁の開閉時期がわずかに進められる（中間進角）時期（最大遅角位置から所定角度αだけ進角した時期））になるように設定されている。また、本実施形態においては、図２及び図５に示すようにストッパ部材９２が第２位置にある時、ベーン（図２の右下のベーン）６０がストッパ部材９２の円周部９２ｂに当接してカムシャフト１０及び内部ロータ２０の外部ロータ３０に対する遅角側への相対回転が制限され、この時のカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が上記した所定の相対位相となるようにストッパ部材９２の大きさ等が設定されている。また、本実施形態においては、図３及び図６に示すようにストッパ部材９２が第１位置にある時には、ベーン（図３左上のベーン）６０がストッパ部３１ａに当接する最大遅角状態へのカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０との間の相対回転が制限されることがないようにストッパ部材９２の大きさ等が設定されている。
【００２４】
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、内燃機関が始動され各進角用室Ｒ１及び各遅角用室Ｒ２に所定油圧が供給される図２に示す中間位相でのバランス状態（各進角用室Ｒ１内の進角油圧による押圧力が、各遅角用室Ｒ２内の遅角油圧による押圧力と、外部ロータ３０から内部ロータ２０への回転伝達経路に流体圧室Ｒ０及びベーン６０が介在していることから内部ロータ２０及びカムシャフト１０に常に作用している遅角方向への力との和とバランスしている状態）において、内燃機関の運転状態に応じて、制御弁１００のソレノイド１０２へ供給される電流のデューティ比を高くすることにより、進角通路１２と通路２３を通して各進角用室Ｒ１に作動油が供給されると共に、各遅角用室Ｒ２から各通路２６、２２と遅角通路１１と制御弁１００等を通して作動油が排出されると、内部ロータ２０と各ベーン６０が外部ロータ３０、両プレート４０、５０等に対して進角側（図２の時計方向）に相対回転し、この相対回転量（最大進角量）は、１つのベーン（図２の左上のベーン）６０が突部３１の進角側のストッパ部３１ａに当接することにより制限される。また、制御弁１００のソレノイド１０２へ供給される電流のデューティ比を低くすることにより、遅角通路１１と各通路２２、２６を通して各遅角用室Ｒ２に作動油が供給されると共に、各進角用室Ｒ１から各通路２３と進角通路１２と制御弁１００等を通して作動油が排出されると、内部ロータ２０と各ベーン６０が外部ロータ３０、両プレート４０、５０等に対して遅角側（図２の反時計方向）に相対回転し、この相対回転量（最大遅角量）は、図３に示すように、１つのベーン６０が遅角側のストッパ部３１ａに当接することにより制限される。尚、この位相変換制御中（最大遅角状態時を除く）は、受容孔２４に通路２５を通して設定圧以上の油圧（上記した所定油圧よりも低い油圧）が供給されており、ロックピン８１がスプリング８２に抗して移動し、ロックピン８１の頭部が受容孔２９から退避孔３３に退避して、ロックピン８１によるロックが解除されている。また、収容孔３４は連通溝２７を介して隣設する遅角用室Ｒ２に常時連通されているため、上記した遅角方向への位相変換制御中には、設定圧以上の油圧（上記した所定油圧よりも低い油圧）が収容孔３４に供給されている。そのため、ラック部材９１はスプリング９３に抗して外方へ移動され、ストッパ部材９２は第１位置（図６）に回転されていて、上記した遅角方向への位相変換が妨げられることはない。また、上記した位相変換制御中、切換弁１１０は非通電状態にあり、制御弁１００の接続ポート１０１ａを接続通路７１を介して遅角通路１１と連通している。
【００２５】
本実施形態においては、上記したように内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、各ベーン６０が各流体圧室Ｒ０内にて中立位置（図２に示す位置）にあり、退避孔３３と受容孔２９が同期する所定位相にある時、図示しない吸気弁の開閉時期が内燃機関の始動が可能な時期になるように設定されている。そのため、この中立位置からベーン６０が突部３１の遅角側の周方向端面のストッパ部３１ａに当接する最遅角位置までは内燃機関が始動可能な弁開閉時期よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、内燃機関の高速回転時に、上記したように制御弁１００を制御して中立位置より遅角側へ位相変換し、内燃機関の始動が困難な時期まで図示しない吸気弁の閉時期を遅らせることで、吸気の慣性により体積効率が向上し、内燃機関の出力向上を図ることができる。
【００２６】
内燃機関の停止時には、オイルポンプＰの駆動が停止されて流体圧室Ｒ０への作動油の供給が停止されると共に、制御弁１００が非通電状態とされる。これにより、進角用室Ｒ１内の進角油圧による押圧力と遅角用室Ｒ２内の遅角油圧による押圧力がベーン６０に作用しなくなり、内部ロータ２０及びカムシャフト１０には、上記した遅角方向への力（内燃機関のクランク軸が完全に停止するまでの間）のみが作用しており、停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相に応じて停止時の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が決まることになる。この時、停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２９が同期する所定位相よりも進角側にある場合には、内部ロータ２０及びカムシャフト１０に作用する上記した遅角方向への力により内部ロータ２０及びカムシャフト１０が外部ロータ３０に対して遅角側へ移動するが、収容孔３４に連通溝２７を介して供給される遅角用室Ｒ２の油圧が設定圧未満となることからラック部材９１がスプリング９３により収容孔３４の内方に移動し、ストッパ部材９２を第２位置に回転させるため、ベーン（図２の右下のベーン）６０がストッパ部材９２の円周部９２ｃに当接して（図２及び図５参照）、所定の中間位相よりも遅角側へ移動することが規制される。これにより、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相に保たれ、スプリング８２によりロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が保持（ロック）される（図４参照）。
【００２７】
本実施形態においては、内燃機関の始動時に図示しないスタータスイッチがオンされると、スタータスイッチがオンされてから所定時間だけ切換弁１１０のソレノイド１１２へ通電されて、遅角通路１１に連通される接続通路７１がドレンに接続される。これにより、内燃機関の始動時には、制御弁１００は非通電状態にあることから、進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２は共にドレンに連通される。このため、内燃機関の始動時にはカムシャフト１０に作用するカム変動トルクによりカムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して遅角側及び進角側へ大きくばたつき易くなる（振動し易くなる）が、上記したように内燃機関の停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相或いは退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも進角側にある場合には、ロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入しているため、カムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０のばたつきが防止される。
【００２８】
ところで、内燃機関の停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも遅角側にある場合或いは図３に示すように最大遅角状態における相対位相にある場合には、ロックピン８１の頭部が受容孔２４に嵌入されない状態で内燃機関が停止されることがある。この状態にて内燃機関が始動されると、上記した遅角方向への力により内部ロータ２０及びカムシャフト１０が外部ロータ３０に対して遅角側へ移動し、最大遅角状態となり、内燃機関の始動が困難となる。尚、この時、ラック部材９１を付勢するスプリング９３の付勢力は小さいものであるため、スプリング９３によりラック部材９１を介してストッパ部材９２を第２位置へ回動させてカムシャフト１０及び内部ロータ２０を外部ロータ３０に対して最大遅角位置からαだけ進角側に回転させることはできない。本実施形態においては、上記したように内燃機関の始動時に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２が共にドレンに連通されているため、カムシャフト１０に作用するカム変動トルクによりカムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して遅角側及び進角側へ大きくばたつき（振動し）、進角側へばたついた時にスプリング９３によりラック部材９１を介してストッパ部材９２が第２位置へ回動させられる。これにより、ストッパ部材９２の円周部９２ｃにベーン６０が当接することで、カムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも遅角側へ移動することが規制されて、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相にて、スプリング８２によりロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が保持（ロック）される。
【００２９】
よって、内燃機関の始動時には、大きな回転変動を伴うカムシャフト１０、内部ロータ２０及び各ベーン６０等から成るの回転軸と、外部ロータ３０、フロントプレート４０及びリアプレート５０等から成る回転伝達部材の不必要な相対回転がロック機構８０により確実に規制され、回転軸と回転伝達部材の不必要な相対回転に伴うベーン６０による打音の発生を確実に防止することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、内燃機関の始動時におけるベーン６０と突部３１の周方向端面との衝突による打音の発生を防止しつつ、内燃機関の高速回転域において体積効率の向上を図ることができる。
【００３１】
上記した実施形態においては、収容孔３５、受容孔２４及び退避孔３３が径方向に形成され、ラック部材９１及びロックピン８１が径方向に移動する弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明はベーンが周方向に厚肉とされて内部ロータに一体に設けられ、該ベーン又はリアプレート（又はフロントプレート）に退避孔を軸方向に形成し、リアプレート（又はフロントプレート）又はベーンに収容孔及び受容孔を軸方向に形成し、ラック部材及びロックピンが軸方向に移動する弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、上記した実施形態においては、ロックピン８１によるロックが進角用室Ｒ１に供給される油圧により解除される弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明はロックピンを大径部及び小径部を有する段付状に形成して、該ロックピンの小径部に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２に供給される油圧の一方を付与すると共にロックピンの段部と段付孔に形成される環状空間に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２に供給される油圧の他方を付与し、何れかの油圧でロックピンによるロックが解除される弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、上記実施形態においては、一つのベーン６０が一つの突部３１の進角側の周方向端面に形成されるストッパ部３１ａに当接することにより制限される弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は最大進角量が進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２の油圧を制御することによりベーンがストッパ部に当接する前に制限されるようにされた弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、更に上記実施形態においては、吸気用のカムシャフト１０に組付けられる弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は排気用のカムシャフトに組付けられる弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、内燃機関の停止時に流体圧室への作動流体の供給が停止されると、流体圧室の流体圧が低下して同流体圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転するものの、流体圧室の流体圧が設定値未満となることで制限部材が第２位置に回転してベーンと当接し、回転伝達部材に対する回転軸の遅角側への相対回転が制限され、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材の相対位相が中間的な相対位相に保持される。これにより、内燃機関の始動時にベーンが流体圧室の周方向端面に衝突して打音が発生するのが的確に防止される。
【００３３】
また、内燃機関の始動時の弁開閉時期が上記した中間的な相対位相時に得られるので、最遅角位置では中間的な相対位相時よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、吸気の慣性を利用して体積効率の向上を図り内燃機関の出力を向上させることが可能となると共に、始動時の弁開閉時期を進角させることができ、圧縮比低下による内燃機関の始動不良を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った弁開閉時期制御装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図２】制限部材により回転軸と回転伝達部材の相対位相が所定の中間的な相対位相に制限されている状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】最大遅角状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】制限部材により回転軸と回転伝達部材の相対位相が所定の中間的な相対位相に制限され、位相保持機構により同中間的な相対位相に保持されている状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】制限部材が第２位置にある状態を示す一部拡大断面図である。
【図６】制限部材が第１位置にある状態を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ カムシャフト（回転軸）
１１ 遅角通路（第２流体通路）
１２ 進角通路（第１流体通路）
２０ 内部ロータ（回転軸）
２４ 受容孔
２７ 連通溝
３０ 外部ロータ（回転伝達部材）
３１ 突部
３３ 退避孔
３４ 収容孔
３５ 凹部
４０ フロントプレート（回転伝達部材）
５０ リアプレート（回転伝達部材）
５１ タイミングスプロケット（回転伝達部材）
６０ ベーン
７０ シリンダヘッド
８０ ロック機構（位相保持機構）
８１ ロックピン
８２ スプリング
９０ 相対回転制限機構
９１ ラック部材
９２ ストッパ部材（制限部材）
９３ スプリング（付勢部材）
１００ 制御弁
１１０ 切換弁
Ｒ０ 流体圧室
Ｒ１ 進角用室
Ｒ２ 遅角用室
【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１つとして、弁開閉用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軸のクランクスプロケット又は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複数のベーンと、前記回転伝達部材に設けられた突部と前記回転軸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夫々二分される複数の流体圧室と、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、遅角用室に流体を給排する第２流体通路と、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ある時に前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相を保持する位相保持機構とを備えたものがあり、例えば特開平１−９２５０４号公報や特開平９−２５０３１０号公報に開示されている。
【０００３】
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１流体通路を介して進角用室へ作動流体を供給すると共に第２流体通路を介して遅角用室から作動油を排出することにより、回転軸が回転伝達部材に対してベーンが突部の進角側の周方向端面に当接する最進角位置までの任意な位置に進角方向へ回転して弁開閉時期が早められ、第２流体通路を介して遅角用室へ作動流体を供給すると共に第１流体通路を介して進角用室から作動油を排出することにより、回転軸が回転伝達部材に対してベーンが突部の遅角側の周方向端面に当接する最遅角位置までの任意な位置に遅角方向へ回転して弁開閉時期が遅らされる。
【０００４】
また、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、回転伝達部材から回転軸への回転伝達経路に流体圧室及びベーンが介在していることから、内燃機関の運転中、回転軸には常に遅角方向への力が作用しており、内燃機関の停止時に流体圧室への作動油の供給が停止されると、流体圧室の油圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転し、回転軸と回転伝達部材の相対位相はベーンが突部の遅角側の周方向端面に当接する最遅角位置での位相となる。この状態にて内燃機関が始動されると、流体圧室の油圧が上昇し該油圧によりベーンを保持することができるようになるまでは不安定な状態となり、回転軸に生じる変動トルクによってベーンが振動し、突部の周方向端面と衝突して打音が生じたりするので、これを回避するために、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材との相対位相が最遅角位置にて保持されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の高速回転域では、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、吸気弁の閉時期を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。
【０００６】
しかしながら、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置を吸気弁の開閉時期を制御するために用いる場合には、最遅角位置での弁開閉時期は、上記したように内燃機関の始動時に吸気が可能な時期に設定される必要があるため、高速回転域において吸気弁の閉時期を遅らせて吸気の慣性による体積効率の向上を図ることができない。これは、最遅角位置での弁開閉時期を吸気の慣性による体積効率の向上が可能な時期に設定すると、最遅角位置での内燃機関の始動時に、ピストンが下死点を過ぎ上死点に向かい始めても吸気弁が開いていて、また吸気に慣性がないため、一度吸入した吸気が逆流して排出してしまい、圧縮比が上がらずに、燃焼ができない状態が発生し、内燃機関の始動が困難となるからである。尚、この問題は、最遅角位置での弁開閉時期を吸気の慣性による体積効率の向上が可能な時期に設定しなくても、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置にように、最遅角位置での弁開閉時期を始動時に吸気が可能な時期に設定した場合であっても、吸気弁の閉時期がピストンの下死点後に設定されていると、気圧の低い高所等では発生しやすい。
【０００７】
また、上記した各公報に開示される弁開閉時期制御装置を排気弁の開閉時期を制御するために用いる場合にも、排気弁の閉時期を同様に遅らせると、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間が長くなり、内部ＥＧＲ量（排気ガス再循環量）が増大して内燃機関の始動性の低下を招く。
【０００８】
それゆえ、本発明は、内燃機関の始動時におけるベーンによる打音の発生及び始動不良を確実に防止しつつ、その可変制御領域を拡大させることができる弁開閉時期制御装置を提供することを、その課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、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、該回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランク軸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設けられたベーンと、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、前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相である時に前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相を保持する位相保持機構とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記ベーンにより前記遅角用室の容積が最小とされる最大進角状態における前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相と前記ベーンにより前記進角用室の容積が最小とされる最大遅角状態における相対位相の間の中間的な相対位相であって、前記内燃機関が始動可能な弁開閉時期にある時の所定の中間的な相対位相時に前記位相保持機構により前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が保持されるようにすると共に、前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて第１位置と第２位置の間を回転可能な制限部材を設け、前記流体圧が設定値よりも大きいときには前記第１位置にて前記回転軸と前記回転伝達部材の最大遅角状態における相対位相が許容されると共に前記流体圧が設定値よりも小さいときには前記第２位置にて前記制限部材が前記ベーンと当接して前記回転軸と前記回転伝達部材の遅角側への相対位相が前記所定の中間的な相対位相に制限されるようにしたことである。
【００１０】
上記した手段によれば、内燃機関の停止時に流体圧室への作動流体の供給が停止されると、流体圧室の流体圧が低下して同流体圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転するものの、流体圧室の流体圧が設定値未満となることで制限部材が第２位置に回転してベーンと当接し、回転伝達部材に対する回転軸の遅角側への相対回転が制限され、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材の相対位相が中間的な相対位相に保持される。これにより、内燃機関の始動時にベーンが流体圧室の周方向端面に衝突して打音が発生するのが的確に防止される。
【００１１】
また、内燃機関の始動時の弁開閉時期が上記した中間的な相対位相時に得られるので、最遅角位置では中間的な相対位相時よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、吸気の慣性を利用して体積効率の向上を図ることが可能となると共に、始動時の弁開閉時期を進角させることができ、圧縮比低下による内燃機関の始動不良を防止することが可能となる。
【００１２】
上記した弁開閉時期制御装置は、前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて移動可能にラック部材と該ラック部材を前記流体圧に抗する方向に付勢する付勢部材が設けられ、前記制限部材が前記ラック部材に噛合する歯を円弧状に有することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従った弁開閉時期制御装置の実施形態を図面に基づき、説明する。
【００１４】
図１乃至図４において、弁開閉時期制御装置は、内燃機関のシリンダヘッド７０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（図１の左端）に一体的に組付けた内部ロータ２０とからなる弁開閉用の回転軸と、カムシャフト１０及び内部ロータ２０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、リアプレート５０及びリアプレート５０の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット５１から成る回転伝達部材と、内部ロータ２０に組付けた４枚のベーン６０と、外部ロータ３０に組付けたロック機構（位相保持機構）８０と、外部ロータ３０に組付けたストッパ部材９２等からなる相対回転制限機構９０等によって構成されている。尚、タイミングスプロケット５１には、周知のように、図示省略したクランク軸からクランクスプロケットとタイミングチェーンを介して図２乃至図４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。
【００１５】
カムシャフト１０は、吸気弁を開閉する図示しない周知のカムを有していて、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる遅角通路１１及び進角通路１２が設けられている。進角通路１２は、カムシャフト１０に設けた取付ボルト１６用の取付孔内に形成されていて、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１３及び環状溝１４とシリンダヘッド７０に設けた接続通路７２を通して制御弁１００の接続ポート１０１ｂに接続されている。遅角通路１１は、カムシャフト１０に設けた環状溝１５とシリンダヘッド７０に設けた接続通路７１及び切換弁１１０を介して制御弁１００の接続ポート１０１ａに接続されている。
【００１６】
制御弁１００は、ソレノイド１０２へ通電することによりハウジング内に軸方向に移動可能に嵌挿されたスプール１０１をスプリング１０３に抗して図１の左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Ｐに接続された供給ポート１０１ｃが接続ポート１０１ａに連通すると共に、接続ポート１０１ｂが排出ポート１０１ｄに連通するように、また通電時には供給ポート１０１ｃが接続ポート１０１ｂに連通すると共に、接続ポート１０１ａが排出ポート１０１ｄに連通するように構成されている。このため、制御弁１００のソレノイド１０２の非通電時には切換弁１１０を介して遅角通路１１に作動油が供給され、ソレノイド１０２の通電時には進角通路１２に作動油が供給され、ソレノイド１０２への通電が図示しない制御装置によりデューティ制御される。
【００１７】
切換弁１１０は、ソレノイド１１２へ通電することによりハウジング内に軸方向に移動可能に嵌挿されたスプール１１１をスプリング１１３に抗して図１の右側へ移動できるものであり、非通電時には制御弁１００の接続ポート１０１ａを接続通路７１を介して遅角通路１１と連通し、通電時には制御弁１００の接続ポート１０１ａと遅角通路１１との連通を遮断し、遅角通路１１を接続通路７１を介してドレンに連通するように構成されている。尚、ソレノイド１１２への通電は図示しない制御装置によりオン・オフ制御される。
【００１８】
内部ロータ２０は、単一の取付ボルト１６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６０を夫々径方向に移動可能に取り付けるためのベーン溝２０ａを有すると共に、カムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が後述する所定の位相（ベーンの中立位置）で同期したときロック機構８０のロックピン８１の小径部の頭部が所定量嵌入される受容孔２４と、この受容孔２４に進角通路１２から作動油を給排するように受容孔２４と進角通路１２を連通する通路２５と、各ベーン６０によって区画された進角用室Ｒ１に進角通路１２から作動油を給排するように進角通路１２と各進角用室Ｒ２を連通する通路２３と、カムシャフト１０の先端面に対向する側の一端面に形成され遅角通路１１に連通する環状溝２１と、該環状溝２１から軸方向に他端面側に延びる４つの通路２２と、各ベーン６０によって区画された遅角用室Ｒ２に遅角通路１１から作動油を環状溝２１及び通路２２を通して給排するように各通路２２と各遅角用室Ｒ２を連通する通路２６を有している。受容孔２４は、内部ロータ２０の外周に径方向に形成されている。尚、各ベーン６０は、ベーン溝２１の底部に収容したベーンスプリング４１によって径方向外方に付勢されている。
【００１９】
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が接合され、貫通孔３２を貫通する４本の連結ボルト４２によって一体的に連結されている。また、外部ロータ３０の内周には所定の周方向間隔で４個の突部３１が径方向内方に向けて夫々突出形成されていて、これら突部３１の内周面が内部ロータ２０の外周面に摺接する構成で外部ロータ３０が内部ロータ２０に回転自在に支承されており、一つの突部３１にはロックピン８１とスプリング８２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。また、退避孔３３が形成される突部３１に軸対象な位置にある突部３１には、相対回転制限機構９０のラック部材９１を収容する収容孔３４が径方向に形成されていると共に、その進角側の端面（図２において回転方向側の端面）に半円状の凹部３５が形成されている。尚、収容孔３４の側部は凹部３５の円弧部分に開口していると共に、凹部３５の弦部分は後述する進角用室Ｒ１に開口している。また、収容孔３４の内方開口端は突部３１の内周に形成された連通溝２７を隣設された遅角用室Ｒ２に連通されている。
【００２０】
各ベーン６０は、先端の断面形状が円弧形状であり、両プレート４０、５０間にて内部ロータ２０のベーン溝２０ａに径方向に移動可能に取り付けられていて、外部ロータ３０と、外部ロータ３０の各突部３１と、内部ロータ２０と、フロントプレート４０と、リアプレート５０との間に形成される流体圧室Ｒ０を進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに二分しており、外部ロータ３０に形成した一対の突部３１の互いに対向する周方向端面のストッパ部３１ａに１つのベーン６０が当接することにより、当該弁開閉時期制御装置により調整される位相（相対回転量）が制限されるようになっている。
【００２１】
ロックピン８１は、退避孔３３内に軸方向へ摺動可能に組み付けられていて、スプリング８２によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。スプリング８２はロックピン８１とリテーナ８３間に介装されていて、リテーナ８３は退避孔３３内にてスナップリング８４により抜け止め固定されている。
【００２２】
図５及び図６に示すように、ラック部材９１は、収容孔３４内に軸方向へ摺動可能に組付けられていて、スプリング９３によって内部ロータ２０に向けて付勢されている。スプリング９３は収容孔３４の外方底部に一端を係止されている。凹部３５の円弧部分に開口する収容孔３４の側部側に位置するラック部材９１の側部には軸方向に連続してラックが形成されている。凹部３５内には外部ロータ３０に軸方向に支持されるシャフト９４回りに回転可能とされた半月状のストッパ部材９２が収容されている。ストッパ部材９２の円弧部分には、ラック部材９１のラックに噛合するギヤが周方向に形成されており、これによりラック部材９１の収容孔３４の軸方向への移動に応じてストッパ部材９２がシャフト９４回りに所定角度回転されるようになっている。即ち、ラック部材９１が収容孔３４内をスプリング９３に抗して最外方に移動した時、ストッパ部材９２は弦部９２ｃがベーン６０に対向する第１位置に位置され（図６参照）、ラック部材９１が収容孔３４内をスプリング９３により最内方に移動した時、ストッパ部材９２は第１位置から所定角度回転して、弦部９２ｃが径方向外方を向く第２位置に位置される。また、上記したように、収容孔３４は、突部３１に形成される連通溝２７を介してその内方端を隣設する遅角用室Ｒ２に常時連通されている。これにより、ラック部材９１は連通溝２７を介して供給される遅角用室Ｒ２の油圧が設定圧以上の時にストッパ部材９２を第１位置に回転させるようにスプリング９３に抗して収容孔３４内を外方に移動し、同油圧が設定圧未満の時にストッパ部材９２を第２位置に回転させるようにスプリング９３により収容孔３４内を内方に移動するようにされている。
【００２３】
本実施形態においては、上記したようにカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、各ベーン６０が各流体圧室Ｒ０内にて中立位置にある時（各ベーンが各突部３１の進角側の周方向端面及び遅角側の周方向端面にも当接しない位置にある中間位相の時）に退避孔３３と受容孔２４が同期し、ロックピン８１の頭部が受容孔２４に嵌入可能であるようになっていて、この所定の相対位相にある時、図示しない吸気弁の開閉時期が内燃機関の始動が可能な時期（吸気弁の開閉時期がわずかに進められる（中間進角）時期（最大遅角位置から所定角度αだけ進角した時期））になるように設定されている。また、本実施形態においては、図２及び図５に示すようにストッパ部材９２が第２位置にある時、ベーン（図２の右下のベーン）６０がストッパ部材９２の円周部９２ｂに当接してカムシャフト１０及び内部ロータ２０の外部ロータ３０に対する遅角側への相対回転が制限され、この時のカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が上記した所定の相対位相となるようにストッパ部材９２の大きさ等が設定されている。また、本実施形態においては、図３及び図６に示すようにストッパ部材９２が第１位置にある時には、ベーン（図３左上のベーン）６０がストッパ部３１ａに当接する最大遅角状態へのカムシャフト１０及び内部ロータ２０と外部ロータ３０との間の相対回転が制限されることがないようにストッパ部材９２の大きさ等が設定されている。
【００２４】
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、内燃機関が始動され各進角用室Ｒ１及び各遅角用室Ｒ２に所定油圧が供給される図２に示す中間位相でのバランス状態（各進角用室Ｒ１内の進角油圧による押圧力が、各遅角用室Ｒ２内の遅角油圧による押圧力と、外部ロータ３０から内部ロータ２０への回転伝達経路に流体圧室Ｒ０及びベーン６０が介在していることから内部ロータ２０及びカムシャフト１０に常に作用している遅角方向への力との和とバランスしている状態）において、内燃機関の運転状態に応じて、制御弁１００のソレノイド１０２へ供給される電流のデューティ比を高くすることにより、進角通路１２と通路２３を通して各進角用室Ｒ１に作動油が供給されると共に、各遅角用室Ｒ２から各通路２６、２２と遅角通路１１と制御弁１００等を通して作動油が排出されると、内部ロータ２０と各ベーン６０が外部ロータ３０、両プレート４０、５０等に対して進角側（図２の時計方向）に相対回転し、この相対回転量（最大進角量）は、１つのベーン（図２の左上のベーン）６０が突部３１の進角側のストッパ部３１ａに当接することにより制限される。また、制御弁１００のソレノイド１０２へ供給される電流のデューティ比を低くすることにより、遅角通路１１と各通路２２、２６を通して各遅角用室Ｒ２に作動油が供給されると共に、各進角用室Ｒ１から各通路２３と進角通路１２と制御弁１００等を通して作動油が排出されると、内部ロータ２０と各ベーン６０が外部ロータ３０、両プレート４０、５０等に対して遅角側（図２の反時計方向）に相対回転し、この相対回転量（最大遅角量）は、図３に示すように、１つのベーン６０が遅角側のストッパ部３１ａに当接することにより制限される。尚、この位相変換制御中（最大遅角状態時を除く）は、受容孔２４に通路２５を通して設定圧以上の油圧（上記した所定油圧よりも低い油圧）が供給されており、ロックピン８１がスプリング８２に抗して移動し、ロックピン８１の頭部が受容孔２９から退避孔３３に退避して、ロックピン８１によるロックが解除されている。また、収容孔３４は連通溝２７を介して隣設する遅角用室Ｒ２に常時連通されているため、上記した遅角方向への位相変換制御中には、設定圧以上の油圧（上記した所定油圧よりも低い油圧）が収容孔３４に供給されている。そのため、ラック部材９１はスプリング９３に抗して外方へ移動され、ストッパ部材９２は第１位置（図６）に回転されていて、上記した遅角方向への位相変換が妨げられることはない。また、上記した位相変換制御中、切換弁１１０は非通電状態にあり、制御弁１００の接続ポート１０１ａを接続通路７１を介して遅角通路１１と連通している。
【００２５】
本実施形態においては、上記したように内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、各ベーン６０が各流体圧室Ｒ０内にて中立位置（図２に示す位置）にあり、退避孔３３と受容孔２９が同期する所定位相にある時、図示しない吸気弁の開閉時期が内燃機関の始動が可能な時期になるように設定されている。そのため、この中立位置からベーン６０が突部３１の遅角側の周方向端面のストッパ部３１ａに当接する最遅角位置までは内燃機関が始動可能な弁開閉時期よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、内燃機関の高速回転時に、上記したように制御弁１００を制御して中立位置より遅角側へ位相変換し、内燃機関の始動が困難な時期まで図示しない吸気弁の閉時期を遅らせることで、吸気の慣性により体積効率が向上し、内燃機関の出力向上を図ることができる。
【００２６】
内燃機関の停止時には、オイルポンプＰの駆動が停止されて流体圧室Ｒ０への作動油の供給が停止されると共に、制御弁１００が非通電状態とされる。これにより、進角用室Ｒ１内の進角油圧による押圧力と遅角用室Ｒ２内の遅角油圧による押圧力がベーン６０に作用しなくなり、内部ロータ２０及びカムシャフト１０には、上記した遅角方向への力（内燃機関のクランク軸が完全に停止するまでの間）のみが作用しており、停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相に応じて停止時の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が決まることになる。この時、停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２９が同期する所定位相よりも進角側にある場合には、内部ロータ２０及びカムシャフト１０に作用する上記した遅角方向への力により内部ロータ２０及びカムシャフト１０が外部ロータ３０に対して遅角側へ移動するが、収容孔３４に連通溝２７を介して供給される遅角用室Ｒ２の油圧が設定圧未満となることからラック部材９１がスプリング９３により収容孔３４の内方に移動し、ストッパ部材９２を第２位置に回転させるため、ベーン（図２の右下のベーン）６０がストッパ部材９２の円周部９２ｃに当接して（図２及び図５参照）、所定の中間位相よりも遅角側へ移動することが規制される。これにより、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相に保たれ、スプリング８２によりロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が保持（ロック）される（図４参照）。
【００２７】
本実施形態においては、内燃機関の始動時に図示しないスタータスイッチがオンされると、スタータスイッチがオンされてから所定時間だけ切換弁１１０のソレノイド１１２へ通電されて、遅角通路１１に連通される接続通路７１がドレンに接続される。これにより、内燃機関の始動時には、制御弁１００は非通電状態にあることから、進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２は共にドレンに連通される。このため、内燃機関の始動時にはカムシャフト１０に作用するカム変動トルクによりカムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して遅角側及び進角側へ大きくばたつき易くなる（振動し易くなる）が、上記したように内燃機関の停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相或いは退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも進角側にある場合には、ロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入しているため、カムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０のばたつきが防止される。
【００２８】
ところで、内燃機関の停止直前の内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも遅角側にある場合或いは図３に示すように最大遅角状態における相対位相にある場合には、ロックピン８１の頭部が受容孔２４に嵌入されない状態で内燃機関が停止されることがある。この状態にて内燃機関が始動されると、上記した遅角方向への力により内部ロータ２０及びカムシャフト１０が外部ロータ３０に対して遅角側へ移動し、最大遅角状態となり、内燃機関の始動が困難となる。尚、この時、ラック部材９１を付勢するスプリング９３の付勢力は小さいものであるため、スプリング９３によりラック部材９１を介してストッパ部材９２を第２位置へ回動させてカムシャフト１０及び内部ロータ２０を外部ロータ３０に対して最大遅角位置からαだけ進角側に回転させることはできない。本実施形態においては、上記したように内燃機関の始動時に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２が共にドレンに連通されているため、カムシャフト１０に作用するカム変動トルクによりカムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して遅角側及び進角側へ大きくばたつき（振動し）、進角側へばたついた時にスプリング９３によりラック部材９１を介してストッパ部材９２が第２位置へ回動させられる。これにより、ストッパ部材９２の円周部９２ｃにベーン６０が当接することで、カムシャフト１０、内部ロータ２０及びベーン６０が外部ロータ３０に対して、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相よりも遅角側へ移動することが規制されて、退避孔３３と受容孔２４が同期する所定位相にて、スプリング８２によりロックピン８１の頭部が受容孔２４内に嵌入し、内部ロータ２０と外部ロータ３０の相対位相が保持（ロック）される。
【００２９】
よって、内燃機関の始動時には、大きな回転変動を伴うカムシャフト１０、内部ロータ２０及び各ベーン６０等から成るの回転軸と、外部ロータ３０、フロントプレート４０及びリアプレート５０等から成る回転伝達部材の不必要な相対回転がロック機構８０により確実に規制され、回転軸と回転伝達部材の不必要な相対回転に伴うベーン６０による打音の発生を確実に防止することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、内燃機関の始動時におけるベーン６０と突部３１の周方向端面との衝突による打音の発生を防止しつつ、内燃機関の高速回転域において体積効率の向上を図ることができる。
【００３１】
上記した実施形態においては、収容孔３５、受容孔２４及び退避孔３３が径方向に形成され、ラック部材９１及びロックピン８１が径方向に移動する弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明はベーンが周方向に厚肉とされて内部ロータに一体に設けられ、該ベーン又はリアプレート（又はフロントプレート）に退避孔を軸方向に形成し、リアプレート（又はフロントプレート）又はベーンに収容孔及び受容孔を軸方向に形成し、ラック部材及びロックピンが軸方向に移動する弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、上記した実施形態においては、ロックピン８１によるロックが進角用室Ｒ１に供給される油圧により解除される弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明はロックピンを大径部及び小径部を有する段付状に形成して、該ロックピンの小径部に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２に供給される油圧の一方を付与すると共にロックピンの段部と段付孔に形成される環状空間に進角用室Ｒ１及び遅角用室Ｒ２に供給される油圧の他方を付与し、何れかの油圧でロックピンによるロックが解除される弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、上記実施形態においては、一つのベーン６０が一つの突部３１の進角側の周方向端面に形成されるストッパ部３１ａに当接することにより制限される弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は最大進角量が進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２の油圧を制御することによりベーンがストッパ部に当接する前に制限されるようにされた弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、更に上記実施形態においては、吸気用のカムシャフト１０に組付けられる弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は排気用のカムシャフトに組付けられる弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、内燃機関の停止時に流体圧室への作動流体の供給が停止されると、流体圧室の流体圧が低下して同流体圧によってベーンを保持できなくなり、回転軸は回転伝達部材に対して遅角方向へ回転するものの、流体圧室の流体圧が設定値未満となることで制限部材が第２位置に回転してベーンと当接し、回転伝達部材に対する回転軸の遅角側への相対回転が制限され、位相保持機構により回転軸と回転伝達部材の相対位相が中間的な相対位相に保持される。これにより、内燃機関の始動時にベーンが流体圧室の周方向端面に衝突して打音が発生するのが的確に防止される。
【００３３】
また、内燃機関の始動時の弁開閉時期が上記した中間的な相対位相時に得られるので、最遅角位置では中間的な相対位相時よりも更に弁の開閉時期を遅らせることができ、吸気の慣性を利用して体積効率の向上を図り内燃機関の出力を向上させることが可能となると共に、始動時の弁開閉時期を進角させることができ、圧縮比低下による内燃機関の始動不良を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った弁開閉時期制御装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図２】制限部材により回転軸と回転伝達部材の相対位相が所定の中間的な相対位相に制限されている状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】最大遅角状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】制限部材により回転軸と回転伝達部材の相対位相が所定の中間的な相対位相に制限され、位相保持機構により同中間的な相対位相に保持されている状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】制限部材が第２位置にある状態を示す一部拡大断面図である。
【図６】制限部材が第１位置にある状態を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ カムシャフト（回転軸）
１１ 遅角通路（第２流体通路）
１２ 進角通路（第１流体通路）
２０ 内部ロータ（回転軸）
２４ 受容孔
２７ 連通溝
３０ 外部ロータ（回転伝達部材）
３１ 突部
３３ 退避孔
３４ 収容孔
３５ 凹部
４０ フロントプレート（回転伝達部材）
５０ リアプレート（回転伝達部材）
５１ タイミングスプロケット（回転伝達部材）
６０ ベーン
７０ シリンダヘッド
８０ ロック機構（位相保持機構）
８１ ロックピン
８２ スプリング
９０ 相対回転制限機構
９１ ラック部材
９２ ストッパ部材（制限部材）
９３ スプリング（付勢部材）
１００ 制御弁
１１０ 切換弁
Ｒ０ 流体圧室
Ｒ１ 進角用室
Ｒ２ 遅角用室
Claims (2)
- 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、該回転軸に所定範囲で相対回転可能に外装されクランク軸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設けられたベーンと、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、前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が所定の位相である時に前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相を保持する位相保持機構とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記ベーンにより前記遅角用室の容積が最小とされる最大進角状態における前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相と前記ベーンにより前記進角用室の容積が最小とされる最大遅角状態における相対位相の間の中間的な相対位相であって、前記内燃機関が始動可能な弁開閉時期にある時の所定の中間的な相対位相時に前記位相保持機構により前記回転軸と前記回転伝達部材の相対位相が保持されるようにすると共に、前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて第１位置と第２位置の間を回転可能な制限部材を設け、前記流体圧が設定値よりも大きいときには前記第１位置にて前記回転軸と前記回転伝達部材の最大遅角状態における相対位相が許容されると共に前記流体圧が設定値よりも小さいときには前記第２位置にて前記制限部材が前記ベーンと当接して前記回転軸と前記回転伝達部材の遅角側への相対位相が前記所定の中間的な相対位相に制限されるようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
- 前記回転伝達部材に前記進角用室或いは前記遅角用室の少なくとも一方の流体圧に応じて移動可能にラック部材と該ラック部材を前記流体圧に抗する方向に付勢する付勢部材を設け、前記制限部材は前記ラック部材に噛合する歯を円弧状に有することを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP11884298A JP3812137B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 弁開閉時期制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP11884298A JP3812137B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 弁開閉時期制御装置 |
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ID=14746512
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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-
1998
- 1998-04-28 JP JP11884298A patent/JP3812137B2/ja not_active Expired - Fee Related
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