JP3855450B2 - 弁開閉時期制御装置 - 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、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前記退避孔と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、ロックピンの頭部が受容孔に嵌入することにより回転軸と回転伝達部材の相対位相が保持され、ロックピンの受容孔への嵌入時に、ロックピンには退避孔に収容される部分と頭部との境界部位に剪断荷重が作用し、該剪断荷重はカムシャフトに作用する変動トルクにより繰り返し作用する。このため、ロックピン及び受容孔には、この剪断荷重に耐えるだけの強度を確保するための浸炭焼入れ等の熱処理等が必要となり、当該弁開閉時期制御装置の製造コストが嵩むという問題があった。
【０００４】
また、更に上記したようにロックピンに繰り返しの剪断荷重が作用することから、該剪断荷重により退避孔内周面が摩耗及び変形し、ロックピンの摺動が阻害されてロックピンの作動不良が発生する恐れがあった。
【０００５】
それゆえ、本発明は当該弁開閉時期制御装置において、ロック部材によるロック時に剪断荷重がロックピンに作用しないようにして、当該弁開閉時期制御装置の製造コストの増大及びロック部材の作動不良の発生を防止することを、その課題とする。
【０００６】
【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、前記回転軸又は前記回転伝達部材に収容されて前記回転軸と前記回転伝達部材との所定の相対位相の時に前記回転伝達部材又は前記回転軸に周方向に係合して前記回転軸と前記回転伝達部材との相対位相を保持するロック部材とを備えて、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、前記回転軸の前記回転伝達部材に対する周方向一方側への回転が前記回転軸に形成されたストッパ部が前記回転伝達部材に当接することにより規制されるようにし、前記回転軸の外周に周方向他方側に向けられた第１段部を設けると共に、前記回転伝達部材の内周に前記第１段部に対向するように周方向一方側に向けられ前記ストッパ部の当接時に前記第１段部との間に所定の周方向間隙部を形成する第２段部を設け、前記第１段部の軸方向に切欠き部が形成され、前記ロック部材を前記回転軸又は前記回転伝達部材に形成される収容孔に嵌入されて該収容孔底部に形成される圧力室の圧力に応じて前記収容孔内を移動可能なピストン部と、該ピストン部に連結され前記ピストン部の移動に応じて前記周方向間隙部に嵌入して前記回転軸の前記回転伝達部材に対する周方向他方側への回転を規制可能な規制部とを備えた構成としたことである。
【０００７】
上記した手段によれば、ロック部材の規制部が第１段部と第２段部との間の周方向間隙部に嵌入されることにより、回転軸と回転伝達部材の相対位相が保持される。この時、規制部は第１段部と第２段部との間で周方向に挟圧され、剪断荷重を受けることがないので、剪断強度向上の為の処理等が不要となると共に、ピストン部を収容する収容孔内周に変形及び摩耗が発生することが防止される。
【０００８】
上記した手段において、前記ロック部材は前記回転伝達部材に収容され、円筒状を呈する前記ピストン部が前記回転伝達部材に軸方向に形成される収容孔に軸方向に移動可能に且つ前記圧力室に向けてばね付勢されて嵌挿されていると共に、前記規制部は径方向に延在する連結部を介して前記ピストン部に連結されて前記ピストン部の移動に応じて軸方向に移動可能とされていることが望ましい。更に、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、前記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からなり、前記第１段部及び前記第２段部が夫々前記内部ロータの外周及び前記外部ロータの内周に形成されていると共に、前記収容孔が形成される前記外部ロータに前記ロック部材が収容されていることが望ましい。
【０００９】
また、上記した手段において、前記ベーンは前記回転軸の外周から径方向に延在するように一体に設けられており、前記ベーンの径方向内端に前記ストッパ部が周方向一方側に突設されていることが望ましい。
【００１０】
【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一実施形態を図面に基づき、説明する。
【００１１】
図１及び図２に示した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の外周に一体的に設けた４枚のベーン２０ａと、外部ロータ３０に組付けたロック機構（位相保持機構）８０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。
【００１２】
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９０の接続ポート９１ｂ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を介して制御弁９０の接続ポート９１ａに接続されている。
【００１３】
制御弁９０は、ソレノイド９２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９１をスプリング９３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９１ｃが接続ポート９１ａに連通すると共に、接続ポート９１ｂが排出ポート９１ｄに連通するように、また通電時には供給ポート９１ｃが接続ポート９１ｂに連通すると共に、接続ポート９１ａが排出ポート９１ｄに連通するように構成されている。このため、制御弁９０のソレノイド９２の非通電時には遅角通路１１に作動油が供給され、ソレノイド９２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９２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。
【００１４】
内部ロータ２０は、本実施形態においては樹脂材により成形されており、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２０ａをその外周に一体に有している。更に、内部ロータ２０は、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（最大遅角位置）で同期したとき後述する外部ロータ３０の突部３１の内周に形成される第２段部３３とその対向面２５ａとの間に周方向間隙部６１を形成するように径方向に拡径された第１段部２５（図４参照）と、各ベーン２０ａ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２０ａ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２４を有している。尚、第１段部２５は対向面２５ａが進角側（図２において、時計方向側）を向くように形成され、また図４に示すように、第１段部２５の軸方向リアプレート５０側には遅角側（図２において、反時計方向）に切欠き部２６が形成されている。
【００１５】
外部ロータ３０は、本実施形態においては樹脂材により成形されており、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本の図示しない連結ボルト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の内周面がシール部材１０２を介して内部ロータ２０の外周面に液密的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にはロック部材８１を収容する収容孔３４が外部ロータ３０の軸方向に形成されている。ロック部材８１を収容する突部３１の内周面には、内部ロータ２０の第１段部２５が摺接する第２段部３３が径方向に拡径されて形成されている。収容孔３４は、軸方向にリアプレート５０側に開口すると共に、径方向に第２段部３３側に開口するように形成されており、収容孔３４のフロントプレート４０側の底部には第２段部３３から径方向外方に離間した位置に軸方向にフロントプレート４０側に貫通する油圧孔３４ａが形成されている。該油圧孔３４ａのフロントプレート４０側開口は、フロントプレート４０により閉塞されていると共に、油圧孔３４ａのフロントプレート４０側開口端は外部ロータ３０の突部３１のフロントプレート４０側対向面に形成される連通溝３５を介して隣設される流体圧室Ｒ０の進角用室Ｒ１に連通されている。
【００１６】
各ベーン２０ａは、上記したように内部ロータ２０の外周に一体に設けられていて、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に１つのベーン（図２の上のベーン）２０ａのストッパ部２０ｂ、２０ｃ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。本実施形態においては、ストッパ部２０ｂ、２０ｃは、図２の上に位置する１つのベーン２０ａの基部（径方向内端）に周方向に突出して形成されており、ストッパ部２０ｂ、２０ｃの外径Ｒｓは、図２の上に位置する１つのベーン２０ａの基部から周方向に延在する内部ロータ２０の摺動外径Ｒ１＜Ｒｓ＜ベーン２０ａの最大径となるように設定されている。また、これらストッパ部２０ｂ、２０ｃが当接する一対の突部３１の互いに対向する周方向端面には、夫々凹部３１ａ、３１ｂが形成されており、凹部３１ａ、３１ｂの外径＞内部ロータ２０の摺動外径Ｒ１となるように設定されている。これにより、本実施形態においては、ベーン２０ａは上記した位相制限時に衝撃的な荷重を受けることなく、最小限（流体圧室Ｒ０内の油圧に対する剛性）のみの薄肉化が可能とされ、この薄肉化によりベーン枚数を多くすることができ、大きな変換トルク及び変換角度が確保できるようにされている。
【００１７】
ロック部材８１は、図３に示すように、収容孔３４内に軸方向へ移動可能に組み付けられていて、油圧孔３４ａ内に軸方向に摺動可能に嵌挿されて油圧孔３４ａの開口端に圧力室６０を形成するピストン部８１ａと、該ピストン部８１ａに連結部８１ｃを介して連結されてピストン部８１ａに平行に軸方向に突出形成される規制部８１ｂとを有している。ロック部材８１は、一端をリアプレート５０に係止されるスプリング８２によって圧力室６０側に向けて常時付勢されており、圧力室６０に作動油が供給されることにより圧力室６０内の油圧によってスプリング８２に抗してリアプレート５０側に移動可能となっている。規制部８１ｂは、ストッパ部２０ｂが凹部３１ａに当接する図２に示す最大遅角状態において第１段部２５と第２段部３３との間に形成される周方向間隙部６１に嵌入可能であるように該間隙部に沿った形状を呈しており、上記したように圧力室６０の油圧によりロック部材８１（ピストン部８１ａ）がリアプレート５０側に移動することで周方向間隙部６１から退避するようになっている。尚、規制部８１ｂが退避した状態では、切欠き部２６により規制部８１ｂにより内部ロータ２０は外部ロータ３０に対する進角側への回転を妨げられることなく、ストッパ部２０ｃが凹部３１ｂに当接する最大進角状態まで内部ロータ２０は外部ロータ３０に対して回転可能となっている。
【００１８】
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２０ａ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９０のソレノイド９２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２４、２２と遅角通路１１と制御弁９０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２０ａ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、ストッパ部２０ｃが凹部３１ｂに当接することにより制限される。また、制御弁９０のソレノイド９２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、２４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９０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２０ａ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２に示すように、ストッパ部２０ｂが凹部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、圧力室６０に連通溝３５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、ピストン部８１ａ（ロック部材８１）がスプリング８２に抗して移動し、規制部８１ｂが周方向間隙部６０から収容孔３４に退避して、ロック部材８１によるロックが解除されている。
【００１９】
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９０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により最大遅角状態まで回転させられる。この最大遅角状態にて、周方向間隙部６０に規制部８１ｂが嵌入され、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。
【００２０】
このロック状態にて、当該内燃機関が始動してオイルポンプＰが駆動されても、当該内燃機関の始動後所定時間、即ち、流体圧室Ｒ０の油圧が上昇し該油圧によりベーン２０ａ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、カムシャフト１０に作用する変動トルクによってカムシャフト１０及び内部ロータ２０が外部ロータ３０に対して遅角方向及び進角方向に回転しようとするが、この時には規制部８１ｂが周方向間隙部６１に嵌入されていてストッパ部２０ｂとでカムシャフト１０及び内部ロータ２０の外部ロータ３０に対する遅角方向及び進角方向への回転が阻止される。これにより、内燃機関の始動時にベーン２０ａが流体圧室Ｒ０の端壁に当接して発生する打音を防止することができる。
【００２１】
本実施形態においては、上記したロック時には、規制部８１ｂが第１段部２５と第２段部３３との間で挟圧され、従来装置のようにロック部材８１には剪断荷重が作用しない。一般に剪断強度に対して圧縮荷重は高いため、本実施形態においては強度向上のために浸炭焼入れ等の熱処理をロック部材８１に施す必要はない。そのため、本実施形態によれば当該弁開閉時期制御装置の製造コストを低減することが可能である。また、本実施形態においては、規制部８１ｂと周方向間隙部６１に周方向のガタが生じたとしても、このガタ分だけロック部材８１が周方向に移動することなく、ピストン部８１ａの軸心を中心にロック部材８１が回動することによりガタが吸収される。このため、ガタにより油圧孔３４ａの摺動面に荷重が付与されることがなく、ピストン部８１ａの油圧孔３４ａ内の摺動が円滑に維持される。したがって、第１段部２５、第２段部３３及び規制部８１ｂを高精度とする必要がなく、型成形による加工レス化が可能となり、当該弁開閉時期制御装置の製造コストの低減が可能となる。また、ロック部材８１は軸方向に収容孔３４内に組込まれるので、同一方向の組付けが可能となり、生産性を向上することができる。
【００２２】
上記実施形態においては、一つのベーン２０ａのストッパ部２０ｃが凹部３１ｂに当接することにより最大進角量が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ストッパ部が凹部３１ｂ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。この場合には、ストッパ部２０ｃ及び凹部３１ｂは不要となる。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。
【００２３】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、ロック部材の規制部が第１段部と第２段部との間の周方向間隙部に嵌入されることにより、回転軸と回転伝達部材の相対位相が保持されるので、この保持時には規制部は第１段部と第２段部との間で周方向に挟圧され、剪断荷重を受けることがない。このため、剪断強度向上の為の処理等が不要とし、当該弁開閉時期制御装置の製造コストを低減することが可能となると共に、ピストン部を収容する収容孔内周に変形及び摩耗が発生することが防止され、当該弁開閉時期制御装置の作動信頼性を向上することができる。
【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】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す第１実施形態のロック部材の斜視図である。
【図４】図１に示す第１実施形態の内部ロータの第１段部を示す斜視図である。
【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２流体通路）
２０ 内部ロータ（回転軸）
２０ａ ベーン
２０ｂ ストッパ部
２３ 通路（第１流体通路）
２４ 通路（第２流体通路）
２５ 第１段部
３０ 外部ロータ（回転伝達部材）
３１ 突部
３３ 第２段部
３４ 収容孔
３４ａ 油圧孔
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）
８１ ロック部材
８１ａ ピストン部
８１ｂ 規制部
８１ｃ 連結部
８２ スプリング
Ｒ０ 流体圧室
Ｒ１ 進角用室
Ｒ２ 遅角用室

Claims (4)

1. 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、
   前記回転軸又は前記回転伝達部材に収容されて前記回転軸と前記回転伝達部材との所定の相対位相の時に前記回転伝達部材又は前記回転軸に周方向に係合して前記回転軸と前記回転伝達部材との相対位相を保持するロック部材とを備えて、
   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、
   前記回転軸の前記回転伝達部材に対する周方向一方側への回転が前記回転軸に形成されたストッパ部が前記回転伝達部材に当接することにより規制されるようにし、
   前記回転軸の外周に周方向他方側に向けられた第１段部を設けると共に、
   前記回転伝達部材の内周に前記第１段部に対向するように周方向一方側に向けられ前記ストッパ部の当接時に前記第１段部との間に所定の周方向間隙部を形成する第２段部を設け、
   前記第１段部の軸方向に切欠き部が形成され、
   前記ロック部材を前記回転軸又は前記回転伝達部材に形成される収容孔に嵌入されて該収容孔底部に形成される圧力室の圧力に応じて前記収容孔内を移動可能なピストン部と、該ピストン部に連結され前記ピストン部の移動に応じて前記周方向間隙部に嵌入して前記回転軸の前記回転伝達部材に対する周方向他方側への回転を規制可能な規制部とを備えた構成としたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 前記ロック部材は前記回転伝達部材に収容され、円筒状を呈する前記ピストン部が前記回転伝達部材に軸方向に形成される収容孔に軸方向に移動可能に且つ前記圧力室に向けてばね付勢されて嵌挿されていると共に、前記規制部は径方向に延在する連結部を介して前記ピストン部に連結されて前記ピストン部の移動に応じて軸方向に移動可能とされてい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。
3. 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、前記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からなり、前記第１段部及び前記第２段部が夫々前記内部ロータの外周及び前記外部ロータの内周に形成されていると共に、前記収容孔が形成される前記外部ロータに前記ロック部材が収容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。
4. 前記ベーンは前記回転軸の外周から径方向に延在するように一体に設けられており、前記ベーンの径方向内端に前記ストッパ部が周方向一方側に突設されてい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。

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