JP3864480B2 - 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一つとして、例えば実開平２−５０１０５号公報に、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作動室と復帰室とに二分される流体圧室と、前記作動室に流体を給排する第１流体通路と、前記復帰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挿入される受容孔と、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開示されている。
【０００３】
上記公報に開示されている弁開閉時期制御装置においては、受容孔に流体を給排する第３流体通路が作動室に流体を給排する第１流体通路に接続されて常時連通しているため、第１流体通路を通して作動室に流体を供給し復帰室から第２流体通路を通して流体を排出すると、受容孔にも第１流体通路から第３流体通路を通して流体が供給されて、ロックピンがばね付勢力に抗して退避孔に退避し、ロックピンの頭部が受容孔から外れてロックピンによるロックが解除された後に、回転軸が回転伝達部材に対して作動状態側に相対回転する。また、第２流体通路を通して復帰室に流体を供給し作動室から第１流体通路を通して流体を排出すると、回転軸が回転伝達部材に対して復帰状態側に相対回転するとともに、受容孔からも第３流体通路から第１流体通路を通して流体が排出されて、ロックピンがばね付勢力により押動され、回転軸と回転伝達部材の相対位相が所定の位相で受容孔と退避孔が同期したときロックピンの頭部がばねの付勢力により受容孔に挿入されてロック（回転軸と回転伝達部材の相対回転が規制）される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に開示されている弁開閉時期制御装置においては、当該装置によって弁の開閉時期が制御される度にロックピンが解除動作とロック動作を繰り返すこととなり、ロックピンによるロックの耐久性、信頼性に問題が生じるおそれがある。また、第３流体通路が第１流体通路と連通しているので、ロックピンが退避孔に収容される前に位相を変換する力が加わると、回転伝達部材と回転軸との相対回転によりロックピンの径方向に力が加わり、ロックピンの作動不良が発生する。更に、退避孔へ収容されたロックピンに第３流体通路の流体圧が受容孔を通して作用すると、作動室及び第１流体通路にて生じる圧力変動が第３流体通路を通して受容孔に伝わって、その圧力変動によりロックピンが退避孔内でバタツクことがあり、このロックピンのバタツキにより音が発生することがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロックピンによるロックの目的が主として内燃機関の始動時の始動開始から所定時間（回転が不安定で回転変動が大きいとき）における回転軸と回転伝達部材の不必要な相対回転を規制することであることに着目し、上記した問題に対処すべくなされたものであり、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の作動室と遅角用の復帰室とに二分される流体圧室と、前記作動室に流体を給排する第１流体通路と、前記復帰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前記退避孔と同期したとき前記ロックピンの頭部が挿入される受容孔と、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、内燃機関の始動時に前記受容孔と前記退避孔が同期するとともに前記復帰室に前記第２流体通路を通して流体が供給されるように構成し、また前記受容孔と前記退避孔の位置が同期時に前記第３流体通路が絞り通路として前記復帰室に連通し、前記受容孔と前記退避孔とが非同期時に前記第３流体通路が前記復帰室との連通を遮断される構成としたことに特徴がある。この場合において、前記第３流体通路は前記回転軸と前記回転伝達部材との摺動面に形成されることが望ましい。
【０００６】
【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、内燃機関の始動時、受容孔と退避孔が同期し、ばね付勢されたロックピンの頭部が受容孔に挿入したロック状態にて長時間放置後のエンジン始動時など即座に流体が供給されない状態などに、回転軸と回転伝達部材の不必要な相対回転に伴う不具合（例えば、ベーンによる打音）を解消することができる。また、この始動時には、第２流体通路を通して流体が供給される復帰室から第３流体通路を通して受容孔に流体が供給されるため、内燃機関の始動開始から所定時間（第３流体通路を通して受容孔に流体が所要量供給されるに要する時間）経過後には、ロックピンの頭部が受容孔から退避孔に退避して、ロックピンによるロックが解除される。したがって、内燃機関の始動開始から所定時間経過した後には、回転軸と回転伝達部材を相対回転可能とすることができて、当該内燃機関の駆動状態に応じて、復帰室から流体を排出するとともに作動室へ流体を供給することにより、回転軸と回転伝達部材を相対回転させて、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的確に制御することができる。
【０００７】
ところで、上記した弁開閉時期の制御時において、受容孔と退避孔が同期状態から非同期状態となるのは、作動室から第１流体通路を通して流体が排出されかつ第２流体通路を通して復帰室に流体が供給されて受容孔と退避孔が同期している状態から第１流体通路を通して作動室に流体が供給されかつ復帰室から第２流体通路を通して流体が排出される状態に切り替えられて、回転軸が回転伝達部材に対して相対回転し、受容孔と退避孔が同期状態から非同期状態となるまでの僅かな時間であって、このときには絞り通路とした第３流体通路の絞り作用により、受容孔から復帰室への流体の排出が規制されるため、ロックピンの頭部が受容孔に挿入されることはない。
【０００８】
また、受容孔と退避孔が非同期状態から同期状態となるのは、作動室から第１流体通路を通して流体が排出されかつ第２流体通路を通して復帰室に流体が供給されている状態であり、このときには受容孔と退避孔が同期することにより復帰室から第３流体通路を通して流体が受容孔に供給されるため、ロックピンの頭部が受容孔に挿入されることはない。
【０００９】
このように、本発明による弁開閉時期制御装置においては、上記した弁開閉時期の制御時において、当該装置に一端流体が供給されロックピンの係合が解除された後では、ロックピンの頭部が受容孔に挿入・退避することがなく、ロックピンの頭部が受容孔に挿入・退避する繰り返し回数を大幅に減少することができて、ロックピンによるロックの耐久性及び信頼性を大幅に向上させることができる。
【００１０】
また、本発明による弁開閉時期制御装置においては、受容孔と退避孔の非同期時に第３流体通路への流体の給排が遮断されて、受容孔が密封化されるため、かかる状態では復帰室と受容孔間での流体の流動はなく、作動室及び復帰室への流体の給排を的確に制御することができて、吸気弁又は排気弁の開閉時期を応答性良く制御することができるとともに、仮に復帰室内の流体圧が変動しても、その圧力変動は受容孔に及ばず、ロックピンが退避孔内でバタツクことがなくて、ロックピンのバタツキによる音の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明による弁開閉時期制御装置において、第３流体通路が回転軸と回転伝達部材との摺動面に形成されるようにした場合には、第３流体通路を容易に製作することができて、当該装置を安価に製作することができる。
【００１２】
【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４に示した本発明による弁開閉時期制御装置は、カムシャフト１０と回転位置検出用部材２０と内部ロータ３０及び内部ロータ３０に取付けたベーン４０とからなる弁開閉用の回転軸側部材と、この回転軸側部材に所定範囲で相対回転可能に外装された外部ロータ５０、ロックピン６０及びタイミングプーリ７０等回転伝達側部材によって構成されていて、カムシャフト１０の外周にて当該内燃機関のシリンダヘッド８０に回転自在に支持されている。なお、タイミングプーリ７０には、周知のように、クランクプーリからタイミングベルト（共に図示省略）を介して図２及び図３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。
【００１３】
カムシャフト１０は、吸気弁（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、図１に示したように、軸心に作動油圧（弁開閉時期を進角側とする油圧）の給排通路１１が設けられるとともに、この給排通路１１に対して平行に復帰油圧（弁開閉時期を遅角側とする油圧）の給排通路１２が設けられている。作動油圧の給排通路１１は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路１３と環状通路１４を通してシリンダヘッド８０に設けた給排通路８１に連通している。復帰油圧の給排通路１２は、カムシャフト１０に設けた環状通路１５を通してシリンダヘッド８０に設けた給排通路８２に連通している。各給排通路８１，８２は、周知のように当該内燃機関の駆動状態に応じて切換作動を制御される切換弁（図示省略）を介して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）とリザーバ（図示省略）に選択的に接続されるように構成されていて、内燃機関の始動時には給排通路８２に少なくとも所定時間オイルが供給されるようになっている。
【００１４】
内部ロータ３０は、ボルト１０１によって回転位置検出用部材２０と共にカムシャフト１０に一体的に固着されていて、各ベーン４０をそれぞれ径方向に取付けるためのベーン溝３１を有するとともに、図１〜図３に示した状態、すなわちカムシャフト１０、内部ロータ３０等回転軸と外部ロータ５０、タイミングプーリ７０等回転伝達部材の相対位相が所定の位相で同期したときロックピン６０の頭部が所定量挿入される受容孔３２と、この受容孔３２の開口端部から周方向に所定量延びてベーン４０によって区画された復帰室Ｒ１に連通する絞り通路３３（図３及び図４参照）と、復帰室Ｒ１と復帰油圧の給排通路１２を接続する接続通路３４と、ベーン４０によって区画された作動室Ｒ２と作動油圧の給排通路１１を接続する接続通路３５（図３参照）を有している。なお、各ベーン４０は、各ベーン溝３１の底部に収容した各スプリング４１によって径外方に付勢されている。
【００１５】
外部ロータ５０は、内部ロータ３０の外周に所定範囲で相対回転可能に組付けられていて、図１に示したように、その両側には側板９０とタイミングプーリ７０がボルト１０２によって一体的に連結されている。また、外部ロータ５０には、各ベーン４０を収容し各ベーン４０によって復帰室Ｒ１と作動室Ｒ２とに二分される流体圧室Ｒｏを内部ロータ３０とによって形成する凹所５１が形成されるとともに、ロックピン６０とこれを内部ロータ３０に向けて付勢するスプリング６１を収容する退避孔５２が外部ロータ５０の径方向に形成されている。なお、側板９０と内部ロータ３０間には、図１に示したように、一端にて側板９０に係合し他端にて内部ロータ３０に係合して、外部ロータ５０、タイミングプーリ７０及び側板９０等に対してカムシャフト１０、内部ロータ３０及び各ベーン４０等を図３の反時計方向へ付勢するトーションスプリングＳが介装されている。
【００１６】
ロックピン６０は、退避孔５２に外部ロータ５０の径方向にて移動可能に嵌合されていて、スプリング６１によって内部ロータ３０に向けて付勢されており、頭部（内周側端部）が受容孔３２に挿入・退避可能となっている。スプリング６１は、ロックピン６０とリテーナ６２間に介装した圧縮スプリングであり、リテーナ６２は外部ロータ５０に組付けたクリップ６３にて抜け止めされている。
【００１７】
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、当該内燃機関の停止時、各部材が図１〜図３に示した状態（復帰室Ｒ１の容積が最大となる最遅角の状態でロックピン６０によるロックがなされている状態）にあり、またオイルポンプが停止していて両給排通路８１，８２にオイルが供給されない状態にある。このため、内燃機関の始動時には、大きな回転変動に伴うカムシャフト１０、内部ロータ３０及び各ベーン４０等回転軸側部材と外部ロータ５０、タイミングプーリ７０及び側板９０等回転伝達側部材の不必要な相対回転が規制され、回転軸側部材と回転伝達側部材の不必要な相対回転に伴う不具合（例えば、ベーン４０による打音）を解消することができる。
【００１８】
また、この始動時には、オイルポンプから切換弁を介して給排通路８２に少なくとも所定時間オイルが供給されることにより、カムシャフト１０の環状通路１５及び給排通路１２と内部ロータ３０の接続通路３４を通して復帰室Ｒ１にオイルが供給されるとともに、復帰室Ｒ１から絞り通路３３を通して受容孔３２にオイルが供給されるため、ロックピン６０がスプリング６１に抗して移動し、内燃機関の始動開始から所定時間（絞り通路３３を通して受容孔３２にオイルが所要量供給されるに要する時間）経過後には、図５に示したように、ロックピン６０の頭部が受容孔３２から退避孔５２に退避して、ロックピン６０によるロックが解除される。
【００１９】
したがって、内燃機関の始動開始から所定時間経過した後には、図５に示したように、カムシャフト１０、内部ロータ３０等回転軸と外部ロータ５０、タイミングプーリ７０等回転伝達部材を相対回転可能とすることができて、当該内燃機関の駆動状態に応じた切換弁の切換作動に伴い、復帰室Ｒ１からオイルを排出するとともに作動室Ｒ２へオイルを供給することにより、カムシャフト１０、内部ロータ３０等回転軸と外部ロータ５０、タイミングプーリ７０等回転伝達部材を相対回転させて、図５の状態から図６の状態を経て図７の状態とすることができるとともに、作動室Ｒ２からオイルを排出するとともに復帰室Ｒ１へオイルを供給することにより、カムシャフト１０、内部ロータ３０等回転軸と外部ロータ５０、タイミングプーリ７０等回転伝達部材を相対回転させて、図７の状態から図６の状態を経て図５の状態とすることができて、内燃機関の動弁装置において吸気弁の開閉時期を的確に制御することができる。
【００２０】
ところで、上記した弁開閉時期の制御時において、受容孔３２と退避孔５２が同期状態から非同期状態となるのは、作動室Ｒ２から各通路３５，１１，１３，１４，８１を通してオイルが排出されかつ各通路８２，１５，１２，３４を通して復帰室Ｒ１にオイルが供給されて受容孔３２と退避孔５２が同期している状態から各通路８１，１４，１３，１１，３５を通して作動室Ｒ２にオイルが供給されかつ復帰室Ｒ１から各通路３４，１２，１５，８２を通してオイルが排出される状態に切換弁が切り替えられて、カムシャフト１０、内部ロータ３０等回転軸が外部ロータ５０、タイミングプーリ７０等回転伝達部材に対して例えば図５の状態から図６の状態に相対回転し、受容孔３２と退避孔５２が同期状態から非同期状態となるまでの僅かな時間であって、このときには絞り通路３３の絞り作用及び絞り通路３３が復帰室Ｒ１との連通を遮断されることにより、受容孔３２から復帰室Ｒ１へのオイルの排出が規制されるため、ロックピン６０の頭部が受容孔３２に挿入されることはない。
【００２１】
また、受容孔３２と退避孔５２が非同期状態から同期状態となるのは、作動室Ｒ２から各通路３５，１１，１３，１４，８１を通してオイルが排出されかつ各通路８２，１５，１２，３４を通して復帰室Ｒ１にオイルが供給されている状態であり、このときには受容孔３２と退避孔５２が同期することにより復帰室Ｒ１から絞り通路３３を通してオイルが受容孔３２に供給されるため、ロックピン６０の頭部が受容孔３２に挿入されることはない。
【００２２】
このように、本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、上記した弁開閉時期の制御時において、当該装置に一端圧油が供給されロックピン６０の係合が解除された後では、ロックピン６０の頭部が受容孔３２に挿入・退避することがなく、ロックピン６０の頭部が受容孔３２に挿入・退避する繰り返し回数を大幅に減少することができ、ロックピン６０によるロックの耐久性及び信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２３】
また、本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、受容孔３２と退避孔５２の非同期時に図６及び図７に示したように絞り通路３３へのオイルの給排が遮断されて、受容孔３２が密封化されるため、かかる状態では復帰室Ｒ１と受容孔３２間でのオイルの流動はなく、作動室Ｒ２及び復帰室Ｒ１へのオイルの給排を的確に制御することができて、吸気弁の開閉時期を応答性良く制御することができるとともに、仮に復帰室Ｒ１内のオイル圧が変動しても、その圧力変動は受容孔３２に及ばず、ロックピン６０が退避孔５２内でバタツクことがなくて、ロックピン６０のバタツキによる音の発生を抑制することができる。
【００２４】
また、本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、絞り通路３３が回転軸と回転伝達部材との摺動面で内部ロータ３０の外周面に形成されているため、絞り通路３３を容易に製作することができて、当該装置を安価に製作することができる。
【００２５】
上記実施形態においては、側板９０と内部ロータ３０間にトーションスプリングＳを介装して、内燃機関の始動前（停止時）に各部材が図３に示した状態となるようにしたが、タイミングプーリ７０には図２及び図３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ため、上記トーションスプリングＳを無くしても、内燃機関の始動時には始動直後（このときには、復帰室Ｒ１と受容孔３２にはオイルがまだ供給されていない）に各部材が図３に示した状態となるため、上記トーションスプリングＳを無くして本発明を実施することも可能である。また、上記実施形態においては、吸気弁を開閉するカムシャフト１０に本発明を実施したが、本発明は排気弁を開閉するカムシャフトにも同様にまたは適宜変更して実施し得るものである。
【００２６】
また、上記実施形態においては、内部ロータ３０にベーン４０を取り付けるとともに、外部ロータ５０にロックピン６０とスプリング６１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。
【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示す図であり、カムシャフト、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縦断側面図である。
【図２】 図１に示した弁開閉時期制御装置の正面図である。
【図３】 図１に示した内部ロータ、外部ロータ、ベーン、ロックピン等の関係を示す縦断正面図である。
【図４】 図１及び図３に示した内部ロータ及びベーンの部分斜視図である。
【図５】 図３に示したロックピンがスプリングに抗して移動した状態の作動説明図である。
【図６】 図５に示した状態から回転軸側部材が回転伝達側部材に対して時計方向に僅かに相対回転した状態を示す作動説明図である。
【図７】 図６に示した状態から回転軸側部材が回転伝達側部材に対して時計方向に更に所定量相対回転した状態を示す作動説明図である。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、１１，１３，１４，３５，８１…通路（第１流体通路）、１２，１５，３４，８２…通路（第２流体通路）、３３…絞り通路（第３流体通路）、３０…内部ロータ、３２…受容孔、４０…ベーン、５０…外部ロータ、５２…退避孔、６０…ロックピン、６１…スプリング、７０…タイミングプーリ、Ｒｏ…流体圧室、Ｒ１…復帰室、Ｒ２…作動室。

Claims (2)

1. 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の作動室と遅角用の復帰室とに二分される流体圧室と、前記作動室に流体を給排する第１流体通路と、前記復帰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前記退避孔と同期したとき前記ロックピンの頭部が挿入される受容孔と、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、内燃機関の始動時に前記受容孔と前記退避孔が同期するとともに前記復帰室に前記第２流体通路を通して流体が供給されるように構成し、また前記受容孔と前記退避孔の位置が同期時に前記第３流体通路が絞り通路として前記復帰室に連通し、前記受容孔と前記退避孔とが非同期時に前記第３流体通路が前記復帰室との連通を遮断される構成としたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 前記第３流体通路が前記回転軸と前記回転伝達部材との摺動面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。

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