JP4202440B2

JP4202440B2 - 弁開閉時期制御装置

Info

Publication number: JP4202440B2
Application number: JP02414497A
Authority: JP
Inventors: 賢二藤脇
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: EP0857859B1; US5901674A; DE69817413T2; EP0857859A1; DE69817413D1; JPH10220207A

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排気弁又は吸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（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流体通路が進角用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流体通路を通して進角用室に流体を供給し遅角用室から第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進角側に相対回転する。また、第２流体通路を通して遅角用室に流体を供給し進角用室から第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遅角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嵌入されてロック（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、ロックピンが受容孔に係合する位置を最進角位置と最遅角位置との中間位置に設定した場合には、ロックピンの解除のために複雑な流体圧の制御を行う必要がある。
【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（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、内燃機関の弁開閉用の回転軸と一体に回転する内部ロータに取付けたベーンと、前記内部ロータに所定範囲内にて相対回転可能に組付けられてその内部に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を形成し、前記内燃機関のクランクプーリから伝達される動力によって回転する外部ロータと、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、前記外部ロータに形成した退避孔に収容されて前記内部ロータの外周面に向けてばね付勢されたロックピンと、前記内部ロータと前記外部ロータと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するように前記内部ロータに形成した受容孔と、前記受容孔に流体を供給して前記ロックピンを前記受容孔から前記退避孔に退避させてロックを解除するとともに流体を排出して前記ロックピンを前記受容孔に嵌入させてロックさせるためのパイロット通路とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記内燃機関の始動時に、前記第１流体通路及び前記第２流体通路への流体の給排を制御する第１切換弁を前記パイロット通路への流体の給排を制御する第２切換弁とは独立して切換えて、前記ロックピンの頭部が前記受容孔に嵌入されて前記内部ロータと前記外部ロータの相対回転を規制してロックするようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置を提供するものである。この場合において、前記ロックピンの頭部が退避する前記退避孔の端部と前記受容孔をと常に連通させる連通路を設けるのが望ましい。
【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、パイロット通路への流体の給排が第１流体通路及び第２流体通路への流体の給排とは独立して行われるようにしたため、例えば内燃機関の始動から停止に至る駆動時で回転が特に不安定である時期（始動直後の所定時間）を除いて定常的にパイロット通路を通して受容孔に流体を供給可能とすることができ、また内燃機関の始動直後の所定時間及び内燃機関の停止時に受容孔から流体を排出可能とすることができる。
【０００７】
したがって、内燃機関の駆動時で始動直後の所定時間を除く時期にロックピンの頭部を受容孔から退避孔に退避させてロックピンによるロックを解除した状態に維持することができるとともに、内燃機関の始動直後の所定時間及び内燃機関の停止時にロックピンの頭部を受容孔に嵌入させてロックピンによるロック状態に維持することができる。かかる場合には、ロックピンの解除動作を内燃機関の始動直後の所定時間経過後のみとし、またロック動作を内燃機関の停止時のみとすることができて、ロックピンの頭部が受容孔に嵌入・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。
【０００８】
また、本発明による弁開閉時期制御装置において、ロックピンの頭部が進退する退避孔の端部と受容孔とを常に連通させる連通路を設けた場合には、回転軸と回転伝達部材の相対位相に拘らず、第３流体通路と連通路を通してロックピンに向けて流体を常に供給することができて、ロックピンを退避孔に退避した状態に保持でき、ロックピンの無用な動きを防止することができる。
【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と内部ロータ３０及び内部ロータ３０に取付けたベーン５０と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４０、ロックピン６０及びタイミングプーリ７０等回転伝達部材によって構成されていて、カムシャフト１０の外周を軸受８０を介して当該内燃機関のシリンダヘッド８１に回転自在に支持されている。なお、軸受８０はシリンダヘッド８１に固定されている。また、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１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、図２及び図３に示したように、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とパイロット通路１３が設けられている。進角通路１１は、軸受８０の内周側に設けた環状通路９１及び接続通路９２とを介して一方の第１切換弁１００の接続ポート１０１に接続されている。遅角通路１２は、軸受８０の内周側に設けた環状通路９３及び接続通路９４とを介して切換弁１００の接続ポート１０２に接続されている。パイロット通路１３は、軸受８０の内周側に設けた環状通路９５及び接続通路９６とを介して他方の第２切換弁１１０の接続ポート１１１に接続されている。
【００１１】
一方の第１切換弁１００は、制御装置（図示省略）によって切換作動を制御されるものであり、図２及び図３に示した遅角位置に切り換えられている状態では当該内燃機関によって駆動されるオイルポンプ１２０に接続された供給ポート１０３が接続ポート１０２に接続されて連通するとともに、接続ポート１０１がリザーバ１３０に接続された排出ポート１０４に接続されて連通するように、また図示左方の進角位置に切り換えられた状態では供給ポート１０３が接続ポート１０１に接続されて連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０４に接続されて連通するように構成されている。このため、進角位置の状態ではオイルポンプ１２０から進角通路１１にオイルが供給されるとともに遅角通路１２からリザーバ１３０にオイルが排出され、また遅角位置の状態ではオイルポンプ１２０から遅角通路１２にオイルが供給されるとともに進角通路１１からリザーバ１３０にオイルが排出される。
【００１２】
他方の第２切換弁１１０は、制御装置（図示省略）によって切換作動を制御されるものであり、図２及び図３に示した供給位置に切り換えられている状態では接続ポート１１１がオイルポンプ１２０に接続された供給ポート１１２に接続されて連通するとともにリザーバ１３０に接続された排出ポート１１３との連通を遮断されるように、また図示右方の排出位置に切り換えられた状態では接続ポート１１１が供給ポート１１２との連通を遮断されるとともに排出ポート１１３に接続されて連通するように構成されている。このため、供給位置の状態ではパイロット通路１３にオイルが供給され、排出位置の状態ではパイロット通路１３からリザーバ１３０にオイルが排出される。
【００１３】
内部ロータ３０は、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、５枚の各ベーン５０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４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４０、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の頭部が所定量嵌入される受容孔３２と、この受容孔３２の底部とパイロット通路１３を接続する接続通路３３と、各ベーン５０によって区画された進角用室Ｒ１と進角通路１１を接続する接続通路３４、環状の通路３５及び径方向の通路３６（図１参照）と、各ベーン５０によって区画された遅角用室Ｒ２と遅角通路１２を接続する接続通路３７（図２参照）を有している。なお、各ベーン５０は、ベーン溝３１の底部に収容したスプリング（図示省略）によって径外方に付勢されている。
【００１４】
外部ロータ４０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、その両側には側板４１，４２がボルト４３によって一体的に連結されており、これらに対してタイミングプーリ７０がボルト４４によって一体的に連結されている。また、外部ロータ４０には、各ベーン５０を収容し各ベーン５０によって進角用室Ｒ１と遅角用室Ｒ２とに二分される作動室Ｒｏを内部ロータ３０とによって形成する凹所４５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４６が外部ロータ４０の径方向に形成されている。
【００１５】
ロックピン６０は、退避孔４６に外部ロータ４０の径方向にて移動可能に嵌合されており、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４０に組付けたクリップ６３にて抜け止めされている。
【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１〜図４に示した状態（進角用室Ｒ１の容積が最小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）にてオイルポンプ１２０から切換弁１１０及びパイロット通路１３等を通して受容孔３２にオイルが供給されると、図５に示したように、ロックピン６０がスプリング６１に抗して押動されて受容孔３２から外れ退避孔４６内に退避する。このため、ロックピン６０によるロックが解除されてカムシャフト１０，内部ロータ３０及びベーン５０等回転軸側部材が外部ロータ４０，タイミングプーリ７０等回転伝達部材に対して図５の時計方向へ相対回転可能となる。
【００１７】
また、図５に示した状態（進角用室Ｒ１の容積が最小となる最遅角の状態でロックピン６０によるロックが解除されている状態）にてオイルポンプ１２０から進角位置に切り換えられた切換弁１００及び進角通路１１等を通して進角用室Ｒ１にオイルが供給されるとともに、遅角用室Ｒ２からリザーバ１３０にオイルが排出されると、カムシャフト１０，内部ロータ３０及びベーン５０等回転軸側部材が外部ロータ４０，タイミングプーリ７０等回転伝達部材に対して図５の時計方向へ相対回転して図６に示した状態、すなわち遅角用室Ｒ２の容積が最小となる最進角の状態となる。なお、図６に示した状態では、受容孔３２が退避孔４６に直接連通しない状態となるため、退避孔４６内のオイルが内部ロータ３０と外部ロータ４０間の隙間等を通して漏れ出ることに伴いロックピン６０がスプリング６１によって押動されて内部ロータ３０の外周面に摺動可能に当接するようになる。
【００１８】
また、図６に示した状態（遅角用室Ｒ２の容積が最小となる最進角の状態でロックピン６０によるロックが解除されている状態）にてオイルポンプ１２０から遅角位置に切り換えられた切換弁１００及び遅角通路１２等を通して遅角用室Ｒ２にオイルが供給されるとともに、進角用室Ｒ１からリザーバ１３０にオイルが排出されると、カムシャフト１０，内部ロータ３０及びベーン５０等回転軸側部材が外部ロータ４０，タイミングプーリ７０等回転伝達部材に対して図６の反時計方向へ相対回転して図５に示した状態、すなわち進角用室Ｒ１の容積が最小となる最遅角の状態となる。なお、図６に示した状態から図５に示した状態に移行するときには、受容孔３２が退避孔４６に直接連通しない状態から直接連通する状態となるため、パイロット通路１３を通して受容孔３２に供給されるオイルによってロックピン６０がスプリング６１に抗して押動されて外部ロータ４０の退避孔４６内に退避し、内部ロータ３０の外周面に当接しない状態となる。
【００１９】
ところで、本実施形態の弁開閉時期制御装置においては、オイルポンプ１２０から進角通路１１または遅角通路１２へのオイルの給排が切換弁１００によって切り換えられ、またオイルポンプ１２０からパイロット通路１３へのオイルの給排が切換弁１１０によって切り換えられるようになっていて、パイロット通路１３へのオイルの給排が進角通路１１及び遅角通路１２へのオイルの給排とは独立して行われるようにしたため、例えば内燃機関の始動から停止に至る駆動時で回転が特に不安定である時期（始動直後の所定時間）を除いて定常的にオイルポンプ１２０からパイロット通路１３を通して受容孔３２にオイルを供給可能とすることができ、また内燃機関の始動直後の所定時間及び内燃機関の停止時に受容孔３２からリザーバ１３０にオイルを排出可能とすることができる。
【００２０】
したがって、内燃機関の駆動時で始動直後の所定時間を除く時期にロックピン６０の頭部を受容孔３２から退避孔４６に退避させてロックピン６０によるロックを解除した状態に維持することができるとともに、内燃機関の始動直後の所定時間及び内燃機関の停止時にロックピン６０の頭部を受容孔３２に嵌入させてロックピン６０によるロック状態に維持することができる。かかる場合には、ロックピン６０の解除動作を内燃機関の始動直後の所定時間経過後のみとし、またロック動作を内燃機関の停止時のみとすることができて、ロックピン６０の頭部が受容孔３２に嵌入・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。
【００２１】
なお、切換弁１１０を用いることなく接続ポート１１１と１１２とを直接接続して実施することも可能である。特に、この場合には、本実施形態のように、受容孔３２の位置を遅角用室Ｒ２の容積が最大になるとき（最遅角位置の状態）にロックピン６０が係合する位置に設けると有効である。すなわち、内燃機関の駆動時には、図示しないクランクシャフトの回転がタイミングプーリ７０、外部ロータ４０、ベーン５０、内部ロータ３０、カムシャフト１０の順に伝達されることにより、ベーン５０は常に遅角側へ付勢される。一方、内燃機関の駆動を停止すると、時間の経過とともに進角用室Ｒ１、遅角用室Ｒ２内のオイルの圧力が低下する。この状態で内燃機関を始動すると、オイルポンプ１２０から進角用室Ｒ１、遅角用室Ｒ２へ十分なオイルの圧力が満たされないことにより、ベーン５０が外部ロータ４０に当接して打音が発生する。ロックピン６０は、この打音を防止するために少なくとも内燃機関の始動直後の所定時間の間（オイルポンプ１２０からのオイルの圧力が十分満たされるまでの間）、内部ロータ３０と外部ロータ４０との相対回転を制限することによってベーン５０による打音を防止するものである。しかしながら、切換弁１１０は内燃機関の始動直後の所定時間経過後に、接続ポート１１１と１１２とを接続してパイロット通路１３へオイルを供給するものであり、内燃機関の始動直後の所定時間の間はオイルポンプ１２０からの十分なオイルの圧力が得られないことから、接続ポート１１１と１１２とを直接接続して切換弁１１０を廃止することも可能である。
【００２２】
図７は、本発明の他の実施形態を示していて、この実施形態においては、退避孔４６の内周側端部の一側に回転方向に延びる連通溝４７が形成されていて、この連通溝４７によってロックピン６０の頭部が進退する退避孔４６の内周側端部と受容孔３２とを常に連通させることができる。このため、カムシャフト１０，内部ロータ３０及びベーン５０等回転軸側部材と外部ロータ４０，タイミングプーリ７０等回転伝達部材の相対位相に拘らず、受容孔３２から連通溝４７を通してロックピン６０に向けてオイルを常に供給することができて、ロックピン６０を退避孔４６に退避した状態に保持でき、ロックピン６０の無用な動き（図６に示した状態となる動き）を防止することができて、例えばロックピン６０が内部ロータ３０の外周面に当接することによって生じる打音の発生をなくすことができる。
【００２３】
上記各実施形態においては、内部ロータ３０にベーン５０を取り付けるとともに、外部ロータ４０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概略的に示す図であり内部ロータ、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正面図である。
【図２】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図であり図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】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図であり図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図である。
【図５】図４に示した状態からロックピンが退避した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示した状態から回転軸側部材が回転伝達部材に対して時計方向に所定量相対回転した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態で図６と略同等の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、１１…進角通路（第１流体通路）、１２…遅角通路（第２流体通路）、１３…パイロット通路（第３流体通路）、３０…内部ロータ、３２…受容孔、４０…外部ロータ、４６…退避孔、４７…連通溝（連通路）、５０…ベーン、６０…ロックピン、６１…スプリング、７０…タイミングプーリ、１００，１１０…切換弁、Ｒｏ…作動室（流体圧室）、Ｒ１…進角用室、Ｒ２…遅角用室。

Claims

内燃機関の弁開閉用の回転軸と一体に回転する内部ロータに取付けたベーンと、
前記内部ロータに所定範囲内にて相対回転可能に組付けられてその内部に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を形成し、前記内燃機関のクランクプーリから伝達される動力によって回転する外部ロータと、
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、
前記外部ロータに形成した退避孔に収容されて前記内部ロータの外周面に向けてばね付勢されたロックピンと、
前記内部ロータと前記外部ロータと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するように前記内部ロータに形成した受容孔と、
前記受容孔に流体を供給して前記ロックピンを前記受容孔から前記退避孔に退避させてロックを解除するとともに流体を排出して前記ロックピンを前記受容孔に嵌入させてロックさせるためのパイロット通路とを備えた弁開閉時期制御装置において、
前記内燃機関の始動時に、前記第１流体通路及び前記第２流体通路への流体の給排を制御する第１切換弁を前記パイロット通路への流体の給排を制御する第２切換弁とは独立して切換えて、前記ロックピンの頭部が前記受容孔に嵌入されて前記内部ロータと前記外部ロータの相対回転を規制してロックするようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
前記ロックピンの頭部が進退する前記退避孔の端部と前記受容孔とを常に連通させる連通路を設けた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。