JP4214972B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

弁開閉時期制御装置としては、内燃機関のクランクシャフトと一体的に回転するハウジング部材と、ハウジング部材に相対回転可能に組付けられカムシャフトと一体的に回転するロータ部材と、ハウジング部材とロータ部材との間に形成され、ロータ部材に一体的に設けられるベーンによって進角油室と遅角油室とに二分される流体圧室と、ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材がロータ部材に形成される受容部に没入して相対回転を規制し、受容部から退出して相対回転を許容するロック機構と、進角油室と遅角油室及びロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備えた装置において、進角油室または遅角油室へ流入する作動油が一方で受容部へも供給されロック部材を受容部から退出させロック機構を解除させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、受容部を介して進角油室または遅角油室へ作動油を供給しロック部材を受容部から退出させロック機構を解除させるものがある（例えば、特許文献２参照。）。

これらの装置は、ロータ部材にロック部材が収容される受容部が設けられ、受容部にプレート状のロック部材を没入させ、受容部とロック部材とを係合することによって、エンジン始動時等油圧制御されない状況下でのロータ部材とハウジング部材とがばたつくのを防止する。このロック部材は付勢部材により受容部側に押し付けられ受容部に没入している。相対回転開始時は、作動油（油圧）によってロック部材を受容部から退出させロック（ロック機構）が解除され相対回転を開始する。相対回転するためには、ロック部材と受容部とが係合している状況、すなわちロック部材が受容部に没入している状況から、ロック部材を退出する必要がある。

しかしながら、ロック部材が受容部に没入している時、ロック部材の先端部の全面が受容部の底部と接しているため、ロック部材に油圧が十分に加わらずロック部材が底部から分離する力が非常に小さくなり、ロック部材が受容部から退出するまでに要する時間が長くなる。このため、ロック部材に油圧が加わり受容部から退出する前にハウジング部材とロータ部材が互いに相対回転し、ロック部材がロータ部材とハウジング部材に挟まれる。つまり、ロック部材の退出不良となり、ロックの解除不良が発生する恐れがある。
特開２０００−５２４２５号公報 特開２００３−１３７１３号公報

そこで本発明は、弁開閉時期制御装置において、ロック解除時、ロータ部材とハウジング部材との相対回転によりロック部材がロータ部材とハウジング部材に挟まれて退出不良となり、ロックの解除不良が発生することを防止することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明にて講じた技術的手段は、内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの一方と一体的に回転するハウジング部材と、前記ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ前記カムシャフトまたは前記クランクシャフトの他方と一体的に回転するロータ部材と、前記ハウジング部材と前記ロータ部材との間に形成され、前記ロータ部材に一体的に設けられるベーンによって進角油室と遅角油室とに二分される流体圧室と、前記ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材が前記ロータ部材に形成される受容部に没入して前記相対回転を規制し、前記受容部から退出して前記相対回転を許容するロック機構と、前記進角油室と前記遅角油室および前記ロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備えた弁開閉時期制御装置において、前記受容部は、前記ロータ部材の軸方向に貫通して形成されるとともに、前記受容部の底部には、前記ロック部材の断面積より小さい面積を有する突起部を形成され、前記突起部の頂面の幅は、前記ロック部材の周方向幅より狭く、前記底部には油路が開口部を介して連通し、該開口部の周方向幅は、前記頂面の幅より大きく形成され、前記頂面の面積は、前記ロック部材の先端部よりも小さく、前記底部には周方向に凹状に形成される油圧溝が開口し、前記突起部には前記油圧溝を連通する少なくとも一つの連通溝が形成したことである。

請求項１に記載の発明によれば、受容部は、ロータ部材の軸方向に貫通して形成されるとともに、受容部の底部には、ロック部材の移動方向と垂直な面の断面積より小さい面積を有する頂面を備える突起部が形成され、突起部の頂面の幅は、ロック部材の周方向幅より狭く、底部には油路が開口部を介して連通し、該開口部の周方向幅は、頂面の幅より大きく形成され、さらに、頂面の面積は、ロック部材の先端部よりも小さく、さらに、底部には周方向に凹状に形成される油圧溝が開口し、突起部には油圧溝を連通する少なくとも一つの連通溝が形成していることにより、ロック部材の先端部の作動油と接する面積を設けることができ、ロック部材の先端部との作動油と接する面積が広くなる。このため、ロック部材の先端部に作動油を速く導入することができ、また、ロック部材の先端部の作動油（ 油圧） と接する面積が設けられ、ロック部材を底部から分離させる油圧を大きくすることができ、ロック部材が受容部から退出するまでに要する時間を短くすることができる。

上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記連通溝は、前記突起部の軸方向の一端または両端に形成されていることである。

請求項２に記載の発明によれば、連通溝は、底部の軸方向の一端または両端に形成されていることにより、一方向に金型を移動させることで焼結等で簡単に連通溝を成形することができる。

上記課題を解決するために、請求項３に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記連通溝は、前記ロータ部材の端面に開口していることである。

請求項３に記載の発明によれば、連通溝は、ロータ部材の端面に開口していることにより、一方向に金型を移動させることで焼結等で簡単に連通溝を成形することができる。

上記課題を解決するために、請求項４に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記突起部の高さは、前記油圧溝が前記底部に開口する開口部の径方向高さより低いことである。

請求項４に記載の発明によれば、突起部の高さは、油圧溝が底部に開口する開口部の径方向高さより低いことにより、受容部とロック部材との係合長さを長くすることができる。

上記課題を解決するために、請求項５に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記油圧溝は、その周壁がＲ 形状に形成されていることである。

請求項５に記載の発明によれば、油圧溝は、その周壁がＲ形状に形成されていることにより、焼結等の成形性の向上および油圧溝への応力の集中を防止でき、油圧溝の強度を向上することができる。

本発明によると、ロック部材が受容部から退出するまでに要する時間を短くすることができるため、ロック解除時、ロータ部材とハウジング部材との相対回転によりロック部材がロータ部材とハウジング部材に挟まれて退出不良となり、ロックの解除不良が発生することを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１乃至図５に示す弁開閉時期制御装置１は、内燃機関のシリンダヘッド１００に回転自在に支持されたカムシャフト１０と、カムシャフト１０の先端部に一体的に組付けられたロータ２０とからなる弁開閉用のロータ部材２を有している。また、弁開閉時期制御装置１は、ロータ２０に対して所定範囲で相対回転が可能となるように組付けられるハウジング３０、フロントプレート４０、リアプレート５０から成るハウジング部材３を有している。ハウジング３０の外周には、タイミングスプロケット３１が一体に形成されている。さらに、ロータ２０とフロントプレート４０間に組付けられたトーションスプリング６０と、ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、ハウジング３０に組付けたロックプレート（ロック部材）８０等が備えられている。

タイミングスプロケット３１には、周知のように、図示していないクランクシャフト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にカムシャフト回転方向として示される時計方向に回転動力が伝達される。

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、カムシャフト１０の内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる遅角通路（油圧回路）１１と進角通路（油圧回路）１２が設けられている。遅角通路１１は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路７１及び環状溝１４とシリンダヘッド１００に設けた接続通路１６を通して切換弁２００の第１接続ポート２０１に接続されている。また、進角通路１２は、カムシャフト１０に設けた径方向の通路７２及び環状溝１３とシリンダヘッド１００に設けた接続通路１５を通して切換弁２００の第２接続ポート２０２に接続されている。

切換弁２００はそのソレノイド２０３へ通電することによりスプール２０４を図示していないスプリングに抗して移動させる周知のものである。その非通電時には、図１に示すように内燃機関によって駆動されるオイルポンプ２０５に接続された供給ポート２０６が第１接続ポート２０１に連通すると共に、第２接続ポート２０２が排出ポート２０７に連通するように構成されている。また通電時には、供給ポート２０６が第２接続ポート２０２に連通すると共に、第１接続ポート２０１が排出ポート２０７に連通するように構成されている。このため切換弁２００の非通電時には遅角通路１１に作動油（油圧）が供給され、通電時には進角通路１２に作動油（油圧）が供給される構成となっている。切換弁２００は単位時間当たりの通電と非通電の割合を変えるデューティ制御される。例えば、デューティ比５０％で制御すると、第１及び第２ポート２０１，２０２と供給及び排出ポート２０６，２０７は互いに全く連通しない状態になる。

ロータ２０は取付けボルト９１によってカムシャフト１０に一体的に固着されている。また、図２に示されるように、ロータ２０には４つのベーン溝２１と、受容部２２が形成されている。受容部２２は、ロータ２０の軸方向に貫通している。また、ロータ２０には、その径方向に延びて遅角通路１１に連通する４つの遅角油通路２３（油圧回路）と、進角通路１２に連通する３つの進角油通路２４（油圧回路）と１つの作動油溝２４ａ（油圧回路）と、受容部２２の底部２２ｆを進角通路１２に連通させる１つのロック油通路２５（油路：油圧回路）からなる複数の作動油の通路が設けられている。

図２のＢ部拡大図である図３に示すように、受容部２２には、底部２２ｆから断面台形状に突起部２２ａが形成されている。受容部２２の底部２２ｆには、ロック油通路２５が開口部２５ａ介して連通している。開口部２５ａの周方向（ロータ２０の周方向）幅は、突起部２２ａ（頂面２２ｅ）の周方向幅より大きい。突起部２２ａの頂面２２ｅは、ロックプレート８０と接しており、頂面２２ｅの周方向幅は、ロックプレート８０の周方向幅よりも狭い。また、頂面２２ｅの面積は、ロックプレート８０の断面積よりも小さい。より好ましくは、頂面２２ｅの面積は、ロックプレート８０の先端部８０ａよりも小さい。ロックプレート８０が、頂面２２ｅと接触している時、突起部２２ａの周囲には、空間Ｓが形成される。従って、空間Ｓに作動油が流入し、ロックプレート８０を突起部２２ａから分離することができる。また、底部２２ｆには周方向両側に凹状に形成される油圧溝２２ｂが開口し設けられている。これにより、作動油がロックプレート８０の先端部８０ａに速く導入される。このため、ロックプレート８０が受容部２２から退出するまでに要する時間を短くすることができる。また、突起部２２ａの高さは、油圧溝２２ｂが底部２２ｆに開口する開口部２２ｇの径方向高さより低い。なお、油圧溝２２ｂの周壁は焼結等の成形性および強度を考慮して、軸方向に垂直の断面を図５に示すようにＲ形状としても良い。

図３および図４に示すように、受容部２２の突起部２２ａには、油圧溝２２ｂを連通するように、底部２２ｆに開口する連通溝２２ｃが形成されている。連通溝２２ｃは突起部２２ａの軸方向一端または両端に形成されていても良い。また、連通溝２２ｃはロータ２０の端面に開口しているため、一方向に金型を移動させることにより焼結等で簡単に成形できる。突起部２２ａに連通溝２２ｃが形成されていることにより、ロックプレート８０の先端部８０ａに油圧を速く導入することができる。また、ロックプレート８０の先端部８０ａの作動油と接する面積が広くなるため、ロックプレート８０を突起部２２ａから分離する油圧を大きくすることができ、ロックプレート８０が受容部２２から退出するまでに要する時間を短くすることができる。

図２に示すように、各ベーン溝２１にはベーン７０が挿入され、ベーン７０はハウジング３０とロータ２０間に形成される４つの流体圧室Ｒ０内で移動可能に、かつ流体圧室Ｒ０をそれぞれ進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２に分割するように配置されている。ベーン溝２１の底部とベーン７０の底面との間にはベーンスプリング７３（図１に示す）が配設されており、ベーン溝２１には４枚の各ベーン７０のそれぞれが径方向に押し出されるように移動可能に取付けられている。

図２に示されるように、各ベーン７０によって分割されて形成される４つの遅角油室Ｒ２には遅角通路１１および遅角油通路２３を介して作動油（油圧）が給排される構成となっている。また、４つの進角油室Ｒ１のうち３つに対しては、進角通路１２および進角油通路２４を介して作動油（油圧）が給排される構成となっている。他の１つの進角油室Ｒ１には、ロックプレート８０に対して、受容部２２の底部２２ｆに設けられたロック油通路２５からの作動油（油圧）が供給され、ロックプレート８０が移動したとき、ロック油通路２５と進角油室Ｒ１を連結する作動油溝２４ａを介して給排可能とされるように構成されている。このように一箇所の進角油室Ｒ１に対しては進角油通路２４を設けず、ロック油通路２５を兼用することによって油圧回路の構成を簡単にしている。

ハウジング３０の軸方向の両側には、環状のフロントプレート４０とリアプレート５０が接合され、５本の連結ボルト９２によって一体的に組付けられている。ハウジング３０のリアプレート５０が接合される軸方向端部の外周にはタイミングスプロケット３１が一体に形成されている。ハウジング３０の内周には周方向に５個の凸部３３が径方向内方に向けてそれぞれ突出すように形成されている。これら凸部３３の内周面は内部ロータ２０の外周面上で滑る様に接しており、ハウジング３０がロータ２０に回転可能に支承されている。そして、５個の凸部３３の内、凸部３３Ａの側面３３ａはベーン７０Ａの側面７０ａと当接し、ハウジング３０とロータ２０との間の進角側への相対回転角度の範囲を規定している。また、凸部３３Ｂの側面３３ｂはベーン７０Ｂの側面７０ｂと当接し、ハウジング３０とロータ２０との間の遅角側への相対回転角度の範囲を規定している。５個の凸部３３の内、２個の凸部３３の間にロックプレート８０を収容する退避溝部３４と、退避溝部３４と連通しロックプレート８０を径方向内方へと付勢するコイルスプリング８１を収容する収容孔３５が形成されている。また、前述した４つの流体圧室Ｒ０は、この５個の各凸部３３の間に形成されている。

図２に示すように、ロックプレート８０は、ロータ２０とハウジング３０の相対回転が規制されているとき、ロックプレート８０の先端部８０ａが受容部２２に没入している。

トーションスプリング６０は、一端をフロントプレート４０に係止し、他端を内部ロータ２０に係止して取付けられ、ロータ２０をハウジング３０、フロントプレート４０及びリアプレート５０に対して進角側（図２の時計方向）に付勢している。従って、ロータ２０の進角側への作動応答性の向上が図られている。

以上のように構成した本実施の弁開閉時期制御装置１の作用を説明する。内燃機関が停止している時はオイルポンプ２０５が停止しており、且つ切換弁２００が非通電の状態にあるので、作動油圧室Ｒ０には作動油（油圧）が供給されていない。このとき、図２に示すように、ロックプレート８０の頭部８０ａがロータ２０の受容部２２に没入しロックされ、ロータ２０とハウジング３０の相対回転が規制されている。内燃機関を始動してオイルポンプ２０５が駆動されても、切換弁２００に通電するデューティ比が小さい（単位時間当たりの非通電時間に対する通電時間の割合が小さい）間は、オイルポンプ２０５から供給される作動油（油圧）は接続通路１６、遅角通路１１および遅角油通路２３を通って実質的に遅角用油室Ｒ２に供給されるだけなので、弁開閉時期制御装置１はロック状態に維持される。

内燃機関の運転条件によって、弁開閉時期に進角が必要になると、切換弁２００に通電するデューティ比が大きくされ、スプール２０４の位置が切り換えられる。オイルポンプ２０５から供給される作動油（油圧）は、接続通路１５、進角通路１２および進角油通路２４を通って、あるいはロック油通路２５から受容部２２に供給され作動油溝２４ａを通って進角油室Ｒ１へと供給される。このとき、ロック油通路２５から受容部２２に供給された作動油（油圧）は、底部２２ｆの周方向両側に形成された油圧溝２２ｂに流入し、油圧溝２２ｂに沿って底部２２ｆの軸方向に流れる。底部２２ｆの軸方向に流れた作動油は、連通溝２２ｃを通して、周方向に流れ、ロックプレート８０の先端部８０ａに導入される。これにより、ロックプレート８０の先端部８０ａへの作動油の流路面積が、油圧溝２２ｂ及び連通溝２２ｃにより、大きくなるため、作動油を速く導入することができる。

また、ロックプレート８０の先端部８０ａの作動油と接する面積が設けられるため、ロックプレート８０を解除する油圧を、ロックプレート８０の先端部８０ａの全面が受容部２２の底部２２ｆと接していた従来技術に比べて、大きくすることができる。つまり、ロックプレート８０が、頂面２２ｅと接触している時、突起部２２ａの周囲には、空間Ｓが形成される。従って、空間Ｓに作動油が流入し、先端部８０ａに油圧が作用し、ロックプレート８０を突起部２２ａから分離することができる。このため、ロックプレート８０が受容部２２から退出するまでに要する時間を短くすることができる。従って、ハウジング３０とロータ２０が相対回転する前に、ロックプレート８０の先端部８０ａに十分な油圧が加わりロックプレート８０が受容部２２から退出し、ロックプレート８０がロータ２０とハウジング３０に挟まれて退出不良となり、ロックの解除不良が発生することを防止することができる。このように、受容部２２に導入された作動油は、ロックプレート８０をハウジング３０の退避溝部３４に収容し、作動油溝２４ａを介して進角油室Ｒ１に供給される。進角油室Ｒ１に供給された作動油は、進角油通路２４を通って進角油室Ｒ１に供給された作動油と共に、ハウジング部材３に対して、ロータ部材２を進角方向に回転する。

一方、遅角油室Ｒ２にあった作動油（油圧）は、遅角油通路２３、遅角通路１１および接続通路１６を介して切換弁２００の排出ポート２０７から排出され、ハウジング３０に対しロータ２０は進角側に相対回転される。ハウジング３０の凸部３３Ａの側面３３ａとベーン７０Ａの側面７０ａとが当接し、ハウジング３０に対してロータ２０の進角側への相対回転が規制される。

次に、内燃機関の運転条件によって、弁開閉時期に遅角が必要になると、切換弁２００に通電するデューティ比が小さくされ、スプール２０４の位置が切り換えられる。オイルポンプ２０５から供給される作動油（油圧）は、接続通路１６、遅角通路１１および遅進角油通路２３を通って遅角油室Ｒ２へと供給される。一方、進角油室Ｒ１にあった作動油（油圧）は、進角油通路２４、進角通路１２および接続通路１５と共に、作動油溝２４ａ、受容部２２およびロック油通路２５を介して切換弁２００の排出ポート２０７から排出され、ハウジング３０に対しロータ２０は遅角側（図２の反時計方向）に相対回転される。ハウジング３０の凸部３３Ｂの側面３３ｂとベーン７０Ｂの側面７０ｂとが当接し、ハウジング３０に対してロータ２０の遅角側への相対回転が規制される。なお、受容部２２から作動油（油圧）が排出されると、ハウジング３０に移動可能に配設されるロックプレート８０が受容部２２に没入してハウジング３０とロータ２０との相対回転が規制される。

なお、制御弁２００のデューティ比を制御することで、相対回転位置は最遅角位置と最進角位置との間の任意の位置、例えば中間位置に止めることもできる。

本発明の実施形態に従った弁開閉時期制御装置の縦断面図である。 弁開閉時期制御装置の最遅角状態であって、図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ部拡大図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図３の油圧溝２２ｃをＲ形状とした実施例を示す拡大図である。 図３のロータ部材の受容部を径方向外側から見た拡大図である。

符号の説明

１・・・弁開閉時期制御装置
２・・・ロータ部材
３・・・ハウジング部材
１０・・・カムシャフト
１１・・・遅角通路（油圧回路）
１２・・・進角通路（油圧回路）
２２・・・受容部（ロック機構）
２２ａ・・・突起部
２２ｂ・・・油圧溝
２２ｃ・・・連通溝
２２ｆ・・・底部
２２ｇ・・・開口部
２２ｅ・・・頂面
２３・・・遅角油通路（油圧回路）
２４・・・進角油通路（油圧回路）
２４ａ・・・作動油溝（油圧回路）
２５・・・ロック油通路（油圧回路）
２５ａ・・・開口部
７０・・・ベーン
８０・・・ロックプレート（ロック部材：ロック機構）
Ｒ０・・・流体圧室
Ｒ１・・・進角油室
Ｒ２・・・遅角油室

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの一方と一体的に回転するハウジング部材と、
   前記ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ前記カムシャフトまたは前記クランクシャフトの他方と一体的に回転するロータ部材と、
   前記ハウジング部材と前記ロータ部材との間に形成され、前記ロータ部材に一体的に設けられるベーンによって進角油室と遅角油室とに二分される流体圧室と、
   前記ハウジング部材に移動可能に配設されるロック部材が前記ロータ部材に形成される受容部に没入して相対回転を規制し、前記受容部から退出して相対回転を許容するロック機構と、
   前記進角油室と前記遅角油室および前記ロック機構へ作動油を給排する油圧回路とを備えた弁開閉時期制御装置において、
   前記受容部は、前記ロータ部材の軸方向に貫通して形成されるとともに、前記受容部の底部には、前記ロック部材の断面積より小さい面積を有する頂面を備える突起部が形成され、前記突起部の頂面の幅は、前記ロック部材の周方向幅より狭く、前記底部には油路が開口部を介して連通し、該開口部の周方向幅は、前記頂面の幅より大きく形成され、前記頂面の面積は、前記ロック部材の先端部よりも小さく、前記底部には周方向に凹状に形成される油圧溝が開口し、前記突起部には前記油圧溝を連通する少なくとも一つの連通溝が形成されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 前記連通溝は、前記突起部の軸方向の一端または両端に形成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. 前記連通溝は、前記ロータ部材の端面に開口し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. 前記突起部の高さは、前記油圧溝が前記底部に開口する開口部の径方向高さより低いことを特徴とする請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記油圧溝は、その周壁がＲ形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。

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