JP4453222B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの動弁装置において、弁の開閉時期を制御するために用いられる弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られていた弁開閉時期制御装置として、例えば、特開平９−３２４６１３号公報（第１の従来技術という）には、内燃機関のクランク軸から内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉するカム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記クランク軸または前記カム軸と一体的に回転するハウジング部材と、このハウジング部材に設けたシュー部に相対回転可能に組み付けられてベーン部にて前記ハウジング部材内に進角油室と遅角油室とを形成し、前記カム軸または前記クランク軸と一体的に回転するロータ部材と、作動油の供給によりアンロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を許容し作動油の排出によりロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を最進角位相と最遅角位相間の中間位相位置にて規制する相対回転制御機構と、前記進角油室及び前記遅角油室への作動油の給排を制御する油圧回路を備えたものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した弁開閉時期制御装置においては、相対回転制御機構がハウジング部材とロータ部材の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間の中間位相位置に規制する状態にて内燃機関の良好な始動性が得られるように、吸気弁及び排気弁の開閉時期が設定されている。しかしながら、内燃機関の始動時において、ハウジング部材とロータ部材との相対位相は常に中間位相位置、つまり、相対回転制御機構がロック作動を行える位置（ロック可能な位置）にあるとは限らない。このような場合にはハウジング部材とロータ部材との相対位相を中間位置に移動させて、ロックさせる必要が生じる。この時のハウジング部材に対するロータ部材の移動は従動軸に加わる変動トルクによって行われる。これは内燃機関の始動時にはロータ部材を回転させるための進角油室または遅角油室に供給される作動油の圧力が十分でない場合があるためである。このとき、進角油室と遅角油室とに作動油が満たされた状態であると、ロータ部材の移動が作動油によって阻害され、中間位置への移動が行えずに始動性を損なうという問題が生じる。このハウジング部材とロータ部材とを速やかに中間位相位置に移動させて相対回転制御機構が円滑にロック可能な位置に移動させるという問題を解決するために、進角油室及び遅角油室に残留している作動油を両方から排出可能な可能な油圧回路を有する弁開閉時期制御装置とすることが考えられる。
【０００４】
ところが、このような油圧回路を有する弁開閉時期制御装置においては、進角油室と遅角油室とに残留している作動油が全て排出されてから、ハウジング部材に対してロータ部材が相対回転制御機構がロック可能な位置に移動するまでの間は進角油室及び遅角油室には作動油が供給されない。このとき、ハウジング部材に対するロータ部材の相対位相が変化している間は従動軸も同様に被支承部に支承された状態で回転している。進角油室または遅角油室に作動油が供給されている場合にはこの被支承部に作動油供給手段から作動油が供給されて、被支承部の摺動抵抗を低減させる潤滑油として機能しているが、上記した場合には作動油の供給が徐々に少なくなるか、停止されることになる。このため、進角油室及び遅角油室から排出される作動油が減少したり、あるいは、進角油室及び遅角油室から作動油が全て排出されてしまってから、進角油室及び遅角油室に作動油が供給され始めるまでの間では、潤滑油の供給が遮断されてしまい、従動軸が支承されている部分の円滑な回転が阻害されるという不具合が起こる可能性が生じる。
【０００５】
それゆえ、本発明は、当該弁開閉時期制御装置において、従動軸の被支承部へ潤滑油を供給させ、その回転を円滑に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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明にて講じた技術的手段は、エンジンの回転軸または従動軸の一方と一体的に回転するハウジングと、前記ハウジングに対して相対回転可能に組み付けられると共に、前記従動軸または前記回転軸の他方と一体的に回転するロータと、前記ハウジングと前記ロータとの間に形成される流体圧室と、前記ハウジングまたは前記ロータの少なくとも一方に設けられ、該流体圧室を進角油室と遅角油室に区画するベーンと、流体供給手段から前記進角及び遅角油室の少なくとも一方への流体の供給及び、前記進角及び遅角油室の少なくとも一方からの流体の排出を制御すると共に、前記進角油室及び前記遅角油室の両方からの流体の排出を可能とする制御手段と、前記進角油室及び前記遅角油室の両方から流体が排出されることにより前記ハウジングと前記ロータとの相対回転を所定の位置で規制する相対回転制御機構と、を備えてなる弁開閉時期制御装置において、前記進角油室及び前記遅角油室の両方から流体が排出される際には前記進角油室及び前記遅角油室に流体の供給は行われず、前記進角油室及び前記遅角油室の両方からの流体排出時に前記従動軸の被支承部に前記流体供給手段から常に流体を供給可能な流体供給機構を備えてなることである。
【０００７】
上記した手段によれば、前記従動軸の被支承部に前記供給手段から常に流体を供給可能な作動流体供給機構を備えてなることによって、進角油室及び遅角油室から流体が排出されている状態に制御手段が制御されていても回転部たる従動軸の被支承部には潤滑油を供給することができるので、被支承部の円滑な回転を確保することができる。
【０００８】
また、上記した課題を解決するために請求項２の発明にて講じた技術的手段は、請求項１に記載の技術的手段に加えて、前記流体供給機構は前記供給手段から前記制御手段を介さずに前記被支承部に直接流体を供給可能としたことである。
【０００９】
上記した手段によれば、制御手段による制御がいかなる状態とされていても流体供給機構に潤滑油たる流体を供給することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に従った第１の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の複雑化を防ぐため、図２のハッチング線は省略している。
【００１１】
図１、図２に示した本発明の弁開閉時期制御装置は、カム軸（従動軸）１０の先端部（図１の左端）に一体的に組み付けられたはロータ２０と、このロータ２０の外側にロータ２０に対し相対回転可能に外装され、エンジンの図示しないクランクシャフト（回転軸）から、チェーン９０（伝達部材）を介して回転力が伝達されるハウジング３０と、ハウジング３０とロータ２０の間に介装されるトーションスプリングＳと、ハウジング３０とロータ２０の相対回転を制御する相対回転制御機構Ｂと、後述する進角室Ｒ１及び遅角室Ｒ２への作動油（流体）の給排を制御すると共に相対回転制御機構Ｂへの作動油の給排を制御する油圧制御弁（制御手段）１００とを備えている。
【００１２】
カム軸１０は、吸気弁または排気弁の一方（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、内燃機関のシリンダヘッド（被支承部）４０に回転自在に支承されており、その内部にはカム軸１０の軸方向に延びる進角油路１１と遅角油路１２とが設けられている。進角油路１１は径方向の通孔１３と環状の通路１４と接続通路Ｐ１とを介して油圧制御弁１００の進角ポート１０１に接続されている。また、遅角通路１２は径方向の通孔１５と環状の通路１６と接続通路Ｐ２とを介して油圧制御弁１００の遅角ポート１０２に接続されている。なお、径方向の通孔１３、１５と、環状の通路１６はカム軸１０に形成されており、環状の通路１４はカム軸とシリンダヘッド４０の段部間に形成されている。
【００１３】
また、シリンダヘッド４０には円環状の通路１７が設けられている。この円環状の通路１７はシリンダヘッド４０のカム軸１０を支承する摺動面にて開口している。円環状の通路１７は接続通路Ｐ３を介してオイルポンプ１１０に直接連通している。尚、円環状の通路１７、接続通路Ｐ３が本発明の流体供給機構を構成する。
【００１４】
ロータ２０は、ボルト５０によってカム軸１０の先端に一体的に螺合されており、ボルト５０の頭部によって前端を閉塞されたロータ２０の中心内孔２０ａはカム軸１０に設けた進角通路１１に連通している。
【００１５】
また、ロータ２０は４個のベーン２１とこれを径方向へ付勢する図示しないスプリングを組み付けるためのベーン溝２０ｂを有している。各ベーン２１はベーン溝２０ｂに組み付けられて径方向外方に延びており、ハウジング３０内に４個の進角室Ｒ１と遅角室Ｒ２を区画形成している。また、ロータ２０には径方向内端にて中心内孔２０ａを通して進角通路１１に連通し径方向外端にて進角室Ｒ１に連通する径方向の通孔２０ｅが４個設けられると共に、遅角油路１２に連通する軸方向の通孔２０ｄと、径方向内端にて通孔２０ｄに連通し、径方向外端にて遅角油室Ｒ２に連通する径方向の通孔２０ｅがそれぞれ４個設けられている。
【００１６】
ハウジング３０は、ハウジング本体３１と、フロントプレート３２と、リヤ薄肉プレート３３と、これらを一体的に連結するボルト３４によって構成されている。ハウジング本体３１の後方外周にはスプロケット３１ａが一体的に形成されている。スプロケット３１ａは周知のようにタイミングチェーン９０を介してエンジンの図示しないクランク軸に連結されていて、クランク軸からの駆動力が伝達されて図２の時計方向へ回転されるように構成されている。
【００１７】
ハウジング本体３１は、径方向内方に突出する４個の突出部３１ａを有していて、各突出部３１ａの間には流体圧室３１ｂが形成される。この流体圧室３１ｂ内にベーン２１が配置され、進角室Ｒ１と遅角室Ｒ２とを区画する。
【００１８】
フロントプレート３２とリヤ薄肉プレート３３は軸方向の対向する端面にて、メインロータ２１の軸方向端面及び、各ベーン２１の軸方向端面全体にそれぞれ摺動可能に接している。また、ハウジング本体３１の流体圧室３１ｂには図２に示すように最遅角位相位置をベーンとの当接によって規制する突起３１ｃと、最進角位相位置をベーン２１との当接によって規制する突起３１ｄとが形成されている。
【００１９】
相対回転制御機構Ｂは、作動油の供給によりアンロック作動してハウジング３０とロータ２０の相対回転を許容し、作動油の排出によりロック作動してハウジング３０とロータ２０の相対回転を最遅角位相位置と最進角位相位置の中間位相位置（図２の状態）にて規制するものであり、図２に示したように一対のロックピン６１、６２及びロックスプリング６３、６４を備えている。
【００２０】
ロックピン６１、６２は、フロントプレート３２に設けられた軸方向の退避孔３２ａ、３２ｂに軸方向に摺動可能に組み付けられていて、退避孔３２ａ、３２ｂに収容したロックスプリング６３、６４によって退避孔３２ａ、３２ｂから突出するように付勢されている。尚、各退避孔３２ａ、３２ｂには、ロックピン６１、６２を円滑に軸方向に移動させるための通孔３２ｃ、３２ｄが設けられている。
【００２１】
また、各ロックピン６１、６２は、先端部がロータ２０に設けた円弧状のロック溝２１ｆ、２１ｇに摺動可能で抜き差し可能（嵌合・離脱可能）であり、円弧状のロック孔２１ｆ、２１ｇに作動油が供給されることによりロックスプリング６３、６４の付勢力に抗して軸方向へ移動して退避孔３２ａ、３２ｂに退避収容されるようになっている。また、各ロックピン６１、６２の先端はロータ２０の端面に当接可能であり、当接状態ではロータ２０は回転可能である。
【００２２】
各円弧状ロック溝２１ｆ、２１ｇは、図２に示したように、ハウジング３０に対してロータ２０が中間位相位置にあるとき、その端部が各退避孔３２ａ、３２ｂに対向一致するように設けられていて、底部には円弧状連通溝２１ｈ、２１ｉと軸方向の通孔２１ｊ、２１ｋが設けられている。円弧状ロック溝２１ｆは、図２にて示したように、円弧状連通溝２１ｈと軸方向の通孔２１ｊと、径方向の通孔２１ｃを通して進角通路１１に連通すると共に、径外方に延びる連通溝２１ｍを通して進角油室Ｒ１に連通している。円弧状ロック溝２１ｇは、図２及び図４にて示したように、円弧状連通溝２１ｉと、軸方向の通孔２１ｋと径方向の通孔２１ｅと軸方向の通孔２１ｄを通して遅角通路１２に連通すると共に、径外方に延びる連通溝２１ｎを通して遅角油室Ｒ２に連通している。
【００２３】
ハウジング３０とロータ２０間に介装したトーションスプリングＳは、ハウジング３０に対してロータ２０を進角側に回転付勢するものである。このトーションスプリングＳによって、ロータのハウジングに対する相対回転位相を進角側へ変更する際の作動応答性は良好とされている。
【００２４】
図１に示した油圧制御弁１００は、エンジンによって駆動されるオイルポンプ１１０、エンジンのオイルパン１２０等からなる油圧回路Ｃを構成していて、通電制御装置ＥＣＵによるソレノイド１０３への通電によって図示しないスプールを図示しないスプリングに抗して移動させる可変式電磁スプールバルブであり、ソレノイドへのデューティ値（％）を変えることによりスプールのストローク量を変更して各ポート１０１、１０２、１０６、１０７間の連通・遮断を制御するように構成されている。通電制御装置ＥＣＵは各種センサ（クランク角、カム角、スロットル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温、車速等を検出するセンサ）からの検出信号に基づき、予め設定した制御パターンに従い、エンジンの運転状況に応じて出力（ソレノイドに送られる電流のデューティ値）を制御するようになっている。
【００２５】
スプール１０４は、図３にて拡大して示したように、このランド部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅと、各ランド部間に形成した４この環状溝１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉと、両端の環状溝１０４ｆ、１０４ｉを排出ポート１０７に連通させる一対の連通孔１０４ｊ、１０４ｋと有していて、図３に示した各部のラップ量がＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６となるように設定されている。油圧制御弁１００は、このラップ量をソレノイドの電流値によりスプール１０４の位置を変位させることで変化させて、進角油室Ｒ１、遅角油室Ｒ２のそれぞれ、またはその両方に作動油を供給することが可能とされている。
【００２６】
ところで、スプール１０４が図３に示した状態（デューティ値０％で非通電の状態）にあるときには、オイルポンプ１１０の吐出口に接続された１０６が両ランド部１０４ｂ、１０４ｃによって両接続ポート１０１、１０２がオイル溜１２０に接続された排出ポート１０７に両環状溝１０４ｆ、１０４ｉと両連通孔１０４ｊ、１０４ｋを通して連通していて、両接続ポート１０１、１０２の両方から排出ポート１０７に作動油が排出可能である。このため、各進角油室Ｒ１及び各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの両円弧状ロック溝２１ｆ、２１ｇから油圧制御弁１００を通して作動油をオイル溜１２０に排出可能である。
【００２７】
ところで、カム軸１０には常にカム軸１０を遅角方向あるいは進角方向へ周期的に回転させようとする回転変動トルクが加わっている。これにより、カム軸１０の回転変動によってカム軸１０と一体的に回転するロータ２０、及びベーン２１が流体圧室３１ａ内を移動し、このベーン２１の移動に伴って、進角油室Ｒ１と、遅角油室Ｒ２の容積が変化する。上記したように、エンジンの始動時には油圧制御弁１００が図３に示した状態にて制御され、進角油室Ｒ１、遅角油室Ｒ２は双方ともオイル溜１２０に連通している。このため、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２内に滞留していた作動油がオイル溜１２０に排出される。また、進角油室Ｒ１及び遅角油室の容積変化（ベーン２１）によっても作動油が押し出され、排出される。回転変動トルクによってこの作動が繰り返されることにより、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２内の作動油は速やかに排出される。そして、進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２内の作動油が排出されると、回転変動トルクによってハウジング３０に対するロータ２０の位相が徐々に移動され、中間位相位置となったときに相対回転制御機構Ｂによってロータ２０の位置が固定される。
【００２８】
本発明の作用について説明する。
【００２９】
進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２からオイル溜１２０に作動油が排出されている場合には、進角油室Ｒ１（遅角油室Ｒ２）、径方向の通孔２１ｃ（径方向の通孔２１ｅ）、進角通路１１（遅角通路１２）、径方向の通孔１３（径方向の通孔１５）、円環状の通路１４（円環状の通路１６）、接続油路Ｐ１（接続油路Ｐ２）、油圧制御弁１００を介してオイル溜１２０に至る。このためカム軸１０の被支承部（カム軸１０とシリンダヘッド４０と間の摺動面）には円環状の通路１４、１６から作動油が供給される。また、接続通路Ｐ３と、円環状の通路１７によってオイルポンプ１１０からは常に作動油が供給される。
【００３０】
そして、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２に残留している作動油が減少して、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２から排出される作動油の量が減少したり、あるいはその全て排出されてしまうと、円環状通路１４、１６から摺動面に供給される作動油の量も減少または全くなくなってしまう。このような場合においてもカム軸１０には回転変動トルクが加わり、カム軸１０はその被支承部で（中間位置に至ってロックされるまでの間）回転し続ける。この状態は油圧制御弁１００の作動状態が切り替えられて進角油室Ｒ１または遅角油室Ｒ２に作動油が供給されるまで継続する。しかしながら、接続通路Ｐ３と円環状の通路１７は油圧制御弁１００を介さずに直接オイルポンプ１１０と連通されているため、このような場合においても摺動面であるカム軸１０がシリンダヘッド４０に支承される部分（被支承部）に作動油を供給することができる。これにより、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２から作動油が排出される作動油が減少またはなくなっても、接続通路Ｐ３及び円環状の通路１７を介してカム軸１０とシリンダヘッド４０とが摺動する面（被支承部）には常に作動油を供給することができる。
【００３１】
このため、カム軸１０とシリンダヘッド４０とが摺動する面において潤滑油としての作動油が供給されなくなったり、その供給量が減少することがないので、カム軸１０の円滑な回転を確保することができると共に、被支承部における摩耗の発生、軸の焼き付き等を防止することができる。
【００３２】
図４は、本発明の第２実施形態を示す図面である。図面の繁雑化を避けるため、図４においては図１に示したロータ２０、ハウジング３０等の図示を省略している。また、第２実施形態は第１実施形態と比較して作動流体供給機構を構成する円環状の通路１７の配置が異なっているだけであるので第１実施形態と同じ番号符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
図４において、作動流体供給機構を構成する円環状の通路１７は、カム軸１０の中心軸方向において、進角油路１１に連通する円環状の通路１４と、遅角油路１２に連通する１６の略中間の位置に配置されている。上記した第１実施形態においては円環状の通路１７を進角通路１１と連通する円環状の通路１４と遅角油路１２と連通する円環状の通路１６のそれぞれが配置されている位置よりも反ロータ側の位置に配置されている。しかしながら、図４に示すように上記した配置とすることで、カム軸１０がシリンダヘッド４０に支承され、摺動する部分（被支承部）の略中央に潤滑油たる作動油を供給することが可能になる。これにより、カム軸１０の回転中心線方向に対してバランスよく作動油が供給できるので、摺動部を摺動抵抗を一様にすることができ、偏摩耗の発生等が防止できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１の発明によれば、前記従動軸の被支承部に前記供給手段から常に作動流体を供給可能な流体供給機構を備えることによって、従動軸の被支承部において潤滑油としての作動油が供給されなくなったり、その供給量が減少することが防止できる。これにより、従動軸の被支承部の潤滑性を向上させることができ、弁開閉時期制御装置を安定して作動させることができる。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、前記流体供給機構は前記供給手段から前記制御手段を介さずに直接流体を供給可能としたことによって、制御手段の作動位置に係らず流体を供給することができる。これによって、特に進角油室及び遅角油室の両方から作動油が排出され、これら油室に作動油が供給されるまでの間において、流体が被支承部へ供給されなくなることが防止でき、従動軸の被支承部の潤滑性を確保して弁開閉時期制御装置を安定して作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁開閉時期制御装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１に示す要部縦断面図であり、ハウジングに対するロータの位置が中間位相位置にあるときを示す図である。
【図３】図１に示す流量制御弁の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０ カム軸（従動軸）
１７ 円環状の通路（流体供給機構）
２０ ロータ
２１ ベーン
３０ ハウジング
３１ｂ 流体圧室
４０ シリンダヘッド（被支承部）
１００ 油圧制御弁（制御手段）
１１０ オイルポンプ
Ｂ 相対回転制御機構
Ｒ１ 進角油室
Ｒ２ 遅角油室
Ｐ１、Ｐ２ 接続通路
Ｐ３ 接続通路（流体供給機構）

Claims (2)

1. エンジンの回転軸または従動軸の一方と一体的に回転するハウジングと、
   前記ハウジングに対して相対回転可能に組み付けられると共に、前記従動軸または前記回転軸の他方と一体的に回転するロータと、
   前記ハウジングと前記ロータとの間に形成される流体圧室と、
   前記ハウジングまたは前記ロータの少なくとも一方に設けられ、該流体圧室を進角油室と遅角油室に区画するベーンと、
   流体供給手段から前記進角及び遅角油室の少なくとも一方への流体の供給及び、前記進角及び遅角油室の少なくとも一方からの流体の排出を制御すると共に、前記進角油室及び前記遅角油室の両方からの流体の排出を可能とする制御手段と、
   前記進角油室及び前記遅角油室の両方から流体が排出されることにより前記ハウジングと前記ロータとの相対回転を所定の位置で規制する相対回転制御機構と、
   を備えてなる弁開閉時期制御装置において、
   前記進角油室及び前記遅角油室の両方から流体が排出される際には前記進角油室及び前記遅角油室に流体の供給は行われず、
   前記進角油室及び前記遅角油室の両方からの流体排出時に前記従動軸の被支承部に前記流体供給手段から常に流体を供給可能な流体供給機構を備えることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 前記流体供給機構は前記供給手段から前記制御手段を介さずに前記被支承部に直接流体を供給可能とし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。

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