JP4736986B2 - 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ものである。

近年、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能とする弁開閉時期制御装置がカムシャフトの一端に取り付けられるようになっている。

この種の弁開閉時期制御装置の一方式に、例えば特許文献１に記載されているように、クランクシャフトからの機関回転動力をタイミングベルト又はタイミングチェーン等の動力伝達手段によりカムシャフトに伝達する内燃機関において、カムシャフト側には放射方向に延びる複数のベーンを組付けたロータを固定するとともに、ロータに同軸状に嵌合されたタイミングプーリにはその内周部に円陣状に各油圧室を形成し、各油圧室に上記各ベーンをそれぞれピストンとして係入してなるベーンタイプの弁開閉時期制御装置がある。

上記方式のものでは、運転状態に応じた進角用の油圧又は遅角用の油圧を、ベーンによって第１油圧室と第２油圧室に仕切られる各油圧室の第１油圧室又は第２油圧室に作用させて、カムシャフトとタイミングプーリ間で相対位相を変え弁開閉制御を行っている。具体的には、放射方向に延びる複数のベーン（１８）をもつロータ（１７）及びロータ（１７）を内包してロータ（１７）との間で各ベーン（１８）をそれぞれ収嵌するように各進角用と遅角用の作動流体が作用する複数の圧力室を円陣状に形成したハウジング部材（１９）からなり、ベーン（１８）によって画成される各圧力室の第１圧力室（３０）及び第２圧力室（３１）の少なくとも一方に、カムシャフトの軸方向に延在した主通路（２７）と、主通路（２７）から放射状に延在した枝通路（１３）からなる流体通路を設け、流体通路を介して作動流体を導出している。作動流体は放射状に延在した枝通路（１３）より各圧力室に導出されるので各圧力室に同時均一に流体圧が作用し、弁開閉時期制御動作の応答性と円滑性を向上するようにした技術が開示されている。

ところで、エンジン低回転時には作動油量が少なく、油圧室に作用する圧力が小さいので、必要な回転力を得る為には、多数の油圧室（特許文献１では６室）が必要となる。一方、エンジンが高回転時には作動油量は十二分に送られてくるので、１室当りの回転力も大きくなり少数の油圧室で弁開閉時期制御動作に必要なトルクを得ることができる。しかし、エンジンが高回転時にはカムシャフトも高回転で回転しているので、弁開閉時期制御動作を低回転時より速くする要求がある。
特開平０９−１５１７１１号公報

本発明は上記従来技術の実情に鑑みてなされたもので、内燃機関が低回転で作動油供給量が少ない状態において弁開閉時期制御装置の駆動トルクを確保するとともに、高回転で作動油供給量が多い状態において弁開閉時期制御装置の応答速度を一層向上する技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために講じた技術的手段は、
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、
前記回転軸および前記回転伝達部材のいずれか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室と遅角用室とに二分される複数の流体圧室と、
前記進角用室に流体を給排する複数の第１流体通路と、
前記遅角用室に流体を給排する複数の第２流体通路と、
を備えた弁開閉時期制御装置において、
複数の前記進角用室および複数の前記遅角用室の少なくとも一方の室において、前記室のうち少なくとも一つ但し全てを除く前記室の流体の給排を制御する通路開閉手段と、
開状態時には前記室のうち少なくとも一つ但し全てを除く前記室を大気と連通させる室開閉手段と、を備えたことである。

請求項１の発明によれば、複数の進角用室および複数の遅角用室の少なくとも一方の室において、室のうち少なくとも一つ但し全てを除く室の流体の給排を制御する通路開閉手段と、開状態時には前記室のうち少なくとも一つ但し全てを除く前記室を大気と連通させる室開閉手段室開閉手段と、を備えた。これにより、内燃機関が低回転で作動油供給量が少なく油圧が低い状態においては、通路開閉手段により流体の給排を制限せず、室開閉手段により大気と連通させなければ、弁開閉時期制御装置の駆動トルクを確保できる。また、内燃機関が高回転で作動油供給量が多く油圧が高い状態においては、通路開閉手段により流体の給排を制限して、室開閉手段により大気と連通させれば、多くの作動油量を少ない流体圧室に供給することになるので、弁開閉時期制御装置の応答速度を一層向上させることができる。

請求項４の発明によれば、通路開閉手段と室開閉手段とは、回転軸又は回転伝達部材の回転数を感知して開閉することにより、通路開閉手段と室開閉手段との制御が容易となる。

請求項５の発明によれば、通路開閉手段が開状態時に室開閉手段は閉状態となり、通路開閉手段が閉状態時に室開閉手段は開状態となることで、作動油の圧力を効果的に利用でき弁開閉時期制御装置が円滑に作動する。

請求項６の発明によれば、室開閉手段の弁部材は付勢部材にて回転軸の軸心方向に付勢されていることにより、開閉作動に回転軸又は回転伝達部材の遠心力を利用した簡易な構成で開閉手段が実現できる。

請求項７の発明によれば、室開閉手段の弁部材は付勢部材にて回転軸の軸心方向に付勢されていることにより、開閉作動に回転軸又は回転伝達部材の遠心力を利用した簡易な構成で開閉手段が実現できる。

請求項８の発明によれば、通路開閉手段は回転軸又は回転伝達部材の所定の回転数で開状態から閉状態に切り替わることにより、内燃機関の回転数に連係した制御となる。

請求項９の発明によれば、室開閉手段は回転軸又は回転伝達部材の所定の回転数で閉状態から開状態に切り替わることにより、内燃機関の回転数に連係した制御をすることができる。

請求項１０の発明によれば、室開閉手段は、進角用室および遅角用室の少なくとも一方と大気側との連通孔を開閉することにより、進角用室および遅角用室の少なくとも一方の油圧を解放することができる。

請求項１１の発明によれば、通路開閉手段の弁部材と室開閉手段の弁部材とが一体で形成されていることにより、簡素な構成とすることができる。

以下、本発明に従った弁開閉時期制御装置の実施形態を図面に基づき、説明する。

図１乃至図４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５０、リアプレート５１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。更に、ロータ２０とフロントプレート５０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５枚のベーン７０と、ハウジング３０に組付けたロックキー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、クランクシャフト１１０から図示していないクランクスプロケットとタイミングチェーン１２０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。なお、本実施形態においては、一例として内燃機関のクランクシャフト１１０の回転を、タイミングチェーン１２０を介してハウジング３０のタイミングスプロケット３１に回転動力が伝達される構成について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、別の構成として、タイミングチェーン１２０に代わってベルト部材を用い、タイミングスプロケット３１をプーリに置き換えても良い。

カムシャフト１０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、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油通路（油圧回路）１１と進角油通路（油圧回路）１２が設けられている。遅角油通路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２０２に接続されている。また、進角油通路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２０１に接続されている。

切換弁２００はソレノイド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に連通するとともに、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。また非通電時には、供給ポート２０６が第２接続ポート２０２に連通するとともに、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の通電時には進角油通路１２に作動油（油圧）が供給され、非通電時には遅角油通路１１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はその軸心に形成された貫通穴を通して単一の取付けボルト９５によってカムシャフト１０に一体的に固着され、ロータ部材２を構成している。ロータ２０には、五つのベーン溝２１、一つのロック溝２２が形成されている。ベーン溝２１には５枚のベーン７０がそれぞれ径方向に移動可能に取り付けられ、ベーン溝２１の底部とベーン７０の下面との間にはベーンスプリング７３が配置されている。これにより、ベーン７０は、外方に向けて付勢されて、ハウジング３０の摺動面を摺動する。ロック溝２２にはカムシャフト１０及びロータ２０とハウジング３０の相対位置が所定の位相（最進角位置）で同期したとき、図２に示すように、その一部が所定量没入するロックキー８０が配置されている。

また、ロータ２０は径方向に延びるそれぞれ五つの遅角油通路２３および四つの進角油通路２４と一つの進角油通路兼ロック油通路２８とを備えている。遅角油通路２３は軸方向に設けられた遅角油通路２５を介して遅角油通路１１に連通されている。遅角油通路１１はカムシャフト１０の径方向の油路７１と遅角用環状溝１３とを介して遅角用接続通路１５と連通されている。進角油通路２４と進角油通路兼ロック油通路２８とは軸方向に設けられた進角油通路２６を介して進角油通路１２に連通されている。進角油通路１２はカムシャフト１０の径方向の油路７２と進角用環状溝１４とを介して進角用接続通路１６と連通されている。

四つの進角油通路２６ａと四つの遅角油通路２５ａには、通路と直交し径方向に作動する開閉弁（通路開閉手段）４０が配設されている。

ここで、開閉弁４０の構成について遅角油通路２５ａを例に説明する。（進角油通路２６ａも遅角油通路２５ａと同様であるので説明を省略する。）
開閉弁４０は弁体４１と、弁体４１をカム軸心方向に付勢する弾性部材のコイルスプリング４２とで構成されている。弁体４１は柱状をなし、中央が細径で両端が太径となっている。一端の太径部は遅角油通路２５ａの開閉を行い、他端の太径部は遅角油通路２３に設けられ大気側との連通孔４３の開閉を行なう。遅角油通路２５ａが開状態では連通孔４３を閉状態となり、遅角油通路２５ａが閉状態では連通孔４３を開状態となるように構成されている。

ハウジング部材３は、ハウジング３０の軸方向の両側に、フロントプレート５０とリアプレート５１が接合され、６本の連結ボルト９０によって一体的に組み付けられて構成されている。ハウジング部材３は、ロータ２０の外周に所定角度範囲で相対回転可能に組付けられている。

ハウジング３０はその外周に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５個の凸部３３が形成されている。これら凸部３３の内周面はロータ２０の外周面上で接しており、ハウジング３０がロータ２０に回転自在に支承されている。ある一つの凸部にはロックキー８０を収容する退避溝３４と、退避溝３４と連通し、ロックキー８０を径方向内方へと付勢するスプリング８１の収容穴３５が形成されている。

各ベーン７０は、ハウジング３０とロータ２０との間およびハウジング３０の周方向に隣り合う凸部３３の間に形成される流体圧室Ｒ０を進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２とに区画している。最遅角側ではベーン７０ａが凸部３３の周方向の一側面３３ａに当接する位置で相対回転が規制され、最進角側ではベーン７０ｂが凸部３３の周方向の他側面３３ｂに当接する位置で規制される。遅角側ではロックキー８０がロック溝２２に入り込むことでロータ２０とハウジング３０の相対回転を規制する。

トーションスプリング６０は、一端をフロントプレート５０に係止し、他端をロータ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５０及びリアプレート５１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形態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、流体圧室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、ロックキー８０がロータ２０のロック溝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１５、遅角油通路１１および遅角油通路２５を通って遅角油室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１６と、進角油通路１２、２６および２４を通って進角油室Ｒ１へと供給される。同時に、作動油（油圧）は、進角油通路兼ロック油通路２８を通ってロック溝２２に供給され、ロックキー８０の先端部８０ａに導入される。これにより、ロックキー８０の先端部８０ａに油圧が加わりロックキー８０がロック溝２２から退出し、ハウジング３０とロータ２０が相対回転可能となる。一方、遅角油室Ｒ２にあった作動油（油圧）は、遅角油通路２５、１１および接続通路１５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３３の側面３３ｂとベーン７０ｂの側面とが当接し、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１５、進角油通路１１および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、１２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は遅角側に相対回転される。ハウジング３０の凸部３３の側面３３ａとベーン７０ａの側面とが当接し、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。そして、ロック溝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キー８０がロック溝２２に没入して外部ロータ３０と内部ロータ２０との相対回転が規制される。

開閉弁４０は、内燃機関が停止時、あるいは低回転時は図３に示すようにコイルスプリング４２により弁体４１がカム軸心方向に付勢されて開弁状態となり、進角油通路２６ａおよび遅角油通路２５ａを連通し作動油が流出入する。その際、連通孔４３は閉状態で流入した作動油が大気側に流出しないようになっている。内燃機関の回転数が、予め設定した設定回転数以上の高回転時は図４に示すように、弁体の遠心力がコイルスプリングの付勢力に打ち勝ち、弁体は径方向外側に移動して進角油通路２６ａおよび遅角油通路２５ａを閉弁状態とし作動油の流出入を妨げる。同時に連通孔４３は開状態となって、遅角室Ｒ２および進角室Ｒ１は大気側と連通する。

つまり、作動油の供給量が少ない低回転時は、五つの流体圧室Ｒ０に作動油を供給して弁開閉時期制御装置１の作動力を確保している。そして、作動油供給量が多い高回転時は、開閉弁４０が配設されている四つの流体圧室Ｒ０には作動油が供給されずに大気側と連通するので弁開閉時期制御装置１の作動に関与せず、一つの流体圧室Ｒ０で作動することになる。その結果、五つの流体圧室Ｒ０で作動するときに比べて、５倍の速さで作動することができる。

本実施形態では、四つの流体圧室Ｒ０の進角油通路２６ａおよび遅角油通路２５ａに開閉弁４０を設けた例で説明したが、開閉弁４０の配設数は必要に応じ適宜設定すればよい。

また、一つの開閉弁４０で進角油通路２６ａまたは遅角油通路２５ａの開閉と連通孔４３の開閉とを行なう構成で説明したが、進角油通路２６ａまたは遅角油通路２５ａの開閉と連通孔４３の開閉とを別の弁体を設けても良い。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の実施形態を示す断面図（図２のＩ−Ｏ−Ｉ断面図）である。 図１のII−II視図である。 図２のIII−Ｏ断面図で、開閉弁４０が閉弁状態の図である。 図２のIII−Ｏ断面図で、開閉弁４０が開弁状態の図である。

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・・・遅角油通路
１２・・・進角油通路
２０・・・ロータ
２５・・・遅角油通路（第２流体通路）
２６・・・進角油通路（第１流体通路）
３０・・・ハウジング
４０・・・開閉弁（通路開閉手段、室開閉手段）
４１・・・弁体（弁部材）
５０・・・フロントプレート
５１・・・リアプレート
７０・・・ベーン
８０・・・ロックキー
１００・・・シリンダヘッド
１１０・・・クランクシャフト
１２０・・・タイミングチェーン
２００・・・切換弁
Ｒ０・・・流体圧室
Ｒ１・・・進角油室（進角用室）
Ｒ２・・・遅角油室（遅角用室）

Claims (11)

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、
   前記回転軸および前記回転伝達部材のいずれか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室と遅角用室とに二分される複数の流体圧室と、
   前記進角用室に流体を給排する複数の第１流体通路と、
   前記遅角用室に流体を給排する複数の第２流体通路と、
   を備えた弁開閉時期制御装置において、
   複数の前記進角用室および複数の前記遅角用室の少なくとも一方の室において、前記室のうち少なくとも一つ但し全てを除く前記室の流体の給排を制御する通路開閉手段と、
   開状態時には前記室のうち少なくとも一つ但し全てを除く前記室を大気と連通させる室開閉手段と、を備えたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 請求項１において、
   前記通路開閉手段は、前記第１流体通路および前記第２流体通路の少なくとも一方の通路に設けられることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記室開閉手段は、前記通路開閉手段が設けられている前記第１流体通路および前記通路開閉手段が設けられている前記第２流体通路の少なくとも一方の通路に設けられると共に、前記通路開閉手段よりも前記流体圧室側に設けられることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記通路開閉手段と前記室開閉手段とは、前記回転軸又は前記回転伝達部材の回転数を感知して開閉することを特徴とする弁開閉時期制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項において、
   前記通路開閉手段が開状態時に前記室開閉手段は閉状態となり、前記通路開閉手段が閉状態時に前記室開閉手段は開状態となることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項において、
   前記通路開閉手段の弁部材は付勢部材にて回転軸の径方向に向けて付勢されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
7. 請求項１乃至５の何れか１項において、
   前記室開閉手段の弁部材は付勢部材にて回転軸の径方向に向けて付勢されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
8. 請求項６において、
   前記通路開閉手段は前記回転軸又は前記回転伝達部材の所定の回転数で開状態から閉状態に切り替わることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
9. 請求項７において、
   前記室開閉手段は前記回転軸又は前記回転伝達部材の所定の回転数で閉状態から開状態に切り替わることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
10. 請求項１乃至５の何れか１項または７において、
    前記室開閉手段は、前記進角用室および前記遅角用室の少なくとも一方と大気とを連通する連通孔を開閉することを特徴とする弁開閉時期制御装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項において、
    前記通路開閉手段の弁部材と前記室開閉手段の弁部材とが一体で形成されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。

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