JP4818314B2 - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可変にする内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。 The present invention relates to a valve timing control device for an internal combustion engine that makes the opening / closing timing of an intake-side or exhaust-side engine valve of the internal combustion engine variable according to the engine operating state.
従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば以下の特許文献1に記載されているものが知られている。 As a conventional valve timing control device, for example, one described in Patent Document 1 below is known.
概略を説明すれば、このバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するタイミングプーリ(駆動回転体)が、カムシャフトに一体に結合された軸部材(従動回転体)の外周側に同軸に配置され、タイミングプーリと軸部材が組付角調整機構を介して互いに連結されている。組付角調整機構は、タイミングプーリに相対回転を規制した状態で軸方向変位可能に取付けられたピストン部材(可動操作部材)と、このピストン部材の内周面と軸部材の外周面に形成されて互いに噛合するヘリカルギヤとによって主として構成されており、ピストン部材を、電磁石と復帰用スプリングを備えた制御機構によって軸方向に適宜進退操作することにより、タイミングプーリと軸部材の組付角度をヘリカルギヤを通して調整する。
しかしながら、この従来のバルブタイミング制御装置においては、組付角調整機構のピストン部材(可動操作部材)がカムシャフトの軸方向に沿って進退操作される構造となっているため、カムシャフトの端部における組付角調整機構の軸方向占有スペースが大きくなり、機関の軸長が長くなって車両搭載性が悪化するという不具合がある。特に、電磁石によってピストン部材の進退操作位置を変更するためにはピストン部材の進退位置のさらに軸方向外側に電磁石を配置しなければならないため、軸方向の機関設置スペースの小さい車両においては、車両への機関搭載が不可能であった。 However, in this conventional valve timing control device, the piston member (movable operation member) of the assembly angle adjusting mechanism is configured to advance and retract along the axial direction of the camshaft. As a result, the space occupied in the axial direction of the assembly angle adjusting mechanism in the engine increases, and the axial length of the engine becomes longer, resulting in a deterioration in vehicle mountability. In particular, in order to change the piston member advancing / retreating operation position by the electromagnet, the electromagnet must be disposed further outside in the axial direction than the advancing / retreating position of the piston member. It was impossible to install the engine.
そこで本発明は、組付角調整機構の軸方向の占有スペースを小さくして、車両搭載性を向上させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is intended to provide a valve timing control device for an internal combustion engine that can reduce the space occupied in the axial direction of the assembly angle adjusting mechanism and improve the vehicle mountability.
本発明は、機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、該駆動回転体に対して同軸上に相対回転自在に設けられた従動回転体と、端部の曲率を部分的に大きくした渦巻き状ガイド溝を有するガイドプレートと、前記渦巻き状ガイド溝に係合すると共に、前記駆動回転体によって径方向に案内されるように構成され、前記ガイドプレートを前記駆動回転体と従動回転体に対して回動させることにより、前記ガイドプレートの径方向へ移動するように設けられた可動操作部材と、前記従動回転体に設けられ、放射方向に延出するアーム部と、該アーム部と前記可動操作部材とを連結し、前記可動操作部材の径方向の移動によって前記駆動回転体と従動回転体の相対回転位相を可変にするリンクアームと、を備えたことを特徴としている。 The present invention relates to a drive rotator that is rotationally driven by a crankshaft of an engine, a driven rotator that is coaxially and relatively rotatable with respect to the drive rotator, and a spiral with a partially increased curvature. A guide plate having a guide groove, and a guide plate that is engaged with the spiral guide groove and is guided in a radial direction by the drive rotator, the guide plate being connected to the drive rotator and the driven rotator. The movable operating member provided to move in the radial direction of the guide plate, the arm provided on the driven rotating body, extending in the radial direction, and the arm and the movable connecting the operating member, characterized by comprising a link arm to vary the relative rotational phase of the drive rotor and the driven rotor by the radial movement of the movable operation member There.
したがって、この可動操作部材が駆動回転体及び従動回転体の径方向に沿って移動するようにしたため、可動操作部材の軸方向の占有スペースを小さくすることができる。 Therefore, since this movable operation member is moved along the radial direction of the drive rotator and the driven rotator, the space occupied in the axial direction of the movable operation member can be reduced.
しかも、可動操作部材の径方向の移動を、ガイドプレートの複数の渦巻き状ガイド溝を介して行なうようにしたため、駆動回転体と従動回転体との少ない相対回転に対して大きな相対回転位相変化を得ることが可能になる。 In addition, since the movable operation member is moved in the radial direction through the plurality of spiral guide grooves of the guide plate, a large relative rotational phase change is caused with respect to a small relative rotation between the driving rotating body and the driven rotating body. It becomes possible to obtain.
図1は、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用した一実施形態を示している。なお、本発明は、吸気弁側に限らず、排気弁側に同様に適用することも可能である。 FIG. 1 shows an embodiment in which a valve timing control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an intake valve side. Note that the present invention is not limited to the intake valve side, and can be similarly applied to the exhaust valve side.
このバルブタイミング制御装置は、機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されると共に外周に吸気弁を開作動させるカム(図示せず)を有するカムシャフト1と、このカムシャフト1の前端部に固定された段差径状の筒状リテーナ2に回転自在に取付けられて、機関のクランクシャフト(図示せず)によって回転駆動されるタイミングスプロケット3と、前記リテーナ2とタイミングスプロケット3との各前端部間に配置されて、カムシャフト1とタイミングスプロケット3との組付角度を可変調整する組付角調整機構4と、シリンダヘッド5と図外のロッカカバーの前端面に跨って取付けられて組付角調整機構4の周域を囲繞するVTCカバー6と、機関の運転状態に応じて組付角調整機構4を制御するコントローラ7とを備えている。なお、この実施形態においては、駆動回転体はタイミングスプロケット3によって構成され、従動回転体はカムシャフト1とリテーナ2によって構成されている。
This valve timing control device is fixed to a camshaft 1 having a cam (not shown) that is rotatably supported by a cylinder head of an engine and opens an intake valve on the outer periphery, and a front end portion of the camshaft 1. A
前記タイミングスプロケット3は、図1に示すように、中央に前記リテーナ2が挿通する円板状の基部3aと、該基部3aの外周部と該基部3aの側部から軸方向に突出した突出部8に設けられた各歯部9a,9bとを有し、この各歯部9a,9bに一端側が図外のクランクシャフトの駆動スプロケットと排気側カムシャフトの従動スプロケットにそれぞれ巻回された駆動、従動チューンの他端側が巻回されるようになっている。また、基部3aの前端部に円板状の突出壁10が一体に形成されており、この突出壁10は、図1〜図3に示すように、その端面に径方向案内部である3条の摺動用溝11a,11b、11cが半径方向に沿って形成されている。この摺動用溝11a,11b,11cは、横断面ほぼ円弧状に形成されていると共に、互いに円周方向の約120度位置に放射状に配置されて、その各端部は突出壁10の外周縁まで延出しており、この各摺動用溝11a,11b,11cによって可動操作部材14を径方向へ案内するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
組付角調整機構4は、図1及び図2に示すように、リテーナ2の端部に軸方向から結合され、外周に前記各摺動用溝11a,11b,11cに対応して放射方向に延出する3つのアーム部13,13,13を有するレバー部材12と、前記各摺動用溝11a,11b,11cに摺動自在に係合された3つの可動操作部材14,14,14と、一端部が該各可動操作部材14の基端部に一体に結合され、他端部が前記各アーム部13の先端部に連結された直線状のリンクアーム15,15,15と、前記各可動操作部材14をコントローラ7からの制御信号に基づいて進退作動させる作動機構16とによって主として構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the assembly angle adjusting mechanism 4 is coupled to the end of the
レバー部材12は、円筒状の基端部12aから前記各アーム部13が円周方向約120度の角度位置に突設されていると共に、前記基部12aの一端部を前記リテーナ2の先端部に嵌合した状態で、固定ボルト17によってカムシャフト1に軸方向から共締め固定されている。また、このレバー部材12は、各アーム部13のほぼ中央にスリット13aがそれぞれ形成され、この各スリット13a内に前記各リンクアーム16の他端部が挿通しつつ各ピン18、18、18を介して回動自在に連結されている。尚、レバー部材12とカムシャフト1には、位置決めピン19が嵌合され、このピン19によって両者の正確な位置決めがなされている。
The
また、各可動操作部材14は、図1〜図3に示すように、円筒部14aの中空内部に互いに背中合わせのほぼ円環状の摺動部14b,14cが摺動自在に収納されていると共に、該両摺動部14b,14cの各外面に形成された球状凹部内に前記各摺動用溝11a,11b,11cと、後述するガイドプレート23の渦巻き状ガイド溝30、30、30とに係合して転動する突部である第1ガイドボール20と第2ガイドボール21がそれぞれ転動自在に保持されている。また、前記両摺動部14b,14cは、該両者間に介装された各コイルスプリング22のばね力で各ガイドボール20、21を各摺動用溝11a,11b,11cと各渦巻き状ガイド溝30方向に付勢されている。
In addition, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, each
したがって、各可動操作部材14が各摺動用溝11a,11b,11cに沿って径方向に変位すると、各リンクアーム15の作用によって、タイミングスプロケット3とカムシャフト1が各可動操作部材14の変位に応じた角度だけ相対回動する。
Accordingly, when each
一方、作動機構16は、図1及び図4に示すように、各可動操作部材14を挟んで前記タイミングスプロケット3の突出壁10に対向配置され、自身の回転によって各可動操作部材14を径方向に変位させるほぼ円板状のガイドプレート23と、該ガイドプレート23の前端部にボルト24によって固定された金属製の円環壁25と、該円環壁25とガイドプレート23との間の環状隙間C内に径方向に伸縮自在に配置された渦巻きばね26と、円環壁25に磁力を作用させることによってガイドプレート23を他方の回転方向(タイミングスプロケット3の回転方向と逆方向)に付勢する電磁石28とを備えている。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 4, the
前記ガイドプレート23は、図1及び図4に示すように、前記レバー部12の円筒状基部12aの前方へ一体に延出した筒状支持部12bが中央の挿通孔23aを所定クリアランスをもって挿通していると共に、他端面に突設された円筒部23bと筒状支持部12bの外周に設けられたボールベアリング29によって回転可能に支持されると共に、その一端面に3本の前記渦巻き状ガイド溝30,30、30が形成されている。また、ガイドプレート23は、筒状支持部12bの先端部外周に螺着されたリング部材31がボールベアリング29のインナーレースを軸方向に押圧することによって軸方向に位置決めされている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
前記各渦巻き状ガイド溝30は、それぞれがガイドプレート23円周方向の約120度の位置に設けられた各外端部30aから中心方向に向かって同一方向の螺旋状に形成されて、中心側の各内端部30bがガイドプレート23中央の挿通孔23a付近に配置されていると共に、それぞれが同一長さに設定されている。また、この各渦巻き状ガイド溝30は、互いに内外周に近接して配置されていると共に、隣接するもの同士はぞれぞれの各内外端部30a,30bの間にそれぞれの内外端部30a,30bが位置するように配設されている。また、各渦巻き状ガイド溝30は、その曲率が任意に設定されて、この実施形態ではそれぞれの外端部30aから内端部30bまで均一な曲率に設定されている。さらに、前記各内外端部30a,30bは、図5に示すように、その底面30c.30dが中央側の底面から各端縁側にいくにしたがって漸次高くなるようにテーパー状に形成され、これによって、ストッパー機能を発揮させるようになっている。
Each
したがって、各可動操作部材14の第1ガイドボール20が渦巻き状ガイド溝30に係入した状態でガイドプレート23がタイミングスプロケット3と逆方向に回動すると、各可動操作部材14がこのときガイドプレート23の各渦巻き状ガイド溝30の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動するように構成されている。
Accordingly, when the
前記渦巻きばね26は、図1に示すように、一端部26aが前記ガイドプレート23の円筒部23bの一部に止着されている一方、他端部26bはタイミングスプロケット3の外周側から軸方向にボルト31固定された係止部材32にボルト33によって止着されている。
As shown in FIG. 1, the
前記電磁石28は、円環壁25の外側端面に対して軸方向から近接して対峙するようにVTCカバー6に取付けられていると共に、前記コントローラ7からの制御信号によって通電あるいは非通電されて消励磁するようになっている。このコントローラ7は、クランク角センサによる機関回転数やエアーフローメータなどによる機関負荷及び水温センサやスロットルバルブ開度センサなどの各種のセンサ類からの情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出するようになっている。
The
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関始動時及びアイドル運転時には、コントローラ7からの制御信号によって電磁石28の通電がオフにされ、その結果、ガイドプレート23が渦巻きばね26のばね力のみによってタイミングスプロケット3の回転と同方向に付勢される。これにより、ガイドプレート23は、各渦巻き状ガイド溝30の各外端部30aに前記可動操作部材14の各ガイドボール20が圧接してそれ以上の回動が規制されて初期位置に維持される。したがって、各可動操作部材14は、図1及び図2に示すように径方向外側に最大に変位した状態となり、この各可動操作部材14にリンクアーム15とレバー部材12を介して連結されたカムシャフト1はタイミングスプロケット3に対して最遅角側の組付角度に維持されている。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. First, at the time of engine start and idling operation, the energization of the
したがって、このときには、クランクシャフトとカムシャフト1の回転位相が最遅角側に制御され、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。 Therefore, at this time, the rotational phase of the crankshaft and the camshaft 1 is controlled to the most retarded angle side, and the engine rotation can be stabilized and the fuel consumption can be improved.
また、機関が通常運転に移行すると、コントローラ7からの制御信号によって電磁石28の通電がオンにされ、ガイドプレート23に回転抵抗を付与するような磁力が電磁石28から発生させる。これにより、渦巻きばね26を介してタイミングスプロケット3と追従回転するガイドプレート23の回転が妨げられ、このガイドプレート23は、渦巻きばね26のばね力に抗してタイミングスプロケット3の回転と逆回転方向の付勢力を受け、各渦巻き状ガイド溝30の各内端部30bに各可動操作部材14のガイドボール20が圧接して規制されるまでタイミングスプロケット3に対して相対回転する。
When the engine shifts to normal operation, the
このとき、各可動操作部材14は、前記各第1ガイドボール20が各渦巻き状ガイド溝30の溝面に沿って転動し、反対側の各第2ガイドボール21が両摺動用溝11a,11b,11cに沿って真直ぐに径方向内側方向に移動する。そして、各可動操作部材14の径方向内側方向の移動に伴ってリンクアーム15の基端側の連結点(各ピン18)が径方向内側に移動すると、リンクアーム15の先端側もそれに追従して移動しようとするが、このときリンクアーム15の基端側はピン18によってレバー部材12の各アーム部13に連結されているため、レバー部材12を回転させながら円弧状に移動する。この結果、タイミングスプロケット3とカムシャフト1の組付角は最進角状態に調整変更される。
At this time, in each
したがって、このときにクランクシャフトとカムシャフト1の回転位相が最進角側に制御され、機関の高出力化が図れる。 Therefore, at this time, the rotational phase of the crankshaft and the camshaft 1 is controlled to the most advanced angle side, and the engine output can be increased.
尚、クランクシャフトとカムシャフト1の回転位相の制御は遅角側と進角側の2位置の切換えに限らず、電磁石28の発生磁力を適宜調整することで任意の回転位相に連続的に制御することも可能である。
The control of the rotation phase of the crankshaft and the camshaft 1 is not limited to switching between the two positions of the retard side and the advance side, but is continuously controlled to an arbitrary rotation phase by appropriately adjusting the magnetic force generated by the
また、前述のように、可動操作部材14を各摺動用溝11a,11b,11cに沿わせてタイミングスプロケット3の径方向に変位させると共に、可動操作部材14のこの径方向の変位をリンクアーム15とレバー部材12を用いたリンク機構を介してタイミングスプロケット3とカムシャフト1の相対回動に変換するようにしているため、軸方向に大きくスペースを占有しないコンパクトな構造によって確実な位相制御を行うことができる。
Further, as described above, the
そして、各可動操作部材14の径方向の操作についても、ガイドプレート23の各渦巻き状ガイド溝30と可動操作部材14の第1ガイドボール20を係合させることによって行っているため、これらの操作機構が軸方向の占有スペースを大きく増大させることがない。
The radial operation of each
また、この装置の場合、タイミングスプロケット3とガイドプレート23を連結するばね部材として渦巻きばね26を採用すると共に、その渦巻きばね26をガイドプレート23と円環壁25との間に配置するようにしたため、ばね部材が装置の軸長を増大させることもない。
In the case of this device, the
したがって、これらのことから電磁石28も含めた装置全体の軸長は従来のものに比較して大幅に短縮され、車両に対する機関の搭載性が確実に向上する。
Therefore, the axial length of the entire apparatus including the
しかも、この装置においては、ガイドプレート23の渦巻き状ガイド溝30と可動操作部材14の第1ガイドボール20を係合させることで、ガイドプレート23の回転を可動操作部材14の径方向の運動に変換しているため、渦巻き状ガイド溝30の外端部30aから内端部30bまでの円弧部の曲率を大きく設定するようにすれば、タイミングスプロケット3とカムシャフト1との少ない相対回転量に対して相対回転変化を大きくすることができる。この結果、装置の外径を十分小さくすることが可能になり、前記軸方向のコンパクト化と相俟って装置全体の小型化が図れる。
In addition, in this apparatus, the
また、前述のように、渦巻き状ガイド溝30の外端部30aから内端部30bまでの円弧部の曲率を大きく設定するようにすれば、可動操作部材14側からの荷重入力によってガイドプレート23が回転する不具合を回避することができる。すなわち、例えば、機関作動中に吸気弁のバルブスプリングのばね力に起因してカムシャフト1に入力される変動トルクによってガイドプレート23が回転変動する不具合が起こらなくなり、バルブタイミングの制御も速やかに完了する。
Further, as described above, if the curvature of the arc portion from the
また、前記各渦巻き状ガイド溝30の形状を同一に設定し、かつ各渦巻き状ガイド溝30に対してそれぞれ1つの可動操作部材14を設けたため、この可動操作部材14の形状や大きさ並びにリンクアーム15の長さなどをすべて同一にすることができる。このため、各構成部品を共用化することができ、これによって製造コストの低廉化が図れる。
Further, since the shape of each
さらに、前記渦巻き状ガイド溝30の円弧部の曲率を任意に設定することができることから、例えば、該曲率を吸気弁のバルブリフト条件に合わせれば、タイミングスプロケット3とカムシャフト1との相対回転速度に拘わらず相対回動位相変換の速度を高めることが可能になる。この結果、機関性能の向上が図れる。
Furthermore, since the curvature of the arc portion of the
また、前記渦巻き状ガイド溝30の各内外端部30a,30bを、ガイドプレート23の最大回動を規制するストッパーとして機能させるようにしたため、別個にストッパー機構を設ける必要がなくなる。これによって、部品点数の増加が抑制されて、製造作業能率の向上とコスト高騰を抑制できる。
Further, since the inner and
しかも、前記各内外端部30a,30bの底面30c,30dをテーパー状に形成したため、ガイドプレート23の回動終端域における第1ガイドボール20との摩擦抵抗によるダンパー効果が発揮されて急激な回動停止作用が回避され、滑らかな停止作用が得られる。また、各内外端部30a,30bのすべてがテーパー状に形成されていることから、各第1ガイドボール20から受ける停止時の荷重が分散されて、この点からも滑らかな停止作用をさらに促進できる。
In addition, since the bottom surfaces 30c and 30d of the inner and
また、この各内外端部30a,30bの曲率を、例えばガイドプレート23の外周縁とほぼ等しい曲率に設定する、つまり部分的に曲率を大きく設定すれば、安定したストッパ機能を発揮させることができる。
Further, if the curvature of each of the inner and
さらに、この装置は、タイミングスプロケット3に対するガイドプレート23の回動を渦巻きばね26のばね力と電磁石28の磁力によって制御するようにしているため、オイルポンプの油圧を用いて制御を行う場合に比較して機関運転速度の影響を受けなくて済む。したがって、機関の運転状態に関係なく、バルブタイミング制御を迅速に完了することができる。また、渦巻きばね26のばね力がバルブタイミングを遅角側に制御する方向に設定されているため、万一、電磁石28が故障することがあっても機関の始動は保証される。
Furthermore, since this apparatus controls the rotation of the
また、可動操作部材14を設ける数は2つ以上であれば任意であるが、この実施形態のように複数設けるようにすれば、一つの可動操作部材14にかかる応力が小さくなり、装置の耐久性が向上する。
Further, the number of
また、本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば渦巻き状ガイド溝30をさらに増加することも可能であり、またその曲率を途中で変化させることも可能である。このように、曲率を途中で変化させることによって、この変化位置で可動操作部材14の作動を安定に保持できるため、例えば機関中回転中負荷などの定常運転領域に合わせて曲率を変化させれば、この時点におけるバルブタイミングの安定した制御が可能になる。
Further, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, the
さらに、ガイドプレート23の回動付勢手段としては、前記渦巻きばね26に代えて例えばさらに別の電磁石によって構成することも可能である。
Further, the rotation urging means of the
1…カムシャフト(従動回転体)
3…タイミングスプロケット(駆動回転体)
4…組付角調整機構
11a,11b,11c…摺動用溝(径方向案内部)
14…可動操作部材
15…リンクアーム(リンク)
20、21…ガイドボール
23…ガイドプレート
26…渦巻きばね(ばね部材)
28…電磁石
30…渦巻き状ガイド溝
1 ... Camshaft (driven rotor)
3. Timing sprocket (drive rotor)
4 ... Assembly
14 ... Moving
20, 21 ...
28 ...
Claims (1)
該駆動回転体に対して同軸上に相対回転自在に設けられた従動回転体と、
端部の曲率を部分的に大きくした渦巻き状ガイド溝を有するガイドプレートと、
前記渦巻き状ガイド溝に係合すると共に、前記駆動回転体によって径方向に案内されるように構成され、前記ガイドプレートを前記駆動回転体と従動回転体に対して回動させることにより、前記ガイドプレートの径方向へ移動するように設けられた可動操作部材と、
前記従動回転体に設けられ、放射方向に延出するアーム部と、
該アーム部と前記可動操作部材とを連結し、前記可動操作部材の径方向の移動によって前記駆動回転体と従動回転体の相対回転位相を可変にするリンクアームと、
を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。 A drive rotor that is driven to rotate by the crankshaft of the engine;
A driven rotating body provided coaxially with the driving rotating body so as to be relatively rotatable,
A guide plate having a spiral guide groove with a partially increased curvature at the end;
The guide is configured to engage with the spiral guide groove and be guided in the radial direction by the drive rotator, and by rotating the guide plate with respect to the drive rotator and the driven rotator, the guide A movable operation member provided to move in the radial direction of the plate;
An arm portion provided in the driven rotating body and extending in a radial direction;
A link arm that connects the arm portion and the movable operation member, and makes the relative rotation phase of the drive rotating body and the driven rotation body variable by moving the movable operation member in the radial direction;
A valve timing control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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