JP5928810B2 - 流体制御弁、および、これを用いたバルブタイミング調整システム - Google Patents
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Description
ところで、特許文献1の流体制御弁では、濾過部は、フィルタ本体の中央を含む所定の範囲において長方形状に形成されている(特許文献1の図4参照)。そのため、フィルタ本体の長手方向の両端部においては、濾過部の短手方向の辺を境に剛性が大きく異なっている。これは、濾過部の短手方向の辺が、フィルタ本体の長手方向に延びる中心線に対し垂直となるよう形成されているためである。
よって、フィルタは、スリーブに巻き付けられると、フィルタ本体の濾過部の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する。フィルタ本体が変曲点で大きく屈曲すると、変曲点に応力が集中し、フィルタの破断を招くおそれがある。フィルタが破断すると、フィルタはその機能を喪失し、流体に含まれる異物がスリーブ内側へ侵入することが懸念される。スリーブ内側に侵入した異物がスリーブとスプールとの間に噛み込まれると、流体制御弁の作動不良を招くおそれがある。
また、特許文献1の流体制御弁では、フィルタは、長手方向の両端部同士が重なるようにしてスリーブに巻き付けられている。よって、スリーブに巻き付けられた状態の環状のフィルタには、周方向の一部に濾過部が形成されていない部分が生じる。そのため、この部分が流体の流れを妨げ、流体制御弁の性能が低下するおそれがある。
また、特許文献1には、流体制御弁をバルブタイミング調整システムに適用することが記載されている。上述のように流体制御弁に作動不良が生じたり、流体制御弁の性能が低下したりすると、バルブタイミング調整システムによる吸排気弁の開閉タイミングの調整に大きな影響を与えるおそれがある。
よって、フィルタをスリーブに巻き付けたとき、本体は一端から他端にかけて滑らかに湾曲し、「本体の長方形部の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。これにより、「本体の変曲点に応力が集中することでフィルタが破断する」といった事態を回避することができる。
このように、本発明では、スリーブ内側への異物の侵入を規制するフィルタの機能を長期に亘り維持することができる。したがって、スリーブとスプールとの間に異物が噛み込むことにより生じる流体制御弁の作動不良を長期に亘り抑制することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による流体制御弁、および、これを適用したバルブタイミング調整システムを図1〜4に示す。
図3に示すように、駆動力伝達系では、内燃機関(以下、「エンジン」という)90の駆動軸としてのクランクシャフト91に固定されるスプロケット92と、従動軸としてのカムシャフト93、94に固定されるスプロケット13、95とにチェーン96が巻き掛けられ、クランクシャフト91からカムシャフト93、94に駆動力が伝達される。前述のスプロケット13および後述のベーンロータ12は、それぞれ、バルブタイミング調整装置2の一部を構成している。カムシャフト93は吸気弁97を開閉駆動し、カムシャフト94は排気弁98を開閉駆動する。本実施形態のバルブタイミング調整装置2は、作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、スプロケット13をチェーン96に、ベーンロータ12をカムシャフト93に接続し、吸気弁97のバルブタイミングを調整する。
ハウジング11は、例えば金属により略円筒状に形成されている。ハウジング11は、周方向にスプロケット13を有している。また、ハウジング11は、内部に扇形状の収容室14を3つ有している。
スリーブ20は、例えば金属により略円筒状に形成されている。スリーブ20は、ポート21、22、23を有している。ポート21、22、23は、それぞれ、スリーブ20の外壁と内壁とを接続するよう形成されている。
スプール30は、軸方向の中央の外壁に環状の流通溝部32を有している。流通溝部32は、スプール30の径方向内側へ凹むようにして形成され、軸方向に所定の幅を有している。スプール30の流通溝部32の軸方向の両側には、流通溝部32から軸方向に所定の間隔を空けて流通穴部34、35が形成されている。流通穴部34、35は、スプール30の外壁と内壁とを接続するよう形成されている。流通溝部32のドレンポート25側に流通穴部34が形成され、流通溝部32のドレンポート25とは反対側に流通穴部35が形成されている。これにより、流通溝部32と流通穴部34との間には閉塞部31が形成され、流通溝部32と流通穴部35との間には閉塞部33が形成されている。
例えば、スプール30がスリーブ20に対し図1(A)に示す位置にあるとき、流通溝部32とポート23とが連通し、ポート21と流通穴部34とが連通するため、スリーブ20の外側から内側にポート22を経由して流体が流入すると、流体は、流通溝部32およびポート23を経由してスリーブ20の外側へ流出する。また、このとき、スリーブ20の外側から内側にポート21を経由して流体が流入すると、流体は、流通穴部34、スプール30の内側およびドレンポート25を経由してスリーブ20の外側へ流出する。
このように、スプール30は、スリーブ20の内側で往復移動し、各ポートを開閉することにより、各ポートを経由する流体の流れを制御可能である。
フィルタ40は、流体がメッシュ部42を流通するとき、流体に含まれる異物のスリーブ20内側への侵入を規制可能である。フィルタ40のメッシュ部42の形状等については、後に詳述する。
コイル53は、筒状に形成され、可動コア51の径方向外側に位置するようにして設けられている。
コネクタ54は、樹脂により筒状に形成され、内側に銅等の金属からなる端子56が埋設されている。端子56は、一方の端部がコネクタ54の内側の空間に露出し、他方の端部がコイル53に接続している。
ポンプ3の吐出口は、供給通路6により流体制御弁1のポート22に接続している。また、流体制御弁1のポート21は、進角通路7によりバルブタイミング調整装置2の進角室16に接続している。また、流体制御弁1のポート23は、遅角通路8によりバルブタイミング調整装置2の遅角室17に接続している。また、流体制御弁1のドレンポート25は、ドレン通路9によりオイルパン5に接続している。
ポンプ3は、作動油を流体制御弁1のポート21、22、23を経由して進角室16または遅角室17に供給することで、ベーンロータ12をハウジング11に対し進角方向または遅角方向に相対回転させる。ここで、ポンプ3は、特許請求の範囲における「流体供給源」に対応している。
本実施形態では、ECU4は、流体制御弁1およびポンプ3の作動を制御する。例えば、ECU4は、流体制御弁1の電磁駆動部50に供給する電力を調節することによりスプール30を往復駆動し、ポート22とポート21またはポート23との接続を切り替える。また、ECU4は、ポンプ3の作動を制御することにより、ポンプ3から進角室16または遅角室17へ供給する作動油の吐出量および吐出圧を制御する。
このように、ECU4は、ポンプ3および流体制御弁1の作動を制御することにより、ベーンロータ12をハウジング11に対し進角方向または遅角方向に相対回転させることで、吸気弁97の開閉タイミングを調整する。ここで、ECU4は、特許請求の範囲における「制御手段」に対応している。
図1(B)、(C)に示すように、本実施形態では、メッシュ部42は、長方形部421、三角形部422および延伸部423からなる。
長方形部421は、本体41の中央を含む所定の範囲において長方形状に形成されている。長方形部421は、短手方向の幅が、本体41の短手方向の幅より小さく形成されており、長手方向が本体41の長手方向と同じになるよう形成されている。これにより、長方形部421の周囲には、「微細な穴が形成されていない部分」が形成されている。
延伸部423は、三角形部422の長方形部421に接する辺以外の二辺により形成される頂点424近傍から長方形部421とは反対側へ延びるようにして形成されている(図1(C)参照)。本実施形態では、延伸部423は、長方形状に形成されている。
よって、図4(A)に示すように、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41は、スリーブ20の外壁に形成された溝部26に沿って、一端から他端にかけて滑らかに湾曲する(図4(B)参照)。そのため、「本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。これにより、「本体41の変曲点に応力が集中することでフィルタ40が破断する」といった事態を回避することができる。
また、本実施形態では、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が大きく屈曲するのを抑制できるため、フィルタ40とスリーブ20の外壁との間に形成される隙間S1を小さくすることができる。これにより、流体に含まれる異物がフィルタ40とスリーブ20の外壁との間の隙間S1を経由してスリーブ20の内側へ侵入するのを抑制することができる。
本実施形態では、メッシュ部42が延伸部423を含むため、フィルタ40は、スリーブ20に巻き付けられた状態において、周方向のほぼ全ての範囲でメッシュ部42が形成されていることとなる。そのため、フィルタ40が各ポートに対しどのような回転位置にあったとしても、流体がフィルタ40を経由してスリーブ20の内側へ流入するとき、または、スリーブ20の内側から外側へ流出するときの流路抵抗を低減することができる。
図5(A)に示すように、比較例1のフィルタ40の本体41には、メッシュ部42として三角形部422および延伸部423は形成されておらず、長方形部421のみ形成されている。そのため、比較例1のフィルタ40は、従来のフィルタと同様、本体41の長手方向の両端部においては、長方形部421の短手方向の辺を境に剛性が大きく異なっている。これは、長方形部421の短手方向の辺が、本体41の長手方向に延びる中心線Lに対し垂直となるよう形成されているためである。
よって、図5(B)に示すように、比較例1のフィルタ40は、スリーブ20に巻き付けられると、本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点Pとなり大きく屈曲する。本体41が変曲点Pで大きく屈曲すると、変曲点Pに応力が集中し、フィルタ40の破断を招くおそれがある。フィルタ40が破断すると、フィルタ40はその機能を喪失し、流体に含まれる異物がスリーブ20内側へ侵入することが懸念される。スリーブ20内側に侵入した異物がスリーブ20とスプール30との間に噛み込まれると、流体制御弁1の作動不良を招くおそれがある。
また、比較例1のフィルタ40は、スリーブ20に巻き付けられると、本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点Pとなり大きく屈曲するため、当該変曲点Pとスリーブ20の外壁との間に大きな隙間S2が形成されるおそれがある。変曲点Pとスリーブ20の外壁との間に形成された隙間S2が大きい場合、流体に含まれる異物が当該隙間S2を経由してスリーブ20内側に侵入するおそれがある。
<エンジン始動時>
エンジン90が停止している状態ではストッパピストン18は嵌合穴19に嵌合している。エンジン90を始動した直後の状態では、進角室16および遅角室17にポンプ3から十分に作動油が供給されていない。そのため、ストッパピストン18は嵌合穴19に嵌合した状態を維持し、クランクシャフト91に対しカムシャフト93は最遅角位置に保持されている。これにより、作動油が進角室16および遅角室17に供給されるまでの間、カムシャフト93が受けるトルク変動によりハウジング11とベーンロータ12とが衝突することによる打音の発生が防止される。
エンジン始動後、ポンプ3から作動油が吐出されると、供給通路6、流体制御弁1のポート22、ポート23および遅角通路8を経由して、遅角室17に作動油が供給される。遅角室17に供給された作動油の油圧により、ストッパピストン18が嵌合穴19から抜け出す。これにより、ベーンロータ12のハウジング11に対する相対回転が許容される。以降、ECU4は、進角室16および遅角室17の油圧を制御することにより、クランクシャフト91に対するカムシャフト93の位相差を調整することができる。
バルブタイミング調整装置2を進角制御するとき、ECU4は、流体制御弁1に供給する駆動電流を制御し流体制御弁1を制御することにより、ポンプ3と進角通路7とを接続し、遅角通路8とオイルパン5とを接続する。ポンプ3から吐出される作動油は、供給通路6、流体制御弁1および進角通路7を経由し、進角室16に供給される。一方、遅角室17の作動油は、遅角通路8、流体制御弁1およびドレン通路9を経由し、オイルパン5に排出される。進角室16の油圧は、ベーン15に作用し、ベーンロータ12を進角方向に付勢するトルクを発生する。これにより、ベーンロータ12は、ハウジング11に対し進角方向に相対回転する。
バルブタイミング調整装置2を遅角制御するとき、ECU4は、流体制御弁1に供給する駆動電流を制御し流体制御弁1を制御することにより、ポンプ3と遅角通路8とを接続し、進角通路7とオイルパン5とを接続する。ポンプ3から吐出される作動油は、供給通路6、流体制御弁1および遅角通路8を経由し、遅角室17に供給される。一方、進角室16の作動油は進角通路7、流体制御弁1およびドレン通路9を経由し、オイルパン5に排出される。遅角室17の油圧がベーン15に作用し、ベーンロータ12を遅角方向に付勢するトルクを発生する。これにより、ベーンロータ12は、ハウジング11に対して遅角方向に相対回転する。
ベーンロータ12が目標位相に到達すると、ECU4は流体制御弁1に供給する駆動電流を制御し流体制御弁1を制御することにより、ポンプ3と、遅角通路8および進角通路7との接続を遮断し、遅角室16および進角室17からオイルパン5に作動油が排出されることを規制する。そのため、ベーンロータ12は目標位相に保持される。
バルブタイミング調整装置2の作動中にエンジン停止が指示されると、ベーンロータ12は、上記遅角作動時と同様の作動によりハウジング11に対して遅角方向に回転し、最遅角位置で回転が停止する。この状態において、ECU4は、ポンプ3の作動を停止するとともに、流体制御弁1によって遅角通路8とオイルパン5とを接続する。これにより、遅角室17の圧力が低下する。その結果、ストッパピストン18は、嵌合穴19に嵌合する。
このように、本実施形態では、作動油に含まれる異物のスリーブ20内側への侵入を規制するフィルタ40の機能を長期に亘り維持することができる。したがって、スリーブ20とスプール30との間に異物が噛み込むことにより生じる流体制御弁1の作動不良を長期に亘り抑制することができる。
また、(4)本実施形態では、流体制御弁1をバルブタイミング調整システム10に適用する例を示した。上述のように流体制御弁1は、作動油に含まれる異物のスリーブ20内側への侵入を規制するフィルタ40の機能を長期に亘り維持することができ、流体制御弁1の作動不良を長期に亘り抑制することができるため、バルブタイミング調整システム10のような、異物を含み得る作動油で駆動するシステムに対し好適である。
本発明の第2実施形態による流体制御弁のフィルタを図6(A)に示す。
第2実施形態のフィルタ40は、メッシュ部42が長方形部421および三角形部422のみからなる。すなわち、第1実施形態と異なり、メッシュ部42は延伸部423を含んでいない。
第2実施形態では、メッシュ部42が三角形部422を含むよう形成されていることにより、第1実施形態と同様、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41は一端から他端にかけて滑らかに湾曲し、「本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。
本発明の第3実施形態による流体制御弁のフィルタを図6(B)に示す。
第3実施形態では、フィルタ40のメッシュ部42の三角形部422は、長方形部421に接する辺以外の二辺が円弧状、すなわち、曲線状に形成されている。これにより、第2実施形態と同様、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41は一端から他端にかけて滑らかに湾曲し、「本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。
本発明の第4実施形態による流体制御弁のフィルタを図6(C)に示す。
第4実施形態では、フィルタ40のメッシュ部42の三角形部422は、長方形部421に接する辺以外の二辺が円弧状、すなわち、曲線状に形成されている。なお、当該円弧状の辺の円弧の向きは、第3実施形態と逆である。
これにより、第3実施形態と同様、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41は一端から他端にかけて滑らかに湾曲し、「本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。
本発明の第5実施形態による流体制御弁のフィルタを図6(D)に示す。
第5実施形態では、フィルタ40のメッシュ部42の三角形部422は、長方形部421に接する辺以外の二辺が波形状、すなわち、曲線状に形成されている。これにより、第2実施形態と同様、フィルタ40をスリーブ20に巻き付けたとき、本体41は一端から他端にかけて滑らかに湾曲し、「本体41の長方形部421の短手方向の辺近傍が変曲点となり大きく屈曲する」のを抑制することができる。
上述の複数の実施形態のフィルタは、構成上の阻害要因がなければ、互いに組み合わせてもよい。例えば、第3〜5実施形態のフィルタに、メッシュ部として、三角形部から延びる延伸部を形成してもよい。
また、本発明の他の実施形態では、三角形部、または、三角形部と延伸部との組は、長方形部の長手方向の両端のうち一方のみに形成されることとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、流体制御弁を、バルブタイミング調整システムに限らず、例えば自動変速機など、油圧により駆動する他の装置やシステムに適用することもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。
20 ・・・・スリーブ
21、22、23 ・・・ポート
30 ・・・・スプール
40 ・・・・フィルタ
41 ・・・・本体
42 ・・・・メッシュ部
421 ・・・長方形部
422 ・・・三角形部
Claims (7)
- 流体が流入または流出可能なように外壁と内壁とを接続するポート(21、22、23)を有する筒状のスリーブ(20)と、
前記スリーブの内側で往復移動し前記ポートを開閉することにより、前記ポートを経由する流体の流れを制御するスプール(30)と、
長方形の薄板状に形成される本体(41)、および、当該本体を板厚方向に貫く微細な穴が多数形成されたメッシュ部(42)を有し、前記ポートを塞ぐよう前記スリーブに巻き付けられており、前記本体の長手方向の端部同士が接続されており、流体が前記メッシュ部を流通するとき、流体に含まれる異物の前記スリーブ内側への侵入を規制可能なフィルタ(40)と、を備え、
前記メッシュ部は、前記本体の中央を含む所定の範囲において長方形状に形成される長方形部(421)、および、当該長方形部の長手方向の両端の少なくとも一方に三角形状に形成され三辺のうち一辺が前記長方形部の短手方向の辺に一致するよう接する三角形部(422)からなることを特徴とする流体制御弁(1)。 - 前記メッシュ部は、前記三角形部の前記長方形部に接する辺以外の二辺により形成される頂点(424)近傍から前記長方形部とは反対側へ延びる延伸部(423)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の流体制御弁。
- 前記三角形部は、前記長方形部に接する辺以外の二辺が直線状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の流体制御弁。
- 前記三角形部は、前記長方形部に接する辺以外の二辺が曲線状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の流体制御弁。
- 前記三角形部は、前記長方形部に接する辺以外の二辺が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の流体制御弁。
- 前記三角形部は、前記長方形部に接する辺以外の二辺が波形状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の流体制御弁。
- 内燃機関(90)の駆動軸(91)のトルク伝達により従動軸(93、94)が開閉する吸気弁(97)および排気弁(98)の少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整システム(10)であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の流体制御弁と、
前記駆動軸または前記従動軸の一方とともに回転するハウジング(11)と、
前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング内に形成された収容室(14)を進角室(16)および遅角室(17)に仕切り、流体が前記流体制御弁の前記ポートを経由して前記進角室または前記遅角室に流入することにより前記ハウジングに対し相対回転するベーンロータ(12)と、
流体を前記流体制御弁の前記ポートを経由して前記進角室または前記遅角室に供給することで、前記ベーンロータを前記ハウジングに対し相対回転させる流体供給源(3)と、
前記流体供給源および前記流体制御弁の作動を制御することにより前記ベーンロータを前記ハウジングに対し進角方向または遅角方向に相対回転させることで前記吸気弁および前記排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを調整する制御手段(4)と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整システム。
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