JP7460434B2 - バルブタイミング変更装置 - Google Patents
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Description
また、ロック機構に作動油を導入する導入油路を、流量制御弁のスリーブ及びスプールに設けると、油路が複雑になり、流量制御弁の大型化等を招く。
特に、カムシャフトの駆動トルクの変動を利用して、ハウジングロータに対するベーンロータの位相を変更する構造においては、駆動トルクの変動による影響で作動油の油圧が変化して、ロック機構が不要なタイミングでロックし又はロックを解除する虞がある。
本発明に係るバルブタイミング変更装置Mは、図1に示すように、エンジンのカムシャフト1に取り付けられて、カムシャフト1により駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期すなわちバルブタイミングを変更するものである。
カムシャフト1は、図1ないし図5、図8及び図9に示すように、軸線Sを中心として一方向CRに回転するものであり、円筒部1a、油路1b、内部通路1c、雌ネジ部1d、位置決めピンPを嵌合させる嵌合穴1eを備えている。
供給油路3は、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッド等に形成されている。
電磁アクチュエータ6は、チェーンカバー5に固定されるものであり、図3に示すように、軸線S方向に移動する駆動シャフト6a、駆動シャフト6aを駆動する励磁用のコイル(不図示)を備えている。
また、油路切換弁Vは、スリーブ70、弁体80、付勢バネ90、逆止弁100を備えている。
ハウジングロータ10は、図4、図5、図8に示すように、円盤状の第1ハウジング11と、第1ハウジング11に結合される有底円筒状の第2ハウジング12とからなる二分割構造をなす。そして、ハウジングロータ10は、ベーンロータ20を最遅角位置と最進角位置の間の角度範囲において相対的に回転可能に収容すると共に、ベーンロータ20と協働して進角室AC及び遅角室RCを画定する。
嵌合孔11bは、カムシャフト1の円筒部1aに回動自在に嵌合される。
内壁面11cは、ベーンロータ20の背面24と摺動自在に接触する。
ロック穴11dは、ロック機構40に含まれるロックピン41が微小隙間をおいて嵌合するように形成されている。
弧状凹部11eは、ロック穴11dの周りに形成されて、ロック穴11dに嵌合したロックピン41の先端受圧部41aに作動油を導くように形成されている。
3つのシュー部12eは、前壁12bの内側において、円筒壁12aから中心に向かって突出すると共に周方向において等間隔に配置して形成されている。
1つのシュー部12eは、図12に示すように、ベーンロータ20のベーン部22を当接させて最大遅角位置を規定する。
他の1つのシュー部12eは、図13に示すように、ベーンロータ20のベーン部22を当接させて最大進角位置を規定する。
凹部12gは、回転付勢バネ30のコイル部31の一部を収容する。
環状結合部12hは、第1ハウジング11の内壁面11cの外周縁領域に嵌め込んで結合される。
ベーンロータ20は、図4、図5、図8に示すように、ハブ部21、3つのベーン部22、前面23、環状凹部23a、掛止溝23b、背面24、嵌合孔25、凹部26、導入油路としての溝通路27、遅角油路28、進角油路29を備えている。
前面23は、第2ハウジング12の前壁12bの内壁面に摺動自在に接触して配置される。
環状凹部23aは、回転付勢バネ30のコイル部31の一部を収容するべく、前面23を環状に肉抜きして形成されている。
掛止溝23bは、回転付勢バネ30の第2端部33を嵌め込んで掛止するべく、前面23の一部を肉抜きして形成されている。
また、背面24には、カムシャフト1の嵌合穴1eに組み付けられる位置決めピンPが嵌合される嵌合穴24aが設けられている。
凹部26は、図8及び図9に示すように、1つのベーン部22において、ロック機構40を収容するように形成されている。
また、凹部26には、ロック機構40に含まれる付勢バネ42を受ける受け部26a、作動油の排出通路26bが形成されている。
そして、溝通路27は、ロック機構40に対して、供給される作動油の流れ方向において作油路切換弁Vよりも上流側で、締結ボルト50の貫通路54を通して導かれた作動油を供給してロックを解除し、又、ロック時に排出する役割をなす。
ここでは、導入通路としての溝通路27は、ベーンロータ20の背面24に形成されているため、加工が容易であり、又、内壁面11cの摺動領域に潤滑作用をもたらすことができる。尚、ベーンロータ20に形成される導入通路としては、ハブ部21及びベーン部22を貫通してロック機構40に作動油の導入する貫通路としてもよい。
進角油路29は、進角室ACに対する作動油の供給及び排出を行う通路であり、嵌合孔25の内周面に形成された環状溝29aと、環状溝29aからハブ部21を径方向に貫通する貫通路29bにより形成されている。
そして、回転付勢バネ30は、コイル部31がベーンロータ20の環状溝23a及びハウジングロータ10の凹部12gに収容され、第1端部32がハウジングロータ10の掛止溝12fに掛止され、第2端部33がベーンロータ20の掛止溝23bに掛止される。
これにより、回転付勢バネ30は、ベーンロータ20をハウジングロータ10に対して一方向に、ここでは進角方向に回転付勢する。
また、作動トルクと負荷トルクとの差が、進角時と遅角時とで略同等となるように回転付勢バネ30の荷重を設定することにより、制御性を向上させることができる。
ロックピン41は、略円柱状をなし、先端受圧部41aを有する。そして、ロックピン41は、ハウジングロータ10のロック穴11dに嵌合し得るべく、ベーンロータ20の背面24に対して軸線S方向に出没自在に保持される。
付勢バネ42は、ロックピン41を突出する向きに付勢する。
円筒ホルダ43は、付勢バネ42により付勢されたロックピン41を往復動自在に保持すると共に突出位置を規定するストッパの役割をなし、ベーンロータ20の凹部26に嵌め込まれて固定される。
また、円筒ホルダ43は、図5及び図8に示すように、ロックピン41の周りにおいて直線溝通路27bに連通する環状油溜りCを画定するべく、ベーンロータ20の背面24から没入するように配置されている。
このように、環状油溜りCを設けることで、ロップピン41の周りに作動油が充填されてロックを円滑に解除することができる。
一方、エンジンの停止により、供給される作動油の油圧が低下すると、ロックピン41に作用していた作動油は、導入油路としての溝通路27及び貫通路54、隙間通路Cp、油路1bを通して流れ出し、ロックピン41を押圧する油圧が低下する。すると、ロックピン41が付勢バネ42により付勢されてハウジングロータ10のロック穴11dに嵌合し、ベーンロータ20はハウジングロータ10に対して中間位置にロックされる。
したがって、ロック機構40に導かれる作動油は、油路切換弁V内の作動油の影響を受けず、又、進角室AC及び遅角室RC内の作動油の油圧の影響を受けない。それ故に、ロック機構40の誤作動を防止することができ、所望する機能が得られる。
嵌合孔51は、軸線S1を中心とする円筒状の内周面をなす。
開口部52は、嵌合孔51よりも小径の円形孔に形成され、作動油を通す油路として機能する。
環状凹部53は、開口部52に隣接して、フィルタ部材60が嵌め込まれるように形成されている。
貫通路54は、ロック機構40に向けて作動油を導入する導入油路の一部をなすものであり、外壁としての円筒部50aにおいて軸線Sに垂直な径方向に貫通する。
遅角油路55は、ベーンロータ20の遅角油路28に連通するべく、円筒部50aにおいて軸線Sに垂直な径方向に貫通する。
進角油路56は、ベーンロータ20の進角油路29に連通するべく、円筒部50aにおいて軸線Sに垂直な径方向に貫通する。
鍔付き頭部57は、ワッシャWを挟んでベーンロータ20の前面23に当接する。
雄ネジ部58は、カムシャフト1の雌ネジ部1dに螺合される。
受け溝59aは、ストッパStを嵌め込むべく形成されている。
止め輪溝59bは、止め輪Srを嵌め込むべく形成されている。
ストッパStは、円環状の円板として形成され、締結ボルト50の受け溝59aに嵌め込まれて、嵌合孔51に嵌合された油路切換弁Vのスリーブ70を押え込む役割をなす。
また、ストッパStは、弁体80の端面82a2を受け止めて、弁体80を遅角モードに対応する休止位置に停止させる役割をなす。
止め輪Srは、C型リングであり、スナップフィットにより締結ボルト50の止め輪溝59bに嵌め込まれて、ストッパStの抜け落ちを規制する。
肉抜き部71aは、底壁から供給ポート74に臨む領域において、外壁71の一部を肉抜きして形成され、締結ボルト50の内壁と協働して隙間通路Cpを画定する。
肉抜き部71bは、遅角ポート75から締結ボルト50の遅角油路55に臨む領域において、外壁71の一部を肉抜きして形成され、遅角ポート75と遅角油路55の間の油路として機能する。
肉抜き部71cは、進角ポート76から締結ボルト50の進角油路56に臨む領域において、外壁71の一部を肉抜きして形成され、進角ポート76と進角油路56の間の油路として機能する。
環状凹部72aは、供給ポート74に臨む領域において逆止弁100が嵌め込まれるように、内周面72を環状に肉抜きして形成されている。
開口部73は、弁体80のロッド81を軸線S方向に突出させる。
供給ポート74は、隙間通路Cpと連通すると共に、隙間通路Cpにおいて貫通路54よりも下流側に配置されている。
進角ポート76は、肉抜き部71cを介して締結ボルト50の進角油路56と連通し、又、ベーンロータ20の進角油路29を経て進角室ACと連通する。
ストッパ77は、弁体80の第2弁部83の端面83a2を受け止めて、弁体80を進角モードに対応する最奥位置に停止させる役割をなす。
バネ受け部78は、付勢バネ90の端部を受ける役割をなす。
ロッド81は、内部通路81a、内部通路81aから径方向に貫通する開口81b、端部81cを備えている。
内部通路81a及び開口81bは、ロッド81が軸線S方向に往復動する際に、付勢バネ90が配置される空間の作動油を排出させる役割をなす。
端部81cには、電磁アクチュエータ6の駆動シャフト6aが係合して、付勢バネ90の付勢力に抗して駆動力が及ぼされる。
第1固定部82aは、内周面72に密接して摺動する第1ランド82a1、端面82a2、第1内部通路82a3、端面82a4を備えている。
第1ランド82a1は、軸線Sを中心とし内周面72の内径と略同径又は僅かに小さい外径の円筒面でかつ遅角ポート75を閉塞する幅寸法に形成され、遅角ポート75を開放又は閉塞する。
第1可動部82bは、圧縮バネ84と協働して逆止弁として機能するものであり、ロッド81に摺動自在に嵌合された第1嵌合部82b1、第1内部通路82a3を開閉するべく端面82a4に離脱可能に当接する第1蓋部82b2を備えている。
第2固定部83aは、内周面72に密接して摺動する第2ランド83a1、端面83a2、第2内部通路83a3、端面83a4を備えている。
第2ランド83a1は、軸線Sを中心として内周面72の内径と略同径又は僅かに小さい外径の円筒面でかつ進角ポート76を閉塞する幅寸法に形成され、進角ポート76を開放又は閉塞する。
第2可動部83bは、圧縮バネ84と協働して逆止弁として機能するものであり、ロッド81に摺動自在に嵌合された第2嵌合部83b1、第2内部通路83a3を開閉するべく端面83a4に離脱可能に当接する第2蓋部83b2を備えている。
そして、付勢バネ90は、休止状態にあるとき、弁体80の端面82a2をストッパStに当接させる休止位置、すなわち、遅角モードに対応する位置に弁体80を停止させる付勢力を及ぼす。
逆止弁100は、図6ないし図9に示すように、供給される作動油の油圧により弾性変形して開弁するべく、バネ鋼板等を用いて部分的に重なって円筒状に渦巻かれて形成されており、スリーブ70の環状凹部72aに嵌め込まれている。
すなわち、逆止弁100は、供給される作動油の流れ方向にいて、供給ポート74の下流側に隣接して配置されている。換言すれば、逆止弁100は、油路切換弁Vの内側に配置され、結果的に、締結ボルト50の内側に配置されている。
また、逆止弁100は、導入油路としての貫通路54及び溝通路27よりも下流側に配置されている。換言すれば、ロック機構40に向けて作動油を導入する導入油路(54,27)は、逆止弁100よりも上流側に配置されている。
ここで、逆止弁100は、供給される作動油が、油路1b、内部通路1c、隙間通路Cp及び供給ポート74を経て油路切換弁V内に流れ込み、遅角ポート75から遅角室RC又は進角ポート76から進角室ACに供給された後に、導入油路(貫通路54、溝通路27)に満たされた作動油の油圧がロック機構40を解除可能な油圧に達したときにロックが解除されるように、その開弁特性が設定されている。
エンジンが停止した状態においては、図8及び図11に示すように、ベーンロータ20は、ロック機構40によりハウジングロータ10に対して中間位置にロックされている。
これにより、エンジンの始動時には、ベーンロータ20のバタツキ等を防止しつつ、円滑にエンジンを始動させることができる。
また、エンジンの停止状態において、進角室AC及び遅角室RC内には、隙間等から漏れ出る分を除き、逆止弁100の逆流防止機能により基本的に作動油が充填されている。
そして、エンジンの始動後は、電磁アクチュエータ6の駆動シャフト6aを介して油路切換弁Vが適宜切り替えられて、ベーンロータ20及びカムシャフト1が遅角側へ又は進角側へ、あるいは所定の角度位置に保持されるように位相制御が行われる。
遅角モードにおいて、第1弁部82は、供給ポート74と遅角ポート75の間の油路を開放した開弁状態に設定され、第2弁部83は、供給ポート74と進角ポート76の間の油路を閉塞した閉弁状態に、具体的には、第2固定部83aの第2ランド83a1が進角ポート76を開放し、第2可動部83bの第2蓋部83b2が第2内部通路83a3を閉塞した状態に設定される。
進角モードにおいて、第2弁部83は、供給ポート74と進角ポート76の間の油路を開放した開弁状態に設定され、第1弁部82は、供給ポート74と遅角ポート75の間の油路を閉塞した閉弁状態、具体的には、第1固定部82aの第1ランド82a1が遅角ポート75を開放し、第1可動部82bの第1蓋部82b2が第1内部通路82a3を閉塞した状態に設定される。
中立保持モードにおいて、第1弁部82は、供給ポート74と遅角ポート75の間の油路を閉塞した閉弁状態に設定され、第2弁部83は、供給ポート74と進角ポート76の間の油路を閉塞した閉弁状態に設定される。
具体的には、第1弁部82は、第1固定部82aの第1ランド82a1が遅角ポート75を閉塞し、第1可動部82bの第1蓋部81b2が第1内部通路82a3を閉塞した状態に設定される。また、第2弁部83は、第2固定部83aの第2ランド83a1が進角ポート76を閉塞し、第2可動部83bの第2蓋部82b2が第2内部通路83a3を閉塞した状態に設定される。
尚、中立保持モードにおいて、油路切換弁V内の作動油に漏れを生じた場合は、逆止弁100が適宜開弁して、その漏れ量に相当する作動油が補充される。
すなわち、油路切換弁Vにおいて、弁体80は、第1弁部82が遅角ポート75を閉塞すると共に第2弁部83が進角ポート76を閉塞する中立保持モードに位置付けられた状態において、遅角室RCと進角室ACとの間での作動油の往復を遮断するべく形成されている。
したがって、ロック機構40に導かれる作動油は、油路切換弁V内の作動油の影響を受けない。それ故に、ロック機構40の誤作動を防止することができ、所望する機能が得られる。
したがって、ロック穴11d、弧状凹部11e、及び環状油溜りCに導かれた作動油は、遅角室RC及び進角室ACに流れ込まない構造になっている。
すなわち、ロック機構40に向けて作動油を導入する導入油路(貫通路54、溝通路27)は、油路切換弁Vよりも上流側において隙間通路Cpから分岐して、遅角室RC及び進角室ACから独立した油路として形成されているため、遅角室RC及び進角室AC内の作動油の油圧の影響を受けず、ロック機構40の誤作動を防止することができる。
特に、逆止弁100が部分的に重なって円筒状に渦巻かれて形成されているため、配置スペースが狭くて済み、構造の簡素化、部品の集約化、装置の小型化にさらに寄与する。
上記実施形態においては、ベーンロータ20を回転付勢する回転付勢バネとして、進角方向に付勢力を及ぼす回転付勢バネ30を示したが、これに限定されるものではなく、逆に遅角方向に付勢力を及ぼす回転付勢バネを採用してもよい。
上記実施形態においては、油路切換弁Vが締結ボルト50の内側に配置された場合を示したが、これに限定されるものではなく、油路切換弁がエンジンのシリンダブロックに配置された構成においても、本発明を適用することができる。
6 電磁アクチュエータ
6a 駆動シャフト
AC 進角室
RC 遅角室
10 ハウジングロータ
20 ベーンロータ
27 溝通路(導入油路)
40 ロック機構
50 締結ボルト
54 貫通路(導入油路)
55 遅角油路
56 進角油路
V 油路切換弁
70 スリーブ
Cp 隙間通路
71 外壁
74 供給ポート
75 遅角ポート
76 進角ポート
80 弁体
81 ロッド
81c 端部
82 第1弁部
82a 第1固定部
82a1 第1ランド
82a3 第1内部通路
82b 第1可動部
82b2 第1蓋部
83 第2弁部
83a 第2固定部
83a1 第2ランド
83a3 第2内部通路
83b 第2可動部
83b2 第2蓋部
84 圧縮バネ
90 付勢バネ
100 逆止弁
Claims (15)
- カムシャフトにより駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更装置であって、
前記カムシャフトと同軸上で回転するハウジングロータと、
前記ハウジングロータと協働して進角室及び遅角室を画定すると共に前記カムシャフトと一体的に回転するベーンロータと、
前記ハウジングロータと前記ベーンロータとの相対回転をロックすると共に作動油によりロックを解除するロック機構と、
前記ロック機構に向けて作動油を導入する導入油路と、
前記進角室及び遅角室に対して作動油を供給及び排出する油路を切り換える油路切換弁と、を備え、
前記導入油路は、供給される作動油の流れ方向において前記油路切換弁よりも上流側に配置されると共に、オイルポンプから前記ロック機構へ作動油を導入する経路と同一の経路を辿って前記ロック機構から作動油を排出するように形成されている、
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。 - 前記油路切換弁に供給される作動油の流れのみを許容する逆止弁を含み、
前記導入油路は、前記逆止弁よりも上流側に配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記ベーンロータを前記カムシャフトに締結する締結ボルトを含み、
前記締結ボルトは、筒状に形成されると共に作動油を通す油路を含み、
前記油路切換弁は、前記締結ボルトの内側に配置されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記逆止弁は、前記締結ボルトの内側に配置されている、
ことを特徴とする請求項3に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記導入油路は、前記締結ボルトの外壁に形成された貫通路と、前記ベーンロータに形成された溝通路を含む、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記逆止弁は、前記油路切換弁の内側に配置され、供給される作動油の油圧により弾性変形して開弁するべく、部分的に重なって円筒状に渦巻かれて形成されている、
ことを特徴とする請求項3ないし5いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記油路切換弁は、前記締結ボルトの内壁に嵌合されると共に,前記遅角室に連通する遅角ポート,前記進角室に連通する進角ポート,及び作動油が供給される供給ポートを有するスリーブと、前記スリーブの内側に摺動自在に配置された弁体と、を含み、
前記弁体は、前記スリーブ内において往復動するロッドと、前記ロッドに設けられて前記供給ポートと前記遅角ポートの間の油路を開閉する第1弁部と、前記ロッドに設けられて前記供給ポートと前記進角ポートの間の油路を開閉する第2弁部を含む、
ことを特徴とする請求項3ないし6いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記油路切換弁は、前記締結ボルトの内壁に嵌合されると共に,前記遅角室に連通する遅角ポート,前記進角室に連通する進角ポート,及び作動油が供給される供給ポートを有するスリーブと、前記スリーブの内側に摺動自在に配置された弁体と、を含み、
前記弁体は、前記スリーブ内において往復動するロッドと、前記ロッドに設けられて前記供給ポートと前記遅角ポートの間の油路を開閉する第1弁部と、前記ロッドに設けられて前記供給ポートと前記進角ポートの間の油路を開閉する第2弁部を含み、
前記供給ポートは、前記締結ボルトの内壁と前記スリーブの外壁との間に画定される隙間通路において、前記貫通路よりも下流側に配置され、
前記逆止弁は、前記供給ポートの下流側に隣接して配置されている、
ことを特徴とする請求項5に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記油路切換弁は、前記カムシャフトが受ける変動トルクにより、前記遅角室と前記進角室との間で作動油を往復させるトルク駆動型の油路切換弁である、
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記ロック機構は、前記ベーンロータを最遅角位置と最進角位置の間の中間位置にロックする、
ことを特徴とする請求項9に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記弁体は、前記第1弁部が開弁すると共に前記第2弁部が閉弁する遅角モードに位置付けられた状態において、前記カムシャフトが逆回りのトルクを受けるとき前記進角ポートから前記遅角ポートへの作動油の流れを許容し、かつ、前記第1弁部が閉弁すると共に前記第2弁部が開弁する進角モードに位置付けられた状態において、前記カムシャフトが順回りのトルクを受けるとき前記遅角ポートから前記進角ポートへの作動油の流れを許容すべく形成されている、
ことを特徴とする請求項9又は10に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記弁体は、前記第1弁部が前記遅角ポートを閉塞すると共に前記第2弁部が前記進角ポートを閉塞する中立保持モードに位置付けられた状態において、前記遅角室と前記進角室との間での作動油の往復を遮断するべく形成されている、
ことを特徴とする請求項11に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記弁体は、前記第1弁部と前記第2弁部の間に配置された圧縮バネを含み、
前記第1弁部は、前記遅角ポートを閉塞し得る第1ランド及び前記第1ランドの内側に形成された第1内部通路を有すると共に前記ロッドに固定された第1固定部と、前記第1内部通路を開閉する第1蓋部を有すると共に前記ロッドに沿って可動に支持された第1可動部を含み、
前記第2弁部は、前記進角ポートを閉塞し得る第2ランド及び前記第2ランドの内側に形成された第2内部通路を有すると共に前記ロッドに固定された第2固定部と、前記第2内部通路を開閉する第2蓋部を有すると共に前記ロッドに沿って可動に支持された第2可動部を含み、
前記圧縮バネは、前記第1蓋部を閉弁させると共に前記第2蓋部を閉弁させる付勢力を及ぼすように配置されている、
ことを特徴とする請求項9ないし12いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記弁体は、電磁アクチュエータの駆動シャフトが係合して駆動力を及ぼす端部を含む、
ことを特徴とする請求項7ないし13いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記油路切換弁は、前記駆動シャフトの駆動力に抗する向きに前記弁体を付勢する付勢バネを含む、
ことを特徴とする請求項14に記載のバルブタイミング変更装置。
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