JPH10103030A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベーンタイプの弁開閉時期制御装置におい
て、回転伝達部材と回転軸との相対変位を制限する位相
保持機能のノックピンの耐久性を向上させる。 【解決手段】 回転伝達部材１８と内部ロータ２２（回
転軸）との間に形成された圧力室をベーンによって進角
室３８ａ,遅角室３８ｂに区画し、各流体通路２８,３０
よりそれぞれ進角室３８ａ,遅角室３８ｂに選択的に流
体を供給して相対位相を可変するととともに、回転伝達
部材１８に形成した退避孔４０には回転軸側へ付勢され
たノックピン４４を収容し、回転軸と回転伝達部材との
相対位相が所定の位相のときにノックピンを回転軸側の
受容孔４８に収容して位相保持を行い、受容孔からノッ
クピンを排出する流体を受容孔に給排する連通路５０
を、退避孔と受容孔の同期位置を最遅角位置としたと
き、その同期直前に流体を供給する前記流体通路と連通
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、吸気弁又
は排気弁を開閉させる回転軸と回転伝達部材との間に形
成した圧力室をベーンによって進角室と遅角室とに区画
し、進角室と遅角室との選択的な流体の給排によって回
転伝達部材と回転軸との相対位相を可変することで、吸
気弁又は排気弁の開閉時期を制御する内燃機関の弁開閉
時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これらの種類の弁開閉時期制御装置は、
例えば、特開平１−９２５０４号公報や実開平２−５０
１０５号公報に開示されている。これらの従来の弁開閉
時期制御装置には、回転伝達部材と回転軸との相対変位
を制限するために、受容孔、退避孔、退避孔内に受容孔
側にスプリングで付勢されたノックピンからなる位相保
持機構が備わっている。

【０００３】この位相保持機構は、図６（Ａ）〜（Ｃ）
に示すように、回転軸１の外周に、回転軸１に一体固定
したロータ２と、ロータ２の外側に相対回転可能な回転
伝達部材３を配置している。ロータ２の外周には、ロー
タ２の径方向に延びる複数のベーン４が取り付けられて
いる。それぞれのベーン４は、ロータ２の外側と回転伝
達部材３の内側との間に円周上に複数形成された流体圧
室５内に延びており、それぞれの流体圧室５を進角室５
ａと遅角室５ｂに区画している。回転伝達部材３には放
射方向に退避孔６が形成されており、退避孔６内にはス
プリング７によってロータ２側に付勢されたノックピン
８が収容されている。ロータ２には、ノックピン８が挿
入可能な受容孔９が形成されている。進角室５ａには流
体通路１０ｂを介して流体が給排され、遅角室５ｂには
流体通路１０ｃを介して流体が給排されている。この弁
開閉時期制御装置は、進角室５ａと遅角室５ｂとの流体
圧の圧力差によって、ベーン４を流体圧室５の範囲で変
位させることによって、回転伝達部材３とロータ２（回
転軸１）との位相を変換している。ここに示した従来技
術は、回転伝達部材３とロータ２（回転軸１）とが、時
計の回転方向に回転するものであり、退避孔６と受容孔
９の位置関係が、回転伝達部材３の回転に対して最遅角
の位置に設けられている。受容孔９に挿入されたノック
ピン８は、連通路１０ａを介して供給される流体の流体
圧によって、スプリング７の付勢力に抗して退避孔６に
退けられる。連通路１０ａは、流体通路１０ｂと回転軸
１の内部で合流しており、流体通路１０ｃは、連通路１
０ａ及び流体通路１０ｂと独立している。

【０００４】上記の構成の従来技術の作動は、例えば図
６（Ａ）に示す最進角位置から、図示しない流体制御装
置により流体通路１０ｃを介して流体を遅角室５ｂへ供
給し、進角室５ａの流体を流体通路１０ｂを介して排出
することにより、進角室５ａと遅角室５ｂの流体圧差に
よりベーン４が図６（Ａ）にＢで示す矢印の方向へ回転
する。これによって、ロータ２が回転伝達部材３との間
で相対回転して、図６（Ｂ）に示す最遅角位置まで位相
を変換する。最遅角位置になると、退避孔６と受容孔９
との位置が合致し、スプリング７の付勢力によりノック
ピン８が受容孔９に挿入され、ロータ２と回転伝達部材
３との相対回転を規制する。次に、最遅角位置から進角
させる場合には、図６（Ｃ）に示すように、図示しない
流体制御装置により流体通路１０ｂを介して流体を進角
室５ａへ供給し、遅角室５ｂの流体を流体通路１０ｃを
介して排出すると共に、連通路１０ａにも流体を供給し
て、ノックピン８を受容孔９から退避孔６へ排出するこ
とにより、図６（Ｃ）にＡで示す矢印の方向へベーン４
を回転するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の弁開閉時期
制御装置によれば、ノックピン８は回転伝達部材３とロ
ータ２とが最遅角位置になる毎に受容孔に挿入され、進
角方向に位相を変換するときに、ノックピン８を退避孔
６へ離脱させると共に進角室５ａと遅角室５ｂとの流体
圧差によって回転伝達部材３とロータ２とを進角させて
いる。連通路１０ａと流体通路１０ｂとを、回転軸１の
内部で合流させている技術的なねらいは、遅角方向へ作
用させる流体通路１０ｃを独立させて、最遅角位置とな
ったときに受容孔９を空っぽにしてノックピン８を受け
入れる体制を整えておくため、並びにノックピン８を受
容孔９から排出する流体と、進角方向へ移相する流体を
同時に供給することで、ノックピン８の排出処理と、回
転位相の進角方向への変換とのレスポンスを向上させる
ためのものである。しかしながら、上記従来技術のノッ
クピン８は、弁開閉時期制御装置を作動させて最遅角位
置となる毎に受容孔９に係合するので、ノックピン８の
作動回数が膨大な回数となり、ノックピン８の摩耗に対
する耐久性、耐久性を考慮した材料、加工方法の選定
や、ノックピン８の作動を支える退避孔６および受容孔
９の摩耗に対する耐久性、耐久性を考慮した材料、加工
方法の選定など、さまざまな条件を検討し、耐久性を確
保するために非常に高価な材料を用いなければならない
などの問題があった。

【０００６】一方、上記従来の弁開閉時期制御装置にお
いてノックピン８を設ける最大の目的は、次のとおりで
ある。主にエンジンの停止時など、流体の圧力源が停止
することにより、進角室５ａと遅角室５ｂとの内部の流
体圧が低下した後に、次にエンジンを始動させると、エ
ンジンの始動と同時に進角室５ａと遅角室５ｂとの内部
の流体圧を確保することができないことにより、ベーン
４が流体室５内を自由に回転することができ、流体室５
の内壁に当接して打音を発生する。この打音を防止する
ためにベーン４の移動を規制する必要があり、少なくと
もエンジン始動後の進角室５ａと遅角室５ｂとの内部の
流体圧が確保されるまで、回転伝達部材３とロータ２の
相対回転を停止させるためにノックピン８を設けてい
る。逆に、エンジンの通常運転中においては、少なくと
も進角室５ａと遅角室５ｂの一方には流体が満たされる
ことにより、ベーン４が流体室５内を自由に回転するこ
とが制限され打音の発生の問題は起きない。

【０００７】本発明は、上記課題を解決する、すなわ
ち、ノックピンの耐久性を向上させることを目的とし
て、ノックピンによる回転伝達部材とロータ（回転軸）
との係合をエンジンの始動時にのみ作動させ、エンジン
の通常運転中は受容孔に挿入されないようにした弁開閉
時期制御装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この出願の発明らはさまざまな検討を重ね、エンジ
ンの通常運転中は受容孔内に流体を満たすことにより、
この流体の抵抗によってノックピンが受容孔に挿入でき
なくすることにより、課題を解決できることを確認し
た。

【０００９】請求項１の発明を採用した弁開閉時期制御
装置は、退避孔と受容孔の同期位置を最遅角位置または
最進角位置とし、連通路を同期する直前に流体を供給す
る流体通路と連通したことにより、回転軸と回転伝達部
材とが同期位置となる（すなわち、回転軸と回転伝達部
材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させる）と
きに、受容孔内に流体が満たされていることを達成する
ものである。つまり、エンジン運転中に回転軸と回転伝
達部材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させ、
受容孔と退避孔との位置が合致し、退避孔内に収容され
たノックピンが受容孔側へ付勢される力によって、ノッ
クピンが受容孔に挿入されようとするが、回転軸と回転
伝達部材とを最遅角または最進角の位置へ相対変位させ
る流体の一部が受容孔内に満たされており、この流体に
よってノックピンが受容孔に挿入されることを防止す
る。一方、エンジンを停止することにより、流体の圧力
発生源が停止するので、複数の流体通路、進角室、遅角
室、連通路及び受容孔内の流体圧力は徐々に低下する。
そして、次回エンジンを始動する時に、回転軸と回転伝
達部材とが最遅角または最進角の位置へ相対変位し、受
容孔と退避孔との位置が合致することにより、ノックピ
ンが受容孔内に挿入し、回転軸と回転伝達部材との相対
変位を規制する。このことによって、エンジン始動時に
ベーンが流体圧室の内壁と接触して打音を発生すること
を防止することができるものである。

【００１０】請求項２の発明は、上記連通路に絞りを設
けたことである。この絞りによって、受容孔内に供給さ
れた流体を連通路から排出されることを防止するので、
受容孔内に確実に流体を満たすことができ、ノックピン
が受容孔に挿入されて、回転軸と回転伝達部材との相対
位相を規制することがない。請求項３の発明は、上記通
路にチェックボールを設けることで、受容孔内に供給さ
れた流体を連通路を介して排出されないようにし、受容
孔内の流体を確実に保持するものである。

【００１１】請求項４の発明は、退避孔と受容孔の同期
位置を最遅角位置とし、連通路は回転伝達部材と回転軸
とを遅角移相させる遅角用室へ流体を供給する流体通路
と連通したことである。エンジンを停止し複数の流体通
路、進角室、遅角室、連通路及び受容孔内の流体圧力が
低下した後にエンジンを始動するときには、流体源から
の流体圧が十分な値となる前にクランクシャフトの回転
がタイミングベルト又はタイミングチェーンを介して回
転伝達部材に伝達し、この回転がベーンを介して回転軸
を回転することになる。このとき、ベーンの両端に形成
される進角室、遅角室の流体圧が低下していることか
ら、上記の回転力によってベーンが最遅角位置まで変位
し、回転伝達部材と回転軸とを遅角移相させる。請求項
４の発明においては、このときにノックピンを受容孔に
挿入して回転軸と回転伝達部材との相対変位を規制する
ことによって、打音の発生を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】この出願の発明に係る各実施形態
について図面を参照して説明する。実施形態１を示す図
１において、符号１２は図示しないシリンダヘッドに回
転可能に支持された吸気弁用カムシャフトであり、弁開
閉時期制御装置は、この吸気弁用カムシャフト１２の先
端部に次に詳細を説明するように取付けられている。こ
の実施形態における回転伝達部材は、ベルト又はチェー
ンによって回転力が伝達されるタイミングプーリ１４に
対し相対回転不能に一体に固定された外部ロータ１８及
び外板２０により構成されている。すなわち、外板２０
とタイミングプーリ１４とは、間に外部ロータ１８を挟
んでボルト１６により共締めされている。タイミングプ
ーリ１４と外板２０の軸方向に扁平な円筒部分は、カム
シャフト１２の先端部に止着された内部ロータ２２を内
周域に挟み込んでいる。内部ロータ２２は、タイミング
プーリ１４及び外部ロータ１８と相対回転可能に、カム
シャフト１２の端部にボルト１７によって締付けられて
いる。吸気用カムシャフト１２の内部には、それぞれ軸
方向に遅角油路２８と進角油路３０とが切削されてお
り、遅角油路２８と進角油路３０は後述する圧力室側の
外周オイル給排口３５，３６と、これらと反対側の終端
側の外周オイル給排口３２，３４とを連通し、上記外周
オイル給排口３２，３４は、図示しないオイルポンプか
ら供給される流体としてのオイルが切換バルブ１１１を
介して選択的に給排状態となって通流する。

【００１３】切換バルブ１１１は、ソレノイド１１２へ
通電することによってスプール１１３をスプリング１１
４に抗して図示右方向へ摺動されるものであり、オイル
ポンプから供給されるオイルを油路１１５から取入れ、
一方のポート通路１１７を外周オイル給排口３２に連通
し、他方のポート通路１１６を外周オイル排出口３４に
連通している。１１９はドレンであり、ソレノイド１１
２の非通電時にはポート通路１１７が給圧状態、ポート
通路１１６が排圧状態となり、ソレノイド１１２の通電
時にはその逆になる。従って、非通電時に進角通路２８
にオイルが供給され、通電時に遅角通路３０にオイルが
供給される。

【００１４】次に図２に示すように、外部ロータ１８の
内周側には仕切壁３３によって形成されたここでは５個
の圧力室３８と１つの退避孔４０が形成されている。圧
力室３８は内部ロータ側から放射方向に突設したベーン
５２で二つの作動室３８ａ,３８ｂに区画される。作動
室３８ａは内部ロータ２２に形成された中間通路５４を
介して進角通路２８の外周オイル給排口３５に連通さ
れ、作動室３８ｂは同じく内部ロータ２２に形成された
中間通路５６を介して遅角通路３０の外周オイル給排口
３６に連通されている。ベーン５２はバネ部材４９によ
って遠心方向に付勢されている。

【００１５】上記退避孔４０は、外側にエア抜きを有す
る蓋材４２で封栓され、その内部には外側に付勢手段を
構成するスプリング４６が配置され、このスプリング４
６は退避孔４０の内部に位置されたノックピン４４を内
側へ付勢している。この退避孔４０とほぼ同径で内部ロ
ータ２２の外周には受容孔４８が形成される。この受容
孔４８は更に軸心方向に延びる連通路５０が形成され、
該連通路５０はカムシャフト１２の外周オイル給排口３
６に連通している。従って、連通路５０は外周オイル給
排口３６を介して遅角通路３０に連通される。上記ノッ
クピン４４,受容孔４８,退避孔４０及びスプリング４６
は位相保持機構２９を構成する。

【００１６】また、受容孔４８と退避孔４０とが同相と
なるときのカムシャフト１２と外部ロータ１８との位相
は、最遅角状態に設定されている。すなわち、ベーン５
２が進角時に給圧側となる作動室３８ａを最縮小してい
るとき受容孔４８と退避孔４０との位相が一致するもの
である。上記実施形態１の構成では、図２に示す最遅角
状態において、切換バルブ１１１が非通電にされると、
オイルポンプからのオイルがポート通路１１７、外周オ
イル給排口３２、進角通路２８及び中間通路５４を介し
て作動室３８ａにオイルが供給される。従来装置は、進
角用のオイルの一部を連通路５０にも供給して進角位相
への切換えと同時にノックピン４４を退避孔４０へ退避
させていた。しかし、この実施形態１では、連通路５０
を遅角通路３０に連通しているので、遅角位相時に遅角
通路３０を介して受容孔４８にもオイルを供給し、受容
孔４８に油圧を貯えている。図２に示す最遅角位置とな
って、受容孔４８と退避孔４０とが同相となっても、こ
の油圧によってダンピング効果を発揮し、退避孔４０の
内部に配置されたスプリング４６の付勢力によって受容
孔４８側へ挿入しようとするノックピン４４の挿入を阻
止する。そして、次に切換バルブ１１１を非通電状態と
し、進角通路２８及び中間通路５４を介して作動室３８
ａにオイルを供給すると、ノックピン４４が受容孔４８
に挿入されていないので、何らの抵抗もなくスムーズに
進角位相を行うことができ、図３に示すように、外部ロ
ータ１８と内部ロータ２２との位相が最遅角状態より進
角し、受容孔４８が退避孔４０より進相することにな
る。受容孔４８が退避孔４０より進相すれば、ノックピ
ン４４がいくらスプリング４６によって軸心方向に押圧
されても内部ロータ２２の外周を押圧するだけで、ノッ
クピン４４が受容孔４８に係合する位相保持状態は生じ
ない。こうして実施形態１では、受容孔４８と退避孔４
０とが位相同期する前に供給側となる作動室３８ｂへの
オイルの一部が連通路５０を介して受容孔４８に充填さ
れていることにより、受容孔４８と退避孔４０とが位相
同期しても、受容孔４８のオイルのダンパ作用によって
ノックピン４４は受容孔４８に係合することなく、弁開
閉軸制御動作の動作不良を起すことなく、またノックピ
ン４４が作動しないことにより摩耗等の問題が発生する
ことなく、安定に連続して位相制御を行うことができる
のである。

【００１７】また、エンジン始動時（特に、エンジン停
止後ある程度の時間が経過した作動室３８ａ，３８ｂの
油圧が抜けた後にエンジンを始動する場合）には、図示
しないオイルポンプがエンジンの始動と共に作動して
も、カムシャフト１２の初期回転のときには圧力室３８
（作動室３８ａ，３８ｂ）に十分な油圧を供給すること
ができない。従って、外部ロータ１８と内部ロータ２２
とが自由に相対回転してしまう。そこで、エンジンの始
動時には一旦切換バルブ１１１を通電状態として遅角位
相を行って、図２に示す最遅角状態とする。この場合に
は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の回転が
外部ロータ１８から内部ロータ２２に伝達される回転の
伝達によっても遅角方向に付勢されるので、比較的弱い
油圧によっても遅角位相は達成される。図２に示す最遅
角状態となると、受容孔４８には十分な油圧が充填され
ていないことにより、スプリング４６の付勢力によって
ノックピン４４が受容孔４８に挿入されて、外部ロータ
１８と内部ロータ２２との相対回転を規制して、ベーン
５２が圧力室３８の内壁に当接して打音を発生すること
を防止する。更に、作動室３８ｂ及び受容孔４８に供給
される油圧が十分な油圧となると、ノックピン４４をス
プリング４６に抗して受容孔４８から排出する。この状
態となると、作動室３８ｂに十分な油圧が供給されてお
り、ベーン５２が圧力室３８内で進角方向に移動するこ
ともなく打音が発生することもない。

【００１８】なお、実施形態１では、最遅角位置に退避
孔４０と受容孔４８を形成しているが、排気弁を駆動す
るカムシャフトに実施形態１の弁開閉時期制御装置を取
付けて最進角位置に退避孔４０と受容孔４８を形成した
場合には、外部ロータ１８と内部ロータ２２との間に圧
力室３８に作用する油圧による力よりも小さな力のスプ
リングを配置して、圧力室３８の油圧が低下すると強制
的に最進角位置に位相を変換し、ノックピン４４で外部
ロータ１８と内部ロータ２２との自由な相対回転を規制
することで対応できる。

【００１９】次に実施形態２を示す図４の弁開閉時期制
御装置は、上記連通路５０に積極的な絞り５０ａを設け
たものである。この連通路５０に設けた絞り５０ａによ
ってて、遅角側へ変位させた際に受容孔４８に供給され
るオイルが連通路５０を介して排出されることがなく、
オイルを受容孔４８内に確実に貯えることができ、通常
運転状態においては、実施形態１の場合以上にノックピ
ン４４が受容孔４８に挿入することを阻止することが可
能となる。

【００２０】次に実施形態３を示す図５の弁開閉時期制
御装置は、受容孔４８と連通路５０との境界に、リテー
ナ６０に係留されたチェックポール６１を設けたもので
ある。リテーナ６０内のチェックポール６１は、連通路
５０の受容孔側エッジを弁座としている。このような構
成によっても、位相同期前に充填されている受容孔内の
オイルはダンパ作用を行い、ノックピンは受容孔４８に
係合することができない。図５（Ａ）は、最遅角状態に
至った、すなわち受容孔４８と退避孔４０とが位相同期
した状態を示し、それまでの間、連通路５０には遅角用
のオイルが受容室４８に充填されている。その後、進角
動作に変ると、図５（Ｂ）のように、遅角油圧が排圧状
態となり、進角油圧が給圧状態となって、ノックピン４
４が受容孔４８に係合しようとするが、チェックボール
６１が連通路５０を閉じるため、受容孔４８のオイルが
スプリング４６の力に勝りノックピン４４を退避孔内に
退避させた状態を維持する。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、内燃
機関の始動時にだけノックピンが受容孔に係合して位相
保持することができ、ノックピンの作動頻度を低減して
耐久性が高まるとともに打音を防止し、ノックピンのロ
ック現象を回避して信頼性の高い弁開閉時期制御を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この出願の発明に係る実施形態１の弁開閉時
期制御装置を示し、図２のＢ−Ｂ線に沿った側断面図で
ある。

【図２】 上記実施形態１における図１のＡ−Ａ線に沿
った縦断面図である。

【図３】 上記実施形態１において最遅角状態から若干
進角動作を行っている状態を示す縦断面図である。

【図４】 この出願の発明に係る実施形態２の弁開閉時
期制御装置を示す側断面図である。

【図５】 この出願の発明に係る実施形態３の弁開閉時
期制御装置を示す側断面図であり、（Ａ）は最遅角状
態、（Ｂ）は進角状態に変った進角移相前の状態、
（Ｃ）は若干進角動作を行っている状態を示す縦断面図
である。

【図６】 従来の弁開閉時期制御装置を示す各動作説明
図である。

【符号の説明】

１２はカムシャフト（回転軸）、５２はベーン、３８は
圧力室、１８は外部ロータ（回転伝達部材）、１１１は
切換バルブ、４８は受容孔、４０は退避孔、４６はスプ
リング（付勢手段）、４４はノックピン、２９は位相保
持機構、５０は連通路であり、各実施形態を示す各図に
おいて起用通の要素には同一の符号を付す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクプーリからの回転動力が伝達さ
   れるバルブ開閉用の回転軸と、 該回転軸と所定範囲で回転位相角可変に外装された回転
   伝達部材と、 前記回転軸又は前記回転伝達部材の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流体圧
   室と、 前記進角用室と遅角用室とのそれぞれに流体を給排する
   複数の流体通路と、 前記回転軸又は前記回転伝達部材の一方に形成され、内
   部に前記回転軸又は前記回転伝達部材の他方側に付勢さ
   れたノックピンを収容する退避孔と、 前記回転軸又は前記回転伝達部材の他方に形成され前記
   回転軸と前記回転伝達部材との相対位相が所定の位相で
   同期したときに前記ノックピンを収容する受容孔と、 該受容孔から前記ノックピンを排出する流体を前記受容
   孔に給排する連通路とを備えた弁開閉時期制御装置にお
   いて、 前記退避孔と前記受容孔の同期位置を最遅角位置または
   最進角位置とし、前記連通路を同期する直前に流体を供
   給する前記流体通路と連通したことを特徴とする弁開閉
   時期制御装置。
2. 【請求項２】 前記連通路に絞りを設けたことを特徴と
   する請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
3. 【請求項３】 前記連通路に前記受容孔への流体の流れ
   を許容し、前記受容孔から前記連通路への流体の流れを
   阻止するチェックボールを配設したことを特徴とする請
   求項１記載の弁開閉時期制御装置。
4. 【請求項４】 前記退避孔と前記受容孔の同期位置を最
   遅角位置とし、前記連通路は前記回転伝達部材と前記回
   転軸とを遅角移相させる遅角用室へ流体を供給する前記
   流体通路と連通したことを特徴とする請求項１記載の弁
   開閉時期制御装置。