(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に複数の圧力室を形成する仕切壁を備えた回転伝達部材と、該回転伝達部材の内周に配置し前記圧力室を区画するベーンを取り付けた吸気弁又は排気弁を開閉させる回転軸と、前記ベーンで区画される圧力室をそれぞれ圧力作動室とし該圧力作動室へ流体を吸排するそれぞれの流体通路と、該流体通路に接続する前記圧力作動室の流体調整手段と、前記回転軸に設けた受容孔に前記回転伝達部材に設けた支持孔に配置され付勢手段によって付勢されたピンを挿入して前記回転伝達部材と前記回転軸の位相差を保持し、前記ピンに前記回転軸側から前記流体通路の流体を供給して前記ピンの挿入を解除する位相保持機構からなる弁開閉時期制御装置において、
前記位相保持機構は前記ピンに供給する流体に含まれる異物を、前記ピンが前記受容孔から抜けた際に前記回転伝達部材の回転に伴う遠心力によって収容し、前記ピンが前記受容孔へ挿入されたときに、前記回転伝達部材の回転に伴う遠心力によって異物を外部へ除去する異物除去機構を前記支持孔に備えたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
【請求項２】
前記異物除去機構は、前記支持孔に設けた異物保持リングを備えることを特徴とする請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項３】
前記異物除去機構は、前記異物保持リングから前記回転伝達部材の外側へ延在する排出通路を備えることを特徴とする請求項２記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項４】
前記ピンは、前記受容孔に挿入する小径部と支持孔内を摺動する大径部とを有し、前記ピンの挿入を解除するときには前記小径部と前記大径部との間の段差部に流体を供給することを特徴とする請求項１から請求項３記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項５】
前記異物除去機構は、前記異物保持リングから前記回転伝達部材に設けた異物溜まりへ連通する通路を備えることを特徴とする請求項２記載の弁開閉時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のクランクプーリからの回転力がタイミングプーリを介して伝達されるカムシャフトとタイミングプーリとの間又はカムシャフトと別のカムシャフトとの間で運転状態に応じた位相の可変を行う内燃機関用の弁開閉時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、タイミングプーリとカムシャフトとのタイミングを制御する弁開閉時期制御装置は多数紹介されており、またベーンタイプの弁開閉時期制御装置も知られている。
【０００３】
例えば、ベーンタイプの弁開閉時期制御装置には、特開平１−９２５０４号に開示されたものがある。
【０００４】
この公報に開示された技術を図６及び図６のＣ−Ｃ断面図である図７により説明すると、１０１はタイミングプーリで図示しない内燃機関のクランクプーリを駆動源とし、環状ベルト、環状チェーン又はギア等によって回転力が伝えられるようになっている。１０２はカムシャフトでエンジンのシリンダーヘッド１０３に支承されており、ベーン１０４が内部ロータ１０５を介してカムシャフト１０２に固定されている。また、タイミングプーリ１０１のタイミングプーリ内周部１０１ａには仕切壁１０１ｂが形成されており、仕切壁１０１ｂ、１０１ｂの間に油圧室１０６が形成されている。この油圧室１０６にはそれぞれベーン１０４が挿入され、このベーン１０４と外側版１０７とにより圧力作動室１０８，１０８ａが形成され、かつ外側板１０７はプレート１０９及び固定ボルト１１０とにより位置決めされている。すなわち、ベーン１０４を含むカムシャフト１０２側と、油圧室１０６を含むタイミングプーリ１０１の側とは、相対回転可能に支承されている。また、この相対回転は、ベーン１０４がタイミングプーリ内周部に設けられた油圧室１０６の範囲で回転することによって達成され、その角度は図７に示すθの角度だけ回転することができる。カムシャフト１０２とタイミングプーリ１０１との相対回転は、ベーン１０４の両側に設けられた圧力作動室１０８，１０８ａへ吸排する油圧によって、ベーン１０４を回転することによって行われている。なお、図７に矢印で示す回転方向に対して、ベーン１０４よりも上流側を圧力作動室１０８とし、ベーン１０４よりも下流側を圧力作動室１０８ａとした。この油圧は図示しないオイルポンプを油圧源とし、その制御を切換バルブ１１１の制御によって行っている。この切換バルブ１１１は、ソレノイド１１２へ通電することによって弁スプール１１３をスプリング１１４に抗して図示右方向へ摺動させるものであり、オイルポンプから供給されるオイルを油路１１５から切換バルブ１１１へ採り入れ、油路１１６、１１７を介してベーン１０４の両側の油圧作動室１０８、１０８ａの油圧を調節するものである。
【０００５】
このような構造の弁開閉時期制御装置の作動は、油路１１６は圧力作動室１０８へ連通しており、油路１１７は圧力作動室１０８ａへ連通している。切換バルブ１１１を制御して油路１１６へオイルを供給し圧力作動室１０８の油圧を高めると、ベーン１０４が図７の矢印で示す方向に回転し、カムシャフト１０２の位相がタイミングプーリ１０１に対してベーン１０４の回転分だけ進ませることができ、カムシャフト１０２に回転に伴って開閉する吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを進ませることができる。また、逆に切換バルブ１１１を制御して油路１１７へオイルを供給し圧力作動室１０８ａの油圧を高めると、ベーン１０４が図７の矢印と逆方向に回転し、カムシャフト１０２の位相がタイミングプーリ１０１に対してベーン１０４の回転分だけ遅らせることができ、カムシャフト１０２に回転に伴って開閉する吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを遅らせることができる。
【０００６】
なお、図７に示す１１８はノックピンで、内部ロータ１０５に設けた穴１１９内にスプリング１２０の付勢力により挿入されている。この穴１１９の位置は、ベーン１０４の油圧室１０６内の相対回転可能範囲の端部であり、タイミングプーリ１０１の回転方向に対して最も遅れた位置に設けられている。また、１２１もノックピンでありノックピン１１８と対称位置に設けられており、図７に示す状態から角度θだけ相対回転すると、ノックピン１２１は穴１２２にスプリング１２３の付勢力により挿入されるようになっている。ノックピン１１８、１２１には、それぞれ圧力作動室１０８、１０８ａに供給されるオイルがスプリング１２０、１２３に抗して作用して穴１１９、１２２から押し出すことで係合を解除する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術においては、カムシャフト側の穴１１９、１２２に挿入したノックピン１１８、１２１が解除される際に圧力作動室１０８、１０８ａに供給するオイルの圧力によってスプリング１２０、１２３の付勢力に抗して解除するようになっており、万が一、エンジンオイル内に金属部品のバリなどの異物がノックピン１１８、１２１の外周の摺動面に入り込むとノックピン１１８、１２１の適切な係合、解除が妨げられる。例えば、ノックピン１１８、１２１が穴１１９、１２２に挿入できなくなると、エンジンの始動時などの圧力作動室１０８、１０８ａへ油圧を供給するオイルポンプが停止しており圧力作動室１０８、１０８ａへの油圧が十分に供給できない場合には、ベーン１０４を油圧室１０６の所定の位置に保持できず、ベーン１０４がタイミングプーリ内周部１０１ａの仕切壁１０１ｂと衝突して打音が発生する。また、ノックピン１１８、１２１が穴１１９、１２２から抜けなくなると、タイミングプーリとカムシャフトとの位相が固定され、弁開閉時期制御装置の作動ができなくなり、正常な燃焼ができなくなると共に適切な出力が得られない可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決した弁開閉時期制御装置を開示するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するため請求項１の発明において講じた技術的手段は、内周部に複数の圧力室を形成する仕切壁を備えた回転伝達部材と、回転伝達部材の内周に配置し圧力室を区画するベーンを取り付けた吸気弁又は排気弁を開閉させる回転軸と、ベーンで区画される圧力室をそれぞれ圧力作動室とし圧力作動室へ流体を吸排するそれぞれの流体通路と、流体通路に接続する圧力作動室の流体調整手段と、回転軸に設けた受容孔に回転伝達部材に設けた支持孔に配置され付勢手段によって付勢されたピンを挿入して回転伝達部材と回転軸の位相差を保持し、ピンに回転軸側から流体通路の流体を供給してピンの挿入を解除する位相保持機構からなる弁開閉時期制御装置において、位相保持機構はピンに供給する流体に含まれる異物を、ピンが受容孔から抜けた際に回転伝達部材の回転に伴う遠心力によって支持孔に形成された異物保持リングへ収容し、ピンが受容孔へ挿入されたときに、回転伝達部材の回転に伴う遠心力によって異物保持リングから外部へ除去する異物除去機構を支持孔に備えたことである。従って、ピンの挿入を解除するオイルに異物等が含まれていても異物を除去することができ、ピンの挿入又は解除の作動に影響を与えない。
【００１１】
請求項２の発明において講じた手段は、異物除去機構が、支持孔に設けた異物保持リングを備えたことである。従って、ピンの挿入を解除するオイルに異物等が含まれていても、この異物を異物保持リング内に取り込むことができ、ピンの挿入又は解除の作動を適切に行うことができる。
【００１２】
請求項３の発明において講じた手段は、異物除去機構が、異物保持リングから回転伝達部材の外側へ延在する排出通路を備えたことである。従って、ピンの挿入を解除するオイルに異物等が含まれていても、異物を含んだオイルを回転伝達部材の外側へ流れる油路を介して排出することができ、ピンの挿入又は解除の作動を適切に行うことができる。
【００１３】
請求項４の発明において講じた手段は、ピンは、受容孔に挿入する小径部と支持孔内を摺動する大径部とを有し、ピンの挿入を解除するときには小径部と大径部との間の段差部に流体を供給することである。従って、ピンの挿入を解除する油圧をピンの摺動部の近くに供給できるので、異物を異物保持リング又は回転伝達部材の外側へ流れる油路へ容易に導くことができる。又、ピンの挿入を解除する油圧を回転伝達部材の支持孔に供給することができるので回転伝達部材の外側へ流れる油路を短くでき、異物を効率的に排出することができる。
【００１４】
請求項５の発明において講じた手段は、異物除去機構は、異物保持リングから回転伝達部材に設けた異物溜まりへ連通する油路を設けたことである。従って、タイミングプーリの外周にゴム製のベルトを用いるタイプなど、タイミングプーリとベルトとの摩擦が必要な弁開閉時期制御装置において、外部へオイルを漏らすことなく、異物を効率的に排出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明を用いた第１の実施の形態の弁開閉時期制御装置１０を示す図面である。弁開閉時期制御装置１０は図１に示すようにＤＯＨＣエンジンに適用したものである。シリンダヘッド１２には、回転可能に支持された排気バルブ用カムシャフト１４と吸気バルブ用カムシャフト１６が取り付けられており、排気バルブ用カムシャフト１４の外周には相対回転可能に取り付けられたギヤ１８と吸気バルブ用カムシャフト１６の外周には相対回転不能に取り付けられたギヤ２０とが噛み合うことによって連結されている。本実施の形態の弁開閉時期制御装置１０は、排気バルブ用カムシャフト１４（回転軸、以下、カムシャフト１４という）に取り付けられる。
【００１７】
タイミングプーリ２２は、シリンダーヘッド１２から突出したカムシャフト１４の端部にボルト２４によって固定され、ストッパピン２６によって相対回転不能に締結されている。
【００１８】
カムシャフト１４の外周には、ギヤ１８、フロントプレートハウジング２８、環状ハウジング３０、リアプレートハウジング３２がボルト３４によって一体に締結され回転伝達部３６を形成し、カムシャフト１４と相対回転可能に装着されている。フロントプレートハウジング２８とリアプレートハウジング３２とに挟まれた環状ハウジング３０の内部には図２に示すように、仕切壁３８、３８の間に合計５つの油圧室（圧力室）４０と、環状ハウジング３０の外周から切削した支持孔４２が設けられている。
【００１９】
一方、カムシャフト１４の外表面には、内周ロータ４４がピン４６によって相対回転不能に固定されている。５つのベーン４８は、内周ロータ４４に形成されたそれぞれの溝に内周側の端部を係止して放射方向に延びており、油圧室４０をベーン４８をピストンとして進角油圧室５０と遅角油圧室５２との２つに区画している。カムシャフト１４の内部には進角油圧室５０と遅角油圧室５２とに連通した進角油路（流体通路）５４と遅角油路（流体通路）５６とが形成され、進角油路５４と遅角油路５６は、それぞれカムシャフト１４とシリンダーヘッド１２との間に形成した進角油路接続リング５８と遅角油路接続リング６０を介して制御バルブ６２へ連通している。なお、制御バルブ（流体調整手段）６２は、エンジンの回転数やエンジンの出力等の情報を受けるＥＣＵ６４からの信号によって作動し、オイルパン６６からオイルポンプ６８を介して油圧を導入する通路７０とオイルパン６６へ油圧を排出する通路７２とに連結されている。
【００２０】
次に、図２に基づき位相保持機構７４の構成について説明する。環状ハウジング３０の支持孔４２には、段付ピン７６の支持孔４２に対向する摺動面（大径部）を備えた段付ピン７６が摺動自在に保持されており、この段付ピン７６はスプリング７８によって内周ロータ４４側へ付勢されている。８０は支持孔４２に固定されたスプリング７８の一端を保持するリングである。また、段付ピン７６は略中央部に小径の先端部８２（小径部）を形成しており、先端部８２は段付ピン７６がスプリング７８によって付勢されることにより、内周ロータ４４の形成した受容孔８６に挿入される。８８は油圧導入口であり進角油路５４と連通し、進角油路５４内を流れるオイルを段付ピン７６の外周部近傍の段差部７７（図３参照）に導いている。環状ハウジング３０の支持孔４２には、支持孔４２の内径が大きくなった異物保持リング９０を備えている。なお、９２は肉抜け（異物溜まり）であり、弁開閉時期制御装置１０（特に、環状ハウジング３０）の軽量化と、位相保持機構７４を設けたことによる回転バランスを調整するためにシャフト１４の軸方向に設けた孔である。
【００２１】
上記の第１の実施の形態の作動について説明する。図示しないクランクプーリの回転がチェーン等を介してタイミングプーリ２２に伝達されると、タイミングプーリ２２と一体となったカムシャフト１４を図２に矢印で示す方向に回転させると共に、内周ロータ４４、ベーン４８、回転伝達部３６（環状ハウジング３０、ボルト３４、ギヤ１８）、ギヤ２０を介して吸気バルブ用カムシャフト１６も回転させる。
【００２２】
ここで、ベーン４８はカムシャフト１４の回転方向に移相が可能であり、エンジン回転数やエンジン出力の状態によってＥＣＵ６４によって制御バルブ６２を切り換えて、カムシャフト１４の回転と吸気バルブ用カムシャフト１６の回転位相を変換させる。具体的には、制御バルブ６２を図１に示すように室６２ａにして通路７０のオイルを進角油路５４へ供給すると共に、遅角油路５６のオイルを通路７２を介してオイルパン６６へ排出する。このとき、進角油路５４へ供給されたオイルは、進角油圧室５０へ供給される。また、進角油路５４へ供給されたオイルの一部は油圧導入口８８へ供給され、このオイルの油圧が段付ピン７６の内周側に作用しスプリング７８の付勢力に抗して外周側へ付勢する。この付勢力によって、段付ピン７６は受容孔８６から抜けて、内周ロータ４４と環状ハウジング３０との間の相対回転を可能にする。そして、進角油圧室５０へ供給されるオイルによってベーン４８を図２に示す矢印の方向へ回転させ、図３に示す状態にする。このとき、遅角油圧室５２の中に充填されていたオイルは遅角通路５６を介して制御バルブ６２に向かって流れる。このような作動によって、弁開閉時期制御装置３６は、カムシャフト４の位相を吸気バルブ用カムシャフト１６の位相に対して進角することができる。
【００２３】
一方、弁開閉時期制御装置３６が、カムシャフト４の位相を吸気バルブ用カムシャフト１６の位相に対して遅角させる場合には、制御バルブ６２を室６２ｃに切り換えて、遅角通路５６と通路７０とを連通させてオイルを供給すると共に、進角通路５４と通路７２とを連通させてオイルを排出して、ベーン４８を図３に矢印で示す回転方向と逆方向に回転させる。このとき、ベーン４８が図２に示す位置まで回転すると、段付ピン７６がスプリング７８によって付勢されているので、受容孔８６に挿入し、内周ロータ４４と環状ハウジング３０との間の相対回転を制限し、カムシャフト４と吸気バルブ用カムシャフト１６との位相を固定する。なお、このときに万が一、受容孔８６に隣接する油圧導入口８８へ供給したオイルが受容孔８６内に充填されていた場合には、段付ピン７６の中央部に設けた連通孔８４を介して外側に排出することができる。
【００２４】
また、カムシャフト４の位相を吸気バルブ用カムシャフト１６の位相に対して進角または遅角させる途中で、制御バルブ６２を室６２ｂに切り換えて、進角油圧室５０と遅角油圧室５２の油圧を保持することにより、最進角位置から最遅角位置の任意の位相で保持することができる。
【００２５】
段付ピン７６を受容孔８６から抜くときには、スプリング７８に付勢力に対向して油圧導入口８８を介して導入されたオイルの油圧を用いていることもあり、支持孔４２と段付ピン７６の支持孔４２に対向する摺動面との間には大きな隙間を設けることができない。しかしながら、支持孔４２に異物保持リング９０を設けたことにより、オイル内に含まれた異物が支持孔４２と段付ピン７６摺動面との間の隙間に挟まることなく、異物保持リング９０を介して外部に排出することができる。即ち、図３に示すように段付ピン７６が受容孔８６から抜けた際（段付ピン７６へ油圧導入口８８を介して導入されたオイルの油圧を作用させたとき）にオイル内に含まれた異物が弁開閉時期制御装置１０の回転に伴う遠心力によって異物保持リング９０へ収容され、図２に示すように段付ピン７６が受容孔８６に挿入されたときに、弁開閉時期制御装置１０の回転に伴う遠心力によって異物保持リング９０内の異物は支持孔４２から外部へ排出される。
【００２６】
図４は、図２に対応する第２の実施の形態を示す図面である。図４に示した第２の実施の形態における第１の実施の形態との変更点は、異物保持リング９０から外部へ通じる油路（排出通路）９４を設けたことである。この油路９４によって、異物保持リング９０に流れ込んだオイルをリング８０を配置したことに伴う段差等に影響を受けることなく確実に外部に排出することができ、オイルに含まれた異物も確実に排出することができる。
【００２７】
図５は、図２に対応する第３の実施の形態を示す図面である。図５に示した第３の実施の形態における第１の実施の形態との変更点は、リング８０の代わりに弁開閉時期制御装置１０内部のオイルを外部に漏らさないようにシールを施した封鎖部材９６を用いたことであり、更に、異物保持リング９０と肉抜け９２とを連通する通路９８を設けたことである。従って、異物保持リング９０に流れ込んだオイルやオイルに含まれた異物を肉抜け９２へ流し、異物を遠心力によって肉抜け９２の内部に排出することができる。しかも、オイルを弁開閉時期制御装置の外側へ排出しないので、第１の実施の形態とは異なり、従来技術で説明したタイミングブーリの内周に油圧室を形成するタイプの弁開閉時期制御装置において、タイミングブーリの外周にゴム製のベルトを用いてタイミングプーリを回転させるタイプのエンジンにも採用することができる。
【００２８】
第１の実施の形態においては、弁開閉時期制御装置１０を排気バルブ用カムシャフト１４に設けたもので説明したが、弁開閉時期制御装置１０を排気バルブ用カムシャフト１６に取り付けることもできる。また、第１の実施の形態においては、ベーン４８の最遅角位置に受容孔８６を設けているが、ベーン４８の最進角位置から最遅角位置に至るベーン４８の移相範囲の任意の位置に受容孔８６を設けることも可能である。更に、第１の実施の形態においては、流体としてオイルを用いているが空気などの流体に置き換えることは可能である。
【００２９】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、ピンに供給する流体に含まれた異物を除去する異物除去機構を設けたことにより、ピンの挿入を解除する流体に異物等が含まれていても異物を除去することができ、ピンの挿入又は解除の作動に影響を与えない。
【００３０】
請求項２の発明によれば、支持孔に設けた異物保持リングを備えたことによりピンの挿入を解除する流体に異物等が含まれていても、弁開閉時期制御装置の回転に伴う遠心力とピンの摺動により、異物が異物保持リングを介して弁開閉時期制御装置の外部へ排出することができる。そして、万が一ピンの挿入を解除する流体に異物等が含まれていても異物を除去することができ、ピンの挿入又は解除の作動に影響を与えない。
【００３１】
請求項３の発明によれば、支持孔に設けた異物保持リングから弁開閉時期制御装置の外部へ連通する排出通路を形成したので、弁開閉時期制御装置の回転に伴う遠心力と流体圧によって効率的に異物保持リング内部の流体を排出することができ、そのとき流体に含まれる異物も弁開閉時期制御装置の外へ排出することができる。そして、万が一ピンの挿入を解除する流体に異物等が含まれていても異物を除去することができ、ピンの挿入又は解除の作動に影響を与えない。
【００３２】
請求項４の発明によれば、ピンは、受容孔に挿入する小径部と支持孔内を摺動する大径部とを有し、ピンの挿入を解除するときには小径部と大径部との間の段差部に流体を供給するので、ピンの挿入を解除する流体をピンの摺動部の近くに供給でき、流体の圧力によって異物を異物保持リング又は回転伝達部材の外側へ流れる排出通路へ容易に導くことができる。
【００３３】
請求項５の発明によれば、異物保持リングから回転伝達部材に設けた異物溜まりへ連通する通路を設けたので、タイミングプーリの外周にゴム製のベルトを用いるタイプなど、タイミングプーリとベルトとの摩擦が必要な弁開閉時期制御装置において、外部へオイル等の流体を漏らすことなく、異物を効率的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である弁開閉時期制御装置の断面を示したものである。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図を示したもので、カムシャフトが最遅角位置にある状態を示したものである。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図を示したもので、カムシャフトが最進角位置にある状態を示したものである。
【図４】本発明の第２の実施の形態である弁開閉時期制御装置を示したもので、図２に対応する断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である弁開閉時期制御装置を示したもので、図２に対応する断面図である。
【図６】本発明の従来技術の弁開閉時期制御装置を示したものである。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図を示したものである。
【符号の説明】
１０・・・弁開閉時期制御装置
１４・・・カムシャフト（回転軸）
３６・・・回転伝達部
３８・・・仕切壁
４０・・・油圧室（圧力室）
４２・・・支持孔
４８・・・ベーン
５４・・・進角油路（流体通路）
５６・・・遅角油路（流体通路）
６２・・・油圧調整手段（流体調整手段）
７４・・・位相保持機構
７６・・・段付ピン（ピン、大径部）
７７・・・段差部
７８・・・スプリング
８２・・・先端部（小径部）
８６・・・受容孔
９０・・・異物保持リング（異物除去機構）
９２・・・肉抜け（異物溜まり）
９４・・・油路（排出通路）
９８・・・通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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