(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトおよびカムシャフトの一方と共に回転する回転部材と、
該回転部材に所定範囲で相対回転可能に外装され前記クランクシャフトおよびカムシャフトの他方と共に回転する回転伝達部材と、
前記回転部材に設けられたベーンと、
前記回転伝達部材及び前記回転伝達部材に設けられた突部と前記回転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、
前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、
前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路とを備え、
前記進角用室及び前記遅角用室へ印加される流体圧によって前記回転部材と前記回転伝達部材が相対回転し、前記クランクシャフトの回転位相に対する前記カムシャフトの回転位相が変更させられることによって前記カムシャフトにより駆動される弁の開閉時期を変更する弁開閉時期制御装置において、
前記ベーンが前記回転伝達部材の前記突部の前記遅角用室側端面又は前記進角用室側端面に当接する時の前記回転部材と前記回転伝達部材の相対位相より所定角度前の所定の相対位相時に前記遅角用室と前記第２流体通路の連通又は前記進角用室と前記第１流体通路の連通を遮断するようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
【請求項２】
前記ベーンが前記突部の前記遅角用室側端面に当接する時の前記回転部材と前記回転伝達部材の相対位相より所定角度前の所定の相対位相時に前記第２流体通路の前記遅角用室側開口が前記突部により閉塞されるようにすると共に、前記ベーンをその径方向内縁部にて前記突部の前記遅角用室側端面に当接可能としたことを特徴とする請求請１に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、内燃機関の動弁装置において吸気弁或いは排気弁の開閉時期を制御するために使用されるベーン式の弁開閉時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の弁開閉時期制御装置の１つとして、内燃機関のクランクシャフト又はカムシャフトの一方と共に回転する回転部材と、該回転部材に所定範囲で相対回転可能に外装されクランクシャフト又はカムシャフトの他方と共に回転する回転伝達部材と、回転部材に設けられたベーンと、回転伝達部材及び回転伝達部材に設けられた突部と回転部材との間に形成され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、進角用室に流体を給排する第１流体通路と、遅角用室に流体を給排する第２流体通路とを備えたものがあり、例えば、特開平１−９２５０４号公報や特開平９−２５０３１０号公報に開示されている。
【０００３】
この弁開閉時期制御装置によれば、第１流体通路を介して進角用室へ作動流体を供給すると共に第２流体通路を介して遅角用室から作動流体を排出することにより、回転部材及び回転伝達部材が一方向に相対回転し、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が進められてカムシャフトにより駆動される弁の開閉時期が早められる。逆に、第２流体通路を介して遅角用室へ作動流体を供給すると共に第１流体通路を介して進角用室から作動流体を排出することにより、回転部材及び回転伝達部材が他方向に相対回転し、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が遅らされてカムシャフトにより駆動される弁の開閉時期が遅らされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の装置においては、進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧はリニア制御され、回転部材と回転伝達部材の相対位相を任意な相対位相に制御及び保持することが可能であり、例えば、クランクシャフトの回転位相に対してカムシャフトの回転位相が最大に進められる時（最進角時）の回転部材と回転伝達部材の相対位相をベーンが回転伝達部材の突部の遅角用室側端面に当接する相対位相よりも前に設定して、進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧により保持する場合がある。
【０００５】
ところで、カムシャフトには内燃機関の運転中、常に変動トルクが作用しており、この変動トルクはカムシャフトと共に回転する回転部材又は回転伝達部材に伝達される。そのため、上記したように、最進角時の回転部材と回転伝達部材の相対位相をベーンが回転伝達部材の突部の遅角用室側端面に当接する相対位相よりも前に設定した場合には、進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧による保持力に抗して変動トルクにより回転部材と回転伝達部材が相対回転して、ベーンが突部の遅角用室側端面に衝突して大きな打音が発生すると共に、ベーン及び突部が破損する恐れがあった。
【０００６】
これら問題は、特開平１０−１４１０２１号公報に開示されるように、ベーンの側面及び該側面が当接する回転伝達部材の突部端面に夫々緩衝部材を貼着することにより解消することができる。しかしながら、この手段によると、部品点数が増大し、当該弁開閉時期制御装置の製造コストが増大するという問題を招く。
【０００７】
それゆえ、本発明は、当該弁開閉時期制御装置において、製造コストの増大を招くことなく、簡単な構成でベーンと突部の衝突を緩衝することを、その課題とする。
【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講じた本発明の技術的手段は、内燃機関のクランクシャフトおよびカムシャフトの一方と共に回転する回転部材と、該回転部材に所定範囲で相対回転可能に外装され前記クランクシャフトおよびカムシャフトの他方と共に回転する回転伝達部材と、前記回転部材に設けられたベーンと、前記回転伝達部材及び前記回転伝達部材に設けられた突部と前記回転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、前記進角用室に流体を給排する第１流体通路と、前記遅角用室に流体を給排する第２流体通路とを備え、前記進角用室及び前記遅角用室へ印加される流体圧によって前記回転部材と前記回転伝達部材が相対回転し、前記クランクシャフトの回転位相に対する前記カムシャフトの回転位相が変更させられることによって前記カムシャフトにより駆動される弁の開閉時期を変更する弁開閉時期制御装置において、前記ベーンが前記回転伝達部材の前記突部の前記遅角用室側端面又は前記進角用室側端面に当接する時の前記回転部材と前記回転伝達部材の相対位相より所定角度前の所定の相対位相時に前記遅角用室と前記第２流体通路の連通又は前記進角用室と前記第１流体通路の連通を遮断するようにしたことである。
【０００９】
上記した手段によれば、例えば、最進角時の回転部材と回転伝達部材の相対位相を、ベーンが回転伝達部材の突部の遅角用室側端面に当接する相対位相よりも前に設定して、進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧により保持するようにした場合、カムシャフトに作用する変動トルクにより進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧による保持力に抗して回転部材と回転伝達部材が相対回転しても、ベーンが突部の遅角用室側端面に当接する前に第２流体通路と遅角用室の連通が遮断されることで、回転部材と回転伝達部材の相対速度が低下される。これにより、ベーンと突部の遅角用室側端面の衝突が回避されると共に、万が一衝突した場合にも、その衝突が緩衝され、大きな打音の発生やベーン及び突部の破損が防止される。
【００１０】
上記した手段において、前記ベーンが前記突部の前記遅角用室側端面に当接する時の前記回転部材と前記回転伝達部材の相対位相より所定角度前の所定の相対位相時に前記第２流体通路の前記遅角用室側開口が前記突部により閉塞されるようにすると共に、前記ベーンをその径方向内縁部にて前記突部の前記遅角用室側端面に当接可能としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従った弁開閉時期制御装置の一実施形態を図面に基づき、説明する。
【００１２】
図１において、内燃機関Ｅのシリンダヘッド１に回転可能に支持された排気弁用カムシャフト（以下、第１カムシャフトと称す）２及び吸気弁用カムシャフト（以下、第２カムシャフトと称す）３は、シリンダヘッド１内において、夫々第１カムシャフト２の外周に相対回転可能に装着されたギヤ４と第２カムシャフト３の外周に相対回転不能に装着されたギヤ５とが噛合して成る動力伝達手段６を介して連結されている。
【００１３】
タイミングプーリ７は、シリンダヘッド１内より突出した第１カムシャフト２の端部に螺合されたボルト８によって第１カムシャフト２に締結されていて、クランクシャフト４８に図示しないクランクプーリ及びタイミングベルト４９を介して連結されている。尚、図１中、９は、第１カムシャフト２の端部に圧入固定され、タイミングプーリ７の回り止め機能を果たすストッパピンである。
【００１４】
シリンダヘッド１内に延びる第１カムシャフト２の円筒部１０は、フロント側より雄ねじ部１１と、環状溝１２、１３が形成された部分とからなり、環状溝１２、１３が形成された部分よりリヤ側には、ギヤ４が回転可能に支承されるジャーナル部１４が形成され、該ジャーナル部１４のリヤ側にはカム１５が形成されている。
【００１５】
しかして、環状溝１２、１３が形成された部分には、弁開閉時期制御装置の主体となる弁開閉時期制御機構１６が装着されている。弁開閉時期制御機構１６は、図２に示すように、内部ロータ１７（回転部材）と、該内部ロータ１７の外周に４個所形成された径方向溝に一端が嵌入され他端が放射状に延びる４つのベーン１８と、内部ロータ１７を包囲するように配設され、その内周部に径方向内方に突出形成される４つの突部１９Ａの内周面が内部ロータ１７の外周面に液密的に回転可能に摺動すると共に隣合う突部１９Ａ間に形成される凹部内にベーン１８を夫々収容する外部ロータ１９（回転伝達部材）と、図1に示すように、内部ロータ１７、ベーン１８及び外部ロータ１９を軸方向に挟み、凹部内に内部ロータ１７とで圧力室（流体圧室）を形成するフロントプレート２１及びリヤプレート２２等から構成されている。フロントプレート２１、リヤプレート２２及び外部ロータ１９はギヤ４と共にボルト２３により一体とされていて、フロントプレート２１及びリヤプレート２２は外部ロータ１９の側面に夫々液密的に圧接されていると共に内部ロータ１７の側面に夫々液密的に摺接可能となっている。各ベーン１８の他端は、凹部の外周面に液密的に摺接するように各圧力室内に径方向に延在しており、各ベーン１８により各圧力室は進角用室３１と遅角用室３０、３０ａに二分されている。尚、リヤプレート２２の内周部２２ａはジャーナル部１４の径よりも大きく且つ、内部ロータ１７に形成される径方向溝の内端を結ぶ円の径より小さな内径を有している。また、フロントプレート２１の内周部は、径方向溝の内端を結ぶ円の径より小さな内径を有している。
【００１６】
上記した弁開閉時期制御機構１６は、内部ロータ１７のリヤ側側面がジャーナル部１４のフロント側側面に当接する状態において、雄ねじ部１１に内部ロータ１７のフロント側側面に当接可能なナット２５を締結することにより、内部ロータ１７がナット２５とジャーナル部１４との間で挟圧されることで、第１カムシャフト２に軸方向に移動不能に取り付けられている。また、図1に示すように、内部ロータ１７の外周には、環状溝１３内に径方向にノックピン３２が圧入固定されており、該ノックピン３２の外端は内部ロータ１７の内周面のリヤ側に軸方向に形成される係合溝３３に嵌入されている。これにより、ノックピン３２の外端が内部ロータ１７の係合溝３３に周方向に係合することによって、弁開閉時期制御機構１６が第１カムシャフト２に相対回転不能に取り付けられる。尚、ノックピン３２の径は環状溝１３の開口幅（軸長）よりも小さく、環状溝１３の周方向の連通を妨げないようになっている。
【００１７】
各進角用室３１及び各遅角用室３０、３０ａには、油圧制御弁３９及び制御装置４１等によって構成される作動油給排装置３８により夫々第１流体通路及び第２流体通路を介して作動油が給排されるようになっている。第１流体通路は、第１カムシャフト２の軸心に形成された油路２７と、該油路２７と環状溝１３を連通するように第１カムシャフト２に径方向に形成された２つの油路４６と、環状溝１３と各進角用室３１を連通するように内部ロータ１７に形成された４つの油路２９と、油路２７に一端を連通されるように第１カムシャフト２に径方向に形成される油路４７とから成り、油路４７の他端はシリンダヘッド１に形成された環状溝４４を介して油圧制御弁３９のＡポートに接続されている。第２流体通路は、第１カムシャフト２内に油路２７に軸対象に形成された２つの油路２６と、該油路２６と環状溝１２を連通するように第１カムシャフト２に径方向に形成された２つの油路４５と、環状溝１２と各遅角用室３０、３０ａを連通するように内部ロータ１７に形成された４つの油路２８、２８ａとから成り、油路２６は第１カムシャフト２の外周に形成される環状溝４３を介して油圧制御弁３９のＢポートに接続されている。尚、図1中、３４は通路２７の開口を閉塞するために圧入されたボールであり、３５は通路２７を他の通路と遮断するために圧入されたボールである。また、図２中、５０は、内燃機関の始動時に内部ロータ１７と外部ロータ１９の相対位相を図２に示す最遅角時の相対位相に保持する周知のロック機構である。
【００１８】
油圧制御弁３８は、ソレノイドへ通電することによりハウジング内に軸方向に移動可能に嵌挿されたスプールをスプリングに抗して図１の右方向へ移動できるものであり、非通電時には当該内燃機関によって駆動されるオイルポンプ４０に接続されたＰポートがＢポートに連通すると共に、リザーバ４２に接続されたＲポートがＡポートに連通するように、また通電時にはＰポートがＡポートに連通すると共に、ＢポートがＲポートに連通するように構成されている。このため、油圧制御弁３８のソレノイドの非通電時には第２流体通路を介して各遅角用室３０、３０ａに作動油が供給され、ソレノイドの通電時には第１流体通路を介して各進角用室３１に作動油が供給され、ソレノイドへの通電が制御装置４１によりデューティ制御される。
【００１９】
上記構成において、クランクシャフト４８の回転動力が伝達されるタイミングプーリ７によって第１カムシャフト２が駆動されると、第１カムシャフト２により図示しない排気弁が開閉駆動されると共に、第１カムシャフト２の回転が内部ロータ１７、ベーン１８、外部ロータ１９及びボルト２３を介してギヤ４へ伝達され、更にギヤ４及びギヤ５を介して第２カムシャフト３に伝達され、第２カムシャフト３により図示しない吸気弁が開閉駆動される。
【００２０】
各進角用室３１及び各遅角用室３０、３０ａへの作動油の給排は、上述したように油圧制御弁３９の制御位置を制御装置４１によりデューティ制御することにより制御される。したがって、各進角用室３１内の油圧が各遅角用室３０，３０ａ内の油圧よりも高くなるように油圧制御弁３９を制御することにより、外部ロータ１９と共にギヤ４が内部ロータ１７及び第１カムシャフト２に対して、図２の時計方向に回転し、第１カムシャフト２に対する第２カムシャフト３の相対位相（クランクシャフト４８の回転位相に対する第２カムシャフト３の回転位相）を進ませることができる。また、逆に各遅角用室３０、３０ａ内の油圧が各進角用室３１内の油圧よりも高くなるように油圧制御弁３９を制御することにより、外部ロータ１９と共にギヤ４が内部ロータ１７及び第１カムシャフト２に対して、図３の反時計方向に回転し、第１カムシャフト２に対する第２カムシャフト３の相対位相を遅らせることができる。尚、この第１カムシャフト２に対する第２カムシャフト３の相対位相は油圧制御弁３９のデューティ制御により任意な位相に保持することができる。
【００２１】
本実施形態においては、第１カムシャフト２に対する第２カムシャフト３の遅角側への相対位相が、図２に示すように、一つのベーン（図２において右上のベーン）１８がその内部ロータ１７の外周から突出する部位の径方向内縁部にて、突部１９Ａの進角用室側端面１９ａに当接することにより制限されるようになっている。尚、ベーン１８が当接し、内部ロータ１７の外周まで径方向内方に延在する進角用室側端面１９ａには径方向に延びる連通溝１９ｂが形成されていて、突部１９Ａの内周部に形成される周方向溝１９ｃとで、ベーン１８の当接時に進角用室（図２において右上の進角用室）３１と油路２９の連通が確保されている。また、本実施形態においては、第１カムシャフト２に対する第２カムシャフト３の進角側への相対位相が、図３に示すように、ベーン１８が突部１９Ａの遅角用室側端面に当接する相対位相より前に、ベーン１８が遅角用室側端面に当接することなしに、各進角用室３０及び遅角用室３１へ印加される作動油の圧力により保持することで制限されるようになっている。
【００２２】
ところで、第１及び第２カムシャフト２、３には内燃機関の運転中、常に変動トルクが作用しており、この変動トルクは第１カムシャフト２と一体で回転する内部ロータ１７及びベーン１８に伝達され、各進角用室３０及び各遅角用室３１へ印加される作動油圧による保持力に抗して作用する。このため、上記した最進角時の相対位相時に、この変動トルクにより作動油圧による保持力に抗して内部ロータ１７と外部ロータ１９が進角側及び遅角側に相対回転する場合がある。本実施形態においては、図３に示す最進角時の相対位相時において、図４に示すように、上記変動トルクにより内部ロータ１７が外部ロータ１９に対して反時計方向にある角度だけ相対回転する（図４において右下のベーン１８が突部１９Ａの遅角用室側端面１９ｄに当接する時の内部ロータ１７と外部ロータ１９の相対位相より所定角度前の所定の相対位相になる）と、遅角用室３０ａ（図４において右下の遅角用室）への油路２８ａの開口部が突部１９Ａにより閉塞され、遅角用室３０ａが密封されるようになっている。また、突部１９Ａの遅角用室側端面１９ｄは内部ロータ１７の外周まで径方向内方に延在しており、図５に示すように、上記変動トルクにより内部ロータ１７が外部ロータ１９に対して反時計方向に更に相対回転すると、１つのベーン（図５において右下のベーン）１８がその内部ロータ１７の外周から突出する部位の径方向内縁部にて、突部１９Ａの進角用室側端面１９ａに当接するようになっている。
【００２３】
よって、本実施形態においては、第１カムシャフト２に作用する変動トルクにより各進角用室３１及び各遅角用室３０、３０ａへ印加される作動油圧による保持力に抗して内部ロータ１７と外部ロータ１９が最進角時の相対位相時から更に進角側に相対回転しても、ベーン（図４において右下のベーン）１８が突部１９Ａの遅角用室側端面１９ｄに当接する前に油路２８ａと遅角用室３０ａの連通が遮断されることで、内部ロータ１７と外部ロータ１９の相対速度が低下される。これにより、別部材を用いることなく、ベーン１８と突部１９Ａの遅角用室側端面１９ｄの衝突が回避されると共に、万が一衝突した場合にも、その衝突が緩衝され、大きな打音の発生や衝突によるベーン１８及び突部１９Ａの破損が防止される。更に、ベーン（図４において右下のベーン）１８は、図５に示すようにその内部ロータ１７の外周から突出する部位の径方向内縁部にて、突部１９Ａの進角用室側端面１９ａに当接するようになっているため、当接時に大きな応力がベーン１８の径方向内縁部に作用することが防止され、ベーン１８の破損が更に的確に防止される。
【００２４】
上記した実施形態においては、ベーン１８が内部ロータ１７と別体に設けられた弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明はベーンが周方向に厚肉とされて内部ロータに一体に設けられる弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。また、上記した実施形態においては、内部ロータ１７をクランクシャフト４８に接続された第１カムシャフト２に相対回転不能に取り付け、外部ロータ１９を内部ロータ１７に所定範囲で相対回転可能に外装すると共に動力伝達手段６を介して第２カムシャフト３に連結されるように構成された弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は外部ロータをクランクシャフトに接続すると共に、カムシャフトに相対回転不能に取り付けられる内部ロータ上に所定範囲で相対回転可能に外装した弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、例えば、最進角時の回転部材と回転伝達部材の相対位相を、ベーンが回転伝達部材の突部の遅角用室側端面に当接する相対位相よりも前に設定して、進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧により保持するようにした場合、カムシャフトに作用する変動トルクにより進角用室及び遅角用室へ印加される流体圧による保持力に抗して回転部材と回転伝達部材が相対回転しても、ベーンが回転伝達部材の突部の遅角用室側端面に当接する前に第２流体通路と遅角用室の連通が遮断されることで、回転部材と回転伝達部材の相対速度が低下される。これにより、別部材を用いることなく、ベーンと回転伝達部材の突部の遅角用室側端面の衝突を回避することができると共に、万が一衝突した場合にも、その衝突を緩衝することができ、当該弁開閉時期制御装置の製造コストの増大を招くことなく、簡単な構成で衝突による大きな打音の発生やベーン及び突部の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った弁開閉時期制御装置の一実施形態を示す縦断'面図である。
【図２】最遅角時の状態を示す図1のＡ−Ａ断面図である。
【図３】最進角時の状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】最進角時から内部ロータと外部ロータが所定角度だけ進角側へ相対回転した状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】図４の状態から更に内部ロータと外部ロータが進角側へ相対回転し、一つのベーンが突部の遅角用室側端面に当接した状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  第１カムシャフト
３  第２カムシャフト
４  ギヤ
１２  環状溝（第２流体通路）
１３  環状溝（第１流体通路）
１７  内部ロータ（回転部材）
１８  ベーン
１９  外部ロータ（回転伝達部材）
１９Ａ  突部
１９ａ  進角用室側端面
１９ｄ  遅角用室側端面
２６、２８、２８ａ、４５  油路（第２流体通路）
２７、２９、４６、４７  油路（第１流体通路）
３０、３０ａ  遅角用室
３１  進角用室
【図１】
0003873466.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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