(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と、
吸気弁又は排気弁を開閉するカムシャフトと、
前記カムシャフトの内部を通って形成される第１流体給排通路及び第２流体給排通路と、
前記カムシャフトに前記クランクシャフトの回転を伝達する回転伝達部材と、
前記カムシャフトの端面に固定手段によって固定されるロータと、
前記カムシャフトの前記端面とこれに対向する前記ロータとの当接部に前記第２流体給排通路を囲んで環状に形成され、前記第１流体給排通路と連通する環状溝と、
前記ロータ内部に前記カムシャフトの径方向に形成され、前記環状溝を介して前記第１流体給排通路と連通する第１給排路と、
前記ロータ内部に前記カムシャフトの径方向に形成され、前記第２流体給排通路と連通する第２給排路と、
前記回転伝達部材及び前記ロータの両部材の一方に前記カムシャフトの径方向に設けられた複数の仕切壁によって、前記両部材の間に圧力室が形成され、前記両部材の他方に設けられたベーンによって前記圧力室が２つの圧力作動室に区画されると共に、前記第１流体給排通路から前記環状溝及び前記第１給排路を介して前記圧力作動室の一方に給排される流体と、前記第２流体給排通路から前記第２給排路を介して前記圧力作動室の他方に給排される流体とによって前記カムシャフトと前記回転伝達部材との位相を変位させる位相変換機構と、を備えたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
【請求項２】
前記仕切壁の中央域に肉抜きを形成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。
【請求項３】
前記固定手段は、軸方向に中空通路を形成し、前記環状溝の内周側を貫通するボルトであり、前記中空通路を前記第２流体給排通路としたことを特徴とする請求項１又は２記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項４】
前記ロータのカムシャフトに固定される端部と反対側端部に円筒部を備えていることを特徴とする請求項３記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項５】
前記円筒部の内部が第２流体給排通路の流体溜となっていることを特徴とする請求項４記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項６】
前記円筒部の内部にカムシャフトの回転方向に付勢する弾性部材を配置したことを特徴とする請求項４又は５記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項７】
前記環状溝は、前記カムシャフトの前記端面に対向する前記ロータの側の面に形成されてい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８】
前記環状溝は、前記カムシャフトの前記端面に対向する前記ロータの側の面に設けられた、内周壁と外周壁とに囲まれていることを特徴とする請求項７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いる。
【０００３】
例えば、実開平６−１４４０３号には、タイミングプーリとカムシャフトとの間に油圧により作動するヘリカルピストンを備えたヘリカルピストンタイプの弁開閉時期制御装置が開示されている。また、特開平１−９２５０４号には、タイミングプーリの内周に２つの油圧室を形成し、油圧室内にカムシャフトに取り付けたベーンを挿入して、ベーンの両側の油圧を調整することでタイミングプーリとカムシャフトとの位相を変換するベーンタイプの弁開閉時期制御装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術の弁開閉時期制御装置においては、タイミングプーリとカムシャフトとの間にヘリカルピストン又はベーンを配置して、ヘリカルピストン又はベーンを作動させるための油圧を供給する油圧通路をカムシャフトの内部に形成している。弁開閉時期制御装置が、タイミングプーリとカムシャフトとの位相を変化するもの（相対回転を行わせる）ものであることから、カムシャフト内部の油圧通路とヘリカルピストン又はベーンを作動させるための油圧室との間には、タイミングプーリとカムシャフトとの位相変化に影響されない工夫が必要となる。即ち、実開平６−１４４０３号ではタイミングプーリ側に環状溝を形成しており、特開平１−９２５０４号ではカムシャフトの外周側に環状溝を形成しており、環状溝によりタイミングプーリとカムシャフトとの相対位相に関係なく、カムシャフト内部に形成された油圧通路とヘリカルピストン又はベーンを作動させるための油圧室との間を連通している。しかしながら、環状溝がタイミングプーリとカムシャフトとの摺動部に形成され、タイミングプーリとカムシャフトとの摺動部の軸方向で環状溝に供給されるオイルのシールを行っていることにより、弁開閉時期制御装置のカムシャフトへの取付け部分の軸方向長さが長くなってしまう問題がある。
【０００５】
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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた手段は、弁開閉時期制御装置を、
内燃機関のクランクシャフトと、
吸気弁又は排気弁を開閉するカムシャフトと、
前記カムシャフトの内部を通って形成される第１流体給排通路及び第２流体給排通路と、
前記カムシャフトに前記クランクシャフトの回転を伝達する回転伝達部材と、
前記カムシャフトの端面に固定手段によって固定されるロータと、
前記カムシャフトの前記端面とこれに対向する前記ロータとの当接部に前記第２流体給排通路を囲んで環状に形成され、前記第１流体給排通路と連通する環状溝と、
前記ロータ内部に前記カムシャフトの径方向に形成され、前記環状溝を介して前記第１流体給排通路と連通する第１給排路と、
前記ロータ内部に前記カムシャフトの径方向に形成され、前記第２流体給排通路と連通する第２給排路と、
前記回転伝達部材及び前記ロータの両部材の一方に前記カムシャフトの径方向に設けられた複数の仕切壁によって、前記両部材の間に圧力室が形成され、前記両部材の他方に設けられたベーンによって前記圧力室が２つの圧力作動室に区画されると共に、前記第１流体給排通路から前記環状溝及び前記第１給排路を介して前記圧力作動室の一方に給排される流体と、前記第２流体給排通路から前記第２給排路を介して前記圧力作動室の他方に給排される流体とによって前記カムシャフトと前記回転伝達部材との位相を変位させる位相変換機構と、から構成したことである。
請求項１の発明によると、弁開閉時期制御装置を取り付けるカムシャフトの端部において、カムシャフトの側面に弁開閉時期制御装置の流体機構へ供給または排出される流体吸排通路を設ける必要がなく、弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを短くすることが可能となる。
また、カムシャフトと流体機構との間には、第１流体給排通路と第２流体給排通路の２本の流体通路の接続部を必要とするが、接続部の増加に伴って弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを延ばす必要がなく、弁開閉時期制御装置を小型にすることが可能となる。
【０００７】
また、カムシャフトと流体機構との間には、第１流体給排通路と第２流体給排通路の２本の流体通路の接続部（第１給排路及び第２給排路）を必要とするが、接続部の増加に伴って弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを延ばす必要がなく、弁開閉時期制御装置を小型にすることが可能となる。
【０００８】
また、ベーンによってカムシャフトの径方向に２つの圧力作動室を区画するので、位相変換機構はカムシャフトの径方向に回転する構成となり、弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを短くすることが可能である。
【０００９】
請求項２の発明において講じた手段は、仕切壁の中央域に肉抜きを形成したことである。請求項２の発明によると、回転部材又はロータを軽量化することができ、弁開閉時期制御装置を軽量化することが可能となる。更に、弁開閉時期制御装置の軽量化により、弁開閉時期制御装置のカムシャフト端部への取り付け構造の簡素化が可能となる。
【００１０】
請求項３の発明において講じた手段は、固定手段を軸方向に中空通路を形成し、前記環状溝の内周側を貫通するボルトとし、前記ボルトの前記中空通路を第２流体給排通路としたことである。請求項３の発明によると、環状溝へ連通する第１流体給排通路と独立した第２流体給排通路を容易に形成することが可能となる
【００１１】
請求項４の発明において講じた手段は、ロータのカムシャフトに固定される端部と反対側端部に円筒部を設けたことである。請求項４の発明によると、円筒の外周で回転部材を支持するともに、円筒部の内部にロータを固定するボルトを収容することが可能となる。
【００１２】
請求項５の発明において講じた手段は、円筒部の内部を第２流体給排通路の流体溜としたことである。請求項５の発明によると、位相変換機構の複数の圧力作動室に均等に油圧を供給することができ、弁開閉時期制御装置の位相変換レスポンスを良くすることが可能となる。
【００１３】
請求項６の発明において講じた手段は、円筒部の内部にカムシャフトの回転方向に付勢する弾性部材を配置したことである。請求項６の発明によると、カムシャフトの回転を所望の方向に付勢することができ、コイルスプリング、スパイラルスプリング等の弾性部材が流体溜の中に配置されるので弾性部材を腐食、酸化から保護することが可能となる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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の断面図を示す図面である。カムシャフト１２は、シリンダーヘッド１４の内部に回転自在に収容され、図示しない吸気バルブまたは排気バルブを開閉する図示しないカムを備えている。カムシャフト１２の内部には、進角油路又は遅角油路１６と遅角油路又は進角油路１８が形成されており、遅角油路又は進角油路１８はカムシャフト１２の略中央のボルト孔２０に連通している。なお、遅角、進角の方向については、後に説明するカムシャフト１２を回転させるタイミングプーリ４０の回転方向によって決定されるものであり、本実施の形態においては、１６を遅角油路、１８を進角油路と称する。
【００１６】
カムシャフト１２の端部にはロータ２２がボルト２４によって固定されている。ロータ２２の図示右端には、カムシャフトの端壁２６との間に環状溝２８を形成している。環状溝２８は、カムシャフト１２の端壁２６に端部を備えた遅角油路１６と連通する。また、ロータ２２の図示右端には、カムシャフト１２の端部を覆う大きさのフランジ部２３が形成されている。ロータ２２の図示左端には、円筒部３０を形成している。ボルト２４の頭部３２は、ロータ２２の円筒部３０の内部に収容されており、ボルト２４の中央部にはボルト２４の軸方向に沿った貫通溝３４が形成されている。貫通溝３４は、カムシャフト１２のボルト孔２０に連通し、進角油路１８の一部を構成している。
【００１７】
ロータ２２の外周には、ベーンタイプの弁開閉時期制御装置１０が取り付けられている。弁開閉時期制御装置１０は、ロータ２２の外周に形成した軸方向溝に嵌合したベーン３８と、ベーン３８を外側へ付勢する板バネ３６と、タイミングプーリ４０と、タイミングプーリ４０の両端をカムシャフトの軸方向に挟む内側板４２と外側板４４とから構成されている。タイミングプーリ４０の外周には、歯４６がタイミングプーリ４０の外周全体に形成されており、歯４６に図示しないタイミングベルト、ギヤ又はタイミングチェーンを係合させて、クランクシャフトの回転を伝達するようになっている。外側板４４、タイミングプーリ４０および内側板４２は、内側板４２側から挿入したボルト４８によって一体に固定されている。リング形状の外側板４４の内周側は、ロータ２２の円筒部３０の先端と水密的に係合すると共に、蓋５０を固定するためのネジ溝５２が形成されている。蓋５０は、つまみ５４を回転することによって外側板４４の内周側に固定されている。５６は、蓋５０とロータ２２の円筒部３０とによって囲まれた空間であり、進角油路１８へ連通する進角油溜となっている。５８は環状溝２８と図２、図３に示す遅角油圧作動室６０とを連通する通路であり、６２は油溜５６と図２、図３に示す進角油圧作動室６４とを連通する通路である。
【００１８】
図２は図１のＡ−Ａ断面を示す図面であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面を示す図面である。図２、図３に基づき、弁開閉時期制御装置１０の構造を説明する。
【００１９】
外周に歯４６を形成したタイミングプーリ４０の内側には、４つの仕切壁６６が突出している。ロータ２２の円筒部３０の外側と仕切壁６６とで区画される空間には４つの圧力室６８が形成される。４つの圧力室６８は、ベーン３８によって遅角油圧作動室６０と、進角油圧作動室６４との２つの部屋に区画されている。ベーン３８は、ロータ２２の円筒部３０の外側に、カムシャフト１２の軸方向に形成した溝３１に挿入されており、溝３１の内側から板バネ３６によって径方向外側に付勢されている。なお、仕切壁６６の略中央には、カムシャフト１２の軸方向に貫通した肉抜き６７が設けられており、タイミングプーリ４０の軽量化と弁開閉時期制御装置１０の回転時のモーメントの減少を図っている。
【００２０】
弁開閉時期制御装置１０には、タイミングプーリ４０とロータ２２との相対回転を不能にする位相保持機構７０が設けられている。位相保持機構７０は、タイミングプーリ４０の仕切壁６６の１つに径方向に貫通する孔７２にスプリング７４で内側に付勢したピストンピン７６を配置し、ピストンピン７６の先端がロータ２２の円筒部３０の外側の最遅角位置に形成した挿入穴７８に挿入されることによってタイミングプーリ４０とロータ２２との相対位置を固定する。なお、８０は、孔７２を閉鎖し、スプリング７４の一端を保持する蓋である。挿入穴７８の略中央部には、油溜５６と連通する通路８２が形成されている。
【００２１】
以上の構成の弁開閉時期制御装置１０の作動について説明する。
【００２２】
図示しないクランクシャフトの回転がタイミングチェーン（図示しない）を介してタイミングプーリ４０の歯４６に伝達してタイミングプーリ４０を例えば図２、図３の矢印の方向に回転する。タイミングプーリ４０の回転は、ベーン３８を介してカムシャフト１２の端部に固定されるロータ２２に伝達され、カムシャフト１２を回転させる。特に、内燃機関の始動時には、タイミングプーリ４０の回転は、ベーン３８と共に、位相保持機構７０のピストンピン７６を介してカムシャフト１２の端部に固定されるロータ２２に伝達され、カムシャフト１２を回転させる。
【００２３】
ここで、タイミングプーリ４０とカムシャフト１２との位相を変換して、タイミングプーリ４０の回転に対して、カムシャフト１２の回転を進角させる場合には、図示しない油圧源から進角油路１８へオイルを供給する。進角油路１８へ供給されたオイルは、ボルト２４の貫通溝３４を介して油溜５６へ送られる。そして、油溜５６から挿入穴７８と連通する通路８２および進角油圧作動室６４と連通する４本の通路６２へ供給される。このとき通路８２へ供給されたオイルは、ピストンピン７６を外側から作用するスプリング７４の付勢力に抗してピストンピン７６を挿入穴７８から排出する。このように、油圧によりピストンピン７６がタイミングプーリ４０の貫通孔７２に戻されると、位相保持機構７０が解除されタイミングプーリ４０とカムシャフト１２との相対回転が可能となる。そして、進角油圧作動室６４に供給されたオイルがベーン３８を図２において時計の回転方向へ回転させることによって、カムシャフト１２がタイミングプーリ４０の回転に対して進角する。なお、進角の角度（タイミングプーリ４０とカムシャフト１２との相対回転の範囲）は、ベーン３８が圧力室６８を形成する仕切壁６６，６６の間隔を回動範囲で決定され、仕切壁６６，６６の間隔を調整することで任意の大きさとすることができる。
【００２４】
上記の進角位置から、図２、図３に示す最遅角位置に位相を変換する場合には、図示しない油圧源から遅角油路１６へオイルを供給する。このとき、進角油路１８のオイルを排出することが好ましい。遅角油路１６へ供給されたオイルは、環状溝２８、通路５８を介して遅角油圧作動室６０へ供給される。遅角油圧作動室６０へ供給されたオイルの油圧によりベーン３８を反時計方向へ回転させることによって、カムシャフト１２をタイミングプーリ４０の回転に対して遅角させる。そして、図２、図３に示す最遅角位置までベーン３８を回転させると、スプリング７４の付勢力によってピストンピン７６の先端が挿入穴７８に挿入されて、タイミングプーリ４０とカムシャフト１２との相対回転を規制する。
【００２５】
なお、第１の実施の形態においては、位相保持機構７０がカムシャフト１２の最遅角位置で係合するように配置しているが、カムシャフト１２の最進角位置で係合するように配置することも可能である。また、上記の説明においては、ベーン３８が最進角位置と最遅角位置との間を移動する様子を説明したが、図示しない油圧源に例えば３ポートの電磁弁を配置して、遅角油路１６と進角油路１８のオイルを所定量の比に保持するなどして、ベーン３８の移動範囲の所望の位置で保持することもできる。
【００２６】
第１の実施の形態においては、次の利点がある。環状溝２８をカムシャフトの端壁２６に対向するロータ２２に設けたことにより、カムシャフトの端壁２６によって環状溝２８に隣接するカムシャフト１２とロータ１２との間のシール面（接触部）の長さを確保することができ、ロータ２２のフランジ部２３を短くすることができる。ロータ２２に円筒部３０を形成したことにより、円筒部３０の外周部で弁開閉時期制御装置１０を保持すると共に、円筒部３０の内周部にボルト２４の頭部３２を収容することができ、弁開閉時期制御装置１０のカムシャフト１２の軸方向長さを短くすることができる。更に、ボルト２４の内部に貫通孔３４を形成し、この貫通孔を進角油路１８の一部として、円筒部３０の内周部を油溜５６としたことにより、スペースの効率化を図ることができる。また、外側板４４、タイミングプーリ４０および内側板４２を、内側板４２側から挿入したボルト４８によって一体に固定しているので、ボルト２４を外して弁開閉時期制御装置１０を取り外さない限りボルト４８を取り外すことができないので、内燃機関の点検、整備のときなどに不用意にボルト４８を外すミスを防止することができる。
【００２７】
図４には、図１に対応する第２の実施の形態の弁開閉時期制御装置８４の断面図を示している。第２の実施の形態の弁開閉時期制御装置８４と第１の実施の形態の弁開閉時期制御装置１０との相違は、第２の実施の形態がロータ２２の円筒部３０の内部にコイルスプリング９０を配置したことである。コイルスプリング９０の図４における左側の端部はタイミングプーリ４０に固定される外側板４４に設けられた穴８６に保持されており、図４における右側の端部はカムシャフト１２に固定されるロータ２２の円筒部３０の内周に設けられた軸方向穴８８に保持されている。
【００２８】
図５に図４のＣ−Ｃを示す図面であり、コイルスプリング９０はカムシャフト１２に固定されたロータ２２を進角方向に付勢している。コイルスプリング９０によってカムシャフト１２を進角方向に付勢することは、排気バルブを制御するカムシャフトに取り付けることが要求される。詳細には、弁開閉時期制御装置の回転力がタイミングプーリ４０、ベーン３８、ロータ２２を介してカムシャフト１２に伝達されており、タイミングプーリ４０の回転に伴ってカムシャフト１２は遅角側に抗力を受けることになる。カムシャフト１２を排気バルブを制御するカムシャフトとした場合には、排気バルブを開閉するタイミングが遅れることになる。特に、内燃機関を始動するときに排気バルブを閉鎖するタイミングが遅れると、、排気バルブと吸気バルブとが同時に開放し、吸気側から供給される燃料が燃焼することなく排気側へ排出されることになり、排気ガスにより大気を汚染したり、内燃機関の始動が困難となる可能性がある。従って、最進角位置が望まれる排気バルブを制御するカムシャフト１２に取り付ける弁開閉時期制御装置には、コイルスプリング９０によって進角方向に付勢することが必要である。また、第２に実施の形態におけるコイルスプリング９０は、ロータ２２の円筒部３０の内部の油溜５６内に配置されており、コイルスプリング９０が進角油路１８のオイルに漬かっており、コイルスプリング９０の酸化防止および作動の確保も良好とすることができる。
【００２９】
第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、本件出願の発明をベーンタイプの弁開閉時期制御装置に適用した例を示しているが、本件出願の発明は実開平６−１４４０３号に開示されるヘリカルピストンタイプの弁開閉時期制御装置にも適用することができる。
【００３０】
更に、第１の実施の形態および第２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も可能である。
【００３１】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、弁開閉時期制御装置を取り付けるカムシャフトの端部において、カムシャフトの側面に弁開閉時期制御装置の流体機構へ供給または排出される流体吸排通路を設ける必要がなく、弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを短くすることができる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、カムシャフトと流体機構との間には、第１流体給排通路と第２流体給排通路の２本の流体通路の接続部を必要とするが、接続部の増加に伴って弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを延ばす必要がなく、弁開閉時期制御装置を小型にすることができる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、ベーンによってカムシャフトの径方向に２つの圧力作動室を区画するので、位相変換機構はカムシャフトの径方向に回転する構成となり、弁開閉時期制御装置のカムシャフトの軸方向長さを短くすることができる。
【００３４】
請求項４の発明によれば、回転部材又はロータを軽量化することができ、弁開閉時期制御装置を軽量化することができる。また、弁開閉時期制御装置の軽量化により、弁開閉時期制御装置のカムシャフト端部への取り付け構造の簡素化ができる。
【００３５】
請求項５の発明によれば、環状溝へ連通する第１流体給排通路と独立した第２流体給排通路を容易に形成することができる。
【００３６】
請求項６の発明によれば、円筒のの外周で回転部材を支持するともに、円筒部の内部にロータを固定するボルトを収容することができる。
【００３７】
請求項７の発明によれば、位相変換機構の複数の圧力作動室に均等に油圧を供給することができ、弁開閉時期制御装置の位相変換レスポンスを良くすることができる。
【００３８】
請求項８の発明によれば、カムシャフトの回転を所望の方向に付勢することができ、コイルスプリングが流体溜の中に配置されコイルスプリングを腐食、酸化から保護することができる。
【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ある。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図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１に対応する断面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面図を示したものである。
【符号の説明】
１０・・・位相変換機構
１２・・・カムシャフト
１６・・・遅角油路（第１流体給排通路）
１８・・・進角油路（第２流体給排通路）
２２・・・ロータ
２４・・・ボルト（固定手段）
２８・・・環状溝
３０・・・円筒部
３４・・・中空通路
３８・・・ベーン
４０・・・回転伝達部材（タイミングプーリ）
５６・・・油溜（流体溜）
６２・・・通路（第２給排路）
６６・・・仕切壁
６７・・・肉抜き
６８・・・圧力室
９０・・・コイルスプリング
【図１】
0003888395.tif 000002
【図２】
0003888395.tif 000003
【図３】
0003888395.tif 000004
【図４】
0003888395.tif 000005
【図５】
0003888395.tif 000006