(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に複数の流体室を形成する仕切壁を備えた回転伝達部材と、前記流体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カムシャフトと、前記ベーンで区画される流体室をそれぞれ第１の流体作動室と第２の流体作動室とし、該流体作動室への流体圧により前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を可変とする位相可変機構と、前記第１流体作動室へ流体を給排する第１流路と、前記第２流体作動室へ流体を給排する第２流路と、前記第１流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を保持し、前記第２流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を解除する係合機構とからなる弁開閉時期制御装置。
【請求項２】
前記係合機構は、前記回転伝達部材又は前記カムシャフトの一方の部材に形成した支持孔に配置されたピンと、前記回転伝達部材又は前記カムシャフトの他方の部材に形成した前記ピンが挿入される受容孔とから構成され、前記支持孔は前記カムシャフトの径方向に配置され、前記受容孔に前記第１流路及び前記第２流路の一方が連通し、前記支持孔に前記第１流路及び前記第２流路の他方が連通する請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項３】
前記受容孔へ連通する前記第１流路または前記第２流路のための通路として、前記受容孔と前記第１の流体作動室または前記第２の流体作動室との間を連通する通路を前記回転伝達部材に形成した請求項２記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項４】
前記通路は、前記回転伝達部材の前記カムシャフトの軸方向表面に形成された凹部と、前記回転伝達部材の対向面に一体固定される板材との間に形成した請求項３記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項５】
前記回転伝達部材に形成された前記支持孔または前記受容孔の外周端に、前記カムシャフトの径方向に延在する突起部を有する蓋を係合した請求項１から請求項４のいずれか１項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おり、その一例としてベーンタイプの弁開閉時期制御装置が知られている。
【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４及び図４のＣ−Ｃ断面図である図５により説明すると、１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。４はカムシャフトでエンジンのシリンダーヘッド１４に支承されており、ベーン２が内部ロータ３を介してカムシャフト４に固定されている。ベーン２にはカムシャフト４の軸方向に２つのスプリング受容孔２ａ，２ｂが形成されており、受容孔２ａ，２ｂにはコイルスプリング２５ａ，２５ｂが収容され、ベーン２をタイミングプーリ１の方向に付勢している。また、タイミングプーリ１のタイミングプーリ内周部１ａには仕切壁１ｂが形成されており、仕切壁１ｂ、１ｂの間に油圧室８が形成されている。この油圧室８にはそれぞれベーン２が挿入され、該ベーン２と外側板５とにより圧力作動室９，９ａが形成され、かつ外側板５はプレート２１及び固定ボルト２０とにより位置決めされている。すなわち、ベーン２を含むカムシャフト４側と、油圧室８を含むタイミングプーリ１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２がタイミングプーリ内周部に設けられた油圧室８の範囲で回転することによって達成され、その角度は図５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４とタイミングプーリ１との相対回転は、ベーン２の両側に設けられた圧力作動室９，９ａへ吸排する油圧によって、ベーン２を回転することによって行われている。なお、図５に矢印で示す回転方向に対して、ベーン２よりも上流側を圧力作動室９とし、ベーン２よりも下流側を圧力作動室９ａ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１５の制御によって行っている。この切換バルブ１５は、ソレノイド１３へ通電することによって弁スプール１８をスプリング１６に抗して図示右方向へ摺動させるものであり、オイルポンプから排出されたオイルを油路１２から切換バルブ１５へ採り入れ、油路１０、１１を介してベーン２の両側の油圧作動室９，９ａの油圧を調節するものである。
【０００５】
このような構造の従来技術の作動は、油路１０は圧力作動室９へ連通しており、油路１１は圧力作動室９ａへ連通している。切換バルブ１５を制御して油路１０へオイルを供給し圧力作動室９の油圧を高めると、ベーン２が図８の矢印で示す方向に回転し、カムシャフト４の位相がタイミングプーリ１に対してベーン２の回転分だけ進ませることができ、カムシャフト４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１５を制御して油路１１へオイルを供給し圧力作動室９ａの油圧を高めると、ベーン２が図８の矢印と逆方向に回転し、カムシャフト４の位相がタイミングプーリ１に対してベーン２の回転分だけ遅らせることができ、カムシャフト４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５に示す２２はノックピンで、内部ロータ３に設けた穴２４内にスプリング２３の付勢力により挿入されている。この穴２４の位置は、ベーン２のオイル溝８内の相対回転可能範囲の端部であり、タイミングプーリ１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、２２ａもノックピンでありノックピン２２と対称位置に設けられており、図５に示す状態から角度θだけ相対回転すると、ノックピン２２ａは穴２４ａにスプリング２３ａの付勢力により挿入されるようになっている。
【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、２つのノックピン２２、２２ａがタイミングプーリ１とカムシャフト４の位相変換範囲の最進角位置と最遅角位置に配置されており、タイミングプーリ１とカムシャフト４との位相が変化して最遅角位置となりノックピン２２が穴２４に対向する位置になるとノックピン２２がスプリング２３の付勢力により穴２４に挿入されタイミングプーリ１とカムシャフト４との位相を固定する。この状態から、進角方向に油圧を制御すると、ノックピン２２が穴２４から排出され、最進角位置まで位相が変化すると、今度はノックピン２２ａがスプリング２３ａの付勢力により穴２４ａに挿入されタイミングプーリ１とカムシャフト４との位相を固定する。つまり、ノックピン２２、２２ａは外周側からスプリング２３、２３ａによって付勢されており、内周側から油圧によって付勢されて、穴２４、２４ａに係合または解除の作動を行っている。ここで、内周側から供給されたオイルがノックピン２２、２２ａの外周と穴２４、２４ａとの間およびノックピン２２、２２ａの外周とノックピン２２、２２ａを保持するタイミングプーリ１の孔との間の隙間を経て、スプリング２３、２３ａが配置されたノックピン２２、２２ａの外周側へ洩れた場合には、ノックピン２２、２２ａの作動を確保するためにタイミングプーリ１の外側へ放出する必要があった。また、放出されたオイルは、タイミングプーリ１に金属製の環状チェーンを用いる場合には、タイミングプーリ１の外側へ放出されたオイルが潤滑油としての利用も可能である。しかしながら、樹脂製またはゴム製の環状ベルトを用いる場合には、タイミングプーリ１の外側へ放出されたオイルが環状ベルトのタイミングプーリ１との係合をスリップさせて環状ベルトの回転をタイミングプーリ１に効率的に伝達させることができなくなったり、環状ベルトを劣化させたりする不具合が発生する。
【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】
上記した課題を解決するために出願人らは、回転伝達部材とカムシャフトとの位相を保持又は解除する係合機構を流体作動室へ供給する流体圧によって作動することに着目した。
【００１０】
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、
内周部に複数の流体室を形成する仕切壁を備えた回転伝達部材と、流体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カムシャフトと、ベーンで区画される流体室をそれぞれ第１の流体作動室と第２の流体作動室とし、流体作動室への流体圧により回転伝達部材とカムシャフトとの位相を可変とする位相可変機構と、第１流体作動室へ流体を給排する第１流路と、第２流体作動室へ流体を給排する第２流路と、前記第１流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を保持し、前記第２流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を解除する係合機構とから構成したことである。従って、係合機構を介して第１流路と第２流路とが連通され、係合機構の内部に流体が滞留することを回避することが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明において講じた手段は、係合機構が、回転伝達部材又はカムシャフトの一方の部材に形成した支持孔に配置されたピンと、回転伝達部材又はカムシャフトの他方の部材に形成したピンが挿入される受容孔とから構成し、支持孔はカムシャフトの径方向に配置され、受容孔に第１流路及び第２流路の一方が連通し、支持孔に第１流路及び第２流路の他方が連通するようにしたことである。従って、ピンを作動させるための流体が、ピンと支持孔との間またはピンと受容孔との間の隙間にピンを作動させる流体が流入しても、対向する受容孔に連通する通路または対向する支持孔に連通する通路を介して排出することが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明において講じた手段は、受容孔へ連通する第１流路または第２流路のための通路として、受容孔と第１の流体作動室または第２の流体作動室との間を連通する通路を回転伝達部材に形成したことである。従って、弁開閉時期制御装置を小型化することが可能となる。
【００１３】
請求項４の発明において講じた手段は、通路を、回転伝達部材のカムシャフトの軸方向表面に形成された凹部と、回転伝達部材の対向面に一体固定される板材との間に形成したことである。従って、ピンをカムシャフト側へ作動させる流体のための通路を用意に形成することが可能となる。
【００１４】
請求項５の発明において講じた手段は、回転伝達部材に形成された支持孔または受容孔の外周端に、カムシャフトの径方向に延在する突起部を有する蓋を係合したことである。従って、ピンと回転伝達部材の外周との間に油圧室が形成されピンを作動するための流体が弁開閉時期制御装置の外部へ漏れることを防止することが可能となる。更に、突起部がピンのストッパを兼ねると共に、突起部が油圧室の容積を減少させるのでピンの作動性が向上する。
【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１〜３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３０を示す図面である。図１に示すように弁開閉時期制御装置３０は、ＤＯＨＣエンジンに適用したものである。シリンダヘッド３２には、回転可能に支持された排気バルブ用カムシャフト３４と吸気ハルブ用カムシャフト３６が取り付けられている。排気バルブ用カムシャフト３４の外周には相対回転可能に取り付けられたギヤ３８と、吸気バルブ用カムシャフト３６の外周には相対回転不能に取り付けられたギヤ４０とがそれぞれ取り付けられており、ギヤ３８とギヤ４０とが噛み合うことにより排気バルブ用カムシャフト３４と吸気ハルブ用カムシャフト３６とが連結している。本実施の形態の弁開閉時期制御装置３０は、排気バルブ用カムシャフト３４（回転軸、以下、カムシャフト３４という）に取り付けられている。
【００１７】
タイミングプーリ４２は、シリンダーヘッド３２から突出したカムシャフト３４の端部にボルト４４によって固定され、ストッパピン４６によって位置決めされ相対回転不能に固定されている。
【００１８】
カムシャフト３４の外周には、ギヤ３８、フロントプレートハウジング４８、環状ハウジング５０、リアプレートハウジング５２（板材）がボルト５４によって一体に締結され回転伝達部材５６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４８とリアプレートハウジング５２に挟まれた環状ハウジング５０の内部には、図２に示すように仕切壁５８、５８の間に５つの油圧室（圧力室）６０と、環状ハウジング５０の外側から切削した支持孔６２が設けられている。
【００１９】
カムシャフト３４の外表面には、内周ロータ６８がピン７０によって相対回転不能に固定され、ナット７２によってカムシャフト３４の段部３５との間で締めつけられて固着している。５つのベーン７４は、内周ロータ６８に形成されたベーン受容溝７６に内周側の端部を係止して放射方向に延びている。ベーン７４の内周側には受容溝７６との間に隙間７８が形成されており、この隙間７８には図示しない板バネが配置されておりベーン７４を外側へ付勢している。ベーン７４は、それぞれの油圧室６０を進角油圧室８０と遅角油圧室８２とに区画している。内周ロータ６８に取り付けたベーン７４と、環状ハウジング５０に設けた進角油圧室８０および遅角油圧室８２とによって位相可変機構を形成している。
【００２０】
カムシャフト３４の内部には、進角油圧室８０と遅角油圧室８２とにそれぞれ連通した進角油路８４と遅角油路８６が形成されている。図２に示すように、遅角油路８６はカムシャフト３４の内部に２本形成されている。進角油路８４と遅角油路８６とは、それぞれカムシャフト３４とシリンダーヘッド３２との間に形成した進角油路接続リング８８と遅角油路接続リング９０を介して制御バルブ９２と連通している。制御バルブ９２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中央制御装置（ＥＣＵ）９４からの信号によって作動する９２ａ、９２ｂ、９２ｃの３つの室を備えた電磁弁である。制御バルブ９２は、更に、オイルパン９６からオイルポンプ９８を介して油圧を導入する通路１００とオイルパン９６へ油圧を排出する通路１０２とに連結されている。
【００２１】
図２、図３に示す１０４は位相保持機構であり、環状ハウジング５０の支持孔６２内に、支持孔６２の断面と略同一径のピン１０６が配置されている。内周ロータには、支持孔６２の断面と同一形状又は支持孔６２の断面よりも若干大きめの形状の受容孔１０８が形成されている。受容孔１０８は、ベーン７４が油圧室６０内を回転する範囲の最遅角位置（図２に示す位置、つまりカムシャフト３４が環状ハウジング５０の回転方向に回転した位置）で支持孔６２と一致するように形成されている。受容孔１０８は進角油路８４と連通しており、進角油路８４に供給されるオイルの一部が受容孔１０８に導かれるようになっている。支持孔６２の外周端は段部１１０を備えた蓋１１２によって水密的に閉鎖しており、支持孔６２のオイルが外部へ洩れないようになっている。支持孔６２の内部空間１１４は、蓋１１２に隣接して設けられる通路１１６によって位相保持機構１０４に隣接する遅角油圧室８３と連通している。従って、ピン１０６は、カムシャフト３４側から受ける進角油路８４の油圧と、環状ハウジング５０の外側から受ける遅角油圧室８３を介した遅角油路８６の油圧とによって両側から付勢されており、双方の油圧差によってカムシャフト３４の径方向に摺動することができる。
【００２２】
上記の弁開閉時期制御装置３０の作動について説明する。図示しないタイミングプーリの回転がチェーンベルト等を介してタイミングプーリ４２に伝達されると、タイミングプーリ４２の回転はタイミングプーリ４２と一体となったカムシャフト３４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６８、ベーン７４、回転伝達部５６（ギヤ３８、フロントプレートハウジング４８、環状ハウジング５０、リアプレートハウジング５２）、ギヤ４０を介して吸気バルブ用カムシャフト３６にも伝達される。
【００２３】
ここで、ベーン７４は油圧室６０内で回動可能であり、カムシャフト３４の位相変化が可能である。エンジンの回転数やエンジンの出力状態によってＥＣＵ９４によって制御バルブ９２を切り換えて、カムシャフト３４の回転位相と吸気バルブ用カムシャフト３６の回転位相を変化させる。具体的には、制御バルブ９２を図１に示すように室９０ａにして通路１００のオイルを進角油路８４へ供給する。そして、進角油圧室８０供給されるオイルの油圧によってベーン７４を図２に示す矢印と逆の方向（時計の回転方向）へ回転させて、図３に示すように、カムシャフト３４の回転に比べて吸気バルブ用カムシャフト３６の回転を進角させる。
【００２４】
逆に、図３に示す最進角位置から、制御バルブ９２を室９０ｃに切り換えて、遅角油路８６を介して遅角油圧室８２へオイルを供給し、進角油圧室８０のオイルを進角油路８４を介してオイルパン９６へ排出して、ベーン７４を図２に示す矢印の方向へ回転させて、カムシャフト３４の回転に比べて吸気バルブ用カムシャフト３６の回転を遅角させることができる。なお、制御バルブ９２を室９０ｂに切り換えて、ベーン７４を挟む進角油圧室８０と遅角油圧室８２との油圧を調整し保持して、ベーン７４を所望の位置で保持することもできる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、オイルによる油圧で弁開閉時期制御装置３０の位相を変換しているが、オイル以外にエアー等の流体によって位相を変換することも可能である。
【００２６】
次に、図２、図３に基づき位相保持機構１０４の作動について説明する。制御バルブ９２を制御し、遅角油路８６へ油圧を供給し、進角油路８４の油圧を排出すると、環状ハウジング５０と、カムシャフト３４と一体で回転する内周ロータ６８との位相が遅角方向に変化する。そして、図２に示すように、ピン１０６が内周ロータ６８に設けた受容孔１０８と一致したとき（最遅角状態）に、ピン１０６が遅角油路８６の油圧による付勢力によって受容孔１０８に挿入され、環状ハウジング５０と内周ロータ６８との位相を固定することができる。また、制御バルブ９２の制御により、進角油路８４へ油圧を供給し、遅角油路８６の油圧を排出すると、ピン１０６が受容孔１０８から排出されて支持孔６２内に格納されると共に、環状ハウジング５０と、カムシャフト３４と一体で回転する内周ロータ６８との位相が進角方向に変化する。このとき、ピン１０６は蓋１１２に設けた段部１１０によりストッパとして位置決めされると共に、段部１１０と内周ロータ６８との間に保持される。
【００２７】
このようにピン１０６は、ピン１０６の摺動方向の両側から進角油路８４の油圧と、遅角油路８６の油圧とでそれぞれ付勢することによって、進角油路８４のオイルがピン１０６と支持孔６２との隙間又はピン１０６と受容孔１０８との隙間を経てピン１０６の反対側に位置する内部空間１１４に漏れ出ても、通路１１６及び遅角油圧室８３を介して遅角油路８６に環流させることができるので、漏れ出たオイルを弁開閉時期制御装置３０から排出する必要がない。また、ピン１０６は支持孔６２内において蓋１１２に設けた段部１１０によって位置決めして保持されるので、環状ハウジング５０の回転数が変化するなどしても、ピン１０６の位置が固定されるので異音の発生を防止することができる。更に、通路１１６の内部空間１１４側の端部を図２、図３に示すように蓋１１２に設けた段部１１０よりも蓋１１２に隣接することによって、段部１１０の回りに内部空間１１４が確保でき、遅角油路８６の油圧がピン１０６に確実に作用することができる。
【００２８】
なお、エンジンの始動時に進角油圧室８０または遅角油圧室８２へオイルポンプ９８から十分な油圧の供給を得られずに、ベーン７４が油圧室６０内で打音を発生することを防止するために、エンジンの停止時にはＥＣＵ９４によって制御バルブ９２を室９２ｃに切り換えて、オイルポンプ９８の残圧によってベーン７４を最遅角位置にして、ピン１０６を受容孔１０８に挿入しておくことが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、  内周部に複数の流体室を形成する仕切壁を備えた回転伝達部材と、流体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カムシャフトと、ベーンで区画される流体室をそれぞれ第１の流体作動室と第２の流体作動室とし、流体作動室への流体圧により回転伝達部材とカムシャフトとの位相を可変とする位相可変機構と、第１流体作動室へ流体を給排する第１流路と、第２流体作動室へ流体を給排する第２流路と、前記第１流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を保持し、前記第２流路の流体圧により、前記回転伝達部材と前記カムシャフトとの位相を解除する係合機構とから構成したので、係合機構を介して第１流路と第２流路とが連通され、係合機構の内部に流体が滞留することを回避することができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、係合機構が、回転伝達部材又はカムシャフトの一方の部材に形成した支持孔に配置されたピンと、回転伝達部材又はカムシャフトの他方の部材に形成したピンが挿入される受容孔とから構成し、支持孔はカムシャフトの径方向に配置され、受容孔に第１流路及び第２流路の一方が連通し、支持孔に第１流路及び第２流路の他方が連通するようにしたので、ピンを作動させるための流体が、ピンと支持孔との間またはピンと受容孔との間の隙間にピンを作動させる流体が流入しても、対向する受容孔に連通する通路または対向する支持孔に連通する通路を介して排出することができる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、受容孔へ連通する第１流路または第２流路のための通路として、受容孔と第１の流体作動室または第２の流体作動室との間を連通する通路を回転伝達部材に形成したので、弁開閉時期制御装置を小型化することができる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、通路を、回転伝達部材のカムシャフトの軸方向表面に形成された凹部と、回転伝達部材の対向面に一体固定される板材との間に形成したので、ピンをカムシャフト側へ作動させる流体のための通路を用意に形成することができる。
【００３３】
請求項５の発明によれば、回転伝達部材に形成された支持孔または受容孔の外周端に、カムシャフトの径方向に延在する突起部を有する蓋を係合したので、ピンと回転伝達部材の外周との間に油圧室が形成されピンを作動するための流体が弁開閉時期制御装置の外部へ漏れることを防止することができる。更に、突起部がピンのストッパを兼ねると共に、突起部が油圧室の容積を減少させるのでピンの作動性を向上することができる。
【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断面図の最遅角状態を示したものである。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図の最進角状態を示したものである。
【図４】従来技術の弁開閉時期制御装置の断面を示したものである。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面図を示したものである。
【符号の説明】
３０・・・弁開閉時期制御装置
３４・・・カムシャフト
５６・・・回転伝達部材
５８・・・仕切壁
６０・・・油圧室（流体室）
７４・・・ベーン
８０・・・進角油圧室（第２の流体作動室）
８２・・・遅角油圧室（第１の流体作動室）
８４・・・進角油路（第１流路）
８６・・・遅角油路（第２流路）
１０４・・・位相保持機構（係合機構）
１０６・・・ピン
１０８・・・受容孔
１１０・・・段部
１１２・・・蓋
１１６・・・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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