JPH0658113A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は、弁開閉時期制御装置のピストン位
置の切替応答性の向上を目的とする。 【構成】 カムシャフト１３とタイミングプーリ１５と
の間の回転位相を変化させる回転位相変化手段におい
て、ピストン収納室１９内をピストン２０によって第
１，第２油室２１，２２に区画し、油圧供給手段が第１
油室２１に油圧を供給している際には、前記第２油室２
２の油圧を段階的にドレンへと排出し、油圧供給手段が
第２油室に油圧を供給している際には、第１油室の油圧
をドレンへと排出することで、ピストン位置を多段に制
御し、回転位相を多段に制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弁開閉時期制御装置に
関するものであり、エンジンの吸排気弁の開閉時期を多
段に可変とするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの吸排気弁を駆動す
るカムシャフトと、エンジンのクランクシャフトにより
タイミングベルトを介して駆動されるタイミングプーリ
との間の回転位相を、回転位相変化手段によって変化さ
せる弁開閉時期制御装置が知られている。クランクシャ
フトによって駆動される吸排気弁の開閉時期は、エンジ
ンの回転数域やエンジン負荷等に応じてそれぞれ最適な
時期があるので、弁開閉時期制御装置によって吸排気弁
の開閉時期を可変としている。

【０００３】本発明に係わる従来技術として、例えば実
開平３−１１０１０６号公報に開示された「内燃機関の
バルブタイミング制御装置」がある。この従来技術を図
４（要部のみ図示）に基づいて説明すると、ピストン収
納室１００にピストン１０１及び可動ストッパ１０２が
直列的に装着され、ピストン１０１はスプリング１０３
によって矢印Ｎ１方向に付勢されている。第１段階で
は、第１油室２０１及び第２油室２０２に作動流体を供
給しないので、スプリング１０３の付勢力によってピス
トン１０１及び可動ストッパ１０２が矢印Ｎ１方向に移
動し、可動ストッパ１０２の端面１０２ａを第１ストッ
パ面３００に当て、これによってピストン１０１を第１
ピストン位置に設定する。次に、第２段階では、第１連
通路３０１より第１油室２０１に作動流体を供給し、可
動ストッパ１０２の端面１０２ｂを第２ストッパ面３０
２に当てると共に、スプリング１０３の付勢力によって
ピストン１０１の図示左端面を可動ストッパ１０２の端
面１０２ｂに当て、これによりピストン１０１を第２ピ
ストン位置に設定する。最後に、第３段階では、第２連
通路３０４から第２油室２０２に作動流体を供給し、可
動ストッパ１０２の端面１０２ａを第１ストッパ面３０
０に当てると共に、スプリング１０３を収縮させつつピ
ストン１０１を矢印Ｎ２方向に移動させて、ピストン１
０１の部位１０１ｃを第３ストッパ面３０６に当て、こ
れによりピストン１０１を第３ピストン位置に設定す
る。

【０００４】そして、ピストン１０１と部材４０１（タ
イミングプーリと結合）及びピストン１０１と部材４０
２（カムシャフトと結合）との間はそれぞれヘリカルス
プラインを介して係合しているので、ピストン１０１が
３段階の位置をとることにより、タイミングプーリとカ
ムシャフトとの回転位相を３段階に変化させることがで
きる。

【０００５】ところで、ピストン１０１に３段階の位置
をとらせるために油圧を供給する部分を変化させている
が、油圧が供給されなくなった部分は閉鎖空間となり油
圧が密閉されてしまい、このバルブタイミング制御装置
が切替応答性の点で劣るという不具合を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明ではピ
ストン位置の切替応答性の向上を、その技術的課題とす
る。

【０００７】

【発明の構成】

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、エ
ンジンの吸排気弁を開閉駆動するカムシャフトと、カム
シャフトを回転駆動するタイミングプーリと、カムシャ
フトとタイミングプーリとの間の回転位相を変化させる
回転位相変化手段とを有する弁開閉時期制御装置におい
て、回転位相変化手段は、カムシャフトとタイミングプ
ーリとの間に形成されるピストン収納室と、ピストン収
納室内を第１，第２油室に区画すると共に、タイミング
プーリからカムシャフトへのトルク伝達を行い、ピスト
ン収納室内をその軸方向に移動することによりカムシャ
フトとタイミングプーリとの間の回転位相を変化させる
ピストンと、第１油室又は第２油室に選択的に油圧を供
給する油圧供給手段と、第１油室に油圧が供給されてい
る際には、第２油室の油圧を段階的にドレンへと排出
し、第２油室に油圧が供給されている際には、第１油室
の油圧をドレンへと排出するドレン制御手段と、油圧供
給手段及びドレン制御手段の作動を同時に制御する油圧
制御弁とから構成したことである。

【０００９】

【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、油圧供
給手段が第１油室に油圧を供給する際には、ドレン制御
手段が第２油室の油圧を段階的にドレンへと排出するの
で、第１油室と第２油室との差圧によってピストンがカ
ムシャフトの軸方向に応答性よく移動し、カムシャフト
とタイミングプーリとの間の回転位相を変化させる。一
方、油圧供給手段が第２油室に油圧を供給する際には、
ドレン制御手段が第１油室の油圧をドレンへと排出する
ので、第１油室と第２油室との差圧によってピストンが
カムシャフトの軸方向に応答性よく移動し、カムシャフ
トとタイミングプーリとの間の回転位相を変化させる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて説明する。

【００１１】図１に示すように、図示しないエンジンの
シリンダブロック１１の軸受部１２にカムシャフト１３
が回転可能に支承されている。カムシャフト１３には図
示しないエンジンの図示しない吸排気弁が多数係合して
おり、カムシャフト１３の回転に伴って吸排気弁が開閉
駆動される。カムシャフト１３の鍔部１３ａは軸受部１
２の軸端面１２ａに当接しており、カムシャフト１３の
外周上には鍔部１４ａをもつスリーブ１４が相対回転可
能に嵌装されている。スリーブ１４には、その内外周面
間を連通する第１通孔１４ｂ，第２通孔１４ｃがそれぞ
れ円周上に複数形成され、図示左方部の外周にはヘリカ
ルスプライン１４ｄが形成されている。

【００１２】スリーブ１４の外周上にはタイミングプー
リ１５が同軸的に配置され、スリーブ１４とは相対回転
不能にノックピン６によって一体的に結合されている。
軸受部１２とタイミングプーリ１５との間にはオイルシ
ール１２ｃが配設されている。

【００１３】また、タイミングプーリ１５の歯１５ｃに
は図示しないタイミングベルトの歯が係合しており、エ
ンジンの運転に伴ないタイミングベルトによってタイミ
ングプーリ１５が回転駆動される。

【００１４】カムシャフト１３の軸端には取り付けボル
ト１７によってダンパケース１８が相対回転不能に固設
され、ダンパケース１８の内周にはヘリカルスプライン
１８ａが形成されている。スリーブ１４，タイミングプ
ーリ１５及びダンパケース１８によってリング状のピス
トン収納室１９が形成され、ピストン収納室１９にはリ
ング状のピストン２０がカムシャフト１３の軸方向に移
動可能に嵌装されている。ここで、ピストン２０の内周
面には、スリーブ１４のヘリカルスプライン１４ｄと噛
合するヘリカルスプライン２０ｃが形成されている。一
方、ピストン２０の外周面には、ダンパケース１８のヘ
リカルスプライン１８ａと噛合するヘリカルスプライン
２０ａが形成されている。また、ピストン収納室１９内
はピストン２０によってフロント側の第１油室２１及び
リア側の第２油室２２に区画される。ここで、ピストン
２０がカムシャフト１３の軸方向の一方向としての矢印
Ｋ１方向に移動すると、カムシャフト１３とタイミング
プーリ１５とは周方向の一方向へ相対変位する。また、
ピストン２０が他方向としての矢印Ｋ２方向に移動する
と、カムシャフト１３とタイミングプーリ１５とは周方
向の他方向へ相対変位する。これにより、カムシャフト
１３とタイミングプーリとの間の回転位相が変化する。
ところで、ピストン２０はスリーブ１４を覆う閉鎖壁２
０ｅと、半径方向に延在された径大部２０ｆと、径大部
２０ｆの外周面に配設されたＯリング２０ｉを有してい
る。更に、第２油室２２内にはコイル状の第１スプリン
グ２４が配設されており、ピストン２０を矢印Ｋ２方向
に付勢している。

【００１５】タイミングプーリ１５とダンパケース１８
との間にはカバー２５が配置され、ダンパケース１８の
ラビリンス部とカバー２５のラビリンス部とは狭い間隙
をもって係合しあい、その内部にシリコンオイル等の粘
性流体が封入されダンパ手段２６を構成している。尚、
粘性流体の漏れ防止のため、Ｏリング２７及びオイルシ
ール２８，２９が適宜配設されている。ところで、カム
シャフト１３の作動中にはエンジンの吸排気弁と係合す
るバルブスプリングから変動トルクを受ける。

【００１６】従って、ヘリカルスプライン１８ａ，２０
ａ間及びヘリカルスプライン１４ｄ，２０ｃ間の各バッ
クラッシュによって異音が発生するおそれや、カムシャ
フト１３とタイミングプーリ１５との間の回転位相を変
化させるおそれがあるが、変動トルクはダンパ手段２６
において粘性流体に剪断力を発生させようとすることで
吸収されるため何ら問題は発生しない。

【００１７】さて、油圧供給手段５０は第１油室２１又
は第２油室２２に選択的に油圧の供給を制御し、ドレン
制御手段５１は第１油室２１又は第２油室２２の油圧を
段階的にドレンへと排出して、ピストン収納室１９内で
ピストン２０を移動させる。

【００１８】カムシャフト１３にはその軸方向に伸びる
第１供給孔３０，第２供給孔３１及び第１ドレン孔３２
が形成され、更にカムシャフト１３の中央部にはスプー
ル孔３３が形成される。スプール孔３３にはスプール弁
３４が移動可能に嵌装され、スプール弁３４の周壁には
第１透孔３４ａ，第２透孔３４ｂ，第３透孔３４ｉ及び
周溝３４ｊが形成されている。そして、第１供給孔３０
と第２供給孔３１とは周溝３４ｊを介して互いに連通可
能である。取り付けボルト１７とスプール弁３４との間
には第２スプリング３５が張設され、第２スプリング３
５によってスプール弁３４がカムシャフト１３のストッ
パ面１３ｈに向けて付勢される。

【００１９】更に、カムシャフト１３にはその半径方向
に伸びる第１連通路３６，第２連通路３７及び第３供給
孔３８が形成されている。ここで、第１連通路３６は第
１通孔１４ｂに常時連通し、第１透孔３４ａを介して第
１ドレン孔３２に連通可能である。また、第２連通路３
７は第２通孔１４ｃに常時連通し、第２透孔３４ｂを介
して第１ドレン孔３２に連通可能であると共に、周溝３
４ｊを介して第２供給孔３１とも連通可能である。ま
た、第３供給孔３８の一端はスプール弁３４の受圧面３
４ｃに連通している。

【００２０】第１ドレン孔３２の一端部３２ｃはスプー
ル孔３３に連通し、他端部は第１ドレン路３９を介して
オイルパン４０に連通している。第３供給孔４１の一端
部はスプール孔３３に連通し、他端部は軸受部１２の通
路４１及び第２給油路４２を介して油圧制御弁４３の図
示しない吸込ポート及びオリフィス４４を介して第１給
油路４８と連通している。油圧制御弁４３はＥＣＵ（El
ectronic Control Unit ）５１によりその開度が制御さ
れ、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン情報に
応じて例えば３段階の油圧を第２給油路４２に発生させ
る。尚、オイルポンプ４７と油圧制御弁４３との間には
オリフィス４４が配置され、第２給油路４２の圧力変動
に係わらず第１給油路４０の圧力を適正圧力範囲内に維
持しうるようにされている。

【００２１】更に、カムシャフト１３の外周面にはリン
グ溝１３ｒが形成され、リング溝１３ｒへの給油によっ
て軸受部１２とカムシャフト１３との間の潤滑を確保し
ている。軸受部１２には漏れた油圧をドレンする第２ド
レン孔４５が形成され、第２ドレン孔４５は第２ドレン
路４６を介してオイルパン４０に連通している。

【００２２】以上の構成を有する弁開閉時期制御装置の
作動について以下に説明する。まず、エンジン運転時に
タイミングプーリ１５に伝達された回転トルクは、スリ
ーブ１４からスプライン１４ｄ，２０ｃ、ピストン２
０、スプライン２０ａ，８ａを経てダンパケース１８に
伝達され、取り付けボルト１７を介してカムシャフト１
３に伝達され、吸排気弁を開閉駆動する。

【００２３】まず、図１についてカムシャフト１３とタ
イミングプーリ１５との間の回転位相が最遅角状態にあ
るときを説明すると、ＥＣＵ５２は油圧制御弁４３の開
度を大きく制御し、この結果第２給油路４２には相対的
に低圧の油圧が発生する。そして、この低圧の油圧は第
２給油路４２及び第３供給孔３８を介してスプール弁３
４の受圧面３４ｃに作用するが、この油圧による付勢力
は第２スプリング３５の付勢力よりも小さい。従って、
図１に示すようにスプール弁３４はストッパ面１３ｈに
当接した第１位置に保持され、第１連通路３６を閉鎖
し、第２連通路３７を周溝３４ｊを介して第２供給孔３
１と連通させ、第１供給孔３０を第１透孔３４ａを介し
て第１ドレン孔３２に連通させる。

【００２４】一方、オイルポンプ４７の吐出油圧は第１
給油路４０，第２供給孔３１，周溝３４ｊ，第２連通路
３７及び第２通孔１４ｃを介して第２油室２２に作用
し、第１油室２１は第１供給孔３０，第１透孔３４ａ，
第１ドレン孔３２及び第１ドレン路３９を経てオイルパ
ン４０にドレンされるため大気圧となる。従って、第２
油室２２に供給された油圧（ある油圧値Ｐ１をもつ）は
ピストン２０を矢印Ｋ２方向へと付勢し、ピストン２０
のピストン収納室１９内における位置に係わらず直ちに
ピストン２０が図１に示すダンパケース１８のストッパ
面１８ｅに当接した位置に停止する。尚、第２油室２２
に供給された油圧はスリーブ１４とピストン２０との隙
間或いはダンパケース１８とピストン２０との隙間から
第１油室２１へと漏れるが、第１油室２１はオイルパン
４０と連通しているため、第１油室２１内に油圧が充満
することはない。従って、カムシャフト１３とタイミン
グプーリ１５との間の回転位相は最遅角状態に設定され
る。

【００２５】次に、ピストン２０を変位させて第２ピス
トン位置に停止させる時について、図２に基づいて説明
する。このとき、ＥＣＵ５２は油圧制御弁４３の開度を
中程度に制御し、この結果第２給油路４２には相対的に
中圧の油圧が発生する。そして、この中圧の油圧は第２
給油路４２及び第３供給孔３８を介してスプール弁３４
の受圧面３４ｃに作用し、第２スプリング３５の付勢力
よりもある程度大きい。従って、図２に示すようにスプ
ール弁３４はストッパ面１３ｈから離れ矢印Ｋ２方向に
移動した第２位置に保持され、第１連通路３６を第１透
孔３４ａを介して第１ドレン孔３２に連通させ、第２連
通路３７を閉鎖し、第１供給孔３０を周溝３４ｊを介し
て第２供給孔３１と連通させる。

【００２６】従って、第２油室２２の油圧は第１通孔１
４ｂ，第１連通路３６，第１透孔３４ａ，第１ドレン孔
３２及び第１ドレン路３９を経てオイルパン４０にドレ
ンされる。一方、オイルポンプ４７の吐出油圧は第１給
油路４０，第２供給孔３１，周溝３４ｊ，第１供給孔３
０を介して第１油室２１に作用する。この結果、第１油
室２１の油圧が油圧値Ｐ１となると共に、第２油室２２
の油圧が低下してある油圧値Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）とな
る。そして、第１油室２１と第２油室２２との差圧によ
ってピストン２０が矢印Ｋ１方向に移動し、一旦、ピス
トン２０の閉鎖壁２０ｅが第１通孔１４ｂを閉鎖するの
で第２油室２２が密閉される。

【００２７】このとき、第２油室２２の油圧値であるＰ
３は第１油室２１の油圧値Ｐ１よりも低いので、第１油
室２１に供給されている油圧はスリーブ１４とピストン
２０との隙間或いはダンパケース１８とピストン２０と
の隙間から第２油室２２へと漏れ、第２油室２２の油圧
が高まっていくと共に、第１スプリング２４の付勢力も
矢印Ｋ２方向に作用する。従って、第２油室２２の油圧
がある程度高まると、ピストン２０を矢印Ｋ２方向に付
勢する付勢力Ｆβがピストン２０を矢印Ｋ１方向に付勢
する付勢力Ｆαよりも大きくなり、ピストン２０が矢印
Ｋ２方向に微小量変位し、第１通孔１４ｂを微小量開口
する。この結果、第２油室２２の油圧が第１通孔１４
ｂ，第１連通路３６及び第１透孔３４ａを介して第１ド
レン孔３２に直ちに抜け、第２油室２２の油圧は油圧値
Ｐ３に戻る。そして、付勢力Ｆαと付勢力Ｆβとが均衡
し、ピストン２０はその第２ピストン位置で停止する。

【００２８】この様に、ピストン２０を第２ピストン位
置に停止させるストッパはないものの、第１通孔１４ｂ
の開閉による付勢力均衡作用により第１連通路３６を適
宜開閉し、ピストン２０は第２ピストン位置に停止す
る。そして、ピストン２０が第１ピストン位置から第２
ピストン位置へと移動することで、ヘリカルスプライン
１４ｄ，２０ｃ，２０ａ，８ａの変角作用が生じ、カム
シャフト１３とタイミングプーリ１５との間の回転位相
が進角して中進角状態となる。

【００２９】次に、ピストン２０を変位させて第３ピス
トン位置に停止させる時について、図３に基づいて説明
する。このとき、ＥＣＵ５２は油圧制御弁４３の開度を
小さく制御し、この結果第２給油路４２には相対的に高
圧の油圧が発生する。そして、この高圧の油圧は第２給
油路４２及び第３供給孔３８を介してスプール弁３４の
受圧面３４ｃに作用し、第２スプリング３５の付勢力よ
りも十分に大きい。従って、図３に示すようにスプール
弁３４は、その図示左端面が取り付けボルト１７のスト
ッパ面１７ａに当接するまで矢印Ｋ２方向に移動した第
３位置に保持され、第１連通路３６を第１透孔３４ａを
介して第１ドレン孔３２に連通させ、第２連通路３７を
第２透孔３４ｂを介して第１ドレン孔３２に連通させ、
第１供給孔３０を周溝３４ｊを介して第２供給孔３１と
連通させる。

【００３０】従って、第２油室２２の油圧は第１通孔１
４ｂ，第１連通路３６，第１透孔３４ａ，第３透孔３４
ｉ，第１ドレン孔３２及び第１ドレン路３９を経ると共
に、第２通孔１４ｃ，第２連通路３７，第２透孔３４
ｂ，第３透孔３４ｉ，第１ドレン孔３２及び第１ドレン
路３９を経てオイルパン４０にドレンされる。一方、オ
イルポンプ４７の吐出油圧は第１給油路４０，第２供給
孔３１，周溝３４ｊ，第１供給孔３０を介して第１油室
２１に作用する。この結果、第１油室２１の油圧が油圧
値Ｐ１となると共に、第２油室２２の油圧が低下して略
大気圧となる。そして、第１油室２１と第２油室２２と
の差圧によってピストン２０が矢印Ｋ１方向に移動し、
ピストン２０の図示右端面がピストン収納室１９内の図
示右端面に当接してピストン２０はその第３ピストン位
置で停止する。そして、ピストン２０が第１ピストン位
置又は第２ピストン位置から第３ピストン位置へと移動
することで、ヘリカルスプライン１４ｄ，２０ｃ，２０
ａ，８ａの変角作用が生じ、カムシャフト１３とタイミ
ングプーリ１５との間の回転位相が進角して中進角状態
となる。

【００３１】尚、カムシャフト１３とタイミングプーリ
１５との間の回転位相の変角量は、最遅角→中間進角，
最遅角→最進角，中間進角→最進角，最進角→中間進
角，最進角→最遅角及び中間進角→最遅角のいずれもを
とることができ、全て油圧制御弁４３の開度を制御する
ＥＣＵ５２によって決定される。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明の弁開閉時期制御
装置では、ピストンの移動が第１油室と第２油室との差
圧によって行われるため、その移動応答性が非常によく
エンジンの高速回転域でもカムシャフトとタイミングプ
ーリとの回転位相の切替が素早く、エンジン性能を向上
させることができる。また、単一のピストンしかなくて
も、第２油室のドレン量を段階的に切り替えるだけで、
カムシャフトとタイミングプーリとの回転位相の切替量
を多段に切り替えることができ、構成が簡単となるため
その信頼性に非常に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の弁開閉時期制御装置の最遅角状
態の構成図を示す。

【図２】図１における中間進角状態を示す。

【図３】図１における最進角状態を示す。

【図４】従来技術の内燃機関のバルブタイミング制御装
置の構成図を示す。

【符号の説明】

１０ 弁開閉時期制御装置、 １３ カムシャフト、 １５ タイミングプーリ、 １９ ピストン収納室、 ２０ ピストン、 ２１ 第１油室、 ２２ 第２油室、 ４７ 油圧制御弁、 ５０ 油圧供給手段と、 ５１ ドレン制御手段と。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸排気弁を開閉駆動するカム
   シャフトと、 前記カムシャフトを回転駆動するタイミングプーリと、 前記カムシャフトと前記タイミングプーリとの間の回転
   位相を変化させる回転位相変化手段とを有する弁開閉時
   期制御装置において、 前記回転位相変化手段は、 前記カムシャフトと前記タイミングプーリとの間に形成
   されるピストン収納室と、 前記ピストン収納室内を第１，第２油室に区画すると共
   に、前記タイミングプーリから前記カムシャフトへのト
   ルク伝達を行い、前記ピストン収納室内をその軸方向に
   移動することにより前記カムシャフトと前記タイミング
   プーリとの間の回転位相を変化させるピストンと、 前記第１油室又は第２油室に選択的に油圧を供給する油
   圧供給手段と、 前記第１油室に油圧が供給されている際には、前記第２
   油室の油圧を段階的にドレンへと排出し、前記第２油室
   に油圧が供給されている際には、前記第１油室の油圧を
   ドレンへと排出するドレン制御手段と、 前記油圧供給手段及び前記ドレン制御手段の作動を同時
   に制御する油圧制御弁とから構成されることを特徴とす
   る弁開閉時期制御装置。