JP4556137B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents
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Description
ここで、前記2個のロック体102は、一方のロック体102が外部ロータ101と内部ロータ104との相対回転位相の進角方向への変位を阻止し、他方のロック体102が相対回転位相の遅角方向への変位を阻止するものとなっている。そして、前記2個のロック体102の両方がロック溝105に突入することにより、相対回転位相が所定のロック位相においてロックされる構成となっている。ここで、ロック位相は、内燃機関の円滑な始動性が得られる弁開閉時期となる位相に設定されている。また、燃費がより良好になるように上記相対回転位相を調節することや、排気ガスがより清浄になるように上記相対回転位相を調節することもできる。
しかし、引用文献1の弁開閉時期制御装置は、内燃機関を始動した後、進角室111及び遅角室112の流体がドレインされている状態で、遅角室112へ流体を供給して相対回転位相を遅角方向へ移動させるとともに、相対回転位相のロックを解除している。このとき、進角室111には流体は存在しないため、進角室111は上記抵抗の役割を果たすことなくその容積は容易に変動する。よって、相対回転位相のロックが解除されると、進角室111及び遅角室112の容積変動が発生しながら(つまり、ベーン113がバタツキながら)、相対回転位相が遅角方向に移動することになる。そして、ベーン113と外部ロータ101とが当接することにより打音が発生するといった問題や、相対回転位相が不安定になることで、始動性、燃費、排気ガスの清浄性が悪化するといった問題が発生する。
前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、流体が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室と、
前記相対回転位相を所定のロック位相で拘束可能なロック機構と、
前記ロック機構とは独立して動作可能であり、前記相対回転位相を前記ロック位相を含む所定の位相変位許容範囲内に規制可能な位相変位規制機構と、
前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構への流体の供給及び前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構からの流体の排出を行う流体給排部と、を備え、
前記相対回転位相が前記ロック位相で拘束されている前記内燃機関の始動時において、クランキング開始前に前記進角室及び前記遅角室の何れか一方を流体で満たす始動前充填を行った後、前記進角室及び前記遅角室の何れか他方へ流体を供給するとともに前記ロック機構に前記ロック位相での拘束を解除するための流体を供給するように構成されている点にある。
従って、内燃機関の状態に応じて始動時の最適な弁開閉時期を得ることができ、且つ、始動時における部材同士の打音が抑制された弁開閉時期制御装置を提供できる。
前記流体制御弁は、ソレノイドへの通電量に応じてスリーブ内に摺動可能に配置されたスプールをスプリングに抗して変位させる可変式電磁スプールバルブを用い、前記通電量が小さいほど前記始動前充填に供する流体の供給量が多くなるように構成されている点にある。
前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、流体が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室と、
前記相対回転位相を所定のロック位相で拘束可能なロック機構と、
前記ロック機構とは独立して動作可能であり、前記相対回転位相を前記ロック位相を含む所定の位相変位許容範囲内に規制可能な位相変位規制機構と、
前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構への流体の供給及び前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構からの流体の排出を行う流体給排部と、を備え、
前記相対回転位相が前記ロック位相で拘束されている前記内燃機関の始動時において、クランキング開始前の設定時間の間、前記進角室及び前記遅角室の何れか一方へ流体を供給し、前記進角室及び前記遅角室の何れか一方からリークした流体によって前記進角室及び前記遅角室の何れか他方を満たす始動前充填を行うように構成されている点にある。
加えて、本特徴構成によれば、進角室及び遅角室の何れか一方へ流体を供給すれば、他方へは一方からのリークによって流体が供給されることになる。従って、流体を進角室へ供給する制御と流体を遅角室へ供給する制御とを切り換えて行わなくても、進角室及び遅角室の両方への流体の供給を行えるので、制御を単純化できる。
従って、内燃機関の状態に応じて始動時の最適な弁開閉時期を得ることができ、且つ、始動時における部材同士の打音が抑制された弁開閉時期制御装置を提供できる。
以下に、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を自動車用エンジン(内燃機関)の弁開閉時期制御装置1に適用した場合について説明する。図1は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1の全体構成を示す側断面図である。図2〜図5は、図1のA−A断面に相当し、この弁開閉時期制御装置1の各状態を示す図である。図6は、ロック機構5及び位相変位規制機構6の拡大図である。
(基本構成)
本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1は、エンジンのクランクシャフト(図示省略)に対して同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ2と、外部ロータ2に対して同軸状に配置され、エンジンの弁開閉用のカムシャフト11に対して一体回転する従動側回転部材としての内部ロータ3とを備えて構成されている。
以上のように、本実施形態において上記作動油は本発明における「流体」に相当する。また、内部ロータ3と外部ロータ2との相対回転位相が変位可能な相対回転可能範囲は、流体圧室4内でベーン32が変位可能な範囲、すなわち最遅角位相と最進角位相との間の範囲に相当する。
また、外部ロータ2と内部ロータ3との間には、内部ロータ3と外部ロータ2との相対回転位相の変位を所定のロック位相で拘束可能なロック機構5が設けられている。本実施形態においては、図2に示すようにロック位相は最遅角位相に設定している。このロック機構5は、図6に詳細に示すように、外部ロータ2に設けられた摺動溝52と、この摺動溝52に沿って摺動可能に設けられたロック部材53と、このロック部材53を径方向内側に付勢する付勢ばね54と、内部ロータ3に設けられ、相対回転位相がロック位相の状態でロック部材53が係合可能に形成された係合凹部51とを有して構成されている。本実施形態においては、ロック部材53は平板形状としており、摺動溝52及び係合凹部51の形状は、このロック部材53の形状に適合する形状に形成されている。なお、ロック部材53の形状は、その用途に従って、ピン形状等、他の形状を採用することができる。
また、外部ロータ2と内部ロータ3との間には、所定の位相変位許容範囲R内での相対回転位相の変位を許容するとともに位相変位許容範囲Rを超える相対回転位相の変位を規制する規制状態とすることが可能な位相変位規制機構6が設けられている。ここでは、位相変位規制機構6は、ロック機構5とは独立して動作可能としている。また、位相変位許容範囲Rは、ロック位相(最遅角位相)を含んで設定している。本実施形態においては、位相変位許容範囲Rは、一方端を後述する中間規制(中間ロック)位相(図4に示す位相)とし、他方端をロック位相(最遅角位相)としている。
次に、本実施形態に係る油圧回路7の構成について説明する。油圧回路7は、図7に示すように、エンジンにより駆動されて作動油の供給を行う第一ポンプ71と、この第一ポンプ71に対して下流側に設けられ、エンジンとは異なる動力により駆動されて作動油の供給を行う第二ポンプ72と、第一ポンプ71と第二ポンプ72との間に設けられて作動油が貯留可能な作動油貯留部73とを有している。また、油圧回路7は、流体圧室4及びロック機構5への作動油の供給を制御する第一制御弁74と、位相変位規制機構6への作動油の供給を制御する第二制御弁75と、を有している。また、この油圧回路7は、制御手段として、第二ポンプ72、第一制御弁74及び第二制御弁75の動作制御を行う制御ユニット80を有している。
以上のように、本実施形態において上記油圧回路は本発明の「流体給排部」に相当し、上記第一制御弁は本発明の「流体制御弁」に相当する。
次に、図9に示すタイミングチャートに基づいて、ロック位相とは異なる中間規制位相をエンジン始動時の相対回転位相として選択する場合における弁開閉時期制御装置1の動作例について説明する。まず、通常のエンジン停止状態では、第一ポンプ71及び第二ポンプ72も停止しており、図2に示すように、相対回転位相はロック位相(最遅角位相)であり、ロック機構5は、ロック部材53が係合凹部51内に突入したロック状態にあり、位相変位規制機構6は、突出部材63が規制凹部61内に突入した規制状態にある。そして、制御ユニット80は、イグニッションキーのオン等のエンジンの始動又は始動を予測させる信号を始動トリガとし、第二ポンプ72の動作を開始させるとともに、第二制御弁75を、位相変位規制機構6を規制状態とさせる制御状態である規制制御状態に制御する。
また、制御ユニット80は、第一制御弁74を、遅角室42に作動油を供給する遅角制御状態に設定時間T1制御する始動前充填を実行する。このとき、作動油はロック機構5に供給されないので、相対回転位相がロック位相で拘束された状態で、つまり、進角室41及び遅角室42の容積を変化させない状態で、遅角室42のみに作動油が供給される。そして、遅角室42のみに作動油が設定時間T1供給されると、遅角室42に作動油が充填された状態、或いは、完全に充填されなくとも、遅角室42の内部に作動油が少なくとも存在する状態が形成される。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態は、中間規制位相をエンジン始動時の相対回転位相として選択する場合における弁開閉時期制御装置の動作が第一の実施形態と異なっているが、他の装置構成は第一の実施形態と同様である。以下に、図面を参照して第二の実施形態の弁開閉時期制御装置について説明するが、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
ここで、外部ロータ2との間で隙間を形成する、流体圧室40を仕切っているベーン32の径方向外側の部位を、エンジンが回転していないときには上述したリークを許容し、エンジンが回転しているときにはリークを許容しないような構造にしてもよい。例えば、エンジンが回転しているときには遠心力によってベーン32が外部ロータ2側に押し付けられることで、進角室41から遅角室42へのリークを許容しないように構成することも可能である。
特に本実施形態によれば、進角室41へ作動油を供給すれば、遅角室42へは進角室41からのリークによって作動油が供給されることになる。従って、作動油を進角室41へ供給する制御と作動油を遅角室42へ供給する制御とを切り換えて行わなくても、進角室41及び遅角室42の両方への流体の供給を行えるので、制御を単純化できる。
但し、上記設定時間T2を設定するために作動油の粘度を直接測定する必要はなく、作動油の粘度と関連する因子に基づいて作動油の粘度を導出してもよい。例えば、作動油の温度を測定し、作動油の温度が高ければ作動油の粘度が低く、作動油の温度が低ければ作動油の粘度が高い、といった基準で作動油の状態を導出してもよい。或いは、外気温を測定し、外気温が高ければ作動油の粘度が低く、外気温が低ければ作動油の粘度が高い、といった基準で作動油の状態を導出してもよい。但し、作動油の粘度と関連する因子から上記設定時間T2を直接導出してもよい。このとき、上記因子と設定時間T2との関係をテーブルにして記憶しておけば、制御ユニット80は、例えば外気温を知るだけで上記設定時間T2を導出できる。
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図11は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1のロック機構5及び位相変位規制機構6の拡大図である。この図に示すように、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1では、位相変位規制機構6により相対回転位相の変位が許容される位相変位許容範囲Rは、ロック機構5により相対回転位相が拘束されるロック位相を間に含み、このロック位相に対して進角側に設定された第一中間規制位相と遅角側に設定された第二中間規制位相とを両端とする範囲として設定されている。この場合、ロック位相は最遅角位相とはせず、ロック位相と第二中間規制位相との間の角度よりも大きい角度範囲だけ進角側の位相に設定している。また、ここでは、ロック機構5の解除を相対回転位相の変位方向に関係なく行うことを可能にするため、ロック通路55は、進角通路43及び遅角通路44に対して独立した通路とすると好適である。このような位相変位規制機構6の構成によれば、相対回転位相は、ロック機構5をロック状態とすることによりロック位相に拘束され、ロック機構5を解除状態として位相変位規制機構6を規制状態とし、相対回転位相を進角方向に変位させることにより第一中間規制位相に拘束され、この状態で相対回転位相を遅角方向に変位させることにより第二中間規制位相に拘束される。従って、この位相変位規制機構6の構成によれば、エンジンの状態に応じて始動時の最適な弁開閉時期が得られるように、3つの位相を選択することが可能となる。なお、その他の構成については、上記第一及び上記第二の実施形態と同様とすることができる。
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。図12は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1の油圧回路7の構成を示す図である。この図に示すように、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置1の油圧回路7は、上記第一の実施形態と比較して、第二制御弁75を有しておらず、それに代えて、作動油貯留部73の潤滑系連通口73dと位相変位規制機構6とを連通させる連通流路82を備えている点で相違している。具体的には、この連通流路82は、作動油貯留部73の潤滑系連通口73dとエンジン潤滑系78とを連通させる潤滑系連通流路81から分岐し、規制通路65を介して位相変位規制機構6の規制凹部61に連通する作動油の流路として構成している。その他の構成については、上記第一及び上記第二の実施形態と同様である。
また、制御ユニット80は、第一制御弁74を、遅角室42に作動油を供給する遅角制御状態に設定時間T1制御する始動前充填を実行する。このとき、作動油はロック機構5に供給されないので、相対回転位相がロック位相で拘束された状態で、つまり、進角室41及び遅角室42の容積を変化させない状態で、遅角室42のみに作動油が供給される。そして、遅角室42のみに作動油が設定時間T1供給されると、遅角室42に作動油が充填された状態、或いは、完全に充填されなくとも、遅角室42の内部に作動油が少なくとも存在する状態が形成される。
また、相対回転位相が進角方向に変位するとき、位相変位規制機構6は規制状態となっているので、位相変位許容範囲Rを超える相対回転位相の変位が規制され、図4に示すように、相対回転位相は、位相変位許容範囲Rの一方端の中間規制位相に拘束される。
(1)上記実施形態では、進角室41へ作動油を供給する進角通路43がロック機構5の係合凹部51と連通するように構成され、進角室41へ作動油を供給すると相対回転位相のロックが解除される例について説明したが、遅角室42へ作動油を供給する遅角通路44がロック機構5の係合凹部51と連通するように構成してもよい。その場合、遅角室42へ作動油を供給すると相対回転位相のロックが解除され、進角室41へ作動油を供給してもロックは解除されない。よって、上記第一の実施形態では、進角室41へ作動油を供給することで上記始動前充填を実行すればよい。また、上記第二の実施形態では、遅角室42へ作動油を設定時間T2の間供給することで、遅角室42から進角室41への作動油のリークを発生させて上記始動前充填を実行すればよい。
3 内部ロータ(従動側回転部材)
41 進角室
42 遅角室
5 ロック機構
6 位相変位規制機構と、
7 油圧回路(流体給排部)
74 第一制御弁(流体制御弁)
Claims (5)
- 内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、
前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、流体が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室と、
前記相対回転位相を所定のロック位相で拘束可能なロック機構と、
前記ロック機構とは独立して動作可能であり、前記相対回転位相を前記ロック位相を含む所定の位相変位許容範囲内に規制可能な位相変位規制機構と、
前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構への流体の供給及び前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構からの流体の排出を行う流体給排部と、を備え、
前記相対回転位相が前記ロック位相で拘束されている前記内燃機関の始動時において、クランキング開始前に前記進角室及び前記遅角室の何れか一方を流体で満たす始動前充填を行った後、前記進角室及び前記遅角室の何れか他方へ流体を供給するとともに前記ロック機構に前記ロック位相での拘束を解除するための流体を供給するように構成されている弁開閉時期制御装置。 - 前記流体給排部は、前記進角室、前記遅角室及び前記ロック機構への流体の供給を制御する流体制御弁を備え、
前記流体制御弁は、ソレノイドへの通電量に応じてスリーブ内に摺動可能に配置されたスプールをスプリングに抗して変位させる可変式電磁スプールバルブを用い、前記通電量が小さいほど前記始動前充填に供する流体の供給量が多くなるように構成されている請求項1記載の弁開閉時期制御装置。 - 内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、
前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、流体が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室と、
前記相対回転位相を所定のロック位相で拘束可能なロック機構と、
前記ロック機構とは独立して動作可能であり、前記相対回転位相を前記ロック位相を含む所定の位相変位許容範囲内に規制可能な位相変位規制機構と、
前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構への流体の供給及び前記進角室、前記遅角室、前記ロック機構及び前記位相変位規制機構からの流体の排出を行う流体給排部と、を備え、
前記相対回転位相が前記ロック位相で拘束されている前記内燃機関の始動時において、クランキング開始前の設定時間の間、前記進角室及び前記遅角室の何れか一方へ流体を供給し、前記進角室及び前記遅角室の何れか一方からリークした流体によって前記進角室及び前記遅角室の何れか他方を満たす始動前充填を行うように構成されている弁開閉時期制御装置。 - 前記設定時間は、流体の状態に応じて変更される請求項3記載の弁開閉時期制御装置。
- 前記流体の状態は流体の温度に基づいて導出される請求項4記載の弁開閉時期制御装置。
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