JP4818312B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉時期を運転状況に応じて可変にする内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

従来のバルブタイミング制御装置としては、以下の特許文献1に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、このバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するタイミングプーリ（駆動回転体）が、カムシャフトに一体に結合された軸部材（従動回転体）の外周側に同軸に配置され、タイミングプーリと軸部材が組付角調整機構を介して互いに連結されている。組付角調整機構は、タイミングプーリに相対回転を規制した状態で軸方向変位可能に取付けられたピストン部材（可動操作部材）と、このピストン部材の内周面と軸部材の外周面に形成されて互いに噛合するヘリカルギヤとによって主として構成されており、ピストン部材を、電磁石と復帰用スプリングを備えた制御機構によって軸方向に適宜進退操作することにより、タイミングプーリと軸部材の組付角度をヘリカルギヤを通して調整する。
特開平１０−１５３１０４号公報

しかしながら、この従来のバルブタイミング制御装置においては、組付角調整機構のピストン部材（可動操作部材）がカムシャフトの軸方向に沿って進退操作される構造となっているため、カムシャフトの端部における組付角調整機構の軸方向占有スペースが大きくなり、機関の軸長が長くなって車両搭載性が悪化するという不具合がある。特に、電磁石によってピストン部材の進退操作位置を変更するためにはピストン部材の進退位置のさらに軸方向外側に電磁石を配置しなければならないため、軸方向の機関設置スペースの小さい車両においては、車両への機関搭載が不可能であった。

そこで本発明は、組付角調整機構の軸方向の占有スペースを小さくして、車両搭載性を向上させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。

本願請求項１に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフト若しくは該カムシャフトに結合された別体部材からなる従動回転体と、回転方向に縮径するガイドを有するガイドプレートと、前記ガイドに係合すると共に、前記駆動回転体によって径方向に案内され、前記ガイドプレートを前記駆動回転体及び従動回転体に対して相対回転させることにより、前記ガイドプレートの径方向内側方向または径方向外側方向に移動する可動操作部材と、前記従動回転体の中心から所定の距離離間した部位と前記可動操作部材とを連結するリンクを有し、前記可動操作部材の内側方向または外側方向の移動によって、前記駆動回転体と従動回転体の組付角を変更する組付角調整機構と、前記可動操作部材の径方向内側となる位置に開口して、潤滑油を供給する潤滑油供給路と、を備え、
前記ガイドプレートを、機関運転状態に応じて前記駆動回転体に対して相対回転させて前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御することを特徴としている。

この発明の場合、可動操作部材が駆動回転体及び従動回転体の径方向に沿って変位するようになるため、可動操作部材の軸方向の占有スペースは小さくなる。この結果、車両への搭載性が向上する。

しかも、この発明は、可動操作部材をガイドプレートに沿って進退操作すると、それに伴ってリンクの一端が径方向に変位しつつ回動して、駆動回転体と従動回転体を相対的に回動させる。これにより、きわめて簡単な構造でありながら、可動操作部材の径方向の運動を駆動回転体と従動回転体の相対的な回動に変換することが可能になる。このため、軸方向の占有スペースが小さい組付角調整機構を低コストで製造することができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１〜図６に示す第１の実施形態について説明する。尚、この実施形態のバルブタイミング制御装置は内燃機関の吸気弁側に適用したものであるが、排気弁側に同様に適用することも可能である。

このバルブタイミング制御装置は、機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されると共に外周に吸気弁駆動用のカム（図示せず。）を有するカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端部に回転自在に取付けられた厚肉円板状のハウジング２と、このハウジング２の一端側外周に形成され、機関の図外のクランクシャフトによって回転駆動されるタイミングスプロケット３と、カムシャフト１の端部とハウジング２の間に配置されて同シャフト１とハウジング２の組付角度を可変調整する組付角調整機構４と、シリンダヘッド５と図外のロッカカバーの前端面に跨って取付けられてハウジング２と組付角調整機構４の周域を囲繞するＶＴＣカバー６と、機関の運転状況に応じて組付角調整機構４を制御するコントローラ７とを備えている。尚、この実施形態においては、本発明における従動回転体はカムシャフト１によって構成され、駆動回転体はタイミングスプロケット３とハウジング２によって構成されている。

ハウジング２は、その中央部に取付孔８が形成され、この取付孔８がカムシャフト１の先端部に摺動回転可能に嵌合されると共に、取付孔８の周縁部が、カムシャフト１に一体に形成された係止フランジ９に当接するようになっている。また、ハウジング２の前端面には周壁を残すように浅い円形状の窪み部１０が形成され、この窪み部１０の底面には半径方向に沿うようにガイド溝１１ａ，１１ｂ（本発明における径方向ガイド。）が形成されると共に、中心部に前記取付孔８に連通する開口１２が形成されている。ガイド溝１１ａ，１１ｂは後述する組付角調整機構４の可動操作部材１４ａ，１４ｂを摺動自在に収容保持する部分で、その各端部はハウジング２の外周壁の近傍部まで延出している。そして、ハウジング２の軸方向の略中間位置には円盤状の内ぐり部１５が形成され、この内ぐり部１５によって後述する組付角調整機構４のリンクアーム１６ａ，１６ｂ等がハウジング２と干渉するのを回避するようになっている。

また、組付角調整機構４は、相反方向に延出する一対の爪部１７ａ，１７ｂを有すると共に、カムシャフト１の端面に一体に結合されるレバー部材１８と、前記各ガイド溝１１ａ，１１ｂに摺動自在に係合された略方形状の可動操作部材１４ａ，１４ｂと、前記一方の爪部１７ａと可動操作部材１４ａ、他方の爪部１７ｂと可動操作部材１４ｂを夫々連結する円弧状のリンクアーム１６ａ，１６ｂと、前記可動操作部材１４ａ，１４ｂをコントローラ７からの制御信号に基づいて進退作動させる作動装置１９とによって主として構成されている。

レバー部材１８は、全体が板状に形成され、その中心部をカムシャフト１の先端面に重合した状態で、インナ支持ロッド２０と共に固定ボルト２１によって同シャフト１に共締め固定されている。尚、レバー部材１８とカムシャフト１には位置決めピン２２が嵌合され、同ピン２２によって両者の正確な位置決めがなされている。

また、各可動操作部材１４ａ，１４ｂは、ガイド溝１１ａ，１１ｂの底部側に収容される後端面から所定距離離間した位置にスリット２３が形成されており、この各スリット２３には、対応するリンクアーム１６ａ，１６ｂの先端部が挿入され、その状態において同先端部がピン２４によって回動可能に連結されている。このとき各リンクアーム１６ａ，１６ｂの基端はレバー部材１８の各爪部１７ａ，１７ｂの上面に重合され、その状態において同基端がピン２５によって各爪部１７ａ，１７ｂに回動可能に連結されている。したがって、ガイド溝１１ａ，１１ｂに収容された各可動操作部材１４ａ，１４ｂはカムシャフト１に一体に結合されたレバー部材１８に対してリンクアーム１６ａ，１６ｂを介して連結されており、各可動操作部材１４ａ，１４ｂがガイド溝１１ａ，１１ｂに沿って径方向に変位すると、リンク１６ａ，１６ｂによる作用によってハウジング２とレバー部材１８、つまり、タイミングスプロケット３とカムシャフト１が可動操作部材１４ａ，１４ｂの変位に応じた角度だけ相対回動する。

さらに、各可動操作部材１４ａ，１４ｂの前端面には、ほぼカムシャフト１の軸心を中心とする円弧状の突条２６（本発明における噛み合い部）が複数列形成されており、これらの突条２６は、可動操作部材１４ａ，１４ｂがガイド溝１１ａ，１１ｂに係合された状態においてハウジング２の前端の窪み部１０から突出するようになっている。

一方、作動装置１９は、ハウジング２とインナ支持ロッド２０に回転可能に支持されると共に、自身の回転によって可動操作部材１４ａ，１４ｂを径方向に変位させるガイドプレート２７と、ハウジング２とガイドプレート２７に連結されてガイドプレート２７を一方の回転方向（ハウジング２の回転方向Ｒと同じ方向）に付勢するゼンマイばね２８と、ガイドプレート２７に磁力を作用させることによってガイドプレート２７を他方の回転方向（ハウジング２の回転方向と逆方向Ｒ’）に付勢する電磁石２９とを備えている。

ガイドプレート２７は、その外周端にハウジング２の外周域を囲繞するように延出する円筒壁３０が一体に形成されると共に、ハウジング２の窪み部１０の内周面とインナ支持ロッド２０の外周面に夫々摺動回動可能に係合される円筒ボス部３１ａ，３１ｂが裏面側に突設されている。したがって、ガイドプレート２７は、内外周の円筒ボス部３１ｂ，３１ａを介してインナ支持ロッド２０とハウジング２によって支持され、それによって倒れや傾きが確実に防止されている。

そして、さらにガイドプレート２７の裏面には渦巻き状ガイド壁３２（本発明における渦巻き状ガイド。）が形成されており、このガイド壁３２の隣り合う壁面の間には、可動操作部材１４ａ，１４ｂの前記突条２６が係合するようになっている。ガイド壁３２の渦巻きは、図４に示すようにハウジング２の回転方向（図中Ｒ方向）に沿って次第に縮径するように形成されており、可動操作部材１４ａ，１４ｂの突条２６が渦巻き状ガイド壁３２に係合した状態でガイドプレート２７がハウジング２と逆方向（図中Ｒ’方向）に回動すると、可動操作部材１４ａ，１４ｂがこのとき同ガイド壁３２の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動する。

また、インナ支持ロッド２０の基端部外周には規制フランジ３３が形成され、この規制フランジ３３によってガイドプレート２７の前方側の変位が規制されている。そして、ガイドプレート２７の規制フランジ３３との当接面にはほぼ３６０°近くにわたる円弧溝３４が形成されており、規制フランジ３３に突設されたストッパピン３５がこの円弧溝３４内に挿入されている。このストッパピン３５はインナ支持ロッド２０に対するガイドプレート２７の回動範囲、つまり、可動操作部材１４ａ，１４ｂの径方向ストロークによって決定されるハウジング２とカムシャフト１の組付調整角を規制するもので、ストッパピン３５が円弧溝３４の一方の端部に当接したときには遅角側の最大組付角となり、ストッパピン３５が逆側の端部に当接したときには進角側の最大組付角となる。尚、ストッパピン３５と円弧溝３４は本発明におけるストッパ機構を構成する。

一方、前記ゼンマイばね２８はハウジング２の周壁外面とガイドプレート２７の円筒壁３０内面との間に介装され、各端部がハウジング２側とガイドプレート２７側の各切欠口３６，３７に挿入係止されている。

また、前記電磁石２９はガイドプレート２７の外側端面に対し軸方向から近接して対峙するようにＶＴＣカバー６に取付けられている。

さらにまた、シリンダヘッド５からカムシャフト１にかけては、先端部がハウジング２のガイド溝１１ａ，１１ｂ近傍に開口する潤滑油供給路３８が形成されており、この供給路３８を通して各可動操作部材１４ａ，１４ｂの摺動部に潤滑油を供給するようになっている。

以下、本実施形態の作用を説明する。

機関始動時及びアイドル運転時には、コントローラ７からの制御信号によって電磁石２９の通電がオフにされ、その結果、ガイドプレート２７がゼンマイばね２８の力のみによってハウジング２の回転と同方向に付勢される。これにより、ガイドプレート２７はストッパピン３５が円弧溝３４の一端に当接する初期位置に維持され、このガイドプレート２７の渦巻き状ガイド壁３２に係合している各可動操作部材１４ａ，１４ｂは、図１及び図２に示すように径方向外側に最大に変位した状態となり、この各可動操作部材１４ａ，１４ｂにリンクアーム１６ａ，１６ｂとレバー部材１８を介して連結されたカムシャフト１はハウジング２に対して最遅角側の組付角度に維持されている。

したがって、このときにはクランクシャフトとカムシャフト１の回転位相が最遅角側に制御され、機関回転の安定化と燃費の向上が図られる。

また、機関が通常運転に移行すると、コントローラ７からの制御信号によって電磁石２９の通電がオンにされ、ガイドプレート２７に回転抵抗を付与するような磁力が電磁石２９に発生する。これにより、ゼンマイばね２８を介してハウジング２と追従回転するガイドプレート２７の回転が妨げられ、ガイドプレート２７はハウジング２の回転と逆回転方向の付勢力を受け、ストッパピン３５が円弧溝３４の他端に当接するまでハウジング２に対して相対回転する。

このとき、各可動操作部材１４ａ，１４ｂの突条２６と渦巻き状ガイド壁３２との当接部が漸次径方向内側方向に変位し、各可動操作部材１４ａ，１４ｂはハウジング２のガイド溝１１ａ，１１ｂに沿って真直ぐに径方向内側方向に移動する。そして、図５，図６に示すように、各可動操作部材１４ａ，１４ｂの径方向内側方向の移動に伴ってリンクアーム１６ａ，１６ｂの先端側の連結点（ピン２４）が径方向内側に移動すると、リンクアーム１６ａ，１６ｂの基端側もそれに追従して移動しようとするが、このときリンクアーム１６ａ，１６ｂの基端側はピン２５によってレバー部材１８の爪部１７ａ，１７ｂに連結されているため、レバー部材１８を回転させながら円弧状に移動する。この結果、ハウジング２とカムシャフト１の組付角は最進角状態に調整変更される。

したがって、このときにクランクシャフトとカムシャフト１の回転位相が最進角側に制御され、機関の高出力化が図られる。

尚、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相の制御は遅角側と進角側の２位置の切換えに限らず、電磁石２９の発生磁力を適宜調整することで任意の回転位相に連続的に制御することも可能である。

このバルブタイミング制御装置は、可動操作部材１４ａ，１４ｂをガイド溝１１ａ，１１ｂに沿わせてハウジング２の径方向に変位させると共に、可動操作部材１４ａ，１４ｂのこの径方向の変位をリンクアーム１６ａ，１６ｂとレバー部材１８を用いたリンク機構を介してハウジング２とカムシャフト１の相対回動に変換するようにしているため、軸方向に大きくスペースを占有しないコンパクトな構造によって確実な位相制御を行うことができる。そして、可動操作部材１４の径方向の操作についても、ガイドプレート２７の渦巻き状ガイド壁３２と可動操作部材１４ａ，１４ｂの突条２６を係合させることによって行っているため、これらの操作機構が軸方向の占有スペースを大きく増大させることがない。

また、この装置の場合、ハウジング２とガイドプレート２７を連結するばね部材としてゼンマイばね２８を採用すると共に、そのゼンマイばね２８をハウジング２の周壁とガイドプレート２７の円筒壁３０との間に配置するようにしたため、ばね部材が装置の軸長を増大させることもない。

したがって、これらのことから電磁石２９も含めた装置全体の軸長は従来のものに比較して大幅に短縮され、車両に対する機関の搭載性が確実に向上する。

また、この装置においては、ガイドプレート２７の渦巻き状ガイド壁３２と可動操作部材１４ａ，１４ｂの突条２６を係合させることで、ガイドプレート２７の回転を可動操作部材１４ａ，１４ｂの径方向の運動に変換しているため、ガイド壁３２の渦巻きの径方向の変化率を小さく設定するようにすれば、可動操作部材１４ａ，１４ｂ側からの荷重入力によってガイドプレート２７が回転する不具合を回避することができる。したがって、このように設定すれば、機関作動中に機関弁のリターンスプリングからカムシャフト１に入力される変動トルクによってガイドプレート２７が回転変動する不具合が起こらなくなり、バルブタイミングの制御も速やかに完了する。

さらに、この装置は、ハウジング２に対するガイドプレート２７の回動をゼンマイばね２８のばね力と電磁石２９の磁力によって制御するようにしているため、オイルポンプの油圧を用いて制御を行う場合に比較して機関運転速度の影響を受けなくて済む。したがって、機関の運転状況に関係なく、バルブタイミング制御を迅速に完了することができる。また、ゼンマイばね２８のばね力がバルブタイミングを遅角側に制御する方向に設定されているため、万一、電磁石２９が故障することがあっても機関の始動は保証される。

また、可動操作部材１４ａ，１４ｂを設ける数は一つ以上であれば任意であるが、この実施形態のように複数設けるようにすれば、一つの可動操作部材にかかる応力が小さくなり、装置の耐久性が向上する。

さらに、この実施形態のように可動操作部材１４ａ，１４ｂの摺動部に潤滑油を供給する潤滑油供給路３８を設けるようにした場合、可動操作部材の円滑な作動を常時保証することが可能になる。とりわけ、この実施形態のように可動操作部材１４ａ，１４ｂの径方向内側となる位置に潤滑油供給路３８を開口形成した場合には、可動操作部材１４ａ，１４ｂに対し遠心力によって効率よく潤滑油を供給することができる。

つづいて、図７，図８に示す本発明の第２の実施形態について説明する。尚、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。

この実施形態の装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様であるが、可動操作部材１１４とそれをガイドする径方向ガイドの形状が若干異なっている。

即ち、可動操作部材１１４は、その両側面にガイド溝１１１と直交する方向に延出する支持フランジ４０，４０が延設されており、ガイド溝１１１の上部両縁には、これらフランジが摺動自在に係合される段差部４１，４１が設けられている。そして、各段差部４１の上面側には押え板４２が取付けられ、段差部４１とこの押え板４２とによって前記支持フランジ４０を摺動自在に案内する横溝４３が形成されている。この横溝４３は支持フランジ４０と共に可動操作部材１１４のスラスト方向のがた付きを防止するスラスト支持構造を構成している。

したがって、この実施形態の装置は、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえ、可動操作部材１１４のスラスト方向のがた付きを防止することができるため、組付角調整機構４の作動時にリンクアーム１６等に捩れが生じにくくなり、その結果、組付角調整機構４の作動が円滑になると共に、装置の耐久性も向上するというさらなる効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 同実施形態を示す分解斜視図。 同実施形態を示す図１のＣ矢視図。 同実施形態の動作を示す正面図。 同実施形態の動作を示す断面図。 本発明の第２の実施形態を示す部分破断正面図。 同実施形態を示す図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図。

符号の説明

１…カムシャフト（従動回転体）
２…ハウジング（駆動回転体）
３…タイミングスプロケット（駆動回転体）
４…組付角調整機構
１１ａ，１１ｂ…ガイド溝（径方向ガイド）
１４ａ，１４ａ…可動操作部材
１６ａ，１６ｂ…リンクアーム（リンク）
２６…突条（噛み合い部）
２７…ガイドプレート
２８…ゼンマイばね（ばね部材）
２９…電磁石
３２…渦巻き状ガイド壁（渦巻き状ガイド）
３４…円弧溝（ストッパ機構）
３５…ストッパピン（ストッパ機構）
３８…潤滑油供給路

Claims (1)

1. 機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、
   カムシャフト若しくは該カムシャフトに結合された別体部材からなる従動回転体と、
   回転方向に縮径するガイドを有するガイドプレートと、
   前記ガイドに係合すると共に、前記駆動回転体によって径方向に案内され、前記ガイドプレートを前記駆動回転体及び従動回転体に対して相対回転させることにより、前記ガイドプレートの径方向内側方向または径方向外側方向に移動する可動操作部材と、
   前記従動回転体の中心から所定の距離離間した部位と前記可動操作部材とを連結するリンクを有し、前記可動操作部材の内側方向または外側方向の移動によって、前記駆動回転体と従動回転体の組付角を変更する組付角調整機構と、
   前記可動操作部材の径方向内側となる位置に開口して、潤滑油を供給する潤滑油供給路と、
   を備え、
   前記ガイドプレートを機関運転状態に応じて前記駆動回転体に対して相対回転させて、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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