JP4851475B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置1を車両の内燃機関に適用した例を示している。バルブタイミング調整装置1は、「作動流体」として作動油を用いる流体駆動式であり、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調整する。
以下、バルブタイミング調整装置1の基本的構成を説明する。バルブタイミング調整装置1は、内燃機関の「駆動軸」であるクランク軸(図示しない)の駆動力を内燃機関の「従動軸」であるカム軸2に伝達する駆動力伝達系に設置されて作動油により駆動される駆動部10と、駆動部10への作動油供給を制御する制御部30とを備えている。
図1、2に示すように駆動部10において、「駆動回転体」としてのハウジング11は、シューハウジング12及びスプロケット13から構成されている。
図1に示す制御部30において、カム軸2及びその軸受ジャーナル(図示しない)を通して設けられる進角流路60は、進角室56〜59と連通している。また、カム軸2及びその軸受ジャーナルを通して設けられる遅角流路62は、遅角室52〜55と連通している。
図1、3、4に示すように本実施形態では、弾性部材110が発生する「復原力」を、ハウジング11に対してベーンロータ14を進角側へ付勢する「付勢トルク」として作用させる付勢機構100が駆動部10に設けられている。付勢機構100は、弾性部材110と、「支持軸部」としてのブッシュ120と、「復原力」を「付勢トルク」に変換する接触部142とを備えている。
(中間位相制限構造)
以下、図4の一例に示すように、ロックピン20及び嵌合孔部26により始動時に制限される機関位相を、最進角位相Paとし、当該ロックピン20及び嵌合孔部26による制限機関位相(最進角位相Pa)とは別に、接触部142の傾斜部142a、142b形状により制限される中間位相Pmを設けるものとする。
内燃機関の運転時には、カム軸2によって開閉駆動される排気弁からのスプリング反力並びにカム軸2によって駆動される燃料噴射ポンプの駆動反力に応じて、変動トルクがカム軸2及びベーンロータ14に作用する。ここで図6に例示するように、変動トルクは、クランク軸に対するカム軸2の機関位相を遅角させる方向の正トルクと、当該機関位相を進角させる方向の負トルクとの間において、周期的に変動するものである。そして、特に本実施形態の変動トルクは、カム軸2とそれを軸受するジャーナル(図示しない)との間のフリクションに起因して、正トルクのピークトルクTc+が負トルクのピークトルクTc−よりも大きくなる傾向を示す。したがって、変動トルクの平均トルク(以下、「平均変動トルク」という。)Tcaが、本実施形態では、付勢機構100及び接触部142による主たる傾斜面特性で得られる付勢トルクとは反対向きとなる正トルクの側、即ち遅角側に偏っていると共に、内燃機関の回転数が高くなるほど増大することとなる。
以下、バルブタイミング調整装置1の特徴的作動について、図2、4、5を参照しつつ説明する。なお、説明を判りやすくするため、図4、5ではハウジング11と一体回転する付勢機構100において突起部122を図示し、突起部122以外の他の構成部材の図示は省略している。また、図4では、説明の便宜上、図3に示す接触部142の傾斜面の傾斜角θを模式的に拡大して示している。
まず、接触部142の傾斜部(プロフィール)142a、142bにおいては、上記復原力Fは、接触部142の接触面に対して、法線方向に作用する付勢力(以下、法線方向付勢力)Fnと、この法線方向付勢力Fnに対応する回転方向の分力(以下、回転分力)Ftを形成する。法線方向付勢力Fnは接触部142の傾斜角θに応じてF×cosθで表され、回転分力Ftは、復原力Fに対して法線方向付勢力Fnと対となる傾斜面方向の分力をFrとすると、Ft=Fr×cosθ=F×sinθ×cosθで表される。なお、傾斜角θは接触部142において各傾斜部142a、142bの特徴(プロフィール)を規定するものである。
(中間位相制限構造による作動)
次に、接触部142の中立領域151においては、以下のようになる。即ち、傾斜角θ1の傾斜部142aと傾斜角θ2の傾斜部142bを繋ぐ角部には、「受け部」としての中立領域151が存在するので、転動体121aが上記角部に直接接触する、または上記角部近傍の両傾斜部142a、142b側にそれぞれ接触することになる。転動体121aが上記角部に直接接触する場合には、法線方向付勢力Fnの法線方向は、復原力Fの軸方向に一致する。一方、転動体121aが上記角部近傍の両傾斜部142a、142b側に接触する場合には、互いに相反する傾斜方向に形成された傾斜角θ1及び傾斜角θ2という特徴により、発生する各回転分力Ftは、相殺もしくは極めて小さい荷重となる。それ故に、発生する各法線方向付勢力Fnの合成力の大きさは、復原力Fの大きさとほぼ同じになり、しかもその合成力の作用方向は復原力Fの軸方向にほぼ一致する。
内燃機関の停止前の運転中は、内燃機関の回転数が所定のアイドル回転数Ni以上となることにより、ポンプ4から供給される作動油の圧力が所定の閾圧P以上となる。これに対し、イグニッションスイッチのオフ等の停止指令によって内燃機関が停止するときには、内燃機関の回転数がアイドル回転数Niよりも低下し、クランク軸によって駆動されるポンプ4からの供給油の圧力が閾圧Pを下回る。これにより駆動部10では、進角室56〜59又は遅角室52〜55への供給油の圧力によってベーンロータ14に作用する力と、ベーンロータ14を付勢する付勢機構100及び接触部142(以下、単に「付勢機構100」という)による弾性部材110の復原力Fによる付勢トルクTuとのうち、後者が支配的となる。その結果、付勢機構100により付勢されるベーンロータ14は、ハウジング11と一体回転するブッシュ120に対して最遅角位置よりも進角側へ相対回転しようとする。
内燃機関の始動完了後の運転中は、上述したようにポンプ4から供給される作動油の圧力が閾圧P以上となる。これにより、駆動部10では、進角室56〜59又は遅角室52〜55への供給油の圧力によってベーンロータ14に作用する力と、ベーンロータ14を付勢する付勢機構100の弾性部材110の復原力Fによる付勢トルクTuとのうち、前者が支配的となる。そのため、まず、進角室56〜59又は遅角室52〜55のうち少なくとも一方へ作動油を供給するように制御回路90が制御弁70を制御することで、ロックピン20が付勢部材22側へ移動してハウジング11に対するベーンロータ14のロックが解除されることになる。
第二実施形態を図7に示す。第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態は、「受け部」として、中立領域151と、中立領域151を挟み込で配置され、許容対峙領域152という前後範囲とを備える一例を示すものである。図7及び図8は、第二実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴部分を示すものある。
第三実施形態を図9に示す。第三実施形態は第一実施形態の変形例である。第三実施形態は、「受け部」として、中立領域151と、中立領域151を挟み込で配置され、許容対峙領域152という前後範囲とを備える他の一例を示すものである。
第四実施形態を図10に示す。第四実施形態は第三実施形態の変形例である。第四実施形態は、接触部442上に、複数(本実施例では、2つ)の受け部150を設けた一例を示すものである。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
2 カム軸(従動軸)
4 ポンプ(流体供給源)
10 駆動部
11 ハウジング(駆動回転体)
12 シューハウジング
12a 筒部
12b、12c、12d、12e シュー
13 スプロケット
14 ベーンロータ(従動回転体)
14a ボス部
14b、14c、14d、14e ベーン
14f 固定部
20 ロックピン(ロック部材)
22 付勢部材
24 収用孔部
26 嵌合孔部
28 遅角流路
29 進角流路
30 制御部
50 収容室
52、53、54、55 遅角室
56、57、58、59 進角室
60 進角流路
62 遅角流路
64 供給流路
70 制御弁
90 制御回路
100 付勢機構
110 弾性部材
120 ブッシュ(支持軸部)
121 突起部
121a 転動体
122 係止部
123 係合凸部
124 収容室
125 底部
126 挿入部
130 第一支持孔部
140 第二支持孔部
141 底部
142 接触部
142a 傾斜部
142b 傾斜部
143 係合溝部
150 受け部
150a 内周面
151 中立領域(受け部)
152 許容対峙領域(受け部)
Claims (7)
- 内燃機関のクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のタイミングを調整するバルブタイミング調整装置において、
前記クランク軸と連動して回転する駆動回転体と、
前記カム軸と連動して回転し、前記駆動回転体との間において進角室及び遅角室を回転方向に形成する従動回転体であって、前記内燃機関の運転と共に作動する流体供給源からの作動流体が前記進角室又は前記遅角室へ供給されることにより、前記駆動回転体に対する進角側又は遅角側へ相対回転する従動回転体と、
前記駆動回転体及び前記従動回転体の双方に嵌合することにより、前記駆動回転体に対して前記従動回転体をロックし、前記流体供給源から供給される作動流体の圧力により、前記駆動回転体及び前記従動回転体の一方から離脱して当該ロックを解除するロック部材と、
前記駆動回転体及び前記従動回転体のいずれか一方の回転体内に設けられ、前記駆動回転体及び前記従動回転体の相対回転によりたわみ、そのたわみ量に応じた復原力を発生する弾性部材と、前記一方の回転体と共に回転し、かつ他方の回転体に相対回転可能に接し、前記弾性部材の復原力を前記他方の回転体に伝える突起部と有し、前記突起部を介して前記突起部が接する前記他方の回転体に前記弾性部材の復原力を付勢する付勢機構を備え、
前記他方の回転体において前記突起部が常に接する接触部には、前記突起部を支持する受け部であって、中間位相領域に対応する当該受け部の中立領域で発生する前記弾性部材の復原力を、前記一方の回転体に対する相対回転の進角側及び遅角側の回転方向において増加する受け部が設けられていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記受け部は、前記突起部が突入する凹部であって、前記凹部は、前記弾性部材の復原力により、前記突起部が接する前記凹部の接触部部分の法線方向に付勢する第1付勢力を形成すると共に、前記凹部の接触部部分のうちの進角側回転方向及び遅角側回転方向の領域において相反する回転方向に付勢する第2付勢力を形成する内周面を有していることを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記受け部は、前記突起部に対向して前記弾性部材の復原力を増加または減少する傾斜部であって、前記弾性部材の復原力を、前記一方の回転体に対する相対回転の進角側及び遅角側の位相へ助勢する付勢トルクに変換する傾斜部を備え、
前記傾斜部は、進角側の位相へ前記付勢トルクを増加する進角側傾斜面と、遅角側の位相へ前記付勢トルクを増加する遅角側傾斜面とを有し、
前記突起部が接する前記受け部において前記進角側傾斜面と前記遅角側傾斜面の間に前記突起部を挟み込むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記突起部は、前記突起部の先端に、前記接触部に転動自在な転動体を備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記付勢機構は、前記弾性部材を収容すると共に、前記駆動回転体及び前記従動回転体を内側から支持する支持軸部を有し、
前記駆動回転体及び前記従動回転体において前記一方の回転体は、前記支持軸部の一方端部に開口する第一支持孔部を有し、前記第一支持孔部の内周側を含む内部に前記弾性部材を収容し、
前記駆動回転体及び前記従動回転体において前記他方の回転体は、前記支持軸部の他方端部に開口する第二支持孔部を有し、前記第二支持孔部の内周に沿って前記支持軸部を摺動可能にすると共に、前記第二支持孔部の底部において前記突起部に対向する前記接触部が配置されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記突起部は、前記支持軸部の底部に設けられていることを特徴とする請求項5に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記進角室への作動流体の供給である進角供給及び前記遅角室への作動流体の供給である遅角供給を制御する供給制御手段を備えていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
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