JP2007023940A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変動弁機構に組み込まれた従来のねじりコイルばねは、その一部のみが特に大きく弾性変形し、コイル部全体を均一に弾性変形させることが困難である。
【解決手段】 本発明による可変動弁機構は、クランク軸と同期回転するハウジング１１と、このハウジング１１に揺動可能に嵌合され、ハウジング１１との間に２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒを画成するロータ１３と、これら２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒの何れかに加圧液体を選択的に供給するための液体給排路１４ｆ，１４ｒと、弁を駆動するためのカムが設けられたカム軸１５の一端にロータ１３を一体的に連結するためのボルト１６と、このボルト１６の頭部１６ｈを囲むように一端がロータ１３に連結されると共に他端がハウジング１１に連結され、ロータ１３をハウジング１１に対してその回転方向と同じに付勢するねじりコイルばね１７とを具える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機関の運転中に吸排気弁の開閉時期を変更し得る可変動弁機構に関する。

機関の回転速度や負荷などに応じてピストンの位置、つまりクランク角位相に対する吸排気弁の開閉時期を最適に制御するため、吸排気弁の開閉時期を機関の運転中に変更し得る可変動弁機構が特許文献１〜３にて提案されている。これらは何れも、クランク軸の回転に伴って駆動されるスプロケットと一体のハウジングと、カムが形成されたカム軸と一体のロータとを相対回転可能に連結し、ロータとハウジングとの間に形成された一対の液圧室に対して選択的に液圧を給排し、これによってこれらの回転位相を変更し得るようにしたものである。

このような可変動弁機構においては、その機構上の特性から、ハウジングに対してその回転方向と同方向へのロータおよびカム軸の相対回動が逆方向の回動よりも遅延する傾向を持つ。このため、特許文献１〜３においては、ハウジングに対してその回転方向と同方向へカム軸を回動させるような付勢力を持ったねじりコイルばねをハウジングとロータとの間に組み込み、ハウジングと同じ回転方向にロータをカム軸と共に回動させる際の応答性を改善している。

特開２００４−２０４７２６号公報 特開２０００−１７９３１４号公報 特開２００４−３００９３０号公報

特許文献１〜３に示した従来の可変動弁機構に組み込まれたねじりコイルばねは、そのコイル部の一端をクランク軸と同期回転するスプロケットと一体のハウジングに係止する一方、コイル部の他端をカム軸と一体のロータに係止させている。このようなコイル部を有するねじりコイルばねの場合、ねじりコイルばねの両端部がカム軸の回転軸線に対して直交する同一平面に位置していないため、コイル部の軸線がカム軸の回転軸線に対して傾斜した状態で弾性変形しやすい傾向を持つ。この結果、ねじりコイルばねが縮径するようにハウジングに対してその回転方向と逆方向にロータを回動させた場合、他との接触部分が最も少ないねじりコイルばねのハウジング側の端部が特に大きく内側に弾性変形しやすく、コイル部全体を均一に弾性変形させることが困難である。

このようなねじりコイルばねの局部的な弾性変形は、設計通りの付勢力をロータに対して与えることができないばかりか、ねじりコイルばね自体の寿命の低下をもたらすおそれがある。

本発明の目的は、ねじりコイルばねのコイル部全体を均一に弾性変形させることができる可変動弁機構を提供することにある。

本発明による可変動弁機構は、クランク軸の回転に対して同期回転するハウジングと、このハウジングに対して揺動可能に嵌合され、当該ハウジングとの間に２種類の液圧室を画成するロータと、前記２種類の液圧室の何れかに加圧液体を選択的に供給するための液体給排路と、弁を駆動するためのカムが設けられたカム軸の一端に前記ロータを一体的に連結するためのボルトと、このボルトの頭部を囲むように一端が前記ロータに連結されると共に他端が前記ハウジングに連結され、前記ロータを前記ハウジングに対してその回転方向と同じ方向に付勢するねじりコイルばねとを具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、液体給排路から加圧液体をハウジングの回転方向前方側に位置する一方の液圧室に供給すると共にハウジングの回転方向後方側に位置する他方の液圧室から液体を液体給排路へと排出する。これにより、ロータがねじりコイルばねのばね力に抗してハウジングに対しその回転方向と逆方向に回動する結果、カム軸によって駆動される弁の開閉時期が相対的に遅くなるように作用する。この場合、被駆動側となるロータの回動方向がハウジングの駆動回転方向と逆方向となり、ねじりコイルばねのばね力が作用していてもカム軸側の慣性質量によってロータが比較的迅速に回動することとなる。これに対し、ハウジングの回転方向前方側に位置する一方の液圧室から液体を液体給排路へ排出すると共に加圧液体を液体給排路からハウジングの回転方向後方側に位置する他方の液圧室へと供給する。これにより、ねじりコイルばねのばね力と相俟ってロータがハウジングに対しその回転方向と同方向に回動する結果、カム軸によって駆動される弁の開閉時期が相対的に早くなるように作用する。この場合、被駆動側となるロータの回動方向がハウジングの駆動回転方向と同方向となるが、カム軸側の慣性質量を相殺するように作用するねじりコイルばねのばね力によって、ロータは比較的迅速に回動することとなる。

何れの場合においても、ねじりコイルばねの弾性変形がボルトの頭部の外周面に沿ったものとなり、その局部的な弾性変形が回避される。

本発明による可変動弁機構において、ボルトの頭部の外周面がねじりコイルばねのコイル部を保持し得るようにしてもよい。

ボルトの頭部の外周面とねじりコイルばねのコイル部の内周面との隙間をねじりコイルばねの線径以下にすることが好ましい。ただし、ねじりコイルばねが弾性変形してコイル部の内径が最少となった場合であっても、これがボルトの頭部の外径よりも大きいことが好ましい。

弁が排気弁であって、ねじりコイルばねのばね力はこの排気弁の開閉時期が早くなる方向にハウジングに対してロータを付勢するものであってよい。

本発明の可変動弁機構によると、クランク軸の回転に対して同期回転するハウジングと、このハウジングに対して揺動可能に嵌合され、ハウジングとの間に２種類の液圧室を画成するロータと、２種類の液圧室の何れかに加圧液体を選択的に供給するための液体給排路と、弁を駆動するためのカムが設けられたカム軸の一端にロータを一体的に連結するためのボルトと、このボルトの頭部を囲むように一端がロータに連結されると共に他端がハウジングに連結され、ロータをハウジングに対してその回転方向と同じ方向に付勢するねじりコイルばねとを具えているので、ねじりコイルばねの弾性変形がボルトの頭部によって規制もしくは案内されることとなり、ねじりコイルばねの局部的な弾性変形を回避することができる。この結果、ねじりコイルばね全体をほぼ均一に弾性変形させることが可能となり、従来のものよりも設計の自由度が増大し、例えば線径の細いねじりコイルばねを使用して軽量化を図ることができる。

ボルトの頭部の外周面がねじりコイルばねのコイル部を保持し得る場合、コイル部の位置ずれがボルトの頭部によって規制される結果、コイル部の変形がボルトの頭部の外周面に沿って起こり、より均一な弾性変形が可能となる。

ボルトの頭部の外周面とねじりコイルばねのコイル部の内周面との隙間がねじりコイルばねの線径以下である場合、コイル部全体をより均一に弾性変形させることができる。

弁が排気弁であって、ねじりコイルばねのばね力が、この排気弁の開閉時期が早くなる方向にハウジングに対してロータを付勢している場合、ロータをハウジングの回転方向と同方向に駆動する際のロータの回動の遅れを緩和して迅速に移動させることができる。

本発明による可変動弁機構を排気側の動弁機構に応用した一実施形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。

本実施形態における主要部の断面構造を図１に示し、その平面形状を図２に示し、図１中のIII−III矢視断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態における可変動弁機構は、図示しない機関のクランク軸の回転に対して同期回転するハウジング１１と、このハウジング１１に対して揺動可能に嵌合され、ハウジング１１との間に２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒを画成するロータ１３と、２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒの何れかに加圧液体を選択的に供給するための液体給排路１４ｆ，１４ｒと、図示しない排気弁を駆動するための図示しないカムが設けられたカム軸１５の一端にロータ１３を一体的に連結するためのボルト１６と、このボルト１６の頭部１６ｈを囲むように一端がロータ１３に連結されると共に他端がハウジング１１に連結され、ロータ１３をハウジング１１に対してその回転方向と同じ方向（図３中、左回り）に付勢するねじりコイルばね１７とを具えている。また、ロータ１３とカム軸１５との間にはそれぞれ回り止めピン１８，１９を介して接続スリーブ２０が組み込まれ、上述したボルト１６によってロータ１３と共にカム軸１５に対して一体的に連結されている。

本実施形態におけるハウジング１１は、ロータ１３を収容する環状のハウジング本体２１と、このハウジング本体２１の一方の端面側を塞ぐ環状をなすカバー板２２と、接続スリーブ２０に対して摺動自在に嵌合されてハウジング本体２１の他方の端面側を塞ぐ環状のスプロケットホイール２３とを有する。これらハウジング本体２１，カバー板２２，スプロケットホイール２３は、カバー板２２およびハウジング本体２１を貫通してスプロケットホイール２３にそれぞれねじ込まれる複数本（図示例では４本）のボルト２４により一体化され、ロータ１３をほぼ密閉状態に保持する。ハウジング本体２１には、カバー板２２から突出してねじりコイルばね１７の一端が係止する係止ピン２５がねじ止めされている。また、ロータ１３との摺接面をシールするための複数（図示例では４個）のシールブロック２６がそれぞれ板ばね２７を介してハウジング本体２１に組み込まれている。スプロケットホイール２３にはスプロケット２８が形成され、このスプロケット２８にはクランク軸との間に図示しない無端チェーンが巻き掛けられる。

従って、クランク軸の回転が無端チェーンを介してスプロケットホイール２３に伝達され、これによってハウジング１１はクランク軸に対し図２，図３中、左回り（反時計回り）に同期回転するようになっている。

ロータ１３には、複数（図示例では４つ）のベーン２９が径方向外側に放射状に突出するように形成されており、これらベーン２９によってハウジング１１との間に２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒ、つまりベーン２９を基準としてハウジング１１の回転方向前方側に位置する液圧室（以下、これを進角側の液圧室と呼称する）１２ｆと、ハウジング１１の回転方向後方側に位置する液圧室（以下、これを遅角側の液圧室と呼称する）１２ｒとを画成している。従って、ロータ１３はそのベーン２９が２種類の液圧室１２ｆ，１２ｒ内を移動できる範囲内でハウジング１１に対して回動可能となっている。ベーン２９の先端部には、ハウジング本体２１との摺動面をシールするためのシールブロック３０がそれぞれ板ばね３１を介して組み込まれている。ロータ１３の中央部にはボルト１６の頭部１６ｈを着座させるための座部１３ｓが形成され、この座部１３ｓにねじりコイルばね１７の他端を差し込んでこれを係止するための係止穴３２が開口している。また、進角側の液圧室１２ｆが最少容積になると共に遅角側の液圧室１２ｒが最大容積になる図３に示す状態にハウジング１１に対してロータ１３を保持するため、位置決め手段がハウジング１１とロータ１３との間に組み込まれている。本実施形態における位置決め手段は、スプロケットホイール２３に形成された位置決め穴３３と、カム軸１５の軸線と平行な方向に沿って摺動自在に複数のベーン２９のうちの一つに収容され、位置決め穴３３に対して先端部が嵌合し得るプランジャ３４と、このプランジャ３４をスプロケットホイール２３側に付勢する圧縮コイルばね３５とを具えている。圧縮コイルばね３５は、その基端側がプランジャ３４内に収容された状態となって先端側がカバー板２２に押し当たり、ロータ１３と共にカバー板２２に対して摺接し得るようになっている。

液体給排路１４ｆ，１４ｒは、進角側の液圧室１２ｆに連通する第１の液体給排路１４ｆと、遅角側の液圧室１２ｒおよび位置決め穴３３に連通する第２の液体給排路１４ｒとの２系統からなる。第１の液体給排路１４ｆはカム軸１５の一端側から接続スリーブ２０およびスプロケットホイール２３を介して進角側の液圧室１２ｆと位置決め穴３３とに臨んでおり、第２の液体給排路１４ｒはカム軸１５の一端側から接続スリーブ２０およびロータ１３を介して遅角側の液圧室１２ｒに臨んでいる。カム軸１５の一端側に開口する第１および第２の液体給排路１４ｆ，１４ｒは、この部分を覆うようにカム軸１５が回転自在に嵌合される図示しない環状の継手および液圧制御回路を介して液圧ポンプに連通している。機関により駆動される液圧ポンプからの加圧液体は、液圧制御回路により所定の圧力に調圧された状態で第１および第２の液体給排路１４ｆ，１４ｒの何れか一方に選択的に供給される。これは、機関に対する負荷やクランク軸の回転速度に応じて予め設定されたマップに基づいて制御される。

ボルト１６は、ロータ１３および接続スリーブ２０の中央部に形成されたボルト貫通穴３６，３７を貫通してカム軸１５の一端部に形成された雌ねじ穴３８にねじ込まれ、ロータ１３と接続スリーブ２０とをカム軸１５に対して一体的に固定する。このボルト１６の頭部１６ｈは、ねじりコイルばね１７のコイル部１７ｃを貫通した状態となっており、コイル部１７ｃの変位がボルト１６の頭部１６ｈによって規制されるようになっている。コイル部１７ｃの内径は、これが最も小径となるように弾性変形した場合であっても、ボルト１６の頭部１６ｈの外径よりも大きくなるように設定されているが、本実施形態におけるこれらの寸法差は、ねじりコイルばね１７自体の線径以下に設定されている。コイル部１７ｃの内径とボルト１６の頭部１６ｈの外径との寸法差が、ねじりコイルばね１７の線径以下に限定されるわけではないが、ねじりコイルばね１７のコイル部１７ｃにおけるより均一な弾性変形を企図した場合、これらの寸法差をより小さくすることが有効であると言える。

従って、第２の液体給排路１４ｒから遅角側の液圧室１２ｒに加圧流体を供給し、同時に進角側の液圧室１２ｆおよび位置決め穴３３内の液体を第１の液体給排路１４ｆから排出させるようにすると、ねじりコイルばね１７のばね力と相俟ってロータ１３がハウジング１１の回転方向と同方向に速やかに駆動される。このようにして、プランジャ３４の先端部が位置決め穴３３に達した時点で図１に示すようにプランジャ３４が圧縮コイルばね３５のばね力により位置決め穴３３に嵌合し、ハウジング１１に対してプランジャ３４が一体的に固定された状態となる。この状態においては、図３に示すように進角側の液圧室１２ｆの容積が最少になると共に遅角側の液圧室１２ｒの容積が最大になり、排気弁の開閉時期が相対的に早められる。これは、機関に対する負荷が中程度の際などで有効な状態である。

逆に、この状態から第１の液体給排路１４ｆを介して進角側の液圧室１２ｆおよび位置決め穴３３に加圧流体を供給し、同時に遅角側の液圧室１２ｒ内の液体を第２の液体給排路１４ｒから排出させるようにすると、まず圧縮コイルばね３５のばね力に抗してプランジャ３４がカバー板２２側に押し戻され、プランジャ３４の先端が位置決め穴３３から抜け外れる。これにより、ハウジング１１に対するロータ１３の回動が可能な状態となり、ねじりコイルばね１７のばね力に抗してロータ１３がハウジング１１の回転方向と逆方向に駆動され、これに伴って遅角側の液圧室１２ｒ内の液体が第２の液体給排路１４ｒから排出される。この結果、進角側の液圧室１２ｆの容積が最大になると共に遅角側の液圧室１２ｒの容積が最小になり、排気弁の開閉時期が相対的に遅くなる。これは、機関の始動時などの際に有効な状態である。この状態では、ねじりコイルばね１７のばね力が最大となり、コイル部１７ｃの径が小さくなるような弾性変形がコイル部１７ｃに与えられる。この場合、ねじりコイルばね１７の局部的な弾性変形がボルト１６の頭部１６ｈによって規制され、コイル部１７ｃ全体がほぼ均一に弾性変形することとなる。

上述した実施形態では、排気弁に対する動弁機構について説明したが、同様な原理を用いて吸気弁に対する動弁機構として本発明を応用することも当然可能である。

本発明による可変動弁機構の一実施形態における主要部の構造を図２中の矢視Ｉ−Ｉに沿って破断状態で表す断面図である。 図１に示した実施形態の平面図である。 図１中のIII−III矢視断面図である。

符号の説明

１１ ハウジング
１２ｆ 進角側の液圧室
１２ｒ 遅角側の液圧室
１３ ロータ
１３ｓ 座部
１４ｆ，１４ｒ 液体給排路
１５ カム軸
１６ ボルト
１６ｈ 頭部
１７ ねじりコイルばね
１７ｃ コイル部
１８，１９ 回り止めピン
２０ 接続スリーブ
２１ ハウジング本体
２２ カバー板
２３ スプロケットホイール
２４ ボルト
２５ 係止ピン
２６ シールブロック
２７ 板ばね
２８ スプロケット
２９ ベーン
３０ シールブロック
３１ 板ばね
３２ 係止穴
３３ 位置決め穴
３４ プランジャ
３５ 圧縮コイルばね
３６，３７ ボルト貫通穴
３８ 雌ねじ穴

Claims (4)

1. クランク軸の回転に対して同期回転するハウジングと、
   このハウジングに対して揺動可能に嵌合され、当該ハウジングとの間に２種類の液圧室を画成するロータと、
   前記２種類の液圧室の何れかに加圧液体を選択的に供給するための液体給排路と、
   弁を駆動するためのカムが設けられたカム軸の一端に前記ロータを一体的に連結するためのボルトと、
   このボルトの頭部を囲むように一端が前記ロータに連結されると共に他端が前記ハウジングに連結され、前記ロータを前記ハウジングに対してその回転方向と同じ方向に付勢するねじりコイルばねと
   を具えたことを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記ボルトの頭部の外周面が前記ねじりコイルばねのコイル部を保持し得ることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
3. 前記ボルトの頭部の外周面と前記ねじりコイルばねのコイル部の内周面との隙間が前記ねじりコイルばねの線径以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構。
4. 前記弁が排気弁であり、前記ねじりコイルばねのばね力はこの排気弁の開閉時期が早くなる方向に前記ハウジングに対して前記ロータを付勢することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の可変動弁機構。
   

Images