JP4109795B2 - 弁作動特性可変装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転状態に応じてクランクシャフト回転角に対するカムシャフトの位相を油圧駆動で可変し得るようにしてなる弁作動特性可変装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ピストンが上死点に達する時期と弁が開き始める時期との関係（バルブタイミング）を、回転速度に応じて変化させることにより、より広い運転範囲に渡ってエンジンの出力特性を向上させようとする技術が種々提案されている。このような技術の１つとして、ロータリーアクチュエータに供給する油圧をもってクランクシャフトとカムシャフトとの間の位相を連続的に変化させるようにした技術が既に公知である（特開平１０−１４１０３６号公報参照）。
【０００３】
他方、ロータリーアクチュエータを作動させる油圧は、クランクシャフトに直結されたポンプでエンジン各部へ圧送される潤滑油が流用されるが、この潤滑油を供給するためのポンプは、一般に、回転速度の増大に応じて吐出圧が高くなる特性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、クランクシャフトの回転角に対してカム位相を遅角させるときは、エンジン回転速度が低下傾向にあるので、アクチュエータへの供給油圧が過大になることは少ないが、進角要求が発せられるエンジン回転速度の増大時には、アクチュエータへの供給油圧が過大になりがちである。カム位相の進角制御時に油圧が過度に高いと、アクチュエータがオーバーシュート易くなるため、位相制御の安定性が損なわれがちである。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、カム位相進角制御時の安定性をより一層高めることができるように構成された弁作動特性可変装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、エンジンＥの運転状態に応じてクランクシャフト９の回転角に対する吸気カムシャフト１の位相を油圧駆動で可変し得るようにしてなる弁作動特性可変装置（実施の形態中の第２弁作動特性可変装置６）を、当該弁作動特性可変装置の作動油圧を制御する制御弁（実施の形態中の第２油圧制御弁６６）がシリンダヘッド６１の側壁に設けられると共に作動油圧を供給する油路６４がシリンダヘッドの内部に形成され、作動油圧が所定値を超えると開くリリーフ通路９１が前記油路から分岐されるものとした。これによれば、弁作動特性可変装置に供給される作動油圧をエンジンの回転速度に関わらず適正に維持することができる。
【０００７】
また、リリーフ通路の吐出口を、タイミングチェーン室内に開口させるものとすれば、リリーフ通路から流出するオイルがタイミングチェーンの潤滑に寄与するように構成し得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用された直列４気筒ＤＯＨＣ型エンジンを示している。 このエンジンＥのシリンダヘッドには、吸気カムシャフト１により駆動される２つの吸気弁２と、排気カムシャフト３により駆動される２つの排気弁４とが、４つの気筒のそれぞれについて設けられている。吸気カムシャフト１と吸気弁２との間、並びに排気カムシャフト３と排気弁４との間には、各弁２・４のバルブリフトおよび開角を回転速度に応じて２段階に変化させるための第１弁作動特性可変装置５がそれぞれ設けられている。また吸気カムシャフト１の軸端には、吸気弁２の開閉時期を無段階に進角または遅角するための第２弁作動特性可変装置６が設けられている。
【００１０】
これらの吸気カムシャフト１並びに排気カムシャフト３は、コネクティングロッド７を介して４つのピストン８が接続されたクランクシャフト９に対し、チェーン／スプロケット機構１０を介して連動連結されており、クランクシャフト９の１／２の回転速度で回転駆動される。
【００１１】
次に第１弁作動特性可変装置５について図２並びに図３を参照して説明する。なお、吸気弁側のものと排気弁側のものとは実質的に同一構造なので、吸気弁側のものについてのみ以下に説明する。
【００１２】
図２に示したように、吸気カムシャフト１には、作動角及びリフト量が相対的に小さい２つの低速カム１１ａ・１１ｂと、これらの低速カム１１ａ・１１ｂに挟まれた作動角及びリフト量が相対的に大きい１つの高速カム１２とが、一体形成されている。そして吸気カムシャフト１の下方には、カムシャフトと平行なロッカシャフト１３上に、３つのロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂが互いに隣接して揺動自在にかつ相対角変位可能に枢支されている。これらのロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂは、それぞれ対応するカム１１ａ・１２・１１ｂによって揺動駆動される。
【００１３】
低速カム１１ａ・１１ｂで駆動される低速ロッカアーム１４ａ・１４ｂは、基本的に同一形状をなし、その各遊端に、閉弁方向へ常時ばね付勢された２つの吸気弁２のステム端が当接している。また、高速カム１２で駆動される高速ロッカアーム１５は、図示されていないばね手段によって高速カム１２との摺接状態が常時維持されている。
【００１４】
互いに隣接する３つのロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂの内部には、それらを相対角変位し得る状態、即ち低速モードと、一体的に揺動し得る状態、即ち高速モードとに切換えるために、以下に詳述する連結切換機構が設けられている。
【００１５】
図２に於ける左側の低速ロッカアーム１４ａには、中央の高速ロッカアーム側に開口する有底の第１ガイド孔１６が、ロッカシャフト１３の軸線と平行に形成され、かつその中に第１切換ピン１７が摺合している。高速ロッカアーム１５には、高速カム１２のベース円部分がカムスリッパに摺接する静止位置において第１ガイド孔１６と同心をなす第２ガイド孔１８が貫通して形成され、かつその中に、第１切換ピン１７にその一端を当接させた状態の第２切換ピン１９が摺合している。図２に於ける右側の低速ロッカアーム１４ｂには、左側の低速ロッカアーム１４ａと同様の実質的に有底の第３ガイド孔２０が形成され、かつその中に、第２切換ピン１９の他端にその一端を当接させた状態のストッパピン２１が摺合している。ストッパピン２１は、圧縮コイルばね２２によって高速ロッカアーム１５側に常時弾発付勢されている。
【００１６】
ロッカシャフト１３内には、オイルパンから汲み上げた潤滑油を供給するための２本の給油通路２３ａ・２３ｂが形成されている。これらの内の一方２３ａは、第１ガイド孔１６の底部に連通し、他方２３ｂは、ロッカシャフト１３と各ロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂとの間、各カム１１ａ・１２・１１ｂとカムスリッパとの摺接面、及びカムジャーナルへ潤滑油を供給する通路（図示せず）に連通している。
【００１７】
上記の連結切換機構は、後述する電子制御ユニットの信号で作動する電磁式の切換弁を、運転状態に応じて開閉制御して一方の給油通路２３ａから第１ガイド孔１６内の第１切換ピン１７に作用させる油圧を断続させることによって作動する。
【００１８】
低速モードでは、第１切換ピン１７に油圧を作用させずにおけば、各ピン１７・１９・２１が圧縮コイルばね２２の弾発力によって各ガイド孔１６・１８・２０にそれぞれ整合した位置となる（図２参照）。この状態では、各ロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂは互いに相対角変位可能である。従って、高速カム１２で駆動される高速ロッカアーム１５は、他のロッカアーム１４ａ・１４ｂに何ら影響を及ぼさず、低速カム１１ａ・１１ｂのプロフィールによって揺動駆動される低速ロッカアーム１４ａ・１４ｂを介して２つの吸気弁２が同時に開弁駆動される。
【００１９】
高速モード時は、第１切換ピン１７に油圧を作用させると、第２切換ピン１９及びストッパピン２１が圧縮コイルばね２２の弾発力に抗して押し戻される。これにより、各ピン１７・１９・２１が互いに隣り合うロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂ同士間にまたがった状態となる（図３参照）。従って、３つのロッカアーム１４ａ・１５・１４ｂが連結されて一体的に揺動可能となり、中央の高速カム１２のプロフィールによって２個の吸気弁２が同時に開弁駆動される。
【００２０】
次に、吸気カムシャフト１の軸端に設けられた第２弁作動特性可変装置６について図４および図５を参照して説明する。
【００２１】
第２弁作動特性可変装置６は、タイミングチェーンが巻き掛けられるカムスプロケットと一体をなすアウタロータ２５と、ピン２６およびボルト２７で吸気カムシャフト１と一体的に結合されたインナロータ２８とからなっている。
【００２２】
アウタロータ２５は、概略カップ形に形成され、かつその外周面にスプロケット歯２４が形成されたカムスプロケット部２９と、その開口側の軸方向端面に重ね合わされたアウタプレート３０と、カムスプロケット部２９の内側に受容されたハウジング３１とからなり、これらを貫通する複数のボルト３２で互いに一体的に結合されている。そしてカムスプロケット部２９の底壁の中心に形成された支持孔３３に吸気カムシャフト１の軸端が同軸的に嵌合し、かつハウジング３１内の空間に、吸気カムシャフト１と一体をなすインナロータ２８が、相対回転可能に受容されている。
【００２３】
概ね環状をなすハウジング３１の内側には、吸気カムシャフト１と同心の扇形の凹部３４が、４つ形成されている。そしてインナロータ２８の外周から放射状に突出する４枚のべーン３５が、角度Ａ（例えば３０度）の範囲内を回動し得るように、各凹部３４内に受容されている。これにより、各べーン３５の一方の面と各凹部３４との間に進角室３６が、各べーン３５の他方の面と凹部３４との間に遅角室３７が、それぞれ区画される。
【００２４】
各べーン３５の先端には、対応する凹部３４の内周面に摺接するシール部材３８がそれぞれ設けられている。また、ハウジング３１の内周面には、インナロータ２８の外周面に摺接する４つのシール部材３９が設けられている。
【００２５】
吸気カムシャフト１の内部には、進角油路４０および遅角油路４１が形成されている。進角油路４０は、インナロータ２８を半径方向に貫通する４本の油路４２を介して４つの進角室３６にそれぞれ連通し、遅角油路４１は、インナロータ２８を半径方向に貫通する４本の油路４３を介して４つの遅角室３７にそれぞれ連通している。
【００２６】
４つのベーン３５のうちの１つ３５ａには、軸方向に貫通するピン孔４４が設けられており、このピン孔４４には、拡径頭部を有するストッパピン４５が摺合している。ストッパピン４５は、カムスプロケット部２９の底壁内面に形成された円弧状の溝４５に、その先端を突入可能になっていると共に、ピン孔４４のカムスプロケット部２９の底壁側に形成された段部と自身の頭部との間に装着されたスプリング４７により、その先端を円弧溝４６から抜け出す向きに、つまりベーン３５ａ内に全体を没入させる向きに、常時、弾発付勢されている。
【００２７】
円弧溝４６の角度範囲（図５のＢ）は、大リフトの高速カム１２で吸気弁２が開弁されるときに吸気カムシャフト１を最大に進角させても、上死点のピストン８に開いた吸気弁２が干渉しないように定められている（例えば２０度）。
【００２８】
インナロータ２８には、ストッパピン４５を押し出す油圧を作用させるための油路４８が、ボルト２７の頭部受容孔４９の内周面からピン孔４４内に連通するように設けられている。そしてこの油路４８に連通するように、吸気カムシャフト１の中心部からボルト２７の軸部及び頭部にかけて油路５０が設けられている。
【００２９】
進角油路４０および遅角油路４１には、吸気カムシャフト１を支持するカムホルダ５１及びベアリングキャップ５２に内設された油路５３・５４を介してベーン３５の駆動油圧が供給される。また、上記とは別のカムホルダ５５及びベアリングキャップ５６に内設された油路５７と、吸気カムシャフト１の中心部に設けられた油路５８とを介してストッパピン４５の駆動油圧が供給される。
【００３０】
次に、第１・第２弁作動特性可変装置５・６の油圧制御系について図６を参照して説明する。
【００３１】
オイルパンからオイルポンプが汲み上げたオイルは、動弁装置の潤滑油として、また第１・第２弁作動特性可変装置５・６の作動油として、シリンダヘッド６１に内設された油路の上流部６２に吐出される。この油路の上流部６２からは、第１弁作動特性可変装置５に油圧を供給する油路６３と、第２弁作動特性可変装置６に油圧を供給する油路６４とが分岐している。なお、これらの油圧供給油路は、カムシャフトやロッカシャフトへの潤滑油供給油路と同様に、シリンダヘッド６１の肉厚内に、鋳抜き又はドリル加工で形成されている。
【００３２】
第１弁作動特性可変装置５への油圧供給油路６３の中間部には、エンジンＥの運転状態に応じて作動油圧の供給を断続するための第１油圧制御弁６５が設けられている。また、第２弁作動特性可変装置６への油圧供給油路６４の中間部には、方向と流量とを連続的に制御するための第２油圧制御弁６６が設けられている。
【００３３】
第２油圧制御弁６６は、図７に示すように、シリンダヘッド６１に設けられた円筒孔６７に埋設される円筒状のスリーブ６８と、スリーブ６８内に摺合するスプール６９と、スプール６９を駆動するべくスリーブ６８に固定されたデューティソレノイド７０と、デューティソレノイド７０に向けてスプール６９を常時弾発付勢するスプリング７１とを備えている。
【００３４】
スリーブ６８には、中央の入力ポート７２と、その両側に位置する進角ポート７３並びに遅角ポート７４と、これらのさらに両側に位置する一対のドレンポート７５・７６とが形成されている。他方、スリーブ６８に摺合するスプール６９には、中央のグルーブ７７と、その両側に位置する一対のランド７８・７９と、さらにこれらの両側に位置する一対のグルーブ８０・８１とが形成されている。
【００３５】
入力ポート７２は、油路の上流部６２にオイルフィルタ８２を介して接続され、進角ポート７３は、第２弁作動特性可変装置６の進角室３６に接続され、遅角ポート７４は、第２弁作動特性可変装置６の遅角室３７に接続されている。
【００３６】
これら第１・第２油圧制御弁６５・６６の作動は、カム位相センサ８３からの吸気カムシャフト１の位相信号、ＴＤＣセンサ８４からの排気カムシャフト３の位相に基づくピストン８の上死点信号、クランク位相センサ８５からのクランクシャフト９の位相信号、吸気負圧センサ８６からの吸気負圧信号、冷却水温センサ８７からの袷却水温信号、スロットル開度センサ８８からのスロットル開度信号、エンジン回転速度センサ８９からのエンジン回転速度信号がそれぞれ入力される電子制御ユニットＵにより、それぞれ個別に制御される。
【００３７】
以下に第２弁作動特性可変装置６の作動要領について具体的に説明する。
【００３８】
エンジンＥの停止時は、進角室３６に油圧が供給されていないので、アウタロータ２５（カムスプロケット部２９）に対してインナロータ２８（吸気カムシャフト１）が反時計方向に回動した最遅角状態になっている。このとき第２弁作動特性可変装置６は、遅角室３７が最大容積になり、進角室３６が最小容積（ゼロ）になった図５の状態にある。
【００３９】
エンジンＥの始動によってオイルポンプが作動すると、第２油圧制御弁６６を介して進角室３６に油圧が伝達される。この状態から、デューティソレノイド７０のデューティ比を適宜に増加させると、図７においてスプール６９がスプリング７１のばね力に抗して中立位置よりも左側へ移動し、オイルポンプに連なる入力ポート７２が中央のグルーブ７７を介して進角ポート７３に連通すると共に、遅角ポート７４が右側のグルーブ８１を介してドレンポート７６に連通する。その結果、第２弁作動特性可変装置６の進角室３６に油圧が作用するため、進角室３６と遅角室３７との間の油圧差でべーン３５が押され、カムスプロケット部２９に対して吸気カムシャフト１が時計方向に回動し、低速カム１１ａ・１１ｂおよび高速カム１２の位相が一体的に進角する。これにより、吸気弁２の開弁時期および閉弁時期が共に進み側に変化する。
【００４０】
そして目標とするカム位相が得られたときに、デューティソレノイド７０のデューティ比を５０％に設定して第２油圧制御弁６６のスプール６９を図７に示す中立位置に停止させ、入力ポート７２を一対のランド７８・７９間に閉塞し、かつ進角ポート７３及び遅角ポート７４をそれぞれランド７８・７９で閉塞することにより、カムスプロケット部２９と吸気カムシャフト１を一体化してカム位相を一定に保持することができる。
【００４１】
吸気カムシャフト１のカム位相を遅角側に連続的に変化させるには、デューティソレノイド７０のデューティ比を減少させてスプール６９を中立位置から右動させ、オイルポンプに連なる入力ポート７２を中央のグルーブ７７を介して遅角ポート７４に連通させると共に、進角ポート７３を左側のグルーブ８０を介してドレンポート７５に達通させれば良い。そして目標とする位相が得られたときに、デューティソレノイド７０のデューティ比を５０％に設定してスプール６９を図７に示す中立位置に停止させれば、入力ポート７２、進角ポート７３及び遅角ポート７４をそれぞれ閉塞してカム位相を保持することができる。
【００４２】
一方、高速モード時には、第１弁作動特性可変装置５が作動すると、その作動のために供給された油圧が、第２弁作動特性可変装置６に組み込まれたストッパピン４５にも供給される。これにより、ストッパピン４５の先端が円弧溝４６内に突入し、吸気カムシャフト１の回転角で２０度の範囲にべーン３５の移動可能範囲が制限される。
【００４３】
このようにして、第２弁作動特性可変装置６でクランクシャフト９と吸気カムシャフト１との間の位相を変化させることにより、吸気弁２の開閉タイミングを、低速モード時は吸気カムシャフト１の回転角の３０度の範囲(クランクシフト９の回転角換算で６０度の範囲)に渡って無段階に進角および遅角させ、高速モード時は２０度の範囲(クランクシフト９の回転角換算で４０度の範囲)に渡って無段階に進角および遅角させることが可能となる。
【００４４】
ところで、エンジンの高速運転時にオイルポンプが高回転となったときに、第２油圧制御弁６６の作動油圧が過大になることを防止するために、第２油圧制御弁６６の入力ポート７２に連なる油路６４の適所には、油路６４から分岐するオイルリリーフ通路９１が設けられている。このオイルリリーフ通路９１は、図８に示すように、車両に搭載された状態でその軸線を垂直線に概ね沿わせており、通路端に形成されたシリンダ状孔９２に、常時一方向へスプリング９３で付勢されたプランジャ９４が摺合している。またシリンダ状孔９２の中間部に形成されたリリーフオイルの吐出口９６が、通常はプランジャ９４で閉塞されている。
【００４５】
エンジンの高速運転時にオイルポンプが高回転となって第２油圧制御弁６６への供給油圧が上昇すると、その圧力でプランジャ９４が押し上げられ、リリーフオイルの吐出口９５から余剰圧が抜ける。これにより、第２弁作動特性可変装置６の作動油圧が所定値を超えないようにされている。
【００４６】
ここでリリーフ通路９１の吐出口９５を、シリンダヘッド６１のタイミングチェーンが設けられる側のクランク軸方向端面に設ければ、リリーフオイルは、チェーン／スプロケット機構１０を覆って設けられるタイミングチェーンカバー（図示せず）内に吐出されるので、タイミングチェーンの潤滑に寄与し得る。
【００４８】
【発明の効果】
このように本発明によれば、第２弁作動特性可変装置を作動させる油圧をエンジンの回転速度に関わらず適正に維持することができるので、進角要求が発せられるエンジン回転速度の増大時にも適正な油圧が第２弁作動特性可変装置に供給されることとなる。従って、カム位相の進角制御時にオーバーシュートを起こさずに済むこととなり、位相制御の安定性を高める上に大きな効果が得られる。
【００４９】
しかも本発明では、リリーフ通路の吐出口を、タイミングチェーン室内に開口させるものとすれば、リリーフ通路から流出するオイルがタイミングチェーンの潤滑に寄与し得るので、ポンプで汲み上げたオイルが無駄にならずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたエンジンの全体斜視図
【図２】第１弁作動特性可変装置の低速モード状態時の構成図
【図３】第１弁作動特性可変装置の高速モード状態時の構成図
【図４】第２弁作動特性可変装置の要部断面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図
【図６】一部切除して示すシリンダヘッド部の正面図
【図７】第２油圧制御弁の要部縦断面図
【図８】図６のVIII−VIII線断面図
【符号の説明】
Ｅ エンジン
１ 吸気カムシャフト
６ 第２弁作動特性可変装置
９ クランクシャフト
６１ シリンダヘッド
６４ 作動油圧供給油路
６６ 第２油圧制御弁
９１ リリーフ通路

Claims (1)

1. エンジンの運転状態に応じてクランクシャフトの回転角に対するカムシャフトの位相を油圧駆動で可変し得るようにしてなる弁作動特性可変装置であって、
   当該弁作動特性可変装置の作動油圧を制御する制御弁をシリンダヘッドの側壁に設けると共に前記作動油圧を供給する油路をシリンダヘッドの内部に形成し、
   前記油圧制御弁に前記油路からオイルの供給を受ける入力ポートと、前記弁作動特性可変装置にオイルを供給する進角ポート及び遅角ポートと、ドレンポートをそれぞれ設け、
   前記作動油圧が所定値を超えると開くリリーフ通路を前記入力ポートに連なる前記油路に設けるとともに、前記リリーフ通路の吐出口をシリンダヘッドのタイミングチェーン側の端面に開口させたことを特徴とする弁作動特性可変装置。

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