JP2004108362A

JP2004108362A - 弁開閉時期制御装置

Info

Publication number: JP2004108362A
Application number: JP2003305544A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nakajima; 中嶋　滋
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2004-04-08

Abstract

　　【課題】　
　弁開閉時期制御装置において、トーションコイルスプリングが所望の捩じりトルクを安定して付与することができるようにすること。
　　【解決手段】
　トーションコイルスプリング６０をハウジング３０及びロータ２０などと摩擦接触しないように所定角度捩られた状態で配設した。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、内燃機関の吸排気弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に関するものである。

　従来の弁開閉時期制御装置としては、特許文献１に開示される技術がある。この装置は、互いに相対回転及び一体回転可能なハウジング及びロータと、ハウジングに形成され、ロータの外周面と摺接する突部と、ロータとハウジングとの間に形成される流体圧室と、ロータに設けられ流体圧室を遅角室と進角室とに区画するベーンと、遅角室の容積が減少すると共に進角室の容積が増加する進角方向に向けてハウジングに対してロータを付勢するトーションコイルスプリングとを備えている。トーションコイルスプリングは、カムシャフトに作用する変動トルクに起因して、ハウジング等に対してロータに内燃機関の運転中に常に働く遅角方向への力を考慮して設けられており、トーションコイルスプリングにより進角側への位相変換の応答速度の向上を図っている。トーションコイルスプリングの一端はハウジングに接合されるプレートに形成される第１収容溝に係止され、トーションコイルスプリングの他端はロータに形成される第２収容溝に係止されるものである。

　上記従来技術は、トーションコイルスプリングの一端にはトーションコイルスプリングの巻線部の軸長方向に導出される第１フック部が設けられ、第１フック部をプレートに形成される第１収容溝の溝底に形成される第１フック係止穴に挿入し係止すると共に、トーションコイルスプリングの他端にはトーションコイルスプリングの巻線部の軸長方向に導出される第２フック部が設けられ、第２フック部をロータに形成される第２収容溝の溝底に形成される第２フック係止穴に挿入し係止するものである。
特開平１１―１３２０１４号公報

　上記した従来の装置においては、トーションコイルスプリングの姿勢を保持するために、トーションコイルスプリングの一端側の巻線部がプレートに設けられた突起およびらせん状の溝に係合している。そのため、弁開閉時期制御装置の作動時におけるトーションコイルスプリングの捩じり角度の変化によって巻線部の内外径が変化して、巻線部が突起およびらせん状溝に摩擦接触し、トーションコイルスプリングが所望の捩じりトルクを与えることができなくなる。

　そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トーションコイルスプリングが所望の捩じりトルクを安定して付与することができるようにすることを技術的課題とする。

　上記した技術的課題を解決するために本発明において講じた手段は、互いに相対回転及び一体回転可能なハウジング及びロータと、該ハウジングに形成され、該ロータの外周面と摺接する少なくとも１つの突部と、前記ロータと前記ハウジングとの間に形成される流体圧室と、前記ロータ又は前記ハウジングに設けられ前記流体圧室を遅角室と進角室とに区画するベーンと、その一端が前記ハウジングに係止されると共にその他端が前記ロータに係止され、前記遅角室の容積が減少すると共に前記進角室の容積が増加する進角方向に向けて前記ハウジングに対して前記ロータを付勢するトーションコイルスプリングとを備えた弁開閉時期制御装置において、前記トーションコイルスプリングを前記ハウジング及び前記ロータと摩擦接触しないように所定角度捩られて配設したことである。

　この手段によれば、ガイド部への接触によるフリクションを抑えることができ、捩じりトルクを安定化し適性化することができると共に、組み付け時間を短くすることができ、また、プレート及びロータの回転角度の角度精度を確保することができ、組み付けを確実且つ容易に行うことができる。

　本発明によれば、ロータ及びハウジングとの接触によるフリクションを抑えることができ、捩じりトルクを安定化し適性化することができると共に、組み付け時間を短くすることができ、また、プレート及びロータの回転角度の角度精度を確保することができ、組み付けを確実且つ容易に行うことができる。

　以下、本発明に従った弁開閉時期制御装置の最良の形態を図面に基づき、説明する。

　図１及び図２に示した弁開閉時期制御装置は、内燃機関の図略のシリンダヘッドに回転自在に支承された弁開閉用のカムを有するカムシャフト１０とこの先端部に一体的に組み付けたロータ２０と、ロータ２０に所定範囲で相対回転可能に外装されたハウジング３０、フロントプレート（プレート）４０、リアプレート５０及びハウジング３０の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット３１からなる回転伝達部材と、ロータ２０とフロントプレート４０との間に組付けたトーションスプリング（トーションコイルスプリング）６０と、ロータ２０に組付けた４枚のベーン７０と、ハウジング３０に組付けたロックピン８０等によって構成されている。

　図１に示すように、ハウジング３０は、ロータ２０の外周に所定の角度範囲で相対回転可能に組み付けられていて、その両側にはフロントプレート４０とリアプレート５０が接合され、４本の連結ボルト９２によって一体的に連結されている。ハウジング３０の外周には、リアプレート５０が接合される後端側にタイミングスプロケット３１が一体的に形成されている。タイミングスプロケット３１と図略の内燃機関のクランクシャフトのスプロケットとの間には、図略のタイミングチェーン又はタイミングベルトの伝達部材が架設されている。内燃機関のクランクシャフトがスプロケットと共に駆動すると、タイミングチェーン又はタイミングベルトの伝達部材を経て、タイミングスプロケット３１が回転し、ハウジング３０がフロントプレート４０及びリアプレート５０と共に回転し、ロータ２０が回転し、ロータ２０と一体のカムシャフト１０が回転し、カムシャフト１０のカムが内燃機関の弁を押し上げて開閉させる。

　ハウジング３０の内周には、周方向に所定間隔で４個の突部３３が径内方向に向けて夫々突出形成されていて、これら突部３３の内周面がロータ２０の外周面に摺接し、ハウジング３０がロータ２０に回転自在に支承されている。ハウジング３０の隣り合う突部３３とロータ２０の外周面との間には流体圧室Ｒ０が形成されている。突部３３のうちの１つの突部３３Ａには、ロックピン８０とロックピン８０を付勢するスプリング８１とを収容する退避孔３４と、スプリング８１の一端を係止するリテーナ８２を挿入する挿入溝３５とが形成されている。突部３３Ａは、ハウジング３０の周方向の剛性が確保できるように他の突部３３に比べて周方向幅が大きく設定されている。

　ロータ２０は、単一の取付ボルト９３によってカムシャフト１０に一体的に固着されていて、４枚のベーン７０を夫々径方向に移動可能に取り付けるためのベーン溝２１を有している。また、ロータ２０は、図２に示した状態すなわちロータ２０とハウジング３０の相対位相が所定の位相（最進角位相）で同期したとき円筒状のロックピン８０の頭部が所定量嵌入される受容孔２２と、この受容孔２２にハウジング３０の外周面に軸方向に形成される軸方向溝３２を介して作動油を給排可能な連通孔２６及び通路２３と、各ベーン７０によって流体圧室Ｒ０が区画された遅角室Ｒ２（図２の下のものは除く）に作動油を給排する通路２５と、各ベーン７０によって流体圧室Ｒ０が区画された進角室Ｒ１に作動油を給排する通路２４とを有している。図２の下の遅角室Ｒ１には、通路２３の外方端が連通するロータ２０の外周に形成される周方向溝２７を介して作動油が給排されるようになっている。このような構成において、受容孔２２には最進角状態にてのみ作動油が給排されるように構成されている。尚、各ベーン７０はベーン溝２１の底部に収容したベーンスプリング７１によって径外方向に付勢されている。また、受容孔２２の径は、ロックピン８０の外径よりも少量大きく設定されている。

　内燃機関の停止時には、図２に示すように、ハウジング３０に対してロータ２０が最進角位相となっており、複数個のベーン７０のうち１個のベーン７０ａは、このベーン７０ａが対面する突部３３の端面３３ａに当接し、ロータ２０が進角方向へ回転することを阻止する進角方向ストッパとして機能している。また、ハウジング３０に対してロータ２０が最進角位相となっているときには、ロックピン８０の頭部がロータ２０の受容孔２２に嵌入しロックされ、ロックピン８０が遅角方向ストッパとして機能していると共に、ベーン７０が進角方向ストッパとして機能しているため、ロータ２０はハウジング３０に対して進角方向及び遅角方向の双方に回転できず、規制される。このようにロータ２０が規制された状態で内燃機関が始動されることが好ましい。内燃機関の始動の際には、内燃機関の油圧が充分に安定しないため、ベーン７０がロータ２０の周方向に移動してバタツキを発生しようとするが、前述したように進角方向ストッパ及び遅角方向ストッパが機能するため、内燃機関の始動直後におけるベーン７０のバタツキが抑止される。

　内燃機関の始動から時間が経過して内燃機関の油圧が安定した場合には、ロータ２０に形成されている通路２３及び連通孔２６とハウジング３０に形成されている軸方向溝３２を介して作動油が受容孔２２に供給されロックピン８０の頭部を加圧し、ロックピンを径外方向に移動させて解除する。このようにロックピン８０が解除されているとき、ハウジング３０に対するロータ２０の相対回転は許容され、この結果、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト１０の回転位相を遅角方向又は進角方向に調整することができる。

　この場合、進角室Ｒ１の作動油が進角油路２４から排出されると共に、遅角通路２５から作動油が遅角室Ｒ２に供給されると、遅角室Ｒ２の容積を増加させると共に進角室Ｒ１の容積を小さくするように、ロータ２０はベーン７０と共に遅角方向に向けてハウジング３０に対して相対回転する。最遅角位相では、複数個のベーン７０のうち１個のベーン７０ｂは、このベーン７０ｂが対面する突部３３の端面３３ｂに当接し、ロータ２０が遅角方向へ回転することを阻止する遅角方向ストッパとして機能している。

　一方、ロックピン８０が解除されているときに、遅角通路２５から遅角室Ｒ２の作動油が排出されると共に、進角通路２４から進角室Ｒ１に作動油が供給されると、進角室Ｒ１の容積を増加させると共に遅角室Ｒ２の容積を小さくするように、ハウジング３０に対してロータ２０はベーン７０と共に進角方向に向けて相対回転する。

　さて本実施形態によれば図１に示すように、フロントプレート４０とロータ２０とにより、トーションスプリング６０を収容する収容室９０が環状に同軸的に形成されている。収容室９０は、フロントプレート４０のロータ２０に接合する端面から開口する環状の第１収容溝９１と、ロータ２０のフロントプレート４０に接合する端面から開口する環状の第２収容溝９２とで形成されている。

　フロントプレート４０の第１収容溝９１は、環状の壁面である内周面９１ａと、環状の壁面である外周面９１ｂと、収容溝９１から径外方向に向けて部分的に凹設されている第１係止部９１ｃとを有する。第１係止部９１ｃは外周面９１ｂから径外方向に向けて、つまり第１フック部６１の導出方向に向けて、外周面９１ｂにおいて部分的に凹設されている。ロータ２０の第２収容溝９２は、環状の壁面である内周面９２ａと、環状の壁面である外周面９２ｂと、収容溝９２から径外方向に向けて部分的に凹設されている第２係止部９２ｃとを有する。第２係止部９２ｃは外周面９２ｂから径外方向に向けて、つまり第２フック部６２の導出方向に向けて、外周面９２ｂにおいて部分的に凹設されている。

　このため、ロータ２０に接合するフロントプレート４０のロータ２０と接合する端面に開口した第１係止部９１ｃとフロントプレート４０に接合するロータ２０の端面に開口した第２係止部９２ｃとを設けたことにより、トーションスプリング６０をフロントプレート４０及びロータ２０に係止する場合、フロントプレート４０の第１係止部９１ｃの開口に沿って第１フック部６１を係止し、ロータ２０の第２係止部９２ｃの開口に沿って第２フック部６２を係止することができるので、トーションプリング６０の組み付けを容易に行うことができる。

　フロントプレート４０とハウジング３０とリヤプレート５０が一体的に組み付けられるとき、それぞれの芯ズレにより、フロントプレート４０のロータ２０に接合する端面から開口する第１係止部９１ｃと流体圧室Ｒ０が干渉し流体圧室Ｒ０から油漏れが発生する恐れがある。この点本実施形態によれば、図３に示すように、フロントプレート４０の第１係止部９１ｃは、ハウジング３０に形成される周方向幅が最大の突部３３Ａの周方向中央と略同位置に配設され組み付けられるようにしたため、つまり、流体圧室Ｒ０から隔離された位置に第１係止部９１ｃが配設されるため、作動油が流体圧室Ｒ０から収容室９０へ漏れることを防止できる。

　この場合、フロントプレート４０の第１係止部９１ｃをハウジング３０に形成される周方向幅が最大の突部３３Ａの周方向中央と略同位置に配設されるように組み付けるために、ハウジング３０にポイントマーク３６を設けることが好ましい。

　図１に示すように、収容室９０にはトーションスプリング６０がロータ２０に対して略同軸的に配設されている。図１に示すように、トーションスプリング６０は断面円形状の金属線材をコイル状に曲成して形成されたものであり、トーションスプリング６０はロータ２０の中心軸芯に沿った軸芯を有する巻線部６３と、巻線部６３の軸長方向の一端から巻線部６３の径外方向に導出された第１フック部６１と、巻線部６３の軸長方向の他端から巻線部６３の径外方向に導出された第２フック部６２とを有する。図４及び図５において、第１フック部６１の導出量をＥ１、導出角度をＡ１として示すと共に、第２フック部６２の導出量をＥ２、導出角度をＡ２として示す。導出量Ｅ１、Ｅ２は、２Ｂ≦導出量Ｅ１、Ｅ２≦３Ｂ（Ｂ：トーションスプリング６０の線径）が好ましい。また、導出角度Ａ１、Ａ２は、０≦導出角度Ａ１、Ａ２≦３０°が望ましい。

　本実施形態によれば図１に示すように、収容室９０の第１収容溝９１の内周面９１ａ及び外周面９１ｂとトーションスプリング６０の巻線部６３との間に隙間Ｃ１が形成されている。同様に、収容室９０の第２収容溝９２の内周面９２ａ及び外周面９２ｂとトーションスプリング６０の巻線部６３との間に隙間Ｃ２が形成されている。

　ハウジング３０に対してロータ２０が相対回転すると、トーションスプリング６０のスプリング力が発揮される。このとき隙間Ｃ１，Ｃ２が形成されているため、トーションスプリング６０の巻線部６３が第１収容溝９１の内周面９１ａ及び外周面９１ｂ、第２収容溝９２の内周面９２ａ及び外周面９２ｂに接触して過剰な摩擦抵抗が生じることを抑制できる。これによりトーションスプリング６０の目標通りのスプリング力を発揮させるのに有利となる。隙間Ｃ１，Ｃ２は、隙間Ｃ１，Ｃ２≧０．３が好ましい。

　トーションスプリング６０のスプリング力に対向してロータ２０がハウジング３０に対して回転するときには、トーションスプリング６０の巻線部６３の径が小さくなる方向に弾性変形する傾向がある。殊にトーションスプリング６０の周りには隙間Ｃ１，Ｃ２が設けられているため、トーションスプリング６０のスプリング力に対向してロータ２０がハウジング３０に対して回転するときには、
トーションスプリング６０の巻線部６３の径が小さくなる方向に弾性変形し易いものである。このとき、トーションスプリング６０の第１フック部６１及び第２フック部６２が外れ易くなる傾向がある。この点本実施形態によれば、第１フック部６１及び第２フック部６２の双方が巻線部６３径外方向に導出されているため、第１フック部６１が第１係止部９１ｃから外れたり、第２フック部６２が第２係止部９２ｃから外れたりすることは抑えられる。

　また、前述のように、トーションスプリング６０の第１フック部６１及び第２フック部６２のそれぞれの導出量Ｅ１、Ｅ２は、２Ｂ≦導出量Ｅ１、Ｅ２≦３Ｂ（Ｂ：トーションスプリング６０の線径）、導出角度Ａ１、Ａ２は、０≦導出角度Ａ１、Ａ２≦３０°とすることにより、第１フック部６１と第１係止部９１ｃとが係合するの係合量及び第２フック部６２と第２係止部９２ｃとが係合するの係合量が確保されるため、第１フック部６１が第１係止部９１ｃから外れたり、第２フック部６２が第２係止部９２ｃから外れたりすることは、効果的に抑えられる。

　また、図６及び図７に示すように、第１フック部６１及び第２フック部６２をＲ形状にすると共に、フロントプレート４０の収容溝９１及びロータ２０の収容溝９２にそれぞれピンを設けて、第１フック部６１及び第２フック部６２を巻き掛けることにより、第１フック部６１が第１係止部９１ｃから外れたり、第２フック部６２が第２係止部９２ｃから外れたりすることは、更に効果的に抑えられる。

　トーションスプリング６０は、ベーン７０を保持するロータ２０をハウジング３０に対して図２の反時計方向に常に付勢する付勢力を有している。このトーションスプリング６０は、カムシャフト１０に作用する変動トルクに起因して、ハウジング３０等に対してロータ２０に内燃機関の運転中に常に働く遅角方向への力（進角側への回転を阻害する力）を考慮して設けたものであり、常にロータ２０をハウジング３０に対して進角側へ付勢しており、これによってロータ２０の進角側への作動応答性の向上が図られる。

　トーションスプリング６０は、ロータ２０をハウジング３０に対して常に付勢する付勢力を有するように、トーションスプリング６０は捩じられて組み付けられている。このとき、トーションスプリング６０が捩じられるように、トーションスプリング６０の第１フック部６１を係止したフロントプレート４０と第２フック部６２を係止したロータ２０とを回転させて組み付けなければならない。この時、捩じり角度が大きい場合、つまり回転角度が大きい場合、組み付け時間が長くなったり、フロントプレート４０及びロータ２０の回転角度の角度精度が低くなり、組み付け不良となる恐れがある。この点本実施形態によれば、トーションスプリング６０の最大捩じり角度は３６０°以内であるため、組み付け時間が短くすることができ、また、フロントプレート４０とロータ２０との回転角度の角度精度が高めることができ、組み付けを確実に行うことができる。

　また、前述したように、トーションスプリング６０のスプリング力に対向してロータ２０がハウジング３０に対して回転するときには、トーションスプリング６０の巻線部６３の径が小さくなる方向に弾性変形する傾向がある。このとき、図８に示すようにトーションスプリング６０の捩じり角度が大きい場合は、トーションスプリング６０の巻線部６３が第１収容溝９１の内周面９１ａ及び外周面９１ｂ、第２収容溝９２の内周面９２ａ及び外周面９２ｂに接触して過剰な摩擦抵抗（フリクショントルク）が生じる恐れがある。この点本実施形態によれば、トーションスプリング６０の最大捩じり角度は３６０°以内であるため、摩擦接触することが防止され、安定した捩じりトルクを発生させ、適切な作動性を得ることができる。

　上記実施形態においては、排気用カムシャフト１０に組付けられる弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は吸気用のカムシャフトに組付けられる弁開閉時期制御装置にも同様に実施し得るものである。

　また、上記した実施形態においては、遅角室Ｒ２が最小容積となる状態（最進角状態）にてハウジング３０に組付けたロックピン８０の頭部がロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成したが、進角室Ｒ１が最小容積となる状態（最遅角状態）にてハウジング３０に組付けたロックピン８０の頭部がロータ２０の受容孔２２に嵌入されるように構成し実施することも可能である。

本発明の実施形態である弁開閉時期制御装置の縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。トーションスプリング（トーションコイルスプリング）の端面図である。トーションスプリング（トーションコイルスプリング）の側面図である。トーションスプリング（トーションコイルスプリング）の他実施例の端面図である。トーションスプリング（トーションコイルスプリング）の他実施例の側面図である。トーションスプリング捩じり角度と摩擦抵抗（フリクショントルク）の関係を示す説明図である。

符号の説明

２０・・・ロータ
３０・・・ハウジング
３３、３３Ａ・・・突部
４０・・・フロントプレート（プレート）
６０・・・トーションスプリング（トーションコイルスプリング）
６１・・・第１フック部
６２・・・第２フック部
６３・・・巻線部
７０・・・ベーン
９１・・・第１収容溝
９１ｃ・・・第１係止部
９２・・・第２収容溝
９２ｃ・・・第２係止部
Ｒ０・・・流体圧室
Ｒ１・・・遅角用室
Ｒ２・・・進角用室

Claims

互いに相対回転及び一体回転可能なハウジング及びロータと、
　該ハウジングに形成され、該ロータの外周面と摺接する少なくとも１つの突部と、
　前記ロータと前記ハウジングとの間に形成される流体圧室と、
　前記ロータ又は前記ハウジングに設けられ前記流体圧室を遅角室と進角室とに区画するベーンと、
　その一端が前記ハウジングに係止されると共にその他端が前記ロータに係止され、前記遅角室の容積が減少すると共に前記進角室の容積が増加する進角方向に向けて前記ハウジングに対して前記ロータを付勢するトーションコイルスプリングとを備えた弁開閉時期制御装置において、
　前記トーションコイルスプリングは前記ハウジング及び前記ロータと摩擦接触しないように所定角度捩られて配設されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
前記トーションコイルスプリングの最大捩り角度は３６０°以内であることを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。　　
前記トーションコイルスプリングの一端が前記ハウジングに接合されるプレートに形成される第１収容溝に係止されると共に、前記トーションコイルスプリングの他端が前記ロータに形成される第２収容溝に係止され、前記第１収容溝は、前記ハウジングに形成される前記突部のうち周方向幅が最大の突部の周方向における略中央部分と略同位置に配設されることを特徴とする請求項３に記載の弁開閉時期制御装置
前記トーションコイルスプリングの一端には前記トーションコイルスプリングの巻線部の径外方向に導出される第１フック部が設けられ、前記トーションコイルスプリングの他端には前記トーションコイルスプリングの巻線部の径外方向に導出される第２フック部が設けられ、前記第１収容溝には第１フック部が係止される第１係止部が設けられ、前記第２収容溝には第２フック部が係止される第２係止部が設けられ、前記第１係止部は前記プレートの前記ロータに前記接合する端面から開口し、前記第２係止部は前記ロータの前記プレートに前記接合する端面から開口していることを特徴とする請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。