JP2005337183A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相変更機構とカムシャフトの2部品間の締結強度を確保可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供すること。
【解決手段】 クランクシャフトから回転が伝達されると共に、カムシャフトに対して相対回転可能に設けられた駆動部材と、前記駆動部材とカムシャフト間に設けられ、内燃機関の運転状態に応じて互いの相対回転位相を変更する位相変更機構と、該位相変更機構に設けられ、カムシャフト端面と当接した状態でカムボルトによって押し付け固定される取付面と、を有する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記取付面とカムシャフト端面の内周側に、両者が対向した状態で互いに非接触となる非接触部を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、特にカムシャフトと位相変更機構の取付部に関する。

従来、ベーンロータと一体に軸部を設け、軸部端部をカムシャフトに当接させた状態でカムボルトによってカムシャフトに締結固定した技術が特許文献１に開示されている。
特開２００１−１１５８０７号公報。

しかしながら、上述の従来技術にあっては、軸部端部全面をカムシャフトに当接させるため、トルク伝達有効径が十分に確保できず、十分な耐回転滑り強度を有した2部品の締結ができないという問題があった。

本発明は、上述の従来の問題点に着目して成されたもので、位相変更機構とカムシャフトの2部品間の締結強度を確保可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明は、クランクシャフトから回転が伝達されると共に、カムシャフトに対して相対回転可能に設けられた駆動部材と、前記駆動部材とカムシャフト間に設けられ、内燃機関の運転状態に応じて互いの相対回転位相を変更する位相変更機構と、該位相変更機構に設けられ、カムシャフト端面と当接した状態でカムボルトによって押し付け固定される取付面と、を有する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記取付面とカムシャフト端面の内周側に、両者が対向した状態で互いに非接触となる非接触部を設けた。

よって、トルク伝達有効径を十分に確保することが可能となり、耐回転滑り強度を向上することで2部品間の確実な締結を達成できる。

以下に、本発明を実施する最良の形態を実施例として図面に基づいて説明する。

まず、構成について説明する。図１はバルブタイミング制御機構５におけるエンジン始動時の側面断面図を含むバルブタイミング制御装置の構成を表す図である。バルブタイミング制御機構５は図外のエンジンに設けられ、カムシャフト４の一端側に配置されている。クランクシャフトの回転は、回転伝達部材としてのチェーンによってバルブタイミング制御機構５に伝達される。尚、本実施例１では、バルブタイミング制御機構５が吸気カムシャフトもしくは排気カムシャフトのどちらに設けられていてもよく、また、クランクシャフトの回転がチェーンにより直接両方のカムシャフトに伝達される（一方は、バルブタイミング制御機構５を介して伝達される）構成でもよいし、一方のカムシャフトに伝達された後、別途チェーン等によって他方のカムシャフトに回転が伝達される構成でもよく、特に限定しない。

バルブタイミング制御機構５は、ハウジング５０と、ベーンロータ５５から構成されている。ベーンロータ５５は、カムシャフト４に対しカムボルト４０により一体的に固定され、ハウジング５０内に相対回転自在に収容されている。ハウジング５０の外周には、スプロケット５３ｃが形成されている。クランクカムシャフトの回転は、回転伝達部材として巻装されたチェーンによりスプロケット５３ｃ（ハウジング５０）に伝達され、ベーンロータ５５を介してカムシャフト４に伝達される。

ベーンロータ５５とハウジング５０間は、エンジンを駆動源とするオイルポンプ９から供給される作動油を介して回転力を伝達するが、作動油の給排を調整することにより相対回転位相を変更することができる。つまり、ベーンロータ５５に対してハウジング５０が、任意の位置に相対回転された状態で回転力を伝達することにより、クランクシャフトの回転に対するカムシャフト４の相対回転位相を変更することができる。尚、他方のカムシャフトは、クランクシャフトの回転に対する相対回転位相は変更されない。

オイルポンプ９とバルブタイミング制御機構５間には、ベーンロータ５５とハウジング５０間に給排される作動油を調整するための作動油給排手段としての油圧制御アクチュエータ１４が設けられている。油圧制御アクチュエータ１４は、エンジンの作動状態、つまり、水温センサにより検出されるエンジンの温度、クランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサにより検出されるエンジン回転数、スロットル開度により検出されるエンジン負荷等をコントローラー１０に入力して算出された指令信号に応じて別々に独立して駆動される。また、カムシャフト４の軸方向端部には、カムシャフト４の回転位置を検出する吸気側カム角センサが設けられており、このカム角センサの検出結果より、実際のカムシャフトのカム角が指令信号と一致しているかどうかを随時、確認して補正を加える、いわゆるフィードバック制御を行っている。

（バルブタイミング制御機構の構成）
図２はバルブタイミング制御機構５における最遅角位置における正面断面図、図３は最進角位置における正面断面図を表す。尚、図１は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図２，３は図１のＡ−Ａ断面図である。

〔バルブタイミング制御機構の構成〕
バルブタイミング制御機構５とは、ハウジング５０内に形成される複数（４つ）の作動室と、夫々の作動室内に収容されるベーンロータ５５に設けられた複数（４枚）のベーン５５１、５５２のことを言い、夫々の作動室を複数（４枚）のベーン５５１、５５２によって隔成することで形成される複数組（４組）の進角室５ａと遅角室５ｂには、進角用油路６１と遅角用油路６２とが夫々連通し、コントローラー１０からの指令信号に基づいて油圧制御アクチュエータ１４が駆動され作動油が選択的に給排される。

ハウジング５０は、円盤状の薄板で形成されたフロントプレート５１と、ベーンロータ５５を内部に収容し複数（４つ）のシュー５２０によって複数（４つ）の作動室を隔成するハウジング本体５２と、内周にベーンロータ５５の段差部５５３が挿通されるよう挿通穴５３ｄが形成され、外周にスプロケット５３ｃが形成されたリヤプレート５３とから構成されている。これら互いの部材５１，５２，５３はフロントプレート５１側から挿通される複数（４つ）のボルト５４により一体に固定されハウジング５０を構成している。

ベーンロータ５５には複数（４枚）のベーン５５１，５５１，５５１，５５２が略等間隔に設けられている。このうち、他のベーン５５１に対して回転方向に幅広となっている一枚のベーン５５２内には、回転軸方向に移動自在であってスプリング等の弾性体によってリヤプレート５３側に付勢された保持機構としてのロックピン５６が設けられている。ロックピン５６には進角用油路６１及び遅角用油路６２から供給された作動油が作用することによってスプリング力に抗して係合を解除するよう構成されている。ロックピン５６は、エンジン始動時においてハウジング５０とベーンロータ５５とを一体的に固定する。ロックピン５６の係合が解除されると、ハウジング５０とベーンロータ５５とは相対回転自在となる。このように、ロックピン５６によって、油圧が発生しない状態であってもハウジング５０とベーンロータ５５とを保持状態とし、バルブスプリングとカムの作用により発生する交番トルクによって生じるばたつきを防止することが可能となる。

また、ベーンロータ５５の内周であってベーン５５１，５５２と軸方向に重なる位置には、カムシャフト４と対向する側から油圧供給ブロック６０を収装すると共に、カムボルト４０が挿入される開口部５５４が形成されている。また、ベーンロータ５５のボス部からカムシャフト４側に延在され内周にカムボルト４０を挿通する貫通穴５５３ａが形成された段差部５５３が設けられている。

この段差部５５３のカムシャフト側端面には、カムシャフト４の端部を支持するカムシャフト支持部５５３ｂが設けられ、このカムシャフト支持部５５３ｂには後述するピン４ａと噛み合う切り欠き５５３ｃが形成されている。段差部５５３の外周においてリヤプレート５３を支持すると共に、カムシャフト側端部においてカムシャフト４に取り付けられる。尚、段差部５５３とカムシャフト４との取り付けについては後で詳述する。

油圧供給ブロック６０内には、油圧制御アクチュエータ１４から供給される油圧を進角室５ａ及び遅角室５ｂに連通する進角用油路６１及び遅角用油路６２が形成されている。油圧供給ブロック６０を用いることで、カムシャフト４側に軸心油路等を構成する必要が無く、カムシャフト４の加工工数を低減することができるが特に限定しない。

図２に示すように、ベーンロータ５５とハウジング５０の摺動部であって、ベーン５５１先端に形成された溝内にはハウジング本体５２側に板バネ５５ｂによって付勢された樹脂製のシール部材５５ａが設けられている。一方、ベーンロータ５５とハウジング５０の摺動部であって、シュー５２０内周端に形成された溝内にも同様にベーンロータ５５側に板バネ５２ｂによって付勢された樹脂製シール部材５２ａが設けられている。よって、各ベーン５５１，５５２の回転方向両側とハウジング本体５２におけるシュー５２０との間にシール部材５２ａ，５５ａを介して液密に画成された進角室５ａ及び遅角室５ｂが隔成される。尚、本実施例では便宜上回転方向を図中時計回り方向と規定するが特に限定しない。

エンジン始動時では、ベーンロータ５５は最遅角位置においてロックピン５６の係合によりハウジング５０と一体的に回転するようになっているが進角室５ａもしくは遅角室５ｂにオイルポンプ９から作動油が供給されると、ロックピン５６にスプリング力に抗した油圧が作用することでロックピン５６の係合が解除される。図３はバルブタイミング制御機構５における最進角位置における正面断面図である。進角室５ａに作動油が供給されるとハウジング５０はベーンロータ５５に対して進角側に回動し作動角を得る。同様に、遅角室５ｂに作動油が供給されるとハウジング５０はベーンロータ５５に対して遅角側に回動し作動角を得る。

図４はカムシャフト４のバルブタイミング制御機構５側から見た正面図及び断面図である。カムシャフト４には、段差部５５３内に挿入される挿入部４１と、段差部５５３の端面と当接面４２ａとを軸方向に当接させる径方向延在部４２から構成されている。また、カムシャフト４の軸心部には、カムボルト４０のナット側となるねじ部４ｂが形成されている。挿入部４１の外周には図外のカム位置との関係において位置決めされたピン４ａが挿入されている。このピン４ａは、段差部５５３に形成された切欠部５５３ｃと嵌合することでベーンロータ５５とカムシャフト４との相対的な回転角位置関係を規定している。

図５は段差部５５３とカムシャフト４の当接部近傍を表す拡大断面図である。段差部５５３のカムシャフト支持部５５３ｂのカムシャフト４側端面553b2とカムシャフト支持部５５３ｂの内周との間にはテーパ面553b1が形成されている。ベーンロータ５５とカムシャフト４がカムボルト４０の締め込みによって一体とされると、このカムボルト４０の締付力によって端面553b2は外周側に広がるように若干変形しながら当接する。

ここで、端面553b2と当接面４２ａとの間の滑りトルクについて説明する。図６は段差部５５３の正面図である。段差部５５３の内径側の直径をd、外径側の直径をDとする。滑りトルクＴとは、二つの回転体を所定の力Ｆで軸方向に押圧した状態で回転伝達するトルクを表し、下記関係式により規定される。
Ｔ＝1/3・μ・Ｆ・{(D³-d³)/(D²-d²)}
ここで、μは端面553b2と当接面４２ａとの間の摩擦係数である。

上記関係式から、外径側の直径Dをある値に規定したとき、lim（d→D）＝3/2・Dとなり、d<Dの領域ではＴは単調増加を示す。すなわち、内径側の直径dが大きければ大きいほど滑りトルクＴは大きくなることが分かる。よって、ベーンロータ５５とカムシャフト４をカムボルト４０により一体に固定する際、ベーンロータ５５の端面553b2とカムシャフト４の当接面４２ａとの間に非接触部を設け、外周側で接触するように段差部５５３を構成することで、トルク伝達有効径を十分大きく取ることができる。尚、内径側の直径dが所定値以上となると段差部５５３の強度不足が懸念されるため、この所定値未満の範囲内において極力dを大きくすることが望ましい。

また、カムボルト４０の締付により段差部５５３の外径が若干広がる方向に変形するように構成することで、更にトルク伝達有効径を大きく取ることができる。また、テーパ面553b1を設けたことで、外径が広がる際に変形を阻害しないため、更に外径を広がりやすくできる。また、段差部５５３に、位置決めのピン４ａと嵌合する切欠部５５３ｃを設けたことにより、段差部５５３が更に外径側に広がりやすくなる。

（組み付けの作用）
次に、上記構成のバルブタイミング制御装置の組み付けについて説明する。図７はバルブタイミング制御機構５のフロントプレート側から見た正面図、図８はバルブタイミング制御機構５のフロントプレート側斜め上方から見た斜視図である。ハウジング本体５２の外周には、回転軸方向に延びる縦溝５２ｃが設けられている。この縦溝５２ｃは、ハウジング本体５２の基本形状を焼結成形する時に同時に形成する。ハウジング本体５２は、焼結により基本形状が成形された後、サイジングによって最終的な形状が整えられる。このとき、サイジング作業を行う機械へ装着する際の位置合わせに縦溝５２ｃを用いることが可能となる。また、リヤプレート５３のスプロケット５３ｃのハウジング本体５２側の面には、周方向所定箇所にタイミングマーク５３ａが設けられている。

ハウジング本体５２とリヤプレート５３は、縦溝５２ｃとタイミングマーク５３ａとの周方向位置とを一致した状態で固定される。これにより、スプロケット５３ｃとハウジング本体５２とを予め決められた位置に容易に合わせることが可能となり、組み付け性の向上を図ることができる。

すなわち、縦溝５２ｃを設けたことで、サイジングの際の基準として使用するだけでなく、組み付け時の基準として使用することが可能となり、作業工程の各箇所（サイジング，組み付け等）において作業効率の向上を図ることができる。

更に、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ） 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記位相変更機構は、
前記駆動部材に固定されると共に、封止部材で封止されることで内部に油室が形成されるハウジングと、
前記油室内のオイルを介して回転力が伝達され、前記封止部材に設けられた開口部に軸受された状態で取り付けられた従動軸と、
前記油室内のオイル量を内燃機関の運転状態に応じて制御する油圧制御機構と、
によって構成され、
前記従動軸端面が前記取付面であり、該取付面の中心にカムボルト挿通穴が設けられると共に、前記取付面におけるカムボルト挿通穴周囲に段差部を設けることで前記非接触部が形成されることを特徴とする。

よって、カムボルトを締め付けることによって従動軸の取付面が外周側に広がるようになり、開口部と従動軸とで形成される軸受部分から漏れるオイルを極力少なくすることができる。

（ロ） 上記（イ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記段差部は、テーパ状に段差が設けられていることを特徴とする。

よって、段差部の段部が取付面の外周側への変形を阻害しないため、従動軸の取付面が外周側に広がりやすくなり、上記（イ）に記載の作用効果を更に向上できる。

（ハ） 請求項１および上記（イ），（ロ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記取付面には、径方向に伸びる位置決め溝が形成され、
前記カムシャフト端面に該位置決め溝が挿入される位置決めピンが設けられていることを特徴とする。

よって、カムシャフトと従動軸との回転方向の位置決めが可能となり、位置決め溝によって従動軸の取付面が外周側に広がりやすくなり、上記（イ），（ロ）に記載の作用効果を更に向上できる。

（ニ）請求項１および上記（イ），（ロ），（ハ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記位相変更機構は、
前記ハウジング内に形成された油室と、
カムシャフトに固定され、前記油室を進角油室及び遅角油室に仕切るべく径方向にのびるベーンを有するベーンロータと、
前記進角油室と遅角油室内のオイルの量を制御する油圧制御機構と、
から構成されることを特徴とする。

ベーンタイプの位相変更機構にあっても、上記作用効果と同様の作用効果を達成できる。

（ホ）クランクシャフトから回転が伝達される駆動部材と、
該駆動部材に固定された筒状のハウジングと、
該ハウジング内に設けられ、内燃機関の運転状態に応じて前記駆動部材とカムシャフトとの相対回転位相を変更する位相変更機構と、
を有する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記ハウジング外周に回転軸方向に延びる縦溝を設けると共に、
前記駆動部材における周方向所定箇所にタイミングマークを設け、
前記縦溝と前記タイミングマークが周方向一致した状態でハウジングと駆動部材が固定されることを特徴とする。

駆動部材の決められた周方向位置とハウジングの決められた周方向位置とを一致させることが容易となり、組み付け性の向上を図ることができる。

（ヘ）上記（ホ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記位相変更機構は、
前記ハウジング内に形成された油室と、
カムシャフトに固定され、前記油室を進角油室及び遅角油室に仕切るべく径方向にのびるベーンを有するベーンロータと、
前記進角油室と遅角油室内のオイルの量を制御する油圧制御機構と、
から構成され、
前記ハウジングは、基本形状に成形後にサイジングされることを特徴とする。

サイジング作業を行う機械へ装着する際の位置合わせに縦溝を用いることが可能となり、サイジング作業を行う際に必要な目印と、駆動部材との位置合わせに必要な目印を別々に設ける必要がない。

（ト）上記（ホ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記ハウジングの基本形状の成型は焼結により行われることを特徴とする。

（チ）請求項１及び上記（イ）ないし（ト）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記駆動部材は、スプロケットであることを特徴とする。

実施例１のバルブタイミング制御機構におけるエンジン始動時の側面断面図を含むバルブタイミング制御装置の構成を表す図である。 実施例１のバルブタイミング制御機構における最遅角位置における正面断面図である。 実施例１のバルブタイミング制御機構における最進角位置における正面断面図である。 実施例１のカムシャフトのバルブタイミング制御機構側から見た正面図及び断面図である。 実施例１の段差部とカムシャフトの当接部近傍を表す拡大断面図である。 実施例１の段差部の正面図である。 実施例１のバルブタイミング制御機構のフロントプレート側から見た正面図である。 実施例１のバルブタイミング制御機構のフロントプレート側斜め上方から見た斜視図である。

符号の説明

４ カムシャフト
４ａ ピン
５ バルブタイミング制御機構
５ａ 進角室
５ｂ 遅角室
９ オイルポンプ
１０ コントローラ
１４ 油圧制御アクチュエータ
４０ カムボルト
４１ 挿入部
４２ 径方向延在部
５０ ハウジング
５１ フロントプレート
５２ ハウジング本体
５２ａ，５５ａ シール部材
５２ｂ 板ばね
５２ｃ 縦溝
５３ リヤプレート
５３ａ タイミングマーク
５３ｃ スプロケット
５３ｄ 挿通穴
５４ ボルト
５５ ベーンロータ
５５ａ シール部材
５５ｂ 板ばね
５６ ロックピン
６０ 油圧供給ブロック
６１ 進角用油路
６２ 遅角用油路
５２０ シュー
５５１，５５２ ベーン
５５３ 段差部
５５３ａ 貫通穴
５５３ｂ カムシャフト支持部
５５４ 開口部

Claims (1)

1. クランクシャフトから回転が伝達されると共に、カムシャフトに対して相対回転可能に設けられた駆動部材と、
   前記駆動部材とカムシャフト間に設けられ、内燃機関の運転状態に応じて互いの相対回転位相を変更する位相変更機構と、
   該位相変更機構に設けられ、カムシャフト端面と当接した状態でカムボルトによって押し付け固定される取付面と、
   を有する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記取付面とカムシャフト端面の内周側に、両者が対向した状態で互いに非接触となる非接触部を設けた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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