JP2007100651A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の機種に適合するバルブタイミング調整装置を、加工精度を要求されない切削加工により簡単且つ安価に得られるようにする。
【解決手段】内側に複数の突起状のシューを有し該シュー間で油圧室を形成するクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを放射状に有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体と、第１回転体のベーンと第２回転体のシューの当接面のいずれか一方に形成され切削加工により第２回転体の動作可能範囲を変更する被加工部とを備えたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジン等の内燃機関（以下、エンジンと称する）の吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング調整装置に関するものである。

従来のバルブタイミング調整装置は、カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し該シュー間で油圧室を形成するケース、および前記油圧室を塞ぐフロントカバーおよびリアカバーを一体に固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体とで構成され、エンジン摺動部分へ油を供給するオイルポンプの油圧が給排され、この油圧により第１回転体に対する第２回転体の相対位置が制御される。

上記の構成において、エンジン始動時の油圧力が無い時には、第１回転体のシューと第２回転体のベーンが当接、分離を繰返し打音が生じる。そこで、前記シューに半径方向に貫通させた穴を設け、その穴に収納したロックピンを該穴に挿入したコイルスプリングで押圧して、例えば第２回転体が最遅角位置に位置したとき該第２回転体の外周面に設けた係合凹部に係合させ、第１回転体と第２回転体の相対位置を固定して打音の発生を抑制している。そして、エンジン始動によりオイルタンクからの油圧が高まると、その油圧力でコイルスプリングの押圧力に抗して、ロックピンを係合凹部から離脱させて第１回転体と第２回転体を相対回転可能とする。

このバルブタイミング調整装置は、例えば、内燃機関の機種毎に好適なタイミングの範囲が存在している。このため、最遅角バルブタイミングから最進角バルブタイミングまでの範囲、回転位相差の許容範囲も自ずと内燃機関の機種毎に設計変更をしなければならなかった。そこで、従来は特許文献１に記載されているように、油圧室の側板に可変角制限ピンを設け、この可変角制限ピンにベーンを当接させることが行われている。この場合、例えば、高速回転用内燃機関のバルブタイミング調整装置と、低速回転用内燃機関のバルブタイミング調整装置は、バルブタイミング調整装置のサイズとバルブタイミング調整装置に連結するチェーンスプロケットとカムシャフトが同一であるが、内燃機関の仕様によって最大動作角度のみ異なるバルブタイミング調整装置の要求がある。

特許第３４７３３６８号公報

従来のバルブタイミング調整装置は上記のように構成されているので、内燃機関の機種に適合するように動作角度を変更するためには、動作角度を制限する制限ピン、その制限ピンを挿入する穴加工、その穴に制限ピンを挿入する工程を要した。このため、部品点数、加工点数、作業点数等が増加し、コストアップになるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、バルブタイミング調整装置の一部を切削加工するのみで、最大動作角度の異なるバルブタイミング調整装置を高精度に且つ安価に作り分けすることを目的とする。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを放射状に有し該シュー間で油圧室を形成するケース、前記油圧室を塞ぐフロントカバーおよびリアカバーを一体固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体と、前記進角油圧室と遅角油圧室とに作動油を供給可能および排出可能な油圧給排手段と、前記第１回転体に設けられ前記第２回転体が最遅角位置または最進角位置に回転し第２回転体の表面に設けられた係合凹部と対向すると付勢手段の付勢力で該係合凹部に突出係合するロックピンと、前記シューまたは前記ベーンの当接面のいずれか一方に形成され切削加工により前記第２回転体の動作可能範囲を拡大する被加工部とを備えたものである。

この発明によれば、第１回転体に設けられたシューまたは第２回転体に設けられたベーンの当接面のいずれか一方に形成された被加工部を切削加工することで該第２回転体の動作可能範囲を拡大するように構成したので、機種を異にする内燃機関に適合するバルブタイミング調整装置を、新たな部品を要することなく、加工精度を要しない簡単な切削加工で安価に作り分けすることができる。

また、シューとベーンの当接部が複数あるときには、その各当接部に突設量の異なる被加工部を形成しておくことで、複数の機種を異にする内燃機関に適するバルブタイミング調整装置を新たな部品を要することなく、加工精度を要しない簡単な加工で安価に作り分けすることができる。この場合、突出量を異にする被加工部を回転軸を挟んで対角順に設けておくことにより、切削加工による動作可能範囲の変更によるバランス変化を少なくすることができる。

実施の形態１．
図面はこの発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示すもので、図１は第２の回転体が最遅角位置に位置するときの図２のＢ−Ｂ線に沿うバルブタイミング調整装置の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図、図３は第２の回転体が最進角位置に位置するときのバルブタイミング調整装置の横断面図である。

この実施の形態１によるバルブタイミング調整装置１は、図１乃至図３に示すように、エンジン（図示せず）のクランクシャフト（図示せず）とチェーン（図示せず）を介して同期回転する第１回転体１と、この第１回転体１内に配設されかつ吸気または排気カムシャフト（以下、カムシャフトと称する）２の端面に一体に固定された第２回転体３とから概略構成されている。

第１回転体１は、内側に径内方向へ突出した複数のシュー４ｂ−１〜４ｂ−４を有するケース４と、このケース４の内空間を塞ぐフロントカバー５とクランクシャフトの回転駆動力を受けるスプロケット４ａを外側に有するリアカバー６から概略構成されており、ボルト７により３者一体に固定されている。

第２回転体３は、カムシャフト２の端面にワッシャ８を介してボルト９により一体に締結されたボス部１０ａと、このボス部１０ａの外周部から径方向外方へ放射状に突出した複数のベーン１０ｂ−１〜１０ｂ−４を有するロータ１０で構成される。このロータ１０のベーン１０ｂ−１〜１０ｂ−４はケース４のシュー４ｂ−１〜４ｂ−４によって形成された複数の内空間を、ロータ１０をケース４に対して進角側に相対回転させる際に油圧供給を受ける複数の進角油圧室１１と、ロータ１０をケース４に対して遅角側に相対回動させる際に油圧供給を受ける複数の遅角油圧室１２に区画している。各進角油圧室１１には油圧を給排する遅角油路１３が連通し、各遅角油圧室１２には油圧を給排する進角油路（図示せず）が連通している。

ケース４のシュー４ｂ−１には径方向に貫通する収納穴１５（第１の穴）が形成されている。この収納穴１５内には、その軸方向に沿って往復摺動可能な略円柱状のロックピン１６が径外より挿入配設されている。また、シュー４ｂ−１には収納穴１５と交差する方向（ロータ１０の軸方向）に略円柱状の穴（第２の穴）４ｃが形成されている。そして、上記収納穴１５にロックピン１６を押圧するように挿入したコイルスプリング１８の後端を係止するように押さえ部材３１を該収納穴に挿入し、この押さえ部材３１の周面に挿入方向と直交する方向に形成された係合凹部３１ａを上記の穴４ｃに合致させ、この合致した穴にピン１７を挿入して押さえ部材３１を抜け止め支持する。

実施の形態１では、第１回転体１のシュー４ｂ−１と第２回転体３のベーン１０ｂ−１が当接することでバルブタイミング調整装置の最も遅くなる位置（最遅角位置）を決定し、ロータ１０の回転によってベーン１０ｂ−１の他の面がシュー４ｂ−２と当接または他のシューと他のベーンが当接することで、バルブタイミング調整装置が最も進んだ位置（第１の最進角位置）を決定する。この最遅角位置と最進角位置の間の角度がバルブタイミング調整装置の最大動作角度である。実施の形態１では、４対のシュー４ｂ−１〜４ｂ−４とベーン１０ｂ−１〜１０ｂ−４があるが、最進角位置と最遅角位置で当接するシューとベーンはそれぞれ一対となっている。

実施の形態１は第２回転体が第１回転体に対して最も遅れた位置（最遅角位置）でロックピンが第２回転体表面の係合凹部１９に係合する例である。そして、この収納穴１５には解除油路２０が連通している。各ベーン１０ｂ−１、１０ｂ−３、１０ｂ−４の回転方向の面（進角方向面）には、それぞれ突出量が異なる（順次少ない）被加工部３３ａ，３３ｃ、３３ｄが形成されている。

次に動作について説明する。
まず、ケース４に対するロータ１０の相対位置が図１、図２に示す最遅角位置にあるとき、ロックピン１６がコイルスプリング１８の付勢力により係合凹部１９に係合している（ロックピン係合状態）。この状態でエンジン始動に伴い、オイルポンプから解除油路２０を介して収納穴１５に油圧が供給されると、この油圧をロックピン１６の段部で受ける。このため、ロックピン１６は油圧によりコイルスプリング１８の付勢力に抗して収納穴１５内を径方向に摺動し、係合凹部１９より解除される。このとき、ロックピン背圧側のオイルは油路３５からフロントカバー５側に排出される。ロックピン１６が解除されたロータ１０は、進角油路１３を介して進角油圧室１１内にオイルが供給され、遅角油圧室１２内のオイルが遅角油路(図示せず)を介して排出されることにより、図３に示すように進角側に相対回動する。

この場合、ベーン１０ｂ−１の被加工部３３ａがシュー４ｂ−２に当接したときが第１の最大動作角度Ａである。この最大動作角度Ａより大きな動作角度を必要とするときは、図４に示すように、ベーン１０ｂ−１の被加工部３３ａを切削加工により除去し、図５に示すように回転軸を挟んだ対角側の被加工部３３ａより突出量の小さなベーン１０ｂ−３の被加工部３３ｃをシュー４ｂ−３に当接させるようにする。これによりできた最遅角位置と進角当接位置の間の角度がこのバルブタイミング調整装置における第２の最大動作角度Ｂであり動作角度が拡大する。つまり、第１の最大動作角度Ａより大きな第２の最大動作角度Ｂとすることができる。

さらに、大きな動作角度を必要とするときには、図６に示すように被加工部３３ｃを切削加工により除去し、図７に示すように対角側の被加工部３３ｃより突出量の小さなベーン１０ｂ−４の被加工部３３ｄをシュー４ｂ−１に当接させるようにすることにより、第２の最大動作角度Ｂより大きな第３の最大動作角度Ｃとすることができる。

この場合、第１回転体１であるケース４と第２回転体３であるロータ１０の複雑な形状は、ダイカスト、押し出し、焼結などの成形でできているため、元の当接面も、機械加工によって新しくできた当接面も成形時の形状／寸法で決定しており、機械加工は当接しないようにするだけで加工の精度は要求されない。また、部品点数が増すことなく、加工精度も要求されることがなく、コストをかけずにバルブタイミング調整装置の作り分けが可能である。

なお、ケース４に対するロータ１０の相対位置が進角位置の場合、遅角油路１３を介して遅角油圧室１２内にオイルが供給され、進角油圧室１１内のオイルが進角油路（図示せず）を介して排出されることにより、遅角側に相対回動する。ケース４に対するロータ１０の相対位置が最遅角位置まで回動すると、図２、図４、図６に示すように、ロックピン１６はコイルスプリング１８の付勢力により収納穴１５内を径内方向に摺動し、係合凹部１９に係合する。

以上のように、この実施の形態１によれば、第１回転体に設けられたシューまたは第２回転体に設けられたベーンの当接面のいずれか一方に形成された被加工部を切削加工することで該第２回転体の動作可能範囲を拡大するように構成したので、機種を異にする内燃機関に適合するバルブタイミング調整装置を、新たな部品を要することなく、加工精度を要しない簡単な加工で安価に得ることができる。

また、シューとベーンの当接部が複数あるときには、その各当接部に突設量の異なる被加工部を回転軸を挟んで対角側に形成しておくことで、複数の機種を異にする内燃機関に適するバルブタイミング調整装置を新たな部品を要することなく、加工精度を要しない簡単な加工でバランスよく安価に得ることができる。また、ベーンに形成された被加工部を切削加工すると、ベーンは軸方向に突出した形状であるため、加工方法選択の自由度が高くなる。

実施の形態２．
実施の形態１では、複数のベーン１０ｂ−１等に形成した被加工部３３ａを切削加工することにより、最大動作角度を異にするバルブタイミング調整装置を得るようにしたものであるが、実施の形態２では、ベーン１０ｂ−１に対応するシュー４ｂ−２に被加工部３４ａを形成し、この被加工部３４ａを切削加工することにより、異なる機種の内燃機関に適する最大動作角度のバルブタイミング調整装置を得るようにしたものである。図８は、１つのシュー４ｂ−２に被加工部３４ａを形成したものであるが、複数のシュー４ｂ−３、４ｂ−４、４ｂ−１にもそれぞれ突出量が異なる（順次少ない）被加工部を形成してもよい。例えば、実施の形態２では、１つのシューに被加工部３４ａを形成したものであるが、２つのシューに被加工部を形成することで更に動作角度を拡大することができ、且つ３つのシューに被加工部を形成することにより３段階に動作範囲の拡大が可能となる。これにより、４つのシューに被加工部を形成するバルブタイミング調整装置の場合、４つのシューに設けた被加工部を順次加工することにより４段階に動作範囲を拡大することが可能である。この場合、被加工部を切削加工をするベーンまたはシューの順番は、回転軸を挟んだ対角順で行なうもので、被加工部の切削加工に伴う重量バランスの変動を少なくでき、バルブタイミング調整装置の回転バラツキを抑制することができる。

また、第１の油路が第１の回転体にある場合、最遅角位置の当接面は加工せず、加工する当接面は常に同一方向の当接面、例えば、ベーンの進角側当接面を加工することで、作り分けたバルブタイミング調整装置において最遅角位置での第１の油路位置が安定した位置で製作できるので、作り分けによる性能差が出ない構造となり、高精度となる。
また、この場合、最遅角側がロックピンのロック位置であるが、最遅角側と反対側の当接面すなわち最進角側の当接面のみを加工することで、作り分けたバルブタイミング調整装置においてロックピン位置の位置出しも、共通化することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、シューに形成された被加工部を切削加工で除去することにより、複数の内燃機関の機種に適合するバルブタイミング調整装置を、加工精度を要しない簡単な加工により簡単且つ安価に作り分けることができる。
なお、実施の形態１，２では、最進角側当接面に被加工部を形成し、この被加工部を切削加工することを説明したが、最進角側をロックピンのロック位置とし、最遅角側当接面に被加工部を形成し、この被加工部を切削加工するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、被加工部を切削加工する１例を示すもので、図９は周面に切削刃を有するツール３５（工具）を回転させながら矢印方向に移動させて、被加工部３３ａを切削加工するものである。また、図１０は下端面に切削刃を有するツール３６（工具）を回転させながら矢印方向に移動させて、被加工部を切削加工するものである。

図示の実施の形態では、第２回転体３のボス部がシールの摺動面且つシール面となるが、加工前の形状において逃げ部３７を設けることで被加工部の切削加工において、ボス部の摺動面に段差が発生させないようにできる。これにより、作り分けた動作可能範囲を異にするバルブタイミング調整装置は引っ掛かりなく、摺動可能となる。
なお、図示例は、ケース４のシュー４ｂ−１に径方向に形成した収納穴１５にロックピン１６を挿入し、そのロックピン先端部をロータ１０のボス部周面に設けた係合凹部に係合させて最遅角位置を決定しているが、ケース４のシュー４ｂ−１に軸線方向に形成した収納穴にロックピンを挿入し、そのロックピン先端部をリアカバー６に形成した係合凹部に係合させて最遅角位置を決定するように構成することもできる。

実施の形態４．
実施の形態４は、ロックピンを不要としたバルブタイミング調整装置の内部構成を示すもので、図１１は第２の回転体が最遅角位置に位置するときの図１２のＢ'−Ｂ'線に沿うバルブタイミング調整装置の縦断面図、図１２は図１のＡ'−Ａ'線に沿う横断面図、図１３は第２の回転体が最進角位置に位置するときのバルブタイミング調整装置の横断面図であり、図1〜図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

実施の形態１〜実施の形態３は、異音発生を防止するために、エンジン始動前にロータ１０を最遅角位置または最進角位置に保持するロックピンを有しているが、この実施の形態４はロックピンを不要としたもので、例えば、モータなどの補助動力を併用するエンジンに搭載されるバルブタイミング調整装置にはロックピンは設けられていない。この場合でもロータ１０の基準位置は最遅角位置となる。

なお、スタータの回転数が高く、補助動力によりエンジン始動前にバルブタイミング調整装置に油圧が供給されるため、ロックピンを設けなくとも異音を制御可能である。この様な、ロックピンを不要としたバルブタイミング調整装置であっても、被加工部を切削加工することで機種を異にする内燃機関に適合するバルブタイミング調整装置とするという実施の形態１〜実施の形態３と同様の作用効果を適応することが可能である。

この発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す図で、第２の回転体が最遅角位置に位置したときの図２のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。 第２の回転体が最進角位置に位置するときのバルブタイミング調整装置の縦断面図である。 この発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す図で、第２の回転体が最遅角位置に位置したときの横面図である。 第２の最大動作角度を得るように加工し第２の回転体が最遅角位置に位置したときの横断面図である。 図５において第２の回転体が最進角位置に回転した状態の示す横断面図である。 第３の最大動作角度を得るように加工し第２の回転体が最遅角位置に位置したときの横断面図である。 図７において第２の回転体が最進角位置に回転した状態の示す横断面図である。被加工部を切削加工する状態を示す斜視図である。 被加工部を切削加工する状態を示す斜視図である。 被加工部を切削加工する他の状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す図で、第２の回転体が最遅角位置に位置したときの図２のＢ'−Ｂ'線に沿う縦断面図である。 図１１のＡ'−Ａ'線に沿う横断面図である。 第２の回転体が最進角位置に位置するときのバルブタイミング調整装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 第１の回転体、２ カムシャフト、３ 第２の回転体、４ ケース、４ａ スプロケット、４ｂ シュー、４ｂ−１ 穴(第２の穴)、５ フロントカバー、６ リアカバー、７，９ ボルト、８ ワッシャ、１０ ロータ、１０ａ ボス部、１０ｂ ベーン、１１ 進角油圧室、１２ 遅角油圧室、１３ 進角油路、１４ 遅角油路、１５ 収納穴(第１の穴)、１６ ロックピン、１７ シャフト、１８ コイルスプリング、１９ 係合穴、２０ 解除油路。

Claims (6)

1. 内側に複数の突起状のシューを有し該シュー間で油圧室を形成するクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、
   前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを放射状に有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体と、
   前記進角油圧室と遅角油圧室とに作動油を供給可能および排出可能な油圧給排手段と、
   当接する前記シューまたは前記ベーンの相対回転方向の当接面のいずれか一方に形成され切削加工により前記第２回転体の動作可能範囲を変更する被加工部とを備えたバルブタイミング調整装置。
2. 第１回転体に設けられ第２回転体が最遅角位置または最進角位置に回転し第２回転体の表面に設けられた係合凹部と対向すると付勢手段の付勢力で該係合凹部に突出係合するロックピンを備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 複数の相対回転方向の当接面に設けた被加工部はそれぞれ突出量を異にすることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
4. 被加工部の切削加工は回転軸を挟んだ対角側の被加工部を切削加工することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
5. 第１回転体のロックピンを有するシューに当接する第２回転体のベーンの当接面を、狭動作角仕様と広動作角仕様の基準点とすることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のバルブタイミング調整装置。
6. 第１回転体のシューと第２回転体のベーンの当接面は、狭動作角仕様と広動作角仕様で異なる当接面とすることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のバルブタイミング調整装置。
   

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