JP2007247517A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組付時に生じる変形量が少なく、従来よりも信頼性及び生産性を向上することのできるバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】バルブを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、該ハウジング部材内に同軸にかつ相対回転変位可能に収容されて前記軸の他方とともに回転するロータ部材と、を備えるバルブタイミング調整装置１であって、前記ロータ部材３はロータベーン３１とブッシングベーン４１とからなり、該ロータベーン３１は略円筒状に形成されて、円周方向の一部の厚肉部３３と、円周方向の残りの薄肉部３４と、一底面側に形成されて前記軸の前記他方が嵌入される嵌合孔３５と、他底面側に形成される圧入孔３７とをもち、該ブッシングベーン４１は略円筒状に形成されて、前記圧入孔３７に圧入される端面は前記薄肉部３４との間に所定の圧縮代をもち前記厚肉部３３との間には前記圧縮代をもたない。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用などの内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉タイミングを運転状況に応じて調整するバルブタイミング調整装置に関する。

車両用などの内燃機関に燃料となる混合気を供給するための吸気バルブや燃焼ガスを排出するための排気バルブは、内燃機関の動作ストロークに応じて開閉する。そして、燃費の向上や排気ガス抑制のために、これらのバルブの開閉タイミングを可変とし、内燃機関の運転状況に合わせて調整するバルブタイミング調整装置が付属されるようになってきている。この装置は当初吸気バルブに適用されていたが、最近では排気バルブにも適用される場合が多くなっている。バルブタイミング調整装置は、相対回転変位することによってタイミングを調整するハウジング部材及びロータ部材を主要部材とし、このいずれか一方はバルブを開閉駆動するカム及びカムシャフトとともに回転し、他方は内燃機関のクランクシャフトから駆動されてともに回転するように構成されるのが一般的である。また、ハウジング部材とロータ部材との相対回転変位すなわち位相調整は、油圧機構により制御される場合が多い。

本願出願人は、この種のバルブタイミング調整装置の一例を特許文献１に開示している。特許文献１の装置は、ハウジング部材とベーンロータ部材、ならびにねじりコイルスプリングを備え、ねじりコイルスプリングがハウジング部材に対してベーンロータ部材を特定の回転方向に付勢するように構成されている。さらに、実施形態の詳細な説明によれば、ハウジング部材はシューハウジングとスプロケット部とで形成され、シューハウジング内は島部によって油圧室が区画されている。一方、ベーンロータ部材（本願ではロータベーンに相当）の外周には、油圧室内に相対回転変位可能に収容されるベーン部が備えられている。また、ベーンロータ部材の軸方向の一端面にはカムシャフトが固定され、他方の端面にはスプリングプレート（本願ではブッシングベーンに相当）が付設されている。

特許文献１の装置では、油圧室内に収容されたベーン部が油圧制御されて相対回転変位することにより、ハウジング部材とベーンロータ部材とが相対回転変位し、最終的にはクランクシャフトとカムシャフトとの位相調整が行われて、バルブの開閉タイミングが調整されるようになっている。
特開２００５−３２５７５８号公報

ところで、特許文献１の装置では、ベーンロータ部材の軸方向の一端面に嵌合孔を形成してカムシャフトを嵌入し、両者の軸心をボルトで締結して固定している。また、他方の端面には円環状の圧入孔を設け、略円筒状のスプリングプレートの端面を圧入して一体に組み付けている。組付手順としては、スプリングプレートが先でカムシャフトは後になる。ここで、ベーンロータ部材の圧入孔にスプリングプレートを圧入すると、圧入によって生じる応力が反対側の嵌合孔に影響を及ぼして変形を引き起こす問題が生じている。ベーンロータ部材は、ベーン部を備える厚肉部と備えない薄肉部とが円周方向に交互に配置されており、薄肉部では圧入孔近傍のみの変形に留まるが、剛性の高い厚肉部では応力が遠方まで影響を及ぼすことが原因となっている。嵌合孔が変形して寸法公差から外れるとカムシャフトを嵌入できなくなるおそれがあり、製品不良率の増加も懸念される課題である。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、組付時に生じる変形量が少なく、従来よりも信頼性及び生産性を向上することのできるバルブタイミング調整装置を提供する。

本発明のバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び該内燃機関の駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、該ハウジング部材内に同軸に収容されて該従動軸及び該駆動軸の他方とともに回転しかつ所定の角度範囲で該ハウジング部材と相対回転変位可能なロータ部材と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、前記ロータ部材は、ロータベーンとブッシングベーンとからなり、該ロータベーンは略円筒状に形成され、円周方向の一部の厚肉部と、円周方向の残りの薄肉部と、一底面側に形成されて前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方が嵌入される嵌合孔と、他底面側に形成される圧入孔とをもち、該ブッシングベーンは略円筒状に形成され、前記圧入孔に圧入される端面は前記薄肉部との間に所定の圧縮代をもち前記厚肉部との間には前記圧縮代をもたない、ことを特徴とする。

本発明のバルブタイミング調整装置は、従動軸とハウジング部材とロータ部材とからなり、ロータ部材を形成するロータベーンとブッシングベーンとの結合構造を改良することにより、組付時の部材変形量を低減し、以て信頼性及び生産性を向上することを主眼としている。以降の説明を簡明にするために、従動軸及び駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材は、駆動軸とともに回転するものとしておく。すると、ロータ部材は他方の従動軸とともに回転することになる。

ハウジング部材は、駆動軸とともに回転する部材であり、駆動軸と直結して直接駆動するようにしてもよく、あるいは伝動機構を介して間接的に駆動するようにすることもできる。ロータ部材は、ハウジング部材内に同軸に収容されて従動軸とともに回転する部材であり、かつ所定の角度範囲でハウジング部材と相対回転変位できるように形成することができる。両者の相対回転変位の角度すなわち位相は、例えば油圧機構により制御することができる。従動軸は、一般的にはカムシャフトと呼ばれ、バルブを駆動するためのカムを設けることができる。従動軸は、ロータ部材を形成するロータベーンの一底面側の嵌合孔に嵌入され、一体に回転するように直結することができる。

ロータ部材は複雑な形状をしており、ロータベーンにブッシングベーンを圧入して形成することが、部材の作り易さやコストなどの観点から好ましい。ロータベーンは、ハウジング部材に収納されて相対回転変位する部位であり、略円筒状に形成することができるが、円周方向の肉厚は一定とせずに一部を厚肉部とし、残りを薄肉部とすることができる。厚肉部は、例えば以下に説明するベーン部によって形成することができる。

前記ロータベーンの前記厚肉部は、前記ハウジング部材に設けられた収容室に相対回転変位可能に収容されるベーン部であってもよい。ハウシング部材内の収容室を、島部によって複数の油圧室に区画することができる。一方、ロータベーンの外周側に突出するように複数のベーン部を形成して、油圧室内に配置することができる。ベーン部は、油圧で制御することができ、油圧室内を相対回転変位することにより、最終的にバルブの開閉タイミングが制御されることになる。このベーン部が形成された箇所は厚肉部となり、形成されていない箇所は薄肉部となる。厚肉部と薄肉部とは、ベーン部の数だけ円周方向に交互に形成することができる。

ロータベーンの一底面側には、従動軸が嵌入される嵌合孔を形成することができる。嵌合孔の内径は従動軸の外径よりもごくわずかに大とし、中心軸のずれを極力低減できるようにしておくことが好ましい。ロータベーンの他底面側にはブッシングベーンが圧入される、例えば円環形の断面をもつ圧入孔を形成することができる。

ブッシングベーンは略円筒状に形成することができ、一端面を圧入孔に圧入してロータベーンの軸方向に同軸に結合することができる。ブッシングベーンには、例えば次のような機能、役割を担わせることができる。

前記ブッシングベーンは外周面で前記ハウジング部材に摺接するようにしてもよい。すなわち、ブッシングベーンの外周面と、ハウジング部材の内周面とを摺接させることにより、軸心を共有して、相対回転変位がスムーズに行われるようにすることができる。軸心を共有するために、他の箇所、例えば従動軸をハウジング部材に摺接するように構成すれば、一層好ましい。

一端部が前記ハウジング部材に係止され他端部が前記ロータベーンに係止されることにより該ハウジング部材に対して該ロータベーンを特定の回転方向へ付勢するコイルスプリングを備え、該コイルスプリングは前記ブッシングベーン内に保持されていてもよい。コイルスプリングは、相対回転変位を制御する油圧機構が作動しないときの変位状態を規定する部材である。ブッシングベーンは、内径をコイルスプリングの外径よりもわずかに大きく形成しておけば、安定してこれを保持することができる。

本発明では、略円筒状に形成されたブッシングベーンの端面は、圧入する圧入孔の薄肉部との間に所定の圧縮代をもち、厚肉部との間には圧縮代をもたないことを特徴としている。圧入とは、２つの部材間に寸法上の若干のオーバーラップ部分を設け、圧力を加えて変形させながら結合させる組付方法である。この圧入による組付方法は、オーバーラップ部分の変形により応力が発生するため、強固な結合を得ることができる。このオーバーラップ部分の変形する寸法が圧縮代である。本発明では、例えば次のような態様により、ブッシングベーンと圧入孔の薄肉部との間にのみ圧縮代をもつようにしている。

前記ロータベーンの前記圧入孔の断面は円環形であり、前記ブッシングベーンは前記圧入孔の前記厚肉部と対向する部分が切り欠かれて前記薄肉部のみに圧入される前記端面をもつ、ようにすることができる。円環形の圧入孔に円筒端面を圧入する従来の構造では、厚肉部と薄肉部とに関わらず、全周で圧入が行われる。ここで、ブッシングベーンの端面のうち厚肉部に圧入される部分を切り欠いて取り除いてやることができる。切欠き寸法は、円周方向では厚肉部の寸法以上とし軸方向では圧入する寸法以上とし、切り欠く箇所数は厚肉部と同数になる。必要以上に大きく切り欠くと機械的強度が低下し、必要以下では目的を達せられないので、適当な大きさの切欠き寸法とすることが好ましい。

前記ブッシングベーンの前記端面は所定の外径をもつ円環形であり、前記ロータベーンの前記圧入孔の前記厚肉部は該外径以上の内径をもち、前記薄肉部は該外径未満の内径をもつようにしてもよい。圧入するブッシングベーンは円筒端面の円環形としておき、ロータベーンの圧入孔の内径を加工し、厚肉部で大きく、薄肉部で小さくするようにしてもよい。

次に、上述のように構成した本発明のバルブタイミング調整装置の作用、効果について説明する。組付時、ロータベーンにブッシングベーンを圧入する際、ロータベーンの圧入孔のうちの厚肉部とブッシングベーンとは寸法がオーバーラップせず、薄肉部とブッシングベーンとは寸法がオーバーラップする。したがって、厚肉部では変形は生じず、応力も発生しない。一方薄肉部では、ロータベーンは径方向外側に押し拡げられ、ブッシングベーンは径方向内側に圧縮され、オーバーラップ寸法が強制的に解消され、変形量に応じた応力が生じて、両者は結合する。このとき、ロータベーンの薄肉部は剛性が低いので、変形及び応力の発生は圧入孔の近傍に留まり、軸方向反対側の嵌合孔への影響はわずかである。したがって、後の工程では所定寸法の嵌合孔に対して、確実に従動軸を嵌入させて組み付けることができる。

これに対して、従来は、円環形の圧入孔に円筒端面を全周にわたって圧入していたので、剛性の高い厚肉部でも変形及び応力が発生し、遠方にまで影響が及んで嵌合孔が変形し寸法公差から外れるおそれがあった。本発明によれば、嵌合孔の寸法不良は発生せず、従来よりも確実に従動軸を組み付けることができ、信頼性及び生産性の向上に貢献することができる。

上述の本発明のバルブタイミング調整装置によれば、ロータベーンにブッシングベーンを圧入する際に、ロータベーンの薄肉部のみに変形及び応力が発生し、軸方向反対側の嵌合孔への影響はわずかであり、嵌合孔の寸法不良は発生せず、従来よりも確実に従動軸を組み付けることができ、信頼性及び生産性の向上に貢献することができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図４を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例のバルブタイミング調整装置１を説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は正面図中のＸ−Ｘ矢視断面図である。なお、（Ａ）中のハッチングは、断面を示すためではなく、ロータベーン３１の外形を見易くするために施したものである。さらに、（Ａ）では、後述のフロントプレート２５及びコイルスプリング５は省略されている。実施例のバルブタイミング調整装置１は、ハウジング部材２、ロータ部材３、図略のカムシャフト、コイルスプリング５により構成されている。

ハウジング部材２は、図１（Ｂ）に示されるように、軸支持部２１、ハウジング本体部２３、フロントプレート２５の３部材が、４本のボルト２６によって軸方向に並んで締結されて形成されている。軸支持部２１は、内側にカムシャフトを回転可能に支持するとともに、外周側にスプロケット２２をもち、伝動用チェーンを介して駆動軸から回転駆動されるようになっている。ハウジング本体部２３は、軸方向の一端面が軸支持部２１に結合し、他端面がフロントプレート２５に結合しており、内側の収容室は島部によって４つの油圧室２４に区画されている。各油圧室２４は、図略の油道から油圧が加えられるようになっている。フロントプレート２５は円環状の板材で形成され、油圧室２４を封止するように配置されている。

ロータ部材３は、図１（Ｂ）に示されるように、ロータベーン３１に円筒状のブッシングベーン４１が図中の左方から圧入されて形成されている。ロータベーン３１は略円筒状に形成され、外周には４個のベーン部３２が突設されている。各ベーン部３２は、各油圧室２４に相対回転変位可能に収容されている。ロータベーン３１の円周方向で、ベーン部３２の設けられている部位が厚肉部３３であり、厚肉部３３間の単純な円筒状の部位が薄肉部３４である。ロータベーン３１の図中の右側の端面には嵌合孔３５が設けられ、また軸心を貫いて締結孔３６が設けられている。カムシャフトは、嵌合孔３５の内径よりもわずかに小さな外径で形成され、図中右側から軸支持部２１を貫通したのちに嵌合孔３５に嵌入される。一方、図略の締結ボルトが締結孔３６の図中左側から挿入されてカムシャフトに締結され、ロータベーン３１とカムシャフトを一体に結合するようになっている。さらに、ロータベーン３１の図中の左側の端面には、外側の直径Ｄ１で深さＬ１の円環形の圧入孔３７が設けられている。

ブッシングベーン４１は、円筒部材の一部が切り掛かれて形成されている。図２は、ブッシングベーン４１を説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は正面図のＹ−Ｙ矢視断面図である。図２（Ｂ）に示されるように、ブッシングベーン４１の図中右側の一端面は、圧入孔の直径Ｄ１よりもわずかに大きな外径Ｄ２に成形されている（Ｄ２＞Ｄ１）。この径の差（＝Ｄ２−Ｄ１）がオーバーラップ分すなわち圧縮代である。また、ロータベーン３１に圧入するときに厚肉部と対向する４箇所は、軸方向長Ｌ２にわたって切り欠かれ、切欠き部４２が形成されている。軸方向長Ｌ２は、圧入孔３７の深さＬ１と同程度か少し大きめとされている（Ｌ２≧Ｌ１）。切り欠かれずに残った部分が、４個の圧入部４３である。また、ブッシングベーン４１の図中左側も一部が切り欠かれて、スプリング用切欠き部４４が形成されている。

図２のブッシングベーン４１をロータベーン３１に圧入して図１の状態に組み付けるとき、４個の圧入部４３はそれぞれ圧入孔３７の薄肉部３４に圧入される。圧入によって、圧入部４３の外径Ｄ２と圧入孔の直径Ｄ１とが強制的に整合され、部材が変形し応力が発生して、強固に結合される。このとき、切欠き部４２が対向する厚肉部３３では、圧入は行われない。

ブッシングベーン４１が圧入された後に、コイルスプリング５が組み付けられる。すなわち、コイルスプリング５の一端部５１がハウジング部材２のボルト２６の頭部に係止され、スプリング用切欠き部４４からブッシングベーン４１の内部に導かれ、他端部５２がロータベーン３１に係止されて組み付けられる。

以上のように構成されて組み付けられた実施例のバルブタイミング調整装置１では、ブッシングベーン４１の一端の圧入部４３のみが、ロータベーン３１の圧入孔３７の薄肉部３４のみに圧入される。したがって、部材の変形及び応力の発生は圧入孔３７の近傍に留まり、軸方向反対側の嵌合孔３５への影響はわずかとなる。

これに対して、従来のブッシングベーン９１は、図３に示されるように、一端に切欠きは設けられておらず、全周が圧入部９３となっている。したがって、従来は圧入孔３７の厚肉部３３でも圧入が行われ、剛性の高いベーン部３１によって軸方向反対側にまで変形及び応力が伝わり、嵌合孔３５を変形させていた。実施例の装置１によれば、この嵌合孔３５の変形を確実に防止することができる。

本発明の別の実施例を、図４を参考にして説明する。図４は、別の実施例におけるロータベーン６１を説明する正面図である。このロータベーン６１の圧入孔６７は、従来と異なり孔内の一部が切削加工されて、厚肉部３３と薄肉部３４とで異なる内径を有している。すなわち、厚肉部３３の内径Ｄ３は従来のブッシングベーン９１の圧入部９３の外径Ｄ２以上であり、薄肉部３４の内径Ｄ４は外径Ｄ２未満となっている（Ｄ３≧Ｄ２＞Ｄ４）。このように、ロータベーン６１側を切削加工することにより、従来の円筒端面のブッシングベーン９１を圧入しても、変形及び応力は薄肉部３４でのみ発生することになる。したがって、図１の実施例と同様の作用、効果が生じる。

本発明の実施例のバルブタイミング調整装置を説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は正面図中のＸ−Ｘ矢視断面図である。なお、（Ａ）中のハッチングは、ロータベーンの外形を見易くするために施したものである。 図１の実施例におけるブッシングベーンを説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は正面図のＹ−Ｙ矢視断面図である。 従来のブッシングベーンを説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は正面図のＺ−Ｚ矢視断面図である。 別の実施例におけるロータベーンを説明する正面図である。

符号の説明

１：バルブタイミング調整装置
２：ハウジング部材
２１：軸支持部 ２３：ハウジング本体部 ２５：フロントプレート
３：ロータ部材
３１：ロータベーン
３２：ベーン部 ３３：厚肉部 ３４：薄肉部
３５：嵌合孔 ３６：締結孔 ３７：圧入孔
４１：ブッシングベーン
４２：切欠き部 ４３：圧入部
５：コイルスプリング
６１：別の実施例のロータベーン ６７：圧入孔
９１：従来のブッシングベーン ９３：圧入部

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び該内燃機関の駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、該ハウジング部材内に同軸に収容されて該従動軸及び該駆動軸の他方とともに回転しかつ所定の角度範囲で該ハウジング部材と相対回転変位可能なロータ部材と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、
   前記ロータ部材はロータベーンとブッシングベーンとからなり、
   該ロータベーンは略円筒状に形成されて、円周方向の一部の厚肉部と、円周方向の残りの薄肉部と、一底面側に形成されて前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方が嵌入される嵌合孔と、他底面側に形成される圧入孔とをもち、
   該ブッシングベーンは略円筒状に形成されて、前記圧入孔に圧入される端面は前記薄肉部との間に所定の圧縮代をもち前記厚肉部との間には前記圧縮代をもたない、
   ことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記ロータベーンの前記厚肉部は、前記ハウジング部材に設けられた収容室に相対回転変位可能に収容されるベーン部である、請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記ブッシングベーンは外周面で前記ハウジング部材に摺接する請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 一端部が前記ハウジング部材に係止され他端部が前記ロータベーンに係止されることにより該ハウジング部材に対して該ロータベーンを特定の回転方向へ付勢するコイルスプリングを備え、該コイルスプリングは前記ブッシングベーン内に保持されている請求項１〜３に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記ロータベーンの前記圧入孔の断面は円環形であり、前記ブッシングベーンは前記圧入孔の前記厚肉部と対向する部分が切り欠かれて前記薄肉部のみに圧入される前記端面をもつ、請求項１〜４に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記ブッシングベーンの前記端面は所定の外径をもつ円環形であり、前記ロータベーンの前記圧入孔の前記厚肉部は該外径以上の内径をもち、前記薄肉部は該外径未満の内径をもつ請求項１〜４に記載のバルブタイミング調整装置。

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