JP2008202438A - エンジン用可変バルブタイミング機構 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理によるカバー部材の変形量を低減させてカバー部材の製造コストを安価にさせるエンジン用可変バルブタイミング機構を提供することにある。
【解決手段】カバー部材２６の摺接面５６は、レーザ光６６を照射することによって焼き入れされたものであるため、強度が必要である摺接面５６だけにレーザ光６６を照射することによる焼き入れを行い面積的および厚み的に最小限の部分だけにしか熱処理を行わないので、カバー部材２６の変形量を大幅に低減させることができカバー部材２６の製造コストを安価にさせることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、エンジン用可変バルブタイミング機構の製造コストを安価にする技術に関するものである。

一般に、エンジン用可変バルブタイミング機構は、たとえば特許文献１に示すように、カムシャフトと一体となって回転する第１回転体と、エンジン（内燃機関）のクランクシャフトに駆動連結されたドリブンギアと一体回転する第２回転体とが備えられており、負荷や回転数などのエンジンの運転状態に応じて上記第１回転体と第２回転体との間に設けられた圧力室の中の流体圧を変化させてその第１回転体と第２回転体との回転位相を変化させることによってバルブ開閉タイミングを調節するものである。また、上記エンジン用可変バルブタイミング機構には、上記流体圧の供給が十分でないエンジン始動時に可変バルブタイミング機構の動作が不安定となることを防止するためにカムシャフトによるバルブ開閉タイミングを固定つまり上記第１回転体と第２回転体とを相対回転不能にするためにロック位置と非ロック位置とに移動させられるロックピンと、非ロック位置のロックピンが摺接させられる摺接面を一面の一部に局部的に有するカバー部材とが備えられている。
特開平１１−２１０８号公報

ところで、前記ロックピンと摺接する前記摺接面を有するカバー部材は、その摺接面の摩耗を抑制するためにカバー部材全体に熱処理（たとえば浸炭焼き入れ）を行って必要強度を確保しているが、その熱処理によってカバー部材の変形(反り)量が大きくなってしまうため、カバー部材は、その後の研削工程でその変形量分の取り代が必要となって材料歩留りが低くなりカバー部材が安価に製造できないという問題があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、熱処理によるカバー部材の変形量を低減させてカバー部材の製造コストを安価にさせるエンジン用可変バルブタイミング機構を提供することにある。

かかる目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、エンジン始動時にカムシャフトによるバルブ開閉タイミングを固定するためにロック位置と非ロック位置とに移動させられるロックピンと、非ロック位置のロックピンが摺接させられる摺接面を一面の一部に局部的に有するカバー部材とを備えるエンジン用可変バルブタイミング機構であって、前記カバー部材の摺接面は、レーザ光を照射することによって焼き入れされたものである。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記カバー部材は、円板形状であって両側に隔てられた互いに平行な挟圧面をそれぞれ有する一対の押さえ治具によって両側から挟圧された状態でその摺接面にレーザ光を照射することによって焼き入れされたものである。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項２に係る発明において、前記一対の押さえ治具の一方には、前記カバー部材の摺接面と同じ形状の貫通穴が備えられていることにある。

請求項１に係る発明のエンジン用可変バルブタイミング機構によれば、前記カバー部材の摺接面は、レーザ光を照射することによって焼き入れされたものであるため、強度が必要である摺接面だけにレーザ光を照射することによる焼き入れを行い面積的および厚み的に最小限の部分だけにしか熱処理を行わないので、カバー部材の変形量を大幅に低減させることができカバー部材の製造コストを安価にさせることができる。

また、請求項２に係る発明のエンジン用可変バルブタイミング機構によれば、前記カバー部材は、円板形状であって、両側に隔てられた互いに平行な挟圧面をそれぞれ有する一対の押さえ治具によって両側から挟圧された状態でその摺接面にレーザ光を照射することによって焼き入れされたものであるため、前記レーザ光を照射することによる焼き入れによってカバー部材の摺接面以外の面の変形が一対の押さえ治具によって抑制することができるのでカバー部材の変形量をさらに低減させることができる。

また、請求項３に係る発明のエンジン用可変バルブタイミング機構によれば、前記一対の押さえ治具の一方には、前記カバー部材の摺接面と同じ形状の貫通穴が備えられているため、前記カバー部材の厚み方向において前記貫通穴と前記摺接面との形状を合わせることによって一対の押さえ治具を好適に前記摺接面以外の面に圧力をかけた挟圧状態にすることができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は簡略化されており、それら各部の寸法等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例のエンジン用可変バルブタイミング機構１０を示す断面図であり、可変バルブタイミング機構１０は、図示されていない内燃機関すなわちエンジンのバルブを開閉駆動させるカムシャフト１２と、そのカムシャフト１２をその軸心回りに回転可能に支持する軸受１４と、カムシャフト１２の軸心回りに回転させられる略円筒形状の第１回転体１６と、図示されていないエンジンのクランクシャフトがタイミングベルトを介して回転駆動するドリブンギア１８と、カムシャフト１２の軸心回りに回転させられる第１回転体１６の厚みよりも薄い略円筒形状の第２回転体２０とによって構成されている。

また、図１に示すように、可変バルブタイミング機構１０には、カムシャフト１２と第１回転体１６とが一体的に回転するように取り付けられたセンターボルト２２と、ドリブンギア１８と第２回転体２０とが一体的に回転するように取り付けられた複数本の本実施例では４本のボルト２４とが備えられている。

図２に示すように、第１回転体１６は、その外周面に第１回転体１６の径方向に突き出した複数の本実施例では４つのベーン１６ａが備えられており、それらベーン１６ａの先端部分は、第２回転体２０の内周面に摺接されている。

また、図２に示すように、第２回転体２０は、その内周面に第２回転体２０の径方向に突き出した複数の本実施例では４つの突起２０ａが備えられており、それら突起２０ａの先端部分は、第１回転体１６の外周面に摺接されている。それら４つの第２回転体２０の突起２０ａは、第１回転体１６の各ベーン１６ａとの間に配設されるものである。また、第１回転体１６のベーン１６ａの先端部分は第２回転体２０の内周面に摺接され、第２回転体２０の突起２０ａの先端部分は第１回転体１６の外周面に摺接されているため、第１回転体１６と第２回転体２０とは、カムシャフト１２の軸心回りに互いに相対回動が可能になっている。

第２回転体２０には、図１に示すように第１回転体１６、ベーン１６ａ、第２回転体２０、突起２０ａのドリブンギア１８側とは反対側の側面を覆うように配設されたカバー部材２６が備えられており、そのカバー部材２６は、前記ボルト２４によって第２回転体２０に取り付けられているため第２回転体２０と共に一体的に回転することができる。

図１、２に示すように、第２回転体２０の各突起２０ａの間には、カバー部材２６、ドリブンギア１８、第１回転体１６、ベーン１６ａによって囲まれた一対の圧力室２８，３０が備えられており、その圧力室２８，３０には、軸受１４、カムシャフト１２、ドリブンギア１８、第１回転体１６に形成された油圧通路Ｐ１，Ｐ２のどちらかを経由してオイルコントロールバルブ３０から作動油が供給されるようになっている。油圧通路Ｐ１に送られた作動油は、圧力室３０に供給され、油圧通路Ｐ２に送られた作動油は、圧力室２８に供給されるものである。

第１回転体１６のベーン１６ａおよび第２回転体２０の突起２０ａの先端部分には、図２に示すような断面が矩形の溝３２，３４が形成されており、その溝３２，３４内には、シール部材３６，３８が配設されている。そのシール部材３６，３８と溝３２，３４との間には、板ばね４０が備えられており、その板ばね４０によってシール部材３６は第１回転体１６の外周面側に付勢され、シール部材３８は第２回転体２０の内周面側に付勢されるので、ベーン１６ａ或いは突起２０ａを介して隣接する圧力室２８，３０間への作動油の漏洩を抑制することができる。

以上のように構成された可変バルブタイミング機構１０によれば、オイルコントロールバルブ３０から供給される作動油の供給量が変化させられて、たとえば図２に示すように、油圧通路Ｐ１を経由して圧力室３０内に作動油が供給されると、その作動油の供給量に応じて圧力室３０内の油圧が高められるので、第１回転体１６は図２の状態から第２回転体２０を基準に図３の矢印Ｅ方向に回動させられる。この第２回転体２０を基準に第１回転体１６が回動した角度すなわち相対角度は、圧力室２８，３０の差圧に応じた値となるため、オイルコントロールバルブ３０を制御してその差圧を調節すると、所望の上記相対角度を実現することができる。

前述したように、第１回転体１６、第２回転体２０は、それぞれカムシャフト１２、ドリブンギア１８に固定されているため、第１回転体１６と第２回転体２０との上記相対角度が変化させられるときには、同時にカムシャフト１２とドリブンギア１８との相対角度も同じ大きさだけ変化させられる。これにより、オイルコントロールバルブ３０が電子制御装置４２によってエンジンの運転状態に応じて制御されると、カムシャフト１２とドリブンギア１８との回転位相が最適に変化させられ、そのカムシャフト１２により開閉駆動される吸・排気バルブの開閉時期（バルブ開閉タイミング）が、エンジンの運転状態に応じて最適化される。

また、圧力室２８，３０に十分な量の作動油を供給することができないエンジン始動時においてベーン１６ａと突起部２０ａとが衝突するのを防ぐために、上記可変バルブタイミング機構１０には、第１回転体１６と第２回転体２０とを相対回転不能にさせるすなわちカムシャフト１２によるバルブ開閉タイミングを固定させるロック機構４４が備えられている。

ロック機構４４は、図１、４に示すように第１回転体１６の複数のベーン１６ａの１つにカムシャフト１２の軸方向に貫通させた貫通孔４６と、カムシャフト１２の軸心方向に平行な方向の移動が可能なように貫通孔４６内に挿入されたロックピン４８と、そのロックピン４８をドリブンギヤ１６側に常時付勢するためにロックピン４８とカバー２６との間に配設されたスプリング５０と、ドリブンギア１８と第１回転体１６とを相対回転不能とするときロックピン４８が差し入れられるようにドリブンギヤ１８上に穿設された係合穴５２とによって構成されており、ロックピン４８がロック位置または非ロック位置に移動させられることによって第１回転体１６と第２回転体２０とが相対回転不能にさせられたり相対回転可能にさせられたりするものである。また、カバー部材２６は、ベーン１６ａの貫通穴４６の一端を塞ぐものであるため、カバー部材２６は、スプリング５０の受け皿およびロックピン４８の脱落を防ぐストッパーとしての機能を有している。

また、ロック機構４４には、ロックピン４８と第１回転体１６のベーン１６ａとによって形成された環状の圧力室５４が設けられており、その圧力室５４には前記油圧経路Ｐ１を経由してオイルコントロールバルブ３０からの作動油が供給されるようになっている。

以上のように構成されたロック機構４４は、エンジン始動時において図１、４のようにロックピン４８がスプリング５０の付勢力によって係合穴５２に差し込まれるすなわちロックピン４８が前記ロック位置に移動させられるため、第１回転体１６と第２回転体２０とがそのロックピン４８を介して相対回転不能に係合されるのでベーン１６ａと突起２０ａとの衝突を抑えることができる。また、エンジン始動時、圧力室５４内の圧力によってロックピン４８がカバー部材２６側に移動させられる力は、スプリング５０の付勢力よりも小さいものである。

図５は、エンジン始動後のロック機構４４を示すものであり、その図５によれば、エンジン始動後、圧力室２８，３０にオイルコントロールバルブ３０から十分な作動油が供給されると、その十分な作動油は油圧経路Ｐ１を経由して圧力室３０および圧力室５４に供給されので、図５のように圧力室５４内の圧力が上昇しロック機構４４のロックピン４８は、スプリング５０の付勢力に抗じてカバー部材２６側に移動させられてカバー部材２６に当接されるつまりロックピン４８が前記非ロック位置に移動されられるので第１回転体１６と第２回転体２０との相対回転が可能になる。

その後、可変バルブタイミング機構１０は、負荷や回転数などのエンジンの運動状態に応じてバルブ開閉タイミングを最適にするように絶えずカフシャフト１２と一体的に回転する第１回転体１６の回転位相を変更させる。

第１回転体１６が絶えず第２回転体２０との回転位相を変更している間、ロックピン４８およびスプリング５０は前記非ロック位置つまり図５のようにカバー部材２６に当接された状態であるため、そのロックピン４８およびスプリング５０によってカバー部材２６の一面の一部の面は摺接される。そのため、カバー部材２６の一部分すなわちロックピン４８およびスプリング５０とカバー部材２６との摺動する部分（摺接面）５６は他の部分より耐摩耗性すなわち硬度が高いものである。

図６、７、８はカバー部材２６の製造工程を説明する図であり、以下においてその製造工程を説明する。

カバー部材２６は、焼き入れされることによって硬化する材料たとえば炭素鋼板であり、その炭素鋼板を打ち抜きなどで所定形状すなわち図６のような円板形状に成形されたものである。図６で示す一点鎖線部分は、カバー部材２６の一面の一部であって、ロックピン４８およびスプリング５０とカバー部材２６との間で摺動する扇状の摺接面５６を示し、以下の工程によってその摺接面５６にレーザ光を照射することによって焼き入れが施される。

カバー部材２６は、図７に示すように、カバー部材２６の両側に隔てられた互いに平行な挟圧面５８ａ，６０ａをそれぞれ有する一対の押さえ冶具５８，６０との間に配設され、一対の押さえ冶具５８，６０の挟圧面５８ａ，６０ａによってカバー部材２６は挟圧されその挟圧状態が一対の押さえ冶具５８，６０によって保持される。一対の押さえ冶具５８，６０の一方の押さえ冶具５８には、図８に示すように、カバー部材２６の摺接面５６と同形状の貫通穴６２が設けられており、カバー部材２６が一対の押さえ冶具５８，６０との間に配設される際、押さえ冶具５８の貫通穴６２とカバー部材２６の摺接面５６とは、カバー部材２６の厚み方向すなわち矢印Ｈ方向において形状が同じになるように配置される。

その後、レーザ光源６４であるＹＡＧレーザ発振器からレーザ光６６が発せられ、そのレーザ光６６は、レーザ光６６を反射させるミラー６８によって反射されて押さえ冶具５８の貫通穴６２を通りカバー部材２６の摺接面５６に照射される。摺接面５６におけるレーザ光６６の照射スポットの面積は小さいが、そのレーザ光６６の照射スポットは、ミラー６８の角度を変化させることによってレーザ光６６の照射スポットをカバー部材２６の径方向すなわち図７の矢印Ｆ方向に振動させる偏回装置７０と、一対の押さえ冶具５８，６０との間に配設されたカバー部材２６をそのカバー部材２６の中心回りすなわち矢印Ｇ方向に回転させることによってレーザ光６６の照射スポットをカバー部材２６の周方向に相対移動させる回転台７２とによって、カバー部材２６の摺接面５６全体に移動させられてレーザ光６６をカバー部材２６の摺接面５６全体に照射する。

レーザ光６６が照射されることによってカバー部材２６の摺接面５６は急速に表面温度が上昇させられる。それによって、カバー部材２６の摺接面５６およびその摺接面５６付近の厚み方向の一部分はオーステナイト組織の状態に変態させられる。そして、レーザ光６６が照射されなくなるとカバー部材２６の摺接面５６およびその摺接面５６付近の厚み方向の一部分は、カバー部材２６内部への熱拡散による自己冷却によってレーザ光６６によって加熱された温度から臨界冷却速度以上の速さで急速冷却されるのでそれまでオーステナイト組織の状態であった摺接面５６およびその摺接面５６付近の厚み方向の一部分は、マルテンサイト組織の状態となり摺接面５６およびその摺接面５６付近の厚み方向の一部分の硬度が他の部分よりも高くなる。また、このレーザ光６６を照射することによるカバー部材２６の摺接面５６の加熱によって摺接面５６およびその摺接面５６付近の厚み方向の一部分の温度は融点を超えないものである。

レーザ焼き入れ（熱処理）後、カバー部材２６は、硬度が必要であるカバー部材２６の摺接面５６だけすなわちカバー部材２６の面積的および厚み的に最小限の部分だけにしか熱処理が行われておらず、さらに、一対の押さえ冶具５８，６０の挟圧面５８ａ，６０ａによって摺接面５６以外の面をすべて挟圧し摺接面５６以外の面の変形を抑制した状態で焼き入れされるので、カバー部材２６は、その熱処理によって変形せずこの後研削工程によってカバー部材２６を所定形状に仕上研削する必要がない。また、レーザ光６６を照射することによる焼き入れを摺接面５６だけにしか行わないため、熱処理によるコストを下げることができる。

また、カバー部材２６は、レーザ焼き入れによって硬化された摺接面５６がロックピン４８およびスプリング５０が摺接されない位置に誤って第２回転体２０に組み付けられないようにすなわちカバー部材２６の誤組みを防止するように、カバー部材２６が前記ボルト２４によって第２回転２０に取り付けられる４つ貫通穴７４は、カバー部材２６の中心から各貫通穴７４への距離がずらされているかまたはカバー部材２６の周方向において各貫通穴７４の隣り合う貫通穴７４間の距離がずれるように配設されている。

本実施例のエンジン用可変バルブタイミング機構１０によれば、カバー部材２６の摺接面５６は、レーザ光６６を照射するによって焼き入れされたものであるため、強度が必要である摺接面５６だけにレーザ光６６を照射することによる焼き入れを行い面積的および厚み的に最小限の部分だけにしか熱処理を行わないので、カバー部材２６の変形量を大幅に低減させることができカバー部材２６の製造コストを安価にさせることができる。

また、本実施例のエンジン用可変バルブタイミング機構１０によれば、カバー部材２６は、円板形状であって、両側に隔てられた互いに平行な挟圧面５８ａ，６０ａをそれぞれ有する一対の押さえ治具５８，６０によって両側から挟圧された状態でその摺接面５６にレーザ光６６を照射することによって焼き入れされたものであるため、レーザ光６６を照射することによる焼き入れによってカバー部材２６の摺接面５６以外の面の変形が一対の押さえ治具５８，６０によって抑制することができるのでカバー部材２６の変形量をさらに低減させることができる。

また、本実施例のエンジン用可変バルブタイミング機構１０によれば、一対の押さえ治具５８，６０の一方５８には、カバー部材２６の摺接面５６と同じ形状の貫通穴６２が備えられているため、カバー部材２６の厚み方向において貫通穴６２と摺接面５６との形状を合わせることによって一対の押さえ治具５８，６０を好適に摺接面５６以外の面に圧力をかけた挟圧状態にすることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適応される。

たとえば、本発明の一実施例では、レーザ光を照射することによってロックピン４８とカバー部材２６との間で摺動する摺接面５６にだけ焼き入れをしたがその摺接面５６を含む広い範囲にレーザ光を照射することによって焼き入れをしても従来のカバー部材全体に熱処理をするものに比べて十分な熱処理による変形抑制効果が得られる。

また、本発明の一実施例では、レーザ光６６を発生させる装置として固体レーザであるＹＡＧレーザが使用されたが他のレーザ光発生装置が使用されてもよい。たとえば、気体レーザである炭酸ガスレーザが使用されてもよい。

その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例のエンジン用可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 図１のエンジン用可変バルブタイミング機構の正面図である。 図２のエンジン用可変バルブタイミング機構のバルブ開閉タイミング変更時を説明する図である。 エンジン用可変バルブタイミング機構に備えられたロック機構のロック位置を示す図である。 エンジン用可変バルブタイミング機構に備えられたロック機構の非ロック位置を示す図である。 エンジン用可変バルブタイミング機構の一部品のカバー部材を示す図である。 カバー部材の摺接面にレーザ光を照射することによって焼き入れされている状態を示す図である。 図７の矢印Ｈ方向から見た図である。

符号の説明

１０：エンジン用可変バルブタイミング機構
１２：カムシャフト
２６：カバー部材
４８：ロックピン
５６：摺接面
５８，６０：一対の押さえ冶具
５８ａ，６０ａ：挟圧面
６２：貫通穴
６６：レーザ光

Claims (3)

1. エンジン始動時にカムシャフトによるバルブ開閉タイミングを固定するためにロック位置と非ロック位置とに移動させられるロックピンと、非ロック位置の該ロックピンが摺接させられる摺接面を一面の一部に局部的に有するカバー部材とを備えるエンジン用可変バルブタイミング機構であって、
   前記カバー部材の摺接面は、レーザ光を照射することによって焼き入れされたものであることを特徴とするエンジン用可変バルブタイミング機構。
2. 前記カバー部材は、円板形状であって、両側に隔てられた互いに平行な挟圧面をそれぞれ有する一対の押さえ治具によって両側から挟圧された状態で前記摺接面にレーザ光を照射することによって焼き入れされたものである請求項１のエンジン用可変バルブタイミング機構。
3. 前記一対の押さえ治具の一方には、前記カバー部材の摺接面と同じ形状の貫通穴が備えられていることを特徴とする請求項２のエンジン用可変バルブタイミング機構。

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