JP2014156810A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆止弁の弁体の異常摩耗を抑制可能なバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】 弁体８０の一端部８２は、開弁方向へ行くほど外径が小さい先細り形状であり、円錐面状のストッパ面６７に当接することによって開弁方向への移動が制限される。このように構成されると、弁体８０の開弁作動時、全開位置において弁体８０の跳ね返りが起こらない。つまり、弁体８０は、全開位置で一端部８２がスプール４５のストッパ面６７に当接するときの姿勢が安定する。そのため、弁体８０には局所的な応力が作用しにくく、異常摩耗を抑制することができる。よって、弁体８０の破損を回避し、逆止弁の信頼性が向上する。
【選択図】図７

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

エンジンのクランク軸と一体に回転するハウジングと、カム軸と一体に回転するベーンロータとを備え、ハウジング内でベーンロータが区画形成する油圧室の油圧に応じてクランク軸とカム軸との回転位相を変化させて、エンジンの吸気弁または排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置は、オイルポンプと油圧室との間の接続通路に設けられた逆止弁を備えている。逆止弁は、スプールとスプール内で軸方向へ移動可能な弁体とから構成され、油圧室側からオイルポンプ側に向かう作動油の流通を阻止する。これにより、オイルポンプから油圧室に作動油を供給するとき、吸気弁または排気弁のスプリング反力等の影響によりベーンロータに作用する交番トルクに起因して生じる、油圧室からオイルポンプ側への作動油の戻りを抑制している。

特開２０１２−１２２４５６号公報

特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置では、逆止弁を構成するスプールと弁体との間には、弁体の軸方向移動を許容するためクリアランスがある。そのため、弁体は、開弁方向へ移動するときスプールの軸心に対して傾き易く、全開位置での姿勢が不安定となる。したがって、弁体が傾いた状態のまま全開位置でスプールの内壁に衝突すると、弁体には局所的に応力が作用する。この局所的な応力に起因して弁体の異常摩耗が発生するおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、逆止弁の弁体の異常摩耗を抑制可能なバルブタイミング調整装置を提供することである。

本発明は、エンジンのクランク軸とカム軸との回転位相を変化させて、吸気弁または排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、ハウジング、ベーンロータ、スリーブ、スプールおよび弁体を備えている。スリーブは、外部の油供給源に連通する供給ポート、および、進角室または遅角室に連通する導入ポートを有している。スプールは、軸方向位置に応じてスリーブの供給ポートを導入ポートに接続する接続通路を有している。弁体は、スプールの接続通路の内壁が有する弁座に着座および離座可能であり、弁座に着座すると接続通路において導入ポート側から供給ポート側に向かう作動油の流れを阻止する。

特に、本発明は、スプールの接続通路の内壁が円錐面状のストッパ面を有するとともに、弁体のうち開弁方向の一端部が先細り形状であることを特徴としている。ストッパ面は、開弁方向へ行くほど内径が小さい円錐面状である。弁体の一端部は、開弁方向へ行くほど外径が小さい先細り形状であり、ストッパ面に当接することによって開弁方向への移動が制限される。
したがって、弁体は、全開位置で一端部がスプールのストッパ面に当接するときの姿勢が安定する。そのため、弁体には局所的な応力が作用しにくく、異常摩耗を抑制することができる。よって、弁体の破損を回避し、逆止弁の信頼性が向上する。

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１の油圧制御弁の拡大図であって、スプールが原位置に位置し、弁体が閉弁している状態を示す図である。 図３の弁体が開弁した状態を示す図である。 図３の状態からスプールが移動した保持作動状態を示す図である。 図５の状態からスプールが移動した進角作動状態を示す図である。 図４の矢印ＶＩＩ部を拡大して示す図である。 第１実施形態において弁体の閉弁→開弁作動時のストロークを示す図である。 従来形態において弁体の閉弁→開弁作動時のストロークを示す図である。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の弁体を示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１０は、エンジンのクランク軸（図示しない）とカム軸５との回転位相を変化させることにより、カム軸５が開閉駆動する吸気弁の開閉タイミングを調整するものであり、エンジンのクランク軸からカム軸５までの回転伝達経路に設けられている。クランク軸に対しカム軸５の回転を進めることを「進角させる」といい、またクランク軸に対しカム軸５の回転を遅らせることを「遅角させる」という。

先ず、バルブタイミング調整装置１０の概略構成を図１および図２に基づき説明する。バルブタイミング調整装置１０は、ハウジング２０、フロントプレート２５、リアプレート２６、ベーンロータ３０、ロックピン３５、スリーブ４０およびスプール４５を備えている。
ハウジング２０は、中空筒状の外郭部２１と、外郭部２１から径方向内側に突き出す複数の隔壁部２２と、外郭部２１から径方向外側に突き出すスプロケット２３とを形成している。各隔壁部２２は、回転方向で互いに離間するように配置されている。ハウジング２０は、スプロケット２３に掛けられるタイミングチェーンを介してクランク軸に連結され、クランク軸と連動して回転する。

フロントプレート２５は、環状部材であり、ハウジング２０に対し軸方向の一方に設けられている。リアプレート２６は、環状部材であり、ハウジング２０に対し軸方向の他方に設けられている。ハウジング２０、フロントプレート２５およびリアプレート２６は、カム軸５と同軸上に配置されており、回転方向の複数箇所をボルト２８により一体に固定されている。

ベーンロータ３０は、ボス３１および複数のベーン３２を形成している。ボス３１は、中空筒状であり、ハウジング２０の隔壁部２２に対し内側に設けられている。ボス３１は、カム軸５に例えば圧入されることによって当該カム軸５と一体に固定されており、カム軸５と一体に回転する。ベーン３２は、ボス３１から径方向外側に突き出し、ハウジング２０およびボス３１が区画形成する内部空間を進角室３３と遅角室３４とに仕切っている。進角室３３は、ベーン３２に対し回転方向とは反対方向に位置し、遅角室３４は、ベーン３２に対し回転方向に位置している。ベーンロータ３０は、進角室３３および遅角室３４の油圧に応じて、ハウジング２０に対し進角側または遅角側に相対回動する。

ロックピン３５は、特定のベーン３２内で軸方向へ移動可能に設けられており、リアプレート２６が有する嵌合穴２７に抜き差し可能である。ロックピン３５が嵌合穴２７に差し込まれると、ベーンロータ３０とハウジング２０との相対回動が阻止され、ロックピン３５が嵌合穴２７から抜け出すと、ベーンロータ３０とハウジング２０との相対回動が許容される。ロックピン３５は、スプリング３６により嵌合穴２７側に付勢されており、ロック室３７の油圧が高まると抜け出し方向へ移動する。

スリーブ４０は、カム軸５が有する有底筒穴６内に挿入され、軸心８に沿って軸方向へ延びるように中空筒状に形成されており、径方向へ貫通する各種ポートを有している。スリーブ４０は、外壁に設けられたねじ部４１を有しており、カム軸５にねじ込まれて固定されている。

スプール４５は、スリーブ４０が有する有底筒状のスプール収容穴４２内で軸方向へ移動可能である。スプール収容穴４２のうち開口端側には、ストッパプレート４６が嵌め付けられており、スプール４５は、スプリング４７によりストッパプレート４６側に付勢されている。スプール４５の軸方向位置は、ストッパプレート４６に対しスプール４５とは反対側に設けられたリニアソレノイド４８による押圧力と、スプリング４７の付勢力とのバランスにより決まる。

スリーブ４０およびスプール４５は、進角室３３、遅角室３４およびロック室３７の油圧を制御する油圧制御弁４９を構成している。油圧制御弁４９は、スプール４５の軸方向位置に応じてスリーブ４０の各ポート同士の連通および遮断を切り替えることにより、各油圧室に作動油を供給あるいは排出して、油圧を変化させることができる。
以上のように構成されたバルブタイミング調整装置１０は、カム軸５の回転位相が目標値よりも遅角側である場合、進角室３３に作動油を供給しつつ遅角室３４から作動油を排出する。これにより、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し進角側に相対回動する。

また、バルブタイミング調整装置１０は、カム軸５の回転位相が目標値よりも進角側である場合、遅角室３４に作動油を供給しつつ進角室３３から作動油を排出する。これにより、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し遅角側に相対回動する。
また、バルブタイミング調整装置１０は、カム軸５の回転位相が目標値と一致する場合、進角室３３および遅角室３４の作動油を保持する。これにより、ベーンロータ３０とハウジング２０との回転位相が保持される。

次に、油圧制御弁４９の詳細構成を図１〜図６に基づき説明する。
スリーブ４０は、径方向へ貫通する各種ポートを有している。上記ポートには、供給ポート５０、ドレンポート５１、遅角ポート５２および進角ポート５３があり、リニアソレノイド４８側から上述の順序で設けられている。

供給ポート５０は、供給通路５５を介してオイルポンプ７の吐出口に繋がっている。ドレンポート５１は、ドレン通路５６を介して外部のドレン空間に繋がっている。遅角ポート５２は、遅角通路５７を介して遅角室３４に繋がっている。進角ポート５３は、進角通路５８を介して進角室３３に繋がっている。遅角ポート５２および進角ポート５３は、特許請求の範囲に記載の「導入ポート」に相当する。

スプール４５は、有底筒状部材６０および栓部材７０から構成されている。有底筒状部材６０は、スリーブ４０と同軸上に設けられた筒部６１と、筒部６１のうちストッパプレート４６とは反対側に位置する底部６２とを形成している。スプリング４７は、有底筒状部材６０の底部６２とスリーブ４０のスプール収容穴４２の底面との間に設けられている。筒部６１は、スリーブ４０の供給ポート５０付近を径方向へ貫通する第１通孔６３を有している。底部６２は、底面６６から軸方向へ延びる第１有底穴６４と、遅角ポート５２付近で第１有底穴６４から径方向外側に延び貫通する第２通孔６５とを有している。

栓部材７０は、有底筒状部材６０の開口部を塞ぐように筒部６１内に設けられている。本実施形態では、栓部材７０は、有底筒状部材６０に例えば圧入により固定されている。栓部材７０は、有底筒状部材６０の底面６６に対向する端面７１から軸方向へ延びる第２有底穴７２と、第１通孔６３付近で第２有底穴７２から径方向外側に延び貫通する第３通孔７３とを有している。

第１有底穴６４と第２有底穴７２との間、すなわちスリーブ４０の底面６６とスプール４５の端面７１との間には、当該第１有底穴６４および第２有底穴７２よりも内径が大きい弁体収容空間７５が形成されている。第１通孔６３、第３通孔７３、第２有底穴７２、弁体収容空間７５、第１有底穴６４および第２通孔６５は、互いに連通しており、スプール４５の軸方向位置に応じてスリーブ４０の供給ポート５０を進角ポート５３または遅角ポート５２に接続する接続通路７６を構成している。

弁体収容空間７５には、弁体８０が設けられている。弁体８０は、有底筒状に形成され、栓部材７０側に底部が位置するように配置されており、スプール４５内部で軸方向へ移動可能であり、栓部材７０の端面７１が有する弁座７７に着座および離座可能である。本実施形態では、弁体８０の底部は半球体状に形成されている。弁体８０は、図３に示すように弁座７７に着座すると、接続通路７６において遅角ポート５２側から供給ポート５０側に向かう作動油の流れを阻止する。一方、弁体８０は、図４に示すように弁座７７から離座すると、筒部に形成された連通孔８１を通じて供給ポート５０側から遅角ポート５２側に向かう作動油の流れを許容する。弁体８０は、スプール４５と共に、接続通路７６の作動油の流れを一方向のみに規制する逆止弁を構成している。

スプール４５は、図３および図４に示すようにストッパプレート４６に当接しているときの軸方向位置が原位置である。スプール４５の軸方向位置が原位置であるとき、供給ポート５０は、接続通路７６を介して遅角ポート５２に連通可能となり、進角ポート５３は、スリーブ４０が有するドレンポート５４等を介して外部のドレン空間に連通する。このとき、供給ポート５０から作動油が供給されると、作動油の流動圧により弁体８０が開弁方向へ移動し、供給ポート５０と遅角ポート５２とが連通する。これにより、遅角室３４に作動油が供給されつつ進角室３３から作動油が排出され、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し遅角側に相対回動する遅角作動状態となる。

図５に示すように、スプール４５が原位置から所定距離だけ移動すると、供給ポート５０、遅角ポート５２および進角ポート５３は、相互間の連通が遮断される。このとき、進角室３３および遅角室３４の作動油が保持される。これにより、ベーンロータ３０とハウジング２０との相対回動が阻止され、回転位相が保持される保持作動状態となる。

図６に示すように、スプール４５が保持作動状態から所定距離だけねじ部４１側に移動させられ、スプール４５がスプール収容穴４２の底面に当接したとき、供給ポート５０は、接続通路７６を介して進角ポート５３に連通し、遅角ポート５２は、ドレンポート５１に連通する。これにより、進角室３３に作動油が供給されつつ遅角室３４から作動油が排出され、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し進角側に相対回動する進角作動状態となる。

次に、逆止弁の特徴構成を図３、図４および図７に基づき説明する。
図７に拡大して示すように、有底筒状部材６０の底面６６は、弁体８０の開弁方向への移動を制限可能なストッパ面６７を有している。ストッパ面６７は、開弁方向へ行くほど内径が小さい円錐面状である。図７に示すように、有底筒状部材６０の軸心８を含む断面において、ストッパ面６７を構成する一対の斜面同士がなす角度（以下、「第１角度」と記載する）θ１は、９０度以上である。本実施形態では、第１角度θ１は例えば９０度に設定されている。

弁体８０のうち開弁方向の一端部８２は、開弁方向へ行くほど外径が小さい先細り形状であって、スプール４５のストッパ面６７と当接可能な円錐面状の当接面８３を有している。図７に示すように、弁体８０の軸心８を含む断面において、当接面８３を構成する一対の斜面同士がなす角度（以下、「第２角度」と記載する）θ２は、９０度よりも大きく、また第１角度θ１よりも大きい。

以上説明したように、第１実施形態によるバルブタイミング調整装置１０では、弁体８０の一端部８２は、開弁方向へ行くほど外径が小さい先細り形状であり、円錐面状のストッパ面６７に当接することによって開弁方向への移動が制限される。
第１実施形態における弁体８０の閉弁→開弁作動時のストロークを示す図８と、従来形態における弁体の閉弁→開弁作動時のストロークを示す図９とを比較すると、従来形態では図９中に二点鎖線の丸印で示すように全開位置において弁体の跳ね返りが起こるのに対し、第１実施形態では全開位置において弁体８０の跳ね返りが起こらない。つまり、第１実施形態では、弁体８０は、全開位置で一端部８２がスプール４５のストッパ面６７に当接するときの姿勢が安定する。そのため、弁体８０には局所的な応力が作用しにくく、異常摩耗を抑制することができる。よって、弁体８０の破損を回避し、逆止弁の信頼性が向上する。

また、第１実施形態では、弁体８０の一端部８２は、スプール４５のストッパ面６７と当接可能な円錐面状の当接面８３を有している。そのため、全開位置において弁体８０とスプール４５とを面接触させることができ、弁体８０がスプール４５のストッパ面６７に当接するときの姿勢をより安定させることができる。

また、第１実施形態では、第１角度θ１は９０度であり、第２角度θ２は第１角度θ１よりも大きい。そのため、全開位置において弁体８０とスプール４５とが接触するとき、弁体８０がスプール４５に対して噛み込む（こじる）ことを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の弁体を図１０に基づき説明する。弁体９０の一端部９１は、全閉位置においてスプール４５のストッパ面６７と当接可能な当接面９２を有している。当接面９２は、軸心８を含む断面の形状が曲面状である。本実施形態では、当接面９２は球面状である。
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、弁体９０の一端部９１が全開位置でスプール４５のストッパ面６７に当接するときの姿勢が安定する。そのため、弁体９０には局所的な応力が作用しにくく、異常摩耗を抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、第２角度は、９０度より大きくてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１角度および第２角度は、９０度より小さくてもよい。
本発明の他の実施形態では、第２角度は、第１角度以下であってもよい。
本発明の他の実施形態では、弁体の底部の着座部は、例えば平面状または円錐面状であってもよい。
本発明の他の実施形態では、スプールは、１つの部材、または３つ以上の部材から構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、スリーブの各ポートは、軸方向にどのような順序で形成されてもよい。

本発明の他の実施形態では、ハウジングは、フロントプレートおよびリアプレートの一方または両方と同一部材から構成してもよい。
本発明の他の実施形態では、ベーンロータは、圧入に限らず、例えばねじ締結等の他の方法でカム軸に固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、エンジンの排気バルブの開閉タイミングを調整してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・バルブタイミング調整装置 ２０・・・ハウジング
３０・・・ベーンロータ ３３・・・進角室
３４・・・遅角室 ４０・・・スリーブ
４５・・・スプール ５０・・・供給ポート
５２・・・遅角ポート（導入ポート） ５３・・・進角ポート（導入ポート）
６７・・・ストッパ面 ７６・・・接続通路
７７・・・弁座 ８０、９０・・・弁体
８２、９１・・・一端部

Claims (5)

1. エンジンのクランク軸とカム軸（５）との回転位相を変化させて、吸気弁または排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１０）であって、
   前記クランク軸および前記カム軸の一方と一体に回転可能なハウジング（２０）と、
   前記クランク軸および前記カム軸の他方と一体に回転可能であり、前記ハウジング内で進角室（３３）および遅角室（３４）を区画形成し、前記進角室および前記遅角室の油圧に応じて前記ハウジングに対し進角側または遅角側に相対回動するベーンロータ（３０）と、
   前記ベーンロータの中心部で軸方向へ延びるように中空筒状に形成され、外部の油供給源に連通する供給ポート（５０）、および、前記進角室または前記遅角室に連通する導入ポート（５２、５３）を有するスリーブ（４０）と、
   前記スリーブの内部で軸方向へ移動可能に設けられ、軸方向位置に応じて前記スリーブの前記供給ポートを前記導入ポートに接続する接続通路（７６）を有しているスプール（４５）と、
   前記スプールの前記接続通路内で軸方向へ移動可能に設けられ、前記接続通路の内壁が有する弁座（７７）に着座および離座可能であり、前記弁座に着座すると前記接続通路において前記導入ポート側から前記供給ポート側に向かう作動油の流れを阻止する筒状の弁体（８０、９０）と、
   を備え、
   前記スプールの前記接続通路の内壁は、前記弁体の開弁方向への移動を制限可能であって開弁方向へ行くほど内径が小さい円錐面状のストッパ面（６７）を有し、
   前記弁体のうち開弁方向の一端部（８２、９１）は、開弁方向へ行くほど外径が小さい先細り形状であることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記弁体（８０）の前記一端部（８２）は、前記スプールの前記ストッパ面と当接可能な円錐面状の当接面（８３）を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 軸心（８）を含む断面において前記弁体の前記当接面を構成する一対の斜面同士がなす角度を第１角度（θ１）とし、軸心（８）を含む断面において前記スプールの前記ストッパ面を構成する一対の斜面同士がなす角度を第２角度（θ２）とすると、
   前記第２角度は前記第１角度よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記第１角度および前記第２角度は９０度以上であることを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記弁体（９０）の前記一端部（９１）は、前記スプールの前記ストッパ面と当接可能であって、軸心を含む断面の形状が曲面状である当接面（９２）を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。

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