JP2017120030A - バルブタイミング変更装置 - Google Patents

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【課題】バルブタイミング変更装置において、油路を画定する部品同士の熱膨張差により生じる隙間からの油漏れ等を防止する。
【解決手段】ハウジングロータ10、ベーンロータ、締結ボルト40、締結ボルトの外周面41aに離隔して開口する油路をそれぞれ経由して進角室に連通する進角油路及び遅角室に連通する遅角油路を備えバブルタイミング変更装置において、ベーンロータは、締結ボルト40よりも大きい熱膨張係数をなす材料により形成されたロータ本体20と、少なくとも進角油路23aと遅角油路35とを互いに遮断する領域において締結ボルトと同等の熱膨張係数をなす材料により形成されカムシャフトと非接触でかつ締結ボルトの外周面41aと密接するように一体的に組み込まれたロータスリーブ30を含む。これによれば、油路を画定する部品相互間での隙間の発生を防止して油漏れを防止できる。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃エンジンの吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期(バルブタイミング)を運転状況に応じて変更するバルブタイミング変更装置に関する。
従来のバルブタイミング変更装置としては、クランクシャフトと同期してカムシャフトの軸線上で回転するケース及びカムスプロケット(ハウジングロータ)、ケースと協働して進角室及び遅角室を画定すると共に上記軸線上で回転する可動部材(ベーンロータ)、可動部材をカムシャフトに締結すると共に油路(ポート)を有するボルト、ボルトの中心を通るように肉抜きれた挿入部に嵌め込まれると共に油路(貫通部)を有するスリーブ及びスリーブ内に往復動自在に挿入されて油路(ポート及び貫通部)の開閉を行うスプール等により構成される流量制御弁、ボルトの外周面が嵌合される可動部材の内周面に形成された環状溝をなす進角油路及び遅角油路等を備えたものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。
この装置においては、流量制御弁を適宜駆動制御することにより、進角油路及び遅角油路をそれぞれ経由して進角室及び遅角室に対し導入及び導出される油量を調整するようになっている。
ここで、流量制御弁のスリーブとボルトとの嵌合界面において、熱膨張により生じる隙間からの油漏れ等を抑制するべく、スリーブをボルトよりも熱膨張係数の高い材料により形成することが示されている。
しかしながら、ボルトと可動部材との嵌合界面における隙間については何ら言及されておらず、仮にボルトを鉄系材料及び可動部材をアルミニウム系材料で形成した場合、両者の熱膨張差等により嵌合界面に隙間を生じる。
その結果、可動部材の内周面にそれぞれ環状溝として形成された進角油路と遅角油路とが連通して、所望の油路に油を導くことができなくなる虞がある。
また、可動部材の内周面に設けられた環状溝をなす進角油路及び遅角油路は、一般的には中ぐり盤等を用いて軸線方向及び径方向に送る中ぐり加工を施すことにより形成される。それ故に、上記構成での加工は、単に軸線方向にのみ送り円筒面を形成する中ぐり加工あるいは座ぐり加工に比べて面倒である。
特開2011−256786号公報
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、装置の小型化、軽量化、低コスト化、組付け作業の容易化等を図りつつ、特に組付けられた部品同士の熱変形等による隙間から油漏れ等を防止して、所期の機能を保証し得るバルブタイミング変更装置を提供することにある。
本発明のバルブタイミング変更装置は、カムシャフトにより駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変更するバブルタイミング変更装置であって、カムシャフトの軸線上で回転するハウジングロータと、ハウジングロータと協働して進角室及び遅角室を画定すると共に上記軸線上で回転するベーンロータと、ベーンロータをカムシャフトと一体的に回転させるべく締結すると共に油路を有する締結ボルトと、締結ボルトの外周面に離隔して開口する油路をそれぞれ経由して進角室に連通する進角油路及び遅角室に連通する遅角油路を備え、上記ベーンロータは、締結ボルトよりも大きい熱膨張係数をなす材料により形成されたロータ本体と、少なくとも進角油路と遅角油路とを互いに遮断する領域において、締結ボルトと同等の熱膨張係数をなす材料により形成されカムシャフトと非接触でかつ締結ボルトの外周面と密接するように一体的に組み込まれたロータスリーブを含む、構成となっている。
この構成によれば、締結ボルトの油路を経て締結ボルトの外周面に導かれた油は、進角油路又は遅角油路を介して進角室又は遅角室に導入される。一方、進角室又は遅角室内の油は、進角油路又は遅角油路を介して締結ボルトの油路に導出される。これにより、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングが適宜変更される。
ここで、締結ボルト及びベーンロータが熱膨張を生じても、少なくとも進角油路と遅角油路を互いに遮断する領域には、締結ボルトと同等の熱膨張係数をなす材料により形成されて締結ボルトの外周面と密接するロータスリーブが一体的に組み込まれているため、締結ボルトの外周面とロータスリーブの間に隙間を生じることはない。
特に、ロータスリーブは、カムシャフトと非接触で締結ボルトの外周面にだけ接触するため、例えば、ロータスリーブがカムシャフトに嵌合されて接触状態にある構成において懸念される嵌合関係及び組付けバラツキ等の影響を受けることはない。
それ故に、ロータスリーブの内周面と締結ボルトの外周面との確実な接触状態を得ることができる。
すなわち、進角油路と遅角油路とが締結ボルトの外周面上における隙間により連通することはなく、油漏れが防止されて所望の油路に油を導くことができる。それ故に、開閉タイミングの変更を高精度に行うことができる。
上記構成において、ロータスリーブは、ロータ本体に圧入されている、構成を採用してもよい。
この構成によれば、ロータスリーブがロータ本体に圧入により一体的に組み込まれているため、熱変形の範囲において、圧入代を常に隙間を生じない嵌め合いの状態にすることで、両者が熱膨張しても隙間を生じることない。
また、圧入作業も容易に行うことができ、ベーンロータを、ロータ本体に予めロータスリーブを組み込んだモジュール品として取り扱うことができる。
上記構成において、締結ボルトは、ロータスリーブに直接当接して締結されている、構成を採用してもよい。
この構成によれば、締結ボルトは、同等の熱膨張係数をなすロータスリーブに直接当接して締結されているため、熱変形を生じる環境下でも、締結ボルトとロータスリーブとの間には熱変形による相対的なずれを生じない。
したがって、締結ボルトが熱膨張係数の異なるロータ本体に直接当接する場合に比べて、締結ボルトの緩み等を防止でき、それ故に進角油路と遅角油路の間での油漏れ等を防止できる。
上記構成において、ロータ本体は、締結ボルトの外周面に密接する小径内周部と、小径内周部よりも大径に形成された大径内周部を含み、ロータスリーブは、大径内周部に圧入された状態で、小径内周部と協働して進角油路及び遅角油路の一方を画定する環状端面と、締結ボルトの外周面と密接すると共に進角油路及び遅角油路の他方を画定する筒状部と、大径内周部の開口端面に当接すると共に締結ボルトが直接当接して軸線方向に押圧される鍔部を有する、構成を採用してもよい。
この構成によれば、ロータスリーブの筒状部がロータ本体の大径内周部に圧入された状態で、締結ボルトがロータスリーブに挿入されて、ロータスリーブの内周面が締結ボルトの外周面と密接することにより、進角油路と遅角油路とを互いに遮断することができる。
また、ロータスリーブの鍔部でロータ本体の開口端面を軸線方向に押圧することにより、ロータスリーブの圧入を軽圧入としつつ軸線方向の押圧力により、ロータ本体を含むベーンロータを、カムシャフトと一体的に回転するように締結することができる。
上記構成において、ロータスリーブは、ロータ本体に対して軸線回りの角度位置を位置決めする位置決め部を有する、構成を採用してもよい。
この構成によれば、ロータリーブをロータ本体に圧入する際に、位置決め部により位置決めしつつ圧入することで、ロータスリーブに設けられた油路とロータ本体に設けられた油路との位置ずれを防止することができる。
上記構成において、ベーンロータをハウジングロータに対して軸線回りの一方向に回転付勢する付勢スプリングを含み、ロータスリーブは、その鍔部において、付勢スプリングの一端部を掛止する掛止部を有する、構成を採用してもよい。
この構成によれば、付勢スプリングの付勢力によりベーンロータのガタツキを防止できる。また、付勢スプリングの一端部をロータ本体ではなくロータスリーブの鍔部に設けられた掛止部に掛止するため、付勢スプリングがコイルスプリングの場合にそのコイル部の端面を鍔部の周りの開口端面等で受けつつ掛止部に一端部を掛止することで、付勢スプリングの倒れ及びロータ本体の摩耗等を防止することができる。
上記構成において、締結ボルト及びロータスリーブは、鉄系材料により形成され、ロータ本体は、アルミニウム系材料により形成されている、構成を採用してもよい。
この構成によれば、締結ボルト及びロータスリーブを鉄系材料により形成することで、締結ボルトの強度を確保しつつ、締結ボルトとロータスリーブとの間に熱膨張差が生じないようにして隙間の発生を防止することができる。
また、ベーンロータのロータ本体をアルミニウム系材料により形成することで、軽量化を達成でき、応答性を高めることができる。
上記構成において、締結ボルトには、油の流量を制御する流量制御弁が組み込まれている、構成を採用してもよい。
この構成によれば、締結ボルトの中央に設けられた挿入部に流量制御弁を組み込んだ構造において上記構成を採用することで、油圧システムとしての集約化、流動媒体としての油の圧力損失等を低減でき、バルブタイミングを変更する際の応答性を高めることができる。また、流量制御弁が予め締結ボルトに組み込まれてモジュール品として取り扱われることで、部品の管理工数等を低減することができる。
上記構成をなすバルブタイミング変更装置によれば、構造の簡素化、装置の小型化、軽量化、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成しつつ、特に組付けられた部品同士の熱変形等による隙間から油漏れ等を防止して、所期の機能を保証し得るバルブタイミング変更装置を得ることができる。
本発明のバルブタイミング変更装置、カムシャフト及び電磁アクチュエータを示す分解斜視図である。 本発明のバルブタイミング変更装置を示す分解斜視図である。 本発明のバルブタイミング変更装置、カムシャフト及び電磁アクチュエータを示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなす締結ボルト及び流量制御弁の分解斜視図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体を示すものであり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は背面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体を示すものであり、(a)は図5(b)中のE1−E1における断面図、(b)は図5(b)中のE2−E2における断面図である 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体を示すものであり、(a)は図5(a)中のE3−E3における断面図、(b)は図5(b)中のE4−E4における部分断面図である 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に一体的に組み込まれるロータスリーブを示すものであり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は背面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に一体的に組み込まれるロータスリーブを示すものであり、(a)は図8(a)中のE5−E5における断面図、(b)は図8(b)中のE6−E6における断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすロック機構を示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなす流量制御弁と締結ボルトの油路の位置関係を示す断面図であり、(a)は遅角モードの状態図、(b)は保持モードの状態図、(c)は進角モードの状態図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータが、最遅角位置にある状態を示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータが、最進角位置にある状態を示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータが、最遅角位置と最進角位置の間の中間位置にある状態を示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に一体的に組み込まれるロータスリーブの他の実施形態を示す断面図である。 本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に一体的に組み込まれるロータスリーブのさらに他の実施形態を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
このバルブタイミング変更装置は、図1ないし図4、図12ないし図14に示すように、カムシャフトSの軸線L上で回転するハウジングロータ10、カムシャフトSと一体的に回転するベーンロータとしてのロータ本体20及びロータスリーブ30、ベーンロータをカムシャフトSと一体的に回転させるように締結する締結ボルト40、付勢スプリング50、油の流量を制御する流量制御弁60、ベーンロータをハウジングロータ10に対してロックし得るロック機構70等を備えている。
尚、流量制御弁60は、図1及び図3に示すように、当該装置とは別個に例えばチェーンカバー(不図示)等に取り付けられる電磁アクチュエータAにより駆動制御されるようになっている。
カムシャフトSは、エンジンのシリンダヘッド(不図示)に形成された軸受(不図示)により軸線L回りに回転可能に支持され、図1に示すように一方向CWに回転して、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブをカム作用により開閉駆動するものである。
カムシャフトSは、図2及び図3に示すように、その端部領域において、ハウジングロータ10を回動自在に支持する円筒部S1、オイルパン(不図示)から導かれる油を締結ボルト40の油路45に供給する油路S2、締結ボルト40を締結する雌ネジ部S3、位置決めピンPを嵌合させる嵌合穴S4等を備えている。
ハウジングロータ10は、カムシャフトSの軸線L上で回転可能に支持され、チェーン等を介してクランクシャフトの回転に連動し、ベーンロータ(20,30)を介してクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフトSに伝達するものである。
ハウジングロータ10は、図2及び図3、図12ないし図14に示すように、略円盤状の第1ハウジング部材11と、第1ハウジング部材11の前面側に結合される有底円筒状の第2ハウジング部材12とからなる二分割構造をなすものである。
そして、ハウジングロータ10は、ベーンロータを所定角度範囲Δθ(最進角位置θaと最遅角位置θrの間の角度範囲)において相対的に回転可能に収容する収容室Rを画定すると共にロック機構70を収容し、収容されたベーンロータのベーン部21により、収容室Rが進角室10a及び遅角室10bに二分されるようになっている。
第1ハウジング部材11は、図1ないし図3に示すように、クランクシャフトの回転駆動力を伝達するチェーンが巻回されるスプロケット11a、内周面11b、壁面11c、嵌合穴11d、油路11e、ネジ穴11f等を備えている。
内周面11bは、カムシャフトSの円筒部S1に回動自在に嵌合されるように形成されている。
壁面11cは、ロータ本体20の背面が摺動自在に接触するように形成されている。
嵌合穴11dは、ロック機構70に含まれるロックピン71を嵌合させるように形成されている。
油路11eは、嵌合穴11dに対する油の供給及び排出を行うように形成されている。
ネジ穴11fは、第2ハウジング部材12を締結するボルトBを捩じ込むように形成されている。
第2ハウジング部材12は、図1ないし図3、図12ないし図14に示すように、円筒壁12a及び前壁12bを有する有底円筒状に形成されている。
また、第2ハウジング部材12は、円筒壁12a及び前壁12bの他に、開口部12c、ボルトBを通す3つの貫通孔12d、3つのシュー部12e、掛止溝部12f、収容凹部12g、環状結合部12h等を備えている。
開口部12cは、締結ボルト40を通すべく、軸線L上に中心をもつように形成されている。
3つのシュー部12eは、前壁12bの背面側において、円筒壁12aから中心(軸線L)に向かって突出すると共に周方向において等間隔に配置して形成されている。
掛止溝部12fは、付勢スプリング50の第1端部52を嵌め込んで掛止するべく、開口部12cの一部を切り欠いて形成されている。
収容凹部12gは、付勢スプリング50のコイル部51を収容するように形成されている。
環状結合部12hは、第1ハウジング部材11の壁面11cの外周縁領域に、嵌め込んで結合されるように形成されている。
ベーンロータ(ロータ本体20及びロータスリーブ30)は、ハウジングロータ10と協働して進角室10a及び遅角室10bを画定するべく、ハウジングロータ10の収容室Rに収容されて収容室Rを進角室10a及び遅角室10bに二分すると共に、カムシャフトSと一体的に回転する。
ロータ本体20は、締結ボルト40よりも熱膨張係数の大きい材料、例えばアルミニウム系材料等の軽金属材料を用いて形成されている。
また、ロータ本体20は、図2、図5、図6、図7に示すように、3つのベーン部21、3つのベーン部21を略等間隔で一体的に保持するハブ部22、小径内周部23、ロータスリーブ30を圧入する大径内周部24、3つの進角油路25、3つの遅角油路26、開口端面27、位置決め部としての位置決め孔28、ロック機構70を嵌め込む凹部29及び凹部29に連通する圧力調整孔29a,29b、ベーン部21の先端に形成された溝部に嵌め込まれるシール部材等を備えている。
小径内周部23は、圧入されるロータスリーブ30の環状端面31と協働して環状溝をなす進角油路23aを画定するように形成され、又、締結ボルト40の外周面41aと密接した状態で組み付けられる内径寸法に形成されている。
大径内周部24は、小径内周部23よりも大径に形成され、鉄系材料により形成されたロータスリーブ30の筒状部32が圧入された状態において、当該装置が使用される際に受ける温度の変化範囲全域において隙間を生じない内径寸法に形成されている。
進角油路25は、図6(a)に示すように、ハブ部22において放射状に伸長し、進角油路23aと連通するように形成されている。
遅角油路26は、図6(b)に示すように、ハブ部22において放射状に伸長し、大径内周部24と連通するように形成されている。
開口端面27は、図7(a)に示すように、大径内周部24の端部において、座ぐり状に形成されている。
位置決め孔28は、図3及び図7(a)に示すように、カムシャフトSに取り付けられた位置決めピンPを嵌合させるように形成されている。
ロータスリーブ30は、締結ボルト40と同等の熱膨張係数をもつ鉄系材料により形成されて、ロータ本体20に圧入されている。
また、ロータスリーブ30は、図2、図3、図8、図9に示すように、環状端面31、筒状部32、鍔部33、位置決め部としての位置決め孔34、環状をなす遅角油路35、3つの遅角油路36、掛止部37等を備えている。
環状端面31は、図3に示すように、ロータ本体20の小径内周部23と協働して進角油路23aを画定するように形成されている。
筒状部32は、図3及び図8(b)に示すように、ロータ本体20の大径内周部24に圧入されるように形成されている。
鍔部33は、図3に示すように、大径内周部24の開口端面27にその内側面が当接すると共に、その外側面に締結ボルト40が直接当接して、軸線L方向に押圧されるように形成されている。
位置決め孔34は、図3及び図8(c)に示すように、ロータ本体20及びカムシャフトSに対して軸線L回りの角度位置を位置決めする位置決めピンPを嵌合させるように形成されている。
遅角油路35は、図9に示すように、筒状部32の内周面32aに形成されている。
遅角油路36は、図9に示すように、筒状部32において放射状に伸長して貫通し遅角油路35と連通するように形成されている。
掛止部37は、図2及び図8(a),(c)に示すように、付勢スプリング50の第2端部53を掛止するべく、鍔部33の一部を切り欠いて形成されている。
ここで、筒状部32の軸線L方向における長さ寸法は、ロータ本体20の大径内周部24の軸線L方向における長さ寸法より若干短く形成されている。
また、筒状部32の外径寸法は、図9(b)に示すように、遅角油路36が開口する近傍を含む3つの領域が、他の領域よりも外径寸法が大きく形成されている。
そして、筒状部32は、アルミニウム系材料により形成されたロータ本体20の大径内周部24に圧入された状態で、当該装置が使用される際に受ける温度の変化範囲全域において隙間を生じないように形成されている。
すなわち、ロータスリーブ30は、ロータ本体20の大径内周部24に対して部分的に圧入されている。
また、筒状部32の内周面32aは、締結ボルト40の外周面41aと密接した状態で組み付けられる内径寸法に形成されている。
締結ボルト40は、ベーンロータのロータスリーブ30に直接当接して、軸線L方向の押圧力を及ぼしつつベーンロータ(20,30)をカムシャフトSと一体的に回転させるように締結するものであり、機械的強度の高い鉄系材料により形成されている。
締結ボルト40は、図1ないし図4、図11に示すように、外周面41aをもつ円筒部41、円筒部41の先端側に位置する雄ネジ部42、鍔付頭部43、挿入部44、油路45、油路46、油路47、環状溝48、位置決め部49等を備えている。
円筒部41の外周面41aは、ロータスリーブ30の筒状部32の内周面32a及びロータ本体20の小径内周部23の内周面に対して、軸線L方向に嵌合可能でありかつ隙間なく密接する外径寸法に形成されている。
鍔付頭部43は、雄ネジ部42とは反対側において、ロータスリーブ30の鍔部33に直接当接して、鍔部33を軸線L方向に押圧するように形成されている。
挿入部44は、円筒部41の内部を肉抜きして、流量制御弁60を嵌め込む有底状に形成されている。
油路45は、図3及び図4に示すように、円筒部41と雄ネジ部42の接続領域に形成されている。
油路46は、図3及び図4に示すように、円筒部41の外周面41aにおいて開口し進角油路23aに連通するように形成されている。
油路47は、図3及び図4に示すように、円筒部41の外周面41aにおいて開口し遅角油路35に連通するように形成されている。
環状溝48は、図3及び図4に示すように、挿入部44の開口端側において、ワッシャ64及びスナップリング65を嵌め込むように形成されている。
位置決め部49は、図4に示すように、流量制御弁60のスリーブ61を軸線L回りにおいて位置決めするべく、位置決め部61eを受け入れる凹状に形成されている。
そして、締結ボルト40は、第2ハウジング部材12の開口部12cを通して、ロータ本体20に圧入されたロータスリーブ30の筒状部32及びロータ本体20の小径内周部23に挿入され、雄ネジ部42がカムシャフトSの雌ネジ部S3に捩じ込まれる。
これにより、締結ボルト40は、ロータスリーブ30に直接当接して軸線L方向に押圧力(締結力)を及ぼし、ベーンロータ(20,30)をカムシャフトSと一体的に回転するように締結する。
また、この締結状態において、締結ボルト40の外周面41aが、ロータ20本体の環状溝をなす進角油路23aと遅角油路35とを互いに連通しないように遮断するようになっている。
すなわち、ロータスリーブ30がロータ本体20に圧入され、又、締結ボルト40がロータスリーブ30を介してベーンロータ(20,30)をカムシャフトSと一体的に回転するように締結する。
これによれば、ベーンロータとしては、締結ボルト40よりも大きい熱膨張係数をなす材料により形成されたロータ本体20と、少なくとも進角油路23aと遅角油路35とを互いに遮断する領域において、締結ボルト40と同等の熱膨張係数をなす材料により形成されカムシャフトSと非接触でかつ締結ボルト40の外周面41aと密接するように一体的に組み込まれたロータスリーブ30を含む構成が得られる。
また、ロータスリーブ30がロータ本体20に圧入されて一体的に組み込まれるが故に、締結ボルト40の外周面41aにより互いに遮断されて進角室10aに連通する進角油路23a,25及び遅角室10bに連通する遅角油路35,36,26を備えたベーンロータが得られる。
上記構成をなすロータ本体20及びロータスリーブ30を含むベーンロータ及び締結ボルト40の関係によれば、締結ボルト40及びベーンロータが熱膨張を生じても、締結ボルト40の外周面41aと密接しかつ少なくとも進角油路23aと遅角油路45を互いに遮断する領域において、締結ボルト40と同等の熱膨張係数をなす材料により形成されたロータスリーブ30が一体的に組み込まれているため、締結ボルト40の外周面41aとロータスリーブ30の内周面32aの間に隙間を生じることはない。
特に、ロータスリーブ30は、カムシャフトSと非接触で締結ボルト40の外周面41aにだけ接触するため、例えばロータスリーブがカムシャフトに嵌合されて接触状態にある場合に懸念される嵌合関係及び組付けバラツキ等の影響を受けることはない。
それ故に、ロータスリーブ30の内周面32aと締結ボルト40の外周面41aとの確実な接触状態を得ることができる。
すなわち、進角油路23aと遅角油路45とが、締結ボルト40の外周面41a上における隙間により連通することはなく、油漏れが防止されて所望の油路に油を導くことができる。それ故に、開閉タイミングの変更を高精度に行うことができる。
また、ロータスリーブ30は、ロータ本体20に圧入により一体的に組み込まれているため、熱変形の範囲において圧入代を常に隙間を生じない嵌め合いの状態にすることで、両者が熱膨張しても隙間を生じることなく、又、圧入作業も容易に行うことができる。
さらに、締結ボルト40は、同等の熱膨張係数をなすロータスリーブ30に直接当接して締結されているため、熱変形を生じる環境下でも、締結ボルト40とロータスリーブ30との間には熱変形による相対的なずれを生じない。
したがって、締結ボルト40が熱膨張係数の異なるロータ本体20に直接当接する場合に比べて、締結ボルト40の緩み等を防止でき、それ故に進角油路23aと遅角油路45の間での油漏れ等を防止できる。
特に、締結ボルト40及びロータスリーブ30を鉄系材料により形成することで、締結ボルト40の強度を確保しつつ、締結ボルト40とロータスリーブ30の間に熱膨張差が生じないようにして隙間の発生を防止することができる。
また、ロータ本体20をアルミニウム系材料により形成することで、軽量化を達成でき、応答性を高めることができる。
さらに、ロータスリーブ30及びロータ本体20は、カムシャフトSに対して軸線L回りの角度位置を位置決めする共通の位置決めピンPに対して、ロータスリーブ30の位置決め孔34及びロータ本体20の位置決め孔28を適合させることで、三つの部品を一度に位置決めすることができる。
それ故に、ロータスリーブ30に設けられた遅角油路36及びロータ本体20に設けられた遅角油路26等の相互の位置ずれを確実に防止することができる。
また、ロータスリーブ30をロータ本体20に圧入して組み込んだベーンロータによれば、ロータスリーブ30が、環状端面31、筒状部32を含むことにより、ロータスリーブ30の筒状部32がロータ本体20の大径内周部24に圧入されると、環状端面31が小径内周部23と協働して環状溝をなす進角油路23aを画定し、又、圧入されたロータスリーブ30の筒状部32が環状溝をなす遅角油路35を画定する。
これにより、ロータ本体20に対して環状溝をなす中ぐり加工を施す必要がないため、全体としての加工の手間を減らしつつ、ベーンロータの生産性を高めることができる。
さらに、ロータスリーブ30が鍔部33を含む構成故に、締結ボルト40を捩じ込んで鍔部33をロータ本体20の開口端面27に向けて軸線L方向に押圧することにより、ロータスリーブ30の圧入を軽圧入としつつ、軸線L方向の押圧力により、ベーンロータ(20,30)をカムシャフトSと一体的に回転するように確実に締結することができる。
付勢スプリング50は、ベーンロータ(20,30)をハウジングロータ10に対して一方向に回転付勢するものである。
付勢スプリング50は、図1ないし図3に示すように、コイル部51、第1端部52、及び第2端部53を有する捩りコイル状のスプリングであり、ハウジングロータ10の内部において、ロータ本体20の開口端面27と第2ハウジング部材12の収容凹部12gとの間に配置されている。
第1端部52は、軸線Lに対して垂直な方向に伸長すると共にコイル部51からコイル部51の径方向外向きに伸長するように形成されている。
第2端部53は、軸線Lに対して垂直な方向に伸長すると共にコイル部51からコイル部51の中心に向けて伸長するように形成されている。
そして、コイル部51は、ロータ本体20の開口端面27に当接するように嵌め込まれて収容される。第2端部53は、ロータベース30の掛止部37に嵌め込まれて掛止される。第1端部52は、第2ハウジング部材12の掛止溝部12fに嵌め込まれて掛止される。これにより、付勢スプリング50は、ベーンロータ(20,30)をハウジングロータ10に対して進角方向に回転付勢するようになっている。
このように、進角方向に付勢する付勢スプリング50を採用することにより、ベーンロータ(20,30)のガタツキを防止できると共に、進角させる際の必要油圧を低減でき、又、応答性を向上させることができる。
さらに、作動トルクと負荷トルクとの差が、進角時と遅角時とで略同等となるように付勢スプリング50の荷重を設定することにより、制御性を向上させることができる。
また、付勢スプリング50の第2端部53は、ロータ本体20ではなくロータスリーブ30の鍔部33に設けられた掛止部37に掛止されるため、コイル部51の端面を鍔部33の周りの開口端面27で受けることで、付勢スプリング50の倒れ及びロータ本体20の摩耗等を防止することができる。
流量制御弁60は、締結ボルト40内に組み込まれて油(作動油)の流量を制御するものである。
ここで、流量制御弁60は、図3、図4、図11に示すように、締結ボルト40の挿入部44に嵌め込まれるスリーブ61、スリーブ61内において軸線L方向に往復動自在に嵌め込まれるスプール62、スプール62をスリーブ61から突出する向きに付勢する付勢スプリング63、スリーブ61の抜け止め及びスプール62の脱落を防止するワッシャ64、ワッシャ64を固定するC型のスナップリング65等を備えている。
スリーブ61は、締結ボルト40よりも熱膨張係数の大きい材料、例えばアルミニウム系材料等を用いて、締結ボルト40の挿入部44に密接して嵌合されるように形成されている。
ここで、スリーブ61は、図4及び図11に示すように、油路61a、内周面61b、油路61c,61d、位置決め部61e、受け部61f等を備えている。
油路61aは、締結ボルト40の油路45を経て供給される油を内部に導くべく凹状溝から内部へ連通する貫通孔まで形成されている。
内周面61bは、スプール62を摺動自在に嵌め込むように形成されている。
油路61c,61dは、内周面61bから径方向外側に貫通して形成されている。
位置決め部61eは、締結ボルト40の位置決め部49に嵌め込まれて位置決めされるべく凸状に形成されている。
受け部61fは、付勢バネ63の一端部を受けるように形成されている。
スプール62は、例えばアルミニウム系材料等を用いて、有底の略円筒状に形成されている。
ここで、スプール62は、図3、図4、図11に示すように、スリーブ61の内周面61bに密接してそれぞれ摺動する第1弁部62a,第2弁部62b,及び摺動部62c、油路62d、油路62e、縮径部62f、油路62g、油路62h、油路62i、受け部62j等を備えている。
油路62dは、第1弁部62aと第2弁部62bの間において環状溝をなすように形成されている。
油路62eは、第2弁部62aと摺動部62cの間において環状溝をなすように形成されている。
縮径部62fは、摺動部62cから端部に向けて縮径して形成されている。
油路62gは、内部において軸線方向に伸長するように形成されている。
油路62hは、油路62eにおいて油路62gに連通する貫通孔をなすように形成されている。
油路62iは、縮径部62fにおいて油路62gに連通する貫通孔をなすように形成されている。
受け部62jは、付勢バネ63の他端部を受けるように形成されている。
付勢スプリング63は、図3、図4、図11に示すように、圧縮型のコイルスプリングであり、スリーブ61の受け部61fとスプール62の受け部62jの間に配置されて、スプール62をスリーブ61から押し出す方向に付勢力を及ぼすように形成されている。
流量制御弁60の締結ボルト40への組付けに際しては、先ず、スリーブ61が締結ボルト40の挿入部44に位置決めしつつ嵌め込まれて固定される。ここで、スリーブ61は、その先端側が部分的に挿入部44に軽圧入されて固定される。
また、この状態において、図11に示すように、油路45と油路61aが連通し、油路46と油路61cが連通し、油路47と油路61dが連通する。
続いて、付勢スプリング63がスリーブ61内に挿入され、その外側からスプール62が挿入され、付勢スプリング63の付勢力に抗してスプール62を押し込みつつ、ワッシャ64及びスナップリング65が締結ボルト40の環状溝48に嵌め込まれる。
この状態において、スプール62は、図11(a)の遅角モードで示すように、付勢スプリング63の付勢力により外側に押し出されつつ摺動部62cの外側端面がワッシャ64に当接して停止した状態となり、第1弁部62aが油路61aと油路61c,46の連通を遮断すると共に進角油路25,23a→油路46→油路61c→油路62g→油路62iを経て進角室10a内の油が外部に排出される状態となる。
また、第2弁部62bが油路61aと油路61d,47を連通させて、油路45→油路61a→油路62d→油路61d→油路47→遅角油路35,36,26を経て遅角室10b内に油が導入される状態となる。
また、図11(b)の保持モードで示すように、スプール62が電磁アクチュエータAにより所定量だけ押し込まれると、第1弁部62aが油路61aと油路61c,46の連通を遮断すると共に油路46,61cと油路62gの連通を遮断する。また、第2弁部62bが油路61aと油路61d,47の連通を遮断すると共に油路47,61dと油路62h,62gの連通を遮断する。そして、進角室10a及び遅角室10bに対する油の流入及び流出を阻止した状態となる。
さらに、図11(c)の進角モードで示すように、スプール62が電磁アクチュエータAによりさらに所定量だけ押し込まれると、第1弁部62aが油路61aと油路61c,46を連通させて、油路45→油路61a→油路62d→油路61c→油路46→進角油路23a,25を経て進角室10a内に油が導入される状態となる。
また、第2弁部62bが油路61aと油路61d,47の連通を遮断すると共に遅角油路26,36,35→油路47→油路61d→油路62e→油路62g→油路62iを経て遅角室10b内の油が外部に排出される状態となる。
このように、流量制御弁60が締結ボルト40に組み込まれる構成であるため、油圧システムとしての集約化、流動媒体としての油の圧力損失等を低減でき、バルブタイミングを変更する際の応答性を高めることができる。
さらに、流量制御弁60が予め締結ボルト40に組み込まれてモジュール品として取り扱われることで、部品の管理工数等を低減することができる。
ロック機構70は、ベーンロータ(20,30)をハウジングロータ10に対して所定角度範囲Δθの所定位置(ここでは、最遅角位置θr)にロックすると共に油圧によりロックが解除されるものである。
ここで、ロック機構70は、図5(c)及び図10に示すように、ロックピン71、付勢スプリング72、円筒ホルダ73等により構成されている。
ロックピン71は、軸線Lの方向に往復動自在で、かつ、ロータ本体20の後端面から突出し得るように形成されている。
付勢スプリング72は、ロックピン71を突出する向きに付勢力を及ぼすように形成されている。
円筒ホルダ73は、付勢スプリング72により付勢されたロックピン71を往復動自在に保持するべく、ロータ本体20の凹部29に嵌め込まれるように形成されている。
そして、進角油路25及び油路11eを経て供給されロックピン71を押圧する油圧が低下した状態で、ロックピン71が付勢スプリング72により付勢されてハウジングロータ10(第1ハウジング部材11)の嵌合穴11dに嵌合することにより、ベーンロータ(20,30)をハウジングロータ10に対して所定角度範囲Δθ内の所定位置(ここでは、最遅角位置θr)にロックする。
一方、進角油路25→油路11eを経て導かれる油により、ロックピン71に加わる油圧が上昇すると、ロックピン71がロータ本体20の後端面から没入してロックを解除するようになっている。
電磁アクチュエータAは、エンジンのチェーンカバー(不図示)等に固定されるものであり、図1及び図3に示すように、軸線L方向に往復動してスプール62の端部に当接しつつ押し込み力を及ぼすプランジャA1、プランジャA1の周りに配置された励磁用のコイルA2等を備えている。
そして、電磁アクチュエータAにおいては、適宜通電制御されて、プランジャA1の突出量が調整されると、付勢スプリング63の付勢力に抗してスプール62を押し込む量が適宜調整されて、図11(a)で示す遅角モード、図11(b)で示す保持モード、図11(c)で示す進角モードが選択されるようになっている。
次に、上記バルブタイミング変更装置の動作について、図11ないし図14を参照しつつ説明する。
エンジンが停止した状態においては、図12に示すように、進角室10a内の油が排出されて、ベーンロータ(20,30)は付勢スプリング50の付勢力に抗して最遅角位置θrに位置付けられる。
また、ロック機構70のロックピン71が嵌合穴11dに嵌合して、ベーンロータ(20,30)がハウジングロータ10に対してロックされた状態にある。
これにより、エンジン始動時には、ベーンロータ(20,30)のバタツキ等を防止しつつ、エンジンを始動させることができる。
続いて、エンジンの始動により、例えば、図11(c)に示すような進角モードが選択されると、油路45→油路61a→油路62d→油路61c→油路46→進角油路23a→進角油路25→油路11eを経て、油がロックピン71の受圧部に供給される。
そして、ロックピン71がその油圧により押圧されて嵌合穴11dから外れてロック状態が解除され、又、進角室10a内の油圧が上昇して、ベーンロータ(20,30)はハウジングロータ10に対して進角側に回転する。
エンジンの始動後は、流量制御弁60が適宜切り替えられて、ベーンロータ(20,30)及びカムシャフトSが遅角側へ(遅角モード)又は進角側へ(進角モード)、さらには所定の中間角度位置に保持される(保持モード)ように位相制御が行われる。
例えば、遅角モードの場合には、図11(a)に示すように、スプール62が付勢スプリング63の付勢力により突出した状態とされる。
そして、進角室10a→進角油路25→進角油路23a→油路46→油路61c→油路62g→油路62iを経て、進角室10a内の油が、外部(例えばチェーンカバー内を通じてオイルパン内)に排出される。
一方、油路45→油路62d→油路61d→油路47→遅角油路35→遅角油路36→遅角油路26を経て、油が遅角室10b内に供給される。
これにより、ベーンロータ20は、付勢スプリング50の付勢力に抗しつつ油圧により、図13又は図14に示すような状態から図12に示す最遅角位置まで、ハウジングロータ10に対して反時計回りに(遅角側に)回転する。
一方、進角モードの場合は、図11(c)に示すように、スプール62が付勢スプリング63の付勢力に抗して電磁アクチュエータAにより所定量だけ押し込まれた状態とされる。
そして、遅角室10b→遅角油路26→遅角油路36→遅角油路35→油路47→油路61d→油路62e→油路62g→油路62iを経て、遅角室10b内の油が、外部(例えばチェーンカバー内を通じてオイルパン内)に排出される。
一方、油路45→油路62d→油路61c→油路46→進角油路23a→進角油路25を経て、油が進角室10a内に供給される。
これにより、ベーンロータ(20,30)は、付勢スプリング50の付勢力に加えて油圧により、図12又は図13に示すような状態から図14に示す最進角位置まで、ハウジングロータ10に対して時計回りに(進角側に)回転する。
一方、保持モードの場合は、図11(b)に示すように、電磁アクチュエータAが適宜制御されてスプール62が所定量だけ押し込まれた状態とされる。
そして、第1弁部62aが油路61a,62dと油路61c,46の連通を遮断すると共に油路46,61cと油路62gの連通を遮断し、又、第2弁部62bが油路61a,62dと油路61d,47の連通を遮断すると共に油路47,61dと油路62e,62gの連通を遮断し、進角室10a及び遅角室10bに対する油の流入及び流出を阻止した状態となる。
これにより、ベーンロータ(20,30)は、図13に示すように、最遅角位置θrと最進角位置θaの間の所望の中間位置に保持される。
以上述べたように、上記構成をなすバルブタイミング変更装置によれば、構造の簡素化、装置の小型化、軽量化、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成しつつ、特に組付けられた部品同士の熱変形等による隙間から油漏れ等を防止して、所期の機能を保証することができる。
特に、締結ボルト40及びベーンロータが熱膨張を生じても、締結ボルト40の外周面41aと密接しかつ少なくとも進角油路23aと遅角油路35を互いに遮断する領域には、締結ボルト40と同等の熱膨張係数をなす材料により形成されたロータスリーブ30が一体的に組み込まれているため、締結ボルト40の外周面41aとロータスリーブ30の内周面32aの間に隙間を生じることはない。
特に、ロータスリーブ30は、カムシャフトSと非接触で締結ボルト40の外周面41aにだけ接触するため、例えばロータスリーブがカムシャフトに嵌合されて接触状態にある場合に懸念される嵌合関係及び組付けバラツキ等の影響を受けることはない。
それ故に、ロータスリーブ30の内周面32aと締結ボルト40の外周面41aとの確実な接触状態を得ることができる。
すなわち、進角油路23aと遅角油路35とが締結ボルト40の外周面41a上における隙間により連通することはなく、油漏れが防止されて所望の油路に油を導くことができる。それ故に、開閉タイミングの変更を高精度に行うことができる。
図15は、本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に組み込まれるロータスリーブの他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態に係るロータベース30´は、図15に示すように、環状端面31、筒状部32、鍔部33、位置決め孔34、遅角油路35、3つ遅角油路36、掛止部37等を備えると共に、筒状部32の外周面に形成された環状凹部38及び環状逃げ部39を備えている。
これによれば、ロータスリーブ30´の筒状部32をロータ本体20の大径内周部24に圧入する際に、削り取られて発生した切り屑等を環状凹部38又は環状逃げ部29に留めて捕獲することで、摺動界面等に飛散するのを防止することができる。
図16は、本発明のバルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータのロータ本体に組み込まれるロータスリーブのさらに他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態に係るロータベース30´´は、図16に示すように、環状端面31、筒状部32、鍔部33、位置決め孔34、遅角油路35、3つ遅角油路36、掛止部37等を備えると共に、筒状部32が環状溝をなす遅角油路35協働して画定するように二分割に形成された第1筒状部32´及び第2筒状部32´´により構成されている。
これによれば、ロータスリーブ30´´の筒状部32を二分割構成として、両者の組付けにより協働して環状溝をなす遅角油路35が画定されるようになっている。
それ故に、ロータスリーブ30´´においても環状溝をなす中ぐり加工を施す必要がなく、さらに加工の手間を減らして、全体としての生産性を高めることができる。
上記実施形態においては、ロータスリーブとして、環状溝をなす遅角油路35を画定するロータスリーブ30を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータ本体が環状溝をなす進角油路と環状溝をなす遅角油路を備える構成において、進角油路と遅角油路の間に埋設された単なる環状のロータスリーブを採用してもよい。
上記実施形態においては、ロータ本体20が進角油路及び遅角油路の一方として進角油路23aを画定し、ロータスリーブ30が進角油路及び遅角油路の他方として遅角油路35を画定する構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータ本体が進角油路及び遅角油路の一方として遅角油路を画定し、ロータスリーブが進角油路及び遅角油路の他方として進角油路を画定する構成を採用してもよい。
上記実施形態においては、クランクシャフトの回転力を伝達するスプロケット11aを備えたハウジングロータ10を示したが、これに限定されるものではない。例えば、クランクシャフトの回転駆動力を伝達する手段がその他の構造をなすもの(例えば、歯付きタイミングベルト等)であれば、その構造に合ったもの(歯付きプーリ等)を備えたハウジングロータを採用することができる。
上記実施形態においては、ロック機構として、ロックピン71、付勢スプリング72、円筒ホルダ73を含むと共に最遅角位置にロックする構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ベーンロータ(20,30)をハウジングロータ10に対してロックし得る構成であれば、その他のロック機構を採用してもよく、又、ロック位置としては、最遅角位置に限らず、必要に応じてその他の位置であってもよい。
以上述べたように、本発明のバルブタイミング変更装置は、構造の簡素化、装置の小型化、軽量化、低コスト化、組付け作業の容易化等を達成しつつ、特に組付けられた部品同士の熱変形等による隙間から油漏れ等を防止して、所期の機能を保証し得るため、自動車等に搭載された内燃式のエンジンに適用できるのは勿論のこと、二輪車等に搭載された小型のエンジン等においても有用である。
S カムシャフト
P 位置決めピン
L 軸線
10 ハウジングロータ
R 収容室
10a 進角室
10b 遅角室
11 第1ハウジング部材
11a スプロケット
11b 内周面
11c 壁面
11d 嵌合穴
11e 油路
11f ネジ穴
12 第2ハウジング部材
12a 円筒壁
12b 前壁
12c 開口部
12d 貫通孔
12e シュー部
12f 掛止溝部
12g 収容凹部
12h 環状結合部
20 ロータ本体(ベーンロータ)
21 ベーン部
22 ハブ部
23 小径内周部
23a 進角油路(環状溝)
24 大径内周部
25 進角油路
26 遅角油路
27 開口端面
28 位置決め孔
29 凹部
29a,29b 圧力調整孔
30,30´,30´´ ロータスリーブ(ベーンロータ)
31 環状端面
32 筒状部
32´ 第1筒状部
32´´ 第2筒状部
32a 内周面
33 鍔部
34 位置決め孔(位置決め部)
35 遅角油路(環状溝)
36 遅角油路
37 掛止部
38 環状凹部
39 環状逃げ部
40 締結ボルト
41 円筒部
41a 外周面
42 雄ネジ部
43 鍔付頭部
44 挿入部
45,46,47 油路
48 環状溝
49 位置決め部
50 付勢スプリング
51 コイル部
52 第1端部
53 第2端部
60 流量制御弁
61 スリーブ
61a,61c,61d 油路
61b 内周面
61e 位置決め部
61f 受け部
62 スプール
62a 第1弁部
62b 第2弁部
62c 摺動部
62d,62e,62g,62h,62i 油路
62f 縮径部
62j 受け部
63 付勢スプリング
64 ワッシャ
65 スナップリング
70 ロック機構
71 ロックピン
72 付勢スプリング
73 円筒ホルダ
A 電磁アクチュエータ

Claims (8)

  1. カムシャフトにより駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変更するバブルタイミング変更装置であって、
    カムシャフトの軸線上で回転するハウジングロータと、
    前記ハウジングロータと協働して進角室及び遅角室を画定すると共に前記軸線上で回転するベーンロータと、
    前記ベーンロータをカムシャフトと一体的に回転させるべく締結すると共に油路を有する締結ボルトと、
    前記締結ボルトの外周面に離隔して開口する油路をそれぞれ経由して前記進角室に連通する進角油路及び前記遅角室に連通する遅角油路を備え、
    前記ベーンロータは、前記締結ボルトよりも大きい熱膨張係数をなす材料により形成されたロータ本体と、少なくとも前記進角油路と前記遅角油路とを互いに遮断する領域において、前記締結ボルトと同等の熱膨張係数をなす材料により形成されカムシャフトと非接触でかつ前記締結ボルトの外周面と密接するように一体的に組み込まれたロータスリーブを含む、
    ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
  2. 前記ロータスリーブは、前記ロータ本体に圧入されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング変更装置。
  3. 前記締結ボルトは、前記ロータスリーブに直接当接して締結されている、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブタイミング変更装置。
  4. 前記ロータ本体は、前記締結ボルトの外周面に密接する小径内周部と、前記小径内周部よりも大径に形成された大径内周部を含み、
    前記ロータスリーブは、前記大径内周部に圧入された状態で、前記小径内周部と協働して前記進角油路及び遅角油路の一方を画定する環状端面と、前記締結ボルトの外周面と密接すると共に前記進角油路及び遅角油路の他方を画定する筒状部と、前記大径内周部の開口端面に当接すると共に前記締結ボルトが直接当接して前記軸線方向に押圧される鍔部を有する、
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載のバルブタイミング変更装置。
  5. 前記ロータスリーブは、前記ロータ本体に対して前記軸線回りの角度位置を位置決めする位置決め部を有する、
    ことを特徴とする請求項2ないし4いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。
  6. 前記ベーンロータを前記ハウジングロータに対して前記軸線回りの一方向に回転付勢する付勢スプリングを含み、
    前記ロータスリーブは、前記鍔部において、前記付勢スプリングの一端部を掛止する掛止部を有する、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のバルブタイミング変更装置。
  7. 前記締結ボルト及びロータスリーブは、鉄系材料により形成され、
    前記ロータ本体は、アルミニウム系材料により形成されている、
    ことを特徴とする請求項1ないし6いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。
  8. 前記締結ボルトには、油の流量を制御する流量制御弁が組み込まれている、
    ことを特徴とする請求項1ないし7いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。
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