JP2017120031A - バルブタイミング変更装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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、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ように大径内周部に嵌め込まれているため、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。
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ると、その環状端面が小径内周部と協働して環状溝をなす進角油路及び遅角油路の一方を画定し、又、圧入されたロータスリーブの筒状部が環状溝をなす進角油路及び遅角油路の他方を画定する。
このように、ロータ本体には環状溝をなす油路のための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、ベーンロータの生産性を高めることができる。
この構成によれば、ロータスリーブの筒状部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進角油路及び遅角油路の他方を画定する構成であるため、ロータスリーブ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。
この構成によれば、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、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。
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。
この構成によれば、ロータスリーブの筒状部をロータ本体の大径内周部に圧入する際に、削り取られて発生した切り屑等を環状凹部又は環状逃げ部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。
この構成によれば、例えば、カムシャフトに設けた共通の位置決め部としての位置決めピンに対して、ロータスリーブ及びロータ本体の位置決め部(例えば、位置決め孔)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、ロータスリーブに設けられた油路及びロータ本体に設けられた油路等の相互の位置ずれを確実に防止することができる。
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、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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
P 位置決めピン(共通の位置決め部)
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 (7)
- 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環状溝をなす進角油路及び前記遅角室に連通する環状溝をなす遅角油路を備え、
前記ベーンロータは、前記締結ボルトの外周面に密接する小径内周部及び前記小径内周部よりも大径に形成された大径内周部を有するロータ本体と、カムシャフトと非接触でかつ前記大径内周部に嵌め込まれて前記締結ボルトの外周面と密接すると共に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。 - 前記ロータスリーブは、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、前記大径内周部に圧入され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を含む、
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。 - 前記ロータスリーブの筒状部は、前記進角油路及び遅角油路の他方を協働して画定するように二分割に形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記ロータスリーブは、前記大径内周部の開口端面に当接して前記締結ボルトにより前記軸線方向に押圧される鍔部を含む、
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。 - 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4に記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記ロータスリーブの筒状部には、その外周面において、環状凹部又は環状逃げ部が形成されている、
ことを特徴とする請求項2ないし5いずれか一つに記載のバルブタイミング変更装置。 - 前記ロータスリーブ及びロータ本体は、カムシャフトに対して前記軸線回りの角度位置を位置決めする共通の位置決め部により位置決めされる、
ことを特徴とする請求項1ないし5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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