JP2017160914A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気弁ないし排気弁の開閉時期を運転状態に応じて制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。【解決手段】ハウジング内において径方向に摺動自在に収容したロック板３１をスプリング３３の付勢力でもってベーンロータ２４の係合溝３２に係合させることによってハウジングに対するベーンロータ２４の相対回転を規制するロック機構３０を備えたバルブタイミング制御装置１において、ハウジングの回転軸方向においてスプリング３３が着座するばね着座部及びその両側の範囲のハウジングに対する摺接面に、肉盗み部としての貫通孔３５が設けられ、該貫通孔３５は、ばね着座部及びその両側の範囲が互いに仕切られている。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁ないし排気弁の開閉時期を運転状態に応じて制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

すなわち、このバルブタイミング制御装置は、カムシャフトと同期回転するベーンロータがクランクシャフトと同期回転するハウジングに対して相対回転することによって、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変化し、機関弁の開閉時期を変更するものである。

そして、前記バルブタイミング制御装置には、機関停止時のベーンロータの位相を保持して次回の機関の始動性確保に供するロック機構が設けられている。このロック機構は、ハウジング内に径方向移動可能に設けられ、ベーンロータの基部外周に凹設された係合溝と係合することでハウジングとベーンロータの相対回転を規制するロック板と、該ロック板とハウジングとの間に介装され、前記ロック板をベーンロータの基部側（中心側）へと付勢するスプリングと、から主として構成されている。

特開２００４−１１６４１０号公報

ところで、前記従来のバルブタイミング制御装置の場合、前記ロック板を径方向内側へと付勢する構成となっているため、当該装置の回転に伴いロック板に遠心力が作用することになり、前記スプリングについては、少なくとも当該遠心力に打ち勝つだけの付勢力を確保しなければならない。

ところが、前記スプリングの付勢力が高められると、ロック状態の解除には当該付勢力に打ち勝つだけの解除油圧が必要となってしまうため、燃費の悪化等の問題を招来してしまっていた。

本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の実情に鑑みて案出されたものであって、遠心力による影響を低減して付勢部材に要する付勢力を低減し得る内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、前記駆動回転体の内部に収容され、該駆動回転体に対し所定角度の範囲内で相対回転可能に設けられた従動回転体と、前記駆動回転体に設けられた収容部内を径方向へ進退可能に設けられ、油圧が作用する受圧部を一端に有し、かつ凹状のばね着座部を他端に有する板状の部材であって、前記駆動回転体の回転軸方向において前記ばね着座部及びその両側の範囲に中空部が設けられ、該中空部は、前記ばね着座部及びその両側の範囲が互いに仕切られているロック板と、前記ばね着座部に着座可能に設けられ、前記ロック板を前記従動回転体側へ付勢するスプリングと、前記従動回転体に設けられ、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位相が所定位相となった際に前記ロック板の一端が係合可能な係合溝と、を備えている。

本発明によれば、ロック部材の重量を低減できる結果、装置の回転時に作用する遠心力による影響が低減され、付勢部材に要する付勢力を低減することが可能となる。これにより、ロック解除に要する油圧を低減でき、燃費の向上等に供される。

本発明に係るバルブタイミング制御装置のロック状態を表した当該装置の縦断面図である。 図１に示すバルブタイミング制御装置についてフロントカバーを外した状態を表した正面図である。 本発明に係るバルブタイミング制御装置のロック解除状態を表した当該装置の縦断面図である。 図３に示すバルブタイミング制御装置についてフロントカバーを外した状態を表した正面図である。 本発明の第１実施形態に係るロック部材を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１実施形態に係るロック部材の他例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態に係るロック部材の他例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の参考例に係るロック部材を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係るロック部材の他例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図である。 本発明の参考例に係るロック部材を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。 本発明の参考例に係るロック部材の他例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図である。

以下に、本願発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記の各実施形態では、当該装置を、吸気側の動弁装置に適用したものを示している。

〔第１実施形態〕
図１〜図５は本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の第１実施形態を表したものであり、このバルブタイミング制御装置１は、図示外のクランクシャフトの回転力をもって回転駆動されるスプロケット２と、該スプロケット２に対して相対回転可能に設けられるカムシャフト３と、の間に介装され、所定の油圧給排手段４を通じて作動制御されることによって、これら両者２，３の相対回転位相を変換するものである。

具体的には、前記カムシャフト３の一端部外周側に配置され、その内周側に複数（本実施形態では３つ）のシュー１１〜１３が突設されてなるほぼ筒状の駆動回転体たるハウジング１０と、該ハウジング１０の内周側に相対回転可能に収容配置され、カムシャフト１の一端部に固定された筒状のロータ本体２４の外周部に前記各シュー１１〜１３と対応する複数のベーン２１〜２３が突設されてなる従動回転体たるベーンロータ２０と、から主として構成され、前記各シュー１１〜１３と前記各ベーン２１〜２３との間に隔成される一対の油圧室たる遅角室Ｒｅと進角室Ａｄとに前記油圧給排手段４から選択的に油圧が供給されることによって作動制御される。

前記ハウジング１０は、内周側にベーンロータ２０のロータ本体２４と摺接する前記各シュー１１〜１３が突設されたほぼ円筒状のハウジング本体１４と、該ハウジング本体１４の前後開口端を閉塞するフロントプレート１５及びスプロケット２を兼ねたリヤプレート１６と、から構成され、ハウジング本体１４を挟むようにしてフロントプレート１５とリヤプレート１６とが４つのボルト５を介して共締め固定されている。

前記ベーンロータ２０は、ロータ本体２４の後端側（カムシャフト３と対向する側）に凹設された第１嵌合部１５ａを介してカムシャフト３の一端部に外嵌され、その中央部に貫通形成される第２嵌合部１５ｂを挿通するカムボルト６をもってカムシャフト３に締結されることで、該カムシャフト３と一体回転可能な構成となっている。

以上のような構成から、前記図示外のクランクシャフトと同期回転するハウジング１０に対して、カムシャフト３と同期回転するベーンロータ２０が相対回転することによって、前記図示外のクランクシャフトに対するカムシャフト３の回転位相が変化し、これによって図示外の吸気弁の開閉時期が変更されることとなる。

ここで、前記ロータ本体２４には、その前端側（カムシャフト３の反対側）の周方向の所定位置に、後述の遅角側油通路４１と前記各遅角室Ｒｅとを連通する複数の遅角側連通孔２５が径方向に沿って貫通形成され、これら各遅角側連通孔２５をもって前記各遅角室Ｒｅに対する作動油圧の給排が行われるようになっている。同様に、ロータ本体２４の後端側にける周方向の所定位置には、後述の中継室３７と前記各進角室Ａｄとを連通する複数の進角側連通孔２６が径方向に沿って貫通形成され、これら各進角側連通孔２６をもって前記各進角室Ａｄに対する作動油圧の給排が行われるようになっている。

また、前記ハウジング１０とベーンロータ２０との間、すなわちハウジング本体１４とロータ本体２４との径方向間には、機関停止時のベーンロータ２０の位相保持に供するロック機構３０が設けられている。このロック機構３０は、ハウジング本体１４とロータ本体２４との間にて径方向移動自在に介装され、ロータ本体２４の外周部に凹設された係合溝３２と係合することでハウジング１０とベーンロータ２０の相対回転を規制する板状のロック部材たるロック板３１と、該ロック板３１とハウジング本体１４との間に介装され、前記ロック板３１をロータ本体２４に向かって常時付勢する付勢部材たるスプリング３３と、前記ロック板３１の先端側たる一端側に油圧を作用させることで前記係合溝３２に対するロック板３１の係合を解除する解除手段３４と、から主として構成されている。

前記ロック板３１は、鉄系金属材料により矩形板状に形成され、ハウジング本体１４の最も幅広のシュー１１の先端側より径方向に沿って切欠形成された第１収容部１７内に収容配置され、該第１収容部１７の内側面１７ａによって前記径方向移動が案内されるようになっている。そして、このロック板３１のうち、装置の回転方向（周方向）に相当する側面（以下、「周方向側面」と略称する。）３１ａに、ほぼ円形の複数（本実施形態では３つ）の肉盗み部としての貫通孔３５が、それぞれ板厚方向に沿って貫通形成されている（図５参照）。

前記スプリング３３は、第１収容部１７の底部側に拡大形成された第２収容部１８内に収容配置され、一端側が前記第２収容部１８の底部１８ａに着座し、かつ、他端側がロック板３１の他端部に凹設されたばね着座部３６に着座することで、ハウジング本体１４とロック板３１との間に介装されている。なお、前記第２収容部１８の底部１８ａには、該第２収容部１８と外部とを連通する呼吸孔１９が貫通形成されており、該呼吸孔１９をもってロック板３１の前記径方向移動に伴う第２収容部１８の体積変動を吸収するようになっている。

前記解除手段３４は、油圧給排手段４と、後述の通路構成部４０と第２嵌合部１５ｂとの間に画成され、油圧給排手段４による油圧の給排に供する中継室３７と、前記各進角側連通孔２６と同じ軸方向位置に径方向に沿って貫通形成され、前記中継室３７と係合溝３２とを連通する解除用連通孔２７と、から主として構成され、油圧給排手段４（前記各進角側油通路４２）を介して中継室３７内に導入された油圧を解除用連通孔２７を通じてロック板３１の一端へと作用させるようになっている。

前記油圧給排手段４は、図１、図３に示すように、前記各油圧室Ａｄ，Ｒｅに対して油圧を選択的に供給、あるいは前記各油圧室Ａｄ，Ｒｅ内の作動油を排出するもので、ロータ本体２４の前端側に凹設された第２嵌合部１５ｂに嵌挿され、内部に前記各遅角側連通孔２５と接続する遅角側油通路４１及び前記各進角側連通孔２６と接続する進角側油通路４２を構成する通路構成部４０と、電磁弁４５を介して一方側の油通路４１，４２に油圧を供給するオイルポンプ４３と、前記電磁弁４５を介して前記オイルポンプ４３に接続されない他方側の油通路４１，４２に接続されるドレン通路４４と、から主として構成されている。

また、前記電磁弁４５は、周知の２方向切換弁であって、図示外の電子コントロールユニット（ＥＣＵ）からの制御信号に基づいて遅角側油通路４１及び進角側油通路４２とオイルポンプ４３及びドレン通路４４との接続を選択的に切換制御するようになっている。

以下、本実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置１の作用効果につき、図１〜図４に基づいて説明する。

まず、機関始動時から低回転域おいては、図１、図２に示すように、遅角側油通路４１をオイルポンプ４３に、進角側油通路４２をドレン通路４４にそれぞれ接続させる。これにより、ロック板３１の一端側には油圧が作用することなく、当該ロック板３１を係合溝３２に係合させた状態でもって、前記図示外のクランクシャフトに対するカムシャフト３の相対回転位相を最も遅らせた位置にて保持させる。

かかるロック状態においては、前記図示外のクランクシャフトの回転に伴い、ロック板３１には遠心力が作用することになるが、本実施形態に係るロック板３１の場合には、前記各貫通孔３５を設けたことによってその重量が低減されていることから、中実に形成されたロック板を用いる従来の場合と比較して、当該遠心力の影響を低減することが可能となり、その結果、当該遠心力に対抗するスプリング３３の付勢力を低減することができる。

一方、機関が中回転域以上の負荷域へと移行したときは、図３、図４に示すように、進角側油通路４２をオイルポンプ４３に、遅角側油通路４１をドレン通路４４にそれぞれ接続させる。これにより、ロック板３１の一端側には油圧が作用し、当該ロック板３１の一端部が係合溝３２から離脱する結果、ベーンロータ２０は進角室Ａｄへの油圧供給に伴って時計方向へと回転し、クランクシャフトに対するカムシャフト３の相対回転位相を進める方向へと変更させる。

ここで、前記ロック解除の際、本実施形態に係るバルブタイミング制御装置１では、前述のようにロック板３１の軽量化に基づいてスプリング３３の付勢力を低減することが可能であるため、当該ロック解除に要する油圧を低減することができる。その結果、オイルポンプ４３の駆動力の低減化が図れ、機関の燃費向上に供される。

さらに、前記ロック板３１の場合には、その周方向側面３１ａに前記各貫通孔３５が設けられていることで、その周方向側面３１ａと第１収容部１７の内側面１７ａとの間の微小隙間を介して一端側より漏れ出た作動油が当該各貫通孔３５に貯留されることとなる。これにより、ロック板３１の摺動時におけるハウジング本体１４（第１収容部１７の内側面１７ａ）との摩擦に対する潤滑に供され、当該ロック板３１のかじりなどによる摩耗の抑制が可能となる結果、ロック機構３０の良好な作動を確保することもできる。

以上のように、本実施形態に係るバルブタイミング制御装置１では、前記各貫通孔３５を設けたことにより、ロック板３１の重量を低減できる結果、装置の回転時に作用する遠心力の影響が低減され、スプリング３３に要する付勢力を低減することができる。これにより、ロック機構３０の解除油圧を低減でき、燃費の向上等に供される。

さらに、本実施形態の場合、前記各貫通孔３５がロック板３１の周方向側面３１ａに開口形成されているため、前記解除油圧に係る作動油の一部を当該各貫通孔３５へと貯留し、この貯留した作動油でもって、ロック板３１の摺動の潤滑を図ることが可能となる。その結果、当該ロック板３１の偏摩耗等の発生が抑制され、装置の耐久性も向上させることができる。

加えて、かかる貫通孔３５は複数（３つ）設けられていることから、単一のものとして形成する場合に比べて当該貫通孔３５全体の体積をより大きく確保することが可能となって、ロック板３１のさらなる軽量化が図れることによる燃費の向上と、より多くの作動油が貯留されることによる潤滑性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、前記ロック板３１の肉盗み部を貫通孔３５によって構成したものを例示したが、当該肉盗み部の態様としては、前記貫通孔３５のほか、図６や図７に示すような凹部３８を設けることによって構成してもよい。また、かかる貫通孔３５や凹部３８の形状についても、前記円形に限られず、例えば多角形によって構成することも可能である。

〔第２実施形態〕
図８は、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の参考例を示し、図９は、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の第２実施形態を示している。

図８に示すロック板３１は、材質の異なる金属材料を重合することによって構成されたものであり、中核となるロック板本体３１ｂがアルミニウム系金属材料によって形成され、かつ、当該ロック板本体３１ｂの周方向両側部の摺接部３１ｃ，３１ｃがそれぞれ鉄系金属材料によって形成されている。

以上のように、中核をなすロック板本体３１ｂについては比重の小さい前記アルミニウム系金属材料によって形成することでロック板３１の重量を低減しつつ、ハウジング本体１４と摺接する摺接部３１ｃ，３１ｃについては比較的硬度の高い前記鉄系金属材料によって形成することで耐摩耗性を確保することができる。その結果、前記貫通孔３５を有しない本参考例のような構成によっても、ロック板３１の軽量化に基づく燃費の向上を図りつつ、ロック板３１の耐摩耗性確保に基づく装置の耐久性の向上を図ることができる。

換言すれば、単一材料では、一般的に、軽量化を優先すれば耐摩耗性が犠牲となり、耐摩耗性を優先すれば軽量化が犠牲となってしまうといったように、ロック板３１の物理特性が限定的になってしまうところ、本参考例に係る構成のように異材を用いた多層構造とすることによって、軽量化と耐摩耗性という前記相反する特性の両立を図ることができる。

さらに、かかる異材を用いた多層構造においても、図９に示すように、前記ロック板本体３１ｂに中空部としての貫通孔３５を設けることにより、本発明の第２実施形態としてもよい。かかる構成とすることで、ロック板本体３１ｂのさらなる軽量化が図れ、一層の燃費向上に供される。

〔参考例〕
図１０は本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の参考例を示したものであって、前記第１実施形態に係るロック板３１の構成を変更したものである。

すなわち、本参考例では、前記ロック板３１が、その他端側に前記肉盗み部としての中空部３９が設けられることによって構成されている。なお、前記中空部３９の範囲は装置の仕様等に応じて任意に変更可能であって、図１１に示すように、その全体を中空状に形成してもよい。

かかる構成によっても、前記ロック板３１の重量の低減が可能であり、前記第１実施形態と同様、燃費の向上を図ることができる。しかも、本参考例のように、ロック板３１において相対的に大きな力が作用し難い他端側を中空状に形成することで、耐久性を犠牲にすることなく当該ロック板３１の軽量化を図ることができるメリットがある。

また、図１１に示すようにロック板３１の全体を中空状に形成した場合には、より一層の軽量化が可能となって、燃費のさらなる向上に供される。

本発明は前記実施形態等の構成に限定されるものではなく、例えば本発明の特徴とは直接関係しないハウジング１０やベーンロータ２０、油圧給排手段４などの具体的構成は勿論のこと、本発明の特徴に関係する中空部及び肉盗み部の具体的態様についても、前述した本発明の作用効果を奏し得るような形態であればあらゆる態様を採ることができ、適用の対象となる内燃機関の仕様等に応じて自由に変更可能である。

以下、特許請求の範囲に記載した以外の前記各実施形態から把握される技術的思想について説明する。

（ａ）前記肉盗み部及び前記中空部は、貫通孔によって構成されていることが望ましい。

（ｂ）前記肉盗み部は、凹部によって構成されていることが望ましい。

（ｃ）前記貫通孔は、複数設けられていることが望ましい。

かかる構成の場合には、さらなる軽量化が図れることは勿論、当該貫通孔により多くの油を貯留することが可能となって一層良好な潤滑作用を得ることができる。

（ｄ）前記貫通孔は、ほぼ円形の孔によって構成されていることが望ましい。

（ｅ）前記貫通孔は、ほぼ多角形の孔によって構成されていることが望ましい。

（ｆ）前記凹部は、複数設けられていることが望ましい。

（ｇ）前記ロック部材は、比重及び硬度の異なる２種以上の材料で構成され、かつ、前記比重の小さい材料の少なくとも一部が前記比重の小さい材料が前記硬度の高い材料による被膜でもってコーティングされていることが望ましい。

（ｈ）前記中空部は、前記比重の小さい材料に設けられることが望ましい。

（ｉ）前記比重の小さい材料はアルミニウム系金属材料であって、前記硬度の高い材料は鉄系金属材料であることが望ましい。

１０…ハウジング（駆動回転体）
２０…ベーンロータ（従動回転体）
３１…ロック板
３２…係合溝
３３…スプリング
３５…貫通孔（中空部、肉盗み部）
３６…ばね着座部
３８…凹部（肉盗み部）

Claims (4)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、
   前記駆動回転体の内部に収容され、該駆動回転体に対し所定角度の範囲内で相対回転可能に設けられた従動回転体と、
   前記駆動回転体に設けられた収容部内を径方向へ進退可能に設けられ、油圧が作用する受圧部を一端に有し、かつ凹状のばね着座部を他端に有する板状の部材であって、前記駆動回転体の回転軸方向において前記ばね着座部及びその両側の範囲の前記駆動回転体に対する摺接面に肉盗み部が設けられ、該肉盗み部は、前記ばね着座部及びその両側の範囲が互いに仕切られているロック板と、
   前記ばね着座部に着座可能に設けられ、前記ロック板を前記従動回転体側へ付勢するスプリングと、
   前記従動回転体に設けられ、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位相が所定位相となった際に前記ロック板の一端が係合可能な係合溝と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記肉盗み部は、前記ロック板が前記係合溝に係合した状態で前記係合溝と重ならない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、
   前記駆動回転体の内部に収容され、該駆動回転体に対し所定角度の範囲内で相対回転可能に設けられた従動回転体と、
   前記駆動回転体に設けられた収容部内を径方向へ進退可能に設けられ、油圧が作用する受圧部を一端に有し、かつ凹状のばね着座部を他端に有する板状の部材であって、前記駆動回転体の回転軸方向において前記ばね着座部及びその両側の範囲に中空部が設けられ、該中空部は、前記ばね着座部及びその両側の範囲が互いに仕切られているロック板と、
   前記ばね着座部に着座可能に設けられ、前記ロック板を前記従動回転体側へ付勢するスプリングと、
   前記従動回転体に設けられ、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位相が所定位相となった際に前記ロック板の一端が係合可能な係合溝と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 前記中空部は、前記ロック板が前記係合溝に係合した状態で前記係合溝と重ならない位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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