JP2022138774A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】捩りコイルばねによるベーンロータの摩耗の発生を抑制できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。【解決手段】外周に回転力が伝達される複数の歯部１３ｂを一体に有し、かつ軸方向の一端からカムシャフト２方向に延びた支持部１８を一体に有する端壁部１３をするハウジング５と、ハウジングの内部に相対回転可能に配置され、ロータ部２１の軸方向の一端部がハウジングからカムシャフト方向に突出した円筒部２１ｂを有するベーンロータ７と、支持部の内面と円筒部の外面との間に配置されてハウジングに対してベーンロータを進角方向へ付勢する捩りコイルばね５１と、を備え、コイル状部位５１ｃの外周縁の一部が当接支持される支持部の内面１８aの硬度を、突出部の外面１９aの硬度よりも高くした。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

従来のベーンタイプのバルブタイミング制御装置としては、以下の特許文献１に記載されたものがある。

このバルブタイミング制御装置は、機関の排気弁側に適用されたもので、クランクシャフトからタイミングチェーンを介して回転力が伝達されるタイミングスプロケットと、該タイミングスプロケットのハウジング内に相対回転可能に設けられて、カムシャフトの軸方向の一端部に固定されたベーンロータと、を備えている。

ベーンロータは、ロータの軸方向一端部にカムシャフト方向に延びた円筒部を有し、この円筒部に形成されたボルト挿入孔に挿入されたカムボルトを介してカムシャフトに締結固定されている。

捩りコイルばねは、前記円筒部の外周面に巻き付くように配置されて、一端がリアプレートに、他端がベーンロータにそれぞれ係り止めされて、前記タイミングスプロケットに対するベーンロータ(カムシャフト)の相対回転位相を進角側に付勢するようになっている。

特開２０１２－２１５５号公報(図１)

ところで、前記ベーンロータは、一般に金属粉を圧縮して焼結する焼結金属(焼結合金)で一体に成形されている。

前記特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置にあっては、捩りコイルばねがベーンロータの円筒部の外周に巻き付いた状態で配置されて、両端部間のコイル状部位の内周縁の一部が円筒部の外周面に当接支持された状態になっている。したがって、ベーンロータの相対回転に伴って、捩りコイルばねが拡径、縮径変形するとコイル状部位の内周縁の一部が円筒部の外周面に当接摺動を繰り返し行われる。
これによって、円筒部の外周面が摩耗するおそれがある。

本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、捩りコイルばねによるベーンロータの摩耗の発生を抑制できる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、とりわけ、端壁部に設けられた支持部の内面とベーンロータの突出部の外面との間に配置され、一端が前記端壁部に係り止めされる一方、他端が前記ベーンロータに係り止めされ、前記一端と他端の間に有するコイル状部位の外周の一部が前記支持部の内面に当接支持され、前記ハウジングに対して前記ベーンロータを一方の回転方向へ付勢する捩りコイルばねと、を備え、
前記支持部の内面の硬度が、前記突出部の外面の硬度よりも高いことを特徴としている。

本発明によれば、捩りコイルばねによるベーンロータの摩耗の発生を抑制できる。

本発明の一実施形態におけるバルブタイミング制御装置を一部断面して示す全体概略図である。 本実施形態に供されるおけるバルブタイミング制御装置の最進角側への作動状態を示す図１のＡ－Ａ線断面図である。 本実施形態におけるバルブタイミング制御装置の最遅角側への作動状態を示す図１のＡ－Ａ線断面図である。 本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材を示す正面図である。 図４のＢ－Ｂ線断面図である。 図４のＣ－Ｃ線断面図である。 本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側と反対方向から視た斜視図である。 本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側からみた斜視図である。 本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側から視た斜視図である。

以下、本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詳述する。本実施形態では、バルブタイミング制御装置（ＶＴＣ）を排気弁側の動弁装置に適用したものを示している。 なお、本発明を吸気弁側の動弁装置に適用することも可能である。

図１は本発明の一実施形態におけるバルブタイミング制御装置を一部断面して示す全体概略図、図２は本実施形態に供されるおけるバルブタイミング制御装置の最進角側への作動状態を示す図１のＡ－Ａ線断面図、図３は本実施形態におけるバルブタイミング制御装置の最遅角側への作動状態を示す図１のＡ－Ａ線断面図、図４は本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材を示す正面図、図５は図４のＢ－Ｂ線断面図、図６は図４のＣ－Ｃ線断面図である。

排気ＶＴＣは、図１～図３に示すように、図外のクランクシャフトによりタイミングチェーンを介して回転力が伝達される駆動回転体であるタイミングスプロケット１(以下、スプロケット１という。)と、該スプロケット１に対して相対回転可能に設けられた排気カムシャフト２と、スプロケット１と排気カムシャフト２との間に配置されて、該両者１，２の相対回転位相を変換する位相変換機構３と、該位相変換機構３を作動させる油圧回路４とを備えている。

スプロケット１は、位相変換機構３の一部を構成する後述のハウジング５などの複数の部材によって構成されている。

排気カムシャフト２は、図外のシリンダヘッドにカム軸受を介して回転自在に支持されている。排気カムシャフト２は、外周面の所定位置に例えば直動型のバルブリフターを介して排気弁を開作動させる複数の駆動カムが一体に設けられている。また、排気カムシャフト２は、一端部２ａ側に肉厚な円環状のフランジ部２ｂが一体に設けられている。排気カムシャフト２の一端部２ａの内部軸方向には、後述するベーンロータ７を一端部２ａの先端部に軸方向から固定するカムボルト６が螺着する雌ねじ孔２ｃが形成されている。

位相変換機構３は、図１～図３に示すように、排気カムシャフト２の一端部２ａに配置されたハウジング５と、排気カムシャフト２の一端部２ａにカムボルト６によって軸方向から固定されて、ハウジング５内に相対回転自在に収容されたベーンロータ７と、ハウジング５の内周面に内方に向かって突出形成された４つのシュー８と、該各シュー８とベーンロータ７の後述する複数(本実施形態では４つ)のベーン２２～２５とによって隔成されたそれぞれ４つの遅角油室９及び進角油室１０とを備えている。

ハウジング５は、円筒状のハウジング本体１１と、該ハウジング本体１１の前端の開口を塞ぐフロントプレート１２と、後端の開口を塞ぐリア側の端壁部１３と、を備えている。ハウジング本体１１とフロントプレート１２及び端壁部１３は、複数(本実施形態では４本)のボルト１４によって軸方向から共締めにより一体的に結合されている。

ハウジング本体１１は、図１～図３に示すように、各シュー８を除く一般部がほぼ薄肉に形成されて、内部に形成された作動室が各遅角油室９と各進角油室１０とに隔成されている。各シュー８は、円周方向のほぼ等間隔位置に形成されて、それぞれが側面視ほぼ台形状に形成されている。各シュー８は、それぞれの先端部に軸方向に沿って形成されたシール溝内にほぼコ字形状のシール部材１６が嵌着されている。また、各シュー８の付け根部側の内部軸方向には、図４に示すように、各ボルト１４の軸部１４ａが挿通する４つのボルト挿通孔１７が貫通形成されている。

さらに、１つのシュー８の円周方向の一側面には、図２に示すように、第１突起面８ａが一体に形成されている。この第１突起面８ａは、一つの第１ベーン２２の進角側への回転方向の対向側面２２ａが適宜当接してベーンロータ７の最大図中時計方向（進角方向）の回転位置を規制する。また、一つのシュー８は、第１突起面８ａと周方向で反対側の位置に、径方向に沿った位置決め溝８ｃが形成されている。この位置決め溝８ｃは、一端部が端壁部１３に予め固定された位置決め用ピン２６の他端部が嵌着固定されて、ハウジング本体１１と端壁部１３が周方向に位置決めされている。一つのシュー８と周方向で反対側に位置に有する他のシュー８の一側面には、図３に示すように、第２突起面８ｂが形成されている。この第２突起面８ｂは、第１ベーン２２の遅角側への回転方向の対向側面２２aが適宜当接してベーンロータ７の最大反時計方向(遅角方向)の回転位置を規制する。

フロントプレート１２は、金属板材をプレス成形によって比較的薄肉な円板状に成形され、図１及び図４に示すように、中央に後述するロータ部２１の突起状の突起部２１ａが挿入する大径孔１２ａが穿設されている。また、フロントプレート１２は、外周側の円周方向のほぼ等間隔位置に各ボルト１４が挿通する複数(本実施形態では４つ)のボルト挿通孔１２ｂが貫通形成されている。

図７は本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側と反対方向から視た斜視図、図８は本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側からみた斜視図、図９は本実施形態のバルブタイミング制御装置の主たる構成部材をカムシャフト側から視た斜視図である。

端壁部１３は、図１、図４～図９に示すように、金属粉を圧縮して焼結した焼結金属により一体に形成されて、フロントプレート１２よりも肉厚な円板状に形成されている。端壁部１３の焼結密度は、同じく焼結金属で成形されたベーンロータ７の焼結密度よりも高く設定されている。つまり、この端壁部１３は、後述する複数の歯部１３ｂの強度を確保するために焼結密度を高くする必要があるからベーンロータ７よりも高くなっている。

端壁部１３は、中央にベーンロータ７が回転自在に挿入支持される大径孔１３ａが形成されている。また端壁部１３は、外周面の排気カムシャフト２側には動力伝達部である複数の歯部１３ｂが一体に設けられている。この各歯部１３ｂは、タイミングチェーンが巻回されて、クランクシャフトから回転力がハウジング５に伝達するようになっている。各歯部１３ｂの径方向内側の外周側には、図４及び図５に示すように、各ボルト１４の軸部１４ａ先端部の雄ねじ部１４ｂが螺着する４つの雌ねじ孔１３ｃが円周方向のほぼ等間隔位置に貫通形成されている。

この端壁部１３の排気カムシャフト２側の後端面には、円環状溝１３ｄが設けられている。また、端壁部１３の軸方向の一端である円環状溝１３ｄの孔縁には、排気カムシャフト２方向に延びた支持部１８が一体に設けられている。

この支持部１８は、図１、図４、図６、図８及び図９に示すように、所定の肉厚で排気カムシャフト２と平行に突出していると共に、円環状溝１３ｄの内周面に沿った円弧状に形成されている。したがって、支持部１８の内面１８ａも円弧面状に形成されている。この支持部１８は、円弧角度範囲が端壁部１３の円周方向の約３０°の角度範囲になっており、内面１８ａに後述する捩りコイルばね５１のコイル状部位５１ｃの外周縁の一部が当接支持されている。これによって、捩りコイルばね５１の姿勢を安定に保持している。

円環状溝１３ｄの孔縁には、支持部１８と円周方向の１８０°の位置にバランス調整部１９が一体に設けられている。このバランス調整部１９は、支持部１８と同じ円弧状に形成されて円弧角度範囲が約３０°に形成され、かつ突出量や肉厚も同じに設定されている。したがって、このバランス調整部１９は、支持部１８と質量がほぼ同一になっている。バランス調整部１９は、支持部１８を設けたことによる端壁部１３全体の重量バランスを調整する機能を有している。このバランス調整部１９は、円弧状の内面１９ａには捩りコイルばね５１のコイル状部位５１ｃの外周縁が当接せずに所定隙間をもって非接触状態になっている。

また、図６及び図７に示すように、円環状溝１３ｄの内周面であって、支持部１８とバランス調整部１９との間には、第１係り止め部２０が一体に設けられている。この第１係り止め部２０は、ほぼ台形平板状に形成されて端壁部１３の回転軸心方向へ突出しており、捩りコイルばね５１の一端を周方向から係り止めするようになっている。また、第１係り止め部２０は、図４に示すように、前記一つの雌ねじ孔１３ｃの近傍に設けられている。

端壁部１３は、図１に示すように、外周部の内側面の所定位置に後述するロック機構の円環状のロック穴構成部３１が圧入固定される固定用穴が形成されている。

ベーンロータ７は、金属粉を圧縮して焼結された焼結金属によって一体に形成され、この焼結密度が端壁部１３よりも小さくなっている。ベーンロータ７は、図１～図４に示すように、内部中央に後述する通路構成部３８の先端部３８ａが挿入される比較的大径な挿入穴７ａが回転軸方向に沿って形成されている。ベーンロータ７は、径方向中央に有し、カムシャフト一端部２ａに軸方向から固定されるロータ部２１と、該ロータ部２１の外周面の円周方向のほぼ等間隔位置に径方向へ放射状に突設された複数(本実施形態では４枚)のベーン２２～２５と、から構成されている。

ロータ部２１は、排気カムシャフト２と反対側の前端部には前方に延びた小径円筒状の突起部２１ａがフロントプレート１２の大径孔１２ａに径方向の所定隙間をもって嵌挿されている。一方、ロータ部２１の軸方向後端側には、突出部である円筒部２１ｂが一体に設けられている。この円筒部２１ｂは、内部軸方向に挿入穴７ａと連続するボルト挿入孔２１ｃが貫通形成されている。このボルト挿入孔２１ｃには、挿入穴７ａから内部に挿入されたカムボルト６の軸部６ｂが挿入される。また、円筒部２１ｂは、先端面の中央にカムシャフト一端部２ａの先端部が嵌合する嵌合穴２１ｄが設けられている。

なお、カムボルト６は、挿入穴７ａの底面に着座する頭部６ａと、該頭部６ａに一体に設けられ、前記ボルト挿入孔２１ｃに挿入する軸部６ｂと、該軸部６ｂの先端部外周に形成されて排気カムシャフト２の雌ねじ孔２ｃに螺着する雄ねじ部６ｃと、を有している。

また、円筒部２１ｂは、後端面が排気カムシャフト２のフランジ部２ｂの前端面に当接していると共に、嵌合穴２１ｄの底面とカムシャフト一端部２ａの対向先端面との間に円環状の隙間Ｓが形成されている。

したがって、ベーンロータ７を、排気カムシャフト２の一端部２ａにカムボルト６によって締結固定する際には、隙間Ｓの存在によって円筒部２１ｂの後端面がフランジ部２ｂの前端面に圧接しつつカムボルト６の軸力が円筒部２１ｂに作用することから、該ベーンロータ７を排気カムシャフト２に強固に固定することができる。

また、ベーンロータ７は、円筒部２１ｂの外周面に有する位置決め溝部２１ｅに、フランジ部２ｂの前端に圧入固定された位置決めピン４５が挿入されて排気カムシャフト２との周方向の位置決めがなされている。

また、ベーンロータ７は、図２及び図３に示すように、ロータ部２１の外周面が各シュー８の先端部上面に嵌着されたシール部材１６に摺動しつつ正逆回転するようになっている。また、ロータ部２１の突起部２１ａ側には、各遅角油室９に連通する４つの遅角側油孔２７と、各進角油室１０に連通する４つの進角側油孔２８が径方向へそれぞれ貫通形成されている。

さらに、円筒部２１ｂは、図１～図３に示すように、後端面の円周方向の所定位置に溝状の第２係り止め部４６が径方向に沿って設けられている。この第２係り止め部４６は、円筒部２１ｂの後端面から突起部２１ａ側へ軸方向に沿った細長いスリット状に切欠形成されている。第２係り止め部４６には、捩りコイルばね５１の他端部５１ｂが径方向外側から挿入されて係り止めされるようになっている。

各ベーン２２～２５は、それぞれが各シュー８間に配置されていると共に、各先端面に軸方向に形成されたシール溝内にハウジング本体１１の内周面１１ａに摺接するほぼコ字形状のシール部材２９が嵌着されている。また、この各ベーン２２～２５は、図２及び図３に示すように、１つの第１ベーン２２が最大巾に形成され、該第１ベーン２２と対向する第２ベーン２４の幅も比較的大きく形成され、他の２枚の第３、第４ベーン２３、２５の巾が第１、第２ベーン２２、２４よりも小さいほぼ同一の巾に設定されている。このように、各ベーン２２～２５の巾をそれぞれ変化させることによってベーンロータ７全体の回転バランスを均一化するようになっている。

さらに、第１ベーン２２と端壁部１３との間には、ベーンロータ７の自由な回転を拘束するロック機構が設けられている。

このロック機構は、図１～図３に示すように、第１ベーン２２の内部軸方向に貫通形成された摺動用孔２２ｂと、該摺動用孔２２ｂ内に摺動自在に収容されて、端壁部１３側に対して進退自在に設けられたロックピストン３０と、円環状のロック穴構成部３１の内側に形成されて、ロックピストン３０の先端部が進出して挿入し、あるいは後退して挿入が解除されるロック穴３１ａと、機関の始動状態に応じてロックピストン３０をロック穴３１ａに挿入、あるいは挿入を解除する挿脱機構と、から構成されている。

ロックピストン３０は、外形がほぼ均一のピン状に形成されていると共に、中実な先端部がロック穴３１ａ内に軸方向から挿入するようになっている。

ロック穴３１ａは、円周方向の進角油室１０側に偏倚した位置に形成され、ロックピストン３０が挿入した場合には、ハウジング５とベーンロータ７の相対回転位置が最大進角側の位置となるように設定されている。

挿脱機構は、ロックピストン３０の後端部とフロントプレート１２の内端面との間に弾装されて、ロックピストン３０を進出方向(挿入する方向)へ付勢するコイルスプリング３２と、ロック穴３１ａ内に油圧を供給してロックピストン３０を後退させる図外の解除用油圧回路とから構成されている。この解除用油圧回路は、遅角油室９と進角油室１０にそれぞれ選択的に供給された油圧が所定の油孔を介してロックピストン３０に後退方向へ作用するようになっている。

油圧回路４は、各遅角油室９と進角油室１０に対して油圧を選択的に供給するか、あるいは各油室９，１０内の油を排出するもので、図１に示すように、遅角側油孔２７に連通する遅角側通路３３と、各進角側油孔２８に連通する進角側通路３４と、該各通路３３，３４に電磁切換弁３５を介して油圧を選択的に供給するオイルポンプ３６と、各通路３３，３４に電磁切換弁３５を介して選択的に連通するドレン通路３７と、を備えている。

両通路３３、３４は、先端部３８aがベーンロータ７の突起部２１ａ内に挿通された円柱状の通路構成部３８の内部に形成されている。この通路構成部３８は、シリンダヘッドに保持されて、先端部３８aがベーンロータ７の挿入孔７ａ内にカムシャフト２と反対側から挿入されている。また、遅角側通路３３は、先端部３８ａの内部に形成された径方向孔３３ａと、外周に形成されたグルーブ溝３３ｂを介して各遅角側油孔２７に連通されるようになっている。また、ベーンロータ７の内部には、先端部３８aの先端面とカムボルト６の頭部６ａとによって隔成された油室３４ａが形成され、該油室３４ａを介して進角側通路３４と各進角側油孔２８を連通するようになっている。

また、先端部３８aの外周には、外部とグルーブ溝３３ｂとの間、並びに該グルーブ溝３３ｂと油室３４ａとの間をそれぞれシールする３つのシール部材３９がそれぞれ嵌着固定されている。

オイルポンプ３６は、吐出通路３６ａが濾過フィルター４０を介して電磁切換弁３５に接続された供給通路４１と、機関の摺動部などに潤滑油を供給するメインオイルギャラリー４２にそれぞれ連通している。また、オイルポンプ３６には、過大な吐出圧を抑制するリリーフ弁４３が設けられている。

電磁切換弁３５は、２方向弁であって、図外のコントロールユニット(ＥＣＵ)からの出力信号によって各通路３３，３４とオイルポンプ３６の吐出通路３６ａ下流の供給通路４１とドレン通路３７とを選択的に切り換え制御するようになっている。

コントロールユニットは、内部のコンピュータが図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、スロットルバルブ開度センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出する。また、コントロールユニットは、前記機関運転状態に応じて電磁切換弁３５の電磁コイルに制御パルス電流を出力するようになっている。

そして、各ベーンロータ７の円筒部２１ｂの外周には、図１～図３に示すように、捩りコイルばね５１が配置されている。

この捩りコイルばね５１は、ばね鋼で一体に形成されて、第１、第２係り止め部２０、４６にそれぞれ係り止めされた一端部５１ａ及び他端部５１ｂと、両端部５１ａ、５１ｂとの間に有するコイル状部位５１ｃと、を備えている。

具体的に説明すると、捩りコイルばね５１の一端部５１ａは、図４及び図８に示すように、径方向外側に向かって折り曲げられて、第１係り止め部２０の一側面２０ａに円周方向から弾接して係り止めされている。一方、他端部５１ｂは、径方向内側に向かって折り曲げられて、第２係り止め部４６内に径方向外側から挿入して係り止めされている。これによって、捩りコイルばね５１は、ベーンロータ７を端壁部１３（ハウジング５）に対する進角方向へのばね力を付与するようになっている。

コイル状部位５１ｃは、図４に示すように、内周縁全体が円筒部２１ｂの外周面との間に径方向へ所定の隙間Ｓ１をもって常時、非接触状態になっている。つまり、捩りコイルばね５１は、拡径、縮径変形してもコイル状部位の５１ｃの内周縁が円筒部２１ｂの外周面に当接することがない。

一方、コイル状部位５１ｃの外周縁５１ｄは、図４、図８に示すように、その一部が支持部１８の内面１８ａに当接支持されている。つまり、コイル状部位５１ｃの外周縁５１ｄの一部が、支持部１８の内面１８ａに当接することによってコイル状部位５１ｃ全体の軸方向の倒れなどを抑制して安定した姿勢が保持されるようになっている。

なお、捩りコイルばね５１の一端部５１ａと他端部５１ｂのそれぞれ係り止め位置は、第１係り止め部２０の一側面２０a の位置と第２係り止め部４６の形成位置によって決定される。本実施形態では、一側面２０ａと第２係り止め部４６の形成位置に基づいて、両端部５１ａ、５１ｂの軸線が円筒部２１ｂの軸線を介して結ばれる線によって形成される周方向になす角度が、ベーンロータ７のいずれの相対回転角度位置でも１８０°を中心としてその前後となるように設定されている。
〔本実施形態の作用効果〕
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関停止直前には、遅角油室９と進角油室１０への油圧の供給が停止される。したがって、ベーンロータ７は、図２に示すように、各捩りコイルばね５１の進角方向への付勢力によって最進角位置(初期位置)に相対回転する。このとき、ロックピストン３０は、コイルスプリング３２のばね力によって進出し、先端部がロック穴３１ａ内に挿入する。これによって、ベーンロータ７の相対回転が規制される。

次に、イグニッションスイッチをオンして機関を始動させクランキングが開始されると、オイルポンプ３６の作動も開始される。この始動直後は、オイルポンプ３６の吐出圧が十分に立ち上がらないことから、排気ＶＴＣへのオイル供給量が不足している。しかし、予めロックピストン３０の先端部がロック穴３１ａ内に挿入して、ベーンロータ７を始動に最適な進角側の回転位置に拘束している。このため、スムーズなクランキングによって良好な始動性が得られると共に、排気カムシャフト２に作用する交番トルクによる各ベーンロータ７のばたつきを抑制できる。

機関始動後の所定の低回転低負荷域では、コントロールユニットが電磁切換弁３５のコイルへの通電(パルス信号)を停止する。これによって、オイルポンプ３６の吐出通路３６ａ(供給通路４１)と進角側通路３４を連通させると同時に、遅角側通路３３とドレン通路３７とを連通させる。

したがって、オイルポンプ３６から吐出された作動油は、進角側通路３４及び各進角側油孔２８を介して各進角油室１０内に流入する。これにより、各進角油室１０が高圧になる。一方、遅角油室９は、遅角油室９内の作動油が遅角側通路３３を通ってドレン通路３７からオイルパン４４内に排出されて内部が低圧になる。

このとき、各進角油室１０内に流入した作動油は、ロック機構に供給されることから、ロックピストン３０が後退動してロック穴３１ａから抜け出しロックが解除される。これにより、ベーンロータ７は、自由な回転が許容されて排気弁の開閉タイミングを任意に変更することができるが、この状態では、最進角側に保持される。

一方、機関が例えば中回転域に移行した場合は、コントロールユニットから電磁切換弁３５に所定のパルス制御信号が出力されて、吐出通路３６ａと遅角側通路３３とを連通させると同時に、進角側通路３４とドレン通路３７とを連通させる。

これにより、各進角油室１０内の作動油が排出されて低圧になると共に、各遅角油室９内に作動油が供給されて内部が高圧になる。このとき、各遅角油室９からロック機構に油圧が供給されることから、ロックピストン３０はロック穴３１ａから抜け出した状態が維持される。

このため、ベーンロータ７は、図３に示すように、ハウジング５に対して反時計方向へ回転して、スプロケット１に対する排気カムシャフト２の相対回動位相が遅角側に変換される。

この結果、排気弁の開閉タイミングが遅角側に制御されて、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが大きくなり、かかる中回転域における機関燃焼効率を向上させることができる。

また、ベーンロータ７は、捩りコイルばね５１のばね力によって進角方向に付勢されていることから、例えば機関停止時において排気弁の開閉タイミングを最進角側へ強制的に制御することができるので、前述したように機関の始動性が良好になる。

そして、本実施形態では、前述したように、捩りコイルばね５１は、コイル状部位５１ｃの内周縁がベーンロータ７の円筒部２１ｂの外周面とは所定の隙間Ｓ１をもって配置され、常に非接触状態になっている。このため、硬度の低い円筒部２１ｂは、拡径、縮径変形時における捩りコイルばね５１との摺動が無くなることから、円筒部２１ｂの外周面が摩耗することがない。
一方、焼結金属で成形された端壁部１３は、各歯部１３ｂがタイミングチェーンを介してクランクシャフトから回転力が伝達されるので、支持部１８を含めた全体の焼結密度を高くして硬度を高くしてある。つまり、同じ焼結金属で成形される支持部１８と円筒部２１ｂは、焼結密度が支持部の方が高いので円筒部２１ｂよりも硬度を高くできる。
したがって、捩りコイルばね５１が、拡径、縮径変形した際に、コイル状部位５１ｃの外周縁５１ｄの一部が支持部１８の内面１８aに繰り返し当接しつつ摺動しても、硬度が高い支持部１８の内面１８aは長期にわたって摩耗の発生が抑制される。
この結果、円筒部２１ｂはもちろんのこと、支持部１８の耐久性が向上し、ひいては排気ＶＴＣの耐久性が向上する。
また、支持部１８の内面１８aは、円弧状に形成されて、比較的広い当接面積を有していることから、捩りコイルばね５１の拡径、縮径変形に伴ってコイル状部位５１ｃが軸方向や周方向に移動しても当接状態を十分に維持することができる。
さらに、本実施形態では、支持部１８に径方向で反対側の位置にバランス調整部１９を設けてある。このため、ベーンロータ７は、回転時における全体の重量バランスが取れるので安定した回転が得られる。

さらに、捩りコイルばね５１の一端部５１aは、第１係り止め部２０の一側面２０aに係り止めされた状態で一つの雌ねじ孔１７の近傍に配置されている。したがって、ボルト１４の雄ねじ部１４ｃと雌ねじ孔１７との間を通流して端壁部１３の内部に漏れ出た潤滑油が、捩りコイルばね５１の一端部５１aと第１係り止め部２０との間に供給される。このため、捩りコイルばね５１の一端部５１aと第１係り止め部２０との間が潤滑されることから、第１係り止め部２０の一側面２０の摩耗の発生を抑制できる。

また、捩りコイルばね５１の一部を端壁部１３に形成された円環状溝１３ｄ内に収容配置したため、この分だけ捩りコイルばね５１の外方への飛び出しを抑制できる。これによって、排気ＶＴＣ全体の軸方向の長さを短くすることができる。

端壁部１３とベーンロータ７にそれぞれ第１係り止め部２０や第２係り止め部４６を形成することによって、捩りコイルばね５１を係止するためのピンを圧入するなどの必要性がなくなるため、部品点数の削減や、組み立て作業が容易になる。

本発明は、実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、端壁部１３や円筒部２１ｂの焼結密度を、任意に変更することが可能である。但し、端壁部１３の焼結密度は、摩耗の発生を抑制するために、捩りコイルばね５１の硬度と同じ程度かそれよりもわずかに小さくする程度がよい。

また、駆動回転体としてタイミングスプロケット１の他に、タイミングベルトが巻回されるタイミングプーリに適用することも可能である。

以上説明した実施形態に基づく内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
すなわち、本発明における好ましい態様としては、筒状のハウジング本体と、前記ハウジング本体の回転軸の軸方向の一端に設けられて、外周にクランクシャフトからの回転力が伝達される動力伝達部を一体に有し、かつ軸方向の一端からカムシャフト方向に延びた支持部を一体に有する端壁部と、を備えたハウジングと、
前記ハウジングの内部に相対回転可能に配置され、軸方向の一端部が前記ハウジングから前記カムシャフト方向に突出して前記カムシャフトに固定される突出部を有し、前記突出部の外面の硬度が前記支持部の内面の硬度よりも低いベーンロータと、
前記支持部の内面と前記突出部の外面との間に配置され、一端が前記端壁部に係り止めされる一方、他端が前記ベーンロータに係り止めされ、前記一端と他端の間に有するコイル状部位の外周の一部が前記支持部の内面に当接支持され、前記ハウジングに対して前記ベーンロータを一方の回転方向へ付勢する捩りコイルばねと、
を有している。

この発明の態様によれば、端壁部は、動力伝達部がクランクシャフトから回転力（回転方向の引っ張り力、圧縮力）を受けるので、支持部を含めた全体の剛性を確保するため、予め金属材の硬度を高くしてある。したがって、捩りコイルばねが、拡径、縮径変形した際に、コイル状部位の外周の一部が支持部の内面に繰り返し当接しつつ摺動しても、支持部内面の硬度が比較的高く設定されているので、この支持部の内面の短期間での摩耗の発生が抑制される。
さらに好ましくは、前記端壁部と前記動力伝達部及び前記支持部は、金属粉を圧縮して焼結した焼結金属によって一体に形成されている一方、前記ベーンロータも金属粉を圧縮して焼結した焼結金属によって形成されて、
前記支持部を含む前記端壁部の焼結密度が、前記突出部を含む前記ベーンロータの焼結密度より高くなっている。
この発明の態様によれば、同じ焼結金属で成形される支持部と突出部は、焼結密度が支持部の方が高いので突出部よりも硬度を高くできる。
さらに好ましくは、前記捩りコイルばねの硬度は、前記支持部よりも高くなっている。

さらに好ましくは、前記支持部は、前記端壁部の軸方向一端から前記カムシャフト方向へ突出し、内面で前記コイル状部位の外周縁を摺動可能に当接支持するようになっている。

さらに好ましくは、前記支持部は、内面が円環状の前記端壁部の周方向に沿った円弧状に形成されている。
この発明の態様によれば、支持部の内面が円弧状に形成されて、コイル状部位に対して比較的広い当接面積を有していることから、捩りコイルばねの拡径、縮径変形に伴ってコイル状部位が移動してもこの一部の当接摺動に十分に対応することができる。
さらに好ましくは、前記端壁部は、前記支持部と回転軸線を挟んで径方向の反対側の位置に、軸方向の一端から前記カムシャフト軸方向に延びて前記支持部と平行なバランス調整部を有している。
この発明の態様によれば、バランス調整部を設けたことによって、ベーンロータの回転時における全体の重量バランスが取れることから、安定した回転が得られる。
さらに好ましくは、前記端壁部は、円環状の内周面から径方向内側に突出し、前記捩りコイルばねの一端が係り止めされることにより前記捩りコイルばねにねじり方向の付勢力を付与する係り止め部を有している。
さらに好ましくは、前記ハウジング本体は、内部に作動室を有すると共に、軸方向の一端が開口形成され、
前記端壁部は、前記ハウジング本体の一端開口を塞ぐと共に、外周部に前記ハウジング本体と軸方向から締結するボルトの雄ねじ部が螺着する雌ねじ孔を有し、
前記捩りコイルばねの一端は、前記係り止め部に係り止めされた状態で前記雌ねじ孔の近傍に配置されている。
この発明の態様によれば、駆動中に装置の外周に飛散した潤滑油が、ボルトの雄ねじ部と雌ねじ孔との間を通流して端壁部の内部に漏れて、捩りコイルばねの一端と係り止め部との間に供給される。このため、捩りコイルばねの一端と係り止め部との間が潤滑されることから、係り止め部の摩耗の発生を抑制できる。

１…タイミングスプロケット（駆動回転体）、２…カムシャフト、 ３…位相変換機構、４…油圧回路、５…ハウジング、７…ベーンロータ、８…シュー、９…遅角油室、１０…進角油室、１１…ハウジング本体、１２…フロントプレート、１３…端壁部、１３a…大径孔、１３ｂ…歯部（動力伝達部）、１３ｃ…雌ねじ孔、１８…支持部、１８a…内面、１９…バランス調整部、１９a…内面、２０…第１係り止め部、２０a…外側面、２１…ロータ部、２１ｂ…円筒部（突出部）、２１ｃ…ボルト挿入孔、２２～２５…ベーン、４６…第２係り止め部、５１…捩りコイルばね、５１a…一端部、５１b…他端部、５１ｃ…コイル状部位、５１ｄ…外周縁。

Claims (8)

1. 筒状のハウジング本体と、前記ハウジング本体の回転軸の軸方向の一端に設けられて、外周にクランクシャフトからの回転力が伝達される動力伝達部を一体に有し、かつ軸方向の一端からカムシャフト方向に延びた支持部を一体に有する端壁部と、を備えたハウジングと、
   前記ハウジングの内部に相対回転可能に配置され、軸方向の一端部が前記ハウジングから前記カムシャフト方向に突出して前記カムシャフトに固定される突出部を有し、前記突出部の外面の硬度が前記支持部の内面の硬度よりも低いベーンロータと、
   前記支持部の内面と前記突出部の外面との間に配置され、一端が前記端壁部に係り止めされる一方、他端が前記ベーンロータに係り止めされ、前記一端と他端の間に有するコイル状部位の外周の一部が前記支持部の内面に当接支持され、前記ハウジングに対して前記ベーンロータを一方の回転方向へ付勢する捩りコイルばねと、
   を有する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. 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であって、
   前記端壁部と前記動力伝達部及び前記支持部は、金属粉を圧縮して焼結した焼結金属によって一体に形成されている一方、前記ベーンロータも金属粉を圧縮して焼結した焼結金属によって形成されて、
   前記支持部を含む前記端壁部の焼結密度が、前記突出部を含む前記ベーンロータの焼結密度より高い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。
3. 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であって、
   前記捩りコイルばねの硬度は、前記支持部よりも高い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. 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であって、
   前記支持部は、前記端壁部の軸方向一端から前記カムシャフト方向へ突出し、内面で前記コイル状部位の外周縁を摺動可能に当接支持する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。
5. 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記支持部は、内面が円環状の前記端壁部の周方向に沿った円弧状に形成されている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。
6. 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記端壁部は、前記支持部と回転軸線を挟んで径方向の反対側の位置に、軸方向の一端から前記カムシャフト方向に延びて前記支持部と平行なバランス調整部を有する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。
7. 請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記端壁部は、円環状の内周面から径方向内側に突出し、前記捩りコイルばねの一端が係り止めされることにより前記捩りコイルばねにねじり方向の付勢力を付与する係り止め部を有する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。
8. 請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記ハウジング本体は、内部に作動室を有すると共に、軸方向の一端が開口形成され、
   前記端壁部は、前記ハウジング本体の一端開口を塞ぐと共に、外周部に前記ハウジング本体と軸方向から締結するボルトの雄ねじ部が螺着する雌ねじ孔を有し、
   前記捩りコイルばねの一端は、前記係り止め部に係り止めされた状態で前記雌ねじ孔の近傍に配置されている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。

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