JP4158185B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の弁駆動装置において吸気弁又は排気弁の開閉時期（以下、「開閉時期」をバルブタイミングという）を制御するために使用されるバルブタイミング調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンのクランクシャフトと同期回転する回転伝達部材としてのタイミングプーリやチェーンスプロケットを介してカムシャフトを駆動し、タイミングプーリやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回動による位相差を制御することにより、吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを制御するベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。
【０００３】
ベーン式のバルブタイミング調整装置は、タイミングプーリとともに回転するハウジング内に、カムシャフトとともに回転するベーンを収容している。そして、ハウジングに対するベーンの相対回転位相差をハウジングとベーンとの間に形成される流体圧室の流体圧により、カムシャフトとタイミングプーリとを相対的に回動させ、エンジンの運転条件に応じて吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のバルブタイミング調整装置においては、ハウジングからカムシャフトへの回転伝達経路に流体圧室及びベーンが介在していることから、エンジンの運転中、カムシャフトには常に遅角方向への力が作用している。そのため、流体圧室の流体圧差によりカムシャフトとベーンとを進角側或いは遅角側へ相対回転させる際、遅角側へ相対回転させる場合に比べ、進角側へ相対回転させる場合の方が応答性が低下してしまう。
【０００５】
上記のような問題を解決するために、ハウジング内部に軸方向に延在して形成される円筒部内に、その一端をカムシャフトに係止されると共にその他端を前記円筒部の端部に係止されてカムシャフトをハウジングに対して常時進角方向に付勢するコイルスプリング収容したバルブタイミング調整装置として、特開平１０−２５２４２０号公報および特開平１１−１３２０１４号公報に開示されるようなものが知られている。
上記公報に開示されているようなバルブタイミング調整装置においては、コイルスプリングの巻始めまたは巻終わりの端部を軸方向に屈曲させて、ハウジング側の部材またはカムシャフト側の部材に設けられた穴に挿入して固定している。
【０００６】
コイルスプリング等の巻線を屈曲させる場合、強度を確保するために所定以上の曲げＲが必要になるが、軸方向に屈曲させた場合、このＲ部とハウジング側の部材、またはカムシャフト側の部材との干渉を避けるために、軸方向に長い収容スペースを設ける必要がある。そのため、バルブタイミング調整装置全体が軸方向に長くなり大型化するという問題があった。
そのため、本発明の目的は、軸方向の長さを短縮することのできる、コイルスプリングを収容したベーン式バルブタイミング調整装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のバルブタイミング調整装置によれば、ハウジング部材およびベーン部材に一端および他端が係合して駆動軸に対し従動軸が進角する方向にベーン部材を付勢し一端または他端の少なくとも一方は径方向に屈曲してハウジング部材またはベーン部材から軸方向に突出した固定部材と係合して位置決めされるねじりコイルスプリングを備える。ねじりコイルスプリングの端部が径方向に屈曲しているため、軸方向長さを短縮することができ、装置全体の体格を小型化することができる。また、端部の少なくとも一方は、軸方向に突出した固定部材と係合して位置決めされるため、ねじりコイルスプリングの組み付け時に位置決めが容易である。
【０００８】
また、本発明の請求項１記載のバルブタイミング調整装置によれば、ハウジング部材はベーン部材から突出した固定部材、およびねじりコイルスプリングの他端を所定角度範囲で相対回動可能に収容する凹部を有する。そのため、凹部を全周にわたって形成するのに比べ、加工工数を低減することができる。また、ハウジング部材の径を小さくしても固定するためのねじ穴を設ける部位を確保するのが容易となり、ハウジング部材の強度を確保することができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載のバルブタイミング調整装置によれば、ねじりコイルスプリングの一端がハウジング部材の凹部の角度範囲内で位置決めされる。そのため、ハウジング部材の反凹部側に厚みを設ける部分が少なくてよく、装置全体を軽量化できる。
【００１０】
本発明の請求項３記載のバルブタイミング調整装置によれば、ねじりコイルスプリング他端の屈曲部を所定角度範囲で相対回動可能に収容する第１の凹部と、第１の凹部に隣接しねじりコイルスプリング他端の屈曲部よりも径方向長さが短く前記固定部材が嵌合可能な第２の凹部を有する。そのため、ねじりコイルスプリングの一端をハウジング部材に位置決めした後、他端を第１の凹部と第２の凹部との間の段差に係合させた状態で仮固定して、ベーン部材の固定部材が第２の凹部に嵌合するように組み付け、ベーン部材を回転させることにより、ねじりコイルスプリングを所定の位置に位置決めすることができ、組み付けが容易である。また、ハウジング部材の全周に渡ってねじりコイルスプリング他端の屈曲部を相対回動可能にするよりも、凹部の形成される範囲が小さくなり、ハウジング部材の反凹部側に厚みを設ける部分が少なくてよく、装置全体を軽量化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバルブタイミング調整装置の複数の実施形態を図面に基づき、説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるエンジン用バルブタイミング調整装置１００を図１〜図３に示す。図２は図１のＡ−Ａ方向断面図、図３は図１のＢ−Ｂ方向断面図である。本実施例のバルブタイミング調整装置１００は油圧制御式であり、吸気弁または排気弁のバルブタイミングを制御するものである。
【００１２】
図１に示すチェーンスプロケット８は、図示しないチェーンにより図示しないエンジンの駆動軸としてのクランクシャフトと結合して駆動力を伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。従動軸としてのカムシャフト１は、チェーンスプロケット８から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁または排気弁を開閉駆動する。カムシャフト１は、図示しないシリンダヘッドに支持され、チェーンスプロケット８に対し所定の位相差をおいて相対回動可能である。チェーンスプロケット８およびカムシャフト１は図１の左方向からみて時計方向に回転する。以下、この回転方向を進角方向とする。
【００１３】
シューハウジング７は、ボルト５３によりチェーンスプロケット８と結合され、チェーンスプロケット８とともにハウジング部材を構成している。図２に示すように、シューハウジング７は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー７ａ、７ｂ、７ｃを有している。シュー７ａ、７ｂ、７ｃの周方向の三箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン４ａ、４ｂ、４ｃを収容する扇状空間部５５が形成されており、シュー７ａ、７ｂ、７ｃの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００１４】
図２に示すように、ベーンロータ４は周方向にほぼ等間隔にベーン４ａ、４ｂ、４ｃを有し、このベーン４ａ、４ｂ、４ｃがシュー７ａ、７ｂ、７ｃの周方向の間隙に形成されている扇状空間部５５に回動可能に収容されている。図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング７に対するベーンロータ４の遅角方向、進角方向を表している。図２において、各ベーンは各扇状空間部５５の一方の周方向端部に位置し、ベーンロータ４はシューハウジング７に対し最進角位置にある。最進角位置は、ベーン４ａの進角側側面がシュー７ａの遅角側側面に係止されることにより規定されている。図１に示すように、ベーンロータ４は、ボルト５によりカムシャフト１に一体に結合されている。
【００１５】
ブッシュ６はベーンロータ４に圧入支持され、従動側回転体を構成している。カムシャフト１およびブッシュ６はそれぞれシューハウジング７に相対回動可能に嵌合している。また、カムシャフト１は、チェーンスプロケット８の軸受け部８６に相対回動可能に嵌合している。したがって、カムシャフト１およびベーンロータ４はチェーンスプロケット８およびシューハウジング７に対して同軸に相対回動可能である。
【００１６】
シール部材９はベーンロータ４の外周壁に嵌合している。ベーンロータ４の外周壁とシューハウジング７の内周壁との間には微小クリアランスが設けられており、このクリアランスを介して油圧室間に作動油が漏れることをシール部材９により防止している。
【００１７】
図２に示すように、シュー７ａとベーン４ａとの間に遅角油圧室８０が形成され、シュー７ｂとベーン４ｂとの間に遅角油圧室８１が形成され、シュー７ｃとベーン４ｃとの間に遅角油圧室８２が形成されている。また、シュー７ａとベーン４ｂとの間に進角油圧室８３が形成され、シュー７ｂとベーン４ｃとの間に進角油圧室８４が形成され、シュー７ｃとベーン４ａとの間に進角油圧室８５が形成されている。電子制御装置（ＥＣＵ）からの指示により、遅角油圧室８０、８１、８２に連通する油路および進角油圧室８３、８４、８５に連通する油路と油圧ポンプおよびドレインとの接続状態を切替弁により切換えることにより、ベーンロータ４をシューハウジング７に対して進角方向または遅角方向に所定角度範囲内で相対回動させることができる。
【００１８】
ねじりコイルスプリング６０はチェーンスプロケット８に形成された円周溝６１に挿入されている。ねじりコイルスプリング６０の両端は、図３に示すように径方向外側に屈曲しており、一端側の屈曲部６０ａはチェーンスプロケット８から軸方向に突出する固定部材としてのピン８７と係合し、他端側の屈曲部６０ｂはベーンロータ４から軸方向に突出する固定部材としてのピン４４と係合している。ねじりコイルスプリング６０は、チェーンスプロケット８に対しベーンロータ４が進角する方向、すなわちクランクシャフトに対しカムシャフト１が進角する方向にベーンロータ４を付勢している。図３は、ベーンロータ４がチェーンスプロケット８に対して遅角側にある状態を示している。ねじりコイルスプリング６０の両端が、径方向に屈曲しているため、軸方向に屈曲させた場合と比べ、ねじりコイルスプリングを収容する円周溝６１の軸方向長さ（図１のＣに示す）を短くすることができ、バルブタイミング調整装置１００全体を小型化することができる。
【００１９】
円周溝６１の内周には、ベーンロータ４がチェーンスプロケット８に対して相対回動するのに伴ってねじりコイルスプリング６０の他端側の屈曲部６０ｂとピン４４とが円周溝６１の中を相対回動する範囲に、径方向外側に凹んだ凹部６２が形成されており、ピン４４とチェーンスプロケット８とが接触するのを防いでいる。図４に示すように円周溝６１を全周に渡ってピン４４とチェーンスプロケット８とが接触しないように径を大きく形成してもよい。
【００２０】
シューハウジング７とチェーンスプロケット８との間には、油圧の漏れを防ぐリアプレートが設けられており、リアプレートには、ベーンロータ４がチェーンスプロケット８に対して相対回動したときにピン４４が通過する弧状の穴７１が形成されている。
【００２１】
図１に示すように、ガイドリング９１はベーン４ｃの内壁に圧入保持され、このガイドリング９１にストッパピストン１７が挿入されている。ストッパピストン１７はスプリング１６によりシューハウジング７側に付勢されている。ストッパピストン１７は最進角位置においてシューハウジング７に形成されたストッパ穴７ａに嵌合可能である。ストッパピストン１７がストッパ穴７ａに嵌合し、ストッパピストン１７がストッパ穴７ａに回転方向で当接した状態ではシューハウジング７に対するベーンロータ４の相対回動は拘束される。ストッパピストン１７、ストッパ穴７ａおよびスプリング１６は拘束手段を構成している。進角制御時、進角油圧室８４に所定圧以上の作動油が供給されると、これら作動油の油圧によりスプリング１６の付勢力に抗してストッパピストン１７はストッパ穴７ａから抜け出す。遅角制御時、遅角油圧室８２に所定圧以上の作動油が供給されると、これら作動油の油圧によりスプリング１６の付勢力に抗してストッパピストン１７はストッパ穴７ａから抜け出す。
【００２２】
次に、本実施例のバルブタイミング調整装置１００を排気弁に取り付けたときの作動を説明する。
(1) エンジンが正常停止すると、遅角油圧室８０、８１、８２はドレイン側に解放され、各進角油圧室８３、８４、８５には作動油圧が加わった状態で保持されるようにＥＣＵからの指示により切換弁が切換制御される。すると、シューハウジング７に対しベーンロータ４が最進角位置に移動し、拘束手段によりシューハウジング７とベーンロータ４とが結合されるので、シューハウジング７に対してカムシャフト１が最進角位置に保持される。
【００２３】
(2) エンジンが正常運転に移行し各油路および各油圧室に所定圧よりも油圧の大きい作動圧油が導入されると、拘束手段によるシューハウジング７とベーンロータ４との結合が解除される。遅角油圧室８０、８１、８２と、進角油圧室８３、８４、８５とに加わる作動油圧およびねじりコイルスプリング６０の付勢力の関係によりシューハウジング７に対してベーンロータ４が相対回動し、チェーンスプロケット８に対するカムシャフト１の相対位相差が調整される。
【００２４】
(3)エンジンが異常停止して油圧制御が途中で打ち切られクランクシャフトに対しカムシャフト１が最進角位置で停止できない場合においても、ねじりコイルスプリング６０の付勢力およびカムシャフト１が受ける駆動負トルクによりベーンロータ４が進角側へ変位し、拘束手段によりロックされ最進角位置で保持されるので、排気弁と吸気弁のオーバーラップ期間が必要以上に大きくなることを防ぎ、エンジンを正常に始動させることが可能である。
【００２５】
（第２実施例）
図５は本発明の第２実施例のバルブタイミング調整装置１００を示す断面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。また、Ａ−Ａ方向の断面図は第１実施例と同様のため、省略する。
【００２６】
第２実施例では、円周溝６１の外周に、ねじりコイルスプリング６０他端の屈曲部６０ｂおよびベーンロータ４から突出するピン４４がチェーンスプロケット８に対して所定角度範囲で相対回動可能に収容されるように、凹部６３が設けられる。凹部６３は、円周溝６１よりも軸方向に浅く、かつ屈曲部６０ｂおよびピン４４がチェーンスプロケット８と干渉しない深さに形成されている。そのため、凹部を切削などにより形成する場合に加工工数を低減することができる。
【００２７】
ねじりコイルスプリング６０一端の屈曲部６０ａは、チェーンスプロケット８に設けられた固定溝８８に挿入することにより、位置決めされている。固定溝８８は、凹部６３よりも軸方向に深く形成されている。
ねじりコイルスプリング６０は、第１実施例と同様にベーンロータ４を図６に示す遅角位置から時計方向の進角方向に付勢する。
【００２８】
（第３実施例）
図７は、本発明の第３実施例を図５のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。第２実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第３実施例では、ねじりコイルスプリング６０一端の屈曲部６０ａを位置決めする固定溝８９が、凹部６３の角度範囲内に形成されている。チェーンスプロケット８の強度を確保するためには、反凹部位置および反固定溝位置を軸方向に厚く形成する必要があるが、本実施例によれば、チェーンスプロケット８に厚みを設ける部分が少なくてよく、バルブタイミング調整装置１００全体を軽量化できる。
【００２９】
（第４実施例）
図８は、本発明の第４実施例を図５のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。第３実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第４実施例では、屈曲部６０ｂおよびピン４４を所定の制御範囲で回動可能に収容する第１の凹部６４と隣接して第２の凹部６５が形成されている。第２の凹部６５は、径方向に屈曲部６０ｂよりも短く形成されているため、屈曲部６０ｂは、第１の凹部６４と第２の凹部６５との間の段差６６に当接可能である。
【００３０】
以下に、本実施例においてねじりコイルスプリング６０をバルブタイミング調整装置１００に組み付ける手順を説明する。
ベーンロータ４をチェーンスプロケット８に対して進角方向に付勢するねじりコイルスプリング６０は、一端の屈曲部６０ａのみをチェーンスプロケットの固定溝８９で位置決めしたとき、他端の屈曲部６０ｂは、図８に示す自由状態時の位置にある。この状態では、屈曲部６０ｂは第１の凹部６４の範囲外にあり、ベーンロータ４をチェーンスプロケット８に対向させるのに障害となる。
【００３１】
次に、ねじりコイルスプリング６０の付勢力に反して他端の屈曲部６０ｂを段差６６に当接させた状態で図８に示す仮固定状態時の位置に仮固定する。このとき、第１の凹部の時計方向側に第２の凹部が設けられているため、ベーンロータ４をチェーンスプロケット８に対向させてベーンロータ４から突出するピン４４を屈曲部６０ｂの時計方向側に嵌合するように組み付けることができる。
【００３２】
そして、ベーンロータ４を図８の反時計方向に回転させることにより、ピン４４とともに屈曲部６０ｂも反時計方向に回転し、ねじりコイルスプリング６０の両端をを所定の位置に位置決めすることができる。ねじりコイルスプリング６０を仮固定した状態でベーンロータ４とチェーンスプロケット８とを対向させることができるため、ねじりコイルスプリングの組み付けが容易である。また、凹部を形成する範囲を最小限とすることができ、チェーンスプロケット８の反凹部側に厚みを設ける部分が少なくてよく、装置全体を軽量化できる。
【００３３】
また、図９に示すように、第２の凹部６７を円周溝６１の内周全周に渡って形成してもよく、この場合は、ベーンロータ４から突出するピン４４を第２の凹部６７に嵌合させるときに、位置合わせをする必要がなく、組み付けがより容易となる。
【００３４】
以上説明した本発明の複数の実施例では、ベーンを三つ有するベーンロータ４について説明したが、本発明では、ベーンの数は構成上可能であれば一つまたはそれ以上のいくつでも構わない。
【００３５】
また本実施例では、チェーンスプロケットによりクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフトに伝達する構成を採用したが、タイミングプーリやタイミングギア等を用いる構成にすることも可能である。また、駆動軸としてのクランクシャフトの駆動力をベーンロータで受け、従動軸としてのカムシャフトとシューハウジングとを一体に回転させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例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２】本発明の第１実施例によるバルブタイミング調整装置を示す図１のＡ−Ａ方向断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるバルブタイミング調整装置を示す図１のＢ−Ｂ方向断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の別の形態によるバルブタイミング調整装置を示す図１のＢ−Ｂ方向断面図である。
【図５】本発明の第２実施例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６】本発明の第２実施例によるバルブタイミング調整装置を示す図５のＢ−Ｂ方向断面図である。
【図７】本発明の第３実施例によるバルブタイミング調整装置を示す図５のＢ−Ｂ方向断面図である。
【図８】本発明の第４実施例によるバルブタイミング調整装置を示す図５のＢ−Ｂ方向断面図である。
【図９】本発明の第４実施例の別の形態によるバルブタイミング調整装置を示す図５のＢ−Ｂ方向断面図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト（従動軸）
４ ベーンロータ
４ａ、４ｂ、４ｃ ベーン（ベーン部材）
７ シューハウジング（ハウジング部材）
８ スプロケット（ハウジング部材）
４４ ピン（固定部材）
５５ 扇状空間部（収容室）
６０ ねじりコイルスプリング
６０ａ 屈曲部（一端）
６０ｂ 屈曲部（他端）
６２、６３ 凹部
６４ 第１の凹部
６５、６７ 第２の凹部
６６ 段差
８０、８１、８２ 遅角油圧室
８３、８４、８５ 進角油圧室
８７ ピン（固定部材）
１００ バルブタイミング調整装置

Claims (3)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁または排気弁を開閉する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方とともに回転するハウジング部材と、
   前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング部材内に形成された収容室に所定角度範囲に限って前記ハウジング部材に対して相対回動可能に収容されるベーン部材と、
   流体圧力によって前記ハウジング部材と前記ベーン部材とのいずれか一方を他方に対して進角方向に相対回動させる進角室、および流体圧力によって前記駆動側回転体と前記従動側回転体とのいずれか一方を他方に対して遅角方向に相対回動させる遅角室に作動流体を供給する流体駆動式の駆動手段と、
   前記ハウジング部材および前記ベーン部材にそれぞれ一端および他端が係合して前記駆動軸に対し前記従動軸が進角する方向に前記ベーン部材を付勢し、前記一端または他端の少なくとも一方は径方向に屈曲して前記ハウジング部材または前記ベーン部材から軸方向に突出した固定部材と係合して位置決めされるねじりコイルスプリングと、
   を備え、
   前記ハウジング部材は、前記ベーン部材から突出した前記固定部材および前記ねじりコイルスプリングの他端を所定角度範囲で相対回動可能に収容する凹部を有することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記ねじりコイルスプリングの一端が前記凹部の角度範囲内で位置決めされることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記ねじりコイルスプリング他端の屈曲部を所定角度範囲で相対回動可能に収容する第１の凹部と、前記第１の凹部に隣接し前記ねじりコイルスプリング他端の屈曲部よりも径方向長さが短く前記固定部材が係合可能な第２の凹部を有することを特徴とする請求項２記載のバルブタイミング調整装置。

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