JP4177197B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを運転状態に応じて制御するバルブタイミング制御装置に関する。

この種のバルブタイミング制御装置として特許文献１に記載されるようなものがある。

このバルブタイミング制御装置は、クランクシャフトにチェーン等を介して連係されたハウジングと、カムシャフトに一体に結合されたベーンロータとが相対回動可能に組み付けられ、両者の組付角（相対回動位置）が機関の運転状態に応じて変更されるようになっている。ハウジングには径方向内側に突出する複数の仕切壁が突設され、ベーンロータは、ハウジングの軸心部に配置されて前記仕切壁の先端部が摺接する円柱状のロータ本体部と、このロータ本体部から径方向外側に突出して隣接する両側の仕切壁の間に進角室と遅角室を隔成する羽根部とを備えている。進角室と遅角室は液圧給排手段に接続され、機関の運転状態に応じて作動液の給排が選択的に切換えられるようになっている。

前記ハウジングは、周壁と仕切壁を有するハウジング本体と、そのハウジング本体のカムシャフト側の側部を閉塞する側壁部材とを備えて成り、側壁部材にはカムシャフトの先端側の軸部を支持する軸受孔が形成されている。また、進角室と遅角室の一方の液室に対する作動液の給排は、カムシャフトから前記軸受孔を横切って側壁部材に連続する給排通路を通して行われるようになっている。

具体的には、カムシャフトには、同シャフトの軸心部に沿ったシャフト油路から径方向外側に延びる連通油路が形成され、カムシャフトの外周面には前記連通油路が開口する環状溝が形成されている。側壁部材には、カムシャフトの環状溝と一方の液室を接続する接続路が形成され、カムシャフト側の連通油路と側壁部材側の接続路が環状溝を通して常時連通するようになっている。
特開平１１-１５９３１１号公報

しかし、この従来のバルブタイミング制御装置は、カムシャフト側の油路と側壁部材側の油路を常時連通させるためにカムシャフトの外周面に環状溝を設けるようにしているため、カムシャフトの外周面に煩雑な溝加工を施さなければならず、このことが装置の製造コストを高騰させる原因となっている。

そこでこの出願の発明は、カムシャフトと一体回転する軸部から側壁部材を通って一方の液室に連通する通路を容易に形成できるようにして、製造コストの低減を図ることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。

上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、とりわけ、前記側壁部材の軸受孔のうちの、ロータ本体部の側面に臨む端縁に、ロータ本体部の外径よりも小径の環状凹部を形成し、該環状凹部の内周面と前記軸部の外周面との間に、環状の通路を形成すると共に、前記側壁部材のハウジング本体側の側面に、前記環状の通路と進角室または遅角室を導通させる径方向溝を形成したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記環状凹部の軸方向の底面に、軸受孔の一般面に向かって先窄まり状に傾斜するテーパ部を設けるようにした。

請求項１に記載の発明は、側壁部材に形成した環状凹部が、軸部とロータ本体部の側面との間で環状の通路を成し、その環状の通路が側壁部材の径方向溝を通して一方の液室に導通するため、カムシャフトと一体回転する軸部側に環状溝を形成することなく、一方の液室に連続する通路を容易に形成することができる。つまり、側壁部材に対する環状凹部と径方向溝の形成に際しては、両者がいずれも側壁部材のハウジング本体側の側面に開口することから、型成形等によって容易に形成することができる。したがって、この発明によれば、製造コストの低減を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、環状凹部の軸方向の底面に設けたテーパ部が、軸受孔に軸部を挿入組付けする際のガイドとして機能するため、装置の組付作業性を向上させることができる。

次に、この出願の発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。

最初に、図１〜図４に示す第１の実施形態について説明する。図１は、この出願の発明にかかるバルブタイミング制御装置の縦断面を示す図であり、同図において、１は、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持された排気側のカムシャフトである。このカムシャフト１の軸方向中央側には排気弁を開閉するための図外の駆動カムが設けられており、バルブタイミング制御装置は、カムシャフト１の前端部側（図１中左側）に設けられている。尚、ここで説明する実施形態はこの発明にかかるバルブタイミング制御装置を排気弁側の駆動系に適用したものであるが、吸気弁側の駆動系にも同様に適用することができる。

バルブタイミング制御装置は、図外のチェーンを介して機関のクランクシャフトによって回転駆動されるハウジング２と、カムシャフト１の前端部にカムボルト３によって一体に結合され、前記ハウジング２が必要に応じて相対回動できるように組み付けられたベーンロータ４と、内燃機関の運転状態に応じてベーンロータ４とハウジング２を相対回動させるべく作動液を給排する液圧給排手段５と、を備えている。

前記ハウジング２は、径方向内側に突出する断面台形状の４つの仕切壁６（図２参照。）が周壁の内周側にほぼ等間隔に突設された略筒状のハウジング本体７と、このハウジング本体７のカムシャフト１側の側部を閉塞するリヤプレート８（この発明における「側壁部材」。）と、ハウジング本体７のカムシャフト１と逆側の側部を閉塞するカバー部材９と、を備えている。

一方、前記ベーンロータ４は、ハウジング２の軸心部に配置され、その外周面に前記仕切壁６の先端部がシール材１０を介して摺接するロータ本体部１１と、このロータ本体部１１から径方向外側に突出する４つの羽根部１２と、ロータ本体部１１の一側からカムシャフト１方向に延出する軸部１３と、を備えている。前記各羽根部１２はハウジング２の円周方向で隣接する仕切壁６，６間に配置され、その仕切壁６，６間を進角室１４と遅角室１５とに隔成している。また、軸部１３は、リヤカバー８に形成された軸受孔１６内に挿入支持され、軸受孔１６を貫通した端部がカムシャフト１の前端部に突き合されている。尚、軸部１３はロータ本体部１１の外径よりも小径に形成されており、各羽根部１２の先端部にはハウジング本体７の周壁内面に摺接するシール材１０が取り付けられている。

また、ベーンロータ４の前面中央には、後述する給排ロッド１７が嵌合される接続穴１８が形成されており、その接続穴１８の内周面には、前記進角室１４と遅角室１５に夫々連通する径方向孔１９ａ、１９ｂが形成されている。尚、接続穴１８はロータ本体部１１を貫通し、軸部１３の略中間位置まで達するように形成されている。

前記給排ロッド１７は、シリンダヘッドの前端側に取り付けられたＶＴＣカバー２０の内側に軸方向に沿って突設され、その内部にはベーンロータ４側の各径方向孔１９ａ，１９ｂに導通する一対の内部通路２１ａ，２１ｂが形成されている。進角室１４と遅角室１５に対する作動液の給排はこの給排ロッド１７を通して行われる。

また、液圧給排手段５は、図１に示すように、給排ロッド１７の内部通路２１ａとベーンロータ４側の一方の径方向孔１９ａを経由して進角室１４に作動液を給排する第１液圧通路２２ａと、給排ロッド１７の別の内部通路２１ｂとベーンロータ４側の他方の径方向孔１９ｂを通して遅角室１５に作動液を給排する第２液圧通路２２ｂの２系統の液圧通路を有し、この両液圧通路２２ａ，２２ｂには、供給通路２３とドレン通路２４が夫々流路切換用の電磁切換弁２５を介して接続されている。なお、図１中２６は内燃機関の底部に設けられたオイルパンであり、２７はオイルポンプ、２８は電磁切換弁２５を制御するためのコントローラである。

ところで、ベーンロータ４の径方向孔１９ａ，１９ｂのうち、一方の径方向孔１９ａは軸部１３を径方向に貫通し、軸部１３と軸受孔１６間を経由してリヤプレート８から進角室１４に連通しており、他方の径方向孔１９ｂはロータ本体部１１を径方向に貫通して直接遅角室１５に連通している。以下、一方の径方向孔１９ａと進角室１４を接続する通路の具体構造について詳述する。

一方の径方向孔１９ａは、ベーンロータ４の軸部１３のうちのロータ本体部１１との連接部に開口しており、リヤプレート８は、軸受孔１６のロータ本体部１１の側面に臨む端縁に、環状凹部３０が段差状に形成されている（図３，図４参照。）。この環状凹部３０はロータ本体部１１の外径よりも小径に形成され、ベーンロータ４の軸部１３の外周面とロータ本体部１１の側面との間で環状の通路を形成するようになっている。また、リヤプレート８のハウジング本体７側の側面には、ロータ本体部１１の側壁を跨いで環状凹部３０と各進角室１４を導通させる４つの径方向溝３１が形成されている。各径方向溝３１は、ハウジング本体７の各仕切壁６の進角室１４側の側面に臨む位置に開口している。

尚、この実施形態の場合、リヤプレート８の後端側外周には、動力伝達部であるチェーンスプロケット３２が一体に形成され、このスプロケット３２を介してクランクシャフトの動力がハウジング２に伝達されるようになっている。

また、図１において、３５は、内燃機関の始動時等にハウジング２とベーンロータ４の相対回動を規制するロック機構である。このロック機構３５は、ベーンロータ４の一つの羽根部１２に軸方向に沿って形成されたピン孔３６と、このピン孔３６に摺動自在に収容されたロックピン３７と、ピン孔３６にロックピン３７と共に収容されて同ピン３７をハウジング２のリヤプレート８方向に付勢する付勢手段としてのスプリング３８と、リヤプレート８の内面側に設けられ、ベーンロータ４が最進角位置にあるときにロックピン３７の先端部が嵌合されるロック穴３９と、ロックピン３７にロック解除のための液圧を作用させるための図外の解除液圧通路と、を備えている。尚、図１中４０は、ハウジング２とベーンロータ４に連結され、機関の停止時等に両者を最進角位置に戻すためのコイルばねタイプのトーションスプリングである。

以下、このバルブタイミング制御装置の作動について説明する。

内燃機関の始動時には、ベーンロータ４がハウジング２に対して最進角側に回動した状態でロック機構３５が両者を機械的にロックしており、スプロケット３２に入力されたクランクシャフトの回転力はその状態のままカムシャフト１に伝達される。したがって、このときカムシャフト１は進角タイミングで排気弁を開閉することとなる。

この状態で内燃機関が始動された後に、電磁切換弁２５の操作によって供給通路２３が遅角室１５側、ドレン通路２４が進角室１４側に夫々連通すると、高圧の作動液が遅角室１５に導入されると共に、ロック機構３５のロックがその液圧によって解除される。これにより、ベーンロータ４は遅角室１５の圧力を受けてハウジング２に対して遅角側に回動し、カムシャフト１は遅角タイミングで排気弁を開閉することとなる。

また、この状態から電磁切換弁２５の操作により、逆に供給通路２３が進角室１４側、ドレン通路２４が遅角室１５側に夫々連通すると、ベーンロータ４が進角室１４の圧力を受けてハウジング２に対して進角側に回動し、カムシャフト１が進角タイミングで排気弁を開閉することとなる。

このバルブタイミング制御装置の場合、ベーンロータ４の軸部１３に形成された径方向孔１９ａが、リヤプレート８の軸受孔１６の端縁に段差状に形成された環状凹部３０と、同プレート８のハウジング本体７側の側面に形成された径方向溝３１を介して進角室１４と常時連通するようになっているが、環状凹部３０と径方向溝３１はいずれもリヤプレート８の一方の側面に開口した形状となっていることから、型成形等によって容易に、かつ、高精度に形成できるという利点がある。即ち、例えば、リヤプレート８を型成形によって形成するのであれば、環状凹部３０と径方向溝３１の開口方向を離型方向とすれば、環状凹部３０と径方向溝３１をほぼ型成形のみによって造形することができる。したがって、この装置は、カムシャフトの外周面に環状溝を切削等によって形成していた従来のものに比較すれば、大幅に生産効率を高めることができる。

また、この実施形態の装置では、環状凹部３０と各進角室１４を接続する径方向溝３１が、仕切壁６の進角室１４側の側面に臨む位置に開口しているため、ベーンロータ４の羽根部１２がいずれの回動位置にある場合においても、径方向溝３１を進角室１４に常時確実に導通させ、確実なバルブタイミング制御を行うことができる。

尚、以上の実施形態では動力伝達部であるスプロケット３２をリヤプレート８の外周に一体に形成したが、スプロケット３等の動力伝達部を別体部品で形成することも可能である。ただし、上記の実施形態のようにスプロケット３等の動力伝達部をリヤプレート８に一体に形成するようにした場合には、部品点数の削減により製造コストをさらに削減できるという利点がある。

図５，図６は、この出願の発明の第２の実施形態を示すものである。この実施形態のバルブタイミング制御装置は基本的な構成は、前述した第１の実施形態とほぼ同様であるが、リヤプレート１０８の軸受孔１６の端部形状のみが若干異なっている。尚、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。

この実施形態のリヤプレート１０８は、第１の実施形態と同様に軸受孔１６のうちの、ロータ本体部１１の側面に臨む端縁に、ロータ本体部１１の外径よりも小径の環状凹部３０が形成されると共に、ハウジング本体７側の側面に環状凹部３０と進角室１４を導通させる径方向溝３１が形成されているが、環状凹部３０の軸方向の底面に、軸受孔１６の一般面に向かって先細り状に傾斜するテーパ部４５が設けられている。

この実施形態の場合、リヤプレート１０８の環状凹部３０の底面にテーパ部４５が設けられているものの、環状凹部３０と径方向溝３１はやはりリヤプレート１０８の一方の側面に開口するように形成されているため、第１の実施形態と同様に型成形等によって容易に形成することができる。そして、この実施形態のリヤプレート１０８は底面にテーパ部４５が設けられているため、リヤプレート１０８の軸受孔１６に軸部１３を挿入支持させる際に、テーパ部４５をガイドとして軸部１３を軸受孔１６内に容易に挿入できる、というさらなる利点がある。

尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものでなく、例えば、以上の実施形態では、ＶＴＣカバー２０に給排ロッド１７を突設し、この給排ロッド１７の挿入されるベーンロータ４に軸部１３を設けるようにしているが、カムシャフト１内に給排通路を形成し、そのカムシャフト１の先端部を軸受孔１６内に挿入される軸部とするようにしても良い。

また、上述の実施形態の記載内容から把握し得る前記各請求項に記載された発明以外の発明の構成について、以下にその効果と共に記載する。

（イ） 前記径方向溝を、仕切壁の進角室側の側面または遅角室側の側面に臨む位置に開口するように配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

この場合、ハウジングとベーンロータの相対回動位置に関係なく、径方向溝が一方の液室に常時開口することとなるため、装置の作動を確実なものとすることができる。

（ロ） クランクシャフトの動力を伝達するための動力伝達部を前記側壁部材に一体に形成したことを特徴とする請求項１，２、または、前記（イ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

この場合、ハウジングに別体の動力伝達部材を取り付ける必要がないため、部品点数を削減して、さらなる製造コストの削減を図ることができる。

この出願の発明の一実施形態を示す図２Ｂ−Ｂ断面に対応の断面図。 同実施形態を示す図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図。 同実施形態を示すリヤプレート（側壁部材）の斜視図。 同実施形態を示すリヤプレート（側壁部材）の縦断面図。 この出願の発明の第２の実施形態を示す要部の拡大断面図。 同実施形態を示すリヤプレート（側壁部材）の縦断面図。

符号の説明

１…カムシャフト
２…ハウジング
４…ベーンロータ
５…液圧給排手段
６…仕切壁
７…ハウジング本体
８，１０８…リヤプレート（側壁部材）
１１…ロータ本体部
１２…羽根部
１３…軸部
１４…進角室
１５…遅角室
１６…軸受孔
３０…環状凹部
３１…径方向溝
４５…テーパ部

Claims (2)

1. 周壁から径方向内側に突出する仕切壁を有し、クランクシャフトから動力を伝達されて回転するハウジングと、
   このハウジングの内側で前記仕切壁の先端部が摺接する略円柱状のロータ本体部と、このロータ本体部から径方向外側に突出する羽根部とを有し、カムシャフトに一体回転可能に結合されると共に、前記ハウジングに必要に応じて相対回動できるように組み付けられたベーンロータと、
   前記ハウジングの仕切壁とベーンロータの羽根部の間に形成された進角室及び遅角室と、
   この進角室と遅角室に作動液を選択的に給排して前記ハウジングとベーンロータを相対回動させる液圧吸排手段と、を備え、
   前記ハウジングは、周壁を有するハウジング本体に、そのハウジング本体のカムシャフト側の側部を閉塞する側壁部材が取り付けられて成り、前記側壁部材には、ロータ本体部よりも小径であってベーンロータまたはカムシャフトに設けられた軸部を支持する軸受孔が形成され、前記液圧給排手段の一方の給排通路が前記軸部と軸受孔を経由して側壁部材から進角室または遅角室に連通するように構成された内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記側壁部材の軸受孔のうちの、ロータ本体部の側面に臨む端縁に、ロータ本体部の外径よりも小径の環状凹部を形成し、該環状凹部の内周面と前記軸部の外周面との間に、環状の通路を形成すると共に、前記側壁部材のハウジング本体側の側面に、前記環状の通路と進角室または遅角室を導通させる径方向溝を形成し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. 前記環状凹部の軸方向の底面に、軸受孔の一般面に向かって先窄まり状に傾斜するテーパ部を設けた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。

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