JP4260084B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジン等の内燃機関（以下、エンジンと称する）の吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング調整装置に関するものである。

従来のバルブタイミング調整装置は、カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し該シュー間で油圧室を形成するケース、および前記油圧室を塞ぐカバーの３者を一体に固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体とで構成され、エンジン摺動部分へ油を供給するオイルポンプの油圧が給排され、この油圧により第１回転体に対する第２回転体の相対位置が制御される。

上記の構成において、エンジン始動時の油圧力が無い時には、第１回転体のシューと第２回転体のベーンが当接、分離を繰返し打音が生じる。そこで、第１回転体と第２回転体の一方に係合凹部を設け、他方には係合凹部に係脱するロックピンを設け、エンジン始動時の油圧力が無い時には、ロックピンを付勢部材により係合凹部に係合させ、第１回転体と第２回転体の相対位置を固定して打音の発生を抑制している。なお、このロックピンは付勢部材の付勢力に抗する油圧力によって解除方向に移動する。この移動時、ロックピン背後の背圧は外部に排出する。

この場合、円筒形状のロックピンが円滑に係合凹部と係合するために、ロックピンと係合凹部との間には微小なクリアランスが設けられており、ロックピン係合状態においても第１回転体と第２回転体は微小角度相対回転可能である。このため、この微小角度相対回転で打音が発生するとともに、エンジンに組み立てられるときに角度ずれが生じるため、高精度の組立要求がある場合の課題である。
そこで、この微小回動を防止するために、従来は特許文献１、２に示されるように、ロックピンと係合凹部をテーパ形状とし、両者をクリアランスなく係合させている。

特開２００２−００４８１６号公報 特開２００３−３２８７０８号公報

従来のバルブタイミング調整装置は上記のように構成されているので、ロックピンと係合凹部をテーパ形状に製作するため、その製作精度とコストを要することになる。また、カムの交番力の分力により、ロックピンが不用意に係合凹部から解除され、打音を発生するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、簡単な構成によって、ロックピンが不用意に係合凹部から解除することを抑制するとともに、打音の発生を確実に防止したバルブタイミング調整装置を得ることを目的とする。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、クランクシャフトと一体回転する第１回転体と、吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体と、前記第１回転体または第２回転体の一方に設けられた係合凹部とを備え、ロックピンは前記第１回転体または第２回転体の他方に設けられた収納穴に収納され油圧低下時、付勢手段による付勢力で突出し、前記係合凹部の壁面に斜め方向から当接して前記第１回転体と第２回転体とに相対回転力を付与し、収納穴は、係合凹部の側壁面とロックピン先端の稜線が当接するように斜め方向に設けたものである。

この発明によれば、ロックピンを係合凹部の壁面に斜め方向から当接させ、当接力で第1回転体と第２回転体とに相対回転力を付与するように構成したので、ロックピンと係合凹部の係合を深めるように第１回転体または第２回転体の一方が回動し、両回転体のシューとベーンを当接させてクリアランスを零にする。この結果、ロックピンが不用意に係合凹部から解除することがなく、打音の発生も生じることがないという効果が得られる。

実施の形態１．
図面はこの発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示すもので、図１は後述する図２のＩ−Ｉ線に沿う横断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分拡大図である。

この実施の形態１によるバルブタイミング調整装置１は、図１乃至図３に示すように、エンジン（図示せず）のクランクシャフト（図示せず）とチェーン（図示せず）を介して同期回転する第１回転体３と、この第１回転体３内に配設されかつ吸気または排気カムシャフト（以下、カムシャフトと称する）５の端面に一体に固定された第２回転体７とから概略構成されている。

第１回転体３は、クランクシャフト（図示せず）の回転駆動力を受けるスプロケット１１ａを外側に有しかつ上記カムシャフト５の端面近傍の外周面に摺接する軸受部（図示せず）を内側に有するハウジング１１と、このハウジング１１に隣接して配され、内側に径方向内方へ突出して複数の空間を形成するための複数（図１に示すように４つ）のシュー１３ａを有するケース１３と、このケース１３の内空間を塞ぐカバー１５とから概略構成されており、ボルト１７により３者一体に締結固定されている。

第２回転体７は、矢印方向に回転するカムシャフト５の端面にワッシャ１８を介してボルト１９により一体に締結されたボス部７ａとこのボス部７ａの外周部から径方向外方へ突出する複数のベーン７ｂとを有するロータ（以下、第２回転体７をベーンロータ７と称する）である。ベーンロータ７の各ベーン７ｂはケース１３のシュー１３ａにより形成された複数の内空間を、ベーンロータ７を第１回転体３に対して進角側に相対回動させる際に油圧の供給を受ける複数の進角油圧室２１と、ベーンロータ７を第１回転体３に対して遅角側に相対回動させる際に油圧の供給を受ける複数の遅角油圧室２３とに区画している。各進角油圧室２１には、カムシャフト５の内部に形成された第１油路２５の一端が接続されており、各遅角油圧室２３には、同じくカムシャフト５の内部に形成された第２油路２７の一端が接続されている。第１油路２５および第２油路２７の各他端はオイルコントロールバルブ（図示せず。以下、ＯＣＶという）を介してオイルポンプ（図示せず）およびオイルパン（図示せず）まで達している。

また、このバルブタイミング調整装置１におけるベーンロータ７の１つのベーン７ｂには、ハウジング１１との対向面に軸線方向に底２９ａのロックピン収納孔２９が形成されている。このロックピン収納孔２９の底２９ａには、収納孔２９内の空間を大気に連通させる背圧排出孔３７が形成されている。また、ロックピン収納孔２９の底２９ａとロックピン３１の底３１ａとの間には、ロックピン３１を軸方向へ常に付勢するコイルスプリング（付勢手段）３９が配設されている。

一方、ハウジング面には、ケース１３に対するベーンロータ７の相対位置が最遅角位置（初期位置）にあるときに、上記ロックピン３１がコイルスプリング３９の付勢力により軸方向へ前進して係合する係合凹部４１が形成されている。なお、この係合凹部４１と第１油路２５との間には、第３油路としてのロック解除油路４２が設けられている。

なお、ベーンロータ７におけるベーン７ｂの最外周部およびケース１３におけるシュー１３ａの最内周部は、進角油圧室２１と遅角油圧室との間におけるオイルの流動を阻止するためにクリアランスを微少にしてもよいが、図示例はシール部材と付勢部材からなるシール手段４５を設けている。

次に動作について説明する。
まず、エンジン停止時においては、バルブタイミング調整装置１の進角油圧室２１および遅角油圧室２３内のオイルが第１油路２５、第２油路２７およびＯＣＶ（図示せず）等を経由してオイルパン（図示せず）へ戻されるため、ロックピン３１がコイルスプリング３９の付勢力により係合孔４１に係合して第１回転体３とベーンロータ７との相対回動が最遅角位置に存在する初期位置に規制されている。このとき、ロックピンは係合凹部の壁面に斜め方向から当接するため、ロックピンは付勢手段としてのコイルスプリング３９の付勢力により、第１回転体とベーンロータとに相対回転力を付与する。この結果、ロックピンが係合凹部の壁面に当接した初期では、図３（ｂ）に示すように、第１回転体とベーンロータとの間にはクリアランスＣがあるが、図３（ａ）に示すように、ロックピンが係合凹部に十分係合すると、第１回転体とベーンロータとに相対回転によってクリアランスＣはなくなり、両者は一体化する。

次に、エンジン始動によりオイルポンプ（図示せず）が運転されると、オイルがオイルパン（図示せず）からＯＣＶ（図示せず）、第１油路２５を経由してバルブタイミング調整装置１の進角油圧室２１に供給される。第１油路２５からロック解除油路４２を経由してロックピン３１の先端部分に進角油圧が作用すると、ロックピン３１がコイルスプリング３９の付勢力に抗して押し戻されて係合孔４１から抜け出る。このとき、第１回転体３とベーンロータ７は相対回動可能となる（ロック解除状態）。

ロック解除状態における第１回転体３とベーンロータ７は、そのときに進角油圧室２１へ供給される進角油圧により、所定の回動角度だけ、進角側への相対回動が許される。

以上のように、この実施の形態１によれば、ロックピンを係合凹部の壁面に斜め方向から当接させ、当接力で第１回転体とベーンロータとに相対回転力を付与するように構成したので、ベーンロータが最遅角になる手前からロックピンが係合凹部の壁面に当接をはじめる。当接開始時は、ロックピンの先端のみが係合しこの状態でベーンロータの進角移動を抑制することができるが、遅角方向には微小角度回動自在となっている。

この状態より、ベーンロータが遅角方向に回動すると、収納穴２９からのロックピン３１の飛び出し量が増え、係合凹部４１の奥側にて該係合凹部の壁面とロックピンが係合し、遅角方向への回動可能な角度が減少する。そして、最終的にベーンロータが最遅角位置になった時、第１回転体のシュー１３ａとベーンロータのベーン７ｂが当接するため、これ以上、遅角側へ回動することができず、収納穴２９から飛び出したロックピン３１と係合凹部４１の壁面が当接することにより、進角側への回動も抑制する。この結果、ロックピン３１と収納穴２９のクリアランスに起因した角度ずれを解消することができ、打音の発生も生じることがない。

また、収納穴２９は収納したロックピン３１が係合凹部４１の壁面に斜め方向から当接するように設けてあり、ベーンロータ７に進角方向の力が加わった場合、ロックピン３１を解除する方向に分力が働くが、収納穴２９の傾きが小さくかつこの傾きによりロックピン３１が収納穴内壁に押し付けられるため、前記分力だけではロックピン３１が不用意に係合凹部４１から解除されることがなく、弟３油路４２から供給される油圧のみでロックピン３１を解除できる。これにより、収納穴２９、係合凹部４１、ロックピン３１のいずれもがテーパ形状を有していないことにより、簡素で製作可能でかつ信頼性の高いロックピン構造が可能となる。

また、収納穴２９と係合凹部４１の位置関係がずれた場合でも、ロックピン３１の係合深さが変わるのみで、ロックピン１の係合の信頼性は変化することがなく、係合凹部４１の位置精度をラフにすることができる。さらに、係合凹部４１を溝形状とすることにより、係合凹部４１の位置精度を緩和することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、収納穴２９は係合凹部４１の軸線に対し傾斜しており、収納穴２９から飛び出したロックピン３１の先端は、その一辺の稜線が線状に係合凹部の壁面に当接する。そこで、この実施の形態２では、図４に示すように、ロックピン先端部の係合凹部４１の壁面対向面３１ａを該係合凹部の壁面と平行となるようにテーパ状に形成したもので、このテーパによりロックピン先端部は係合凹部４１の壁面に面接触することができる。この結果、ロックピン先端部と係合凹部４１の壁面との係合の信頼性が向上する。また、係合状態でのベーンロータに進角力が作用しても、ロックピン解除方向に分力が働かないため、さらに信頼性が向上する。

実施の形態３．
前記実施の形態１，２では、ロックピン３１の収納穴２９をベーンロータ７のベーン７ｂに設け、ロックピン３１の係合凹部４１を第１回転体３のハウジング１１に設けたものであるが、この実施の形態３では、図５、図６に示すように、ロックピン３１の収納穴２９を第１回転体３のシュー１３ａに設け、ロックピン２９の係合凹部４１をベーンロータ７のボス部７ａの外周面に設けたものである。図５は後述する図６のＶ−Ｖ線に沿う横断面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う縦断面図である。

この実施の形態３におけるロックピン３１の収納穴２９は、ロックピン３１の先端部が係合凹部４１の壁面に斜め方向から当接し、第１回転体とベーンロータとに相対回転力を付与するように、第１回転体３のシュー１３ａに該第１回転体の端面に向かって傾斜して形成されているもので、この点で実施の形態１，２とは異なるが、動作および作用効果は上記した実施の形態１，２と同じである。また、この実施の形態３では、収納穴２９の機械加工が第１回転体３のシュー１３ａの内面側より可能であり、かつ有低底２９ａとすることができるため、収納穴底２９ａとロックピン３１の底３１ａとの間に介在させ、ロックピン３１を突出方向に付勢する付勢部材３９の離脱を防止するための係止部材を不要とすることができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、ロックピン３１の収納穴２９は、第１回転体３のシュー１３ａに該第１回転体の端面に向かって傾斜して形成している。このため、シュー端面に工具５０の先端を傾斜させて当接させて収納穴加工を行うことになり、工具５０の先端がシュー端面をすべり、加工位置からずれる可能性が高く、精度の高い加工がしにくい。そこで、この実施の形態４では、図７に示すように、ロックピン３１の収納穴２９を加工するシュー端面を工具５０の加工方向と交差するように欠除して、加工ガイド面１３ｂを形成したものである。

この実施の形態４の構成によれば、第１回転体３のシュー１３ａの加工ガイド面１３ｂに交差方向から工具５０を進行させるため、工具５０は第１回転体３のシュー１３ａの加工ガイド面１３ｂを滑ることがなく、所定位置に精度よくロックピン３１の収納穴２９を加工することができる。

実施の形態５．
実施の形態１乃至４は、ハウジング１１の外周面にスプロケット１１ａを一体形成しているが、この実施の形態５では、図８に示すように、ケース１３の外周面にスプロケット１１ａを形成したもので、第１回転体３を薄くして軽量化を図ることができるとともに、クランクシャフトからの動力がバランスよく第１回転体３に伝達される。

実施の形態６．
実施の形態１乃至５では、ロックピン３１の収納穴２９を係合凹部４１の壁面に角度をつけて斜め方向から当接させるように構成したものであるが、図９に示すように、ロックピン収納穴２９を回転軸と平行に形成し、この収納穴２９に出入りするロックピン３１に対し、このロックピン３１の先端部に壁面が斜めに当接するように係合凹部４１を形成したもので、作用効果は実施の形態１乃至５と同じである。

この発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す図で、後述する図２のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図である。 第１回転体に対してベーンロータが最遅角位置にある状態を示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う拡大縦断面図である。 この発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置の要部の縦断面図である。 この発明の実施の形態３によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す図で、後述する図６のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う横断面図である。 この発明の実施の形態４による第１回転体のシューにロックピン収納穴を加工する状態を示す概要図である。 この発明の実施の形態５によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態５によるロックピンと係合凹部との関係を示す縦断面図である。

符号の説明

１ バルブタイミング調整装置、３ 第１回転体、５ カムシャフト、７ ベーンロータ（第２回転体）、７ａ ボス部、７ｂ ベーン、１１ ハウジング、１１ａ スプロケット、１３ ケース、１３ａ シュー、１５ カバー、１７ ボルト、１８ ワッシャ、１９ ボルト、２１ 進角油圧室、２３ 遅角油圧室、２５ 第１油路、２７ 第２油路、２９ 収納孔、２９ａ 穴底、３１ ロックピン、３７ 背圧排出孔、３９ コイルスプリング（付勢部材）、４１ 係合凹部。

Claims (7)

1. カムシャフトの軸受け部を有するハウジング、内側に複数の突起状のシューを有し該シュー間で油圧室を形成するケース、前記油圧室を塞ぐカバーを一体固定しクランクシャフトと一体回転する第１回転体と、
   前記油圧室をそれぞれ進角油圧室と遅角油圧室とに分ける複数のベーンを有し前記第１回転体内で所定角度だけ相対回動可能で吸気または排気のカムシャフトと一体固定された第２回転体と、
   前記進角油圧室と遅角油圧室とに作動油を供給および排出可能な油圧給排手段と、
   前記第１回転体または第２回転体の一方に設けられた係合凹部と、
   前記第１回転体または第２回転体の他方に設けられた収納穴に収納され、前記油圧給排手段による油圧が低下し、付勢手段による付勢力で突出し、前記係合凹部の壁面に斜め方向から当接して前記第１回転体と第２回転体とに相対回転力を付与するロックピンとを備え、
   前記収納穴は、前記係合凹部の側壁面と前記ロックピン先端の稜線が当接するように斜め方向に設けたことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 第１回転体のハウジングに対向する第２回転体のベーン面に回転軸に角度をつけてロックピンの収納穴を形成した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. 第２回転体の外周面に対向する第１回転体のシュー内周面に放射方向に角度をつけてロックピンの収納穴を形成した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。
4. 第２回転体の外周面に対向する第１回転体のシュー内周面の収納穴加工面に該収納穴軸と交差する加工ガイド面を設けたことを特徴とする請求項３記載のバルブタイミング調整装置。
5. 係合凹部の壁面に斜め方向から当接するロックピン先端部を、係合凹部の壁面と平行となるようにテーパ形状とした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。
6. 係合凹部を、溝形状とした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。
7. 回転軸と平行移動するロックピン先端に壁面が斜め方向から当接する係合凹部を形成した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。

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