JP5115765B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置において吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置（内燃機関用バルブタイミング調整装置）に関する。

この種の弁開閉時期制御装置の一つとして、内燃機関の駆動軸（クランクシャフト）から内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも何れか一方を開閉する従動軸（カムシャフト）に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、駆動軸と一体的に回転するハウジング部材と、該ハウジング部材に相対回転可能に組付けられて、従動軸と一体的に回転するロータ部材と、該ロータ部材とハウジング部材とを相対回転させて駆動軸と従動軸との相対回転位相を変更する位相変更機構とを備えたものがあり、例えば特開平１０−１５９５１４号公報、特開平１１−９３６２７号公報及び特開平１１−１１７７１７号公報に示されている。

この公報の弁開閉時期制御装置においては、ロータ部材が従動軸に締結ボルトにより固定されると共に、ハウジング部材が従動軸に回転可能に支承されるようになっている。

特開平１０−１５９５１４号公報 特開平１１−９３６２７号公報 特開平１１−１１７７１７号公報

ところで、一般的に、従動軸の形状は、内燃機関によって異なっている。そのため、上記した公報の弁開閉時期制御装置においては、多種の内燃機関への搭載にあたって、従動軸の形状の異なる内燃機関毎にロータ部材及びハウジング部材の形状を適宜変更する必要がある。その結果、当該弁開閉時期制御装置の生産性が阻害され、製造コストが増大するという問題があった。

ゆえに、本発明は、当該弁開閉時期制御装置において、異なる多種の内燃機関への搭載時における生産性を向上させ、製造コストを低減することを、その課題とする。

上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、内燃機関の駆動軸から吸気弁及び排気弁の少なくとも一方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、前記駆動軸と一体に回転するハウジング部材と、該ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ、前記従動軸と一体的に回転するロータ部材と、該ロータ部材と前記ハウジング部材とを相対回転させて前記駆動軸と前記従動軸との相対回転位相を変更する位相変更機構と、を備えてなる弁開閉時期制御装置において、前記ロータ部材と前記従動軸との間に連結部材を設け、該連結部材を介して前記ロータ部材を締結部材により前記従動軸に固定し、前記位相変更機構は、前記ロータ部材と前記ハウジング部材との間に形成される油室を有し、前記連結部材は、前記従動軸に対向する面、前記面に形成された環状溝、及び前記環状溝と接続して途中で屈曲せずに前記従動軸の軸方向に延びて前記ロータ部材に形成された軸方向の通路と接続する軸方向通路を備え、前記油室への作動油の給排を、前記連結部材の前記環状溝及び前記軸方向通路並びに前記ロータ部材の前記軸方向の通路を介して行うことである。

本発明による弁開閉時期制御装置においては、従動軸の形状が異なる内燃機関であっても、ロータ部材及びハウジング部材の形状を変更することなく、連結部材のみを適宜変更することで装置の内燃機関への取り付けを行うことができる。よって、異なる内燃機関においても、連結部材を除く他の構成部品は全て共通して使用することができ、当該弁開閉時期制御装置の生産性が向上し、製造コストを低減することができる。

本発明による弁開閉時期制御装置の第１実施形態を示す図３の１−１線断面図である。 図１に示した弁開閉時期制御装置の正面図である。 図１に示した弁開閉時期制御装置の背面図である。 図１に示したスプロケットを省略した図１の４−４線断面図である。 図１に示したスプロケット及びサブロータを省略した図１の５−５線断面図である。 図１に示したスプロケットを省略した図１の６−６線断面図である。 図１の７−７線断面図である。 本発明の第２実施形態を示す断面図である。 図８に示す連結部材とスナップリングの斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図７に示した本発明の第１実施形態による弁開閉時期制御装置は、カムシャフト１０の先端部に一体的に組付けたロータ部材２０と、該ロータ部材２０に所定範囲で相対回転可能に外装されたハウジング部材３０と、ハウジング部材３０とロータ部材２０間に介装されてハウジング部材３０に対してロータ部材２０を進角側に常時付勢するトーションスプリングＳと、ハウジング部材３０とロータ部材２０の初期位相（最遅角位置）と最進角位置を規定するストッパ機構Ａと、初期位相にてハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を規制するロック機構Ｂを備えるとともに、後述する進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２への作動油の給排を制御するとともにロック機構Ｂのロック・アンロックを制御する油圧回路Ｃを備えている。

カムシャフト１０は、吸気弁（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、内燃機関のシリンダヘッド４０に回転自在に支持されており、内部にはカムシャフト１０の軸方向に延びる進角通路１１と遅角通路１２が設けられている。進角通路１１は、径方向の通路１３と環状の通路１４と接続通路Ｐ１を介して制御弁１００の接続ポート１０１に接続されている。また、遅角通路１２は、径方向の通路１５と環状の通路１６と接続通路Ｐ２を介して制御弁１００の接続ポート１０２に接続されている。尚、径方向の通路１３、１５と環状の通路１６は、カムシャフト１０に形成されており、環状の通路１４は、カムシャフト１０とシリンダヘッド４０の段部間に形成されている。

制御弁１００は、オイルポンプ１１０、オイル溜１２０等とにより油圧回路Ｃを構成していて、ソレノイド１０３への通電によってスプール１０４をスプリング１０５に抗して図１の左方向へ移動できるものであり、非通電状態では内燃機関によって駆動されるオイルポンプ１１０に接続された供給ポート１０６が接続ポート１０２に連通するとともに、接続ポート１０１がオイル溜１２０に接続された排出ポート１０７に連通するように、また第１設定電流の通電状態では供給ポート１０６と排出ポート１０７が各接続ポート１０１、１０２との連通を遮断されるように、さらに第１設定電流よりも大きい第２設定電流の通電状態では供給ポート１０６が接続ポート１０１に連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０７に連通するように構成されている。

このため、ソレノイド１０３の通電状態では、オイルポンプ１１０から遅角通路１２に作動油が供給されるとともに、進角通路１１からオイル溜１２０に作動油が排出され、第１設定電流の通電状態では、進角通路１１と遅角通路１２に作動油が溜められ、第２設定電流の通電状態では、オイルポンプ１１０から進角通路１１に作動油が供給されるとともに、遅角通路１２からオイル溜１２０に作動油が排出される。

ロータ部材２０は、メインロータ２１と、このメインロータ２１の前（図１の左）に一体的に組付けた段付筒状のサブロータ２２によって構成されていて、メインロータ２１の後（図１の右）に配設される段付筒状の連結部材２３を介してボルト５０（締結部材）によってカムシャフト１０の前端に一体的に固着されており、ボルト５０の頭部によって前端を閉塞された各ロータ２１、２２、２３の中心内孔はカムシャフト１０に設けた進角通路１１に連通している。

メインロータ２１は、サブロータ２２及び連結部材２３が同軸的に組付けられるハブ部２１ａと、このハブ部２１ａから径外方に延びてハウジング部材３０内に４個の進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２を区画形成する４個のベーン部２１ｂを有していて、各ベーン部２１ｂの径方向外端には進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２間をシールするためのシール部材２４が夫々組付けられている。

また、メインロータ２１のハブ部２１ａには、径方向内端にて中心内孔を通して進角通路１１に連通し径方向外端にて進角油室Ｒ１に連通する径方向の通路２１ｃが４個設けられるとともに、遅角通路１２に連通する軸方向の通路２１ｄと、径方向内端にて通路２１ｄに連通し径方向外端にて遅角油室Ｒ２に連通する径方向の通路２１ｅが夫々４個設けられている。

４個の軸方向通路２１ｄのうち対向する２個（図４〜図６の左上、右下に示したもの）は、メインロータ２１を軸方向に貫通していて、連結部材２３に設けた軸方向通路２３ａと環状通路２３ｂ（図１及び図３参照）を通して遅角通路１２に連通しており、残りの対向する２個（図４〜図６の右上、左下に示したもの）は、メインロータ２１のフロント側にのみ開口していて、サブロータ２２の後面に形成した一対の円弧状連通溝２２ａ（図１及び図５参照）を通して貫通した軸方向通路２１ｄに連通している。尚、図４〜図６の上方に示した軸方向の孔２１ｆはメインロータ２１とサブロータ２２を連結するピン（図示省略）を取り付けるためのものである。

ハウジング部材３０は、ハウジング本体（円筒状部材）３１と、フロントプレート３２と、リヤ薄肉プレート（第１プレート）３３と、リヤ厚肉プレート（第２プレート）３４と、これらを一体的に連結する４本のボルト３５によって構成されていて、リヤ厚肉プレート３４の外周にはスプロケット３４ａが一体的に形成されている。スプロケット３４ａは、周知のように、タイミングチェーン（図示省略）に連結されていて、クランクシャフトからの駆動力が伝達されるように構成されている。

ハウジング本体３１は、径内方に突出する二対４個のシュー部３１ａを有していて、各シュー部３１ａの径方向内端にてシール部材３６を介してメインロータ２１のハブ部２１ａを相対回転可能に支承している。フロントプレート３２とリヤ薄肉プレート３３は、軸方向の対向する端面にて、メインロータ２１のハブ部２１ａｏ軸方向端面外周と、各ベーン部２１ｂの軸方向端面全体と、各シール部材３６の軸方向端面全体に夫々摺動可能に接している。

リヤ厚肉プレート３４は、図１及び図７に示したように、フロント側に開口するとともに径内方に開口しフロント側の開口をリヤ薄肉プレート３３（図７には内周縁のみが仮想線で示されている）によって閉塞される収容溝３４ｂをハブ部３４ｃに有していて、ハブ部３４ｃの内周（内周支承面）にて連結部材２３の外周（外周面）に相対回転可能に支承されており、収容溝３４ｂにはロックキー６１とロックスプリング６２とがリヤ厚肉プレート３４と一体回転可能に組付けられている。

ロックキー６１は、断面矩形に形成されていて、径内方の先端部６１ａが連結部材２３のハブ部２３ｃ外周に形成したフリー凹所２３ｄに向けて常時突出する長さ（収容溝３４ｂの径外方端に当接するまで径外方に移動しても先端部６１ａが収容溝３４ｂから突出する長さを有しており、径方向外側にはフロント側と径外方に開口してロックスプリング６２の一部を収容する溝６１ｂが形成されている。尚、収容溝３４ｂの径外方端は通孔３４ｄ（図１及び図３参照）を通して開放されていて、ロックキー６１の迅速な径方向移動が保証されている。

フリー凹所２３ｄは、周方向に延びて円弧形状に形成されており、ハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を許容した状態でロックキー６１の先端部６１ａを収容するようになっている。このフリー凹所２３ｄの周方向一端には、ロックキー６１の先端部６１ａとの当接により初期位相（最遅角位置）を規定するストッパ面２３ｅが形成され、ストッパ面２３ｅに沿って連続的にロック凹所２３ｆが形成されている。また、フリー凹所２３ｄの周方向他端には、ハウジング部材３０に対するロータ部材２０の最大相対回転量（最進角位置）を規定する第２のストッパ面２３ｇがストッパ面２３ｅに対向して形成されている。

ロックスプリング６２は、ロックキー６１を常時フリー凹所２３ｄの底面部、即ち、リヤ厚肉プレート３４の径方向内方に向けて付勢しており、従って、ロックキー６１はリヤ厚肉プレート３４においてフリー凹所２３ｄへの収容方向（リヤ厚肉プレート３４の径方向）において摺動可能とされている。

ロック凹所２３ｆは、図７にて示したように、前記初期位相にてロックキー６１の先端部６１ａを周方向移動不能に収容可能であり、底部には径方向内端にて進角通路１１に連通する径方向の通孔２３ｈが開口していて、通孔２３ｈを通して進角通路１１から作動油が供給されると、ロックキー６１がロックスプリング６２に抗して径外方に押動されて図７の仮想線にて示した位置まで退避し、通孔２３ｈを通して作動油が進角通路１１に排出されると、ロックキー６１がロックスプリング６２の付勢力によりロック凹所２３ｆに向けて押動されてロックキー６１の先端部６１ａがロック凹所２３ｆに嵌合して収容されるようになっている。

上記のように構成した本実施形態においては、内燃機関の始動時において内燃機関の始動によって駆動されるオイルポンプ１１０から制御弁１００を介して進角通路１１及び遅角通路１２に作動油が供給されていないとき、図７に示したように、ロックキー６１がロックスプリング６２の付勢力によりロック凹所２３ｆに嵌合して収容されている。

したがって、吸気弁を駆動する際にカムシャフト１０に正・負の反転トルクが生じても、ロータ部材２０がハウジング部材３０に対して相対回転することをロックキー６１によって規制されて、相対的な回転振動を発生することがなく、かかる回転振動に伴う打音の発生が防止される。尚、内燃機関の始動時において制御弁１００が図１の非通電状態にあれば、オイルポンプ１１０から制御弁１００を介して遅角通路１２に作動油が供給されて、遅角油室Ｒ２に向けて作動油が供給される時点から、遅角油室Ｒ２内の油圧によってロータ部材２０とハウジング部材３０の相対回転が規制される。

かかる状態にて、制御弁１００のソレノイド１０３が非通電状態から第２設定電流の通電状態に切り換えられると、供給ポート１０６が接続ポート１０１に連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０７に連通し、進角通路１１に作動油が供給されるとともに、遅角通路１２からオイル溜１２０に作動油が排出される。このため、進角通路１１から連結部材２３の通孔２３ｈを通してロック凹所２３ｆに作動油が供給されるとともに、進角通路１１からメインロータ２１の通路２１ｃを通して進角油室Ｒ１に作動油が供給され、遅角油室Ｒ２からメインロータ２１の通路２１ｅと２１ｄを通して遅角通路１２に作動油が排出される。

したがって、ロック凹所２３ｆに供給された作動油により、ロックキー６１がロックスプリング６２に抗して径外方に押動されて図７の実線位置から仮想線位置に移動退避するとともに、進角油室Ｒ１に供給された作動油により、ロータ部材２０が図４の時計方向に押動されてハウジング部材３０に対して最遅角位置から進角側に向けて相対回転する。このロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転は、連結部材２３に形成した第２のストッパ面２３ｇとロックキー６１の先端部６１ａが当接するまで可能である。

また、制御弁１００のソレノイド１０３が第２設定電流の通電状態から第１設定電流の通電状態に切り換えられると、供給ポート１０６と排出ポート１０７が各接続ポート１０１、１０２との連通を遮断されて、進角通路１１と遅角通路１２に作動油が溜められるため、進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２に作動油が溜められた状態とされて、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転が規制された状態となる。

また、制御弁１００のソレノイド１０３が第１設定電流の通電状態から非通電状態に切り換えられると、供給ポート１０６が接続ポート１０２に連通するとともに、接続ポート１０１が排出ポート１０７に連通し、遅角通路１２に作動油が供給されるとともに、進角通路１１からオイル溜１２０に作動油が排出される。このため、遅角通路１２からメインロータ２１の通路２１ｄと２１ｅを通して遅角油室Ｒ２に作動油が供給され、進角油室Ｒ１からメインロータ２１の通路２１ｃを通して進角通路１１に作動油が排出される。

したがって、遅角油室Ｒ２に供給された作動油により、ロータ部材２０が図４の反時計方向に押動されてハウジング部材３０に対して遅角側に向けて相対回転する。このロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転は、連結部材２３に形成したストッパ面２３ｅとロックキー６１の先端部６１ａが当接するまで可能である。このときには、ロック凹所２３ｆから進角通路１１に作動油が排出可能であるため、連結部材２３に形成したストッパ面２３ｅとロックキー６１の先端部６１ａとが当接する最遅角位置までロータ部材２０がハウジング部材３０に対して相対回転すると、ロックキー６１がロックスプリング６２によって押動されて、ロックキー６１の先端部６１ａがロック凹所２３ｆに嵌合して収容される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、制御弁１００のソレノイド１０３への通電状態を制御することにより、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転位置を最遅角位置から最進角位置までの範囲の任意の位置に調整することができて、内燃機関の駆動時における弁開閉時期を適宜に調整することができる。尚、内燃機関の停止時には、ロックキー６１の先端部６１ａがロック凹所２３ｆに嵌合して収容されるように、ソレノイド１０３への通電状態が制御される。

また、本実施形態においては、メインロータ２１とカムシャフト１０の前端との間に連結部材２３が介装され、連結部材２３はメインロータ２１及びサブロータ２２と共にボルト５０によりカムシャフト１０に一体的に固着されている。このため、カムシャフトの形状の異なる他種の内燃機関へ当該弁開閉時期制御装置を取り付ける際には、メインロータ２１の形状（通路等）及びハウジング部材３０のリヤ厚肉プレート３４の形状（内径）を変更することなく、必要に応じて連結部材２３の形状のみを適宜変更するだけで取り付けが可能とされる。したがって、連結部材２３を除く他の構成部品は全て異なる内燃機関においても共通して使用することが可能となり、当該弁開閉時期制御装置の生産性が向上し、製造コストを低減することが可能となる。

また、連結部材２３に軸方向通路２３ａ及び環状通路２３ｂを設けることにより、カムシャフト１０に設けられる通路の構成の簡素化を図ることができ、しかも連結部材２３の軸方向通路２３ａ及び環状通路２３ｂは焼結材等の型成形で連結部材２３を形成する際に同時に型で形成することが可能であるため、当該弁開閉時期制御装置の製造コストを更に一層低減することが可能である。あるいは、連結部材２３を樹脂材料の射出成形等で形成することも可能である。この場合においても軸方向通路２３ａ及び環状通路２３ｂを同時に型で形成することも可能である。

図８及び図９は、本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態において、上記した第１実施形態と同じ構成には、図８及び図９に第１実施形態と同じ番号符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８において、連結部材２３の外周面に相対回転可能に支承されるリヤ厚肉プレート３４のハブ部の内周（内周支承面）には、環状溝３４ｅが形成されている。尚、本実施形態においては、環状溝３４ｅの一部はロックキー６１を収容する収容溝により形成されている。図９に示されるように、連結部材２３の外周面には、環状溝３４ｅに対向して環状溝２３ｉが形成されている。尚、本実施形態においては、環状溝２３ｉの一部はフリー凹所により形成されている。

両環状溝３４ｅ及び２３ｉ内には、図９に示されるように、弾性を有するスナップリング７０が配設されている。スナップリング７０は、両環状溝３４ｅ及び２３ｉ内に配設された状態で、その周方向の開口長さがロック凹所の周方向長さと同等となるような周方向長さを有し、また自由状態での径が環状溝３４ｅの径よりも大きくなるように設定されている。

また、本実施形態においては、環状溝３４ｅの深さ（厚肉プレート３４の径方向の長さ）は、スナップリング７０の線径の１／２相当に設定されており、また環状溝２３ｉの深さ（連結部材２３の径方向長さ）は、スナップリング７０の線径相当に設定されている。これにより、連結部材２４とリヤ厚肉プレート３４を組付ける際には、スナップリング７０を環状溝２３ｉ内に押し込んだ状態で連結部材２４をリヤ厚肉プレート３４内に嵌挿し、両環状溝２３ｉ及び３４ｅが対向した際に、スナップリング７０の径方向内周部が環状溝２３ｉに係止された状態で、スナップリング７０の径方向外周部が弾撥的に環状溝３４ｅ内に係止される。尚、スナップリング７０の弾性力は非常に小さく設定されており、リヤ厚肉プレート３４と連結部材２３間の相対回転を阻害しないようになっている。

以上のように、本第２実施形態においては、スナップリング７０が両環状溝２３ｉ及び３４ｅに軸方向に係止されることで、連結部材２３とリヤ厚肉プレート３４の相対回転を許容しつつ、連結部材２３とリヤ厚肉プレート３４の軸方向の相対移動を阻止することができる。これにより、当該弁開閉時期制御装置を図８に示すロータ部材２０とハウジング部材３０との組付状態にて輸送等を行う際に、連結部材２３が脱落することが防止される。

また、環状溝２３ｉは、フリー凹所及びロック凹所に連通されるため、ロックキーを解除する作動油を連結部材２３とリヤ厚肉プレート３４間の支承部に供給することができる。このため、連結部材２３とリヤ厚肉プレート３４間の支承部の潤滑が常に良好に保たれ、支承部の凝着や摩耗を防止することができて、当該弁開閉時期制御装置の信頼性を向上することができる。

また、本実施形態においては、吸気弁（図示省略）の開閉時期を制御するのに本発明を実施したが、排気弁の開閉時期を制御するのに本発明を実施することも可能である。

１０ カムシャフト（従動軸）
２０ ロータ部材
２１ メインロータ
２１ｂ ベーン部（位相変更機構）
２２ サブロータ
２３ 連結部材
２３ｆ ロック凹所
２３ｈ 通孔
２３ｉ 環状溝
３０ ハウジング部材
３１ ハウジング本体
３１ａ シュー部
３２ フロントプレート
３３ リヤ薄肉プレート
３４ リヤ厚肉プレート
３４ｅ 環状溝
６１ ロックキー（ロック部材）
６２ ロックスプリング
７０ スナップリング（係止部材）
１００ 制御弁
１１０ オイルポンプ
１２０ オイル溜
Ｒ１ 進角油室
Ｒ２ 遅角油室
Ｂ ロック機構
Ｃ 油圧回路

Claims (1)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁及び排気弁の少なくとも一方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、前記駆動軸と一体に回転するハウジング部材と、
   該ハウジング部材に相対回転可能に組付けられ、前記従動軸と一体的に回転するロータ部材と、
   該ロータ部材と前記ハウジング部材とを相対回転させて前記駆動軸と前記従動軸との相対回転位相を変更する位相変更機構と、
   を備えてなる弁開閉時期制御装置において、
   前記ロータ部材と前記従動軸との間に連結部材を設け、該連結部材を介して前記ロータ部材を締結部材により前記従動軸に固定し、
   前記位相変更機構は、前記ロータ部材と前記ハウジング部材との間に形成される油室を有し、
   前記連結部材は、前記従動軸に対向する面、前記面に形成された環状溝、及び前記環状溝と接続して途中で屈曲せずに前記従動軸の軸方向に延びて前記ロータ部材に形成された軸方向の通路と接続する軸方向通路を備え、
   前記油室への作動油の給排を、前記連結部材の前記環状溝及び前記軸方向通路並びに前記ロータ部材の前記軸方向の通路を介して行う弁開閉時期制御装置。

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