JP5335094B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の運転状況に応じて排気バルブの開閉タイミングを自動的に変化させるバルブタイミング調整装置に関するものである。

この種のバルブタイミング調整装置は、内燃機関の排気バルブを開閉駆動するカムシャフトと、このカムシャフトの上に回転自在に設けられて内燃機関の出力で回転駆動されるケースと、このケース内部に相対的回転可能に収納されてカムシャフトに連結されたロータと、機械的付勢力で作動してケースとロータとの相対回転を拘束し、機械的付勢力に抗する方向の内部油圧室内からの流体制御圧力で作動して拘束を解除するロック手段とを有する構成である。

このような構成のバルブタイミング調整装置を排気側への適用を目的として、内部油圧室内にロータを進角方向に付勢する手段としてアシストスプリングを配置したものが提案されている。そして、そのアシストスプリングを保持する構成として、例えば、特許文献１には、樹脂製の保持部材をロータおよびケースに設けた凹部に挿入する構成が開示されている。

特許第３９６４２０７号公報

上記のように特許文献１には、アシストスプリングの両端を保持する一対の保持部材を設定することは記載されているが、軸方向長さやアシストスプリング挿入穴入り口形状の詳細な点については述べられておらず、実際の使用に当たっては、保持部材が凹部との隙間の範囲で傾いたり熱膨張等により両端のカバーとハウジング間で突っ張った状態となり、摩擦によるロータ作動速度の低下やカバーおよびハウジングとの摺動面が磨耗することによる漏れ増加等の不具合が懸念されるという課題があった。

この発明は油圧室内に設置されるアシストスプリングを保持する保持部材に起因する、上記のような課題を解消するためになされたもので、作動速度低下や耐久性の低下などを解決したバルブタイミング調整装置を提供す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、ケースの内周面に形成された複数のシューと、ケース内に相対回転可能に収納されたロータの外周面に各シューの周方向両側壁面との間で遅角油圧室と進角油圧室を形成する複数のベーンと、進角油圧室のシューとベーンとの径方向壁面に対向して設けられた凹部と、凹部に軸線方向から挿入配設される保持部材と、シュー側の保持部材と前記ベーン側の保持部材との間に配設されロータを進角方向に付勢するアシストスプリングとを備え、ベーン側に設けられた保持部材の軸方向長さとケースのロータの軸方向長さから形成されるクリアランスを、保持部材と凹部との隙間から生じる該保持部材の傾きを考慮した軸方向長さ増加分と熱膨張による増加分の和以上になるように設定し、ベーンの径方向壁面に設けられた凹部に開口を狭める抜け止め防止部を設け、保持部材に抜け止め防止部と当接する第１のテーパ部を形成し、保持部材に設けた第２のテーパ部のアシストスプリングの軸方向の幅を、最進角位置セット時のアシストスプリング線間距離よりも大きくなるように設定したものである。

この発明によれば、アシストスプリング組み付け性の向上のために、ベーン側に設けられた保持部材のロータの軸方向長さとケースのロータの軸方向長さから形成されるクリアランスを、保持部材と凹部との隙間から生じる該保持部材の傾きを考慮したロータの軸方向長さ増加分と熱膨張による増加分の和以上になるように設定したので、保持部材はベーンやシューの凹部との間に設けた隙間の範囲内で傾いたり、油温上昇時の熱膨張（ロータ、ケースは鉄系材料であり、樹脂製保持部材より線膨張係数は小さい）や、保持部材とアシストスプリング組み付け時の保持部材の傾き、ロータ作動や振動による傾きが生じても、両端のカバーおよびハウジングとの間で突っ張った状態となったり、摩擦によるロータ作動速度の低下やカバー摺動面が摩耗することによる漏れ増加などの不具合を確実に防止することができる。

この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図２の２−２線に沿う径方向の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１の１−１線に沿う軸方向の断面図である。 ベーンの凹部に挿入された保持部材のアシストスプリング挿入穴にアシストスプリングを組み付けた状態を示す正面図である。 図３の３−３線に沿う縦断側面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図２の２−２線に沿う径方向の断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１の１−１線に沿う軸方向の断面図である。

図において、ケース１は、図示しないクランクからの駆動力を伝達するスプロケット部２を外周に形成し、内周部には油圧室を形成するシュー３ａ〜３ｄを有している。ロータ４は、ケース１のシュー３ａ〜３ｄで形成された４つの油圧室を進角側油圧室５ａ〜５ｄと遅角側油圧室６ａ〜６ｄに区画すると共に油圧の受圧部でもあるベーン７ａ〜７ｄがほぼ９０°間隔で外側に配置されている。このロータ４は、ボス部９が所定のクリアランスを有してケース１の内側摺動部８と摺接しており、オイルシールと軸受け機能を有している。

また、ベーン７ａ〜７ｄの先端部には、凹部が形成されており各油圧室間のオイル流れを規制するシール部材１０が配置されている。また、ロータ４はボス部９の内側で図示しないカムシャフトに挿入され、図示しないボルトで締結固定されている。ケース１とロータ４は、図２に示すように、その両端面をカバー１１とハウジング１２で封止されており、それらは４つのボルト１３で締結されている。

以下、ロータ４に形成された油通路について説明する。ロータ４のボス部９には、カムシャフトに形成された図示しない油通路と連通し、径方向に貫通形成された進角側通路１７ａ〜１７ｄおよび遅角側通路１８ａ〜１８ｄがあり、それぞれ進角側油圧室５ａ〜５ｄおよび遅角側油圧室６ａ〜６ｄに連通して作動油を油圧室に供給する構成となっている。

ケース１のシュー３ｂには、径方向に貫通した穴２１が形成されており、ロータ４のボス部９に形成された嵌合穴２２に嵌合することでロータ４を始動時基準位置である最進角位置で規制するロックピン２３が軸方向に移動可能に収容されている。ロックピン２３はスプリング２４で嵌合する方向へ付勢され、スプリング２４はストッパ２５により保持されている。また、ロックピン２３は、嵌合穴２２の底部に開口した遅角側油通路２６により遅角側油圧が印加され、先端部にて受圧することでスプリング２４に抗して径外方向へ後退し、ロータ４の規制を解除することができる。

次にロータ４を進角方向に付勢するアシストスプリング２７について説明する。ロータ４のベーン７ａ（〜７ｄ）とケース１のシュー３ａ（〜３ｄ）には、それぞれ軸方向に貫通した凹部２８、２９が形成されており、この凹部２８、２９にはそれぞれ樹脂製の保持部材３０、３１が挿入されている。アシストスプリング２７は、保持部材３０、３１の側面に形成されたアシストスプリング挿入穴３２、３３に挿入されている。

このようにしてアシストスプリング２７は進角側油圧室内に配置されている。図示例では各油圧室に２本ずつ計８本配置されている。アシストスプリング２７のセット長が最も長くなる最進角位置では、１対の保持部材とアシストスプリング２７の組立て体を機械で挿入しやすい様に組立て性を考慮し、かつセット長に対して保持部材による支持長さが短くアシストスプリング２７が径方向にずれて変形することを防止する目的で、真直ぐになるような配置としている。即ち、図１において、保持部材３０の底面：Ｐと保持部材３１の底面：Ｑが互いに平行になるように配置している。

アシストスプリング２７のセット長が最も短くなる最遅角位置では、アシストスプリング２７は装置内側に対して反るような円弧状になるように配置している。さらに回転動作をするロータ側のベーン７ａ（〜７ｄ）に設けられた凹部２８の開口縁部に抜け止め防止部として開口を狭めるテーパ３５を形成し、保持部材３０の両側面には図４に示すようにテーパ部３５と当接するテーパ３４が形成されている。こうすることでロータ動作時にも誤って凹部２８から保持部材３０が抜けることを防止できる。

保持部材３０、３１の設置目的は、複数のアシストスプリング２７を油圧室内という異形空間に設置する上で、その組立て性を容易にすることにある。従って、保持部材３０、３１と凹部２８、２９の間には保持部材を挿入しやすいように所定の隙間を設定している。この隙間によって、保持部材３０、３１は凹部２８、２９の中でがたつきを持った構成となっており、保持部材３０、３１は隙間の分だけ縦・横方向に傾きを生じる。

ここで、保持部材３０、３１は樹脂で成形されており、その線膨張係数は、保持部材が挿入される空間を形成するケース１（この実施の形態１では鉄系の焼結金属製）よりも大きいため、熱膨張時にケース１内で突っ張らないように保持部材３０、３１の装置軸方向寸法は、線膨張係数の差の分：ΔＴだけ、ケース１より小さく設定している。

しかし、上述の保持部材３０の傾きが生じると、図３に示すように、保持部材３０、３１の装置軸方向寸法は鉛直の場合に比べて見た目上大きくなってしまい、この寸法拡大によって保持部材３０、３１がケース１内で突っ張ってしまう。この状態がロータ側で発生すると、摩擦力上昇により作動速度低下やカバー１１、ハウジング１２の摩耗の原因となる。

つまり、アシストスプリング２７の座面摩耗抑制のため、保持部材３０に例えばガラスなどを添加材として使用した場合、相手材の摩耗は顕著になる。ここで、実施の形態１では、この保持部材３０の傾きによる装置軸方向の寸法増加分：ΔＣをも考慮して、保持部材３０、３１とカバー１１，ハウジング１２との間のクリアランスを、（ΔＴ＋ΔＣ）以上に設定している。なお、保持部材３０の熱膨張分ΔＴは最大４０μｍ、傾き分ΔＣは最大９０μｍである。このようにすることにより、保持部材３０，３１が、がたつきによってもケース１内で突っ張ることなく、安定した装置作動性と耐久性を得ることができる。

また、保持部材３０、３１のアシストスプリング挿入穴３２、３３入り口には、図４に示すように、その幅：Ｌｈが最進角位置におけるアシストスプリング２７の線間距離：Ｌｓよりも大きく（Ｌｈ＞Ｌｓ）なるようなテーパ部３６が形成されている。このように設定することで、ロータ４が最進角位置から遅角方向に動作するにつれ、アシストスプリング２７が徐々に円弧状に変形しながら圧縮していくが（アシストスプリング線間距離が小さくなる）、アシストスプリング素線が保持部材３０の入り口部エッジに引っ掛かることなく、安定してアシストスプリング２７を保持することができる。

次に装置の動作について説明する。まず、エンジン始動時やアイドリング時などバルブタイミング調整装置が基準位置である最進角位置に制御されるとき、図示しないオイルコントロールバルブには通電されておらず、図示しないエンジン内進角側通路を通じて進角側油圧室５に油圧が供給され、ロータ４は最進角位置に固定されている。この時、保持部材３０、３１の底面Ｐ，Ｑは平行となっており、図1に示すようにアシストスプリング２７は真直ぐになっている。また、ロックピン２３は嵌合穴２２と嵌合している。

次いで、回転数の上昇などによりバルブタイミング調整装置に対して遅角作動の指令が出されると、オイルコントロールバルブに所定の電流が印加され、遅角側の出力ポートが開き、図示しないエンジン内遅角側通路を通じて、まずバルブタイミング調整装置の遅角側油通路２６にオイルが供給され、ロックピン２３の先端部で受圧することで、ロックピン２３はスプリング２４の付勢力に抗して径外方向へ移動し、嵌合穴２２から抜け出て、ロータ４の規制を解除する。

ここで、ロックピン２３が嵌合している状態では、遅角側通路１８ａ〜１８ｄはケース１のシュー部で閉塞されており、遅角側油圧室６に油圧は供給されない。ロックピン２３が解除されると、カム交番トルクによりロータ４が振れることで、閉塞されていた遅角側通路が開いて遅角側油圧室へオイルが供給される。

遅角側油圧室へオイルが供給されると、ロータ４に遅角方向の回転トルクが発生し、遅角方向のカムトルクと合わせて、進角方向のアシストスプリングトルクに抗して作動を始める。この時、保持部材３０、３１はエンジンの振動などにより凹部２８、２９の隙間の範囲内で傾きを生じ、さらにエンジン回転に伴いバルブタイミング調整装置の作動流体であるエンジンオイルがおよそ１００℃前後に熱せられることで保持部材３０、３１が熱膨張した場合でも、保持部材３０、３１がケース１内で突っ張ることなく、ロータ４が正常に作動可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、保持部材設置の目的はアシストスプリング組み付け性の向上にあるため、保持部材とベーンやシューの凹部との間には所定の隙間を設置しており、保持部材はその隙間の範囲内で傾く構造となっている。しかしこのようにすることで、油温上昇時の熱膨張（ロータ、ケースは鉄系材料であり、樹脂製保持部材より線膨張係数は小さい）や、保持部材とアシストスプリング組み付け時の保持部材の傾き、ロータ作動や振動による傾きなどにより、保持部材が両端のカバーとハウジング間で突っ張った状態となり、摩擦によるロータ作動速度の低下やカバー摺動面が摩耗することによる漏れ増加などの不具合を生じることになるが、ベーン側に設けられた保持部材の軸方向長さとケースの軸方向長さから形成されるクリアランスを、保持部材と凹部との隙間から生じる該保持部材の傾きを考慮した軸方向長さ増加分と熱膨張による増加分の和以上になるように設定したので、上記の不具合を確実に防止することができる。

また、ロータ側に設置の保持部材の抜け止め防止手段を設け、これにより保持部材の傾きを防止する構成としたので、例えば高油圧時にロータが速く進角動作する際、保持部材が追従しないことにより脱落してしまうという不具合を防止することができる。

また、保持部材のアシストスプリング挿入穴入り口に設けたテーパの幅を、最進角位置セット時のアシストスプリング線間距離よりも大きくなるように設定したので、保持部材の傾きや、ロータ動作に伴いアシストスプリングが収縮することに起因して、アシストスプリング素線が保持部材の入り口部を横切る際にも、アシストスプリング素線が保持部材入り口部のエッジに引っ掛かることなく、正規のアシストスプリング荷重を発生することが可能となり、保持部材傾きも抑制できる。しかも、アシストスプリング素線の外側が入り口と擦れることによる摩耗を抑制することができる。

また、アシストスプリングセット長が最大となる最進角位置でアシストスプリングが真直ぐになるように配置する構成としたので、安定してアシストスプリングと保持部材をセットすることができ、組立て時の保持部材のがたつき（傾き）を最小限に抑制することができる。また、アシストスプリングセット長が最大となる最も不安定で変形しやすい状態で真直ぐになるように設定しているため、アシストスプリングがＵ字状に変形することを防止することができる。

Claims (2)

1. 内燃機関のバルブを開閉駆動するカムシャフトと、内周面に複数のシューを有して前記カムシャフト上に回転自在に設けられ、前記内燃機関の出力で回転駆動されるケースと、前記各シューの周方向両側壁面との間で遅角油圧室と進角油圧室を形成する複数のベーンを外周面に有し、前記ケース内に相対回転可能に収納され且つ前記カムシャフトに連結されたロータとを備えたバルブタイミング調整装置において、
   前記進角油圧室の前記シューと前記ベーンとの径方向壁面に対向して設けられた凹部と、
   前記凹部に前記ロータの軸線方向から挿入配設される保持部材と、
   前記シュー側の前記保持部材と前記ベーン側の保持部材との間に配設され前記ロータを進角方向に付勢するアシストスプリングとを備え、
   前記ベーン側に設けられた保持部材の前記ロータの軸方向長さとケースの前記ロータの軸方向長さから形成されるクリアランスを、前記保持部材と前記凹部の隙間から生じる該保持部材の傾きを考慮した前記ロータの軸方向長さ増加分と熱膨張による増加分の和以上になるように設定し、
   前記ベーンの径方向壁面に設けられた凹部に開口を狭める抜け止め防止部を設け、前記保持部材に前記抜け止め防止部と当接する第１のテーパ部を形成し、
   前記保持部材に設けた第２のテーパ部のアシストスプリングの軸方向の幅を、最進角位置セット時のアシストスプリング線間距離よりも大きくなるように設定したことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. アシストスプリングセット長が最大となる最進角位置でシュー側とベーン側の保持部材の底面が平行になるように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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