JP6090588B2 - 内燃機関のバルブタイミング可変機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング可変機構に関する。

内燃機関のバルブタイミング可変機構は、クランクシャフトからの回転伝達を受けるハウジングと、カムシャフトと一体回転するロータと、を備えている。ロータは、ハウジング内に、同ハウジングに対し相対回転（回転方向に相対移動）可能に設けられている。このバルブタイミング可変機構では、ハウジングとロータとの相対回転を通じてクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、カムシャフトの回転に伴って開閉動作する機関バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）が可変とされる。

また、バルブタイミング可変機構として、ハウジングに対するロータの相対移動範囲の中間位置にて、ロック機構により同ロータをハウジングに固定したり同固定を解除したりするものも知られている。こうしたバルブタイミング可変機構では、ロータが上記中間位置から離れる方向（例えば遅角側）に相対移動した状態で内燃機関の停止開始されたときなどに、ロータを上記中間位置まで相対移動させることができるよう、例えば特許文献１に示されるように、上記ロータに対し上記中間位置に向けた弾性力を作用させるスプリングが備えられている。

このスプリングは、カムシャフトを中心とする渦巻き状に形成されている。そして、上述したようにスプリングの弾性力をロータに作用させる構造として、例えば次のような構造を採用することが考えられる。すなわち、ロータと一体回転するフロントブッシュに固定された第１ピンを、ロータが中間位置よりも進角側に位置しているときにスプリングの端部に係合させる。また、ハウジングに固定された第２ピンを、ロータが中間位置よりも遅角側に位置したときにスプリングの上記端部と係合可能となるようにする。

図６（ａ）及び（ｂ）はスプリング５１の端部５１ａがフロントブッシュ５２に固定された第１ピン５３に係合された状態を示しており、図６（ｂ）は図６（ａ）の端部５１ａ及び第１ピン５３等を矢印Ｄ−Ｄ方向から見た状態を概略的に示している。ハウジング５４に対しロータ（フロントブッシュ５２）が相対移動範囲の中間位置よりも進角側に位置した状態では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すようにスプリング５１の端部５１ａが第１ピン５３と係合する。

図７（ａ）及び（ｂ）はスプリング５１の端部５１ａがハウジング５４に固定された第２ピン５５と係合した状態を示しており、図７（ｂ）は図７（ａ）の端部５１ａ及び第２ピン５５等を矢印Ｅ−Ｅ方向から見た状態を概略的に示している。ハウジング５４に対しロータが相対移動範囲の中間位置よりも進角側に位置した状態（図６（ａ）及び（ｂ））から、その中間位置よりも遅角側に相対移動したとき、スプリング５１の端部５１ａの係合対象が第１ピン５３から図７（ａ）及び（ｂ）に示すように第２ピン５５に切り替わる。そして、このようにスプリング５１の端部５１ａの係合対象が第１ピン５３から第２ピン５５に切り替わることにより、ロータに対しスプリング５１の弾性力が上記中間位置に同ロータを近づける方向に作用する。

特開２０１３−１８５５４６公報

ところで、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、スプリング５１の端部５１ａが第１ピン５３と係合しているとき、その係合を解除する方向（カムシャフトの軸線方向、図６（ｂ）の上下方向）への上記端部５１ａの動きについては、同第１ピン５３が固定されたフロントブッシュ５２によって規制される。このため、スプリング５１の端部５１ａの上記動きによって同端部５１ａと第１ピン５３との係合が解除されることはない。

しかし、スプリング５１の端部５１ａの係合対象が上記第１ピン５３から、図７（ａ）及び（ｂ）に示すようにハウジング５４に固定された第２ピン５５に切り替わった状態では、スプリング５１の端部５１ａにおける上記動きを規制するフロントブッシュ５２が、第２ピン５５から離れてしまっている関係から上記動きを規制できない。従って、スプリング５１の端部５１ａにおける上記動きにより、第２ピン５５と上記端部５１ａとの係合が解除されるおそれがある。

本発明の目的は、スプリングの端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わった状態のもとで、その第２ピンと上記端部との係合が解除されることを抑制できる内燃機関のバルブタイミング可変機構を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関のバルブタイミング可変機構は、クランクシャフトからの回転伝達を受けるハウジングと、そのハウジング内に設けられてカムシャフトと一体回転しつつ同ハウジングに対し回転方向について相対移動可能なロータと、を備える。更に、バルブタイミング可変機構は、カムシャフトを中心とする渦巻き状に形成されたスプリングと、ロータと一体回転するフロントブッシュに固定されてスプリングの端部と係合する第１ピンと、ハウジングに固定されてスプリングの端部と係合可能な第２ピンと、を備える。そして、ハウジングに対するロータの相対移動範囲の中間位置から離れる方向への同ロータの相対移動に伴って、スプリングの端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わる。

ハウジングに対するロータの相対移動範囲の中間位置から離れる方向への同ロータの相対移動に伴って、スプリングの端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わった状態のもとでは、スプリングの端部が第２ピンとの係合を解除する方向（カムシャフトの軸線方向）に動こうとしても、その動きがフロントブッシュによって規制される。これは、同フロントブッシュは、スプリングの端部の係合対象が第２ピンであり、且つ、ハウジングに対しロータが中間位置から離れる方向に最も相対移動したとき、第２ピンに対応する位置までロータの回転方向に延びて同第２ピンを覆う状態となるよう形成されているためである。従って、スプリングの端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わった状態のもとで、その第２ピンと上記端部との係合が解除されることを抑制できる。

内燃機関のバルブタイミング可変機構、及び、同機構を油圧動作させる油圧回路を示す略図。 図１のバルブタイミング可変機構を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。 バルブタイミング可変機構に設けられるフロントブッシュ及びスプリングを示す正面図。 （ａ）はスプリングの端部が第１ピンに係合された状態を示す略図であり、（ｂ）は（ａ）の端部及び第１ピン等を矢印Ｂ−Ｂ方向から見た状態を示す略図。 （ａ）はスプリングの端部が第２ピンに係合された状態を示す略図であり、（ｂ）は（ａ）の端部及び第２ピン等を矢印Ｃ−Ｃ方向から見た状態を示す略図。 （ａ）はスプリングの端部が第１ピンに係合された状態を示す略図であり、（ｂ）は（ａ）の端部及び第１ピン等を矢印Ｄ−Ｄ方向から見た状態を示す略図。 （ａ）はスプリングの端部が第２ピンに係合された状態を示す略図であり、（ｂ）は（ａ）の端部及び第２ピン等を矢印Ｅ−Ｅ方向から見た状態を示す略図。

以下、内燃機関のバルブタイミング可変機構の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関のバルブタイミング可変機構１は、同機関のカムシャフト２（例えば吸気カムシャフト）に対しボルトにより固定されたロータ３と、カムシャフト２と同一軸線上に上記ロータ３を囲むように設けられて内燃機関のクランクシャフトの回転が伝達されるハウジング４とを備えている。このハウジング４の内周面には、カムシャフト２の軸線に向かって突出する突部５が周方向について所定の間隔をおいて複数形成されている。また、上記ロータ３の外周面には、カムシャフト２の軸線から離れる方向に突出する複数のベーン６がそれぞれ上記各突部５の間に位置するように形成されている。これにより、ハウジング４内における各突部５の間に位置する部分が、ベーン６により進角側油圧室７と遅角側油圧室８とに区画されている。

そして、進角側油圧室７にオイルを供給するとともに遅角側油圧室８からオイルを排出すると、上記ロータ３がハウジング４に対し図中の右回転方向に相対移動してカムシャフト２のクランクシャフトに対する相対回転位相が進角側に変化し、それによって内燃機関の機関バルブ（この例では吸気バルブ）のバルブタイミングが進角側に変化する。また、遅角側油圧室８にオイルを供給するとともに進角側油圧室７からオイルを排出すると、上記ロータ３がハウジング４に対し図中左回転方向に相対移動してカムシャフト２のクランクシャフトに対する相対回転位相が遅角側に変化し、それによって内燃機関の機関バルブのバルブタイミングが遅角側に変化する。

バルブタイミング可変機構１の進角側油圧室７及び遅角側油圧室８に対するオイルの給排は、同機構１とオイルポンプ９とを繋ぐ油圧回路に設けられたオイルコントロールバルブ１０の駆動を通じて制御される。このオイルコントロールバルブ１０は、オイルポンプ９に対し供給通路１１を介して接続されるとともに、そのオイルポンプ９により汲み上げられるオイルを貯留するためのオイルパン１２に対し排出通路１３を介して接続されている。また、オイルコントロールバルブ１０は、バルブタイミング可変機構１の進角側油圧室７に対し進角側油路１４を介して接続されるとともに、同機構１の遅角側油圧室８に対し遅角側油路１５を介して接続されている。

バルブタイミング可変機構１は、ロータ３のハウジング４に対する相対移動を禁止する禁止動作を行うとともに、その相対移動を許可状態とする許可動作を行うロック機構１６を備えている。このロック機構１６によるハウジング４に対するロータ３の相対移動の禁止は、ハウジング４に対するロータ３の回転方向についての相対移動範囲の端以外の位置（中間位置）であって、且つ、吸気バルブのバルブタイミングが機関始動に適したタイミングとなる位置である中間ロック位置にて行われる。

次に、バルブタイミング可変機構１のカムシャフト２への取り付け態様について詳しく説明する。
図２に示すように、バルブタイミング可変機構１において、ロータ３はボルト２３によってカムシャフト２の端部に固定されて同カムシャフト２に対し一体回転可能となっており、そのロータ３を囲むハウジング４はカムシャフト２によって同カムシャフト２の周りを相対回転可能な状態で支持されている。このハウジング４は、ロータ３を厚さ方向（図中左右方向）の両側から挟むフロントプレート２４及びリヤプレート２５と、ロータ３の外周に位置して同ロータ３の外周全体を囲むサイドリング２６とを備え、それらフロントプレート２４、リヤプレート２５、及びサイドリング２６を一体回転可能に連結することによって形成されている。

また、上記ボルト２３の頭部２３ａとロータ３との間にはフロントブッシュ２７が挟まれており、ボルト２３を締め付けることによりフロントブッシュ２７がロータ３と固定されて同ロータ３と一体回転可能となっている。フロントブッシュ２７の周りには、カムシャフト２を中心とする渦巻き状のスプリング２８が設けられている。スプリング２８は、ハウジング４に対するロータ３が上記中間ロック位置よりも遅角側に相対移動したとき、そのロータ３に対し上記中間ロック位置に向けた弾性力を作用させることにより、同ロータ３を上記中間ロック位置に向けて付勢するためのものである。

図３に示すように、スプリング２８における内周側の端部２８ａは、フロントブッシュ２７に形成された切り欠き部３１と係合されている。フロントブッシュ２７はロータ３に固定されていることから、このときのスプリング２８の上記端部２８ａはロータ３に対しフロントブッシュ２７を介して係合された状態となる。また、スプリング２８における外周側の端部２８ｂは、フロントブッシュ２７に固定された第１ピン２９、もしくはハウジング４（正確にはフロントプレート２４）に固定された第２ピン３０と係合可能になっている。

ここで、ハウジング４に対しロータ３及びフロントブッシュ２７が中間ロック位置よりも遅角側（矢印Ｙ１方向）に相対移動すると、スプリング２８における上記端部２８ｂがフロントプレート２４の第２ピン３０と係合する一方、その係合に伴ってフロントブッシュ２７の第１ピン２９が端部２８ｂから矢印Ｙ１方向に離間する。その結果、フロントブッシュ２７（ロータ３）には、スプリング２８による中間ロック位置に向けた進角方向への弾性力が作用する。また、ハウジング４に対しロータ３及びフロントブッシュ２７が中間ロック位置よりも進角側（矢印Ｙ２方向）に相対移動すると、スプリング２８における上記端部２８ｂがフロントブッシュ２７の第１ピン２９と係合する一方、その係合に伴って端部２８ｂがフロントプレート２４の第２ピン３０から矢印Ｙ２方向に離間する。このときには、フロントブッシュ２７（ロータ３）にスプリング２８による中間ロック位置に向けた弾性力が作用することはない。

以上から分かるように、ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置をまたいで相対移動するときには、スプリング２８の外周側の端部２８ｂの係合対象が第１ピン２９と第２ピン３０とで切り替わる。そして、ハウジング４に対しロータ３及びフロントブッシュ２７が中間ロック位置よりも遅角側（矢印Ｙ１方向）に相対移動したときのみ、スプリング２８の端部２８ｂが第２ピン３０と係合する。この第２ピン３０はフロントプレート２４に形成されているため、このときには端部２８ｂが第２ピン３０を介してフロントプレート２４（ハウジング４）に係合された状態となり、フロントブッシュ２７にスプリング２８による中間ロック位置に向けた進角方向への弾性力が作用する。

次に、フロントブッシュ２７の形状について説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）は、ハウジング４に対しロータ３（フロントブッシュ２７）が中間ロック位置よりも進角側に位置し、それに伴いスプリング２８の端部２８ｂが第１ピン２９に係合された状態を概略的に示している。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の端部２８ｂ及び第１ピン２９等を矢印Ｂ−Ｂ方向から見た状態を示している。そして、ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置よりも遅角側に相対移動すると、スプリング２８の端部２８ｂの係合対象が第１ピン２９から第２ピン３０に切り替わる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置よりも遅角（この例では最遅角）側に位置した状態となることに伴って、スプリング２８の端部２８ｂが第２ピン３０に係合されるようになった状態を概略的に示している。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の端部２８ｂ及び第２ピン３０等を矢印Ｃ−Ｃ方向から見た状態を示している。

図５（ａ）及び（ｂ）から分かるように、フロントブッシュ２７は、スプリング２８の端部２８ｂの係合対象が第２ピン３０であり、且つ、ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置から遅角側に最も離れる方向に相対移動したとき、第２ピン３０に対応する位置までロータ３の回転方向に延びて同第２ピン３０を覆う状態となるよう形成されている。

次に、本実施形態のバルブタイミング可変機構１の作用について説明する。
ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置から遅角側に離れる方向に相対移動すると、スプリング２８の端部２８ｂの係合対象が第１ピン２９から第２ピン３０に切り替わる。端部２８ｂの係合対象が第２ピン３０に切り替わった状態のもとでは、同端部２８ｂが第２ピン３０との係合を解除する方向（カムシャフト２の軸線方向、図５（ｂ）の上下方向）に動こうとしても、その動きがフロントブッシュ２７によって規制される。これは、端部２８ｂが第２ピン３０に係合し、且つ、ハウジング４に対しロータ３が最遅角側に相対移動したとき、上述したように第２ピン３０に対応する位置までフロントブッシュ２７が延びるよう形成されているためである。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）スプリング２８の端部２８ｂの係合対象が第１ピン２９から第２ピン３０に切り替わった状態のもとで、その第２ピン３０と上記端部２８ｂとの係合が解除されることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・スプリング２８の内周側の端部２８ａをハウジング４（フロントプレート２４等）に係合するようにしてもよい。この場合、ロータ３が中間ロック位置よりも進角側に相対移動したときにスプリング２８の外周側の端部２８ｂが第２ピン３０と係合するようにし、ロータ３が中間ロック位置よりも遅角側に相対移動したときにスプリング２８の外周側の端部２８ｂが第１ピン２９と係合するようにする。これにより、ロータ３が中間ロック位置から進角側に離れる方向に相対移動する際、スプリング２８の端部２８ｂの係合対象が第１ピン２９から第２ピン３０に切り替わる。こうした構造を採用する際のフロントブッシュ２７は、ハウジング４に対しロータ３が中間ロック位置から進角側に最も離れる方向に相対移動したとき、第２ピン３０に対応する位置までロータ３の回転方向に延びて同第２ピン３０を覆う状態となるよう形成される。このようにフロントブッシュ２７を形成することにより、上記実施形態と同様の効果が得られるようになる。

・バルブタイミング可変機構によってバルブタイミングが可変とされる機関バルブは、排気バルブであってもよい。この場合、スプリングは、ロータが中間ロック位置から進角側に離れる方向に相対移動した状態のとき、同ロータに対し上記中間ロック位置に向けてスプリングの弾性力が作用するようにされる。

このバルブタイミング可変機構において、スプリングにおける内周側の端部をロータに係合させたとすると、スプリングにおける外周側の端部と第１ピンもしくは第２ピンとの係合が次のような態様で行われるようにされる。すなわち、ロータが中間ロック位置よりも遅角側に相対移動した状態ではスプリングの外周側の端部が第１ピンと係合し、ロータが中間ロック位置よりも進角側に相対移動したときにスプリングの外周側の端部が第２ピンと係合するようにされる。こうした構造を採用した場合、ロータが中間ロック位置から進角側に離れる方向に相対移動する際、スプリングの外周側の端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わる。また、こうした構造を採用する際のフロントブッシュは、ハウジングに対しロータが中間ロック位置から進角側に最も離れる方向に相対移動したとき、第２ピンに対応する位置までロータの回転方向に延びて同第２ピンを覆う状態となるよう形成される。

・また、排気バルブ用のバルブタイミング可変機構において、スプリングにおける内周側の端部をハウジング（フロントプレート等）に係合させたとすると、スプリングにおける外周側の端部と第１ピンもしくは第２ピンとの係合が次のような態様で行われるようにされる。すなわち、ロータが中間ロック位置よりも遅角側に相対移動した状態ではスプリングの外周側の端部が第２ピンと係合し、ロータが中間ロック位置よりも進角側に相対移動したときにスプリングの外周側の端部が第１ピンと係合するようにされる。こうした構造を採用した場合、ロータが中間ロック位置から遅角側に離れる方向に相対移動する際、スプリングの外周側の端部の係合対象が第１ピンから第２ピンに切り替わる。また、こうした構造を採用する際のフロントブッシュは、ハウジングに対しロータが中間ロック位置から遅角側に最も離れる方向に相対移動したとき、第２ピンに対応する位置までロータの回転方向に延びて同第２ピンを覆う状態となるよう形成される。

・中間ロック位置については、ハウジングに対するロータの相対移動範囲の端以外の位置であれば、どの位置であってもよい。例えば、ハウジングに対するロータの相対移動範囲の中央を中間ロック位置とすることも考えられる。

・バルブタイミング可変機構として油圧により動作するものを例示したが、モータ等により動作する電動式のものを採用してもよい。

１…バルブタイミング可変機構、２…カムシャフト、３…ロータ、４…ハウジング、５…突部、６…ベーン、７…進角側油圧室、８…遅角側油圧室、９…オイルポンプ、１０…オイルコントロールバルブ、１１…供給通路、１２…オイルパン、１３…排出通路、１４…進角側油路、１５…遅角側油路、１６…ロック機構、２３…ボルト、２４…フロントプレート、２５…リヤプレート、２６…サイドリング、２７…フロントブッシュ、２３ａ…頭部、２８…スプリング、２８ａ…端部、２８ｂ…端部、２９…第１ピン、３０…第２ピン、３１…切り欠き部。

Claims (1)

1. クランクシャフトからの回転伝達を受けるハウジングと、そのハウジング内に設けられてカムシャフトと一体回転しつつ同ハウジングに対し回転方向について相対移動可能なロータと、前記カムシャフトを中心とする渦巻き状に形成されたスプリングと、前記ロータと一体回転するフロントブッシュに固定されて前記スプリングの端部と係合する第１ピンと、前記ハウジングに固定されて前記スプリングの端部と係合可能な第２ピンとを備え、前記ハウジングに対する前記ロータの相対移動範囲の中間位置から離れる方向への同ロータの相対移動に伴って、前記スプリングの端部の係合対象が前記第１ピンから前記第２ピンに切り替わる内燃機関のバルブタイミング可変機構において、
   前記フロントブッシュは、前記スプリングの端部の係合対象が前記第２ピンであり、且つ、前記ハウジングに対し前記ロータが前記中間位置から離れる方向に最も相対移動したとき、前記第２ピンに対応する位置まで前記ロータの回転方向に延びて同第２ピンを覆う状態となるよう形成されている
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング可変機構。