JP6137003B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトと一体に回転するハウジングと、カムシャフトと一体に回転するベーンロータとを備え、ハウジングに対するベーンロータの回転位相を変化させることによって吸排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。ベーンロータの回転位相は、ハウジング内の進角室または遅角室に作動油を供給することによって変化させる。

例えば、特許文献１では、ベーンロータは、軸方向へ積層された複数の金属板から構成されている。各金属板は、その表裏に形成されているかしめ突起とかしめ穴とが嵌め合わさることによって組み付けられている。

特開２００５−３５１１８２号公報

ところで、発明者は、ベーンロータに軸方向に圧入した規制ピンの一端と、ハウジングの底部であるスプロケットに形成した円弧状の規制孔とを係合させることによって、ベーンロータの回転位相の範囲を規制することを考えている。規制ピンは、規制孔の一端に当接する位置から他端に当接する位置までの範囲に、ベーンロータの回転位相を規制する。

しかしながら、ベーンロータを構成する積層体に規制ピンを設けた場合には、以下の問題がある。規制ピンが規制孔の一端に衝突したとき、または、規制孔の一端に当接した規制ピンに対してカムシャフトが吸気弁等を開閉することによる反力が加わるとき、規制ピンには衝撃トルクが発生する。この衝撃トルクが積層体に伝達されることにより、積層体を組み付けているかしめ突起がせん断破壊され、金属板が積層方向に対して垂直な方向へずれる可能性がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベーンロータを構成する積層体に規制ピンを設けた場合の耐衝撃性を向上させたバルブタイミング調整装置を提供することである。

本発明に係るバルブタイミング調整装置は、内燃機関の駆動軸から従動軸まで駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、従動軸により開閉駆動される吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを調整するものである。また、本発明に係るバルブタイミング調整装置は、駆動軸および従動軸の一方と一体に回転可能であり、回転方向に沿って延びる円弧状の規制孔を有しており、内側に複数の圧力室を区画形成しているハウジングと、駆動軸および従動軸の他方と一体に回転可能であり、複数の金属板が軸方向へ積層された積層体を含んで構成されており、ハウジングの内側に配置されて圧力室を進角室と遅角室とに仕切っているベーンロータと、積層体から一端が突出するように積層体に圧入されており、当該一端がハウジングの規制孔と係合することで、ハウジングに対するベーンロータの回転位相の変化を規制する規制ピンと、を備えている。ここで、金属板は、少なくとも回転方向で規制ピンに隣接する位置に形成された複数の貫通孔と、当該貫通孔同士の間に位置して軸方向に垂直な方向に弾性を有する橋部と、を有している。

上記構成において、規制ピンを介した衝撃トルクは、積層体において主に規制ピンに対する回転方向に伝達される。積層体では、複数の貫通孔の存在により、回転方向で規制ピンに隣接する部位の密度が低くなっており、貫通孔の間に位置する橋部は、衝撃トルクが伝達される方向に弾性を有する。よって、積層体では、衝撃トルクが主に伝達する部位の衝撃吸収性が高められており、塑性変形することなく、衝撃トルクを吸収することができる。

したがって、本発明によれば、衝撃トルクが積層体の他部位へ伝達されることを抑制することができ、積層体を含んで構成されたベーンロータの耐衝撃性を向上させることができる。特に、複数の金属板を組み付けるためのかしめ突起について、せん断破壊等を抑制できる。

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 積層体のかしめ突起およびかしめ穴の周辺を拡大して示す断面図である。 図２のＶ部分を拡大して示す断面図である。 図１のＶＩ部分を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の衝撃緩和構造を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、衝撃緩和構造を構成する貫通孔のバリエーションを示す図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関２００のクランクシャフト２０１に対しカムシャフト２０２を相対回転させることによって、カムシャフト２０２が開閉駆動する図示しない吸気弁のバルブタイミングを調整するものであり、クランクシャフト２０１からカムシャフト２０２までの駆動力伝達系に設けられている。クランクシャフト２０１は、特許請求の範囲に記載の「駆動軸」であり、カムシャフト２０２は、特許請求の範囲に記載の「従動軸」である。

（全体構成）
先ず、バルブタイミング調整装置１の全体構成について図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、バルブタイミング調整装置１は、ハウジング１０、ベーンロータ２０、および油圧制御弁３０を備えている。

ハウジング１０は、スプロケット１１およびケース１２から構成されている。
スプロケット１１は、カムシャフト２０２が挿通する通孔１４を有している。また、スプロケット１１は、外歯１５に掛けられるタイミングチェーン２０３を介してクランクシャフト２０１に連結され、クランクシャフト２０１と一体に回転可能である。

また、図３に示すように、スプロケット１１には、回転方向に沿って延びている３つの円弧状の規制孔１１０が形成されている。規制孔１１０には、後述の規制ピン７０が挿入されている。

ケース１２は、カップ状であり、その開口端はスプロケット１１側に配置されている。また、図２に示すように、ケース１２は、外郭から径方向内側に突き出す複数の突出部１３を形成している。各突出部１３は、周方向で互いに離間するように配置されている。
スプロケット１１およびケース１２は、カムシャフト２０２と同軸上に配置されており、周方向の複数箇所をボルト１６により一体に固定されている。

ベーンロータ２０は、ハウジング１０内すなわちケース１２の内側に配置されており、ボス２１および複数のベーン２２を形成している。ボス２１は、後述のスリーブボルト３１によってカムシャフト２０２に固定されており、カムシャフト２０２と一体に回転可能である。

ベーン２２は、ボス２１から径方向外側に突き出し、ハウジング１０の内部空間すなわちケース１２の各突出部１３間の空間である圧力室を進角室２３と遅角室２４とに仕切っている。遅角室２４は、ベーン２２に対し回転方向に位置し、進角室２３は、ベーン２２に対し逆回転方向に位置している。進角室２３と遅角室２４との間の径方向隙間は、ケース１２の突出部１３の先端に設けられているシール部材２５、および、ベーン２２の先端に設けられているシール部材２６によりシールされている。

ベーンロータ２０は、進角油路２７、遅角油路２８、および供給油路２９を有している。進角油路２７は、進角室２３と連通しており、ボス２１の内壁面に開口している。遅角油路２８は、遅角室２４と連通しており、ボス２１の内壁面に開口している。供給油路２９は、カムシャフト２０２の供給油路２０４およびエンジンブロック等の供給油路２０５を介して、外部のオイルパン２０７の作動油を吸い上げるオイルポンプ２０６と連通しており、ボス２１の内壁面に開口している。

ベーンロータ２０は、進角室２３または遅角室２４に供給される作動油の圧力を受けることによってハウジング１０に対し相対回転し、ハウジング１０に対する回転位相を進角側または遅角側に変化させる。

油圧制御弁３０は、スリーブボルト３１およびスプール３２などから構成されている。
スリーブボルト３１は、ベーンロータ２０に対しカムシャフト２０２とは反対側からベーンロータ２０に挿入され、カムシャフト２０２にねじ込まれている。また、スリーブボルト３１は、ベーンロータ２０の内側に位置するスリーブ３５を形成している。

スリーブ３５は、ベーンロータ２０の中心部で軸方向へ延びるように筒状に形成されている。また、スリーブ３５は、進角油路２７に連通している進角ポート３６、遅角油路２８に連通している遅角ポート３７、および、供給油路２９に連通している供給ポート３８を有している。

スプール３２は、スリーブ３５の内側で軸方向へ往復移動可能であり、軸方向位置に応じてスリーブ３５の各ポート同士を選択的に接続可能である。また、スプール３２は、図示しない電子制御装置によって軸方向位置が制御される。

以上のように構成されたバルブタイミング調整装置１では、回転位相が目標値よりも遅角側である場合、油圧制御弁３０によって供給油路２９と進角室２３とが接続されつつ、遅角室２４が外部のドレン空間と接続される。これにより、進角室２３に作動油が供給されつつ遅角室２４から作動油が排出され、ベーンロータ２０がハウジング１０に対し進角側に相対回転する。

また、回転位相が目標値よりも進角側である場合、油圧制御弁３０によって供給油路２９と遅角室２４とが接続されつつ、進角室２３が外部のドレン空間と接続される。これにより、遅角室２４に作動油が供給されつつ進角室２３から作動油が排出され、ベーンロータ２０がハウジング１０に対し遅角側に相対回転する。

（ベーンロータ２０の詳細構成）
次に、ベーンロータ２０の詳細構成について図１〜４を参照して説明する。
図１、図２に示すように、ベーンロータ２０は、積層体５０と、その周りを囲む樹脂部材６０とから構成されている。

積層体５０は、筒状であり、ベーンロータ２０のボス２１の径方向内側部分を構成している。すなわち、積層体５０はスリーブボルト３１によってカムシャフト２０２に固定されている。
また、積層体５０は、軸方向に貫通している３つの圧入孔５７を有しており、各圧入孔５７には規制ピン７０が圧入されている。規制ピン７０の端部７１は、積層体５０からスプロケット１１側に突出しており、スプロケット１１の規制孔１１０に挿入されている。図３に示すように、規制ピン７０は、規制孔１１０の一端に当接する位置から他端に当接する位置までの範囲に、ベーンロータ２０の回転位相の変化を規制する。

積層体５０は、軸方向へ積層された複数の金属板５１〜５３から構成されている。なお以下では、軸方向の両端に位置する金属板をそれぞれ金属板５１、５３と記載し、これらの間に配置される複数の金属板をそれぞれ金属板５２と記載している。また、図１では、金属板５１〜５３の切断端面を示しているが、便宜上、ハッチングは省略している。

図４に示すように、金属板５１〜５３は、表裏に形成されたかしめ突起５４とかしめ穴５５とが嵌め合わさることによって組み付けられている。また、各金属板５１〜５３は、それぞれ形状の異なる切り欠きを有しており、互いに積層されることにより、進角油路２７、遅角油路２８、および供給油路２９を構成している。

樹脂部材６０は、積層体５０と一体成型された樹脂から形成されており、ボス２１の径方向外側部分とベーン２２とを構成している。樹脂部材６０は、積層体５０と一体に回転可能である。

（特徴構成）
次に、本実施形態の特徴構成について、さらに図５および図６を参照して説明する。

まず、前提として、内燃機関２００の駆動時、積層体５０には規制ピン７０を介した衝撃トルクが伝達される。具体的には、ベーンロータ２０の回転位相が変化して規制ピン７０が規制孔１１０の端部に衝突したとき、または、規制孔１１０の端部に当接した規制ピン７０に対してカムシャフト２０２が図示しない吸気弁を開閉することによる反力が加わるとき等、規制ピン７０には端部７１を支点とする衝撃トルクが発生する。

規制ピン７０に発生した衝撃トルクが、金属板５１〜５３を組み付けるためのかしめ突起５４のせん断を招くことは、本発明の課題として既に上述している。また、本実施形態では、ベーンロータ２０が積層体５０と樹脂部材６０とから構成される樹脂ロータであるため、積層体５０に伝達される衝撃トルクが積層体５０と樹脂部材６０との界面へ伝わることにより、樹脂部材６０の剥離や割れ等が発生する可能性がある。

そこで、本実施形態の金属板５２では、規制ピン７０の周囲に複数の貫通孔８１が形成されており、貫通孔８１同士の間の部位は橋部８２を構成している。これらの貫通孔８１および橋部８２は、積層体５０における衝撃緩和構造８０を構成している。なお、図１および図２では、便宜上、貫通孔８１および橋部８２の図示は省略し、衝撃緩和構造８０の位置する範囲を網掛けによって示している。

また、本実施形態では、図５に示すように、貫通孔８１は、規制ピン７０の周囲に一様に形成されており、その形状は６角形である。このため、橋部８２は、ハニカム構造を構成している。

貫通孔８１は、例えば各金属板５２にプレス加工やレーザ加工等を行うことによって形成される。各金属板５２における貫通孔８１の数および径、ならびに、橋部８２の幅およびピッチは、特に限定されないが、橋部８２が軸方向に垂直な方向に弾性を有するように設定されればよい。また、橋部８２の剛性は、規制ピン７０を介して伝わる衝撃トルクを鑑みて、許容応力を超えない程度に設定されることが好ましい。すなわち、橋部８２は、規制ピン７０を介して伝わる衝撃トルクに対して弾性域で変形し、かつ、塑性域には入らない程度の剛性を有することが好ましい。

一方、積層体５０の軸方向の両端に配置された金属板５１、５３には、図６に示すように、貫通孔８１が形成されていない。よって金属板５１、５３は、金属板５２の貫通孔８１を外側から被覆している。

（効果）
本実施形態の積層体５０では、貫通孔８１および橋部８２により構成された衝撃緩和構造８０により、規制ピン７０を介して伝わる衝撃トルクを緩和することができる。よって、衝撃トルクが積層体５０の他部位へ伝達されることを抑制することができ、ベーンロータ２０の耐衝撃性を向上させることができる。また、衝撃緩和構造８０を形成する貫通孔８１は、いわゆる肉抜き穴としての役割を兼ねるため、ベーンロータ２０を軽量化することができる。

また、本実施形態では、ベーンロータ２０は樹脂ロータであり、衝撃緩和構造８０が規制ピン７０の周囲に形成されている。これにより、衝撃緩和構造８０は、規制ピン７０とかしめ突起５４との間、および、規制ピン７０と樹脂部材６０の接着面との間に配置される。このため、かしめ突起５４および樹脂部材６０の接着面に衝撃トルクが伝達することを抑制することができ、かしめ突起５４のせん断破壊および樹脂部材６０の剥離や割れ等を抑制することができる。

また、衝撃緩和構造８０が規制ピン７０の周囲に形成されていることにより、圧入孔５７の周辺部の剛性は低くなっている。このため、バルブタイミング調整装置１の製造時、圧入孔５７に規制ピン７０を圧入することが容易であり、金属板５２における圧入孔５７の内径精度を緩和することができる。

また、本実施形態では、積層体５０を構成する金属板５１〜５３のうち、軸方向の両端に配置された金属板５１、５３は、貫通孔８１を有しておらず、内側に配置された金属板５２の貫通孔８１を被覆している。このため、スリーブボルト３１によって積層体５０を固定するための座面を金属板５１に確保することができ、金属板５１にはスリーブボルト３１の締め付けトルクが適切に伝達される。また、金属板５１、５３は、積層体５０の外殻となるため、スリーブボルト３１から伝達される力に対して潰れないための剛性を保つことができる。さらに、金属板５２の貫通孔８１へ作動油が進入した場合にも、この作動油が他部位へ漏れることを防ぐことができる。

また、本実施形態では、衝撃緩和構造８０の橋部８２がハニカム構造を構成している。このため、衝撃緩和構造８０の強度を確保しつつ、必要な衝撃緩和能力を確保することが容易である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るバルブタイミング調整装置について、図７を参照して説明する。第２実施形態では、金属板５２における貫通孔８１の割合が軸方向において異なっている。なお、他の構成については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

規制ピン７０に発生する衝撃トルクは、規制孔１１０の一端に当接する端部７１を支点とするため、端部７１とは反対側の他方の端部７２に、より大きな衝撃トルクが加わる。このため、本実施形態では、図７に示すように、規制ピン７０の端部７２側に配置された衝撃緩和構造８４の方が、端部７１側に配置された衝撃緩和構造８３よりも、貫通孔８１の占める割合が多くなっている。言い換えると、貫通孔８１の密度は、規制ピン７０の端部７２側に配置される金属板５２の方が、端部７１側に配置される金属板５２よりも高くなっている。

このような構成によれば、衝撃緩和構造８４の衝撃緩和能力を高める一方、衝撃緩和構造８３の剛性を保持することができる。したがって、本実施形態では、積層体５０に伝わる衝撃トルクを効果的に緩和しつつ、積層体５０の全体的な剛性を保つことができる。

＜他の実施形態＞
（ア）貫通孔８１の形状は、上述の実施形態のような六角形のものに限られない。例えば、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように、三角形、正方形、長方形、円形、長円形、又は十字形など、様々な形状であってもよい。

（イ）他の実施形態では、衝撃緩和構造８０は、回転方向で規制ピン７０に隣接する位置のみに形成されていてもよい。図４に示すように、規制ピン７０を介した衝撃トルクは、主に、回転方向で規制ピン７０に隣接する位置に伝達されるため、このような構成であっても、衝撃トルクを緩和する効果を発揮することができる。

（ウ）他の実施形態では、ベーンロータ２０が、樹脂部材を含まず、その全体が金属板を積層した積層体によって構成されていてもよい。

（エ）他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、内燃機関の排気弁のバルブタイミングを調整するものであってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・バルブタイミング調整装置
１０・・・ハウジング
１１０・・・規制孔
２０・・・ベーンロータ
５０・・・積層体
５１〜５３・・・金属板
７０・・・規制ピン
８１・・・貫通孔
８２・・・橋部

Claims (5)

1. 内燃機関（２００）の駆動軸（２０１）から従動軸（２０２）まで駆動力を伝達する駆
   動力伝達系に設けられ、前記従動軸により開閉駆動される吸気弁および排気弁の少なくと
   も一方のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１）であって、
   前記駆動軸および前記従動軸の一方と一体に回転可能であり、回転方向に沿って延びる円弧状の規制孔（１１０）を有しており、内側に複数の圧力室を区画形成しているハウジング（１１、１２）と、
   前記駆動軸および前記従動軸の他方と一体に回転可能であり、複数の金属板（５１〜５３）が軸方向へ積層された積層体（５０）を含んで構成されており、前記ハウジングの内側に配置されて前記圧力室を進角室（２３）と遅角室（２４）とに仕切っているベーンロータ（２０）と、
   前記積層体から一端（７１）が突出するように前記積層体に圧入されており、当該一端が前記ハウジングの前記規制孔と係合することで、前記ハウジングに対する前記ベーンロータの回転位相の変化を規制する規制ピン（７０）と、
   を備えており、
   前記金属板は、少なくとも前記回転方向で前記規制ピンに隣接する位置に形成された複数の貫通孔（８１）と、当該貫通孔同士の間に位置して軸方向に垂直な方向に弾性を有する橋部（８２）と、を有していること
   を特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記積層体は、軸方向の両端に配置されており、前記金属板の前記貫通孔を被覆している他の金属板（５１、５３）をさらに有していること
   を特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記規制ピンの前記一端側に配置された金属板よりも、前記規制ピンの他端側に配置された金属板の方が、前記貫通孔および前記橋部が形成された領域において前記貫通孔が占める割合は大きいこと
   を特徴とする請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記ベーンロータは、前記積層体の径方向外側を囲う樹脂部材（６０）をさらに含んで構成されており、
   前記複数の貫通孔は、前記規制ピンの周囲に形成されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記橋部は、前記金属板においてハニカム構造を構成していること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
   

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