JP6217763B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転体に対して、前記内燃機関のカム軸と一体回転する従動側回転体を進角方向あるいは遅角方向に付勢する捻りコイルバネを備える弁開閉時期制御装置に関する。

上記弁開閉時期制御装置では、従動側回転体の径方向内側には捻りコイルバネを収容する収容部が形成されており、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相の変更時に、収容部内において捻りコイルバネの捻り程度が変化することでその外径寸法が変化する。この形状変化に伴い、前記収容部の底面や内壁面に対して捻りコイルバネの一部が摺動する場合がある。その場合、従動側回転体において捻りコイルバネと摺動する部分の摩耗が問題となる。

このような摩耗に対処するため、例えば特許文献１の弁開閉時期制御装置では、従動側回転体において捻りコイルバネの当接する面に花形状のオイル溜り部を設けて捻りコイルバネの潤滑性を高めている。ただし、このオイルには摩耗粉等の異物が含まれるため、オイル溜り部には従動側回転体を軸方向に貫通する複数のドレン穴部が形成してある。このドレン穴部により、弁開閉時期制御装置の停止時にオイルが容易に排出されて異物が除去される。

また、特許文献２の弁開閉時期制御装置では、従動側回転体の回転軸芯方向において従動側回転体と捻りコイルバネとの間にワッシャが配置されている。このワッシャは、捻りコイルバネを内側から支持するよう外縁部を切欠きつつ立ち上げたガイド部と、捻りコイルバネの径方向に延在する面と従動側回転体の収容部の底面との間に配置されるワッシャ部とを備える。ガイド部によって捻りコイルバネの径方向の変形が抑制されて、捻りコイルバネの外周部と収容部の内周面との当接が防止される。また、ワッシャ部によって捻りコイルバネと従動側回転体の収容部の底面との当接が防止される。このように捻りコイルバネと従動側回転体とが直に当接しないように構成することで、捻りコイルバネの外径寸法の変化に伴う従動側回転体の摩耗が抑制されている。

特開２００５−２４０６５１号公報 特開２０１２−９２７３９号公報

特許文献１の弁開閉時期制御装置では、オイル溜り部が有する複数の穴部がドレンに連通し、停止時にはオイルが排出する構成であるので、オイルの貯留性は低くなる。また、オイル溜り部に設けられた複数の穴部は従動側回転体を軸方向に貫通する比較的大きなものであるから、従動側回転体の強度が低下する。

特許文献２の弁開閉時期制御装置では、捻りコイルバネのうちワッシャに立設されるガイド部に支持される部分と従動側回転体の収容部の底面との間には、元々ガイド部が存在した空間を利用したオイル溜り部が形成される。但し、捻りコイルバネの内側はガイド部に支持されているものの、捻り程度の変化により捻りコイルバネの外径寸法が変化すると、捻りコイルバネとガイド部との間には隙間が発生する。よって、上記オイル溜り部のオイルはこの隙間から流出して、捻りコイルバネへの給油性能が維持できない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、捻りコイルバネと従動側回転体との間に効率よくオイルを供給できるオイル溜り部を備えた弁開閉時期制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第１特徴構成は、内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転体と、前記内燃機関のカム軸と一体回転し、前記駆動側回転体と同一の回転軸芯上で回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を変更制御する位相制御機構と、前記駆動側回転体側に設けられたフロント部材と、当該フロント部材に対向する状態に前記従動側回転体に設けられた筒状空間とで形成される収容室に設けられ、前記フロント部材と前記従動側回転体とに係止されて、前記従動側回転体を前記駆動側回転体に対して進角方向あるいは遅角方向に付勢する捻りコイルバネと、を備え、前記従動側回転体に向く前記捻りコイルバネの外面と、前記従動側回転体に形成された少なくとも１つの凹部とにより区画形成されるオイル溜り部を備え、前記凹部は、前記捻りコイルバネの内径よりも径方向外側かつ外径よりも径方向内側の位置から径外方向にのみ設けられる点にある。

本構成のように、捻りコイルバネの一部の面を利用したオイル溜め部が形成されることで、捻りコイルバネに対してオイルを確実に供給することができる。また、オイル溜り部を形成する凹部が、捻りコイルバネの内径よりも径方向外側かつ外径よりも径方向内側の位置から径外方向に設けられることで、オイル溜り部のオイルを捻りコイルバネの外周側に向けて確実に供給することができる。これにより、捻りコイルバネの摺動性を高め、従動側回転体の摩耗を防止して耐久性を高めることができる。また、内燃機関が長期間停止している場合でも、捻りコイルバネにはオイルが付着した状態が維持される。よって、次回始動に際して捻りコイルバネの摺動性が損なわれることがなく、駆動側回転体と従動側回転体との位相制御が円滑に行われる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の他の特徴構成は、複数の前記凹部が、前記従動側回転体の周方向に沿って配置される点にある。

本構成のように、複数の凹部が周方向に沿って配置されると、オイル溜り部にオイルを分散して溜めることができ、特に停止時に上方の凹部にも内壁部でオイルの下方流出が制限されオイルが保持されるので、捻りコイルバネの全周に対する給油効果を維持することができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の他の特徴構成は、前記捻りコイルバネと前記従動側回転体との間に板部材を設け、当該板部材の外縁部により前記凹部が区画形成される点にある。

本構成のように、捻りコイルバネと従動側回転体との間に設けられた板部材の外縁部により凹部が区画形成されることで、板部材の厚み分の深さを有するオイル溜り部を容易に形成することができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の他の特徴構成は、前記従動側回転体が鉄系材料で形成され、前記オイル溜り部が、前記従動側回転体の前記収容室の底面に設けられる点にある。

従動側回転体が鉄系材料で構成されていると、捻りコイルバネと直接当接したとしても従動側回転体の摩耗の程度は小さい。そこで、従動側回転体が鉄系材料で形成される場合には、従動側回転体の収容室の底面に直に凹部を形成することができる。これにより、部品点数が減り、組み立て工数が少なく構造が簡単な弁開閉時期制御装置を得ることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の他の特徴構成は、前記捻りコイルバネの一方の端部を係止する係止部が、前記従動側回転体の前記収容室の周壁面から径方向外側に延出し、かつ、前記凹部と連通する点にある。

本構成のように、捻りコイルバネの一方の端部を係止する係止部を設けることで、捻りコイルバネの端部にもオイルが供給され従動側回転体との潤滑を維持することができる。これにより、従動側回転体の摩耗を低減し、捻りコイルバネの端部と従動側回転体との間で摩擦音が発生すること等も防止することができる。また、仮に、捻りコイルバネと従動側回転体との間で摩耗などによる異物が発生した場合でも、当該異物が遠心力などによって係止部に移動することとなる。この結果、捻りコイルバネと従動側回転体との間の摺動を常に円滑に維持することができる。

弁開閉時期制御装置の全体構成を示す縦断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 弁開閉時期制御装置の分解斜視図である。 図１のIV−IV線矢視断面図である。 弁開閉時期制御装置の板部材とオイル溜り部とを示す要部断面図である。 別実施形態の従動側回転体の斜視図である。 別実施形態の弁開閉時期制御装置の全体構成を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図５は、自動車用エンジン（内燃機関の一例）に装備される本発明による弁開閉時期制御装置を示す。

〔全体構成〕
図１に示すように、弁開閉時期制御装置は、エンジンＥのクランク軸Ｃと同期回転する外部ロータ１（駆動側回転体の一例）と、エンジンＥのカム軸２と一体回転するアルミニウム合金製の内部ロータ３（従動側回転体の一例）と、内部ロータ３を外部ロータ１に対して進角方向（図２の矢印Ｓ１の方向）に付勢する捻りコイルバネ１０と、外部ロータ１と内部ロータ３との相対回転位相を変更制御する位相制御機構Ａとを備えている。外部ロータ１と内部ロータ３とは同一軸芯Ｘ上で回転する。

〔外部ロータおよび内部ロータ〕
図１〜図４に示すように、外部ロータ１は、フロントプレート（フロント部材の一例）４と、カム軸２の側に設けられたリアプレート５と、を備えている。
外部ロータ１において、フロントプレート４及びリアプレート５は四本の皿ネジ７で互いに共締めの状態で固定されている。リアプレート５の外周部には、クランク軸Ｃからの動力が伝達されるスプロケット５ａが設けられている。

フロントプレート４と、当該フロントプレート４に対向する状態に内部ロータ３に設けられた筒状空間とで形成される収容室２３に、捻りコイルバネ１０が配置されている。捻りコイルバネ１０は、縮径方向に捻り変形させた状態でフロントプレート４と内部ロータ３とに係止されている。捻りコイルバネ１０は、内部ロータ３を外部ロータ１に対して進角方向あるいは遅角方向に付勢する。

クランク軸Ｃが回転駆動すると、チェーン等の動力伝達部材を介してリアプレート５に回転駆動力が伝達され、外部ロータ１が図２の矢印Ｓで示す方向に回転する。
外部ロータ１の回転駆動に伴い、進角室１１・遅角室１２の内部のオイルを介して内部ロータ３が回転方向Ｓに回転駆動されてカム軸２が回転し、カム軸２に設けられたカム（図示しない）がエンジンＥの吸気弁を作動させる。

外部ロータ１の内周部には、径方向内方側に突出する第１仕切部８が複数形成されている。内部ロータ３の外周部には、径方向外方側に突出する第２仕切部９が複数形成されている。第１仕切部８によって、外部ロータ１と内部ロータ３との間の空間を複数の流体圧室に仕切られる。第２仕切部９によって、これら流体圧室はそれぞれ進角室１１と遅角室１２とに仕切られる。第１仕切部８において内部ロータ３の外周面に対向する位置、および、第２仕切部９において外部ロータ１の内周面に対向する位置には、それぞれシール部材ＳＥが設けられている。

図１，図２に示すように、位相制御機構Ａは、進角室１１及び遅角室１２へのオイルの給排及びその給排の遮断を行なうことにより、外部ロータ１と内部ロータ３との相対回転位相を変更制御する。カム軸２と内部ロータ３の内部には、各進角室１１と位相制御機構Ａとを接続する進角通路１３、各遅角室１２と位相制御機構Ａとを接続する遅角通路１４、および、内部ロータ３と外部ロータ１とを所定の相対回転位相にロックするロック機構Ｂと位相制御機構Ａとを接続するロック通路１５が形成されている。

位相制御機構Ａは、オイルパンと、オイルポンプと、流体制御弁ＯＣＶと、流体切換弁ＯＳＶと、流体制御弁ＯＣＶおよび流体切換弁ＯＳＶの作動を制御する電子制御ユニットＥＣＵとを備えている。位相制御機構Ａによる制御動作で、内部ロータ３を外部ロータ１に対して進角方向（図２の矢印Ｓ１で示す方向）または遅角方向（図２の矢印Ｓ２で示す方向）へ変位させて、内部ロータ３と外部ロータ１との相対回転位相を任意の位相に保持する。

内部ロータ３とカム軸２とはボルト２１で互いに締結固定されている。ボルト２１は、カム軸２の先端部に設けた挿通孔２ｃの奥側に形成した雌ねじ部２ｂに締結されている。これにより、内部ロータ３はカム軸２の先端部に一体的に固定される。ボルト２１を挿通する貫通孔２５が内部ロータ３に形成され、ボルト２１の頭部は収容室２３内に保持される。内部ロータ３の貫通孔２５及びカム軸２の挿通孔２ｃとボルト２１との隙間が、進角通路１３として機能する。

〔オイル溜り部〕
捻りコイルバネ１０と内部ロータ３の収容室２３の底面２３ａとの間には、板部材４０が配置されている。板部材４０は捻りコイルバネ１０との摺接によって摩耗し難いように、例えば鋼材等で形成する。板部材４０は外形が収容室２３の外周に沿う円状であって、図３乃至図５に示すように、外縁に複数の切欠き部４１と突出部４２とを交互に備える（図では切欠き部４１、突出部４２は共に３箇所）。板部材４０の中央には、ボルト２１用の孔部４３が設けられている。切欠き部４１（板部材４０の外縁部）及び収容室２３の底面２３ａによって凹部４４が形成される。オイル溜り部５０は、底面２３ａに向く捻りコイルバネ１０の端面（外面）１０ｄと、内部ロータ３に形成された少なくとも１つの凹部４４とにより区画形成される。

このように、捻りコイルバネ１０の一部の面を利用したオイル溜り部５０を形成することで、捻りコイルバネ１０に対してオイルを確実に供給することができる。これにより、捻りコイルバネ１０の摺動性を高め、内部ロータ３の摩耗を防止して耐久性を高めることができる。
また、エンジンＥが長期間停止している場合でも、捻りコイルバネ１０にはオイルが付着した状態が維持される。よって、次回始動に際して捻りコイルバネ１０の摺動性が損なわれることがなく、外部ロータ１と内部ロータ３との位相制御が円滑に行われる。

図４に示すように、凹部４４は、捻りコイルバネ１０の内周部（内径Ｒ１）よりも径方向外側かつ外周部（外径Ｒ２）よりも径方向内側の位置から径外方向に設けられる。これにより、オイル溜り部５０に溜まったオイルは捻りコイルバネ１０の外面に付着し易くなり、捻りコイルバネ１０への給油を確実に行うことができる。

また、複数の凹部４４は、内部ロータ３の周方向に沿って配置されている。こうすることで、オイル溜り部５０にオイルを分散して溜めることができ、特に停止時に上方に位置する凹部４４にもオイルが溜まるので、捻りコイルバネ１０に対する給油効果を高めることができる。

〔捻りコイルバネの組み付け構造〕
図１及び図４に示すように、捻りコイルバネ１０は、コイル状に巻いてあるバネ本体１０ａの端部に、フロント側バネ端部１０ｂと、ロータ側バネ端部１０ｃとを有している。フロント側バネ端部１０ｂはフロントプレート４に設けたフロント側係止部１６に係止され、ロータ側バネ端部１０ｃは内部ロータ３に設けたロータ側係止部１７に係止される。フロント側バネ端部１０ｂ及びロータ側バネ端部１０ｃは、バネ本体１０ａの径方向の外方側に突出する姿勢で設けてある。

フロントプレート４は、図３に示すように異径貫通孔１８を備えている。異径貫通孔１８は、同一径の二つの内側円弧部分１８ａと、同一径の二つの外側円弧部分１８ｂとを周方向で交互に備えた形状に形成されている。内側円弧部分１８ａは、軸芯Ｘと同芯で、ボルト２１の頭部外径よりも大きく、バネ本体１０ａの巻線部分１９の内径よりも小さい径で形成されている。外側円弧部分１８ｂは、軸芯Ｘと同芯で、内部ロータ３の収容室２３の内径と同じ程度の径で形成されている。

フロントプレート４の背面（内面側）には、巻線部分１９の外周側を全周に亘って支持する保持部２０が、二つの内側円弧部分１８ａ及び二つの外側円弧部分１８ｂの夫々に沿って形成されている。保持部２０は、内側円弧部分１８ａに沿う第１保持部２０ａと、外側円弧部分１８ｂに沿う第２保持部２０ｂとを備えている。保持部２０のうちバネ本体１０ａに当接する面は、捻り変形されたバネ本体１０ａのピッチに沿った傾斜を持つ螺旋状に形成してある。

第１保持部２０ａは、巻線部分１９の内周側を支持し、第２保持部２０ｂは、巻線部分１９の外周側を支持する。二つの外側円弧部分１８ｂに位置する巻線部分１９は異径貫通孔１８を介してフロントプレート４の前面側に露出する。
このように、捻りコイルバネ１０の内周側及び外周側を第１保持部２０ａ及び第２保持部２０ｂによって支持することで、捻りコイルバネ１０の軸芯位置が内部ロータ３の回転軸芯Ｘとほぼ一致する状態に維持される。

二つの外側円弧部分１８ｂのうちの一方には、フロント側バネ端部１０ｂを係止するフロント側係止部１６が設けられている。フロント側係止部１６は、捻りコイルバネ１０を捻った状態でフロント側バネ端部１０ｂをコイルバネ周方向から係止する。

フロント側係止部１６は、フロントプレート４の前面側に、一方の外側円弧部分１８ｂに向かって連通する凹面部２４を形成して、フロント側バネ端部１０ｂをコイルバネ周方向から接当させて係止する係止面部２６が設けられている。これにより、フロントプレート４の背面側から凹面部２４の底面部分２４ａに対してフロント側バネ端部１０ｂが係止可能となる。

ロータ側係止部１７は、内部ロータ３に設けられた複数の第２仕切部９の１つに設けられた溝部９ａによって構成されている。溝部９ａは、収容室２３の周壁面から径方向外側に延出し、かつ、凹部４４と連通するよう形成されている。

ロータ側係止部１７を設けることで、捻りコイルバネ１０のロータ側バネ端部１０ｃにもオイルを供給して内部ロータ３との潤滑を維持することができる。この結果、内部ロータ３の摩耗を低減し、捻りコイルバネ１０のロータ側バネ端部１０ｃと内部ロータ３との間で摩擦音が発生すること等も防止することができる。また、仮に、捻りコイルバネ１０と内部ロータ３との間で摩耗などによる異物が発生した場合でも、当該異物が遠心力などによってロータ側係止部１７に移動する。この結果、捻りコイルバネ１０と内部ロータ３との間の摺動を円滑に維持することができる。

ロータ側バネ端部１０ｃがロータ側係止部１７に係止された捻りコイルバネ１０の捻り力は、フロント側バネ端部１０ｂが係止されたフロントプレート４側で受け止められる。これにより、捻りコイルバネ１０は内部ロータ３を外部ロータ１に対して進角方向に付勢している。

〔別実施形態〕
（１）内部ロータ３は鉄系材料で形成することもできる。その場合、捻りコイルバネ１０との当接による内部ロータ３の摩耗の程度は小さくなる。内部ロータ３が鉄系材料で形成される場合には、図６及び図７に示すように、内部ロータ３の収容室２３の底面２３ａに直に凹部４４を形成することができる。これにより、部品点数が減り、組み立て工数が少なく構造が簡単な弁開閉時期制御装置を得ることができる。

凹部４４は収容室２３の底面２３ａの全周に亘って形成することができる。但し、図７に示すように、収容室２３の底面２３ａにおいて円弧状に複数形成するものでもよい。このように周方向に沿って分散配置するものでは、捻りコイルバネ１０に対する給油効果を維持しつつ、内部ロータ３に形成する凹部４４を極力小さくすることができ、内部ロータ３の強度低下を最小限に留めることができる。

（２）凹部４４は、板部材４０又は収容室２３の底面２３ａにおいて捻りコイルバネ１０の外径の内側であって捻りコイルバネ１０の内径よりも外側の位置に形成した孔部であってもよい。

（３）上記の実施形態では、ロータ側係止部１７を径方向外方に設ける例を示したが、ロータ側係止部１７は、回転軸方向に沿って設けてもよい。
また、フロント側係止部１６についても、フロントプレート４の背面（内面側）に設けてもよい。こうすると、進角室１１又は遅角室１２から押し出されたオイルが捻りコイルバネ１０のフロント側バネ端部１０ｂに供給されるので、フロントプレート４の背面（内面側）での摺動抵抗あるいは摺動音を軽減することができる。

本発明は、自動車その他の内燃機関の弁開閉時期制御装置に利用可能である。

１ 駆動側回転体（外部ロータ）
２ カム軸
３ 従動側回転体（内部ロータ）
４ フロント部材（フロントプレート）
１０ 捻りコイルバネ
１０ｂ フロント側バネ端部
１０ｃ ロータ側バネ端部
１０ｄ 端面
１６ フロント側係止部
１７ ロータ側係止部
２３ 収容室
２３ａ 底面
４０ 板部材
４４ 凹部
５０ オイル溜り部
Ａ 位相制御機構
Ｅ 内燃機関
Ｒ１ 捻りコイルバネの内径
Ｒ２ 捻りコイルバネの外径
Ｘ 回転軸芯

Claims (5)

1. 内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転体と、
   前記内燃機関のカム軸と一体回転し、前記駆動側回転体と同一の回転軸芯上で回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を変更制御する位相制御機構と、
   前記駆動側回転体側に設けられたフロント部材と、当該フロント部材に対向する状態に前記従動側回転体に設けられた筒状空間とで形成される収容室に設けられ、前記フロント部材と前記従動側回転体とに係止されて、前記従動側回転体を前記駆動側回転体に対して進角方向あるいは遅角方向に付勢する捻りコイルバネと、を備え、
   前記従動側回転体に向く前記捻りコイルバネの外面と、前記従動側回転体に形成された少なくとも１つの凹部とにより区画形成されるオイル溜り部を備え、
   前記凹部は、前記捻りコイルバネの内径よりも径方向外側かつ外径よりも径方向内側の位置から径外方向にのみ設けられる弁開閉時期制御装置。
2. 複数の前記凹部が、前記従動側回転体の周方向に沿って配置される請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記捻りコイルバネと前記従動側回転体との間に板部材を設け、当該板部材の外縁部により前記凹部が区画形成される請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記従動側回転体が鉄系材料で形成され、前記オイル溜り部が、前記従動側回転体の前記収容室の底面に設けられる請求項１〜３の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記捻りコイルバネの一方の端部を係止する係止部が、前記従動側回転体の前記収容室の周壁面から径方向外側に延出し、かつ、前記凹部と連通する請求項１〜４の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。

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