JP6221694B2 - 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シャフトと同期回転する駆動側回転体と、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと同期回転する従動側回転体とを備える弁開閉時期制御装置に関する。

特許文献１には、従動側回転体の強度を確保しながら軽量化を図るために、軽量なアルミニウム系材料からなる筒状の外周部材と、アルミニウム系材料よりも高強度の鉄系材料からなる筒状の内周部材とで同芯状に一体構成された従動側回転体を備えた弁開閉時期制御装置が開示されている。

この弁開閉時期制御装置は、加圧流体をカムシャフトの側から進角流路または遅角流路を通して進角室または遅角室に給排することにより、駆動側回転体に対する従動側回転体の回転位相を制御するように構成してある。

特開２０００−１６１０２８号公報

上記従来の弁開閉時期制御装置では、外周部材にアルミニウム系材料を使用するために従動側回転体としての強度は、それ以前の鉄系材料のみで構成されていた従動側回転体の強度に比べて弱いものとなる。しかしながら、上記従来技術の場合、内周部材に形成されるのは、加圧流体の供給路と内周部材をカムシャフトに接続するためのボルト挿通孔だけであるから、内周部材の体積減少分は限定的である。よって、上記従来技術に係る従動側回転体は全体強度が低下したとはいえ必要な強度は維持されている。

これに対し、従動側回転体の型式として従動側回転体に対してカムシャフトと反対側から加圧流体を給排する所謂フロントフィードタイプのものがある。その場合には、加圧流体を供給する固定軸部が内周部材の中央に形成された凹部に挿入配置される。ただし、当該固定軸部には、加圧流体を給排する流路が設けられる他、固定軸部と内周部材との境界に配置されるシール部材等が設けられるため、固定軸部のサイズが大きくなりがちである。また、内周部材の凹部には、カムシャフトを連結するボルトの一部が収容される領域を確保する必要がある。よって、内周部材の中央部には大きな凹部を形成する必要があり、そのため内周部材の強度は上記従来技術の強度に比べてかなり低いものとなる。

このように、フロントフィードタイプの弁開閉時期制御装置において、従動側回転体の一部にアルミニウム系材料を用いる場合には強度の確保が難しくなるなど未だ改善すべき点があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従動側回転体の内周側を固定軸部で支持するフロントフィードタイプの構造を有するにかかわらず、従動側回転体の強度を確保しながら軽量化を図り易い弁開閉時期制御装置を提供することを目的とする。

本発明による弁開閉時期制御装置の特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体の内周側に相対回転可能に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと同期回転する従動側回転体と、前記従動側回転体の内周部分を前記駆動側回転体の回転軸芯と同一回転軸芯上に回転自在に支持する固定軸部と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に形成された流体圧室と、前記従動側回転体の外周側に設けられた仕切部で前記流体圧室を仕切ることにより形成される進角室および遅角室と、前記従動側回転体に形成され、前記進角室に連通する進角流路および前記遅角室に連通する遅角流路と、前記固定軸部の内部と前記進角流路または前記遅角流路とを通して前記進角室または前記遅角室に加圧流体が選択的に供給または排出されるように、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の回転位相を制御する位相制御部と、を備え、前記従動側回転体は、前記固定軸部が挿入される筒状部と当該筒状部の一端部に前記カムシャフトを連結するための連結板部とを一体に有する内周部材と、前記内周部材の外周側に配置され、前記仕切部が設けられる筒状の外周部材とを同芯状に一体に有し、前記内周部材は、鉄系材料で形成され、前記外周部材は、前記鉄系材料よりも軽量の材料で前記筒状部の外周側に一体に設けられており、前記筒状部は、前記連結板部を備える小径筒状部と、前記仕切部の内部に入り込む突出部分を備え、前記小径筒状部の周囲に拡径した大径筒状部とを一体に有し、前記外周部材は、前記大径筒状部の外周側に一体に設けられており、前記回転軸芯の方向における前記大径筒状部の端面は、前記駆動側回転体に対して当接する部分を有し、前記外周部材は、前記端面よりも突出しないように設けられている点にある。

本構成の弁開閉時期制御装置は、前記従動側回転体の内周部分を前記駆動側回転体の回転軸芯と同一回転軸芯上に回転自在に支持する固定軸部と、前記固定軸部の内部と前記進角流路または前記遅角流路とを通して前記進角室または前記遅角室に加圧流体が選択的に供給または排出されるように、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の回転位相を制御する位相制御部とを備えている。
つまり、固定軸部の内部と進角流路または遅角流路とを通して進角室または遅角室に加圧流体が選択的に供給または排出されるために大径化し易い固定軸部で従動側回転体の内周部分を支持してある。

このため、外周部材と内周部材とで同芯状に一体構成された従動側回転体を設けるにあたって、従動側回転体の強度を確保できるように、鉄系材料からなる内周部材の肉厚を厚くすると外周部材の肉厚が薄くなり、従動側回転体の軽量化を図り難い。

そこで、本構成では、前記従動側回転体は、前記固定軸部が挿入される筒状部と当該筒状部の一端部に前記カムシャフトを連結するための連結板部とを一体に有する内周部材と、前記内周部材の外周側に配置され、前記仕切部が設けられる筒状の外周部材とを同芯状に一体に有し、内周部材は、鉄系材料で形成され、外周部材は、前記鉄系材料よりも軽量の材料で筒状部の外周側に一体に設けられている。

すなわち、外周部材と内周部材とで同芯状に一体構成された従動側回転体を設けるにあたって、内周部材の強度を確保できるように、固定軸部が挿入される筒状部に加えて、その筒状部の一端部にカムシャフトを連結するための連結板部を一体に有する形状剛性が大きい内周部材を鉄系材料で形成し、外周部材は、鉄系材料よりも軽量の材料で筒状部の外周側に一体に設けてある。

このため、鉄系材料で形成される内周部材の肉厚を厚くすることなく剛性を高めることができ、軽量の材料で形成される外周部材の肉厚を厚く確保して従動側回転体を軽量化することができる。
したがって、本構成の弁開閉時期制御装置であれば、従動側回転体の内周側を固定軸部で支持する構造を有するにもかかわらず、従動側回転体の強度を確保しながらその軽量化を図り易い。
また、本構成であれば、内周部材の剛性を一層高めながら、大径筒状部の外径寸法を適切に設定することにより、大径筒状部を覆う部分における外周部材の肉厚を、突出部分を覆う部分における外周部材の肉厚に近づけることができる。
このため、外周部材と内周部材との例えば熱膨張率の違い起因する外周部材の内周部材に対する相対変形領域を周方向で隣り合う仕切部の間に集中させずに、突出部分を覆う部分にも分散することができる。
したがって、外周部材の内周部材に対する相対変形による外周部材と内周部材との界面の剥離などを防止できる。
また、本構成であれば、従動側回転体の駆動側回転体に対して当接する部分を鉄系材料で形成できるので、その当接する部分の摩耗を抑制して、駆動側回転体と従動側回転体との回転軸芯の方向における「がたつき」の発生を長期に亘って防止できる。

本発明の他の特徴構成は、前記筒状部の前記固定軸部が挿入される開口部分は、前記外周部材が一体に設けられる部位よりも回転軸芯の方向に突設されている点にある。

本構成であれば、筒状部における開口部分の剛性を高めて、例えば外周部材と内周部材との熱膨張率の違いに起因する筒状部の変形を防止することができる。

第１実施形態の弁開閉時期制御装置を示す縦断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 内部ロータ（従動側回転体）の縦断面図である。 内周部材の斜視図である。 内部ロータの斜視図である。 第２実施形態の弁開閉時期制御装置を示す縦断面図である。 内周部材の斜視図である。 内部ロータの斜視図である。

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、自動車用ガソリンエンジン（内燃機関）Ｅに装備される本発明による弁開閉時期制御装置Ａを示す。
弁開閉時期制御装置Ａは、図１，図２に示すように、エンジンＥのクランクシャフトＥ１と同期回転する「駆動側回転体」としてのハウジング１と、ハウジング１の内周側に相対回転可能に配置され、エンジンＥの弁開閉用のカムシャフト２と同期回転する「従動側回転体」としての内部ロータ３と、内部ロータ３の内周部分をハウジング１の回転軸芯Ｘと同一回転軸芯上に回転自在に支持する固定軸部４と、ハウジング１と内部ロータ３との間に形成された流体圧室５と、内部ロータ３の外周側に一体に設けられた仕切部６で流体圧室５を仕切ることにより形成される進角室５ａおよび遅角室５ｂと、内部ロータ３に形成され、進角室５ａに連通する進角流路１１ａおよび遅角室５ｂに連通する遅角流路１１ｂと、固定軸部４の内部と進角流路１１ａまたは遅角流路１１ｂとを通して進角室５ａまたは遅角室５ｂに「加圧流体」としての作動油（エンジンオイル）が選択的に供給または排出されることにより、ハウジング１に対する内部ロータ３の回転位相を制御する位相制御部７とを備えている。
カムシャフト２は、エンジンＥのシリンダヘッド（図示せず）に回転自在に組み付けてある。固定軸部４は、エンジンＥのフロントカバー等の静止部材に固定してある。

ハウジング１は、外周形状が円筒形の外部ロータ１ａと、外部ロータ１ａの前方側に配置したフロントプレート１ｂと、外部ロータ１ａの後方側に配置したリアプレート１ｃとを備え、連結ボルト１ｄで互いに一体に固定してある。
外部ロータ１ａおよびフロントプレート１ｂは、鉄系材料よりも軽量のアルミニウム合金などのアルミニウム系材料で形成してある。
リアプレート１ｃは、スプロケット１ｅを外周側に一体に備え、鋼などの鉄系材料で形成してある。

スプロケット１ｅとクランクシャフトＥ１に取り付けたスプロケットとに亘って、タイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材Ｅ２を巻き掛けてあり、エンジンＥの駆動により、ハウジング１は図２中の矢印Ｓで示す方向に回転する。

内部ロータ３は、エンジンＥの吸気弁または排気弁の開閉を制御するカム（図示せず）を備えたカムシャフト２の先端部に固定してある。
内部ロータ３は、ハウジング１の回転に伴って、矢印Ｓで示す方向に従動回転する。

内部ロータ３には、回転軸芯Ｘと同芯の円筒形状の内周面８ａを備えた凹部８と、カムシャフト２を連結するための連結板部８ｂとを設けてある。内部ロータ３とカムシャフト２は、連結板部８ｂに挿通したボルト１０をカムシャフト２に同芯状にねじ込んで互いに一体に固定してある。
内部ロータ３のハウジング１に対する回転位相を進角側に付勢する捩りコイルバネ１８を、内部ロータ３とリアプレート１ｃとに亘って装着してある。

外部ロータ１ａの内周側には、径方向内方に向けて突出する複数（本実施形態では四つ）の突出部９を回転方向で互いに離間する位置に一体形成してある。
各突出部９は、突出端部がシール部材９ａを介して内部ロータ３の外周面に対して摺接移動するように設けてある。

回転方向で隣り合う突出部９どうしの間であって外部ロータ１ａと内部ロータ３との間に四つの流体圧室５が形成されている。
連結ボルト１ｄは、各突出部９に挿通して、外部ロータ１ａとフロントプレート１ｂとリアプレート１ｃとを一体に固定している。

内部ロータ３の外周側の各流体圧室５に対面する箇所の夫々に、径方向外方に向けて突出する複数（本実施形態では四つ）の仕切部６が回転方向で互いに離間する位置に一体形成されている。
各仕切部６は、突出端部がシール部材６ａを介して外部ロータ１ａの内周面に対して摺接移動するように設けてある。
各流体圧室５は、これらの仕切部６によって、回転方向で隣り合う進角室５ａと遅角室５ｂとに仕切られている。

内部ロータ３には、進角室５ａに連通する円形断面の進角流路１１ａと遅角室５ｂに連通する円形断面の遅角流路１１ｂとを、内部ロータ３の内周側、つまり、凹部８に連通するように回転径方向に貫通形成してある。
作動油は進角流路１１ａを通して進角室５ａに給排され、遅角流路１１ｂを通して遅角室５ｂに給排される。

進角流路１１ａと遅角流路１１ｂは、回転方向で隣り合う仕切部６の間毎に、図１に示すように回転軸芯Ｘの方向で互いに位置をずらせて、かつ、図２に示すように回転軸芯Ｘの周りで互いに位相をずらせて形成してある。

図１に示すように、進角流路１１ａは、リアプレート１ｃの側において固定軸部４と連結板部８ｂとの間の空間に臨む位置で凹部８に連通し、遅角流路１１ｂは、進角流路１１ａよりもフロントプレート１ｂの側において固定軸部４の外周面に臨む位置で凹部８に連通している。

固定軸部４は、進角流路１１ａに連通可能な流体流路としての進角側供給流路１２ａと、遅角流路１１ｂに連通可能な流体流路としての遅角側供給流路１２ｂとを有する。
進角側供給流路１２ａは、固定軸部４の軸方向一端側から固定軸部４と連結板部８ｂとの間の空間に連通し、遅角側供給流路１２ｂは、固定軸部４の外周面に形成した環状周溝１３に連通している。
環状周溝１３の両側と固定軸部４の軸方向一端側との夫々に、固定軸部４の外周面と凹部８の内周面８ａとの隙間を塞ぐシールリング１４を装着してある。

内部ロータ３を構成する仕切部６の一つとハウジング１とに亘って、内部ロータ３のハウジング１に対する回転位相を最遅角位置に拘束するロック状態と拘束を解除するロック解除状態とに切り換え可能なロック機構１５を設けてある。
ロック機構１５は、内部ロータ３の仕切部６の一つに、リアプレート１ｃに形成した凹部（図示せず）に対して回転軸芯Ｘに沿う方向に出退自在な先端部を備えたロック部材１５ａを装着して構成してある。

ロック機構１５は、圧縮バネなどの付勢部材（図示せず）の付勢力により、ロック部材１５ａの先端部が凹部に入り込むことによってロック状態に切り換え、環状周溝１３に連通するロック油路１１ｃを通して供給される作動油の圧力により、付勢部材の付勢力に抗して凹部から内部ロータ３の側に抜け出ることによってロック解除状態に切り換える。

位相制御部７は、オイルパン１７の作動油を吸引・吐出するオイルポンプＰと、進角側供給流路１２ａおよび遅角側供給流路１２ｂに対する作動油の給排およびその給排の遮断を行なう流体制御弁ＯＣＶと、流体制御弁ＯＣＶの作動を制御する電子制御ユニットＥＣＵとを備えている。

位相制御部７による作動油の給排動作で、内部ロータ３のハウジング１に対する回転位相を矢印Ｓ１で示す進角方向（進角室５ａの容積が増大する方向）または矢印Ｓ２で示す遅角方向（遅角室５ｂの容積が増大する方向）へ変位させて、作動油の給排の遮断動作で任意の位相に保持する。
ロック機構１５は、進角室５ａに作動油を供給する動作でロック油路１１ｃを通して作動油が供給されて、ロック状態からロック解除状態に切り換わる。

内部ロータ３は、図３〜図５にも示すように、円筒状の内周部材３ｂと、内周部材３ｂの外周側に配置され、各仕切部６が外周側に一体に設けられる円筒状の外周部材３ａとを同芯状に一体に有している。

内周部材３ｂは、固定軸部４が挿入される円筒状部１９と、当該円筒状部１９の一端部に配置された連結板部８ｂと、各仕切部６の内部に入り込むように埋設される四つの突出部分２０とを一体に有し、鉄系材料により形成された例えば高強度の焼結品や鍛造品で構成されている。突出部分２０の一つにロック部材１５ａが装着されている。

外周部材３ａは、内周部材３ｂを形成する鉄系材料よりも軽量の材料、例えばアルミニウム合金などのアルミニウム系材料により形成されている。
外周部材３ａは、内周部材３ｂの外周部を突出部分２０と共に外周部材３ａを形成するアルミニウム系材料で鋳ぐるむことにより、円筒状部１９の外周側に回り止め状態で一体に設けられている。

円筒状部１９における固定軸部４が挿入される開口部分２１は、外周部材３ａが一体に設けられる部位よりもフロントプレート１ｂの側に向けた回転軸芯Ｘの方向に突設されている。このため、外周部材３ａで内周部材３ｂを鋳ぐるむ際に、溶融したアルミニウム系材料が開口部分２１から内周部材３ｂの内周側に流入しにくい。
開口部分２１の内周面２２は、固定軸部４の挿入ガイドとして機能するように、外周部材３ａの側（奥側）ほど小径のテーパ面に形成してある。

円筒状部１９は、連結板部８ｂを一端部に備える小径筒状部２３と、当該小径筒状部２３の周囲に拡径した状態に設けた大径筒状部２４とを一体に有している。大径筒状部２４は、小径筒状部２３の長手方向中間部に配置され、その外周側に各突出部分２０を一体に備えている。

外周部材３ａは、大径筒状部２４および突出部分２０を回転軸芯Ｘの方向に臨む両端面を含む全体を鋳ぐるむ状態で、大径筒状部２４の外周側に一体に設けてある。
このため、内周部材３ｂの剛性を一層高めながら、大径筒状部２４の外径寸法を小径筒状部２３の外径よりも大きくして、大径筒状部２４を覆う部分における外周部材３ａの肉厚を、突出部分２０を覆う部分における外周部材３ａの肉厚に近づけることができる。

〔第２実施形態〕図６〜図８は本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、回転軸芯Ｘの方向における大径筒状部２４の両端面２５は、全周に亘って図６に示すようにハウジング１のフロントプレート１ｂおよびリアプレート１ｃに対して当接する部分を有する摺接面に形成してある。

このため、外周部材３ａは、これらの両端面２５よりも回転軸芯Ｘの方向に突出しないように設けてあり、外周部材３ａで大径筒状部２４を鋳ぐるむ際に、溶融したアルミニウム系材料が小径筒状部２３のリアプレート１ｃとの摺接部２６に付着しにくい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕１．本発明による弁開閉時期制御装置は、外周部材が鉄よりも軽量の樹脂材料で形成されていてもよい。
２．本発明による弁開閉時期制御装置は、自動車用内燃機関以外の各種用途の内燃機関に装備されるものであってもよい。

１ 駆動側回転体
２ カムシャフト
３ 従動側回転体
３ａ 外周部材
３ｂ 内周部材
４ 固定軸部
５ 流体圧室
５ａ 進角室
５ｂ 遅角室
６ 仕切部
７ 位相制御部
８ｂ 連結板部
１１ａ 進角流路
１１ｂ 遅角流路
１９ 筒状部
２０ 突出部分
２１ 固定軸部が挿入される開口部分
２３ 小径筒状部
２４ 大径筒状部
２５ 大径筒状部の端面（摺接面）
Ｅ 内燃機関
Ｅ１ クランクシャフト
Ｘ 回転軸芯

Claims (2)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
   前記駆動側回転体の内周側に相対回転可能に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと同期回転する従動側回転体と、前記従動側回転体の内周部分を前記駆動側回転体の回転軸芯と同一回転軸芯上に回転自在に支持する固定軸部と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に形成された流体圧室と、
   前記従動側回転体の外周側に設けられた仕切部で前記流体圧室を仕切ることにより形成される進角室および遅角室と、
   前記従動側回転体に形成され、前記進角室に連通する進角流路および前記遅角室に連通する遅角流路と、前記固定軸部の内部と前記進角流路または前記遅角流路とを通して前記進角室または前記遅角室に加圧流体が選択的に供給または排出されるように、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の回転位相を制御する位相制御部と、を備え、
   前記従動側回転体は、前記固定軸部が挿入される筒状部と当該筒状部の一端部に前記カムシャフトを連結するための連結板部とを一体に有する内周部材と、前記内周部材の外周側に配置され、前記仕切部が設けられる筒状の外周部材とを同芯状に一体に有し、
   前記内周部材は、鉄系材料で形成され、
   前記外周部材は、前記鉄系材料よりも軽量の材料で前記筒状部の外周側に一体に設けられており、
   前記筒状部は、前記連結板部を備える小径筒状部と、前記仕切部の内部に入り込む突出部分を備え、前記小径筒状部の周囲に拡径した大径筒状部とを一体に有し、
   前記外周部材は、前記大径筒状部の外周側に一体に設けられており、
   前記回転軸芯の方向における前記大径筒状部の端面は、前記駆動側回転体に対して当接する部分を有し、
   前記外周部材は、前記端面よりも突出しないように設けられている弁開閉時期制御装置。
2. 前記筒状部の前記固定軸部が挿入される開口部分は、前記外周部材が一体に設けられる部位よりも回転軸芯の方向に突設されている請求項１記載の弁開閉時期制御装置。

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