WO2012111388A1

WO2012111388A1 - 弁開閉時期制御装置

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Publication number: WO2012111388A1
Application number: PCT/JP2012/051356
Authority: WO
Inventors: 安達一成; 野口祐司; 本間敦; 朝日丈雄
Original assignee: アイシン精機株式会社
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2012-08-23
Also published as: JP2012172558A; EP2677126B1; US20130247855A1; CN103339348B; KR20130095312A; JP5321925B2; KR101475671B1; CN103339348A; EP2677126A4; EP2677126A1; US8910604B2

Abstract

　従動側回転体の湾曲を抑制しつつ、作業工程や部品点数の簡素化を図ることができる弁開閉時期制御装置を提供する。駆動側回転体と、従動側回転体と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切る複数の仕切部と、従動側回転体とカムシャフトとを連結する連結部材とを備え、連結部材の圧入部は、従動側回転体の凹部の内周面に嵌合する複数の嵌合部を有すると共に、少なくとも一つの嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しないように構成してある。

Description

弁開閉時期制御装置

　本発明は、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、駆動側回転体と同軸上に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転体と、従動側回転体に設けられ、駆動側回転体と従動側回転体とによって形成された流体圧室を遅角室と進角室とに仕切る複数の仕切部と、を備えた弁開閉時期制御装置に関する。

　従動側回転体とカムシャフトとをボルト締結する場合において、カムシャフトと従動側回転体との接触面積が小さいため、従動側回転体に掛かる締結圧力が高くなる。一般に、従動側回転体の材質として硬度の低いアルミニウム材が用いられることが多いため、従動側回転体が変形し易くなる。

　このため、従動側回転体とカムシャフトとの間に連結部材を介在させることが行われている。これにより、カムシャフトと従動側回転体との接触面積を大きくして従動側回転体に作用する単位面積当たりの押圧力を低下させることができる。その結果、従動側回転体の変形を防止できる。

　従動側回転体とカムシャフトとを組み立てる際には、異なる部品工場で製造された夫々の部品が組立工場に搬送される。構成部品のうち従動回転体・駆動側回転体・連結部材は同じ部品工場で製造され、互いに組み付けられた状態で搬送される。このうち、連結部材は従動側回転体の一方側に形成した凹部に圧入され、一体化された状態で搬送される。このように一体化しておくと、搬送の手間が軽減するうえ、カムシャフトの接続作業も容易になって好ましい。

　しかし、連結部材を上記凹部に圧入すると、従動側回転体の両面のうち、凹部を形成した側のみが拡径され、従動側回転体の全体が凹部とは反対側に面外変形する場合がある。この点、例えば、特開２００６－１８３５９０号公報には、連結部材を圧入する凹部を形成すると共に、その裏側にブッシュを圧入する凹部を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。これにより、双方の面における拡径変形量がバランスし、従動側回転体に面外変形が生じるのを防止している。

特開２００６－１８３５９０号公報

　しかし、特許文献１の技術では、ブッシュや連結部材の寸法、或いは、凹部の加工寸法に誤差が生じる等して、従動側回転体の両面における拡径変形量が必ずしも相殺されない場合がある。その結果、従動側回転体に面外変形が発生する。この技術では、連結部材を圧入する工程に加えてブッシュを圧入する工程が必要となり、部品点数が増大して加工にも手間が掛かる上に、従動側回転体の面外変形を確実に除去することができない。このため、上記従来の技術は必ずしも弁開閉時期制御装置を作るうえで必ずしも合理的な技術であるとは言えない。

　本発明の目的は、従動側回転体の湾曲を抑制しつつ、作業工程や部品点数の簡素化を図ることができる弁開閉時期制御装置を提供する点にある。

　本発明の弁開閉時期制御装置の第１特徴構成は、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体と同軸上に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転体と、前記従動側回転体に設けられ、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とによって形成された流体圧室を遅角室と進角室とに仕切る複数の仕切部と、前記従動側回転体に形成された凹部に圧入される圧入部を有し、前記従動側回転体と前記カムシャフトとを連結する連結部材と、を備え、前記圧入部は、前記凹部の内周面に対し、回転方向に沿って間隔を隔てて嵌合する複数の嵌合部を有すると共に、前記複数の嵌合部のうち少なくとも一つの嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しないように構成してある点にある。

　一般に、従動側回転体は、回転中心の側に形成された円筒部と、当該円筒部の外周部に周方向に沿って断続的に形成された複数の仕切部とを備える。このような従動側回転体にカムシャフトとの連結に際して用いる連結部材を圧入する場合、前述したごとく従動側回転体には必ず幾分かの変形が生じる。

　本発明は、連結部材を圧入した際に生じる上記変形の影響を最小限に留める技術である。今、仮に、特定の嵌合部が径方向において何れかの仕切部と重複した位置にあるとする。この場合、従動側回転体のうち嵌合部と当接する部位は径外方向に変形する。これに伴い、当該位置に設けられた仕切部も拡径移動する。しかし、従動側回転体の変形は凹部を形成した側のみに発生するから、仕切部は凹部と反対側に倒れ変形する。仕切部は径方向に所定の長さ寸法を有するから、仕切部の端部の変位量は大きなものとなる。

　このような不都合を防止すべく、本発明の第１特徴構成では、連結部材に形成される複数の嵌合部のうち少なくとも一つの嵌合部が、従動側回転体の仕切部に径方向で重複しないように構成してある。このように構成することで、従動側回転体の円筒部に拡径変形が生じても、当該部位の径外方向に仕切部は存在しないから、仕切部が面外方向に大きく変位することを防止できる。このように、嵌合部の径方向に対応する仕切部の数をできるだけ少なくすることで、従動側回転体全体としての面外変形を最小限に留めることができる。

　本発明の第２特徴構成は、全ての嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しないように構成した点にある。

　本構成のごとく、全ての嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しない場合には、何れの仕切部も、嵌合部の圧入による従動側回転体の変形の影響を受けないか、受けたとしてもその影響は小さい。即ち、嵌合部の圧入によって従動側回転体の側に生じる変形は、嵌合部の径方向に向く中心線上の変形が最大となる。よって、この方向が仕切部に重ならないようにすることで、従動側回転体の全体としての面外変形を最小に留めることができる。

　本発明の第３特徴構成は、全ての嵌合部が、前記複数の仕切部のうち、前記駆動側回転体との当接によって該駆動側回転体と前記従動側回転体との相対移動を規制する当接部および前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを所定の相対回転位相にロックするロック機構の少なくとも一方を備えた仕切部以外の仕切部に径方向で重複しないように構成した点にある。

　一般に従動側回転体の仕切部のうちの少なくとも一つには、従動側回転体と駆動側回転体との相対位相を所定の位置に設定するロック機構や、従動側回転体が最進角側あるいは最遅角側に回転した際に、駆動側回転体と当接してそれ以上の相対回転を規制する当接部を備えている。ロック機構を備える場合には、ロックピンを配設する必要から当該仕切部の周方向寸法が他の仕切部に対して大きなものとなる。また、当接部を形成する場合には、当該仕切部が当接時の衝撃に耐える必要があるため、やはり周方向寸法が大きなものとなる。その結果、これらの仕切部の剛性が、他の仕切部の剛性に比べて大きくなる。以下、ロック機構等を備えた剛性の高い仕切部を高剛性仕切部と称し、その他の剛性の低い一般の仕切部を低剛性仕切部と称する。

　本構成では、嵌合部を前記低剛性仕切部には一致させない構成とするものである。嵌合部が上記高剛性仕切部あるいは低剛性仕切部に径方向で一致した場合には、低剛性仕切部に一致した場合に生じる面外変形の方が、高剛性仕切部に一致した場合に生じる面外変形よりも大きくなる。そこで、本構成のごとく、低剛性仕切部に対応する嵌合部を設けないこととすることで、発生する面外変形を小さく留めることができる。

　本発明の第４特徴構成は、前記複数の嵌合部のうち少なくとも一つの嵌合部が、前記当接部および前記ロック機構の少なくとも一方を備えた仕切部に径方向で重複するように構成してある点にある。

　本構成では、例えば何れかの嵌合部が、何れかの仕切部に径方向で一致することが避けられないような場合に、その一致に係る仕切部を高剛性仕切部とするものである。その結果、幾分かの面外変形の発生が回避できないような場合でも、発生する面外変形を最小に留め、従動側回転体の全体に発生する面外変形の総量をできるだけ少なく抑えることができる。

　本発明の第５特徴構成は、前記連結部材は、前記駆動側回転体に形成された貫通孔を軸支する軸支部を有する点にある。

　本構成によれば、連結部材に駆動側回転体を軸支する機能を持たせることができる。よって、構成の簡素化を図りつつ、連結部材が駆動側回転体を軸支して両回転体の同軸状態を確実に維持できる。その結果、従動側回転体の姿勢が安定化する。

　本発明の第６特徴構成は、前記従動側回転体及び前記連結部材が所定の相対回転位相に位置決めされるよう案内可能なガイド部を設けた点にある。

　本構成により、従動側回転体及び連結部材は、ガイド部によって所定の相対回転位相に案内され位置決めされる。したがって、従動側回転体と連結部材とを簡易に位置決めすることができる。

は、第１実施形態における弁開閉時期制御装置を示す全体構成図である。は、図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。は、第１実施形態における弁開閉時期制御装置の要部を示す断面図である。は、図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図である。は、第１実施形態における弁開閉時期制御装置を示す分解斜視図である。は、第２実施形態における弁開閉時期制御装置を示す断面図である。は、別実施形態における連結部材を示す斜視図である。は、別実施形態における連結部材を示す斜視図である。

〔第１実施形態〕
　以下、本発明に係る弁開閉時期制御装置を自動車用エンジンに適用した実施形態について、図１～図５を参照しつつ説明する。

〔全体構成〕
　図１に示すように、弁開閉時期制御装置は、エンジンのクランクシャフトＣと同期回転する鋼鉄製のハウジング１（駆動側回転体の一例）と、エンジンのカムシャフト２と同期回転するアルミニウム製の内部ロータ３（従動側回転体の一例）と、を備えている。ハウジング１と内部ロータ３とは同一軸芯Ｘ上に配置されている。

〔ハウジングおよびロータ〕
　図１～図４に示すように、ハウジング１は、前側すなわちカムシャフト２とは反対側に設けたフロントプレート４と、後側すなわちカムシャフト２の側に設けたスプロケット５と、フロントプレート４およびスプロケット５との間に介装された外部ロータ６と、を備えている。フロントプレート４とスプロケット５と外部ロータ６とはねじ固定されている。尚、フロントプレート４とスプロケット５と外部ロータ６とをねじ固定せずに、ハウジング１を一体形成してもよい。また、スプロケット５に代えてリアプレートを設け、外部ロータ６の外周部にスプロケットを形成してもよい。

　クランクシャフトＣが回転駆動すると、動力伝達部材（図示しない）を介してスプロケット５にその回転駆動力が伝達され、外部ロータ６が回転方向Ｓ（図２参照）に回転駆動する。外部ロータ６の回転駆動に伴い、内部ロータ３が回転方向Ｓに回転駆動してカムシャフト２が回転し、カムシャフト２に設けられたカム（図示しない）がエンジンの吸気弁（図示しない）を押し下げる。

　図２，図４に示すように、外部ロータ６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。それら第１仕切部８は回転方向Ｓに沿って間隔を隔てて配置してある。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。それら第２仕切部９は、第１仕切部８と同様に回転方向Ｓに沿って間隔を隔てて配置してある。第１仕切部８によって、外部ロータ６と内部ロータ３との間の空間が複数の流体圧室に仕切られている。第２仕切部９によって、これら流体圧室がそれぞれ進角室１１と遅角室１２とに仕切られている。さらに、進角室１１、遅角室１２間のエンジンオイルの漏洩を防止するために、第１仕切部８のうち内部ロータ３の外周面に対向する位置、および、第２仕切部９のうち外部ロータ６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、内部ロータ３、および、連結部材２２、カムシャフト２の内部には、各進角室１１とエンジンオイルの給排及びその給排の遮断を行なう給排機構ＫＫとを接続する進角通路１３、各遅角室１２と給排機構ＫＫ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６とを所定の相対回転位相にロックするロック機構ＲＫと給排機構ＫＫとを接続するロック通路１５が形成されている。

　給排機構ＫＫは、オイルパンと、オイルモータと、進角通路１３および遅角通路１４に対してエンジンオイルの給排及びその給排の遮断を行なう流体制御弁ＯＣＶと、ロック通路１５に対してエンジンオイルの給排及びその給排の遮断を行なう流体切換弁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。この給排機構ＫＫを制御することによって、内部ロータ３と外部ロータ６との相対回転位相を進角方向（図２の矢印Ｓ１方向）または遅角方向（図２の矢印Ｓ２方向）へ変位させたり、任意の位相に保持する。

〔内部ロータとカムシャフトとの連結構造〕
　図１～図５に示すように、内部ロータ３および連結部材２２、カムシャフト２はボルト２１を用いて締結してある。ボルト２１は、カムシャフト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に締結してある。これにより、内部ロータ３は連結部材２２を介してカムシャフト２の先端部に一体的に組み付けられている。

　具体的には、内部ロータ３の前側面および後側面には、それぞれボルト２１の頭部を収容する第１凹部２３、および、連結部材２２の前側部分２６（圧入部の一例）が圧入される第２凹部２４（凹部の一例）が形成されている。第１凹部２３と第２凹部２４との間には、ボルト２１を挿通する貫通孔２５が形成されている。

　図５に示すように、連結部材２２の前側部分２６には、切欠部２７が回転方向Ｓに沿って間隔を隔てて複数形成されている。これら切欠部２７どうしの間の部位は、前記第２凹部２４の内周面に対して圧入される嵌合部２８となる。当該嵌合部２８は連結部材２２の周方向に沿って複数形成され、例えば、周方向の位相が９０度に設定される。嵌合部２８の軸方向の幅は第２凹部２４の深さとほぼ同じか、それよりも大きく設定されている。連結部材２２の後側部分２９（軸支部の一例）はスプロケット５の丸孔３０に軸支される。これにより、連結部材２２にハウジング１を軸支する機能を持たせることができる。よって、構成の簡素化を図りつつ、内部ロータ３およびハウジング１の同軸状態を確実に維持でき、内部ロータ３の姿勢が安定化する。

　連結部材２２の前側面および後側面には、それぞれボルト２１を挿通する孔部３１、および、カムシャフト２の先端部が挿入される凹部３２が形成されている。内部ロータ３には前側のピン挿入孔３ａが形成され、カムシャフト２の先端部には後側のピン挿入孔２ａが形成され、連結部材２２には中間のピン挿入孔２２ａが形成されている。尚、内部ロータ３の貫通孔２５とボルト２１との隙間、連結部材２２の孔部３１とボルト２１との隙間、およびカムシャフト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。

　図３に示すように、ピンＰを内部ロータ３のピン挿入孔３ａおよび連結部材２２のピン挿入孔２２ａに挿入しつつ連結部材２２の前側部分２６を内部ロータ３の第２凹部２４に圧入し、その後、ピンＰをカムシャフト２の先端部のピン挿入孔２ａに挿入しつつカムシャフト２の先端部を連結部材２２の凹部３２に挿入する。これにより、内部ロータ３と連結部材２２とカムシャフト２の先端部とが所定の相対回転位相に位置決めされ、進角通路１３、遅角通路１４、およびロック通路１５が形成される。

　すなわち、内部ロータ３及び連結部材２２が所定の相対回転位相に位置決めされるよう案内可能なガイド部としてピンＰ、ピン挿入孔３ａ、及びピン挿入孔２２ａが設けられている。内部ロータ３及び連結部材２２は、ガイド部（ピンＰ、ピン挿入孔３ａ、及びピン挿入孔２２ａ）によって所定の相対回転位相に案内され位置決めされる。したがって、内部ロータ３と連結部材２２とを簡易に位置決めすることができる。

〔嵌合部と第２仕切部との配置関係〕
　図４に示すように、例えば、何れの嵌合部２８も、各第２仕切部９に径方向で重複しないように構成することができる。これにより、連結部材２２を第２凹部２４に圧入したとき、内部ロータ３の該当部位は幾分の拡径変形を受けるものの、この部位は何れの第２仕切部９とも対応していない。つまり、何れの第２仕切部９も角変形などを生じることが無い。この結果、内部ロータ３の全体としての面外変形を最小に留めることができる。また、内部ロータ３のうち何れの被嵌合部４１も同程度に変形するため、内部ロータ３の偏心を防止することができる。
　図４には、全ての嵌合部２８が第２仕切部９に重複しない構成を示したが、本発明では、少なくとも一つの嵌合部２８が第２仕切部９に重複しないものであればよい。当該部位においては、嵌合の影響が第２仕切部９の姿勢変化に及ばないから、内部ロータ３の変形量を最小に留めることができるからである。

　尚、本発明の構成は、全ての嵌合部２８が、夫々の第２仕切部９に対して径方向で一切重複してはならないというものではない。つまり、全ての嵌合部２８の径方向に向く中心線ＣＬに着目した場合に、この中心線ＣＬが各第２仕切部９に径方向で重複しないように構成してもよい。つまり、嵌合部２８の圧入によって内部ロータ３の側に生じる変形は、嵌合部２８の径方向に向く中心線ＣＬ上の変形が最大となる。よって、この方向が第２仕切部９に重ならないようにすることで、内部ロータ３の全体としての面外変形を最小に留めることができる。よって、本構成のごとく、全ての嵌合部２８の径方向に向く中心線ＣＬが各第２仕切部９に径方向で重複しないように構成することで、何れの第２仕切部９も、嵌合部２８の圧入による変形の影響を受けないか、受けたとしてもその影響は小さいものとなる。

〔第２実施形態〕
　図６に示すように、ここでは、一部の嵌合部２８が、複数の第２仕切部９のうち、ロック機構ＲＫを備えた第２仕切部９に径方向で重複し、他の嵌合部２８がロック機構ＲＫを備えない第２仕切部９に径方向で重複しないように構成してある。このうちロック機構ＲＫを備えた第２仕切部は、ロックピンを配設する必要から当該第２仕切部の周方向寸法が他の仕切部に対して大きなものとなり、その剛性も大きなものとなる。よって、以降においては、ロック機構ＲＫを備えた第２仕切部を高剛性仕切部９ａと称し、その他の第２仕切部を低剛性仕切部９ｂと称する。

　図６の例は、三つの嵌合部２８は何れの第２仕切部９にも重複しない状態に配置できるが、一つの嵌合部２８は何れかの第２仕切部９に重複することが避けられない一例である。このような場合には、重複する第２仕切部９として高剛性仕切部９ａを選択する。即ち、高剛性仕切部９ａは剛性が高いため、連結部材２２の圧入による影響をあまり受けない。よって、被嵌合部４１に発生する面外変形が小さくなり、ひいては内部ロータ３の全体の変形量が最小限に留まることとなる。他の三つの嵌合部２８が嵌合する被嵌合部４１は内部ロータ３の筒状部分である。よって、嵌合部２８の圧入によって筒状部分に変形は生じるものの、当該変形が何れかの低剛性仕切部９ｂに及ぶことはない。

　尚、この実施形態では、一つの嵌合部２８のみが、ロック機構ＲＫを備えた高剛性仕切部９ａに径方向で重複する。しかし、複数の嵌合部２８が、一つの高剛性仕切部９ａに重複配置されても良いし、また、複数の高剛性仕切部９ａを備え、夫々に嵌合部２８が対応するものであってもよい。何れの場合にも、内部ロータ３の変形が抑制されるとの上記効果は維持される。

〔別実施形態〕
　連結部材２２における嵌合部２８の形状は、図７及び図８に示すものであってもよい。即ち、図７に示すごとく、嵌合部２８を連結部材２２の表側から裏側に及ぶ領域に形成することが出来る。
　また、図８に示すように、嵌合部２８および切欠部２７を形成するのに、平面状の切欠部２７と、円筒面状の嵌合部２８とを組み合わせたものであってもよい。この場合には、四角形状の材料の四隅を円筒状に削って嵌合部２８を形成するものであっても良いし、円板状の材料の四箇所を平面状に切り落として切欠部２７を形成しても良い。
　上記何れの構成であっても、内部ロータ３に生じさせる変形量を最小に留める連結部材２２を得ることができる。特に、図８の形状であれば、加工が容易であるから、コスト面でも有利な連結部材２２を得ることができる。

　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適応可能である。

Claims

　クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、
　前記駆動側回転体と同軸上に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転体と、
　前記従動側回転体に設けられ、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とによって形成された流体圧室を遅角室と進角室とに仕切る複数の仕切部と、
　前記従動側回転体に形成された凹部に圧入される圧入部を有し、前記従動側回転体と前記カムシャフトとを連結する連結部材と、を備え、
　前記圧入部は、前記凹部の内周面に対し、回転方向に沿って間隔を隔てて嵌合する複数の嵌合部を有すると共に、前記複数の嵌合部のうち少なくとも一つの嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しないように構成してある弁開閉時期制御装置。
　全ての嵌合部の径方向に向く中心線が各仕切部に径方向で重複しないように構成してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
　全ての嵌合部が、前記複数の仕切部のうち、前記駆動側回転体との当接によって該駆動側回転体と前記従動側回転体との相対移動を規制する当接部および前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを所定の相対回転位相にロックするロック機構の少なくとも一方を備えた仕切部以外の仕切部に径方向で重複しないように構成してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記複数の嵌合部のうち少なくとも一つの嵌合部が、前記当接部および前記ロック機構の少なくとも一方を備えた仕切部に径方向で重複するように構成してある請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記連結部材は、前記駆動側回転体に形成された貫通孔を軸支する軸支部を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記従動側回転体及び前記連結部材が所定の相対回転位相に位置決めされるよう案内可能なガイド部を設けた請求項１～５のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。