JP2010174660A - Variable valve timing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相の可変制御に供される可変バルブタイミング装置に関する。 The present invention relates to a variable valve timing device used for variable control of a rotational phase of a camshaft with respect to a crankshaft.
自動車用エンジンでは、エンジンの回転数に応じてバルブタイミングを変更するために、可変バルブタイミング装置が使用されている。可変バルブタイミング装置は、カムシャフトの一端に設けられ、クランクシャフトと同期して回転するケーシングと、カムシャフトに固着されるとともにケーシングに所定の角度範囲をもって相対回転可能に収容されたベーン付きのロータとを有し、ロータとケーシングとの間に画成される進角室および遅角室に作動油(エンジンオイル)を適宜供給することによって、ロータのケーシングに対する回転位相を変化させ、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる(例えば、特許文献1)。 In an automobile engine, a variable valve timing device is used to change the valve timing in accordance with the engine speed. A variable valve timing device is provided at one end of a camshaft, a casing that rotates in synchronization with a crankshaft, and a rotor with a vane that is fixed to the camshaft and accommodated in the casing so as to be relatively rotatable with a predetermined angle range. And by appropriately supplying hydraulic oil (engine oil) to the advance angle chamber and the retard angle chamber defined between the rotor and the casing, the rotational phase of the rotor relative to the casing is changed to The rotational phase of the camshaft is changed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の可変バルブタイミング装置では、クランクシャフトにベルトやチェーン、ギヤ等の回転伝達手段を介して連結されるスプロケットやプーリ、ギヤ等の被駆動部材がケーシングに一体に形成されているため、回転伝達手段がケーシングに接触しないようにフランジ等を設けてケーシングを保護する必要があった。
However, in the variable valve timing apparatus described in
本発明は、以上の問題を鑑みてなされたものであって、回転伝達手段とケーシングとの接触を防止することができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a variable valve timing device capable of preventing contact between a rotation transmission means and a casing.
上記課題を解決するために、本発明の第1の発明は、クランクシャフト(5)に対するカムシャフト(吸気カムシャフト9)の回転位相の可変制御に供される可変バルブタイミング装置(16)であって、前記クランクシャフトに回転伝達手段(駆動ギヤ14等)を介して連結された被駆動部材(被動ギヤ15)と、前記被駆動部材と一体に回転するケーシング(21)と、前記カムシャフトと一体に回転するとともに、前記ケーシングに所定の角度範囲をもって相対回転可能に収容され、当該ケーシングとの間に作動油室(進角室55,遅角室56)を画成するロータ(22)とを有し、前記カムシャフトの軸線方向において、前記被駆動部材は、少なくともその外周部が前記ケーシングに対して離間していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a variable valve timing device (16) used for variable control of a rotational phase of a camshaft (intake camshaft 9) with respect to a crankshaft (5). A driven member (driven gear 15) connected to the crankshaft via rotation transmission means (driving
この構成によれば、被駆動部材の外周部は、カムシャフトの軸線方向においてケーシングと離間しているため、被駆動部材に噛み合うギヤ、チェーン、ベルト等の回転伝達手段がケーシングに接触することが防止される。 According to this configuration, since the outer peripheral portion of the driven member is separated from the casing in the axial direction of the camshaft, rotation transmission means such as a gear, a chain, and a belt that mesh with the driven member can come into contact with the casing. Is prevented.
第2の発明は第1の発明において、前記ケーシングは、前記カムシャフトを外囲するかたちで前記被駆動部材側に延設されたボス部(45)を有し、前記被駆動部材は、前記ボス部に圧入により外嵌していることを特徴とする。 In a second aspect based on the first aspect, the casing has a boss portion (45) extending toward the driven member so as to surround the camshaft, and the driven member is It is characterized by being externally fitted to the boss part by press fitting.
この構成によれば、被駆動部材をケーシングに一体的に固定し、モジュール化することができるため、可変バルブタイミング装置のカムシャフトへの取り付けが容易になる。また、被駆動部材をケーシングに直接取り付けるため、被駆動部材とケーシングとの相対位置関係を精度良く構成することができる。 According to this configuration, since the driven member can be integrally fixed to the casing and modularized, the variable valve timing device can be easily attached to the camshaft. Further, since the driven member is directly attached to the casing, the relative positional relationship between the driven member and the casing can be configured with high accuracy.
以上の構成によれば、回転伝達手段とケーシングとの接触を防止することができる可変バルブタイミング装置を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a variable valve timing device that can prevent contact between the rotation transmitting means and the casing.
以下、図面を参照して、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態を詳細に説明する。図1は、実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。図1に示すエンジン1は、DOHC4バルブ型の4サイクル直列4気筒ガソリンエンジンである。エンジン1のシリンダブロック2は4つの気筒を備え、各気筒にはピストン3が摺動自在に収容されている。ピストン3は、コネクティングロッド4を介して、シリンダブロック2に回転自在に軸支されたクランクシャフト5に連結されている。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an automobile engine will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a main part of an engine according to an embodiment. The
シリンダブロック2の上部に設けられたシリンダヘッド6には、各気筒2本ずつの吸気バルブ7および排気バルブ8と、吸排気バルブ7,8を駆動する吸気カムシャフト9および排気カムシャフト10とが設けられている。クランクシャフト5の一端には、クランクシャフト5と一体に回転するクランクプーリ11が設けられ、排気カムシャフト10のクランクプーリ11に対応する一端には排気カムシャフト10と一体に回転するカムプーリ12が設けられている。クランクプーリ11とカムプーリ12とには、無端状かつ歯付きのタイミングベルト(コグドベルト)13が掛け渡されている。カムプーリ12は、クランクシャフト5が1回転する間に排気カムシャフト10が1/2回転するように、その径が設定されている。
The
排気カムシャフト10は、カムプーリ12から所定距離離れた位置に排気カムシャフト10と一体に回転する駆動ギヤ14を備え、吸気カムシャフト9は駆動ギヤ14に噛み合う被動ギヤ(被駆動部材)15を有する可変バルブタイミング装置16を備えている。被動ギヤ15は、クランクシャフト5に回転伝達手段としての、クランクプーリ11、タイミングベルト13、カムプーリ12、排気カムシャフト10、駆動ギヤ14を介して連結され、クランクシャフト5の回転に応じて回転する。
The
また、エンジン1は、その下部にオイルポンプ17を備えている。オイルポンプ17の駆動軸と、クランクシャフト5に設けられたスプロケット(図示しない)とには無端状のチェーン18が掛け渡されており、オイルポンプ17はクランクシャフト5の回転によってオイルパンに貯留されたエンジンオイルをエンジン1の各部に圧送する。
Further, the
図2は実施形態に係る可変バルブタイミング装置16を示す断面図であり、図3は図2のIII−III断面図である。図2および図3に示すように、可変バルブタイミング装置16は、被動ギヤ15と、被動ギヤ15に固着されたケーシング21と、ケーシング21内に収容されるとともに吸気カムシャフト9に固着されたロータ22とを主要構成要素として備えている。以下、説明の便宜上、吸気カムシャフト9の軸線方向を基準として、可変バルブタイミング装置16が設けられた側(図2中における左側)を前方側とし、他方側(図2中における右側)を後方側として説明する。
FIG. 2 is a sectional view showing the variable
ロータ22は、中心部に吸気カムシャフト9の端部9aが嵌入する貫通孔23を備えた円柱状の本体部24と、本体部24の外周部から径方向外方に突出した4つのベーン25a,25b,25c,25dとを備えている。各ベーン25a〜25dは、それぞれ周方向に約90°の角度間隔をもって配置されている。第1のベーン25aは、他の第2〜4のベーンに比較して幅広に形成されており、その概ね中央部に軸線方向に延びる貫通孔26を備えている。以下、ベーン25a〜25dを総称して表すときは、ベーン25と省略する。
The
吸気カムシャフト9の前方側の端部9aは、段部27を有して縮径されており、ロータ22の貫通孔23には段部27に当接する段部28が形成されている。吸気カムシャフト9の端部9aの外周部にはキー29が突設されており、貫通孔23にはキー29が嵌合するキー溝30が形成されている。吸気カムシャフト9の先端面には、貫通孔23の径よりも大径のカバープレート31がボルト32によって締結されている。ロータ22は、吸気カムシャフト9の段部27と、カバープレート31との間に挟持されて、吸気カムシャフト9の軸線方向における位置が固定され、キー29がキー溝30に嵌合することによって、吸気カムシャフト9と一体に回転するようになっている。また、貫通孔26の後方側の周縁部には、ボス部33が後方側に向けて突設されている。
A
ケーシング21は、ロータ22の後方側に配置されたリアプレート41と、ロータ22の径方向外方に配置された円筒体42と、ロータ22の前方側に配置されたフロントプレート43とを備え、ロータ22を外囲している。リアプレート41と、円筒体42と、フロントプレート43とは、ボルト67により一体に締結されており、各部材の接合部は液密となっている。
The
リアプレート41は、円形状の板状体であり、その中心部にロータ22のボス部33に外嵌する貫通孔44が形成されている。貫通孔44の周縁には、ボス部33の先端へと回り込み、かつ吸気カムシャフト9の外周部に沿って後方側に延びるボス部45が形成されている。
The
ボス部45は吸気カムシャフト9を外囲し、ボス部45の内周面が吸気カムシャフト9の外周面と摺接している。これにより、リアプレート41は吸気カムシャフト9に回転自在に軸支されている。また、貫通孔44がロータ22のボス部33と摺接することにより、吸気カムシャフト9と一体に回転するロータ22と相対回転可能となっている。
The
ボス部45の先端は、吸気カムシャフト9の外周面に突設された段部46に当接し、リアプレート41の軸線方向における位置が固定されている。また、リアプレート41は、ボス部45が段部46に当接した状態で、その前方側の面はロータ22に液密に摺接している。
The tip of the
ボス部45の基端部には、ボス部45の外周にわたって径方向外方に突出した段部46が形成されている。段部46は、その外周部がボス部45の外周とリアプレート41の外周との概ね中間位置まで突出している。
At the base end portion of the
円筒体42は、内周部に内方へと突出する4つの突部47を有し、隣接する2つの突部47の間には凹部48が形成されている。ロータ22が円筒体42に配置された状態で、各ベーン25は凹部48の内部に配置され、突部47の先端部はロータ22の外周面に摺接し、ベーン25の先端部は円筒体42の内周面に摺接している。これにより、凹部48は、ベーン25によって周方向に2分割され、進角室55と遅角室56とを形成している。
The
突部47のロータ22との摺接面には軸線方向に沿った溝47aが形成されており、溝47aには、板ばね49によってロータ22側に付勢された直方体状の金属片であるシール50が設けられている。同様に、ベーン25の円筒体42との摺接面には軸線方向に沿った溝25eが形成されており、溝25eには、板ばね49によって円筒体42側に付勢された直方体状の金属片であるシール50が設けられている。これらのシール50により、進角室55と遅角室56との液密に分離されている。
A
ベーン25は、その両側に配置された突部47に規制されない範囲で移動可能となっており、ロータ22が円筒体42に対して所定の角度範囲をもって相対回転可能となっている。ベーン25が凹部48内を移動することにより、進角室55および遅角室56の大きさが変化する。ベーン25の遅角室56側の面と突部47の遅角室56側の面との間には、圧縮コイルばね57が配置され、ベーン25は進角室55側に付勢されている。そのため、初期状態においては、ベーン25の進角室55側の面と、突部47の進角室55側の面とは当接し、進角室55の体積は最小となっている。
The vane 25 can move within a range that is not restricted by the
フロントプレート43は、円形の板状体であり、中心部に貫通孔43aが形成されている。フロントプレート43は、円筒体42の前方側の端面に固定され、ロータ22の本体部24およびベーン25の前方側の端面と液密に摺接している。
The
進角室55の体積が最小となる初期状態において、リアプレート41のベーン25aの貫通孔26と対応する位置には、貫通孔26よりも小径の凹部58が形成されている。貫通孔26には、凹部58に嵌入可能な突部59aを一端に備えたロックピン59が摺動可能に収容されている。ロックピン59は、フロントプレート43との間に設けられた圧縮コイルばね60に付勢されて、初期状態においては、ロックピン59の突部59aが凹部58に嵌入している。なお、凹部58の深さは突部59aの突出量よりも大きく、突部59aが凹部58に嵌入した状態で、凹部58の底部には空間が形成されている。
In an initial state where the volume of the
被動ギヤ15は、中央部に貫通孔61を備えて環状に形成されており、その外周部に駆動ギヤ14と噛み合う歯62が形成されている。被動ギヤ15の外径は、リアプレート41の外径と概ね同一の大きさとなっている。被動ギヤ15は、貫通孔61がリアプレート41のボス部45に圧入により外嵌することによってリアプレート41に固着されている。これにより、リアプレート41は被動ギヤ15と一体に回転する。
The driven
被動ギヤ15は、その前面の内周側が段部46の後面に当接することによって圧入深さが規制され、歯62を含むその外周部はリアプレート41から離間している。すなわち、被動ギヤ15をボス部45に外嵌することにより、被動ギヤ15とリアプレート41との間に周方向にわたって延在する溝63が形成される。溝63の深さおよび幅は、段部46の寸法形状によって定まる。本実施形態では、溝63の底部はリアプレート41の外周とボス部45の外周との概ね中間に位置している。
The driven
被動ギヤ15の前面および後面には肉抜き部(肉盗み部)65,66が形成されている。前面の肉抜き部65は、その径方向内側における面が溝63の底部と概ね一致するように形成されている。
On the front surface and the rear surface of the driven
次に、進角室55および遅角室56に作動油(エンジンオイル)を供給する油路構造について説明する。図2に示すように、吸気カムシャフト9は可変バルブタイミング装置16が取り付けられた部分よりも後方側に、シリンダヘッド6と、ベアリングキャップ71との間に軸支されたジャーナル部9bを備えている。シリンダヘッド6には、オイルポンプ17に連通する第1油路72および第2油路73が形成されており、それぞれの一端は吸気カムシャフト9のジャーナル部9bとの摺接面に延びている。シリンダヘッド6およびベアリングキャップ71のジャーナル部9bとの摺接面には、ジャーナル部9bの外周に沿って延在する油溝74,75が形成されている。油溝74は第1油路72と連通し、油溝75は第2油路73と連通している。
Next, an oil passage structure for supplying hydraulic oil (engine oil) to the
第1油路72および第2油路73には、ECU(図示しない)に駆動制御されたオイルコントロールバルブ(図示しない)が介装されている。オイルコントロールバルブは、第1油路72または第2油路73のいずれか一方を選択的にオイルポンプ17に連通してエンジンオイルを供給すると同時に、他方をオイルパンと連通させ、その油路内の油圧を低下させる。
An oil control valve (not shown) driven and controlled by an ECU (not shown) is interposed in the
吸気カムシャフト9は、軸線方向に延在する2つの独立した油路76,77を備えている。油路76は径方向に延在する油路78を介して油溝74に連結し、油路77は径方向に延在する油路79を介して油溝75に連結している。また、吸気カムシャフト9は、ロータ22のボス部33および本体部24と接触する部分に、それぞれ周方向にわたって延在する油溝81,82を備えている。油溝81は径方向に延在する油路83を介して油路76と連通し、油溝82は径方向に延在する油路84を介して油路77と連通している。
The
ロータ22のボス部33における油溝81に対応する部分には、径方向に延在するとともに内周面と外周面とを連通する油路91が、周方向に約90°の角度間隔をおいて4つ穿設されている。また、ロータ22の本体部24における油溝82に対応する部分には、径方向に延在するとともに本体部24の外周面と貫通孔23とを連通する油路92が穿設されている。
In a portion corresponding to the
リアプレート41のボス部33との摺接面であって、油路91に対応する部分には、周方向にわたって油溝93が凹設されている。油溝93は、リアプレート41の前面に到っている。また、リアプレート41の前面には、油溝93から径方向外方に延びる油溝94が、周方向に約90°の角度間隔をおいて4つ形成されている。各油溝94は、突部47の進角室55側の面に沿って延在している。また、初期状態において第1のベーン25aに当接する突部47に沿って形成された油溝94には、一端において凹部58に連通する油溝95の他端が連通している。
An
次に、実施形態に係る可変バルブタイミング装置16の作用について説明する。初期状態(遅角位相)においては、オイルコントロールバルブによって第2油路73がオイルポンプ17に接続され、油溝75、油路79、油路77、油路84、油溝82、油路92を介して遅角室56にエンジンオイルが供給されている。また、ベーン25には圧縮コイルばね57の付勢力も加わって、遅角室56の容積が最大となっている。この初期状態においては、ロックピン59は凹部58に突入し、ロータ22とケーシング21との回転位相が固定されている。
Next, the operation of the variable
初期状態から進角位相に変化させる際には、オイルコントロールバルブによって第1油路72がオイルポンプ17に接続され、油溝74、油路78、油路76、油路83、油溝81、油路91、油溝93、油溝94を介して進角室55にエンジンオイルが供給される。このとき、油溝95を介して凹部58にエンジンオイルが供給され、ロックピン59は圧縮コイルばねの付勢力に抗して貫通孔26内へと押し戻される。これにより、ロックピン59と凹部58との係合が解除され、ロータ22はケーシング21に対して相対回転可能となる。進角室55にエンジンオイルが供給されることにより、ロータ22は圧縮コイルばね57の付勢力に抗しつつケーシング21に対して相対回転する。すなわち、ケーシング21に対するロータ22の回転位相が変化する。これにより、クランクシャフト5に対する吸気カムシャフト9の回転位相が進角側に変化する。
When changing from the initial state to the advance phase, the
本実施形態では、被動ギヤ15とリアプレート41との間には溝63を形成し、被動ギヤ15の外周部に配置された歯62とリアプレート41とを離間させたため、被動ギヤ15に噛み合う駆動ギヤ14とリアプレート41との接触を防止することができる。また、溝63の存在により、被動ギヤ15をケーシング21に固定した後においても、リアプレート41に接触することなく、歯62を研削するための砥石を歯62にアクセスさせることができるようになる。すなわち、被動ギヤ15をケーシング21に取り付けた後においても歯62を研削加工することが可能となる。また、溝63に潤滑油が保持されるため、歯62に潤滑油が安定的に供給されやすくなる。
In the present embodiment, a
可変バルブタイミング装置16は被動ギヤ15、ケーシング21、ロータ22からなる一体のモジュールとして供給されるため、吸気カムシャフト9への取り付けが容易になる。
Since the variable
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、本実施形態では被駆動部材をギヤとしたが、被駆動部材はスプロケットやプーリ等であってもよい。 Although the description of the specific embodiment is finished as above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, although the driven member is a gear in this embodiment, the driven member may be a sprocket, a pulley, or the like.
5・・クランクシャフト、9・・吸気カムシャフト(カムシャフト)、10・・排気カムシャフト(回転伝達部材)、11・・クランクプーリ(回転伝達部材)、12・・カムプーリ(回転伝達部材)、13・・タイミングベルト(回転伝達部材)、14・・駆動ギヤ(回転伝達部材)、15・・被動ギヤ(被駆動部材)、16・・可変バルブタイミング装置、21・・ケーシング、22・・ロータ、45・・ボス部、55・・進角室、56・・遅角室 5 .... crankshaft, 9 .... intake camshaft (camshaft), 10 .... exhaust camshaft (rotation transmission member), 11 .... crank pulley (rotation transmission member), 12 .... cam pulley (rotation transmission member), 13 .. Timing belt (rotation transmission member), 14.. Drive gear (rotation transmission member), 15 .. Driven gear (drive member), 16 .. Variable valve timing device, 21 .. Casing, 22. , 45 ·· Boss, 55 · · Advance chamber, 56 · · Delay chamber
Claims (2)
前記クランクシャフトに回転伝達手段を介して連結された被駆動部材と、
前記被駆動部材と一体に回転するケーシングと、
前記カムシャフトと一体に回転するとともに、前記ケーシングに所定の角度範囲をもって相対回転可能に収容され、当該ケーシングとの間に作動油室を画成するロータと
を有し、
前記カムシャフトの軸線方向において、前記被駆動部材は、少なくともその外周部が前記ケーシングに対して離間していることを特徴とする可変バルブタイミング装置。 A variable valve timing device used for variable control of a rotational phase of a camshaft relative to a crankshaft,
A driven member connected to the crankshaft via rotation transmission means;
A casing that rotates integrally with the driven member;
A rotor that rotates integrally with the camshaft, is rotatably accommodated in the casing with a predetermined angular range, and defines a hydraulic oil chamber between the rotor and the casing;
The variable valve timing apparatus, wherein at least an outer peripheral portion of the driven member is separated from the casing in the axial direction of the camshaft.
前記被駆動部材は、前記ボス部に圧入により外嵌していることを特徴とする、請求項1に記載の可変バルブタイミング装置。 The casing has a boss portion extending toward the driven member in a form surrounding the camshaft,
The variable valve timing apparatus according to claim 1, wherein the driven member is externally fitted to the boss portion by press fitting.
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JP2012207570A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Denso Corp | Valve timing adjuster |
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JP2012207570A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Denso Corp | Valve timing adjuster |
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