JP4468880B2 - オイルコントローラバルブの取り付け構造 - Google Patents

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Description

この発明は、一般的には、オイルコントローラバルブの取り付け構造に関し、より特定的には、内燃機関の樹脂製シリンダヘッドカバーに取り付けられるオイルコントローラバルブの取り付け構造に関する。
従来のオイルコントローラバルブの取り付け構造に関係して、たとえば、特開2000−170604号公報には、エンジンから受ける熱に起因して、合成樹脂製のシリンダヘッドカバーから金属カラーが脱落することを防止したシリンダヘッドカバーが開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示されたシリンダヘッドカバーは、金属カラーに挿入されたボルトによってシリンダヘッドに締結されている。金属カラーは、インサート成形により、シリンダヘッドカバーのフランジ部に埋設されている。金属カラーの上下端には、外方に張り出し、シリンダヘッドカバーを形成する合成樹脂に環状に囲まれる鍔状の突部が設けられている。
特開2000−170604号公報
オイルコントローラバルブが配置されるスリーブを、インサート樹脂成形により樹脂製のシリンダヘッドカバーと一体に設ける場合、スリーブとシリンダヘッドカバーとの間のシール性を確保するため、接着剤(プライマー)が用いられる。
しかしながら、インサート樹脂成形時、スリーブが設置される金型には樹脂が高圧で流し込まれる。このため、スリーブに予め塗布された接着剤が、その樹脂の圧力によってスリーブの表面から流されるおそれが生じる。接着剤が流されると、スリーブとシリンダヘッドカバーとの間のシール性が低下する。また、流された接着剤が金型の表面に付着するため、金型のメンテナンスに手間を取られる。一方、上述の特許文献1では、金属カラーとシリンダヘッドカバーとの間に配置される接着剤に関して、何ら開示がない。
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、接着剤によるシール性が確実に得られるオイルコントローラバルブの取り付け構造を提供することである。
この発明に従ったオイルコントローラバルブの取り付け構造は、オイルコントローラバルブが取り付けられる樹脂カバーと、オイルコントローラバルブが配置され、インサート樹脂成形により樹脂カバーと一体に設けられるスリーブ体と、樹脂カバーとスリーブ体との間に介在する接着剤とを備える。スリーブ体には、インサート樹脂成形時、樹脂カバーを成形する樹脂が流れ込む溝部が形成されている。接着剤は、溝部に配置されている。
このように構成されたオイルコントローラバルブの取り付け構造によれば、接着剤を溝部に配置することにより、インサート樹脂成形時、接着剤がスリーブ体から剥離し難くなる。これにより、樹脂カバーとスリーブ体との間で、接着剤によるシール性を確実に得ることができる。
また好ましくは、接着剤は、溝部にのみ配置されている。
また、樹脂カバーは、油が存在する内部空間を区画形成している。好ましくは、溝部は、内部空間から樹脂カバーとスリーブ体との間を通って外部に向かう経路を遮るように形成されている。
また、スリーブ体は、樹脂カバーによって覆われ、溝部が形成される外周面を有する。好ましくは、溝部は、外周面の周方向に連続して環状に延びている。
また、樹脂カバーは、内燃機関に設けられるシリンダヘッドカバーである。スリーブ体は、樹脂カバーよりも小さい熱膨張係数を有する。スリーブ体は、溝部が形成される外周面を有する。樹脂カバーは、外周面を覆うようにスリーブ体の外側に配置されている。
以上説明したように、この発明に従えば、接着剤によるシール性が確実に得られるオイルコントローラバルブの取り付け構造を提供することができる。
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
図1は、この発明の実施の形態におけるオイルコントローラバルブの取り付け構造が適用される可変バルブタイミング機構の斜視図である。図中に示す可変バルブタイミング機構は、インテークバルブやエキゾーストバルブの開閉時期(バルブタイミング)を変更するため、ガソリンエンジン等の内燃機関に設けられる。
図1を参照して、可変バルブタイミング機構は、シリンダヘッド上部に設けられている。可変バルブタイミング機構は、ベーン部121を有するロータ120と、ロータ120を収容するハウジング110とを備える。ハウジング110は、タイミングチェーンが掛けられるスプロケット125に固定されており、スプロケット125とともに回転する。
カムシャフト122には、その軸方向に複数、並んで、インテークバルブもしくはエキゾーストバルブを開閉駆動するカム123が形成されている。ロータ120は、カムシャフト122に固定されている。ロータ120は、カムシャフト122とともに回転する。ロータ120は、ハウジング110に対して相対的に回転可能に設けられている。
ハウジング110は、油圧室である進角室111および遅角室112を有する。進角室111と遅角室112とは、ベーン部121によって区画されている。進角室111および遅角室112には、図示しないオイルコントローラバルブに通じるオイル通路がそれぞれ独立して接続されている。そのオイル通路を通じて進角室111もしくは遅角室112に油が供給されると、ベーン部121が進角室111と遅角室112との間の気密を保ちながらハウジング110内で移動し、進角室111および遅角室112の体積が変化する。このとき、カムシャフト122がロータ120とともに回転することによって、カムシャフト122の位相が変化する。
矢印101に示す進角方向(カムシャフト122の回転方向と同じ方向)にカムシャフト122を回転させる場合には、進角室111が大きくされ、遅角室112が小さくされる。この場合、進角室111の油圧が遅角室112の油圧よりも大きくなるように、進角室111に油が供給される。一方、矢印102に示す遅角方向(カムシャフト122の回転方向と反対方向)にカムシャフト122を回転させる場合には、進角室111が小さくされ、遅角室112が大きくされる。この場合、遅角室112の油圧が進角室111の油圧よりも大きくなるように、遅角室112に油が供給される。
なお、ハウジング110は、吸気側および排気側の両方に設けられていても良いし、いずれか一方に設けられていても良い。ロータ120が有するベーン部121の数は、図1中では4枚であるが、これに限定されず、異なる枚数であっても良い。ベーン部121には、エンジン停止時にベーン部121を所定の位置に固定するためのロックピンが設けられていても良い。
進角室111および遅角室112の油圧は、オイルコントローラバルブにより制御される。具体的には、エンジンコントロールユニットが、各センサから受けた信号をもとに、内燃機関の運転状況に合った制御信号をオイルコントローラバルブに送る。この制御信号に基づき、オイルコントローラバルブは、進角室111および遅角室112に与える油圧を制御し、進角室111および遅角室112の大きさを調整する。これにより、カムシャフト122の位相を連続して変化させることが可能となる。
図2から図4は、図1中の可変バルブタイミング機構の動作を説明するための模式的なブロック図である。図2は進角状態、図3は遅角状態、図4は保持状態を示す。
図2を参照して、ハウジング110の進角室111には、進角側オイル通路131が接続されており、遅角室112には、遅角側オイル通路132が接続されている。進角側オイル通路131および遅角側オイル通路132の双方は、オイルコントロールバルブ(OCV)30に接続されている。OCV30は、進角側オイル通路131および遅角側オイル通路132のオイル流れを切り換える、切り換え弁として機能する。
OCV30は、スリーブ20に形成されたOCV設置孔20hに配置されている。スリーブ20には、進角側オイル通路131に通じる進角側オイル孔21と、遅角側オイル通路132に通じる遅角側オイル孔22と、OCV30に常時、油を供給するオイル供給孔24と、OCV30から油を排出するドレン孔23および25とが形成されている。
OCV30は、オイル流れを制御するスプール弁33を備える。エンジンコントロールユニット(ECU)140からの信号を受けて、スプール弁33がストロークすることにより、スリーブ20に形成された上記の各孔が適当な組み合わせで連通される。
進角方向にカムシャフト122を回転させる場合には、OCV30のスプール弁33は、進角側オイル孔21とオイル供給孔24とが連通し、遅角側オイル孔22とドレン孔23とが連通する位置に位置決めされる。これにより、オイル供給孔24からOCV30に供給された油が、進角側オイル通路131を通って進角室111に流れ込む。また、遅角室112の油が、遅角側オイル通路132を通ってドレン孔23から排出される。結果、進角室111が膨張し、遅角室112が縮小するため、カムシャフト122が進角方向に回転する。
図3を参照して、遅角方向にカムシャフト122を回転させる場合には、OCV30のスプール弁33は、遅角側オイル孔22とオイル供給孔24とが連通し、進角側オイル孔21とドレン孔25とが連通する位置に位置決めされる。これにより、オイル供給孔24からOCV30に供給された油が、遅角側オイル通路132を通って遅角室112に流れ込む。また、進角室111の油が、進角側オイル通路131を通ってドレン孔25から排出される。結果、遅角室112が膨張し、進角室111が縮小するため、カムシャフト122が遅角方向に回転する。
図4を参照して、ECU140は、走行状態に応じて目標進角度を算出し、制御を行なう。図2および図3に示す工程により目標タイミングにセットした後は、走行状態が変化しない限り、OCV30を中立にすることによりタイミングが保持される。この状態が保持時となる。
この場合、OCV30のスプール弁33は、進角側オイル孔21および遅角側オイル孔22の双方を閉じる位置に位置決めされる。これにより、進角室111および遅角室112の油圧が保持されるとともに、進角側オイル通路131および遅角側オイル通路132のいずれにもオイル供給孔24からの油が供給されなくなる。結果、任意の目標位置へバルブタイミングを保持すると同時に、エンジンオイルの不要な流失を抑えることができる。
図5は、オイルコントローラバルブが取り付けられるエンジンの斜視図である。図5を参照して、エンジン10は、V字状に配置された右バンク12と左バンク13とを備えるV型多気筒エンジンである。
右バンク12および左バンク13は、各々、シリンダヘッド14と、シリンダヘッド14に取り付けられるシリンダヘッドカバー15とを備える。シリンダヘッド14には、図1中のカムシャフト122や、カムシャフト122によって開閉駆動されるバルブが設けられている。シリンダヘッドカバー15は、カムシャフト122が露出するのを防ぐと同時に、シリンダヘッド14内の油を封止する役割を果たす。
シリンダヘッド14は、たとえばアルミニウム合金から形成されている。シリンダヘッドカバー15は、コスト、見栄え、防音の観点から樹脂材料から形成されている。シリンダヘッドカバー15は、たとえばナイロン系樹脂から形成されている。右バンク12を構成するシリンダヘッドカバー15には、吸気側OCV30mおよび排気側OCV30nが取り付けられる。左バンク13を構成するシリンダヘッドカバー15には、吸気側OCV30pおよび排気側OCV30qが取り付けられる。
図6は、図5中のVI−VI線上に沿ったエンジンの断面図である。図7は、図6中のVII−VII線上に沿ったエンジンの断面図である。
図6および図7を参照して、シリンダヘッドカバー15は、カムシャフト122が配置される内部空間41を規定している。内部空間41には、シリンダヘッド14に固定されたカムキャップ27が設けられている。カムキャップ27は、シリンダヘッド14とともにカムシャフト122を回転自在に支持している。カムキャップ27は、たとえばアルミニウム合金から形成されている。
なお、シリンダヘッド14は、インテークバルブやエキゾーストバルブが設けられる本体部と、その本体部に固定され、カムシャフトを支持するカムシャフト支持部とから構成されていても良い。
OCV30が配置されるOCV設置孔20hが形成されたスリーブ20は、内部空間41に設けられている。OCV設置孔20hは、内部空間41から内部空間41の外側まで貫通している。スリーブ20は、OCV設置孔20hの開口端で内部空間41の外側に面する端面20cを有する。端面20cは、シリンダヘッドカバー15によって覆われていない。
スリーブ20は、金属から形成されている。好ましくは、スリーブ20は、OCV30を形成する材料と同じ材料から形成されており、たとえばアルミニウム合金から形成されている。スリーブ20は、インサート樹脂成形により、シリンダヘッドカバー15と一体に設けられている。つまり、スリーブ20は、シリンダヘッドカバー15の樹脂成形時にシリンダヘッドカバー15と一体にされている。
スリーブ20には、ボルト挿入孔46が形成されている。ボルト挿入孔46に配置されたボルト47により、スリーブ20は、カムキャップ27に固定されている。スリーブ20は、ボルト挿入孔46の開口端で内部空間41の外側に面する端面20mを有する。端面20mは、シリンダヘッドカバー15によって覆われていない。端面20mは、ボルト47の座面として用いられている。
カムキャップ27には、進角側オイル通路131および遅角側オイル通路132の一部の区間が形成されている。カムキャップ27に形成された進角側オイル通路131は、スリーブ20に形成された進角側オイル孔21に通じており、カムキャップ27に形成された遅角側オイル通路132は、カムキャップ27に形成された遅角側オイル孔22に通じている。すなわち、スリーブ20には、OCV30と、カムキャップ27に形成されたオイル通路とを連結するためのオイル通路が形成されている。スリーブ20とカムキャップ27との間には、両者の間で通じるオイル通路をシールするガスケット43が配置されている。
なお、図示されていないが、スリーブ20に形成されたオイル供給孔24は、カムキャップ27を介してシリンダヘッド14側のオイルギャラリに通じている。スリーブ20に形成された図2から図4中に示すドレン孔23および25は、内部空間41に通じている。
図8は、図6中の矢印VIII−VIII線上に沿ったスリーブの断面図である。図9は、図6中の2点鎖線IXで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図8および図9を参照して、スリーブ20は、シリンダヘッドカバー15に接触する外周面20aを有する。外周面20aは、端面20cに隣接している。外周面20aは、OCV設置孔20hの周りを取り囲み、OCV設置孔20hの貫通方向に延在している。外周面20aは、円筒の外周面である。外周面20aは、楕円や長円等、真円以外の断面を有する円筒の外周面であっても良い。外周面20aは、三角形や四角形等の断面を有する角筒の外周面であっても良い。
外周面20aを覆うシリンダヘッドカバー15は、スリーブ20の外側に配置される。スリーブ20の内側にはOCV30が配置され、スリーブ20の外側にはシリンダヘッドカバー15が配置される。金属から形成されたスリーブ20は、相対的に小さい熱膨張係数を有し、樹脂材料から形成されたシリンダヘッドカバー15は、相対的に大きい熱膨張係数を有する。スリーブ20およびシリンダヘッドカバー15は、エンジン10で発生した熱により、たとえば200℃から300℃ほどまで温度上昇する。
スリーブ20には、外周面20aから凹む溝部51が形成されている。溝部51は、外周面20aの周方向に環状に延びている。溝部51は、外周面20aの周方向に連続して延びており、外周面20aの周方向に閉じている。溝部51は、端面20cから所定の距離だけ隔てた位置に形成されている。溝部51が延びる周方向に直交する平面でスリーブ20を切断した場合に、溝部51は、側部と底部とを有する略矩形の断面形状を有する。溝部51は、内部空間41からスリーブ20とシリンダヘッドカバー15との隙間を通って端面20cに向かう経路を遮るように形成されている。
溝部51には、接着剤61が配置されている。接着剤61は、溝部51の表面を覆うように設けられている。接着剤61は、溝部51が延びる外周面20aの周方向に渡って連続して配置されている。接着剤61によって被覆された溝部51を充填するように、シリンダヘッドカバー15を形成する樹脂が設けられている。接着剤61は、スリーブ20とシリンダヘッドカバー15との間に介在している。なお、図9中では、接着剤61が溝部51の底部と側部とを覆うように設けられているが、これらの一部分、たとえば底部のみを覆うように設けられていても良い。
接着剤61は、スリーブ20を形成する金属と、シリンダヘッドカバー15を形成する樹脂材料との双方に対して優れた接着性を示すプライマーとして機能し、スリーブ20とシリンダヘッドカバー15との結合力を高める。接着剤61は、たとえばエポキシ系接着剤である。
図10は、図7中のX−X線上に沿ったスリーブの平面図である。図11は、図7中の2点鎖線XIで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図10および図11を参照して、スリーブ20は、シリンダヘッドカバー15に接触する頂面20nを有する。頂面20nは、ボルト挿入孔46の開口端で延在する端面20mに隣接する。
スリーブ20には、頂面20nから凹む溝部56が形成されている。溝部56は、ボルト挿入孔46の開口を取り囲むように環状に延びている。溝部56は、ボルト挿入孔46の開口の周りで連続して延びており、ボルト挿入孔46の開口の周りで閉じている。溝部56は、上述の溝部51と同様の断面形状を有する。溝部56は、内部空間41からスリーブ20とシリンダヘッドカバー15との隙間を通って端面20mに向かう経路を遮るように形成されている。
溝部56には、溝部51と同様の形態で接着剤61が配置されている。接着剤61によって被覆された溝部56を充填するように、シリンダヘッドカバー15を形成する樹脂が設けられている。シリンダヘッドカバー15とスリーブ20との接合面積は、溝部51および56が設けられた分だけ増大している。
本実施の形態では、溝部51および56により、内部空間41からスリーブ20とシリンダヘッドカバー15との隙間を通って内部空間41の外側に向かう経路がすべて遮られている。つまり、溝部51および56は、内部空間41に存在する油が、スリーブ20とシリンダヘッドカバー15との隙間を通って外部に漏れる最終ポイントに存在するように設けられている。
本実施の形態では、接着剤61が溝部51および56にのみ配置されている。すなわち、接着剤61は、溝部51および56以外の箇所に設けられていない。
図12は、図9および図11中の溝部の変形例を示す断面図である。溝部51および56が延びる周方向に直交する平面でスリーブ20を切断した場合に、溝部51および56は、図12(A)に示すように略半円形の断面形状を有していても良いし、図12(B)に示すように略三角形の断面形状を有していても良い。溝部51および56は、以上に説明した形状以外の断面形状を採り得る。
溝部51および56は、外周面20aの周方向もしくはボルト挿入孔46の開口の周りで、ジグザグ状に延びていても良いし、湾曲しながら延びていても良い。溝部51および56は、外周面20aの周方向もしくはボルト挿入孔46の開口の周りで、複数本ずつ形成されていても良い。
図13および図14は、シリンダヘッドカバーの製造工程を示す断面図である。図13を参照して、シリンダヘッドカバー15の製造には、樹脂導入孔74が形成された上金型72と、スリーブ設置用凹部75が形成された下金型73とを有する金型装置71が用いられる。まず、スリーブ20の溝部51および56に接着剤61を塗布する。接着剤61を塗布したスリーブ20をスリーブ設置用凹部75に設置し、下金型73と上金型72とを組み合わせる。
図14を参照して、下金型73と上金型72とを組み合わせた状態でスリーブ20の周囲には、シリンダヘッドカバー15を形取り、樹脂導入孔74が連通する空間80が形成される。樹脂導入孔74を通じて空間80に高温、高圧の液体状の樹脂を注入する(インジェクション工程)。この際、溝部51および56に塗布された接着剤61が樹脂の温度によって溶解する。下金型73と上金型72とを離間させ、スリーブ設置用凹部75からスリーブ20が一体に設けられたシリンダヘッドカバー15を取り外す。取り出されたシリンダヘッドカバー15が冷却される過程で、接着剤61が硬化し、シリンダヘッドカバー15とスリーブ20とを接合する。
この際、接着剤61が設けられた位置では、シリンダヘッドカバー15を形成する樹脂材料と、スリーブ20を形成する金属との熱膨張係数の差に起因して、シリンダヘッドカバー15の表面に残留応力が発生する。しかしながら、本実施の形態では、接着剤61が溝部51および56にのみ塗布されているため、シリンダヘッドカバー15とスリーブ20との接合面全体に接着剤61が塗布されている場合と比較して、シリンダヘッドカバー15に加わる残留応力を低減させることができる。
この発明の実施の形態におけるオイルコントローラバルブの取り付け構造は、オイルコントローラバルブ(OCV)30が取り付けられる樹脂カバーとしてのシリンダヘッドカバー15と、OCV30が配置され、インサート樹脂成形によりシリンダヘッドカバー15と一体に設けられるスリーブ体としてのスリーブ20と、シリンダヘッドカバー15とスリーブ20との間に介在する接着剤61とを備える。スリーブ20には、インサート樹脂成形時、シリンダヘッドカバー15を成形する樹脂が流れ込む溝部51および56が形成されている。接着剤61は、溝部51および56に配置されている。
このように構成された、この発明の実施の形態におけるオイルコントローラバルブの取り付け構造によれば、接着剤61が溝部51および56に配置されている。このため、シリンダヘッドカバー15のインジェクション工程時の樹脂圧が高い場合であっても、接着剤61がスリーブ20の表面から剥がれ難くなる。これにより、接着剤61を溝部51および56に確実に保持し、シリンダヘッドカバー15とスリーブ20との間で安定したシール性を得ることができる。また、接着剤61が金型の表面に付着することを防止し、金型装置71のメンテナンスを軽減することができる。
なお、本実施の形態では、オイルコントローラバルブが取り付けられる内燃機関をV型多気筒エンジンとして説明したが、V型に限定されず、たとえば直列型、W型、水平対向型などであっても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態におけるオイルコントローラバルブの取り付け構造が適用される可変バルブタイミング機構の斜視図である。 図1中の可変バルブタイミング機構の動作を説明するための模式的なブロック図であり、進角状態を示す図である。 図1中の可変バルブタイミング機構の動作を説明するための模式的なブロック図であり、遅角状態を示す図である。 図1中の可変バルブタイミング機構の動作を説明するための模式的なブロック図であり、保持状態を示す図である。 オイルコントローラバルブが取り付けられるエンジンの斜視図である。 図5中のVI−VI線上に沿ったエンジンの断面図である。 図6中のVII−VII線上に沿ったエンジンの断面図である。 図6中の矢印VIII−VIII線上に沿ったスリーブの断面図である。 図6中の2点鎖線IXで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図7中のX−X線上に沿ったスリーブの平面図である。 図7中の2点鎖線XIで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図9および図11中の溝部の変形例を示す断面図である。 シリンダヘッドカバーの第1の製造工程を示す断面図である。 シリンダヘッドカバーの第2の製造工程を示す断面図である。
符号の説明
10 エンジン、15 シリンダヘッドカバー、20 スリーブ、20a 外周面、30 オイルコントローラバルブ(OCV)、41 内部空間、51,56 溝部、61 接着剤。

Claims (5)

  1. オイルコントローラバルブが取り付けられる樹脂カバーと、
    前記オイルコントローラバルブが配置され、インサート樹脂成形により前記樹脂カバーと一体に設けられるスリーブ体と、
    前記樹脂カバーと前記スリーブ体との間に介在する接着剤とを備え、
    前記スリーブ体には、インサート樹脂成形時、前記樹脂カバーを成形する樹脂が流れ込む溝部が形成されており、
    前記接着剤は、前記溝部に配置されている、オイルコントローラバルブの取り付け構造。
  2. 前記接着剤は、前記溝部にのみ配置されている、請求項1に記載のオイルコントローラバルブの取り付け構造。
  3. 前記樹脂カバーは、油が存在する内部空間を区画形成しており、
    前記溝部は、前記内部空間から前記樹脂カバーと前記スリーブ体との間を通って外部に向かう経路を遮るように形成されている、請求項1または2に記載のオイルコントローラバルブの取り付け構造。
  4. 前記スリーブ体は、前記樹脂カバーによって覆われ、前記溝部が形成される外周面を有し、
    前記溝部は、前記外周面の周方向に連続して環状に延びている、請求項3に記載のオイルコントローラバルブの取り付け構造。
  5. 前記樹脂カバーは、内燃機関に設けられるシリンダヘッドカバーであり、
    前記スリーブ体は、前記樹脂カバーよりも小さい熱膨張係数を有し、
    前記スリーブ体は、前記溝部が形成される外周面を有し、前記樹脂カバーは、前記外周面を覆うように前記スリーブ体の外側に配置されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のオイルコントローラバルブの取り付け構造。
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