JP5991091B2 - 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、前記駆動側回転体の内周側に同軸心状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及び遅角室と、前記進角室又は前記遅角室に加圧流体を供給することにより、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、前記従動側回転体が、前記進角室に連通する進角流路と前記遅角室に連通する遅角流路とを有す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、従来、駆動回転体と従動側回転体とを、アルミ合金等のアルミ系材料や鉄系焼結材料などの鉄系材料などの単一材料で形成してある（例えば、特許文献１参照）。
また、互いに摺接移動する駆動側回転体と従動側回転体との間隔を精度良く管理する上で、駆動側回転体と従動側回転体とを共通の材料で形成することが一般的である。

特開２００１−１１５８０７号公報

駆動側回転体と従動側回転体とをアルミ系材料で形成してある場合は、軽量化を図り易い反面、アルミ系材料は鉄系材料に比べると強度が小さいため、カムボルトとの接続部位など大きな外力が作用する部位では所定のボリュームを確保しなければならない。よって、アルミ系材料を用いる場合には、必要強度を確保しながら両回転体の小型化を図ることは困難である。
また、駆動側回転体と従動側回転体とを鉄系材料で形成してある場合は、必要強度を確保しながら小型化を図り易い反面、軽量化を図り難い。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、軽量化と小型化を図りながら、必要強度を確保し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第１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同軸心状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及び遅角室と、前記進角室又は前記遅角室に加圧流体を供給することにより、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、前記従動側回転体が、前記進角室に連通する進角流路と前記遅角室に連通する遅角流路とを有し、前記駆動側回転体をアルミ系材料で形成してあると共に、前記従動側回転体が、前記仕切部を設けてあるアルミ系材料からなる筒状の外周部材と、その外周部材よりも内周側を構成する鉄系材料からなる内周部材とを一体に備え、
前記外周部材と前記内周部材は、回転軸芯に沿う方向から互いに嵌合してあると共に、少なくとも一本の回り止めピンを介して、回転軸芯周りの方向で互いに係合してあり、
前記従動側回転体の内周側を前記駆動側回転体と同軸芯状で回転自在に支持する固定支持部を備え、前記従動側回転体が、前記進角流路と前記遅角流路とを当該従動側回転体の内周側に連通するように有し、前記固定支持部が、前記進角流路と前記遅角流路との夫々に連通可能な流体流路を有し、前記流体流路が前記固定支持部の外周面に形成した環状の周溝を備え、前記固定支持部が回転軸芯に沿う方向で前記周溝の両側の外周に配置されるシールリングを備え、前記回り止めピンを、一端側が前記周溝に臨むように、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合してある点にある。

本構成の弁開閉時期制御装置は、駆動側回転体をアルミ系材料で形成してあると共に、従動側回転体が、仕切部を設けてあるアルミ系材料からなる筒状の外周部材と、その外周部材よりも内周側を構成する鉄系材料からなる筒状の内周部材とを一体に備えている。
すなわち、従動側回転体のうちの、強度が特に要求される内周部材を鉄系材料で構成してあるので、従動側回転体の小型化を図りながら、必要強度を確保し易い。
また、駆動側回転体と、従動側回転体のうちの駆動側回転体に対して摺接移動する外周部材とをアルミ系材料で構成してあるので、駆動側回転体と従動側回転体との間隔を精度良く管理し易いと共に、従動側回転体の全体と駆動側回転体とを鉄系材料で形成する場合に比べて、重量（質量）の軽減を図ることができる。
したがって、本構成の弁開閉時期制御装置であれば、軽量化と小型化を図りながら、必要強度を確保し易い。
また、本構成であれば、外周部材と内周部材の熱膨張率の違いに起因して外周部材と内周部材との嵌合に緩みが生じるようなことがあっても、回り止めピンを介した回転軸芯周りの方向での互いの係合により、外周部材と内周部材との回転周方向での相対変位を抑制することができる。
更に、本構成であれば、回り止めピンを、一端側が固定支持部の外周面に形成した周溝に臨むように、外周部材と内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合してあるため、回り止めピンの内周部材に対する嵌合深さを確保しながら、固定支持部の外周面に形成した周溝に沿って固定支持部と内周部材との間に装着されるシールリングに干渉しないように回り止めピンを配置することができる。

本発明の第２特徴構成は、回転軸芯の方向視で、前記進角流路又は前記遅角流路の前記流体圧室の側に臨む開口部と重なる位置に、前記回り止めピンを前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合してある点にある。

進角流路および遅角流路は、従動側回転体が何れの位相にあっても、夫々、進角室および遅角室に連通する位置に設けてある。よって、これら進角流路および遅角流路は従動側回転体の仕切部の基端部付近に形成されることが多い。
また、駆動側回転体と従動側回転体との間には、進角室と遅角室との密封性を維持するためのシール部材を設けてある。このシール部材は、例えば、駆動側回転体のうち従動側回転体の側に突出した突出部に設けてあることが多く、このシール部材は、従動側回転体の側にあっては、隣接する仕切部どうしの中間位置に設けられることが多い。
よって本構成のごとく、回り止めピンを、回転軸芯の方向視で進角流路又は遅角流路と重なる位置に設けることで、回り止めピンとシール部材とは常に異なる位相関係となる。これにより、回り止めピンの位置でシール性が損なわれるのを防止することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記回り止めピンを中空ピンで構成すると共に、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合して、前記回り止めピンの内側を前記進角流路又は前記遅角流路に形成してある点にある。

従動側回転体を構成する外周部材と内周部材との回り止めを行う部材としてピンを用いる場合、当該ピンは所定の強度を備えておく必要がある。つまり、不必要に高い強度を付与する必要もないため、当該ピンを中空構造としても必要な強度を確保することができる。このピンは、回転軸芯に交差する方向に設置されるから、その方向は進角流路および遅角流路と同じである。
よって、本構成のごとく、中空構造の回り止めピンを用いることで、従動側回転体に対する加工工数を増やすことなく進角流路および遅角流路を確保し、しかも、外周部材と内周部材との回り止め効果を高めることができる。

本発明の第５特徴構成は、前記回り止めピンを、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に沿う方向から嵌合してある点にある。

本構成のように、外周部材と内周部材とを、回り止めピンを介して、回転軸芯の方向に沿って嵌合することで、回り止めピンを回転軸芯に交差する方向から嵌合してある場合に比べて、回り止めピンの嵌合長さを大きく確保して、外周部材と内周部材との係合姿勢を安定させることができる。

本発明の第６特徴構成は、前記仕切部は、前記外周部材に一体形成してあり、前記回り止めピンを、前記外周部材のうちの前記仕切部を形成してある部位と前記内周部材とに亘って嵌合してある点にある。

外周部材のうちの仕切部を一体形成してある部位は、残りの部位よりも駆動側回転体の側に膨出している。
本構成であれば、そのような仕切部を形成してある部位と内周部材とに亘って、回り止めピンを回転軸芯に沿う方向から嵌合してあるので、回り止めピンの嵌合に伴う外周部材の変形を抑制して、回り止めピンの嵌合強度を高めることができる。

弁開閉時期制御装置の内部を示す正面図である。 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）の分解斜視図である。 第２実施形態における弁開閉時期制御装置の内部を示す要部の正面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 第３実施形態における弁開閉時期制御装置の内部を示す要部の正面図である。 図６のVII −VII 線矢視断面図である。 第４実施形態における弁開閉時期制御装置の内部を示す要部の正面図である。 図８のIX−IX線矢視断面図である。 第５実施形態における弁開閉時期制御装置の内部を示す要部の正面図である。

以下に本発明に係る弁開閉時期制御装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
弁開閉時期制御装置Ａは、図１〜図３に示すように、自動車用ガソリンエンジン（内燃機関）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の内周側に同軸心状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の内周側をハウジング１と同じ回転軸芯Ｘの周りで回転自在に支持する固定支持部としての固定軸部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の外周側に一体に形成した仕切部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及び遅角室５ｂと、進角室５ａ又は遅角室５ｂに「加圧流体」としての作動油（エンジンオイル）を供給することにより、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，フロントプレート１ｂ及びリアプレート１ｃは、いずれもアルミ合金などのアルミ系材料で形成してある。

リアプレート１ｃの外周側にはスプロケット１ｅを同芯状に一体に設けてある。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を巻き掛けてある。
ハウジング１は、エンジンＥの駆動により、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の吸気弁又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を設けてある。内部ロータ３とカムシャフト２は、凹部８の底板部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を周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の外周面に摺接移動するように設けてある。

周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は、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が周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は、進角室５ａに連通する進角流路１１ａと遅角室５ｂに連通する遅角流路１１ｂとを、内部ロータ３の内周側、つまり、凹部８に連通するように有している。
進角流路１１ａは、リアプレート１ｃの側で固定軸部４と底板部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、フロントプレート１ｂの側で固定軸部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とを有している。
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と底板部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るロック機構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、作動油圧力（流体圧力）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。

内部ロータ３は、図３にも示すように、各仕切部６を一体形成してあるアルミ合金などのアルミ系材料からなる筒状の外周部材３ａと、その外周部材３ａよりも内周側を構成する鉄系焼結材料などの鉄系材料からなる有底筒状の内周部材３ｂとを回転軸芯Ｘと同軸芯で一体に備えている。
内周部材３ｂに凹部８を形成して、内周部材３ｂとカムシャフト２とをボルト１０で一体に固定してある。

外周部材３ａと内周部材３ｂは、回転軸芯Ｘに沿う方向からの圧入により互いに嵌合してあると共に、径方向で互いに対向する位置に配置した二本の中実鋼製の円柱状の回り止めピン１６を介して、回転軸芯Ｘ周りの方向で互いに係合してある。

回り止めピン１６は、扁平な一端面が周溝１３に臨むように、外周部材３ａに貫通形成してある嵌合孔１９ａと、内周部材３ｂに貫通形成してある嵌合孔１９ｂとに亘って回転軸芯Ｘに交差する直交方向から圧入して、抜き出し不能に嵌合してある。
嵌合孔１９ａ，１９ｂは、外周部材３ａと内周部材３ｂを互いに嵌合した後に、ドリルなどの穿孔具で穿孔して形成してある。
尚、外周部材３ａと内周部材３ｂは、一本の回り止めピン１６を介して、回転軸芯Ｘ周りの方向で互いに係合してあってもよい。

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及び遅角側供給流路１２ｂに対する作動油の給排及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、作動油の給排の遮断動作で任意の位相に保持する。
尚、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状態からロック解除状態に切り換わる。

〔第２実施形態〕
図４，図５は、請求項３に対応する本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、回転軸芯Ｘの方向視で進角流路１１ａの流体圧室５の側に臨む開口部と重なり、かつ、一端面１６ａが周溝１３に臨む位置に、回り止めピン１６を外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って回転軸芯Ｘに交差する直角方向から嵌合してある。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

尚、図示しないが、回転軸芯Ｘの方向視で、遅角流路１１ｂの流体圧室５の側に臨む開口部と重なる位置に、回り止めピン１６を外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って回転軸芯Ｘに交差する直角方向から嵌合してあってもよい。

〔第３実施形態〕
図６，図７は、請求項４に対応する本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、回り止めピン１６を筒状の中空ピンで構成すると共に、外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って回転軸芯Ｘに交差する直角方向から嵌合して、回り止めピン１６の内側を遅角流路１１ｂに形成してある。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
尚、図示しないが、中空回り止めピン１６の内側を進角流路１１ａに形成してあってもよい。

〔第４実施形態〕
図８，図９は、請求項６に対応する本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、外周部材３ａのうちの仕切部６を形成していない径方向で互いに対向する部位の夫々において、中実の回り止めピン１６を、外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って回転軸芯Ｘに沿う方向から嵌合してある。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

〔第５実施形態〕
図１０は、請求項７に対応する本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、外周部材３ａのうちの仕切部６を形成してある径方向で互いに対向する部位の夫々において、中実の回り止めピン１６を、外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って回転軸芯Ｘに沿う方向から嵌合してある。
その他の構成は、第４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、従動側回転体３が、外周部材３ａと内周部材３ｂとをスプライン嵌合により一体に備えていてもよい。
２．本発明による弁開閉時期制御装置は、断面形状が円形や角形の回り止めピン１６を介して、外周部材３ａと内周部材３ｂとを回転軸芯Ｘ周りの方向で互いに係合してあってもよい。
３．本発明による弁開閉時期制御装置は、外周部材３ａと内周部材３ｂとを抜き出し挿脱可能に緩く嵌合してあっても、焼嵌めや冷やし嵌めにより挿抜不能に強く嵌合してあってもよい。
３．本発明による弁開閉時期制御装置は、回り止めピン１６を、外周部材３ａと内周部材３ｂとに亘って、焼嵌めや冷やし嵌めにより抜き出し不能に嵌合してあってもよい。
４．本発明による弁開閉時期制御装置は、カムシャフト２の側から進角流路１１ａ及び遅角流路１１ｂを通して進角室５ａ及び遅角室６ｂに加圧流体を供給するように構成してあってもよい。
５．本発明による弁開閉時期制御装置は、流体圧室５を進角室５ａと遅角室５ｂとに仕切る仕切部６を、外周部材３ａに形成してあるベーン溝に装着した板状のベーン部材で構成してあってもよい。

本発明は、自動車その他の各種内燃機関の弁開閉時期制御装置に適応可能である。

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 固定支持部
５ 流体圧室
５ａ 進角室
５ｂ 遅角室
６ 仕切部
７ 位相制御部
１１ａ 進角流路
１１ｂ 遅角流路
１２ａ，１２ｂ 流体流路
１３ 周溝
１６ 回り止めピン
Ｅ 内燃機関
Ｅ１ クランクシャフト
Ｘ 回転軸芯

Claims (5)

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同軸心状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及び遅角室と、
   前記進角室又は前記遅角室に加圧流体を供給することにより、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、
   前記従動側回転体が、前記進角室に連通する進角流路と前記遅角室に連通する遅角流路とを有し、
   前記駆動側回転体をアルミ系材料で形成してあると共に、前記従動側回転体が、前記仕切部を設けてあるアルミ系材料からなる筒状の外周部材と、その外周部材よりも内周側を構成する鉄系材料からなる内周部材とを一体に備え、
   前記外周部材と前記内周部材は、回転軸芯に沿う方向から互いに嵌合してあると共に、少なくとも一本の回り止めピンを介して、回転軸芯周りの方向で互いに係合してあり、
   前記従動側回転体の内周側を前記駆動側回転体と同軸芯状で回転自在に支持する固定支持部を備え、
   前記従動側回転体が、前記進角流路と前記遅角流路とを当該従動側回転体の内周側に連通するように有し、
   前記固定支持部が、前記進角流路と前記遅角流路との夫々に連通可能な流体流路を有し、
   前記流体流路が前記固定支持部の外周面に形成した環状の周溝を備え、前記固定支持部が回転軸芯に沿う方向で前記周溝の両側の外周に配置されるシールリングを備え、
   前記回り止めピンを、一端側が前記周溝に臨むように、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合してある弁開閉時期制御装置。
2. 回転軸芯の方向視で、前記進角流路又は前記遅角流路の前記流体圧室の側に臨む開口部と重なる位置に、前記回り止めピンを前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合してある請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記回り止めピンを中空ピンで構成すると共に、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に交差する方向から嵌合して、前記回り止めピンの内側を前記進角流路又は前記遅角流路に形成してある請求項１又は２記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記回り止めピンを、前記外周部材と前記内周部材とに亘って回転軸芯に沿う方向から嵌合してある請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記仕切部は、前記外周部材に一体形成してあり、
   前記回り止めピンを、前記外周部材のうちの前記仕切部を形成してある部位と前記内周部材とに亘って嵌合してある請求項４記載の弁開閉時期制御装置。

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