JP7294745B2

JP7294745B2 - バルブタイミング調整装置

Info

Publication number: JP7294745B2
Application number: JP2019171259A
Authority: JP
Inventors: 高伸青地; 仁之前川; 朋博林; 広樹 ▲高▼橋; 賢司多田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN112539094A; US20210087951A1; JP2021046844A; US11242775B2

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトまでのトルク伝達経路に設けられ、カムシャフトが開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置は、クランクシャフトと連動して回転する駆動側回転体と、カムシャフトと一体に回転する従動側回転体と、それら回転体の間に設けられる減速機構とを備え、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を減速機構の回転状態に応じて調整する。駆動側回転体は、従動側回転体によりラジアル方向とスラスト方向に軸支されている。

特開２０１８－８７５６４号公報

特許文献１では、従動側回転体とカムシャフトは、回転中心線上に配置されたボルトにより互いに締結される。このボルト締結による従動側回転体の変形が従動側回転体と駆動側回転体との軸支箇所の摺動に影響を与え、静粛性と耐久性が低下する問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、静粛性と耐久性を向上させたバルブタイミング調整装置を提供することである。

本発明によるバルブタイミング調整装置（１０）は、クランクシャフト（５）と連動して回転する駆動側回転体（２３）と、カムシャフト（６）と一体に回転する従動側回転体（２４、６４、７４）と、駆動側回転体と従動側回転体との間で相対回転を許容しつつ回転伝達する減速機構（２９）とを備える。従動側回転体は、ボルト（３８）によりカムシャフトの端部に締結される締結部（５１、６１、７１）と、締結部に対して径方向外側に位置し、駆動側回転体を軸支している軸受部（５２）とを有する。

従動側回転体（６４、７４）は、軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側で規制部材（６、６６）に嵌合する嵌合内面（６９、７９）を有する。

これにより、ボルト締結による従動側回転体の変形が嵌合内面と規制部材との接触により抑制される。そのため、従動側回転体の軸受部と駆動側回転体との摺動状態が良好となり、静粛性と耐久性が向上する。

第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図１の従動側回転体、駆動側回転体、カムシャフトおよびセンターボルトを示す断面図である。第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図であって、第１実施形態における図４に相当する図である。第３実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図であって、第１実施形態における図４に相当する図である。第１の比較形態によるバルブタイミング調整装置の要部の断面図である。第１の比較形態において、ボルト締結による従動側回転体の変形の様子を示す模式図である。第２の比較形態によるバルブタイミング調整装置の要部の断面図である。

以下、バルブタイミング調整装置の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように第１実施形態によるバルブタイミング調整装置１０は、車両の内燃機関においてクランクシャフト５からカムシャフト６までのトルク伝達経路に設けられている。カムシャフト６は、動弁としての図示しない吸気弁または排気弁を開閉する。バルブタイミング調整装置１０は、その動弁のバルブタイミングを調整する。

バルブタイミング調整装置１０は、アクチュエータ１１、制御ユニット１２、および位相変換ユニット１３を備えている。

アクチュエータ１１は、例えばブラシレスモータ等の電動モータであり、ハウジング２１および制御軸２２を有する。ハウジング２１は制御軸２２を回転自在に支持している。制御ユニット１２は、例えば駆動ドライバおよびマイクロコンピュータ等から構成され、アクチュエータ１１への通電を制御することで制御軸２２を回転駆動する。

図１～図４に示すように、位相変換ユニット１３は、駆動側回転体２３、従動側回転体２４、偏心軸２５、遊星回転体２６、および伝達機構２７を備えている。偏心軸２５、遊星回転体２６、および伝達機構２７は、減速機構２９を構成している。

駆動側回転体２３は、有底筒状のスプロケット部材３１と段付筒状のカバー部材３２とが締結されてなり、カムシャフト６と同軸に配置されている。駆動側回転体２３は、他の構成部材２４、２５、２６、２７を収容している。スプロケット部材３１は、チェーン等の伝達部材７を介してクランクシャフト５に連結されている。これにより駆動側回転体２３は、クランクシャフト５と連動してカムシャフト６と同軸の回転中心線Ｏまわりに回転する。

従動側回転体２４は、有底筒状に形成され、カムシャフト６と同軸に配置されている。従動側回転体２４の底部は、センターボルト３８によりカムシャフト６の端部に締結されている。従動側回転体２４は、スプロケット部材３１をラジアル方向とスラスト方向に軸支している。これにより従動側回転体２４は、カムシャフト６と一体に回転中心線Ｏまわりに回転しつつ、駆動側回転体２３に対して相対回転可能となっている。

従動側回転体２４の筒部の内側には、内歯歯車部２８が一体に形成されている。内歯歯車部２８は、歯底円の径方向内側に歯先円を有する歯車部である。

偏心軸２５は、筒状に形成され、カムシャフト６と同軸に配置されている。偏心軸２５は、カバー部材３２の内側に設けられたラジアル軸受３３により回転中心線Ｏまわりに回転可能に支持されている。偏心軸２５のうち軸方向において内歯歯車部２８と重なる箇所には、回転中心線Ｏに対して偏心する偏心部３４が形成されている。

遊星回転体２６は、回転中心線Ｏに対して偏心するとともに内歯歯車部２８と噛み合う遊星歯車部３５を持つ。遊星歯車部３５は、歯底円の径方向外側に歯先円を有する歯車部である。遊星回転体２６は、偏心部３４の外側に設けられたラジアル軸受３６により自転中心線Ｃまわりに回転可能に支持されている。遊星歯車部３５は、駆動側回転体２３に対する偏心軸２５の相対回転に応じて内歯歯車部２８との噛合部分を変化させつつ、一体に遊星運動する。このときの遊星回転体２６は、偏心側にて従動側回転体２４と噛み合う状態の下、自転中心線Ｃまわりに自転しながら回転軸心線Ｏまわりに公転する。

ラジアル軸受３６と偏心部３４の偏心側との間には、弾性部材３７が設けられている。弾性部材３７は、ラジアル軸受３６を介して遊星回転体２６を径方向の偏心側へ付勢している。これにより遊星歯車部３５は、内歯歯車部２８との噛合状態を維持している。

伝達機構２７は、駆動側回転体２３と遊星回転体２６との間の偏心を吸収しながらそれら相互間で回転を伝達する。具体的には、伝達機構２７は、スプロケット部材３１に形成された第１係合溝４１と、遊星回転体２６に形成された第２係合突起４２と、第１係合溝４１および第２係合突起４２に対して径方向へ揺動しながらそれら相互間で回転を伝達するスライダ４３と、を含むオルダム機構である。スライダ４３は、リング部４４と、リング部４４から径方向外側に突き出し、第１係合溝４１に嵌合している第１係合突起４５と、リング部４４の径方向内側に形成され、第２係合突起４２に嵌合している第２係合溝４６とを有する。

以上の構成を備えたバルブタイミング調整装置１０は、駆動側回転体２３に対する従動側回転体２４の回転位相（以下、単に「回転位相」）を、制御軸２２の回転状態に応じて所定の位相調整範囲内に調整する。これにより内燃機関の運転状況に適したバルブタイミング調整が実現されることになる。

具体的には、制御軸２２が駆動側回転体２３と同速に回転することで、偏心軸２５が駆動側回転体２３に対して相対回転しないときには、遊星回転体２６が遊星運動しなくなる。これにより、回転体２３、２４が遊星回転体２６と連れ回りして回転位相が実質的に不変となることで、バルブタイミングが保持調整される。

一方、制御軸２２が駆動側回転体２３に対して低速または逆方向に回転することで、偏心軸２５が駆動側回転体２３に対する遅角方向へ相対回転するときには、遊星回転体２６が遊星運動する。これにより、従動側回転体２４が駆動側回転体２３に対する遅角方向へ相対回転して回転位相が遅角変化することで、バルブタイミングが遅角調整される。

また、制御軸２２が駆動側回転体２３よりも高速に回転することで、偏心軸２５が駆動側回転体２３に対する進角方向へ相対回転するときには、遊星回転体２６が遊星運動する。これにより、従動側回転体２４が駆動側回転体２３に対する進角方向へ相対回転して回転位相が進角変化することで、バルブタイミングが進角調整される。

回転位相が調整される位相調整範囲は、従動側回転体２４のストッパ４７が駆動側回転体２３により回転方向の両側でそれぞれ係止されることで規定されるようになっている。

次に、従動側回転体２４の締結構造について説明する。

図７に示す比較形態では、従動側回転体９１の底部は、センターボルト３８の頭部３９側の軸方向当接面５７の外径Ｄ１がカムシャフト６側の軸方向当接面５８の外径Ｄ２よりも小さくなっている。このような場合、センターボルト３８を締結するとき、図８に示すように底部がカムシャフト側に凸となって径方向において反るように変形する。このボルト締結による従動側回転体９１の変形が従動側回転体９１の軸受部５２と駆動側回転体２３との軸支箇所の摺動に影響を与え、静粛性と耐久性が低下する問題があった。第１実施形態では、バルブタイミング調整装置１０は、センターボルト３８の締結に起因する従動側回転体２４の変形を抑制するための構成を有する。

図４に示すように、従動側回転体２４は、センターボルト３８によりカムシャフト６の端部に締結される締結部５１と、締結部５１に対して径方向外側に位置し、駆動側回転体２３を軸支している軸受部５２とを有する。軸受部５２は、従動側回転体２４の筒部の外周部に位置するラジアル軸受部５２１と、筒部の端部に位置するスラスト軸受部５２２とを有する。

締結部５１は、回転中心線Ｏ上に位置するボルト挿通孔５３と、軸方向の頭部３９側に形成された凹部５５と、軸方向のカムシャフト６側に形成された突出部５６とを有する。締結部５１の頭部３９側では、凹部５５の底面が「他の部材」としての頭部３９と軸方向に当接している。また、締結部５１のカムシャフト６側では、突出部５６に対して径方向外側で「他の部材」としてのカムシャフト６と軸方向に当接している。

従動側回転体２４の頭部３９側の軸方向当接面５７の外径Ｄ１は、従動側回転体２４のカムシャフト６側の軸方向当接面５８の外径Ｄ２よりも小さくなっている。従動側回転体２４は、軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が大きい側（すなわちカムシャフト６側）で「規制部材」としてのカムシャフト６に嵌合する嵌合外面５９を有する。第１実施形態では、嵌合外面５９は、突出部５６の外周面であり、カムシャフト６の嵌合穴８に圧入されている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、従動側回転体２４は、センターボルト３８によりカムシャフト６の端部に締結される締結部５１と、締結部５１に対して径方向外側に位置し、駆動側回転体２３を軸支している軸受部５２と、従動側回転体２４の軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が大きい側で規制部材に嵌合する嵌合外面５９を有する。これにより、ボルト締結による従動側回転体２４の変形が嵌合外面５９と規制部材との接触により抑制される。そのため、従動側回転体２４の軸受部５２と駆動側回転体２３との摺動状態が良好となり、静粛性と耐久性が向上する。

また、第１実施形態では、規制部材はカムシャフト６である。これにより、センターボルト３８の座面である軸方向当接面５７がカムシャフト６側の軸方向当接面５８と比べて小さい場合において、規制部材を別途設けることなく好適にボルト締結による従動側回転体２４の変形を抑制することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図５に示すように従動側回転体６４の締結部６１は、軸方向の頭部３９側に形成された第１凹部６５と、軸方向のカムシャフト６側に形成された第２凹部６７とを有する。従動側回転体６４と頭部３９との間には中空円柱部材６６が挟まれている。締結部６１の頭部３９側では、第１凹部６５の底面が「他の部材」としての中空円柱部材６６と軸方向に当接している。また、締結部６１のカムシャフト６側では、第２凹部６７の底面が「他の部材」としてのカムシャフト６と軸方向に当接している。

従動側回転体６４の頭部３９側の軸方向当接面５７の外径Ｄ１は、従動側回転体６４のカムシャフト６側の軸方向当接面５８の外径Ｄ２よりも小さくなっている。従動側回転体６４は、軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側（すなわち頭部３９側）で「規制部材」としての中空円柱部材６６に嵌合する嵌合内面６９を有する。第２実施形態では、嵌合内面６９は、第１凹部６５の内周面であり、中空円柱部材６６に圧入されている。

以上説明したように、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側に設けられた嵌合内面６９が規制部材に嵌合するように構成されてもよい。それでも、ボルト締結による従動側回転体６４の変形が嵌合内面６９と規制部材との接触により抑制されるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態では、規制部材は、従動側回転体６４と頭部３９との間に挟まれる中空円柱部材６６である。これにより、頭部３９側の軸方向当接面５７がカムシャフト６側の軸方向当接面５８と比べて小さい場合において、好適にボルト締結による従動側回転体６４の変形を抑制することができる。

ここで、図９に示す比較形態のように従動側回転体９５の締結部９６を肉厚に形成することで変形を抑制しようとする場合には、部位により肉厚が違い過ぎることからプレス、鍛造または焼結で作成することが困難になり、製造コストが高くなる。これに対して、第２実施形態では、従動側回転体６４とは別部材の中空円柱部材６６を用いているため、従動側回転体６４において部位による肉厚の差異を少なくでき、低コストに従動側回転体６４の変形を抑制できる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図６に示すように従動側回転体７４の締結部７１は、軸方向の頭部３９側に形成された第１凹部７５と、軸方向のカムシャフト６側に形成された第２凹部７７と、第２凹部７７の底面から軸方向へ突出している凸部７６とを有する。凸部７６は環状の突起である。締結部７１の頭部３９側では、第１凹部７５の底面が「他の部材」としての頭部３９と軸方向に当接している。また、締結部７１のカムシャフト６側では、凸部７６の先端面が「他の部材」としてのカムシャフト６と軸方向に当接している。凸部７６に対して径方向外側では従動側回転体７４とカムシャフト６との間に軸方向の空間７８が区画されている。

従動側回転体７４のカムシャフト６側の軸方向当接面５８の外径Ｄ２は、従動側回転体７４の頭部３９側の軸方向当接面５７の外径Ｄ１よりも小さくなっている。従動側回転体７４は、軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側（すなわちカムシャフト６側）で「規制部材」としてのカムシャフト６に嵌合する嵌合内面７９を有する。第３実施形態では、嵌合内面７９は、第２凹部７７の内周面であり、カムシャフト６に圧入されている。

以上説明したように、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側に設けられた嵌合内面７９が規制部材に嵌合するように構成されてもよい。それでも、ボルト締結による従動側回転体７４の変形が嵌合内面７９と規制部材との接触により抑制されるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第３実施形態では、従動側回転体７４は、カムシャフト６側に突出してカムシャフト６に軸方向に当接する凸部７６を有し、規制部材はカムシャフト６である。これにより、カムシャフト６側の軸方向当接面５８が頭部３９側の軸方向当接面５７と比べて小さい場合において、好適にボルト締結による従動側回転体７４の変形を抑制することができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、従動側回転体の嵌合外面は、規制部材に圧入されるに限らず、規制部材の嵌合穴に隙間嵌めで嵌合していてもよい。この場合、好適には、嵌合外面と嵌合穴とのクリアランスが従動側回転体のラジアル軸受部と駆動側回転体とのクリアランスよりも小さくなるように設定される。これにより、従動側回転体の変形量が最大であってもラジアル軸受部と駆動側回転体とのクリアランスが確保できる。

他の実施形態では、従動側回転体の嵌合内面は、規制部材に圧入されるに限らず、規制部材に隙間嵌めで嵌合していてもよい。この場合、好適には、嵌合内面と嵌合穴とのクリアランスが従動側回転体のラジアル軸受部と駆動側回転体とのクリアランスよりも小さくなるように設定される。これにより、従動側回転体の変形量が最大であってもラジアル軸受部と駆動側回転体とのクリアランスが確保できる。

第２実施形態では、センターボルト３８と中空円柱部材６６とが別部材であった。これに対して、他の実施形態では、センターボルトの頭部の一部が嵌合内面に嵌合するように構成されてもよい。すなわち、センターボルトが規制部材であってもよい。

他の実施形態では、伝達機構はオルダム機構以外の機構であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

５：クランクシャフト６：カムシャフト（規制部材）
１０：バルブタイミング調整装置２３：駆動側回転体
２４：従動側回転体２９：減速機構
３８：センターボルト５１：締結部
５２：軸受部５７、５８：軸方向当接面
５９：嵌合外面６６：中空円柱部材（規制部材）
６９、７９：嵌合内面Ｄ１：外径
Ｄ２：外径

Claims

内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトまでのトルク伝達経路に設けられ、前記カムシャフトが開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、
前記クランクシャフトと連動して回転する駆動側回転体と、
前記カムシャフトと一体に回転する従動側回転体（６４、７４）と、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間で相対回転を許容しつつ回転伝達する減速機構と、
を備え、
前記従動側回転体は、ボルトにより前記カムシャフトの端部に締結される締結部（６１、７１）と、前記締結部に対して径方向外側に位置し、前記駆動側回転体を軸支している軸受部と、前記従動側回転体の軸方向一方側および他方側のうち、他の部材との軸方向当接面の外径が小さい側で規制部材（６、６６）に嵌合する嵌合内面（６９、７９）と、を有するバルブタイミング調整装置。
前記規制部材は、前記従動側回転体と前記ボルトの頭部との間に挟まれる中空円柱部材（６６）である請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
前記従動側回転体は、前記カムシャフト側に突出して前記カムシャフトに軸方向に当接する凸部（７６）を有し、
前記規制部材は前記カムシャフトである請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。