(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記従動側回転体はアルミニウム合金により形成され、前記カムシャフトは鉄系材料により形成され、前記従動側回転体と前記カムシャフトとは、固定ボルトによって締結固定され、
前記凹部の底面の面粗度は前記カムシャフトの端面の面粗度よりも粗い請求項1に記載の弁開閉時期制御装置。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、内部ロータの凹部の底面と中間部材の端面との当接は、互いの加工精度の関係から必ずしも密には行われない場合がある。たとえば、中間部材の外周面と内部ロータの凹部の内周面が当接して、中間部材が凹部の底面に十分に当接しない場合は、進角室への流路と遅角室への流路とが連通してしまい、オイル漏れが発生する虞があった。この従来技術は中間部材を有する構成であるが、内部ロータに対してカムシャフトを直に接続する構成である場合にも、このような当接の不都合は生じ得る。
【0006】
本発明は上記実情に鑑み、カムシャフトと同軸上に配置された制御弁によって給排が切り換えられる進角室への流路と遅角室への流路とが適正に遮断される弁開閉時期制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第1特徴構成は、内燃機関の駆動軸と同期回転し、プレートを備える駆動側回転体と、
前記駆動側回転体の内側で軸芯が重なる状態に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転し、凹部が区画形成された従動側回転体と、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に区画形成される進角室及び遅角室と、
前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との間で変更されるよう前記従動側回転体の内側に設けられ、作動流体の前記進角室あるいは前記遅角室に対する給排を切り替える制御弁とを備え、
前記カムシャフトの端部は、前記駆動側回転体の前記プレートを貫通し、前記従動側回転体の前記凹部に挿入されて一体化され、前記カムシャフトの端面が前記凹部の底面に密接して、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が遮断され、前記カムシャフトの外周面と前記プレートとの間の隙間寸法は前記カムシャフトの外周面と前記凹部の内周面との間の隙間寸法よりも小さい点にある。
【0008】
駆動側回転体のプレートの内周面は、従動側回転体が駆動側回転体に対して相対回転する際の軸受部となる。よって、ガタつきがなくしかも円滑なカムシャフトの回転が確保される必要がある。また、この軸受部は、作動流体がカムシャフトを介して流体圧室に供給される際の漏れ止め機能も備えている。よって、当該隙間寸法は適度に設定される必要がある。
【0009】
これに対して、従動側回転体の凹部の内周面とカムシャフトの外周面との間の隙間は、作動流体を供給する進角流路あるいは遅角流路の一方に連通する場合が多く、必ずしも両者が密に当接している必要はない。一方、この隙間が過度に小さくなることで凹部に対するカムシャフトの挿入方向が拘束され、カムシャフトの端面と凹部の底面との密着性が損なわれて、進角流路と遅角流路とが連通してしまうのは妥当ではない。よって、当該隙間寸法は、ある程度大きなものであってもよい。
こうした実情を踏まえ、本構成では、カムシャフトの外周面と駆動側回転体のプレートとの間の隙間寸法は、カムシャフトの外周面と従動側回転体の凹部の内周面との間の隙間寸法よりも小さい。これにより、カムシャフト端面の当接度を確保しつつ、駆動側回転体のプレートでの軸受特性を確保することができる。
【0010】
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第2特徴構成は、前記従動側回転体はアルミニウム合金により形成され、前記カムシャフトは鉄系材料により形成され、前記従動側回転体と前記カムシャフトとは、固定ボルトによって締結固定され、
前記凹部の底面の面粗度は前記カムシャフトの端面の面粗度よりも粗い点にある。
【0011】
本構成の如く、アルミニウム合金により形成された従動側回転体の凹部の底面の面粗度が粗いと、固定ボルトを締結するときに、凹部の底面が程度に塑性変形し、鉄系材料により形成されたカムシャフトの端面との密着性が高まる。これにより、進角流路と遅角流路との遮断効果の確実性が増すことになる。
【0012】
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第3特徴構成は、前記カムシャフトは、カムシャフト本体と当該カムシャフト本体の先端部に接続される連結部材とを有しており、
前記連結部材は、その端面が前記凹部の底面に密接し、前記駆動側回転体の外側から前記凹部に至る領域までを占める点にある。
【0013】
本構成によれば、カムシャフトよりも短い連結部材を駆動側回転体に差込んで従動側回転体の凹部の底面に密接させ、その後に連結部材にカムシャフト本体を接続して、弁開閉時期制御装置を製造することができる。このように、駆動側回転体及び従動側回転体に対し、カムシャフトを構成する連結部材とカムシャフト本体とを順次個別に組付けることができるため、弁開閉時期制御装置の組付け性が向上する。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、自動車用エンジンにおける吸気弁側の弁開閉時期制御装置として本発明を適応した実施形態について、図に基づいて説明する。本実施形態においては、自動車用エンジンEが「内燃機関」に相当する。
【0016】
〔全体構成〕
この弁開閉時期制御装置は、
図1に示すごとく、「駆動軸」としてのクランクシャフトCと同期回転するハウジング(駆動側回転体の一例)1と、ハウジング1と同軸上に配置され、ハウジング1の内側で軸芯が重なる状態に配置され、エンジンEの弁開閉用のカムシャフト101と一体回転し、凹部6が区画形成された内部ロータ(従動側回転体の一例)2とを備えている。内部ロータ2とカムシャフト101とは、内部ロータ2を挟んでカムシャフト101とは反対側から内部ロータ2に挿通された固定ボルト5によって締結固定されている。カムシャフト101は、エンジンEの吸気弁の開閉を制御する不図示のカムの回転軸であり、内部ロータ2、及び固定ボルト5と同期回転する。尚、カムシャフト101は、エンジンEのシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。
【0017】
〔ハウジング及び内部ロータ〕
ハウジング1は、カムシャフト101が接続される側とは反対側のフロント側のプレート11と、内部ロータ2に外装される外部ロータ12と、タイミングスプロケット15を一体的に備えたリア側のプレート13とを組み付けて構成される。ハウジング1には内部ロータ2が収容され、内部ロータ2と外部ロータ12との間に、後述のごとく流体圧室4が形成される。尚、リア側のプレート13にスプロケットを備えずに、外部ロータ12の外周部にスプロケットを備えてもよい。
【0018】
クランクシャフトCが回転駆動すると、動力伝達部材102を介してタイミングスプロケット15にその回転駆動力が伝達され、ハウジング1が
図2に示す回転方向Sに回転駆動する。ハウジング1の回転駆動に伴い、内部ロータ2が回転方向Sに回転駆動してカムシャフト101が回転し、カムシャフト101に設けられたカムがエンジンEの吸気弁を押し下げて開弁させる。
【0019】
図2に示すごとく、外部ロータ12に、径内方向に突出する複数個の突出部14を回転方向Sに沿って互いに離間させて形成することにより、内部ロータ2と外部ロータ12との間に流体圧室4を形成してある。突出部14は、内部ロータ2の外周面に対するシューとしても機能する。内部ロータ2の外周面のうち流体圧室4に面する部分に、突出部21を形成してある。流体圧室4は、突出部21によって、回転方向Sに沿って進角室41と遅角室42とに区画形成されている。尚、本実施形態においては、流体圧室4が4箇所となるよう構成してあるが、これに限られるものではない。
【0020】
進角室41及び遅角室42にオイル(作動流体の一例)を供給、排出、又はその給排を遮断して、突出部21に油圧を作用させる。このようにして、相対回転位相を進角方向又は遅角方向へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。進角方向とは、進角室41の容積が大きくなる方向であり、
図2に矢印S1で示してある。遅角方向S2とは、遅角室42の容積が大きくなる方向であり、
図2に矢印S2で示してある。尚、進角室41の容積が最大となった時の相対回転位相が最進角位相であり、遅角室42の容積が最大となった時の相対回転位相が最遅角位相である。
【0021】
また、ハウジング1と、カムシャフト101との間に回転軸芯を中心とする方向に付勢力を作用させる戻しバネ70を備えている。この戻しバネ70は、内部ロータ2が最遅角から進角側の所定の回転位相に達するまで付勢力を作用させ、内部ロータ2が所定回転位相を進角側に超えた領域では付勢力を作用させない機能を有するものであり、トーションバネやゼンマイバネが用いられる。戻しバネ70は、ハウジング1と、内部ロータ2との間に備えてもよい。
【0022】
〔ロック機構〕
弁開閉時期制御装置は、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転移動を拘束することにより、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との間の所定のロック位相に拘束可能なロック機構8を備えている。エンジン始動直後のオイルの油圧が安定しない状況において、相対回転位相をロック位相に拘束することによって、クランクシャフトCの回転位相に対するカムシャフト101の回転位相を適正に維持し、エンジンEの安定的な回転を実現することができる。
【0023】
図2に示すごとく、ロック部材81が軸方向に沿って移動可能に構成されており、不図示の付勢部材によりフロント側のプレート11又はリア側のプレート13に形成された不図示のロック溝と係合した状態で保持されることにより、ロック状態が維持される。内部ロータ2に形成されたロック油路82は、ロック機構8と進角流路43とを接続しており、進角制御が行われるとロック機構8に油圧を作用させる。その結果、ロック部材81が付勢部材による付勢力に抗してロック溝から退出し、ロック状態が解除される。
【0024】
〔OCV(オイルコントロールバルブ)〕
図1に示すように、本実施形態においては、「制御弁」としてのOCV51が、カムシャフト101と同軸上に配設されている。OCV51は、スプール52と、スプール52を付勢するスプリング53と、スプール52を駆動する電磁ソレノイド54と、を備えて構成される。なお、電磁ソレノイド54については、公知の技術であるので詳細な説明を省略する。
【0025】
OCV51は、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との間で変更されるよう内部ロータ2の内側に設けられ、オイルの進角室41又は遅角室42に対する給排を切り替える。
【0026】
スプール52は、固定ボルト5の先端部に形成された収容空間5aに収容されており、収容空間5aの内部で軸方向に摺動可能である。固定ボルト5の端部に雄ねじ部5bが形成されており、雄ねじ部5bの反対の側に頭部5cが設けられている。頭部5cを回転させて、雄ねじ部5bをカムシャフト101の雌ねじ部101aに螺着させることで、固定ボルト5がカムシャフト101に対して固定される。
【0027】
スプリング53は収容空間5aの奥部に配設されており、スプール52をカムシャフト101とは反対の側に常時付勢する。電磁ソレノイド54に給電すると、電磁ソレノイド54に設けられたプッシュピン54aが、スプール52の端部52aを押圧する。その結果、スプール52はスプリング53の付勢力に抗してカムシャフト101の側に摺動する。OCV51は、電磁ソレノイド54に供給する電力のデューティ比の調節により、スプール52の位置調節ができるよう構成されている。電磁ソレノイド54への給電量は、不図示のECU(電子制御ユニット)によって制御される。
【0028】
図3は弁開閉時期制御装置の内部構造の分解斜視図である。カムシャフト101の端部は、ハウジング1のリア側のプレート13を貫通し、内部ロータ2の凹部6に挿入されて一体化されている。カムシャフト101の端面101bが凹部6の底面6aに密接して、進角室41に連通する進角流路43と遅角室42に連通する遅角流路44とが遮断されている。ここで、カムシャフト101の外周面101cとプレート13との間の隙間寸法L1は、カムシャフト101の外周面101cと凹部6の内周面6bとの間の隙間寸法L2よりも小さい(
図4)。
【0029】
固定ボルト5を各部材の中心孔に挿入しカムシャフト101に螺着することで、
図1に示すようにカムシャフト101の端面101bと内部ロータ2の凹部6の底面6aとが軸方向で全周に亘って当接し、当接部Aが形成される。なお、カムシャフト101には回り止め用のピン18が設けられており、ピン18が内部ロータ2の底面6aに形成された凹部に嵌合するよう構成されている。
【0030】
〔油路構成〕
図1に示すように、オイルパン61に貯留されているオイルは、クランクシャフトCの回転駆動力が伝達されることにより駆動する機械式のオイルポンプ62によって汲み上げられ、後述する供給油路45に供給される。そして、OCV51の制御により、進角流路43及び遅角流路44に対するオイルの供給、排出、及び給排の遮断が切り換えられる。
【0031】
図1、
図2、及び
図5に示すように、各進角室41に接続する進角流路43を、固定ボルト5に形成した貫通孔43aと、固定ボルト5と内部ロータ2との間に形成した空間43bと、内部ロータ2に形成した貫通孔43cと、によって構成してある。また、各遅角室42に接続する遅角流路44を、固定ボルト5に形成した貫通孔44aと、カムシャフト101に形成した貫通孔44bと、内部ロータ2に形成した貫通孔44cと、によって構成してある。さらに、進角室41或いは遅角室42にオイルを供給する供給油路45を、カムシャフト101に形成した貫通孔45aと、カムシャフト101と固定ボルト5との間に形成した通路45bと、固定ボルト5に形成した貫通孔45cと、カムシャフト101に形成した貫通孔45dと、固定ボルト5に形成した貫通孔45eによって構成してある。通路45bの途中にはチェックバルブ46が備えられている。
【0032】
供給油路45を流通するオイルは、まずスプール52の外周面に形成された環状溝52bに流入する。環状溝52bが、固定ボルト5に形成した貫通孔43aとも貫通孔44aとも連通しない状態では、進角室41及び遅角室42にはオイルが供給されない。この状態においては、進角室41のオイルが進角流路43を経由して装置外に排出されることはない。同様に、この状態においては、遅角室42のオイルが遅角流路44を経由して装置外に排出されることもない。即ち、電磁ソレノイド54に所定量の給電を行い、スプール52を
図5に示す位置に保持するようにOCV51を制御すると、進角室41及び遅角室42へのオイルの給排が遮断され、相対回転位相が保持される。
【0033】
図1に示すように、電磁ソレノイド54に給電を行わない場合には、スプリング53の付勢力によりスプール52の位置が保持される。この状態においては、スプール52の環状溝52bは、固定ボルト5に形成した貫通孔43aと連通し、貫通孔44aとは連通しない。同時に、貫通孔44aは収容空間5aと連通する。従って、供給油路45に供給されたオイルは進角流路43を経由して進角室41に供給され、遅角室42のオイルは遅角流路44、収容空間5aを経由して装置外に排出される。この時、進角室41に作用する油圧により、相対回転位相が進角方向S1に変位する。
【0034】
電磁ソレノイド54に最大の給電を行うと、スプリング53の付勢力に抗してスプール52の位置が保持される。この状態においては、スプール52の環状溝52bは、固定ボルト5に形成した貫通孔44aと連通し、貫通孔43aとは連通しない。同時に、貫通孔43aはスプール52に形成した貫通孔52cと連通する。従って、供給油路45に供給されたオイルは遅角流路44を経由して遅角室42に供給され、進角室41のオイルは進角流路43、貫通孔52c、及び収容空間5aを経由して装置外に排出される。この時、遅角室42に作用する油圧により、相対回転位相が遅角方向S2に変位する。
【0035】
以上のごとく構成した弁開閉時期制御装置においては、カムシャフト101の外周面101cとプレート13との間の隙間寸法L1は、カムシャフト101の外周面101cと凹部6の内周面6bとの間の隙間寸法L2よりも小さい。プレート13の内周面13aは、内部ロータ2がハウジング1に対して相対回転する際の軸受部となる。よって、ガタつきがなくしかも円滑なカムシャフト101の回転が確保される必要がある。また、この軸受部は、作動流体がカムシャフト101を介して流体圧室4に供給される際の漏れ止め機能も備えている。よって、当該隙間寸法は適度に設定される必要がある。
【0036】
凹部6の内周面6bとカムシャフト101の外周面101cとの間の隙間は、オイルを供給する進角流路43あるいは遅角流路44の一方に連通する場合が多く、必ずしも両者が密に当接している必要はない。一方、この隙間が過度に小さくなることで凹部6に対するカムシャフト101の挿入方向が拘束され、カムシャフト101の端面101bと凹部6の底面6aとの密着性が損なわれて、進角流路43と遅角流路44とが連通してしまうのは妥当ではない。よって、当該隙間寸法は、ある程度大きなものであってもよい。
【0037】
こうした実情を踏まえ、カムシャフト101の外周面101cとプレート13との間の隙間寸法L1は、カムシャフト101の外周面101cと凹部6の内周面6bとの間の隙間寸法L2よりも小さい。これにより、凹部6の底面6aとカムシャフト101の端面101bの当接度を確保しつつ、プレート13での軸受特性を確保することができる。
【0038】
ここで、内部ロータ2はアルミニウム合金により形成され、カムシャフト101は鉄系材料により形成され、内部ロータ2とカムシャフト101とは、固定ボルト5によって締結固定され、凹部6の底面6aの面粗度はカムシャフト101の端面101bの面粗度よりも粗いと好適である。こうすると、固定ボルト5を締結するときに、凹部6の底面6aが程度に塑性変形し、カムシャフト101の端面101bとの密着性が高まる。これにより、進角流路43と遅角流路44との遮断効果の確実性が増すことになる。
【0039】
〔別実施形態〕
本発明の別実施形態について、
図6及び
図7に基づいて説明する。弁開閉時期制御装置としての基本的構成については前実施形態と同様であるので、主に前実施形態との相違点について説明する。尚、前実施形態と同じ部材については、同じ符号を付してある。
【0040】
本構成では、
図6及び
図7に示すように、カムシャフト101は、カムシャフト本体103と当該カムシャフト本体103の先端部に接続される連結部材104とを有している。この連結部材104は、その端面104aが凹部6の底面6aに密接し、ハウジング1の外側から凹部6に至る領域までを占める。本実施形態においても、連結部材104の外周面104bとプレート13との間の隙間寸法は、連結部材104の外周面104bと凹部6の内周面6bとの間の隙間寸法よりも小さい。なお、カムシャフト本体103には回り止め用のピン19が設けられており、ピン19が連結部材104に形成された凹部に嵌合するよう構成されている。
【0041】
各進角室41に接続する進角流路43は、固定ボルト5に形成した貫通孔43aと、固定ボルト5と内部ロータ2との間に形成した空間43bと、内部ロータ2に形成した貫通孔43cと、によって構成してある。また、各遅角室42に接続する遅角流路44は、固定ボルト5に形成した貫通孔44aと、連結部材104に形成した貫通孔44bと、内部ロータ2に形成した貫通孔44cと、によって構成してある。さらに、進角室41或いは遅角室42にオイルを供給する供給油路45を、カムシャフト本体103に形成した貫通孔45aと、カムシャフト本体103と固定ボルト5との間に形成した通路45bと、固定ボルト5に形成した貫通孔45cと、連結部材104に形成した貫通孔45dと、固定ボルト5に形成した貫通孔45eによって構成してある。
【0042】
本構成によれば、カムシャフト101よりも短い連結部材104を凹部6の底面6aに密接させ、その後に連結部材104にカムシャフト本体103を接続して、弁開閉時期制御装置を製造することができる。このように、ハウジング1及び内部ロータ2に対し、カムシャフト101を構成する連結部材104とカムシャフト本体103とを順次個別に組付けることができるため、弁開閉時期制御装置の組付け性が向上する。
【0043】
〔他の実施形態〕
(1)本発明に係る弁開閉時期制御装置を、排気弁側の弁開閉時期制御装置に適用しても良い。
(2)内部ロータ2と内部ロータ2に接するカムシャフト101とは、当接部Aにおいて確実に当接されるのであれば、内部ロータ2及びカムシャフト101の材質は特に限定されない。
(3)オイルの通路及び貫通孔に接続されてオイルを他の通路や貫通孔に流通させる溝部は、各部材の内周側に形成されていてもよいし、反対に各部材の外周側に形成されていてもよい。
(4)ロック機構を備えていなくても、或いはロック機構の構成が上記実施形態と異なっていても良い。
(5)油路構成は弁開閉時期制御装置の機能に支障をきたさない範囲で、上記実施形態と異なる構成としても良い。
(6)別実施形態における、カムシャフト101の連結部材104の形状や配置が上記実施形態と異なっていてもよい。