(57)【要約】【課題】ロータとカムシャフトとの分離及び結合の作業性を良好にする。【解決手段】内燃機関のカムシャフト１の外周面には第１凹部８が形成される一方、その外周面に装着されるバルブタイミング可変機構のロータの内周面には第１凹部８と向かい合うように第２凹部１１が形成される。この第２凹部１１におけるカムシャフト１の径方向についての断面がテーパ状をなしている。そして、第１凹部８内に設けられたばね１０の弾性力により、第１凹部８と第２凹部１１との両方の凹部内に跨って設けられる球９が第２凹部１１側に押し付けられると、ロータ３がカムシャフト１に対し回転方向及び軸線方向に変位しないようにされる。一方、内燃機関の停止中にカムシャフト１を回転方向に固定しつつ、内燃機関の運転中よりも大きなトルクをロータ３に作用させると、球９が第１凹部８に没入し、それによってロータ３をカムシャフト１に対し抜き出すことが可能になる。【選択図】図２
2015083800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に第１凹部が形成されたカムシャフトと、
前記カムシャフトの外周面に装着されるバルブタイミング可変機構のロータと、
前記ロータの内周面に形成されて前記カムシャフトの径方向についての断面がテーパ状をなす第２凹部、及び、その第２凹部と向かい合う前記第１凹部の両方の凹部内に跨って設けられる球と、
前記第１凹部内に設けられて前記球を前記カムシャフトの軸線から離れる方向に付勢する弾性部材と、
を備えることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動弁装置として、特許文献１に示すように、バルブタイミング可変機構のロータをボルトによる締結を通じてカムシャフトの端面に固定し、それによってロータがカムシャフトに対し回転方向及び軸方向に変位しないようにしたものが知られている。また、ロータをカムシャフトに溶接して固定することにより、ロータがカムシャフトに対し回転方向及び軸方向に変位しないようにすることも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８０７１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータをカムシャフトに溶接すると、それらを分離することができなくなるため、バルブタイミング可変機構のメンテナンス等において支障を来すおそれがある。一方、ロータをボルトによる締結を通じてカムシャフトに固定する場合、ボルトの締結を解除すれば、ロータとカムシャフトとを分離させることができるようにはなる。ただし、ボルトによる締結を解除したり再度締結したりするための作業に手間がかかることは否めず、その手間の分だけバルブタイミング可変機構のメンテナンス等における作業性が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、ロータとカムシャフトとの分離及び結合の作業性を良好にすることができる内燃機関の動弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の動弁装置は、カムシャフトの外周面にロータが次のように装着される。すなわち、カムシャフトの外周面に形成された第１凹部とロータの内周面に形成された第２凹部とが向かい合った状態で、それら両方の凹部内に跨って球が設けられる。更に、その球は、第１凹部内に設けられた弾性部材によりカムシャフトの軸線から離れる方向（第２凹部側）に付勢される。そして、内燃機関の運転時におけるロータとカムシャフトとの間でのカムシャフトの回転方向についてのトルク伝達は、第１凹部内と第２凹部内との両方に跨って設けられる上記球を介して行われる。更に、その球により、内燃機関の運転時、カムシャフトの回転方向及び軸線方向においてロータとカムシャフトとが相対移動しないようにされる。
【０００７】
一方、内燃機関の停止中、カムシャフトを回転方向について固定した状態のもと、内燃機関の運転時にロータとカムシャフトとの間に作用する回転方向についてのトルクよりも大きいトルクをロータに作用させると、それに伴い第２凹部の内壁により球が第１凹部側に押される。そして、球が第１凹部内に没入した状態になると、カムシャフトの回転方向及び軸線方向についてのロータのカムシャフトに対する相対移動が可能になる。この状態のもとでは、ロータをカムシャフトから容易に取り外して分離することが可能になる。
【０００８】
また、カムシャフトから分離したロータを同カムシャフトと結合する際には、弾性部材及び球を第１凹部に挿入した状態のもとで、カムシャフトの外周面にロータを挿入し、更に第２凹部が上記第１凹部と向かい合うようロータをカムシャフトに対し相対移動させる。そして、第２凹部が第１凹部と向かい合うと、第１凹部内の球が弾性部材の弾性力により第２凹部側に押されて両凹部に跨るようになる。これにより、カムシャフトの回転方向及び軸線方向においてロータとカムシャフトとが相対移動しないよう結合される。
【０００９】
以上のように、ロータとカムシャフトとの分離及び結合を簡単に行うことができるため、それら分離及び結合の作業性を良好にすることができる。従って、バルブタイミング可変機構のメンテナンス等のためにロータとカムシャフトとの分離及び結合を実現するための作業に手間がかかることはなく、その手間に起因する上記メンテナンス等における作業性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関の動弁装置を示す断面図。
【図２】図１のカムシャフト及びロータを矢印Ａ−Ａ方向から見た状態の断面を示す略図。
【図３】図２のカムシャフト及びロータを矢印Ｂ−Ｂ方向から見た状態の断面を示す略図。
【図４】カムシャフトの軸線周りのトルクがロータに入力されたとき、第２凹部の内壁と球との間に働く力を示す模式図。
【図５】ばねの弾性力により球が第２凹部の内壁に押し付けられたとき、その内壁と球との間に働く力を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、内燃機関の動弁装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、内燃機関におけるカムシャフト１の端部まわりの構造を示している。このカムシャフト１は、その端部に設けられたバルブタイミング可変機構２を介して内燃機関の出力軸であるクランクシャフトからの回転伝達を受け、それに伴う回転によって内燃機関の機関バルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）を開閉動作させる。カムシャフト１の端部に設けられたバルブタイミング可変機構２は、クランクシャフトに対するカムシャフト１の相対回転位相を可変とすべく油圧動作する。こうしたバルブタイミング可変機構２の油圧動作を通じて、クランクシャフトに対するカムシャフト１の相対回転位相を進角側もしくは遅角側に変化させることにより、機関バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）が進角側もしくは遅角側に変化する。
【００１２】
バルブタイミング可変機構２は、カムシャフト１の端部の外周面に装着される円筒状のロータ３を備えている。このロータ３は、カムシャフト１の端部の外周面に対して取り外し可能な状態で固定されている。また、ロータ３のカムシャフト１と反対側の端部の外周面には、ハウジング４によって囲まれたベーン５が形成されている。これらハウジング４とベーン５（ロータ３）とは、カムシャフト１の回転方向について相対移動可能となっている。また、ハウジング４内はオイルで満たされており、そのオイルを介してハウジング４とロータ３（ベーン５）との間での回転伝達が可能となっている。従って、クランクシャフトの回転は、ハウジング４、上記オイル、及びロータ３を介してカムシャフト１に伝達される。
【００１３】
ロータ３の内部には、ハウジング４内に対するオイルの給排を行うオイルコントロールバルブ６が設けられている。オイルコントロールバルブ６は、そのスプール弁６ａを軸方向に変位させることにより、ハウジング４内に対するオイルの給排を行うことが可能となっている。このオイルコントロールバルブ６によるハウジング４内に対するオイルの給排を通じて、ベーン５に対しカムシャフト１の回転方向に作用する油圧に基づく力を調整することにより、ベーン５（ロータ３）とハウジング４とのカムシャフト１の回転方向についての相対位置を変化させることが可能となっている。この相対位置の変化により、クランクシャフトに対するカムシャフト１の相対回転位相が変化する。なお、ベーン５には、ロータ３とハウジング４とのカムシャフト１の回転方向についての相対位置の変化を禁止したり許可したりするロック機構７が設けられている。このロック機構７は、上記相対位置の変化を禁止するロック状態と、その相対位置の変化の禁止を解除する解除状態との間で動作状態が変化する。
【００１４】
次に、カムシャフト１の外周面に対しロータ３を取り外し可能に固定する構造について説明する。
図２は、図１のカムシャフト１及びロータ３を矢印Ａ−Ａ方向から見た状態の断面を概略的に示している。図２から分かるように、カムシャフト１の外周面には第１凹部８が形成されている。この第１凹部８内には、鋼材によって形成された球９をカムシャフト１の軸線から離れる方向に付勢するばね（弾性部材）１０が設けられている。また、ロータ３の内周面には、カムシャフト１の径方向断面がテーパ状をなし、且つ、カムシャフト１の外周面に形成された上記第１凹部８と向かい合う第２凹部１１が形成されている。これら第１凹部８と第２凹部１１との両方の凹部内に跨って上記球９が設けられており、その球９がばね１０によって第２凹部１１におけるカムシャフト１の回転方向両側の内壁１１ａ，１１ｂに押し付けられている。
【００１５】
図３は、図２のカムシャフト１及びロータ３を矢印Ｂ−Ｂ方向から見た状態の断面を概略的に示している。図３から分かるように、カムシャフト１に対しロータ３が同カムシャフト１の軸線方向（図中左右方向）に相対移動しようとすると、第１凹部８と第２凹部１１との両方の凹部内に跨って設けられる上記球９が、第１凹部８及び第２凹部１１におけるカムシャフト１の軸線方向両側の内壁に当たり、それによって上記相対移動が生じないようにされる。また、カムシャフト１に対しロータ３が同カムシャフト１の回転方向、すなわち図２に示すカムシャフト１の周方向に相対移動（相対回転）しようとするときには、上記球９を第１凹部８の内壁１１ａ，１１ｂに押し付けるばね１０の弾性力、及び、球９と内壁１１ａ，１１ｂとの間に作用する摩擦力により、上記相対移動が生じないようにされる。
【００１６】
図４には、カムシャフト１の軸線周りのトルクがロータ３に入力されたとき、第２凹部１１の内壁１１ａと球９との間に働く力を示す。上記トルクに基づき内壁１１ａと球９との接点Ｐ１にカムシャフト１の回転方向の力ＦＬが作用した場合、その力ＦＬを内壁１１ａと直交する力ＦＬsinθ と内壁１１ａに沿った力ＦＬcosθ とに分解することができる。なお、上記力ＦＬsinθ 及び上記力ＦＬcosθ は、上記力ＦＬ、及び、その力ＦＬの作用する方向と内壁１１ａとの傾斜角度θを用いて求められる。
【００１７】
図５には、ばね１０の弾性力により球９が内壁１１ａ，１１ｂに押し付けられたとき、第２凹部１１の内壁１１ａと球９との間に働く力を示す。上記ばね１０の弾性力に基づき内壁１１ａと球９との接点Ｐ１にカムシャフト１の軸線から離れる方向の力ＦＫが作用した場合、その力ＦＬを内壁１１ａと直交する力ＦＫcosθ と内壁１１ａに沿った力ＦＫsinθ とに分解することができる。なお、上記力ＦＫcosθ 及び上記力ＦＫsinθ は、上記力ＦＫ、及び、上記傾斜角度θを用いて求められる。
【００１８】
ここで、上記力ＦＫsinθが上記力ＦＬcosθ よりも大きいか、あるいは両者が等しければ、上記力ＦＬcosθ に基づいて球９が第２凹部１１から第１凹部８に変位することはなく、その変位に伴ってロータ３がカムシャフト１に対し相対回転可能になることもない。従って、傾斜角度θを次の式（１）を満たす値よりも大きくすれば、内燃機関の運転中にロータ３のカムシャフト１に対する相対回転が生じないようにすることができる。
【００１９】
ＦＬcosθ −ＦＫsinθ ＝μ（ＦＬsinθ ＋ＦＫcosθ ）      …（１）
式（１）において、「μ」は球９と内壁１１ａとの間における摩擦係数であって、球９及び内壁１１ａの材料及び表面粗さ等によって決まる固定値である。また、上記力ＦＫはばね１０の諸元によって決まる固定値である。また、上記力ＦＬとしては、内燃機関の運転中における最大値が用いられる。ちなみに、こうした力ＦＬ（最大値）は、内燃機関の運転中に機関バルブが開閉動作する際のバルブスプリングの弾性力に基づくトルク変動がロータ３に入力されることに起因して生じる。
【００２０】
なお、内壁１１ｂの傾斜角度θも、内壁１１ａの場合と同様に、上記式（１）を満たす値よりも大きい値に設定される。ただし、内壁１１ａと内壁１１ｂとでは、上記力ＦＬ（最大値）に違いが生じることがあり、そうした場合には、内壁１１ｂの傾斜角度θは、内壁１１ａの傾斜角度θと異なる値に設定される。
【００２１】
ちなみに、上述したように力ＦＬ（最大値）に違いが生じる原因としては、例えば次のようなことが考えられる。すなわち、ハウジング４内のオイルがエアを巻き込むほど少ないか、或いはオイルがほとんど存在しないような状況のもとで、内燃機関が搭載された車両の旋回運転等が行われる場合、それに伴いロータ３が大きく振れてハウジング４に対し回転方向遅角側に打ち付けられる。そして、内壁１１ａと内壁１１ｂとのうち、上述したようにロータ３がハウジング４に打ち付けられるときに上記力ＦＬが作用する方については、もう一方と比較して式（１）で用いる力ＦＫが大きくなるため、傾斜角度θがもう一方よりも大きくなるよう設定される。
【００２２】
次に、内燃機関の動弁装置の作用について説明する。
カムシャフト１に対するロータ３の取り外しは、内燃機関の停止中であってロック機構７がロック状態となっているときに、次のようにして行われる。すなわち、カムシャフト１をその回転方向について固定しつつ、内燃機関の運転時にロータ３に入力されるトルクよりも大きいトルクをロータ３の回転方向に作用させる。その結果、ロータ３が回転しようとして第２凹部１１の内壁１１ａと内壁１１ｂとのいずれかにより、球９がばね１０の弾性力に抗して第１凹部８側に押される。そして、球９が第１凹部８内に没入した状態になると、カムシャフト１の回転方向及び軸線方向についてのロータ３のカムシャフト１に対する相対移動が可能になる。
【００２３】
ここで、第２凹部１１における内壁１１ａの傾斜角度θと内壁１１ｂの傾斜角度θとが異なる場合、傾斜角度θが小さい方の内壁に向けて球９が押し付けられるようロータ３に対し回転方向のトルクを作用させることが好ましい。これは、球９を第１凹部８に没入させるためにロータ３に作用させなければならない上記トルクが小さくて済むためである。そして、上述したように球９が第２凹部１１に没入した状態のもとでは、バルブタイミング可変機構２をカムシャフト１に対して引き抜くことにより、ロータ３をカムシャフト１から容易に取り外して分離することが可能になる。
【００２４】
また、カムシャフト１から分離したロータ３を同カムシャフト１と結合する際には、ばね１０及び球９を第１凹部８に挿入した状態のもとで、カムシャフト１の外周面にロータ３を挿入し、更に第２凹部１１が上記第１凹部８と向かい合うようロータ３をカムシャフト１に対し相対移動させる。そして、第２凹部１１が第１凹部８と向かい合うと、第１凹部８内の球９がばね１０の弾性力により第２凹部１１側に押されて両凹部に跨るようになる。これにより、カムシャフト１の回転方向及び軸線方向についてロータ３がカムシャフト１に対し相対移動しないよう結合される。
【００２５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ロータ３とカムシャフト１との分離及び結合を簡単に行うことができるため、それら分離及び結合の作業性を良好にすることができる。従って、バルブタイミング可変機構２のメンテナンス等のためにロータ３とカムシャフト１との分離及び結合を実現するための作業に手間がかかることはなく、その手間に起因する上記メンテナンス等における作業性の低下を抑制することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・球９を第１凹部８に向けて付勢するためにばね１０以外の弾性部材を用いることも可能である。
【００２７】
・球９を鋼材以外の材料で形成してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…カムシャフト、２…バルブタイミング可変機構、３…ロータ、４…ハウジング、５…ベーン、６…オイルコントロールバルブ、６ａ…スプール弁、７…ロック機構、８…第１凹部、９…球、１０…ばね、１１…第２凹部、１１ａ…内壁、１１ｂ…内壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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