(57)【要約】【課題】バルブの開閉タイミングの個体差を低減するとともに、組付作業性を改善したバルブタイミング調整装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び該内燃機関の駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材５と、該ハウジング部材５内に同軸に収容されて該従動軸及び該駆動軸の他方（カムシャフト２）とともに回転しかつ所定の角度範囲で該ハウジング部材５と相対回転変位可能なロータ部材３と、を備えるバルブタイミング調整装置１であって、前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方（カムシャフト２）と前記ハウジング部材５とはそれぞれ、互いに係合することにより該従動軸と該駆動軸との相対回転変位の範囲を規定する位置決め部（位置決めピン２２、位置決め溝５７）を有する。【選択図】図１
2007239692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び該内燃機関の駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、該ハウジング部材内に同軸に収容されて該従動軸及び該駆動軸の他方とともに回転しかつ所定の角度範囲で該ハウジング部材と相対回転変位可能なロータ部材と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、
前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方と前記ハウジング部材とはそれぞれ、互いに係合することにより該従動軸と該駆動軸との相対回転変位の範囲を規定する位置決め部を有する、ことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
【請求項２】
前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方と前記ハウジング部材とがそれぞれ有する位置決め部のうちの一つは径方向に立設される位置決めピンであり、残る一つは円周方向に切り欠かれて形成されるとともに該位置決めピンが移動可能に挿入される位置決め溝である、請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項３】
前記位置決めピンが前記位置決め溝の一終端面に当接したときに、前記従動軸と前記駆動軸との基準相対回転変位を規定する請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項４】
前記ハウジング部材は、前記ロータ部材を収容するハウジング本体部と、前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方を軸支持するとともに前記位置決め部を有しかつ該ハウジング本体部と一体に回転する軸支持部と、からなる請求項１〜３に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項５】
前記軸支持部は、前記従動軸及び前記駆動軸の前記一方と伝動用チェーンを介して繋がれるスプロケットをもつ請求項４に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項６】
前記ロータ部材と前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方とに続けて螺合することにより該ロータ部材と該他方とを同軸に結合する締結ボルトを備え、かつ該締結ボルトと該ロータ部材との摩擦係数は該ロータ部材と該他方との摩擦係数よりも大とされ、さらに前記位置決めピンが前記位置決め溝の前記一終端面に当接した状態で該締結ボルトが螺合される、請求項３〜５に記載のバルブタイミング調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用などの内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉タイミングを運転状況に応じて調整するバルブタイミング調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用などの内燃機関に燃料となる混合気を供給するための吸気バルブや燃焼ガスを排出するための排気バルブは、内燃機関の動作ストロークに応じて開閉する。そして、燃費の向上や排気ガス抑制のために、これらのバルブの開閉タイミングを可変とし、内燃機関の運転状況に合わせて調整するバルブタイミング調整装置が付属されるようになってきている。この装置は当初吸気バルブに適用されていたが、最近では排気バルブにも適用される場合が多くなっている。バルブタイミング調整装置は、相対回転変位することによってタイミングを調整するハウジング部材及びロータ部材を主要部材とし、このいずれか一方はバルブを開閉駆動するカム及びカムシャフトとともに回転し、他方は内燃機関の駆動軸から駆動されてともに回転するように構成されるのが一般的である。また、ハウジング部材とロータ部材との相対回転変位すなわち位相調整は、油圧機構により制御される場合が多い。
【０００３】
本願出願人は、この種のバルブタイミング調整装置の一例を特許文献１に開示している。特許文献１の装置は、ハウジング部材とベーンロータ部材、ならびにねじりコイルスプリングを備え、ねじりコイルスプリングがハウジング部材に対してベーンロータ部材を特定の回転方向に付勢するように構成されている。さらに、実施形態の詳細な説明によれば、ハウジング部材はシューハウジングとスプロケット部とで形成され、スプロケット部の外周側のギヤ列はチェーンなどによってクランクシャフトから駆動されるようになっている。一方、ベーンロータ部材は、スプロケット部を挿通したカムシャフトと同軸に結合されて一体に回転するようになっている。カムシャフトの先端には位置決めピンが設けられ、ベーンロータ部材には基準孔が設けられて、両者の回転方向の位相を合わせて組み付けるようになっている。さらにベーンロータ部材に設けられたベーンは、シューハウジング内の収容室に収容され、油圧操作により収容室内を相対回転変位するように構成されている。
【０００４】
特許文献１の装置では、クランクシャフトの回転運動は、チェーンなどを介してスプロケット部に伝達され、シューハウジング、ベーンを経由してカムシャフトに伝達され、カムが駆動されて吸気バルブまたは排気バルブが開閉する。このとき、シューハウジングの収容室内でベーンが相対回転変位することにより、ハウジング部材とベーンロータ部材との位相調整が行われ、最終的にはクランクシャフトとカムシャフトとの位相調整が行われて、バルブの開閉タイミングが調整されるようになっている。
【特許文献１】特開２００５−３２５７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の装置では、駆動軸であるクランクシャフトから従動軸であるカムシャフトまでの伝達経路に多くの構成部品が介在するため、部品寸法の公差や組付時の組付寸法公差が重畳して大きな積み上げ公差が生じていた。また、組付時には、カムシャフト先端の位置決めピンをベーンロータ部材の基準孔に嵌合させた状態として両者を締結しているが、寸法精度上の制約と作業性の観点とから、基準孔を大きめとしてクリアランスを設ける必要があった。これらの原因により、クランクシャフトとカムシャフトとで、位相に誤差が生じかつ製品個体ごとにばらつき、バルブの開閉タイミングがばらついて内燃機関の性能に影響を及ぼす、という問題が生じていた。また、位置決めピンを基準孔に嵌合させる際に、目視確認ができないため作業が難しく、組み付けに手間を要していた。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、バルブの開閉タイミングの個体差を低減するとともに、組付作業性を改善したバルブタイミング調整装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つを開閉駆動する従動軸と、該従動軸及び該内燃機関の駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、該ハウジング部材内に同軸に収容されて該従動軸及び該駆動軸の他方とともに回転しかつ所定の角度範囲で該ハウジング部材と相対回転変位可能なロータ部材と、を備えるバルブタイミング調整装置であって、前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方と前記ハウジング部材とはそれぞれ、互いに係合することにより該従動軸と該駆動軸との相対回転変位の範囲を規定する位置決め部を有する、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、従来多数の部品が介在した状態で行っていた従動軸と駆動軸の位相合わせ及び組み付けの作業を、介在する部品点数を減らして行えるようにして、製品の精度を向上し、併せて組付作業性を改善し、製造コストの削減に寄与することを主眼としている。以降の説明を簡明にするために、従動軸及び駆動軸の一方とともに回転するハウジング部材は、駆動軸とともに回転するものとしておく。すると、ロータ部材は他方の従動軸とともに回転することになる。
【０００９】
ハウジング部材は、駆動軸とともに回転する部材であり、駆動軸と直結されて直接駆動されてもよく、あるいは伝動機構を介して間接的に駆動されてもよい。ロータ部材は、ハウジング部材内に同軸に収容されて従動軸とともに回転する部材であり、かつ所定の角度範囲でハウジング部材と相対回転変位可能とされている。両者の相対回転変位の角度すなわち位相は、例えば油圧機構により制御することができる。従動軸は、一般的にはカムシャフトと呼ばれ、バルブを駆動するためのカムが設けられている。従動軸は、ロータ部材と直結されても、間接的に結合されてもよい。２つの位置決め部は、従動軸とハウジング部材とにそれぞれ設けられ、互いに係合することにより相対回転変位の範囲を規定するように形成することができる。
【００１０】
以上のように構成された本発明のバルブタイミング調整装置では、組付時における駆動軸と従動軸との位相合わせは、２つの位置決め部の係合によって行うことができる。換言すれば、駆動軸とともに回転するハウジング部材と従動軸との間で、直接的に位相調整を行うことができる。これに対して従来は、ハウジング部材に対してロータ部材を特定の位相に固定し、ロータ部材と従動軸との間で位置決めピンと基準孔により位相を合わせていた。換言すれば、ハウジング部材からロータ部材を介在させて従動軸との間で、間接的に位相調整を行っていた。したがって、本発明では介在させる部品点数を削減することができ、位相合わせの精度を向上することができる。
【００１１】
次に、位置決め部の具体的な構造について説明する。前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方と前記ハウジング部材とがそれぞれ有する位置決め部のうちの一つは径方向に立設される位置決めピンであり、残る一つは円周方向に切り欠かれて形成されるとともに該位置決めピンが移動可能に挿入される位置決め溝であってもよい。また、前記位置決めピンが前記位置決め溝の一終端面に当接したときに、前記従動軸と前記駆動軸との基準相対回転変位を規定することが好ましい。
【００１２】
例えば、位置決め部のうちの一つは従動軸の外周に径方向外向きに立設する位置決めピンとし、残る一つはハウジング部材を円周方向に切り欠いて形成する位置決め溝とすることができる。そして、位置決めピンを位置決め溝に挿入して円周方向に移動できるように構成することができる。逆に、ハウジング部材から径方向内向きに位置決めピンを立設し、従動軸の一部を切削して円周方向の位置決め溝を形成することもできる。
【００１３】
このとき、位置決めピンが位置決め溝内を移動する範囲内で、従動軸と駆動軸との相対回転変位の範囲が規定される。また、位置決めピンが前記位置決め溝の一方の終端面に当接したときには回転位置関係が安定するので、これを基準状態とすることが好ましい。すなわち、組付時に、位置決めピンを終端面に当接させ、ロータ部材をハウジング部材に対して基準位相に配置した状態で従動軸に結合させることが好ましい。なお、運転作動時には、ロータ部材の相対回転変位とともに、位置決めピンも位置決め溝内を移動する。したがって、位置決め溝の他方の終端面は、ロータ部材の変位範囲よりも広くとり、ロータ部材の変位の障害とならないようにしておくことが好ましい。
【００１４】
前記ハウジング部材は、前記ロータ部材を収容するハウジング本体部と、前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方を軸支持するとともに前記位置決め部を有しかつ該ハウジング本体部と一体に回転する軸支持部と、からなることでもよい。また、前記軸支持部は、前記従動軸及び前記駆動軸の前記一方と伝動用チェーンを介して繋がれるスプロケットをもつようにしてもよい。
【００１５】
部品製作上の制約あるいは組付作業性の便宜を考慮し、ハウジング部材をハウジング本体部と軸支持部との２部品で形成し、結合するようにしてもよい。また、軸支持部にスプロケットを設けて駆動軸と伝動用チェーンを介して繋ぐことにより、従動軸と離れた位置にある駆動軸から駆動するようにしてもよい。この態様において、従来は、軸支持部からハウジング本体部、ロータ部材を介して従動軸との位相合わせをしていた。本発明では軸支持部と従動軸との直接的な位相合わせが行え、２つの部品の介在を省略することができて、精度向上の効果は顕著となる。
【００１６】
前記ロータ部材と前記従動軸及び前記駆動軸の前記他方とに続けて螺合することにより該ロータ部材と該他方とを同軸に結合する締結ボルトを備え、かつ該締結ボルトと該ロータ部材との摩擦係数は該ロータ部材と該他方との摩擦係数よりも大とされ、さらに前記位置決めピンが前記位置決め溝の前記一終端面に当接した状態で該締結ボルトが螺合される、ようにしてもよい。
【００１７】
ロータ部材と従動軸とを結合する部材として締結ボルトを用いることができる。さらに、上述のように摩擦係数の大小関係を設定することにより、組付時にまず締結ボルトがロータ部材と強固に螺合されて共回りし、次に両者は一体となって、緩み無く従動軸に螺合される。摩擦係数の大小関係が逆転すると、締結ボルトとロータ部材とが緩んだ状態でロータ部材と従動軸とが螺合されるため、作動時に位相誤差を生じるおそれがある。なお摩擦係数に関しては、例えば波接触面の面粗度を管理し、あるいは摩擦係数安定剤を用いることにより、確実に大小関係を満足させることができる。さらに、位置決めピンが位置決め溝の一終端面に当接した状態で、ロータ部材をハウジング部材に対する基準位相に配置し、締結ボルトが螺合されるようにすることが好ましい。
【００１８】
上述のような締結ボルトを用いた態様によれば、組付作業は、まず位置決めピンを位相調整範囲の広い位置決め溝内に挿入し、次に一終端面に当接させ、最後に締結ボルトを締め付ける、という手順で行えばよい。位置決めピンを当接させる作業は、簡単で確実に位相を合わせることができて、目視確認も容易である。これに対して従来の組付作業では、位置決めピンを基準孔に嵌合させる際に目視確認が困難であり、またクリアランスを管理することが難しく、煩雑で時間を要していた。本発明によれば、組付精度を向上することができ、かつ短時間で容易に組付作業が行えるように作業性を大きく改善することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のバルブタイミング調整装置は、従動軸及び駆動軸の他方とハウジング部材とがそれぞれ位置決め部を有して、互いに係合することにより相対回転変位の範囲を規定するようにしたので、従動軸と駆動軸との位相合わせ時に介在する部品点数が削減されて組み付けの精度が向上し、バルブの開閉タイミングの個体差が低減できた。
【００２０】
また、位置決め部として位置決めピンと位置決め溝を用い、ロータ部材と従動軸とを締結ボルで螺合させる構成とすることにより、組付精度だけでなく組付作業性をも大きく改善することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例のバルブタイミング調整装置を模式的に説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は部分的に断面を示す側面図である。実施例のバルブタイミング調整装置１は、内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを調整するものであり、カムシャフト２、ロータ部材３、締結ボルト４、ハウジング部材５、により構成されている。
【００２２】
カムシャフト２は従動軸に相当し、図１（Ｂ）の左方に延びる軸部材であり、左方には図略のカムが設けられて吸気弁を開閉駆動するようになっている。図２はカムシャフト２の形状を示す図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は側面図である。カムシャフト２の図中右端の軸心にはねじ孔２１が設けられ、右端から少し中央側の位置に径方向外向きに位置決めピン２２が立設されている。
【００２３】
ロータ部材３は、カムシャフト２とともに回転する部材であり、図１（Ｂ）に示されるように、ロータベーン３１に円筒状のブッシングベーン３６が図中の右方から圧入されて形成されている。ロータベーン３１の軸心には貫通ねじ孔３２が穿たれ、図中左側にはカムシャフト２が嵌合する嵌入孔３３が設けられている。また、ロータベーン３１の外周にはベーンが設けられ、ハウジング部材５との相対回転変位が位相調整範囲内で調整できるようになっている。ブッシングベーン３６の軸心には貫通孔３７が設けられている。
【００２４】
締結ボルト４は、頭部４１とねじ部４２とからなるボルトであり、図中の右方からブッシングベーン３６の貫通孔３７を貫通した後、ロータベーン３１の貫通ねじ孔３２とカムシャフト２のねじ孔２１と螺合している。図１（Ｂ）の組付状態にあっては、カムシャフト２とロータ部材３とは締結ボルト４によって同軸に一体に結合され、一体で回転する。なお、締結ボルト４とブッシングベーン３６との接触面Ｘにおける摩擦係数は、ロータベーン３１とカムシャフト２との接触面Ｙにおける摩擦係数よりも大とされている。
【００２５】
ハウジング部材５は、図略の駆動軸とともに回転する略円筒状の部材であり、ハウジング本体部５１と軸支持部５４とが３本のボルト６によって軸方向に結合されて形成されている。ハウシング本体部５１は、内部に収容室をもちベーンを相対回転変位可能に収容するとともに、ブッシングベーン３６と内側で摺動するように形成されている。軸支持部５４は外周側にスプロケット５５をもち、伝動用チェーンを介して駆動軸から回転駆動されるようになっている。軸支持部５４の内周側には軸支筒５６が設けられ、カムシャフト２を回転自在に軸支持している。軸支筒５６の円周方向の一部は切り欠かれて位置決め溝５７が形成されている。なお、切り欠かれる角度範囲ＡＬは、ロータベーン３１の位相調整範囲よりも大とされている。
【００２６】
図１に示されるように、位置決め溝５７には位置決めピン２２が係合するように配置され、位置決めピン２２は位置決め溝５７の角度範囲ＡＬ内で相対回転変位できるようになっている。位置決め溝５７の図中下側の終端面５８は基準面とされ、位置決めピン２２が終端面５８に当接した状態で、締結ボルト４による組み付けを行うようになっている。
【００２７】
次に、実施例のバルブタイミング調整装置１の組付方法、作用、効果について説明する。組付作業では、位置決めピン２２を終端面５８に当接した状態とし、さらにロータベーン３１を相対回転変位の範囲（位相調整範囲）の一端となるように配置し、締結ボルト４を締め付けている。つまり、位相合わせは、軸支持部５４とカムシャフト２との間で直接的に行われ、その他の部材は関与しない。組付後は、ロータベーン３１とカムシャフト２とは一体となり、ハウジング部材５に対して相対回転変位できるようになる。このとき、位置決めピン２２も図１（Ａ）の反時計回りに変位するが、ロータベーン３１の位相調整範囲の制約により、位置決めピン２２が位置決め溝５７の反対側の終端面５９に当接することはない。
【００２８】
一方、従来の装置について図３を参考にして説明する。図３は従来のバルブタイミング調整装置９を説明する図であり、（Ａ）は構成及び組付方法を説明する側面図、（Ｂ）は位置決めピンの誤差を説明する図である。従来装置９においては、図３（Ａ）に示されるように、位置決めピン９２はカムシャフト２の先端に軸方向に立設され、ロータベーン３１に設けられた基準孔９４に嵌合して、位相を合わせるようになっていた。つまり、位相合わせは、軸支持部５４とカムシャフト２との間に、ハウジング本体部５１とロータベーン３１とが介在して、間接的に行われていた。
【００２９】
したがって、本発明によれば、位相合わせ時に介在するハウジング本体部５１とロータベーン３１を省略することができ、部品寸法公差や組付公差の影響を低減することができる。
【００３０】
また、組付作業性に関し、実施例の装置１では位置決めピン２２を終端面５８に当接させる際に未だ締め付けられていないカムシャフト２を回転するだけでよく、目視確認も行えて、作業性は極めてよい。ところが、従来の装置９では位置決めピン９２の嵌合状態を目視確認することは困難であった。また。クリアランスを管理するために、図３（Ｂ）に示されるように、基準孔９４内で位置決めピン９２を決まった方向に寄せた状態とする必要があるが、径の差に相当する誤差Ｅを生じるおそれがあるとともに、作業自体も難しく煩雑であった。したがって、組付作業性も格段に改善された。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例のバルブタイミング調整装置を模式的に説明する図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は部分的に断面を示す側面図である。
【図２】図１の実施例におけるカムシャフトの形状を示す図であり、（Ａ）は軸方向からみた正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】従来のバルブタイミング調整装置を説明する図であり、（Ａ）は構成及び組付方法を説明する側面図、（Ｂ）は位置決めピンの誤差を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：バルブタイミング調整装置
２：カムシャフト（従動軸）  ２１：ねじ孔              ２２：位置決めピン
３：ロータ部材              ３１：ロータベーン        ３６：ブッシングベーン
４：締結ボルト
５：ハウジング部材          ５１：ハウジング本体部    ５４：軸支持部
５７：位置決め溝          ５８：終端面
６：ボルト
９：従来のバルブタイミング調整装置    ９２：位置決めピン    ９４：基準孔
ＡＬ：角度範囲
Ｘ、Ｙ：接触面
【図１】
2007239692.tif 000003
【図２】
2007239692.tif 000004
【図３】
2007239692.tif 000005