(57)【要約】【課題】タイミングチェーンの張力に基づくカムシャフトの撓み変形を低減し得る内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。【解決手段】スプロケット１３の歯部１８を介して伝達される回転力に基づいてクランクシャフトと同期回転するハウジング本体１１と、このハウジング本体１１の内周側に相対回転可能に収容され、内周側に固定されるカムシャフト２と同期回転するベーンロータ２０とを備え、前記各ベーンＶ１〜Ｖ４により前記各シューＳ１〜Ｓ４間に隔成された進角作動室Ａｄと遅角作動室Ｒｅとに選択的に油圧を給排することによってクランクシャフトに対するカムシャフト２の相対回転位相を変更する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記歯部１８を、カムシャフト２とベーンロータ２０との固定部Ｘよりもカムシャフト２側に設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周側に複数のシューが突設されたほぼ円筒状のハウジング本体と、
前記各シュー間を進角作動室と遅角作動室とに隔成する複数のベーンを外周側に有し、内周側がカムシャフトの端部に固定されたベーン部材と、
前記カムシャフトと前記ベーン部材との固定部よりも前記カムシャフト側となる前記ハウジング本体の軸方向一端側に延設され、クランクシャフトの回転力伝達に供する回転力伝達部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記ハウジング本体の軸方向一端側に、該ハウジング本体に対し前記ベーン部材を回転方向の一方側へ付勢する付勢部材が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記回転力伝達部は、ほぼ円筒状に形成され、前記付勢部材を包囲するように設けられることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記ベーン部材は、前記軸方向一端側に、前記カムシャフトの一端部が嵌合するボス部を有し、該ボス部に前記付勢部材の一端部が固定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記付勢部材は、一端部が前記ボス部に係止すると共に他端部が前記ハウジング本体に係止する捩りコイルばねによって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項６】
前記回転力伝達部は、前記ボス部よりも軸方向一端側に延出していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁ないし排気弁の開閉時期を運転状態に応じて制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
すなわち、このバルブタイミング制御装置は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトと同期回転する円盤状のスプロケットと一体的に設けられ、内周側に複数のシューが突設された有底円筒状のハウジングと、前記スプロケットに挿通嵌合するボス部を介してカムシャフトの一端部に締結され、外周側に複数のベーンが突設されたベーンロータと、を備え、前記ハウジングの内周側に前記ベーンロータが相対回転可能に収容配置されることにより構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、上記構成にあたり、ベーンロータとカムシャフトとの連結部がスプロケットよりもカムシャフト側に設けられていることから、該スプロケットにタイミングチェーンの張力が作用すると、ハウジングとベーンロータとを反カムシャフト側へ傾倒させるような回転モーメントが発生することとなる。
【０００６】
その結果、かかる回転モーメントによりカムシャフトの撓み変形が助長され、該カムシャフトを回転支持する軸受部の摩耗の増大を招来してしまう等の問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の実情に鑑みて案出されたもので、タイミングチェーンの張力に基づくカムシャフトの撓み変形を低減し得る内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内周側に複数のシューが突設されたほぼ円筒状のハウジング本体と、前記各シュー間を進角作動室と遅角作動室とに隔成する複数のベーンを外周側に有し、内周側がカムシャフトの端部に固定されたベーン部材と、前記カムシャフトと前記ベーン部材との固定部よりも前記カムシャフト側となる前記ハウジング本体の軸方向一端側に延設され、クランクシャフトの回転力伝達に供する回転力伝達部と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転力伝達部をベーン部材とカムシャフトとの固定部よりも軸方向一端側（カムシャフト側）に配置したことで、回転力伝達部にタイミングチェーンの張力が作用すると、ベーン部材は軸方向他端側に、ハウジング本体は軸方向一端側に、それぞれ打ち消し合う方向へと傾倒させるような回転モーメントが作用する結果、前記タイミングチェーンの張力に基づくカムシャフトの撓み変形を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の分解斜視図である。
【図２】図１に示す内燃機関のバルブタイミング制御装置の縦断面図及びこれに係る油圧回路を示した要図である。
【図３】図１に示すバルブタイミング制御装置のフロントプレートを外した状態での正面図である。
【図４】図１に示すバルブタイミング制御装置の背面図である。
【図５】図１に示す内燃機関のバルブタイミング制御装置の縦断面図であって本発明の作用説明に供する図である。
【図６】従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置の縦断面を表した図５相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記の実施形態では、当該装置を、従来と同様、排気側の動弁装置に適用したものを示している。また、説明の便宜上、図２の左側を「前」、右側を「後」として説明する。
【００１２】
すなわち、このバルブタイミング制御装置１は、図１、図２に示すように、図示外のクランクシャフトの回転力をもって回転駆動されるスプロケット１３と、該スプロケット１３に対して相対回転可能に設けられるカムシャフト２と、の間に介装され、所定の油圧給排手段５を通じて作動制御されることで、当該両者１，２の相対回転位相を変換するものである。
【００１３】
具体的には、前記スプロケット１３と一体的に設けられ、内周側に４つの第１〜第４シューＳ１〜Ｓ４が突設されたハウジング１０と、該ハウジング１０の内周側に相対回転可能に収容配置され、外周側に４つの第１〜第４ベーンＶ１〜Ｖ４が突設されたベーン部材であるベーンロータ２０と、から主として構成されている。そして、前記各ベーンＶ１〜Ｖ４によって、前記各シューＳ１〜Ｓ４の周方向間を、１対の遅角作動室（以下、「遅角室」と略称する。）Ｒｅと進角作動室（以下、「進角室」と略称する。）Ａｄとに隔成し、これら各作動室Ａｄ，Ｒｅに前記油圧給排手段５から選択的に油圧が供給されることによって作動制御される。
【００１４】
この際、前記ハウジング１０と前記ベーンロータ２０との間には、図２、図４に示すように、前端側の一端部３０ａがハウジング１０（後述するスプロケット１３の内周側突部１３ａ）に、後端側の他端部３０ｂがベーンロータ２０（後述する係止溝２１ｃ）に、それぞれ固定されることで、ベーンロータ２０を進角側へと付勢する捩りコイルばねであるトーションスプリング３０が介装され、該トーションスプリング３０の付勢力によって、いずれの作動室Ａｄ，Ｒｅにも油圧が作用しなくなる機関の停止直前において、前記カムシャフト２を介して伝達される遅角方向の回転力（いわゆる交番トルク）に抗してベーンロータ２０を進角側へ付勢する構成となっている。
【００１５】
前記カムシャフト２は、図示外のシリンダヘッドに設けられた軸受部３を介して回転可能に支持され、外周部の所定位置に設けられた図示外の駆動カムを介して図示外の排気弁を開作動させる。そして、このカムシャフト２には、前端部に、後述する筒状部１７の内周側へと臨み、ベーンロータ２０との接続に供するロータ接続部２ａが設けられると共に、該ロータ接続部２ａの内部軸方向に、前記ベーンロータ２０の締結に供するカムボルト４が螺着する雌ねじ部２ｂが形成されている。
【００１６】
前記ハウジング１０は、軸方向両端側が開口形成された円筒状のハウジング本体１１と、該ハウジング本体１１の外端側開口を閉塞するフロントプレート１２と、前記ハウジング本体１１の内端側開口を閉塞するリヤプレートを構成するスプロケット１３と、が複数（本実施形態では４つ）のボルト１４によって共締め固定されている。
【００１７】
前記ハウジング本体１１は、焼結金属材料によって一体に形成されたもので、内周側の周方向ほぼ等間隔位置に前記第１〜第４シューＳ１〜Ｓ４が内方へと一体に突設されている。この第１〜第４シューＳ１〜Ｓ４は、それぞれ平面視ほぼ台形状を呈し、各基端部側の内部軸方向に、前記各ボルト１４が挿通して前記スプロケット１３への共締め固定に供するボルト挿通孔１１ａが貫通形成されると共に、各先端部に軸方向に沿って凹設されたシール溝内に、ほぼ角柱状のシール部材１５が嵌着されている。
【００１８】
前記フロントプレート１２は、所定の金属材料からなる円板状を呈し、ほぼ中央部に、後述するロータ本体２１の前端部が挿通するロータ挿通孔１２ａが貫通形成されると共に、外周側の前記各ボルト挿通孔１１ａに対応する位置に、前記各ボルト１４が挿通することにより前記スプロケット１３への共締め固定に供する４つのボルト挿通孔１２ｂが貫通形成されている。
【００１９】
前記リヤプレートとしてのスプロケット１３は、燒結金属によって一体に成形されてなるもので、前端部に平坦状に設けられ、前記ハウジング本体１１及びフロントプレート１２との共締め固定に供する端壁１６と、該スプロケット１３の後端面より軸方向に沿って延設された中空状の筒状部１７と、該筒状部１７の後端部外周側に放射状に突設され、図示外のタイミングチェーンが噛合巻回されることで前記クランクシャフトの回転力を伝達するに供する回転力伝達部としての複数の歯部１８と、を備える。
【００２０】
特に、前記スプロケット１３においては、図２に示すように、前記各歯部１８が、ベーンロータ２０の後述するボス部２１ａよりも後端側に偏倚して配置されることで、これら各歯部１８が、前記端壁１６の中央部に貫通形成されるロータ挿通孔１９を通じてカムシャフト２側へと臨む後述するロータ本体２１とカムシャフト２との固定部Ｘよりも後端側（カムシャフト２側）に位置するように構成されている。
【００２１】
また、かかる構成に伴い、前記筒状部１７もカムシャフト２側へと延設されていて、ベーンロータ２０の後述するボス部２１ａと、ボス部２１ａの内周側に接続されるカムシャフト２の前端側と、ボス部２１ａの外周側にほぼ巻回状に配置されるトーションスプリング３０とが、前記筒状部１７の内周側に収容されるようになっている。
【００２２】
さらに、前記各歯部１８の内周側であって、前記各ボルト挿通孔１１ａに対応する位置には、当該各歯部１８の内周側を部分的に肉盛り状に突設してなる内周側突部１３ａが突出形成されていて、この内周側突部１３ａの内部軸方向には、前記各ボルト１４の雄ねじ部が螺着することで前記ハウジング本体１１及びフロントプレート１２との共締め固定に供する雌ねじ穴１３ｂが形成されている。
【００２３】
前記ベーンロータ２０は、所定の金属材料によって一体に形成されたもので、中央部にほぼ円筒状に設けられ、前記カムシャフト２及び油圧給排手段５との接続に供するロータ本体２１と、該ロータ本体２１の外周側にほぼ放射状に突設され、前記各遅角室Ｒｅ及び各進角室Ａｄの隔成に供する第１〜第４ベーンＶ１〜Ｖ４と、から主として構成される。
【００２４】
前記ロータ本体２１は、図３に示すように、その外径が前記各シューＳ１〜Ｓ４の先端部に嵌着されたシール部材１５に摺接するように構成され、前記各ベーンＶ１〜Ｖ４の各両側に、前記各遅角室Ｒｅと連通可能な遅角側油孔２３と、前記各進角室Ａｄと連通可能な進角側油孔２４と、がそれぞれ径方向沿って貫通形成されている。
【００２５】
また、前記ロータ本体２１の後端側は、図２に示すように、僅かに段差縮径状に形成され、前記ロータ挿通孔１９に挿通することによってスプロケット１３（筒状部１７）の内周側にてトーションスプリング３０の係止固定に供するボス部２１ａとして構成されている。このボス部２１ａの中央部には、図２、図４に示すように、カムシャフト２のロータ接続部２ａが嵌合する嵌合凹部２１ｂが穿設されると共に、該嵌合凹部２１ｂの開口端縁には、トーションスプリング３０の他端部３０ｂが係止する係止溝２１ｃが径方向に沿って切欠形成されている。
【００２６】
前記各ベーンＶ１〜Ｖ４は、図１、図３に示すように、前記各シューＳ１〜Ｓ４間に配置されると共に、各先端部に軸方向に沿って凹設されたシール溝内に、ほぼ角柱状のシール部材２２が嵌着されていて、これら各シール部材２２がハウジング本体１１の内周面に摺接することで、前記各シューＳ１〜Ｓ４間に形成される空間が、前記各対の油圧室Ａｄ，Ｒｅに隔成されている。
【００２７】
また、前記各ベーンＶ１〜Ｖ４のうち第１ベーンＶ１のみが他のベーンＶ２〜Ｖ４に比べて大きな周方向幅に設定され、ベーンロータ２０の最大相対回転時に隣接する各シューＳ１，Ｓ４と当接することで、当該ベーンロータ２０のそれ以上の回転が規制されるようになっている。さらに、この第１ベーンＶ１の内部には、後述する機関停止時のベーンロータ２０の位相保持に供する周知のロック機構４０が収容配置されている。
【００２８】
このロック機構４０は、第１ベーンＶ１の内部軸方向に貫通形成されたピン収容孔４３内に摺動自在に収容され、スプロケット１３に穿設された係合穴４４と係合することによってベーンロータ２０とハウジング１０との相対移動を規制するほぼ円筒状のロックピン４１と、該ロックピン４１とフロントプレート１２との間に介装され、前記ロックピン４１をスプロケット１３側へと付勢するスプリング４２と、から主として構成される。
【００２９】
すなわち、前記ロックピン４１と前記係合穴４４の位置が合致すると、前記スプリング４２の付勢力によってロックピン４１の先端部が係合穴４４に押し込まれて、ハウジング１０とベーンロータ２０との相対回転が規制（ロック）される。一方、前記第１ベーンＶ１の内側面（スプロケット１３との対向端面）に、遅角室Ｒｅと係合穴４４とを連通する連通溝４５が切欠形成されていて、該連通溝４５を介して係合穴４４内におけるロックピン４１の先端側に油圧が作用することで、該油圧によってロックピン４１が押し退けられ、前記ロックが解除されることとなる。
【００３０】
前記油圧給排手段５は、図２に示すように、前記各作動室Ａｄ，Ｒｅに対し油圧を選択的に供給する、あるいは前記各作動室Ａｄ，Ｒｅ内の作動油を排出するものであって、前記各遅角側油孔２３に接続される遅角側油通路５１と、前記各進角側油孔２４に接続される進角側油通路５２と、周知の電磁弁５５を介して一方側の油通路５１，５２に油圧を供給する油圧源であるオイルポンプ５３と、前記電磁弁５５を介して前記オイルポンプ５３に接続されない他方側の油通路５１，５２に接続されるドレン通路５４と、から主として構成されている。
【００３１】
前記遅角側油通路５１及び進角側油通路５２は、ベーンロータ２０の前端部内周面２１ｄに接続される通路構成部材５６を介して前記遅角側油孔２３及び進角側油孔２４と連通可能に構成されている。具体的には、前記遅角側油通路５１は、通路構成部材５６の内部軸方向に沿って設けられた遅角側接続通路５６ａと、ベーンロータ２０と通路構成部材５６との軸方向間に形成される連通室５７と、を介して前記各遅角側油孔２３と連通する。他方、前記進角側油通路５２は、通路構成部材５６の内部軸方向に沿って前記遅角側接続通路５６ａと平行に設けられた進角側接続通路５６ｂと、通路構成部材５６の先端部外周側に設けられた環状溝５６ｃと、を介して前記各進角側油孔２４とが連通する。
【００３２】
また、前記通路構成部材５６の外周には、環状の溝部５６ｄが複数形成され、該溝部５６ｄに環状のシール部材５８が嵌着されていて、該シール部材５８がベーンロータ２０の前端部内周面２１ｄと摺接することで、連通室５７と環状溝５６ｃとの間がシールされている。
【００３３】
前記電磁弁５５は、２方向切換弁であって、車載の各種センサの検出結果に基づいて出力される図示外の電子コントロールユニット（ＥＣＵ）からの制御信号により、前記各油通路５１，５２とオイルポンプ５３及びドレン通路５４との接続を選択的に切換制御する。
【００３４】
以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の特徴的な作用を、図５、図６に基づいて説明する。
【００３５】
図６に示すように、従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置１００では、スプロケット１０３の歯部１０３ａが、ベーンロータ１０４とカムシャフト１０１との固定部Ｙよりも前端側に位置するように構成されていたため、該スプロケット１０３に図示外のタイミングチェーンの張力Ｆｃが作用すると、ハウジング１０２とベーンロータ１０４とを共に前端側（反カムシャフト１０１側）へと傾倒させるような回転モーメント、すなわちハウジング１０２を前端側へ傾倒させる回転モーメントＭ１’とベーンロータ１０４を前端側へ傾倒させる回転モーメントＭ２’とが発生する。
【００３６】
その結果、かかる両回転モーメントＭ１’，Ｍ２’によりカムシャフト１０１の撓み変形が助長され、該カムシャフト１０１を回転支持する軸受部１０５の摩耗の増大を招来してしまう等の問題があった。
【００３７】
また、前記両回転モーメントＭ１’，Ｍ２’によりカムシャフト２の撓み変形が発生してベーンロータ１０４は傾くことになるものの、通路構成部材１０６は図示外のエンジンのチェーンケース等に取り付けられることによって傾きが抑制されるため、通路構成部材１０６の外周に設けられたシール部材１０７のシール性が低下してしまうおそれもあった。
【００３８】
これに対し、本実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置では、図５に示すように、スプロケット１３の前記各歯部１８が、ベーンロータ２０とカムシャフト２との固定部Ｘよりも後端側に位置するように構成されているため、図示外のタイミングチェーンの張力Ｆｃが前記各歯部１８に作用すると、ベーンロータ２０に対しては前記従来と同様に前端側へ傾倒させるような回転モーメントＭ２が発生する一方、ハウジング本体１１に対しては後端側へ傾倒させるような回転モーメントＭ１が発生する。
【００３９】
このように、本実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置では、スプロケット１３の前記各歯部１８を、ベーンロータ２０とカムシャフト２との固定部Ｘよりも後端側に配置したことにより、前記タイミングチェーンの張力Ｆｃに基づく前記ハウジング本体１１に係る回転モーメントＭ１と前記カムシャフト２に係る回転モーメントＭ２とが相互に打ち消し合うように作用する結果、前記タイミングチェーンの張力Ｆｃに基づくカムシャフト２の撓み変形を低減することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、とりわけ、前記各歯部１８をスプロケット１３の後端部に配置したことにより、前記タイミングチェーンの張力Ｆｃが前記軸受部３により効果的に支持されることとなる。その結果、前記タイミングチェーンの張力Ｆｃに基づく前記両モーメントＭ１，Ｍ２自体も極力低減させることが可能となり、前記カムシャフト２の撓み変形をより一層低減することができる。
【００４１】
さらに、かかる前記各歯部１８の後端側配置によってカムシャフト２側へと延出する筒状部１７の内周側にトーションスプリング３０を収容配置することが可能となり、これによって、前記筒状部１７の周壁をトーションスプリング３０のガイドとして機能させることができる。これにより、例えばトーションスプリング３０の付勢力のさらなる増大が可能になるなど、該トーションスプリング３０の設計自由度を向上できるメリットがある。
【００４２】
加えて、本実施形態では、前記各歯部１８がベーンロータ２０のボス部２１ａよりも後端側に延出していることから、該ボス部２１ａにおけるトーションスプリング３０の係止溝２１ｃの配置の自由度の拡大に供され、該トーションスプリング３０の設計自由度を向上させることができる。
【００４３】
また、前述のように、前記カムシャフト２の撓み変形が抑制されることで、ベーンロータ２０の傾きが抑制される結果、前記通路構成部材５６の外周に設けられたシール部材５８のシール性の低下を抑制することができ、前記連通室５７等からの作動油の漏出の抑制にも供される。
【００４４】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば本発明の特徴とは直接関係しないベーンロータ２０やロック機構４０、油圧給排手段５などの具体的構成は勿論、本発明の特徴に関係する前記各歯部１８の具体的な軸方向位置等についても、前述した本発明の作用効果を奏し得るような形態であれば、適用対象の仕様やコスト等に応じて自由に変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
２…カムシャフト
１１…ハウジング本体
１８…歯部（回転力伝達部）
２０…ベーンロータ（ベーン部材）
Ｓ１〜Ｓ４…シュー
Ｖ１〜Ｖ４…ベーン
Ａｄ…進角室（進角作動室）
Ｒｅ…遅角室（遅角作動室）
Ｘ…固定部
【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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【図６】
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