(57)【要約】【課題】不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。【解決手段】可変バルブタイミング装置２６は、クランクシャフトから動力伝達部材（タイミングチェーン）を介して回転動力が伝達される第１回転部（ハウジング３２）と、第１回転部と回転軸を等しくし、カムシャフトに連結された第２回転部（ロータ）とを有し、第１回転部と第２回転部との位相差を調整する可変バルブタイミング機構と、第１回転部に対し、第２回転部をカムシャフトの回転方向に付勢させる付勢部材４０と、付勢部材において付勢に寄与している部位同士の接触による摩擦を軽減する摩擦軽減手段４２と、を備える。【選択図】図３
2017031854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトから動力伝達部材を介して回転動力が伝達される第１回転部と、該第１回転部と回転軸を等しくし、カムシャフトに連結された第２回転部とを有し、該第１回転部と該第２回転部との位相差を調整する可変バルブタイミング機構と、
前記第１回転部に対し、前記第２回転部を前記カムシャフトの回転方向に付勢させる付勢部材と、
前記付勢部材において付勢に寄与している部位同士の接触による摩擦を軽減する摩擦軽減手段と、
を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項２】
前記付勢部材は、板状の部材を渦巻き状に巻き込んだ渦巻バネであることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項３】
前記摩擦軽減手段は、前記渦巻バネの板状部材間に位置する、該渦巻バネの表面よりも摩擦係数が小さい材質を該渦巻バネの表面に対向する位置に有する摩擦軽減部材であることを特徴とする請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項４】
前記摩擦軽減手段は、前記渦巻バネの対向する表面同士が研磨されたものであることを特徴とする請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項５】
前記摩擦軽減手段は、前記渦巻バネが付勢力を蓄勢した状態で配設された際に、該渦巻バネ自体の付勢力によって該渦巻バネ同士が当接する範囲に位置していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに設けられた可変バルブタイミング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのクランク軸に対するカム軸の回転位相を可変する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）を備えたエンジンが実用化されており、可変バルブタイミング機構は、エンジンの運転状態に応じて吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更することができる。
【０００３】
このような可変バルブタイミング機構では、可変バルブタイミング機構の機械損失およびカムシャフトと軸受との間に生じる摩擦抵抗によって、進角側へ位相を調整する際の応答速度（以下、進角側応答速度ともよぶ）が、遅角側へ位相を調整する際の応答速度（以下、遅角側応答速度ともよぶ）より遅延してしまうことが知られている。そこで、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えるために、進角側（回転方向）に付勢力を作用させる付勢部材（渦巻バネやゼンマイバネなど）を設ける場合がある（例えば、特許文献１）。ここで、応答速度は、可変バルブタイミング装置がカムシャフトの回転位相を調整する際におけるカムシャフトが進角側または遅角側の所定の位置まで回転する速度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４１０１３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、特許文献１のように渦巻バネなどの付勢部材を設けたとしても、渦巻バネ同士の接触により発生する摩擦抵抗が付勢力に対して負に働き、付勢部材の付勢力が低減されてしまうため、必要以上に弾性係数の高いバネを使用しなければならなかった。その結果、付勢部材の質量や占有体積が大きくなり、コストも嵩むことになってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる可変バルブタイミング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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の可変バルブタイミング装置は、クランクシャフトから動力伝達部材を介して回転動力が伝達される第１回転部と、第１回転部と回転軸を等しくし、カムシャフトに連結された第２回転部とを有し、第１回転部と第２回転部との位相差を調整する可変バルブタイミング機構と、第１回転部に対し、第２回転部をカムシャフトの回転方向に付勢させる付勢部材と、付勢部材において付勢に寄与している部位同士の接触による摩擦を軽減する摩擦軽減手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、付勢部材は、板状の部材を渦巻き状に巻き込んだ渦巻バネであってもよい。
【０００９】
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネの板状部材間に位置する、渦巻バネの表面よりも摩擦係数が小さい材質を渦巻バネの表面に対向する位置に有する摩擦軽減部材であってもよい。
【００１０】
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネの対向する表面同士が研磨されたものであってもよい。
【００１１】
また、摩擦軽減手段は、渦巻バネが付勢力を蓄勢した状態で配設された際に、渦巻バネ自体の付勢力によって渦巻バネ同士が当接する範囲に位置していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】可変バルブタイミング装置を備えたエンジンの一部を示した図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】可変バルブタイミング装置の外観を示す斜視図である。
【図４】摩擦軽減手段を設けることによる進角側応答速度および遅角側応答速度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
図１は、可変バルブタイミング装置を備えたエンジン１０の一部を示した図である。このうち、図１（ａ）は、エンジン１０の斜視図を示し、図１（ｂ）は、エンジン１０の上面図を示す。ここで、エンジン１０は、例えば、クランクシャフト１２を境に片側２気筒ずつが配設された４気筒の水平対向エンジンである。
【００１６】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、エンジン１０は、不図示の燃焼室の内部で吸気・圧縮・燃焼・排気行程が行われて、ピストンが直進運動を行う。ピストンの直進運動は、ピストンと連結するコンロッドを介して、回転運動（図中、白抜きの矢印方向）に変換されて、クランクシャフト１２に伝達される。
【００１７】
クランクシャフト１２の回転運動は、クランクシャフト１２に設けられたクランクスプロケット１４と、カムシャフト１６の軸方向（以下、単に軸方向とよぶ）の端部に設けられたカムスプロケット１８とに巻き付けられたタイミングチェーン（動力伝達部材）２０を介して、カムシャフト１６に伝達される（図中、白抜きの矢印方向）。
【００１８】
カムシャフト１６には、複数のカム２２がそれぞれ離隔して固定されており、カムシャフト１６とカム２２とが一体回転する。カム２２は、各バルブ２４（吸気側のバルブ２４ａおよび排気側のバルブ２４ｂ）のバルブヘッドに当接した状態で設けられ、カム２２が直接的にバルブ２４のバルブリフターを押圧することでバルブ２４の開閉動作が行われる。本実施形態では、図１に示すように、１つの気筒に対して、吸気側のカムシャフト１６ａと排気側のカムシャフト１６ｂとがそれぞれ独立して、バルブ２４の開閉動作を制御する、所謂、ＤＯＨＣ（Double Over Head Camshaft）と呼ばれる機構を備えたエンジン１０を例示している。そして、本実施形態においては、吸気側のカムシャフト１６ａや排気側のカムシャフト１６ｂに設けられた可変バルブタイミング装置のうち、特に、吸気側のカムシャフト１６ａに設けられている可変バルブタイミング装置２６について説明する。可変バルブタイミング装置２６は、カムスプロケット１８を通じて伝達された回転動力をカムシャフト１６に伝達する装置である。
【００１９】
可変バルブタイミング装置２６には、エンジン１０の運転状態に応じてクランクシャフト１２に対するカムシャフト１６の回転位相（以下、単に位相ともよぶ）を連続的に変更する可変バルブタイミング機構３０（図２参照）が設けられている。
【００２０】
図２は、図１におけるII−II線断面図である。なお、図２において、白抜きの矢印は、タイミングチェーン２０による可変バルブタイミング装置２６（カムスプロケット１８）の回転方向を示し、黒塗りの矢印Ａ（Advance）、Ｒ（Retard）は、カムシャフト１６の位相が調整される方向を示し、実線矢印は、作動油が流れる流路を示す。以下、可変バルブタイミング装置２６の回転方向を単に回転方向とよぶ。
【００２１】
可変バルブタイミング機構３０は、図２に示すように、ハウジング（第１回転部）３２、ロータ（第２回転部）３４、位相調整弁３６、ロック機構を含んで構成される。なお、ロック機構は、エンジン１０の始動時等の油圧が低い状態の場合に、バルブ２４の開閉タイミングを所定のタイミングに固定（ロック）する機構であるが、本実施形態に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００２２】
ハウジング３２は、径方向の外周上に複数の外歯が形成されたカムスプロケット１８が固定され、カムスプロケット１８を通じてクランクシャフト１２（図１参照）の動力が伝達される。このとき、ハウジング３２は、クランクシャフト１２の１／２の回転速度で回転する。また、ハウジング３２の内部には、ロータ３４を収容するため、円状空間とその円状空間から径方向外側に向けて扇状に切り欠いた複数の扇状空間Ｓからなる収容空間が設けられている。
【００２３】
ロータ３４は、ハウジング３２に設けられた収容空間に回転軸を等しくさせた状態で収容されるとともに、カムシャフト１６の端部に固定されている。また、ロータ３４には、径方向の外側面に、径方向外側に向けて突出し、扇状空間Ｓに収容されるベーン３４ａが複数（本実施形態では、３つ）形成されている。そして、ロータ３４は、ベーン３４ａが扇状空間Ｓ内で移動可能な範囲において、ハウジング３２に対して相対回転することができる。ベーン３４ａは、扇状空間Ｓよりも回転方向の幅が狭く形成されており、扇状空間Ｓを、進角室Ｓ１（ロータ３４を進角方向に作動させる油圧室）と遅角室Ｓ２（ロータ３４を遅角方向に作動させる油圧室）とに二分する。ここで、進角方向は、図２中黒塗りの矢印Ａが示す方向とし、遅角方向は、図２中黒塗りの矢印Ｒが示す方向とする。
【００２４】
位相調整弁３６は、複数のポートＨが形成されたスリーブ３６ａの内部に、スプール３６ｂを挿入して構成されたスプール弁である。スリーブ３６ａの各ポートＨには、オイルポンプＰによってスリーブ３６ａ内へ油圧を供給する油圧供給ライン３６ｃと、進角室Ｓ１に油圧を供給する進角用油圧供給ライン３６ｄと、遅角室Ｓ２に油圧を供給する遅角用油圧供給ライン３６ｅと、スリーブ３６ａから不要な作動油を排出するドレンライン３６ｆとがそれぞれ接続されている。ここでは、説明の便宜上、進角用油圧供給ライン３６ｄが１つの進角室Ｓ１に油圧を供給し、遅角用油圧供給ライン３６ｅが１つの遅角室Ｓ２に油圧を供給する例を挙げて説明している。
【００２５】
また、位相調整弁３６には、ソレノイドＥとバネ部材３６ｇとが設けられている。そして、ソレノイドＥがオンしている場合には、電磁力によって、スプール３６ｂを所定の方向（図中左方向）に移動させ、ソレノイドＥがオフしている場合には、バネ部材３６ｇの付勢力によって、スプール３６ｂを所定の方向と反対の方向（図中右方向）に移動させる。ソレノイドＥは、不図示のＥＣＵ（Engine Control Unit）などによってオンオフ制御がなされる。このオンオフ制御によって、スプール３６ｂは、油圧供給ライン３６ｃと進角用油圧供給ライン３６ｄとを連通させる位置と、油圧供給ライン３６ｃと遅角用油圧供給ライン３６ｅとを連通させる位置との間を移動させられる。
【００２６】
ここで、スプール３６ｂを油圧供給ライン３６ｃと進角用油圧供給ライン３６ｄとを連通させる位置に移動させると、オイルポンプＰからスリーブ３６ａ内に供給された油圧は、進角用油圧供給ライン３６ｄを介して進角室Ｓ１へと供給される。このとき、遅角室Ｓ２内の油は遅角室Ｓ２から排出され、ロータ３４は、ハウジング３２に対して、図中黒塗りの矢印Ａの方向（進角側）に相対回転することとなる。また、スプール３６ｂを油圧供給ライン３６ｃと遅角用油圧供給ライン３６ｅとを連通させる位置に移動させると、オイルポンプＰからスリーブ３６ａに供給された油圧は、遅角用油圧供給ライン３６ｅを介して遅角室Ｓ２へと供給される。このとき、進角室Ｓ１内の油は進角室Ｓ１から排出され、ロータ３４は、ハウジング３２に対して、図中黒塗りの矢印Ｒの方向（遅角側）に相対回転することとなる。
【００２７】
このように、位相調整弁３６は、エンジン１０の運転状態に応じて連通させる油圧供給ラインを選択することにより、オイルポンプＰから供給される油圧を各油圧室に供給することができる。
【００２８】
ここで、吸気側のバルブ２４ａの開閉タイミングは、エンジン１０の運転状態によって変化させることが望ましいとされている。つまり、吸気側のバルブ２４ａの開閉タイミングを連続的に変更させることで、バルブオーバーラップ（吸気側のバルブ２４ａおよび排気側のバルブ２４ｂの双方が開弁となる状態）の期間を調整することができ、燃焼室内における混合気の充填効率をエンジン１０の運転状態に応じて高めることができる。
【００２９】
可変バルブタイミング機構３０は、クランクシャフト１２（ハウジング３２）とカムシャフト１６（ロータ３４）との位相差を調整することで、バルブ２４の開閉タイミングを連続的に変更させている。ここで、可変バルブタイミング機構３０がロータ３４をハウジング３２に対して進角側または遅角側に調整する際、ロータ３４が進角側または遅角側の所定の位置まで回転（移動）する速度となる進角側応答速度と遅角側応答速度には差が生じてしまう。具体的には、可変バルブタイミング機構３０自体の機械損失およびカムシャフト１６と軸受との間に発生する摩擦抵抗によって、進角側応答速度が遅角側応答速度に比べて遅延してしまう。そこで、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えるために、可変バルブタイミング装置２６には、進角側に付勢力を常時作用させる付勢部材４０が設けられる。
【００３０】
図３は、可変バルブタイミング装置２６の外観を示す斜視図である。図３（ａ）では、可変バルブタイミング装置２６の構成を説明し、図３（ｂ）では、可変バルブタイミング装置２６の一部を分解した状態を説明する。図３に示す白抜きの矢印は、不図示のタイミングチェーン２０による可変バルブタイミング装置２６の回転方向を示す。
【００３１】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、付勢部材４０は、例えば、板状の部材を渦巻き状に巻き込んだ渦巻きバネであり、ハウジング３２に設けられたケーシング３２ｂの軸方向における外側面３２ｃに配されている。また、付勢部材４０は、付勢力を蓄勢された状態のまま、一端４０ａがロータ３４（図２参照）の一部に外側面３２ｃの中心付近で係止され、他端４０ｂがケーシング３２ｂの外側面３２ｃの縁付近に形成された突起３２ｄに係止される。そして、付勢部材４０は、一端４０ａがロータ３４に対して回転方向（図中実線矢印）に付勢力を与え、他端４０ｂがハウジング３２に対して逆方向（図中破線矢印）に付勢力を与える。
【００３２】
付勢部材４０の付勢力によって、可変バルブタイミング装置２６の、進角側応答速度は向上し、遅角側応答速度は低下することとなる。しかし、単に付勢部材４０を設けただけでは、付勢部材４０の部位同士の接触による摩擦によって付勢部材４０の付勢力が低減されてしまい、本来望まれている付勢力をロータ３４に作用させることができない。そこで、本実施形態では、可変バルブタイミング装置２６に摩擦軽減手段４２を設ける。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、摩擦軽減手段４２は、平板状の本体部４２ａと、本体部４２ａと一体形成された土台部４２ｂと、土台部４２ｂから軸方向に向けて立設され、付勢力を蓄勢された状態で巻き込まれた付勢部材４０に沿った所定の曲率を有する複数（本実施形態では、４つ）の接触防止壁４２ｃとを含んで構成される。本体部４２ａおよび土台部４２ｂは、外側面３２ｃと付勢部材４０との間に設けられている。接触防止壁４２ｃは、付勢部材４０における部材間に設けられている。具体的に、接触防止壁４２ｃは、付勢部材４０自体の付勢力が蓄勢された状態で配設された場合に付勢力によって付勢部材４０同士が当接する範囲に、付勢部材４０の板状部位を挟持した状態で配置され、付勢部材４０に対し径方向に所定の空隙を生成している。ここで、摩擦軽減手段４２は、付勢部材４０の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有する部材であり、付勢部材４０において付勢に寄与している部位（ここでは板状の部材）同士の接触による摩擦を軽減する。
【００３４】
図４は、摩擦軽減手段４２を設けることによる進角側応答速度および遅角側応答速度の変化を示す図である。図４において、縦軸は応答速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）を示し、横軸はエンジン回転数（ｒｐｍ）を示す。また、四角形のプロットは進角側応答速度を示し、丸いプロットは遅角側応答速度を示す。そして、各プロットにおいて、白抜きのプロットは摩擦軽減手段４２が設置された場合を示し、黒塗りのプロットは摩擦軽減手段４２が未設置の場合を示す。
【００３５】
図４に矢印で示すように、摩擦軽減手段４２によって、付勢部材４０により作用される回転方向への付勢力を低減する摩擦が抑制されるため、進角側応答速度は、摩擦軽減手段４２が未設置の場合よりも高くなっている。一方、摩擦軽減手段４２によって、付勢部材４０により作用される回転方向への付勢力が増加するため、遅角側応答速度は、摩擦軽減手段４２が未設置の場合よりも低くなる。図４を参照して理解できるように、付勢部材４０のみ（摩擦軽減手段４２が未設置）の場合（図中黒塗りのプロット）では、進角側応答速度と遅角側応答速度との差が大きくなり、より高い弾性係数のバネを用いて、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑える必要があった。しかし、摩擦軽減手段４２を設置することで同一の付勢部材４０を用いた場合でも、図中白抜きのプロットで示すように、進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。つまり、摩擦軽減手段４２は、付勢部材４０が本来望まれている付勢力をロータ３４に作用させることができる。
【００３６】
このように、本実施形態の可変バルブタイミング装置２６は、摩擦軽減手段４２を設けることで、付勢部材４０の付勢力が低減させられることを防止し、不要に弾性係数の高いバネを採用しなくても進角側応答速度と遅角側応答速度との差を抑えることができる。
【００３７】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３８】
例えば、上述した実施形態において、摩擦軽減手段４２は、付勢部材４０の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有する部材であるとした。しかしながらこれに限るものでなく、摩擦軽減手段４２に立設された接触防止壁４２ｃの少なくとも付勢部材４０の表面に対向する位置において、付勢部材４０の表面よりも摩擦係数が小さい材質を有していればよい。
【００３９】
また、上述した実施形態において、摩擦軽減手段４２として摩擦軽減部材を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、付勢部材４０である渦巻バネの対向する表面同士が研磨されたものでもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態において、可変バルブタイミング機構３０が油圧によって駆動する例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、例えば、ソレノイドなどの電磁力によって駆動してもよい。
【００４１】
また、上気した実施形態において、動力伝達部材はタイミングチェーン２０としたが、これに限るものではなく、例えば、タイミングベルトなどの、動力を伝達する様々な部材を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、エンジンに設けられた可変バルブタイミング装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１２  クランクシャフト
１６  カムシャフト
２０  タイミングチェーン（動力伝達部材）
２６  可変バルブタイミング装置
３０  可変バルブタイミング機構
３２  ハウジング（第１回転部）
３４  ロータ（第２回転部）
４０  付勢部材
４２  摩擦軽減手段
【図１】
2017031854.tif 000003
【図２】
2017031854.tif 000004
【図３】
2017031854.tif 000005
【図４】
2017031854.tif 000006