JP2000297614A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブタイミング装置を構成するベーンロー
タとハウジングに易凝着性の金属同士の組合せを採用し
た場合、製造工程に手間がかからずしかも簡単な構造で
凝着を防ぐ。 【解決手段】 吸気カムシャフト２の端部にはギヤ１１
とハウジング２０が一体で相対回転可能に設けられてい
る。ギヤ１１とハウジング２０間の室内に収容されたベ
ーンロータ３０は吸気カムシャフト２の端部に固定され
てこれと一体回転する。ハウジング２０とベーンロータ
３０は軽量化を目的として共にアルミ系金属からなり、
易凝着性の金属同士の組合せとなっている。ベーンロー
タ３０とハウジング２０の間には金属薄板４０が介在す
るように配置されている。金属薄板４０はスチール製で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の機関出
力軸とカム軸との相対回転位相を可変として、バルブタ
イミングを可変とする内燃機関のバルブタイミング制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転状態に応じて吸気または
排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を可変とす
るバルブタイミング制御装置が知られている。バルブタ
イミング制御装置には、ベーン方式やヘリカルギア方式
が知られている。

【０００３】ベーン方式のバルブタイミング制御装置に
おける可変動弁機構では、例えばハウジングとギヤが一
体でカムシャフトに対し相対回転可能に装着され、ハウ
ジングとギヤ間に形成された油圧室内に回動可能に収容
されたベーンロータはカムシャフトの端部に一体回転可
能に固定されている。ベーンロータが油圧制御に基づき
ハウジングに対して相対回動することによってカムシャ
フトの相対回転位相が変更され、バルブタイミングが可
変とされるようになっている。

【０００４】従来、例えば可変動弁機構の軽量化を図る
ため、ベーンロータやハウジングの材質にアルミニウム
やアルミニウム合金などのアルミ系金属を使用する場合
があった。しかし、ベーンロータとハウジングを共にア
ルミ系金属にすると、ベーンロータとハウジングが摺動
部で凝着する心配があった。そのため、従来、摺動面で
の両部品間の凝着を防ぐためにベーンロータの摺動表面
（側面表面）に錫メッキを施していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、錫メッキを
施すためのメッキ工程が必要であった。そのため、メッ
キ用の大型設備が必要なばかりか、メッキ作業に手間が
かかるうえメッキ処理に比較的長時間を要し、生産性を
低下させるという問題があった。この生産性の低さがベ
ーンロータの部品コストを上昇させ、ひいてはバルブタ
イミング制御装置の製造コストを上昇させる原因となっ
ていた。また、近年、環境への配慮が必要となってきて
おり、環境にとって好ましいとは言えない錫を使用しな
い対策が要求されている。

【０００６】なお、特開平９−１１２２２３号公報に
は、ベーンロータとギヤとの間にシール薄板を介装した
ものが開示されてはいるが、ギヤには鉄系金属（例えば
鋼）が通常使用され、ベーンロータをアルミ系金属とし
たときにベーンロータとギヤとの摺動が、鉄系金属とア
ルミ系金属との異種金属間での摺動となるので、両部品
間で凝着は起こらない。なお、この二部品が共にスチー
ル製の場合、可変動弁機構においては二部品が間欠的に
摺動するのみなので、凝着対策をしなくて済む場合が多
い。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、その目的は、バルブタイミング装置を
構成するベーンロータとハウジングに易凝着性の金属同
士の組合せを採用した場合、製造工程に手間がかからず
しかも簡単な構造で凝着を防ぐことができる内燃機関の
バルブタイミング制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、内燃機関の機関出力軸とカ
ム軸との相対回転位相を可変とするベーン方式の可変動
弁機構を備え、そのベーンロータが歯車とハウジングと
の間の室に回動可能に収容されている内燃機関のバルブ
タイミング制御装置において、前記ベーンロータと前記
ハウジングは易凝着性の金属材質の組合せからなり、前
記ベーンロータと前記ハウジングの間には両者の材質に
とって難凝着性の材質からなる薄板が介在されている。

【０００９】この構成によれば、ベーンロータとハウジ
ングが例えば軽量化などの対策を理由に易凝着性の金属
同士の組合せからなっても、両部品間に両者の金属材質
にとって難凝着性の材質からなる薄板が介在するため、
摺動が難凝着性の材質間で行われ、ベーンロータとハウ
ジングの凝着が防がれる。薄板はベーンロータとハウジ
ング間に介在するのみで従来のようなメッキを必要とし
ない。よって、大がかりなメッキ設備が不要となるうえ
メッキに使用される錫等の環境にとって好ましくない材
料を使用しなくて済む。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記薄板は、前記ハウジングにおいて
前記ベーンロータの翼部が収容されている室の少なくと
も内面全体に配置されている。

【００１１】この構成によれば、薄板がベーンロータの
翼部が収容されている室の内面全体に配置されているた
め、ベーンロータの回動位置（回動角）によらず翼部が
薄板と密接状態に保持される。翼部を挟む両側の液室
（油室）間でベーンロータの液圧制御のための液（油）
が漏れ難くなる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明において、ベーンロータとハウジングは共
にアルミ系金属よりなる。この構成によれば、ベーンロ
ータとハウジングを共にアルミ系金属にして可変動弁機
構の軽量化を図れ、この際、製造コストの上昇をさほど
招かず両部品間の凝着を避けられ、しかも環境にもやさ
しい。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記薄板は鉄系金属よりなる。この構
成によれば、鉄系金属よりなる薄板は入手し易く安価で
済み、アルミ系金属にとっては高い難凝着性の性質を有
するので、製造コストの上昇をさほど招かず両部品間の
凝着を効果的に避けられ、しかも環境にもやさしい。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１、３、
４のいずれか一項に記載の発明において、前記薄板はベ
ーンロータの少なくとも翼部の側面に固着されている。
この構成によれば、薄板がベーンロータの少なくとも翼
部の側面に固着されている構成であるため、翼部の両側
の液室（油室）間における液漏れ（油漏れ）を防止する
ためにベーンロータの翼部の回動域全体に薄板を介在さ
せる必要がない。このため、薄板の面積の小さな小型に
でき、その材料費が安くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、ベーン
方式のバルブタイミング制御装置を示している。本実施
形態のバルブタイミング制御装置１は吸気バルブタイミ
ングを制御するためのものである。バルブタイミング制
御装置１は、吸気カムシャフト２の先端部に回動可能に
装着された可変動弁機構１０を備える。

【００１６】可変動弁機構１０は、吸気カムシャフト２
の先端部に相対回転可能に取着された歯車としてのギヤ
１１と、ギヤ１１と同軸上に配置された状態でギヤ１１
に固定された略有底円筒形状のハウジング２０と、ハウ
ジング２０とギヤ１１間の内室に収容されたベーンロー
タ３０とを備える。ベーンロータ３０は吸気カムシャフ
ト２に一体回転可能に固定されている。ハウジング２０
はブシュ１２を介して吸気カムシャフト２の外周面上に
嵌め込まれ、吸気カムシャフト２におけるブシュ１２の
外側部位にはナット１３が螺着されている。ハウジング
２０は複数本のボルト１４によりギヤ１１と一体回転可
能に固定されている。本実施形態では、可変動弁機構１
０の軽量化を図るため、ハウジング２０とベーンロータ
３０が共にアルミ系金属からなる。なお、ギヤ１１はス
チール製である。

【００１７】排気カムシャフトはクランクシャフトとベ
ルト動力伝達機構を介して駆動連結されており、ギヤ１
１は排気カムシャフトの先端部に固定されたギヤ（いず
れも図示せず）と噛合している。よって、吸気カムシャ
フト２と排気カムシャフトとの相対回転位相が可変動弁
機構１０によって可変とされる。

【００１８】図２に示すように、ハウジング２０にはベ
ーンロータ３０を収容するための収容凹部２１が形成さ
れている。ハウジング２０はその内周面に径方向内側へ
突出する３つの突部２２を周方向等間隔の位置に有し、
収容凹部２１は各突部２２間に扇状空間部を形成する３
つの凹部２３を有する。ベーンロータ３０はそのボス部
３１を各突部２２の先端面（円弧端面）に当接させると
ともに、ボス部３１から放射状に延出する３つのベーン
（翼部）３２を３つの凹部２３にそれぞれ収容する状態
で収容凹部２１内に配置されている。ベーン３２の外周
面は凹部２３の内周面と密接し、ボス部３１の外周面は
突部２１の先端面と密接している。

【００１９】凹部２３はベーン３２によって遅角側油圧
室２４と進角側油圧室２５とに区画される。吸気カムシ
ャフト２の回転方向（図２における矢印方向）側が遅角
側油圧室２４となる。突部２１の内周面およびベーン３
２の外周面にはシール部材２６，３５が板バネ３６（一
つのみ図示）によって突出側へ付勢された状態で組み込
まれている。各シール部材２６，３５によってハウジン
グ２０とベーンロータ３０とのクリアランスを通じたオ
イル漏れが防止されるようになっている。

【００２０】図１，図２に示すようにハウジング２０と
ベーンロータ３０との間には薄板としての金属薄板４０
が介在するように配置されている。ハウジング２０とベ
ーンロータ３０は共にアルミ系金属で、摺動によって凝
着の起こる可能性が高い易凝着性の金属同士の組合せで
あるため、両者間にアルミ系金属にとって難凝着性の性
質を有する鉄系金属からなる金属薄板４０を介在させて
いる。金属薄板４０の材質はスチールであり、特に工具
鋼が適している。その他、ステンレス（ＳＵＳ）等の鉄
−クロム系合金等を使用することもできる。工具鋼を使
用するのはアルミ系金属に対する難凝着性の性質が高い
からである。

【００２１】図３は可変動弁機構１０の分解斜視図を示
す。金属薄板４０は同図に示すように収容凹部２１の軸
線直交断面の形状（つまり収容凹部２１の底面形状）と
ほぼ同形状を有する。つまり金属薄板４０はボス部３１
の側面形状と３つの凹部２３の断面形状を合わせ持った
形状となっている。金属薄板４０は例えば薄い板厚（例
えば１mm未満）の鋼板（工具鋼板）をプレス切断加工に
よる打ち抜きによって形成されている。金属薄板４０は
ハウジング２０の収容凹部２１の底面に敷かれ、その上
にベーンロータ３０が配置される。

【００２２】金属薄板４０を凹部２３の底面全体に配置
される形状としているのは、ベーンロータがどの回動位
置にあってもベーン３２が常に金属薄板４０と密接する
状態を保持するためで、両油圧室２４，２５間における
油漏れを防止するシール部材としても機能させるためで
ある。金属薄板４０およびベーンロータ３０には吸気カ
ムシャフト２の端部を嵌挿可能な径を有する孔４０ａ，
３０ａがそれぞれ形成されている。

【００２３】図１，図２に示すように、ベーンロータ３
０のボス部３１には各ベーン３２の根元部分周方向両側
の部位で開口する２つの油路３３，３４が形成されてい
る。各油路３３，３４は吸気カムシャフト２の内部に形
成された２種類の油路３，４と連通している。図１に示
すように、遅角室側油圧２４は油路３３，３および遅角
側油路１５を通じて油圧制御弁５に接続され、進角室側
油圧２５は油路３４，４および進角側油路１６を通じて
油圧制御弁５に接続されている。

【００２４】油圧制御弁５には、オイルポンプ７により
オイルパン６から吸引して吐出された作動油が圧送され
る供給油路１７と、オイルパン６に繋がる排出油路１８
とが接続されている。油圧制御弁５は電子制御装置８に
よりデューティ制御される電磁切換弁からなる。電子制
御装置８はクランクポジションセンサ、カムポジション
センサ、水温センサおよびスロットルポジションセンサ
（いずれも図示せず）等から入力する各種検出信号に基
づいて内燃機関のその時の運転状況に応じた最適なバル
ブタイミング（吸気バルブの開閉時期）を決定する。そ
して、その最適なバルブタイミングとなるように油圧制
御弁１５をデューティ制御することで可変動弁機構１０
を油圧制御し、ベーンロータ３０のハウジング２０に対
する相対回動位置を制御する。こうして吸気バルブタイ
ミングが連続的に制御されるようになっている。

【００２５】次にこのバルブタイミング制御装置の作用
を説明する。電子制御装置８は各種センサから入力する
各検出信号に基づいて内燃機関の運転状況に応じた最適
なバルブタイミングを決定すると、この最適なバルブタ
イミングとなるように油圧制御弁５をデューティ制御す
る。

【００２６】進角側油圧室２５に油圧がかかると、ベー
ンロータ３０がハウジング２０に対して進角側へ相対回
動し、吸気カムシャフト２が進角側へ回動する。また、
遅角油圧室２４に油圧がかかると、ベーンロータ３０が
ハウジング２０に対して遅角側へ相対回動し、吸気カム
シャフト２が遅角側へ回動する。このようにバルブタイ
ミング制御によりベーンロータ３０がハウジング２０に
対して相対回動を繰り返す。

【００２７】ベーンロータ３０はハウジング２０と共に
アルミ系金属からなるが、その間に介在するスチール製
の金属薄板４０と摺動するため、ベーンロータ３０が金
属薄板４０と凝着することはない。

【００２８】また、金属薄板４０を収容凹部２１とほぼ
同形状としているので、金属薄板４０が凹部２２の底面
全体、つまりベーン３２の回動域全体に存在する。よっ
て、ベーンロータ３０の回動位置によらずベーン３２が
常に金属薄板４０と密接する状態が保持されてその間に
クリアランスが生じにくく、金属薄板４０がシール部材
として機能する。よって、各油圧室２４，２５間での油
漏れが防止される。従って、バルブタイミングの制御精
度が向上する。

【００２９】以上の本実施形態によれば、以下の効果を
得ることができる。 （１） ハウジング２０とベーンロータ３０にアルミ系
金属同士の組合せを採用し、その間にアルミ系金属にと
って難凝着性の性質を有するスチールかりなる金属薄板
４０を配置した構成であるので、凝着防止対策にメッキ
等の表面処理を施さなくて済み、製造工程の手間がかか
らずしかも簡単な構成を採用できる。つまり、従来技術
の錫メッキ工程を廃止し、メッキ用の大型設備の使用の
回避および製造工程の簡素化を実現できる。また、錫を
使用しなくて済むので環境にも配慮できる。よって、凝
着防止対策にさほど費用をかけずしかも環境面を配慮し
つつ、可変動弁機構１０の軽量化を図ることができる。

【００３０】（２） 金属薄板４０の介在が摺動面での
油漏れに対するシール性を高めるとともに、金属薄板４
０の形状を収容凹部２１の形状に合わせることでベーン
ロータ３０の側面が常に金属薄板４０の表面に密接する
状態を保持できるようにしたので、油圧室２４，２５間
における金属薄板４０との摺動面を介した油漏れを小さ
く抑えることができる。よって、バルブタイミング装置
１の制御精度を向上させることができる。

【００３１】（３） 金属薄板４０を鋼板の打ち抜きに
よって簡単に製造でき、しかも１枚の金属薄板４０を組
み込むだけでなので可変動弁機構１０の組立時の手間も
さほどかからない。

【００３２】なお、発明の実施の形態は、以下ような形
態で実施することもできる。 ・ 図４に示すように、アルミ系金属からなるベーンロ
ータ３０の側面にスチール製の金属薄板４１を固着させ
る。この場合、ベーンロータ３０と共に金属薄板４１が
回動するので、金属薄板４１をベーンロータ３０の側面
の面積に等しい小サイズで済ませられる。従って、金属
薄板４１の材料費を前記実施形態に比べ節約できる。

【００３３】また、金属薄板４１の固着方法は接着剤を
用いる方法やろう付けによる方法でもよいが、例えばダ
イキャスト製法によってベーンロータ３０を型成形する
製造方法を採用する。この場合、その型成形の際にベー
ンロータ３０の側面の表面層部分にスチールを流し込め
ば、ベーンロータの成形時に同時に金属薄板の固着層を
形成でき、製造時の工程数を少なく済ませられる。

【００３４】・ 金属薄板の形状は前記実施形態に限定
されない。要するに各油圧室２４，２５間での油漏れを
防げるような形状であれば足りる。例えば金属薄板の凹
部２３に配置される部分を凹部２３の周方向幅よりも短
い幅として凹部２３の周方向中央付近にてハウジング２
０に固着する構成でもよい。また、１枚の金属薄板では
なく各ベーン３２ごとにその翼数と同数の金属薄板を各
凹部２３に組み付ける構成を採用してもよい。

【００３５】・ 金属薄板は鉄系金属（スチール等）に
限定されない。アルミ系金属にとって難凝着性の性質を
有するその他の金属を採用してもよい。 ・ ベーンロータと相対回動可能な歯車はギヤ（ギヤを
相手に噛合するもの）に限定されない。ギヤに替えて歯
付きプーリでもよい。例えば歯付きプーリには、クラン
クシャフトの回転駆動を吸気カムシャフトに伝達するた
めのタイミングベルトが掛装される。また、タイミング
チェーン用のスプロケットプーリでもよい。

【００３６】・ 前記実施形態において金属薄板４０を
ハウジング２０の収容凹部底面に固着させてもよい。 ・ 金属薄板に替え、樹脂薄板を使用することもでき
る。例えば耐摩耗性を有するエンジニアリングプラスチ
ックを使用する。要するに薄板は、ハウジングとベーン
ロータの金属材質にとって難凝着性の材質であれば足り
る。 ・ ハウジングは一部品であることに限定されない。例
えばハウジングは円筒状部品とこの円筒状部品の歯車
（ギヤ）と反対側端部を略閉塞するための板部品との二
部品から構成されてもよい。もちろん三部品以上であっ
てもよい。

【００３７】・ ベーンロータのベーンの翼数は３つに
限定されない、ベーンの翼数が４つであってもよい。 ・ 排気バルブタイミングを可変とするバルブタイミン
グ装置に適用することもできる。

【００３８】・バルブタイミング装置は、カムシャフト
の先端部だけでなく後端部に装着されていてもよい。 前記各請求項で使用した用語を次のように定義する。

【００３９】「歯車」： 多数の歯を有する他の部材と
噛合可能な多数の歯を外周に有する回転体であって動力
伝達用として使用されるもの。ギヤのみでなく歯付きプ
ーリ、あるいは、スプロケットプーリをも含む概念であ
る。

【００４０】上記実施形態から把握される請求項以外の
技術的思想を、以下に記載する。 （１）請求項１又は２において、前記ベーンロータと前
記ハウジングは易凝着性の軽金属（アルミ系金属を含
む）の組合せからなる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１〜５に記載の発明によれば、ベ
ーンロータとハウジングに易凝着性の金属同士の組合せ
を採用しても、その間に薄板が介在するだけで、製造工
程に手間がかからずしかも簡単な構造で両部品間の凝着
を防止できる。また、メッキ不要で錫等を使用しないこ
とから環境への影響を配慮することもできる。

【００４２】請求項２及び５に記載の発明によれば、ベ
ーンロータとハウジング間に介在する薄板がシール性を
高め、翼部を液圧（油圧）制御するための液室間におけ
る液（油）漏れを抑えることができる。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は２の効果に加え、ベーンロータとハウジングは共に
アルミ系金属よりなるので、バルブタイミング制御装置
を軽量化できる。

【００４４】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
の効果に加え、薄板は鉄系金属よりなるので、アルミ系
金属同士間の凝着を効果的にしかも安価に防止できる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１、３、４のい
ずれかの効果に加え、薄板の面積（サイズ）を小さく
し、その材料費を安く済ませられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるバルブタイミング
制御装置を示し、可変動弁機構が側断面で描かれた概略
構成図。

【図２】可変動弁機構の正断面図。

【図３】可変動弁機構のボルト等を省略した分解斜視
図。

【図４】別例のベーンロータを示す斜視図。

【符号の説明】

１…バルブタイミング制御装置、２…カム軸としての吸
気カムシャフト、１０…可変動弁機構、１１…歯車とし
てのギヤ、１５…油圧制御弁、２０…ハウジング、２１
…収容凹部、２３…凹部、２４…遅角側油圧室、２５…
進角側油圧室、３０…ベーンロータ、３２…翼部として
のベーン、４０，４１…薄板としての金属薄板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の機関出力軸とカム軸との相対
   回転位相を可変とするベーン方式の可変動弁機構を備
   え、そのベーンロータが歯車とハウジングとの間の室に
   回動可能に収容されている内燃機関のバルブタイミング
   制御装置において、 前記ベーンロータと前記ハウジングは易凝着性の金属材
   質の組合せからなり、前記ベーンロータと前記ハウジン
   グの間には両者の材質にとって難凝着性の材質からなる
   薄板が介在されている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。
2. 【請求項２】 前記薄板は、前記ハウジングにおいて前
   記ベーンロータの翼部が収容されている室の少なくとも
   内面全体に配置されている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。
3. 【請求項３】 前記ベーンロータと前記ハウジングは共
   にアルミ系金属よりなることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 【請求項４】 前記薄板は鉄系金属よりなることを特徴
   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。
5. 【請求項５】 前記薄板は、前記ベーンロータの少なく
   とも翼部の側面に固着されていることを特徴とする請求
   項１、３、４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブ
   タイミング制御装置。