JP2003148114A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体室内に異物が存在した場合でも、ベーン
に影響を与えない構成とすると共に、弁開閉時期制御装
置の性能向上を図る。 【解決手段】 エンジンのクランクシャフトと一体回転
するギヤ３２に対してハウジング３１が固定される。こ
のハウジング３１の内部にエンジンの給排気を制御する
カムシャフト１０を回転動作させるロータ２０、ロータ
２０とハウジング３１との間に形成される流体室を進角
室Ｒ１と遅角室Ｒ２とに区画し、ハウジング３１に対し
摺動して回転動作を行うベーン２１とを備えた弁開閉時
期制御装置１において、ベーン２１とハウジング３１と
の間のベーン摺動面に、異物を吸収する吸収層３５を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンに対して
吸排気を行なう吸排気弁の開閉時期を制御する弁開閉制
御装置に関するものであり、特に、弁開閉制御装置の内
部に存在する異物を吸収するようにした弁開閉制御装置
の内部構造に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の弁開閉時期制御装置はエ
ンジン（内燃機関）の出力軸であるクランクシャフト
と、エンジンの給排気弁の開閉制御を行う回転伝達部材
（カムシャフト）の回転を行う位置関係に応じて、給排
気弁をクランクシャフトの回転とは独立させ、緻密に開
閉制御する装置として知られており、例えば、特開平１
１−１０１１０７号公報にこの様な装置が知られてい
る。

【０００３】上記した装置は、エンジンのクランクシャ
フトと一体回転するタイミングスプロケット（ギヤ）
と、タイミングスプロケットと一体回転する外部ロータ
（ハウジング）と、外部ロータに対して相対回転を行
い、給排気弁を制御するカムシャフトを動作させる内部
ロータ（ロータ）を備え、更に、内部ロータと外部ロー
タとの間に形成される流体室を進角室と遅角室とに区画
し、流体室の内部を区画しながらロータに対して動力を
伝達するベーンとを備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年で
は軽量化が図られる中、この様な構成の装置をアルミ化
しようとした場合には、次の様な問題が生じる。つま
り、エンジンの潤滑油を弁開閉時期制御装置に対して作
動油として使用すると、エンジンのシリンダヘッドやシ
リンダは中子として鋳砂を用いて鋳造によってつくられ
る事がある。

【０００５】この場合、シリンダシリンダヘッドやシリ
ンダ鋳造時に中子として使用する鋳砂が弁開閉時期制御
装置の中に存在したりする場合がある。また、外部ロー
タと内部ロータとが相対回転する場合にベーンがハウジ
ング内部で摺動を行うが、この摺動時に摩耗粉が発生
し、装置内部で異物となる。更に、アルミよりも硬質で
ある異物が装置内部に混入した場合には、装置の作動に
影響を及ぼすおそれがある。

【０００６】つまり、これら作動室内に混入または発生
した異物は外部ロータと内部ロータとの回転により、ベ
ーンのハウジングに対する摺動面に異物が貼り付き、ベ
ーン自体に摩耗が発生し、所望の性能を確保することが
難しくなる。

【０００７】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、流体室内に異物が存在した場合で
も、ベーンに影響を与えない構成とすること、弁開閉時
期制御装置の性能向上を図ることをその技術的課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた技術的手段は、エンジンの回転軸および前記
エンジンの吸排気を制御する吸排気制御部材のいずれか
一方と一体回転する回転伝達部材と、該回転伝達部材と
一体回転するハウジングと、該ハウジングに対して相対
回転を行い、前記回転軸および前記吸排気制御部材のい
ずれか他方と一体回転するロータと、該ロータと前記ハ
ウジングとの間に形成される流体室と、該流体室を進角
室と遅角室とに区画し、前記ロータまたは前記ハウジン
グに取り付けられ、前記ロータと前記ハウジングとの間
で相対回転を成すベーンとを備えた弁開閉時期制御装置
において、前記ベーンと前記ハウジングとの間に、前記
流体室に存在する異物を吸収する吸収層を設けたことで
ある。

【０００９】上記した構成によれば、ベーンとハウジン
グとの間に、流体室に存在する異物を吸収する吸収層を
設けたことにより、ベーンがハウジング内で摺動して
も、流体室に存在する異物は吸収層に刺さった後に、ベ
ーンの回転力により吸収層の中に押し込まれて吸収層に
される構成とすることが可能となり、ベーンが異物によ
って摩耗することが防止される。このため、吸収層も異
物を取り込む事により、吸収層のマトリックスが強化さ
れることによって、摩耗が防止され、弁開閉制御装置の
信頼性が向上する。

【００１０】この場合、吸収層は樹脂層より成り、ベー
ンのハウジングに対する摺動面に形成されるようにすれ
ば、樹脂層をベーンの摺動面に設けるだけで、ベーンの
摩耗が簡単な構成により防止される。

【００１１】また、吸収層は周方向に形成されるように
すれば、ベーンの摺動面全体において、ベーンの摩耗が
簡単に防止される。

【００１２】更に、ハウジングはアルミ材より成り、ロ
ータまたはベーンは、アルミ−珪素−鉄系材より成るよ
うにすれば、耐焼付け性、耐摩耗性、摩擦係数とも優れ
たベーンの摺動状態が確保される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、弁開閉時期制御装置（以下、装置
と称する）１の平面図である。図１において、ギヤ３２
は、図示しないエンジンの回転軸（例えば、クランクシ
ャフト、若しくは、クランクシャフトに取り付けられた
部材）と、図２に示すチェーン９０を介してつながれ
る。ギヤ３２は、チェーン９０がかけられるスプロケッ
ト部３２ｂを外周に有し、ギヤ３２には後述するハウジ
ング３１が一体で取り付けられる。

【００１５】ギヤ３２とは反対側のハウジング３１の軸
方向端面には、ハウジング３１の外周と一致する後述す
る円盤状のプレート部材３３が軸方向から被せられる。
これらのギヤ３２、ハウジング３１およびプレート部材
３３は、周方向において４ヵ所でフランジ付ボルト等の
締結部材６４がプレート部材３３の取付孔３３ｅから挿
通され、ハウジング３１にプレート部材３３が固定され
て、一体化される。

【００１６】尚、本実施形態においては、エンジンのク
ランクシャフトの回転をギヤ３２を用いて、チェーン９
０を介して動力が伝達されるものとして説明を行なう
が、これに限定されるものではない。例えば、チェーン
９０に代わってベルト部材を用いる場合には、ギヤ３２
をプーリーに置き換えても良い。つまり、ギヤ３２はエ
ンジンからの回転力をカムシャフト１０へと伝達する回
転伝達部材として機能する。

【００１７】ギヤ３２は図２に示すように軸方向におけ
る断面において、凸形状を呈する。ギヤ３２は、中央に
エンジンの吸排気を制御する吸排気弁の制御を行なうカ
ムシャフト１０が挿通される孔があいている。その孔は
ギヤ３２の内周面３２ａとなり、内周面３２ａは、図２
に示すようにカムシャフト１０の外周面１０ａと摺接す
る。ギヤ３２の外周端部には円周状にスプロケット部３
２ｂが形成され、このスプロケット部３２ｂにチェーン
９０がかけられ、エンジンのクランクシャフトの回転が
ギヤ３２に伝達される構成となっている。

【００１８】ハウジング３１は円筒形状を呈し、その内
部には図３に示す如く、周方向において４つの円弧状の
凹部３１ａと、４つの凸部となるシュー部３１ｂが交互
に設けられている。この凹部３１ａが流体室を構成す
る。更に、ハウジング３１の外周面には２対の凹部３１
ｃが設けられている。この凹部３１ｃは、ハウジング３
１の軸を通る直線およびその軸を通る直線の法線に対し
て、対向して配置されている。

【００１９】また、ハウジング３１内径へと突出する凸
部形状となったシュー部３１ｂには、ハウジング３１を
ギヤ３２と固定する４つの締結部材６４が挿通される取
付孔３１ｆが設けられている。この取付孔３１ｆは外周
に設けられた凹部３１ｃに対して周方向にずれて配置さ
れている。

【００２０】ハウジング３０のギア３２が配設されてい
る端面と対向する端面には凹部３１ａを軸方向の一方か
ら塞ぐように、ハウジング３１の外径形状と一致したプ
レート部材３３が被せられる。プレート部材３３は中央
に凸部３３ａを有すると共に、締結部材６４が取り付け
られる取付部３３ｂを有する。プレート部材３３は締結
部材６４により、ハウジング３１とギヤ３２に一体で固
定される。

【００２１】ハウジング３１の４つのシュー部３１ｂの
内周面には、ロータ２０が配設されており、ロータ２０
は外周面がハウジング３１のシュー部３１ｂの内周面に
摺接して相対回転可能に配置されている。ロータ２０は
中央に、カムシャフト１０の一端に固定される図示しな
いボルトが挿通される中心内孔２０ｃを有している。ま
た、ロータ２０のカムシャフト１０が取り付けられる側
の端部には、カムシャフト１０とロータ２０の位置決め
するための位置決めピン２３が設けられている。この位
置決めピン２３により、カムシャフト１０はロータ２０
に対して所定位置にて取付け可能である。ロータ２０の
中心内孔２０ｃには軸方向の端部（図２に示す左方向）
から図示しないボルトが挿通され、カムシャフト１０の
軸方向端部に形成されたネジ孔に螺合されることで、ロ
ータ２０とカムシャフト１０が固定される。これによ
り、ロータ２０とカムシャフト１０は一体回転する。カ
ムシャフト１０がロータ２０に取り付けられ、固定され
た状態では、カムシャフト１０の外周面１０ａがギヤ３
２の内周面３２ａと、ロータ２０の外周面がハウジング
３１のシュー部３１ｂの内周面とそれぞれ摺接する。

【００２２】また、ロータ２０には中心内孔２０ｃか
ら、ロータ２０の外周面側に向かって径方向に延び凹部
３１ａと連通する３つの通孔２０ｅと、径方向に延び後
述するロック孔２０ｇを介して凹部３１ａと連通する１
つの通孔２０ｆと、ロータ２０に設けられる４つの軸方
向の通孔２０ｈに連通する４つの通孔２０ｅが、それぞ
れ設けられている。中心内孔２０ｃはそこに配設される
図示しないボルトとの隙間が作動油の通路として機能
し、カムシャフト１０の軸方向の内部に形成された図示
しない通路に連通する。これら通路が後述する遅角室Ｒ
２へ作動油を供給する油路を構成する。また、通孔２０
ｆ、軸方向の通孔、図示しないカムシャフト内部に形成
された中心内孔２０ｃに連通する孔とは異なる図示しな
い孔とが後述する進角室Ｒ１に作動油を供給する油路を
構成する。

【００２３】さらに、ロータ２０の外周面には、径方向
に向かって４つのベーン溝２０ｄが形成されている。ベ
ーン２１は内径側に凹部２１ａを有し、この凹部２１ａ
に断面が略Ｃ字状の板ばね２２が嵌められる。凹部２１
ａに板ばね２２の嵌まったベーン２１が、ロータ２０の
ベーン溝２０ｄに配設される。この板ばね２２の付勢力
によって、ベーン２１は径方向外側に付勢される。そし
てこの平板状のベーン２１によりベーン２１の径方向端
部が流体室となる凹部３１ａの内壁に当接する。これに
よって、４つの流体室となる凹部３１ａは、ベーン２１
により２室に区画され、ベーン２１の左右両側に、それ
ぞれ進角室Ｒ１と遅角室Ｒ２とが形成される。

【００２４】また、ハウジング３１のシュー部３１ｂの
外径側には、図３に示す様に、ロックスプリング６２が
配設される孔３１ｇが設けられている。ロックスプリン
グ６２はトーションスプリングであり、その一端が孔３
１ｇの内壁に係止され、他端はロックプレート６１の端
部に当接している。このロックプレート６１は孔３１ｇ
と退避孔３１ｅで径方向に対して摺動自在に取り付けら
れている。退避孔３１ｅは、ハウジング３０に対するロ
ータ２０の相対位相が所定の位相となったときに、ロー
タ２０の外周面に設けられたロック孔２０ｇと対向する
ように配置されている。ロータ２０がこの所定の位相と
なった場合には、ロックスプリング６２の付勢力によっ
て、ロックプレート６１は後述するロータ２０のロック
孔２０ｇに突出して係合可能である。ロックプレート６
１がロック孔２０ｇに係合したときには、ロータ２０は
ハウジング３１に対して相対回転しないように規制され
る。一方、ロックプレート６１は、通孔２０ｆと連通し
ているロック２０ｇに作動油が供給されると作動油の油
圧によりロックスプリング６２の付勢力に逆らってロッ
クプレート６１を退避孔３１ｅ内に押し戻し、ロック孔
２０ｇとの係合を解除する。この場合にはハウジング３
１に対してロータ２０は相対回転可能となる。

【００２５】更に、ハウジング３１に対してベーン２１
の位置を所定の初期位置に戻すため、ロータ２０とプレ
ート部材３３の間にはトーションスプリング２４が配設
されている。このトーションスプリング２４は、ハウジ
ング３１およびプレート部材において軸方向に形成され
た同径環状の溝部２０ｉ，３３ｃの中に配設される。そ
して、トーションスプリング２４の一端はプレート部材
３３の径方向に形成された係止部３３ｄに係止され、他
端はハウジング３１の径方向に形成された係止部に係止
され、常時、ベーン２１を図３に示す状態（進角室Ｒ１
の空間が最小となり遅角室Ｒ２の空間が最大となる状
態）となる様、付勢している。

【００２６】次に、本発明について、以下に説明する。
ここでは、材料面から見て、ハウジング３１に対するロ
ータ２０の摺動特性およびベーン２１の耐摩耗性を向上
させることを特徴としており、特に、ハウジング３１、
ロータ２０、ロックプレート６１及びベーン２１につい
て、材料面から述べることにする。

【００２７】上記したハウジング３１は軽量化の面か
ら、アルミ合金（アルミニウム合金）から作られる。具
体的に、ハウジング３１は、ＪＩＳ Ｈ５２０２に規定
されるＡＣ８Ｃ（Ｃｕ：２．０〜４．０，Ｓｉ：８．５
〜１０．５，Ｍｇ：０．５〜１．５，Ｚｎ：０．５以
下，Ｆｅ：１．０以下，Ｍｎ：０．５以下，Ｎｉ：０．
５以下，Ｔｉ：０．２以下，Ｐｂ：０．1以下，Ｓｎ：
０．１以下，Ｃｒ：０．１以下，Ａｌ：残部）のアルミ
合金より成り、アルミ合金鋳物であるＡＣ８Ｃをベース
材に、Ｓｉが３μｍ以下になるように重量％で、Ｓｂ：
０．０５〜０．２％，Ｎａ：０．００１〜０．０１％，
Ｓｒ：０．００１〜０．０５％，Ｃａ：０．０００５〜
０．０１％の内、少なくとも上記範囲内である１種類の
元素を添加し、Ｓｉの微細球状化により改良処理を行っ
た鋳造材料を使用する。

【００２８】一方、ハウジング３１に対して相対回転す
るロータ２０、ベーン２１、及び、ハウジング３１に対
して相対移動を禁止するロックプレート６１は、急冷凝
固法（例えば、１０^２〜１０^４℃／秒で急に凝固させる
方法）により作られるＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ（アルミニウム
−珪素−鉄）系粉末の押し出し材から成るものを使用し
ており、マトリックス中のＳｉ粒子の平均粒径は、３μ
ｍ以下の球形状Ｓｉ粒子となっている。

【００２９】この様な材質から成るハウジング３１とベ
ーン２１との間にはベーン２１が凹部３１ａの内壁に沿
って周方向に摺動を行う摺動面３４に樹脂層３５が形成
されている。この樹脂層３５は耐摩耗性に優れた樹脂
（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド
（ＰＡＩ））が凹部３１ａの内壁に形成される。また、
樹脂層３５の厚さは、例えば通孔２０ｅ、２０ｆの孔径
が３．５ｍｍ程度であれば、１０μｍ〜５ｍｍ程度で、
周方向の摺動面３４の全体に形成されている。

【００３０】次に、弁開閉時期制御装置１の動作につい
て説明する。

【００３１】エンジンが駆動されると、エンジンのクラ
ンクシャフトの回転がチェーン９０を介して伝達され、
これに伴ってギヤ３２が回転する。ギヤ３２とハウジン
グ３１は締結部材６４により固定されているため、一体
回転する。この場合、例えば、ロックプレート６１とロ
ック孔２０ｇが係合している状態ではハウジング３１と
ロータ２０は一体で回転し、クランクシャフトの回転
は、カムシャフト１０に対して同期して（位相をずらす
ことなく）伝達される。

【００３２】また、ハウジング３１に対するロータ２０
の位相を進角側にずらしたい場合にはロック孔２０ｇ、
通孔２０ｆに作動油を供給する一方、遅角室Ｒ２の作動
油を通孔２０ｅを介して排出する。ロック孔２０ｇ及び
通孔２０ｆに作動油が供給されると、ロックピン６１は
ロック孔２０ｇから退避孔３１ｅに退避し、ハウジング
３１とロータ２０とのロックプレート６１による回転規
制を解除する。そして、作動油は進角室Ｒ１内を満た
し、ベーン２１に加わる進角室Ｒ１側の圧力が遅角室Ｒ
２側の圧力よりも高くなる。その結果、ベーン２１は進
角室Ｒ１の容量を広く、遅角室Ｒ２の容量を狭くする進
角側の方に、ハウジング３１に対して回転移動する。つ
まり、図３においては、ハウジング３１に対してベーン
２１がハウジング３１の凹部３１ａの内壁に沿って、時
計方向に回転動作する。

【００３３】一方、遅角側に吸排気弁の位相時期を移行
させたい場合には、通孔２０ｅを介して遅角室Ｒ２へ作
動油を供給し、進角油室Ｒ１から作動油を排出する。こ
れによって、作動油は遅角油室Ｒ２内を満たし、ベーン
２１に加わる遅角油室Ｒ２側の圧力が進角油室Ｒ１側の
圧力よりも高くなり、ベーン２１は遅角室Ｒ２の容量が
広く、進角室Ｒ１の容量が狭くなる遅角側にハウジング
３１に対して回転移動し、図３においては、ハウジング
３１に対してベーン２１がハウジング３１の凹部３１ａ
の内壁に沿って、反時計方向に回転動作する。

【００３４】つまり、進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２の一
方を作動油の供給側とし、他方を排出側とすることによ
り、ハウジング３０に対するロータ２０の位相制御が行
えるものとなる。

【００３５】この様な動作を行う過程において、ロータ
２０、ベーン２１及びロックプレート６１には、Ｓｉが
１６〜１８重量％存在していることから、この範囲内で
は耐摩耗性が向上する。この場合、Ｆｅは２〜６重量％
とすると、この範囲内では耐焼き付け性が向上し、耐熱
強度が向上する。また、Ｃｕは１〜５重量％とすると、
この範囲内では機械的性質の向上が図れる。更に、Ｍｇ
は０．２〜２重量％とすると、この範囲内では機械的性
質の向上が図れると共に、Ｍｎは０．２〜１重量％とす
ると、この範囲内では、再結晶化の防止、機械的性質の
向上が図れる。更にその上、Ｓｉ平均粒子径は３μｍ以
下とすると、この範囲内では耐摩耗性が向上し、耐焼付
け性の向上が図れるものとなる。その結果、この様な材
質を用いることにより、アルミ合金より成るハウジング
３１に対して良好な摺動特性が得られる。

【００３６】本実施形態における構成においては、装置
１の内部に数μｍ〜数１００μｍの大きさの異物や摩耗
粉（まとめて、異物と称する）が発生または混入した場
合、樹脂層３５に異物がささって、樹脂層３５に捕獲さ
れる。この状態下で装置１のベーン２１が摺動するとベ
ーン２１による押し付け力によって、樹脂層３５の内部
に取り込まれる。その結果、樹脂層３５の内側の表面に
は異物が現れず、ベーン２１の摩耗を防止することがで
きる。よって、この樹脂層３５は進角室Ｒ１と遅角室Ｒ
２の中に存在する異物を吸収する吸収層として機能す
る。この様に、樹脂層３５が異物を内部に取り込むこと
で樹脂層３５のマトリックスを強化し、樹脂層３５の摩
耗も抑制することができ、装置１の軽量化に対して、ア
ルミ合金を使用することにより実現しながら、耐摩耗性
に優れた装置１とすることができる。尚、この場合、異
物の発生または混入する大きさを検討した上で、ハウジ
ング内部に形成される樹脂層３５の厚さを調整できるこ
とは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】上記した本発明によれば、ベーンがハウ
ジング内で摺動しても、流体室に存在する異物は吸収層
に刺さった後、ベーンの回転力により吸収層の中に押し
込まれて吸収層にされる構成とすることができ、ベーン
が異物によって磨耗することが防止でき、弁開閉制御装
置の信頼性を向上させることができる。

【００３８】この場合、樹脂層をベーンの摺動面に設け
るだけで、ベーンの摩耗が簡単な構成により防止でき
る。

【００３９】また、吸収層は周方向に形成されるように
すれば、ベーンの摺動面全体において、ベーンの摩耗が
簡単に防止できる。

【００４０】更に、ハウジングはアルミ材より成り、ロ
ータまたはベーンは、アルミ−珪素−鉄系材より成るよ
うにすれば、耐焼付け性、耐摩耗性、摩擦係数とも優れ
たベーンの摺動状態が確保できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における弁開閉時期制御装
置の平面図である。

【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２に示すＢ−Ｂの矢視図である。

【符号の説明】

１ 弁開閉時期制御装置 １０ カムシャフト（吸排気制御部材） ２０ ロータ ２１ ベーン ３１ ハウジング ３１ａ 凹部（流体室） ３２ ギヤ（回転伝達部材） ３５ 吸収層（樹脂層） Ｒ１ 進角室（流体室） Ｒ２ 遅角室（流体室）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転軸および前記エンジンの
   吸排気を制御する吸排気制御部材のいずれか一方と一体
   回転する回転伝達部材と、 前記回転伝達部材と一体回転するハウジングと、 該ハウジングに対して相対回転を行い、前記回転軸およ
   び前記吸排気制御部材のいずれか他方と一体回転するロ
   ータと、 該ロータと前記ハウジングとの間に形成される流体室
   と、 該流体室を進角室と遅角室とに区画し、前記ロータまた
   は前記ハウジングに取り付けられ、前記ロータと前記ハ
   ウジングとの間で相対回転を成すベーンとを備えた弁開
   閉時期制御装置において、 前記ベーンと前記ハウジングとの間に、前記流体室に存
   在する異物を吸収する吸収層を設けたことを特徴とする
   弁開閉時期制御装置。
2. 【請求項２】 前記吸収層は、樹脂層より成り、前記ベ
   ーンの前記ハウジングに対する摺動面に形成されること
   を特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 【請求項３】 前記吸収層は、周方向に形成されること
   を特徴とする請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 【請求項４】 前記ハウジングはアルミ材より成り、前
   記ロータまたは前記ベーンは、アルミ−珪素−鉄系材よ
   り成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
   かに記載の弁開閉時期制御装置。