JP2005240651A

JP2005240651A - 弁開閉時期制御装置

Info

Publication number: JP2005240651A
Application number: JP2004050498A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nakajima; 滋中嶋; Mitsuru Uosaki; 充宇於崎
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08
Also published as: CN100427724C; US6981477B2; CN1661205A; EP1568854A3; EP1568854A2; US20050183682A1

Abstract

【課題】弁開閉時期制御装置において、摺動部材の摺動面が油膜切れを起こすことなく作動油を安定的に供給し、ベーンの進角時または遅角時において作動油を摺動面に確実に供給し、停止時において作動油に混入した異物を排出することを容易にし、摺動面における作動油の潤滑状態のバラツキを防止すること。
【解決手段】駆動側回転部材（外部ロータ）２と従動側回転部材（内部ロータ）１とによって回転軸に垂直な摺動面が形成され、摺動面に対して開口し且つ作動油のドレインに連通するオイル溜め部６０が、従動側回転部材１に設けてある弁開閉時期制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の弁開閉時期制御装置に関する。より詳細には、本発明は、内燃機関の駆動条件に応じて吸気弁または排気弁の開閉時期を最適に制御する弁開閉時期制御装置に関する。

従来から、内燃機関の駆動条件に応じて弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置が知られている。例えば、内周部に複数の油圧室を形成する仕切壁を備えたタイミングプーリと、前記タイミングプーリに対してカムシャフトを進角方向へ回転させる油圧作動室と遅角側へ回転させる油圧作動室とに前記油圧室を区画するベーンを取り付けた回転部材と、前記各油圧作動室へ連通し作動油を給排する通路と、前記各通路への作動油の給排を制御する油圧調整手段と、前記タイミングプーリと前記回転部材との位相差を保持する保持機構とからなる弁開閉時期制御装置があった（例えば、特許文献１参照）。

また、摺動面の油膜切れ等の問題を解消する従来技術として、互いに摺動する回転部材の軸方向一端面と回転部材を挟み込むプレート部材の一端面との間に溝状の油膜保持手段を設けた弁開閉時期制御装置があった（例えば、特許文献２参照）。

一方、別の従来技術として、ベーンの作動を補助するべく、遅角室の容積が減少すると共に進角室の容積が増加する進角方向に回転部材を付勢するトーションコイルバネを具備した弁開閉時期制御装置もあった。（例えば、特許文献３参照）。

特許第３３６５１９９号公報特開２０００−２８２８２１号公報特開２００２−２７６３１２号公報

特許文献１の弁開閉時期制御装置は、ベーンを作動させるための作動油が充填された油圧室から摺動部材の摺動面に、油圧がかかることによって滲み出た少量の作動油を供給する構成となっている。ところが、このような構成は、摺動面に作動油を積極的に供給するものではないため、油膜切れを起こすおそれがあった。また、摺動面に異物や摩耗粉が入り込むと、摺動部材間におけるフリクションの増加をもたらすため、ベーンの作動応答性が遅延し、さらに摺動部材の摩耗が促進されるという問題があった。

特許文献２の弁開閉時期制御装置は、油膜保持手段によって作動油が溝の内部に略密閉状態に保持されるため、油膜保持手段にスラッジや異物等が次第に堆積し、経時的に潤滑作用が悪化するという問題があった。また、特許文献２のように回転部材を前後のプレートで挟み込んだ所謂サンドイッチ構成の弁開閉時期制御装置では、回転部材が前後のプレートの一方側に偏る傾向があるため作動油の潤滑状態にバラツキが発生し、摺動状態のバランスが悪くなるという問題もあった。

一方、特許文献３の弁開閉時期制御装置では、トーションコイルバネがベーンの進角側への作動をアシストするため、カム機構からの反力に抗してベーンを進角させる際のベーンの作動応答性を高めるという点では一定の効果がある。ところが、特許文献３の弁開閉時期制御装置の構成では、トーションコイルバネと回転部材との間の接触抵抗が大きいため、ベーンの作動が不安定となり、ベーンの切換えを良好に行うことができないという問題が発生していた。また、この弁開閉時期制御装置では、前記接触抵抗により摺動部材に摩耗が発生するという問題もあった。

従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、弁開閉時期制御装置において、摺動部材の摺動面が油膜切れを起こすことなく作動油を安定的に供給し、ベーンの進角時または遅角時において作動油を摺動面に確実に供給し、停止時において作動油に混入した異物を排出することを容易にし、摺動面における作動油の潤滑状態のバラツキを防止することを目的とする。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、クランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材と同軸状に且つ前記駆動側回転部材と摺動可能に配置された、カムシャフトとともに回転する従動側回転部材と、作動油により、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を調整する回転位相調整機構とを備え、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とによって回転軸に垂直な摺動面が形成され、前記摺動面に対して開口し且つ前記作動油のドレインに連通するオイル溜め部を、前記従動側回転部材に設けた点にある。

本構成の弁開閉時期制御装置であれば、駆動側回転部材と従動側回転部材との回転軸に垂直な摺動面に開口するオイル溜め部を従動側回転部材に設けてあるので、摺動面はオイル溜め部に入っている作動油によって積極的に潤滑状態に維持される。このため、従動側回転部材の相対回転時（すなわち、ベーンの進角時または遅角時）において作動油が摺動面に確実に供給されると共に、摺動面略全面を潤滑することができ、油膜切れによる故障等を防止することができる。さらに、オイル溜め部は作動油のドレインに連通しているので、弁開閉時期制御装置の停止時には作動油が容易に排出され、摩耗粉等の異物を除去することができる。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記摺動面は、前記従動側回転部材の回転軸方向の両側に配置された２つの摺動面であり、前記オイル溜め部は、前記２つの摺動面に対して開口していてもよい。

本構成の弁開閉時期制御装置であれば、従動側回転部材が回転軸方向の両側に２つの摺動面を有している場合において、従動側回転部材が弁開閉時期制御装置の駆動側回転部材の中で軸方向に片側に偏ったとしても、オイル溜め部が２つの摺動面に対して開口しているので、従動側回転部材の回転軸方向両側の摺動面の潤滑が行われ、従動側回転部材の偏りによる異常摩耗等を防止することができる。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記オイル溜め部は、前記従動側回転部材を、その回転中心から半径方向に向けて、少なくとも一部を窪ませた形状に構成することも可能である。

本構成の弁開閉時期制御装置であれば、従動側回転部材の回転中心から半径方向に向けて窪ませた部分に作動油が溜まる構成であるので、従動側回転部材の回転時においては、遠心力によってオイル溜め部に作動油が容易に充填され、また、従動側回転部材の停止時においては、作動油のドレインへの排出を容易に且つ速やかに行うことができる。このため、摺動面に対する作動油の供給を速やかに行うことができると共に、オイル溜め部にスラッジ等が堆積することがなく、弁開閉時期制御装置のメンテナンスが容易になり、故障の発生を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではない。

〔基本構成〕
図１は、本発明の弁開閉時期制御装置１００の断面図である。図２は、最遅角位置にある弁開閉時期制御装置１００の内部を示す正面図である。また、図３は、最進角位置にある弁開閉時期制御装置１００の内部を示す正面図である。

弁開閉時期制御装置１００は、自動車用エンジン等のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ２と、外部ロータ２と同軸状に且つ外部ロータ２と摺動可能に配置された、カムシャフトとともに回転する従動側回転部材としての内部ロータ１と、油圧回路からの作動油により、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を調整する回転位相調整機構とを備えている。

上記内部ロータ１は、エンジンのシリンダヘッドに回転可能に設けられたカムシャフトと一体回転するように、カムシャフトの先端部に一体的に組み付けられている。

上記外部ロータ２は、上記内部ロータ１に対して所定の相対回転位相の範囲内で相対回転可能に外装されており、フロントプレート２２、リアプレート２３、および外部ロータ２の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット２０を備えている。なお、外部ロータ２は、フロントプレート２２およびリアプレート２３に対しては相対回転をしないので、本明細書では、特に断りのない限り、外部ロータ２とフロントプレート２２等とを一体的に取り扱うものとする。

また、タイミングスプロケット２０とエンジンのクランクシャフトに取り付けられたギアとの間には、タイミングチェーンやタイミングベルトＶ等の動力伝達部材が架設されている。

エンジンのクランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材を介してタイミングスプロケット２０に回転動力が伝達されるので、上記タイミングスプロケット２０を備えた外部ロータ２が図２に示す回転方向Ｓに回転駆動し、ひいては、内部ロータ１が回転方向Ｓに沿って回転駆動してカムシャフトが回転し、カムシャフトに設けられたカムがエンジンの吸気弁または排気弁を押し下げて開弁させる。

〔回転位相調整機構〕
図２および図３に示すように、上記外部ロータ２には、径内方向に突出するシューとして機能する突部４の複数個が回転方向に沿って互いに離間して並設されている。そして、外部ロータ２の隣接する突部４のそれぞれの間には、外部ロータ２と内部ロータ１で規定される流体圧室４０が形成されている。

内部ロータ１の外周部の、上記各流体圧室４０に対面する箇所にはベーン溝４１が形成されており、このベーン溝４１には、上記流体圧室４０を相対回転方向（図２および図３の矢印Ｓ１、Ｓ２方向）において進角室４３と遅角室４２とに仕切るベーン５が放射方向に沿って摺動可能に挿入されている。このベーン５は、その内径側に備えられるスプリング５１により、流体圧室内壁面ｗ側に付勢されている。

上記進角室４３は内部ロータ１に形成された進角通路１１に連通し、遅角室４２は内部ロータ１に形成された遅角通路１０に連通している。進角通路１１および遅角通路１０はいずれも図示しない油圧回路に接続されている。油圧回路から進角通路１１を介して作動油が流体圧室４０の進角室４３側に供給されると、油圧によりベーン５が進角方向に移動する（図３の状態）。一方、遅角通路１０を介して作動油が流体圧室４０の遅角室４２側に供給されると、油圧によりベーン５が遅角方向に移動する（図２の状態）。このベーン５の動作により、内部ロータ１の回転位相が変更されるので、内部ロータ１に直結するカムシャフトのカムが吸気弁または排気弁を押し下げるタイミングが変更される。

〔回転位相拘束機構〕
内部ロータ１と外部ロータ２との間には、相対回転位相が最遅角位相に設定された所定のロック位相にあるときに、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転を拘束するためのロック部材６およびロック溝７からなる回転位相拘束機構が構成されている。ロック部材６は、外部ロータ２側に取り付けられたプレート状の部材であり、バネ３０によって内部ロータ１側に付勢されている。ロック溝７は、内部ロータ１側に設けられたロック部材６を受け入れ可能な細長溝である。内部ロータ１と外部ロータ２とが上記所定のロック位相の位置関係にある場合、ロック溝７にロック部材６が係合し、内部ロータ１の外部ロータ２に対する相対回転を拘束することができる。

なお、例示している図２の弁開閉時期制御装置１００は最遅角位置にある場合を示しており、この状態が上記所定のロック位相に対応している。また、図３に例示する弁開閉時期制御装置１００は最進角位置にある場合を示しており、この状態では内部ロータ１の外部ロータ２に対する遅角（Ｓ１）方向への相対回転が可能である。

〔オイル溜め部〕
本発明の弁開閉時期制御装置１００では、外部ロータ２と内部ロータ１とによって回転軸に垂直な摺動面Ｐが形成されており、この摺動面Ｐに対して開口し且つ作動油のドレインに連通するオイル溜め部６０が、内部ロータ１に設けられている。このオイル溜め部６０は、内部ロータ１を穿孔することによって形成した作動油を保持可能な穴部であってもよいが、例えば、図２または図３に示すように、内部ロータ１に配置される各ベーン５の内隣接するベーン５の間に少なくとも一部を径外方に窪ませた窪み部８１を有する花形様空間部８０とすることができる。図４に、窪み部８１を有する花形様空間部８０として構成されるオイル溜め部６０を設けた内部ロータ１の斜視図を示す。このような花形様空間部８０は、中実の内部ロータ１を切削することによって形成してもよいし、金型を用いた鋳造によって形成してもよい。窪み部８１を有する花形様空間部８０をオイル溜め部６０として構成した内部ロータ１は、エンジンの回転時には、流体圧室４０から内部ロータ１と外部ロータ２との境界部分に滲み出てくる作動油を遠心力により窪み部８１に溜めて保持することができ、エンジンの停止時には花形様空間部８０から外部のドレインに作動油を容易に排出することができる。

〔動作〕
以下、弁開閉時期制御装置１００の動作について、オイル溜め部６０の周辺を中心により詳しく説明する。

エンジンが動作し、弁開閉時期制御装置１００の内部ロータ１および外部ロータ２が回転を始めると、作動油が進角通路１１または遅角通路１０から流体圧室４０に供給される。このとき、流体圧室４０への作動油の供給圧は、回転による遠心力よりも大きくなるように設定されているため、流体圧室４０中の作動油は、外部ロータ２と内部ロータ１との境界部分から徐々に滲み出す。そして、この滲み出した作動油は、内部ロータ１の回転による遠心力によって内部ロータ１の花形様空間部８０の窪み部８１に溜まるようになっている。一旦窪み部８０に作動油が溜まると、回転中は遠心力の作用により、作動油は窪み部８０に保持され続ける。ここで、オイル溜め部６０である花形様空間部８０は、摺動面Ｐに対して開口しており、摺動面Ｐを一つの側面とした構成となっている。このため、花形様空間部８０の窪み部８１に保持された作動油は、窪み部８１に隣接する摺動面Ｐを積極的に潤滑するように作用することができる。

このように、内部ロータ１のオイル溜め部６０が花形様空間部８０であれば、内部ロータ１の相対回転時（すなわち、ベーン５の進角時または遅角時）において作動油が摺動面Ｐに速やか且つ確実に供給されると共に、摺動面略全面を潤滑することができ、油膜切れによる故障等を防止することができる。そして、オイル溜め部６０にスラッジ等が堆積することがないので、弁開閉時期制御装置１００のメンテナンスが容易になり、故障の発生を抑えることができる。

一方、エンジンが停止したときには、内部ロータ１の花形様空間部８０は外部のドレインに連通しているので、花形様空間部８０から作動油を容易に排出することができる。すなわち、内部ロータ１および外部ロータ２の回転が停止すると、回転による遠心力が消滅するため、花形様空間部８０の窪み部８１に保持されていた作動油は自然落下し、ドレイン（図示せず）に連通するドレイン側空間６１からドレインに向けて排出される。ここで、内部ロータ１の下方に位置するオイル溜め部６０には作動油が残留することになるが、この残留作動油は、次回エンジンを動作させたときに、前記摺動面Ｐに速やかに供給される。このように、本発明の弁開閉時期制御装置１００では、エンジンの停止時にドレインから作動油を容易に抜き出すことができるため、混入した異物を容易に除去することができる。

また、本発明のように花形様空間部８０として構成されるオイル溜め部６０を内部ロータ１に形成することにより、弁開閉時期制御装置１００が軽量化され、回転部材のイナーシャを低減することができるので、弁開閉時期をより適切に制御することができるうえ、エンジンの燃費向上に対しても効果がある。なお、花形様空間部８０は、その窪み部８１を流体圧室４０に近接させるように配置すれば、外部ロータ２と内部ロータ１との境界部分から滲み出た作動油の移動距離が短くなり、作動油が速やかに花形様空間部８０に入ることができるので好適である。

ところで、内部ロータ１と外部ロータ２との間には、上記で説明した摺動面Ｐに加えて、さらに後方側（カムシャフト側）にも回転軸に垂直な摺動面Ｑを有している。図２のように、回転軸方向の両側に２つの摺動面Ｐ，Ｑを有する内部ロータ１において、上記の摺動面に開口し且つ作動油のドレインに連通するオイル溜め部６０を、それぞれの側に設けることも可能である。これには次のような利点がある。

弁開閉時期制御装置１００は、内部ロータ１が外部ロータ２によって囲まれている。より詳細には、内部ロータ１は、フロントプレート２２およびリアプレート２３で挟まれた所謂サンドイッチ構成となっている。このような構成では、内部ロータ１が摺動面ＰまたはＱの一方の側に偏ることがある。そうすると、２つの摺動面Ｐ，Ｑの潤滑状態に差が生じ、これが異常摩耗等の原因となる。そこで、２つの摺動面Ｐ，Ｑの各側にそれぞれ開口したオイル溜め部６０を内部ロータ１の回転軸方向の両側に設けると、いずれの摺動面Ｐ，Ｑに対しても作動油を確実に供給することができるため両面での潤滑が維持され、内部ロータ１が偏摩耗等するのを防止することができる。

また、オイル溜め部６０に貫通穴６２を設け、作動油が各摺動面Ｐ，Ｑの間を移動可能にすれば、回転状態に応じた適切な量の作動油を、各摺動面Ｐ，Ｑに自動的に供給することができる。

〔別実施形態〕
＜１＞本発明では、内部ロータ１および外部ロータ２を、例えば金属粉の焼結によって製造する。焼結法を用いれば、内部ロータ１の両側に対称な形状のオイル溜め部６０を型成形によって容易に形成することできるので、製造コストの上昇を抑えることができる。

＜２＞図４および図５に示すように、弁開閉時期制御装置１００には、ベーン５の作動を補助するためのトーションバネ７０を設けることも可能である。このトーションバネ７０は、その一端がフロントプレート２２に固定され、他端が内部ロータ１に固定されている。この結果、トーションバネ７０は、ベーン５が進角側に進むように、内部ロータ１を図５の矢印Ｓ２方向に付勢している。また、このトーションバネ７０は、オイル溜め部６０の最内径部６３で略点接触により支持されている。図５では、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの６箇所の最内径部６３でトーションバネ７０が略点接触し、支持されている。

この最内径部６３による略点接触によって、トーションスプリング７０は内部ロータ１内において、径方向に適切に位置決めされる。また、このような略点接触により、トーションスプリング７０と内部ロータ１との接触面積が非常に小さくなることから、フリクションロスが大幅に低減され、常に適正なトルクを伝達することができる。これにより、トーションスプリング７０によるベーン５の作動補助が安定するので、正確且つ迅速なバルブタイミングの切換えを実現することが可能となる。

本発明の弁開閉時期制御装置の断面図遅角位置にある弁開閉時期制御装置の内部を示す正面図進角位置にある弁開閉時期制御装置の内部を示す正面図窪み部を有する花形様空間部として構成されるオイル溜め部を設けた内部ロータの斜視図ベーンの作動を補助するためのトーションバネを設けた内部ロータの正面図

符号の説明

１内部ロータ
２外部ロータ
４突部
５ベーン
１０遅角通路
１１進角通路
２０タイミングスプロケット
２２フロントプレート
２３リアプレート
４０流体圧室
４１ベーン溝
４２遅角室
４３進角室
１００弁開閉時期制御装置

Claims

クランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と同軸状に且つ前記駆動側回転部材と摺動可能に配置された、カムシャフトとともに回転する従動側回転部材と、
作動油により、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を調整する回転位相調整機構とを備え、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とによって回転軸に垂直な摺動面が形成され、前記摺動面に対して開口し且つ前記作動油のドレインに連通するオイル溜め部が、前記従動側回転部材に設けてある弁開閉時期制御装置。
前記摺動面は、前記従動側回転部材の回転軸方向の両側に配置された２つの摺動面であり、前記オイル溜め部は、前記２つの摺動面に対して開口している請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
前記オイル溜め部は、前記従動側回転部材を、その回転中心から半径方向に向けて、少なくとも一部を窪ませた形状に構成してある請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。