JP2005344586A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングの内面の加工精度を低くしても、高いシール性を確保することができるバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】 カムシャフト１７に回転を伝達する回転伝達部材２２とともに回転するハウジングＨと、このハウジングＨ内に設けられ、ハウジングＨに対して相対回動可能なベーン４４を有し、カムシャフトと一体的に回動するベーンロータ４０とを備え、ハウジングＨとベーンロータ４０のベーン４４とにより形成される油圧室に供給される作動油の圧力に応じてカムシャフト１７を進角側または遅角側に制御するバルブタイミング調整装置において、ベーンロータ４０の外周面および両端面に弾力性を有するシール部材８０が設けられ、このシール部材８０がハウジングＨの内面に押し付けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの運転条件に応じて吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング調整装置に関する。

バルブタイミング調整装置は、カムシャフトとクランクシャフトとの回転運動の位相を変えることにより、カムに同調する吸気弁等の開閉タイミングを調節している。このバルブタイミング調整装置においては、カムシャフトに複数のベーンが放射状に設けられたベーンロータが固定されており、このベーンロータがクランクシャフトに同期して回転するハウジングに対して所定の角度だけ回動可能に設けられている。ベーンロータとハウジングとにより形成される進角油圧室および遅角油圧室にベーンロータの内部から圧油が供給される。この進角油圧室および遅角油圧室の油圧を変化させることにより、ベーンのハウジング内における相対位置が制御され、吸気弁等の開閉タイミングが調節される。

このようなバルブタイミング調整装置では、ベーンロータとハウジングとより画成される進角油圧室および遅角油圧室を液密に保持するために、ベーンロータとハウジングとの間をシールする必要がある。
従来、このベーンロータとハウジングとの間のシールは、ベーンロータの外周面側においては、アペックスシールと呼ばれる剛性を有するシール部材によりシールされ、ベーンロータの端面側においては、機械的な隙間を極力小さくすることによりシールされている。

しかしながら、アペックスシールような剛性を有するシール部材をハウジングの内面に押し付けて高いシール性を確保するためには、ハウジングの内面に凹凸がないように高精度に機械加工する必要があり、加工コストが高くなるという問題がある。また、ベーンロータの端面とハウジングとの間の隙間を極力小さくしてシールする場合には、油漏れを極力低減するために、高精度な機械加工が要求され、加工コストが高くなる。

そこで、ベーンロータの端面とハウジングとの間にシール薄板を設け、このシール薄板を油圧でベーンロータの端面に押し付けてシールし、これにより油圧室からの油漏れを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ハウジングの内面にＳｎメッキ等の軟質の皮膜を設け、機械加工により生じる凹凸を均一化し、これによりシール性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、ベーンロータの端面に塑性変形可能な凸部等からなるシール部材を設け、このシール部材をハウジングに当接させて、ベーンロータの端面とハウジングとの間をシールし、これにより各部材の加工精度を低くし、コストダウンを図る技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−６２５２４号公報 特開平１１−８１９２５号公報 特開２０００−２４０４１４号公報

しかしながら、上述の従来の技術はいずれも、ベーンロータの外周側においては、依然としてアペックスシール等の剛性を有するシール部材によりシールしているので、シール性を高めるためには、ハウジング内周面の凹凸を極力小さくするように高精度に機械加工する必要があり、加工コストが高い。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ハウジングの内面の加工精度を低くしても、高いシール性を確保することができるバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のバルブタイミング調整装置は、カムシャフトに回転を伝達する回転伝達部材とともに回転するハウジングと、このハウジング内に設けられ、該ハウジングに対して相対回動可能なベーンを有し、前記カムシャフトと一体的に回動するベーンロータとを備え、前記ハウジングと前記ベーンロータの前記ベーンとにより形成される油圧室に供給される作動油の圧力に応じて前記カムシャフトを進角側または遅角側に制御するバルブタイミング調整装置において、前記ベーンロータの外周面および両端面に弾力性を有するシール部材が設けられ、このシール部材が前記ハウジングの内面に押し付けられていることを特徴とする。

シール部材としては、例えば、ゴム等からなるものなどが用いられる。シール部材は、低摩擦材および／または低摩擦形状からなることが好ましい。
シール部材は、例えば、ベーンロータの外周面および両端面に溝が設けられ、この溝にベーンロータの外周面および両端面から一部が突出するように装着される。また、シール部材は、例えば、ベーンロータにシール部材を焼付けることにより設けられる。
シール部材は、一体的に設けられていても、分割されて設けられていても良い。さらは、シール部材は、ベーンロータの外周面と端面との間の隅の部分には設けられておらずにあいていても良い。

上記構成のバルブタイミング調整装置によれば、ベーンロータの外周面および両端面に設けられた弾力性を有するシール部材が、ハウジングの内面に押し付けられているので、機械加工により生じるハウジングの内面の凹凸をシール部材が埋めるため、ハウジングの内面の加工精度を低くしても、ベーンロータの外周面側および両端面側において、高いシール性を確保することができる。したがって、ハウジングの加工のコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、エンジンのバルブの開閉機構を示す図である。
バルブ（吸気弁または排気弁）１０は、シリンダヘッド１４に対し矢印Ａ方向に進退可能であり、一方の端部１０ａがラッパ状に広がり、ばね１１の付勢力により通路（吸気通路または排気通路）１２を塞ぐようになっている。バルブ１０の他端部１０ｂには、ロッカアーム１６のバルブ側端部１６ａが当接している。ロッカアーム１６は、ロッカシャフト１５を支点に回動可能である（図中、矢印Ｂで示す。）。ロッカアーム１６のカム側端部１６ｂにはカム１８が当接している。カム１８はカムシャフト１７と一体的に一定方向（図中、矢印Ｃ方向（時計回り））に回転する。

カムシャフト１７の回転時において、カム１８の突部１８ａがロッカアーム１６のカム側端部１６ｂに当接すると、ロッカアーム１６が反時計回りに回動し、ロッカアーム１６のバルブ側端部１６ａによってバルブ１０が押圧され、通路１２が開く。ロッカアーム１６のカム側端部１６ｂがカム１８の円周部１８ｂに当接しているときは、バルブ１０は閉じている。したがって、カムシャフト１７の回転により一定の周期でバルブ１０は開閉する。バルブ１０の開閉タイミングの調整には、カム１８の突部１８ａの位置を変えればよく、後述するバルブタイミング調整装置により行なわれる。

次に、本発明の実施の形態に係るバルブタイミング調整装置について説明する。
図２は、本実施の形態に係るバルブタイミング調整装置を示す縦断面図であり、図３は、図２のバルブタイミング調整装置を、一部を破断して示すカバー側から見た図であり、図４は、ベーンロータおよびシール部材を示す斜視図である。図３の一部を拡大して示す図であり、図５は、図２のバルブタイミング調整装置を油路と共に示す縦断面図であり、図６（ａ）は、図５のI−I線に沿う部分断面図であり、図６（ｂ）は、図５のII−II線に沿う部分断面図である。

バルブタイミング調整装置２０は、金属からなるスプロケット（回転伝達部材）２２を備えている。このスプロケット２２は、クランクシャフト（図示せず）から駆動力を伝達され、クランクシャフトと同期して回転し、カムシャフト１７を駆動回転する。スプロケット２２は、同軸の円筒状のボス部２４および歯部２６と、これらのボス部２４と歯部２６とを連結する円盤状の連結部２８とを備えている。ボス部２４には、カムシャフト１７が回転可能に嵌入されている。

連結部２８の一方の側面２８ａには、アルミニウム合金等の金属からなる概略十字形のケース３０の一方の端面３０ａが当接されている。ケース３０の他方の端面３０ｂには、アルミニウム合金等の金属からなる概略十字形のカバー３２が当接されている。ケース３０は、４本のボルト３４により、カバー３２とともにスプロケット２２の連結部２８に固定されている。プロケット２２がケース３０と当接する内面２８ａの部分、およびカバー３２がケース３０と当接する内面３２ａの部分にはそれぞれ、シール部材３６、３８が設けられ、ケース３０から外部への油洩れを防止している。カバー３２の中央部の貫通孔には、プラグ３３が液密に取り付けられている。なお、ケース３０とカバー３２とを一体に形成するようにしてもよい。

スプロケット２２、ケース３０およびカバー３２により構成されるハウジングＨ内には、アルミニウム合金等の金属からなるベーンロータ４０が収容されている。このベーンロータ４０は、円筒状の支持部４２と、この支持部４２に一体に形成され、支持部４２から径方向外側にほぼ等角度間隔で放射状に延びる４つのベーン４４とを備えている。ベーン４４の端面と支持部４２の端面とは面一になっている。支持部４２の内側には、スプロケット２２側からカムシャフト１７が挿入されるとともに、カバー３２側から六角穴付ボルト４６が挿入され、六角穴付ボルト４６により支持部４２がカムシャフト１７に固定されており、これによりベーンロータ４０がカムシャフト１７と一体的に回動および回転する。

ケース３０には、４つのベーン収容室５０が形成されており、各ベーン収容室５０にはそれぞれ、ベーン４４が収容されている。ベーン４４は、油圧によって、ベーン収容室５０に対する相対位置を図３の矢印Ｄで示す範囲で適宜回動させることができる。ケース３０のベーン収容室５０には、ベーン４４によって仕切られて、進角油圧室５２および遅角油圧室５４が形成されている。

一方、ベーンロータ４０には、支持部４２の内周面６２とベーン４４の両側面７２とをそれぞれ連通し、外部から進角油圧室５２、遅角油圧室５４に圧油（作動油）を供給するための油路５６、５８が設けられている。油路５６は、六角穴付ボルト４６の中心部に軸線方向に貫通する貫通孔４６ａ、およびカムシャフト１７の中心部に軸線方向に延びる第１の油路１７ａを経て、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５９に通じている（図５および図６において、実線の矢印で示す。）。また、油路５８は、カムシャフト１７の第１の油路１７ａの外側に形成された２つの第２の油路１７ｂを経て、オイルコントロールバルブ５９に通じている（図５および図６において、破線の矢印で示す。）。

進角油圧室５２および遅角油圧室５４の油圧はオイルコントロールバルブ５９により適宜調節される。このオイルコントロールバルブ５９は、図示しないエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の指令により作動する。

ベーンロータ４０には、ＡＣＭ（アクリルゴム）等のゴムなどの弾力性を有する材料からなるシール部材８０が設けられている。このシール部材８０は、一体的に形成されたものであって、ベーンロータ４０の支持部４２の両端面６４にそれぞれ環状に設けられた環状部８２と、支持部４２の端面６４からベーン４４の端面７４に渡って設けられ、各環状部８２からベーン４４の円弧状の外周面（ベーンロータの外周面）７６まで放射状に延びるベーン直線部８４と、ベーン４４の外周面７６にベーンロータ４０の軸線に沿って設けられ、両ベーン直線部８４を連結しているベーン円弧部８６と、支持部４２の端面６４に各環状部８２から支持部４２の円弧状の外周面（ベーンロータの外周面）６６まで放射状に設けられた直線部８８と、支持部４２の外周面６６にベーンロータ４０の軸線に沿って設けられ両直線部８８を連結している円弧部８９とを備えている。したがって、シール部材８０は、ベーンロータ４０の両端面の２つの環状部８２が、両ベーン直線部８４とベーン円弧部８６とから構成される４つの門形の部分と、両直線部８８と円弧部８９とから構成される４つの小さい門形の部分とにより連結された構造になっている。シール部材８０は、ベーンロータ４０の表面からシール部材８０の一部が突出するようにして、ベーンロータ４０に設けられた溝９０内に装着されている。シール部材８０は、摩擦抵抗を少なくするために、低摩擦材および／または低摩擦形状からなることが好ましい。

シール部材８０の形状としては、例えば図７に示すように、先端部が円弧状に形成されているものが好ましい。図７（ａ）のシール部材８０は、断面形状が指形のもの、すなわち、断面形状が四角形の溝９０内は四角形の断面形状で、ベーンロータ４０の表面から突出している部分が半円形の断面形状のものを示している。また、図７（ｂ）のシール部材８０は、段差を有するのもの、すなわち、溝９０内は四角形の断面形状で、ベーンロータ４０の表面から突出している部分はその幅が溝９０の部分の幅よりも小さくかつ先端部が半円形の断面形状のものを示している。また、図７（ｃ）のシール部材８０は、図７（ｂ）のものにおいて、溝９０内の四角形の断面形状の部分の高さが溝９０の深さよりも少し小さくて、ベーンロータ４０の表面から溝９０内に少し入っているものを示している。また、図７（ｄ）のシール部材８０は、断面形状が指形のもの、すなわち、溝９０内の四角形の断面形状の部分はそのままベーンロータ４０の表面から少し突出し、さらにその先の先端部が半円形に丸められているものを示している。これらの各シール部材８０の半円状（円弧状）の先端部に、低摩擦材からなるコーティングを施すようにしてもよい。このようなコーティング材としては、例えば、フッ素樹脂等を用いることができる。

シール部材８０の一方側の環状部８２、ベーン直線部８４および直線部８８のベーンロータ４０の端面から突出している部分は、スプロケット２２の連結部２８の内面２８ａに押し付けられている。また、シール部材８０の他方側の環状部８２、ベーン直線部８４および直線部８８のベーンロータ４０の端面から突出している部分は、カバー３２の内面３２ａに押し付けられている。また、シール部材８０のベーン円弧部８６のベーン４４の外周面７６から突出している部分は、ケース３０の内面３０ｃに押し付けられている。また、シール部材８０の円弧部８９の支持部４２の外周面６６から突出している部分は、ケース３０の内面３０ｃに押し付けられている。

このように構成されたバルブタイミング調整装置においては、オイルコントロールバルブ５９から進角油圧室５２に圧油が供給されると、ベーン４４が押圧されてスプロケット２２に対し時計回りに回動し、これに伴いカムシャフト１７が時計回りに回動する。これにより、カム１８の突部１８ａの位置が時計回りに（進角側に）進み、バルブ１０の開閉のタイミングが早くなる（図１参照）。反対に、オイルコントロールバルブ５９から遅角油圧室５４に圧油が供給されると、ベーン４４が押圧されてスプロケット２２に対し反時計回りに回動し、これに伴いカム１８の突部１８ａの位置が反時計回り（遅角側に）に進み、これによりバルブ１０の開閉のタイミングが遅くなる。このようにカムシャフトとクランクシャフトとの位相を変化させることにより、バルブの開閉タイミングが調整される。

このバルブタイミング調整装置にあっては、ベーンロータ４０に取り付けられたシール部材８０が、スプロケット２２の連結部２８の内面２８ａ、カバー３２の内面３２ａおよびケース３０の内面３０ｃに押し付けられているので、機械加工により生じるこれらの部材の内面の凹凸をシール部材８０が埋めるため、これらの部材の内面の加工精度を低くしても、ベーンロータ４０のベーン４４の外周面７６、支持部４２の外周面６６、外周面側およびベーンロータ４０の両端面のいずれにおいても、高いシール性を確保することができ、したがってハウジングＨを構成するこれらの部品の加工コストを低減することができる。

なお、上述の実施の形態では、ベーンロータ４０に溝９０を設け、この溝９０にシール部材８０を装着するようにしたが、これに代えて、ベーンロータ４０に焼付け等によりシール部材を設けるようにしてもよい。
また、上述の実施の形態では、環状部８２、ベーン直線部８４、直線部８８、ベーン円弧部８６およびの円弧部８９を一体的に形成したシール部材８０を用いたが、シール部材を分割してベーンロータ４０に設けるようにしてもよい。また、ベーンロータ４０のベーン４４の外周面７６や支持部４２の外周面６６とベーンロータ４０の端面との間の隅の部分には、シール部材を設けずに、あいていても良い。
また、上述の実施の形態では、ベーン４２が４個のベーンロータ４０について説明したが、ベーンロータの構造は種々変更可能であり、ベーンの数が例えば３個のものなどでもよい。

エンジンのバルブの開閉機構を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバルブタイミング調整装置を示す縦断面図である。 図２のバルブタイミング調整装置を、一部を破断して示すカバー側から見た図である。 ベーンロータおよびシール部材を示す斜視図である。 図２のバルブタイミング調整装置を油路と共に示す縦断面図である。 （ａ）は図５のI−I線に沿う部分断面図であり、（ｂ）は図５のII−II線に沿う部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、シール部材の形状の例を示す断面図である。

符号の説明

１７ カムシャフト
２０ バルブタイミング調整装置
２２ スプロケット（回転伝達部材）
Ｈ ハウジング
４０ ベーンロータ
４２ 支持部
４４ ベーン
６６ 支持部の外周面（ベーンロータの外周面）
７６ ベーンの外周面（ベーンロータの外周面）
８０ シール部材

Claims (1)

1. カムシャフトに回転を伝達する回転伝達部材とともに回転するハウジングと、このハウジング内に設けられ、該ハウジングに対して相対回動可能なベーンを有し、前記カムシャフトと一体的に回動するベーンロータとを備え、前記ハウジングと前記ベーンロータの前記ベーンとにより形成される油圧室に供給される作動油の圧力に応じて前記カムシャフトを進角側または遅角側に制御するバルブタイミング調整装置において、
   前記ベーンロータの外周面および両端面に弾力性を有するシール部材が設けられ、このシール部材が前記ハウジングの内面に押し付けられていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。

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