JP2008232010A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でベーンロータおよびハウジングの磨耗を低減し、ベーンロータの円滑な回転が図られるバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】ベーンロータ１４とプーリ１６との間には、進角油路６０に連通する第一油溜室７０が形成されている。また、ブッシュ２０が設けられたベーンロータ１４とキャップシール２４が設けられたハウジング部材１５との間には、第二油溜室８０が形成されている。これにより、作動油の流入にともなってキャップシール２４側の第二油溜室８０の圧力が高くなり、ベーンロータ１４がプーリ１６側へ押し付けられても、進角作動時に第一油溜室７０へ流入する作動油はベーンロータ１４を第二油溜室８０側へ押し返す。その結果、ベーンロータ１４とプーリ１６との間には所定のクリアランスが確保され、ベーンロータ１４およびプーリ１６の磨耗が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンの駆動軸であるクランクシャフトの駆動力を受けるハウジングと、ハウジング内に収容され従動軸であるカムシャフトにクランクシャフトの駆動力を伝達するベーンロータとを備えるバルブタイミング調整装置が知られている。このバルブタイミング調整装置では、ハウジングであるハウジング部材とプーリとの間にベーンロータが回転可能に収容されている。ハウジング部材、プーリおよびベーンロータは、作動油が供給される複数の遅角油圧室および進角油圧室を形成している。このバルブタイミング調整装置では、遅角油圧室および進角油圧室における作動油の圧力によりハウジングに対し遅角側または進角側へベーンロータを相対的に回転駆動している。これにより、バルブタイミング調整装置は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相、すなわちバルブタイミングを調整している（例えば、特許文献１参照）。

このようなバルブタイミング調整装置の場合、ベーンロータは例えばボルトなどの固定部材によってカムシャフトに固定される。ボルトなどの固定部材の端部は、ベーンロータおよびハウジングに取り付けられたキャップシールの内側に収容される。そのため、ベーンロータとハウジングに取り付けられたキャップシールとの間には空間が形成される。この空間には、例えばハウジングとベーンロータとの間を経由して作動油が流入する。作動油の流入にともなってこの空間の圧力が高くなると、ベーンロータはハウジングのプーリ側へ押し付けられる。ベーンロータがプーリに押し付けられた状態で回転すると、ベーンロータまたはプーリの少なくともいずれか一方には磨耗が生じるおそれがある。また、このとき、ベーンロータとプーリとの間に生じる摩擦抵抗によって、ベーンロータの円滑な回転が妨げられるおそれもある。

特開平１０−２１２９１０号公報

そこで、本発明の目的は、簡単な構造でベーンロータおよびハウジングの磨耗を低減し、ベーンロータの円滑な回転が図られるバルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、ベーンロータのキャップシールとは反対側の端部に進角油路または遅角油路の一方に連通する第一油溜部を備えている。また、ベーンロータのキャップシール側には、キャップシール、ハウジングおよびベーンロータから形成され、固定部材を収容する第二油溜部を備えている。これにより、作動油の流入にともなってキャップシール側の第二油溜部の圧力が高くなり、ベーンロータがハウジングに押し付けられても、第一油溜部に流入する作動油はベーンロータを第二油溜部側へ押し返す。その結果、キャップシール側の第二油溜部の圧力が上昇しても、ベーンロータとハウジングとの間には所定のクリアランスが確保される。したがって、簡単な構造でベーンロータおよびハウジングの磨耗を低減することができ、ベーンロータの円滑な回転を図ることができる。

請求項２記載の発明では、第一油溜部はベーンロータと同心の略円環状に形成されている。そのため、第一油溜部へ作動油が流入すると、ベーンロータはキャップシール側へ均一に押し付けられる。したがって、ベーンロータの回転がより円滑になるとともにベーンロータとハウジングとの間における局所的な磨耗を低減することができる。

請求項３記載の発明では、第二油溜部は進角油路または遅角油路に連通している。これにより、第二油溜部には積極的に作動油が供給される。例えば第二油溜部に第一油溜部とは逆位相の作動油を供給する、すなわち例えば第一油溜部へ進角時に作動油が供給されるとき第二油溜部へ遅角時に作動油を供給することにより、ベーンロータは定期的に軸方向へ移動する。これにより、ベーンロータとハウジングとは接触および離間を繰り返す。その結果、ベーンロータとハウジングとの局所的な接触が低減される。したがって、ベーンロータおよびハウジングの磨耗を低減することができる。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置をエンジンの吸気弁に適用した例を図１および図２に示す。
バルブタイミング調整装置１０は、内燃機関の駆動軸である図示しないクランクシャフトの駆動力を内燃機関の従動軸であるカムシャフト２へ伝達する駆動力伝達系に設置されている。バルブタイミング調整装置１０は、ハウジング１１、ベーンロータ１４、ブッシュ２０、ストッパピストン２１およびキャップシール２４などを備えている。

ハウジング１１は、ハウジング部材１５およびプーリ１６から構成されている。ハウジング部材１５は、底部を有する略円筒状に形成され、周壁部１２および底壁部１３を有している。
ハウジング部材１５の周壁部１２には、径方向内側へ突出する仕切部としてのシュー１２１、１２２、１２３、１２４が設けられている。シュー１２１、１２２、１２３、１２４は、それぞれハウジング１１の回転方向へ所定の間隔をあけて設けられている。シュー１２１、１２２、１２３、１２４の突出側の先端面は、ハウジング１１の軸方向から見て円弧状であり、ベーンロータ１４のボス部１４１の外周面に接する。回転方向において隣り合うシュー１２１、１２２、１２３、１２４の間には、それぞれ収容室５０が形成される。各収容室５０は、対応するシューの側面と周壁部１２の本体の内周面とで囲まれており、ハウジング１１の軸方向から見て扇状である。ハウジング部材１５の底壁部１３には、その内壁面１３１と外壁面１３２との間を貫通する貫通孔１７が形成されている。貫通孔１７は、外壁面１３２側よりも内壁面１３１側で大径となる略円筒孔状であり、この大径部分により軸受部１８が形成されている。

プーリ１６は、ハウジング部材１５に対して底壁部１３とは反対側において同軸にボルト固定されて、ハウジング１１の一端部を構成している。プーリ１６にはクランクシャフトから駆動力が伝達される。これにより、ハウジング１１は、クランクシャフトと連動して回転する。なお、ハウジング１１は、回転軸線Ｏを中心にして図２の時計方向へ回転する。

ベーンロータ１４は、ハウジング１１の内部に収容されている。ベーンロータ１４は、軸部としてのボス部１４１と、ベーン部としてのベーン１４２、１４３、１４４、１４５とを有している。ブッシュ２０は、底部を有する略円筒状に形成され、周壁部２０１および底壁部２０２を有している。
ボス部１４１およびブッシュ２０は、カムシャフト２と同軸に配置されている。ボス部１４１には、底壁部１３側へ向かって開口する有底の略円筒孔状の嵌合孔２９が形成されている。嵌合孔２９には、ブッシュ２０が嵌合している。ブッシュ２０およびボス部１４１を有するベーンロータ１４は、固定部材としてのボルト３０によってカムシャフト２に固定されている。ボルト３０の頭部３１は、カムシャフト２との間にベーンロータ１４およびブッシュ２０を挟持している。ボルト３０によってカムシャフト２に固定されたベーンロータ１４およびブッシュ２０は、カムシャフト２と連動して、ハウジング１１に対して相対的に回転可能である。ここで図２に示す矢印Ｘは、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の進角側への相対的な回転方向（以下、進角方向という）を表している。また、矢印Ｙは、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の遅角側への相対的な回転方向（以下、遅角方向という）を表している。
なお、本実施形態においてブッシュ２０の嵌合孔２９とは反対側は、軸受部１８に対して同軸且つ相対的に回転可能に嵌合している。

ベーン１４２、１４３、１４４、１４５はボス部１４１から径方向外側へ突出し、ボス部１４１の回転方向にそれぞれ所定の間隔をあけて並んでいる。ベーン１４２、１４３、１４４、１４５の突出側の先端面は、ボス部１４１の軸方向から見て円弧状に形成されており、周壁部１２の本体の内周壁面に接する。各ベーン１４２、１４３、１４４、１４５は、それぞれ対応する収容室５０内に収容されている。ベーン１４２、１４３、１４４、１４５が対応する収容室５０を仕切ることによって、ベーンロータ１４の回転方向の両側に進角油圧室と遅角油圧室とが形成されている。つまり、シュー１２４とベーン１４２との間に進角油圧室５５、シュー１２１とベーン１４３との間に進角油圧室５６、シュー１２２とベーン１４４との間に進角油圧室５７、シュー１２３とベーン１４５との間に進角油圧室５８が形成されている。また、シュー１２１とベーン１４２との間に遅角油圧室５１、シュー１２２とベーン１４３との間に遅角油圧室５２、シュー１２３とベーン１４４との間に遅角油圧室５３、シュー１２４とベーン１４５との間に遅角油圧室５４が形成されている。

図示しないオイルポンプから進角油路６０を通じて各進角油圧室５５、５６、５７、５８へ作動油が供給されると、その作動油の圧力によりベーンロータ１４がハウジング１１に対して進角方向へ相対的に回転駆動される。以下、これを進角作動という。一方、オイルポンプから遅角油路６１を経由して各遅角油圧室５１、５２、５３、５４へ作動油が供給されると、その作動油の圧力によりベーンロータ１４がハウジング１１に対して遅角方向へ相対回転駆動される。以下、これを遅角作動という。このように、バルブタイミング調整装置１０は、ハウジング１１とベーンロータ１４とを相対的に回転させることによってクランクシャフトに対するカムシャフト２の位相を変化させる。これにより、吸気弁のバルブタイミングが調整される。

ストッパピストン２１は、ベーン１４２に軸平行に収容されている。ストッパピストン２１は、圧縮コイルばね２２の復元力を受けてハウジング部材１５の嵌合リング２３に嵌合することによって、ベーンロータ１４をハウジング１１に対して最遅角位置に拘束する。一方、ストッパピストン２１は、オイルポンプから供給される作動油の圧力を受けて嵌合リング２３から離脱する位置へ変位することにより、ベーンロータ１４のハウジング１１に対する相対的な回転を許容する。

キャップシール２４は、底部を有する略円筒状に形成され、周壁部２５および底壁部２６を有している。ハウジング部材１５の底壁部１３を貫く貫通孔１７は、ブッシュ２０およびボルト３０に対応してハウジング部材１５の中心部に形成されている。キャップシール２４は、ハウジング部材１５の底壁部１３の小径部分１９にねじ止めされている。キャップシール２４の底壁部２６の凹部２７とハウジング部材１５の底壁部１３の外壁面１３２との間にはＯリング２８が挟持されている。これにより、ハウジング１１は、液密に密閉される。

次に、本発明の要部である第一油溜部としての第一油溜室７０および第二油溜部としての第二油溜室８０について説明する。
図１および図２に示すように、ベーンロータ１４のプーリ側の端部には、ベーンロータ１４と同心の略円環状の溝７１が形成されている。この溝７１とプーリ１６のベーンロータ１４側の端面とに囲まれることによって第一油溜室７０が形成されている。すなわち、第一油溜室７０は、ベーンロータ１４とプーリ１６との間に形成されている。第一油溜室７０には、進角油路６０が連通している。

図１に示すように、第二油溜室８０は、ブッシュ２０が設けられたベーンロータ１４と、キャップシール２４が設けられたハウジング部材１５との間に形成されている。第二油溜室８０は、ブッシュ２０の周壁部２０１、底壁部２０２、キャップシール２４の周壁部２５、底壁部２６に囲まれている。また、第二油溜室８０は、内部にボルト３０の端部、すなわち頭部３１を収容している。第二油溜室８０は、途中に複数の油路を経由して遅角油路６２に連通している。以下にこの複数の油路について説明する。

カムシャフト２は、内径がボルト３０の外径よりも大きい。そのため、ボルト３０の外周側には、カムシャフト２の内壁との間に略円環状の遅角油路６３が形成される。遅角油路６３は、遅角油路６２に連通している。ベーンロータ１４も、内径がボルト３０の外径よりも大きい。そのため、ボルト３０の外周側には、ベーンロータ１４の内壁との間に略円環状の遅角油路６４が形成される。遅角油路６４は、遅角油路６３に連通している。ブッシュ２０も、内径がボルト３０の外径よりも大きい。そのため、ボルト３０の外周側には、ブッシュ２０の内壁との間に略円環状の遅角油路６５が形成される。遅角油路６５は、遅角油路６４に連通している。

また、ブッシュ２０の底壁部２０２の端面２０３には、ブッシュ２０の中心から径方向へ周壁部２０１まで伸びる溝２０４が形成されている。ボルト３０によってブッシュ２０およびベーンロータ１４をカムシャフト２に固定したとき、ボルト３０の頭部３１は、ブッシュ２０の端面２０３に接する。このとき、頭部３１と溝２０４との間には遅角油路６６が形成される。ブッシュ２０の周壁部２０１の内径は、頭部３１の外径よりも大きい。そのため、頭部３１と溝２０４との間に形成される遅角油路６６は、第二油溜室８０に連通する。また、遅角油路６６は、遅角油路６５に連通している。このように、遅角油路６２は、複数の油路、すなわち遅角油路６３、６４、６５、６６を経由して第二油溜室８０に連通している。

次に、本実施形態の作動について説明する。
第二油溜室８０には、例えばハウジング部材１５とベーンロータ１４との間を経由して作動油が流入する。作動油の流入にともなって第二油溜室８０の圧力が高くなると、ベーンロータ１４はプーリ１６側へ押し付けられる。

バルブタイミング調整装置１０が進角作動を行うとき、作動油が進角油路６０から第一油溜室７０へ流入し、第一油溜室７０の圧力が高くなる。ベーンロータ１４とプーリ１６との間に形成された第一油溜室７０の圧力が高くなると、ベーンロータ１４はハウジング部材１５の底壁部１３側へ押し戻される。ベーンロータ１４が底壁部１３側へ押し戻されると、ベーンロータ１４とプーリ１６との間には所定のクリアランスが形成される。これにより、収容室５０内の作動油がこのクリアランスへ流入する。そのため、ベーンロータ１４とプーリ１６との間は、作動油によって潤滑が保持された状態となる。

一方、バルブタイミング調整装置１０が遅角作動を行うとき、作動油が遅角油路６２から遅角油路６３、６４、６５、６６を経由して第二油溜室８０へ流入し、第二油溜室８０の圧力が高くなる。ベーンロータ１４とハウジング部材１５との間に形成された第二油溜室８０の圧力が高くなると、ベーンロータ１４はプーリ１６側へ押し付けられる。ベーンロータ１４がプーリ１６側へ押し付けられると、ベーンロータ１４とハウジング部材１５の底壁部１３との間には所定のクリアランスが形成される。これにより、収容室５０内の作動油がこのクリアランスへ流入する。そのため、ベーンロータ１４とハウジング部材１５の底壁部１３との間は、作動油によって潤滑が保持された状態となる。

バルブタイミング調整装置１０は、バルブタイミングを調整するために進角作動と遅角作動とを繰り返す。バルブタイミング調整装置１０が進角作動と遅角作動とを繰り返すことによって、ベーンロータ１４はハウジング部材１５の底壁部１３側またはプーリ１６側のいずれか一方へ押し続けられることがない。そのため、ベーンロータ１４のプーリ１６側および底壁部１３側は作動油により常に潤滑が保持された状態となる。したがって、本実施形態では、簡単な構造でベーンロータ１４、ハウジング部材１５およびプーリ１６の磨耗を低減し、ベーンロータ１４の円滑な回転を図ることができる。

本実施形態の場合、第一油溜室７０は、ベーンロータ１４とプーリ１６との間にベーンロータ１４と同心の略円環状に形成されている。そのため、バルブタイミング調整装置１０の進角作動時、第一油溜室７０へ流入した作動油によって第一油溜室７０の圧力が上昇すると、ベーンロータ１４はハウジング部材１５の底壁部１３側へ均一に押し付けられる。したがって、ベーンロータ１４の回転がより円滑になるとともにベーンロータ１４と底壁部１３との間における局所的な磨耗を低減することができる。

本実施形態では、第一油溜室７０は、ベーンロータ１４にベーンロータ１４と同心の略円環状に形成された溝７１とプーリ１６の端面とに囲まれることによって形成されている。しかし、第一油溜室７０は、プーリ１６にベーンロータ１４と同心の略円環状の溝を形成し、この溝とベーンロータ１４の端面とに囲まれることによって形成されてもよい。また、ベーンロータ１４およびプーリ１６のそれぞれにベーンロータ１４と同心の略円環状の溝を形成し、これら２つの溝に囲まれることによって第一油溜室７０を形成してもよい。
また、本実施形態では、第一油溜室７０は略円環状に形成されている。しかし、第一油溜室７０は、進角油路または遅角油路に連通していればどのような形状に形成されていてもよい。つまり、第一油溜室７０は、断面が例えば多角形、円形または楕円形に形成されていてもよく、単数もしくは複数で形成されていてもよい。

本実施形態では、第一油溜室７０には進角油路が連通し、第二油溜室８０には遅角油路が連通している。しかし、進角油路と遅角油路とを入れ替え、第一油溜室７０に遅角油路、第二油溜室８０に進角油路を連通する構成としてもよい。
さらに、本実施形態では、ハウジング１１がクランクシャフトに連動して回転し、ベーンロータ１４がカムシャフト２と連動して回転するバルブタイミング調整装置に本発明を適用する例を示した。これに対して、ベーンロータ１４がクランクシャフトに連動して回転し、ハウジング１１がカムシャフト２と連動して回転するバルブタイミング調整装置に本発明を適用してもよい。

加えて、本実施形態では、吸気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置に本発明を適用する例を示した。これに対して、排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、吸気弁および排気弁のバルブタイミングを調整する装置に本発明を適用してもよい。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図。 図１をＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図であって、ボルトを取り外した状態を示す図。

符号の説明

２：カムシャフト（従動軸）、１０：バルブタイミング調整装置、１４：ベーンロータ、１５：ハウジング部材（ハウジング）、１６：プーリ（ハウジング）、２４：キャップシール、３０：ボルト（固定部材）、５１、５２、５３、５４：遅角油圧室、５５、５６、５７、５８：進角油圧室、６０：進角油路、６１、６２、６３、６４、６５、６６：遅角油路、７０：第一油溜室、８０：第二油溜室

Claims (3)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁または排気弁の少なくともいずれか一方を開閉駆動する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記吸気弁または前記排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、
   前記駆動軸または前記従動軸の一方と回転するハウジングと、
   前記ハウジングに収容され、前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに前記ハウジングと相対的に回転可能であって、前記ハウジングとの間に周方向へ複数の進角油圧室および遅角油圧室を形成するベーンロータと、
   前記駆動軸または前記従動軸の軸方向の端部から前記ベーンロータを貫いて設けられ、前記ベーンロータを前記駆動軸または前記従動軸に固定する固定部材と、
   前記ハウジングおよび前記ベーンロータに収容されている前記固定部材の前記駆動軸または前記従動軸とは反対側の端部を液密に覆うキャップシールと、
   前記ベーンロータの前記キャップシールとは反対側の端部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記進角油圧室に油圧を供給する進角油路または前記遅角油圧室に油圧を供給する遅角油路の少なくとも一方に連通する第一油溜部と、
   前記ハウジング、前記ベーンロータおよび前記キャップシールから形成され、前記固定部材の端部を収容する第二油溜部と、
   を備えるバルブタイミング調整装置。
2. 前記第一油溜部は、前記ベーンロータと同心の略円環状に形成されている請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記第二油溜部は、前記進角油路または前記遅角油路に連通する請求項１記載のバルブタイミング調整装置。

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