JP2008275093A - Seal structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば内燃機関の油圧駆動式のバルブタイミング変更装置のような2つの流体圧室の流体圧に応じて作動する流体圧機器のシール構造に関する。 The present invention relates to a seal structure for a fluid pressure device that operates according to the fluid pressure of two fluid pressure chambers, such as a hydraulically driven valve timing changing device for an internal combustion engine.
特許文献1や特許文献2に記載されているように、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変化させるバルブタイミング変更装置は、2本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体としての作動油が供給される2つの流体圧室の流体圧に応じて、同心状に配置された回転体とその外側の外側回転体との相対回転位置を変化させることで、バルブタイミングを変化させるようになっている。
As described in
上記回転体は、例えば内燃機関のフロントカバーに一体的に形成される略円柱状の軸体(スパイダとも呼ぶ)の外周に同心状に配置され、2本の流体圧通路のそれぞれが、軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路を経て回転体の内部通路へと連なるものとなっている。軸体と回転体の間には、上記2本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装される。このシールリングは、上記軸体の外周面に凹設されたリング溝に装着されている。
内燃機関の運転中、回転体(又は外側回転体)にはカムシャフト側より燃焼圧やバルブスプリング反力等に起因する交番荷重が作用するために、2つの流体圧室やその流体圧通路内の圧力が交番荷重の影響を受けて交番的に変動することになる。このため、特に2本の流体圧通路の環状通路の間に配置されるシールリングでは、2つの環状通路から交番的に作用する圧力の影響によって、リング溝内を軸方向に移動してリング溝の側面に衝突することが繰り返されることになり、その衝突音(打音,異音)の発生や、衝突によるシールリングの摩耗が懸念される。 During the operation of the internal combustion engine, an alternating load caused by combustion pressure, valve spring reaction force, etc. acts on the rotating body (or outer rotating body) from the camshaft side. The pressure of the cylinder fluctuates alternately under the influence of the alternating load. For this reason, in particular, in a seal ring disposed between the annular passages of the two fluid pressure passages, the ring groove moves axially in the ring groove due to the influence of pressure acting alternately from the two annular passages. Collision with the side surface of the tire will be repeated, and there are concerns about the occurrence of collision noise (sounding noise, abnormal noise) and wear of the seal ring due to the collision.
このようなシールリングのリング溝内での軸方向の移動を防止するために、シールリングとリング溝との隙間を小さなものとすると、リング溝が形成される軸体とシールリングとの熱膨張差による隙間の変動を許容・吸収することができず、シールリング等の材料選択の自由度が小さくなる。 In order to prevent such a movement of the seal ring in the ring groove in the axial direction, if the clearance between the seal ring and the ring groove is made small, the thermal expansion between the shaft body in which the ring groove is formed and the seal ring is performed. Variations in the gap due to the difference cannot be allowed or absorbed, and the degree of freedom in selecting a material such as a seal ring is reduced.
また、上記の特許文献1では、2本の流体圧通路の環状通路の間に2本のシールリングを中間室を挟んで設けており、この場合、シールリングとリング溝との衝突の防止には効果があるものの、未だ十分とはいえず、また、部品点数の増加による構造の複雑化やコストの増加といった問題があり、更なる改善が望まれていた。
Further, in the above-mentioned
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シールリングのリング溝の側面への衝突を有効に防止し得る新規なシール構造を提供することを主たる目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide a novel seal structure capable of effectively preventing collision of the seal ring with the side surface of the ring groove.
本発明のシール構造は、2本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体が供給される2つの流体圧室の流体圧に応じて作動する流体圧機器に適用される。このような流体圧機器として特に好ましくは、2本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体が供給される2つの流体圧室の流体圧に応じて、同心状に配置された回転体とその外側の外側回転体との相対回転位置を変化させることで、内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関のバルブタイミング変更装置である。 The seal structure of the present invention is applied to a fluid pressure device that operates according to the fluid pressures of two fluid pressure chambers to which a working fluid is supplied by two fluid pressure passages, respectively. Particularly preferred as such a fluid pressure device, the rotating body concentrically arranged in accordance with the fluid pressures of the two fluid pressure chambers to which the working fluid is supplied respectively by the two fluid pressure passages, and the outside of the outer side thereof This is a valve timing changing device for an internal combustion engine that changes the valve timing of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine by changing a relative rotational position with the rotating body.
上記回転体は略円柱状の軸体の外周に同心状に配置され、上記2本の流体圧通路のそれぞれが、上記軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路へと連なるものである。上記軸体と回転体の間に上記2本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装されるとともに、上記軸体の外周面又は回転体の内周面に、断面略矩形に窪んだリング溝が形成されている。そして、上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の溝側部の軸方向寸法が、反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定されている。つまり、上記溝側部のリング溝寄りの両コーナー部に、上記リング溝の断面略L字状をなす開口周縁部の形状に対応して、断面略L字状に窪んだダンピング部がそれぞれ形成されており、これらのダンピング部によって、溝側部が反溝側部に比して軸方向に薄肉化されたものとなっている。 The rotating body is arranged concentrically on the outer periphery of a substantially cylindrical shaft body, and each of the two fluid pressure passages is an annular shape formed between the shaft body and the rotating body from the internal passage of the shaft body. It leads to the passage. A seal ring that divides the annular passage of the two fluid pressure passages is interposed between the shaft body and the rotating body, and is recessed in a substantially rectangular cross section on the outer peripheral surface of the shaft body or the inner peripheral surface of the rotating body. A ring groove is formed. In the seal ring, the axial dimension of the groove side on the ring groove side entering the ring groove is set shorter than the axial dimension of the anti-groove side part on the anti-ring groove side. In other words, at both corners near the ring groove on the groove side portion, damping portions recessed in a substantially L-shaped cross section are formed corresponding to the shape of the peripheral edge of the ring groove having a substantially L-shaped cross section. These damping portions make the groove side portion thinner in the axial direction than the anti-groove side portion.
本発明によれば、シールリングの中でリング溝へ入り込むリング溝寄りの溝側部の軸方向寸法を、リング溝に入り込んでいない反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定しているために、上記溝側部の側面とリング溝の側面との間、つまりダンピング部とリング溝との間に、所定容積の流体溜まり部を形成することができる。従って、シールリングが一方の環状通路からの圧力により軸方向へ移動しようとする場合に、流体溜まり部内に実質的に封入される作動流体の流体圧が環状通路側からの圧力に対抗する、いわゆるダンピング効果が得られることとなり、シールリングとリング溝との衝突を有効に回避することができる。しかも、溝側部の軸方向寸法をリング溝の軸方向寸法よりも十分に小さく設定することができ、シールリングとリング溝との熱膨張差等による軸方向寸法の変化を十分に許容・吸収することができ、材料選択の自由度が高い。 According to the present invention, the axial dimension of the groove side near the ring groove that enters the ring groove in the seal ring is shorter than the axial dimension of the anti-groove side on the side opposite to the ring groove that does not enter the ring groove. Therefore, a fluid reservoir having a predetermined volume can be formed between the side surface of the groove side portion and the side surface of the ring groove, that is, between the damping portion and the ring groove. Therefore, when the seal ring tries to move in the axial direction due to the pressure from one annular passage, the fluid pressure of the working fluid substantially enclosed in the fluid reservoir portion is opposed to the pressure from the annular passage side. A damping effect is obtained, and collision between the seal ring and the ring groove can be effectively avoided. In addition, the axial dimension of the groove side can be set sufficiently smaller than the axial dimension of the ring groove, and the change in the axial dimension due to the difference in thermal expansion between the seal ring and the ring groove is sufficiently allowed and absorbed. The degree of freedom of material selection is high.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図3及び図4は、本発明に係るシール構造が適用される流体圧機器として、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変化させる油圧駆動式のバルブタイミング変更装置10を簡略的に示している。なお、このようなバルブタイミング変更装置10自体は上記の特開2001−59574号公報や特開2004−143971号公報等に記載されているように公知であるので、ここでは簡単な説明にとどめる。また、図3は全体構成を簡略的に示すものであり、本実施例の特徴的なシールリング24の形状等については描かれていない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 3 and 4 schematically show a hydraulically driven valve
このバルブタイミング変更装置10は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから吸・排気弁を開閉させるカム2を備えたカムシャフト1への動力伝達経路に設けられ、2本の第1流体圧通路11及び第2流体圧通路12を介してそれぞれ作動流体(作動油)が供給される2つの第1流体圧室13と第2流体圧室14との流体圧に応じて、同心状に配置された内側回転体(回転体)15と、その外側の外側回転体16と、の相対回転位置を変化させることで、カムシャフト1の回転位相を遅角・進角させて、バルブタイミングを変化させるものである。外側回転体16は、チェーンやベルトを介してクランクシャフトから回転動力が伝達されるスプロケットやプーリと一体的に回転し、内側回転体15は、カムシャフト1に固定されて、このカムシャフト1と一体的に回転する。
This valve
図4に示すように、内側回転体15には軸部15Aより径方向外方へ突出する複数(この例では4つ)のベーン15Bが設けられ、各ベーン15Bにより、外側回転体16内に形成される凹部16Aが上記の第1,第2流体圧室13,14に液密に区画される。これら第1,第2流体圧室13,14の流体圧に応じてベーン15Bが凹部16A内を回転移動することによって、内側回転体15と外側回転体16の相対回転位置が変化することとなる。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、内側回転体15の円筒状の軸部15Aは、円柱状の軸体(スパイダとも呼ぶ)17の外周に同心状に配置されている。この軸体17は、この実施例では内燃機関のシリンダヘッド等に固定されるフロントカバー3に一体的に形成されている。この軸体17を利用して2本の流体圧通路11,12が形成されている。つまり、各流体圧通路11,12は、軸体17の内部に形成された内部通路11A,12Aから、軸体17の外周面と内側回転体15の軸部15Aの内周面との間に形成される環状通路11B,12Bを経て、内側回転体15の内部に形成される内部通路11C,12Cへと連なるものとなっている。このように内側回転体15の内部を軸方向に延在する軸体17を利用して2本の流体圧通路11,12を形成することにより、これら流体圧通路11,12の短縮化や構造の簡素化が図られている。
As shown in FIG. 3, the
流体圧制御弁18は、3位置切換型であり、両流体圧通路11,12を、オイルポンプ19からの供給通路20とオイルパン21への排出通路22にそれぞれ選択的に連通させるか、あるいは図示するように両流体圧通路11,12を遮断して両流体圧室13,14内の流体圧を保持する。この流体圧制御弁18の動作は制御部23により機関運転状態に応じて制御される。
The fluid
そして、軸体17の外周面と内側回転体15の軸部15Aの内周面との間には、2本の流体圧通路11,12の環状通路11B,12Bを液密に仕切る・区画する、本実施例の2本のシールリング24(24A,24B)が介装されるとともに、一方の第1環状通路11Bと大気に開放する大気開放部26とを仕切る補助シールリング25が介装されている。また、軸体17の外周面には、各シールリング24,25が装着される断面略矩形状に窪んだ合計3つのリング溝27(27A,27B),28が形成されている。
And between the outer peripheral surface of the
図1は、両環状通路11B,12Bの間に設けられる2本のシールリング24の断面形状を示している。同図に示すように、この実施例では環状通路11B,12Bの間に中間室41を挟んで2本のシールリング24(24A,24B)が軸方向に並設されている。各シールリング24には、リング溝27へ入り込むこととなるリング溝27寄りの両コーナー部に、断面略矩形状をなすリング溝27の断面略L字状の開口周縁部の形状に対応して、断面略L字状に窪んだダンピング部30がそれぞれ形成されている。つまり、各ダンピング部30は、シールリング24の軸方向側面よりリング内方へ略直角に折曲し、シールリング24の内・外周面と同心状の円筒面をなす周面30Aと、シールリング24の内周面より略直角に折曲してシールリング24の軸方向側面と平行な平面をなす側面30Bと、により構成されている。なお、反リング溝寄りのコーナー部にはこのようなダンピング部は形成されていない。従って、各シールリング24のリング溝側の溝側部32の軸方向寸法33が、反リング溝側の反溝側部34の軸方向寸法35よりも短くなっている。つまり、溝側部32が反溝側部34よりも軸方向(図1の左右方向)に薄肉化され、この溝側部32の側面が上記ダンピング部30の側面30Bを構成し、反溝側部34の外周面が上記ダンピング部30の周面30Aを構成している。また、反溝側部34の軸方向寸法35は、リング溝27の軸方向寸法36と同等またはそれ以上に設定されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional shape of two
反溝側部34の径方向寸法37,38、つまり反溝側部34の内周面から外周面30Aまでの寸法37,38は、対応する軸体17と回転体15との隙間寸法39,40と略同一、より詳しくは後述する極小通路43に相当する分だけ僅かに小さい寸法に設定されている。なお、この実施例では、2つのシールリング24間に形成される中間室41の容積を大きく確保して、中間室41内に封入される流体圧によるシールリング24のリング溝27への所期の衝突低減作用が得られるように、この中間室41における隙間寸法39が、その両側の環状通路11B,12Bにおける隙間寸法40よりも大きく設定されており、これに対応して、反溝側部34における中間室41寄りの径方向寸法37が環状通路11B,12B寄りの径方向寸法38よりも大きく設定されている。この結果、各シールリング24は内周側と外周側で非対称の断面形状をなしており、また、両シールリング24A,24Bが中間室41を挟んで略対称な断面形状をなしている。
The
図2を参照して、(A)は断面略矩形状をなす比較例のシールリング24’を、(B)は本実施例のシールリング24を示している。いま、上述した交番荷重等に起因して図の左側の第1環状通路11B側内に封入される作動流体の圧力F1がシールリング24’へ作用すると、比較例のものでは、シールリング24’が右方へ移動して、その右側の側面がリング溝27の右側の内側面へ強く衝突してしまう。
Referring to FIG. 2, (A) shows a seal ring 24 'of a comparative example having a substantially rectangular cross section, and (B) shows a
これに対して本実施例では、溝側部32の軸方向寸法33が反溝側部34及びリング溝27の軸方向寸法35,36よりも短く設定されているために、シールリング24における溝側部32とシール溝27との間に、ダンピング部30の周面30A及び側面30Bと、シール溝27の底面及び側面と、によって断面略矩形状に囲われた空間である流体溜まり部42が形成されている。ここで、上述したように反溝側部34の径方向寸法37,38が対応する軸体17と回転体15との隙間寸法39,40と略同一又は僅かに小さいものとされているので、この流体溜まり部42と環状通路11B,12B又は中間室41とを連通する部分が極めて小さな通路断面積のオリフィス状の極小通路43となり、流体溜まり部42内に良好に作動流体が封入される形となる。従って、上記の比較例と同様に、図の左側の第1環状通路11B側より強い圧力F1を受けて、シールリング24が右方へ移動しようとすると、右側の流体溜まり部42に実質的に封入された作動流体の流体圧が上記の圧力F1に対抗するものとなり、いわゆるダンピング効果を得るれることとなり、かつ、上記の圧力F1によりシールリング24が右方へ移動するほど、つまりダンピング部30の側面30Bが対向するリング溝27の側面に近づくほど、上記の極小通路43が長くなり、その通流抵抗が増大するので、シールリング24とリング溝27との衝突を有効に回避することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the
しかも、溝側部32の軸方向寸法33がリング溝27の軸方向寸法36よりも十分に小さく設定されているために、シールリング24とリング溝27との熱膨張差等による軸方向寸法の変化を余裕をもって許容・吸収することができ、材料選択の自由度が高い。
Moreover, since the
また、本実施例のように、2つの環状通路11B,12Bの間に、2つのシールリング24A,24Bを中間室41を挟んで2箇所に設けた場合、上記の特開2001−59574号公報のものと同様、交番荷重に起因するシールリング24とリング溝27との衝突をより確実に低減・回避することができる。
Further, as in the present embodiment, when two
しかしながら、本発明では上述した流体溜まり部42におけるダンピング効果によりシールリング24とリング溝27との衝突を低減・回避することができることから、例えば2つの環状通路11B,12Bの間にオイルリング24を1つだけ配置するような構成とすることも可能であり(図2(B)参照)、この場合、上述した実施例に比して、部品点数が少なく、構成の簡素化やコスト削減等のメリットが得られる。
However, in the present invention, the collision between the
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、本発明のシール構造は上記実施例のバルブタイミング変更装置10に限られず、流体圧通路の内部通路が形成された軸体と回転体とを備えた様々な流体圧機器に適用可能である。
As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. . For example, the seal structure of the present invention is not limited to the valve
10…バルブタイミング変更装置(流体圧機器)
11,12…流体圧通路
11A,12A…内部通路
11B,12B…環状通路
13,14…流体圧室
15…内側回転体(回転体)
16…外側回転体
17…軸体
24(24A,24B)…シールリング
27(27A,27B)…リング溝
30…ダンピング部
32…溝側部
34…反溝側部
41…中間室
42…流体溜まり部
10 ... Valve timing changing device (fluid pressure equipment)
DESCRIPTION OF
16 ... Outer
Claims (5)
上記回転体が略円柱状の軸体の外周に同心状に配置され、
上記2本の流体圧通路のそれぞれが、上記軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路へと連なるものであり、
上記軸体と回転体の間に上記2本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装されるとともに、上記軸体の外周面又は回転体の内周面に、断面略矩形に窪んだリング溝が形成され、
上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の溝側部の軸方向寸法が、反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定されていることを特徴とするシール構造。 The relative rotational position of the concentrically arranged rotating body and the outer rotating body outside thereof is changed according to the fluid pressures of the two fluid pressure chambers to which the working fluid is supplied by the two fluid pressure passages, respectively. In the seal structure of the valve timing change device of the internal combustion engine for changing the valve timing of the intake valve or the exhaust valve of the internal combustion engine,
The rotating body is disposed concentrically on the outer periphery of a substantially cylindrical shaft body,
Each of the two fluid pressure passages is connected to an annular passage formed between the shaft body and the rotating body from the inner passage of the shaft body,
A seal ring that divides the annular passage of the two fluid pressure passages is interposed between the shaft body and the rotating body, and is recessed in a substantially rectangular cross section on the outer peripheral surface of the shaft body or the inner peripheral surface of the rotating body. Ring groove is formed,
The seal ring is characterized in that the axial dimension of the groove side on the ring groove side entering the ring groove is set shorter than the axial dimension of the anti-groove side part on the anti-ring groove side .
略円柱状の軸体の外周に回転体が同心状に配置され、
上記2本の流体圧通路のそれぞれが、軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路へと連なるものであり、
上記軸体と回転体の間に上記2本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装されるとともに、上記軸体の外周面又は回転体の内周面に、断面略矩形に窪んだリング溝が形成され、
上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の両コーナー部に、上記リング溝の断面略L字状をなす開口周縁部の形状に対応して、断面略L字状に窪んだダンピング部がそれぞれ形成されていることを特徴とするシール構造。 In the seal structure of a fluid pressure device that operates according to the fluid pressure of two fluid pressure chambers to which the working fluid is supplied by two fluid pressure passages, respectively,
A rotating body is concentrically arranged on the outer periphery of a substantially cylindrical shaft body,
Each of the two fluid pressure passages is connected to an annular passage formed between the shaft body and the rotating body from the internal passage of the shaft body,
A seal ring that divides the annular passage of the two fluid pressure passages is interposed between the shaft body and the rotating body, and is recessed in a substantially rectangular cross section on the outer peripheral surface of the shaft body or the inner peripheral surface of the rotating body. Ring groove is formed,
The sealing ring has a damping portion that is recessed in a substantially L-shaped cross section corresponding to the shape of the peripheral edge portion of the ring groove having a substantially L-shaped cross section at both corners on the ring groove side that enters the ring groove. Are respectively formed.
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