JP2010174700A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで機械的損失の少ない弁開閉時期制御装置を提供すること。
【解決手段】 互いに相対回転する内周部材２および外周部材６と、内周部材２と一体回転するベーン部材２ｂと、内周部材２に締結された弁軸４と、外周部材６と一体または別体に係合する回転入力部材６ｄと、内周部材２と外周部材６との間に位置し、ベーン部材２ｂによって進角油室７ａと遅角油室７ｂとに二分される複数の流体圧室７と、を備え、内周部材２と外周部材６との対向面およびベーン部材２ｂと外周部材６との対向面の少なくとも一箇所に、進角油室７ａおよび遅角油室７ｂのどちらか一方の油圧により外周部材６側に押圧されるシール部材３ａ、３ｂを設けたこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に関するものである。

近年、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁または排気弁の開閉時期を変更可能とする弁開閉時期制御装置がカムシャフトの一端に取り付けられるようになっている。

この種の弁開閉時期制御装置の一方式として、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。すなわち、クランクシャフトからの機関回転動力をタイミングチェーン等の動力伝達手段によりカムシャフトに伝達する弁開閉時期制御装置において、ベーンロータ（内周部材）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ている。このシール部材はハウジング（外周部材）の内面に押し付けられており、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、シール性を確保することが可能となっている。

特開２００５−３４４５８６号公報

しかしながら、この構成によれば、ハウジングの内面とシール部材とが常に押し付けられていることから、ハウジング内面又はシール部材が摩耗する可能性がある。あるいは低摩擦材の使用および／または低摩擦形状にすることにより摩耗を防止することも可能であるが、そのためにはハウジング内周面に摩耗防止の表面処理を施すか、耐摩耗性に優れたシール部材を採用せざるを得ず、製品としてコストアップが避けられない。また、ハウジングの内面とシール部材とが常に押し付けられていることから、ハウジングの内面とシール部材との摺動抵抗が大きくなって、装置の機械的損失が増大するという虞があった。

そこで本発明は弁開閉時期制御装置において、低コストで機械的損失の少ない弁開閉時期制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、内周部材と、前記内周部材と相対回転する外周部材と、前記内周部材と一体回転するベーン部材と、前記内周部材に締結された弁軸と、前記外周部材と一体または別体に係合する回転入力部材と、前記内周部材と前記外周部材との間に位置し、前記ベーン部材によって進角油室と遅角油室とに二分される複数の流体圧室と、を備え、前記内周部材と前記外周部材との対向面および前記ベーン部材と前記外周部材との対向面の少なくとも一箇所に、前記進角油室および前記遅角油室のどちらか一方の油圧により前記外周部材側に押圧されるシール部材を設けたことである。

また、第２の技術的手段は、第１の技術的手段において、前記シール部材は、前記内周部材と前記外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面、および前記ベーン部材と前記外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面をシールすべく一体成形されていることである。

本発明によれば、内周部材と外周部材との対向面およびベーン部材と外周部材との対向面の少なくとも一箇所に、進角油室および遅角油室のどちらか一方の油圧により外周部材側に押圧されるシール部材を設けたので、カムシャフトのトルク変動により生ずる回転力を内周部材の回転力に利用することができ、弁開閉時期制御装置の機械損失を低減することができる。

また、シール部材は、内周部材と外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面、およびベーン部材と外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面をシールすべく一体成形されているので、少ない部品点数で構成することができる。

更に、シール部材が内周部材と外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面、およびベーン部材と外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面をシールすることにより、従来必要であった、内周部材、外周部材およびベーン部材の高精度の加工および研磨が低減できる。よって、弁開閉時期制御装置の低コスト化および機械損失を低減することができる。

本発明の第一の実施形態における弁開閉時期制御装置を示す縦断面図である。 図１のII−II矢視図である。 内部ロータ２とシール部材３ａ、３ｂとの装着状態を示す斜視図である。 本発明の第二の実施形態における弁開閉時期制御装置を示す縦断面図である。

＜第一の実施形態＞
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、エンジンの吸気側および排気側の少なくとも一方の弁開閉時期を制御するものであるが、ここでは主に吸気側に適用した場合を説明する。

図１、図２、図３において、内部ロータ（内周部材）２は、エンジンの吸気カムシャフト（弁軸）４に、ボルト５などの締結手段によって締結されるとともに、一体的にベーン部（ベーン部材）２ｂを備えている。すなわち、内部に油路などが形成されているロータ部２ａとベーン部２ｂとで構成されている。ここで、ロータ部２ａとベーン部２ｂとは別体であっても良い。

外部ロータ（外周部材）６はフロントプレート６ａとハウジング６ｂとリアプレート６ｃで構成されている。ハウジング６ｂ内には３箇所の凸部が設けられ、隣り合う凸部間と内部ロータ２とで流体圧室７が形成されている。内部ロータ２のベーン部２ｂは、ハウジング内の凸部と対向して配設され流体圧室７を進角油室７ａおよび遅角油室７ｂに区画している。進角油室７ａおよび遅角油室７ｂには図示しない油圧供給源から図示しない油圧制御弁及び進角側油圧通路または遅角側油圧通路を介して作動油が給排される。

内部ロータ２のロータ部２ａおよびベーン部２ｂの軸方向両端面は、フロントプレート６ａおよびリアプレート６ｃと所定の隙間をもって対向している。また、リアプレート６ｃにはタイミングスプロケット（回転入力部材）６ｄが固設されている。タイミングスプロケット６ｄには、周知のように、図示していないクランクシャフトから図示していないクランクスプロケットとタイミングチェーンを介して回転動力が伝達される。

内部ロータ２の軸方向両端面およびベーン部２ｂのハウジング６ｂとの摺動面には、樹脂あるいはゴムなどの可撓性を有する材質からなる左右一対のシール部材３ａ、３ｂが装着される溝８が形成されている。このシール部材３ａ、３ｂは、それぞれ内部ロータ２のロータ部２ａの端面（フロントプレート６ａ側の端面およびリアプレート６ｃ側の端面）に環状に設けられた環状部３ｃと、ロータ部２ａの端面からベーン部２ｂの端面に渡って環状部３ｃからベーン部２ｂの円弧状の外周面（内部ロータのベーン部外周面）まで放射状に延びる直線部３ｄと、ベーン部２ｂの外周面に内部ロータ２の軸線に沿って設けられ直線部３ｄに連結している円弧部３ｅと、ロータ部２ａの端面に環状部３ｃからロータ部２ａの円弧状の外周面（内部ロータのロータ部外周面）まで放射状に設けられた直線部３ｆと、ロータ部２ａの外周面に内部ロータ２の軸線に沿って設けられ直線部３ｆに連結している円弧部３ｇとを備えている。

すなわち、シール部材３ａ、３ｂは、環状部３ｃから長短２種類の直線部３ｄ、３ｆが放射状に延び直線部３ｄ、３ｆの端部で直角方向に屈曲した円弧部３ｅ、３ｇから成り、これらが一体的に成型されたものである。このシール部材３ａ、３ｂが内部ロータ２の両端面から内部ロータ２を挟持するように溝８に装着され、内部ロータ２の略中央にて左右一対のシール部材３ａ、３ｂの円弧部３ｅ、３ｇがステップ状に噛み合うように当接している。

ベーン部２ｂの端面の溝８には、進角油室７ａと連通する連通溝９が形成されており、進角油室７ａの油圧がシール部材３ａ、３ｂの背面に回り込む構成となっている。

つぎに、以上のように構成した本実施形態の弁開閉時期制御装置１の作動を説明する。

エンジンの運転中には、カムシャフト４にトルク反力が発生する現象はよく知られている。具体的には、図示しないカムとバルブスプリングの力に起因するトルク反力で、カムがスプリングを押し下げる際には大きなトルクが必要であり、その後はスプリングによりカムは押し上げられるので、カムはスプリングにより回されることになる。このようにカムシャフト４は正負のトルクが発生するトルク変動を伴い回転している。

図２はエンジン始動時の状態を示している。ロックキー１０はロータ２ａに形成されたキー溝１１に没入し外部ロータ６と内部ロータ２とが一体となって矢印方向に回転している。エンジンが始動し、外部ロータ６と内部ロータ２との位相を進角方向に変更するため進角油路に油圧が作用すると、進角用油圧でロックキー１０が径外方向に移動しロック解除状態と成る。また、進角用油圧は連通溝９を介してシール部材３ａ、３ｂを外方向に押圧するので、シール部材３ａ、３ｂはフロントプレート６ａ、ハウジング６ｂ、リアプレート６ｃ側に押し付けられて各摺動面をシールし、進角油室７ａの圧力が維持される。

進角油室７ａの圧力により、内部ロータ２は外部ロータ６に対し進角方向（矢印方向）に相対回転する。ここでカムシャフト４のトルク変動により、内部ロータ２が進角方向に回されて進角油室７ａの圧力が負圧になると、シール部材３ａ、３ｂを外方向に押し付ける力が小さくなるので、外部ロータ６とシール部材３ａ、３ｂとの摺動抵抗が少なくなり、内部ロータ２はさらに進角方向に回されやすくなる。すなわち、カムのトルク反力を有効に利用することにより、進角方向への位相変換を効率よく行うことができる。

＜第二の実施形態＞
上述の第一の実施形態では、一対のシール部材を用いた場合を説明したが、図４に示すように、内部ロータ２２のフロントプレート６ａ側またはリアプレート６ｃ側にのみ、一つのシール部材３ｃを装着しても同様の効果を得ることができる。

図４のシール部材３ｈは、第一の実施形態に用いたシール部材３ａの円弧部３ｅと３ｇとを、リアプレート６ｃ側まで延長したものである。すなわちシール部材３ｈは、図３のシール部材３ａを参酌して説明すると、内部ロータ２（内部ロータ２２）のロータ部２ａの一方の端面（フロントプレート６ａ側の端面）に環状に設けられた環状部３ｃと、ロータ部２ａの一方の端面からベーン部材２ｂの端面に渡って環状部３ｃからベーン部材２ｂの円弧状の外周面まで放射状に延びる直線部３ｄと、ベーン部材２ｂの外周面に内部ロータ２（内部ロータ２２）の軸線に沿ってロータ部２ａの他方の端面（リアプレート６ｃ側の端面）まで設けられ直線部３ｄに連結している円弧部３ｅと、ロータ部２ａの一方の端面に環状部３ｃからロータ部２ａの円弧状の外周面まで放射状に設けられた直線部３ｆと、ロータ部２ａの外周面に内部ロータ２（内部ロータ２２）の軸線に沿ってロータ部２ａの他側の端面まで設けられ直線部３ｆに連結している円弧部３ｇとを備えている。

上記のシール部材３ｈの構成により、進角油室７ａの圧力変動により、フロントプレート６ａ側とハウジング６ｂ側とに対する押圧力が増減し、第一の実施形態と同様に、進角方向への位相変換を効率よく行うことができる。

なお、本発明をエンジンの吸気弁側に採用した場合について説明したが、排気弁側に採用した場合も同様である。

１・・・弁開閉時期制御装置
２、２２・・・内部ロータ（内周部材）
２ｂ・・・ベーン部（ベーン部材）
３ａ・・・シール部材（第１のシール部材）
３ｂ・・・シール部材（第２のシール部材）
３ｃ・・・環状部
３ｄ・・・直線部（第１の直線部）
３ｅ・・・円弧部（第１の円弧部）
３ｆ・・・直線部（第２の直線部）
３ｇ・・・円弧部（第２の円弧部）
３ｈ・・・シール部材
４・・・カムシャフト（弁軸）
６・・・外部ロータ（外周部材）
６ｄ・・・タイミングスプロケット（回転入力部材）
７・・・流体圧室
７ａ・・・進角油室
７ｂ・・・遅角油室
８・・・溝
９・・・連通溝

Claims (6)

1. 内周部材と、
   前記内周部材と相対回転する外周部材と、
   前記内周部材と一体回転するベーン部材と、
   前記内周部材に締結された弁軸と、
   前記外周部材と一体または別体に係合する回転入力部材と、
   前記内周部材と前記外周部材との間に位置し、前記ベーン部材によって進角油室と遅角油室とに二分される複数の流体圧室と、を備え、
   前記内周部材と前記外周部材との対向面および前記ベーン部材と前記外周部材との対向面の少なくとも一箇所に、前記進角油室および前記遅角油室のどちらか一方の油圧により前記外周部材側に押圧されるシール部材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１において、
   前記シール部材は、前記内周部材と前記外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面、および前記ベーン部材と前記外周部材との軸方向摺動面と周方向摺動面をシールすべく一体成形されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記シール部材は、可撓性を有する材質を使用していることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
4. 請求項２または３において、
   前記シール部材は、左右一対の第１のシール部材および第２のシール部材から構成され、
   前記第１のシール部材および前記第２のシール部材はそれぞれ、前記内周部材のロータ部の端面に環状に設けられた環状部と、前記ロータ部の端面から前記ベーン部材の端面に渡って前記環状部から前記ベーン部材の円弧状の外周面まで放射状に延びる第１の直線部と、前記ベーン部材の外周面に前記内周部材の軸線に沿って設けられ前記第１の直線部に連結している第１の円弧部と、前記ロータ部の端面に前記環状部から前記ロータ部の円弧状の外周面まで放射状に設けられた第２の直線部と、前記ロータ部の外周面に前記内周部材の軸線に沿って設けられ前記第２の直線部に連結している第２の円弧部とを備えていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
5. 請求項４において、
   前記第１のシール部材と前記第２のシール部材とは、前記第１のシール部材の前記第１の円弧部と前記第２のシール部材の前記第１の円弧部、および前記第１のシール部材の前記第２の円弧部と前記第２のシール部材の前記第２の円弧部で当接していることを特徴とする弁開閉時期制御装置。
6. 請求項２または３において、
   前記シール部材は、前記内周部材のロータ部の一方の端面に環状に設けられた環状部と、前記ロータ部の一方の端面から前記ベーン部材の端面に渡って前記環状部から前記ベーン部材の円弧状の外周面まで放射状に延びる第１の直線部と、前記ベーン部材の外周面に前記内周部材の軸線に沿って前記ロータ部の他方の端面まで設けられ前記第１の直線部に連結している第１の円弧部と、前記ロータ部の一方の端面に前記環状部から前記ロータ部の円弧状の外周面まで放射状に設けられた第２の直線部と、前記ロータ部の外周面に前記内周部材の軸線に沿って前記ロータ部の他方の端面まで設けられ前記第２の直線部に連結している第２の円弧部とを備えていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。

Images