JP2011069242A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】 相対回転位相の変更速度向上、及び相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減が行え、かつ弁開閉時期制御装置のコストが増大することを抑制できる弁開閉時期制御装置を提供すること。
【解決手段】 駆動側回転部材３と従動側回転部材５との摺動面のうち、駆動側回転部材３の内周面と従動側回転部材５の突出部５Ａの外周面との第１摺動面５Ｂは、他の摺動面よりも摺動抵抗が小さいこと。
【選択図】 図２

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。
弁開閉時期制御装置は、自動車用エンジン等の内燃機関に用いられ、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材とカムシャフトに同期回転する従動側回転部材との相対回転位相を変化させることによって、内燃機関が好適な運転状態となるように弁の開閉時期を調整する。
近年、弁開閉時期制御装置は、内燃機関の燃費向上や排気ガス排出を抑制するため、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相の変更速度向上が求められている。また、弁開閉時期制御装置や内燃機関内部の各摺動部材にオイルを供給するオイルポンプの仕事量を低減すべく、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減が求められている。
特許文献１に開示されている弁開閉時期制御装置（特許文献１における駆動ホイールに対する内燃機関の相対的な回転角度を調整するための装置に相当）は、内燃機関のクランクシャフトに対して一体回転する駆動側回転部材（特許文献１におけるセルホイールに相当）と、駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに一体回転する従動側回転部材（特許文献１におけるロータに相当）と、駆動側回転部材と従動側回転部材とにより形成され、作動油が供給されることにより駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室（特許文献１における圧力空間に相当）と相対回転位相を進角方向に移動させる進角室（特許文献１における圧力空間に相当）とを備えている。
そして、特許文献１に記載の弁開閉時期制御装置は、相対回転位相の変更速度を向上すべく、複数個の制御弁を備えて遅角室または進角室から排出される作動油を複数個の制御弁の制御により進角室または遅角室に戻すことで、オイルポンプから供給すべき作動油の必要供給量を減らす構成となっている。
特表２００５−５１７１０９号公報
一般に、弁開閉時期制御装置は、カムの変動トルクにより相対回転位相が小刻みに進角方向及び遅角方向に移動すること（ばたつくこと）が周知である。そして、このばたつきにより、進角室及び遅角室内の作動油圧が小刻みに変化し油圧脈動が発生する。しかしながら、特許文献１の構成では、油圧脈動に同調して複数の制御弁を高速開閉する必要がある。特に、作動油が低温である場合には、作動油の粘度が高く、複数の制御弁を安定して高速開閉させる作動に疑問が残る。また、特許文献１の構成は、複数の制御弁を備える必要があり、弁開閉時期制御装置を構成する構成部品点数が増加するため、搭載スペースが限られた自動車用エンジンに適用し難いものであった。また、構成部品点数が増加することにより弁開閉時期制御装置の重量が増加するため、内燃機関の燃費向上を阻害するおそれがある。
そこで本発明は、特許文献１の課題を解決しつつ、相対回転位相の変更速度向上、及び相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減が行え、かつ弁開閉時期制御装置の搭載スペースが増大することを抑制できる弁開閉時期制御装置を提供することにある。
上記の技術的課題を解決するために本発明に講じられた第１特長構成は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、作動油が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室とを備え、前記駆動側回転部材は、前記カムシャフトの軸方向の少なくとも一方が開口した円筒状のハウジング部材と、前記ハウジング部材の前記開口を閉塞するプレート部材とで構成され、前記ハウジング部材または前記プレート部材には、前記従動側回転部材と前記カムシャフトとを接続可能とするための貫通孔が前記カムシャフトの軸方向に形成され、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との軸受部は、前記貫通孔の内周面と前記従動側回転部材の外周面及び前記カムシャフトの外周面の少なくとも何れか１つとで構成され、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との摺動面のうち、前記軸受部である第１摺動面は、他の摺動面よりも摺動抵抗が小さいことである。
本特徴構成によれば、軸受部を有する第１摺動面が、他の摺動面よりも摺動抵抗が小さくなるよう構成されるため、他の摺動面は従来の弁開閉時期制御装置と同じでよく、駆動側回転部材及び従動側回転部材の材料として従来用いられていた材料を変更することなく用いることができる。従って、第１摺動面の摺動抵抗を考慮すればよいため、材料費の増大及び加工費の増大を極力抑えることができる。そして、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相の変更速度向上、及び相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減が行える。更に本特徴構成では、第１摺動面を考慮するのみの簡素な構成であるため、従来の弁開閉時期制御装置の重量とほぼ同等の重量にできる。
本発明に講じられた第２特長構成は、前記第１摺動面は、樹脂材料にて形成されることである。
本特徴構成によれば、低い摺動抵抗が求められる第１摺動面のみを樹脂材料にて形成するため、コストが増大するのを抑制すると共に、簡素な加工で摺動抵抗の低減ができる。
本発明に講じられた第３特長構成は、前記第１摺動面は、前記駆動側回転部材の内周面または前記従動側回転部材及び前記カムシャフトの少なくとも何れか１つの外周面に設けられたベアリング部材を有することである。
低い摺動抵抗が求められる第１摺動面にベアリング部材を設けるため、コストが増大するのを抑制すると共に、簡素な部品追加のみで摺動抵抗の低減ができる。
第１実施形態の弁開閉時期制御装置の実施形態を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図。 弁開閉時期制御装置の搭載位置を示す概略図。 従来の弁開閉時期制御装置と第１実施形態の弁開閉時期制御装置との応答速度を比較したグラフ。 図１のＶ−Ｖ断面図であり、第２実施形態を示す図。
本発明に係る弁開閉時期制御装置を、吸気弁側または排気弁側の弁開閉時期制御装置として自動車用エンジンに適応した実施形態について図面に基づいて説明する。
第１実施形態の弁開閉時期制御装置１は、エンジン１００のクランクシャフト２に対して同期回転する駆動側回転部材３と、駆動側回転部材３に対して同軸上に配置され、エンジン１００の弁開閉用のカムシャフト４に同期回転する従動側回転部材５と、駆動側回転部材３と従動側回転部材５とにより形成され、オイル（作動油）が供給されることにより駆動側回転部材３に対する従動側回転部材５の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室６と相対回転位相を進角方向に移動させる進角室７とを備え、従動側回転部材５は、カムシャフト４側に突出する突出部５Ａを有している。
駆動側回転部材３は、従動側回転部材３の径方向外側に位置するハウジング３Ｂと、カムシャフト４とはハウジング３Ｂを挟んで反対側に位置するフロントプレート３Ａと、ハウジング３Ｂよりもカムシャフト４側に位置するリアプレート３Ｃとで構成される。
リアプレート３Ｃの外周には、タイミングスプロケット３Ｄが形成してある。このタイミングスプロケット３Ｄとエンジン１００のクランクシャフト２に取り付けられたギア１０１との間には、タイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材８が架設してある。
また、リアプレート３Ｃには、従動側回転部材５の突出部５Ａとカムシャフト４とを接続可能とするため、カムシャフト４の軸方向に貫通孔３Ｅが形成されている。貫通孔３Ｅが形成されていることにより、駆動側回転部材３に従動側回転部材５を組付けると、突出部５Ａがリアプレート３Ｃよりもカムシャフト４側に突出することができる。
ハウジング３Ｂの内周には、径内方向に突出する複数個の突部３Ｆが回転方向に沿って互いに離間して併設してある。また、ハウジング３Ｂの内周には、ロック体９Ａを収容する退避溝９Ｂと、退避溝９Ｂと連通し、ロック体９Ａを径内方向へ付勢するスプリング９Ｃの収容穴９Ｄとが形成されている。
従動側回転部材５は、エンジン１００の吸気弁または排気弁の開閉時期を制御するカムの回転軸を構成するカムシャフト４の先端部に一体的に組み付けられ、駆動側回転部材３に対して所定の相対回転範囲内で相対回転可能に内装される。また、従動側回転部材５には、ロック体９Ａが径内方向へ移動したときに収容されるロック溝９Ｅが形成されている。また、従動側回転部材５は、カムシャフト４側に突出する突出部５Ａを有している。本実施形態では、突出部５Ａは駆動側回転部材５よりもカムシャフト４側に突出している。
尚、ロック機構９は、前述したロック体９Ａ、退避溝９Ｂ、スプリング９Ｃ、収容穴９Ｄ、ロック溝９Ｅで構成されている。
駆動側回転部材３と従動側回転部材５とにおいて、駆動側回転部材３の隣り合う突部３Ｆの各々の間にはベーン１０によって二分されて遅角室６及び進角室７が形成されている。本実施形態では、遅角室６及び進角室７を四室備えたものを例示する。
駆動側回転部材３に対する従動側回転部材５の相対回転可能範囲は、ベーン１０が進角方向Ｓ１または遅角方向Ｓ２に移動して突部３Ｆに当接するまでの範囲、すなわち最進角位相と最遅角位相との間の範囲に相当する。
第１実施形態における駆動側回転部材３と従動側回転部材５との摺動面は、駆動側回転部材３の突部３Ｆと従動側回転部材３の外周面との摺動面、フロントプレート３Ａとフロントプレート３Ａと対向する従動側回転部材３の面との摺動面、リアプレート３Ｃとリアプレート３Ｃと対向する従動側回転部材３の面との摺動面で構成される。そのうち、リアプレート３Ｃとリアプレート３Ｃと対向する従動側回転部材３の面との摺動面は、第１摺動面５Ｂと第２摺動面５Ｃとで構成される。ここで、第１摺動面５Ｂは、従動側回転部材５の突出部５Ａの外周面とリアプレート３Ｃに形成された円形状の貫通孔３Ｅの内周面との摺動面である。また、第２摺動面５Ｃは、突出部５Ａを除いた従動側回転部材５の側面とリアプレート３Ｃの側面との摺動面である。
第１摺動面５Ｂは、カムシャフト４及び従動側回転部材５の少なくとも何れか１つと駆動側回転部材３との軸受部となっている。しかしながら、カムシャフト４の径方向における第１摺動面５Ｂに作用する力は、ある一定径方向に大きな力が作用し、第１摺動面５Ｂ全体に均一に力が作用しない。詳述すると、図３に示すように、弁開閉時期制御装置１には、クランクシャフト２の回転力を動力伝達部材８を介して伝達される。図３では、動力伝達部材８は、２つの弁開閉時期制御装置１とクランクシャフト２のギア１０１とを架設している。動力伝達部材８が意図せず弁開閉時期制御装置１またはギア１０１から外れないために、動力伝達部材８の回転中心側に締め付けるように架設されている。しかしながら、この締め付け力Ｆが弁開閉時期制御装置１の径方向に作用するため、カムシャフト４の径方向における第１摺動面５Ｂに作用する力は、ある一定径方向に力Ｆが作用する。従って、第１摺動面５Ｂは力Ｆが作用する分、摺動抵抗が大きくなる。
そこで、第１摺動面５Ｂには摺動抵抗の低減が期待できる樹脂材料１１、特に耐油性及び耐熱性を有するＰＴＦＥ（フッ化エチレン）系樹脂にて形成するとよい。
このように第１摺動面５Ｂを樹脂材料１１にて形成することにより、リアプレート３Ｃの内周面と突出部５Ａの外周面との摺動抵抗が低減される。従って、駆動側回転部材３に対する従動側回転部材５の相対回転位相の変更速度向上、及び相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減に貢献できる。
尚、第１摺動面５Ｂとして摺動抵抗の低減が期待できる樹脂材料１１を適用する方法としては、突出部５Ａの外周面とリアプレート３Ｃに形成された円形状の貫通孔３Ｅの内周面とに表面処理を施しても良いし、突出部５Ａの外周面またはリアプレート３Ｃに形成された円形状の貫通孔３Ｅの内周面に円筒状のブッシュを圧入等により組み付けても良い。
図４に示すグラフは、本発明を適用する前の弁開閉時期制御装置１（グラフではＴｙｐｅ１と標記）と本発明を適用した弁開閉時期制御装置１（グラフではＴｙｐｅ２と標記）とを比較した測定データである。吸気弁のバルブリフト量が小さい時（グラフではＬｏｗ Ｌｉｆｔと標記）とバルブリフト量が大きい時（グラフではＨｉｇｈ Ｌｉｆｔと標記）とでそれぞれ測定した。また、エンジン回転数が６００回転／分、８００回転／分、１０００回転／分（グラフでは６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍと標記）とでそれぞれ測定した。グラフの縦軸は、駆動側回転部材３に対する従動側回転部材５の相対回転位相を進角方向Ｓ１に移動させた場合の応答速度及び相対回転位相を遅角方向Ｓ２に移動させた場合の応答速度の平均値（グラフではＲｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄと標記）を示す。尚、本発明部分以外は全て同じ条件（例えば、作動油の種類、油温、弁開閉時期制御装置１の形状、進角室６及び遅角室７の容積等）にて測定している。
図４のグラフから明らかなように、全てのエンジン回転数において本発明を適用した弁開閉時期制御装置１の方が応答速度が向上している。特に、エンジン回転数が低回転の時ほど応答速度が向上している。これは、クランクシャフト２の回転力を動力とするオイルポンプが、エンジン回転数が低回転の時ほどオイルポンプの回転数が低く、進角室６及び遅角室７に作用する油圧が低いため、第１摺動面５Ｂの摺動抵抗の差により応答速度の差が顕著に表れているものと考えられる。また、バルブリフト量が大きい時と小さい時とで比較すると、バルブリフト量が小さい時ほど応答速度が向上している。これは、バルブリフト量が小さい時の方がカムの変動トルクが小さいため、第１摺動面５Ｂの摺動抵抗の差により応答速度の差が顕著に表れているものと考えられる。従って図４の測定結果からも立証された通り、本発明は応答速度の向上に効果的であることが言える。
本発明の第２実施形態として、図５に記載のように第１摺動面５Ｂを樹脂材料１１からボールベアリング１２に変更してもよい。ボールベアリング１２を設ける場合、突出部５Ａの外周面とボールベアリング１２の内周面との間にオイルが供給できるよう、油供給溝１３を従動側回転部材５のリアプレート３Ｃと対向する面に形成するとよい。本実施形態も同様に、駆動側回転部材３に対する従動側回転部材５の相対回転位相の変更速度向上、及び相対回転位相の変更に必要な作動油圧の低減に貢献できる。
第１及び第２実施形態では、従動側回転部材５は、カムシャフト４側に突出する突出部５Ａを有する場合について説明した。しかしながら、従動側回転部材５に突出部５Ａを有さず、カムシャフト４がリアプレート３Ｃの貫通孔３Ｅを貫通させるまで延在してカムシャフト４と従動側回転部材５とを接続しても良い。この場合、軸受部となる第１摺動面５Ｂは、リアプレート３Ｃの貫通孔３Ｅとリアプレート３Ｃと対向するカムシャフト４の外周面とで軸受部を構成する。
第１及び第２実施形態では、駆動側回転部材３は、ハウジング３Ｂと、フロントプレート３Ａと、リアプレート３Ｃとで構成される場合について説明した。しかしながら、それぞれ別部材である必要はなく、例えば、フロントプレート３Ａとハウジング３Ｂとを一体にする構成、またはハウジング３Ｂとリアプレート３Ｃとを一体にする構成であっても、本発明を適用できる。
１・・・弁開閉時期制御装置
２・・・クランクシャフト
３・・・駆動側回転部材
３Ａ・・・フロントプレート（駆動側回転部材、プレート部材）
３Ｂ・・・ハウジング（駆動側回転部材）
３Ｃ・・・リアプレート（駆動側回転部材、プレート部材）
３Ｄ・・・タイミングスプロケット（駆動側回転部材）
３Ｅ・・・貫通孔
３Ｆ・・・突部
４・・・カムシャフト
５・・・内部ロータ（従動側回転部材）
５Ａ・・・突出部
５Ｂ・・・第１摺動面（軸受部）
５Ｃ・・・第２摺動面
６・・・遅角室
７・・・進角室
８・・・動力伝達部材
９・・・ロック機構
１０・・・ベーン
１１・・・樹脂材料
１２・・・ボールベアリング（ベアリング部材）
１３・・・油供給溝
１００・・・エンジン
１０１・・・ギア

Claims (3)

  1. 内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、
    前記駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転部材と、
    前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成され、作動油が供給されることにより前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を遅角方向に移動させる遅角室と前記相対回転位相を進角方向に移動させる進角室とを備え、
    前記駆動側回転部材は、前記カムシャフトの軸方向の少なくとも一方が開口した円筒状のハウジング部材と、前記ハウジング部材の前記開口を閉塞するプレート部材とで構成され、
    前記ハウジング部材または前記プレート部材には、前記従動側回転部材と前記カムシャフトとを接続可能とするための貫通孔が前記カムシャフトの軸方向に形成され、
    前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との軸受部は、前記貫通孔の内周面と前記従動側回転部材の外周面及び前記カムシャフトの外周面の少なくとも何れか１つとで構成され、
    前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との摺動面のうち、前記軸受部である第１摺動面は、他の摺動面よりも摺動抵抗が小さいことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
  2. 前記第１摺動面は、樹脂材料にて形成されることを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 前記第１摺動面は、前記駆動側回転部材の内周面または前記従動側回転部材及び前記カムシャフトの少なくとも何れか１つの外周面に設けられたベアリング部材を有することを特徴とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
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