JP2014074388A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静粛性及び応答性の両立。
【解決手段】バルブタイミング調整装置１は、クランク軸と連動して回転する駆動回転体１０、並びにカム軸２と連動して回転する従動回転体２０を有し、それら駆動回転体１０及び従動回転体２０間の相対位相を調整する歯車減速機構８であって、歯車部１８，２２，５２，５４の噛合箇所を潤滑する潤滑油が内燃機関から内部に導入され、当該潤滑油を外部へ排出する排出出口８６を形成する歯車減速機構８と、排出出口８６を閉塞する閉塞位置、並びに排出出口８６を開放する開放位置が規定され、それら閉塞位置及び開放位置の間を往復移動する可動体９２と、内燃機関が設定温度Ｔｓ以上の高温状態になると、可動体９２を閉塞位置に付勢する一方、内燃機関が設定温度Ｔｓ未満の低温状態になると、可動体９２を開放位置に付勢する感温体９４と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動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、関する。

従来、クランク軸及びカム軸のうち一方と他方とに連動して回転する連動回転体間の相対位相を、歯車減速機構により調整するようにしたバルブタイミング調整装置が、知られている。こうした装置の一種として特許文献に開示のものでは、内燃機関から歯車減速機構内部へ潤滑液を導入することで、歯車要素の噛合箇所を潤滑して、耐久性を高めている。

特開２００９−２０９７９４号公報

さて、特許文献１の開示装置では、クランク軸との駆動回転体を軸受する軸受等には、潤滑液を外部へ排出する排出出口が、形成されている。このように排出出口から常に潤滑液が排出される構成では、歯車減速機構の内部に潤滑液が滞留し難くなる。その結果、歯車要素の噛合箇所に生じる隙間が少しでも増大すると、歯車要素同士の当接により異音を発生させるおそれがあるため、静粛性の点で望ましくない。

そこで、歯車減速機構の排出出口を常に閉塞する方策も、考えられる。しかし、かかる方策は、内燃機関の温度が低下して潤滑液の粘度が上昇した場合に、歯車要素の回転を阻害してしまうため、応答性の点で望ましくない。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、静粛性及び応答性を両立させるバルブタイミング調整装置を、提供することにある。

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動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おいて、クランク軸及びカム軸の一方と連動して回転する第一連動回転体（１０）、並びにクランク軸及びカム軸の他方と連動して回転する第二連動回転体（２０）を有し、それら第一連動回転体及び第二連動回転体間の相対位相を調整する歯車減速機構（８）であって、歯車要素（１８，２２，５２，５４）の噛合箇所を潤滑する潤滑液が内燃機関から内部に導入され、当該潤滑液を外部へ排出する排出出口（８６）を形成する歯車減速機構と、排出出口を閉塞する閉塞位置、並びに排出出口を開放する開放位置が規定され、それら閉塞位置及び開放位置の間を往復移動する可動体（９２）と、内燃機関が設定温度（Ｔｓ）以上の高温状態になると、可動体を閉塞位置に付勢する一方、内燃機関が設定温度未満の低温状態になると、可動体を開放位置に付勢する感温体（９４）と、を備えることを特徴とする。

このような本発明では、内燃機関が設定温度以上の高温状態になると、歯車減速機構の排出出口を閉塞する閉塞位置に、可動体が感温体により付勢される。これによれば、粘度の低い潤滑液が歯車減速機構の内部に滞留し易くなるので、歯車要素の回転阻害を招くことなく、歯車要素の当接による異音の発生を抑制できる。

一方、内燃機関が設定温度未満の低温状態になると、本発明では、歯車減速機構の排出出口を開放する開放位置に、可動体が感温体により付勢される。これによれば、粘度の高くなった潤滑液を排出出口から外部へ排出させて、歯車要素の回転阻害を抑制できる。しかも内燃機関は、始動時には低温状態にあるが、始動後の通常運転時には高温状態へと移行し得るので、歯車要素の当接による異音の発生が潤滑液の排出により懸念される期間を、可及的に短縮できる。

以上のことから本発明は、静粛性及び応答性の両立を可能にするのである。

また、本発明のさらなる特徴として、感温体は、熱膨張率の高低が異なる高膨張層（９４ａ）及び低膨張層（９４ｂ）を有するバイメタルであり、低膨張層は、高膨張層の排出出口側に積層されて可動体を付勢する。

この特徴のように、感温体として高低の膨張層を有するバイメタルは、内燃機関が設定温度以上の高温状態になると、高膨張層が排出出口側の低膨張層よりも大きく膨張することで、可動体を当該排出出口側の閉塞位置へ確実に付勢できる。一方、感温体としてのバイメタルは、内燃機関が設定温度未満の低温状態になると、高膨張層が排出出口側の低膨張層よりも大きく収縮することで、当該排出出口側とは反対側の開放位置へと確実に可動体を付勢できる。これらの付勢作用によれば、内燃機関の温度に応じた排出出口の開閉を的確に制御して、静粛性及び応答性の両立を確固たるものとなし得るのである。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置の基本構成を示す図であって、図２のI−I線断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。 図４の開閉構造の作動を説明するための断面模式図である。 図４の開閉構造の作動を説明するための断面模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置１は、車両において内燃機関のクランク軸（図示しない）からカム軸２へ機関トルクを伝達する伝達系に、設置されている。尚、本実施形態においてカム軸２は、内燃機関の「動弁」のうち吸気弁（図示しない）を機関トルクの伝達によって開閉するものであり、装置１は、当該吸気弁のバルブタイミングを調整する。

（基本構成）
以下、装置１の基本構成について説明する。装置１は、アクチュエータ４、通電制御回路部７及び歯車減速機構８等を組み合わせてなる。

アクチュエータ４は、例えばブラシレスモータ等の電動モータであり、内燃機関の固定節に固定されるケース５と、当該ケース５により正逆回転自在に支持される制御軸６とを有している。通電制御回路部７は、例えば駆動ドライバ及びその制御用マイクロコンピュータ等から構成され、ケース５の外部及び／又は内部に配置されてアクチュエータ４と電気的に接続されている。通電制御回路部７は、アクチュエータ４への通電を制御することで、制御軸６を回転駆動する制御トルクを発生する。

歯車減速機構８は、「第一連動回転体」としての駆動回転体１０、「第二連動回転体」としての従動回転体２０、遊星キャリア４０及び遊星歯車５０を備えている。

図１〜３に示すように、全体として中空状に形成される駆動回転体１０は、歯車減速機構８の他の構成要素２０，４０，５０を、内部の収容室８２に収容している。駆動回転体１０は、伝達部材１３、筒部材１５、歯車部材１２及びカバー部材１４を、カム軸２側からこの順で螺子止めしてなる。有底円筒状の歯車部材１２は、歯底円の内周側に歯先円を有する駆動側内歯車部１８を、周壁部に形成している。

図１，３に示すように有底円筒状の伝達部材１３は、周壁部から径方向外側へ突出する複数のスプロケット歯１９を、周方向に等間隔に有している。伝達部材１３は、それらスプロケット歯１９とクランク軸の複数のスプロケット歯との間でタイミングチェーン（図示しない）が掛け渡されることで、クランク軸と連繋する。かかる連繋形態により、クランク軸の機関トルクがタイミングチェーンを通じて伝達部材１３に伝達されるときには、駆動回転体１０がクランク軸と連動して周方向の一側（図２の反時計方向且つ図３の時計方向）に回転する。

有底円筒状の従動回転体２０は、円筒状の筒部材１５に同軸上に内嵌することで、駆動回転体１０を相対回転可能に支持している。従動回転体２０は、カム軸２に同軸上に連結される連結部２１を、底壁部に形成している。このような支持並びに連結形態により従動回転体２０は、カム軸２と連動して駆動回転体１０と同じ周方向の一側（図３の時計方向）に回転しつつ、当該回転体１０に対しては周方向の両側に相対回転可能となっている。

従動回転体２０はさらに、歯底円の内周側に歯先円を有する従動側内歯車部２２を、周壁部に形成している。従動側内歯車部２２は、駆動側内歯車部１８に対して軸方向にずれて配置されている。従動側内歯車部２２の内径は駆動側内歯車部１８の内径よりも小さく設定され、また従動側内歯車部２２の歯数は駆動側内歯車部１８の歯数よりも少なく設定されている。

図１〜３に示すように円筒状の遊星キャリア４０は、周壁部において回転体１０，２０及び制御軸６と同軸上の内周壁面に、入力部４１を形成している。入力部４１には、継手４３の嵌合する嵌合溝４２が設けられ、当該継手４３を介して制御軸６が遊星キャリア４０と連結されている。かかる連結形態により遊星キャリア４０は、制御軸６と一体となって周方向両側に回転しつつ、駆動側内歯車部１８に対しては周方向両側に相対回転可能となっている。

図１に示すように遊星キャリア４０は、周壁部において回転体１０，２０及び制御軸６と同軸上の内周壁面に、同軸支持部４４を形成している。同軸支持部４４は、歯車部材１２の底壁部の中心孔１７を軸受する転がり軸受４５を介して、駆動回転体１０を相対回転可能に支持している。

図１〜３に示すように遊星キャリア４０は、周壁部において回転体１０，２０及び制御軸６とは偏心する外周壁面に、偏心支持部４６を形成している。偏心支持部４６は、遊星歯車５０の中心孔５１を軸受する転がり軸受４７を介して、遊星歯車５０を遊星運動可能に支持している。ここで遊星運動とは、遊星歯車５０が偏心支持部４６の偏心軸線周りに自転しつつ、遊星キャリア４０の回転軸線周りに公転する運動をいう。

段付円筒状の遊星歯車５０は、歯底円の外周側に歯先円を有する駆動側外歯車部５２と従動側外歯車部５４とを、それぞれ周壁部の大径部分と小径部分とに形成している。駆動側外歯車部５２及び従動側外歯車部５４の歯数は、それぞれ駆動側内歯車部１８及び従動側内歯車部２２の歯数よりも同数ずつ少なく設定されている。駆動側外歯車部５２は、駆動側内歯車部１８の内周側に偏心して配置され、当該内歯車部１８と噛合している。従動側外歯車部５４は、駆動側外歯車部５２から軸方向にずれて且つ従動側内歯車部２２の内周側に偏心して配置され、当該内歯車部２２と噛合している。

このように回転体１０，２０間を遊星歯車５０により歯車連繋してなる差動歯車式の歯車減速機構８は、制御軸６に与えられる制御トルクに従って、駆動回転体１０に対する従動回転体２０の相対位相を回転体間位相として調整する。バルブタイミングは、かかる回転体間位相の調整により、内燃機関の運転状況に適したタイミングとなる。

ここで具体的には、制御軸６が駆動回転体１０と同速に回転することで、遊星キャリア４０が駆動側内歯車部１８に対して相対回転しないとき、遊星歯車５０は、遊星運動することなく回転体１０，２０と共に回転する。その結果、回転体間位相は変化しないので、バルブタイミングが保持される。一方、制御軸６が駆動回転体１０よりも高速に回転することで、遊星キャリア４０が駆動側内歯車部１８に対する進角側へ相対回転するときには、遊星歯車５０が遊星運動して、従動回転体２０が駆動回転体１０に対する進角側へと相対回転する。その結果、回転体間位相は進角側へ変化するので、バルブタイミングが進角する。また一方、制御軸６が駆動回転体１０に対して低速に又は逆方向に回転することで、遊星キャリア４０が駆動側内歯車部１８に対する遅角側へ相対回転するときには、遊星歯車５０が遊星運動して、従動回転体２０が駆動回転体１０に対する遅角側へと相対回転する。その結果、回転体間位相は遅角側へ変化するので、バルブタイミングが遅角する。

（潤滑構造）
図１，４に示すように装置１は、歯車減速機構８の内部を潤滑するために、潤滑構造８０を備えている。潤滑構造８０は、「潤滑液」として内燃機関からエンジン潤滑油が導入される収容室８２に、導入入口８４及び排出出口８６を組み合わせてなる。

具体的に従動回転体２０は、連結部２１を貫通することで駆動回転体１０内部の収容室８２に開口する導入入口８４を、有している。図１に示すように導入入口８４は、内燃機関においてクランク軸の機関トルクにより駆動されるメカポンプ９の吐出口９ａに対し、カム軸２の導入通路２ａを介して連通している。こうした構成により内燃機関の運転中は、内燃機関のメカポンプ９から導入通路２ａに吐出された潤滑油が、導入入口８４を通じて収容室８２に導入される。さらに、収容室８２に導入された潤滑油は、図５，６に二点鎖線矢印で示すように、金属製の「歯車要素」である内歯車部２２，１８と外歯車部５４，５２との各噛合箇所や、金属製の転がり軸受４７，４５等に順次供給されることになる。

ここで、図４に示すように転がり軸受４５，４７は、開放型のラジアル玉軸受であり、それぞれ内部が軸方向の一端４５ａ，４７ａと他端４５ｂ，４７ｂとにて円環孔状に開放されている。転がり軸受４５の一端４５ａは、転がり軸受４７の他端４７ｂと軸方向に対向しているのに対し、転がり軸受４５の他端４５ｂは、駆動回転体１０の外部に連通する円環板状カバー部材１４の内周側空間へと向かって、開口している。こうした構成により、転がり軸受４７の一端４７ａまで供給された潤滑油は、図５に二点鎖線矢印で示すように、転がり軸受４７の他端４７ｂから転がり軸受４５の一端４５ａに供給され、さらに転がり軸受４５の他端４５ｂから外部に排出される。即ち本実施形態では、転がり軸受４５の他端４５ｂにおいて潤滑油を外部に排出する開放部分が、円環孔状の排出出口８６を形成しているのである。

（開閉構造）
図１，４に示すように装置１は、内燃機関の温度に応じて排出出口８６を開閉するために、開閉構造９０を備えている。開閉構造９０は、可動体９２及び感温体９４を組み合わせてなる。

金属製の可動体９２は、排出出口８６と同軸の円環板状に形成され、転がり軸受４５の他端４５ｂと対向する軸方向に往復移動可能に、配置されている。可動体９２の内径は、排出出口８６の内径よりも小さく設定されていると共に、可動体９２の外径は、排出出口８６の外径よりも大きく設定されている。これらの内外径設定により可動体９２は、図６に示すように転がり軸受４５の他端４５ｂと軸方向に面接触する閉塞位置へと移動することで、排出出口８６を径方向及び周方向の全域にて閉塞する。一方で可動体９２は、図５に示すように転がり軸受４５の他端４５ｂから軸方向に離間する開放位置へと移動することで、排出出口８６を径方向及び周方向の全域にて開放する。

ここで、図４に示すように本実施形態では、転がり軸受４５よりも径方向の外側領域Ａｏに、内歯車部１８と外歯車部５２との噛合箇所が位置している。かかる位置形態により、可動体９２が転がり軸受４５の排出出口８６を閉塞するときには、転がり軸受４７を通過した潤滑油を、内歯車部１８と外歯車部５２との噛合箇所へと導いて滞留させることが、可能となるのである。

このような可動体９２に対して、バイメタルからなる感温体９４は、図５に示すように排出出口８６と同軸の円環板状に形成され、可動体９２を軸方向に挟んで転がり軸受４５とは反対側に、配置されている。感温体９４の外周部は、可動体９２の外周部に嵌合固定されているのに対し、感温体９４の外周部は、カバー部材１４の内周部に嵌合固定されている。感温体９４は、熱膨張率の高低が異なる高膨張層９４ａ及び低膨張層９４ｂを、有している。低膨張層９４ｂは、高膨張層９４ａよりも線膨張係数が低く、且つ高膨張層９４ａの排出出口８６側に積層されている。

以上の構成により開閉構造９０では、図６に示すように内燃機関の温度Ｔが設定温度Ｔｓ以上となるとき、高膨張層９４ａが低膨張層９４ｂよりも大きく膨張することで、排出出口８６側の閉塞位置に可動体９２が付勢される。一方、図５に示すように内燃機関の温度Ｔが設定温度Ｔｓ未満となるときには、高膨張層９４ａが低膨張層９４ｂよりも大きく収縮することで、図６に示す排出出口８６とは反対側の開放位置に可動体９２が付勢される。尚、設定温度Ｔｓは、始動後の内燃機関が異音抑制の必要な通常運転状態となるときの下限温度Ｔ、例えば５℃に予め設定される。

（作用効果）
ここまで説明した装置１の作用効果を、以下に説明する。

装置１では、内燃機関が設定温度Ｔｓ以上の高温状態になると、歯車減速機構８の排出出口８６を閉塞する閉塞位置に、可動体９２が感温体９４により付勢される。これによれば、粘度の低い潤滑油が歯車減速機構８の内部に滞留し易くなるので、歯車部１８，２２，５２，５４の回転阻害を招くことなく、歯車部１８，５２の当接又は歯車部２２，５４の当接による異音の発生を抑制できる。

一方、内燃機関が設定温度Ｔｓ未満の低温状態になると、装置１では、歯車減速機構８の排出出口８６を開放する開放位置に、可動体９２が感温体９４により付勢される。これによれば、粘度の高くなった潤滑油を排出出口８６から外部へ排出させて、歯車部１８，２２，５２，５４の回転阻害を抑制できる。しかも、上述した設定温度Ｔｓの設定により内燃機関は、始動時には低温状態にあるが、始動後の通常運転時には高温状態へと移行し得るので、歯車部１８，５２の当接又は歯車部２２，５４の当接に異音の発生が潤滑油の排出により懸念される期間を、可及的に短縮できる。

以上のことから装置１は、静粛性及び応答性の両立を可能にするのである。

また、感温体９４として高低の膨張層９４ａ，９４ｂを有するバイメタルは、内燃機関が設定温度Ｔｓ以上の高温状態になると、高膨張層９４ａが排出出口８６側の低膨張層９４ｂよりも大きく膨張することで、可動体９２を当該排出出口８６側の閉塞位置へ確実に付勢できる。一方、感温体９４としてのバイメタルは、内燃機関が設定温度Ｔｓ未満の低温状態になると、高膨張層９４ａが排出出口８６側の低膨張層９４ｂよりも大きく収縮することで、当該排出出口８６側とは反対側の開放位置へと確実に可動体９２を付勢できる。これらの付勢作用によれば、内燃機関の温度に応じた排出出口８６の開閉を的確に制御して、静粛性及び応答性の両立を確固たるものとなし得るのである。

さらに、各回転体１０，２０の回転に伴って遠心力が作用する潤滑油は、駆動回転体１０を軸受する転がり軸受４５の排出出口８６が閉塞されると、当該転がり軸受４５よりも径方向の外側領域Ａｏに滞留し易くなる。故に、外側領域Ａｏに位置する内歯車部１８及び外歯車部５２の噛合箇所では、排出出口８６が閉塞される高温状態での低粘度の潤滑油により、特に歯車部１８，５２の回転阻害を招くことなく、異音の抑制機能を発揮できる。したがって、静粛性及び応答性の両立に貢献可能となるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例１としては、開放型のラジアルころ軸受を転がり軸受４５，４７の少なくとも一方に採用してもよい。また、変形例２として、排出出口８６を転がり軸受４５以外に形成してもよく、その場合には、潤滑液を予封入した封入型の転がり軸受や、滑り軸受を転がり軸受４５，４７の少なくとも一方に採用してもよい。

さらに、変形例３としては、内燃機関の温度に応じて可動体９２を閉塞位置と開放位置とに付勢可能な感温体９４であれば、バイメタル以外のものを利用して開閉構造９０を構成してもよい。またさらに、変形例４としては、クランク軸により駆動されるメカポンプ９からではなく、電動ポンプから吐出されるエンジン潤滑油を「潤滑液」に採用してもよい。

加えて、変形例５としては、回転体１０をカム軸２と連動回転させると共に、回転体２０をクランク軸と連動回転させてもよい。また加えて、変形例６としては、回転体１０，２０間の相対位相である回転体間位相を調整可能なものであれば、上述した差動歯車式以外の構造の歯車減速機構８を採用してもよい。

さらに加えて、変形例７として本発明は、吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置に適用可能である。

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、２ａ 導入通路、８ 歯車減速機構
９ メカポンプ、９ａ 吐出口、１０ 駆動回転体、１８ 駆動側内歯車部、２０ 従動回転体、２２ 従動側内歯車部、４５，４７ 転がり軸受、５２ 駆動側外歯車部、５４ 従動側外歯車部、８０ 潤滑構造、８２ 収容室、８４ 導入入口、８６ 排出出口、９０ 開閉構造、９２ 可動体、９４ 感温体、９４ａ 高膨張層、９４ｂ 低膨張層
Ａｏ 外側領域、Ｔ 温度、Ｔｓ 設定温度

Claims (3)

1. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動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おいて、
   前記クランク軸及び前記カム軸の一方と連動して回転する第一連動回転体（１０）、並びに前記クランク軸及び前記カム軸の他方と連動して回転する第二連動回転体（２０）を有し、それら第一連動回転体及び第二連動回転体間の相対位相を調整する歯車減速機構（８）であって、歯車要素（１８，２２，５２，５４）の噛合箇所を潤滑する潤滑液が前記内燃機関から内部に導入され、当該潤滑液を外部へ排出する排出出口（８６）を形成する歯車減速機構と、
   前記排出出口を閉塞する閉塞位置、並びに前記排出出口を開放する開放位置が規定され、それら閉塞位置及び開放位置の間を往復移動する可動体（９２）と、
   前記内燃機関が設定温度（Ｔｓ）以上の高温状態になると、前記可動体を前記閉塞位置に付勢する一方、前記内燃機関が設定温度未満の低温状態になると、前記可動体を前記開放位置に付勢する感温体（９４）と、
   を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記感温体は、熱膨張率の高低が異なる高膨張層（９４ａ）及び低膨張層（９４ｂ）を有するバイメタルであり、
   前記低膨張層は、前記高膨張層の前記排出出口側に積層されて前記可動体を付勢することを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記歯車減速機構は、前記第一連動回転体を軸受する転がり軸受（４５）を有し、当該転がり軸受に前記排出出口を形成し、
   前記噛合箇所（１８，５２）は、前記転がり軸受よりも径方向の外側領域（Ａｏ）に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。

Images