JP3344260B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランクシャフト
に駆動連結されたカム駆動部材とカムシャフトとを相対
回動させ、クランクシャフトとカムシャフトとの相対位
相を変更することにより吸排気バルブの開閉タイミン
グ、即ちバルブタイミングを変更することができる内燃
機関のバルブタイミング制御機構に係り、詳しくはベー
ン式のバルブタイミング制御機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のベーン式バルブタイミン
グ制御機構は種々提案されている。 図５は、実開平２−
５０１０５号公報にて提案された内燃機関のベーン式バ
ルブタイミング制御機構５０を説明するための要部断面
図である。図５において、タイミングギア５１は、図示
しないクランクシャフトに連結されたクランクプーリと
タイミングチェーンを介して駆動連結されている。カム
シャフト５２はシリンダヘッドに設けた軸受に回転可能
に支持されている。カムシャフト５２と一体回転するロ
ータ５３は、軸部５４が該カムシャフト５２に固着さ
れ、各ベーン５５が前記タイミングギア５１内に形成さ
れ作動油が満たされた圧力室に収容されている。

【０００３】各圧力室は、収容されたベーン５５にて進
角用油室５６と遅角用油室５７に区画されている。そし
て、各進角用油室５６に作動油が供給され遅角用油室５
７の作動油が排出されることにより、ロータ（カムシャ
フト）５３はタイミングギア５１に対して進角方向にそ
の相対位相が調整される。反対に、遅角用油室５７に作
動油が供給され進角用油室５６の作動油が排出されるこ
とにより、ロータ（カムシャフト）５３はタイミングギ
ア５１に対し遅角方向にその相対位相が調整される。

【０００４】各ベーン５５の先端には弾性がある合成樹
脂からなるチップシール５８が配設され、各ベーン５５
はこのチップシール５８を介して圧力室の内周面に摺接
されている。又、各ベーン５５はロータ５３側に設けら
れるスプリング５９にて圧力室内周面に押圧されてい
る。このことにより、両油室５６，５７を密封しなが
ら、各ベーン５５と圧力室内周面との摺動抵抗の低減が
図られている。

【０００５】又、タイミングギア５１は、チップシール
５８及びスプリング５９を介してロータ５３に対し同一
軸心回りに相対回動可能に支持されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、タイミングギア５１は、カムシャフト５２に固着さ
れるロータ５３に対してチップシール５８及びスプリン
グ５９を介して同一軸心回りに相対回動可能に支持され
ている。このため、カムシャフト５２の駆動トルクの変
動等の原因によりタイミングギア５１の回転軸心がロー
タ５３の回転軸心に対してラジアル方向に偏位し、タイ
ミングギア５１がロータ５３に対して振れるように運動
することがある。

【０００７】その結果、例えば、吸気側カムシャフト５
２と排気側カムシャフトとがタイミングギア５１と同排
気側カムシャフトに固着され同タイミングギア５１に歯
合されるギアにて駆動連結されるものでは、タイミング
ギア５１の振れによりギア同士が衝突してメカノイズを
発生する。又、タイミングギア５１とロータ５３との摺
動面間には所定の隙間があるため、その摺動面同士が衝
突してメカノイズが発生する。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、内燃機関のバルブタ
イミング制御機構において、第２回転体と第１回転体と
の摺動抵抗を小さくしながら第２回転体に対する第１回
転体のラジアル方向の振れを防止することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランクシャ
フトに駆動連結された第１回転体と、バルブを駆動する
カムシャフトに駆動連結され、前記第１回転体に対して
同一回転軸心回りに相対回動可能な第２回転体と、前記
第１回転体あるいは第２回転体の一方に設けられ、作動
流体が給排される圧力室と、前記第１回転体あるいは第
２回転体の他方に設けられ、前記圧力室内で前記作動流
体の給排により駆動され、前記第１回転体と第２回転体
とを相対回動させるベーンとを備えた内燃機関のバルブ
タイミング制御機構において、前記第１回転体と第２回
転体との周方向における両対向面の間には、同周方向に
延びる凹部を形成し、該凹部内には第１回転体を第２回
転体に対して同一軸心回りに相対回動可能に支持するロ
ーラを、前記第１回転体と第２回転体との相対回動の範
囲内において、前記両対向面の周方向へ滑ることなく転
動するように配設した。

【００１０】請求項１に記載の発明によれば、内燃機関
においてクランクシャフトに駆動連結される第１回転体
が回転駆動されると、バルブを駆動するカムシャフトに
駆動連結され、第１回転体に対して同一回転軸心回りに
相対回動可能に支持される第２回転体が回転駆動され
る。従って、クランクシャフトにてバルブが駆動され
る。ここで、第１回転体あるいは第２回転体の一方に設
けられ作動流体が給排される圧力室に作動流体が給排さ
れると、第１回転体あるいは第２回転体の他方に設けら
れ圧力室内で作動流体の給排により駆動されるベーンが
第１回転体と第２回転体とを相対回動させる。従って、
クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相が調
整される。

【００１１】このとき、第１回転体と第２回転体との周
方向における両摺動面の間に形成される凹部に配設され
るローラにて、第１回転体が第２回転体に対して同一軸
心回りに相対回動可能に支持される。従って、第１回転
体は変形しないローラにて支持されるため、その回転軸
心が第２回転体の回転軸心から偏心しない。又、第１回
転体と第２回転体とが相対回動すると、ローラが凹部内
で前記先端面と摺動面との周方向の相対移動により周方
向に転動する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を車両用エンジンに
搭載されるバルブタイミング制御機構に具体化した一実
施の形態を図１〜図４に従って説明する。

【００１３】図３は、バルブ駆動方式がＤＯＨＣである
エンジンに設けられたバルブタイミング制御機構１の断
面を示している。バルブタイミング制御機構１は、シリ
ンダヘッド２に支持されるカムシャフトとしての吸気側
カムシャフト３の端部に設けられている。

【００１４】バルブタイミング制御機構１は、側板４、
ロータ５、ハウジング６、カバー７等から構成されてい
る。側板４は円板状に形成され、吸気側カムシャフト３
の端部に設けられるフランジ３ａに固着されている。側
板４にはボス４ａが突出形成され、同ボス４ａには第２
回転体としてのロータ５が固着されている。

【００１５】ロータ５は、図１に示すように、前記ボス
４ａに外嵌する円柱状の軸部８を備え、同軸部８の外周
面に３個のベーン９を等角度間隔に備えている。各ベー
ン９は、外周側ほど拡開する扇状に形成されている。

【００１６】図２（ａ）に示すように、ベーン９の先端
面９ａには、ロータ５の幅一杯（すなわち、ロータ５の
回転軸心方向の厚さ）に同ロータ５の周方向に延びる第
１凹部１０が形成されている。該第１凹部１０内には、
同凹部１０の幅一倍の長さの第１ローラ１１が周方向に
転動可能に配設されている。該第１ローラ１１は金属に
て形成され、その直径は第１凹部１０の深さよりもやや
大きく形成されている。

【００１７】図３に示すように、前記側板４の外周面４
ｂには、円筒状に形成される第１回転体としてのハウジ
ング６が摺動可能に外嵌されている。ハウジング６は前
記ロータ５の軸部８を収容可能な孔部１２を備え、同孔
部１２の外周側には前記各ベーン９をそれぞれ収容可能
な３個のベーン室１３を備えている。各ベーン室１３
は、外周側ほど拡開する扇状に形成されている。

【００１８】図２（ｂ）に示すように、隣合う両ベーン
室１３の間に形成される隔壁部１４の先端面１４ａに
は、ロータ５の幅一杯（すなわち、ロータ５の回転軸線
方向の厚さ）に同ロータ５の周方向に延びる第２凹部１
５が形成されている。該第２凹部１５内には、同凹部５
の幅一倍の長さの第２ローラ１６が周方向に転動可能に
配設されている。該第２ローラ１６は金属にて形成さ
れ、その直径は第２凹部１５の深さよりもやや大きく形
成されている。

【００１９】そして、前記孔部１２にはロータ５の軸部
８が嵌挿されるとともに、各ベーン室１３には前記各ベ
ーン９が軸部８の相対回動に伴って回転方向に相対移動
可能に収容されている。このとき、ハウジング６は、軸
部８の外周面８ａに前記各第２ローラ１６が当接すると
ともに、前記各第１ローラ１１がベーン室１３の内周面
１３ａに当接することによりロータ５に対して同一軸心
回りに相対回動可能に支持されている。そして、本実施
の形態では、ベーン９の先端面９ａとベーン室１３の内
周面１３ａ、隔壁部１４の先端面１４ａと軸部８の外周
面８ａをそれぞれ対向面としている。又、本実施の形態
では、第１凹部１０及び第２凹部１５を凹部とし、第１
ローラ１１及び第２ローラ１６をローラとしている。

【００２０】ハウジング６がロータ５に対して相対回動
可能な角度は、各ベーン９がベーン室１３内で移動可能
な角度分である。前記第１凹部１０は、その周方向の長
さが、ハウジング６がロータ５に対して前記角度分だけ
相対回動するときに、ローラ１１が同第１凹部１０内を
周方向に滑ることなく転がり可能な長さに形成されてい
る。同様に、前記第２凹部１５は、その周方向の長さ
が、ハウジング６がロータ５に対して前記角度分だけ相
対回動するときに、ローラ１６が同第２凹部１５内を周
方向に滑ることなく転がり可能な長さに形成されてい
る。

【００２１】図３に示すように、ハウジング６の外周面
６ａには外歯６ｂが設けられ、該外歯６ｂには図示しな
いクランクシャフトのクランクプーリに駆動連結される
タイミングチェーン１７が掛装されている。

【００２２】ハウジング６の端面には同ハウジング６の
各ベーン室１３を密封する前記カバー７が嵌着されてい
る。前記側板４、ロータ５、ハウジング６及びカバー７
は、各部材４〜７を貫通するボルト１８にて前記吸気側
カムシャフト３の端部に取着されている。つまり、側板
４及びロータ５に対して、ハウジング６及びカバー７が
相対回動可能に支持されている。

【００２３】図１に示すように、前記各ベーン室１３内
には、ベーン９にて２つの油圧室１９，２０が区画形成
されている。すなわち、各ベーン室１３において、各ベ
ーン９の反時計方向側には進角用油室１９が形成され、
各ベーン９の時計方向側には遅角用油室２０が形成され
ている。

【００２４】ここで、各進角用油室１９の容積が大きく
なり各遅角用油室２０の容積が小さくなるとき、すなわ
ち各ベーン９がそれぞれのベーン室１３内で遅角用油室
２０側に移動すると、ハウジング６に対するロータ５の
相対位相が進角方向に調整される。反対に、各遅角用油
室２０の容積が大きくなり各進角用油室１９の容積が小
さくなるとき、すなわち、各ベーン９がベーン室１３内
で進角用油室１９側に移動すると、ハウジング６に対す
るロータ５の相対位相が遅角方向に調整される。そし
て、本実施の形態では、進角用油室１９及び遅角用油室
２０を圧力室としている。

【００２５】図３に示すように、前記吸気側カムシャフ
ト３が支持されるシリンダヘッド２の軸受部２ａには、
進角用油路２１及び遅角用油路２２が設けられている。
進角用油路２１は、吸気側カムシャフト３内に形成され
る油路を介して各進角用油室１９に連通されている。遅
角用油路２２は、同様に、各遅角用油室２０に連通され
ている。進角用油路２１及び遅角用油路２２は、図示し
ない方向制御弁に接続されている。方向制御弁は、進角
用油路２１及び遅角用油路２２の一方に作動油を供給す
るときには他方から作動油を排出するようになってい
る。

【００２６】従って、方向制御弁が進角用油路２１に作
動油を供給すると、進角用油室１９の容積が増大するた
め、ハウジング６に対する前記ロータ５の相対位相が進
角方向に調整される。その結果、クランクシャフトに対
する吸気側カムシャフト３の相対位相が進角側に調整さ
れる。反対に、方向制御弁が遅角用油路２２に作動油を
供給すると、遅角用油室２０の容積が増大するため、ハ
ウジング６に対するロータ５の相対位相が遅角方向に調
整される。その結果、クランクシャフトに対する吸気側
カムシャフト３の相対位相が遅角側に調整される。

【００２７】そして、バルブタイミング制御装置１はク
ランクシャフトにて図１において時計方向に回転駆動さ
れ、吸気側カムシャフト３を同方向に回転駆動する。吸
気側カムシャフト３は、図示しない吸気側カムを介して
吸気側バルブを駆動する。

【００２８】以上のように構成された各ローラ１１，１
６及び各凹部１０，１５の作用及び効果を列挙する。 （ａ） ハウジング６は、各第１凹部１０内に配設され
る第１ローラ１１及び各第２凹部１５内に配設される第
２ローラ１６にてロータ５に対し同一軸心回りに相対回
動可能に支持される。そして、各ローラ１１，１６にて
進角用油室１９と遅角用油室２０とが密封される。しか
も、各ローラ１１，１６は金属にて形成されており変形
しないため、吸気側カムシャフト３のトルク変動等によ
りハウジング６がロータ５に対してラジアル方向に偏位
しロータ５の回転軸心に対して振れることはない。その
結果、ハウジング６の外歯６ｂと排気側カムシャフトに
固着されるギアとの衝突や、ハウジング６とロータ５と
の摺動面間での衝突を防止してメカノイズの発生を防止
することができる。

【００２９】（ｂ） ロータ５がハウジング６に対して
進角方向あるいは遅角方向に相対回動すると、各第１凹
部１０内で第１ローラ１１はベーン室１３の内周面１３
ａと同第１凹部１０の底面との周方向の相対移動により
両面に対して滑ることなく周方向に転動する。同様に、
各第２凹部１５内で第２ローラ１６は軸部８の外周面８
ａと同第２凹部１５の底面との周方向の相対移動により
両面に対して滑ることなく周方向に転動する。つまり、
ハウジング６とロータ５とは各ローラ１１，１６の転動
により相対回動する。その結果、ロータ５とハウジング
６との間の摺動抵抗は図５の従来例よりもさらに小さく
することができ、バルブタイミング制御機構１の応答性
を向上することができる。

【００３０】（ｃ） 従来のように弾性のある合成樹脂
性のチップシールを摺動面に押圧して密封する構造と異
なり、各ローラ１１，１６が各凹部の１０，１５の底面
と、軸部８の外周面あるいはベーン室１３の内周面の両
方に当接して密封するため、密封性が向上する。

【００３１】（ｄ） 各ベーン９の先端面９ａとベーン
室１３の内周面１３ａとの間に第１ローラ１１を配設す
るとともに、各隔壁部１４の先端面１４ａと軸部８の外
周面８ａとの間に第２ローラ１６を配設した。従って、
ロータ５とハウジング６との周方向の全ての対向面間に
ローラ１１，１６が介在されるため、ロータ５とハウジ
ング６との間の摺動抵抗を一層小さくすることができ
る。

【００３２】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、以下のように構成することもできる。 （１） 各ベーン９の先端面９ａ及び各隔壁部１４の先
端面１４ａに凹部１０，１５を設けたが、それぞれベー
ン室１３の内周面１３ａ及び軸部８の外周面８ａに凹部
を設けてもよい。このような構成でも、上記実施の形態
の効果を得ることができる。

【００３３】又、各ベーン９の先端面９ａとベーン室１
３の内周面１３ａ、あるいは、各隔壁部１４の先端面１
４ａと軸部８の外周面８ａにそれぞれ設けた凹部にて協
同してローラを収容するようにしてもよい。このような
構成でも、上記実施の形態の効果を得ることができる。

【００３４】（２） 各ベーン９の先端面９ａとベーン
室１３の内周面１３ａとの間にのみ第１ローラ１１を配
設し、各隔壁部１４の先端面１４ａと軸部８の外周面８
ａとの間にはローラ等のシール部材を設けない構成とし
てもよい。このような構成でも、ロータ５とハウジング
６間の摺動抵抗を小さくするとともに、ロータ５に対す
るハウジング６のラジアル方向の振れを防止することが
でき、しかも、より簡単な構造とすることができる。

【００３５】（３） ベーン９及びベーン室１３の数は
３個に限らず、２個あるいは４個以上とし、それぞれの
ベーン９の先端面９ａに第１ローラ１１を設けてもよ
い。 （４） 各ベーン９の両側に油室１９，２０が形成され
るバルブタイミング制御機構１に実施したが、各ベーン
９の一方の側に進角用油室１９あるいは遅角用油室２０
のいずれか一方のみを設け、他方の側に設けた圧縮コイ
ルばね等の付勢手段と同油室との均衡により、ロータ５
をハウジング６に対して進角方向及び遅角方向に相対回
動させるようにしたバルブタイミング制御機構に実施し
てもよい。

【００３６】（５） 各ローラ１１，１６を金属の代わ
りにセラミック等にて形成してもよい。 （６） 上記実施の形態では、第１ローラ１１及び第２
ローラ１６にてハウジング６をロータ５に対して同一軸
心回りに回動可能に支持するとともに各油室１９，２０
を密封するように構成した。これを、各ローラ１１，１
６はハウジング６をロータ５に対して同一軸心回りに相
対回動可能に支持するだけとし、各油室１９，２０の密
封は従来例のようにチップシール等で行うようにしても
よい。例えば、上記実施の形態において、側板４の外周
面４ｂとハウジング６の内周面との間に凹部を形成し、
同凹部に配設したローラにてロータ５に対してハウジン
グ６を同一軸心回りに相対回動可能に支持する。そし
て、各油室１９，２０間の密封をチップシールにて行う
構造が考えられる。このような構成でも、ハウジング６
とロータ５との間の摺動抵抗を小さくしながらロータ５
に対するハウジング６のラジアル方向の振れを防止する
ことができる。

【００３７】前記実施の形態から把握できる請求項以外
の技術的思想について、以下にその効果とともに記載す
る。 （１） 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング
制御機構において、前記凹部１１，１５は、前記圧力室
１９，２０に隣接する前記両対向面９ａ，１３ａ、８
ａ，１４ａ間に設け、前記ローラ１１，１６にて前記圧
力室１９，２０を密封するようにした。このような構成
によれば、両対向面９ａ，１３ａ、８ａ，１４ａに接す
るローラ１１，１６にて圧力室１９，２０が密封される
ため、同圧力室１９，２０の密封性を高めることができ
る。

【００３８】（２） 請求項１に記載の内燃機関のバル
ブタイミング制御機構を備えた車両用内燃機関。このよ
うな構成によれば、バルブタイミング制御機構１を設け
たことによるメカノイズの発生を防止することができ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、内燃機関のバルブタイミング制御機構に
おいて、第２回転体と第１回転体との摺動抵抗を小さく
しながら第２回転体に対する第１回転体のラジアル方向
の振れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 バルブタイミング制御機構の正面側断面図。

【図２】 （ａ）ベーンの先端面を示す斜視図、（ｂ）
隔壁部の先端面を示す斜視図。

【図３】 図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図４】 作動状態を示すバルブタイミング機構の正面
側断面図。

【図５】 従来例のバルブタイミング制御機構の正面側
断面図。

【符号の簡単な説明】

３…カムシャフトとしての吸気側カムシャフト、５…第
２回転体としてのロータ、６…第１回転体としてのハウ
ジング、８ａ…対向面を構成する外周面、９…ベーン、
９ａ…対向面を構成する先端面、１０…凹部としての第
１凹部、１１…ローラとしての第１ローラ、１３ａ…対
向面を構成する内周面、１４ａ…同じく先端面、１５…
凹部としての第２凹部、１６…ローラとしての第２ロー
ラ、１９…圧力室としての進角用油室、２０…同じく遅
角用油室。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランクシャフトに駆動連結
   された第１回転体と、 バルブを駆動するカムシャフトに駆動連結され、前記第
   １回転体に対して同一回転軸心回りに相対回動可能な第
   ２回転体と、 前記第１回転体あるいは第２回転体の一方に設けられ、
   作動流体が給排される圧力室と、 前記第１回転体あるいは第２回転体の他方に設けられ、
   前記圧力室内で前記作動流体の給排により駆動され、前
   記第１回転体と第２回転体とを相対回動させるベーンと
   を備えた内燃機関のバルブタイミング制御機構におい
   て、 前記第１回転体と第２回転体との周方向における両対向
   面の間には、同周方向に延びる凹部を形成し、該凹部内
   には第１回転体を第２回転体に対して同一軸心回りに相
   対回動可能に支持するローラを、前記第１回転体と第２
   回転体との相対回動の範囲内において、前記両対向面の
   周方向へ滑ることなく転動するように配設した内燃機関
   のバルブタイミング制御機構。