JP3567551B2 - 内燃機関用バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミングを運転条件に応じて変更するためのバルブタイミング調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンのクランクシャフトと同期回転するタイミングプーリやチェーンスプロケットを介してカムシャフトを駆動し、タイミングプーリやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回動による位相差により吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方の開閉を行うベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のベーン式のバルブタイミング調整装置では、ベーンを有するベーンロータがベーンロータを回動可能に収容するハウジング部材と軸方向両端で摺動するため、ベーンロータとハウジング部材との間に摺動クリアランスを設ける必要がある。この摺動クリアランスは極力小さくなるように加工されてはいるが、この摺動クリアランスから油圧室の圧油が漏れ出ることを十分に防止することはできない。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、油圧室からの圧油漏れを簡単な構成で低減し、高精度に位相制御可能なバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または２記載のエンジン用バルブタイミング調整装置によると、ベーンロータの軸方向両端の少なくともいずれか一方においてベーンロータとハウジング部材との間に弾性部材の弾性力によりベーンロータに当接するシール薄板を介装することにより、ベーンロータを周方向に駆動する油圧室からの圧油漏れを防止することができる。したがって、駆動軸と従動軸との位相差を高精度に制御できる。
【０００６】
本発明の請求項３記載のエンジン用バルブタイミング調整装置によると、弾性を有する凸部をシール薄板に設け、凸部の弾性力により凸部がベーンロータに当接することによりシール薄板のみで圧油の漏れを低減することができる。したがって、部品点数が減少するのでシール薄板の組付けが容易になる。
本発明の請求項４記載のエンジン用バルブタイミング調整装置によると、シール薄板の環状の内周凸部が弾性力により支持部材に当接し、凸条部が少なくともベーンの回動範囲内で弾性力によりベーンに当接することにより、油圧室からの周方向および径方向内側への圧油漏れを良好に低減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるエンジン用バルブタイミング調整装置を図４に示す。ギア１は、図示しない駆動力伝達ギアにより図示しないエンジンの駆動軸としてのクランクシャフトから駆動力を伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。従動軸としてのカムシャフト２は、ギア１から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁および排気弁の少なくとも一方を開閉駆動する。カムシャフト２は、ギア１に対し所定の位相差をおいて回動可能である。ギア１およびカムシャフト２は図４に示す矢印Ｘ方向からみて時計方向に回転する。以下この回転方向を進角方向とする。
【０００８】
図３および図４に示すように、ハウジング部材であるギア１とシューハウジング３とフロントプレート４とはボルト１４により同軸上に固定されている。カムシャフト２およびベーンロータ９はボルト１５により同軸上に固定されている。
図３に示すように、シューハウジング３は周方向にほぼ等角度間隔に配設された台形状のシュー３ａ、３ｂおよび３ｃを有している。シュー３ａ、３ｂおよび３ｃのそれぞれの内周面は断面円弧状に形成されており、シュー３ａ、３ｂおよび３ｃの周方向の三箇所の間隙にはそれぞれベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの収容室としての扇状空間部が形成されている。
【０００９】
ベーンロータ９は、支持部材９ｄと、支持部材９ｄから径方向外側にほぼ等角度間隔で延び、支持部材９ｄと一体に形成され支持部材９ｄとともに回転するベーン９ａ、９ｂおよび９ｃとからなる。ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃは扇形状に形成され、このベーン９ａ、９ｂおよび９ｃがシュー３ａ、３ｂおよび３ｃの周方向の間隙に形成されている扇状空間部内に回動可能に収容されている。図４に示す支持部材９ｄのインロー部９ｆはカムシャフト２の先端部２ａに同軸に嵌合しており、ベーンロータ９とカムシャフト２とは図示しないノックピンにより回転角度方向の位置決めがなされている。ベーンロータ９と一体に固定される円筒突出部５は、フロントプレート４の内周壁に相対回動可能に嵌合している。以上の構成により、カムシャフト２およびベーンロータ９はギア１、シューハウジング３およびフロントプレート４に対して同軸に相対回動可能である。
【００１０】
図３に示すように、シュー３ａとベーン９ａとの間には遅角油圧室６０が形成され、シュー３ｂとベーン９ｂとの間には遅角油圧室６１が形成され、シュー３ｃとベーン９ｃとの間には遅角油圧室６２が形成されている。また、シュー３ｃとベーン９ａとの間には進角油圧室６３が形成され、シュー３ａとベーン９ｂとの間には進角油圧室６４が形成され、シュー３ｂとベーン９ｃとの間には進角油圧室６５が形成されている。
【００１１】
図１に示すように、ベーンロータ９とギア１との間にシール薄板５０が介装されている。シール薄板５０は、図示しない貫通孔にボルト１４を通すことにより周方向の位置決めがなされている。図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、シール薄板５０はドーナツ盤状に形成された薄板であり、カムシャフト２の先端部２ａに嵌合するための嵌合穴５０ａが中央に設けられている。シール薄板５０と先端部２ａとのクリアランスは、このクリアランスからの圧油の漏れを防止するために極力小さくなるように形成されており、０．１ｍｍ程度に設定されている。シール薄板５０の円環状の内周凸部５１、および内周凸部５１からほぼ等角度間隔で三つ径方向外側に延びる凸条部５２は金属製の平薄板をプレス成形することにより形成された膨出部であり、内周凸部５１および凸条部５２の凸側が弾性力によりベーンロータ９に当接している。
【００１２】
図５は図１の右方向から見た模式的矢視図であり、内周凸部５１および凸条部５２とベーンロータ９との当接位置を示している。内周凸部５１は、支持部材９ｄの外周縁部の端面と全周に渡って当接しており、各油圧室の圧油が径方向内側に漏れることを防止している。凸条部５２は、最大遅角位置と最大進角位置間の角度範囲内においてベーン９ａ、９ｂおよび９ｃが回動しても常にベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの端面と当接するように取り付けられているので、遅角油圧室６０と進角油圧室６３、遅角油圧室６１と進角油圧室６４、遅角油圧室６２と進角油圧室６５間をシールし圧油の周方向への漏れを低減している。
【００１３】
ベーンロータ９の軸方向両端のうちベーンロータ９とギア１との間にだけシール薄板５０を介装するのは次の理由による。ギア１は、図６に示す角度に形成されたはす歯１ａを有しているので、クランクシャフトから駆動力伝達ギアを介して図６に示す向きにトルクが伝達されると、ギア１に図６の右方向へのスラスト力が働く。このスラスト力はギア１とベーンロータ９間のクリアランスを拡大する方向に働く。ベーンロータ９とギア１との間にシール薄板５０を介装することにより、クリアランスが拡大しても内周凸部５１および凸条部５２が弾性力によりベーンロータ９に当接するので、ベーンロータ９とギア１との間を良好にシールし圧油の漏れを低減できる。一方このスラスト力はベーンロータ９とフロントプレート４間のクリアランスを小さくするように働く。また、ベーンロータ９とフロントプレート４間は、極力クリアランスを小さくするように形成されている。さらに、ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの周方向の長さが比較的長く、つまりベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの横断面積が大きいことにより、油圧室間の圧油漏れを極力防止することができるので、ベーンロータ９とフロントプレート４間にシール薄板５０を介装しないでもシール性を保持できる。ギア１のはす歯が図６において左下がりに形成されていたり、トルクの伝達方向が逆方向であれば、図６の左方向にスラスト力が働くので、ベーンロータ９とギア１との間ではなくベーンロータ９とフロントプレート４間にシール薄板５０を介装すればよい。また本発明では、ベーンロータの軸方向両端にそれぞれシール薄板を介装することも可能である。
【００１４】
図３に示すように、ベーンロータ９の外周壁とシューハウジング３の内周壁との間に微小クリアランス１６が設けられており、ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃにそれぞれ取り付けられたシール部材６によりクリアランス１６が液密にシールされている。さらに、クリアランス１６を微小にするとともに、ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの周方向の長さが比較的長いことにより、遅角油圧室６０と進角油圧室６３、遅角油圧室６１と進角油圧室６４、遅角油圧室６２と進角油圧室６５がクリアランス１６を介して連通することを極力防止している。また、シュー３ａ、３ｂおよび３ｃの最小径部に形成される微小クリアランス１７にはシール部材７が支持部材９ｄの外周壁に装着されており、遅角油圧室６０と進角油圧室６４、遅角油圧室６１と進角油圧室６５、遅角油圧室６２と進角油圧室６３がクリアランス１７を介して連通することを極力防止している。
【００１５】
このように各油圧室からの圧油の漏れを極力小さくしていることにより、各油圧室の油圧を所定値に保持できるので、シューハウジング３に対するベーンロータ９の相対回動を高精度に制御できる。また、ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃの横断面積が大きいので後述するストッパピストン７０を容易に収容できる。
図４に示すように、ストッパピストン７０はベーンロータ９のベーン９ａの内部に収容されており、フロントプレート４に形成されたテーパ形状のストッパ穴２０に嵌合可能である。ストッパピストン７０の図４に示す軸方向右側の収容孔７１にはスプリング７２が組み込まれている。ガイドリング７３は、収容孔７１を形成するベーン９ａの内壁と遊嵌もしくは圧入しており、ストッパピストン７０の外壁と遊嵌している。したがって、ストッパピストン７０はカムシャフト２の軸方向に摺動可能にベーン９ａに収容され、かつスプリング７２によりフロントプレート４側に付勢されている。ストッパピストン７０は、油圧室２３および２４から受ける力とスプリング７２の付勢力とのバランスにより、ストッパ穴２０に嵌合したりストッパ穴２０から抜け出たりする。
【００１６】
図３および図４はシューハウジング３に対してベーンロータ９が最も遅角した状態を示しており、この状態においてストッパピストン７０はストッパ穴２０に嵌合しているので、ベーンロータ９はフロントプレート４と連結されフロントプレート４およびシューハウジング３とともに回動する。このとき、ベーン９ａはシュー３ｃの側面に当接している。したがってギア１からカムシャフト２に回転駆動力が伝達され、カムシャフト２に正・負の反転トルクが生じてもベーンロータ９とシューハウジング３とは相対的な回転振動を発生することはなく、打音の発生が防止される。
【００１７】
ストッパピストン７０がストッパ穴２０から抜け出ると、ベーンロータ９はフロントプレート４との連結を解除され、シューハウジング３に対して最遅角位置から最進角位置の角度範囲内で回動自在である。
ベーンロータ９の支持部材９ｄの軸方向両端面には、円筒突出部５との当接部において油路２９、カムシャフト２との当接部において油路３０がそれぞれＣ字状に周方向にずらして設けられている。図３に示すように、油路２９は、油路６６、６７および６８を介して遅角油圧室６０、６１および６２とそれぞれ連通している。油路３０は図示しない油路により進角油圧室６３、６４および６５とそれぞれ連通している。図４に示すように、油路２９は油路３６と連通しており、油路３６は、支持部材９ｄとカムシャフト２との軸方向の当接部においてカムシャフト２内に形成された油路３９と連通している。油路３０は、支持部材９ｄとカムシャフト２との軸方向の当接部においてカムシャフト２内に形成された油路３８と連通している。
【００１８】
カムシャフト２のジャーナル部４２はシリンダヘッド４０に設けられた軸受部４１により回転可能に支持されるとともに回転軸方向への移動を規制されている。軸受部４１の内周壁の周方向には内周溝通路４３および４４が設けられている。油タンク４５内の油をポンプ４６により圧送する供給油通路４７と油タンク４５内へ油を排出する排出油通路４８とは、切替バルブ４９の切替操作により内周溝通路４３および４４と選択的に連通または遮断可能である。ポンプ４６および切替バルブ４９は油圧駆動手段を構成する。本実施例では切替バルブ４９は周知の４ポート案内弁である。
【００１９】
内周溝通路４３はカムシャフト２内の油路３８により、支持部材９ｄとカムシャフト２との軸方向当接部において油路３０と連通している。内周溝通路４４はカムシャフト２内の油路３９により、支持部材９ｄとカムシャフト２との軸方向当接部において支持部材９ｄの油路３６に連通している。以上の構成により、内周溝通路４３および４４にポンプ４６からの圧油を切替バルブ４９により選択的に供給し、遅角油圧室６０、６１、６２および油圧室２３と進角油圧室６３、６４、６５および油圧室２４とにポンプ４６からの圧油の供給が可能になるとともに油タンク４５への油の排出が可能となる。
【００２０】
次に、バルブタイミング調整装置の作動を説明する。
（１） 図３および図４に示すように、エンジン始動時ポンプ４６からの圧油が油圧室２３および２４にまだ導入されていないとき、クランクシャフトの回転に伴いベーンロータ９はシューハウジング３に対して最遅角位置にあり、ストッパピストン７０はスプリング７２の付勢力によりフロントプレート４のストッパ穴２０に嵌合しており、ベーンロータ９はストッパピストン７０によりシューハウジング３と連結されている。
【００２１】
（２） 切替バルブ４９の４９ａが選択されてポンプ４６から圧油が圧送されると、内周溝通路４３、油路３８、３０に圧油が供給され、油路３０から図示しない油路を介して遅角油圧室６０、６１、６２、油圧室２３に圧油が分配される。油圧室２３の油圧によりストッパピストン７０は、スプリング７２の付勢力に抗して収容孔７１のギア１側にストッパピストン７０を押し込む方向に働く。すると、ストッパピストン７０がストッパ穴２０から完全に抜け出るので、ベーンロータ９はシューハウジング３との連結を解除される。しかしながら、遅角油圧室６０、６１、６２の油圧がそれぞれベーン９ａ、９ｂ、９ｃの側面に作用するので、ベーンロータ９はシューハウジング３に対して依然として図３に示す最遅角位置に保持される。このため、ベーンロータ９とシューハウジング３との打音の発生は防止される。
【００２２】
（３） 切替バルブ４９が４９ａから４９ｃに切り換わると、ポンプ４６からの圧油は内周溝通路４４、油路３９、３６、２９に供給され、油路２９から油路６６、６７、６８を介して進角油圧室６３、６４、６５に圧油が分配されるとともに、油路２５を介して油圧室２４に圧油が供給される。また、遅角油圧室６０、６１、６２、油圧室２３は油タンク４５へ開放される。油圧室２４の油圧がストッパピストン７０の先端面に作用するので、ストッパピストン７０はスプリング７２の付勢力に抗して収容孔７１のギア１側に押し込まれたままとなる。進角油圧室６３、６４、６５の油圧がそれぞれベーン９ａ、９ｂ、９ｃの側面に作用するので、ベーンロータ９はシューハウジング３に対して図４の矢印Ｘ方向からみて時計方向すなわち進角方向へ回動し、カムシャフト２のバルブタイミングが早められる。シューハウジング３に対してベーンロータ９が回動することによりベーンロータ９が最遅角位置から離れると、ストッパピストン７０とストッパ穴２０との周方向位置がずれるので、ストッパピストン７０はストッパ穴２０に嵌合しなくなる。
【００２３】
（４） 再び切替バルブ４９の４９ａを選択すると、ベーンロータ９はシューハウジング３に対して図４のＸ方向から見て反時計方向すなわち遅角方向へ回転し、カムシャフト２のバルブタイミングが遅らされる。ベーンロータ９がシューハウジング３に対して進角方向、あるいは遅角方向へ回転している途中で切替バルブ４９ｂを選択すると、遅角油圧室６０、６１、６２および進角油圧室６３、６４、６５の油は流入および流出が遮断され、ベーンロータ９は中間の位置に保持され、所望のバルブタイミングを得ることができる。
【００２４】
（１） 〜（４） の各状態において、シール薄板５０の内周凸部５１および凸条部５２は、それぞれ支持部材９ｄの外周縁部、ベーン９ａ、９ｂ、９ｃの端面と弾性力により常に当接しているので、各油圧室から圧油が漏れ出ることを低減することができる。したがって、各油圧室の油圧を所望の値に設定することができるので、シューハウジング３に対するベーンロータ９の位相差を高精度に制御できる。
【００２５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７に示す。
シール薄板５３は平薄板によりドーナツ盤状に形成されており、ベーンロータ９とギア１との間に介装されている。さらに、シール薄板５３とギア１との間に、例えばゴム製の弾性部材５４が介装されている。弾性部材５４は、ほぼ第１実施例の内周凸部５１および凸条部５２の形状に形成されている。この弾性部材５４の弾性力により、シール薄板５３は、ベーン９ａ、９ｂおよび９ｃが最大遅角位置と最大進角位置間の角度範囲内において回動しても常にベーン９ａ、９ｂ、９ｃ、および支持部材９ｄの外周縁部の端面と当接している。
【００２６】
第２実施例では、平板のシール薄板５３とギア１との間に弾性部材５４を介装することにより、第１実施例と同様に各油圧室からの圧油の漏れを低減することができる。
以上説明した本発明の上記実施例では、ベーン９ａ、９ｂ、９ｃと支持部材９ｄとを一体に形成したが、ベーンと支持部材とを別体に形成することも可能である。
【００２７】
また上記実施例では、ベーンロータに三個のベーンを設けたが、ベーンは一個、二個または四個以上でも良い。
また上記実施例では、ギア１を駆動軸であるクランクシャフトとともに回転させ、ベーンロータ９を従動軸であるカムシャフト２とともに回転させたが、ギアをカムシャフトとともに回転させ、ベーンロータをクランクシャフトとともに回転させることも可能である。この場合、ベーンロータはシューハウジングに対して最進角位置でストッパピストンによりシューハウジングと連結される。
【００２８】
また、吸気弁開閉用のカムシャフトおよび排気弁開閉用のカムシャフの二本のカムシャフトが並行に設けられたエンジンにおいて、二本のカムシャフト間にバルブタイミング調整装置を介装しても良い。例えば、クランクシャフトからチェーン等により同期して回転される一方のカムシャフトを駆動軸とし、ギヤ等の伝達手段により他方のカムシャフトを従動軸とする場合において、ベーンロータを駆動軸である一方のカムシャフトとともに回転させ、ハウジング部材を従動軸である他方のカムシャフトとともに回転させてもよく、この逆でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるバルブタイミング調整装置を示す縦断面図である。
【図２】（Ａ）は第１実施例のシール薄板を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
【図３】第１実施例によるバルブタイミング調整装置を示す横断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】第１実施例におけるベーンロータとシール薄板との当接部を示す模式図である。
【図６】第１実施例のギアに加わるスラスト力を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２実施例によるバルブタイミング調整装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ ギア（ハウジング部材）
２ カムシャフト（従動軸）
３ シューハウジング（ハウジング部材）
３ａ、３ｂ、３ｃ シュー
４ フロントプレート（ハウジング部材）
９ ベーンロータ
９ａ、９ｂ、９ｃ ベーン
９ｄ 支持部材
４６ ポンプ
５０、５３ シール薄板
５１ 内周凸部
５２ 凸条部
５４ 弾性部材

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動軸から内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を開閉する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方とともに回転するハウジング部材と、
   支持部材および前記支持部材とともに回転するベーンを有し、前記支持部材は前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記ベーンは前記ハウジング部材に収容され前記ハウジング部材に対し所定角度範囲に限って相対回動可能であるベーンロータと、
   前記ハウジング部材に周方向の位置決めがなされ、前記ベーンロータの軸方向両端の少なくともいずれか一方において前記ベーンロータと前記ハウジング部材との間に介装され、前記ベーンを周方向に駆動する油圧室からの圧油漏れを防止するシール薄板と、
   弾性力により前記ベーンロータに前記シール部材を当接させる弾性部材と、
   を備えることを特徴とする内燃機関用バルブタイミング調整装置。
2. 前記シール薄板は、前記シール薄板と別体に形成された前記弾性部材の弾性力により前記ベーンロータに当接することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置。
3. 前記弾性部材は前記シール薄板に設けた凸部であり、前記凸部が前記凸部の弾性力により前記ベーンロータに当接することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置。
4. 前記凸部は、前記支持部材に当接する環状の内周凸部と、前記内周凸部から径方向外側に延び少なくとも前記ベーンの回動範囲内で前記ベーンに当接する凸条部とを有することを特徴とする請求項３記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置。

Images