JP3870988B2 - 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（以下、「開閉タイミング」をバルブタイミングという）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カムギア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、カムギア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バルブタイミングを制御するベーン式のバルブタイミング調整装置として、特開平８−１２１１２２号公報に開示されているものが知られている。
【０００３】
特開平８−１２１１２２号公報に開示されているものでは、カムギアに対してカムシャフトが最遅角位置または最進角位置にあるときは、油圧により制御される拘束手段でハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を拘束することにより、ハウジング部材とベーン部材とが衝突することを防止している。
エンジンの稼働中は、油圧を切り換えることにより拘束を解除し、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、急旋回などの無理な運転をしたときは、オイルパン内の油面が揺れて油圧ポンプへの作動油の吸込みが不充分になり、供給油圧が不安定になることがある。また、エンジン稼働中に回転数が減少し、供給油圧が低下することがある。供給油圧が不安定に変動したり、供給油圧が低下すると、拘束手段によるハウジング部材に対するベーン部材の相対回動の拘束が解除された状態で、例えばベーン部材を進角側に回転させる進角油圧室の油圧がベーン部材を回転させるのに必要な所定圧に達しないことがある。
【０００５】
このような場合、カムシャフトが受けるトルクの変動によりベーン部材がハウジング部材と衝突を繰り返し、ベーン部材の周方向端面にかえりが発生することがある。ハウジング部材とベーン部材は回転軸方向両側、ならびに径方向外側および径方向内側で互いに摺動しているので、このかえりがハウジング部材の側壁面と接触することにより、ベーン部材の回動が妨げられるという問題があった。
【０００６】
特開平８−１２１１２２号公報に開示されているものでは、ベーン部材に独立して突出した係止部が図示されているが、その形状に関する記載はなく、係止部がハウジング部材と衝突して発生するかえりがハウジング部材の側壁面と接触してベーン部材の回動が妨げられる恐れがある。
また、拘束手段を有するベーン部材に係止部を設けると、係止部がハウジング部材と当接して回転するときに、係止部を設けたベーン部材の根元に応力が集中し、破損し易いという問題があった。
【０００７】
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、ハウジング部材と当接するベーン部材の係止部にかえりが発生してもベーン部材とハウジング部材がスムーズに相対回動できる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。
本発明の他の目的は、ベーン部材が破損し難いバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のエンジン用バルブタイミング調整装置によると、ハウジング部材の周方向端面と当接する係止部の当接面は、前記ハウジング部材と摺動するベーン部材の回転軸方向両側端面よりも内側に位置しているため、前記当接面にかえりが発生しても、かえりがハウジング部材の側壁面と接触することがなく、ベーン部材とハウジング部材がスムーズに相対回動することができる。
【０００９】
本発明の請求項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、係止部の当接面は、ベーン部材の径方向外側摺動面とハウジング部材の径方向内側摺動面との間に位置しているため、前記当接面に発生したかえりがハウジング部材の周壁面に接触することや、ハウジング部材の周方向端面にかえりが発生してベーン部材の径方向内側摺動面に接触することを防ぐことができ、ベーン部材とハウジング部材がスムーズに相対回動することができる。
【００１０】
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、前記係止部は、複数のベーン部材のうち当接部または被当接部が設けられたものを除いたベーン部材に設けられている。当接部または被当接部が設けられたベーンには、当接部を収容する収容孔または被当接部としての穴が設けられているため、他のベーン部材よりも強度が低い。したがって、請求項３に記載の発明によれば、係止部が設けられたベーン部材の強度を確保することができるので、係止部がハウジング部材と当接してベーン部材がトルクを受けたときに、ベーン部材が破損し難い。
【００１１】
【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１および図２に示す。
【００１２】
図１に示すハウジング部材の一方の側壁であるタイミングギア１は、図示しないギア列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と結合して駆動力を伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。従動軸としてカムシャフトは、タイミングギア１から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフトは、タイミングギア１に対し所定の位相差をおいて回動可能である。タイミングギア１およびカムシャフトは図１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。
【００１３】
タイミングギア１とシューハウジング３との間に、薄板上に形成されたリアプレート１８が介在している。リアプレート１８はタイミングギア１とシューハウジング３との間からの油漏れを防止している。タイミングギア１、シューハウジング３およびリアプレート１８は駆動側回転体としてハウジング部材を構成し、ボルト２０により同軸上に固定されている。シューハウジング３は周壁４と他方の側壁であるフロントプレート５とからなり一体に形成されている。
【００１４】
シグナルロータ６はシューハウジング３と共に回転するように構成されており、図示しないセンサでシグナルロータ６を検出することによりシューハウジングの回転数、即ちクランクシャフトの回転数が検出される。
図２に示すように、シューハウジング３は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー３ａ、３ｂ、３ｃを有している。シュー３ａ、３ｂ、３ｃの周方向の三箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン９ａ、９ｂ、９ｃを収容する収容室としての扇状空間部４０が形成されており、シュー３ａ、３ｂ、３ｃの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００１５】
ベーン部材としてのベーンロータ９は周方向にほぼ等間隔にベーン９ａ、９ｂ、９ｃを有し、このベーン９ａ、９ｂ、９ｃがシュー３ａ、３ｂ、３ｃの周方向の間隙に形成されている扇状空間部４０内に回動可能に収容されている。図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング３に対するベーンロータ９の遅角方向、進角方向を表している。ベーンロータ９はカムシャフト２と共に回転するように固定されており、従動側回転体を構成している。
【００１６】
ベーン９ｂの周方向端面には、シューハウジング３に対してベーンロータ９が遅角側にあるときにシュー３ａの進角側の周方向端面と当接する係止部８が設けられている。図３および図４に示すように、係止部８はベーン９ｂの遅角側端面から突出して段差が形成された形状になっている。
係止部８のシュー３ａとの当接面８０はベーン９ｂの回転軸方向両端面よりも内側に位置しているため、係止部８とシューハウジング３との間には、ベーンロータ９の回転軸方向両側に隙間８ａが設けられている。また、係止部８の当接面８０はベーン９ｂの径方向外側摺動面とシュー３ａの径方向内側摺動面との間に位置しているため、係止部８のベーンロータ９の径方向両側には隙間８ｂが設けられている。係止部８は、ストッパピストン７が挿入されたベーン９ａを除いたベーンに設けることができる。
【００１７】
ベーンロータ９、ベーン９ａ、９ｂ、９ｃおよび係止部８は、アルミダイカストにより型成形したものを切削により仕上げ加工して形成される。
カムシャフト２はタイミングギア１の内周壁に相対回動可能に嵌合している。したがって、カムシャフト２およびベーンロータ９はタイミングギア１およびシューハウジング３に対して同軸に相対回動可能である。
【００１８】
図２に示すように、シール部材１６はベーンロータ９の外周壁に嵌合している。ベーンロータ９の外周壁と周壁４の内周壁との間には微小クリアランスが設けられており、このクリアランスを介して油圧室間に作動油が漏れることをシール部材１６により防止している。シール部材１６はそれぞれ板ばね１７の付勢力により周壁４に向けて押されている。
【００１９】
ガイドリング１９は収容孔２３を形成するベーン９ａの内壁に圧入保持され、このガイドリング１９に当接部としてのストッパピストン７が挿入されている。ストッパピストン７はカムシャフト２の軸方向に摺動可能にガイドリング１９に収容され、かつ付勢手段としての図示しないスプリングによりフロントプレート５側に付勢されている。フロントプレート５には図示しない被当接部としてのストッパ穴が形成され、ストッパピストン７はストッパ穴に嵌合可能である。ストッパピストン７がストッパ穴に嵌合した状態ではシューハウジング３に対するベーンロータ９の相対回動は拘束されている。ストッパピストン７とストッパ穴とスプリングとは拘束手段を構成している。
【００２０】
ストッパピストン７は、ストッパピストン７とフロントプレート５との間に設けられた図示しない油圧室の作動油からフロントプレート５と反対向きに力を受け、ストッパ穴から抜け出すようになっている。
ストッパピストン７の位置とストッパ穴の位置とは、シューハウジング３に対してベーンロータ９が最遅角位置にあるとき、つまりクランクシャフトに対してカムシャフト２が最遅角位置にあるときにスプリングの付勢力によりストッパピストン７がストッパ穴に嵌合可能なように設定されている。
【００２１】
図２に示すように、シュー３ａとベーン９ａとの間に遅角油圧室１０が形成され、シュー３ｂとベーン９ｂとの間に遅角油圧室１１が形成され、シュー３ｃとベーン９ｃとの間に遅角油圧室１２が形成されている。また、シュー３ａとベーン９ｂとの間に進角油圧室１３が形成され、シュー３ｂとベーン９ｃとの間に進角油圧室１４が形成され、シュー３ｃとベーン９ａとの間に進角油圧室１５が形成されている。
【００２２】
油路３０、３１、３２は、図示しない経路により、図示しない駆動手段としての油圧ポンプまたはドレインと連通している。油圧ポンプはエンジン潤滑油の駆動源を兼ねている。さらに油路３０、３１、３２は、遅角油圧室１０、１１、１２と連通している。油路３４、３５、３６は、図示しない別の経路により、油圧ポンプまたはドレインと連通している。さらに油路３４、３５、３６は進角油圧室１３、１４、１５と連通している。
【００２３】
次に、バルブタイミング調整装置の作動について説明する。
エンジン通常運転時は、ストッパピストン７とフロントプレート５との間に設けられた油圧室に供給する作動油の油圧によりストッパピストン７はストッパ穴から抜け出しているので、シューハウジング３に対しベーンロータ９は相対回動自在である。そして、遅角油圧室１０、１１、１２および進角油圧室１３、１４、１５に加わる油圧を制御することにより、クランクシャフトに対するカムシャフト２の位相差を調整する。
【００２４】
エンジンが停止すると、遅角油圧室１０、１１、１２、進角油圧室１３、１４、１５に作動油が供給されなくなるので、ベーンロータ９はシューハウジング３に対し図２に示す最遅角位置で停止する。ストッパピストン７はスプリングの付勢力によりストッパ穴に嵌合する。
エンジンが再始動しても、遅角油圧室１０、１１、１２、進角油圧室１３、１４、１５に作動油が供給されるまではストッパピストン７はストッパ穴に嵌合したままであり、クランクシャフトに対しカムシャフト２は最遅角位置に保持されている。これにより、作動油が各油圧室に供給されるまでの間、フロントプレート５にベーンロータ９がロックされるので、シューハウジング３とベーンロータ９とがカムの変動トルクにより衝突することを防止する。
【００２５】
各遅角油圧室または各進角油圧室に作動油が供給されると、ストッパピストン７は図２の奥方向に力を受け、スプリングの付勢力に抗してストッパ穴からストッパピストン７が抜け出す。これにより、拘束手段によるフロントプレート５とベーンロータ９との拘束が解除されるので、遅角油圧室１０、１１、１２、進角油圧室１３、１４、１５に加わる作動油圧によりシューハウジング３に対してベーンロータ９が相対回動し、クランクシャフトに対するカムシャフト２の相対位相差が調整される。
【００２６】
急旋回などの無理な運転をした時には、オイルパン内の液面が揺れて油圧が不安定になる。また、エンジン稼働中にエンジン回転数が低下すると、差動油圧も低下する。このように、油圧が不安定に変動したり、油圧が低下すると、ストッパピストン７がストッパ穴から抜け出した状態で、進角油圧室１３、１４、１５の油圧がベーンロータ９を回転させるのに必要な所定圧に達しないことがある。このような場合、ベーン９ｂに設けられた係止部８がシュー３ａと当接してカムシャフト２の変動トルクを受けて回転するが、トルクの変動により係止部８がシュー３ａと衝突を繰り返し、ベーン９ｂの係止部８にかえりが発生することがある。
【００２７】
本実施例では、係止部８とシューハウジング３との間には、ベーンロータ９の回動軸方向に隙間８ａが設けられているので、係止部８にかえりが発生した場合でも、そのかえりがシューハウジング３のフロントプレート５やリアプレート１８と接触することがなく、シューハウジング３に対してベーンロータ９はスムーズに相対回動することができる。
【００２８】
また、係止部８とシューハウジング３との間には、シューハウジング３の径方向にも隙間８ｂが設けられているので、係止部８に発生したかえりがシューハウジング３の周壁４と接触することや、シュー３ａにかえりが発生することを防ぐことができる。
係止部８がシュー３ａと当接して回転するときには、ベーン９ｂの根元に応力が集中する。ストッパピストン７が収容されているベーン９ａには、収容孔２３が形成されているため、他のベーンよりも強度が低く破損し易い。そのため、本実施例では、ストッパピストン７が設けられていないベーン９ｂに係止部８を設けている。
【００２９】
図２に示すように、ベーン９ｂは強度を上げるためにベーン９ｃよりも幅が広くなっている。また、ベーン９ｂの係止部８が設けられている面の根元９ｄのＲを、他のベーン９ａ、９ｃの根元９ｅのＲよりも大きくすることにより、応力の集中を減少させて、破損し難くさせている。根元９ｄのＲの大きさは、カムシャフト２の最大トルク変動により発生する応力が、根元９ｄの材料強度の下限値以下の応力になるように設定する。
【００３０】
（第２実施例）
本発明の第２実施例のバルブタイミング調整装置の全体構造は第１実施例に示すものとほぼ同一である。本発明の第２実施例による係止部８１を示す断面図を図５に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２実施例では、図５に示すように、係止部８１をベーン９ｂの回転軸方向両側から面取りし、テーパ状とすることによって、係止部８１のベーン９ｂの周方向端面との当接面８１０はベーン９ｂの回転軸方向両端面よりも内側に位置している。そのため、係止部８１とシューハウジング３のフロントプレート５およびリアプレート１８とシュー３ａとの間に、軸方向に隙間８１ａが設けられているので、係止部８１にかえりが発生した場合でも、かえりがシューハウジング３のフロントプレート５およびリアプレート５と接触してベーンロータ９の回動を妨げることが防止される。第２実施例は、第１実施例のように段差を設けるよりも、加工が容易であるという利点がある。
【００３１】
以上に述べた実施例では、ベーン部材と係止部をアルミダイカストと切削により一体に形成したが、本発明では、ベーン部材と係止部を鉄系合金により形成することもできる。また、係止部をベーン部材と別部材とし、係止部とベーン部材とを溶接したり、ベーン部材にねじ穴を設けて係止部を螺合することも可能である。
【００３２】
上記の実施例では、ベーン部材が遅角側にあるときにハウジング部材と当接する係止部を１つベーン部材に設けているが、本発明ではベーン部材が進角側または遅角側にあるときにハウジング部材と当接する係止部を複数設けることもできる。
【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部分断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による係止部が設けられたベーン部材の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施例による係止部を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第２実施例による係止部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ タイミングギア（ハウジング部材）
３ シューハウジング（ハウジング部材）
３ａ、３ｂ、３ｃ シュー
４ 周壁（ハウジング部材）
５ フロントプレート（ハウジング部材）
６ シグナルロータ
７ ストッパピストン（当接部）
８ 係止部
８０ 当接面
８ａ、８ｂ 隙間
９ ベーンロータ（ベーン部材）
９ａ、９ｂ、９ｃ ベーン（ベーン部材）
１６ シール部材
４０ 扇状空間部（収容室）

Claims (3)

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、
   前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング部材内に形成された収容室に所定角度範囲に限って前記ハウジング部材に対して相対回動可能に収容されるベーン部材と、
   前記ベーン部材に設けられ、前記収容室の周方向端部の少なくともいずれか一方側において前記ハウジング部材の周方向端面と当接する係止部とを備え、
   前記ハウジング部材の周方向端面と当接する前記係止部の当接面は、前記ハウジング部材と摺動する前記ベーン部材の回転軸方向両端面よりも内側に位置してい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. 前記ベーン部材は、径方向内側および径方向外側で前記ハウジング部材と摺動し、前記当接面は、前記ベーン部材の径方向外側摺動面と前記ハウジング部材の径方向内側摺動面との間に位置してい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. 複数の前記ベーン部材と、
   前記ベーン部材の少なくとも１つと前記ハウジング部材とにそれぞれ設けられ、互いに当接することにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を拘束する当接部および被当接部を含み、前記当接部の変位により拘束状態を解除可能に構成され、さらに前記被当接部との当接方向へ前記当接部を付勢する付勢手段を含む拘束手段とを備え、
   前記係止部は、前記複数のベーン部材のうち当接部または被当接部が設けられたものを除いたベーン部材に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置。

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