JP4213234B2 - 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）の吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれか一方の開閉時期（以下、「開閉時期」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、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれか一方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では、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伝達手段を介して従動軸としてのカムシャフトに駆動力を伝達している。駆動力伝達手段として、例えば特表平７−５０６８８５号公報に開示されるようにベーン式を採用するものが知られている。
【０００３】
ベーン式のものは、クランクシャフトと同期して回転するハウジング部材内に、カムシャフトとともに回転するベーン部材を収容している。そして、ハウジング部材とベーン部材とを液圧により相対的に回動させることによりクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を制御し、エンジンの運転条件に応じて吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを調整している。
【０００４】
このようなベーン式のバルブタイミング調整装置では、ベーン部材を相対回動可能に収容するためにハウジング部材に収容室を形成している。収容室を形成するハウジング部材の内周壁はほぼ同一内径に形成されており、ハウジング部材の内周壁とベーン部材の外周壁との摺動により作動流体の漏れが防止されている。ハウジング部材の内周壁とベーン部材の外周壁との摺動箇所にシール部材が配設されていることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように収容室に面するハウジング部材の内周壁がほぼ同一内径に形成されている構成では、フィルタで濾しきれなかった異物が作動流体に混入していると、バルブタイミング調整装置の回転に伴い発生する遠心力により、異物がハウジング部材の大径側の内周壁に押しつけられ逃げ場がなくなる。すると、ハウジング部材側摺動部とベーン部材側摺動部との間に異物が入り込みハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部が摩耗しやすくなる。ここでハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部とは、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動により摺動するハウジング部材の大径側の内周壁、ベーン部材の外周壁および摺動箇所に配設されたシール部材のことである。さらに、ハウジング部材とベーン部材との金属摺動によっても異物としての摩耗粉が生じるので、この摩耗粉が摺動箇所に入り込むと、ハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部が摩耗しやすくなる。シール部材がハウジング部材およびベーン部材のどちらに配設されている場合も、摺動箇所に異物が入り込むと、ハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部が摩耗しやすくなる。摺動部が摩耗すると、摺動箇所から作動流体が漏れ、駆動軸と従動軸との回転位相差を高精度に制御できなくなる。
【０００６】
このような異物によるハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部の摩耗を低減するためには、耐摩耗性に優れた鉄系焼結材を用いたり、鉄系焼結材にさらに熱処理や表面処理等を施して耐摩耗性を向上することが考えられる。しかし、このような耐摩耗性に優れた材料は高価であり、さらに熱処理や表面処理を施すことにより製造コストが増加する。
【０００７】
また、ハウジング部材の内側壁近傍の内周壁を切削加工する際、切削工具が内側壁および内周壁に同時に当たると切削工具の当たり面が大きくなるので、切削工具にびびりが生じハウジング部材の内周壁を高精度に切削加工できないという問題がある。
本発明の目的は、ハウンジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部における摩耗を低減し、駆動軸と従動軸との回転位相差を高精度に制御する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、収容室に面するハウジング部材の内周壁にハウジング部材側摺動部としてのシール部と、シール部よりも内径が大きい大径凹部とを設けている。したがって、バルブタイミング調整装置の回転に伴う遠心力により作動流体中の異物は径方向外側に集められ、大径凹部に溜まる。さらに、ハウジング部材とベーン部材との摺動により生じる異物としての摩耗粉や摺動箇所に入り込んだ異物も摺動箇所からかき出された後遠心力により大径凹部に溜まる。大径凹部はベーン部材側摺動部と摺動するシール部よりも内径が大きいのでベーン部材側摺動部と摺動しない。さらに、異物が遠心力により大径凹部に押し付けられるので、大径凹部に集められた異物はハウジング部材側摺動部とベーン部材側摺動部との摺動箇所に入り込まない。したがって、ハウジング部材側摺動部およびベーン部材側摺動部の摩耗を低減し、摺動箇所からの作動流体の漏れを抑制するので、ハウジング部材とベーン部材、つまり駆動軸と従動軸との回転位相差を高精度に制御できる。
さらに、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、シール部の周方向両側に大径凹部を設けるので、異物が周方向のどちらにかき出されても大径凹部に異物を集めることができる。
【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、ベーン部材側摺動部と摺動しない大径凹部を切削加工しないので加工工数が低減する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一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、図２および図３に示す。
図３に示すタイミングギア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、タイミングギア１から駆動力を伝達され、図示しない吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれか一方を開閉駆動する。カムシャフト２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２は図３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。
【００１１】
タイミングギア１とシューハウジング３およびベーンロータ９との間には、薄板状に形成されたシールプレート５０およびリアプレート５１が介在している。シールプレート５０は、リアプレート５１とシューハウジング３およびベーンロータ９との間に挟持されており、タイミングギア１とシューハウジング３およびベーンロータ９との側壁の間からの作動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、フロントプレート４、シールプレート５０およびリアプレート５１は駆動側回転体を構成し、ボルト２０により同軸上に固定されている。また、タイミングギア１、シューハウジング３、フロントプレート４、シールプレート５０およびリアプレート５１はハウジング部材を構成している。
【００１２】
図１に示すように、ハウジング部材の周壁としてのシューハウジング３は、周方向にほぼ等間隔に台形状のシュー３ａ、３ｂ、３ｃを有している。シュー３ａ、３ｂ、３ｃの内周面は、断面円弧状に形成されており、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の収容室である扇状空間部４０が形成されている。
【００１３】
この扇状空間部４０に面し各シューの内周壁よりも大径のシューハウジング３の大径内周壁４１は、ベーン部材側摺動部としての各ベーンの外周壁および後述するシール部材１６と摺動するシール部４１ａ、ならびにシール部４１ａの周方向両側にシール部４１ａよりも内径が大きく各ベーンの外周壁およびシール部材１６と摺動しない大径凹部４１ｂを有している。シール部４１ａおよび大径凹部４１ｂはシューハウジング３の厚み方向に形成されている。大径凹部４１ｂに連続して、各シュー３ａ、３ｂ、３ｃの付け根に断面半円形状の油溜部４２がシューハウジング３の厚み方向に形成されている。大径凹部４１ｂおよび油溜部４２は、シューハウジング３の鋳造、焼結、ダイカスト、冷鍛、押出成形等による造形加工時に同時に形成してもよいし、造形加工後に切削加工してもよい。
【００１４】
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内に回動可能に収容されている。図３に示すように、ベーンロータ９およびブッシュ５は、ボルト２１によりカムシャフト２に一体に固定されており、従動側回転体を構成している。ベーンロータ９と一体に固定されるブッシュ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。大径側および内径側のベーンロータ９の外周壁とシューハウジング３の内周壁との間には微小クリアランスがそれぞれ設けられており、ベーンロータ９はシューハウジング３と相対回動可能である。ベーン９ａ、９ｂ、９ｃの外周壁、およびベーンロータ９のボス部９ｄの外周壁にはそれぞればね１７で付勢されたシール部材１６が嵌合しており、各油圧室間の作動油の漏れを防止している。
【００１５】
図１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。
【００１６】
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はタイミングギア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。
図３に示すように、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にストッパピストン７が挿入されている。従って、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ベーン９ａに収容され、かつスプリング８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７はスプリング８の付勢力によりフロントプレート４に形成されたストッパ穴２２に嵌合可能である。タイミングギア１に形成された連通路２４はフランジ部７ａよりも右側の収容孔２３に連通するとともに大気解放されているので、ストッパピストン７の移動が妨げられない。
【００１７】
フランジ部７ａの左側の油圧室３７は、図示しない油路を介して遅角油圧室１０と連通している。遅角油圧室１０に作動油が供給されると、スプリング８の付勢力に抗してストッパピストン７はストッパ穴２２から抜け出す。また、ストッパピストン７の先端部に形成された油圧室３８は、図１に示す油路３９を介して進角油圧室１５と連通している。進角油圧室１５に作動油が供給されると、スプリング８の付勢力に抗してストッパピストン７はストッパ穴２２から抜け出す。
【００１８】
ストッパピストン７の位置とストッパ穴２２の位置とは、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、つまりフロントプレート４に対してベーンロータ９が最遅角位置にあるときにストッパピストン７がストッパ穴２２に嵌合するように設定されている。ストッパピストン７とストッパ穴２２とはロック機構を構成している。
【００１９】
図１および図３に示すようにベーンロータ９のボス部９ｄには、ブッシュ５との当接部において油路２９が設けられており、カムシャフト２との当接部において油路３３が設けられている。油路２９および３３はそれぞれ円弧状に形成されている。油路２９は、油路２７、２５を介して図示しない駆動手段としての油圧源またはドレインと連通している。さらに油路２９は、油路３０、３１、３２により遅角油圧室１０、１１、１２と連通しており、図示しない油路を介して油圧室３７と連通している。
【００２０】
油路３３は、油路２８、２６を介して図示しない駆動手段としての油圧源またはドレインと連通している。さらに油路３３は、油路３４、３５、３６により進角油圧室１３、１４、１５と連通しており、進角油圧室１５、油路３９を介して油圧室３８と連通している。
次に、バルブタイミング調整装置の作動を説明する。
【００２１】
エンジン通常運転時、遅角油圧室１０、１１、１２、進角油圧室１３、１４、１５に供給される作動油は、バルブタイミングを調整するとともに、シューハウジング３、フロントプレート４およびシールプレート５０とベーンロータ９との摺動箇所における潤滑油の役目を果たしている。
フィルターで濾過されるとはいえ作動油中にはエンジンの各部で生じた鉄粉等の異物が含まれており、さらにシューハウジング３とベーンロータ９との摺動により異物としての摩耗粉が生じている。各ベーンに嵌め込まれたシール部材１６はシューハウジング３に対してベーンロータ９が相対回動するのに伴いシール部４１ａと各ベーンとの摺動箇所からこのような異物を大径凹部４１ｂにかき出す。ベーンロータ９の中心側のボス部９ｄの外周壁に嵌め込まれたシール部材１６は、各シューの内周壁とほぼ周方向長さに渡って摺動するので、中心側の異物は各シューの内周壁とボス部９ｄとの摺動箇所に留まらずボス部９ｄに嵌め込まれたシール部材１６により各シューの内周壁の周方向両側にかき出される。ボス部９ｄに嵌め込まれた各シール部材１６によりかき出された異物は、遠心力により径方向外側に向かい、大径凹部４１に集められる。
【００２２】
大径凹部４１ｂは各ベーンの外周壁と摺動するシューハウジング３のシール部４１ａよりも内径が大きく径方向外側に設けられているので、シューハウジング３とベーンロータ９の摺動箇所から一旦大径凹部４１ｂに集められた異物は遠心力により径方向外側に押されるので、シール部４１ａとベーン部材側摺動部との摺動箇所に入り込まない。したがって、シール部４１ａおよびベーン部材側摺動部における摩耗を低減し、摺動箇所からの作動油漏れを抑制する。
【００２３】
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１に示す最遅角位置で停止する。油圧室３７、３８にも作動油が供給されないので、ストッパピストン７はスプリング８の付勢力によりストッパ穴２２に嵌合する。
【００２４】
エンジンが長時間停止すると、扇状空間部４０からは摺動クリアランスを通って作動油が下方に抜け出していくが、停止位置によっては油溜部４２に作動油が溜まったままになる。したがって、エンジンが再始動すると、油溜部４２に溜まった作動油が飛散したり壁面を伝わることにより、シューハウジング３の内周壁とベーンロータ９の外周壁との摺動部、フロントプレート４およびシールプレート５０とベーンロータ９との側壁同士による摺動部が潤滑される。
【００２５】
エンジンが始動されても、各油路および各油圧室に所定圧の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２２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４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。
【００２６】
各遅角油圧室または進角油圧室に作動油が供給されると、油圧室３７または３８に作動油が供給される。すると、ストッパピストン７は図２の右側に力を受けるので、スプリング８の付勢力に抗してストッパ穴２２からストッパピストン７が抜け出す。これにより、ロック機構によるフロントプレート４とベーンロータ９との結合が解除されるので、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。
【００２７】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記実施例では、扇状空間部４０に面しベーン部材側摺動部である各ベーンの外周壁およびシール部材１６と摺動するシール部４１ａの周方向両側に、シール部４１ａよりも内径が大きく各ベーンの外周壁およびシール部材１６と摺動しない大径凹部４１ｂを形成している。作動油に含まれる異物は装置の回転に伴う遠心力により大径凹部４１ｂに集まり、摺動箇所に戻らない。さらに、シューハウジング３とベーンロータ９との摺動により発生した摩耗粉、ならびに摺動箇所に入り込んだ異物は摺動箇所からシール部材１６によりかき出されて大径凹部４１ｂ集まり、摺動箇所に戻らない。したがって、シール部４１ｂおよびベーン部材側摺動部における摩耗を低減することができるので、摺動箇所からの作動油の漏れを抑制できる。これにより、シューハウジング３とベーンロータ９との回転位相差、つまりクランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差を高精度に制御できる。
【００２８】
本実施例では、シューハウジング３のシール部４１ａの周方向両側に大径凹部４１ｂを形成したが、シール部４１ａの一方の周方向端部側だけに大径凹部４１ｂを設けてもよい。また、大径凹部４１ｂに連続して各シューの根元に油溜部４２を形成したが、油溜部４２を形成しない構成でもよい。
シューハウジング３の鋳造、焼結、ダイカスト、冷鍛、押出成形等による造形加工時に同時に大径凹部４１ｂを形成する場合、造形加工後大径凹部４１ｂを切削加工しないことにより加工時間を短縮することができる。さらに、大径凹部４１ｂを切削加工しないことにより、油溜部近傍の角部における切削工具のびびりや、サイジング時の角部型の焼きつき等を防止することができるので、シューハウジングの加工精度を均一化することができる。
【００２９】
本実施例では、ベーンロータ９の外周壁にシール部材を嵌め込んだが、シューハウジング３の内周壁にシール部材１６を嵌め込んでもよい。この場合にも、異物は大径凹部４１ｂに集められるので大径内周壁４１およびベーン部材側摺動部の摩耗を低減できる。
また本実施例では、シューハウジング３とフロントプレート４とを別体に形成したが、一体に形成することも可能である。シューハウジングとフロントプレートとを一体に形成することにより、組付けが容易になるとともに、作動油の漏れ箇所を減少することができる。
【００３０】
また本実施例では、クランクシャフトの駆動力を伝達する手段としてタイミングギアを用いたが、タイミングギアに代えてチェーンスプロケットまたはタイミングプーリを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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２】本実施例によるシューハウジングとベーンロータとの摺動部を示す模式的断面図である。
【図３】本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 タイミングギア（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（ハウジング部材）
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（ベーン部材）
４１ 大径内周壁
４１ａ シール部
４１ｂ 大径凹部

Claims (2)

1. 内燃機関の駆動軸から内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブ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、前記駆動軸と前記従動軸との回転位相差を液圧制御する内燃機関用バルブタイミング調整装置であって、
   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り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を備え、
   前記収容室に面する前記ハウジング部材の内周壁は、前記ベーン部材側の摺動部と摺動し前記ハウジング部材の内周壁として前記ベーン部材との間をシールするシール部、ならびに前記シール部よりも内径が大きく前記ベーン部材側の前記摺動部と摺動しない前記シール部の周方向両側に形成されている大径凹部を有し、
   前記ベーン部材は、前記ベーン部材の外周壁より外径が大きく前記ベーン部材側の摺動部として前記ハウジング部材の前記シール部と摺動し且つ前記ハウジング部材の前記シール部との間をシールするシール部材を有す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. 前記シール部は切削され、前記大径凹部は非切削であ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。

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