JP4217977B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

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）を変更するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンのクランクシャフトの駆動力を受けるハウジングと、ハウジング内に収容され、カムシャフトにクランクシャフトの駆動力を伝達するベーンロータとを備え、遅角室および進角室の作動流体圧力によりハウジングに対し遅角側および進角側にベーンロータを相対回動駆動することにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相、つまり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が知られている。

このようなバルブタイミング調整装置では、ベーンロータの中央部でベーンロータの回転軸方向の一方の外周側面をカムシャフトの回転軸方向の端面と向かい合わせ、カムシャフトとベーンロータとをボルトで締結することにより、カムシャフトとベーンロータとが一体に回転するようにしている。
このようなバルブタイミング調整装置では、図１１に示すように、カムシャフト２３０の回転軸方向の端面２３２と向き合っているベーンロータ２１０の外周側面２１２に対し回転軸方向の反対側の外周側面２１３と、この外周側面２１３と向き合っているハウジング２００の内周側面２０２との間には、ボルト２２０でカムシャフト２３０とベーンロータ２１０とを締結する前の状態において、径方向にほぼ一定の間隔ｔが形成されている。

このようなほぼ一定の間隔ｔを形成した状態において、ボルト２２０でカムシャフト２３０とベーンロータ２１０とを締結すると、ボルト２２０のボルトヘッド２２２で外周側面２１３の中央部がカムシャフト２３０側に押圧されるので、ベーンロータ２１０の外周側面２１３が二点鎖線２４０のように変形する。具体的には、外周側面２１３の外周縁側が内周側面２０２に近づき、外周側面２１３の径方向内側が内周側面２０２から離れる。したがって、外周側面２１３と内周側面２０２との外周縁側の間隔が径方向内側よりも小さくなる。しかし、ボルト２２０の締結によりベーンロータ２１０が変形し、ベーンロータ２１０の外周側面２１３とハウジング２００の内周側面２０２との摺動間隔が小さくなりすぎると、ハウジング２００に対するベーンロータ２１０の滑らかな相対回動が妨げられる。

そこで、図１１に示すような従来のバルブタイミング調整装置では、ボルト２２０の締結力によりベーンロータ２１０が変形し、外周縁側においてベーンロータ２１０の外周側面２１３とハウジング２００の内周側面２０２との間隔が小さくなってもハウジング２００の対してベーンロータ２１０が滑らかに相対回動するように、ボルト２２０で締結する前の間隔ｔを望ましい摺動間隔よりも大きくしている。その結果、径方向内側においては、ボルト２２０による締結後において、内周側面２０２と外周側面２１３との間隔が望ましい摺動間隔よりも大きくなり、作動油の漏れが増加する恐れがある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、作動流体の漏れを低減す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。

請求項１から３記載の発明によると、従動軸の回転軸方向の端面と向き合っている側と反対側のベーンロータの他方の外周側面の中央部を従動軸の回転軸方向の端面に向けて押圧する締結部材の押圧部の外径は従動軸の外径よりも小さく、締結部材で従動軸とベーンロータとを締結する前の状態では、押圧部よりも外周側において、ベーンロータの他方の外周側面と向き合うハウジングの内周側面とベーンロータの他方の外周側面との間隔は、外周縁側よりも径方向内側が小さくなっている。つまり、締結部材で従動軸とベーンロータとを締結する前の状態において、締結部材の締結力によりベーンロータが変形し、ベーンロータの外周側面がハウジングの内周側面から離れる径方向内側の間隔を、ベーンロータの外周側面がハウジングの内周側面に近づく外周縁側よりも小さくしている。これにより、ボルトによる締結後において、従動軸と向き合っている側と反対側の回転軸方向において、ベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間に形成される間隔を極力小さくすることができる。したがって、従動軸とベーンロータとを締結部材で締結した後において、作動油の漏れを低減できる。

一般的に、被加工部材の内側を加工するよりも外側を加工する方が容易である。そこで請求項１記載の発明では、ベーンロータの他方の外周側面を加工することにより、ベーンロータの他方の外周側面の径方向内側を外周縁側よりもハウジングの内周側面に向けて突出させ、押圧部よりも外周側において、ベーンロータの他方の外周側面とハウジングの内周側面との外周縁側の間隔を径方向内側よりも小さくすることができる。したがって、バルブタイミング調整装置の加工が簡単になる。
請求項３記載の発明のように、締結部材の締結力による変形が大きいアルミ製のベーンロータであっても、請求項１記載の発明を採用することにより、従動軸とベーンロータとを締結部材で締結した後において、作動油の漏れを低減できる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１に示す。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、例えば吸気弁のバルブタイミングを調整するものである。

駆動側回転体であるハウジング１０は、チェーンスプロケット１１およびシューハウジング１２を有している。シューハウジング１２はアルミ製であり、仕切部材としての４個のシュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ（図１の（Ｂ）ではシュー１２ｃ、１２ｄを図示せず、シュー１２ａ、１２ｂの一部だけを図示している）と、環状の周壁１３と、周壁１３を挟んでチェーンスプロケット１１と反対側に位置するフロントプレート１４とを有し、１部材で形成されている。チェーンスプロケット１１とシューハウジング１２とはボルト２０により同軸上に固定されている。チェーンスプロケット１１は、図示しないチェーン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。

従動軸としてのカムシャフト２は、バルブタイミング調整装置１を介しクランクシャフトの駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト２は、チェーンスプロケット１１に対し所定の位相差をおいて回動可能にチェーンスプロケット１１に挿入されている。
従動側回転体としてのベーンロータ１６はアルミ製であり、ベーンロータ１６の回転軸方向の一方の外周側面１７の中央部は、カムシャフト２の回転軸方向の端面３とブッシュ１９を挟んで向き合っている。締結部材としてのボルト２４のボルトヘッド２５とベーンロータ１６の回転軸方向の他方の外周側面１８との間にはブッシュ２２が挟持されている。カムシャフト２、ベーンロータ１６、ブッシュ１９、２２は、ボルト２４により同軸上に締結され固定されている。ボルト２４の押圧部としてのボルトヘッド２５は、ベーンロータ１６の外周側面１８の中央部を、ブッシュ２２を介してブッシュ１９およびカムシャフト２側に押圧している。カムシャフト２の外径をＤｃ、ボルトヘッド２５の外径をＤｂとすると、Ｄｃ＞Ｄｂである。

ベーンロータ１６とブッシュ１９との回転方向の位置決めは、ベーンロータ１６およびブッシュ１９に位置決めピン２６を嵌合することにより成される。カムシャフト２、ハウジング１０およびベーンロータ１６は、図１の（Ａ）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クランクシャフトに対するカムシャフト２の進角方向とする。

台形状に形成されたシュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは周壁１３から径方向内側に延びており、周壁１３の回転方向にほぼ等間隔に配置されている。シュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにより回転方向に所定角度範囲で４箇所形成された間隙にはそれぞれベーン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ（図１ではベーン１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを図示せずベーン１６ａだけを図示している）を収容する扇状の収容室５０が４室形成されている。

ベーンロータ１６は、ボルト２４が貫挿されるボス部１６ｅと、ボス部１６ｅの外周側に回転方向にほぼ等間隔に配置されたベーン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとを有している。ベーンロータ１６は、ハウジング１０に対し相対回動可能にハウジング１０内に収容されている。ベーン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは各収容室５０内に回動可能に収容されている。各ベーンは、各収容室５０を仕切り、各収容室５０を遅角油圧室と進角油圧室とに二分している。図１の（Ｂ）では、ベーン１６ａが収容室５０を仕切って形成した遅角油圧室５１、進角油圧室５２が図示されている。図１の（Ｂ）に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、ハウジング１０に対するベーンロータ１６の遅角方向、進角方向を表している。

シール部材２８は半径方向に向き合う各シューとボス部１６ｅとの間、ならびに各ベーンと周壁１３の内周壁との間に形成されている摺動隙間に配設されている。シール部材２８は、ボス部１６ｅおよび各ベーンの外周壁に設けた溝に嵌合しており、ばね等により各シューおよび周壁１３の内周壁に向けて付勢されている。この構成により、シール部材２８は各遅角油圧室と各進角油圧室との間に作動油が漏れることを防止している。

円筒状のガイドリング３０はベーン１６ａに圧入されている。円筒状に形成されたストッパピストン３２はガイドリング３０に回転軸方向に摺動可能に収容されている。嵌合リング３４はチェーンスプロケット１１に形成された凹部１１ａに圧入保持されている。ストッパピストン３２は嵌合リング３４に嵌合可能である。ストッパピストン３２および嵌合リング３４の嵌合側はテーパ状に形成されているので、ストッパピストン３２は嵌合リング３４に滑らかに嵌合する。付勢手段としてのスプリング３６は嵌合リング３４側にストッパピストン３２を付勢している。ストッパピストン３２、嵌合リング３４およびスプリング３６はハウジング１０に対するベーンロータ１６の相対回動を拘束する拘束手段を構成している。

ストッパピストン３２のチェーンスプロケット１１側に形成された油圧室４０、ならびにストッパピストン３２の外周に形成された油圧室４２に供給される作動油の圧力は、嵌合リング３４からストッパピストン３２が抜け出す方向に働く。油圧室４０は進角油圧室のいずれかと連通し、油圧室４２は遅角油圧室のいずれかと連通している。ストッパピストン３２の先端部は、ハウジング１０に対し最遅角位置にベーンロータ１６が位置するとき嵌合リング３４に嵌合可能である。ストッパピストン３２が嵌合リング３４に嵌合した状態においてハウジング１０に対するベーンロータ１６の相対回動は拘束されている。

ハウジング１０に対しベーンロータ１６が最遅角位置から進角側に回転するとストッパピストン３２と嵌合リング３４との回転方向位置がずれることにより、ストッパピストン３２は嵌合リング３４に嵌合不能になる。そして、油ポンプから各遅角油圧室、進角油圧室に作動油が供給されることにより、ハウジング１０に対しベーンロータ１６は相対回動する。

ここで、図２に示すように、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ１６を締結する前の状態において、ベーンロータ１６の外周側面１８の径方向内側は、外周縁側よりもフロントプレート１４の内周側面１５側に突出している。つまり、ベーンロータ１６の外周側面１８とフロントプレート１４の内周側面１５との間に回転軸方向に形成される間隔は、ボルトヘッド２５よりも外周側において、ベーンロータ１６の外周縁側よりも径方向内側が小さくなっている。この状態からボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ１６を締結すると、ベーンロータ１６は図２の二点鎖線１００に示すように変形する。つまり、ベーンロータ１６の外周側面１８の径方向内側はフロントプレート１４の内周側面１５から離れ、外周側面１８の外周縁側は内周側面１５に近づく。このようなベーンロータ１６の変形量である反り量は、図３に示すようにボルト２４の締結力である軸力が大きくなると大きくなる。

二点鎖線１００に示すように変形した状態で、外周側面１８と内周側面１５との間隔が、ハウジング１０に対してベーンロータ１６が滑らかに相対回動するとともに、作動油の漏れ量を極力低減する望ましい摺動間隔よりも小さくなり摺動抵抗が大きくなりすぎないように、ボルト２４の締結前の内周側面１５と外周側面１８との間隔は設定されている。

本実施形態では、ボルト２４を締結すると外周側面１８の径方向内側が内周側面１５から離れることを考慮し、ボルト２４の締結前において、フロントプレート１４の内周側面１５とベーンロータ１６の外周側面１８との径方向内側の間隔が、図４の点線１１０に示す従来形態よりも小さくなっている。内周側面１５と外周側面１８との外周縁側の間隔は、本実施形態と従来形態とでほぼ等しい。そして、ボルト２４で締結後の内周側面１５と外周側面１８との間隔は、締結前に比べ、外周縁側では小さくなり、径方向内側では大きくなる。その結果、ボルト２４で締結する前後において、内周側面１５と外周側面１８との間に形成される隙間の径方向における平均は殆ど変化しない。したがって、ボルト２４の締結前の状態で、内周側面１５と外周側面１８との間に形成される隙間の径方向における平均が小さいほど、ボルト２４の締結後において作動油の漏れ量が低減する。

図５は、ボルト２４で締結する前の状態で測定した内周側面１５と外周側面１８との間の外周縁側の間隔と作動油の漏れ量との関係を示している。内周側面１５と外周側面１８との間の外周縁側の間隔が同じであれば、作動油の漏れ量は従来形態に比べ本実施形態の方が少なくなる。したがって、ボルト２４の締結後においても、作動油の漏れ量は従来形態に比べ本実施形態の方が少なくなる。

ここで、ボルト２４の締結力によるベーンロータ１６の反り量は、ベーンロータ１６の材質のヤング率をＥとすると、１／Ｅに比例する。したがって、アルミのヤング率をＥ_Al、鉄のヤング率をＥ_Feとすると、ベーンロータ１６をアルミ製ではなく鉄製にした場合、ボルト２４による締結力が同じであれば、鉄製のベーンロータ１６の反り量は、アルミ製のベーンロータ１６の反り量に比べてＥ_Al／Ｅ_Fe（約１／３）になる。そして、材質の違いによる反り量の変化を考慮して、ボルト２４で締結する前の内周側面１５と外周側面１８との間の間隔を設定する。

（第２、第３、第４、第５、第６実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に、第３実施形態を図７に、第４実施形態を図８に、第５実施形態を図９に、第６実施形態を図１０に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図６に示す第２実施形態では、第１実施形態と同様に、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ６０を締結する前の状態において、ベーンロータ６０の外周側面６１の径方向内側は、外周縁側よりもフロントプレート１４の内周側面１５側に突出している。そして、ベーンロータ６０の外周側面６１の外周縁側および径方向内側にそれぞれ平面部６２、６３が形成されている。このように平面部６２、６３を形成することにより、ボルト２４による締結前において、外周側面６１と内周側面１５との間隔を平面部６２、６３において計測しやすくしている。

図７に示す第３実施形態では、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ６４を締結する前の状態において、ベーンロータ６４の外周側面６５の径方向内側は、外周縁側よりもフロントプレート１４の内周側面１５側に突出している。そして、ベーンロータ６４の外周側面６５の外周縁側だけに平面部６６が形成されている。

図８に示す第４実施形態では、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ７０を締結する前の状態において、ハウジング７４の内周側面７５の径方向内側は、外周縁側よりもベーンロータ７０の外周側面７２側に突出している。
図９に示す第５実施形態では、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ７０を締結する前の状態において、ハウジング７６の内周側面７７の径方向内側は、外周縁側よりもベーンロータ７０の外周側面７２側に突出している。そして、ハウジング７６の内周側面７７の外周縁側および径方向内側にそれぞれ平面部７８、７９が形成されている。このように平面部７８、７９を形成することにより、ボルト２４による締結前において、外周側面７２と内周側面７７との間隔を平面部７８、７９において計測しやすくしている。

図１０に示す第６実施形態では、ボルト２４でカムシャフト２およびベーンロータ７０を締結する前の状態において、ハウジング８０の内周側面８１の径方向内側は、外周縁側よりもベーンロータ７０の外周側面７２側に突出している。そして、ハウジング８０の内周側面８１の外周縁側だけに平面部８２が形成されている。

以上説明した上記複数の実施形態では、締結部材であるボルト２４でカムシャフト２とベーンロータとを締結する前の状態において、カムシャフト２の回転軸方向の端面３と向き合う側と反対側のベーンロータの外周側面と、この外周側面と向き合うハウジングの内周側面との径方向内側の間隔を外周縁側よりも小さくしている。つまり、ボルト２４でカムシャフト２とベーンロータとを締結する前の状態において、ボルト２４の締結により近づく外周縁側のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間隔よりも、ボルト２４の締結により離れる径方向内側のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間隔を小さくしている。

これにより、径方向内側のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間隔がボルト２４の締結後に大きくなりすぎることを防止するので、ベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間から漏れる作動油量を低減できる。その結果、油ポンプからバルブタイミング調整装置に供給する作動油量を低減でき、油ポンプを小型化できる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、ベーンロータの外周側面またはハウジングの内周側面の一方の径方向内側を外周縁側よりも他方側に突出させたが、ベーンロータの外周側面およびハウジングの内周側面の両方の径方向内側を外周縁側よりも相手側に向けて突出させてもよい。

また上記複数の実施形態では、シューハウジングの周壁とフロントプレートとを１部材で構成したが、別部材でシューハウジングを構成してもよい。
上記複数の実施形態では、シューハウジングの周壁とフロントプレートとを１部材で構成したが、別部材でシューハウジングを構成してもよい。
上記複数の実施形態では、チェーンスプロケットによりクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフトに伝達する構成を採用したが、タイミングプーリまたはタイミングギア等を用いる構成にすることも可能である。

上記複数の実施形態では、ストッパピストン３２が軸方向に移動して嵌合リング３４に嵌合したが、ストッパピストンが半径方向に移動し嵌合リングに嵌合する構成にすることも可能である。また、ストッパピストン３２、嵌合リング３４およびスプリング３６からなる拘束手段によりハウジング１０に対するベーンロータ１６の相対回動を拘束したが、バルブタイミング調整装置が拘束手段を持たない構成も可能である。
上記複数の実施形態では、吸気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ついて述べたが、排気弁のバルブタイミング、あるいは吸気弁および排気弁の両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にも本発明を適用できる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す縦断面図であり、（Ｂ）はベーンにより仕切られた収容室を示す模式的説明図である。 ベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 ボルトの軸力とベーンロータの反り量との関係を示す特性図である。 本実施形態と従来形態とにおける、ボルト締結前のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 ボルト締結前のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面との間隔と、作動油の漏れ量との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態によるベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 本発明の第３実施形態によるベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 本発明の第４実施形態によるベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 本発明の第５実施形態によるベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 本発明の第６実施形態によるベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。 従来のベーンロータの外周側面とハウジングの内周側面とを示す模式的説明図である。

符号の説明

１ バルブタイミング調整装置、２ カムシャフト（従動軸）、３ 端面、１０ ハウジング、１１ チェーンスプロケット（ハウジング）、１２、７４、７６、８０ シューハウジング、１３ 周壁（ハウジング）、１４ フロントプレート（ハウジング）、１５、７５、７７、８１ 内周側面、１６、６０、６４、７０ ベーンロータ、１６ａ ベーン、１７ 外周側面（一方の外周側面）、１８、６１、６５、７２ 外周側面（他方の外周側面）、５０ 収容室、５１ 遅角油圧室、５２ 進角油圧室

Claims (3)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を開閉駆動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、前記吸気弁および前記排気弁の少なくともいずれか一方の開閉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、
   前記駆動軸とともに回転し、所定角度範囲で回転方向に形成された収容室を有するハウジングと、
   前記従動軸の回転軸方向の端面に前記回転軸方向の一方の外周側面の中央部が向き合って前記従動軸と締結され、前記従動軸とともに回転するベーンロータであって、前記収容室に収容されるベーンを有し、前記ベーンにより各収容室を仕切って形成された遅角室および進角室の作動流体圧力により前記ハウジングに対し遅角側および進角側に相対回動駆動されるベーンロータと、
   前記ベーンロータの前記回転軸方向の他方の外周側面の中央部を前記従動軸の前記端面側に押圧する押圧部を有し、前記従動軸と前記ベーンロータとを締結する締結部材とを備え、
   前記押圧部の外径は前記従動軸の外径よりも小さく、前記締結部材で前記従動軸と前記ベーンロータとを締結する前の状態では、前記押圧部よりも外周側において、前記ベーンロータの前記他方の外周側面と向き合う前記ハウジングの内周側面と前記他方の外周側面との径方向内側の間隔は、外周縁側の間隔よりも小さく、前記ベーンロータの前記他方の外周側面の径方向内側は外周縁側よりも前記ハウジングの前記内周側面に向けて突出しており、当該状態から前記締結部材で前記従動軸と前記ベーンロータとを締結すると、当該締結部材の締結力により、前記ベーンロータの前記他方の外周側面の径方向内側は前記ハウジングの前記内周側面から離れ、前記他方の外周側面の外周縁側は前記ハウジングの内周側面に近づくように変形することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記締結部材で前記従動軸と前記ベーンロータとを締結する前の状態では、前記押圧部よりも外周側において、前記ハウジングの前記内周側面の径方向内側は外周縁側よりも前記ベーンロータの前記他方の外周側面に向けて突出していることを特徴とする請求項１記載のバブルブタイミング調整装置。
3. 前記ベーンロータはアルミ製であることを特徴とする請求項１または２記載のバルブタイミング調整装置。

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