JP4900451B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents
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Description
摺動クリアランスには、ベーンロータ外周とハウジング部材内周との間に生ずるラジアルクリアランスと、ベーンロータ端面とハウジング部材端面との間に生ずるスラストクリアランスとがある。ここで問題とするのはスラストクリアランスである。なお、ラジアルクリアランスからの漏れに対しては、実施形態の中で示す「シール部材7」と「板ばね8」が従来から使用されている。
図8は、特許文献2に記載のシール薄板150を示す。シール薄板150は、カムシャフトの先端部に嵌合するための嵌合穴152、周方向の位置決めのための貫通穴151、及び、いずれか一つの進角油圧室からシール薄板150の裏面に圧油を導入するための圧油導入路153を有している。また、最内径部154の周囲に皿ばね状の弾性部155が形成され、シール薄板150がベーンロータとギアとの間に介装されると弾性部155が湾曲し、ベーンロータのベーンに当接する。さらに、圧油導入路153からシール薄板150の裏側に圧油が導入されることによりシール薄板150の表裏に圧力差が生じ、シール薄板150を裏側からベーンに押し付け、摺動クリアランスからの圧油の漏れを防ぐ。
特許文献2に記載のシール薄板150では、弾性部155が最内径部154の周囲だけに設けられているため、弾性力が作用する範囲および圧力差が利用できる範囲が狭く、十分な「内部漏れシール性」が得られなかった。また、弾性力による荷重が局所に集中し、シール薄膜150の耐久性が不十分となるおそれがあった。
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、内部漏れシール性を向上させるとともに、シールプレートの耐久性を向上させ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。また、内部漏れシール性が向上する結果として、オイルポンプのエネルギー効率を向上させ、高精度な位相制御を可能と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。
ハウジング部材は、駆動軸または従動軸のいずれか一方とともに回転する。
ベーンロータは、駆動軸または従動軸のいずれか他方であって、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カムシャフトとともに回転する。また、ベーンロータは、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な複数のベーン部を有し、ベーン部の回転方向の一方側には進角油圧室が、回転方向の他方側には遅角油圧室が形成される。
ハウジング部材は、第1ハウジング部材と第2ハウジング部材とから構成される。第1ハウジング部材は、開口内にベーンロータを収容する。第2ハウジング部材は、第1ハウジング部材の開口に面して、ベーンロータの端面を覆う。
また、シールプレートは、基面部と弾性部とを有する。基面部は、第1ハウジング部材と第2ハウジング部材とによって挟持される。
弾性部は、ベーンロータの端面側に凸状に形成され、ベーンロータの端面に当接可能な平面状の上面部、及び基面部と上面部とを接続しカムシャフトの軸方向の高低差を徐変する斜面部を含む。弾性部は、ベーン部が相対回動可能な所定角度範囲に対応する範囲でベーンロータの端面に当接する。なお、「平面状」とは厳密に「無欠陥の平面」に限定されるものではなく、常識レベルの「うねり」や細かな表面傷があることを妨げない。
弾性部は、第2ハウジング部材の端面および前記カムシャフトの外周面との間に圧力室を形成する。また弾性部は、圧油導入路を有する。圧油導入路は、進角油圧室あるいは遅角油圧室のいずれか一方のみから圧力室へ連通する。
また、基面部と上面部との境界は急激な段差ではなく、斜面部によって徐変されるため、亀裂などの発生を防止し、シールプレートの耐久性を向上することができる。
その結果、オイルポンプのエネルギー効率が向上し、高精度な位相制御が可能となる。
これにより、圧油導入路を最適な位置に配置できる。圧油を圧力室に導入するためには、圧油導入路は上面部または斜面部に設けられる必要がある。しかし、上面部に圧油導入路を設けると、ベーン部が相対回動可能な所定角度範囲において、ベーン部が圧油導入路を覆う場合が生ずる。あるいは、上面部を必要以上に大きくしなければならなくなる。そこで圧油導入路は斜面部に設けるのが望ましい。
請求項4に記載のバルブタイミング調整装置では、カムシャフトは排気弁を開閉し、圧油導入路は、遅角油圧室のみから圧力室へ連通する。
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。
内燃機関96のクランクシャフト97は、「特許請求の範囲」に記載の「駆動軸」を、吸気弁90側のカムシャフト2、及び、排気弁93側のカムシャフト92は、「特許請求の範囲」に記載の「従動軸」を、それぞれ具現したものである。クランクシャフト97にはギア98が、カムシャフト2にはギア1が、カムシャフト92にはギア91がそれぞれ同軸に固定されている。ギア98、ギア1、ギア91にはチェーン95が巻き掛けられており、クランクシャフト97の駆動力がギア1、ギア91に伝達され、同期して回転する。カムシャフト2は吸気弁90を、カムシャフト92は排気弁93を開閉する。
本発明の第1実施形態のバルブタイミング調整装置99は、吸気弁90側に適用され、クランクシャフト97およびギア1と所定の位相差で吸気弁90を開閉する。
図3は「最遅角位置」を示す断面図である。「最遅角位置」の意味は後述する。図1に示すように、ストッパピン70がストッパリング74に嵌合した状態である。
図4は「最進角位置」を示す断面図である。「最進角位置」の意味は後述する。図4は、図1において、ストッパピン70がストッパリング74から抜け出た状態でのA−A断面図に相当する。
本実施形態では、ベーンロータ9がシューハウジング3に対して「所定角度範囲内」で「相対回動」する。以下、「相対回動」とは、ハウジング部材であるギア1およびシューハウジング3に対して同軸に回動することをいう。また、「所定角度範囲内」の上下限を「最進角位置」および「最遅角位置」という。したがって、上の文を言い換えれば、「ベーンロータ9は、最遅角位置から最進角位置までの範囲で相対回動する。」となる。
ギア1およびシューハウジング3は、それぞれ「特許請求の範囲」に記載の「第2ハウジング部材」、「第1ハウジング部材」を具現したものである。
ギア1は、「駆動軸」であるクランクシャフト97から駆動力を伝達されて回動する。ギア1の中央には、「従動軸」であるカムシャフト2が嵌合する軸受穴1aが設けられる。また、最遅角位置でのストッパピン70の位置に対応して有底のストッパリング穴1bが設けられる。また、ねじ14が螺合しうるタップ穴1cが形成される。
シュー部3a、3b、3cのそれぞれの周方向の間には中央壁部3dの内壁面が形成され、その断面は円弧状をなす。中央壁部3dは、ベーンロータ9のロータボディ部9dを収容する。
またフロント部3eには、最遅角位置でのストッパピン70の位置に対応して大気開放穴3iが貫通している。
図示しないノックピンにより位置決めして、ギア1とシューハウジング3の間にシールプレート50を挟み、3本のねじ14がねじ穴3hを貫通し、タップ穴1cに締め込まれることにより、これらは同軸に締結される。
ロータボディ部9dの外周部とベーン部9a、9b、9cの外周部には、それぞれ、シューハウジング3の内壁面に面し、ラジアルクリアランスからの内部漏れを防止するためのシール部材7が、板ばね8に付勢される状態で装着される。
ここで、ベーンロータ9の両端面間の厚さTvは平行度が精度良く加工される。また、シュー部3a、3b、3cの端面からの深さDsも平行度が精度良く加工される。そして、深さDsと厚さTvとの差を下式により摺動クリアランスCvと表す。
Cv=Ds−Tv ・・・(式1)
リアインロー部9fの内径にはカムシャフト2の先端部2aの外径が嵌合する。また、リアインロー部9fの底面は、平面度、及び、中心軸に対する直角度が精度良く加工される。それにより、カムシャフト2の先端面とリアインロー部9fの底面とが精度良く面接触し、接触面からの油漏れを防止できる。
フロントインロー部9gの内径にはセンターワッシャ5の外径が嵌合する。また、フロントインロー部9gの底面は、平面度、及び、中心軸に対する直角度が精度良く加工される。それにより、センターワッシャ5の端面とフロントインロー部9gの底面とが精度良く面接触し、接触面からの油漏れを防止できる。
センターボルト15は、センターワッシャ5、ベーンロータ9の貫通穴9e、カムシャフト2の油路穴2bを貫通し、タップ穴2cに所定の締付トルクで締め込まれる。このときセンターボルト15の頭部座面がセンターワッシャ5のザグリ底面に当接し、その摩擦により緩みが防止される。これにより、カムシャフト2とベーンロータ9とは同軸に締結される。
(a)シュー部3aとべーン部9aとロータボディ部9dとに囲まれる空間において、ベーン部9aの進角側の空間は遅角油圧室60を形成し、ベーン部9aの遅角側の空間は進角油圧室63を形成する。
(b)シュー部3bとべーン部9bとロータボディ部9dとに囲まれる空間において、ベーン部9bの進角側の空間は遅角油圧室61を形成し、ベーン部9bの遅角側の空間は進角油圧室64を形成する。
(c)シュー部3cとべーン部9cとロータボディ部9dとに囲まれる空間において、ベーン部9cの進角側の空間は遅角油圧室62を形成し、ベーン部9cの遅角側の空間は進角油圧室65を形成する。
そこで、内部漏れ対策としてベーンロータ9のギア1側端面とギア1との間にシールプレート50が介装される。
シールプレート50の中央には、カムシャフト2の先端部2aに嵌合するための嵌合穴52が設けられている。また、ギア1およびシューハウジング3の各位置に対応して、ねじ14を通す貫通穴51、回転方向の正確な位置決めをするための位置決め切り欠き54a、位置決め穴54bが設けられている。なお、以下のシールプレート50の説明で「各穴」というときには、位置決め切り欠き54aを含むものとする。これらの各穴を用い、シールプレート50はギア1とシューハウジング3の間に挟持される。
図5、図6は、それぞれ図3のC−C断面、図4のD−D断面、すなわちシュー部3cでの断面を示す要部拡大断面図であり、シールプレート50の厚さ方向を誇張して示してある。そして、図5、図6は、他のシュー部3a、3bでの断面をも代表して示すものである。
また、弾性部55aの上面部56には、ストッパピン70の相対回動範囲に対応するストッパピン逃がし穴57が設けられる。
δ=He−Cv>0 ・・・(式2)
また、シールプレート50は金属製薄板であり、プレス加工によって各穴が穿設され、弾性部55が凸状に成形される。基面部59と上面部56との境界は急激な段差でなく、斜面部58により徐変されるため、亀裂などの発生を防止し、シールプレート50の耐久性を向上することができる。
ストッパピン70は、ベーン9aのギア1側の端面に設けられる有底の収容穴71に収容される。収容穴71の底には、最遅角位置でフロント部3eの大気開放穴3iに連通する穴が設けられる。
ギア1のストッパリング穴1bには、ストッパリング74が嵌入されている。ストッパリング74の内径は、開口部より奥が小径となるテーパ状に形成されている。ストッパピン70の先端部外径は、ストッパリング74の内径のテーパ角度とほぼ同角度のテーパ形状に形成されており、ストッパリング74に嵌合可能である。
収容穴71の底部とストッパピン70の間にはスプリング72が挿着され、ストッパピン70をストッパリング74側に付勢している。
ガイドブッシュ73は収容穴71に嵌入されており、ストッパピン70の軸方向の一部の外径がガイドブッシュ73の軸方向の一部の内径に嵌合して、軸方向の移動が案内される。
ストッパピン70の先端部、ストッパリング74、及び、ストッパリング穴1bの底部とに囲まれる空間に油圧室24が形成される。また、進角主油路39から油圧室24に圧油を導入するための連通孔26が設けられる。
ストッパピン70がストッパリング74から抜け出ると、ベーンロータ9はギア1と連結を解除され、最遅角位置から最進角位置の角度範囲内で相対回動可能となる。
ロータボディ部9dのリアインロー部9fの底面には環状油路29が設けられる。環状油路29はカムシャフト2の先端面と当接し、カムシャフト2の内部で導入油路28を経由して遅角主油路38と連通する。また、ロータボディ部9dの内部で、環状油路29と遅角分配路30、31、32が連通する。遅角分配路30は遅角油圧室60と、遅角分配路31は遅角油圧室61と、遅角分配路32は遅角油圧室62と、それぞれ連通する。
なお、環状油路29の代わりに、導入油路28と遅角分配路30、31、32とを個々に連通する油路が設けられてもよい。
切替バルブ49は、下記(イ)〜(ハ)の3モードを切り替えることができる。
(イ)圧送油路47と遅角主油路38とを連通し、排出油路48と進角主油路39とを連通する逆送モード49a
(ロ)いずれの連通も遮断する停止モード49b
(ハ)圧送油路47と進角主油路39とを連通し、排出油路48と遅角主油路38とを連通する正送モード49c
次にバルブタイミング調整装置99の作動を説明する。ここで、進角方向への作動を「進角作動」、遅角方向への作動を「遅角作動」という。
(1)図3に示すように、エンジン始動時ポンプ46からの圧油が遅角油圧室60、61、62、進角油圧室63、64、65のいずれにもまだ導入されていない初期状態では、ベーンロータ9は最遅角位置にある。
ストッパピン70はスプリング72の付勢力によりストッパリング74に嵌合しており、ベーンロータ9はストッパピン70によりギア1と連結されている。
油圧室24の油圧が先端部に作用するので、ストッパピン70はスプリング72の付勢力に抗して収容穴71の底部側に押し込まれ、ベーンロータ9とギア1との連結が解除された状態となる。
進角油圧室63、64、65の油圧がそれぞれベーン部9a、9b、9cの遅角側の側面に作用するため、ベーンロータ9は進角方向へ相対回動する。そして、図4に示すように、最大時、最進角位置まで相対回動しうる。
油圧室23の油圧が、受圧溝部の前側の溝側面に作用するので、ストッパピン70はスプリング72の付勢力に抗して収容穴71の底部側に押し込まれ、ストッパリング74から完全に抜け出た状態、すなわち、ベーンロータ9とギア1との連結が解除された状態が維持される。
遅角油圧室60、61、62の油圧がそれぞれベーン部9a、9b、9cの進角側の側面に作用するため、ベーンロータ9は遅角方向へ相対回動する。そして、図3に示すように、最大時、最遅角位置まで相対回動しうる。
また、弾性力による荷重が局所に集中しないので、シールプレート50の耐久性が向上する。
第1実施形態では、初期状態が最遅角位置、最大作動状態が最進角位置であり、シールプレート50の圧油導入路53は、進角油圧室63、64、65と圧力室66とを連通する形態を説明した。この形態は、吸気弁90側のバルブタイミング調整装置99に用いられる。
それに対し、第2実施形態のバルブタイミング調整装置は排気弁93側に適用され、クランクシャフト97およびギア91と所定の位相差で排気弁93を開閉する。すなわち、第1実施形態と逆の位相制御が行われる。したがって、第2実施形態では、初期状態が最進角位置、最大作動状態が最遅角位置であり、シールプレートの圧油導入路は、遅角油圧室と圧力室とを連通するように設けられる。
上述の実施形態では、シュー部3a、3b、3c、ベーン部9a、9b、9cは、各3ヶ所設けられていたが、各4ヶ所であっても、またはそれ以外の数であってもよい。
ギア1は、クランクシャフト97からの駆動力をチェーン95によって伝達されるスプロケット型のものに限らず、ベルトによって伝達されるプーリー型のものであってもよい。
また、ベーンロータ9と共に回転する回転軸は、内燃機関96の従動軸であるカムシャフト2、92に限らず、駆動軸であるクランクシャフト97であってもよい。
Claims (4)
- 駆動軸から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いずれか他方であって、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カムシャフトとともに回転し、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な複数のベーン部を有し、前記ベーン部の回転方向の一方側に進角油圧室と、前記ベーン部の回転方向の他方側に遅角油圧室とが形成されるベーンロータとを備え、
前記ハウジング部材は、
開口内に前記ベーンロータを収容する第1ハウジング部材と、
前記第1ハウジング部材の開口に面して、前記ベーンロータの端面を覆う第2ハウジング部材とから構成され、
前記ベーンロータの端面と前記第2ハウジング部材との間に位置し、前記第1ハウジング部材と前記第2ハウジング部材とに挟持されるシールプレートをさらに備え、
前記シールプレートは、
前記第1ハウジング部材と前記第2ハウジング部材とによって挟持される基面部と、
前記ベーンロータの端面側に凸状に形成され、前記ベーンロータの端面に当接可能な平面状の上面部、及び前記基面部と前記上面部とを接続し前記カムシャフトの軸方向の高低差を徐変する斜面部を含み、前記所定角度範囲に対応する範囲で前記ベーンロータの端面に当接する弾性部とを有し、
前記弾性部は、
前記第2ハウジング部材の端面および前記カムシャフトの外周面との間に圧力室を形成し、
前記進角油圧室あるいは前記遅角油圧室のいずれか一方のみと前記圧力室とを連通する圧油導入路を有し、
前記圧力室は、前記圧油導入路を除いて、前記弾性部、前記第2ハウジング部材の端面、及び、前記カムシャフトの外周面によって閉じられていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記斜面部は、前記圧油導入路を有することを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記カムシャフトは前記吸気弁を開閉し、
前記圧油導入路は、前記進角油圧室のみと前記圧力室とを連通することを特徴とする請求項1または2に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記カムシャフトは前記排気弁を開閉し、
前記圧油導入路は、前記遅角油圧室のみと前記圧力室とを連通することを特徴とする請求項1または2に記載のバルブタイミング調整装置。
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