JP5557064B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気弁または排気弁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関する。

従来より、エンジンのクランクシャフトとカムシャフトとの回転位相を変化させることで吸気弁または排気弁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が知られている。バルブタイミング調整装置は、クランクシャフトと共に回転するハウジングの内側に、カムシャフトに固定されたベーンロータがハウジングに対して相対回転可能に設けられている。ハウジング内に設けられた進角室および遅角室に供給される油圧に応じてハウジングとベーンロータとの相対回転位相が切り換えられ、またはその位相が保持される。
特許文献１に記載のバルブタイミング調整装置は、ハウジングとベーンロータとの隙間にシールプレートを備えている。シールプレートは、ハウジングに当接する平板状の基部（特許文献１では「基面部」）、およびその基部からベーンロータ側へ突出しベーンロータと摺接するシール部（特許文献１では「弾性部」）を有する。進角室のオイルが、シールプレートに設けられた開口から、シール部とハウジングとの隙間に形成された背圧室（特許文献１では「油圧室」）に流入すると、シール部はベーンロータに液密に当接する。

特開２０１１−９９４１１号公報

しかしながら、一般に、シールプレートは、背圧室の厚さが数十μｍに設定される。そのため、特許文献１の構成では、背圧室を流れるオイルの圧力損失が大きいので、背圧室に油圧が充填されるまでの時間が長くなる。したがって、バルブタイミング調整装置の位相制御を開始した直後では、面積が大きい背圧室に油圧が十分に充填されないことが懸念される。これにより、各背圧室に供給される油圧のバランスが不均一になると、シール部がベーンロータに液密に当接せず、進角室と遅角室との間の油圧漏れが十分に抑制されないおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、進角室と遅角室との間の油圧の漏れを抑制することの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。

本発明は、ハウジングとベーンロータとの間にシールプレートを備えたバルブタイミング調整装置において、シールプレートに当接するフロントプレートまたはリアプレートは、シールプレートのシール部に対応する位置に油圧溝を有することを特徴とする。
これにより、シールプレートの基部が当接するフロントプレートまたはリアプレートと、シールプレートのシール部との間に設けられた背圧室に、油圧溝を通じて油圧を充填することが可能になる。そのため、背圧室を流れるオイルの圧力損失が小さくなり、背圧室に油圧が素早く充填される。したがって、バルブタイミング調整装置の位相制御において、背圧室の油圧が高くなるので、シールプレートのシール部がベーンロータに液密に当接し、進角室と遅角室との間の油圧漏れが抑制される。この結果、バルブタイミング調整装置は、ハウジングとベーンロータとの位相切換え速度を速くし、また、その位相保持を確実に行うことができる。

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の断面図。 本発明の第１実施形態によるフロントプレートの平面図。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線の断面図。 本発明の第１実施形態によるシールプレートの平面図。 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が用いられる駆動力伝達系統の構成図。 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の模式図。 本発明の第２実施形態によるフロントプレートの平面図。 本発明の第３実施形態によるフロントプレートの平面図。 本発明の第４実施形態によるシールプレートの平面図。 本発明の第５実施形態によるシールプレートの平面図。 本発明の第６実施形態によるリアプレートの平面図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示す。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は、図５に示すエンジン１０の駆動力伝達系統に用いられる。この駆動力伝達系統では、エンジン１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１に固定されるギヤ１２と、従動軸としての２本のカムシャフト１３，１４に固定されるギヤ１５，１６とにチェーン１７が巻き掛けられ、クランクシャフト１１からカムシャフト１３，１４にトルクが伝達される。一方のカムシャフト１３は排気弁１８を駆動し、他方のカムシャフト１４は吸気弁１９を駆動する。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は、ギヤ１６をチェーン１７に、ベーンロータをカムシャフト１４に接続し、クランクシャフト１１とカムシャフト１４とを所定の位相差をおいて回転させることで、吸気弁１９の開閉タイミングを調整する。
なお、バルブタイミング調整装置１は、図５において時計回りに回転する。

図１〜図３に示すように、バルブタイミング調整装置１は、ハウジング２０、ベーンロータ３０、シールプレート４０などを備えている。
なお、図１では、シールプレート４０が設けられる位置、及び、フロントプレート２１の油圧溝５０が設けられる位置を概念的に一点鎖線で示している。図２では、シールプレート４０が設けられる位置を概念的に一点鎖線で示している。

ハウジング２０は、フロントプレート２１、リアプレート２２、筒部２３及びシュー２４〜２７を有し、ボルト４によって接続されている。
フロントプレート２１は、円盤状に形成され、軸方向にカムシャフトを通す円孔２９を有する。フロントプレート２１は、周方向に延びる油圧溝５０を有する。この油圧溝５０については後述する。
リアプレート２２は、円盤状に形成され、フロントプレート２１に向き合うように設けられる。リアプレート２２は、軸方向にカムシャフト１４を通す軸孔２８を有する。

筒部２３およびシュー２４〜２７は一体に形成され、フロントプレート２１とリアプレート２２との間に挟まれている。筒部２３は、外周にギヤ１５を有する。シュー２４〜２７は、筒部２３の周方向に所定間隔をあけて設けられ、筒部２３から径内方向に延びている。回転方向に隣接するシュー同士の間隙に横断面が略扇状の油圧室が形成されている。
筒部２３の外周のギヤ１５にチェーン１７が巻き掛けられ、ハウジング２０はクランクシャフト１１と共に回転する。

ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し相対回転可能に設けられている。ベーンロータ３０は、円筒状のロータ３１と、複数のベーン３２〜３５とを有する。
ロータ３１の径外方向の外壁は、ハウジング２０のシュー２４〜２７の径内方向の内壁と液密に摺動する。ロータ３１は、軸方向にカムシャフト１４を通す嵌合孔３６を有する。嵌合孔３６の内壁とカムシャフト１４の外壁とは、液密かつ相対回転不能に固定される。

複数のベーン３２〜３５は、ロータ３１から径外方向に延び、ハウジング２０の油圧室を進角室６０〜６３および遅角室６４〜６７に仕切る。上述した進角油路７０〜７３は進角室６０〜６３に連通し、遅角油路７４〜７７は遅角室６４〜６７に連通している。
ベーン３２〜３５の径外方向の外壁には、シール部材３９が設けられる。シール部材３９は、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の作動油の流れを規制する。

カムシャフト１４の内側には、図示しない油圧制御弁が設けられる。エンジン１０の図示しないオイルパンから油圧ポンプによって汲み上げられたオイルは、カムシャフト１４に設けられた図示しない油圧供給路を経由して油圧制御弁に供給される。油圧制御弁は、ロータ３１の径方向に設けられた進角油路７０〜７３または遅角油路７４〜７７に供給するオイルの経路を切り換える。
ベーンロータ３０は、進角室６０〜６３および遅角室６４〜６７の油圧に応じてハウジング２０に対し相対回転可能である
なお、図１に示す進角、遅角を表す矢印は、ハウジング２０に対するベーンロータ３０の進角方向、遅角方向を表している。

ベーンロータ３０に設けられた収容孔に、ストッパピストン８０が軸方向に往復移動可能に収容されている。一方、リアプレート２２に設けられた凹部８１には、ストッパピストン８０が嵌合可能なリング８２が設けられている。ストッパピストン８０は、ハウジング２０に対してベーンロータ３０が最遅角位置にあるとき、スプリング８３の付勢力により、リング８２の内側に入り込むことが可能である。
ストッパピストン８０の周囲には、第１圧力室８４および第２圧力室８５が設けられている。第１圧力室８４および第２圧力室８５のいずれか一方は遅角室６４〜６７に連通し、他方は進角室６０〜６３に連通している。
第１圧力室８４の油圧がストッパピストン８０に作用する力と、第２圧力室８５の油圧がストッパピストン８０に作用する力との和が、スプリング８３の付勢力よりも大きくなると、ストッパピストン８０はリング８２から抜け出す。

シールプレート４０は、フロントプレート２１とベーンロータ３０との間に設けられ、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れを抑制する。シールプレート４０は、その板厚が例えば数十μｍである。
図４に示すように、シールプレート４０は、平板状の基部４１、および複数のシール部４２〜４５および複数の開口４６〜４９を有する。
基部４１は、フロントプレート２１との間に挟まれると共に、シール部４２〜４５の周囲を囲んでいる。これにより、シール部４２〜４５は、いわゆる袋状になる。
シール部４２〜４５は、基部４１からベーンロータ側へ突出している。図１に示すように、シール部４２〜４５は、ハウジング２０の各シュー２４〜２７との間に設けられる。シール部４２〜４５は、ベーンロータ３０のベーン３２〜３５およびロータ３１に摺接する。

図６は、シールプレート４０の板厚などを誇張した本実施形態のバルブタイミング調整装置１の模式図である。図６に示すように、フロントプレート２１と複数のシール部４２〜４５との間には、複数の背圧室９０が設けられる。
図１に示すように、開口４６〜４９は、ハウジング２０に対してベーンロータ３０が最遅角位置にあるとき、進角室６０〜６３と背圧室９０とを連通することの可能な位置に設けられている。これにより、進角油路７０〜７３から進角室６０〜６３に供給されたオイルは、シールプレート４０の開口４６〜４９を通り、背圧室９０に流入する。

図２に示すように、上述したフロントプレート２１は、シールプレート４０のシール部４２〜４５に対応する位置に油圧溝５０を有する。油圧溝５０は、周方向に延び、円環状に形成される。油圧溝５０は、シールプレート４０の開口４６〜４９を臨む位置を含んで設けられる。油圧溝５０は、複数の背圧室９０を連通している。これにより、進角室６０〜６３からシールプレート４０の開口４６〜４９に流入したオイルは、油圧溝５０を通り背圧室９０の全体に供給される。複数の背圧室９０のうち、容積の小さい背圧室９０は容積の大きい背圧室９０よりも油圧が早く充填される傾向にある。そのため、容積の小さい背圧室９０のオイルは、油圧溝５０を通り容積の大きい背圧室９０へ移動する。これにより、各背圧室９０に供給される油圧のバランスが均一になる。各背圧室９０に油圧が充填されると、シール部４２〜４５とベーンロータ３０とが液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れが抑制される。

続いて、バルブタイミング調整装置１の作動を説明する。
＜エンジン始動時＞
図１及び図３に示すように、エンジン１０が停止しているとき、ストッパピストン８０はリング８２の内側に入り込み、クランクシャフト１１に対してカムシャフト１４は最遅角位置に位相保持されている。エンジン１０の始動直後は、遅角室６４〜６７、進角室６０〜６３、第１圧力室８４および第２圧力室８５に作動油が十分に供給されず、ストッパピストン８０はリング８２の内側に入り込んだ状態を維持する。そのため、作動油が各油圧室に供給されるまでの間、カムシャフト１４が受けるトルク変動によるハウジング２０とベーンロータ３０との打音の発生が防がれる。

＜エンジン始動後＞
エンジン１０の始動後、油圧ポンプから各油圧室に作動油が十分に供給されると、第１圧力室８４および第２圧力室８５の油圧によりストッパピストン８０がスプリング８３の付勢力に抗してリング８２から抜け出し、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は相対回転可能となる。

＜進角作動時＞
バルブタイミング調整装置１が進角作動するとき、油圧ポンプで汲み上げられたオイルが油圧制御弁から進角油路７０〜７３を通じて進角室６０〜６３に供給される。また、遅角室６４〜６７のオイルは、遅角油路７４〜７７および油圧制御弁を通じてオイルパンへ排出される。これにより、進角室６０〜６３の油圧がベーン３２〜３５に作用し、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し進角方向に回転する。
このとき、進角室６０〜６３に供給されたオイルは、シールプレート４０の開口４６〜４９から油圧溝５０を通りそれぞれの背圧室９０の全体に充填される。各背圧室９０のオイルは、油圧溝５０を通り隣り合う背圧室９０へ行き渡るので、背圧室９０に供給される油圧のバランスが均一になる。その結果、全てのシール部４２〜４５とベーンロータ３０とが液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れが抑制される。

＜遅角作動時＞
バルブタイミング調整装置１が遅角作動するとき、油圧ポンプで汲み上げられたオイルが油圧制御弁から遅角油路７４〜７７を通じて遅角室６４〜６７に供給される。また、進角室６０〜６３のオイルは進角油路７０〜７３および油圧制御弁を通じてオイルパンへ排出される。これにより、遅角室６４〜６７の油圧がベーン３２〜３５に作用し、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し遅角方向に回転する。

＜中間保持作動時＞
ベーンロータ３０が目標位相に到達すると、油圧制御弁は、遅角室６４〜６７および進角室６０〜６３のオイルがオイルパンへ排出されることを規制する。このとき、油圧制御弁から遅角油路７４〜７７および進角油路７０〜７３を通じ、僅かではあるが遅角室６４〜６７および進角室６０〜６３へ油圧が供給されている。これにより、ベーンロータ３０は目標位相に保持される。

＜エンジン停止時＞
バルブタイミング調整装置１の作動中にエンジン停止が指示されると、上述した遅角作動時と同様の作動により、ハウジング２０に対してベーンロータ３０は遅角方向に回転し、最遅角位置で停止する。この状態で、油圧ポンプの作動が停止し、第１圧力室８４および第２圧力室８５の圧力が低下すると、ストッパピストン８０はスプリング８３の付勢力によりリング８２の内側に入り込む。その状態でエンジン１０は停止する。

本実施形態は、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、フロントプレート２１は、シールプレート４０のシール部４２〜４５に対応する位置に油圧溝５０を有する。これにより、背圧室９０を流れるオイルの圧力損失が小さくなり、シールプレート４０の開口４６〜４９から油圧溝５０を通じて背圧室９０の全体に油圧を充填することが可能になる。そのため、バルブタイミング調整装置１の位相制御において、背圧室９０に油圧が素早く充填されるので、シールプレート４０のシール部４２〜４５がベーンロータ３０に液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧漏れが抑制される。この結果、バルブタイミング調整装置１は、ハウジング２０とベーンロータ３０との位相切換え速度を速くし、また、その位相保持を確実に行うことができる。

（２）本実施形態では、フロントプレート２１が有する油圧溝５０は、シールプレート４０の開口４６〜４９を臨む位置を含んで設けられる。これにより、進角室６０〜６３のオイルは、シールプレート４０の開口４６〜４９から油圧溝５０に供給され、油圧溝５０を経由して背圧室９０に素早く充填される。

（３）本実施形態では、フロントプレート２１の有する油圧溝５０は、複数の背圧室９０を連通する。これにより、各背圧室９０に供給される油圧のバランスが均一になる。そのため、各シール部４２〜４５の面積の違いに関わらず、全てのシール部４２〜４５がベーンロータ３０に液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れを抑制することができる。

（４）本実施形態では、シールプレート４０は、シール部４２〜４５の周囲を基部４１が囲んでいる。これにより、背圧室９０がいわゆる袋状になり、シールプレート４０の開口４６〜４９から背圧室９０に供給されたオイルが、背圧室９０から漏出することを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図７は、バルブタイミング調整装置のフロントプレート２１を示している。図７では、シールプレート４０が設けられる位置を概念的に一点鎖線で示している。
第２実施形態では、フロントプレート２１の油圧溝５１１〜５１４は、シールプレート４０の個々のシール部４２〜４５に対応する位置に設けられる。油圧溝５１１〜５１４は、シールプレート４０の開口４６〜４９を臨む位置を含んで設けられ、個々のシール部４２〜４５に対応する範囲内で円弧状に延びる。なお、油圧溝５１１〜５１４は、円弧状に延びるものに限られず、直線状に延びてもよい。
第２実施形態では、進角室６０〜６３からシールプレート４０の開口４６〜４９に流入したオイルは、油圧溝５１１〜５１４を通り背圧室９０に供給される。これにより、各背圧室９０に油圧が充填されると、シール部４２〜４５とベーンロータ３０とが液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れを抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。図８は、バルブタイミング調整装置のフロントプレート２１を示している。図８では、シールプレート４０が設けられる位置を概念的に一点鎖線で示している。
第３実施形態では、フロントプレート２１の油圧溝５２１〜５２４は、シールプレート４０の個々のシール部４２〜４５に対応する位置に設けられる。油圧溝５２１〜５２４は、シールプレート４０のシール部４２〜４５とほぼ同じ範囲に設けられる。
第３実施形態では、背圧室９０全体の圧力損失を小さくすることが可能になる。そのため、シールプレート４０の開口４６〜４９から背圧室９０の全体に油圧を素早く充填することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９に示す。図９は、バルブタイミング調整装置のシールプレート４０を示している。第４実施形態では、シールプレート４０は、シール部４２〜４５が径内方向の端部まで設けられている。第４実施形態において、背圧室９０は、カムシャフト１４の径外方向の外壁によって塞がれる構成にしてもよい。
第４実施形態においても、上述した第１〜第３実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１０に示す。図１０は、バルブタイミング調整装置のシールプレート４０を示している。第５実施形態では、シールプレート４０は、複数の背圧室９０を連通する連通部４０１を有する。連通部４０１は、シール部４２〜４５と同じ高さで、基部４１からロータ側へ突出している。連通部４０１とフロントプレート２１との間を通り、隣り合う背圧室９０をオイルが流通する。
なお、シールプレート４０の連通部４０１は、ハウジング２０のシュー２４〜２７よりも径内側で、ベーンロータ３０のロータ３１に対応する位置に設けられる。
第５実施形態では、複数の背圧室９０のオイルが連通部４０１を通じて流れるので、各背圧室９０に供給される油圧のバランスを均一にすることができる。
なお、第５実施形態では、フロントプレート２１に油圧溝５０を設けてもよいし、油圧溝５０を設けなくてもよい。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１１に示す。図１１は、バルブタイミング調整装置のリアプレート２２０を示している。
第６実施形態では、リアプレート２２０とベーンロータ３０との間にシールプレート４０が設けられているものとする。リアプレート２２０と複数のシール部４２〜４５との間には、複数の背圧室９０が設けられる。図１１では、シールプレート４０が設けられる位置を概念的に一点鎖線で示している。
なお、第６実施形態において、ストッパピストン８０が嵌合可能なリング８２は、フロントプレート２１に設けられた凹部に設けられているものとする。

リアプレート２２は、シールプレート４０のシール部４２〜４５に対応する位置に油圧溝５３を有する。油圧溝５３は、周方向に延び、円環状に形成される。これにより、シールプレート４０の開口４６〜４９から背圧室９０に流入したオイルは、油圧溝５３を通りそれぞれの背圧室９０の全体に供給される。油圧溝５３は、複数の背圧室９０を連通しているので、全ての背圧室９０に供給される油圧のバランスが均一になる。そのため、各シール部４２〜４５の面積の違いに関わらず、全てのシール部４２〜４５がベーンロータ３０に液密に当接し、進角室６０〜６３と遅角室６４〜６７との間の油圧の漏れを抑制することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、吸気弁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ついて説明した。これに対し、他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、排気弁の開閉タイミングを調整するものであってもよい。この場合、シールプレートの開口は、ハウジングに対してベーンロータが最進角位置にあるとき、遅角室と背圧室とを連通することの可能な位置に設けられる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・バルブタイミング調整装置
２０・・・ハウジング
２１・・・フロントプレート
２２，２２０・・・リアプレート
３０・・・ベーンロータ
４０・・・シールプレート
４１・・・基部
４２〜４５・・・シール部
５０，５３，５１１〜５１４，５２１〜５２４・・・油圧溝

Claims (5)

1. エンジン（１０）の駆動軸（１１）と従動軸（１３，１４）との回転位相を変更し、前記従動軸が開閉駆動する吸気弁（１９）または排気弁（１８）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（１）であって、
   フロントプレート（２１）、このフロントプレートに向き合うリアプレート（２２，２２０）、前記フロントプレートと前記リアプレートとを接続する筒部（２３）、及びこの筒部から径内方向に延びるシュー（２４〜２７）を有し、前記駆動軸と共に回転するハウジング（２０）と、
   前記従動軸に接続すると共に前記シューの径内方向の内壁と摺動する筒状のロータ（３１）、及びこのロータから径外方向に延びて前記ハウジング内を進角室（６０〜６３）および遅角室（６４〜６７）に仕切るベーン（３２〜３５）を有し、前記進角室および前記遅角室の油圧に応じてハウジングに対し相対回転可能なベーンロータ（３０）と、
   前記フロントプレートまたは前記リアプレートと前記シューとの間に挟まれる平板状の基部（４１）、およびその基部から前記ベーンロータ側へ突出し前記ベーンロータと摺接するシール部（４２〜４５）とを有し、前記進角室と前記遅角室との間の油圧の漏れを抑制可能なシールプレート（４０）と、を備え、
   前記シールプレートの前記基部に当接する前記フロントプレートまたは前記リアプレートは、前記シール部に対応する位置に油圧溝（５０，５３，５１１〜５１４，５２１〜５２４）を有することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記シールプレートの前記基部が当接する前記フロントプレートまたは前記リアプレートと前記シール部との間には背圧室（９０）が設けられ、
   前記シールプレートは、前記進角室または前記遅角室と前記背圧室とを連通する開口（４６〜４９）を有し、
   前記フロントプレートまたは前記リアプレートが有する前記油圧溝は、前記シールプレートの前記開口を臨む位置を含んで設けられ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。
3. 前記シールプレートは、複数の前記シール部を有し、
   前記シールプレートの前記基部が当接する前記フロントプレートまたは前記リアプレートと、複数の前記シール部との間には複数の前記背圧室が設けられ、
   前記フロントプレートまたは前記リアプレートの有する前記油圧溝は、複数の前記背圧室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。
4. 前記シールプレートは、前記シール部の周囲を前記基部が囲んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記シールプレートは、前記ロータに対応する位置で基部から前記ロータ側へ突出し、複数の前記背圧室を連通する連通部（４０１）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

Images