JP5895927B2 - 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相対回転位相を変え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。
特許文献１に記載のバルブタイミング調整装置は、ハウジングを構成するリアプレートに固定された２個の突起部が、ハウジング内に形成された進角室と遅角室に突出している。その進角室に突出した突起部とベーンロータのベーンとが当接すると、バルブタイミング調整装置は最遅角位置に位相制御され、遅角室に突出した突起部とベーンロータのベーンとが当接すると、バルブタイミング調整装置は最進角位置に位相制御される。

特開２０１３−１９３５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のバルブタイミング調整装置は、２個の突起部がハウジング内の進角室と遅角室に突出しているので、その突起部の直径分、ハウジングの筒部から径内方向に延びるシューの周方向の距離が短くなる。そのため、シューの径内方向の内壁とボス部とのシール面が短くなることが懸念される。
また、仮にリアプレートに設けた２個の穴に２個の突起部を圧入固定する場合、圧入箇所が２箇所になることで製造公差による位置ずれが大きくなるおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、種々の作動角に対するベーンロータとハウジングの標準化を図ると共に、正確な位相制御を可能とした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が相対回転するバルブタイミング調整装置において、ハウジングを構成するフロントプレートまたはリアプレートに設けた突起部を、ベーンロータのボス部に設けた溝部に挿入することにより、ハウジングとベーンロータとの相対回転範囲を規制する。その溝部は、大気開放されている。

この構成により、ボス部に設けられた溝部の回転方向の長さの調整又は突起部の形状等の調整により、バルブタイミング調整装置の作動角を変更することが可能である。そのため、バルブタイミング調整装置に要求される作動角に応じてハウジングの油圧室のプロフィール、又はベーンロータのベーンのプロフィールを変更する工程が廃止される。したがって、こ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を標準化することができる。
その結果、このバルブタイミング調整装置は、ハウジング及びベーンロータを例えば焼結により形成するための型を共通化することができる。

また、このバルブタイミング調整装置は、ベーンロータのボス部に溝部を設け、その溝部に挿入可能な位置に突起部を設けているので、上述した特許文献１のようにハウジングの油圧室に突起部が突出することがない。そのため、このバルブタイミング調整装置は、上述した特許文献１の構成と比較して、シューの周方向の距離を突起部の直径分長くして、シューの径内方向の内壁とボス部の外壁とが摺動する面積を広くすることが可能である。したがって、シューとボス部とのシール性が高く維持されるので、バルブタイミング調整装置は、正確な位相制御を行うことができる。さらに、シューの回転方向の距離を長くすることにより、ハウジングの強度を高めることができる。
さらに、このバルブタイミング調整装置は、上述した特許文献１の構成と比較して、突起部の数を減らすことが可能である。そのため、バルブタイミング調整装置は、突起部による製造公差を小さくすることで、正確な位相制御をすることができる。

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である。 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である。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線の断面図である。 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である。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 本発明の第３実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 本発明の第４実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 本発明の第５実施形態によるバルブタイミング調整装置の断面図である。 図８のＩＸ方向の矢視図である。

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４に示す。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は、図４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４において時計回りに回転する。

図１から図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、溝部４０及び突起部５０などを備えている。
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１４を通す前孔２９を有する。
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を通す後孔２８を有する。リアプレート２２に設けられた孔５４に円柱状の突起部５０が圧入固定されている。この突起部５０については後述する。

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、図４に示したチェーン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、円筒状のボス部３１と、そのボス部３１から径外方向に延びる複数のベーン３２〜３５とを有する。
ボス部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。ボス部３１は、軸方向にカムシャフト１４を通す中央孔３６を有する。中央孔３６の内壁とカムシャフト１４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、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。進角室６０〜６３は、進角油路７０〜７３を通じて油が供給又は排出される。遅角室６４〜６７は、遅角油路７４〜７７を通じて油が供給又は排出される。
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との間の油の流れを規制する。
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及び図２に示した進角、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に連通し、他方は進角室６０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。

ベーンロータ３０のボス部３１に、回転方向に延びる溝部４０が設けられる。溝部は、ボス部３１の径外側の外周面よりも径内方向に設けられる。即ち、溝部４０と遅角室６６とは、ボス部３１の外周壁４５により仕切られている。そのため、ボス部３１の外周壁４５とシュー２５の内壁とが摺動する面積を広く確保できるので、隣り合う遅角室６６と進角室６３とのシール性が高い状態で維持される。

リアプレート２２に設けられた突起部５０は、溝部４０に挿入される。突起部５０と溝部４０は、ハウジング２０とベーンロータ３０とが相対回転可能な範囲を規制する。図１に示すように、溝部４０の回転方向進角側の内壁に突起部５０が当接すると、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は最遅角位置に位相制御される。一方、図２に示すように、溝部４０の回転方向遅角側の内壁に突起部５０が当接すると、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は最進角位置に位相制御される。
なお、図３に示すように、溝部４０の底と突起部５０との間には空間５５が形成されている。そのため、溝部４０に意図せず油が充満した場合でも、突起部５０に作用する油の抵抗を低減することが可能である。

溝部４０の回転方向の長さは、バルブタイミング調整装置１に要求される作動角に応じて調整される。この溝部４０の長さの調整は、ベーンロータ３０を例えば焼結により形成する際、その焼結に使用されるベーンロータ３０の型に対し、溝部４０を形成するための嵌め込み式の型を交換することにより行うことが可能である。或いは、別の方法として、例えばベーンロータ３０を焼結により形成した後、溝部４０を切削などにより形成することも可能である。この溝部４０の長さの調整により、バルブタイミング調整装置１の作動角が変更される。なお、各シュー２４〜２７の間に形成される各油圧室は、バルブタイミング調整装置１に要求される最大の作動角よりも大きく形成されている。

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に示すように、エンジン１０が停止しているとき、突起部５０が溝部４０の回転方向進角側の内壁に当接すると共に、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、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、図示しない油圧ポンプから各油圧室に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とベーンロータ３０とが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油が図示しない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の油は、遅角油路７４〜７７および油圧制御弁を通じて図示しない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。
図２に示すように、溝部４０の回転方向遅角側の内壁に突起部５０が当接すると、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は最進角位置に位相制御される。このとき、ベーンロータ３０のベーン３２〜３５とハウジング２０のシュー２４〜２７とは当接することなく、その間に所定の隙間が形成された状態である。

＜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油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の油は進角油路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。
図１に示すように、溝部４０の回転方向進角側の内壁に突起部５０が当接すると、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は最遅角位置に位相制御される。このときも、ベーンロータ３０のベーン３２〜３５とハウジング２０のシュー２４〜２７とは当接することなく、その間に所定の隙間が形成された状態である。

＜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の油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、ハウジング２０とベーンロータ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、溝部４０の回転方向進角側の内壁と突起部５０とが当接した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。

第１実施形態のバルブタイミング調整装置１は、以下の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、リアプレート２２に設けた突起部５０が、ベーンロータ３０のボス部３１に設けた溝部４０に挿入され、ハウジング２０とベーンロータ３０との相対回転可能な範囲を規制する。
これにより、ボス部３１に設けられた溝部４０の回転方向の長さ又は突起部５０の形状等の調整により、バルブタイミング調整装置１の作動角を変更することが可能である。そのため、バルブタイミング調整装置１に要求される作動角に応じてハウジング２０の油圧室のプロフィール、又はベーンロータ３０のベーン３２〜３５のプロフィールを変更する工程が廃止される。したがって、この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を標準化することができる。
その結果、このバルブタイミング調整装置１は、ハウジング２０及びベーンロータ３０を例えば焼結により形成するための型を共通化することができる。

（２）第１実施形態では、ベーンロータ３０のボス部３１に溝部４０を設け、その溝部４０に挿入可能な位置に突起部５０を設けている。そのため、ハウジング内の進角室６０〜６３及び遅角室６４〜６７に突起部５０が設けられていないので、シュー２４〜２７の回転方向の長さが確保される。したがって、シュー２４〜２７とボス部３１とのシール性が高い状態で維持されるので、バルブタイミング調整装置１は、正確な位相制御を行うことができる。
さらに、シュー２４〜２７の回転方向の長さが確保されることにより、ハウジング２０の強度を高めることができる。

（３）第１実施形態では、１個の突起部５０と１個の溝部４０により、バルブタイミング調整装置１の作動角を設定することが可能である。そのため、バルブタイミング調整装置１は、突起部５０と溝部４０による製造公差を小さくすることで、正確な位相制御をすることができる。

（４）第１実施形態では、溝部４０は、ボス部３１の径外側の外周面よりも径内方向に設けられる。
これにより、ハウジング２０の油圧室と溝部４０とは、ボス部３１の外周壁４５により仕切られるので、シュー２４〜２７とボス部３１とのシール性が高い状態で維持される。したがって、バルブタイミング調整装置１は、正確な位相制御を行うことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５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。
第２実施形態では、溝部４０の径内方向の内壁４６が、リアプレート２２の後孔２８の内径よりも径内側に位置している。これにより、溝部４０は、リアプレート２２の後孔２８とカムシャフト１４との間に大気開放されている。
これにより、溝部４０の内側に意図せず油が流入した場合でも、その油はバルブタイミング調整装置１の外部へ排出される。したがって、突起部５０に作用する油の抵抗を排除することが可能であるので、バルブタイミング調整装置１は、位相制御の応答性を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６に示す。第３実施形態では、ベーンロータ３０のボス部３１に第１溝部４１と第２溝部４２が設けられる。リアプレート２２には、第１溝部４１に挿入される第１突起部５１と、第２溝部４２に挿入される第２突起部５２が設けられる。
図６に示すように、第１溝部４１の回転方向進角側の内壁と第１突起部５１とが当接するとき、第２溝部４２の回転方向進角側の内壁と第２突起部５２とが当接する。図示しないが、第１溝部４１の回転方向遅角側の内壁と第１突起部５１とが当接するとき、第２溝部４２の回転方向遅角側の内壁と第２突起部５２とが当接する。

第３実施形態では、バルブタイミング調整装置１がベーンロータ３０を最進角位置または最遅角位置に位相制御する際、第１溝部４１と第１突起部５１とが当接すると同時に、第２溝部４２と第２突起部５２とが当接する。そのため、第１突起部５１と第２突起部５２に作用する衝突力が半減するので、それらの耐久性を高めることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図７に示す。第４実施形態では、第３実施形態と比較して、第２突起部５２の位置が遅角側へずれた位置に設けられている。
図７に示すように、第１溝部４１の回転方向進角側の内壁と第１突起部５１とが当接するとき、第２溝部４２の回転方向進角側の内壁と第２突起部５２とは離れた状態にある。
図示しないが、第２溝部４２の回転方向遅角側の内壁と第２突起部５２とが当接するとき、第１溝部４１の回転方向遅角側の内壁と第１突起部５１とは離れた状態にある。
この構成により、第１溝部４１と第１突起部５１により最遅角位置が規定され、第２溝部４２と第２突起部５２により最進角位置が規定される。

第４実施形態では、第１溝部４１及び第２溝部４２の大きさを変更することなく、第１突起部５１または第２突起部５２のいずれか一方のリアプレート２２への取り付け位置を変更することにより、バルブタイミング調整装置１の作動角を調整することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図８及び図９に示す。第５実施形態では、ベーンロータ３０のボス部３１に設けた孔５６に突起部５３が圧入固定されている。溝部４３は、リアプレート２２に設けられる。突起部５３と溝部４３は、ハウジング２０とベーンロータ３０との相対回転可能な範囲を規制する。
第５実施形態では、上述した第１−第５実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
（１）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。

（２）上述した第１−第４実施形態では、リアプレートに設けた孔に突起部を圧入固定した。これに対し、他の実施形態では、突起部は、リアプレートに設けためねじに螺合する構成としてもよい。また、突起部は、例えば焼結などにより、リアプレートと一体に形成してもよい。

（３）上述した第１−第４実施形態では、リアプレートに突起部を設けた。これに対し、他の実施形態では、突起部は、フロントプレートに設けてもよい。この場合、溝部は、ベーンロータのボス部のフロントプレート側に設けられる。

（４）上述した第５実施形態では、ベーンロータのボス部に設けた孔に突起部を圧入固定した。これに対し、他の実施形態では、突起部は、ベーンロータのボス部に設けためねじに螺合する構成としてもよい。また、突起部は、例えば焼結などにより、ベーンロータと一体に形成してもよい。

（５）上述した第５実施形態では、リアプレートに溝部を設けた。これに対し、他の実施形態では、溝部は、フロントプレートに設けてもよい。この場合、突起部は、ボス部からフロントプレート側に突出するように設けられる。

（６）上述した第３及び第４実施形態では、突起部と溝部を２組設けた。これに対し、他の実施形態では、突起部と溝部は３組以上設けてもよい。

（７）上述した第１−５実施形態では、突起部の形状を円柱状とし、溝部の形状を楕円扇型とした。これに対し、他の実施形態では、突起部の形状は例えば楕円扇型など種々の形状を採用することが可能であり、溝部の形状は突起部の形状に適合した種々の形状を採用することが可能である。
このように、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・・・リアプレート
２４−２７・・・シュー
３０・・・ベーンロータ
３１・・・ボス部
３２−３５・・・ベーン
４０−４３・・・溝部
５０−５３・・・突起部

Claims (5)

1. エンジン（１０）の駆動軸（１１）と従動軸（１３，１４）との相対回転位相を変更することにより前記従動軸が駆動する吸気弁（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）、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ボス部（３１）、及びこのボス部から径外方向に延びて前記ハウジング内に形成された油圧室を進角室（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前記ハウジングに対し相対回転するベーンロータ（３０）と、
   前記ベーンロータの前記ボス部に設けられ、回転方向に延びる溝部（４０−４３）と、
   前記フロントプレートまたは前記リアプレートに設けられ、前記溝部に挿入されると共に、前記溝部の回転方向の一方の内壁または他方の内壁に当接することにより前記ハウジングと前記ベーンロータとの相対回転範囲を規制する突起部（５０−５３）と、を備え、
   前記溝部は、大気開放されていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記溝部は、前記ボス部の径外側の外周面よりも径内方向に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. 前記溝部は、前記ボス部に設けられた第１溝部（４１）及び第２溝部（４２）を有し、
   前記突起部は、前記第１溝部に挿入される第１突起部（５１）、及び前記第２溝部に挿入される第２突起部（５２）を有し、
   前記第１溝部の回転方向の一方の内壁と前記第１突起部とが当接するとき、前記第２溝部の回転方向の一方の内壁と前記第２突起部とは離れた状態にあり、
   前記第２溝部の回転方向の他方の内壁と前記第２突起部とが当接するとき、前記第１溝部の回転方向の他方の内壁と前記第１突起部とは離れた状態にあ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. 前記溝部は、前記ボス部に設けられた第１溝部及び第２溝部を有し、
   前記突起部は、前記第１溝部に挿入される第１突起部、及び前記第２溝部に挿入される第２突起部を有し、
   前記第１溝部の回転方向の一方の内壁と前記第１突起部とが当接するとき、前記第２溝部の回転方向の一方の内壁と前記第２突起部とが当接し、
   前記第１溝部の回転方向の他方の内壁と前記第１突起部とが当接するとき、前記第２溝部の回転方向の他方の内壁と前記第２突起部とが当接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。
5. 前記溝部（４３）は、前記ボス部に設けられることに代えて前記フロントプレートまたは前記リアプレートに設けられ、
   前記突起部（５３）は、前記フロントプレートまたは前記リアプレートに設けられることに代えて前記ボス部に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

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