JP6432413B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

従来、内燃機関においてクランク軸からの機関トルクの伝達によりカム軸が開閉駆動するバルブのバルブタイミングを調整するベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。ベーン式のバルブタイミング調整装置は、クランク軸と連動して回転するハウジングと、ハウジング内でカム軸と連動して回転するベーンロータとを備える。ベーンロータは、ハウジングの内部空間を周方向の一方側の第１油圧室と周方向の他方側の第２油圧室とに仕切るベーン部を有しており、第１油圧室および第２油圧室に供給される作動油の圧力に応じてハウジングに対して相対回転することによってバルブタイミングを調整する。

このような形式のバルブタイミング調整装置では、ハウジングに対してベーンロータを相対回転できるようにするため、ベーンロータとハウジングとの間にクリアランスを設ける必要がある。したがって、クリアランスを通じて第１油圧室と第２油圧室との間で作動油が漏れないように、このクリアランスをシール部材によりシールする必要がある。特許文献１には、スプリングを用いることなく、作動油が流れるときの圧力損失を利用してシール部材をハウジングに付勢する技術が開示されている。

特開２０００−１７０７１０号公報

特許文献１の発明では、シール完了後に例えば振動等に起因してシール部材がハウジングから離れて、シール部材とハウジングとの隙間に作動油が流れ込むと、シール部材に作用するハウジング側への油圧力とベーンロータ側への油圧力とが同じとなる。そのため、シール部材をハウジング側へ付勢する付勢力が発生せず、再度シールすることができなくなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スプリングを用いることなくハウジングとベーンロータとの間のクリアランスをシールすることができ、且つ、シール途中でシール部材が被シール面から離れても再度シールすることができるバルブタイミング調整装置を提供することである。

本発明によるバルブタイミング調整装置は、クランク軸およびカム軸の一方と連動して回転するハウジングと、クランク軸およびカム軸の他方と連動して回転するベーンロータと、ハウジング内の第１油圧室と第２油圧室との間においてハウジングとベーンロータとの間に形成されているクリアランスをシールするシール部材とを備える。

ハウジングおよびベーンロータの一方を第１回転体と呼び、他方を第２回転体と呼ぶ場合において、第１回転体は、第１油圧室と第２油圧室との間であって且つ径方向において第２回転体と対向する箇所に、軸方向へ延びている溝を有する。溝の両方の側面は、溝の底面から径方向へ離れるほど溝幅が小さくなるよう傾斜している第１傾斜面を有する。
シール部材は、周方向において第１傾斜面と対向する箇所に、第２回転体側ほどシール部材の周方向幅が小さくなるよう傾斜している第２傾斜面を有する。
ここで、クリアランスと溝の内部空間とを合わせた空間を油圧空間と呼ぶ。また、シール部材のうち底面と対向する箇所の一部と底面とが密着しつつ第１傾斜面と第２傾斜面とが密着しているとき、シール部材のうち、底面側に向かって油圧空間に露出している部分を底面側露出部と呼び、第２回転体の被シール面側に向かって油圧空間に露出している部分を被シール面側露出部と呼ぶ。この場合において、底面側露出部の径方向投影面積は、被シール面側露出部の径方向投影面積よりも大きい。

このようにバルブタイミング調整装置を構成することによって、第１油圧室と第２油圧室との圧力差に応じてシール部材が溝に対して周方向へ相対移動して、第１傾斜面と第２傾斜面とが密着すると、シール部材のうち、溝の底面側に向かって油圧空間に露出している部分（底面側露出部）の径方向投影面積は、第２回転体の被シール面側に向かって油圧空間に露出している部分（被シール面側露出部）の径方向投影面積よりも大きくなる。このとき、底面側露出部に作用する第２回転体側への油圧力は、被シール面側露出部に作用する第１回転体側への油圧力よりも大きくなる。そのため、シール部材は、第２回転体側へ移動して被シール面に密着し、クリアランスのシールが完了する。

さらに、シール完了後に例えば振動等に起因してシール部材が第２回転体から離れて、シール部材とハウジングとの隙間に作動油が流れ込んだとしても、上述と同じプロセスをたどって再度シールされる。
したがって、本発明によれば、スプリングを用いることなくハウジングとベーンロータとの間のクリアランスをシールすることができ、且つ、シール途中でシール部材が被シール面から離れても再度シールすることができる。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置の縦断面図である。 図１に示すバルブタイミング調整装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のＩＩＩ部分の拡大図である。 図３のＩＶ部分の拡大図であって、相対的に進角室が高圧であり且つ遅角室が低圧であり、シール部材によるシールが完了した状態を示す図である。 図４に対応する図であって、進角室および遅角室の作動油が共に排出された状態を示す図である。 図４に対応する図であって、相対的に進角室が低圧であり且つ遅角室が高圧であり、溝の第１傾斜面とシール部材の第２傾斜面とが密着した状態を示す図である。 図４に対応する図であって、相対的に進角室が低圧であり且つ遅角室が高圧であり、シール部材によるシールが完了した状態を示す図である。 図７の状態から、シール部材が被シール面から離れた状態を示す図である。 本発明の他の実施形態によるシール部材および溝を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で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。図面は、構成を分かり易くするために模式的に示されている。図面に示された各部の寸法、角度および寸法比は、必ずしも正確なものではない。
［一実施形態］
本発明の一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。バルブタイミング調整装置１０は、内燃機関１００のクランク軸１０１に対しカム軸１０２を相対回転させることによって、カム軸１０２が開閉駆動する図示しない吸気弁のバルブタイミングを調整するものであり、クランク軸１０１からカム軸１０２までの動力伝達経路に設けられている。

（全体構成）
先ず、バルブタイミング調整装置１０の全体構成について図１、図２を参照して説明する。
図１、図２に示すように、バルブタイミング調整装置１０は、ハウジング２０、ベーンロータ３０および油路切換弁４０を備えている。

ハウジング２０は、スプロケット２１、フロントプレート２５およびリアプレート２６から構成されている。
スプロケット２１は、カム軸１０２の軸方向延長上で当該カム軸１０２と同軸上に設けられている。スプロケット２１は、筒部２２、外歯部２３および複数の突出部２４を形成している。外歯部２３は、筒部２２の外壁に設けられており、タイミングチェーン１０３を介してクランク軸１０１に連結されている。突出部２４は、筒部２２から径方向内側へ突き出している。

フロントプレート２５は、スプロケット２１に対し軸方向の一方側に設けられている。リアプレート２６は、スプロケット２１に対し軸方向の他方側に設けられている。カム軸１０２は、リアプレート２６の嵌合孔２７に嵌め入れられている。スプロケット２１、フロントプレート２５およびリアプレート２６は、ボルト２８により一体に固定されている。ハウジング２０は、クランク軸１０１と連動して回転する。

ベーンロータ３０は、ハウジング２０内で当該ハウジング２０に対し相対回転可能に設けられており、ボス部３１および複数のベーン部３２を形成している。ボス部３１は、後述のスリーブボルト２８によってカム軸１０２に固定されている。ベーン部３２は、ボス部３１から径方向外側へ突き出し、ハウジング２０の内部空間すなわち各突出部２４間の空間を進角室３３と遅角室３４とに仕切っている。進角室３３は、ベーン部３２に対して周方向の一方に位置している。遅角室３４は、ベーン部３２に対して周方向の他方に位置している。

ベーンロータ３０は、進角室３３に連通している進角油路３５と、遅角室３４に連通している遅角油路３６と、ボス部３１のカム軸１０２側の端面に開口している供給油路３７とを有している。カム軸１０２の外部油路１０４は、例えばエンジンブロック等の油路１０５を介してオイルポンプ１０６に連通しており、供給油路３７は、外部油路１０４に連通可能である。ベーンロータ３０は、進角室３３または遅角室３４に供給される作動油の圧力に応じてハウジング２０に対して相対回転し、ベーンロータ３０とハウジング２０との間の回転位相を進角側または遅角側に変化させる。

油路切換弁４０は、スリーブボルト４１およびスプール４８などから構成されている。
スリーブボルト４１は、ベーンロータ３０に対してカム軸１０２とは反対側からベーンロータ３０に挿入されて、カム軸１０２にねじ込まれている。また、スリーブボルト４１は、頭部４２とねじ部４３との間にスリーブ部４４を形成している。スリーブ部４４は、進角油路３５に連通している進角ポート４５と、遅角油路３６に連通している遅角ポート４６と、供給油路３７に連通している供給ポート４７とを有している。

スプール４８は、スリーブ部４４の内側で軸方向へ往復移動可能であり、軸方向位置に応じてスリーブ部４４の各ポート同士を選択的に接続可能である。具体的には、スプール４８は、ハウジング２０に対するベーンロータ３０の回転位相を進角側に変化させる場合、供給ポート４７と進角ポート４５とを接続しつつ、遅角ポート４６をスプール４８の内側を通じて外部のドレン空間に連通させる。また、スプール４８は、ハウジング２０に対するベーンロータ３０の回転位相を遅角側に変化させる場合、供給ポート４７と遅角ポート４６とを接続しつつ、進角ポート４５をスプール４８の外側を通じて外部のドレン空間に連通させる。

スリーブボルト２８の頭部４２の内側にはストッパプレート４９が嵌め付けられている。スプール４８は、スプリング３９によってストッパプレート４９側に付勢されている。スプール４８の軸方向位置は、スプリング３９による付勢力と、ストッパプレート４９に対しスプール４８とは反対側に設けられたリニアソレノイド１０７による押圧力とのバランスによって決まる。

以上のように構成されたバルブタイミング調整装置１０では、回転位相が目標値よりも遅角側である場合、油路切換弁４０によって進角室３３が供給油路３７と接続されつつ、遅角室３４が外部のドレン空間と接続される。これにより、進角室３３に作動油が供給されつつ遅角室３４の作動油が外部に排出されて、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し進角側に相対回転する。

また、回転位相が目標値よりも進角側である場合、油路切換弁４０によって遅角室３４が供給油路３７と接続されつつ、進角室３３が外部のドレン空間と接続される。これにより、遅角室３４に作動油が供給されつつ進角室３３の作動油が外部に排出されて、ベーンロータ３０がハウジング２０に対し遅角側に相対回転する。
また、回転位相が目標値と一致する場合、油路切換弁４０によって進角室３３および遅角室３４が閉じられる。これにより、回転位相が保持される。

（特徴構成）
次に、バルブタイミング調整装置１０の特徴構成について図２〜図８を参照して説明する。以下の説明において、「径方向」とはベーンロータ３０の径方向のことであり、また、「軸方向」とはベーンロータ３０の軸方向のことである。
図２、図３に示すように、バルブタイミング調整装置１０は、進角室３３と遅角室３４との間においてハウジング２０とベーンロータ３０との間のクリアランス５１をシールするシール部材５２、５３をさらに備えている。

ベーンロータ３０は、進角室３３と遅角室３４との間であって且つ径方向においてハウジング２０（筒部２３）と対向する箇所に、軸方向へ延びている溝５４を有する。シール部材５２は、溝５４に設けられている。
ハウジング２０の筒部２３は、進角室３３と遅角室３４との間であって且つ径方向においてベーンロータ３０と対向する箇所に、軸方向へ延びている溝５５を有する。シール部材５３は、溝５５に設けられている。

溝５４と溝５５との構成は、形成箇所がベーンロータ３０かハウジング２０かの違いはあるものの、実質的に同一である。また、シール部材５２とシール部材５３との構成は、設置箇所が溝５４か溝５５かの違い、および、被シール面がハウジング２０かベーンロータ３０かの違いはあるものの、実質的に同一である。そのため、以下では、図４に代表的に示す溝５４およびシール部材５２について説明する。

図４に示すように、溝５４の両方の側面は、溝５４の底面５６から径方向へ離れるほど溝幅が小さくなるよう傾斜している第１傾斜面５８、５９を有する。本実施形態では、溝５４の横断面形状は台形である。

シール部材５２は、周方向において第１傾斜面５８、５９と対向する箇所に、ハウジング２０側ほどシール部材５２の周方向幅が小さくなるよう傾斜している第２傾斜面６１、６２を有する。本実施形態では、シール部材５２の横断面形状は台形である。

シール部材５２が溝５４に対して周方向の一方へ相対移動したとき、一方の第１傾斜面５８と一方の第２傾斜面６１とが密着する。また、シール部材５２が溝５４に対して周方向の他方へ相対移動したとき、他方の第１傾斜面５９と他方の第２傾斜面６２とが密着する。

溝５４の径方向の開口縁部５７の周方向幅をＷ１、開口縁部５７とハウジング２０との径方向の距離をＳ、シール部材５２のうち、シール面６３からベーンロータ３０側への径方向の長さがＳ以下となる部分（先端部分）６９の周方向幅をＷ２とすると、周方向幅Ｗ２は周方向幅Ｗ１よりも小さい。シール面６３は、ハウジング２０の筒部２３の被シール面６４と対向する面であり、シール完了時に当該被シール面６４と密着する面である。第１傾斜面５９と第２傾斜面６２とが密着し、且つ、シール面６３と被シール面６４とが密着する状態であっても、第１傾斜面５８と第２傾斜面６１との間には隙間が形成される。

図１、図４に示すように、シール部材５２は、溝５４の底面５６と対向する箇所に形成された突起６５を有する。本実施形態では、突起６５は、シール部材５２の軸方向中央部であり且つ周方向中央部である箇所に１つ設けられている。突起６５の軸方向長さは、シール部材５２の軸方向長さと比べて十分小さい。シール部材５２と底面５６との間の空間のうち、突起６５に対して軸方向に隣接する箇所には、突起６５に対する周方向の一方の空間６６と他方の空間６７とをつなぐ連通空間６８がある。空間６６の作動油は、連通空間６８を経由して空間６７へ流れる。その逆も同様である。

図５は、進角室３３および遅角室３４の作動油が共に排出された状態を示す。この場合、シール部材５２は、作動油の圧力を受けず、溝５４内で自由に動ける状態にある。
図５の状態から遅角室３４に作動油が供給されると、遅角室３４の作動油がクリアランス５１を通じて溝５４内に流入する。このとき、シール部材５２は、第１傾斜面５９と第２傾斜面６２との間の隙間にある作動油の圧力を受けて周方向の一方へ移動し、図６に示すように第１傾斜面５９と第２傾斜面６２とが密着する。図６では、シール部材５２の突起６５は底面５６と密着している。

クリアランス５１と溝５４の内部空間とを合わせた空間を油圧空間と呼ぶ場合において、図６に示す状態のとき、シール部材５２のうち、底面５６側に向かって油圧空間に露出している部分（以下、「底面側露出部」という）の径方向投影面積は、被シール面６４側に向かって油圧空間に露出している部分（以下、「被シール面側露出部」という）の径方向投影面積よりも大きくなる。このとき、底面側露出部に作用するハウジング２０側への油圧力は、被シール面側露出部に作用するベーンロータ３０側への油圧力よりも大きくなる。そのため、シール部材５２は、図７に示すようにハウジング２０側へ移動して被シール面６４に密着し、クリアランス５１のシールが完了する。

さらに、シール完了後に例えば振動等に起因して、図８に示すようにシール部材５２が被シール面６４から離れて、シール部材５２とハウジング２０との隙間に作動油が流れ込んだとしても、上述の図６、図７と同じプロセスをたどって再度シールされる。

（効果）
以上説明したように、本実施形態では、溝５４の両方の側面は、溝５４の底面５６から径方向へ離れるほど溝幅が小さくなるよう傾斜している第１傾斜面５８、５９を有する。シール部材５２は、周方向において第１傾斜面５８、５９と対向する箇所に、ハウジング２０側ほどシール部材５２の周方向幅が小さくなるよう傾斜している第２傾斜面６１、６２を有する。

このようにバルブタイミング調整装置１０を構成することによって、進角室３３と遅角室３４との圧力差に応じてシール部材５２が溝５４に対して周方向へ相対移動して、第１傾斜面５８（または５９）と第２傾斜面６１（または６２）とが密着すると、シール部材５２の底面側露出部の径方向投影面積は、被シール面側露出部の径方向投影面積よりも大きくなる。このとき、底面側露出部に作用するハウジング２０側への油圧力は、被シール面側露出部に作用するベーンロータ３０側への油圧力よりも大きくなる。そのため、シール部材５２は、ハウジング２０側へ移動して被シール面６４に密着し、クリアランス５１のシールが完了する。

さらに、シール完了後に例えば振動等に起因してシール部材５２が被シール面６４から離れて、シール部材５２とハウジング２０との隙間に作動油が流れ込んだとしても、上述と同じプロセスをたどって再度シールされる。
したがって、本実施形態によれば、スプリングを用いることなくハウジング２０とベーンロータ３０との間のクリアランス５１をシールすることができ、且つ、シール途中でシール部材５２が被シール面６４から離れても再度シールすることができる。

また、本実施形態では、周方向幅Ｗ２は周方向幅Ｗ１よりも小さい。そのため、シール部材５２は、溝５４の開口縁部５７にひっかかることなく被シール面６４側に移動できる。また、シール部材５２が溝５４の底面５６から最も離れる状態（シール完了状態）であっても、第１傾斜面５８（または５９）と第２傾斜面６１（または６２）との間に隙間を形成することができる。そのため、進角室３３と遅角室３４との圧力差が生じたとき、シール部材５２の径方向位置にかかわらず、クリアランス５１から第１傾斜面５８（または５９）と第２傾斜面６１（または６２）との間の隙間に確実に作動油を流入させることができる。

また、本実施形態では、シール部材５２は、溝５４の底面５６と対向する箇所に形成された突起６５を有する。そのため、溝５４の底面５６とそれに対向するシール部材５２の面の全体とが密着することにより底面５６とシール部材５２との間の隙間に作動油が流入できなくなることを、防止できる。

また、本実施形態では、シール部材５２と底面５６との間の空間のうち、突起６５に対して軸方向に隣接する箇所には、突起６５に対する周方向の一方の空間６６と他方の空間６７とをつなぐ連通空間６８がある。これにより、空間６６と空間６７との間で作動油を行き来させることができる。そのため、シール部材５２と底面５６との間の空間の全体に作動油を満たして、シール部材５２にハウジング２０側への油圧力を十分に作用させることができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、図９に示すように、溝９１の第１傾斜面９２、９３は、溝９１の側面の一部に形成されてもよい。また、シール部材９４の第２傾斜面９５、９６は、シール部材９４の側面の一部に形成されてもよい。そのため、溝およびシール部材の横断面形状は台形でなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、突起は２つ以上設けられてもよい。突起の形成箇所は、軸方向中央部に限らず、また周方向中央部に限らない。突起の軸方向長さをシール部材の軸方向長さと同じとし、突起に形成された孔により連通空間を設けてもよい。
本発明の他の実施形態では、シール部材は、ゴム製に限らず、例えば金属製、樹脂製などであってもよい。

本発明の他の実施形態では、ハウジングは、２つの部材、あるいは４つ以上の部材から構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、油路切換弁は外部に設けられてもよい。つまり、バルブタイミング調整装置は油路切換弁を含まなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、内燃機関の排気弁のバルブタイミングを調整するものであってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

２０・・・ハウジング ３０・・・ベーンロータ
３２・・・ベーン部 ３３・・・進角室（第１油圧室）
３４・・・遅角室（第２油圧室） ５１・・・クリアランス
５２、５３、９４・・・シール部材 ５４、５５、９１・・・溝
５６・・・底面 ５８、５９、９２、９３・・・第１傾斜面
６１、６２、９５、９６・・・第２傾斜面
１００・・・内燃機関 １０１・・・クランク軸
１０２・・・カム軸

Claims (4)

1. 内燃機関（１００）においてクランク軸（１０１）からの機関トルクの伝達によりカム軸（１０２）が開閉駆動するバルブ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あって、
   前記クランク軸および前記カム軸の一方と連動して回転するハウジング（２０）と、
   前記クランク軸および前記カム軸の他方と連動して回転し、前記ハウジングの内部空間を周方向の一方側の第１油圧室（３３）と周方向の他方側の第２油圧室（３４）とに仕切るベーン部（３２）を有し、前記第１油圧室および前記第２油圧室に供給される作動油の圧力に応じて前記ハウジングに対して相対回転するベーンロータ（３０）と、
   前記第１油圧室と前記第２油圧室との間において前記ハウジングと前記ベーンロータとの間に形成されているクリアランス（５１）をシールするシール部材（５２、５３、９４）と、
   を備え、
   前記ハウジングおよび前記ベーンロータの一方を第１回転体と呼び、前記ハウジングおよび前記ベーンロータの他方を第２回転体と呼ぶ場合において、
   前記第１回転体は、前記第１油圧室と前記第２油圧室との間であって且つ径方向において前記第２回転体と対向する箇所に、軸方向へ延びている溝（５４、５５、９１）を有し、
   前記溝の両方の側面は、前記溝の底面（５６）から径方向へ離れるほど溝幅が小さくなるよう傾斜している第１傾斜面（５８、５９、９２、９３）を有し、
   前記シール部材は、周方向において前記第１傾斜面と対向する箇所に、前記第２回転体側ほど前記シール部材の周方向幅が小さくなるよう傾斜している第２傾斜面（６１、６２、９５、９６）を有し、
   前記クリアランスと前記溝の内部空間とを合わせた空間を油圧空間と呼び、
   前記シール部材のうち前記底面と対向する箇所の一部と前記底面とが密着しつつ前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが密着しているとき、前記シール部材のうち、前記底面側に向かって前記油圧空間に露出している部分を底面側露出部と呼び、前記第２回転体の被シール面側に向かって前記油圧空間に露出している部分を被シール面側露出部と呼ぶ場合において、
   前記底面側露出部の径方向投影面積は、前記被シール面側露出部の径方向投影面積よりも大きいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記溝の径方向の開口縁部（５７）の周方向幅をＷ１、
   前記開口縁部と前記第２回転体との径方向の距離をＳ、
   前記シール部材のうち、シール面から前記第１回転体側への径方向の長さがＳ以下となる部分（６９）、の周方向幅をＷ２とすると、
   周方向幅Ｗ２は周方向幅Ｗ１よりも小さい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. 前記シール部材は、前記底面と対向する箇所に形成された少なくとも１つの突起（６５）を有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. 前記シール部材と前記底面との間の空間のうち、前記突起に対して軸方向に隣接する箇所には、前記突起に対する周方向の一方の空間（６６）と他方の空間（６７）とをつなぐ連通空間（６８）があることを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。

Images