JP7298985B2 - 内燃機関用油圧式オートテンショナ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において、例えばタイミングチェーンのテンションを自動調節することに使用される油圧式オートテンショナに関するものである。

内燃機関において、カム軸を駆動するタイミングチェーンに適度のテンションを付与するために、油圧式のオートテンショナが使用されている。すなわち、タイミングチェーンのうち弛み側をガイドするガイド体を回動式に構成し、ガイド体のうち回動支点から離れた部位をオートテンショナのプランジャで支持しており、オートテンショナでは、プランジャによる支持力が一定になるように、プランジャがばねと油圧とによって支持されている。

具体的には、例えば特許文献１に開示されているように、オートテンショナは、ばねで前進方向に付勢されたプランジャを摺動自在に配置した圧力室と、圧力室にオイルを供給するオイル供給通路と、圧力室の圧力が設定値を越えるとオイルを逃がすオイル逃がし通路とを有しており、圧力室からオイル供給通路へのオイルの逆流を逆止弁で阻止する一方、オイル逃がし通路に設けたリリーフ弁により、油圧室の圧力が設定値を越えないように設定している。

すなわち、油圧室の圧力が設定値を越えると、オイルがリリーフ弁を通過してオイル逃がし通路から排出されることにより、油圧室の圧力を一定に保持して、プランジャの支持力（押圧力）を一定に保持している。

さて、機関の運転状態では、圧力室からのオイルの流出は逆止弁によって阻止されているが、機関を停止してある程度の時間が経過すると、プランジャと圧力室との間の僅かの隙間や逆止弁の僅かの隙間などからオイルが徐々に流れて出して、圧力室のオイルが無くなったり減少したりしており、このため、次の始動時に、オイルポンプからオイルが供給されるまでの間、オートテンショナが機能せずにタイミングチェーンにバタつき現象が発生することがあった。

更に述べると、圧力室やオイル逃がし通路にエアが溜まっているため、エアが抵抗になってオイルの供給が抑制されるのであり、このため、機関を始動してから圧力室とオイル逃がし通路とにオイルが充満するまでに若干の時間が掛かり、その結果、タイミングチェーンのバタツキが発生するのであった。

この点について特許文献１は、オイル逃がし通路に容量を大きくしたエアタンクを設けることにより、圧力室へのオイルの流入を早めんとしている。

特開２０１４－１５９８１９号公報

特許文献１は、エアが圧縮されることを利用して圧力室へのオイル流入を早めようとしているものといえるが、エアがオイルで押されて圧縮されると、オイルの流れに対して大きな抵抗になるため、機関を始動してから圧力室がオイルで充満するまでの時間を大幅に短縮できるか否か、疑問である。

また、特許文献１では、オイルがオイル逃がし通路とエアタンクとに充満して初めてオイルでプランジャを押すことができるが、エアタンクがあるとそれだけオイルの流入に時間がかかるという問題もあり、この面でも、オートテンショナの機能が発揮される時間を短縮できるか否か、疑問であると解される。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、オートテンショナの内部からオイルが抜けた状態での始動であっても、オートテンショナの立ち上がり時間を大幅に短縮することを課題とするものである。

本願発明のオートテンショナは、
「ばねで前進方向に付勢されたプランジャが摺動自在に配置された圧力室と、
前記圧力室にオイルを供給するオイル供給通路と、
前記圧力室の圧力が設定値を越えるとオイルを逃がすオイル逃がし通路とを有しており、
前記圧力室から前記オイル供給通路へのオイルの逆流は逆止弁で阻止され、前記設定値は前記オイル逃がし通路に設けたリリーフ弁によって規定されている」
という基本構成において、
「前記オイル逃がし通路に、当該オイル逃がし通路と交差した方向に向けて開口したエア抜き通路が接続されて、前記エア抜き通路に、前記オイル逃がし通路の側に位置した基端が前記エア抜き通路に固定された引っ張りばねの先端に弁体を固定して成る弁装置を配置しており、
前記オイル逃がし通路にオイルが流れている状態では、前記弁体が前記引っ張りばねに抗して前記エア抜き通路の開口方向に移動することによって前記エア抜き通路が塞がれて、前記オイル逃がし通路にオイルが流れていない状態では、前記弁体が前記引っ張りばねで前記オイル逃がし通路の側に引かれて前記エア抜き通路が開放されるようになっている」
という特徴を持たせている。

本願発明では、機関の運転停止後に圧力室やオイル逃がし通路からオイルが抜けていても、次の始動時に、オイルの流入によってエアをエア抜き通路の外に排出する（押し出す）ことができるため、エアがオイルの流入に対して抵抗になることを防止して、オイルを圧力室及びオイル逃がし通路に速やかに充満させることができる。従って、オートテンショナの機能の立ち上がりを迅速化して、タイミングチェーンのバタ付きを防止又は著しく抑制できる。

この場合、弁装置として、オイルの動圧によって閉じる弁装置を使用しているため、構造を簡単化できて好適である。

実施形態に係る内燃機関の正面図である。 図１のII-II 視断面図であり、第１実施形態の弁装置を表示している。 （Ａ）は運転状態においてリリーフ弁が閉じている状態の断面図、（Ｂ）は運転状態においてリリーフ弁が開いている状態の断面図である。 参考例を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、タイミングチェーンやクランクプーリが配置されている側を前、ミッションケースが配置されている側を後ろとしている。

(1).概要
図１は内燃機関を構成する機関本体の正面図（前面図）であり、機関本体は、シリンダボアがクランク軸線方向に並んで形成されたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上面に固定されたシリンダヘッド２と、シリンダブロック１の下面に固定されたオイルパン３とを備えており、シリンダヘッド２の上面にヘッドカバー４が固定されている。シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面は、図示しないフロントカバーで覆われている。

シリンダブロック１の下面に、クランクキャップ５を介してクランク軸６が回転自在に保持されている。また、シリンダブロック１の前面には凹所が形成されており、この凹所にタイミングチェーン７が配置されている。なお、図１に表示している平行斜線は、シリンダブロック１の壁の前面（平坦面）を表示したものであり、断面の表示ではない。

タイミングチェーン７は、クランク軸６に設けた主動スプロケット８と、吸気弁用カム軸及び排気弁用カム軸にＶＶＴ装置（図示せず）を介して取り付けられた従動スプロケット９に巻き掛けられており、各スプロケット８，９は、正面視で右回転する。従って、図１の状態で、タイミングチェーン７のうち右側部分が張り側となり、左側部分が弛み側になっている。

従動スプロケット９は左右に２つ配置されているため、タイミングチェーン７は正面視で逆三角形の姿勢で張られる。そこで、タイミングチェーン７の配置スペースをできるだけ狭くしつつ円滑な周回を担保するため、シリンダブロック１の凹所に、タイミングチェーンとの接触面を緩く湾曲させた固定式ガイド体１０と回動式ガイド体１１とが配置されている。固定式ガイド体１０はタイミングチェーン７の張り側（右側）に配置されて、上下のボルト１２でシリンダブロック１に固定されている。

他方、回動式ガイド体１１はタイミングチェーン７の弛み側（左側）に配置されており、その上端部を支点にして回動するように枢支ボルト１３でシリンダブロック１に連結されており、更に、シリンダブロック１のうち回動式ガイド体１１のうち回動支点から下方にある程度離れた部位に、回動式ガイド体１１を弾性的に支持してタイミングチェーン７に適度のテンションを付与するオートテンショナ１４が配置されている。

(2).オートテンショナの構造
図２に示すように、オートテンショナ１４は、シリンダブロック１に固定されたハウジング１５を備えており、ハウジング１５に、回動式ガイド体１１に向けて開口した圧力室１６を形成して、この圧力室１６に、回動式ガイド体１１を支持するプランジャ１７が、スリーブ１８を介して抜け不能で摺動自在に装着されている。プランジャ１７は圧力室１６の底面に向けて開口した凹所１９を有しており、凹所１９に、プランジャ１７を前進方向に付勢するばね２０が配置されている。

ハウジング１５には、シリンダブロック１に形成されたオイルギャリラリ２１と圧力室１６とを連通させるオイル供給通路２２が形成されており、オイル供給通路２２の終端には、オイルの逆流を阻止する逆止弁２３が装着されている。なお、シリンダブロック１のオイルギャラリ（メインギャラリ）２１から枝通路２１ａが分岐しており、枝通路２１ａとオイル供給通路２２とが連通している。

更に、ハウジング１５には、圧力室１６の圧力が過大になったときにオイルを逃がすオイル逃がし通路２４が形成されており、オイル逃がし通路２４の終端部に、逃がし圧を設定するリリーフ弁２５が装着されている。なお、リリーフ弁２５はシリンダブロック１の凹所に開放させてもよいし、シリンダブロック１に形成した戻し通路に接続してもよい。

そして、オイル逃がし通路２４のうちリリーフ弁２５よりも上流側の部位に、シリンダブロック１の凹所に向けて開口したエア抜き通路２６を形成し、このエア抜き通路２６に、第１実施形態のエア排除弁装置２７を装着している。エア排除弁装置２７は圧力応答式であり、エア抜き通路２６に外側から嵌め込み装着された段違い筒状のケーシング２８と、ケーシング２８に内蔵されたボール式弁体２９と、ボール式弁体２９を保持する引っ張りばね３０とを有している。

ケーシング２８のうちハウジング１５の外側に露出した開口部に端板３１が固定されており、端板３１にエア放出穴３２が空いている。また、引っ張りばね３０は、オイル逃がし通路２４に近い基端はケーシング２８の前端に固定されて、オイル逃がし通路２４から離れた他端はボール式弁体２９に固定されている。

そして、引っ張りばね３０のばね力を、エアの動圧がボール式弁体２９に作用しても全く又は殆ど伸び変形しないが、オイルの動圧がボール式弁体２９に作用すると伸び変形してボール式弁体２９を端板３１に当接させる強さに設定している。

さて、機関が長時間停止して圧力室１６からオイルが抜けてしまった後に再始動すると、オイルポンプで圧送されたオイルが圧力室１６及びオイル逃がし通路２４に流入するが、本実施形態では、内部に溜まっていたエアはエア抜き通路２６から排出されるため、エアがオイル流入の抵抗になることを防止して、圧力室１６とオイル逃がし通路２４とにオイルが速やかに充満する。

そして、オイルはエアに比べて質量（密度）が遥かに大きくて、ボール式弁体２９に作用する動圧もエアに比べて格段に大きいため、オイルがエア抜き通路２６に至ると、ボール式弁体２９はオイルの流れに押されて端板３１に当接し、エア放出穴３２がボール式弁体２９によって塞がれる。従って、プランジャ１７がオイルによって適度の圧力で支持される（圧力室１６の圧力を維持できる。）。従って、オートテンショナ１４の機能の立ち上がりを迅速化して、タイミングチェーン７のバタツキを防止又は著しく抑制できる。

機関の運転状態では、ボール式弁体２９に対してはオイルの圧力が常に作用しているため、図３（Ａ）（Ｂ）に示すようにエア抜き通路２６は常に閉じている。従って、リリーフ弁２５による圧力調節機能が阻害されることはない。

なお、機関の運転を停止するとオイルがエア抜き通路２６から漏洩し得るが、次の始動時にオイルは速やかに流入するため、特段の問題は生じない。実施形態のようにエア放出穴３２を圧力室１６やオイル逃がし通路２４よりも高い位置に設けると、機関の運転停止時にオイルがエア放出穴３２から漏れ出ることを防止又は著しく抑制できるため、運転停止からあまり時間をおかずに再始動する場合、オートテンショナ１４を瞬時に立ち上げできる利点がある。

(3).参考例
図４では、参考例のエア排除弁装置２７を示している。これらのエア排除弁装置２７は実施形態と同様に圧力応答式であり、このうち（Ａ）に示す第１参考例では、ケーシング２８の内部に、エア放出穴３２が形成された弁座板３３を配置して、弁座板３３に、板ばねのような弾性板からなる回動式弁体３４を取り付けている。回動式弁体３４は、ピンで連結してねじりばねのようなばね体で開き方向に付勢してもよい。

この参考例では、エアは、回動式弁体３４を閉じ作動させることなくエア放出穴３２から排出される一方、オイルが流れてくると、回動式弁体３４の広い面に動圧が作用することにより、回動式弁体３４が自動的に閉じ回動してエア放出穴３２が塞がれる。

図４（Ｂ）に示す第２参考例では、弁体としてニードル弁３５を使用しており、ニードル弁３５は、圧縮コイルばね３６によって開き方向に付勢されている。そして、ニードル弁３５は、センター穴３７を有するストッパー板３８によって開き位置が保持されているが、ストッパー板３８に、エアが通過する小径の流通穴３９を複数個設けている。

この参考例では、ストッパー板３８のエアは流通穴３９と端板のエア放出穴３２とを経由してシリンダブロック１の凹所に逃げる一方、オイルが流入してくると、オイルは主としてストッパー板３８のセンター穴３７からケーシング２８に流入して、ニードル弁３５を閉じ方向に移動させる。つまり、エアは流通穴３９は小径であるため、流れ抵抗によってオイルの通過は殆どなく、オイルは専らセンター穴３７に入り込むことになり、従って、オイルによってニードル弁３５を閉じ方向に付勢することができる。

いずれにおいても、エア抜き通路２６から若干のオイルがシリンダブロック１の凹所に向けて漏洩し得るが、シリンダブロック１の凹所に漏洩したオイルはオイルパンに戻るため、エア抜き通路２６をシリンダブロック１の凹所に開口させたままであっても特段の問題はない。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、エア排除弁装置の弁体を油圧シリンダで開き方向に付勢する構造として、油圧シリンダに、圧力室よりも上流側からオイルを供給して、圧力室及びオイル逃がし通路にオイルが充満したら、弁体が閉じるように構成することも可能である。

また、本願発明のオートテンショナは、タイミングチェーンのテンション調節の他に、例えばオルタネータ駆動用ベルトやモータジェネレータ駆動用ベルトのテンション調節などにも使用できる。

本願発明は、内燃機関の油圧式オートテンショナに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
６ クランク軸
７ タイミングチェーン
８ 主動スプロケット
９ 従動スプロケット
１０ 固定式ガイド体
１１ 回動式ガイド体
１４ オートテンショナ
１５ ハウジング
１６ 圧力室
１７ プランジャ
２０ ばね
２１ オイルギャラリ
２２ オイル供給通路
２３ 逆止弁
２４ オイル逃がし通路
２５ リリーフ弁
２６ エア抜き通路
２７ エア排除弁装置
２８ ケーシング
２９ ボール式弁体
３０ 引っ張りばね
３２ エア放出穴

Claims (1)

1. ばねで前進方向に付勢されたプランジャが摺動自在に配置された圧力室と、
   前記圧力室にオイルを供給するオイル供給通路と、
   前記圧力室の圧力が設定値を越えるとオイルを逃がすオイル逃がし通路とを有しており、
   前記圧力室から前記オイル供給通路へのオイルの逆流は逆止弁で阻止され、前記設定値は前記オイル逃がし通路に設けたリリーフ弁によって規定されている構成であって、
   前記オイル逃がし通路に、当該オイル逃がし通路と交差した方向に向けて開口したエア抜き通路が接続されて、前記エア抜き通路に、前記オイル逃がし通路の側に位置した基端が前記エア抜き通路に固定された引っ張りばねの先端に弁体を固定して成る弁装置を配置しており、
   前記オイル逃がし通路にオイルが流れている状態では、前記弁体が前記引っ張りばねに抗して前記エア抜き通路の開口方向に移動することによって前記エア抜き通路が塞がれて、前記オイル逃がし通路にオイルが流れていない状態では、前記弁体が前記引っ張りばねで前記オイル逃がし通路の側に引かれて前記エア抜き通路が開放されるようになっている、
   内燃機関用油圧式オートテンショナ。

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