JP3935704B2

JP3935704B2 - バルブタイミング調整装置

Info

Publication number: JP3935704B2
Application number: JP2001318427A
Authority: JP
Inventors: 浩文長谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: DE10223523A1; DE10223523B4; JP2003120230A; US20030070638A1; US6666180B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の吸排気弁の開閉タイミングを運転条件に応じて変更するためのバルブタイミング調整装置（以下、装置という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図であり、図９は図８に示した従来のバルブタイミング調整装置の内部構成を示す縦断面図である。図において符号１はエンジン（図示せず）の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）に対してチェーン（図示せず）を介して連結されて当該クランクシャフト（図示せず）と同期回転する第１回転体である。第１回転体１は、クランクシャフト（図示せず）と一体に回転するスプロケット２と、内周部から突出して複数の油圧室を構成する複数のシュー３ａを有するケース３と、このケース３のシュー３ａにより構成される上記油圧室を塞ぐカバー４とをボルト等の締結部材５により一体化してなるものである。
【０００３】
ケース３の内側には、第１回転体１と相対回動可能なロータ（第２回転体）６が配設されている。ロータ６は吸気弁（図示せず）の開閉に関与する吸気カムシャフトまたは排気弁（図示せず）の開閉に関与する排気カムシャフト（以下、単にカムシャフトという）７の一端部にボルト等の締結部材（図示せず）により一体固定されている。ロータ６はカムシャフト７の一端部を受け入れる軸受部６ａを有するボス部６ｂとこのボス部６ｂの外周部から半径方向外方に突出してケース３の複数のシュー３ａにより構成される複数の油圧室をそれぞれ進角側油圧室８と遅角側油圧室９とに区画する複数のベーン６ｃとから概略構成されている。なお、進角側油圧室８とは、図８における矢印Ｘ１方向にケース３を含む第１回転体１が回転するときに、図８に示すケース３に対するロータ６の基準位置から、ロータ６を進角側（矢印Ｘ１方向）に相対移動させるために油圧が供給される油圧室を意味する。逆に、遅角側油圧室９とは、図８における矢印Ｘ１方向にケース３を含む第１回転体１が回転するときに、図８に示すケース３に対するロータ６の基準位置から、ロータ６を遅角側（矢印Ｘ２方向）に相対移動させるために油圧が供給される油圧室を意味する。
【０００４】
カムシャフト７内には、オイルポンプ（図示せず）からオイルコントロールバルブ（図示せず）を経由して送り出された油圧を進角側油圧室８へ供給しかつ逆経路で油圧を送り返す第１の油路１０と、オイルポンプ（図示せず）等からの油圧を遅角側油圧室９へ供給しかつ逆経路で送り返す第２の油路１１が設けられている。
【０００５】
ケース３の１つのシュー３ａには、ケース３とロータ６との相対回動を規制するロックピン１２を収納する収納孔１３がケース３の半径方向に貫通した状態で設けられている。
【０００６】
ロックピン１２は、装置内に油圧力がないエンジンの始動時等において、ロータ６がカムシャフト７に一体固定されたカム（図示せず）反力により回転方向に振動し、この振動によりロータ６がケース３に対して当接および分離を繰り返すことから生じる打音の発生を抑制するためのものである。このロックピン１２は、後述の係合孔に嵌入可能な前方小径部１２ａと、この前方小径部１２ａより大きな外径を有する後方大径部１２ｂと、この後方大径部１２ｂの後方底部に形成された凹部１２ｃとから概略構成されている。
【０００７】
収納孔１３は、ロックピン１２の前方小径部１２ａを収容する小径孔１３ａと、この小径孔１３ａの内径より大きな内径を有しかつロックピン１２の後方大径部１２ｂを収容する大径孔１３ｂとから概略構成されている。スプロケット２のケース３側端部には、上記収納孔１３を有するシュー３ａに隣接する位置に進角側油圧室８および遅角側油圧室９のうち油圧力の高い方の圧力を選択して切り替え、その圧力を、油圧供給路１４を経由して、ロックピン１２の後方大径部１２ｂの前端面と収納孔１３の大径孔１３ｂの前端面との間に形成される油圧室１５内に供給してロックピン１２による後述の係合孔への係合（以下、ロックという）を解除する通路切替えバルブ１６が設けられている。この通路切替えバルブ１６と進角側油圧室８とは進角側圧力分配通路１７により連通し、通路切替えバルブ１６と遅角側油圧室９とは遅角側圧力分配通路１８により連通している。
【０００８】
また、収納孔１３の大径部１３ｂの外側（装置最外部）には、ロックピン１２とこのロックピン１２をロータ６側に常に付勢するコイルスプリング２０の飛び出しを防止する係止ホルダ２１が嵌入されている。係止ホルダ２１は係止ピン２２により収納孔１３の大径部１３ｂの外縁部に固定されている。また、係止ホルダ２１の中央部にはロックピン１２が後退する際に収納孔１３内に生じる背圧を外部に排出する排出孔２３が形成されている。なお、コイルスプリング２０はロックピン１２の凹部１２ｃと係止ホルダ２１との間に配設されている。
【０００９】
一方、ロータ６のボス部６ｂの外周部には、ロータ６がケース３に対して基準位置（図８において最遅角位置）にあるときに上記ロックピン１２の前方小径部１２ａの嵌入を受け入れる位置に係合孔２４が半径方向内方に形成されている。
【００１０】
また、ロータ６の各ベーン６ｃの先端部には、これらと対向するケース３の内周部に当接して進角側油圧室８と遅角側油圧室９との間の油漏洩を防止するシール手段２５がそれぞれ配設されている。
【００１１】
ところで、従来一般のバルブタイミング調整装置においては、この従来例で言えばロータ６の各ベーン６ｃの先端部よりも内周側に位置するケース３の各シュー３ａの先端部（図８においてＡ部）にも上記と同様のシール手段を配設している場合が多い。しかし、この従来例のように、ケースのシューの先端面（ケース側シール面）とロータのボス部の外周面（ロータ側シール面）との間に形成された微小クリアランスにシール機能を果たさせることを前提として、部品等のコスト削減や構造の簡素化のために装置の内側のＡ部に配設していたシール手段を廃止している例もある。
【００１２】
そもそも、進角側油圧室８および遅角側油圧室９からの油漏洩を防止するのは、油漏洩に伴う油圧室内の油圧低下により装置の応答性が低下するのを防止するためである。しかし、各油圧室の油圧低下は他の原因でも起こり得る。例えば、図８に示した例で言えば、高温時に作動油の流動性が増してくると、スプロケット２とケース３およびロータ６との間のクリアランスまたはカバー４とケース３およびロータ６との間の軸方向クリアランス（以下、いずれもサイドクリアランスという）を通して矢印Ｂで示すように進角側油圧室８と遅角側油圧室９との間で油流動が起こり、各油圧室の油圧が低下する可能性がある。
【００１３】
特開２０００−１３０１１９号公報は、上記サイドクリアランスに面したスプロケット２またはカバー４の一側面を熱膨張係数の大きな材料で形成して作動油の高温時に膨張させて上記サイドクリアランスを狭め、ここを経由する油流動を阻止する点を開示している。
【００１４】
しかし、図８の矢印Ｂで示されたサイドクリアランスを経由する油流動や矢印Ｃで示す方向への油の外部流出は、特別な構成を設けなくとも締結部材５の締結により阻止可能である。
【００１５】
また、特開平１０−２２７２０５号公報も、図８に示したＡ部にシール手段を設けず、摺動面に周方向に延在する溝を設け、この溝内に周方向に回転可能なローラを配設することで、ケースとロータとの間の摺動抵抗を小さくするバルブタイミング調整装置の構成を開示している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のバルブタイミング調整装置は、上述の構成を有しているので、廃止した上記シール手段に代えてローラを用いる点で部品点数が減らず、コスト削減等を図れないという課題があった。
【００１７】
また、従来のバルブタイミング調整装置のいずれにおいても、例えばエンジン回転時に装置が偏心したり傾斜したりしたときに各シール面同士が当接し、磨耗することで、装置の信頼性や性能変化（漏れ流量増加）に支障をきたすという課題もあった。
【００１８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、シール手段を廃止した装置の内側のＡ部間の微小クリアランスからの油漏れ流量を許容範囲内で制御しかつ動作信頼性に優れ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。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転すると共に内側に複数の油圧室を形成する複数のシューを有する第１回転体と、該第１回転体内に相対回動可能に配設されると共に前記内燃機関のカムシャフトの端面に固定されたボス部と該ボス部の外周面に設けられ前記各油圧室をそれぞれ進角側油圧室と遅角側油圧室とに区画する複数のベーンとを有する第２回転体と、該第２回転体の各ベーンの外周面と前記第１回転体の内周面との間に配設されたシール手段とを備え、前記第１回転体の各シューの先端面とこれに対向する前記第２回転体のボス部の外周面との間に、シール面間クリアランスを設定し、前記シール面間クリアランスは、カムシャフトと該カムシャフトを回転自在に支持する装置軸受部との間の軸受クリアランスよりも大きく設定したことを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図であり、図２は図１に示したバルブタイミング調整装置の内部構成を示す縦断面図であり、図３は図１および図２に示したバルブタイミング調整装置におけるシール面間クリアランスおよび油温の変化に応じて変化する作動油の漏れ流量を示すグラフである。なお、この実施の形態１の構成要素のうち、従来の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２４】
この実施の形態１の第１の特徴は、従来例と同様にケース３のシュー３ａの先端部へのシール手段の設置を廃止することを前提として、図１および図２に示すように、当該シュー３ａの先端面とこれに対向するロータ６のボス部６ｂの外周面との間に、作動油が高温で粘性が低い時でさえも、装置の応答性に影響を与えない程度の油漏れ流量を最大値として許容するシール面間クリアランスＤを設定した点にある。
【００２５】
ここで、油漏れ流量は、図３に示すように、作動油の温度とシール面間クリアランスＤの大きさにより決定される。即ち、作動油の温度が高くなれば、流体の粘性が低くなり、従って作動油の流動性が増すため、シール面間クリアランスＤを通過し易くなる。そして、このシール面間クリアランスＤの大きさを大きくすると、それに応じて油漏れ流量も増すことになる。例えば、進角側油圧室８へ油圧が印加されているときに、上記シール面間クリアランスＤを通じて隣接する遅角側油圧室９へ油漏れすると、進角側油圧室８の油圧は予定油圧より低下する。油漏れ流量は小さいほど好ましいが、油漏れによる油圧低下が即、装置の応答性に影響を与えるものではない。逆に、装置の応答性に影響を与えるような極端な油圧低下でなければ、その原因となる油漏れは許容することができる。
【００２６】
許容可能な油漏れ流量の最大値を１０００ｍＬ／ｍｉｎと設定した場合には、粘性が低下し流動性が増す実機での作動油の最大温度１４０℃程度における油漏れ流量が上記許容最大値を下回るようにシール面間クリアランスＤを設定する必要がある。この場合、図３中の破線で示すように、上記条件を満たすシール面間クリアランスＤの上限値は例えば７０μｍとなる。
【００２７】
この実施の形態１の第２の特徴は、上記シール面間クリアランスＤを、図２に示すようにカムシャフト７の装置取付部の外周面とロータ６の軸受部６ａの内周面との間に形成されるクリアランスＥよりも大きく設定した点にある。これにより、クリアランスＥ（がた）により、装置がカムシャフト７に対して偏心し、移動しても、シール面間クリアランスＤを構成するケース３のシュー３ａの先端面とロータ６のボス部６ｂの外周面との当接およびシール面の磨耗を防止することができる。さらに、シール面の磨耗に起因する油漏れ流量の増加を防止できると共に、装置の耐久性および信頼性の向上および性能確保を図ることができる。
【００２８】
次に動作について説明する。
進角側油圧室８または遅角側油圧室９の作動油は、その高温時における粘性低下によりシール面間クリアランスＤを通過し易くなるが、シール面間クリアランスＤが所定範囲内に調整されているので、油漏れ流量は装置の応答性に影響を与えることはない。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１によれば、シール面間クリアランスＤを上述の範囲内で設定するように構成したので、油漏れ流量の設定を高温時等の作動油にとって最悪条件で規定することができ、作動油の温度や他の条件等により油の性状が変化したとしても、油漏れ流量の増加に起因した装置の応答速度の低下を防止できると共に、エンジン油圧の低下も防止でき、エンジン潤滑効果を確実に確保できる。
【００３０】
なお、この実施の形態１では、装置の中心部に近い内側にシール面間クリアランスＤを設け、中心部から離れた外側にシール手段２５を設けている。これは、一般的に内側の加工精度は外側の加工精度よりも良く、また装置の傾き時におけるシール面の当接への影響が内側の方が外側よりも小さい点を考慮したものであり、結果としてこの実施の形態１は最良の実施形態を示している。
【００３１】
実施の形態２.
図４はこの発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図であり、図５は図４に示したバルブタイミング調整装置の要部Ｆを拡大して示す横断面図である。なお、この実施の形態２の構成要素のうち、従来の構成要素および実施の形態１の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３２】
この実施の形態２の特徴は、ロータ６のボス部６ｂの外周面２６とケース３のシュー３ａの先端面２７との間のシール面間クリアランスＤを実施の形態１で設定された範囲に調整した上で、ロータ６のボス部６ｂの外周面２６に対向するケース３のシュー３ａの先端面２７に少なくとも１つの油溜り溝２８を設けた点にある。なお、この実施の形態２では、１つの油溜り溝２８が１つおきに配設され、その間に２つの油溜り溝２８が配設されているが、配置例はこれに限られるものではない。また、油溜り溝２８は、ケース３を金型や鍛造で製造する場合にケース３と一体に形成することが可能である。
【００３３】
次に動作について説明する。
進角側油圧室８または遅角側油圧室９の作動油は、その温度における粘性による摩擦抵抗に加え、図５の矢印で示すようにシール面間クリアランスＤを抜けて油溜り溝２８を通過する際、その壁面に作動油が衝突し、作動油が縮流し、運動エネルギの損失を受ける。これにより作動油の漏れ流量を低減することができる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれば、シール面間クリアランスＤに油溜り溝２８を設けるように構成したので、油溜り溝２８内で油の縮流による運動エネルギの損失を発生させることができ、油漏れ流量の低減を図ることができる。これにより、極端な油圧低下を招くことがなく、装置の応答性を高水準で維持することができる。
【００３５】
また、この実施の形態２では、また、油溜り溝２８は、ケース３を金型や鍛造で製造する場合にケース３と一体に形成した場合には、製造コスト増加なしに油漏れ流量の低減効果を図ることができる。
【００３６】
なお、この実施の形態２では、油溜り溝２８をケース３のシュー３ａ側に形成したが、このケース３のシュー３ａに対向するロータ６のボス部６ｂの外周面に形成してもよく、また双方に形成してもよい。また、油溜り溝２８の断面形状は、その深さに対する幅の比を大きくなるように形成する方が望ましい。
【００３７】
実施の形態３.
図６はこの発明の実施の形態３によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図であり、図７は図６に示したバルブタイミング調整装置の要部Ｇを拡大して示す横断面図である。なお、この実施の形態３の構成要素のうち、従来の構成要素、実施の形態１および２の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態３の特徴は、ケース３のシュー３ａの先端面２７に周方向に延在する凹部３０を設け、この凹部３０に挿入可能な凸部２９をロータ６のボス部６ｂの外周面に設けた点にある。即ち、凹部３０は、凸部２９の挿入時に両者が当接しない程度の深さを有する。ケース３に対して、ロータ６が相対回転する際、凹部３０の内壁面に凸部２９の外壁面が衝突するのを防止すべく、凹部３０の周方向長さは、ケース３に対するロータ６の相対回転角以上に相当するように設定されている。このような凹部３０と凸部２９は入違い凹凸部を構成している。
【００３９】
次に動作について説明する。
進角側油圧室８または遅角側油圧室９の作動油は、実施の形態２の構成における運動エネルギの損失に加え、図７の矢印で示すように流路長さの拡大に伴って増加する流路抵抗を受ける。このため、シール面間クリアランスＤを通って漏れる作動油の漏れ流量は低減される。
【００４０】
以上のように、この実施の形態３によれば、上記のように入違い凹凸部を設けるように構成したので、流路長さの拡大に伴って増加する流路抵抗により作動油の漏れ流量を低減することができるので、極端な油圧低下を招くことがなく、装置の応答性を高水準で維持することができる。
【００４１】
なお、この実施の形態３では、ケース３のシュー３ａの先端面２７に周方向に延在する凹部３０を設け、この凹部３０に挿入可能な凸部２９をロータ６のボス部６ｂの外周面に設けたが、逆に凹部３０をロータ６側に設け、凸部２９をケース３側に設けてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１回転体の各シューの先端面とこれに対向する第２回転体のボス部の外周面との間に、シール面間クリアランスを設定し、前記シール面間クリアランスは、カムシャフトと該カムシャフトを回転自在に支持する装置軸受部との間の軸受クリアランスよりも大きく設定するように構成したので、内燃機関のクランクシャフト等の回転により上記軸受クリアランスの範囲内で装置が偏心した場合でも、軸受クリアランスが偏心による部品間の相対変位を吸収できる。これにより、第２回転体のボス部の外周面と第１回転体の各シューの先端面とからなるシール面同士が当接することがなく、シール面の磨耗を防止できる。これにより、装置の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。
【図２】図１に示したバルブタイミング調整装置の内部構成を示す縦断面図である。
【図３】図１および図２に示したバルブタイミング調整装置におけるシール面間クリアランスおよび油温の変化に応じて変化する作動油の漏れ流量を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。
【図５】図４に示したバルブタイミング調整装置の要部Ｆを拡大して示す横断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。
【図７】図６に示したバルブタイミング調整装置の要部Ｇを拡大して示す横断面図である。
【図８】従来のバルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。
【図９】図８に示した従来のバルブタイミング調整装置の内部構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１第１回転体、２スプロケット（第１回転体）、３ケース（第１回転体）、３ａシュー、４カバー（第１回転体）、５締結部材（第１回転体）、６ロータ（第２回転体）、７カムシャフト、８進角側油圧室、９遅角側油圧室、１０第１の油路、１１第２の油路、１２ロックピン、１３収納孔、１４油圧供給路、１５油圧室、１６通路切替えバルブ、１７進角側圧力分配通路、１８遅角側圧力分配通路、１９油圧通路、２０コイルスプリング、２１係止ホルダ、２２係止ピン、２３排出孔、２４係合孔、２５シール手段、２６外周面、２７先端面、２８油溜り溝、２９凸部、３０凹部。

Claims

内燃機関のクランクシャフトと同期回転すると共に内側に複数の油圧室を形成する複数のシューを有する第１回転体と、該第１回転体内に相対回動可能に配設されると共に前記内燃機関のカムシャフトの端面に固定されたボス部と該ボス部の外周面に設けられ前記各油圧室をそれぞれ進角側油圧室と遅角側油圧室とに区画する複数のベーンとを有する第２回転体と、該第２回転体の各ベーンの外周面と前記第１回転体の内周面との間に配設されたシール手段とを備え、前記第１回転体の各シューの先端面とこれに対向する前記第２回転体のボス部の外周面との間に、シール面間クリアランスを設定し、前記シール面間クリアランスは、カムシャフトと該カムシャフトを回転自在に支持する装置軸受部との間の軸受クリアランスよりも大きく設定したことを特徴とするバルブタイミング調整装置。