JP2005009489A - 位相器に捩じり荷重を導入するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相器において捩じり荷重を簡単に導入できるようにする。
【解決手段】 位相器においてロータおよびハウジング間の捩じり荷重を決定する工程と、トルク発生装置に捩じり荷重を導入するためにスプリング本数を選択する工程と、位相器に要求されるばね特性を決定する工程と、所定本数のスプリング２４をトルク発生装置内に周方向に配設する工程とを備える。トルク発生装置は、離間配置された突出部１４を有しかつハウジングに固定されたエンドプレート１２と、エンドプレート１２の突出部１４を受け入れるための開孔２２を有しかつロータに固定されたスプリング保持プレート１６とを備える。また、ロータおよびハウジング間の任意の相対運動が位相器に捩じり荷重を導入するように、スプリング２４の一端がスプリング保持プレート１６のタブ１８に隣接し、スプリング２４の他端がエンドプレート１２の突出部１４に隣接している。
【選択図】 図８

Description

本発明は、可変バルブタイミングの分野に関する。より詳細には、本発明は、位相器において二つの回転部材間に所望の捩じり剛性または捩じり荷重を生成する方法に関し、とくに圧縮スプリングの使用方法に関する。

内燃機関において、回転軸の振動を吸収して減少させるために、フリクションプレートおよびトーションスプリングを組み合わせて使用することにより、軸の振動がエンジンシステムの他の領域に伝搬するのを防止するトーショナルダンパーが用いられてきた。

たとえば米国特許第 1,518,360号は、振動を減衰させて弛みを除去するために、内側部材およびスプリング付勢の環状部材の間で圧縮された環状プレートおよびワッシャーを使用している。

ダンパーの他の例が米国特許第 1,165,529号に示されている。当該米国特許においては、スプロケット歯の円周を越えて延びかつその延長部の外側部分との間にばね連結部を有する半径方向のアームまたは突起が、スプリングスプロケットホイールの部品に設けられている。

ダンパーの別の例は、米国特許第 6,161,512号に示されている。当該特許においては、周方向に間隔を隔てた３つのストッパ部と、離間された３つのハブ・ロケータを含むハブとを備えたスプロケットを使用している。隣り合うハブ・ロケータと回転ストッパ部との間には、スプリングが装着されている。

スプロケットのみがハブ・ロケータにわずかに関連して回転するように、フリクションプレートも設けられており、減衰作用を提供している。当該米国特許の内部捩じりダンパーは、二つの方向に付勢されており、スプリングは制御されていない。さらに他の例は、米国特許第 447,447号、米国特許第 306,267号および米国特許第 1,254,542号を含んでいる。

本発明は、スプリングを含む機構によって発生するトルクを制御するための方法を提供している。本発明は、従来のトルク発生機構のサイズを軸方向および半径方向に減少させる。本発明はまた、組立てが容易であり、スプリングへの荷重をスプリング本数に応じて均等に分割し、これにより、トルク発生機構の寿命を延ばす。
米国特許第 1,518,360号明細書 米国特許第 1,165,529号明細書 米国特許第 6,161,512号明細書 米国特許第 447,447号明細書 米国特許第 306,267号明細書 米国特許第 1,254,542号明細書

本発明が解決しようとする課題は、位相器において捩じり荷重を簡単に導入できるようにする点にある。

請求項１の発明は、ロータおよびハウジングを有する位相器に捩じり荷重を導入するための方法であって、ａ）位相器の所望の性能を発揮させるのに必要なロータおよびハウジング間の捩じり荷重を決定する工程と、ｂ）トルク発生装置におけるスペースおよび設計上の要求に基づいて捩じり荷重を導入するためにスプリング本数を選択する工程と、ｃ）位相器の所望の性能に帰着する応答のために要求されるばね特性を決定する工程と、ｄ）工程ｂ）で決定された本数のスプリングをトルク発生装置内において周方向に配設する工程から構成されている。そして、トルク発生装置は、ｉ）離間配置されたブロック状突起を有するハウジングに固定されたエンドプレートと、ii)エンドプレートのブロック状突起を受け入れるための開孔を有するロータに固定されたスプリング保持プレートとを備えている。また、工程ｄ）においては、ロータおよびハウジング間の任意の相対運動が位相器に対して捩じり荷重を導入するように、スプリングの第１の端部が、スプリング保持プレートの背面側に配置されたタブに隣接して配置されるとともに、スプリングの第２の端部が、エンドプレートのブロック状突起に隣接して配置されている。

請求項２の発明では、請求項１において、スプリングが圧縮スプリングである。

請求項３の発明では、請求項１において、スプリングのばね特性が、ばね定数、スプリング位置、スプリングの巻数、およびスプリングの外径である。

本発明に係る捩じり荷重を導入するための方法は、位相器の所望の性能を発揮するのに必要なロータおよびハウジング間の要求捩じり荷重を決定する工程と、トルク発生装置のスペースおよび設計上の要求に基づいて要求捩じり荷重を導入するためにスプリング本数を選択する工程と、位相器の所望の性能のために要求されるばね特性を決定する工程とから構成されている。

スプリングは、エンドプレート内に周方向に配置されており、エンドプレートは、離間されたブロック状の突起を有するハウジングに固定されている。ロータに固定されたスプリング保持プレートは、離間されたブロック状の突起を受け入れるための開孔を有している。

ロータおよびハウジング間の移動が捩じり荷重を発生させるように、スプリングの一端は、スプリング保持プレートの背面に配置されたタブに隣接して配置されており、スプリングの他端は、エンドプレートのブロック状突起に隣接して配置されている。

本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。

本発明によれば、必要本数のスプリングを周方向に配設するだけでよいので、位相器に捩じり荷重を簡単に導入できるようになる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
可変カムタイミング(VCT: Variable Cam Timing)システムにおいては、カムシャフト上のタイミングギヤまたはスプロケットが、「位相器」として知られている可変角カップリングによって置き換えられている。

位相器は、カムシャフトに連結されたロータと、タイミングギヤに連結された（またはタイミングギヤを一体に有する）ハウジングとを有しており、カムシャフトおよびクランクシャフトの相対的タイミングを変化させるために、角度制限の範囲内でカムシャフトがタイミングギヤから独立して回転するのを許容している。

本明細書中で使用される「位相器」という用語は、ハウジングおよびロータを含むとともに、カムシャフトのタイミングをクランクシャフトからオフセットさせるためにハウジングおよびロータ間の相対的角度位置を制御するすべての部品を含んでいる。多数本のカムシャフトを有するエンジンにおいては、当該分野で知られているように、各カムシャフトに一つの位相器が設けられ得るということが理解されるだろう。

位相器においては、システムの駆動を助け、あるいはオイルポンプ、真空ポンプまたはその他の装置の補助トルクをオフセットさせて、位相器をベースタイミングに戻すのに、捩じり荷重が一般に必要とされる。この捩じり荷重または捩じり剛性は、位相器における二つの回転部材であるロータおよびハウジング間におけるものである。

ロータに固定されたスプリング保持プレート１６とハウジングに固定されたエンドプレート１２とは、互いに連結されている。スプリング保持プレート１６とエンドプレート１２との間には、圧縮スプリング２４が周方向に配設されている。図８には、３本のスプリングが示されているが、収容スペースに応じて、本発明の範囲内で、３本より多いまたは少ないスプリング本数が用いられる。

スプリング２４の一端は、スプリング保持プレート１６の背面に配置されたタブ１８（図４、図５Ｂおよび図７参照）に隣接して配置されており、スプリング２４の他端は、エンドプレート１２に配置されたブロック状突出部１４（図１、図２Ａおよび図２Ｂ参照）に隣接して配置されている。

スプリング２４の一端を、位相器の一方の回転部材であるロータまたはハウジングに配置するとともに、スプリング２４の他端を、位相器の他方の回転部材である他方のロータまたはハウジングに配置することによって、スプリングに対して容易に予荷重を作用させることができる。

ブロック状の突出部１４は、スプリング保持プレート１６内の開孔２２に受け入れられるように、エンドプレート上に配置されている。スプリング保持プレート１６をエンドプレート１２に固定するのに、ボルトが用いられている。スプリング保持プレート１６をエンドプレート１２に確実に固定することはまた、スプリング２４の抜け落ちを防止する。

エンドプレート１２またはスプリング保持プレート１６のいずれか一方の運動は、装置が一方の側でのみトーショナルダンパーとして作用するように、スプリング保持プレート１６およびエンドプレート１２間で捩じり荷重を発生させることになる。

上述の装置を用いて、要求される捩じり荷重を発生させる方法は、或る工程を必要とする。第１の工程は、シミュレーションによって位相器の所望の性能を獲得するために、要求された捩じり荷重を決定することである。要求された捩じり荷重および利用可能なスペースに基づいて、使用されるスプリング本数が選択される。

次に、スプリングのばね特性が決定される。ばね特性の例は、以下のものを含むが、これらには限定されない。すなわち、ばね定数、スプリングの巻数、スプリングの外径、スプリングの線材のピッチなどである。ばね特性は、スプリングが特定の長さに圧縮されることにより制御可能なトルクが発生するように選択される。

たとえば、位相器の二つの回転部材間において利用可能な収容空間のために３本のスプリングが周方向に配置されるように選択される場合や、励起によって位相器の所望の性能を発揮させるのに必要なトルク値が４Ｎｍ（ニュートンメータ）である場合である。スプリングの外径および線ピッチは、要求トルクである４Ｎｍが容易に獲得されるように選択される。

この例では、周方向に配置される３本のスプリングが１０ｍｍの外径と８０．０２ｍｍのばね位置とを有している。選択されたスプリング外径およびスプリング位置から、予荷重状態および最大荷重状態の双方における変位が容易に決定される。この例では、予荷重状態におけるスプリング変位が２９Ｎｍであり、最大荷重状態におけるスプリング変位が４５Ｎｍである。

予荷重状態におけるスプリング変位は、各スプリングについて１．２Ｎｍトルクに対応しており、最大トルク状態においては、１．８Ｎｍトルクに対応している。各スプリングは同時に作用して均等に荷重を分担するので、３本のスプリングによって受ける全トルクは、予荷重状態のときに３．６Ｎｍであり、最大荷重状態のときに５．４Ｎｍである。これは、位相器の所望の性能のために要求される必要トルクに合致している。

トルク発生装置においてばね特性を制御することにより、スプリングによって発生する力にしたがってトルクが簡単に制御される一方、装置のサイズを軸方向および半径方向の双方において小さくすることができ、これにより、装置の組立てを容易にし、トルク発生装置の寿命を向上させる。

本発明が関連する分野の当業者は、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされるべきものであり、限定的なものではない。

したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。

本発明によるトルク発生機構を構成するエンドプレートの全体斜視図である。 エンドプレート（図１）の平面図である。 図２ＡのＤ‐Ｄ線断面図である。 トルク発生機構におけるスプリング保持プレートの前面側斜視図である。 トルク発生機構におけるスプリング保持プレートの背面側斜視図である。 スプリング保持プレートの前面図である。 図５ＡのＡ‐Ａ線断面図である。 スプリング保持プレートの背面図である。 トルク発生機構におけるタブの全体斜視図である。 トルク発生機構の分解組立図である。

符号の説明

１２： エンドプレート
１４： 突出部（ブロック状突起）
１６： スプリング保持プレート
１８： タブ
２２： 開孔
２４： 圧縮スプリング

Claims (3)

1. ロータおよびハウジングを有する位相器に捩じり荷重を導入するための方法であって、
   ａ）位相器の所望の性能を発揮させるのに必要なロータおよびハウジング間の捩じり荷重を決定する工程と、
   ｂ）トルク発生装置におけるスペースおよび設計上の要求に基づいて捩じり荷重を導入するためにスプリング本数を選択する工程と、
   ｃ）位相器の所望の性能に帰着する応答のために要求されるばね特性を決定する工程と、
   ｄ）工程ｂ）で決定された本数のスプリングをトルク発生装置内において周方向に配設する工程とを備え、
   トルク発生装置が、
   ｉ）離間配置されたブロック状突起を有し、ハウジングに固定されたエンドプレートと、
   ii)エンドプレートのブロック状突起を受け入れるための開孔を有し、ロータに固定されたスプリング保持プレートとを備えており、
   工程ｄ）において、ロータおよびハウジング間の任意の相対運動が位相器に対して捩じり荷重を導入するように、スプリングの第１の端部が、スプリング保持プレートの背面側に配置されたタブに隣接して配置されるとともに、スプリングの第２の端部が、エンドプレートのブロック状突起に隣接して配置されている、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   スプリングが圧縮スプリングである、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１において、
   スプリングのばね特性が、ばね定数、スプリング位置、スプリングの巻数、およびスプリングの外径である、
   ことを特徴とする方法。

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