JP2016205205A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したトルクの発生、および耐久性に優れた渦巻きばねの保持構造を有するバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】バルブタイミング調整装置１は、クランクシャフトと同期回転し複数の油圧室を形成する第１回転体となるケース１０、プレート３０およびカバー４０と、第１回転体に収容されて油圧室を進角側と遅角側に区分しカムシャフトに固定される第２回転体となるロータ２０と、第２回転体に設けられた位置決め凹部２３に嵌って回転方向の位置決めを行う多面体状の位置決め凸部６１を有するホルダ６０と、外側端部５２が第１回転体に保持され、内側端部５１がホルダ６０の位置決め凸部６１に巻き付いた状態で保持され、第１回転体に対して第２回転体を一方向に付勢する渦巻きばね５０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロータを付勢する付勢部材を備えたバルブタイミング調整装置に関するものである。

従来から自動車用内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング調整装置が考案され、多くはベーン式の油圧アクチュエータが採用されている。また、可変バルブタイミング調整装置の中には、基準位置への復帰または作動速度の均一化の目的で、ベーンが形成されたロータを一方向に付勢しておくアシストスプリングが設置されているものもある。このアシストスプリングは、設置場所およびスプリング形状により種々の種類が考えられるが、例えば、設置スペースおよびばね定数の観点から渦巻きばねを採用する例もある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３６３９５号公報

従来は、渦巻きばねの両端をフック形状にし、バルブタイミング調整装置に設けた溝またはピンに引っ掛けることにより、渦巻きばねを簡易に保持していた。渦巻きばねは元来トルクを増すために捩っていくと偏心するという性質を持っているため、フックとピンなどにより点で保持すると、偏心作用が助長され、所望のトルクを得られなかったり、保持部分に荷重が集中することにより渦巻きばねの素線の折損および磨耗等の不具合に繋がったりするという課題があった。

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、安定したトルクの発生、および耐久性に優れた渦巻きばねの保持構造を有する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。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、クランクシャフトと同期回転し、複数の油圧室を形成する第１回転体と、第１回転体に収容されて油圧室を進角側と遅角側に区分し、カムシャフトに固定される第２回転体と、第２回転体に設けられた位置決め凹部に嵌って回転方向の位置決めを行う多面体状の位置決め凸部を有するホルダと、一端部が第１回転体に保持され、他端部がホルダの位置決め凸部に巻き付いた状態で保持され、第１回転体に対して第２回転体を一方向に付勢する渦巻きばねとを備えるものである。

この発明によれば、渦巻きばねの端部を、多面体状の位置決め凸部に巻き付いた状態で保持するようにしたので、渦巻きばねの偏心を防止でき、安定したトルクの発生が可能になる。また、渦巻きばねの保持部分にかかる荷重を分散させることで、折損および磨耗等を防止でき、耐久性の向上が可能になる。

この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成例を示す平面図である。 図１のバルブタイミング調整装置の内部構造例を示す断面図である。 図１のバルブタイミング調整装置から渦巻きばねおよびホルダを取り外した状態を示す平面図である。 図１のバルブタイミング調整装置からホルダを取り外した状態を示す平面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置において羽根部の変形例を示す平面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る排気側のバルブタイミング調整装置１の構成例を示す平面図である。図２は、このバルブタイミング調整装置１の断面図である。
バルブタイミング調整装置１は、基本構造として、複数の油圧室を形成するケース１０と、各油圧室を進角側油圧室と遅角側油圧室とに区分するロータ２０と、油圧室を密閉しケース１０と共に回転するプレート３０およびカバー４０とを備えている。

ケース１０にはチェーンスプロケット部１１が形成されており、このチェーンスプロケット部１１に装着されるチェーンにより内燃機関のクランクシャフトの駆動力が伝達され、ケース１０がクランクシャフトと同期回転する。ロータ２０は、センタボルト２により内燃機関のカムシャフトに締結され、カムシャフトと同期回転する。また、ロータ２０の内部には、進角側油圧室に連通する進角側通路２１と、遅角側油圧室に連通する遅角側通路２２とが形成されている。ケース１０とロータ２０がプレート３０とカバー４０の間に挟み込まれた状態で、複数のボルト３によりケース１０、プレート３０およびカバー４０が締結されている。

複数のボルト３により締結され一体になったケース１０、プレート３０およびカバー４０が、第１回転体を構成する。ロータ２０は、第１回転体に対して回転可能な第２回転体を構成する。なお、図示例では、第１回転体をケース１０、プレート３０およびカバー４０の３つの部材で構成したが、この構成に限定されるものではなく、例えば１つの部材で構成してもよい。

進角側通路２１および遅角側通路２２を経由して進角側油圧室および遅角側油圧室に作動油が供給または排出されることにより、第１回転体に対する第２回転体の相対角度が進角側または遅角側に調整されると、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が進角側または遅角側に変化して排気バルブの開閉タイミングも変化する。図１では、ケース１０に対してロータ２０が時計回りに回転する方向が進角側、反時計回りに回転する方向が遅角側である。

また、ケース１０の内部には、ロックピン１２がロータ２０側へ移動可能に収容されている。このロックピン１２はスプリング１３によってロータ２０側へ付勢される。スプリング１３は、ストッパ１４により保持されている。
スプリング１３の付勢力を受けてロックピン１２がロータ２０の嵌合穴に嵌合することで、ロータ２０を内燃機関始動時の基準位置である最進角位置Ａにロックする。また、内燃機関始動後、遅角側通路２２に作動油が供給されると、その作動油がロックピン１２をストッパ１４側へ押し戻すので、ロックピン１２とロータ２０のロックが解除されてケース１０に対してロータ２０が回転可能になる。

さらに、バルブタイミング調整装置１は、ロータ２０をケース１０に対して進角側に付勢する渦巻きばね５０と、渦巻きばね５０を保持するホルダ６０とを備えている。渦巻きばね５０が図１に矢印で示す方向にロータ２０を付勢することで、基準位置への復帰および回転速度の均一化を図る。この渦巻きばね５０は、金属の素線を巻回することにより渦巻き状に成形されている。以下では、渦巻きばね５０の内周側に位置する端部を内側端部５１、外周側に位置する端部を外側端部５２と呼ぶ。

図３は、バルブタイミング調整装置１から渦巻きばね５０およびホルダ６０を取り外した状態を示す平面図である。図４は、バルブタイミング調整装置１からホルダ６０を取り外した状態を示す平面図である。
ロータ２０のカムシャフトを固定する面とは反対側の面には、位置決め凹部２３が形成されている。この位置決め凹部２３の内壁面には、向かい合う二平面が形成されて二面幅部２４を構成している。

ホルダ６０は、金属薄板をプレス加工して形成された、多面体状の位置決め凸部６１を有する。この位置決め凸部６１が、位置決め凹部２３の二面幅部２４と嵌合し、ロータ２０に対するホルダ６０の回転方向の位置決めを行う。図１では多面体の一例として、角を面取りした直方体を示すが、後述するように渦巻きばね５０の内側端部５１を巻き付けた状態で保持できるよう複数の平面で構成された形状であればよい。

また、位置決め凸部６１の内側底面がボルト座面６２となり、センタボルト２によりホルダ６０がロータ２０と共にカムシャフトに締結され固定される。これにより、バルブタイミング調整装置１が内燃機関に装着された後のホルダ６０の抜け落ちを防止することができる。

渦巻きばね５０の内側端部５１は、ホルダ６０の位置決め凸部６１に１周巻き付いた状態で保持される。即ち、位置決め凸部６１の外周形状に対応するように、渦巻きばね５０の内側端部５１が四角形状に屈曲され、位置決め凸部６１に軽圧入されて嵌り合うことにより保持されている。このように、渦巻きばね５０の内側端部５１を、回転中心となるセンタボルト２を基準にして対称に保持することにより、渦巻きばね５０を安定して保持でき、偏心を防止することができる。また、渦巻きばね５０の内側端部５１を点ではなく線で保持することにより、荷重を分散でき、折損および磨耗等を防止することができる。

また、位置決め凸部６１には外側に膨らんだ形状の突起６３が１つ以上形成されており、渦巻きばね５０の内側端部５１が位置決め凸部６１に軽圧入された後に抜けないように、および軸方向にずれないようになっている。さらに、位置決め凸部６１には外側に膨らんだ形状の突起６４が形成されている。渦巻きばね５０は、内側端部５１側が位置決め凸部６１に１周巻き付いて保持構造として機能し、１周巻き終えた部分で突起６４に当接して支持され、この突起６４に支持された部分を起点５４としてそれより先の渦巻き部分がアシストスプリングとして有効に作用し、径が縮むように捩られることでトルクを発生する。

渦巻きばね５０の外側端部５２は、Ｌ字状に屈曲された屈曲部５３になっており、プレート３０の凸部３１，３２および保持溝３３に保持される。渦巻きばね５０が所定のトルクを発生できるよう、プレート３０の所定の位置に保持溝３３が形成され、保持溝３３に屈曲部５３を嵌め合わせた状態で保持される。この保持溝３３は、２つの凸部３１，３２からなり、一方の凸部３１は、屈曲部５３の内周側に当接するように配置されている。もう一方の凸部３２は、渦巻きばね５０を挟んで凸部３１の反対側に配置され、屈曲部５３の外周側に当接するように配置されている。

図４に示すように、凸部３１の壁面に屈曲部５３を当接させており、凸部３１の壁面の長さＣを長くして屈曲部５３を点ではなく線で保持することにより、渦巻きばね５０が縮むように捩られても外側端部５２に角度変化が生ずることなく安定して保持できる。これにより、渦巻きばね５０が捩られた際に偏心することなく、安定したトルクを発生することができる。また、保持溝３３を構成する側壁の一方をピン状の凸部３２にすることで、屈曲部５３を保持溝３３に嵌め合わせやすくなる。さらに、凸部３１の端部３１ａと、この端部３１ａより外周側の凸部３２とで屈曲部５３を支えることで、てこの原理により保持力を向上させることができる。凸部３１の長さＣの範囲において、端部３１ａから離れた位置に凸部３２を配置するほど保持力が向上する。

また、ホルダ６０には、位置決め凸部６１からバルブタイミング調整装置１の径方向に延びる羽根部６５が１つ以上形成されている。車両の振動等を受けて万一渦巻きばね５０がホルダ６０から外れる方向に負荷がかかった場合にも、羽根部６５が渦巻きばね５０を覆って抜け落ちないようになっている。また、図１の例では２つの羽根部６５が形成されており、そのうちの一方の羽根部６５は、ケース１０に対してロータ２０が最進角位置Ａから最遅角位置Ｂまでの間のどの位置にあっても、渦巻きばね５０の屈曲部５３と保持溝３３を覆うように配置されている。これにより、屈曲部５３が保持溝３３から外れないようになっている。なお、図５の変形例に示すように、例えば羽根部６５ａを位置決め凸部６１の全周にわたって円形状に形成して、渦巻きばね５０の全面を覆うようにしてもよい。

また、プレート３０の外周部には、ボルト３を締結する雌ねじ部を形成するための凸部３４が１つ以上形成されている。各凸部３４の内周側の壁面を、渦巻きばね５０の外周部に当接させて保持することにより、渦巻きばね５０が振動等により振れて折損することを防止している。

次に、渦巻きばね５０とホルダ６０をバルブタイミング調整装置１に取り付ける手順を説明する。
作業者は、まず、ケース１０、ロータ２０、プレート３０およびカバー４０を組み付けてボルト３を締結し、バルブタイミング調整装置１を図３に示す状態まで組み立てる。続いて、作業者は、渦巻きばね５０の多角形状に成形された内側端部５１を治具で保持し、Ｌ字状に成形された外側端部５２を保持溝３３に嵌め合わせる。作業者は、この状態で外側端部５２を治具等で押さえ、内側端部５１を所定角度回転させ、渦巻きばね５０の径を縮めることで、渦巻きばね５０を複数の凸部３４の内側に収める。その後、作業者は、渦巻きばね５０の内側端部５１から治具を外してホルダ６０の位置決め凸部６１を軽圧入し、ホルダ６０ごと渦巻きばね５０を捩ってトルクを発生させた状態で、位置決め凸部６１をロータ２０の位置決め凹部２３に嵌め込む。これにより、バルブタイミング調整装置１への渦巻きばね５０の取り付けが完了する。

あるいは、ホルダ６０の位置決め凸部６１に、渦巻きばね５０の内側端部５１を軽圧入して一体化した後、この位置決め凸部６１を図３に示す状態のバルブタイミング調整装置１の位置決め凹部２３に嵌め込み、渦巻きばね５０の外側端部５２を捩ってトルクを発生させながら保持溝３３に嵌め合わせてもよい。

以上より、実施の形態１によれば、バルブタイミング調整装置１は、クランクシャフトと同期回転し複数の油圧室を形成する第１回転体となるケース１０、プレート３０およびカバー４０と、第１回転体に収容されて油圧室を進角側と遅角側に区分しカムシャフトに固定される第２回転体となるロータ２０と、第２回転体に設けられた位置決め凹部２３に嵌って回転方向の位置決めを行う多面体状の位置決め凸部６１を有するホルダ６０と、外側端部５２が第１回転体に保持され、内側端部５１がホルダ６０の位置決め凸部６１に巻き付いた状態で保持され、第１回転体に対して第２回転体を一方向に付勢する渦巻きばね５０とを備えるようにしたので、渦巻きばね５０の偏心を防止でき、安定したトルクの発生が可能になる。また、渦巻きばね５０の保持部分の折損および磨耗等を防止でき、耐久性の向上が可能になる。

また、実施の形態１によれば、渦巻きばね５０の外側端部５２をＬ字状に屈曲した屈曲部５３にし、この屈曲部５３を嵌め合わせて保持する保持溝３３を第１回転体のプレート３０に形成するようにしたので、渦巻きばね５０が偏心することなく安定したトルクを発生することができる。

また、実施の形態１によれば、ホルダ６０の位置決め凸部６１の内側底面にボルト座面６２を形成し、センタボルト２によりホルダ６０を第２回転体と共にカムシャフトに固定するようにしたので、バルブタイミング調整装置１を内燃機関に装着した後のホルダ６０の抜け落ちを防止することができる。

また、実施の形態１によれば、ホルダ６０に、第１回転体に保持された渦巻きばね５０の外側端部５２を覆う羽根部６５を形成するようにしたので、屈曲部５３の保持溝３３からの抜け、および渦巻きばね５０のホルダ６０からの抜け落ちを防止することができる。

また、実施の形態１によれば、第１回転体のプレート３０に、渦巻きばね５０の外周部に当接する１つ以上の凸部３４を形成するようにしたので、この凸部３４によって渦巻きばね５０を保持することができ、渦巻きばね５０が振動等により振れて折損することを防止することができる。

なお、上記実施の形態１では、排気側のバルブタイミング調整装置１に対して渦巻きばね５０を取り付ける例を説明したが、吸気側のバルブタイミング調整装置１に対して渦巻きばね５０を取り付けてもよい。また、渦巻きばね５０の付勢方向は進角側または遅角側のどちらでもよい。さらに、ホルダ６０を用いた渦巻きばね５０の保持構造は、バルブタイミング調整装置１の内部構造に影響を与えるものではなく、どのような内部構造のものであっても適用可能である。

上記以外にも、この発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ バルブタイミング調整装置、２ センタボルト、３ ボルト、１０ ケース（第１回転体）、１１ チェーンスプロケット部、１２ ロックピン、１３ スプリング、１４ ストッパ、２０ ロータ（第２回転体）、２１ 進角側通路、２２ 遅角側通路、２３ 位置決め凹部、２４ 二面幅部、３０ プレート（第１回転体）、３１，３２，３４ 凸部、３１ａ 端部、３３ 保持溝、４０ カバー（第１回転体）、５０ 渦巻きばね、５１ 内側端部、５２ 外側端部、５３ 屈曲部、５４ 起点、６０ ホルダ、６１ 位置決め凸部、６２ ボルト座面、６３，６４ 突起、６５，６５ａ 羽根部。

Claims (5)

1. 内燃機関に装着され、吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング調整装置であって、
   クランクシャフトと同期回転し、複数の油圧室を形成する第１回転体と、
   前記第１回転体に収容されて前記油圧室を進角側と遅角側に区分し、カムシャフトに固定される第２回転体と、
   前記第２回転体に設けられた位置決め凹部に嵌って回転方向の位置決めを行う多面体状の位置決め凸部を有するホルダと、
   一端部が前記第１回転体に保持され、他端部が前記ホルダの前記位置決め凸部に巻き付いた状態で保持され、前記第１回転体に対して前記第２回転体を一方向に付勢する渦巻きばねとを備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記渦巻きばねの一端部は、Ｌ字状に屈曲した屈曲部をなし、
   前記第１回転体は、前記屈曲部を嵌め合わせて保持する保持溝を有することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記ホルダの前記位置決め凸部の内側底面にボルト座面が形成されており、ボルトにより前記ホルダが前記第２回転体と共に前記カムシャフトに固定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記ホルダは、前記第１回転体に保持された前記渦巻きばねの一端部を覆う羽根部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記第１回転体は、前記渦巻きばねの外周部に当接する１つ以上の凸部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のバルブタイミング調整装置。

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