JP7003024B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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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、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、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、渦巻きばねの他端部と位置決め凸部とは、互いに線で当接する当接および当接しない箇所を有し、当接線の少なくとも一部は、回転体の回転中心を基準としてそれぞれ対向しており、位置決め凸部は、第1の突起および第2の突起を有し、第1の突起は、渦巻きばねが位置決め凸部に巻き付いた位置からずれないように、位置決め凸部において外側に膨らんだ形状を有し、第2の突起は、渦巻きばねが位置決め凸部に巻き終わった部分で当接する位置において、外側に膨らんだ形状を有する。
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 (1)

  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、
    前記渦巻きばねの他端部と前記位置決め凸部とは、互いに線で当接する当接および当接しない箇所を有し、
    前記当接線の少なくとも一部は、前記回転体の回転中心を基準としてそれぞれ対向しており
    前記位置決め凸部は、第1の突起および第2の突起を有し、
    前記第1の突起は、前記渦巻きばねが前記位置決め凸部に巻き付いた位置からずれないように、前記位置決め凸部において外側に膨らんだ形状を有し、
    前記第2の突起は、前記渦巻きばねが前記位置決め凸部に巻き終わった部分で当接する位置において、外側に膨らんだ形状を有する、
    ことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
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