JP7051027B2

JP7051027B2 - バルブタイミング調整装置

Info

Publication number: JP7051027B2
Application number: JP2022500172A
Authority: JP
Inventors: 卓大松本; 雅之横山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2040-02-14
Also published as: JPWO2021161499A1; WO2021161499A1

Description

本開示は、ロータを付勢する渦巻きばねを備えたバルブタイミング調整装置に関する。

バルブタイミング調整装置には、カムシャフトがバルブから受ける反力に対抗するための付勢力を発生する略渦巻形状のスプリングを備えるものがある。このスプリングは、バルブタイミング調整装置の回転運動および内燃機関の振動を受けて径方向外側へ広がり折損する可能性がある。そこで、特許文献１に係るバルブタイミング調整装置は、渦巻きばねの最外周巻目が径方向外側へ広がらないように規制する規制ピンを備える。（例えば特許文献１）

特開２０１４－１５２６７１号公報

上記した従来のバルブタイミング調整装置は、スプリングが規制ピンに線接触しながら摺動するためヒステリシスが発生する。その結果、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化するという問題があった。また、スプリングおよび規制ピンが摩耗するため耐久性が低下するという問題があった。

本開示は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、ヒステリシスを抑制して制御性が向上するとともに、磨耗を低減して耐久性が向上することが出来るバルブタイミング調整装置を得ることを目的とするものである。

本開示に係るバルブタイミング調整装置は、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調整するバルブタイミング調整装置であって、内部に複数の作動油圧室を有する有底円筒形状でカムシャフトの先端が底を貫通して円板形状のプレートで開口が閉じられた第１回転体と、作動油圧室を進角側と遅角側とに区分するベーンを有して第１回転体の内部に設けられ、カムシャフトの先端に固定されて第１回転体に対して相対回転する略円柱形状で外周に凸形状のベーンを形成した第２回転体と、第１回転体のプレートの外側に配設されて、一端が第２回転体に固定され、他端が第１回転体に固定されて第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、渦巻きばねの少なくとも外周側もしくは内周側のいずれか一方の側で、第１回転体から突出された１つ以上の円柱形状の突起と、突起の少なくとも1つ以上に、回転可能に挿通されて渦巻きばねに当接する円管形状の円管とを備え、円管の内径寸法は突起の外径寸法より大きく且つ円管の軸心は突起の軸心と異なる位置に配置されているものである。

上記のように構成されたバルブタイミング調整装置は、ピンに回転可能に挿通された円管が渦巻きばねに当接するようにしたので、摺動抵抗を低減してヒステリシスを抑制して制御性が向上するとともに、磨耗を低減して耐久性が向上するバルブタイミング調整装置を得ることができるという効果を有する。

実施の形態１に係わ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ＡＡ断面図である。図２のＢＢ断面図である。実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の要部拡大図である。図４の状態を示す斜視図である。実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置における動作角度とアシストトルクとの関係の一例を示す図である。実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の変形例を示す要部拡大図である。図７の状態を示す斜視図である。実施の形態２に係わるバルブタイミング調整装置の要部拡大図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１
実施の形態１におけるバルブタイミング装置について図１～図７を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係わ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２は、図１のＡＡ断面図である。図３は、図２のＢＢ断面図である。図４は、実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の要部拡大図である。図５は、図４の状態を示す斜視図である。図６は、実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置における動作角度とアシストトルクとの関係の一例を示す図である。図７は、実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の変形例を示す要部拡大図である。図８は、図７の状態を示す斜視図である。

図１、図２および図３に示すように、バルブタイミング調整装置１は、基本構造として、作動油圧室を有する第１回転体と、作動油圧室を進角油圧室１１と遅角油圧室１２とに区分するベーン３ａを有し第１回転体に対して相対回転する第２回転体と、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５と、渦巻きばね５の外周もしくは内周が摺接する円管６と、円管６が回転可能に緩挿されたピン１３とを備える。第１回転体はハウジング２であり、ハウジング２は、ケース７、プレート８およびカバー９から構成される。第２回転体はロータ３である。

ケース７の外面には、スプロケット部７ｂが形成される。スプロケット部７ｂには、チェーン（図示せず）が装着され、内燃機関のクランクシャフトの駆動力がケース７に伝達される。この駆動力により、ハウジング２がクランクシャフトと同期回転する。一方、ロータ３およびホルダ４は、センタボルト１０１により内燃機関のカムシャフト１００に締結され、カムシャフト１００と同期回転する。

ケース７およびカバー９にはボルト１０が通る穴が形成され、プレート８にはボルト１０が締結される雌ねじが形成される。プレート８およびカバー９との間にケース７およびロータ３が挟み込まれた状態で、複数のボルト１０により、ケース７、プレート８、およびカバー９が同軸上に固定される。

ケース７の内面には、内側に突出する複数のシュー部７ａが形成される。シュー部７ａとプレート８とカバー９とに囲まれた空間は作動油圧室である。図３の構成例では作動油圧室が４つある。ケース７の内部にはロータ３が配置される。このロータ３には、外側に突出する複数のベーン３ａが形成される。ケース７の複数の作動油圧室のそれぞれに複数のベーン３ａのそれぞれが配置される。１つのベーン３ａが１つの作動油圧室を進角油圧室１１と遅角油圧室１２とに区分する。

作動油が、カムシャフト１００およびロータ３の内部に形成された油圧路１００ａを経由して進角油圧室１１または遅角油圧室１２に供給されることにより、ロータ３はハウジング２に対して相対回転し、ハウジング２に対するロータ３の相対角度が進角側または遅角側に調整される。ハウジング２に対するロータ３の相対角度が調整されると、クランクシャフトに対するカムシャフト１００の回転位相が進角側または遅角側に変化して吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングも変化する。

渦巻きばね５は、カムシャフト１００が吸気バルブまたは排気バルブから受ける反力に対抗するために、ロータ３をハウジング２に対して進角側に付勢する。渦巻きばね５は、角線が水平に巻かれたものであり、ホルダ４によってロータ３とハウジング２のプレート８とに固定される。渦巻きばね５の材質は、例えばピアノ線である。鋼板がプレス加工されて、ホルダ４の筒部４ｂおよび穴部４ｃが形成される。渦巻きばね５の内周端５ａが筒部４ｂの外周面に係合することによって、渦巻きばね５の内周端５ａがホルダ４に固定されてロータ３と連結される。渦巻きばね５の外周端５ｂがプレート８の溝８ａに係合することによって、渦巻きばね５の外周端５ｂがプレート８に固定される。ホルダ４の穴部４ｃは、ホルダ４をカムシャフト１００に締結するセンタボルト１０１を通す穴である。

図４および図５に示すように、ピン１３は、円柱形状でプレート８の渦巻きばね５の側に突設された突起である。ピン１３は、プレート８に穿設された孔に圧入にて立設、もしくは、プレート８の加工により形成される。ピン１３は、少なくとも１つ以上が設けられる。ピン１３は、渦巻きばね５の内周もしくは外周で渦巻きばね５の巻込または解放を規制する。ピン１３には、円管６が回転可能に緩挿されている。
なお、ピン１３には、円管６の抜落を防止する鍔やフランジを頭部に設けてもよい。また、例えばＴ字ピンなどを用いてもよい。
更になお、図１の構成例では、プレート８の外周部の２か所に２つのピン１３が形成されるが、ピン１３の個数および配設位置は図１の構成例に限定されない。

円管６は、円管形状でピン１３に回転可能に緩挿される。円管６の軸心は、ピン１３の軸心と同軸上に配置される。円管６の外周は、渦巻きばね５の内周もしくは外周に当接しており、渦巻きばね５の巻込または解放により、渦巻きばね５の内周もしくは外周が摺接される。また、円管６は、渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転される。円管６の材質は、渦巻きばね５よりも軟らかい材質である。円管６の材質は、例えばステンレスである。
なお、円管６は、すべてのピン１３に装着されてもよいし、一部のピン１３に装着されてもよい。

次に、このように構成されたバルブタイミング装置における作用について図１～図５および図６を用いて説明する。
図１、図２および図３に示すように、内燃機関のクランクシャフトの駆動力が、チェーン（図示せず）によってケース７に伝達される。この駆動力により、ハウジング２がクランクシャフトと同期回転する。一方、ロータ３およびホルダ４は、カムシャフト１００と同期回転する。作動油が、進角油圧室１１または遅角油圧室１２に供給されることにより、ロータ３はハウジング２に対して相対回転し、ハウジング２に対するロータ３の相対角度が進角側または遅角側に調整される。そうすると、クランクシャフトに対するカムシャフト１００の回転位相が進角側または遅角側に変化して吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングも変化する。その状態において、カムシャフト１００が吸気バルブまたは排気バルブから受ける反力に対抗するために、渦巻きばね５によってロータ３がハウジング２に対して進角側に付勢される。

図４、図５および図６に示すように、プレート８にピンが突設されて、ピン１３には円管６が回転可能に緩挿されている。渦巻きばね５は、円管６に当接しており、共振が抑制されて、折損が防止される。そして、渦巻きばね５の巻込または解放により、渦巻きばね５の内周または外周が、ピン１３に緩挿された円管６に摺接する。円管６はピン１３と同軸上に回転可能に緩挿されているので、渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転する。その結果、摺動抵抗が低減されてアシストトルクのヒステリシスが抑制されるとともに、磨耗が低減される。

また、渦巻きばね５の材質は、例えばピアノ線である。一方、円管６の材質は、例えばステンレスである。渦巻きばね５は、円管６と摺接する。よって、渦巻きばね５には、円管６よりも硬い材質が使用されているので、渦巻きばね５の摩耗が低減される。

以上述べたように、この実施の形態１にて示したバルブタイミング調整装置１にあっては、ピン１３に円管６を回転可能に緩挿して、円管６に渦巻きばね５を当接させる構成とした。したがって、渦巻きばね５の巻込または解放により、渦巻きばね５が円管６に摺接する。これにより、円管６が渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転する。その結果、摺動抵抗が低減されてアシストトルクのヒステリシスを抑制することが出来、バルブタイミング調整装置の制御性を向上することができるという効果を奏する。

また、円管６が渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転するので、磨耗を低減することが出来、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上することができるという効果を奏する。

また、ピン１３と円管６とで構成できるので、部品点数を低減出来、バルブタイミング調整装置の生産性を向上することができるという効果を奏する。

また、渦巻きばね５の材質は、例えばピアノ線で構成した。他方、円管６の材質は、例えばステンレスで構成した。よって、円管６に摺接する渦巻きばね５には、円管６よりも硬い材質を使用しているので、渦巻きばね５の摩耗を低減することが出来、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上することができるという効果を奏する。

さらに、渦巻きばね５は、円管６に当接しているので、共振時の振幅を抑制することが出来、渦巻きばね５の共振による疲労破壊を防止することができるという効果も奏する。

なお、上記した実施の形態１では、円管６の軸心とピン１３の軸心とは同軸上に配置するものとしたが、図７および図８に示すように、円管２６の内径寸法を、ピン２３の外径寸法より大きくして、円管２６の軸心をピン２３の軸心に対して偏心させることで、渦巻きばね５と円管２６及び円管２６とピン２３をそれぞれ当接させてもよい。

このように構成されたバルブタイミング調整装置にあっても、円管２６が渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転する。その結果、摺動抵抗が低減されてアシストトルクのヒステリシスを抑制することが出来、バルブタイミング調整装置の制御性を向上することができる効果を奏する。
また、円管２６が渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転するので、磨耗を低減することが出来、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上することができる効果を奏する。
さらに、円管２６の内径寸法を、ピン２３の外径寸法より大きくして、円管２６の軸心をピン１３の軸心に対して偏心させることで、渦巻きばね５と円管２６および円管２６とピン２３を各々当接させたものにあっては、円管２６とピン２３が線接触となるので接触面積が減少して、磨耗を低減することが出来、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上することができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２のバルブタイミング調整装置について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係わるバルブタイミング調整装置を示す要部拡大図であり、実施の形態１の図４に相当する。なお、図９中、図１～図４と同一符号は同一または相当部分を示す。

この実施の形態２のバルブタイミング調整装置は、実施の形態１のバルブタイミング調整装置が、円管６をピン１３に回転可能に緩挿して構成されているものに対して、ピン３３に、転がり軸受である軸受３６を挿着する構成にしたものである。軸受３６は、玉軸受またはころ軸受などである。軸受３６の外輪３６ａに、渦巻きばね５が当接している。すなわち、軸受３６の構成が、実施の形態１に示したバルブタイミング調整装置１の円管６と異なるだけであり、その他の構成は同じである。

このように構成された実施の形態２に示されたバルブタイミング調整装置にあっても、実施の形態１に示されたバルブタイミング調整装置を同様の作用をする。渦巻きばね５の巻込または解放により、渦巻きばね５が軸受３６の外輪３６ａに摺接する。これにより、軸受３６の外輪３６ａが渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転する。その結果、摺動抵抗が低減されてアシストトルクのヒステリシスを抑制することが出来、バルブタイミング調整装置の制御性を向上することができるという効果を奏する。

また、軸受３６の外輪３６ａが渦巻きばね５の動作に合わせて摺動して回転するので、磨耗を低減することが出来、バルブタイミング調整装置の耐久性を向上することができるという効果を奏する。

さらに、軸受３６を、ピン３３に挿着したものにあっては、軸受３６に汎用品を用いることが出来、バルブタイミング調整装置の生産性を向上することができる効果を奏する。

ところで、上記した実施の形態に示したバルブタイミング調整装置１は、吸気側および排気側のどちらに用いられてもよい。また、渦巻きばね５の付勢方向は進角側および遅角側のどちらでもよい。
また、実施の形態１のピン１３と円管６の構造は、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いため、図示された内部構造を持つバルブタイミング調整装置１以外であっても実施の形態１のピン１３と円管６の構造を適用可能であることは言うまでもない。
また、実施の形態２のピン３３と軸受３６の構造も、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いため、図示された内部構造を持つバルブタイミング調整装置１以外であっても実施の形態２のピン３３と軸受３６の構造を適用可能であることは言うまでもない。

なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係るバルブタイミング調整装置は、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調整するバルブタイミング調整装置などに用いることができる。

１バルブタイミング調整装置、２ハウジング（第１回転体）、３ロータ（第２回転体）、３ａベーン、４ホルダ、４ｂ筒部、４ｃ穴部、５渦巻きばね、５ａ内周端、５ｂ外周端、６、２６円管、７ケース（第１回転体）、７ａシュー部、７ｂスプロケット部、８プレート（第１回転体）、８ａ溝、９カバー（第１回転体）、１０ボルト、１１進角油圧室、１２遅角油圧室、１３、２３、３３ピン、３６軸受、３６ａ外輪、１００カムシャフト、１００ａ油圧路、１０１センタボルト

Claims

内部に複数の作動油圧室を有する有底円筒形状でカムシャフトの先端が底を貫通して円板形状のプレートで開口が閉じられた第１回転体と、
前記作動油圧室を進角側と遅角側とに区分するベーンを有して前記第１回転体の内部に設けられ、前記カムシャフトの先端に固定されて前記第１回転体に対して相対回転する略円柱形状で外周に凸形状の前記ベーンを形成した第２回転体と、
前記第１回転体の前記プレートの外側に配設されて、一端が前記第２回転体に固定され、他端が前記第１回転体に固定されて前記第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、
前記渦巻きばねの少なくとも外周側もしくは内周側のいずれか一方の側で、前記第１回転体から突出された１つ以上の円柱形状の突起と、
前記突起の少なくとも1つ以上に、回転可能に挿通されて前記渦巻きばねに当接する円管形状の円管とを備え、
前記円管の内径寸法は前記突起の外径寸法より大きく且つ前記円管の軸心は前記突起の軸心と異なる位置に配置されている
ことを特徴とするバルブタイミング調整装置。