JP7274066B2

JP7274066B2 - バルブタイミング調整装置及びバルブタイミング調整装置の製造方法

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Publication number: JP7274066B2
Application number: JP2023506436A
Authority: JP
Inventors: 卓大松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2023-05-15
Anticipated expiration: 2041-03-16
Also published as: DE112021006815T5; JPWO2022195714A1; US11933201B2; WO2022195714A1; US20240052764A1

Description

本開示は、ロータを付勢する渦巻きばねのアシストスプリングを備えたバルブタイミング調整装置に関する。

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。

このスプリングは、内周端が中心に向かって曲がるように形成されて、ボス部の延伸部の端部に形成される係合溝に係合するように設けられている。また、外周端が径外側へ曲がった後、折り返すようにしてフック状に形成されて、係合ピンに係合するように設けられている。そして、内周端の抜けおよび位置ずれを抑制可能なように、素線の複数の特定箇所間の線間隙間が略ゼロとなるように設けられて、すなわち、複数の特定箇所間が軽接触した状態に設けられている。なお、係合溝およびスプリングの内周端は特定箇所の近傍に位置し、かつ、特定箇所は係合ピンの近傍に位置している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－３６３９５号公報

上記した従来のバルブタイミング調整装置は、スプリングの内周端が中心に向かって曲がるように形成されて、ボス部の延伸部の端部に形成される係合溝に係合するように設けられている。その結果、トルク変動やエンジンの振動によって、スプリングが滑り、係合溝から係合が外れるという問題があった。また、素線の複数の特定箇所間が軽接触した状態に設けられている。よって、スプリングはトルクを印加した状態で係合溝に係合される。その結果、スプリングの組み付け性が悪化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、アシストスプリングの滑りを抑制して、係合が外れることを防止するとともに、アシストスプリングの組み付けが容易な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前記ベーンを形成して、中心軸上に２面幅部を形成した貫通穴を有する第２回転体と、第１回転体のプレートの外側で前記第２回転体の軸上に配設されて、略円筒形状で外周面の多角形状の対向する２辺で形成された２面幅により、第２回転体に固定されたホルダと、第１回転体のプレートの外側に配設されて、第１回転体に突設された突起形状のリブと、第１回転体のプレートの外側に配設されて、外周端部が第１回転体に固定されて、最内周及び内周端部がホルダの外周に巻かれて第２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のアシストスプリングとを備え、アシストスプリングは、内周端部が非屈曲形状に形成されて、最外周の外側がリブに当接しており、２巻き目が内周端部に当接して、且つ、２巻き目から最外周までの巻き目間が非当接であることを特徴としたものである。

上記のように構成されたバルブタイミング調整装置は、アシストスプリングの内周端部を非屈曲形状でホルダに巻き付けて形成している。そして、２巻き目が内周端部に当接しており、且つ、２巻き目から最外周に至るまでの巻き目間が非当接であるので、アシストスプリングの滑りを抑制して、係合が外れることを防止するとともに、アシストスプリングの組み付けが容易な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におけるアシストスプリングの自由長の状態を示す図である。実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の動作角度におけるアシストスプリングの状態を示す図であり、図５（ａ）は最進角位置の状態を示し、図５（ｂ）は最遅角位置の状態を示す。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アシストスプリングの組み付け方法を示す図であり、図６（１）～（４）は組み付け手順を示す。

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６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におけるアシストスプリングの自由長の状態を示す図である。図５は、実施の形態１に係わるバルブタイミング調整装置の動作角度におけるアシストスプリングの状態を示す図であり、図５（ａ）は最進角位置の状態を示し、図５（ｂ）は最遅角位置の状態を示す。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アシストスプリングの組み付け方法を示す図であり、図６（１）～（４）は組み付け手順を示す。

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のアシストスプリング５と、アシストスプリング５の内周端部５ａを係合して、第２回転体に固定されるホルダ４と、第１回転体に設けられて、アシストスプリング５の外周端部５ｂが係止される係止リブ８ｂ、８ｃと、アシストスプリング５の外周が当接されるリブ１３ａ、１３ｂを備える。ここで、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。また、ロータ３の中心軸上には、ホルダ４を嵌装して固定する２面幅部３ｂを内周に形成して、センタボルト１０１を貫通する穴が穿設されている。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。

ホルダ４は、有底の円筒形状で、外周面は、例えば略８角形などの多角形状に形成されており、対向する２辺により２面幅が形成される。ホルダ４は、鋼板がプレス加工されて、筒部４ｂおよび穴部４ｃが形成されている。筒部４ｂの外周面にアシストスプリング５の1巻き目である最内周５ｃが巻かれて、内周端部５ａが係合されている。ホルダ４は、穴部４ｃに挿通されたセンタボルト１０１によって、ロータ３及びカムシャフト１００に締結される。

アシストスプリング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。アシストスプリング５は、角線が水平に巻かれた渦巻きばねであり、ホルダ４によってロータ３と、係止リブ８ｂ、８ｃによってハウジング２のプレート８とに固定される。アシストスプリング５の内周端部５ａは非屈曲形状であり、他方、外周端部５ａは屈曲形状に形成されている。なお、外周端部５ａはフック形状などでもよい。アシストスプリング５の１巻き目である最内周５ｃは、筒部４ｂの外周面に巻かれている。および、アシストスプリング５の内周端部５ａが筒部４ｂの外周面に係合することによって、アシストスプリング５の内周端部５ａがホルダ４に固定されてロータ３と連結される。アシストスプリング５の外周端部５ｂが、プレート８に設けられた係止リブ８ｂ、８ｃにより形成された溝８ａに係合されることによって、アシストスプリング５の外周端部５ｂがプレート８に固定される。

アシストスプリング５は、最外周５ｄの外周側がリブ１３ａ、１３ｂに当接しており、アシストスプリング５の解放が規制されている。アシストスプリング５は、２巻き目５ｅが内周端部５ａに当接して、内周端部５ａをホルダ４へ付勢する。また、３巻き目５ｆと２巻き目５ｅとは非当接であり、例えば、図１の構成例では、内周端部５ａの近傍において非接触である。アシストスプリング５の３巻き目５ｆは、内周端部５ａのホルダ４への付勢から除外されている。また、３巻き目５ｆから最外周５ｃに至るまでの巻き目間も、同様に非当接に配設されている。なお、図１の構成例では、アシストスプリング５の巻き数は４巻きであるが、巻き数は構成例に限定されない。

係止リブ８ｂ、８ｃは、プレート８のアシストスプリング５の側に、互いに対向して突設されて、溝８ａを形成する突起である。係止リブ８ｂ、８ｃは、プレート８に穿設された孔に圧入にて立設、または、ボルト（図示せず）により取り付け、もしくは、プレート８の加工などにより形成される。係止リブ８ｂ、８ｃにより形成された溝８ａには、アシストスプリング５の外周端部５ｂが係合されている。

リブ１３ａ、１３ｂは、プレート８のアシストスプリング５の側に突設された突起である。リブ１３ａ、１３ｂは、プレート８に穿設された孔に圧入にて立設、または、ボルト（図示せず）により取り付け、もしくは、プレート８の加工などにより形成される。リブ１３ａ、１３ｂは、少なくとも１つ以上が設けられる。リブ１３ａ、１３ｂは、アシストスプリングの最外周５ｄの外周側が当接しており、アシストスプリング５の解放を規制する。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つのリブ１３ａ、１３ｂが設けられているが、リブ１３ａ、１３ｂの個数および配設位置は図１の構成例に限定されない。

図４に示すように、アシストスプリング５は、自由長の状態において、素線間が非接触に形成されている。すなわち、内周端部５ａ、最内周（1巻き目）５ｃ、２巻き目５ｅ、３巻き目５ｆ、及び、最外周５ｄの外周端部５ｂまでのすべての素線間は、隙間を有して形成されている。なお、図４の構成例では、アシストスプリング５の巻き数は４巻きであるが、巻き数は構成例に限定されない。また、アシストスプリング５には、ショットピーニング加工が施されている。ショットピーニング加工は、加工硬化による疲労強度耐性を向上させる。

図５に示すように、バルブタイミング調整装置１は、最進角位置と最遅角位置との間の動作角度範囲内で使用される。バルブタイミング調整装置１の動作角度範囲内において、アシストスプリング５は、２巻き目５ｅが内周端部５ａに当接して、内周端部５ａをホルダ４へ付勢する。また、３巻き目５ｆと２巻き目５ｅとは非当接であり、アシストスプリング５の３巻き目５ｆは、内周端部５ａのホルダ４への付勢から除外されている。また、３巻き目５ｆから最外周５ｃに至るまでの巻き目間も、同様に非当接に配設されている。なお、図５の構成例では、アシストスプリング５の巻き数は４巻きであるが、巻き数は構成例に限定されない。

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、アシストスプリング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１と図５に示すように、アシストスプリング５の内周端部５ａは非屈曲形状であり、最内周（１巻き目）５ｃは、筒部４ｂの外周面に巻かれて係合されている。動作角度範囲内において、アシストスプリング５は、２巻き目５ｅが内周端部５ａに当接して、内周端部５ａがホルダ４へ付勢される。これにより、トルク変動やエンジンの振動による、アシストスプリング５とホルダ４との滑りが抑制される。その結果、アシストスプリング５の係合が外れることが防止される。

また、動作角度範囲内において、アシストスプリング５は、３巻き目５ｆと２巻き目５ｅとは非当接であり、３巻き目５ｆは、内周端部５ａのホルダ４への付勢から除外されている。また、３巻き目５ｆから最外周５ｃに至るまでの巻き目間も、同様に非当接に配設されている。よって、アシストスプリング５の線間接触によるヒステリシスが抑制される。

また、アシストスプリング５は、最外周５ｄの外周側がリブ１３ａ、１３ｂに当接しており、アシストスプリング５の解放が規制されている。よって、エンジン振動によるアシストスプリング５の共振が抑制される。

図４に示すように、アシストスプリング５は、自由長の状態において、素線間が非接触に形成されている。すなわち、素線間に隙間を有しているので、ショットピーニング加工が全面に施される。

次に、このように構成されたバルブタイミング調整装置のアシストスプリング５の組み付けに関するバルブタイミング調整装置の製造方法について、図６を用いて説明する。
図６（１）に示すように、第１の工程において、アシストスプリング５の外周端部５ａを、溝８ａに嵌装して、係止リブ８ｂ、８ｃに係合して固定する。

図６（２）に示すように、第２の工程において、アシストスプリング５の最内周５ｃを回転して最外周５ｄを縮径させて、最外周５ｄをリブ１３ａ、１３ｂの内周側に嵌装する。

図６（３）に示すように、第３の工程において、ホルダ４を回転させて、アシストスプリング５の最内周５ｃとホルダ４の外周の形状の位置を合わせて、すなわち、巻き付けられた状態の位置に合わせる。その後、最内周５ｃをホルダ４の外周に嵌装して、内周端部５ａをホルダ４の外周に係合する。

図６（４）に示すように、第４の工程において、ホルダ４を捻り回転させて、ホルダ４の外周の２辺で形成された２面幅と、ロータ３の内周に形成され２面幅部３ｂの位置を合わせる。その後、ホルダ４を２面幅部３ｂに嵌装して、ホルダ４が固定される。すなわち、アシストスプリング５の内周端部５ａがロータ３に固定されて、バルブタイミング調整装置１のアシストスプリング５が組み付けられて、バルブタイミング調整装置が製造される。

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にあっては、アシストスプリング５の内周端部５ａは非屈曲形状に形成して、最内周（１巻き目）５ｃは、筒部４ｂの外周面に巻かれて係合されている。そして、２巻き目５ｅが内周端部５ａに当接して、内周端部５ａがホルダ４へ付勢されている。これにより、トルク変動やエンジンの振動による、アシストスプリング５とホルダ４との滑りを抑制することが出来、その結果、アシストスプリング５の係合が外れるのを防止することができるという効果を奏する。

また、アシストスプリング５の３巻き目５ｆと２巻き目５ｅとは非当接であり、また、３巻き目５ｆから最外周５ｃに至るまでの巻き目間も、同様に非当接に配設されている。これにより、アシストスプリング５を低トルクの印加にて組み付けすることが出来、アシストスプリング５の組み付けが容易になるという効果も奏する。

さらに、アシストスプリング５の３巻き目５ｆと２巻き目５ｅとは非当接であり、また、３巻き目５ｆから最外周５ｃに至るまでの巻き目間も、同様に非当接に配設されている。よって、アシストスプリング５の線間接触によるヒステリシスが抑制されるという効果も奏する。

また、アシストスプリング５は、最外周５ｄの外周側がリブ１３ａ、１３ｂに当接している。よって、エンジン振動によるアシストスプリング５の共振が抑制されるという効果も奏する。

また、アシストスプリング５は、自由長の状態において、素線間が非接触に形成されているので、素線間に隙間を有している。これにより、ショットピーニング加工を全面に施すことが出来、その結果、疲労強度耐性が向上するという効果も奏する。

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、アシストスプリング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のアシストスプリング５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のアシストスプリング５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、３ｂ２面幅部、４ホルダ、４ｂ筒部、４ｃ穴部、５アシストスプリング、５ａ内周端部、５ｂ外周端部、５ｃ最内周（１巻き目）、５ｄ最外周、５ｅ２巻き目、５ｆ３巻き目、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、８ｂ、８ｃ係止リブ、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、１３ａ、１３ｂリブ、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て、中心軸上に２面幅部を形成した貫通穴を有する第２回転体と、
前記第１回転体の前記プレートの外側で前記第２回転体の軸上に配設されて、略円筒形状で外周面の多角形状の対向する２辺で形成された２面幅により、前記第２回転体に固定されたホルダと、
前記第１回転体の前記プレートの外側に配設されて、前記第１回転体に突設された突起形状のリブと、
前記第１回転体の前記プレートの外側に配設されて、外周端部が前記第１回転体に固定されて、最内周及び内周端部が前記ホルダの外周に巻かれて前記第２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のアシストスプリングとを備え、
前記アシストスプリングは、前記内周端部が非屈曲形状に形成されて、最外周の外側が前記リブに当接しており、２巻き目が前記内周端部に当接して、且つ、前記２巻き目から前記最外周までの巻き目間が非当接であること
を特徴とするバルブタイミング調整装置。
前記相対回転する動作角度範囲内で前記２巻き目と前記内周端部とが当接していること
を特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
請求項１に記載のバルブタイミング調整装置を製造するバルブタイミング調整装置の製造方法であって、
前記外周端部を前記第１回転体に固定する第１の工程と、
前記最内周を回転して前記最外周を縮径させて、前記最外周を前記リブの内周側に嵌装する第２の工程と、
前記ホルダを回転させて、前記ホルダの前記外周と前記最内周の形状の位置を合わせて、前記最内周を前記ホルダの前記外周に嵌装して、前記内周端部を前記ホルダに係合する第３の工程と、
前記ホルダを回転させて、前記ホルダの前記２面幅を前記第２回転体の前記２面幅部に嵌装する第４の工程と
により前記アシストスプリングを組み付けることを含むこと
を特徴とするバルブタイミング調整装置の製造方法。