JP2006046254A - Valve system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動弁機構に関し、特に、バルブの開閉タイミング等を変更できる動弁機構に関する。 The present invention relates to a valve operating mechanism, and more particularly to a valve operating mechanism capable of changing valve opening / closing timing and the like.
近年における車両に搭載される内燃機関においては、エンジン回転数や負荷に応じてバルブの開閉タイミングを変更する可変 バルブタイミング式の動弁 機構を用いることが多くなった。かかる動弁 機構においては、例えば油圧を付与することで、クランクシャフトに同期するスプロケットとカムシャフトとの位相を変更することができ、それによりバルブタイミングを可変 とすることができる。 In recent years, an internal combustion engine mounted on a vehicle often uses a variable valve timing type valve operating mechanism that changes a valve opening / closing timing in accordance with an engine speed or a load. In such a valve operating mechanism, for example, by applying hydraulic pressure, the phases of the sprocket and camshaft synchronized with the crankshaft can be changed, thereby making the valve timing variable.
しかるに、上記従来技術の動弁機構においては、バルブタイミング等を可変 とするために油圧が必要となり、従って油圧ポンプを備える必要がある。内燃機関においては、一般的には各部潤滑のための油圧ポンプが設置されているが、可変 バルブタイミング等を達成するために油圧を用いるとすると、より大容量の油圧ポンプが必要となり、しかも、その動力はクランクシャフトより取り出されるようになっているので、その分燃費が悪化するという問題がある。 However, in the valve mechanism of the prior art described above, hydraulic pressure is required to make the valve timing variable, and therefore it is necessary to provide a hydraulic pump. In an internal combustion engine, hydraulic pumps are generally installed for lubrication of each part, but if hydraulic pressure is used to achieve variable valve timing, etc., a larger capacity hydraulic pump is required. Since the power is extracted from the crankshaft, there is a problem that fuel consumption is deteriorated accordingly.
これに対し、電動モータの動力を用いてバルブタイミング等を変更する機構が、例えば以下の特許文献1に開示されているように公知となっている。かかる技術によれば、電動モータの動力を用いてバルブタイミング等を変更することにより、クランクシャフトより直接動力を取り出す必要がなくなり、燃費の向上が図れることとなる。
ところで、上記特許文献1に開示された機構においては、電動モータの駆動力を、ねじ軸とナットとを含むボールねじ機構を介して、バルブタイミング等を可変とするコントロールシャフトに伝達している。ここで、内燃機関の動作時にカムシャフト回転により発生した正逆二方向に繰り返される高周波の力が、動弁機構側からコントロールシャフトへ伝達され、更にコントロールシャフトを介して、ボールねじ機構にも伝達される。 Incidentally, in the mechanism disclosed in Patent Document 1, the driving force of the electric motor is transmitted to a control shaft whose valve timing is variable via a ball screw mechanism including a screw shaft and a nut. Here, a high-frequency force repeated in the forward and reverse directions generated by the camshaft rotation during operation of the internal combustion engine is transmitted from the valve mechanism side to the control shaft, and further to the ball screw mechanism via the control shaft. Is done.
しかるに、例えば大量生産されるボールねじ機構は、一般的にはその精度誤差範囲が大きくても、むしろコストを下げることに主眼がおかれる傾向がある。そのため、ボールねじ機構の円滑な動作を確保すべく、ねじ軸、ナット、ボールの相対隙間を比較的大きく取らざるを得ないという実情がある。ところが、上述したように、高周波の力がコントロールシャフトからボールねじ機構に伝達された場合、ねじ軸、ナット、ボールの相対隙間が比較的大きいと、ねじ軸とナットとの微少な高周波振動に従って、常にねじ軸、ナット、ボールによる衝突が繰り返され、それにより異音や騒音を発生するという問題が生じる。 However, for example, ball screw mechanisms that are mass-produced generally tend to focus on lowering the cost even if the accuracy error range is large. Therefore, in order to ensure the smooth operation of the ball screw mechanism, there is a fact that the relative clearance between the screw shaft, the nut, and the ball must be relatively large. However, as described above, when a high-frequency force is transmitted from the control shaft to the ball screw mechanism, if the relative clearance between the screw shaft, the nut, and the ball is relatively large, according to the minute high-frequency vibration between the screw shaft and the nut, The collision with the screw shaft, nut and ball is always repeated, which causes a problem of generating abnormal noise and noise.
一方、特許文献2には、ねじ軸に取り付けた制振部材により、ねじ軸の径方向の振動を抑制する構成が記載されている。このような制振部材をナットに設けることも考えられるが、ナットの回り止めとの関係をどのようにするかという問題がある。 On the other hand, Patent Document 2 describes a configuration in which vibration in the radial direction of the screw shaft is suppressed by a damping member attached to the screw shaft. Although it is conceivable to provide such a damping member on the nut, there is a problem of how to make a relationship with the nut detent.
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、低コスト且つコンパクトでありながら、異音等の問題を回避できる動弁機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a valve mechanism that can avoid problems such as abnormal noise while being low-cost and compact.
本発明の動弁機構は、バルブの開閉状態を変更可能な動弁機構において、
回転変位することで、バルブの開閉状態を変更するコントロールシャフトと、
電動モータと、
前記電動モータの動力を、前記コントロールシャフトに伝達するボールねじ機構とを備え、
前記ボールねじ機構は、前記電動モータにより回転駆動され外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝間に転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有することを特徴とする。
The valve operating mechanism of the present invention is a valve operating mechanism capable of changing the open / close state of the valve.
A control shaft that changes the open / closed state of the valve by rotational displacement;
An electric motor;
A ball screw mechanism that transmits the power of the electric motor to the control shaft;
The ball screw mechanism is opposed to a screw shaft that is rotationally driven by the electric motor and has a male screw groove formed on an outer peripheral surface thereof, and a nut that is disposed so as to surround the screw shaft and has a female screw groove formed on an inner peripheral surface thereof. It has a plurality of balls arranged so as to be able to roll between both screw grooves, and a restraining means for preventing rotation of the nut and restraining displacement in the radial direction by engaging with the nut. .
本発明の動弁機構によれば、前記ボールねじ機構が、前記電動モータにより回転駆動され外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝間に転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有するので、前記ナットの回り止めを達成しつつ、前記抑制手段が前記ナットにおける高周波振動を低減し、それにより前記ねじ軸、前記ナット、前記ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、それによりコンパクトな構成ながら異音や騒音の発生を抑制することができる。尚、「バルブの開閉状態」とは、バルブタイミング、バルブリフト量、位相等をいうが、これに限られない。 According to the valve mechanism of the present invention, the ball screw mechanism is disposed so as to surround the screw shaft and to be surrounded by a screw shaft that is rotationally driven by the electric motor and has an external thread groove formed on the outer peripheral surface. A nut formed with a female thread groove, a plurality of balls arranged to roll between the opposing thread grooves, and engaging the nut to prevent rotation of the nut and suppression of radial displacement. And the suppression means reduces the high-frequency vibrations in the nut while achieving the rotation prevention of the nut, thereby even when the relative clearance between the screw shaft, the nut, and the ball is relatively large. , These collisions can be mitigated, and thereby the generation of abnormal noise and noise can be suppressed with a compact configuration. The “valve open / closed state” refers to valve timing, valve lift, phase, etc., but is not limited thereto.
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在する溝を含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。尚、前記ナットの外周全てもしくは一部と、前記ハウジングとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記ハウジングに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。即ち、「係合」とは接触状態のみならず、微少スキマを介在させつつ配置された状態を含む。 It is preferable that the restraining means is provided in the housing and includes a groove that engages with the nut and extends in the axial direction, since it is possible to prevent rotation of the nut and restrain radial displacement. In addition, if all or a part of the outer periphery of the nut is placed in contact with the housing or a slight gap is interposed, galling displacement generated in the nut is suppressed by restraining the nut with respect to the housing, Alternatively, vibration that causes noise can be suppressed. That is, the “engagement” includes not only the contact state but also a state in which the minute gap is disposed.
前記抑制手段は、ハウジングに設けられ、前記ナットに係合し軸線方向に延在するガイドシャフトを含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。かかる場合、前記ガイドシャフトは、前記ナットに形成された溝や孔に係合すると良く、前記ナットの溝や孔と、前記ガイドシャフトとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記ガイドシャフトに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。 The suppression means is preferably provided in the housing and includes a guide shaft that engages with the nut and extends in the axial direction, so that it is possible to prevent rotation of the nut and suppression of radial displacement. In such a case, the guide shaft may be engaged with a groove or hole formed in the nut, and if the groove or hole of the nut and the guide shaft are arranged in contact or with a slight gap therebetween, The resulting galling displacement can be suppressed by restraining the nut with respect to the guide shaft, or vibration that causes noise can be suppressed.
前記抑制手段は、前記ナットとハウジングとの間に配置され、軸線直交方向断面をとったとき、少なくとも一部が非円形である外周面と内周面とを有するカラーを含むと、前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを実現できるので好ましい。前記ナットの外周全てもしくは一部と、前記カラーとを接触もしくは微少スキマを介在させて配置すると、前記ナットに生じるコジリ変位を、前記カラーに対して前記ナットを拘束することで抑制し、或いは騒音を生じさせる振動を抑制できる。 When the restraining means is disposed between the nut and the housing and includes a collar having an outer peripheral surface and an inner peripheral surface, at least a part of which is non-circular when the cross section in the direction perpendicular to the axis is taken, This is preferable because rotation prevention and suppression of radial displacement can be realized. When all or part of the outer periphery of the nut is in contact with the collar or with a slight gap interposed therebetween, galling displacement generated in the nut is suppressed by restraining the nut with respect to the collar, or noise. The vibration which produces can be suppressed.
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態であるボールネジ機構を含む、バルブタイミング及びバルブリフトを変更できる動弁 機構の斜視図である。尚、図1においては、理解しやすいように、内燃機関1気筒の吸気側の2本のバルブについて図示している。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a valve mechanism that can change the valve timing and valve lift, including the ball screw mechanism according to the present embodiment. In FIG. 1, for easy understanding, two valves on the intake side of one cylinder of the internal combustion engine are illustrated.
図1において、不図示のシリンダヘッドに回転自在に取り付けられたドライブシャフト101と、コントロールシャフト102とが並行に延在している。ドライブシャフト101には円盤状の偏心カム101aが形成されており、コントロールシャフト102にも、円盤状の偏心カム102aが形成されている。ドライブシャフト101の偏心カム101aに係合する孔103aを備えた第1リンク103の上部が、コントロールシャフト102側に延在し、コントロールシャフト102の偏心カム102aに係合する孔104aを備えたロッカーアーム104の一端に枢動可能に取り付けられている。ロッカーアーム104の他端には、第2リンク105の上端が枢動可能に取り付けられており、第2リンク105の下端は、ドライブシャフト101に対して揺動自在に取り付けられたアウトプットカム106に当接するように配置されている。アウトプットカム106は、一対の円筒状のバルブリフタ107の上面に当接しており、各バルブリフタ107は、バルブ108のステム上端に当接している。
In FIG. 1, a
コントロールシャフト102の一端には、その回転位置を検出するポジションセンサ109が取り付けられ、又、第3のリンク110を介して、ナット5に連結されている。ナット5とねじ軸4とは、回転運動と軸線運動とを変換可能に連結されており、更にねじ軸4と電動モータ1の回転軸と連結されている。ECU111は、ポジションセンサ109からの信号を受信し、それに応じて電動モータ1を駆動制御するようになっている。
A
図2は、図1のボールねじ機構の側面図であり、図3は、図2のボールねじ機構をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図2,3においては、電動モータ1と第3のリンク110は省略して示している。
2 is a side view of the ball screw mechanism of FIG. 1, and FIG. 3 is a view of the ball screw mechanism of FIG. 2 taken along line III-III and viewed in the direction of the arrow. In FIGS. 2 and 3, the electric motor 1 and the
図3において、左端を不図示の電動モータに連結されるねじ軸4は、その両端に形成された円筒部4a、4aにおいて、ハウジングHに対して、軸受6,7により回転自在に且つ軸線方向移動不能に支持されている。ねじ軸4の中央外周面には、雄ねじ溝4b(一部のみ図示)が形成されている。略円筒状のナット5は、ねじ軸4を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝(不図示)を形成している。不図示のボールが対向する両ねじ溝間に転動自在に配置されている。ねじ軸4と,ナット5と、不図示のボールとでボールねじ機構を構成する。
In FIG. 3, the
ナット5の上部には、第3のリンク110(図1)に連結するための連結部5aが形成されている。ナット5の下部中央の切り欠かれた部位には、ボールを循環させるためのチューブ5bが設けられている。
A connecting
ハウジングHには、一対の斜面からなるテーパ形状の溝Gが設けられており、ここにナット5が対向斜面5cを当接させて配置されている。溝Gの長手方向の長さは、ナット5の全長より長く、従って溝Gに沿って、ナット5は軸線方向に移動可能となっている。尚、チューブ5bはナット5の外周面における軸線寄りの切欠部内にあるので、溝Gに接触することはない。本実施の形態においては、ナット5の対向斜面5c及びハウジングHの溝Gが抑制手段を構成する。
The housing H is provided with a tapered groove G composed of a pair of slopes, and the
本実施の形態の動弁機構の動作について説明する。ドライブシャフト101が、不図示のクランクシャフトに同期して回転すると、偏心カム101aが偏心運動をして第1のリンク103を上下に往復動させる。第1のリンク103が上下に往復動すると、それに応じてロッカーアーム104が揺動運動をする。ロッカーアーム104の揺動運動により、第2のリンク105が上下に往復動し、アウトプットカム106を揺動させる。アウトプットカム106の揺動により、それに当接するバルブリフタ107を介して、バルブ108が往復動するようになっている。
The operation of the valve mechanism of the present embodiment will be described. When the
上述したように、ECU111の駆動制御により、電動モータ1が駆動され、その回転軸と共にねじ軸4が回転するので、その回転は、ナット5の軸線方向移動に円滑に変換され、第3のリンク110が移動することで、コントロールシャフト102が回転変位する。コントロールシャフト102の回転位置に応じて偏心カム102aが回転変位し、それによりロッカーアーム104が変位するので、それに応じて所望のバルブタイミング等を設定できる。
As described above, the electric motor 1 is driven by the drive control of the
図4は、ロッカーアーム104の位置と、バルブ108のリフト量の変化を示す図である。例えば、コントロールシャフト102を図4(a)、(b)の位置に設定した場合における上死点(a)と下死点(b)との差であるΔ1(図4(b))は、コントロールシャフト102を図4(c)、(d)の位置に設定した場合における上死点(c)と下死点(d)との差であるΔ2(図4(d))に比べ、大きくすることができる。更に、コントロールシャフト102をドライブシャフト101と同期させて回転させることで、バルブタイミングや位相の変更も可能となる。
FIG. 4 is a diagram illustrating changes in the position of the
ここで、内燃機関の動作時にドライブシャフト101の回転により発生した正逆二方向に繰り返される高周波の力が、動弁機構側からコントロールシャフト102へ伝達され、更にコントロールシャフト102を介して、ボールねじ機構にも伝達される。本実施の形態によれば、ナット5の対向斜面5cに溝Gの斜面が当接しその半径方向の変位を抑制するので、それによりナット5における高周波振動を低減し、ねじ軸4、ナット5、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、一対の対向斜面5cが溝Gの斜面に当接することで、ナット5の回り止めが図れる。すなわち、ナット5の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
Here, a high-frequency force repeated in the forward and reverse directions generated by the rotation of the
図5は、図1に示す動弁機構に用いることができる第2の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図であり、図6は、図5のボールねじ機構をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図5,6においては、電動モータ1と第3のリンク110及び軸受6,7は省略して示している。
FIG. 5 is a side view of a ball screw mechanism according to a second embodiment that can be used in the valve mechanism shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the ball screw mechanism of FIG. And it is the figure seen in the direction of an arrow. 5 and 6, the electric motor 1, the
本実施の形態のボールねじ機構は、図2,3の実施の形態に対して抑制手段の構成が異なっている。より具体的には、ハウジングHに形成された一対の柱部P、Pの間に、ガイドシャフトGSが掛け渡されている。又、ナット5’の外周面には、半径方向に盛り上がった隆起部5d’が形成され、隆起部5d’の貫通孔5e’にガイドシャフトGSが挿通されている。従って、ナット5’はガイドシャフトGSに沿って軸線方向に移動可能となっている。本実施の形態においては、ナット5’の貫通孔5e’とガイドシャフトGSが抑制手段を構成する。又、貫通孔5e’とガイドシャフトGSとの係合によっても、ナット5’の回り止めを行えるようになっている。それ以外の構成については、図2,3に示す実施の形態と同様であるので説明を省略する。
The ball screw mechanism of the present embodiment differs from the embodiment of FIGS. More specifically, a guide shaft GS is spanned between a pair of pillar portions P, P formed in the housing H. Further, a raised
本実施の形態によれば、ナット5’の貫通孔5d’にガイドシャフトGSが挿通されその半径方向の変位を抑制するので、それによりナット5’における高周波振動を低減し、ねじ軸4、ナット5’、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、貫通孔5e’がガイドシャフトGSに係合することで、ナット5’の回り止めが図れる。すなわち、ナット5’の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
According to the present embodiment, since the guide shaft GS is inserted through the through
図7は、図1に示す動弁機構に用いることができる第3の実施の形態にかかるボールねじ機構の側面図である。図8は、図7の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図7においては、電動モータ1と第3のリンク110は省略して示している。
FIG. 7 is a side view of a ball screw mechanism according to a third embodiment that can be used in the valve mechanism shown in FIG. FIG. 8 is a view of the configuration of FIG. 7 taken along line VIII-VIII and viewed in the direction of the arrow. In FIG. 7, the electric motor 1 and the
本実施の形態のボールねじ機構は、図2,3の実施の形態に対して抑制手段の構成が異なっている。より具体的に説明する。ナット5”には、その外周面を軸線に平行な平面で切り取って形成された一対のナット面5f”が形成されている。ナット面5f”に接続するそれ以外の周方向の面は円筒面の一部となっている。一方、樹脂製のカラー8の内形状は、ナット5”の外形状に一致し、即ちナット面5f”に対応した一対の内周平面8aが形成されている。更にカラー8の外周面には、ハウジングHに形成された矩形断面の溝Gの側面に対応した一対の外周平面8bが形成されており、少なくとも3カ所でカラー8の外周面は、溝Gの側面及び底面と接触している。カラー8の内周平面8aと外周平面8bとの位相は90度ずれているが、これに限られない。カラー8は、ナット5”の止め輪溝5g”に取り付けられた止め輪9により、ナット5”からの脱落が阻止されるようになっている。それ以外の構成については、図2,3に示す実施の形態と同様であるので説明を省略する。ナット5”のナット面5f”、カラー8,ハウジングHの溝Gが抑制手段を構成する。
The ball screw mechanism of the present embodiment differs from the embodiment of FIGS. This will be described more specifically. The
本実施の形態によれば、ナット5”の外周とハウジングHの溝Gとの間にカラー8が介在し、ナット5”の半径方向の変位を抑制するので、それによりナット5”における高周波振動を低減し、ねじ軸4、ナット5”、ボールの相対隙間が比較的大きい場合でも、それらの衝突を緩和し、従って異音や騒音の発生を抑制することができる。又、カラー8が軸線直交方向断面をとったとき、少なくとも一部が非円形である外周面8bと内周面8aとを有するため、これらがナット5”とハウジングHの溝Gにおける対応する面にそれぞれ係合することで回り止めが図れる。すなわち、ナット5”の回り止め及び半径方向の変位の抑制を同時に達成できる。
According to the present embodiment, since the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、抑制手段とナットとの係合とは、実際に当接する他、微少スキマを隔てて対峙する場合を含む。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the engagement between the restraining means and the nut includes a case where the restraining means and the nut are actually brought into contact with each other with a minute gap therebetween.
1 電動モータ
4 ねじ軸
5、5’、5” ナット
6,7 軸受
8 カラー
9 止め輪
101 ドライブシャフト
101a 偏心カム
102 コントロールシャフト
102a 偏心カム
103 リンク
104 ロッカーアーム
105 第2リンク
106 アウトプットカム
107 バルブリフタ
108 バルブ
109 ポジションセンサ
110 第3リンク
C 円筒部
G 溝
GS ガイドシャフト
H ハウジング
P 柱部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
C Cylindrical part G Groove GS Guide shaft H Housing P Column
Claims (4)
回転変位することで、バルブの開閉状態を変更するコントロールシャフトと、
電動モータと、
前記電動モータの動力を、前記コントロールシャフトに伝達するボールねじ機構とを備え、
前記ボールねじ機構は、前記電動モータにより回転駆動され外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、対向する両ねじ溝間に転動自在に配置された複数のボールと、前記ナットに係合することにより前記ナットの回転防止と半径方向の変位の抑制とを行う抑制手段とを有することを特徴とする動弁機構。 In the valve mechanism that can change the open / close state of the valve,
A control shaft that changes the open / closed state of the valve by rotational displacement;
An electric motor;
A ball screw mechanism that transmits the power of the electric motor to the control shaft;
The ball screw mechanism is opposed to a screw shaft that is rotationally driven by the electric motor and has a male screw groove formed on an outer peripheral surface thereof, and a nut that is disposed so as to surround the screw shaft and has a female screw groove formed on an inner peripheral surface thereof. It has a plurality of balls arranged so as to be able to roll between both screw grooves, and a restraining means for preventing rotation of the nut and restraining displacement in the radial direction by engaging with the nut. Valve mechanism.
The restraining means is disposed between the nut and the housing, and includes a collar having an outer peripheral surface and an inner peripheral surface, at least a part of which is non-circular when taken in an axial orthogonal cross section. The valve operating mechanism according to claim 1.
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