JP2008025408A - Valve timing adjustment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置に関する。 The present invention relates to a valve timing adjusting device for an internal combustion engine that adjusts the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve whose camshaft opens and closes by torque transmission from a crankshaft.
従来、内燃機関の始動性確保と燃費・出力向上との両立を図るべく、内燃機関の始動(以下、「機関始動」という。)時において、バルブタイミングを決めるクランク軸及びカム軸間の相対位相(以下、「機関位相」という。)を最遅角位相及び最進角位相間の中間位相に保持可能としたバルブタイミング調整装置が、知られている。 Conventionally, the relative phase between the crankshaft and the camshaft that determines the valve timing when the internal combustion engine is started (hereinafter referred to as “engine start”), in order to ensure both startability of the internal combustion engine and improvement in fuel consumption and output. 2. Description of the Related Art There is known a valve timing adjusting device that can hold (hereinafter referred to as “engine phase”) in an intermediate phase between the most retarded angle phase and the most advanced angle phase.
例えば特許文献1に開示の装置では、機関始動時において弾性部材の復原力による付勢トルクとバランスさせるブレーキトルクを発生させることによって、中間位相を実現している。
しかし、特許文献1に開示の装置では、機関位相の全域において弾性部材の復原力による付勢トルクを機関位相に対して線形変化させている。そのため、例えばブレーキ装置が特性変化してブレーキトルクがばらつくと、図11に示すように、ブレーキトルクと付勢トルクとのバランスによって実現される中間位相にもばらつきが生じてしまう。これは、例えば弾性部材が特性変化して付勢トルクがばらつくことによっても、同様に生じる現象である。このようなことから、特許文献1に開示の装置では、機関始動時に所望の中間位相が得られないおそれがある。
However, in the apparatus disclosed in
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、機関始動時において実現する中間位相のばらつきを抑制するバルブタイミング調整装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a valve timing adjusting device that suppresses variations in the intermediate phase that is realized when the engine is started.
請求項1に記載の発明によると、トルク発生手段から位相変化機構の入力回転体に入力される設定方向の制御トルクとは逆方向へ入力回転体を付勢する付勢トルクは、機関位相が中間位相となるときに付勢手段によってステップ状に変化させられる。これにより、中間位相においては付勢トルクの段差が生まれるため、制御トルクや付勢トルクにばらつきが生じたとしても、付勢トルクにおいて制御トルクとバランスするバランス点を例えば段差の幅内にてずらすことができる。即ち、付勢トルクの段差によって入力回転体への作用トルクのばらつきを吸収することができるので、機関始動時には、入力回転体におけるトルクバランスを中間位相で保持して当該中間位相のばらつきを抑制することができる。尚、「ステップ状に変化」とは、中間位相の両側において付勢トルクの段差を生む変化であればよく、当該変化が実質的に中間位相のみにおいて実現されるものであってもよいし、当該変化が中間位相を挟む位相領域(例えば、中間位相に対して僅かに広がった領域)において実現されるものであってもよい。 According to the first aspect of the present invention, the urging torque for urging the input rotator in the direction opposite to the control torque in the setting direction input from the torque generating means to the input rotator of the phase change mechanism has an engine phase of When the intermediate phase is reached, it is changed stepwise by the biasing means. As a result, a step of the urging torque is generated in the intermediate phase. Even if the control torque and the urging torque vary, the balance point that balances the control torque in the urging torque is shifted within the width of the step, for example. be able to. That is, since the variation in the applied torque to the input rotator can be absorbed by the step of the urging torque, the torque balance in the input rotator is held at the intermediate phase and the variation in the intermediate phase is suppressed when the engine is started. be able to. The “change in a step shape” may be a change that generates a step of the energizing torque on both sides of the intermediate phase, and the change may be realized substantially only in the intermediate phase. The change may be realized in a phase region sandwiching the intermediate phase (for example, a region slightly widened with respect to the intermediate phase).
請求項2に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相においてステップ状に変化する付勢トルクの段差の幅を制御トルクのばらつき幅よりも大きく設定するので、制御トルクのばらつきを段差によって確実に吸収できる。したがって、中間位相のばらつきの抑制効果が促進される。 According to the second aspect of the present invention, the biasing means sets the width of the step of the biasing torque that changes stepwise in the intermediate phase to be larger than the variation width of the control torque. Can be absorbed reliably. Therefore, the effect of suppressing the variation in the intermediate phase is promoted.
機関始動時を含む内燃機関の運転(以下、「機関運転」という。)時には、通常、カム軸の変動トルクが位相変化機構へ伝達される。そのため、機関位相を高精度に調整する上では、制動トルクと付勢トルクとのバランスのみならず、それらのトルクと変動トルクの平均トルクとのバランスを考慮することが有効となる。尚、一般に変動トルクの平均トルクは、カム軸のカムに発生するフリクション、内燃機関を潤滑するオイルの種類、環境温度等の様々な要因によってばらつく傾向がある。 During operation of the internal combustion engine including when the engine is started (hereinafter referred to as “engine operation”), the camshaft fluctuation torque is normally transmitted to the phase change mechanism. Therefore, in order to adjust the engine phase with high accuracy, it is effective to consider not only the balance between the braking torque and the urging torque but also the balance between these torques and the average torque of the fluctuation torque. In general, the average torque of the variable torque tends to vary depending on various factors such as the friction generated in the cam of the camshaft, the type of oil that lubricates the internal combustion engine, and the environmental temperature.
そこで請求項3に記載の発明によると、機関始動時においてカム軸から位相変化機構へ伝達されて入力回転体に作用する変動トルクの平均トルクと、付勢トルクとの総和をバランス対象トルクと定義する。この定義の下、トルク発生手段が機関始動時に入力回転体に作用させる制御トルクは、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方におけるバランス対象トルクのばらつき上限値よりも大きく、且つ中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方におけるバランス対象トルクのばらつき下限値よりも小さく設定される。この設定によれば、変動トルクの平均トルクや付勢トルクにばらつきが生じたとしても、それらトルクの総和であるバランス対象トルクにおいて制御トルクとバランスする点を、ステップ状に変化する付勢トルクの段差の幅内に収めることができる。故に、機関始動時には、入力回転体にそれぞれ作用する制御トルク、付勢トルク及び変動トルクの平均トルクを中間位相にてバランスさせることができるので、当該中間位相の実現精度がアップする。 Therefore, according to the third aspect of the present invention, the sum of the average torque of the varying torque that is transmitted from the camshaft to the phase change mechanism and acts on the input rotator when the engine is started and the biasing torque is defined as the balance target torque. To do. Under this definition, the control torque that the torque generating means acts on the input rotor when starting the engine is larger than the upper limit of variation of the balance target torque on the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side relative to the intermediate phase. In addition, it is set smaller than the variation lower limit value of the balance target torque on the other side of the most retarded angle phase and the most advanced angle phase with respect to the intermediate phase. According to this setting, even if variations occur in the average torque and the energizing torque of the fluctuation torque, the point that balances the control torque in the balance target torque that is the sum of these torques is the step of the energizing torque that changes stepwise. Can fit within the width of the step. Therefore, when the engine is started, the average torque of the control torque, the urging torque, and the variable torque acting on the input rotating body can be balanced in the intermediate phase, so that the accuracy of realizing the intermediate phase is improved.
請求項4に記載の発明によると、付勢手段は、バランス対象トルクの上記ばらつき上限値及び上記ばらつき下限値の差が制御トルクのばらつき幅よりも大きくなるように、中間位相における付勢トルクの段差の幅を設定する。この設定によれば、バランス対象トルクにおいて制御トルクとバランスする点を付勢トルクの段差の幅内に確実に収めることができる。したがって、中間位相の実現精度のアップ効果が促進される。 According to the fourth aspect of the present invention, the biasing means is configured to adjust the biasing torque in the intermediate phase so that the difference between the variation upper limit value and the variation lower limit value of the balance target torque is larger than the variation width of the control torque. Set the width of the step. According to this setting, the point that balances with the control torque in the balance target torque can be surely contained within the width of the step of the urging torque. Therefore, the effect of improving the accuracy of realizing the intermediate phase is promoted.
請求項5に記載の発明によると、カム軸からの変動トルクは、平均して制御トルクの逆方向へ入力回転体に作用する。即ち、変動トルクの平均トルクは制御トルクとは逆方向のトルクとなるので、万が一、付勢手段に異常が発生したとしても、入力回転体における制御トルクと当該平均トルクとのバランスにより入力回転体を回転させて、機関位相を調整することが可能になる。 According to the fifth aspect of the present invention, the fluctuation torque from the camshaft acts on the input rotating body in the reverse direction of the control torque on average. That is, since the average torque of the variable torque is a torque in the direction opposite to the control torque, even if an abnormality occurs in the biasing means, the input rotator is balanced by the balance between the control torque in the input rotator and the average torque. It is possible to adjust the engine phase by rotating.
請求項6に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相において付勢トルクを、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方の値に対して立ち上げると共に中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方の値に対して立ち下げる。これによれば、付勢トルクがステップ状に変化するときの機関位相が中間位相の両側に広がることを抑制できるので、上述したように入力回転体のトルクバランスによって実現される中間位相については、一層ばらつき難くなる。尚、付勢トルクとして立ち上がりの起点となる「中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方の値」は、「0」であってもよいし、「0」よりも大きな値であってもよい。 According to the sixth aspect of the present invention, the urging means raises the urging torque in the intermediate phase with respect to one value of the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side with respect to the intermediate phase and the intermediate phase. Relative to the other value on the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side. According to this, since the engine phase when the urging torque changes in a step shape can be suppressed from spreading to both sides of the intermediate phase, as described above, the intermediate phase realized by the torque balance of the input rotating body is as follows. It becomes more difficult to vary. It should be noted that “one value on the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side relative to the intermediate phase”, which is the starting point of the rising as the energizing torque, may be “0” or greater than “0”. It may be a value.
請求項7に記載の発明によると、付勢手段の弾性部材は、中間位相並びに中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方において位相変化機構に係合することにより、付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生する。一方、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方において弾性部材は、位相変化機構から離脱することにより付勢トルクへの復原力の関与を規制する。このような弾性部材によれば、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側のうち弾性部材が位相変化機構から離脱する側の値に対してシャープに立ち上がり、且つ弾性部材が位相変化機構に係合する側の値に対してシャープに立ち下がる付勢トルクを、簡素な構成にて与えることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the elastic member of the urging means is attached by engaging the phase change mechanism at one of the intermediate phase and the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side of the intermediate phase. A restoring force that provides at least a part of the force torque is generated. On the other hand, the elastic member on the other side of the most retarded angle phase and the most advanced angle phase with respect to the intermediate phase regulates the contribution of the restoring force to the urging torque by separating from the phase change mechanism. According to such an elastic member, the elastic member rises sharply with respect to the value on the side of the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side of the intermediate phase from which the elastic member leaves the phase change mechanism, and the elastic member is in phase. The biasing torque that falls sharply with respect to the value on the side engaged with the change mechanism can be provided with a simple configuration.
請求項8に記載の発明によると、弾性部材は、中間位相並びに中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方において入力回転体に係合し、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方において入力回転体から離脱する。これにより、弾性部材が入力回転体に係合するときには、弾性部材の復原力が入力回転体に直接的に作用して付勢トルクを与えることになるので、所望の付勢トルクを発生するのに必要な復原力を可及的に小さくすることができる。故に、低ばね定数の弾性部材を用いて弾性部材の小型化、ひいては装置の小型化を図ることが可能になる。 According to the eighth aspect of the present invention, the elastic member is engaged with the input rotating body at one of the intermediate phase and the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side from the intermediate phase, and the most retarded angle from the intermediate phase. The other side of the phase side and the most advanced angle phase side leaves the input rotator. As a result, when the elastic member is engaged with the input rotator, the restoring force of the elastic member acts directly on the input rotator to give the urging torque, so that the desired urging torque is generated. It is possible to reduce the necessary restoring force as much as possible. Therefore, it is possible to reduce the size of the elastic member by using an elastic member having a low spring constant, and thus to reduce the size of the apparatus.
請求項9に記載の発明によると、弾性部材は巻きばねであるので、付勢トルクとなる所定回転方向の復原力を確保する上で必要なサイズを、軸方向及び軸直方向において可及的に小さくすることができる。尚、「巻きばね」は、ばね材が一定曲率又は可変曲率にて巻かれた形状のばねを意味し、例えばねじりコイルばねであってもよいし、渦巻きばねであってもよい。これは、後述する請求項12に記載の発明の「巻きばね」についても同様である。 According to the ninth aspect of the present invention, since the elastic member is a winding spring, the size necessary for securing the restoring force in the predetermined rotation direction as the urging torque is made possible in the axial direction and the axial direction as much as possible. Can be made smaller. The “winding spring” means a spring having a shape in which a spring material is wound with a constant curvature or a variable curvature, and may be, for example, a torsion coil spring or a spiral spring. The same applies to the “winding spring” according to the twelfth aspect of the present invention.
請求項10に記載の発明によると、付勢手段は、上記弾性部材としての第一弾性部材に加えて、第二弾性部材を有する。ここで第二弾性部材は、最遅角位相及び最進角位相の間の全域において位相変化機構に係合することにより、付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生するものである。故に、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構に係合する側では、第一及び第二弾性部材の各復原力の総和によって付勢トルクを与えることができ、また第一弾性部材が位相変化機構から離脱する側では、第一弾性部材のみの復原力によって付勢トルクを与えることができる。したがって、「0」よりも大きな付勢トルクを中間位相の両側において入力回転体に作用させることが可能となるので、付勢トルクと制御トルクとのバランスにより調整可能な機関位相の範囲を広げて、その調整精度を高めることができる。
According to the invention described in
請求項11に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相側から最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構に係合する側へ機関位相が変化するほど、機関位相に対して付勢トルクを線形増大させる。また、中間位相側から最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構から離脱する側へ機関位相が変化するほど、機関位相に対して付勢トルクを線形減少させる。こうした付勢トルクの線形減少及び線形増大は、第一及び第二弾性部材のうち付勢トルクの発生に寄与する部材の弾性変形によって正確に発現させることができる。しかも、付勢トルクとバランスする制御トルクは、付勢トルクが線形減少又は線形増大する範囲においては機関位相に対して線形関係を有することとなるので、所望の機関位相を実現するための制御トルクを容易に且つ正確に決定することができる。 According to the eleventh aspect of the invention, the urging means changes the engine phase from the intermediate phase side to the side of the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side where the first elastic member engages the phase change mechanism. The more the energizing torque is increased linearly with respect to the engine phase. Further, the energizing torque decreases linearly with respect to the engine phase as the engine phase changes from the intermediate phase side to the most retarded phase side and the most advanced phase side from which the first elastic member leaves the phase change mechanism. Let Such linear decrease and increase of the biasing torque can be accurately expressed by elastic deformation of the member that contributes to generation of the biasing torque among the first and second elastic members. In addition, the control torque that balances with the energizing torque has a linear relationship with the engine phase in a range where the energizing torque linearly decreases or increases, so that the control torque for realizing the desired engine phase Can be easily and accurately determined.
請求項12に記載の発明によると、第二弾性部材は巻きばねであるので、付勢トルクとなる所定回転方向の復原力を確保する上で必要なサイズを、軸方向及び軸直方向において可及的に小さくすることができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, since the second elastic member is a winding spring, the size necessary for securing the restoring force in the predetermined rotation direction as the biasing torque can be set in the axial direction and the axial direction. It can be made as small as possible.
請求項13に記載の発明によると、弾性部材は、付勢トルクの全てを与える復原力を発生するので、付勢トルクの発生に必要な部品点数を削減できる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, since the elastic member generates a restoring force that gives all of the urging torque, the number of parts required for generating the urging torque can be reduced.
請求項14に記載の発明によると、トルク発生手段の電動ブレーキ装置は制御トルクとしてのブレーキトルクを発生するので、当該ブレーキトルクの電気制御によって入力回転体のトルクバランス、ひいては機関位相に従うバルブタイミングを高精度に調整できる。
According to the invention described in
請求項15に記載の発明によると、トルク発生手段の電動モータは制御トルクを含む二方の回転トルクを発生するので、当該回転トルクの電気制御によって入力回転体のトルクバランス、ひいては機関位相に従うバルブタイミングを高精度に調整できる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the electric motor of the torque generating means generates two rotational torques including the control torque. Therefore, the valve according to the torque balance of the input rotating body and thus the engine phase is controlled by the electric control of the rotational torque. The timing can be adjusted with high accuracy.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment.
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置1を示している。バルブタイミング調整装置1は、内燃機関のクランク軸(図示しない)からカム軸2へ機関トルクを伝達する伝達系に設けられている。バルブタイミング調整装置1はトルク発生系4及び位相変化機構8等を組み合わせてなり、機関位相を変化させることにより内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを調整する。尚、本実施形態では、クランク軸に対するカム軸2の相対位相として機関位相を定義する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a valve
まず、トルク発生系4について説明する。トルク発生系4は、電動ブレーキ装置5及び通電制御回路6を備えている。電動ブレーキ装置5は、制御トルクTcとして回転軸7に与えるブレーキトルクを通電により発生する所謂電磁ブレーキである。通電制御回路6はマイクロコンピュータ等から構成されており、電動ブレーキ装置5の外部及び/又は内部に配置されて電動ブレーキ装置5と電気的に接続されている。機関運転時において通電制御回路6は、電動ブレーキ装置5への通電を制御する。この制御された通電を受けて電動ブレーキ装置5は、回転軸7に与える制御トルクTcを保持又は増減する。
First, the
次に、位相変化機構8について説明する。位相変化機構8は、駆動側回転体10、従動側回転体20、弾性部材30,32、遊星キャリア40及び遊星歯車50を備えている。
Next, the
図1,2に示すように、駆動側回転体10は、共に筒状の歯車部材12とスプロケット13とを螺子止めしてなる。歯車部材12の内周部は駆動側内歯車部14を形成している。スプロケット13には、外周側へ突出する複数の歯16が設けられている。スプロケット13は、それらの歯16とクランク軸の複数の歯との間で環状のタイミングチェーンが巻き掛けられることにより、クランク軸と連繋している。したがって、クランク軸から出力された機関トルクがタイミングチェーンを通じてスプロケット13に入力されるとき、駆動側回転体10は、クランク軸と連動して当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ回転する。このとき駆動側回転体10の回転方向は、図2の時計方向となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the drive-side
従動側回転体20は筒状であり、スプロケット13の内周側に同心的に配置されている。従動側回転体20の外周部は、駆動側内歯車部14の内周側に同心的に従動側外歯車部22を形成している。従動側回転体20の内周部は、カム軸2に同軸上にボルト固定されて連繋する連繋部24を形成している。この連繋により従動側回転体20は、カム軸2と連動して当該カム軸2に対する相対位相を保ちつつ回転可能となっており、また駆動側回転体10に対して相対回転可能となっている。尚、図2に示すように、駆動側回転体10に対して従動側回転体20が進角する相対回転方向が方向Xであり、駆動側回転体10に対して従動側回転体20が遅角する相対回転方向が方向Yである。
The driven
図1,3に示すように、第一弾性部材30は「巻きばね」としての渦巻きばねからなり、遊星キャリア40の外周側をばね材が可変曲率にて延伸する形態で配置されている。第一弾性部材30の一端部34は、ピン部材18を介して歯車部材12に常時係合している。第一弾性部材30の他端部35は、図4に示すように、歯車部材12のストッパ部19及び後述する遊星キャリア40のストッパ部46のうち一方に係合し、他方から離脱する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the first
図1に示すように、第二弾性部材32は「巻きばね」としてのねじりコイルばねからなり、スプロケット13の内周側に同心的に配置されている。第二弾性部材32の一端部38はスプロケット13に常時係合し、第二弾性部材32の他端部39は従動側回転体20に常時係合している。
As shown in FIG. 1, the second
図1,3に示すように、遊星キャリア40は筒状であり、電動ブレーキ装置5の回転軸7から制御トルクTcが入力される入力部41を内周部により形成している。回転体10,20及び回転軸7に対して同心的な入力部41には複数の溝部42が開口しており、それら溝部42に嵌合する継手43を介して遊星キャリア40が回転軸7に連繋している。この連繋により遊星キャリア40は回転軸7と一体に回転可能となっており、また駆動側回転体10に対して相対回転可能となっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図1に示すように、遊星キャリア40は、歯車部14,22に対して偏心する偏心部44を一端部側の外周部により形成している。偏心部44は、遊星歯車50の中心孔部51の内周側にベアリング45を介して嵌合している。この嵌合により遊星歯車50は、偏心部44の偏心中心周りに自転しつつ偏心部44の回転方向に公転する遊星運動を実現可能となっている。図1,3に示すように遊星キャリア40は、偏心部44とは反対側の端部を径方向に貫通する貫通孔47によりストッパ部46を形成している。
As shown in FIG. 1, the
図1,2に示すように、遊星歯車50は筒状であり、偏心部44に対して同心的に配置されている。即ち遊星歯車50は、歯車部14,22に対しては偏心して配置されている。遊星歯車50は、それぞれ異なる箇所で各歯車部14,22に噛合している。具体的には、遊星歯車50の外周部は、偏心側で駆動側内歯車部14に噛合する駆動側外歯車部52を形成している。駆動側外歯車部52の歯数は、駆動側内歯車部14の歯数よりも少なく設定されている。また、遊星歯車50において中心孔部51に隣接する内周部は、偏心側とは反対側で従動側外歯車部22に噛合する従動側内歯車部54を形成している。従動側内歯車部54の歯数は、駆動側外歯車部52の歯数よりも少なく且つ従動側外歯車部22の歯数よりも多く設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
以上の構成により、歯車部14,22に噛合する遊星歯車50が遊星運動することによって遊星キャリア40の回転をカム軸2へ減速して伝達する差動歯車部60が形成されている。この差動歯車部60を備えた位相変化機構8によると、制御トルクTcの保持等により遊星キャリア40が駆動側回転体10に対して相対回転しないときには、遊星歯車50が歯車部14,22との噛合位置を保ちつつ、回転体10,20と一体に回転する。したがって、機関位相は変化せず、それに従ってバルブタイミングが一定に保たれる。
With the above configuration, the
一方、制御トルクTcの増大等により遊星キャリア40が駆動側回転体10に対して方向Yへ相対回転するときには、遊星歯車50が歯車部14,22との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体20が駆動側回転体10に対して方向Xへと相対回転する。したがって、機関位相は進角側へ変化し、それに従ってバルブタイミングが進角する。
On the other hand, when the
また一方、制御トルクTcの減少等により遊星キャリア40が駆動側回転体10に対して方向Xへ相対回転するときには、遊星歯車50が歯車部14,22との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体20が駆動側回転体10に対して方向Yへと相対回転する。したがって、機関位相は遅角側へ変化し、それに従ってバルブタイミングが遅角する。
On the other hand, when the
次に、第一実施形態の特徴部分について説明する。 Next, the characteristic part of 1st embodiment is demonstrated.
(制御トルクTc)
電動ブレーキ装置5が発生する制御トルクTcは、機関運転時に回転する遊星キャリア40に対してブレーキを掛けるものである。したがって、制御トルクTcは、駆動側回転体10に対する遊星キャリア40の相対回転方向のうち機関位相を進角させる方向Y(図3参照)のトルクとなる。
(Control torque Tc )
The control torque Tc generated by the
(変動トルクの平均トルクTave)
機関運転時には、吸気弁の駆動反力により発生する変動トルクがカム軸2から位相変化機構8へ伝達され、当該変動トルクが差動歯車部60を通じて遊星キャリア40に作用する。この変動トルクは、図5に示すように、機関位相を遅角させる向きの正トルク及び機関位相を進角させる向きの負トルクの間において変動するものである。ここで特に本実施形態の変動トルクは、正トルクの最大値T+が負トルクの最小値T−よりも大きくなる傾向を示すものであり、故にその平均トルク(以下、「平均変動トルク」という。)Taveは正側に偏っている。したがって、遊星キャリア40に作用する平均変動トルクTaveは、駆動側回転体10に対する遊星キャリア40の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向X(図3参照)のトルクとなる。
(Average torque T ave of fluctuating torque)
During engine operation, the fluctuation torque generated by the driving reaction force of the intake valve is transmitted from the
(付勢トルクTu)
第一弾性部材30が係合するストッパ部19,46については、図4に示すように、機関位相に応じて切り換わる。具体的には、機関始動を許容する中間位相(以下、「始動位相」という。)Pm並びにそれよりも最進角位相Pa側の機関位相を実現するときには、図4(b),(c)に示すように、第一弾性部材30の端部35がストッパ部46に係合し且つストッパ部19から離脱する。したがって、始動位相Pm並びにそれよりも最進角位相Pa側の位相範囲では、第一弾性部材30が巻方向への弾性変形によって発生した復原力を遊星キャリア40に作用させることにより、遊星キャリア40を付勢する。ここで、本実施形態において遊星キャリア40を付勢する方向は、駆動側回転体10に対する遊星キャリア40の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Xに設定されており、故に付勢によって遊星キャリア40には、当該方向Xのトルクが与えられることになる。一方、始動位相Pmよりも最遅角位相Pr側の機関位相を実現するときには、図4(a)に示すように、第一弾性部材30の端部35がストッパ部19に係合し且つストッパ部46から離脱する。したがって、始動位相Pmよりも最遅角位相Pr側の位相範囲では、第一弾性部材30の復原力による遊星キャリア40の付勢が規制される。尚、以下では、始動位相Pmよりも最遅角位相Pr側の位相範囲を「第一位相範囲R1」、始動位相Pm並びにそれよりも最進角位相Pa側の位相範囲を「第二位相範囲R2」という。
(Biasing torque T u )
As shown in FIG. 4, the
図1に示すように従動側回転体20と常時係合する第二弾性部材32は、巻方向への弾性変形によって発生した復原力を従動側回転体20に作用させることによって、従動側回転体20を付勢する。本実施形態において従動側回転体20を付勢する方向は、駆動側回転体10に対する従動側回転体20の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Y(図3参照)に設定されている。したがって、付勢された従動側回転体20から差動歯車部60を通じて遊星キャリア40に作用するトルクは、駆動側回転体10に対する遊星キャリア40の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向X(図3参照)のトルクとなる。
As shown in FIG. 1, the second
以上より、第一及び第二弾性部材30,32が共に遊星キャリア40を付勢する第二位相範囲R2では、それら弾性部材30,32の双方の復原力による付勢トルクTuが遊星キャリア40の方向Xへと与えられることになる。ここで、弾性部材30,32の復原力はいずれも機関位相の進角側への変化に対して線形増大するようになっており、故に図6に示す第二位相範囲R2では、機関位相が始動位相Pm側から最進角位相Pa側へ変化するほど、付勢トルクTuが線形増大する。一方、第一弾性部材30による遊星キャリア40の付勢が規制されて第二弾性部材32のみが遊星キャリア40を付勢する第一位相範囲R1では、当該弾性部材32の復原力のみによる付勢トルクTuが遊星キャリア40の方向Xへと与えられることになる。ここで、第二弾性部材32の復原力は機関位相の遅角側の変化に対して線形減少するようになっており、故に図6に示す第一位相範囲R1では、機関位相が始動位相Pm側から最遅角位相Pr側へ変化するほど、付勢トルクTuが線形減少する。
From the above, the first and second
このように付勢トルクTuの発生形態は各位相範囲R1,R2で異なっており、また第一弾性部材30には初期荷重が存在するため、図6に示すように始動位相Pmにおいては、付勢トルクTuがステップ状に変化して当該トルクTuの段差ΔTが生まれることとなる。そして特に本実施形態では、付勢トルクTuの発生に寄与する弾性部材の数が始動位相Pmを境に増減するので、始動位相Pmにおいて付勢トルクTuは、僅かに最遅角位相Pr側の値に対してシャープに立ち上がり、且つ僅かに最進角位相Pa側の値に対してシャープに立ち下がっている。これにより、付勢トルクTuがステップ状変化するときの機関位相が始動位相Pmの両側へ広がり難くなるので、付勢トルクTuの段差ΔTを始動位相Pmに正確に形成することができる。尚、本実施形態では、初期荷重により段差ΔTを生む第一弾性部材30の復原力が遊星キャリア40に直接的に作用することで差動歯車部60の減速作用を受けないようになっているので、所望幅の段差ΔTを得るのに必要な復原力を可及的に小さくすることができる。したがって、例えば低ばね定数で小型のばねを第一弾性部材30として用いて装置1の小型化を図ることができる。
Generating form each phase range R 1 of the thus biased torque T u, are different in R 2, and because the first
(トルクバランス)
機関運転時の遊星キャリア40には、方向Yの制御トルクTc並びにそれとは逆方向Xの平均変動トルクTave及び付勢トルクTuが作用し、それらトルクのバランスによって遊星キャリア40の駆動側回転体10に対する相対回転位置、ひいては機関位相が決まる。そこで特に本実施形態では、機関運転時のうち機関始動時(例えば内燃機関が完爆するまでのクランキング時)において機関位相を始動位相Pmに保持するために、制御トルクTcを平均変動トルクTave及び付勢トルクTuに対して適切にバランスさせる。尚、以下では、制御トルクTcとバランスさせる平均変動トルクTave及び付勢トルクTuの総和を「バランス対象トルクTb」というものとする。
(Torque balance)
Engine to the
具体的には、付勢トルクTuのステップ状変化に起因して図7の如くバランス対象トルクTbに現れる段差ΔTに対し、その幅内に収まる制御トルクTcを発生するように、電動ブレーキ装置5への通電を通電制御回路6によってオープンループ制御する。
More specifically, as to the step ΔT appearing in balance target torque T b as shown in FIG. 7 due to the step change of the urging torque T u, generates a control torque T c falling within its width, electric The energization of the
そして好ましくは、図7の如く段差ΔTの幅内において下記の条件(1),(2)を共に満たす制御トルクTcを発生するように、電動ブレーキ装置5への通電をオープンループ制御する。さらにこの場合には、図7の如く下記の条件(3)が成立するように、段差ΔTの幅を弾性部材30,32の荷重調整等によって予め設定しておくことが、より好ましい。尚、図7において、実線グラフはバランス対象トルクTbのばらつきの下限を示し、破線グラフはバランス対象トルクTbのばらつきの上限を示している。
(1)第一位相範囲R1におけるバランス対象トルクTbのばらつきの上限値Tbmaxよりも大きい。
(2)第二位相範囲R2におけるバランス対象トルクTbのばらつきの下限値Tbminよりも小さい。
(3)第一位相範囲R1におけるバランス対象トルクTbのばらつきの上限値Tbmaxと、第二位相範囲R2におけるバランス対象トルクTbのばらつきの下限値Tbminとの差は、制御トルクTcのばらつきの幅δTcよりも大きい。
Preferably, the energization of the
(1) It is larger than the upper limit value T bmax of the variation of the balance target torque T b in the first phase range R 1 .
(2) It is smaller than the lower limit value T bmin of the variation of the balance target torque T b in the second phase range R 2 .
(3) The difference between the upper limit value T bmax of the variation of the balance target torque T b in the first phase range R 1 and the lower limit value T bmin of the variation of the balance target torque T b in the second phase range R 2 is the control torque larger than the width? T c of the variation of T c.
ここで、第一位相範囲R1におけるバランス対象トルクTbのばらつきは、機関始動時において予測される平均変動トルクTaveのばらつきと、付勢トルクTuを与える第二弾性部材32の復原力につき予測されるばらつきと、を考慮して求められる。第二位相範囲R2におけるバランス対象トルクTbのばらつきは、機関始動時において予測される平均変動トルクTaveのばらつきと、付勢トルクTuを与える各弾性部材30,32の復原力につき予測されるばらつきと、を考慮して求められる。制御トルクTcのばらつきは、例えば機関始動に伴う電動ブレーキ装置5への通電開始直後において予測される通電量のばらつき等、を考慮して求められる。
Here, the variation of the balance target torque T b in the first phase range R 1 is a variation of the average variable torque T ave to be expected at the time of engine startup, the restoring force of the second
このように第一実施形態によれば、ステップ状に変化する特徴的な付勢トルクTuの発生により始動位相Pmにピンポイント形成した段差ΔTの幅内には、バランス対象トルクTbにおいて制御トルクTcとバランスする点を収めることができる。故に、遊星キャリア40への作用トルクTc,Tb(Tave,Tu)がばらついたとしても、当該ばらつきを段差ΔTで吸収して所望の始動位相Pmを実現することができる。また特に、制御トルクTcが上記条件(1),(2)を満たすようにした場合には、バランス対象トルクTbを構成する平均変動トルクTaveや付勢トルクTuが予測範囲内で任意にばらついたとしても、当該ばらつきとは無関係に制御トルクTcを段差ΔTの幅内に収めることができるので、始動位相Pmのばらつきが抑えられる。さらに、上記条件(3)が成立するようにした場合には、制御トルクTcが予測範囲内で任意にばらついたとしても、当該ばらつきの幅δTcよりも大きな段差ΔTの幅内に制御トルクTcを確実に収めて、始動位相Pmのばらつきを十分に抑えることができる。
As described above, according to the first embodiment, within the width of the step ΔT that is pinpointed at the starting phase P m by the generation of the characteristic biasing torque Tu that changes stepwise, the balance target torque T b A point that balances with the control torque Tc can be accommodated. Therefore, even if the acting torques T c , T b (T ave , T u ) on the
尚、第一実施形態によれば、第一及び第二位相範囲R1,R2の各々において、「0」よりも大きく且つ機関位相に対して線形変化する付勢トルクTuを発生させることができる。故に、機関始動後には、付勢トルクTuを含むバランス対象トルクTbとバランスさせる制御トルクTcを位相範囲R1,R2の双方、即ち機関位相の全域において設定し易くなる。したがって、トルクのバランス点に応じて変化する機関位相、ひいてはバルブタイミングを高精度に調整することが可能となる。 According to the first embodiment, in each of the first and second phase ranges R 1 and R 2 , the urging torque Tu that is larger than “0” and linearly changes with respect to the engine phase is generated. Can do. Therefore, after the engine is started, the control torque T c to be balanced with the balance target torque T b including the urging torque Tu is easily set in both the phase ranges R 1 and R 2 , that is, in the entire engine phase. Therefore, it is possible to adjust the engine phase that changes in accordance with the torque balance point, and thus the valve timing, with high accuracy.
以上説明した第一実施形態においては、電動ブレーキ装置5及び通電制御回路6を備えたトルク発生系4が「トルク発生手段」に相当し、遊星キャリア40が「入力回転体」に相当し、第一及び第二弾性部材30,32が共同して「付勢手段」を構成する。
In the first embodiment described above, the
(第二実施形態)
図8に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例であり、第二弾性部材32が削減されている。したがって、第二位相範囲R2では、一つの弾性部材30が遊星キャリア40に係合することにより、図9に示すように機関位相に対して線形増大する方向Xの付勢トルクTuの全てを、当該弾性部材30の復原力が与えることになる。一方、第一位相範囲R1では、弾性部材30が遊星キャリア40に係合しないので、図9に示すように、遊星キャリア40に与えられる付勢トルクTuは「0」となる。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 8, the second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment, and the second
このように第二実施形態においても、付勢トルクTuの発生形態が各位相範囲R1,R2で異なっており、また弾性部材30には初期荷重が存在するので、図9に示すように、始動位相Pmでの急峻なステップ状変化により段差ΔTを生む付勢トルクTuが得られることになる。したがって、機関始動時には、遊星キャリア40に作用する付勢トルクTu、平均変動トルクTave及び制御トルクTcを第一実施形態と同様な方法によってバランスさせることができるので、始動位相Pmを高精度に得ることができる。
As described above, also in the second embodiment, the generation form of the urging torque Tu is different in each of the phase ranges R 1 and R 2 , and the initial load is present on the
尚、第二実施形態の場合、機関始動後において第一位相範囲R1内の機関位相を得るには、平均変動トルクTaveと制御トルクTcとをバランスさせる。したがって、第二実施形態は、例えば平均変動トルクTaveが大きい場合に有効である。 In the second embodiment, the average fluctuation torque T ave and the control torque T c are balanced in order to obtain the engine phase within the first phase range R 1 after the engine is started. Therefore, the second embodiment is effective when, for example, the average fluctuation torque T ave is large.
以上説明した第二実施形態においては、弾性部材30が「付勢手段」に相当する。
In the second embodiment described above, the
(第三実施形態)
図10に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例であり、電動ブレーキ装置5の代わりに電動モータ100が設けられている。この電動モータ100は、回転軸7に与える二方向X,Yの回転トルクを通電により発生する、例えばブラシレスモータである。本実施形態では、電動モータ100の発生トルクのうち機関位相を進角させる方向Yのトルクを制御トルクTcとして遊星キャリア40に作用させる。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 10, the third embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment, and an
このような第三実施形態では、機関始動時において、平均変動トルクTave及び付勢トルクTuとバランスする方向Yの制御トルクTcを電動モータ100により発生する。このとき、遊星キャリア40におけるトルクバランスを第一実施形態と同様な方法によって適切化することで、始動位相Pmを高精度に得ることができる。
In such a third embodiment, at the time of engine start, the control torque T c of the average variable torque T ave and the urging torque T u and balance to direction Y generated by the
尚、第三実施形態の場合、電動モータ100の回転トルクの保持等によってバルブタイミングが保たれ、当該回転トルクの方向Yへの増大等によってバルブタイミングが進角し、当該回転トルクの方向Xへの増大等によってバルブタイミングが遅角することになる。
In the case of the third embodiment, the valve timing is maintained by maintaining the rotational torque of the
以上説明した第三実施形態においては、電動モータ100及び通電制御回路6を備えたトルク発生系4が「トルク発生手段」に相当する。
In the third embodiment described above, the
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not construed as being limited to these embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the present invention. it can.
例えば、付勢トルクTuのステップ状の変化については、上述したように最遅角位相Pr及び最進角位相Pa間の一中間位相Pmにおいて生じさせる以外にも、複数の中間位相において生じさせるようにしてもよい。これにより、複雑な制御を必要とすることなく、複数箇所での中間位相止めを実現することができる。尚、複数の中間位相において付勢トルクTuをステップ状に変化させる場合には、例えば弾性部材30に準じて所定の位相範囲内では位相変化機構8の構成要素に係合し、範囲外では当該要素から離脱する弾性部材を追加する等の対応をとることになる。
For example, for the step change of the urging torque T u, in addition to generating the first intermediate phase P m between the most retarded angle phase P r and the most advanced angle phase P a as described above also, a plurality of intermediate phase You may make it produce in. Thereby, intermediate phase stopping at a plurality of locations can be realized without requiring complicated control. When the urging torque Tu is changed stepwise in a plurality of intermediate phases, it engages with the components of the
付勢トルクTuの段差ΔTの幅については、上記条件(3)が成立するように設定することが好ましいが、トルクTc,Tave,Tuの各ばらつき幅の総和と同程度又はそれよりも大きくなるように設定してもよい。ここで、ばらつき幅の総和と同程度の場合には、例えば低ばね定数で小型の弾性部材30の用いて装置1の小型化を図ることが可能であり、またばらつき幅の総和よりも大きい場合には、ばらつき吸収によるロバスト性が増す。以上の他、段差ΔTの幅については、トルクTc,Tave,Tuの各ばらつき幅の総和よりも小さく設定してもよく、この場合には、ばらつきの大部分を段差ΔTにより吸収して機関位相が始動位相から大きく逸脱する事態を防止することが可能となる。
The width of the step ΔT biasing torque T u, it is preferable to set as the condition (3) is satisfied, the torque T c, T ave, comparable to the sum of the variation width of T u or You may set so that it may become larger. Here, in the case where it is approximately equal to the sum of the variation widths, for example, it is possible to reduce the size of the
弾性部材30としては、上述した渦巻きばね以外にも、ねじりコイルばねや他の種類のばねを採用してもよい。また、弾性部材30は、機関位相に応じた弾性変形量に対して非線形変化する復原力を発生するものであってもよい。さらにまた、弾性部材30の端部35については、駆動側回転体10と従動側回転体20との間で係合及び離脱が切り換わるようにしてもよい。
As the
弾性部材32としては、上述したねじりコイルばね以外にも、渦巻きばねや他の種類のばねを採用してもよい。また、弾性部材33は、機関位相に応じた弾性変形量に対して非線形変化する復原力を発生するものであってもよい。さらにまた、弾性部材32の端部39については、弾性部材32の配置位置を変更する等して遊星キャリア40に常時係合させてもよい。
As the
「トルク発生手段」としては、上述した電動ブレーキ装置5や電動モータ100を採用する以外にも、例えば油圧モータ等を採用してもよい。また、そうした「トルク発生手段」が発生する制御トルクTcの方向については、上述の方向Yとは逆方向に設定してもよい。尚、この場合には、付勢トルクTuの方向についても、上述の方向Xとは逆方向に設定することになる。
As the “torque generating means”, for example, a hydraulic motor or the like may be employed in addition to the above-described
位相変化機構8としては、上述した差動歯車部60を備えるもの以外にも、本発明の作用効果が得られる限りにおいて、各種構成の機構を採用することができる。また、位相変化機構8へ伝達される変動トルクの平均トルクTaveについては、上述した方向Xとは逆方向へ遊星キャリア40に作用させるようにしてもよい。
As the
そして、本発明は、上述した吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置に適用することができる。 In addition to the above-described device for adjusting the valve timing of the intake valve, the present invention is applied to a device for adjusting the valve timing of the exhaust valve and a device for adjusting the valve timing of both the intake valve and the exhaust valve. Can do.
1 バルブタイミング調整装置、2 カム軸、4 トルク発生系(トルク発生手段)、5 電動ブレーキ装置(トルク発生手段)、6 通電制御回路(トルク発生手段)、7 回転軸、8 位相変化機構、10 駆動側回転体、14 駆動側内歯車部、18 ピン部材、19,46 ストッパ部、20 従動側回転体、22 従動側外歯車部、30 第一弾性部材・弾性部材(付勢手段・巻きばね)、32 第二弾性部材(付勢手段・巻きばね)、40 遊星キャリア(入力回転体)、41 入力部、47 貫通孔、50 遊星歯車、52 駆動側外歯車部、54 従動側内歯車部、60 差動歯車部、100 電動モータ(トルク発生手段)、Pm 始動位相、R1 第一位相範囲、R2 第二位相範囲、Tave 平均変動トルク(平均トルク)、Tb バランス対象トルク、Tbmax 上限値(ばらつき上限値)、Tbmin 下限値(ばらつき下限値)、Tc 制御トルク、Tu 付勢トルク、ΔT 段差、δTc 幅(ばらつき幅)
DESCRIPTION OF
Claims (15)
設定方向の制御トルクを発生するトルク発生手段と、
前記トルク発生手段から前記制御トルクが入力される入力回転体を有し、前記入力回転体におけるトルクバランスに応じて前記入力回転体が回転することにより前記クランク軸及び前記カム軸の間の相対位相を変化させる位相変化機構と、
前記制御トルクとは逆方向へ前記入力回転体を付勢する付勢トルクを発生する付勢手段であって、前記クランク軸に対する前記カム軸の前記相対位相が最遅角位相及び最進角位相の間の中間位相となるときに前記付勢トルクをステップ状に変化させる付勢手段と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 A valve timing adjustment device for an internal combustion engine that adjusts the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve whose camshaft opens and closes by torque transmission from a crankshaft,
Torque generating means for generating a control torque in the setting direction;
A relative phase between the crankshaft and the camshaft by rotating the input rotator in accordance with a torque balance in the input rotator; A phase change mechanism that changes
An urging means for generating an urging torque that urges the input rotating body in a direction opposite to the control torque, wherein the relative phase of the camshaft with respect to the crankshaft is a most retarded angle phase and a most advanced angle phase. Energizing means for changing the energizing torque stepwise when the intermediate phase is between,
A valve timing adjusting device comprising:
前記トルク発生手段は、前記内燃機関の始動時において前記入力回転体に作用させる前記制御トルクを、前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の一方における前記バランス対象トルクのばらつき上限値よりも大きく、且つ前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の他方における前記バランス対象トルクのばらつき下限値よりも小さく設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブタイミング調整装置。 When the sum of the average torque of the variable torque transmitted from the camshaft to the phase change mechanism and acting on the input rotating body at the start of the internal combustion engine and the biasing torque is defined as a balance target torque,
The torque generating means applies the control torque to be applied to the input rotating body at the start of the internal combustion engine to the balance target torque on one of the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side with respect to the intermediate phase. The variation upper limit value is set to be smaller than a variation lower limit value of the balance target torque on the other side of the most retarded angle phase side and the most advanced angle phase side with respect to the intermediate phase. 3. The valve timing adjusting device according to 1 or 2.
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JP2009185785A (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Denso Corp | Valve timing adjusting device |
JP2011236877A (en) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Denso Corp | Valve timing adjusting device |
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