JP2009180205A - 可変動弁機構用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 可変動弁機構の駆動軸と電動モータのモータ出力軸とを同軸に接続するカップリングの振動を抑制して摩耗に対する耐久性を高める。
【解決手段】 電動モータ２１のモータ出力軸２９を可変動弁機構のウオーム軸２７に接続するカップリング３０を、ウオーム軸２７のジャーナル２７ａの内周に形成した凹凸係合部２７ｃに、モータ出力軸２９の外周に形成した凹凸係合部２７ｃを相対回転不能に嵌合して構成し、かつジャーナル２７ａの外周をアクチュエータハウジング１８にボールベアリング２４を介して回転自在に支持したので、単一のボールベアリング２４でモータ出力軸２９およびウオーム軸２７の両方をカップリング３０の位置で同時に支持することができ、そのカップリング３０の振動や摩耗を効果的に抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動モータのモータ出力軸にカップリングを介して同軸に接続した駆動軸で可変動弁機構を作動させることで、内燃機関のバルブリフトおよびバルブタイミングの少なくとも一方を変更する可変動弁機構用アクチュエータに関する。

内燃機関の可変動弁機構の制御軸を回転駆動する駆動機構が、電動モータの駆動シャフトと外周に雄ねじ部が形成された螺子軸とを円筒状の連結部材の両端にセレーション結合し、その連結部材の両側で前記駆動シャフトおよび前記螺子軸をハウジングにそれぞれボールベアリングで支持したものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００４−７６６１８号公報

ところで上記従来のものは、駆動機構の螺子軸と電動モータの駆動シャフトとを結合する連結部材が直接ハウジングに支持されていないため、前記螺子軸および前記駆動シャフトの軸線に僅かなずれが存在するだけで連結部材に振動や摩耗が発生し、その耐久性を低下させる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、可変動弁機構の駆動軸と電動モータのモータ出力軸とを同軸に接続するカップリングの振動を抑制して摩耗に対する耐久性を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電動モータのモータ出力軸にカップリングを介して同軸に接続した駆動軸で可変動弁機構を作動させることで、内燃機関のバルブリフトおよびバルブタイミングの少なくとも一方を変更する可変動弁機構用アクチュエータにおいて、前記カップリングは、前記モータ出力軸および前記駆動軸の一方の軸に形成した筒状部の内周に、他方の軸の外周を相対回転不能に嵌合して構成され、前記筒状部の外周がアクチュエータハウジングにベアリングを介して回転自在に支持されることを特徴とする可変動弁機構用アクチュエータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記筒状部は前記一方の軸に一体に形成されることを特徴とする可変動弁機構用アクチュエータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記他方の軸の少なくとも一部は、軸直角方向に見て前記ベアリングに重なることを特徴とする可変動弁機構用アクチュエータが提案される。

尚、実施の形態の第１ボールベアリング２４は本発明のベアリングに対応し、実施の形態のウオーム軸２７は本発明の駆動軸あるいは一方の軸に対応し、実施の形態の第１ジャーナル２７ａは本発明の筒状部に対応し、実施の形態のモータ出力軸２９は本発明の他方の軸に対応する。

請求項１の構成によれば、電動モータのモータ出力軸を可変動弁機構の駆動軸に接続するカップリングを、モータ出力軸および駆動軸の一方の軸に形成した筒状部の内周に、他方の軸の外周を相対回転不能に嵌合して構成し、かつ筒状部の外周をアクチュエータハウジングにベアリングを介して回転自在に支持したので、単一のベアリングでモータ出力軸および駆動軸の両方をカップリングの位置で同時に支持することができ、その接続部の振動や摩耗を効果的に抑制することができる。

また請求項２の構成によれば、筒状部を一方の軸に一体に形成したので、カップリングの部品点数の削減および小型化が可能になる。

また請求項３の構成によれば、他方の軸の少なくとも一部が軸直角方向に見てベアリングに重なるので、単一のベアリングでモータ出力軸および駆動軸の径方向の振れを確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の実施の形態を示すもので、図１は可変動弁機構を備えた多気筒エンジンのシリンダヘッドの平面図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６は図２の６−６線断面図、図７は図２の７−７線矢視図、図８は図７の８方向矢視図である。

図１に示すように、直列多気筒エンジンのシリンダヘッド１１には、その下面に形成される燃焼室１２…を開閉する各２個の吸気弁１３…が設けられており、これらの吸気弁１３…のバルブリフトおよび／またはバルブタイミングが、各気筒毎に設けられた可変動弁機構１４…により制御される。可変動弁機構１４…としては種々の構造のものが公知であり、本願発明は任意の構造の可変動弁機構１４…を採用することができる。シリンダヘッド１１の上面には複数の可変動弁機構１４…の配列方向に沿ってコントロールシャフト１５が配置されており、コントロールシャフト１５に所定間隔で設けられたカム１５ａ…により可変動弁機構１４…の作動が制御される。

シリンダヘッド１１の長手方向一端部の上面には、コントロールシャフト１５を駆動するアクチュエータ１６が設けられる。アクチュエータ１６は、シリンダヘッド１１の上面に４本のボルト１７…で固定されたアクチュエータハウジング１８を備えており、コントロールシャフト１５の一端部はアクチュエータハウジング１８の近傍に設けた軸受部１９に回転自在に支持される。シリンダヘッド１１の端壁から突出するコントロールシャフト１５の先端には、その回転位置を検出するレゾルバ２０が設けられる。

シリンダヘッド１１の側壁には、紙面に垂直な方向に見てコントロールシャフト１５と直交する方向に電動モータ２１が支持されており、この電動モータ２１のモータ出力軸２９に設けたウオーム２２がコントロールシャフト１５に設けたウオームホイール２３に噛合することで、電動モータ２１の駆動力によってコントロールシャフト１５が回転駆動される。

次に、図２、図３、図７および図８に基づいて、コントロールシャフト１５を駆動するアクチュエータ１６の構造を詳述する。

図２から明らかなように、シリンダヘッド１１の上面は水平面に対して傾斜しており、その傾斜方向に沿ってアクチュエータハウジング１８が４本のボルト１７…で固定される。アクチュエータハウジング１８は基本的に円筒状の部材であって、その側部に前記４本のボルト１７…が貫通するボス部１８ａ〜１８ｄが形成され、その上面にウオームホイール２３の下部が嵌合する開口１８ｅが形成される。開口１８ｅの一方の側縁１８ｆは直線状に形成され、他方の側縁１８ｇはＶ字状に形成される。

アクチュエータハウジング１８の高い方の端部内周面には内径が拡大した段部１８ｈが形成されており、その段部１８ｈに第１ボールベアリング２４のアウターレース２４ａと、電動モータ２１のケーシングの結合筒部２１ａが嵌合される。アクチュエータハウジング１８の低い方の端部内周面には内径が拡大した段部１８ｉおよび雌ねじ部１８ｊが形成されており、その段部１８ｉに嵌合する第２ボールベアリング２５のアウターレース２５ａが、その雌ねじ部１８ｊに螺合するロックナット２６で固定される。

アクチュエータハウジング１８の内部に配置されるウオーム軸２７は、その一端側の第１ジャーナル２７ａが、前記第１ボールベアリング２４のアウターレース２４ａに複数のボール２４ｂ…を介して相対回転自在に支持されたインナーレース２４ｃに圧入される。またウオーム軸２７は、その他端側の第２ジャーナル２７ｂが、前記第２ボールベアリング２５のアウターレース２５ａに複数のボール２５ｂ…を介して相対回転自在に支持されたインナーレース２５ｃに嵌合し、ロックナット２８で固定される。

電動モータ２１のケーシングの結合筒状２１ａの内部に延びるモータ出力軸２９は、その先端部が各６個の山部および谷部を円周方向に交互に有する凹凸係合部２９ａを有しており、この凹凸係合部２９ａは、ウオーム軸２７の第１ジャーナル２７ａの内周に形成した各６個の山部および谷部を円周方向に交互に有する凹凸係合部２７ｃに係合する（図４参照）。カップリング３０を構成する電動モータ２１のモータ出力軸２９の凹凸係合部２９ａとウオーム軸２７の凹凸係合部２７ｃとはスプライン状に係合して回転を伝達するが、その接触面には僅かな隙間が形成されており、モータ出力軸２９の軸線とウオーム軸２７の軸線との径方向のずれを吸収しながら回転を伝達するようになっている。

ウオーム軸２７の第１ジャーナル２７ａの軸線方向内側に大径部２７ｄが形成されており、この大径部２７ｄの外周にアクチュエータハウジング１８の内周面が僅かな隙間α（図２、図３および図５参照）を介して対向する。また前記大径部２７ｄの上部に対向するアクチュエータハウジング１８の内周面には、そこをオイルが通過可能な三日月状の切欠き１８ｋ（図２および図５参照）が形成される。更に、ウオーム軸２７の第２ジャーナル２７ｂの軸線方向内側に大径部２７ｅが形成されており、この大径部２７ｅの外周にアクチュエータハウジング１８の内周面が僅かな隙間β（図２および図３参照）を介して対向する。

そしてコントロールシャフト１５の軸端に設けたウオームホイール２３が、ウオーム軸２７の中央部に形成されたウオーム２２に、アクチュエータハウジング１８の開口１８ｅを介して噛合する。

図２および図７から明らかなように、アクチュエータハウジング１８の下面にはオイル供給溝１８ｍおよび集塵室１８ｎか開口しており、オイル供給溝１８ｍはシリンダヘッド１１に形成したオイル供給通路１１ａを介して図示せぬオイルポンプに連通する。オイル供給溝１８ｍのオイル供給通路１１ａから離れた端部にはオイルジェット１８ｏが形成されており、このオイルジェット１８ｏはアクチュエータハウジング１８の内部において、アクチュエータハウジング１８と、第１ボールベアリング２４のアウターレース２４ａおよびボール２４ｂ…と、ウオーム軸２７の大径部２７ｄとにより区画された環状のオイル溜め３１に連通する。このオイル溜めの上部の最も高い位置に、前記切欠き１８ｋが開口する。

図３および図６から明らかなように、アクチュエータハウジング１８の開口１８ｅを区画する直線状の側縁１８ｆから、アクチュエータハウジング１８の内面に沿って突出部１８ｐが形成される。この突出部１８ｐはウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部に対向するように、ウオーム２２の外周面およびウオームホイール２３の一方の側面に僅かな隙間γを介して対向する。特に、アクチュエータハウジング１８の底壁がウオーム２２の外周面に沿うように円弧状断面に形成されていることで、ウオーム２２の外周面は、１８０°以上の範囲に亘って前記隙間γにより囲まれている。

シリンダヘッド１１のオイル供給通路１１ａに対向するアクチュエータハウジング１８のオイル供給溝１８ｍから上方に分岐するオイル案内溝１８ｑの上端に、ウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部の上部を指向するオイルジェット１８ｒが形成される。ウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部の軸線方向の幅Ｗ１よりも、アクチュエータハウジング１８の突出部１８ｐが軸線方向の幅Ｗ２の方が大きく設定される。

アクチュエータハウジング１８の底壁の最も低い側に小径の絞り部１８ｓが形成されており、この絞り部１８ｓが集塵室１８ｎに連通する。シリンダヘッド１１の上面には集塵室１１ｂが前記集塵室１８ｎに一体に連なるように形成される。集塵室１１ｂの低い側の側壁から延びるドレン通路１１ｃは、オイルフィルタ３２を介してシリンダヘッド１１の内部空間に連通する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

電動モータ２１を駆動してモータ出力軸２９が回転すると、モータ出力軸２９にカップリング３０を介して接続されたウオーム軸２７に形成したウオーム２２からウオームホイール２３に回転が減速されて伝達され、コントロールシャフト１５が回転して可変動弁機構１４…が作動することで、吸気弁１３…のバルブリフトおよびバルブタイミングが変化する。

このとき、電動モータ２１のモータ出力軸２９をウオーム軸２７に接続するカップリング３０を、ウオーム軸２７に一体に形成した筒状の第１ジャーナル２７ａの内周に、モータ出力軸２９の外周を凹凸係合部２７ｃ，２９ａを介して相対回転不能に嵌合して構成するとともに、筒状の第１ジャーナル２７ａの外周をアクチュエータハウジング１８の内周に第１ボールベアリング２４を介して回転自在に支持したので、単一の第１ボールベアリング２４でモータ出力軸２９およびウオーム軸２７の両方をカップリング３０の位置で同時に支持することができ、その接続部の振動や摩耗を効果的に抑制することができる。

しかも筒状の第１ジャーナル２７ａをウオーム軸２７に一体に形成したので、カップリング３０の部品点数の削減および小型化が可能になるだけでなく、モータ出力軸２９の少なくとも一部が軸直角方向に見て第１ボールベアリング２４に重なるので、単一の第１ボールベアリング２４でモータ出力軸２９およびウオーム軸２７の径方向の振れを確実に抑制することができる。

さて、図示せぬオイルポンプからシリンダヘッド１１のオイル供給通路１１ａを介してアクチュエータハウジング１８の下面のオイル供給溝１８ｍに供給されたオイルは、オイル供給溝１８ｍに連なるオイルジェット１８ｏを介してアクチュエータハウジング１８のオイル溜め３１に噴出し、そのオイル溜め３１に臨む第１ボールベアリング２４を潤滑する。第１ボールベアリング２４を潤滑したオイルは第１オイル貯留室３３に流入し、そこに配置されたカップリング３０を潤滑し、余剰となったオイルはアクチュエータハウジング１８の上部に形成された切欠き１８ｋ（図２および図５参照）を通過して第２オイル貯留室３４に流入する。第２オイル貯留室３４には、前記オイル溜め３１からウオーム軸２７の大径部２７ｄの外周の隙間αを通過したオイルも流入し、ウオーム２２とウオームホイール２３との噛合部を潤滑する。

このとき、ウオーム軸２７を第１ボールベアリング２４を介して回転自在に支持するアクチュエータハウジング１８に形成した第２オイル貯留室３４の内部でウオーム２２およびウオームホイール２３を噛合させ、その第２オイル貯留室３４に間接的にオイルを供給するオイルジェット１８ｏをアクチュエータハウジング１８の第１ボールベアリング２４の取付部に開口させたので、第１ボールベアリング２４の一部がアクチュエータハウジング１８のオイルレベルＬ（図３参照）よりも高い位置に配置されていても、第１ボールベアリング２４を確実に潤滑できるだけでなく、第１ボールベアリング２４に摩耗粉の混入が少ない綺麗なオイルを供給して耐久性を高めることができる。

しかも、ウオーム軸２７と第１ボールベアリング２４とアクチュエータハウジング１８とによってウオーム軸２７の外周を囲む環状のオイル溜め３１を区画し、オイル溜め３１の下部にオイルジェット１８ｏを開口させるとともに、オイル溜め３１の上部に対向する部分に切欠き１８ｋを形成したので、オイルジェット１８ｏから供給されたオイルをオイル溜め３１の保持して第１ボールベアリング２４を確実に潤滑した後、余剰のオイルを第１オイル貯留室３３から切欠き１８ｋを介して第２オイル貯留室３４に供給することができる。

また第２オイル貯留室３４の内部において、オイルは高い位置にある第１ボールベアリング２４側から低い位置にある第２ボールベアリング２５側へと流れるが、図６から明らかなように、ウオーム２２とウオームホイール２３との噛合部の周囲にはアクチュエータハウジング１８の突起１８ｐによって狭い隙間γが形成されているため、その隙間を通過するオイルを前記噛合部に確実に作用させて潤滑効果を高めることができる。しかもアクチュエータハウジング１８の下面のオイル供給溝１８ｍに供給されたオイルが、オイル案内溝１８ｑからオイルジェット１８ｒを介してウオーム２２とウオームホイール２３との噛合部の上部に噴出するので、そのオイルによって前記噛合部の潤滑効果を更に高めることができる。

特に、オイルジェット１８ｒの開口を上方から見てウオーム２２と重なる位置に形成し（図６参照）、かつウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部を、ウオーム２２の外周に対向する突出部１８ｐの内周面の軸方向の幅内に設けたので（図３参照）、オイルジェット１８ｒから出たオイルは重力で流下してウオーム２２の外周に対向するアクチュエータハウジング１８の突出部１８ｐとの間に保持され、ウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部にオイルを充分に作用させて潤滑効果を高めることができる。

そしてウオーム２２とウオームホイール２３との噛合部を潤滑したオイルの一部は、ウオーム軸２７の大径部２７ｅの外周の隙間βを通過して第２ボールベアリング２５を潤滑した後、シリンダヘッド１１の上面から重力で図示せぬオイルパンに戻される。また噛合部を潤滑したオイルの他の一部は、第２オイル貯留室３４の最も低い位置に設けられた絞り部１８ｓから集塵室１８ｎ，１１ｂに流入し、その集塵室１８ｎ，１１ｂにオイル中に含まれる摩耗粉等の異物が捕集される。そして集塵室１８ｎ，１１ｂのオイルがドレン通路１１ｃに設けたオイルフィルタ３２を通過して排出される際に、オイルに含まれる摩耗粉がフィルタ３２によって濾過される。そしてオイルフィルタ３２から流出する濾過後のオイルは、シリンダヘッド１１の上面からオイルパンに戻される。

このように、集塵室１８ｎ，１１ｂでオイルに含まれる摩耗粉を捕集するので、摩耗粉の噛み込みによるウオーム２２およびウオームホイール２３の噛合部の摩耗を抑制し、その耐久性を高めることができる。このとき、第２オイル貯留室３４と集塵室１８ｎ，１１ｂとの間に絞り部１８ｓを設けたので、絞り部１８ｓでオイルの流量を規制して第２オイル貯留室３４に充分な量のオイルを貯留することができ、しかも絞り部１８ｓは集塵室１８ｎ，１１ｂの断面積に比べて小径に形成されているため、一旦集塵室１８ｎ，１１ｂに捕獲された摩耗粉が絞り部１８ｓを通過して第２オイル貯留室３４に戻ることはない。

また集塵室１８ｎ，１１ｂからドレン通路１１ｃを介して排出されるオイル量をオイルジェット１８ｏ，１８ｒから最終的に第２オイル貯留室３４に供給されるオイル量よりも少なく設定したので、第２オイル貯留室３４に常に充分な量のオイルを貯留してウオーム２２およびウオームホール２３の噛合部の潤滑を確実に潤滑することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではカップリング３０で結合されるウオーム軸２７およびモータ出力軸２９のうち、ウオーム軸２７を第１ボールベアリング２４でアクチュエータハウジング１８に支持しているが、ウオーム軸２７およびモータ出力軸２９の結合関係を内外逆にし、モータ出力軸２９を第１ボールベアリング２４でアクチュエータハウジング１８に支持しても良い。

また本発明のベアリングは実施の形態の第１ボールベアリング２４に限定されず、ローラベアリング、ニードルベアリング、プレーンベアリング等の任意のベアリングであっても良い。

可変動弁機構を備えた多気筒エンジンのシリンダヘッドの平面図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 図２の４−４線断面図 図２の５−５線断面図 図２の６−６線断面図 図２の７−７線矢視図 図７の８方向矢視図

符号の説明

１４ 可変動弁機構
１８ アクチュエータハウジング
２１ 電動モータ
２４ 第１ボールベアリング（ベアリング）
２７ ウオーム軸（駆動軸、一方の軸）
２７ａ 第１ジャーナル（筒状部）
２９ モータ出力軸（他方の軸）
３０ カップリング

Claims (3)

1. 電動モータ（２１）のモータ出力軸（２９）にカップリング（３０）を介して同軸に接続した駆動軸（２７）で可変動弁機構（１４）を作動させることで、内燃機関のバルブリフトおよびバルブタイミングの少なくとも一方を変更する可変動弁機構用アクチュエータにおいて、
   前記カップリング（３０）は、前記モータ出力軸（２９）および前記駆動軸（２７）の一方の軸（２７）に形成した筒状部（２７ａ）の内周に、他方の軸（２９）の外周を相対回転不能に嵌合して構成され、前記筒状部（２７ａ）の外周がアクチュエータハウジング（１８）にベアリング（２４）を介して回転自在に支持されることを特徴とする可変動弁機構用アクチュエータ。
2. 前記筒状部（２７ａ）は前記一方の軸（２７）に一体に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の可変動弁機構用アクチュエータ。
3. 前記他方の軸（２９）の少なくとも一部は、軸直角方向に見て前記ベアリング（２４）に重なることを特徴とする、請求項２に記載の可変動弁機構用アクチュエータ。

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