JP2010048233A - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆入力に対する抵抗力のある電動式の可変バルブタイミング装置をコンパクトに設計できるようにすることである。
【解決手段】電動モータ３の出力軸４の回転をカムシャフト１に伝達する減速機構５を、出力軸４に設けた偏心軸部４ａと、スプロケット２と一体化したハウジング７の円筒部に設けた内歯車８とに、中間軸１０の保持器部１０ｂを等ピッチで分割したときの分割点の数が内歯車８のカム山８ａの数と１つだけ異なる分割点に間引いて設けたポケット１０ａに保持した複数のローラ９を転接させ、出力軸４を１回転させたときに、ローラ９が偏心軸部４ａの外径面に沿ってカム山８ａの１ピッチ分だけ公転し、これらのローラ９の公転を中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達するものとし、カムシャフト１から出力軸４への逆入力を抑制する逆入力抑制手段を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸気バルブや排気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装置に関するものである。

自動車の運転状況に応じて、エンジンの吸気バルブと排気バルブの一方または両方の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装置は、油圧を駆動源として、エンジンの回転とバルブを駆動するカムシャフトの回転との位相を変更する油圧式のものが多いが、油圧式のものは、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり、油圧制御の応答性が低下したりして、可変バルブタイミング制御精度が低下することから、アクチュエータとして電動モータを用いた電動式のものが提案されている。

このような電動式の可変バルブタイミング装置としては、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、エンジンのバルブを駆動するカムシャフト５１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト５１を回転駆動するスプロケット５２とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト５１と同軸上に配置した電動モータ５３の出力軸５４の回転を減速機構５５とリンク機構５６を介してカムシャフト５１に伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２に対して相対回転させて、両者の回転位相差を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

前記減速機構５５は、電動モータ５３の出力軸５４の偏心軸部５４ａに軸受で回転自在に支持された内歯車５７の歯の一部が、スプロケット５２と一体化したハウジング５８に設けた外歯車５９と噛み合うようにして、出力軸５４をスプロケット５２に対して相対回転させたときに、内歯車５７が偏心軸部５４ａの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車５７の回転をガイドプレート６０に伝達し、さらに、ガイドプレート６０の回転を、アーム５６ａ、５６ｂで構成されるリンク機構５６を介して、カムシャフト５１と一体回転するカムプレート５１ａに伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２に対して相対回転させるようにしている。

特開２００８−５７３４９号公報

特許文献１に記載された電動式の可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転をカムシャフトに伝達する機構が、減速機構とリンク機構を組み合わせた複雑な構造となり、装置をコンパクトに設計できない問題がある。また、電動モータは油圧駆動のアクチュエータに較べて、逆入力に対する抵抗力がない問題もある。

そこで、本発明の課題は、逆入力に対する抵抗力のある電動式の可変バルブタイミング装置をコンパクトに設計できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記電動モータの出力軸への逆入力を抑制する逆入力抑制手段を設けた構成を採用した。

すなわち、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、電動モータの出力軸への逆入力を抑制する逆入力抑制手段を設けることにより、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達できるようにし、逆入力に対する抵抗力のある電動式の可変バルブタイミング装置をコンパクトに設計できるようにした。

前記逆入力抑制手段は、前記電動モータの出力軸を支持する転がり軸受に負の隙間を設定して、この転がり軸受に回転抵抗を付与するものとすることができる。

前記逆入力抑制手段は、前記電動モータの出力軸を支持する転がり軸受に接触式シールを設けて、この転がり軸受に回転抵抗を付与して、出力軸への逆入力を抑制するものとすることもできる。

前記逆入力抑制手段は、前記中間軸の保持器部のポケットの幅寸法を前記ローラの径寸法以下として、前記ローラに回転抵抗を付与して、出力軸への逆入力を間接的に抑制するものとすることもできる。

前記中間軸の保持器部を樹脂材料で形成することにより、保持器部のポケット面との摺接によるローラの損傷を防止することができる。

前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にすることにより、中間軸の回転バランスを良好に保って、ポケットの加工数とローラの組込み数を減らすことができる。

前記ローラが転接する偏心軸部の外径面を、偏心軸部に外嵌した転がり軸受の外輪の外径面で形成することにより、ローラと偏心軸部外径面とのスリップを少なくして、中間軸を円滑に回転させることができる。

前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受の内輪を、偏心軸部と一体に形成することにより、内輪の偏心軸部への圧入を不要として転がり軸受の組み付けを容易にするするとともに、部品点数を減らすことができる。

前記ハウジングの円筒部の内径面の内歯車を、円筒部の内径面に内嵌固定された別体の内歯車で形成することにより、内歯車の加工を容易にすることができる。

前記中間軸を支持する転がり軸受を４点接触タイプの玉軸受とすることにより、中間軸の振れ回りを抑制することができる。

本発明の可変バルブタイミング装置は、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達するものとし、電動モータの出力軸への逆入力を抑制する逆入力抑制手段を設けたので、減速機構のみで電動モータの回転をカムシャフトに伝達でき、逆入力に対する抵抗力のある電動式の可変バルブタイミング装置をコンパクトに設計することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この可変バルブタイミング装置は、図１に示すように、エンジンの吸気バルブ（図示省略）を駆動するカムシャフト１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト１を回転駆動するスプロケット２とを、相対回転可能に同軸上に配置し、カムシャフト１と同軸上に配置した電動モータ３の出力軸４の回転を減速機構５を介してカムシャフト１に伝達し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を変化させて、吸気バルブの開閉タイミングを変更するものである。

図１および図２に示すように、前記減速機構５は、電動モータ３の出力軸４に円形断面の偏心軸部４ａを設けて、この偏心軸部４ａに玉軸受６を外嵌固定し、スプロケット２と一体化したハウジング７の円筒部の内径面に、複数のカム山８ａを形成した別体の内歯車８を、玉軸受６の外輪６ａの外径面と対向するように内嵌固定して、これらの対向する外輪６ａの外径面と内歯車８とに転接する複数のローラ９を保持するポケット１０ａを設けた環状の保持器部１０ｂを有する中間軸１０をカムシャフト１と同軸上に配置し、その中間軸１０をスプライン１１によってカムシャフト１に連結したものであり、後述するメカニズムによって、電動モータ３の出力軸４の回転を中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達する。

前記電動モータ３の出力軸４は、負の隙間を設定した玉軸受１２によってハウジング７に支持され、中間軸１０は４点接触タイプの玉軸受１３によって、内歯車８の延長円筒部を介してハウジング７に支持されている。したがって、負の隙間を設定した玉軸受１２の回転抵抗によってカムシャフト１から出力軸４への逆入力が抑制されるとともに、４点接触タイプの玉軸受１３によって、中間軸１０の振れ回りが抑制される。

図２に示すように、前記内歯車８のカム山８ａは円周方向に等ピッチで２９個形成され、ローラ９を保持するポケット１０ａは、環状の保持器部１０ｂを円周方向に等ピッチで３０分割したときの分割点に対して１つおきに間引いた１５箇所の位置に設けられており、分割点の数がカム山８ａよりも１つだけ多くなっている。また、カム山８ａの１ピッチ分の形状は、出力軸４を回転させたときに、ポケット１０ａに保持されたローラ９が偏心軸部４ａに外嵌された玉軸受６の外輪６ａの外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致している。

以下に、前記減速機構５の減速メカニズムを説明する。図２に矢印で示したように、出力軸４が時計回りに回転し、偏心した外輪６ａの外径面とカム山８ａが形成された内歯車８との環状空間の極小部Ａが時計回りに０°の位置、極大部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、出力軸４の回転に伴って、極小部Ａと極大部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ９は内歯車８のカム山８ａを下る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ９はカム山８ａを上る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、ローラ９を保持する中間軸１０の保持器部１０ｂは、出力軸４と同じ時計回りに回転する。

この実施形態では、保持器部１０ｂの分割点の数Ｎがカム山８ａの数よりも１つだけ多いので、出力軸４が１回転すると各ローラ９はカム山８ａの１ピッチ分だけ時計回りに公転し、出力軸４と中間軸１０の減速比は、分割点の数Ｎと等しくなる。なお、分割点の数Ｎがカム山８ａの数よりも１つだけ少ない場合は、各ローラ９は反時計回りに公転し、中間軸１０は出力軸４と逆方向に回転する。

図３は、前記電動モータ３の出力軸４を支持する玉軸受１２の変形例を示す。この玉軸受１２は、外輪１２ａの両端部に接触式シール１２ｃが装着され、これらの接触式シール１２ｃを内輪１２ｂと接触させることにより、玉軸受１２に回転抵抗を付与し、カムシャフト１から出力軸４への逆入力を抑制するようになっている。逆入力の大きさに応じて、接触式シール１２ｃは片側のみに装着することもできる。

図４および図５は、第２の実施形態を示す。この可変バルブタイミング装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記偏心軸部４ａに外嵌固定された玉軸受６の内輪が偏心軸部４ａと一体に形成されている点と、前記中間軸１０の保持器部１０ｂが樹脂材料でインサート成形され、ポケット１０ａの幅寸法をローラ９の径寸法以下として、ローラ９に回転抵抗を付与し、カムシャフト１から出力軸４への逆入力を間接的に抑制するようになっている点とが異なる。その他の部分は、第１の実施形態のものと同じである。

第１の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１の電動モータの出力軸を支持する玉軸受の変形例を示す一部省略縦断面図 第２の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図 ａは従来の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図、ｂはａのVI−VI線に沿った断面図

符号の説明

１ カムシャフト
２ スプロケット
３ 電動モータ
４ 出力軸
４ａ 偏心軸部
５ 減速機構
６ 玉軸受
６ａ 外輪
７ ハウジング
８ 内歯車
８ａ カム山
９ ローラ
１０ 中間軸
１０ａ ポケット
１０ｂ 保持器部
１１ スプライン
１２ 玉軸受
１２ａ 外輪
１２ｂ 内輪
１２ｃ 接触式シール
１３ 玉軸受

Claims (10)

1. エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され、前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとを、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させて、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとし、前記電動モータの出力軸への逆入力を抑制する逆入力抑制手段を設けたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
2. 前記逆入力抑制手段が、前記電動モータの出力軸を支持する転がり軸受に負の隙間を設定して、この転がり軸受に回転抵抗を付与するものである請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記逆入力抑制手段が、前記電動モータの出力軸を支持する転がり軸受に接触式シールを設けて、この転がり軸受に回転抵抗を付与するものである請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記逆入力抑制手段が、前記中間軸の保持器部のポケットの幅寸法を前記ローラの径寸法以下として、前記ローラに回転抵抗を付与するものである請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記中間軸の保持器部を樹脂材料で形成した請求項４に記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にした請求項１乃至５のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
7. 前記ローラが転接する偏心軸部の外径面を、偏心軸部に外嵌した転がり軸受の外輪の外径面で形成した請求項１乃至６のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
8. 前記偏心軸部に外嵌した転がり軸受の内輪を、偏心軸部と一体に形成した請求項７に記載の可変バルブタイミング装置。
9. 前記ハウジングの円筒部の内径面の内歯車を、円筒部の内径面に内嵌固定された別体の内歯車で形成した請求項１乃至８のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
10. 前記中間軸を支持する転がり軸受を４点接触タイプの玉軸受とした請求項１乃至９のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。

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