JP2010048233A - Variable valve timing device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a variable valve timing device that changes opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve of an engine.
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。 A variable valve timing device that changes the opening / closing timing of one or both of the intake valve and exhaust valve of an engine according to the driving situation of an automobile uses an oil pressure as a drive source of the rotation of the engine and the camshaft that drives the valve. There are many hydraulic types that change the phase with rotation, but the hydraulic type has variable valve timing control accuracy due to lack of hydraulic pressure at cold or engine start, or reduced responsiveness of hydraulic control Therefore, an electric type using an electric motor as an actuator has been proposed.
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)。
As such an electric variable valve timing device, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
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。
The
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。 The electric variable valve timing apparatus described in Patent Document 1 has a problem that the mechanism for transmitting the rotation of the electric motor to the camshaft has a complicated structure combining a speed reduction mechanism and a link mechanism, and the apparatus cannot be designed compactly. is there. In addition, the electric motor has a problem that it has no resistance against reverse input compared to a hydraulically driven actuator.
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。 Accordingly, an object of the present invention is to enable a compact design of an electric variable valve timing device having resistance against reverse input.
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。 In order to solve the above problems, the present invention provides a camshaft that drives at least one of an intake valve and an exhaust valve of an engine, and a sprocket that receives rotation from the engine and drives the camshaft to rotate. A rotation phase difference of the camshaft with respect to the sprocket is transmitted to the camshaft through a speed reduction mechanism by rotating the output shaft of the electric motor arranged coaxially with the camshaft so as to be relatively rotatable. In the variable valve timing apparatus that changes the opening / closing timing of the valve by changing the valve, the speed reduction mechanism is provided with an eccentric shaft portion having a circular cross section on the output shaft of the electric motor, and a housing integrated with the sprocket An internal gear having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction on the inner diameter surface of the cylindrical portion of the cylindrical portion An intermediate shaft having an annular retainer portion provided with a pocket for holding a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surfaces of the opposed eccentric shaft portions and the internal gear is coaxial with the camshaft. The number of dividing points when the annular retainer portion is divided at equal pitches in the circumferential direction is thinned out at all positions or a part of the dividing points that differ from the number of the cam crests by one. A pocket for holding the roller is provided at a position, and when the output shaft of the electric motor is rotated with the shape corresponding to one pitch of the cam crest, the roller held in the pocket is Matching the outer diameter side envelope of the trajectory revolving along the outer diameter surface, the revolution of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft, and the reverse to the output shaft of the electric motor Provide reverse input suppression means to suppress input It has adopted the configuration.
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。 That is, a speed reduction mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of the electric motor to the camshaft is provided with an eccentric shaft portion having a circular cross section on the output shaft of the electric motor, and a plurality of inner diameter surfaces of the cylindrical portion of the housing integrated with the sprocket An internal gear having cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction is provided to face the eccentric shaft portion, and a pocket for holding a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the opposed eccentric shaft portion and the internal gear. The number of dividing points when the intermediate shaft having the annular retainer portion provided is coaxially arranged with the cam shaft and the annular retainer portion is divided at an equal pitch in the circumferential direction is the number of cam peaks. When a pocket for holding a roller is provided at all or a part of a part where only one different dividing point is thinned out, and the shape of one pitch of the cam crest is rotated when the output shaft of the electric motor is rotated, Roller held in pocket is eccentric The revolving of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft in accordance with the outer diameter side envelope of the trajectory revolving along the outer diameter surface of the part, and the reverse input to the output shaft of the electric motor By providing a reverse input suppression means that suppresses the rotation, the rotation of the electric motor can be transmitted to the camshaft only by the speed reduction mechanism, and an electric variable valve timing device having resistance against reverse input can be designed in a compact manner. did.
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。 The said reverse input suppression means shall set a negative clearance to the rolling bearing which supports the output shaft of the said electric motor, and shall give rotational resistance to this rolling bearing.
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。 The reverse input suppression means is provided with a contact seal on a rolling bearing that supports the output shaft of the electric motor, and imparts rotational resistance to the rolling bearing to suppress reverse input to the output shaft. You can also.
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。 The reverse input suppression means indirectly suppresses reverse input to the output shaft by setting a rotational width to the roller so that the width of the pocket of the cage portion of the intermediate shaft is equal to or less than the diameter of the roller. It can also be.
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。 By forming the cage portion of the intermediate shaft from a resin material, it is possible to prevent the roller from being damaged by sliding contact with the pocket surface of the cage portion.
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。 A pocket for holding the roller of the cage part is provided at a position where a part of the dividing point is thinned out, and by making this thinning interval uniform in the circumferential direction, the rotation balance of the intermediate shaft is kept well, The number of pockets and the number of rollers can be reduced.
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。 By forming the outer diameter surface of the eccentric shaft portion with which the roller is in rolling contact with the outer diameter surface of the outer ring of the rolling bearing fitted on the eccentric shaft portion, slip between the roller and the outer diameter surface of the eccentric shaft portion is reduced. The intermediate shaft can be smoothly rotated.
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。 The inner ring of the rolling bearing externally fitted to the eccentric shaft portion is formed integrally with the eccentric shaft portion, thereby making it easy to assemble the rolling bearing without the need for press-fitting into the eccentric shaft portion of the inner ring and reducing the number of parts. Can be reduced.
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。 By forming the internal gear on the inner diameter surface of the cylindrical portion of the housing with a separate internal gear that is fitted and fixed to the inner diameter surface of the cylindrical portion, the processing of the internal gear can be facilitated.
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。 By using a four-point contact type ball bearing as the rolling bearing that supports the intermediate shaft, it is possible to suppress the whirling of the intermediate shaft.
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。 The variable valve timing device of the present invention is a cylindrical portion of a housing in which a speed reduction mechanism for transmitting rotation of an output shaft of an electric motor to a camshaft is provided, an eccentric shaft portion having a circular cross section is provided on the output shaft of the electric motor, and integrated with a sprocket. An inner gear having a plurality of cam ridges formed at equal pitches in the circumferential direction is provided opposite to the eccentric shaft portion on the inner diameter surface of the inner surface, and a plurality of rollers that are in rolling contact with the outer diameter surface of the opposed eccentric shaft portion and the inner gear. The number of dividing points when an intermediate shaft having an annular cage portion provided with a pocket for holding the roller is coaxially arranged with the camshaft and the annular cage portion is divided at equal pitches in the circumferential direction. However, a pocket for holding the roller is provided at all or a part of the dividing points that differ by one from the number of cam peaks, and the shape of one pitch of the cam peaks is set to the output shaft of the electric motor. When you rotate the The rollers held in the shaft are matched with the outer envelope of the trajectory of revolving along the outer diameter surface of the eccentric shaft portion, and the revolution of these rollers is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft. Since the reverse input suppression means for suppressing the reverse input to the output shaft of the motor is provided, the electric variable valve timing device that can transmit the rotation of the electric motor to the camshaft only by the speed reduction mechanism and has resistance to the reverse input. It can be designed compactly.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment. As shown in FIG. 1, the variable valve timing device is configured to relatively connect a camshaft 1 that drives an intake valve (not shown) of an engine and a
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, 29
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。
Below, the deceleration mechanism of the said
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。
In this embodiment, since the number N of the dividing points of the
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。
FIG. 3 shows a modification of the
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。
4 and 5 show a second embodiment. The basic configuration of the variable valve timing device is the same as that of the first embodiment, and the inner ring of the
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
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