JP2010077814A - Variable valve timing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを状況に応じて変更する可変バルブタイミング装置に関する。 The present invention relates to a variable valve timing device that changes opening / closing timing of an intake / exhaust valve of an engine according to a situation.
従来、エンジンの高出力化を図りつつ低燃費化、低エミッション化を図るためにエンジンの吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを状況に応じて変更する可変バルブタイミング装置が用いられている。
ここで、吸排気バルブの開閉は、エンジンのクランクシャフトに設けられたスプロケットからタイミングベルトやタイミングチェーンを介してカムシャフトのスプロケットを回転し、エンジンのピストンの動作に同期したクランクシャフトの回転に同期してカムシャフトを回転し、カムシャフトのカムによりピストンの動作に同期して吸気バルブと排気バルブを開閉する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a variable valve timing device that changes opening / closing timings of an intake valve and an exhaust valve of an engine according to a situation has been used in order to reduce fuel consumption and emissions while achieving high engine output.
Here, the intake and exhaust valves are opened and closed by rotating the camshaft sprocket from the sprocket provided on the crankshaft of the engine via a timing belt or timing chain and synchronizing with the rotation of the crankshaft synchronized with the operation of the piston of the engine. Then, the camshaft is rotated, and the intake valve and the exhaust valve are opened and closed in synchronization with the operation of the piston by the cam of the camshaft.
この際に、カムシャフトのスプロケットと、当該カムシャフトとの間にアクチュエータを介在させ、アクチュエータによりスプロケットの回転角に対してカムシャフトの回転角を進めたり(進角)、カムシャフトの回転角を遅らせたり(遅角)するように位相をずらすことで、開閉タイミングを変更するようになっていた。例えば、スプロケットは、外周に当該スプロケットとしての外歯が形成され、その内側にアクチュエータが配置され、当該アクチュエータにカムシャフトが接続されており、アクチュエータを動作させることにより、スプロケットの回転に対するカムシャフトの回転の位相を変更可能としている。 At this time, an actuator is interposed between the camshaft sprocket and the camshaft, and the camshaft rotation angle is advanced (advanced) with respect to the rotation angle of the sprocket by the actuator. The opening / closing timing is changed by shifting the phase so that it is delayed (retarded). For example, a sprocket has outer teeth as the sprocket formed on the outer periphery, an actuator is arranged inside the sprocket, and a camshaft is connected to the actuator. By operating the actuator, the camshaft is rotated against the rotation of the sprocket. The rotation phase can be changed.
また、アクチュエータとしては、例えば、油圧のものが用いられ、カムシャフトのスプロケットに対して当該スプロケットの回転軸を中心に所定範囲内で回転可能でカムシャフトと一体に回転する回転部材を備えたアクチュエータに油圧室を設け、当該油圧室内が回転部材により進角部と遅角部とに区切られるとともに、進角部側に油圧を供給すると回転部材がスプロケットの回転角度より回転角度を進めるように位相をずらし、遅角部側に油圧を供給すると回転部材がスプロケットの回転角度より回転角度を遅らせるように位相をずらすようになっている。そして、回転部材と一体に回転するカムシャフトの回転角度がスプロケットの回転角度に対して進んだり、遅れたりすることなる。これによりバルブの開閉タイミングが変更可能となっている。なお、例えば、進角部と遅角部とに均等に油圧をかけた状態で、アクチュエータが中立位置となる。
なお、油圧室は、スプロケットの外歯の内側に円周方向に沿って複数並んで形成されている。
In addition, as an actuator, for example, a hydraulic one is used, and an actuator provided with a rotating member that can rotate within a predetermined range around the rotation axis of the sprocket relative to the camshaft sprocket and rotates integrally with the camshaft. The hydraulic chamber is divided into an advanced angle portion and a retarded angle portion by a rotating member, and when hydraulic pressure is supplied to the advanced angle portion, the rotating member has a phase so that the rotating angle is advanced from the rotation angle of the sprocket. When the hydraulic pressure is supplied to the retarded angle side, the phase of the rotating member is shifted so that the rotational angle is delayed from the rotational angle of the sprocket. Then, the rotation angle of the camshaft that rotates integrally with the rotation member advances or is delayed with respect to the rotation angle of the sprocket. Thereby, the opening / closing timing of the valve can be changed. For example, the actuator is in the neutral position in a state where the hydraulic pressure is evenly applied to the advance angle portion and the retard angle portion.
A plurality of hydraulic chambers are formed side by side along the circumferential direction inside the outer teeth of the sprocket.
ここで、油圧はエンジンの回転に基いて供給されるので、エンジン停止時にはアクチュエータを動かすことができない。また、エンジンが低速回転(たとえば、アイドリング時)となっている際には、油圧が低い状態となっており、アクチュエータを作動することが難しくなる。この場合に、油圧室の数を増やすことで、油圧が低くても回転部材を回転させてアクチュエータを作動させられる。しかし、スプロケットの外歯の内側に多くの油圧室を周方向に並べた場合に、アクチュエータが動作可能な角度、すなわち、作動角が一つの油圧室の遅角部と進角部との範囲内に限られるため、円周方向に多くの油圧室を並べて設けると、スプロケットの内側で各油圧室が占める角度範囲が狭くなり、アクチュエータの作動角を広く確保することが困難になるなどの問題がある。 Here, since the hydraulic pressure is supplied based on the rotation of the engine, the actuator cannot be moved when the engine is stopped. Further, when the engine is rotating at a low speed (for example, at idling), the hydraulic pressure is low, and it becomes difficult to operate the actuator. In this case, by increasing the number of hydraulic chambers, the actuator can be operated by rotating the rotating member even if the hydraulic pressure is low. However, when many hydraulic chambers are arranged in the circumferential direction inside the outer teeth of the sprocket, the angle at which the actuator can operate, that is, the operating angle is within the range of the retarded portion and the advanced portion of one hydraulic chamber. Therefore, if a large number of hydraulic chambers are provided side by side in the circumferential direction, the angle range occupied by each hydraulic chamber inside the sprocket becomes narrower, making it difficult to secure a wide operating angle of the actuator. is there.
また、上述のようにエンジンの停止時に油圧がなくなるので、例えば、エンジンの停止時にアクチュエータを中立位置等の所定位置とすることが困難である。すなわち、エンジン停止時にアクチュエータを中立位置として、アクチュエータが中立位置の状態でエンジンを始動可能とすることが困難である。
また、アクチュエータの作動は、進角部と遅角部とにおける油の移動を伴なうのでこの油の移動速度に制限されて作動速度を早くすることが難しいといった問題があるとともに、アクチュエータでは、回転部材の角度が油圧により変更されるとともに保持されるので精度の高い角度調整も難しい。
Further, since the hydraulic pressure is lost when the engine is stopped as described above, for example, it is difficult to set the actuator to a predetermined position such as a neutral position when the engine is stopped. That is, it is difficult to start the engine with the actuator in the neutral position when the engine is stopped and the actuator is in the neutral position.
In addition, since the operation of the actuator involves the movement of oil in the advance angle portion and the retard angle portion, there is a problem that it is difficult to increase the operation speed by being limited by the movement speed of this oil. Since the angle of the rotating member is changed and held by hydraulic pressure, it is difficult to adjust the angle with high accuracy.
そこで、アクチュエータとして油圧式のものを用いずに電動モータを用いたものも開発されており、上述の油圧特有の問題を回避している。
その一つとして、スプロケットとカムシャフトとの間に遊星歯車機構を介在させたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, actuators using electric motors instead of hydraulic actuators have been developed to avoid the above-mentioned problems specific to hydraulics.
As one of them, there has been proposed one in which a planetary gear mechanism is interposed between a sprocket and a camshaft (see, for example, Patent Document 1).
例えば、遊星歯車機構のリング歯車(内歯車)の外周にスプロケットが一体に設けられ、リング歯車の内側に太陽歯車が設けられ、リング歯車と太陽歯車との間にこれら歯車の両方に噛み合う複数の遊星歯車が設けられ、遊星歯車を自転自在かつ公転自在に支持するキャリアが設けられている。そして、当該キャリアにキャリアと一体に回転可能にカムシャフトを接続している。また、太陽歯車には、当該太陽歯車を回転駆動する電動モータが接続されている。 For example, a sprocket is integrally provided on the outer periphery of a ring gear (internal gear) of a planetary gear mechanism, a sun gear is provided on the inner side of the ring gear, and a plurality of gears meshing with both of these gears are interposed between the ring gear and the sun gear. A planetary gear is provided, and a carrier that supports the planetary gear so as to rotate and revolve freely is provided. The camshaft is connected to the carrier so as to be rotatable integrally with the carrier. The sun gear is connected to an electric motor that rotationally drives the sun gear.
このような構成により、リング歯車にクランクシャフトの回転トルクが入力され、キャリアからカムシャフトに回転トルクが出力される。また、太陽歯車には制御用の回転トルクが入力され、太陽歯車の回転により、リング歯車の回転の位相に対してキャリアの回転の位相を変更することが可能となる。
このような遊星歯車機構を用いた可変バルブタイミング装置によれば、広い回転角範囲に渡って高い精度でカムシャフトの回転位相を決定することが可能となる。また、電動モータで制御するので、上述の油圧制御に基く問題が発生しない。
With such a configuration, the rotational torque of the crankshaft is input to the ring gear, and the rotational torque is output from the carrier to the camshaft. Further, rotational torque for control is input to the sun gear, and the rotation phase of the carrier can be changed with respect to the rotation phase of the ring gear by the rotation of the sun gear.
According to the variable valve timing device using such a planetary gear mechanism, the rotational phase of the camshaft can be determined with high accuracy over a wide rotational angle range. Further, since the control is performed by the electric motor, the problem based on the hydraulic control described above does not occur.
しかしながら、上述の遊星歯車機構を用いたものでは、歯車である遊星歯車機構を用いていることから、エンジンからの入力トルクが大きく変動した場合に、歯車のバックラッシュにより衝撃が生じ、騒音の発生や耐久性の悪化を招くことになり、実用化が困難であった。 However, since the planetary gear mechanism using the planetary gear mechanism described above uses a planetary gear mechanism that is a gear, when the input torque from the engine fluctuates greatly, an impact occurs due to gear backlash and noise is generated. As a result, the durability deteriorated and it was difficult to put it to practical use.
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、遊星歯車機構の長所をそのまま取り入れることが可能でかつ短所を克服することができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a variable valve timing device that can incorporate the advantages of the planetary gear mechanism as it is and can overcome the disadvantages.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の可変バルブタイミング装置は、エンジンの回転に同期して回転する第1の回転体と、エンジンのカムシャフトと一体に回転する第2の回転体とを備え、前記第1の回転体の回転を第2の回転体に伝動するに際し、第1の回転体の回転に対する第2の回転体の回転の位相をずらすことでカムシャフトにより駆動されるエンジン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であって、
前記第1の回転体と前記第2の回転体との間に遊星式トラクションドライブを介して前記第1の回転体から前記第2の回転体に回転を伝達し、
前記遊星式トラクションドライブは、前記第1の回転体と一体に回転するリングローラと、当該リングローラの内側に配置される太陽ローラと、前記リングローラの内周面と前記太陽ローラの外周面との間で転動する遊星ローラと、当該遊星ローラを自転および公転自在に支持するとともに遊星ローラの公転に対応して当該遊星ローラと一体に回転し、かつ、第2の回転体と一体に回転するキャリアとを備え、
前記太陽ローラを回転駆動することで前記リングローラの回転に対する前記キャリアの回転の位相をずらす太陽回転駆動手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the object, the variable valve timing device according to
Transmitting rotation from the first rotating body to the second rotating body via a planetary traction drive between the first rotating body and the second rotating body;
The planetary traction drive includes a ring roller that rotates integrally with the first rotating body, a sun roller disposed inside the ring roller, an inner peripheral surface of the ring roller, and an outer peripheral surface of the sun roller. A planetary roller that rotates between the planetary roller and the planetary roller so as to rotate and revolve freely, and rotates together with the planetary roller corresponding to the revolution of the planetary roller and rotates together with the second rotating body. With a career to
Sun rotation driving means for shifting the phase of rotation of the carrier with respect to rotation of the ring roller by rotating the sun roller is provided.
請求項1に記載の本発明においては、遊星歯車機構ではなく、遊星式トラクションドライブを介在させてエンジンの回転をカムシャフトに伝達するとともに回転の位相を変更可能としているので、回転トルクの伝動に遊星歯車機構が用いられておらず、遊星歯車機構のバックラッシュによる騒音の発生や耐久性の悪化といった問題が発生することがないので、容易に実用化可能となる。 In the first aspect of the present invention, not the planetary gear mechanism but the planetary traction drive is interposed so that the rotation of the engine is transmitted to the camshaft and the rotation phase can be changed. Since the planetary gear mechanism is not used and problems such as noise and deterioration of durability due to backlash of the planetary gear mechanism do not occur, it can be easily put into practical use.
また、太陽ローラの回転角によって、カムシャフトの進角や遅角等の位相のずれとなる角度が決定されるので、太陽ローラの回転角をエンジン停止時に設定すれば、設定されたカムシャフトの第1の回転体に対する角度のずれをエンジン停止後も保持することができる。例えば、カムシャフトを中立位置に保持してエンジンを停止することができる。なお、太陽ローラの回転角は、太陽回転駆動手段により回転駆動可能であり、この太陽回転駆動手段を例えば電動モータとした場合に当該電動モータに電力を供給可能ならば、エンジン停止後にカムシャフトの第1の回転体に対する角度のずれを変更することも可能であり、エンジン始動時にカムシャフトの第1の回転体に対する角度のずれを設定することも可能である。 Also, since the rotation angle of the sun roller determines the angle that causes the phase shift such as the advance angle and delay angle of the cam shaft, if the rotation angle of the sun roller is set when the engine is stopped, The deviation of the angle with respect to the first rotating body can be maintained even after the engine is stopped. For example, the engine can be stopped by holding the camshaft in a neutral position. The rotation angle of the sun roller can be rotated by the sun rotation driving means. If the sun rotation driving means is an electric motor, for example, if the electric motor can supply electric power, It is also possible to change the angle deviation with respect to the first rotating body, and it is also possible to set the angle deviation with respect to the first rotating body of the camshaft when the engine is started.
また、太陽回転駆動手段を電動モータとすることで、従来の油圧式のアクチュエータに比較して作動速度を早くすることが可能である。
また、太陽ローラの回転により第1の回転体に対するカムシャフトの角度をいくらでも変更可能であり、実質的に制御が必要な第1回転体に対するカムシャフトの角度の変更範囲をカバーすることができる。すなわち、従来より広い範囲に渡って第1の回転体に対するカムシャフトの角度を変更することが可能となる。また、太陽ローラの回転角度を高精度で制御することで、無段階にカムシャフトの位相のずれとなる角度を設定可能である。
したがって、広い範囲に渡って高い精度でかつ迅速にエンジンのバルブの開閉タイミングを変更することが可能となる。
In addition, by using an electric motor as the solar rotation driving means, it is possible to increase the operating speed as compared with a conventional hydraulic actuator.
Further, the camshaft angle with respect to the first rotating body can be changed any number of times by the rotation of the sun roller, and the change range of the camshaft angle with respect to the first rotating body that needs to be substantially controlled can be covered. That is, the angle of the camshaft with respect to the first rotating body can be changed over a wider range than before. Further, by controlling the rotation angle of the sun roller with high accuracy, it is possible to set the angle at which the camshaft phase shifts steplessly.
Therefore, it is possible to change the opening / closing timing of the engine valve quickly and with high accuracy over a wide range.
また、油圧式の場合に、スプロケット内側に上述の油圧室を配置するため、特に複数の油圧質を周方向に並べて配置するため、スプロケットの周方向の距離を小さくすることができず、広い範囲に渡って位相のずれとなる角度を変更可能とすると、スプロケットの径が大きくなる虞があるが、それに対して、本発明では、スプロケットの内部側にカムシャフトもしくはカムシャフトの延長軸となる部分がスプロケットに対して回転自在に配置されれば、その他の構成(遊星ローラ、太陽ローラ、リングローラ等)を軸方向に沿ってスプロケットの外側に配置することも可能なので、スプロケットの軸方向沿った長さがある程度必要となる虞はあるが、スプロケットの径は小さくすることが可能となる。
また、スプロケットおよびカムシャフトは、吸気バルブ用と排気バルブ用とが必要であり、吸気用バルブと排気用バルブとは、互いに逆に斜めに配置されている。したがって、2本のカムシャフト間の距離が長くなると、吸気用バルブと排気用バルブとがなす挟角が広くなり、2本のカムシャフト間の距離が短くなると吸気用バルブと排気用バルブとがなす挟角を狭くすることが可能となる。ここで、各カムシャフトと一体に回転するスプロケットの径を小さくできれば、吸気用と排気用のカムシャフトを近づけることが可能となる。そして、本発明では、従来よりスプロケットの径を小さくしてカムシャフト間の距離を短くすることで、吸気バルブと排気バルブとの挟角を狭くすることができる。そして、吸気用のカムシャフトと排気用のカムシャフトとの距離を狭くし、かつ、吸気バルブと排気バルブとの挟角を狭くすれば、エンジンの小型化を図ることができる。
Further, in the case of the hydraulic type, the above-described hydraulic chamber is arranged inside the sprocket, and in particular, since a plurality of hydraulic qualities are arranged side by side in the circumferential direction, the distance in the circumferential direction of the sprocket cannot be reduced, and a wide range However, in the present invention, the camshaft or the portion that becomes the extension shaft of the camshaft is formed on the inner side of the sprocket. Can be arranged with respect to the sprocket so that other configurations (planet roller, sun roller, ring roller, etc.) can be arranged outside the sprocket along the axial direction. Although the length may be required to some extent, the sprocket diameter can be reduced.
Further, the sprocket and the camshaft are required for an intake valve and an exhaust valve, and the intake valve and the exhaust valve are disposed obliquely opposite to each other. Therefore, when the distance between the two camshafts is increased, the angle between the intake valve and the exhaust valve is widened, and when the distance between the two camshafts is shortened, the intake valve and the exhaust valve are It is possible to narrow the included angle. Here, if the diameter of the sprocket that rotates integrally with each camshaft can be reduced, the intake and exhaust camshafts can be brought closer to each other. In the present invention, the angle between the intake valve and the exhaust valve can be narrowed by reducing the sprocket diameter and shortening the distance between the camshafts. If the distance between the intake camshaft and the exhaust camshaft is reduced and the angle between the intake valve and the exhaust valve is reduced, the engine can be reduced in size.
請求項2に記載の可変バルブタイミング装置は、前記太陽ローラと同軸で回転する太陽歯車と、前記遊星ローラのキャリアと一体に公転する遊星歯車を備え、前記太陽歯車に回転可能に前記遊星歯車が噛み合っていることを特徴とする。
The variable valve timing device according to
請求項2に記載の発明においては、リングローラから遊星ローラによりキャリアに回転が伝動されることになるが、この際に、遊星ローラのキャリアと一体に公転する遊星歯車が、太陽ローラと一体に回転する太陽歯車に噛み合っており、この歯車同士の噛み合いにより、遊星式トラクションドライブにおけるクリープによる制御角の検知ズレを防止することができる。
なお、この際にトルクの伝達は、リングローラと遊星ローラとの間で行われているので、リング歯車が無い本発明では、太陽歯車と遊星歯車との間には、トルクが入力することがなくバックラッシュに基いて大きな衝撃は発生しない。したがって、バックラッシュに起因する衝撃に基く騒音等の問題は生じない。
In the invention described in
In this case, since torque is transmitted between the ring roller and the planetary roller, in the present invention having no ring gear, torque may be input between the sun gear and the planetary gear. There is no big impact based on backlash. Therefore, problems such as noise due to impact caused by backlash do not occur.
請求項3に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項2に記載の発明において、前記太陽歯車の回転角度を検知する太陽角検知手段を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the variable valve timing device according to the second aspect, further comprising a sun angle detecting means for detecting a rotation angle of the sun gear.
請求項3に記載の発明によれば、太陽歯車の回転角度が第1の回転体に対するカムシャフトの回転角のずれに対応することになり、太陽歯車の回転角度からカムシャフトの回転角のずれを算出することが可能となる。すなわち、太陽歯車の回転角度により第1の回転体に対するカムシャフトの進角もしくは遅角等の位相のずれとなる角度が決まることになる。
したがって、太陽角検知手段で検知された太陽歯車の回転角度に基いてバルブの開閉タイミングの制御が可能となる。
According to the third aspect of the present invention, the rotation angle of the sun gear corresponds to the deviation of the rotation angle of the camshaft with respect to the first rotating body, and the deviation of the rotation angle of the camshaft from the rotation angle of the sun gear. Can be calculated. That is, the angle that causes a phase shift such as the advance angle or retard angle of the camshaft with respect to the first rotating body is determined by the rotation angle of the sun gear.
Therefore, the valve opening / closing timing can be controlled based on the rotation angle of the sun gear detected by the sun angle detecting means.
請求項4に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記リングローラ、前記太陽ローラ、前記遊星ローラをテーパーローラとし、かつ、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを軸方向に押圧することにより、これらリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラを互いに径方向に押圧する押圧手段を備え、前記押圧手段が、ベルビルスプリングを備えていることを特徴とする。 A variable valve timing apparatus according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the ring roller, the sun roller, and the planetary roller are tapered rollers, and these rings A pressing means that presses the ring roller, the sun roller, and the planetary roller in the radial direction by pressing the roller, the sun roller, and the planetary roller in the axial direction; and the pressing means includes a Belleville spring. Features.
請求項4に記載の発明においては、ベルビルスプリングにより、リングローラと遊星ローラと太陽ローラとを押し付けてトラクション伝動を可能とすることができる。すなわち、テーパーローラであるリングローラ、太陽ローラ、遊星ローラにおいて、軸方向に付加されるベルビルスプリングの付勢力がこれらローラの接触面間の押圧力となり、トラクション伝動が可能となる。なお、エンジンから入力されるトルクの変動が大きい場合には、入力トルクによって押圧力を変更可能とすることが好ましく、ベルビルスプリングに加えて押圧力を制御可能な押圧手段を備えることが好ましい。 In the invention described in claim 4, traction transmission can be achieved by pressing the ring roller, the planetary roller, and the sun roller by the Belleville spring. That is, in the ring roller, sun roller, and planetary roller that are tapered rollers, the biasing force of the Belleville spring added in the axial direction becomes the pressing force between the contact surfaces of these rollers, and traction transmission is possible. In addition, when the fluctuation | variation of the torque input from an engine is large, it is preferable to be able to change pressing force with input torque, and it is preferable to provide the pressing means which can control pressing force in addition to a Belleville spring.
請求項5に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項4に記載の発明において、前記押圧手段がローディングカム機構を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the variable valve timing device according to the fourth aspect, the pressing means includes a loading cam mechanism.
請求項5に記載の発明においては、入力トルクが大きくなるとローディングカム機構から入力トルクに応じて大きくなる軸方向に沿った押圧力が生じることになる。これにより、入力トルクが大きい場合には、各ローラ間にかかる力を大きくしてトラクション力を高めることができ、入力トルクが少ない場合には、各ローラ間にかかる力を低減して発熱等を低減することができる。また、入力トルクが少ない場合にはベルビルスプリングの付勢力によって各ローラが押し付けられることになり、入力トルクがほとんどないエンジンの回転開始時などにおいても、十分に各ローラ間で回転力を伝達することができる。 In the fifth aspect of the present invention, when the input torque increases, a pressing force along the axial direction that increases in accordance with the input torque is generated from the loading cam mechanism. As a result, when the input torque is large, the force applied between the rollers can be increased to increase the traction force. When the input torque is small, the force applied between the rollers can be reduced to generate heat. Can be reduced. In addition, when the input torque is small, each roller is pressed by the biasing force of the Belleville spring, so that the rotational force can be sufficiently transmitted between the rollers even when the engine starts with little input torque. Can do.
請求項6に記載の可変バルブタイミング装置は、請求項1から請求項5に記載の発明において、前記カムシャフトと一体に回転する前記第2の回転体のカムシャフトの反対となる端部が、前記トラクションドライブおよび前記太陽回転駆動手段を貫通して配置され、当該第2の回転体の端部の回転角度を測定することにより、カムシャフトの回転角度を測定するカム角検知手段を備えることを特徴とする。 A variable valve timing device according to a sixth aspect is the invention according to the first to fifth aspects, wherein an end portion of the second rotating body that rotates integrally with the camshaft is opposite to the camshaft. Cam angle detecting means arranged to penetrate through the traction drive and the sun rotation driving means and measure the rotation angle of the camshaft by measuring the rotation angle of the end of the second rotating body. Features.
請求項6に記載の発明においては、太陽ローラを回転駆動して、キャリアと一体に回転するカムシャフトのリングローラの回転に対する位相差を調整する際に、太陽ローラと遊星ローラとにクリープが生じることにより、太陽ローラの回転角度に対してカムシャフトのリングローラに対する位相差となる角度にずれが生じる。すなわち、カムシャフトの位相差となる角度が設定角度となるように当該設定角度にギヤによる減速分も含めて対応した角度だけ太陽ローラを回転しても、クリープによりずれが生じるが、カムシャフトの回転角度を測定することで、ずれを補正することが可能となる。また、カムシャフトと一体に回転する第2の回転体をトラクションドライブおよび太陽回転駆動手段を貫通させることで、太陽回転駆動手段の設置部分もしくはその近傍にカム角検知手段を配置可能となる。
すなわち、カムシャフト側から軸方向に離れた部分にカム角検知手段を配置することで、カムシャフトの径方向に場所取ることなく、カム角検知手段を配置することができる。
In the invention described in
That is, the cam angle detection means can be arranged without taking a place in the radial direction of the camshaft by arranging the cam angle detection means in a portion away from the camshaft side in the axial direction.
本発明によれば、可変バルブタイミング装置において遊星式トラクションドライブを用いることにより、遊星歯車におけるバックラッシュによる問題を生じることなく、広い角度範囲に渡って高い精度でカムシャフトの回転角度を制御可能となるとともに、油圧式のアクチュエータを用いた場合の問題が生じることながく、エンジン停止時でもカムシャフトの回転角度の設定が可能となる。 According to the present invention, by using a planetary traction drive in a variable valve timing device, the camshaft rotation angle can be controlled with high accuracy over a wide angle range without causing problems due to backlash in the planetary gear. In addition, there is no problem when using a hydraulic actuator, and the camshaft rotation angle can be set even when the engine is stopped.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図であり、図2は可変バルブタイミング装置の断面図であり、図3は可変タイミング装置の正面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a basic configuration layout diagram of a variable valve timing device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the variable valve timing device, and FIG. 3 is a front view of the variable timing device. .
図1〜図3に示すように、可変バルブタイミング装置は、図示しないエンジンのクランクシャフトに設けられたスプロケットとタイミングベルトもしくはタイミングチェーンで回転を伝動されるスプロケット(第1の回転体)1と、後述の遊星式トラクションドライブ10を介してスプロケット1の回転が伝動されるカムシャフト2(基端部のみを図示)とを備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the variable valve timing device includes a sprocket provided on a crankshaft of an engine (not shown) and a sprocket (first rotating body) 1 whose rotation is transmitted by a timing belt or a timing chain; And a camshaft 2 (only the base end portion is shown) to which the rotation of the
また、カムシャフト2には、延長軸3(第2の回転体)が当該カムシャフト2に対して同軸上で基端側からさらにカムシャフト2を延長するように接続されている。また、延長軸3は、カムシャフト2と一体に回転するように当該カムシャフト2に固定されている。
なお、クランクシャフトはエンジンのピストンの上下動を回転運動に変換するものであり、クランクシャフトのスプロケットからタイミングベルトやタイミングチェーンで回転が伝動されるスプロケット1は、エンジンの回転に同期して回転する第1の回転体となる。また、延長軸3はカムシャフト2と一体に回転する第2の回転体となるが、カムシャフト2自体が第2の回転体となっていてもよい。すなわち、カムシャフト2と延長軸3を一体としてもよい。
In addition, an extension shaft 3 (second rotating body) is connected to the
The crankshaft converts the vertical movement of the piston of the engine into a rotational motion, and the
そして、カムシャフト2の基端部より僅かに後の延長軸3の先端部の周囲にカムシャフト2側の環状のスプロケット1が配置されている。すなわち、環状のスプロケット1の内側の開口を貫通するように延長軸3の先端部が配置され、当該先端部にカムシャフト2の基端部が接続されている。また、環状のスプロケット1の内周面と延長軸3の先端部との間には間隔があけられている。
An
そして、スプロケット1のカムシャフト2側となる側面の反対側となる側面すなわちエンジンのシリンダが配置される側と反対側となる側面には、後述のリングローラ5等を備える筒状回転体6がスプロケット1と一体に回転可能に固定されている。
筒状回転体6は、スプロケット1と同軸上に配置されるとともに、スプロケット1の前記側面に接続される先部6aの外径がスプロケット1の歯より内側となるようにスプロケット1より小さくされ、先部6aより後の後部6bの外径がスプロケット1の外径より僅かに小さいがスプロケット1の歯の基端部の外径より大きくなっており、筒状回転体6の後部の外周面がスプロケット1の歯の基端と先端との間で先端側に近い位置となっている。
A cylindrical
The cylindrical
また、スプロケット1の前記側面と筒状回転体6の先部6aとは、複数のボルト6cにより固定されている。
また、筒状回転体6の先部6aの内周面と延長軸3の先端部3aの外周面との間には、シール材7が配置されている。
また、筒状回転体6の先部6aの内周面と延長軸3の先端部3aの外周面との間で上記シール材7より基端側のほぼ隣接する位置にラジアル軸受(ラジアル玉軸受)8が配置されており、延長軸3に対して筒状回転体6が回転自在となっている。これにより、筒状回転体6に一体に回転可能に固定されたスプロケット1に対して延長軸3に一体に回転可能に固定されたカムシャフト2が相対的に回転自在となっている。
Further, the side surface of the
Further, a sealing
Further, a radial bearing (radial ball bearing) is provided at a position adjacent to the base end side of the
また、延長軸3は、上述のシール材7およびラジアル軸受8が配置される先端部3aにおいて最も外径が広くされており、ラジアル軸受8の後端部側の部分より後側に先端側の外径が狭く、後端側の外径が広い円錐台部3bが形成されている。そして、この円錐台部3bに遊星式トラクションドライブ10の複数(例えば、4つ)の遊星ローラ11を回転自在(自転自在)に支持するキャリア12が延長軸3と一体に回転可能に延長軸3に固定されている。また、キャリア12は遊星ローラ11と一体に公転するようになっており、カムシャフト2が遊星ローラ11の公転と一体に同期して回転するように構成されている。
The
また、延長軸3の円錐台部3bより後側は先端部3aおよび円錐台部3bよりも小径とされた小径部3cがこの可変バルブタイミング装置の最後部まで後方に延出した状態に配置されている。なお、延長軸3の後端部には当該延長軸3の軸方向に沿った平面で延長軸3の後端部を細くするように切り欠いた状態の切欠部が形成されている。
Further, the rear side of the
また、筒状回転体6の後部6bの内周には上述の遊星式トラクションドライブ10の環状のリングローラ5が筒状回転体6、すなわち、スプロケット1と一体に回転可能に固定されている。そして、このリングローラ5の内側には、上述のキャリア12により自転自在で公転自在とされた複数の遊星ローラ11が配置され、当該遊星ローラ11の内側に太陽ローラ14が配置されている。また、太陽ローラ14は、延長軸3の小径部3cの先端部の周囲に配置されるように筒状に形成され、小径部3cの外周面と太陽ローラ14の内周面との間に僅かな隙間が形成されている。
An
そして、太陽ローラ14の後方側にはローディングカム機構15を介して太陽ローラ14と一体に回転可能な太陽回転部16が設けられている。太陽回転部16は、延長軸3の小径部3cの太陽ローラ14およびローディングカム機構15より後ろ側で延長軸3の周囲に配置されるとともに、延長軸3との間にラジアル軸受(二列のラジアルニードル軸受)17を介在させて配置されている。すなわち、太陽回転部16は、内部に小径部3cを貫通させた状態の筒状に形成され、ラジアル軸受17により延長軸3に対して回転自在となっている。
A
また、太陽回転部16の先端部の外周には、太陽回転部16に一体に回転可能に固定されたフランジ部材18が配置されている。当該フランジ部材18は、円筒状の円筒部18aと、円筒部18aの先端部から外周に拡がるフランジ状のフランジ部18bとを備えている。そして、円筒部18aと、筒状回転体6の後部6bのリングローラ5より後の当該筒状回転体6の内周面との間にはリングローラ5を筒状回転体6の小径の先部6aと先部6aより径の大きな後部6bとの内周側の段差との間に挟んで固定するための押さえ部材19が設けられている。また、押さえ部材19は、筒状回転体6の内周面後端部の周方向に沿った溝に固定された止め輪部材19aにより後方への移動が規制され、上述のように筒状回転体6の段差と押さえ部材19との間にリングローラ5を挟んで固定した状態となっている。
Further, a
筒状回転体6の後部6bの内周に設けられた押さえ部材19と、太陽回転部16の外周に設けられたフランジ部材18のフランジ部18bとの間には、アンギュラ軸受(アンギュラ玉軸受)20が設けられるとともに、押さえ部材19とフランジ部18bとの間にベルビルスプリング(皿バネ)21が配置されている。これにより筒状回転体6に固定された押え部材19に対して太陽ローラ14と一体に回転する太陽回転部16が互いに回転自在とされるとともに、太陽ローラ14をベルビルスプリング21とローディングカム機構15とで軸方向に沿って前側に押すようになっている。
Between the holding
これにより、アンギュラ軸受20にはラジアル方向とスラスト方向(アキシャル方向)の荷重が作用し、アンギュラ軸受20がこれらの荷重に対応するようになっている。
また、筒状回転体6およびスプロケット1の部分は、エンジンのカムシャフト2の軸方向に沿った一端部側を構成し、エンジンのカバー22に覆われた状態となっている。
As a result, radial and thrust (axial) loads are applied to the
Further, the cylindrical
そして、カバー22の後端面側には、延長軸3の小径部3cが貫通する開口部が形成され、当該開口部の内周に押さえ部材19の後端部が入り込んだ状態となっている。
また、太陽回転部16は、小径部3cの周囲に配置された状態でカバー22の開口部を貫通した状態となっている。そして、カバー22の開口部の外周側に押さえ部材19の後端部が配置され、その内側に太陽回転部16が配置され、さらにその内側に延長軸3の小径部3cが配置された状態で、押さえ部材19と太陽回転部16との間の間隔がシール材24により塞がれた状態となっており、カバー22の開口部はほぼ塞がれた状態となっている。
An opening through which the
Moreover, the
そして、カバー22の外側に延出した太陽回転部16には、その後端部に太陽回転部16と同軸上で一体に回転するウォームホイール25が設けられている。また、ウォームホイール25には、ウォーム26が噛み合っており、当該ウォーム26には電動モータ27がダイレクトに接続されている。また、ウォーム26の電動モータ27が接続された端部の反対側の端部は軸受26aで回転自在に支持されている。この電動モータ27としては、例えば、回転角度を制御可能なサーボモータやステッピングモータが用いられるが、DCモータを用いるものとしてもよい。
The solar
また、延長軸3の小径部3cの基端部は、ウォームホイール25より後方に延出し、この延出部分に前記切欠部が設けられ、前記切欠部の部分の側方に非接触で延長軸3の回転角度、すなわち、カムシャフト2の回転角度を検知するカム角センサ28が設けられている。なお、カム角センサ28としては、非接触で回転角度を検知可能な周知のセンサ(各種エンコーダー等)が用いられる。
Further, the base end portion of the
また、カバー22の開口部より後方に延出するウォームホイール25および延長軸3の後端部およびカム角センサ28の部分は、カバー22の開口部の周囲に固定された後部カバー30に覆われている。
そして、遊星式トラクションドライブ10は、上述の筒状回転体6を介してスプロケット1に固定されたリングローラ5と、リングローラ5の内側に配置される太陽ローラ14と、これらリングローラ5の内周面と、太陽ローラ14の外周面との間で転動する複数の遊星ローラ11とを有するものとなっている。
Further, the
The
そして、リングローラ5は、上述のように筒状回転体6の内周面に固定され、スプロケット1と一体に回転するようになっている、また、リングローラ5は、その内周面がテーパーとなった環状のテーパーローラであり、カムシャフト2の軸方向に沿って先端側(カムシャフト2側)に向かうにつれて内径が小さくっており、リングローラ5の内側の空間が円錐台状となっている。
The
なお、リングローラ5は、カムシャフト2の軸方向に沿った位置が固定で、回転だけが可能となっている。
また、太陽ローラ14は、その外周面がテーパーとなったテーパーローラであり、カムシャフト2の軸方向に沿って先端側(カムシャフト2側)に向かうにつれてその外径が小さくなる円錐台状に形成されている。但し、太陽ローラ14は、その内部に当該太陽ローラ14と同軸上に配置された延長軸3の小径部3cが貫通するようになっている。
The
The
そして、リングローラ5の内周面の傾斜角に対して、太陽ローラ14の外周面の傾斜角の方が小さくなっており、リングローラ5の内周面と太陽ローラ14の外周面との間の距離は、先端側に向かうほど狭くなるようになっている。
そして、遊星ローラ11は、その外周面がテーパーとなったテーパーローラであり、先端側に向かうにつれて外径が小さくなる円錐台状となっている。
Further, the inclination angle of the outer peripheral surface of the
The
遊星ローラ11は、上述の傾斜したリングローラ5の内周面と、傾斜した太陽ローラ14の外周面との間に配置され、かつ、リングローラ5の内周面の傾斜角の方が、太陽ローラ14の外周面との傾斜角より大きくされていることで、遊星ローラ11の回転軸のカムシャフト2の軸方向に対する傾斜角は、リングローラ5の内周面のカムシャフト2の軸方向に対する傾斜角と、太陽ローラの外周面のカムシャフト2の軸方向に対する傾斜角との中間となる傾斜角となっている。したがって、太陽ローラ14およびリングローラ5の回転軸がカムシャフト2の回転中心軸と一致していることから、カムシャフト2の軸方向に沿っているのに対して遊星ローラ11の回転中心は、カムシャフト2の軸方向に対して斜めとなっている。
The
また、遊星ローラ11の外周面の傾斜角は、遊星ローラ11の軸方向に対して、上述のカムシャフト2の軸方向に対するリングローラ5の内周面の傾斜角からカムシャフト2の軸方向に対する太陽ローラ14の外周面の傾斜角を減算した値の1/2の角度となっている。
また、遊星ローラ11は、キャリア12に固定された遊星軸12aにラジアル軸受(ラジアルニードル軸受)12bを介して回転自在に取り付けられている。
The inclination angle of the outer peripheral surface of the
The
また、キャリア12は、カムシャフト2に固定された延長軸3の円錐台部3bに固定されている。そして、キャリア12は、延長軸3と一体に回転するとともに、太陽ローラ14とリングローラ5との間で転動して公転する遊星ローラ11と一体に回転(公転)するようになっている。キャリア12がその外周面が円錐台状とされるとともにその内部側の空間が円錐台状となっており、先側に向かうにつれて径が狭くなる筒状となっている。
The
そして、太陽ローラ14は、フランジ部材18および太陽回転部16およびローディングカム機構15を介してベルビルスプリング21によりカムシャフト2の軸方向に沿ってカムシャフト2側に押圧されている。また、ベルビルスプリング21は、ばねであり圧縮された状態で配置されていることから、エンジンの停止や始動に係りなく常時、太陽ローラ14を軸方向に沿ってカムシャフト2側に押圧している。
The
これにより、上述のようにリングローラ5がカムシャフト2の軸方向に沿って移動不可となっているとともに、リングローラ5、遊星ローラ11、太陽ローラ14がテーパーローラとなっていることからくさび効果により、ベルビルスプリング21の付勢力により太陽ローラ14の外周面が遊星ローラ11の外周面に押し付けられ、遊星ローラ11の外周面がリングローラ5の内周面に押し付けられた状態となっている。
Thereby, as described above, the
これにより、リングローラ5の回転が遊星ローラ11に伝達されて遊星ローラ11が太陽ローラ14の外周面を転動した状態となり、遊星ローラ11が公転することによりキャリア12が回転する。
また、入力トルクに応じて軸方向に沿った押圧力を生じるローディングカム機構15が機能することにより、さらに太陽ローラ14に軸方向に沿った力が作用し、太陽ローラ14と遊星ローラ11とが接触する圧力と、遊星ローラ11とリングローラ5とが接触する圧力とが高くなる。なお、ローディングカム機構15は周知のものを使用することができる。
これにより、キャリア12に一体に回転可能となったカムシャフト2が回転する。
Thereby, the rotation of the
In addition, the
As a result, the
ここで、太陽ローラ14をカムシャフト2の回転方向と同じ方向に回転すると、太陽ローラ14の回転に伴なって遊星ローラ11の公転角度が進むことになり、スプロケット1の回転に対してカムシャフト2の回転角度が進んだ状態となり、進角してバルブの開閉タイミングが早くなる。
また、逆に太陽ローラ14をカムシャフト2の回転方向と逆方向に回転すると、太陽ローラ14の回転に伴なって遊星ローラ11の公転角度が遅れることになり、スプロケット1の回転に対してカムシャフト2の回転角度が遅れた状態となり、遅角してバブルの開閉タイミングが遅くなる。
Here, when the
Conversely, when the
すなわち、上述の電動モータ27でウォーム26を回転駆動することで、ウォームホイール25が回転し、この回転により太陽回転部16が回転し、太陽ローラ14が回転することになり、上述のようにカムシャフト2の回転角度をエンジンの回転に対して進角もしくは遅角させるように位相をずらすことができる。
That is, when the
ここで、太陽ローラ14の外径をAとし、リングローラ5の内径をCとした場合に、トルクの入力がスプロケット1を介してリングローラ5から行われ、出力がキャリア12から行われる今回の場合に、キャリア12における減速比aは、a=1/(A/C+1)となる。
ここで、太陽ローラ14を回転することでキャリア12の回転角度をずらす場合に、太陽ローラ14への制御入力をキャリア12から出力する状態となるので、減速比aは、a=1/(C/A+1)となる。したがって、キャリア12と一体に回転するカムシャフト2の回転角度をスプロケット1の回転角度に対してずらす際の角度にa=1/(C/A+1)を乗算して、太陽ローラ14の回転角度を求めることができる。
Here, when the outer diameter of the
Here, when the rotation angle of the
以上のような可変バルブタイミング装置によれば、遊星式歯車機構のように歯車を用いていないので、歯車のバックラッシュによりトルク変動があった場合に歯車に衝撃が作用し、衝撃音の発生や耐久性の低下等を招くようなことがなく、容易に実用化することができる。 According to the variable valve timing apparatus as described above, since no gear is used unlike the planetary gear mechanism, when there is a torque fluctuation due to the backlash of the gear, an impact is applied to the gear, and an impact sound is generated. It can be easily put into practical use without causing a decrease in durability.
また、遊星式トラクションドライブ10を用いることで遊星式歯車機構を用いた場合と同様に広い範囲に渡って高精度でスプロケット1の回転角度に対するカムシャフトの回転角度を変更することが可能となるとともに、電動モータ27を動作させることで、カムシャフト2のスプロケット1に対する回転角度のずれをいつでも変更することが可能であり、電源を切っていなければ、エンジンが停止した状態でもカムシャフト2のスプロケット1に対する回転角度のずれを変更することができる。
Further, by using the
したがって、油圧を用いた場合のように、エンジンを停止した際や、エンジンがアイドリング状態でトルクが低い場合などに、カムシャフト2のスプロケット1に対する回転角度のずれを変更できなくなったり、設定できななくなったりすることがない。また、エンジン停止時に電動モータ27を作動させなければ、太陽ローラ14の角度がそのまま維持されるので、エンジン停止時からエンジン始動時まで、カムシャフト2のスプロケット1に対する回転角度のずれを維持することができる。
Therefore, when the engine is stopped, as in the case of using hydraulic pressure, or when the engine is idling and the torque is low, the rotational angle deviation of the
しかし、遊星式トラクションドライブ10では、ローラ同士で回転を伝達するために、クリープ(滑り)が生じ、長時間連続使用した場合に、クリープによる誤差が大きくなり、精度の高いカムシャフト2の回転角度の制御が困難となってしまう。
そこで、この例では、カムシャフト2の回転角度を上述のカム角センサ28で計測し、クリープよる誤差を修正しながら制御を行うか、カム角センサ28から出力されるカムシャフト2の回転角度を示す信号に基づいてフィードバック制御を行うようになっており、クリープによる精度の低下を防止するようになっている。
However, in the
Therefore, in this example, the rotation angle of the
図4は、前記第1の実施例の可変バルブタイミング装置の変形例を示す断面図であり、ローディングカム機構15を取り除いた構造となっている。そして、ローディングカム機構15が間に配置されていた太陽回転部16と太陽ローラ14とが一体に形成され、かつ、アンギュラ軸受20が押さえ部材19とフランジ部材18との間ではなく、押え部材19と太陽ローラ14の後端部とに配置されており、フランジ部材18を設けない構造となっている。
FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the variable valve timing device of the first embodiment, and has a structure in which the
そして、フランジ部材18に代えて太陽回転部16に設けられ、太陽回転部16の他の部分より径が広くされて外周側にフランジ状に突出した拡径部16aが設けられ、当該拡径部16aとアンギュラ軸受20との間にベルビルスプリング21が配置されており、これにより、太陽回転部16および太陽ローラ14がカムシャフト2の軸方向に沿って先端部側(リングローラ5側)に押圧されている。
And it replaces with the
この図4に示す変形例の可変バルブタイミング装置においても、第1の実施の形態の可変バルブタイミング装置と同様の作用効果を得ることができるが、太陽ローラ14に軸方向に沿ってかけられる押圧力がベルビルスプリング21の付勢力だけとなるので、トルクの大きな大型のエンジンで使用することが困難であり、可変バルブタイミング装置への入力トルクが小さな小型のエンジンで好適に用いることができる。そして、小型のエンジンでは、ローディングカム機構15が設けられないことにより、可変バルブタイミング装置の構成の簡素化とコストの低減を図ることができる。
In the variable valve timing device of the modification shown in FIG. 4, the same effect as that of the variable valve timing device of the first embodiment can be obtained, but the push applied to the
図5〜図7は、本発明の第2の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を示すものである。
図5は本発明の第2の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の基本構成レイアウト図であり、図6は可変バルブタイミング装置の断面図であり、図7は可変タイミング装置の正面図である。
5 to 7 show a variable valve timing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a basic configuration layout diagram of a variable valve timing device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a sectional view of the variable valve timing device, and FIG. 7 is a front view of the variable timing device. .
第2の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置は、第1の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置に太陽歯車41と遊星歯車42を加え、カム角センサ28に代えて太陽角センサ44を設けたものとなっており、それ以外の点については、第1の実施の形態と同様の構成を有するものとなっており、図5〜図7に図1〜図3と同様の符号を付してその説明を省略する。
The variable valve timing device according to the second embodiment includes a
太陽歯車41は、第1の実施の形態のフランジ部材18の位置に、フランジ部材18に代えて設けられている。そして、太陽歯車41は、太陽回転部16の先端部周囲に太陽回転部16と一体に回転可能に固定されている。すなわち、太陽歯車41は、環状に形成され、太陽歯車41の内側に太陽回転部16が挿入(嵌入)されて固定されている。
したがって、太陽歯車41は、太陽ローラ14と一体に回転可能となっている。そして、太陽歯車41の外周には、遊星歯車42と噛み合う歯が形成されている。
The
Therefore, the
なお、第1の実施の形態では、アンギュラ軸受20が筒状回転体6の内周に固定された押さえ部材19と、フランジ部材18との間に配置されていたが、第2の実施の形態では、アンギュラ軸受20が押さえ部材19と太陽回転部16との間に配置されている。
また、第1の実施の形態では、アンギュラ軸受20が遊星ローラ11の直ぐ後ろに配置されていたのに対して第2の実施の形態では、太陽歯車41の周囲に配置される遊星歯車42の後に配置されている。
In the first embodiment, the
In the first embodiment, the
また、第1の実施の形態ではベルビルスプリング21がフランジ部材18のフランジ部18bを先側に付勢する構成となっていたが、第2の実施の形態では、ベルビルスプリング21が太陽回転部16に固定されている太陽歯車41を付勢するようになっている。
したがって、第2の実施の形態においては、太陽歯車41より後側にアンギュラ軸受20およびベルビルスプリング21が配置されることにより、太陽歯車41の周囲に遊星歯車42を配置するための空間が確保されている。
Further, in the first embodiment, the
Therefore, in the second embodiment, the
また、太陽歯車41は、第1の実施の形態のフランジ部材18より小径とされており、遊星歯車42の配置空間を確保している。
また、遊星歯車42は、太陽歯車41の周囲に複数配置されて、太陽歯車41に噛み合った状態で太陽歯車41の周囲を転動可能となっている。
また、この例においては、遊星歯車42を自転自在かつ公転自在に支持し、かつ、遊星歯車の公転と一体に回転する歯車キャリア43を備えている。そして、この例では、歯車キャリア43が、遊星ローラ11を自転自在に支持するとともに公転自在に支持し、遊星ローラ11の公転と一体となって回転するキャリア12と一体に回転するようになっている。
Further, the
Further, a plurality of
In this example, the
また、遊星歯車42と遊星ローラ11の数が同じとされている。
そして、歯車キャリア43は、キャリア12に支持された遊星ローラ11の後側に配置され、キャリア12に設けられ遊星ローラ11を回転自在に支持する遊星軸12aの後端部に固定され、キャリア12と当該歯車キャリア43が一体に回転するようになっている。
The number of
The
また、歯車キャリア43には、遊星歯車42を回転自在に支持する歯車軸42aが設けられ、当該歯車軸42aに設けられたラジアル軸受(ラジアルニードル軸受)42bを介して前記遊星歯車42が当該歯車軸42aに回転自在(自転自在)に取り付けられている。また、歯車軸42a、すなわち遊星歯車42の回転軸方向は、カムシャフト2と平行となっている。
Further, the
したがって、歯車キャリア43もキャリア12と同様に延長軸3およびキャリア12を介してカムシャフト2と一体に回転する。
これにより、太陽ローラ14と太陽回転部16と一体に太陽歯車41が回転し、かつ、カムシャフト2とキャリア12と歯車キャリア43とが一体に回転する。そして、歯車キャリア43と一体に公転する遊星歯車42が太陽ローラ14と一体に回転する太陽歯車41に噛み合っていることになる。
Accordingly, the
Thereby, the
したがって、太陽回転部16を回転させて、カムシャフト2の回転をスプロケット1の回転に対して設定角度だけ早めたり、設定角度だけ遅らせたりする際に、太陽歯車41を回転することで、遊星歯車42がクリープすることなく回転し、これにより遊星キャリア43が回転するとともに、遊星キャリア43と一体にカムシャフト2に接続されたキャリア12が回転する。また、キャリア12は、エンジンの回転に対応して回転するリングローラ5の回転が遊星ローラ11に伝動されることにより、遊星ローラ11の公転に対応して回転している。
したがって、太陽歯車41を回転させると、太陽歯車41の回転した分だけ、確実にキャリア12の回転位相が早められたり、遅くされたりすることになる。すなわち、太陽ローラ14を回転させることにより、遊星ローラ11を介してキャリア12の回転位相を早めたり、遅らせたりする際に、太陽歯車41と遊星歯車42および遊星キャリア43が介在することにより、ローラ同士のクリープによる誤差が発生しない。
Therefore, by rotating the
Therefore, when the
言い換えれば、太陽歯車41の回転は、クリープによる誤差なしに、キャリア12に接続されたカムシャフトに伝達され、エンジンの回転(リングローラ5の回転)に対する位相差が決定される。
ここで、上述のように太陽ローラ14と遊星ローラ11との間ですべりが生じ、遊星ローラ11の自転と公転との関係にずれが生じても、カムシャフト2のスプロケット1に対する位相差となる角度は太陽歯車41の角度を検知することで検知できることから、回転する遊星ローラ11が太陽ローラ14やリングローラ5に対して滑ってクリープした状態でも、太陽歯車41の角度を検知しながら制御することで、正確なカムシャフト2の位相差となる角度の制御が可能となる。
In other words, the rotation of the
Here, even if slip occurs between the
また、基本的にトルクは、リングローラ5と遊星ローラ11との間で伝達され、たとえば、クリープが生じた際に、この例ではリング歯車がないことから太陽歯車41と遊星歯車42との間でトルクが生じることはないので、バックラッシュにより大きな衝撃が発生することがなく、騒音や耐久性の問題が生じることがない。
また、第2の実施の形態では、クリープが防止されるので、カムシャフト2の回転角度を測定するカム角センサ28が備えられておらず、その代わりに太陽歯車41および太陽ローラ14の回転角度を検知する太陽角センサ(太陽角検知手段)44が設けられている。太陽角センサ44としては、たとえば、非接触式の各種エンコーダを使用することができる。また、カムシャフト2の位相をスプロケット1に対して適正な範囲内で早めたり遅くしたりする際に、各ローラの径の比(各歯車のギヤ比)にもよるが、太陽歯車の回転角度の範囲を例えば120度以内とすることが可能なので(少なくとも太陽歯車を複数回転させる必要がないので)、接触式センサでも十分に対応可能である。
Further, basically the torque is transmitted between the
Further, in the second embodiment, since creep is prevented, the
すなわち、この例ではクリープを考慮しなくていいことから、太陽角センサ44により測定される太陽歯車41および太陽ローラ14の回転角度により、カムシャフト2のスプロケット1に対する上述の進角および遅角を直接制御することになる。
例えば、第1の実施の形態においては、フィードバック制御とした場合に、カムシャフト2の進角および遅角をカム角センサ28で計測しながら太陽ローラ14を回転させることになるが、第2の実施の形態では、太陽ローラ14および太陽歯車41の回転角度だけでカムシャフト2の進角および遅角を制御する。
That is, in this example, creep does not need to be taken into consideration, and the advance angle and retard angle of the
For example, in the first embodiment, when feedback control is used, the
なお、太陽ローラ14および太陽歯車41の回転角度とカムシャフト2の回転角度との関係は第1の実施の形態の場合と同様である。
そして、第1の実施の形態の可変バルブタイミング装置では、遊星式トラクションドライブのクリープによりカムシャフト2の位相の制御角がずれるため、カムシャフト2の回転角度を測定するカム角センサ28が必要であったが、第2の実施の形態では上述のように太陽歯車41の回転角度を制御することによりカムシャフト2の位相の制御角を正確に制御できるので不用となる。
カム角センサ28の場合には、カムシャフト2と一体に回転するため、正確なカム角(位相差となる角度)の検知が難しい。すなわち、カムシャフト2が回転した状態で、スプロケット1の回転に対する位相差となる角度を求めなければならない。それに対して太陽角センサ44では、太陽ローラ14(太陽歯車41)の回転角度を計測することにより、ギアによる減速分が含まれるが、カムシャフト2の回転の位相差となる角度をそのまま求めることができる。
なお、第2の実施の形態においても、カムシャフト2の回転角度を測定するカム角センサ28を設けるものとしてもよい。
In addition, the relationship between the rotation angle of the
In the variable valve timing device of the first embodiment, the control angle of the phase of the
In the case of the
In the second embodiment, a
また、第2の実施の形態においても、トルクの小さい小型のエンジンに適用する場合には、ローディングカム機構15を設けずにベルビルスプリング21だけで、太陽ローラ14等をカムシャフト2の軸方向に押圧するものとしてもよい。また、遊星歯車42と遊星ローラ11の回転角度を同期させる手段を設けてもよい。
Also in the second embodiment, when applied to a small engine with a small torque, the
1 スプロケット(第1の回転体)
2 カムシャフト
3 延長軸(第2の回転体)
10 遊星式トラクションドライブ
11 遊星ローラ
12 キャリア
13 リングローラ
14 太陽ローラ
15 ローディングカム機構(押圧手段)
21 ベルビルスプリング(押圧手段)
27 電動モータ
41 太陽歯車
42 遊星歯車
44 太陽角センサ(太陽角検知手段)
1 Sprocket (first rotating body)
2
10 planetary traction drive 11
21 Belleville spring (pressing means)
27
Claims (6)
前記第1の回転体と前記第2の回転体との間に遊星式トラクションドライブを介して前記第1の回転体から前記第2の回転体に回転を伝達し、
前記遊星式トラクションドライブは、前記第1の回転体と一体に回転するリングローラと、当該リングローラの内側に配置される太陽ローラと、前記リングローラの内周面と前記太陽ローラの外周面との間で転動する遊星ローラと、当該遊星ローラを自転および公転自在に支持するとともに遊星ローラの公転に対応して当該遊星ローラと一体に回転し、かつ、第2の回転体と一体に回転するキャリアとを備え、
前記太陽ローラを回転駆動することで前記リングローラの回転に対する前記キャリアの回転の位相をずらす太陽回転駆動手段を備えることを特徴とする可変バルブタイミング装置。 A first rotating body that rotates in synchronization with the rotation of the engine; and a second rotating body that rotates together with the camshaft of the engine, and transmits the rotation of the first rotating body to the second rotating body. In doing so, a variable valve timing device that changes the opening and closing timing of the valve of the engine driven by the camshaft by shifting the phase of the rotation of the second rotating body with respect to the rotation of the first rotating body,
Transmitting rotation from the first rotating body to the second rotating body via a planetary traction drive between the first rotating body and the second rotating body;
The planetary traction drive includes a ring roller that rotates integrally with the first rotating body, a sun roller disposed inside the ring roller, an inner peripheral surface of the ring roller, and an outer peripheral surface of the sun roller. A planetary roller that rotates between the planetary roller and the planetary roller so as to rotate and revolve freely, and rotates together with the planetary roller corresponding to the revolution of the planetary roller and rotates together with the second rotating body. With a career to
A variable valve timing device comprising: a sun rotation driving means for shifting the phase of rotation of the carrier with respect to rotation of the ring roller by rotating the sun roller.
前記押圧手段が、ベルビルスプリングを備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の可変バルブタイミング装置。 The ring roller, the sun roller, and the planetary roller are tapered rollers, and the ring roller, the sun roller, and the planetary roller are pressed in the axial direction so that the ring roller, the sun roller, and the planetary roller are in a radial direction. A pressing means for pressing,
The variable valve timing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressing means includes a Belleville spring.
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