JP2010138735A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の軸方向のコンパクト化を図りつつ作動時の異音の発生を低減し得るバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】位相変換機構４は、前記スプロケットにハウジング５を介して同期回転する偏心制御板６と、電動モータ１２により回転する偏心カム２５によって偏心制御板に対し駆動ボール２６を介して偏心移動する偏心駆動板２４と、前記カムシャフトに結合された従動板２９と、を備えている。前記偏心駆動板の他側面にハイポトロコイド溝３４が、前記従動板の内側面にエピトロコイド溝３１がそれぞれ形成され、両溝間に挟持状態に配置された複数の駆動ボール２７を介して、電動モータの回転を所定の減速比に制御してタイミングスプロケット１とカムシャフトの相対回転位相を変換するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを、電動モータによる位相変換機構を用いて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

従来から内燃機関の吸気弁や排気弁のリフト量や開閉タイミング(バルブタイミング)を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置としては、種々提供されており、その一つとして以下の特許文献１に記載されたようなものがある。

この可変動弁装置は、バルブタイミング可変機構とバルブリフト可変機構の両方を備えたもので、電動モータのステータが、機関のクランクシャフトによって回転駆動するタイミングプーリに連結されていると共に、前記電動モータのロータが、カムシャフトに変換機構を介して接続されている。このカムシャフトは、外周面にテーパ状のカム面を有する駆動カムが設けられている。前記変換機構は、ボール螺子軸とボールナットからなる機構と、入力部材側と出力部材側とに相対応するヘリカルスプラインからなる歯車機構の２つの機構から構成されている。

そして、電子コントローラが前記電動モータのコイルに通電してモータ軸が回転することによって前記変換機構によりタイミングプーリに対してカムシャフトを相対回転させると共に、カムシャフトを軸方向に移動させる。これによって、機関運転状態に応じて、例えば吸気弁のリフト量とバルブタイミングの両方を可変制御するようになっている。
特開平１１−１４１３１４号公報

従来の可変動弁装置にあっては、変更機構としてヘリカルスプライン歯車機構を用いていることから、互いに噛み合っているヘリカル内外歯がカムシャフトに発生する正負の交番トルクによって衝突して打音を発生するおそれがある。

本発明は、前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、第１部材と第２部材のいずれか一方側に、複数のボールが配置されるサイクロイドまたはトロコイド曲線からなる第１ガイドが設けられていると共に、他方側に、前記従動回転体の回転軸周りに前記各ボールの公転を許容する第２ガイドが設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、減速比を大きくしても異音の発生を十分に抑制することが可能になる。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この各実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁装置に適用したものであるが、排気側の動弁装置に同様に適用することも可能である。
〔第１の実施形態〕
このバルブタイミング制御装置(ＶＴＣ)は、図１及び図２に示すように、内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体であるタイミングスプロケット１と、図外のシリンダヘッド上に軸受けを介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転する従動回転体であるカムシャフト２と、該タイミングスプロケット１とカムシャフト２の前方位置に配置されて、シリンダブロックなどにボルト固定されたカバー部材３と、前記タイミングスプロケット１とカムシャフト２の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構４と、を備えている。

前記タイミングスプロケット１は、ほぼ円環板状に形成されて、外周に図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連係されるリング状の歯車１ａが外周に一体に形成されていると共に、内周側に形成された円形孔１ｂが後述する従動部材９の段差形状の外周面に回転自在に支持されている。

また、前記タイミングスプロケット１の前端面には、前記減速機８を覆う状態で前方に突出した円筒状のハウジング５と、該ハウジング５の前端開口を閉塞する状態で配置された偏心制御板６が配置されていると共に、これらハウジング５と偏心制御板６が６本のボルト７によってタイミングスプロケット１に軸方向から共締め固定されている。なお、前記偏心制御板６は減速機８の一部を構成している。

前記カムシャフト２は、外周に図外の吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有すると共に、前端部に前記減速機８の一つの構成部材である前記従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から結合されている。

前記カバー部材３は、前記タイミングチェーンなどを覆ってカバーするもので、比較的に薄肉な金属プレートをプレス成形によって形成され、前記位相変更機構４の前端側の一部が多段膨出状に形成されていると共に、該膨出部３ａに対応した位置に縦断面ほぼコ字形状に折曲形成された支持ブラケット１１が固定ボルト５０によってカバー部材３に固定されている。前記膨出部３ａは、最大に膨出した上端部にコネクタ挿通孔３ｂが上下方向に沿って貫通形成されている。

前記支持ブラケット１１は、壁部のほぼ中央位置に大径孔１１ａが形成されて、この大径孔１１ａの内周面が後述する電動モータのモータケーシングを回転自在に軸受けするプレーンベアリングとして機能するようになっている。また、前記大径孔１１ａの内周面には、タイミングスプロケット１側から飛散した潤滑油を後述するオイルシール２３に供給する切欠孔１１ｂが円周方向の所定の２箇所に形成されている。

前記位相変更機構４は、前記カムシャフト２のほぼ同軸上前端側に配置されたアクチュエータである電動モータ１２と、該電動モータ１２の回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する前記減速機８と、から構成されている。

前記電動モータ１２は、図１に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、前後が閉塞されたほぼ円筒状のモータケーシング１３と、該モータケーシング１３の内部に回転自在に設けられて、外周にコイルが巻回されたロータ１４と、モータケーシング１３の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１５，１５と、前記ロータ１４の内部軸心方向に設けられて、前記減速機８に連結されたモータ軸１６と、を備えている。

前記モータケーシング１３の前端面には、前記ロータ１４のコイルに接続された内外一対の円環プレート状のスリップリング１７，１７が設けられていると共に、前記カバー部材３の膨出部３ａの内部には、各先端部が前記２つのスリップリング１７，１７に摺接する２つのブラシ１８、１８が収容配置されている。この各ブラシ１８，１８は、一端部が前記コネクタ挿通孔３ｂからカバー部材３内に挿通されたコネクタ部材１９の２つの端子に接続されており、該各端子はハーネス２０を介して制御機構であるコントロールユニット２１に接続されている。

前記モータケーシング１３は、後端側の端壁のほぼ中央から突出した小径円筒状の突部１３ａが設けられていると共に、外周面と前記支持ブラケット１１のコ字形状凹部内周面との間には、前記各スリップリング１７やブラシ１８が収容された空間部２２をシールする円環状のオイルシール２３が設けられている。

前記コントロールユニット２１は、図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、アクセル開度センサなど各種のセンサ類から情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関制御を行うと共に、前記ロータ１４のコイルに通電してモータ軸１６の回転制御を行い、減速機８を介してカムシャフト２のタイミングスプロケット１に対する相対回転位相を制御するようになっている。

前記減速機８は、図１及び図２に示すように、前記偏心制御板６と、第２部材である前記従動部材９と、前記偏心制御板６と従動部材９との間に介装されて、偏心運動を行う第１部材である偏心駆動板２４と、前記モータ軸１６の先端部に設けられて、前記偏心駆動板２４を偏心運動させる中間回転部材である偏心カム２５と、前記偏心制御板６と偏心駆動板２４との間に介在された転動体である６個の偏心ボール２６と、前記偏心駆動板２４と従動部材９との間に介在された転動体である１１個の駆動ボール２７と、から主として構成されている。

前記偏心制御板６は、金属材によってほぼ円盤状に形成されて、内周部のほぼ中央位置に前記偏心カム２５を回転自在に支持する段差径状の第１支持孔６ａが貫通形成されていると共に、前記偏心駆動板２４側の内側面には、図７にも示すように、前記各偏心ボール２６の一部を収容保持する６つの偏心溝２８が形成されている。なお、前記偏心制御板６は、外周部に前記各ボルト７が挿通する挿通孔６ｂが形成されている。

前記各偏心溝２８は、図３、図６及び図７に示すように、その内径が比較的大きく形成されて、前記各偏心ボール２６の回転と前記偏心カム２５の偏心分の移動を許容する溝形状に形成されていると共に、径方向のほぼ中央位置には各偏心ボール２６のがた付きを抑制する凸部２８ａが形成されている。

また、この偏心制御板６の外側面には、円環状の金属製プレート部材３２を介して前記モータケーシング１３が結合されている。すなわち、前記プレート部材３２は、内周部の外側面が前記モータケーシング１３の後端壁面に溶接によって一体的に結合されていると共に、その外径が偏心制御板６とほぼ同一に設定されている。また、プレート部材３２は、外周部の円周方向のほぼ等間隔位置に複数穿設されたボルト挿通孔にそれぞれ挿通するボルト３２ａが前記偏心制御板６の外周部に有する雌ねじ孔に螺着することによって結合されている。

前記従動部材９は、金属材によって一体に形成され、前記偏心駆動板２４に対向した円盤状の従動板２９と、該従動板２９の外側面ほぼ中央にカムシャフト２方向へ突出した段差径状の円筒部３０と、を備えている。また、従動部材９は、内部軸方向に前記カムボルト１０が挿通される挿通孔９ａが貫通形成されて、該カムボルト１０によってカムシャフト２の先端部に軸方向から結合されている。

前記従動板２９は、その外径がハウジング５の内径よりも小さく設定されてハウジング５内部に回転自在に収容配置され、中央に前記挿通孔９ａよりも大径な第２支持孔２９ａが形成されていると共に、下端縁に矩形状の突部２９ｂが一体に設けられている。この突起２９ｂは、前記一対のボルト７、７間に配置されて、前記偏心駆動板２４の後述する偏心移動に伴って前記従動板２９が回転した際に、両側面が前記両ボルト７、７の各軸部に当接して従動板２９の正逆方向の最大回転位置を規制するようになっている。

また、従動板２９の偏心制御板２４側の内側面には、図８にも示すように、前記駆動ボール２７の一部(ボール径の約半分)が保持される第２ガイドである波形状のエピトロコイド溝３１(エピトロコイド曲線)が円周方向に沿って形成されている。このエピトロコイド溝３１は、具体的には図５、図１０Ａ、Ｂ及び図１１に示すように、従動板２９の円周方向に沿った同一ピッチ円上に連続して形成されていると共に、開口側に向かって開口面積が大きくなる曲面によって形成されている。また、このエピトロコイド溝３１は、溝底面が三次元的に凹凸変形した形状に形成されていると共に、底面の幅方向の中心線３１ａが複葉状に外側に向いており、このエピトロコイド溝３１の波形山数が１０に設定されている。

前記円筒部３０は、図１に示すように、前端側の小径段差部３０ａがカムシャフト２の端部小径溝に軸方向から嵌合して軸方向及び径方向の位置決めが行われていると共に、従動板２９側の大径段差部３０ｂの外周に円環状の隙間調整部材３６を軸方向へ摺動自在に保持している。

前記偏心駆動板２４は、図１及び図２に示すように、金属材によって所定肉厚の円板状に形成され、ほぼ中央位置に前記偏心カム２５がボールベアリング３８を介して回転自在に挿通配置される駆動用孔２４ａが貫通形成されていると共に、外径が前記従動板２９とほぼ同一に設定され、ハウジング５内で偏心運動自在に収容配置されている。

そして、この偏心駆動板２４は、図１及び図４Ａに示すように、前記偏心制御板６側の一側面に、前記偏心制御板６の各偏心溝２８に対応して前記各偏心ボール２６の一部(ボール径の約半分)を収容する６つの収容溝３３が形成されている。一方、従動板２９側の他側面には、前記エピトロコイド溝３１に対応して前記各駆動ボール２７の一部(ボール径の約半分)を収容する第１ガイドである波形状のハイポトロコイド溝３４(ハイポトロコイド曲線)が形成されている。

前記各収容溝３３は、図６に示すように、各偏心ボール２６を前記各偏心溝２８と共同して挟持状態に回転自在に保持していると共に、各偏心ボール２６の回転のみを許容する円形状の大きさに形成されている。この各収容溝３３と各偏心溝２８を、それぞれ円周方向の等間隔位置の６つ形成したのは、これらに収容される各偏心ボール２６を介して作動時における前記偏心制御板６と偏心駆動板２４との間の傾きを抑制して偏心制御板６に対する偏心駆動板２４の偏心運動を円滑に行わせるためである。

前記ハイポトロコイド溝３４は、具体的には図４Ｂ及び図９Ａ、Ｂに示すように、偏心駆動板２４の円周方向に沿った同一ピッチ円上に連続して形成されていると共に、開口側に向かって開口面積が大きくなる曲面によって形成されている。また、図１１にも示すように、波形山が前記エピトロコイド溝３１と逆向きで溝面が三次元的に凹凸変形した形状に形成されていると共に、底面の幅方向の逆複葉状の中心線３４ａが内側に向いており、このハイポトロコイド溝３４の波形山数は１２に設定されている。

ここで、エピトロコイド溝３１の曲線及びハイポトロコイド溝３４の曲線とは、所定の径寸法の円に小径の円を外接及び内接状態でそれぞれを移動させたときに描く曲線であり、その各波形山の偏心量は図１１のｅで示されている。

前記駆動ボール２７は、金属球によって形成されて、その個数が１１個に設定されている。

そして、前記ハイポトロコイド溝３４の山数を２Ｎに設定し、エピトロコイド溝３１の山数を２Ｎ−２に設定すると、駆動ボール２７の個数は最大２Ｎ−１まで配置できるようになっている。

このとき、図１１に示すように、前記エピトロコイド溝３１の中心線３１ａとこれの中心点をＰとした場合、並びに前記ハイポトロコイド溝３４の中心線３４ａとこれの中心点をＰ１とした場合に、前記１１個の駆動ボール２７の位置Ｂ１〜Ｂ１１は、前記２つの溝３１、３４の交点または接点のみに存在する。

前記偏心カム２５は、図１及び図２に示すように、金属材によってほぼ円筒形状に形成されて、外周面の幅方向のほぼ中央位置に円環状に突出したカム部２５ａが形成されている共に、このカム部２５ａの両側の低位部２５ｂ、２５ｂが前記偏心制御板６の第１支持孔６ａ内周面に形成された段差大径部６ｃと従動板３１の第２支持孔２９ａに軸方向の位置決めされながら回転自在に支持されている。

また、偏心カム２５は、内部軸方向に前記モータ軸１６の先端部が遊嵌状態に挿通配置される貫通孔２５ｃが形成されていると共に、この貫通孔２５ｃの軸心と偏心駆動板２４の駆動用孔２４ａとの軸心は同軸上に配置されているが、前記カム部２５ａの軸心Ｑは前記駆動用孔２４ａの軸心Ｘよりも所定の偏心量ｅで偏心配置されて、前記エピトロコイド溝３１とハイポトロコイド溝３４の偏心量ｅを設定している。

また、前記貫通孔２５ｃの内周面１８０°の位置には、前記モータ軸１６の先端部に径方向に沿って挿通固定されたピン３５の両端部が位置決めされつつ係合する一対の係合溝２５ｄ、２５ｅが軸方向に貫通状態に形成されている。

したがって、前記偏心カム２５は、各係合溝２５ｄ、２５ｅに係合した前記ピン３５を介して前記モータ軸１６に偏心状態で係合固定されている。

前記隙間調整部材３６は、図１に示すように、比較的肉厚な円環状に形成されて、外周面に前記タイミングスプロケット１の円形孔１ｂの内周面に形成された雌ねじ部に螺合する雄ねじ部３６ａが形成されていると共に、外側面には回転用工具を係合させる複数の係合溝３６ｂが形成されている。また、隙間調整部材３６の従動板２９側の内側面に形成された凹溝内に前記従動板２９の外側面に転動するニードルベアリング３７が設けられている。

したがって、前記偏心駆動板２４や従動部材９などの各構成部材を組み付けた際に、前記隙間調整部材３６を図外の工具によってねじ込み調整することによって、前記偏心制御板６と偏心駆動板２４及び従動板２９との間の隙間の大きさを自由に調整することが可能になる。

また、前記ハウジング５の内部には、潤滑油回路によって潤滑油が供給、排出されるようになっている。この潤滑油回路は、前記カムシャフト２や従動部材９の内部軸方向に形成されて偏心カム２５付近に一端が開口した油供給孔３９と、前記偏心制御板６の下部に形成されて、ハウジング５内部を循環した潤滑油を外部に排出するドレン孔４０と、を備えている。前記ドレン孔４０は、一端開口が前記一方の切欠部１１ｂに指向しており、このドレン孔４０から排出された潤滑油が切欠部１１ｂからオイルシール２３の潤滑用に供されるようになっている。

以下、本実施形態の作動について説明すると、まず、機関のクランクシャフトが回転駆動するとタイミングチェーンを介してタイミングスプロケット１が回転して、その回転力がハウジング５と偏心制御板６を介してモータケーシング１３に伝達されて電動モータ１２が同期回転する。一方、前記偏心制御板６の回転力が偏心ボール２６から偏心駆動板２４、駆動ボール２７、従動部材９を経由してカムシャフト２に伝達される。これによって、カムシャフト２のカムが吸気弁を開閉作動させる。

そして、機関始動後の所定の機関運転時には、前記コントロールユニット２１からスリップリング１７などを介して電動モータ１２のロータ１４のコイルに通電される。これによって、ロータ１４が回転してモータ軸１６が回転駆動され、この回転力が減速機８を介してカムシャフト２に減速された回転力が伝達される。

すなわち、前記モータ軸１６の回転に伴い偏心カム２５が回転すると、偏心駆動板２４が偏心制御板６に対して各偏心溝２８と各偏心ボール２６及び各収容溝３３を介して偏心移動する。このように、偏心駆動板２４が偏心移動すると、図１２Ａ〜Ｇに示すように、前記各エピトロコイド溝３１と各ハイポトロコイド溝３４の交点のみに存在する各駆動ボール２７の移動によって従動板２９(従動部材９)に回転力が伝達される。このときの減速比は、偏心カム２５の回転に対して１：Ｎ−１となる。

この実施形態ではハイポトロコイド溝３１の波形山数が１２個で、エピトロコイド溝３４の波形山数が１０個であり、駆動ボール２７のボール数１１個であるから、減速比は１：５になる。

図１２は前記偏心カム２５の回転に伴って前記偏心駆動板２４の前記従動板２９に対する偏心移動軌跡を示したものである。つまり、偏心駆動板２４が偏心移動してこの偏心駆動板２４上のハイポトロコイド溝３４の中心線３４ａが１８０°回転したときは、図１２Ａ〜Ｇの矢印に示す順序にしたがって前記従動板２９上に付けた印Ｙが３６°回転する。これらの一連の偏心動作によって前記突部２９ｂによる前記一対のボルト７、７間での従動部材９の角度規制を行いつつ該従動部材９に前記減速比による回転力が伝達されるのである。

これにより、カムシャフト２がタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換されて、吸気弁の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御するのである。

また、この実施形態によれば、減速機８が、それぞれ円盤状の偏心制御板６と偏心駆動板２４及び従動板２９、並びに偏心ボール２６と駆動ボール２７とによって主として構成されていることから、装置全体の軸方向の長さを十分に短尺化することが可能になり、コンパクト化が図れる。

しかも、減速機８の回転伝達を、歯車を用いずに各ボール２６，２７とこれらを保持する各溝２８、３１、３３によって行っているため、カムシャフト２に発生する正負の交番トルクによる衝突打音の発生を抑制することができる。

すなわち、前記複数のボール２７に遠心力が作用すると、それぞれのボール２７は外周側に移動しようとする力が作用する。このとき、前記ハイポトロコイド溝３４とエピトロコイド溝３１の各曲面は外周に向かって隙間が小さくなるように形成されているため、各ボール２７にはハイポトロコイド溝３４とエピトロコイド溝３１によって軸方向から挟持される力が作用する。このため、前記正負の交番トルクが発生しても打音の発生を抑制することが可能になる。

また、ハイポトロコイド溝３４はトロコイド曲線になっていることから、ボール２７に遠心力が作用することによって偏心駆動板２４と従動板２９(従動部材９)が相対回転しようとするとのを妨げる力が働く。このため、バルブタイミング制御装置の位置保持性を向上させることができる。

すなわち、前記駆動ボール２７は、図１１に示すように、前記エピトロコイド溝３１の中心線３１ａの回転中心Ｐに対して、ハイポトロコイド溝３４の中心線３４ａの回転中心Ｐ１側へ片寄った位置にあることから、偏心駆動板２４や従動板２９の回転により各駆動ボール２７に作用する遠心力は、回転中心Ｐに近い位置Ｂ６の駆動ボール２７よりも回転中心Ｐから離れた位置Ｂ１、Ｂ１１にある駆動ボール２７により大きく作用する。このとき、駆動ボール２７は、エピトロコイド溝３１の波形山の頂点付近に位置しているので、遠心力によって現在の相対回転位相角を保持しようとする力が発生するため、前述したカムシャフト２に作用する変動トルクに対して安定した相対回転位相角を保持することができる。

さらに、前記ハイポトロコイド溝３１とエピトロコイド溝３４は、前述したように、それぞれの断面形状が開口側に向かって開口面積が大きくなる曲面状に形成されていることから、それぞれの溝３１，３４の製造誤差によって発生した駆動ボール２７と各溝３１，３４の隙間が、各偏心駆動板２４と従動部材９の回転によって各駆動ボール２７に発生した遠心力によって、それぞれの溝３１、３４の外周側を軸方向及び周方向に押圧する。このため、偏心駆動板２４と従動板２９（従動部材９）との回転方向のがた付きを効果的に抑制することができ、さらに安定した相対回転角度保持が可能になる。

また、前記ハウジング５内には、油供給孔３９から減速機８の各部を潤滑する潤滑油が強制的に供給されることから、各部の潤滑性が向上すると共に、各溝２８、３１，３４内に潤滑油が供給されて、各ボール２６，２７との間の潤滑性も向上して減速機８による常時滑らかな位相変換が行われることは勿論のこと、この潤滑油が緩衝機能を発揮するため、前記打音の発生をより効果的に抑制することが可能になる。

さらに、前記隙間調整部材３６によって各構成部材の組付後においても、偏心制御板６と偏心駆動板２４及び従動板２９間の隙間を自由に調整することができるため、かかる隙間精度が高くなって各偏心ボール２６や駆動ボール２７を介して常時円滑な回転作動が得られる。この結果、バルブタイミング制御の良好な応答性を確保できる。

しかも、前記隙間調整部材３６の内端側に設けられたニードルベアリング３７によって従動板２９の外側面との摩擦抵抗を十分に低減できることから、従動部材９の円滑な回転が得られる。

また、前記偏心制御板２４と偏心カム２５とは、ボールベアリング３８によって摩擦抵抗が低減されて互いに常時円滑な偏心作動あるいは回転が得られる。

また、本実施形態では、偏心制御板６の偏心溝２８や、偏心駆動板２４の収容溝３３が、円周方向の等間隔位置にそれぞれ６つ形成されているが、これに限定されることなく、例えば図１３や図１４に示すように、それぞれ円周方向に沿って多くの溝や偏心ボールを用いることも可能である。

〔第２の実施形態〕
図１５及び図１６は第２の実施形態を示し、基本構造は第１の実施形態とほぼ同様であるが、異なるところは、偏心制御板６と偏心駆動板２４の各偏心溝や収容溝に代えて偏心凹溝４１と突起部４２とによって構成すると共に、従動板２９側ではエピトロコイド溝に代えて駆動ボール２７を保持する保持溝４３としたものである。

すなわち、前記偏心制御板６の外周部の内側面には、円周方向の等間隔位置に６つの偏心凹溝４１が形成されている。この各偏心凹溝４１は、ほぼ円筒状に形成されて、その内径が図１７及び図２０にも示すように、前記突起部４２の外径よりも比較的大径に形成されて、各突起部４２を介して前記偏心駆動板２４の偏心移動を許容する大きさに設定されている。

前記偏心駆動板２４の偏心制御板６側の外周部一側面には、図１８前記各偏心凹溝４１に係入する６つの突起部４２が円周方向の等間隔位置に設けられている。この各突起部４２は、偏心駆動板２４の一側面から突設されてほぼ円柱状に形成され、その軸方向の長さが偏心凹溝４１の底面まで届かない長さに設定されていると共に、それぞれの外周面が前記各偏心凹溝４１の内周面に摺接可能になっている。

また、この偏心駆動板２４の他側面には、第１の実施形態と同じハイポトロコイド溝３４が形成されている。

一方、前記従動板２９の内側面には、図１６及び図１９に示すように、円周方向の等間隔位置に１１個の保持溝４３が形成されている。この各保持溝４３は、１１個の駆動ボール２７の一部を収容して回転自在に保持するようになっており、したがって、組み合わせた状態における偏心駆動板２４のハイポトロコイド溝３４と従動板２９の各保持溝４３及びこれに保持された駆動ボール２７の関係は図２１に記載された状態になる。

したがって、前記偏心駆動板２４が偏心移動すると、ハイポトロコイド溝３４と駆動ボール２７及び保持溝４３を介して減速された回転力が前記従動板２９(従動部材９)に伝達されることになる。

そして、前記ハイポトロコイド溝３４の波形山数をＮ＋１としたとき、保持溝４３の個数と駆動ボール２７の個数は最大Ｎまで設けることができ、このときの減速比は、偏心カム２５の回転に対して、１：Ｎとなる。

また、例えば、図２２及び図２３に示すように、前記ハイポトロコイド溝３４の形状を変更すると共に、前記駆動ボール２７と保持溝４３の数を多く設定することも可能であり、この場合は減速比が１：６０の割合になる。このように、ハイポトロコイド溝３４の形状を変更したり、保持溝４３などの数を大小変更することによって減速比を任意に設定することが可能になる。

したがって、この実施形態も第１の実施形態と同様な作用効果が得られると共に、従動板２９側のエピトロコイド溝に代えて複数の保持溝４３としたことから、製造作業が容易になりコストの低減化が図れる。

〔第３の実施形態〕
図２４は第３の実施形態を示し、偏心駆動板２４の他側面側にエピトロコイド溝４４が形成され、これに対向する従動板２９の内側面側にハイポトロコイド溝４５が形成されており、この両溝４４，４５間に複数の駆動ボール２７が挟持状態で回転自在に配置されている。他の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、この実施形態も第１実施形態と同様な作用効果が得られる。

〔第４の実施形態〕
図２５は第４の実施形態を示し、このバリエーションは、偏心駆動板２４に他側面側にエピトロコイド溝４６が形成され、これに対向する従動板２９の内側面側に第２の実施形態と同じような複数の保持溝４７が形成され、この両溝４６、４７間に複数の駆動ボール２７が挟持状態で回転自在に配置されている。他の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、この実施形態も第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。

このように、装置の仕様などに応じて組み合わせを自由に変更することが可能である。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば潤滑油供給手段としては、さらに異なる構成とすることも可能であり、また、電動モータとして、ブラシレスＤＣモータとすることも可能である。

また、前記ハイポトロコイド溝やエピトロコイド溝をハイポサイクロイド溝やエピサイクロイド溝によってそれぞれ形成することも可能である。

本発明に係る第１の実施形態のバルブタイミング制御装置の縦断面図である。 本実施形態の主要な構成部材の分解斜視図である。 本実施形態に供される偏心制御板の内側面図である。 Ａは本実施形態に供される偏心駆動板の一側面、Ｂは他側面を示す図である。 本実施形態に供される従動板の内側面図である。 本実施形態における要部断面図である。 本実施形態の偏心制御板の偏心溝に偏心ボールが収容配置された状態を示す図である。 本実施形態における要部断面図である。 Ａは本実施形態に供される偏心駆動板のハイポトロコイド溝を部分的に示す正面図、Ｂは斜視図である。 Ａは本実施形態に供される従動板のエピトロコイド溝を部分的に示す正面図、Ｂは斜視図である。 本実施形態における前記ハイポトロコイド溝とエピトロコイド溝との間に駆動ボールが配置された状態を示す概略図である。 Ａ〜Ｇは偏心駆動板が順次偏心移動した場合の移動軌跡を示す概略図である。 本実施形態の偏心制御板の偏心溝を数多く形成した場合の側面図である。 本実施形態の偏心駆動板の収容溝を対応して数多く形成した場合の一側面図である。 第２の実施形態のバルブタイミング制御装置の要部縦断面図である。 本実施形態に供される主要な構成部材の分解斜視図である。 本実施形態に供される偏心制御板の内側面図である。 本実施形態に供される偏心駆動板の斜視図である。 本実施形態に供される従動板の内側面図である。 本実施形態の偏心制御板の偏心凹溝に偏心駆動板の突起部が挿通配置された状態を示す図である。 本実施形態における偏心駆動板のハイポトロコイド溝と従動板の保持溝との間に駆動ボールが配置された状態を示す概略図である。 本実施形態のハイポトロコイド溝の変形例を示した偏心駆動板の側面図である。 本実施形態の保持溝を数多く形成した場合の従動板の内側面図である。 第３の実施形態における偏心駆動板にエピトロコイド溝を形成し、従動板にハイポトロコイド溝を形成した場合の概略図である。 第４の実施形態における偏心駆動板にエピトロコイド溝を形成し、従動板に保持溝を形成した場合の概略図である。

符号の説明

１…タイミングスプロケット(駆動回転体)
２…カムシャフト(従動回転体）
３…カバー部材
４…位相変更機構
５…ハウジング
６…偏心制御板
８…減速機構
９…従動部材
１０…カムボルト
１２…電動モータ(アクチュエータ)
１３…モータケーシング
１６…モータ軸
１７…スリップリング
１８…ブラシ
２１…コントロールユニット(制御機構)
２３…オイルシール
２４…偏心駆動板
２５…偏心カム
２４ａ…カム部
２６…偏心ボール(転動体)
２７…駆動ボール(転動体)
２８…偏心溝
２９…従動板
３１…エピトロコイド溝
３４…ハイポトロコイド溝
３９…油供給孔(潤滑油回路)
４０…ドレン孔(潤滑油回路)
４１…偏心凹溝
４２…突起部
４３…保持溝

Claims (18)

1. クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、
   該駆動回転体から伝達された回転力によって機関弁を開閉駆動する従動回転体と、
   前記駆動回転体から従動回転体への回転伝達経路に設けられ、前記駆動回転体に対して相対回転することにより前記従動回転体を駆動回転体に対して相対回転させる中間回転部材と、
   該中間回転部材を前記駆動回転体に対して相対回転駆動させるアクチュエータと、
   前記中間回転部材の回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、
   を備え、
   前記減速機構は、前記中間回転部材から従動回転体への回転伝達経路に設けられた一対のガイドの間に配置された複数の転動体を有し、
   前記中間回転部材側の一方のガイドと従動回転体側の他方のガイドは、前記転動体に遠心力が作用することによって、少なくとも１つの転動体を各ガイドの軸方向及び円周方向に挟持する力が作用する面を有することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、
   該駆動回転体から伝達された回転力によって機関弁を開閉駆動する従動回転体と、
   前記駆動回転体から従動回転体への回転伝達経路に設けられ、前記駆動回転体に対して相対回転することにより前記従動回転体を駆動回転体に対して相対回転させる中間回転部材と、
   該中間回転部材を前記駆動回転体に対して相対回転駆動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを内燃機関の運転情報に応じて制御する制御機構と、
   前記中間回転部材から伝達された回転力によって回転運動せずに偏心運動を行う第１部材と、
   該第１部材に連係されて前記従動回転体に回転力を伝達する第２部材と、
   前記第１部材と第２部材との間に介在された複数のボールと、
   を備え、
   前記第１部材と第２部材のいずれか一方側に、前記複数のボールが配置されるサイクロイドまたはトロコイド曲線からなる第１ガイドが設けられていると共に、他方側に、前記従動回転体の回転軸周りに前記各ボールの公転を許容する第２ガイドが設けられ、
   前記第１ガイドと第２ガイドは、軸方向の開口側に向かって開口面積が大きくなる曲線によって形成され、前記第１ガイドのサイクロイドまたはトロコイド曲線の波数よりも前記ボールの個数が少ないことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記第１ガイドと第２ガイドは、両者共にサイクロイドまたはトロコイド曲線によって構成され、一方のサイクロイドまたはトロコイド曲線がエピサイクロイドまたはエピトロコイド曲線によって形成され、他方のサイクロイドまたはトロコイド曲線がハイポサイクロイドまたはハイポトロコイド曲線によって形成され、
   前記ボールの個数に対して、一方のサイクロイドまたはトロコイド曲線の波数が一つ多く形成され、他方のサイクロイドまたはトロコイド曲線の波数が一つ少なく形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記第１ガイド及び第２ガイドは、溝によって構成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記アクチュエータは、前記駆動回転体と一緒に回転する電動モータによって構成されていると共に、該電動モータには、スリップリングとブラシを介して通電されることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記中間回転部材は、回転中心に対して中心が偏心した円形の偏心カムによって構成され、前記第１部材の内周側に前記偏心カムが嵌挿されて回転することにより前記第１部材が偏心運動することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 請求項５に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記電動モータは、内燃機関に固定されたカバーに対して軸受によって回転自在に支持されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
8. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記第１部材は、偏心運動のみを許容する継手を介して前記駆動回転体に連係していることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記駆動回転体は、内部に前記第１部材と第２部材を収容するハウジングを有し、
   前記継手は、前記第１部材とハウジングのいずれか一方の対向面に配置されていると共に、前記第１部材の偏心方向をほぼ直径方向にする第１凹部と前記第１部材あるいはハウジングに形成された第２凹部との間に介装されたボールを備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
10. 請求項９に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記第１凹部の径方向のほぼ中心位置に突起部が形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
11. 請求項８に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記駆動回転体は、内部に前記第１部材と第２部材を収容するハウジングを有し、
    前記継手は、第１部材またはハウジングの内面の一方に設けられたピンと、前記第１部材またはハウジングの内面の他方に形成され、前記ピンの偏心運動を許容する円形孔と、によって構成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
12. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記駆動回転体は、内部に前記第１部材と第２部材とを収容するハウジングを備え、該ハウジング内に潤滑油が供給されることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
13. 請求項１２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記潤滑油は、前記カムシャフトの内部を経由して前記第２部材における前記各ボールとの接点位置よりも内周側から供給されることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
14. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記第１部材と第２部材との相対的な軸方向の位置を調整する調整機構が設けられていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
15. 請求項１４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記調整機構は、外周に雄ねじが形成された予圧ナットを備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
16. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記駆動回転体と従動回転体は、所定範囲内で相対回転可能に形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
17. 請求項１６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記アクチュエータが駆動力を発生しない状態では、前記従動回転体が駆動回転体に対して一方向に相対回転するように形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
18. クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、
    該駆動回転体から伝達された回転力によって機関弁を開閉駆動する従動回転体と、
    前記駆動回転体から従動回転体への回転伝達経路に設けられ、前記駆動回転体に対して相対回転することにより前記従動回転体を駆動回転体に対して相対回転させる中間回転部材と、
    該中間回転部材を前記駆動回転体に対して相対回転駆動させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータを内燃機関の運転情報に応じて制御する制御機構と、
    前記中間回転部材から伝達された回転力によって回転運動せずに偏心運動を行う第１部材と、
    前記第１部材に連係して前記従動回転体に回転力を伝達する第２部材と、
    前記第１部材と第２部材との間に介在した複数のボールと、
    を備え、
    前記第１部材と第２部材のいずれか一方側に、前記複数のボールが配置されるサイクロイドまたはトロコイド曲線からなる第１ガイドが設けられていると共に、他方側に、前記カムシャフト回転軸の軸周りに前記ボールの公転を許容する第２ガイドが設けられ、
    前記第１ガイドのサイクロイドまたはトロコイド曲線の波数よりも前記ボールの個数が少なく形成されていると共に、前記第１ガイド及び第２ガイドには、前記ボールに遠心力が作用することによって前記ボールを前記各ガイドの軸方向及び円周方向から挟持する力が作用する面が形成されていることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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