JP2011231700A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構の作動中における打音の発生を十分に抑制し得る内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】電動モータの正逆回転力を減速してカムシャフト２に伝達する減速機構８は、モータ出力軸１３と一体に設けられた偏心軸部３３と、タイミングスプロケット１に一体的に設けられた環状部材１９と、該環状部材の内周側に有する内歯１９ａとボールベアリング３３の外輪３３ｂとの間に設けられた複数のローラ３４と、カムシャフト側に設けられ、各ローラの間を隔成しつつローラ全体の径方向の移動を許容する保持器４１と、を備え、前記ローラと内歯との間のクリアランスの大きさに応じて、外径が異なる複数のローラを選択的に組み付けて最適なクリアランスに調整する。これによって、作動時の打音の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁または排気弁の例えば開閉タイミングや作動角などを、電動モータによる可変機構を用いて可変制御する内燃機関の可変動弁装置に関する。

近時、内燃機関の可変動弁装置の一つであるバルブタイミング制御装置にあっては、電動モータを駆動することによって制御の安定化や制御の応答性を向上させるものが提供されている。

例えば、以下の特許文献１に記載されたバルブタイミング制御装置は、電動モータの駆動回転を遊星歯車機構によって構成された減速機構によって減速させて、クランクシャフトから回転力が伝達されるタイミングスプロケットとカムシャフトとの相対回転位相を変化させて、機関弁の開閉タイミングを機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。

特開２００９−１８５７８５号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載したバルブタイミング制御装置にあっては、前記減速機構として、互いに噛合するサンギアやリングギアなどからなる遊星歯車機構を用いているため、各歯車の噛み合い部間の隙間の大きさにばらつきが発生し易く、前記隙間が大きくなってしまうと、カムシャフトに発生した正負の交番トルクを受けて各歯側面同士が干渉して比較的大きな衝突打音が発生するおそれがある。

本発明は、前記従来技術の技術的課題に鑑みて案出されたもので、減速機構の作動中における打音の発生を十分に抑制し得る内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的としている。

本発明に係る可変動弁装置は、とりわけ、偏心回転体の外周面と内周噛合い部との間の隙間の大きさに応じて、外径の異なる転動体を選択して組み付けることを特徴としている。

この発明によれば、作動中の衝突打音の発生を抑制して十分な静粛性が得られる。

本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態に供されるカバー部材と第１オイルシールとの分解斜視図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本実施形態の要部拡大図である。 本実施形態におけるクリアランスを調整するための手順を示すフローチャート図である。 Ａは前記クリアランスを調整するために基準ローラを組み付けた状態を示す要部拡大図、Ｂは前記クリアランスを測定する状態を示す要部拡大図である。 実験による前記クリアランスとＶＴＣの騒音との関係を示すグラフである。 実験による前記クリアランスとＶＴＣの振動との関係を示すグラフである。 実験によるＶＴＣの任意の位相角制御保持状態における前記クリアランスとＶＴＣの振れ量との関係を示すグラフである。 実験による前記クリアランスとＶＴＣの制御応答性の平均偏差値との関係を示すグラフである。 第２実施形態におけるクリアランスを調整するための手順を示すフローチャート図である。 Ａは前記クリアランスを調整するために基準ローラを組み付けた状態を示す要部拡大図、Ｂは外輪とローラとの間のクリアランスを測定する状態を示す要部拡大図、Ｃは前記クリアランスが調整された後の要部拡大図である。

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(ＶＴＣ)の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、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実施形態〕
このバルブタイミング制御装置は、図１〜図５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４４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カムシャフト２と、該タイミングスプロケット１の前方位置に配置されて、チェーンカバー４０にボルトによって取り付け固定された固定部材であるカバー部材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。なお、前記チェーンカバー４０は、シリンダヘッドにボルトによって取り付け固定されている。

前記タイミングスプロケット１は、全体が鉄系金属によって一体に形成され、内周面が段差径状に形成された円環状スプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられ、巻回されたタイミングチェーン４２を介してクランクシャフトからの回転力を受けるギア部１ｂと、から構成されている。また、タイミングスプロケット１は、前記スプロケット本体１ａの内周側に形成された円形溝１ｃと前記カムシャフト２の前端部に一体に設けられた肉厚なフランジ部２ａの外周との間に介装された第３軸受である第２ボールベアリング４３によってカムシャフト２に回転自在に支持されている。

前記スプロケット本体１ａは、前端部外周縁に環状突起１ｅが一体に設けられている。スプロケット本体１ａの前端部には、前記環状突起１ｅの内周側に同軸上に位置決めされた環状部材１９が配置されていると共に、この環状部材１９の前端面には大径円環状のプレート６がボルト７によって軸方向から共締め固定されている。また、前記スプロケット本体１ａの内周面の一部には、図３に示すように、円弧状の係合部であるストッパ凸部１ｄが周方向に沿って所定長さ範囲まで形成されている。

前記環状部材１９は、内周に波形状の噛み合い部である内歯１９ａが形成されている。

前記プレート６の前端側外周には、前記位相変更機構４の後述する電動モータ１２の一部を構成する円筒状のハウジング５がボルト１１によって固定されている。

前記ハウジング５は、鉄系金属によって横断面ほぼコ字形状(カップ状)に形成されてヨークとして機能し、前端側(底部側)に円環プレート状の保持部５ａを一体に有していると共に、該保持部５ａを含めた外周側全体が前記カバー部材３によって所定の隙間をもって覆われた形で配置されている。

前記カムシャフト２は、外周に図外の一気筒当たり２つの吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有していると共に、前端部に従動回転体である従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から結合されている。前記各吸気弁は、図外のバルブスプリングによってそれぞれ閉方向に付勢されている。したがって、かかるバルブスプリングのばね力などに起因して前記カムシャフト２に正負の交番トルクが発生する。

また、カムシャフト２の前記フランジ部２ａには、図３に示すように、前記スプロケット本体１ａのストッパ凸部１ｄが係入するストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、カムシャフト２がこの長さ範囲で回動してストッパ凸部１ｄの両端縁１ｆ、１ｇに周方向の対向縁２ｃ、２ｄがそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最大進角側あるいは最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。

つまり、カムシャフト２が回転して、図３に示すように、カムシャフト２側の一方の対向縁２ｄがタイミングスプロケット１側の一端縁１ｇに当接規制された状態で最大遅角側の相対回転位相となり、逆に他方の対向縁２ｃが他端縁１ｆに当接規制された状態で最大進角側の相対回転位相になるように設定されている。この両ストッパ凸部１ｄとストッパ凹溝２ｂによってストッパ機構が構成されている。

前記カムボルト１０は、頭部１０ａと、該頭部１０ａに一体に有する軸部１０ｂとからなり、前記頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端縁にフランジ状の座面部１０ｃが一体に形成されている。また、前記軸部１０ｂの外周に前記カムシャフト２の先端縁から内部軸方向に形成された雌ねじ部２ｅに螺着する雄ねじ部１０ｄが形成されている。

前記従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図１に示すように、後端側に形成された円板部９ａと、該円板部９ａの前端面に一体に形成された円筒状の円筒部９ｂと、から構成されている。

前記円板部９ａは、後端面の径方向ほぼ中央位置に前記カムシャフト２のフランジ部２ａとほぼ同じ外径の環状段差突起９ｃが一体に設けられ、この段差突起９ｃの外周面と前記フランジ部２ａの外周面が対峙しながら前記第２ボールベアリング４３の内輪４３ａの内周に挿通配置されている。これによって、組付時におけるカムシャフト２と従動部材９との軸芯作業が容易になる。なお、前記第２ボールベアリング４３の外輪４３ｂは、前記スプロケット本体１ａの円形溝１ｃの内周面に圧入固定されている。

また、前記円板部９ａの外周部には、図１、図２に示すように、後述する転動体であるローラ３４を保持する保持部材である保持器４１が一体に設けられている。この保持器４１は、前記円板部９ａの外周部に一体に形成された円環状基部から前記円筒部９ｂと同じ方向、つまり円筒部９ｂの軸方向へ突出して形成された複数の突起部４１ａを有している。この各突起部４１ａは、ほぼ櫛歯状に形成されて、それぞれ横断面ほぼ矩形状に形成されていると共に、円環状基部の円周方向のほぼ等間隔位置に所定の隙間をもって形成されている。

前記円筒部９ｂは、図１に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｄが貫通形成されていると共に、外周側に後述するニードルベアリング２８が設けられている。

前記カバー部材３は、図１及び図５に示すように、比較的に肉厚な合成樹脂材(非磁性材)によって一体に形成され、カップ状に膨出したカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの後端部外周に一体に有するブラケット３ｂと、から構成されている。

前記カバー本体３ａは、前記位相変更機構４の前端側を覆う、つまり前記ハウジング５の前端側の保持部５ａから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置されていると共に、ほぼ平坦状の前端壁のほぼ中央位置には作業用孔３ｃが貫通形成されている。この作業用孔３ｃは、オイルシール５０と位相変換機構４の同軸を合わせるためのものであって、組付完了後は、横断面ほぼコ字形状の第１栓体２９が嵌着固定されて内部を閉塞するようになっている。一方、前記ブラケット３ｂには、ほぼ円環状に形成された６つのボス部にそれぞれボルト挿通孔３ｆが貫通形成されている。

また、前記カバー部材３は、図１に示すように、前記ブラケット３ｂのボルト挿通孔３ｆを挿通した複数のボルト４７によって前記チェーンカバー４０に固定されている。また、前記カバー本体３ａの前端壁の内周面には、内外２重のスリップリング４８ａ，４８ｂが各内端面を露出した状態で一体的に埋設固定されている。前記各スリップリング４８ａ、４８ｂは、ほぼ薄板円環状に形成されて所定の隙間をもって内外に配置されていると共に、それぞれの軸方向の外端部が前記前端壁の内面側に埋設状態に固定されている。

さらに前記カバー部材３の上端部には、コネクタ部４９が設けられている。このコネクタ部４９は、基端部がカバー部材３の内部に埋設固定された長板状のコネクター端子４９ａを有すると共に、カバー部材３の内部に埋設固定されて、一端部が前記コネクター端子４９ａの基端部に接続され、他端部が前記各スリップリング４８ａ、４８ｂに接続されたクランク状の導電部材４９ａを有している。前記コネクタ端子４９ａには、コントロールユニット２１を介して図外のバッテリー電源から通電あるいは通電が遮断されるようになっている。

前記カバー本体３ａの後端部側の内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、図１及び図４に示すように、シール部材である大径な第１オイルシール５０が介装されている。この第１オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部５０ａが前記カバー部材３ａ後端部の内周面に形成された円形溝３ｄ内に嵌着固定されている。また、円環状基部５０ａの内周側には、前記ハウジング５の外周面に当接するシール面５０ｂが一体に形成されている。

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構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、前記タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークである前記ハウジング５と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸１３と、ハウジング５の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１４，１５と、ハウジング保持部５ａの内底面側に設けられた固定子であるステータ１６と、を備えている。

前記モータ出力軸１３は、筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置の外周に、複数の極を持つ鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該鉄心ロータ１７の外周に電磁コイル１８が巻回されている。また、モータ出力軸１３の前端部外周には、コミュテータ２０が圧入固定されている。このコミュテータ２０の前記鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに、前記電磁コイル１８がハーネスによって接続されている。さらに、前記モータ出力軸１３の内部には、前記カムボルト１０が締結された後に内部を閉塞する横断面ほぼコ字形状の第２栓体３１が圧入固定されている。これによって、オイルの自由な排出を阻止するようになっている。

前記ステータ１６は、図５に示すように、前記保持部５ａの内底壁に４本のビス２２ａによって固定された円環板状の樹脂ホルダー２２と、該樹脂ホルダー２２と保持部５ａに軸方向から貫通配置されて、各先端面が前記一対のスリップリング４８ａ、４８ｂに摺接して給電される周方向内外２つの給電用ブラシである第１ブラシ２３ａ，２３ｂと、樹脂ホルダー２２の内周側に内方へ進退自在に保持されて、円弧状の先端部が前記コミュテータ２０の外周面に摺接する通電切換用ブラシである第２ブラシ２４ａ、２４ｂと、から主として構成されている。

前記第１ブラシ２３ａ、２３ｂと第２ブラシ２４ａ、２４ｂは、ピッグテールハーネス２５ａ、２５ｂによって接続されていると共に、それぞれに弾接した捩りばね２６ａ、２７ａのばね力によって前記スリップリング４８ａ、４８ｂ方向やコミュテータ２０方向へそれぞれ付勢されている。

前記モータ出力軸１３は、図１に示すように、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周側に設けられたニードルベアリング２８と、カムボルト１０の座面部１０ｃ側の軸部１０ｂの外周側に設けられた第３ボールベアリング３５と、によってカムボルト１０に回転自在に支持されている。また、前記モータ出力軸１３のカムシャフト２側の後端部には、減速機構８の一部を構成する円筒状の偏心回転体である偏心軸部３０が一体に設けられている。

前記ニードルベアリング２８は、図２に示すように、前記偏心軸部３０の内周面に圧入された円筒状のリテーナ２８ａと、該リテーナ２８ａの内部に回転自在に保持された複数のニードルローラ２８ｂとから構成されている。このニードルローラ２８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。

前記第３ボールベアリング３５は、内輪３５ａが前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０の座面部１０ｃとの間に挟持状態に固定されている。一方、外輪３５ｂがモータ出力軸１３の内周に形成された段差部と抜け止めリングであるスナップリング３６との間に軸方向から挟持された状態で位置決め支持されている。

また、前記モータ出力軸１３(偏心軸部３０)の外周面と前記プレート６の内周面との間には、減速機構８の内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止する第２オイルシール３２が設けられている。この第２オイルシール３２は、シール機能の他に、内周部が前記モータ出力軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ出力軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与するようになっている。

前記コントロールユニット２１は、前記クランクシャフトの回転位置を検出する図外のクランク角センサや、カムシャフト２の回転位置を検出するカム角センサ、吸入空気量を検出する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、点火時期や燃料噴射量などを制御している。

また、コントロールユニット２１は、前記クランク角センサとカム角センサから出力された検出信号によって前記クランクシャフトとカムシャフト２の相対回転角度位相を検出し、これらの検出信号に基づいて前記電動モータ１２の電磁コイル１８に通電してモータ出力軸１３の正逆回転制御を行い、減速機構８を介してタイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転位相を制御するようになっている。

前記減速機構８は、図１、図２に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３０と、該偏心軸部３０の外周に設けられた回転部材である第１ボールベアリング３３と、該第１ボールベアリング３３の外周に設けられた転動体である複数のローラ３４と、該ローラ３４を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する前記保持器４１と、該保持器４１と一体の前記従動部材９と、から主として構成されている。

前記偏心軸部３０は、円筒状に形成されて、外周面に形成されたカム面の軸心Ｙがモータ出力軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。

前記第１ボールベアリング３３は、大径状に形成されて、前記ニードルベアリング２８の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置され、内輪３３ａと外輪３３ｂとの間に複数のボール３３ｃが転動自在に支持され、前記内輪３３ａが前記偏心軸部３０の外周面に圧入固定されていると共に、前記外輪３３ｂの外周面には前記ローラ３４が常時当接している。また、前記外輪３３ｂの外周側には、図２にも示すように、三日月円環状の隙間Ｃが形成されて、この隙間Ｃを介して第１ボールベアリング３３全体が前記偏心軸部３０の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。そして、前記第１ボールベアリング３３と偏心軸部３０が偏心回転体として構成されている。

前記各ローラ３４は、金属材からなる中実な円柱状に形成され、後述する予め外径の異なる複数形成されている中から特定のものから選択されている。また、各ローラ３４は、内周面が前記第１ボールベアリング３３の外輪３３ｂの外周面に偏心動に伴って所定の領域のものが当接すると共に、外周側が前記環状部材１９の内歯１９ａに一部が嵌入している。また、第１ボールベアリング３３の偏心動に伴って径方向へ移動しつつすると共に、保持器４１の前記各突起部４１ａによって周方向にガイドされつつ径方向へ揺動運動するようになっている。

前記保持器４１は、前述したように、周方向へ一定の間隔をもって設けられた複数の突起部４１ａを有し、この各突起部４１ａの軸方向の一端側、つまり従動部材９側が閉塞されているが、その反対側は開口されていて、この開口部４１ｂがボルト７によって共締めされた際に、前記プレート６によって閉塞されるようになっている。

そして、前記各ローラ３４は、図２に示すように、第１ボールベアリング３３の偏心位置によっては一部が環状部材１９の各内歯１９ａに嵌合せず(図２の下側領域)、各内歯１９ａから外れて各内歯１９ａ間の山頂部に位置しているか、あるいは不完全な嵌合状態になっている。また、各内歯１９ａに完全に嵌合している状態にある領域(図２の上側領域)でも、図６に示すように、前記内歯１９ａの内面１９ｂとローラ３４の外周面との間に、約１０〜４０μｍの微小なクリアランスＣ１が形成されていて、これによって、各ローラ３４の転動性やＶＴＣの騒音の低減化、制御応答性などを確保している。このクリアランスＣ１は、各構成部品を組み付ける際に比較的厳しく隙間管理がなされ、これの設定方法については後述する。

前記減速機構８の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油供給手段は、図１に示すように、前記シリンダヘッドの軸受４４に軸受されるカムシャフト２のジャーナルの外周に形成された円環溝状の油供給通路４５と、前記カムシャフト２の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路４５に連通した油供給孔４６と、カムシャフト２の先端面に形成されて、前記油供給孔４６の下流端に接続された油溝４６ａと、前記従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が前記油溝４６ａに開口し、他端が前記ニードルベアリング２８と第１ボールベアリング３３の付近に開口した前記小径なオイル供給孔４６ｂと、同じく従動部材９に貫通形成された前記大径な３つの図外のオイル排出孔とから構成されている。

前記油供給通路４５は、シリンダヘッドの内部に形成された図外のメインオイルギャラリーを介してオイルポンプから潤滑油が常時供給されるようになっている。したがって、前記ニードルベアリング２８や第１ボールベアリング３３及び前記環状部材１９の内歯１９ａ、各ローラ３４、保持器４１の各突起部４１ａなどには常時十分な潤滑油が供給されるようになっている。

以下、本実施形態におけるバルブタイミング制御装置の基本的な作動について説明する。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４２を介してタイミングスプロケット１が回転して、その回転力が環状部材１９とプレート６を介して電動モータ１２のハウジング５に伝達されて永久磁石１４，１５やステータ１６が同期回転する。一方、前記環状部材１９の回転力が、ローラ３４から保持器４１及び従動部材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は、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転しつつ外周側のカムが吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる。

そして、機関始動後の通常運転時には、前記コントロールユニット２１の制御信号によってバッテリー電源からスリップリング４８ａ、４８ｂなどを介して電動モータ１２の電磁コイル１７に通電される。これによって、モータ出力軸１３が正逆回転制御され、この回転力が減速機構８を介してカムシャフト２に伝達されて前記タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が制御されるようになっている。

すなわち、前記モータ出力軸１３の回転に伴い偏心軸部３０が偏心回転すると、各ローラ３４がモータ出力軸１３の１回転毎に保持器４１の各突起部４１ａの側面で径方向へガイドされながら前記環状部材１９の一の内歯１９ａを乗り越えて隣接する他の内歯１９ａに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。この各ローラ３４の転接によって前記モータ出力軸１３の回転が減速されつつ前記従動部材９を介してカムシャフト２に回転力が伝達される。このときの減速比は、前記ローラ３４の個数などによって任意に設定することが可能であり、ローラ３４の数を多くすれば減速比は小さくなり、少なくすれば大きくなる。

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。

そして、前記タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の正逆相対回転の最大位置規制(角度位置規制)は、前述したように、前記ストッパ凸部１ｄの各側縁１ｆ、１ｇが前記ストッパ凹溝２ｂの各対向縁２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。

つまり、前記従動部材９(カムシャフト２)が、前記偏心軸部３０の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向(図３の矢印方向)と同方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの他側縁１ｆにストッパ凹溝２ｂの他方側の対向縁２ｃが当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が進角側へ最大に変更される。

一方、従動部材９がタイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの一側縁１ｇにストッパ凹溝２ｂの一方側の対向縁２ｄが当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。

この結果、吸気弁の開閉タイミングが進角側あるいは遅角側へ最大に変換されて、機関の燃費や出力の向上が図れる。

このように、ストッパ凸部１ｄとストッパ凹溝２ｂのストッパ機構によってカムシャフト２の相対回転位置を確実に規制することができる。

次に、前記ローラ３４の外周面と環状部材１９の内歯１９ａの内面との間の微小クリアランスＣ１を設定するための手順を、図７〜図８Ａ、Ｂに基づいて説明する。本実施形態では、前記微小クリアランスＣ１を、各ローラ３４を交換することによって設定するもので、図７はこのローラ交換方式を示すフローチャート図、図８Ａ、Ｂは前記フローチャート図に対応した手順説明図である。

図７及び図８Ａに示すように、まず、ステップ１では、径方向から互いに最も近接した位置にある前記内歯１９ａの内面と外輪３３ｂとの間の空間内に、予め製造しておいた基準ローラ３４ａを前記先端側の開口部４１ｂ側から組み付ける。この基準ローラ３４ａは、その外径Ｐが前記各内歯１９ａや外輪３３ｂの成形加工時などに寸法誤差のないものを基準として設定されているものである。

次に、ステップ２では、図８Ｂに示すように、前記内歯１９ａの内面とローラ３４ａとの間のクリアランスＣ１を測定する。

ステップ３では、前記クリアランスＣ１が許容値Ｑ内（１０〜４０μｍ）にあるか否かを判断する。この許容値Ｑを１０〜４０μｍと設定した理由は、後述するように、クリアランスＣ１の大きさを変えてＶＴＣの振動や騒音などを実験した結果から求められたものである。

すなわち、前記第１ボールベアリング３３の製造誤差、特に外輪３３ｂの外径や前記環状部材１９の内歯１９ａの内径などの寸法誤差によって前記クリアランスＣ１が大小変化する場合がある。そして、このクリアランスＣ１が予め決められた前記許容値Ｑ内に有ると判断した場合は、ステップ４に移行し、前記基準ローラ３４ａをそのまま内歯１９ａ内に嵌合した状態で、前記プレート６で開口部４１ｂを閉塞しつつボルト７によって環状部材１９と共締めすることによって組み付け作業を完了する。

前記ステップ３でクリアランスＣ１が許容値Ｑから外れていると判断した場合は、ステップ５に移行して外径の異なるローラ３４を選択する。つまり、前記クリアランスＣ１が許容値Ｑより大きい場合は、その大きさに合わせて外径の大きなローラ３４を選択し、クリアランスＣ１が許容値Ｑより小さい場合は、外径の小さなローラ３４を選択して基準ロータ３４ａと取り替えることによってクリアランス調整作業を行い、最適なクリアランスＣ１となるように設定する。その後、前記プレート６で開口部４１ｂを閉塞しつつボルト７によって環状部材１９と共締めすることによって組み付け作業を完了する。
〔実験例〕
前記クリアランスＣ１の許容値が１０〜４０μｍの範囲内とした理由は、発明者による多くの実験結果によって決定されたものである。かかる実験例としては、前記クリアランスＣ１を約５〜５０μｍに設定した状態で、図９では前記ＶＴＣ全体の騒音(ｄＢ)を示し、図１０ではＶＴＣ全体の振動(Ｇ)を示している。また、図１１ではＶＴＣにより任意の位相角に保持した状態におけるＶＴＣの進角、遅角側への振れ量(ｄｅｇＣＡ)(ずれ量)を示し、さらに図１２ではＶＴＣの制御応答性の平均偏差値(ｄｅｇＣＡ)を調べたものである。

まず、図９に示す騒音についてみると、クリアランスＣ１が約５〜３５μｍではほぼ平坦な低い値を示し、４０μｍのクリアランスでは僅かに上昇するものの比較的低い値を示しているが、４０μｍを超えてから４５、５０μｍまで騒音が急激に上昇する傾向となることが分かった。

また、図１０に示す振動についてみると、これも前記騒音とほぼ同じ特性を示し、クリアランスが約５〜４０μｍまでは徐々に上昇するものの、４０μｍを超えて５０μｍまで急激に上昇することが明らかになった。

さらに、図１１に示す最進角保持制御時における振れ量をみると、クリアランスが５μｍ〜４０μｍまでは徐々に上昇するが、４０μｍを超えて５０μｍまで急激に上昇する傾向になることが分かった。

また、図１２に示す制御応答性の平均偏差値をみると、約５μｍから漸次低下して４０μｍを超えて４５，５０μｍになると大きく低下することが分かった。

かかる実験例から総合的に判断すると、前記クリアランスＣ１が約５〜４０μｍ、好ましくは１０〜４０μｍの範囲内に設定すれば、ＶＴＣの騒音や制御応答性などの全ての要求を満足できることが明らかとなった。したがって、本実施形態では、前記クリアランスＣ１を１０〜４０μｍの範囲内に設定したものである。

以上のように、本実施形態では、ＶＴＣの作動中におけるカムシャフト２から伝達された交番トルクなどによる騒音の低減化や良好な制御応答性などを確保することができる。

また、外径の異なる複数のローラ３４を予め用意しておき、各構成部品の組み付け時に、前記述した手順によって単に各ローラ３４を交換することによって前記クリアランスＣ１の誤差を調整することができるので、コストの高騰を十分に抑制することが可能になる。
〔第２実施形態〕
図１３及び図１４は第２実施形態を示し、バルブタイミング制御装置の基本構造は第１実施形態と同様であるが、異なるのは、外径の異なる外輪３３ｂを備えた複数の第１ボールベアリング３３を予め用意しておき、各構成部品の組付時に、外径の異なる外輪３３ｂの第１ボールベアリング３３を適宜選択して前記ローラ３４と外輪３３ｂとの間のクリアランスＣ２を調整するようにしたものである。

図１３及び図１４Ａに示すように、まず、ステップ１１では、最初に、径方向から最も互いに近接した位置にある前記内歯１９ａの内面と外輪３３ｂとの間の空間内に、基準ローラ３４ａを前記先端側の開口部４１ｂ側から組み付ける。この基準ローラ３４ａは、その外径Ｐが前記各内歯１９ａや外輪３３ｂの成形加工時などに寸法誤差のないものを基準として予め設定されているものである。

次に、ステップ１２で、図１４Ｂに示すように、前記外輪３３ｂの外周面とローラ３４ａとの間のクリアランスＣ２を測定する。

ステップ１３では、前記クリアランスＣ２が前述した許容値Ｑ内（１０〜４０μｍ）にあるか否かを判断する。すなわち、前記第１ボールベアリング３３の製造誤差、特に外輪３３ｂの外径や前記環状部材１９の内歯１９ａの内径などの寸法誤差によって前記クリアランスＣ２が大小変化する場合があるが、このクリアランスＣ２が予め決められた前記許容値Ｑ内に有ると判断した場合は、ステップ１４に移行する。

ここでは、第１ボールベアリング３３をそのまま取り付けた状態で、前記プレート６で開口部４１ｂを閉塞しつつボルト７によって環状部材１９と共締めすることのよって組み付け作業が完了する。

前記ステップ１３でクリアランスＣ２が許容値Ｑから外れていると判断した場合は、ステップ１５に移行して、外径の異なる外輪３３ｂの第１ボールベアリング３３を選択する。

つまり、例えば、前記クリアランスＣ２が許容値Ｑより大きい場合は、その大きさに合わせて外径の大きな外輪３３ｂの第１ボールベアリング３３を選択し、クリアランスＣ２が許容値Ｑより小さい場合は、外径の小さな外輪３３ｂの第１ボールベアリング３３を選択して取り替えることによってクリアランス調整作業を行い、最適なクリアランスＣ１となるように設定する。その後、前記プレート６と環状部材１９をボルト７によって共締めすることによって組み付け作業が完了する。

この実施形態では、外輪３３ｂの外周面とローラ３４との間のクリアランスＣ２を調整するようになっているが、この場合でも、第１実施形態と同様な作用効果が得られる。つまり、ＶＴＣの作動中におけるカムシャフト２から伝達された交番トルクなどによる騒音の低減化や良好な制御応答性などを確保することができる。

また、この実施形態も、単一部品である第１ボールベアリング３３の外輪３３ｂの外径が異なるものを複数用意しておけば良いので、前記クリアランス調整作業が容易である。
〔各実施形態の共通の作用効果〕
また、前記第１、第２実施形態の共通の作用効果としては、前記カバー部材３を合成樹脂材によって形成したことによって機関の全体の軽量化が図れると共に、前記各スリップリング４８ａ、４８ｂやコネクタ端子４９ａなどを一体的に設けることができるので、これらの製造作業が容易になる。

前記減速機構８のニードルベアリング２８と第１ボールベアリング３３を径方向のほぼ同一位置に配置し、特に、ニードルベアリング２８と同じ径方向位置に前記環状部材１９とローラ３４を配置したことから、装置の軸方向の長さを十分に短くすることが可能になる。この結果、装置の小型化と軽量化が図れる。

しかも、前記減速機構８の構造が簡素化されるため、製造作業や組立作業が容易になり、これらのコストを十分の低減することができる。

また、前記環状部材１９の内歯１９ａの歯面とローラ３４が噛み合う位置の径方向内周側に前記ニードルベアリング２８が配置されていることから、環状部材１９側から径方向内側へ作用する大きな荷重を前記ニードルベアリング２８によって受けることができる。このため、前記荷重による曲げモーメントが前記モータ出力軸１３に殆ど作用しない。したがって、モータ出力軸１３の常時スムーズな回転が得られる。

さらに、前記減速機構８内には、潤滑油供給手段から潤滑油が常時強制的に供給されることから、減速機構８の各部の潤滑性が向上する。つまり、内歯１９ａとローラ３４との間や、ニードルベアリング２８、第１ボールベアリング３３に潤滑油が供給されて、各ローラ、２８ｂ、３４や各ボールとの間の潤滑性が向上して減速機構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、この潤滑油が各部材間の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。

特に、機関の駆動中はオイルポンプから圧送された潤滑油が前記潤滑油供給手段を介して常時供給されて浸漬された状態になるため、前記各転動体の油膜切れの発生が抑制できる。これにより、電動モータ１２の初期駆動負荷を十分に低減でき、バルブタイミングの制御応答性の向上と消費エネルギーの減少化が図れる。

また、前記減速機構８内部から前記各オイル排出孔を介して外部に排出された潤滑油は、遠心力によって前記第２ボールベアリング４３に付着すると共に、タイミングスプロケット１の各ギア部１ｂに付着して、これらの部位を効率良く潤滑する。

さらに、前記モータ出力軸１３と偏心軸部３０を、ニードルベアリング２８と第３ボールベアリング３５を介してカムボルト１０に支持したため、別途支持軸を設ける必要がなくなり、部品点数の削減が図れると共に、カムシャフト２に軸方向から直接結合されているので、カムシャフト２に対して径方向の倒れが抑制されて高い同軸性が得られる。

また、ハウジング５によって減速機構８と電動モータ１２との一体化が図れると共に、スプロケット本体１ａを介してタイミングスプロケット１との一体化も図れることから、これら各構成部品全体のユニット化が図れる。したがって、装置の軸方向の他に径方向の小型化が図れると共に、製品管理が容易になる。

また、前記第２オイルシール３２は、前記モータ出力軸１３に摩擦抵抗を付与することから、バルブスプリングのばね力などによって前記カムシャフト２に発生する交番トルクを吸収して電動モータ１２の負荷を抑制することができる。

また、前記モータ出力軸１３と偏心軸部３０とを一体化したことによって、分割した場合に比較して部品点数の削減が図れると共に、組付、製造作業が容易になり、この点でもコストの低減化が図れる。

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、前記内歯１９ａの内径の異なる複数の環状部材１９を予め用意しておき、前記クリアランスの大きさに応じて環状部材１９を選択して、ローラ３４と内歯１９ａとの間のクリアランスＣ１を調整することも可能である。

また、転動体としてローラを用いたが、各構成部材の構造によってはボールで構成することも可能である。

さらに、可変動弁装置としては、各実施形態のバルブタイミング制御装置に限定されるものではなく、例えば、本出願人が先に出願した特開２０１０−８４７１６号公報に記載された発明のように、機関運転状態に応じて吸気弁のリフト量と作動角を可変にする可変動弁装置に適用することも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記転動体は、中実円柱状のローラであることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、転動体をローラとしたことによって、内歯とボールベアリングとの間の安定した転動性が得られる。
〔請求項ｂ〕
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記保持部材の前記各転動体を隔成しつつ保持する保持部は、前記各転動体が軸方向の少なくとも一方側から抜け出し可能な開口部を有し、前記転動体の抜け出す側の軸方向の端面側には、前記各転動体の抜け出しを規制するプレートが前記第１部材または前記第２部材の一方に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、前記プレートを適宜取り外すことによって、前記各転動体を開口部から自由に取り替えることができるため、摩耗などにより該各転動体の取り替えが必要になった場合や、取り付け初期における隙間管理のために他のものと取り替える際に、その取り替え作業が容易になる。
〔請求項ｃ〕
請求項ｂに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記プレートは、前記内周噛合い部に共締め固定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

前記プレートを着脱することによって開口部からローラを自由に取り替えることができるので、メインテナンス性が向上する。
〔請求項ｄ〕
請求項ｃに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記偏心回転体は、前記電動モータから回転力が直接伝達される偏心軸部と、該偏心軸部の外周に設けられた軸受部材とからなり、
前記プレートの内周には、前記偏心軸部の外周面と摺動するシール部材が固定されていると共に、該シール部材よりも軸方向の一方側に位置する前記各転動体側に潤滑油が供給されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

前記シール部材によって電動モータへの潤滑油の流入を規制できると共に、各転動体への積極的な潤滑油の供給によってこれらの潤滑性が向上し、タイミングスプロケットとカムシャフトの相対回転位相の円滑な変換作用が得られる。
〔請求項ｅ〕
請求項ｄに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記シール部材よりも軸方向他方側の前記転動体と反対側の位置には、前記電動モータが配置されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

前記シール部材によって各転動体側に供給された潤滑油が電動モータ側にリークするのを防止できる。
〔請求項ｆ〕
請求項ｅに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記電動モータは、モータ出力軸の外周にロータが設けられていると共に、前記モータ出力軸に前記偏心軸部が一体的に固定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

モータ出力軸と偏心軸部との一体化によって製造作業や組付作業が極めて容易になると共に、部品管理性も向上する。
〔請求項ｇ〕
請求項ｆに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記電動モータは、ハウジングの内周に設けられた永久磁石と、前記ハウジングの内部に回転自在に支持された前記モータ出力軸と、前記ロータに設けられた電磁コイルと、を備えた直流モータであって、前記電磁コイルには給電用ブラシを介して給電されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｈ〕
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、クランクシャフトから回転力が伝達される回転部に固定され、前記第１部材と前記第２部材の他方は、カムシャフトに固定されることで、前記第１部材に対する前記第２部材の相対回転位相を変更することにより、機関弁の開閉タイミングが変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｉ〕
請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記電動モータは、給電用ブラシを介して給電されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

ブラシを用いた電動モータであることから、コストの低減化が図れる。
〔請求項ｊ〕
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、機関本体に固定され、他方は、回転することにより少なくとも機関弁の作動角を可変にする作動角可変機構の制御軸に固定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｋ〕
請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記偏心回転体の外周面と内周噛合い部との間に介在される前記転動体の外周面と、前記偏心軸部の外周面及び前記内周噛合い部との間の径方向のクリアランスを１０〜４０μｍに設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｌ〕
請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記偏心回転体は、前記電動モータから回転力が伝達される偏心軸部と、該偏心軸部の外周に設けられ、外周面に前記転動体が当接する回転部材とから成り、
前記回転部材の外周面と前記内周噛合い部の間の隙間の大きさに応じて、外径の異なる複数の回転部材を選択して組み付けることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｍ〕
請求項ｌに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記偏心軸部は、一部に回転中心に対して偏心した部分を有し、この偏心した部分に前記回転部材であるボールベアリングの内輪を固定し、該ボールベアリングの外輪の外周面と前記内周噛合い部の間の隙間の大きさに応じて、前記外輪の外径が異なる複数のボールベアリングを選択的に組み付けることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項ｎ〕
第１部材と第２部材の相対回転位置を減速機構を介して変更することによって、バルブスプリングにより閉じ方向に付勢された機関弁の作動特性を可変にする内燃機関の可変動弁装置の製造方法であって、
前記減速機構は、
電動モータから回転力が伝達され、この回転中心に対して偏心回転する偏心回転体と、
前記第１部材または第２部材の一方に一体的に設けられ、内周に噛み合い部を有する内周噛み合い部と、
前記偏心回転体の外周に周方向へほぼ等間隔位置に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内周噛み合い部との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
前記第１部材もしくは前記第２部材の他方と一体的に設けられ、前記各転動体を転動自在に保持しつつ該転動体全体の径方向の移動を許容する保持部材とを備え、
前記偏心回転体の外周面と前記内周噛合い部との間に配置された前記保持部材に、基準の外径を有する前記転動体を組み付け、
この組み付けた状態で、前記転動体の外周面と前記偏心回転体の外周面及び内周噛み合い部の内面との間の径方向の最大クリアランスを測定し、
この測定結果に基づいて外径の適した前記転動体を選択して前記保持部材に組み付けることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。

この製造方法によれば、単に転動体を適宜取り替えてクリアランスを調整するため、その調整作業が容易である。
〔請求項ｏ〕
請求項ｎに記載の内燃機関の可変動弁装置の製造方法において、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、クランクシャフトから回転力が伝達される回転部に固定され、前記第１部材と前記第２部材の他方は、カムシャフトに固定されることで、前記第１部材に対する前記第２部材の相対回転位相を変更することにより、機関弁の開閉タイミングが変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。
〔請求項ｐ〕
第１部材と第２部材の相対回転位置を減速機構を介して変更することによって、バルブスプリングにより閉じ方向に付勢された機関弁の作動特性を可変にする内燃機関の可変動弁装置の製造方法であって、
前記減速機構は、
電動モータから回転力が伝達され、この回転中心に対して偏心回転する偏心回転体と、
前記第１部材または第２部材の一方に一体的に設けられ、内周に噛み合い部を有する内周噛み合い部と、
前記偏心回転体の外周に周方向へほぼ等間隔位置に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内周噛み合い部との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
前記第１部材もしくは前記第２部材の他方と一体的に設けられ、前記各転動体を転動自在に保持しつつ該転動体全体の径方向の移動を許容する保持部材とを備え、
前記内周噛合い部と外径の基準となる前記偏心回転体との間に配置された前記保持部材に前記転動体を組み付け、
前記偏心回転体の外周面と前記内周噛合い部の間に介在される前記転動体の外周面と、前記偏心回転体の外周面及び前記内周噛合い部の内面との間の径方向の最大クリアランスを測定し、
この測定結果に基づいて、外径の適した前記偏心回転体を選択して組み付けることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の製造方法。

１…タイミングスプロケット(第１部材)
２…カムシャフト(第２部材)
３…カバー部材
３ａ…カバー本体
４…位相変更機構
５…ハウジング
６…プレート
７…ボルト
８…減速機構
９…従動部材
１０…カムボルト
１２…電動モータ
１３…モータ出力軸
１７…鉄心ロータ
１８…電磁コイル
１９…環状部材
１９ａ…内歯
２３ａ、２３ｂ…第１ブラシ
２４ａ、２４ｂ…第２ブラシ
２８…ニードルベアリング
３０…偏心軸部(偏心回転体)
３２…第２オイルシール
３３…第１ボールベアリング(偏心回転体)
３３ａ…内輪
３３ｂ…外輪
３４…ローラ
３５…第３ボールベアリング
４１…保持器(保持部材)
４１ａ…突起部
４１ｂ…開口部
４３…第２ボールベアリング
４８ａ、４８ｂ…スリップリング
Ｃ１…クリアランス
Ｃ２…クリアランス
Ｑ…許容値

Claims (3)

1. 第１部材に対する第２部材の相対回転位置を変更することによって、バルブスプリングにより閉方向へ付勢された機関弁の作動特性を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   制御信号に応じて回転状態が制御される電動モータと、
   該電動モータから回転力が伝達され、回転中心に対して偏心回転する偏心回転体と、
   前記第１部材または第２部材の一方に一体的に設けられ、内周に噛み合い部を有する内周噛み合い部と、
   前記偏心回転体の外周に周方向へほぼ等間隔位置に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の偏心回転によって前記内周噛み合い部との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
   前記第１部材もしくは前記第２部材の他方と一体的に設けられ、前記各転動体の間を隔成しつつ転動体全体の径方向の移動を許容する保持部材とを備え、
   前記偏心回転体の外周面と前記内周噛合い部との間の隙間の大きさに応じて、外径の異なる前記転動体を選択して組み付けることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 第１部材に対する第２部材の相対回転位置を変更することによって、バルブスプリングによって閉じ方向に付勢された機関弁の作動特性を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   制御信号に応じて回転状態が制御される電動モータと、
   該電動モータから回転力が伝達され、回転中心に対して偏心回転する偏心回転体と、
   前記第１部材もしくは前記第２部材の一方に一体的に設けられ、内周に噛合い部を有する内周噛合い部と、
   前記偏心回転体の外周に周方向へほぼ等間隔位置に回転自在に設けられ、前記偏心回転体の回転によって前記内周噛み合い部との噛み合い箇所が周方向へ移動する複数の転動体と、
   前記第１部材もしくは前記第２部材の他方に一体的に設けられ、前記各転動体の間を隔成しつつ転動体全体の径方向の移動を許容する保持部材と、を備え、
   前記偏心回転体の外周面と前記内周噛合い部との間の隙間の大きさに応じて、前記外径が異なる複数の偏心回転体を選択的に組み付けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記偏心回転体の外周面と内周噛合い部との間に介在される前記転動体の外周面と、前記偏心軸部の外周面及び内周噛合い部の内面との間の径方向の最大クリアランスを１０〜４０μｍの範囲内に設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

Images