JP2017082672A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトの相対回転変換角度の精度低下を抑制し得るバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】スプロケット本体１ａに位置決め機構を介して固定された保持プレート８と、従動部材９の後端面に固定されたアダプタ１１の外周面に設けられたストッパ凹溝１１ｄと、保持プレートの内周面に設けられ、ストッパ凹溝１１ｄの対向面に周方向から当接することによって最大相対回転位置を規制するストッパ凸部８と、を備え、位置決め機構の第１位置決めピン４４ａと第１位置決め用孔４５ａは、スプロケット本体の回転軸中心Ｐとストッパ凸部の一側面８ｅとストッパ凹溝の一方の対向面１１ｅの当接面とを結ぶ線Ｑを基準角度０°として、ここから＋９０°±４５°の角度範囲位置に設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、吸気弁や排気弁の開閉時期を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。

内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

このバルブタイミング制御装置は、タイミングスプロケットに一体的の設けられた電動モータを有し、該電動モータの回転力を、減速機構を介して従動部材(カムシャフト)に伝達することによって、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変換して吸気弁や排気弁の開閉タイミングを制御するようになっている。

前記タイミングスプロケットは、外周にチェーンが巻回される歯車を一体に有するスプロケット本体の後端部に、円環状の保持プレートがボルト固定されている一方、カムシャフトの軸方向一端部に固定された前記従動部材は、後端部の前記保持プレートの内周側に円盤状のアダプタが設けられている。

また、前記保持プレートの内周縁とアダプタの外周縁との間には、両者が協働して前記タイミングスプロケットに対するカムシャフトの遅角側と進角側の最大相対回転位置を規制するストッパ機構が設けられている。このストッパ機構は、前記保持プレートの内周縁に一体に設けられたストッパ凸部と、アダプタの外周縁に切欠形成されて、前記ストッパ凸部の一側縁または他側縁が当接して前記最大相対回転位置を規制するストッパ凹溝とから構成されている。

特開２０１３−２２７９１９号公報

ところで、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記ハウジングに保持プレートをボルトによって固定する際には、前記ハウジングの後端に設けられた位置決めピンを、前記保持プレートに設けられた位置決め孔に挿入して、両者が予め位置決めされた状態で前記ボルトによって固定されるようになっている。

しかしながら、前記位置決めピンと位置決め用孔の周方向の形成位置によっては、前記保持プレートが適正な位置からずれてしまうおそれがある。この位置ずれの状態でハウジングに保持プレートがボルト固定されると、前記ストッパ凹溝の周方向両側面に対するストッパ凸部の両側面の当接位置が僅かに傾いてしまい、前記ストッパ機構によるタイミングスプロケットに対するカムシャフトの相対回転変換角のずれが生じて変換角度の精度が低下してしまうおそれがある。この結果、内燃機関の燃費や出力性能などに影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、駆動回転体への組付時の保持プレートの位置ずれを抑制して、変換角度の精度低下を抑制し得る内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

本願請求項１に記載の発明は、クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、カムシャフトと一体に回転する従動回転体と、モータ出力軸の回転駆動によって前記駆動回転体に対して従動回転体を相対回転させる電動モータと、前記従動回転体に設けられた第１ストッパ部と、前記駆動回転体に固定され、前記第１ストッパ部が円周方向から当接することによって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の最大相対回転位置を規制する第２ストッパ部を有する固定部材と、前記駆動回転体と固定部材との間を位置決めし、一方側の最大相対回動位置で前記第１ストッパ部と第２ストッパ部の当接位置を基準角度０°として、この基準角度に対して＋４５°乃至＋１３５°までの角度範囲内、または、−４５°乃至−１３５°までの角度範囲内に設けられた位置決め機構と、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、駆動回転体への固定時における保持プレートの位置ずれを抑制して、カムシャフトの相対回転位置の変換角度の精度低下を抑制することが可能になる。

本発明に係るバルブタイミング制御装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 本実施形態における主要な構成部材を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 カムシャフトを外した状態における図１のＢ矢視図である。 第１位置決め用孔と第２位置決め用孔の形成位置を、実験によって基準角度から＋角度へ種々変えた保持プレートの正面図であって、Ａは第１位置決め用孔を基準角度から＋９０°の位置に形成した状態、Ｂは＋７５°、Ｃは＋６０°、Ｄは＋４５°、Ｅは＋３０°Ｆは＋１５°、Ｇは０°の形成位置をそれぞれ示している。 同じく第１位置決め用孔と第２位置決め用孔の形成位置を、実験によって基準角度から−角度へ種々変えた保持プレートの正面図であって、Ａは第１位置決め用孔を基準角度から−１５°の位置に形成した状態、Ｂは−３０°、Ｃは−４５°、Ｄは−６０°、Ｅは−７５°、Ｆは−９０°の形成位置をそれぞれ示している。 第１位置決め用孔の形成角度の変化位置に対する変換角度ずれとの関係を示す特性図である。 図４のＣ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、吸気弁側のバルブタイミング制御装置に適用したものであるが、排気弁側にも適用可能である。

前記バルブタイミング制御装置は、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、シリンダヘッド０１上に軸受０２を介して回転自在に支持されていると共に、前記タイミングスプロケット１に相対回転自在に設けられたカムシャフト２と、前記タイミングスプロケット１とカムシャフト２との間に配置されて、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３と、該位相変更機構３の前端に配置されたカバー部材４と、を備えている。

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筒状に一体に形成されており、外径が比較的小径状に形成されたスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回された図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトからの回転力を受ける歯車１ｂと、前記スプロケット本体１ａの前端側に一体に設けられた内歯構成部５と、から構成されている。

前記内歯構成部５は、前記スプロケット本体１ａの前端部外周側に一体に設けられ、位相変更機構３の前方へ延出した円筒状に形成されていると共に、内周には波形状の複数の内歯５ａが形成されている。また、この内歯構成部５の軸方向の外端面には、後述する電動モータ１２のモータハウジング１４が前記各ボルト７を介して軸方向から結合されている。

前記タイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａと前記カムシャフト２の軸方向の一端部２ａに設けられた後述する従動回転体である従動部材９との間に、１つの大径ボールベアリング４３が介装されており、この大径ボールベアリング４３によって、タイミングスプロケット１が前記従動部材９(カムシャフト２)に相対回転自在に軸受けされている。

さらに、前記スプロケット本体１ａの内歯構成部５と反対側の後端面には、固定部材である保持プレート８が固定されている。この保持プレート８は、図１、図２及び図４に示すように、金属板材によって円環状に形成され、外径が前記スプロケット本体１ａの外径とほぼ同一に設定されていると共に、中央孔８ａの内径が前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａの内径よりも小さく形成されて、内周部の内側面が前記外輪４３ａの軸方向の他端面に微小隙間を介して軸方向から対峙している。

また、前記保持プレート８の中央孔８ａの内周縁所定位置には、図４に示す径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出した第２ストッパ部であるストッパ凸部８ｂが一体に設けられている。このストッパ凸部８ｂは、ほぼ扇状に形成されて、先端面８ｃが後述するアダプタ１１のストッパ凹溝１１ｄの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。

また、前記スプロケット本体１ａと内歯構成部５及び保持プレート８の各外周部には、６本のボルト７が挿通する６つのボルト挿通孔１ｃ、８ｄが周方向のほぼ等間隔位置に貫通形成されている。

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つの駆動カムを有していると共に、軸方向の一端部２ａにアダプタ１１を介して従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から共締め固定されている。なお、前記従動部材９とアダプタ１１とによって従動回転体を構成している。

前記従動部材９は、鉄系金属によって一体に形成され、図１〜図３に示すように、後端側(カムシャフト２側)に形成された円板状の固定端部９ａと、該固定端部９ａの内周前端面から軸方向へ突出した円筒部９ｂと、から主として構成されている。

前記固定端部９ａは、外側面９ｃがカムシャフト２の一端部２ａの前端面側に対向配置され、この外側面９ｃのほぼ中央位置に円盤状の第１嵌合溝９ｄが形成されている。この第１嵌合溝９ｄは、その内径がカムシャフト２の一端部２ａの外径よりも大きく形成されていると共に、深さが前記アダプタ１１の後述する凸状の内周部１１ｂの高さよりも僅かに浅く設定されている。また、この第１嵌合溝９ｄの内周面は、前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａに径方向で重なる位置に配置されている。

前記円筒部９ｂは、図１に示すように、内部軸心方向に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｅが貫通形成されていると共に、外周側には小径ボールベアリング３５とニードルベアリング３６が軸方向に並列に設けられている。

前記カムボルト１０は、図１に示すように、頭部１０ａの軸方向端面が小径ボールベアリング３５の内輪を軸方向から支持していると共に、軸部１０ｂの外周に前記カムシャフト２の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ２ｃに螺着する雄ねじ１０ｃが形成されている。

前記アダプタ１１は、図１、図２及び図４に示すように、一定の肉厚を有する円盤状の金属板をプレス成形によって縦断面ほぼクランク状に折曲形成され、フランジ状の外周部１１ａと、電動モータ１２方向へ突出した有底円筒状の内周部１１ｂと、から構成されている。

前記外周部１１ａは、外径が従動部材９の固定端部９ａ(内輪固定面６２)の外径よりも僅かに大きく形成されて、電動モータ１２側の内側面の外周側が第１規制面１１ｃとして構成されている。この第１規制面１１ｃは、前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂの軸方向他端面に当接して軸方向外側への移動を規制するようになっている。

前記第１規制面１１ｃの内周側が従動部材９の固定端部９ａの外側面９ｃと微小隙間をもって軸方向から対峙している。

前記外周部１１ａの外周面には、図４に示すように、前記保持プレート８のストッパ凸部８ｂが係入する第１ストッパ部であるストッパ凹溝１１ｄが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝１１ｄは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この長さ範囲で回動したストッパ凸部８ｂの両側面８ｅ、８ｆが周方向の対向面１１ｅ、１１ｆに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機械的に規制するようになっている。

すなわち、図４に示すように、ストッパ凸部８ｂの一側面８ｅにアダプタ１１の一方の対向面１１ｅが周方向から当接することによって、カムシャフト２の最大進角側の相対回転位置が規制され、また、ストッパ凸部８ｆの他端面８ｄにアダプタ１１の他方の対向面１１ｆが当接することによって、カムシャフト２の最大遅角側の相対回転位置が規制されるようになっている。

前記保持プレート８のストッパ凸部８ｂの両側面８ｅ、８ｆと、アダプタ１１のストッパ凹溝１１ｄの対向面１１ｅ、１１ｆと、によってストッパ機構が構成されている。

また、前記外周部１１ａ側には、前記スプロケット本体１ａに対して前記保持プレート８を位置決めする位置決め機構が設けられている。

この位置決め機構は、図２及び図４に示すように、前記スプロケット本体１ａの保持プレート８が軸方向から当接する後端面から突出した２つの第１、第２位置決めピン４４ａ、４４ｂと、前記保持プレート８の前記両位置決めピン４４ａ、４４ｂに対応した位置に貫通形成された２つの第１、第２位置決め用孔４５ａ、４５ｂとから構成されている。

前記両位置決めピン４４ａ、４４ｂは、スプロケット本体１ａのそれぞれ隣接する各ボルト挿通孔１ｃの間に設けられている一方、前記両位置決め用孔４５ａ、４５ｂも両位置決めピン４４ａ、４４ｂに対応した位置、つまり、前記保持プレート８のそれぞれ隣接する各ボルト挿通孔８ｄの間に穿設されている。

前記第１位置決めピン４４ａが挿通される第１位置決め用孔４５ａは、内径が前記第１位置決めピン４４ａの外径より僅かに大きな円形状に形成されている一方、第２位置決めピン４４ｂが挿通する前記第２位置決め用孔４５ｂは、第２位置決めピン４４ｂを介して保持プレート８が径方向へ僅かに移動可能なように径方向に沿った長孔状に形成されている。

そして、前記各位置決めピン４４ａ、４４ｂと位置決め用孔４５ａ、４５ｂの形成位置、特に、第１位置決めピン４４ａと第１位置決め用孔４５ａの形成位置は、後述するように、前記ストッパ機構との相対関係位置で決定されるようになっている。

前記アダプタ１１の内周部１１ｂは、電動モータ１２側に突出した有底円筒状の凸状に形成され、反対側の凹溝１１ｇにカムシャフト２の一端部２ａが軸方向から嵌合している共に、中央位置には前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通する挿通孔１１ｈが貫通形成されている。また、内周部１１ｂの挿通孔１１ｇを中心とした径方向位置にはカムシャフト２の一端部２ａの端面から突出した図外の位置決めピンが挿入される位置決め用長孔１１ｉが貫通形成されている共に、前記挿通孔１１ｈを挟んだ前記位置決め用長孔１１ｉと径方向反対側の位置に、後述する潤滑油通路の一部を構成する油通路孔１１ｊが貫通形成されている。

前記凸状の内周部１１ｂは、前記従動部材９の固定端部９ａの前記第１嵌合溝９ｄ内に軸方向から圧入によって嵌合し、この嵌合した状態で、前記内周部１１ｂの先端壁を、カムボルト１０によってカムシャフト２の一端部２ａと従動部材９の固定端部９ａとの間に挟持状態に結合されている。

前記位相変更機構３は、前記従動部材９の円筒部９ｂの前端側に配置された前記電動モータ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に伝達する減速機構１３と、から主として構成されている。

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モータハウジング１４と、該モータハウジング１４の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸１５と、モータハウジング１４の内周面に固着されたステータであるそれぞれ円弧状の４つの永久磁石１６と、モータハウジング１４の前端部に固定された前記給電プレート１７と、を備えている。

このモータハウジング１４は、図１に示すように、鉄系金属材をプレス成形によって有底筒状に形成されて、外径が前記スプロケット本体１ａの外径と同じく比較的小径に形成されていると共に、後端側に円板状の隔壁１４ａが一体に形成されている。

前記隔壁１４ａは、ほぼ中央に有する円筒状の延出部の内周に、前記モータ出力軸１５及び偏心軸部３７が挿通される大径な軸挿通孔１４ｂが形成されている。また、前記隔壁１４ａの外周部の各ボルト挿通孔１ｃ、８ｄと対応した位置には、前記各ボルト７の先端部が螺着する６つの雌ねじ孔１４ｃが周方向の等間隔位置に形成されており、これらに挿通、螺着した前記各ボルト７によって前記タイミングスプロケット１(内歯構成部５)と保持プレート８及びモータハウジング１４が軸方向から共締め固定されている。

前記モータ出力軸１５は、段差円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に形成された段差部を介してカムシャフト２側の大径部１５ａと、カバー部材４側の小径部１５ｂと、から構成されている。前記大径部１５ａは、外周に鉄心ロータ１８が固定されていると共に、軸方向の後端面に減速機構１３の一部を構成する偏心カムである偏心軸部３７が一体に結合されている。

一方、前記小径部１５ｂは、外周に整流子であるコミュテータ２０が固定されている。このコミュテータ２０は、小径部１５ｂの外周面に圧入された円環部材２０ａの外周に設けられ、導電材によって円環状に形成されて、前記鉄心ロータ１８の極数と同数に分割された各セグメントに後述のコイル１９の引き出されたコイル線の端末が電気的に接続されている。

前記鉄心ロータ１８は、複数の磁極を持つ磁性材によって形成され、外周側がコイル１９のコイル線を巻回させるスロットを有するボビンとして構成されており、この鉄心ロータ１８の内周部が前記モータ出力軸１５の段差部外周に軸方向へ位置決めされつつ固定されている。

前記各永久磁石１６は、円周方向に所定隙間をもって配設されて全体が円筒状に形成され、円周方向に複数の磁極を有している。

前記給電プレート１７は、図１に示すように、鉄系金属材からなる円盤状の金属プレート部１７ａと、該金属プレート部１７ａの前後両側面にモールドされた円板状の樹脂部１７ｂと、から構成されている。

前記金属プレート部１７ａは、前記樹脂部１７ｂに覆われていない外周部が前記モータハウジング１４の前端部内周に形成された円環状の段差状の凹溝にカシメによって位置決め固定されていると共に、中央部にはモータ出力軸１５の小径部１５ｂなどが挿通される軸挿通孔１７ｃが貫通形成されている。また、金属プレート部１７ａは、前記軸挿通孔１７ｃの内周縁に連続した所定の位置に図外の２つの保持孔が打ち抜きにより形成されている。

また、前記給電プレート１７には、前記金属プレート部１７ａの各保持孔の内側に配置されて、前記樹脂部１７ｂの前端部に複数のリベット４０により固定された銅製筒状の一対のブラシホルダ２３ａ、２３ｂと、該各ブラシホルダ２３ａ、２３ｂの内部に径方向に沿って摺動自在に収容配置されて、コイルスプリング２４ａ、２４ｂのばね力で円弧状の各先端面が前記コミュテータ２０の外周面に径方向から弾接する一対の切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記樹脂部１７ｂの前端部側に、それぞれの外側面を露出した状態でモールド固定された内外二重の給電用スリップリング２６ａ，２６ｂと、前記各切換用ブラシ２５ａ、２５ｂと各スリップリング２６ａ，２６ｂを電気的に接続する図外のハーネスと、が設けられている。

前記カバー部材４は、図１及び図２に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、前記給電プレート１７の前端側に前記の前端部に対向して配置されており、円板プレート状のカバー本体２８と、該カバー本体２８の前端部を覆う合成樹脂製のカバー部２９と、から構成されている。

前記カバー本体２８は、主として合成樹脂材によって所定の肉厚に形成されていると共に、外径が前記の外径より大きく形成されており、内部には金属製の補強プレート２８ａがモールド固定されている。

また、カバー本体２８は、図２にも示すように、外周部の４箇所に突設された円弧状のボス部２８ｂに、後述するチェーンカバー２２に固定されるボルトが挿通されるボルト挿通孔２８ｃが図外の金属製スリーブによってそれぞれ形成されている。

前記カバー本体２８は、前記各スリップリング２６ａ、２６ｂと軸方向から対向する位置に銅製の一対の角筒状ブラシホルダ３０ａ、３０ｂが軸方向に沿って固定されていると共に、該各ブラシホルダ３０ａ、３０ｂの内部には、各先端面が前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに摺接する一対の給電用ブラシ３１ａ、３１ｂが軸方向へ摺動自在に保持されている。

また、カバー本体２８の外端面に形成された収容溝の内部には、前記各給電用ブラシ３１ａ、３１ｂを前記スリップリング２６ａ、２６ｂ方向へ付勢する付勢部材である図外の一対の捩りコイルばねが収容されている。

また、前記カバー本体２８の下端部には、図２に示すように、前記各給電用ブラシ３１ａ、３１ｂに図外のコントロールユニットを介して電源バッテリーから電流を供給する給電用コネクタ３２が一体に設けられていると共に、回転角度信号を前記コントロールユニットに出力する信号用コネクタ３３が前記給電用コネクタ３２と並行かつ径方向に沿って突設されている。

前記カバー部２９は、円盤プレート状に形成されて、外周縁に一体に形成された円環状の係止凸部２９ａが前記カバー本体２８の外周部に形成された段差係止溝に軸方向から圧入によって係止固定されている。

前記モータ出力軸１５の小径部１５ｂと、前記カバー本体２８の凹溝の底壁を挟んだ中央部との間には、モータ出力軸１５の回転角度位置を検出する前記角度センサ３４が設けられている。

この角度センサ３４は、電磁誘導型であって、図１に示すように、前記モータ出力軸１５の小径部１５ｂ内に固定された被検出部５０と、前記カバー本体２８のほぼ中央位置に固定されて、前記被検出部５０からの検出信号を受信する検出部５１と、から構成されている。

前記モータ出力軸１５と偏心軸部３７は、前記カムボルト１０の軸部１０ｂの外周面に設けられた前記小径ボールベアリング３５と、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面に設けられて小径ボールベアリング３５の軸方向側部に配置された前記ニードルベアリング３６とによって回転自在に支持されている。

また、前記モータ出力軸１５の大径部１５ａの外周面と前記モータハウジング１４の延出部の内周面との間には、減速機構１３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小径なオイルシール３８が設けられている。このオイルシール３８は、電動モータ１２と減速機構１３との間をシールするように隔成するものである。

前記コントロールユニットは、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の情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出し、これに基づいて機関制御を行うと共に、前記給電用ブラシ３１ａ、３１ｂや各スリップリング２６ａ，２６ｂ、切換用ブラシ２５ａ、２５ｂ、コミュテータ２０などを介してコイル１９に通電してモータ出力軸１５の回転制御を行い、減速機構１３によってカムシャフト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。

前記減速機構１３は、図１〜図３に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３７と、該偏心軸部３７の外周に設けられた中径ボールベアリング３９と、該中径ボールベアリング３９の外周に設けられた前記ローラ４０と、該ローラ４０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３７は、図１に示すように、円筒状に形成されて、外周面に形成されたカム面３７ａの回転軸心Ｙがモータ出力軸１５の回転軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心して、いる。

前記中径ボールベアリング３９は、前記ニードルベアリング３６の径方向位置で全体がほぼオーバーラップする状態に配置され、内輪３９ａと外輪３９ｂ及び該両輪３９ａ、３９ｂとの間に介装されたボール３９ｃと、該ボール３９ｃを保持する図外のケージと、から構成されている。

前記内輪３９ａは、前記偏心軸部３７の外周面に圧入固定されているのに対して、前記外輪３９ｂは、軸方向で固定されることなくフリーな状態になっている。つまり、この外輪３９ｂは、軸方向の電動モータ１２側の一端面がどの部位にも接触せず、また軸方向の他端面がこれに対向する保持器４１の背面との間に形成された微小なクリアランスを介してフリーな状態になっている。

外輪３９ｂは、その外周面が図２にも示すように、前記各ローラ４０の外周面が転動自在に当接していると共に、この外周面と前記保持器４１のローラ保持部４１ｂの内面との間に、円環状のクリアランスが形成されて、このクリアランスを介して中径ボールベアリング３９全体が前記偏心軸部３７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。

この保持器４１は、図１〜図３に示すように、前記固定端部９ａの外周部に一体に設けられて該固定端部９ａの外周部前端から前方へ断面ほぼＬ字形状に折曲形成されて、前記固定端部９ａの外周部前端側に径方向に沿って延出した円環状の伝達基部４１ａと、該伝達基部４１ａの外端からほぼ軸直角方向へ延出した円筒状のローラ保持部４１ｂと、から主として構成されている。

前記ローラ保持部４１ｂは、先端部が前記内歯構成部５やモータハウジング１４の隔壁１４ａなどによって隔成された円環凹状の収容空間を介して前記隔壁１４ａ方向へ延出していると共に、周方向のほぼ等間隔位置には、前記複数のローラ４０をそれぞれ転動自在に保持するほぼ長方形状の複数のローラ保持孔４１ｃが周方向の等間隔位置に形成されている。このローラ保持孔４１ｃは、先端部側が閉塞されて前後方向に細長い長方形状に形成され、その全体の数(ローラ４０の数)が前記内歯構成部５の内歯５ａの全体の歯数よりも少なくなっており、これによって、減速比を得るようになっている。

前記各ローラ４０は、鉄系金属によって形成され、前記中径ボールベアリング３９の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ前記内歯構成部５の内歯５ａに嵌入すると共に、保持器４１のローラ保持孔４１ｃの両側縁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。

また、前記減速機構１３には、内部の各構成部材を潤滑する潤滑油が潤滑油通路によって循環されるようになっている。

前記チェーンカバー２２は、例えばアルミニウム合金材によって一体に形成され、図１に示すように、機関本体であるシリンダヘッド０１と図外のシリンダブロックの前端側に前記タイミングスプロケット１に巻回された図外のタイミングチェーン全体を覆うよう上下方向に沿って配置固定されている。また、このチェーンカバー２２と前記モータハウジング１４との間には、オイルシール４２が介装され、このオイルシール４２によって前記チェーンカバー２２の内周面と前記モータハウジング１４の外周面との間をシールしている。

そして、前述したように、前記位置決め機構の第１、第２位置決め用孔４５ａ、４５ｂ（第１、第２位置決めピン４４ａ、４４ｂ）の形成位置は、前記ストッパ機構のストッパ凸部８ｂがストッパ凹溝１１ｄの対向面１１ｅに当接した状態における相対関係位置で決定されるようになっている。特に、第１位置決め用孔４５ａ（第１位置決めピン４４ａ）の形成位置が基準になるので、以下では、主として、前記第１位置決め用孔４５ａの形成位置について説明する
すなわち、前記第１位置決め用孔４５ａは、図４に示すように、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転角度位相が最大進角位置に保持された位置、つまり、前記ストッパ凸部８ｂの一側面８ｅに対してストッパ凹溝１１ｄの一方側の対向面１１ｅに周方向から面接触状態で当接した当接面とタイミングスプロケット１の回転軸中心Ｐ(カムボルト１０の軸心Ｐ)を結ぶ線Ｑを基準角度０°として、この基準角度０°から図４中、反時計方向の角度＋９０°の位置に形成されている。この実施形態では、第１位置決め用孔４５ａを＋９０°の角度位置に形成したが、この角度位置は固定的なものではなく、０°を基準として±４５°〜±１３５°または−４５°〜−１３５°の範囲の位置に形成されれば、前記第１位置決めピン４４ａとの関係で、スプロケット本体１ａに対する保持プレート８の適正な位置決めを行うことができる。

具体的に説明すると、本願の発明者は、前記結ぶ線Ｑ(基準角度０°)を中心として第１位置決め用孔４５ａの形成位置について、図５及び図６に示すように数多くのシミュレーション(計算)を行った。つまり、図５は第１位置決め用孔４５ａを、前記基準角度０°から＋角度方向の複数の位置に形成した場合を示し、図６は第１位置決め用孔４５ａを基準角度０°から−角度方向の複数の位置に形成した場合を示している。

図５Ａは＋９０°、Ｂは＋７５°、Ｃは＋６０°、Ｄは＋４５°、Ｅは＋３０°、Ｆは＋１５°、Ｇは基準角度０°に重ねた０°の角度位置に設定し、図６Ａは−９０°、Ｂは−７５°、Ｃは−６０°、Ｄは−４５°、Ｅは−３０°、Ｆは−１５°の角度位置に設定した。

図７は前記シミュレーション(計算)結果による第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置とストッパ機構による変換角度ずれの関係を折れ線グラフで示したもので、この実験結果によると、第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置が前記０°を頂点として左右へ下方向の円弧状の曲線となり、第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置が０°〜±４４°または±１３６°〜±１８０°程度までは変換角度ずれが約０．０３７〜０．０３０°となって比較的大きなずれ量になっている。しかし、形成位置が±４５°を超えると変換角度ずれが急激に減少することが分かった。この場合、約０．０２９〜０．０１０°程度の微小なずれ量になる。

すなわち、前記第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置が０°〜約±４４°または±１３６°〜±１８０°の範囲では、前記保持プレート８をスプロケット本体１ａの後端面に各ボルト７によって組み付け固定した後に、図８の一点鎖線で示すように、前記ストッパ凸部８ｂの一側面８ｅとストッパ凹溝１１ｄの一方側の対向面１１ｅとの間に僅かな角度の隙間Ｃが形成されてしまう。

これは、前記ストッパ機構の近傍に第１位置決めピン４４ａと第１位置決め用孔４５ａが存在すると、この第１位置決めピン４４ａを支点として保持プレート８が振り子のように揺れ動いてずれが生じ、この位置ずれによって前記隙間Ｃが形成されてしまうのである。このため、タイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最大進角位置での変換角のずれが生じて全体の変換角精度が低下してしまう。これによって、内燃機関の燃費などの機関性能に大きな影響を与えるおそれがある。

これに対して、前記第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置が、基準角度０°から＋４５°乃至１３５°までの角度範囲、または−４５°乃至−１３５°までの角度範囲では、前述のように、第１位置決めピン４４ａを支点とする保持プレート８の揺動が抑制されて変換角度のずれが急激に減少する。このため、前記保持プレート８をスプロケット本体１ａの後端面に各ボルト７によって組み付け固定した後におけるバルブタイミング制御の変換角度のずれを十分に小さくすることができる。つまり、前述のシミュレーション結果からは変換角度のずれ抑制に有効な角度範囲は＋４５°〜＋１３５°及び−４５°〜＋１３５°であることが分かる。換言すれば、＋９０°±４５°及び−９０°±４５°である。

よって、前記変換角度ずれの許容範囲として約０．０１０〜０．０２９°の範囲となる第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置は、図７に示すように、基準角度０°から＋４５°乃至＋１３５°までの角度範囲(矢印Ａ)と、または、−４５°乃至１３５°までの角度範囲(矢印Ｂ)に設定した。

そして、この前述した±４５°乃至±１３５°までの角度範囲に設定したのは、本願発明者が、変換角度ずれの許容範囲をシミュレーションにより解析した結果、約０．０１０〜０．０２９°の範囲であれば、燃費や出力などの機関性能に大きな影響を与えることのないことが解ったからである。また、前述した角度範囲のうち、特に、+９０°±３０°及び−９０°±３０°の範囲がより機関性能への影響が少ない。

特に、本実施形態では、前記第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置を、基準角度０°に対してほぼ＋９０°の位置に設定したことから、図８の実線で示すように、前記ストッパ凸部８ｂの一側面８ｅとストッパ凹溝１１ｄの一方側の対向面１１ｅとの間の位置ずれが約０．０１０°と極めて小さく、両面８ｅ、１１ｅ全体がほぼ接触している。したがって、前記変換角度精度の低下が抑制されて、機関運転中における前記電動モータ１２によるタイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最進角位置と最遅角位置との間の相対回転位相制御を安定かつ高精度に行うことが可能になる。ここで、ほぼ+９０°とは、＋９０°±５°とする。

また、前述した説明では、図５Ａ〜Ｇと図６Ａ〜Ｆに基づいて第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置のみについて説明したが、第２位置決め用孔４５ｂの形成角度位置は、第１位置決め用孔４５ａの形成位置を０°して、ここから前記結ぶ線Ｑ方向へ約１７０°の位置に設定されている。

これは、第２位置決め用孔４５ｂを、例えば第１位置決め用孔４５ａに対して約１８０°の角度位置、つまり対称位置に形成した場合は、スプロケット本体１ａの後端部に保持プレート８をボルト７によって組み付ける際に誤って組み付けしてしまうおそれがあるが、約１７０°の角度位置に形成すれば孔の位置が対称位置にならず周方向でずれることで誤組み付けを未然に回避することができるためである。

なお、スプロケット本体１ａ側に設けられる前記第１、第２位置決めピン４４ａ、４４ｂは、第１、第２位置決め用孔４５ａ、４５ｂの形成位置に対応した位置に設けられることは言うまでもない。
〔本実施形態の作動〕
以下、本実施形態におけるバルブタイミング制御装置の作動について簡単に説明すると、まず、機関のクランクシャフトの回転駆動に伴って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、その回転力が内歯構成部５を介してモータハウジング１４に伝達されて、該モータハウジング１４が同期回転する。一方、前記内歯構成部５の回転力が、各ローラ４０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のカムが吸気弁を開閉作動させる。

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からの制御電流が給電用ブラシ３１ａ、３１ｂや各スリップリング２６ａ，２６ｂなどを介して電動モータ１２のコイル１９に通電されてモータ出力軸１５が回転駆動され、この回転力が減速機構１３を介してカムシャフト２に対し減速された回転力が伝達される。

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、ストッパ凹溝１１ｄの各対向面１１ｅ、１１ｆのいずれか一方が、前記ストッパ凸部８ｂの各側面８ｅ、８ｆの一方に当接することによって行われる。これによって、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。

また、本実施形態では、前述したように、保持プレート８に形成される前記第１位置決め用孔４５ａの形成角度位置を、基準角度０°からほぼ＋９０°の位置に設定したことによって、前記ストッパ凸部８ｂの一側面８ｅとストッパ凹溝１１ｄの一方側の対向面１１ｅとの間の位置ずれを約０．０１０°と極めて小さくすることができる。

このため、前記変換角度の精度の低下が十分に抑制されて、機関運転中におけるタイミングスプロケット１に対するカムシャフト２の最進角位置と最遅角位置との間の相対回転位置制御を安定かつ高精度に行うことが可能になる。この結果、燃費や出力などの機関性能を十分に引き出すことができる。

また、第２位置決め用孔４５ｂも基準角度０°に対して−９０°±４５°の範囲に設けられていることから、より正確な位置決めが可能になる。

さらに、スプロケット本体１ａの後端面に保持プレート８を組み付け固定する際には、まず、スプロケット本体１ａの第１位置決めピン４４ａに、保持プレート８の第１位置決め用孔４５ａを軸方向から挿入させると同時に、第２位置決めピン４４ｂを第２位置決め用孔４５ｂに挿入させるわけであるが、このとき、前記第２位置決め用孔４５ｂは、径方向に沿った長孔状に形成されていることから、第２位置決めピン４４ｂとの挿入性が良好になり、保持プレート８が若干傾いた状態で位置合わせを行ってもスムーズな挿入が得られる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば駆動回転体としては前記タイミングスプロケットの他に、タイミングプーリなども含まれる。

また、前記第２位置決め用孔４５ｂを、長孔に代えて長溝状に形成することも可能である。

１…タイミングスプロケット（駆動回転体）
１ａ…スプロケット本体
２…カムシャフト
２ａ…一端部
３…位相変更機構
５…内歯構成部
８…保持プレート(固定部材)
８ｂ…ストッパ凸部(第２ストッパ部、ストッパ機構)
８ｅ・８ｆ…両側面(当接部)
９…従動部材(従動回転体)
１１…アダプタ(従動回転体)
１１ａ…外周部
１１ｂ…内周部
１１ｄ…ストッパ凹溝(第１ストッパ部、ストッパ機構)
１１ｅ・１１ｆ…両対向面(当接部)
１２…電動モータ
１３…減速機構
１３…モータ出力軸
４４ａ…第１位置決めピン
４４ｂ…第２位置決めピン
４５ａ…第１位置決め用孔
４５ｂ…第２位置決め用孔
Ｐ…タイミングスプロケットの回転軸中心
Ｑ…結ぶ線

Claims (9)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動回転体と、
   カムシャフトと一体に回転する従動回転体と、
   モータ出力軸の回転駆動によって前記駆動回転体に対して従動回転体を相対回転させる電動モータと、
   前記従動回転体に設けられた第１ストッパ部と、
   前記駆動回転体に固定され、前記第１ストッパ部が円周方向から当接することによって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の最大相対回転位置を規制する第２ストッパ部を有する固定部材と、
   前記駆動回転体と固定部材との間に設けられ、前記駆動回転体の回転軸中心と一方側の最大相対回動位置で前記第１ストッパ部と第２ストッパ部の当接部とを結ぶ線を基準角度０°として、この基準角度に対して＋４５°乃至＋１３５°までの角度範囲内、または−４５°乃至−１３５°までの角度範囲内に設けられた位置決め機構と、
   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。
2. 請求項１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、
   前記位置決め機構は、前記駆動回転体の回転軸中心と前記一方側の最大相対回動位置で前記第１ストッパ部と第２ストッパ部の当接部を結ぶ線を基準角度０°として、ここから＋９０°付近または−９０°付近の角度位置に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。
3. 請求項１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、
   前記位置決め機構は、前記駆動回転体と固定部材のいずれか一方側に設けられた位置決めピンと、前記駆動回転体と固定部材の他方側に設けられ、前記位置決めピンが挿入されて位置決めを行う位置決め用孔と、
   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。
4. 請求項３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、
   前記位置決め機構は、前記第２ストッパ部を中心とした円周方向の位置に２つ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。
5. 請求項４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２つの位置決め機構は、一方の位置決め機構と前記駆動回転体の回転軸中心を結ぶ線よりも円周方向へ所定角度だけずれた位置に他方の位置決め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。
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２つの位置決め機構は、それぞれ位置決めピンと位置決め用孔を有し、前記いずれか一方の位置決め用孔は、径方向に沿って延びた長孔または長溝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。
7. 請求項１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、
   前記固定部材は、円周方向の所定間隔位置に配置された複数のボルトによって前記駆動回転体に固定されている共に、
   前記位置決め機構は、周方向で隣接する一対の前記ボルトの間に設けられ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。
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ストッパ部と前記第２ストッパ部の互いに周方向から当接する両当接部は面接触によって当接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。
9. 請求項１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、
   前記基準角度となる前記第１ストッパ部と第２ストッパ部の当接位置は、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の最遅角位置であ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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