JP3962989B2

JP3962989B2 - バルブリフト調整装置

Info

Publication number: JP3962989B2
Application number: JP2002315588A
Authority: JP
Inventors: 晃柴田; 康義鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: US20040083997A1; US7004127B2; JP2004150332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
モータの回動を制御軸の往復直線移動に変換し、制御軸の軸方向位置により吸気弁または排気弁のリフトを調整するバルブリフト調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御軸の軸方向位置により被制御体の制御量を調整する駆動装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、弁カムのカム軸と異なる軸に揺動可能に支持され、弁カムの駆動力を吸気弁または排気弁に伝達する仲介駆動機構において、駆動装置の制御軸の往復直線運動を回転運動に変換し、制御軸の軸方向位置に基づき仲介駆動機構の弁カム側と吸気弁側または排気弁側との相対リフト差を調整している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６３０１５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の駆動装置は、制御軸を往復直線移動させる駆動装置の駆動部において制御軸の一端側に設置した圧力室の油圧を調整することにより制御軸の軸方向位置を調整している。この構成では、制御軸が圧力室から油圧を受けるためのピストンと圧力室を形成するハウジングとを設けてピストン前後の圧力差を制御するため、軸方向の位置制御および応答性が悪いという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、油圧に代え、駆動部としてモータを用いた電気式駆動装置が考えられる。しかし、モータが制御軸に駆動力を加える構成によっては、制御軸の軸方向に沿った駆動装置の軸長が長くなるという問題がある。
本発明の目的は、制御軸に沿った駆動装置の軸長を短縮するバルブリフト調整装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または２記載のバルブリフト調整装置によると、駆動カムを駆動するモータの回転軸が制御軸と直交している。駆動装置においてモータが制御軸の軸方向に占める長さを短くできるので、駆動装置の制御軸に沿った軸長を短縮できる。
ここで、制御軸が吸気弁または排気弁のリフトを制御するとき、被制御体である吸気弁または排気弁から制御軸は反力を受ける。具体的には、図７において、駆動カム５２はカム軸５０を回転軸としており、駆動カム５２のカム面５３は、支持枠４１に回動自在に支持されている摺接部としてのローラ４４と摺接する。支持枠４１は制御軸３０とともに往復直線移動する。吸気弁または排気弁から制御軸３０が受ける反力Ｆは、反力Ｆが加わる位置におけるカム面５３の接線１００に対する法線１０２に沿って働く。したがって、反力Ｆから駆動カム５２が受けるトルクは、反力が加わる位置におけるカム面５３の接線１００に対する法線１０２とカム軸５０の中心との距離（以下、「反力が加わる位置におけるカム面の接線に対する法線とカム軸の中心との距離」を駆動カムの腕の長さという。）艟と反力Ｆとの積Ｆ艟で表される。本発明の請求項１記載のバルブリフト調整装置によると、アイドル運転時における吸気弁または排気弁のリフトに相当する回転角度範囲の一端から他端に向け、駆動カムのリフト変化率は一旦増加した後に減少しているので、カム軸に法線が近づく。つまり、回転角度範囲の一端から他端に向け駆動カムの腕の長さは短くなっている。したがって、回転角度範囲の一端から他端に向け吸気弁または排気弁から制御軸が受ける反力が増加する場合、反力と駆動カムの腕の長さとの積、つまり吸気弁または排気弁から駆動カムが受けるトルクを駆動カムの回転角度範囲においてほぼ一定にできる。したがって、吸気弁または排気弁から駆動カムが受けるトルクの最大値を極力小さくすることができる。駆動カムを駆動するために必要なモータのトルクは、駆動カムが受けるトルクの最大値が小さいほど小さくなる。モータのトルクを小さくすることにより、モータの消費電力を低減し、モータを小型化できる。
【０００７】
本発明の請求項３記載のバルブリフト調整装置によると、駆動カムのカム軸を回転軸とする平歯車の軸方向両側に突部が形成されているので、突部を係止する係止部材は平歯車の軸方向両側に離れて設置される。したがって、平歯車の軸方向両側にそれぞれ形成された突部を係止する係止部材同士が干渉することを防止できる。
【０００８】
本発明の請求項４記載のバルブリフト調整装置によると、駆動カムの回動を往復直線運動に変換して制御軸に伝達する伝達部材は制御軸と直交する方向で制御軸と重なって結合している。したがって、制御軸と伝達部材との結合部が制御軸の軸方向に占める長さが短くなる。
本発明の請求項５記載のバルブリフト調整装置によると、ホール素子を用いる非接触の角度センサで駆動カムの回転角度を検出する。駆動カムと接触せずに駆動カムの回転角度を検出するので、角度センサの信頼性が向上し寿命が長くなる。
【０００９】
本発明の請求項６記載のバルブリフト調整装置によると、電磁クラッチは非通電時にモータの回転を禁止するので、非通電時に制御軸の軸方向位置を保持できる。したがって、動いているよりも停止している時間の長い被制御体を駆動する駆動装置において、モータの消費電力を低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による駆動装置を図１、図２および図３に示す。本実施例の駆動装置は、例えば制御軸３０の軸方向位置に基づき、吸気弁を駆動する弁カムと吸気弁との相対リフト差を調整するリフト調整手段を有するバルブリフト調整装置の駆動装置として用いられる。
【００１３】
図１に示す駆動装置１０は、モータ２０、制御軸３０、伝達部材４０、駆動カム５２（図３参照）、角度センサ６０、電子制御装置（ＥＣＵ）８０および駆動回路（ＥＤＵ）８２等を有している。
モータ２０はＤＣモータであり、コイルを巻回している回転子２２、ならびに回転子２２の外周を覆っている永久磁石２６を有している。回転子２２とともに回転するモータ２０の回転軸２４の端部にモータギア２８が取り付けられている。
【００１４】
制御軸３０は、一方側の端部で伝達部材４０の支持枠４１と結合し、他方側で前述したリフト調整手段と結合している。制御軸３０は、モータ２０の回転軸２４と直交している。図２および図３に示すように、制御軸３０の一方の端部である結合部３２は、制御軸３０と直交する方向で支持枠４１の結合部４２と重なって嵌合し結合している。結合部３２と結合部４２との結合部をクリップ４６が結合し固定している。
【００１５】
伝達部材４０は、四角い箱状の支持枠４１と、制御軸３０と反対側で支持枠４１に回動自在に支持されているローラ４４とを有している。
カム軸５０は支持枠４１内に回動自在に挿入されている。駆動カム５２はカム軸５０とともに回動しローラ４４と摺接する。図１に示すように、カム軸５０の両端にそれぞれカムギア５４、５６が取り付けられている。カムギア５４はモータギア２８と噛み合っている。モータギア２８およびカムギア５４は平歯車であり、減速手段を構成している。
【００１６】
図４に示すように、カムギア５４の軸方向の一方の端面に突部５４ａが形成されている。モータ２０に固定されている係止部材としてのシャフト７０に突部５４ａが係止されると、モータ２０の回転が停止する。カムギア５４の軸方向に対し突部５４ａと反対側のカムギア５４の端面に図示しない突部が形成されている。この突部がモータ２０に固定されている係止部材としてのシャフト７２に係止されると、モータ２０の回転が停止する。カム軸５０に対しカムギア５４の軸方向両側に形成されている両突部がシャフト７０、７２に係止されることにより、駆動カム５２の回転角度範囲は３００°程度に設定されている。駆動カム５２の回転角度範囲の一端付近はアイドル運転時の吸気弁のリフトに相当する。
【００１７】
図１に示す角度センサ６０は、カムギア５６と噛み合うセンサギア６２を有している。角度センサ６０は、センサギア６２と回転する図示しないセンサ回転部材の回転角度をセンサ回転部材と非接触のホール素子により検出する。センサ回転部材の回転角度範囲は、カムギア５６とセンサギア６２とのギア比を調整することにより、ホール素子の検出可能範囲である９０°以下に設定されている。
ＥＣＵ８０は、角度センサ６０の検出信号、ならびにアクセル開度等の他のセンサ検出信号を入力し、モータ２０を駆動するＥＤＵ８２に制御信号を送出する。
【００１８】
次に、駆動装置１０の作動について説明する。
モータ２０が回転すると、モータギア２８、カムギア５４を介しモータ２０のトルクがカム軸５０および駆動カム５２に伝達される。駆動カム５２が回動すると、駆動カム５２と摺接するローラ４４を支持している支持枠４１が制御軸３０の軸方向に往復直線移動する。制御軸３０は、支持枠４１とともにモータ２０の回転軸２４と直交する方向に往復直線移動する。
バルブリフト調整装置のリフト調整手段は、駆動カム５２のカム面５３のカムプロフィールにしたがい移動する制御軸３０の軸方向位置に応じ、弁カムに対する吸気弁の相対リフト差を調整する。
【００１９】
制御軸３０は、弁カムと吸気弁との相対リフト差を調整するときに、吸気弁からから反力として図５の波形２００に示す荷重を受ける。図５は、駆動カムの回転角度範囲の一端から他端まで約０．６秒で駆動カム５２を回転し、他端で駆動カム５２を停止したときの荷重の変化を示している。波形２００の各山は、それぞれ４気筒分の吸気弁のリフトに対応している。リフト調整手段側から制御軸３０に加わる荷重は、駆動カム５２が回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい増加する。図５では他端に達すると駆動カム５２が回転中に受ける抵抗がなくなるので荷重の値は低下している。駆動カム５２の停止状態において一端側よりも他端側において駆動カム５２が受ける荷重は大きい。
【００２０】
第１実施例の駆動カム５２のカムプロフィールは、図６の直線２１０に示すように、駆動カム５２のカム角に対しカムリフト量が線形に変化するように設定されている。図６の直線２１０に示すようにカム角に対しカムリフト量が線形に変化するカムプロフィールでは、図７に示す法線１０２とカム軸５０の中心との距離である駆動カム５２の腕の長さδは駆動カム５２の回転角度範囲の一端から他端に向かいほぼ一定である。図６の直線２１０に示すカムプロフィールを有する駆動カム５２に対し、図５に示すように、リフト調整手段側から制御軸３０に加わる荷重が駆動カム５２の回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい増加すると、リフト調整手段側から駆動カム５２が受けるトルクは図６の直線２１２に示すように線形に増加する。リフト調整手段側から駆動カム５２が受けるトルクの最大値により、モータ２０に必要なトルクが決定される。
【００２１】
第１実施例では、図６の直線２１０に示す特性のカムプロフィールを有する駆動カム５２を採用しているので、リフト調整手段側から駆動カム５２が受けるトルクは駆動カム５２の回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい増加した。これに対し、図６の曲線２１４に示すように回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい駆動カムのカムリフトが上に凸な形状であり、回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい駆動カムのリフト変化率が低下するプロフィールを採用すると、回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい駆動カムの腕の長さは短くなる。したがって、回転角度範囲の一端から他端に向かうにしたがい増加する駆動カムが受ける荷重と、駆動カムの腕の長さとの積、つまりリフト調整手段側から駆動カムが受けるトルクをほぼ一定にできる。これにより、リフト調整手段側から駆動カムが受けるトルクの最大値を低減し、モータに必要なトルクを低減できる。したがって、モータを小型化できる。
【００２２】
また、アイドル運転時に吸気弁のリフトに相当する回転角度範囲の一端付近のリフト変化率を一端付近以外のリフト変化率よりも小さくすると、駆動カムの回転角度の変位量に対し、駆動カムのカムリフトの変位量、つまり制御軸３０の往復直線方向の変位量がが小さくなる。これにより、駆動カムの回転角度の変位量に対し、吸気弁のリフト変化量が小さくなる。さらに、駆動カムの回転角度を検出することにより吸気弁のリフト変化量を検出する角度センサ６０の感度がアイドル運転時において向上する。したがって、回転数の小さいアイドル運転時において、吸気弁のリフトを高精度に制御できる。
【００２３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
モータ８０の回転軸２４のモータギア２８と反対側の端部に、電磁クラッチ９０が設置されている。電磁クラッチ９０は、回転板９１、ステータ９２、コイル９４、アーマチャ９６および板ばね９７を有している。回転板９１は回転軸２４に圧入されており、回転軸２４とともに回転する。コイル９４への非通電時、アーマチャ９６は板ばね９７の付勢力により回転板９１に押し付けられている。板ばね９７はステータ９２に一部を固定されているので、板ばね９７の付勢力によりアーマチャ９６が回転板９１に押し付けられると、摩擦力により回転軸２４は回転を禁止される。つまり、コイル９４への非通電時、モータ８０は回転しない。コイル９４に通電すると、アーマチャ９６は板ばね９７の付勢力に抗してステータ９１側に吸引され、回転板９１から離れる。これにより、回転軸２４は回転を許可される。
【００２４】
バルブリフト調整装置の駆動装置として用いる場合、制御軸３０が停止している時間、つまり吸気弁のリフトが固定されている時間は、制御軸３０が往復移動している時間、つまり吸気弁のリフトを変更している時間よりも長い。第２実施例では、電磁クラッチ９０のコイル９４への通電を遮断することによりモータ８０の回転を禁止し制御軸３０の往復移動を禁止することにより、吸気弁のリフトを固定できる。したがって、吸気弁のリフトを制御するためにモータ８０に供給する電力を低減できる。
電磁クラッチのクラッチ機構としては、第２実施例の構成以外に、通電時だけ回転可能な１ウェイクラッチ、または回転方向両側に有効な摩擦板を用いてもよい。
【００２５】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、駆動カム５２は伝達部材４０のローラ４４と摺接したが、駆動カム５２が伝達部材４０の支持枠４１と直接摺接する構成でもよい。また、駆動カム５２が制御軸３０と直接摺接する構成も可能である。
【００２６】
上記複数の実施例では、被制御体として吸気弁のリフトを制御するバルブリフト調整装置に用いる駆動装置について説明したが、排気弁のリフトを制御するバルブリフト調整装置に上記実施例の駆動装置を用いてもよい。また、バルブリフト調整装置以外に、本発明の駆動装置の制御軸の軸方向位置により制御量を制御されるのであれば、どのような被制御体にも本発明の駆動装置を用いることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による駆動装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施例による制御軸と伝達部材との結合部を示す斜視図である。
【図３】図２のIII 方向矢視図である。
【図４】カムギアに形成された突部を示す斜視図である。
【図５】リフト調整手段側から駆動カムに加わる荷重を示す特性図である。
【図６】第１実施例によるカム角と駆動カムのカムリフト、ならびに駆動カムに加わるトルクとの関係を示す特性図である。
【図７】駆動カムが受ける荷重の方向と駆動カムの腕の長さを示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施例による駆動装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０駆動装置
２０、８０モータ
２８モータギア（平歯車、減速手段）
３０制御軸
３２結合部
４０伝達部材
４１支持枠
４２結合部
４４ローラ（摺接部）
５０カム軸
５２駆動カム
５４カムギア（平歯車、減速手段）
５４ａ突部
６０角度センサ
７０、７２シャフト（係止部材）
９０電磁クラッチ

Claims

制御軸の軸方向位置により被制御体の制御量を調整する駆動装置と、
内燃機関の吸気弁または排気弁を駆動する弁カムに対し前記吸気弁または前記排気弁のリフトを前記制御軸の軸方向位置に応じて調整するリフト調整手段と、
を備え、
前記駆動装置は、
モータと、
前記モータの回転軸と平行なカム軸を有する駆動カムと、
前記モータの回転軸と直交しており、前記駆動カムの回動にともない前記駆動カムの外周カム面のプロフィールに沿って前記モータの回転軸と直交する方向に往復直線移動する制御軸と、
を有し、
前記駆動カムの回転角度範囲の一端付近のリフトは前記内燃機関のアイドル運転時における前記吸気弁または前記排気弁のリフトを調整する位置に相当し、前記回転角度範囲の一端から他端に向け、前記駆動カムのリフト変化率は一旦増加した後に減少していることを特徴とするバルブリフト調整装置。
平歯車を用い前記モータのトルクを前記駆動カムに伝達する減速手段を備えることを特徴とする請求項１記載のバルブリフト調整装置。
前記カム軸を回転軸とする前記平歯車の軸方向両側に突部がそれぞれ形成されており、前記突部を係止することにより前記駆動カムの回転角度範囲の一端または他端で前記駆動カムの回動を規制する係止部材を備えることを特徴とする請求項２記載のバルブリフト調整装置。
前記制御軸と直交する方向で前記制御軸と重なって結合し、前記駆動カムと摺接する摺接部を有し、前記駆動カムの回動を往復直線運動に変換して前記制御軸に伝達する伝達部材を備えることを特徴とする請求項１、２または３記載のバルブリフト調整装置。
ホール素子を用い、前記駆動カムの回転角度を検出する検出角が９０ー以下である非接触の角度センサを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のバルブリフト調整装置。
通電時に前記モータの回転を許可し、非通電時に前記モータの回転を禁止する電磁クラッチを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のバルブリフト調整装置。