JP5940001B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御システム - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁と排気弁の両方の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御する内燃機関のバルブタイミング制御システムに関する。

従来からスプロケットに対するカムシャフトの相対回転位相を油圧によって変更するバルブタイミング制御システムが一般的に知られているが、近時、電動モータの回転力を、減速機構を介してカムシャフトに伝達することにより、クランクシャフトから回転力が伝達されるスプロケットに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、吸気弁や排気弁のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御システムが提供されている。

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システムは、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方に、それぞれ電動モータで駆動されるバルブタイミング制御装置が設けられている。

特開２００６−２０７３９８号公報

前記公報記載のバルブタイミング制御システムにあっては、前述のように、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方にバルブタイミング制御装置が設けられているが、前記吸気側のバルブタイミング制御装置は内燃機関の始動後からいずれの運転領域においても頻繁に作動するのに対して、排気側のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の例えば中回転領域以外ではバルブタイミング（位相）が保持されていることが多い。

したがって、吸気側のバルブタイミング制御装置では、バルブタイミングの作動応答性の向上が要求されるのに対して、排気側のバルブタイミング制御装置では、位相保持性の向上が要求される。

しかしながら、前記特許文献１に記載のバルブタイミング制御システムは、吸気側と排気側のバルブタイミング制御装置の減速機構は同じものを採用している。このため、作動応答性を優先すると位相保持性が悪化してしまい、逆に位相保持性を優先すると作動応答性が悪化してしまうといった二律背反する問題がある。

本発明は、吸気側バルブタイミング制御装置の作動応答性と排気側バルブタイミング制御装置の位相保持性を両立させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御システム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、とりわけ、吸気側と排気側のそれぞれの電動式バルブタイミング制御装置は、通電されることによって回転力を出力する電動モータと、該電動モータの回転を減速して吸気弁と排気弁のバルブタイミングを変更する減速機構を備え、前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構のフリクションを、前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構のフリクションよりも小さく形成したことを特徴としている。

この発明によれば、吸気側バルブタイミング制御装置の作動応答性と排気側バルブタイミング制御装置の位相保持性の両方を満足させることができる。

本発明に係るバルブタイミング制御システムの第１実施形態を示す要部平面図である。 図１のＡ矢視図である。 本実施形態の吸気側ＶＴＣ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３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 図３のＤ−Ｄ線断面図である。 本実施形態の排気側ＶＴＣを示す縦断面図である。 図８のＥ−Ｅ線断面図である。 図８のＦ−Ｆ線断面図である。 本実施形態の吸気側ＶＴＣと排気側ＶＴＣのフリクションの相違を示す特性図である。 バルブタイミング制御システムの第２実施形態を示す要部平面図である。 第３実施形態における吸気側と排気側の各電動モータのコギングトルクの相違を示す特性図である。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
このバルブタイミング制御システムは、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド０１のアッパデッキ上に固定された枠状の軸受部材０６によって回転自在に支持された吸気側カムシャフト０２及び該吸気側カムシャフト０２に平行に配置された排気側カムシャフト０３と、該各吸排気側カムシャフト０２，０３の前端部にそれぞれ設けられた電動式の吸気側バルブタイミング制御装置(以下、吸気側ＶＴＣと称す。)０４及び同じく電動式の排気側バルブタイミング制御装置(以下、排気側ＶＴＣと称す。)０５と、を備えている。

前記軸受部材０６は、アルミ合金材によって形成されて、前記各バルブタイミング制御装置０４，０５の一部を覆うチェーンカバー０７と一体に形成されている。また、このチェーンカバー０７の前記吸気側ＶＴＣ０４側には、該吸気側ＶＴＣ０４の前端部を覆うカバー部材３がボルトによって固定されている。

前記吸気側ＶＴＣ０４は、図３及び図４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スプロケット１と、該スプロケット１と前記吸気側カムシャフト０２の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１，０２の相対回転位相を変更する位相変更機構２と、を備えている。

前記スプロケット１は、全体が鉄系金属によって環状一体に形成され、内周面が段差径状のスプロケット本体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部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１９と、から構成されている。

また、このスプロケット１は、スプロケット本体１ａと前記吸気側カムシャフト０２の前端部に設けられた後述する従動部材９との間に設けられた１つの大径ボールベアリング４３によって、前記吸気側カムシャフト０２と相対回転自在に支持されるようになっている。

前記大径ボールベアリング４３は、外輪４３ａと、内輪４３ｂ及び該両輪４３ａ、４３ｂの間に介装されたボール４３ｃと、から構成され、前記外輪４３ａがスプロケット本体１ａの内周側に固定されているのに対して内輪４３ｂが後述する従動部材９の外周側に固定されている。

前記スプロケット本体１ａは、内周側に円環溝状の外輪固定部６０が切欠形成されており、この外輪固定部６０は、段差径状に形成されて、前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａが軸方向から圧入されると共に、該外輪４３ａの軸方向一方側の位置決めをするようになっている。

前記内歯構成部１９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、後述する電動モータ１２方向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１９ａが形成されている。また、前記内歯構成部１９の前端側には、後述するハウジング５と一体の円環状の雌ねじ形成部６が対向配置されている。

さらに、スプロケット本体１ａの内歯構成部１９と反対側の後端部には、円環状の保持プレート６１が配置されている。この保持プレート６１は、金属板材によって一体に形成され、図３に示すように、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、内径が前記大径ボールベアリング４３の径方向のほぼ中央付近の径に設定されている。

したがって、保持プレート６１の内周部６１ａは、前記外輪４３ａの軸方向の外端面４３ｅに対して一定の隙間をもって覆うように対向配置されている。また、前記内周部６１ａの内周縁所定位置には、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部６１ｂが一体に設けられている。

このストッパ凸部６１ｂは、図６に示すように、ほぼ扇状に形成されて、先端縁６１ｃが後述するストッパ溝２ｂの円弧状内周面に沿った円弧状に形成されている。さらに、前記保持プレート６１の外周部には、前記各ボルト７が挿通する６つのボルト挿通孔６１ｄが周方向の等間隔位置に貫通形成されている。

さらに、前記保持プレート６１の内面と該内面に対向する前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａの外端面４３ｅとの間には、円環状のスペーサ６２が介装されている。このスペーサ６２は、前記保持プレート６１を前記各ボルト７によって共締め固定した際に、保持プレート６１の内面から前記外輪４３ａの外端面４３ｅへ僅かな押し付け力を付与するものである。

前記スプロケット本体１ａ（内歯構成部１９）及び保持プレート６１のそれぞれの外周部には、それぞれボルト挿通孔１ｃ、６１ｄが周方向のほぼ等間隔位置に６つ貫通形成されている。また、前記雌ねじ形成部６には、各ボルト挿通孔１ｃ、６１ｄと対応した位置に６つの雌ねじ孔６ａが形成されており、これらに挿通した６本のボルト７によって前記スプロケット１と保持プレート６１及びハウジング５が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と前記内歯構成部１９、保持プレート６１及び雌ねじ形成部６は、それぞれの外径がほぼ同一に設定されている。

前記チェーンカバー０７は、図１及び図３に示すように、タイミングチェーンを覆うように上下方向に沿って配置固定され、前記吸気側ＶＴＣ０４に対応した位置に開口部０７ａが形成されている。また、この開口部０７ａを構成する環状壁の円周方向の４箇所にボス部０７ｂが一体に形成されていると共に、環状壁から各ボス部０７ｂの内部に亘って形成された雌ねじ孔０７ｃがそれぞれ形成されている。

前記カバー部材３は、図１及び図３に示すように、アルミニウム合金材によってカップ状に一体に形成されて、膨出状のカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの開口側の外周縁に一体に形成された円環状の取付フランジ３ｂとから構成されている。前記カバー本体３ａは、位相変更機構２の前端部を覆うように配置されていると共に、外周部側には円筒壁３ｃが軸方向に沿って一体に形成されている。この円筒壁３ｃは、内部に保持用孔３ｄが形成されている。

前記取付フランジ３ｂは、円周方向のほぼ等間隔位置に４つのボス部３ｅが周方向のほぼ等間隔位置（約９０°位置）に設けられている。この各ボス部３ｅには、前記チェーンカバー０７に形成された各雌ねじ孔０７ｃに螺着するボルト５４が挿通するボルト挿通孔３ｆがそれぞれ貫通形成されており、前記各ボルト５４によってカバー部材３がチェーンカバー０７に固定されている。

また、前記カバー本体３ａの外周側の段差部内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、大径なオイルシール５０が介装されている。この大径オイルシール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が前記カバー部材３の内周面に設けられた段差円環部３ｈに嵌着固定されている。

前記ハウジング５は、図３及び図４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た筒状部であるハウジング本体５ａと、該ハウジング本体５ａの前端開口を封止する合成樹脂の非磁性材からなる封止プレート１１と、を備えている。

前記ハウジング本体５ａは、後端側に円板状の底壁５ｂを有し、該底壁５ｂのほぼ中央に後述の偏心軸部３９を挿通する大径な軸部挿通孔が形成されていると共に、該軸部挿通孔の孔縁には、吸気側カムシャフト０２の軸方向へ突出した円筒状の延出部５ｃが一体に設けられている。また、前記底壁５ｂの前端面外周側には、前記雌ねじ形成部６が一体に設けられている。

前記吸気側カムシャフト０２は、外周に前記一対の吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つの回転カム(図示せず)を有していると共に、前端部にフランジ部０２ａが一体に設けられている。このフランジ部０２ａは、図３に示すように、外径が後述する従動部材９の固定端部９ａの外径よりも僅かに大きく設定されて、各構成部品の組み付け後に、前端面の外周部が前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂの軸方向外端面に当接配置されるようになっている。また、フランジ部０２ａの前端面に、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。

また、前記フランジ部０２ａの外周には、図６に示すように、前記保持プレート６１のストッパ凸部６１ｂが係入するストッパ凹溝０２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝０２ｂ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６１ｂの両端縁が周方向の対向縁０２ｃ、０２ｄにそれぞれ当接することによって、スプロケット１に対する吸気側カムシャフト０２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。

なお、前記ストッパ凸部６１ｂは、前記保持プレート６１の大径ボールベアリング４３の外輪４３ａに軸方向外側から対向して固定する部位よりも吸気側カムシャフト０２側に離間して配置されて、前記従動部材９の固定端部９ａとは軸方向で非接触状態になっている。したがって、ストッパ凸部６１ｂと固定端部９ａとの干渉を十分抑制できる。

前記カムボルト１０は、図３に示すように、頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端面に円環状のワッシャ部が配置されていると共に、軸部１０ｂの外周に前記吸気側カムシャフト０２の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部が形成されている。

前記従動部材９は、鉄系金属によって一体に形成され、図３に示すように、前端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、前記固定端部９ａの外周部に一体に形成されて、複数のローラ４８を保持する円筒状の保持器４１とから構成されている。

前記固定端部９ａは、後端面が前記吸気側カムシャフト０２のフランジ部０２ａの前端面に当接配置されて、前記カムボルト１０の軸力によってフランジ部０２ａに軸方向から圧接固定されている。

前記円筒部９ｂは、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、外周側にはニードルベアリング３８が設けられている。

前記保持器４１は、図３〜図５に示すように、前記固定端部９ａの外周部前端から断面ほぼＬ字形状に折曲形成されて、前記円筒部９ｂと同方向へ突出した有底円筒状に形成されている。この保持器４１の筒状先端部４１ａは、前記雌ねじ形成部６と前記延出部５ｄとの間に形成された円環状の空間部４４を介してハウジング５の底部５ｂ方向へ延出している。また、前記筒状先端部４１ａの周方向のほぼ等間隔位置に、前記複数のローラ４８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４１ｂ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４１ｂ（ローラ４８）は、その全体の数が前記内歯構成部１９の内歯１９ａの全体の歯数よりも１つ少なくなっている。

また、前記固定端部９ａの外周部と保持器４１の底部側結合部との間には、大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂを固定する内輪固定部６３が切欠形成されている。

この内輪固定部６３は、前記外輪固定部６０と径方向から対向した段差状に切欠形成されて、カムシャフト軸方向に延びた円環状の外周面と、該外周面の前記開口と反対に一体に有し、径方向に沿って形成された第２固定段差面とから構成されている。前記外周面には、大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂが軸方向から圧入されると共に、前記第２固定段差面には、圧入された前記内輪４３ｂの内端面が当接して軸方向の位置決めがされるようになっている。

前記位相変更機構２は、前記吸気側カムシャフト０２のほぼ同軸上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の回転を減速して吸気側カムシャフト０２に伝達するローラ式の前記減速機構８と、から主として構成されている。

前記電動モータ１２は、図３及び図４に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、前記スプロケット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ステータである半円弧状の一対の永久磁石１４，１５と、前記封止プレート１１に固定された固定子１６と、を備えている。

前記モータ出力軸１３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１３ｃを介して吸気側カムシャフト０２側の大径部１３ａと、保持体２８側の小径部１３ｂとから構成されている。前記大径部１３ａは、外周に鉄心ロータ１７が固定されていると共に、内部に偏心軸部３９が軸方向から圧入固定されて、前記段差部１３ｃの内面によって偏心軸部３９の軸方向の位置決めがされるようになっている。

一方、前記小径部１３ｂは、外周に円環部材２０が圧入固定されていると共に、該円環部材２０の外周面にコミュテータ２１が軸方向から圧入固定されて前記段差部１３ｃの外面によって軸方向の位置決めがなされている。

さらに、前記小径部１３ｂの内周面には、モータ出力軸１３や偏心軸部３９内に供給されて前記各ベアリング３７，３８を潤滑するための潤滑油の外部への漏洩を抑制する栓体５３が圧入固定されている。

前記鉄心ロータ１７は、複数の磁極を持つ磁性材によって形成され、外周側が電磁コイル１８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いる。

一方、前記コミュテータ２１は、導電材によって円環状に形成されて、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。つまり、内周側に形成された折り返し部に、コイル線の端末先端を挟み込んで電気的に接続されるようになっている。

前記永久磁石１４，１５は、全体が円筒状に形成されて円周方向に複数の磁極を有していると共に、その軸方向の位置が前記鉄心ロータ１７の固定位置よりも前方にオフセット配置されている。

前記固定子１６は、図７に示すように、前記封止プレート１１の内周側に一体的に設けられた円板状の樹脂プレート２２と、該樹脂プレート２２の内側に設けられた一対の樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂと、該各樹脂ホルダー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のばね力で各先端面が前記コミュテータ２１の外周面に径方向から弾接する切換ブラシ（整流子）である一対の第１ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂの前端面に、各外端面を露出した状態で埋設固定された内外二重の円環状の給電用スリップリング２６ａ、２６ｂと、前記各第１ブラシ２５ａ、２５ｂと各給電用スリップリング２６ａ、２６ｂを電気的に接続するハーネス２７ａ、２７ｂと、から主として構成されている。

前記封止プレート１１は、前記ハウジング５の前端部内周に形成された凹状段差部にかしめによって位置決め固定されている。また、中央位置には、モータ出力軸１３の一端部などが挿通される軸挿通孔１１ａが貫通形成されている。

前記カバー本体３ａには、合成樹脂材によって一体的にモールドされた保持体２８が固定されている。この保持体２８は、図３及び図４に示すように、側面視ほぼＬ字形状に形成され、前記保持用孔３ｃに挿入されるほぼ円筒状のブラシ保持部２８ａと、該ブラシ保持部２８ａの上端部に有するコネクタ部２８ｂと、前記ブラシ保持部２８ａの両側に一体に突設されて、前記カバー本体３ａにボルト固定される一対のブラケット部２８ｃ、２８ｃと、前記保持体２８の内部に大部分が埋設された一対の給電用端子片３１、３１と、から主として構成されている。

前記一対の給電用端子片３１，３１は、上下方向に沿って平行かつクランク状に形成されて、一方側（下端側）の各端子３１ａ、３１ａが前記ブラシ保持部２８ａの底壁外面に露出状態で配置されている一方、他方側（上端側）の各端子３１ｂ、３１ｂが前記コネクタ部２８ｂの雌型嵌合溝２８ｄ内に突設されている。また、前記他方側端子３１ｂ、３１ｂは、図外の雄端子を介してコントロールユニットに電気的に接続されている。

前記ブラシ保持部２８ａは、ほぼ水平方向（軸方向）に延設されて、内部の上下位置に形成された円柱状の貫通孔内にスリーブ状の摺動部が固定されていると共に、該各摺動部の内部に、各先端面が前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに軸方向からそれぞれ当接する第２ブラシ３０ａ、３０ａが軸方向へ摺動自在に保持されている。

この各第２ブラシ３０ａ、３０ａは、ほぼ長方体状に形成されて、各貫通孔の底部側に有する底板との間に弾装された付勢部材である第２コイルスプリング３２ａ、３２ａのばね力によってそれぞれ前記各スリップリング２６ａ、２６ｂ方向に付勢されている。

また、前記第２ブラシ３０ａ、３０ａの後端部と前記一方側端子３１ａ、３１ａとの間には、可撓性を有する一対のピグテールハーネス３３、３３が溶接固定されて、前記両者を電気的に接続している。このピグテールハーネス３３、３３は、その長さが前記第２ブラシ３０ａ、３０ａが前記各コイルスプリング３２ａ、３２ａによって最大に進出した際に、前記各摺動部２９ａ、２９ｂから脱落しないように、その最大摺動位置を規制する長さに設定されている。

また、前記ブラシ保持部２８ａの基部側外周に形成された円環状の嵌着溝内に、環状シール部材３４が嵌着保持されている。

前記ブラケット部２８ｃ、２８ｃは、ほぼ三角形状に形成されて、両側部に形成されたボルト挿通孔の挿通された図外のビスによってカバー本体３ａに固定されるようになっている。

前記モータ出力軸１３と偏心軸部３９は、前記カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に設けられた小径ボールベアリング３７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３７の軸方向側部に配置された前記ニードルベアリング３８とによって回転自在に支持されている。

前記ニードルベアリング３８は、偏心軸部３９の内周面に圧入された円筒状のリテーナ３８ａと、該リテーナ３８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ３８ｂとから構成されている。このニードルローラ３８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。

前記小径ボールベアリング３７は、内輪が前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０のワッシャ１０ｃとの間に挟持状態に固定されている
また、前記モータ出力軸１３(偏心軸部３９)の外周面と前記ハウジング５の延出部５ｄ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小径なオイルシール４６が設けられている。

また、前記モータ出力軸１３の前端内部には、図３に示すように、カムボルト１０側の空間部を閉止する断面ほぼコ字形状のキャップ５３が圧入固定されている。

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、前記電磁コイル１８に通電してモータ出力軸１３の回転制御を行い、減速機構８を介して吸気側カムシャフト０２のスプロケット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８は、図３〜図５に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３９と、該偏心軸部３９の外周に設けられた中径ボールベアリング４７と、該中径ボールベアリング４７の外周に設けられた前記ローラ４８と、該ローラ４８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３９は、段差径の円筒状に形成されて、前端側の小径部３９ａが前述したモータ出力軸１３の大径部１３ａの内周面に圧入固定されている共に、後端側の大径部３９ｂの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。

前記中径ボールベアリング４７は、内輪４７ａと外輪４７ｂ及び両輪４７ａ、４７ｂとの間に介装されたボール４７ｃとから構成されている。前記内輪４７ａは、前記偏心軸部３９の外周面に圧入固定されているのに対して、前記外輪４７ｂ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４７ｂ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の内側面との間に微小な隙間が形成されてフリーな状態になっている。また、この外輪４７ｂの外周面には、前記各ローラ４８の外周面が転動自在に当接していると共に、この外輪４７ｂの外周側には、円環状の第２隙間Ｃ１が形成されて、この第２隙間Ｃ１によって中径ボールベアリング４７全体が前記偏心軸部３９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。

前記各ローラ４８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４７の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ歯車である前記内歯構成部１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１のローラ保持孔４１ｂ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させるようになっている。

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、前記シリンダヘッドの軸受の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路と、図３に示すように、前記吸気側カムシャフト０２の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路にグルーブ溝を介して連通した油供給孔５１と、前記従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔５１に開口し、他端が前記ニードルベアリング３８と中径ボールベアリング４７の付近に開口した前記小径なオイル孔５２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。

この潤滑油供給手段によって、前記空間部４４に潤滑油が供給されて滞留し、ここから中径ボールベアリング４７や各ローラ４８を潤滑すると共に、さらには偏心軸部３９とモータ出力軸１３の内部に流入してニードルベアリング３８や小径ボールベアリング３７などの可動部の潤滑に供されるようになっている。なお、前記空間部４４内に滞留した潤滑油は、前記小径オイルシール４６によってハウジング５内へのリークが抑制されている。

以下、吸気側ＶＴＣ０４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スプロケット１が回転して、その回転力が内歯構成部１９と雌ねじ形成部６を介してハウジング５、つまり電動モータ１２が同期回転する。一方、前記内歯構成部１９の回転力が、各ローラ４８から保持器４１及び従動部材９を経由して吸気側カムシャフト０２に伝達される。これによって、吸気側カムシャフト０２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から各端子片３１，３１や各ピグテールハーネス３３、３３及び給電用ブラシ３０ａ、３０ｂ、各スリップリング２６ａ、２６ｂ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が回転駆動され、この回転力が減速機構８を介して吸気側カムシャフト０２に減速された回転力が伝達される。

すなわち、前記モータ出力軸１３の回転に伴い偏心軸部３９が偏心回転すると、各ローラ４８がモータ出力軸１３の１回転毎に保持器４１の各ローラ保持孔４１ｂで径方向へガイドされながら前記内歯構成部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４８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に回転力が伝達される。このときの減速比は、前記ローラ４８の個数などによって任意に設定することが可能である。

これにより、吸気側カムシャフト０２がスプロケット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、前記電動モータ１２の回転を前記各内歯１９ａ内に配置された前記各ローラ４８の転接を利用して減速させるようになっていることから、図１１に示すように、これら減速時のフリクションＦ１が十分に小さくなる。これによって、前述したスプロケット１に対する吸気側カムシャフト０２の進角側あるいは遅角側への相対回転変換の応答性が向上する。

また、前記スプロケット１に対する吸気側カムシャフト０２の正逆相対回転の最大位置規制(角度位置規制)は、前記ストッパ凸部６１ｂの各側面が前記ストッパ凹溝２ｂの各対向面２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。

〔排気側ＶＴＣ〕
一方、前記電動式の排気側ＶＴＣ０５は、図１、図８〜図１０に示すように、クランクシャフトによって回転駆動する駆動側回転体７０と、該駆動側回転体７０と前記排気側カムシャフト０３の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者７０、０３の相対回転位相を変更する位相変更機構７１と、を備えている。

前記駆動側回転体７０は、スプロケット７５と有底筒状に形成された歯車部材８０とをボルトによって共締めしてなる。

前記位相変更機構７１は、トルク発生系としての電動モータ７２及び通電制御回路７３と、電動モータ７２の回転を減速して排気側カムシャフト０３に伝達する減速機構としての遊星歯車機構７４とから構成されている。

前記電動モータ７２は、例えばブラシレスモータであり、モータ出力軸７２ａへ与える制御トルクを通電によって発生する。通電制御回路７３は、マイクロコンピュータ及びモータドライバ等から構成されており、電動モータ７２の外部に配置されている。通電制御回路７３は、電動モータ７２と電気的に接続されており、内燃機関の運転状況に応じて電動モータ７２への通電を制御する。この制御された通電を受けて電動モータ７２は、モータ出力軸７２ａへ与える回転トルクを保持又は増減する。

前記遊星歯車機構７４は、従動側回転体７６と遊星キャリア７７、弾性部材７８及び遊星回転体７９を備えている。

前記歯車部材８０の周壁部は、歯先円が歯底円の内周側にある駆動側内歯車部８１を形成している。スプロケット７５には、径方向外側へ突出する複数の歯７５ａが設けられている。スプロケット７５は、それらの歯７５ａとクランクシャフトの複数の歯との間に、図外のタイミングチェーンが巻回されて、クランクシャフトからの回転力が伝達されるようになっている。したがって、クランクシャフトから出力された回転トルクがタイミングチェーンを通じてスプロケット７５へ入力されるときには、スプロケット７５はクランクシャフトと連動して、該クランクシャフトに対する相対位相を保ちつつ回転する。このときスプロケット７５の回転方向は、図９，図１０の反時計方向となる。

図９，図１０に示すように、有底筒状に形成された従動側回転体７６は、スプロケット７５の内周側に嵌合していると共に、周壁部には歯先円が歯底円の内周側にある従動側内歯車部８２を形成している。この従動側内歯車部８２は、駆動側内歯車部８１に対し軸方向へずれて同軸上に配置されている。従動側内歯車部８２の径は駆動側内歯車部８１の径よりも小さく、また従動側内歯車部８２の歯数は駆動側内歯車部８１の歯数よりも少ない。

前記従動側回転体７６の底壁部は、図８に示すように、排気側カムシャフト０３に同軸連結される連結部７６ａを形成している。この連結によって、従動側回転体７６は、排気側カムシャフト０３と連動して該排気側カムシャフト０３に対する相対位相を保ちつつ回転可能となっており、またスプロケット７５に対して相対回転可能となっている。

なお、前記スプロケット７５に対して従動側回転体７６が進角する相対回転方向が図９，図１０の方向Ｘであり、スプロケット７５に対して従動側回転体７６が遅角する相対回転方向が図９，図１０の方向Ｙである。

筒状に形成された遊星キャリア７７は、図８〜図１０に示すように、トルク発生系４のモータ出力軸７２ａから回転トルクが入力される入力部８３を内周部によって形成している。

入力部８３は歯車部８１，８２及びモータ出力軸７２ａに対して同心配置されており、径方向内側へ向かって開口する溝部８４を複数有している。遊星キャリア７７は、それら溝部８４に嵌合する継手４３を介してモータ出力軸７２ａと連結されている。この連結によって遊星キャリア７７は、モータ出力軸７２ａと一体に回転可能となっており、また、前記各回転体７０、７６に対して相対回転可能となっている。

前記遊星キャリア７７は、さらに歯車部８１，８２に対して偏心する偏心部８６を外周部によって形成している。この偏心部８６は、径方向外側へ向かって開口する凹部８７を一対有し、それら各凹部８７内に前記弾性部材７８が収容されている。

遊星回転体７９は、遊星ベアリング８８及び遊星歯車８９を組み合わせてなる。遊星ベアリング８８は、外輪８８ａ及び内輪８８ｂの間にボール状の転動体８８ｃを挟持してなるラジアルベアリングである。

ここで、前記外輪８８ａは、遊星歯車８９の中心孔８９ａの内周側に圧入によって同心固定されている。また一方、内輪８８ｂは、遊星キャリア７７の偏心部８６の外周側に同心嵌合している。このような構成から遊星ベアリング８８は、遊星キャリア７７によって内周側から支持されていると共に、弾性部材７８から受ける復原力を遊星歯車８９の中心孔８９ａへ作用させるようになっている。

前記遊星歯車８９は、段付筒状に形成され、偏心部８６に対して同心配置されており、歯車部８１，８２に対しては偏心して配置されている。また、遊星歯車８９は、歯先円が歯底円の外周側にある駆動側外歯車部９０及び従動側外歯車部９１を、それぞれ大径部分及び小径部分によって一体に形成している。駆動側外歯車部９０及び従動側外歯車部９１の歯数はそれぞれ、駆動側内歯車部８１及び従動側内歯車部８２の歯数よりも同数ずつ少なくなるように設定されている。これにより従動側外歯車部９１の歯数は、駆動側外歯車部９０の歯数よりも少なくなっている。

前記駆動側外歯車部９０は、駆動側内歯車部８１の内周側において当該歯車部８１と噛合している。従動側外歯車部９１は、駆動側外歯車部９０に対し軸方向へずれて同軸上に配置され、従動側内歯車部８２の内周側において当該歯車部８２と噛合している。これにより遊星歯車８９は、歯車部９０，９１の偏心軸線Ｅ（図９，１０参照）の周りに自転しつつ偏心部８６の回転方向へ公転する遊星運動を実現可能となっている。

前記構成の位相変更機構７１は、モータ出力軸７２ａから遊星キャリア７７の入力部８３へ入力される回転トルクに応じてスプロケット７５に対する排気側カムシャフト０３の相対回転位相を変更することにより、排気弁を内燃機関の運転状態に適した開閉タイミングとすることが可能になる。

具体的には、回転トルクが保持されること等により遊星キャリア７７がスプロケット７５に対して相対回転しないときには、遊星歯車８９の歯車部９０，９１がそれぞれ歯車部８１，８２との噛合位置を保ちつつ前記各回転体７０、７６と一体に回転する。したがって、スプロケット７５と排気側カムシャフト０３の相対回転位相は変化せず、その結果として排気弁の開閉タイミングが一定に保たれる。

回転トルクが方向Ｘへ増大して遊星キャリア７７がスプロケット７５に対して方向Ｘへ相対回転するときには、遊星歯車８９の歯車部９０，９１がそれぞれ歯車部８１，８２との噛合位置を変化させつつ一体に遊星運動することにより、従動側回転体７６がスプロケット７５に対して方向Ｘへと相対回転する。したがって、前記相対回転位相が進角側に変化し、その結果として排気弁の開閉タイミングが進角側に制御される。

回転トルクが方向Ｙへ増大して遊星キャリア７７がスプロケット７５に対して方向Ｙへ相対回転するときには、遊星歯車８９の歯車部９０，９１がそれぞれ歯車部８１，８２との噛合位置を変化させつつ一体に遊星運動することにより、従動側回転体７６がスプロケット７５に対して方向Ｙへと相対回転する。したがって、相対回転位相が遅角側へ変化し、その結果として排気弁の開閉タイミングが遅角側に制御される。

このように、この排気側ＶＴＣ０５は、前述のように、モータ出力軸７２ａの回転トルクが方向Ｘあるいは方向Ｙへ増大して遊星歯車８９の歯車部９０、９１がそれぞれ歯車部８１、８２との噛合位置を変化させつつ一体に遊星運動することによってスプロケット７５に対して従動側回転体７６(排気側カムシャフト０３)を相対回転させるようになっている。つまり、各歯車部８１、８２，９０，９１の噛み合いによって相対回転させるようになっていることから、各歯車部材８１、８２，９０，９１間でのフリクションＦ２が比較的大きくなって前記相対回転の応答性が低下する傾向にあるが、反面、前記大きなフリクションによって相対回転位置の保持性が向上する。

以上のように、本実施形態における吸気側ＶＴＣ０４は、電動モータ１２の回転を減速機構８の各内歯１９ａ内に配置された各ローラ４８の転接を利用して減速させるようになっていることから、図１１に示すように、これら減速時のフリクションＦ１が十分に小さくなる。これによって、前述したスプロケット１に対する吸気側カムシャフト０２の進角側あるいは遅角側への相対回転変換の応答性が向上する。

一方、排気側ＶＴＣ０５は、遊星歯車機構７４の各歯車部８１、８２，９０，９１の噛み合いによるフリクションＦ２が、図１１に示すように、吸気側ＶＴＣ０４よりも大きいことから、相対回転位置の保持性が良好になる。

したがって、吸気側ＶＴＣ０４によるスプロケット１に対する吸気側カムシャフト０２の進角、遅角側方向の相対回転の作動応答性が向上する一方、排気側ＶＴＣ０５によるスプロケット７５に対する排気側カムシャフト０３の相対回転位置の安定した保持性が向上するといった両方の要求を満足させることができる。
〔第２実施形態〕
図１２は前記吸気側ＶＴＣ０４と排気側ＶＴＣ０５のそれぞれの位相変更機構に用いられる減速機構を、例えば第１実施形態の吸気側ＶＴＣ０４に適用されたローラ式の減速機構８と同じローラ式の減速機構８’を排気側ＶＴＣ０５にも適用した。この上で、吸気側ＶＴＣ０４の電動モータ１００をブラシレスモータとする一方、排気側ＶＴＣ０５の電動モータ１０１をブラシ付きモータによって構成したものである。

前記吸気側ＶＴＣ０４は、前記電動モータ１００のハウジング１００ａがクランクシャフトから回転力を受けるスプロケット１０２とボルトによって固定されて、該スプロケット１０２と常時同期回転するようになっている。

一方、排気側ＶＴＣ０５は、前記電動モータ１０１がスプロケット１０３とは直接結合されておらず分離独立していて、スプロケット１０３の回転に影響を受けない構造になっている。

したがって、前記吸気側ＶＴＣ０４は、機関運転中にハウジング１００ａがスプロケット１０２と一緒に常時回転していることによって動摩擦が発生している。このため、機関運転変化に応じて電動モータ１００を回転させて減速機構を介してスプロケット１０２に対して吸気側カムシャフト０２を相対回転させた際には、前記動摩擦によってかかる相対回転の立ち上がり速度が速くなる。この結果、吸気側カムシャフト０２の相対回転変換の作動応答性が高くなる。

しかも、前記電動モータ１００は、ブラシレスであることからブラシ付きの場合に比較して摺動抵抗がなくなるので、これによっても相対回転の作動応答性が向上する。

一方、排気側ＶＴＣ０５は、機関運転中にスプロケット１０３が回転駆動していてもコントロールユニットから電動モータ１０１に制御信号が通電されない限りモータ出力軸は回転せずに静止状態になっている。このため、機関運転状態の変化に応じて電動モータ１０１が作動開始する際には、前記静止摩擦抵抗によって応答性が低下するが、所定の相対回転位置での保持性が良好になり、安定した保持が得られる。

また、電動モータ１０１は、給電用のブラシ付きであることから、該ブラシとスリップリングとの間に摺動抵抗が働くことから、この点でも前記スプロケット１０３と排気側カムシャフト０３との相対回転位置の保持性が良好になる。
〔第３実施形態〕
また、第３実施形態として、具体的に図示しないが、前記吸気側ＶＴＣ０４と排気側ＶＴＣ０５の各電動モータのコギングトルクを異ならせて、吸気側カムシャフト０２と排気側カムシャフト０３の相対回転位相の制御応答性と保持性の両方を満足することも可能である。

すなわち、吸気側ＶＴＣ０４の電動モータの極数を多く設定する一方、排気側ＶＴＣ０５の電動モータの極数を吸気側よりも少なく設定する。これによって、図１３に示すように、吸気側電動モータのコギングトルクＴ１は、排気側電動モータのコギングトルクＴ２よりも小さくすることが可能になる。

この結果、吸気側ＶＴＣ０４では、コギングトルクＴ１の小さい電動モータの回転立ち上がりが速くなって前記相対回転変換の作動応答性が良好になる。一方、排気側ＶＴＣ０５の電動モータは、コギングトルクＴ２が大きくなることから、相対回転変換の作動応答性は低下するものの、所定の相対回転位置での保持性が良好になる。

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、電動モータや減速機構の構造をさらに変更して、吸気側ＶＴＣの作動応答性の向上と排気側ＶＴＣの相対回転位置の保持性の向上の両方を満足させることができる。

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２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、
前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構は、ローラ減速機構である一方、
前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構は、サイクロイド減速機構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システム。
〔請求項ｂ〕請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、
前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータの極数を、前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータの極数よりも多く形成したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。

この発明によれば、吸気側の電動モータの極数を排気側よりも多くしたことによって、コギングトルクが小さくなって応答性の良い回転が得られる一方、排気側ではコギングトルクが大きくなることから位相の保持力が高くなる。
〔請求項ｃ〕請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、
前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータは、バルブタイミング制御装置の駆動回転体と常時一体的に回転する一方、
前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータは、バルブタイミングを変更する制御信号を入力することに回転し始めることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。

この発明によれば、吸気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータには動摩擦が働いていることから、減速機構を介したバルブタイミングの変更応答性が良好になるのに対して、排気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータは静摩擦になっていることから、バルブタイミングの位相保持性が高くなる。

０１…シリンダヘッド
０２…吸気側カムシャフト
０３…排気側カムシャフト
０４…吸気側ＶＴＣ
０５…排気側ＶＴＣ
１…スプロケット
２…カムシャフト
４…位相変更機構
５…ハウジング
８…減速機構
９…従動部材
１２…電動モータ
１３…モータ出力軸
１９…内歯構成部
７０…駆動側回転体
７１…位相変更機構
７２…電動モータ
７２ａ…モータ出力軸
７４…遊星歯車機構(減速機構)
７５…スプロケット
８０…歯車部材
８１，８２…歯車部
８９…遊星歯車

Claims (4)

1. 吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方に電動式バルブタイミング制御装置を設けてなる内燃機関のバルブタイミング制御システムであって、
   前記それぞれの電動式バルブタイミング制御装置は、通電されることによって回転力を出力する電動モータと、該電動モータの回転を減速して吸気弁と排気弁のバルブタイミングを変更する減速機構を備え、
   前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構のフリクションを、前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構のフリクションよりも小さく形成したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。
2. 吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方に電動式バルブタイミング制御装置を設けてなる内燃機関のバルブタイミング制御システムであって、
   前記それぞれの電動式バルブタイミング制御装置は、通電されることによって回転力を出力する電動モータと、該電動モータの回転を減速して吸気弁と排気弁のバルブタイミングを変更する歯車を有する減速機構を備え、
   前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構は、前記歯車の各歯部間に転動体が転動して回転トルクを伝達する構成とする一方、
   前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の減速機構は、前記歯車と別の歯車同士が噛合して回転トルクを伝達する構成としたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。
3. 吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方に電動式バルブタイミング制御装置を設けてなる内燃機関のバルブタイミング制御システムであって、
   前記それぞれの電動式バルブタイミング制御装置は、通電されることによって回転力を出力する電動モータと、該電動モータの回転を減速して吸気弁と排気弁のバルブタイミングを変更する減速機構を備え、
   前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータのコギングトルクを、前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータのコギングトルクよりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。
4. 吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの両方に電動式バルブタイミング制御装置を設けてなる内燃機関のバルブタイミング制御システムであって、
   前記それぞれの電動式バルブタイミング制御装置は、通電されることによって回転力を出力する電動モータと、該電動モータの回転を減速して吸気弁と排気弁のバルブタイミングを変更する減速機構を備え、
   前記吸気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータを、ブラシレスモータによって構成する一方、
   前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の電動モータを、ブラシ付きＤＣモータによって構成したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御システム。

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