JP6154521B2 - 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って、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

ところで、前記吸気側バルブタイミング制御装置と排気側バルブタイミング制御装置は、機関運転状態に応じて互いの作動領域が異なっており、吸気側では機関始動後からいずれの運転領域においても電動モータが頻繁に回転駆動して特に高回転時の駆動負荷が大きい。これに対して排気側は、機関の例えば中回転領域で駆動されて係る中回転領域の駆動負荷が大きい。

しかしながら、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、前記吸気側と排気側の各バルブタイミング制御装置にそれぞれ適用される電動モータや減速機構が同じ構造になっている。このため、前記各電動モータの駆動効率を、吸気側と排気側のいずれか一方側の電動モータが頻繁に作動する機関回転領域の駆動負荷に合わせた駆動効率に設定すると、この領域に合わない他方側のモータ駆動効率が低下してしまうおそれがある。

本発明は、吸気側と排気側のバルブタイミング制御装置の各電動モータが効率良く駆動できるバルブタイミング制御システムを提供する。

本願請求項１に記載の発明は、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、該各電動モータの回転速度を減速した駆動力で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、前記各減速機構の各電動モータに対する減速比を、それぞれ異ならせ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と排気側バルブタイミング制御装置のそれぞれの各減速機構の各電動モータ（各電動アクチュエータ）に対する減速比を、それぞれ異ならせたことから、吸気側バルブタイミング制御装置の作動応答性を向上させることができる。これによって、吸気側バルブタイミング制御装置の作動応答性を向上させ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システムの実施形態を示す要部平断面図である。 図１のＡ矢視図である。 図２の吸気側ＶＴＣを示すＢ−Ｂ線断面図である。 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Ｃ−Ｃ線断面図である。 図３のＤ−Ｄ線断面図である。 図３のＥ−Ｅ線断面図である。 図２の排気側ＶＴＣを示すＦ−Ｆ線断面図である。 図８のＧ−Ｇ線断面図である。 図８のＨ−Ｈ線断面図である。 各電動モータのモータ回転数と各電動モータの駆動効率との関係を示す特性図である。 各電動モータのモータ回転数と吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトの減速比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、吸気側カムシャフト０２と排気側カムシャフト０３の前後端部やこれらの間を、シリンダヘッド０１のアッパデッキ上に形成された半割状の軸受溝との間で挟持状態に回転自在に支持している。また、軸受部材０６の前端側には、前記吸気側、排気側ＶＴＣ０４，０５の一部を覆うチェーンカバー０７が一体に設けられている。また、このチェーンカバー０７の前端側には、吸気側ＶＴＣ０４と排気側ＶＴＣ０５それぞれの前端部を覆うＶＴＣカバー３、３が図外のボルトによって固定されている。

まず、前記吸気側ＶＴＣ０４について説明すれば、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筒状一体に形成され、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、円環状の押圧部材６２が介装されている。この押圧部材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〜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と排気側ＶＴＣ０５に対応した位置にそれぞれ開口部０７ａ、０７ｂが形成されている。また、この各開口部０７ａ、０７ｂを構成する環状壁の円周方向のそれぞれ４箇所にボス部０７ｃが一体に形成されていると共に、環状壁から各ボス部０７ｃの内部に亘って形成された雌ねじ孔０７ｄがそれぞれ形成されている。

前記吸気側のＶＴＣカバー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、径方向の偏倚した位置には円筒壁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に螺着する図外のボルト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によって吸気側ＶＴＣカバー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ＶＴＣカバー３の内周面に設けられた段差円環部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、歯車構成部１９側の端部に円板状の底壁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。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。前記フランジ部０２ａは、図３に示すように、外径が従動部材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、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５ｃ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電動アクチュエータである前記電動モータ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。

前記樹脂プレート２２と樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂは、耐熱性の合成樹脂材によって形成されており、この耐熱性の合成樹脂材としては、例えばポリフェニレンスルファイド樹脂材(ＰＰＳ)が用いられている。

前記カバー本体３ａには、絶縁材である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、耐熱性の合成樹脂材として例えばポリフェニレンスルファイド樹脂材(ＰＰＳ)が用いられており、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、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、内部の内外周位置に形成された一対の円柱状孔内にスリーブ状の摺動部２９ａ、２９ｂが圧入固定されていると共に、該各摺動部２９ａ、２９ｂ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給電用ブラシである第２ブラシ３０ａ、３０ａが軸方向へ摺動自在に保持されている。

前記各摺動部２９ａ、２９ｂは、例えばＣ２６００の黄銅が用いられ、これによって前記各第２ブラシ３０ａ、３０ａの良好な摺動性を確保している。

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、各先端部が各スリップリング２６ａ、２６ｂの外面に弾接している。

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に挿通されたビス４，４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５ｃ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。

そして、前記吸気側の位相変更機構２は、前記電動モータ１２と減速機構８の駆動によって内燃機関の始動時からいずれの回転数、負荷領域においても頻繁に作動して、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフト０２の相対回転位相を変換させるようになっている。つまり、機関の冷機始動時では、例えば最進角と最遅角との間の所定の中間回転位相に制御して良好な始動性を確保し、低回転低負荷領域〜高回転高負荷域では、最遅角側から最進角までの間の制御を繰り返して行って、ポンピングロス低減による燃費向上や機関出力の向上、さらには前記排気側電動式バルブタイミング制御装置の作動とともに排気エミッション性能の向上を図るようになっている。

したがって、前記吸気側の電動モータ１２は、図１１に示すように、モータ駆動効率（正効率η）がモータ回転数の比較的高い領域で高効率となるように設定されているものが用いられている。

また、前記減速機構８は、複数のローラ４８を用いたサイクロイド減速機構であって、図１２に示すように、前記電動モータ１２の回転数に対する吸気側カムシャフト０２の回転数の減速比が後述する排気側の減速機構８の減速比よりも大きく設定されている。

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。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及び第２ブラシ３０ａ、３０ａ、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の一つの内歯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。

なお、この減速機構８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。

また、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、これら減速時のフリクション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。

〔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、基本構成が吸気側ＶＴＣ０４と同一であるから共通の構成箇所は同一の符番を付して具体的な説明を省略する。

そして、吸気側ＶＴＣ０４と異なるところは、主として前記排気側カムシャフト０３と従動部材９との間に、排気側カムシャフト０３をスプロケット１に対して進角側に付勢する付勢機構７０を設けると共に、電動モータ１２の駆動トルクと減速機構８の減速比が異なっている点にある。

すなわち、排気側ＶＴＣ０５は、図８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一体に形成され、円筒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、前記吸気側のスプロケット１と共通に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。

前記スプロケット本体１は、前記歯車構成部１９側が吸気側のものよりも軸方向に長く延設されている。

前記付勢機構７０は、排気側カムシャフト０３の前端部と従動部材９の固定端部９ａとの間に配置されて、カムボルト１０によって共締め固定されたスプリングリテーナ７１と、該スプリングリテーナ７１の外周側に配置されたトーションスプリング７２と、から主として構成されている。

前記スプリングリテーナ７１は、軸方向に短尺な円柱状に形成されて、中央位置に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通されるボルト挿通孔７１ａが軸方向に沿って貫通形成されていると共に、前端側のほぼ中央位置に前記従動部材９のカムシャフト０３側の端部中央位置に突設された円柱状突部９ｃが嵌入する嵌入穴７１ｂが形成されている。一方、前記嵌入穴７１ｂと反対の端部には、前記排気側カムシャフト０３の端部中央内に形成された嵌挿穴０３ａに係入する円筒状突部７１ｃが一体に設けられている。

また、このスプリングリテーナ７１は、内周側の内部軸方向に前記排気側カムシャフト０３内の油通路孔５１と従動部材９内のオイル孔５２とを連通させる連通孔７１ｄが軸方向に貫通形成されていると共に、外周部のカムシャフト０３側の端部に前記トーションスプリング７２の後述する一端部７２ａが径方向から係止するスリット状の第１係止溝７１ｅが軸方向に沿って形成されている。

前記トーションスプリング７２は、図９にも示すように、スプリングリテーナ７１の外周側に拡縮変形自在に配置され、径方向内側へ折曲形成された一端部７２ａが前記スプリングリテーナ７１の第１係止溝７１ｅに径方向から係止されている一方、径方向外側へ折曲形成された他端部７２ｂが前記スプロケット本体１ａの歯車部１ｂ側の内周面にスリット状に形成された第２係止溝１ｄに径方向から係止されている。

これによって、スプロケット１に対して排気側カムシャフト０３を、図９の矢印で示す進角側へ常時回転付勢するようになっている。したがって、機関始動時には、排気弁と吸気弁とのバルブオーバーラップがなくなることから、燃焼性が良好になって始動性が向上する。

なお、前記スプロケット本体１ａの内周には、前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａを、保持プレート６１を介して各ボルト７の軸力によって一方の軸方向から押圧支持する筒状の押圧部材７３が配置されている。

また、排気側カムシャフト０３とスプリングリテーナ７１、並びに該スプリングリテーナ７１と従動部材９とは、それぞれ軸方向から圧入された２つのロケートピン７４、７５によって径方向の位置決めがなされるようになっている。

そして、この排気側バルブタイミング制御装置０５は、機関運転中におけるスプロケット１に対する排気側カムシャフト０３の相対回転位相の変換を頻繁に行うことなく、機関始動時などには前記電動モータ１２を駆動させずに前記トーションスプリング７２のばね力によって進角側へ強制的に変換させ、機関中回転から高回転域ではほぼ中間位相位置に保持され、機関低回転域において電動モータ１２が駆動されることが多くなっている。

したがって、排気側の電動モータ１２は、図１１に示すように、駆動効率ηがモータ回転数の低回転領域で最大効率となるように設定されており、この最大駆動効率は、吸気側の電動モータ１２の最大駆動効率領域と異なっている。

一方、前記排気側の減速機構８は、前記歯車構成部１９の内歯１９ａの数を吸気側よりも少なく形成すると共に、この数に応じて各ローラ４８の数も減少させている。したがって、排気側減速機構８の減速比は、図１２に示すように、吸気側減速機構８と比較して小さく設定されている。

また、排気側の通電機構の樹脂プレート２２や樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂ、保持体２８は、その材質がナイロン樹脂材によって形成されている。

以上のように、吸気側電動モータ１２と排気側電動モータ１２の駆動効率特性を、使用される頻度が高いそれぞれのモータ回転領域に応じて最も効率が高くなる領域に設定したことから、各電動モータ１２、１２を効率良く駆動させることができる。

これによって、吸気ＶＴＣ０４と排気ＶＴＣ０５の各スプロケット１、１に対する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（バルブタイミング）の切換時などにおける作動応答性が向上して機関性能を十分に引き出すことが可能になる。

しかも、前記各電動モータ１２，１２を効率良く駆動させることができることによって、各電動モータ１２，１２の負荷を軽減することができる。この結果、各電動モータ１２，１２の耐久性の向上が図れる。

また、本実施形態では、前記吸気側減速機構８と排気側減速機構８の減速比を互いに異ならせ、機関運転状態に応じてバルブタイミングの切り換え作動が頻繁に行われる吸気側減速機構８の減速比を、排気側減速比よりも大きくしたことから、吸気側ＶＴＣ０４の作動応答性を向上させることができる。これによって、前記吸気側電動モータ１２のモータ回転数の高い領域での高効率の設定と相俟って、前記吸気ＶＴＣ０４の作動応答性、つまりバルブタイミングの制御応答性をさらに向上させることが可能になる。

一方、排気側減速機構８では、前述したように、減速比を吸気側よりも小さくするために前記内歯１９ａやローラ４８の数を減少させていることから、吸気側に比較して製造コストの低減化や組立効率の向上が図れる。

また、耐熱性が要求される吸気側の通電機構の樹脂プレート２２や樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂ、保持体２８の材質を、ポリフェニレンスルファイド樹脂材とする一方、耐熱性があまり要求されない排気側の通電機構の樹脂プレート２２や樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂ、保持体２８の材質を、安価なナイロン樹脂材によって形成したことから、特に排気側バルブタイミング制御装置０５の製造コストの低減化が図れる。

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、吸気側と排気側の各電動モータ１２，１２の駆動効率の設定や、各減速機構８，８の減速比の設定は、内燃機関や各ＶＴＣ０４，０５の仕様や大きさなどによって任意に設定することも可能である。

また、前記各電動モータ１２，１２や各減速機構８，８は、前記実施形態の構造以外のものであっても良く、例えば電動モータとしてブラシレスモータなどを用いたり、減速機構として遊星歯車を用いたものであってもよい。

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バルブタイミング制御システムにおいて、
前記排気側よりも作動領域大きな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最大効率の回転数領域は、前記排気側バルブタイミング制御装置の電動モータより高回転領域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減速機構の減速比は、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減速比よりも小さい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。

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…位相変更機構
３…ＶＴＣカバー
５…ハウジング
８・８…吸気側、排気側減速機構
９…従動部材
１２・１２…吸気側、排気側電動モータ
１３…モータ出力軸
１９…内歯構成部
１９ａ…内歯
４８…ローラ
７０…付勢機構
７１…スプリングリテーナ
７１ｅ…第１係止溝
７２…トーションスプリング
７２ａ…一端部
７２ｂ…他端部

Claims (2)

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、該各電動モータの回転速度を減速した駆動力で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、
   前記各減速機構の各電動モータに対する減速比を、それぞれ異ならせ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アクチュエータと、該各電動アクチュエータの回転速度を減速した駆動力で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、
   前記各減速機構の各電動アクチュエータに対する減速比を、それぞれ異ならせ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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