JP6228065B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

従来、モータを利用して内燃機関の吸気弁または排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が知られている。こうしたバルブタイミング調整装置の一種に、内燃機関の始動性確保と燃費・出力向上との両立を図るべく、内燃機関の始動時においてクランク軸に対するカム軸の回転位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間位相に保持可能としたものがある。

例えば特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置は、内燃機関停止時にモータにより所望の中間位相を実現した後、モータへの通電を停止する。また、モータがモータ軸に発生させるコギングトルクのピーク値は、カム軸から遊星歯車機構を通じてモータ軸に伝わる正負のカムトルクの絶対値よりも大きくなるように設定される。これにより、内燃機関の停止に伴ってモータへの通電が停止されたとき、カムトルクがモータ軸に作用したとしても、コギングトルクが当該カムトルクに打ち勝つことでモータ軸が保持される。そのため、内燃機関停止時のカム軸の回転位相を内燃機関の始動に適切な位相に保持することができる。

特開２００８−２３６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバルブタイミング調整装置には、モータのコギングトルクが大きくなることに起因してカム軸の回転位相の制御性が低下するという問題がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カム軸の回転位相の制御性を低下させることなく、内燃機関停止時のカム軸の回転位相を内燃機関の始動に適切な位相に保持することができるバルブタイミング調整装置を提供することである。

本発明によるバルブタイミング調整装置は、偏心軸、第１内歯車、遊星回転体、第２内歯車、ハウジングおよびスプロケットを備えている。
駆動軸および従動軸の一方を第１軸とし、他方を第２軸とすると、偏心軸は、第１軸の延長上に設けられるモータに連結可能であり、第１軸の軸心まわりに回転可能に支持され、第１軸の軸心に対し偏心する偏心部を有している。第１内歯車は、偏心軸に対し径方向外側に設けられ、第１軸と同軸上に位置している。遊星回転体は、第１内歯車と噛み合っている第１外歯車、および、軸方向において第１軸と第１外歯車との間に位置している第２外歯車を有し、偏心軸により偏心部まわりに回転可能に支持されている。

第２内歯車は、第２外歯車と噛み合っている内歯部、および、第１軸の端部に固定されるフランジ部を有している。ハウジングは、偏心軸を第１軸の軸心まわりに回転可能に支持している軸支持部、および、第２内歯車を第１軸の軸心まわりに回転可能に支持している内歯支持部を有している。スプロケットは、第２軸に連結可能であり、ハウジングと一体に設けられている。第２外歯車およびスプロケットは、ハウジングのうち第２内歯車に嵌合している部分である内歯支持部と第１軸に嵌合している部分との両方に対し共に軸方向で離間している。

このように構成することで、第２外歯車が第２内歯車との噛み合い反力により噛み合い部とは反対側に押し付けられるとともに、スプロケットがチェーンの張力により当該チェーンとは反対側に押し付けられる結果、遊星回転体、偏心軸、ハウジングおよび第１内歯車には、第２内歯車とハウジングの内歯支持部との接触箇所を中心としたモーメントが作用する。これにより、第２内歯車が軸方向において第１内歯車またはハウジング等と摩擦接触することによって、第２内歯車には、ハウジングに対する相対回転を抑制しようとする抵抗トルクが発生する。

そのため、内燃機関の停止に伴ってカム軸の回転位相が内燃機関の始動に適切な位相に制御された後、モータへの通電が停止されたとき、上記抵抗トルクがカムトルクに打ち勝つことでカム軸の回転位相を保持することができる。したがって、モータのコギングトルクを大きくすることなく、つまりカム軸の回転位相の制御性を低下させることなく、内燃機関停止時のカム軸の回転位相を内燃機関の始動に適切な位相に保持することができる。

ここで、特許文献１に記載のようにモータのコギングトルクを大きくするには比較的強い磁力を持つ磁石が必要であり、モータの大型化および製造コスト増加を招く。
これに対し、本発明によれば、モータのコギングトルクを大きくする必要がないため、モータの大型化および製造コスト増加を回避可能である。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を説明する断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１のバルブタイミング調整装置を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
＜一実施形態＞
本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１に示す。バルブタイミング調整装置１０は、内燃機関９０のクランク軸９１に対しカム軸９２を相対回転させることによって、カム軸９２が開閉駆動する図示しない吸気弁のバルブタイミングを調整するものであり、クランク軸９１からカム軸９２までの駆動力伝達系に設けられている。クランク軸９１は、特許請求の範囲に記載の「駆動軸、第２軸」に相当し、カム軸９２は、特許請求の範囲に記載の「従動軸、第１軸」に相当し、吸気弁は、特許請求の範囲に記載の「バルブ」に相当する。

［全体構成］
先ず、バルブタイミング調整装置１０の全体構成について図１〜図４を参照して説明する。
バルブタイミング調整装置１０は、モータ９３により駆動される電動式であり、ハウジング２０、スプロケット２５、偏心軸３０、第１内歯車４０、遊星回転体５０および第２内歯車６０を備えている。モータ９３は、カム軸９２の延長上に設けられ、例えば図示しないチェーンカバーに固定される。

ハウジング２０は、モータ９３側に位置しているフロントハウジング２１と、カム軸９２側に位置しているリアハウジング２２とから構成されている。フロントハウジング２１の内側には軸受２３が設けられている。フロントハウジング２１は、ボルト２４によってリアハウジング２２に固定されている。リアハウジング２２は、スプロケット２５を一体に形成している。スプロケット２５は、チェーン９４によってクランク軸９１に回転伝達可能に連結されている。ハウジング２０およびスプロケット２５は、クランク軸９１に連動して回転可能である。

偏心軸３０は、カム軸９２の軸心ＡＸ１上に設けられ、軸受２３を介してフロントハウジング２１により軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。フロントハウジング２１は、特許請求の範囲に記載の「軸支持部」を有している。偏心軸３０のうちリアハウジング２２側の端部は、軸心ＡＸ１に対し偏心する偏心部３１を形成している。偏心部３１の外側には、軸受３２が設けられている。偏心軸３０は、連結部材９５によってモータ９３のモータ軸９６に回転伝達可能に連結されている。

第１内歯車４０は、偏心軸３０の偏心部３１に対し径方向外側に設けられ、カム軸９２と同軸上に位置している。本実施形態では、第１内歯車４０は、フロントハウジング２１と同一部材から構成されており、ハウジング２０と共にクランク軸９１に連動して回転可能である。

遊星回転体５０は、段付筒状であり、第１内歯車４０と噛み合っている第１外歯車５１、および、軸方向においてカム軸９２と第１外歯車５１との間に位置している第２外歯車５２を有している。遊星回転体５０は、偏心部３１の軸心である偏心軸心ＡＸ２上に設けられ、軸受３２を介して偏心部３１により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。第１外歯車５１は第１内歯車４０よりも歯数が少なく、また第２外歯車５２は第２内歯車６０よりも歯数が少ない。

第２内歯車６０は、カム軸９２と同軸上に位置し第２外歯車５２と噛み合っている内歯部６１、および、内歯部６１に対しカム軸９２側に位置しているフランジ部６２を有している。フランジ部６２は、ボルト６３によってカム軸９２の端部に固定されている。

以上のように構成されたバルブタイミング調整装置１０では、クランク軸９１に対するカム軸９２の回転位相が目標値よりも遅角側である場合、モータ９３によって偏心軸３０がハウジング２０に対し高速回転させられる。つまり、偏心軸３０がハウジング２０に対し進角側に相対回転させられる。このとき、偏心軸３０の回転は、遊星回転体５０が遊星運動することによって減速してカム軸９２に伝達される。これにより、吸気バルブのバルブタイミングが進角される。

また、カム軸９２の回転位相が目標値よりも進角側である場合、モータ９３によって偏心軸３０がハウジング２０に対し低速回転させられる。つまり、偏心軸３０がハウジング２０に対し遅角側に相対回転させられる。このとき、偏心軸３０の回転は、遊星回転体５０が遊星運動することによって減速してカム軸９２に伝達される。これにより、吸気バルブのバルブタイミングが遅角される。

また、カム軸９２の回転位相が目標値と一致する場合、偏心軸３０がハウジング２０と同速回転させられる。このとき、遊星回転体５０は、遊星運動せず、ハウジング２０および第２内歯車６０と一体に回転する。これにより、吸気バルブのバルブタイミングが保持される。

［特徴構成］
次に、バルブタイミング調整装置１０の特徴構成について図１、図３、図５を参照して説明する。図５では、偏心軸３０およびスプロケット２５を除く他の部材は切断部端面が示されている。
図１に示すように、リアハウジング２２は、第２内歯車６０の内歯部６１に対し径方向外側に位置している第１筒部７１と、第２内歯車６０のフランジ部６２に対し径方向外側に位置している第２筒部７２と、軸方向においてフランジ部６２に対し内歯部６１とは反対側に位置しているフランジ部７３とから構成されている。第２筒部７２の内壁は、第２内歯車６０を軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持している円筒状の内歯支持部７４を形成している。

リアハウジング２２の内歯支持部７４および第２外歯車５２は、軸方向において互いに離間している。また、スプロケット２５は、軸方向において内歯支持部７４に対し第２外歯車５２側に離間している。つまり、リアハウジング２２の内歯支持部７４は、軸方向において第２外歯車５２およびスプロケット２５とは重なっていない。本実施形態では、スプロケット２５は、第２外歯車５２に対し径方向外側に位置している。

図１、図３に示すように、第２内歯車６０は、内歯部６１から径方向外側に突き出す凸部７５を有している。リアハウジング２２の第１筒部７１は、第２内歯車６０の相対回転を所定角度範囲内に規制可能なように、回転方向において第２内歯車６０の凸部７５と係合可能な凹部７６を有している。図１に示すように、第２内歯車６０の凸部７５は、軸方向において第１内歯車４０と対向するとともに当該第１内歯車４０に当接可能な当接壁部７７を形成している。

図１、図３に示すように、偏心軸３０の偏心部３１の外周部には、２つのばね７８が設けられている。ばね７８は、第２外歯車５２を第２内歯車６０の内歯部６１との噛み合い部側に付勢するとともに、第１外歯車５１を第１内歯車４０との噛み合い部側に付勢している。これにより各噛み合い部での異音の発生が抑制されている。ばね７８は、特許請求の範囲に記載の「付勢手段」に相当する。

以上のように構成されたバルブタイミング調整装置１０では、図５に示すように、第２外歯車５２が第２内歯車６０との噛み合い反力Ｆ１により噛み合い部とは反対側に押し付けられるとともに、スプロケット２５がチェーン張力による力Ｆ２を受ける結果、遊星回転体５０、偏心軸３０、ハウジング２０および第１内歯車４０には、第２内歯車６０とリアハウジング２２の内歯支持部７４との接触箇所７９を中心としたモーメントが作用する。これにより、第２内歯車６０の凸部７５の当接壁部７７が軸方向において第１内歯車４０と摩擦接触することによる抵抗トルクが発生する。この抵抗トルクは、モータ９３への通電が停止したときカム軸９２の回転位相を保持するように作用する。

［効果］
本実施形態では、リアハウジング２２の内歯支持部７４および第２外歯車５２は、軸方向において互いに離間している。また、スプロケット２５は、軸方向において内歯支持部７４に対し第２外歯車５２側に離間している。つまり、第２外歯車５２およびスプロケット２５は、リアハウジング２２の内歯支持部７４に対し共に軸方向で離間している。
このように構成することで、第２外歯車５２と第２内歯車６０との噛み合い反力Ｆ１が第２外歯車５２に作用するとともに、チェーン張力による力Ｆ２がスプロケット２５に作用すると、第２内歯車６０とリアハウジング２２の内歯支持部７４との接触箇所７９を中心としたモーメントが第１内歯車４０等に作用する。これにより、第２内歯車６０が軸方向において第１内歯車４０と摩擦接触することによる抵抗トルクが発生する。

そのため、内燃機関９０の停止に伴ってカム軸９２の回転位相が内燃機関９０の始動に適切な位相に制御された後、モータ９３への通電が停止されたとき、上記抵抗トルクがカムトルクに打ち勝つことでカム軸９２の回転位相を保持することができる。したがって、例えばモータ９３のコギングトルクを大きくする等の構成を採用することなく、つまりカム軸９２の回転位相の制御性を低下させることなく、内燃機関９０停止時のカム軸９２の回転位相を内燃機関９０の始動に適切な位相に保持することができる。

ここで、第２外歯車５２は、第２内歯車６０と常に噛み合っているわけではない。第１外歯車５１と第２外歯車５２との寸法のばらつきに起因して、第１外歯車５１が第１内歯車４０と噛み合う一方で、第２外歯車５２が第２内歯車６０と噛み合わないタイミングもある。このタイミングでは、噛み合い反力Ｆ１が発生せず、前述のモーメントが発生しないおそれがある。

これに対し、本実施形態では、スプロケット２５がチェーン９４から力Ｆ２を受ける結果、接触箇所７９を中心としたモーメントが第１内歯車４０等に作用する。そのため、噛み合い反力Ｆ１が発生しないタイミングであっても、上述のモーメントが発生する。したがって、第２内歯車６０と第１内歯車４０との摩擦接触による抵抗トルクを安定して発生させ、カム軸９２の回転位相を一層確実に保持することができる。

また、第２内歯車６０と第１内歯車４０との軸方向隙間を常に詰めることができ、第２内歯車６０と第１内歯車４０とによるスラスト打音の発生を抑制することができる。
また、第１外歯車５１および第２外歯車５２の一方が非噛み合い状態となる場合のギアバックラッシュに起因する異音の発生が問題となるが、前述のモーメントによって相対的にギアバックラッシュを小さくすることができる。
よって本実施形態によれば異音を低減することができる。

また、本実施形態では、第２内歯車６０は、軸方向において第１内歯車４０と対向するとともに当該第１内歯車４０に当接可能な当接壁部７７を有している。
したがって、接触箇所７９を中心としたモーメントが第１内歯車４０に作用するとき、第２内歯車６０の当接壁部７７と第１内歯車４０とを摩擦接触させることができる。

また、本実施形態では、第２内歯車６０は、径方向外側に突き出す凸部７５を有している。リアハウジング２２は、第２内歯車６０の相対回転を所定角度範囲内に規制可能なように、回転方向において第２内歯車６０の凸部７５と係合可能な凹部７６を有している。第２内歯車６０の凸部７５は当接壁部７７を形成している。
したがって、第２内歯車６０の相対回転を規制する規制手段としての凸部７５を利用して第２内歯車６０と第１内歯車４０とを摩擦接触させることができる。

また、本実施形態では、第２外歯車５２を第２内歯車６０の内歯部６１との噛み合い部側に付勢しているばね７８が設けられている。
これにより、第１内歯車４０等に作用する接触箇所７９を中心としたモーメントが増大する。したがって、第２内歯車６０と第１内歯車４０との摩擦接触による抵抗トルクが増大し、カム軸９２の回転位相を確実に保持することができる。

＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、第２内歯車は凸部を有していなくてもよい。そして第２内歯車の当接壁部は、凸部以外に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、スプロケットは、第２外歯車に対し径方向外側に位置していなくてもよい。つまり、スプロケットおよび第２外歯車は、軸方向において互いに重なっていなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、ハウジングは、２つの部材に限らず、１つまたは３つ以上の部材から構成されてもよい。

本発明の他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、クランク軸と同軸上に設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、バルブタイミング調整装置は、内燃機関の排気弁のバルブタイミングを調整するものであってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・バルブタイミング調整装置
２０・・・ハウジング
２１・・・軸支持部
２５・・・スプロケット
３０・・・偏心軸
３１・・・偏心部
４０・・・第１内歯車
５０・・・遊星回転体
５１・・・第１外歯車
５２・・・第２外歯車
６０・・・第２内歯車
６１・・・内歯部
６２・・・フランジ部
７４・・・内歯支持部
９３・・・モータ
ＡＸ１・・軸心

Claims (4)

1. 内燃機関（９０）の駆動軸（９１）から従動軸（９２）までの駆動力伝達系に設けられ、従動軸が開閉駆動するバルブのバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１０）であって、
   駆動軸および従動軸の一方を第１軸とし、他方を第２軸とすると、
   前記第１軸の延長上に設けられるモータ（９３）に連結可能であり、前記第１軸の軸心（ＡＸ１）まわりに回転可能に支持され、前記軸心に対し偏心する偏心部（３１）を有している偏心軸（３０）と、
   前記偏心軸に対し径方向外側に設けられ、前記第１軸と同軸上に位置している第１内歯車（４０）と、
   前記第１内歯車と噛み合っている第１外歯車（５１）、および、軸方向において前記第１軸と前記第１外歯車との間に位置している第２外歯車（５２）を有し、前記偏心軸により前記偏心部まわりに回転可能に支持されている遊星回転体（５０）と、
   前記第１軸と同軸上に位置し前記第２外歯車と噛み合っている内歯部（６１）、および、前記第１軸の端部に固定されるフランジ部（６２）を有している第２内歯車（６０）と、
   前記偏心軸を前記軸心まわりに回転可能に支持している軸支持部（２１）、および、前記第２内歯車を前記軸心まわりに回転可能に支持している内歯支持部（７４）を有しているハウジング（２０）と、
   前記第２軸に連結可能であり、前記ハウジングと一体に設けられているスプロケット（２５）と、
   を備え、
   前記第２外歯車および前記スプロケットは、前記ハウジングのうち前記第２内歯車に嵌合している部分である前記内歯支持部と前記第１軸に嵌合している部分（７３）との両方に対し共に軸方向で離間していることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記第２内歯車は、軸方向において前記第１内歯車と対向するとともに当該第１内歯車に当接可能な当接壁部（７７）を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記第２内歯車は、径方向外側に突き出す凸部（７５）を有し、
   前記ハウジングは、前記第２内歯車の相対回転を所定角度範囲内に規制可能なように、回転方向において前記第２内歯車の前記凸部と係合可能な凹部（７６）を有し、
   前記第２内歯車の前記凸部は前記当接壁部を形成していることを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記第２外歯車を前記第２内歯車の前記内歯部との噛み合い部側に付勢している付勢手段（７８）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

Images