JP6295181B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば吸気弁や排気弁の開閉タイミングなど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、電動モータのモータハウジングの前端側に、所定のクリアランスをもって配置されたカバー部材が設けられている。このカバー部材の内面には、前記クリアランスに臨む一対の給電用スリップリングが固定されている一方、前記モータハウジングの前端部に固定された給電プレートには、前記スリップリングに摺動して電動モータのコイルに給電する給電用ブラシが設けられている。
また、前記電動モータのモータ出力軸の前記カバー部材側の一端部と該一端部が軸方向で対向する前記カバー部材との間には、前記モータ出力軸の回転角度を検出するパルス型の磁気センサが設けられている。
この磁気センサは、モータ出力軸の一端部に6つのターゲットを有する磁性ロータが固定されていると共に、前記カバー部材に前記磁性ロータの6つのターゲットを介してモータ出力軸の回転位置をパルス信号によって検出するホール素子検出器が設けられている。
この磁気センサによって、機関の消費エネルギーを低減しつつクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相の変換角を検出してバルブタイミングの制御の安定化と応答性を向上させるようになっている。
特開2011−226372号公報
しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記回転角検出機構がモータ出力軸に設けられた磁性ロータの6つのターゲットをパルス信号によってホール素子検出器が検出するようになっていることから、電動モータに発生する磁界によってセンサ精度に影響が及ぼされると共に、必ず前記モータ出力軸が少なくとも1回転しないと前記モータ出力軸の回転角を検出することができない。つまり、例えばアイドリング・ストップ車などのような機関が停止している状態では、前記回転角度を検出することができない。
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、回転角検出機構として電磁誘導型を用いることによって、電動モータの磁界の影響を受けにくくなると共に、精度の高い回転角検出が可能な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、電動モータによってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を変換するバルブタイミング制御装置を前提として、とりわけ、前記電動モータのモータ出力軸とカバー部材との間に設けられ、前記モータ出力軸の回転角度を検出する電磁誘導型の回転角検出機構と、を備え、
前記回転角検出機構は、被検出部が前記モータ出力軸の一端部に設けられていると共に、検出部が前記カバー部材の前記被検出部と軸方向から対向した位置に設けられ、
前記モータ出力軸は、内部軸方向にカムボルトが挿通可能なボルト挿通孔が貫通形成され、
前記被検出部は、ほぼ円筒状に形成された支持部を有し、該支持部の軸方向端部が前記ボルト挿通孔に挿通固定されていると共に、前記支持部の先端面に励起導体が配置固定され、
前記支持部の軸方向の前端部外周面に、該支持部を前記ボルト挿通孔に挿入した際に、挿入位置を規制する環状ストッパが設けられていると共に、該環状ストッパの外周面を覆って前記支持部を前記モータ出力軸の端部に固定する固定部材が設けられていることを特徴としている。
この発明によれば、電動モータの磁界の影響を受けにくくなると共に、回転角検出の分解能が高くなることから、モータ出力軸の回転角度を高精度に検出することができる。
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。 図1のB−B線断面図である。 本実施形態に供される給電プレートの背面図である。 本実施形態に供されるカバー部材の縦断面図である。 本実施形態に供されるモータ出力軸と鉄心ロータを示し、Aはモータ出力軸及び鉄心ロータの斜視図、Bは同縦断面図である。 本実施形態に供されるモータ出力軸に被検出部が取り付けられた状態を示す縦断面図である。 本実施形態に供される被検出部を示し、Aは被検出部の斜視図、Bは同被検出部の側面図である。 Aは本実施形態に供される被検出部の正面図、BはAのC−C線断面図である。 Aは本実施形態に供される被検出部の支持部を示す斜視図、Bは同支持部の側面図である。 Aは本実施形態に供される固定部材の側面図、Bは正面図である。 本実施形態に供される検出部を示し、Aは該検出部の正面図、Bは側面図、Cは背面図である。 本発明の第2実施形態に供されるモータ出力軸に被検出部が取り付けられた状態を示す縦断面図である。 Aは本実施形態に供されるモータ出力軸の要部を示す斜視図、Bは側面図である。 Aは本実施形態に供される被検出部の支持部を示す斜視図、Bは側面図である。 本実施形態に供される固定部材を示し、Aは斜視図、Bは側面図、Cは縦断面図である。
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、バルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用したものを示している。
〔第1実施形態〕
この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、前記タイミングスプロケット1から伝達された回転力によって回転するカムシャフト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の前端側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ギア部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の前端部に設けられた後述する従動部材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の外周に相対回転自在に軸受されている。
前記大径ボールベアリング43は、一般的なもので、外輪43aと、内輪43b及び該両輪の間に介装されたボールと、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が従動部材9の外周側に圧入固定されている。
前記スプロケット本体1aは、内周側に、前記カムシャフト2側に開口した円環溝状の外輪固定部70が切欠形成されている。
この外輪固定部70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、この外輪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、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19aが形成されている。
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71が配置されている。この保持プレート71は、金属板材によって円環状に形成され、図1及び図4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の外輪の内径よりも小径に設定されている。
前記保持プレート71の内周部71aは、前記外輪43aの軸方向の外端面に当接配置されている。また、前記内周部71a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71bが一体に設けられている。
このストッパ凸部71bは、ほぼ扇状に形成されて、先端縁71c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。
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71の各外周部には、それぞれボルト7が挿通する挿通孔1c、71dが周方向のほぼ等間隔位置に6つ貫通形成されている。なお、前記スプロケット本体1aと内歯構成部19は、後述する減速機構12のケーシングとして構成されている。
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71及びハウジング本体5aは、それぞれの外径がほぼ同一に設定されている。
前記モータハウジング5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た前記ハウジング本体5aと、該ハウジング本体5aの前端開口を封止する給電プレート11と、を備えている。
前記ハウジング本体5aは、後端側に円板状の隔壁5bを有し、該隔壁5bのほぼ中央に後述する偏心軸部39が挿通される大径な軸挿通孔5cが形成されていると共に、該軸挿通孔5cの孔縁にカムシャフト2の軸方向へ突出した円筒状の延出部5dが一体に設けられている。また、前記隔壁5bの外周側の内部には、雌ねじ孔6が軸方向に沿って形成されている。
前記雌ねじ孔6は、各ボルト挿通孔1c、71dと対応した位置に形成されており、これらに挿通した6本のボルト7によって前記タイミングスプロケット1と保持プレート71及びモータハウジング5が軸方向から共締め固定されている。なお、ハウジング本体5aの隔壁5bの後端面に、前記内歯構成部19が軸方向から当接している。
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、前端部に前記フランジ部2aが一体に設けられている。
このフランジ部2aは、図1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2aの前端面が、従動部材9に軸方向から当接した状態でカムボルト10によって軸方向から結合されている。
前記フランジ部2aの外周には、図4に示すように、前記保持プレート71のストッパ凸部71bが係入するストッパ凹溝2bが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝2b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71bの両端縁が周方向の対向縁2c、2d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規制するようになっている。
前記ストッパ凸部71bは、前記保持プレート71の大径ボールベアリング43の外輪に軸方向外側から対向して固定する部位よりもカムシャフト2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71bと固定端部9aとの干渉を抑制できる。
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37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2fに螺着する雄ねじ10c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1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の前端面中央位置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、後端面が前記カムシャフト2のフランジ部2a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2aに軸方向から圧接固定されている。
前記円筒部9bは、図1に示すように、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1に示すように、前記固定端部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、前記内歯構成部19や隔壁5bなどによって隔成された円環凹状の収容空間を介してモータハウジング5の隔壁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は、図1及び図2に示すように、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て、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少なくなっている。これによって、減速比を得るようになっている。
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8と、該電動モータ8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12と、から主として構成されている。
前記電動モータ8は、図1及び図2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5と、該モータハウジング5の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸13と、モータハウジング5の内周面に固定されたステータである半円弧状の4つの永久磁石14a〜14dと、前記給電プレート11と、を備えている。
前記モータ出力軸13は、内部軸方向に前記カムボルト10が挿通可能なボルト挿通孔13dが貫通形成されていると共に、周壁が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を介してカムシャフト2側の一端部に形成された大径部13aと、その軸方向反対側の他端部に形成された小径部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、後端側に減速機構12の一部を構成する後述の偏心軸部39が一体に設けられている。
一方、前記小径部13bは、図7A、Bに示すように、外周にコミュテータ20が圧入固定されていると共に、前記段差部13cの近傍の内周面に環状突起15が一体に形成されている。また、この小径部13bは、先端部の内周面に環状の係止溝21が形成されていると共に、先端縁から軸方向に延びる一つの位置決め溝22形成されている。
前記環状突起15は、横断面ほぼ矩形状に形成されて、軸方向の前端面15aがほぼ垂直に形成されていると共に、後端面15bがテーパ状に形成されている。
前記係止溝21は、小径部13bの前端部内周面に所定巾をもった円環状に形成されている。また、前記位置決め溝22は、細長い矩形状に形成されて、軸方向の長さが前記係止溝21の巾長さまで形成されている。
前記鉄心ロータ17は、図7A,Bに示すように、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おり、この鉄心ロータ17の内周部が前記モータ出力軸13の段差部13cの外周に軸方向の位置決めされつつ固定されている。
一方、前記コミュテータ20は、内周側の円環部材20aと、該円環部材20aの外周に設けられた環状の電極部20bと、から構成されている。前記円環部材20aは、その外径が前記大径部13aの外径とほぼ同一に設定されていると共に、小径部13bの軸方向のほぼ中央位置に配置されている。前記電極部20b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。
前記永久磁石14a〜14d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、図1に示すように、前記鉄心ロータ17の軸方向の中心に対して前記給電プレート11側にオフセット配置されている。これによって、前記永久磁石14a〜14dの前端部が、径方向で前記コミュテータ20や給電プレート11に設けられた後述する切換用ブラシ25a、25bなどとオーバーラップするように配置されている。
前記給電プレート11は、図1及び図5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16aと、該金属プレート部16aの前後両側面にモールドされた円板状の樹脂部16bと、から構成されている。なお、この給電プレート11は、電動モータ8への給電機構の一部として構成されている。
前記金属プレート16aは、前記樹脂部16bに覆われていない外周部16cが前記モータハウジング5の前端部内周に形成された円環状の段差状の凹溝にかしめ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13の一端部などが挿通される軸挿通孔16dが貫通形成されている。また、金属プレート16aは、図5に示すように、前記軸挿通孔16dの内周縁に連続した所定の位置に異形状の2つの保持孔16e、16fが打ち抜きにより形成されており、この各保持孔16e、16fには、後述するブラシホルダ23a、23bが嵌入保持されるようになっている。
また、前記給電プレート11には、前記金属プレート16aの各保持孔16e、16fの内側に配置されて、前記樹脂部16bの前端部に複数のリベット40により固定された銅製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整流子である一対の切換用ブラシ25a、25bと、前記樹脂部16bの前端部22a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ハーネス27a、27bと、が設けられている。
前記内周側の小径な給電用スリップリング26aと、外周側の大径な給電用スリップリング26bは、銅材からなる薄板をプレスによって円環状に打ち抜き形成されている。
前記カバー部材4は、図1及び図6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11の前端側に前記ハウジング本体5aの前端開口を覆う形で配置されており、主として合成樹脂材からなる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材のキャップ29と、から構成されている。
前記カバー本体28は、所定の肉厚に形成されていると共に、外径が前記ハウジング本体5aの外径より大きく形成されており、内部には金属製の芯材である補強プレート28aがモールド固定されている。
また、カバー本体28は、外周部の4箇所に突設された円弧状のボス部28cに図外のチェーンカバーに固定されるボルトが挿通されるボルト挿通孔28dが樹脂材にモールドされた金属スリーブ28eによってそれぞれ形成されている。
前記補強プレート28aは、図6に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、中央位置に円形状の貫通孔28fが形成されていると共に、該貫通孔28fの一側縁にほぼ矩形状の窓部28gが貫通形成されている。また、図6中、下部側には後述する信号用コネクタ34の端子片が配置される細長い切欠部28jが径方向に沿って形成されている。
前記キャップ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28hに軸方向から圧入によって係止固定されている。
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一対の角筒状のブラシホルダ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。
このカバー本体28の電動モータ8側の内面のほぼ中央位置には、後述する角度センサ36の被検出部50の先端部50aが嵌入される円形状の凹部の一部を構成する凹溝36aが形成されている。この凹溝36aは、カバー本体28の軸方向外側に凹んで形成され、内径が前記被検出部50の先端部50aよりも大きく形成されていると共に、その深さは前記カバー本体28の軸方向の幅長さよりも僅かに小さく形成されて、薄肉な底壁を有している。この薄肉な底壁の外面ほぼ中央位置には、位置決め用凸部28kが底壁と一体に設けられている。
前記カバー本体28のキャップ29側の外側面28b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方向へ付勢する一対の捩りコイルばね32a、32bが設けられている。
前記各ブラシホルダ30a、30bは、前後端に開口部が形成されて、前端側の開口部から前記各給電用ブラシ31a、31bの先端部が進退自在になっていると共に、各後端側の開口部を介して図外のピグテールハーネスの一端部が前記各給電用ブラシ31a、31bの後端に一体成形によって接続されている。
前記各ピグテールハーネスは、その長さが前述したように、前記給電用ブラシ31a、31bが前記捩りコイルばね32a、32bのばね力によって押し出されてもブラシホルダ30a、30bから脱落しないような長さに設定されている。
前記各給電用ブラシ31a、31bは、角柱状に形成されて所定の軸方向長さに設定されていると共に、平坦な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ようになっている。
また、前記カバー本体28の下端部には、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から電流を供給する電源供給用コネクタ33が一体に設けられていると共に、前記角度センサ35の検出部51で検出された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34が前記供給用コネクタ33と並行かつ径方向に沿って突設されている。
前記電源供給用コネクタ33は、部分的に前記カバー本体28の内部に埋設された端子片の一端部が前記ピグテールハーネスに接続されていると共に、外部に露出した他端部33a、33bがコントロールユニット側の図外の雌端子に接続されるようになっている。
一方、前記信号用コネクタ34は、図1にも示すように、部分的にカバー本体28内に埋設された端子片の一端部34aが後述する角度センサ35の集積回路57に接続されていると共に、外部に露出した他端部34bがコントロールユニット側の図外の雌端子に接続されるようになっている。
前記モータ出力軸13の小径部13bと、前記カバー本体28の凹溝36aの底壁を挟んだ中央部との間には、モータ出力軸13の回転角度位置を検出する回転角検出機構である角度センサ35が設けられている。
この角度センサ35は、電磁誘導型であって、前記モータ出力軸13の小径部13b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、を備えている。
前記被検出部50は、図8〜図10に示すように、合成樹脂材からなるほぼ有底円筒状の支持部52と、該支持部52の軸方向の先端部52aの底壁面に固定された励起導体である被検出ロータ53と、前記支持部52の外周面に嵌着固定されて、支持部52を前記モータ出力軸13の小径部13b内に固定する固定部材54と、を有している。
前記支持部52は、図11A,Bに示すように、先端部52aの外底面に前記被検出ロータ53が樹脂モールドによって固定されていると共に、後端部外周に前記モータ出力軸13の小径部13bの内部に挿入される円環状の突部52bが一体に設けられている。
また、支持部52は、前記突部52bよりも後端側の外面にはシール部材である円環状のオイルシール55を保持する円環状のシール保持面52cが形成されていると共に、前記突部52bと前記先端部52aとの間に形成された環状溝52dの内面には前記モータ出力軸13の位置決め溝22に係合する位置決め用の突起部52eが一体に設けられている。この突起部52eは、前記環状溝52dの軸方向(巾方向)に沿って一体に形成された縦片状の基部の上面から径方向に突出して形成されて、この突出量が前記位置決め溝22から外方へ僅かに突出する長さに設定されている。
また、前記突部52bの前端面には、円周方向の120°の3箇所位置に円弧状の切欠溝52fが形成されている。
前記被検出ロータ53は、細い磁性材によって非円形状の3つの複葉状に折曲形成されて、全体の外径が前記支持部52の先端部52aの外径よりも僅かに小さく形成されていると共に、中央に比較的大径な円形孔53aが形成されており、この円形孔53aの孔縁が支持部52の先端部52aの外底面中央に形成された円形突部52hの外周縁にモールドされて嵌合固定されるようになっている。
なお、前記支持部52は、前記小径部13bの内部に固定された状態では、先端部52aが小径部13bの先端から突出して、前記被検出ロータ53が前方に露出した状態になっている。
前記固定部材54は、図12A、Bに示すように、薄肉な金属プレートをほぼ円筒状に折曲形成された筒状本体54aと、該筒状本体54aの周壁の円周方向ほぼ120°位置に形成されて、外方へ傾斜状に折曲変形された3つの係止片54bと、該各係止片54bの円周方向の間に形成されて、内方へ傾斜状に折曲変形された2つの係合片54cと、を備えている。
前記筒状本体54aは、内径が前記支持部52の外径とほぼ同一に形成されて、前記支持部52の先端部52a側から外周面に摺動しつつ挿入可能に形成されていると共に、後端部には軸方向前端方向に沿って切り欠かれて、前記支持部52の突起部52eに嵌合するスリット状の嵌合溝54dが形成されている。また、後端部の周方向の3箇所位置には、前記支持部52の3つの切欠溝52fに軸方向から係入可能な3つの円弧突部54eが周方向の120°位置に設けられている。
前記3つの係止片54bと2つの係合片54cは、筒状本体54aの軸方向ほぼ中央位置から軸方向に沿って細長い長方形状にそれぞれ切り起こして形成されており、比較的巾の広い各係止片54bは、各先端部側が筒状本体54aの後端部側の基端部を中心として筒状本体54aの径方向内側へ弾性変形可能に形成されている。
一方、前記各係止片54bよりも狭幅の前記各係合片54cは、各先端部側が筒状本体54aの後端部側の基端部を中心として筒状本体54aの径方向外側へ弾性変形可能に形成されている。
〔被検出部のモータ出力軸に対する固定手順〕
したがって、前記被検出部50の支持部52の外周面に前記固定部材54を挿通固定するには、前記嵌合溝54dを前記突起部52eに軸方向から嵌合しつつ挿通して行くと、前記各係合片54cの各先端縁が自身の内方への弾性力によって抗して支持部52の外周面に摺接しながら外方へ変形する。その後、固定部材54の後端縁が前記突部52bの前端縁に当接して最大挿入位置が規制された時点で、固定部材54の各係合片54cが縮径方向へ弾性復帰して各先端縁が前記環状溝52d内に係合しつつ環状溝52dの段差面52gに係止する(図10B参照)。これによって、固定部材54は、前記突部52bと段差面52gを介して前記支持部52の外周面で軸方向の移動が規制されると共に、前記突起部52eによって円周方向の移動が規制される。よって、軸方向と円周方向に位置決め固定されることになる。
また、このとき、前記支持部52の各切欠溝52fに固定部材54の各円弧突部54eがそれぞれ係合して、支持部52に対する固定部材54の円周方向の位置決めがなされている。
なお、この時点では、前記オイルシール55が支持部52のシール保持面52cに予め弾性的に保持されている。
このように、前記被検出部50は、図9及び図10に示すように、支持部52に対して予め固定部材54が固定されていることによってユニット化されている。
そして、前記ユニット化された被検出部50を、前記モータ出力軸13の小径部13b内に固定するには、前記被検出部50を、突部52bを介して前記小径部13bの先端側から内部に挿入すると、前記固定部材54の各係止片54bが小径部13bの先端部内周面に摺接しつつ自身の弾性力に抗して内方へ弾性変形する。
そのまま、被検出部50をさらに押し込んで前記各係止片54bが係止溝21内に達すると、図8に示すように、各係止片54bが係止溝21内で拡径方向へ弾性復帰すると共に、前記オイルシール55が小径部13bの環状突部15の前端面15aに弾接して、前記支持部52の突部52bを介して被検出部50を前方へ押し返す。このため、各係止片54bは、それぞれの先端縁が前記係止溝21の段差縁に軸方向から係止する。これによって、前記被検出部50は、前記オイルシール55の弾性力と各係止片54bの係止力によって軸方向の移動が規制される。したがって、前記被検出部50は、小径部13b内に位置決めされつつ確実に固定されることになる。
前記検出部51は、図1及び図13に示すように、前記カバー本体28のほぼ中央位置から径方向に延設されたほぼ長方形状のプリント基板56と、該プリント基板56の長手方向の一端部外面に設けられた検出回路である集積回路(ASIC)57と、該集積回路57と同じ外面の他端部に設けられた受信コイル58a及び励磁コイル58bと、を備えている。
前記プリント基板56は、前記受信、励磁コイル58a、58bの中央に位置決め用小孔56aが形成されており、この位置決め用小孔56aが前記位置決め用凸部28kに圧入嵌合して前記被検出ロータ53の中心と受信、励磁コイル58a、58bの中心が位置決めされるようになっている。
また、このプリント基板56は、前記カバー本体28の前端面に対してハンダ付けなどの所定の接着手段によって接着固定されており、したがって、前記受信、励磁コイル58a、58bは、前記凹溝36aの底壁と微少クリアランスCを介して前記被検出ロータ53に軸方向から対峙している。
そして、前記検出部51は、前記受信コイル58a及び励磁コイル58bと、前記被検出ロータ53と受信コイル58aとの間のインダクタンスの変化を検出して前記モータ出力軸13の回転角度を前記集積回路57が検出するようになっている。つまり、前記励磁コイル55と前記被検出ロータ53との間に誘導電流が流れて、この電磁誘導作用によって前記集積回路57がモータ出力軸13の回転角度位置を検出して、この情報信号をコントロールユニットに出力するようになっている。
また、前記カバー本体28の前記凹溝36aの開口部側外周には、該凹溝36aの内径よりも大きな内径を有する凹部の他の一部を構成する大径溝36bが形成されている。この大径溝36bは、図1に示すように、内径が前記円環部材20aの外径とほぼ同じ大きさに形成されていると共に、深さが前記カバー本体28の中央部後端面から軸方向のほぼ中央位置(凹溝36aの開口端)までの深さに形成されている。この大径溝36bと前記凹溝36aは、前記各スリップリング26a、26bと各給電用ブラシ31a、31bの先端部との当接位置よりも外側にオフセットされていると共に、両者が協働してラビリンス溝として構成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の軸部10b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の頭部10aとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪が前記偏心軸部39の段差拡径状の内周面に圧入固定されていると共に、前記内周面に形成された段差縁に当接して軸方向の位置決めがなされている。
また、前記モータ出力軸13(偏心軸部39)の外周面と前記モータハウジング5の延出部5dの内周面との間には、減速機構12の内部から電動モータ8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。このオイルシール46は、電動モータ8と減速機構12とをシール機能をもって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12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12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、外周面に形成されたカム面39a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、前記ニードルベアリング38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47aと外輪47b及び該両輪47a、47bとの間に介装されたボール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8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第1隙間C1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C2が形成されて、この第2隙間C2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に揺動運動させるようになっている。
前記減速機構12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01の軸受02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、前記カムシャフト2の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路に一端部のグルーブ溝59aを介して連通した油供給孔59と、前記従動部材9の内部軸方向に貫通形成されて、一端が前記油供給孔59の他端部のグルーブ溝59bに開口形成され、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の付近に開口形成された前記小径なオイル孔59cと、同じく従動部材9に貫通形成された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、前記収容空間44内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。
〔本実施形態の作動〕
以下、本実施形態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を介してモータハウジング5に伝達されて、該モータハウジング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。
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33a,33b各ピグテールハーネス及び給電用ブラシ31a、31bや各スリップリング26a,26bなどを介して電動モータ8のコイル18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12を介してカムシャフト2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。このときの減速比は、前記内歯19aの数とローラ48の数の差によって任意に設定することが可能である。
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。
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、前記ストッパ凸部71b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。
したがって、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。
そして、本実施形態では、前記電動モータ8のモータ出力軸13が回転せずとも、常に前記角度センサ35の被検出部50と検出部51との間の誘導電流が流れ、この電磁誘導作用によって前記集積回路54がモータ出力軸13の回転角度を検出して、この検出信号によってコントロールユニットにおいてモータ出力軸13の現在の回転角度位置を検出する。この回転角度位置とクランクシャフトとの回転位置によってコントロールユニットが前記電動モータ8に回転駆動信号を出力して、現在の機関運転状態に応じて前記クランクシャフトに対するカムシャフト2の相対回転位相を精度良く制御するようになっている。
このように、本実施形態の角度センサ35は、電磁誘導型ポジションセンサを用いていることから、電動モータ8の磁界の影響を受けにくくなると共に、回転角検出の分解能が高くなることから、モータ出力軸13の回転角度位置を高精度に検出することができる。
すなわち、電動モータ8のモータ出力軸13が回転しなくとも、被検出部50と検出部51間の電磁誘導作用によってモータ出力軸13の現在の回転位置を検出することができることから、機関の停止あるいは運転の状態に拘わらず常に精度良くモータ出力軸13の回転角度位置を検出することができる。
これによって、例えばアイドリング・ストップ車などのような機関が停止している状態でも、前記回転角度位置を検出することができる。
また、本実施形態では、前記被検出部50の支持部52の先端部50aが前記凹溝36a内に挿入配置されて、被検出ロータ53の位置が前記各スリップリング26a、26bと給電用ブラシ31a、31bとの摺接位置よりも外側(キャップ29側)にオフセットした配置構成になっていることから、前記被検出ロータ53が前記凹溝36aや大径溝36bの内周面に覆われてカバーされた状態になる。したがって、前記金属摩耗粉の被検出ロータ53への付着を十分に抑制することができる。
特に、本実施形態では、前記凹溝36aと大径溝36bがラビリンス溝として構成されていることから、このラビリンス効果によって、振るい落とされた金属摩耗粉は前記支持部52の先端部50a方向への流動が阻止されて被検出ロータ53側への流れを十分に抑制することが可能になる。
この結果、斯かる金属摩耗粉の影響による前記角度センサ35の回転検出精度の低下を抑制することができると共に、耐久性の向上が図れる。
また、本実施形態では、前記カバー部材4が、軸方向の幅が薄型に形成されていることから、バルブタイミング制御装置全体の軸方向の長さを十分に短くすることができる。このため、装置の小型化が図れてエンジンルーム内への装置の搭載性が向上する。
さらに、本実施形態では、被検出部50の支持部52を、前記モータ出力軸13の小径部13bに対して固定部材54を介して安定かつ確実に固定することができると共に、軸方向及び径方向の位置決めを行うことが可能になる。
しかも、被検出部50の支持部52を、ボルト挿通孔13dに挿通して保持されていることから、軸方向の小型化が図れるため、エンジンルームへの装置の搭載性が向上する。
また、前記固定部材54を、各係合片54cを介して前記支持部52に対してワンタッチで位置決め及び固定することができる。また、前記支持部52と固定部材54の被検出部50ユニットを、各係止片54bによって前記小径部13bに対してワンタッチで位置決め及び固定することができる。したがって、前記被検出部50のモータ出力軸13に対する取り付け作業が極めて容易になる。
さらに、従来の技術では、前記ボルト挿通孔13dを通って潤滑油が減速機側から電動モータ8内に流入するのを塞ぐために、ボルト挿通孔13dに栓をする必要があったが、本実施形態では、被検出部50がシール性を有し、栓の役割を果たすため、別途栓を設ける必要がなくなる。
〔第2実施形態〕
図14は第2実施形態を示し、前記モータ出力軸13の小径部13bや角度センサ35の被検出部50側などの構造を変更したものである。
すなわち、前記モータ出力軸13の小径部13bは、図15A、Bに示すように、先端部外周面に円環状の嵌合溝60が形成されていると共に、先端縁から嵌合溝60付近まで延びた位置決め溝22が軸方向に沿って形成されている。
一方、前記被検出部50は、図16A,Bに示すように、支持部52の先端部外周に環状ストッパである環状突起部61が一体に形成されていると共に、後端部の外周面にオイルシール55を嵌着保持する円環状のシール溝62が形成されている。また、前記環状突起部61の内側面に、前記小径部13bの位置決め溝22に軸方向から嵌合する嵌合突部63が一体に設けられている。
なお、前記支持部52の先端部の外底面に被検出ロータ53が樹脂モールドによって固定されていることは第1実施形態と同じである。
また、前記支持部52の環状突起部61の外周と前記小径部13bの嵌合溝60との間には、固定部材64が嵌着固定されている。
この固定部材64は、図17A〜Cに示すように、薄肉な金属材によってほぼ円環状に折曲形成されており、軸方向中央に位置する環状本体64aと、該環状本体64aの先端部に横断面ほぼL字形状に折曲形成されて、前記支持部52の環状突起部61に軸方向から嵌合固定される円環部64bと、環状本体64aの後端部に横断面ほぼU字形状の縮径状に折曲形成されて、前記嵌合溝60に嵌着する嵌合部64cと、から構成されている。
前記環状本体64aは、内径が前記環状突起部61の外径より僅かに大きく形成されている一方、前記円環部64bは、その径方向巾が環状突起部61の径方向巾よりも僅かに小さく形成されている。また、前記嵌合部64cは、全体が前記環状本体64aを介して弾性的に拡縮変形可能に形成されており、前記嵌合溝60の内部に自身の弾性力によって嵌着するようになっている。
したがって、前記被検出部50をモータ出力軸13の小径部13bに取り付けるには、まず、前記被検出部50の支持部52の後端部を小径部13bの内部に挿入するが、このとき、前記嵌合突部63を、前記位置決め溝22に軸方向から挿入し、前記環状突起部61が、小径部13bの先端部に突き当たるまで挿入嵌合させる。これによって、小径部13bに対する被検出部50の周方向と軸方向の位置決めが行われる。
その後、前記固定部材64を、円環部64b中央の挿通孔64dを介して支持部52の先端部から軸方向に嵌挿すると、前記嵌合部64cが前記環状突起部61の外周面に乗り上げつつ弾性力に抗して拡径変形してそのまま小径部13bの先端部の外周面も摺動し、さらに押し込んで嵌合溝60に達すると、図14に示すように、弾性復帰力によって嵌合部64cが縮径変形して嵌合溝60に径方向から嵌着する。同時に、前記前記円環部64bの内端面が前記環状突起部61の外端面に当接してそれ以上の移動を規制すると共に、前記嵌合部64cが嵌合溝60の先端側の内端縁60aに軸方向から圧接係止して強固な嵌合状態となる。
このように、本実施形態では、モータ出力軸13に対する被検出部50の取り付けを、単純形状の固定部材64を用いるだけであるから、第1実施形態のものに比較して構造が簡単であり、製造作業能率の向上が図れる。
しかも、被検出部50の支持部52を、前記固定部材64を用いて小径部13bに強固に固定することができることは勿論のこと、前記固定部材64によってワンタッチで固定できるので、被検出部50の取り付け作業がさらに容易になる。
なお、他の構成は第1実施形態と同じであるから、同一の作用効果が奏せられる。
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、例えば、小径部13bに対する被検出部50の取付構造として、他の構造であってもよい。また、前記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。
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装置において、
前記被検出部は、合成樹脂材によって円筒状に形成された支持部を有し、該支持部の前端面に前記励起導体が樹脂モールドによって固定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。
〔請求項b〕請求項a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、
前記支持部の後端部外周に、該支持部の外周面と前記モータ出力軸の内周面との間をシールするシール部材を固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装置。
〔請求項c〕請求項a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、
前記支持部は、有底円筒状に形成され、底壁の外面に前記励起導体を樹脂モールドによって固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装置。
〔請求項d〕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、
前記検出部をカバー部材に取り付けると共に、該検出部と前記被検出部の間に樹脂材が介装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。
〔請求項e〕請求項a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、
前記支持部が磁性材によって形成され、
前記励起導体は、前記被検出部の前記ボルト挿通孔から突出した前端部の前面に露出した状態で固定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。
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
3…位相変更機構
4…カバー部材
5…モータハウジング
8…電動モータ
9…従動部材(従動回転体)
11…給電プレート
12…減速機構
13…モータ出力軸
13b…小径部(一端部)
13d…ボルト挿通孔
21…係止溝
22…嵌合溝
28…カバー本体
35…角度センサ(回転角検出機構)
50…被検出部
51…検出部
52…支持部
52b…突部
52c…シール保持面
52d…環状溝
52e…位置決め用の突起部
53…被検出ロータ
54…固定部材
54a…筒状本体
54b…係止片
54c…係合片
54d…嵌合溝
55…オイルシール(シール部材)
56…プリント基板(回路基板)
57…集積回路(検出回路)
58a…受信コイル
58b…励磁コイル

Claims (3)

  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、
    該駆動回転体に相対回転自在に設けられ、カムシャフトに固定された従動回転体と、
    モータ出力軸によって前記駆動回転体に対して前記従動回転体を相対回転させる電動モータと、
    前記モータ出力軸の一端部に軸方向から対向して配置されたカバー部材と、
    前記モータ出力軸とカバー部材との間に設けられ、前記モータ出力軸の回転角度を検出する電磁誘導型の回転角検出機構と、
    を備え、
    前記回転角検出機構は、被検出部が前記モータ出力軸の一端部に設けられていると共に、検出部が前記カバー部材の前記被検出部と軸方向から対向した位置に設けられ、
    前記モータ出力軸は、内部軸方向にカムボルトが挿通可能なボルト挿通孔が貫通形成され、
    前記被検出部は、円筒状に形成された支持部を有し、該支持部の軸方向端部が前記ボルト挿通孔に挿通固定されていると共に、前記支持部の先端面に励起導体が配置固定され、
    前記支持部の軸方向の前端部外周面に、該支持部を前記ボルト挿通孔に挿入した際に、挿入位置を規制する環状ストッパが設けられていると共に、該環状ストッパの外周面を覆って前記支持部を前記モータ出力軸の端部に固定する固定部材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。
  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、
    前記検出部は、受信コイル及び励磁コイルと、前記励起導体と受信コイルとの間のインダクタンスの変化を検出して前記モータ出力軸の回転角度を検出する検出回路と、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。
  3. 請求項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、
    前記支持部の外周面と前記ボルト挿通孔の内周面との間に、前記支持部とボルト挿通孔との間をシールするシール部材が取り付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。
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