JP6531641B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動アクチュエータにより駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を設定する弁開閉時期制御装置に関する。

上記構成の弁開閉時期制御装置として特許文献１には、駆動側回転体（文献ではスプロケット）の内周壁にリングギヤが固定され、この駆動側回転体の中心軸芯から偏心する偏心軸にインナギヤ（文献では遊星歯車）が支持され、このインナギヤの歯部の一部をリングギヤの内周の歯部の一部に咬み合わせたハイポサイクロイド型の減速機構を備えた技術が示されている。この特許文献１では、電動アクチュエータ（文献では電磁部）を備え、カムシャフトに連結する従動側回転体（文献では出力軸）を備え、従動側回転体に形成された複数の係合孔に対して、インナギヤの係合突起を係合させる構成を備えている。

この構成から、電動アクチュエータの駆動により偏心軸に支持されたインナギヤを公転させることにより、リングギヤの歯数とインナギヤの歯数との差分に相当する角度だけ、リングギヤに対して前記インナギヤが相対回転する。また、インナギヤの係合突起が従動側回転体の係合孔に係合しているため、電動アクチュエータの駆動の結果として、駆動側回転体に対しインナギヤの回転角に対応した角度だけ従動側回転体が回転する。

特開２００４‐３４１９号公報

特許文献１の技術では、インナギヤが偏心軸の軸芯を中心にした公転を許容しつつ、このインナギヤの回転を従動側回転体（出力軸）に伝えるため、係合突起の外径に対して、従動回転体に形成される係合孔の内径が大きく設定されている。

しかしながら、特許文献１の技術のように、係合孔に係合突起を係合させて回転力を伝える構成では、係合孔の内周に対して係合突起の外周を常に隙間なく接触させ、且つ、接触時に過剰な応力が発生しないように、係合孔と係合突起とを高い精度で形成する必要がある。

特に、係合孔に係合突起を係合させる構成では、係合孔の内周と係合突起の外周とが接触する小さい面で回転力を伝えるため、応力の集中を抑制するために複数の係合孔と複数の係合突起とを必要とすることになり、加工に時間と精度が要求される観点から改善の余地がある。

また、特許文献１に示される弁開閉時期制御装置のように歯数が多いギヤを組み合わせた減速機構では、ギヤの噛み合いを良好に行わせるため、潤滑油が内部に供給されることになるが、潤滑油の排出を良好に行わせる技術も求められる。

このように、インナギヤを、偏心軸芯を中心に公転させる減速装置を有する弁開閉時期制御装置において、インナギヤと駆動側回転体とを連係させる機構を応力の集中が抑制されるように構成することが求められる。

本発明は、回転軸芯を中心に内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
前記回転軸芯と同軸芯上で前記駆動側回転体と相対回転自在に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
電動アクチュエータにより前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、を備え、
前記位相調節機構が、前記従動側回転体として前記回転軸芯と同軸芯上に配置される内歯型のリングギヤと、前記回転軸芯と平行姿勢の偏心軸芯と同軸芯上に配置され前記リングギヤと歯数が異なる外歯型のインナギヤと、前記インナギヤを前記駆動側回転体に連係させる連係機構と備えると共に、前記リングギヤの歯部の一部に前記インナギヤの歯部の一部を噛み合わせ、前記電動アクチュエータの駆動力で前記回転軸芯を中心に前記偏心軸芯の位置を公転させて前記リングギヤに対して前記インナギヤを相対回転させる差動型の減速機構に構成され、
前記連係機構が、前記駆動側回転体に対して径方向となる第１方向に変位自在に係合する第１係合部と、前記インナギヤに対して径方向で前記第１方向に対して直交する姿勢の第２方向に変位自在に係合する第２係合部と、を前記回転軸芯に直交する仮想平面上において一体化した継手部材を備えて構成され、
前記連係機構が、前記駆動側回転体の内部空間から外部空間に亘り前記第１方向に沿って貫通して形成される貫通溝と、前記貫通溝に係合するようアーム状に形成された前記第１係合部を有する前記継手部材と、を備えて構成され、
前記駆動側回転体が、前記位相調節機構を収容する内部空間を有するアウタケースと、当該アウタケースを覆うプレートとで構成され、前記貫通溝が前記アウタケースに形成されている点を特徴とする。

これによると、電動アクチュエータにより回転軸芯を中心に偏心軸芯の位置が公転する場合には、インナギヤの公転に伴い継手部材の第１係合部が駆動側回転体に対して第１方向に変位し、この継手部材の第２係合部がインナギヤに対して第２方向に変位することにより、インナギヤの回転方向への変位を継手部材が受け止める。これにより、継手部材により駆動側回転体に対するインナギヤの回転が規制されるため、駆動側回転体に対して従動側回転体を相対回転させることになる。特に、この構成では、第１係合部と第２係合部とは直線的な作動を行う構成であるため、何れも広い面で回転力を受け止めるように構成でき、応力集中を解消できる。
従って、インナギヤを、偏心軸芯を中心に公転させる減速装置を有する弁開閉時期制御装置において、インナギヤと駆動側回転体とを連係させる連係機構において応力の集中が抑制された。更に、第１係合部と第２係合部とが回転軸芯に直交する姿勢の仮想平面上において一体化させているため、継手部材の厚みの増大を抑制して弁開閉時期制御装置の小型化を可能にする。
これによると、貫通溝に対してアーム状に形成された第１係合部を係合させることにより、第１方向に沿う直線的な変位を安定的に行わせることが可能となる。また、駆動側回転体の内部空間から外部空間に亘って貫通溝が形成されるため、駆動側回転体が回転する場合には、遠心力を利用して内部空間の潤滑油を、貫通溝を介して外部に排出し、潤滑油の循環を良好に行わせ、内部の塵埃を良好に排出することも可能となる。
更に、これによると、回転軸芯に沿う方向に内部空間を確保するよう厚く形成されるアウタケースに貫通溝を形成するため、貫通溝の溝深さを深くできることになり、これに係合する第１係合部も比較的厚く形成できる。これにより係合の強度を容易に高めることが可能となる。しかも、貫通溝が形成されることにより、潤滑油が多く貯留されるアウタケースの内部の潤滑油を積極的に排出することも可能となる。

本発明は、前記リングギヤに接触することにより、前記回転軸芯に沿う方向での前記リングギヤの位置決めを行う突出部が前記プレートの内面に形成されても良い。

これによると、プレートの内面に形成した突出部がリングギヤに接触することにより、回転軸芯に沿う方向でのリングギヤの位置を安定させることが可能となる。

弁開閉時期制御装置の断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 弁開閉時期制御装置の分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図４に示すように、内燃機関としてのエンジンＥのクランクシャフト２と同期回転する駆動側回転体Ａと、吸気カムシャフト３と一体回転する従動側回転体Ｂと、位相制御モータＭ（電動アクチュエータの一例）の駆動力により駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定する位相調節機構Ｃとを備えて弁開閉時期制御装置１が構成されている。

エンジンＥは、シリンダブロックに形成された複数のシリンダボアにピストン４を収容し、そのピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト２に連結した４サイクル型に構成されている。このエンジンＥのクランクシャフト２の出力プーリ２Ｓと、駆動側回転体Ａの駆動プーリ１１Ｓとに亘ってタイミングベルト６（タイミングチェーン等でも良い）が巻回されている。

これによりエンジンＥの稼働時には、弁開閉時期制御装置１の全体が回転軸芯Ｘを中心に回転する。また、位相調節機構Ｃの駆動により駆動側回転体Ａに対し従動側回転体Ｂが回転方向と同方向又は逆方向に変位可能に構成されている。

この弁開閉時期制御装置１は、ＥＣＵ等の制御装置で位相制御モータＭの駆動を制御することにより、位相調節機構Ｃで駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定し、この設定により、吸気カムシャフト３のカム部３Ａによる吸気バルブ３Ｂの開閉時期（開閉タイミング）の制御を実現している。

〔弁開閉時期制御装置〕
駆動側回転体Ａは、駆動プーリ１１Ｓが形成されたアウタケース１１とフロントプレート１２とを複数の締結ボルト１３で締結している。アウタケース１１の内部空間には、従動側回転体Ｂと、ハイポトロコイド型減速ギヤ（差動型減速機構の具体例）として構成される位相調節機構Ｃとが収容されている。

従動側回転体Ｂは、多数の内歯を有する内歯部２１Ａが形成されたリングギヤ２１で構成されている。位相調節機構Ｃは、リングギヤ２１と、このリングギヤ２１の内歯部２１Ａに噛合する多数の外歯を有する外歯部２２Ａが形成されたインナギヤ２２と、インナギヤ２２に連係する駆動シャフト２４と、インナギヤ２２を駆動側回転体Ａに連係させる連係機構としての継手部材３０とで構成されている。

図２に示すように、リングギヤ２１は回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置され、インナギヤ２２は、回転軸芯Ｘと並行姿勢の偏心軸芯Ｙと同軸芯上に配置されている。外歯部２２Ａの一部がリングギヤ２１の内歯部２１Ａの一部に噛み合い、インナギヤ２２の外歯部２２Ａの歯数は、リングギヤ２１の内歯部２１Ａの歯数より１歯だけ少なく設定されている。

位相制御モータＭ（電動モータ）は、その出力軸Ｍａが回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置するように支持フレーム７によりエンジンＥに支持されている。

リングギヤ２１は、内歯部２１Ａが形成されたリング状部分に対して、回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢の従動プレート２１Ｐを一体化した構造を有している。この従動プレート２１Ｐの中央の孔部に連結ボルト３５を挿通し、吸気カムシャフト３に螺合させることにより、このリングギヤ２１が回転軸芯Ｘと同軸芯上において吸気カムシャフト３に連結される。

駆動シャフト２４は、回転軸芯Ｘに沿う方向での外端側に回転軸芯Ｘを中心とする外周面の第１支持部２４Ａが形成され、内端側に偏心軸芯Ｙを中心とする外周面の第２支持部２４Ｂが形成されている。第２支持部２４Ｂの外周には一対の切欠部が形成され、各々にバネ部材２５が嵌め込まれる。また、駆動シャフト２４は、回転軸芯Ｘを中心とする孔部２４Ｃが形成され、この孔部２４Ｃには、位相制御モータＭの出力軸Ｍａの係合部材２８が係合する一対の係合溝２４Ｔが回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。

更に、孔部２４Ｃには、回転軸芯Ｘと平行姿勢となる単一の潤滑溝２４Ｇが形成され、この潤滑溝２４Ｇから外面に貫通する潤滑流路２４Ｒが形成されると共に、一対の係合溝２４Ｔから外面に貫通する一対の潤滑流路２４Ｒが形成されている。

図１に示すように、フロントプレート１２の中央の開口に第１ボールベアリング２６を嵌め込み、この第１ボールベアリング２６に第１支持部２４Ａを挿入することで、駆動シャフト２４が駆動側回転体Ａに対し回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持される。

また、駆動シャフト２４の第２支持部２４Ｂに第２ボールベアリング２７を外嵌し、この第２ボールベアリング２７の内周に付勢力を作用させるように、駆動シャフト２４の一対の切欠部に嵌め込み、第２ボールベアリング２７にインナギヤ２２を回転自在に外嵌している。更に、止め輪としてのＣリング２９を備えることにより、第２ボールベアリング２７の第２支持部２４Ｂからの脱落が阻止される。

これによりインナギヤ２２が偏心軸芯Ｙを中心に回転自在に支持されると共に、その外歯部２２Ａの一部がリングギヤ２１の内歯部２１Ａの一部に噛み合い、一対のバネ部材２５の付勢力で噛み合いが維持される。

〔位相調節機構：継手部材〕
連係機構を構成する継手部材３０は、板状部材のプレス加工等により製造されるものであり、回転軸芯Ｘを中心に外方に突出する一対の第１係合アーム３１（第１係合部の一例）と、第１係合アーム３１に対して直交する方向に突出する一対の第２係合アーム３２（第２係合部の一例）と、これらを連結するリング状部３３とが一体形成されている。第２係合アーム３２（第２係合部の一例）には回転軸芯Ｘの方向に向けて開放する係合凹部３２Ａが形成されている。

一対の第１係合アーム３１と、一対の第２係合アーム３２と、これらを連結するリング状部３３とは、回転軸芯Ｘに直交する仮想平面上に配置されるものである。

回転軸芯Ｘに沿う方向視において、第１係合アーム３１（第１係合部の一例）は第１方向に沿って直線状に伸びる板状の領域で構成され、第２係合アーム３２（第２係合部の一例）の係合凹部３２Ａは第２方向に沿って窪む凹状に形成されている。

駆動側回転体Ａを構成するアウタケース１１のうち、フロントプレート１２に接触する連結面に対してアウタケース１１の内部空間から外部空間に亘り、回転軸芯Ｘを中心に半径方向に伸びる一対の第１連係部ＡＴ（貫通溝の具体例）が貫通溝状に形成されている。このように一対の第１連係部ＡＴが並ぶ直線の方向が第１方向（図３では左右方向）となる。また、インナギヤ２２の端面には偏心軸芯Ｙを挟んで対向する位置に一対の第２連係部２２Ｔが突起状に形成されている。このように一対の第２連係部２２Ｔが並ぶ方向が第２方向（図３では上下方向）となる。

図３に示すように、各々の第１連係部ＡＴには、回転軸芯Ｘに沿う方向視で第１方向に対して平行姿勢となる一対の第１ガイド面Ｇ１が形成されている。また、各々の第２連係部２２Ｔには、回転軸芯Ｘに沿う方向視で第２方向に対して平行姿勢となる一対の第２ガイド面Ｇ２を備えた矩形に形成されている。

この構成から、継手部材３０の第１係合アーム３１を第１連係部ＡＴに係合させ、継手部材３０の第２係合アーム３２の係合凹部３２Ａを第２連係部２２Ｔに係合させることにより、継手部材３０をオルダム継手として機能させることが可能となる。

また、これらの係合により、第１連係部ＡＴの第１ガイド面Ｇ１に対して、第１係合アーム３１の直線状部が接触し、第２連係部２２Ｔの第２ガイド面Ｇ２に対して第２係合アーム３２の凹状部の直線状部が接触する位置関係となる。

図４に示すように第１連係部ＡＴの溝深さＬ１が、第１係合アーム３１の厚さＬ２より充分に大きい値に設定されている。これにより、第１係合アーム３１の表面とフロントプレート１２とを接触させ、第１係合アーム３１の裏面と第１連係部ＡＴの底部との間に間隙を形成している。

更に、リングギヤ２１の端面に接触することで回転軸芯Ｘに沿う方向でのリングギヤ２１の位置決めを行う複数の突出部１２Ａがフロントプレート１２の内面に突出形成されている。

〔位相調節機構の作動形態〕
吸気カムシャフト３の回転速度より高速又は低速で位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することにより、第２支持部２４Ｂの偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘを中心に公転する。この公転によりリングギヤ２１の内歯部２１Ａに対するインナギヤ２２の外歯部２２Ａに対する噛み合い位置がリングギヤ２１の内周に沿って変位し、インナギヤ２２は偏心軸芯Ｙを中心に自転しようとする。

このようにインナギヤ２２の偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘを中心に公転する際には、インナギヤ２２の変位が、第２連係部２２Ｔから係合凹部３２Ａに伝えられる。この変位のうち第１方向に沿う方向の成分が含まれる場合には、この変位に対応して継手部材３０が第１方向に変位し、第２方向に沿う方向の成分が含まれる場合には、継手部材３０は対応せずインナギヤ２２だけが第２方向に変位する。当然のこと乍ら、継手部材３０は第１方向と第２方向とに同時に変位することもある。

また、インナギヤ２２の外歯部２２Ａの歯数が、リングギヤ２１の内歯部２１Ａの歯数より１歯だけ少なく設定されているため、インナギヤ２２の偏心軸芯Ｙが回転軸芯Ｘを中心に１回転だけ公転した場合には、１歯分だけリングギヤ２１が回転することになり大きい減速を実現している。

この構成では、インナギヤ２２と駆動側回転体Ａを構成するアウタケース１１との相対回転が継手部材３０により規制されるため、インナギヤ２２の公転に伴いインナギヤ２２を自転させる方向に作用する回転力により、リングギヤ２１を、回転軸芯Ｘを中心に回転させる。つまり、インナギヤ２２がリングギヤ２１に対して公転することにより、駆動側回転体Ａを基準にしてリングギヤ２１を回転させることになり、結果として、駆動側回転体Ａと従動側回転体Ｂとの相対回転位相を設定し、吸気カムシャフト３による開閉時期の設定を実現するのである。

〔実施形態の作用・効果〕
このような構成から、リングギヤ２１に対してインナギヤ２２の偏心軸芯Ｙが公転する場合には、継手部材３０が第１方向と第２方向とに変位することにより、インナギヤ２２と駆動側回転体Ａとの相対回転を阻止し、リングギヤ２１（従動側回転体Ｂ）に連結する吸気カムシャフト３を駆動側回転体Ａに対して相対回転させることになる。また、この構成では板状部材のプレス加工等により薄く形成できる継手部材３０を備えるため、弁開閉時期制御装置１を薄くすることが可能となる。

例えば、継手部材３０が第１方向に変位する場合には、第１連係部ＡＴの第１ガイド面Ｇ１に対して第１係合アーム３１が摺接する状態で案内される。また、継手部材３０に対してインナギヤ２２が第２方向に変位する場合には、第２連係部２２Ｔの第２ガイド面Ｇ２に対して、第２係合アーム３２の係合凹部３２Ａが摺接する状態で案内される。このような案内形態から、摺接部分では直線的に円滑な変位が行われ、摺接部分に局部的に圧力が作用することがない。

弁開閉時期制御装置１は、エンジンＥの吸気カムシャフト３と、排気カムシャフトとを駆動するチェーンケースの内部に配置される。このような位置関係から、カムシャフトやチェーンに供給される潤滑油の一部がフロントプレート１２の中央の開口から駆動シャフト２４の孔部２４Ｃに流れ込み、アウタケース１１の内部空間の各部に供給され位相調節機構Ｃを円滑に作動させる。

つまり、孔部２４Ｃに流れ込んだ潤滑油は、内端位置からリングギヤ２１の内部に供給され、リングギヤ２１の内歯部２１Ａとインナギヤ２２の外歯部２２Ａとの間に供給され、この後にアウタケース１１の内部空間に流れる。また、孔部２４Ｃに流れ込んだ潤滑油の一部は、複数の潤滑溝２４Ｇから駆動シャフト２４の外面に流れ、継手部材３０の第１係合アーム３１と第１連係部ＡＴとの間に供給されると共に、第２係合アーム３２と第２連係部２２Ｔとの間に供給される。

特に、弁開閉時期制御装置１が回転するものであるため、アウタケース１１の内部空間の潤滑油と、第１係合アーム３１の部位に供給された潤滑油とは、第１連係部ＡＴと第１係合アーム３１との間の間隙から遠心力により外部に排出される。このように間隙を介して外部に潤滑油が排出されるため、例えば、内部空間の塵埃を潤滑油と共に排出することも可能となる。

また、フロントプレート１２の内面に形成した複数の突出部１２Ａを、リングギヤ２１の端面に接触可能な位置に配置しているため、回転軸芯Ｘに沿う方向でのリングギヤ２１の位置が決まる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）第１係合アーム３１に係合する第１連係部ＡＴを、フロントプレート１２に形成しても良い。また、アウタケース１１とフロントプレート１２との対向する面の双方に対して第１方向に沿う姿勢の溝を形成して第１連係部ＡＴを構成しても良い。

（ｂ）第１連係部ＡＴを、アウタケース１１とフロントプレート１２との何れに形成する場合でも、必ずしもアウタケース１１の内部空間から外部空間に達する構造を採用する必要はなく、外部空間に連通しない袋孔状に形成しても良い。

（ｃ）例えば、アウタケース１１に突起状に形成された案内部材に対して、第１係合アーム３１に形成した溝状の凹部を相対移動自在に嵌め込むように第１連係部ＡＴを構成しても良い。

（ｄ）第２連係部２２Ｔとしては、インナギヤ２２の端面に半径方向に伸びる溝部を形成し、継手部材３０には、溝部に嵌り込む部材を形成するように構成しても良い。

本発明は、リングギヤの内歯にインナギヤの外歯を噛合した位相調節機構を備えた弁開閉時期制御装置に利用することができる。

１ 弁開閉時期制御装置
２ クランクシャフト
３ カムシャフト（吸気カムシャフト）
１１ アウタケース
１２ プレート（フロントプレート）
１２Ａ 突出部
２１ リングギヤ
２１Ａ 歯部（内歯部）
２２ インナギヤ
２２Ａ 歯部（外歯部）
３０ 連係機構・継手部材
３１ 第１係合部（第１係合アーム）
３２ 第２係合部（第２係合アーム）
Ａ 駆動側回転体
ＡＴ 貫通溝
Ｂ 従動側回転体
Ｃ 位相調節機構
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｍ 電動アクチュエータ（位相制御モータ）
Ｘ 回転軸芯
Ｙ 偏心軸芯

Claims (2)

1. 回転軸芯を中心に内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
   前記回転軸芯と同軸芯上で前記駆動側回転体と相対回転自在に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
   電動アクチュエータにより前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、を備え、
   前記位相調節機構が、前記従動側回転体として前記回転軸芯と同軸芯上に配置される内歯型のリングギヤと、前記回転軸芯と平行姿勢の偏心軸芯と同軸芯上に配置され前記リングギヤと歯数が異なる外歯型のインナギヤと、前記インナギヤを前記駆動側回転体に連係させる連係機構と備えると共に、前記リングギヤの歯部の一部に前記インナギヤの歯部の一部を噛み合わせ、前記電動アクチュエータの駆動力で前記回転軸芯を中心に前記偏心軸芯の位置を公転させて前記リングギヤに対して前記インナギヤを相対回転させる差動型の減速機構に構成され、
   前記連係機構が、前記駆動側回転体に対して径方向となる第１方向に変位自在に係合する第１係合部と、前記インナギヤに対して径方向で前記第１方向に対して直交する姿勢の第２方向に変位自在に係合する第２係合部と、を前記回転軸芯に直交する仮想平面上において一体化した継手部材を備えて構成され、
   前記連係機構が、前記駆動側回転体の内部空間から外部空間に亘り前記第１方向に沿って貫通して形成される貫通溝と、前記貫通溝に係合するようアーム状に形成された前記第１係合部を有する前記継手部材と、を備えて構成され、
   前記駆動側回転体が、前記位相調節機構を収容する内部空間を有するアウタケースと、当該アウタケースを覆うプレートとで構成され、前記貫通溝が前記アウタケースに形成されている弁開閉時期制御装置。
2. 前記リングギヤに接触することにより、前記回転軸芯に沿う方向での前記リングギヤの位置決めを行う突出部が前記プレートの内面に形成されている請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。

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