JP6808844B2 - 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、吸気弁や排気弁の開閉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装置に関する。
特許文献1に記載された従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、タイミングスプロケットに一体的に設けられた電動モータの回転速度を減速機構が減速してカムシャフトに伝達する。これによって、タイミング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換するようになっている。
特開2015−227650号公報
このようなバルブタイミング制御装置にあっては、電動モータのモータ出力軸と一体に設けられた減速機構の偏心軸部が駆動中に振れが発生するおそれがある。この偏心軸部に振れが発生すると、減速機構の内歯構成部の内周に有する複数の内歯と該各内歯間に有するローラとの間に形成されたクリアランスなどを介して比較的大きな異音(干渉音)が発生するおそれがある。
本発明は、駆動中における減速機構の異音の発生を抑制することを1つの目的としている。
本発明の一つの態様としては、とりわけ、駆動回転体の外周に一体に有する歯車部を、駆動回転体の回転軸方向のカムシャフト側の第1軸受よりも減速機構の噛み合い部側にオフセット配置したことを特徴としている。
本発明の一つの態様によれば、減速機構の異音の発生を抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置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。 図1のC−C線断面図である。 本実施形態に供されるモータ出力軸と鉄心ロータのユニットを示す平面図である。 図1のD部拡大図である。 図3のE部拡大図である。
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、例えば4気筒内燃機関の吸気弁側に適用したものである。
図1は本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の一実施形態を示す縦断面図、図2は本実施形態における主要な構成部材を示す分解斜視図、図3は図1のA−A線断面図、図4は図1のB−B線断面図、図5は図1のC−C線断面図である。
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(以下、スプロケット1という。)と、シリンダヘッド01上に軸受部02を介して回転可能に支持され、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、スプロケット1の回転軸方向の一端側(前方側)の位置に配置されたカバー部材3と、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4と、を備えている。
スプロケット1は、金属材である例えば鉄系金属によって円筒状に形成され、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、タイミングチェーン16(以下、チェーン16という。)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、を備えている。
また、スプロケット本体1aの前端側には、後述する減速機構11の一部を構成する円筒状の内歯構成部5が一体に設けられている。
歯車部1bは、図1にも示すように、スプロケット本体1aのタイミングスプロケット1の回転軸方向のカムシャフト2側の端部ではなく、カバー部材3側の端部外周に一体に設けられている。つまり、この歯車部1bは、従来ではスプロケット本体1aのカムシャフト2側の端部外周に設けられている(図1の一点鎖線)が、本実施形態では、図1の実線で示すように、カムシャフト2側の端部位置からカバー部材3側の端部外周にオフセット配置されている。
スプロケット本体1aとカムシャフト2の前端部に固定された後述する従動回転体である従動部材9との間には、第1軸受である大径ボールベアリング43が介装されている。この大径ボールベアリング43によって、スプロケット1がカムシャフト2に相対回転可能に支持されている。スプロケット本体1a(内歯構成部5)の外周部には、複数(本実施形態では6つ)のボルト挿通孔1cが周方向のほぼ等間隔位置に貫通形成されている。
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、から構成されている。外輪43aは、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は、従動部材9の外周側に固定されている。
内歯構成部5は、スプロケット本体1aの内外径と同じ円筒状に形成されて、カバー部材3側の前端部外周側に一体に設けられていると共に、内周には、噛み合い部である波形状の複数の内歯5aが形成されている。
また、内歯構成部5の前端側には、後述するモータハウジング12が軸方向から対向配置されている。このモータハウジング12は、内歯構成部5側の後端部の周方向の等間隔位置に各ボルト挿通孔1cに対応した6つの雌ねじ孔12e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5と反対側(カムシャフト2側)の後端部には、円環状の保持プレート6が配置されている。この保持プレート6は、金属板材によって一体に形成され、図1に示すように、外径がスプロケット本体1aの外径とほぼ同一に設定されている。また、保持プレート6は、内周部6aの内周縁所定位置に径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部6bが一体に設けられている。
このストッパ凸部6bは、図1及び図4に示すように、ほぼ扇状に形成されて、先端縁6cが後述するストッパ凹部2c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、保持プレート6の外周部のスプロケット本体1aの各ボルト挿通孔1cと対応した位置には、6つのボルト挿通孔6dが周方向の等間隔位置に貫通形成されている。
なお、保持プレート6は、スプロケット本体1aに対してピン44を介して回転軸における径方向の位置決めがなされている。
スプロケット本体1a(内歯構成部5)と、保持プレート6及びモータハウジング12は、各ボルト挿通孔1c、6dと雌ねじ孔12eに挿通、螺着する6本のボルト7によって回転軸方向から結合されている。
なお、スプロケット本体1aと内歯構成部5は、後述する減速機構11のケーシングとして構成されている。
カムシャフト2は、外周に一気筒当たり2つの吸気弁をそれぞれ開作動させる2つの卵形の駆動カムが設けられている。また、カムシャフト2は、回転軸方向のカバー部材3側の一端部にフランジ部2aが一体に設けられている。また、このフランジ部2aの前端面中央には、円盤状の凸部2bが一体に設けられている。この凸部2bは、外径がフランジ部2aの外径よりも小さく形成されている。
また、カムシャフト2は、凸部2bの前端面から内部回転軸心方向に沿ってボルト挿入孔が形成されていると共に、このボルト挿入孔の先端側には雌ねじ孔2fが形成されている。
凸部2bは、図1に示すように、後述する従動部材9の固定端部9a外面に形成された嵌合穴9dに嵌め込まれている。これによって、カムシャフト2に対する従動部材9の径方向及び軸方向の位置決めがなされている。また、フランジ部2aは、各構成部品の組み付け後に、前端面の外周部が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。このフランジ部2aは、凸部2bが固定端部9aの嵌合穴9dに対して軸方向から嵌め込まれた状態でカムボルト10の軸力によって回転軸方向から結合されている。
嵌合穴9dの底面は、スプロケット本体1aの回転軸の径方向において大径ボールベアリング43にオーバーラップする位置に配置形成されている。
また、フランジ部2aの外周には、図4に示すように、保持プレート6のストッパ凸部6bが係入するストッパ凹部2cが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹部2cは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この円弧長さ範囲で回動したストッパ凸部6bの両端縁が周方向の対向縁2d、2eにそれぞれ当接するようになっている。この両凹凸部2c、6bの各当接位置において、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機械的に規制するようになっている。
カバー部材3は、図1及び図2に示すように、金属材である例えば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、モータハウジング12の前端部を覆うように配置されている。このカバー部材3は、膨出状のカバー本体3aと、このカバー本体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、を有している。
カバー本体3aは、外周部側に円筒壁3cが軸方向に沿って一体に設けられている。この円筒壁3cは、内部に形成された保持用孔3dの内周面に後述する保持体28の一部が嵌合保持されている。
取付フランジ3bは、図1及び図2に示すように、外周部に複数(本願発明では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、ボルト挿通孔3fがそれぞれ貫通形成されている。このボルト挿通孔3fには、チェーンケース49に有する環状壁49aの周方向4箇所に形成された複数のボス部49bに有する各雌ねじ孔49cに螺着するボルト63が挿通するようになっている。したがって、カバー部材3は、各ボルト63によってチェーンケース49に固定されている。
また、カバー本体3aの外周側の段差部内周面とモータハウジング12の外周面との間には、大径なオイルシール61が介装されている。この大径オイルシール61は、シール部がバックアップスプリングを介してモータハウジング12の外周面に摺動可能に弾接して、カバー部材3とモータハウジング12との間をシールしている。
チェーンケース49は、図1に示すように、シリンダヘッド01とシリンダブロックの前端側にスプロケット本体1aの歯車部1bに巻回されたチェーン16を覆うように上下方向に沿って配置固定されている。
従動部材9は、例えば金属材である鉄系金属によって一体に形成され、図1及び図2に示すように、カムシャフト2側に形成された円板状の固定端部9aと、この固定端部9aの内周前端面から軸方向へ突出した円筒部9bと、から構成されている。
固定端部9aは、カムシャフト2側の後端面中央位置に円盤状の嵌合穴9dが形成されている。この嵌合穴9dは、前述したように、カムシャフト2の凸部2bが軸方向から嵌り込んで、カムボルト10の軸力によって底面が凸部2bの先端面に軸方向から圧接する。これによって、従動部材9が、カムシャフト2に一体的に結合されている。
また、固定端部9aの外周部には、後述する複数のローラ48を保持する円筒状の保持部材である保持器41が一体に設けられている。
固定端部9aと円筒部9bは、図1に示すように、中央にカムボルト10の軸部10bが挿通される挿通孔9cが貫通形成されている。また円筒部9bは、外周に第2軸受である小径ボールベアリング37と第3軸受であるニードルベアリング38が軸方向に並んで設けられている。
そして、スプロケット本体1aのカバー部材3側にオフセット配置された歯車部1bは、第1軸受である大径ボールベアリング43と第2軸受である小径ボールベアリング37との間に配置された状態になっている。また、この歯車部1bは、内歯構成部5の内歯5aと第3軸受であるニードルベアリング38に対してスプロケット1の回転軸心から径方向でオーバーラップする位置に配置されている。
カムボルト10は、図1に示すように、頭部10aの軸部10b側の端面が小径ボールベアリング37の内輪を軸方向から当接支持している。また、軸部10bの先端部外周には、カムシャフト2の雌ねじ孔2fに螺着する雄ねじ部10cが形成されている。
位相変更機構4は、従動部材9の円筒部9bの前端側に配置された電動モータ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11と、から主として構成されている。
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、スプロケット1と一体に回転するモータハウジング12と、該モータハウジング12の内部に回転可能に設けられたモータ出力軸13と、モータハウジング12の内周面に周方向に沿って固定された円弧状の4つの永久磁石14と、モータハウジング12の前端開口を封止する封止プレート15と、を備えている。
モータハウジング12は、図1に示すように、金属材である鉄系金属によって有底筒状に形成されたハウジング本体12aと、該ハウジング本体12aのカムシャフト2側の後端部に一体に有する仕切壁12bと、から構成されている。
ハウジング本体12aは、スプロケット本体1a(内歯構成部5)と同じ外径に形成されて、内歯構成部5に軸方向からボルト固定されている。
仕切壁12bは、ほぼ中央位置に後述する偏心軸部39を挿通させる大径な軸部挿通孔12cが形成されている。また、この軸部挿通孔12cの孔縁には、カバー部材3方向へ突出した円筒状の延出部12dが一体に設けられている。
図6は電動モータ8のモータ出力軸13と鉄心ロータ17を示す平面図である。
モータ出力軸13は、図1及び図6に示すように、段差円筒状に形成されて、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側の大径部13aと、カバー部材3側の小径部13bと、から構成されている。
大径部13aは、外周に鉄心ロータ17が圧入固定されていると共に、後端側に偏心回転体である偏心軸部39が一体に設けられている。また、大径部13aの内周には、ボールベアリング37とニードルベアリング38が設けられている。
ボールベアリング37は、内輪が円筒部9bの先端部の段差小径部に固定され、外輪が大径部13aの内周面に固定されて、モータ出力軸13を円筒部9bに軸受けしている。一方、小径部13bは、外周に合成樹脂材の円環部材20が固定されていると共に、該円環部材20の外周面全体にコミュテータ21が固定されている。
この円環部材20とコミュテータ21は、段差部13cによって軸方向の位置決めがなされている。円環部材20は、その外径が大径部13aの外径とほぼ同一に形成されていると共に、軸方向の長さが小径部13bよりも僅かに短く形成されている。
また、小径部13bの内周には、栓体50が圧入固定されている。この栓体50は、合成樹脂材によって有底円筒状に形成されて、外周に小径部13bの内周面に弾接するシールリング51が設けられている。このシールリング51は、モータ出力軸13の大径部13a側から内部へ導入された潤滑油がカバー部材3の内側へ流れないように規制するようになっている。
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。
コミュテータ21は、導電材によって円環状に形成されて、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。
永久磁石14は、図1に示すように、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。
封止プレート15は、モールド成形によって形成されており、合成樹脂材のプレート本体15aと、該プレート本体15a内に埋め込まれた金属板15bと、から構成されている。この封止プレート15は、中央位置にモータ出力軸13の一端部などが挿通される軸挿通孔15cが貫通形成されている。
また、金属板15bは、プレート本体15aから露出した外周部がハウジング本体12aの前端部の段差部にかしめ固定されている。
封止プレート15は、図5にも示すように、プレート本体15aに設けられた一対の樹脂ホルダー23a、23bと、この各樹脂ホルダー23a、23bの内部に径方向に沿って摺動可能に収容配置された一対の切換用のブラシ25a、25bと、樹脂ホルダー23a、23bの前端面に、各外端面が露出された状態で埋め込み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、各ブラシ25a、25bと各スリップリング26a、26bとを電気的に接続するピグテールハーネス27a、27bと、を有している。
各ブラシ25a、25bは、コイルスプリング24a、24bのばね力で各先端面がコミュテータ21の外周面に径方向外側から弾接している。
カバー本体3a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が取り付けられている。この保持体28は、図1及び図2に示すように、側面視ほぼL字形状に形成され、保持用孔3d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、ブラシ保持部28aの一側面に一体に突設されて、カバー本体3aにボルト固定されるブラケット部28cと、内部に大部分が埋設された一対の給電用端子片29、29と、を有している。
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(モータハウジング12の軸心に対して内外周側)に導電材からなる一対の角筒状のブラシホルダ31a、31bがそれぞれモールド固定されている。
また、各ブラシホルダ31a、31bは、それぞれの内部に、各先端面が各給電用スリップリング26a、26bに軸方向からそれぞれ当接する一対の給電用ブラシ30a、30bが軸方向へ摺動可能に保持されている。
一対の給電用端子片29、29は、上下方向に沿って平行かつクランク状に形成され、一方側(下端側)の各端子29a、29aが底壁の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29b、29bは、コネクタ部28bの雌型嵌合溝28d内に突設されている。また、該他方側の各端子29b、29bは、図外の雌端子やハーネスを介して図外のコントロールユニットに接続されている。
各給電用ブラシ30a、30bは、図1及び図2にも示すように、ほぼ長方体に形成されて、後部側に弾装された一対の第2コイルスプリング33a、33bのばね力によってそれぞれ各スリップリング26a、26b方向へ付勢されている。また、給電用ブラシ30a、30bの後端部と一方側端子29a、29aとは、可撓変形可能な図外の一対のピグテールハーネスによって電気的に接続されている。
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は、円筒壁3cの内周面とブラシ保持部28aとの間をシールするシールリング34が保持されている。
ブラケット部28cは、図2に示すように、ほぼ中央位置にボルト挿通孔28eが貫通形成されている。この各ボルト挿通孔28eには、カバー本体3aに形成された図外の雌ねじ孔に螺着するボルトが挿通されて保持体28全体をカバー本体3aに取り付けるようになっている。
また、大径部13aの外周面とモータハウジング12の延出部12dの内周面との間には、減速機構11の内部からモータハウジング12内への潤滑油の流入を規制する小径なオイルシール62が設けられている。
図7は図1のD部拡大図、図8は図3のE部拡大図である。
減速機構11は、図1〜図3及び図7に示すように、偏心回転運動を行う円筒状の偏心軸部39と、該偏心軸部39の外周に設けられた第4軸受である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複数の転動体であるローラ48と、該各ローラ48を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する保持器41と、を有している。
偏心軸部39は、焼き入れ鋼材によって形成され、モータ出力軸13の大径部13aの外端縁から軸方向へ沿って延びている。また、偏心軸部39は、外径がモータ出力軸13の大径部13aの外径より僅かに小さく形成されていると共に、外周面が円環状の偏心カム面39aになっている。
また、偏心軸部39は、円筒部9bにニードルベアリング38を介して軸受けされている。この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の内部に回転可能に保持された複数のニードルローラ38bと、から構成されている。このニードルローラ38bは、偏心軸部39の内周面と円筒部9bの外周面との間を転動して、偏心軸部39を円筒部9bに軸受けさせている。
偏心カム面39aは、図3に示すように、円周方向の肉厚が変化して外径の軸中心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。つまり、偏心軸部39は、円周方向で肉厚が変化して最小肉厚部39cと、該最小肉厚部39cに回転軸心の径方向から対向位置(180°位置)にある最大肉厚部39dと、を有している。これによって、偏心カム面39aは、偏心軸部39の軸中心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。また、偏心軸部39は、図7にも示すように、カムシャフト2側の先端部外周面に後述するスナップリング56が嵌着する円環溝39eが形成されている。
偏心軸部39とニードルベアリング38は、スプロケット本体1aの回転軸から径方向において、歯車部1bとオーバーラップした位置に配置されている。
中径ボールベアリング47は、図1、図3及び図7に示すように、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。また、この中径ボールベアリング47は、スプロケット本体1aの回転軸の径方向において歯車部1bとオーバーラップした位置に配置されている。
内輪47aは、内周面47dが偏心軸部39のカム面39aの外周面に圧入されることなく、約0.1mm程度の微小隙間Cをもって対向している。
また、内輪47aは、軸方向の前端縁がモータ出力軸13の大径部13aとの間の段差縁39bに当接している一方、後端縁が図7にも示すように、スナップリング56に軸方向から当接している。したがって、内輪47aは、段差縁39bとスナップリング56によって軸方向(幅方向)の位置決めがされていると共に、カム面39aからの抜け出しが規制されている。
一方、外輪47bは、軸方向(幅方向)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、幅方向の電動モータ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は、外周面に各ローラ48の外周面が転動可能に当接していると共に、外周側には、図1に示すように円環状の第2隙間C2が形成されている。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、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。
中径ボールベアリング47は、内輪47aの径方向の肉厚tが通常一般のボールベアリングの内輪の径方向の肉厚よりも大きく設定されている。よって、内輪47aは、外径が通常よりも必然的に大きく形成されている。このため、前記ボール47cの個数を通常一般のボールベアリングのボールの数よりも多く配置してある。これによって、ボール47c全体に対する面圧が低くなって耐久性の向上が図れる。
保持器41は、図1及び図7に示すように、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、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、仕切壁12bとの間に形成された円環凹状の収容空間S1を介してハウジング本体12aの仕切壁12b方向へ延出している。また、筒状先端部41aの周方向のほぼ等間隔位置には、図1〜図3、図7に示すように、複数のローラ48をそれぞれ転動可能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複数形成されている。
このローラ保持孔41bは、各ローラ48の保持器41の径方向の移動を許容しつつ周方向の移動を規制するようになっている。また、ローラ保持孔41b(ローラ48)は、その全体の数が内歯構成部5の内歯5aの全体の歯数よりも1つ少なくなっている。
各ローラ48は、例えば鋼製の鉄系金属によって形成され、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内歯構成部5の内歯5a内に嵌入されている。また、各ローラ48は、保持器41のローラ保持孔41bの両側縁によって周方向へガイドされつつ径方向へ揺動運動可能になっている。
各ローラ48は、各ローラ保持孔41b内に収容されて内各内歯5aと外輪47bとの間にセットされた状態では、図7に示すように、ローラ48の外面と内歯5aの内面との間に、ラジアルクリアランスC3(バックラッシ)が形成されている。また、この状態でローラ48の外面とローラ保持孔41bの対向する一方の側面との間に、ケージクリアランスが形成されている。このラジアルクリアランスC3とケージクリアランスは、減速機構11の変換作動時おいてローラ48の転動初期の作動応答性を確保するために必要なものである。
また、ラジアルクリアランスC3は、偏心軸部39のカム面39aと内輪47aの内周面との間の微小隙間Cよりも小さく設定されている。
減速機構11のケーシング内部には、図外のメインオイルギャラリーから内燃機関の各摺動部などに供給される潤滑油が油導入回路52を介して導入されるようになっている。この油導入回路52は、シリンダヘッド01内に形成された導入通路53と、カムシャフト2の内部軸方向に形成されて、上流端が導入通路53に連通する導入孔54と、固定端部9a内に形成されて、上流端が導入孔54に連通し、下流端が減速機構11内のニードルベアリング38近傍に開口した油孔55とから構成されている。
また、偏心軸部39は、図3、図6〜図8に示すように、最大肉厚部39dの外周面に凹部40が形成されている。また、この凹部40内には、付勢部材である板ばね42が収容配置されている。
具体的に説明すると、凹部40は、偏心軸部39の最大肉厚部39dの外周部を接線方向に沿って長方形状に切欠されて縦断面Dカット状(三日月状)に形成されている。また、凹部40は、底面40aが平坦状に形成されている。
凹部40は、その幅方向の長さWが中径ボールベアリング47の内輪47aの幅W1よりも小さく形成されている。また、この凹部40は、内輪47aの幅中心側に形成されて、つまり内輪47aの両端縁より内側の領域に形成されている。さらに、この凹部40は、歯車部1bに対してスプロケット本体1aの回転軸の径方向において、オーバーラップした位置に配置されている。
板ばね42は、細長い長方形のステンレス鋼板を円弧状(湾曲状)に折曲形成されている。この板ばね42は、長手方向の中央位置に有する円弧頂部42aと、該円弧頂部42aを中心に左右方向へ延びた両端部42b、42cと、から構成されている。
この板ばね42は、凹部40の形成位置からして歯車部1bに径方向でオーバーラップした位置に配置されている。
円弧頂部42aは、外方へ円弧状に突出し、外面が内輪47aの内周面47dに径方向外側に向かって僅かな弾性力をもって当接している。
一方、両端部42b、42cは、それぞれが外側へほぼ水平方向に沿って折曲形成され、それぞれの矩形状の下面42d、42eが凹部40の底面40aに当接している。
すなわち、この板ばね42は、凹部40内にセットされた状態では、両端部42b、42cの各下面42d、42eが凹部40の底面40aの両端面に面接触状態で当接している。一方、頂部42aは、中径ボールベアリング47の内輪47aの内周面47dに対して当接している。つまり、板ばね42が凹部40内にセットされた状態では、両端部42b、42cが凹部底面40aの両端面に僅かな弾性力をもって当接している。また、頂部42aもボールベアリング47の内輪47aの内周面47dに僅かな弾性力をもって当接している。したがって、これらの各部の弾性力によって相対的な逆方向のばね力が作用してばね荷重が付与されるのである。このばね荷重によって、偏心軸部39とボールベアリング47の内輪47aが弾性的に一体化している。
この板ばね42は、長手方向の長さLが凹部40の長さよりも十分に小さく形成されて、凹部40内での自由な伸縮方向への弾性変形が許容されている。この弾性変形、つまり長さ方向に向かって自由に伸縮変形したときには、通常は頂部42aを中心として両端部42b、42cの各下面42d、42eが、凹部40の底面40a上を図8中、左右に摺動するようになっている。
この板ばね42は、図6に示すように、幅長さW3が凹部40の幅長さWよりも小さく形成されて、自身の伸縮方向への弾性変形時にも両側縁が凹部40の幅方向の対向両内側面に干渉することないように形成されている。
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。また、コントロールユニットは、図外の回転検出機構で検出されたモータ出力軸13の回転位置信号に基づいて電動モータ8の回転制御を行う。これによって、減速機構11を介してカムシャフト2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。
〔本実施形態の作用〕
まず、機関が始動してクランクシャフトが回転駆動すると歯車部1bに巻回されたチェーン16を介してスプロケット1が回転する。その回転力が内歯構成部5を介してモータハウジング12に伝達されて同期回転する。一方、内歯構成部5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の各駆動カムがバルブスプリングのばね力を介して各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、コントロールユニットから各端子片29,29や各ピグテールハーネス及び給電用ブラシ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が回転駆動し、この回転力が減速機構11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、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。そうすると、各ローラ48は、モータ出力軸13の1回転毎に各ローラ保持孔41bで径方向へガイドされながら内歯構成部5の一つの内歯5aを乗り越えて隣接する他の内歯5aに転動しながら移動する。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の転接によってモータ出力軸13の回転が減速されつつ従動部材9(カムシャフト2)に回転力が伝達される。なお、このときの減速比は、各ローラ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、カムシャフト2は、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る。したがって、各吸気弁は、開閉タイミングが進角側あるいは遅角側に変換制御される。このように、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ることによって機関の燃費や出力などの機関性能の向上が図れる。
また、前述のように、クランクシャフトからの回転力がチェーン16と歯車部1bを介してスプロケット1に伝達される。このとき、チェーン16には張力が発生し、この張力が歯車部1bに対して図1中の下方への引っ張り力として作用する。
チェーン16によって歯車部1bに対して下方への引っ張り力が作用すると、該歯車部1bと径方向でオーバーラップした位置にある内歯5aからローラ48に対して径方向外側から押圧力が働く。このため、内歯5aの内面とローラ48との間の特にラジアルクリアランスC3が減少する。これにより、内歯5aの内面とローラ48の外面との間のガタが吸収されて振動や異音(ガタ音)の発生を抑制できる。
また、ローラ49に対する径方向外側からの押圧力は、ローラ48から中径ボールベアリング47を介して偏心軸部39に径方向外側から伝達される。このため、偏心軸部39の偏心カム面39aと内輪47aの外面との間のガタが吸収されて、偏心軸部39の振れが十分に抑えられてガタ音の発生を抑制できる。
したがって、減速機構11の前述した各構成部材間からの異音の発生が十分に抑制することが可能になる。
特に、本実施形態では、歯車部1bは、スプロケット本体1aの径方向において、大径ボールベアリング43と小径ボールベアリング37との間に配置され、一部の内歯5aとローラ48や中径ボールベアリング47及びニードルベアリング38にオーバーラップした位置にある。
このため、前述したチェーン16の張力によるラジアルクリアランスC3の減少の他に、大径、小径ボールベアリング43,37の内部クリアランスや中径ボールベアリング47の内部クリアランスを効果的に減少させることができる。
したがって、これらのそれぞれのクリアランスの減少による各部間のガタが抑制されて、減速機構11全体の異音の発生を効果的に抑制することが可能になる。この結果、バルブタイミング制御装置の品質の低下を抑制できる。
また、カムシャフト2は、凸部2bが嵌合穴9d内に嵌め合うことによりフランジ部2a(一端部)側が歯車部1bに近づくことになる。よって、歯車部1bを介してチェーン16の張力荷重をカムシャフト2の一端部側で受けることができることから、従動部材9の傾き量を小さく抑えることができる。このため、内歯5aの内面とローラ48の外面との間のラジアルクリアランスC3をさらに減少できる。
歯車部1bは、スプロケット本体1aの回転軸に沿った方向において永久磁石14と大径ボールベアリング43との間に位置している。このため、チェーン16から歯車部1bに掛かった張力荷重は、偏心軸部39側に作用することから、永久磁石14の重力に起因した回転振れが抑えられて、偏心軸部39を含むモータ出力軸13全体の振れも抑制できる。
しかも、電動モータ8のモータ出力軸13の回転に伴って偏心軸部39が回転すると、板ばね42のばね力が内輪47aの内周面47dに作用して中径ボールベアリング47全体を径方向へ押圧する。これによって、ローラ48が、図3に示す矢印方向へ押し上げられてラジアルクリアランスC3を減少させる。
このラジアルクリアランスC3を減少させることにより、回転方向のケージクリアランスも減少させることが可能になる。
したがって、前述したチェーン16の張力による作用と相俟って、ローラ48の外面と内歯5a内面との干渉が抑制されて、振動やガタ音の発生をさらに低減させることが可能になる。
なお、本実施形態では、ラジアルクリアランスC3などの各部のクリアランスを、構造的に小さく(狭く)するのではなく、チェーン16による歯車部1bの引っ張り力や板ばね42のばね力によって小さくすることから、減速機構11の作動応答性には影響がない。つまり、歯車部1bは、チェーン16によって一方向へ回転し、板ばね42は、モータ出力軸13と偏心軸部39の正逆回転に伴って回転することから、各内歯5a方向のばね力の作用点が常に変化している。したがって、ラジアルクリアランスC3は一部分では減少するものの、他の部分では減少しない。このため、減速機構11の作動応答性の影響がない。
また、板ばね42の頂部42aが、内輪47aの内周面47dに弾性的に当接することから、該当接点が凹部40と内輪47aの最長距離の部分に自動調心される。
さらに、板ばね42は、弾性変形時に凹部40内において自由な伸縮方向の弾性変形を行い、両端部42b、42cの各下面42d、42eが底面40aの平坦な面に沿って自由に摺動することから安定したばね荷重が得られる。
また、凹部40と板ばね42は、その偏心軸部39の回転方向の幅長さW,W3が、中径ボールベアリング47の内輪47aの幅長さW4よりも小さく形成されている。このため、偏心軸部39のカム面39aに対する回転軸方向の凹部40の形成スペースを小さくできることから、回転軸方向の長さを可及的に短くできる。これによって、レイアウトの自由度が向上すると共に、装置のコンパクト化が図れる。
また、板ばね42の両端部42b、42cの下面42d、42eが、凹部40の平坦な底面40aに当接することによって、板ばね42の弾性変形時における傾きが抑制されて、バックラッシのバラツキの発生を抑制することができる。
また、本発明は、ローラを有する減速機構への適用に限られず、例えば、偏心軸部と内輪が相対回転可能に構成されているものであればいずれの装置にも適用可能である。例えば、偏心軸部を回転することで内歯構成部の内歯に噛合いつつ遊星運動が可能な遊星歯車を有する遊星歯車型減速機にも適用可能である。この場合は、偏心軸部の外周に遊星歯車が配置され、偏心軸部の外周と遊星歯車の内周の間に内輪と外輪を有する軸受が配置される。
また、駆動回転体としてタイミングスプロケットの他に、ベルト伝達によるタイミングプーリなどに適用することも可能である。
以上説明した実施形態に基づく内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
その一つの態様として、クランクシャフトからの回転力が伝達される駆動回転体と、カムシャフトに固定される従動回転体と、前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置されて、前記駆動回転体を軸受けする第1軸受と、前記駆動回転体に配置され、モータ出力軸の回転力によって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位置を変更する電動モータと、前記駆動回転体の内周に噛み合い部を有し、前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、前記駆動回転体の外周に一体に有し、該駆動回転体の回転軸方向の前記第1軸受よりも前記減速機構の噛み合い部側にオフセット配置された歯車部と、を有している。
さらに好ましくは、前記モータ出力軸と前記従動回転体の間に配置され、前記モータ出力軸を軸受けする第2軸受を有し、前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸方向に沿った方向において前記第1軸受と第2軸受との間に配置されている。
この発明によれば、歯車部の位置が第1軸受と第2軸受の間に存在することから、この歯車部は両持ち状態に支持されることになる。したがって、駆動回転体の径方向の振れやガタなどを抑制できる。
さらに好ましくは、前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸方向に沿った方向において前記第1軸受の幅方向の中心と第2軸受の幅方向の中心との間に配置されている。
さらに好ましくは、前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸の径方向で前記減速機構の噛み合い部とオーバーラップして配置されている。
この発明によれば、歯車部が噛み合い部とオーバーラップした位置に配置されていることから、噛み合い部のガタなどを抑制できる。
さらに好ましくは、前記モータ出力軸と前記従動回転体の間であって、駆動回転体の回転軸方向に沿った方向で前記第2軸受の前記カムシャフト側の側部に配置された第3軸受を有し、前記歯車部と噛み合い部及び第3軸受が、前記駆動回転体の回転軸の径方向でオーバーラップした状態で配置されている。
この発明の態様によれば、前記三者が径方向でオーバーラップした状態で配置されていることから、前記歯車部に巻回された例えば無端状のチェーンの張力によって噛み合い部におけるクリアランスと第3軸受のクリアランスの両方を低減できる。
さらに好ましくは、前記減速機構は、前記モータ出力軸の回転軸方向の端部に配置された偏心軸部と、該偏心軸部の外周に配置された第4軸受と、前記噛み合い部である内歯と前記第4軸受の外輪との間に配置された複数の転動体と、前記従動回転体に設けられ、前記複数の転動体の間を仕切り、かつ、前記複数の転動体の前記駆動回転体の回転軸の径方向の移動を許容する保持部材と、を有し、
前記歯車部と前記内歯と第3軸受及び第4軸受は、前記駆動回転体の回転軸の径方向でオーバーラップした状態で配置されている。
この発明の態様によれば、前記歯車部と前記内歯と第3軸受及び第4軸受が、径方向でオーバーラップ配置されていることから、これら四つの部材のそれぞれの内部クリアランスを一緒に低減できる。この結果、ガタが抑制されて騒音を低減できる。
さらに好ましくは、前記減速機構は、前記偏心軸部と第4軸受との間に隙間を有すると共に、この隙間に配置されて前記駆動回転体の回転軸心から径方向に付勢力を発生する付勢部材を有し、前記歯車部と付勢部材は、前記駆動回転体の回転軸心の径方向でオーバーラップ配置されている。
この発明の態様によれば、前記歯車部から噛み合い部に伝達される付勢力に対抗して付勢部材の付勢力が噛み合い部方向に作用することから、前記隙間を減少できる。これによって、さらに効果的にガタによる騒音の発生を低減できる。
さらに好ましくは、前記第3軸受は、ニードルベアリングである。
したがって、ニードルベアリングによって前記歯車部(チェーンの張力)からの大きな荷重を受けることができる一方、歯車部から伝達される付勢力によってニードルベアリング内のクリアランスを小さくすることができる。
さらに好ましくは、前記従動回転体は、前記カムシャフトの回転軸方向の一端部が嵌め込まれる嵌合穴を有し、この嵌合穴は、前記駆動回転体の回転軸の径方向で前記第1軸受とオーバーラップする位置に前記カムシャフトの一端部が当接する底面を有する。
したがって、カムシャフトの一端部が嵌合穴を介して従動回転体の内側に入り込んでいるため、カムシャフトの一端部を前記歯車部に近づけることができる。これによって、従動回転体がチェーンの張力により荷重を受けることによる傾き量を抑制できる。したがって、噛み合い部とローラとの間のクリアランスをさらに小さくできる。
別の好ましい態様としては、クランクシャフトからの回転力が伝達される歯車部を外周に有する駆動回転体と、カムシャフトに固定される従動回転体と、前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置されて、前記駆動回転体を軸受けする第1軸受と、前記駆動回転体に配置され、モータ出力軸の回転力によって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位置を変更する電動モータと、前記駆動回転体の内周に噛み合い部を有し、前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、を備え、
前記減速機構の噛み合い部は、前記歯車部に巻回される索状の張力によって前記第1軸受を中心として傾くことによって前記噛み合い部と該噛み合い部に有するローラとの間のクリアランスが小さくなるように構成されている。
さらに好ましくは、前記電動モータは、外部に固定されるステータコイルと、前記モータ出力軸の外周に固定される永久磁石と、を有し、前記モータ出力軸と前記従動回転体の間に第2軸受を有し、前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸に沿った方向において前記永久磁石と第1軸受との間に有している。
したがって、前記特異な配置構成によって前記モータ出力軸の永久磁石による振れを抑制できる。
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、1b…歯車部、2…カムシャフト、4…位相変更機構、5…内歯構成部、5a…内歯(噛み合い部)、8…電動モータ、9…従動部材(従動回転体)、11…減速機構、12…モータハウジング、13…モータ出力軸、16…タイミングチェーン、37…小径ボールベアリング(第2軸受)、38…ニードルベアリング(第3軸受)、39…偏心軸部、39a…カム面、40…凹部、40a…底面、41…保持器(保持部材)、42…板ばね(付勢部材)、42a…円弧頂部(中央部)、42b、42c…両端部、43…大径ボールベアリング(第1軸受)、47…中径ボールベアリング(第4軸受)、47a…内輪、47b…外輪、47c…ボール、48…ローラ(転動体)

Claims (11)

  1. クランクシャフトからの回転力が伝達される駆動回転体と、
    カムシャフトに固定される従動回転体と、
    前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置されて、前記駆動回転体を軸受けする第1軸受と、
    前記駆動回転体に配置され、モータ出力軸の回転力によって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位置を変更する電動モータと、
    前記駆動回転体の内周に噛み合い部を有し、前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、
    前記駆動回転体の外周に一体に有し、該駆動回転体の回転軸方向の前記第1軸受よりも前記減速機構の噛み合い部側にオフセット配置された歯車部と、
    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。
  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、
    前記モータ出力軸と前記従動回転体の間に配置され、前記モータ出力軸を軸受けする第2軸受を有し、
    前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸方向に沿った方向において前記第1軸受と第2軸受との間に配置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。
  3. 請求項2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、
    前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸方向に沿った方向において前記第1軸受の幅方向の中心と第2軸受の幅方向の中心との間に配置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。
  4. 請求項2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、
    前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸の径方向で前記減速機構の噛み合い部とオーバーラップして配置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。
  5. 請求項4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、
    前記モータ出力軸と前記従動回転体の間であって、駆動回転体の回転軸方向に沿った方向で前記第2軸受の前記カムシャフト側の側部に配置された第3軸受を有し、
    前記歯車部と噛み合い部及び第3軸受が、前記駆動回転体の回転軸の径方向でオーバーラップした状態で配置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。
  6. 請求項5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、
    前記減速機構は、
    前記モータ出力軸の回転軸方向の端部に配置された偏心軸部と、
    該偏心軸部の外周に配置された第4軸受と、
    前記噛み合い部である内歯と前記第4軸受の外輪との間に配置された複数の転動体と、
    前記従動回転体に設けられ、前記複数の転動体の間を仕切り、かつ、前記複数の転動体の前記駆動回転体の回転軸の径方向の移動を許容する保持部材と、
    を有し、
    前記歯車部と前記内歯と第3軸受及び第4軸受は、前記駆動回転体の回転軸の径方向でオーバーラップした状態で配置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。
  7. 請求項6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、
    前記減速機構は、前記偏心軸部と第4軸受との間に隙間を有すると共に、この隙間に配置されて前記駆動回転体の回転軸心から径方向に付勢力を発生する付勢部材を有し、
    前記歯車部と付勢部材は、前記駆動回転体の回転軸心の径方向でオーバーラップ配置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。
  8. 請求項4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、
    前記第3軸受は、ニードルベアリング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装置。
  9. 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、
    前記従動回転体は、前記カムシャフトの回転軸方向の一端部が嵌め込まれる嵌合穴を有し、
    この嵌合穴は、前記駆動回転体の回転軸の径方向で前記第1軸受とオーバーラップする位置に前記カムシャフトの一端部が当接する底面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。
  10. クランクシャフトからの回転力が伝達される歯車部を外周に有する駆動回転体と、
    カムシャフトに固定される従動回転体と、
    前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置されて、前記駆動回転体を軸受けする第1軸受と、
    前記駆動回転体に配置され、モータ出力軸の回転力によって前記駆動回転体に対する前記従動回転体の相対回転位置を変更する電動モータと、
    前記駆動回転体の内周に噛み合い部を有し、前記モータ出力軸の回転速度を減速して前記従動回転体に伝達する減速機構と、
    を備え、
    前記減速機構の噛み合い部は、前記歯車部に巻回される索状の張力によって前記第1軸受を中心として傾くことによって前記噛み合い部と該噛み合い部に有するローラとの間のクリアランスが小さくなるように構成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。
  11. 請求項10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、
    前記電動モータは、外部に固定されるステータコイルと、前記モータ出力軸の外周に固定される永久磁石と、を有し、
    前記モータ出力軸と前記従動回転体の間に第2軸受を有し、
    前記歯車部は、前記駆動回転体の回転軸に沿った方向において前記永久磁石と第1軸受との間に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。
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