JP6925572B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、バルブタイミング調整装置に関するものである。

バルブタイミング調整装置は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを調整するための装置である。従来のバルブタイミング調整装置においては、クランクシャフトと連動して回転する駆動側回転体が有する歯車部が、遊星回転体が有する２つの歯車部のうちの一方に噛み合わされ、カムシャフトと連動して回転する従動側回転体が有する歯車部が、上記遊星回転体が有するもう一方の歯車部に噛み合わされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−８０４８２号公報

上記のように、従来のバルブタイミング調整装置は、遊星回転体が有する２つの歯車部のうちの一方が、従動側回転体の有する歯車部に噛み合う遊星歯車減速機構により、遊星回転体の減速回転が従動回転体に伝達される構成であった。

ところで、減速機構の１つとして、サイクロイド減速機構がある。サイクロイド減速機構は、遊星回転体に穴が設けられ、この穴にピンが内接して摺動する構成である。

バルブタイミング調整装置の減速機構として上記サイクロイド減速機構を適用した場合、ピンが従動側回転体に固定されることにより、ピンを介して遊星回転体の減速回転が従動側回転体に伝達される構成となる。一般的なサイクロイド減速機構では、遊星回転体の穴とピンとが摺動する摺動部へのオイル供給は考慮されていないため、バルブタイミング調整装置にサイクロイド減速機構が適用された場合も、摺動部へのオイル供給が行われない。そのため、バルブタイミング調整装置において、摺動部へのオイル供給が不足し、摩耗及び焼き付きが発生する可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、サイクロイド減速機構が適用されたバルブタイミング調整装置において、ピンとピン摺動穴との摺動部へエンジンオイルを供給することを目的とする。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、第一歯車部を有し、クランクシャフトに連動して回転する第一回転体と、ピン圧入穴を有し、カムシャフトと一体に回転する第二回転体と、第一歯車部に噛み合う遊星歯車部、ピン摺動穴、及び第二回転体に対向する面におけるピン摺動穴の周囲に設けられてピン摺動穴へオイルを供給する凹部を有する遊星回転体と、遊星回転体を遊星運動させる入力シャフトと、入力シャフトと遊星回転体との間に設けられて入力シャフトと遊星回転体とを相対回転させる遊星軸受と、一端がピン圧入穴に圧入され、他端がピン摺動穴に内接摺動するように設置されたピンとを備えるものである。

この発明によれば、ピン摺動穴の周囲に凹部を設けるようにしたので、エンジンオイルが凹部からピンとピン摺動穴との摺動部へ供給され、摺動部の摩耗及び焼き付きが防止される。

実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１のＥ−Ｅ線に沿って切断した断面図である。 図１の枠線Ｇで囲まれた部分の拡大図である。 図５の枠線Ｈで囲まれた部分の拡大図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１の矢印Ｆ方向から見た矢視図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を搭載したエンジンの概略図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１の構成例を示す断面図である。図１の断面図は、バルブタイミング調整装置１を、後述する図２のＡ−Ａ線に沿って切断した図である。バルブタイミング調整装置１は、第一回転体２０１、第二回転体２０２、遊星回転体４、入力シャフト５、及び複数のピン９を含む。第一回転体２０１は、ケース２、第一カバー７、及び第二カバー６を含む。ケース２の一端側に第一カバー７が複数のボルト８により締結されると共に、ケース２の他端側に第二カバー６が複数のボルト１０により締結されることにより、ケース２と第一カバー７と第二カバー６とが一体になっている。第二回転体２０２は、ロータ３である。

カムシャフト９０は、後述するモータ１００（図９参照）の出力軸と同一の基準軸Ｏ上に配置される。入力シャフト５は、モータ１００の出力軸が嵌合する嵌合部５４を有し、モータ１００のトルクを受けて基準軸Ｏの周りを回転する。この入力シャフト５は、第一軸受保持部５１と、遊星軸受保持部５２と、第二軸受保持部５３とを有する。第一軸受保持部５１は、基準軸Ｏを中心とする位置で、第一軸受１１を保持する。第二軸受保持部５３も、基準軸Ｏを中心とする位置で、第二軸受１３を保持する。遊星軸受保持部５２は、基準軸Ｏに対して偏心距離ｄだけ径方向に偏心した偏心軸Ｅを中心とする位置で、遊星軸受１２を保持する。

図２は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。図３は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を図１のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。図４は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を図１のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。図５は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を図１のＥ−Ｅ線に沿って切断した断面図である。

第一軸受１１は、第一軸受保持部５１と第一カバー７との間に設けられ、入力シャフト５と第一回転体２０１とを相対回転可能に支持する。この第一軸受１１は、例えば、内輪、外輪、及び複数の転動体を有し、転動体が露出した開放型の転がり軸受である。

遊星軸受１２は、遊星軸受保持部５２と遊星回転体４との間に設けられ、入力シャフト５と遊星回転体４とを相対回転可能に支持する。この遊星軸受１２は、例えば、内輪、外輪、及び複数の転動体を有し、転動体が露出した開放型の転がり軸受である。なお、遊星軸受１２は、後述するように、ロータ３に対面する側がシール部材１２１（図６及び図７参照）によって塞がれていてもよい。

第二軸受１３は、第二軸受保持部５３とロータ３との間に設けられ、入力シャフト５とロータ３とを相対回転可能に支持する。この第二軸受１３は、例えば、内輪、外輪、及び複数の転動体を有し、転動体が露出した開放型の転がり軸受である。

ケース２の外周面には、スプロケット２２が設けられている。ケース２の内周面には、第一歯車部２１が設けられており、この第一歯車部２１は、ケース２の内部に収容された遊星回転体４の遊星歯車部４１と噛み合っている。また、ケース２の内部にはロータ３が収容されており、ケース２の内周面とロータ３の外周面との間にはクリアランスが設けられている。そのため、ケース２の内周面が滑り軸受として機能し、ケース２とロータ３とが相対回転可能である。

ロータ３には、６個のピン圧入穴３３が設けられている。遊星回転体４の、６個のピン圧入穴３３に相当する位置には、６個のピン摺動穴４２が設けられている。６本のピン９は、それぞれ、一方の端部がピン圧入穴３３に圧入され、もう一方の端部がピン摺動穴４２内に設置されている。ピン摺動穴４２のピッチ径とピン９のピッチ径は等しく、ピン摺動穴４２の直径はピン９の直径＋２ｄ（ｄは前述の偏心距離）である。ピン９の直径よりもピン摺動穴４２の直径のほうが大きいため、ピン９は、ピン摺動穴４２の内周面に内接した状態で摺動可能である。

以上の構成により、バルブタイミング調整装置１は、サイクロイド減速機構として機能する。即ち、入力シャフト５が時計回りに回転した場合、遊星回転体４は、偏心軸Ｅに対して自転をしながら基準軸Ｏの周りを反時計回り方向に公転する、遊星運動を行う。ケース２の第一歯車部２１と遊星回転体４の遊星歯車部４１とには歯数差があるため、入力シャフト５が時計回りに１回転すると、遊星回転体４はその歯数差分だけ減速されて反時計回り方向に回転する。

ピン９は、遊星回転体４のピン摺動穴４２に内接した状態で摺動しつつ、遊星回転体４と共に基準軸Ｏの周りを反時計回り方向に回転する。このピン９は、ロータ３のピン圧入穴３３に圧入されているため、遊星回転体４が回転した分、ロータ３も回転する。結果、遊星回転体４は、入力シャフト５に入力されたトルクを増幅してロータ３を回転動作させることができる。

なお、複数のピン９は、周方向に均等に配置されることが好ましい。複数のピン９は、周方向に均等に配置されることにより、発生するラジアル方向の荷重を均等に受けることができる。したがって、ピン９の耐久性が向上し、ひいてはバルブタイミング調整装置１の耐久性が向上する。
図２、図３、及び図４に示されるように、ピン９が２本で１組をなし、３組が周方向に均等に配置されてもよい。２本１組のピン９が周方向に均等に３か所に配置される場合、１か所あたり２本のピン９が配置されることになる。１か所に配置されるピン９の本数が多くなることにより、受ける荷重を分散することができる。また、１か所に配置されるピン９の本数が多くなる場合、１箇所に配置されるピン９の本数が１本である場合に比べて、小さい直径のピン９の使用が可能になる。よって、大きい直径のピン９が１本使用される場合に比べ、小さい直径のピン９が複数本使用される場合は、バルブタイミング調整装置１の直径を小さくすることができる。なお、図示例では、ピン９が２本で１組をなしたが、３本以上で１組をなしてもよい。

また、図３に示されるように、ケース２の内周面に、内側へ突出する形状のストッパ部２４が１つ以上設けられていてもよい。この場合、ロータ３には、ストッパ部２４に当接するための凸形状のストッパ部３２が１つ以上設けられる。ケース２の内周面とロータ３の外周面との間には内部空間２３が構成され、内部空間２３は、ストッパ部２４とストッパ部３２とにより区画される。第一回転体２０１と第二回転体２０２とが相対回転する際、ストッパ部２４とストッパ部３２とが当接することにより、相対回転位置が規制される。なお、図３では、ストッパ部２４とストッパ部３２とが当接することにより、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置が、最遅角位置に規制されている。
また、ロータ３にストッパ部３２が設けられている場合、ピン９はロータ３のストッパ部３２の位置に配置されてもよい。この配置の場合は、ピン９がストッパ部３２より径方向外側に配置された場合に比べて、バルブタイミング調整装置１の小径化が可能になる。

次に、バルブタイミング調整装置１の内部へのエンジンオイル供給について説明する。
図１に示されるように、第二回転体２０２であるロータ３は、センタボルト９２によりカムシャフト９０に締結されている。そのため、ロータ３が回転した分、カムシャフト９０も回転する。このカムシャフト９０の内部には、オイル供給路９１が設けられている。エンジンオイルは、オイル供給路９１に導入され、ロータ３に設けられたオイル供給路３１を流れて、バルブタイミング調整装置１の内部へ供給される。

図６は、図１の枠線Ｇで囲まれた部分の拡大図である。図７は、図５の枠線Ｈで囲まれた部分の拡大図である。
図６に矢印で示されるように、ロータ３のオイル供給路３１を通ってバルブタイミング調整装置１の内部へ供給されたエンジンオイルは、第二軸受１３の内輪と外輪の間を流れて、ピン９とピン摺動穴４２との摺動部、及び第一歯車部２１と遊星歯車部４１との噛合部へ供給される。供給されたエンジンオイルは、潤滑油として機能し、摺動部及び噛合部の摩耗及び焼き付きを防止する。さらに、摺動部及び噛合部へ供給されたエンジンオイルは、第一軸受１１の内輪と外輪の間を流れて、第一カバー７の開口部からバルブタイミング調整装置１の外部へ排出される。

実施の形態１では、エンジンオイルがピン９とピン摺動穴４２との摺動部へ供給されやすくなるように、遊星回転体４の第二回転体２０２に対向する面におけるピン摺動穴４２の周囲に、凹部４３が設けられている。凹部４３が設けられたことにより、遊星回転体４のピン摺動穴４２の周囲は、その他の部分に比べて厚みが薄くなる。結果、遊星回転体４における凹部４３と第二回転体２０２とのクリアランスＬ１は、遊星回転体４における凹部４３以外の部分と第二回転体２０２とのクリアランスＬ２に比べて、大きくなる（Ｌ１＞Ｌ２）。そのため、エンジンオイルは、クリアランスＬ２の部位よりもクリアランスＬ１の部位である凹部４３へ流入しやすくなり、ピン９とピン摺動穴４２との摺動部へ供給されやすくなる。

図６及び図７に示されるように、遊星軸受１２の第二回転体２０２に対向する面に、円環形状のシール部材１２１が設けられていてもよい。この構成の場合、第二軸受１３の内輪と外輪の間を流れてきたエンジンオイルは、シール部材１２１で遮られるため、遊星軸受１２の内輪と外輪の間へ流れていかない。そのため、エンジンオイルは、クリアランスＬ１の部位である凹部４３へさらに流入しやすくなり、ピン９とピン摺動穴４２との摺動部へさらに供給されやすくなる。なお、遊星軸受１２の内輪と外輪との間がシール部材１２１で遮られるため、エンジンオイルは、シール部材１２１側から遊星軸受１２へは供給されないが、ピン９とピン摺動穴４２との摺動部を流れてシール部材１２１の反対側から遊星軸受１２へ供給される。

ところで、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置が保持された状態でエンジンオイルが供給されると、第一回転体２０１と第二回転体２０２とで構成される内部空間２３に、供給されたエンジンオイルが溜まる場合がある。内部空間２３にエンジンオイルが溜まった状態で第二回転体２０２が回転しようとすると、内部空間２３に溜まったエンジンオイルが抵抗となり、回転動作が遅くなる。第二回転体２０２の回転動作が遅くなることを防止するために、第一回転体２０１を構成する第二カバー６に、貫通穴６１が設けられることが好ましい。オイル供給路３１から凹部４３へ供給されたエンジンオイルは、内部空間２３を通って貫通穴６１からバルブタイミング調整装置１の外部へ排出される。

図８は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を図１の矢印Ｆ方向から見た矢視図である。
図３及び図８に示されるように、貫通穴６１は、内部空間２３の最遅角側及び最進角側のそれぞれに設けられていることが好ましい。ストッパ部３２が遅角側に移動中、内部空間２３のエンジンオイルは最遅角側の貫通穴６１から排出されるため、ロータ３はスムーズに回転可能である。反対にストッパ部３２が進角側に移動中、内部空間２３のエンジンオイルは最進角側の貫通穴６１から排出されるため、ロータ３はスムーズに回転可能である。このように、内部空間２３と貫通穴６１とは、凹部４３とバルブタイミング調整装置１の外部とを連通するオイル排出路として機能し、バルブタイミング調整装置１の性能を安定させる。

次に、エンジンに搭載されたバルブタイミング調整装置１の動作を説明する。
図９は、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１を搭載したエンジンの概略図である。図１に示されるように、カムシャフト９０と第二回転体２０２とがセンタボルト９２により締結される。また、図９に示されるように、ケース２の外周面に設けられたスプロケット２２と、クランクシャフト１１０の外周面とには、環状のチェーン１２０が巻き掛けられる。

クランクシャフト１１０の回転運動は、チェーン１２０を介してバルブタイミング調整装置１の第一回転体２０１に伝達され、第一回転体２０１を回転させる。第二回転体２０２は、第一回転体２０１に対して相対回転位置を保ちつつ回転する。カムシャフト９０は、第一回転体２０１と一体に回転する。

モータ１００は、図示しない制御装置により回転制御されることによって、モータ１００の出力軸に嵌合した入力シャフト５を回転させる。モータ１００による入力シャフト５の回転に応じて、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置が調整される。

モータ１００は、バルブタイミング調整装置１に進角動作をさせる場合、第一回転体２０１の回転数より小さな回転数で、又は第一回転体２０１の回転方向とは逆方向に、入力シャフト５を回転させる。このとき、上記サイクロイド減速機構の動作原理により、第二回転体２０２が第一回転体２０１に対して相対的に進角方向へ回転移動する。回転移動の際、ストッパ部３２が進角側のストッパ部２４に当接することにより、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置が最進角位置に規制される。

モータ１００は、バルブタイミング調整装置１に遅角動作をさせる場合、第一回転体２０１の回転数より大きな回転数で入力シャフト５を回転させる。このとき、上記サイクロイド減速機構の動作原理により、第二回転体２０２が第一回転体２０１に対して相対的に遅角方向へ回転移動する。回転移動の際、ストッパ部３２が遅角側のストッパ部２４に当接することにより、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置が最遅角位置に規制される。

以上のように、実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１は、第一回転体２０１と、第二回転体２０２と、遊星回転体４と、入力シャフト５と、遊星軸受１２と、ピン９とを備える。第一回転体２０１は、第一歯車部２１を有し、クランクシャフト１１０に連動して回転する。第二回転体２０２は、ピン圧入穴３３を有し、カムシャフト９０と一体に回転する。遊星回転体４は、第一歯車部２１に噛み合う遊星歯車部４１と、ピン摺動穴４２と、第二回転体２０２に対向する面におけるピン摺動穴４２の周囲に設けられてピン摺動穴４２へオイルを供給する凹部４３とを有する。入力シャフト５は、遊星回転体４を遊星運動させる。遊星軸受１２は、入力シャフト５と遊星回転体４との間に設けられて入力シャフト５と遊星回転体４とを相対回転させる。ピン９は、一端がピン圧入穴３３に圧入され、他端がピン摺動穴４２に内接摺動するように設置される。遊星回転体４と第二回転体２０２とが対向する面に凹部４３が設けられたことにより、遊星回転体４と第二回転体２０２とのクリアランスが大きくなり、凹部４３にエンジンオイルが流入しやすくなる。これにより、凹部４３付近のピン９とピン摺動穴４２との摺動部へエンジンオイルが供給されやすくなり、ピン９とピン摺動穴４２との摩耗及び焼け付きが防止され、バルブタイミング調整装置１の耐久性が向上する。

また、実施の形態１によれば、バルブタイミング調整装置１は、遊星軸受１２の第二回転体２０２に対向する面に設けられた円環形状のシール部材１２１を備える。この構成の場合、シール部材１２１がエンジンオイルの凹部４３から遊星軸受１２へのエンジンオイル流入を防止するため、エンジンオイルがピン９とピン摺動穴４２との摺動部へさらに供給されやすくなる。したがって、バルブタイミング調整装置１の耐久性がさらに向上する。

また、実施の形態１によれば、複数のピン９は、周方向に均等に配置されている。この構成により、複数のピン９がラジアル方向の荷重を均等に受けることができるので、バルブタイミング調整装置１の耐久性が向上する。

また、実施の形態１によれば、ピン９は複数本で１組をなし、複数組が周方向に均等に配置されている。小さい直径のピン９が１か所に複数本使用される場合、大きい直径のピン９が１か所に１本使用される場合に比べ、バルブタイミング調整装置１の直径が小さくなる。

なお、実施の形態１では、６本のピン９が２本ずつ３か所に均等に配置された構成であったが、ピン９の本数及び配置位置はこれに限定されるものではない。ピン圧入穴３３及びピン摺動穴４２の個数及び配置位置は、ピン９の本数及び配置位置に合わせて変更される。

また、実施の形態１によれば、第一回転体２０１は、凹部４３とバルブタイミング調整装置１の外部とを連通するオイル排出路を有する。内部空間２３と貫通穴６１とで構成されるオイル排出路は、バルブタイミング調整装置１の内部に溜まって第一回転体２０１の回転を妨げるエンジンオイルを排出させるので、バルブタイミング調整装置１の性能が安定する。

また、実施の形態１によれば、第二回転体２０２は、第一回転体２０１と第二回転体２０２との相対回転位置を規制するためのストッパ部３２を有し、ピン９はストッパ部３２に配置される。この配置の場合は、ピン９がストッパ部３２より径方向外側に配置された場合に比べて、バルブタイミング調整装置１の小径化が可能になる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置に用いるのに適している。

１ バルブタイミング調整装置、２ ケース、３ ロータ、４ 遊星回転体、５ 入力シャフト、６ 第二カバー、７ 第一カバー、８ ボルト、９ ピン、１０ ボルト、１１ 第一軸受、１２ 遊星軸受、１３ 第二軸受、２１ 第一歯車部、２２ スプロケット、２３ 内部空間（オイル排出路）、２４ ストッパ部、３１ オイル供給路、３２ ストッパ部、３３ ピン圧入穴、４１ 遊星歯車部、４２ ピン摺動穴、４３ 凹部、５１ 第一軸受保持部、５２ 遊星軸受保持部、５３ 第二軸受保持部、５４ 嵌合部、６１ 貫通穴（オイル排出路）、９０ カムシャフト、９１ オイル供給路、９２ センタボルト、１００ モータ、１１０ クランクシャフト、１２０ チェーン、１２１ シール部材、２０１ 第一回転体、２０２ 第二回転体、ｄ 偏心距離、Ｅ 偏心軸、Ｌ１，Ｌ２ クリアランス、Ｏ 基準軸。

Claims (6)

1. 第一歯車部を有し、クランクシャフトに連動して回転する第一回転体と、
   ピン圧入穴を有し、カムシャフトと一体に回転する第二回転体と、
   前記第一歯車部に噛み合う遊星歯車部、ピン摺動穴、及び前記第二回転体に対向する面における前記ピン摺動穴の周囲に設けられて前記ピン摺動穴へオイルを供給する凹部を有する遊星回転体と、
   前記遊星回転体を遊星運動させる入力シャフトと、
   前記入力シャフトと前記遊星回転体との間に設けられて前記入力シャフトと前記遊星回転体とを相対回転させる遊星軸受と、
   一端が前記ピン圧入穴に圧入され、他端が前記ピン摺動穴に内接摺動するように設置されたピンとを備えるバルブタイミング調整装置。
2. 前記遊星軸受の前記第二回転体に対向する面に設けられた円環形状のシール部材を備えることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 複数の前記ピンが周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記ピンは複数本で１組をなし、複数組が周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記第一回転体は、前記凹部と前記バルブタイミング調整装置の外部とを連通するオイル排出路を有することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記第二回転体は、前記第一回転体と前記第二回転体との相対回転位置を規制するためのストッパ部を有し、前記ピンは前記ストッパ部に配置されたことを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。

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