JP7081435B2

JP7081435B2 - バルブタイミング調整装置

Info

Publication number: JP7081435B2
Application number: JP2018192791A
Authority: JP
Inventors: 和明根本; 章夫今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: US11396832B2; JP2020060147A; US20210222593A1; DE112019005111T5; WO2020075770A1

Description

本発明は、バルブタイミング調整装置に関する。

従来、吸気側と排気側の両方に可変バルブ機構を設けたバルブタイミング調整装置が知られている。可変バルブ機構の駆動方式には油圧式と電動式がある。特許文献１では、排気側に電動式可変バルブ機構を採用している。

特許５９４０００１号公報

通常、排気側の可変バルブ機構のデフォルト位相は最進角位相である。しかし特許文献１において、排気側の電動式可変バルブ機構は、例えばバネ力などの力で進角方向に付勢するように構成されていない。そのため、例えば通電カット時やフェール時に正トルクが作用すると、可変バルブ機構が遅角側に位相変換される可能性がある。この場合、バルブオーバーラップが大きくなり、吸入空気量に対する新気の割合が低くなることで、トルク不足に陥りエンジンが始動できない可能性がある。

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、エンジン始動性を確保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。

本発明のバルブタイミング調整装置は、エンジン（９０）の吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気側可変バルブ機構（２０）と、エンジンの排気弁のバルブタイミングを変更可能な排気側可変バルブ機構（３０）とを備える。排気側可変バルブ機構は、排気側電動駆動部（３１、４１）と、エンジンのクランクシャフト（９１）と排気側カムシャフト（９３）との間の回転伝達経路に設けられる排気側位相変換部（３３）とを有する。排気側位相変換部は、排気側電動駆動部に接続された入力軸（３５）を有し、入力軸の回転を減速することでクランクシャフトに対する排気側カムシャフトの回転位相を変換する。電動モータの無通電時におけるモータ軸（３２）の平均トルク（Ｔｍ）を排気側位相変換部の減速比（Ａ）の絶対値倍した値は、排気側カムシャフトの平均トルク（Ｔｃ）と排気側位相変換部の平均フリクショントルク（Ｔｖ）との差よりも大きい。回転位相を進角するときの入力軸の回転方向は、クランクシャフトの回転方向に対して逆方向であり、排気側電動駆動部の通電カット時またはフェール時に排気側位相変換部に正回転方向トルクが作用すると当該排気側位相変換部が最進角位相に自動的に位相変換される。

これによれば通電カット時やフェール時に排気側位相変換部が最進角位相に自動的に位相変換される。すなわち排気側位相変換部がデフォルト位相に自動的に復帰させられる。この最進角位相への位相変換および維持は、位相ロック機構や付勢バネを用いることなしに実現できる。そのため過大なバルブオーバーラップによる、吸入空気量に対する新気の割合低下が回避されるので、エンジン始動性を確保することができる。

第１実施形態によるバルブタイミング調整装置が適用されたエンジンの模式図。図１のＩＩ－ＩＩ線断面で示すバルブタイミング調整装置の模式図。第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の模式図。参考形態によるバルブタイミング調整装置の模式図。

以下、バルブタイミング調整装置の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態のバルブタイミング調整装置は、図１および図２に示すようにエンジン９０のクランクシャフト９１とカムシャフト９２、９３との間の回転伝達経路に設けられ、図示しない吸気弁および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１０は、吸気側可変バルブ機構２０および排気側可変バルブ機構３０を備える。

排気側可変バルブ機構３０は、電動モータ３１および位相変換部３３を有する。電動モータ３１は、電動駆動部であり、通電されることによりモータ軸３２から回転力を出力する。

位相変換部３３は、駆動回転体３４、入力軸３５、従動回転体３６、および減速機構３７を有する。駆動回転体３４は、ハウジング３８と、ハウジングの外側に設けられたスプロケット３９とを有する。スプロケット３９は、チェーン９４を介してクランクシャフト９１に連結されている。駆動回転体３４は、クランクシャフト９１に連動して回転する。

入力軸３５、従動回転体３６、および減速機構３７は、ハウジング３８内に設けられている。入力軸３５は、モータ軸３２に接続されている。従動回転体３６は、排気側カムシャフト９３に締結されている。

減速機構３７は、ハウジング３８と従動回転体３６との間に設けられており、両者の間で回転を伝達する。エンジン９０が駆動してクランクシャフト９１が回転すると、その回転力がチェーン９４を介して駆動回転体３４に伝達される。そして駆動回転体３４の回転力は、減速機構３７および従動回転体３６を経由して排気側カムシャフト９３に伝達される。これにより排気側カムシャフト９３のカムが排気弁を開閉作動させる。

また、減速機構３７は、入力軸３５の回転を減速して従動回転体３６に伝達する。入力軸３５から伝わる回転力により駆動回転体３４に対して従動回転体３６が正逆回転方向へ相対回転すると、クランクシャフト９１に対する排気側カムシャフト９３の相対回転位相が変換される。以下、クランクシャフト９１に対する排気側カムシャフト９３の相対回転位相のことを、単に回転位相と記載する。位相変換部３３は、入力軸３５の回転を減速して排気側カムシャフト９３に伝達することで回転位相を変換する。

駆動回転体３４に対して従動回転体３６が正回転方向（すなわちエンジン回転方向）へ相対回転すると、排気弁の開閉タイミングが進角される。また、駆動回転体３４に対して従動回転体３６が逆回転方向（すなわちエンジン回転方向とは反対側）へ相対回転すると、排気弁の開閉タイミングが遅角される。従動回転体３６の相対回転範囲は、減速機構３７により最進角位置から最遅角位置までの間に規制される。最進角位置に対応する回転位相が最進角位相である。最遅角位置に対応する回転位相が最遅角位相である。

吸気側可変バルブ機構２０は、後述する特徴以外、排気側可変バルブ機構３０と同様の構成をもっている。つまり、吸気側可変バルブ機構２０は、吸気側可変バルブ機構２０の構成に対応するものとして、電動モータ２１、モータ軸２２、位相変換部２３、駆動回転体２４、入力軸２５、従動回転体２６、減速機構２７、ハウジング２８、およびスプロケット２９を有する。

図１に示すように、回転位相を進角するときの入力軸３５の回転方向Ｒ１は、クランクシャフト９１の回転方向Ｒ３（すなわちエンジン回転方向）に対して逆方向である。そして回転位相を遅角するときの入力軸３５の回転方向Ｒ２は、クランクシャフト９１の回転方向Ｒ３と同じである。減速機構３７の減速比をＡとすると、Ａ＜０である。

また第１実施形態では、吸気側の位相変換部２３と排気側の位相変換部３３で減速比の符号が異なる。つまり、減速機構２７の減速比をＢとすると、Ａ＜０であり且つＢ＞０である。

また第１実施形態では、電動モータ３１の無通電時におけるモータ軸３２の平均トルクＴｍを位相変換部３３の減速比Ａの絶対値倍した値（Ｔｍ×｜Ａ｜）は、排気側カムシャフト９３の平均トルクＴｃと位相変換部３３の平均フリクショントルクＴｖとの差（Ｔｃ－Ｔｖ）よりも大きい。すなわち（Ｔｍ×｜Ａ｜）＞（Ｔｃ－Ｔｖ）である。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、回転位相を進角するときの入力軸３５の回転方向Ｒ１は、クランクシャフト９１の回転方向Ｒ３に対して逆方向である。これによれば通電カット時やフェール時に排気側の位相変換部３３が最進角位相に自動的に位相変換される。すなわち位相変換部３３がデフォルト位相に自動的に復帰させられる。この最進角位相への位相変換および維持は、位相ロック機構や付勢バネを用いることなしに実現できる。そのため過大なバルブオーバーラップによる、吸入空気量に対する新気の割合低下が回避されるので、エンジン始動性を確保することができる。

また第１実施形態では、吸気側の位相変換部２３と排気側の位相変換部３３で減速比の符号が異なる。これにより、排気側の位相変換部３３のデフォルト位相を最進角位相としつつ、吸気側の位相変換部２３のデフォルト位相を最遅角位相とすることができる。

また第１実施形態では、平均トルクＴｍを減速比Ａの絶対値倍した値（Ｔｍ×｜Ａ｜）は、平均トルクＴｃと平均フリクショントルクＴｖとの差（Ｔｃ－Ｔｖ）よりも大きい。これにより通電カット時やフェール時、電動モータ３１のフリクショントルクにより位相変換部３３の最進角位相への変換を確実に実施することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図３に示すように排気側可変バルブ機構４０の電動駆動部は、例えば電磁クラッチ等の電磁アクチュエータ４１から構成されている。減速機構３７は、電磁アクチュエータ４１により駆動される。このように電動駆動部が電磁アクチュエータ４１であってもよい。それでも通電カット時やフェール時に排気側の位相変換部３３が最進角位相に自動的に位相変換され、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、吸気側可変バルブ機構の駆動方式は、電動式に限らず、油圧式等の他の方式であってもよい。

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。

［参考形態］
図４に示すように参考形態では、吸気側可変バルブ機構８０の位相変換部８１は減速機構８２を有する。排気側可変バルブ機構８５の位相変換部８６は減速機構８７を有する。吸気側の位相変換部８１と排気側の位相変換部８６で減速比の符号が異なり、Ａ＞０であり且つＢ＜０である。

１０：バルブタイミング調整装置
２０：吸気側可変バルブ機構
３０、４０：排気側可変バルブ機構
３１：電動モータ（排気側電動駆動部）
３３：位相変換部（排気側位相変換部）
３５：入力軸
４１：電磁アクチュエータ（排気側電動駆動部）
９０：エンジン
９１：クランクシャフト
９３：排気側カムシャフト

Claims

エンジン（９０）の吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気側可変バルブ機構（２０）と、
前記エンジンの排気弁のバルブタイミングを変更可能な排気側可変バルブ機構（３０、４０）と、を備え、
前記排気側可変バルブ機構は、排気側電動駆動部（３１、４１）と、前記エンジンのクランクシャフト（９１）と排気側カムシャフト（９３）との間の回転伝達経路に設けられ、前記排気側電動駆動部に接続された入力軸（３５）を有し、前記入力軸の回転を減速して前記排気側カムシャフトに伝達することで前記クランクシャフトに対する前記排気側カムシャフトの回転位相を変換する排気側位相変換部（３３）と、を有し、
前記電動モータの無通電時におけるモータ軸（３２）の平均トルク（Ｔｍ）を前記排気側位相変換部の減速比（Ａ）の絶対値倍した値は、前記排気側カムシャフトの平均トルク（Ｔｃ）と前記排気側位相変換部の平均フリクショントルク（Ｔｖ）との差よりも大きく、
回転位相を進角するときの前記入力軸の回転方向は、前記クランクシャフトの回転方向に対して逆方向であり、前記排気側電動駆動部の通電カット時またはフェール時に前記排気側位相変換部に正回転方向トルクが作用すると当該排気側位相変換部が最進角位相に自動的に位相変換されるバルブタイミング調整装置。
前記吸気側可変バルブ機構は、吸気側電動駆動部（２１）と、前記クランクシャフトと吸気側カムシャフトとの間の回転伝達経路に設けられ、前記吸気側電動駆動部から出力された回転を減速して前記吸気側カムシャフトに伝達することで前記クランクシャフトに対する前記吸気側カムシャフトの回転位相を変換する吸気側位相変換部（２３）と、を有し、
前記吸気側位相変換部と前記排気側位相変換部で減速比の符号が異なる請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
前記排気側電動駆動部は電動モータ（３１）である請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。
前記排気側電動駆動部は電磁アクチュエータ（４１）である請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。