JPH0821214A - カム軸位相可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で作動応答性に優れたカム軸位相可変装
置の提供。 【構成】 装置は、遊星歯車機構１２と位相変更機構１
４とを備えている。機構１２は、サンギア１８とリング
ギア２０とプラネッドギア２２とを有している。変更機
構１４は、ステッピングモータ４８と、キャリア軸５０
と、キャリア５２と、ナット５４とを有している。モー
タ４８は、内燃機関の運転状態に対応じて電子制御ユニ
ット５６により回転駆動される。モータ４８の回転軸６
２には、ヘリカルスプライン結合されたキャリア軸５０
が設けられている。キャリア５２は、取付孔７２内にキ
ャリア軸５０を挿通し、止めリング７４を軸５０に装着
することにより、キャリア軸５０に対して、回転可能、
かつ、軸方向移動不能に結合されている。キャリア５２
には、ナット５４が固設されていて、各ナット５４に
は、プラネットギア２２のねじ部４６がそれぞれ螺着結
合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関のカム軸位
相可変装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のカム軸の回転位相を進角ない
しは遅角方向に変えることにより、燃費並びにエミッシ
ョンを向上させ、さらに、トルク−回転特性を向上させ
て、車両の走りやアイドル性能を改善する装置として、
カム軸位相可変装置が知られている。従来のこの種のカ
ム軸位相可変装置としては、例えば、特開平４−２４１
７０９号公報に開示されたものがある。

【０００３】この公報に示されているカム軸位相可変装
置は、図３に示すように、遊星歯車機構１と、位相変更
機構２と、内燃機関の運転状態に対応させて回転駆動す
るステッピングモータ３とを有している。遊星歯車機構
１は、カム軸４の外周に固定されたサンギア１ａと、外
周側から内燃機関の回転力が入力されるリングギア１ｂ
と、サンギア１ａとリングギア１ｂとにそれぞれ咬合す
る複数のプラネットギア１ｃとを有していて、プラネッ
トギア１ｃは、略円板状のキャリア１ｄに回転可能に支
持され、キャリア１ｄは、カム軸４に回転可能に外嵌さ
れている。

【０００４】一方、位相変更機構２は、ステッピングモ
ータ３の回転軸に螺着結合されたナット２ａと、ナット
２ａと同軸方向に延び、ナット２ａと回転可能かつ軸方
向移動不能に結合された中空筒状のピストン２ｂとを有
していて、ピストン２ｂは、キャリア１ｄとリングギア
１ｂが設けられたハウジング５と内外周でそれぞれヘリ
カルスプライン結合している。

【０００５】なお、図３において符号６で示した部材
は、電子制御ユニットであって、この電子制御ユニット
６は、内燃機関の運転状態を検出するスロットルセンサ
と回転センサとの検出信号に基づいて、ステッピングモ
ータ３を回転駆動する。また、同図に符号７で示した部
材は、カバーであって、ナット２ａは、その外周側がカ
バー７とスプライン結合している。

【０００６】このように構成されたカム軸位相可変装置
では、カム軸４の回転位相を変更する必要がないときに
は、内燃機関の回転力が遊星歯車機構１を介してカム軸
に伝達される。このとき、キャリア１ｄとピストン２ｂ
は、それぞれカム軸４と同期回転する。他方、カム軸４
の回転位相を変更する際には、電子制御ユニット６を介
してステッピングモータ３が回転駆動される。

【０００７】モータ３が回転すると、その回転軸にナッ
ト２ａが螺合し、ナット２ａがカバー７とスプライン結
合しているので、ナット２ａは、モータ３の回転に伴っ
て回転軸の軸方向に沿って移動し、ナット２ａとピスト
ン２ｂとが軸方向移動不能に結合されているので、ナッ
ト２ａとともにピストン２ｂも軸方向に移動する。ピス
トン２ｂが軸方向に移動すると、ピストン２ｂとキャリ
ア１ｄとハウジング５とがそれぞれヘリカルスプライン
結合しているので、キャリア１ｄとハウジング５とがそ
れそれ回転し、リングギア１ｂとプラネットギア１ｃと
の咬合状態がこの回転により変更され、この結果、カム
軸４が回転して、その位相が変更される。

【０００８】ところが、このような構成のカム軸位相可
変装置には、以下に説明する技術的課題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、図３に示し
たカム軸位相可変装置では、キャリア１ｄを回転させる
ために、比較的長いピストン２ｂが必要になり、ピスト
ン２ｂが長くなると、これを作動する際の慣性モーメン
トが大きくなり、その結果、ピストン２ｂを軸方向に移
動させる大型のステッピングモータ３が必要になるとと
もに、装置全体の重量が増し、作動応答性の低下や位相
変更時の動力消費が大きくなるという問題があった。

【００１０】また、上記したカム軸位相可変装置では、
筒状のピストン２ｂとキャリア１ｄおよびハウジング５
とが内外周でヘリカルスプライン結合しているため、ス
プライン加工の難易度が高くなり、コストが嵩むという
問題もあった。さらに、ピストン２ｂとキャリア１ｄお
よびハウジング５とを内外周でヘリカルスプライン結合
しているので、この部分のバックラッシ補正機能不備な
どにより、振動の発生が懸念されていた。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その第一の目的は、装置全体
を軽量化することにより、作動応答性の低下や動力消費
の増加を回避することができるカム軸位相可変装置を提
供することにある。また、第二の目的は、難易度の高い
加工をなくすことにより、低コスト化が図れるカム軸位
相可変装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、遊星歯車機構と位相変更機構とを備え、
内燃機関の運転状態に対応させてカム軸の回転位相を変
更するカム軸位相可変装置において、前記遊星歯車機構
は、前記カム軸の外周に固定されたサンギアと、外周側
から内燃機関の回転力が入力されるリングギアと、前記
サンギアとリングギアとにそれぞれ咬合する複数のプラ
ネットギアとを有し、前記位相変更機構は、内燃機関の
運転状態に対応して回転駆動されるステッピングモータ
と、このステッピングモータの回転軸にヘリカルスプラ
イン結合されたキヤリア軸と、前記キャリア軸に回転可
能、かつ、軸方向移動不能に結合されたキャリアと、前
記キャリアに固設され、前記プラネットギアとそれぞれ
螺着結合された複数のナットとを有することを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】上記構成のカム軸位相可変装置によれば、特
に、位相変更機構は、内燃機関の運転状態に対応して回
転駆動されるステッピングモータと、このステッピング
モータの回転軸にヘリカルスプライン結合されたキヤリ
ア軸と、キャリア軸に回転可能、かつ、軸方向移動不能
に結合されたキャリアと、キャリアに固設され、プラネ
ットギアとそれぞれ螺着結合された複数のナットとを有
しており、キャリアがモータの回転軸にヘリカルスプラ
イン結合されたキャリア軸と直接回転可能、かつ、軸方
向移動不能に結合されているので、内外周にヘリカルス
プラインを設けたピストンが不要になる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図１および図２は、本発明
にかかるカム軸位相可変装置の一実施例を示している。
同図に示すカム軸位相可変装置は、ハウジング１０内に
収納された遊星歯車機構１２と位相変更機構１４とを備
えている。カム軸位相可変装置は、ハウジング１０に回
転自在に支持されたカム軸１６の回転位相を内燃機関の
運転状態に対応させて変更するものである。

【００１５】遊星歯車機構１２は、サンギア１８と、リ
ングギア２０と、複数のプラネットギア２２とを有して
いる。サンギア１８は、中空筒状の円筒体２４の外周に
所定のギアを刻設したものであり、円筒体２４をカム軸
１６の一端側に設けられた小径部２６の端縁に嵌合し、
キー１９を装着することによりカム軸１６に固定されて
いる。カム軸１６の先端には、ボルト２８が螺着され、
このボルト２８により円筒体２４の抜け落ちが防止され
ている。

【００１６】リングギア２０は、両端が閉止された中空
円筒状の回転体２９の内面に配置されていて、回転体２
９は、一対の円板状の左右端板３０，３２に円筒壁３４
を組み付けたものであって、円筒壁３４の内面側にリン
グギア２０が刻設されている。また、この円筒壁３４の
外面側には、リングギア２０に対向するようにして入力
ギア３６が設けられており、このギア３６は、タイミン
グベルトなどを介して内燃機関のクランク軸などと連結
され、内燃機関の回転力が入力される。

【００１７】回転体２９の左端板３０は、その中心孔が
カム軸１６の小径部２６の基端側に嵌着され、左端板３
０は、入力ギア３６に内燃機関の回転力が入力されたと
きに、小径部２６の外周面に摺接するようにして回転す
る。一方、回転体２９の右端板３２は、その中心孔にベ
アリング３８を介して、後述するキャリア軸の外周に装
着されている。

【００１８】プラネットギア２２は、この実施例では、
３個が周方向に等角度間隔で配置されていて、それぞれ
がサンギア１８およびリングギア２０と咬合しており、
ギア２２が周設された基部４０の回転中心から左右方向
に回転軸４２が延設され、回転軸４２の左端側が円板状
の取付プレート４４に回転自在に支持されている。取付
プレート４４は、その中心孔がカム軸１６の小径部２６
に回転可能に嵌着されている。

【００１９】一方、各プラネットギア２２の回転軸４２
の右端側には、所定長さのねじ部４６が一体に形成され
ている。位相変更機構１４は、ハウジング１４に固定さ
れたステッピングモータ４８と、キャリア軸５０と、キ
ャリア５２と、ナット５４とから概略構成されている。
ステッピングモータ４８は、内燃機関の運転状態に対応
して電子制御ユニット５６により回転駆動されるもので
あって、電子制御ユニット５６には、内燃機関の運転状
態を検出するスロットルセンサ５８と回転数センサ６０
とが接続されている。

【００２０】ステッピングモータ４８の回転軸６２に
は、ヘリカルスプライン突起６４が設けられたリードス
クリュウ６６が固設され、このスクリュウ６６のヘリカ
ルスプライン突起６４には、内周面にヘリカルスプライ
ン溝６８が内設された中空筒状のキャリア軸５０が結合
されている。このキャリア軸５０の基端側は、ハウジン
グ１４に固設されたスリーブ７０内に嵌着され、スリー
ブ７０により軸方向に移動自在に支持されている。

【００２１】キャリア５２は、角部が円弧状に形成され
た略正三角形状の板であって、中心に取付孔７２が穿設
されていて、この孔７２内にキャリア軸５０を挿通し、
止めリング７４を軸５０に装着することにより、キャリ
ア軸５０に対して、回転可能、かつ、軸方向移動不能に
結合されている。また、キャリア５２には、その頂点部
に対応するようにして、合計３個のナット５４が固設さ
れていて、各ナット５４には、プラネットギア２２のね
じ部４６がそれぞれ螺着結合されている。

【００２２】なお、図１において符号７６で示した部位
は、油路であって、この油路７６は、カム軸１６と摺接
しながら回転する部分に潤滑用のオイルを供給するため
に設けている。以上のように構成されたカム軸位相可変
装置は、電子制御ユニット５６により以下のように制御
される。この制御では、まず、スロットルセンサ５８と
回転数センサ６０の出力信号が入力されている電子制御
ユニット５６により現在の内燃機関の運転状態が判断さ
れる。そして、内燃機関の現在の運転状態が、例えば、
中回転で中負荷領域（通常状態）にあって、吸気弁の
開，閉弁時期を変える必要がない場合には、電子制御ユ
ニット５６からステッピングモータ４８に駆動信号が送
出されない。

【００２３】ステッピングモータ４８の駆動が行なわれ
ない場合には、内燃機関の回転力が回転体２９の入力ギ
ア３６に入力されると、リングギア２０が回転し、この
回転力がリングギア２０と咬合しているプラネットギア
２２に伝達され、さらに、これと咬合しているサンギア
１８に伝達され、その結果、カム軸１６がリングギア２
０と同期回転する。

【００２４】このとき、位相変更機構１４では、プラネ
ットギア２２とキャリア５２とが、ナット５４とねじ部
４６との螺着により結合されているので、キャリア５２
も同期回転するが、キャリア５２は、キャリア軸５０に
対して回転可能に結合されているので、キャリア軸５０
は回転しない。一方、電子制御ユニット５６で、現在の
内燃機関の運転状態が、例えば、低回転で、低負荷領域
にあるときや、高回転で、高負荷領域にあると判断され
た場合には、カム軸１６の回転位相を変更する必要があ
るので、まず、ステッピングモータ４８が電子制御ユニ
ット５６により回転駆動される。

【００２５】モータ４８が回転すると、これに伴ってリ
ードスクリュウ６６が回転し、スクリュウ６６の回転に
より、キャリア軸５０が回転量に対応した分だけ軸方向
に移動する。キャリア軸５０が軸方向に移動すると、軸
５０にキャリア５２が軸方向移動不能に結合されている
ので、キャリア５２も同様に同量だけ軸方向に移動す
る。このとき、キャリア５２には、プラネットギア２２
のねじ部４６と螺着されたナット５４が設けられている
ので、キャリア５２が軸方向に移動すると、プラネット
ギア２２は、キャリア５２の軸方向移動量に対応して回
転する。

【００２６】プラネットギア２２が回転すると、このギ
ア２２は、サンギア１８に咬合しているので、サンギア
１８もプラネットギア２２の回転に伴って回転し、サン
ギア１８がカム軸１６に固設されているので、最終的に
カム軸１６が位相差に対応した量だけ回転し、カム軸１
６の回転位相が変更されることになる。この結果、内燃
機関の吸気弁の開弁時期が進角方向に変更される。な
お、この時の進角量は、内燃機関の運転状態において任
意に設定することができ、設定された運転状態と進角量
との関係は、例えば、マップにして電子制御ユニット５
６のメモリに記憶させておくことができる。

【００２７】本発明のカム軸位相可変装置における位相
変換量を、遊星歯車機構１０の原理に基づいて試算する
と以下のようになる。遊星歯車機構１０の各ギアの回転
数の関係は、以下に示す式で表される。 （１＋λ）Ｃ_n ＝Ｒ_n ＋λＳ_n 但し、λはサンギア１８とリングギア２０との径比、Ｃ
_n はキャリア５２の回転数、Ｒ_n はリングギア２０の回
転数、Ｓ_n はサンギア１８の回転数である。ここで、リ
ングギア２０が固定されていてＲ_n ＝Ｏであるとする
と、上記式は、｛（１＋λ）／λ｝Ｃ_n ＝Ｓ_n となり、
サンギア１８の回転数は、キャリア５２の回転数の（１
＋λ）／λ倍の回転となる。ここで、仮に各ギアの条件
が、サンギア１８の歯数３０、リングギア２０の歯数６
０、プラネットギア２２の歯数１５であるとし、プラネ
ットギア２２が１回転したと仮定すると、キャリア５２
の回転数Ｃ_n は、１５／６０＝０．２５となり、λ＝Ｓ
_n ／Ｒ_n ＝３０／６０＝０．５となる。

【００２８】これらの値をＳ_n ＝｛（１＋λ）／λ｝Ｃ
_n の関係式に代入すると、Ｓ_n ＝｛（１＋０．５）／
０．５｝×０．２５＝０．７５となる。ここで、いま、
カム軸１６の位相角を９０°（１／４回転＝０．２５）
変更するものであるとすれば、上記計算から明らかなよ
うに、プラネットギア２２が１回転すると、サンギア１
８が０．７５回転するので、サンギア１８を１／４回転
させるためには、１×０．２５／０．７５＝０．３３と
なり、プラネットギア２２を約０．３３回転させれば、
カム軸１６の位相角が９０°変わることになる。

【００２９】さて、以上のように構成されたカム軸位相
可変装置では、特に、位相変更機構１４は、内燃機関の
運転状態に対応して回転駆動されるステッピングモータ
４８と、このステッピングモータ４８の回転軸にヘリカ
ルスプライン結合されたキヤリア軸５０と、キャリア軸
５０に回転可能、かつ、軸方向移動不能に結合されたキ
ャリア５２と、キャリア５２に固設され、プラネットギ
ア２２とそれぞれ螺着結合された複数のナット５４とを
有しており、キャリア５２がモータ４８の回転軸に螺着
されたキャリア軸５０と直接回転可能、かつ、軸方向移
動不能に結合されているので、従来のこの種の装置のよ
うに、内外周にヘリカルスプライン溝を設けたピストン
が不要になる。

【００３０】このため、ステッピングモータ４８で駆動
する位相変更機構１２の慣性モーメントが小さくなり、
その結果、キャリア５２を軸方向に移動させるステッピ
ングモータ４８の出力を小さくしても容易に作動させる
ことができ、装置全体の軽量化が図れ、作動応答性を改
善し、位相変更時の動力消費も小さく抑えることが可能
になる。

【００３１】また、上記したカム軸位相可変装置では、
従来のこの種の装置のように内外周でヘリカルスプライ
ン結合した部分がないので、加工が容易になり、しか
も、構成部品点数も少なくなるので、製造コストの低減
も図ることができる。さらに、内外周でヘリカルスプラ
イン結合している部分を排除することにより、振動の発
生も低減することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるカム軸位相可変装置によれば、装置全体
を軽量化することにより、作動応答性の低下や動力消費
の増加を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるカム軸位相可変装置の一実施例
を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】従来のカム軸位相可変装置の一例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１２ 遊星歯車機構 １４ 位相変更機構 １６ カム軸 １８ サンギア ２０ リングギア ２２ プラネットギア ３６ 入力ギア ４６ ねじ部 ４８ ステッピングモータ ５０ キャリア軸 ５２ キャリア ５４ ナット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遊星歯車機構と位相変更機構とを備え、
   内燃機関の運転状態に対応させてカム軸の回転位相を変
   更するカム軸位相可変装置において、 前記遊星歯車機構は、前記カム軸の外周に固定されたサ
   ンギアと、外周側から内燃機関の回転力が入力されるリ
   ングギアと、前記サンギアとリングギアとにそれぞれ咬
   合する複数のプラネットギアとを有し、 前記位相変更機構は、内燃機関の運転状態に対応して回
   転駆動されるステッピングモータと、このステッピング
   モータの回転軸にヘリカルスプライン結合されたキヤリ
   ア軸と、前記キャリア軸に回転可能、かつ、軸方向移動
   不能に結合されたキャリアと、前記キャリアに固設さ
   れ、前記プラネットギアとそれぞれ螺着結合された複数
   のナットとを有することを特徴とするカム軸位相可変装
   置。