KR101624782B1 - 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치 - Google Patents

내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치 Download PDF

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히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 토션 스프링의 탈락 방지만을 목적으로 한 구성을 별도로 새롭게 설치하지 않고 이 토션 스프링의 탈락을 방지할 수 있는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
크랭크 샤프트와 동기 회전하는 타이밍 스프로켓(11)과 캠 샤프트(10)와 일체 회전하는 종동 부재(13) 사이에 토션 스프링(20)을 개재하고, 이 토션 스프링(20)을 상기 양 부재(11, 13)의 직경 방향 사이에 형성되는 바닥이 있는 통형의 수용 공간(26) 내에 배치하며, 이 수용 공간(26)의 개방단을 상기 양 부재(11, 13)의 상대 회전 각도 범위의 제한에 이용하는 스토퍼 플레이트(16)에 의해 폐색하도록 하였다.

Description

내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING VALVE TIMING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 특히 배기 밸브에 대한 밸브 타이밍 제어에 이용하는 밸브 타이밍 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 밸브 타이밍 제어 장치로서는, 예컨대 이하의 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.
즉, 이 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크 샤프트와 동기 회전하는 구동 회전체인 스프로켓과, 이 스프로켓에 대하여 상대 회전 가능하게 설치되고, 캠 샤프트와 일체 회전하는 종동 회전체와, 이 종동 회전체에 정해진 감속 기구를 통해 연계하는 전동 모터를 구비하고, 기관 운전 상태에 따라 전동 모터를 구동 제어함으로써, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대 위상을 변경 가능하게 하고 있다.
그리고, 흡기 밸브와 배기 밸브에서는 기관 시동에 적합한 밸브 타이밍이 상이하고, 특히 배기 밸브에 대해서는 기관 시동시에 진각 위상으로 되어 있어야 하기 때문에, 이 배기 밸브에 따른 밸브 타이밍 제어 장치에 대해서는, 상기 양 회전체간에 가압 부재가 개재됨으로써, 페일 세이프로서, 전기 계통의 결함시에도 진각측에의 위상 변경이 가능하게 되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-207398호 공보
그러나, 상기 종래의 밸브 타이밍 제어 장치에서는, 상기 가압 부재로서 토션 스프링을 이용하는 경우, 가압력의 증대에 따라 탈락하는 것이 염려되기 때문에, 이러한 탈락을 억제하기 위한 특별한 스프링 빠짐 방지 구조를 설치해야 하고, 이것에 의해, 장치의 대형화나 비용 증가 등의 문제를 초래하였다.
본 발명은, 상기 종래의 밸브 타이밍 제어 장치의 실정을 감안하여 안출된 것으로서, 토션 스프링의 탈락 방지만을 목적으로 한 구성을 별도로 새롭게 설치하지 않고 이 토션 스프링의 탈락을 방지할 수 있는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원 청구항 1에 기재된 발명은, 배기 밸브를 구동하는 캠 샤프트에 설치되어, 이 배기 밸브의 밸브 타이밍을 변경하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치로서, 크랭크 샤프트의 회전이 전달되는 구동 회전체와, 캠 샤프트에 고정되는 종동 회전체와, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전 위상을 변경하는 전동 모터와, 상기 구동 회전체의 내주와 상기 종동 회전체의 외주 사이에 형성되는 바닥이 있는 환형 홈 내에 수용 배치되고, 일단이 상기 구동 회전체에, 타단이 상기 종동 회전체에, 각각 연계하는 토션 스프링과, 상기 구동 회전체에서의 상기 환형 홈의 개방단의 일부를 덮도록 고정되고, 상기 종동 회전체 또는 상기 캠 샤프트와 협동하여, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전을 정해진 각도 범위로 제한하는 스토퍼 플레이트를 구비한 것을 특징으로 한다.
본원 청구항 2에 기재된 발명은, 배기 밸브를 구동하는 캠 샤프트에 설치되고, 이 배기 밸브의 밸브 타이밍을 변경하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치로서, 크랭크 샤프트의 회전이 전달되는 구동 회전체와, 캠 샤프트에 고정되는 종동 회전체와, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전 위상을 변경하는 전동 액추에이터와, 상기 구동 회전체의 내주와 상기 종동 회전체의 외주 사이에 형성되는 바닥이 있는 환형 홈에 수용 배치되고, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체 사이에서 가압력을 발휘하는 가압 부재와, 상기 구동 회전체에서의 상기 환형 홈의 개방단의 일부를 덮도록 고정되고, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전을 정해진 각도 범위로 제한하는 스토퍼 플레이트를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 토션 스프링의 탈락 방지만을 목적으로 한 구성을 별도로 새롭게 설치하지 않고, 이 토션 스프링의 탈락을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 타이밍 제어 장치의 종단면도.
도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도 3은 도 1에 도시하는 밸브 타이밍 제어 장치에 대해서 커버 부재를 벗긴 것을, 캠 샤프트 부착측에서 본 사시도.
도 4는 도 1의 선 B-B를 따라 취한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치로서 배기 밸브의 밸브 타이밍 제어에 이용하는 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
즉, 이 밸브 타이밍 제어 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 내연 기관의 크랭크 샤프트로부터 회전 구동력이 전달되고, 이 크랭크 샤프트와 동기 회전하는 구동 회전체인 대략 원통형의 타이밍 스프로켓(11)과, 이 타이밍 스프로켓(11)의 선단측인 축방향 일단측에 설치되고, 도시하지 않은 실린더 헤드의 측부에 설치되는 커버 부재(12)와, 상기 실린더 헤드에서 회전 가능하게 지지되는 캠 샤프트(10)의 상기 실린더 헤드 외측을 향하는 일단부에 고정되고, 이 캠 샤프트(10)와 일체 회전하는 종동 회전체인 종동 부재(13)와, 상기 커버 부재(12)와 상기 타이밍 스프로켓(11)에 의해 구획되는 수용 공간 내에 수용되는 형태로 상기 타이밍 스프로켓(11)과 상기 종동 부재(13) 사이에 개재되고, 기관 운전 상태에 따라 상기 양자(11, 13)의 상대 회전 위상을 변경하는 위상 변경 기구(14)를 구비하고 있다.
상기 타이밍 스프로켓(11)은, 전체가 철계의 금속 재료에 의해 일체로 형성되어 이루어지는 것으로, 내주면이 단차 직경 형상으로 형성된 스프로켓 본체를 구성하는 통형 베이스부(11a)와, 이 통형 베이스부(11a)의 타단부 외주에 일체로 설치되고, 권취되는 도시하지 않은 타이밍 체인을 통해 크랭크 샤프트의 회전 구동력이 전달되는 이빨(tooth)부(11b)로 구성되며, 주지의 볼 베어링인 제1 베어링(B1)을 통해, 상기 통형 베이스부(11a)의 내주측에 배치되는 후술의 축 지지 부재(17)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 상기 통형 베이스부(11a)의 일단은 후술하는 전동 모터(29)가 배치됨으로써 이 일단측 개구가 폐색되는 한편, 타단측 개구에 대해서는, 상기 타이밍 스프로켓(11)과 전동 모터(29)를 고정하는 복수의 볼트(15)에 의해 체결(함께 체결)되는 원판형의 스토퍼 플레이트(16)에 의해 폐색되어 있다.
또한, 상기 통형 베이스부(11a)의 타단측 내주면에는, 후술하는 토션 스프링(20)의 일단부(20a)의 형상에 맞춰 직경 방향 외측으로 지향하는 일단측 계지(係止) 홈(11c)이, 상기 각 볼트(15)가 삽입 관통하는 볼트 삽입 관통 구멍(11d)과 간섭하지 않는 정해진 둘레 방향 위치에서, 통형 베이스부(11a)의 타단으로부터 축방향을 따라 절결 형성되어 있다. 즉, 이 일단측 계지 홈(11c)에, 후술하는 컬러 부재(25)의 절결 홈(25a)을 통해 이 컬러 부재(25)의 외주측을 향한 토션 스프링(20)의 일단부(20a)를 계지시키는 구성으로 되어 있다.
상기 커버 부재(12)는, 예컨대 알루미늄 합금재에 의해 대략 컵형으로 형성되어 이루어지는 것으로, 일단측으로 팽출 형성된 팽출부(12a)에 의해 후술하는 전동 모터(29)의 외주를 덮도록 설치되고, 타단부 외주에 직경 확장형으로 형성된 브러시부(12b)를 통해 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 상기 실린더 헤드 측부에 고정된다. 또한 이 커버 부재(12)의 내주측에는, 후술하는 전동 모터(29)의 외주면과의 사이에, 환형의 시일 부재(S1)가 개재되고, 이것에 의해, 플랜지부(12b)의 내면과 실린더 헤드 측면의 미소한 간극을 통해 외부로부터 침입하는 수분이나 분진의 전동 모터(29) 내부에의 침입이 억제되어 있다.
상기 종동 부재(13)는, 후술하는 전동 모터(29)[구체적으로는 전기자(33)]에 접속되는 출력축 부재(34)의 축 지지에 이용하는 축 지지 부재(17)와, 이 축 지지 부재(17)와 캠 샤프트(10)의 축방향 사이에 개재되고, 후술하는 토션 스프링(20)의 지지에 이용하는 스프링 지지 부재(18)로 구성되며, 이들 양 부재(18, 19)는 후술하는 제3 베어링(B3)을 통해 캠 볼트(19)에 의해 캠 샤프트(10)의 일단에 함께 체결하여 고정되어 있다.
또한, 이 종동 부재(13) 중 스프링 지지 부재(18)와 타이밍 스프로켓(11) 사이에는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 일단부(20a)가 스프링 지지 부재(18)에, 타단부(20b)가 타이밍 스프로켓(11)에 각각 고정되는 것에 의해, 스프링 지지 부재(18)를 진각측으로 가압하는 토션 스프링(20)이 개재되어 있다. 즉, 이 토션 스프링(20)의 가압력에 의해, 위상 변경 기구(14)[후술하는 전동 모터(29)]에 의한 위상 변경 토크가 작용하지 않게 되는 전기 계통의 결함 시에 기관이 정지할 때에, 캠 샤프트(10)를 통해 전달되는 지각 방향의 회전력에 상당하는 소위 교번 토크에 대항하여 종동 부재(13)를 진각측으로 가압 가능한 구성으로 되어 있다.
상기 축 지지 부재(17)는, 그 직경 방향 중앙 위치에 설치되는 통형 베이스부(21)와, 이 통형 베이스부(21)의 축방향 중간 위치에서 직경 방향 외측으로 연장되는 원판부(22)와, 이 원판부(22)의 축방향 일단부[후술의 전동 모터(29)측의 단부]에 직경 확장형이며, 전동 모터(29)측을 향하여 축방향으로 연장 설치되고, 둘레 방향에서 복수의 롤러(24)를 유지하는 롤러 유지부(23)가 일체로 설치되어 있다. 그리고, 이 축 지지 부재(17)는, 상기 통형 베이스부(21)의 캠 샤프트(10)측의 단부[후술의 타단부(21c)]가 스프링 지지 부재(18)에 형성된 후술의 오목부(18a)에 감합(嵌合)함으로써 이 스프링 지지 부재(18)와의 동축성이 확보되고, 복수의 제1 위치 결정핀(P1)에 의해 스프링 지지 부재(18)에 대한 회전 방향의 위치 결정이 이루어진 상태로, 상기 캠 볼트(19)로 캠 샤프트(10)에 고정된다.
상기 통형 베이스부(21)는, 그 중앙부에 축방향을 따라 관통하는 삽입 관통 구멍(21a)이 형성되고, 그 일단부[후술의 전동 모터(29)측의 단부](21b)의 외주면에는, 주지의 니들 베어링인 제2 베어링(B2)이 감착(嵌着)되는 한편, 그 타단부[캠 샤프트(10)측의 단부](21c)는, 스프링 지지 부재(18)에 형성된 후술의 오목부(18a)와 감합하는 볼록부로서 구성되어 있다. 또한, 이 통형 베이스부(21)의 일단측에는, 후술하는 출력축 부재(34)의 회전 지지에 이용하는 주지의 볼베어링인 제3 베어링(B3)이 축방향으로 인접 배치되고, 이 제3 베어링(B3)의 내륜이 통형 베이스부(21)의 일단과 캠 볼트(19)의 머리부 사이에서 협지되는 구성으로 되어 있다.
상기 원판부(22)는, 그 둘레 방향의 정해진 위치에, 상기 복수의 제1 위치 결정 핀(P1)의 일단측이 삽입 관통하는 복수의 핀 삽입 관통 구멍(22a)이 관통 형성되고, 이 각 핀 삽입 관통 구멍(22a)과는 다른 둘레 방향 위치에, 캠 샤프트(10)측으로부터 스프링 지지 부재(18)를 통해 상기 제2, 제3 베어링(B2, B3) 등의 윤활에 이용하는 후술의 오일 구멍(48)이 관통 형성되어 있다. 또한, 이 원판부(22)의 외주면에는 상기 제1 베어링(B1)이 감착되고, 이 제1 베어링(B1)에 의해 타이밍 스프로켓(11)이 회전 가능하게 지지되어 있다.
여기서, 상기 제1 베어링(B1)에 대해서는, 내륜이 롤러 유지부(23)와 스프링 지지 부재(18)에 의해, 또한 외륜이 타이밍 스프로켓(11)의 내주측 단부(11e)와 이것에 대향하도록 스프링 지지 부재(18)의 외주에 배치되는 원환형의 컬러 부재(25)에 의해, 각각 협지 고정되어 있다. 또한, 상기 컬러 부재(25)에 대해서는, 타이밍 스프로켓(11)의 통형 베이스부(11a)에 형성되는 일단측 계지 홈(11c)과 대향하는 둘레 방향 위치에, 스프링 지지 부재(18)의 외주에 감착시킨 토션 스프링(20)의 일단부(20a)를 외주측으로 향하게 하기 위한 절결 홈(25a)이, 이 컬러 부재(25)의 외단으로부터 축방향을 따라 절결 형성되어 있다.
상기 롤러 유지부(23)는, 대략 통형으로 구성되고, 그 둘레 방향의 정해진 위치에는, 각각 상기 복수의 롤러(24)의 유지에 이용하는 롤러 유지 구멍(23a)이 관통 형성되며, 이 각 롤러 유지 구멍(23a)의 각각에 각 롤러(24)를 수용하여 회전 가능하게 유지하도록 되어 있다.
상기 스프링 지지 부재(18)는, 대략 원기둥형으로 형성되고, 축 지지 부재(17)와 대향하는 일단면의 중앙 위치에, 상기 통형 베이스부(21)의 타단부(21c)가 감합하는 오목부(18a)가 형성되며, 이 오목부(18a)의 외주 영역에, 상기 복수의 제1 위치 결정 핀(P1)의 타단측이 삽입되는 복수의 제1 위치 결정 구멍(18b)이 형성되어 있다. 한편, 타단면에는, 그 중앙 위치에, 캠 샤프트(10)에 형성된 오목부(10a)에 감합하는 볼록부(18c)가 돌출 설치되고, 이 볼록부(18c)의 외주 영역에, 캠 샤프트(10)에 대한 회전 방향의 위치 결정에 이용하는 복수의 제2 위치 결정 핀(P2)의 일단측이 삽입되는 복수의 제2 위치 결정 구멍(18d)이 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 이 스프링 지지 부재(18)도, 캠 샤프트(10)에 대하여, 상기 볼록부(18c)와 오목부(10a)의 감합 및 상기 복수의 제2 위치 결정 핀(P2)에 의한 접속에 의해 동축성의 확보 및 회전 방향의 위치 결정이 이루어진 상태에서, 상기 캠 볼트(19)의 체결에 의해 축 지지 부재(17)와 캠 샤프트(10) 사이에 협지 고정된다.
또한, 상기 스프링 지지 부재(18)의 일단측 외주에는, 토션 스프링(20)의 외부 감합에 이용하는 환형 홈(18e)이 둘레 방향을 따라 절결 형성되고, 이 환형 홈(18e)의 축방향 양단부에 의해 토션 스프링(20)의 안정적인 유지가 가능하게 되어 있다. 그리고, 이러한 토션 스프링(20)의 감착에 있어서, 스프링 지지 부재(18)의 타단부에는, 토션 스프링(20)의 타단부(20b)의 형상에 맞춰 직경 방향 내측으로 지향하는 타단측 계지 홈(18f)이, 스프링 지지 부재(18)의 외주로부터 직경 방향을 따라 절결 형성되는 것에 의해, 이 타단측 계지 홈(18f)에, 토션 스프링(20)의 타단부(20b)를 계지시키는 구성으로 되어 있다.
이러한 구성으로부터, 상기 토션 스프링(20)에 대해서는, 그 일단부(20a)를 타이밍 스프로켓(11)의 일단측 계지 홈(11c)에, 그 타단부(20b)를 스프링 지지 부재(18)의 타단측 계지 홈(18f)에, 각각 계입(係入)시키는 형태로, 상기 양 부재(11, 18)의 직경 방향 사이에 형성되는 바닥이 있는 원통형의 수용 공간(26) 내에 그 개방단측[스프링 지지 부재(18)의 타단측]으로부터 감합 삽입되는 것에 의해, 이 스프링 지지 부재(18)의 환형 홈(18e)에 감착되게 된다.
또한, 상기 스프링 지지 부재(18)의 타단부 외주에는, 도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이, 그 둘레 방향의 정해진 범위에, 스토퍼 플레이트(16)에 설치되는 후술의 규제 볼록부(28)가 계입하는 원호 오목형의 규제 오목부(27)가 둘레 방향을 따라 절결 형성되고, 상기 규제 볼록부(28)의 각 측단(28a, 28b)이 각각 대향하는 상기 규제 오목부(27)의 각 측단(27a, 27b)에 접촉함으로써 양자(16, 18)의 상대 이동이 규제되도록 되어 있다. 환언하면, 이 규제 오목부(27)의 둘레 방향 폭의 범위 내에서만, 스토퍼 플레이트(16)와 대략 지지 부재(18)[종동 부재(13)]의 상대 회전, 즉 타이밍 스프로켓(11)과 캠 샤프트(10)의 상대 회전이 허용되는 구성으로 되어 있다.
상기 위상 변경 기구(14)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 종동 부재(13)를 통해 캠 샤프트(10)의 동축 상에 배치되고, 도시하지 않은 전자 제어 유닛으로부터의 제어 전류에 의해 회전 구동되는 전동 액추에이터로서, 위상 변경 토크의 발생에 이용하는 전동 모터(29)와, 이 전동 모터(29)와 종동 부재(13)[축 지지 부재(17)] 사이에 개재되고, 상기 전동 모터(29)의 출력을 감속하여 전달하는 감속 기구(30)로 주로 구성되어 있다. 또한 상기 전자 제어 유닛에 대해서는, 도시하지 않은 크랭크각 센서나 에어 플로 미터, 수온 센서, 스로틀 센서 등 각종 센서류로부터 얻어지는 기관 운전 상태에 기초하여 상기 전동 모터(29)를 구동 제어하도록 되어 있다.
상기 전동 모터(29)는, 브러시[후술의 제1, 제2 브러시(41a, 41b)]를 갖는 DC 모터로서, 상기 복수의 볼트(15)에 의해 타이밍 스프로켓(11)에 함께 체결하여 고정되고, 이 타이밍 스프로켓(11)과 일체 회전하는 바닥이 있는 원통형의 요크(31)와, 이 요크(31)의 내주면에 고정된 고정자인 원통 반할형의 한 쌍의 영구 자석(32a, 32b)과, 이 양 영구 자석(32a, 32b)의 내주측에 회전 가능하게 설치된 회전자인 전기자(33)와, 이 전기자(33)의 내주측에 일체 회전 가능하게 삽입 관통 고정되고, 상기 전기자(33)의 출력에 이용하는 출력축 부재(34)와, 이 출력축 부재(34)의 요크(31) 개구측에 연장되는 일단부 외주에 설치된 정류자(35)와, 상기 요크(31)의 일단측 개구를 폐색하는 밀봉 플레이트(38)에 설치되고, 상기 정류자(35)를 통해 상기 전기자(33)[후술의 코일(33b)]에의 급전에 이용하는 급전부(36)로 주로 구성되어 있다.
상기 요크(31)는, 타이밍 스프로켓(11)의 통형 베이스부(11a)와 대략 동일한 외경으로 설정되어 이루어지는 원통부(31a)와, 이 원통부(31a)의 타이밍 스프로켓(11)의 대향 단부에 설치된 바닥벽부(31b)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 바닥벽부(31b)의 외측면에 의해 타이밍 스프로켓(11)의 일단측 개구를 폐색하는 형태로 이 타이밍 스프로켓(11)에 대하여 축방향으로 직렬로 배치되고, 타이밍 스프로켓(11)을 관통하는 상기 복수의 볼트(15)에 의해 이 타이밍 스프로켓(11) 및 스토퍼 플레이트(16)와 일체적으로 체결되며, 상기 원통부(31a)의 일단측 개구가 상기 밀봉 플레이트(38)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 상기 바닥벽부(31b)의 대략 중앙 위치에는, 출력축 부재(34)가 삽입 관통하는 축 삽입 관통 구멍(31c)이 관통 형성되고, 이 축 삽입 관통 구멍(31c)을 통해 종동 부재(13)측으로 향한 출력축 부재(34)의 타단부가 감속 기구(30)에 접속되어 있다. 또한 이 축 삽입 관통 구멍(31c)의 감속 기구(30)측의 구멍 가장자리에는, 상기 요크(31)의 내주측에 형성되는 모터 수용 공간(37)을 액밀식으로 시일하는 제2 시일 부재(S2)가 설치되고, 이 제2 시일 부재(S2)에 의해, 감속 기구(30)측으로부터 상기 모터 수용 공간(37)에의 윤활유의 유입이 억지되어 있다.
상기 전기자(33)는, 출력축 부재(34)의 축방향 중간부 외주에 설치된 철심인 로터(33a)와, 이 로터(33a)에 권취된 복수의 코일(33b)에 의해 구성되고, 상기 각 코일(33b)이 정류자(35)를 통해 급전부(36)와 전기적으로 접속됨으로써 통전 가능하게 되어 있다.
상기 출력축 부재(34)는, 축 지지 부재(17)와 대향하는 축방향 일단측 중, 내단측이 상기 제2 베어링(B2)을 통해 캠 볼트(19)에 지지되고, 외단측이 상기 제2 베어링(B2)을 통해 축 지지 부재(17)에 지지되는 구성으로 되어 있다. 또한, 이 출력축 부재(34)의 일단부에는, 이 출력축 부재(34)에서의 다른 축방향 영역과는 축심을 상이하게 하도록 형성된, 상기 감속 기구(30)의 일부를 구성하는 후술의 편심축부(45)가 일체로 설치되어 있다.
상기 급전부(36)는, 요크(31)의 일단측 개구를 폐색하는 형태로 설치되고, 대략 원판형의 금속재로 이루어지는 코어재(38a)의 내외 양측면에 각각 수지제의 절연부(38b)를 설치하여 이루어지는 밀봉 플레이트(38)와, 이 밀봉 플레이트(38)의 외측면에, 각각 직경 방향에서 내외주 2중이 되도록 배치된 한 쌍의 제1, 제2 슬립 링(39a, 39b)과, 그 기단부인 길이 방향 일단부가 상기 양 슬립 링(39a, 39b)의 둘레 방향 일부와 대향하도록 커버 부재(12)의 팽출부(12a) 단부면에 감합 삽입 배치되는 종단면이 대략 L자형을 이루는 케이스(40)와, 이 케이스(40)의 기단부 내주측에 각각 수용되고, 상기 각 슬립 링(39a, 39b)의 둘레 방향 일부와 대향하도록 배치되는 한 쌍의 제1, 제2 브러시(41a, 41b)와, 상기 케이스(40)의 기단부 내주측에 각각 수용 배치되고, 상기 각 브러시(41a, 41b)를 상기 각 슬립 링(39a, 39b)의 외측면으로 향해 가압하는 제1, 제2 스프링(42a, 42b)과, 상기 케이스(40)의 타단부에 각각 수용 배치되고, 도시하지 않은 차재 배터리와의 접속에 이용하는 한 쌍의 접속 단자(43a, 43b)와, 이 각 접속 단자(43a, 43b)와 상기 각 브러시(41a, 41b)를 접속하는 하니스(44a, 44b)로 주로 구성되어 있다.
상기 감속 기구(30)는, 도 1, 도 4에 도시하는 바와 같이, 전동 모터(29)의 출력축 부재(34)의 일단부에, 이 출력축 부재(34)의 회전에 따라 편심 회전 운동하도록 구성된 편심축부(45)와, 이 편심축부(45)의 외주에 설치된 비교적 대직경의 볼베어링인 제4 베어링(B4)과, 이 제4 베어링(B4)의 외주에서 회전 가능하게 지지된 상기 복수의 롤러(24)와, 이 각 롤러(24)를 회전 방향으로 유지하면서 축방향 이동을 허용하도록 구성된 유지기로서의 상기 축 지지 부재(17)의 롤러 유지부(23)로 주로 구성되어 있다.
상기 제4 베어링(B4)과 상기 각 롤러(24)는, 그 축방향의 대략 전체가 직경 방향에서 상호 중첩하도록 배치되고, 제4 베어링(B4)의 내륜이 편심축부(45)의 외주면에 압입 고정되며, 이 제4 베어링(B4)의 외륜의 외주면에 각 롤러(24)가 항상 접촉한 상태로 되어 있다. 또한, 이 제4 베어링(B4)의 외륜의 외주 영역에는, 이 외륜의 외주면과 대향하는 타이밍 스프로켓(11)[통형 베이스부(11a)]의 내주부에, 각 롤러(24)와 맞물리는 내치를 이루는 다수의 원호 홈(11f)이 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다.
그리고, 상기 제4 베어링(B4)의 외륜의 외주면과 상기 다수의 원호 홈(11f) 사이에는, 각 롤러(24)의 직경 이상의 폭을 갖는 환형의 직경 방향 간극이 형성되고, 이 직경 방향 간극에 기초하여 제4 베어링(B4) 전체가 상기 편심축부(45)의 편심 회전에 따라 편심 이동 가능하게 되어 있으며, 이러한 편심 이동에 따라 각 롤러(24)가 직경 방향으로 이동함으로써 일부의 롤러(24)가 상기 원호 홈(11f)에 감입(맞물림)하고, 이것에 의해 타이밍 스프로켓(11)의 회전 구동력이 축 지지 부재(17)[종동 부재(13)]에 전달되게 된다.
보다 구체적으로는, 상기 편심축부(45)의 1회전에 대해 각 롤러(24)와 각 원호 홈(11f)의 맞물림 위치가 하나(1치분) 어긋나는 구성으로 되어 있고, 이러한 구성에 기초하여, 전동 모터(29)의 회전이 감속하여 전달되며, 이 전동 모터(29)의 회전으로 종동 부재(13)가 타이밍 스프로켓(11)에 대하여 상대 회전하게 된다.
또한, 상기 감속 기구(30)의 내부에는, 도시하지 않은 윤활유 공급 수단에 의해 윤활유가 공급되도록 되어 있다. 이 윤활유 공급 수단은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 캠 샤프트(10)의 내부 축방향으로 형성되고, 상기 실린더 헤드의 내부 유통로(도시 생략)를 통해 도시하지 않은 메인 오일 갤러리로부터 윤활유를 유도하는 도입 통로(46)와, 스프링 지지 부재(18)의 내부 축방향으로 관통 형성되고, 상기 도입 통로(46)와 후술의 오일 구멍(48)을 접속하는 접속 통로(47)와, 축 지지 부재(17)[원판부(22)]에 관통 형성되고, 일단이 상기 접속 통로(47)에 접속되고, 타단이 상기 제2, 제4 베어링(B2, B4)을 포함하는 베어링부에 개구하는 오일 구멍(48)으로 주로 구성되며, 상기 메인 오일 갤러리로부터의 윤활유를 유도하는 것에 의해 감속 기구(30)를 구성하는 상기 각 베어링(B2, B4) 등의 윤활을 행하고 있다.
이하, 본 발명에 따른 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치의 작용 효과에 대해, 도 1에 기초하여 설명한다.
우선, 기관 시동시에는, 도시하지 않은 스타터 모터에 의해 상기 크랭크 샤프트가 회전 구동되는 것에 의해 상기 타이밍 체인을 통해 타이밍 스프로켓(11)이 회전하고, 그 회전력이 요크(31) 등을 통해 전동 모터(29)를 동기 회전시키며, 상기 타이밍 스프로켓(11)의 회전력이 롤러(24)나 롤러 유지부(23) 등을 포함하는 감속 기구(30)와 이것에 연계하는 종동 부재(13)를 통해 캠 샤프트(10)에 전달되고, 이 캠 샤프트(10)가 갖는 캠이 회전함으로써 도시하지 않은 배기 밸브가 개폐 작동하게 된다.
계속해서, 이 기관 시동 후의 기관 운전시에는, 상기 컨트롤 유닛으로부터의 제어 신호에 기초하여 전동 모터(29)가 회전 구동됨으로써, 이 전동 모터(29)의 회전력이 감속 기구(30)를 통해 캠 샤프트(10)에 전달된다. 이것에 의해, 타이밍 스프로켓(11)에 대하여 캠 샤프트(10)가 정역으로 상대 회전하여 이 양자(10, 11)의 상대 회전 위상이 변경되는 결과, 상기 배기 밸브의 개폐 타이밍(밸브 타이밍)이 원하는 타이밍으로 변경되게 된다.
또한, 기관의 정지시에는, 전기 계통이 정상적인 상태이면 상기 컨트롤 유닛으로부터의 제어 신호에 의해 진각 제어되고, 전기 계통이 결함되어 있는 상태에서는, 캠 샤프트(10)에 작용하는 상기 교번 토크에 기초하여 종동 부재(13)가 지각측으로 상대 회전하고자 할 때, 이 종동 부재(13)에 상기 토션 스프링(20)의 가압력이 작용함으로써, 상기 정상시와 같이, 종동 부재(13)가 상기 교번 토크에 대항하여 진각 위치에 유지되게 된다.
여기서, 본 실시형태에 따른 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치에서는, 상기 토션 스프링(20)의 가압력의 발휘에 있어서, 이 토션 스프링(20)에서 축방향으로 쓰러지는 힘이 작용하여도, 일단측으로의 쓰러짐에 대해서는 상기 각 계지 홈(11c, 18f)의 내단벽에 의해 규제되고, 감합 삽입측인 타단측으로의 쓰러짐에 대해서는 스토퍼 플레이트(16)에 의해 규제됨으로써, 상기 토션 스프링(20)의 쓰러짐과 함께 이 쓰러짐에 기초하는 상기 감합 삽입측으로부터의 탈락이 방지되게 된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 상기 토션 스프링(20)의 감합 삽입측으로의 탈락 규제에 대하여 이 규제를 위한 부재를 별도로 설치하지 않아도, 상기 양 부재(11, 13)의 상대 회전량 규제에 이용하는 종래로부터의 기존의 구성인 스토퍼 플레이트(16)를 이용하여 상기 탈락 규제를 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 이 탈락 규제에 이용하는 전용의 규제 부재를 별도로 설치하는 경우와 비교하여, 부품 개수의 삭감에 의한 조립 작업성의 향상이나 비용 저감을 도모할 수 있고, 상기 전용의 규제 부재를 별도로 설치하는 것에 의한 장치의 대형화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼 플레이트(16)의 부착 고정에 있어서도, 타이밍 스프로켓(11)과 전동 모터(29)[요크(31)]를 일체화하기 위한 볼트(15)를 이용한 부착 구조, 즉 종래부터의 기존의 구성을 이용한 부착 구조로 하는 것에 의해, 이 스토퍼 플레이트(16)의 부착 수단을 별도로 설치할 필요도 없어, 한층 더 부품 개수의 삭감에 의한 생산성의 향상이나 비용 저감에 도움이 된다.
본 발명은, 상기 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 상기 전동 모터(29)나 감속 기구(30) 등 본 발명의 작용 효과에 영향을 끼치지 않는 부위 내지 부재의 구체적 구성에 대해서는, 장치나 탑재 대상의 사양 등에 따라 적절하게 변경 가능하다.
이하, 특허청구의 범위에 기재된 것 이외의 상기 실시형태로부터 파악되는 기술적 사상에 대해서 설명한다.
(a) 청구항 1에 있어서,
상기 스토퍼 플레이트의 내주와 상기 종동 회전체의 외주 중 한쪽에 설치된 계지 볼록부와, 상기 스토퍼 플레이트의 내주와 상기 종동 회전체의 외주 중 다른쪽에 설치되고, 상기 계지 볼록부를 수용함으로써 그 둘레 방향 범위 내에서의 상기 계지 볼록부의 상대 회전을 허용하는 오목부에 의해 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전을 상기 정해진 각도 범위 내로 제한한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
(b) 청구항 1에 있어서,
상기 스토퍼 플레이트를, 상기 구동 회전체와 상기 전동 모터를 일체화하는 볼트로 상기 구동 회전체에 고정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
이와 같이, 스토퍼 플레이트의 고정에 대해서도, 구동 회전체와 전동 모터를 일체화하기 위한 볼트와 같은 기존의 구성을 이용함으로써, 한층 더 부품 개수의 삭감에 기초하는 생산성의 향상이나 비용 저감에 도움이 된다.
(c) 상기 (b)에 있어서,
상기 구동 회전체의 내주부에 상기 개방단으로부터 축방향을 따라 오목하게 형성한 계지 홈에 상기 토션 스프링의 일단을 계지하고, 상기 계지 홈의 축방향 개방단을 상기 스토퍼 플레이트에 의해 폐색한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
10: 캠 샤프트, 11: 타이밍 스프로켓(구동 회전체), 13: 종동 부재(종동 회전체), 16: 스토퍼 플레이트, 20: 토션 스프링(가압 부재), 29: 전동 모터(전동 액추에이터)

Claims (4)

  1. 배기 밸브를 구동하는 캠 샤프트에 설치되고, 상기 배기 밸브의 밸브 타이밍을 변경하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치로서,
    크랭크 샤프트의 회전이 전달되는 구동 회전체와,
    캠 샤프트에 고정되는 종동 회전체와,
    상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전 위상을 변경하는 전동 모터와,
    상기 구동 회전체의 내주와 상기 종동 회전체의 외주 사이에 형성되는 바닥이 있는 환형 홈 내에 수용 배치되고, 일단이 상기 구동 회전체에, 타단이 상기 종동 회전체에, 각각 연계되는 토션 스프링과,
    상기 구동 회전체에서의 상기 환형 홈의 개방단의 일부를 덮도록 고정되고, 상기 종동 회전체 또는 상기 캠 샤프트와 협동하여, 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전을 정해진 각도 범위로 제한하는 스토퍼 플레이트
    를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스토퍼 플레이트의 내주와 상기 종동 회전체의 외주의 한쪽측에 설치된 계지 볼록부와, 상기 스토퍼 플레이트의 내주와 상기 종동 회전체의 외주의 다른쪽측에 설치되고, 상기 계지 볼록부를 수용함으로써 그 둘레 방향 범위 내에서의 상기 계지 볼록부의 상대 회전을 허용하는 오목부에 의해 상기 구동 회전체와 상기 종동 회전체의 상대 회전을 상기 정해진 각도 범위내로 제한한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스토퍼 플레이트를, 상기 구동 회전체와 상기 전동 모터를 일체화하는 볼트로 상기 구동 회전체에 고정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 회전체의 내주부에 상기 개방단으로부터 축방향을 따라 오목하게 형성한 계지 홈에 상기 토션 스프링의 일단을 계지하고, 상기 계지 홈의 축방향 개방단을 상기 스토퍼 플레이트에 의해 폐색한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 타이밍 제어 장치.
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