WO2010113747A1 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a variable valve timing device that changes the opening and closing timing of an intake valve and an exhaust valve of an engine.
- an intake valve for supplying an air-fuel mixture serving as a fuel to an engine and an exhaust valve for discharging combustion gas are opened and closed according to the operating stroke of the engine depending on the driving situation of the automobile.
- a variable valve timing device is known in which the opening / closing timing of these valves is variable and is changed in accordance with the operating state of the engine.
- variable valve timing device for example, as shown in FIG. 12, the camshaft 41 that drives the valve of the engine and the sprocket 42 that receives rotation from the engine and drives the camshaft 41 to rotate can relatively rotate.
- the rotation of the output shaft 44 of the electric motor 43 arranged coaxially with the camshaft 41 is transmitted to the camshaft 41 via the speed reduction mechanism 45 and the link mechanism 46, and the camshaft 41 is sprocket 42.
- the valve opening / closing timing is changed by changing the rotational phase difference between the two (see, for example, Patent Document 1).
- the speed reduction mechanism 45 includes an external gear provided in a housing 48 in which a part of teeth of an internal gear 47 rotatably supported by a bearing on an eccentric shaft portion 44 a of an output shaft 44 of an electric motor 43 is integrated with a sprocket 42. 49, when the output shaft 44 is rotated relative to the sprocket 42 so as to mesh with the gear 49, the internal gear 47 rotates around the eccentric shaft portion 44a. Further, the rotation of the guide plate 50 is transmitted to the cam plate 41a that rotates together with the camshaft 41 via the link mechanism 46 constituted by the arms 46a and 46b, and the camshaft 41 is sprocketed. Rotate relative to 42.
- the relative rotation of the camshaft 41 with respect to the sprocket 42 can change the rotation phase of the camshaft 41 with respect to the rotation phase of the crankshaft, thereby changing the timing of opening / closing the intake valve or exhaust valve of the engine.
- the mechanism for transmitting the rotation of the output shaft 44 of the electric motor 43 to the camshaft 41 has a complicated structure in which the speed reduction mechanism 45 and the link mechanism 46 are combined. There is a problem that the device cannot be designed compactly. Further, since there is no emergency backup mechanism that transmits the rotation of the output shaft 44 of the electric motor 43 to the camshaft 41 when an abnormality occurs in the speed reduction mechanism 45, the rotational phase difference of the camshaft 41 with respect to the sprocket 42 is maintained. May not be possible.
- an object of the present invention is to simplify the structure of the speed reduction mechanism and maintain the rotational phase difference of the camshaft with respect to the sprocket when an abnormality occurs in the speed reduction mechanism.
- a camshaft that drives at least one of an intake valve and an exhaust valve of an engine and a sprocket that transmits rotation from the engine and drives the camshaft to rotate can be relatively rotated.
- the rotation of the output shaft of the electric motor arranged coaxially with the camshaft is transmitted to the camshaft through a reduction mechanism, and the rotational phase difference of the camshaft with respect to the sprocket is changed.
- the speed reduction mechanism includes an eccentric shaft portion having a circular cross section provided on an output shaft of the electric motor, an internal gear fixed in a housing integrated with the sprocket, and the internal gear.
- the shape for one pitch is a curve on the outer diameter side of the roller among the curves parallel to the locus drawn by the center of the roller revolving along the outer peripheral portion of the eccentric shaft portion when the output shaft rotates.
- the revolution of the roller is transmitted to the camshaft via the intermediate shaft arranged coaxially with the camshaft, and the rotational phase difference of the camshaft with respect to the sprocket is regulated within a required angle range.
- a configuration provided with a restricting means can be employed.
- a specific configuration of the restricting means includes a protrusion provided on one of the intermediate shaft and the sprocket, and an engagement recess provided on the other with a circumferential length. Is engaged with the engaging recess so as to be movable within the range of the circumferential length, and the relative rotation between the intermediate shaft and the sprocket moves in the engaging recess with respect to the center of the sprocket. It is possible to employ a configuration that is regulated within a range of angles formed by the protruding portions.
- the restricting means comprises a protrusion provided on one of the sprocket and the camshaft, and an engaging recess having a circumferential length provided on the other, A projection is movably engaged with the engagement recess within a range of a circumferential length thereof, and relative rotation between the sprocket and the camshaft is performed in the engagement recess with respect to the center of the sprocket. It is possible to adopt a configuration that is regulated within the range of the angle formed by the projecting portion that moves.
- the relative rotation between the sprocket and the camshaft is restricted within the range of the angle formed by the protrusion that moves in the engagement recess with respect to the center of the sprocket by the engagement between the protrusion and the engagement recess. Is done. Therefore, when an abnormality occurs in the speed reduction mechanism, the rotational phase difference between the sprocket and the camshaft can be maintained within the above angle range.
- the camshaft may include an oil passage through which engine oil passes, and an oil passage may be formed in the sprocket for supplying engine oil passing through the oil passage to the speed reduction mechanism.
- the engine circulates engine oil through internal oil reservoirs through internal oil components to ensure the lubricity of the internal components.
- the oil reservoir is connected to the oil passage of the camshaft, and the lubricity is ensured for each member of the speed reduction mechanism by the engine oil passing through the oil passage and the oil passage of the sprocket.
- the engine oil accumulated in the oil reservoir is quickly supplied to the deceleration mechanism when it is difficult to supply the engine oil at the time of engine start or sudden acceleration. can do.
- a rapid change in the amount of engine oil sent to the speed reduction mechanism can be suppressed, and a stable amount of oil can be secured.
- engine oil circulating in the engine may be mixed with metal powder or external foreign matter.
- a configuration in which an oil filter is provided in the oil passage of the camshaft can be employed.
- the camshaft is provided with an oil passage through which engine oil passes and an oil passage for supplying engine oil passing through the oil passage to the speed reduction mechanism is formed in the sprocket
- an outer peripheral portion of the intermediate shaft The intermediate shaft support bearing is provided with a sliding bearing, and the intermediate shaft support bearing can be fitted and fixed in a cylindrical portion formed in the internal gear.
- the lubrication is obtained by the engine oil inside the speed reduction mechanism, so the intermediate shaft support bearing is simpler and less expensive than the commonly used rolling bearing, and the inner and outer rings are connected to each other via an oil film. It is possible to apply a sliding bearing to be slid. As a result, the manufacturing cost of the speed reduction mechanism can be reduced.
- An output shaft support bearing is provided on the outer peripheral portion of the output shaft of the electric motor, and the output shaft support bearing is a sliding bearing, and a configuration in which the output shaft support bearing is fitted and fixed to the inner diameter portion of the cylindrical portion of the housing can be employed. . Even in this configuration, since lubricity due to engine oil is obtained in the speed reduction mechanism, it is possible to apply a sliding bearing as the output shaft support bearing in the same manner as the intermediate shaft support bearing, thereby reducing the manufacturing cost of the speed reduction mechanism. can do.
- camshaft is provided with an oil passage through which engine oil passes and an oil passage for supplying engine oil passing through the oil passage to the speed reduction mechanism is formed in the sprocket, an outer peripheral portion of the intermediate shaft And the structure provided so that relative rotation was possible in the state which the inner peripheral part of the cylindrical part formed in the said internal gear slides is employable.
- the camshaft When the camshaft is provided with an oil passage through which engine oil passes and an oil passage is formed in the sprocket for supplying engine oil passing through the oil passage to the speed reduction mechanism, the outer periphery of the output shaft of the electric motor
- the structure provided so that relative rotation is possible in the state which the part and the internal-diameter part of the cylindrical part of the said housing slide is employable.
- the output shaft and the cylindrical portion of the housing can be smoothly rotated relative to each other. Can be slid. As a result, it is not necessary to provide a bearing between the output shaft and the cylindrical portion of the housing, as in the case between the intermediate shaft and the cylindrical portion of the internal gear, and the number of parts can be reduced.
- a sliding portion between the outer peripheral portion of the intermediate shaft and the inner diameter portion of the cylindrical portion of the internal gear, or between the outer peripheral portion of the output shaft of the electric motor and the inner diameter portion of the cylindrical portion of the housing.
- a configuration in which the sliding portion is covered with a coating that improves wear resistance can be employed.
- variable valve timing device the rotation of the output shaft of the electric motor can be reduced and the reduced rotation can be transmitted to the camshaft only by the reduction mechanism. Therefore, the reduction mechanism has a simple structure. It is possible to reduce the space for housing the structure. In addition, when an abnormality occurs in the speed reduction mechanism, the rotational phase difference of the camshaft with respect to the sprocket can be maintained within a required angle range.
- Sectional drawing which shows the variable valve timing apparatus of Example 1 of this invention Sectional view along the line AA in FIG. Sectional view along the line BB in FIG. Sectional drawing which shows the variable valve timing apparatus of Example 2.
- Embodiment 1 of a variable valve timing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
- a camshaft 1 that drives an intake valve (not shown) of an engine and a sprocket 2 that transmits rotation from the engine and drives the camshaft 1 to rotate are relatively rotatable.
- the rotation of the output shaft 4 of the electric motor 3 disposed coaxially with the camshaft 1 is transmitted to the camshaft 1 via the speed reduction mechanism 5, and the rotational phase difference of the camshaft 1 relative to the sprocket 2 is determined. This is to change the opening / closing timing of the intake valve.
- the rotation of the crankshaft of the engine is transmitted to the sprocket 2 through a timing chain (not shown), and the cylindrical portion of the housing 7 is coaxially integrated with the sprocket 2 at one end face thereof.
- the housing 7 is formed in a cylindrical shape with one end closed and the other end opened, and the output shaft 4 of the electric motor 3 can be rotated coaxially with the camshaft 1 by the output shaft support bearing 11 near the closed end in the cylindrical portion. Supported by The open end of the cylindrical portion of the housing 7 is integrated with the sprocket 2.
- a ball bearing is applied as the output shaft support bearing 11.
- the output shaft 4 of the electric motor 3 has a ball bearing 12 fitted and fixed to the outer peripheral portion, and an eccentric shaft portion 6 having a circular cross section provided at the other end portion.
- a through hole 4a for adjusting the weight balance around the axis of the output shaft 4 is provided in the axial direction on the eccentric side of the eccentric shaft portion 6, and the output shaft 4 can be smoothly rotated with good balance by the through hole 4a.
- the speed reduction mechanism 5 is fixed in an eccentric shaft portion 6 of the output shaft 4 of the electric motor 3 and a cylindrical portion formed in a housing 7 integrated with the sprocket 2.
- an intermediate shaft 10 having an annular cage portion 10b provided at an equal pitch in the circumferential direction.
- the internal gear 8 is fixed coaxially with the camshaft 1 in the cylindrical portion of the housing 7 such that teeth 8a formed at an equal pitch on the inner peripheral portion thereof face the outer peripheral surface of the outer ring of the ball bearing 12. .
- An axial protrusion 8 b formed at one axial end of the internal gear 8 engages with an axial engagement hole 7 a formed in the housing 7, and the internal gear 8 is integrated with the housing 7. Fixed to be rotatable.
- a plurality of teeth 8a are formed at a constant pitch in the circumferential direction (29 in the case of FIG. 2) on the inner peripheral portion on one end side of the internal gear 8.
- a plurality of rollers 9 are interposed between the inner peripheral portion of one end side of the internal gear 8 in the axial direction (the side where the teeth 8a are formed) and the ball bearing 12 of the eccentric shaft portion 6 so as to be able to roll.
- the shape of one pitch of the teeth 8a of the internal gear 8 is drawn by the center of the roller 9 revolving along the outer peripheral portion of the ball bearing 12 of the eccentric shaft portion 6 when the output shaft 4 of the electric motor 3 rotates. Of the curves parallel to the trajectory, the curves are outside the roller 9.
- the pockets 10a are provided in different numbers with respect to the teeth 8a of the internal gear 8, and for example, with respect to the dividing points when equally divided in the circumferential direction by one more than the number of teeth 8a of the internal gear 8. At every other position (15 locations in the case of FIG. 2).
- “the pockets 10a are provided in different numbers with respect to the teeth 8a of the internal gear 8” means that not only the pockets 10a are provided at all positions with respect to the dividing points, but also some of the pockets 10a. This also includes the case where it is provided at the thinned position. Further, the pockets 10a may be provided in a number one less than the number of teeth 8a of the internal gear 8.
- the intermediate shaft 10 having the cage portion 10b has an annular shape, and is rotatably provided by an intermediate shaft support bearing 13 which is a ball bearing in a cylindrical portion formed on the other axial end side of the internal gear 8.
- a flange 10c is formed on the inner circumferential portion of the intermediate shaft 10 on one end side in the axial direction, and a small diameter portion 1a formed on one end portion of the camshaft 1 is fitted to the flange 10c.
- the connecting pin 14 penetrating the flange 10c of the intermediate shaft 10 in the axial direction is inserted and fixed in a fixing hole 1b formed on the radially outer side of the small diameter portion 1a of the camshaft 1.
- a screw hole 1c is formed at the center of the small diameter portion 1a of the camshaft 1, and a bolt 16 is screwed through a washer 15. Since the washer 15 presses the flange 10c against the camshaft 1 by screwing the bolts 16, the intermediate shaft 10 and the camshaft 1 are reliably integrated.
- the intermediate shaft 10 integrated with the camshaft 1 is provided with an axial through hole 10d.
- a stopper pin 17 is inserted and fixed in the through hole 10d, and a part of the through hole 10d protrudes from the other end surface of the intermediate shaft 10. .
- the protruding portion of the intermediate shaft 10 is formed by inserting and fixing the stopper pin 17 in the through hole 10d.
- the intermediate shaft 10 is formed by forging, it is integrated with the intermediate shaft 10 during forging. You may form the protrusion part. In this case, it is not necessary to insert and fix the stopper pin 17 in the through hole 10d.
- the camshaft 1 is integrally formed with a flange 1d on the outer peripheral portion, and a sprocket 2 positioned in the axial direction by the flange 1d is provided so as to be relatively rotatable. As shown in FIG. 3, the sprocket 2 is provided with an engagement recess 18 having a long hole shape with a circumferential length, and the stopper pin 17 of the intermediate shaft 10 is engaged with the engagement recess 18.
- the means for restricting the rotational phase difference is constituted by the stopper pin 17 of the intermediate shaft 10 and the engaging recess 18 of the sprocket 2.
- the stopper pin 17 and the engaging recess 18 may be engaged with each other.
- a configuration in which a stopper pin is provided on the sprocket 2 and an engagement recess is provided on the intermediate shaft 10 can be employed.
- the output shaft of the electric motor 3 is controlled by known means, for example, electronic control. 4 is rotated relatively slower or faster than the rotation speed of the sprocket 2 to rotate the rotation of the sprocket 2 and the output shaft 4 of the electric motor 3 relative to each other.
- the roller 9 existing in the right half of the annular space is pressed against the outer ring outer peripheral surface of the ball bearing 12 of the eccentric shaft portion 6 as the output shaft 4 rotates, and the outer diameter of the inner gear 8 is lowered from the teeth 8a.
- the roller 9 existing in the left half of the annular space moves in the inner diameter direction that goes up the teeth 8a, and revolves along the outer periphery of the ball bearing 12 of the eccentric shaft portion 6 as indicated by an arrow in FIG.
- the cage portion 10 b of the intermediate shaft 10 that holds the revolving roller 9 rotates in the same clockwise direction as the output shaft 4.
- the minimum portion A and the maximum portion B move counterclockwise, and the cage portion 10 b of the intermediate shaft 10 that holds the roller 9 is the same as the output shaft 4. Rotate clockwise.
- the output shaft 4 rotates relative to the internal gear 8 by one rotation. Then, each roller 9 revolves in the same direction as the rotation direction of the output shaft 4 by one pitch of the teeth 8a, and the reduction ratio between the output shaft 4 and the intermediate shaft 10 becomes equal to the number N of division points.
- the number N of division points is one less than the number of teeth 8a, each roller 9 revolves in the direction opposite to the rotation direction of the output shaft 4, and the intermediate shaft 10 is in the direction opposite to the output shaft 4. Rotate to.
- This rotation of the decelerated intermediate shaft 10 causes the camshaft 1 to rotate relative to the sprocket 2, and the rotation phase of the camshaft 1 relative to the sprocket 2 is changed to a rotation phase suitable for low rotation. This can stabilize engine rotation and improve fuel efficiency during idling.
- the speed reduction mechanism 5 decelerates the rotation of the output shaft 4 of the electric motor 3 and transmits the decelerated rotation of the roller 9 to the camshaft 1 via the intermediate shaft 10. Therefore, unlike the conventional reduction mechanism, there is no need to combine a reduction mechanism that reduces the rotation of the output shaft of the electric motor and a link mechanism that transmits the reduced rotation to the camshaft. Can be simplified.
- the stopper pin 17 of the intermediate shaft 10 and the engaging recess 18 of the camshaft 1 are engaged, and the relative rotation between the intermediate shaft 10 and the sprocket 2 is caused by the sprocket. It is regulated within the range of the angle ⁇ formed by the center P of the stopper pin 17 that moves in the engaging recess 18 with respect to the center O of 2.
- the camshaft 1 is provided so as to be integrally rotatable with the intermediate shaft 10. Therefore, the rotational phase difference with respect to the sprocket 2 can be regulated within the range of the angle ⁇ . Thereby, it becomes possible to hold
- variable valve timing apparatus A variable valve timing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the means for regulating the rotational phase difference of the camshaft 1 with respect to the sprocket 2 is different from the configuration of the first embodiment described above, and other configurations are the same as those of the first embodiment and are considered to be the same.
- the same reference numerals are used for the components to be described, and the description thereof is omitted.
- the sprocket 2 is provided with an axial through hole 2b, and a stopper pin 17 is inserted and fixed in the through hole 2b. Protruding protrusions are formed. This protrusion is formed by inserting and fixing the stopper pin 17 in the through hole 2b.
- a protrusion integral with the sprocket 2 may be formed during forging. In this case, it is not necessary to insert and fix the stopper pin 17 in the through hole 2b.
- the camshaft 1 is provided with an engagement recess 18 having a circumferential length in the flange 1 d that opens on the outer diameter side, and the stopper pin 17 of the sprocket 2 is engaged.
- the means for regulating the rotational phase difference includes the stopper pin 17 of the sprocket 2 and the engaging recess 18 of the camshaft 1.
- the stopper pin 17 and the engaging recess 18 are engaged.
- the camshaft 1 may be provided with a stopper pin 17 and the sprocket 2 may be provided with an engaging recess 18.
- the camshaft 1 when an abnormality occurs in the speed reduction mechanism 5 and the rotation of the sprocket 2 cannot be transmitted to the camshaft 1 via the intermediate shaft 10, the camshaft 1
- the rotational phase difference with respect to the sprocket 2 can be regulated within the range of the angle ⁇ . Thereby, it becomes possible to hold
- the camshaft 1 includes an oil passage 20 through which engine oil passes, and the sprocket 2 is formed with an oil passage 21 that supplies the engine oil that passes through the oil passage 20 to the speed reduction mechanism 5.
- the sprocket 2 is formed with an oil passage 21 that supplies the engine oil that passes through the oil passage 20 to the speed reduction mechanism 5.
- Example 1 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are used for the same configurations, and the description thereof is omitted.
- the engine circulates engine oil through the oil reservoir to each internal member to ensure lubricity.
- the oil reservoir communicates with the oil passage 20 of the camshaft 1, and the lubricity of each member of the speed reduction mechanism 5 is ensured by the engine oil passing through the oil passage 20 and the oil passage 21 of the sprocket 2. Has been.
- the oil passage 20 is formed in the axial center portion of the camshaft 1, communicates with the screw hole 1 c of the bolt 16, branches in a radial direction from a position near the tip of the bolt 16, and opens to the outer peripheral portion of the camshaft 1. Yes.
- An oil reservoir 22 having an inner diameter larger than that of the oil passage 20 can be provided at a branch portion of the oil passage 20 as necessary.
- the engine oil accumulated in the oil sump 22 is supplied to the speed reduction mechanism 5 when the engine oil is difficult to be supplied to the speed reduction mechanism 5 at the time of starting the engine or during rapid acceleration during operation. Can do.
- an oil filter 23 can be provided in the oil passage 20. This is because the oil filter 23 can remove metal powder of engine oil circulating in the engine and foreign matters from the outside, and suppress deterioration in lubricity.
- the oil passage 21 penetrates between the inner peripheral surface and the other end surface of the sprocket 2, and the opening on the inner peripheral surface side communicates with the opening on the outer peripheral portion of the camshaft 1 of the oil passage 20.
- the opening is provided at a position facing the intermediate shaft support bearing 13 in the housing 7.
- slide bearing need not be applied to both the output shaft support bearing 11 and the intermediate shaft support bearing 13, and the output depends on the reduction ratio of the speed reduction mechanism 5, the rotational speed of the output shaft 4 of the electric motor 3, and the like. What is necessary is just to apply to at least one of the shaft support bearing 11 and the intermediate shaft support bearing 13.
- the output shaft 4 and the intermediate shaft 10 of the electric motor 3 can be smoothly rotated, instead of providing the intermediate shaft support bearing 13, as shown in FIG.
- the outer peripheral portion of the inner gear 8 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the internal gear 8 can slide relative to each other.
- the output shaft 4 of the electric motor 3 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 can be provided so as to be relatively rotatable in a sliding state.
- the sliding portion between the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8, the output shaft 4 and the cylindrical portion of the housing 7 An oil film of engine oil is formed on the sliding portion with the inner peripheral portion, and the intermediate shaft 10 and the output shaft 4 can be smoothly rotated relative to each other.
- the configuration in which the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8 slide and the configuration in which the output shaft 4 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 slide are the speed reduction mechanism of the speed reduction mechanism 5.
- the rotational speed of the output shaft 4 of the electric motor 3, etc. at least one of the configurations may be applied.
- a sliding portion between the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8 or a sliding portion between the output shaft 4 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 improves the wear resistance, for example, chrome plating, It may be covered with DLC (diamond-like carbon) or the like. Thereby, since the coatings are in contact with each other in the sliding portion, it is possible to suppress the occurrence of wear as compared with the case where both members forming the sliding portion are in direct contact with each other.
- DLC diamond-like carbon
- the camshaft 1 includes an oil passage 30 through which engine oil passes, and the sprocket 2 is formed with an oil passage 31 that supplies the engine oil that passes through the oil passage 30 to the speed reduction mechanism 5.
- This difference is the same as the difference (different configuration) of the above-described third embodiment with respect to the first embodiment.
- Other configurations are the same as those of the second embodiment, and the same reference numerals are used for the same configurations, and the description thereof is omitted.
- the oil reservoir communicates with the oil passage 30 of the camshaft 1 and is decelerated by the engine oil passing through the oil passage 30 and the oil passage 31 of the sprocket 2 as in the third embodiment.
- the lubricity of each member of the mechanism 5 is ensured.
- the oil passage 30 is formed in the shaft center of the camshaft 1, communicates with the screw hole 1 c of the bolt 16, branches in a radial direction from a position near the tip of the bolt 16, and opens to the outer peripheral portion of the camshaft 1. Yes.
- An oil reservoir 32 having an inner diameter larger than that of the oil passage 30 can be provided at a branch portion of the oil passage 30 as necessary.
- the engine oil accumulated in the oil sump 32 is supplied to the speed reduction mechanism 5 when engine oil is difficult to be supplied to the speed reduction mechanism 5 such as when the engine is started or suddenly accelerated during operation. Can do.
- an oil filter 33 can be provided in the oil passage 30. This is because the oil filter 33 can remove metal powder of engine oil circulating in the engine and foreign matters from the outside, and suppress deterioration in lubricity.
- the oil passage 31 penetrates between the inner peripheral surface and the other end surface of the sprocket 2 as in the case of the third embodiment described above, and the opening on the inner peripheral surface side is the outer periphery of the camshaft 1 of the oil passage 30.
- the opening on the other end surface side communicates with the opening and is provided at a position facing the intermediate shaft support bearing 13 in the housing 7.
- the opening on the other end surface side of the oil passage 31 is provided at a position opposite to the intermediate shaft support bearing 13, engine oil passing through the oil passage 31 can be supplied to the intermediate shaft support bearing 13. With the rotation of the output shaft support bearing 11 accompanying the rotation of the intermediate shaft 10, the engine oil can be effectively supplied to the members of the speed reduction mechanism 5 and spread.
- slide bearing need not be applied to both the output shaft support bearing 11 and the intermediate shaft support bearing 13, and the output depends on the reduction ratio of the speed reduction mechanism 5, the rotational speed of the output shaft 4 of the electric motor 3, and the like. What is necessary is just to apply to at least one of the shaft support bearing 11 and the intermediate shaft support bearing 13.
- the output shaft 4 and the intermediate shaft 10 of the electric motor 3 can be smoothly rotated, as in the case of the third embodiment, instead of providing the intermediate shaft support bearing 13, FIG. 11, the outer peripheral portion of the intermediate shaft 10 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the internal gear 8 can be provided so as to be relatively rotatable. Further, instead of providing the output shaft support bearing 11, the output shaft 4 of the electric motor 3 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 can be provided so as to be relatively rotatable in a sliding state.
- the sliding portion between the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8, the output shaft 4 and the cylindrical portion of the housing 7 An oil film of engine oil is formed on the sliding portion with the inner peripheral portion, and the intermediate shaft 10 and the output shaft 4 can be smoothly rotated relative to each other.
- the configuration in which the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8 slide and the configuration in which the output shaft 4 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 slide are the speed reduction mechanism of the speed reduction mechanism 5.
- the rotational speed of the output shaft 4 of the electric motor 3, etc. at least one of the configurations may be applied.
- a sliding portion between the intermediate shaft 10 and the cylindrical portion of the internal gear 8 or a sliding portion between the output shaft 4 and the inner peripheral portion of the cylindrical portion of the housing 7 improves the wear resistance, for example, chrome plating, It may be covered with DLC (diamond-like carbon) or the like. Thereby, in each sliding part, since a film contacts, generation
Abstract
可変バルブタイミング装置の減速機構の構造を簡単なものとし、その減速機構に異常が発生した際、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を保持する。カムシャフト（１）とスプロケット（２）とが同軸上に相対回転可能に設けられ、スプロケット（２）と一体回転するハウジング（７）内に減速機構（５）が収容される。減速機構（５）は、電動モータ（３）の出力軸（４）に設けられた偏心軸部（６）の外周部と、ハウジング（７）内に固定された内歯車（８）との間に介在された複数のローラ（９）を保持する保持器部（１０ｂ）を備える中間軸（１０）が設けられる。中間軸（１０）に設けられたストッパーピン（１７）が、スプロケット（２）に形成された係合凹部（１８）に周方向長さの範囲内で移動可能に係合する。電動モータ（３）の出力軸（４）の回転時、偏心軸部（６）により内歯車（８）の歯に押し付けられたローラ（９）が公転する。このローラ（９）の公転が中間軸（１０）を介して、カムシャフト（１）に伝達され、カムシャフト（１）のスプロケットに対する回転位相差を変化させる。また、減速機構（５）の異常時、ストッパーピン（１７）と係合凹部（１８）との係合で、中間軸（１０）とカムシャフトの間の相対回転が規制され、カムシャフト（１）のスプロケット２に対する回転位相差が所要角度の範囲内に保持される。
Description
この発明は、エンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置に関するものである。
自動車の運転状況に応じて、従来から、エンジンに燃料となる混合気を供給するための吸気バルブや燃焼ガスを排出するための排気バルブが、エンジンの動作ストロークに応じて開閉する。エンジンの燃費の向上や排気ガス抑制のために、これらのバルブの開閉タイミングを可変とし、エンジンの運転状況に合わせて変更する可変バルブタイミング装置が知られている。
この可変バルブタイミング装置としては、例えば、図１２に示すように、エンジンのバルブを駆動するカムシャフト４１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト４１を回転駆動するスプロケット４２とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト４１と同軸上に配置した電動モータ４３の出力軸４４の回転を減速機構４５とリンク機構４６を介してカムシャフト４１に伝達し、カムシャフト４１をスプロケット４２に対して相対回転させて、両者の回転位相差を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
前記減速機構４５は、電動モータ４３の出力軸４４の偏心軸部４４ａに軸受で回転自在に支持された内歯車４７の歯の一部が、スプロケット４２と一体化したハウジング４８に設けた外歯車４９と噛み合うようにして、出力軸４４をスプロケット４２に対して相対回転させたときに、内歯車４７が偏心軸部４４ａの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車４７の回転をガイドプレート５０に伝達し、さらに、ガイドプレート５０の回転を、アーム４６ａ、４６ｂで構成されるリンク機構４６を介して、カムシャフト４１と一体回転するカムプレート４１ａに伝達し、カムシャフト４１をスプロケット４２に対して相対回転させるようにしている。
このカムシャフト４１のスプロケット４２に対する相対回転により、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト４１の回転位相を変更して、エンジンの吸気弁または排気弁の開閉のタイミングを変更することができる。
特許文献１に記載された電動式の可変バルブタイミング装置は、電動モータ４３の出力軸４４の回転をカムシャフト４１に伝達する機構が、減速機構４５とリンク機構４６を組み合わせた複雑な構造となり、装置をコンパクトに設計できないという問題がある。また、仮に減速機構４５に異常が発生したとき、電動モータ４３の出力軸４４の回転をカムシャフト４１に伝達する非常時バックアップ機構が無いため、カムシャフト４１のスプロケット４２に対する回転位相差を保つことができない可能性がある。
そこで、この発明の課題は、減速機構の構造を簡単なものとし、減速機構に異常が発生した際、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を保持することにある。
前記課題を解決するために、この発明は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとが相対回転可能に同軸上に配置され、前記カムシャフトと同軸上に配置された電動モータの出力軸の回転が減速機構を介して前記カムシャフトに伝達され、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させるようにした可変バルブタイミング装置において、前記減速機構は、前記電動モータの出力軸に設けられた円形断面の偏心軸部と、前記スプロケットと一体化したハウジング内に固定された内歯車と、前記内歯車と前記偏心軸部の外周部との間に介在された複数のローラと、これらのローラを保持するポケットが周方向に等ピッチに設けられた環状の保持器部を有する中間軸とを備え、前記保持器部のポケットが前記内歯車の歯に対して１つ異なる数に設けられ、前記歯の１ピッチ分の形状は、前記出力軸が回転するとき、前記偏心軸部の外周部に沿って公転する前記ローラの中心が描く軌跡と平行な曲線のうち前記ローラの外径側にある曲線と合致し、前記ローラの公転が前記カムシャフトと同軸上に配置された前記中間軸を介してそのカムシャフトに伝達され、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内に規制する規制手段を備えた構成を採用することができる。
このようにすると、電動モータの出力軸が回転するとき、偏心軸部の外周部によりローラが内歯車の歯に押し付けられて、偏心軸部の外周部に沿って公転し、そのローラを保持する保持器部と一体回転する中間軸を介して、ローラの公転がカムシャフトに伝達される。このため、前記減速機構のみで電動モータの出力軸の回転の減速と、減速した回転のカムシャフトへの伝達とを行うことができる。したがって、従来のように、電動モータの出力軸の回転を減速させる減速機構と、減速させた回転をカムシャフトに伝達するリンク機構とをそれぞれ組み合わせた複雑な構成とする必要がなく、減速機構の構造を簡単にすることが可能となる。
また、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内に規制する規制手段を備えているので、減速機構に異常が発生した際、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内で保持することが可能となる。
前記規制手段の具体的な構成としては、前記中間軸と前記スプロケットとのいずれか一方に設けられた突起部と、他方に周方向長さをもって設けられた係合凹部とからなり、前記突起部が前記係合凹部に対して前記周方向長さの範囲内で移動可能に係合され、前記中間軸と前記スプロケットとの間の相対回転が、前記スプロケットの中心に対する前記係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制されるようにした構成を採用することができる。
この構成では、前記突起部と前記係合凹部との係合により、中間軸とスプロケットの間の相対回転が、スプロケットの中心に対する前記係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制される。したがって、減速機構に異常が発生した際、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を前記の角度の範囲内に保持することができる。
また、前記規制手段の具体的な構成としては、前記スプロケットと前記カムシャフトとのいずれか一方に設けられた突起と、他方に設けられた周方向長さをもつ係合凹部とからなり、前記突起が前記係合凹部に対してその周方向長さの範囲内で移動可能に係合され、前記スプロケットと前記カムシャフトとの間の相対回転が、前記スプロケットの中心に対する前記係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制されるようにした構成を採用することができる。
この構成では、前記突起と前記係合凹部との係合によって、スプロケットとカムシャフトの間の相対回転が、スプロケットの中心に対する係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制される。したがって、減速機構に異常が発生した際、スプロケットおよびカムシャフトの回転位相差を前記の角度の範囲内に保持することができる。
また、前記カムシャフトはエンジンオイルが通るオイル通路を備え、前記スプロケットに、前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記減速機構に供給する油道が形成された構成とすることができる。
一般に、エンジンは内部の各部材にオイル溜まりを介してエンジンオイルを循環させて、その各部材の潤滑性を確保している。このオイル溜まりは、カムシャフトの前記オイル通路に繋がっており、前記オイル通路とスプロケットの油道とを通るエンジンオイルによって、減速機構の各部材にも潤滑性の確保がなされる。
前記オイル通路内に前記エンジンオイルのオイル溜まりが設けられると、エンジンの始動時や急加速時等、エンジンオイルが供給されにくいときに、オイル溜まり内に溜まったエンジンオイルを速やかに減速機構に供給することができる。また、減速機構へ送られるエンジンオイル量の急激な変化を抑制することができ、安定した送油量を確保することができる。
また、エンジン内を循環するエンジンオイルは、金属粉末や外部からの異物が混入することがある。このような異物を除去し、潤滑性の低下を抑制するために、前記カムシャフトの前記オイル通路内にオイルフィルタが設けられた構成を採用することができる。
さらに、前記カムシャフトがエンジンオイルの通るオイル通路を備え、前記スプロケットに前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記減速機構に供給する油道が形成された構成を採用する場合、前記中間軸の外周部に中間軸支持軸受が設けられ、その中間軸支持軸受は滑り軸受であり、前記内歯車に形成された円筒部内に嵌合固定された構成とすることができる。
この構成によると、減速機構内はエンジンオイルによって潤滑性が得られるため、中間軸支持軸受としては、一般に適用される転がり軸受よりも構造が簡単で安価で、油膜を介して内外輪を相互に摺動させる滑り軸受を適用することが可能となる。その結果、減速機構の製造コストを低減することができる。
前記電動モータの出力軸の外周部に出力軸支持軸受が設けられ、その出力軸支持軸受が滑り軸受であり、前記ハウジングの円筒部の内径部に嵌合固定された構成を採用することができる。この構成においても、減速機構内ではエンジンオイルによる潤滑性が得られるため、出力軸支持軸受としては、中間軸支持軸受と同様、滑り軸受を適用することが可能となり、減速機構の製造コストを低減することができる。
さらに、前記カムシャフトがエンジンオイルの通るオイル通路を備え、前記スプロケットに前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記減速機構に供給する油道が形成された構成を採用する場合、前記中間軸の外周部と、前記内歯車に形成された円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けられた構成を採用することができる。
この構成によれば、中間軸の外周部と、内歯車の円筒部の内径部との間にエンジンオイルの油膜が介在するので、中間軸と内歯車の円筒部とを円滑に相対回転可能に摺動させることができる。その結果、中間軸と内歯車の円筒部との間に軸受を設ける必要がなくなり、部品点数を減らすことができる。
前記カムシャフトがエンジンオイルの通るオイル通路を備え、前記スプロケットに前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記減速機構に供給する油道が形成された構成を採用する場合、前記電動モータの出力軸の外周部と前記ハウジングの円筒部の内径部とが摺動する状態で、相対回転可能に設けられた構成を採用することができる。
このようにすると、電気モータの出力軸の外周部と、ハウジングの円筒部の内径部との間にエンジンオイルの油膜が介在するので、出力軸とハウジングの円筒部とを円滑に相対回転可能に摺動させることができる。その結果、中間軸と内歯車の円筒部との間と同様、出力軸とハウジングの円筒部との間に軸受を設ける必要がなくなり、部品点数を減らすことができる。
また、前記中間軸の外周部と前記内歯車の円筒部の内径部との間の摺動部、または、前記電動モータの出力軸の外周部と前記ハウジングの円筒部の内径部との間の摺動部が耐摩耗性を向上させる被膜に覆われた構成を採用することができる。
これにより、それぞれの摺動部では、被膜同士が接するので、摺動部を形成する両部材が直接的に接する場合よりも、摩耗の発生を抑制することができる。
この発明の可変バルブタイミング装置において、減速機構のみで電動モータの出力軸の回転の減速と、減速した回転のカムシャフトへの伝達を行うことができ、このため、減速機構を簡単な構造とすることができ、その構造を収容するためのスペースを小さくすることが可能となる。
また、減速機構に異常が発生したときに、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内で保持することが可能となる。
また、減速機構に異常が発生したときに、カムシャフトのスプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内で保持することが可能となる。
以下、この発明に係る可変バルブタイミング装置の実施例１を図１～図２に基づいて説明する。
この実施例１は、図１に示すように、エンジンの吸気バルブ（図示省略）を駆動するカムシャフト１と、エンジンから回転を伝達されカムシャフト１を回転駆動するスプロケット２とが相対回転可能に同軸上に配置され、カムシャフト１と同軸上に配置された電動モータ３の出力軸４の回転が減速機構５を介してカムシャフト１に伝達され、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を変化させて、吸気バルブの開閉タイミングを変更するものである。
スプロケット２は、図示しないタイミングチェーンを介してエンジンのクランクシャフトの回転が伝達され、その一端面にハウジング７の円筒部がスプロケット２と同軸上に一体化されている。ハウジング７は一端が閉塞し、他端が開放した円筒状に形成され、その円筒部内の閉塞端寄りに電動モータ３の出力軸４が出力軸支持軸受１１によってカムシャフト１と同軸上に回転可能に支持される。また、ハウジング７の円筒部の開放端がスプロケット２と一体化されている。この出力軸支持軸受１１としては、玉軸受が適用される。
電動モータ３の出力軸４は、外周部に玉軸受１２が嵌合固定され、他端部に円形断面の偏心軸部６が設けられる。偏心軸部６の偏心側に出力軸４の軸心回りの重量バランスを調整する貫通孔４ａが軸方向に設けられ、貫通孔４ａによって、出力軸４をバランスよく円滑に回転させることができる。
図１、図２に示すように、前記減速機構５は、前記電動モータ３の出力軸４の偏心軸部６と、前記スプロケット２と一体化したハウジング７に形成された円筒部内に固定された内歯車８と、内歯車８と前記偏心軸部６の外周部との間で内歯車８の歯８ａと接触状態で転動する複数のローラ９と、これらのローラ９を保持するポケット１０ａが周方向に等ピッチに設けられた環状の保持器部１０ｂを有する中間軸１０とを備えたものである。
内歯車８は、その内周部に等ピッチで形成された歯８ａが前記玉軸受１２の外輪の外周面が対向するようにハウジング７の円筒部内にカムシャフト１と同軸上に固定されている。また、内歯車８の軸方向一端部に形成された軸方向の突起８ｂが、ハウジング７内に形成された軸方向の係合穴７ａに係合し、内歯車８がハウジング７に対して一体回転可能に固定される。
また、内歯車８の一端側の内周部には、図２に示すように、歯８ａが周方向に定ピッチで複数（図２の場合では２９個）形成されている。内歯車８の軸方向一端側（歯８ａが形成された側）の内周部と偏心軸部６の玉軸受１２との間に、これらに接する状態で複数のローラ９が転動可能に介在されている。
また、内歯車８の歯８ａの１ピッチ分の形状は、電動モータ３の出力軸４が回転するとき、偏心軸部６の玉軸受１２の外周部に沿って公転するローラ９の中心が描く軌跡と平行な曲線のうちローラ９の外側にある曲線と合致している。
これらのローラ９は中間軸１０の保持器部１０ｂに周方向等ピッチで形成されたポケット１０ａにより保持されている。ポケット１０ａは、内歯車８の歯８ａに対して１つ異なる数に設けられ、例えば、内歯車８の歯８ａの数よりも１つ多い数だけ周方向に等分したときの分割点に対して１つおきに間引いた位置（図２の場合では１５箇所）に設けられている。ここで、「ポケット１０ａは内歯車８の歯８ａに対して１つ異なる数に設けられる」とは、ポケット１０ａが前記分割点に対して全ての位置に設けられる場合のみならず、一部の間引いた位置に設けられる場合も含むことを意味する。また、ポケット１０ａは、内歯車８の歯８ａの数よりも１つ少ない数に設けてもよい。
保持器部１０ｂを有する中間軸１０は、円環状をなし、内歯車８の軸方向他端側に形成された円筒部内に玉軸受である中間軸支持軸受１３により回転可能に設けられている。中間軸１０の内周部にフランジ１０ｃが軸方向一端側に形成され、フランジ１０ｃにカムシャフト１の一端部に形成された小径部１ａが嵌合する。
中間軸１０のフランジ１０ｃを軸方向に貫通した連結ピン１４が、カムシャフト１の小径部１ａの径方向外側に形成された固定穴１ｂに挿入固定される。これにより、中間軸１０とカムシャフト１とが一体回転可能に連結される。
カムシャフト１の小径部１ａの中心にねじ穴１ｃが形成され、座金１５を介してボルト１６がねじ込まれる。ボルト１６のねじ込みにより、座金１５がフランジ１０ｃをカムシャフト１に押し付けるので、中間軸１０とカムシャフト１とが確実に一体化される。
カムシャフト１と一体化した中間軸１０に軸方向の貫通孔１０ｄが設けられ、この貫通孔１０ｄにストッパーピン１７が挿入固定され、その一部分が中間軸１０の他端面から突き出す突出部を形成する。
この実施例１では、中間軸１０の突出部は、貫通孔１０ｄにストッパーピン１７を挿入固定することで形成しているが、中間軸１０を鍛造により形成した場合、鍛造時に中間軸１０と一体の突出部を形成してもよい。この場合、ストッパーピン１７を貫通孔１０ｄに挿入固定する必要がない。
カムシャフト１は、外周部にフランジ１ｄが一体に形成され、フランジ１ｄにより軸方向に位置決めされたスプロケット２が相対回転可能に設けられる。図３に示すように、スプロケット２に周方向長さをもって長穴状の係合凹部１８が設けられ、係合凹部１８に中間軸１０のストッパーピン１７が係合する。
係合凹部１８は周方向長さを有しているので、これに係合するストッパーピン１７が周方向長さの範囲内で移動可能となる。このため、中間軸１０とスプロケット２との間の相対回転が、スプロケット２の中心Ｏに対する係合凹部１８内を移動するストッパーピン１７（図３中の一点鎖線参照）の中心Ｐのなす角度θ（図３の場合θ＝３０°）の範囲内に規制される。したがって、中間軸１０と一体回転するカムシャフト１は、スプロケット２に対する回転位相差が角度θの範囲内に規制される。
この回転位相差を規制する手段としては、中間軸１０のストッパーピン１７と、スプロケット２の係合凹部１８とから構成されるが、ストッパーピン１７と係合凹部１８とが係合する構成であれば、例えば、スプロケット２にストッパーピンが、中間軸１０に係合凹部が設けられた構成を採用することができる。
以上の構成からなる実施例１の動作について説明する。
まず、エンジンを始動し、クランクシャフトからタイミングチェーンを介してスプロケット２に回転が伝達されると、スプロケット２の回転によりハウジング７が回転し、ハウジング７内の内歯車８がハウジング７と一体に回転する。
まず、エンジンを始動し、クランクシャフトからタイミングチェーンを介してスプロケット２に回転が伝達されると、スプロケット２の回転によりハウジング７が回転し、ハウジング７内の内歯車８がハウジング７と一体に回転する。
内歯車８が回転すると、その歯８ａの一部と偏心軸部６の玉軸受１２の外周とローラ９が係合して、ローラ９を保持する保持器部１０ｂを回転させ、中間軸１０を介してカムシャフト１を回転させる。この時、内歯車８とローラ９との位相差が発生しないように電動モータ３をスプロケット２の回転に同期させて、カムシャフト１とスプロケット２の位相差を維持するようにしている。
その後、エンジンがアイドル運転などの低回転域に移行すると、この実施例１のカムシャフト１がエンジンの吸気弁を駆動させる場合、公知の手段、例えば、電子制御などによって、電動モータ３の出力軸４をスプロケット２の回転速度よりも相対的に遅くまたは早く回転させて、スプロケット２の回転と電動モータ３の出力軸４とを相対回転させる。
この相対回転で、図２の矢印で示すように、出力軸４がスプロケット２に対して一方向に回転すると、偏心軸部６の玉軸受１２の外輪外径面と歯８ａが形成された内歯車８との環状空間の極小部Ａが時計回りに０°の位置、極大部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、出力軸４の回転に伴って、極小部Ａと極大部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は狭くなる傾向、環状空間の左半分は広くなる傾向となる。
このとき、環状空間の右半分に存在するローラ９は、出力軸４の回転に伴って、偏心軸部６の玉軸受１２の外輪外周面に押圧され、内歯車８の歯８ａを下る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ９は歯８ａを上る内径方向へ移動し、同図中に矢印で示すように、偏心軸部６の玉軸受１２の外周に沿って公転する。
公転するローラ９を保持する中間軸１０の保持器部１０ｂは、出力軸４と同じ時計回りに回転する。なお、出力軸４が反時計回りに回転する場合、極小部Ａと極大部Ｂは反時計回りに移動し、ローラ９を保持する中間軸１０の保持器部１０ｂは、出力軸４と同じ反時計回りに回転する。
この実施例では、中間軸１０の保持器部１０ｂの分割点の数Ｎが内歯車８の歯８ａの数よりも１つ多いので、出力軸４が内歯車８に対して１回転分相対回転すると、各ローラ９は歯８ａの１ピッチ分だけ出力軸４の回転方向と同方向に公転し、出力軸４と中間軸１０の減速比は、分割点の数Ｎと等しくなる。なお、分割点の数Ｎが歯８ａの数よりも１つだけ少ない場合は、各ローラ９は出力軸４の回転方向と反対方向に公転し、中間軸１０が出力軸４に対して反対方向に回転する。
この減速された中間軸１０の回転によって、カムシャフト１がスプロケット２に対して相対回転し、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相が低回転に適した回転位相に変更される。これによって、アイドル運転時のエンジンの回転の安定化と燃費の向上が図れる。
また、アイドル状態からエンジンの運転が通常運転に移行して、例えば、高回転時になると、スプロケット２と電動モータ３の出力軸４との回転速度差を大きくして、スプロケット２の回転と電動モータ３の出力軸４とを相対回転の速度差を大きくする。これにより、上記と同様の作用でカムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相が、高回転に適した回転位相に変更され、エンジンの高出力化が図られる。
このように、減速機構５は、電動モータ３の出力軸４の回転を減速し、減速したローラ９の回転を中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達する。このため、従来の減速機構のように、電動モータの出力軸の回転を減速させる減速機構と、減速させた回転をカムシャフトに伝達するリンク機構とをそれぞれ組み合わせる必要がなく、減速機構５の構造を簡単にすることが可能となる。
この実施例１では、図３に示すように、中間軸１０のストッパーピン１７とカムシャフト１の係合凹部１８とが係合し、中間軸１０とスプロケット２との間の相対回転が、スプロケット２の中心Ｏに対する係合凹部１８内を移動するストッパーピン１７の中心Ｐのなす角度θの範囲内に規制される。
このため、前記減速機構５に何らかの異常が発生し、スプロケット２の回転が中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達不能となった場合、カムシャフト１は、中間軸１０と一体回転可能に設けられているので、スプロケット２に対する回転位相差を前記の角度θの範囲内に規制することができる。これにより、その回転位相差の範囲内で、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を保持することが可能となる。
この発明に係る可変バルブタイミング装置の実施例２を図４、図５に基づいて説明する。
この実施例２は、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を規制する手段が、前述の実施例１の構成と相違しており、その他の構成は実施例１と同様であり、同一に考えられる構成に関しては同符号を用いて、その説明を省略する。
この実施例２は、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を規制する手段が、前述の実施例１の構成と相違しており、その他の構成は実施例１と同様であり、同一に考えられる構成に関しては同符号を用いて、その説明を省略する。
すなわち、この実施例２は、図４に示すように、スプロケット２に軸方向の貫通孔２ｂが設けられ、この貫通孔２ｂにストッパーピン１７が挿入固定され、その一部分がスプロケット２の他端面から突き出す突出部を形成する。この突出部は、貫通孔２ｂにストッパーピン１７を挿入固定することで形成しているが、スプロケット２を鍛造により形成した場合、鍛造時にスプロケット２と一体の突出部を形成してもよい。この場合、ストッパーピン１７を貫通孔２ｂに挿入固定する必要がない。
また、カムシャフト１は、図５に示すように、そのフランジ１ｄに周方向長さをもって外径側が開放する係合凹部１８が設けられ、スプロケット２のストッパーピン１７が係合する。
この係合凹部１８は周方向長さを有しているので、これに係合するストッパーピン１７が周方向長さの範囲内で移動可能となる（図５中の一点鎖線参照）。このため、スプロケット２とカムシャフト１の間の相対回転が、スプロケット２の中心Ｏに対する、係合凹部１８内を移動するストッパーピン１７の中心Ｐのなす角度θ（図５の場合θ＝３０°）の範囲内に規制される。したがって、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差が前記の角度θの範囲内に規制される。
このように前記の回転位相差を規制する手段としては、スプロケット２のストッパーピン１７と、カムシャフト１の係合凹部１８とからなるものであるが、ストッパーピン１７と係合凹部１８とが係合するものであれば、例えば、カムシャフト１にストッパーピン１７が、スプロケット２に係合凹部１８が設けられるものであってもよい。
この実施例では、前記減速機構５に何らかの異常が発生し、スプロケット２の回転が中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達不能となった場合、前述の実施例１と同様、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を前記の角度θの範囲内に規制することができる。これにより、その回転位相差の範囲内で、カムシャフト１のスプロケット２に対する回転位相差を保持することが可能となる。
この発明に係る可変バルブタイミング装置の実施例３を図６から図８に基づいて説明する。
この実施例３では、カムシャフト１はエンジンオイルが通るオイル通路２０を備え、スプロケット２にオイル通路２０を通るエンジンオイルを減速機構５に供給する油道２１が形成された点で、前述の実施例１と相違する。その他の構成は実施例１と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いて、その説明を省略する。
この実施例３では、カムシャフト１はエンジンオイルが通るオイル通路２０を備え、スプロケット２にオイル通路２０を通るエンジンオイルを減速機構５に供給する油道２１が形成された点で、前述の実施例１と相違する。その他の構成は実施例１と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いて、その説明を省略する。
通常、エンジンは内部の各部材にオイル溜まりを介してエンジンオイルを循環させて、潤滑性を確保している。この実施例において、オイル溜まりは、カムシャフト１のオイル通路２０に連通しており、オイル通路２０とスプロケット２の油道２１とを通るエンジンオイルによって、減速機構５の各部材の潤滑性が確保されている。
オイル通路２０はカムシャフト１の軸心部分に形成され、ボルト１６のねじ穴１ｃに連通し、ボルト１６の先端部寄りの位置から径方向に分岐し、カムシャフト１の外周部に開口している。
オイル通路２０の分岐部分には、必要に応じて、オイル通路２０よりも大きい内径を有するオイル溜まり２２を設けることができる。オイル溜まり２２が設けられると、エンジンの始動時や運転中の急加速時などのエンジンオイルが減速機構５に供給されにくいときに、オイル溜まり２２に溜まったエンジンオイルを減速機構５に供給することができる。
また、オイル通路２０内にオイルフィルタ２３を設けることができる。このオイルフィルタ２３により、エンジン内を循環するエンジンオイルの金属粉末や外部からの異物を除去し、潤滑性の低下を抑制することができるからである。
油道２１は、スプロケット２の内周面と他端面との間を貫通し、内周面側の開口部が、オイル通路２０のカムシャフト１外周部の開口部に連通し、他端面側の開口部が、ハウジング７内の中間軸支持軸受１３に対向する位置に設けられている。
中間軸支持軸受１３の対向位置に油道２１の他端面側の開口部が設けられると、油道２１を通るエンジンオイルを中間軸支持軸受１３に供給することができる。中間軸１０の回転に伴う出力軸支持軸受１１の回転により、エンジンオイルを減速機構５の各部材に効果的に供給し、行き渡らせることができる。
この実施例では、図６に示すように、減速機構５の出力軸支持軸受１１および中間軸支持軸受１３は玉軸受を適用したが、減速機構５の各部材にエンジンオイルが供給され、潤滑性が得られるため、電動モータ３の出力軸４、中間軸１０を円滑に回転させることが可能であれば、図７に示すように、玉軸受よりも構造が簡単で、油膜を介して内外輪（両軌道輪）間を摺動させる滑り軸受を適用することができる。
なお、滑り軸受は、出力軸支持軸受１１および中間軸支持軸受１３の両軸受に適用する必要はなく、減速機構５の減速比、電動モータ３の出力軸４の回転数等に応じて、出力軸支持軸受１１と中間軸支持軸受１３との少なくとも一方に適用すればよい。
さらに、この実施例において、電動モータ３の出力軸４、中間軸１０を円滑に回転させることが可能であれば、中間軸支持軸受１３を設ける代わりに、図８に示すように、中間軸１０の外周部と内歯車８の円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けることができる。また、出力軸支持軸受１１を設ける代わりに、電動モータ３の出力軸４の外周部とハウジング７の円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けることもできる。
いずれの場合も、前述のように減速機構５の各部材にエンジンオイルが供給されるので、中間軸１０と内歯車８の円筒部との摺動部、出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部との摺動部にエンジンオイルの油膜が形成され、中間軸１０、出力軸４を円滑に相対回転させることができる。なお、減速機構５において、中間軸１０と内歯車８の円筒部とが摺動する構成、出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部とが摺動する構成は、減速機構５の減速比、電動モータ３の出力軸４の回転数等に応じて、少なくとも一方の構成を適用すればよい。
また、中間軸１０と内歯車８の円筒部との摺動部または出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部との摺動部が耐摩耗性を向上させる被膜、例えば、クロムめっきやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などに覆われるようにしてもよい。これにより、前記の摺動部では、被膜同士が接するので、摺動部を形成する両部材が直接的に接する場合よりも、摩耗の発生を抑制することができる。
この発明に係る可変バルブタイミング装置の実施例４を図９から図１１に基づいて説明する。
この実施例４では、カムシャフト１はエンジンオイルが通るオイル通路３０を備え、スプロケット２にオイル通路３０を通るエンジンオイルを減速機構５に供給する油道３１が形成された点で、前述の実施例２と相違する。この相違点（相違する構成）は、上述した実施例３の前記実施例１に対する相違点（相違する構成）と同様である。
その他の構成は実施例２と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いて、その説明を省略する。
この実施例４では、カムシャフト１はエンジンオイルが通るオイル通路３０を備え、スプロケット２にオイル通路３０を通るエンジンオイルを減速機構５に供給する油道３１が形成された点で、前述の実施例２と相違する。この相違点（相違する構成）は、上述した実施例３の前記実施例１に対する相違点（相違する構成）と同様である。
その他の構成は実施例２と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いて、その説明を省略する。
この実施例において、オイル溜まりは、前述した実施例３の場合と同様、カムシャフト１のオイル通路３０に連通しており、オイル通路３０とスプロケット２の油道３１とを通るエンジンオイルによって、減速機構５の各部材の潤滑性が確保されている。
オイル通路３０は、カムシャフト１の軸心に形成され、ボルト１６のねじ穴１ｃに連通し、ボルト１６の先端部寄りの位置から径方向に分岐し、カムシャフト１の外周部に開口している。
オイル通路３０の分岐部分には、必要に応じて、オイル通路３０よりも大きい内径を有するオイル溜まり３２を設けることができる。オイル溜まり３２が設けられると、エンジンの始動時や運転中の急加速時などのエンジンオイルが減速機構５に供給されにくいときに、オイル溜まり３２に溜まったエンジンオイルを減速機構５に供給することができる。
また、オイル通路３０内にオイルフィルタ３３を設けることができる。このオイルフィルタ３３により、エンジン内を循環するエンジンオイルの金属粉末や外部からの異物を除去し、潤滑性の低下を抑制することができるからである。
油道３１は、前述した実施例３の場合と同様、スプロケット２の内周面と他端面との間を貫通し、内周面側の開口部が、オイル通路３０のカムシャフト１外周部の開口部に連通し、他端面側の開口部が、ハウジング７内の中間軸支持軸受１３に対向する位置に設けられている。
中間軸支持軸受１３の対向位置に油道３１の他端面側の開口部が設けられると、油道３１を通るエンジンオイルを中間軸支持軸受１３に供給することができる。中間軸１０の回転に伴う出力軸支持軸受１１の回転により、エンジンオイルを減速機構５の各部材に効果的に供給し、行き渡らせることができる。
この実施例では、図９に示すように、減速機構５の出力軸支持軸受１１および中間軸支持軸受１３は玉軸受を適用したが、減速機構５の各部材にエンジンオイルが供給され、潤滑性が得られるため、前記実施例３の場合と同様、電動モータ３の出力軸４、中間軸１０を円滑に回転させることが可能であれば、図１０に示すように、玉軸受よりも構造が簡単で、油膜を介して内外輪間を摺動させる滑り軸受を適用することができる。
なお、滑り軸受は、出力軸支持軸受１１および中間軸支持軸受１３の両軸受に適用する必要はなく、減速機構５の減速比、電動モータ３の出力軸４の回転数等に応じて、出力軸支持軸受１１と中間軸支持軸受１３との少なくとも一方に適用すればよい。
さらに、この実施例において、電動モータ３の出力軸４、中間軸１０を円滑に回転させることが可能であれば、前記実施例３の場合と同様、中間軸支持軸受１３を設ける代わりに、図１１に示すように、中間軸１０の外周部と内歯車８の円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けることができる。また、出力軸支持軸受１１を設ける代わりに、電動モータ３の出力軸４の外周部とハウジング７の円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けることもできる。
いずれの場合も、前述のように減速機構５の各部材にエンジンオイルが供給されるので、中間軸１０と内歯車８の円筒部との摺動部、出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部との摺動部にエンジンオイルの油膜が形成され、中間軸１０、出力軸４を円滑に相対回転させることができる。なお、減速機構５において、中間軸１０と内歯車８の円筒部とが摺動する構成、出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部とが摺動する構成は、減速機構５の減速比、電動モータ３の出力軸４の回転数等に応じて、少なくとも一方の構成を適用すればよい。
また、中間軸１０と内歯車８の円筒部との摺動部または出力軸４とハウジング７の円筒部の内周部との摺動部が耐摩耗性を向上させる被膜、例えば、クロムめっきやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などに覆われるようにしてもよい。これにより、それぞれの摺動部では、被膜同士が接するので、摺動部を形成する両部材が直接的に接する場合よりも、摩耗の発生を抑制することができる。
１ カムシャフト
１ａ 小径部
１ｂ 固定穴
１ｃ ねじ穴
１ｄ フランジ
２ スプロケット
２ａ 係合凹部
２ｂ 貫通孔
３ 電動モータ
４ 出力軸
４ａ 貫通孔
５ 減速機構
６ 偏心軸部
７ ハウジング
７ａ 係合穴
８ 内歯車
８ａ 歯
８ｂ 突起
９ ローラ
１０ 中間軸
１０ａ ポケット
１０ｂ 保持器部
１０ｃ フランジ
１０ｄ 貫通孔
１１ 出力軸支持軸受
１２ 玉軸受
１３ 中間軸支持軸受
１４ 連結ピン
１５ 座金
１６ ボルト
１７ ストッパーピン
１８ 係合凹部
２０、３０ オイル通路
２１、３１ 油道
２２、３２ オイル溜まり
２３、３３ オイルフィルタ
４１ カムシャフト
４１ａ カムプレート
４２ スプロケット
４３ 電動モータ
４４ 出力軸
４４ａ 偏心軸部
４５ 減速機構
４６ リンク機構
４６ａ アーム
４６ｂ アーム
４７ 内歯車
４８ ハウジング
４９ 外歯車
５０ ガイドプレート
１ａ 小径部
１ｂ 固定穴
１ｃ ねじ穴
１ｄ フランジ
２ スプロケット
２ａ 係合凹部
２ｂ 貫通孔
３ 電動モータ
４ 出力軸
４ａ 貫通孔
５ 減速機構
６ 偏心軸部
７ ハウジング
７ａ 係合穴
８ 内歯車
８ａ 歯
８ｂ 突起
９ ローラ
１０ 中間軸
１０ａ ポケット
１０ｂ 保持器部
１０ｃ フランジ
１０ｄ 貫通孔
１１ 出力軸支持軸受
１２ 玉軸受
１３ 中間軸支持軸受
１４ 連結ピン
１５ 座金
１６ ボルト
１７ ストッパーピン
１８ 係合凹部
２０、３０ オイル通路
２１、３１ 油道
２２、３２ オイル溜まり
２３、３３ オイルフィルタ
４１ カムシャフト
４１ａ カムプレート
４２ スプロケット
４３ 電動モータ
４４ 出力軸
４４ａ 偏心軸部
４５ 減速機構
４６ リンク機構
４６ａ アーム
４６ｂ アーム
４７ 内歯車
４８ ハウジング
４９ 外歯車
５０ ガイドプレート
Claims (11)
- エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動するカムシャフトと、エンジンから回転を伝達され前記カムシャフトを回転駆動するスプロケットとが相対回転可能に同軸上に配置され、前記カムシャフトと同軸上に配置された電動モータの出力軸の回転が減速機構を介して前記カムシャフトに伝達され、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を変化させるようにした可変バルブタイミング装置において、
前記減速機構は、前記電動モータの出力軸に設けられた円形断面の偏心軸部と、前記スプロケットと一体化したハウジング内に固定された内歯車と、前記内歯車と前記偏心軸部の外周部との間に介在された複数のローラと、これらのローラを保持するポケットが周方向に等ピッチに設けられた環状の保持器部を有する中間軸とを備え、前記保持器部のポケットが前記内歯車の歯に対して１つ異なる数に設けられ、前記歯の１ピッチ分の形状は、前記出力軸が回転するとき、前記偏心軸部の外周部に沿って公転する前記ローラの中心が描く軌跡と平行な曲線のうち前記ローラの外径側にある曲線と合致し、前記ローラの公転が前記カムシャフトと同軸上に配置された前記中間軸を介してそのカムシャフトに伝達され、前記カムシャフトの前記スプロケットに対する回転位相差を所要角度の範囲内に規制する規制手段を備えたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。 - 前記中間軸と前記スプロケットとのいずれか一方に設けられた突起部と、他方に周方向長さをもって設けられた係合凹部とからなり、前記突起部が前記係合凹部に対して前記周方向長さの範囲内で移動可能に係合され、前記中間軸と前記スプロケットとの間の相対回転が、前記スプロケットの中心に対する前記係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記スプロケットと前記カムシャフトとのいずれか一方に設けられた突起部と、他方に設けられた周方向長さをもつ係合凹部とからなり、前記突起部が前記係合凹部に対してその周方向長さの範囲内で移動可能に係合され、前記スプロケットと前記カムシャフトとの間の相対回転が、前記スプロケットの中心に対する前記係合凹部内を移動する前記突起部のなす角度の範囲内に規制されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記カムシャフトはエンジンオイルが通るオイル通路を備え、前記スプロケットに、前記オイル通路を通るエンジンオイルを前記減速機構に供給する油道が形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記オイル通路内に前記エンジンオイルのオイル溜まりが設けられたことを特徴とする請求項４に記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記カムシャフトの前記オイル通路内にオイルフィルタが設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記中間軸の外周部に中間軸支持軸受が設けられ、その中間軸支持軸受は滑り軸受であり、前記内歯車に形成された円筒部内に嵌合固定されたことを特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記電動モータの出力軸の外周部に出力軸支持軸受が設けられ、その出力軸支持軸受が滑り軸受であり、前記ハウジングの円筒部の内径部に嵌合固定されたことを特徴とする請求項４から７のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記中間軸の外周部と、前記内歯車に形成された円筒部の内周部とが摺動する状態で相対回転可能に設けられたことを特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記電動モータの出力軸の外周部と前記ハウジングの円筒部の内周部とが摺動する状態で、相対回転可能に設けられたことを特徴とする請求項４から６、または９のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置。
- 前記中間軸の外周部と前記内歯車の円筒部の内径部との間の摺動部、または、前記電動モータの出力軸の外周部と前記ハウジングの円筒部の内径部との間の摺動部が耐摩耗性を向上させる被膜に覆われたことを特徴とする請求項９または１０に記載の可変バルブタイミング装置。
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| EP10758520.0A EP2415978B1 (en) | 2009-04-03 | 2010-03-25 | Variable valve timing device |
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