WO2020075770A1 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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章夫 今井
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Definitions

  • the present disclosure relates to a valve timing adjusting device.
  • a valve timing adjustment device in which a variable valve mechanism is provided on both the intake side and the exhaust side.
  • the drive system of the variable valve mechanism includes a hydraulic system and an electric system.
  • an electric variable valve mechanism is used on the exhaust side.
  • the default phase of the variable valve mechanism on the exhaust side is the most advanced phase.
  • the electric variable valve mechanism on the exhaust side is not configured to be biased in the advance direction by a force such as a spring force. Therefore, for example, when the positive torque acts at the time of energization cut or failure, the variable valve mechanism may be phase-shifted to the retard side. In this case, the valve overlap becomes large, and the ratio of the fresh air to the intake air amount becomes low, so that the torque may be insufficient and the engine may not be started.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a valve timing adjustment device that can ensure engine startability.
  • the valve timing adjustment device of the present disclosure includes an intake side variable valve mechanism that can change the valve timing of the intake valve of the engine, and an exhaust side variable valve mechanism that can change the valve timing of the exhaust valve of the engine.
  • the exhaust side variable valve mechanism has an exhaust side electric drive section and an exhaust side phase conversion section provided in a rotation transmission path between the crankshaft of the engine and the exhaust side camshaft.
  • the exhaust side phase conversion unit has an input shaft connected to the exhaust side electric drive unit, and decelerates the rotation of the input shaft to convert the rotational phase of the exhaust side camshaft with respect to the crankshaft. The rotation direction of the input shaft when advancing the rotation phase is opposite to the rotation direction of the crankshaft.
  • the exhaust side phase converter is automatically phase-converted to the most advanced phase at the time of energization cut or failure. That is, the exhaust side phase converter is automatically returned to the default phase.
  • This phase conversion and maintenance to the most advanced phase can be realized without using a phase lock mechanism or a bias spring. Therefore, a decrease in the ratio of fresh air to the intake air amount due to excessive valve overlap is avoided, and engine startability can be ensured.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an engine to which the valve timing adjusting device according to the first embodiment is applied
  • FIG. 2 is a schematic view of the valve timing adjusting device shown in the section taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view of a valve timing adjusting device according to the second embodiment
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a valve timing adjusting device according to a reference embodiment.
  • valve timing adjusting device A plurality of embodiments of the valve timing adjusting device will be described below with reference to the drawings.
  • the same reference numerals are given to the configurations that are substantially the same between the embodiments, and description thereof will be omitted.
  • the valve timing adjusting device of the first embodiment is provided in a rotation transmission path between a crankshaft 91 of an engine 90 and camshafts 92, 93 as shown in FIGS. 1 and 2, and an intake valve and an exhaust valve (not shown) are provided. Adjust the valve timing of.
  • the valve timing adjustment device 10 includes an intake variable valve mechanism 20 and an exhaust variable valve mechanism 30.
  • the exhaust side variable valve mechanism 30 has an electric motor 31 and a phase converter 33.
  • the electric motor 31 is an electric drive unit and outputs a rotational force from the motor shaft 32 when energized.
  • the phase conversion unit 33 has a drive rotating body 34, an input shaft 35, a driven rotating body 36, and a speed reduction mechanism 37.
  • the driving rotating body 34 has a housing 38 and a sprocket 39 provided outside the housing.
  • the sprocket 39 is connected to the crankshaft 91 via a chain 94.
  • the drive rotating body 34 rotates in conjunction with the crankshaft 91.
  • the input shaft 35, the driven rotating body 36, and the speed reduction mechanism 37 are provided in the housing 38.
  • the input shaft 35 is connected to the motor shaft 32.
  • the driven rotating body 36 is fastened to the exhaust side cam shaft 93.
  • the speed reduction mechanism 37 is provided between the housing 38 and the driven rotating body 36, and transmits rotation between them.
  • the rotational force is transmitted to the drive rotating body 34 via the chain 94.
  • the rotational force of the drive rotating body 34 is transmitted to the exhaust side cam shaft 93 via the reduction mechanism 37 and the driven rotating body 36.
  • the cam of the exhaust side cam shaft 93 opens and closes the exhaust valve.
  • the reduction mechanism 37 reduces the rotation of the input shaft 35 and transmits it to the driven rotating body 36.
  • the driven rotary body 36 relatively rotates in the forward and reverse rotation directions with respect to the drive rotary body 34 by the rotational force transmitted from the input shaft 35
  • the relative rotational phase of the exhaust side camshaft 93 with respect to the crankshaft 91 is converted.
  • the relative rotational phase of the exhaust side camshaft 93 with respect to the crankshaft 91 will be simply referred to as the rotational phase.
  • the phase conversion unit 33 converts the rotational phase by decelerating the rotation of the input shaft 35 and transmitting the decelerated rotation to the exhaust side camshaft 93.
  • the opening / closing timing of the exhaust valve is advanced.
  • the opening / closing timing of the exhaust valve is retarded.
  • the relative rotation range of the driven rotating body 36 is restricted by the reduction mechanism 37 from the most advanced position to the most retarded position.
  • the rotation phase corresponding to the most advanced angle position is the most advanced angle phase.
  • the rotation phase corresponding to the most retarded angle position is the most retarded angle phase.
  • the intake side variable valve mechanism 20 has the same configuration as the exhaust side variable valve mechanism 30, except for the features described later. That is, the intake side variable valve mechanism 20 corresponds to the configuration of the intake side variable valve mechanism 20, and includes an electric motor 21, a motor shaft 22, a phase conversion unit 23, a drive rotor 24, an input shaft 25, and a driven rotor 26. , A reduction mechanism 27, a housing 28, and a sprocket 29.
  • the rotation direction R1 of the input shaft 35 when advancing the rotation phase is opposite to the rotation direction R3 of the crankshaft 91 (that is, the engine rotation direction).
  • the rotation direction R2 of the input shaft 35 when retarding the rotation phase is the same as the rotation direction R3 of the crankshaft 91.
  • the reduction ratio of the reduction mechanism 37 is A, A ⁇ 0.
  • the sign of the reduction ratio is different between the phase converter 23 on the intake side and the phase converter 33 on the exhaust side. That is, when the reduction ratio of the reduction mechanism 27 is B, A ⁇ 0 and B> 0.
  • ) obtained by multiplying the average torque Tm of the motor shaft 32 when the electric motor 31 is not energized by the absolute value of the reduction ratio A of the phase converter 33 is Tm ⁇
  • the rotation direction R1 of the input shaft 35 when advancing the rotation phase is opposite to the rotation direction R3 of the crankshaft 91.
  • the phase conversion unit 33 on the exhaust side is automatically phase-converted to the most advanced angle phase at the time of energization cut or failure. That is, the phase converter 33 is automatically returned to the default phase.
  • This phase conversion and maintenance to the most advanced phase can be realized without using a phase lock mechanism or a bias spring. Therefore, a decrease in the ratio of fresh air to the intake air amount due to excessive valve overlap is avoided, and engine startability can be ensured.
  • the sign of the reduction ratio is different between the phase converter 23 on the intake side and the phase converter 33 on the exhaust side.
  • the default phase of the phase converter 33 on the exhaust side can be made the most advanced phase, while the default phase of the phase converter 23 on the intake side can be made the most retarded phase.
  • ) obtained by multiplying the average torque Tm by the absolute value of the reduction ratio A is larger than the difference (Tc ⁇ Tv) between the average torque Tc and the average friction torque Tv.
  • the electric drive unit of the exhaust side variable valve mechanism 40 is composed of an electromagnetic actuator 41 such as an electromagnetic clutch.
  • the speed reduction mechanism 37 is driven by the electromagnetic actuator 41.
  • the electric drive unit may be the electromagnetic actuator 41.
  • the phase converter 33 on the exhaust side is automatically phase-converted to the most advanced angle phase when the energization is cut or fails, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the drive system of the intake side variable valve mechanism is not limited to the electric system, and may be another system such as a hydraulic system.
  • the phase converter 81 of the intake side variable valve mechanism 80 has a speed reduction mechanism 82.
  • the phase converter 86 of the exhaust side variable valve mechanism 85 has a speed reduction mechanism 87.
  • the sign of the reduction ratio is different between the intake-side phase converter 81 and the exhaust-side phase converter 86, and A> 0 and B ⁇ 0.

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Abstract

バルブタイミング調整装置（１０）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（９０）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（３０）は、電動モータ（３１）と、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位相変換部（３３）とを有する。位相変換部（３３）は、電動モータ（３１）に接続された入力軸（３５）を有し、入力軸（３５）の回転を減速して排気側カムシャフト（９３）に伝達することでクランクシャフト（９１）に対する排気側カムシャフト（９３）の回転位相を変換する。回転位相を進角するときの入力軸（３５）の回転方向は、クランクシャフト（９１）の回転方向に対して逆方向である。

Description

バルブタイミング調整装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年１０月１１日に出願された特許出願番号２０１８－１９２７９１号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、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。
　本開示は、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。
　本開示のバルブタイミング調整装置は、エンジン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とを備える。排気側可変バルブ機構は、排気側電動駆動部と、エンジンのクランクシャフトと排気側カムシャフトとの間の回転伝達経路に設けられる排気側位相変換部とを有する。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。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。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、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であり、 図２は、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であり、 図３は、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であり、 図４は、参考形態によるバルブタイミング調整装置の模式図である。
　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。
　［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。
　本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1. 　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、
    　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るバルブタイミング調整装置。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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）との差よりも大きい請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
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