JP2010090850A

JP2010090850A - 可変バルブタイミング装置

Info

Publication number: JP2010090850A
Application number: JP2008263413A
Authority: JP
Inventors: Koji Sato; 光司佐藤; Takahide Saito; 隆英齋藤; Yumiko Mineno; 弓子峰野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達する先に開発した可変バルブタイミング装置の軸方向寸法をさらにコンパクト化することである。
【解決手段】中間軸１０の環状の保持器部１０ｂを、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とし、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間を、ローラを保持するポケット１０ａとすることにより、保持器部１０ｂの長さを短くして、電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達する先に開発した可変バルブタイミング装置の軸方向寸法をさらにコンパクト化することができるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、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、エンジンの吸気バルブと排気バルブの一方または両方の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は、油圧を駆動源として、エンジンの回転とバルブを駆動するカムシャフトの回転との位相を変更する油圧式のものが多いが、油圧式のものは、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり、油圧制御の応答性が低下したりして、可変バルブタイミング制御精度が低下することから、アクチュエータとして電動モータを用いた電動式のものが提案されている。

このような電動式の可変バルブタイミング装置としては、図６（ａ）、（ｂ）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５１と、エンジンから回転を伝達され、カムシャフト５１を回転駆動するスプロケット５２とを、相対回転可能に同軸上に配置して、カムシャフト５１と同軸上に配置した電動モータ５３の出力軸５４の回転を減速機構５５とリンク機構５６を介してカムシャフト５１に伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２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５５は、電動モータ５３の出力軸５４の偏心軸部５４ａに軸受で回転自在に支持された内歯車５７の歯の一部が、スプロケット５２と一体化したハウジング５８に設けた外歯車５９と噛み合うようにして、出力軸５４をスプロケット５２に対して相対回転させたときに、内歯車５７が偏心軸部５４ａの回りに回転するようにしたものであり、この内歯車５７の回転をガイドプレート６０に伝達し、さらに、ガイドプレート６０の回転を、アーム５６ａ、５６ｂで構成されるリンク機構５６を介して、カムシャフト５１と一体回転するカムプレート５１ａに伝達し、カムシャフト５１をスプロケット５２に対して相対回転させるようにしている。

特開２００８−５７３４９号公報

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、電動モータの回転をカムシャフトに伝達する機構が、減速機構とリンク機構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問題がある。

この問題に対して、本発明者らは、電動モータの出力軸の回転をカムシャフトに伝達する減速機構を、電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に複数のカム山を形成した内歯車を偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸をカムシャフトと同軸上に配置して、電動モータの出力軸を回転させたときに、ポケットに保持されたローラが偏心軸部の外径面に沿って公転するようにし、これらのローラの公転を中間軸を介してカムシャフトに伝達する可変バルブタイミング装置を先に出願している（特願２００８−２１５５４７）。

この先に開発した可変バルブタイミング装置は、電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達することができ、コンパクトな設計が可能であるが、軸方向寸法をさらにコンパクト化することが望まれている。

そこで、本発明の課題は、この電動モータの回転を減速機構のみでカムシャフトに伝達する先に開発した可変バルブタイミング装置の軸方向寸法をさらにコンパクト化することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、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を、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、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て、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにし、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとした可変バルブタイミング装置において、前記環状の保持器部を、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とし、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間を、前記ローラを保持するポケットとした構成を採用した。

すなわち、環状の保持器部を、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とし、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間を、ローラを保持するポケットとすることにより、保持器部の長さを、先に開発した可変バルブタイミング装置でポケットを周囲が閉じた窓状に形成していたものよりも短くして、装置全体の軸方向寸法をさらにコンパクト化できるようにした。また、この可変バルブタイミング装置は、保持器部のポケットに保持されるローラを軸方向から挿入することができ、ローラのポケットへの組み込みも容易にすることができる。

前記くし形の間に形成されたポケットの軸方向先端側の開口部両側に面取りを設けることにより、ローラのポケットへの組み込みをより容易にすることができる。

前記くし形の間に形成されたポケットのくし形の基部コーナに隅肉を設けることにより、くし形の形状とされた保持器部の強度を確保することができる。

前記中間軸の保持器部を樹脂材料で形成することにより、保持器部のポケット面との摺接によるローラの損傷を防止することができる。

前記保持器部を有する中間軸を金属板のプレス加工で形成することにより、中間軸を安価に製造することができる。

前記ハウジングの円筒部の片側に、前記ポケットの開口部と軸方向で対向する内向きの鍔部を設けることにより、この鍔部で前記ポケットに保持されたローラを軸方向に抜け止めすることができる。

本発明の可変バルブタイミング装置は、環状の保持器部を、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とし、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間を、ローラを保持するポケットとしたので、保持器部の長さを短くして、先に開発した可変バルブタイミング装置の軸方向寸法をさらにコンパクト化することができる。また、この可変バルブタイミング装置は、保持器部のポケットに保持されるローラを軸方向から挿入することができ、ローラのポケットへの組み込みも容易にすることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。この可変バルブタイミング装置は、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とを、相対回転可能に同軸上に配置し、カムシャフト１と同軸上に配置した電動モータ３の出力軸４の回転を減速機構５を介してカムシャフト１に伝達し、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。

図１および図２に示すように、前記減速機構５は、電動モータ３の出力軸４に円形断面の偏心軸部４ａを設けて、この偏心軸部４ａに玉軸受６を外嵌固定し、スプロケット２と一体化したハウジング７の円筒部７ａの内径面に、複数のカム山８ａを形成した別体の内歯車８を、玉軸受６の外輪６ａの外径面と対向するように内嵌固定して、これらの対向する外輪６ａの外径面と内歯車８とに転接する複数のローラ９を保持するポケット１０ａを設けた環状の保持器部１０ｂを有する中間軸１０をカムシャフト１と同軸上に配置し、その中間軸１０をスプライン１１によってカムシャフト１に連結したものであり、後述するメカニズムによって、電動モータ３の出力軸４の回転を中間軸１０を介してカムシャフト１に伝達する。

前記電動モータ３の出力軸４は、負の隙間を設定した玉軸受１２によってハウジング７の円筒部７ａの片側に設けられた内向きの鍔部７ｂに支持され、中間軸１０は４点接触タイプの玉軸受１３によって、内歯車８の延長円筒部を介してハウジング７に支持されており、負の隙間を設定した玉軸受１２の回転抵抗によってカムシャフト１から出力軸４への逆入力が抑制されるとともに、４点接触タイプの玉軸受１３によって、中間軸１０の振れ回りが抑制される。また、偏心軸部４ａの偏心側には、出力軸４の軸心の回りの重量バランスを調整するバランス調整部としての貫通孔４ｂが設けられている。

図２に示すように、前記内歯車８のカム山８ａは円周方向に等ピッチで２９個形成され、ローラ９を保持するポケット１０ａは、環状の保持器部１０ｂを円周方向に等ピッチで３０分割したときの分割点に対して１つおきに間引いた１５箇所の位置に設けられており、分割点の数がカム山８ａよりも１つだけ多くなっている。また、カム山８ａの１ピッチ分の形状は、出力軸４を回転させたときに、ポケット１０ａに保持されたローラ９が偏心軸部４ａに外嵌された玉軸受６の外輪６ａの外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致している。

図３に示すように、前記中間軸１０の保持器部１０ｂは、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とされ、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間がローラ９を保持するポケット１０ａとされている。くし形の間に形成されたポケット１０ａの軸方向先端側の開口部両側には面取り１４が設けられ、ポケット１０ａのくし形の基部コーナにはＲ形状の隅肉１５が設けられている。また、図１に示したように、ポケット１０ａの開口部はハウジング７の鍔部７ｂの内側面と対向しており、ポケット１０ａに保持されたローラ９が軸方向に抜け止めされている。

以下に、前記減速機構５の減速メカニズムを説明する。図２に矢印で示したように、出力軸４が時計回りに回転し、偏心した外輪６ａの外径面とカム山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。このため、環状空間の右半分に存在するローラ９は内歯車８のカム山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はカム山８ａを上る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、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。

この実施形態では、保持器部１０ｂの分割点の数Ｎがカム山８ａの数よりも１つだけ多いので、出力軸４が１回転すると各ローラ９はカム山８ａの１ピッチ分だけ時計回りに公転し、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がカム山８ａの数よりも１つだけ少ない場合は、各ローラ９は反時計回りに公転し、中間軸１０は出力軸４と逆方向に回転する。

図４は、第２の実施形態を示す。この可変バルブタイミング装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記中間軸１０の保持器部１０ｂが樹脂材料でインサート成形されている点が異なる。その他の部分は、第１の実施形態のものと同じであり、くし形の形状とされた保持器部１０ｂのポケット１０ａの開口部はハウジング７の鍔部７ｂの内側面と対向している。

図５は、第３の実施形態を示す。この可変バルブタイミング装置も、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記保持器部１０ｂを有する中間軸１０が、鋼板のプレス加工で形成されている点が異なる。その他の部分は、第１の実施形態のものと同じであり、くし形の形状とされた保持器部１０ｂのポケット１０ａの開口部はハウジング７の鍔部７ｂの内側面と対向している。

第１の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図図１のII−II線に沿った断面図図１の保持器部を有する中間軸を示す斜視図第２の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図第３の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図ａは従来の可変バルブタイミング装置を示す縦断面図、ｂはａのVI−VI線に沿った断面図

符号の説明

１カムシャフト
２スプロケット
３電動モータ
４出力軸
４ａ偏心軸部
４ｂ貫通孔
５減速機構
６玉軸受
６ａ外輪
７ハウジング
７ａ円筒部
７ｂ鍔部
８内歯車
８ａカム山
９ローラ
１０中間軸
１０ａポケット
１０ｂ保持器部
１１スプライン
１２、１３玉軸受
１４面取り
１５隅肉

Claims

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を、相対回転可能に同軸上に配置して、前記カムシャフトと同軸上に配置した電動モータの出力軸の回転を減速機構を介して前記カムシャフトに伝達し、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て、前記バルブの開閉タイミングを変更するようにし、前記減速機構を、前記電動モータの出力軸に円形断面の偏心軸部を設け、前記スプロケットと一体化したハウジングの円筒部の内径面に、複数のカム山を円周方向に等ピッチで形成した内歯車を前記偏心軸部と対向させて設け、これらの対向する偏心軸部の外径面と内歯車とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸を前記カムシャフトと同軸上に配置して、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記電動モータの出力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されたローラが前記偏心軸部の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、これらのローラの公転を前記中間軸を介して前記カムシャフトに伝達するものとした可変バルブタイミング装置において、前記環状の保持器部を、軸方向に張り出して先端側が開口するくし形の形状とし、この先端側が開口するくし形の間に形成される空間を、前記ローラを保持するポケットとしたことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
前記くし形の間に形成されたポケットの軸方向先端側の開口部両側に面取りを設けた請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
前記くし形の間に形成されたポケットのくし形の基部コーナに隅肉を設けた請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
前記中間軸の保持器部を樹脂材料で形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記保持器部を有する中間軸を金属板のプレス加工で形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
前記ハウジングの円筒部の片側に、前記ポケットの開口部と軸方向で対向する内向きの鍔部を設け、この鍔部で前記ポケットに保持されたローラを軸方向に抜け止めした請求項１乃至５のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。