JP4149774B2 - Actuator device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブリフト量や作動角等を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置などの駆動機構として用いられるアクチュエータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の可変動弁装置に用いられたアクチュエータ装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献に記載されているものが知られている。
【0003】
概略を説明すれば、この可変動弁装置は、機関のクランク軸からスプロケットを介して回転駆動される駆動軸と、該駆動軸の外周に一定の隙間をもって同軸上に配置され、駆動軸と相対回転自在なカムシャフトと、駆動軸とカムシャフトとの間に介装されて、機関運転状態に応じて両者の回転位相を変化させて吸気弁の開閉時期を可変制御する可変機構と、該可変機構を駆動するアクチュエータ装置とを備えている。
【0004】
このアクチュエータ装置は、電動モータと該電動モータの回転速度を減速して制御軸に伝達する減速機構としてのウォーム歯車機構とを有している。
【0005】
そして、機関運転状態の変化に応じて、コントローラからの制御信号によって電動モータを一方向へ回転させ、ウォーム歯車機構を介して制御軸を同方向へ回転させ、これにより第2偏心カムと第1偏心カムを所定角度まで回転制御する。これによって、ディスクハウジングの揺動に伴い環状ディスクの中心を駆動軸の中心から偏心あるいは同心状態に制御して、駆動軸とカムシャフトとの回転位相を変化させることにより吸気弁の開閉時期を可変制御し、機関低回転から高回転までの機関性能を向上させるようになっている。
【0006】
また、かかる機関作動中に、バルブスプリングのばね力に起因してカムシャフトに発生する正負の交番トルクは可変機構の各フランジ部やディスクハウジング等を介して制御軸に伝達されるが、この交番トルクは、ウォーム歯車機構の非可逆性を利用してウォームホィールとウォームギアとの間で減殺し、これによって、アクチュエータの駆動負荷を低減させるようになっている。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−234507号公報(段落番号0031〜0034、図1など参照)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のアクチュエータ装置にあっては、前述のように、カムシャフトから伝達される交番トルクは、ウォーム歯車機構の非可逆性を利用してウォームホィールとウォームギアとの間で減殺できるものの、ウォーム歯車機構の構造上、ウォームホィールとウォームギアとの間のバックラッシ隙間を十分に小さく設定することができない。このため、該ウォームホィールとウォームギアとの歯面間で、交番トルクによる衝突打音が発生し易くなる。
【0009】
しかも、ウォームホィールとウォームギアとは、互いに1つの歯部が当接してトルク伝達を行なうため、該両歯部の対向当接する歯面間の面圧が高くなって摩耗が発生し易くなり、耐久性が低下する、といった種々の技術的課題を招来している。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来のアクチュエータ装置の実状に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明にあっては、とりわけ伝達手段を、潤滑油に浸漬したことを特徴としている。
【0011】
したがって、この発明によれば、伝達手段の各構成部品が潤滑油に浸漬されることから、伝達手段の各構成部品間に潤滑油が十分に供給されるため、動弁機構から制御軸を介して伝達手段に伝達される交番トルクによる各構成部品間のガタ付き音を、潤滑油の粘性抵抗によって効果的に抑制することができると共に、潤滑性能の向上により、各構成部品間の摩耗の発生を防止できる。
【0012】
特に、潤滑油は単に伝達手段に供給されるのではなく、伝達手段が浸漬された状態とすることから、前記粘性抵抗効果を十分に発揮させることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明にあっては、前記伝達手段は、前記回転力付与機構からの回転力を受ける螺子軸と、該螺子軸に螺合して軸方向へ直線移動自在な移動部材と、一端が前記移動部材に連係し、他端が前記制御軸に揺動自在に連結されたリンク機構とを備え、前記回転力付与手段からの回転力によって回転した前記螺子軸の回転に伴い、前記移動部材が直線移動することにより、前記リンク機構を介して前記制御軸を回動させたことを特徴としている。
【0014】
この発明によれば、伝達手段の特に螺子軸と移動部材間のガタ付き音の発生を防止できると共に、螺子軸と移動部材のねじ部の潤滑性が良好になる。
【0015】
請求項3に記載の発明は、前記潤滑油を、伝達手段の周囲に循環させたことを特徴としている。
【0016】
したがって、この発明によれば、循環によって潤滑油の劣化を防止できると共に、該潤滑油によって伝達手段の冷却効果も得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアクチュエータ装置を内燃機関の可変動弁装置に適用した実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態では、可変動弁装置が吸気弁側に適用され、1気筒当たり2つの吸気弁を備え、かつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。
【0018】
すなわち、可変動弁装置は、図6〜図9に示すようにシリンダヘッド1に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング3,3によって閉方向に付勢された一対の吸気弁2,2と、該各吸気弁2,2のバルブリフト量を可変制御する可変機構4と、該可変機構4の作動位置を制御する制御機構5と、該制御機構5を回転駆動するアクチュエータ装置である駆動機構6とを備えている。
【0019】
前記可変機構4は、シリンダヘッド1上部の軸受14に回転自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム15と、駆動軸13の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁2,2の上端部に配設されたバルブリフター16,16に摺接して各吸気弁2,2を開作動させる2つの揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
【0020】
前記駆動軸13は、図6にも示すように、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図中、時計方向(矢印方向)に設定されている。
【0021】
前記軸受14は、図7Aに示すように、シリンダヘッド1の上端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて後述する制御軸32を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって上方から共締め固定されている。
【0022】
前記駆動カム15は、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Yが駆動軸13の軸心Xから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム15は、駆動軸13に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない一方の外側に駆動軸挿通孔を介して圧入固定されていると共に、カム本体の外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【0023】
前記バルブリフター16,16は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド1の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム17,17が摺接する上面が平坦状に形成されている。
【0024】
前記両揺動カム17は、図6及び図7に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト20の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト20が内周面を介して駆動軸13に回転自在に支持されている。また、一端部のカムノーズ部21側にピン孔が貫通形成されていると共に、下面には、カム面22が形成され、カムシャフト20側の基円面と、該基円面からカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部21の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面の所定位置に当接するようになっている。
【0025】
前記伝達機構は、図6〜図9に示すように、駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0026】
前記ロッカアーム23は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム33に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部23aには、ピン26が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部23bには、リンクロッド25の一端部25aと連結するピン27が嵌入するピン孔が形成されている。
【0027】
前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されている一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。
【0028】
前記リンクロッド25は、ロッカアーム23側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17のカムノーズ部21の各ピン孔に挿入した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。
【0029】
なお、各ピン26,27,28の一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリングがそれぞれが設けられている。
【0030】
前記制御機構19は、駆動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在に支持された制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33とを備えている。
【0031】
前記制御軸32は、図6に示すように、駆動軸13と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部32bが前記軸受14のメインブラケット14aとサブブラケット14bとの間に回転自在に軸受されている。
【0032】
前記制御カム33は、図6〜図9に示すように円筒状を呈し、軸心P2位置が制御軸32の軸心P1からα分だけ偏倚している。
【0033】
前記駆動機構6は、図1〜図6に示すように、シリンダヘッド1の後端部に固定されたハウジング35と、該ハウジング35の一端部に固定された回転力付与機構である電動モータ36と、ハウジング35の内部に設けられて電動モータ36の回転駆動力を前記制御軸32に伝達する伝達手段であるボール螺子伝達手段37とから構成されている。
【0034】
前記ハウジング35は、図1に示すように、前記制御軸32の軸方向とほぼ直角方向に沿って配置された筒部35aと、該筒部35aの上端部中央に上方へ突出して、内部に前記制御軸32の一端部32aが臨む膨出部35bと、筒部35aと膨出部35bの一側部を閉塞する側壁35cとから構成されている。また、前記筒部35aの底壁には、図2及び図5に示すように、ほぼ長方形状の隔壁70が立設されており、この隔壁70と前記筒部35aの底壁及び側壁35cによって前記ボール螺子伝達手段37を収容する収容室71を形成している。また、このハウジング35は、図1及び図4に示すように、シリンダ1の後端部に水平線Hに対して図中右側が所定の角度で下り傾斜状に取付られている。
【0035】
また、隔壁70の上端は水平線Hに対してほぼ平行、すなわちハウジング35に対して右上り傾斜状に形成されており、その結果、隔壁70上端の傾斜に沿って油面Lが形成される。
【0036】
前記電動モ−タ36は、比例型のDCモータによって構成され、ほぼ円筒状のモータケーシング38の先端小径部38aが前記筒部35aの一端開口部35cに圧入などにより固定されている。また、電動モ−タ36の駆動シャフト36aは、モータケーシング38の先端小径部38a内に設けられたボールベアリング39によって軸受されている。
【0037】
また、電動モータ36は、機関の運転状態を検出するコントローラ40からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ40は、クランク角センサ41やエアーフローメータ42、水温センサ43や、制御軸32の回転位置を検出するポテンショメータ44等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータ36に制御信号を出力している。
【0038】
前記ボール螺子伝達手段37は、図1〜図6に示すように、前記ハウジング35の収容室71内に電動モータ36の駆動シャフト36aとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸45と、該ボール螺子軸45の外周に螺合する移動部材であるボールナット46と、ハウジング35内で前記制御軸32の一端部に一体成形された連係部である連係アーム47と、該連係アーム47と前記ボールナット46とを連係するリンク部材48とから主として構成されており、前記連係アーム47とリンク部材48によってリンク機構が構成されている。
【0039】
前記ボール螺子軸45は、図3にも示すように、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝49が螺旋状に連続して形成されていると共に、筒部35aの一端開口部35fと他端開口部35dにそれぞれ臨んだ両端部45a、45bがボールベアリング50、51によって回転自在に軸受けされている。
【0040】
また、ボール螺子軸45の他端部45bの先端には、該ボール螺子軸45を筒部35a内に保持するナット52が螺着されており、このナット52は、一端側の突起部52aが一方側ボールベアリング51の内輪51aを右方向に押付けると共に、ボール螺子軸45の他端部45b側に有する段差面を左側に締め上げており、その結果、内輪51aを固定すると共に、ボール螺子軸45と一体的に回転するようになっている。また、前記筒部35aの他端開口部35dは、碗状のキャップナット53が螺着されており、このキャップナット53の円筒状前端部によって前記一方側ボールベアリング51の外輪51bを他端開口部35dの段差部35eに押し付け固定している。
【0041】
なお、ボール螺子軸45の他端部45b側には、前記ナット52をスパナなどの所定の治具で締めつける際に、ボール螺子軸45が回転しないように押さえ治具が係合する2面幅の係合面45d、45dが形成されている。
【0042】
さらに、ボール螺子軸45は、一端部45aの先端小径軸45cと電動モータ36の駆動シャフト36aの先端小径部36bが円筒状の連結部材54によって同軸上で軸方向移動可能にセレーション結合されている。
【0043】
すなわち、前記先端小径軸45cと先端小径部36bの外周面にセレーション凹凸部が軸方向に沿って形成されている一方、前記連結部材54の内周面に前記セレーション凹凸部に遊嵌状態で嵌合するセレーション部が軸方向に沿って形成され、かかるセレーション結合によって電動モータ36の回転駆動力を前記ボール螺子軸45に伝達すると共に、ボール螺子軸45の軸方向の僅かな移動を許容している。
【0044】
前記ボールナット46は、図3及び図5に示すように、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝49と共同して複数のボール64を転動自在に保持するガイド溝55が螺旋状に連続して形成されていると共に、複数のボール64の循環列をボールナット46の軸方向の前後2個所に設定する2つのディフレクタ65が取り付けられている。つまり、このディフレクタ65は、前記ボール循環溝49とガイド溝55との間を転動する前記複数のボール64を同一溝内に循環させるために、同循環列内に再び戻すようにボール64を案内するものであり、この循環列を軸方向の前後2個所に設けたものである。そして、ボールナット46は、各ボール64を介してボール螺子軸45の回転運動をボールナット46に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
【0045】
また、ボールナット46の前記両循環列の間には、2つのピン穴56,56がほぼ径方向に沿って穿設されている。すなわち、この両ピン穴56,56は、ボールナット46の外周面の軸方向のほぼ中央位置から内周面方向へ径方向に沿って対向して穿設され、その各底面56a、56aがボールナット46の内周面から貫通することなく所定の肉厚幅tをもって孔開けされている。
【0046】
前記連係アーム47は、図1〜図5に示すように、ほぼ雨滴状に形成され、大径基部が制御軸32の一端部32aを介して制御軸32と一体形成されていると共に、先細り状の先端部47bの幅方向の中央位置にスリット57が形成されており、また、先端部47bには、制御軸32方向に沿って連続して貫通した2つのピン孔47c、47cが形成されている。したがって、このピン孔47c、47の軸心Zが、制御軸32の軸心P1より偏倚している。
【0047】
前記リンク部材48は、ほぼY字形状に形成され、平板状の一端部58と二股状の他端部59、59とからなり、前記一端部58は、前記連係アーム47のスリット57内に挿通配置されて、前記ピン孔47c、47cと自身のピン孔58aに貫通したピン60によって連係アーム47の先端部47bに回転自在に連結されている。なお、前記ピン60は、両端部が連係アーム47の両ピン孔47c、47cに固定されて、中央部がリンク部材48のピン孔58aに摺動可能になっている。
【0048】
一方、二股状の他端部59,59は、ボールナット46の両側に配置されて、前記ボールナット46のピン穴56,56に対応してそれぞれ対向して貫通形成されたピン孔59a、59aが貫通形成されており、該ピン穴59a、59aと前記ボールナット46のピン穴56,56にそれぞれ挿通された2つのピン軸61、61によってボールナット46に対して回転自在に連結されている。つまり、前記ピン軸61,61は、各外端部が前記ピン穴59a、59aにそれぞれ固定されていると共に、各内端部は前記各ピン穴56,56に微少隙間部Cを介して回転自在に挿通されている。
【0049】
また、制御軸32の内部には、オイルギャラリー34が軸心方向に沿って形成されていると共に、前記ジャーナル部32bの半径方向にシリンダヘッド1内の潤滑油Oを前記オイルギャラリー34内に導く油導入孔34aが貫通形成されている。一方、前記連係アーム47の大径基部内には、前記オイルギャラリー34内の潤滑油Oを前記先端部47bを介してリンク部材48側へ供給する油導出孔34bが半径方向に沿って穿設されており、この油導出孔34bから流出した潤滑油Oは、図2及び図5の破線矢印で示すように、リンク部材48の外面を伝って前記各微少隙間部C、各ボール循環溝49とガイド溝55との間などに供給するようになっていると共に、リンク部材48の外面から直接、収容室71の内部に供給されるようになっている。したがって、前記収容室71内では、ほぼ隔壁70の高さh(液面レベルL)まで充填された潤滑油Oに前記ボール螺子伝達手段37のほぼ全体が浸漬されるようになっている。また、この収容室71に充満して隔壁70以上になった潤滑油Oは、そのまま隔壁70の上端部から溢れ出てシリンダヘッド1上に排出され、結局、収容室71内を循環するようになっている。
【0050】
そして、前記ハウジング35が、キャップナット53側が水平方向基準でみて上り傾斜状に配置されていることから、潤滑油Oの液面レベルLは筒部34方向に対して傾斜状になり、ボールナット46が図4に示す右方向位置(小バルブリフト領域)でボール螺子伝達手段37のほぼ全体が潤滑油Oに浸漬され、図1に示す左方向位置(高バルブリフト領域)でボールナット46の一部が潤滑油Oに掛からない状態になっている。
【0051】
なお、前記筒部35aの収容室71側の底壁には、該収容室71内の潤滑油Oを適宜排出するドレン栓72が着脱自在に設けられている。
【0052】
また、図2に示すように、前記連係アーム47を介して制御軸32の左右の最大回転位置を規制する規制機構である2つの第1、第2ストッパピン62,63が軸受14に設けられている。
【0053】
すなわち、前記第1ストッパピン62は、前記制御軸32が図1中反時計方向へ回転して、図4に示すように、前記可変機構4によって吸気弁2,2のバルブリフト量を最小リフトとする位置に固定されている。一方、第2ストッパピン63は、制御軸32が図1に示すように時計方向へ回転して前記バルブリフト量を最大リフトとする側壁35c位置に固定されており、これら第1,第2ストッパピン62,63によって制御軸32の左右の最小、最大回転位置が規制されるようになっている。
【0054】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域には、コントローラ40からの制御信号によって電動モータ36に伝達された回転トルクは、ボール螺子軸45に伝達されて回転すると、この回転に伴って各ボール64がボール循環溝49とガイド溝55との間を転動しながらボールナット46を図4に示すように、最大右方向位置へ直線状に移動させる。
【0055】
これによって制御軸32は、リンク部材48と連係アーム47とによって反時計方向に回転駆動され、連係アーム47の先端部47bの側面が第1ストッパピン62に当接してそれ以上の回転が規制される。
【0056】
したがって、制御カム33は、軸心P2が図7A、Bに示すように制御軸32の軸心P1の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸13から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム23の他端部23bとリンクロッド25の枢支点は、駆動軸13に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム17は、リンクロッド25を介してカムノーズ部21側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。
【0057】
よって、駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L1は充分小さくなる。
【0058】
したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が最も小さくなることにより、各吸気弁2の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【0059】
また、この時点における制御軸32に作用する正負(+、−)の交番トルクは、図10のT1’で示すように十分小さく、したがって連係アーム47やリンク部材48を介してボールナット46に伝達される荷重も小さいことから、ボール螺子軸45及びボールナット46のねじ部に対する大きな集中荷重の発生はない。
【0060】
したがって、ボール64によるボール螺子軸45とボールナット46との間の摩耗などの発生が防止される。
【0061】
また、機関中回転領域に移行した場合は、コントローラ40からの制御信号によって電動モータ36が逆回転し、この回転トルクがボール螺子軸45に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット46が各ボール64を介して図4に示す位置から左方向へ直線移動する。したがって、制御軸32は、制御カム33を図7に示す位置から時計方向へ回転させて、図8A、Bに示すように軸心P2を少し下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向寄りに移動して他端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
【0062】
よって、駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L2は若干大きくなる。
【0063】
また、この時点における正負(+、−)の交番トルクは、図10のT2’に示すように最小リフト時の場合よりも比較的大きくなるが、ボール螺子軸45とリンク部材48との間のなす角度θが最小リフト時よりも小さくなるので、ボールナット46とボール螺子軸45との間のラジアル荷重は抑制され、大きな集中荷重の発生を回避できる。
【0064】
さらに、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラ40からの制御信号によって電動モータ36がさらに逆回転してボール螺子軸45が同方向へさらに回転すると、この回転に伴ってボールナット46が各ボール64を介して図1に示すように、左方向へ大きく移動するが、このとき連係アーム47が第2ストッパピン63に突き当たった位置でそれ以上の移動が規制され、ボールナット46のそれ以上の移動も規制される。したがって、制御軸32は、制御カム33を図8に示す位置から時計方向へ回転させて、図9A、Bに示すように軸心P2が下方向へ移動する。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向に移動して他端部23bによって揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
【0065】
したがって、揺動カム17のバルブリフター16の上面に対するカム面22の当接位置が、左方向位置(リフト部側)に移動する。このため、吸気弁12の開作動時に駆動カム15が回転してロッカアーム23の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上げると、バルブリフター16に対するそのリフト量L3は中バルブリフト量L2よりさらに大きくなる。
【0066】
よって、かかる高回転領域では、バルブリフト量が最大に大きくなり、各吸気弁2の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【0067】
そして、この時点における正負(+、−)の交番トルクは、図10のT3’に示すように中バルブリフト時の場合よりも大きくなる。ところが、ボール螺子軸45とリンク部材48との間のなす角度θ2が、最小リフト時よりは勿論のこと、中リフト時よりも小さくなるため、ラジアル荷重F3rは十分抑制され、前述のように、制御軸32から連係アーム47及びリンク部材48を介して伝達された大きな交番荷重を、各ボール64を介してボールナット46のガイド溝55とボール螺子軸45のボール循環溝49の円周方向の全域で受けることになるから、かかる入力荷重が円周方向に分散されて集中荷重の発生を十分に回避することができる。
【0068】
したがって、ガイド溝55とボール循環溝49間での摩耗などの発生を効果的に防止できることから、装置の耐久性の向上が図れる。
【0069】
特に、前記軸線方向の分力は、一列ではなく左右2列の循環列によってボール循環溝49とガイド溝55全体で受けるので、分力をさらに大きな範囲で分散させることになるから、摩耗などの発生をさらに防止できる。
【0070】
しかも、前述のように、ボール螺子軸45の回転力をボール循環溝49とガイド溝55間で各ボール64がほぼ転がり接触状態で転動することによりボールナット46に伝達するようになっており、各部間の摩擦抵抗が極めて小さくなることから、ボールナット46の移動が円滑になると共に、移動応答性が向上する。この結果、機関運転状態変化に応じて制御軸32による吸気弁2,2のバルブリフト制御応答性も良好になる。
【0071】
また、ボール螺子伝達手段37のボール螺子軸45やボールナット46及び連係アーム47及びリンク部材48などが収容室71内で潤滑油Oに浸漬されることから、該各構成部品間に潤滑油Oが十分に供給されるため、前記吸気弁2,2から制御軸32を介して伝達される交番トルクによる各構成部品間のガタ付き音を、潤滑油Oの粘性抵抗によって効果的に抑制することができると共に、潤滑性能の向上により、各構成部品間の摩耗の発生を防止できる。
【0072】
特に、潤滑油Oは、単にボール螺子伝達手段37に単に供給されるのではなく、ボール螺子伝達手段37が浸漬された状態になっていることから、前記粘性抵抗効果を十分に発揮させることができる。
【0073】
さらに、潤滑油Oはオイルギャラリー34から収容室71内に常時供給され、あるいはボールナット46の移動に伴う潤滑油攪拌効果などと相俟ってボール螺子伝達手段37の周囲を循環する形になっていることから、収容室71内の潤滑油Oの劣化を防止できると共に、ボール螺子伝達手段37の各構成部品を効果的冷却することもできる。
【0074】
また、ボールナット46は、リンク部材48の二股状の他端部59,59と各ピン軸61,61によって自由な回転が規制されていることから、ボール螺子軸45の回転力を効率よく伝達することができる。
【0075】
しかも、前記制御軸32のオイルギャラリー34から油導出孔34bを通って外部に導出された潤滑油Oは、前述のように、図2及び図3の破線矢印で示すように、リンク部材48の外面を伝って二股状の他端部59,59の各内面に回り込んで微少隙間部C、C内に入って、ピン軸61,61の内端部との間を潤滑する。したがって、ボールナット46とリンク部材48との連結部位に対する潤滑性能が向上する。
【0076】
また、潤滑油Oは、前記ハウジング35の傾斜角度によって収容室71内でのボール螺子伝達手段37に対して車両の常用域である前記小バルブリフト制御時に多く掛かるように油面Lの高さ方向が長くなっているため、潤滑油Oによる粘性抵抗によって、常用域で多くなるボール螺子伝達手段37の各構成部品の作動音の発生を効果的に抑制することができると共に、潤滑油Oによる摩耗の発生を抑制できる。
【0077】
一方、高バルブリフト制御時には、潤滑油Oが小バルブリフト時よりも減少することから、潤滑油Oの粘性抵抗が低減し、これによってボール螺子軸45に対するボールナット46の作動応答性が向上する。したがって、車両の加速性が良好になる。
【0078】
さらに、前記ボールナット46の高バルブリフト方向への移動時におけるボール螺子軸45とのいわゆる渋り現象をも前記潤滑油Oによって回避することができる。すなわち、ボール螺子軸45が回転してボールナット46が図1に示すように左方向へ移動して連係アーム47が第2ストッパピン63に突き当たった位置でそれ以上の移動が規制され、ボールナット46のそれ以上の移動も規制されるが、ここで、ボール螺子軸45は慣性力をもって勢い良く回転していることから、各ボール循環溝49の各歯側面によって各ボール64を図3図中、左方向へ衝撃的に押し出す。このため、各ボール64はボールナット46のガイド溝55間の山部に乗り上げようとする。この結果、各ボール64はその反力でボール螺子軸45の歯側面とボールナット46の歯側面との間で強く押し付けられ、これによって渋り現象が発生する。特に、ボール循環溝49とガイド溝55のリード角が小さい場合は、いわゆるくさび効果も働いて、より大きな渋り現象が発生する。
【0079】
しかし、本実施形態では、前記ボール螺子軸45とボールナット46とが潤滑油Oに常時浸漬された状態になおり、潤滑性が極めて良好になっていることから、一瞬、高バルブリフトに移行した場合においても良好な潤滑性が維持されて、前記渋り現象を効果的に回避することができる。したがって、ボールナット46の切換移動がスムーズに行える。この際、ボールナット46の移動に伴い油面が攪拌され、各部の潤滑性をさらに良好なものとしていると共に、潤滑油の循環性も向上する。
【0080】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば電動モータ36の配置はエンジンルームのレイアウトによって自由に変更でき、図2に示す右側ではなく反対の左側にしてもよい。また、回転付与機構としては電動モータの他に、油圧モータなどであってもよい。また、本発明は、吸気弁側の他に排気弁側あるいは両方の弁側に適用することが可能である。
【0081】
さらに、ボール螺子の循環列を形成する例として、ディフレクタを示したが、チューブなどを用いて循環列を形成する方式であってもよい。
【0082】
また、伝達手段としては、前記ボール螺子伝達手段37のボール式に限定されるものではなく、外周面に雄ねじが切られた螺子軸と内周面に雌ねじが切られた移動部材とによって構成することも可能である。
【0083】
前記各実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
(イ) 前記伝達手段は、内部に潤滑油が充填されたハウジング内の収容室に収容されていることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
(ロ)前記可変動弁装置の可変機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに機械的に連係し、他端部がリンクロッドを介して揺動カムに連係したロッカアームとを備え、
機関運転状態に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にするように構成されたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
(ハ)前記螺子軸は、外周面の円周方向にボール循環溝を有する一方、前記移動部材は、内周面の円周方向に前記ボール循環溝と共同して複数のボール転動自在に保持するガイド溝を有し、前記螺子軸の回転に伴い前記複数のボールを介して螺子軸の軸方向へ直線移動すると共に、前記リンク機構は、一端部が前記制御軸に連結された連係アーム及び一端部が前記移動部材に回動自在に連係され、他端部が前記連係アームの他端部に回動自在に連係したリンク部材とを備えたことを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ装置。
(ニ)前記伝達手段は、可変機構による機関弁の高バルブリフト制御時よりも小バルブリフト制御時に、多くの潤滑油によって潤滑されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
【0084】
この発明によれば、車両の常用域である小バルブリフト時に多くの潤滑油による粘性抵抗によって、該常用域で多くなる伝達手段の作動音の発生を効果的に抑制することができると共に、潤滑油による摩耗の発生を抑制できる。
【0085】
一方、高バルブリフト制御時には、潤滑油が小バルブリフト時よりも減少することから、潤滑油の粘性抵抗が低減し、これによって伝達手段の作動応答性が向上する。したがって、車両の加速性が良好になる。
(ホ)前記潤滑油を排出可能なドレン栓を設けたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
【0086】
この発明によれば、機関の潤滑油の交換時に、収容室内の潤滑油の交換もドレン栓によって簡単に行うことができると共に、収納室のみの単独交換も行うことができるので、潤滑油のリフレッシュ効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の駆動機構を示す縦断面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】本実施形態の駆動機構の要部縦断面図である。
【図4】本実施形態における最小リフト制御時の駆動機構の作動説明図である。
【図5】図5のB−B線断面図である。
【図6】本実施形態の駆動機構が適用された可変動弁装置の斜視図ある。
【図7】Aは可変動弁装置における最小リフト制御時の閉弁作用を示す図6のC矢視図、Bは同最小リフト制御時の開弁作用を示す図6のC矢視図である。
【図8】Aは可変動弁装置における中リフト制御時の閉弁作用を示す図6のC矢視図、Bは同中リフト制御時の開弁作用を示す図6のC矢視図である。
【図9】Aは可変動弁装置における最大リフト制御時の閉弁作用を示す図6のC矢視図、Bは同最大リフト制御時の開弁作用を示す図6のC矢視図である。
【図10】バルブリフト量と交番トルクとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
2…吸気弁(機関弁)
4…可変機構
6…駆動機構(アクチュエータ装置)
32…制御軸
36…電動モータ(回転力付与機構)
37…ボール螺子伝達手段(伝達手段)
45…ボール螺子軸
46…ボールナット(移動部材)
47…連係リンク(リンク機構)
48…リンク部材(リンク機構)
49…ボール循環溝
55…ガイド溝
70…隔壁
71…収容室
O…潤滑油[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator device used as a drive mechanism such as a variable valve device that variably controls the valve lift amount and operating angle of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine in accordance with the engine operating state.
[0002]
[Prior art]
As actuator devices used in conventional variable valve gears, those described in the following patent documents filed earlier by the present applicant are known.
[0003]
Briefly, this variable valve operating apparatus is arranged coaxially with a drive shaft that is rotationally driven from a crankshaft of an engine via a sprocket, with a certain clearance around the drive shaft, and relative to the drive shaft. A rotatable camshaft, a variable mechanism that is interposed between the drive shaft and the camshaft, and variably controls the opening / closing timing of the intake valve by changing the rotational phase of both according to the engine operating state, and the variable And an actuator device for driving the mechanism.
[0004]
This actuator device has an electric motor and a worm gear mechanism as a speed reducing mechanism that reduces the rotational speed of the electric motor and transmits it to the control shaft.
[0005]
Then, the electric motor is rotated in one direction by a control signal from the controller in accordance with the change in the engine operating state, and the control shaft is rotated in the same direction via the worm gear mechanism, whereby the second eccentric cam and the first The eccentric cam is rotationally controlled to a predetermined angle. As a result, the opening and closing timing of the intake valve can be varied by changing the rotational phase of the drive shaft and camshaft by controlling the center of the annular disc from the center of the drive shaft to be eccentric or concentric with the swing of the disc housing. It is designed to improve engine performance from low engine speed to high engine speed.
[0006]
Also, during this engine operation, positive and negative alternating torque generated in the camshaft due to the spring force of the valve spring is transmitted to the control shaft via each flange portion of the variable mechanism, the disk housing, etc. Torque is reduced between the worm wheel and the worm gear by using the irreversibility of the worm gear mechanism, thereby reducing the driving load of the actuator.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-234507 A (see paragraph numbers 0031 to 0034, FIG. 1 and the like)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional actuator device, as described above, although the alternating torque transmitted from the camshaft can be reduced between the worm wheel and the worm gear by utilizing the irreversibility of the worm gear mechanism, Due to the structure of the worm gear mechanism, the backlash gap between the worm wheel and the worm gear cannot be set sufficiently small. For this reason, it is easy to generate a collision sound due to the alternating torque between the tooth surfaces of the worm wheel and the worm gear.
[0009]
In addition, since the worm wheel and the worm gear transmit torque when one tooth part comes into contact with each other, the surface pressure between the tooth surfaces facing each other is increased, and wear is likely to occur. Various technical problems such as a decrease in performance are incurred.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the actual state of the conventional actuator device, and the invention according to
[0011]
Therefore, according to the present invention, since each component of the transmission means is immersed in the lubricating oil, the lubricating oil is sufficiently supplied between each component of the transmission means. The backlash between the components due to the alternating torque transmitted to the transmission means can be effectively suppressed by the viscous resistance of the lubricating oil, and the occurrence of wear between the components due to improved lubrication performance Can be prevented.
[0012]
In particular, the lubricant is simply a transmission means To serve Since the transmission means is not immersed, the viscous resistance effect can be sufficiently exerted.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, the transmission means includes a screw shaft that receives the rotational force from the rotational force applying mechanism, and a moving member that is engaged with the screw shaft and is linearly movable in the axial direction. A link mechanism having one end linked to the moving member and the other end swingably connected to the control shaft, and with the rotation of the screw shaft rotated by the rotational force from the rotational force applying means, When the moving member moves linearly, the control shaft is rotated via the link mechanism.
[0014]
According to the present invention, it is possible to prevent the rattling noise between the transmission means, particularly the screw shaft and the moving member, and to improve the lubricity of the screw portion of the screw shaft and the moving member.
[0015]
The invention according to
[0016]
Therefore, according to the present invention, deterioration of the lubricating oil can be prevented by circulation, and the cooling effect of the transmission means can also be obtained by the lubricating oil.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which an actuator device according to the present invention is applied to a variable valve device for an internal combustion engine will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the variable valve operating device is applied to the intake valve side, has two intake valves per cylinder, and variably controls the valve lift amount of the intake valves according to the engine operating state.
[0018]
That is, the variable valve operating apparatus is slidably provided on the
[0019]
The variable mechanism 4 includes a
[0020]
As shown in FIG. 6, the
[0021]
As shown in FIG. 7A, the
[0022]
The
[0023]
The valve lifters 16 and 16 are formed in a cylindrical shape with a lid, are slidably held in the holding holes of the
[0024]
As shown in FIGS. 6 and 7, both the
[0025]
As shown in FIGS. 6 to 9, the transmission mechanism includes a
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
A snap ring that restricts the movement of the
[0030]
The control mechanism 19 is rotatably mounted on the
[0031]
As shown in FIG. 6, the
[0032]
The
[0033]
As shown in FIGS. 1 to 6, the
[0034]
As shown in FIG. 1, the
[0035]
Further, the upper end of the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
As shown in FIGS. 1 to 6, the ball screw transmission means 37 includes a
[0039]
As shown in FIG. 3, the
[0040]
A
[0041]
Note that, on the
[0042]
Further, the
[0043]
That is, serration irregularities are formed along the axial direction on the outer peripheral surfaces of the tip
[0044]
As shown in FIGS. 3 and 5, the
[0045]
In addition, two
[0046]
As shown in FIGS. 1 to 5, the
[0047]
The
[0048]
On the other hand, the bifurcated
[0049]
An
[0050]
Since the
[0051]
A
[0052]
As shown in FIG. 2, the
[0053]
That is, the
[0054]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. First, for example, in the low rotation operation region including the idling operation of the engine, the rotational torque transmitted to the
[0055]
As a result, the
[0056]
Therefore, in the
[0057]
Therefore, when the
[0058]
Therefore, in the low rotation region of such an engine, the valve lift amount becomes the smallest, so that the opening timing of each
[0059]
Further, the positive / negative (+, −) alternating torque acting on the
[0060]
Therefore, the occurrence of wear or the like between the
[0061]
In addition, when the engine is shifted to the middle engine rotation region, the
[0062]
Therefore, when the
[0063]
Further, the positive and negative (+, −) alternating torque at this time is relatively larger than that at the time of the minimum lift as shown by T2 ′ in FIG. 10, but between the
[0064]
Further, when the engine has shifted to the high engine speed region, when the
[0065]
Therefore, the contact position of the
[0066]
Therefore, in such a high rotation region, the valve lift amount is maximized, the opening timing of each
[0067]
Then, the positive / negative (+, −) alternating torque at this time is larger than that during the middle valve lift as indicated by T3 ′ in FIG. However, since the angle θ2 formed between the
[0068]
Therefore, the occurrence of wear or the like between the
[0069]
In particular, the component force in the axial direction is received by the entire
[0070]
In addition, as described above, the rotational force of the
[0071]
Further, since the
[0072]
In particular, the lubricating oil O is not simply supplied to the ball screw transmission means 37, but the ball screw transmission means 37 is immersed, so that the viscous resistance effect can be sufficiently exhibited. it can.
[0073]
Further, the lubricating oil O is constantly supplied from the
[0074]
Further, since the
[0075]
In addition, as described above, the lubricating oil O led to the outside from the
[0076]
Further, the height of the oil surface L is such that a large amount of the lubricating oil O is applied to the ball screw transmission means 37 in the
[0077]
On the other hand, during the high valve lift control, the lubricating oil O is smaller than that during the small valve lift, so that the viscous resistance of the lubricating oil O is reduced, thereby improving the operation responsiveness of the
[0078]
Furthermore, the so-called astringent phenomenon with the
[0079]
However, in this embodiment, since the
[0080]
The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, the arrangement of the
[0081]
Furthermore, although a deflector is shown as an example of forming a circulation row of ball screws, a method of forming a circulation row using a tube or the like may be used.
[0082]
Further, the transmission means is not limited to the ball type of the ball screw transmission means 37, and is constituted by a screw shaft having a male screw cut on the outer peripheral surface and a moving member having a female screw cut on the inner peripheral surface. It is also possible.
[0083]
The technical ideas other than the claims that can be grasped from the respective embodiments will be described below.
(A) The actuator device according to
(B) The variable mechanism of the variable valve device rotates in synchronization with the crankshaft of the engine, and is supported by a drive shaft provided with a drive cam on the outer periphery and a support shaft so as to be swingable. A swing cam that opens and closes the engine valve by slidingly contacting the upper surface of the valve lifter, and a rocker arm that has one end mechanically linked to the drive cam and the other end linked to the swing cam via a link rod. ,
By changing the rocking fulcrum of the rocker arm according to the engine operating state, the contact position of the cam surface of the rocking cam with the upper surface of the valve lifter is changed to make the valve lift of the engine valve variable. The actuator device according to
(C) The screw shaft has a ball circulation groove in the circumferential direction of the outer peripheral surface, while the moving member is capable of rolling a plurality of balls in cooperation with the ball circulation groove in the circumferential direction of the inner peripheral surface. The link mechanism has a guide groove to be held and linearly moves in the axial direction of the screw shaft through the plurality of balls as the screw shaft rotates, and the link mechanism includes a linkage arm having one end connected to the control shaft. And a link member pivotally linked to the moving member and the other end pivotally linked to the other end of the linkage arm. Actuator device.
(D) The actuator according to
[0084]
According to the present invention, it is possible to effectively suppress the generation of operating noise of the transmission means that increases in the normal range due to the viscous resistance caused by a large amount of lubricating oil during the small valve lift that is the normal range of the vehicle. The occurrence of wear due to oil can be suppressed.
[0085]
On the other hand, during the high valve lift control, the lubricating oil is smaller than that during the small valve lift, so that the viscous resistance of the lubricating oil is reduced, thereby improving the operation responsiveness of the transmission means. Therefore, the acceleration performance of the vehicle is improved.
(E) The actuator device according to
[0086]
According to the present invention, when the lubricating oil of the engine is replaced, the lubricating oil in the storage chamber can be easily replaced by the drain plug, and only the storage chamber can be replaced independently. The effect can be enhanced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a drive mechanism according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part of the drive mechanism of the present embodiment.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a drive mechanism at the time of minimum lift control in the present embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a variable valve operating apparatus to which the drive mechanism of the present embodiment is applied.
7A is a view in the direction of arrow C in FIG. 6 showing the valve closing action at the time of the minimum lift control in the variable valve apparatus, and B is a view in the direction of arrow C in FIG. 6 showing the valve opening action at the time of the minimum lift control. is there.
8A is a C arrow view of FIG. 6 showing the valve closing action during the middle lift control in the variable valve operating apparatus, and B is a C arrow view of FIG. 6 showing the valve opening action during the middle lift control. is there.
9A is a view in the direction of arrow C in FIG. 6 showing the valve closing action at the time of maximum lift control in the variable valve apparatus, and FIG. 9B is a view in the direction of arrow C in FIG. 6 showing the valve opening action at the time of maximum lift control. is there.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a valve lift amount and an alternating torque.
[Explanation of symbols]
2 ... Intake valve (engine valve)
4 ... Variable mechanism
6 ... Drive mechanism (actuator device)
32 ... Control axis
36 ... Electric motor (rotational force applying mechanism)
37 ... Ball screw transmission means (transmission means)
45 ... Ball screw shaft
46 ... Ball nut (moving member)
47. Linkage link (link mechanism)
48 ... Link member (link mechanism)
49 ... Ball circulation groove
55 ... Guide groove
70 ... Bulkhead
71 ... Container
O ... Lubricating oil
Claims (4)
回動することによって可変機構を介して機関弁のバルブリフト量を可変制御する制御軸に回転力を付与する回転力付与機構と、
前記収容室内に収容され、前記回転力付与機構の回転力を前記制御軸に伝達する伝達手段と、を備え、
前記伝達手段は、機関から制御軸を通して導出されてかつ前記伝達手段を伝って前記収容室内に充填される潤滑油に浸漬されると共に、前記機関弁の高バルブリフト制御時よりも小バルブリフト制御時においてより多くの潤滑油によって潤滑されることを特徴とするアクチュエータ装置。 A housing having a storage chamber therein;
A rotational force imparting mechanism that imparts rotational force to a control shaft that variably controls the valve lift amount of the engine valve via the variable mechanism by rotating;
A transmission means that is accommodated in the accommodation chamber and transmits the rotational force of the rotational force applying mechanism to the control shaft;
The transmission means is led out from the engine through a control shaft and is transmitted through the transmission means to be immersed in a lubricating oil filled in the storage chamber, and the valve lift control is smaller than that during the high valve lift control of the engine valve. Actuator device characterized in that it is lubricated by more lubricating oil at times .
前記回転力付与手段からの回転力によって回転した前記螺子軸の回転に伴い、前記移動部材が直線移動することにより、前記リンク機構を介して前記制御軸を回動させたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。The transmission means includes a screw shaft that receives a rotational force from the rotational force applying mechanism, a moving member that is screwed to the screw shaft and linearly movable in the axial direction, one end linked to the moving member, and the other end And a link mechanism that is swingably connected to the control shaft,
The control shaft is rotated via the link mechanism when the moving member linearly moves with the rotation of the screw shaft rotated by the rotational force from the rotational force applying means. Item 2. The actuator device according to Item 1.
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