(57)【要約】【課題】電動モータで位相変換部を駆動するバルブタイミング可変装置では、電動モータのモータ軸とカムシャフトとが共回りする場合、電動モータがロックすると、カムシャフトもロックし、位相変換部およびカムシャフトに過負荷がかかる。【解決手段】電動モータ６がロックすると、位相変換部４とモータ軸２１との間に通常よりも大きい所定以上の回転負荷が加わる。すると、モータ軸２１と位相変換部４との間で回転動力を伝達するピン２３に形成された安全装置４０の部分でピン２３が折れ、モータ軸２１と位相変換部４との間の回転伝達が遮断される。この結果、カムシャフト１および位相変換部４がロックせず、位相変換部４およびエンジンの破損が防がれる。また、ロックした電動モータ６がエンジントルクで駆動されないため、モータハウジング３１等が破損してエンジンオイルが外部に洩れる不具合もない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動軸によって回転駆動される入力部材と、
バルブ開閉用のカムシャフトに結合された出力部材と、
通電により回転出力を発生する電動モータと、
この電動モータの回転出力によって前記入力部材と前記出力部材の回転位相を変化させる位相変換部と、
を備えるバルブタイミング可変装置において、
前記電動モータの故障時に、前記電動モータのモータ軸と前記位相変換部との間で回転伝達を遮断して前記エンジンを保護することを特徴とするバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法において、
前記モータ軸は、前記カムシャフトと共回りすることを特徴とするバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法。
【請求項３】
エンジンの駆動軸によって回転駆動される入力部材と、
バルブ開閉用のカムシャフトに結合された出力部材と、
通電により回転出力を発生する電動モータと、
この電動モータの回転出力によって前記入力部材と前記出力部材の回転位相を変化させる位相変換部と、
前記電動モータのモータ軸と前記位相変換部との間に所定以上の回転負荷が加わった際に、前記モータ軸と前記位相変換部との間で回転伝達を遮断する安全装置と、
を備えるバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置。
【請求項４】
請求項３に記載のバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置において、
前記モータ軸と、このモータ軸と共回りする前記位相変換部の連結部とは、共通のピンを貫通配置することにより連結されるものであり、
前記安全装置は、前記ピンに形成された切欠であり、前記モータ軸と前記連結部との間に所定以上の回転負荷が加わると、前記切欠の設けられた部分で前記ピンが折れることによって、前記モータ軸と前記位相変換部の回転伝達を遮断することを特徴とするバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置。
【請求項５】
請求項３に記載のバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置において、
前記安全装置は、前記モータ軸と、このモータ軸と共回りする前記位相変換部の連結部との間に設けられ、
前記モータ軸と前記連結部との間に所定以上の回転負荷が加わると、前記モータ軸と前記連結部との連結を遮断するクラッチ機構であることを特徴とするバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを駆動源としたバルブタイミング可変装置（ＶＶＴ：バリアブル・バルブ・タイミングの略）を搭載する車両のエンジン保護方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを駆動源としたバルブタイミング可変装置として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１のバルブタイミング可変装置は、遊星歯車機構を位相変換部として用いたものであり、遊星歯車機構のサンギヤを電動モータで可変させることで、リングギヤ（エンジンの駆動軸によって回転駆動される入力部材）とキャリア（カムシャフトに結合される出力部材）の位相を可変するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１５３００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電動モータで位相変換部を駆動させて入力部材と出力部材との位相を変換するバルブタイミング可変装置では、例えば電動モータのモータ軸とカムシャフトとが共回りする場合、電動モータに何らかの不具合（故障）が発生して電動モータがロック（固着）すると、カムシャフトもロックする。すると、位相変換部およびカムシャフトに過負荷がかかり、位相変換部やエンジンが破損したり、電動モータのモータハウジングが破損して、エンジンオイルが外部に洩れるなどの可能性がある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動モータで位相変換部を駆動させて入力部材と出力部材との位相を変換するバルブタイミング可変装置において、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができるとともに、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができるバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法およびその装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１を採用するバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法は、電動モータの故障時に、電動モータのモータ軸と位相変換部との間で回転伝達を遮断する。このため、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができる。また、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２を採用するバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護方法は、モータ軸がカムシャフトと共回りするものであるが、電動モータの故障時に、電動モータのモータ軸と位相変換部との間で回転伝達が遮断されるため、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができる。また、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３を採用するバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置は、電動モータのモータ軸と位相変換部との間に所定以上の回転負荷が加わった際に、安全装置がモータ軸と位相変換部との間で回転伝達を遮断するものである。このため、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができる。また、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【０００９】
〔請求項４の手段〕
請求項４を採用するバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置は、モータ軸と連結部との間に所定以上の回転負荷が加わると、切欠の設けられた部分でピンが折れることによって、モータ軸と位相変換部の回転伝達を遮断するものである。
このため、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、ピンが折れることにより、モータ軸と位相変換部の回転伝達が遮断されるため、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができる。また、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【００１０】
〔請求項５の手段〕
請求項５を採用するバルブタイミング可変装置搭載車両のエンジン保護装置は、モータ軸と連結部との間に所定以上の回転負荷が加わると、クラッチ機構がモータ軸と連結部との連結を遮断するものである。
このため、電動モータが何らかの不具合によってロックした場合であっても、クラッチ機構の作動によってモータ軸と位相変換部の回転伝達が遮断されるため、位相変換部およびエンジンの破損を防ぐことができる。また、モータハウジングが破損してエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、２つの実施例と変形例を用いて説明する。
〔第１実施例〕
第１実施例を図１〜図３を参照して説明する。まず、本実施例におけるバルブタイミング可変装置の構造を図１を参照して説明する。
【００１２】
バルブタイミング可変装置は、エンジン（内燃機関）のカムシャフト１に取り付けられて、エンジンの運転中にバルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）の開閉タイミングを連続的に可変可能なものである。なお、この実施例では説明の便宜のために、図１の左側を前、右側を後として説明する。
バルブタイミング可変装置は、スプロケット２（入力部材に相当する）、カム結合部材３（出力部材に相当する）、スプロケット２とカム結合部材３の位相変換部４、カップリング５および電動モータ６等から構成されるものであり、スプロケット２、カム結合部材３、位相変換部４およびカップリング５は、図１に示すように一体的に組付けられてチェーンカバー７の内部に配置され、電動モータ６はチェーンカバー７の外部にボルト８等によって固着されるものである。
【００１３】
スプロケット２は、エンジンの駆動軸（クランク軸）にチェーン等を介して回転駆動されるものであり、カム結合部材３の周囲に回転可能に支持されて、カムシャフト１の回転軸と同芯回転する。
カム結合部材３は、カムシャフト１の前端にボルト１１で固着されてカムシャフト１と一体回転するものであり、カム結合部材３とカムシャフト１は、ピン１２によって相対回転しないように位置決めされる。
【００１４】
位相変換部４は、スプロケット２と結合され、カムシャフト１の回転軸と同芯回転するリングギヤ（アウターギヤ：内歯歯車）１３と、このリングギヤ１３に噛合するとともにカムシャフト１の回転軸に対して偏心回転するサンギヤ（インナーギヤ：外歯歯車）１４とを備える。
リングギヤ１３は、スプロケット２の前面の窪み内に装着され、その前面に取り付けられるリングプレート１５とスプロケット２の間に挟み付けられた状態で、ネジ１６によって固定される。
【００１５】
サンギヤ１４の中心側には、サンギヤ１４を偏心回転させる偏心スリーブ１７が結合されており、サンギヤ１４がリングギヤ１３に噛合したまま偏心回転するようになっている。なお、偏心スリーブ１７の内周は、カム結合部材３の外周面において回転可能に支持されている。
サンギヤ１４の後面には、後方へ突出した複数の円柱状のボス１８が輪状に配置されている。この複数のボス１８は、カム結合部材３の前面に形成された複数の凹部１９にそれぞれ嵌まり合う。この凹部１９は、ボス１８の径より大きな穴径を有し、ボス１８の偏心を吸収しながらサンギヤ１４の回転をカム結合部材３に伝達する。
【００１６】
カップリング５は、モータ軸２１と偏心スリーブ１７を結合して、モータ軸２１の回転トルクを偏心スリーブ１７に伝える手段であり、この実施例のカップリング５は、ユニオン２２とピン２３とによって構成される。
カップリング５を図２を参照して説明する。
ユニオン２２は、偏心スリーブ１７と一体回転するように結合されるものであり、ユニオン２２の内部には回転軸方向に対して直交方向に伸びるユニオン貫通穴２４が形成されている。
ピン２３は、ユニオン貫通穴２４と、モータ軸２１に形成された軸方向に対して直交方向に伸びるモータ軸貫通穴２５とに挿通されるものである。
そして、カップリング５は、モータ軸２１の回転トルクをピン２３を介してユニオン２２に伝え、そのユニオン２２の回転を偏心スリーブ１７に伝える。
【００１７】
ユニオン２２と偏心スリーブ１７の結合部は、回転径方向に摺動可能に設けられている。そして、モータ軸２１の回転軸とユニオン２２の回転軸に軸ズレがある場合は、ユニオン２２と偏心スリーブ１７の結合部の摺動により軸ズレを吸収する。
なお、図２中に示す符号２６は、ピン２３が過負荷によりせん断した後、破断片がチェーン等に噛み込むのを防ぐために破断片の抜けを防ぐカバーである。
【００１８】
電動モータ６は、図示しない制御ユニットによって回転速度が制御される周知構造のものであり、この実施例の電動モータ６は、チェーンカバー７にボルト８で結合されるモータハウジング３１、モータハウジング３１内に支持されたヨーク３２、ヨーク３２内に固定されたステータ３３、このステータ３３の励磁制御によって回転するロータ３４を備える。このロータ３４は、ベアリング３５を介して回転自在に支持されたモータ軸２１に結合されており、ロータ３４の回転出力がモータ軸２１によって取り出される。
【００１９】
バルブタイミング可変装置の作動は、スプロケット２の回転に対してカムシャフト１の回転を進角させたい場合は、電動モータ６の回転速度を速める方向に制御する。すると、サンギヤ１４の回転がスプロケット２の回転よりも速くなる方向に変化し、カムシャフト１が進角方向へ変化する。
逆に、スプロケット２の回転に対してカムシャフト１の回転を遅角させたい場合は、電動モータ６の回転速度を遅くする方向に制御する。すると、サンギヤ１４の回転がスプロケット２の回転よりも遅くなる方向に変化し、カムシャフト１が遅角方向へ変化する。
【００２０】
〔第１実施例の特徴〕
本実施例のバルブタイミング可変装置は上述した構造を採用するものであり、電動モータ６のモータ軸２１とカムシャフト１とは、カップリング５、位相変換部４のサンギヤ１４、カム結合部材３を介して共回りする。
このため、電動モータ６に何らかの不具合（故障）が発生して電動モータ６がロックすると、従来技術の項でも説明したように、共回りするカムシャフト１もロックする。すると、エンジンが破損したり、電動モータ６のモータハウジング３１が破損して、エンジンオイルが外部に洩れる可能性がある。
【００２１】
そこで、この実施例では、電動モータ６が故障してモータ軸２１がロックした時に、電動モータ６のモータ軸２１と位相変換部４の回転伝達を遮断してエンジンを保護する方法を採用している。
具体的には、本実施例のバルブタイミング可変装置は、モータ軸２１と位相変換部４との間に所定以上の回転負荷が加わった際に、モータ軸２１と位相変換部４の回転伝達を遮断する安全装置４０を配置している。
【００２２】
この実施例の安全装置４０は、図２および図３に示すように、カップリング５のピン２３に形成された切欠４１である。この実施例の切欠４１は、モータ軸２１とユニオン２２（連結部に相当する）との剪断力が加わる部分に設けられている。具体的には、ユニオン貫通穴２４とモータ軸貫通穴２５との間の部分に形成されている。
この実施例では、切欠４１を、図３に示すように、ピン２３の外周に設ける例を示すが、この切欠４１は、所定以上の回転負荷が加わった際に破断すれば良いものであり、切欠４１の形状は他の形状であっても良いことは言うまでもない。
なお、所定以上の回転負荷（切欠４１が折れる負荷）とは、エンジンの運転中にモータ軸２１と位相変換部４との間に加わる負荷によってエンジンにダメージを与えない負荷に設定されるものであり、その負荷荷重は、車両やエンジン形式に応じて適宜設定されるものである。
【００２３】
〔第１実施例の作動および効果〕
エンジンの運転中は、電動モータ６が作動して、カムシャフト１とともにモータ軸２１が回転する。エンジンの運転中に電動モータ６に何らかの不具合（故障）が発生して、ロータ３４がロックしてモータ軸２１が停止した場合、モータ軸２１がスプロケット２より伝えられる回転トルクによって駆動されて、位相変換部４とモータ軸２１との間に通常よりも大きい所定以上の回転負荷が加わる。
すると、モータ軸２１と位相変換部４との間で回転動力を伝達するピン２３に形成された切欠４１の部分でピン２３が折れ、モータ軸２１と位相変換部４との間で回転伝達が遮断される。即ち、ピン２３が折れることにより、安全装置４０が作動する。
【００２４】
この結果、電動モータ６が何らかの不具合によってロックした場合であっても、カムシャフト１および位相変換部４がロックしない。このため、位相変換部４の破損を防ぐことができるとともに、エンジンの破損を防ぐことができる。また、スプロケット２から伝えられるエンジントルクがロックした電動モータ６に伝わってモータハウジング３１が破損する不具合がなく、破損したモータハウジング３１からエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【００２５】
〔第２実施例〕
図４を参照して第２実施例を説明する。なお、この第２実施例では、第１実施例に対する変更箇所のみを説明するものであり、第１実施例と同一符号は同一機能物を示すものである。
この第２実施例の安全装置４０は、電動モータ６のモータ軸２１と、このモータ軸２１と共回りするユニオン２２（連結部に相当する）との間に設けられ、モータ軸２１とユニオン２２との間に所定以上の回転負荷が加わると、モータ軸２１とユニオン２２との連結を遮断するクラッチ機構４２である。
【００２６】
本実施例のクラッチ機構４２は、図４に示されるように、モータ軸２１の外面（ユニオン２２に嵌まり合う面）に形成された断面Ｖ字の外向穴４３と、ユニオン２２の内周面（モータ軸２１に嵌まり合う面）に形成されてモータ軸２１の外向穴４３に対向する内向穴４４と、外向穴４３と内向穴４４の両方に嵌まり合ってモータ軸２１とユニオン２２を回転トルクが伝達されるように連結するボール４５と、内向穴４４に配置されてボール４５を外向穴４３に押し付けるスプリング４６とから構成されている。
なお、ボール４５の直径は、外向穴４３にボール４５が嵌まった状態で、ボール４５の半分がモータ軸２１の外周面より突出する径であり、この突出する径の部分がユニオン２２の内向穴４４に嵌まり合う。また、内向穴４４の穴径はボール４５が収容可能な径であるとともに、内向穴４４における穴の深さは、スプリング４６が収縮してボール４５が内向穴４４の内部に完全に収容可能な寸法に設けられている。
【００２７】
〔第２実施例の作動および効果〕
エンジンの運転中に電動モータ６に何らかの不具合（故障）が発生して、ロータ３４がロックしてモータ軸２１が停止した場合、モータ軸２１がスプロケット２より伝えられる回転トルクによって駆動されて、位相変換部４とモータ軸２１との間に通常よりも大きい所定以上の回転負荷が加わる。すると、モータ軸２１と位相変換部４との間で回転動力を伝達するボール４５が外向穴４３から外れ、モータ軸２１と位相変換部４との間で回転伝達が遮断される。即ち、ボール４５が外向穴４３から外れることにより、安全装置４０が作動する。
【００２８】
この結果、第１実施例の効果と同様、電動モータ６が何らかの不具合によってロックした場合であっても、カムシャフト１および位相変換部４がロックしない。このため、位相変換部４の破損を防ぐことができるとともに、エンジンの破損を防ぐことができる。また、スプロケット２から伝えられるエンジントルクがロックした電動モータ６に伝わってモータハウジング３１が破損する不具合がなく、破損したモータハウジング３１からエンジンオイルが外部に洩れるのを防ぐことができる。
【００２９】
〔変形例〕
上記の実施例では、安全装置４０をモータ軸２１とカップリング５との間に設けた例を示したが、カップリング５の内部に安全装置４０を設けたり、カップリング５と位相変換部４との間に安全装置４０を設けても良い。
【００３０】
上記の実施例では、モータ軸２１の回転軸とカムシャフト１の回転軸が、同軸上に配置される例を示したが、モータ軸２１の回転軸とカムシャフト１の回転軸がズレて配置されても良い。
【００３１】
上記の実施例では、モータ軸２１がカムシャフト１と共回りするバルブタイミング可変装置に本発明を適用する例を示したが、モータ軸２１がカムシャフト１と共回りしないバルブタイミング可変装置であっても、モータ軸２１がロックした際に、モータ軸２１と位相変換部４の回転伝達を遮断するように設けても良い。
【００３２】
上記の実施例では、メカニカルな安全装置４０によって、電動モータ６がロックした際にモータ軸２１と位相変換部４との間の回転伝達を遮断する例を示したが、電動モータ６の作動をセンサ類（例えば、回転センサ）で検出し、そのセンサが電動モータ６の不具合を検出した際に、アクチュエータを作動させてモータ軸２１と位相変換部４との間の回転伝達を遮断するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブタイミング可変装置の軸方向に沿う断面図である（第１実施例）。
【図２】カップリングの断面図である（第１実施例）。
【図３】切欠を示すピンの要部拡大図である（第１実施例）。
【図４】カップリングの断面図である（第２実施例）。
【符号の説明】
１  カムシャフト
２  スプロケット（入力部材）
３  カム結合部材（出力部材）
４  位相変換部
５  カップリング
６  電動モータ
２１  モータ軸
２２  ユニオン（連結部）
２３  ピン
４０  安全装置
４１  切欠
４２  クラッチ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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