CN101939512B - 机动车用发动机中的相位可变装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使受到由阀簧产生的反作用力驱动第一旋转体与凸轮轴的相位角也不会变位，能够减少相位角变位时产生的冲击的发动机的相位可变装置。该发动机的相位可变装置，通过控制第一旋转体(31)、与凸轮轴一体的中间旋转体(33)、第二旋转体(35)，能够改变第一旋转体(31)与中间旋转体(33)的相位角，其中，第二旋转体(35)与具有圆筒的形状的中间旋转体(33)的内侧大致内接，通过与第二旋转体(35)一体化并在第二旋转体(35)转动时绕转动轴进行偏心转动的偏心圆凸轮(36)，使凸轮引导板(37)沿与转动轴线垂直的方向摆动，在摆动时，使从凸轮引导板(37)突出的滑动部件(40)沿形成在第一旋转体(31)和中间旋转体(33)的一方的径向引导部(38)和形成在另一方上的相对于圆周方向倾斜的倾斜引导部(39)进行变位。

Description

机动车用发动机中的相位可变装置

技术领域

本发明是涉及机动车用发动机中的相位可变装置的技术，该机动车用发动机中的相位可变装置通过转动操作力施加机构对旋转滚筒施加转动操作力，使凸轮轴相对于链轮的旋转相位变化、从而使气门的开闭时刻变化。

背景技术

作为此种现有技术，存在下述专利文献1所示的气门开闭正时控制装置。下述专利文献1的装置具有：驱动板3，其安装成能够相对于凸轮轴1进行相对转动，并传递发动机的曲轴的驱动力；从动轴部件9，其与凸轮轴1一体化并具有结合于外周的变换引导部11，该变换引导部11与驱动板3的前表面保持间隙并相对；中间旋转体5，其在变换引导部11的更前方经由轴承14转动自如地安装在从动轴部件9上。

驱动板3、从动轴部件9和中间旋转体5分别具备由槽构成的径向引导部10、相对于周向倾斜的引导孔12和涡旋状引导部15，还具备与引导部(10、12、15)卡合并滚动的球16。与中间旋转体5成为一体的轭铁19以从电磁线圈22a、22b接受到的磁力作为驱动源，由此中间旋转体5相对于从动轴部件9进行相对转动。

在下述专利文献1的装置中，在中间旋转体5在磁力的作用下相对于从动轴部件9向延迟侧进行相对转动时，球16在涡旋状引导部15内滚动并沿径向引导部10向内侧变位，对变换引导部11施加凸轮作用，由此，将驱动板3与一体化在凸轮轴1上的从动轴部件9的组装角向最超前角侧变更。另一方面，在中间旋转体5在磁力的作用下相对于从动轴部件9向前进侧进行相对转动时，球16在引导部15、10、11内反向滚动，对变换引导部11施加反向的凸轮作用，由此，将驱动板3与从动轴部件9的组装角向超前角侧变更。

专利文献1：日本专利3948995号

在发动机运转中，作为冲击，凸轮轴持续地受到来自阀簧的反作用力。在专利文献1的装置中，可以想到有如下的问题：所述冲击经由形成在从动轴部件9的变换引导部11上的引导孔12而传递给球16，因此球16受到该冲击而在引导孔12内滚动，无法维持驱动板3与凸轮轴1的组装角，会产生意外的组装角的变动，由此，阀的吸排气时刻会产生混乱。

另一方面，在专利文献1的装置中，在使驱动板3与从动轴部件9(凸轮轴1)的组装角发生最大量变位时，从引导孔12的一端开始滚动的球16在变位结束时碰撞到引导孔12的另一端而停止。然而，在碰撞速度大的情况下，在碰撞时在发动机上会产生多余的振动而成为问题，因此基于磁力图案的强弱调节的球16的滚动速度的控制变难，在这方面存在问题。

发明内容

本发明考虑到上述问题而提供一种发动机的相位可变装置，该发动机的相位可变装置即使接受到从阀簧传递给凸轮轴的反作用力，也能够在通过曲轴而旋转的第一旋转体(驱动板3)与凸轮轴之间保持成不会产生意外的相位角(组装角)偏移，而且能够减少在相位角的最大变位时产生的冲击。

为了实现所述目的，本发明的第一方面涉及一种发动机的相位可变装置，安装有：第一旋转体，其由曲轴进行旋转驱动；中间旋转体，其与凸轮轴一体化；相位角变更机构，其将配置在所述中间旋转体的前方的第二旋转体能够相互相对转动地配置在同一转动中心轴上，在所述第一旋转体与第二旋转体之间，通过转动操作力施加机构对所述第二旋转体施加转动操作力，通过使所述第一旋转体和中间旋转体进行相对转动而变更所述两旋转体的相位角，其中，在所述相位角变更机构中，所述中间旋转体形成为具有圆筒的形状，所述第二旋转体形成为与所述中间旋转体的圆筒部的内径大致相同的圆盘形状，并与所述圆筒部的内周大致内接，所述相位角变更机构具备：偏心圆凸轮，其从所述第二旋转体朝所述中间旋转体突出，且中心轴离开第二旋转体的转动中心轴；凸轮引导板，其具备在与所述第二旋转体的转动中心轴正交的方向上延伸、让所述偏心圆凸轮滑动的长孔，和朝所述第一旋转体和中间旋转体突出的滑动部件；径向引导部，其在与所述凸轮引导板的长孔的延伸方向正交的方向且所述中间旋转体的径向上延伸，并形成在所述中间旋转体上；倾斜引导部，其相对于以所述第一旋转体的转动中心轴为中心的圆周倾斜，并形成在所述第一旋转体上，所述凸轮引导板的滑动部件沿所述径向引导部的方向和所述倾斜引导部的方向进行变位。

(作用1)第二旋转体在被转动操作力施加机构制动时相对于第一旋转体产生旋转延迟。偏心圆凸轮与凸轮引导板的长孔的内周缘滑动并在长孔内往复，沿与长孔的延伸方向直交的方向施力。凸轮引导板因滑动部件沿中间旋转体的径向引导的方向变位而在与所述长孔的延伸方向正交的方向、即所述中间旋转体的径向上往复。另一方面，由于滑动部件沿相对于第一旋转体的圆周方向倾斜的倾斜引导部进行变位，因此凸轮引导板同时从倾斜引导部受到凸轮作用而相对于第一旋转体在径向且第一旋转体的圆周方向上进行相对变位。而且，中间旋转体不能够相对于凸轮引导板在圆周方向上进行相对变位。因此，中间旋转体与凸轮引导板成为一体，相对于第一旋转体在圆周方向上进行相对变位。其结果是，与中间旋转体一体化的凸轮轴和由曲轴驱动的第一旋转体的相位角变化。

另一方面，在凸轮轴从阀簧受到反作用力时，中间旋转体从凸轮轴受到相对于第一旋转体和凸轮引导板进行相对变位的旋转转矩。凸轮引导板的滑动部件在所述旋转转矩的作用下从倾斜引导部受到凸轮作用，被施加沿倾斜引导部和径向引导部变位的力，因此凸轮引导板被施加沿与所述长孔正交的直线方向移动的力。第二旋转体在如下的轴线与偏心圆凸轮所卡合的偏心圆孔的内周缘相交叉的位置受到施加给凸轮引导板的沿如下的直线方向移动的力，该直线与所述长孔正交，所述轴线通过第二旋转体的偏心圆孔的中心轴且与所述直线平行。

此外，由于第二旋转体的外周缘与中间旋转体的圆筒部的内周缘大致内接，因此施加给凸轮引导板的沿所述直线方向移动的力在第二旋转体大致内接的中间旋转体的圆筒部的内周缘与如下的轴线相交叉的位置作用于中间旋转体，所述轴线通过第二旋转体的偏心圆孔的中心轴且与正交于所述长孔的直线平行，在所述作用位置会产生妨碍第二旋转体与中间旋转体的滑动的局部的摩擦力。

因此，在凸轮轴从阀簧受到反作用力时，第二旋转体由于在与中间旋转体之间产生的所述局部的摩擦力而被锁定为无法相对转动的状态，因此偏心圆凸轮不会进行偏心转动，而凸轮引导板的滑动部件无法沿第一旋转体的倾斜引导部进行变位。因此，即使从阀簧受到反作用力而在凸轮轴上产生转矩，与凸轮轴一体化的中间旋转体也被维持成相对于驱动的第一旋转体不能相对转动的状态，因此被维持成相位角不会由于所述转矩而产生变动。

(作用2)另一方面，第一旋转体与中间旋转体的相位角，在如下的动作之前进行变位，该变位角成为能够设定的最大的相位角，所述动作为：凸轮引导板沿径向移动，与中间旋转体的内周抵接的凸轮引导板的外周一旦离开所述内周并再次与中间旋转体的内周抵接而使凸轮引导板的移动停止。而且，在与长孔正交的方向上往复的凸轮引导板的速度与同方向上的偏心圆凸轮的移动速度同样地进行变化。

若第二旋转体的转动中心轴与偏心圆凸轮的中心的距离为δ，则在绕所述转动中心轴旋转一圈时，偏心圆凸轮的动作相对于与凸轮引导板的长孔正交的方向成为振幅δ的单振动。偏心圆凸轮相对于与所述长孔正交的方向的移动速度与绕所述转动中心轴的偏心圆凸轮的旋转速度无关，在所述偏心圆凸轮的中心的位置越接近所述转动中心轴的位置时越增加，在越远离转动中心轴的位置时越减少，在所述偏心圆凸轮的中心与转动中心轴的距离成为振幅δ(最大值)时，速度为零。

因此，在所述凸轮引导板的外周与所述中间旋转体的内周抵接时，以使偏心圆凸轮的中心与第二旋转体的转动中心轴之间的距离尽量接近所述振幅δ的方式配置凸轮引导板，由此，所述凸轮引导板的外周相对于所述中间旋转体的内周减速并碰撞。因此，即使凸轮轴(中间旋转体)与第一旋转体的相位角变位最大，所述凸轮引导板的外周与所述中间旋转体的内周相碰撞时产生的冲击也会由于碰撞速度的减少而减小。

另外，为了实现所述目的，本发明的第二方面在第一方面所记载的发动机的相位可变装置中，所述第二旋转体具有中心离开所述第二旋转体的转动中心轴的偏心圆孔，所述偏心圆凸轮在与所述凸轮引导板的长孔滑动的第一偏心圆凸轮上，邻接形成有与所述偏心圆孔卡合的第二偏心圆凸轮，所述第二偏心圆凸轮的凸轮中心轴与所述第二旋转体的转动中心轴的离开距离，比所述第一偏心圆凸轮的中心轴与所述第二旋转体的转动中心轴的离开距离小。

(作用)在从凸轮轴侧向中间旋转体产生转动转矩时，通过减小第二偏心圆凸轮与第二旋转体的转动中心轴的离开距离(偏心距离)并加强第二旋转体向中间旋转体的按压力，来增加在所述第二旋转体与中间旋转体之间产生的局部的摩擦力。另一方面，通过增大第一偏心圆凸轮与第二旋转体的转动中心轴的离开距离来增加凸轮引导板的相对移动距离。即，通过改变从转动中心轴向第一及第二偏心圆凸轮的偏心距离来同时增加第二旋转体与中间旋转体之间的所述摩擦力、和凸轮引导板的相对移动距离。

发明效果

根据本发明的第一方面，在发动机旋转时，即使相对于第一旋转体产生相位角的偏离的相对转动转矩从凸轮轴侧传递给中间旋转体，也能够与所述转矩的产生连动而阻止中间旋转体与第二旋转体的相对转动，由此会产生经由凸轮引导板来阻止所述中间旋转体与第一旋转体的相对转动的自锁效果，因此不会在凸轮轴与第一旋转体之间产生未预期的相位角的变动，能够正确地保持吸排气门的开闭时刻。

另外，根据第一方面的相位可变装置，能够与偏心圆凸轮的转动速度的增减相独立地极力抑制与中间旋转体的内周碰撞的凸轮引导板的碰撞速度，因此即使急剧地使凸轮轴(中间旋转体)与第一旋转体的相位角变位发生最大量变换也能够将发动机产生的多余的冲击抑制到最小限度。

另一方面，根据本发明的第二方面的相位可变装置，能够不减少凸轮引导板相对于中间旋转体的相对变位量而进行维持，在从凸轮轴侧向中间旋转体产生相对转动转矩时，也能够进一步增大阻止所述中间旋转体与第一旋转体的相对转动的自锁效果。因此，能够进一步防止所述中间旋转体与第一旋转体的未预期的相位角的变动，并能够更正确地维持吸排气门的开闭时刻。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的机动车用发动机中的相位可变装置的分解立体图。

图2是第一实施例的装置的主视图。

图3是示出第一实施例的装置的轴向剖面的图2的A-A剖面图。

图4是示出第二旋转体和旋转体引导板(中间旋转体)的垂直剖面的图3的B-B剖面图。

图5是示出凸轮引导板和旋转体引导板的剖面的图3的C-C剖面图。

图6是示出第一旋转体的垂直剖面的图3的D-D剖面图。

图7是表示第二旋转体与偏心圆凸轮的动作关系的说明图。

图8是表示偏心圆凸轮与凸轮引导板的动作关系的说明图。

图9是滑动部件相对于第一旋转体的动作说明图。

图10是使偏心圆凸轮在旋转平面上的不同范围摆动时的规格说明图。(a)是超前角规格的说明图。(b)是滞后角规格的说明图。(c)是超前角/滞后角规格的说明图。

图11是表示基于旋转平面上的偏心圆凸轮的位置的滑动部件的变位量的图。

图12是说明基于第二旋转体和旋转体引导板的自锁结构的说明图。(a)是表示从凸轮引导板向第二旋转体传递的力的作用点的图。(b)是在第二旋转体与旋转体引导板的接触点产生的力的说明图。

图13是表示本发明的第二实施例的机动车用发动机中的相位可变装置的分解立体图。

图14是第二实施例的装置的轴向剖面图。

图15是以第二实施例的装置的一部分为剖面的参考立体图。

图16是第二实施例的第二旋转体和第三旋转体的结构说明图。

图17是偏心圆凸轮和凸轮引导板相对于中间旋转体的配置说明图。

图18是凸轮引导板的变形例的说明图。(a)图是立体图，(b)图是主视图。(c)图是(b)图的E-E剖面图，(d)图是偏心滑动销的放大图。

符号说明：

30 凸轮轴

31 第一旋转体(链轮)

33 中间旋转体(旋转体引导板)

34 电磁离合器

35 第二旋转体

36 偏心圆凸轮

37 凸轮引导板

38 中间旋转体的径向引导部

39 第一旋转体的倾斜引导部

51 第二旋转体的偏心圆孔

53 第一偏心圆凸轮

54 第二偏心圆凸轮

59 受扭螺旋弹簧

61 第二电磁离合机构

L1 转动中心轴

L2 第二偏心圆凸轮的凸轮中心轴

L3 第一偏心圆凸轮的凸轮中心轴

d1 L1与L2的离开距离(第二偏心圆凸轮的偏心距离)

d2 L1与L3的离开距离(第一偏心圆凸轮的偏心距离)

具体实施方式

接下来，基于实施例说明本发明的实施方式。

图1～图18示出本发明的相位可变装置的实施例1和2。图1是表示本发明的第一实施例的机动车用发动机中的相位可变装置的分解立体图，图2是该装置的主视图，图3是示出该装置的轴向剖面的图2的A-A剖面图，图4是示出第二旋转体和旋转体引导板(中间旋转体)的垂直剖面的图3的B-B剖面图，图5是示出凸轮引导板和旋转体引导板的剖面的图3的C-C剖面图，图6是示出第一旋转体的垂直剖面的图3的D-D剖面图，图7是表示第二旋转体与偏心圆凸轮的动作关系的说明图，图8是表示偏心圆凸轮与凸轮引导板的动作关系的说明图，图9是引导销(滑动部件)相对于第一旋转体的动作的说明图，图10(a)～(c)是使偏心圆凸轮在旋转平面上的不同范围摆动时的规格说明图，图11是表示基于旋转平面上的偏心圆凸轮的位置的滑动部件的变位量的图，图12(a)、(b)是说明基于第二旋转体和旋转体引导板的自锁结构的说明图，图13是表示本发明的第二实施例的机动车用发动机中的相位可变装置的分解立体图，图14是第二实施例的装置的轴向剖面图，图15是以第二实施例的装置的一部分为剖面的参考立体图，图16是第二实施例的第二旋转体和第三旋转体的结构说明图，图17是偏心圆凸轮和凸轮引导板相对于中间旋转体的配置说明图，图18是凸轮引导板的变形例的说明图。

在所述图中，实施例1和2所示的发动机的相位可变装置是如下的装置：在组装于发动机而成为一体化的状态下使用，以与曲轴的旋转同步地使吸排气门开闭的方式将曲轴的旋转传递给凸轮轴，并且根据发动机的负载或转速等的运转状态而使发动机的吸排气门的开闭时刻变化。

如图1～图6所示，该装置在同一转动中心轴L1上具备：中心轴32，其相对转动自如地支承通过发动机的曲轴(未图示)的驱动力而旋转的第一旋转体(驱动旋转体)31，并与一体化的凸轮轴30一起旋转；中间旋转体(第二旋转体35的引导板)33，其固定在中心轴32上，与凸轮轴30成为一体而相对于第一旋转体31相对转动；第二旋转体(控制旋转体)35，其相对转动自如地支承在中心轴32的前端，并通过电磁离合器34对旋转进行制动。

另外，该装置具备：偏心圆凸轮36，其在第二旋转体旋转时在中心轴L1的周围进行偏心转动；凸轮引导板37，其通过偏心圆凸轮36相对于中间旋转体33沿与轴L1正交的方向进行往复摆动；滑动销(滑动部件)40，其从凸轮引导板37突出形成，并在中间旋转体33的径向引导部38和第一旋转体31的倾斜引导部39内变位。

该装置的结构是首先凸轮轴30的前端30a与中心轴32的孔32a卡合。在中心轴32的外周形成的凸缘32b的前后的圆筒部上，以相对于中心轴32能够相对转动的状态支承着在外周形成有链轮齿41的第一旋转体31和第二链轮部件42，并通过多个结合销(本实施例中为六个)43结合。

在中心轴32的平坦卡合面32c上卡合有中间旋转体33的方孔33b，中间旋转体33相对于中心轴32被固定为不能相对旋转的状态。中间旋转体33形成为圆筒形状，在其底部33a上形成有方孔33b、引导销44～47的卡合孔48～51以及径向引导部38(本实施例中为一对)。径向引导部38作为在与转动中心轴L1正交的轴线上延伸的长孔槽以轴L1为中心形成在对称的位置。卡合孔48和49(50、51)形成为，连结中心的直线与径向引导部38的延伸方向相同。

在中间旋转体33的圆筒部33c的内侧配置有第二旋转体35、偏心圆凸轮36、凸轮引导板37以及与其卡合的多个(在本实施例中为两个)滑动销40。第二旋转体35具备以离开转动中心轴L1距离d1的轴L2为中心的偏心圆孔52。

偏心圆凸轮36以第一偏心圆凸轮53与第二偏心圆凸轮54在转动中心轴L1的方向上相邻的方式一体形成。而且，偏心圆凸轮36经由以轴L1为中心沿轴向贯通的圆孔55被支承为相对于中心轴32的前端圆筒部32d能够相对转动的状态。通过第二偏心圆凸轮54与偏心圆孔52卡合，第二旋转体35被支承为相对于中心轴32相对转动自如。而且第二旋转体35形成为与中间旋转体中的圆筒部33c的内侧的内径大致相同的圆盘形状，外周面35a与所述圆筒部的内周面33c大致内接。第一偏心圆凸轮53从转动中心轴L1离开距离d2，离开距离d2形成为大于第二偏心圆凸轮54的中心L2与转动中心轴L1的离开距离d1。此外，偏心圆凸轮53和54的外形并不局限于本实施例的圆形形状，也可以是具有特殊的周缘的凸轮形状。

旋转体引导板37具备一对卡合孔37a和使第一偏心圆凸轮53滑动的长孔56。一对卡合孔37a在与轴L1正交的轴线上以轴L1为中心形成在对称的位置，卡合孔37a的间隔形成为与中间旋转体33的径向引导部38的设置间隔一致，并以向中间旋转体33的方向突出的方式卡合滑动销40。长孔56以在与径向引导部38的延伸方向正交的方向上延伸的方式形成。即，长孔56让轴L1通过，并以在与连结一对卡合孔37a的中心的直线正交的方向上延伸的方式形成。而且，长孔56的高度形成为与第一偏心圆凸轮53的外径大致相同，第一偏心圆凸轮53与长孔56的内周缘滑动并以在长度方向上往复自如的状态插入。而且，在旋转体引导板的两侧形成有与引导销(44、45)抵接的抵接面37b和与引导销(46、47)抵接的抵接面37c。

滑动销40插入到中间旋转体33的径向引导部38，并与形成于第一旋转体31的倾斜引导部39卡合。倾斜引导部39是相对于以转动中心轴L1为中心的圆周方向倾斜的槽状的引导部，并且是连结转动中心轴L1和倾斜引导部39的槽中心的旋转半径与第一旋转体31的旋转角成比例地以一定量为单位增加或减少的一对槽状的引导部，在本实施例中，隔着通过中心轴L1的轴线对称地形成一对。

另外，通过对线圈34a通电而吸附第二旋转体35的电磁离合器34在固定于未图示的发动机壳体上的状态下，与第二旋转体35的前方相邻。外周配置有受扭螺旋弹簧59的弹簧支架58插入到电磁离合器34的内侧，其前端与中心轴32的凹部32e卡合。在凸轮轴30上形成有内螺纹孔。弹簧支架58、中心轴32及凸轮轴30通过将螺栓60与所述凸轮轴30的内螺纹孔卡合而一体紧固，并以轴L1为中心形成一体而旋转。弹簧支架58的后表面58a以非接触的状态与第二偏心圆凸轮53的前表面相向，防止偏心圆凸轮36和凸轮引导板37向前方脱落。受扭螺旋弹簧59的一端59a固定在第二旋转体35的孔35b上，另一端59b固定在弹簧支架58的孔58b上，总是沿第二旋转体35从电磁离合器34受到的制动转矩相反的方向(第一旋转体31的旋转方向)对第二旋转体35施力。

根据图7至图10(a)，说明实施例1的装置的相位可变的动作。在实施例1中，使中间旋转体33相对于第一旋转体31的相位角从没有相位角变位的初始状态向超前角侧(图7所示的第一旋转体31的旋转方向。从装置的正面观察的顺时针方向)变位，因此相对于中间旋转体33的内周面33d，将第一偏心圆凸轮53和凸轮引导板37配置在图10(a)所示的位置上。如各图所示，在所述初始状态下，凸轮引导板37的上端部37d与中间旋转体33的内周面33d的上部抵接，第一偏心圆凸轮53的中心轴L3(偏心点)配置成相对于径向引导部38的延伸方向的轴线L4的上方向逆时针方向倾斜的状态。在初始状态下，未对电磁离合器34通电，而第二旋转体35和偏心圆凸轮36的第二偏心圆凸轮54在受扭螺旋弹簧59的作用力下受到顺时针方向的转矩。此时，凸轮引导板37的上端部37d被向内周面33d按压而固定在中间旋转体33上。

在所述初始状态下，若伴随着凸轮引导板37被固定在中间旋转体33上，第一旋转体31通过曲轴而顺时针旋转，则中间旋转体33和第二旋转体35与第一旋转体31成为一体并沿顺时针旋转。

另一方面，在变更第一旋转体31与凸轮轴30的相位角时，对电磁离合器34通电。此时，第二旋转体35被电磁离合器34吸附而产生旋转延迟，相对于第一旋转体31沿逆时针方向进行相对转动，从而第二偏心圆凸轮54沿逆时针转动。与第二偏心圆凸轮54一体化的第一偏心圆凸轮53，与凸轮引导板37的长孔56的内周缘滑动并在长孔内沿与径向引导部38正交的方向往复，对凸轮引导板37沿径向引导部38的延伸方向施力。通过滑动部件40沿中间旋转体的径向引导部38变位，并且抵接面(37b、37c)与引导销44～47滑动接触并进行变位，凸轮引导板37沿径向引导部38的延伸方向下降。

另一方面，凸轮引导板37通过同时使滑动销40沿第一旋转体31的倾斜引导部39变位而相对于第一旋转体31沿径向下降且沿圆周方向顺时针地相对变位。中间旋转体33在引导销44～47的作用下无法与凸轮引导板37进行相对转动，因此中间旋转体33与凸轮引导板37成为一体，相对于第一旋转体31顺时针地相对转动。在通过扭转受扭螺旋弹簧59而施加给第二旋转体35的顺时针的转矩和电磁离合器34施加给第二旋转体35的逆时针的转矩平衡的时刻，中间旋转体33结束所述相对转动。另外，在所述受扭螺旋弹簧59的转矩与所述电磁离合器34的转矩平衡前，在凸轮引导板37的外周的下部37e与中间旋转体33的内周面33d抵接时，中间旋转体33也结束所述相对转动。其结果是，与中间旋转体33一体化的凸轮轴30和由曲轴驱动的第一旋转体31的相位角，将凸轮引导板37的外周的下部37e与中间旋转体33的内周面33d的下部抵接并结束所述相对转动时作为最大变位量而沿超前角方向变位。

另一方面，在使电磁离合器34的电流值下降而减弱第二旋转体35的制动力时，第二旋转体35在弹簧59的转矩的作用下相对于中间旋转体33沿顺时针方向(参照图7)相对转动，中间旋转体33通过凸轮引导板37的上升而相对于第一旋转体31向逆时针方向转动。中间旋转体33在所述受扭螺旋弹簧59的转矩与所述电磁离合器34的转矩再次平衡的时刻结束所述相对转动，在不对电磁离合器34通电时，在凸轮引导板37的外周的上端37d与中间旋转体33的内周面33d抵接之前进行所述相对转动，返回相位角变更前的初始位置。

图10(b)(c)是第一偏心圆凸轮53和凸轮引导板37相对于中间旋转体33的内周面33d的配置的另一规格例。(b)图是使中间旋转体33相对于第一旋转体31的相位角从相位角变更前的初始位置向延迟角侧变位的规格例。(c)图是通过由电磁离合器34进行连续制动而能够使中间旋转体33相对于第一旋转体31的相位角从所述初始位置向超前角侧变位、然后向延迟角侧变位的规格例。

图10(b)是与在使相位角变位时使凸轮引导板37下降的(a)图的情况相反地使凸轮引导板37上升的配置例。在所述初始状态下，凸轮引导板37使下部37e与中间旋转体33的内周面33d的下部抵接，第一偏心圆凸轮53的中心轴L3(偏心点)，相对于径向引导部38的延伸方向的轴线L4的下方配置成沿逆时针方向倾斜的状态。而且，在(a)图中，在所述初始状态下，在倾斜引导部39的39a、39b的位置配置滑动销40(图9)，但是在(b)图中，在初始状态下，在39c、39d的位置配置滑动销40。通过该配置，若在曲轴旋转时对电磁离合器34通电，则凸轮引导板从初始位置上升，中间旋转体33与第一旋转体31的相位角，将凸轮引导板37的外周的上部37d与中间旋转体33的内周面33d的上部抵接并结束所述相对转动时作为最大变位量而沿延迟角方向变位。

图10(c)是在所述初始状态下，将第一偏心圆凸轮53的中心轴L3(偏心点)配置成相对于与径向引导部38的延伸方向正交的轴线L5的左方沿逆时针方向倾斜的状态，在中间旋转体33的内周面33d的上部设置平面部33e，并使凸轮引导板37的上部37d抵接。而且，凸轮引导板37的下部37e在第一偏心圆凸轮53转动时不与中间旋转体33的内周面33d接触。初始状态的滑动销40配置在倾斜引导部39的39a、39b的位置(图9)。通过该配置，若在曲轴旋转时对电磁离合器34通电，则在第一偏心圆凸轮53从终点位置沿逆时针方向转动，凸轮引导板37从初始位置下降，下部37e与轴线L4相接之前，中间旋转体33与第一旋转体31的相位角沿超前角方向相对变位。另一方面，在下部37e通过轴线L4时，凸轮引导板37反转并上升，在上部37d与平面部33e相接之前沿延迟角方向相对变位。此外，也可以是，中心轴L3(偏心点)在初始状态下以相对于轴线L5的右方沿逆时针方向倾斜的状态配置，此时的与凸轮引导板37的下部37e抵接的平面部设置在中间旋转体33的内周下部，滑动销40配置在倾斜引导部39的39c、39d的位置(图9)。在这种情况下，中间旋转体33与第一旋转体31的相位角的变位向一端延迟角侧相对变位，然后向其超前角侧相对变位。

另外，根据图10(a)(b)和图11，说明在中间旋转体33的内部沿径向引导部38变位时的凸轮引导板37的移动速度的变化。图的纵轴表示从图10(a)的初始状态中的凸轮引导板37的上部37d((b)图中的下部37e)与中间旋转体内周面37d的接点到滑动销40的距离，横轴表示图10(a)的第一偏心圆凸轮53(偏心的中心轴L3)相对于轴线L4的上方((b)图中的下方)的旋转角。在实施例1中，如图10(a)(b)和图11所记载的，在起点(初始状态)下，凸轮引导板37的上部37d与中间旋转体33的内周面33d的上部接触，在终点(最大变位时)，下部37e与中间旋转体33的内周的下部33d接触而停止(在图(b)中起点和终点相反)。

图11的图的倾斜度表示滑动销40的距离的增加量。如图11所示，图的倾斜度随着偏心圆凸轮53的旋转角越接近起点和终点越缓和，表示起点附近的滑动销40的加速和终点附近的减速缓和地进行。即，通过偏心圆凸轮53而移动的滑动销40的移动速度按照sin曲线进行变化。因此，在起点和终点，凸轮引导板37相对于中间旋转体33的内周面33d的冲击速度由于利用偏心圆凸轮53而总是延迟，因此总是减小所述冲击时产生的冲击音。

另一方面，相对于第一旋转体31的旋转角的增加的倾斜引导部39的旋转半径的变化量恒定，因此中间旋转体33相对于第一旋转体31的相对变位速度，按照凸轮引导板37的所述往复时的移动速度的变化进行同样的变化。因此，凸轮轴30相对于第一旋转体31的相对变位速度在起点和终点(最大变位时)缓和，因此由凸轮转矩引起的对发动机的冲击减少。此外，在本实施例中，变更并形成相对于第一旋转体31的旋转角的增加的倾斜引导部39的旋转半径的变化量，从而能够使凸轮轴30的相位变换角具有直线性，或能够在使用频率高的相位变换角的位置通过减少所述旋转半径的变化量来使变换速度延迟。

接下来，根据图12(a)(b)，说明在中间旋转体33从凸轮轴30侧接受转矩时防止第一旋转体31与中间旋转体33的相位角的偏移的自锁机构。在凸轮轴30从未图示的阀簧受到反作用力时，中间旋转体33从凸轮轴30受到相对于第一旋转体31和凸轮引导板37进行相对变位的旋转转矩。图12(a)(b)示出通过凸轮轴30产生顺时针方向的旋转转矩的情况。凸轮引导板37施加作用于径向引导部38的延伸方向的力，在滑动销40在所述旋转转矩的作用下从引导销44～47和倾斜引导部39受到凸轮作用时，第一偏心圆凸轮53在与长孔56的滑动接触点受到作用于所述径向引导部38的延伸方向的力。另一方面，第二旋转体35通过第二偏心圆凸轮54的中心轴L2，并且在平行于轴线L4的轴线L6与第二旋转体35的偏心圆孔52的内周缘交叉的位置P1，从第二偏心圆凸轮54受到作用于所述径向引导部38的延伸方向的力。

此外，由于第二旋转体的外周缘35a与中间旋转体33的圆筒部的内周面33d大致抵接，因此由凸轮引导板37施加的作用于所述径向引导部38的延伸方向的力，在所述轴线L6与第二旋转体35所大致内接的中间旋转体33的内周面33d相交叉的点P2作用于中间旋转体33，在点P2，产生妨碍第二旋转体35与中间旋转体33的滑动的局部性的摩擦力。

另外，所述局部性的摩擦力如下所示。即，作用于所述径向引导部38的延伸方向的力为F，将连结交叉点P2与中心轴L1的第二旋转体35的半径R相对于轴线L4的下方的倾斜度设为θ(θ是交叉点P2的摩擦面相对于轴线L5方向的角度(以下称为摩擦角))，将摩擦面的摩擦系数设为μ。在此，如图12(b)所示，通过使第二旋转体35与中间旋转体33相对转动，在中间旋转体33与第一旋转体31之间产生相位角的偏移的力为F·sinθ，妨碍第二旋转体35与中间旋转体33的滑动的反方向的局部性的摩擦力由μ·F·cosθ表示，因此在所述摩擦力在引起相位偏移的力的作用下变大时，第二旋转体35与中间旋转体33不进行相对转动、不会产生相位角的偏移。因此，如图12(b)所示，若以通过F·sinθ＜μ·F·cosθ来满足θ＜tan^-1μ的条件的方式设定摩擦角θ，则通过自锁功能能够防止凸轮轴30的相位角相对于第一旋转体31的未预期的变更。

此外，在设从第二偏心圆凸轮54的偏心点L2(中心轴)相对于轴线L4垂直引出的直线距离为d3时，d3越短则摩擦角θ就越小，但是所述直线距离d3与转动中心轴L1和偏心点L2之间的偏心距离d1成比例地变短。因此，第一偏心圆凸轮53较大地取得偏心距离d2而增大第一旋转体31与凸轮轴30的相位角的最大变位角，第二偏心圆凸轮54通过尽量减小偏心距离d1而能够强化自锁功能的局部性的摩擦力。

在本实施例1中，作为第二旋转体35的转动操作力施加机构，使用了电磁离合器34和受扭螺旋弹簧59，但是也可以通过电动机等直接控制第二旋转体35。而且，虽然使凸轮引导板37与引导销44～47滑动接触而进行旋转运动，但是也可以使滑动销40与中间旋转体35的径向引导部38滑动接触而省略引导销44～47。

接下来，根据图13至图17，说明本发明的第二实施例的机动车用发动机中的相位可变装置。实施例2取代实施例1的受扭螺旋弹簧59而具备第二电磁离合器机构61，从而能够进行与第一电磁离合器34产生的相位角的变位方向反方向的变位。首先，在图13中的从第二旋转体35到螺栓43的结构中，除了偏心圆凸轮36和凸轮引导板37相对于下述的中间旋转体33的配置有一部分不同，以及中心轴32的前端形状有一部分不同之外，其它结构与第一实施例相同。

在实施例2中，第二电磁离合器机构61相对于第二旋转体35的前方配置有辊引导板62、在卡合孔62a内滚动的多个辊63、第三旋转体64、推力轴承65、碟形弹簧66、弹簧支架67、第二电磁离合器68而构成。首先，辊引导板62经由方孔62b与中心轴32的平坦卡合部32f卡合，并被固定成相对于中心轴32不能相对转动。第二旋转体35、辊引导板62、第三旋转体64相互沿轴向具有间隙地进行配置，辊63被第二旋转体的前表面35c和第三旋转体64的后表面64a夹持，由此在第二或第三旋转体的任一个上产生相对转动力矩时，辊63在孔62a内滚动。第三旋转体64通过安装在凹部64内的推力轴承65以能够相对转动的状态支承在中心轴32的前端外周。在推力轴承65的前方安装有碟形弹簧66，在其前方安装有弹簧支架67，通过螺栓60紧固在中心轴32上。碟形弹簧66经由推力轴承65向轴向后方按压第三旋转体64，从而使第三旋转体64与第二旋转体35之间的辊63的滚动可靠。第二电磁离合器68在固定于未图示的发动机壳体上的状态下与第三旋转体64相邻。

另外，在实施例2中，相对于中间旋转体33的内周面33d，将第一偏心圆凸轮53和凸轮引导板37配置在图17所示的位置。在所述初始状态下，凸轮引导板37的上端部37d与中间旋转体33的内周面33d的上部抵接，第一偏心圆凸轮53的中心轴L3(偏心点)以相对于径向引导部38的延伸方向的轴线L4的上方向顺时针方向倾斜的状态进行配置。

在没有相位变更的初始状态下，第三旋转体64、辊63、辊引导板62通过向顺时针方向旋转的第一旋转体31，与第二旋转体35成为一体并向相同方向旋转。在变更凸轮轴30与第一旋转体31的相位角时，对第二电磁离合器68通电。如此，第三旋转体64相对于第二旋转体35向逆时针方向相对转动，从而辊63滚动。第二旋转体35与第一偏心圆凸轮53通过辊63的滚动而接受转矩、并相对于中间旋转体33向顺时针方向相对转动。凸轮引导板37通过偏心圆凸轮53而下降，同时滑动销40沿倾斜引导部39变位。中间旋转体33与凸轮引导板37成为一体，相对于第一旋转体向顺时针方向相对转动，凸轮轴30与第一旋转体31的相对相位角沿超前角方向(顺时针方向)变位。

另外，在使凸轮轴30和第一旋转体31的相位角沿延迟角方向(逆时针方向)返回时，对电磁离合器34通电。第二旋转体35和偏心圆凸轮53相对于中间旋转体33向逆时针方向转动，凸轮引导板37上升，由此凸轮轴30的第一旋转体31的相对变位角沿延迟角方向返回。通过取代受扭螺旋弹簧59而采用电磁离合器机构61，可不必再考虑螺旋弹簧59的作用力，因此电磁离合器34由于所需转矩变小而能够小型化，能够在相位变位后切断电磁离合器34的通电，因此可实现节电力化。

在此，根据图18，说明各实施例中使用的凸轮引导板37的变形例。在该变形例中，一方的滑动销69沿轴向连续形成有卡合部69a和滑动部69b，所述卡合部69a以能够转动的状态与卡合孔37a卡合；所述滑动部69b通过使中心轴O2离开卡合孔的中心轴O1微小距离而能够绕中心轴O1进行偏心转动。在使滑动部69b进行偏心转动时，能够与一对倾斜引导部39的离开距离相对应地调节卡合的滑动销40与滑动部69b的离开距离。其结果是，能够增大滑动销(40、69)和一对倾斜引导部39的所述离开距离的制造公差，因此能够提高生产性。

此外，在各实施例中，在使滑动销40以相对于孔37a能够转动的状态进行卡合，或者，取代滑动销40而采用朝向径向引导部38和倾斜引导部39突出的球体那样的滚动部件作为滑动部件时，所述滑动部件在引导部(38、39)上滚动，因此能够顺利地进行中间旋转体33与第一旋转体31的相位角的变更。

Claims (2)

1.一种发动机的相位可变装置，将第一旋转体、中间旋转体和第二旋转体能够相互相对转动地配置在同一转动中心轴上，所述第一旋转体由曲轴进行旋转驱动，所述中间旋转体与凸轮轴一体化，所述第二旋转体配置在所述中间旋转体的前方，在所述第一旋转体与第二旋转体之间，安装有相位角变更机构，该相位角变更机构通过转动操作力施加机构对所述第二旋转体施加转动操作力，通过使所述第一旋转体和中间旋转体进行相对转动而变更所述中间旋转体相对于所述第一旋转体的相位角，所述发动机的相位可变装置的特征在于，

所述中间旋转体形成为具有圆筒的形状，

所述第二旋转体形成为与所述中间旋转体的圆筒部的内径大致相同的圆盘形状，并与所述圆筒部的内周大致内接，

所述相位角变更机构具备：

偏心圆凸轮，其从所述第二旋转体朝所述中间旋转体突出，且中心轴离开第二旋转体的转动中心轴；

凸轮引导板，其具备长孔和滑动部件，所述长孔在与所述第二旋转体的转动中心轴正交的方向上延伸，让所述偏心圆凸轮滑动，所述滑动部件朝所述第一旋转体和中间旋转体突出；

径向引导部，其在与所述凸轮引导板的长孔的延伸方向正交的方向且所述中间旋转体的径向上延伸，并形成在所述中间旋转体上；

倾斜引导部，其相对于以所述第一旋转体的转动中心轴为中心的圆周倾斜，并形成在所述第一旋转体上，

所述凸轮引导板的滑动部件沿所述径向引导部的方向和所述倾斜引导部的方向进行变位。

2.根据权利要求1所述的发动机的相位可变装置，其特征在于，

所述第二旋转体具有中心离开所述第二旋转体的转动中心轴的偏心圆孔，

所述偏心圆凸轮在与所述凸轮引导板的长孔滑动的第一偏心圆凸轮上，邻接形成有与所述偏心圆孔卡合的第二偏心圆凸轮，

所述第二偏心圆凸轮的凸轮中心轴与所述第二旋转体的转动中心轴的离开距离，比所述第一偏心圆凸轮的中心轴与所述第二旋转体的转动中心轴的离开距离小。

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