JP2005307780A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動回転体と従動回転体との相対回転を円滑に行なえる弁開閉時期制御装置を提供する。
【解決手段】 クランク軸と一体回転する駆動回転体２に形成した第１ガイドＧ１と、カム軸３と一体回転する従動回転体４に形成した第２ガイドＧ２と、第１ガイドＧ１および第２ガイドＧ２に係合して案内移動自在な移動体５とを有し、移動体５を変位させることで、駆動回転体２と従動回転体４とを互いに相対回転させる弁開閉時期制御装置であって、一端を移動体５に揺動自在に係合したリンク部材Ｌの他端を相対回転駆動体６に揺動自在に係合し、相対回転駆動体６を駆動回転体２及び従動回転体４に対して相対回転させることで移動体５を移動させるよう構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クランク軸と一体回転する駆動回転体に形成した第１ガイドと、カム軸と一体回転する従動回転体に形成した第２ガイドと、前記第１ガイドおよび前記第２ガイドに係合して案内移動自在な移動体とを有し、前記移動体を変位させることで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを互いに相対回転させる弁開閉時期制御装置に関するものである。

弁開閉時期制御装置は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることでエンジンの開閉弁の開閉タイミングをクランク角に対して進角側あるいは遅角側に変化させるものである。これによって、エンジンの回転速度に応じて吸・排気を行う弁の開閉タイミングを最適に制御することができる。

従来の弁開閉時期制御装置としては、例えば以下に示すものがあった（特許文献１参照）。
この装置では、上記構成要件に加え、移動体を変位させるために、前記移動体に設けた制御ピンを係合案内する円弧状の孔溝を備えた回転板を前記駆動回転体に隣接して設けてある。この孔溝の円弧の中心は回転板の中心とは異なる位置に設定してあり、駆動モータによって当該回転板を左右に回転させると、前記制御ピンが当該孔溝の内部を摺動しながら回転板の径方向に沿って出退する。この結果、前記移動体に対して第１ガイドが摺動すると共に、同じく移動体に対して第２ガイドが摺動して、駆動回転体と従動回転体とが相対回転し、弁開閉時期を適宜変更することができる。
従来の弁開閉時期制御装置は、このように構成することで、駆動回転体に対する従動回転体の位相変化を、常時、高精度に制御しようとするものである。
特開２００４−３４１９号公報 （〔００６５〕〜〔００７６〕段落）

従来の装置にあっては、上記のごとく円弧状の孔溝を備える際に、円弧の曲率を決定すると共に、回転体の回転中心と円弧の中心との位置ずれ量を適宜設定することで、回転体の回転角度に対する移動体の径方向での移動長さを任意に設定することができる。この設定により、移動体を精度よく作動させることが可能となる。
しかしながら、移動体は孔溝の内部を摺動しつつ案内されるため、移動体の作動精度を高めるためには、例えば、制御ピンと孔溝との隙間を極力狭く構成する必要がある。一方、これら移動体および回転体は、通常、カム軸と共に高速で回転するうえ頻繁に摺動し合う。よって、作動中に生じた異物等が前記制御ピンと孔溝との間に詰まり、回転体の作動に支障が生じる場合がある。このような詰まりが生じると、弁開閉時期の的確な制御が行なえず、エンジンの運転状態も不調になるおそれがあり、今だ改善の余地があった。

そこで、本発明の目的は、駆動回転体と従動回転体との相対回転を円滑に行なえる弁開閉時期制御装置を提供することにある。

（第１の特徴構成）
本発明の弁開閉時期制御装置は、クランク軸と一体回転する駆動回転体に形成した第１ガイドと、カム軸と一体回転する従動回転体に形成した第２ガイドと、前記第１ガイドおよび前記第２ガイドに係合して案内移動自在な移動体とを有し、前記移動体を変位させることで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを互いに相対回転させるものであって、一端を前記移動体に揺動自在に取り付けると共に他端を相対回転駆動体に揺動自在に取り付けたリンク部材を備え、前記相対回転駆動体を前記駆動回転体及び前記従動回転体に対して相対回転させることで、前記移動体を移動させるよう構成した点に特徴を有する。
（作用効果）
本構成の装置では、駆動回転体と従動回転体との相対移動を、相対回転駆動体の回転駆動により行なうものである。駆動回転体および従動回転体に直接作用する移動体は、リンク部材を介して相対回転駆動体に揺動自在に連結してある。このような揺動自在な支持方法としては、例えば、枢支構造を用いる。枢支構造であれば、当該部位におけるガタつきが生じ難いため、リンク部材の一端に支持された移動体を極めて円滑に動作させることができる。この結果、駆動回転体及び従動回転体の動作も滑らかになり、弁開閉時期を的確に制御することができる。
また、本構成は、前記移動体を移動させるために相対回転駆動体に溝を設けていた従来装置の構成とは異なり、上記揺動可能なリンク部材を用いるため、溝部に異物を噛み込む等の不都合が生じず、相対回転駆動体の反復動作が確実なものとなり、信頼性の高い弁開閉時期制御装置を得ることができる。

（第２の特徴構成）
本発明の弁開閉時期制御装置は、前記駆動回転体、および、前記従動回転体、前記相対回転駆動体から二つの回転体を選択して得られる組のうち、少なくとも一組の回転体の間に摩擦板を備えた点に特徴を有する。
（作用効果）
本構成の弁開閉時期制御装置においては、相対回転駆動体および駆動回転体、従動回転体の三つの回転体は、移動体の一つの動きに伴って全てが連動して回転する。このため、何れか二枚の回転体どうしの相対回転を止めることで、全ての回転体を同期回転させることができる。そこで、本装置では、少なくとも二つの回転体どうしの間に摩擦板を設けて、両回転体の相対回転を阻止する構成とした。
本装置であれば、例えばクランク軸が定速回転している最中に、従来技術のごとく相対回転駆動体に制動力を与えずとも、三つの回転体の相対回転を防止することができる。よって、弁開閉時期制御装置の構成を簡略なものとしながら、省電力化が可能な制御装置を得ることができる。

（第３の特徴構成）
本発明の弁開閉時期制御装置は、前記相対回転駆動体を自由状態にして前記クランク軸を回転させるとき、前記得られる夫々の組において双方の回転体に形成したガイド間に発生する、双方の回転体を相対移動させようとするトルクに対して、当該トルクに抗するよう前記摩擦板に生じる摩擦トルクが、前記相対移動させようとする何れのトルクに対しても大きくなるように構成することができる。
（作用効果）
本構成のごとく、三つの回転体のうち、何れかの回転体どうしの間に発生するトルクの最大のトルクに抗する摩擦トルクを前記摩擦板で発生させ得る構成にしておけば、クランク軸の定速回転時に、回転体どうしの相対回転を確実に阻止することができる。

（第４の特徴構成）
本発明の弁開閉時期制御装置は、前記摩擦板を前記二つの回転体によって挟持するものとし、当該摩擦板を一方の回転体に対して押し付ける付勢手段を備えて構成することができる。
（作用効果）
本構成の装置であれば、仮に、二つの回転体どうしの間隔にバラつきが生じている場合でも、付勢手段によって摩擦板を一定の圧力で回転体に押圧することができ、摩擦力を一定にすることができる。また、摩擦板の磨耗によって二つの回転体どうしの間隔が変化した場合でも、当該変化を補正することができるため、本装置の信頼性を向上させることができる。

（概要）
本発明に係る弁開閉時期制御装置（以下、単に「本装置」と称する）を図１乃至図６に基づいて説明する。本装置は、例えば自動車のエンジンにおいて、エンジンの回転数に応じて燃焼室への吸排気のタイミングを適宜制御するものである。
本装置は、主にクランク軸と一体回転する駆動回転体２と、カム軸３と一体回転する従動回転体４と、前記駆動回転体２および前記従動回転体４に係合する移動体５とを有する。この移動体５は、リンク部材Ｌを介して相対回転駆動体６に連結してある。当該リンク部材Ｌは、その一端を前記移動体に揺動自在に取り付けてあり、他端は前記相対回転駆動体に同じく揺動自在に取り付けてある。エンジン作動時にあっては、これら前記駆動回転体２および従動回転体４・相対回転駆動体６は略同期して回転する。

エンジン回転数の変動に応じてバルブの開閉時期を変更する場合には、前記相対回転駆動体６の回転速度をモータＭにより加減速する。これにより、相対回転駆動体６が駆動回転体２および従動回転体４に対して相対回転し、前記移動体５の移動に伴って、前記駆動回転体２と前記従動回転体４とを互いに相対回転させて、バルブの開閉時期を調節する。ちなみに、前記モータＭを増速させたときバルブの開閉時期は早くなり、モータＭを減速させたときバルブの開閉時期は遅くなる。

本装置の駆動は、図外のクランク軸の回転を、例えばチェーンによって伝達して行う。クランク軸の回転は、まず、図１に示すスプロケット１に入力される。この回転は、スプロケット１と一体に回転する駆動回転体２に伝達される。さらに、この回転をカム軸３に伝達するために、カム軸３と一体回転する従動回転体４を前記駆動回転体２に隣接して設けてある。駆動回転体２にはスリット状の第１ガイドＧ１が形成してあり、従動回転体４には、同じくスリット状の第２ガイドＧ２が形成してある。これら、第１ガイドＧ１および第２ガイドＧ２には、これらのガイドの内部で摺動する移動体５が係合している。

前記従動回転体４に対しては、さらに相対回転駆動体６を隣設してある。当該相対回転駆動体６には、前記駆動回転体２と従動回転体４とを相対回転させるべく、前記移動体５を操作するリンク部材Ｌを設けてある。当該リンク部材Ｌの両端部は、夫々、前記移動体５および前記相対回転駆動体６に揺動自在に枢支してある。当該相対回転駆動体６をモータＭによって回転駆動し、前記リンク部材Ｌの端部のうち相対回転駆動体６の側に連接した端部を回動させることで、前記移動体５は、前記第１ガイドＧ１および前記第２ガイドＧ２に沿って変位する。これにより、移動体５が相対回転駆動体６の径方向の内外方向に移動し、駆動回転体２と従動回転体４とが互いに反対方向に相対回転する。

（駆動回転体）
駆動回転体２は、図１に示すごとく、有底円筒形状を呈し、底部の中心に設けた貫通孔２ａを介して従動回転体４の筒状部４ａに外挿支持してある。底部には回転軸芯Ｘに沿った方向に貫通する第１ガイドＧ１を一対形成してある。当該第１ガイドＧ１は、図２に示すごとく、一定の幅を有する直線状のスリットであり、回転軸芯Ｘを中心に対称で且つ互いに平行に形成してある。
尚、第１ガイドＧ１は、直線上のスリットに限定されず、円弧状等であってもよい。

図１乃至図３に示すごとく、前記第１ガイドＧ１には移動体５が係合している。この移動体５は、第１ガイドＧ１の他に、第２ガイドＧ２にも係合する。前記移動体５は、一つの第１ピンＰ１と、後述する二つのスライダとで構成してある。特に、第１ガイドＧ１には矩形状の第１スライダＳ１が係合する。尚、第１ピンＰ１に対して二つのスライダは何れも回転自在に取り付けてある。当該第１スライダＳ１の動作機能は後述する。

（従動回転体）
従動回転体４は、図１に示すごとく、回転軸芯Ｘの側に筒状部４ａを備えており、その一部に円板状の部分を一体に形成したものである。従動回転体４はカム軸３に連結してある。図２に示すごとく、当該従動回転体４にも、一定の幅を有し直線状でスリット状の第２ガイドＧ２を一対形成してある。この第２ガイドＧ２も回転軸芯Ｘを中心に対称で且つ互いに平行に形成してある。第２ガイドＧ２には、移動体５としての矩形状の第２スライダＳ２が係合している。
尚、第２ガイドＧ２も、直線状のものに限定されず円弧状等であってもよい。
当該第２スライダＳ２の動作機能は後述する。

（相対回転駆動体）
相対回転駆動体６は、図１及び図４に示すごとく円板状を呈しており、前記従動回転体４に隣接して設けてある。図４に示すごとく、相対回転駆動体６には三つのプラネタリギアｇ１が取り付けてある。これら三つのプラネタリギアｇ１は、モータＭの回転軸に設けたサンギアｇ３に係合すると共に、前記駆動回転体２の外縁部内周に設けたリングギアｇ２に係合している。

図４に示すごとく、リングギアｇ２には二つのリンク部材Ｌを設けてある。これらリンク部材Ｌの一端は、夫々第２ピン部材Ｐ２によって枢支してあり、当該第２ピン部材Ｐ２の周りに揺動自在である。リンク部材Ｌの他端は、前記第１ピン部材Ｐ１に揺動自在に枢支してある。
弁の開閉時期を変更する場合、モータＭによって相対回転駆動体６を何れかの方向に回転させる。この回転力が二つのリンク部材Ｌを介して前記移動体に伝達され、後述するごとく、駆動回転体２と受動回転体４とを相対回転させる。

このように、本構成の装置では、駆動回転体２および従動回転体４に直接作用する移動体５はリンク部材Ｌを介して相対回転駆動体６に揺動自在に枢支してある。枢支構造であれば、当該部位におけるガタつきが生じ難いため、リンク部材Ｌの一端に支持された移動体５を極めて円滑に動作させることができる。この結果、駆動回転体２及び従動回転体４の動作も滑らかになり、弁開閉時期を的確に制御することができる。
また、本装置は、前記移動体５を移動させるために相対回転駆動体６に溝を設けていた従来装置の構成とは異なるため、溝部に異物を噛み込む等の不都合が生じ得ない。よって、相対回転駆動体６の反復動作が確実なものとなり、信頼性の高い弁開閉時期制御装置を得ることができる。

（相対回転位置の決定）
前記駆動回転体２および前記従動回転体４の相対回転位置の決定は以下のように行なう。
図３に、相対回転駆動体６の駆動態様を示す。図３（ａ）は、エンジンが所定の回転速度で作動しているときの駆動回転体２および従動回転体４、相対回転駆動体６の相対回転位置を示す。ここでは、第１スライダＳ１および第２スライダＳ２が、夫々、第１ガイドＧ１および第２ガイドＧ２の長手方向に沿った略中央の位置にある。リンク部材Ｌは、その長手方向すなわち第１ピンＰ１の軸心と第２ピンＰ２の軸心とを結ぶ直線が、相対回転駆動体６の回転軸芯Ｘと第１ピンＰ１の軸心とを結ぶ直線に対して一定の角度を有している。

図３（ｂ）は、例えばエンジンの回転数が図３（ａ）の状態からさらに高まり、バルブの開き時期が進んだ状態を示している。相対回転駆動体６は、時計方向に回転し、第１ピンＰ１が前記回転軸芯Ｘの側に引き込まれる。前記リンク部材Ｌの長手方向の直線は、相対回転駆動体６の回転軸心Ｘからさらに遠い位置となる。このとき、第１ピンＰ１は、前記回転軸心Ｘに最も近い位置にある。第１スライダＳ１および第２スライダＳ２は、夫々、第１ガイドＧ１および第２ガイドＧ２の長手方向に沿った進角側端部に達している。

図３（ｃ）は、エンジンの回転数が図３（ａ）の状態から低くなり、バルブの開き時期が最も遅い、例えばアイドリング状態を示している。相対回転駆動体６は、図３（ａ）の位置から反時計方向に回転し、前記リンク部材Ｌの長手方向の直線は、相対回転駆動体６の回転軸心Ｘと略一致している。第１ピンＰ１の位置は、前記回転軸心Ｘから最も遠い位置にある。第１スライダＳ１および第２スライダＳ２は、夫々、第１ガイドＧ１および第２ガイドＧ２の長手方向に沿った遅角側端部に達している。

相対回転駆動体６の駆動は、図１及び図４に示す遊星歯車機構を用いて行う。上述したごとく、前記相対回転駆動体６には、例えば三つのプラネタリギアｇ１を設けてある。当該プラネタリギアｇ１は、筒状の駆動回転体２の外周縁部に形成したリングギアｇ２と、弁開閉時期制御装置のケース８の側に設けたサンギアｇ３とに係合している。
当該サンギアｇ３は、モータＭで駆動させる。モータＭの駆動は、図示しない駆動回路及び制御装置によって制御する。制御装置は、クランク角・カム角・エンジン回転数・エンジン負荷等の各種入力信号に基づき、エンジンの運転状態に応じた制御信号を駆動回路に出力する。

（摩擦板）
一般に、弁開閉時期制御装置では、エンジンが作動しているとき、カム軸３は、バルブ開閉機構からの反力トルクを受ける。このトルクが、前記第２スライダＳ２・第１スライダＳ１・駆動回転体２の順に伝達される。このとき、相対回転駆動体６が自由回転していると、三つの回転体が相対回転して、駆動回転体２と従動回転体４とが所期の回転位相にならない。

三つの回転体は互いに連係しており、前記移動体５が径方向の内外に移動することで、全ての回転体が相対回転する。よって、エンジン回転時に駆動回転体２と従動回転体４との上記相対回転を止めるためには、三つの回転体のうちの何れか二つの回転体どうしの相対回転を阻止すればよい。
そこで、本発明の弁開閉時期制御装置では、前記駆動回転体２および前記従動回転体４、前記相対回転駆動体６から二つの回転体を選択して得られる組のうち、少なくとも一組の回転体の間に摩擦板を備えている。

図１には、例えば、前記従動回転体４と前記相対回転駆動体６との間に摩擦板９を設けた例を示す。当該摩擦板９と従動回転体４との間には、摩擦板９を相対回転駆動体６に押し付け付勢する複数の付勢手段１０を設けてある。前記付勢手段１０としては、例えば、図１に示すようなコイルスプリングを用いる。勿論、その他にも、板バネやトーションバネ等、任意の付勢手段を用いることができる。
尚、前記モータＭによって相対回転駆動体６を駆動させる際には、前記摩擦板９による摩擦力以上の力を付与することができるため、駆動回転体２と従動回転体４との相対回転角度を変更制御することは容易である。

（必要な摩擦トルク）
カム軸３から従動回転体４に入力したトルクは、前記駆動回転体２および前記相対回転駆動体６の双方あるいは何れか一方に伝達される。前記摩擦板９は、カム軸３から伝達されるこのトルクを打ち消し、三つの回転体２，４，６どうしの相対回転を阻止する必要がある。これら三つの回転体の相対回転を阻止するには、何れか二つの回転体同士の相対回転を阻止すればよい。以下には、二つの回転体の組み合わせにつき、双方の回転体どうしに生じるトルクの大きさを示す。

三つの回転体は互いに連係しているため、カム軸３から従動回転体４に入力されたトルクは駆動回転体２と相対回転駆動体６とに適宜配分される。しかし、説明を簡単にするために、図５には、前記トルクの全てが駆動回転体２に伝達された場合を示し、図６には、前記トルクの全てが相対回転駆動体６に伝達された場合を示す。

今、従動回転体４に入力されたトルクが、第２ガイドＧ２によって移動体５に力Ｆｃとして伝達されたとする。このＦｃは、図５に示すごとく、駆動回転体２の第１ガイドＧ１に伝達される。この時、Ｆｃは、第１ガイドＧ１に直角な方向と、第１ガイドＧ１に沿った方向とに分けられ、Ｆ１ａおよびＦ１ｂとなる。このうちＦ１ａが駆動回転体２を回転させる力となる。このＦ１ａの向かう方向と、駆動回転体２の回転軸心Ｘとの距離Ｒ１とを掛け合わせた力が駆動回転体２を回転させるトルクとなる。

一方、図６には、カム軸３から従動回転体４に入力した力の全てが、相対回転駆動体６に伝達する様子を示す。移動体５に入力された力Ｆｃは第１ピン部材Ｐ１およびリンク部材Ｌ、第２ピン部材Ｐ２を介して相対回転駆動体６に伝達される。この時、Ｆｃは、リンク部材Ｌの長手方向に沿った方向の力ＦＬａと、長手方向に垂直な方向の力ＦＬｂとに分けられる。このうちＦＬａが相対回転駆動体６を回転させる力として作用する。そして、第１ピン部材Ｐ１の中心および第２ピン部材Ｐ２の中心を結ぶ直線と、相対回転駆動体６の回転軸心Ｘとの距離ＲＬに、上記ＦＬａを掛けた力が相対回転駆動体６を回転させるトルクとなる。

カム軸３から伝達されるトルクの全てが前記駆動回転体２或いは前記相対回転駆動体６に伝達されると仮定した場合には、以上のように、伝達トルクの大きさを算出することができる。よって、前記摩擦板９を、駆動回転体２或いは相対回転駆動体６に当接して設ける場合には、夫々の場合に算出したトルクを上回る摩擦トルクを発生可能な摩擦板９を設けるとよい。

尚、現実には、従動回転体４を介してカム軸３から入力されたトルクは、駆動回転体２と相対回転駆動体６とに分散されるため、摩擦板９によって生じさせる摩擦トルクは上記で求めたものよりも小さくなる。

現実には、カム軸３からのトルクの伝達に際して、トルクの一部が各部材間の摩擦抵抗や発熱によって消費される。よって、上記何れの箇所に摩擦板９を設けた場合でも、摩擦板９で発生させるべきトルクは、上記のごとく算出したトルクより小さくなると予測できる。

以上のように、本発明の弁開閉時期制御装置では、摩擦板９を任意の位置に設けて、カム軸３からのトルクを容易に打ち消すことができる。この結果、エンジン運転中に、弁開閉時期制御装置を構成する各回転体同士の相対位置が変化することを確実に防止することができる。そして、相対回転駆動体６の駆動をリンク部材Ｌの揺動に基づいて行なうから、相対回転駆動体６の作動が円滑かつ確実なものとなり、正確なエンジンの弁開閉時期制御を長期に亘って維持することができる。

本発明の弁開閉時期制御装置を示す側方断面図 摩擦板の取付状況を示す断面図 弁開閉時期制御装置の動作態様を示す説明図 弁開閉時期制御装置の動作態様を示す説明図 カム軸からのトルクの伝達態様を示す説明図 カム軸からのトルクの伝達態様を示す説明図

符号の説明

２ 駆動回転体
３ カム軸
４ 従動回転体
５ 移動体
６ 相対回転駆動体
９ 摩擦板
１０ 付勢手段
Ｇ１ 第１ガイド
Ｇ２ 第２ガイド
Ｌ リンク部材

Claims (4)

1. クランク軸と一体回転する駆動回転体に形成した第１ガイドと、
   カム軸と一体回転する従動回転体に形成した第２ガイドと、
   前記第１ガイドおよび前記第２ガイドに係合して案内移動自在な移動体とを有し、
   前記移動体を変位させることで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを互いに相対回転させる弁開閉時期制御装置であって、
   一端を前記移動体に揺動自在に取り付けると共に他端を相対回転駆動体に揺動自在に取り付けたリンク部材を備え、前記相対回転駆動体を前記駆動回転体及び前記従動回転体に対して相対回転させ、前記移動体を移動させる弁開閉時期制御装置。
2. 前記駆動回転体、および、前記従動回転体、前記相対回転駆動体から二つの回転体を選択して得られる組のうち、少なくとも一組の回転体の間に摩擦板を備えた請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記相対回転駆動体を自由状態にして前記クランク軸を回転させるとき、前記得られる夫々の組において双方の回転体を相対移動させようとするトルクに対して、当該トルクに抗するよう前記摩擦板に生じる摩擦トルクが、前記相対移動させようとする何れのトルクよりも大きく設定してある請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記摩擦板が前記二つの回転体によって挟持され、当該摩擦板を一方の回転体に押し付ける付勢手段を備えた請求項２又は３に記載の弁開閉時期制御装置。

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