JP2007092674A - 回転位相可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で信頼性の高い中間位相ロックが実現できるようにした回転位相可変装置を提供すること。
【解決手段】スプロケット１の円筒面部１ｂとカムシャフト３と一体回転する本体ボディ２のカム面２ａとの間にローラ５を収容し、スプロケット１と本体ボディ２とをローラ５を介したくさび係合で相対回転を規制してスプロケット１とカムシャフト３の相対回転をロックする。また、スプロケット１とカムシャフト３の相対回転角に連動して軸方向へ変位する位相検出部材８と、駆動アクチュエータ２０により目標位相変換角に相当する軸方向位置へと駆動される位相制御部材９と、位相制御部材９と共に円周方向に相対運動する保持器７とを設ける。位相検出部材８に形成されたステップ溝８ａによりを円周方向に相対駆動する位相制御棒１０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸の回転位相を可変制御する装置に係り、特に内燃機関における吸気バルブの開閉時期を運転状態に応じて可変制御するのに好適な回転位相可変装置に関する。

現世代の内燃機関の中で、特に小型且つ高性能が要求される自動車用ガソリンエンジンでは、吸気バルブと排気バルブの開閉に使用されるカム軸(カムシャフト)をシリンダの上部に配置した、いわゆるＳＯＨＣ方式(シングル頭上カム軸方式)やＤＯＨＣ方式(ダブル頭上カム軸方式)方式が一般的であり、しかも近年は、これらバルブの開閉時期を可変制御する方式も一般化の機運にある。

ところで、このようなＯＨＣ方式やＤＯＨＣ方式のバルブ開閉機構の場合、そのカム軸の駆動には、通常、エンジンのクランク軸に取付けたスプロケットとカム軸に取付けたスプロケットの間にチェーン又はコグドベルト(歯付きベルト)を掛けわたした回転伝達機構が用いられる。

この場合、トルク入力側となるカム軸側のスプロケットと、トルク出力側となるカム軸の間の位相(回転位相)を変えてやれば、バルブタイミングの可変制御が得られることになるが、このとき使用される回転位相制御装置の一種に、油圧を用いたベーン式のアクチュエータがあり、このベーン式アクチュエータを用いた可変バルブタイミング制御装置についても従来から種々の提案がなされている。

そして、このベーン式の可変バルブタイミング制御装置では、第１回転部材であるタイミングプーリの内部にカムシャフトと一体回転するベーンロータを第２回転部材として備え、ベーンロータを進角側又は遅角側に回転させる進角油圧室と遅角油圧室とが設けられていて、エンジン運転状態に応じた進角油圧室と遅角油圧室への油圧の給排により、ベーンロータは進角又は遅角側に回動させ、これにより生じるタイミングプーリとカムシャフトの回転位相変化、すなわち第1回転部材と第２回転部材の回転位相変化により吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期を変えているものてある。

ところで、このような可変バルブタイミング制御装置では、一般にエンジンが停止しているときと始動時には前記第１回転部材と第２回転部材の回転位相の制御がなされないので、エンジン始動時に始動可能なバルブタイミングに保持し、始動直後のカムシャフトの回転変動トルクによる勝手な位相変換を防止するために、バルブタイミング制御が可能な状態にない間は前記第１回転部材と第２回転部材の回転位相をロックする方法がとられていた(例えば、特許文献１参照。)。

そして、この方法の場合、ベーンロータとタイミングプーリとの間には、両者の相対回転を必要に応じて鎖錠したり解除したりするロック機構が設けられているが、このロック機構はベーンロータがタイミングプーリに対して最遅角位置又は最進角位置にあるとき、ベーンロータ内の軸方向に形成された穴に挿入されたピストン部材端部のテーパピン部分がタイミングプーリの所定位置に形成されたテーパ係止穴と円周方向に当接することにより相対回転を拘束するものである。

そして、この従来技術のロック機構では、確実なエンジン始動を実現するため、ロック位相を位相変換角度の端部である最遅角位置や最進角位置に設定し、進角タイプであればカムシャフトの遅角回転方向トルクで最遅角位置に戻る性質を利用して端部でロックする構造としている。
特開平９−６０５０８号公報

上記従来技術は、カムシャフトに作用するトルク変動の時間平均がカムシャフトの遅角回転方向に作用することを利用し、位相変換角度の端部である最遅角位置にロック位相を設定してエンジン始動時の確実なロックにより実現している。

ところで、エンジン始動時、最進角位置と最遅角位置の中間の位相、つまり中間位相にロックすることができれば、エンジン始動特性が改善され、エンジン始動時のロック位相から進角と遅角の両方向に位相が変換でき、従来方式に比較して更なるメリットの引き出しが可能になるが、しかし、上記方式のバルブタイミング制御装置の場合、位相変換角度はエンジン始動時のロック位置を起点とするため起点位置より遅角方向に位相変換することができず、始動位置より遅角側に位相変換することで得られる燃費や排気の改善などのメリットを利用することができない。

本発明の目的は、簡易な構成で信頼性の高い中間位相ロックが実現できるようにした回転位相可変装置を提供することにある。

本発明は、小型のバルブタイミング制御装置を実現するため、位相可変に必要な駆動力をカムシャフトのトルク変動に依存するようにしたくさび係合方式の回転位相可変装置に本発明の技法を適用したものでり、特に、このようなカムシャフトのトルク変動を利用して位相変換を実現するくさび係合方式のバルブタイミング制御装置に関して、中間位相でのロック機構を適用することでトルク変動利用くさび係合方式の小型な構成を保ちつつ、中間ロック方式によるエンジンメリットの拡大を付与する方式を実現するようにしたものである。

更に、本発明は、カムシャフトのトルク変動を利用して位相変換を実現するくさび係合方式の特徴を生かし、位相角制御部材を目標位相に対応する軸方向位置へと動かすことで目標位相に自己収束する機能を実現するようにしたものである。

従って、上記目的は、同軸になっている第１の回転部材と第２の回転部材の相対的な回転位相角を指令値に応じて可変制御する回転位相可変装置において、前記第１回転部材と前記第２回転部材の軸方向に対する位置が前記指令値に応じて制御される位相制御部材と、前記第１回転部材と前記第２回転部材の相対的な位相角の差に応じて前記位相制御部材と同じ方向に移動する位相検出部材とを設け、これら位相制御部材と位相検出部材の相対的な位置関係に基づいて前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転移動方向が切替えられるようにして達成される。

このとき、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の間に組込まれ、前記第１の回転部材に対する前記第２の回転部材の回転方向を規制する部材を備え、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが前記部材により制御されるようにしてもよく、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の一方が円筒形内周面を備え、他方が前記円筒形内周面に対向する面に複数の平面部からなるカム面を備えていて、各々が弾性部材を挟んで対になった２個の円柱部材を、前記円筒形内周面と前記複数の平面部の間の空間内に、それぞれ第３の回転部材の櫛歯部分を間に位置させて設け、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが前記第３の回転部材の櫛歯部分の移動により制御されるようにしてもよい。

また、このとき、前記位相角制御部材と前記位相角検出部材の一方が、前記第１回転部材と前記第２回転部材の軸方向に対して傾斜した部分を有するステップ溝を備え、前記位相制御部材と前記位相検出部材の他方が前記ステップ溝に沿って前記一方の部材の移動に連動して移動することにより、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが制御されるようにしてもよく、前記位相制御部材と前記位相検出部材の一方には、前記軸方向に対して傾斜したガイド溝が形成され、他方には、該ガイド溝に沿って移動する連動部材が設けられ、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが、これらガイド溝と連動部材により制御されるようにしてもよい。

更に、このとき、前記位相制御部材と前記位相検出部材の一方には、前記軸方向に対して傾斜したガイド溝が形成され、他方には、該ガイド溝に沿って移動する連動部材が設けられ、前記第３の回転部材が、これらガイド溝と連動部材により移動されるようにしてもよく、前記位相制御部材は、移動方向の一方に付勢する第１の弾性手段と、移動方向の他方にストッパ部材を介して付勢する第２の弾性手段を備え、前記ストッパ部材は、当該位相制御部材の移動範囲において所定の中間位置から前記第２の弾性手段による付勢力の方向では、前記第２の回転部材の溝の端部より移動が阻止され、前記第１の弾性手段による付勢力の方向では、前記位相制御部材と共に移動できるように組込まれており、前記中間位置においては前記第２の弾性手段による付勢力が前記第１の弾性手段による付勢力に比べて大きくされているようにしてもよい。

これを実施形態に則していえば、この実施形態では、エンジンのクランク軸によりこれと同期して回転駆動される第1回転部材とカムシャフトと一体に連結された第2回転部材の間の両回転方向くさび係合のいずれか一方を第3回転部材により選択的に解除する構成としている。

本発明によれば、トルク伝達系に現れるトルク変動を位相変換駆動力に利用するくさび係合方式の回転位相可変装置において、簡易な構成で中間位相でのロック機構と目標位相への自己収束機能が実現されるので、更に小型で軽量な装置とすることができるという効果がある。

以下、本発明による回転位相可変装置について、図示の一実施形態により詳細に説明する。

図１と図２、それに図３は、本発明に係る回転位相可変装置をエンジン用バルブタイミング制御装置に適用した場合の一実施形態で、これらの図において、まず、スプロケット１は、その外周の歯部１ａに噛み合うチェーン(図示せず)により、エンジンのクランク軸から１／２の減速比で回転駆動されるもので、第１の回転部材を構成している。次に本体ボディ２は、カムシャフト３の先端部に固定ボルト４により共締めされ、カムシャフト３と一体にされていて、第２の回転部材を構成している。

このときスプロケット１は、その軸受け部が本体ボディ２により回転支持されており、これによりスプロケット１と本体ボディ２の両者は同軸に配置されていて、回転方向にだけ相対的に変位し、これにより回転位相を可変できるように構成してあることになる。

このとき、特に図４に良く表されているように、本体ボディ２には外周側に向いて多数の平面部を持つカム面２ａが形成され、スプロケット１には内周側に向いた円筒面部１ｂが前記のカム面２ａに対向して形成されている。そして、これらカム面２ａと円筒面部１ｂの間の空間にはくさび部材となる円筒形のローラ５が各カム面２ａに対して一対ずつ挿入されており、更にそれらの一対のローラ５間には予圧バネ６が挿入されている。

この予圧バネ６は、各ローラ５を、相互に離間する方向に押している。そこで、各ローラ５が、カム面２ａと円筒面部１ｂの間隔が狭くなる方向に押し動かされると、カム面２ａと円筒面部１ｂの間に、あたかもくさび(楔)のように係合し、カム面２ａと円筒面部１ｂ、すなわちスプロケット１と本体ボディ２とは、何れの回転方向にも相互に変位できないロック状態にされる。

本体ボディ２にある複数のカム面２ａの隣り合った２平面の中間の位置には、図４に示すように、第３の回転部材である保持器７の櫛歯部分７ａが挿入配置されている。また、この保持器７にはリング形状部７ｂを有し、これから軸方向に突出した櫛歯部分７ａなどの部分が設けてある。

そこで、図４から明らかなように、この櫛歯部分７ａは、それが本体ボディ２のカム面２ａに対して円周方向に移動することにより、その移動方向にあるローラ５を押し、くさび係合を解除させるように働くことになり、このため、保持器７は、スプロケット１及び本体ボディ２に対して円周方向への移動は可能だが、軸方向には移動できないようにに、動きが規制されている。

また、スプロケット１の円筒部の内周面には、図６に示すように、スプライン断面形状をした斜めの溝であるスプライン溝１ｃがガイド溝として形成してあり、本体ボディ２の円筒部の外周面には軸方向に平行な連動機構溝２ｃと位相検出部材溝２ｄが形成してある。そして、この連動機構溝２ｃには、位相検出部材８の本体ボディ連動機構８ｃが、図４に示すように挿入され、位相検出部材溝２ｄには、位相検出部材８がそのまま軸方向に変位可能に挿入されていて、この状態で図５に示すように、スプロケット連動機構８ｂがスプロケット１のスプライン溝１ｃに挿入され、これにより位相検出部材８がスプロケット１に連動されるようになっている。

この位相検出部材８は、図１〜図３と、図６、図７から明らかなように、円筒部と、これから軸方向に突出している条片部を備えていて、これらの図では左側に示されている円筒部には、図６と図７に良く示されているように、軸方向と円周方向に位置が異なる２本の溝を直線或いは曲線で結んだ傾斜を有するステップ溝８ａが形成してあり、図では右側に示されている条片部には、上記したスプロケット連動機構８ｂが取付けられている。

従って、この位相検出部材８は、スプロケット１と本体ボディ２の相対的な回転角度に連動してスプロケット１及び本体ボディ２に対して軸方向に変位し、その軸方向位置は相対回転角に応じて一意に決まるように構成されていることになる。

本体ボディ２の内部には位相制御部材９が軸方向に移動可能に内包されていて、直線駆動形のアクチュエータ２０により、制御シャフト９ｂを介して軸方向に動かされるようになっている。このため、アクチュエータ２０は、図示のように、エンジンの一部Ｅに固定されていて、制御シャフト９ｂは、軸方向には移動制御されるが、回転方向では動きが規制されている。

この制御シャフト９ｂには、制御ピン９ａが一体になった回転部９ｃが回転可能に設けてあり、従って、制御ピン９ａと回転部９ｃは、制御シャフト９ｂに対しては回転可能に、しかし、軸方向には一体になって動くようにして、当該制御シャフト９ａに支持されている。

このアクチュエータ２０は、図では簡略化されて示されているが、いわゆるリニアアクチュエータが用いられていて、制御シャフト９ｂを、図１〜図３では左右方向に直線駆動し、所定の位置に移動させることができるようになっているものであり、例えば一般の電動機とボールネジを用いたリニアアクチュエータを用いればよい。

ここて制御ピン９ａは、図６に示されているように、本体ボディ２に軸方向と並行に形成してある制御ピン溝２ｂと、位相検出部材８に傾斜した段差を有する溝として形成してあるステップ溝８ａ、それに保持器７に軸方向に形成された溝である保持器平行溝７ｃのそれぞれに貫通している。これにより制御ピン９ａは、保持器平行溝７ｃにより、保持器７に対する軸方向への相対運動は可能だが円周方向への相対運動は規制されている。そして、この制御ピン９ａは、スプロケット１と本体ボディ２のが相対回転を規制されロック状態にあるときには、ステップ溝９ａの傾斜部分に当接するようになっている。

また、この制御ピン９ａは、アクチュエータ２０により、保持器７と位相検出部材８に対して軸方向に相対運動すると共に、このときステップ溝８ａに沿ってスプロケット１と本体ボディ２に対して円周方向に相対移動する。このため本体ボディ２の制御ピン溝２ｂは、制御ピン９ａが本体ボディ２に対して相対運動可能なように形成されている。

従って、位相制御部材９、すなわち制御ピン９ａがロック状態にある位置から軸方向に変位すると、制御ピン９ａはステップ溝８ａの傾斜部分に沿って軸方向に変位し、この結果、円周方向への力を受け、本体ボディ２に対して円周方向に移動する。このとき保持器７と制御ピン９ａは円周方向には一体となって変位するので、保持器７は制御ピン９ａと共に本体ボディ２に対して円周方向に移動する。

このようにして保持器７が本体ボディ２に対して円周方向に相対移動すると、図４において、保持器７の櫛歯部分７ａがローラ５を円周方向に押し動かし、ローラ５とカム面２ａ及び円筒面部１ｂで形成されるくさび係合を解除する。そこでくさび係合が解除された方向にスプロケット１と本体ボディ２の相対回転移動が可能になる。

以上の結果、ローラ５とカム面２ａ及び円筒面部１ｂによるくさび係合が形成されているときには、スプロケット１と本体ボディ２はロックされ、何れの回転方向にも相対回転することができず一体となって回転する。このとき位相検出部材８の軸方向位置はスプロケット１と本体ボディ２の相対回転角に連動して一意に決まるため、制御ピン９ａと位相制御部材９の軸方向位置も一意に決まる。

ここで、いま、スプロケット１と本体ボディ２の回転位相を変化させる場合には、アクチュエータ２０を動作させ、位相制御部材９を目標位相角に相当する軸方向位置へと動かす。そうすると、図６(a)の矢印↑と図６(c)の矢印↓に示すように、制御ピン９ａがステップ溝８ａの傾斜部分に沿って円周方向に相対移動する。このとき保持器７は、制御ピン９ａと共に円周方向に移動するので、櫛歯部分７ａが、その方向にあるローラ５を押し動かし、目標とする位相角方向へのくさび係合を解除する。

このとき、本体ボディ２と一体に回転するカムシャフト３には、エンジンの吸排気バルブにあるバルブスプリング等の作用により、正負に交番して現れるトルク変動が作用しており、負トルクのときは進角回転方向にトルクが働き、正トルクのときは遅角回転方向にトルクが作用する。従って、目標位相変換角方向のくさび係合が解除されたことにより、一方向のトルク変動のみが相対回転に作用し、スプロケット１と本体ボディ２は当該方向に相対回転移動されることになる。

しかも、位相検出部材８は、このときスプロケット１と本体ボディ２の相対回転角に連動し、斜めのスプライン溝１ｃに挿入されているスプロケット連動機構８ｂにより規制された状態で軸方向に移動するため、目標位相角に到達すると制御ピン９ａはステップ溝８ａの軸平行な部位から移動して傾斜部分にさしかかり、本体ボディ２に対して相対回転する。

従って保持器７の櫛歯部分７ａはくさび係合によるロックを解除した方向のときとは反対の円周方向に相対移動し、再びローラ５、カム面２ａ、及び円筒面部１ｂのくさび係合によるロック状態が形成され、スプロケット１と本体ボディ２の相対回転位相が新たに規制されることになる。

ここで、いま、くさび係合によりスプロケット１と本体ボディ２の相対回転がロックされている状態において、意図せずスプロケット１と本体ボディ２とが相対回転して位相変化が生じてしまった場合、相対回転角に連動して位相検出部材８が軸方向へと変位し、制御ピン９ａがステップ溝８ａの傾斜に沿って本体ボディ２と位相検出部材８に対して円周方向に相対移動する。保持器７は制御ピン９ａと共に円周方向に相対運動するので、櫛歯部分７ａが元の位相変換角方向へ相対駆動するトルク変動が作用する方向のくさび係合を解除するため、前記の場合と同じように目標位相変換角へと戻ることとなる。

位相制御部材９には、ストッパ１０を介してストッパバネ１１から与えられる軸方向押し付け力と、制御部材バネ１２から与えられる軸方向押し付け力が、相互に軸方向に対向する形で作用するようになっているが、このとき、ストッパ１０は、図１に示すように、本体ボディ２に対して当接することで軸方向への相対移動範囲が規制され、このためストッパバネ１１のバネ力は、ストッパ１０を本体ボディ２に当接させる方向(図１の右方向)に作用するように設定される。従って、図５に示すように、位相制御部材９とストッパ１０とが当接しない位置関係にあるときは、ストッパバネ１１による軸方向押し付け力は、位相制御部材９には作用しないようになっている。

一方、制御部材バネ１２による位相制御部材９への押し付け力は、この位相制御部材９に直接作用し、そのバネ力は、図１に示すように、ストッパ１０が本体ボディ２に当接した状態においてストッパバネ１１を縮める方向に作用するようになっており、従って、ストッパバネ１１と制御部材バネ１２によるバネ力は、図１に示すように、ストッパ１０が本体ボディ２に当接した状態においては相反する方向に作用するようにしてあり、このときアクチュエータ２０には、電流が供給されていないときには制御シャフト９ｂが軸方向にフリーになるという特性を備えたものが用いられている。

そうすると、以上の構成により、エンジン停止時、或いはエンジン始動直後でアクチュエータ２０への電流供給がなされておらず、制御シャフト９ｂが軸方向にフリーなとき、或いは２個のバネ１０、１１による力に比較してかなり小さい軸方向駆動力しか作用していない状態のときは、位相制御部材９は、上記したストッパバネ１１と制御部材バネ１２の軸方向押し付け力の関係から、ストッパ１０が本体ボディ２に当接する場所に位置している図１の状態となる。

従って、この図１の状態をエンジン始動時のロック位置とすることにより、この実施形態によれば、エンジン始動時に最遅角位置と最進角位置の間の回転位相において、スプロケット１と本体ボディ２との相対回転位相を確実にロックすると共に、エンジン始動時のスプロケット１と本体ボディ２の回転位相から遅角、進角の両方向に位相変換を実現できることとなる。

次に、この実施形態の動作について説明する。エンジン始動時には、アクチュエータ２０に通電されていないか、或いは通電されたとしてもストッパバネ１１と制御部材バネ１２のバネ力に比較してかなり小さい軸方向駆動力が発生するに過ぎない程度の電流が通電される状態にあるため、既に説明したように、位相制御部材９はストッパバネ１１と制御部材バネ１２の軸方向押し付け力の関係から、図１に示すように、ストッパ１０が本体ボディ２に当接している始動時の中間ロック位置にある。

従って、スプロケット１と本体ボディ２の回転位相に連動して軸方向に相対運動する位相検出部材８も、図７(b)に示すように、中間ロック位置となる軸方向位置に位置し、スプロケット１と本体ボディ２とはローラ５、カム面２ａ、及び円筒面部１ｂにより形成されるくさび係合により進角・遅角両方向の相対回転が規制されたロック状態にある。

ここで、もしも仮にエンジン始動時のトルク変動や回転変動などによりスプロケット１と本体ボディ２との間に相対回転が生じて位相が変化してしまった場合には、その相対回転角に連動して、図６(a)、又は図６(c)に示すように、位相検出部材８が軸方向に相対移動する。そうすると制御ピン９ａがステップ溝８ａにより円周方向に相対移動し、同時に保持器７も円周方向に相対移動する。

そこで、これにより櫛歯部分７ａが円周方向に相対移動し、ローラ５によるくさび係合ロックが中間ロック位置より進角方向に位相変化した場合には遅角方向ロックが解除され、中間ロック位置より遅角方向に位相変化した場合には進角方向ロックが解除される。

従って、何れの場合も、中間ロック位置に戻る方向のカムシャフト３のトルク変動が本体ボディ２を相対回転駆動することになり、進角と遅角の両方向の相対回転が規制されたロック状態に戻されることになる。

そして、エンジン始動後、図示してないＥＣＵ(エンジン制御ユニット)からの指令により、アクチュエータ２０が制御され、図１の中間ロック位置から進角方向、或いは遅角方向のそれぞれの方向に、任意に回転位相が可変制御されることになる。

ここで、進角方向への位相可変は、まず、アクチュエータ２０により位相制御部材９を目標位相可変角に対応する軸方向位置へと動かすことで、図６(c)の進角方向ロック解除状態に示すように、制御ピン９ａが位相検出部材８に対して、矢印←で示す軸方向に移動し、ステップ溝８ａの傾斜により矢印↓で示す円周方向へと相対移動され、この結果、保持器７は、保持器平行溝７ｃを介して制御ピン９ａと共に円周方向に相対移動し、これにより櫛歯部分７ａがその方向にあるローラ５を押し動かし、進角方向のくさび係合によるロック状態を解除しようとする。

このとき本体ボディ２には、一体になって回転するカムシャフト３のトルク変動が作用している。そこで、いま、ここで進角方向のロックが解除されたことにより進角方向への回転トルクである負トルクが作用したとき、本体ボディ２はスプロケット１に対して回転し進角方向に位相が可変される。しかし、遅角方向のロックは、まだ解除されていないので、遅角方向のトルクである正トルクが作用したときにローラ５、カム面２ａ、及び円筒面部１ｂにより形成されるくさび係合が働き、スプロケット１と本体ボディ２の相対回転が規制され、進角位相に可変されることになる。

従って、正負のトルク変動のうちの負トルクが作用した瞬間にくさび係合が緩み、このときにだけ本体ボディ２がスプロケット１に対して進角方向に間欠的に相対回転することになる。そして、この動作により目標とする位相可変角に到達すると、スプロケット１と本体ボディ２の相対回転角に連動して軸方向に相対移動する位相検出部材８も目標位相可変角に対応する軸方向位置に到達し、制御ピン９ａがステップ溝８ａの斜面部分に当接するようになり、制御ピン９ａは、ステップ溝８ａに沿ってロック解除時とは逆方向の円周方向に移動する。そして、最進角位置では、図３と図７(c)に示す状態になる。

このとき、保持器７は、保持器平行溝７ｃを介して制御ピン９ａと共に円周方向に移動するため、櫛歯部分７ａがロック時とは逆方向の円周方向に移動し、ローラ５、カム面２ａ、及び円筒面部１ｂにより形成されるくさび係合により進角方向にロック状態となり、進角と遅角の両方の位相位置の規制が得られることになる。

遅角方向への位相変換も、上記した進角方向への位相変換のときと同様であり、位相制御部材９をアクチュエータ２０により動かし、目標位相可変角に対応する軸方向位置に移動させることで制御ピン９ａが位相検出部材８に対して矢印→の軸方向に移動し、ステップ溝８ａの段差により、図６(a)に示すように、矢印↑の円周方向へと移動し、保持器７も保持器平行溝７ｃを介して制御ピン９ａと共に円周方向に移動するため、櫛歯部分７ａがその方向にあるローラ５を押し動かし、まず、遅角方向のくさび係合によるロック状態が解除されるようにする。

このときは、まだ遅角方向のロックは解除されていないため、本体ボディ２は正負のトルク変動の正トルクが作用した瞬間にのみスプロケット１に対して遅角方向に間欠的に回転移動することになる。そして、この動作により、移動して目標とする遅角方向の位相角に到達すると、このスプロケット１と本体ボディ２の相対回転に連動して、斜めのスプライン溝１ｃに挿入されているスプロケット連動機構８ｂにより規制された状態で、位相検出部材８も軸方向に移動し、目標位相可変角に対応する軸方向位置に到達したとき、制御ピン９ａがステップ溝８ａの斜面部分に当接するようになり、制御ピン９ａは、ここからステップ溝８ａに沿って動き、ロック解除時とは逆方向の円周方向に移動する。

このとき、保持器７も、保持器平行溝７ｃにより制御ピン９ａと共に円周方向に移動するため、櫛歯部分７ａがロック時とは逆方向の円周方向に移動し、ローラ５、カム面２ａ、及び円筒面部１ｂにより形成されるくさび係合が解除状態にあった遅角方向ロックがロック状態になり、位相位置は、進角と遅角の両方向共に規制される。

この目標位相位置の保持状態において、仮にカムトルク変動や回転変動などによりスプロケット１と本体ボディ２との間に回転が生じて位相が変化した場合、その回転に連動して位相検出部材８が軸方向に移動し、制御ピン９ａがステップ溝８ａにより円周方向に移動する。

そこで、保持器７も、制御ピン９ａの円周方向への移動に連動して円周方向に移動するため、櫛歯部分７ａが円周方向に移動し、ローラ５によるくさび係合ロックが、中間ロック位置より進角方向に位相変化した場合には遅角方向ロックが解除され、中間ロック位置より遅角方向に位相変化した場合には進角方向ロックが解除され、中間ロック位置に戻る方向のカムシャフト３のトルク変動が本体ボディ２を回転移動することなる。そして、最遅角位置では、図２と図７(a)に示す状態になる。

ところで、エンジンが停止状態にあるときの位相角は、エンジン停止前の位相角やトルク変動の作用等により、エンジン始動に適した中間ロック位置に制御されているとは限らない。しかし、この実施形態は、エンジン停止時における惰性回転期間、或いはエンジン始動時のクランキング期間において、エンジンの始動に適した位相角である中間ロック位置に戻る作用が自動的に働くように構成されている。

そこで、以下、この点について説明すると、ここで、いま、エンジンが停止され、アクチュエータ２０への通電が遮断されたとする。そうすると、制御シャフト９ｂは、軸方向にフリーな状態になるか、或いは２個のバネ１０、１１による力に比較して十分小さい軸方向駆動力しか作用していない状態になるが、このとき位相制御部材９には、ストッパ１０を介してストッパバネ１１により与えられている軸方向(図１の右方向)押し付け力と、制御部材バネ１２により与えられている軸方向(図１の左方向)押し付け力が、対向した形で作用している。

このとき、ストッパ１０は、本体ボディ２に当接することにより、軸方向への移動範囲が規制されているので、図２に示すように、遅角方向(図２において右側方向)に位相制御部材９が位置したときにはストッパバネ１１による軸方向押し付け力は作用せず、制御部材バネ１２による位相制御部材９への押し付け力だけが位相制御部材９に直接作用し、そのバネ力は、図１に示す中間ロック位置状態において、位相制御部材９に遅角方向(図１において左側方向)への軸方向押し付け力が作用するので、位相制御部材９は、図６(b)に示す中間ロック位置に収まることになる。

また、位相制御部材９が中間ロック位置にあるときは、制御部材バネ１２による押し付け力よりもストッパバネ１１の押し付け力の方が大きいため、位相制御部材９は、そのまま中間ロック位置にとどまることになりる。

この結果、エンジン停止後の惰性回転期間、或いはエンジン始動時のクランキング期間において、スプロケット１と本体ボディ２の位相が中間ロック位置より進角側に位置していた場合には遅角方向のロックを解除し、中間ロック位置より遅角側に位置する場合には進角方向のロックを解除し、この後、位相角は、カムシャフト３のトルク変動により自動的に中間ロック位置に収束することになり、従って、この実施形態によれば、簡易な構成で中間位相でのロック機構と目標位相への自己収束機能が実現でき、更に小型化と軽量化を図ることができる。

ところで、以上の説明では、本発明に係る回転位相可変装置について、それをエンジン用バルブタイミング制御装置に適用した場合の実施形態について説明したが、本発明の回転位相可変装置は、どのような回転伝達機構にも適用可能なことはいうまでもない。

本発明による回転位相可変装置の一実施形態が中間ロック位置にあるときの断面図である。 本発明による回転位相可変装置の一実施形態が最遅角位置にあるときの断面図である。 本発明による回転位相可変装置の一実施形態が最進角位置にあるときの断面図である。 本発明の一実施形態においてＢ−Ｂ線による断面図である。 本発明の一実施形態においてＣ−Ｃ線による断面図である。 本発明の一実施形態によるロック動作の説明図である。 本発明の一実施形態における位相位置の説明図である。

符号の説明

１：スプロケット(第１の回転部材)
１ａ：歯部
１ｂ：円筒面部
１ｃ：スプライン溝
２：本体ボディ(第２の回転部材)
２ａ：カム面
２ｂ：制御ピン溝
２c：連動機構溝
２ｄ：位相検出部材溝
３：カムシャフト
４：固定ボルト
５：ローラ
６：予圧バネ
７：保持器(第３の回転部材)
７a：櫛歯部分
７ｂ：リング形状部
７ｃ：保持器平行溝
８：位相検出部材
８ａ：ステップ溝
８ｂ：スプロケット連動機構
８ｃ：本体ボディ連動機構
９：位相制御部材
９ａ：制御ピン
９ｂ：制御シャフト
９ｃ：回転部
１０：ストッパ
１０ａ：ストッパ平行溝
１１：ストッパバネ
１２：制御部材バネ
２０：アクチュエータ

Claims (7)

1. 同軸になっている第１の回転部材と第２の回転部材の相対的な回転位相角を指令値に応じて可変制御する回転位相可変装置において、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材の軸方向に対する位置が前記指令値に応じて制御される位相制御部材と、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材の相対的な位相角の差に応じて前記位相制御部材と同じ方向に移動する位相検出部材とを設け、
   これら位相制御部材と位相検出部材の相対的な位置関係に基づいて前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転移動方向が切替えられるように構成したことを特徴とする回転位相可変装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の間に組込まれ、前記第１の回転部材に対する前記第２の回転部材の回転方向を規制する部材を備え、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが前記部材により制御されることを特徴とする回転位相可変装置。
3. 請求項１において、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の一方が円筒形内周面を備え、他方が前記円筒形内周面に対向する面に複数の平面部からなるカム面を備えていて、
   各々が弾性部材を挟んで対になった２個の円柱部材を、前記円筒形内周面と前記複数の平面部の間の空間内に、それぞれ第３の回転部材の櫛歯部分を間に位置させて設け、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが前記第３の回転部材の櫛歯部分の移動により制御されることを特徴とする回転位相可変装置。
4. 請求項１において、
   前記位相制御部材と前記位相検出部材の一方が、前記第１回転部材と前記第２回転部材の軸方向に対して傾斜した部分を有するステップ溝を備え、
   前記位相制御部材と前記位相検出部材の他方が前記ステップ溝に沿って前記一方の部材の移動に連動して移動することにより、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが制御されることを特徴とする回転位相可変装置。
5. 請求項１において、
   前記位相制御部材と前記位相検出部材の一方には、前記軸方向に対して傾斜したガイド溝が形成され、他方には、該ガイド溝に沿って移動する連動部材が設けられ、
   前記第１の回転部材と前記第２の回転部材の相対的な回転方向の切替えが、これらガイド溝と連動部材により制御されることを特徴とする回転位相可変装置。
6. 請求項３において、
   前記位相制御部材と前記位相検出部材の一方には、前記軸方向に対して傾斜したガイド溝が形成され、他方には、該ガイド溝に沿って移動する連動部材が設けられ、
   前記第３の回転部材が、これらガイド溝と連動部材により移動されることを特徴とする回転位相可変装置。
7. 請求項１において、
   前記位相制御部材は、移動方向の一方に付勢する第１の弾性手段と、移動方向の他方にストッパ部材を介して付勢する第２の弾性手段を備え、
   前記ストッパ部材は、
   当該位相制御部材の移動範囲において所定の中間位置から前記第２の弾性手段による付勢力の方向では、前記第２の回転部材の溝の端部より移動が阻止され、前記第１の弾性手段による付勢力の方向では、前記位相制御部材と共に移動できるように組込まれており、前記中間位置においては前記第２の弾性手段による付勢力が前記第１の弾性手段による付勢力に比べて大きくされていることを特徴とする回転位相可変装置。

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