JP2007120339A - 内燃機関の可変バルブタイミング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電磁ブレーキ体8とドラム9との摺接部分の摩擦・摩耗による温度上昇やヒステリシスの発生を低減・回避する。
【解決手段】 ドラム9に軸方向に対向配置された電磁ブレーキ体8を備え、電磁ブレーキ体8に生じる磁力を制御することにより、クランクシャフトに対するカムシャフト2の位相を変化させる。電磁ブレーキ体8とドラム9とが摺接可能に対向する対向面部8a,9aの一方に、軸方向に段差ΔDを有する凹凸面部41を周方向に沿って設け、他方に、凹凸面部41に摺接する可動子42を軸方向に移動可能に設ける。
【選択図】 図4
【解決手段】 ドラム9に軸方向に対向配置された電磁ブレーキ体8を備え、電磁ブレーキ体8に生じる磁力を制御することにより、クランクシャフトに対するカムシャフト2の位相を変化させる。電磁ブレーキ体8とドラム9とが摺接可能に対向する対向面部8a,9aの一方に、軸方向に段差ΔDを有する凹凸面部41を周方向に沿って設け、他方に、凹凸面部41に摺接する可動子42を軸方向に移動可能に設ける。
【選択図】 図4
Description
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させて吸・排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置の改良に関する。
吸・排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置として、電磁ブレーキ体を備えた電磁式のものが例えば特許文献1に開示されている。この電磁式可変バルブタイミング装置では、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に移動部材が設けられ、この移動部材に係合するドラムが、捩りスプリング等の付勢手段によりカムシャフトの回転方向へ付勢されている。そして、磁力によりドラムの軸方向一側面を電磁ブレーキ体により吸引し、両者を摺接させてドラムに摩擦による制動力を付与することにより、ドラムの回転を遅延させて移動部材を軸方向に変位させ、クランク回転体に対するカムシャフトの位相を変化させるように構成されている。電磁ブレーキ体とドラムとの対向面部には、例えば熱硬化性樹脂を含浸したプレート状の多孔質成形体からなる摩擦材が設けられている。
特開2002−97908号公報
このような従来の可変バルブタイミング装置にあっては、非常に高速で摺動する摩擦材とその対向面とをほぼ全面にわたって面接触させているので、摺動熱により摺動面の温度が非常に高温となり易く、例えばエンジンオイルによる十分な冷却を行う必要がある。また、摩擦材が高速・高温条件下で摺動することから、摩擦材の摩耗・変形に伴うヒステリシスを生じ、制御性に対して悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置は、クランクシャフトからカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、この移動部材に係合するドラムと、このドラムに軸方向に対向配置され、機関固定体に対してカムシャフト回りの相対回転が規制された電磁ブレーキ体と、この電磁ブレーキ体に生じる磁力を制御する駆動制御手段と、を有し、上記磁力により電磁ブレーキ体をドラムに吸引して、上記ドラムに制動力を作用させ、上記移動部材を介してクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させるものである。そして、上記電磁ブレーキ体とドラムとが摺接可能に対向する対向面部の一方に、軸方向に段差のある凹凸面部が周方向に沿って設けられていることを特徴としている。
本発明によれば、電磁ブレーキ体とドラムとが摺動する対向面部の少なくとも一方に設けられた凹凸面部を、対向面部の他方が乗り越える際の回転方向のトルクによって、ドラムに制動力が付与される。従って、従来のようにプレート状の摩擦材を対向面にほぼ全面にわたって面接触させる場合に比して、摩擦による影響が小さく、つまり摩擦による温度上昇が低く抑制されるので、冷却の必要性が低くなり、冷却に必要な油量を抑制できるとともに、摩擦によるヒステリシスの発生が抑制され、制御性を向上することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。図1に示すように、この可変バルブタイミング装置は、吸・排気弁(吸気弁又は排気弁)を駆動するカムシャフト2の外周に同軸上に配置され、図外のクランクシャフトと同期して回転するクランク回転体18と、このクランク回転体18からカムシャフト2への回転動力伝達経路に設けられた略筒状の移動部材11と、この移動部材11の軸方向一側(図1の左側)に係合するドラム9と、このドラム9をクランク回転体18に対してカムシャフト2の回転方向へ付勢する付勢手段としての捩りコイルスプリング10と、ドラム9の軸方向外側(図1の左側)のドラム側対向面部9aに対向配置された電磁ブレーキ体8と、この電磁ブレーキ体8を覆うように、機関本体側のスプロケットカバー6に固定されたカバー7と、このカバー7に対する電磁ブレーキ体8のカムシャフト2回りの相対回転を規制する回転規制機構30と、を有している。後述するように、駆動制御部1により電磁ブレーキ体8を通電して磁力を発生させることにより、電磁ブレーキ体8とドラム9との対向面部8a,9aを摺接させてドラム9に制動力を与え、このドラム9のカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、移動部材11を介してクランクシャフトに対するカムシャフト2の位相が変化するように構成されている。
カムシャフト2の一端部には、このカムシャフト2と一体的に回転する筒状のスプラインシャフト13が固定ボルト3及び位置決めピン21を介して固定されている。クランク回転体18は、チェーン4が巻き掛けられ、このチェーン4を介してクランクシャフトの回転動力が伝達されるスプロケット5と、捩りコイルスプリング10の外周の一部を覆うスプリングカバー22と、捩りコイルスプリング10の一端を受けるスプリングケース12と、これらの部材5,22,12を共締め固定する複数のボルト17と、を備えており、スプラインシャフト13の外周に相対回転可能に外嵌されている。
移動部材11の内周面とスプラインシャフト13の外周面とはヘリカルスプライン27により互いに噛合し、移動部材11の外周面とスプリングケース12の内周面とはヘリカルスプライン28により互いに噛合している。従って、移動部材11がカムシャフト2の軸方向(図1の左右方向)へ移動すると、スプラインシャフト13とスプリングケース12とが相対的に回転して、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化する。
ドラム9は、ベアリング14を介してスプラインシャフト13の外周に相対回転可能に取り付けられている。なお、このドラム9の内周には、ベアリング14の軸方向一側面に係合する止め輪23が取り付けられている。このドラム9の内周面と、移動部材11の外周面とは、角ネジ29により互いに噛合している。従って、ドラム9が移動部材11に対して相対的に回転すると、この移動部材11がドラム9に対して軸方向へ移動する。また、ドラム9の軸方向一端部には、フランジ部9bが径方向外方へ張出形成され、このフランジ部9bに、捩りコイルスプリング10の他端を受けるピン24が設けられているとともに、電磁ブレーキ体8のブレーキ側対向面部8aに対向・摺接可能に対向するドラム側対向面部9aが形成されており、かつ、後述する可動子42(図4等参照)が取り付けられている。
略環状をなす電磁ブレーキ体8は、駆動制御部1から機関運転状態に応じて通電制御される電磁コイル25と、この電磁コイル25を収容するハウジング26と、を備えている。そして、ドラム9のドラム側対向面部9aに摺接可能に対向する軸方向内側のブレーキ側対向面部8aには、後述するように、軸方向に段差のある凹凸面部41、いわゆるディンプルが周方向に沿って設けられている。
回転規制機構30は、電磁ブレーキ体8のハウジング26の軸方向外壁部に固定され、この外壁部より軸方向外方へ突出する円柱状の一対の第1突起部31及び第2突起部32と、この外壁部に対向するカバー7の内壁部に凹設され、第1突起部31及び第2突起部32がそれぞれ緩く嵌合(遊嵌)する略円孔状の一対の第1嵌合部33及び第2嵌合部34と、により構成されている。つまり、カバー7に対する電磁ブレーキ体8の僅かな変位を許容するように、突起部31,32に比して第2嵌合部33,34が大径かつ長尺に形成されている。なお、組付誤差等を考慮して電磁ブレーキ体8とカバー7との間に僅かな隙間D1を確保するように、電磁ブレーキ体8が配設されるドラム9とカバー7との間の軸方向寸法は、電磁ブレーキ体8の軸方向寸法よりわずかに大きく設定されている。
カバー7には、電磁ブレーキ体8の内周面に適宜な隙間を介して対向するガイド部7bが突出形成されている。つまり、カバー7は、電磁ブレーキ体8の過度な変位を規制するように、電磁ブレーキ体8の三方を囲っている。上記のクランク回転体18,移動部材11及び電磁ブレーキ体8は、通常の状態ではカムシャフト2の中心軸L1と同軸上に配置されている。なお、スプラインシャフト13には、各軸受部分に潤滑油を供給するための適宜な潤滑油路36,37,38が形成されている。
電磁ブレーキ体8が通電されていない初期状態(非作動状態)では、ドラム9は捩りコイルスプリング10の付勢力によりクランク回転体18に対して最もカムシャフト2の回転方向に回転した所定の初期位置に保持されており、この状態で、クランク回転体18,移動部材11,ドラム9及び及びカムシャフト2が同期して回転する。このような初期状態から、駆動制御部1により電磁ブレーキ体8を通電すると、両者間に発生する磁力により電磁ブレーキ体8がドラム9を吸引する。これにより、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面部8a,9aが摺動して、ドラム9に対して回転方向の制動力が作用し、捩りコイルスプリング10のバネ力に抗してドラム9のカムシャフト2回りの回転が適宜に遅延される。これにより、ドラム9が移動部材11に対して相対回転して、角ネジ29を介して移動部材11が軸方向に移動するとともに、ヘリカルスプライン27,28を介してスプリングケース12とスプラインシャフト13とが相対的に回転する。この結果、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化して、吸・排気弁のバルブタイミングが適宜に変更される。電磁ブレーキ体8の吸引力をデューティ制御し、この吸引力と捩りコイルスプリング10の付勢力とをバランスさせることにより、ドラム9の遅延量を所定の制御範囲内で任意に制御することが可能で、バルブタイミングを無段階に変更することができる。
そして、図2や図4にも示すように、電磁ブレーキ体8のブレーキ側対向面部8aに、両対向面部8a,9aが接近・離間する方向である軸方向に段差ΔDが与えられた凹凸面部41が周方向に沿って設けられている。凹凸面部41は、周方向位置によって軸方向高さが異なる起伏形状をなしており、例えば図5に示すように断面半円弧状の谷部41Aと山部41Bとが周方向に交互かつ滑らかに連続する湾曲面をなし、あるいは図7(A)に示すように断面略矩形状の溝部41Cと突条部41Dとが交互に形成される鍵型形状をなしており、あるいはジグザグ形状等に形成される。この凹凸部41は、一般的な切削加工の他、ショットブラスト等の微少な凹凸を付ける加工法により成形することができる。
一方、この凹凸面部41に対向するドラム側対向面部9aには、上記の凹凸面部41に摺接する可動子42が設けられている。可動子42は、周方向に所定間隔L1毎に複数設けられている。各可動子42は、磁性体であって、例えば図5〜8に示すように球状をなすボール42Aであり、あるいは図4に示すように軸方向に進退するピストン42Bである。
可動子42は、凹凸面部41の段差ΔDに追従するように軸方向に移動可能にドラム9に支持されている。例えば図4に示すように、可動子としてのピストン42Bがドラム9に形成されたシリンダ43内に軸方向に進退可能に嵌合している。また、ピストン42Bに凹凸面部41側への予圧(プレロード)を与えるように、シリンダ43にはピストン42Bを凹凸面部41側へ付勢する予圧ばね44が設けられている。また、ピストン42B及び予圧ばね44の脱落を防止するために、ピストン42B後端の大径フランジ部49及び予圧ばね44の後端を受けるばね受け部50に係合するストッパ部45,46が設けられている。なお、図6及び図8に示す例でも、可動子としてのボール42Aを軸方向に移動可能に収容する受容部43Aがドラム側対向面部9aに凹設されている。
また、図4の例では、電磁ブレーキ体8の電磁コイル25とドラム9との間、より詳しくは凹凸面部41を除くブレーキ側対向面部8aとドラム側対向面部9aとの間に所定のギャップ(隙間)ΔGを確保するように、非磁性体からなるギャップ調整部47が、電磁ブレーキ体8の対向面部8aの直ぐ外周側に設けられている。
あるいは図6に示すように、上記のギャップ調整部47のない簡素な構成としても良い。この場合、ブレーキ側対向面部8aの中で凹凸面部41を除く一般面部がドラム側対向面部9aと面接触することのないように、凹凸面部41を一般面部に対してドラム9側へ張り出させている。
凹凸面部41の形状及び段差ΔDは、適用されるエンジンに応じて設定されるが、図7(B)にも示すように、少なくとも可動子42を軸方向に弾きだすことが可能なものとされる。例えば図9に示す比較例のように段差ΔDが大きく、可動子42が凹凸面部41の溝部41Cから抜け出せないおそれがあるものは不適である。また、図7(A)に示すように隣り合う可動子42間のピッチL1と、凹凸面部42の各凹凸ピッチL2とは、ほぼ同じ値であっても良く、あるいはそれぞれ要求に応じて異なる値としても良い。
凹凸面部41と可動子42の摺接部分に対し、接触時の打音の発生を防止するための表面処理、つまりメッキを施したり別材質を塗布しても良い。但し、その材質は透磁性の高いものである必要がある。
以上のような構成によれば、図7に示すように、可動子42は磁力による吸着力や予圧ばね44の付勢力により矢印Fgに示すように凹凸面部41側へ押しつけられており、この可動子42が凹凸面部41の中でドラム9側へ張り出した山部41Bや突条部41Dを乗り越えようとする際に、矢印Factに示すように回転方向の成分を含むトルクが作用し、上述したようにドラム9を回転方向に遅延させようとする制動力が作用する。このように多数の可動子42が凹凸面部41の山部や突条部を乗り越えようとする際に比較的大きな制動力が断続的に作用することから、上記の従来技術のように対向面部に摩擦材を設けて面接触させる場合に比して、摩擦による影響が低減され、具体的には摩擦による温度上昇が抑制され、冷却の必要性が低減又は解消されるとともに、摩擦による変形・摩耗に伴うヒステリシスの発生が抑制又は解消されるために、バルブタイミング制御の信頼性・安定性が向上する。
以上の説明より把握し得る本発明の技術的思想について説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の予圧ばね44に代えて油圧により可動子42を凹凸面部41側へ付勢するようにしても良い。また、凹凸部41に接触する部分(可動子42)を軸方向に移動可能な構成とせず、より簡易的に、例えば図5に示すようにボール42Aの一部がドラム側対向面部9aの表面から張り出す状態で、このボール42Aをドラム側対向面部9aに固定しても良い。
(1)本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置は、クランクシャフトからカムシャフト2への回転動力伝達経路に設けられた移動部材11と、この移動部材11に係合するドラム9と、このドラム9に軸方向に対向配置され、カバー3等の機関固定体に対してカムシャフト2回りの相対回転が規制された電磁ブレーキ体8と、この電磁ブレーキ体8に生じる磁力を制御する駆動制御部1のような駆動制御手段と、を有し、上記磁力により電磁ブレーキ体8をドラム9に吸引して、上記ドラム9に制動力を作用させ、上記移動部材11を介してクランクシャフトに対するカムシャフト2の位相を変化させる。そして、電磁ブレーキ体8とドラム9とが摺接可能に対向する対向面部8a,9aの一方に、軸方向に段差ΔDを有する凹凸面部41、いわゆるディンプルが周方向に沿って設けられている。
これにより、従来のように対向面部に摩擦材を設けて面接触させる場合に比して、摩擦による影響が低減され、具体的には摩擦による温度上昇が抑制され、冷却の必要性が低減又は解消されるとともに、摩擦による変形・摩耗に伴うヒステリシスの発生が抑制又は解消されるために、バルブタイミング制御の信頼性・安定性が向上する。
(2)対向面部8a,9aの他方に、凹凸面部41に摺接する少なくとも一つの可動子42が設けられる。この可動子42は、上記凹凸面部41の段差に追従するように軸方向に移動可能に支持されている。このように凹凸面部41に摺接する可動子42を軸方向に移動可能とすることによって、可動子42と凹凸面部41とのエアギャップを0(ゼロ)又は極小状態に維持することができ、エアギャップによる磁力の減衰を低減して、安定した制動力を得ることができる。
(3)可動子42を良好に凹凸面部41へ接触させるために、例えば上記の予圧ばね44のように、好ましくは可動子42を凹凸面部41へ向けて付勢する、つまり可動子42に凹凸面部41側への予圧(プレロード)を与える付勢手段を設ける。
(4)制動力が安定して得られるように、好ましくは多数の可動子42を周方向に間欠的に設ける。可動子42の数は、要求制御性に応じて設定される。
(5)更に好ましくは、電磁ブレーキ体8とドラム9との間のギャップΔGを確保するために、上記電磁ブレーキ体8及びドラム9の少なくとも一方に非磁性体からなるギャップ調整部47を設ける。
1…駆動制御部(駆動制御手段)
2…カムシャフト
8…電磁ブレーキ体
8a…ブレーキ側対向面部
9…ドラム
9a…ドラム側対向面部
11…移動部材
41…凹凸面部
42…可動子
44…予圧ばね(付勢手段)
47…ギャップ調整部
2…カムシャフト
8…電磁ブレーキ体
8a…ブレーキ側対向面部
9…ドラム
9a…ドラム側対向面部
11…移動部材
41…凹凸面部
42…可動子
44…予圧ばね(付勢手段)
47…ギャップ調整部
Claims (6)
- クランクシャフトからカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、この移動部材に係合するドラムと、このドラムに軸方向に対向配置され、機関固定体に対してカムシャフト回りの相対回転が規制された電磁ブレーキ体と、この電磁ブレーキ体に生じる磁力を制御する駆動制御手段と、を有し、上記磁力により電磁ブレーキ体をドラムに吸引して、上記ドラムに制動力を作用させ、上記移動部材を介してクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置であって、
上記電磁ブレーキ体とドラムとが摺接可能に対向する対向面部の一方に、軸方向に段差のある凹凸面部が周方向に沿って設けられていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング装置。 - 上記対向面部の他方に、上記凹凸面部に摺接する少なくとも一つの可動子が設けられ、この可動子は、上記凹凸面部の段差に追従するように軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記可動子を凹凸面部へ向けて付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記可動子が、周方向に間欠的に複数設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記電磁ブレーキ体及びドラムの少なくとも一方に、電磁ブレーキ体とドラムとの間のギャップを確保するための非磁性体からなるギャップ調整部が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記凹凸面部が電磁ブレーキ体に設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
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JP2005310594A JP2007120339A (ja) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | 内燃機関の可変バルブタイミング装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7881856B2 (en) | 2008-04-03 | 2011-02-01 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for and method of controlling fuel injection of engine |
WO2011105125A1 (ja) | 2010-02-24 | 2011-09-01 | 日産自動車株式会社 | アクセルペダル踏力制御装置 |
WO2013098908A1 (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 日鍛バルブ株式会社 | 自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造 |
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2005
- 2005-10-26 JP JP2005310594A patent/JP2007120339A/ja active Pending
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JPWO2013098908A1 (ja) * | 2011-12-26 | 2015-04-30 | 日鍛バルブ株式会社 | 自動車用エンジンにおける位相可変装置の電磁ブレーキ冷却構造 |
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