JP3785670B2 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、可変バルブタイミング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンにおいては、エンジン負荷、エンジン回転数等の運転状態の変化に対応させて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを適宜変更して出力性能あるいは排気エミッション性能の改善を図ることが試みられている。
【０００３】
かかるバルブタイミングの可変機構として従来より種々のものが提案されているが、いずれのものにおいても、エンジンのクランク軸により駆動されるプーリー等のトルク伝達部材と該トルク伝達部材を介して駆動されるカムシャフトとの位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、所定の駆動力により上記トルク伝達部材とカムシャフトとを適宜に相対回転させてこれらの位相を変更せしめる駆動手段とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の可変バルブタイミング装置においては、位相変更を行う場合、先ず解除手段により保持手段の位相保持力を解除し、しかる後、駆動手段により所定の駆動力をかけてトルク伝達部材とカムシャフトとの位相を変更するようにしていたため、以下に述べるように位相変更の初期段階において所望の位相方向への駆動手段の駆動力が不足し、一時的に位相が所望している方向と逆方向へ変更され、その結果、かかる位相変更の初期段階においてバルブタイミングが適正タイミングと一時的に不一致となり、エンジンの出力性能あるいは排気エミッション性能の悪化を招来するという問題があった。
【０００５】
即ち、例えば保持手段をツース式のクラッチ機構とし、このクラッチ機構の解除、即ち、保持手段の位相保持力の解除を電磁力を利用して行う一方、駆動手段として、カムシャフトに所定の制動力をかけるブレーキ機構と該ブレーキ機構の作動に伴う上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転に伴って巻き上げられる渦巻きバネとで構成し、上記ブレーキ機構による制動力で一方側への位相変更（例えば、遅角方向への位相変更）を行う一方、上記渦巻きバネに蓄えられた復元方向のバネ力により他方側への位相変更（例えば、進角方向への位相変更）を行うように構成したものを例にとり、その遅角操作時について図２を参照して説明すると、上記問題点は次の通りである。
【０００６】
今、図２において符号Ｌ1で示す目標位相角特性の如き位相変更要求が出された場合の遅角側への位相変更操作について考えると、遅角側への位相変更要求時点（時間ｔ8）において、クラッチ制御信号がＯＮ→ＯＦＦへ切り替わり解除手段が作動しクラッチ機構が締結状態から解除状態へ切り替えられる。しかし、この場合、クラッチ機構は制御信号の入力と同時に締結状態から解除状態に切り替わるものではなく、符号Ｌ4で示す特性図の如くツースの噛合解除の進行に伴って次第に切り替わるものであり、クラッチ解除信号の出力時点（時間ｔ8）から該クラッチ機構が完全に解除される実質的な保持解除時点（時間ｔ9）までに所定の時間がかかる。
【０００７】
この場合、従来は、符号Ｌ3′で示すように実質的な保持解除時点（時間ｔ9）において初めてＯＮ信号を出力するようにしていたため、符号Ｌ6′で示すようにこの実質的な保持解除時点から実際に上記制御信号を受けてブレーキ機構が作動して所定の制動力（即ち、遅角方向への駆動力）が得られるまでに時間がかかり、この間においては駆動手段は「制動力＜バネ力」の関係にあり、結果的に符号Ｌ2′で示すように、このバネ力により位相が一時的に進角側に変更され、バルブタイミングの一時的な不一致が生じるものである。
【０００８】
尚、かかる現象は上記構成の如き可変バルブタイミング装置に限られるものではなく、例えば駆動手段をモーターあるいは油圧機構で構成した場合においても起こり得るものである。
【０００９】
そこで本願発明は、かかる位相変更の初期における一時的なバルブタイミングの不一致を確実に防止し得るようにした可変バルブタイミング装置を提案せんとしてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１１】
本願の第１の発明では、カムシャフトと、クランク軸から駆動トルクを受けてこれを上記カムシャフトに伝達するトルク伝達部材と、上記カムシャフトとトルク伝達部材との間の位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、上記カムシャフトとトルク伝達部材とを相対回転させることでこれらの位相を変更する駆動手段とを備え、該駆動手段は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転を一方向に行わせる電磁ブレーキと、該相対回転を一方向とは逆方向に行わせる弾性部材と、により構成されている可変バルブタイミング装置であって、上記弾性部材は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生する駆動トルクが増大するように構成されており、上記電磁ブレーキの作動を開始させるための 通電制御信号が、上記解除手段による位相保持の実質的な解除時点において電磁ブレーキの制動力が上記弾性部材の発生駆動トルクに抗して上記一方向への位相操作に必要な値まで達するように、上記位相保持の実質的な解除に先立つ所定時期に電磁ブレーキに出力されることを特徴としている。
【００１２】
本願の第２の発明では、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記保持手段を上記カムシャフトとトルク伝達部材とを機械的に連結してこれらを一体回転可能とするクラッチ機構で構成したことを特徴としている。
【００１３】
本願の第３の発明では、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記カムシャフトとトルク伝達部材とのトルク伝達経路中に遊星歯車機構を配置したことを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
本願発明ではかかる構成とすることにより次のような効果が得られる。
【００１５】
１．本願の第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置によれば、カムシャフトとトルク伝達部材との間の位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、上記カムシャフトとトルク伝達部材とを相対回転させることでこれらの位相を変更する駆動手段とを備え、該駆動手段が、上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転を一方向に行わせる電磁ブレーキと、該相対回転を一方向とは逆方向に行わせる弾性部材と、により構成されているものにおいて、上記弾性部材は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生する駆動トルクが増大するように構成されており、上記電磁ブレーキの作動を開始させるための通電制御信号は、上記解除手段による位相保持の実質的な解除時点において電磁ブレーキの制動力が上記弾性部材の発生駆動トルクに抗して上記一方向への位相操作に必要な値まで達するように、上記位相保持の実質的な解除に先立つ所定時期に電磁ブレーキに出力されるので、例え上記電磁ブレーキの制動力がその作動開始から所定の位相変更可能な制動力に達するまでに時間がかかったとしても、位相保持の実質的な解除時点においては十分な制動力が得られ、所望の方向への適正な位相変更が実現され、これにより位相変更の初期段階における電磁ブレーキの制動力不足による一時的なバルブタイミングの不一致に起因するエンジンの出力性能あるいは排気エミッション性能の悪化が未然に且つ確実に防止されるものである。
【００１６】
しかも、上記駆動手段は、カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生駆動トルクが増大するように構成された弾性部材を備えているため、即ち、位相保持の実質的解除と同時に駆動トルクが作用し且つ位相角が大きいほど大きな駆動トルクを発生するような構成であるため、上記効果が確実に得られることになる。
【００１７】
特に、本願の第２の発明にかかる可変バルブタイミング装置の如く、上記保持手段をカムシャフトとトルク伝達部材とを機械的に連結してこれらを一体回転可能とするクラッチ機構で構成したもの、即ち、位相保持の解除指令から実際に解除されるまでに比較的時間がかかる構造のものにおいては、上記効果がより顕著となるものである。
【００１８】
２．本願の第３の発明にかかる可変バルブタイミング装置によれば、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記カムシャフトとトルク伝達部材とのトルク伝達経路中に遊星歯車機構を配置しているので、該遊星歯車機構の減速作用に基づく伝達トルクの増大効果により、上記弾性部材の発生駆動トルクをより小さくすることができ、該弾性部材のコンパクト化、延いては装置全体のコンパクト化に寄与し得るものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２０】
−構造の説明−
図１には、エンジンの可変バルブタイミング装置を示しており、同図において符号１はシリンダヘッド９側に回転自在に支承されたカムシャフト、２はエンジンのクランク軸（図示省略）によりタイミングベルト３を介して駆動されるプーリー（特許請求の範囲中の「トルク伝達部材」に該当する）であり、これらカムシャフト１とプーリー２との位相を変更することでエンジンのバルブタイミングが変更されるものである。
【００２１】
上記カムシャフト１の先端には、後述の遊星歯車機構４の構成部材の一部であるインターナルギヤ５と所定軸長をもつ中空軸部材１１とが同軸上に配置されるととともにこれら各部材は結合ボルト１２により上記カムシャフト１に結合固定され該カムシャフト１と一体回転するようになっている。
【００２２】
上記プーリー２は、軸受３３を介して上記シリンダヘッド９側に回転自在に支承されるとともに、その径方向内側には遊星歯車機構４が配置されている。この遊星歯車機構４は、上記インターナルギヤ５と後述する筒状部材１７の一端側に形成したサンギヤ８と、上記プーリー２と一体形成されたキャリア６に支持された複数のピニオンギヤ７，７，・・とで構成されている。
【００２３】
また、上記遊星歯車機構４の側方には、渦巻きバネ１０（特許請求の範囲中の「弾性部材」に該当し、「駆動手段」の一部を構成する）が、その一端を上記プーリー２側に、他端を後述する筒状部材１７側に、それぞれ固定せしめた状態で配置されている。尚、この渦巻きバネ１０の巻方向については後述する。
【００２４】
上記筒状部材１７は、フランジ部材１８と一体的に結合され、軸受３１を介して上記中空軸部材１１側に回転自在に支承されている。さらに、このフランジ部材１８の一側には、所定径のピッチ円上に位置するようにして複数のツース１８ａ，１８ａ，・・が形成されるとともに、該各ツース１８ａ，１８ａ，・・の径方向外側部分は後述する電磁ブレーキ２１に対する接触面１８ａとされている。
【００２５】
一方、上記中空軸部材１１の先端寄り部位には、次述のスライダー１５と軸受支持部材１３とが配置されている。上記中空軸部材１１は、その一側の外周部に上記フランジ部材１８のツース１８ｂ，１８ｂ，・・と対向するツース１５ａ，１５ａ，・・を設けた略円板状形態を有し、上記中空軸部材１１に対してその軸方向へ移動可能にスプライン結合されている。また、上記軸受支持部材１３は、上記スライダー１５に近接対向する如く上記中空軸部材１１の端部に非回動に取り付けられるとともに、上記スライダー１５との間には、該スライダー１５を常時上記フランジ部材１８側へ押圧付勢するウェーブリング１９を配置している。従って、このウェーブリング１９により上記スライダー１５がフランジ部材１８側に押圧付勢され、その各ツース１５ａ，１５ａ，・・が上記フランジ部材１８の各ツース１８ｂ，１８ｂ，・・に噛合した状態においてはこれらスライダー１５とフランジ部材１８とは相対回転が規制され一体的に回転することになる。即ち、この実施形態のものにおいては、上記カムシャフト１側に連結された上記スライダー１５と上記プーリー２側に上記遊星歯車機構４を介して連結された上記フランジ部材１８とで、特許請求の範囲中の「保持手段」に該当するクラッチ１４を構成している。
【００２６】
一方、上記スライダー１５の裏面側には、ケーシング２６側に固定された状態でコイル１６が近接配置されている。このコイル１６は、特許請求の範囲中の「解除手段」に該当するものであって、励磁されることでその吸引力により上記スライダー１５を上記フランジ部材１８側から引き離してこれらの間の結合状態を解除する（即ち、位相保持作用を解除する）ものであり、その通電制御はＥＣＵ３６からの制御信号を受けて作動するＶＶＴコントローラ３５により行われる。
【００２７】
さらに、上記コイル１６の径方向外側位置には、コイル２２と該コイル２２の磁力を受けてその軸方向へ移動可能とされた接触子２３とからなる電磁ブレーキ２１が配置されている。そして、この電磁ブレーキ２１は、上記コイル２２に通電して上記接触子２３を励磁することで該接触子２３の一端側を上記フランジ部材１８の接触面１８ａに押圧して該フランジ部材１８に所定の制動力を付与するようになっている。この電磁ブレーキ２１のコイル２２への通電制御はＥＣＵ３６からの制御信号を受けて作動するＶＶＴコントローラ３５により行われる。
【００２８】
尚、このこの実施形態のものにおいては、上記フランジ部材１８に制動力をかける上記電磁ブレーキ２１と上記筒状部材１７（即ち、フランジ部材１８）にバネ力をかける上記渦巻きバネ１０とで特許請求の範囲中の「駆動手段」を構成している。
【００２９】
ここで、この「駆動手段」を構成する上記電磁ブレーキ２１と上記渦巻きバネ１０との作動上の相互関係について説明すると、この実施形態のものにおいては、上記電磁ブレーキ２１により上記フランジ部材１８に制動力をかけることで上記遊星歯車機構４を介して上記カムシャフト１の位相が上記プーリー２の位相に対して遅れる（即ち、位相遅角）とともに、このカムシャフト１とプーリー２との相対回転に伴って上記渦巻きバネ１０が巻上げられてバネ力を蓄えるようにしている。これに対して、上記電磁ブレーキ２１による制動力を解除した時は、上記渦巻きバネ１０の復元方向のバネ力による駆動力を受けて上記遊星歯車機構４を介して上記カムシャフト１の位相が上記プーリー２の位相に対して早められる（即ち、位相進角）ようにしている。
【００３０】
−作動の説明−
Ａ：位相保持
カムシャフト１とプーリー２との位相保持は、上記クラッチ１４を締結して上記スライダー１５とフランジ部材１８との一体状態を保持することで行われる。即ち、このスライダー１５とフランジ部材１８とが一体化されてその相対回転が規制されることで上記遊星歯車機構４はロック状態となり、上記プーリー２からのトルクは、キャリア６→ピニオンギヤ７→インターナルギヤ５→カムシャフト１と伝達され、該プーリー２とカムシャフト１とは所定の位相を保持したまま一体的に回転することになる。
【００３１】
Ｂ：遅角操作
遅角操作は、上記コイル１６に通電してその時期吸引力により上記スライダー１５をフランジ部材１８から引き離してクラッチ１４の締結状態を解除し、その上で、上記電磁ブレーキ２１を作動させて上記フランジ部材１８に制動力をかけ、スライダー１５の回転に対してフランジ部材１８の回転を遅くする。すると、スライダー１５と一体回転するカムシャフト１及び遊星歯車機構４のインターナルギヤ５は、フランジ部材１８と一体回転する遊星歯車機構４のサンギヤ８よりも速く回転することになり、上記カムシャフト１の位相はプーリー２の位相に対して遅角されることになる。尚、この場合、上記プーリー２と筒状部材１７との相対回転に伴い、上記渦巻きバネ１０はバネ力を蓄える如く巻上げられる。
【００３２】
上記カムシャフト１の遅角量が目標値に達すると、上記電磁ブレーキ２１への通電を停止して制動力を解除するとともに、上記コイル１６への通電を停止して上記クラッチ１４のスライダー１５をウェーブリング１９のバネ力によりフランジ部材１８側へ付勢しツース噛合によりこれを締結状態としてその位相を保持させる。
【００３３】
Ｃ：進角操作
進角操作は、上記コイル１６に通電してその磁気吸引力により上記スライダー１５をフランジ部材１８から引き離してクラッチ１４の締結状態を解除して行う。即ち、このクラッチ１４の締結状態（位相保持状態）が解除されると、上記渦巻きバネ１０の復元方向のバネ力を受けて上記フランジ部材１８は上記スライダー１５に対して早く回転する。すると、スライダー１５と一体回転するカムシャフト１及び遊星歯車機構４のインターナルギヤ５は、フランジ部材１８と一体回転する遊星歯車機構４のサンギヤ８よりも遅く回転することになり、上記カムシャフト１の位相はプーリー２の位相に対して進角されることになる。
【００３４】
上記カムシャフト１の進角量が目標値に達すると、上記コイル１６への通電を停止して上記クラッチ１４のスライダー１５をウェーブリング１９のバネ力によりフランジ部材１８側へ付勢しツース噛合によりこれを締結状態としてその位相を保持させる。
【００３５】
Ｄ：位相変更時における電磁ブレーキ２１の通電制御
ところで、この実施形態の可変バルブタイミング装置は上述の如き基本作動により進角・遅角を行うものであるが、この場合、特にこの実施形態の如く渦巻きバネ１０のバネ力を利用して進角させるようにしたものでは遅角操作の初期段階において一時的に進角方向に位相が変更され、エンジンのバルブタイミングが適正タイミングと一時的に不一致状態になる虞れがあり、且つその原因が、クラッチ１４の締結状態（即ち、位相保持状態）が実質的に解除された時点において遅角させるべく電磁ブレーキ２１に通電していたために制動力の立ち上がりが遅れ、その間に渦巻きバネ１０のバネ力により進角方向へ位相変更されることによるものであることは既述の通りである。
【００３６】
そこで、この実施形態のものにおいては、本願発明を適用して、上記クラッチ１４が実質的に締結解除状態となる以前（即ち、該クラッチ１４による位相保持が実質的に解除される以前）に上記電磁ブレーキ２１に通電して制動力を前以て立ち上げるようにしている。即ち、図２に符号Ｌ3で示すように、電磁ブレーキ２１への通電制御信号を上記クラッチ１４が実質的に解除される以前に（この実施形態においてはクラッチ１４の解除信号の出力と同時に）出力するようにしている。このようにすると、同図に符号Ｌ6で示すように、その制御信号の出力時点（時間ｔ8）から徐々に電磁ブレーキ２１の制動力が立ち上がっても、上記クラッチ１４が実質的に締結解除された時点（時間ｔ9）においては既に電磁ブレーキ２１の制動力が遅角操作に必要な値にまで達しており、従って、同図に符号Ｌ2で示すように、クラッチ１４の実質的な締結解除と同時に遅角方向への位相変更操作が開始され、従来のように一時的に位相が進角方向へ変更されるということが未然にかつ確実に防止されるものである。
【００３７】
（その他の実施形態）
上記実施形態においては、位相の進角を渦巻きバネ１０のバネ力で行い、位相の遅角を電磁ブレーキ２１の制動力で行うようにしているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えばこれとは逆に、位相遅角を渦巻きバネ１０のバネ力で、位相進角を電磁ブレーキ２１の制動力で、それぞれ行うようにすることもできる。尚、かかる構成とした場合には、位相の進角操作の初期段階において一時的に位相が遅角方向へ変更される虞れがあり、これを上述の如き電磁ブレーキ２１の通電制御により防止することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明にかかる可変バルブタイミング装置の好適な実施形態を示す断面図である。
【図２】 図１に示した可変バルブタイミング装置における位相変更制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
１はカムシャフト、２はプーリー、３はタイミングベルト、４は遊星歯車機構、５はインターナルギヤ、６はキャリア、７はピニオンギヤ、８はサンギヤ、９はシリンダヘッド、１０は渦巻きバネ、１１は中空軸部材、１２は結合ボルト、１３は軸受支持部材、１４はクラッチ、１５はスライダー、１５ａはツース、１６はコイル、１７は筒状部材、１８はフランジ部材、１８ａは接触面、１８ｂはツース、１９はウェーブリング、２１は電磁ブレーキ、２２はコイル、２３は接触子、２５はケーシング、２６はケーシング、２７はエンドプレート、３１〜３３は軸受、３５はＶＶＴコントローラ、３６はＥＣＵである。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、可変バルブタイミング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンにおいては、エンジン負荷、エンジン回転数等の運転状態の変化に対応させて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを適宜変更して出力性能あるいは排気エミッション性能の改善を図ることが試みられている。
【０００３】
かかるバルブタイミングの可変機構として従来より種々のものが提案されているが、いずれのものにおいても、エンジンのクランク軸により駆動されるプーリー等のトルク伝達部材と該トルク伝達部材を介して駆動されるカムシャフトとの位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、所定の駆動力により上記トルク伝達部材とカムシャフトとを適宜に相対回転させてこれらの位相を変更せしめる駆動手段とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の可変バルブタイミング装置においては、位相変更を行う場合、先ず解除手段により保持手段の位相保持力を解除し、しかる後、駆動手段により所定の駆動力をかけてトルク伝達部材とカムシャフトとの位相を変更するようにしていたため、以下に述べるように位相変更の初期段階において所望の位相方向への駆動手段の駆動力が不足し、一時的に位相が所望している方向と逆方向へ変更され、その結果、かかる位相変更の初期段階においてバルブタイミングが適正タイミングと一時的に不一致となり、エンジンの出力性能あるいは排気エミッション性能の悪化を招来するという問題があった。
【０００５】
即ち、例えば保持手段をツース式のクラッチ機構とし、このクラッチ機構の解除、即ち、保持手段の位相保持力の解除を電磁力を利用して行う一方、駆動手段として、カムシャフトに所定の制動力をかけるブレーキ機構と該ブレーキ機構の作動に伴う上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転に伴って巻き上げられる渦巻きバネとで構成し、上記ブレーキ機構による制動力で一方側への位相変更（例えば、遅角方向への位相変更）を行う一方、上記渦巻きバネに蓄えられた復元方向のバネ力により他方側への位相変更（例えば、進角方向への位相変更）を行うように構成したものを例にとり、その遅角操作時について図２を参照して説明すると、上記問題点は次の通りである。
【０００６】
今、図２において符号Ｌ1で示す目標位相角特性の如き位相変更要求が出された場合の遅角側への位相変更操作について考えると、遅角側への位相変更要求時点（時間ｔ8）において、クラッチ制御信号がＯＮ→ＯＦＦへ切り替わり解除手段が作動しクラッチ機構が締結状態から解除状態へ切り替えられる。しかし、この場合、クラッチ機構は制御信号の入力と同時に締結状態から解除状態に切り替わるものではなく、符号Ｌ4で示す特性図の如くツースの噛合解除の進行に伴って次第に切り替わるものであり、クラッチ解除信号の出力時点（時間ｔ8）から該クラッチ機構が完全に解除される実質的な保持解除時点（時間ｔ9）までに所定の時間がかかる。
【０００７】
この場合、従来は、符号Ｌ3′で示すように実質的な保持解除時点（時間ｔ9）において初めてＯＮ信号を出力するようにしていたため、符号Ｌ6′で示すようにこの実質的な保持解除時点から実際に上記制御信号を受けてブレーキ機構が作動して所定の制動力（即ち、遅角方向への駆動力）が得られるまでに時間がかかり、この間においては駆動手段は「制動力＜バネ力」の関係にあり、結果的に符号Ｌ2′で示すように、このバネ力により位相が一時的に進角側に変更され、バルブタイミングの一時的な不一致が生じるものである。
【０００８】
尚、かかる現象は上記構成の如き可変バルブタイミング装置に限られるものではなく、例えば駆動手段をモーターあるいは油圧機構で構成した場合においても起こり得るものである。
【０００９】
そこで本願発明は、かかる位相変更の初期における一時的なバルブタイミングの不一致を確実に防止し得るようにした可変バルブタイミング装置を提案せんとしてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１１】
本願の第１の発明では、カムシャフトと、クランク軸から駆動トルクを受けてこれを上記カムシャフトに伝達するトルク伝達部材と、上記カムシャフトとトルク伝達部材との間の位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、上記カムシャフトとトルク伝達部材とを相対回転させることでこれらの位相を変更する駆動手段とを備え、該駆動手段は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転を一方向に行わせる電磁ブレーキと、該相対回転を一方向とは逆方向に行わせる弾性部材と、により構成されている可変バルブタイミング装置であって、上記弾性部材は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生する駆動トルクが増大するように構成されており、上記電磁ブレーキの作動を開始させるための 通電制御信号が、上記解除手段による位相保持の実質的な解除時点において電磁ブレーキの制動力が上記弾性部材の発生駆動トルクに抗して上記一方向への位相操作に必要な値まで達するように、上記位相保持の実質的な解除に先立つ所定時期に電磁ブレーキに出力されることを特徴としている。
【００１２】
本願の第２の発明では、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記保持手段を上記カムシャフトとトルク伝達部材とを機械的に連結してこれらを一体回転可能とするクラッチ機構で構成したことを特徴としている。
【００１３】
本願の第３の発明では、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記カムシャフトとトルク伝達部材とのトルク伝達経路中に遊星歯車機構を配置したことを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
本願発明ではかかる構成とすることにより次のような効果が得られる。
【００１５】
１．本願の第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置によれば、カムシャフトとトルク伝達部材との間の位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、上記カムシャフトとトルク伝達部材とを相対回転させることでこれらの位相を変更する駆動手段とを備え、該駆動手段が、上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転を一方向に行わせる電磁ブレーキと、該相対回転を一方向とは逆方向に行わせる弾性部材と、により構成されているものにおいて、上記弾性部材は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生する駆動トルクが増大するように構成されており、上記電磁ブレーキの作動を開始させるための通電制御信号は、上記解除手段による位相保持の実質的な解除時点において電磁ブレーキの制動力が上記弾性部材の発生駆動トルクに抗して上記一方向への位相操作に必要な値まで達するように、上記位相保持の実質的な解除に先立つ所定時期に電磁ブレーキに出力されるので、例え上記電磁ブレーキの制動力がその作動開始から所定の位相変更可能な制動力に達するまでに時間がかかったとしても、位相保持の実質的な解除時点においては十分な制動力が得られ、所望の方向への適正な位相変更が実現され、これにより位相変更の初期段階における電磁ブレーキの制動力不足による一時的なバルブタイミングの不一致に起因するエンジンの出力性能あるいは排気エミッション性能の悪化が未然に且つ確実に防止されるものである。
【００１６】
しかも、上記駆動手段は、カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生駆動トルクが増大するように構成された弾性部材を備えているため、即ち、位相保持の実質的解除と同時に駆動トルクが作用し且つ位相角が大きいほど大きな駆動トルクを発生するような構成であるため、上記効果が確実に得られることになる。
【００１７】
特に、本願の第２の発明にかかる可変バルブタイミング装置の如く、上記保持手段をカムシャフトとトルク伝達部材とを機械的に連結してこれらを一体回転可能とするクラッチ機構で構成したもの、即ち、位相保持の解除指令から実際に解除されるまでに比較的時間がかかる構造のものにおいては、上記効果がより顕著となるものである。
【００１８】
２．本願の第３の発明にかかる可変バルブタイミング装置によれば、上記第１の発明にかかる可変バルブタイミング装置において、上記カムシャフトとトルク伝達部材とのトルク伝達経路中に遊星歯車機構を配置しているので、該遊星歯車機構の減速作用に基づく伝達トルクの増大効果により、上記弾性部材の発生駆動トルクをより小さくすることができ、該弾性部材のコンパクト化、延いては装置全体のコンパクト化に寄与し得るものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２０】
−構造の説明−
図１には、エンジンの可変バルブタイミング装置を示しており、同図において符号１はシリンダヘッド９側に回転自在に支承されたカムシャフト、２はエンジンのクランク軸（図示省略）によりタイミングベルト３を介して駆動されるプーリー（特許請求の範囲中の「トルク伝達部材」に該当する）であり、これらカムシャフト１とプーリー２との位相を変更することでエンジンのバルブタイミングが変更されるものである。
【００２１】
上記カムシャフト１の先端には、後述の遊星歯車機構４の構成部材の一部であるインターナルギヤ５と所定軸長をもつ中空軸部材１１とが同軸上に配置されるととともにこれら各部材は結合ボルト１２により上記カムシャフト１に結合固定され該カムシャフト１と一体回転するようになっている。
【００２２】
上記プーリー２は、軸受３３を介して上記シリンダヘッド９側に回転自在に支承されるとともに、その径方向内側には遊星歯車機構４が配置されている。この遊星歯車機構４は、上記インターナルギヤ５と後述する筒状部材１７の一端側に形成したサンギヤ８と、上記プーリー２と一体形成されたキャリア６に支持された複数のピニオンギヤ７，７，・・とで構成されている。
【００２３】
また、上記遊星歯車機構４の側方には、渦巻きバネ１０（特許請求の範囲中の「弾性部材」に該当し、「駆動手段」の一部を構成する）が、その一端を上記プーリー２側に、他端を後述する筒状部材１７側に、それぞれ固定せしめた状態で配置されている。尚、この渦巻きバネ１０の巻方向については後述する。
【００２４】
上記筒状部材１７は、フランジ部材１８と一体的に結合され、軸受３１を介して上記中空軸部材１１側に回転自在に支承されている。さらに、このフランジ部材１８の一側には、所定径のピッチ円上に位置するようにして複数のツース１８ａ，１８ａ，・・が形成されるとともに、該各ツース１８ａ，１８ａ，・・の径方向外側部分は後述する電磁ブレーキ２１に対する接触面１８ａとされている。
【００２５】
一方、上記中空軸部材１１の先端寄り部位には、次述のスライダー１５と軸受支持部材１３とが配置されている。上記中空軸部材１１は、その一側の外周部に上記フランジ部材１８のツース１８ｂ，１８ｂ，・・と対向するツース１５ａ，１５ａ，・・を設けた略円板状形態を有し、上記中空軸部材１１に対してその軸方向へ移動可能にスプライン結合されている。また、上記軸受支持部材１３は、上記スライダー１５に近接対向する如く上記中空軸部材１１の端部に非回動に取り付けられるとともに、上記スライダー１５との間には、該スライダー１５を常時上記フランジ部材１８側へ押圧付勢するウェーブリング１９を配置している。従って、このウェーブリング１９により上記スライダー１５がフランジ部材１８側に押圧付勢され、その各ツース１５ａ，１５ａ，・・が上記フランジ部材１８の各ツース１８ｂ，１８ｂ，・・に噛合した状態においてはこれらスライダー１５とフランジ部材１８とは相対回転が規制され一体的に回転することになる。即ち、この実施形態のものにおいては、上記カムシャフト１側に連結された上記スライダー１５と上記プーリー２側に上記遊星歯車機構４を介して連結された上記フランジ部材１８とで、特許請求の範囲中の「保持手段」に該当するクラッチ１４を構成している。
【００２６】
一方、上記スライダー１５の裏面側には、ケーシング２６側に固定された状態でコイル１６が近接配置されている。このコイル１６は、特許請求の範囲中の「解除手段」に該当するものであって、励磁されることでその吸引力により上記スライダー１５を上記フランジ部材１８側から引き離してこれらの間の結合状態を解除する（即ち、位相保持作用を解除する）ものであり、その通電制御はＥＣＵ３６からの制御信号を受けて作動するＶＶＴコントローラ３５により行われる。
【００２７】
さらに、上記コイル１６の径方向外側位置には、コイル２２と該コイル２２の磁力を受けてその軸方向へ移動可能とされた接触子２３とからなる電磁ブレーキ２１が配置されている。そして、この電磁ブレーキ２１は、上記コイル２２に通電して上記接触子２３を励磁することで該接触子２３の一端側を上記フランジ部材１８の接触面１８ａに押圧して該フランジ部材１８に所定の制動力を付与するようになっている。この電磁ブレーキ２１のコイル２２への通電制御はＥＣＵ３６からの制御信号を受けて作動するＶＶＴコントローラ３５により行われる。
【００２８】
尚、このこの実施形態のものにおいては、上記フランジ部材１８に制動力をかける上記電磁ブレーキ２１と上記筒状部材１７（即ち、フランジ部材１８）にバネ力をかける上記渦巻きバネ１０とで特許請求の範囲中の「駆動手段」を構成している。
【００２９】
ここで、この「駆動手段」を構成する上記電磁ブレーキ２１と上記渦巻きバネ１０との作動上の相互関係について説明すると、この実施形態のものにおいては、上記電磁ブレーキ２１により上記フランジ部材１８に制動力をかけることで上記遊星歯車機構４を介して上記カムシャフト１の位相が上記プーリー２の位相に対して遅れる（即ち、位相遅角）とともに、このカムシャフト１とプーリー２との相対回転に伴って上記渦巻きバネ１０が巻上げられてバネ力を蓄えるようにしている。これに対して、上記電磁ブレーキ２１による制動力を解除した時は、上記渦巻きバネ１０の復元方向のバネ力による駆動力を受けて上記遊星歯車機構４を介して上記カムシャフト１の位相が上記プーリー２の位相に対して早められる（即ち、位相進角）ようにしている。
【００３０】
−作動の説明−
Ａ：位相保持
カムシャフト１とプーリー２との位相保持は、上記クラッチ１４を締結して上記スライダー１５とフランジ部材１８との一体状態を保持することで行われる。即ち、このスライダー１５とフランジ部材１８とが一体化されてその相対回転が規制されることで上記遊星歯車機構４はロック状態となり、上記プーリー２からのトルクは、キャリア６→ピニオンギヤ７→インターナルギヤ５→カムシャフト１と伝達され、該プーリー２とカムシャフト１とは所定の位相を保持したまま一体的に回転することになる。
【００３１】
Ｂ：遅角操作
遅角操作は、上記コイル１６に通電してその時期吸引力により上記スライダー１５をフランジ部材１８から引き離してクラッチ１４の締結状態を解除し、その上で、上記電磁ブレーキ２１を作動させて上記フランジ部材１８に制動力をかけ、スライダー１５の回転に対してフランジ部材１８の回転を遅くする。すると、スライダー１５と一体回転するカムシャフト１及び遊星歯車機構４のインターナルギヤ５は、フランジ部材１８と一体回転する遊星歯車機構４のサンギヤ８よりも速く回転することになり、上記カムシャフト１の位相はプーリー２の位相に対して遅角されることになる。尚、この場合、上記プーリー２と筒状部材１７との相対回転に伴い、上記渦巻きバネ１０はバネ力を蓄える如く巻上げられる。
【００３２】
上記カムシャフト１の遅角量が目標値に達すると、上記電磁ブレーキ２１への通電を停止して制動力を解除するとともに、上記コイル１６への通電を停止して上記クラッチ１４のスライダー１５をウェーブリング１９のバネ力によりフランジ部材１８側へ付勢しツース噛合によりこれを締結状態としてその位相を保持させる。
【００３３】
Ｃ：進角操作
進角操作は、上記コイル１６に通電してその磁気吸引力により上記スライダー１５をフランジ部材１８から引き離してクラッチ１４の締結状態を解除して行う。即ち、このクラッチ１４の締結状態（位相保持状態）が解除されると、上記渦巻きバネ１０の復元方向のバネ力を受けて上記フランジ部材１８は上記スライダー１５に対して早く回転する。すると、スライダー１５と一体回転するカムシャフト１及び遊星歯車機構４のインターナルギヤ５は、フランジ部材１８と一体回転する遊星歯車機構４のサンギヤ８よりも遅く回転することになり、上記カムシャフト１の位相はプーリー２の位相に対して進角されることになる。
【００３４】
上記カムシャフト１の進角量が目標値に達すると、上記コイル１６への通電を停止して上記クラッチ１４のスライダー１５をウェーブリング１９のバネ力によりフランジ部材１８側へ付勢しツース噛合によりこれを締結状態としてその位相を保持させる。
【００３５】
Ｄ：位相変更時における電磁ブレーキ２１の通電制御
ところで、この実施形態の可変バルブタイミング装置は上述の如き基本作動により進角・遅角を行うものであるが、この場合、特にこの実施形態の如く渦巻きバネ１０のバネ力を利用して進角させるようにしたものでは遅角操作の初期段階において一時的に進角方向に位相が変更され、エンジンのバルブタイミングが適正タイミングと一時的に不一致状態になる虞れがあり、且つその原因が、クラッチ１４の締結状態（即ち、位相保持状態）が実質的に解除された時点において遅角させるべく電磁ブレーキ２１に通電していたために制動力の立ち上がりが遅れ、その間に渦巻きバネ１０のバネ力により進角方向へ位相変更されることによるものであることは既述の通りである。
【００３６】
そこで、この実施形態のものにおいては、本願発明を適用して、上記クラッチ１４が実質的に締結解除状態となる以前（即ち、該クラッチ１４による位相保持が実質的に解除される以前）に上記電磁ブレーキ２１に通電して制動力を前以て立ち上げるようにしている。即ち、図２に符号Ｌ3で示すように、電磁ブレーキ２１への通電制御信号を上記クラッチ１４が実質的に解除される以前に（この実施形態においてはクラッチ１４の解除信号の出力と同時に）出力するようにしている。このようにすると、同図に符号Ｌ6で示すように、その制御信号の出力時点（時間ｔ8）から徐々に電磁ブレーキ２１の制動力が立ち上がっても、上記クラッチ１４が実質的に締結解除された時点（時間ｔ9）においては既に電磁ブレーキ２１の制動力が遅角操作に必要な値にまで達しており、従って、同図に符号Ｌ2で示すように、クラッチ１４の実質的な締結解除と同時に遅角方向への位相変更操作が開始され、従来のように一時的に位相が進角方向へ変更されるということが未然にかつ確実に防止されるものである。
【００３７】
（その他の実施形態）
上記実施形態においては、位相の進角を渦巻きバネ１０のバネ力で行い、位相の遅角を電磁ブレーキ２１の制動力で行うようにしているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えばこれとは逆に、位相遅角を渦巻きバネ１０のバネ力で、位相進角を電磁ブレーキ２１の制動力で、それぞれ行うようにすることもできる。尚、かかる構成とした場合には、位相の進角操作の初期段階において一時的に位相が遅角方向へ変更される虞れがあり、これを上述の如き電磁ブレーキ２１の通電制御により防止することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明にかかる可変バルブタイミング装置の好適な実施形態を示す断面図である。
【図２】 図１に示した可変バルブタイミング装置における位相変更制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
１はカムシャフト、２はプーリー、３はタイミングベルト、４は遊星歯車機構、５はインターナルギヤ、６はキャリア、７はピニオンギヤ、８はサンギヤ、９はシリンダヘッド、１０は渦巻きバネ、１１は中空軸部材、１２は結合ボルト、１３は軸受支持部材、１４はクラッチ、１５はスライダー、１５ａはツース、１６はコイル、１７は筒状部材、１８はフランジ部材、１８ａは接触面、１８ｂはツース、１９はウェーブリング、２１は電磁ブレーキ、２２はコイル、２３は接触子、２５はケーシング、２６はケーシング、２７はエンドプレート、３１〜３３は軸受、３５はＶＶＴコントローラ、３６はＥＣＵである。
Claims (3)
- カムシャフトと、クランク軸から駆動トルクを受けてこれを上記カムシャフトに伝達するトルク伝達部材と、
上記カムシャフトとトルク伝達部材との間の位相を保持してこれらを一体回転可能とする保持手段と、
該保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、
上記カムシャフトとトルク伝達部材とを相対回転させることでこれらの位相を変更する駆動手段とを備え、
該駆動手段は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との相対回転を一方向に行わせる電磁ブレーキと、該相対回転を一方向とは逆方向に行わせる弾性部材と、により構成されている可変バルブタイミング装置であって、
上記弾性部材は、上記カムシャフトとトルク伝達部材との位相角の増大に対応して発生する駆動トルクが増大するように構成されており、
上記電磁ブレーキの作動を開始させるための通電制御信号を、上記解除手段による位相保持の実質的な解除時点において電磁ブレーキの制動力が上記弾性部材の発生駆動トルクに抗して上記一方向への位相操作に必要な値まで達するように、上記位相保持の実質的な解除に先立つ所定時期に電磁ブレーキに出力することを特徴とする可変バルブタイミング装置。 - 請求項１において、
上記保持手段が上記カムシャフトとトルク伝達部材とを機械的に連結してこれらを一体回転可能とするクラッチ機構で構成されていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。 - 請求項１において、
上記カムシャフトとトルク伝達部材とのトルク伝達経路中に遊星歯車機構が配置されていることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
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