JP3986371B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のバルブタイミング制御装置として、従来、特開平９-２５０３０９号公報に記載されるようなものが案出されている。
【０００３】
このバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カムシャフトに一体に結合された従動回転体が遊星歯車機構から成る組付角操作機構によって連結され、駆動回転体と従動回転体の組付角をこの組付角操作機構の操作によって適宜調整するようになっている。組付角操作機構は、駆動回転体と従動回転体に対して相対回動可能な中間回転体を有し、その中間回転体が外部から回動操作力を受けることによって駆動回転体と従動回転体を相対回動させるようになっている。そして、前記中間回転体に回動操作力を付与する回動力付与手段は渦巻きばねと電磁ブレーキ（制動機構）とによって構成されており、中間回転体を一方に相対回動させるときには電磁ブレーキをオフにして渦巻きばねの力のみを中間回転体に作用させ、中間回転体を他方に相対回動させるときには電磁ブレーキをオンにしてその電磁吸引力を中間回転体に作用させるようになっている。
【０００４】
また、前記電磁ブレーキは、中間回転体に対して接触離反可能な接触子と、その接触子を中間回転体方向に付勢する電磁コイルとを有し、電磁コイルの励磁によって接触子を中間回転体に摩擦接触させることにより、中間回転体に制動力を付与するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のバルブタイミング制御装置は、電磁ブレーキ（制動機構）の接触子を中間回転体に直接接触させることによって制動力を得る構造となっているため、経時使用によって電磁ブレーキと中間回転体の接触面が摩耗し易く、長期に亙って安定した制動力を得ることが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで、現在中間回転体を回動操作するための制動機構として非接触タイプのものを採用することが検討されている。
【０００７】
バルブタイミング制御装置に用いられるこの種の制動機構としては、例えば、特開２００１-１０７７１２号公報に記載されるようなものが知られている。
【０００８】
この制動機構は、駆動回転体と従動回転体の相対回動ロック機構のスプリングクラッチ解除用として用いられるものであるが、この制動機構は、磁界中を移動する金属板に生じる渦電流によって金属板に制動力を作用させる基本構成となっている。即ち、金属板は磁界発生用の電磁コイルの磁極間に配置され、金属板の回転中に電磁コイルが励磁されると、金属板に回転速度に応じた渦電流が生じ、電磁コイルの磁界と渦電流の作用により金属板に制動力が働くようになっている。
【０００９】
しかし、この制動機構は、電磁コイルの磁極と金属板の相対速度に応じて渦電流が発生するため、発生制動力が両部材の相対回転速度に依存し、両部材の相対回転速度が遅い場合には得られる制動力も小さくなってしまう。したがって、この公報に記載の制動機構をそのままバルブタイミング制御装置の組付角操作機構に適用した場合、中間回転体の回転速度が遅くなったときに中間回転体に作用する制動力が小さくなり、このとき、バルブタイミング制御の応答性が低下してしまうと共に、位相保持状態においても、カムシャフトの交番トルク（駆動カムのプロフィールとバルブスプリングの付勢力に起因する変動トルク）の影響を受けて安定した保持が難しくなる。つまり、例えば、上記の渦巻きばねの力と制動力とのバランスによって位相を保持する（駆動回転体と従動回転体に対する中間回転体の相対回転位置を保持する）場合であれば、制動力に抗する渦巻きばねの力を大きく設定できなくなり、その結果、低速運転時にカムシャフト側から大きな交番トルクが入力されたときに中間回転体にバタつきが生じてしまう。したがって、バルブタイミング制御装置の組付角操作機構に対しては非接触タイプの制動機構の採用が難しいというのが現状である。
【００１０】
そこでこの出願の発明は、バルブタイミング制御の応答性の低下や位相保持性能の低下を招くことなく、組付角操作機構に操作制動力を付与すべく制動機構の耐久性を向上させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カムシャフト若しくは同シャフトに結合された別体部材から成る従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回動可能な中間回転体を有し、その中間回転体が駆動回転体と従動回転体に対して相対的に回動操作されることによって両回転体を相対回動させる組付角操作機構と、前記中間回転体を駆動回転体と従動回転体に対して相対回動させるべく制動力を付与する制動機構と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記制動機構にヒステリシスブレーキを用いると共に、該ヒステリシスブレーキの前記中間回転に対する制動力によって、前記駆動回転体と従動回転の相対回動を進角側に制御することを特徴としている。
請求項２に記載の発明にあっては、前記ヒステリシスブレーキは、相対変位する２部材のうちの一方側の部材に設けられた磁界発生部と、前記２部材のうちの他方側の部材に設けられ、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性を持つヒステリシス材と、前記磁界発生部の磁界を制御する磁界制御手段と、を備え、前記ヒステリシス材が磁界発生部の発生磁界内を変位するときに、ヒステリシス材の内部の磁束の向きと磁界発生部による外部磁界の向きのずれによって制動力を発生することを特徴としている。
【００１２】
ヒステリシスブレーキは、非接触状態で制動力を作用させることができるうえ、磁界発生部に対するヒステリシス材の変位速度が変化しても、磁界発生部の磁界が一定であれば一定の制動力を得ることができる。このため、この発明においては、駆動回転体と従動回転体に対する中間回転体の回転速度が低下しても、その速度の低下に拘らず中間回転体に一定の制動力を作用させることができ、しかも、長期に亙ってヒステリシスブレーキによる安定した制動作用を得ることができる。したがって、この発明によれば、バルブタイミング制御の応答性の低下や位相保持性能の低下を招くことなく、組付角操作用の制動機構の耐久性を向上させることができる。
【００１３】
ここで、隙間をもって対向する磁気誘導部材の一対の対向面に複数の凹凸を円周方向に沿って設けると共に、前記両対向面の凸部を円周方向にずらして配置し、前記両対向面の間の隙間にヒステリシス材から成るヒステリシスリングを配置し、前記両対向面相互の近接した凸部間に通電によって磁界を生じさせる電磁コイルを設け、前記対向面の凸部、ヒステリシスリング、電磁コイルによってヒステリシスブレーキの磁界発生部、ヒステリシス材、磁界制御手段を夫々構成するようにしても良い。この場合、電磁コイルに対する励磁電流を制御するだけで磁界発生部で発生する磁界を容易に、かつ、正確に制御することができる。したがって、制動機構部分での難しい機械的な制御を要することなく正確なバルブタイミング制御を実現することができる。
【００１４】
また、このとき磁気誘導部材の両対向面を周面状に形成すると共に、ヒステリシスリングを円筒壁を有する形状に形成し、前記両対向面の間の円筒状の隙間に前記ヒステリシスリングの円筒壁を配置するようにしても良い。この場合、ヒステリシスブレーキの外径の大型化を招くことなく、磁気誘導部材とヒステリシスリングの対向面積を確保することができるため、装置の径方向外側方向の張り出しを少なくして装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
さらに、この出願の発明は、組付角操作機構が、駆動回転体と従動回転体のいずれか一方に設けられた径方向ガイドと、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記径方向ガイドに対峙する側の面に渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部と、前記駆動回転体と従動回転体のいずれか他方のものの回転中心から離間した部位と前記可動案内部とを揺動可能に連結するリンクと、を備えた構成であって、前記可動案内部が渦巻き状ガイドに対して転動自在な部材を介して係合される構造であるときに特に有効である。即ち、この場合、組付角操作機構内での摺動抵抗が非常に小さくなるため、ヒステリシスブレーキによる必要制動トルクを小さくすることができ、その結果、ヒステリシスブレーキを小型化して限られたエンジンルーム内スペースへの装置搭載を実現することが可能となる。
【００１６】
また、磁気誘導部材の周面状の対向面の間にヒステリシスリングの円筒壁が介装され、磁気誘導部材が非回転部材に取り付けられると共に、ヒステリシスリングが中間回転体に連係された構造である場合には、前記ヒステリシスリングを、中間回転体に対して、径方向の変位を許容し、かつ、回動を規制した状態で連係し、そのヒステリシスリングを磁気誘導部材または非回転部材に軸受を介して支持させることが望ましい。
【００１７】
この場合、中間回転体は、機関運転に伴なうカムシャフトの径方向の振れによって径方向に変動するが、中間回転体とヒステリシスリングは常時一体回転するものの、両者の径方向の変位が許容されるように連係されているため、中間回転体の径方向の変動はその連係部によって吸収され、ヒステリシスリングには伝達されなくなる。一方、ヒストリシスリングは磁気誘導部材または非回転部材に軸受を介して支持されているため、磁気誘導部材の対向面とヒステリシスリングの間のクリアランスは常時ほぼ一定に維持される。したがって、カムシャフトの径方向の振れによってヒステリシスリングと磁気誘導部材が干渉する不具合は確実に防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
まず、図１〜図８によって第１の実施形態について説明する。尚、この実施形態は、この出願の発明にかかるバルブタイミング制御装置を内燃機関の吸気側の動力伝達系に適用したものであるが、内燃機関の排気側の動力伝達系に同様に適用することも可能である。
【００２０】
このバルブタイミング制御装置は、図１に示すように内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連係されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動リング３（駆動回転体）と、この駆動リング３とカムシャフト１の前方側（図１中左側）に配置されて、両者３，１の組付角を操作する組付角操作機構４と、この組付角操作機構４のさらに前方側に配置されて、同機構４を駆動する操作力付与手段５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構４と操作力付与手段５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。
【００２１】
駆動リング３は、段差状の挿通孔６を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔６部分が、カムシャフト１の前端部に結合された従動軸部材７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、図２に示すように、対面する平行な側壁を有する３つ径方向溝８（径方向ガイド）が同リング３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
【００２２】
また、従動軸部材７は、図１に示すように、カムシャフト１の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト１０によってカムシャフト１に結合されている。各レバー９には、リンク１１の基端がピン１２によって枢支連結され、各リンク１１の先端には前記各径方向溝８に摺動自在に係合する円柱状の突出部１３が一体に形成されている。
【００２３】
各リンク１１は、突出部１３が対応する径方向溝８に係合した状態において、ピン１２を介して従動軸部材７に連結されているため、リンク１１の先端側が外力を受けて径方向溝８に沿って変位すると、駆動リング３と従動軸部材７はリンク１１の作用でもって突出部１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２４】
また、各リンク１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴１４が形成され、この収容穴１４に、後述する渦巻き溝１５（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起１６ａを有する係合ピン１６（転動部材）と、この係合ピン１６を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１７とが収容されている。尚、この実施形態の場合、リンク１１の先端の突出部１３と係合ピン１６、コイルばね１７等によって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
【００２５】
一方、従動軸部材７のレバー９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁１８ａを有する中間回転体１８が軸受１９を介して回転自在に支持されている。この中間回転体１８のフランジ壁１８ａの後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝１５が形成され、この渦巻き溝１５に、前記各リンク１１の先端の係合ピン１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝１５の渦巻きは、駆動リング３の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。したがって、各リンク１１先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に係合した状態において、中間回転体１８が駆動リング３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク１１の先端部は径方向溝８に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
【００２６】
この実施形態の組付角操作機構４は、以上説明した駆動リング３の径方向溝８、リンク１１、突出部１３、係合ピン１６、レバー９、中間回転体１８、渦巻き溝１５等によって構成されている。この組付角操作機構４は、操作力付与手段５から中間回転体１８にカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝１５と係合ピン１６の係合部を通してリンク１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク１１とレバー９の作用でもって駆動リング３と従動軸部材７に相対的な回動力を伝達する。
【００２７】
一方、操作力付与手段５は、中間回転体１８を駆動リング３の回転方向に付勢するゼンマイばね１９と、中間回転体１８を駆動リング３の回転方向と逆方向に付勢すべく制動機構であるヒステリシスブレーキ２０と、を備えて成り、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ２０の制動力を適宜制御することにより、中間回転体１８を駆動リング３に対して相対回動させ、或は、両者の回動位置を維持するようになっている。
【００２８】
ゼンマイばね１９は、駆動リング３に一体に取り付けられた円筒部材２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体１８のフランジ壁１８ａの前方側スペースに配置されている。
【００２９】
一方、ヒステリシスブレーキ２０は、中間回転体１８の前端部にリテーナプレート２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル２４と、電磁コイル２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク２５と、を備え、電磁コイル２４が機関の運転状態に応じて図外のコントローラによって通電制御されるようになっている。
【００３０】
ヒステリシスリング２３は、図５に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性（磁気的ヒステリシス特性）を持つヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、外周側の円筒壁２３ａ部分が前記コイルヨーク２５によって制動作用を受けるようになっている。
【００３１】
コイルヨーク２５は電磁コイル２５を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受２８を介して従動軸部材７の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク２５の後部面側（中間回転体１８側）には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面２６，２７が形成されている。
【００３２】
コイルヨーク２５の両対向面２６，２７には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これらの凹凸のうちの凸部２６ａ，２７ａが磁極（磁界発生部）を成すようになっている。
【００３３】
そして、一方の対向面２６の凸部２６ａと他方の対向面２７の凸部２７ａは円周方向に交互に配置され、対向面２６，２７相互の近接する凸部２６ａ，２７ａがすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面２６，２７の近接する凸部２６ａ，２７ａ間には、電磁コイル２４の励磁によって図６に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面２６，２７間の隙間には前記ヒステリシスリング２３の円筒壁２３ａが非接触状態で介装されている。
【００３４】
ここで、このヒステリシスブレーキ２０の作動原理を図７によって説明する。尚、図７（Ａ）はヒステリシスリング２３（ヒステリシス材）に最初に磁界をかけた状態を示し、図７（Ｂ）は上記の（Ａ）の状態からヒステリシスリング２３を変位（回転）させた状態を示す。
【００３５】
図７（Ａ）の状態においては、コイルヨーク２５の対向面２６，２７間の磁界の向き（対向面２７の凸部２７ａから他方の対向面２６の凸部２７ａに向かう磁界の向き）に沿うようにヒステリシスリング２３内に磁束の流れが生じる。
【００３６】
この状態からヒステリシスリング２３が図７（Ｂ）に示すように外力Ｆを受けて移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング２３が変位することとなるため、このときヒステリシスリング２３の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング２３の内部の磁束の向きは対向面２６，２７間の磁界の向きに対してずれる（傾斜する）こととなる。したがって、対向面２７の凸部２７ａからヒステリシスリング２３に入る磁束の流れ（磁力線）と、ヒステリシスリング２３から他方の対向面２６の凸部２６ａに向かう磁束の流れ（磁力線）が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面２６，２７とヒステリシスリング２３の間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング２３を制動する抗力Ｆ’として働く。
【００３７】
このヒステリシスブレーキ２０は、以上のようにヒステリシスリング２３が対向面２６，２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング２３の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング２３の回転速度（対向面２６，２７とヒステリシスリング２３の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル２４の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。
【００３８】
図８（Ａ），（Ｂ）は、夫々この実施形態のヒステリシスブレーキ２０と従来の技術で説明した渦電流を用いたブレーキに対し、回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をａ〜ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に変えて調べた試験結果である。この試験結果からは、ヒステリシスブレーキ２０は渦電流を用いたブレーキのように回転速度の影響を何等受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができることが明らかである。
【００３９】
このバルブタイミング制御装置は以上のような構成であるため、内燃機関の始動時やアイドル運転時には、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２４の励磁をオフにしておくことにより、ゼンマイばね１９の力によって中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向に最大に回転させておく（図２参照）。これにより、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機関弁の開閉タイミング）は最遅角側に維持され、機関回転の安定化と燃費の向上が図られる。
【００４０】
そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行し、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が図外のコントローラから発されると、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２４の励磁がオンにされて、ゼンマイばね１９の力に抗する制動力が中間回転体１８に付与される。これにより、中間回転体１８が駆動リング３に対して逆方向に回転し、それによってリンク１１の先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に誘導されてリンク１１の先端部が径方向溝８に沿って変位し、図４に示すようにリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が最進角側に変更される。この結果、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相が最進角側に変更され、それによって機関の高出力化が図られることとなる。
【００４１】
また、この状態から前記回転位相を最遅角側に変更すべく指令がコントローラから発されると、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２４の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね１９の力によって中間回転体１８が正方向に回転させられる。すると、渦巻き溝１５による係合ピン１６の誘導によってリンク１１が上記と逆方向に揺動し、図２に示すようにそのリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が再度最遅角側に変更される。
【００４２】
尚、このバルブタイミング制御装置によるクランクシャフトとカムシャフト１の回転位相は、以上で説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ２０の制動力の制御によって任意の位相に変更し、ゼンマイばね１９の力とヒステリシスブレーキ２０の制動力のバランスによってその位相を保持することができる。
【００４３】
このバルブタイミング制御装置においては、中間回転体１８に対する制動機構として、非接触状態で制動力を作用させることのできるヒステリシスブレーキ２０を採用しているため、経時使用によっても摩耗等の心配がなく、長期に亙って安定した制動効果を得ることができる。したがって、バルブタイミングの制御精度を常に高く維持し、装置の信頼性を高めることができる。
【００４４】
また、このバルブタイミング制御装置は、ヒステリシスブレーキ２０を採用したため、機関回転速度に応じて中間回転体１８の回転速度が変化しても励磁電流が一定であれば同回転体１８に作用する制動力が変化することがなく、このことから機関回転速度が低速である場合にも中間回転体１８に対して大きな制動力を作用させることができる。このため、機関回転速度が低速であるときにバルブタイミング制御の応答性が低下する不具合は生じず、いずれの回転域においても速やかなバルブタイミング制御を実現することができる。
【００４５】
さらに、この装置の場合、上記のように機関回転速度が低速であるときにもヒステリシスブレーキ２０で大きな制動力を発生することができるため、ゼンマイばね１９のばね力を充分に大きくして、位相の保持を安定させることができる。即ち、機関が低速運転状態にあるときには、カムシャフト１側から大きな交番トルクが入力されるが、ゼンマイばね１９のばね力とヒステリシスブレーキ２０の制動力を大きな力でバランスさせておけば、交番トルクの入力に拘らず位相を安定保持することができる。
【００４６】
また、この装置の場合、中間回転体１８に作用させる制動力を運転状態に応じて変化させるときには、ヒステリシスブレーキ２０の制動力が中間回転体１８の回転速度の影響を受けず、しかも、その制動力は励磁電流にほぼ正比例したものとなるため、電磁コイル２４の制御を容易、かつ、正確に行うことができるという利点もある。
【００４７】
さらに、この実施形態の装置の場合、コイルヨーク２５の一対の対向面２６，２７に凹凸を形成し、その対向面２６，２７相互の凸部２６ａ，２７ａを円周方向にずらして配置すると共に、電磁コイル２４によって対向面２６，２７相互の凸部２６ａ，２７ａ間に磁界を発生させるようにしているため、電磁コイル２４による通電制御のみによって発生磁界を容易に、かつ、正確に制御することができ、機械的に磁界を制御する場合に比較して構造を簡素化し、装置の小型化と製造コストの低減を図ることができる、という利点がある。
【００４８】
また、この実施形態の装置は、組付角操作機構４を、駆動リング３の径方向溝８、中間回転体１８の渦巻き溝１５、可動案内部としての突出部１３と係合ピン１６、リンク１１、従動軸部材７のレバー９等によって構成し、渦巻き溝１５とリンク１１の先端部を転動可能な係合ピン１６によって係合させているため、組付角操作機構４の作動に伴う摺動抵抗が非常に小さくなり、組付角操作機構４を比較的小さな操作力で容易に操作することが可能となる。このため、操作力付与手段５を構成するヒステリシスブレーキ２０は小型化のものを採用することができ、限られたエンジンルーム内に機関を搭載するうえで非常に有利になる。
【００４９】
さらにまた、この実施形態の装置の場合、ヒステリシスブレーキ２０を、コイルヨーク２５の周面状の対向面２６，２７の間にヒステリシスリング２３の円筒壁２３ａを介装した構造としたため、ヒステリシスブレーキ２０の外径を小さく抑えたまま、対向面２６，２７とヒステリシスリング２０の対向面積を大きく確保することができる。したがって、装置全体の径方向外側方向の張り出しを小さくし、装置の小型化を図ることができる。
【００５０】
これに対し、図９〜図１１は、ヒステリシスブレーキ１２０を、コイルヨーク１２５の対向面１２６，１２７を円板面状に形成し、ヒステリシスリング１２３全体を円板状に形成した第２の実施形態である。以下、この実施形態について説明するが、ヒステリシスブレーキ１２０部分以外の構成は第１の実施形態のものと同様であるため、第１の実施形態と同一部分に同一符号を付し、重複する説明を省略するものとする。
【００５１】
ヒステリシスブレーキ１２０の電磁コイル１２４は、コイルヨーク１２５の磁気入出部が軸方向で向かい合うように外周部に設けられており、その各磁気入出部である対向面１２６，１２７が円板面状に形成されている。そして、コイルヨーク１２５は第１の実施形態と同様に図示しないＶＴＣカバーに回転を規制された状態で取り付けられると共に、従動軸部材７に軸受２８を介して支持されている。
【００５２】
一方、ヒステリシスリング１２３を中間回転体１８に取り付けるためのリテーナプレート１２２はコイルヨーク１２５の後端面から外周面の一部に回り込むように形成され、コイルヨーク１２５の外周側に位置される先端部に円板状のヒステリシスリング１２３が固定されている。そして、このヒステリシスリング１２３の内周縁部は前記対向面１２６，１２７の間の隙間に非接触状態で介装されている。
【００５３】
コイルヨーク１２５の対向面１２６，１２７には図１０，図１１に示すように円周方向に沿って複数の凹凸が形成されており、対向面１２６，１２７相互の凸部１２６ａ，１２７ａ（磁極）は円周方向にずれて配置されている。したがって、このヒステリシスブレーキ１２０の場合にも、近接する凸部１２６ａ，１２７ａ間に発生する磁界の向きは、図１０に示すように円周方向に所定の傾きをもち、ヒステリシスリング１２３の回転変位によって磁界の向きとヒステリシスリング１２３の内部の磁束の向きにずれが生じることとなる。よって、このブレーキ１２０の場合にも、第１の実施形態と同様の原理によってヒステリシスリング１２３（中間回転体１８）に制動力を作用させることができる。
【００５４】
尚、この実施形態においては中間回転体１８の渦巻き溝１５に係合する転動部材として球１１６を用いるようにしている。
【００５５】
このバルブタイミング制御装置においては、基本的に第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、ヒステリシスブレーキ１２０の対向面１２６，１２７の間の隙間に円板状のヒステリシスリング１２３が介装された構造となっているため、ブレーキ１２０の軸長を短くして装置全体の軸長の短縮化を図ることができると共に、効率よく大きな制動トルクを中間回転体１８に作用させることができる。即ち、この実施形態の場合、ヒステリシスリング１２３の制動力作用面が径方向外側に張り出すように配置されているため、制動力と回転中心からの距離によって決まる制動トルクは容易に大きくすることができる。
【００５６】
つづいて、図１２〜図１５に示す第３の実施形態について説明する。尚、第４の実施形態も含め以下で説明する実施形態については、第１，第２の実施形態と同一部分に同一符号を付すものとする。
【００５７】
この実施形態のバルブタイミング制御装置は、組付角操作機構４の基本構成は第１の実施形態のものと同様であり、操作力付与手段５を構成するゼンマイばね１９とヒステリシスブレーキ２０の基本構成もほぼ同様であるが、中間回転体１８とヒステリシスリング２３の連係部の構造と、ヒステリシスリング２３の支持構造が第１実施形態のものと異なっている。
【００５８】
従動軸部材２０７は第１の実施形態に比較して短く形成され、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２４の内周部に入り込まない長さとなっている。中間回転体１８の軸部の前端部には、径方向外側に張り出すフランジリング３０が一体に取り付けられ、そのフランジリング３０の外周縁部には径方向に沿う係合溝３１が形成されている。この係合溝３１はフランジリング３０を軸方向に貫いて形成されている。
【００５９】
一方、ヒステリシスリング２３の側部壁が結合されるリテーナプレート２２２には、前記係合溝３１内に挿入係合される係合ピン３２（突出部）が突設された厚肉円板状の基部２２２ａと、この基部２２２ａから段差状に縮径してコイルヨーク２５の内周側に突出する円筒部２２２ｂとが設けられている。係合ピン３２はフランジリング３０側の係合溝３１に対して摺動自在に係合し、フランジリング３０とリテーナプレート２２２の径方向の相対変位を許容し、かつ、両者の回動変位を規制するようになっている。円筒部２２２ｂはコイルヨーク２５の内周面に軸受３３（ラジアル玉軸受）を介して回転可能に支持されている。したがって、ヒステリシスリング２３はコイルヨーク２５に対しリテーナプレート２２２と軸受３３を介して回転自在に支持されている。尚、コイルヨーク２５は第１の実施形態と同様に非回転部材であるＶＴＣカバー３４に固定されている。
【００６０】
この実施形態のバルブタイミング制御装置は、操作力付与手段４に第１の実施形態とほぼ同構成のヒステリシスブレーキ２０を採用しているために、第１の実施形態と同様の基本効果を得ることができるが、上記の特有の構成によって次のようなさらなる効果を得ることができる。
【００６１】
即ち、まず、ヒステリシスリング２３と中間回転体１８がリテーナプレート２２２の係合ピン３２とフランジリング３０の係合溝３１によって連係され、それによって両者が一体回転しつつも、相互の径方向変位を許容し得るようになっているため、機関運転に伴うカムシャフト１の径方向の振れによって中間回転体１８が径方向に変動した場合であっても、その中間回転体１８の変動を係合ピン３２と係合溝３１による連係部によって吸収し、変動がヒステリシスリング２３側に伝達されるのを阻止することができる。
【００６２】
そして、ヒステリシスリング２３自体は軸受３３を介してコイルヨーク２５に支持されているため、ヒステリシスリング２３をコイルヨーク２５に対してセンタリングし、対向面２６，２７の凸部２６ａ，２７ａとヒステリシスリング２３の間隔を常に一定に維持することができる。
【００６３】
したがって、以上のことからカムシャフト１の径方向の振れに伴うヒステリシスリング２３と対向面２６，２７の干渉を確実に防止することができると共に、対向面２６，２７とヒステリシスリング２３の間の磁気作用を常時安定させることができる。また、係合ピン３２はフランジリング３０を貫通する係合溝３１に挿入係合されているため、中間回転体１８の軸方向変動もこの連係部によって吸収することができる。
【００６４】
尚、以上では、係合ピン３２と係合溝３１による中間回転体１８とヒステリシスリング２３の連係構造と、非回転部材に対するヒステリシスリング２３の軸受支持構造を、周面状の対向面２６，２７の間にヒステリシスリング２３の円筒壁２３ａを介装するタイプのヒステリシスブレーキ２０に適用したが、円板面状の対向面の間にヒステリシスリングを介装する第２の実施形態のヒステリシスブレーキに同様に適用することも可能である。
【００６５】
最後に、図１６に示す第４の実施形態について説明する。
【００６６】
この実施形態のバルブタイミング制御装置は、組付角操作機構４等の基本構成と、操作力付与手段５にゼンマイばね１７とヒステリシスブレーキ３２０を用いる点等は上述の第１〜第３の実施形態のものと同様であるが、ヒステリシスブレーキ３２０の磁界発生部に永久磁石を用い、その磁界発生部の発生磁界を機械的な制御手段によって制御している点で上述の他の実施形態と異なっている。
【００６７】
ヒステリシスブレーキ３２０は、フランジリング３３０とリテーナプレート３２２を介して中間回転体１８に連係された円板状のヒステリシスリング３２３と、軸方向に隙間をもって対向配置され、その隙間にヒステリシスリング３２３が非接触状態で介装される一対の永久磁石ブロック４０，４１と、一方の永久磁石ブロック４０を一体に支持する固定ベースブロック４２と、他方の永久磁石ブロック４１を同様に一体に支持する可動ベースブロック４３と、この可動ベースブロック４３を適宜回動制御するモータ４４と、を備えている。
【００６８】
ヒステリシスリング３２３は他の実施形態と同様にヒステリシス材によって形成されており、両永久磁石ブロック４０，４１は円周方向に沿って異磁極が交互に着磁されている。そして、この両永久磁石ブロック４０，４１は両者の磁極面４０ａ，４１ａが磁界発生部を構成し、その磁極面４０ａ，４１ａを円周方向に適宜ずらすことにより、ヒステリシスリング３２３に作用する両磁極面４０ａ，４１ａ間の発生磁界を調整する。
【００６９】
固定ベースブロック４２と可動ベースブロック４３は共にリング状に形成され、これらの内周部にリテーナプレート３２２の円筒部３２２ｂが延出している。固定ベースブロック４２は非回転部材であるＶＴＣカバー３４に回転を規制された状態で取り付けられる共に、前記リテーナプレート３２２の円筒部３２２ｂの前端を軸受４５ａを介して支持している。そして、可動ベースブロック４３はその内周部が軸受４５ｂを介して前記円筒部３２２ｂに回転自在に支持されると共に、その外周部がウォームギヤ４６を介してモータ４４に連係されている。したがって、モータ４４は図外のコントローラによる駆動制御によって可動ベースブロック４３の回動位置を調整し、それによって永久磁石ブロック４０，４１の磁極面４０ａ，４１ａの発生磁界を制御し得るようになっている。この実施形態の場合、磁界制御手段である回動機構は、モータ４４と可動ベースブロック４３、ウォームギヤ４６等によって構成している。
【００７０】
この実施形態のバルブタイミング制御装置は、操作力付与手段５にヒステリシスブレーキ３２０を採用しているために、基本的に他の実施形態と同様の効果を得ることができるが、ヒステリシスリング３２３に作用させる磁界を永久磁石によって得るようにしているため、電磁コイルを用いる他の実施形態のものに比較して消費電力を小さく抑えることができる。
【００７１】
次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
（イ）磁気誘導部材の両対向面を円板面状に形成すると共に、ヒステリシスリングを円板壁を有する形状に形成し、前記両対向面の間の隙間にヒステリシスリングの円板壁を配置したことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００７２】
この場合、軸長の増大を招くことなく磁気誘導部材とヒステリシスリングの対向面積を確保することができるため、装置の軸長を短縮化して内燃機関の車両搭載性を高めることができる。また、磁気誘導部材とヒステリシスリングの磁力作用部が径方向外側に位置されるようになるため、効率良く大きな制動トルクを得ることができる。
（ロ）前記磁気誘導部材が非回転部材に取り付けられ、前記ヒステリシスリングが中間回転体に連係された前記（イ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記ヒステリシスリングを、中間回転体に対して、径方向の変位を許容し、かつ、回動を規制した状態で連係すると共に、そのヒステリシスリングを磁気誘導部材または非回転部材に軸受を介して支持させたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００７３】
この場合、ヒステリシスリングは中間回転体と常時一体回転するものの、両者の連係部は径方向の相対変位を許容する構造となっているため、中間回転体の径方向の変動はその連係部で吸収されてヒステリシスリング側に伝達されなくなる。そして、ヒステリシスリングは磁気誘導部材または非回転部材に軸受を介して支持されているため、ヒステリシスリングと磁気誘導部材の干渉は確実に防止される。
（ハ）ヒステリシスリングと中間回転体の一方に突出部を設けると共に、他方に径方向に延出する係合溝を設け、前記突出部を係合溝に摺動自在に係合させたことを特徴とする請求項６または前記（ロ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００７４】
この場合、極めて簡単な構造でありながら、中間回転体とヒステリシスリングを、径方向の変位を許容し、回動を規制した状態で連係することができる。したがって、製造コストの高騰を抑えることができる。
（ニ）異磁極が円周方向に沿って配置された一対の永久磁石ブロックを、磁極面相互が隙間をもって対峙するように設け、この両永久磁石ブロック間の隙間にヒステリシス材から成るヒステリシスリングを配置すると共に、両永久磁石ブロックを相対回動させることによって永久磁石ブロック間の発生磁界を変化させる回動機構を設け、前記永久磁石ブロックの磁極面、ヒステリシスリング、回動機構によって前記磁界発生部、ヒステリシス材、磁界制御手段を夫々構成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００７５】
この場合、両永久磁石ブロックの相対回動位置に応じて発生磁界を変化させることができ、磁界の発生には基本的に電力を用いないため、車両にとって貴重な電力消費を小さく抑えることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の第１の実施形態を示す縦断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図４】同実施形態の作動状態を示す図２と同様の断面図。
【図５】ヒステリシス材の磁束密度−磁界特性を示すグラフ。
【図６】同実施形態を示す図３の部分拡大断面図。
【図７】図６の部品を直線状に展開した模式図であり、初期状態（Ａ）とヒステリシスリングが回転したとき（Ｂ）の磁束の流れを示す図。
【図８】この出願の発明のブレーキトルク−回転速度特性（Ａ）と従来技術のブレーキトルク−回転速度特性（Ｂ）を示すグラフ。
【図９】この出願の発明の第２の実施形態を示す縦断面図。
【図１０】同実施形態を示す図９のＣ矢視の拡大図。
【図１１】同実施形態を示す図９のＤ矢視の拡大図。
【図１２】この出願の発明の第３の実施形態を示す縦断面図。
【図１３】同実施形態を示すＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１４】同実施形態を示すＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１５】同実施形態を示すＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１６】この出願の発明の第４の実施形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
３…駆動リング（駆動回転体）
４…組付角操作機構
７…従動軸部材（従動回転体）
８…径方向溝（径方向ガイド）
１１…リンク
１３…突出部（可動案内部）
１５…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
１６，１１６…係合ピン（可動案内部、転動部材）
１８…中間回転体
２０，１２０，３２０…ヒステリシスブレーキ
２３，１２３，３２３…ヒステリシスリング（ヒステリシス材）
２４，１２４…電磁コイル（磁界制御手段）
２５，１２５…コイルヨーク（磁気誘導材料）
２６，２７，１２６，１２７…対向面
２６ａ，２７ａ，１２６ａ，１２７ａ…凸部（磁界発生部）
３４…ＶＴＣカバー（非回転部材）
４０，４１…永久磁石ブロック
４０ａ，４１ａ…磁極面
４３…可動ベースブロック（磁界制御手段）
４４…モータ（磁界制御手段）
４６…ウォームギヤ（磁界制御手段）

Claims (6)

1. 内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、
   カムシャフト若しくは同シャフトに結合された別体部材から成る従動回転体と、
   前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回動可能な中間回転体を有し、
   その中間回転体が駆動回転体と従動回転体に対して相対的に回動操作されることによって両回転体を相対回動させる組付角操作機構と、
   前記中間回転体を駆動回転体と従動回転体に対して相対回動させるべく制動力を付与する制動機構と、
   を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記制動機構にヒステリシスブレーキを用いると共に、該ヒステリシスブレーキの前記中間回転に対する制動力によって、前記駆動回転体と従動回転の相対回動を進角側に制御することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記ヒステリシスブレーキは、
   相対変位する２部材のうちの一方側の部材に設けられた磁界発生部と、
   前記２部材のうちの他方側の部材に設けられ、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性を持つヒステリシス材と、
   前記磁界発生部の磁界を制御する磁界制御手段と、
   を備え、
   前記ヒステリシス材が磁界発生部の発生磁界内を変位するときに、ヒステリシス材の内部の磁束の向きと磁界発生部による外部磁界の向きのずれによって制動力を発生することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 隙間をもって対向する磁気誘導部材の一対の対向面に複数の凹凸を円周方向に沿って設けると共に、前記両対向面の凸部を円周方向にずらして配置し、前記両対向面の間の隙間にヒステリシス材から成るヒステリシスリングを配置し、前記両対向面相互の近接した凸部間に通電によって磁界を生じさせる電磁コイルを設け、前記対向面の凸部、ヒステリシスリング、電磁コイルによって前記磁界発生部、ヒステリシス材、磁界制御手段を夫々構成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 磁気誘導部材の両対向面を周面状に形成すると共に、ヒステリシスリングを円筒壁を有する形状に形成し、前記両対向面の間の円筒状の隙間に前記ヒステリシスリングの円筒壁を配置したことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 組付角操作機構を、
   駆動回転体と従動回転体のいずれか一方に設けられた径方向ガイドと、
   前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記径方向ガイドに対峙する側の面に渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、
   前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部と、
   前記駆動回転体と従動回転体のいずれか他方のものの回転中心から離間した部位と前記可動案内部とを揺動可能に連結するリンクと、
   を備え、
   前記可動案内部を渦巻き状ガイドに対して転動可能な転動部材を介して係合させた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バルブタイミング制御装置。
6. 磁気誘導部材が非回転部材に取り付けられ、ヒステリシスリングが中間回転体に連係された請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記ヒステリシスリングを、中間回転体に対して、径方向の変位を許容し、かつ、回動を規制した状態で連係し、そのヒステリシスリングを磁気誘導部材または非回転部材に軸受を介して支持させたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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