JP4043205B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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は、クランクシャフトからカムシャフトに至る動力伝達経路において、両シャフトの回転位相を操作することにより、機関弁の開閉タイミングを制御するようにしている。即ち、この種の装置は、クランクシャフトにタイミングチェーン等を介して連繋された駆動回転体がカムシャフト側の従動回転体に必要に応じて相対回動できるように組み付けられると共に、これらの回転体の間に両者の組付角を操作すべく組付角操作機構が介装され、この組付角操作機構を適宜駆動制御することによってクランクシャフトとカムシャフトの回転位相を変更するようになっている。
【０００３】
組付角操作機構としては、ヘリカルギヤを用いて油圧ピストンの直進作動を両回転体の回動作動に変換するもの等種々のものが開発されているが、近年、軸長を短縮化でき、フリクションロスが少ない等の多く利点を有するリンクを用いたものが案出されている。
【０００４】
組付角操作機構にリンクを用いたバルブタイミング制御装置としては、例えば、特開２００１−４１０１３号公報に開示されるようなものがある。
【０００５】
この装置は、図１６，図１７に示すように、クランクシャフト（図示せず。）にタイミングチェーン（図示せず。）等を介して連繋されたハウジング１０１（駆動回転体）がカムシャフト１０２（従動回転体）の端部に回動可能に組み付けられ、ハウジング１０１の内側端面に形成されたガイド溝１０３（径方向ガイド）に複数の可動部材１０４，１０４が夫々径方向に沿って摺動自在に係合支持されると共に、径方向外側に突出する複数のレバー１０５，１０５を有するレバー軸１０６がカムシャフト１０２の端部に取り付けられ、各可動部材１０４とレバー軸１０６の対応するレバー１０５とがリンク１０７によって枢支連結されている。そして、ハウジング１０１の前記ガイド溝１０３と対向する位置には、ガイド溝１０３側の側面に渦巻き溝１０８（渦巻き状ガイド）を有する中間回転体１０９がハウジング１０１とカムシャフト１０２に対して相対回動可能に設けられ、前記各可動部材１０４の軸方向の一方の端部に突設された略円弧状の複数の突条１１０（係合部）が前記渦巻き溝１０８に案内係合されている。また、中間回転体１０９はハウジング１０１に対して回転を進める側にゼンマイばね１１１によって付勢されると共に、電磁ブレーキ１１２によって回転を遅らせる側の力を適宜受けるようになっている。尚、カムシャフト１０２の前端部には支持ロッド１１３が同軸に設けられ、この支持ロッド１１３に前記中間回転体１０９が回転可能に嵌合支持されている。
【０００６】
この装置の場合、電磁ブレーキ１１２がＯＦＦ状態のときには、中間回転体１０９がゼンマイばね１１１の付勢力を受けハウジング１０１に対して初期位置に位置されており、渦巻き溝１０８に突条１１０でもって噛合う可動部材１０４は径方向外側に最大に変位し、リンク１０７を引き起こしてハウジング１０１とカムシャフト１０２の組付角を最遅角位置または最進角位置に維持している。そして、この状態から電磁ブレーキ１１２がＯＮにされると、中間回転体１０９が減速されてハウジング１０１に対して遅れ側に相対回転する結果、渦巻き溝１０８に噛合う可動部材１０４が径方向内側に変位し、今まで引き起こされていたリンク１０７を次第に倒すようにしてハウジング１０１とカムシャフト１０２の組付角を最進角位置または最遅角位置に変更する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバルブタイミング制御装置においては、中間回転体１０９の回動操作時に複数の可動部材１０４を径方向に円滑に変位させるためには、可動部材１０４の係合部である突条１１０と中間回転体１０９の渦巻き溝１０８の間に若干の遊び（隙間）を持たせる必要がある。また、中間回転体１０９は支持ロッド１１３に嵌合支持され、常時一定位置にセンタリングされた状態で回動操作されるため、上記の突条１１０と渦巻き溝１０８の間に若干の遊びを持たせていることと相俟って、回動操作初期等に渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４側のみに片当りすることがある。つまり、可動部材１０４やリンク１０７、渦巻き溝１０８等の製造誤差や組付誤差、或は、部品相互の一時的なずれ等があると、中間回転体１０９の渦巻き溝１０８が一定軌道で回動したときに回動操作力が一方の可動部材１０４側に集中してしまう。
【０００８】
そして、上記従来の装置の場合、渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４に片当りすると、異音やガタつきを発生し易いうえ、一方側の可動部材１０４やリンク１０７に大きな負荷が偏って作用するために、作動時におけるフリクションが増大すると共に、部品の耐久性の低下を来し易い。また、中間回転体１０９の回動操作時に渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４側に片当りすると、可動部材１０４を通してハウジング１０１とレバー軸１０６の間に作用するトルクが円周方向でアンバランスになり、組付角変更のための作動が不安定になり易い。
【０００９】
そこで本発明は、中間回転体の回動操作力が常時すべての可動部材に均等に作用するようにして、静粛性及び耐久性が高く、しかも、円滑作動を得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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設け 前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、中間回転体が径方向に変位可能となった状態において、ガイドで可動部材の係合部を案内係合する。したがって、中間回転体が操作力付与手段から回動操作力を受けたときに、一部の可動部材だけにガイドが片当りしようとすると、中間回転体が径方向に変位し、ガイドが他の可動部材に対して速やかに当接することとなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、前記中間回転体を、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径する複数のガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するそれぞれのガイドに沿って変位可能に係合された複数の可動部材と、前記複数の可動部材と連係された同一長さの複数のリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明にあっては、前記中間回転体を、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項５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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、転動する部材を介して前記周方向のガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し、かつ前記中間回転体に回動力を付与することによって前記ガイド内で前記転動する部材を前記可動部材とともに移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御することを特徴としている。
【００１６】
請求項６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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、を備え、機関の運転状態に応じて前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、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、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、一端が前記従動回転体に連係されている一方、他端が前記駆動回転体に対して前記可動部材を介して連係されたリンクと、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記リンクを介して前記駆動回転体に対する従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向へ変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、この実施形態は、本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。
【００２１】
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、クランクシャフト（図示せず）に連繋されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動プレート３（本発明における駆動回転体）と、この駆動プレート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の組付角を回動操作する組付角操作機構５と、この組付角操作機構５のさらに前方側に配置されて、同機構５を駆動操作する操作力付与手段４と、を備えている。
【００２２】
駆動プレート３は、中心部に段差状の支持孔６を備える円板状に形成され、その支持孔６部分が、カムシャフト１の前端部に一体に結合されたフランジリング７（本発明における従動回転体）に回転自在に支持されている。そして、駆動プレート３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、断面円弧状の３つの径方向溝８（径方向ガイド）が図２に示すようにほぼ径方向に沿うように形成されている。
【００２３】
また、前記フランジリング７の前面側には、放射状に突出する三つのレバー９を有するレバー軸１０と、支持フランジ１１を有する保持リング１２が重合状態で配置され、これらのレバー軸１０と保持リング１２がフランジリング７と共にボルト１３によってカムシャフト１に結合されている。そして、レバー軸１０の各レバー９には、リンク１４の一端がピン１５によって回動自在に枢支されており、各リンク１４の他端には、軸方向に貫通する収容孔１６が形成され、その収容孔１６に、以下の構成要素から成る可動部材１７が収容されている。
【００２４】
即ち、可動部材１７は、駆動プレート３側で球１８を保持する第１リテーナ１９と、駆動プレート３と逆側で別の球２０を保持する第２リテーナ２１と、第１リテーナ１９と第２リテーナ２１の間に介装されて、両リテーナ１９，２１を相反方向に付勢する波形の板ばね２２とによって構成されている。
【００２５】
第１，第２リテーナ１９，２１は板ばね２２と共にリンク１４の収容孔１６内に配置されるが、これらのリテーナ１９，２１は、夫々厚肉の円板状に形成されると共に、前面側の各中心部に前記球１８，２０を保持する半球状の窪み１９ａ，２１ａが形成されている。したがって、各リテーナ１９，２１に保持された球１８，２０は互いが軸方向で同軸となるようにリンク１４の端部に配置され、リンク１４の他端において軸方向の両端部から夫々突出するようになっている。
【００２６】
また、第１リテーナ１９に保持された一方の球１８は、駆動プレート３の前記径方向溝８に対して転動可能に係合され、第２リテーナ２１に保持された球２０は、後述する中間回転体２３に形成された断面円弧状の渦巻き溝２４（渦巻き状ガイド）に対して同様に転動可能に係合されている。可動部材１７は、駆動プレート３の径方向溝８によって径方向に案内された状態で、リンク１４とレバー９を介してカムシャフト１に連結されているため、可動部材１７が中間回転体２３側から外力を受けて径方向溝８に沿って変位すると、リンク１４とレバー９によるリンク作用により、駆動プレート３とカムシャフト１が可動部材１７の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２７】
尚、レバー軸１０の３つのレバー９は円周方向等間隔に配置され、３つのレバー９と、これに対応する３つのリンク１４は夫々が等長に形成されている。
【００２８】
一方、保持リング１２は、支持フランジ１１の軸方向前後に夫々ボス部２５，２６を有し、その後部側のボス部２６の周域には略円板状の前記中間回転体２３が配置されている。中間回転体２３は、前記ボス部２６よりも大径の遊挿孔２７が形成されてボス部２６に対して非接触とされると共に、後部側（駆動プレート３側）の面に、各可動部材１７に対して１対１で対応するように前記渦巻き溝２４が３つ形成されている。この各渦巻き溝２４の渦巻きは、図３〜図５に示すように（図４，図５において、渦巻き溝２４は中心線のみ示してある。）駆動プレート３の回転方向Ｒ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、可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４に係合した状態で中間回転体２３が駆動プレート３に対して遅れ方向に相対回転すると、可動部材１７は渦巻き溝２４の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体２３が進み方向に相対回転すると、半径方向外側に移動する。
【００２９】
また、保持リング１２の支持フランジ１１と中間回転体２３の内周縁部の間には、図６に示すようなニードルタイプのスラスト軸受２８が介装されており、中間回転体２３はこの軸受２８を介して保持リング１２に回転可能にスラスト支持されると共に、径方向については保持リング１２のボス部２６と干渉しない範囲で自由に変位できるようになっている。
【００３０】
ここで、前記中間回転体２３の渦巻き溝２４は前述のように円弧状断面に形成されているが、具体的には、図７に示すように可動部材１７の球２０の半径に対して若干径の大きい円弧状断面に形成され、渦巻き溝２４の断面幅方向における球２０の自由な転動を許容するようになっている。そして、渦巻き溝２４の円弧状断面は、溝２４の最深部ｐに向かって湾曲傾斜する一対のガイド斜面を成し、その最深部ｐを溝長手方向に沿って繋ぐ中心線が可動部材１７の球２０に対する理想ガイド軌跡を成すようになっている。
【００３１】
また、各可動部材１７の板ばね２２は、球２０を渦巻き溝２４の円弧状断面（ガイド斜面）に向けて押圧する付勢手段を成し、渦巻き溝２４の円弧状断面（ガイド斜面）と共に中間回転体２３の自動調心機構５０を構成している。したがって、中間回転体２３には、渦巻き溝２４の円弧形状と、各可動部材１７の板ばね２２及び球２０との協働による調心力が作用し、中間回転体２３は、すべての可動部材１７の球２０がバランス良く渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡上に位置されるように径方向に位置調整される。
【００３２】
この実施形態の場合、組付角操作機構５は、以上説明した駆動プレート３の径方向溝８、可動部材１７、リンク１４、レバー９、中間回転体２３の渦巻き溝２４等によって構成されている。この組付角操作機構５は、操作力付与手段４から中間回転体２３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、渦巻き溝２４を介して可動部材１７を径方向に変位させ、さらに径方向溝８と、リンク１４及びレバー９を介してその回動力を設定倍率に増幅し、駆動プレート３とカムシャフト１に相対的な回動力を作用させる。
【００３３】
一方、操作力付与手段４は、前記中間回転体２３の前面側（駆動プレート３と逆側）の外周縁部に接合された円環プレート状の永久磁石ブロック２９と、保持リング１２に径方向外側にフランジ状に張り出すように取り付けられた薄肉の円環プレート状のヨークブロック３０と、シリンダヘッドとロッカカバー（図示せず）に跨って取り付けられたＶＴＣカバー３１（本発明における非回転部材）内に固定設置された電磁コイルブロック３２と、を備えて成り、この電磁コイルブロック３２の備える複数の電磁コイル３３Ａ，３３Ｂは、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路３４に接続され、この駆動回路３４がコントローラ３５によって制御されるようになっている。尚、コントローラ３５は、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷等の各種の入力信号を受け、随時機関の運転状態に応じた制御信号を駆動回路３４に出力する。
【００３４】
永久磁石ブロック２９は、図９に示すように、軸方向と直交する面に放射方向に延出する磁極（Ｎ極，Ｓ極）が、異磁極が交互になるように円周方向に沿って複数着磁されている。尚、図９においては、Ｎ極の磁極面を３６ｎで示し、Ｓ極の磁極面を３６ｓで示している。
【００３５】
ヨークブロック３０は、後述する第１，第２極歯リング３７，３８が対にされて成る二組のヨーク３９Ａ，３９Ｂを備え、その内周縁部が、保持リング１２の支持フランジ１１と、同リング１２の前部側のボス部２５に螺合されたナット４０によって挟持固定されている。
【００３６】
各ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８は透磁率の高い金属材料によって形成され、図１０に示すように、平板リング状の基部３７ａ，３８ａと、その基部３７ａ，３８ａから径方向内側または外側に延出する略台形状の複数の極歯３７ｂ…，３８ｂ…とを備えている。この実施形態の場合、径方向外側に位置されるものが第１極歯リング３７、径方向内側に位置されるものが第２極歯リング３８とされているが、各極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂは、円周方向に等間隔に、かつ、歯先が相手極歯リング側に指向するように、つまり、第１極歯リング３７の歯先は径方向内側に、第２極歯リング３８の歯先は径方向外側に夫々指向するように延出している。そして、第１極歯リング３７と第２極歯リング３８は、互いの極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向に交互に、かつ、等ピッチとなるように絶縁体である樹脂材料４０によって結合されている。
【００３７】
ヨークブロック３０を構成する２つのヨーク３９Ａ，３９Ｂは、径方向外側と内側に全体がほぼ円板状を成すように並べられると共に、図１５の励磁シーケンス図に示すように、互いの極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向に沿って４分の１ピッチずれるように組み付けられている。尚、図１５に示したピッチの記載は、一つの極歯リング３７（または、３８）上の隣接する極歯３７ｂ，３７ｂ（または、３８ｂ，３８ｂ）間のピッチを１ピッチと考えた場合であるが、一つのヨーク３９Ａ（３９Ｂ）上の隣接する極歯３７ｂ，３８ｂ間のピッチを１ピッチと考えるならば、ヨーク３９Ａ，３９Ｂ相互の極歯３７ｂ…，３８ｂ…は円周方向に沿って２分の１ピッチずれているものと言える。
【００３８】
また、ヨークブロック３０は、図１に示すように、その両側面が永久磁石ブロック２９と電磁コイルブロック３２に軸方向で対向するように配置されているが、各ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８は、図８及び図１１，図１２に示すように、リング状の基部３７ａ，３８ａが電磁コイルブロック３２側（図中左側）に位置され、台形状の各極歯３７ｂ，３８ｂが永久磁石ブロック２９側（図中右側）に位置されるように極歯３７ｂ，３８ｂと基部３７ａ，３８ａの連接部が屈曲して形成されている。そして、ヨークブロック３０のヨーク３９Ａ，３９Ｂ相互は第１，第２極歯リング３７，３８と同様に絶縁体である樹脂材料４０によって結合されている。
【００３９】
一方、電磁コイルブロック３２は、ＶＴＣカバー３１内に固定され、ヨークブロック３０側に開口するハウジング４１に、図１及び図８、図１３に示すように、２相の電磁コイル３３Ａ，３３Ｂが径方向内外に並べて収容されて成り、各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂは、円環状のボビン４２に巻装されたコイル本体４３と、このコイル本体４３の周域に配置されてコイル本体４３で発生した磁束をヨークブロック３０側の磁気入出端４４，４５に誘導するコイルヨーク４６とを備えた構成とされている。そして、各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの磁気入出端４４，４５は、図８に拡大して示すように、ヨークブロック３０の対応するヨーク３９Ａ，３９Ｂのうちの、第１，第２極歯リング３７，３８のリング状の基部３７ａ，３８ａに対し、軸方向のエアギャップａを介して対面している。したがって、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂが励磁されて所定の向きの磁界が生じると、ヨークブロック３０の回転の如何に拘らず、エアギャップａを介して対応するヨーク３９Ａ，３９Ｂに磁気誘導が生じ、その結果として、ヨーク３９Ａ，３９Ｂの各極歯リング３７，３８に磁界の向きに応じた磁極が現れる。
【００４０】
また、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界は、駆動回路３４のパルスの入力に対して所定パターンで順次切換えられるようになっている。つまり、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界の切換えパターンは、例えば、図１５の励磁シーケンス図に順次示すようになっている。
【００４１】
尚、図１５中、下向き矢印（↓）は、ヨークブロック３０の第１極歯リング３７にＮ極、第２極歯リング３８にＳ極が夫々現れるときの電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を示し、上向き矢印（↑）は、これと逆の向きの電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を示す。また、図１５は、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの巻線形式としてモノファイラ巻きを採用したときのものであるが、同図中「励磁」の「正」，「負」は、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界が（↓）のときと（↑）のときの励磁電流の向きを示す。
【００４２】
ここで、図１５に示す切換えパターンについて、ステップを追って説明すると、ステップ１では、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流を「正」，「正」とすることにより、コイル３３Ａ，３３Ｂで夫々（↓），（↓）の磁界を発生する。これにより、両ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８に同様にＮ極，Ｓ極が現れ、破線で示す位置にあった永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎが、極歯３７ｂ，３８ｂとの吸引反発作用を受け、Ｓ極となっている両ヨーク３９Ａ，３９Ｂの極歯３８ｂ，３８ｂに跨って対向するように一方向に４分の１ピッチ移動する。
【００４３】
同様にステップ２では、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流を「逆」，「正」として（↑），（↓）の磁界を発生し、ステップ３では励磁電流を「逆」，「逆」、ステップ４では「正」，「逆」とすることにより、（↑），（↑）の磁界と（↓），（↑）の磁界を夫々発生する。この結果、Ｓ極となる極歯３７ｂ，３８ｂの位置（正確には、極歯３７ｂ…，３８ｂ…のうちの、４分の１ピッチずれて隣り合うもの同士がＳ極とＳ極になるものの位置。）が４分の１ピッチずつ一方向に移動し、この極歯３７ｂ，３８ｂ上のＳ極の移動に磁極面３６ｎが追従するように永久磁石ブロック２９が回転する。
【００４４】
したがって、永久磁石ブロック２９は、この発生磁界の切換えパターンを繰り返すことにより、ヨークブロック３０に対して一方向の回転を続け、この切換えパターンを逆向きに辿り繰り返すことによって逆向きの回転を続けることとなる。また、電磁コイルブロック３２での発生磁界の切換えを停止した場合には、永久磁石ブロック２９がヨークブロック３０に対する回転を停止すると共に、その回転停止位置が、ヨークブロック３０の各極歯３７ｂ，３８ｂと永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓの間に作用し続ける磁気的な吸引反発力によって確実に維持される。
【００４５】
このバルブタイミング制御装置は、以上のようにヨークブロック３０（カムシャフト１）の回転の有無に関係なく、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を所定パターンで切換えることによって、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を任意に変更することができる。
【００４６】
即ち、内燃機関の始動時やアイドル運転時には、図５に示すように、駆動プレート３とレバー軸１０の組付角を予め最遅角側に維持しておくことにより、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）を最遅角側にし、機関回転の安定化と燃費の向上を図ることができるが、例えば、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く指令がコントローラ３５から電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの駆動回路３４に発されると、電磁コイルブロック３２はその指令に従って発生磁界を所定パターンで切換え、永久磁石ブロック２９を中間回転体２３と共に進み側に最大に相対回動させる。これにより、可動部材１７は中間回転体２３の渦巻き溝２４に案内されて図４に示すように径方向外側に最大に変位し、リンク１４とレバー９を介して駆動プレート３とレバー軸１０の組付角を最進角側に変更する。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。
【００４７】
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３５から発されると、電磁コイルブロック３２が発生磁界を逆パターンで切換えることによって中間回転体２３を遅れ側に最大に相対回動させ、渦巻き溝２４による案内作用によって可動部材１７を図５に示すように径方向内側に最大に変位させる。これにより、可動部材１７はリンク１４とレバー９を介して駆動プレート３とレバー軸１０を相対回動させ、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を最遅角側に変更する。
【００４８】
ところで、操作力付与手段４から力を受けて中間回転体２３が回動操作されるときには、中間回転体２３の渦巻き溝２４が可動部材１７の各球２０に接触してこれらを径方向に案内するが、このときには、自動調心機構５０が作動することによって中間回転体２３が径方向に位置調整される。
【００４９】
即ち、中間回転体２３の回動操作初期等に、例えば、１つの可動部材１７の球２０のみが渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡上（溝の最深部ｐ）にあり、残余の可動部材１７の球２０が理想ガイド軌跡から外れていたとすると、このとき残余の可動部材１７の球２０が夫々板ばね２２の力を受けて、渦巻き溝２４の円弧状断面のうちの傾斜部分（最深部ｐから外れた部分）に押し付けられる。このとき、各球２０から渦巻き溝２４に作用する径方向の分力のバランスによって中間回転体２３が径方向に自動的に位置調整され、その結果、すべて可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡にほぼ沿うように速やかに整列されることとなる。したがって、このとき３つあるすべての可動部材１７の球２０は中間回転体２３の渦巻き溝２４に対してほぼ均等に接触し、中間回転体２３から各可動部材１７にはほぼ均等な力が作用することとなる。
【００５０】
よって、このバルブタイミング制御装置においては、中間回転体２３の回動操作時に渦巻き溝２４が一部の可動部材１７のみに片当りすることが無くなるため、この片当りに起因するガタつき音、打音等の騒音の発生を未然に防止することができると共に、一部の可動部材１７やリンク１４、レバー９に荷重が集中することによる部品耐久性の低下やフリクションの増大等も防止することができる。また、各可動部材１９からレバー軸１０へのトルク伝達が常時円周方向で均等となるため、バルブタイミングの変更作動を円滑かつ迅速に行うことができる。
【００５１】
また、この実施形態のバルブタイミング制御装置においては、自動調心機構５０のガイド斜面を渦巻き溝２４の円弧状断面によって構成すると共に、係合部を球２０によって構成したため、中間回転体２３の自動調心時には、可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４の円弧状断面を滑らかに転動することにより、中間回転体２３をスムーズに、かつ、迅速に変位させることができる。
【００５２】
さらに、この実施形態の場合、可動部材１７の球２０を渦巻き溝２４に押圧する付勢手段である板ばね２２を、各可動部材１７に対して夫々一つずつ設けるようにしているため、可動部材１７の各球２０を、中間回転体２３の渦巻き溝２４の断面形状に沿わせて常時正確に追従させることができ、中間回転体２３の自動調心をより正確に行うことができる。また、中間回転体２３の変動、ふらつき等に対しても強く、常時、各可動部材１７の球２０を渦巻き溝２４に対して確実に接触させることができる。
【００５３】
さらに、この実施形態の装置は、中間回転体２３の渦巻き溝２４のある側と逆側の面にスラスト軸受２８を設け、各可動部材１７の板ばね２２から渦巻き溝２４に作用する軸方向の押付け力を、中間回転体２３の径方向の変位と回転を許容した状態で支持できるようにしたため、中間回転体２３の回動操作に伴なうフリクションを大幅に低減し、作動をより円滑にすることができる。
【００５４】
尚、この実施形態においては、中間回転体２３の渦巻き状ガイドを円弧状断面の渦巻き溝２４によって構成する一方、可動部材１７の板ばね２２に付勢された係合部としての球２０を渦巻き溝２４の円弧状断面に接触させて中間回転体２３の自動調心機構５０を構成したが、渦巻き状ガイドを円弧状以外の断面形状に形成したり、係合部を球２０以外で構成することも可能である。ただし、このときも渦巻き状ガイドには、同ガイドの理想ガイド軌跡に向かって傾斜するガイド斜面を設けるようにすれば、上記の実施形態と同様に中間回転体２３の正確な自動調心を行うことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中間回転体の周方向へ縮径したガイドが一部の可動部材の係合部に片当りしようとしたときに、中間回転体全体を径方向に変位させることができるため、中間回転体の回動操作力をすべての可動部材に偏りなく均等に作用させることができる。
したがって、中間回転体の回動操作時に、前記ガイドが一部の可動部材に片当りする不具合が生じなくなり、その結果、操作時におけるガタつき音の発生や部品耐久性の低下を防止することが可能になると共に、一部の可動部材に回動操作力が集中することによるフリクションの増大や伝達トルクのアンバランスを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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線に沿う端面図。
【図３】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う端面図。
【図４】同実施形態を示す図１のＣ−Ｃ線に沿う端面図。
【図５】同実施形態の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線に沿う端面図。
【図６】同実施形態を示す図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図７】同実施形態を示す図１のＫ部分の拡大断面図。
【図８】同実施形態を示す図１のＪ部分の拡大断面図。
【図９】同実施形態を示す図１のＤ−Ｄ線に沿う端面図。
【図１０】同実施形態を示す図１のＥ−Ｅ線に沿う端面図。
【図１１】同実施形態を示す図１０のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１２】同実施形態を示す図１０のＨ−Ｈ線に沿う断面図。
【図１３】同実施形態を示す図１のＦ−Ｆ線に沿う端面図。
【図１４】永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓを仮想線で重ね合わせたヨークブロック３０の概略側面図。
【図１５】同実施形態を示す励磁シーケンス図であり、図中左側に作動ステップ毎の各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流と磁界の向きを示し、右側に対応する作動ステップでのヨーク３９Ａ，３９Ｂの磁極と永久磁石ブロック２９の磁極面を模式的に示した図。
【図１６】従来の技術を示す縦断面図。
【図１７】同技術を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１…カムシャフト（従動回転体）
３…駆動プレート（駆動回転体）
４…操作力付与手段
８…径方向溝（径方向ガイド）
１４…リンク
１７…可動部材
２０…球（係合部）
２２…板ばね（付勢手段）
２３…中間回転体
２４…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
２８…スラスト軸受
５０…自動調心機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、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は、クランクシャフトからカムシャフトに至る動力伝達経路において、両シャフトの回転位相を操作することにより、機関弁の開閉タイミングを制御するようにしている。即ち、この種の装置は、クランクシャフトにタイミングチェーン等を介して連繋された駆動回転体がカムシャフト側の従動回転体に必要に応じて相対回動できるように組み付けられると共に、これらの回転体の間に両者の組付角を操作すべく組付角操作機構が介装され、この組付角操作機構を適宜駆動制御することによってクランクシャフトとカムシャフトの回転位相を変更するようになっている。
【０００３】
組付角操作機構としては、ヘリカルギヤを用いて油圧ピストンの直進作動を両回転体の回動作動に変換するもの等種々のものが開発されているが、近年、軸長を短縮化でき、フリクションロスが少ない等の多く利点を有するリンクを用いたものが案出されている。
【０００４】
組付角操作機構にリンクを用いたバルブタイミング制御装置としては、例えば、特開２００１−４１０１３号公報に開示されるようなものがある。
【０００５】
この装置は、図１６，図１７に示すように、クランクシャフト（図示せず。）にタイミングチェーン（図示せず。）等を介して連繋されたハウジング１０１（駆動回転体）がカムシャフト１０２（従動回転体）の端部に回動可能に組み付けられ、ハウジング１０１の内側端面に形成されたガイド溝１０３（径方向ガイド）に複数の可動部材１０４，１０４が夫々径方向に沿って摺動自在に係合支持されると共に、径方向外側に突出する複数のレバー１０５，１０５を有するレバー軸１０６がカムシャフト１０２の端部に取り付けられ、各可動部材１０４とレバー軸１０６の対応するレバー１０５とがリンク１０７によって枢支連結されている。そして、ハウジング１０１の前記ガイド溝１０３と対向する位置には、ガイド溝１０３側の側面に渦巻き溝１０８（渦巻き状ガイド）を有する中間回転体１０９がハウジング１０１とカムシャフト１０２に対して相対回動可能に設けられ、前記各可動部材１０４の軸方向の一方の端部に突設された略円弧状の複数の突条１１０（係合部）が前記渦巻き溝１０８に案内係合されている。また、中間回転体１０９はハウジング１０１に対して回転を進める側にゼンマイばね１１１によって付勢されると共に、電磁ブレーキ１１２によって回転を遅らせる側の力を適宜受けるようになっている。尚、カムシャフト１０２の前端部には支持ロッド１１３が同軸に設けられ、この支持ロッド１１３に前記中間回転体１０９が回転可能に嵌合支持されている。
【０００６】
この装置の場合、電磁ブレーキ１１２がＯＦＦ状態のときには、中間回転体１０９がゼンマイばね１１１の付勢力を受けハウジング１０１に対して初期位置に位置されており、渦巻き溝１０８に突条１１０でもって噛合う可動部材１０４は径方向外側に最大に変位し、リンク１０７を引き起こしてハウジング１０１とカムシャフト１０２の組付角を最遅角位置または最進角位置に維持している。そして、この状態から電磁ブレーキ１１２がＯＮにされると、中間回転体１０９が減速されてハウジング１０１に対して遅れ側に相対回転する結果、渦巻き溝１０８に噛合う可動部材１０４が径方向内側に変位し、今まで引き起こされていたリンク１０７を次第に倒すようにしてハウジング１０１とカムシャフト１０２の組付角を最進角位置または最遅角位置に変更する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバルブタイミング制御装置においては、中間回転体１０９の回動操作時に複数の可動部材１０４を径方向に円滑に変位させるためには、可動部材１０４の係合部である突条１１０と中間回転体１０９の渦巻き溝１０８の間に若干の遊び（隙間）を持たせる必要がある。また、中間回転体１０９は支持ロッド１１３に嵌合支持され、常時一定位置にセンタリングされた状態で回動操作されるため、上記の突条１１０と渦巻き溝１０８の間に若干の遊びを持たせていることと相俟って、回動操作初期等に渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４側のみに片当りすることがある。つまり、可動部材１０４やリンク１０７、渦巻き溝１０８等の製造誤差や組付誤差、或は、部品相互の一時的なずれ等があると、中間回転体１０９の渦巻き溝１０８が一定軌道で回動したときに回動操作力が一方の可動部材１０４側に集中してしまう。
【０００８】
そして、上記従来の装置の場合、渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４に片当りすると、異音やガタつきを発生し易いうえ、一方側の可動部材１０４やリンク１０７に大きな負荷が偏って作用するために、作動時におけるフリクションが増大すると共に、部品の耐久性の低下を来し易い。また、中間回転体１０９の回動操作時に渦巻き溝１０８が一方の可動部材１０４側に片当りすると、可動部材１０４を通してハウジング１０１とレバー軸１０６の間に作用するトルクが円周方向でアンバランスになり、組付角変更のための作動が不安定になり易い。
【０００９】
そこで本発明は、中間回転体の回動操作力が常時すべての可動部材に均等に作用するようにして、静粛性及び耐久性が高く、しかも、円滑作動を得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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設け 前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、中間回転体が径方向に変位可能となった状態において、ガイドで可動部材の係合部を案内係合する。したがって、中間回転体が操作力付与手段から回動操作力を受けたときに、一部の可動部材だけにガイドが片当りしようとすると、中間回転体が径方向に変位し、ガイドが他の可動部材に対して速やかに当接することとなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、前記中間回転体を、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径する複数のガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するそれぞれのガイドに沿って変位可能に係合された複数の可動部材と、前記複数の可動部材と連係された同一長さの複数のリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明にあっては、前記中間回転体を、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項５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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、転動する部材を介して前記周方向のガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、を備え、前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し、かつ前記中間回転体に回動力を付与することによって前記ガイド内で前記転動する部材を前記可動部材とともに移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御することを特徴としている。
【００１６】
請求項６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される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、を備え、機関の運転状態に応じて前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、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、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、一端が前記従動回転体に連係されている一方、他端が前記駆動回転体に対して前記可動部材を介して連係されたリンクと、前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記リンクを介して前記駆動回転体に対する従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、前記中間回転体を径方向へ変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成したことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、この実施形態は、本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。
【００２１】
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、クランクシャフト（図示せず）に連繋されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動プレート３（本発明における駆動回転体）と、この駆動プレート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の組付角を回動操作する組付角操作機構５と、この組付角操作機構５のさらに前方側に配置されて、同機構５を駆動操作する操作力付与手段４と、を備えている。
【００２２】
駆動プレート３は、中心部に段差状の支持孔６を備える円板状に形成され、その支持孔６部分が、カムシャフト１の前端部に一体に結合されたフランジリング７（本発明における従動回転体）に回転自在に支持されている。そして、駆動プレート３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、断面円弧状の３つの径方向溝８（径方向ガイド）が図２に示すようにほぼ径方向に沿うように形成されている。
【００２３】
また、前記フランジリング７の前面側には、放射状に突出する三つのレバー９を有するレバー軸１０と、支持フランジ１１を有する保持リング１２が重合状態で配置され、これらのレバー軸１０と保持リング１２がフランジリング７と共にボルト１３によってカムシャフト１に結合されている。そして、レバー軸１０の各レバー９には、リンク１４の一端がピン１５によって回動自在に枢支されており、各リンク１４の他端には、軸方向に貫通する収容孔１６が形成され、その収容孔１６に、以下の構成要素から成る可動部材１７が収容されている。
【００２４】
即ち、可動部材１７は、駆動プレート３側で球１８を保持する第１リテーナ１９と、駆動プレート３と逆側で別の球２０を保持する第２リテーナ２１と、第１リテーナ１９と第２リテーナ２１の間に介装されて、両リテーナ１９，２１を相反方向に付勢する波形の板ばね２２とによって構成されている。
【００２５】
第１，第２リテーナ１９，２１は板ばね２２と共にリンク１４の収容孔１６内に配置されるが、これらのリテーナ１９，２１は、夫々厚肉の円板状に形成されると共に、前面側の各中心部に前記球１８，２０を保持する半球状の窪み１９ａ，２１ａが形成されている。したがって、各リテーナ１９，２１に保持された球１８，２０は互いが軸方向で同軸となるようにリンク１４の端部に配置され、リンク１４の他端において軸方向の両端部から夫々突出するようになっている。
【００２６】
また、第１リテーナ１９に保持された一方の球１８は、駆動プレート３の前記径方向溝８に対して転動可能に係合され、第２リテーナ２１に保持された球２０は、後述する中間回転体２３に形成された断面円弧状の渦巻き溝２４（渦巻き状ガイド）に対して同様に転動可能に係合されている。可動部材１７は、駆動プレート３の径方向溝８によって径方向に案内された状態で、リンク１４とレバー９を介してカムシャフト１に連結されているため、可動部材１７が中間回転体２３側から外力を受けて径方向溝８に沿って変位すると、リンク１４とレバー９によるリンク作用により、駆動プレート３とカムシャフト１が可動部材１７の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２７】
尚、レバー軸１０の３つのレバー９は円周方向等間隔に配置され、３つのレバー９と、これに対応する３つのリンク１４は夫々が等長に形成されている。
【００２８】
一方、保持リング１２は、支持フランジ１１の軸方向前後に夫々ボス部２５，２６を有し、その後部側のボス部２６の周域には略円板状の前記中間回転体２３が配置されている。中間回転体２３は、前記ボス部２６よりも大径の遊挿孔２７が形成されてボス部２６に対して非接触とされると共に、後部側（駆動プレート３側）の面に、各可動部材１７に対して１対１で対応するように前記渦巻き溝２４が３つ形成されている。この各渦巻き溝２４の渦巻きは、図３〜図５に示すように（図４，図５において、渦巻き溝２４は中心線のみ示してある。）駆動プレート３の回転方向Ｒ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、可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４に係合した状態で中間回転体２３が駆動プレート３に対して遅れ方向に相対回転すると、可動部材１７は渦巻き溝２４の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体２３が進み方向に相対回転すると、半径方向外側に移動する。
【００２９】
また、保持リング１２の支持フランジ１１と中間回転体２３の内周縁部の間には、図６に示すようなニードルタイプのスラスト軸受２８が介装されており、中間回転体２３はこの軸受２８を介して保持リング１２に回転可能にスラスト支持されると共に、径方向については保持リング１２のボス部２６と干渉しない範囲で自由に変位できるようになっている。
【００３０】
ここで、前記中間回転体２３の渦巻き溝２４は前述のように円弧状断面に形成されているが、具体的には、図７に示すように可動部材１７の球２０の半径に対して若干径の大きい円弧状断面に形成され、渦巻き溝２４の断面幅方向における球２０の自由な転動を許容するようになっている。そして、渦巻き溝２４の円弧状断面は、溝２４の最深部ｐに向かって湾曲傾斜する一対のガイド斜面を成し、その最深部ｐを溝長手方向に沿って繋ぐ中心線が可動部材１７の球２０に対する理想ガイド軌跡を成すようになっている。
【００３１】
また、各可動部材１７の板ばね２２は、球２０を渦巻き溝２４の円弧状断面（ガイド斜面）に向けて押圧する付勢手段を成し、渦巻き溝２４の円弧状断面（ガイド斜面）と共に中間回転体２３の自動調心機構５０を構成している。したがって、中間回転体２３には、渦巻き溝２４の円弧形状と、各可動部材１７の板ばね２２及び球２０との協働による調心力が作用し、中間回転体２３は、すべての可動部材１７の球２０がバランス良く渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡上に位置されるように径方向に位置調整される。
【００３２】
この実施形態の場合、組付角操作機構５は、以上説明した駆動プレート３の径方向溝８、可動部材１７、リンク１４、レバー９、中間回転体２３の渦巻き溝２４等によって構成されている。この組付角操作機構５は、操作力付与手段４から中間回転体２３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、渦巻き溝２４を介して可動部材１７を径方向に変位させ、さらに径方向溝８と、リンク１４及びレバー９を介してその回動力を設定倍率に増幅し、駆動プレート３とカムシャフト１に相対的な回動力を作用させる。
【００３３】
一方、操作力付与手段４は、前記中間回転体２３の前面側（駆動プレート３と逆側）の外周縁部に接合された円環プレート状の永久磁石ブロック２９と、保持リング１２に径方向外側にフランジ状に張り出すように取り付けられた薄肉の円環プレート状のヨークブロック３０と、シリンダヘッドとロッカカバー（図示せず）に跨って取り付けられたＶＴＣカバー３１（本発明における非回転部材）内に固定設置された電磁コイルブロック３２と、を備えて成り、この電磁コイルブロック３２の備える複数の電磁コイル３３Ａ，３３Ｂは、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路３４に接続され、この駆動回路３４がコントローラ３５によって制御されるようになっている。尚、コントローラ３５は、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷等の各種の入力信号を受け、随時機関の運転状態に応じた制御信号を駆動回路３４に出力する。
【００３４】
永久磁石ブロック２９は、図９に示すように、軸方向と直交する面に放射方向に延出する磁極（Ｎ極，Ｓ極）が、異磁極が交互になるように円周方向に沿って複数着磁されている。尚、図９においては、Ｎ極の磁極面を３６ｎで示し、Ｓ極の磁極面を３６ｓで示している。
【００３５】
ヨークブロック３０は、後述する第１，第２極歯リング３７，３８が対にされて成る二組のヨーク３９Ａ，３９Ｂを備え、その内周縁部が、保持リング１２の支持フランジ１１と、同リング１２の前部側のボス部２５に螺合されたナット４０によって挟持固定されている。
【００３６】
各ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８は透磁率の高い金属材料によって形成され、図１０に示すように、平板リング状の基部３７ａ，３８ａと、その基部３７ａ，３８ａから径方向内側または外側に延出する略台形状の複数の極歯３７ｂ…，３８ｂ…とを備えている。この実施形態の場合、径方向外側に位置されるものが第１極歯リング３７、径方向内側に位置されるものが第２極歯リング３８とされているが、各極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂは、円周方向に等間隔に、かつ、歯先が相手極歯リング側に指向するように、つまり、第１極歯リング３７の歯先は径方向内側に、第２極歯リング３８の歯先は径方向外側に夫々指向するように延出している。そして、第１極歯リング３７と第２極歯リング３８は、互いの極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向に交互に、かつ、等ピッチとなるように絶縁体である樹脂材料４０によって結合されている。
【００３７】
ヨークブロック３０を構成する２つのヨーク３９Ａ，３９Ｂは、径方向外側と内側に全体がほぼ円板状を成すように並べられると共に、図１５の励磁シーケンス図に示すように、互いの極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向に沿って４分の１ピッチずれるように組み付けられている。尚、図１５に示したピッチの記載は、一つの極歯リング３７（または、３８）上の隣接する極歯３７ｂ，３７ｂ（または、３８ｂ，３８ｂ）間のピッチを１ピッチと考えた場合であるが、一つのヨーク３９Ａ（３９Ｂ）上の隣接する極歯３７ｂ，３８ｂ間のピッチを１ピッチと考えるならば、ヨーク３９Ａ，３９Ｂ相互の極歯３７ｂ…，３８ｂ…は円周方向に沿って２分の１ピッチずれているものと言える。
【００３８】
また、ヨークブロック３０は、図１に示すように、その両側面が永久磁石ブロック２９と電磁コイルブロック３２に軸方向で対向するように配置されているが、各ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８は、図８及び図１１，図１２に示すように、リング状の基部３７ａ，３８ａが電磁コイルブロック３２側（図中左側）に位置され、台形状の各極歯３７ｂ，３８ｂが永久磁石ブロック２９側（図中右側）に位置されるように極歯３７ｂ，３８ｂと基部３７ａ，３８ａの連接部が屈曲して形成されている。そして、ヨークブロック３０のヨーク３９Ａ，３９Ｂ相互は第１，第２極歯リング３７，３８と同様に絶縁体である樹脂材料４０によって結合されている。
【００３９】
一方、電磁コイルブロック３２は、ＶＴＣカバー３１内に固定され、ヨークブロック３０側に開口するハウジング４１に、図１及び図８、図１３に示すように、２相の電磁コイル３３Ａ，３３Ｂが径方向内外に並べて収容されて成り、各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂは、円環状のボビン４２に巻装されたコイル本体４３と、このコイル本体４３の周域に配置されてコイル本体４３で発生した磁束をヨークブロック３０側の磁気入出端４４，４５に誘導するコイルヨーク４６とを備えた構成とされている。そして、各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの磁気入出端４４，４５は、図８に拡大して示すように、ヨークブロック３０の対応するヨーク３９Ａ，３９Ｂのうちの、第１，第２極歯リング３７，３８のリング状の基部３７ａ，３８ａに対し、軸方向のエアギャップａを介して対面している。したがって、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂが励磁されて所定の向きの磁界が生じると、ヨークブロック３０の回転の如何に拘らず、エアギャップａを介して対応するヨーク３９Ａ，３９Ｂに磁気誘導が生じ、その結果として、ヨーク３９Ａ，３９Ｂの各極歯リング３７，３８に磁界の向きに応じた磁極が現れる。
【００４０】
また、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界は、駆動回路３４のパルスの入力に対して所定パターンで順次切換えられるようになっている。つまり、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界の切換えパターンは、例えば、図１５の励磁シーケンス図に順次示すようになっている。
【００４１】
尚、図１５中、下向き矢印（↓）は、ヨークブロック３０の第１極歯リング３７にＮ極、第２極歯リング３８にＳ極が夫々現れるときの電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を示し、上向き矢印（↑）は、これと逆の向きの電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を示す。また、図１５は、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの巻線形式としてモノファイラ巻きを採用したときのものであるが、同図中「励磁」の「正」，「負」は、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界が（↓）のときと（↑）のときの励磁電流の向きを示す。
【００４２】
ここで、図１５に示す切換えパターンについて、ステップを追って説明すると、ステップ１では、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流を「正」，「正」とすることにより、コイル３３Ａ，３３Ｂで夫々（↓），（↓）の磁界を発生する。これにより、両ヨーク３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８に同様にＮ極，Ｓ極が現れ、破線で示す位置にあった永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎが、極歯３７ｂ，３８ｂとの吸引反発作用を受け、Ｓ極となっている両ヨーク３９Ａ，３９Ｂの極歯３８ｂ，３８ｂに跨って対向するように一方向に４分の１ピッチ移動する。
【００４３】
同様にステップ２では、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流を「逆」，「正」として（↑），（↓）の磁界を発生し、ステップ３では励磁電流を「逆」，「逆」、ステップ４では「正」，「逆」とすることにより、（↑），（↑）の磁界と（↓），（↑）の磁界を夫々発生する。この結果、Ｓ極となる極歯３７ｂ，３８ｂの位置（正確には、極歯３７ｂ…，３８ｂ…のうちの、４分の１ピッチずれて隣り合うもの同士がＳ極とＳ極になるものの位置。）が４分の１ピッチずつ一方向に移動し、この極歯３７ｂ，３８ｂ上のＳ極の移動に磁極面３６ｎが追従するように永久磁石ブロック２９が回転する。
【００４４】
したがって、永久磁石ブロック２９は、この発生磁界の切換えパターンを繰り返すことにより、ヨークブロック３０に対して一方向の回転を続け、この切換えパターンを逆向きに辿り繰り返すことによって逆向きの回転を続けることとなる。また、電磁コイルブロック３２での発生磁界の切換えを停止した場合には、永久磁石ブロック２９がヨークブロック３０に対する回転を停止すると共に、その回転停止位置が、ヨークブロック３０の各極歯３７ｂ，３８ｂと永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓの間に作用し続ける磁気的な吸引反発力によって確実に維持される。
【００４５】
このバルブタイミング制御装置は、以上のようにヨークブロック３０（カムシャフト１）の回転の有無に関係なく、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を所定パターンで切換えることによって、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を任意に変更することができる。
【００４６】
即ち、内燃機関の始動時やアイドル運転時には、図５に示すように、駆動プレート３とレバー軸１０の組付角を予め最遅角側に維持しておくことにより、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）を最遅角側にし、機関回転の安定化と燃費の向上を図ることができるが、例えば、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く指令がコントローラ３５から電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの駆動回路３４に発されると、電磁コイルブロック３２はその指令に従って発生磁界を所定パターンで切換え、永久磁石ブロック２９を中間回転体２３と共に進み側に最大に相対回動させる。これにより、可動部材１７は中間回転体２３の渦巻き溝２４に案内されて図４に示すように径方向外側に最大に変位し、リンク１４とレバー９を介して駆動プレート３とレバー軸１０の組付角を最進角側に変更する。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。
【００４７】
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３５から発されると、電磁コイルブロック３２が発生磁界を逆パターンで切換えることによって中間回転体２３を遅れ側に最大に相対回動させ、渦巻き溝２４による案内作用によって可動部材１７を図５に示すように径方向内側に最大に変位させる。これにより、可動部材１７はリンク１４とレバー９を介して駆動プレート３とレバー軸１０を相対回動させ、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を最遅角側に変更する。
【００４８】
ところで、操作力付与手段４から力を受けて中間回転体２３が回動操作されるときには、中間回転体２３の渦巻き溝２４が可動部材１７の各球２０に接触してこれらを径方向に案内するが、このときには、自動調心機構５０が作動することによって中間回転体２３が径方向に位置調整される。
【００４９】
即ち、中間回転体２３の回動操作初期等に、例えば、１つの可動部材１７の球２０のみが渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡上（溝の最深部ｐ）にあり、残余の可動部材１７の球２０が理想ガイド軌跡から外れていたとすると、このとき残余の可動部材１７の球２０が夫々板ばね２２の力を受けて、渦巻き溝２４の円弧状断面のうちの傾斜部分（最深部ｐから外れた部分）に押し付けられる。このとき、各球２０から渦巻き溝２４に作用する径方向の分力のバランスによって中間回転体２３が径方向に自動的に位置調整され、その結果、すべて可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４の理想ガイド軌跡にほぼ沿うように速やかに整列されることとなる。したがって、このとき３つあるすべての可動部材１７の球２０は中間回転体２３の渦巻き溝２４に対してほぼ均等に接触し、中間回転体２３から各可動部材１７にはほぼ均等な力が作用することとなる。
【００５０】
よって、このバルブタイミング制御装置においては、中間回転体２３の回動操作時に渦巻き溝２４が一部の可動部材１７のみに片当りすることが無くなるため、この片当りに起因するガタつき音、打音等の騒音の発生を未然に防止することができると共に、一部の可動部材１７やリンク１４、レバー９に荷重が集中することによる部品耐久性の低下やフリクションの増大等も防止することができる。また、各可動部材１９からレバー軸１０へのトルク伝達が常時円周方向で均等となるため、バルブタイミングの変更作動を円滑かつ迅速に行うことができる。
【００５１】
また、この実施形態のバルブタイミング制御装置においては、自動調心機構５０のガイド斜面を渦巻き溝２４の円弧状断面によって構成すると共に、係合部を球２０によって構成したため、中間回転体２３の自動調心時には、可動部材１７の球２０が渦巻き溝２４の円弧状断面を滑らかに転動することにより、中間回転体２３をスムーズに、かつ、迅速に変位させることができる。
【００５２】
さらに、この実施形態の場合、可動部材１７の球２０を渦巻き溝２４に押圧する付勢手段である板ばね２２を、各可動部材１７に対して夫々一つずつ設けるようにしているため、可動部材１７の各球２０を、中間回転体２３の渦巻き溝２４の断面形状に沿わせて常時正確に追従させることができ、中間回転体２３の自動調心をより正確に行うことができる。また、中間回転体２３の変動、ふらつき等に対しても強く、常時、各可動部材１７の球２０を渦巻き溝２４に対して確実に接触させることができる。
【００５３】
さらに、この実施形態の装置は、中間回転体２３の渦巻き溝２４のある側と逆側の面にスラスト軸受２８を設け、各可動部材１７の板ばね２２から渦巻き溝２４に作用する軸方向の押付け力を、中間回転体２３の径方向の変位と回転を許容した状態で支持できるようにしたため、中間回転体２３の回動操作に伴なうフリクションを大幅に低減し、作動をより円滑にすることができる。
【００５４】
尚、この実施形態においては、中間回転体２３の渦巻き状ガイドを円弧状断面の渦巻き溝２４によって構成する一方、可動部材１７の板ばね２２に付勢された係合部としての球２０を渦巻き溝２４の円弧状断面に接触させて中間回転体２３の自動調心機構５０を構成したが、渦巻き状ガイドを円弧状以外の断面形状に形成したり、係合部を球２０以外で構成することも可能である。ただし、このときも渦巻き状ガイドには、同ガイドの理想ガイド軌跡に向かって傾斜するガイド斜面を設けるようにすれば、上記の実施形態と同様に中間回転体２３の正確な自動調心を行うことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中間回転体の周方向へ縮径したガイドが一部の可動部材の係合部に片当りしようとしたときに、中間回転体全体を径方向に変位させることができるため、中間回転体の回動操作力をすべての可動部材に偏りなく均等に作用させることができる。
したがって、中間回転体の回動操作時に、前記ガイドが一部の可動部材に片当りする不具合が生じなくなり、その結果、操作時におけるガタつき音の発生や部品耐久性の低下を防止することが可能になると共に、一部の可動部材に回動操作力が集中することによるフリクションの増大や伝達トルクのアンバランスを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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線に沿う端面図。
【図３】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う端面図。
【図４】同実施形態を示す図１のＣ−Ｃ線に沿う端面図。
【図５】同実施形態の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線に沿う端面図。
【図６】同実施形態を示す図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図７】同実施形態を示す図１のＫ部分の拡大断面図。
【図８】同実施形態を示す図１のＪ部分の拡大断面図。
【図９】同実施形態を示す図１のＤ−Ｄ線に沿う端面図。
【図１０】同実施形態を示す図１のＥ−Ｅ線に沿う端面図。
【図１１】同実施形態を示す図１０のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１２】同実施形態を示す図１０のＨ−Ｈ線に沿う断面図。
【図１３】同実施形態を示す図１のＦ−Ｆ線に沿う端面図。
【図１４】永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓを仮想線で重ね合わせたヨークブロック３０の概略側面図。
【図１５】同実施形態を示す励磁シーケンス図であり、図中左側に作動ステップ毎の各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流と磁界の向きを示し、右側に対応する作動ステップでのヨーク３９Ａ，３９Ｂの磁極と永久磁石ブロック２９の磁極面を模式的に示した図。
【図１６】従来の技術を示す縦断面図。
【図１７】同技術を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１…カムシャフト（従動回転体）
３…駆動プレート（駆動回転体）
４…操作力付与手段
８…径方向溝（径方向ガイド）
１４…リンク
１７…可動部材
２０…球（係合部）
２２…板ばね（付勢手段）
２３…中間回転体
２４…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
２８…スラスト軸受
５０…自動調心機構
Claims (6)
- 内燃機関のクランクシャフトによって回転される駆動回転体と、
カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、
前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、
前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、
前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、
前記中間回転体に回動操作力を付与して前記可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、
前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し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。 - 前記中間回転体は、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けられた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。
- 内燃機関のクランクシャフトによって回転される駆動回転体と、
カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、
前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径する複数のガイドを有する中間回転体と、
前記周方向に縮径するそれぞれのガイドに沿って変位可能に係合された複数の可動部材と、
前記複数の可動部材と連係された同一長さの複数のリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、
前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記組付角操作機構を介して前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、
前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し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。 - 前記中間回転体は、前記組付角操作機構の前記可動部材を介して径方向へ変位可能に設けられ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。
- 内燃機関のクランクシャフトによって回転される駆動回転体と、
カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、
前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、
転動する部材を介して前記周方向のガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、
前記可動部材と連係されたリンクによって前記駆動回転体と従動回転体の組付角を調整する組付角操作機構と、を備え、
前記中間回転体を径方向に変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し、
かつ前記中間回転体に回動力を付与することによって前記ガイド内で前記転動する部材を前記可動部材とともに移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 内燃機関のクランクシャフトによって回転される駆動回転体と、カムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転を伝達される従動回転体と、を備え、機関の運転状態に応じて前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
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、周方向に縮径するガイドを有する中間回転体と、
前記周方向に縮径するガイドに沿って変位可能に係合された可動部材と、
一端が前記従動回転体に連係されている一方、他端が前記駆動回転体に対して前記可動部材を介して連係されたリンクと、
前記中間回転体に回動操作力を付与して前記各可動部材を前記周方向に縮径するガイドに沿って変位させて前記リンクを介して前記駆動回転体に対する従動回転体の組付角を調整する操作力付与手段と、を備え、
前記中間回転体を径方向へ変位可能に設けると共に、前記縮径するガイドと前記可動部材との相対的な径方向への移動を許容するように形成し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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