JP4238903B2 - 内燃機関用カム軸位相可変装置および位相可変装置 - Google Patents
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Description
(1)ロック位置までの駆動力について説明すると、エンジン始動時にロック位置でロックされている必要があり、前回のエンジン停止時から停止中およびクランキング中の期間に、前回エンジンが停止したときのVTC位相からロック位置まで位相が変換(シフト)されていなければならない。上記の期間はVTCの本来の駆動力(油圧駆動では油圧,電磁駆動では電磁力)が得られないので、バネ力や摩擦抵抗などにより自力でロック位置に向かう駆動力を確保しなければならない。
(2)変動トルクの存在について説明する。相対位相を中間位置でロックするためには自力でロック位置に復帰するため、遅角方向に加えて進角方向への駆動力も必要であるが単に両方向の自力駆動力を発生するだけで良ければ、力の方向の異なる2つのバネを組み合わせれば良い。しかし、カムシャフトにバルブスプリングからの反力による変動トルクが作用していることが課題を複雑にしている。自力で復帰する位置は2つのバネ力(正確にはそのバネ力が発生するトルク)以外にカムシャフトに作用する変動トルクも含めたトータルモーメントの釣合いで決まるので、釣合い位置は必ず変動することとなる。
前記固定機構は、楔形状部が形成された楔部材を有し、
第1の回転体と第2の回転体とは、前記楔部材と当接する受部を有し、
第1の回転体と第2の回転体の前記受部のそれぞれに、前記楔部材の挿入方向に相互の間隔が狭くなる当接面を有し、
前記当接面のうち少なくともいずれか一方の当接面は、第1の回転体及び第2の回転体の回転軸方向に対して傾斜しており、かつ第1の回転体及び第2の回転体の回転中心からの放射方向に対して傾斜しているものである。
また第1の回転体と第2の回転体とは、第1の回転体と第2の回転体とに設けられた前記当接面の対と前記楔部材に形成された楔形状部とによって位相角を制限される方向に対して逆の方向に位相角を制限する第2の当接面の対を有し、第2の当接面の対は前記楔部材を介して当接することにより位相角を制限し、第2の当接面の対の一方に、それらが制限する位相角の調整範囲を拡大する段部を有するとよい。
第1回転部材から第2回転部材への動力伝達経路における駆動側の部材に装置全体の回転方向を向いた駆動部材進角面を形成し、
前記動力伝達経路における従動側の部材に装置全体の回転方向と逆方向を向いた従動部材遅角面を形成し、
駆動部材進角面と従動部材遅角面の一方を半径方向に対して軸直角断面内で内周側を向くように傾斜させると共に、他方を軸直角断面内で外周側を向くように傾斜させ、
第1回転部材に対して第2回転部材が遅角方向に位相角を変化させることで駆動部材進角面と従動部材遅角面とに挟まれる楔部材と、前記楔部材を第1回転部材及び第2回転部材の回転軸方向の一方に付勢する付勢手段と前記回転軸方向の他方に移動させる駆動手段とを設け、
各軸直角断面における駆動部材進角面と従動部材遅角面との距離が付勢手段による付勢方向の断面であるほど小さくしたものである。
11がロックバネ13の力に逆らってフロント側(図1の左方向)に最大限押し出された状態である。解除ピストン11はフロントプレート3に当接することでフロント側への最大変位を規制されている。また、ボディ2に固定されたピン14がその溝部11aに挿入されており、解除ピストン11がボディ2の内部で軸周りに勝手に回転するのを防止している。解除ピストン11にはアダプタ15が固定されており、その一部が楔部材16の溝部16aに嵌合されており楔部材16もフロント側に押し出されている。アダプタ15は圧入ピン17によって解除ピストン11に固定されている。
2b,従動部材遅角面6a,従動部材進角面6bのいずれとも密着しており、ボディ2とベーン6は駆動部材進角面2aと従動部材遅角面6aによって楔部材16が挟まれることによって遅角方向への位相変換を規制され、駆動部材遅角面2bと従動部材進角面6bによっても中間部材の機能を兼ねる楔部材16が挟まれることによって進角方向への位相変換が規制される。すなわち、第1回転部材であるボディ2と第2回転部材であるベーン6とはロックされた状態になる。なお実施例1においては、スプロケット1において楔部材16の先端が近接してくる部分に逃げ部1bが形成されており、解除ピストン11がエンジン側への最大変位した時に楔部材16が周囲と確実に密着し、変動トルクに対するガタ付きが起こりにくい構造となっている。
20aと駆動部材遅角面20bに拘束されている。すなわち実施例2では楔部材25はボディ20と一緒に回転し相対回転はない。実施例1においては、ボディ2に内蔵された解除ピストン11と楔部材16との間の円周方向変位がアダプタ15を介することで可能になっていたが、実施例2ではこの必要がなく、解除ピストン23と楔部材25とはピン
27によって直接結合され、軸方向に一体で移動する構成になっている。またこの構成によって、解除ピストン23がボディ20の内部で回転するのを規制することができるので、実施例1における解除ピストンの溝部11aやピン14は必要ない。この結果、図9と図17を比較すると分かるように、実施例2の解除ピストン23は突起部の少ないよりシンプルな形状になっている。
(エンジン側)に移動する。この軸方向移動によって楔部材25は図14(b)のように駆動部材進角面20aと従動部材遅角面22aによって挟まれた状態となる。なお、図中のハッチング部は面同士が接触している部分を表示している。その結果、ボディ20から楔部材25を介してベーン22に回転力が伝達され、カムシャフト5が回転を始めバルブスプリング(図示せず)からの反力による変動トルクが上記の動力伝達部に作用する。この変動トルクの中の正トルクが作用しても、楔部材25の内周側進角面25cと従動部材遅角面22aに軸方向の傾斜が小さく形成されているので、実施例1と同じ理由で楔部材
25が図中の下方に押し戻されることはない。ベーン22を進角方向に位相変換させようとする負のトルクが作用すると摩擦抵抗がなくなり、楔部材25はロックバネ13の力によって図14(c)のように進角方向に位相変換をしながらさらに図中の上方に移動する。最終的には図14(d)のように中間部材として駆動部材遅角面20bと従動部材進角面22bにも挟まれたロック状態となる。なお、実施例2においては、解除ピストン23がスペーサ26を介してスプロケット19に当接して止まるので、図14(d)において楔部材25は厳密には周囲の壁面と同時に密着して楔係合している訳でなく微小な隙間を持って拘束されている。図中のハッチング部はその拘束面もここでは実質的な接触部と解釈して表示したものである。実施例2においても、カムシャフト5に作用する変動トルクを利用することで中間ロック位置に向かって進角方向に自動復帰し、ロック状態とすることが可能である。
22aによって挟まれた状態とならないとベーン22は駆動力を伝達されず静止したままである。つまり、従動部材遅角面22aに接触するまでは必然的に楔部材25はボディ
20と共にベーン22に対して遅角方向に位相変換を行う。この遅角方向の位相変換の過程では楔部材25は軸方向に移動せず先端部がステップ部22cに沿った状態で遅角方向への位相変換を行う。次に、楔部材25の先端部がステップ部22cの範囲を通り過ぎると、楔部材25は遅角方向への位相変換と同時にロックバネ13の力によって軸方向への移動も開始し、図15(c)のように従動部材進角面22bと従動部材遅角面22aの間にある程度入り込んで駆動部材進角面20aと従動部材遅角面22aによって挟まれた状態となる。ここから先は図14における(c)から(d)の過程と全く同じで、最終的に、中間部材の機能も兼ねた楔部材25が駆動部材遅角面20bと従動部材進角面22bにも挟まれ中間位置ロック状態となる。つまり、中間ロック位置に向かって遅角方向にも自動復帰できたことになる。このことから、楔部材25を進角方向位相変化の規制部における中間部材としてみた時、その規制部における各接触面には軸方向の傾斜が必要でないことが分かる。
16,25と当接する受部を形成している。この受部は、ボディ2,20側では駆動部材進角面2a,20aと駆動部材遅角面2b,20bとによって構成され、ベーン6,22側では従動部材遅角面6a,22aと従動部材進角面6b,22bとによって構成される。ボディ2,20側の受部の駆動部材進角面2a,20aとベーン6,22側の受部の従動部材遅角面6a,22aとは、楔部材16,25の楔形状部と当接するように楔部材
16,25の挿入方向に相互の間隔が狭くなる2つの当接面を構成している。これらの当接面のうち少なくともいずれか一方の当接面を、第1の回転体及び第2の回転体の回転軸方向(挿入方向)に対して傾斜させ、かつ第1の回転体及び第2の回転体の回転中心からの放射方向に対して傾斜させる。実施例1(図3)においては駆動部材進角面2aを回転軸方向及び放射方向に対して傾斜させ、実施例2(図13)においては従動部材遅角面
22aを回転軸方向及び放射方向に対して傾斜させている。駆動部材進角面2a及び従動部材遅角面22aが受ける荷重の作用線、又は楔部材16,25が駆動部材進角面2a及び従動部材遅角面22aから受ける力の作用線は、駆動部材進角面2a及び従動部材遅角面22aにほぼ垂直となる。上記のように、駆動部材進角面2a及び従動部材遅角面22aを回転軸方向及び放射方向に対して傾斜させたことにより、第1の回転体及び第2の回転体の回転中心から荷重又は力の作用線までの距離は、第1の回転体及び第2の回転体の回転中心から荷重又は力の作用点までの距離に対して小さくなる。これにより、楔部材16,25が駆動部材進角面2a及び従動部材遅角面22aから受ける力を小さくすることができ、楔部材16,25を抜き方向に押し戻す力を小さくすることができる。
Claims (6)
- スプロケットと共に回転する第1の回転体と、第1の回転体に対して同軸上にかつ位相角を可変に設けられカム軸と共に回転する第2の回転体と、第1の回転体と第2の回転体との位相角を固定する固定機構とを備えた内燃機関用カム軸位相可変装置において、
前記固定機構は、楔形状部が形成された楔部材を有し、
第1の回転体と第2の回転体とは、前記楔部材と当接する受部を有し、
第1の回転体と第2の回転体の前記受部のそれぞれに、前記楔部材の挿入方向に相互の間隔が狭くなる当接面を有し、
前記当接面のうち少なくともいずれか一方の当接面は、第1の回転体及び第2の回転体の回転軸方向に対して傾斜しており、かつ第1の回転体及び第2の回転体の回転中心からの放射方向に対して傾斜していることを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用カム軸位相可変装置において、
前記固定機構は、前記楔部材を前記当接面への挿入方向に付勢する弾性部材と、前記楔部材を前記当接面からの抜き方向に油圧力を発生する油圧機構とを有することを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用カム軸位相可変装置において、
第1の回転体は所定の半径を有する内周面を有し、
第2の回転体は所定の半径を有する外周面を有し、
第1の回転体と第2の回転体とは、前記内周面と前記外周面とが対向するように配置されており、
第1の回転体の前記受部は、前記内周面より径が大きくなる側に設けられ、
第2の回転体の前記受部は、前記外周面より径が小さくなる側に設けられたことを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用カム軸位相可変装置において、
第1の回転体と第2の回転体とは、第1の回転体と第2の回転体とに設けられた前記当接面の対と前記楔部材に形成された楔形状部とによって位相角を制限される方向に対して逆の方向に位相角を制限する第2の当接面の対を有し、第2の当接面の対は前記楔部材を介して当接することにより位相角を制限し、第2の当接面の対の一方に、それらが制限する位相角の調整範囲を拡大する段部を有することを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。 - 第1回転部材と第1回転部材を介して回転駆動される第2回転部材とを有し、第1回転部材と第2回転部材との相対的な回転方向位置である位相角を制御する位相可変装置において、
第1回転部材から第2回転部材への動力伝達経路における駆動側の部材に装置全体の回転方向を向いた駆動部材進角面を形成し、
前記動力伝達経路における従動側の部材に装置全体の回転方向と逆方向を向いた従動部材遅角面を形成し、
駆動部材進角面と従動部材遅角面の一方を半径方向に対して軸直角断面内で内周側を向くように傾斜させると共に、他方を軸直角断面内で外周側を向くように傾斜させ、
第1回転部材に対して第2回転部材が遅角方向に位相角を変化させることで駆動部材進角面と従動部材遅角面とに挟まれる楔部材と、前記楔部材を第1回転部材及び第2回転部材の回転軸方向の一方に付勢する付勢手段と前記回転軸方向の他方に移動させる駆動手段とを設け、
各軸直角断面における駆動部材進角面と従動部材遅角面との距離が付勢手段による付勢方向の断面であるほど小さくしたことを特徴とする位相可変装置。 - 請求項5に記載の位相可変装置において、所定の半径を有する円筒面の内と外の一方に前記駆動部材進角面と、他方に前記従動部材遅角面を配置したことを特徴とする位相可変装置。
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