JP4324580B2 - 自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフトを回転させてバルブを開閉させる自動車用エンジンにおける動弁機構に係り、特に電磁クラッチなどの電磁ブレーキ手段により回転ドラムを制動することでカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置に関する。

この種のカムシャフト位相可変装置としては、例えば、下記特許文献１が知られている。これは、図７に示すように、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達されるスプロケット１の内周側に同軸状のカムシャフト２が配設され、スプロケット１とカムシャフト２間には、両者１，２にそれぞれヘリカルスプライン係合し、軸方向に移動して両者１，２間の位相を変える中間部材３が介装され、スプロケット１の側面側には、中間部材３に角ねじ部３ｃにより螺合するとともに、エンジンケース８に固定された電磁ブレーキ４によって制動力が作用するように構成された回転ドラム５が配設され、回転ドラム５とスプロケット１間には巻き上げられたスプリング６が半径方向に介装された構造となっている。符号３ａ，３ｂは、内外のヘリカルスプライン係合部、符号５ａは、回転ドラム５の角ねじ部である。

また、回転ドラム５とスプロケット１の対向側面間には、図８に示すように、回転ドラム５側のストッパ部５ｂと、スプロケット１側のストッパ部１ａで構成した、カムシャフト２の位相の可変範囲（スプロケット１に対するカムシャフト２の周方向における基準位置）を設定するストッパ手段が設けられており、回転ドラム５とスプロケット１間に介装されたスプリング６によって、回転ドラム５は、両ストッパ部５ｂ，１ａが当接する方向（図８矢印方向）に回転付勢されている。

そして、電磁ブレーキ４のＯＮ／ＯＦＦ制御により、電磁ブレーキ４の制動力が回転ドラム５に伝達されて中間部材３が角ねじ部３ｃ，５ａによって回動しながら進退（図７左右方向に移動）し、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂによってスプロケット１に対するカムシャフト２の位相が変化するようになっている。特に、スプロケット１とカムシャフト２間に介装する中間部材３の内外周面に逆ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂを設けたので、中間部材３の軸方向への僅かな移動量でスプロケット１に対しカムシャフト２の位相を大きく変化させることができる。

ところが、動弁機構を構成するこの種のカムシャフト位相可変装置では、バルブ復帰ばねの付勢力が原因でカムシャフトにトルク変動が発生し、ヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂや角ねじ部３ｃ，５ａに微小変位振動が繰り返し生じている。そして、前記トルク変動は、バルブステムがカムを乗り越える前に作用する正トルクの方がカムを乗り越えた直後に作用する負トルクよりも大きい。そのため正トルクが両ストッパ部５ｂ，１ａを離間させる方向に作用するカムシャフト位相可変装置構造では、正トルクが係合部を伝わり、周方向に作用するスプリング６の付勢力に勝って両ストッパ部５ｂ，１ａを一旦離間させた後、すぐに負トルクが作用して両ストッパ部５ｂ，１ａが復帰し衝突する。即ち、バルブタイミング可変範囲（カムシャフト２の位相可変範囲）を設定する回転ドラム５側のストッパ部５ｂとスプロケット１側のストッパ部１ａが、この位相可変限界位置（当接位置）で絶えず衝突を繰り返しており、これがカツ、カツ、カツ．．．という断続的な金属音となって、静粛性を妨げる要因となっていた。

また、電磁ブレーキＯＮにより、回転ドラム５が制動されてカムシャフト２の位相が変化した後、電磁ブレーキＯＦＦにより回転ドラム５の制動が解除されると、スプリング６の付勢力により、ストッパ部５ｂ，１ａが当接する位置まで回転ドラム５が回動してカムシャフト２の位相が元に戻るが、この両ストッパ部５ｂ，１ａが衝突する際にも金属音が発生する。

そこで、下記特許文献２（図９参照）に示すように、例えば、ストッパ部１ａとスプロケット１間に緩衝部材（ゴム材）７を介装して、回転ドラム５側のストッパ部５ｂがスプロケット１側のストッパ部１ａに衝突する際の衝撃を緩衝部材（ゴム材）によって吸収緩和することで、両ストッパ部５ｂ，１ａの衝突時の金属音を低減する構造が提案されている。
特開平７-２６９１７ 特開２００４-１３２２４６

しかし、前記した特許文献１，２等のこの種の位相可変装置では、カムシャフトの位相角調整を高精度で行うために、回転ドラム５の回動量に対するカムシャフト２の回動量（位相変化量）が回転ドラム５の回動量の数分の一となるように（角ねじ部３ｃ，５ａやヘリカルスプライン係合部３ａ，３ｂのギヤ比が）設定されている。即ち、回転ドラム５のスプロケット１に対する回動量（回動角）は、スプロケット１とカムシャフト２間の相対回動量（位相変化量）の数倍に設定されており、この相対回動角の大きい回転ドラム５とスプロケット１間にストッパ部５ｂ，１ａが設けられているため、前記した金属打音の低減には限界があった。

発明者が検討したところ、例えば特許文献２において、スプロケット１とカムシャフト２間の最大相対回動量（最大位相変化量）である約２０度に対する、回転ドラム５のスプロケット１に対する最大回動量（最大回動角）は約１５０度である。このため、カムシャフト２に発生するトルク変動により両ストッパ部５ｂ，１ａが離間・当接を繰り返す際の両ストッパ部５ｂ，１ａの回動量や回動速度は、スプロケット１とカムシャフト２間の相対変化量（位相変化量）や回動速度の約７．５倍である。

また、電磁ブレーキをＯＮしてカムシャフト２の位相を変化させた後、電磁ブレーキをＯＦＦして回転ドラム５の制動を解除したときには、スプリング６のばね力で回転ドラム５側のストッパ部５ｂがスプロケット１側のストッパ部１ａに衝突する元の位置まで回転ドラム５が回動するが、ストッパ部５ｂの回動角および回動速度が約７．５倍と大きい分、ストッパ部５ｂ，１ａ衝突時の運動エネルギー（衝撃力）も大きい。

このため、特許文献２で採用する緩衝部材（ゴム材）７によって吸収緩和できるストッパ部の衝突打音の低減には自ずと限界がある。

そこで発明者は、最大回動量（最大回動角）が約１５０度と大きい回転ドラム５とスプロケット１間に設けていたストッパ部５ｂ，１ａを、最大回動量（最大回動角）が約７分の一の約２０度と小さいスプロケット１とカムシャフト２間に設ければ、ストッパ部５ｂ，１ａ衝突時の運動エネルギーが小さくなる分、金属打音の低減に有効であると考えた。そして、試作品を作ってその効果を確認したところ、ストッパ部の衝突打音の低減に有効であることが確認されたので、この度の特許出願に至ったものである。

本発明は、前記した従来技術の問題点および前記した発明者の知見に基づいてなされたもので、その目的は、カムシャフトの位相可変範囲を設定するストッパ部が衝突する際の金属打音の発生しない自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置においては、クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と前記内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に介装され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える円環状中間部材と、前記内筒部に回転可能に支承されるとともに、前記中間部材の雄ねじ部に螺合して前記外筒部と対向するように配設され、電磁クラッチの作動によるブレーキ制動力が作用する円環状回転ドラムと、前記外筒部内側と前記内筒部外側の相対摺動部に設けられ、周方向に当接してカムシャフトの位相可変範囲を設定する一対のストッパ部と、前記回転ドラムと前記外筒部間に介装され、前記一対のストッパ部が当接する方向に前記回転ドラムと外筒部を回転付勢するスプリングと、を備えた自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置であって、
前記一対のストッパ部が設けられた前記外筒部と前記内筒部の相対摺動部に隣接する、該相対摺動部を構成する内筒部側フランジ部における前記中間部材に臨む側に、前記外筒部の内側および前記内筒部の外側にそれぞれ一体的に形成された軸方向に対向する一対の立壁状の相対摺動面を備え、前記中間部材が介装されている領域に向けて開口する環状スペースを設けるとともに、該立壁状の相対摺動面間に、前記ヘリカルスプライン係合部における打音を低減すべく、摺動摩擦トルクを増加させる摩擦トルク付加部材を介装するように構成した。

（作用）外筒部と中間部材と内筒部が一体となって回動するように構成されており、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される外筒部とカムシャフト側の内筒部とは、同期して回転するが、電磁クラッチが作動し回転ドラムが制動されると、中間部材が回動しながら軸方向に移動し、ヘリカルスプライン係合部により外筒部に対する内筒部（カムシャフト）の位相が変わる。

また、カムシャフト位相可変装置では、バルブ復帰ばねの付勢力が原因でカムシャフトにトルク変動が発生し、ヘリカルスプライン係合部やねじ部に微小変位振動が繰り返し生じている。そして、前記トルク変動は、バルブステムがカムを乗り越える前に作用する正トルクの方がカムを乗り越えた直後に作用する負トルクよりも大きい。そのため正トルクが両ストッパ部を離間させる方向に作用するカムシャフト位相可変装置構造では、正トルクが係合部を伝わり、周方向に作用するスプリングの付勢力に勝って両ストッパ部を一旦離間させた後、すぐに負トルクが作用して両ストッパ部が復帰し衝突する。即ち、バルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定する内筒部外側のストッパ部と外筒部内側のストッパ部が、この位相可変限界位置（当接位置）で絶えず衝突を繰り返している。

また、電磁クラッチＯＮにより、回転ドラムが制動されてカムシャフトの位相が変化した後、電磁クラッチＯＦＦにより、回転ドラムの制動が解除されると、スプリングの付勢力により両ストッパ部が当接する位置まで回転ドラムが回動して、カムシャフトの位相が元に戻るが、このときの両ストッパ部同士の衝突打音が発生する。

しかし、バルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定するストッパ部が外筒部内側と内筒部外側の相対摺動部に設けられた本発明では、カムシャフトに発生するトルク変動により両ストッパ部が離間・当接を繰り返す際や、電磁クラッチＯＦＦによりカムシャフトの位相が元に戻るときの両ストッパ部の回動量および回動速度は、ストッパ部を回転ドラムと外筒部間に設けた従来構造の場合の数分の一と小さく、ストッパ部同士が衝突する際の運動エネルギー（衝撃力）が小さい。このため、カムシャフトに発生するトルク変動により両ストッパ部が離間・当接を繰り返す際の打音や、電磁クラッチＯＦＦによりカムシャフトの位相が元に戻るときに両ストッパ部同士が衝突する際の衝突打音はいずれも小さく、エンジン音にかき消されてほとんど気にならない程度の大きさとなる。
また、動弁機構におけるバルブステムがカムを乗り越える前後においてカムシャフトの回転速度が変動するなど、バルブの開閉時毎にカムシャフトにトルク変動が生じ、カムシャフトに回転ムラが発生し、外筒部および内筒部間の相対回転速度が急変する。このとき、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部において歯部同士が衝突することになるが、外筒部と内筒部間の相対摺動面に介装されている摩擦トルク付加部材が、外筒部と内筒部間の相対回動に対する抵抗として作用し、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部における歯部同士の衝突速度を低減し、歯打音の発生を抑制する。

請求項２においては、請求項１に記載の自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置において、前記一対のストッパ部が設けられた前記外筒部内側と前記内筒部外側の相対摺動部を、エンジンオイルが供給される略密閉構造に構成した。

（作用）金属打音発生原因となる一対のストッパ部が設けられた外筒部内側と内筒部外側の相対摺動部は、略密閉構造であるため、ストッパ部同士が衝突する際の打音は外筒部内に篭って外部漏れ難い。さらに、ストッパ部同士の衝突打音（の振動）は、外筒部内側と内筒部外側の相対摺動部に装填されているエンジンオイルによって減衰される。

請求項３においては、請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置において、前記一対のストッパ部を周方向等分複数箇所に設けるように構成した。

（作用）ストッパ部が一対であると、外筒部および内筒部の重心がそれぞれの回転中心に対しずれて、外筒部および内筒部の回転がぶれるおそれがあるが、一対のストッパ部を外筒部および内筒部の周方向等分複数箇所に設けると、外筒部および内筒部の重心がそれぞれの回転中心に対し一致し、外筒部および内筒部はぶれることなくスムーズに回転できる。

以上の説明から明らかなように、請求項１によれば、外筒部内側と内筒部外側の相対摺動部に設けられた、カムシャフトの位相可変範囲設定用の一対のストッパ部が、位相可変限界位置（当接位置）で絶えず衝突を繰り返している等、ストッパ部同士は頻繁に衝突するが、衝突の運動エネルギー（衝撃力）が小さいため、ストッパ部同士の衝突打音はエンジン音にかき消されて聞こえないほど小さく、静粛性が確保される。
また、中間部材と外筒部および内筒部間のヘリカルスプライン係合部における歯部同士の衝突速度が低減されて歯打音の発生が抑制されるとともに、カムシャフトはクランクシャフトの回動に遅滞なく追随できるので、カムシャフト位相可変の応答性も良好である。

請求項２によれば、ストッパ部同士の衝突により発生する金属打音はさらに小さくなるので、さらなる静粛性が確保される。

請求項３によれば、外筒部および内筒部の重心がそれぞれの回転中心に対し一致し外筒部および内筒部のスムーズな相対回転が確保されて、スムーズなカムシャフトの位相調整が保証される。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は、本発明に係る自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置の第１の実施例を示し、図１は本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置の縦断面図、図２は同装置の内部構造を示す分解斜視図、図３はバルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定するストッパ手段の斜視図、図４は同ストッパ手段の分解斜視図、図５は同ストッパ手段の正面図、図６は本実施例のカムシャフト位相可変装置におけるストッパ部同士の衝突時に発生する衝撃力と衝突打音を従来例（特許文献２）と比較して示す図である。

これらの図において、この実施例に示すカムシャフト位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランク軸の回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランク軸の回転をカム軸に伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉のタイミングを変化させるための装置で、同装置は、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部１０と、外筒部１０と同軸に配置されて外筒部１０に対し相対回動可能で、カムシャフト２を連結一体化した従動側の円環状内筒部２０と、外筒部１０と内筒部２０にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部１０と内筒部２０間に介装され、軸方向に移動して外筒部１０に対する内筒部２０の位相を変える円環状の中間部材３０と、内筒部２０のカムシャフト２非配設側に設けられて、中間部材３０を軸方向に移動させる電磁ブレーキ手段４０と、を備えて構成されている。符号２ａは、内筒部２０とカムシャフト２を連結一体化する締結ボルト、符号２ｃは、内筒部２０のフランジ部２１の端面に設けられた、カムシャフト２側の位置決めピン２ｂ係合用の係合孔である。

外筒部１０は、エンジンのクランク軸の回転がチェーンＣを介して伝達される円環状のスプロケット１２と、スプロケット１２の側面に密着しスプロケット１２と協働して皿ばね収容室１５を画成するとともに、その内周側に中間部材３０とのスプライン係合部１７が形成されたスプリングケース１６とから構成されている。符号１１は、スプロケット１２とスプリングケース１６を固定一体化する締結ねじで、スプロケット１２とスプリングケース１６で外筒部１０を構成することで、皿ばね収容室１５の形成が容易で、外筒部１０（スプリングケース１６）におけるスプライン係合部１７の形成も容易となっている。

また、符号３２，３３は、中間部材３０の内外周面に設けられた雌雄ヘリカルスプライン、符号２３は内筒部２０の外周面に設けられている雄ヘリカルスプライン、符号１７はスプリングケース１６の内周面に設けられている雌ヘリカルスプラインである。そして、中間部材３０の内外のスプライン３２，３３は逆方向ヘリカルスプラインで、中間部材３０の軸方向への僅かな移動で、外筒部１０に対し内筒部２０の位相を大きく変化させることができる。符号３１は、中間部材３０の外周面に形成された雄角ねじ部である。

電磁ブレーキ手段４０は、エンジンケース８に支持された電磁クラッチ４２と、ベアリング４３によって内筒部２０に回転可能に支承されるとともに、中間部材３０の雄角ねじ部３１が螺合し、電磁クラッチ４２の制動力が伝達される回転ドラム４４と、回転ドラム４４と外筒部１０間に軸方向に介装されたねじりコイルばね４６とを備えて構成されている。符号４５は、回転ドラム４４の内周面に設けられた雌角ねじ部で、回転ドラム４４と中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って周方向に相対回動できる。即ち、中間部材３０は、角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動する。また、回転ドラム４４と外筒部１０（スプリングケース１６）間に介装したねじりコイルばね４６は軸方向に介装されているため、それだけカムシャフト位相可変装置全体が軸方向には延びるが、半径方向にはコンパクトとなっている。

また、スプロケット１２の内周側には、円弧状の一対の凸型ストッパ部１３，１３が周方向等分位置に設けられ、一方、スプロケット１２の内周側と係合する内筒部２０のフランジ部２１には、その外側面が周方向等分２箇所で切り欠かれて、凸型ストッパ部１３，１３に対応する一対の凸型ストッパ部２２，２２が周方向等分位置に設けられている。図４における符号２１ａは、スプロケット１２側の凸型ストッパ部１３，１３が軸方向に係合する、内筒部２０のフランジ部２１に形成された切り欠き部である。これらのストッパ部１３，１３；２２，２２は、ねじりコイルばね４６の付勢力によって周方向に当接する形態に保持されて、カムシャフト２の位相の可変範囲を設定するストッパ手段を構成している。具体的には、スプロケット１２側のストッパ部１３と円筒部１６側のストッパ２２間の最大隙間（最大揺動角）Ｓは約２０度に設定されており、カムシャフト２の位相を最大２０度の範囲で調整できる。

なお、カムシャフト２の回動量（位相変化量）に対する回転ドラム４４の回動量は、カムシャフト２の回動量の数倍（約７．５倍）となるように、角ねじ部３１，４５やヘリカルスプライン係合部２３，３３；３３，１７のギヤ比が設定されて、カムシャフト２の位相角調整を高精度で行うことができるように構成されている。具体的には、回転ドラム４４が約１５０度回動した場合に、カムシャフト２の位相が約２０度変化する。

そして、電磁クラッチ４２のＯＮ・ＯＦＦおよび電磁クラッチ４２への通電量を制御することによって、中間部材３０が角ねじ部４５，３１に沿って回動しながら軸方向に移動し、これによって外筒部１０と内筒部２０の位相が変化して、カムシャフト２のカム（図示せず）によるバルブの開閉のタイミングが調整される。即ち、電磁クラッチ４２をＯＮする前は、電磁クラッチ４２は図１仮想線に示す位置にあって、回転ドラム４４と電磁クラッチ４２間には隙間ｓが形成されており、ストッパ部１３，２２がばね付勢されて当接した状態で外筒部１０（スプリングケース１６）と内筒部２０（カムシャフト２）は位相差なく一体に回転している。そして、電磁クラッチ４２をＯＮすると、電磁クラッチ４２が図１右方向にスライドして回転ドラム４４に吸引され、これにより回転ドラム４４には電磁クラッチ４２から伝達される制動力が作用し、外筒部１０（スプリングケース１６）だけが回動する。このため中間部材３０が角ねじ部３１，４５によって前進（図１右方向に移動）し、中間部材３０の内外ヘリカルスプライン３２，３３によって、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し回動してその位相が変わる。そして、回転ドラム４４は、伝達された制動力とねじりコイルばね４６により周方向に作用するばね付勢力とがバランスする位置（内筒部２０が外筒部１０に対し所定の位相差をもつ位置）に保持される。

一方、電磁クラッチ４２をＯＦＦにすると、その制動力が回転ドラム４４に伝達されないため、回転ドラム４４はねじりコイルばね４６のばね付勢力により回動し、ねじりコイルばね４６のばね付勢力だけが作用する中間部材３０は角ねじ部３１，４５によって後退（図１左方向に移動）して、スプロケット１２側のストッパ部１３に内筒部２０側のストッパ部２３が当接する元の位置まで内筒部２０が回動する（戻る）。即ち、内筒部２０（カムシャフト２）が外筒部１０（スプロケット１２）に対し逆方向に回動して、その位相差がなくなる。

なお、電磁クラッチ４２をＯＦＦにすると、ねじりコイルばね４６のばね力の付勢作用より、スプロケット１２側のストッパ部１３と内筒部２０側のストッパ部２２が衝突することになるが、ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の運動エネルギー（衝撃力）は小さく、したがってストッパ部１３，２２同士の衝突打音も小さい。即ち、回転ドラム４４の回動量に対する内筒部２０（カムシャフト２）の回動量および回動速度（ストッパ部１３，２２の回動量および回動速度）は、ストッパ部１３，２２を回転ドラム４４と外筒部１０間に設けた従来構造（特許文献２）の場合の数分の一（約７．５分の一）で、ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の運動エネルギー（衝撃力）が小さい。このため、電磁クラッチＯＦＦによりカムシャフト２の位相が元に戻るときに両ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の衝突打音は小さい。

また、内筒部２０のフランジ部２１にカムシャフト２のフランジ部が密着することで、ストッパ部１３，２２が設けられたスプロレット１２の内側と内筒部２０のフランジ部２１間の相対摺動部は略密閉構造とされているため、ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の衝突打音は外筒部１０内に篭って外部に漏れ難い。また、締結ボルト２ａ外周隙間に沿って軸方向に形成されて、カムシャフト２内から内筒部２０内に延びるオイル通路７０には、カムシャフト２のジャーナル軸受け７３のオイルポートおよびカムシャフト２の側孔７４を介してエンジンオイルがポンプＰによって圧送されており、オイル通路７０内のエンジンオイルは、回転ドラム４４とエンジンケース８間のオイル溜まり８０に側孔７５を介して導かれている。そして、ストッパ部１３，２２が設けられたスプロレット１２の内側と内筒部２０のフランジ部２１間の相対摺動部には、内筒部２０内に放射状に設けられている側孔７６，７７を介して、オイル通路７０内のエンジンオイルが導かれているので、ストッパ部１３，２２同士の衝突打音（の振動）は、相対摺動部に装填されているエンジンオイルによって減衰される。

このため、両ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の衝突打音は、エンジン音にかき消されてほとんど気にならない程度の大きさとなる。
また、バルブ復帰ばねの付勢力が原因で発生するカムのトルク変動の影響により、ヘリカルスプライン係合部３２，３３や角ねじ部３１，４５には、微小変位振動が繰り返し生じているが、このトルク変動は、バルブステムがカムを乗り越える前に作用する正トルクの方がカムを乗り越えた直後に作用する負トルクよりも大きい。そして、本実施例のカムシャフト位相可変装置では、正トルクが両ストッパ部１３，２２を離間させる方向に作用する構造であるため、正トルクが係合部を伝わり、周方向に作用するねじりコイルばね４６の付勢力に勝って両ストッパ部１３，２２を一旦離間させた後、すぐに負トルクが作用して両ストッパ部１３，２２が復帰し衝突する。即ち、バルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定するスプロケット１２側のストッパ部１３と内筒部２０側のストッパ部２２が、この位相可変限界位置（当接位置）で絶えず衝突を繰り返しているが、このときのストッパ部１３，２２同士の衝突打音についても、前記したと同様の理由で、ほとんど聞こえない。

また、内筒部２０と外筒部１０間のばね収容室１５には、摩擦トルク付加部材である皿ばねを積層した皿ばね積層体５１および摩擦プレート５２、５３が収容されている。詳しくは、内筒部２０のフランジ部２１の側面２１ａと、スプリングケース１６の段差部側面１６ａ間に、摩擦トルク付加部材である金属製の皿ばね積層体５１と、樹脂を含浸した紙で構成した摩擦プレート５２および金属製の摩擦プレート５３が介装されて、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部の摩擦トルクが高められて、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士がぶつかる歯打音の発生が抑制されている。

即ち、動弁機構におけるバルブステムがカム２ａを乗り越えた直後にバルブ復帰ばねのばね力相当だけカムシャフトの回転速度が変動する等、外筒部１０と内筒部２０の相対回転速度の急変によって、中間部材３０と外筒部１０および内筒部２０間のヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７において歯部同士が衝突するが、外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部に介装されている摩擦トルク付加部材である皿ばね積層体５１および摩擦プレート５２，５３が、外筒部１０と内筒部２０間の相対回動に対する抵抗として作用し、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士の衝突速度を低減させて、歯打音の発生が抑制されている。

なお、摩擦トルク付加部材（皿ばね積層体５１および摩擦プレート５２，５３）によって外筒部１０と内筒部２０間の相対摺動部に付加される摩擦トルクは、ヘリカルスプライン係合部２３，３２、３３，１７における歯部同士の衝突による歯打音の発生の低減に有効であることは勿論、カムシャフト２がクランクシャフトの回動に遅滞なく追随して位相可変のレスポンスも良好となる適切な値に調整されている。

図６は、本実施例のカムシャフト位相可変装置におけるストッパ部同士の衝突時に発生する衝撃力と衝突打音を従来例（特許文献２）と比較して示す図で、（ａ）は回転ドラムの回転速度と内筒部（スプリングケース）の回転速度の関係を示す図、（ｂ）は回転ドラムの回転速度とストッパ部衝突時のストッパ部に発生する衝撃応力の関係を示す図、（ｃ）は回転ドラムの回転速度とストッパ部同士の衝突打音（復帰打音）の関係を示す図である。

また、本実施例では、カムシャフト２の回動量（位相変化量）に対する回転ドラム４４の回動量がカムシャフト２の回動量の約７．５倍となるように、角ねじ部３１，４５やヘリカルスプライン係合部２３，３３；３３，１７のギヤ比が設定されているので、回転ドラム４４と内筒部２０の回転速度の速度比は、図６（ａ）に示すように、約１：７．５である。即ち、電磁クラッチ４２をＯＮにしてカムシャフト２の位相を調整した後、電磁クラッチ４２をＯＦＦにした時の回転ドラム４４の回転速度は、従来装置（特許文献２）の回転ドラムの回転速度の七分の一以下である。

そして、本実施例装置において、電磁クラッチ４２をＯＮにしてカムシャフト２の位相を調整した後、電磁クラッチ４２をＯＦＦにしてストッパ部１３，２２同士が衝突する際の衝撃応力は、図６（ｂ）に示すように、従来装置（特許文献２）の約１／２以下であり、ストッパ部１３，２２同士が衝突する際の衝突打音は、図６（ｃ）に示すように、従来装置（特許文献２）の１／６以下となって、圧倒的に小さいことがわかる。

なお、前記した実施例では、スプロケット１２側のストッパ部１３および内筒部２０側のストッパ部２２がそれぞれ周方向等分２箇所に設けられて、外筒部１０および内筒部２０の重心がそれぞれの回転中心軸に一致し、外筒部１０および内筒部２０がぶれることなくスムーズに回転できる構造であるが、スプロケット１２側のストッパ部１３と内筒部２０側のストッパ部２２は、少なくとも一対以上あればよい。そして、ストッパ部１３，ストッパ部２２を設けることで外筒部１０および内筒部２０の重心がそれぞれの回転中心軸に一致しなくなる場合は、外筒部１０および内筒部２０の一部の厚さを変える等してカウンターバランスを調整することで、スムーズな回転を確保すればよい。

本発明の第１の実施例である自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置の縦断面図である。 同装置の内部構造を示す分解斜視図である。 バルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定するストッパ手段の斜視図である。 同ストッパ手段の分解斜視図である。 同ストッパ手段の正面図である。 本実施例のカムシャフト位相可変装置におけるストッパ部同士の衝突時に発生する衝撃力と衝突打音を従来例（特許文献２）と比較して示す図で、（ａ）は回転ドラムの回転速度と内筒部（スプリングケース）の回転速度の関係を示す図、（ｂ）は回転ドラムの回転速度とストッパ部衝突時のストッパ部に発生する衝撃応力の関係を示す図、（ｃ）は回転ドラムの回転速度とストッパ部同士の衝突打音（復帰打音）の関係を示す図である。 特許文献１（従来のカムシャフト位相可変装置）の縦断面図である。 バルブタイミング可変範囲（カムシャフトの位相可変範囲）を設定するストッパ手段の斜視図である。 特許文献２（従来のカムシャフト位相可変装置）の縦断面図である。

符号の説明

２ カムシャフト
８ エンジンケース
１０ 円環状外筒部
１２ スプロケット
１３ 外筒部であるスプロケットに設けられたストッパ部
１６ 外筒部であるスプリングケース
１７，３２ 雌ヘリカルスプライン
２０ 円環状内筒部
２２ 内筒部に設けられたストッパ部
２３，３３ 雄ヘリカルスプライン
３０ 円環状中間部材
３１，４５ 角ねじ部
４０ 電磁ブレーキ手段
４２ 電磁クラッチ
４３ 回転ドラムを支承するベアリング
４４ 回転ドラム
４４ａ 回転ドラムの円筒部
４４ｂ，７１ 回転ドラム側ストッパ部
４４ｄ 外リブ
４６ ねじりコイルばね
５１ 摩擦トルク付加部材である皿ばね積層体
５２，５３ 摩擦トルク付加部材である摩擦プレート
７０ カムシャフトから内筒部に延びるオイル通路
７６，７７ オイル供給用の側孔
８０ オイル溜まり

Claims (3)

1. クランクシャフトの駆動力が伝達される円環状外筒部と、前記外筒部と同軸に配置され、カムシャフトに延びる従動側の円環状内筒部と、前記外筒部と前記内筒部にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部と内筒部間に介装され、軸方向に移動して外筒部に対する内筒部の位相を変える円環状中間部材と、前記内筒部に回転可能に支承されるとともに、前記中間部材の雄ねじ部に螺合して前記外筒部と対向するように配設され、電磁クラッチの作動によるブレーキ制動力が作用する円環状回転ドラムと、前記外筒部内側と前記内筒部外側の相対摺動部に設けられ、周方向に当接してカムシャフトの位相可変範囲を設定する一対のストッパ部と、前記回転ドラムと前記外筒部間に介装され、前記一対のストッパ部が当接する方向に前記回転ドラムと外筒部を回転付勢するスプリングと、を備えた自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置であって、
   前記一対のストッパ部が設けられた前記外筒部と前記内筒部の相対摺動部に隣接する、該相対摺動部を構成する内筒部側フランジ部における前記中間部材に臨む側には、前記外筒部の内側および前記内筒部の外側にそれぞれ一体的に形成された軸方向に対向する一対の立壁状の相対摺動面を備え、前記中間部材が介装されている領域に向けて開口する環状スペースが設けられるとともに、該立壁状の相対摺動面間に、前記ヘリカルスプライン係合部における打音を低減すべく、摺動摩擦トルクを増加させる摩擦トルク付加部材が介装されたことを特徴とする自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置。
2. 前記一対のストッパ部が設けられた前記外筒部内側と前記内筒部外側の相対摺動部は、エンジンオイルが供給される略密閉構造とされたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置。
3. 前記一対のストッパ部は、周方向等分複数箇所に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置。

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