JP4389861B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させて吸・排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置の改良に関する。

吸・排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置として、電磁ブレーキ体を備えた形式のものが、特許文献１等に開示されている。この可変バルブタイミング装置では、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に移動部材が設けられ、この移動部材に係合するドラムが、捩りコイルスプリング等の付勢手段によりカムシャフトの回転方向へ付勢されている。そして、磁力によりドラムの軸方向一側面を電磁ブレーキ体により吸引することにより、電磁ブレーキ体がドラムに吸引され、以てドラムの回転を遅延させて移動部材を軸方向に変位させ、クランク回転体に対するカムシャフトの位相を変化させるように構成されている。この電磁ブレーキ体は、機関本体側に対する回転が規制された状態で、シリンダヘッドの前部を覆うカバー内に収容配置されている。
特開２００２−９７９０８

上記特許文献１の可変バルブタイミング装置では、クランク回転体の一部としてのスプロケットやプーリよりも機関前方へ張り出した位置に、ドラムや電磁ブレーキ体（クラッチ）を配置しているために、シリンダヘッドの前部を覆うカバーに、電磁ブレーキ体を収容・保持するための特別な構造が必要となり、つまり複雑な構造の専用のカバーが必要となってしまう。また、クランク回転体よりも機関前方にドラムや電磁ブレーキ体等の構成部品を配置するスペースが必要となるので、機関前後方向寸法や機関搭載性の面で不利である。更に、シリンダヘッドの前方を覆うカバーを介して電磁ブレーキ体を保持する構成となっているために、電磁ブレーキ体とドラムとの同軸度を確保することが困難である。同軸度が低下すると、吸引力の低下による制御性の低下や偏摩耗を招いてしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、吸・排気弁を駆動するカムシャフトと同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体と、このクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、この移動部材に係合するドラムと、このドラムをクランク回転体に対してカムシャフトの回転方向へ付勢する付勢手段と、上記ドラムのフランジ部に対して軸方向に対向配置された電磁ブレーキ体と、を有し、磁力により上記電磁ブレーキ体をドラムのフランジ部に吸引させて、このドラムのカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材が軸方向に移動して、上記クランク回転体に対するカムシャフトの位相が変化するように構成された内燃機関の可変バルブタイミング装置であって、カムシャフトの一端側を機関前方としたときに、シリンダヘッドのヘッド前壁部よりも機関前方へ突出する、カムシャフトに一体形成されたシャフト前端部に、上記クランク回転体を回転可能に取り付けるとともに、このクランク回転体よりも機関後方側に電磁ブレーキ体及びドラムを配置し、上記ヘッド前壁部の前面側に、上記電磁ブレーキ体及びドラムを受容する凹部が形成され、かつ、上記電磁ブレーキ体と凹部の前面との間にドラムのフランジ部が挟持されていることを特徴としている。

本発明によれば、クランク回転体よりも機関後方側に電磁ブレーキ体及びドラムを配置しているために、クランク回転体の前方に電磁ブレーキ体やドラム等の構成部品を配置するスペースを設ける必要がなく、機関搭載性に優れるとともに、小型化・簡素化を図ることができる。また、電磁ブレーキ体をヘッド前壁部に支持させることによって、シリンダヘッドの前部を覆うカバーにより電磁ブレーキ体を収容・保持する場合に比して、電磁ブレーキ体とドラムとの同軸度を高精度に確保することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。この可変バルブタイミング装置は、吸・排気弁（吸気弁又は排気弁）を駆動するカムシャフト２の外周に同軸上に配置され、クランクシャフト（図示省略）と同期して回転するクランク回転体１８と、このクランク回転体１８からカムシャフト２への回転動力伝達経路に設けられた移動部材１１と、この移動部材１１の軸方向一側（図１や図２の右側）に係合するドラム９と、このドラム９をクランク回転体１８に対してカムシャフト２の回転方向へ付勢する付勢手段としての捩りコイルスプリング１０と、ドラム９のフランジ部１４に軸方向で対向配置された電磁ブレーキ体８と、を有している。これらのクランク回転体１８，移動部材１１及び電磁ブレーキ体８はカムシャフト２の中心軸Ｌ１と同軸上に配置されている。

そして、後述するように、電磁ブレーキ体８によりドラム９のフランジ部１４の前面を吸引して、このドラム９のカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、移動部材１１が軸方向に移動して、クランク回転体１８及びクランクシャフトに対するカムシャフト２の位相が変化するように構成されている。

カムシャフト２には、各気筒毎に一対の吸・排気弁を駆動する一対のカム２Ａが設けられている。このカムシャフト２の一端部つまり機関前方側のシャフト前端部１３は、シリンダヘッド１の前壁部３を貫通して、このヘッド前壁部３よりも機関前方へ突出している。すなわち、シャフト前端部１３は、ヘッド前壁部３に回転可能に支持される機関最前のジャーナル部２Ｂよりも更に機関前方に位置する部分である。このシャフト前端部１３はカムシャフト２に一体的に形成されている。このシャフト前端部１３の外周に、移動部材１１の内周に形成されるギヤと噛み合うヘリカルギヤ２７が形成されている。

クランク回転体１８は、チェーン４が巻き掛けられ、このチェーン４から回転動力が伝達されるスプロケット部５と、捩りコイルスプリング１０の一端を受けるスプリング受部１２と、を有しており、軸受６を介して、シャフト前端部１３の外周に相対回転可能に支持されている。軸受６はナット１７を用いてシャフト前端部３に固定されている。また、シリンダヘッド１の前部にはヘッドカバー７が固定されており、このヘッドカバー７により、上記のクランク回転体１８を含めたシリンダヘッド１の前部が覆われている。

移動部材１１の外周面とクランク回転体１８の内周面とはヘリカルスプライン２８により互いに噛合している。従って、移動部材１１がカムシャフト２の軸方向（図１の左右方向）へ移動すると、シャフト前端部１３とスプリング受部１２とが相対的に回転して、クランク回転体１８に対するカムシャフト２の位相が変化する。

ドラム９は、コイルスプリング１０の一端を受ける円筒状の筒部１５と、この筒部１５の後端部より径方向外方へ張り出した薄肉円盤状のフランジ部１４と、を有している。筒部１５の内周面と移動部材１１の外周面とは角ネジ２９により互いに噛合している。従って、ドラム９が移動部材１１に対して相対的に回転すると、この移動部材１１がドラム９に対して軸方向へ移動する。フランジ部１４の前面は電磁ブレーキ体８の後面に適宜な隙間を介して対向配置されている。

電磁ブレーキ体８は、図外の制御部から機関運転状態に応じて通電制御される電磁コイル２５と、この電磁コイル２５を収容する断面略矩形状で環状のハウジング２６と、を備えるとともに、ドラム９のフランジ部１４の前面に対向，摺接する後面側に、薄板状のフリクション部材８Ｂが設けられている。この電磁ブレーキ体８は、ボルト２０及びプレート２１を用いてヘッド前壁部３に組み付けられている。プレート２１は電磁ブレーキ体８の前面に対向するようにボルト２０によりヘッド前壁部３の前面に締結されている。ま
そして、回転規制機構３０によってプレート２１に対する電磁ブレーキ体８のカムシャフト回りの相対回転が規制されている。この回転規制機構３０は、電磁ブレーキ体８のハウジング２６に固定され、このハウジング２６より前方へ突出する円柱状の一対の第１突起部３１及び第２突起部３２と、ハウジング２６に対向するプレート２１の後面に凹設され、第１突起部３１及び第２突起部３２がそれぞれ緩く嵌合（遊嵌）する略円孔状の一対の第１嵌合部３３及び第２嵌合部３４と、により構成されている。つまり、プレート２１に対する電磁ブレーキ体８の僅かな変位を許容するように、突起部３１，３２に比して第２嵌合部３３，３４が大径かつ長尺に形成されている。

なお、組付誤差等を考慮して、電磁ブレーキ体８とドラム９のフランジ部１４とを合わせた軸方向寸法に対し、プレート２１とヘッド前壁部３の凹部１６の前面との間の軸方向寸法が僅かに大きく設定されている。

そして、電磁ブレーキ体８は、プレート２１と、ドラム９と、ヘッド前壁部３と、によって四方が囲まれる形態で保持されている。具体的には、電磁ブレーキ体８の前面はプレート２１の後面に対向配置されており、電磁ブレーキ体８の内周面は、ドラム９の筒部１５の外周面に対向配置されており、電磁ブレーキ体８の後面は、ドラム９のフランジ部１４の前面に対向配置されている。ヘッド前壁部３の前面側には、電磁ブレーキ体８とドラム９とを収容する凹部１６が形成されており、この凹部１６の内周面が電磁ブレーキ体８とフランジ部１４の外周面に対向配置されており、凹部１６の前面がフランジ部１４の後面に実質的に隙間なく対向配置されている。

電磁ブレーキ体８が通電されていない初期状態（非作動状態）では、ドラム９は捩りコイルスプリング１０の付勢力によりクランク回転体１８に対して最もカムシャフト２の回転方向に回転した所定の初期位置に保持されており、この状態で、クランク回転体１８，移動部材１１，ドラム９及び及びカムシャフト２が同期して回転する。

このような初期状態から、図外の制御部により電磁ブレーキ体８を通電すると、両者間に発生する磁力により電磁ブレーキ体８がドラム９のフランジ部１４の軸方向一側面である前面を吸引する。これにより、電磁ブレーキ体８がドラム９側へ吸引，付勢され、電磁ブレーキ体８とドラム９の対向面間に摩擦力が発生し、捩りコイルスプリング１０のバネ力に抗してドラム９のカムシャフト２回りの回転が適宜に遅延される。これにより、ドラム９が移動部材１１に対して相対回転して、角ネジ２９を介して移動部材１１が軸方向に移動するとともに、ヘリカルギヤ，スプライン２７，２８を介してクランク回転体１８とシャフト前端部１３とが相対的に回転する。この結果、クランク回転体１８に対するカムシャフト２の位相が変化して、吸・排気弁のバルブタイミングが適宜に変更される。電磁ブレーキ体８の吸引力をデューティ制御し、この吸引力と捩りコイルスプリング１０の付勢力とをバランスさせることにより、ドラム９の遅延量を所定の制御範囲内で任意に制御することが可能で、バルブタイミングを無段階に変更することができる。

次に、本発明に係る特徴的な構成及びその作用効果について列記する。

（１）吸・排気弁を駆動するカムシャフト２と同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体１８と、このクランク回転体１８からカムシャフト２への回転動力伝達経路に設けられた移動部材１１と、この移動部材１１に係合するドラム９と、このドラム９をクランク回転体１８に対してカムシャフト２の回転方向へ付勢する付勢手段（捩りコイルスプリング１０）と、上記ドラム９のフランジ部１４に対して軸方向に対向配置された電磁ブレーキ体８と、を有し、磁力により上記電磁ブレーキ体８をドラム９のフランジ部１４に吸引させて、このドラム９のカムシャフト２回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材１１が軸方向に移動して、上記クランク回転体１８に対するカムシャフト２の位相が変化するように構成されている。そして、ヘッド前壁部３よりも機関前方へ突出するカムシャフト２のシャフト前端部１３に、クランク回転体１８を回転可能に取り付けるとともに、このクランク回転体１８よりも機関後方側に電磁ブレーキ体８及びドラム９を配置したことを特徴としている。

このように、クランク回転体１８よりも機関後方側に電磁ブレーキ体８及びドラム９を配置しているために、クランク回転体１８の前方に電磁ブレーキ体やドラム等の構成部品を配置するスペースを設ける必要がなく、機関搭載性に優れるとともに、小型化・簡素化を図ることができる。また、シリンダヘッド１の前部を覆うカバー７に電磁ブレーキ体８を取り付けるための構造を付与する必要がないので、ヘッドカバー７を簡素な汎用性の高いものとすることができる。また、ヘッド前壁部３の凹部１６に電磁ブレーキ体８とドラム９の双方を収容・保持することによって、上記特許文献１のように電磁ブレーキをヘッドカバーを介して支持する場合に比して、電磁ブレーキ体８とドラム９との同軸度を高精度に確保することができる。

（２）ヘッド前壁部３の前面側に、上記電磁ブレーキ体８及びドラム９を受容する凹部１６が形成されている。この凹部１６が電磁ブレーキ体８及びドラム９を安定的に支持するガイド部として機能することにより、電磁ブレーキ体８とドラム９とを更に良好に同軸上に支持することができる。

（３）電磁ブレーキ体８と凹部１６の前面との間にドラム９のフランジ部１４が挟持されている。これにより、省スペースで電磁ブレーキ体８とドラム９とを同軸上に安定して保持できることに加え、凹部１６の前面に対向配置されたドラム９のフランジ部１４によって、カムシャフト２のスラスト方向の位置決めを行うことができる。つまり、フランジ部１４がカムシャフト２のスラスト方向の位置決め部材としての機能を兼用することになり、フランジ部１４とは別に位置決め部材を設ける場合に比して、著しく構成が簡素化されるとともに軸方向寸法を短縮することができる。

（４）上記ドラム９は、移動部材１１の外周に係合する円筒状の筒部１５を有し、上記フランジ部１４は、上記筒部１５の後端部から径方向外方へ張り出している。そして、上記筒部１５の外周面が、上記電磁ブレーキ体８の内周面に実質的に隙間なく対向配置されている。従って、ドラム９が電磁ブレーキ体８のガイド部材としても機能し、ドラム９以外の部品によりガイドする場合に比して、ドラム９と電磁ブレーキ体８との同軸度を高精度に確保することができ、制御性が向上する。

（５）上記ヘッド前壁部３に固定され、上記電磁ブレーキ体８の前面に対向配置されるプレート２１と、このプレート２１に対する電磁ブレーキ体８のカムシャフト２回りの相対回転を規制する回転規制機構３０と、を有している。このようにプレート２１を利用した簡素な構成で回転規制機構３０を設けるともに電磁ブレーキ体８を良好にヘッド前壁部３へ支持させることができる。

（６）上記シャフト前端部１３がカムシャフト２に一体形成されており、このシャフト前端部１３の外周に、上記移動部材１１が噛み合うヘリカルギヤ２７が形成されている。従って、上記特許文献１のようにヘリカルギヤ（スプライン）が形成されたヘリカルシャフトをカムシャフトの前端に固定する構造に比して、固定ボルト等の部品点数を削減でき、構成の簡素化により低コスト化・軽量化できるとともに、機関前後方向の短縮化により小型化が可能で、また、ヘリカルギヤ２７を長く設定できるために、バルブタイミングの変換角の拡大が可能となる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の実施形態では、クランクシャフトの回転動力伝達経路にチェーン４及びスプロケット部５を用いているが、これに限らず、例えばタイミングベルト及びプーリを用いた構成であっても良く、あるいは一部にギヤを用いた構成であっても良い。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置を示す断面図。 図１の要部を拡大して示す断面図。

符号の説明

１…シリンダヘッド
２…カムシャフト
３…ヘッド前壁部
８…電磁ブレーキ体
９…ドラム
１１…移動部材
１３…シャフト前端部
１４…フランジ部
１５…筒部
１８…クランク回転体
２７…ヘリカルギヤ
４１…プレート

Claims (4)

1. 吸・排気弁を駆動するカムシャフトと同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体と、
   このクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、
   この移動部材に係合するドラムと、
   このドラムをクランク回転体に対してカムシャフトの回転方向へ付勢する付勢手段と、
   上記ドラムのフランジ部に対して軸方向に対向配置された電磁ブレーキ体と、を有し、
   磁力により上記電磁ブレーキ体をドラムのフランジ部に吸引させて、このドラムのカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材が軸方向に移動して、上記クランク回転体に対するカムシャフトの位相が変化するように構成された内燃機関の可変バルブタイミング装置であって、
   カムシャフトの一端側を機関前方としたときに、シリンダヘッドのヘッド前壁部よりも機関前方へ突出する、カムシャフトに一体形成されたシャフト前端部に、上記クランク回転体を回転可能に取り付けるとともに、このクランク回転体よりも機関後方側に電磁ブレーキ体及びドラムを配置し、
   上記ヘッド前壁部の前面側に、上記電磁ブレーキ体及びドラムを受容する凹部が形成され、
   かつ、上記電磁ブレーキ体と凹部の前面との間にドラムのフランジ部が挟持されていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング装置。
2. 上記ドラムは、移動部材の外周に係合する円筒状の筒部を有し、
   上記フランジ部は、上記筒部の後端部から径方向外方へ張り出しており、
   上記筒部の外周面が、上記電磁ブレーキ体の内周面をガイドするように隙間なく対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
3. 上記ヘッド前壁部に固定され、上記電磁ブレーキ体の前面に対向配置されるプレートと、
   このプレートに対する電磁ブレーキ体のカムシャフト回りの相対回転を規制する回転規制機構と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
4. 上記シャフト前端部の外周に、上記移動部材が噛み合うヘリカルギヤが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。

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