JP5047310B2 - 自動車用エンジンにおける位相可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、回動操作力付与手段により回転ドラムに回動操作力を付与して、スプロケットに対する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位相可変装置に係わる技術である。

この種の従来技術としては、下記特許文献１に示すバルブタイミング制御装置がある。下記特許文献１の装置は、カムシャフト１に対して相対回動可能に組付けられ、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される駆動プレート３と、カムシャフト１に一体化され、外周に結合された変換ガイド１１が、駆動プレート３の前面と隙間を保持しつつ対峙する従動軸部材９と、変換ガイド１１の更に前方において、軸受１４を介して従動軸部材９に回動自在に取り付けられた中間回転体５を有している。

駆動プレート３と従動軸部材９と中間回転体５は、それぞれ溝からなる径方向ガイド１０と周方向に対して傾斜するガイド孔１２と渦巻き状ガイド１５を備え、ガイド（１０，１２，１５）に係合しつつ転動する球１６を備えている。中間回転体５は、一体となったヨークブロック１９が、電磁コイル２２ａ，２２ｂから磁力を受けた磁力を駆動源とし、従動軸部材９に対して相対回動する。

下記特許文献１の装置は、中間回転体５が磁力により従動軸部材９に対して遅れ側に相対回動すると、球１６が渦巻き状ガイド１５内を転動しつつ径方向ガイド１０に沿って内側に変位し、変換ガイド１１にカム作用を与えることで、駆動プレート３と、カムシャフト１に一体化された従動軸部材９との組付け角を最進角側に変更する。一方、中間回転体５が磁力により従動軸部材９に対して進み側に相対回動すると、球１６がガイド１５，１０，１１内を逆向きに転動し、変換ガイド１１に逆向きのカム作用を与えることで、駆動プレート３と従動軸部材９との組付け角を進角側に変更する。
特許３９４８９９５号

エンジン運転中には、カムシャフトがバルブスプリングからの反力を衝撃として受け続けている。特許文献１の装置では、前記衝撃は、従動軸部材９の変換ガイド１１に形成されたガイド孔１２を介して球１６に伝達されるため、球１６が衝撃によってガイド孔１２内を転動し、駆動プレート３とカムシャフト１の組付け角が維持できず、意図しない組付け角の変動が発生することによりバルブの吸排気タイミングに狂いを発生してしまうという問題が考えられる。

一方、特許文献１の装置では、駆動プレート３と従動軸部材９（カムシャフト１）との組付け角を最大量変位させる際に、ガイド孔１２の一端から転動し始めた球１６が、変位の終了時にガイド孔１２の他端に衝突して停止する。しかし、衝突速度が大きい場合には、衝突時にエンジンに余分な振動が発生して問題となるため、磁力パターンの強弱調節による球１６の転動速度の制御が難しくなる点で問題となる。

本発明は、上述した問題を考慮し、バルブスプリングからカムシャフトに伝達される反力を受けてもクランクシャフトによって回転する第一回転体（駆動プレート３）とカムシャフトとの間に意図しないの位相角（組付け角）がずれることなく維持でき、更には、位相角の最大変位時に発生する衝撃を低減したエンジンの位相可変装置を提供するものである。

前記目的を達成するために、請求項１においては、クランクシャフトによって回転駆動する第一回転体と、カムシャフトと一体化された中間回転体と、前記中間回転体の前方に配置した第二回転体を互いに相対回動可能に同一の回動中心軸上に配置し、前記第一回転体と第二回転体との間に、回動操作力付与手段によって前記第二回転体に回動操作力を付与し、前記第一回転体と中間回転体を相対回動させることによって前記両回転体の位相角を変更する位相角変更機構を介装したエンジンの位相可変装置であって、前記位相角変更機構は、前記中間回転体が、円筒を有する形状に形成され、前記第二回転体が、前記中間回転体の円筒部の内径と略同一の円盤形状に形成され、前記円筒部の内周に略内接し、前記第二回転体から前記中間回転体に向けて突出し、中心軸が第二回転体の回動中心軸から離間した偏心円カムと、第二回転体の回動中心軸に直交する方向に伸張し、前記偏心円カムが摺動する長孔と、前記第一回転体と中間回転体に向けて突出したスライド部材を備えたカムガイドプレートと、前記カムガイドプレートの長孔の伸張方向と直交する方向かつ前記中間回転体の径方向に伸張する、前記中間回転体に形成された径方向ガイドと、前記第一回転体の回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する、前記第一回転体に形成された傾斜ガイドとを備え、前記カムガイドプレートのスライド部材が、前記径方向ガイドの方向と前記傾斜ガイドの方向に沿って変位する構成とした。

（作用１）第二回転体は、回動操作力付与手段によって制動されると第一回転体に対して回転遅れを生じる。偏心円カムは、カムガイドプレートの長孔の内周縁と摺動しながら長孔内を往復し、長孔の伸張方向と直行する方向に力を付与する。カムガイドプレートは、スライド部材が中間回転体の径方向ガイドの方向に沿って変位することにより、前記長孔の伸張する方向と直交する方向、即ち前記中間回転体の径方向を往復する。一方、カムガイドプレートは、同時にスライド部材が第一回転体の円周方向に対して傾斜する傾斜ガイドに沿って変位するため、傾斜ガイドからカム作用を受けて第一回転体に対して径方向かつ第一回転体の円周方向に相対変位する。また、中間回転体は、カムガイドプレートに対して円周方向に相対変位が出来ない。従って、中間回転体は、カムガイドプレートと一体となり、第一回転体に対して円周方向に相対変位する。その結果、中間回転体に一体化されたカムシャフトとクランクシャフトで駆動する第一回転体の位相角が変位する。

一方、カムシャフトがバルブスプリングから反力を受けた場合、中間回転体は、カムシャフトから第一回転体とカムガイドプレートに対して相対変位をする回転トルクを受ける。カムガイドプレートのスライド部材は、前記回転トルクにより傾斜ガイドからカム作用を受けて、傾斜ガイドと径方向ガイドに沿って変位する力を付与されるため、カムガイドプレートは、前記長孔と直交する直線方向に移動する力を付与される。第二回転体は、第二回転体の偏心円孔の中心軸を通り、かつ前記長孔と直交する直線に平行な軸線と、偏心円カムが係合する偏心円孔の内周縁が交差する位置においてカムガイドプレートに付与された前記直線方向に移動する力を受ける。

更に、カムガイドプレートに付与された前記直線方向に移動する力は、第二回転体の外周縁が中間回転体の円筒部の内周縁に略内接するため、第二回転体の偏心円孔の中心軸を通り、かつ前記長孔と直交する直線に平行な軸線と、第二回転体が略内接する中間回転体の円筒部の内周縁が交差する位置において中間回転体に作用し、前記作用する位置において、第二回転体と中間回転体との摺動を妨げる局所的な摩擦力を発生させる。

従って、カムシャフトがバルブスプリングから反力を受けた場合、第二回転体は、中間回転体との間に生じる前記局所的な摩擦力により、相対回動不能な状態でロックされるため、偏心円カムは偏心回動出来ず、カムガイドプレートのスライド部材は、第一回転体の傾斜ガイドに沿って変位出来なくなる。従って、バルブスプリングから反力を受けてカムシャフトにトルクが発生しても、カムシャフトに一体化された中間回転体は、駆動する第一回転体に対して相対回動不能な状態で維持されるため、前記トルクによって位相角の変動が発生することなく維持される。

（作用２）一方、第一回転体と中間回転体との位相角は、カムガイドプレートが径方向に移動し、中間回転体の内周に当接していたカムガイドプレートの外周が、一端前記内周から離れて再び中間回転体の内周に当接してカムガイドプレートの移動が止まるまで変位し、当該変位角が、設定できる最大の位相角となる。また、長孔に直交する方向を往復するカムガイドプレートの速度は、同方向における偏心円カムの移動速度と同様に変化する。

偏心円カムの動作は、第二回転体の回動中心軸と偏心円カムの中心との距離をδとすると、前記回動中心軸周りを一回転する際に、カムガイドプレートの長孔に直交する方向に対し、振幅δの単振動となる。前前記長孔に直交する方向に対する偏心円カムの移動速度は、前記回動中心軸周りの偏心円カムの回転速度に関わらず、前記偏心円カムの中心の位置が前記回動中心軸の位置に近づくほど増加し、回動中心軸の位置から遠ざかるほど減少し、前記偏心円カムの中心と回動中心軸との距離が振幅δ（最大値）となったときに速度ゼロとなる。

従って、前記カムガイドプレートは、カムガイドプレートの外周が前記中間回転体の内周に当接する際に、偏心円カムの中心と第二回転体の回動中心軸との距離を出来るだけ前記振幅δに近づくように配置することにより、前記カムガイドプレートの外周は、前記中間回転体の内周に対して減速しながら衝突する。従って、カムシャフト（中間回転体）と第一回転体との位相角変位を最大にしても前記カムガイドプレートの外周と前記中間回転体の内周とが衝突する際に発生する衝撃は、衝突速度の減少により小さくなる。

また、前記目的を達成するために請求項２の発明は、請求項１に記載のエンジンの位相可変装置において、前記第二回転体は、中心が前記第二回転体の回動中心軸から離間する偏心円孔を有し、前記偏心円カムは、前記カムガイドプレートの長孔と摺動する第一の偏心円カムに、前記偏心円孔と係合する第二の偏心円カムが隣接して形成され、前記第二の偏心円カムは、カム中心軸と前記第二回転体の回動中心軸との離間距離が、前記第一の偏心円カムの中心軸と前記第二回転体の回動中心軸との離間距離よりも小さく形成された。

（作用）カムシャフト側から中間回転体に回動トルクが発生する際に、前記第二回転体と中間回転体との間に発生する局所的な摩擦力は、第二の偏心円カムと第二回転体の回動中心軸との離間距離（偏心距離）を小さくし、中間回転体への第二回転体の押圧力を強化することで増加する。一方、カムガイドプレートの相対移動距離は、第一の偏心円カムと第二回転体の回動中心軸との離間距離を大きくすることで増加する。即ち、第二回転体と中間回転体との間の前記摩擦力と、カムガイドプレートの相対移動距離は、回動中心軸から第一及び第二の偏心円カムへの偏心距離を変えることによって同時に増加する。

請求項１の発明によれば、エンジンの回転時に第一回転体に対して位相角のずれを生じさせる相対回動トルクが、カムシャフト側から中間回転体に伝達されても、前記トルクの発生に連動して中間回転体と第二回転体との相対回動を阻止することにより、カムガイドプレートを介して前記中間回転体と第一回転体との相対回動を阻止するセルフロック効果が発生するため、カムシャフトと第一回転体との間で予期せぬ位相角の変動が発生せず、吸排気バルブの開閉タイミングが正確に維持できる。

また、請求項１の位相可変装置によれば、偏心円カムの回動速度の増減と独立して、中間回転体の内周に衝突するカムガイドプレートの衝突速度を極力抑えることができるため、カムシャフト（中間回転体）と第一回転体との位相角変位を急激に最大量変換させたとしてもエンジンに発生する余分な衝撃を最小限におさえることが出来る。

一方、請求項２の位相可変装置によれば、中間回転体に対するカムガイドプレートの相対変位量を減少させずに維持出来、カムシャフト側から中間回転体に相対回動トルクが発生した際に前記中間回転体と第一回転体の相対回動を阻止するセルフロック効果も更に増大させることが出来る。従って、前記中間回転体と第一回転体との予期せぬ位相角の変動を更に防止し、吸排気バルブの開閉タイミングをより正確に維持することが出来る。

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１８は、本発明に係る位相可変装置の実施例１と２を示す。図１は、本発明の第一実施例を表す自動車用エンジンにおける位相可変装置の分解斜視図、図２は、同装置の正面図、図３は、同装置の軸方向断面を示す図２のＡ−Ａ断面図、図４は、第二回転体と回転体ガイドプレート（中間回転体）の垂直断面を示す図３のＢ−Ｂ断面図、図５は、カムガイドプレートと回転体ガイドプレートとの断面を示す図３のＣ−Ｃ断面図、図６は、第一回転体の垂直断面を示す図３のＤ−Ｄ断面図、図７は、第二回転体と偏心円カムの動作関係の説明図、図８は、偏心円カムとカムガイドプレートの動作関係の説明図、図９は、第一回転体に対するガイドピン（スライド部材）の動作説明図、図１０（ａ）〜（ｃ）は、偏心円カムを回転平面上の異なる範囲で揺動させる場合の仕様説明図、図１１は、回転平面上における偏心円カムの位置に基づくスライド部材の変位量を表すグラフ、図１２は（ａ）（ｂ）は、第二回転体と回転体ガイドプレートによるセルフロック構造の説明図、図１３は、本発明の第二実施例を表す自動車用エンジンにおける位相可変装置の分解斜視図、図１４は、第二実施例の装置の軸方向断面図、図１５は、第二実施例の装置の一部断面とした参考斜視図、図１６は、第二実施例の第二回転体と第三回転体との構造説明図、図１７は、中間回転体に対する偏心円カムとカムガイドプレートの配置説明図である。図１８は、カムガイドプレートの変形例の説明図である。

これらの図において、実施例１と２に示すエンジンの位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフト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ある。

図１〜図６に示すとおり、同装置は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）の駆動力で回転する第一回転体（駆動回転体）３１を相対回動自在に支持し、一体化されたカムシャフト３０と共に回転するセンターシャフト３２と、センターシャフト３２に固定され、カムシャフト３０と一体となって第一回転体３１に対して相対回動する中間回転体（第二回転体３５のガイドプレート）３３と、センターシャフト３２の前端に相対回動自在に支持され、電磁クラッチ３４によって回転が制動される、第二回転体（制御回転体）３５を同一の回動中心軸Ｌ１上に備えている。

また同装置は、第二回転体の回転時に中心軸Ｌ１の周囲を偏心回動する偏心円カム３６と、偏心円カム３６により中間回転体３３に対して軸Ｌ１と直交する方向に往復揺動するカムガイドプレート３７と、カムガイドプレート３７から突出して形成され、中間回転体３３の径方向ガイド３８と第一回転体３１の傾斜ガイド３９内を変位するスライドピン（スライド部材）４０を備えている。

同装置の構成は、まずカムシャフト３０の先端３０ａが、センターシャフト３２の孔３２ａに係合する。センターシャフト３２の外周に形成されたフランジ３２ｂの前後の円筒部には、外周にスプロケット４１を形成した第一回転体３１と第二スプロケット部材４２が、センターシャフト３２に対して相対回動可能な状態で支持され、複数の結合ピン（本実施例では６本）４３によって結合されている。

センターシャフト３２の平坦係合面３２ｃには、中間回転体３３の角穴３３ｂが係合し、中間回転体３３がセンターシャフト３２対して相対回動不能な状態で固定されている。中間回転体３３は、円筒形状に形成され、その底部３３ａには
、角穴３３ｂ、ガイドピン４４〜４７の係合孔４８〜５１及び径方向ガイド３８（本実施例では１対）が形成されている。径方向ガイド３８は、回動中心軸Ｌ１と直交する軸線上に伸張する長孔溝として、軸Ｌ１を中心として対称となる位置に形成されている。係合孔４８と４９（５０，５１）は、中心を結ぶ直線が径方向ガイド３８の伸張方向と同一となるよう形成されている。

中間回転体３３の円筒部３３ｃの内側には、第二回転体３５、偏心円カム３６、カムガイドプレート３７及びこれに係合する複数（本実施例では２本）のスライドピン４０が配置されている。第二回転体３５は、回動中心軸Ｌ１から距離ｄ１で離間した軸Ｌ２を中心とした偏心円孔５２を備える。

偏心円カム３６は、第一の偏心円カム５３と、第二の偏心円カム５４が回動中心軸Ｌ１の方向に隣接するように一体形成されている。また、偏心円カム３６は、軸Ｌ１を中心として軸方向に貫通する円孔５５を介し、センターシャフト３２の先端円筒部３２ｄに対して相対回動可能な状態で支持される。第二回転体３５は、第二の偏心円カム５４が偏心円孔５２に係合することにより、センターシャフト３２に対して相対回動自在に支持されている。また第二回転体３５は、中間回転体における円筒部３３ｃの内側の内径と略同一の円盤形状に形成され、外周面３５ａが前記円筒部の内周面３３ｄに略内接する。第一の偏心円カム５３は、回動中心軸Ｌ１から距離ｄ２で離間し、離間距離ｄ２は、第二の偏心円カム５４の中心Ｌ２と回動中心軸Ｌ１との離間距離ｄ１よりも大きくなるように形成されている。尚、偏心円カム５３と５４の外形は、本実施例のような円形状に限らず、特殊な周縁を持つカム形状にしてもよい。

回転体ガイドプレート３７は、一対の係合孔３７ａと、第一の偏心円カム５３を摺動させる長孔５６を備えている。一対の係合孔３７ａは、軸Ｌ１と直行する軸線上において、軸Ｌ１を中心として対称となる位置に形成され、係合孔３７ａの間隔は、中間回転体３３の径方向ガイド３８の設置間隔と一致するように形成され、スライドピン４０が中間回転体３３の方向に突出するように係合されている。長孔５６は、径方向ガイド３８の伸張方向と直行する方向に伸張するよう形成されている。即ち、長孔５６は、軸Ｌ１を通り、一対の係合孔３７ａの中心を結ぶ直線と直交する方向に伸張するよう形成されている。また、長孔５６の高さは、第一の偏心円カム５３の外径と略同一に形成され、第一の偏心円カム５３が長孔５６の内周縁と摺動しつつ長手方向を往復自在な状態で挿入されている。また、回転体ガイドプレートの両側には、ガイドピン（４４，４５）に当接する当接面３７ｂとガイドピン（４６，４７）に当接する当接面３７ｃが形成されている。

スライドピン４０は、中間回転体３３の径方向ガイド３８に挿入され、第一回転体３１に形成された傾斜ガイド３９に係合している。傾斜ガイド３９は、回動中心軸Ｌ１を中心とした円周方向に対して傾斜する溝状のガイドであって、第一回転体３１の回転角に比例して、回動中心軸Ｌ１と傾斜ガイド３９の溝中心を結ぶ回転半径が一定量ずつ増加または減少する一対の溝状のガイドであり、本実施例では中心軸Ｌ１を通る軸線を挟んで対称に一対形成されている。

また、第二回転体３５の前方には、コイル３４ａに通電することで第二回転体３５を吸着する電磁クラッチ３４が図示しないエンジンケースに固定された状態で隣接している。電磁クラッチ３４の内側には、外周にねじりコイルバネ５７を配置したバネホルダー５８が挿入され、その先端がセンターシャフト３２の凹部３２ｅに係合している。カムシャフト３０には、雌ねじ孔が形成されている。バネホルダー５８とセンターシャフト３２とカムシャフト３０は、ボルト６０を前記カムシャフト３０の雌ねじ孔に係合することにより一体に共締めされ、軸Ｌ１を中心として一体になって回転する。バネホルダー５８の後面５８ａは、第二の偏心円カム５３の前面と非接触の状態で対向し、偏心円カム３６とカムガイドプレート３７が前方へ抜け落ちることを防止している。ねじりコイルバネ５９は、一端５９ａが第二回転体３５の孔３５ｂに固定され、他端５９ｂがバネホルダー５８の孔５８ｂに固定され、第二回転体３５が電磁クラッチ３４から受ける制動トルクと逆の方向（第一回転体３１の回転方向）に第二回転体３５を常時付勢している。

図７から図１０（ａ）により、実施例１の装置に関する位相可変の動作を説明する。実施例１では、第一回転体３１に対する中間回転体３３の位相角を位相角変位の無い初期状態から進角側（図７に示す第一回転体３１の回転方向。装置の正面から見て時計回りの方向）に変位させるため、中間回転体３３の内周面３３ｄに対して第一の偏心円カム５３とカムガイドプレート３７を図１０（ａ）に示す位置に配置している。各図に示すとおり前記初期状態において、カムガイドプレート３７は、上端部３７ｄが中間回転体３３の内周面３３ｄの上部に当接し、第一の偏心円カム５３の中心軸Ｌ３（偏心点）は、径方向ガイド３８の伸張方向の軸線Ｌ４の上方に対して反時計回りの方向に傾いた状態に配置されている。初期状態においては、電磁クラッチ３４に通電せず、第二回転体３５と偏心円カム３６の第二の偏心円カム５４は、ねじりコイルバネ５９の付勢力により時計回り方向のトルクを受けている。その際、カムガイドプレート３７は、上端部３７ｄが内周面３３ｄに押し付けられて、中間回転体３３に固定される

前記初期状態において、中間回転体３３と第二回転体３５は、カムガイドプレート３７が中間回転体３３に固定されることに伴い、第一回転体３１がクランクシャフトによって時計回りに回転すると、第一回転体３１と一体になって時計回りに回転する。

一方、第一回転体３１とカムシャフト３０の位相角を変更する際には、電磁クラッチ３４に通電する。その際第二回転体３５は、電磁クラッチ３４に吸着されて回転遅れを生じ、第一回転体３１に対して反時計回りに相対回動し、第二の偏心円カム５４が反時計回りに回動する。第二の偏心円カム５４と一体化された第一の偏心円カム５３は、カムガイドプレート３７の長孔５６の内周縁と摺動しながら長孔内を径方向ガイド３８と直交する方向に往復し、カムガイドプレート３７に対し、径方向ガイド３８の伸張する方向に力を付与する。カムガイドプレート３７は、スライド部材４０が中間回転体の径方向ガイド３８に沿って変位し、当接面（３７ｂ、３７ｃ）が、ガイドピン４４〜４７に摺接しながら変位することにより、径方向ガイド３８の伸張する方向に下降する。

一方、カムガイドプレート３７は、同時にスライドピン４０が第一回転体３１の傾斜ガイド３９に沿って変位することにより、第一回転体３１に対して径方向に下降しかつ円周方向時計回りに相対変位する。中間回転体３３は、ガイドピン４４〜４７によってカムガイドプレート３７と相対回動出来ないため、中間回転体３３は、カムガイドプレート３７と一体となり、第一回転体３１に対して時計回りに相対回動する。中間回転体３３は、ねじりコイルバネ５９がねじられることによって第二回転体３５に与えられる時計回りのトルクと、電磁クラッチ３４が第二回転体３５に与える反時計回りのトルクが釣り合った時点で前記相対回動を終了する。また中間回転体３３は、前記ねじりコイルバネ５９のトルクと、前記電磁クラッチ３４のトルクが釣り合う前にカムガイドプレート３７の外周の下部３７ｅが中間回転体３３の内周面３３ｄに当接した場合にも前記相対回動を終了する。その結果、中間回転体３３に一体化されたカムシャフト３０とクランクシャフトで駆動する第一回転体３１との位相角は、カムガイドプレート３７の外周の下部３７ｅが中間回転体３３の内周面３３ｄの下部に当接して前記相対回動を終了した場合を最大変位量として進角方向に変位する。

一方、電磁クラッチ３４の電流値を下げて第二回転体３５の制動力を弱くした場合、第二回転体３５は、バネ５９のトルクにより中間回転体３３に対して時計回り（図７参照）に相対回動し、中間回転体３３は、カムガイドプレート３７の上昇により第一回転体３１に対して反時計回りに回動する。中間回転体３３は、前記ねじりコイルバネ５９のトルクと、前記電磁クラッチ３４のトルクが再び釣り合った時点で前記相対回動を終了し、電磁クラッチ３４の通電が無くなった場合には、カムガイドプレート３７の外周の上端３７ｄが中間回転体３３の内周面３３ｄに当接するまで前記相対回動をし、位相角変更前の初期位置に戻る。

図１０（ｂ）（ｃ）は、中間回転体３３の内周面３３ｄに対する第一の偏心円カム５３とカムガイドプレート３７の配置の別仕様例である。（ｂ）図は、第一回転体３１に対する中間回転体３３の位相角を位相角変更前の初期位置から遅角側に変位させる仕様例である。（ｃ）図は、電磁クラッチ３４で制動し続けることにより、第一回転体３１に対する中間回転体３３の位相角を前記初期位置から進角側に変位させ、後に遅角側にも変位可能にする仕様例である。

図１０（ｂ）は、位相角を変位する際にカムガイドプレート３７を下降させる（ａ）図の場合とは反対にカムガイドプレート３７を上昇させる配置例である。前記初期状態において、カムガイドプレート３７は、下部３７ｅを中間回転体３３の内周面３３ｄの下部に当接させ、第一の偏心円カム５３の中心軸Ｌ３（偏心点）は、径方向ガイド３８の伸張方向の軸線Ｌ４の下方に対して半時計回りの方向に傾いた状態に配置している。また（ａ）図では、前記初期状態においてスライドピン４０を傾斜ガイド３９の３９ａ、３９ｂの位置に配置している（図９）が、（ｂ）図では、初期状態においてスライドピン４０を３９ｃ、３９ｄの位置に配置する。この配置により、クランクシャフトの回転時において電磁クラッチ３４に通電すると、カムガイドプレートは、初期位置から上昇し、中間回転体３３と第一回転体３１との位相角は、カムガイドプレート３７の外周の上部３７ｄが中間回転体３３の内周面３３ｄの上部に当接して前記相対回動を終了した場合を最大変位量として遅角方向に変位する。

図１０（ｃ）は、前記初期状態において、第一の偏心円カム５３の中心軸Ｌ３（偏心点）を径方向ガイド３８の伸張方向に直交する軸線Ｌ５の左方に対して反時計回りの方向に傾いた状態に配置し、中間回転体３３の内周面３３ｄの上部には、平面部３３ｅを設け、カムガイドプレート３７の上部３７ｄを当接させている。また、カムガイドプレート３７の下部３７ｅは、第一の偏心円カム５３が回動する際に中間回転体３３の内周面３３ｄと接触しないよう構成している。初期状態のスライドピン４０は、傾斜ガイド３９の３９ａ、３９ｂの位置（図９）に配置している。この配置によってクランクシャフトの回転時に電磁クラッチ３４に通電すると、中間回転体３３と第一回転体３１との位相角は、第一の偏心円カム５３が始点位置から反時計回りに回動し、カムガイドプレート３７が初期位置から下降し、下部３７ｅが軸線Ｌ４に接するまで進角方向に相対変位する。一方、下部３７ｅが軸線Ｌ４を通過すると、カムガイドプレート３７が反転して上昇し、上部３７ｄが平面部３３ｅに接するまで遅角方向に相対変位する。尚、中心軸Ｌ３（偏心点）は、初期状態において軸線Ｌ５の右方に対して反時計回りに傾いた状態で配置し、その際のカムガイドプレート３７の下部３７ｅに当接する平面部を中間回転体３３の内周下部に設け、スライドピン４０を傾斜ガイド３９の３９ｃ、３９ｄの位置（図９）に配置しても良い。その場合、中間回転体３３と第一回転体３１との位相角の変位は、一端遅角側へ相対変位し、その後進角側に相対変位する。

また、図１０（ａ）（ｂ）と図１１により、中間回転体３３の内部を径方向ガイド３８に沿って変位する際のカムガイドプレート３７の移動速度の変化を説明する。グラフの縦軸は、図１０（ａ）の初期状態におけるカムガイドプレート３７の上部３７ｄ（（ｂ）図では下部３７ｅ）と中間回転体内周面３７ｄとの接点からスライドピン４０までの距離、横軸は、図１０（ａ）の軸線Ｌ４の上方（（ｂ）図では下方）に対する第一の偏心円カム５３（偏心する中心軸Ｌ３）の回転角を示している。実施例１では、図１０（ａ）（ｂ）と図１１に記載された、始点（初期状態）において、カムガイドプレート３７の上部３７ｄと中間回転体３３の内周面３３ｄの上部に接触し、終点（最大変位時）において、下部３７ｅが中間回転体３３の内周の下部３３ｄに接触して止まる（図（ｂ）では始点と終点が逆になる）

図１１のグラフの傾きは、スライドピン４０の距離の増加量を示す。グラフの傾きは、図１１に示すとおり、偏心円カム５３の回転角が始点と終点に近いほど緩やかになっており、始点近傍におけるスライドピン４０の加速と、終点近傍における減速がゆるやかに行われることを示す。即ち、偏心円カム５３によって移動するスライドピン４０の移動速度は、ｓｉｎカーブに従って変化する。従って、始点と終点において中間回転体３３の内周面３３ｄに対するカムガイドプレート３７の衝突速度は、偏心円カム５３を利用することで常に遅くなるため、前記衝突時による衝撃音が常に低減される。

一方、傾斜ガイド３９は、第一回転体３１の回転角の増加に対する、傾斜ガイド３９の回転半径の変化量が一定であるため、第一回転体３１に対する中間回転体３３の相対変位速度は、カムガイドプレート３７の前記往復時における移動速度の変化に従って同様の変化をする。従って、第一回転体３１に対するカムシャフト３０の相対変位速度は、始点と終点（最大変位時）において緩やかになるため、カムトルク変動によるエンジンへのショックが低減される。尚、本実施例では、第一回転体３１の回転角の増加に対する、傾斜ガイド３９の回転半径の変化量を変更して形成することにより、カムシャフト３０の位相変換角に直線性を持たせたり、使用頻度の高い位相変換角の位置において、前記回転半径の変化量を減少させることにより変換速度を遅くすることも出来る。

次に、図１２（ａ）（ｂ）により、中間回転体３３がカムシャフト３０側からトルクを受けた際に第一回転体３１と中間回転体３３との位相角のずれを防止するセルフロック機構を説明する。カムシャフト３０が図示しないバルブスプリングから反力を受けた場合、中間回転体３３は、カムシャフト３０から第一回転体３１とカムガイドプレート３７に対して相対変位をする回転トルクを受ける。図１２（ａ）（ｂ）は、カムシャフト３０によって時計回りの回転トルクが発生した場合を示している。カムガイドプレート３７は、径方向ガイド３８の伸張方向に作用する力を付与され、第一の偏心円カム５３は、スライドピン４０が、前記回転トルクによりガイドピン４４〜４７と傾斜ガイド３９からカム作用を受けて、長孔５６との摺接点において前記径方向ガイド３８の伸張方向に作用する力を受ける。一方、第二回転体３５は、第二の偏心円カム５４の中心軸Ｌ２を通り、かつ軸線Ｌ４に平行な軸線Ｌ６と、第二回転体３５の偏心円孔５２の内周縁とが交差する位置Ｐ１において、第二の偏心円カム５４から前記径方向ガイド３８の伸張方向に作用する力を受ける。

更に、カムガイドプレート３７に付与された前記径方向ガイド３８の伸張方向に作用する力は、第二回転体の外周縁３５ａが中間回転体３３の円筒部の内周面３３ｄに略内接するため、前記軸線Ｌ６と第二回転体３５が略内接する中間回転体３３の内周面３３ｄとの交差する点Ｐ２において中間回転体３３に作用し、点Ｐ２において、第二回転体３５と中間回転体３３との摺動を妨げる局所的な摩擦力を発生させる。

また、前記局所的な摩擦力は、以下のように表される。即ち、前記径方向ガイド３８の伸張方向に作用する力をＦ、軸線Ｌ４の下方に対する交差点Ｐ２と中心軸Ｌ１とを結ぶ第二回転体３５の半径Ｒとの傾きをθ（θは、軸線Ｌ５方向に対する交差点Ｐ２の摩擦面の角度（以降は摩擦角と言う）とする）、摩擦面の摩擦係数をμとする。ここで、図１２（ｂ）図に示すとおり、第二回転体３５と中間回転体３３を相対回動させることにより、中間回転体３３と第一回転体３１との間に位相角のずれを起こさせる力は、Ｆ・sinθとなり、第二回転体３５と中間回転体３３との摺動を妨げる逆方向の局所的な摩擦力は、μ・Ｆ・cosθで表されるため、前記摩擦力が位相ズレを起こさせる力より大きければ、第二回転体３５と中間回転体３３が相対回動できず位相角のずれが発生しない。従って、図１２（ｂ）に示すようにＦ・sinθ＜μ・Ｆ・cosθによりθ＜tan^-1μの条件を満たすように摩擦角θを設定すれば、セルフロック機能により、第一回転体３１に対するカムシャフト３０の位相角の予期せぬ変更が防止される。

尚、摩擦角θは、第二の偏心円カム５４の偏心点Ｌ２（中心軸）から軸線Ｌ４に対して垂直に引いた直線距離をｄ３とした場合、ｄ３が短いほど小さくなるが、前記直線距離ｄ３は、回動中心軸Ｌ１と偏心点Ｌ２との偏心距離ｄ１に比例して短くなる。従って、第一の偏心円カム５３は、偏心距離ｄ２を大きく取って第一回転体３１とカムシャフト３０の位相角の最大変位角を大きくし、第二の偏心円カム５４は、偏心距離ｄ１を出来るだけ小さくすることで、セルフロック機能の局所的な摩擦力を強化することが出来る。

本実施例１では、第二回転体３５の回動操作力付与手段として、電磁クラッチ３４とねじりコイルバネ５９を用いた構成にしたが、電動モータ等によって、第二回転体３５を直接制御してもよい。また、カムガイドプレート３７をガイドピン４４〜４７に摺接させて回動運動させているが、中間回転体３５の径方向ガイド３８にスライドピン４０を摺接させてガイドピン４４〜４７を省いた構造にしてもよい。

次に図１３から図１７により本発明の第二実施例の自動車用エンジンにおける位相可変装置を説明する。実施例２は、実施例１のねじりコイルバネ５９に代えて第二の電磁クラッチ機構６１を備えることにより、第一の電磁クラッチ３４による位相角の変位方向と逆向きの変位を可能にしている。まず、図１３における第二回転体３５からボルト４３に至る構成は、後述する中間回転体３３に対する偏心円カム３６とカムガイドプレート３７の配置が一部異なることと、センターシャフト３２の先端形状が一部異なること以外第一実施例と同一である。

実施例２において第二の電磁クラッチ機構６１は、第二回転体３５の前方に対してローラガイドプレート６２、係合孔６２ａ内を転動する複数のローラー６３、第三回転体６４、スラストベアリング６５、皿バネ６６、バネホルダー６７、第二電磁クラッチ６８が配置されて構成される。まず、ローラガイドプレート６２は、角穴６２ｂを介してセンターシャフト３２の平坦係合部３２ｆに係合し、センターシャフト３２に対して相対回動不能に固定される。第二回転体３５、ローラガイドプレート６２、第三回転体６４は、互いに軸方向に隙間を持って配置され、ローラー６３は、第二回転体の前面３５ｃと第三回転体６４の後面６４ａに挟持されることにより第二または第三回転体のいずれかに相対回動トルクが発生すると孔６２ａ内を転動する。第三回転体６４は、凹部６４ｂに取り付けられたスラストベアリング６５により、センターシャフト３２の先端外周に相対回動可能な状態で支持されている。スラストベアリング６５の前方には、皿バネ６６が取り付けられ、その前方にバネホルダー６７が取り付けられ、ボルト６０によってセンターシャフト３２に共締めされている。皿バネ６６は、スラストベアリング６５を介して第三回転体６４を軸方向後方に押圧し、第三回転体６４と第二回転体３５との間におけるローラー６３の転動を確実にする。第二電磁クラッチ６８は、図示しないエンジンケースに固定された状態で第三回転体６４に隣接している。

また、実施例２においては、中間回転体３３の内周面３３ｄに対して第一の偏心円カム５３とカムガイドプレート３７を図１７に示す位置に配置している。前記初期状態において、カムガイドプレート３７は、上端部３７ｄが中間回転体３３の内周面３３ｄの上部に当接し、第一の偏心円カム５３の中心軸Ｌ３（偏心点）は、径方向ガイド３８の伸張方向の軸線Ｌ４の上方に対して時計回りの方向に傾いた状態に配置されている。

位相変更の無い初期状態において、第三回転体６４、ローラー６３、ローラガイドプレート６２は、時計回りに回転する第一回転体３１により、第二回転体３５と一体となって同方向に回転する。カムシャフト３０と第一回転体３１との位相角を変更する際には、第二電磁クラッチ６８に通電する。すると、第三回転体６４が第二回転体３５に対して反時計回りに相対回動し、ローラー６３が転動する。第二回転体３５と第一の偏心円カム５３は、ローラー６３の転動によりトルクを受け中間回転体３３に対して時計周りに相対回動する。カムガイドプレート３７は、偏心円カム５３によって下降し、同時にスライドピン４０が傾斜ガイド３９に沿って変位する。中間回転体３３は、カムガイドプレート３７と一体となり、第一回転体に対して時計回りに相対回動し、カムシャフト３０と第一回転体３１の相対位相角が進角方向（時計回り方向）に変位する。

また、カムシャフト３０と第一回転体３１の位相角を遅角方向（反時計回り方向）に戻す場合には、電磁クラッチ３４に通電する。第二回転体３５と偏心円カム５３は、中間回転体３３に対して反時計回りに回動し、カムガイドプレート３７が上昇することにより、カムシャフト３０の第一回転体３１の相対変位角が遅角方向に戻される。ねじりコイルバネ５９の代わりに電磁クラッチ機構６１を採用することにより、コイルバネ５９の付勢力を考慮する必要が無くなるため、電磁クラッチ３４は、必要トルクは小さくなるため小型化が可能になり、位相変位後に電磁クラッチ３４の通電を切ることが可能になるため、省電力化が図れる。

ここで、図１８により、各実施例に使用するカムガイドプレート３７の変形例を説明する。この変形例においては、一方のスライドピン６９は、係合孔３７ａに回動可能な状態で係合する係合部６９ａと、中心軸Ｏ２が係合孔の中心軸Ｏ１から微小距離離間することによって中心軸Ｏ１周りを偏心回動するスライド部６９ｂが軸方向に連続して形成されている。スライド部６９ｂを偏心回動させた場合には、一対の傾斜ガイド３９の離間距離に応じ、係合するスライドピン４０とスライド部６９ｂとの離間距離を調節することが出来る。その結果、スライドピン（４０，６９）と一対の傾斜ガイド３９に関する前記離間距離の製造公差を大きくすることが出来るため、生産性が向上する。

尚、各実施例において、スライドピン４０を孔３７ａに対して回動可能な状態で係合させ、または、スライドピン４０の代わりに径方向ガイド３８と傾斜ガイド３９に向けて突出する球体のような転動部材をスライド部材として採用すれば、前記スライド部材がガイド（３８、３９）を転動するため、中間回転体３３と第一回転体３１との位相角の変更がなめらかに行われる。

本発明の第一実施例を表す自動車用エンジンにおける位相可変装置の分解斜視図である。 第一実施例の装置の正面図である。 第一実施例の装置の軸方向断面を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 第二回転体と回転体ガイドプレート（中間回転体）の垂直断面を示す図３のＢ−Ｂ断面図である。 カムガイドプレートと回転体ガイドプレートとの断面を示す図３のＣ−Ｃ断面図である。 第一回転体の垂直断面を示す図３のＤ−Ｄ断面図である。 第二回転体と偏心円カムの動作関係を表す説明図である。 偏心円カムとカムガイドプレートの動作関係を表す説明図である。 第一回転体に対するスライド部材の動作説明図である。 偏心円カムを回転平面上の異なる範囲で揺動させる場合の仕様説明図である。（ａ）は、進角仕様の説明図である（ｂ）は、遅角仕様の説明図である。（ｃ）は、進角・遅角仕様の説明図である。 回転平面上における偏心円カムの位置に基づくスライド部材の変位量を表すグラフである。 第二回転体と回転体ガイドプレートによるセルフロック構造の説明図である。（ａ）は、カムガイドプレートから第二回転体に伝達される力の作用点を表す図である。（ｂ）は、第二回転体と回転体ガイドプレートとの接触点に発生する力の説明図である。 本発明の第二実施例を表す自動車用エンジンにおける位相可変装置の分解斜視図である。 第二実施例の装置の軸方向断面図である。 第二実施例の装置の一部を断面とした参考斜視図である 第二実施例の第二回転体と第三回転体との構造説明図である。 中間回転体に対する偏心円カムとカムガイドプレートの配置説明図である。 カムガイドプレートの変形例の説明図である。（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は正面図。（ｃ）図は（ｂ）図のＥ−Ｅ断面図、（ｄ）図は、偏心スライドピンの拡大図である。

符号の説明

３０ カムシャフト
３１ 第一回転体（スプロケット）
３３ 中間回転体（回転体ガイドプレート）
３４ 電磁クラッチ
３５ 第二回転体
３６ 偏心円カム
３７ カムガイドプレート
３８ 中間回転体の径方向ガイド
３９ 第一回転体の傾斜ガイド
５１ 第二回転体の偏心円孔
５３ 第一の偏心円カム
５４ 第二の偏心円カム
５９ ねじりコイルバネ
６１ 第二の電磁クラッチ機構
Ｌ１ 回動中心軸
Ｌ２ 第二の偏心円カムのカム中心軸
Ｌ３ 第一の偏心円カムのカム中心軸
ｄ１ Ｌ１とＬ２の離間距離（第二の偏心円カムの偏心距離）
ｄ２ Ｌ１とＬ３の離間距離（第一の偏心円カムの偏心距離）

Claims (2)

1. クランクシャフトによって回転駆動する第一回転体と、カムシャフトと一体化された中間回転体と、前記中間回転体の前方に配置した第二回転体を互いに相対回動可能に同一の回動中心軸上に配置し、前記第一回転体と第二回転体との間に、回動操作力付与手段によって前記第二回転体に回動操作力を付与し、前記第一回転体と中間回転体を相対回動させることによって前記両回転体の位相角を変更する位相角変更機構を介装したエンジンの位相可変装置であって、
   前記位相角変更機構は、
   前記中間回転体が、円筒を有する形状に形成され、
   前記第二回転体が、前記中間回転体の円筒部の内径と略同一の円盤形状に形成され、前記円筒部の内周に略内接し、
   前記第二回転体から前記中間回転体に向けて突出し、中心軸が第二回転体の回動中心軸から離間した偏心円カムと
   第二回転体の回動中心軸に直交する方向に伸張し、前記偏心円カムが摺動する長孔と、前記第一回転体と中間回転体に向けて突出したスライド部材を備えたカムガイドプレートと、
   前記カムガイドプレートの長孔の伸張方向と直交する方向かつ前記中間回転体の径方向に伸張する、前記中間回転体に形成された径方向ガイドと、
   前記第一回転体の回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する、前記第一回転体に形成された傾斜ガイドとを備え、
   前記カムガイドプレートのスライド部材が、前記径方向ガイドの方向と前記傾斜ガイドの方向に沿って変位することを特徴とするエンジンの位相可変装置。
2. 前記第二回転体は、中心が前記第二回転体の回動中心軸から離間する偏心円孔を有し、
   前記偏心円カムは、前記カムガイドプレートの長孔と摺動する第一の偏心円カムに、前記偏心円孔と係合する第二の偏心円カムが隣接して形成され、
   前記第二の偏心円カムは、カム中心軸と前記第二回転体の回動中心軸との離間距離が、前記第一の偏心円カムの中心軸と前記第二回転体の回動中心軸との離間距離よりも小さいことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの位相可変装置。

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