JP5047356B2 - 自動車用エンジンにおける位相可変装置 - Google Patents
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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、クランクシャフトで駆動する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、エンジンのクランクシャフトから駆動力を受けて駆動する駆動プレート2(スプロケット)に対するカムシャフト1の組付角を進角側(駆動プレート2の回転方向)または遅角側(駆動プレート2の回転方向と逆方向)に変更し、カムによって開閉する内燃機関のバルブの開閉タイミングを変更する装置である。
特許文献1の装置は、駆動プレート2が、カムシャフト1に一体化されたスペーサ8に対して相対回動可能に組付けられている。また、スペーサ8の前方には、放射方向に延出する三つのレバー12を有するレバー軸13がボルト18によって前記スペーサ8と共にカムシャフト1に固定されている。レバー12には、連結ピン16によりリンクアーム14の一端が回動自在に連結され、アーム14の他端には、連結ピン17により可動操作部材11が回動自在に取り付けられている。駆動プレート2の前面には、壁面が半径方向に沿って設けられた平行な一対のガイド壁9a,9bからなる径方向ガイド10が設けられ、可動操作部材11は、ガイド壁9a,9bの間に摺動自在に組み付けられている。また、可動操作部材11の前面側には、半球状の凹部21が設けられ、転動部材である球22が転動可能に収容保持されている。
一方、レバー軸13の前端部には、ベアリング23を介してガイドプレート24が回転可能に支持されている。ガイドプレート24には、駆動プレート2の回転方向に沿って渦巻きが次第に縮径する渦巻き溝28(渦巻き状ガイド)が後面側に形成され、可動操作部材11に保持された球22が係合している。
球22が係合した状態で外力を受けてガイドプレート24が駆動プレート2に対して遅角方向(駆動プレート2の回転方向と逆方向)に相対回転すると、可動操作部材11は、径方向ガイド10と渦巻き溝28に沿って半径方向内側に移動する。可動操作部材11が半径方向内側に移動すると、カムシャフト1と駆動プレート2の組付角は、カムシャフト1がレバー軸13に一体化されていることと、リンクアーム14とレバー12のリンク作用により、カムシャフト1が駆動プレート2に対して進角方向に相対回動し、進角側(進角方向)に変更される。
一方前記と逆に、球22が係合した状態でトルクを受けてガイドプレート24が駆動プレート2に対して進角方向(駆動プレート2の回転方向)に相対回転すると、可動操作部材11は、渦巻き溝28により半径方向外側に移動する。可動操作部材11が半径方向外側に移動すると、カムシャフト1と駆動プレート2の組付角は、カムシャフト1が駆動プレート2に対して遅角方向に相対回動することによって遅角側(遅角方向)に変更される。
即ち、特許文献1の装置は、ガイドプレート24にトルクを付加し、ガイドプレート24を駆動プレート2に対して前記遅角方向または進角方向のいずれかに相対回転させることにより、カムシャフト1と駆動プレート2の組付角を進角側または遅角側のいずれかに変更する装置である。ガイドプレート24を駆動プレート2に対して相対回転させる前記トルクは、以下に示す遊星歯車機構25に第1及び第2電磁ブレーキ(26,27)を組み合わせることによって付加される。
遊星歯車機構25は、レバー軸13の前端部にベアリング29を介して制動フランジ34を一体化したサンギヤ30が回転自在に支持され、ガイドプレート24の前端凹部の内周面にリングギヤ31が形成され、ベアリング23と29との間にレバー軸13に固定されたキャリアプレート32が設けられ、キャリアプレート32にサンギヤ30とリングギヤ31に噛合される複数のプラネタリギヤ33が回動自在に支持されることによって構成されている。また、第1及び第2電磁ブレーキ(26,27)は、ガイドプレート24と制動フランジ34の前端面に対峙して配置されることにより、これらの回転を制動する。
即ち、ガイドプレート24は、第一電磁ブレーキ26から制動力を受けることにより、駆動プレート2に対して遅角方向に相対回転するトルクを受ける。一方サンギヤ30は、第二電磁ブレーキ27から制動力を受けてキャリアプレート32に対して遅角方向に相対回転する。その際、プラネタリギヤ33は、自転することによりリングギヤ31を増速させる。従って、ガイドプレート24は、サンギヤ30が第二電磁ブレーキ27から制動力を受けることにより、駆動プレート2に対して進み側に相対回転するトルクを受ける。カムシャフト1と駆動プレート2との組付角は、ガイドプレート24受ける前記トルクの方向に応じて進角側または遅角側のいずれかに変更される。
一方、特許文献2のバルブタイミング調整装置は、カムシャフト4と一体化した出力軸22にクランクシャフトによって駆動する回転部材12を相対回動可能に支持させ、電動機70により作用軸72に一体化した偏心軸18を回動させ、偏心軸18によってその回転方向と逆方向に相対回転する遊星歯車30とリングギヤ14とを介して出力軸22を回動させ、出力軸22に支持された回転部材12に対してカムシャフト4を相対回動させることにより、両者の組付角を変更し、バルブの開閉タイミングを変更する装置である。
特開2006−77779号
特開2004−3419号
特許文献1の装置では、駆動プレート2に対してガイドプレート24を相対回動させる機構に遊星歯車機構25を採用し、遊星歯車機構25は、サンギヤ30,複数のプラネタリギヤ33及びリングギヤ31からなる多数の歯車によって構成されている。一般に歯車は、歯部を成型する上で製造単価が高くなりがちである。特許文献1の装置は、多数の歯車を採用するガイドプレート24の相対回動機構の製造コストが高くなる点で問題がある。
また一般に歯車は、かみ合う歯部同士が動作時に衝突することによって歯打ち音を発生させるが、前記歯打ち音は、動作時の装置の静音性を妨げる。特許文献1の装置は、多数の歯車の組み合わせを採用することにより、バルブタイミングの変更時に多数の歯打ち音を原因とした動作音が大きくなる点で問題がある。一方、歯打ち音は、各歯部の成型精度を向上させ、歯部間のガタツキが減らすことによって小さく出来るが、その場合、製造コストが更に高くなる点で問題がある。
また、特許文献2の装置は、位相変換終了後に電動機70(モータ)の通電を切ると、回転し続ける作用軸72とコイル90との間に回生作用(発電効果)が発生して回転部材12に抵抗トルクが発生する。従って、作用軸72は、位相変換の有無にかかわらず回転部材12と同期して回転させなければならないため、電動機70の通電は、切ることが出来ない。従って、電動機の採用は、導入コストが高いだけでなく消費電力が大きな点で問題がある。また、エンジンの位相可変装置に採用する電動機は、配置スペースの関係上、小型のものが必要となる。カムシャフトとクランクシャフト側との位相角を変更するため、小型のモータで大きなトルクを発生させるためには、減速機構(この場合遊星歯車30)を介在させる必要があるが、かかる減速機構は、クランクシャフト側に対するカムシャフトの位相角を変更する際におけるレスポンス性を低下させるため、迅速な位相角の変更を実現する面で問題がある。
本願発明は、上述した問題を考慮し、前記ガイドプレート24に相当する部材の相対回動機構を容易かつ安価に製造可能にすると共に、カムシャフトとクランクシャフト側との位相角を変更する際の前記相対回動機構の動作音がより静かなエンジンの位相可変装置を提供するものであり、前記位相角の変更を迅速に行うことが出来る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の発明は、クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフトに一体化された第一中間回転体と、第一制御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、前記第一制御回転体を前記駆動回転体と第一中間回転体に対して相対回動させる回動操作力付与手段を備え、前記第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記第一中間回転体と第一制御回転体を相対回動させ、前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置において、前記回動操作力付与手段は、前記第一制御回転体に形成された略円周方向溝であって、前記第一制御回転体の回動方向のいずれか一方向に沿って縮径する第一ガイド溝と、前記中間回転体と駆動回転体に対して前記第一制御回転体を相対回動させる第一の制動手段と、前記カムシャフトに一体化され、軸方向に貫通する略径方向ガイド溝を有し、前記第一制御回転体に隣接し、該第一制御回転体と同軸かつ相対回動可能に配置された第二中間回転体と、前記第一ガイド溝と逆方向に縮径する略円周方向溝である第二ガイド溝が形成され、該第二中間回転体と同軸かつ相対回動可能に配置された第二制御回転体と、前記第二制御回転体を前記第二中間回転体と第一制御回転体に対して相対回動させる第二の制動手段と、前記第一ガイド溝、径方向ガイド溝及び第二ガイド溝に係合し、前記第一制御回転体と、前記第二制御回転体との相対回動に基づき前記各ガイド溝に沿って変位する可動子を備えた。
(作用)初期状態において第一制御回転体は、カムシャフトに一体化された第一中間回転体とクランクシャフトから駆動力を受ける駆動回転体と一体になって回転する。また、前記第一制御回転体は、回動操作力付与手段により、前記駆動回転体と第一中間回転体に対して相対回動する。その際、第一中間回転体は、前記第一制御回転体の相対回動方向に基づき駆動回転体に対して相対回動する。その結果、前記駆動回転体(クランクシャフト側)に対する第一中間回転体(カムシャフト側)の位相角は、第一制御回転体の相対回転方向に応じて進角方向(駆動回転体の回転方向。以下同じ)または遅角方向(駆動回転体の回転方向と逆方向。以下同じ)のいずれかに変更される。
第一制御回転体が第一の制動手段から制動力を受けて前記駆動回転体と第一中間回転体に対して回転遅れを生じることにより、駆動回転体に対する第一中間回転体の位相角は、進角方向または遅角方向のいずれかに変更される。一方、第二制御回転体は、第二の制動手段から制動力を受けることにより第一制御回転体と第二中間回転体に対して回転遅れを生じ、後面に形成された第二ガイド溝と共に遅角方向に相対回動する。その際、可動子は、回動方向のいずれか一方向に沿って縮径する円周方向溝である第二ガイド溝と第二中間回転体の径方向ガイド溝と係合し、かつこれらガイド溝に沿って変位することによって前記回転体の半径方向に移動する。第一制御回転体は、第二ガイド溝と逆方向に縮径する円周方向溝として形成された第一ガイド溝が、半径方向に移動する可動子から力を受けることにより、第二制御回転体と第二中間回転体に対して進角方向に相対回動し、同時に駆動回転体と第一回転体に対して進角方向に相対回動する。その結果、駆動回転体に対する第一中間回転体の位相角は、第一制動手段による制動時と逆方向に変更される。
第一制御回転体、第二中間回転体、第二制御回転体及び可動子は、円形を基調とした単純な構成であるため、加工が容易である。また、駆動回転体と第一中間回転体との位相角を変更する際に可動子は、各ガイド溝と常時摺接しながら静かに変位する。また、位相角変更後には、第一及び第二の制動手段の通電を切ることが出来る。また、位相角変更用の減速機構が不要である。
また前記目的を達成するために、請求項2の発明は、クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフトに一体化された第一中間回転体と、前記第一制御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、前記第一制御回転体を前記駆動回転体と第一中間回転体に対して相対回動させる回動操作力付与手段を備え、前記第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記第一中間回転体と第一制御回転体を相対回動させ、前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置において、前記回動操作力付与手段は、前記第一中間回転体と駆動回転体に対して前記第一制御回転体を相対回動させる第一の制動手段と、前記第一制御回転体から前記回動中心軸方向に沿って突出し、中心軸が前記回動中心軸から偏心した第一偏心円カムと、前記回動中心軸方向に沿って突出し、中心軸が前記回動中心軸から偏心した第二偏心円カムを備え、前記第一制御回転体と回動中心軸が同軸かつ相対回動可能に配置された第二制御回転体と、長手方向が前記カムシャフト軸方向に略直交し、前記第一偏心円カムと第二偏心円カムが前記長手方向に対して変位自在に係合する一対の長円孔を有し、前記カムシャフトに対して前記長手方向とカムシャフト軸方向にそれぞれ略交する方向に揺動自在に支持され、かつ相対回動不能に支持されたカムガイドプレートと、前記カムガイドプレートと第一制御回転体に対して前記第二制御回転体を相対回動させる第二の制動手段と、を備え、前記第一偏心円カムと第二偏心円カムは、カム中心と回動中心とを結ぶ直線が前記カムガイドプレートの前記揺動方向から傾きを持つように配置され、かつ前記揺動方向を中心として略対称に配置されるようにした。
(作用)第一制御回転体は、第一の制動手段から制動力を受けることにより駆動回転体と第一中間回転体に対して回転遅れを生じて遅角方向に相対回動し、前記駆動回転体に対する第一中間回転体の位相角は、第一制御回転体の前記相対回動方向に応じて進角方向または遅角方向のいずれかに変更される。
一方、第二制御回転体は、第二の制動手段から制動力を受けることにより第一制御回転体とカムガイドプレートに対して回転遅れを生じ、後面の第二偏心円カムと共に遅角方向に相対回動する。第二偏心円カムは、カムガイドプレート前面の長円孔に摺接しつつ該長円孔の長手方向に変位し、カムガイドプレートは、変位する第二偏心円カムの摺接面から力を受けて前記段差長円孔の長手方向と略直交する方向かつカムシャフト軸方向に直交する方向に変位する。
第一制御回転体前面の第一偏心円カムは、カムガイドプレートの変位方向から傾いて配置され、かつ前記変位方向を挟んで第二偏心円カムと略対称に配置されているため、前記カムガイドプレートが変位すると、係合するカムガイドプレート後面の長円孔から力を受けることによって第二偏心円カムと逆方向、即ち進角方向に回動する。従って第一制御回転体は、第二制御回転体とカムガイドプレートに対して進角方向に相対回動し、同時に駆動回転体と第一回転体に対して進角方向に相対回動する。その結果、駆動回転体に対する第一中間回転体の位相角は、第一の制動手段による制動時と逆方向に変更される。
第一制御回転体、カムガイドプレート、第二制御回転体は、円形を基調とした単純な構成であるため、加工が容易である。また、駆動回転体と第一中間回転体との位相角を変更する際の第一及び第二偏心円カムは、カムガイドプレートと常時摺接しながら静かに変位する。また、位相角変更後には、第一及び第二の制動手段の通電を切ることが出来る。また、位相角変更用の減速機構が不要である。
(効果)請求項1及び2の発明によれば、歯車より回動操作力付与手段の構成部品の加工が容易で、高コストとなるモータを採用しないため、第一制御回転体の相対回動機構を容易かつ安価に製造出来、位相角変更時の動作音が低減される。また、位相角の変換終了後に制動手段の通電を切ることが出来ることによって節電が出来、減速機構を採用しないことによって迅速な位相角の変更を実現することが出来る。
次に、本発明の実施の形態を実施例1と2によって説明する。
図1は、本発明の第1実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図2は、同装置を後方から見た分解斜視図、図3は、同装置の正面図、図4は、同装置の軸方向断面図である図3のA−A断面図、図5は、同装置の半径方向断面図であって、(a)図は、図4のB−B断面図、(b)図は、図4のC−C断面図、(c)図は、図4のD−D断面図、図6は、図3の軸方向断面図であるE−E断面図、図7は、図6のF−F断面図、図8は、図6のG−G断面図、図9は、図6のH−H断面図、図10は、第1実施例の装置の動作説明図であって、(a)図は、位相変位前の初期状態を表す図、(b)図は、位相変位中の状態を表す図、(c)図は、位相を最大変位した状態の図、図11は、本発明の第2実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図12は、同装置を後方から見た分解斜視図、図13は、同装置の正面図、図14は、同装置の軸方向断面図である図13のH−H断面図、図15は、位相変換部材の説明図であり、(a)図は、位相変換部材の斜視図、(b)図は、位相変換部材の分解斜視図、図16は、位相可変装置の半径方向断面図であり、(a)図は、図14のI−I断面図、(b)図は、図14のJ−J断面図、(c)図は、図14のK−K断面図、図17は、図14のL−L断面図、図18は、図14のM−M断面図、図19は、図14のN−N断面図である。
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1〜10により実施例1の装置の構成について説明すると、実施例1の装置(説明の便宜上、後述する第二電磁クラッチ60の方向を前側、カムシャフト40の方向を後側としている。)は、エンジンのクランクシャフト(図示しない)から駆動力を受けて回転する駆動回転体41と、カムシャフト40に固定され、前記駆動回転体41を相対回動可能な状態で支持するセンターシャフト42と、駆動回転体41の前方でセンターシャフト42に相対回動不能に固定され、駆動回転体41に対して相対回動する第一中間回転体(後述する第一制御回転体45のガイドプレート)43と、第一中間回転体43の前端部内側でセンターシャフト42に対して相対回動可能な状態で支持された制御回転体45と、図示しないエンジンケースに固定され、第一制御回転体45の回転を制動する第一電磁クラッチ44を同一の回動中心軸L1上に備えている。
第一制御回転体45は、これと一体になって中心軸L1の周囲を偏心回動する偏心円カム46を後面に備え、第一制御回転体45の後方には、偏心円カム46が係合する長円孔54を介して偏心円カム46に支持され、中心軸L1と直交する方向に往復揺動するカムガイドプレート47が配置されている。
センターシャフト42は、孔42aがカムシャフト40の先端40aに係合し、カムシャフト40と相対回動不能な状態で一体化されている。駆動回転体41は、スプロケット41aと駆動プレート41bが、孔(41c,41d)を介してセンターシャフト42の外周に形成されたフランジ42bの前後の円筒部(42c、42d)にそれぞれ相対回動可能な状態で支持され、複数の結合ピン48によって結合されて構成されている。駆動プレート41bには、回動中心軸L1を中心とする略円周方向に一対の曲線溝であるガイド溝51が形成され、実施例1におけるガイド溝51は、駆動回転体41の回転方向D1(装置正面から見て時計回り方向、以下同じ)に向けて縮径するように形成している。
第一中間回転体43は、円筒形状に形成され、その底部43aには、角穴43bと、後述するスライドピン50が非接触状態で変位する長孔状の一対の径方向溝49(逃げ溝)と、係合孔43g〜43jに係合する外径同一のガイドピン43c〜43fが設けられている。第一中間回転体43は、角穴43bが平坦係合面42eに係合し、センターシャフト42に対して相対回動不能な状態で固定されている。尚、ガイドピン43cと43d(または43eと43f)の中心を結ぶ直線の方向は、径方向溝49の伸張方向と平行にする。
第一制御回転体45、偏心円カム46及びカムガイドプレート47は、第一中間回転体43の円筒部43kの内側に配置されている。第一制御回転体45は、前面に中心をL1とし、センターシャフト42の先端鉛頭部42fを挿通させる貫通円孔45aを備え、後面に回動中心軸L1からの離間距離がd1となる軸L2を中心とする偏心円孔45bを備える。偏心円カム46は、前記軸L2を中心として偏心円孔45bに係合する前側偏心円カム52と、回動中心軸L1からの離間距離がd1より大きなd2となる軸L3を中心とする後側偏心円カム53が、軸方向に一体化され、L1を中心とする貫通円孔46aを備える。偏心円カム46は、貫通円孔46aを介してセンターシャフト42の先端円筒部42fに対して相対回動可能な状態で支持される。また、第一制御回転体45は、中間回転体の円筒部43kの先端段差面43lの内径と略同一の円盤形状に形成され、外周面45cが前記段差面43lに略内接する。尚、偏心円カム(52,53)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47は、一対の係合孔47aと、後側偏心円カム53を挿入して摺動させる長孔54を備える。カムガイドプレート47は、一対の係合孔47aから後方に突出する複数のスライドピン(スライド部材)50を備えている。スライドピン50は、中空太丸軸50bの内側に細丸軸50aを挿入して形成され、細丸軸50aの一端は、前記係合孔47aに係合し、中空太丸軸50bが、第一中間回転体43の径方向溝49と非接触の状態で挿通され、他端は、駆動プレート41bに形成された略円周溝であるガイド溝51と変位可能な状態で係合する。
長孔54は、一対の係合孔47aの中心を結ぶ直線と略直交する方向(径方向ガイド49の伸張方向)に伸張する。また、後側偏心円カム53は、長孔54の内周縁と摺動しつつ長手方向を往復する。また、回転体ガイドプレート47の両側には、ガイドピン(43c,43d)と(43e,43f)にそれぞれ当接する平坦面(47b,47c)が形成されている。
第一制御回転体45の前方には、摩擦材55を後面に配置した第一電磁クラッチ44を配置し、電磁クラッチ44は、コイル44aに通電し、第一制御回転体45の吸着面45dを摩擦材55に摺接させることにより、第一制御回転体45の回動を制動する。
また、第一制御回転体45の前方には、順番に第二中間回転体56、第二制御回転体57、皿バネ58、バネホルダー59及び第二電磁クラッチ60がそれぞれ配置されている。
第一制御回転体45は、回動中心軸L1を中心する略円周方向に形成された一対の曲線溝(図9を参照)であって、駆動回転体41の回転方向と逆向きのD2方向(装置正面から見て反時計回り方向、以下同じ)に向けて縮径する第一ガイド溝61を前面に備え、第二制御回転体57は、回動中心軸L1を中心する略円周方向に形成された一対の曲線溝(図7を参照)であって、時計回り方向D1に向けて縮径する第二ガイド溝62を後面に備える。第二中間回転体56は、中央に形成された角穴56aを挟んで両側に径方向ガイド溝63が形成されている。
第二中間回転体56は、角穴56aがセンターシャフト42の第二平坦係合面42gと係合することによってセンターシャフト42に対して回動不能な状態で固定されている。第二制御回転体57は、中央に形成された円孔57aと、センターシャフト42先端の小円筒部42hを介し、センターシャフト42に対して回動可能な状態で支持されている。ガイド溝(61〜63)には、前記各ガイド溝を変位する一対のスライドピン64が係合し、スライドピン64は、スライドピン50と同様に細丸軸64aを中空太丸軸64bの内側に挿入して構成されている。細丸軸64aの両端は、第一及び第二ガイド溝(61,62)と変位可能な状態で係合し、中空太丸軸64bは、径方向ガイド63と変位可能な状態で係合する。
尚、太丸軸64bの外径を細丸軸64aの外径よりも大きく形成してスライドピン64をフランジ状に形成することにより、太丸軸64bの前後面は、第一制御回転体45の前面と第二制御回転体57の後面との間に挟まれる。従ってスライドピン64は、軸方向に対して傾くことなく姿勢が保持されるため、各ガイド溝に沿って変位中に転倒することがなく、係合する各ガイド溝(61〜63)との偏摩耗とフリクションの発生が防止される。
第二制御回転体57前面の段差円孔57aには、皿バネ58を配置し、その前方の段差円筒部42iにバネホルダー59を配置し、バネホルダー59から駆動プレート41bに至る構成部品の中央の孔にボルト65を挿通してカムシャフト40のねじ穴40bに固定する。第二制御回転体57から駆動プレート41bに至る各構成部品は、バネホルダー59が段差円筒部42iに固定されることで前方へ抜けることなく配置される。第二電磁クラッチ60は、図示しないエンジンケースに固定した状態で第二制御回転体57の前面に対向するよう配置され、コイル60aに通電し、第二制御回転体57の吸着面57bを吸着して摩擦材66と摺動させることにより、第二制御回転体57の回動を制動する。
尚、第二制御回転体57は、後述する実施例2のように吸着面57bを第一制御回転体45の吸着面45dより前方に突出させても制動される。しかし、吸着面57bは、実施例1(図6を参照)に示すように吸着面45dと面一に配置することが望ましい。第二制御回転体57は、コイル44aの内側に配置された場合、第一電磁クラッチ44の磁界の影響を受けて磁化することが有り、第一電磁クラッチ44の作動時に動作が不安定になることがある。従って、第二制御回転体57は、吸着面(45d,57b)を面一にすることにより、第一電磁クラッチ44の発する磁界から遠ざけることが出来、前記磁化現象を防止することが出来る。
また、可動子であるスライドピン64は、例えばベアリングを有する形態とし、ガイド溝(61〜63)を変位する際に溝の内部を転動するようにしてもよいし、スライドピン64は、ボールに置き換える事も可能である。その場合、スライドピンは、変位時の摩擦抵抗が低下して変位が容易になり、各電磁クラッチの消費電力が低減される。一方、スライドピン64をボールに置き換えた場合、第一及び第二ガイド溝(61、62)の軸方向断面形状は、V型又はR形状とすることが望ましい。ボールの変位時には、回動軸L1方向にスラスト力が発生するが、該スラスト力は、皿ばね58によって打ち消す事が出来る。また、ボールは、スラストピンよりも製造コストを低く抑える事ができる。
また、第二中間回転体56は、非磁性体で形成することが望ましい。第二中間回転体56を被磁性体で形成した場合には、制御回転体(45,57)の一方を吸着して制動する際に発生させる磁力が、第二中間回転体56を介して他方の制御回転体に伝達され、一緒に吸引されてしまう不具合を解消できる。
次にカムシャフト40と駆動回転体41との位相角を変更する際の動作を図5及び図7〜10に基づいて説明する。位相角変更のない初期状態において、駆動回転体41がクランクシャフト(図示せず)によって装置正面から見て時計回りD1方向に回転すると、第一中間回転体43、第一制御回転体45、第二中間回転体56及び第二制御回転体57は、駆動回転体41と一体になって時計回りD1方向に回動する。
駆動回転体41に対するカムシャフト40の位相角を進角方向(装置正面から見て時計回りD1方向。以下同じ)に変更する場合には、第二制御回転体57を制動する。第二制御回転体57は、第二電磁クラッチ60によって制動された場合、第二中間回転体56と第一制御回転体45に対して回転遅れを生じ、遅角方向(装置正面から見て反時計回りD2方向、以下同じ)に相対回動する。その際、図10各図に示す第二ガイド溝62は、第二中間回転体56と第一制御回転体45に対して遅角方向(D2方向)に相対回動する。その際、スライドピン64は、第一制御回転体45の第一ガイド溝61と第二中間回転体56の径方向ガイド溝63に沿って変位することによって前記回転体の半径方向内側(図10のD3方向)に移動する。第一制御回転体45は、第一ガイド溝61が半径方向に内側に移動するスライドピン64から力を受けることにより、第二中間回転体56と第二制御回転体57に対して進角方向(D1方向)に相対回動する。
同時に図5に示す第一制御回転体45は、第一中間回転体43と、駆動回転体41に対して進角方向D1方向に相対回動し、前側偏心円カム52は、中心軸L1を中心として時計回りD1方向に偏心回動する。その際、後側偏心円カム53は、長孔54の内周面と摺動しながら長孔54の長手方向に向けて往復揺動することにより、カムガイドプレート47に対し、径方向ガイド49の伸張する方向に力を付与する。カムガイドプレート47は、平坦面(47b、47c)が、ガイドピン(43c〜43f)と摺接し、スライド部材50が中間回転体43の径方向溝49に沿って下降する。
カムガイドプレート47と第一中間回転体43は、ガイドピン(43c〜43f)によって相対回動が出来ない。従って、第一中間回転体43は、スライドピン50が下降し、かつ第一ガイド溝51に沿ってD1方向に変位することにより、D1方向に縮径する第一ガイド51から力を受けたカムガイドプレート47が、駆動回転体41に対してD1方向に相対回動した場合、カムガイドプレート47と一体になってD1方向に相対変位する。その結果、第一中間回転体43に一体化されたカムシャフト40とクランクシャフトで駆動する駆動回転体41との位相角は、進角方向(D1方向)に変更される。
一方、駆動回転体41に対するカムシャフト40の位相角を進角方向から遅角方向(D2方向)に戻す場合には、第一電磁クラッチ44によって第一制御回転体45を制動する。制動された第一制御回転体45と後側偏心円カム53は、駆動回転体41と第一中間回転体43に対して反時計回りD2方向に相対回動する。その際、カムガイドプレート47は、長孔54内を往復揺動する後側偏心円カム53から第二電磁クラッチ60の作動時と逆方向の力を受けることにより、径方向ガイド49に沿って上昇する。
第一中間回転体43は、スライドピン50が上昇し、かつ第一ガイド溝51に沿ってD2方向に変位することにより、第一ガイド51から力を受けたカムガイドプレート47と一体になってD2方向に相対変位する。その結果、カムシャフト40とクランクシャフトで駆動する駆動回転体41との位相角は、遅角方向(D2方向)に戻される。
尚、スライドピン64は、第一制御回転体45が、第二中間回転体56と第二制御回転体57に対して反時計回りD2方向に相対回動した場合、第一ガイド溝61と径方向ガイド溝63に沿って半径方向外側に移動する。その際、第二制御回転体57は、第二ガイド溝62が、スライドピン64から力を受けることにより、第二中間回転体56と第二制御回転体57に対して時計回りD1方向に戻される(相対回動する)。遅角方向(D2方向)に戻されたカムシャフト40と駆動回転体41との位相角は、D1方向に戻された第二制御回転体57を電磁クラッチ60で再び制動することにより、進角方向(時計回りD1方向)に変更させることができる。
次に実施例2の装置について図11〜19によって説明すると、実施例2の装置(説明の便宜上、後述する第二電磁クラッチ84の方向を前側としている。)は、エンジンのクランクシャフト(図示しない)から駆動力を受けて回転する駆動回転体71が、カムシャフト40に固定されて共に回転するセンターシャフト73に対して相対回動自在に支持され、駆動回転体71の前方でセンターシャフト73に対して相対回動不能に固定された第一中間回転体74と、センターシャフト73の前端において相対回動自在に支持され、電磁クラッチ44によって回転が制動される第一制御回転体75を同一の回動中心軸L1上に備えている。
カムシャフト40は、先端40aがセンターシャフト73の円孔73aに固定される。駆動回転体71を構成するスプロケット71aと駆動プレート71bは、中心の円孔(71c,71d)を介し、センターシャフト73の外周に設けたフランジ部73bの前後の円筒部(73c、73d)に対して相対回動可能に支持され、複数の結合ピン48によって一体化される。
駆動プレート71bには、反時計回りD2方向に縮径する略円周方向溝である一対の第一ガイド溝71eが形成されている。円盤状の第一中間回転体74には、軸方向に貫通する角穴74aと半径方向に対して装置正面の右上から左下に向けて傾斜する一対の傾斜ガイド溝74b、傾斜ガイド溝に平行な逃げ溝74cがそれぞれ形成されている。傾斜ガイド溝74bは、回動中心軸L1を通る垂直軸L7に対して進角方向(時計回りD1方向)に角度δ傾斜して形成されている。第一中間回転体74は、センターシャフト73の平坦係合面73eに角穴74aが係合することにより、センターシャフト73に対して相対回動不能な状態で固定されている。
第一制御回転体75には、貫通する円孔75aが形成され、時計回りD1方向に縮径する略円周方向溝である一対の第二ガイド溝75bが形成されている。第一制御回転体75は、円孔75aを介してセンターシャフト73の円筒部73fに対して相対回動自在に支持されている。
また、第一制御回転体75の前方には、コイル44aに通電することで第一制御回転体75の吸着面75gを吸着して摩擦材55と摺動させ、第一制御回転体75を制動する電磁クラッチ44が図示しないエンジンケースに固定される。また、第一ガイド溝71e、傾斜ガイド溝74b及び第二ガイド溝75bには、図15に示す位相変換部材76が係合する。位相変換部材部材76は、ブロック部77と第一スライド部材78と第二スライド部材79によって構成される。ブロック部77は、第二ガイド溝75bの曲線に沿って長手状に形成し、凸面77aを第二ガイド溝75bの外側内周面75cの曲率と一致させ、凹面77bを内側内周面75dの曲率と一致させることにより、第二ガイド溝75bの曲線に沿って変位自在に形成する。
第一スライド部材78は、円孔77cを介してブロック部77に支持される結合軸78aと、傾斜ガイド溝74bに係合し、該溝74bに沿って変位するスライド軸78bによって構成される。第二スライド部材79は、円孔77dを介してブロック部77に支持される結合軸79aと、第二ガイド溝71eに係合し、該溝71eに沿って変位するスライド軸79bによって構成される。結合軸79aは、外径が逃げ溝74cの溝幅より小さく、逃げ溝74cに非接触で挿通される。
スライド軸(78b、79b)は、結合軸(78a,79a)と共に円孔(77c、77d)に固定し、変位時にガイド溝(74b、71e)と摺動させても差し支えはないが、スライド軸(78b、79b)は、結合軸(78a,79a)を円孔(77c、77d)に対して回動可能に係合するか、スライド軸(78b、79b)を、結合軸(78a,79a)に対して回動可能に形成することにより、変位時にガイド溝(74b,71e)の内側を転動させることがより望ましい。その場合、スライド軸(78b、79b)がガイド溝(74b,71e)を変位する際の摩耗が低減され、変位がスムーズに行われる。
また、第一制御回転体75の前方には、順番にカムガイドプレート80、第二制御回転体81、皿バネ82、バネホルダー83、第二電磁クラッチ84がそれぞれ配置されている。
第一制御回転体75は、中心に形成した貫通円孔75aと円筒部73fを介してセンターシャフト73に回動可能に支持される。また、第一制御回転体75は、前面に形成した段差円孔75eの底部75fから中心軸L1に沿って前方に突出し、回動中心軸L1から距離がS1離間した中心軸L4を有する第一偏心円カム85を円孔75aの周囲に有する。また、第二制御回転体81は、中心に形成した貫通円孔81aと円筒部73hを介してセンターシャフト73に回動可能に支持される。また、第二制御回転体81は、中心軸L1に沿って後方に突出し、回動中心軸L1から距離が略S1離間した中心軸L5を有する第二偏心円カム86を円孔81aの周囲に有する。
一方、カムガイドプレート80は、第一及び第二偏心円カム(85、86)がそれぞれ内接する段差長円孔(80a、80b)を後面と前面に備え、前記段差長円孔(80a、80b)の長手方向と略直交する方向に伸張し、軸方向に貫通する直方形状の長角孔80cを中央に備えている。
カムガイドプレート80は、長角穴80cが第二平坦係合面73gと係合することにより、センターシャフト73に対して相対回動不能な状態で固定され、第二平坦係合面の水平面73g1に沿って長方形状の角穴80cの長手方向に変位可能に取り付けられている。また、第二制御回転体81の前方の段差円孔81bには、皿バネ82を配置し、その前方の段差円筒部73iには、バネホルダー83を配置し、バネホルダー83から駆動プレート71bに至る構成部品の中央の孔にボルト65を挿通してカムシャフト40のねじ穴40bに固定することにより、第二制御回転体81から駆動プレート71bに至る各構成部品が前方へ抜けることなく配置される。第二電磁クラッチ84は、図示しないエンジンケースに固定された状態で第二制御回転体81の前面に対向するよう配置し、吸着した第二制御回転体81の吸着面81cを摩擦材84aと摺接させることで第二制御回転体81を制動する。
尚、位相変更の無い初期状態において、カムガイドプレート80は、段差円孔75eの内周面の右端に配置され、第一偏心円カム85は、図17に示すとおり、中心軸L4と回動中心軸L1を結ぶ直線L8が水平軸L6の右方から反時計回りD2方向に角度略θ傾いた状態で配置され、第二偏心円カム86は、図19に示すとおり、中心軸L5と回動中心軸L1を結ぶ直線L9が水平軸L6の右方から時計回りD1方向に角度略θ傾いた状態で配置されている。
第一及び第二偏心円カム(85、86)は、それぞれ段差長円孔(80a,80b)に係合し、第一及び第二制御回転体(75,81)がカムガイドプレート80に対して相対回動した場合、前記段差長円孔(80a,80b)と摺接しつつその長手方向に揺動する。
尚、実施例2においては、吸着面81cを第一制御回転体75の吸着面75gより前方に突出して配置している。このように配置した場合でも第二制御回転体81の制動は得られるが、吸着面81cは、吸着面75gと面一に配置し、第二制御回転体81が電磁クラッチ44によって磁化しないようにすることがより望ましい。
また、カムガイドプレート80は、非磁性体で形成することが望ましい。カムガイドプレート80を被磁性体で形成した場合には、制御回転体(75,81)の一方を吸着して制動する際に発生させる磁力が、カムガイドプレート80を介して他方の制御回転体に伝達され、一緒に吸引されてしまう不具合を解消できる。
次に実施例2の装置に関する位相可変の動作を説明する。実施例2では、クランクシャフトによって時計回りD1方向に回転する駆動回転体71に対し、カムシャフト40に一体化された第一中間回転体74の位相角を位相角変位の無い初期状態から遅角側(回転遅れとなる反時計回りD2方向)に変位させる(遅角仕様)。
初期状態において第一制御回転体75は、駆動回転体41と共にD1方向に回転するが、電磁クラッチ44によって制動された場合、駆動回転体71と第一中間回転体74に対して反時計回りD2方向に相対回動する。その際、ブロック部77は、中心軸L1を中心とした略円周方向溝であって、時計回りD1方向に縮径する第二ガイド溝75bに沿って時計回りD1方向に変位し、位相変換部材76全体がブロック部77を介して半径方向内側D3方向に移動する(図16を参照)。
その際、第一スライド軸78bは、傾斜ガイド溝74bと係合しつつ、溝74b内を略半径方向内側D4方向(溝の傾斜方向)に変位し、第二スライド軸79bは、係合する第一ガイド溝71eに沿って反時計回りD2方向に変位する。その際、第一中間回転体74は、傾斜ガイド溝74bが第一スライド軸78bから力を受けることにより、時計回りD1方向に回転する駆動回転体71に対し、第一ガイド溝71e内における第二スライド軸79bの変位量に応じた回転遅れを生じ、遅角方向(D2方向)に相対回動する。従って、第一中間回転体74に一体化されたカムシャフト40と、クランクシャフトによって回転する駆動回転体71との位相角は、遅角方向(D2方向)に変更される。
一方、カムガイドプレート80と第二制御回転体81は、位相変更の無い初期状態において、第一制御回転体75と共に時計回りD1方向に回転する。第一電磁クラッチ44が作動すると、第一偏心円カム85は、図17の状態から回動中心軸L1を中心として反時計回りD2方向に回動し、カムの中心軸L4が、水平軸L6の右方から反時計回りD2方向に略180°−θの角度傾いた位置を最大として回動を終了する。その際、第一偏心円カム85は、摺接する段差長円孔80aの内部を往復揺動し、カムガイドプレート80に対して長円孔(80a、80b)の伸張方向と直交する方向に力を付与する。その際、カムガイドプレート80は、長角穴80cと平坦係合部73g1との係合により、段差円孔75eの内部を左端(D8方向)に向かって移動する(図18参照)。第二偏心円カム86は、移動するカムガイドプレート80の長円孔80bから力を受けて、第一偏心円カム85と逆向きとなる時計回りD1方向に回動する(図19参照)。従って、第二偏心円カム86に一体化された第二制御回転体81は、図19の状態から第一制御回転体75に対して時計回りD1方向に相対回動し、カムの中心軸L5が水平軸L6の右方から時計回りD1方向に略180°−θの角度傾いた位置を最大として回動を終了する。
一方、カムシャフト40と、駆動回転体71との位相角を遅角側(反時計周りD2方向)から進角側(時計回りD1方向)に戻す場合には、第二電磁クラッチ84に通電して第二制御回転体81を制動する。その際、第二偏心円カム86は、第一制御回転体75に対して反時計回りD2方向に相対回動し、長円孔80bの内周面と摺接しながら上下に揺動することにより、カムガイドプレート80が、段差円孔75eの右端に向かって移動する(D8と逆方向)。
第一制御回転体75は、第一偏心円カム85が摺接する長円孔80aを介してカムガイドプレート80から力を受けて、第二偏心円カム86と逆向きとなる時計回りD1方向に回動することにより、第二制御回転体81に対して時計回りD1方向に相対回動する。同時に制御回転体75は、駆動回転体71に対しても時計回りD1方向に相対回動するため、第一電磁クラッチ44の作動時と反対に位相変更部材76が半径方向外側に移動する。
その際、第一スライド軸78bは、溝74b内を略半径方向外側(D4と逆方向)に変位し、第二スライド軸79bは、第一ガイド溝71eに沿って時計回りD1方向に変位する。第一中間回転体74は、傾斜ガイド溝74bが第一スライド軸78bから力を受けることにより、駆動回転体71に対して進角方向(D1方向)に相対回動する。その結果、駆動回転体71に対する第一中間回転体74に一体化されたカムシャフト40の位相角は、進角方向(時計回りD1方向)に戻される。
尚、実施例1、2では、第一制御回転体(45、75)と第二制御回転体(57,81)を電磁クラッチ(44,60、84)によって制動しているが、前記電磁クラッチの代わりに油圧クラッチ等を用いて前記各制御回転体に回動操作力(制動力)を付与することもできる。
40 カムシャフト
41、71 駆動回転体
43,74 第一中間回転体
44 第一電磁クラッチ(第一の制動手段)
45,75 第一制御回転体
56, 第二中間回転体
57,81 第二制御回転体
60,84 第二電磁クラッチ(第二の制動手段)
61 第一ガイド溝
62 第二ガイド溝
63 径方向ガイド溝
64 スライドピン(可動子)
80 カムガイドプレート
80a,80b カムガイドプレートの段差状の長円孔
85 第一偏心円カム
86 第二偏心円カム
L1 回動中心軸
L4 第一偏心円カムのカム中心
L5 第二偏心円カムのカム中心
L8 L1とL4を結ぶ直線
L9 L1とL5を結ぶ直線
D1 進角方向(駆動回転体の回動方向)
D2 遅角方向(駆動回転体の回動方向と逆方向)
41、71 駆動回転体
43,74 第一中間回転体
44 第一電磁クラッチ(第一の制動手段)
45,75 第一制御回転体
56, 第二中間回転体
57,81 第二制御回転体
60,84 第二電磁クラッチ(第二の制動手段)
61 第一ガイド溝
62 第二ガイド溝
63 径方向ガイド溝
64 スライドピン(可動子)
80 カムガイドプレート
80a,80b カムガイドプレートの段差状の長円孔
85 第一偏心円カム
86 第二偏心円カム
L1 回動中心軸
L4 第一偏心円カムのカム中心
L5 第二偏心円カムのカム中心
L8 L1とL4を結ぶ直線
L9 L1とL5を結ぶ直線
D1 進角方向(駆動回転体の回動方向)
D2 遅角方向(駆動回転体の回動方向と逆方向)
Claims (2)
- クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフトに一体化
された第一中間回転体と、第一制御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、前記第一制御回転体を前記駆動回転体と第一中間回転体に対して相対回動させる回動操作力付与手段を備え、前記第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記第一中間回転体と第一制御回転体を相対回動させ、前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置において、
前記回動操作力付与手段は、
前記第一制御回転体に形成された略円周方向溝であって、前記第一制御回転体の回動方向のいずれか一方向に沿って縮径する第一ガイド溝と、
前記中間回転体と駆動回転体に対して前記第一制御回転体を相対回動させる第一の制動手段と、
前記カムシャフトに一体化され、軸方向に貫通する略径方向ガイド溝を有し、前記第一制御回転体と同軸かつ相対回動可能に配置された第二中間回転体と、
前記第一ガイド溝と逆方向に縮径する略円周方向溝である第二ガイド溝が形成され、該第二中間回転体と同軸かつ相対回動可能に配置された第二制御回転体と、
前記第二制御回転体を前記第二中間回転体と第一制御回転体に対して相対回動させる第二の制動手段と、
前記第一ガイド溝、径方向ガイド溝及び第二ガイド溝に係合し、前記第一制御回転体と、前記第二制御回転体との相対回動に基づき前記各ガイド溝に沿って変位する可動子と、を備えたことを特徴とするエンジンの位相可変装置。 - クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフトに一体化された第一中間回転体と、第一制御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、前記第一制御回転体を前記駆動回転体と第一中間回転体に対して相対回動させる回動操作力付与手段を備え、前記第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記第一中間回転体と第一制御回転体を相対回動させ、前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置において、
前記回動操作力付与手段は、
前記第一中間回転体と駆動回転体に対して前記第一制御回転体を相対回動させる第一の制動手段と、
前記第一制御回転体から前記回動中心軸方向に沿って突出し、中心軸が前記回動中心軸から偏心した第一偏心円カムと、
前記回動中心軸方向に沿って突出し、中心軸が前記回動中心軸から偏心した第二偏心円カムを備え、前記第一制御回転体と回動中心軸が同軸かつ相対回動可能に配置された第二制御回転体と、
長手方向が前記カムシャフト軸方向に略直交し、前記第一偏心円カムと第二偏心円カムが前記長手方向に対して変位自在に係合する一対の長円孔を有し、前記カムシャフトに対して前記長手方向とカムシャフト軸方向にそれぞれ略直交する方向に揺動自在に支持され、かつ相対回動不能に支持されたカムガイドプレートと、
前記カムガイドプレートと第一制御回転体に対して前記第二制御回転体を相対回動させる第二の制動手段と、を備え、
前記第一偏心円カムと第二偏心円カムは、カム中心と回動中心とを結ぶ直線が前記カムガイドプレートの前記揺動方向から傾きを持つように配置され、かつ前記揺動方向を中心として略対称に配置されたことを特徴とするエンジンの位相可変装置。
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