JP5255114B2 - エンジンの位相可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を進角方向または遅角方向のいずれかに変更してバルブの開閉タイミングを変化させる機構に偏心円カムを採用した自動車用エンジンの位相可変装置に関する。

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（特許文献１の図１〜図４を参照）。下記特許文献１の装置は、クランクシャフト（図示せず）によって回転する駆動回転体２と、駆動回転体２に対して相対回動ガイドプレート２７（本願の第１制御回転体）が相互に相対回動自在に配置されている。カムシャフト１には、レバー部材１８が一体化され、一対のリンクアーム（１６ａ、１６ｂ）の一端がピン２５によってレバー部材１８に回動自在に取り付けられている。リンクアーム（１６ａ、１６ｂ）の他端には、稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）がピン２４によって回動自在に取り付けられ、稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）の前部には、ガイドプレート２７後部の渦巻き状ガイド３２に噛み合う前部の突条２６が設けられ、稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）の後部は、略径方向ガイド溝（１１ａ、１１ｂ）と係合する。

電磁石２９によって吸着されたガイドプレート２７が駆動回転体２に対して回転遅れを生じると、稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）前部は、突条２６が渦巻き状ガイド３２に沿って変位し、後部は、略径方向ガイド溝（１１ａ、１１ｂ）に沿って駆動回転体２の半径方向内側に変位する。その際、リンクアーム（１６ａ、１６ｂ）は、レバー部材１８に対してピン２５の周りを時計回り（ガイドプレート２７から見た方向。以下同じ）に回動する。その結果、駆動回転体２に対するカムシャフト１の組付角（クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角）は、進角方向（図４のＲ方向）に変更されて、バルブの開閉タイミングが変化する。

先行技術文献

特開平２００１−０４１０１３号

バルブの開閉タイミングを多様に変更する場合、駆動回転体２に対するカムシャフト１の組付角は、出来るだけ広範囲に変更出来ることが望ましい。特許文献１の装置は、リンクアーム（１６ａ、１６ｂ）をより長くし、駆動回転体２とガイドプレート２７の外径をより大きくすることで前記組付角の変更可能範囲を広げることが出来る。しかし、その場合、位相可変装置は、大型化する。一方、エンジン内においては、位相可変装置の収納スペースが限られる。従って、特許文献１の装置は、装置を大型化することに限度があるため、前記組付角の変更可能範囲を拡げることに限界があった。

また、特許文献１の装置は、リンクアーム（１６ａ、１６ｂ）とピン（２４，２５）の連結精度が低く、かつ稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）と渦巻き状ガイド３２との係合精度が低い場合、リンクアーム（１６ａ、１６ｂ）がレバー部材１８に対してスムーズに回動出来ず、稼動操作部材（１４ａ、１４ｂ）が渦巻き状ガイド３２に対してスムーズに変位出来ないおそれがある。これらを高精度に形成することは、製造コストを増加させる点で問題が有る。

本発明は、上述した問題に基づいて、装置の大きさをコンパクトにしつつ、駆動回転体（クランクシャフト）とカムシャフトの組付角（相対位相角）の変更可能範囲を従来よりも広く出来、かつ製造が容易なエンジンの位相可変装置を提供するものである。

請求項１のエンジンの位相可変装置は、クランクシャフトによって回転する駆動回転体と、回動操作力付与手段により前記駆動回転体に対して相対回動する第１制御回転体が、それぞれカムシャフトに対して相対回動可能に支持され、前記第１制御回転体の相対回動に連動した組付角変更機構が、前記駆動回転体に対するカムシャフトの組付角を変更することによって、前記カムシャフトとクランクシャフトの相対位相角を変更する、エンジンの位相可変装置であって、前記組付角変更機構は、前記カムシャフトの回動中心軸から偏心した状態で前記第１制御回転体に一体化された第１偏心円カムと、前記カムシャフトの回動中心軸から偏心した状態で該カムシャフトに一体化された第２偏心円カムと、前記第１偏心円カムと前記第２偏心円カムとを相対偏心回動可能に連結し、前記第１偏心円カムの偏心回動を前記第２偏心円カム偏心回動に変換するカムガイド部材と、を有することにより、前記第１偏心円カムに対する第２偏心円カムの相対偏心回動に応じて前記駆動回転体に対するカムシャフトの組付角を変更するように構成した。

（作用）第１制御回転体は、回動操作力付与手段によって、駆動回転体に対して進角方向（クランクシャフトによって回転する駆動回転体の回転方向と同方向。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）のいずれかに相対回動する。第１偏心円カムは、第１制御回転体に一体化されてカムシャフトの回動中心軸周りを偏心回動する。第１偏心円カムの偏心回動は、カムガイド部材によって第２偏心円カムの偏心回動に変換される。カムシャフトは、第２偏心円カムと共に駆動回転体に対して相対回動するため、駆動回転体（クランクシャフト）に対するカムシャフトの組付角（相対位相角）が変更される。

駆動回転体に対するカムシャフトの組付角は、組付角変更時における第２偏心円カムの中心軸の移動距離に比例して大きく変更される。従って、駆動回転体（クランクシャフト）に対するカムシャフトの組付角（相対位相角）は、第１及び第２偏心円カムの外径を大きくしなくても、第２偏心円カムの偏心度を大きく（カムシャフトの回動中心軸から偏心円カムの中心軸に至る距離を長く）し、カム第２偏心円カムの中心軸の移動距離をより長くすることによって変更可能な範囲を更に広く出来る。

また、駆動回転体に対するカムシャフトの組付角は、高精度に形成しなくてもカムガイド部材を介した第１及び第２偏心円カムの偏心回動により、スムーズに変換される。

また、請求項２は、請求項１のエンジンの位相可変装置であって、前記駆動回転体には、前記カムシャフトの回動中心軸と直交する方向に伸びる略径方向ガイド溝が設けられ、前記カムガイド部材には、前記略径方向ガイド溝を貫通して前記第１偏心円カムの外周を両側から把持し、前記第１偏心円カムの偏心回動により、前記略径方向ガイド溝に沿って変位する一対の把持部と、前記略径方向ガイド溝が伸びる方向と直交する方向に伸びて、前記第２偏心円カムを内側に摺接させつつ、前記略径方向ガイド溝の伸びる方向と直交する方向に変位させる長円孔と、を設けた。

（作用）カムガイド部材は、駆動回転体の略径方向ガイド溝と係合する把持部が、内側の第１偏心円カムの偏心回動によって前記ガイド溝に沿って変位することにより、カムシャフトの回動中心軸に直交する方向に揺動する。揺動するカムガイド部材は、長円孔が略径方向ガイド溝と直交する方向に延びるため、その内側において摺接可能に係合する第２偏心円カムを偏心回動させる。

第１偏心円カム、カムガイド部材及び第２偏心円カムは、一対の偏心円カムが把持部と長円孔の内側を摺動する構成であって、高い精度で形成しなくても互いにスムーズに相対動作するため、駆動回転体に対するカムシャフトの組付角がスムーズに変換される。

また、駆動回転体に対するカムシャフトの組付角は、位相角変更前の初期位置における第１及び第２偏心円カムの各中心軸を、駆動回転体の略径方向ガイド溝が伸びる方向に対して同方向に傾けて配置するか、または該ガイド溝を挟んで互いに逆向きに傾けて配置するかによって、位相角変更前の初期位置から進角方向または遅角方向のいずれかに変更するかを選択できる。即ち、第１及び第２偏心円カムの各中心軸を、駆動回転体の略径方向ガイド溝が伸びる方向に対して同方向に傾けて配置した場合、第２偏心円カムは、第１偏心円カムと同方向に偏心回動し、該ガイド溝を挟んで互いに逆向きに傾けて配置した場合、第１偏心円カムと逆向きに偏心回動する。従って、位相角変更前の初期位置から前記組付角を変更する方向は、位相角変更前の初期位置における第２偏心円カムの中心軸の配置を変えることにより、進角方向から遅角方向にまたは遅角方向から進角方向に容易に変更できる。

また、請求項３は、請求項１または２に記載のエンジンの位相可変装置であって、前記回動操作力付与手段は、前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して遅角方向（クランクシャフトによって駆動回転体が回転する方向と逆方向。以下同じ）に相対回動させる第１制動手段と、前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して進角方向（クランクシャフトによって駆動回転体が回転する方向と同じ方向。以下同じ）に相対回動させる逆回転機構によって構成した。

（作用）第１制動手段は、駆動回転体（クランクシャフト）に対するカムシャフトの組付角を進角方向または遅角方向のどちらか一方に変換させ、逆回転機構は、前記組付角を第１制動手段と逆方向に変換させる。

また、請求項４は、請求項３に記載のエンジンの位相可変装置であって、前記逆回転機構は、カムシャフトに対して相対回動可能な状態で配置された第２制御回転体と、前記第２制御回転体を制動し、前記第１制御回転体に対して遅角方向に相対回動させる第２制動手段と、前記第２制動手段の作動時に前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して進角方向に相対回動させるリング機構によって構成し、前記リング機構は、前記第１制御回転体に形成された第１偏心円孔に摺接する第１リング部材と、前記第２制御回転体に形成された第２偏心円孔に摺動する第２リング部材と、略径方向ガイド溝を備え、カムシャフトと一体になって回動する中間回転体と、両端が前記中間回転体の略径方向ガイド溝から突設し、該突設した両端に前記第１リング部材と第二リング部材がそれぞれ相対偏心回動可能に取り付けられると共に、略径方向ガイド溝に沿って変位する連結部材と、を有するように構成した。

（作用）第２制御手段は、以下のように動作するリング機構を介して第１制御回転体を駆動回転体に対して進角方向に相対回動させる。第２制動手段が第２制御回転体を制動すると、第２制御回転体の第２偏心円孔は、カムシャフト中心軸に周りを偏心回動する。第２リング部材は、第２偏心円孔の偏心回動によって第２偏心円孔内を摺動回転し、連結部材を中間回転体の略径方向ガイド溝に沿って変位させる。第一リング部材は、連結部材が変位すると、第１制御回転体の第１偏心円孔内を摺動回転する。第１制御回転体は、第一リング部材の摺動回転によって相対回動トルクを受け、駆動回転体に対して進角方向に相対回動する。

本願各請求項のエンジンの位相可変装置によれば、位相可変装置を大きさをコンパクトに抑えつつ、駆動回転体（クランクシャフト）に対するカムシャフトの組付角（相対位相角）の変更可能範囲を従来よりも広くすることが出来る。

また、カムシャフトと駆動回転体の組付角変更機構に採用した複数の偏心円カムを組み合わせた機構は、部品点数が少なく、形状が単純であって精度を得やすいため、リンクアーム機構や渦巻き状ガイドを利用する機構に比べてスムーズに作動する。従って、本願のエンジンの位相可変装置は、容易かつ安価に製造することが出来る。

また、カムシャフトと駆動回転体の組付角変更機構に採用した複数の偏心円カムを組み合わせた機構は、構造が簡単で部品点数も少ないため、リンクアーム機構や渦巻き状ガイドを利用する機構に比べて精度が高くなくてもスムーズに作動する。従って、本願のエンジンの位相可変装置は、容易かつ安価に製造することが出来る。

自動車用エンジンにおける位相可変装置の第１実施例を示す斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１の軸方向断面図である。 初期状態における第１実施例の位相可変装置（遅角仕様）の半径方向断面図であり、（ａ）図は、第１偏心円カムの配置を表す図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図は、遅角仕様における第２偏心円カムの配置を表す図３のＢ−Ｂ断面図である。 組付角変更後における第１実施例の位相可変装置（遅角仕様）の半径方向断面図であり、（ａ）図は、図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 進角仕様における第２偏心円カムの配置を表す断面図であり、（ａ）図は、初期状態における図３のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図は、組付角変更後における図３のＢ−Ｂ断面図である。 初期状態における逆回転機構の半径方向断面図であり、（ａ）図は、図３のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）図は、図３のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）図は、図３のＥ−Ｅ断面図である。 組付角変更後における逆回転機構の半径方向断面図であり、（ａ）図は、図３のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）図は、図３のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）図は、図３のＥ−Ｅ断面図である。 は、異なる逆回転機構を備えた、自動車用エンジンにおける位相可変装置の第２実施例を示す軸方向断面図である。 は、異なる逆回転機構を備えた、自動車用エンジンにおける位相可変装置の第３実施例を示す軸方向断面図である。

符号の説明

３０ エンジンの位相可変装置
３１ 駆動回転体
３３ カムガイド部材
３４ 第１制御回転体
３４ｆ 第１偏心円孔
３５ 第１電磁クラッチ（第１制動手段）
３６、３７ スプロケット
４０ 駆動円筒
４１ 第１偏心円カム
４５ カムシャフト
４６ 第２偏心円カム
４７，４７ 駆動円筒の径方向ガイド溝
４８，４８ カムガイド部材の把持部
４９ カムガイド部材の長円孔
５０ 第１リング部材
５１ 中間回転体
５２ 連結部材
５３ 第２リング部材
５４ 第二制御回転体
５４ｃ 第２偏心円孔
５６ 第２制動手段
５７、６２ 逆回転機構
５９ ねじりコイルバネ（逆回転機構）
６０ 制御回転体
６１ 駆動円板
６５ 組付角変更機構
６６ 回動操作力付与手段
６７ リング機構
Ｌ０ カムシャフトの回動中心軸
Ｌ３ 駆動円筒の径方向ガイド溝が延びる方向
Ｌ４ カムガイド部材の長円孔が延びる方向

次に、本発明の実施の形態を第１実施例〜第３実施例によって説明する。

各実施例に示すエンジンの位相可変装置は、エンジンに組付けられ、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タイミングを変化させるための装置である。

図１〜８により第１実施例の装置の構成について説明する。第１実施例におけるエンジンの位相可変装置３０は、回動中心軸Ｌ０上にそれぞれ配置された、駆動回転体３１、センターシャフト３２、組付角変更機構６５及び回動操作力付与手段６６によって構成される。組付角変更機構６５は、第１偏心円カム４１、カムガイド部材３３及び第２偏心円カム４６によって構成される。回動操作力付与手段６６は、第１電磁クラッチ３５と、逆回転機構５７によって構成される。以降の説明においては、図２における第２電磁クラッチ５６側を装置前方、スプロケット３６側を装置後方とし、装置正面から見た駆動回転体３１の回転方向を時計回りＤ１方向（進角方向）、Ｄ１と逆方向を反時計回りＤ２方向（遅角方向）とする。

組付角変更前の初期状態（以降は単に初期状態とする）におけるセンターシャフト３２とカムガイド部材３３と第１制御回転体３４は、クランクシャフト（図示せず）から駆動力を受けて回動中心軸Ｌ０の周りを回転する駆動回転体３１とともにＤ１方向に回転している。

駆動回転体３１は、２つのスプロケット（３６，３７）と駆動円筒４０によって構成される。スプロケット（３６、３７）の中心には、円孔（３６ａ，３７ａ）が設けられる。円孔３７ａの内側には、後端開口部近傍に内フランジ部３７ｂが設けられる。符号３７ｃは、内フランジ部３７ｂの内側の円孔を示す。円孔３７ｃには、中心軸Ｌ０方向に積層した皿ばね４２が挿入される。皿ばね４２は、中央に円孔４２ａを有する。円孔３７ａには、円孔４３ａを中央に備えたホルダ４３が前方から係合される。

一方、駆動円筒４０は、円筒部４０ａと底部４０ｂが一体になって構成される。底部４０ｂには、円孔４０ｃと一対の略径方向ガイド溝（４７，４７）が設けられる。円孔４０ｃは、底部４０ｂの中央に設けられて、後述するセンターシャフト３２の中円筒部３２ｂが挿通される。略径方向ガイド溝（４７，４７）は、円孔４０ｃを間に挟んで対称となる位置に設けられる。尚、以降の説明においては、駆動円筒４０の回動中心軸Ｌ０を通り、かつ略径方向ガイド溝（４７，４７）に沿って伸びる延伸線をＬ３とする（図４を参照）。

スプロケット３６は、複数のピン孔３６ｂに挿入された結合ピン３８によってスプロケット３７と一体化され、スプロケット３７は、スプロケット３７と駆動円筒４０にそれぞれ設けられた複数のピン孔（３７ｄ，４０ｄ）に挿入された結合ピン３９によって駆動円筒４０に一体化される。

センターシャフト３２は、前方から小円筒部３２ａ、中円筒部３２ｂ、第２偏心円カム４６、大円筒部３２ｃが回動軸Ｌ０方向に連続した形状を有する。大円筒部３２ｃの外径は、円孔（３６ａ，４２ａ，４３ａ）の内径と略同一に形成される。第２偏心円カム４６は、該カムの中心軸Ｌ２がセンターシャフト３２の回動中心軸Ｌ０から距離ｄ２偏心し、センターシャフト３２と一体になって回動中心軸Ｌ０周りを偏心回動する。

駆動回転体３１は、センターシャフト３２の大円筒部３２ｃを円孔（３６ａ，４２ａ，４３ａ）に挿入することにより、センターシャフト３２によって回動可能に支持される。また、センターシャフト３２は、中心にボルト挿入孔３２ｄを備え、後端部に連結孔３２ｅを備える。カムシャフト４５は、先端に円筒部４５ａを備え、該円筒部に連続するフランジ部４５ｂを備える。センターシャフト３２は、駆動回転体３１を大円筒部３２ｃに支持させつつ、カムシャフト４５の先端円筒部４５ａを連結孔３２ｅに挿入することでカムシャフト４５に連結し、装置前方（図３の左方）からボルト挿入孔３２ｄに挿入したボルト４４の先端雄ねじ部（図示せず）をカムシャフト４５の先端雌ねじ部（図示せず）に螺着することでカムシャフト４５に固定される。駆動回転体３１は、第２偏心円カム４６とカムシャフト４５のフランジ部４５ｂの間に配置され、カムシャフト４５に対して中心軸Ｌ０周りに相対回動する。

一方、カムガイド部材３３は、一対の把持部（４８，４８）と、長円孔４９を有する。一対の把持部（４８，４８）は、カムガイド部材３３の外周端部からそれぞれ装置前方に突設され、把持部（４８，４８）同士を結ぶ線は、中心軸Ｌ０と直交する。また、前記把持部は、駆動円筒４０の略径方向ガイド溝（４７，４７）と略同一の幅を有し、かつ略径方向ガイド溝（４７，４７）と同一の間隔で設けられる。長円孔４９は、把持部（４８，４８）同士を結ぶ線と直交する方向Ｌ４に延びるよう形成される（図４（ｂ）を参照）。長円孔４９の内周面には、第２偏心円カム４６の外周面の上下端部が摺接する。

カムガイド部材３３は、スプロケット３７と駆動円筒４０との間に配置され、長円孔４９に挿入された第２偏心円カム４６を介してセンターシャフト３２上に支持される。把持部（４８，４８）は、略径方向ガイド溝（４７，４７）に係合し、その先端が略径方向ガイド溝（４７，４７）から前方に突出する。把持部（４８，４８）は、第２偏心円カム４６が偏心回動すると、略径方向ガイド溝（４７，４７）に沿って駆動円筒４０の半径方向に変位する。

第１制御回転体３４は、円形に形成し、その外径を駆動円筒４０における円筒部内周面４０ｅの内径と略同一に形成して円筒部４０ａの内側に挿入する。第１制御回転体３４は、外周面３４ａが円筒部内周面４０ｅによって支持されて、駆動円筒４０に対して回動中心軸Ｌ０周りに相対回動する。また、第１制御回転体３４には、第１偏心円カム４１と、センターシャフト３２の中円筒部３２ｂを挿通させる円孔３４ｂを設ける。

第１偏心円カム４１は、第１制御回転体３４の後面から装置後方に向けて突設される。第１偏心円カム４１は、該カムの中心軸Ｌ１（偏心点）が第１制御回転体３４の回動中心軸Ｌ０から距離ｄ１偏心し、第１制御回転体３４と一体になって回動中心軸Ｌ０周りを偏心回動する。第１偏心円カム４１は、外周を略径方向ガイド溝（４７，４７）から突出した把持部（４８，４８）によって把持されて、把持部（４８，４８）の内側と摺接する。

尚、組付角変更前の初期状態において、第１偏心円カム４１の偏心点（カムの中心軸Ｌ１）は、図４に示すとおり、駆動円筒４０に対して延伸線Ｌ３の上方から反時計回りＤ２方向に傾いた位置に配置され、カムガイド部材３３の把持部（４８、４８）は、一方が略径方向ガイド溝（４７，４７）の上端部に形成されたストッパ４７ａと接触した状態で配置される。

他方、初期状態における第２偏心円カム４６の偏心点（中心軸Ｌ２）は、第１偏心円カム４１の中心軸Ｌ１と同様に延伸線Ｌ３の上方から反時計回りＤ２方向に傾けて配置（図４（ｂ）を参照）するか、または中心軸Ｌ１と逆に時計回りＤ１方向に傾けて配置する（図６（ａ）を参照）。

駆動回転体３１に対するカムシャフト４５の組付角は、図４（ｂ）に示すように第２偏心円カム４６の中心軸Ｌ２を中心軸Ｌ１と同様に延伸線Ｌ３の上方からＤ２方向に傾けて配置すると、初期状態から遅角側Ｄ２方向に変更されるようになり、図６（ａ）に示すように中心軸Ｌ２を中心軸Ｌ１と反対に延伸線Ｌ３の上方からＤ１方向に傾けて配置すると、初期状態から進角側Ｄ１方向に変更される。（以降は、初期状態における中心軸Ｌ２を中心軸Ｌ１と同方向に傾けたものを遅角仕様といい、中心軸Ｌ１と逆向きに傾けたものを進角仕様という）。即ち、本実施例では、初期位置における第１偏心円カム４１と第２偏心円カム４６の配置を変え、延伸線Ｌ３に対する中心軸Ｌ２の傾く向きを変えるだけで、前記遅角仕様と進角仕様とを簡単に入れ替えることができる。

第１電磁クラッチ３５と逆回転機構５７は、第１制御回転体３４の前方に設けられる。第１電磁クラッチ３５（第１の制動手段）は、第１制御回転体の前面（吸着面３４ｃ）に対向して配置され、図示しないエンジンケースに固定される。第１電磁クラッチ３５は、コイル３５ａに通電されると、駆動回転体３１と共に回転する第１制御回転体３４の前面（吸着面３４ｃ）を吸着して摩擦材３５ｂに摺接させる。

第１制御回転体３４は、吸着面３４ｃが摩擦材３５ｂに摺接すると、駆動回転体３１に対して回転遅れを生じ、駆動回転体３１に対して進角方向Ｄ２（図２，図４を参照）に相対回動する。一方、第１制御回転体３４は、後述する逆回転機構５７が作動すると、第１電磁クラッチ３５とは逆に、駆動回転体３１に対して進角方向Ｄ１に相対回動する。

逆回転機構５７は、第２制御回転体５４と第２電磁クラッチ５６とリング機構６７によって構成され、リング機構６７は、第１制御回転体３４の前方の段差円孔３４ｄ内に配置された第１リング部材５０、中間回転体５１、可動部材５２、第２制御回転体５４の後方の段差円孔５４ｃ内に配置された第２リング部材５３及び第２制御回転体５４によって構成される。

第１制御回転体３４は、前面に段差円孔３４ｄを備える。段差円孔３４ｄの底部３４ｅには、段差状の第１偏心円孔３４ｆが設けられる。第１偏心円孔３４ｆは、その中心Ｏ１がセンターシャフト３２の回動中心軸Ｌ０から距離ｄ３偏心する。第一リング部材５０は、偏心円孔３４ｆの内径と略同一の外径を備え、偏心円孔３４ｆの内周と摺接する。第１リング部材５０には、前面に開口する第１係合孔５０ａを形成する。

中間回転体５１は、中央に角穴５１ａを備え、その外側に中間回転体５１の半径方向に延伸する略径方向ガイド溝５１ｂを備える。尚、中間回転体５１の回動中心軸Ｌ０を通り、略径方向ガイド溝５１ｂに沿って伸びる延伸線をＬ５とする。中間回転体５１は、角穴５１ａがセンターシャフト３２の平坦係合面（３２ｆ、３２ｇ）とそれぞれ係合することによってセンターシャフト３２に回動不能な状態で固定されている。

第２制御回転体５４は、円孔５４ａを中央に備え、段差状の第２偏心円孔５４ｃを後面に備える。第２制御回転体５４は、円孔５４ａに挿入された小円筒部３２ａにより、センターシャフト３２上に回動可能な状態で支持される。第２偏心円孔５４ｃは、その中心Ｏ２が第２偏心円孔と同じように回動中心軸Ｌ０から距離ｄ４偏心する。第２リング部材５３は、第２偏心円孔５４ｃの内径と略同一の外径を備え、第２偏心円孔５４ｃの内周と摺接する。第２リング部材５３は、後面に開口する第２係合孔５３ａを備える。また、第１及び第２リング部材（５０，５３）は、延伸線Ｌ５を挟んで中心（Ｏ１，Ｏ２）を両側に配置する。

可動部材５２は、中空太丸軸５２ｂの中央に細丸軸５２ａを挿入して構成されている。細丸軸５２ａの両端は、第１及び第２係合孔（５０ａ，５３ａ）に摺動可能な状態で係合しつつ第１及び第２リング部材（５０，５３）を連結する。中空太丸軸５２ｂは、係合する略径方向ガイド溝５１ｂに沿って変位する。

円孔５４ａから突出したセンターシャフト３２の小円筒部３２ａの先端には、ホルダー５５を配置する。センターシャフト３２を除き、ホルダー５５からスプロケット３６に至る図２の各部材は、それぞれの中央に形成された孔に前方からボルト４４を挿入し、カムシャフト４５（図３を参照）の先端部に螺着することでカムシャフト４５に保持される。

第２電磁クラッチ５６は、第２制御回転体５４の前面に対向するよう配置されて、図示しないエンジンケースに固定される。コイル５６ａに通電した第二電磁クラッチ５６は、第２制御回転体５４の前面の吸着面５４ｂを吸着して摩擦材５６ｂに摺接させて、第２制御回転体５４の回動を制動する。

尚、可動部材５２は、ベアリングを有する形態にしてもよいし、ボールに置き換えても良い。その場合、可動部材５２は、溝５１ｂ内を転動して摩擦抵抗が減少するため、電磁クラッチ（３５，５６）の消費電力が低減される。また、第２中間回転体５１は、非磁性体で形成することが望ましい。第２中間回転体５１を被磁性体で形成した場合には、制御回転体（３４，５４）の一方を吸着する磁力が、もう一方の制御回転体に伝達されないため、一方の電磁クラッチによって第１及び第２制御回転体（３４，５４）が一緒に吸引される不具合を解消できる。

次に本実施例における位相可変装置３０の動作を図２〜７に基づいて説明する。図２の第１制御回転体３４は、第１電磁クラッチ３５によって制動されると、駆動回転体３１、センターシャフト３２及びカムガイド部材３３に対して回転遅れを生じ、反時計回りＤ２方向に相対回動する。

図４（ａ）の第１偏心円カム４１は、第１制御回転体３４と一体になって回動中心軸Ｌ０を中心として反時計回りＤ２方向に偏心回動する。カムガイド部材３３の把持部（４８，４８）は、内側に摺接する第１偏心円カム４１により、略径方向ガイド溝（４７，４７）に沿って下方Ｄ３方向に変位する。カムガイド部材３３は、把持部（４８，４８）と一体になってＤ３方向に下降する。ここまでの動作は、図４（ｂ）の遅角仕様と図６（ａ）の進角仕様の双方で共通する。

遅角仕様における第２偏心円カム４６は、図４（ｂ）に示すとおり、カムガイドプレート３３が下降すると、同時に下降する長円孔４９から力を受けて反時計回りＤ２方向に偏心回動する。センターシャフト３２（カムシャフト４５）は、第２偏心円カム４６と一体であるため、駆動回転体３１に対してＤ２方向に相対回動する。その結果、駆動回転体３１（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト４５の組付角は、初期位置から反時計回りＤ２方向（遅角方向）に変更される。

一方、進角仕様における第２偏心円カム４６は、図６（ａ）に示すとおり、カムガイドプレート３３が下降すると、遅角仕様とは逆に時計回りＤ１方向に偏心回動し、センターシャフト３２（カムシャフト４５）は、駆動回転体３１に対してＤ１方向に相対回動する。その結果、駆動回転体３１（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト４５の組付角は、初期位置から時計回りＤ１方向（進角方向）に変更される。

一方、一度変更した組付角を初期位置の方向に戻す場合には、逆回転機構５７を作動させて、第１制御回転体３４を駆動回転体３１に対して進角方向（Ｄ１方向）に相対回動させる。

具体的には、第２電磁クラッチ５６を作動させる。図２に示す第２電磁クラッチ５６を作動させると、第２電磁クラッチ５６によって制動された図７（ａ）の第２制御回転体５４は、間回転体５１と第１制御回転体３４に対して回転遅れを生じ、遅角方向Ｄ２方向に相対回動する。第２リング部材５３は、第２偏心円孔５４ｃの内部をＤ１方向に摺動し、可動部材５２を略径方向ガイド溝５１ｂに沿って下向き（図７（ｂ）のＤ３方向）に変位させる。図７（ｃ）の第１リング部材５０は、可動部材５２がＤ３方向に変位すると、第１偏心円孔３４ｆの内側をＤ２方向に摺動し、第１制御回転体３４にＤ１方向の相対回動トルクを付与する。その結果、第１制御回転体３４は、第１電磁クラッチ３５の作動時とは逆に、中間回転体５１と第２制御回転体５４に対して進角方向（Ｄ１方向）に相対回動する。

第１制御回転体３４が駆動回転体３１に対して進角方向Ｄ１方向に相対回動すると、第１偏心円カム４１は、図５（ａ）に示すとおり、回動中心軸Ｌ０を中心として時計回りＤ１方向に偏心回動し、把持部（４８、４８）とカムガイド部材３３を略径方向ガイド溝（４７，４７）に沿ってＤ４方向に上昇させる。遅角仕様における図５（ｂ）の第２偏心円カム４６（センターシャフト３２）は、カムガイド部材３３が上昇すると、駆動回転体３１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３１に対するクランクシャフトの組付角は、初期位置の方向に戻される。一方、遅角仕様における図６（ｂ）の第２偏心円カム４６（センターシャフト３２）は、カムガイド部材３３が上昇すると、駆動回転体３１に対して遅角方向（Ｄ２方向）に相対回動する。その結果、駆動回転体３１に対するクランクシャフトの組付角は、初期位置の方向に戻される。

次に図９により、自動車用エンジンにおける位相可変装置の第２実施例を説明する。第２実施例の位相可変装置は、第１実施例の偏心リングによる逆回転機構５７をねじりコイルバネ５９に置き換えて逆回転機構とした他、第１実施例と共通の構成を有する。

第２実施例の逆回転機構は、ねじりコイルバネ５９によって簡素に構成される。ねじりコイルバネ５９は、一端５９ａが駆動円筒４０に固定され、他端５９ｂが第１制御回転体３４に固定され、第１制御回転体３４が第１電磁クラッチ３４から受ける制動トルクの方向（図２の遅角方向Ｄ２）と逆向き（進角方向Ｄ１）に第１制御回転体３４を常時付勢している。

駆動円筒４０（駆動回転体３１）と共に回転する第１制御回転体３４は、第１電磁クラッチ３５によってねじりコイルバネ５９の付勢トルクを超える制動トルクを受けると、駆動円筒４０に対して遅角方向Ｄ２方向に相対回動し、第１駆動回転体３１に対するセンターシャフト３２（カムシャフト４５）の組付角を所定の方向（進角側Ｄ１方向または遅角側Ｄ２方向）に変更させる。駆動円筒４０に対する第１制御回転体３４の相対回動は、第１制御回転体３４に負荷されるコイルバネ５９の付勢トルクと第１電磁クラッチ３５の制動トルクが釣り合うと停止する。第一駆動回転体３１に対するカムシャフト４５の組付角は、駆動円筒４０に対する第１制御回転体３４の停止位置によって決まるため、第１電磁クラッチ３５の通電量を変更することによって調節される。

一方、第１制御回転体３４は、第１電磁クラッチ３５を停止させると、ねじりコイルバネ５９の付勢トルクによって駆動円筒４０に対して進角方向Ｄ１方向に相対回動して位相角変更前の初期位置に戻る。

尚、クランクシャフト（図示せず）と共に回転するカムシャフト４５は、バルブスプリング（図示せず）から周期的に反力を受ける。かかる反力は、カムシャフト４５を駆動回転体３１に対して進角方向Ｄ１または遅角方向Ｄ２のいずれか相対回動させるトルク（以降は、単に外乱トルクという）を発生させる。前記外乱トルクは、駆動回転体３１とカムシャフト４５との間に構成された組付角に予期せぬズレを発生させる恐れがある。

第１及び第２実施例の位相可変装置は、前記外乱トルクが発生すると、カムシャフト４５が駆動回転体３１に対して自動的に相対回動不能にロックされることにより、外乱トルクを原因とした前記組付角の予期せぬズレを防止するセルフロック機構を有する。

セルフロック機構の動作を説明する。カムシャフト４５がバルブスプリングから受けた外乱トルクは、偏心回動トルクとして第２偏心円カム４６に伝達される。伝達カムガイド部材３３は、長円孔４９内で第２偏心円カム４６が偏心回動トルクを受けると、把持部（４８，４８）が駆動円筒４０の略径方向ガイド溝（４７，４７）に沿ってガイドされているため、延伸線Ｌ３方向に力を受ける。第１制御回転体３４に一体化された第１偏心円カム４１は、把持部（４８，４８）から回動中心軸Ｌ０に直交する延伸線Ｌ３方向に力を受ける。

その結果、第１制御回転体３４は、カムシャフト４５に外乱トルクが発生すると、回動中心軸Ｌ０に直交する方向の力を受け、その外周面３４ａが駆動円筒４０の円筒部内周面４０ｅに局所的に接触して摩擦力を発生することにより、駆動円筒４０に対して自動的に相対回動不能な状態にロックされる（以降は、セルフロック機能という）。

第１制御回転体３４と駆動円筒４０が相対回動不能にロックされた場合、第１偏心円カム４１，カムガイド部材３３及び第２偏心円カム４６がそれぞれ相対動作不能にロックされるため、駆動回転体３１に対するカムシャフト４５の組付角のズレが防止される。

尚、第１制御回転体３４及び駆動円筒４０の円孔（３４ｂ、４０ｃ）の各内周面とセンターシャフト３２の中円筒部３２ｂの外周面との間には、一定のクリアランスを設けることが望ましい。一定のクリアランスを設けないと、セルフロック発生時における第１制御回転体３４の円孔３４ｂの内周面は、外周面３４ａが円筒部内周面４０ｅに接触する前に中円筒部３２ｂの外周面と接触して、センターシャフト３２の回動トルクを受けること恐れがある。かかる回動トルクは、第１制御回転体の外周面３４ａに発生する局所摩擦力を弱めるため、円孔（３４ｂ、４０ｃ）の各内周面と中円筒部３２ｂの外周面との間には、一定のクリアランスを設けることが望ましい。

図１０により、自動車用エンジンにおける位相可変装置の第３実施例を説明する。第３実施例の位相可変装置は、図９の第１制御回転体３４と駆動円筒４０を形状の異なる制御回転体６０と駆動円板６１に代えて、ねじりコイルバネ５９を不要にした他、第２実施例と構成が共通する。第３実施例の位相可変装置は、円孔６０ｂに挿入されたセンターシャフト３２の中円筒部３２ｂ上に相対回動可能に支持される制御回転体６０と、駆動円筒４０の形状から円筒部４０ｂを無くした形状を備えた駆動円板６１によって構成される逆回転機構６２を有する。逆回転機構６２は、カムシャフト４５に発生した外乱トルクを利用して、制御回転体６０を駆動回転体３１に対して図２のＤ１方向に相対回動させる。以下に逆回転機構６０の動作を説明する。

駆動円板６１は、図９の駆動円筒４０から円筒部４０ｂを除いた形状を有する。駆動円板６１には、第２実施例において制御回転体３４の外周面３４ａを支持していた円筒部内周面４０ｅに相当する部分が設けられていない。従って、制御回転体６０は、中央の円孔６０ｂに挿入されたセンターシャフト３２の中円筒部３２ｂ上に相対回動可能に支持されている。

また、制御回転体３４と駆動円板６１の間には、セルフロック機構を設けていない。即ち、駆動円板６１には、第１実施例の円筒部内周面４０ｅに相当する制御回転体６０の当たり面が設けられていないため、制御回転体６０の外周面６０ａには、カムシャフト４５に外乱トルクが発生してもセルフロック機能が発生しない。従って、制御回転体６０は、カムシャフト４５に発生した外乱トルクによって、駆動円板６１に対する相対回動トルクを受ける。

前記外乱トルクによる相対回動トルクは、バルブスプリング（図示せず）からカムシャフト４５に伝達された、エンジン回転に連動する脈動トルクであるため、制御回転体６０に対して進角側Ｄ１方向と遅角側Ｄ２方向に交互に繰り返して作用する。しかし、前記相対回動トルクは、Ｄ１方向（カムシャフト４５の回転方向）のトルクがＤ２方向のトルクより大きいため、制御回転体６０は、カムシャフト４５の外乱トルクを受けると、駆動円板６１に対し、進角側Ｄ１方向に相対回動する。

その結果、制御回転体６０は、第１電磁クラッチ３５によって、外乱トルクによるＤ１方向の相対回動トルクを超えて制動されると、駆動円板６１に対して遅角側Ｄ２方向に相対回動し、電磁クラッチ３５を停止させると、前記外乱トルクによって進角側Ｄ１方向に相対回動する。駆動円板６１に対する制御回転体６０の相対回動は、外乱トルクの相対回動トルクと電磁クラッチ３５の制動トルクが釣り合うと停止する。駆動回転体３１に対するカムシャフト４５の組付角は、電磁クラッチ３５によって進角側Ｄ１方向または遅角側Ｄ２方向のいずれかに変更され、かつカムシャフト４５が受ける外乱トルクによって、電磁クラッチ３５による方向と逆向きに戻され、電磁クラッチの制動トルクを外乱トルクの相対回動トルクと釣り合わせることによって、前記組付角が固定される。

Claims (4)

1. クランクシャフトによって回転する駆動回転体と、回動操作力付与手段により前記駆動回転体に対して相対回動する第１制御回転体が、それぞれカムシャフトに対して相対回動可能に支持され、前記第１制御回転体の相対回動に連動した組付角変更機構が、前記駆動回転体に対するカムシャフトの組付角を変更することによって、前記カムシャフトとクランクシャフトの相対位相角を変更する、エンジンの位相可変装置であって、
   前記組付角変更機構は、
   前記カムシャフトの回動中心軸から偏心した状態で前記第１制御回転体に一体化された第１偏心円カムと、
   前記カムシャフトの回動中心軸から偏心した状態で該カムシャフトに一体化された第２偏心円カムと、
   前記第１偏心円カムと前記第２偏心円カムとを相対偏心回動可能に連結し、前記第１偏心円カムの偏心回動を前記第２偏心円カム偏心回動に変換するカムガイド部材と、を有することにより、
   前記第１偏心円カムに対する第２偏心円カムの相対偏心回動に応じて前記駆動回転体に対するカムシャフトの組付角を変更することを特徴とするエンジンの位相可変装置。
2. 前記駆動回転体には、
   前記カムシャフトの回動中心軸と直交する方向に伸びる略径方向ガイド溝が設けられ、
   前記カムガイド部材には、
   前記略径方向ガイド溝を貫通して前記第１偏心円カムの外周を両側から把持し、前記第１偏心円カムの偏心回動により、前記略径方向ガイド溝に沿って変位する一対の把持部と、
   前記略径方向ガイド溝が伸びる方向と直交する方向に伸びて、前記第２偏心円カムを内側に摺接させつつ、前記略径方向ガイド溝の伸びる方向と直交する方向に変位させる長円孔と、が設けられた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。
3. 前記回動操作力付与手段は、
   前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して遅角方向に相対回動させる第１制動手段と、
   前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して進角方向に相対回動させる逆回転機構によって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの位相可変装置。
4. 前記逆回転機構は、
   カムシャフトに対して相対回動可能な状態で配置された第２制御回転体と、
   前記第２制御回転体を制動し、前記第１制御回転体に対して遅角方向に相対回動させる第２制動手段と、
   前記第２制動手段の作動時に前記第１制御回転体を前記駆動回転体に対して進角方向に相対回動させるリング機構と、から構成され、
   前記リング機構は、
   前記第１制御回転体に形成された第１偏心円孔に摺接する第１リング部材と、
   前記第２制御回転体に形成された第２偏心円孔に摺動する第２リング部材と、
   略径方向ガイド溝を備え、カムシャフトと一体になって回動する中間回転体と、
   両端が前記中間回転体の略径方向ガイド溝から突設し、該突設した両端に前記第１リング部材と第二リング部材がそれぞれ相対偏心回動可能に取り付けられると共に、略径方向ガイド溝に沿って変位する連結部材と、を有することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの位相可変装置。
   
   
   

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