JP5307145B2 - 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、カムシャフトと同軸に配置した回動ドラムを正逆いずれかの方向に回動させる回動操作力付与手段を備え、前記回動方向に応じてクランクシャフトとカムシャフトの回転位相を進角方向または遅角方向のいずれかに変化させることによっ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の技術である。

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に対するカムシャフト１の組付角を進角方向（駆動プレート２の回転方向）または遅角方向（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、スペーサ８とレバー軸１３が一体固定され、駆動プレート２が、スペーサ８に対して相対回動可能に組付けられている。レバー軸１３の三つのレバー１２には、リンクアーム１４の一端が回動自在に取付けられ、リンクアーム１４の他端に回動自在に取付けられた可動操作部材１１は、駆動プレート２の前面の略径方向ガイド溝１０上を半径方向に摺動する。駆動プレート２に対するカムシャフト１の組付け角は、可動操作部材１１が半径方向内側に摺動すると、リンクアーム１４がピン１６の周りを回動することによって進角方向に変更され、可動操作部材１１が半径方向外側に摺動すると、リンクアーム１４が逆回動することで遅角方向に戻される。

可動操作部材１１の前方には、カムシャフト１（レバー軸１３）と駆動プレート２に対して相対回動可能に組付けられたガイドプレート２４（回動ドラム）が配置されている。可動操作部材１１の前面に設けられた凹み部２１とガイドプレート２４の後面に設けられた渦巻き溝２８（渦巻き状ガイド）との間には、球２２が転動可能に保持されている。可動操作部材１１は、駆動プレート２に対するガイドプレート２４の相対回動方向に応じて球２２が渦巻き溝２８に沿って転動することにより、略径方向ガイド溝１０上を半径方向内側または外側に向けて摺動する。

ガイドプレート２４は、第１電磁ブレーキ２６の制動力により、駆動プレート２に対して遅角側に相対回動し、第２電磁ブレーキ２７で作動する以下の遊星歯車機構２５（逆回転機構）により、駆動プレート２に対して進角側に相対回動する。

遊星歯車機構２５（逆回転機構）は、ガイドプレート２４の前方でカムシャフト１（レバー軸１３）に対して相対回動可能に組付けられた制動フランジ３４の後面とガイドプレートの前面にサンギヤ３０とリングギヤ３１をそれぞれ有し、レバー軸１３に固定されたキャリアプレート３２に対して回動可能に支持されると共にサンギヤ３０とリングギヤ３１との間に噛合する複数のプラネタリギヤ３３を有することによって構成されている。ガイドプレート２４は、制動フランジ３４が第２電磁ブレーキ２７によって制動されると、プラネタリギヤ３３が回動することによってリングギヤ３１が進角方向に加速し、駆動プレート２に対して進角側に相対回動する。

即ち、特許文献１の装置は、一対の電磁ブレーキ（２６，２７）と遊星歯車機構２５（逆回転機構）により、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して相対回動させ、その相対回動方向に応じてカムシャフト１とクランクシャフト（駆動プレート２）の組付け角を変更する装置である。
特開２００６−７７７７９号

特許文献１の装置では、回動ドラム（ガイドプレート２４）の逆回転機構の製造単価が高くなり、動作音が大きくなる点で問題があった。即ち、遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０，リングギヤ３１及び複数のプラネタリギヤ３３からなる多数の歯車を採用しているため、多数の歯部を精度良く成型する際に製造単価が高くなる点で問題があった。一方歯車は、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。従って、遊星歯車機構２５は、多数の歯車の採用により、バルブタイミングの変更時に動作音が大きくなる点でも問題があった。

そこで、本願の発明者は、前記問題を解決すべく、製造単価が安く、バルブタイミングの変更時における動作音が静かである、回動ドラム（ガイドプレート２４）の逆回転機構を含む自動車用エンジンにおける位相可変装置を発明し、特許出願を行った（国際出願番号：PCT/JP2008/57857、発明の名称：自動車用エンジンにおける位相可変装置、以降は、「先行出願１」という）。

先行出願１における回転ドラムの逆回転機構は、カムシャフト４０に一体化したセンターシャフト４２に対して相対回動可能に取付けられ、第一及び第二電磁クラッチ（４４，６０）によってそれぞれ制動される第一及び第二制御回転体（４５，５７）を備え、第一及び第二制御回転体（４５，５７）の間に第二中間回転体５６をセンターシャフト４２に対して相対回動不能な状態で固定している。

第二制御回転体５７は、進角方向（駆動回転体７１の回転方向である第二電磁クラッチ６０側から見て時計回りの方向）に沿って縮径する曲線状の第二ガイド溝６２を第二中間回転体５６との対向面に備え、第一制御回転体４５は、遅角方向（駆動回転体７１の回転と逆方向である反時計回りの方向）に沿って縮径する曲線状の第一ガイド溝６１を第二中間回転体５６との対向面に備え、第二中間回転体５６は、中心軸方向に貫通する略径方向ガイド溝６３を備えている。また、各ガイド（６１〜６３）には、スライドピン６４が共に挿入され、各ガイド溝の方向に沿って摺動可能に配置されている。

第二制御回転体５７が第二電磁クラッチ６０によって制動され、中間回転体５６に対して遅角方向に相対回動すると、スライドピン６４が第二ガイド溝６２と略径方向ガイド溝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に移動する。第一制御回転体４５は、第一ガイド溝６１が内側に移動するスライドピン６４から進角方向のトルクを受けることによって第二中間回転体５６に対して進角方向に相対回動し、クランクシャフト（駆動回転体４１）に対するカムシャフト４０（センターシャフト４２）の組付け角を進角側に変更させる。一方、第一制御回転体４５は、第一電磁クラッチ４４によって制動されると、中間回転体５６に対して遅角方向に相対回動し、前記組付け角を遅角側に変更させる。

第一制御回転体４５（回転ドラム）の逆回転機構は、各回転体（５６，５７）とスライドピン６４、各ガイド溝（６１〜６３）が円形を基調とした単純な形状であって加工が容易であるため、製造コストが安くなる。スライドピン６４は、各ガイド溝（６１〜６３）と常時摺接しながら静かに変位するため、バルブタイミングの変更時における動作音は静かである。

一方、クランクシャフト（駆動回転体４１）に対するカムシャフト４０の組付け角は、第一ガイド溝６１の長さを周方向により長くすることによって変位の幅を大きくすることが出来る。その反面、第一制御回転体４５が第一ガイド溝６１に沿って内側に摺動するスライドピン６４から受ける進角方向のトルクは、第一ガイド溝６１の長さを周方向に長くする程、略径方向ガイド溝６３に対する第一ガイド溝６１の傾きの増加（フリクションの増加）によって小さくなる。

第一制御回転体４５（回転ドラム）の逆回転機構は、第二制御回転体５７の制動によって与えられる第一回転体４５の回動トルクを維持しつつ、更にクランクシャフトに対するカムシャフト４０の組付け角の変位幅を出来るだけ大きくすることが望ましい。

本願発明は、先行出願１の利点（安価な製造コストと静音性）を維持し、更には前記第二制御回転体による第一制御回転体の回動トルクを低下させることなくクランクシャフトとカムシャフトの組付け角の変位幅を大きくできる回転ドラムの逆回転機構を備え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駆動する駆動回転体と、カムシャフトと、回動操作力付与手段から回動トルクを受ける第一制御回転体を互いに相対回動可能に配置し、前記駆動回転体に対する第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記カムシャフトと駆動回転体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、その半径方向に延伸すると共に軸方向に貫通する略径方向ガイド溝を有する第二中間回転体と、前記第一制御回転体と第二中間回転体に対して同軸かつ相対回動可能に配置され、第二の制動手段によって相対回動する第二制御回転体と、第一制御回転体と連動して前記回動中心軸周辺を偏心回動する、第一の偏心回動機構と、第二制御回転体と連動して前記回動中心軸周辺を偏心回動する、第二の偏心回動機構と、前記略径方向ガイド溝と変位可能な状態で係合し、前記第一及び第二の偏心回動機構を相対回動可能に連結する連結手段と、を備え、第一制御回転体と第二制御回転体をいずれか一方を回動させると他方が相対回動するようにした。

（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。第一制御回転体は、第一の制動手段から制動力を受けると駆動回転体に対して遅角方向に相対回動し、第二の制動手段によって第二制御回転体が制動されると第一の制動手段とは逆に駆動回転体に対して進角方向に相対回動する。前記駆動回転体（クランクシャフト側）に対するカムシャフトの位相角は、第一制御回転体の相対回動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。

一方、第一偏心回動機構は、第一制御回転体と共に回動し、第二制御回転体と第二偏心回動機構は、第二の制動手段により、第一制御回転体とカムシャフトに一体化された第二中間回転体に対して共に相対回動する。第一及び第二偏心回動機構は、いずれか一方が回動すると、連結手段が第二回転体の略径方向ガイド溝を半径方向に変位させて他方を逆向きに回動させる。即ち、第一制御回転体は、第二制御回転体を制動すると、第一及び第二偏心回動機構によって第一の制動手段による制動時と逆向きに回動する。

前記連結手段は、前記連結手段と第一偏心回動機構の回動中心軸からの偏心点、連結手段と第二偏心回動機構の偏心点、第一偏心回動機構の偏心点と回動中心軸、及び第二偏心回動機構の偏心点と回動中心軸をそれぞれ連結する４節リンク機構を仮に形成した場合、前記４節リンク機構の連結部の一つと同じ動作で略径方向ガイド溝を往復揺動する。同じくリンクの連結部に該当する第一及び第二偏心回動機構の偏心点は、連結手段が往復揺動すると、それぞれの回動中心を中心として互いに逆向きかつスムーズに回動する。従って、第一及び第二偏心回動機構と共に回動する第一及び第二制御回転体は、その一方が回動すると他方がスムーズに逆回転する。

一方、クランクシャフトに対するカムシャフトの組付け角の変位幅は、略径方向ガイド溝をより長くするか、第一及び第二偏心回動機構の往復回動範囲を大きくすることによって拡げることが出来る。

尚、各制御回転体、第二中間回転体、各偏心回動機構及び連結手段は、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連結手段は、各ガイド溝と常時摺接しながら静かに変位する。

また前記目的を達成するために、請求項２は、請求項１のエンジンの位相可変装置において、前記第一偏心回動機構が、前記第一制御回転体に形成された第一偏心円孔と、その外周が前記第一偏心円孔の内周と摺接可能な状態で係合する第一リング部材を備え、前記第二偏心回動機構が、前記第二制御回転体に形成された第二偏心円孔と、その外周が前記第二偏心円孔の内周と摺接可能な状態で係合する第二リング部材を備え、前記連結手段が、第一及び第二リング部材にそれぞれ形成された第一及び第二係合孔と、前記略径方向ガイド溝を貫通し、その両端が前記第一及び第二係合孔にそれぞれ挿入される連結部材を備え、前記第一リング部材と第二リング部材の中心を前記略径方向ガイド溝の延伸線を間に挟んでそれぞれ配置した。

（作用）第一及び第二リング部材は、第一及び第二制御回転体と共に各制御回転体の回動中心軸周りを偏心回動し、かつ第一及び第二偏心円孔内を摺動する。第一及び第二制御回転体のいずれか一方が制動されると、制動された制御回転体のリング部材が偏心円孔内を摺動して連結部材を略径方向ガイド溝に沿って揺動させ、連結された他方のリング部材を介して他方の制御回転体を逆向きに回転させる。第一及び第二制御回転体は、互いに逆向きに偏心回動する円孔内を摺動する第一リング部材（第一偏心円孔）と第二リング部材（第二偏心円孔）の各偏心点が、略径方向ガイド溝を変位する連結部材によって４節リンク機構の連結部と同一の動作をすることにより、互いにスムーズに逆回転する。また、円形を基調とするリング部材、偏心円孔及び連結部材は、加工が容易で静かに動作する。

また前記目的を達成するために、請求項３は、請求項２のエンジンの位相可変装置において、前記第一偏心円孔は、第一制御回転体の回動中心軸から第一偏心円孔の中心軸に至る偏心量を前記第二制御回転体の回動中心軸から第二偏心円孔の中心軸に至る偏心量よりも大きく形成した。

（作用）一般に第二の制動手段を第一の制動手段と同軸かつその内側に配置する場合、第二の制動手段による第二制御回転体の制動半径は、第一の制動手段による第一制御回転体の制動半径より小さくなる。従って、第二の制動手段は、第一の制動手段よりも大きな制動力を発生させなければ、第一の制動手段と同じ大きさの逆回転トルクを第一制御回転体に付与できないため、トルク差によって第一制御回転体の作動速度が進角方向と遅角方向で異なることになる。

請求項３の位相可変装置は、第一リング部材の偏心量（第一リング部材の中心軸から第一制御回転体の回動中心軸までの距離、以下同じ）が第二リング部材の偏心量（第二リング部材の中心軸から第二制御回転体の回動中心軸までの距離、以下同じ）よりも大きく、第二リング部材が回動した際の第一リング部材の中心の移動距離が第二リング部材の中心の移動距離より大きい。従って、請求項３の位相可変装置は、第二の制動手段による第二制御回転体の制動トルクを小さくしつつ第一の制動手段と同じ大きさの逆回転トルクを第一制御回転体に付与できるため、第一制御回転体の相対回動速度が進角方向と遅角方向で一致する。

請求項４は、請求項２または３のエンジンの位相可変装置において、前記第一及び第二リング部材のうち少なくともひとつをＣ型形状のリング部材とした。

（作用）リング部材をＣ型に形成した場合には、Ｃ型形状の切欠部部分がセンターシャフトからの逃げ部になるため、第一リング部材と第二リング部材の偏心量を大きくすることが出来る。

請求項５は、請求項２から４のうちいずれかに記載のエンジンの位相可変装置において、前記第二リング部材第二偏心円孔内を３６０°以上回転可能な長さに前記略径方向ガイド溝を形成した。

（作用）第一制御回転体は、第二制御回転体が３６０°回転した際、軸状部材が略径方向ガイド溝の一端から他端までを往復し、駆動回転体に対する進角方向への相対回動と遅角方向への相対回動の双方を行う。即ち、第二の制動手段と第二制御回転体は、単独で第一制御回転体を進角及び遅角方向の双方に相対回動させ、クランクシャフトとカムシャフトの組付角を進角側と遅角側のいずれかに変更する。

請求項１と２におけるエンジンの位相可変装置によれば、第一制御回転体の回動操作力付与手段は、第二制御回転体の制動に基づく第一制御回転体の相対回動トルクを低下させることなくクランクシャフトとカムシャフトの組付け角の変位幅を大きくできる。また、前記回動操作力付与手段は、構成部品が円形を基調として形成されているため、容易かつ安価に製造出来ると共に位相角変更時の動作音が低減される。

請求項３のエンジンの位相可変装置によれば、第一の制動手段よりも内側に配置され、制動トルクの不足が懸念される第二の制動手段であっても、第一の制動手段と同等の制動性能を発揮する事が出来る。

請求項４のエンジンの位相可変装置によれば、第一リングと第二リングの偏心量を設定する際の自由度が向上するため、クランクシャフトとカムシャフトの組付け角の変位幅を更に大きくできる。

請求項５のエンジンの位相可変装置によれば、一つの制御回転体と一つの制動手段によってクランクシャフトとカムシャフトの組付け角を進角方向または遅角方向の双方に変更できるため、二つの制動手段のうち一つが故障した際に他方の制動手段でクランクシャフトとカムシャフトの組付け角を変更できる、フェールセーフ機能を持たせることが出来る。

次に、本発明の実施の形態を実施例１〜３によって説明する。

図１は、本発明の第一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、同装置の正面図、図３は、同装置の軸方向断面図である図２のＡ−Ａ断面図、図４は、位相変位前の同装置の半径方向断面図であって、（ａ）図は、図３のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図は、図３のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）図は、図３のＤ−Ｄ断面図、図５は、図４の各断面図の位相変位後の状態を示す図、図６は、位相変位前の同装置の半径方向断面図であって、（ａ）図は、図３のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）図は、図３のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）図は、図３のＧ−Ｇ断面図、図７は、図６の各断面図の位相変位後の状態を示す図、図８は、位相可変装置の第二実施例における第一リング部材と第一偏心円孔を示す図３のＧ−Ｇ断面図、図９（ａ）は、位相可変装置の第三実施例における第二リング部材と第二偏心円孔を示す図３のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）図は、第三実施例における第一リング部材と第一偏心円孔を示す図３のＧ−Ｇ断面図である。

実施例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タイミングを変化させるための装置である。

図１〜７により第一実施例の装置の構成について説明すると、第一実施例の装置（説明の便宜上、後述する第二電磁クラッチ９０の方向を前側、スプロケット７１ａ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７１と、カムシャフト（図示しない）に固定され、前記駆動回転体７１を相対回動可能な状態で支持するセンターシャフト７２と、駆動回転体７１の前方でセンターシャフト７２に相対回動不能な状態で固定され、駆動回転体７１に対して相対回動する第一中間回転体７３と、駆動回転体７１によって、その外周面が支持され、センターシャフト７２と非接触の状態で相対回動する第一制御回転体７４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７４の回転を制動する第一電磁クラッチ７５を同一の回動中心軸Ｌ１上に備えている。

第一制御回転体７４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７６（図３、図４（ａ）を参照）を後面に備えている。中間回転体７３は、偏心円カム７６が係合するカムガイド７７を前面に備え、偏心円カム７６の回動時に中心軸Ｌ１及びカムガイド７７の壁面方向と直交する方向に往復揺動する。

センターシャフト７２は、孔７２ａが図示しないカムシャフトの先端と相対回動不能な状態で一体化されている。駆動回転体７１は、スプロケット７１ａと駆動円筒７１ｂが、複数の結合ピン７８によって結合されて構成されている。駆動回転体７１は、スプロケット７１ａの孔７１ｃがセンターシャフト７２のフランジ７２ｂの後方に設けられた円筒部７２ｃに相対回動可能な状態で支持されている。駆動円筒７１ｂは、有底円筒状に形成され、その底部に回動中心軸Ｌ１を中心として略円周方向に一対設けられた曲線状のガイド溝７９が形成されている。ガイド溝７９は、図４に示すとおり、駆動回転体７１の回転方向Ｄ１（装置正面から見て時計回り方向、以下同じ）に向けて縮径するガイド溝７９ａと、回動中心軸を挟んでガイド溝７９ａと対称に形成されたガイド溝７９ｂによって構成される。尚、ガイド溝７９ａが縮径する方向は、後述する反時計回りＤ２方向としても良い。

第一中間回転体７３は、円盤状に形成されると共に中心軸Ｌ１に直交する一対の壁面であって、偏心円カム７６が係合するカムガイド７７を前面に備えている。カムガイド７７の底面は、カムガイド７７の壁面及び中心軸Ｌ１と直交する方向に延伸し、中心軸Ｌ１方向に貫通する長角穴８０を備えている。第一中間回転体７３は、長角穴８０が平坦係合面７２ｄに係合することにより、センターシャフト７２に対して相対回動不能な状態で固定され、かつセンターシャフト７２によって長角穴８０の延伸する方向に摺動可能に支持されている。

第一中間回転体７３，第一制御回転体７４及び偏心円カム７６は、駆動筒体７１ｂの内側に配置されている。第一制御回転体７４は、センターシャフト７２の円筒部７２ｅを非接触状態で挿通させる貫通円孔７４ａをその中心に備える。第一制御回転体７４の後面に一体形成された偏心円カム７６は、その中心軸Ｌ２が回動中心軸Ｌ１から距離ｄ０だけ偏心する。第一制御回転体７４は、円盤形状に形成され、その外周面７４ｂが略内接する駆動筒体７１ｂの段差内周面７１ｄによって支持される。

第一制御回転体７４は、貫通円孔７４ａがセンターシャフト７２の円筒部７２ｅと常に接触することなく駆動筒体７１ｂに支持される。第一制御回転体７４は、カムシャフトが外乱による相対回動トルクを受けると、偏心円カム７６がカムガイド７７から回動中心軸Ｌ１と直交する方向に力をうける。その際、第一制御回転体７４は、Ｌ１と直交する方向に移動し、外周面７４ｂが回動筒体７１ｂの内周面７１ｄと接触する。従って第一実施例の位相可変装置は、前記接触面の摩擦力が、前記外乱による位相角のズレの発生を防止するセルフロック機能を有する。尚、貫通円孔７４ａは、センターシャフト７２の円筒部７２ｅとの間に十分な隙間を持つため、セルフロック時に第一制御回転体７４がＬ１と直交する方向に移動しても円筒部７２ｅに接触することがない。従って、外周面７４ｂと内周面７１ｄとの間に前記セルフロック機能が確実に作用する。尚、偏心円カム７６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。

第一中間回転体７３は、一対の係合孔７３ａから後方に突出する一対の軸状部材８１を備えている。軸状部材８１は、中空太丸軸８１ｂの内側に細丸軸８１ａを挿入して形成される。先端の細丸軸８１ａは、前記係合孔７３ａに係合し、後端の中空太丸軸８１ｂは、駆動円筒７１ｂに形成された略円周溝である一対のガイド溝（７９ａ，７９ｂ）と変位可能な状態で係合する。

第一制御回転体７４の前方には、摩擦材８２を後面に配置した第一電磁クラッチ７５を配置し、電磁クラッチ７５は、コイル７５ａに通電し、第一制御回転体７４の吸着面７４ｃを摩擦材８２に摺接させることにより、第一制御回転体７４の回動を制動する。

また、第一制御回転体７４の前方には、第一リング部材８３、第二中間回転体８４、軸状部材（連結部材）８５、第二リング部材８６、第二制御回転体８７、シム８８、ホルダー８９及び第二電磁クラッチ９０がそれぞれ配置されている。符号８３から９０の各部材は、第一電磁クラッチ９０と共に本願請求項１の回動操作力付与手段を構成する。

第一制御回転体７４は、有底円筒状に形成され、その底部の前面にその中心軸Ｌ２が回動中心軸Ｌ１から距離ｄ１だけ偏心した段差状の第一偏心円孔７４ｄを備える。偏心円孔７４ｄには、第一リング部材８３が摺動可能な状態で係合する。第一リング部材８３は、前面に開口する第一係合孔８３ａを備える。

第二中間回転体８４は、中央に角穴８４ａを備え、その外側に第二中間回転体８４の半径方向に延伸する略径方向ガイド溝８４ｂを備える。第二中間回転体８４は、角穴８４ａがセンターシャフト７２の第二平坦係合面（７２ｆ、７２ｇ）とそれぞれ係合することによってセンターシャフト７２に回動不能な状態で固定されている。

第二制御回転体８７は、中央に形成された円孔８７ａにセンターシャフト７２の先端の小円筒部７２ｈが挿通され、センターシャフト７２に対して回動可能な状態で支持されている。第二制御回転体８７は、その中心軸Ｌ３が第一偏心円孔７４ｄと同じように回動中心軸Ｌ１から距離ｄ１だけ偏心した段差状の偏心円孔８７ｂを後面に備える。偏心円孔８７ｂには、第二リング部材８６が摺動可能な状態で係合する。第二リング部材８６は、後面に開口する第二係合孔８６ａを備える。

軸状部材８５は、細丸軸８５ａの中央に中空太丸軸８５ｂを挿入して構成されている。細丸軸８５ａの両端は、第一及び第二係合孔（８３ａ，８６ａ）と摺動可能な状態で係合し、中空太丸軸８５ｂは、略径方向ガイド溝８４ｂに沿って第二中間回転体８４の半径方向に変位可能な状態で係合する。

前記第一及び第二リング部材（８３，８６）は、それぞれの中心軸（Ｌ２，Ｌ３）が、第一及び第二制御回転体（７４，８７）の回動中心軸Ｌ１に直交する略径方向ガイド溝８４ｂの延伸線Ｌ４を間に挟み、かつ前記延伸線Ｌ４を中心に略対称に配置されるように、第一及び第二偏心円孔（７４ｄ、８７ｂ）を配置する。

第二制御回転体８７前面の段差円孔８７ｃには、シム８８を配置し、円孔８７ａから前方に突出するセンターシャフト７２の小円筒部７２ｈにホルダー８９を挿着する。ホルダー８９から駆動円筒７１ｂに至る構成部品は、それら中央の孔に図示しないボルトを前方から挿入し、カムシャフト（図示せず）に螺着することで固定する。第二電磁クラッチ９０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８７の前面に対向するよう配置する。第二電磁クラッチ９０は、コイル９０ａに通電し、第二制御回転体８７の前面の吸着面８７ｄを吸着して摩擦材９１と摺接させることにより、第二制御回転体８７の回動を制動する。

尚、第二制御回転体の吸着面８７ｄは、第二制御回転体８７をコイル７５ａの内側に配置すると、第一電磁クラッチ７５の作動時に磁化されて動作が不安定になることがあるため、図３に示すように第一制御回転体７４の吸着面７４ｃと面一に配置することが望ましい。

また、軸状部材（８１，８５）は、例えばベアリングを有する形態とし、ガイド溝７９と略径方向ガイド溝８４ｂをそれぞれ変位する際に溝の内部を転動するようにしてもよいし、軸状部材（８１，８５）は、ボールに置き換えても良い。その場合、軸状部材（８１，８５）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。

また、第二中間回転体８４は、非磁性体で形成することが望ましい。第二中間回転体８４を被磁性体で形成すると、制御回転体（７４，８７）の一方を吸着するための磁力が、第二中間回転体８４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（図示せず）と駆動回転体７１との位相角を変更する際の動作を図１，図４〜７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７１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７３、第一制御回転体７４（偏心円カム７６）、第二中間回転体８４及び第二制御回転体８７は、駆動回転体７１と一体になって時計回りＤ１方向に回動する。

駆動回転体７１に対するカムシャフト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８７を、第二電磁クラッチ９０によって制動する。第二電磁クラッチを作動させると、第一及び第二リング部材（８３，８６）は、図６から図７の状態に変位する。即ち、第二制御回転体８７は、第二中間回転体８４と第一制御回転体７４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、軸状部材８５は、第二リング部材８６が第二偏心円孔８７ｂの内部をＤ１方向に摺動することに伴い、略径方向ガイド溝８４ｂに沿って半径方向内側（図６（ｂ）のＤ３方向）に移動する。第一リング部材８３は、略径方向ガイド溝８４ｂに沿って軸状部材８５が内側に移動すると、第一偏心円孔７４ｄの内部をＤ２方向に摺動しつつ第一制御回転体７４にＤ１方向の相対回動トルクを付与する。第一制御回転体７４は、第二中間回転体８４と第二制御回転体８７に対して進角方向（Ｄ１方向）に相対回動する。

同時に第一制御回転体７４は、第一中間回転体７３と、駆動回転体７１に対して進角方向Ｄ１方向に相対回動し、図４に示す第一制御回転体７４と一体の偏心円カム７６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。第一中間回転体７３と軸状部材８１は、偏心円カム７６がカムガイド７７の内周面と摺動しながら偏心回転すると、長角孔８０の延伸方向に沿って図４のＤ３方向に下降する。

第一中間回転体７３は、軸状部材８１が下降する際にガイド溝（７９ａ，７９ｂ）に沿ってＤ１方向に変位することにより、駆動回転体７１に対してＤ１方向に相対回動し、図４から図５の状態に変位する。その結果、第一中間回転体７３と同期回動するカムシャフト（図示せず）の位相角は、クランクシャフトで駆動する駆動回転体７１の位相角に対し、進角方向（Ｄ１方向）に変更される。

一方、駆動回転体７１に対するカムシャフト（図示せず）の位相角を遅角方向（Ｄ２方向）に戻す場合には、第一電磁クラッチ７５によって第一制御回転体７４を制動する。制動された第一制御回転体７４と一体の偏心円カム７６は、図５に示すように駆動回転体７１と第一中間回転体７３に対して反時計回りＤ２方向に相対回動し、第一中間回転体７３と軸状部材８１を図５のＤ４方向に上昇させる。第一中間回転体７３は、軸状部材８１が上昇する際にガイド溝７９に沿ってＤ２方向に変位することにより、駆動回転体７１に対してＤ２方向に相対回動し、図５から図４の状態に戻る。その結果、第一中間回転体７３と同期回動するカムシャフト（図示せず）の位相角は、クランクシャフトで駆動する駆動回転体７１の位相角に対し、遅角方向（Ｄ２方向）に戻される。

次に、図８により、本願の位相可変装置の第二実施例を説明する。第一実施例では、図６（ａ）（ｃ）に示すとおり、第一偏心円孔７４ｄ（第一リング部材８３）の偏心量と第二偏心円孔８７ｂ（第二リング部材８６）の偏心量を等しくｄ１としている。第二実施例では、図８に示す通り、第一制御回転体７４の回動中心軸Ｌ１から第一偏心円孔９２（第一リング部材９３）の中心軸Ｌ２’に至る偏心量ｄ２を、図６（ａ）に示す第二偏心円孔８７ｂ（第二リング部材８６）の偏心量ｄ１より大きくしている。

尚、第一リング部材９３は、中心軸Ｌ２’が、第二リング部材８６の中心軸Ｌ３と共に略径方向ガイド溝８４ｂの延伸線Ｌ４（図６（ｂ）参照）を間に挟み、第一偏心円孔９２に配置する。また、第二実施例の構成は、第一偏心円孔９２と第一リング部材９３を除き、第１実施例と同一である。

第二実施例では、図８の第一リング部材９３の偏心量ｄ２が図６（ａ）の第二リング部材８６の偏心量ｄ１よりも大きいため、第二リング部材８６によって回動中心軸Ｌ１周りを相対回動する第一リング部材９３の中心軸Ｌ２’（偏心点）は、同じく回動中心軸Ｌ１周りを回動する第二リング部材８６の中心軸Ｌ３（偏心点）よりもトルク半径が大きくなる。即ち、第一リング部材９３に発生する相対回動トルクは、第二リング部材８６の回動トルクと比べて大きくなる。従って、第二実施例では、電磁クラッチ９０によって第二制御回転体８７に与える回動トルクを小さくしても、第一制御回転体７４に与える相対回動トルクを大きくすることが出来るため、制動トルクの不足が懸念される第二の制動手段であっても、第一の制動手段と同等の制動性能を発揮する事が出来る。また、より小さな第二電磁クラッチ９０を第一電磁クラッチ７５の内側に配置し、位相可変装置をコンパクトに形成出来る。

次に、図９各図により、本願の位相可変装置の第三実施例を説明する。第三実施例では、第一実施例において円形であった第一及び第二リング部材（８３，８６）の一部に切欠部を設け、図９に示すＣの字状の第一及び第二リング部材（９４，９５）としている。円形の第一及び第二リング部材（８３，８６）は、偏心量ｄ１を大きくしすぎると、リング部材の一部がセンターシャフト７２に干渉する。第三実施例では、Ｃの字状に形成した第一リング部材の切欠が、センターシャフト７２に対する逃げ部となるため、第一及び第二リング部材（９４、９５）の偏心量ｄ３を更に大きくし、第二電磁クラッチ９０によって第一制御回転体７４に発生する相対回動トルクを更に高めることが出来る。尚、第一及び第二リング部材（９４，９５）における切欠部の形成範囲は、全体の１８０°未満にする。

尚、第一及び第二実施例の第二リング部材８３は、略径方向ガイド溝８４の長さを十分に長く取ることによって第二偏心円孔８７ｂ内を３６０°以上回転する。その場合、第一制御回転体７４は、第二制御回転体８７が３６０°回転した際、軸状部材８５が略径方向ガイド溝の一端から他端までを往復するため、駆動回転体７１に対して進角方向と遅角方向の双方に相対回動する。このような構成にすれば、第二電磁クラッチ９０のみによってクランクシャフトとカムシャフトの組付角を進角側と遅角側の双方に変更させることが可能になる。

第一及び第二実施例では、第二リング部材８６が第二偏心円孔内を３６０°以上回転可能な構成にしたが、同じ原理を用いて、第一リング部材（８３，９３）が第一編心円孔内を３６０°以上回転可能な構成にする事も可能である。その場合、偏心円カム７６の外径は、カムガイド７７内を３６０°回動可能な長さに形成する。このような構成にした場合には、第一制御回転体７４が３６０°回転した際に軸状部材８１が略径方向ガイド溝７９の両端を往復するため、第一電磁クラッチ７５のみによってクランクシャフトとカムシャフトの組付け角を進角側と遅角側の双方に変更することが出来る。即ち、第一及び第二電磁クラッチ（７５、９０）のいずれかが故障した場合であっても、故障のない電磁クラッチを作動させてクランクシャフトとカムシャフトの組付け角を進角側と遅角側の双方に変更させることが可能になる（フェールセーフ機能）。

本発明の第一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である。 同装置の正面図である。 同装置の軸方向断面図である図２のＡ−Ａ断面図である。 位相変位前の同装置の半径方向断面図であり、（ａ）図は、図３のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図は、図３のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）図は、図３のＤ−Ｄ断面図、である。 図４の各断面図の位相変位後の状態を示す図である。 位相変位前の同装置の半径方向断面図であり、（ａ）図は、図３のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）図は、図３のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）図は、図３のＧ−Ｇ断面図である。 図６の各断面図の位相変位後の状態を示す図である。 は、位相可変装置の第二実施例における第一リング部材と第一偏心円孔を示す図３のＧ−Ｇ断面図である。 （ａ）は、位相可変装置の第三実施例における第二リング部材と第二偏心円孔を示す図３のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）は、第三実施例における第一リング部材と第一偏心円孔を示す図３のＧ−Ｇ断面図である。

符号の説明

７１ 駆動回転体
７２ センターシャフト（カムシャフトと一体の部材）
７３ 第一中間回転体
７４ 第一制御回転体
７４ｄ 第一偏心円孔（第一偏心回動機構）
７５ 第一電磁クラッチ（第一の制動手段）
８３，９３，９５ 第一リング部材（第一偏心回動機構）
８３ａ 第一係合孔（連結手段）
８４ 第二中間回転体
８４ｂ 略径方向ガイド溝
８５ 軸状部材（連結手段）
８６，９４ 第二リング部材（第二偏心回動機構）
８６ａ 第二係合孔（連結手段）
８７ 第二制御回転体
８７ｂ 第二偏心円孔（第二偏心回動機構）
９０ 第二電磁クラッチ（第二の制動手段）
Ｌ１ 回動中心軸
Ｌ２，Ｌ２’ 第一偏心円孔と第一リング部材の中心軸
Ｌ３ 第二偏心円孔と第二リング部材の中心軸
Ｌ４ 略径方向ガイド溝の延伸線
ｄ１，ｄ３ 第一及び第二偏心円孔の偏心量
ｄ２ 第一偏心円孔の偏心量
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 (5)

1. クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、カムシャフトと、回動操作力付与手段から回動トルクを受ける第一制御回転体を互いに相対回動可能に配置し、前記駆動回転体に対する第一制御回転体の相対回動方向に応じて前記カムシャフトと駆動回転体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、その半径方向に延伸すると共に軸方向に貫通する略径方向ガイド溝を有する第二中間回転体と、
   前記第一制御回転体と第二中間回転体に対して同軸かつ相対回動可能に配置され、第二の制動手段によって相対回動する第二制御回転体と、
   第一制御回転体と連動して前記回動中心軸周辺を偏心回動する、第一の偏心回動機構と、
   第二制御回転体と連動して前記回動中心軸周辺を偏心回動する、第二の偏心回動機構と、
   前記略径方向ガイド溝と変位可能な状態で係合し、前記第一及び第二の偏心回動機構を相対回動可能に連結する連結手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの位相可変装置。
2. 前記第一偏心回動機構は、前記第一制御回転体に形成された第一偏心円孔と、その外周が前記第一偏心円孔の内周と摺接可能な状態で係合する第一リング部材を備え、
   前記第二偏心回動機構は、前記第二制御回転体に形成された第二偏心円孔と、その外周が前記第二偏心円孔の内周と摺接可能な状態で係合する第二リング部材を備え、
   前記連結手段は、第一及び第二リング部材にそれぞれ形成された第一及び第二係合孔と、前記略径方向ガイド溝を貫通し、その両端が前記第一及び第二係合孔にそれぞれ挿入される連結部材を備え、
   前記第一リング部材と第二リング部材の中心は、前記略径方向ガイド溝の延伸線を間に挟んでそれぞれ配置さ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. 前記第一偏心円孔は、第一制御回転体の回動中心軸から第一偏心円孔の中心軸に至る偏心量が、前記第二制御回転体の回動中心軸から第二偏心円孔の中心軸に至る偏心量よりも大きく形成されたことを特徴とする、請求項２記載のエンジンの位相可変装置。
4. 前記第一及び第二リング部材のうち少なくとも一つは、Ｃ型形状のリング部材であることを特徴とする、請求項２または３に記載のエンジンの位相可変装置
5. 前記略径方向ガイド溝は、前記第二リング部材が第二偏心円孔内を３６０°以上回転可能な長さに形成されたことを特徴とする請求項２から４のうちいずれかに記載のエンジンの位相可変装置。

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