JP5802273B2 - 自動車用エンジンの位相可変装置 - Google Patents

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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(組付角)を変更し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の位相可変装置に関する。
クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更し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の位相可変機構には、下記特許文献1に示すものがある。下記特許文献1の装置は、カムシャフトと、カムシャフトと一体のセンターシャフトによって回動可能に保持されると共にクランクシャフトによって回転する駆動回転体と、センターシャフトによって回動可能に保持される第一制御回転体及び第二制御回転体と、第一及び第二制御回転体をそれぞれ制動する第一電磁クラッチ及び第二電磁クラッチを同一の中心軸上に備えている。
第一制御回転体は、第一電磁クラッチによって制動されることにより、カムシャフトに対して遅角側に相対回動する。その結果、センターシャフトに保持された第一中間回転体と軸状部材が第二中間回転体の径方向に移動する。第一中間回転体は、センターシャフトによってその中心軸に直交する方向に移動可能に保持され、かつセンターシャフトに対して回動不能に保持される。第二中間回転体の径方向に移動する軸状部材は、駆動円筒の縮径するガイド溝に沿って移動し、中間回転体とセンターシャフトを駆動回転体に対して相対回動させる。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、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る。
一方、第一制御回転体の前面と第二制御回転体の間には、第二中間回転体が設けられ、第二中間回転体は、略径方向ガイド溝を有し、かつセンターシャフトに回動不能に固定されている。第一制御回転体の前面と第二制御回転体の後面には、それぞれ偏心円孔が設けられ、各偏心円孔には、第二中間回転体を挟むようにして第二及び第一リング部材がそれぞれ係合している。第二及び第一リング部材は、略径方向ガイド溝に挿通された軸状部材の両端に回動可能な状態で連結される。第二制御回転体は、第二電磁クラッチに制動され、第二リング部材を偏心円孔内で回動させることによって軸状部材を略径方向ガイド溝に沿って変位させる。変位した軸状部材は、第一リング部材を偏心円孔内で回動させることにより、第一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。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、第二電磁クラッチを作動させることにより、第一電磁クラッチの作動時とは逆向きに変更される。
WO2010/026645号
特許文献1の自動車用エンジンの位相可変装置においては、第一及び第二制御回転体のうち一方を制動すると、一方のリング部材が偏心円孔内において回動し、略径方向ガイド溝に係合しつつ変位する軸状部材が他方のリング部材を回動させることにより、第一及び第二制御回転体の他方が制動された側の制御回転体と逆向きに相対回動する構成となっている。
しかし、各リング部材に接続された力点である軸状部材の両端は、第二中間回転体を間に挟んで前後に離れている。また、軸状部材は、カムシャフトの中心軸方向に対して傾斜しないような位置決めをされていない。従って、一方のリング部材が偏心円孔内を回動すると、略径方向ガイド溝内の軸状部材は、中心軸方向に対して傾斜する。その結果、倒れた(傾斜した)軸状部材は、係合する略径方向ガイド溝との間に摩擦力を生じるため、特許文献1の位相可変装置においては、前記摩擦力によって駆動回転体(クランクシャフト)に対するカムシャフトの相対位相角がなめらかに変更されない可能性がある。
本願の自動車用エンジンの位相可変装置は、上記課題に鑑み、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角の変更を更になめらかに行うことの出来る自動車用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の自動車用エンジンの位相可変装置は、カムシャフトと、前記カムシャフトによって同軸かつ相対回動可能に支持され、クランクシャフトから受ける回転トルクによって第一の回動中心軸周りに回転する駆動回転体と、前記カムシャフトと同軸かつ一体化された第一制御回転体と、前記カムシャフトによって同軸かつ相対回動可能に支持された第二制御回転体と、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回動操作力付与手段と、前記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回動操作力付与手段と、前記第二の回動操作力付与手段に連動し、前記駆動回転体に対して前記第一の回動操作力付与手段の作動時と逆向きに前記第一制御回転体を相対回動させる逆回転機構と、を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、前記逆回転機構は、前記第一の回動中心軸回りの円周方向に沿って縮径するように前記第一制御回転体に形成された曲線状の第一縮径ガイド溝と、前記回動中心軸から離間した位置において前記駆動回転体に第二の回動中心軸周りに回動可能に取り付けられたクランク部材と、前記クランク部材に取り付けられ、前記第一縮径ガイド溝に係合しつつ、前記第一の相対回動操作力付与手段の作動時に第一縮径ガイド溝に沿って一方に移動可能に構成された第一のピン機構と、を備えた第一の動作機構と、前記第二の相対回動操作力付与手段の作動時に第一縮径ガイド溝に沿って他方に前記第一のピン機構を移動させることにより、前記駆動回転体に対して前記第一制御回転体を前記第一の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに相対回動させる第二の動作機構と、を有するようにした。
(作用)第一のピン機構は、クランク部材に取り付けられることにより、カムシャフトの中心軸に沿った方向に対して傾斜しないように拘束される。従って、第一のピン機構と、第一縮径ガイド溝との間には、第一のピン機構が傾斜することによる局所的な摩擦力が発生せず、摩擦力が低減される。その結果、第一のピン機構は、第一又は第二の相対回動操作力付与手段が作動した際に第一縮径ガイド溝に係合しつつ、第一縮径ガイド溝の内側を滑らかに移動する。
また、請求項2は、請求項1に記載の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記第二の動作機構は、前記回動中心軸回りの円周方向に沿って、前記第一縮径ガイド溝と逆向きに縮径するように前記第二制御回転体に形成された曲線状の第二縮径ガイド溝と、前記クランク部材に取り付けられ、前記第二縮径ガイド溝に係合しつつ、前記第二縮径ガイド溝に沿って移動可能に構成された第二のピン機構と、を有するようにした。
(作用)第二のピン機構は、第一のピン機構と同様にクランク部材に取り付けられることにより、カムシャフトの中心軸に沿った方向に対して傾斜しないように拘束される。従って、第二のピン機構と、第二縮径ガイド溝との間には、第二のピンが傾斜することによる局所的な摩擦力が発生しないため、摩擦力が低減される。その結果、第二のピン機構は、第一又は第二の相対回動操作力付与手段が作動する際に第二縮径ガイド溝に係合しつつ、第二縮径ガイド溝の内側を滑らかに移動する。
また、請求項3は、請求項2に記載の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記第一のピン機構と第二のピン機構は、一体に形成され、前記第一及び第二縮径ガイド溝の双方に係合しつつ、前記第一及び第二縮径ガイド溝の双方に沿って移動可能に構成された一のピン機構ととして形成された。
(作用)一のピン機構は、クランク部材に取り付けられることにより、カムシャフトの中心軸に沿った方向に対して傾斜しないように拘束される。従って、一のピン機構は、第一及び第二縮径ガイド溝に局所的な摩擦力を発生させることなく、第一及び第二縮径ガイド溝の双方に係合しながら双方の溝の内側を滑らかに移動する。また、請求項3においては、ピン機構を単一化したことにより、部品点数が減少すると共に逆回転機構の構成が簡素化される。
また、請求項4は、請求項1に記載の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記第二の動作機構は、一端を前記クランク部材に回動可能に取り付けられ、他端を前記第二制御回転体に回動可能に取り付けられたリンク部材と、を有するようにした。
(作用)リンク部材は、一端をクランク部材に回動可能に取り付けられ、他端を第二制御回転体に回動可能に取り付けられることにより、カムシャフトの中心軸に沿った方向に対して傾斜しないように拘束される。
一方、第一の相対回動操作力付与手段が前記第一のピン機構を第一縮径ガイド溝に沿って一方に移動させることにより、前記クランク部材は、第二の回動中心軸周りに回動する。その際、第二制御回転体に取り付けられたリンク部材は、前記第一制御回転体に対して前記第二制御回転体を前記第二の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに相対回動させる。
また、リンク部材は、第二の回動操作力付与手段が前記第一制御回転体に対して第二制御回転体を相対回動させることにより、第二の回動中心軸周りに前記クランク部材を第一の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに回動させる。その際、クランク部材に取り付けられた第一のピン機構が第一縮径ガイド溝に沿って他方に(第一の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに)移動する。その結果、第一制御回転体は、駆動回転体に対し、第一の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに相対回動する。
また、請求項5は、請求項1から4のうちいずれかに記載の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記クランク部材の重心が、前記クランク部材の回動中心軸の鉛直上下方向から左右いずれかに離れた位置に設けられるようにした。
(作用)クランク部材の重心位置を第一の回動中心軸と第二の回動中心軸とを結ぶ直線上から左側にずらして設けた場合、クランク部材は、自重によってその回動中心軸周りに反時計回りの回転トルクを受け、クランク部材の重心位置を第一の回動中心軸と第二の回動中心軸とを結ぶ直線上から右側にずらして設けた場合、クランク部材は、自重によってその回動中心軸周り反時計回りの回転トルクを受ける。
クランク部材の重心位置を第一の回動中心軸と第二の回動中心軸とを結ぶ直線上から左右いずれかにずらして、自重による回転モーメントをクランク部材に発生させることにより、第一の回動操作力付与手段または前記逆回転機構のうち一方は、駆動回転体(クランクシャフト)に対して第一制御回転体(カムシャフト)を相対回動させるための相対回動トルクを補完される。即ち、エンジンの駆動時には、クランク部材が、遠心力により、特定の回転方向への作動を補助される。
請求項1及び2の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角が、なめらかに変更される。
請求項3の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角が、なめらかに変更される。また、製造コストが安価になることに加え、製造しやすくなる。
請求項4の位相可変装置によれば、請求項1第二縮径ガイド溝の内側に沿ってピン機構を移動させる場合に比べ、第二制御回転体の取付軸周りに回動するリンク部材は、より滑らかに動作する。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相対位相角の変更動作が、より確実に成されるようになる。
請求項5の位相可変装置によれば、第一制御回転体に付加される第一または第二の相対回動トルクのうち一方が、クランク部材の自重によって補完されるため、駆動回転体(クランクシャフト)に対するカムシャフトの相対位相角の変更動作が、進角方向または遅角方向のうち一方において他方よりも変更されやすくなる。
自動車用エンジンの位相可変装置の第一実施例を装置前方から見た分解斜視図である。 図1の分解斜視図を装置後方から見た図である。 第一実施例の自動車用エンジンの位相可変装置の正面図である。 図3のA−A断面図である。 (a)図4のB−B断面図である。(b)図4のC−C断面図である。(c)図4のD−D断面図である。 (a)図4のE−E断面図である。(b)図4のF−F断面図である。 自動車用エンジンの位相可変装置の第二実施例を装置前方から見た分解斜視図である。 図8の分解斜視図を装置後方から見た図である。 図4と同様に第二実施例の自動車用エンジンの位相可変装置をカムシャフト中心軸L0に沿って切断した断面図である。 図9のG−G断面図である。 自動車用エンジンの位相可変装置の第三実施例を装置前方から見た分解斜視図である。 第三実施例の位相可変装置を組み立てた状態で前方から見た垂直断面図であり、(a)図は、第二制御回転体の垂直断面図であり、(b)図は、第一制御回転体の底部の垂直断面図であり、(c)図は、第二の動作機構の垂直断面図である。
次に、本発明の実施の形態を図によって説明する。各実施例に示す自動車用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1〜6により第一実施例の自動車用エンジンの位相可変装置の構成について説明する。第一実施例における自動車用エンジンの位相可変装置1は、カムシャフト(図示せず)と、クランクシャフト(図示せず)によって駆動回転する駆動回転体2、第一制御回転体3、第二制御回転体4,逆回転機構5を有する。尚、以降においては、第二制御回転体4側を装置前方(符号F方向)、駆動回転体2側を装置後方(符号R方向)として説明する。また、装置前方から見た駆動回転体2の第一の回動中心軸L0周りの回転方向を進角側D1方向(時計回り)、D1と逆方向を遅角側D2方向(反時計回り)として説明する。
カムシャフト(図示せず)は、センターシャフト10と同軸(第一の回動中心軸L0)に配置され、かつセンターシャフト10に回動不能に固定される。駆動回転体2は、クランクシャフトから駆動力を受けるスプロケット6、スプロケット保持部材7及び駆動円筒8によって構成される。また、駆動回転体2は、センターシャフト10によって第一の回動中心軸L0周りに回動可能に支持される。
図4に示すとおり、センターシャフト10は、第一円筒部10a、フランジ部10b、第二円筒部10c、カムシャフト中心軸L0から偏心したカム中心L1を有する偏心円カム11、第三円筒部10dが装置後方から前方に向けて連続するように形成されている。センターシャフトの内側には、前方から後方に貫通するボルト挿入口10eが設けられる。ボルト挿入口10eの基端部には、ボルト挿入口10eより径の大きな円孔が複数連続して形成されたカムシャフト固定部10fが設けられる。
駆動回転体2は、スプロケット6,スプロケット保持部材7及び駆動円筒8によって構成される。スプロケット保持部材7は、フランジ部7aと円筒部7bが前後に連続した形状を有する。また、スプロケット保持部材7の中央部には、段差円孔7cと円孔7dとが前後に連続して設けられ、フランジ部7aには、複数のピン孔7eが設けられる。スプロケット6は、円筒部7bが中央の円孔6aに係合することによって、スプロケット保持部材7に保持される。
また、駆動円筒8は、円筒部8aと底部8bからなる有底円筒形状を有する。駆動円筒8は、中央の円孔8c、複数のピン孔8d、図6(b)に示す駆動円筒8の中心軸L0を中心とする仮定の円周上に形成される複数の円周方向溝8e及び後述する軸状部材37を取り付けるピン孔8fをそれぞれ有する。スプロケット保持部材7と駆動円筒8は、第一円筒部10a、フランジ部10b及び第二円筒部10cが、それぞれ円孔8c、段差円孔7c及び円孔7dにそれぞれ係合することによってセンターシャフト10に支持される。
スプロケット保持部材7のフランジ部7aは、駆動円筒8とスプロケット6によって前後を挟持される。スプロケット6,スプロケット保持部材7及び駆動円筒8は、スプロケット6に複数設けられたピン孔6b、ピン孔7e及びピン孔8dにそれぞれ挿入される図示しないピン等によって回動不能に一体化される。その結果、駆動回転体2は、センターシャフト10及び図示しないカムシャフトと同軸(第一の回動中心軸L0上)に配置され、かつセンターシャフト10(図示しないカムシャフト)によって回動可能に支持される。
また、第一制御回転体3は、前縁のフランジ部3aと後方に連続する円筒部3bと底部3cが連続した有底円筒形状を有する。底部3cには、中心の貫通円孔3d、一対のピン孔(12,12)、中心軸L0を中心とする仮定の円周上に配置される円周方向溝13、装置前方から見て中心軸L0から溝への距離が進角側D1方向に向けて減少する曲線状の第一縮径ガイド溝14を有する。第一制御回転体3は、センターシャフト10の第三円筒部10dを貫通円孔3dに挿入することにより、第一制御回転体3の第三円筒部10dによって支持される。
また、偏心円カム11の外周には、ロックプレートブッシュ(16,17)が取り付けられる。ロックプレートブッシュ(16,17)は、図1と図6(a)に示すようにリング形状の部材をスリット(16c,17c)によって2分割した形状を有し、偏心円カム11に係合する円弧状の内周面(16a,17a)と、外周面の両端を切り欠いてなる平面(16b、17b)をそれぞれ有する。
また、ロックプレートブッシュ(16,17)の外周は、それぞれロックプレート(18,19)によって保持される。ロックプレート(18、19)は、円盤形状の部材をスリット(18a,19a)によって左右に2分割した形状を有し、内側に径方向に延びる略長方形状の保持溝21を有する。ロックプレート(18、19)は、保持溝21の長面(21a、21b)を平面(16b、17b)に接触させることにより、ロックプレートブッシュ(16,17)を保持する。スリット19aは、スリット18aよりも幅広く形成され、スリット19cには、スリット19aを押し拡げる方向に付勢するばね機構22が設けられる。ロックプレートブッシュ(18、19)の円弧状の外周面(18b、19b)は、駆動円筒8の前端に設けられた円筒部8aの内周面8gに内接する。
また、センターシャフト10の偏心円カム11,ロックプレートブッシュ(16、17)、ロックプレート(18、19)及び駆動円筒8の円筒部8aは、セルフロック機構15を構成する。セルフロック機構15は、バルブスプリングからカムシャフトに外乱トルクが入力された際に発生する、駆動回転体2(クランクシャフト側)に対するセンターシャフト10(カムシャフト)の相対位相角のずれを防止するものである。ロックプレート(18,19)のうち一方は、センターシャフト10に入力された外乱トルクの方向に応じて円筒部8aの内周面8gに押しつけられるため、外乱トルク発生時のセンターシャフト10は、駆動回転体2に対して相対回動不能にロックされる。その結果、駆動回転体2(カムシャフト側)に対するセンターシャフト10(カムシャフト)の相対位相角は、外乱トルクが発生しても、ずれを生じることなく保持される。
また、ロックプレート(18、19)には、連結ピン(23,24)を取り付ける取付穴(18c、19c)が設けられる。連結ピン(23,24)は、前後に突出するように取付穴(18c、19c)に固定される。ロックプレート(18、19)に固定された連結ピン(23,24)の先端がピン孔(12,12)に挿入されることにより、第一制御回転体3は、センターシャフト10(カムシャフト)に相対回動不能に一体化される。また、連結ピン(23,24)の後端は、図6(b)に示す駆動円筒8の円周方向溝(8e、8e)に係合する。
一方、第二制御回転体4は、円盤形状を有し、貫通円孔4a、及び装置前方から見て中心軸L0から溝への距離が遅角側D2方向に向けて減少する曲線状の第二縮径ガイド溝25を複数有する。第二制御回転体4は、センターシャフト10の第三円筒部10dが貫通円孔4aに挿入されることによって、第三円筒部10dに回動可能に支持される。第二制御回転体4は、フランジ部3aの内側に配置される。第一及び第二制御回転体(3,4)の前面(3e、4b)は、図4に示すように互いに面一となるように配置される。尚、第一及び第二制御回転体(3、4)は、第三円筒部10dの先端に取り付けられたホルダー42によって前方に抜け止めされる。
一方、第一及び第二制御回転体(3,4)の前方には、図3に示す第一電磁クラッチ26(第一の回動操作力付与手段)及び第二電磁クラッチ27(第二の回動操作力付与手段)がそれぞれ配置される(図3を除く各図において各電磁クラッチは省略されている)。センターシャフト10と共に回転する第一及び第二制御回転体(3,4)は、前面(3e,4b)を第一及び第二電磁クラッチ(26,27)に吸着されて図示しない摩擦材に接触させられることにより、それぞれ駆動回転体2に対してD2方向に回転遅れを生じる。
一方、第二電磁クラッチ27に連動する逆回転機構5により、第一制御回転体3は、駆動回転体2に対して進角方向(D1方向)に相対回動する。逆回転機構5は、第一の動作機構5Aと第二の動作機構5Bによって構成される。第一の動作機構5Aは、クランク部材28、第一制御回転体3の第一縮径ガイド溝14及びクランク部材28に取り付けられた第一のピン機構29を有し、第二の動作機構5Bは、第二制御回転体4の第二縮径ガイド溝25、クランク部材28に取り付けられた第二のピン機構30を有する。
第一実施例のクランク部材28は、半径方向に厚肉となるリング部本体31と、リング部本体31から半径方向外側に突出する突出部32と、リング部本体31の外周の一部を薄肉状に切り欠いて形成された切欠部33と、を有する。切欠部33は、図5(b)において、突出部32から進角方向(D1方向)の領域にほぼ形成されている。突出部32には、前後に貫通するピン孔34が形成される。リング部本体31は、前後に貫通する第一及び第二のピン孔(35,36)をそれぞれ有する。第一及び第二のピン孔(35,36)は、図5(b)において、突出部32から遅角方向(D2方向)の領域に形成されている。
クランク部材28のピン孔34には、軸状部材37の先端が係合する。軸状部材37は、細丸軸37aと細丸軸37aより径の大きな太丸軸37bが前後に連続した形状を有する。太丸軸37bは、駆動円筒8のピン孔8fに係合し、細丸軸37aは、第一制御回転体3の円周方向溝13から前方に突出し、第一制御回転体3の前方に配置されたクランク部材28のピン孔34に係合する。クランク部材28は、軸状部材37の第二の回動中心軸L2を中心として回動可能に支持される。
また、第一のピン機構29は、軸状部材38と、第一中空長円軸39によって構成される。軸状部材38は、細丸軸38a、中丸軸38b及び太丸軸38cが径の細いものから順に連続した形状を有する。第一中空長円軸39は、第一縮径ガイド溝14の曲線に沿った外形を有し、中央に設けられた円孔39aに軸状部材38の中丸軸38bが係合し、かつ太丸軸38cによって後方に抜け止めされることにより、軸状部材38に回動可能に支持される。また、軸状部材38は、後方から第一制御回転体3の第一縮径ガイド溝14に挿通される。細丸軸38aは、第一中空長円軸39の前方に突出し、クランク部材28の第一のピン孔35に後方から固定される。また、第一中空長円軸39は、第一縮径ガイド溝14の曲率に沿った曲面形状を有し、第一縮径ガイド溝14に係合する。第一中空長円軸39は、第一縮径ガイド溝14に沿って変位可能に保持される。
更に、第二のピン機構30は、軸状部材40と、第二中空長円軸41によって構成される。軸状部材40は、太丸軸40a及び細丸軸40bが径の太いものから順に連続した形状を有する。第二中空長円軸41は、第二縮径ガイド溝25の曲線に沿った外形を有し、中央に設けられた円孔41aに軸状部材40の太丸軸40aが係合することにより、軸状部材40に回動可能に支持される。軸状部材40は、後方から第二制御回転体4の第二縮径ガイド溝25に挿入される。細丸軸40bは、クランク部材28の第二のピン孔36に前方から固定される。また、第二中空長円軸41は、第二縮径ガイド溝25と係合することにより、第二縮径ガイド溝25に沿って変位可能に保持される。
次に、第一及び第二電磁クラッチ(26,27)によるセンターシャフト10(図示しないカムシャフト)と駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第一及び第二制御回転体(3、4)は、駆動回転体2と一体になってD1方向に回転している(図1及び図5(c)を参照)。第一制御回転体3が第一電磁クラッチ26によって前面3eを吸着されて制動された場合、第一制御回転体3及びセンターシャフト10は、駆動回転体2に対してD2方向に回転遅れを生じる。その結果、駆動回転体2(クランクシャフト)に対するセンターシャフト(カムシャフト)の相対位相角は、遅角側D2方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
その際、図5(c)に示す第一中空長円軸39は、第一縮径ガイド溝14によってガイドされながら、第一縮径ガイド溝14内を略時計回りとなるD3方向に移動する。また、図5(b)に示す細丸軸38aが第一縮径ガイド溝14に沿ってD3方向に移動するため、クランク部材28に連結された軸状部材40は、第一制御回転体3の半径方向内側に移動する。その際、図5(a)に示す第二中空長円軸41が、第二縮径ガイド溝25内を略反時計回りとなるD4方向に移動し、第二縮径ガイド溝25の内周面に半径方向内向きの力を付与することにより、第二制御回転体4は、第一制御回転体3及びセンターシャフト10に対して進角側D1方向に相対回動する。尚、図5(b)(c)に示す細丸軸37aは、円周方向溝13内を時計回りD1方向に移動し、円周方向溝13の両端(13a,13b)は、移動した細丸軸37aが当接するストッパとして作用する。
一方、第二電磁クラッチ27を作動させると、図5(a)の第二制御回転体4は、前面4bが吸着されることにより、第一制御回転体3及びセンターシャフト10に対してD2方向に回転遅れを生じる。第二中空長円軸41は、第二縮径ガイド溝25の内周面から力を受けつつ、第二縮径ガイド溝25内を略時計回りとなるD5方向に移動し、クランク部材28に連結された軸状部材38は、第一制御回転体3の半径方向外側に移動する。その際、図5(c)に示す第一中空長円軸39が、第一縮径ガイド溝14内を略反時計回りとなるD6方向に移動し、第一縮径ガイド溝14の内周面に半径方向外向きの力を付与する。その結果、第一制御回転体3及びセンターシャフト10は、駆動回転体2に対して進角側D1方向に相対回動する。その結果、駆動回転体2(クランクシャフト)に対するセンターシャフト(カムシャフト)の相対位相角は、進角側D1方向に戻されて図示しないバルブの開閉タイミングが再び変化する。
尚、軸状部材(38,40)は、クランク部材28に取り付けられるため、軸状部材(38,40)の軸方向に対して傾斜しないように拘束されている。従って、軸状部材(38,40)に取り付けられた第一及び第二の長円軸部材(39,41)は、軸状部材(38,40)が軸方向に対して傾斜することによる局所的な摩擦力を受けることなく、第一及び第二縮径ガイド溝(14,25)内を滑らかに移動する。
また、第一実施例のクランク部材28は、切欠部33を有することにより、リング部本体31の進角方向領域(D1方向領域)の重量が遅角方向領域(D2方向領域)の重量より軽く形成されている。従って、図5(b)において、第一の回動中心軸L0及び軸状部材37の第二の回動中心軸L2を通る直線をL3とし、図の左側(矢印Up方向)を鉛直上方、右側(符号Lo方向)を鉛直下方と仮定した場合、クランク部材28の重心は、リング部本体31における突出部32から遅角方向の領域(D2方向領域)に形成される。即ち、クランク部材28の重心は、直線L3の左側(図の符号Lf方向)に形成されるため、クランク部材28は、自重により、第二の回動中心軸L2を中心とした回転トルクをD2方向に受ける。従って、図5(b)の第一中空長円軸39は、クランク部材28がD2方向の回転トルクを受けることにより、第一縮径ガイド溝14内を略時計回りとなるD3方向に移動しやすくなる。その結果、駆動回転体2(クランクシャフト)に対するセンターシャフト(カムシャフト)の組付角は、進角側D1方向よりも遅角側D2方向に変更されやすくなる(後述する第二及び第三実施例(第三実施例では、第二の回動中心軸がL4となる)でも同様)。
次に、図7から図10により、自動車用エンジンの位相可変装置の第2実施例を説明する。第二実施例の自動車用エンジンの位相可変装置50は、クランク部材51の形状と配置が第一実施例のクランク部材28と異なり、かつ第二の動作機構5Cの構成が第一実施例における第二の動作機構5Bと異なる他、第一実施例の自動車用エンジンの位相可変装置と共通の構成を有する。第二の動作機構5Cは、第二縮径ガイド溝25と一のピン機構52を有する。一のピン機構52は、第一実施例においてクランク部材28の前後に二つ設けられたピン機構(29,30)が一のピン機構52に置き換えられたものである。
第二実施例の逆回転機構53は、クランク部材51、第一制御回転体3の第一縮径ガイド溝14、第二制御回転体4の第二縮径ガイド溝25、クランク部材51に取り付けられた一のピン機構52を有する。第二実施例のクランク部材51は、半径方向に厚肉となるリング部本体54と、リング部本体54から半径方向外側に突出する突出部55と、リング部本体54の外周の半分程をその半径方向に薄肉状に切り欠いて形成された切欠部56と、を有する。突出部55には、前後に貫通するピン孔57が形成される。また、リング部本体54には、前後に貫通するピン孔58が突出部55から遅角方向(図7、図10に示すD2方向)の領域に形成されている。
図9のクランク部材51は、第一制御回転体3の前方に隣接して配置された図4の第一実施例のクランク部材28と異なり、第一制御回転体3の後方に隣接して配置される。クランク部材51のピン孔57には、第一実施例と同様に駆動回転体2の駆動円筒8に固定された軸状部材37の細丸軸37aが係合し、クランク部材51は、軸状部材37の第二の回動中心軸L2を中心として軸状部材37によって偏心回動可能に支持される。
また、一のピン機構52は、軸状部材60と、第一中空長円軸61及び第二中空長円軸62によって構成される。軸状部材60は、太丸軸60a及び細丸軸60bが径の太いものから順に連続した形状を有する。軸状部材60は、細丸軸60bをピン孔58に前方から係合させることによってクランク部材51に固定される。第一中空長円軸61と第二中空長円軸62は、それぞれ第一縮径ガイド溝14と第二縮径ガイド溝25の曲線に沿った外形を有し、中央に設けられた円孔61aと62aに軸状部材60の太丸軸60aを係合させることにより、ピン孔58に固定された軸状部材60に同軸かつ回動可能に支持される。軸状部材60は、第一制御回転体3の第一縮径ガイド溝14と第二制御回転体4の第二縮径ガイド溝25に後方から順に挿入される。また、第一中空長円軸61は、第一縮径ガイド溝14に係合することによって第一縮径ガイド溝に沿って変位可能に保持される。また、第二中空長円軸62は、第二縮径ガイド溝25と係合することにより、第二縮径ガイド溝25に沿って変位可能に保持される。
ここで、第二実施例における、駆動回転体2(クランクシャフト側)に対するセンターシャフト10(カムシャフト側)の相対位相角の変更動作を説明する。通常、駆動回転体2と一体になってD1方向に回転している(図7、8を参照)第一及び第二制御回転体(3、4)のうち第一制御回転体3が図3と同様の第一電磁クラッチ26によって制動された場合、第一制御回転体3と一体のセンターシャフト10(カムシャフト)は、駆動回転体2に対してD2方向に回転遅れを生じ、駆動回転体2(クランクシャフト)に対するセンターシャフト(カムシャフト)の組付角は、遅角側D2方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
その際、図7,8に示す第一中空長円軸61は、第一縮径ガイド溝14によってガイドされながら、第一縮径ガイド溝14内を略時計回りとなるD3方向(図5(c)と同方向)に移動する。第一中空長円軸61が第一縮径ガイド溝14内をD3方向(図5(a)と同方向)に移動することにより、第二中空長円軸62は、第二縮径ガイド溝25内を略反時計回りとなるD4方向に移動し、第二縮径ガイド溝25の内周面に半径方向内向きの力を付与することにより、第二制御回転体4を第一制御回転体3及びセンターシャフト10に対して進角側D1方向に相対回動させる。
一方、第二制御回転体4が図3と同様の第二電磁クラッチ27によって制動された場合、図7及び図8の第二制御回転体4は、第一制御回転体3及びセンターシャフト10に対してD2方向に回転遅れを生じる。第二中空長円軸62は、第二縮径ガイド溝25の内周面から力を受けつつ、第二縮径ガイド溝25内を略時計回りとなるD5方向(図5(a)と同方向)に移動し、同一の軸状部材60に取り付けられた第一中空長円軸61が半径方向外側に移動する。
その際、第一中空長円軸61は、第一縮径ガイド溝14内を略時計回りとなるD6方向(図5(c)と同方向)に移動し、第一縮径ガイド溝14の内周面に半径方向外向きの力を付与する。その結果、センターシャフト10(カムシャフト)と一体の第一制御回転体3は、駆動回転体2に対して進角側D1方向に相対回動する。その結果、駆動回転体2(クランクシャフト)に対するセンターシャフト(カムシャフト)の相対位相角は、進角側D1方向に戻されて図示しないバルブの開閉タイミングが再び変化する。
尚、軸状部材60は、クランク部材51に取り付けられるため、軸状部材60の軸方向に対して傾斜しないように拘束されている。軸状部材60に取り付けられた第一及び第二の長円軸部材(61,62)は、第一実施例と同様に軸状部材60が軸方向に対して傾斜することによる局所的な摩擦力を受けることなく、第一及び第二縮径ガイド溝(14,25)内を滑らかに移動する。
次に、図11と図12により、自動車用エンジンの位相可変装置の第三実施例を説明する。第三実施例の自動車用エンジンの位相可変装置70は、第一実施例の第二の動作機構5Bを第二の動作機構5Dに置き換えたものである。第二の動作機構5Dは、第二縮径ガイド溝25内を摺動しながら移動する第二のピン機構30に代えて、リンク部材71を用いた機構を有する。
第三実施例の自動車用エンジンの位相可変装置70は、駆動回転体72,センターシャフト73,連結ピン(23’,24’),第一制御回転体75,第二制御回転体76、及び第二の動作機構5Dの構成が第一実施例と異なる他、第一実施例の自動車用エンジンの位相可変装置と共通の構成を有する。
駆動回転体72は、スプロケット6,スプロケット保持部材7、駆動円筒74及び中間回転体77によって構成される。駆動円筒74は、ピン孔8fと軸状部材37が設けられていないこと(図1、図6(b)参照)、及び中間回転体77の固定用のねじ穴74aが複数設けられていることの他、第一実施例の駆動円筒8と共通の形状を有する。ねじ穴74aは、駆動円筒74の前面74bに複数設けられている。
センターシャフト73は、図1,図4に示される第一実施例のセンターシャフト10における偏心円カム11の前方に第三円筒部10dよりも径の大きな第四円筒部を連続して設けた形状を有する。また、センターシャフト73は、第一実施例と同形状の第一円筒部(図示せず)、フランジ部(図示せず)及び偏心円カム11’からなる第一シャフト部79と、第一実施例と径の等しい第三円筒部10’dと第三円筒部10’dの基端側に設けられた第四円筒部81からなる第二シャフト部80によって構成される。第二シャフト部80は、基端部である取付部80aを第一シャフト部79の先端に設けられた取付孔79aに嵌合させることで同軸(第一の回動中心軸L0)に固定される。
スプロケット6,スプロケット保持部材7及び駆動円筒74は、第一実施例と同様に偏心円カム11’の後方で第一円筒部(図示せず)とフランジ部(図示せず)の周囲に配置され、センターシャフト73によって第一の回動中心軸L0周りに回動可能に支持される。また、駆動円筒74の内側に配置される偏心円カム11の外周には、第一実施例と同一の構成によってロックプレートブッシュ(16,17)、ロックプレート(18,19)及びばね機構22が設けられる。
中間回転体77は、中央円孔77aを第四円筒部81に係合させることによって、センターシャフト73に回動可能に支持される。中間回転体77は、複数のネジ77bを対応する複数のねじ穴74aに取り付けることによって駆動円筒74の前面74bに固定される。その結果、駆動回転体72は、センターシャフト73によって第一の回動中心軸L0周りに回動可能に取り付けられる。
尚、ロックプレート(18,19)の取付穴(18c、19c)には、第一実施例の連結ピン(23,24)よりも前方に長く突出した連結ピン(23’,24’)が固定される。連結ピン(23’,24’)は、中間回転体77において連結ピン(23’,24’)と対応する位置に設けられた一対の円周方向溝(逃げ溝77c,77d)を通り、前方に突出する。
また、第一制御回転体75は、円筒部75aと底部75bが前後に連続した有底円筒形状を有する。底部75bには、中心の貫通円孔75c、一対のピン孔(75d,75e)、第一の回動中心軸L0を中心とする仮定の円周上に配置される円周方向溝75f、装置前方から見て中心軸L0から溝への距離が遅角側D2方向に向けて減少する曲線状の第一縮径ガイド溝82を有する。
第一制御回転体75は、貫通円孔75cに取り付けた一対のブッシュ(83、84)を介してセンターシャフト73の第三円筒部10dにセンターシャフト73と同軸(第一の回動中心軸L0)になるように取り付けられる。また、第一制御回転体75は、中間回転体77の前方に突出した連結ピン(23’,24’)が一対のピン孔(75d,75e)に挿入されることにより、センターシャフト73と回動不能に一体化される。
第二制御回転体76は、前後に貫通する貫通円孔76aを有する。第二制御回転体76は、中心に設けた貫通円孔76cに取り付けた一対のブッシュ(85、86)を介して、センターシャフト73の第三円筒部10’dにセンターシャフト73と同軸(第一の回動中心軸L0)かつ回動可能に取り付けられる。第二制御回転体76は、前面76bが第一制御回転体75の前面75gと面一になるように円筒部75aの内側に配置される。第一及び第二制御回転体(75、76)は、第三円筒部10’dの先端に取り付けられたホルダー87によって前方に抜け止めされる。
第一及び第二制御回転体(75,76)の前方には、第一実施例と同様に第一及び電磁クラッチ(26,27)がそれぞれ配置される(図11,12においては、電磁クラッチが省略されている)。センターシャフト73と共に回転する第一及び第二制御回転体(75,76)は、前面(75g,76b)を第一及び第二電磁クラッチ(26,27)に吸着されて図示しない摩擦材に接触させられることにより、それぞれ駆動回転体72に対してD2方向に回転遅れを生じる。
一方、中間回転体77と第一制御回転体75との間には、第一の動作機構91と第二の動作機構5Dからなる逆回転機構90が設けられる。第一の動作機構91は、第一制御回転体75の第一縮径ガイド溝82,中間回転体77に設けられた円孔92、軸状部材93,棒状のクランク部材94,第一のピン機構95を有する。また、第二の動作機構5Dは、リンク部材71、軸状部材(96、97)及び第二制御回転体の貫通円孔76aを有する。
円孔92は、中間回転体77の外周縁部近傍において前方に開口するよう設けられる。棒状のクランク部材94は、一端に貫通円孔94aを有し、他端にクランク部材の長手方向内側にくぼんだ凹部94cを有する。凹部94cには、前後に貫通する一対の貫通円孔94bが設けられる。クランク部材94の長手方向の中間部には、貫通円孔94dが設けられる。また、リンク部材71は、凹部94cに係合する凸部71aを一端に有し、他端に貫通円孔71bを有する。凸部71aには、貫通円孔71cが設けられる。
中間回転体77の円孔92には、前方に突出するように軸状部材93が取り付けられる。クランク部材94は、貫通円孔94aを軸状部材93に係合させることによって中間回転体77に支持され、かつ軸状部材93の中心L4周りに回動可能に支持される。
第二制御回転体76の貫通円孔76aには、第一制御回転体75の円周方向溝75fを通り、かつその後方に突出するように軸状部材97が取り付けられる。リンク部材71は、凸部71aを凹部94cに係合させ、かつ貫通円孔(71c,94c)に軸状部材96を係合させることにより、その一端をクランク部材94に支持され、かつ軸状部材96の中心L5周りに回動可能に支持される。一方、リンク部材71の他端は、貫通円孔71bを軸状部材97に係合させることによって第二制御回転体76に支持され、かつ軸状部材97の中心L6周りに回動可能に支持される。
第一のピン機構95は、軸状部材95aと中空長円軸95bによって形成される。クランク部材94の貫通円孔94dには、前方に突出するように軸状部材95aが取り付けられる。中空長円軸95bは、中央の貫通円孔95cを軸状部材95aに係合させることによってクランク部材94に支持され、かつ軸状部材95aの中心L7周りに回動可能に支持される。中空長円軸95bは、第一制御回転体の第一縮径ガイド溝82と係合することにより、第一縮径ガイド溝82に沿って変位可能に保持される。
次に、第一及び第二電磁クラッチ(26,27)を作動させた際のセンターシャフト73(図示しないカムシャフト)と駆動回転体72(図示しないクランクシャフト)の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第一及び第二制御回転体(75、76)は、駆動回転体72と一体になってD1方向に回転している(図12(a)(c)を参照)。
第一制御回転体75が図示しない第一電磁クラッチ26によって前面75gを吸着されて制動された場合、第一制御回転体75は、駆動回転体72に対してD2方向に回転遅れを生じる。第一制御回転体75とセンターシャフト73は、一体に固定されているため、駆動回転体72(クランクシャフト)に対するセンターシャフト73(カムシャフト)の相対位相角は、遅角側D2方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
その際、図12(b)に示す第一制御回転体75は、駆動回転体72に一体化された中間回転体77に対してD2方向に回転遅れを生じ、第一縮径ガイド溝82もまた、中間回転体77に対してD2方向に相対回動する。その際、中空長円軸95bは、第一縮径ガイド溝82によってガイドされながら、第一縮径ガイド溝82内を略時計回りとなるD7方向に移動し、かつ軸状部材95aを第一制御回転体75の半径方向外側に移動させる。その結果、図12(c)に示すクランク部材94は、軸状部材96と共にL4を中心として時計回りD8方向に回動する。クランク部材94とリンク結合するリンク部材71は、その一端を軸状部材96によってD8方向に引っ張られるため、軸状部材97を介して他端に取り付けられた図12(a)の第二制御回転体76を進角側D1方向に回動させる。
一方、図示しない第二電磁クラッチ27を作動させると、図12(a)の第二制御回転体76は、前面76bが吸着されることにより、第一制御回転体75に対してD2方向に回転遅れを生じる。その際、リンク部材71は、軸状部材97が、第一の回動中心軸L0周りに回動することによって軸状部材97に引っ張られ、他端に取り付けられた図12(c)の軸状部材96を中間回転体77の半径方向内側に移動させる。その際、クランク部材94は、軸状部材96と共にL4を中心として反時計回りD9方向に回動する。その際、図12(b)に示す中空長円軸95bが、第一縮径ガイド溝82内を略反時計回りとなるD10方向に移動し、第一縮径ガイド溝82の内周面に半径方向内向きの力を付与する。その結果、第一制御回転体75及びセンターシャフト73は、駆動回転体2に対して進角側D1方向に相対回動する。その結果、駆動回転体72(クランクシャフト)に対するセンターシャフト73(カムシャフト)の相対位相角は、進角側D1方向に戻されて図示しないバルブの開閉タイミングが再び変化する。
第三実施例の自動車用エンジンの位相可変装置70は、第一及び第二実施例における第二縮径ガイド溝25内を摺動するピン機構(30,52)を省略し、クランク部材94と第二制御回転体76をリンク部材71によってリンク結合している。従って、第三実施例においては、第一及び第二実施例に比べて、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を変化させる際に第二の動作機構5Dに発生する摩擦抵抗が大幅に低減されている。従って、第三実施例の自動車用エンジンの位相可変装置70は、第一及び第二実施例の自動車用エンジンの位相可変装置(1,50)よりも、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を変化させる際の反応性が向上している。
1 自動車用エンジンの位相可変装置
2 駆動回転体
3 第一制御回転体
4 第二制御回転体
5 逆回転機構
5A 第一の動作機構
10 カムシャフトに一体化されたセンターシャフト
14 第一縮径ガイド溝
25 第二縮径ガイド溝
26 第一の回動操作力付与手段
27 第二の回動操作力付与手段
28 クランク部材
29 第一のピン機構
30 第二のピン機構
50 自動車用エンジンの位相可変装置
51 クランク部材
52 一のピン機構
53 逆回転機構
5C 第二の動作機構
70 自動車用エンジンの位相可変装置
71 リンク部材
72 駆動回転体
73 カムシャフトに一体化されたセンターシャフト
75 第一制御回転体
76 第二制御回転体
90 逆回転機構
5D 第二の動作機構
82 第一縮径ガイド溝
94 クランク部材
95 第一のピン機構
L0 カムシャフト中心軸(第一の回動中心軸)
L2、L4 クランク部材の駆動回転体上における回動中心軸(第二の回動中心軸)
L3 回動中心軸L2を通り鉛直上下方向に延びる直線
Up 回動中心軸L2の鉛直上方
Lw 回動中心軸L2の鉛直下方
Lf 直線L3から左の方向

Claims (5)

  1. カムシャフトと、前記カムシャフトによって同軸かつ相対回動可能に支持され、クランクシャフトから受ける回転トルクによって第一の回動中心軸周りに回転する駆動回転体と、前記カムシャフトと同軸かつ一体化された第一制御回転体と、前記カムシャフトによって同軸かつ相対回動可能に支持された第二制御回転体と、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回動操作力付与手段と、前記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回動操作力付与手段と、前記第二の回動操作力付与手段に連動し、前記駆動回転体に対して前記第一の回動操作力付与手段の作動時と逆向きに前記第一制御回転体を相対回動させる逆回転機構と、を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、
    前記逆回転機構は、
    前記第一の回動中心軸回りの円周方向に沿って縮径するように前記第一制御回転体に形成された曲線状の第一縮径ガイド溝と、前記回動中心軸から離間した位置において前記駆動回転体に第二の回動中心軸周りに回動可能に取り付けられたクランク部材と、前記クランク部材に取り付けられ、前記第一縮径ガイド溝に係合しつつ、前記第一の相対回動操作力付与手段の作動時に第一縮径ガイド溝に沿って一方に移動可能に構成された第一のピン機構と、を備えた第一の動作機構と、
    前記第二の相対回動操作力付与手段の作動時に第一縮径ガイド溝に沿って他方に前記第一のピン機構を移動させることにより、前記駆動回転体に対して前記第一制御回転体を前記第一の相対回動操作力付与手段の作動時と逆向きに相対回動させる第二の動作機構と、
    を有することを特徴とする自動車用エンジンの位相可変装置。
  2. 前記第二の動作機構は、
    前記回動中心軸回りの円周方向に沿って、前記第一縮径ガイド溝と逆向きに縮径するように前記第二制御回転体に形成された曲線状の第二縮径ガイド溝と、
    前記クランク部材に取り付けられ、前記第二縮径ガイド溝に係合しつつ、前記第二縮径ガイド溝に沿って移動可能に構成された第二のピン機構と、
    を有することを特徴とする、請求項1に記載の自動車用エンジンの位相可変装置。
  3. 前記第一のピン機構と第二のピン機構は、一体に形成され、前記第一及び第二縮径ガイド溝の双方に係合しつつ、前記第一及び第二縮径ガイド溝の双方に沿って移動可能に構成された一のピン機構であることを特徴とする、請求項2に記載の自動車用エンジンの位相可変装置。
  4. 前記第二の動作機構は、
    一端を前記クランク部材に回動可能に取り付けられ、他端を前記第二制御回転体に回動可能に取り付けられたリンク部材と、
    を有することを特徴とする、請求項1に記載の自動車用エンジンの位相可変装置。
  5. 前記クランク部材の重心が、前記第一の回動中心軸と第二の回動中心軸とを結ぶ直線上から左右いずれかに離れた位置に設けられたことを特徴とする、請求項1〜4のうちいずれかに記載の自動車用エンジンの位相可変装置。
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