KR101433153B1 - 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치 - Google Patents

Abstract

제조가 용이하고 또한 저렴하며, 동작음이 조용하고, 캠샤프트와 크랭크샤프트측의 위상각을 신속히 변경 가능하게 하는 상대 회전운동 기구를 포함하는 엔진의 위상 가변 장치를 제공한다.
제1 제어 회전체의 회전운동을 제어하고, 이 제어의 방향에 따라서 크랭크샤프트와 캠샤프트의 상대 위상각을 진행각측 또는 지연각측의 어느 하나로 변경시키는 엔진의 위상 가변 장치에 있어서, 상기 위상 가변 장치는 제1 제어 회전체를 일방으로 회전운동시키는 제1 제동 수단과, 제2 제어 회전체를 제동하고, 이 제동에 의해 가이드홈을 변위시키는 가동자(또는 회전운동하는 편심원캠)로부터 힘을 받아서 변위하는 제2 중간 회전체(또는 캠 가이드 플레이트)를 통하여, 상기 제1 제어 수단과 역방향으로 상기 제1 제어 회전체를 회전운동시키는 제2 제동 수단을 구비함으로써 상기 제1 회전체의 회전운동을 제어한다.

Description

자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치{VARIABLE PHASE CONTROLLER FOR AUTOMOTIVE ENGINE}

본 발명은 회전운동 조작력 부여 수단에 의해 회전 드럼에 회전운동 조작력을 부여하여, 크랭크샤프트로 구동하는 스프로킷에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시켜 밸브의 개폐 타이밍을 변화시키는 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치에 관한 기술이다.

이러한 종류의 종래 기술로서는 하기 특허문헌 1에 나타내는 밸브 타이밍 제어 장치가 있다. 하기 특허문헌 1의 장치는 엔진의 크랭크샤프트로부터 구동력을 받아서 구동하는 구동 플레이트(2)(스프로킷)에 대한 캠샤프트(1)의 조립각을 진행각측(구동 플레이트(2)의 회전 방향) 또는 지연각측(구동 플레이트(2)의 회전 방향과 역방향)으로 변경하여, 캠에 의해 개폐하는 내연 기관의 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 장치이다.

특허문헌 1의 장치는 구동 플레이트(2)가 캠샤프트(1)에 일체화된 스페이서(8)에 대해서 상대 회전운동 가능하게 조립되어 있다. 또, 스페이서(8)의 전방에는 방사 방향으로 연장되는 3개의 레버(12)를 가지는 레버축(13)이 볼트(18)에 의해 상기 스페이서(8)와 함께 캠샤프트(1)에 고정되어 있다. 레버(12)에는 연결핀(16)에 의해 링크암(14)의 일단이 회전운동이 자유롭게 연결되고, 암(14)의 타단에는 연결핀(17)에 의해 가동 조작 부재(11)가 회전운동이 자유롭게 부착되어 있다. 구동 플레이트(2)의 전면에는 벽면이 반경 방향을 따라 설치된 평행한 한 쌍의 가이드벽(9a, 9b)으로 이루어지는 직경 방향 가이드(10)가 설치되고, 가동 조작 부재(11)는 가이드벽(9a, 9b) 사이에 슬라이딩운동이 자유롭게 조립되어 있다. 또, 가동 조작 부재(11)의 전면측에는 반구형상의 오목부(21)가 설치되어, 전동 부재인 볼(22)이 전동 가능하게 수용 유지되어 있다.

한편, 레버축(13)의 전단부에는 베어링(23)을 통하여 가이드 플레이트(24)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 가이드 플레이트(24)에는 구동 플레이트(2)의 회전 방향을 따라 소용돌이가 점차 직경이 축소되는 소용돌이홈(28)(소용돌이 형상 가이드)이 후면측에 형성되고, 가동 조작 부재(11)에 유지된 볼(22)이 걸어맞춰져 있다.

볼(22)이 걸어맞춰진 상태로 외력을 받아서 가이드 플레이트(24)가 구동 플레이트(2)에 대해서 지연각 방향(구동 플레이트(2)의 회전 방향과 역방향)으로 상대 회전하면, 가동 조작 부재(11)는 직경 방향 가이드(10)와 소용돌이홈(28)을 따라 반경 방향 내측으로 이동한다. 가동 조작 부재(11)가 반경 방향 내측으로 이동하면, 캠샤프트(1)와 구동 플레이트(2)의 조립각은 캠샤프트(1)가 레버축(13)에 일체화되어 있는 것과, 링크암(14)과 레버(12)의 링크 작용에 의해, 캠샤프트(1)가 구동 플레이트(2)에 대해서 진행각 방향으로 상대 회전운동하여, 진행각측(진행각 방향)으로 변경된다.

한편 상기와 반대로, 볼(22)이 걸어맞춰진 상태로 토크를 받아서 가이드 플레이트(24)가 구동 플레이트(2)에 대해서 진행각 방향(구동 플레이트(2)의 회전 방향)으로 상대 회전하면, 가동 조작 부재(11)는 소용돌이홈(28)에 의해 반경 방향 외측으로 이동한다. 가동 조작 부재(11)가 반경 방향 외측으로 이동하면, 캠샤프트(1)와 구동 플레이트(2)의 조립각은 캠샤프트(1)가 구동 플레이트(2)에 대해서 지연각 방향으로 상대 회전운동함으로써 지연각측(지연각 방향)으로 변경된다.

즉, 특허문헌 1의 장치는 가이드 플레이트(24)에 토크를 부가하고, 가이드 플레이트(24)를 구동 플레이트(2)에 대해서 상기 지연각 방향 또는 진행각 방향의 어느 하나로 상대 회전시킴으로써, 캠샤프트(1)와 구동 플레이트(2)의 조립각을 진행각측 또는 지연각측의 어느 하나로 변경하는 장치이다. 가이드 플레이트(24)를 구동 플레이트(2)에 대해서 상대 회전시키는 상기 토크는 이하에 나타내는 유성치차기구(25)에 제1 및 제2 전자 브레이크(26, 27)를 조합시킴으로써 부가된다.

유성치차기구(25)는 레버축(13)의 전단부에 베어링(29)을 통하여 제동 플랜지(34)를 일체화한 선기어(30)가 회전이 자유롭게 지지되고, 가이드 플레이트(24)의 전단 오목부의 내주면에 링기어(31)가 형성되며, 베어링(23과 29) 사이에 레버축(13)에 고정된 캐리어 플레이트(32)가 설치되고, 캐리어 플레이트(32)에 선기어(30)와 링기어(31)에 맞물리는 복수의 플라네터리 기어(33)가 회전운동이 자유롭게 지지됨으로써 구성되어 있다. 또, 제1 및 제2 전자 브레이크(26, 27)는 가이드 플레이트(24)와 제동 플랜지(34)의 전단면에 대치하여 배치됨으로써, 이들의 회전을 제동한다.

즉, 가이드 플레이트(24)는 제1 전자 브레이크(26)로부터 제동력을 받음으로써, 구동 플레이트(2)에 대해서 지연각 방향으로 상대 회전하는 토크를 받는다. 한편 선기어(30)는 제2 전자 브레이크(27)로부터 제동력을 받아서 캐리어 플레이트(32)에 대해서 지연각 방향으로 상대 회전한다. 그 때, 플라네터리 기어(33)는 자전함으로써 링기어(31)를 증속시킨다. 따라서, 가이드 플레이트(24)는 선기어(30)가 제2 전자 브레이크(27)로부터 제동력을 받음으로써, 구동 플레이트(2)에 대해서 진행측으로 상대 회전하는 토크를 받는다. 캠샤프트(1)와 구동 플레이트(2)의 조립각은 가이드 플레이트(24)가 받는 상기 토크의 방향에 따라서 진행각측 또는 지연각측의 어느 하나로 변경된다.

한편, 특허문헌 2의 밸브 타이밍 조정 장치는 캠샤프트(4)와 일체화한 출력축(22)에 크랭크샤프트에 의해 구동하는 회전 부재(12)를 상대 회전운동 가능하게 지지시키고, 전동기(70)에 의해 작용축(72)에 일체화한 편심축(18)을 회전운동시키고, 편심축(18)에 의해 그 회전 방향과 역방향으로 상대 회전하는 유성치차(30)와 링기어(14)를 통하여 출력축(22)을 회전운동시키며, 출력축(22)에 지지된 회전 부재(12)에 대해서 캠샤프트(4)를 상대 회전운동시킴으로써, 양자의 조립각을 변경하여, 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 장치이다.

일본 특허 공개 2006-77779호 일본 특허 공개 2004-3419호

특허문헌 1의 장치에서는 구동 플레이트(2)에 대해서 가이드 플레이트(24)를 상대 회전운동시키는 기구로 유성치차기구(25)를 채용하고, 유성치차기구(25)는 선기어(30), 복수의 플라네터리 기어(33) 및 링기어(31)로 이루어지는 다수의 치차에 의해 구성되어 있다. 일반적으로 치차는 톱니부를 성형함에 있어서 제조 단가가 높아지는 경향이 있다. 특허문헌 1의 장치는 다수의 치차를 채용하는 가이드 플레이트(24)의 상대 회전운동 기구의 제조 비용이 높아지는 점에서 문제가 있다.

또 일반적으로 치차는 맞물리는 톱니부끼리가 동작시에 충돌함으로써 치타음(齒打音)을 발생시키는데, 상기 치타음은 동작시의 장치의 정음성(靜音性)을 저해한다. 특허문헌 1의 장치는 다수의 치차의 조합을 채용함으로써, 밸브 타이밍의 변경시에 다수의 치타음을 원인으로 한 동작음이 커지는 점에서 문제가 있다. 한편, 치타음은 각 톱니부의 성형 정밀도를 향상시켜, 톱니부간의 덜컥거림을 줄임으로써 작게 할 수 있지만, 그 경우 제조 비용이 더욱 비싸지는 점에서 문제가 있다.

또, 특허문헌 2의 장치는 위상 변환 종료후에 전동기(70)(모터)의 통전을 끊으면, 회전을 계속하는 작용축(72)과 코일(90) 사이에 회생 작용(발전 효과)이 발생하여 회전 부재(12)에 저항 토크가 발생한다. 따라서, 작용축(72)은 위상 변환의 유무에 관계없이 회전 부재(12)와 동기하여 회전시켜야 하기 때문에, 전동기(70)의 통전은 끊을 수 없다. 따라서, 전동기의 채용은 도입 비용이 비쌀 뿐만 아니라 소비 전력이 큰 점에서 문제가 있다. 또, 엔진의 위상 가변 장치에 채용하는 전동기는 배치 스페이스의 관계상 소형인 것이 필요하게 된다. 캠샤프트와 크랭크샤프트측의 위상각을 변경하기 위해서, 소형의 모터로 큰 토크를 발생시키기 위해서는, 감속 기구(이 경우 유성치차(30))를 개재시킬 필요가 있지만, 이러한 감속 기구는 크랭크샤프트측에 대한 캠샤프트의 위상각을 변경할 때에 있어서의 리스폰스성을 저하시키기 때문에, 신속한 위상각의 변경을 실현하는 면에서 문제가 있다.

본원 발명은 상기 서술한 문제를 고려하여, 상기 가이드 플레이트(24)에 상당하는 부재의 상대 회전운동 기구를 용이하고 또한 염가로 제조 가능하게 함과 아울러, 캠샤프트와 크랭크샤프트측의 위상각을 변경할 때의 상기 상대 회전운동 기구의 동작음이 보다 조용한 엔진의 위상 가변 장치를 제공하는 것이며, 상기 위상각의 변경을 신속하게 행할 수 있는 엔진의 위상 가변 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 크랭크샤프트에 의해 회전 구동하는 구동 회전체와, 캠샤프트에 일체화된 제1 중간 회전체와, 제1 제어 회전체를 서로 상대 회전운동 가능하게 동일한 회전운동 중심축 상에 배치하고, 상기 제1 제어 회전체를 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 회전운동 조작력 부여 수단을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 방향에 따라서 상기 제1 중간 회전체와 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시켜, 상기 캠샤프트와 구동 회전체의 위상각을 변경하는 엔진의 위상 가변 장치에 있어서, 상기 회전운동 조작력 부여 수단은, 상기 제1 제어 회전체에 형성된 대략 원주 방향 홈으로서, 상기 제1 제어 회전체의 회전운동 방향의 어느 1방향을 따라 직경 축소되는 제1 가이드홈과, 상기 중간 회전체와 구동 회전체에 대해서 상기 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제1 제동 수단과, 상기 캠샤프트에 일체화되어, 축방향으로 관통하는 대략 직경 방향 가이드홈을 가지고, 상기 제1 제어 회전체에 인접하고, 이 제1 제어 회전체와 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 중간 회전체와, 상기 제1 가이드홈과 역방향으로 직경 축소되는 대략 원주 방향 홈인 제2 가이드홈이 형성되고, 이 제2 중간 회전체와 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 제어 회전체와, 상기 제2 제어 회전체를 상기 제2 중간 회전체와 제1 제어 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 제2 제동 수단과, 상기 제1 가이드홈, 직경 방향 가이드홈 및 제2 가이드홈에 걸어맞춰지고, 상기 제1 제어 회전체와 상기 제2 제어 회전체의 상대 회전운동에 기초하여 상기 각 가이드홈을 따라 변위하는 가동자를 구비했다.

(작용) 초기 상태에 있어서 제1 제어 회전체는 캠샤프트에 일체화된 제1 중간 회전체와 크랭크샤프트로부터 구동력을 받는 구동 회전체와 일체가 되어 회전한다. 또, 상기 제1 제어 회전체는 회전운동 조작력 부여 수단에 의해, 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 상대 회전운동한다. 그 때, 제1 중간 회전체는 상기 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 방향에 기초하여 구동 회전체에 대해서 상대 회전운동한다. 그 결과, 상기 구동 회전체(크랭크샤프트측)에 대한 제1 중간 회전체(캠샤프트측)의 위상각은 제1 제어 회전체의 상대 회전 방향에 따라서 진행각 방향(구동 회전체의 회전 방향. 이하 동일) 또는 지연각 방향(구동 회전체의 회전 방향과 역방향. 이하 동일)의 어느 하나로 변경된다.

제1 제어 회전체가 제1 제동 수단으로부터 제동력을 받아서 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 회전 지연을 발생시킴으로써, 구동 회전체에 대한 제1 중간 회전체의 위상각은 진행각 방향 또는 지연각 방향의 어느 하나로 변경된다. 한편, 제2 제어 회전체는 제2 제동 수단으로부터 제동력을 받음으로써 제1 제어 회전체와 제2 중간 회전체에 대해서 회전 지연을 발생시키고, 후면에 형성된 제2 가이드홈과 함께 지연각 방향으로 상대 회전운동한다. 그 때, 가동자는 회전운동 방향의 어느 1방향을 따라 직경 축소되는 원주 방향 홈인 제2 가이드홈과 제2 중간 회전체의 직경 방향 가이드홈과 걸어맞춰지고, 또한 이들 가이드홈을 따라 변위함으로써 상기 회전체의 반경 방향으로 이동한다. 제1 제어 회전체는 제2 가이드홈과 역방향으로 직경 축소되는 원주 방향 홈으로서 형성된 제1 가이드홈이 반경 방향으로 이동하는 가동자로부터 힘을 받음으로써, 제2 제어 회전체와 제2 중간 회전체에 대해서 진행각 방향으로 상대 회전운동하고, 동시에 구동 회전체와 제1 회전체에 대해서 진행각 방향으로 상대 회전운동한다. 그 결과, 구동 회전체에 대한 제1 중간 회전체의 위상각은 제1 제동 수단에 의한 제동시와 역방향으로 변경된다.

제1 제어 회전체, 제2 중간 회전체, 제2 제어 회전체 및 가동자는 원형을 기조로 한 단순한 구성이기 때문에 가공이 용이하다. 또, 구동 회전체와 제1 중간 회전체의 위상각을 변경할 때에 가동자는 각 가이드홈과 상시 슬라이딩 접촉하면서 조용히 변위한다. 또, 위상각 변경후에는 제1 및 제2 제동 수단의 통전을 끊을 수 있다. 또, 위상각 변경용의 감속 기구가 불필요하다.

또 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 2의 발명은, 크랭크샤프트에 의해 회전 구동하는 구동 회전체와, 캠샤프트에 일체화된 제1 중간 회전체와, 제1 제어 회전체를 서로 상대 회전운동 가능하게 동일한 회전운동 중심축 상에 배치하고, 상기 제1 제어 회전체를 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 회전운동 조작력 부여 수단을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 방향에 따라서 상기 제1 중간 회전체와 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시켜, 상기 캠샤프트와 구동 회전체의 위상각을 변경하는 엔진의 위상 가변 장치에 있어서, 상기 회전운동 조작력 부여 수단은, 상기 제1 중간 회전체와 구동 회전체에 대해서 상기 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제1 제동 수단과, 상기 제1 제어 회전체로부터 상기 회전운동 중심축 방향을 따라 돌출되고, 중심축이 상기 회전운동 중심축으로부터 편심한 제1 편심원캠과, 상기 회전운동 중심축 방향을 따라 돌출되고, 중심축이 상기 회전운동 중심축으로부터 편심한 제2 편심원캠을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체와 회전운동 중심축이 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 제어 회전체와, 길이 방향이 상기 캠샤프트 축방향에 대략 직교하고, 상기 제1 편심원캠과 제2 편심원캠이 상기 길이 방향에 대해서 변위가 자유롭게 걸어맞춰지는 한 쌍의 긴 원형 구멍을 가지고, 상기 캠샤프트에 대해서 상기 길이 방향과 캠샤프트 축방향에 각각 대략 직교하는 방향으로 요동이 자유롭게 지지되며, 또한 상대 회전운동 불가능하게 지지된 캠 가이드 플레이트와, 상기 캠 가이드 플레이트와 제1 제어 회전체에 대해서 상기 제2 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제2 제동 수단을 구비하고, 상기 제1 편심원캠과 제2 편심원캠은 캠 중심과 회전운동 중심을 연결하는 직선이 상기 캠 가이드 플레이트의 상기 요동 방향으로부터 경사를 가지도록 배치되고, 또한 상기 요동 방향을 중심으로 하여 대략 대칭으로 배치되도록 했다.

(작용) 제1 제어 회전체는 제1 제동 수단으로부터 제동력을 받음으로써 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 회전 지연을 발생시켜 지연각 방향으로 상대 회전운동하고, 상기 구동 회전체에 대한 제1 중간 회전체의 위상각은 제1 제어 회전체의 상기 상대 회전운동 방향에 따라서 진행각 방향 또는 지연각 방향의 어느 하나로 변경된다.

한편, 제2 제어 회전체는 제2 제동 수단으로부터 제동력을 받음으로써 제1 제어 회전체와 캠 가이드 플레이트에 대해서 회전 지연을 발생시키고, 후면의 제2 편심원캠과 함께 지연각 방향으로 상대 회전운동한다. 제2 편심원캠은 캠 가이드 플레이트 전면의 긴 원형 구멍에 슬라이딩 접촉하면서 이 긴 원형 구멍의 길이 방향으로 변위하고, 캠 가이드 플레이트는 변위하는 제2 편심원캠의 슬라이딩 접촉면으로부터 힘을 받아서 상기 단차 긴 원형 구멍의 길이 방향과 대략 직교하는 방향 또한 캠샤프트 축방향에 직교하는 방향으로 변위한다.

제1 제어 회전체 전면의 제1 편심원캠은 캠 가이드 플레이트의 변위 방향으로부터 기울어져 배치되고, 또한 상기 변위 방향을 끼우고 제2 편심원캠과 대략 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 상기 캠 가이드 플레이트가 변위하면, 걸어맞춰지는 캠 가이드 플레이트 후면의 긴 원형 구멍으로부터 힘을 받음으로써 제2 편심원캠과 역방향, 즉 진행각 방향으로 회전운동한다. 따라서 제1 제어 회전체는 제2 제어 회전체와 캠 가이드 플레이트에 대해서 진행각 방향으로 상대 회전운동하고, 동시에 구동 회전체와 제1 회전체에 대해서 진행각 방향으로 상대 회전운동한다. 그 결과, 구동 회전체에 대한 제1 중간 회전체의 위상각은 제1 제동 수단에 의한 제동시와 역방향으로 변경된다.

제1 제어 회전체, 캠 가이드 플레이트, 제2 제어 회전체는 원형을 기조로 한 단순한 구성이기 때문에 가공이 용이하다. 또, 구동 회전체와 제1 중간 회전체의 위상각을 변경할 때의 제1 및 제2 편심원캠은 캠 가이드 플레이트와 상시 슬라이딩 접촉하면서 조용히 변위한다. 또, 위상각 변경후에는 제1 및 제2 제동 수단의 통전을 끊을 수 있다. 또, 위상각 변경용의 감속 기구가 불필요하다.

청구항 1 및 2의 발명에 의하면, 치차보다 회전운동 조작력 부여 수단의 구성 부품의 가공이 용이하며, 고비용이 되는 모터를 채용하지 않기 때문에, 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 기구를 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있고, 위상각 변경시의 동작음이 저감된다. 또, 위상각의 변환 종료후에 제동 수단의 통전을 끊을 수 있는 것에 의해 절전이 가능하고, 감속 기구를 채용하지 않는 것에 의해 신속한 위상각의 변경을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치를 전방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 2는 동 장치를 후방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 3은 동 장치의 정면도이다.
도 4는 동 장치의 축방향 단면을 도시한 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 위상 가변 장치의 반경 방향 단면도이며, (a)는 제1 제어 회전체 후면측의 수직 단면을 도시한 도 4의 B-B 단면도, (b)는 중간 회전체와 캠 가이드 플레이트의 수직 단면을 도시한 도 4의 C-C 단면도, (c)는 구동 회전체의 수직 단면을 도시한 도 4의 D-D 단면도이다.
도 6은 동 장치의 축방향 단면을 도시한 도 3의 E-E 단면도이다.
도 7은 제2 제어 회전체의 수직 단면인 도 6의 F-F 단면도이다.
도 8은 제2 중간 회전체의 단면인 도 6의 G-G 단면도이다.
도 9는 제1 제어 회전체의 전면측의 수직 단면인 도 6의 H-H 단면도이다.
도 10은 제1 실시예의 장치의 동작 설명도이며, (a)는 위상 변위전의 초기 상태를 나타낸 도면이다. (b)는 위상 변위중의 상태를 나타낸 도면이다. (c)는 위상을 최대 변위한 상태의 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예인 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치를 전방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 12는 동 장치를 후방으로부터 본 분해 사시도이다.
도 13은 동 장치의 정면도이다.
도 14는 동 장치의 축방향 단면을 도시한 도 13의 H-H 단면도이다.
도 15는 위상 변환 부재의 설명도이며, (a)는 위상 변환 부재의 사시도, (b)는 위상 변환 부재의 분해 사시도이다.
도 16은 위상 가변 장치의 반경 방향 단면도이며, (a)는 제1 제어 회전체 후면측의 수직 단면을 도시한 도 14의 I-I 단면도, (b)는 중간 회전체의 수직 단면을 도시한 도 14의 J-J 단면도, (c)는 구동 회전체의 수직 단면을 도시한 도 14의 K-K 단면도이다.
도 17은 제1 편심원캠의 수직 단면인 도 14의 L-L 단면도이다.
도 18은 캠 가이드 플레이트의 수직 단면인 도 14의 M-M 단면도이다.
도 19는 제2 편심원캠의 수직 단면인 도 14의 N-N 단면도이다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 실시예 1과 2에 의해 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치를 전방으로부터 본 분해 사시도, 도 2는 동 장치를 후방으로부터 본 분해 사시도, 도 3은 동 장치의 정면도, 도 4는 동 장치의 축방향 단면도인 도 3의 A-A 단면도, 도 5는 동 장치의 반경 방향 단면도로서, (a)는 도 4의 B-B 단면도, (b)는 도 4의 C-C 단면도, (c)는 도 4의 D-D 단면도, 도 6은 도 3의 축방향 단면도인 E-E 단면도, 도 7은 도 6의 F-F 단면도, 도 8은 도 6의 G-G 단면도, 도 9는 도 6의 H-H 단면도, 도 10은 제1 실시예의 장치의 동작 설명도로서, (a)는 위상 변위전의 초기 상태를 나타낸 도면, (b)는 위상 변위중의 상태를 나타낸 도면, (c)는 위상을 최대 변위한 상태의 도면, 도 11은 본 발명의 제2 실시예인 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변 장치를 전방으로부터 본 분해 사시도, 도 12는 동 장치를 후방으로부터 본 분해 사시도, 도 13은 동 장치의 정면도, 도 14는 동 장치의 축방향 단면도인 도 13의 H-H 단면도, 도 15는 위상 변환 부재의 설명도이며, (a)는 위상 변환 부재의 사시도, (b)는 위상 변환 부재의 분해 사시도, 도 16은 위상 가변 장치의 반경 방향 단면도이며, (a)는 도 14의 I-I 단면도, (b)는 도 14의 J-J 단면도, (c)는 도 14의 K-K 단면도, 도 17은 도 14의 L-L 단면도, 도 18은 도 14의 M-M 단면도, 도 19는 도 14의 N-N 단면도이다.

실시예 1과 2에 나타내는 엔진의 위상 가변 장치는 엔진에 조립 일체화된 형태로 사용되며, 크랭크샤프트의 회전에 동기하여 흡배기 밸브가 개폐되도록 크랭크샤프트의 회전을 캠샤프트에 전달함과 아울러, 엔진의 부하나 회전수 등의 운전 상태에 따라서 엔진의 흡배기 밸브의 개폐의 타이밍을 변화시키기 위한 장치이다.

도 1 내지 10에 의해 실시예 1의 장치의 구성에 대해서 설명하면, 실시예 1의 장치(설명의 편의상, 후술하는 제2 전자 클러치(60)의 방향을 전측, 캠샤프트(40)의 방향을 후측이라고 하고 있음)는 엔진의 크랭크샤프트(도시하지 않음)로부터 구동력을 받아서 회전하는 구동 회전체(41)와, 캠샤프트(40)에 고정되어, 상기 구동 회전체(41)를 상대 회전운동 가능한 상태로 지지하는 센터 샤프트(42)와, 구동 회전체(41)의 전방에서 센터 샤프트(42)에 상대 회전운동 불가능하게 고정되어, 구동 회전체(41)에 대해서 상대 회전운동하는 제1 중간 회전체(후술하는 제1 제어 회전체(45)의 가이드 플레이트)(43)와, 제1 중간 회전체(43)의 전단부 내측에서 센터 샤프트(42)에 대해서 상대 회전운동 가능한 상태로 지지된 제어 회전체(45)와, 도시하지 않는 엔진 케이스에 고정되어, 제1 제어 회전체(45)의 회전을 제동하는 제1 전자 클러치(44)를 동일한 회전운동 중심축(L1) 상에 구비하고 있다.

제1 제어 회전체(45)는 이것과 일체가 되어서 중심축(L1)의 주위를 편심 회전운동하는 편심원캠(46)을 후면에 구비하고, 제1 제어 회전체(45)의 후방에는 편심원캠(46)이 걸어맞춰지는 긴 원형 구멍(54)을 통하여 편심원캠(46)에 지지되고, 중심축(L1)과 직교하는 방향으로 왕복 요동하는 캠 가이드 플레이트(47)가 배치되어 있다.

센터 샤프트(42)는 구멍(42a)이 캠샤프트(40)의 선단(40a)에 걸어맞춰지고, 캠샤프트(40)와 상대 회전운동 불가능한 상태로 일체화되어 있다. 구동 회전체(41)는 스프로킷(41a)과 구동 플레이트(41b)가 구멍(41c, 41d)을 통하여 센터 샤프트(42)의 외주에 형성된 플랜지(42b)의 전후의 원통부(42c, 42d)에 각각 상대 회전운동 가능한 상태로 지지되고, 복수의 결합핀(48)에 의해 결합되어 구성되어 있다. 구동 플레이트(41b)에는 회전운동 중심축(L1)을 중심으로 하는 대략 원주 방향으로 한 쌍의 곡선홈인 가이드홈(51)이 형성되고, 실시예 1에 있어서의 가이드홈(51)은 구동 회전체(41)의 회전 방향(D1)(장치 정면으로부터 보아서 시계 회전 방향, 이하 동일)을 향하여 직경 축소되도록 형성되어 있다.

제1 중간 회전체(43)는 원통 형상으로 형성되고, 그 바닥부(43a)에는 각진 구멍(43b)과, 후술하는 슬라이드핀(50)이 비접촉 상태로 변위하는 긴 구멍 형상의 한 쌍의 직경 방향 홈(49)(이스케이프 홈)과, 걸어맞춤 구멍(43g~43j)에 걸어맞춰지는 외경 동일의 가이드핀(43c~43f)이 설치되어 있다. 제1 중간 회전체(43)는 각진 구멍(43b)이 평탄 걸어맞춤면(42e)에 걸어맞춰지고, 센터 샤프트(42)에 대해서 상대 회전운동 불가능한 상태로 고정되어 있다. 또한, 가이드핀(43c와 43d(또는 43e와 43f))의 중심을 연결하는 직선의 방향은 직경 방향 홈(49)의 신장 방향과 평행하게 한다.

제1 제어 회전체(45), 편심원캠(46) 및 캠 가이드 플레이트(47)는 제1 중간 회전체(43)의 원통부(43k)의 내측에 배치되어 있다. 제1 제어 회전체(45)는 전면에 중심을 L1으로 하고, 센터 샤프트(42)의 선단 납 머리부(42f)를 삽입 통과시키는 관통 원형 구멍(45a)을 구비하고, 후면에 회전운동 중심축(L1)으로부터의 이간 거리가 d1이 되는 축(L2)을 중심으로 하는 편심 원형 구멍(45b)을 구비한다. 편심원캠(46)은 상기 축(L2)을 중심으로 하여 편심 원형 구멍(45b)에 걸어맞춰지는 전측 편심원캠(52)과, 회전운동 중심축(L1)로부터의 이간 거리가 d1보다 큰 d2가 되는 축(L3)을 중심으로 하는 후측 편심원캠(53)이 축방향으로 일체화되고, L1을 중심으로 하는 관통 원형 구멍(46a)을 구비한다. 편심원캠(46)은 관통 원형 구멍(46a)을 통하여 센터 샤프트(42)의 선단 원통부(42f)에 대해서 상대 회전운동 가능한 상태로 지지된다. 또, 제1 제어 회전체(45)는 중간 회전체의 원통부(43k)의 선단 단차면(43l)의 내경과 대략 동일한 원반 형상으로 형성되고, 외주면(45c)이 상기 단차면(43l)에 대략 내접한다. 또한, 편심원캠(52, 53)의 외형은 본 실시예와 같은 원형형상에 한정되지 않고, 특수한 둘레 가장자리를 가지는 캠 형상으로 해도 된다.

회전체 가이드 플레이트(47)는 한 쌍의 걸어맞춤 구멍(47a)과, 후측 편심원캠(53)을 삽입하여 슬라이딩운동시키는 긴 구멍(54)을 구비한다. 캠 가이드 플레이트(47)는 한 쌍의 걸어맞춤 구멍(47a)으로부터 후방으로 돌출하는 복수의 슬라이드핀(슬라이드 부재)(50)을 구비하고 있다. 슬라이드핀(50)은 중공 굵은 둥근축(50b)의 내측에 가는 둥근축(50a)을 삽입하여 형성되고, 가는 둥근축(50a)의 일단은 상기 걸어맞춤 구멍(47a)에 걸어맞춰지고, 중공 굵은 둥근축(50b)이 제1 중간 회전체(43)의 직경 방향홈(49)과 비접촉의 상태로 삽입 통과되며, 타단은 구동 플레이트(41b)에 형성된 대략 원주홈인 가이드홈(51)과 변위 가능한 상태로 걸어맞춰진다.

긴 구멍(54)은 한 쌍의 걸어맞춤 구멍(47a)의 중심을 연결하는 직선과 대략 직교하는 방향(직경 방향 가이드(49)의 신장 방향)으로 신장된다. 또, 후측 편심원캠(53)은 긴 구멍(54)의 내주 가장자리와 슬라이딩운동하면서 길이 방향을 왕복한다. 또, 회전체 가이드 플레이트(47)의 양측에는 가이드핀(43c, 43d와 43e, 43f)에 각각 맞닿는 평탄면(47b, 47c)이 형성되어 있다.

제1 제어 회전체(45)의 전방에는 마찰재(55)를 후면에 배치한 제1 전자 클러치(44)를 배치하고, 전자 클러치(44)는 코일(44a)에 통전하여, 제1 제어 회전체(45)의 흡착면(45d)을 마찰재(55)에 슬라이딩 접촉시킴으로써, 제1 제어 회전체(45)의 회전운동을 제동한다.

또, 제1 제어 회전체(45)의 전방에는 순서대로 제2 중간 회전체(56), 제2 제어 회전체(57), 접시 스프링(58), 스프링 홀더(59) 및 제2 전자 클러치(60)가 각각 배치되어 있다.

제1 제어 회전체(45)는 회전운동 중심축(L1)을 중심으로 하는 대략 원주 방향으로 형성된 한 쌍의 곡선홈(도 9을 참조)으로서, 구동 회전체(41)의 회전 방향과 역방향의 D2 방향(장치 정면으로부터 보아 반시계 회전 방향, 이하 동일)을 향하여 직경 축소되는 제1 가이드홈(61)을 전면에 구비하고, 제2 제어 회전체(57)는 회전운동 중심축(L1)을 중심으로 하는 대략 원주 방향으로 형성된 한 쌍의 곡선홈(도 7을 참조)으로서, 시계 회전 방향(D1)을 향하여 직경 축소되는 제2 가이드홈(62)을 후면에 구비한다. 제2 중간 회전체(56)는 중앙에 형성된 각진 구멍(56a)을 끼우고 양측에 직경 방향 가이드홈(63)이 형성되어 있다.

제2 중간 회전체(56)는 각진 구멍(56a)이 센터 샤프트(42)의 제2 평탄 걸어맞춤면(42g)과 걸어맞춰짐으로써 센터 샤프트(42)에 대해서 회전운동 불가능한 상태로 고정되어 있다. 제2 제어 회전체(57)는 중앙에 형성된 원형 구멍(57a)과, 센터 샤프트(42) 선단의 소원통부(42h)를 통하여 센터 샤프트(42)에 대해서 회전운동 가능한 상태로 지지되어 있다. 가이드홈(61~63)에는 상기 각 가이드홈을 변위하는 한 쌍의 슬라이드핀(64)이 걸어맞춰지고, 슬라이드핀(64)은 슬라이드핀(50)과 마찬가지로 가는 둥근축(64a)을 중공 굵은 둥근축(64b)의 내측에 삽입하여 구성되어 있다. 가는 둥근축(64a)의 양단은 제1 및 제2 가이드홈(61, 62)과 변위 가능한 상태로 걸어맞춰지고, 중공 굵은 둥근축(64b)은 직경 방향 가이드(63)와 변위 가능한 상태로 걸어맞춰진다.

또한, 굵은 둥근축(64b)의 외경을 가는 둥근축(64a)의 외경보다 크게 형성하여 슬라이드핀(64)을 플랜지형상으로 형성함으로써, 굵은 둥근축(64b)의 전후면은 제1 제어 회전체(45)의 전면과 제2 제어 회전체(57)의 후면 사이에 끼워진다. 따라서 슬라이드핀(64)은 축방향에 대해서 기울지 않고 자세가 유지되기 때문에, 각 가이드홈을 따라 변위중에 전도하지 않고, 걸어맞춰지는 각 가이드홈(61~63)과의 편마모와 프릭션의 발생이 방지된다.

제2 제어 회전체(57) 전면의 단차 원형 구멍(57a)에는 접시 스프링(58)을 배치하고, 그 전방의 단차 원통부(42i)에 스프링 홀더(59)를 배치하며, 스프링 홀더(59)로부터 구동 플레이트(41b)에 이르는 구성 부품의 중앙의 구멍에 볼트(65)를 삽입 통과시켜 캠샤프트(40)의 나사 구멍(40b)에 고정한다. 제2 제어 회전체(57)로부터 구동 플레이트(41b)에 이르는 각 구성 부품은 스프링 홀더(59)가 단차 원통부(42i)에 고정됨으로써 전방으로 빠지지 않고 배치된다. 제2 전자 클러치(60)는 도시하지 않는 엔진 케이스에 고정한 상태로 제2 제어 회전체(57)의 전면에 대향하도록 배치되고, 코일(60a)에 통전하여, 제2 제어 회전체(57)의 흡착면(57b)을 흡착하여 마찰재(66)와 슬라이딩운동시킴으로써, 제2 제어 회전체(57)의 회전운동을 제동한다.

또한, 제2 제어 회전체(57)는 후술하는 실시예 2와 같이 흡착면(57b)을 제1 제어 회전체(45)의 흡착면(45d)보다 전방으로 돌출시켜도 제동된다. 그러나, 흡착면(57b)은 실시예 1(도 6을 참조)에 나타낸 바와 같이 흡착면(45d)과 한면으로 배치하는 것이 바람직하다. 제2 제어 회전체(57)는 코일(44a)의 내측에 배치된 경우, 제1 전자 클러치(44)의 자계의 영향을 받아 자화하는 경우가 있어, 제1 전자 클러치(44)의 작동시에 동작이 불안정하게 되는 경우가 있다. 따라서, 제2 제어 회전체(57)는 흡착면 (45d, 57b)을 한면으로 함으로써 제1 전자 클러치(44)가 발하는 자계로부터 멀리할 수 있어, 상기 자화 현상을 방지할 수 있다.

또, 가동자인 슬라이드핀(64)은 예를 들어 베어링을 가지는 형태로 하고, 가이드홈(61~63)을 변위할 때에 홈의 내부를 전동하도록 해도 되고, 슬라이드핀(64)은 볼로 바꾸는 것도 가능하다. 그 경우, 슬라이드핀은 변위시의 마찰 저항이 저하되어 변위가 용이해지고, 각 전자 클러치의 소비 전력이 저감된다. 한편, 슬라이드핀(64)을 볼로 바꾼 경우, 제1 및 제2 가이드홈(61, 62)의 축방향 단면 형상은 V형 또는 R형상으로 하는 것이 바람직하다. 볼의 변위시에는 회전운동축(L1) 방향으로 스러스트력이 발생하는데, 이 스러스트력은 접시 스프링(58)에 의해 없어질 수 있다. 또, 볼은 슬라이드핀보다 제조 비용을 낮출 수 있다.

또, 제2 중간 회전체(56)는 비자성체로 형성하는 것이 바람직하다. 제2 중간 회전체(56)를 비자성체로 형성한 경우에는, 제어 회전체(45, 57)의 일방을 흡착하여 제동할 때에 발생시키는 자력이 제2 중간 회전체(56)를 통하여 타방의 제어 회전체에 전달되어 함께 흡인되어 버리는 문제를 해소할 수 있다.

다음에 캠샤프트(40)와 구동 회전체(41)의 위상각을 변경할 때의 동작을 도 5 및 도 7 내지 10에 기초하여 설명한다. 위상각 변경이 없는 초기 상태에 있어서, 구동 회전체(41)가 크랭크샤프트(도시하지 않음)에 의해 장치 정면으로부터 보아 시계 회전(D1) 방향으로 회전하면, 제1 중간 회전체(43), 제1 제어 회전체(45), 제2 중간 회전체(56) 및 제2 제어 회전체(57)는 구동 회전체(41)와 일체가 되어 시계 회전(D1) 방향으로 회전운동한다.

구동 회전체(41)에 대한 캠샤프트(40)의 위상각을 진행각 방향(장치 정면으로부터 보아 시계 회전(D1) 방향. 이하 동일)으로 변경하는 경우에는 제2 제어 회전체(57)를 제동한다. 제2 제어 회전체(57)는 제2 전자 클러치(60)에 의해 제동된 경우, 제2 중간 회전체(56)와 제1 제어 회전체(45)에 대해서 회전 지연을 발생시키고, 지연각 방향(장치 정면으로부터 보아 반시계 회전(D2) 방향, 이하 동일)으로 상대 회전운동한다. 그 때, 도 10 각 도면에 도시한 제2 가이드홈(62)은 제2 중간 회전체(56)와 제1 제어 회전체(45)에 대해서 지연각 방향(D2 방향)으로 상대 회전운동한다. 그 때, 슬라이드핀(64)은 제1 제어 회전체(45)의 제1 가이드홈(61)과 제2 중간 회전체(56)의 직경 방향 가이드홈(63)을 따라 변위함으로써 상기 회전체의 반경 방향 내측(도 10의 D3 방향)으로 이동한다. 제1 제어 회전체(45)는 제1 가이드홈(61)이 반경 방향으로 내측으로 이동하는 슬라이드핀(64)으로부터 힘을 받음으로써, 제2 중간 회전체(56)와 제2 제어 회전체(57)에 대해서 진행각 방향(D1 방향)으로 상대 회전운동한다.

동시에 도 5에 도시한 제1 제어 회전체(45)는 제1 중간 회전체(43)와, 구동 회전체(41)에 대해서 진행각 방향(D1) 방향으로 상대 회전운동하고, 전측 편심원캠(52)은 중심축(L1)을 중심으로 하여 시계 회전(D1) 방향으로 편심 회전운동한다. 그 때, 후측 편심원캠(53)은 긴 구멍(54)의 내주면과 슬라이딩운동하면서 긴 구멍(54)의 길이 방향을 향하여 왕복 요동함으로써, 캠 가이드 플레이트(47)에 대해서 직경 방향 가이드(49)가 신장하는 방향으로 힘을 부여한다. 캠 가이드 플레이트(47)는 평탄면(47b, 47c)이 가이드핀(43c~43f)과 슬라이딩 접촉하고, 슬라이드 부재(50)가 중간 회전체(43)의 직경 방향홈(49)을 따라 하강한다.

캠 가이드 플레이트(47)와 제1 중간 회전체(43)는 가이드핀(43c~43f)에 의해 상대 회전운동을 할 수 없다. 따라서, 제1 중간 회전체(43)는 슬라이드핀(50)이 하강하고, 또한 제1 가이드홈(51)을 따라 D1 방향으로 변위함으로써, D1 방향으로 직경 축소되는 제1 가이드(51)로부터 힘을 받은 캠 가이드 플레이트(47)가 구동 회전체(41)에 대해서 D1 방향으로 상대 회전운동한 경우, 캠 가이드 플레이트(47)와 일체가 되어 D1 방향으로 상대 변위한다. 그 결과, 제1 중간 회전체(43)에 일체화된 캠샤프트(40)와 크랭크샤프트로 구동하는 구동 회전체(41)의 위상각은 진행각 방향(D1 방향)으로 변경된다.

한편, 구동 회전체(41)에 대한 캠샤프트(40)의 위상각을 진행각 방향으로부터 지연각 방향(D2 방향)으로 되돌리는 경우에는, 제1 전자 클러치(44)에 의해 제1 제어 회전체(45)를 제동한다. 제동된 제1 제어 회전체(45)와 후측 편심원캠(53)은 구동 회전체(41)와 제1 중간 회전체(43)에 대해서 반시계 회전(D2) 방향으로 상대 회전운동한다. 그 때, 캠 가이드 플레이트(47)는 긴 구멍(54) 내를 왕복 요동하는 후측 편심원캠(53)으로부터 제2 전자 클러치(60)의 작동시와 역방향의 힘을 받음으로써, 직경 방향 가이드(49)를 따라 상승한다.

제1 중간 회전체(43)는 슬라이드핀(50)이 상승하고, 또한 제1 가이드홈(51)을 따라 D2 방향으로 변위함으로써, 제1 가이드(51)로부터 힘을 받은 캠 가이드 플레이트(47)와 일체가 되어 D2 방향으로 상대 변위한다. 그 결과, 캠샤프트(40)와 크랭크샤프트로 구동하는 구동 회전체(41)의 위상각은 지연각 방향(D2 방향)으로 되돌아간다.

또한, 슬라이드핀(64)은 제1 제어 회전체(45)가 제2 중간 회전체(56)와 제2 제어 회전체(57)에 대해서 반시계 회전(D2) 방향으로 상대 회전운동한 경우, 제1 가이드홈(61)과 직경 방향 가이드홈(63)을 따라 반경 방향 외측으로 이동한다. 그 때, 제2 제어 회전체(57)는 제2 가이드홈(62)이 슬라이드핀(64)으로부터 힘을 받음으로써, 제2 중간 회전체(56)와 제2 제어 회전체(57)에 대해서 시계 회전(D1) 방향으로 되돌아간다(상대 회전운동한다). 지연각 방향(D2 방향)으로 되돌아간 캠샤프트(40)와 구동 회전체(41)의 위상각은 D1 방향으로 되돌려진 제2 제어 회전체(57)를 전자 클러치(60)로 다시 제동함으로써, 진행각 방향(시계 회전(D1) 방향)으로 변경시킬 수 있다.

다음에 실시예 2의 장치에 대해서 도 11 내지 19에 의해 설명하면, 실시예 2의 장치(설명의 편의상, 후술하는 제2 전자 클러치(84)의 방향을 전측이라고 하고 있음)는 엔진의 크랭크샤프트(도시하지 않음)로부터 구동력을 받아서 회전하는 구동 회전체(71)가 캠샤프트(40)에 고정되어 함께 회전하는 센터 샤프트(73)에 대해서 상대 회전운동이 자유롭게 지지되고, 구동 회전체(71)의 전방에서 센터 샤프트(73)에 대해서 상대 회전운동 불가능하게 고정된 제1 중간 회전체(74)와, 센터 샤프트(73)의 전단에 있어서 상대 회전운동이 자유롭게 지지되고, 전자 클러치(44)에 의해 회전이 제동되는 제1 제어 회전체(75)를 동일한 회전운동 중심축(L1) 상에 구비하고 있다.

캠샤프트(40)는 선단(40a)이 센터 샤프트(73)의 원형 구멍(73a)에 고정된다. 구동 회전체(71)를 구성하는 스프로킷(71a)과 구동 플레이트(71b)는 중심의 원형 구멍(71c, 71d)을 통하여 센터 샤프트(73)의 외주에 설치한 플랜지부(73b)의 전후의 원통부(73c, 73d)에 대해서 상대 회전운동 가능하게 지지되고, 복수의 결합핀(48)에 의해 일체화된다.

구동 플레이트(71b)에는 반시계 회전(D2) 방향으로 직경 축소되는 대략 원주 방향 홈인 한 쌍의 제1 가이드홈(71e)이 형성되어 있다. 원반 형상의 제1 중간 회전체(74)에는 축방향으로 관통하는 각진 구멍(74a)과 반경 방향에 대해서 장치 정면의 우측 위에서 좌측 아래를 향하여 경사진 한 쌍의 경사 가이드홈(74b), 경사 가이드홈에 평행한 이스케이프홈(74c)이 각각 형성되어 있다. 경사 가이드홈(74b)은 회전운동 중심축(L1)을 통과하는 수직축(L7)에 대해서 진행각 방향(시계 회전(D1) 방향)으로 각도 δ 경사져 형성되어 있다. 제1 중간 회전체(74)는 센터 샤프트(73)의 평탄 걸어맞춤면(73e)에 각진 구멍(74a)이 걸어맞춰짐으로써, 센터 샤프트(73)에 대해서 상대 회전운동 불가능한 상태로 고정되어 있다.

제1 제어 회전체(75)에는 관통하는 원형 구멍(75a)이 형성되고, 시계 회전(D1) 방향으로 직경 축소되는 대략 원주 방향 홈인 한 쌍의 제2 가이드홈(75b)이 형성되어 있다. 제1 제어 회전체(75)는 원형 구멍(75a)을 통하여 센터 샤프트(73)의 원통부(73f)에 대해서 상대 회전운동이 자유롭게 지지되어 있다.

또, 제1 제어 회전체(75)의 전방에는 코일(44a)에 통전함으로써 제1 제어 회전체(75)의 흡착면(75g)을 흡착하여 마찰재(55)와 슬라이딩운동시켜, 제1 제어 회전체(75)를 제동하는 전자 클러치(44)가 도시하지 않는 엔진 케이스에 고정된다. 또, 제1 가이드홈(71e), 경사 가이드홈(74b) 및 제2 가이드홈(75b)에는 도 15에 도시한 위상 변환 부재(76)가 걸어맞춰진다. 위상 변환 부재(76)는 블록부(77)와 제1 슬라이드 부재(78)와 제2 슬라이드 부재(79)에 의해 구성된다. 블록부(77)는 제2 가이드홈(75b)의 곡선을 따라 긴 형상으로 형성하고, 볼록면(77a)을 제2 가이드홈(75b)의 외측 내주면(75c)의 곡률과 일치시키고, 오목면(77b)을 내측 내주면(75d)의 곡률과 일치시킴으로써, 제2 가이드홈(75b)의 곡선을 따라 변위가 자유롭게 형성한다.

제1 슬라이드 부재(78)는 원형 구멍(77c)을 통하여 블록부(77)에 지지되는 결합축(78a)과, 경사 가이드홈(74b)에 걸어맞춰지고, 이 홈(74b)을 따라 변위하는 슬라이드축(78b)에 의해 구성된다. 제2 슬라이드 부재(79)는 원형 구멍(77d)을 통하여 블록부(77)에 지지되는 결합축(79a)과, 제2 가이드홈(71e)에 걸어맞춰지고, 이 홈(71e)을 따라 변위하는 슬라이드축(79b)에 의해 구성된다. 결합축(79a)은 외경이 이스케이프홈(74c)의 홈폭보다 작아, 이스케이프홈(74c)에 비접촉으로 삽입 통과된다.

슬라이드축(78b, 79b)은 결합축(78a, 79a)과 함께 원형 구멍(77c, 77d)에 고정하고, 변위시에 가이드홈(74b, 71e)과 슬라이딩운동시켜도 상관없지만, 슬라이드축(78b, 79b)은 결합축(78a, 79a)을 원형 구멍(77c, 77d)에 대해서 회전운동 가능하게 걸어맞추거나, 슬라이드축(78b, 79b)을 결합축(78a, 79a)에 대해서 회전운동 가능하게 형성함으로써, 변위시에 가이드홈(74b, 71e)의 내측을 전동시키는 것이 보다 바람직하다. 그 경우, 슬라이드축(78b, 79b)이 가이드홈(74b, 71e)을 변위할 때의 마모가 저감되어 변위가 원활하게 행해진다.

또, 제1 제어 회전체(75)의 전방에는 순서대로 캠 가이드 플레이트(80), 제2 제어 회전체(81), 접시 스프링(82), 스프링 홀더(83), 제2 전자 클러치(84)가 각각 배치되어 있다.

제1 제어 회전체(75)는 중심에 형성한 관통 원형 구멍(75a)과 원통부(73f)를 통하여 센터 샤프트(73)에 회전운동 가능하게 지지된다. 또, 제1 제어 회전체(75)는 전면에 형성한 단차 원형 구멍(75e)의 바닥부(75f)로부터 중심축(L1)을 따라 전방으로 돌출되고, 회전운동 중심축(L1)으로부터 거리가 S1 이간한 중심축(L4)을 가지는 제1 편심원캠(85)을 원형 구멍(75a)의 주위에 가진다. 또, 제2 제어 회전체(81)는 중심에 형성한 관통 원형 구멍(81a)과 원통부(73h)를 통하여 센터 샤프트(73)에 회전운동 가능하게 지지된다. 또, 제2 제어 회전체(81)는 중심축(L1)을 따라 후방으로 돌출되고, 회전운동 중심축(L1)으로부터 거리가 대략 S1 이간한 중심축(L5)을 가지는 제2 편심원캠(86)을 원형 구멍(81a)의 주위에 가진다.

한편, 캠 가이드 플레이트(80)는 제1 및 제2 편심원캠(85, 86)이 각각 내접하는 단차 긴 원형 구멍(80a, 80b)을 후면과 전면에 구비하고, 상기 단차 긴 원형 구멍(80a, 80b)의 길이 방향과 대략 직교하는 방향으로 신장하고, 축방향으로 관통하는 직방형상의 긴 각진 구멍(80c)을 중앙에 구비하고 있다.

캠 가이드 플레이트(80)는 긴 각진 구멍(80c)이 제2 평탄 걸어맞춤면(73g)과 걸어맞춰짐으로써, 센터 샤프트(73)에 대해서 상대 회전운동 불가능한 상태로 고정되고, 제2 평탄 걸어맞춤면의 수평면(73g1)을 따라 장방형상의 각진 구멍(80c)의 길이 방향으로 변위 가능하게 부착되어 있다. 또, 제2 제어 회전체(81)의 전방의 단차 원형 구멍(81b)에는 접시 스프링(82)을 배치하고, 그 전방의 단차 원통부(73i)에는 스프링 홀더(83)을 배치하며, 스프링 홀더(83)로부터 구동 플레이트(71b)에 이르는 구성 부품의 중앙의 구멍에 볼트(65)를 삽입 통과시켜 캠샤프트(40)의 나사 구멍(40b)에 고정함으로써, 제2 제어 회전체(81)로부터 구동 플레이트(71b)에 이르는 각 구성 부품이 전방으로 빠지지 않고 배치된다. 제2 전자 클러치(84)는 도시하지 않는 엔진 케이스에 고정된 상태로 제2 제어 회전체(81)의 전면에 대향하도록 배치하고, 흡착한 제2 제어 회전체(81)의 흡착면(81c)을 마찰재(84a)와 슬라이딩 접촉시킴으로써 제2 제어 회전체(81)를 제동한다.

또한, 위상 변경이 없는 초기 상태에 있어서, 캠 가이드 플레이트(80)는 단차 원형 구멍(75e)의 내주면의 우단에 배치되고, 제1 편심원캠(85)은 도 17에 도시한 바와 같이, 중심축(L4)과 회전운동 중심축(L1)을 연결하는 직선(L8)이 수평축(L6)의 오른쪽으로부터 반시계 회전(D2) 방향으로 각도 대략 θ 기운 상태로 배치되고, 제2 편심원캠(86)은 도 19에 도시한 바와 같이 중심축(L5)과 회전운동 중심축(L1)을 연결하는 직선(L9)이 수평축(L6)의 오른쪽으로부터 시계 회전(D1) 방향으로 각도 대략 θ 기운 상태로 배치되어 있다.

제1 및 제2 편심원캠(85, 86)은 각각 단차 긴 원형 구멍(80a, 80b)에 걸어맞춰지고, 제1 및 제2 제어 회전체(75, 81)가 캠 가이드 플레이트(80)에 대해서 상대 회전운동한 경우, 상기 단차 긴 원형 구멍(80a, 80b)과 슬라이딩 접촉하면서 그 길이 방향으로 요동한다.

또한, 실시예 2에 있어서는, 흡착면(81c)을 제1 제어 회전체(75)의 흡착면(75g)보다 전방으로 돌출시켜 배치하고 있다. 이렇게 배치한 경우에도 제2 제어 회전체(81)의 제동은 얻어지지만, 흡착면(81c)은 흡착면(75g)과 한면으로 배치하고, 제2 제어 회전체(81)가 전자 클러치(44)에 의해 자화하지 않도록 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 캠 가이드 플레이트(80)는 비자성체로 형성하는 것이 바람직하다. 캠 가이드 플레이트(80)를 비자성체로 형성한 경우에는, 제어 회전체(75, 81)의 일방을 흡착하여 제동시에 발생시키는 자력이 캠 가이드 플레이트(80)를 통하여 타방의 제어 회전체에 전달되어 함께 흡인되어 버리는 문제를 해소할 수 있다.

다음에 실시예 2의 장치에 관한 위상 가변의 동작을 설명한다. 실시예 2에서는, 크랭크샤프트에 의해 시계 회전(D1) 방향으로 회전하는 구동 회전체(71)에 대해서, 캠샤프트(40)에 일체화된 제1 중간 회전체(74)의 위상각을 위상각 변위가 없는 초기 상태로부터 지연각측(회전 지연이 되는 반시계 회전(D2) 방향)으로 변위시킨다(지연각 사양).

초기 상태에 있어서 제1 제어 회전체(75)는 구동 회전체(41)와 함께 D1 방향으로 회전하는데, 전자 클러치(44)에 의해 제동된 경우, 구동 회전체(71)와 제1 중간 회전체(74)에 대해서 반시계 회전(D2) 방향으로 상대 회전운동한다. 그 때, 블록부(77)는 중심축(L1)을 중심으로 한 대략 원주 방향 홈으로서, 시계 회전(D1) 방향으로 직경 축소되는 제2 가이드홈(75b)을 따라 시계 회전(D1) 방향으로 변위하고, 위상 변환 부재(76) 전체가 블록부(77)를 통하여 반경 방향 내측(D3) 방향으로 이동한다(도 16을 참조).

그 때, 제1 슬라이드축(78b)은 경사 가이드홈(74b)과 걸어맞춰지면서, 홈(74b) 내를 대략 반경 방향 내측(D4) 방향(홈의 경사 방향)으로 변위하고, 제2 슬라이드축(79b)은 걸어맞춰지는 제1 가이드홈(71e)을 따라 반시계 회전(D2) 방향으로 변위한다. 그 때, 제1 중간 회전체(74)는 경사 가이드홈(74b)이 제1 슬라이드축(78b)으로부터 힘을 받음으로써, 시계 회전(D1) 방향으로 회전하는 구동 회전체(71)에 대해서, 제1 가이드홈(71e) 내에 있어서의 제2 슬라이드축(79b)의 변위량에 따른 회전 지연을 발생시켜, 지연각 방향(D2 방향)으로 상대 회전운동한다. 따라서, 제1 중간 회전체(74)에 일체화된 캠샤프트(40)와, 크랭크샤프트에 의해 회전하는 구동 회전체(71)의 위상각은 지연각 방향(D2 방향)으로 변경된다.

한편, 캠 가이드 플레이트(80)와 제2 제어 회전체(81)는 위상 변경이 없는 초기 상태에 있어서, 제1 제어 회전체(75)와 함께 시계 회전(D1) 방향으로 회전한다. 제1 전자 클러치(44)가 작동하면, 제1 편심원캠(85)은 도 17의 상태로부터 회전운동 중심축(L1)을 중심으로 하여 반시계 회전(D2) 방향으로 회전운동하고, 캠의 중심축(L4)이 수평축(L6)의 오른쪽으로부터 반시계 회전(D2) 방향으로 대략 180°-θ의 각도 기운 위치를 최대로 하여 회전운동을 종료한다. 그 때, 제1 편심원캠(85)은 슬라이딩 접촉하는 단차 긴 원형 구멍(80a)의 내부를 왕복 요동하고, 캠 가이드 플레이트(80)에 대해서 긴 원형 구멍(80a, 80b)의 신장 방향과 직교하는 방향으로 힘을 부여한다. 그 때, 캠 가이드 플레이트(80)는 긴 각진 구멍(80c)과 평탄 걸어맞춤부(73g1)의 걸어맞춤에 의해, 단차 원형 구멍(75e)의 내부를 좌단(D8 방향)을 향하여 이동한다(도 18 참조). 제2 편심원캠(86)은 이동하는 캠 가이드 플레이트(80)의 긴 원형 구멍(80b)으로부터 힘을 받아, 제1 편심원캠(85)과 역방향이 되는 시계 회전(D1) 방향으로 회전운동한다(도 19 참조). 따라서, 제2 편심원캠(86)에 일체화된 제2 제어 회전체(81)는 도 19의 상태로부터 제1 제어 회전체(75)에 대해서 시계 회전(D1) 방향으로 상대 회전운동하고, 캠의 중심축(L5)이 수평축(L6)의 오른쪽으로부터 시계 회전(D1) 방향으로 대략 180°-θ의 각도 기운 위치를 최대로 하여 회전운동을 종료한다.

한편, 캠샤프트(40)와, 구동 회전체(71)의 위상각을 지연각측(반시계 회전(D2) 방향)으로부터 진행각측(시계 회전(D1) 방향)으로 되돌리는 경우에는, 제2 전자 클러치(84)에 통전하여 제2 제어 회전체(81)를 제동한다. 그 때, 제2 편심원캠(86)은 제1 제어 회전체(75)에 대해서 반시계 회전(D2) 방향으로 상대 회전운동하고, 긴 원형 구멍(80b)의 내주면과 슬라이딩 접촉하면서 상하로 요동함으로써, 캠 가이드 플레이트(80)가 단차 원형 구멍(75e)의 우단을 향하여 이동한다(D8과 역방향).

제1 제어 회전체(75)는 제1 편심원캠(85)이 슬라이딩 접촉하는 긴 원형 구멍(80a)을 통하여 캠 가이드 플레이트(80)로부터 힘을 받아, 제2 편심원캠(86)과 역방향이 되는 시계 회전(D1) 방향으로 회전운동함으로써, 제2 제어 회전체(81)에 대해서 시계 회전(D1) 방향으로 상대 회전운동한다. 동시에 제어 회전체(75)는 구동 회전체(71)에 대해서도 시계 회전(D1) 방향으로 상대 회전운동하기 때문에, 제1 전자 클러치(44)의 작동시와 반대로 위상 변경 부재(76)가 반경 방향 외측으로 이동한다.

그 때, 제1 슬라이드축(78b)은 홈(74b) 내를 대략 반경 방향 외측(D4와 역방향)으로 변위하고, 제2 슬라이드축(79b)은 제1 가이드홈(71e)을 따라 시계 회전(D1) 방향으로 변위한다. 제1 중간 회전체(74)는 경사 가이드홈(74b)이 제1 슬라이드축(78b)으로부터 힘을 받음으로써, 구동 회전체(71)에 대해서 진행각 방향(D1 방향)으로 상대 회전운동한다. 그 결과, 구동 회전체(71)에 대한 제1 중간 회전체(74)에 일체화된 캠샤프트(40)의 위상각은 진행각 방향(시계 회전(D1) 방향)으로 되돌아간다.

또한, 실시예 1, 2에서는, 제1 제어 회전체(45, 75)와 제2 제어 회전체(57, 81)를 전자 클러치(44, 60, 84)에 의해 제동하고 있지만, 상기 전자 클러치 대신에 유압 클러치 등을 사용하여 상기 각 제어 회전체에 회전운동 조작력(제동력)을 부여할 수도 있다.

40…캠샤프트
41, 71…구동 회전체
43, 74…제1 중간 회전체
44…제1 전자 클러치(제1 제동 수단)
45, 75…제1 제어 회전체
56…제2 중간 회전체
57, 81…제2 제어 회전체
60, 84…제2 전자 클러치(제2 제동 수단)
61…제1 가이드홈
62…제2 가이드홈
63…직경 방향 가이드홈
64…슬라이드핀(가동자)
80…캠 가이드 플레이트
80a, 80b…캠 가이드 플레이트의 단차형상의 긴 원형 구멍
85…제1 편심원캠
86…제2 편심원캠
L1…회전운동 중심축
L4…제1 편심원캠의 캠 중심
L5…제2 편심원캠의 캠 중심
L8…L1과 L4를 연결하는 직선
L9…L1과 L5를 연결하는 직선
D1…진행각 방향(구동 회전체의 회전운동 방향)
D2…지연각 방향(구동 회전체의 회전운동 방향과 역방향)

Claims (2)

1. 크랭크샤프트에 의해 회전 구동하는 구동 회전체와, 캠샤프트에 일체화된 제1 중간 회전체와, 제1 제어 회전체를 서로 상대 회전운동 가능하게 동일한 회전운동 중심축 상에 배치하고, 상기 제1 제어 회전체를 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 회전운동 조작력 부여 수단을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 방향에 따라서 상기 제1 중간 회전체와 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시켜, 상기 캠샤프트와 구동 회전체의 위상각을 변경하는 엔진의 위상 가변 장치에 있어서,
   상기 회전운동 조작력 부여 수단은,
   상기 제1 제어 회전체에 형성된 원주 방향 홈으로서, 상기 제1 제어 회전체의 회전운동 방향의 어느 1방향을 따라 직경 축소되는 제1 가이드홈과,
   상기 중간 회전체와 구동 회전체에 대해서 상기 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제1 제동 수단과,
   상기 캠샤프트에 일체화되어, 축방향으로 관통하는 직경 방향 가이드홈을 가지고, 상기 제1 제어 회전체와 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 중간 회전체와,
   상기 제1 가이드홈과 역방향으로 직경 축소되는 원주 방향 홈인 제2 가이드홈이 형성되고, 이 제2 중간 회전체와 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 제어 회전체와, 상기 제2 제어 회전체를 상기 제2 중간 회전체와 제1 제어 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 제2 제동 수단과,
   상기 제1 가이드홈, 직경 방향 가이드홈 및 제2 가이드홈에 걸어맞춰지고, 상기 제1 제어 회전체와 상기 제2 제어 회전체의 상대 회전운동에 기초하여 상기 각 가이드홈을 따라 변위하는 가동자를 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 위상 가변 장치.
2. 크랭크샤프트에 의해 회전 구동하는 구동 회전체와, 캠샤프트에 일체화된 제1 중간 회전체와, 제1 제어 회전체를 서로 상대 회전운동 가능하게 동일한 회전운동 중심축 상에 배치하고, 상기 제1 제어 회전체를 상기 구동 회전체와 제1 중간 회전체에 대해서 상대 회전운동시키는 회전운동 조작력 부여 수단을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체의 상대 회전운동 방향에 따라서 상기 제1 중간 회전체와 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시켜, 상기 캠샤프트와 구동 회전체의 위상각을 변경하는 엔진의 위상 가변 장치에 있어서,
   상기 회전운동 조작력 부여 수단은,
   상기 제1 중간 회전체와 구동 회전체에 대해서 상기 제1 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제1 제동 수단과,
   상기 제1 제어 회전체로부터 상기 회전운동 중심축 방향을 따라 돌출되고, 중심축이 상기 회전운동 중심축으로부터 편심한 제1 편심원캠과,
   상기 회전운동 중심축 방향을 따라 돌출되고, 중심축이 상기 회전운동 중심축으로부터 편심한 제2 편심원캠을 구비하고, 상기 제1 제어 회전체와 회전운동 중심축이 동축이고 또한 상대 회전운동 가능하게 배치된 제2 제어 회전체와,
   길이 방향이 상기 캠샤프트 축방향에 직교하고, 상기 제1 편심원캠과 제2 편심원캠이 상기 길이 방향에 대해서 변위가 자유롭게 걸어맞춰지는 한 쌍의 긴 원형 구멍을 가지고, 상기 캠샤프트에 대해서 상기 길이 방향과 캠샤프트 축방향에 각각 직교하는 방향으로 요동이 자유롭게 지지되며, 또한 상대 회전운동 불가능하게 지지된 캠 가이드 플레이트와,
   상기 캠 가이드 플레이트와 제1 제어 회전체에 대해서 상기 제2 제어 회전체를 상대 회전운동시키는 제2 제동 수단을 구비하고,
   상기 제1 편심원캠과 제2 편심원캠은 캠 중심과 회전운동 중심을 연결하는 직선이 상기 캠 가이드 플레이트의 상기 요동 방향으로부터 경사를 가지도록 배치되고, 또한 상기 요동 방향을 중심으로 하여 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 엔진의 위상 가변 장치.

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