KR20150063378A - 자동차용 엔진의 위상 가변 장치 - Google Patents

자동차용 엔진의 위상 가변 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150063378A
KR20150063378A KR1020157006728A KR20157006728A KR20150063378A KR 20150063378 A KR20150063378 A KR 20150063378A KR 1020157006728 A KR1020157006728 A KR 1020157006728A KR 20157006728 A KR20157006728 A KR 20157006728A KR 20150063378 A KR20150063378 A KR 20150063378A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
locking
camshaft
plate
self
locking plate
Prior art date
Application number
KR1020157006728A
Other languages
English (en)
Inventor
마사야스 나가도
타카시 와타나베
코이치 홈마
Original Assignee
니탄 밸브 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니탄 밸브 가부시키가이샤 filed Critical 니탄 밸브 가부시키가이샤
Publication of KR20150063378A publication Critical patent/KR20150063378A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34409—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear by torque-responsive means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/356—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear making the angular relationship oscillate, e.g. non-homokinetic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/46—Component parts, details, or accessories, not provided for in preceding subgroups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
    • F01L2001/3522—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear with electromagnetic brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L2013/10—Auxiliary actuators for variable valve timing
    • F01L2013/101—Electromagnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 변경 동작을 저해하지 않는 셀프 로킹 기구를 갖는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치를 제공한다. 원통부를 갖고, 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 구동 회전체와, 구동 회전체를 동축이고 또한 상대회동 가능하게 지지하는 캠 샤프트와, 상기 상대위상각의 변경 기구와, 캠 샤프트와 일체의 유지부에 유지된 로킹 플레이트를 원통부의 내주면에 밀어붙여, 캠 토크에 의한 상대위상각의 벗어남을 막는 셀프 로킹 기구를 갖는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 있어서, 유지부 외주의 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 플레이트 누름면과, 플레이트 누름면에 대응하는 등분 복수의 로킹 플레이트를 설치하고, 각 플레이트 누름면이 진각 및 지각 방향의 캠 토크를 각각 로킹 플레이트에 전달하는 제 1 및 제 2 누름면에 의해 형성되도록 했다.

Description

자동차용 엔진의 위상 가변 장치{AUTOMOTIVE ENGINE PHASE-ADJUSTING DEVICE}
본 발명은 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상각을 변경하여 엔진 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 위상 가변 기구에, 캠 샤프트에 발생하는 캠 토크에 의한 상기 상대위상각의 벗어남을 방지하는 셀프 로킹 기구를 설치한 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 관한 기술이다.
크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상각을 변경하여 엔진 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 위상 가변 기구에 있어서, 엔진 밸브측으로부터 캠 샤프트에 입력되는 캠 토크에 의한 상대위상각의 벗어남을 방지하는 셀프 로킹 기구를 설치한 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에는 하기 특허문헌 1에 개시하는 것이 있다.
도 1에 도시하는 특허문헌 1의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에서는, 크랭크 샤프트에 의해 구동하는 구동 회전체에 대하여, 캠 샤프트가 동축이고 또한 상대회동 가능하게 배치됨과 아울러, 크랭크 샤프트의 구동력을 받아 구동 회전체와 함께 동일 방향으로 회전한다. 또한 엔진 밸브의 개폐 타이밍을 변경할 때에 있어서, 센터 샤프트를 통하여 캠 샤프트에 동축이고 또한 상대회동 불능으로 일체화된 제 1 제어 회전체가, 제 1 전자(電磁)클러치 또는 역회전 기구를 통한 제 2 전자클러치의 작동에 따라, 크랭크 샤프트(도시 생략)에 의해 구동되는 구동 회전체(2)에 대하여 진각(進角) 방향(구동 회전체와 동일한 회전 방향. 이하 동일) 또는 지각(遲角) 방향(진각 방향에 대한 역회전 방향. 이하 동일) 중 어느 하나로 상대회동한다. 엔진 밸브의 개폐 타이밍은, 크랭크 샤프트측의 구동 회전체에 대하여, 제 1 제어 회전체에 연결된 캠 샤프트의 상대위상각이 상기한 바와 같이 하여 변경됨으로써 변경된다.
한편, 캠 샤프트는 엔진 밸브의 개폐시의 충격에 따라, 진각 방향(및 지각 방향으로 번갈아 발생하는 캠 토크를 엔진 밸브로부터 받는다. 캠 토크는 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각에 벗어남을 생기게 하는 원인이 된다. 따라서, 특허문헌 1의 엔진의 위상 가변 장치에는, 캠 토크의 발생시에 캠 샤프트를 구동 회전체에 대하여 상대회동 불능으로 로킹함으로써, 상기 상대위상각의 벗어남이 방지되는 셀프 로킹 기구가 설치되어 있다. 셀프 로킹 기구는 주로 센터 샤프트에 일체화된 편심원 캠, 편심원 캠에 부착된 로킹 플레이트 부시 및 로킹 플레이트 부시를 통하여 편심원 캠에 유지되는 1쌍의 로킹 플레이트로 구성된다. 1쌍의 로킹 플레이트는, 편심원 캠에 의해, 편심원 캠에 대하여 상대회동 불능으로 유지되고, 또한 구동 회전체의 원통부의 내주면에 내접한다(특허문헌 1의 도 5를 참조).
제 1 제어 회전체에 연결된 1쌍의 로킹 플레이트는, 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각을 변경하는 경우, 편심원 캠을 일체로 형성한 센터 샤프트(캠 샤프트)와 함께, 구동 회전체에 대하여 상대회동한다. 한편, 셀프 로킹 기구는 이하와 같이 기능한다. 캠 샤프트에 발생하는 캠 토크는 캠 샤프트의 회전 중심축선 주위의 편심 회동 토크를 편심원 캠에 발생시킨다. 진각 방향의 캠 토크를 받은 편심원 캠은, 로킹 플레이트 부시를 통하여, 일방의 로킹 플레이트를 구동 회전체의 원통부의 내주면에 밀어붙이고, 지각 방향의 캠 토크를 받은 편심원 캠은, 다른 일방의 로킹 플레이트를 구동 회전체의 원통부의 내주면에 밀어붙이는, 셀프 로킹력을 생기게 한다.
특허문헌 1의 셀프 로킹 기구는 캠 토크에 의한 셀프 로킹력이 편심원 캠으로부터 1쌍의 로킹 플레이트에 번갈아 전달되고, 1쌍의 로킹 플레이트가 구동 회전체의 원통부에 번갈아 밀어붙여짐으로써, 캠 샤프트가 구동 회전체에 대해 상대회동 불능으로 로킹되는, 셀프 로킹 기능을 발생시키는 것이다.
WO2011/145175
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
특허문헌 1의 셀프 로킹 기구에 있어서, 캠 토크에 의한 셀프 로킹력은, 캠 토크의 방향(진각 또는 지각 방향)에 기초하여, 1쌍의 로킹 플레이트의 일방으로밖에 전달되지 않기 때문에, 로킹 플레이트는 한 쪽씩밖에 구동 회전체의 원통부에 밀어붙여지지 않는다. 한 쪽의 로킹 플레이트만이 구동 회전체의 원통부에 밀어붙여지는 경우, 밀어붙여지는 로킹 플레이트는 구동 회전체의 원통부의 내주면에 쐐기와 같이 파고들어가기 쉬워진다. 상기 내주면으로 파고들어간 로킹 플레이트는 셀프 로킹 기능의 해제를 저해한다. 또한 한 쪽의 로킹 플레이트에만 셀프 로킹 기능이 발생하는 경우, 센터 샤프트(캠 샤프트)에 의해 회동 가능하게 지지된 구동 회전체는 캠 샤프트의 회동 중심축선에 대하여 경사를 생기게 한다. 기울어진 구동 회전체는 센터 샤프트에 설치된 구동 회전체의 지지부에 마찰저항을 발생시킨다.
셀프 로킹 기능의 해제가 저해되는 것과, 구동 회전체와 센터 샤프트 사이에 마찰저항이 발생하는 것은 캠 샤프트에 대한 구동 회전체의 상대위상각의 변경 동작을 저해할 우려가 있는 점에서 문제가 있다.
본원 발명은 크랭크 샤프트측의 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 변경 동작을 저해할 우려가 없는 셀프 로킹 기구를 갖는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치를 제공하는 것이다.
청구항 1의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치는 원통부를 갖고, 크랭크 샤프트에 의해 구동하는 구동 회전체와, 구동 회전체를 동축이고 또한 상대회동 가능하게 지지하는 캠 샤프트와, 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각을 변경함으로써 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 상대위상각 변경 기구와, 캠 샤프트의 외주에 플랜지 형상으로 일체 형성된 유지부와, 상기 유지부에 의해, 캠 샤프트에 대하여 상대회동 불능으로 유지됨과 아울러 상기 원통부의 내주면에 내접하는 로킹 플레이트를 갖고, 상기 유지부가 진각 방향 또는 지각 방향으로 발생하는 캠 토크를 받아, 로킹 플레이트를 상기 원통부의 내주면에 밀어붙임으로써, 상기 상대위상각의 벗어남을 막는 셀프 로킹 기구를 갖는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 있어서, 상기 유지부의 외주에는, 로킹 플레이트를 누르는 플레이트 누름면(押壓面)이 둘레 방향 대략 등분(等分) 복수 개소에 설치되고, 상기 로킹 플레이트는 상기 플레이트 누름면과 동수이고, 또한 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 설치되고, 또한 상기 플레이트 누름면에 대향하는 위치에 수압부(受壓部)를 갖고, 상기 복수의 플레이트 누름면은, 각각, 상기 진각 방향으로 발생하는 캠 토크를 받아 로킹 플레이트를 누르는 제 1 누름면과, 상기 지각 방향으로 발생하는 캠 토크를 받아 로킹 플레이트를 누르는 제 2 누름면에 의해 형성되도록 했다.
(작용) 진각 방향(구동 회전체와 동일한 회전 방향)의 캠 토크가 엔진 밸브로부터 캠 샤프트에 입력되면, 복수의 로킹 플레이트 모두가 각 유지부에 형성된 제 1 누름면으로부터 캠 샤프트의 대략 반경 방향의 셀프 로킹력을 받아 구동 회전체의 원통부의 내주면으로 밀어붙여진다. 또한 지각 방향(진각 방향에 대한 역회전 방향)의 캠 토크가 엔진 밸브로부터 캠 샤프트에 입력된 경우에도, 복수의 로킹 플레이트 모두가 각 유지부에 형성된 제 2 누름면에서 대략 직경 방향의 셀프 로킹력을 받아 구동 회전체의 원통부의 내주면으로 밀어붙여진다.
즉, 캠 토크가 발생하면, 캠 토크의 방향에 상관없이, 복수의 로킹 플레이트 모두가 구동 회전체의 원통부의 내주면으로 밀어붙여지기 때문에, 셀프 로킹 기능이 구동 회전체의 원통부의 내주면에 균등하게 작용한다.
또한 청구항 2는 청구항 1의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치로서, 상기 플레이트 누름면 및 상기 로킹 플레이트가 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 각각 3 이상 설치되도록 했다.
(작용) 구동 회전체의 원통부의 내주면에 대하여, 3 이상의 로킹 플레이트를 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 설치함으로써, 각 로킹 플레이트가 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에서 구동 회전체의 반경 방향 외측을 향하여 눌려져, 상기 내주면의 전체 둘레에 더욱 균등하게 밀어붙여지기 쉬워진다.
또한 청구항 3은 청구항 1 또는 2에 기재된 자동차용 엔진의 위상 가변 장치로서, 캠 샤프트 중심축선을 통과하고, 또한 상기 플레이트 누름면에 직교하는 가상면에 의해 분단되는 2개의 면으로서 상기 제 1 누름면 및 제 2 누름면이 상기 플레이트 누름면에 각각 구획형성(劃成))되고, 상기 수압부에는, 상기 제 1 누름면에 의한 누름력이 작용하는 제 1 작용부와, 상기 제 2 누름면에 의한 누름력이 작용하는 제 2 작용부가 설치되고, 상기 가상면으로부터 제 1 작용부까지의 제 1 거리가 상기 가상면으로부터 제 2 작용부까지의 제 2 거리와 상이하도록, 상기 제 1 작용부 및 제 2 작용부가 상기 수압부에 형성되도록 했다.
캠 샤프트에 진각 방향의 캠 토크가 발생한 경우에 있어서의 셀프 로킹력은 캠 샤프트측의 제 1 누름면으로부터 로킹 플레이트측의 제 1 작용부를 경유하여 구동 회전체에 전달되고, 지각 방향의 캠 토크가 발생한 경우에 있어서의 셀프 로킹력은 제 2 누름면으로부터 제 2 작용부를 경유하여 구동 회전체에 전달된다.
(작용) 또한 로킹 플레이트와 구동 회전체 사이에 작용하는 셀프 로킹력은, 캠 샤프트 중심축선을 통과하고, 또한 상기 플레이트 누름면에 직교하는 가상면으로부터, 로킹 플레이트의 작용부까지의 거리에 비례해서 강하게 작용한다.
일반적으로 캠 샤프트에 발생하는 지각 방향의 캠 토크는 캠이 엔진 밸브를 밀어 내릴 때에 밸브 스프링으로부터 받는 탄성력 등에 의해 발생하고, 진각 방향의 캠 토크는 밸브 스프링이 엔진 밸브를 통하여 캠을 밀어 올릴 때에 받는 탄성력 등에 의해 발생한다. 또한 캠과 밸브 간의 슬라이딩면에는 회전을 방해하는 마찰저항(지각 방향의 토크)가 가산되기 때문에, 지각 방향의 캠 토크는 진각 방향의 캠 토크보다도 커지는 경우가 많다. 그 경우, 상기 가상면으로부터 제 2 작용부까지의 제 2 거리를 상기 가상면으로부터 제 1 작용부까지의 제 1 거리보다도 짧게 하면, 지각 방향에 발생한 캠 토크에 기초하는 셀프 로킹력은 진각 방향에 발생한 캠 토크에 기초하는 셀프 로킹력보다도 강해진다.
한편, 엔진의 종류에 따라서는, 진각 방향의 캠 토크쪽이 지각 방향의 캠 토크보다도 커지는 경우가 있다. 그 경우, 상기 가상면으로부터 제 1 작용부까지의 제 1 거리를 상기 가상면으로부터 제 2 작용부까지의 제 2 거리보다도 짧게 하면, 진각 방향에 발생한 캠 토크에 기초하는 셀프 로킹력은 지각 방향에 발생한 캠 토크에 기초하는 셀프 로킹력보다도 강해진다.
또한 청구항 4는, 제 3 항에 기재된 자동차용 엔진의 위상 가변 장치로서, 상기 (캠 샤프트 중심축선을 통과하고, 또한 상기 플레이트 누름면에 직교하는 가상면으로부터 제 2 작용부까지의) 제 2 거리가 상기 (가상면으로부터 제 1 작용부까지의) 제 1 거리보다도 짧아지도록, 상기 제 1 작용부 및 제 2 작용부가 상기 수압부에 형성되도록 했다.
(작용) 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리에 비해 짧기 때문에, 제 2 작용부에 셀프 로킹력이 작용하는 경우에는, 지각 방향의 캠 토크에 따른 강한 셀프 로킹력이 발생하고, 제 1 작용부에 셀프 로킹력이 작용하는 경우에는, 진각 방향의 캠 토크에 따른 셀프 로킹력이 발생한다. 바꿔 말하면, 캠 토크의 크기에 대응하여, 적절한 셀프 로킹력이 로킹 플레이트와 구동 회전체 사이에 발생한다.
또한 청구항 5는 청구항 3 또는 4에 기재된 자동차용 엔진의 위상 가변 장치로서, 상기 수압부가 상기 로킹 플레이트로부터 착탈 자유롭게 형성되도록 했다.
(작용) 상기 가상면으로부터 제 1 작용부까지의 제 1 거리와, 상기 가상면으로부터 제 2 작용부까지의 제 2 거리의 조합이 상이한 수압부의 베리에이션을 복수 준비하고, 진각 방향과 지각 방향에 발생하는 캠 토크의 세기에 따라, 수압부를 교환할 수 있다.
청구항 1의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 셀프 로킹 기능이 구동 회전체의 원통부의 내주면에 균등하게 작용하기 때문에, 로킹 플레이트는 상기 원통부의 내주면으로 파고들어가지 않게 된다. 또한 셀프 로킹 기능의 발생시에 있어서의 구동 회전체는 캠 샤프트의 중심축선에 대하여 기울지 않게 된다. 그 결과, 청구항 1의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 크랭크 샤프트측의 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 변경 동작이 저해받지 않는다.
청구항 2의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 구동 회전체의 원통부의 내주면에서, 셀프 로킹 기능이 더욱 균등하게 작용하기 때문에, 캠 토크의 발생시에 로킹 플레이트가 상기 원통부의 내주면으로 더욱 파고들어가기 어렵게 되어, 구동 회전체가 캠 샤프트의 중심축선에 대하여 또한 기울기 어렵게 된다. 그 결과, 크랭크 샤프트측의 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 변경 동작이 더욱 저해받기 어렵게 된다.
청구항 3의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 방향에 따라 세기가 상이한 캠 토크에 대응한 충분한 셀프 로킹력이 얻어지기 때문에, 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 벗어남이 확실하게 방지된다.
청구항 4의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 진각 방향의 캠 토크가 지각 방향의 캠 토크보다 강한 경우이어도, 캠 토크의 강약에 대응한 충분한 셀프 로킹력이 얻어지기 때문에, 구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각의 벗어남이 확실하게 방지된다.
청구항 5의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 의하면, 수압부를 캠 토크의 세기에 기초하여 교환함으로써, 셀프 로킹력의 세기를 캠 토크의 세기에 대응하여 조정할 수 있다.
도 1은 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 1 실시예를 장치 전방에서 본 분해 사시도이다.
도 2는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 1 실시예를 장치 후방에서 본 분해 사시도이다.
도 3은 제 1 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 정면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5(a)는 도 4의 B-B 단면도이고, (b)는 도 4의 C-C 단면도이며, (c)는 도 4의 D-D 단면도이다.
도 6(a)는 도 4의 E-E 단면도이며, (b)는 도 4의 F-F 단면도이다.
도 7(a)는 도 6(a)의 제 1 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이고, (b)는 도 6(a)의 제 2 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이며, (c)는 도 6(a)의 제 3 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이다.
도 8(a)는 제 1 실시예에 있어서, 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크가 캠 샤프트에 발생했을 때의 셀프 로킹 기구의 설명도이며, (b)는 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크가 캠 샤프트에 발생했을 때의 셀프 로킹 기구의 설명도이다.
도 9는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 2 실시예를 장치 전방에서 본 분해 사시도이다.
도 10은 제 2 실시예의 로킹 플레이트의 형상을 나타내는, 자동차용 엔진의 위상 가변 장치를 도 4의 E-E 개소에 상당하는 위치에서 절단한 단면도이다.
도 11(a)는 도 10의 제 1 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이며, (b)는 도 10의 제 2 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이다.
도 12(a)는 제 2 실시예에 있어서, 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크가 캠 샤프트에 발생했을 때의 셀프 로킹 기구의 설명도이며, (b)는 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크가 캠 샤프트에 발생했을 때의 셀프 로킹 기구의 설명도이다.
도 13은 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 3 실시예를 장치 전방에서 본 분해 사시도이다.
도 14는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 3 실시예를 장치 후방에서 본 분해 사시도이다.
도 15는 제 3 실시예의 로킹 플레이트의 형상을 나타내는, 자동차용 엔진의 위상 가변 장치를 도 4의 E-E 개소에 상당하는 위치에서 절단한 단면도이다.
도 16(a)는 도 15에서의 제 1 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이고, (b)는 도 15에서의 제 2 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이며, (c)는 도 15에서의 제 3 로킹 플레이트 및 유지부의 확대 부분 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
각 실시예에 나타내는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치는 엔진에 조립되고, 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 흡배기 밸브가 개폐하도록 크랭크 샤프트의 회전을 캠 샤프트에 전달함과 아울러, 엔진의 부하나 회전수 등의 운전 상태에 따라 엔진의 흡배기 밸브의 개폐 타이밍을 변경하기 위한 장치이다.
제 1 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(1)는, 도 1 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 크랭크 샤프트에 의해 구동 회전하는 구동 회전체(2), 제 1 제어 회전체(3), 캠 샤프트(6), 상대위상각 변경 기구(10), 셀프 로킹 기구(11)로 구성된다.
또한, 각 도면에서는, 제 2 전자클러치측을 장치 전방(부호 Fr 방향), 구동 회전체측을 장치 후방(부호 Re 방향)으로 하여 설명한다. 또한 (상방:하방:좌방:우방=Up, Dw, Le, Ri)으로 하여 설명한다. 또한 캠 샤프트의 중심축선(L0) 주위로 회전하는 구동 회전체(2)의 회전 방향에 대해서는, 장치 전방에서 보아 시계 방향을 진각 방향(부호 D1 방향), 반시계 방향을 지각 방향(부호 D2 방향)으로 하여 설명한다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 구동 회전체(2)는 크랭크 샤프트로부터 구동력을 받는 스프로킷(4)과 구동 원통(5)에 의해 구성되어 있다. 스프로킷(4)은 중심의 둥근 구멍(4a)과, 복수의 단차 형성 삽입통과 구멍(4b)을 갖는다. 구동 원통(5)은 바닥부(5c) 및 원통부(20)로 이루어지는 바닥 있는 원통 형상을 갖는다. 바닥부(5c)에는, 도 1과 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 중심의 둥근 구멍(5a), 복수의 암나사 구멍(5b), 고정 구멍(5d) 및 바닥 있는 원주 방향 홈(5e)이 설치된다. 고정 구멍(5d)에는, 굵은 원형축(32a)과 가는 원형축(32b)으로 이루어지는 축 형상 부재(32)의 굵은 원형축(32a)이 끼워맞추어져 고정된다. 스프로킷(4)과 구동 원통(5)은 복수의 볼트(2a)를 단차 형성 삽입통과 구멍(4b)에 삽입통과시키고, 또한 암나사 구멍(5b)에 나사 고정함으로써, 일체화된다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 제 1 제어 회전체(3)는 전측 가장자리부에 플랜지부(3a)를 갖는 원통부(3b)와 그 후방에 연속되는 바닥부(3c)에 의해 형성된다. 바닥부(3c)에는 중심의 관통 둥근 구멍(3d), 1쌍의 제 1 핀 구멍(28), 중심축선(L0)으로부터 소정 반경을 갖는 원주 위에 설치된 원주 방향 홈(30), 중심축선(L0)으로부터 가이드홈으로의 거리가 진각측(D1) 방향을 향하여 감소하는 곡선 형상의 제 1 직경축소 가이드홈(31)이 설치된다.
도 1, 도 2, 도 4에 도시하는 바와 같이, 센터 샤프트(7)는 중심축선(L0)을 따라 전후로 연속되는 제 1 원통부(7a), 플랜지부(7b), 제 2 원통부(7c) 및 제 3 원통부(7d)를 갖는다. 제 3 원통부(7d)의 기단부의 주위에는 로킹 플레이트의 유지부(12)가 플랜지 형상으로 형성되고, 센터 샤프트(7)의 중앙에는 둥근 구멍(7e)이 형성된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 캠(6b)을 갖는 캠 샤프트(6)는 중앙 둥근 구멍(7e)과 캠 샤프트(6)의 전방으로 개구되는 암나사 구멍(6a)에 볼트(37)를 삽입함으로써, 센터 샤프트(7)의 후단측에 동축이고 또한 상대회동 불능으로 일체화되어 있다.
유지부(12)의 외주면은, 도 1, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 중심축선(L0)을 중심으로 하여, 단면이 정육각형 형상인 6개의 면으로 형성된다. 유지부(12)의 6개의 외주면은 하나 걸러 플레이트 누름면(12a∼12c)으로서 기능하고, 플레이트 누름면(12a∼12c)은 캠 샤프트의 외주 방향에서 대략 등분 복수 개소에 배치된다.
도 1, 도 2, 도 4에 도시하는 바와 같이, 구동 회전체(2)는 둥근 구멍(4a)에 제 1 원통부(7a)가 삽입된 스프로킷(4)과, 둥근 구멍(5a)에 제 2 원통부(7c)가 삽입된 구동 원통(5)이 볼트(2a)로 일체화됨으로써 형성된다. 그 결과, 구동 회전체(2)는 센터 샤프트(7)에 회동 가능하게 지지된다. 또한 제 3 원통부(7d)는 제 1 제어 회전체(3)의 중앙 둥근 구멍(3d)에 삽입된다. 또한, 구동 회전체(2), 제 1 제어 회전체(3), 캠 샤프트(6), 센터 샤프트(7)는 중심축선(L0) 위에 동축으로 배치된다.
도 1, 도 2, 도 4에 도시하는, 상대 위상각 변경 기구(10)는 크랭크 샤프트의 회전에 연동하는 구동 회전체(2)에 대하여, 캠 샤프트(6)를 진각 방향(D1) 또는 지각 방향(D2) 중 어느 하나로 상대회동시키는 기구이다. 상대위상각 변경 기구(10)는 제 1 제어 회전체(3), 캠 샤프트(6)에 일체화된 센터 샤프트(7), 셀프 로킹 기구(11), 및 연결기구(16), 제 1 제어 회전체(3)를 제동함으로써 구동 회전체(2)에 대하여 상대회동시키는 제 1 전자클러치(21) 및 구동 회전체(2)에 대하여 제 1 전자클러치(21)의 작동시와 역방향으로 제 1 제어 회전체(3)를 상대회동시키는 역회전 기구(22)에 의해 구성된다.
셀프 로킹 기구(11)는 구동 회전체(2)와 센터 샤프트(7) 사이에 개재되고, 캠 샤프트(6)가 도시하지 않은 밸브 스프링으로부터 받는 캠 토크를 원인으로 한, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 조립각의 벗어남의 발생을 방지하는 기구이며, 센터 샤프트(7)의 유지부(12), 로킹 플레이트(14), 구동 회전체(2)의 원통부(20)에 의해 구성된다.
로킹 플레이트(14)는 유지부(12)의 플레이트 누름면(12a∼12c)의 수와 동수 설치된다. 따라서, 로킹 플레이트(14)는, 도 1, 도 2, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 중앙에 거의 삼각 형상이 되는 삽입통과 구멍(14d)을 설치한 원판을, 플레이트 누름면(12a∼12c)의 수에 맞추어 3등분하여 이루어지는, 제 1 로킹 플레이트(14a), 제 2 로킹 플레이트(14b), 제 3 로킹 플레이트(14c)에 의해 형성된다. 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 내측에는, 플레이트 누름면(12a∼12c)이 평행한 면으로 이루어지는 수압부(15a∼15c)가 플레이트 누름면(12a∼12c)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
또한 도 1, 도 2, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 로킹 플레이트(14a)에는, 제 1 제어 회전체(3)의 원주 방향 홈(30)에 대응하는 위치에, 전후로 관통하는 원주 방향 홈(14h)이 설치되고, 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에는 제 1 제어 회전체(3)의 1쌍의 핀 구멍(28)에 대응하는 위치에 1쌍의 핀 구멍(14i)이 설치된다.
또한 도 7(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 유지부(12)의 플레이트 누름면(12a)은 제 1 및 제 2 누름면(13a, 13b)으로 구성되고, 플레이트 누름면(12b)은 제 1 및 제 2 누름면(13c, 13d)으로 구성되고, 플레이트 누름면(12c)은 제 1 및 제 2 누름면(13e, 13f)에 의해 구성된다. 제 1 및 제 2 누름면(13a, 13b), (13c, 13d), (13e, 13f)은, 각각 교선(C1∼C3)에서 각 플레이트 누름면(12a∼12c)에 직교하는 가상면(S1∼S3)을 상정한 경우에, 가상면(S1∼S3)으로 분단된, 각 플레이트 누름면(12a∼12c) 상의 2개의 영역에 의해 구성된다.
또한 도 6(a)와 도 7(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 수압부(15a∼15c)에는, 각각 제 1 및 제 2 작용부(17a, 17b), (17c, 17d), (17e, 17f)가 미소 원호 형상으로 가공된 각각의 단부에 설치된다. 제 1 작용부(17a, 17c, 17e)는 제 1 누름면(13a, 13b, 13e)과 대응하는 위치에 설치되고, 또한 도 8(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 누름면(13a)에 접촉하여 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹력(F)을 받는다(도 8(a)를 참조). 또한 제 2 작용부(17b, 17d, 17f)는 제 2 누름면(13b, 13d, 13f)과 대응하는 위치에 설치되고, 또한 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 누름면(13b)에 접촉하여 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹력(F)를 받는다. 도 7(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 작용부(17a, 17b)는 가상면(S1)으로부터 제 2 작용부(17b)까지의 제 2 거리(d2)가 가상면(S1)으로부터 제 1 작용부(17a)까지의 제 1 거리(d1)보다도 짧아지도록, 수압부(12a∼12c)에 형성된다.
로킹 플레이트(14a∼14c)는, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 수압부(15a∼15c)를 플레이트 누름면(12a∼12c)에 접촉시킴으로써 유지부(12)에 유지된다. 또한 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)은 구동 원통(5)의 원통부(20)의 내주면(20a)에 내접한다.
도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 로킹 플레이트(14a)의 원주 방향 홈(14h)에는, 구동 원통(5)에 고정된 축 형상 부재(32)의 굵은 원형축(32a)이 삽입통과된다. 연결 기구(16)는 1쌍의 연결핀(27, 27)과, 제어 회전체(3)의 바닥부(3b)에 설치된 1쌍의 제 1 핀 구멍(28, 28)과, 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에 각각 형성된 1쌍의 제 2 핀 구멍(14i, 14i)에 의해 구성된다. 1쌍의 연결핀(27, 27)은 후방으로부터 제 2 핀 구멍(14i, 14i)에 삽입됨으로써, 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에 고정된다. 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 연결핀(27)의 후단부는 구동 원통(5)의 원주 방향 홈(5e)에 삽입된다. 제 1 제어 회전체(3)는 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에 고정된 1쌍의 연결핀(27)의 전단부를 도 5(c)에 도시하는 제 1 핀 구멍(28)에 삽입함으로써, 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에 연결된다.
또한 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 로킹 플레이트(14a)와, 제 2 로킹 플레이트(14b) 사이에는 원기둥 형상의 핀(33)이 배치되고, 제 1 로킹 플레이트(14a)와, 제 3 로킹 플레이트(14c) 사이에는 원기둥 형상의 핀(34)이 배치된다. 또한 제 2 로킹 플레이트(14b)와, 제 3 로킹 플레이트(14c) 사이에는, 제 2 로킹 플레이트(14b)를 제 3 로킹 플레이트(14c)로부터 떼어 놓는 방향으로 가압하는 압축 코일 스프링(35)이 설치된다. 제 1 로킹 플레이트는 제 2 및 제 3 로킹 플레이트(14b, 14c)에 접촉하는 핀(33, 34)을 통하여 압축 코일스프링(35)의 가압력을 받는다. 그 결과, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)는 원통부(20)의 내주면(20a)에 간극 없이 밀착된다.
또한 도 1, 도 2, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 전자클러치(21)는 도시하지 않은 엔진의 내부에 고정된 커버 부재(36)에 고정된 상태에서, 제 1 제어 회전체(3)의 전방에 배치된다. 작동시의 제 1 전자클러치(21)는 제 1 제어 회전체(3)의 플랜지부(3a)의 전면(3e)을 흡착하여 마찰재(21a)에 접촉시킨다. 또한 역회전 기구(22)는 제 1 제어 회전체(3)의 제 1 직경축소 가이드홈(31), 축 형상 부재(32), 제 2 전자클러치(38), 제 2 제어 회전체(39), 제 2 제어 회전체(39)의 제 2 직경축소 가이드홈(40), 크랭크 부재(41), 제 1 및 제 2 핀 기구(42, 43)에 의해 구성된다.
도 1, 도 2, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 제 2 제어 회전체(39)는 원반 형상을 갖고, 또한 중심의 관통 둥근 구멍(39a)과 제 2 직경축소 가이드홈(40)을 갖는다. 제 2 제어 회전체(39)는 관통 둥근 구멍(39a)을 통하여 센터 샤프트(7)의 제 3 원통부(7d)에 의해 회동 가능하게 지지된다. 제 2 직경축소 가이드홈(40)은 후방으로 개구되는 바닥 있는 홈이며, 또한 중심축(L0)으로부터 제 2 직경축소 가이드홈(40)으로의 거리가 지각측(D2) 방향을 향해 감소하는 곡선 홈이다. 제 1 및 제 2 제어 회전체(3, 39)의 전면(3e, 39b)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 서로 면 일치가 되도록 배치되고, 제 1 및 제 2 제어 회전체 (3, 39)는 볼트(37)에 부착되는 홀더(44)에 의해 전방으로 빠짐 방지된다. 또한 제 1 전자클러치(21)의 내측에서, 제 2 제어 회전체(39)의 전방에는 제 2 전자클러치(38)가 배치된다. 작동시의 제 2 전자클러치(38)는 제 2 제어 회전체(39)의 전면(39b)을 흡착하여 마찰재(38a)에 접촉시킨다.
도 1, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 제 1 제어 회전체(3)의 전방에 배치되는 크랭크 부재(41)는 반경 방향으로 두꺼워지는 링부 본체(45)와, 링부 본체(45)로부터 반경 방향 외측으로 돌출하는 돌출부(46)와, 링부 본체(45)의 외주의 일부를 절결하여 얇은 부분으로서 형성된 절결부(47)를 갖는다. 절결부(47)는 돌출부(46)로부터 진각 방향(D1 방향)의 영역에 거의 형성되어 있다. 돌출부(46)에는 전후로 관통하는 핀 구멍(48)이 형성된다. 링부 본체(45)에는 전후로 관통하는 제 1 및 제 2 핀 구멍(49, 50)이 설치된다. 제 1 및 제 2 핀 구멍(49, 50)은, 도 5(b)에서, 돌출부로부터 지각 방향(D2 방향)의 영역에 형성되어 있다.
도 1, 도 5(c), 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 구동 원통(5)의 고정 구멍(5d)에 고정된 축 형상 부재(32)의 가는 원형축(32b)은 제 1 로킹 플레이트(14a)의 원주 방향 홈(14h) 및 제 1 제어 회전체(3)의 원주 방향 홈(30)의 전방으로 돌출하고, 크랭크 부재(41)의 핀 구멍(48)에 걸어맞추어진다. 그 결과, 크랭크 부재(41)는 구동 원통(5)에 고정된 가는 원형축(32b)에 의해 회동 가능하게 지지된다.
또한 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 핀 기구(42)는 축 형상 부재(42a)와, 제 1 중공 타원축(42b)에 의해 구성된다. 축 형상 부재(42a)는 소직경부(42c)를 통하여 크랭크 부재(41)의 제 1 핀 구멍(49)에 후방으로부터 고정되고, 제 1 중공 타원축(42b)은, 크랭크 부재(41)의 후방에서, 축 형상 부재(42a)에 의해 회동 자유롭게 지지된다. 제 2 핀 기구(43)는 축 형상 부재(43a)와, 제 2 중공 타원축(43b)에 의해 구성된다. 축 형상 부재(43a)는 소직경부(43c)를 통하여 크랭크 부재(41)의 제 2 핀 구멍(50)에 전방으로부터 고정되고, 제 2 중공 타원축(43b)은, 크랭크 부재(41)의 전방에서, 축 형상 부재(43a)에 의해 회동 자유롭게 지지된다. 제 1 중공 타원축(42b)은 제 1 직경축소 가이드홈(31)에 걸어맞추어지고, 또한 제 1 직경축소 가이드홈(31)을 따라 변위 가능하게 유지된다. 제 2 중공 타원축(43b)은 제 2 직경축소 가이드홈(40)에 걸어맞추어지고, 또한 제 2 직경축소 가이드홈(40)을 따라 변위 가능하게 유지된다.
여기에서, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각의 변경 동작을 설명한다. 제 1 및 제 2 전자클러치(21, 38)가 작동하고 있지 않는 경우, 제 1 및 제 2 제어 회전체(3, 39)는 크랭크 샤프트(도시 생략)에 의해 구동하는 구동 회전체(2)와 함께 D1 방향으로 회전한다(도 1 및 도 5 (a), (c)를 참조). 캠 샤프트(6)는 센터 샤프트(7)의 유지부(12)에 유지된 로킹 플레이트(14)를 통하여 제 1 제어 회전체(3)에 연결되어 있다. 따라서, 제 1 제어 회전체(3)에 연결된 캠 샤프트(6)(도 4 참조)도 또한 구동 회전체와 함께 D1 방향으로 회전한다.
구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트)의 상대위상각을 지각 방향인 D2 방향으로 변경하는 경우에는, 제 1 전자클러치(21)를 작동시킨다. 제 1 전자클러치(21)에 의해 흡착된 제 1 제어 회전체(3)는 마찰재(21a)와 접촉함으로써 제동되고, 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))와 함께 구동 회전체(2)에 대하여 D2 방향으로 회전 지연을 일으킨다. 그 결과, 구동 회전체(2)(크랭크 샤프트)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각이 지각측(D2) 방향으로 변경되어, 도시하지 않은 엔진 밸브의 개폐 타이밍이 변경된다.
그 때, 도 5(b), (c)에 도시하는 바와 같이, 축 형상 부재(42a)에 지지된 제 1 중공 타원축(42b)은 제 1 직경축소 가이드홈(31)에 의해 가이드되면서, 제 1 직경축소 가이드홈(31) 내를 대략 시계 방향이 되는 D3 방향으로 이동한다. 그 때, 크랭크 부재(41)는 제 1 핀 구멍(49)에 연결된 축 형상 부재(42a)가 제 1 직경축소 가이드홈(31)을 따라 제 1 제어 회전체(3)의 반경 방향 내측으로 이동함으로써, 축 형상 부재(32)의 주위를 반시계 방향 D2 방향으로 회동한다. 한편, 제 2 핀 구멍(50)에 연결된 축 형상 부재(43a)가 크랭크 부재(41)에 의해 이동하면, 제 2 중공 타원축(43b)은, 제 2 직경축소 가이드홈(40) 내를 대략 반시계 방향이 되는 D4 방향으로 이동함으로써, 제 2 직경축소 가이드홈(40)의 내주면에 반경 방향 내향의 힘을 부여한다. 그 결과, 제 2 제어 회전체(39)는 센터 샤프트(7)에 대하여 진각 방향인 D1 방향으로 상대회동한다.
한편, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각을 진각 방향인 D1 방향으로 변경하는 경우에는, 제 2 전자클러치(38)를 작동시킨다. 제 2 전자클러치(38)에 의해 흡착된 제 2 제어 회전체(39)는 마찰재(38a)와 접촉함으로써 제동된다.
도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 제 2 전자클러치(38)에 의해 제동된 제 2 제어 회전체(39)는 센터 샤프트(7)에 대하여 지각 방향인 D2 방향으로 회전 지연을 일으킨다. 제 2 중공 타원축(43b)은, 제 2 직경축소 가이드홈(40)의 내주면으로부터 힘을 받음으로써, 제 2 직경축소 가이드홈(40) 내를 대략 시계 방향이 되는 D5 방향으로 이동하고, 크랭크 부재(41)에 연결된 축 형상 부재(42a)는 제 1 제어 회전체(3)의 반경 방향 외측으로 이동한다. 그 때, 도 5(c)에 도시하는 제 1 중공 타원축(42b)은 제 1 직경축소 가이드홈(31) 내를 대략 반시계 방향이 되는 D6 방향으로 이동하고, 제 1 직경축소 가이드홈(31)의 내주면에 반경 방향 외향의 힘을 부여한다. 그 결과, 제 1 제어 회전체(3) 및 센터 샤프트(7)는 구동 회전체(2)에 대하여 진각측(D1) 방향으로 상대회동한다. 그 결과, 구동 회전체(2)(크랭크 샤프트)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각은 진각측(D1) 방향으로 되돌려져 도시하지 않은 밸브의 개폐 타이밍이 다시 변경된다.
또한, 제 1 제어 회전체(3)와 센터 샤프트(7)가 구동 회전체(2)에 대하여 상대회동할 때에, 축 형상 부재(32)는 원주 방향 홈(30) 내를 변위하고, 연결핀(27)은 원주 방향 홈(5e) 내를 변위한다. 원주 방향 홈(5e)의 양단 (5e1, 5e2)은 연결핀(27)을 맞닿게 함으로써, 제 1 제어 회전체(3)와 센터 샤프트(7)가 구동 회전체(2)에 대하여, 그 이상 상대회동할 수 없도록 하는 스토퍼로서 기능한다.
다음에 셀프 로킹 기구(11)에 대하여 설명한다. 구동 회전체(2)와 함께 회전하는 캠 샤프트(6)에는, 밸브 스프링(도시 생략)에 의한 캠 토크가 진각 방향인 D1 방향과 지각 방향인 D2 방향으로 번갈아 입력되어 있다. 캠 토크는 제 1 및 제 2 전자클러치(21, 38)의 정지시에 있어서, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각으로 벗어남을 생기게 함으로써, 밸브의 개폐 타이밍을 흐트러뜨릴 우려가 있다. 셀프 로킹 기구(11)는, 캠 토크의 발생시에 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)을 구동 원통(5)의 원통부(20)의 내주면(20a)에 밀어붙여, 유지부(12)를 갖는 센터 샤프트(7)를 구동 회전체(2)에 대하여 회동 불능으로 유지하는 셀프 로킹 효과에 의해, 상기 상대위상각의 벗어남을 방지하는 것이다.
도 8(a)는 캠 샤프트(6)(센터 샤프트(7))에 진각 방향인 D1 방향으로 캠 토크가 발생한 경우에 있어서의 셀프 로킹 효과를 나타내는 것이다. 캠 샤프트에 연결된 센터 샤프트(7)가 진각 방향인 D1 방향의 캠 토크를 받으면, 단면 정육각형의 유지부(12)는 D1 방향으로 회동하려고 한다. 그 때, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 제 1 작용부(17a, 17c, 17e)는 플레이트 누름면(12a∼12c)의 제 1 누름면(13a, 13c, 13e)으로부터 캠 샤프트의 회전 중심축선(L0)에 직교하는 방향의 셀프 로킹력(F)를 받는다.
도 8(a)에 있어서, 제 1 작용부(17a, 17c, 17e)를 통과하고, 가상면(S1∼S3)에 평행한 가상면을 각각 (S4∼S6)이라 하고, 가상면(S4∼S6)과, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)과의 교선을 (P1∼P3)이라고 하면, 원통부(20)의 내주면(20a)은 교선(P1∼P3)에 있어서 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)으로부터 힘(F)을 받는다. 힘(F)은 원통부(20)의 내주면(20a)과, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g) 사이에 마찰력을 발생시킨다.
상기 마찰력은 이하와 같이 표시된다. 우선, 도 8(a)에서, 교선(P1∼P3)을 통과하고, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)의 접선 방향으로 연장되는 직선을 각각 L1이라고 하고, 가상면(S4∼S6)에 각각 직교하는 직선을 L2라고 하고, 직선(L1)에 직교하는 직선을 L3이라고 하고, L3과 가상면(S4∼S6)과의 경사를 각각 θ1(이후는, θ1을 마찰각이라고 함)이라고 하고, 마찰면의 마찰계수를 μ라고 한다. 캠 토크에 의해, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각에 벗어남을 발생시키는 힘은, 교선(P1∼P3)에 있어서, 외주면(14e∼14g)의 접선 방향의 힘 F·sinθ1로서 각각 표시된다. 한편, 원통부(20)의 내주면(20a)과, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g) 사이에 발생하는 마찰력은 μ·F·cosθ1에 의해 각각 표시된다.
상기 마찰력이 상대위상각에 벗어남을 발생시키는 힘보다도 큰 경우, 즉 F·sinθ1<μ·F·cosθ1의 조건을 충족시키는 경우, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)는, 셀프 로킹력(F)에 기초하는 마찰력에 의해, 원통부(20)의 내주면(20a)에 대하여 상대회동할 수 없다. 따라서, θ1<tan-1μ를 충족시키도록 마찰각(θ1)을 설정한 경우, 유지부(12)를 통하여 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)를 유지하는 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))는 원통부(20)를 갖는 구동 회전체(2)에 대하여 상대회동할 수 없도록 유지된다.
한편, 도 8(b)는 캠 샤프트(6)(센터 샤프트(7))에 지각 방향인 D2 방향의 캠 토크가 발생한 경우에 있어서의 셀프 로킹 효과를 나타내는 것이다. 센터 샤프트(7)가 D2 방향의 캠 토크를 받으면 단면 정육각형의 유지부(12)는 D2 방향으로 회동하려고 한다. 그 때, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 제 2 작용부(17b, 17d, 17f)는 플레이트 누름면(12a∼12c)의 제 2 누름면(13b, 13d, 13f)으로부터 캠 샤프트의 회전 중심축선(L0)에 직교하는 방향의 셀프 로킹력(F)을 받는다.
도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 작용부(17b, 17d, 17f)를 통과하고, 가상면(S1∼S3)에 평행한 가상면을 각각 (S7∼S9)라고 하고, 가상면(S7∼S9)과 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 교선을 (P4∼P6)이라고 하면, 원통부(20)의 내주면(20a)은, 교선(P4∼P6)에 있어서, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g)으로부터 힘(F)을 받는다. 힘(F)은 원통부(20)의 내주면(20a)과, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g) 사이에 이하에 나타내는 마찰력을 발생시킨다.
우선, 도 8(b)에서, 교선(P4∼P6)으로부터 외주면(14e∼14g)의 접선 방향으로 연장되는 직선을 각각 L4라고 하고, 가상면(S7∼S9)에 각각 직교하는 직선을 L5라고 하고, 직선(L4)에 직교하는 직선을 L6이라고 하고, L6과 가상면(S7∼S9)과의 경사를 각각 θ2(이후는 θ2를 마찰각이라고 함)라고 한다. 캠 토크에 의해, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))의 상대위상각에 벗어남을 발생시키는 힘은, 교선(P4∼P6)에 있어서, 각각 외주면(14e∼14g)의 접선 방향의 힘(F)·sinθ2로서 표시된다. 한편, 원통부(20)의 내주면(20a)과 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)의 외주면(14e∼14g) 사이에 발생하는 마찰력은 μ·F·cosθ2에 의해 각각 표시된다.
즉 F·sinθ2<μ·F·cosθ2의 조건을 충족시키는 경우, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)는 원통부(20)의 내주면(20a)에 대하여 상대회동할 수 없다. 따라서, θ2<tan-1μ를 충족시키도록 마찰각(θ2)을 설정한 경우, 센터 샤프트(7)(캠 샤프트(6))는 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대하여 상대회동할 수 없도록 유지된다.
도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 셀프 로킹 기구(11)에서는, 진각 방향인 D1 방향 또는 지각 방향인 D2 방향의 어느 캠 토크가 캠 샤프트(6)에 발생해도, 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각이 벗어나지 않고 유지되는, 셀프 로킹 효과가 발생한다.
도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 이 셀프 로킹 기구(11)에 의하면, D1 방향 또는 D2 방향의 어느 캠 토크를 받아도, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c) 모두에 셀프 로킹 기능이 발생한다. 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(14a∼14c)는 원통부(20)의 내주면(20a) 내의 둘레 방향 등분 복수 개소에 배치되어 있다. 따라서, 구동 원통(5)의 원통부(20)의 내주면에는, 균등한 힘(F)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐 균등한 셀프 로킹 효과가 발생한다. 전체 둘레에 걸쳐 균등한 셀프 로킹 효과가 발생한 경우, 로킹 플레이트(14)는 셀프 로킹 효과의 발생시에 원통부(20)의 내주면(20a)에 파고들어가지 않게 되어, 구동 회전체(2)는 캠 샤프트의 중심축선(L0)에 대하여 기울지 않게 된다. 따라서, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각을 변경할 때에, 로킹 플레이트(14)와 원통부(20) 사이에는, 여분의 마찰력이 발생하지 않아, 구동 회전체(2)와 구동 회전체(2)를 유지하는 센터 샤프트(7) 사이에도, 여분의 마찰력이 발생하지 않는다. 그 결과, 제 1 또는 제 2 전자클러치(21, 38)의 작동시에 있어서, 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각은 셀프 로킹 기구(11)의 영향을 받지 않고 원활하게 변경된다.
또한, 캠 샤프트(6)에 있어서, 지각 방향인 D2 방향에 발생하는 캠 토크는, 캠이 엔진 밸브를 밀어 내릴 때에 밸브 스프링으로부터 받는 탄성력 등에 의해 발생하기 때문에, 진각 방향인 D1 방향에 발생하는 캠 토크보다도 커진다. 따라서, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각은, D1 방향의 캠 토크에 비해 D2 방향의 캠 토크를 받은 경우쪽이 벗어나기 쉬워지기 때문에, 셀프 로킹 기구(11)에서는, D2 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과가 D1 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과보다도 강하게 발생하도록 하는 것이 바람직하다.
도 7(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 수압부(15a∼15c)의 제 2 작용부(17b, 17d, 17f)로부터 가상면(S1∼S3)까지의 제 2 거리(d2)는 제 1 작용부(17a, 17c, 17e)로부터 가상면(S1∼S3)까지의 제 1 거리(d1)보다 짧다. 따라서, 도 8(a), (b)에 도시하는 셀프 로킹 기구(11)에서는, θ1>θ2이 된다. 그 경우, 지각 방향인 D2 방향의 캠 토크에 의한 마찰력(μ·F·cosθ2)은 진각 방향인 D1 방향의 캠 토크에 의한 마찰력(μ·F·cosθ1)보다도 커진다. 따라서, D2 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과는, D1 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과보다도 강해지기 때문에, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각은 캠 토크를 받아도 벗어나지 않고 유지된다.
다음에 도 9∼도 12에 의해, 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(55)는 유지부(57) 및 로킹 플레이트(58)가 제 1 실시예의 유지부(12) 및 로킹 플레이트(14)와 상이한 것과, 핀(33, 34)을 설치하지 않은 것 외에, 제 1 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(1)와 공통의 구성을 갖는다.
도 9에 도시하는 센터 샤프트(56)는, 유지부(57)의 형상이 상이한 것 이외에, 제 1 실시예의 센터 샤프트(7)와 공통인 형상을 갖는다. 센터 샤프트(56)는 제 1 원통부(56a), 플랜지부(56b), 제 2 원통부(56c), 로킹 플레이트(58)의 유지부(57) 및 제 3 원통부(57d)가 중심축선(L0)을 따라 전후로 연속 형성되어 있다. 유지부(57)는 제 3 원통부(57d)의 기단부의 주위에 플랜지 형상으로 형성된다.
유지부(57)의 외주면은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 캠 샤프트의 중심축선(L0)을 중심으로 하는 원통의 외주 2개소를 캠 샤프트의 중심축선(L0)에 평행하게 절결하여 이루어지는 단면 형상을 갖는다. 유지부(57)의 절결 부분에는 중심축선(L0)을 사이에 끼고 대칭이 되는 형상을 갖고, 또한 서로 평행한 2개의 플레이트 누름면(57a, 57b)이 형성된다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 구동 회전체(2)는 둥근 구멍(4a)에 제 1 원통부(56a)가 삽입된 스프로킷(4)과, 둥근 구멍(5a)에 제 2 원통부(56c)가 삽입된 구동 원통(5)이 볼트(2a)로 일체화됨으로써 형성된다. 그리고, 구동 회전체(2)는 센터 샤프트(56)에 회동 가능하게 지지된다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 로킹 플레이트(58)는 유지부(57)의 플레이트 누름면(57a, 57b)과 동수 설치된다. 로킹 플레이트(58)는 중앙에 직경 방향의 관통 홈(59)을 설치한 원판을 2등분 하여 이루어지는, 제 1 로킹 플레이트(58a), 제 2 로킹 플레이트(58b)에 의해 형성된다. 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 내측에는, 플레이트 누름면(57a, 57b)과 평행한 면으로 이루어지는 수압부(59a, 59b)가 플레이트 누름면(57a, 57b)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
도 11(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 유지부(57)의 플레이트 누름면(57a)은 제 1 및 제 2 누름면(60a, 60b)으로 구성되고, 플레이트 누름면(57b)은 제 1 및 제 2 누름면(60c, 60d)에 의해 각각 구성된다. 제 1 및 제 2 누름면 (60a, 60b)와 (60c, 60d)는, 교선(C4,C5)에 있어서, 플레이트 누름면(57a, 57b)에 각각 직교하는 가상면(S10)을 상정한 경우에 있어서, 가상면(S10)으로 분단된, 플레이트 누름면(57a, 57b) 상의 2개의 영역으로 구획형성된다.
또한 도 11(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 수압부(59a)에는, 제 1 및 제 2 누름면(60a, 60b)에 접촉하는 제 1 및 제 2 작용부(61a, 61b)가 미소 원호 형상으로 가공된 단부에 설치되고, 수압부(59b)에는, 제 1 및 제 2 누름면(60c, 60d)에 접촉하는 제 1 및 제 2 작용부(61c, 61d)가 미소 원호 형상으로 가공된 단부에 설치된다. 제 1 및 및 제 2 작용부 (61a, 61b)와 (61c, 61d)는 가상면(S10)으로부터 제 2 작용부(61b, 61d)까지의 제 2 거리(d4)가 가상면(S10)으로부터 제 1 작용부(61a, 61c)까지의 제 1 거리(d3)보다도 짧아지도록, 수압부(59a, 59b)에 각각 형성된다. 제 1 작용부(61a, 61c)는 제 1 누름면(60a, 60c)으로부터 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹력(F1)을 받는다(도 11(a)를 참조). 제 2 작용부(61b, 61d)는 제 2 누름면(60b, 60d)으로부터 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹력(F1)을 받는다(도 11(a)를 참조). 또한 도 9와 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)에는, 도 1에 도시하는 제 1 제어 회전체(3)의 1쌍의 제 1 핀 구멍(28)에 대응하는 위치에 1쌍의 제 2 핀 구멍(58c)이 설치된다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)는 유지부(57)에 유지된다. 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)은 구동 원통(5)의 원통부(20)의 내주면(20a)에 내접한다.
또한 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 로킹 플레이트(58a)와, 제 2 로킹 플레이트(58b) 사이의 간극에는 압축 코일스프링(62)이 설치되고, 제 1 로킹 플레이트(58a)는, 압축 코일스프링(62)에 의해, 제 2 로킹 플레이트(58b)로부터 떼어 놓아지는 방향으로 가압력을 받는다. 그 결과, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)는 원통부(20)의 내주면(20a)에 간극없이 밀착된다.
한편, 도 9와 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)는, 1쌍의 제 2 핀 구멍(58c)에 각각 고정된 1쌍의 연결핀(27)의 전단부를 대응하는 제 1 핀 구멍(28)에 삽입함으로써, 제 1 제어 회전체(3)에 연결되어, 제 1 제어 회전체(3)와 함께 회동한다. 연결핀(27)의 후단부는 구동 원통(5)의 원주 방향 홈(5e)에 삽입된다.
다음에 도 11과 도 12에 의해 제 2 실시예의 엔진의 위상 가변 장치(55)에서의 셀프 로킹 기구(65)를 설명한다. 셀프 로킹 기구(65)는 센터 샤프트(56)의 유지부(57), 로킹 플레이트(58), 구동 회전체(2)의 구동 원통(5)의 원통부(20)에 의해 구성된다.
센터 샤프트(56)에 동축으로 일체화된 캠 샤프트(도 1의 캠 샤프트(6)와 동일한 것)가, 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 엔진 밸브로부터 진각 방향인 D1 방향으로 캠 토크를 받으면, 유지부(57)는 D1 방향으로 회동하려고 한다. 그 때, 도 11(a), (b)에 도시하는 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 제 1 작용부(61a, 61c)는 플레이트 누름면(57a, 57b)의 제 1 누름면(60a, 60c)으로부터 캠 샤프트의 회전 중심축선(L0)에 직교하는 방향의 셀프 로킹력(F1)을 받는다.
도 12(a)에 있어서, 제 1 작용부(61a, 61c)를 통과하고, 가상면(S10)에 평행한 가상면을 각각 (S11, S12)라고 하고, 가상면(S11, S12)과, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)과의 교선을 (P7, P8)이라고 하면, 원통부(20)의 내주면(20a)은, 교선(P7, P8)에 있어서, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)으로부터 힘(F1)을 받는다. 힘(F1)은 원통부(20)의 내주면(20a)과 외주면(58d, 58e) 사이에 마찰력을 발생시킨다.
상기 마찰력은 이하와 같이 표시된다. 우선, 도 12(a)에 있어서, 교선(P7, P8)으로부터 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)의 접선 방향으로 연장되는 직선을 각각 L7이라고 하고, 가상면(S11, S12)에 직교하는 직선을 각각 L8이라고 하고, 직선(L7)에 직교하는 직선을 L9라고 하고, L9와 가상면(S11, S12)의 경사를 각각 θ3(이후는, θ3를 마찰각이라고 함)이라고 하고, 마찰면의 마찰 계수를 μ라고 한다. 캠 토크에 의해, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(56)의 상대위상각에 벗어남을 발생시키는 힘은, 교선(P7, P8)에 있어서, 외주면(58d, 58e)의 접선 방향의 힘(F1)·sinθ3으로서 각각 표시된다. 한편, 원통부(20)의 내주면(20a)과, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e) 사이에 발생하는 마찰력은 μ·F1·cosθ3에 의해 각각 표시된다.
F1·sinθ3<μ·F1·cosθ3의 조건을 충족시키는 경우, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)는, 상기 마찰력에 기초하는 셀프 로킹 효과에 의해, 원통부(20)의 내주면(20a)에 대하여 상대회동할 수 없다. 따라서, θ3<tan-1μ를 충족시키도록 마찰각(θ3)을 설정한 경우, 유지부(57)를 통하여 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)를 유지하는 센터 샤프트(56)(도시하지 않은 캠 샤프트)는 원통부(20)를 갖는 구동 회전체(2)에 대하여 상대회동할 수 없도록 유지되고, 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대한 센터 샤프트(도시하지 않은 캠 샤프트)의 상대위상각은 캠 토크에 의해 벗어나지 않고 유지된다.
한편, 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 캠 샤프트가 엔진 밸브로부터 지각 방향인 D2 방향으로 캠 토크를 받으면, 유지부(57)는 D2 방향으로 회동하려고 한다. 그 때, 도 11(a), (b)에 도시하는 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 제 2 작용부(61b, 61d)는 플레이트 누름면(57a, 57b)의 제 2 누름면(60b, 60d)으로부터 캠 샤프트의 회전 중심축선(L0)에 직교하는 방향의 셀프 로킹력(F1)을 받는다.
도 12(b)에 있어서, 제 2 작용부(61b, 61d)를 통과하고, 가상면(S10)에 평행한 가상면을 각각 (S13, S14)라고 하고, 가상면(S13, S14)과 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)과의 교선을 각각 (P9, P10)이라고 하면, 원통부(20)의 내주면(20a)은, 교선(P9, P10)에 있어서, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)으로부터 힘(F1)을 받는다. 힘(F1)은 원통부(20)의 내주면(20a)과 외주면(58d, 58e) 사이에 마찰력을 발생시킨다.
상기 마찰력은 이하와 같이 표시된다. 우선, 도 12(b)에 있어서, 교선 (P9, P10), (P7, P8)로부터 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e)의 접선 방향으로 연장되는 직선을 각각 L10이라고 하고, 가상면(S10)에 직교하는 직선을 각각 L11이라고 하고, 직선(L10)에 직교하는 직선을 L12라고 하고, L12와 가상면(S10)과의 경사를 각각 θ4(이후는, θ4를 마찰각이라고 함)라고 한다. 캠 토크에 의해, 구동 회전체(2)에 대한 센터 샤프트(56)의 상대위상각에 벗어남을 발생시키는 힘은, 교선(P9, P10)에 있어서, 외주면(58d, 58e)의 접선 방향의 힘(F1)·sinθ4에 의해 각각 표시된다. 한편, 원통부(20)의 내주면(20a)과 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 외주면(58d, 58e) 사이에 발생하는 마찰력은 μ·F1·cosθ4에 의해 각각 표시된다.
F1·sinθ4<μ·F1·cosθ4의 조건을 충족시키는 경우, 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)는, 상기 마찰력에 기초하는 셀프 로킹 효과에 의해, 원통부(20)의 내주면(20a)에 대하여 상대회동할 수 없다. 따라서, θ4<tan-1μ를 충족시키도록 마찰각(θ4)을 설정한 경우, 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대한 센터 샤프트(도시하지 않은 캠 샤프트)의 상대위상각은 캠 토크에 의해 벗어나지 않고 유지된다.
셀프 로킹 기구(65)에 의하면, 진각 방향인 D1 방향 또는 지각 방향인 D2 방향의 어느 쪽의 캠 토크를 받아도, 원통부(20)의 내주면(20a) 내의 둘레 방향 등분 복수 개소에 배치된 제 1 및 제 2 로킹 플레이트(58a, 58b)의 쌍방에 셀프 로킹 기능이 발생한다. 따라서, 구동 원통(5)의 원통부(20)의 내주면에는 힘(F1)에 의한 균등한 셀프 로킹 효과가 발생한다. 따라서, 로킹 플레이트(58)는 셀프 로킹 효과의 발생시에 원통부(20)의 내주면(20a)에 파고들어가지 않게 되어, 구동 회전체(2)는 캠 샤프트의 중심축선(L0)로 대하여 기울지 않게 된다. 따라서, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트(6)의 상대위상각을 변경할 때에, 로킹 플레이트(58)와 원통부(20) 사이에는 여분의 마찰력이 발생하지 않아, 구동 회전체(2)와 구동 회전체(2)를 유지하는 센터 샤프트(56) 사이에도 여분의 마찰력이 발생하지 않는다. 그 결과, 제 1 또는 제 2 전자클러치(21, 38)의 작동시에 있어서, 구동 회전체(2)(도시하지 않은 크랭크 샤프트)에 대한 센터 샤프트(56)(도시하지 않은 캠 샤프트) 상대위상각은 셀프 로킹 기구(65)의 영향을 받지 않고 원활하게 변경된다.
또한, 도 11(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 수압부(59a, 59b)의 제 2 작용부(61b, 61d)로부터 가상면(S10)까지의 제 2 거리(d4)는 제 1 작용부(61a, 61c)로부터 가상면(S10)까지의 제 1 거리(d3)보다 짧기 때문에, 도 11(a), (b)에서는, θ3>θ4가 된다. 그 경우, 지각 방향인 D2 방향의 캠 토크에 의한 마찰력(μ·F1·cosθ4)은 진각 방향인 D1 방향의 캠 토크에 의한 마찰력(μ·F1·cosθ3)보다도 커진다. 따라서, D2 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과는 D1 방향의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과보다도 강해진다. 그 결과, D2 방향의 캠 토크가 D1 방향의 캠 토크보다도 커도, 구동 회전체(2)에 대한 캠 샤프트의 상대위상각은 벗어나지 않고 유지된다.
다음에 도 13∼도 16에 의해, 자동차용 엔진의 위상 가변 장치의 제 3 실시예를 설명한다. 제 3 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(70)에서는, 제 1 제어 회전체(71), 구동 원통(72) 및 로킹 플레이트(73)의 형상이 제 1 실시예의 제 1 제어 회전체(3), 구동 원통(5) 및 로킹 플레이트(14)와 상이하다. 또한 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(70)에서는, 제 1 실시예의 연결핀(27)과, 핀(33, 34) 대신에 연결핀(74∼76)이 설치된다. 또한 상기 이외의 제 3 실시예의 구성은 제 1 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(1)와 공통된다.
도 13, 14에 도시하는 제 1 제어 회전체(71)는 전측 가장자리부에 플랜지부(71a)를 갖는 원통부(71b)와 그 후방에 연속되는 바닥부(71c)에 의해 형성된다. 제 1 제어 회전체(71)는, 바닥부(71c)의 형상이 도 1 및 도 5(c)에 도시되는 바닥부(3c)와 상이한 이외에, 제 1 실시예의 제 1 제어 회전체(3)와 공통의 구성을 갖는다. 즉 바닥부(71c)에는 중심의 관통 둥근 구멍(71d), 원주 방향 홈(77) 및 제 1 직경축소 가이드홈(78)이 설치되어 있는데, 이것들은, 도 5(c)에 도시하는, 중심의 관통 둥근 구멍(3d), 원주 방향 홈(30) 및 제 1 직경축소 가이드홈(31)과 형상이 동일하다. 한편, 바닥부(71c)에는, 바닥부(3c)에 설치된 1쌍의 핀 구멍(27) 대신에, 3개의 핀 고정 구멍(79)이 설치되어 있다. 3개의 핀 고정 구멍(79)에는 연결핀(74∼76)의 가는 원형축(74b∼76b)이 부착된다. 연결핀(74∼76)은 후단측의 굵은 원형축(74a∼76a)과 전단측의 가는 원형축(74b∼76b)에 의해 형성된다.
또한 도 13, 14에 도시하는 구동 원통(72)은, 도 6(b)에 도시되는 바닥부(5c)에 설치된 바닥 있는 원주 방향 홈(5d)을 바닥부(72c)에 갖지 않는 점을 제외하고, 제 1 실시예의 구동 원통(5)과 공통의 구성을 갖는다. 구동 원통(72)은 바닥부(72c) 및 원통부(80)로 이루어지는 바닥 있는 원통 형상을 갖고, 바닥부(72c)에는, 센터 샤프트(7)의 제 2 원통부(7c)에 유지시키는 중심의 둥근 구멍(72a), 복수의 암나사 구멍(72b), 고정 구멍(72d)이 설치된다. 고정 구멍(72d)에는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 도 1 및 도 6(b)에 도시하는, 축 형상 부재(32)의 굵은 원형축(32a)이 끼워맞추어져 고정된다. 스프로킷(4)과 구동 원통(72)은 복수의 볼트(2a)를 단차 형성 삽입통과 구멍(4b)에 삽입통과시키고, 또한 암나사 구멍(72b)에 나사 고정함으로써 일체화되어, 구동 회전체(2')를 형성한다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 로킹 플레이트(73)는 중앙에 거의 삼각 형상이 되는 삽입통과 구멍(73d)을 설치한 원판을 3등분 한 제 1 로킹 플레이트(73a), 제 2 로킹 플레이트(73b), 제 3 로킹 플레이트(73c)에 의해 형성된다. 도 16(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(73a∼73c)의 내측에는, 형상이 동일한 3개의 수압 플레이트(81a∼81c)를 착탈 자유롭게 부착하는 부착부(73e∼73g)가 설치된다. 수압 플레이트(81a∼81c)는, 부착부(73e∼73g)에 걸어맞추어진 상태에서, 플레이트 누름면(12a∼12c)에 의해 부착부(73e∼73g)로 눌려짐으로써, 부착부(73e∼73g)에 고정된다. 또한 도 15에 도시하는 바와 같이, 제 1 로킹 플레이트(73a)에는, 제 1 제어 회전체(71)의 원주 방향 홈(77)에 대응하는 위치에, 전후로 관통하는 원주 방향 홈(73h)가 설치된다.
또한 도 15에 도시하는 바와 같이, 유지부(12)의 플레이트 누름면(12a∼12c)은, 제 1 및 제 2 누름면 (13a, 13b), (13c, 13d), (13e, 13f)에 의해, 각각 형성된다. 제 1 및 제 2 누름면 (13a, 13b), (13c, 13d), (13e, 13f)은 각각 교선(C1∼C3)에 있어서 각 플레이트 누름면(12a∼12c)에 직교하는 가상면(S1∼S3)으로 분단된, 각 플레이트 누름면(12a∼12c)의 2개의 영역으로서 구획형성된다.
또한 도 16(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 수압 플레이트(81a)에는, 제 1 및 제 2 누름면(13a, 13b)에 각각 접촉하는 제 1 및 제 2 작용부(82a, 82b)가 미소 원호 형상으로 가공된 단부에 설치되고, 수압 플레이트(81b)에는, 제 1 및 제 2 누름면(13c, 13d)에 각각 접촉하는 제 1 및 제 2 작용부(82c, 82d)가 미소 원호 형상으로 가공된 단부에 설치되고, 수압 플레이트(81c)에는, 제 1 및 제 2 누름면(13e, 13f)에 각각 접촉하는 제 1 및 제 2 작용부(82e, 82f)가 미소 원호 형상으로 가공된 단부에 설치된다.
제 1 및 및 제 2 작용부 (82a, 82b)와 (82c, 82d)와 (82e, 82f)는 가상면(S1∼S3)으로부터 제 2 작용부(82b, 82d, 82f)까지의 각각의 제 2 거리(d2)가 가상면(S1∼S3)으로부터 제 1 작용부(82a, 82c, 82e)까지의 제 1 거리(d1)보다도 짧아지도록 수압부(81a∼81c)에 각각 형성된다.
또한 도 15에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(73a∼73c)의 인접하는 간극(73i∼73k)에는 연결핀(74∼76)의 굵은 원형축(74a∼76a)이 배치된다. 또한 제 2 로킹 플레이트(73b)와 제 3 로킹 플레이트(73c)의 간극(73j)에는 압축 코일스프링(83)이 설치된다. 제 2 로킹 플레이트(73b)는, 압축 코일스프링(83)에 의해, 제 3 로킹 플레이트(73c)로부터 떼어 놓아지는 방향으로 가압력을 받고, 연결핀(74∼76)의 굵은 원형축(74a∼76a)은, 압축 코일스프링(83)의 가압력을 받음으로써, 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트(73a∼73c)에 각각 끼워 지지된다.
로킹 플레이트(73a∼73c)는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 수압 플레이트(81a∼81c)를 플레이트 누름면(12a∼12c)에 접촉시킴으로써 유지부(12)에 유지되고, 로킹 플레이트(73a∼73c)의 외주면(14i∼14k)은 구동 원통(72)의 원통부(80)의 내주면(80a)에 내접한다. 또한 로킹 플레이트(73a∼73c)는 제 1 제어 회전체(71)에 연결되고, 제 1 제어 회전체(71)와 일체가 되어 회동한다.
또한, 도 16(a)∼(c)에 도시하는 제 1 작용부(82a, 82c, 82e)는 제 1 누름면(13a, 13c, 13e)으로부터 센터 샤프트(7)에 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크가 발생함으로써, 제 1 누름면(13a, 13c, 13e)으로부터, 중심축선(L0)이 연장되는 방향에 직교하는 힘(F)을 받고, 제 2 작용부(82b, 82d, 82f)는 제 2 누름면(13b, 13d, 13f)으로부터 센터 샤프트(7)에 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크가 발생함으로써, 제 2 누름면(13b, 13d, 13f)으로부터 중심축선(L0)이 연장되는 방향에 직교하는 힘(F)을 받는다.
제 3 실시예의 자동차용 엔진의 위상 가변 장치(70)에서는, 제 1 실시예의 셀프 로킹 기구(11)와 마찬가지로 마찰각(θ1, θ2)을 θ1<tan-1μ, θ2<tan-1μ로 함으로써, 힘(F)에 기초하는 셀프 로킹 효과가 발생한다. 또한 도 16(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 제 3 실시예의 수압 플레이트(81a∼81c)에서의 제 2 거리(d2)는 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 거리(d1)보다 짧기 때문에, 진각 방향(D1 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹 효과는 지각 방향(D2 방향)의 캠 토크에 의한 셀프 로킹력보다도 커진다.
또한, 센터 샤프트에 일체 형성되는 유지부의 형상에 대해서는, 제 1 실시예나 제 3 실시예의 유지부(12)와 같이 정육각형 단면을 갖는 형상에 한정되지 않고, 정다각형 단면을 갖는 플랜지부로서 형성되어 있으면 좋다.
1 자동차용 엔진의 위상 가변 장치
2, 2' 구동 회전체
6 캠 샤프트
10 상대위상각 변경 기구
11 셀프 로킹 기구
12 유지부
13a, 13c, 13e 제 1 누름면
13b, 13d, 13f 제 2 누름면
14 로킹 플레이트
14a∼14c 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트
15a∼15c 수압부
17a , 17c, 17e 제 1 작용부
17b, 17d, 17f 제 2 작용부
20 원통부
20a 원통부의 내주면
55 엔진의 위상 가변 장치
57 유지부
58 로킹 플레이트
58a, 58b 제 1 및 제 2 로킹 플레이트
59a, 59b 수압부
60a, 60c 제 1 누름면
60b, 60d 제 2 누름면
61a, 61c 제 1 작용부
61b, 61d 제 2 작용부
65 셀프 로킹 기구
70 자동차용 엔진의 위상 가변 장치
73 로킹 플레이트
73a∼73c 제 1 내지 제 3 로킹 플레이트
80 원통부
80a 원통부의 내주면
81a∼81c 수압 플레이트(청구항 5의 착탈 자유로운 수압부)
82a, 82c, 82e 제 1 작용부
82b, 82d, 82f 제 2 작용부
d1 제 1 거리
d2 제 2 거리
L0 캠 샤프트의 회동 중심축선
D1 진각 방향
D2 지각 방향
S1∼S3 가상면

Claims (5)

  1. 원통부를 갖고, 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 구동 회전체와,
    구동 회전체를 동축이고 또한 상대회동 가능하게 지지하는 캠 샤프트와,
    구동 회전체에 대한 캠 샤프트의 상대위상각을 변경함으로써 밸브의 개폐 타이밍을 변경하는 상대위상각 변경 기구와,
    캠 샤프트의 외주에 플랜지 형상으로 일체 형성된 유지부와, 상기 유지부에 의해, 캠 샤프트에 대하여 상대회동 불능으로 유지됨과 아울러 상기 원통부의 내주면에 내접하는 로킹 플레이트를 갖고, 상기 유지부가 진각 방향 또는 지각 방향에 발생하는 캠 토크를 받아, 로킹 플레이트를 상기 원통부의 내주면에 밀어붙임으로써, 상기 상대위상각의 벗어남을 막는 셀프 로킹 기구를 갖는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치에 있어서,
    상기 유지부의 외주에는 로킹 플레이트를 누르는 플레이트 누름면이 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 설치되고,
    상기 로킹 플레이트는 상기 플레이트 누름면과 동수이고, 또한 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 설치되고, 또한 상기 플레이트 누름면에 대향하는 위치에 수압부를 갖고,
    상기 복수의 플레이트 누름면은 각각 상기 진각 방향에 발생하는 캠 토크를 받아 로킹 플레이트를 누르는 제 1 누름면과, 상기 지각 방향에 발생하는 캠 토크를 받아 로킹 플레이트를 누르는 제 2 누름면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 누름면 및 상기 로킹 플레이트가 둘레 방향 대략 등분 복수 개소에 각각 3 이상 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    캠 샤프트 중심축선을 통과하고, 또한 상기 플레이트 누름면에 직교하는 가상면에 의해 분단되는 2개의 면으로서 상기 제 1 누름면 및 제 2 누름면이 상기 플레이트 누름면에 각각 구획형성되고,
    상기 수압부에는 상기 제 1 누름면에 의한 누름력이 작용하는 제 1 작용부와, 상기 제 2 누름면에 의한 누름력이 작용하는 제 2 작용부가 설치되고,
    상기 가상면으로부터 제 1 작용부까지의 제 1 거리가 상기 가상면으로부터 제 2 작용부까지의 제 2 거리와 상이하도록, 상기 제 1 작용부 및 제 2 작용부가 상기 수압부에 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 거리가 상기 제 1 거리보다도 짧아지도록, 상기 제 1 작용부 및 제 2 작용부가 상기 수압부에 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치.
  5. 제 3 항 에 있어서,
    상기 수압부가 상기 로킹 플레이트로부터 착탈 자유롭게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 위상 가변 장치.
KR1020157006728A 2012-10-09 2012-10-09 자동차용 엔진의 위상 가변 장치 KR20150063378A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/076099 WO2014057530A1 (ja) 2012-10-09 2012-10-09 自動車用エンジンの位相可変装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150063378A true KR20150063378A (ko) 2015-06-09

Family

ID=50477019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157006728A KR20150063378A (ko) 2012-10-09 2012-10-09 자동차용 엔진의 위상 가변 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150247428A1 (ko)
EP (1) EP2910744A1 (ko)
JP (1) JPWO2014057530A1 (ko)
KR (1) KR20150063378A (ko)
WO (1) WO2014057530A1 (ko)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5609127A (en) * 1995-06-06 1997-03-11 Noplis; Edward J. Centrifugal control assembly for camshaft advance and retardation and suppression of cyclical vibration
WO2009098752A1 (ja) * 2008-02-04 2009-08-13 Nittan, Valve, Co., Ltd. 自動車用エンジンにおける位相可変装置
JP5047356B2 (ja) * 2008-04-23 2012-10-10 日鍛バルブ株式会社 自動車用エンジンにおける位相可変装置
US8613266B2 (en) * 2008-09-05 2013-12-24 Nittan Valve Co., Ltd. Cam shaft phase variable device in engine for automobile
EP2341222A4 (en) * 2008-10-22 2012-08-15 Nittan Valva DEVICE FOR VARIABLE PHASE OF CAMSHAFT IN MOTOR FOR AUTOMOBILE
WO2010113279A1 (ja) * 2009-03-31 2010-10-07 日鍛バルブ株式会社 エンジンの位相可変装置
CN102859126A (zh) * 2010-05-18 2013-01-02 日锻汽门株式会社 发动机的相位可变装置
US9062572B2 (en) * 2010-07-02 2015-06-23 Nittan Valve Co., Ltd. Variable cam phaser for automobile engine and controller therefor
KR20130116864A (ko) * 2010-10-12 2013-10-24 니탄 밸브 가부시키가이샤 엔진의 위상 가변 장치
CN103429856B (zh) * 2011-03-30 2016-09-28 博格华纳公司 同心凸轮轴相位器扭力驱动机构

Also Published As

Publication number Publication date
EP2910744A1 (en) 2015-08-26
WO2014057530A1 (ja) 2014-04-17
JPWO2014057530A1 (ja) 2016-08-25
US20150247428A1 (en) 2015-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5102071B2 (ja) 自動車用エンジンにおける位相可変装置
JP5154657B2 (ja) 自動車用エンジンにおけるカムシャフト位相可変装置
EP2282019B1 (en) Variable phase controller for automotive engine
US8726867B2 (en) Phase varying apparatus for automobile engine technical
EP2573336B1 (en) Phase variable device for engine
JP5255114B2 (ja) エンジンの位相可変装置
KR20150063378A (ko) 자동차용 엔진의 위상 가변 장치
JP5260741B2 (ja) エンジンの位相可変装置
JP5289584B2 (ja) エンジンの位相可変装置における電磁クラッチの回り止め構造
WO2014109050A1 (ja) 自動車用エンジンの位相可変装置
JP5840768B2 (ja) エンジンの位相可変装置
JP5840769B2 (ja) エンジンの位相可変装置
JPWO2013024513A1 (ja) 自動車用エンジンの位相可変装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid