WO2008072298A1

WO2008072298A1 - エンジンの位相可変装置

Info

Publication number: WO2008072298A1
Application number: PCT/JP2006/324640
Authority: WO
Inventors: Koichi Homma; Minoru Shiino; Naoya Ishihara
Original assignee: Nittan Valve Co., Ltd.
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US7992531B2; EP2093387B1; EP2093387A1; US20100000481A1; JPWO2008072298A1; JP5047193B2; EP2093387A4; KR101273389B1; KR20090098784A

Abstract

　【課題】自動車用のエンジンの可変位相装置において、摩擦による発熱を生じないようにする。　【解決手段】吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置において、中間部材（３０）に螺合する回転ドラム（４４Ａ）と、回転ドラムの周方向に沿って所定間隔で固定されるとともに交互に逆向きに磁化された複数の磁石（８０）と、鉄心（６０）に巻かれたコイルとを備える電磁クラッチ（４２）と、磁石の磁極に近接する複数の爪（８２Ｂ、８４Ｂ）を有するとともに、鉄心との間にわずかな隙間を有して、鉄心及び磁石とで磁路（８５）を形成する強磁性体からなる磁束誘導体（８２、８４）とを備える。そして、磁束誘導体は外筒部（１０）又は内筒部（２０）に固定される。コイルへ供給する電流を制御して、爪が磁石に及ぼす磁力によって回転ドラムを加減速させ、中間部材にスプライン結合された外筒部と内筒部（２０）とを相対回転させる。　

Description

明細書

エンジンの位相可変装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車用エンジンのクランクシャフトの回転をエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるための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等の運転状態によって吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させる自動車用ェンジンの位相可変装置に関する。

従来の技術

[0002] このような位相可変装置としては、下記特許文献 1に開示されたようなものが知られている。これを図 12に示す。

[0003] この位相可変装置は、吸気弁又は排気弁を開閉するため、図示しないエンジンケース (位相可変装置用カバー）に組み付けた形態で用いられ、エンジンのクランクシャフトの駆動力力図示しないチェーンによって伝達されるスプロケット 12を有する円環状の外筒部 10と、この外筒部 10と同軸に配置されて外筒部 10に対し相対回動可能で、カムシャフト 2の一部を構成する従動側の円環状の内筒部 20と、外筒部 10と内筒部 20にそれぞれヘリカルスプライン係合して外筒部 10と内筒部 20間に介装され、軸方向に移動して外筒部 10に対する内筒部 20の位相を変える中間部材 30と、内筒部 20のカムシャフト 2の配設された側と反対側に設けられて、中間部材 30を軸方向に移動させる電磁制御手段である電磁ブレーキ 40とを備えて、る。このカムシャフト 2には、吸気弁又は排気弁の一方を開閉するためのカム 2aが設けられる。

[0004] 外筒部 10は、内周縁にリング状の凹部 13が設けられたスプロケット 12と、スプロケット 12の側面に密着し、凹部 13と協働してフランジ係合溝 13Aを画成する内フランジプレート 14と、内フランジプレート 14をスプロケット 12に共締め固定し、中間部材 3 0とのスプライン係合部 17が内周に形成されたスプラインケース 16とから構成されている。外筒部 10の凹部 13の開口側の大径凹部 13a、凹部 13の奧側の小径凹部 13 bで、両凹部 13a, 13b間には、内筒部 20側のフランジ 24の外周縁と正対する段差部 13cが設けられて!/、る。スプロケット 12と内フランジプレート 14とスプラインケース 1 6は、締結ねじ 11によって一体化されているので、フランジ係合溝 13Aと、スプラインケース 16におけるスプライン係合部 17の形成が容易になって、る。

[0005] なお、外筒部 10には小径スプロケット 12Aが固着されている力この小径スプロケット 12Aは、図示省略するが、吸気弁又は排気弁の他方を開閉するための位相可変装置のスプロケットとチェーンで連結されて、吸気弁と排気弁の両方を開閉制御するためのものである。

[0006] ところで、中間部材 30の内外周面には雌雄のへリカルスプライン 32、 33が設けられ、内筒部 20の外周面には雄へリカルスプライン 23が設けられ、スプラインケース 1 6の内周面のスプライン係合部 17には雌へリカルスプラインが形成されてヽる。そして、中間部材 30の内外のスプライン 32, 33は逆方向のへリカルスプラインとされていて、中間部材 30の軸方向への僅かな移動で、外筒部 10に対し内筒部 20の位相を大きく変化させることができるようになつている。中間部材 30の外周面には雄ねじ部 3 1が形成されている。

[0007] 電磁ブレーキ 40は、クラッチケース 60内に電磁石（電磁コイル） 62を備え、クラッチケース表面に摩擦材 66を固着した電磁クラッチ 42と、電磁クラッチ 42の摩擦材 66から制動力を受けるため強磁性体力もなる回転ドラム 44と、回転ドラム 44と外筒部 10 間に軸方向に介装されたねじりコイルばね 46とから構成される。電磁クラッチ 42は、ピン 68がエンジンケースに設けた孔に係合していて、軸方向に移動可能だが回転不能にエンジンケースに支持される。回転ドラム 44は、ベアリング 22によって内筒部 20 に回転可能に支承され、中間部材 30の雄ねじ部 31に螺合する雌ねじ部 45が形成されている。回転ドラム 44が外筒部 10に対して相対回転すると、両ねじ部 45, 31の働きによって中間部材 30は軸方向に移動する。

[0008] 電磁クラッチ 42が OFFのときは、回転ドラム 44には制動力が働かないため、回転ドラム 44と外筒部 10とは、ねじりコイルばね 46によって初期位置に固定され、外筒部 1 0, 内筒部 20, 中間部材 30および回転ドラム 44は一体に回転し、外筒部 10と内筒部 20には位相差を生じない。すると、内筒部 20はカムシャフト 2に連結され、外筒部 10はクランクシャフトに設けられたクランクプーリとチェーンで連結されているので、クランクシャフトの回転に応じて、通常のタイミングで吸気弁又は排気弁を開閉することができる。

[0009] 電磁クラッチ 42を ONにすると、電磁クラッチ 42に設けた摩擦材 66と回転ドラム 44 には摩擦による制動力が作用する。制動力が回転ドラム 44に作用すると、回転ドラム 44が外筒部 10に対して回転遅れが生じ、中間部材 30がねじ部 31, 45の働きによつて図 12で右方向に移動し、中間部材 30の内外へリカルスプライン 32, 33によって、内筒部 20が外筒部 10に対し回動して、両者の位相差が変わる。そして、回転ドラム 44は、制動力とねじりコイルばね 46のばね力とがバランスする位置に保持される。電磁クラッチ 42の電磁石に供給する電流を制御すると、内筒部 20と外筒部 10とを所望の位相差に制御できる。これにより、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを適切に変ィ匕させることができる。

[0010] 再び、電磁クラッチ 42を OFFにすると、制動力が回転ドラム 44に働かなくなり、ねじりコイルばね 46の作用により中間部材 30は、初期位置まで回転し、ねじ部 31, 45の働きによって図 12で左方向に初期位置まで移動する。すると、内筒部 20が外筒部 1 0に対し逆方向に初期位置まで回動して、両者の位相差がなくなり、通常のタイミングで吸気弁又は排気弁を開閉するようになる。

[0011] ところで、内筒部 20のフランジ 24と、外筒部 10のフランジ係合溝 13Aの側面間に摩擦トルク付加部材 51, 55が介装されて、外筒部 10と内筒部 20間の相対摺動部の摩擦トルクを高めるとともに、中間部材 30と外筒部 10および内筒部 20間のヘリカルスプライン係合部 23, 32、 33, 17における歯部同士がぶつ力る打音の発生が抑制している。

[0012] また、この位相可変装置内部には、エンジンオイル力カムシャフト 2の入口 73a、カムシャフト 2内のオイル通路、出口 73bを経て供給される。出口 73bから出たェンジンオイルは、電磁クラッチ 42表面に設けた摩擦材 66と回転ドラム 44間の摺動面との間に供給されて、摩擦材 66と回転ドラム 44との摩擦による過熱を防止するようになつている（詳細は下記特許文献 1参照)。

特許文献 1 :特開 2002— 371814号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0013] 前述したように、前記位相可変装置では、摩擦材 66と回転ドラム 44の相対摺動面では、摩擦熱により摺動面温度が高温となると、エンジンオイル中に分散している酸化防止剤や摩擦調整剤、清浄分散剤等の添加剤の反応物ゃ不溶解分により、一般に多孔質材で構成されている摩擦材の表面が目詰まりし、摩擦材 66と回転ドラム 44 に発生する摩擦トルクが低下する可能性があり、摩擦材 66と回転ドラム 44との間にエンジンオイルを流すための冷却機構が必須なものとなる。この冷却機構を構成するために、位相可変装置は、複雑な構造となって高価になるという問題があった。

[0014] 本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、自動車用のエンジンの可変位相装置を摩擦による発熱を生じないようにするとともに、簡単な構造で安価にすることを課題とする。

課題を解決するための手段

[0015] 前記課題を達成するために、請求項 1に係る発明は、エンジンのクランクシャフトの回転が伝達される外筒部と、該外筒部に相対回転可能でエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるカムシャフトに連結された内筒部と、前記外筒部及び内筒部との間に介在させた中間部材とを備え、該中間部材の作用によって前記外筒部と前記内筒部の間に相対回転を生じさせて、前記吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置において、前記中間部材を駆動する回転ドラムと、該回転ドラムの周方向に沿って所定間隔で固定されるとともに交互に逆向きに磁ィ匕された複数の磁石と、鉄心に巻かれたコイルとを備える電磁クラッチと、前記磁石の磁極に近接する複数の爪を有するとともに前記鉄心との間にわずかな隙間を有して、前記鉄心及び前記磁石とで磁路を形成する強磁性体からなる磁束誘導体とを備え、前記磁束誘導体は前記外筒部又は内筒部に固定されており、前記コイルへ供給する電流の ON、 OFF及び向きを制御して、前記爪が前記磁石に及ぼす磁力によって前記回転ドラムを加減速させ、前記中間部材を駆動することを特徴とする。

[0016] 請求項 2に係る発明は、請求項 1に係る発明において、前記鉄心は、同心の外壁部と内壁部と前記外壁部と内壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をした環状体であり、前記コイルは前記内壁部に巻かれており、前記磁束誘導体は、外側磁束誘導体と内側磁束誘導体の 2つの磁束誘導体からなり、前記外側磁束誘導体は、前記外壁部の先端に近接した環状の外壁部と、前記磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、前記内側誘導体は、前記内壁部の先端に近接した環状部と、前記磁石の他方の磁極に近接した複数の爪とを有することを特徴とする。

[0017] 請求項 3に係る発明は、請求項 1に係る発明において、前記鉄心は、前記磁石の外方に位置し、一対の側壁部と該側壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をしていて、開口部が前記磁石に向いた環状体であり、前記磁束誘導体は、前記一対の側壁部のそれぞれの先端に周縁部を近接させた一対の環状磁束誘導体力なり、前記一対の環状磁束誘導体の一方は、前記磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、前記一対の環状磁束誘導体の他方は、前記磁石の他方の磁極に近接した複数の爪を有することを特徴とする。

[0018] 請求項 4に係る発明は、請求項 2又は 3に係る発明において、前記一対の磁束誘導体が非磁性体のスぺーサを介して連結されたことを特徴とする。

[0019] 請求項 5に係る発明は、請求項 1、 2、 3又は 4に係る発明において、前記電磁クラッチには、最も接近した前記爪の位置を検出する位置センサと、最も接近した前記磁石の磁極を検出する磁気センサとを備えたことを特徴とする。

[0020] 請求項 6に係る発明は、請求項 1、 2、 3、 4,又は 5に係る発明において、前記コイルへ供給する電流の大きさも制御することを特徴とする。

発明の効果

[0021] 請求項 1に係る発明の位相可変装置によれば、回転ドラムを従来のように電磁クラツチの摩擦材で制動するのではなぐ回転ドラムに固定された磁石と電磁クラッチにより磁化される磁束誘導体の各爪との間に働く電磁力によって回転ドラムを加速又は減速することによって、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるようにしたから、電磁クラッチの摩擦材と回転ドラムとの接触による摩擦熱によって高温になることがない。このため、エンジンオイル劣化による不都合が生じないうえ、摩擦材ゃ回転ドラムを初期位置に戻すねじりコイルばねや電磁クラッチと回転ドラムに対する冷却機構が不要となって構造が簡単となるので、故障しに《長寿命で安価となる。また、磁束誘導体が外筒部又は内筒部側に固定されているから、各磁石が各爪に対して高速の相対運動しないので、容易に高精度の位相制御が可能である。さらに、各磁石から各爪及び磁束誘導体を経て鉄心へ入る磁束の変化速度が小さぐ鉄心に巻かれたコイルに大きな逆起電力が発生しな、ので、低電圧でコイルを励磁することができて実用 ¾が高い。

[0022] 請求項 2に係る発明によれば、磁束誘導体が外側磁束誘導体と外側磁束誘導体とからなり、外側磁束誘導体が鉄心の外壁部の先端に近接した環状の外壁部と各磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、内側磁束誘導体が鉄心の内壁部の先端に近接した環状部と各磁石の他方の磁極に近接した複数の爪を有するので、磁石、内側磁束誘導体、鉄心及び外側磁束誘導体で磁束がほとんど漏れないような磁路が形成できる。これにより、外側磁束誘導体の爪と内側磁束誘導体の爪を強く磁化して、各磁石の両極に強い磁力を及ぼすことができるので、軽量小型の位相可変装置ながら高速で高精度の位相可変制御が可能となる。し力も、電磁クラッチは、鉄心が同心の外壁部と内壁部と前記外壁部と内壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をした環状体であり、コイルが内壁部に巻かれているから、従来の電磁クラッチがそのまま使えて経済的である。

[0023] 請求項 3に係る発明によれば、磁束誘導体は、鉄心の一対の側壁部のそれぞれの先端に周縁部を近接させた一対の環状磁束誘導体力なり、前記一対の環状磁束誘導体の一方は、前記磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、前記一対の環状磁束誘導体の他方は、前記磁石の他方の磁極に近接した複数の爪を有するから、磁石、一対の磁束誘導体及び鉄心で磁束がほとんど漏れないような磁路が形成でき、請求項 2に係る発明と同じ効果を奏する。さら〖こ、鉄心が、磁石の外方に位置し、一対の側壁部と該側壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をしていて、開口部が前記磁石に向いた環状体であるから、この位相可変装置の軸方向長さを短縮できる。

[0024] 請求項 4に係る発明によれば、一対の磁束誘導体は非磁性体のスぺーサを介して連結されたから、一対の磁束誘導体の間を磁路が短絡することがない。これにより、一対の磁束誘導体の各爪を、つそう強く磁ィ匕することができ、各磁石に、つそう強ヽ磁力が働き、軽量小型の位相可変装置ながらいっそう高速で高精度の位相可変制御が可能となる。 [0025] 請求項 5に係る発明によれば、電磁クラッチには、最も接近した前記爪の位置を検出する位置センサと、最も接近した前記磁石の磁極を検出する磁気センサとを備えたから、全ての磁石の極性と全ての爪との位置関係が分かる。これにより、各爪を適切に磁ィ匕して磁石に磁力を及ぼし、回転ドラムを加減速して、位相可変制御を自在にできる。

[0026] 請求項 6に係る発明によれば、コイルへ供給する電流の大きさも制御するから、いつそう高精度で速い応答性を有する位相制御が可能になる。

発明の実施の形態

[0027] 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図 1〜図 6に基づいて、本発明の第 1実施例に係る位相可変装置について説明する。図 1は、この位相可変装置の縦断面図である。図 2は、この位相可変装置の磁束誘導体の斜視図である。図 3は、この位相可変装置の回転ドラムを加減速する原理について説明する図である。図 4は、この位相可変装置の電磁クラッチのコイルへ流す電流を制御する制御回路のブロック図である。図 5は、この位相可変装置のコイル駆動回路の配線図である。図 6は、前記回転ドラムの加減速制御を行うための手順を説明するフローチヤートである。

[0028] この位相可変装置は、図 1に示したように、回転ドラム 44Aと電磁クラッチ 42とからなる電磁制御手段 40aと、電磁制御手段 40aの制御回路以外は、前記従来の位相可変装置と同じである。そこで、本実施例については、従来と同じ部分については説明を極力省略し、従来と異なる部分と特に説明を要する部分についてのみ以下に説明する。

[0029] この位相可変装置の電磁クラッチ 42は、図 1に示したように、外壁部 60Aと、外壁部 60Aと同心の内壁部 60Bと、外壁部 60Aと内壁部 60Bとを連結する底部 60Cとからなる U字形断面のリング状の鉄心と、内壁部 60Bに巻かれたコイル 62とからなる。鉄心は、強磁性体力もなり、クラッチケース 60を兼ねる。コイル 62に通電すると、外壁部 60Aと内壁部 60Bの各先端は、互いに異なる磁極 N、 Sに磁ィ匕される。コイル 62に流す電流の方向を逆にすると、外壁部 60Aと内壁部 60Bの各先端は、それぞれの磁極が反転する。 [0030] 回転ドラム 44Aは、ベアリング 22によって内筒部 20に回転可能に支承され、雌ねじ部 45によって中間部材 30の雄ねじ部 31に螺合する。また、回転ドラム 44Aは、電磁クラッチ 42に面する部分がなヽ円筒形をしており、外周面に周方向に沿って 18個の磁石 80が等間隔に固定されている。この際、磁石 80は、回転ドラム 44Aにヮッシャ 81Bとナット 81Cによって固定された磁石固定板 81Aの固定孔内に固着される。また、各磁石 80は、図 2に示したように、回転ドラム 44の軸方向に磁ィ匕されており、隣接するものとは磁ィ匕方向が交互に逆向きになっている。

[0031] 外筒部 10の一部を構成するスプラインケース 16は、スプライン係合部 17で中間部材 30の外周面の雄へリカルスプライン 33に係合するとともに、外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84とを固定して、る。外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84は、ともに強磁性体であり、両者の間に非磁性体のスぺーサ 86を挟んで、ボルト 88A、 8 8Bによってスプラインケース 16に固定される。

[0032] 外側磁束誘導体 82は、図 2に示したように、スプラインケース 16に当接する基部 82 Aと、基部 82Aの内周端力磁石 80の一方の磁極に向かって伸びる爪 82Bと、基部 82Aの外周端力電磁クラッチ 42のクラッチケース 60の外壁部 60Aの先端に向かつて伸びる環状の外壁部 82Cとからなる。両外壁部 60A、 82Cの間には、極めてわずかの隙間 dを開ける。スぺーサ 86と基部 82Aは、ボルト 88A等の連結具でスプラインケース 16に連結される。

[0033] 内側磁束誘導体 84は、クラッチケース 60の内壁部 60Bの先端に極めてわずかの隙間 dを開けて近接させた環状部 84Aと、環状部 84Aから磁石 80の他方の磁極に向かって伸びる爪 84Bと、スぺーサ 86との連結部 84Cとからなる。スぺーサ 86と連結部 84Cは、ボルト 88B等の連結具で連結される。外側磁束誘導体 82の爪 82Bと内側磁束誘導体 84の爪 84Bは、それぞれ互ヽ〖こ向き合う位置で等間隔に 12個設けられ、各磁極 80A、 80Bに極めて近接させる。

[0034] ここで、外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84の間に非磁性体のスぺーサ 86を挟むことと、外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84とを一本のボルトでもってスプラインケース 16に固定しない理由は、磁石 80、内側磁束誘導体 84、クラッチケース 6 0及び外側磁束誘導体 82により形成される磁路 85がボルトによって短絡しないようにするためである。こうして、磁石 80、内側磁束誘導体 84、クラッチケース 60及び外側磁束誘導体 82からなる磁路 85は磁束漏れが少なぐ外側磁束誘導体 82の爪 82Bと内側磁束誘導体 84の爪 84Bを強く磁ィ匕することができる。

[0035] 電磁クラッチ 42のコイル 62に通電して、内外の磁束誘導体 82、 84の各爪 82B、 8 4Bを磁ィ匕させると、各爪 82B、 84Bが磁石 80に磁力を及ぼして、回転ドラム 44Aを磁束誘導体 82、 84に対して加減速することができる。すると、回転ドラム 44Aの雌ねじ部 45が中間部材 30の雄ねじ部 31に螺合して、るから、中間部材 30が軸方向に移動し、これにより中間部材 30とスプライン結合している外筒部 10と内筒部 20の間の位相を変えることができる。

[0036] なお、この電磁制御手段 40aでは、図 12に示した従来のものと異なり、回転ドラム 4 4Aを初期位置に付勢するためのねじりコイルパネと、回転ドラム 44Aに摺接する摩擦材を備えていない。

[0037] 図 3に基づいて、回転ドラム 44Aを加減速させる原理について説明する。ただし、図 3では、回転ドラム 44Aに固定された磁石 80と磁束誘導体 82、 84の各爪 82B、 8 4Bとの位置関係を理解し易くするため、回転ドラム 44Aと磁束誘導体を磁石 80及び各爪 82B、 84Bの位置で平面状に展開して説明している。ここでは、回転ドラム 44A の回転方向を右方向とし、この右方向を前とし、逆の左方向を後とする。

[0038] 電磁クラッチ 42には、最も接近した磁石 80の外側磁束誘導体 82の爪 82b又は内側磁束誘導体 84の爪 84bに面する側の磁極を検出するため、外側磁束誘導体 82 の爪 82b又は内側磁束誘導体 84の爪 84bの一方側に寄せて磁気センサ 90が設けられる。また、電磁クラッチ 42には、最も接近した爪 82B、 84Bの接近を検出する位置センサ 91も設けておく。

[0039] 磁気センサ 90としては、例えば、一方の磁極 N (又は S)が接近すると H信号（ + 1) を出力し、他方の磁極 S (又は N)が接近すると L信号 (0)を出力するようなものを使用する。このような磁気センサ 90としては、ホール素子が用いられる。もちろん、サーチコイル等、適宜磁気センサを使用することも可能である。位置センサ 91には、光センサ又は近接センサ等の適宜位置センサが使用できる。

[0040] まず、回転ドラム 44Aを加速する場合を説明する。図 3の (A)に示したように、時刻 Tlのとき、位置センサ 91からの位置信号により、位置センサ 91に最も接近した磁束誘導体 82、 84の爪 82B、 84Bが所定位置に位置したときを検出する。同時に、磁気センサ 90からの磁気信号により、磁気センサ 90に最も近接している磁石 80の磁極が N極力 S極力も分かる。これで、各磁石 80と各爪 82B、 84Bは、それぞれに等間隔に配置されているから、全ての磁石 80の極性と全ての爪 82B、 84Bとの位置関係も分かる。このとき、回転ドラム 44Aを加速するためには、磁気センサ 90が設けられた側の各爪 82Bを、磁気センサ 90が検出した磁極と同極にするとともに、反対側の各爪 8 4Bを磁気センサ 90が検出した磁極と逆極にするようにコイル 62に通電する。

[0041] この後の時刻 T2のとき、位置センサ 91に最も接近した爪 82B、 84Bが所定位置に位置したときを検出する。このとき、図 3の（B)に示したように、各磁石 80は各爪 82B 、 84Bに対して相対移動しており、回転ドラム 44Aには加減速を生じなくなるとともに、磁気センサ 90からの磁極信号が反転する。

[0042] この後の時刻 T3のとき、位置センサ 91に最も接近した爪 82B、 84Bが所定位置に位置したときを検出する。このとき、図 3の（C)に示したように、各磁石 80は各爪 82B 、 84Bに対して相対移動する。ここで、回転ドラム 44Aを加速し続けるには、時刻 T2 になったときから、磁気センサ 90が設けられた側の各爪 82Bを磁気センサ 90が検出した磁極と同極に、反対側の各爪 84Bを磁気センサ 90が検出した磁極と逆極に磁ィ匕するように、コイル 62に供給する電流の極性を反転させる。

[0043] この後の時刻 T4のとき、位置センサ 91に最も接近した爪 82B、 84Bが所定位置に位置したときを検出する。このとき、図 3の（D)に示した位置まで、各磁石 80は各爪 8 2B、 84Bに対して相対移動しており、回転ドラム 44Aには加減速を生じなくなるとともに、磁気センサ 90からの磁極信号が再び反転する。ここで、コイル 62に供給する電流の極性を反転させると、回転ドラム 44Aの加速を続けることができる。

[0044] 以下同様に、磁気センサ 90からの磁極信号で判定した極性が反転する度に、コィル 62にカ卩える電流の向きを反転させて、磁気センサ 90が設けられた側の爪 82Bを磁気センサ 90が検出した磁極と同極に、反対側の爪 84Bを磁気センサ 90が検出した磁極と逆極にすると、回転ドラム 44Aの加速を続けることができる。

[0045] 回転ドラム 44Aの加減速が必要無いときは、コイル 62への供給電流を遮断する。これで、回転ドラム 44Aは定速回転を続ける。回転ドラム 44Aを減速する必要があるときは、前述した回転ドラム 44Aを加速する場合と逆向きの電流をコイル 62に流せばよい。

[0046] 図 4に示したように、電磁クラッチ 42のコイル 62へ流す電流を制御する制御回路 1 00は、コントローラ（マイクロコンピュータ） 102、コイル駆動回路 104、可変電圧電源 106、磁気センサ 90及び位置センサ 91と力もなる。

[0047] コントローラ 102は、エンジン 110から送られてくるクランク角信号 a及びカム角信号 bと、磁気センサ 90からの磁極信号 cと、位置センサ 91からの位置信号 c'に基づいて、クランク角に対するカム角の位相角の設定値からの偏差、すなわち位相偏差が無くなるように、回転ドラム 44Aの加速又は減速制御するための駆動信号 dをコイル駆動回路 104に送るものである。回転ドラム 44Aの加減速を停止するには、駆動信号 dを停止すればよい。また、コントローラ 102は、位相偏差の絶対値に応じて、コィル 62に加える電圧を変化させるための電源制御信号 eを可変電圧電源 106へ送つて、よりきめ細かな位相制御を可能にしている。

[0048] コイル駆動回路 104は、コントローラ 102から送られてくる駆動信号 dに応じて、コィル 62に供給する電流を ON · OFFするとともに電流の向きを変える半導体スィッチ回路である。駆動信号 dには、コイル駆動回路 104のスイッチング用トラジスタを ON 'Ο FFするための HI信号と Η2信号が含まれる。 HI信号と H2信号としては、それぞれ H (高電位)信号又は L (低電位)信号が出される。

[0049] 可変電圧電源 106は、コントローラ 102から送られてくる電源制御信号 eに応じて出力電圧を昇圧又は降圧させコイル駆動回路 104へ送るものである。本実施例では、位相偏差の絶対値が小さ、場合、電源制御信号 eに応じてパルス幅変調 (PWM)することにより、出力電圧を下げる。一方、位相偏差の絶対値が大きい場合は、コイル 6 2に充分な電流を流すために、適宜昇圧手段によって可変電圧電源 106の出力電圧を上げる。

[0050] 図 5にコイル駆動回路 104の配線図の一例を示す。コイル駆動回路 104は、 4つのスイッチング用トラジスタ 92と 1つのコイル 62とからなるブリッジ回路である。なお、スィツチング用トラジスタ 92に並列に挿入されたダイオード 94は、コイル 62に発生する逆起電力がスイッチング用トラジスタ 92にかかるのを防止するためのものである。

[0051] コントローラ 102からは駆動信号 dとして、スイッチング用トラジスタ 92を ON .OFF するための HI信号と H2信号が送られてくる。 HI信号が H信号 (HI = 1)で H2信号力信号 (H2 = 0)であれば、コイル 92を右向きに電流が流れるので、各爪 82B、 84 Bを磁ィ匕できる。逆に、 HI信号が L信号 (H1 = 0)で H2信号カ¾信号 (H2= l)にそれぞれ反転すれば、コイル 62を左向きに電流が流れるので、各爪 82B、 84Bの磁化を反転させることができる。こうして、コントローラ 102から HI信号又は H2信号をコィル駆動回路 104へ送ることにより、コイル 62に供給する電流の向きを制御して、各爪 82B、 84Bを適切な磁極にすることにより、回転ドラム 44Aの加速又は減速を自在に行うことができる。

[0052] それでは、図 6に基づいて、回転ドラム 44Aの加減速制御を行うために、この位相可変装置のコントローラ 102の行う制御手順を説明する。この位相可変装置が動作をスタートすると、まず、ステップ S1に進んで、エンジン 110から送られてくるクランク角信号 a及びカム角信号 bとから、クランク角に対するカム角の位相角の設定値からの偏差、すなわち位相偏差の絶対値が所定値 K1以上か否かを判断する。位相偏差の絶対値が所定値 K1未満のときは、回転ドラム 44Aの加減速制御は必要な、ので、ステップ S2に進んで、コイル駆動回路 104への駆動信号 dを停止（H1 = 0、 H2 = 0)して、コイル 62への給電を停止し、各爪 82B、 84Bを非励磁状態として、ステップ S1に戻る。

[0053] ステップ S1で位相偏差の絶対値が所定値 K1以上のときは、回転ドラム 44Aの加減速制御が必要なので、ステップ S3に進んで、位相偏差の正負から回転ドラム 44A を加速するか減速するか判断する。例えば、位相偏差が負のときは回転ドラム 44Aを減速することに決定して、ステップ S4〜S6を実行する。ただし、中間部材 30の内外ヘリカルスプライン 32、 33 (図 12参照）の方向によっては、回転ドラム 44Aを逆に加速すること〖こなる。

[0054] ステップ S4に進むと、磁気センサ 90からの磁極信号 cを調べて、磁気センサ 90に最も接近して、る磁石 80が N極力 S極の!/、ずれであるかを判定して、コイル 62に電流を流す方向と通電を指示する駆動信号 d (HI信号及び H2信号)を決定する。 [0055] 次にステップ S 5に進んで、位相偏差の絶対値から電源制御信号 eを決定する。位相偏差の絶対値が所定値 K2 (ただし、 Κ2>Κ1)以上のときは、可変電圧電源 106 は、位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を電源 (バッテリー)電圧より上げるが、位相偏差の絶対値が所定値 Κ2未満のときは、位相偏差の絶対値に応じて出力電圧を電源電圧より下げる。

[0056] さらに、ステップ S6に進んで、電源制御信号 eを可変電圧電源 106に送るとともに、駆動信号 dをコイル駆動回路 104へ送って、電磁クラッチ 42のコイル 62に電流を流す。この後、ステップ S1〖こ戻る。こうして、ステップ Sl、 S3〜S6を繰り返して、回転ドラム 44Aを減速して、位相偏差の絶対値が所定値 K1以内になるまで、位相偏差を小さくしていく。

[0057] ステップ S3で、位相偏差が正で回転ドラム 44Aを増速することに決定したときは、ステツプ S7〜S9を実行する。ステップ S7では、前述したステップ S4と同じく駆動信号 d を決定するのである力回転ドラム 44Aを増速させるため、駆動信号 dを構成する HI 信号及び H2信号は、前記ステップ S4のときとは反転している。ステップ S8と S9は、前述したステップ S5と S6と同じである。結局、ステップ S7〜S9が実行されると、ステップ S4〜S6が実行された場合とは、コイル 62に流す電流の方向は逆向きになる。この後、ステップ S1に戻り、以下、ステップ Sl、 S3、 S7〜S9を繰り返して、回転ドラム 44Aを加速して、位相偏差の絶対値が所定値 K1以内になるまで、位相偏差を小さくしていく。

[0058] 以上のように、ステップ S1〜S9を実行することにより、この位相可変装置では常に位相偏差を所定値 K1以内に保つことができる。

[0059] 本実施例によれば、電磁クラッチ 42は、外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84 を介して、各磁石 80の磁極に近接した各爪 82B、 84Bを磁ィ匕させるから、各磁石に強い磁力が働き、回転ドラム 44Aを加減速できるから、図 12に示した従来のものと同様に位相制御が可能となる。また、従来のもののように、電磁クラッチ 42表面に設けた摩擦材 66と回転ドラム 44Aとの摩擦による発熱を生じな、ので、エンジンオイル中に分散して!/ヽる酸化防止剤や摩擦調整剤、清浄分散剤等の添加剤の反応物ゃ不溶解分により摩擦材の表面が目詰まりし、摩擦材 66と回転ドラム 44Aに発生する摩擦トルクが低下することもなくなり、この位相可変装置の信頼性が高まる。さらに、この位相可変装置は、発熱を生じないので、摩擦材 66と回転ドラム 44Aとの間にエンジンオイルを流すための冷却機構も不要となるため、部品点数を減らすことができる。これにより、簡単な構造となり、故障しに《長寿命にでき、し力も安価に製造できる。

[0060] 特に、本実施例では、外側磁束誘導体 82と内側磁束誘導体 84が外筒体 10を構成するスプラインケース 16に固定されているから、各爪 82B、 84Bと磁石 80と力高速の相対移動しない。これにより、容易に高精度の位相制御が可能となるうえ、各爪 82 B、 84Bから磁束誘導体 82、 84及びクラッチカバー 60へ入る磁束の変化速度が小さく、クラッチカバー 60の内壁部 60Bに巻かれたコイル 62に大きな逆起電力が発生しないので、低電圧でコイル 62を励磁して、位相制御することができて実用性が高い。し力も、従来の電磁クラッチ 42が、そのまま使えて経済的である。

[0061] 次に、図 7に基づいて、本発明の第 2実施例について説明する。本実施例では、内側磁束誘導体 84が内筒体 20に連結されており、外側磁束誘導体 82が外筒体 10に連結されていない。この他は、両磁束誘導体 82、 84とスぺーサ 86の形状がいくらか相違するが、前記第 1実施例と略同じである。そして、本実施例も前記第 1実施例と略同じ効果を奏する。

[0062] 次に、図 8に基づいて、本発明の第 3実施例について説明する。本実施例では、磁石 80が回転ドラム 44Aの半径方向に磁ィ匕されており、回転ドラム 44Aには半径方向に伸びる磁石取付部 44Dが設けられている。この他は、回転ドラム 44A、両磁束誘導体 82、 84及びスぺーサ 86の形状と配置力 ^、くら力 4目違するが、前記第 1実施例と略同じである。そして、本実施例も前記第 1実施例と略同じ効果を奏する。

[0063] 次に、図 9に基づいて、本発明の第 4実施例について説明する。本実施例では、前記第 3実施例において、内側磁束誘導体 84を内筒体 20に連結し、外側磁束誘導体 82を外筒体 10に連結しない。この他は、回転ドラム 44A、両磁束誘導体 82、 84及びスぺーサ 86の形状と配置がいくらか相違するだけで、第 3実施例と略同じである。そして、本実施例も前記第 1実施例と略同じ効果を奏する。

次に、図 10に基づいて、本発明の第 5実施例について説明する。本実施例では、電磁クラッチ 42と磁石 80とを回転ドラム 44Aの半径方向に沿って配置し、電磁クラッチ 42の鉄心 60Tは、磁石 80の外方に位置し、一対の側壁部 60Sと該側壁部 60Sとを連結する底部 60Uとを有した U字形断面をしていて、開口部 60Vが内方の磁石 80 を向、た環状体である。鉄心 60の一対の側壁部 60Sのそれぞれの先端に周縁部を近接させた一対の環状磁束誘導体 83が配置される。環状磁束誘導体 83の一方は、磁石 80の一方の磁極に近接した複数の爪 83Bを有し、環状磁束誘導体 83の他方は、磁石 80の他方の磁極に近接した複数の爪 83Bを有する。一対の環状磁束誘導体 83は、間にスぺーサ 86を挟むとともに外筒体 10との間にもスぺーサ 86を挟んで、図示しない連結具で外筒体 10に固定される。この他は、前記第 1実施例と略同じである。本実施例によれば、電磁クラッチ 42と磁石 80とを半径方向に沿って配置したから、この位相可変装置の軸方向長さを短縮できる。もちろん、一対の環状磁束誘導体 83は、内筒体 20に固定することも可能である。また、本実施例は前記第 1実施例と略同じ効果も奏する。

[0064] ところで、本発明は前記実施例に限るものではなぐ例えば、次のように種々の変形が可能である。前記各実施例では、中間部材 30を軸方向に移動させて、中間部材 3 0にスプライン結合された外筒部と内筒部（20)とを相対回転させたが、外筒部 10及び内筒部 20の間に適宜中間部材を介在させ、該中間部材を回転ドラム 44の加減速によって前記中間部材を適宜駆動して、外筒部 10と内筒部 20の間に相対回転を生じさせてもよい。また、回転ドラム 44Aに固定する磁石 80及び磁束誘導体 82、 84の各爪 82B、 84Bの数は、前記各実施例の数と同じにする必要はなぐ必要な精度やトルクやコスト等に応じて適宜増減してもよい。さらに、前記各実施例では、前記各実施例では 2つの磁束誘導体 82、 84、 83を設けたが、図 11に示したように、外側磁束誘導体 84のみでもよい。

[0065] この他、前記実施例では位相偏差に応じて、可変電圧電源 106の出力電圧を制御しているが、特に高精度で速い応答性が要求されない限り、電源電圧の制御をしなくても実用上問題ない。さらに、前記実施例では、位置センサ 91と磁気センサ 90の 2 つのセンサを設けたが、磁束誘導体 82、 84、 83に磁気センサ 90を設ければ、位置センサ 91は不要となる。ただし、磁束誘導体 82、 84、 83は回転しているため、磁気センサ 90と非回転部分に設けられているコントローラ 102との間は、スリップリング等の適宜接続手段を介して接続する必要がある。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の一実施例に係る位相可変装置の縦断面図である。

[図 2]前記位相可変装置の磁束誘導体の斜視図である。

[図 3]前記位相可変装置の回転ドラムを加減速する原理について説明する図である

[図 4]前記位相可変装置における電磁クラッチの制御回路のブロック図である。

[図 5]前記位相可変装置におけるコイル駆動回路の配線図である。

[図 6]前記位相可変装置の動作を説明するフローチャートである。

[図 7]本発明の第 2実施例を説明する図である。

[図 8]本発明の第 3実施例を説明する図である。

[図 9]本発明の第 4実施例を説明する図である。

[図 10]本発明の第 5実施例を説明する図である。

[図 11]本発明のさらに別の実施例を説明する図である。

[図 12]従来の位相可変装置の構造を説明する図である。

符号の説明

2 カムシャフト

10 外筒部

20 内筒部

30 中間部材

42 電磁クラッチ

44A 回転ドラム

60 クラッチケース (鉄心)

62 コィノレ

80 磁石

82 外側磁束誘導体

83 環状磁束誘導体

84 内側磁束誘導体

一 98

9^8 9S8 9S8 t9 900Zdf/ェ:) d L V 86 薦 OOZ OAV

Claims

請求の範囲

[1] エンジンのクランクシャフトの回転が伝達される外筒部と、該外筒部に相対回転可能でエンジンの吸気弁又は排気弁を開閉させるカムシャフトに連結された内筒部と、前記外筒部及び内筒部の間に介在させた中間部材とを備え、該中間部材の作用によつて前記外筒部と前記内筒部の間に相対回転を生じさせて、前記吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置において、

前記中間部材を駆動する回転ドラムと、該回転ドラムの周方向に沿って所定間隔で固定されるとともに交互に逆向きに磁ィ匕された複数の磁石と、鉄心に巻かれたコイルとを備える電磁クラッチと、前記磁石の磁極に近接する複数の爪を有するとともに前記鉄心との間にわずかな隙間を有して、前記鉄心及び前記磁石とで磁路を形成する強磁性体からなる磁束誘導体とを備え、

前記磁束誘導体は前記外筒部又は内筒部に固定されており、前記コイルへ供給する電流の ON、 OFF及び向きを制御して、前記爪が前記磁石に及ぼす磁力によって前記回転ドラムを加減速させ、前記中間部材を駆動することを特徴とするエンジンの位相可変装置。

[2] 前記鉄心は、同心の外壁部と内壁部と前記外壁部と内壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をした環状体であり、

前記コイルは前記内壁部に巻かれており、

前記磁束誘導体は、外側磁束誘導体と内側磁束誘導体の 2つの磁束誘導体からなり、前記外側磁束誘導体は、前記外壁部の先端に近接した環状の外壁部と、前記磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、前記内側誘導体は、前記内壁部の先端に近接した環状部と、前記磁石の他方の磁極に近接した複数の爪とを有することを特徴とする請求項 1に記載のエンジンの位相可変装置。

[3] 前記鉄心は、前記磁石の外方に位置し、一対の側壁部と該側壁部とを連結する底部とを有した U字形断面をしていて、開口部が前記磁石に向いた環状体であり、前記磁束誘導体は、前記一対の側壁部のそれぞれの先端に周縁部を近接させた一対の環状磁束誘導体からなり、前記一対の環状磁束誘導体の一方は、前記磁石の一方の磁極に近接した複数の爪を有し、前記一対の環状磁束誘導体の他方は、前記磁石の他方の磁極に近接した複数の爪を有することを特徴とする請求項 1に記載のエンジンの位相可変装置。

[4] 前記一対の磁束誘導体が非磁性体のスぺーサを介して連結されたことを特徴とする請求項 2又は 3に記載のエンジンの位相可変装置。

[5] 前記電磁クラッチには、最も接近した前記爪の位置を検出する位置センサと、最も接近した前記磁石の磁極を検出する磁気センサとを備えたことを特徴とする請求項 1、

2、 3,又は 4に記載のエンジンの位相可変装置。

[6] 前記コイルへ供給する電流の大きさも制御することを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4, 又は 5に記載のエンジンの位相可変装置。