WO2013157131A1 - エンジンの位相可変装置 - Google Patents

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WO2013157131A1
WO2013157131A1 PCT/JP2012/060690 JP2012060690W WO2013157131A1 WO 2013157131 A1 WO2013157131 A1 WO 2013157131A1 JP 2012060690 W JP2012060690 W JP 2012060690W WO 2013157131 A1 WO2013157131 A1 WO 2013157131A1
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WO
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sprocket
drive
relative
camshaft
hole
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PCT/JP2012/060690
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English (en)
French (fr)
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本間 弘一
正昭 新納
Original Assignee
日鍛バルブ株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34Valve-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
    • F01L1/344Valve-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
    • F01L1/352Valve-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2001/3522Valve-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

Definitions

  • the present invention relates to a self-locking mechanism that prevents a relative phase angle shift due to cam torque from the engine valve side in a phase variable mechanism that changes the valve opening / closing timing by changing the camshaft assembly angle (relative phase angle) with respect to the crankshaft.
  • the present invention relates to a phase varying device for an automobile engine provided with a mechanism.
  • An automotive engine provided with a self-locking mechanism that prevents deviation of the relative phase angle due to disturbance torque from the valve side in a phase variable mechanism that changes the opening / closing timing of the engine valve by changing the relative phase angle of the crankshaft and camshaft.
  • phase variable devices there is one shown in Patent Document 1 below.
  • the first control rotating body coaxially integrated with the camshaft via the center shaft is the second electromagnetic clutch or the second rotating mechanism.
  • the electromagnetic clutch rotates relative to the drive rotating body 2 driven by a crankshaft (not shown) in either the advance direction or the retard direction.
  • the opening / closing timing of the engine valve is changed by changing the relative phase angle of the first control rotating body on the camshaft side with respect to the driving rotating body on the crankshaft side as described above.
  • the camshaft receives cam torque from the engine valve due to the impact when the engine valve is opened and closed. Since the cam torque causes a shift in the relative phase angle of the camshaft with respect to the drive rotor, in the engine phase variable device of Patent Document 1, the first control rotation is performed when the cam torque is input to the camshaft.
  • a self-locking mechanism is provided that prevents the relative phase angle from shifting by locking the body with respect to the drive rotator so that it cannot rotate relative to the drive rotator.
  • the self-locking mechanism has an eccentric circular cam integrated with the center shaft, a lock plate bush, and a lock plate fixed to the first control rotating body. The outer peripheral surface of the lock plate is inscribed in the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the drive rotator (see FIG. 5 of Patent Document 1).
  • the lock plate slides and rotates inside the cylindrical portion when the first control rotating body receives torque by the first electromagnetic clutch or the reverse rotation mechanism.
  • the camshaft receives cam torque
  • the eccentric circular cam receives the eccentric rotation torque due to the cam torque around the rotation center axis, and either of the outer peripheral surfaces of the lock plate is driven through the lock plate bush. Press locally against the inner peripheral surface of the cylindrical part.
  • the self-locking mechanism generates a self-locking function that locks the first control rotating body relative to the driving rotating body so as not to be rotatable relative to the driving rotating body when the cam torque is generated.
  • the drive rotator of Patent Document 1 is composed of a front end drive cylinder having a cylindrical portion, and a rear end sprocket fixed by a bolt so as to be coaxial with the drive cylinder, and a chain wound around the sprocket It rotates by receiving the driving torque of the crankshaft from a transmission member such as a drive belt.
  • a bending moment about the front end portion is generated when the sprocket at the rear end portion receives a force in a direction perpendicular to the rotation center axis due to the tension of the transmission member.
  • the bending moment tilts the inner peripheral surface of the cylindrical portion with respect to the rotation center axis, and generates a biased frictional force between the inscribed lock plate and the inner peripheral surface of the cylindrical portion.
  • This frictional force is a problem in that the change of the opening / closing timing of the engine valve is hindered because the relative rotation of the first control rotator with respect to the drive rotator is prevented during the operation of the first electromagnetic clutch or the reverse rotation mechanism. .
  • the present invention provides a phase varying device for an automobile engine having a self-locking mechanism that generates a self-locking function while ensuring the operation of changing the opening / closing timing of the engine valve.
  • the variable phase device for an automobile engine includes a sprocket that is rotated by a crankshaft via a transmission member wound around at least a part of the outer periphery, and a drive cylinder that is attached to the sprocket. And a camshaft that supports the drive rotator coaxially and relatively rotatably, and a circular portion inscribed in the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the drive cylinder, and is coaxial with the drive rotator And a control rotator supported by the camshaft in a relatively rotatable state, a rotation operation force applying means for applying a relative rotation torque to the drive rotator to the control rotator, and a control for the drive rotator.
  • Relative phase angle changing mechanism for changing the relative phase angle of the camshaft with respect to the drive rotating body according to the relative rotation of the rotating body, and cam torque generated on the camshaft Therefore, the phase of an automobile engine having a self-locking mechanism that prevents a relative phase angle of the camshaft relative to the drive rotor due to cam torque by pressing the circular surface portion of the control rotor on the inner peripheral surface of the cylindrical portion.
  • a relative displacement mechanism that holds the sprocket so as to be relatively displaceable in a direction perpendicular to the rotation center axis with respect to the cylindrical portion is provided.
  • a second aspect of the present invention is the vehicle engine phase variable device according to the first aspect,
  • the relative displacement mechanism is formed by a small hole and a large hole wider than the small hole, and a plurality of step insertion holes provided in one of the drive cylinder or sprocket of the drive rotator and the drive cylinder of the drive rotator Alternatively, on the other side of the sprocket, at least a part of a shaft fixing hole provided at a position corresponding to the step insertion hole, a tip portion inserted into the small hole of the step insertion hole and fixed to the small hole, It is formed wider than the small hole and is arranged inside the large hole, and either the cylindrical part or the sprocket provided with the fixing hole is positioned in the axial direction, and the sprocket is positioned with respect to the cylindrical part.
  • a shaft-shaped member having a base end portion that is displaceably held in a direction perpendicular to the direction in which the rotation center axis of the drive rotator extends, and is provided between the shaft-shaped member and the step insertion hole.
  • the first and the minute clearance was, provided on at least a portion between the sprocket and the camshaft, and as and a smaller second small clearance than the first small clearance.
  • the first minute clearance is provided between a base end portion of the shaft-like member and a large hole of the step insertion hole. Formed by a third minute clearance provided, and a fourth minute clearance provided between the tip of the shaft-like member and the small hole of the step insertion hole, The third minute clearance is formed smaller than the fourth minute clearance.
  • the phase varying device for an automobile engine of claim 1 and 2 the bending moment due to the transmission member is not generated in the cylindrical portion of the driving cylinder, and the relative phase angle of the camshaft with respect to the driving rotating body is hindered by the bending moment. Therefore, the self-locking mechanism that reliably changes the opening / closing timing of the engine valve can be obtained.
  • the durability of the tip end portion of the shaft-shaped member when the sprocket receives a rotational force from the transmission member does not deteriorate.
  • the disassembled perspective view which looked at the Example of the phase variable apparatus of the engine for motor vehicles from the apparatus front.
  • A The front view of the phase change apparatus of the engine for motor vehicles of a present Example (except for the cover 70).
  • A GG sectional drawing of FIG.3 (b).
  • C The expanded sectional view which shows the relative displacement mechanism of Fig.5 (a).
  • FIG.3 The figure which shows the modification of a level
  • the engine phase varying device shown in each embodiment is a device that changes the opening / closing timing of the intake / exhaust valve of the engine by changing the relative phase angle of the camshaft with respect to the drive rotating body rotated by the crankshaft.
  • the engine phase varying device 1 includes a drive rotator 2 that rotates around a rotation center axis L0 by a crankshaft, and a first controlled rotation that is arranged coaxially with the drive rotator 2 (around the rotation center axis L0).
  • the body 3 (the control rotating body of claim 1), the camshaft 17 (FIG. 3B), the rotational operation force applying means 9, the relative phase angle changing mechanism 10, and the self-locking mechanism 11.
  • the second electromagnetic clutch side in FIG. 1 is referred to as the front side of the apparatus, and the drive rotor 2 side is referred to as the rear side of the apparatus.
  • the rotation direction around the rotation center axis L0 of the drive rotating body 2 and the camshaft 17 is the advance side D1 direction (clockwise), and the reverse direction to D1 is the retard side D2 direction (counterclockwise). Will be described.
  • the drive rotor 2 is composed of a sprocket 4 that receives a driving force from the crankshaft and a drive cylinder 5 having a cylindrical portion 20.
  • the sprocket 4 having a disk shape with the rotation center axis L0 as the center passes through the tooth portion 4b on the outer periphery and the front and rear as shown in FIG. 5A, and the first cylindrical portion 7a of the center shaft 7 described later. And a central circular hole 4a into which is inserted.
  • a transmission member 19 that is composed of a chain, a drive belt, or the like corresponding to the tooth portion 4b and receives power from a crankshaft (not shown) is wound around the tooth portion 4b of the sprocket 4.
  • the sprocket 4 has a pair of long holes (large holes in claim 2; reference numerals 4c and 4c) and a hole 4d that communicates with the long holes and opens forward (small holes in claim 2). (See FIG. 5B), a step insertion hole 4e is provided.
  • the pair of long holes (4c, 4c) are provided at positions symmetrical with respect to the rotation center axis L0 and extend along an axis L01 perpendicular to the rotation center axis L0. Further, as shown in FIG. 1, a stepped circular hole 4f in which a flange portion 7b of a center shaft described later is disposed is provided around the circular hole 4a.
  • the drive cylinder 5 has a shape in which the cylinder portion 20 is integrated in front of the disc-shaped bottom portion 5c, and is centered on the same rotation center axis L0 as the camshaft 17. And As shown in FIG. 4 (b), the bottom 5c penetrates forward and backward, and holds a central circular hole 5a held by a center shaft 7 described later, and a first link pin 34 described later that opens forward. A mounting hole 5b for attaching the fine round shaft 34a is provided. The bottom 5c is provided with a pair of fixing holes (5d, 5d).
  • the pair of fixing holes (5d, 5d) includes a female screw hole 5e that opens forward and a stepped circular hole 5f that has a smaller inner diameter than the female screw hole 5e.
  • the fixing holes (5d, 5d) are provided at positions that are symmetric with respect to the rotation center axis L0 and that correspond to the pair of long holes (4c, 4c).
  • the sprocket 4 and the drive cylinder 5 are connected by a pair of shaft-like members 2a.
  • the shaft-like member 2a is constituted by a male screw portion 2b (a tip portion of the shaft-like member according to claim 2 of the present application) and a head portion 2c having a larger outer diameter than the male screw portion 2b (a base end portion of claim 2 of the present application).
  • the male screw portion 2b of the shaft-like member 2a is inserted into the hole 4d of the sprocket 4, and the head portion 2c is disposed inside the long hole 4c.
  • a first minute clearance C1 is provided between the shaft-like member 2a and the step insertion hole 4e.
  • the first minute clearance C1 is constituted by a third minute clearance C3 and a fourth minute clearance C4 described later.
  • the longitudinal width along the axis L01 of the long holes (4c, 4c) of the sprocket 4 is defined as a longitudinal width d1
  • the lateral width orthogonal to the longitudinal width d1 is defined as a lateral width d2.
  • the lateral width d2 of the long holes (4c, 4c) is formed to be substantially the same as the outer diameter of the head 2c.
  • a third minute clearance C3 is provided above and below the head 2c and the long holes (4c, 4c). It is done.
  • a fourth minute clearance C4 having a size equal to or larger than the third minute clearance C3 is provided.
  • the male screw portion 2b of the shaft-like member 2a is screwed into the female screw hole 5e of the front drive cylinder while being inserted into the hole 4d from the rear of the sprocket 4, and the head 2c is , Is disposed inside the long hole 4c.
  • the shaft-like member 2a is positioned in the axial direction (direction in which the rotation center axis L0 extends) when the male screw portion 2b contacts the base end portion of the stepped circular hole 5f.
  • the shaft-shaped member 2a positioned in the axial direction holds the sprocket 4 so as not to be pinched and fixed between the front surface 2d of the head 2c and the base end surface 5g of the drive cylinder 5.
  • the camshaft 17 shown in FIG. 4 is composed of the camshaft main body 6 and the center shaft 7.
  • the camshaft main body 6 is coaxially rotated relative to the rear end side of the center shaft 7 by inserting a bolt 37 into the center circular hole 7e of the center shaft 7 and the female screw hole 6a in front of the camshaft main body 6. It is impossible to integrate.
  • the first control rotator 3 has a bottomed cylindrical shape in which a flange portion 3a at the front edge, a cylindrical portion 3b continuous to the rear, and a bottom portion 3c are continuous.
  • the bottom 3c has a central central hole 3d, a pair of pin holes 28, a circumferential groove 30 provided on a circumference having a predetermined radius from the rotation center axis L0, and a distance from the rotation center axis L0 to the groove. It has a curvilinear diameter reducing guide groove 31 that decreases toward the advance side D1.
  • the center shaft 7 includes a first cylindrical portion 7a, a flange portion 7b, a second cylindrical portion 7c, an eccentric circular cam 12 having a cam center L1 eccentric from the rotation center axis L0 of the cam shaft 17, and a third cylindrical portion 7d on the rear side.
  • the drive rotator 2 is rotatably supported by the center shaft 7 with the sprocket 4 and the drive cylinder 5 connected by the shaft-like member 2a sandwiching the flange portion 7b.
  • the drive cylinder 5 is rotatably supported by the second cylinder portion 7c through the circular hole 5a.
  • the sprocket 4 has a second minute clearance C2 formed between the central circular hole 4a and the first cylindrical portion 7a, and a minute clearance C5 formed between the stepped circular hole 4f and the flange portion 7b. In this state, it is connected to the drive cylinder 5.
  • the second minute clearance C2 is formed smaller than the third minute clearance C3, and the minute clearance C5 is formed larger than the second minute clearance C2.
  • the shaft-like member 2a together with the step insertion hole 4e of the sprocket 4, the fixed hole 5d of the drive cylinder 5, and the minute clearance (C1, C2), a relative displacement mechanism that holds the sprocket 4 relative to the drive cylinder 5 so as to be relatively displaceable. 41 is constructed.
  • the relative displacement mechanism 41 causes the second small rocket 4 to move along the axis L01. It is displaced relative to the drive cylinder 5 by the clearance C2.
  • the second minute clearance C2 is smaller than the first minute clearance C1, that is, both the third and fourth clearances (C3, C4). Therefore, when the circular hole 4a of the sprocket 4 is displaced by the amount of the second minute clearance C2 and contacts the first cylindrical portion 7a of the center shaft 7, the shaft-like member 2a is held in a state of not contacting the step insertion hole 4e. Is done.
  • the drive cylinder 5 receives drive torque from the sprocket 4 via the head 2 c of the shaft-like member 2 a and rotates together with the sprocket 4.
  • the relative displacement mechanism 41 does not generate a bending moment in the drive cylinder 5 but transmits only the drive torque from the sprocket 4 to the drive cylinder 5, thereby reliably generating a self-lock function described later.
  • a pin member fitted and fixed in the hole or press-fitted and fixed may be used.
  • the relative displacement mechanism 41 of the first embodiment only the shape of the step insertion hole is changed, and the large hole of the step insertion hole of the first embodiment has a vertical width d1 and a horizontal width d2 as shown in FIG.
  • a circular hole 4c1 having the same inner diameter as the vertical width d1 as shown in FIG. 5A may be used.
  • the step insertion hole provided in the sprocket and the first minute clearance may be formed in the drive cylinder in the first embodiment, and the shaft-like member may be fixed to the fixing hole provided in the sprocket.
  • the third cylindrical portion 7d is inserted into the central circular hole 3d of the first control rotator 3.
  • the drive rotator 2, the first control rotator 3, the camshaft body 6, and the center shaft 7 are coaxially arranged on the rotation center axis L0.
  • the rotation operation force applying means 9 brakes the first control rotator 3 and applies a relative rotation torque to the drive rotator 2.
  • the first electromagnetic clutch 21 is applied to the first control rotator 3.
  • a reverse rotation mechanism 22 that applies a relative rotation torque in the opposite direction.
  • the relative phase angle changing mechanism 10 is a mechanism that unifies the camshaft 17 and the first control rotator 3 so that they cannot rotate relative to each other.
  • the lock mechanism 11 and the coupling mechanism 16 are configured.
  • the self-locking mechanism 11 is interposed between the drive rotator 2 and the center shaft 7, and the relative phase between the drive rotator 2 and the camshaft 17 due to disturbance torque received by the camshaft 17 from a valve spring (not shown). This mechanism prevents the occurrence of angular misalignment.
  • the self-locking mechanism 11 according to the present embodiment includes an outer peripheral surface (reference numeral) of the lock plate 14 that is integrally attached to the cylindrical portion 20 of the drive rotator 2 and the first control rotator 3 and is inscribed in the inner peripheral surface 20a of the cylindrical portion 20.
  • the pressing mechanism 18 includes an eccentric circular cam 12 of the center shaft 7, a lock plate bush 13, and a holding groove 15 of the lock plate 14.
  • the lock plate bush 13 has a circular hole 13a in the center for engaging with the eccentric circular cam 12 of the center shaft 7, and a pair of flat surfaces (23, 24) at both ends of the outer periphery. And is eccentric so that the planes (23, 24) are substantially parallel to a straight line L2 connecting the rotation center axis L0 of the camshaft 17 and the cam center L1 (hereinafter the same; hereinafter, simply referred to as a straight line L2). It is rotatably attached to the outer periphery of the circular cam 12.
  • the lock plate 14 is formed in a disk shape as a whole and has a substantially rectangular holding groove 15 extending in the radial direction.
  • the lock plate 14 has a pair of constituent members (14a) equally divided by a pair of slits (25, 26) extending linearly from the short surfaces (15a, 15b) of the holding groove 15 toward the outer periphery of the lock plate 14. , 14b).
  • the flat surfaces (23, 24) of the lock plate bush 13 are held in contact with the long surfaces (15c, 15d) of the holding groove 15, respectively.
  • the lock plate 14 has a long surface (15c, 15d) of the holding groove 15 sandwiching the flat surface (23, 24) of the lock plate bush 13 and an outer peripheral surface (14c, 14d) of the cylindrical portion 20 of the drive cylinder 5. Is inscribed in the inner peripheral surface 20a.
  • the outer circumference of the eccentric circular cam 12 is further eccentric than the straight line L3 (hereinafter the same, hereinafter simply referred to as the straight line L3) perpendicular to the straight line L2 at the cam center L1 (the direction further decentered beyond L0 to L1). ) Is held in the holding groove 15 of the lock plate 14 via the lock plate bush 13.
  • the connecting mechanism 16 includes a pair of connecting pins (27, 27), a pair of first pin holes (28, 28) provided in the bottom 3c of the first control rotating body 3, and a component member of the lock plate 14.
  • the second pin holes (29, 29) are formed in (14a, 14b), respectively.
  • the lock plate 14 that is inscribed in the cylindrical portion 20 of the drive cylinder 5 while sandwiching the lock plate bush 13 is inserted into the first and second pin holes (28, 29) so that the first
  • the control rotator 3 is integrated with the control rotator 3 so as not to be relatively rotatable.
  • the center shaft 7 (cam shaft 17) is integrated with the first control rotator 3 so as not to be relatively rotatable.
  • the camshaft 17 and the lock plate 14 that rotate together with the drive rotator 2 while maintaining the relative phase angle cause cam torque from the engine valve, that is, relative rotation with respect to the drive rotator 2 in response to an impact when the engine valve is opened and closed. Receive torque.
  • the lock plate 14 is locally pressed against one of the outer peripheral surfaces (14 c, 14 d) against the inner peripheral surface 20 a of the cylindrical portion 20 of the drive rotating body 2 by a self-locking mechanism 11 described later using cam torque. 20 is locked so as not to be rotatable relative to it.
  • the relative phase angle of the camshaft 17 with respect to the drive rotor 2 is maintained without being shifted by the cam torque.
  • the first electromagnetic clutch 21 is fixed inside the engine (not shown) and disposed in front of the first control rotator 3.
  • the first control rotator 3 causes a rotation delay with respect to the drive rotator 2 rotating in the direction D1 by adsorbing the front surface 3e of the flange portion 3a to the friction material 21a of the first electromagnetic clutch 21.
  • the reverse rotation mechanism 22 brakes the circumferential groove 30 and the reduced diameter guide groove 31, the second control rotation body 32, the disk-shaped pin guide plate 33, and the second control rotation body 32 of the first control rotation body 3.
  • the second electromagnetic clutch 38, the first and second link pins (34, 35), and the ring member 36 are configured.
  • the second control rotator 32 is disposed inside the cylindrical portion 3b of the first control rotator 3, and the third cylindrical portion 7d of the center shaft 7 through a through-hole 32a provided around the rotation center axis L0. Is supported rotatably. Further, the second control rotator 32 has a step-shaped eccentric circular hole 32b whose center O1 is eccentric from the rotation center axis L0 of the camshaft 17, and the ring member 36 slides in the eccentric circular hole 32b. Inscribed movably.
  • the disc-shaped pin guide plate 33 is disposed between the bottom 3c and the second control rotator 32 inside the cylindrical portion 3b of the first control rotator 3, and is centered through a through-hole 33a in the center. 7 is rotatably supported by the third cylindrical portion 7d.
  • the pin guide plate 33 includes a substantially radial groove 33b and a substantially radial guide groove 33c that extend in a substantially radial direction from a position not connected to the through-hole 33a.
  • the substantially radial groove 33b and the substantially radial guide groove 33c are formed in an oval shape and penetrate in the front-rear direction.
  • the first link pin 34 is formed by a narrow round shaft 34a and a hollow thick round shaft 34b integrally engaged with the front end of the narrow round shaft 34a.
  • the hollow round shaft 34b is sandwiched from both sides by a substantially radial groove 33b, and the rear end of the thin round shaft 34a is inserted into the circumferential groove 30 and the holding groove 15 and into the mounting hole 5b of the drive cylinder 5. Fixed. Further, the narrow round shaft 34a moves at both ends of the circumferential groove 30 along the groove direction.
  • the second link pin 35 is formed by a first member 35c, a hollow first shaft 35d, a hollow second shaft 35e, and a hollow third shaft 35f, in which a thick circular shaft 35b is integrally formed at the rear end of the thin circular shaft 35a.
  • the hollow first shaft to the hollow third shaft (35d to 35f) are sequentially inserted into the thin round shaft 35a.
  • the thick round shaft 35 b is inserted into the holding groove 15.
  • the hollow first shaft 35 d has an arc shape whose outer peripheral shape is along the reduced diameter guide groove 31. The hollow first shaft 35 d is held up and down by the reduced diameter guide groove 31 and moves along the reduced diameter guide groove 31.
  • the hollow second shaft 35e has a cylindrical shape, is held on both sides by the substantially radial guide groove 33c, and moves along the substantially radial guide groove 33c.
  • the hollow third shaft 35f has a cylindrical shape and is rotatably connected to the circular hole 36a of the ring member 36.
  • a holder 39 and a washer 40 having a circular hole (39a, 40a) in the center are disposed from the front at the tip of the third cylindrical portion 7d of the center shaft 7, and the holder 39, washer 40 and center shaft 7 are circular.
  • the bolts 37 inserted into the holes (39a, 40a) and the circular hole 7e are attached to the female screw hole 6a, thereby being fixed to the camshaft 17 so as not to be relatively rotatable.
  • the parts extending from the drive rotator 2 to the second control rotator 32 shown in FIG. 4 arranged on the outer periphery of the center shaft 7 are secured between the flange portion 6 b of the camshaft main body 6 and the holder 39.
  • a cover 70 is disposed in front of the bolt and the first and second electromagnetic clutches (21, 38).
  • the operation of changing the relative phase angle of the camshaft 17 with respect to the drive rotator 2 (crankshaft not shown) by the turning operation force applying means 9 will be described.
  • the first control rotator 3 is rotated integrally with the drive rotator 2 in the direction D1 (see FIG. 6C).
  • the center shaft 7 (camshaft 17) rotates together with the integrated first control rotator 3 in the direction D1. 2 causes a rotational delay in the direction D2.
  • the relative phase angle of the camshaft 17 with respect to the drive rotator 2 (a crankshaft not shown) is changed in the direction of the retard side D2, and the opening / closing timing of a valve not shown changes.
  • the hollow first shaft 35d of the second link pin 35 shown in FIG. 6 (c) moves in the direction D3 which is substantially clockwise in the reduced diameter guide groove 31, and the hollow second shaft shown in FIG. 6 (b).
  • the shaft 35e moves in the direction D4 in the substantially radial guide groove 33c toward the rotation center axis L0, and the hollow third shaft 35f in FIG. 6A slides around the ring member 36 in the eccentric circular hole 32b.
  • the fine round shaft 34a of the first link pin 34 moves in the circumferential direction groove 30 in the clockwise direction D1.
  • both ends (30a, 30b) of the circumferential groove 30 act as stoppers against which the moved fine round shaft 34a abuts.
  • the second control rotator 32 normally rotates in the direction D1 together with the drive rotator 2 (FIG. 6A).
  • the front surface 32c of the second control rotator 32 is adsorbed by the friction material 38a, causing a rotation delay in the direction D2 with respect to the first control rotator 3.
  • the ring member 36 in FIG. 6A slides and rotates in the eccentric circular hole 32b when the inscribed eccentric circular hole 32b rotates eccentrically in the direction D2.
  • the hollow second shaft 35e in FIG. 6B moves in the outer circumferential direction D5 along the substantially radial guide groove 33c together with the hollow third shaft 35f and the hollow first shaft 35d by the operation of the ring member 36.
  • the first control rotator 3 in FIG. 6 (c) is a hollow first that moves in the reduced-diameter guide groove 31 in the substantially counterclockwise direction D6, contrary to the operation of the first electromagnetic clutch 21.
  • the shaft 35d receives relative rotation torque in the advance side D1 direction via the reduced diameter guide groove 31, and further rotates relative to the drive rotation body 2 rotating in the D1 direction in the advance side D1 direction.
  • the relative phase angle of the camshaft 17 with respect to the drive rotator 2 (a crankshaft not shown) is returned to the advance side D1, and the opening / closing timing of a valve not shown changes.
  • the relative phase angle of the center shaft 7 (camshaft 17) with respect to the drive rotator 2 (crankshaft not shown) is such that the first control rotator 3 is moved relative to the drive rotator 2 by the turning operation force applying means 9. It is determined by relative rotation in either the advance side D1 direction or the retard side D2 direction.
  • disturbance torque due to reaction is input to the camshaft 17 from a valve spring (not shown)
  • a relative phase angle shift occurs between the camshaft 17 and the drive rotor 2 due to the disturbance torque.
  • Unexpected deviation occurs in the valve opening and closing timing.
  • the self-locking mechanism 11 of the present embodiment prevents the relative phase angle from shifting by reversing the generation of the disturbance torque.
  • FIG. 7 shows the outer peripheral surface (14c, 14d) of the lock plate 14 and the drive cylinder 5 when a disturbance torque is generated in the cam shaft 17 (center shaft 7) in either the clockwise direction D1 or the counterclockwise direction D2. A force acting between the inner peripheral surface of the cylindrical portion 20 and a self-locking action are shown.
  • the eccentric circular cam 12 When the camshaft 17 and the center shaft 7 receive disturbance torque in the retarding direction D2 direction or the advancement side D1 direction, the eccentric circular cam 12 will rotate eccentrically about the rotation center axis L0 of the camshaft 17. The eccentric rotation torque is received in the direction D2 or D1.
  • the cam center L1 is decentered from the rotation center axis L0 of the camshaft 17 by a distance s.
  • a straight line connecting L0 and L1 is L2
  • a straight line passing through L1 and orthogonal to L2 is L3.
  • the lock plate bushing 13 extends from the eccentric circular cam 12 along the straight line L3 along the straight line L3 at the intersection P2 between the straight line L3 and the eccentric circular cam 12. Receives force F2.
  • the force (F1, F2) is transmitted from the lock plate bush 13 to the lock plate 14 via the planes (23, 24) in surface contact with each other and the long surfaces (15c, 15d) of the holding groove 15 on the straight line L3. Is done. Further, the force (F1, F2) is generated from the lock plate 14 to the cylindrical portion of the drive cylinder 5 at the intersection (P3, P4) between the straight line L3 and the outer peripheral surfaces (14c, 14d) of the lock plate constituent members (14a, 14b). 20 is transmitted to the inner peripheral surface 20a.
  • the straight lines passing through the intersections P3 and P4 and extending in the tangential direction of the outer peripheral surfaces (14c, 14d) of the lock plate are L4, the straight line orthogonal to L3 is L5, the straight line orthogonal to the straight line L4 is L6, and the straight line L4 And L5 and the slopes of the straight lines L3 and L6 are ⁇ 1 at the intersection P3, ⁇ 2 at the intersection P4 (hereinafter, ⁇ 1 and ⁇ 2 are referred to as friction angles), and the friction coefficient of the friction surface is ⁇ .
  • the forces that cause the relative phase angle deviation between the body 2 and the camshaft 17 are represented by tangential forces F1 ⁇ sin ⁇ 1 and F2 ⁇ sin ⁇ 2 at the intersections P3 and P4, respectively.
  • the local frictional force in the reverse direction that prevents sliding between the inner peripheral surface 20a of the cylindrical portion 20 and the outer peripheral surfaces (14c, 14d) of the lock plate 14 is determined by ⁇ ⁇ F1 ⁇ cos ⁇ 1 and ⁇ ⁇ F2 ⁇ cos ⁇ 2. Each is represented.
  • the lock plate bush 13 may be omitted and the eccentric circular cam 12 may be directly held in the holding groove 15.

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Abstract

 【課題】 エンジンバルブの開閉タイミングの変更動作を確実に維持したセルフロック機構を有する自動車用エンジンの位相可変装置の提供。 【解決手段】 スプロケットと円筒部を有し、クランクシャフトによって駆動する駆動回転体と、回動操作力付与手段からトルクを受ける制御回転体と、制御回転体の回動に応じて駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角を変更する相対位相角変更機構と、カムトルクを利用して駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角のズレを防止するセルフロック機構と、を有するエンジンの位相可変装置において、スプロケットを円筒部に対し、回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位可能に保持する相対変位機構を設けた。 

Description

エンジンの位相可変装置
 本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの組付角(相対位相角)を変更してバルブの開閉タイミングを変化させる位相可変機構にエンジンバルブ側からのカムトルクによる相対位相角のズレを防止するセルフロック機構を設けた自動車用エンジンの位相可変装置に関する。
 クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更してエンジンバルブの開閉タイミングを変化させる位相可変機構において、バルブ側からの外乱トルクによる相対位相角のズレを防止するセルフロック機構を設けた自動車用エンジンの位相可変装置には、下記特許文献1に示すものがある。
 図1に示す特許文献1の自動車用エンジンの位相可変装置においては、センターシャフトを介してカムシャフトに同軸に一体化された第1制御回転体が、第1電磁クラッチまたは逆回転機構の第2電磁クラッチの作動に伴い、クランクシャフト(図示せず)によって駆動する駆動回転体2に対して進角方向または遅角方向のいずれかに相対回動する。エンジンバルブの開閉タイミングは、クランクシャフト側の駆動回転体に対するカムシャフト側の第1制御回転体の相対位相角が上記のようにして変化することによって変更される。
 一方、カムシャフトは、エンジンバルブの開閉時の衝撃に伴い、エンジンバルブからカムトルクを受ける。カムトルクは、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角にズレを生じさせる原因となるため、特許文献1のエンジンの位相可変装置においては、カムシャフトにカムトルクが入力された際に、第1制御回転体を駆動回転体に対して相対回動不能にロックすることによって、前記相対位相角のズレを防止するセルフロック機構が設けられている。セルフロック機構は、センターシャフトに一体化された偏心円カム、ロックプレートブッシュ及び第1制御回転体に固定されたロックプレートを有する。ロックプレートの外周面は、駆動回転体の円筒部の内周面に内接する(特許文献1の図5を参照)。
 ロックプレートは、第1電磁クラッチまたは逆回転機構によって第1制御回転体がトルクを受けた場合、円筒部の内側を摺動回動する。しかし、カムシャフトがカムトルクを受けた場合、偏心円カムは、回転中心軸線周りのカムトルクによる偏心回動トルクを受けて、ロックプレートブッシュを介してロックプレートの外周面のいずれかを駆動回転体の円筒部の内周面に局所的に押しつける。その結果、特許文献1においては、セルフロック機構が、カムトルクの発生時に、カムトルクそのものによって第1制御回転体を駆動回転体に対して相対回動不能にロックするセルフロック機能を発生させる。
WO2011/145175
 特許文献1の駆動回転体は、円筒部を有する前端部の駆動円筒と、駆動円筒に同軸になるようにボルトで固定された後端部のスプロケットによって構成され、かつ、スプロケットに巻き付けられたチェーンやドライブベルト等の伝達部材からクランクシャフトの駆動トルクを受けることによって回転する。
 一方、駆動回転体の前端部の円筒部には、後端部のスプロケットが伝達部材の張力による回転中心軸線に垂直な方向の力を受けることにより、前端部を中心とした曲げモーメントが発生する。前記曲げモーメントは、円筒部の内周面を回転中心軸線に対して傾かせ、内接するロックプレートと円筒部の内周面との間に偏った摩擦力を生じさせる。この摩擦力は、第1電磁クラッチまたは逆回転機構の作動時において、駆動回転体に対する第1制御回転体の相対回動を妨げるため、エンジンバルブの開閉タイミングの変更を阻害する点で問題となる。
 上記問題に鑑みて、本願発明においては、エンジンバルブの開閉タイミングの変更動作を確実にしつつセルフロック機能を発生するセルフロック機構を有する自動車用エンジンの位相可変装置を提供するものである。
 請求項1の自動車用エンジンの位相可変装置は、外周の少なくとも一部に巻き付けられた伝達部材を介し、クランクシャフトによって回転するスプロケットと、前記スプロケットに取り付けられた駆動円筒と、を有する駆動回転体と、前記駆動回転体を同軸かつ相対回動可能に支持するカムシャフトと、前記駆動円筒の円筒部の内周面に内接する円面部を一体に有し、かつ前記駆動回転体に対して同軸かつ相対回動可能な状態でカムシャフトに支持される制御回転体と、前記駆動回転体に対する相対回動トルクを前記制御回転体に付与する回動操作力付与手段と、前記駆動回転体に対する制御回転体の相対回動に応じて、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角を変更する相対位相角変更機構と、カムシャフトに発生するカムトルクによって前記円筒部の内周面に前記制御回転体の円面部を押しつけて、カムトルクによる駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角のズレを防止するセルフロック機構と、を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、前記スプロケットを前記円筒部に対し、回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位可能に保持する相対変位機構を設けた。
 (作用)駆動回転体のスプロケットは、その外周の少なくとも一部に巻き付けられたチェーンやスプロケット等の伝達部材の張力によって回転中心軸線に垂直な方向の力を受けると、駆動円筒の円筒部に対し、回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位する。スプロケットが、伝達部材の張力を受けた際に、円筒部から独立して変位するため、駆動円筒の円筒部には、曲げモーメントが発生しない。従って、スプロケットが伝達部材の張力を受けても、円筒部の内周面と、これに内接する制御回転体の円面部との間には、回動操作力付与手段の作動時に円筒部の内周面に対する制御回転体の円面部の摺動回動を阻害する、前記曲げモーメントによる偏った摩擦力が発生しない。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、伝達部材の張力によって阻害されること無く確実に変更される。
 また、請求項2は、請求項1の自動車用エンジンの位相可変装置であって、
 前記相対変位機構は、小孔と小孔より幅広の大孔により形成され、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットのうち一方において、複数設けられた段差挿通孔と、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットの他方において、前記段差挿通孔と対応する位置に設けられた軸固定孔と、前記段差挿通孔の小孔に挿通され、かつ前記小孔に固定される先端部と、少なくとも一部が前記小孔より幅広に形成されると共に前記大孔の内側に配置されて、前記固定孔を設けた円筒部またはスプロケットのいずれか一方を軸方向に位置決めし、かつ前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線の延びる方向に対して垂直方向に変位可能に保持する基端部と、を有する軸状部材と、前記軸状部材と前記段差挿通孔との間に設けられた第1の微小クリアランスと、前記スプロケットとカムシャフトとの間の少なくとも一部に設けられた、前記第1の微小クリアランスよりも小さな第2の微小クリアランスと、を備えるようにした。
 (作用)駆動回転体のスプロケットは、チェーンやスプロケット等の伝達部材の張力によって駆動回転体の回転中心軸線に垂直な方向の力を受けると、駆動回転体の回転中心軸線に対して垂直方向に、駆動円筒の円筒部に対して相対変位し、かつカムシャフトに接触する。一方、前記軸状部材と段差挿通孔との間に設けられた第1の微小クリアランスは、第2の微小クリアランスよりも大きい。従って、スプロケットが伝達部材の張力によって回転中心軸線に対して垂直方向に第2の微小クリアランスの長さ分だけ変位しても、軸状部材は、段差挿通孔に接触しない。その結果、伝達部材の張力による回転中心軸線に垂直方向の力が駆動円筒の円筒部に伝達されないため、駆動回転体の円筒部には、曲げモーメントが発生しない。
 一方、スプロケットがチェーン等の伝達部材によって回転方向の力を受けると、軸状部材は、段差挿通孔に接触する。従って、スプロケットがクランクシャフトから受ける回転トルクは、軸状部材を介して駆動円筒に伝達される。
 従って、駆動円筒の円筒部には、伝達部材による回転トルクのみがスプロケットから伝達されて、伝達部材による曲げモーメントが発生しないため、円筒部の内周面と、これに内接する制御回転体の円面部との間には、前記曲げモーメントによる偏った摩擦力が発生しない。その結果、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角は、伝達部材の張力によって阻害されること無く確実に変更される。
 また、請求項3は、請求項2の自動車用エンジンの位相可変装置であって、前記第1の微小クリアランスは、前記軸状部材の基端部と前記段差挿通孔の大孔との間に設けられた第3の微小クリアランスと、前記軸状部材の先端部と前記段差挿通孔の小孔との間に設けられた第4の微小クリアランスによって形成され、
 前記第3の微小クリアランスが、前記第4の微小クリアランスよりも小さく形成されるようにした。
 (作用)スプロケットがチェーン等の伝達部材によって回転方向の力を受けると、軸状部材の基端部は、第3の微小クリアランス分だけ変位して段差挿通孔の大孔に接触するが、軸状部材の先端部は、第4の微小クリアランスが第3の微小クリアランスより大きいため、段差挿通孔の小孔に接触しない。従って、請求項3の軸状部材においては、スプロケットが伝達部材から回転方向の力を受ける際に軸状部材の先端部に摩耗が発生しない。
 請求項1及び2の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、伝達部材による曲げモーメントが駆動円筒の円筒部に発生せず、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角が、前記曲げモーメントによって阻害されること無く確実に変更されるため、エンジンバルブの開閉タイミングの変更動作を確実にしたセルフロック機構が得られる。
 また、請求項3の自動車用エンジンの位相可変装置によれば、スプロケットが伝達部材から回転方向の力を受ける際における軸状部材の先端部の耐久性が低下しない。
自動車用エンジンの位相可変装置の実施例を装置前方から見た分解斜視図。 図1の分解斜視図を装置後方から見た図。 (a)本実施例の自動車用エンジンの位相可変装置の正面図(カバー70を除く)。(b)図3(a)のA-A断面図。 (a)図3(b)のE-E断面図。(b)図3(b)のF-F断面図。 (a)図3(b)のG-G断面図。(b)図3(b)の相対変位機構を示す拡大断面図。(c)図5(a)の相対変位機構を示す拡大断面図。 段差挿通孔の変形例を示す図 (a)図3(b)のB-B断面図。(b)図3(b)のC-C断面図。(c)図3(b)のD-D断面図。 セルフロック機構の説明図である。
 次に、本発明の実施の形態を図によって説明する。各実施例に示すエンジンの位相可変装置は、クランクシャフトによって回転する駆動回転体に対し、カムシャフトの相対位相角を変更することによってエンジンの吸排気弁の開閉タイミングを変化させる装置である。
 図1~7により実施例の装置の構成について説明する。本実施例におけるエンジンの位相可変装置1は、クランクシャフトによって回転中心軸線L0周りに駆動回転する駆動回転体2、駆動回転体2と同軸(回転中心軸線L0周り)に配置される第1制御回転体3(請求項1の制御回転体)、カムシャフト17(図3(b))、回動操作力付与手段9、相対位相角変更機構10、セルフロック機構11によって構成される。尚、以降においては、図1における第2電磁クラッチ側を装置前方、駆動回転体2側を装置後方とする。また、装置前方から見た駆動回転体2とカムシャフト17の回転中心軸線L0周りの回転方向を進角側D1方向(時計回り)、D1と逆方向を遅角側D2方向(反時計回り)として説明する。
 駆動回転体2は、クランクシャフトから駆動力を受けるスプロケット4と円筒部20を有する駆動円筒5によって構成される。回転中心軸線L0を中心とした円板形状を有するスプロケット4は、外周の歯部4bと、図5(a)に示すように前後に貫通し、かつ後述するセンターシャフト7の第1円筒部7aが挿入される中央の円孔4aと、を有する。スプロケット4の歯部4bには、歯部4bに対応するチェーンやドライブベルト等から構成されて図示しないクランクシャフトから動力の伝達を受ける伝達部材19が巻き付けられる。
 また、スプロケット4には、後方に開口する一対の長孔(請求項2の大孔。符号4c、4c)と、長孔に連通し、かつ前方に開口する孔4d(請求項2の小孔。図5(b)を参照)からなる段差挿通孔4eが設けられる。一対の長孔(4c,4c)は、回転中心軸線L0を対称軸として対称となる位置に設けられ、かつ回転中心軸線L0に対して垂直な軸線L01に沿って延びるように形成される。また、円孔4aの周囲には、図1に示すように内側に後述するセンターシャフトのフランジ部7bが配置される段差円孔4fが設けられる。
 駆動円筒5は、図1、図5(b)に示すように円盤形状の底部5cの前方に円筒部20を一体化した形状を有し、かつカムシャフト17と同一の回転中心軸線L0を中心とする。底部5cには、図4(b)に示すように前後に貫通し、かつ後述するセンターシャフト7に保持される中央の円孔5aと、前方に開口し、かつ後述する第1リンクピン34の細丸軸34aを取り付ける取付孔5bが設けられる。また、底部5cには、一対の固定孔(5d,5d)が設けられる。一対の固定孔(5d,5d)は、前方に開口する雌ねじ孔5eと、雌ねじ孔5eよりも内径が小さい段差円孔5fによって構成される。また、固定孔(5d,5d)は、回転中心軸線L0を対称軸として対称となる位置であり、かつ一対の長孔(4c、4c)に対応した位置に設けられる。
 スプロケット4と駆動円筒5は、一対の軸状部材2aによって連結される。軸状部材2aは、雄ねじ部2b(本願請求項2の軸状部材の先端部)と、雄ねじ部2bより外径の大きな頭部2c(本願請求項2の基端部)によって構成される。図5(b)(c)に示すように、軸状部材2aの雄ねじ部2bは、スプロケット4の孔4dに挿通され、頭部2cは、長孔4cの内側に配置される。スプロケット4の長孔(4c、4c)の軸線L01に沿った長手方向において、軸状部材2aと、段差挿通孔4eとの間には、第1の微小クリアランスC1が設けられる。なる第1の微小クリアランスC1は、後述する第3の微小クリアランスC3と第4の微小クリアランスC4によって構成される。
 軸線L01に沿った方向において、スプロケット4の長孔(4c、4c)の軸線L01に沿った長手方向の幅を縦幅d1とし、縦幅d1に直交する横方向の幅を横幅d2とすると、長孔(4c、4c)の横幅d2は、頭部2cの外径とほぼ同一になるよう形成される。また、軸線L01に沿った方向、即ち長孔(4c、4c)の長手方向において、頭部2cと長孔(4c、4c)との間には、その上下に第3の微小クリアランスC3が設けられる。また、図5(b)(c)に示される頭部2cの外径は、孔4dの内径よりも大きく形成され、軸線L01に沿った方向において、雄ねじ部2bと孔4dとの間には、第3の微小クリアランスC3以上の大きさの第4の微小クリアランスC4が設けられる。
 図5(b)に示すように、軸状部材2aの雄ねじ部2bは、スプロケット4の後方から孔4dに挿通された状態で前方の駆動円筒の雌ねじ孔5eにネジ止めされ、頭部2cは、長孔4cの内側に配置される。軸状部材2aは、雄ねじ部2bが段差円孔5fの基端部と接触することにより、軸方向(回転中心軸線L0の延びる方向)に位置決めされる。軸方向に位置決めされた軸状部材2aは、頭部2cの前面2dと、駆動円筒5の基端面5gとの間に挟圧固定しないようにスプロケット4を保持する。
 また、図4に示すカムシャフト17は、カムシャフト本体部6とセンターシャフト7によって構成される。カムシャフト本体部6は、センターシャフト7の中央の円孔7eとカムシャフト本体部6の前方の雌ねじ孔6aにボルト37を挿入することで、センターシャフト7の後端側に同軸かつ相対回動不能に一体化されている。
 第1制御回転体3は、前縁のフランジ部3aと後方に連続する円筒部3bと底部3cが連続した有底円筒形状を有する。底部3cには、中心の中央円孔3d、一対のピン孔28,回転中心軸線L0から所定半径を有する円周上に設けられた円周方向溝30、回転中心軸線L0から溝への距離が進角側D1方向に向けて減少する曲線状の縮径ガイド溝31を有する。
 センターシャフト7は、第1円筒部7a、フランジ部7b、第2円筒部7c、カムシャフト17の回転中心軸線L0から偏心したカム中心L1を有する偏心円カム12、第3円筒部7dが後方側から前方側(図1の第2制御回転体側。以下同じ)に向けて軸方向に連続されて形成されている。駆動回転体2は、軸状部材2aによって連結されたスプロケット4と駆動円筒5がフランジ部7bを間に挟んだ状態で、センターシャフト7によって回動可能に支持される。具体的には、駆動円筒5が円孔5aを介して第2円筒部7cによって回動可能に支持される。
 尚、スプロケット4は、中央の円孔4aと第1円筒部7aとの間に第2の微小クリアランスC2が形成され、かつ段差円孔4fとフランジ部7bとの間に微小クリアランスC5が形成された状態で、駆動円筒5に連結される。第2の微小クリアランスC2は、第3の微小クリアランスC3より小さく形成され、微小クリアランスC5は、第2の微小クリアランスC2より大きく形成される。
 軸状部材2aは、スプロケット4の段差挿通孔4e、駆動円筒5の固定孔5d、及び微小クリアランス(C1,C2)と共に、駆動円筒5に対してスプロケット4を相対変位可能に保持する相対変位機構41を構成する。
 スプロケット4は、回転中心軸線L0に対して垂直な方向(図5(a)の軸線L01に沿った方向)に力を受けた場合、相対変位機構41により、軸線L01に沿って第2の微小クリアランスC2分だけ駆動円筒5に対して相対変位する。第2の微小クリアランスC2は、第1の微小クリアランスC1、つまり第3及び第4のクリアランス(C3,C4)の双方より小さい。従って、スプロケット4の円孔4aが第2の微小クリアランスC2の分だけ変位してセンターシャフト7の第1円筒部7aに接触すると、軸状部材2aは、段差挿通孔4eに接触しない状態に保持される。その結果、チェーン等の伝達部材19の張力により、スプロケット4に付与された軸線L01に沿った方向の力は、駆動円筒5に伝達されないため、円筒部20には、後述するセルフロック機構11のセルフロック機能を阻害する曲げモーメントが発生しない。
 一方、スプロケット4が伝達部材19を介して図示しないクランクシャフトから駆動トルクを受けた場合、駆動円筒5に固定された軸状部材2aの頭部2cは、長孔(4c、4c)に接触する。その際、雄ねじ部2bは、第3の微小クリアランスC3が第4の微小クリアランスC4より小さいため、孔4dに接触せずに保持される。その結果、駆動円筒5は、スプロケット4から軸状部材2aの頭部2cを介して駆動トルクを伝達され、スプロケット4と共に回転する。このように相対変位機構41は、曲げモーメントを駆動円筒5に発生させず、駆動トルクのみをスプロケット4から駆動円筒5に伝達することにより、後述するセルフロック機能を確実に発生させる。
 尚、相対変位機構41においては、雌ねじ孔5eに螺着される軸状部材2aの代わりに、孔に嵌合固定させたり圧入固定されるピン部材を用いても良い。また、第1実施例の相対変位機構41においては、段差挿通孔の形状のみを変更し、第1実施例の段差挿通孔の大孔を図5(c)のような縦幅d1、横幅d2の長孔(4c、4c)とする代わりに図5Aに示すような内径を縦幅d1と同一にした円孔4c1を用いてもよい。また、相対変位機構においては、第1実施例においてスプロケットに設けた段差挿通孔と第1の微小クリアランスを駆動円筒に形成し、軸状部材をスプロケットに設けた固定孔に固定してもよい。
 また、第3円筒部7dは、第1制御回転体3の中央円孔3dに挿入される。尚、駆動回転体2,第1制御回転体3,カムシャフト本体部6,センターシャフト7は、回転中心軸線L0上に同軸に配置される。
 回動操作力付与手段9は、第1制御回転体3を制動し、駆動回転体2に対する相対回動トルクを付与する第1電磁クラッチ21と、第1制御回転体3に第1電磁クラッチ21と逆向きの相対回動トルクを付与する逆回転機構22によって構成される。
 相対位相角変更機構10は、カムシャフト17と第1制御回転体3を相対回動不能に一体化する機構であって、駆動回転体2を相対回動可能に支持するセンターシャフト7と、セルフロック機構11、及び連結機構16によって構成される。
 セルフロック機構11は、駆動回転体2とセンターシャフト7との間に介装され、カムシャフト17が図示しないバルブスプリングから受ける外乱トルクを原因とした、駆動回転体2とカムシャフト17の相対位相角のズレの発生を防止する機構である。本実施例のセルフロック機構11は、駆動回転体2の円筒部20,第1制御回転体3に一体に取り付けられて円筒部20の内周面20aに内接するロックプレート14の外周面(符号14c、14dを参照。請求項1における円面部)、円筒部20の内周面20aにロックプレート14の外周面(14c、14d)を押し付ける押付機構18によって構成される。また、押付機構18は、センターシャフト7の偏心円カム12,ロックプレートブッシュ13、及びロックプレート14の保持溝15によって構成される。
 ロックプレートブッシュ13は、図1と図4(a)に示すようにセンターシャフト7の偏心円カム12に係合させる円孔13aを中央に有し、外周両端に一対の平面(23,24)を有し、カムシャフト17の回転中心軸線L0とカム中心L1を結ぶ直線L2(以下同じ。以降は、単に直線L2とする)に対して平面(23,24)が略平行になるように偏心円カム12の外周に回動可能に取付けられる。
 ロックプレート14は、全体として円盤状に形成され、径方向に延びる略長方形状の保持溝15を有する。また、ロックプレート14は、保持溝15の短面(15a、15b)からロックプレート14の外周に向かって直線状に伸びる一対のスリット(25,26)によって等分割された一対の構成部材(14a,14b)から構成される。また、ロックプレートブッシュ13の平面(23,24)は、それぞれ保持溝15の長面(15c,15d)に接触して保持される。
 ロックプレート14は、保持溝15の長面(15c,15d)がロックプレートブッシュ13の平面(23,24)を挟持した状態で、その外周面(14c,14d)が駆動円筒5の円筒部20の内周面20aに内接する。その際、偏心円カム12の外周は、カム中心L1において直線L2と直交する直線L3(以下同じ、以降は単に直線L3とする)よりも更に偏心側(L0からL1を超えて更に偏心した方向)に配置された部分が、ロックプレートブッシュ13を介してロックプレート14の保持溝15に保持される。
 また、連結機構16は、一対の連結ピン(27,27)と、第1制御回転体3の底部3cに設けられた一対の第1ピン孔(28、28)と、ロックプレート14の構成部材(14a,14b)にそれぞれ構成された第2ピン孔(29,29)によって構成される。ロックプレートブッシュ13を挟持しつつ、駆動円筒5の円筒部20に内接したロックプレート14は、連結ピン27が第1及び第2ピン孔(28,29)に挿入されることによって、第1制御回転体3に相対回動不能に一体化される。その結果、センターシャフト7(カムシャフト17)は、第1制御回転体3に相対回動不能に一体化される。
 一方、相対位相角を維持しつつ駆動回転体2と共に回転するカムシャフト17とロックプレート14は、エンジンバルブの開閉時の衝撃に伴い、エンジンバルブからカムトルク、即ち、駆動回転体2に対する相対回動トルクを受ける。ロックプレート14は、カムトルクを利用した後述するセルフロック機構11により、外周面(14c、14d)のうち一方を駆動回転体2の円筒部20の内周面20aに局所的に押しつけられ、円筒部20に対して相対回動不能にロックされる。その結果、駆動回転体2に対するカムシャフト17の相対位相角は、カムトルクによってズレることなく保持される。
 ここで、回動操作力付与手段9について説明すると、第1電磁クラッチ21は、図示しないエンジンの内部に固定されて第1制御回転体3の前方に配置される。第1制御回転体3は、フランジ部3aの前面3eを第1電磁クラッチ21の摩擦材21aに吸着されることによって、D1方向に回転する駆動回転体2に対して回転遅れを生じる。
 また、逆回転機構22は、第1制御回転体3の円周方向溝30と縮径ガイド溝31、第2制御回転体32、円盤状のピンガイドプレート33、第2制御回転体32を制動する第2電磁クラッチ38、第1及び第2リンクピン(34,35)、リング部材36によって構成される。
 第2制御回転体32は、第1制御回転体3の円筒部3bの内側に配置され、回転中心軸線L0を中心として設けられた貫通円孔32aを介してセンターシャフト7の第3円筒部7dに回動可能に支持される。また第2制御回転体32は、中心O1がカムシャフト17の回転中心軸線L0から偏心した段差状の偏心円孔32bを後方に有し、偏心円孔32bには、リング部材36が摺動回動可能に内接する。
 円盤状のピンガイドプレート33は、第1制御回転体3の円筒部3bの内側において底部3cと第2制御回転体32との間に配置され、中心部の貫通円孔33aを介してセンターシャフト7の第3円筒部7dに回動可能に支持される。またピンガイドプレート33は、貫通円孔33aに接続しない位置から略径方向に延びる略径方向溝33bと略径方向ガイド溝33cを有する。略径方向溝33bと略径方向ガイド溝33cは、長円状に形成され、かつ前後に貫通する。
 また、第1リンクピン34は、細丸軸34aと細丸軸34aの前端に係合一体化した中空太丸軸34bから形成される。中空太丸軸は34bは、略径方向溝33bによって両側から挟持され、細丸軸34aの後端は、円周方向溝30及び保持溝15に挿通されて、駆動円筒5の取付孔5bに固定される。また、細丸軸34aは、溝方向にそって円周方向溝30の両端を移動する。
 第2リンクピン35は、細丸軸35aの後端に太丸軸35bが一体形成されてなる第1部材35c、中空第1軸35d、中空第2軸35e及び中空第3軸35fによって形成される。中空第1軸から中空第3軸(35d~35f)は、順番に細丸軸35aに挿着される。太丸軸35bは、保持溝15に挿入される。また、中空第1軸35dは、外周形状が縮径ガイド溝31に沿った円弧形状を有し、縮径ガイド溝31に上下を保持されると共に縮径ガイド溝31に沿って移動する。中空第2軸35eは、円筒形状を有し、略径方向ガイド溝33cに両側を保持されると共に略径方向ガイド溝33cに沿って移動する。中空第3軸35fは、円筒形状を有し、リング部材36の円孔36aに回動可能に連結される。
 尚、センターシャフト7の第3円筒部7dの先端には、中央に円孔(39a,40a)を有するホルダー39とワッシャ40が前方から配置され、ホルダー39、ワッシャ40及びセンターシャフト7は、円孔(39a,40a)と円孔7eに挿入したボルト37を雌ねじ孔6aに取り付けることで、カムシャフト17に相対回動不能に固定される。その結果、センターシャフト7の外周に配置された図4の駆動回転体2から第2制御回転体32に至る部品は、カムシャフト本体部6のフランジ部6bとホルダー39との間に抜け止め固定され、ワッシャ40の厚さを調整する事で、これら部品の軸方向のクリアランスが適正化される。また、ボルトと第1及び第2電磁クラッチ(21,38)の前方には、カバー70が配置される。
 ここで、回動操作力付与手段9による駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト17の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第1制御回転体3は、駆動回転体2と一体になってD1方向に回転している(図6(c)を参照)。第1制御回転体3が第1電磁クラッチ21に吸着されて制動された場合、センターシャフト7(カムシャフト17)は、一体化された第1制御回転体3と共にD1方向に回転する駆動回転体2に対してD2方向に回転遅れを生じる。その結果、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト17の相対位相角は、遅角側D2方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
 その際、図6(c)に示す第2リンクピン35の中空第1軸35dは、縮径ガイド溝31内を略時計回りとなるD3方向に移動し、図6(b)の中空第2軸35eは、略径方向ガイド溝33cを回転中心軸線L0に向かってD4方向に移動し、図6(a)の中空第3軸35fは、リング部材36に偏心円孔32b内における摺動回動トルクを付与する。また、第1リンクピン34の細丸軸34aは、円周方向溝30内を時計回りD1方向に移動する。また、円周方向溝30の両端(30a,30b)は、移動した細丸軸34aが当接するストッパとして作用する。
 一方、第2制御回転体32は、通常、駆動回転体2と共にD1方向に回転している(図6(a))。第2電磁クラッチ38を作動させると、第2制御回転体32は、前面32cが摩擦材38aに吸着され、第1制御回転体3に対してD2方向に回転遅れを生じる。図6(a)のリング部材36は、内接する偏心円孔32bがD2方向に偏心回動することにより、偏心円孔32b内を摺動回動する。図6(b)の中空第2軸35eは、リング部材36の動作により、中空第3軸35f及び中空第1軸35dと共に略径方向ガイド溝33cに沿って外周方向D5方向に移動する。その際、図6(c)の第1制御回転体3は、第1電磁クラッチ21の作動時とは逆に、縮径ガイド溝31内を略半時計回り方向D6方向に移動する中空第1軸35dから縮径ガイド溝31を介して進角側D1方向の相対回動トルクを受け、D1方向に回転する駆動回転体2に対して更に進角側D1方向に相対回動する。その結果、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト17の相対位相角は、進角側D1方向に戻されて、図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
 尚、駆動回転体2においては、スプロケット4が、伝達部材19から軸線L01に沿った方向、つまり図5(a)(b)の符号D01方向に張力を受けると、スプロケット4のみが、相対変位機構41によって駆動円筒5に対してD01方向に相対変位するため、駆動円筒5は、伝達部材19によるD01方向の張力による影響を受けない。その結果、円筒部20の内周面と、これに内接するロックプレート14の外周面(14c、14d)との間、及び駆動円筒5の円孔5aと、第2円筒部7cとの間には、伝達部材19の張力がスプロケット4に作用しても、偏った摩擦力が作用しない。従って、その結果、回動操作力付与手段9の作動時において、駆動回転体2に対するセンターシャフト7(つまりカムシャフト17)の相対位相角は、伝達部材19の張力の影響を受けること無く正確に変更される。
 次にセルフロック機構11の動作について説明する。駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するセンターシャフト7(カムシャフト17)の相対位相角は、上述したとおり、回動操作力付与手段9で第1制御回転体3を駆動回転体2に対して進角側D1方向または遅角側D2方向のいずれかに相対回動させることで決定される。しかし、カムシャフト17には、図示しないバルブスプリングから反動による外乱トルクが入力されるため、外乱トルクにより、カムシャフト17と駆動回転体2の間に相対位相角のズレが発生した場合には、バルブの開閉タイミングに予期せぬ狂いが生じてしまう。本実施例のセルフロック機構11は、その外乱トルクの発生を逆用して、前記相対位相角のズレを防止する。
 図7は、カムシャフト17(センターシャフト7)に時計回りD1方向または反時計回りD2方向のいずれかに外乱トルクが発生した際にロックプレート14の外周面(14c、14d)と駆動円筒5の円筒部20の内周面との間に働く力とセルフロック作用を表す。
 カムシャフト17とセンターシャフト7が外乱トルクを遅角側D2方向または進角側D1方向に受けると、偏心円カム12は、カム中心L1がカムシャフト17の回転中心軸線L0周りに偏心回動しようとする偏心回動トルクをD2またはD1方向に受ける。カム中心L1は、カムシャフト17の回転中心軸線L0から距離sだけ偏心するものとし、L0とL1を結ぶ直線をL2とし、L1を通りL2に直交する直線をL3とすると、ロックプレートブッシュ13は、偏心円カム12がD2方向の外乱トルクを受けると、直線L3と偏心円カム12との交点P1において、偏心円カム12から直線L3に沿ってL1からP1方向の力F1を受ける。また、ロックプレートブッシュ13は、偏心円カム12がD1方向の外乱トルクを受けると、直線L3と偏心円カム12との交点P2において、偏心円カム12から直線L3に沿ってL1からP2方向の力F2を受ける。
 また、力(F1,F2)は、直線L3上において、互いに面接触する平面(23,24)と保持溝15の長面(15c、15d)を介してロックプレートブッシュ13からロックプレート14に伝達される。また、力(F1,F2)は、直線L3とロックプレート構成部材(14a,14b)の外周面(14c、14d)との交点(P3,P4)において、ロックプレート14から駆動円筒5の円筒部20の内周面20aに伝達される。
 駆動円筒5の円筒部20の内周面20aとロックプレート14の外周面(14c、14d)との間には、力(F1,F2)を原因として、駆動円筒5とロックプレート14の相対回動を妨げる局所的な摩擦力が交点P3及びP4に発生する。前記局所的な摩擦力は、以下のように表される。まず、交点P3及びP4を通り、ロックプレート構成部材外周面(14c、14d)の接線方向に延びる直線をそれぞれL4、L3に直交する直線をL5、直線L4に直交する直線をL6とし、直線L4とL5の傾き及び直線L3とL6の傾きを交点P3においてθ1とし、交点P4においてθ2(このθ1とθ2を以降は、摩擦角という。)とし、摩擦面の摩擦係数をμとすると、駆動回転体2とカムシャフト17との間で相対位相角のズレを引き起こす力は、交点P3とP4における接線方向の力F1・sinθ1及びF2・sinθ2によってそれぞれ表される。また、円筒部20の内周面20aとロックプレート14の外周面(14c、14d)との摺動を妨げる逆方向の局所的な摩擦力は、μ・F1・cosθ1及びμ・F2・cosθ2によってそれぞれ表される。
 前記摩擦力が相対位相角のずれを引き起こす力よりも大きい場合、駆動円筒5とロックプレート14の間は、互いに相対回動不能に保持される。その場合、ロックプレートブッシュ13と偏心円カム12(センターシャフト7)もまた、駆動円筒5に対して相対回動不能に保持される。その結果、駆動回転体2とカムシャフト17は、外乱トルクの発生により、相対回動不能にロックされ、カムシャフト17と駆動回転体2(クランクシャフト)との間には、相対位相角のずれが発生しない。
 F1・sinθ1<μ・F1・cosθ1及びF2・sinθ2<μ・F2・cosθ2の条件を満たす場合には、ロックプレート14と駆動円筒5の摺動を妨げる局所的な摩擦力が相対位相角のずれを生じる力より大きくなるため、両者の間には、セルフロック作用が発生する。従って、θ1<tan-1μ、θ2<tan-1μを満たすように摩擦角θ1とθ2を設定した場合、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)とカムシャフト17との間には、外乱発生時にセルフロック機能が働くため、外乱による相対位相角のずれが発生することなく防止される。
 尚、本実施例のセルフロック機構11においては、ロックプレートブッシュ13を省略して偏心円カム12を直接保持溝15に保持させてもよい。
  1       エンジンの位相可変装置
  2       駆動回転体
  2a      軸状部材
  2b      雄ねじ部(請求項2の相対変位機構の先端部)
  2c      頭部(請求項2の相対変位機構の基端部)
  3       第1制御回転体(請求項1の制御回転体)
  4       スプロケット
  4c      長孔(請求項2の段差挿通孔の大孔)
  4d      孔(請求項2の段差挿通孔の小孔)
  4e      段差挿通孔
  5       駆動円筒
  5d      固定孔
  6       カムシャフト本体部
  7       センターシャフト
  9       回動操作力付与手段
  10      相対位相角変更機構
  11      セルフロック機構
  12      偏心円カム
  14      ロックプレート
  14a、14b ロックプレート構成部材
  14c,14d ロックプレート構成部材の外周面(請求項1の円面部)
  17      カムシャフト
  18      押付機構
  19      伝達部材
  20      円筒部
  20a     円筒部の内周面
  41      相対変位機構
  C1      第1の微小クリアランス
  C2      第2の微小クリアランス
  C3      第3の微小クリアランス
  C4      第4の微小クリアランス
  C5      第5の微小クリアランス
  L0      カムシャフトの回転中心軸線

Claims (3)

  1.  外周の少なくとも一部に巻き付けられた伝達部材を介し、クランクシャフトによって回転するスプロケットと、前記スプロケットに取り付けられた駆動円筒と、を有する駆動回転体と、
     前記駆動回転体を同軸かつ相対回動可能に支持するカムシャフトと、
     前記駆動円筒の円筒部の内周面に内接する円面部を一体に有し、かつ前記駆動回転体に対して同軸かつ相対回動可能な状態でカムシャフトに支持される制御回転体と、
     前記駆動回転体に対する相対回動トルクを前記制御回転体に付与する回動操作力付与手段と、
     前記駆動回転体に対する制御回転体の相対回動に応じて、駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角を変更する相対位相角変更機構と、
     カムシャフトに発生するカムトルクによって前記円筒部の内周面に前記制御回転体の円面部を押しつけて、カムトルクによる駆動回転体に対するカムシャフトの相対位相角のズレを防止するセルフロック機構と、
     を有する自動車用エンジンの位相可変装置において、
     前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線に対して垂直方向に相対変位可能に保持する相対変位機構を設けたことを特徴とする、自動車用エンジンの位相可変装置。
  2.  前記相対変位機構は、
     小孔と小孔より幅広の大孔により形成され、前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットのうち一方において、複数設けられた段差挿通孔と、
     前記駆動回転体の駆動円筒またはスプロケットの他方において、前記段差挿通孔と対応する位置に設けられた軸固定孔と、
     前記段差挿通孔の小孔に挿通され、かつ前記小孔に固定される先端部と、少なくとも一部が前記小孔より幅広に形成されると共に前記大孔の内側に配置されて、前記固定孔を設けた円筒部またはスプロケットのいずれか一方を軸方向に位置決めし、かつ前記スプロケットを前記円筒部に対し、駆動回転体の回転中心軸線の延びる方向に対して垂直方向に変位可能に保持する基端部と、を有する軸状部材と、
     前記軸状部材と前記段差挿通孔との間に設けられた第1の微小クリアランスと、
     前記スプロケットとカムシャフトとの間の少なくとも一部に設けられた、前記第1の微小クリアランスよりも小さな第2の微小クリアランスと、
     を備え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.  前記第1の微小クリアランスは、前記軸状部材の先端部と前記段差挿通孔の小孔との間に設けられた第3の微小クリアランスと、前記軸状部材の基端部と前記段差挿通孔の大孔との間に設けられた第4の微小クリアランスによって形成され、
     前記第4の微小クリアランスは、前記第3の微小クリアランスよりも小さく形成されたことを特徴とする、請求項2に記載のエンジンの位相可変装置。
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