CN1993538A - 发动机的可变相位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是：在汽车用的发动机的可变相位装置中，使之不产生因摩擦形成的热。其解决方案为：在发动机的可变相位装置中，配备有：具有传递发动机的曲轴的旋转的链轮(12)的外筒部(10)，能够相对于该外筒部相对地旋转地连接到使发动机的进气阀或排气阀开闭的凸轮轴(2)上的内筒部(20)，以及通过螺旋花键啮合到外筒部和内筒部上的中间构件(30)，通过使该中间构件在轴向方向上移动，使外筒部与内筒部之间发生相对旋转，使进气阀或排气阀的开闭定时变化，在所述可变相位装置中，配备有电磁控制机构(40a)，所述电磁控制机构具有螺纹配合到中间构件上的同时、作为永久磁铁的旋转鼓(44)，以及对该旋转鼓进行制动的电磁离合器(42)。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用发动机的可变相位装置，所述可变相位装置将汽车用发动机的曲轴的旋转传递给用于使发动机的进气阀或排气阀开闭的凸轮轴，同时，根据发动机的负荷、转速等运转状态，使进气阀或排气阀的开闭定时变化。
背景技术
作为这种可变相位装置，已知由本申请人等提出的下述专利文献1所揭示的装置。该装置示于图7。
这种可变相位装置，为了开闭进气阀或排气阀，在装配到图中未示出的发动机箱(可变相位装置用盖)上的状态下使用，包括：圆环状的外筒部10，该外筒部10具有借助图中未示出的链条传递发动机的曲轴的驱动力的链轮12；从动侧的圆环状的内筒部20，该内筒部20与该外筒部10同轴配置且能够相对于外筒部10相对旋转，构成凸轮轴2的一部分；中间构件30，该中间构件30分别螺旋花键配合到外筒部10和内筒部20上，夹装在外筒部10与内筒部20之间，沿着轴向方向移动以使内筒部20相对于外筒部10的相位发生变化；电磁制动器40，该电磁制动器40设置在与内筒部20的凸轮轴2的配置侧相反的一侧，作为使中间构件30沿轴向方向移动的电磁控制机构。在该凸轮轴2上，设置用于开闭进气阀或排气阀中之一的凸轮2a。
外筒部10由以下部分构成：在内周缘上设置有环状凹部13的链轮12；贴紧到链轮12的侧面上、与凹部13协同动作以限定出凸缘配合槽13A的内凸缘板14；将内凸缘板14一起紧固固定到链轮12上、在内周形成有与中间构件30的花键配合部17的花键箱16。通过在外筒部10的凹部13的开口侧的大直径凹部13a、凹部13的内侧的小直径凹部13b，在两个凹部13a、13b之间设置与内筒部20侧的凸缘24的外周缘正对着的阶梯部13c。由于链轮12、内凸缘板14和花键箱16被紧固螺钉11一体化，所以，凸缘配合槽13A、以及花键槽16上的花键配合部17的形成变得容易。
另外，小直径链轮12A固定到外筒部10上，虽然图中省略了，但该小直径链轮12A借助链条与用于开闭进气阀或排气阀中的另外一个的可变相位装置的链轮连接，对进气阀和排气阀两者进行开闭控制。
不过，在中间构件30的内外周面上设置阴阳螺旋花键32、33，在内筒部20的外周面上设置阳螺旋花键23，在花键箱16的内周面的花键配合部17上形成阴螺旋花键。并且，中间构件30的内外的花键32、33成为反方向的螺旋花键，通过向中间构件30的轴向方向的略微移动，可以使内筒部20的相位相对于外筒部10发生大的变化。在中间构件30的外周面上形成阳螺纹部31。
电磁制动器40在离合器箱60内备有电磁铁(电磁线圈)62，且由以下部分构成：在离合器箱表面上固定有摩擦材料66的电磁离合器42；用于从电磁离合器42的摩擦材料66接受制动力的由强磁性体构成的旋转鼓44；沿轴向方向夹装到旋转鼓44与外筒部10之间的受扭螺旋弹簧46。电磁离合器42销68配合到设置在发动机箱上的孔内，可以沿轴向方向移动而不能旋转地支承在发动机箱上。旋转鼓44由轴承22可旋转地支承在内筒部20上，形成螺纹配合到中间构件30的阳螺纹部31上的阴螺纹部45。当旋转鼓44相对于外筒部10相对旋转时，借助两个螺纹部45、31的作用，中间构件30沿轴向方向移动。
由于当电磁离合器42断开时，在旋转鼓44上不作用制动力，所以，旋转鼓44和外筒部10被受扭螺旋弹簧46固定在初始位置，外筒部10、内筒部20、中间构件30以及旋转鼓44成一整体地旋转，在外筒部10与内筒部20上不产生相位差。这样，由于内筒部20连接到凸轮轴2上，外筒部10由链条与设置在曲轴上的曲轴带轮连接，所以，根据曲轴的旋转，能够以通常的定时开闭进气阀或排气阀。
当接通电磁离合器42时，由摩擦产生的制动力作用到设于电磁离合器42上的摩擦材料66和旋转鼓44上。当制动力作用到旋转鼓44上时，旋转鼓44相对于外筒部10产生旋转滞后。中间构件30借助螺纹部31、45的作用向图7中的右方移动，借助中间构件30的内外螺旋花键32、33，内筒部20相对于外筒部10旋转，两者的相位差发生变化。并且，旋转鼓44被保持在制动力和受扭螺旋弹簧46的弹簧力平衡的位置。当控制向电磁离合器42的电磁铁供应的电流时，可以将内筒部20与外筒部10控制在所希望的相位差。藉此，可以恰当地使进气阀或排气阀的开闭定时。
当再次断开电磁离合器42时，制动力不作用到旋转鼓44上，借助受扭螺旋弹簧46的作用，中间构件30旋转到初始位置，借助螺纹部31、45的作用，在图7中的左方移动到初始位置。这样，内筒部20相对于外筒部10沿相反方向转动到初始位置，两者的相位差消除，以通常的定时开闭进气阀或排气阀。
另外，在内筒部20的凸缘24与外筒部10的凸缘配合槽13A的侧面之间，夹装摩擦转矩附加构件51、55，提高外筒部10和内筒部20之间的相对滑动部的摩擦转矩，同时，抑制中间构件30与外筒部10及内筒部20之间的螺旋花键配合部23、32、33、17处的齿轮部相互之间碰撞的打击噪音的发生。
另外，发动机油经由凸轮轴2的入口73a、凸轮轴2内的油通路、出口73b供应向可变相位装置的内部。从出口73b出来的发动机油被供应到设置在电磁离合器42表面的摩擦材料66与旋转鼓44之间的滑动面之间，防止由摩擦材料66与旋转鼓44的摩擦引起的过热(详细情况参照下述专利文献1)。
专利文献1：特开2002-371814号公报
发明内容
如前面所述，在前述可变相位装置中，在摩擦材料66与旋转鼓44的相对滑动面上，当由于摩擦热使滑动面的温度变成高温时，由于分散在发动机油中的防氧化剂或摩擦调整剂、清洁分散剂等添加剂的反应物或不溶解成分，有可能堵塞一般由多孔质材料构成的摩擦材料的表面，发生在摩擦材料66与旋转鼓44上的摩擦转矩有可能降低，在摩擦材料66与旋转鼓44之间需要用于流过发动机油的冷却机构。为了构成这种冷却机构，存在着可变相位装置结构变得复杂、价格增高的问题。
鉴于前述问题，本发明的课题是，在汽车用发动机的可变相位装置中不产生由于摩擦造成的发热。
为了达到上述目的，权利要求1所述的发明，发动机的可变相位装置备有：外筒部，该外筒部具有传递发动机的曲轴的旋转的链轮；内筒部，该内筒部能够相对于该外筒部相对旋转地连接到使发动机的进气阀或排气阀开闭的凸轮轴上；中间构件，该中间构件通过螺旋花键啮合到前述外筒部和内筒部上，该发动机的可变相位装置，通过使该中间构件沿轴向方向移动，使前述外筒部与前述内筒部之间发生相对旋转，使前述进气阀或排气阀的开闭定时变化，其特征在于，所述发动机的可变相位装置配备有电磁控制机构，所述电磁控制机构具有：螺纹配合到前述中间构件上、同时作为永久磁铁的旋转鼓；对该旋转鼓进行制动的电磁离合器。
权利要求2所述的发明，其特征在于，在根据权利要求1所述的发明中，在前述旋转鼓上形成多个磁极，在前述电磁离合器上，以形成对应于前述磁极的磁极的方式配置电磁铁，通过使该电磁铁的极性以适当的相位相对于前述磁极发生变化，制动或者加速前述旋转鼓。
权利要求3所述的发明，其特征在于，在根据权利要求1或2所述的发明中，靠近前述旋转鼓的内部侧面配置前述电磁离合器。
权利要求4所述的发明，其特征在于，在根据权利要求1或2所述的发明中，只将前述旋转鼓的外周附近磁化，靠近前述旋转鼓的外周附近配置前述电磁离合器。
根据权利要求1的发明的可变相位装置，由于借助电磁离合器的电磁铁和作为永久磁铁的旋转鼓之间的电磁力制动旋转鼓，所以，无需摩擦材料。另外，该可变相位装置，由于不会因电磁离合器的摩擦材料与旋转鼓的接触所造成的摩擦热而导致高温，所以，具有降低发动机油恶化的效果。另外，不需要对电磁离合器和旋转鼓冷却的机构，结构简单，并且不容易发生故障，寿命延长。进而，该相位可变装置可以减少冷却用的发动机油，而且无需摩擦材料，比较经济。
进而，根据权利要求2的发明，在前述旋转鼓上形成多个磁极，在前述电磁离合器上也以形成与前述磁极对应的磁极的方式配置电磁铁，当使电磁铁的极性相对于旋转鼓的磁极以适当的相位变化时，可以在电磁离合器与旋转鼓之间自由地持续发生吸引力或排斥力，可自由地进行旋转鼓的制动或加速。从而，在这种可变相位装置中，由于可以借助电磁离合器42进行旋转鼓44的制动和加速，所以，无需将旋转鼓44返回初始位置的受扭螺旋弹簧，可以减少部件的数目。
进而，根据权利要求3的发明，由于靠近旋转鼓的内部侧面配置电磁离合器，所以，与现有技术中靠近旋转鼓的外部侧面配置电磁离合器的情况相比，可以缩短可变相位装置的总长度。另外，在允许如现有技术中那样的总长度的情况下，可以扩大中间构件向轴向方向的移动范围，可以比现有技术的装置在更宽的范围内变更相位。
进而，根据权利要求4所述的发明，由于只将旋转鼓的外周附近磁化，靠近旋转鼓的外周附近配置电磁离合器，所以，可以缩短可变相位装置的总长度。另外，由于电磁离合器不在旋转鼓的侧方，所以，可以缩小旋转鼓的直径，旋转鼓的惯性矩也可以缩小，可以使该可变相位装置的响应性良好。进而，即使旋转鼓向轴向方向移动，由于总是将旋转鼓和电磁离合器保持等距离，所以，能够以高精度进行稳定的相位控制。
附图说明
图1是说明根据本发明的第一个实施例的可变相位装置的图示。
图2是说明向根据前述第一个实施形式的可变相位装置的电磁铁的电流供应电路的图示。
图3是说明根据本发明的第二个实施例的可变相位装置的图示。
图4是说明根据本发明的第三个实施例的可变相位装置的图示。
图5说明根据本发明的可变相位装置的旋转鼓的变形例的图示。
图6是说明根据本发明的可变相位装置的电磁离合器的变形例的图示。
图7是现有技术的可变相位装置的纵剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施形式。
在图1及图2中表示根据本发明的可变相位装置的电磁制动器的第一种实施形式。图1(A)是该可变相位装置的纵剖视图，图1(B)是该可变相位装置的旋转鼓44的正视图，图1(C)是该可变相位装置的电磁离合器42的正视图。图2是表示向该电磁离合器42的电磁铁62供应电流的电流供应电路的图示。
本实施例的可变相位装置，除后面描述的由旋转鼓44及电磁离合器42构成的电磁控制机构40a，以及向电磁铁62供应电流的电流供应电路之外，与前述现有技术的可变相位装置相同。下面，对于本实施例，省略与现有技术相同的部分的说明，只对电磁控制机构40a和向电磁铁62供应电流的电流供应电路进行说明。
在该可变相位装置的电磁控制机构40a中，如图1(B)所示，旋转鼓44为沿着圆周方向、以N极和S极交替地呈现六个磁极N、S的方式向着轴向方向被强磁化的永久磁铁，另外，如图1(C)所示，电磁离合器42接近旋转鼓44的外部侧面配置，在离合器箱内沿着周向方向与旋转鼓44的磁极N、S对应的位置上配置串联连接的三个电磁铁(电磁线圈)62。另外，在该电磁控制机构40a中，不配备将旋转鼓44向初始位置加载用的受扭螺旋弹簧，进而，电磁离合器42不能相对于发动机箱58沿着轴向方向及径向方向移动，也不配备与旋转鼓44滑动接触的摩擦材料。
如图2所示，向电磁铁62供应电流的电流供应电路由控制从电源Vcc向电磁铁62供应电流的四个电流控制器(晶体管)64a～64d、向各个电流控制器64a～64d输送控制信号的控制器65构成。通过借助来自于控制器65的控制信号，使相互位于对角位置的一对电流控制器64a、64d和相互位置对角位置的另外一对电流控制器64b、64c交替地通、断，可以交替地改变电磁铁62的极性。这时，当利用图中未示出的适当的旋转检测传感器，检测出电磁铁62对于旋转鼓44的磁极N、S的相对相位，使供应给电磁铁62的电流的极性切换与旋转鼓44的旋转同步，同时，以相对于磁极N、S适当的相位(相位滞后或相位超前)进行控制时，可以持续地只将吸引力或排斥力之一作用到各个电磁铁62与旋转鼓44之间，从而，可以自由地对旋转鼓44进行制动或加速。
另外，可以将来自于分别设置在图中未示出的曲轴带轮和凸轮轴2上的图中未示出的旋转检测传感器的信号送往控制器65，控制器65检测出凸轮轴2相对于曲轴带轮的相位。并且，控制器65计算出对应于发动机的转速或减速器位置等的指令相位差，进行凸轮轴2相对于曲轴带轮的相位控制。即，控制器65将控制信号送往各个电流控制器64a～64d，一直到曲轴带轮和凸轮轴2的相位差等于指令相位差为止，制动或加速旋转鼓44，能够以使曲轴带轮和凸轮轴2的相位差与指令相位差相一致的方式进行控制。这里所使用的检测凸轮轴2相对于曲轴带轮的相位的旋转检测传感器，也可以作为电磁铁62相对于前述旋转鼓44的磁极N、S的相位检测传感器使用。
根据本实施例的可变相位装置，由于借助电磁离合器42的电磁铁62与旋转鼓44之间的吸引力或排斥力对旋转鼓44进行制动或加速，在两者之间不产生摩擦，所以，在电磁离合器42上无需摩擦材料。另外，根据该可变相位装置，电磁控制机构40a，由于不会因摩擦热而变成高温，所以，无需冷却机构，结构简单，不易发生故障，寿命长。并且，可以减少冷却用的发动机油，而且，也不需要摩擦材料，是经济的。进而，由于借助电磁离合器42可以进行旋转鼓44的制动和加速两者，所以，无需将旋转鼓44返回到初始位置的受扭螺旋弹簧，可以减少部件数目。
在图3中，表示根据本发明的可变相位装置的第二个实施例。图3(A)是该可变相位装置的纵剖视图，图3(B)是该可变相位装置的旋转鼓44的正视图，图3(C)是该可变相位装置的电磁离合器42的正视图。
在该可变相位装置中，如图3(A)所示，电磁离合器42和旋转鼓44的配置和向发动机箱58上安装的方式与前述第一个实施例不同。即，电磁离合器42靠近旋转鼓44的内部侧面配置，同时，经由轴承43支承在旋转鼓44的轴部44a上。进而，使设置在电磁离合器42上的销42a配合到发动机箱58的止转槽58a中，进行电磁离合器42的旋转限制。由于使止转槽58a和销42a配合，所以，电磁离合器42能够在与旋转鼓44的距离保持恒定的状态下沿轴向方向移动。除此之外，与前述第一个实施例相同。
根据本实施例的可变相位装置，由于电磁离合器42配置在旋转鼓44的内部，所以，与前述第一个实施例相比，可以缩短总长度。另外，由于电磁离合器42与旋转鼓44的距离保持恒定，所以，将向旋转鼓44上施加的制动力或加速力保持恒定，能够高精度地进行稳定的相位控制。
图4表示根据本发明的可变相位装置的第三个实施例。图4(A)是该可变相位装置的纵剖视图，图4(B)是该可变相位装置的旋转鼓44的正视图，图4(C)是该可变相位装置的电磁离合器42的正视图。
在该可变相位装置中，如图4(A)所示，将电磁离合器42靠近旋转鼓44的外周配置，如图4(B)所示，只使旋转鼓44的外周附近磁化，在这些方面与前述第一个实施例不同，除此之外，与前述第一个实施例相同。另外，由于磁极间的距离对磁力的大小影响很大，所以，即使只将旋转鼓44的外周附近磁化，只要磁极N、S与电磁铁62之间的距离很近，就可以获得足够的磁力。
根据本实施例的可变相位装置，由于将电磁离合器42配置在旋转鼓44的外周侧，所以，与前述第一个实施例相比，可以缩短总长度。另外，由于电磁离合器42不配置在旋转鼓44的侧方，所以，可以缩小旋转鼓44的直径，缩小旋转鼓44的惯性矩，可以改进该可变相位装置的响应性。进而，由于即使旋转鼓44向轴向方向移动，也总是能够保持旋转鼓44与电磁离合器42等距离，所以，可以高精度地进行稳定的相位控制。
但是，本发明并不局限于前述实施例。例如，可以进行如下的变形。
旋转鼓44和电磁离合器42可以进行图5及图6所示的变形。这里，图5(A)是该可变相位装置的旋转鼓44的正视图，图5(B)是沿着图5(A)的V-V线的剖视图，图6(A)是该可变相位装置的电磁离合器42的正视图，图6(B)是电磁离合器42的侧视图。即，形成在旋转鼓44上的磁极N、S，也可以不必像前述各个实施例那样沿着旋转鼓44的周向方向交替地设置，而是如图5所示，沿着旋转鼓44的周向方向等间隔地配置同一个极N(或S)，配备在磁离合器42上的电磁铁42，没有必要像前述各个实施例那样使其轴向方向沿着电磁离合器42的周向方向，而是可以如图6所示，朝着与电磁离合器42垂直的方向。
另外，形成在旋转鼓44上的磁极N、S没有必要向前述各个实施例那样制成六个极，而可以是两个以上的任意数目。不言而喻，设置在电磁离合器42上的电磁铁62的极数也没有必要与形成在旋转鼓44上的磁极N、S是相同的数目，只要能够借助电磁铁62持续地给予旋转鼓44以吸引力或者排斥力，可以配置成任意数目。
进而，在将电磁离合器42配置在旋转鼓44的内侧的前述第二个实施例中，可以使电磁离合器42在与旋转鼓44的距离保持恒定的状态下沿轴向方向移动，但是，为了简化结构，也可以将电磁离合器42固定到发动机箱58上而不能沿轴向方向移动。
进而，在前述各个实施例中，电磁控制机构40a对旋转鼓44进行制动或加速中的任何一项，但是，电磁控制机构40a也可以只进行制动。在这种情况下，必须有将旋转鼓44向初始位置加载用的受扭螺旋弹簧。关于该受扭螺旋弹簧，为了在电磁离合器42发生故障的情况下也能驱动发动机，也可以在前述第一～第三个实施例中配备较弱的受扭螺旋弹簧。
Claims (4)
1.一种发动机的可变相位装置，包括：外筒部，该外筒部具有传递发动机的曲轴的旋转的链轮；内筒部，该内筒部能够相对于该外筒部相对旋转地连接到使发动机的进气阀或排气阀开闭的凸轮轴上；中间构件，该中间构件通过螺旋花键啮合到前述外筒部和内筒部上；所述发动机的可变相位装置，通过使该中间构件在轴向方向上移动，使前述外筒部与前述内筒部之间发生相对旋转，使前述进气阀或排气阀的开闭定时变化，
其特征在于，所述发动机的可变相位装置配备有电磁控制机构，所述电磁控制机构具有：螺纹配合到前述中间构件上、同时作为永久磁铁的旋转鼓；对该旋转鼓进行制动的电磁离合器。
2.如权利要求1所述的发动机的可变相位装置，其特征在于，在前述旋转鼓上形成多个磁极，在前述电磁离合器上以形成对应于前述磁极的磁极的方式配置电磁铁，通过使该电磁铁的极性以适当的相位相对于前述旋转鼓的磁极发生变化，制动或者加速前述旋转鼓。
3.如权利要求1或2所述的发动机的可变相位装置，其特征在于，靠近前述旋转鼓的内部侧面配置前述电磁离合器。
4.如权利要求1或2所述的发动机可变相位装置，其特征在于，只将前述旋转鼓的外周附近磁化，靠近前述旋转鼓的外周附近配置前述电磁离合器。
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