JP2003049615A - 回転制動機及び内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転制動機と周囲の部材との干渉を回避しつ
つ、確実な制動を実現する。 【解決手段】 第１の操作回転体２１と第２の操作回転
体２４の外周面に夫々ベルト３１，３２を巻装し、各ベ
ルト３１，３２の少なくとも一端を、電磁コイルの吸引
力を用いる第１の牽引手段３３と第２の牽引手段３４で
牽引することによって回転体２１，２４に制動力を付与
する。牽引手段３３，３４は操作回転体２１，２４から
離間した任意の位置に配置することができるため、他の
部材との干渉を回避することができる。また、両牽引手
段３３，３４は回転軸回りにずらして配置することによ
って両者の干渉を回避しつつ、軸方向に充分に近付ける
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体に外部から
制動力を付与する回転制動機と、内燃機関のクランクシ
ャフトとカムシャフトの回転位相を変更するための動力
源として回転制動機を用いるバルブタイミング制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に搭載される内燃機関には、機
関弁の開閉タイミングを可変制御すべくバルブタイミン
グ制御装置を装備したものがある。このバルブタイミン
グ制御装置は、クランクシャフトにタイミングチェーン
等を介して連繋された駆動回転体がカムシャフト側の従
動回転体に必要に応じて相対回動できるように組み付け
られると共に、これらの回転体の間に両者の組付角を操
作すべく組付角操作機構が介装され、この組付角操作機
構を適宜駆動制御することによってクランクシャフトと
カムシャフトの回転位相を変更するようになっている。

【０００３】また、前記組付角操作機構を作動すべく作
動装置としては、例えば、特開２００１−４１０１３号
公報に開示されるもののように、電磁ブレーキ等の回転
制動機を組み込んだものが近年開発されている。

【０００４】この装置は、図８，図９に示すように、ク
ランクシャフト（図示せず。）にタイミングチェーン
（図示せず。）等を介して連繋されたハウジング１０１
（駆動回転体）がカムシャフト１０２（従動回転体）の
端部に必要に応じて回転できるように組み付けられ、ハ
ウジング１０１の内側端面に形成された径方向ガイド１
０３に複数の可動部材１０４，１０４が夫々径方向に沿
って摺動自在に係合支持されると共に、径方向外側に突
出する複数のレバー１０５，１０５を有するレバー軸１
０６がカムシャフト１０２の端部に取り付けられ、各可
動部材１０４とレバー軸１０６の対応するレバー１０５
とがリンク１０７によって枢支連結されている。そし
て、ハウジング１０１の前記径方向ガイド１０３と対向
する位置には、径方向ガイド１０３側の側面に渦巻き溝
１０８を有する操作回転体１０９がハウジング１０１と
カムシャフト１０２に対して相対回動可能に設けられ、
前記各可動部材１０４の軸方向の一方の端部に突設され
た略円弧状の複数の突条１１０が前記渦巻き溝１０８に
案内係合されている。また、操作回転体１０９はハウジ
ング１０１に対して回転を進める側にゼンマイばね１１
１によって付勢されると共に、回転制動機としての電磁
ブレーキ１１２によって回転を遅らせる側の力を適宜受
けるようになっている。

【０００５】この装置の場合、電磁ブレーキ１１２がＯ
ＦＦ状態のときには、操作回転体１０９がゼンマイばね
１１１の付勢力を受けハウジング１０１に対して初期位
置に位置されており、渦巻き溝１０８に突条１１０でも
って噛合う可動部材１０４は径方向外側に最大に変位
し、リンク１０７を引き起こしてハウジング１０１とカ
ムシャフト１０２の組付角を最遅角位置または最進角位
置に維持している。そして、この状態から電磁ブレーキ
１１２がＯＮにされると、操作回転体１０９が減速され
てハウジング１０１に対して遅れ側に相対回転する結
果、渦巻き溝１０８に噛合う可動部材１０４が径方向内
側に変位し、今まで引き起こされていたリンク１０７を
次第に倒すようにしてハウジング１０１とカムシャフト
１０２の組付角を最進角位置または最遅角位置に変更す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のバル
ブタイミング制御装置に用いられる回転制動機（電磁ブ
レーキ１１２）は、電磁力を操作回転体１０９に直接作
用させることによって操作回転体１０９に可動部材１０
４に対する相対回転力を付与する構造となっているた
め、操作回転体１０９に対して充分に近接させ、かつ、
操作回転体１０９の前面全域、若しくは、外周面全域を
ほぼ覆うように配置しなければならない。

【０００７】しかし、バルブタイミング制御装置は、搭
載スペースの限られたエンジンルーム内に配置されるも
のであるため、操作回転体１０９の前面や外周面を大き
く占有する上記従来の回転制動機（１１２）において
は、実際上採用がむずかしいことがある。

【０００８】そこで本発明は、周囲の部材との干渉を回
避することのできる自由な設計を許容しつつも、確実な
制動を実現することのできる回転制動機と、操作回転体
を操作すべく回転制動機とエンジンルーム内の他の部品
との干渉を回避でき、車載性に優れた内燃機関のバルブ
タイミング制御装置とを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項１に記載の回転制動機の発明は、回転体の
外周面にベルトを巻装し、そのベルトの少なくとも一端
を電磁コイルの吸引力で牽引することによって回転体に
制動力を付与するようにした。

【００１０】この発明の場合、回転体の外周面に巻装し
たベルトを回転体から離間した位置に自由に引き出すこ
とができるため、ベルトを牽引する電磁コイルを周囲の
部材と干渉することのない任意の位置に配置することが
できる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、内燃機関のクラ
ンクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、カ
ムシャフト若しくは同シャフトに結合された別体部材か
ら成る従動回転体とが、組付角操作機構を介して同軸に
連結され、この組付角操作機構が作動装置によって操作
されることにより前記駆動回転体と従動回転体の組付角
を変更する内燃機関のバルブタイミング制御装置であっ
て、前記作動装置が、駆動回転体及び従動回転体に追従
回転する操作回転体と、この操作回転体に制動力を付与
することによって前記組付角操作機構に対する操作力を
発生する回転制動機と、を備えたものにおいて、前記回
転制動機を、操作回転体に巻装したベルトと、このベル
トの少なくとも一端を牽引して操作回転体に制動力を付
与する牽引手段と、を備えた構成とした。

【００１２】この発明の場合、操作回転体から離間した
任意の位置に回転制動機の牽引手段を配置し、操作回転
体に巻装されたベルトをその牽引手段で牽引することに
より遠隔位置からの操作によって制動力を得ることがで
きる。牽引手段としては、例えば、電磁コイルの吸引力
によってベルトを牽引するようにしても良い。

【００１３】また、作動装置を、組付角操作機構を一方
側に作動させるべく第１の操作回転体と、組付角操作機
構を他方側に作動させるべく第２の操作回転体と、これ
らの操作回転体に巻装したベルトを夫々牽引すべく第１
及び第２の牽引手段と、を備えた構成とし、前記第１の
操作回転体と第２の操作回転体を回転軸方向に並べて配
置する場合には、第１の牽引手段と第２の牽引手段を、
回転軸回りで円周方向にずらして配置することが好まし
い。この場合、第１の牽引手段と第２の牽引手段を軸方
向に近接させて配置ても、互いに干渉することがない。

【００１４】また、前記ベルトと操作回転体の接触部の
うちの、少なくとも一方側には凹凸を設けるようにして
も良い。この場合、ベルトと操作回転体の間の摩擦抵抗
が大きくなると共に、両者の接触部に潤滑油等が付着し
た場合であっても、制動力を確保することが可能とな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図１
〜図７に基づいて説明する。尚、この実施形態は、内燃
機関のバルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用した
ものであるが、排気弁側に同様に適用することも可能で
ある。

【００１６】このバルブタイミング制御装置は、図２に
示すように、機関のシリンダヘッド（図示せず。）に回
転自在に支持され、外周に吸気弁駆用のカム（図示せ
ず。）を有するカムシャフト１（従動回転体）と、この
カムシャフト１の前端部に必要に応じて相対回転できる
ように組み付けられ、その後端部側（同図中右側）外周
に機関のクランクシャフト（図示せず。）によって回転
駆動されるタイミングスプロケット３が一体形成された
駆動プレート２（駆動回転体）と、カムシャフト１と駆
動プレート２の前方側に配置されて同シャフト１と駆動
プレート２の組付角度を操作する組付角操作機構４と、
この組付角操作機構４を駆動する作動装置５と、図外の
シリンダヘッドとロッカカバーの前端面に跨って取付け
られて駆動プレート２と組付角操作機構４の前面と周域
を囲繞するＶＴＣカバー６と、を備えている。尚、カム
シャフト１の前端部にはフランジリング７が一体に取り
付けられており、前記駆動プレート２はこのフランジリ
ング７部分に回転可能に支持されている。

【００１７】駆動プレート２の前面（図２中の左側の
面）には、図５，図６に示すように平行な一対のガイド
壁９ａ，９ｂを備えた３つの径方向ガイド１０が円周方
向等間隔に、かつ同プレート２のほぼ半径方向に沿うよ
うに取り付けられており、この各径方向ガイド１０のガ
イド壁９ａ，９ｂの間には、後述する組付角操作機構４
の可動部材１１が摺動自在に組み付けられている。

【００１８】組付角操作機構４は、図５，図６に示すよ
うに円周方向等間隔に配置され放射方向に延出する三つ
のレバー１２を有すると共に、前記フランジリング７と
共にカムシャフト１の軸心部にボルト８によって固定さ
れたレバー軸１３と、各径方向ガイド１０に摺動自在に
係合された略方形状の前記可動部材１１と、レバー軸１
３の各レバー１２と可動部材１１を各一つずつ枢支連結
するリンク１４とによって主として構成されている。

【００１９】各可動部材１１は、径方向ガイド１０によ
って径方向に案内された状態において、リンク１４とレ
バー軸１３の各レバー１２を介してカムシャフト１に連
結されているため、この各可動部材１１が外力を受けて
径方向ガイド１０に沿って変位すると、リンク１４とレ
バー１２によるリンク作用により駆動プレート２とカム
シャフト１が可動部材１１の変位に応じた方向及び角度
だけ相対回動する。

【００２０】また、各可動部材１１の前面側の所定位置
には収容穴１５が設けられ、この収容穴１５に、球１６
を回転可能に保持するリテーナ１７と、このリテーナ１
７を前方側に付勢する板ばね１８とが収容されている。
尚、球１６は、リテーナ１７が板ばね１８によって前方
に付勢されているため、少なくともその略半部が常時可
動部材１１から前方に突出している。

【００２１】一方、作動装置５は、後方側の面に各可動
部材１１の球１６を案内係合すべく渦巻き溝１９が形成
され、レバー軸１３のレバー１２よりも前方側位置にベ
アリング２０を介して回転自在に支持された第１の操作
回転体２１と、この第１の操作回転体２１に制動力を付
与する第１回転制動機２２と、レバー軸１３の先端部に
ベアリング２３を介して回転自在に支持された第２の操
作回転体２４と、この第２の操作回転体２４に制動力が
付与されたときに第１の操作回転体２１を増速する遊星
歯車機構２５と、第２の操作回転体２４に制動力を付与
する第２回転制動機２６と、を備えている。

【００２２】第１の操作回転体２１の渦巻き溝１９は断
面略半円状に形成され、その渦巻きは、図５，図６に示
すように（同図において、渦巻き溝１９は中心線のみ示
してある。）駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第
に縮径するように形成されている。したがって、各可動
部材１１の球１６が渦巻き溝１９に係合した状態で第１
の操作回転体２１が駆動プレート２に対して遅れ方向に
相対回転すると、各可動部材１１はこのとき渦巻き溝１
９の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、逆にこ
の状態から第１の操作回転体２１が進み方向に相対回転
すると、各可動部材１１は渦巻き溝１９の渦巻き形状に
沿って半径方向外側に移動する。

【００２３】また、遊星歯車機構２５は、図２，図７に
示すように、第２の操作回転体２４の後部側外周面に一
体形成されたサンギヤ２７と、第１の操作回転体２１の
前端部に一体に形成されたリングギヤ２８と、ベアリン
グ２０，２３間においてレバー軸１３に固定されたキャ
リアプレート２９と、このキャリアプレート２９に回転
自在に支持されると共にサンギヤ２７とリングギヤ２８
に噛合される複数のプラネタリギヤ３０とによって構成
されている。

【００２４】したがって、この遊星歯車機構２５は、今
サンギヤ２７がフリー回転状態で、プラネタリギヤ３０
が自転せずにキャリアプレート２９と共に公転したとす
ると、サンギヤ２７とリングギヤ２８は同速度で回転
し、また、この状態からサンギヤ２７（第２の操作回転
体２４）のみに制動力が付与されると、サンギヤ２７が
キャリアプレート２９に対して遅れ方向に相対回転する
ことによってプラネタリギヤ３０が自転し、このプラネ
タリギヤ３０の自転がリングギヤ２８を増速させ、第１
の操作回転体２１を駆動プレート２に対して増速側に相
対回転させる。

【００２５】第１回転制動機２２と第２回転制動機２６
は両者ともほぼ同様の構成となっており、これら回転制
動機２２，２６は、一端がＶＴＣカバー６の内面にボル
ト固定された状態で第１の操作回転体２１と第２の操作
回転体２４の各円形状外周面に夫々ほぼ半周分巻回され
た金属製のベルト３１，３２と、ＶＴＣカバー６に固定
設置されて前記各ベルト３１，３２の他端を図外のコン
トローラからの指令に従って牽引する第１の牽引手段３
３、及び、第２の牽引手段３４を備えている。

【００２６】各牽引手段３３，３４は電磁コイルを内蔵
し、その電磁コイルを励磁することによってベルト３
１，３２の他端に牽引力を付与する構成となっている。
また、各ベルト３１，３２は前記牽引手段３３，３４に
よって牽引されることにより、対応する操作回転体２
１，２４の外周面に摩擦接触し、その接触摩擦によって
操作回転体２１，２４に制動力を付与する。尚、各ベル
ト３１，３２と操作回転体２１，２４の少なくとも一方
の接触面には凹凸を設けることが好ましく、こうして凹
凸を設けた場合には、摩擦抵抗を増大させることがで
き、さらに潤滑油の付着等があったときであっても確実
な制動を得ることができる。

【００２７】また、図２に示すように、第１の操作回転
体２１と第２の操作回転体２４は軸方向に並べて配置さ
れているため、ベルト３１，３２を牽引する第１の牽引
手段３３と第２の牽引手段３４もそれに伴って軸方向に
並んだ配置となっている（図１，図３，図４参照）。そ
して、第１の牽引手段３３と第２の牽引手段３４は、図
１，図３，図４に示すように円周方向については互いに
ほぼ９０°ずれた配置とされ、その配置状態でＶＴＣカ
バー６に固定設置されている。また、同様に第１の操作
回転体２１に巻回されたベルト３１と第２の操作回転体
２４に巻回されたベルト３２の各一端は互いが円周方向
にほぼ９０°ずれた位置でＶＴＣカバー６にボルト３
５，３６によって固定されている。

【００２８】以下、本実施形態の作用を説明する。

【００２９】機関始動時及びアイドル運転時には、コン
トローラからの制御信号によって第１牽引手段３３によ
る牽引が解除される一方で、第２牽引手段３４による牽
引が行われ、第２牽引手段３４側のベルト３２が第２の
操作回転体２４に対して摩擦制動力を付与する。これに
より、遊星歯車機構２５のサンギヤ２７には制動力が作
用し、駆動プレート２の回転に伴なって第１の操作回転
体２１が増速側に回転させられ、これに伴なって渦巻き
溝１９に球１６を介して係合する可動部材１１が径方向
外側端に維持される。この結果、図５に示すように各可
動部材１１にリンク１４とレバー１２を介して連結され
たレバー軸１３（カムシャフト１）は駆動プレート２に
対して最遅角側の組付角度に維持される。したがって、
このときにはクランクシャフトとカムシャフト１の回転
位相が最遅角側に制御され、機関回転の安定化と燃費の
向上が図られる。

【００３０】また、この状態から機関が通常運転に移行
すると、コントローラからの制御信号によって第２牽引
手段３４による牽引が解除される一方、第１牽引手段３
３による牽引が行われ、第１牽引手段３３側のベルト３
１が第１の操作回転体２１に対して摩擦制動力を付与す
ることとなる。これにより、サンギヤ２７がフリー回転
状態になる一方で、第１の操作回転体２１に制動力が作
用し、第１の操作回転体２１が駆動プレート２に対して
減速側に相対回転する。この結果、可動部材１１の球１
６が第１の操作回転体２１の渦巻き溝１９の渦巻き中心
に向かって案内され、可動部材１１は図６に示すように
径方向内側に変位する。このとき、可動部材１１に枢支
連結されたリンク１４はレバー１２を回転方向前方側に
押し動かし、駆動プレート２とカムシャフト１の組付角
を進角側に変更する。したがって、このときクランクシ
ャフトとカムシャフト１の回転位相が最進角側に制御さ
れ、機関の高出力化が図られる。

【００３１】このバルブタイミング制御装置は、第１の
操作回転体２１と第２の操作回転体２４に制動力を付与
する第１回転制動機２２と第２回転制動機２６が、各操
作回転体２１，２４に巻装されるベルト３１，３２と、
そのベルト３１，３２を遠隔位置で牽引する牽引手段３
３，３４によって構成されているため、エンジンルーム
内のレイアウトに合わせて第１回転制動機２２と第２回
転制動機２６を比較的容易に設計変更することができ
る。即ち、この装置の場合、どうしても牽引手段３３，
３４が径方向外側に突出することとなるが、各牽引手段
３３，３４をエンジンルーム内の他の部材の配置を考慮
して回転軸回りに配置変更することにより、他の部材と
の干渉を容易に回避することができる。したがって、回
転制動機２２，２６部分の僅かな設計変更のみによって
バルブタイミング制御装置の車両に対する確実な搭載を
実現することができる。

【００３２】とりわけ、この実施形態のバルブタイミン
グ制御装置の場合、図４に示すように、第１の牽引手段
３３と第２の牽引手段３４が回転軸回りにずらして配置
されているため、この両者３３，３４の干渉を招くこと
なく、第１回転制動機２２と第２回転制動機２６を充分
に軸方向に近付けることができる。したがって、このこ
とからバルブタイミング制御装置の軸長を短縮し、車載
性をより向上させることができる。

【００３３】また、各回転制動機２２，２６の牽引手段
３３，３４としては、電磁コイルの吸引力を利用したも
のの他、油圧等の流体圧を利用するもの等も採用可能で
あるが、この実施形態のように電磁コイルの吸引力を利
用するものの場合、多くの容積を占有する配管等が必要
ない分、装置全体をよりコンパクト化することができる
うえ、エンジン回転数の上がらないエンジン始動時等に
も遅滞なく牽引力を得ることができる。

【００３４】尚、以上の実施形態は、回転制動機２２，
２６のベルト３１，３２の一端をＶＴＣカバー６に固定
し、他端のみを牽引手段３３，３４で牽引したが、ベル
ト３１，３２の両端を夫々牽引手段で牽引することも可
能である。

【００３５】また、操作回転体の外周面に巻装するベル
トと、そのベルトの少なくとも一端を電磁コイルの吸引
力によって牽引する牽引手段と、を備えた回転制動機
は、上述実施形態のような内燃機関のバルブタイミング
制御装置に限らず、その他の種々の装置に適用可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明は、
回転体の外周面に巻装したベルトを電磁コイルで牽引す
ることによって制動力を得るため、電磁コイルを回転体
から離間した任意の位置に配置することにより、回転体
に対する確実な制動を確保しつつも回転制動機と周囲の
部材との干渉を回避することができる。したがって、こ
の発明によれば回転制動機の配置自由度を高めることが
できる。

【００３７】請求項２に記載の発明は、操作回転体に巻
装されたベルトを牽引手段で牽引することによって操作
回転体を制動し得るようにしたため、牽引手段を操作回
転体から離間した任意の位置に配置して回転制動機とエ
ンジンルーム内の他の部品との干渉を確実に回避するこ
とができる。したがって、この発明によれば車載性が大
幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す図２のＢ−Ｂ線
に沿う断面図。

【図２】同実施形態を示す縦断面図。

【図３】同実施形態を示す図２のＣ−Ｃ線に沿う断面
図。

【図４】同実施形態を示す図１のＡ矢視図。

【図５】同実施形態を示す図２のＤ−Ｄ線に沿う断面
図。

【図６】同実施形態の作動状態を示す図２のＤ−Ｄ線に
沿う断面図。

【図７】同実施形態を示す図２のＥ−Ｅ線に沿う断面
図。

【図８】従来の技術を示す縦断面図。

【図９】同技術を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１…カムシャフト（従動回転体） ２…駆動プレート（駆動回転体） ４…組付角操作機構 ５…作動装置 ２１…第１の操作回転体 ２２…第１回転制動機（回転制動機） ２４…第２の操作回転体 ２６…第２回転制動機（回転制動機） ３１，３２…ベルト ３３…第１の牽引手段 ３４…第２の牽引手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA01 BA23 BA38 DA03 DA21 3G018 AB02 AB16 BA10 BA29 BA31 CA04 CA12 DA36 FA02 FA07 FA19 GA02 3J058 AA04 AA06 AA13 AA18 AA23 AA29 AA37 BA66 CA32 CC13 FA50

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の外周面にベルトを巻装し、その
   ベルトの少なくとも一端を電磁コイルの吸引力で牽引す
   ることによって回転体に制動力を付与することを特徴と
   するとする回転制動機。
2. 【請求項２】 内燃機関のクランクシャフトによって回
   転駆動される駆動回転体と、カムシャフト若しくは同シ
   ャフトに結合された別体部材から成る従動回転体とが、
   組付角操作機構を介して同軸に連結され、この組付角操
   作機構が作動装置によって操作されることにより前記駆
   動回転体と従動回転体の組付角を変更する内燃機関のバ
   ルブタイミング制御装置であって、前記作動装置が、駆
   動回転体及び従動回転体に追従回転する操作回転体と、
   この操作回転体に制動力を付与することによって前記組
   付角操作機構に対する操作力を発生する回転制動機と、
   を備えたものにおいて、 前記回転制動機を、操作回転体に巻装したベルトと、こ
   のベルトの少なくとも一端を牽引して操作回転体に制動
   力を付与する牽引手段と、を備えた構成としたことを特
   徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 【請求項３】 前記牽引手段は、電磁コイルの吸引力に
   よってベルトを牽引することを特徴とする請求項２に記
   載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 【請求項４】 前記作動装置が、組付角操作機構を一方
   側に作動させるべく第１の操作回転体と、組付角操作機
   構を他方側に作動させるべく第２の操作回転体と、これ
   らの操作回転体に巻装したベルトを夫々牽引すべく第１
   及び第２の牽引手段と、を備えた構成とされると共に、
   前記第１の操作回転体と第２の操作回転体が回転軸方向
   に並べて配置された請求項２または３に記載のバルブタ
   イミング制御装置であって、 前記第１の牽引手段と第２の牽引手段を、回転軸回りで
   円周方向にずらして配置したことを特徴とする内燃機関
   のバルブタイミング制御装置。
5. 【請求項５】 前記ベルトと操作回転体の接触部のうち
   の、少なくとも一方側に凹凸を設けたことを特徴とする
   請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイ
   ミング制御装置。