JP3798944B2

JP3798944B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

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Publication number: JP3798944B2
Application number: JP2001024077A
Authority: JP
Inventors: 保東藤; 正彦渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: DE10203621B4; DE10203621A1; JP2002227615A; US6502537B2; US20020100444A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉時期を運転状況に応じて可変にする内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば特開平１０−１５３１０４号公報に記載されているものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、このバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するタイミングプーリ（駆動回転体）が、カムシャフトに一体に結合された軸部材（従動回転体）の外周側に同軸に配置され、タイミングプーリと軸部材が組付角操作機構を介して互いに連結されている。組付角操作機構は、タイミングプーリに相対回転を規制した状態で軸方向変位可能に取付けられたピストン部材（可動操作部材）と、このピストン部材の内周面と軸部材の外周面に形成されて互いに噛合するヘリカルギヤとによって主として構成されており、ピストン部材を、電磁石と復帰用スプリングを備えた制御機構によって軸方向に適宜進退操作することにより、タイミングプーリと軸部材の組付角度をヘリカルギヤを通して調整する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のバルブタイミング制御装置においては、制御機構によるピストン部材の軸方向の変位をヘリカルギヤによって、駆動回転体であるタイミングプーリと従動回転体である軸部材の回動変位に変換しているため、ヘリカルギヤによる噛み合い抵抗が大きくなり、スムーズな組付角の変更ができないという問題がある。
【０００５】
また、この従来の装置の場合、ヘリカルギヤの歯面の隙間を大きくすることによって噛み合い抵抗を小さくしようとすると、カムシャフトの変動トルクによって異音の発生を来してしまい、さらに、ヘリカルギヤの捩れ傾斜を大きくして抵抗を小さくしようとすると、軸方向の占有スペースが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、異音の発生や軸方向の占有スペースの増大を招くことなく、スムーズな組付角の変更を行うことのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【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の手段として、請求項１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する駆動回転体と、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上に連結され、機関運転状況に応じて組付角操作機構の可動操作部材を作動させ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可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、径方向に変位可能に案内支持される前記可動操作部材と、前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記可動操作部材を係合案内するガイドを有する中間回転体と、前記可動操作部材とガイドとの間に設けられた摺動抵抗低減手段とを有し、前記駆動回転体と従動回転体に対する前記中間回転体の相対回転操作によって前記可動操作部材を径方向に変位させたことを特徴としている。
【０００８】
この発明の場合、中間回転体が径方向ガイドに対して相対回転操作されると、可動操作部材が径方向ガイドによって回転を係止された状態において、中間回転体の渦巻き状ガイドに案内されて、前記中間回転体の相対回転方向及び角度に応じた方向及び量だけ径方向に変位する。この可動操作部材の径方向の変位はリンクを介して駆動回転体に対する従動回転体の進角側若しくは遅角側の回動変位に変換される。そして、可動操作部材の作動時には、摺動抵抗低減手段の働きによって可動操作部材の作動抵抗が低減される。
【０００９】
摺動抵抗低減手段は、可動操作部材とガイドとの間に配置され、両者の相対移動方向に沿って転動する転動機構によって構成するようにしても良い。そして、転動機構は、例えば、転動部材を可動操作部材に取り付け、その転動部材の転動面を前記ガイドに接触させる構成とする。
【００１０】
このとき、中間回転体の可動操作部材に対峙する面に断面略半円状の渦巻き溝を形成し、この渦巻き溝によって前記渦巻き状ガイドを構成すると共に、可動操作部材の中間回転体に対峙する面に半球状の凹部を設け、この凹部に転動体としての球の略半部を回転可能に収容し、その球の突出部を渦巻き溝に転動可能に係合させるようにしても良い。この場合には、球が渦巻き溝内を転がって可動操作部材を案内するため、可動操作部材の作動はよりスムーズになる。また、球は渦巻き溝や凹部に対して線や面で接触するため、中間回転体や可動操作部材の接触面圧の極端な増大も生じない。
【００１１】
前記渦巻き溝の端部には、溝深さが次第に浅くなり球に制動力を付与するストッパ面を設けるようにしても良い。この場合、球がストッパ面によって制動力を受けると、中間回転体と径方向ガイドの相対回転は緩やかに制限されることとなる。
【００１２】
前記組付角操作機構は、前記駆動回転体と従動回転体のいずれか一方の回転中心から離間した部位と前記可動操作部材とを連結するリンクを有し、可動操作部材における球の保持位置を、球の保持中心が、最遅角側回動操作時における前記リンクの中心軸線に沿って外方向へ作用する力の作用線と、最進角側回動操作時におけるリンクの中心軸線に沿って外方向へ作用する力の作用線の間の領域に常時位置されるように設定するようにしても良い。この場合、前記リンクの力の作用線と球の保持中心とのオフセット量が少なくなり、球とガイド溝の係合点を中心とする可動操作部材のモーメントが小さくなる。したがって、作動抵抗の増大につながる可動操作部材の傾斜を防止することが可能となる。
【００１３】
可動操作部材の凹部と中間回転体の渦巻き溝の少なくとも一方の断面の曲率半径は、球の外面の曲率半径よりも大きくすることが好ましい。こうした場合には、凹部や渦巻き溝に多少の製造誤差があっても球の円滑な転動が可能になる。
【００１４】
また、可動操作部材に複数の凹部を設けると共に、その各凹部に球を収容し、その複数の球を中間回転体の渦巻き溝に案内係合させるようにしても良い。この場合、渦巻き溝に対する複数の球の係合により、可動操作部材の姿勢が安定する。
【００１５】
また、渦巻き溝と凹部の少なくともいずれか一方は、付勢手段によって球方向に付勢するようにしても良い。この場合、球は付勢手段の付勢力によって渦巻き溝と凹部の中心に自動的に調整されることとなる。
【００１６】
付勢手段としては、例えば、凹部を球方向に付勢する板ばねを用いることができる。このとき、板ばねの反力受け部に、駆動回転体または従動回転体に接触する別の転動体を設けるようにしても良い。
【００１７】
また、可動操作部材の本体部に、前端に凹部を有する可動片を軸方向変位可能に保持させ、この可動片を付勢手段によって球方向に付勢するようにしても良い。この場合、付勢手段に付勢されて動く部分が軽量化され、球に対する凹部の追従性が良好になる。
【００１８】
また、径方向ガイドを、駆動回転体または従動回転体に形成された径方向に略沿う径方向溝によって構成し、可動操作部材の軸方向両端に転動機構を成す球を夫々配置し、一方側の球を中間回転体の渦巻き溝に案内係合させる一方で、他方側の球を径方向溝に案内係合させるようにしても良い。この場合、他方側の球は径方向溝内を転動することにより、径方向ガイド側の被案内部として機能すると共に、可動操作部材の径方向の変位をスムーズにする。
【００１９】
このとき、例えば、可動操作部材を、前端面に凹部を有する一対の可動片と、この両可動片の間に介装されて両者を相反方向に付勢する付勢手段を備えた構成とし、各可動片の凹部に夫々球を保持させるようにしても良い。この場合、一つの付勢手段によって両側の凹部を各球方向に付勢することが可能になる。
【００２０】
また、前述のよう可動操作部材の作動抵抗を低減することができるため、径方向ガイドに対する中間回転体の相対回転操作を行う増減速機構を設け、この増減速機構の回転要素に電磁ブレーキによって制動力を付与するようにした場合には、電磁ブレーキの発生磁力を小さくすることができる。
【００２１】
また、この場合、回転要素に電磁ブレーキのヨークを直接接触させるようにすれば、摩擦材を接触させる場合に比較して発熱が少なく、しかも、大きな電磁力を得ることができる。したがって、コイルの巻き数を少なくして電磁ブレーキの小型化を図ることができるうえ、消費電力を小さくすることができる。
【００２２】
さらに、電磁ブレーキのヨークと回転要素との接触面には潤滑油を供給するようにしても良い。この場合、潤滑油によってヨークと回転要素の摩擦抵抗を少なくすることができるうえ、接触面を冷却することができる。
また、請求項１８に記載の発明として、機関運転状況に応じてクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、内側方向もしくは外側方向に移動するように案内された可動操作部材と、ガイドを有する中間回転体と、前記可動操作部材の内側方向もしくは外側方向の移動によってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する組付角操作機構と、前記可動操作部材とガイドとの間に設けられた転動機構とを備え、前記中間回転体に回動力を加えることによって前記ガイド内で前記転動機構を前記可動操作部材とともに内側方向もしくは外側方向に移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御することを特徴としている。
さらに、請求項１９に記載の発明は、機関運転状況に応じてクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、内側方向もしくは外側方向に移動するように案内された可動操作部材と、断面ほぼ半円形状のガイド溝を有する中間回転体と、前記可動操作部材の内側方向もしくは外側方向の移動によってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する組付角操作機構と、前記可動操作部材に設けられ、前記ガイド溝の内面の曲率よりも小さな曲率によって前記ガイド溝に係合された係合部とを備え、前記中間回転体に回動力を加えることによって前記ガイド溝内で前記係合部を前記可動操作部材とともに内側方向もしくは外側方向に移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図６に示す第１の実施形態について説明する。尚、この実施形態のバルブタイミング制御装置は内燃機関の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。
【００２４】
このバルブタイミング制御装置は、機関の吸気ポート７２に設けられ、このポート７２を開閉する機関弁７１と、吸気ポート７２を閉じる方向に機関弁７１を付勢するバルブスプリング７３と、機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されると共に外周に吸気弁駆動用のカム７０を有するカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端部に回転自在に組付配置された円板状の駆動プレート２と、この駆動プレート２の外周に形成され、機関の図外のクランクシャフトによって回転駆動されるタイミングスプロケット３と、カムシャフト１と駆動プレート２の前端部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を駆動操作する作動装置１５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及び作動装置１５の前面と周域を囲繞するＶＴＣカバー６と、機関の運転状況に応じて作動装置１５を制御するコントローラ７とを備えている。
【００２５】
尚、カムシャフト１の前端部には係止フランジ８ａを有するスペーサ８が一体に取り付けられており、前記駆動プレート２は、係止フランジ８ａによって軸方向変位を規制され、その状態においてスペーサ８の周域に回転自在に配置されている。この実施形態においては、本発明における従動回転体はカムシャフト１及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体はタイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成されている。
【００２６】
駆動プレート２の前面（図１中の左側の面）には、平行な一対のガイド壁９ａ，９ｂから成る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の可動操作部材１１が摺動自在に組み付けられている。尚、明細書中において、「径方向ガイド」（１０）とは厳密に径方向に沿って延出するものに限るものではなく、ほぼ径方向に沿って可動操作部材（１１）を案内するものとして「径方向ガイド」と呼ぶものとする。
【００２７】
また、組付角操作機構４は、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、前記スペーサ８と共にカムシャフト１の軸心部にボルト１８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操作部材１１と、レバー軸１３の各レバー１２と可動操作部材１１を各一つずつ枢支連結する円弧状のリンクアーム１４（本発明におけるリンク）とによって主として構成されている。図中１６は、各リンクアーム１４の基端部とレバー１２を連結するピンを示し、１７は、各リンクアーム１４の先端部と可動操作部材１１を連結するピンを示す。
【００２８】
各可動操作部材１１は、以上のように径方向ガイド１０によってほぼ径方向に案内された状態において、リンクアーム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、この各可動操作部材１１が外力を受けて径方向ガイド１０に沿って変位すると、リンクアーム１４とレバー１２によるリンク作用により駆動プレート２（タイミングスプロケット３）とカムシャフト１が可動操作部材１１の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２９】
各可動操作部材１１は、その後面側に転動ローラ１９（本発明における摺動抵抗低減手段と転動機構を構成。）が付勢手段としての板ばね２０で駆動プレート２方向に付勢された状態で取り付けられている。より詳細には、各可動操作部材１１の後面には図６に示すように略方形状の凹部４３が設けられており、複数の転動ローラ１９を保持するローラユニット４４がリテーナ４５と前記板ばね２０と共にこの凹部４３内に収容されている。
【００３０】
また、各可動操作部材１１の前面側の所定位置には半球状の凹部２１が設けられ、この凹部２１には、転動部材である球２２が略半部を前方に突出されるように転動可能に収容保持されている。尚、凹部２１と球２２は本発明における摺動抵抗低減手段と転動機構を構成している。転動ローラ１９は駆動プレート２に当接して反力を受けるため、板ばね２０は可動操作機構１１を球２２方向に付勢している。
【００３１】
作動装置１５は、レバー軸１３の前端部にベアリング２３を介して回転可能に支持されたガイドプレート２４（本発明における中間回転体）を有し、このガイドプレート２４と駆動プレート２が相対回転したときに、その相対回転方向及び回転角に応じた方向及び量だけ可動操作部材１１を径方向に作動させる作動変換機構４０と、遊星歯車機構２５と一対の電磁ブレーキ２６，２７によってガイドプレート２４の回転を増減速させる増減速機構４１とによって構成されている。
【００３２】
作動変換機構４０は、前記可動操作部材１１に保持された球２２とガイドプレート２４によって構成されている。ガイドプレート２４は、その後面側に断面略半円状の渦巻き溝２８（渦巻き状ガイド）が形成され、前記各可動操作部材１１に保持された球２２がこの渦巻き溝２８に係合されるようになっている。この渦巻き溝２８の渦巻きは、図２に示すように（同図において、渦巻き溝２８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おり、可動操作部材１１の球２２が渦巻き溝２８に係合した状態でガイドプレート２４が駆動プレート２に対して遅れ方向に相対回転すると、可動操作部材１１がこのとき同渦巻き溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動する。また、逆にこの状態からガイドプレート２４が進み方向に相対回転すると、可動操作部材１１は渦巻き溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動する。
【００３３】
尚、渦巻き溝２８の断面と凹部２１の内面の曲率半径は、図５に示すように共に球２２の外面の曲率半径よりも大きく設定されている。これは渦巻き溝２８や凹部２１に若干の成形誤差があったときにも、球２２の確実な組付けと円滑な作動を保証するためのものである。
【００３４】
また、遊星歯車機構２５は、図１，図４に示すように、レバー軸１３の前端部にベアリング２９を介して回転自在に支持されたサンギヤ３０と、ガイドプレート２４の前端部に設けられた凹部の内周面に形成されたリングギヤ３１と、ベアリング２３，２９間においてレバー軸１３に固定されたキャリアプレート３２と、このキャリアプレート３２に回転自在に支持されると共にサンギヤ３０とリングギヤ３１に噛合される複数のプラネタリギヤ３３とによって構成されている。
【００３５】
したがって、この遊星歯車機構２５は、今サンギヤ３０がフリー回転状態となっており、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、サンギヤ３０とリングギヤ３１は同速度で回転し、また、この状態からサンギヤ３０のみに制動力が付与されると、サンギヤ３０がキャリアプレート３２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３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がリングギヤ３１を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速側に相対回転させる。
【００３６】
また、各電磁ブレーキ２６，２７は全体が略円環状に形成されており、一方の電磁ブレーキ２６は他方の電磁ブレーキ２７の径方向内側に配置されている。そして、外側に配置される第１電磁ブレーキ２６と内側に配置される第２電磁ブレーキ２７は共にほぼ同様の構成とされているが、第１電磁ブレーキ２６はガイドプレート２４の外周寄りの前端面に対峙し、第２電磁ブレーキ２７は前記サンギヤ３０に一体に延設された制動フランジ３４に対峙するようになっている。この制動フランジ３４はサンギヤ３０の前端部からプラネタリギヤ３３の側面を覆うように径方向外側に向かって延設されている。
【００３７】
両電磁ブレーキ２６，２７は、電磁コイル及びヨークを備えた略円環状の磁力発生部３５がＶＴＣカバー６の裏面に、夫々ピン３６によって回転のみを規制された浮動状態で支持されている。そして、各磁力発生部３５の端面（ガイドプレート２４側の面。）には摩擦材３７が取付けられており、磁力発生部３５に対する通電のオン・オフにより、ガイドプレート２４や制動フランジ３４に対して摩擦材３７部分が適宜接離するようになっている。具体的には、磁力発生部３５は第２電磁ブレーキ２７のもののみがスプリング３８によって制動フランジ３４方向に付勢されており、第１電磁ブレーキ２６は通電時に摩擦材３７がガイドプレート２４に接触し、第２電磁ブレーキ２７は逆に通電時に摩擦材３７が制動フランジ３４と非接触となるように設定されている。したがって、通電が為されていない機関停止時（初期状態）や電気系統の故障時においては、サンギヤ３０側のみに制動力が作用する。
【００３８】
尚、第２電磁ブレーキ２７の磁力発生部３５はＶＴＣカバー６の裏面に取付けられたリテーナリング３９によって軸方向の進退作動を案内されているが、このリテーナリング３９は磁性材料によって形成され、第２電磁ブレーキ２７に通電が為されたときの磁束の通路となる。
【００３９】
ところで、駆動プレート２からカムシャフト１には、可動操作部材１１、リンクアーム１４、及び、レバー１２を介して駆動トルクが伝達され、カムシャフト１から可動操作部材１１には、機関弁７１からの反力（バルブスプリング７３のばね力に起因する反力。）によるカムシャフト１の変動トルク（交番トルク）が、レバー軸１３の各レバー１２の先端部からリンクアーム１４を介して、同アーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力として入力される。
【００４０】
各可動操作部材１１は、径方向ガイド１０によってほぼ径方向に沿って案内されているが、その一方で前面側に突出するように保持した球２２がガイドプレート２４の渦巻き溝２８に係合されているため、各レバー１２の先端部からリンクアーム１４を介して入力される力は、径方向ガイド１０のガイド壁９ａ，９ｂとガイドプレート２４の渦巻き溝２８によって支持される。
【００４１】
そして、各径方向ガイド１０を成すガイド壁９ａ，９ｂは、駆動プレート２の半径方向に対して渦巻き溝２８の渦巻きの収束する方向に若干傾斜して配置されており、渦巻き溝２８とガイド壁９ａ，９ｂは互いに略直交している。
【００４２】
したがって、リンクアーム１４から可動操作部材１１に入力された力は互いに直交する二つの分力に分解されるが、これらの分力は、渦巻き溝２８の壁とガイド壁９ａ，９ｂよって略直交する向きで受け止められ、可動操作部材１１の作動は確実に阻止される。よって、電磁ブレーキ２６，２７の制動力によって可変操作部材１１が径方向の所定位置に操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくても可動操作部材１１の位置を維持、つまり、変更した回転位相をそのまま保持することができる。
【００４３】
また、各可動操作部材１１の球２２の保持位置とリンクアーム１４の関係は、図２，図３に示すように、球２２の保持中心ｐが、最遅角側回動操作時におけるリンクアーム１４の力の作用線Ｌ₁と、最進角側回動操作時におけるリンクアーム１４の力の作用線Ｌ₁との間の領域に常時位置されるように設定することが好ましい。つまり、リンクアーム１４の力の作用線Ｌ₁，Ｌ₂の傾斜角（リンクアーム１４の基部側のピン１６の位置が一定と考えたときの傾斜角度）は可動操作部材１１の径方向の変位に応じて変化するが、このとき球２２の保持中心ｐが作用線Ｌ₁，Ｌ₂の間の領域に位置されるように設定しておければ、遅角側と進角側のいがれの側に最大操作されたときであっても保持中心ｐから作用線Ｌ₁，Ｌ₂までの距離はさして大きくならない。
【００４４】
したがって、このように設定しておけば、リンクアーム１４の作用線に沿って可動操作部材１１に入力される力は球２２の保持中心ｐに対して大きなモーメントとして作用しなくなり、このモーメントによる可動操作部材１１の傾斜が生じにくくなる。よって、この点からも可動操作部材１１の作動抵抗は小さくなる。
【００４５】
尚、図中５０は、可動操作部材１１が径方向外側端に達したときにその変位を規制するストッパであり、５１は、このストッパに取付けられた緩衝材である。また、５４は、レバー軸１３が駆動プレート２に対して一方の回動端まで回動したときに、可動壁９ａの先端面５２に当接してレバー軸１３の回転を規制するストッパであり、５３は、先端面５２のストッパ５４との当接部に取付けられた緩衝材である。
【００４６】
また、可動操作部材１１が径方向外側に最大に変位したときには、図２に示すように一つの可動操作部材１１の保持する球２２が渦巻き溝２８の外側の端部に位置され、逆に径方向内側に最大に変位したときには、図３に示すように他の一つの可動操作部材１１の保持する球２２が渦巻き溝２８の内側の端部に位置されるようになっている。したがって、図示しないがこの渦巻き溝２８の各端部に溝深さが次第に浅くなるストッパ面を設けるようにすれば、このストッパ面の楔効果によって可動操作部材１１とガイドプレート２４の相対回転を緩やかにかつ確実に止めることができる。
【００４７】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００４８】
機関始動時及びアイドル運転時には、コントローラ７からの制御信号によって第１，第２電磁ブレーキ２６，２７の通電が共にオフにされ、第２電磁ブレーキ２７側の摩擦材３７が制動フランジ３４に摩擦接触している。このため、遊星歯車機構２５のサンギヤ３０には制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴なってガイドプレート２４が増速側に回転させられ、これに伴なって可動操作部材１１が径方向外側端に維持される。この結果、図２に示すように各可動操作部材１１にリンクアーム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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、この状態から機関が通常運転に移行し、コントローラ７からの制御信号によって第１，第２電磁ブレーキ２６，２７の通電がオンにされると、第１電磁ブレーキ２６の摩擦材３７がガイドプレート２４に接触し、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材３７がサンギヤ３０の制動フランジ３４から離反する。これにより、サンギヤ３０がフリー回転状態になる一方で、ガイドプレート２４に制動力が作用し、ガイドプレート２４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、可動操作部材１１の球２２がガイドプレート２４の渦巻き溝２８の渦巻き中心に向かって案内され、可動操作部材１１は図３に示すように径方向内側に変位する。このとき、可動操作部材１１に枢支連結されたリンクアーム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。
【００５１】
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。
【００５２】
さらにまた、この状態からクランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を遅角側に制御する場合には、コントローラ７からの制御信号によって第１，第２電磁ブレーキ２６，２７の通電を共にオフにし、第２電磁ブレーキ２７側の摩擦材３７のみを制動フランジ３４に摩擦接触させる。これにより、遊星歯車機構２５のサンギヤ３０に制動力が作用し、ガイドプレート２４が増速側に回転して可動操作部材１１を径方向外側端に変位させ、その結果、図２に示すようにリンクアーム１４がレバー１２を引き戻し、駆動プレート２とカムシャフト１の組付角を遅角側に変更する。
【００５３】
このバルブタイミング制御装置は、可動操作部材１１を径方向ガイド１０に沿わせて駆動プレート２の径方向に変位させると共に、可動操作部材１１のこの径方向の変位をリンクアーム１４とレバー１３を用いたリンク機構を介して駆動プレート２とカムシャフト１の相対回動に変換するようにしているため、軸方向に大きくスペースを占有しないコンパクトな構造によって確実な位相変更を行うことができる。
【００５４】
そして、可動操作部材１１の径方向の操作についても、可動操作部材１１から突出した球２２をガイドプレート２４の渦巻き溝２８に係合させ、駆動プレート２に対するガイドプレート２４の相対回転を渦巻き溝２８による案内作用によって径方向の変位に変換して得るようにしているため、軸方向の占有スペースの増大を招くことなく、ガイドプレート２４から可動操作部材１１へのスムーズな操作力の伝達と、リンクアーム１４側から入力される力による可動操作部材１１の変動防止とを図ることができる。
【００５５】
とりわけ、このバルブタイミング制御装置においては、可動操作部材１１側の凹部２１に回転可能に保持された球２２を、ガイドプレート２４の断面略半円状の渦巻き溝２８に転動可能に係合するようにしているため、ガイドプレート２４と可動操作部材１１の相対回転時には両者の相対移動に沿って球２２が転動し、このときの作動抵抗を確実に低減することができる。また、可動操作部材１１の後面側は、板ばね２０に付勢された転動ローラ１９を介して駆動プレート２に接触しているため、可動操作部材１１が径方向に変位するときにおける駆動プレート２との間の接触抵抗を低減することができる。
【００５６】
また、転動ローラ１９を付勢する板ばね２０は同時に可動操作部材１１を球２２方向に付勢するため、球２２を板ばね２０による付勢作用によって渦巻き溝２８や凹部２１の中心に対して常時自動的に調心することができる。そして、この装置のように駆動ローラ１９を付勢する付勢手段として板ばね２０を用いた場合には、付勢手段自体の配置が容易になると共に、装置全体の小型化が可能になる。
【００５７】
尚、ガイドプレート２４側（渦巻き溝２８側）を球２２方向に付勢することも可能であり、この場合もほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５８】
さらに、この実施形態ではガイドプレート２４を増減速させる増減速機構４１に電磁ブレーキ２６，２７を用いたが、この装置は前述のように可動操作部材１１の作動抵抗を大幅に低減することができるため、電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力を充分に小さくすることができる。
【００５９】
図７は、本発明の第２の実施形態を示すものである。第１の実施形態の装置が各可動操作部材１１に球２２を夫々一つ配置していたのに対し、この実施形態の装置は、可動操作部材１１に球２２，２２Ａを径方向（図中上下方向）に離間させて配置し、球２２，２２Ａを渦巻き溝２８に同時に案内係合させるようにしている。
【００６０】
したがって、この実施形態の場合、可動操作部材１１が離間した二ヶ所で（球２２，２２Ａ部分で）渦巻き溝２８に係合するため、リンクアーム１４の力の作用線が傾斜角を変化させても可動操作部材１１に傾きが生じにくくなる。
【００６１】
図７は、球２２，２２Ａを径方向に離間させて配置したものであるが、図８に示すように、球２２，２２Ａを渦巻き溝２８に沿う方向に離間させて配置するようにしてもほぼ同様の効果を得ることができる。
【００６２】
図９は、本発明の第３の実施形態を示すものであり、この実施形態の装置は可動操作部材１１の本体部の前面に収容穴４７を形成し、この穴４７に、前端に半球状の凹部２１を有する可動片４６を摺動自在に収容すると共に、可動片４６を前方に付勢するためのスプリング４８を収容したものである。
【００６３】
この装置の場合、やはり凹部２１は、付勢手段であるスプリング４８によって球２２方向に付勢されるが、凹部２１が可動操作部材１１の本体部とは別の小型軽量の可動片４６に形成されているため、第１の実施形態のものに比較し球２２に対する凹部２１の追従性が良好になる。したがって、球２２を渦巻き溝２８に安定して案内支持させることが可能である。
【００６４】
図１０〜図１２は本発明の第４の実施形態を示すものである。
【００６５】
この実施形態の装置は、第１の実施形態のもの対し、組付角変換機構を構成する各要素の具体構造のみが異なり、主な機能は第１の実施形態のものとほぼ同様となっている。
【００６６】
具体的には、まず、リンクアーム１１４の形状が異なり、先端側の連結端に貫通孔を有する円筒部５５が一体に形成されている。この円筒部５５には、一対の可動片４６，１４６が回転方向及び軸方向に摺動可能に収容されると共に、この両可動片４６，１４６を相反方向に付勢するスプリング１４８が収容されており、両可動片４６，１４６とスプリング１４８が可動操作部材を構成すると共に、第１の実施形態のピン１７の機能を併せた機能を為すようになっている。そして、一方の可動片４６の先端には半球状の凹部２１が設けられ、この凹部２１にガイドプレート２４の渦巻き溝２８に案内係合される球２２が収容保持されており、同様に他方の可動片１４６の先端にも別の球１２２を収容保持する半球状の凹部１２１が設けられている。また、駆動プレート２の前面には径方向ガイドを構成する断面半円状の径方向溝１０９が形成され、この径方向溝１０９に他方の可動片１４６側の球１２２が案内係合されている。
【００６７】
この装置の場合、リンクアーム１１４の円筒部５５から両側に突出する球２２，１２２が同軸に配置され、この各球２２，１２２が渦巻き溝２８と径方向溝１０９に夫々案内係合された状態において、円筒部５５が両可動片４６，１４６に枢支されることとなる。したがって、リンクアーム１１４の先端側は両可動片４６，１４６を軸として自由に回動し、駆動プレート２に対してガイドプレート２４が相対回転すると、両可動片４６，１４６が渦巻き溝２８と径方向溝１０９の案内作用を受けて径方向に操作される。
【００６８】
この装置においては、リンクアーム１１４の先端部に収容される可動片４６，１４６が可動操作部材を構成するため、第１の実施形態のものに比較して可動操作部材を小型軽量化することができる。また、駆動プレート２に形成した径方向溝１０９に球１２２を案内係合させているため、駆動操作部材（可動片４６，１４６）の径方向の作動をスムーズにすることができる。さらに、この装置の場合、両可動片４６，１４６は一つのスプリングに１４８よって相反方向に付勢されるため、部品点数を削減することができるという利点がある。
【００６９】
また、図１３〜図１５は夫々本発明の第５〜第７の実施形態を示すものであるが、図１３に示す第５の実施形態は、可動操作部材１１の前端面に設けた凹部２２１に軸６０の基端側を回転自在に収容し、この軸６０の先端部を、断面方形状に形成した渦巻き溝２２８の側壁に転動接触させたものであり、図１４に示す第６の実施形態は、可動操作部材１１に支持させたニードルベアリング６２を渦巻き溝の側壁に転動接触させたものである。また、図１５に示す第７の実施形態は、可動操作部材１１に支持させたボールベアリング６４を渦巻き溝２２８の底壁に転動接触させたものである。このいずれの実施形態も、可動操作部材１１に支持させた転動部材を可動操作部材１１とガイドプレート２４の相対移動方向に沿わせて転動接触させるため、可動操作部材１１の作動抵抗を低減することができる。
【００７０】
尚、本発明における摺動抵抗低減手段は前述の各種の転動機構に限らず、例えば、可動操作部材に、渦巻き溝内を滑り易い形状に形成した軸を突設し、その軸を渦巻き溝に滑り接触させたものであっても良い。
【００７１】
また、図１６は本発明の第８の実施形態を示すものである。この実施形態の装置は、増減速機構４１を構成する電磁ブレーキ３２６に摩擦材を設けず、電磁発生部３５のヨーク３５ａを直接ガイドプレート２４（回転要素）に接触させるようにしている。そして、ヨーク３５ａのガイドプレート２４に対する接触面は磁束の入出部の面積を大きく確保するために断面略Ｃ時状に、つまり、磁束の入出端を互いが近接する方向に延出させてある。尚、その他の構成は第１の実施形態と同様となっている。
【００７２】
この装置の電磁ブレーキ３２６は摩擦抵抗によってガイドプレート２４に制動力を付与するものではなく、主に磁力による吸引作用によって制動力を付与する。そして、この電磁ブレーキ３２６はガイドプレート２４との間にエアギャップを介してしないため、磁束が効率良く通り、電磁力による大きな制動作用を得ることができる。
【００７３】
したがって、この装置の場合、摩擦材を用いない分摩擦熱の発生が少なく、しかも、磁束の通る効率が良いことから比較的大きな制動力を得ることができる。よって、第１の実施形態と同様の機能により可動操作部材の作動抵抗を小さくできることと相俟って、コイルの巻き数をより少なくして小型化を図ることができると共に消費電力も少なくすることができる。
【００７４】
尚、ヨーク３５ａ部分の接触摩擦をより少なくすると共に冷却効率を高めるために、ヨーク３５ａの接触面に潤滑油を供給するようにしても良い。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、可動操作部材を径方向ガイドに案内支持させる一方で、この可動操作部材を中間回転体の渦巻き状ガイドに案内支持させ、径方向ガイドに対する中間回転体の相対回転操作によって可動操作部材を径方向に変位させると共に、この可動操作部材の径方向の変位をリンクを介して駆動回転体と従動回転体の相対回動方向の変位に変換するため、異音の発生や軸方向の占有スペースの増大を招くことなく組付角の変更を行うことができ、特に、可動操作部材と相手部材が摺動抵抗低減手段を介して接触することから、組付角の変更はスムーズに行うことができる。
【００７６】
また、可動操作部材に設けた凹部と、この凹部に収容保持される球によって転動機構を構成し、その球を中間回転体に形成された渦巻き溝に案内係合させるようにした場合には、球が渦巻き溝に沿ってその内部を自由に転がるため、中間回転体から可動操作部材にロスなく円滑に操作力を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】同実施形態を示す図１Ａ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】同実施形態の作動状態を示す図２と同様の断面図。
【図４】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】同実施形態を示す図１の部分拡大断面図。
【図６】同実施形態を示す分解斜視図。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す側面図。
【図８】同実施形態の変形例を示す側面図。
【図９】本発明の第３の実施形態を示す断面図。
【図１０】本発明の第４の実施形態を示す図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１１】同実施形態を示す図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１２】同実施形態を示す図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１３】本発明の第５の実施形態を示す要部の断面図。
【図１４】本発明の第６の実施形態を示す要部の断面図。
【図１５】本発明の第７の実施形態を示す要部の断面図。
【図１６】本発明の第８の実施形態を示す要部の断面図。
【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
１０…径方向ガイド
１１…可動操作部材
１４…リンクアーム（リンク）
１９…転動ローラ（転動機構）
２０…板ばね（付勢手段）
２１…凹部（転動機構）
２２…球（転動機構）
２４…ガイドプレート（中間回転体）
２８…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）

Claims

内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、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上に連結され、機関運転状況に応じて組付角操作機構の可動操作部材を作動させ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可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
径方向に変位可能に案内支持される前記可動操作部材と、
前記駆動回転体と従動回転体に対して相対回転可能に設けられ、前記可動操作部材を係合案内するガイドを有する中間回転体と、
前記可動操作部材とガイドとの間に設けられた摺動抵抗低減手段とを有し、
前記駆動回転体と従動回転体に対する前記中間回転体の相対回転操作によって前記可動操作部材を径方向に変位させ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。
摺動抵抗低減手段は、両者の相対移動方向に沿って転動する転動機構によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
転動部材を可動操作部材に取付け、その転動部材の転動面をガイドに接触させて前記転動機構を構成した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。
中間回転体の可動操作部材に対峙する面に断面略半円状の溝を形成し、この溝によって前記ガイドを構成すると共に、可動操作部材の中間回転体に対峙する面に半球状の凹部を設け、この凹部に転動体としての球の略半部を回転可能に収容し、その球の突出部を前記ガイド溝に転動可能に係合させたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
ガイド溝の端部に、溝深さが次第に浅くなり球に制動力を付与するストッパ面を設けたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記組付角操作機構は、前記駆動回転体と従動回転体のいずれか一方の回転中心から離間した部位と前記可動操作部材とを連結するリンクを有し、可動操作部材における球の保持位置を、球の保持中心が、最遅角側回動操作時における前記リンクの中心軸線に沿って外方向へ作用する力の作用線と、最進角側回動操作時におけるリンクの中心軸線に沿って外方向へ作用する力の作用線の間の領域に常時位置されるように設定したことを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
可動操作部材の凹部と中間回転体のガイド溝の少なくとも一方の断面の曲率を、球の外面の曲率よりも大きくしたことを特徴とする請求項４〜６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。
可動操作部材に複数の凹部を設けると共に、その各凹部に球を収容し、その複数の球を中間回転体のガイド溝に案内係合させたことを特徴とする請求項４，５または７に記載のバルブタイミング制御装置。
ガイド溝と凹部の少なくともいずれか一方を球方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項４〜８のいずかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
付勢手段として、凹部を球方向に付勢する板ばねを設けたことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
板ばねの反力受け部に、駆動回転体または従動回転体に接触する別の転動体を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
可動操作部材の本体部に、前端に凹部を有する可動片を軸方向変位可能に保持させ、この可動片を付勢手段によって球方向に付勢したことを特徴とする請求項９〜１１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。
径方向ガイドを、駆動回転体または従動回転体に形成された径方向に略沿う径方向溝によって構成し、可動操作部材の軸方向両端に転動機構を成す球を夫々配置し、一方側の球を中間回転体のガイド溝に案内係合させる一方で、他方側の球を径方向溝に案内係合させ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。
可動操作部材を、前端面に凹部を有する一対の可動片と、この両可動片の間に介装されて両者を相反方向に付勢する付勢手段とを備えた構成とし、各可動片の凹部に夫々球を保持させたことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
径方向ガイドに対する中間回転体の相対回転操作を行う増減速機構を設け、この増減速機構の回転要素に電磁ブレーキによって制動力を付与することを特徴とする請求項１〜１４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
増減速機構の回転要素に電磁ブレーキのヨークを直接接触させることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
電磁ブレーキのヨークと回転要素との接触面に潤滑油を供給することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
機関運転状況に応じてクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
内側方向もしくは外側方向に移動するように案内された可動操作部材と、
ガイドを有する中間回転体と、
前記可動操作部材の内側方向もしくは外側方向の移動によってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する組付角操作機構と、
前記可動操作部材とガイドとの間に設けられた転動機構とを備え、
前記中間回転体に回動力を加えることによって前記ガイド内で前記転動機構を前記可動操作部材とともに内側方向もしくは外側方向に移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する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。
機関運転状況に応じてクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
内側方向もしくは外側方向に移動するように案内された可動操作部材と、
断面ほぼ半円形状のガイド溝を有する中間回転体と、
前記可動操作部材の内側方向もしくは外側方向の移動によってクランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する組付角操作機構と、
前記可動操作部材に設けられ、前記ガイド溝の内面の曲率よりも小さな曲率によって前記ガイド溝に係合された係合部とを備え、
前記中間回転体に回動力を加えることによって前記ガイド溝内で前記係合部を前記可動操作部材とともに内側方向もしくは外側方向に移動させて、前記クランクシャフトとカムシャフトの相対回転位相を可変制御する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。