JP3911982B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させて吸排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置として、電磁ブレーキ体を備えた形式のものが、特開平4−272411号公報や及び特開平10−153105号公報等に開示されている。
【0003】
すなわち、この種の可変バルブタイミング装置では、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に移動部材が設けられ、この移動部材に係合するドラムが、捩りスプリング等の付勢手段によりカムシャフトの回転方向へ付勢されている。そして、磁力によりドラムの軸方向一側面を電磁ブレーキ体により吸引することにより、電磁ブレーキ体がドラムに吸引(付勢)され、以てドラムの回転を遅延させて移動部材を軸方向に変位させ、クランク回転体に対するカムシャフトの位相を変化させるように構成されている。この電磁ブレーキ体は、機関本体側に対する回転が規制された状態で、例えば機関本体側に固定されたカバー内に収容配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変バルブタイミング装置では、軸方向で互いに対向する電磁ブレーキ体とドラムの表面が均一に対向,接触しないと、安定的にブレーキトルクを発生することができない。
【0005】
しかしながら、機関運転中には、クランク回転体の一部としてのスプロケットやプーリに、動力伝達用のチェーンやベルトの張力が作用する。このような張力等に起因してクランク回転体に連携されたドラムの軸心が傾転し、互いに対向する電磁ブレーキ体とドラムの表面が均一に対向,接触しなくなるおそれがある。この結果、電磁ブレーキ体とドラムの対向面が片当りして、所望の摩擦抵抗が得られず、位相変更特性に悪影響を与えるおそれがある。
【0006】
そこで、カムシャフトの一端にベアリング部材を設置し、このベアリング部材を介して電磁ブレーキ体をカムシャフトに対して回転可能に保持することも考えられるが、この場合、構造が複雑になり、コスト的,レイアウト的に望ましくない。
【0007】
また、部品寸法のバラツキ等に起因して電磁ブレーキ体とドラムの対向面間に過度な摩擦が作用することのないように、電磁ブレーキ体とドラムとの対向面間にある程度のクリアランスを確保している場合、電磁ブレーキ体に軸方向の振動入力が作用すると、この電磁ブレーキ体が軸方向に振動したり、カバーやドラムに衝突して騒音を招くおそれがある。
【0008】
更に、このようなクリアランスの増加に伴って、ドラムを吸引する電磁ブレーキ体に要求される電力も大きくなり、この電磁ブレーキ体の大型化,消費電力の増加及びこれに伴う燃費の低下等を招くおそれがある。
【0009】
加えて、このようなクリアランスが大きくなると、実働中の電磁ブレーキ体の挙動が不安定となり、この電磁ブレーキ体がドラムの表面を安定して均一な力で吸引することが困難となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置は、吸排気弁を駆動するカムシャフトと同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体と、このクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、この移動部材に係合するドラムと、このドラムをクランク回転体に対してカムシャフトの回転方向へ付勢する付勢手段と、上記ドラムの軸方向一側面に対向配置された電磁ブレーキ体と、この電磁ブレーキ体を覆うように、機関本体側に固定されたカバーと、このカバーに対する電磁ブレーキ体のカムシャフト回りの相対回転を規制する回転規制機構と、を有し、磁力により上記電磁ブレーキ体をドラムの軸方向一側面に吸引させて、このドラムのカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材が軸方向に移動して、上記クランク回転体に対するカムシャフトの位相が変化するように構成されている。
【0011】
そして、請求項1に係る発明では、上記回転規制機構が、軸方向に互いに対向する電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の一方に設けられる第1突起部及び第2突起部と、上記電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の他方に設けられ、上記第1突起部及び第2突起部がそれぞれ嵌合する第1嵌合部及び第2嵌合部と、を有し、上記第1突起部と第2突起部とを結ぶ基準線が、上記ドラムの所定の直径方向に設定されていることを特徴としている。
【0012】
このような回転規制機構により、カバーに対する電磁ブレーキ体の相対回転が規制されるとともに、カバーに対する電磁ブレーキ体の基準線回りの傾転が適宜に許容される。このため、ドラムがその中心軸に対して傾むいた場合にも、電磁ブレーキ体がドラムに追従して適宜に傾転することが可能となり、ドラムと電磁ブレーキ体との対向面が片当りすることを有効に防止できる。
【0013】
また、上記クランクシャフトと上記クランク回転体のスプロケット又はプーリとに動力伝達用のチェーン又はベルトが巻き掛けられ、このチェーン又はベルトからスプロケット又はプーリへ作用する張力又は張力の合力の方向に対して、上記基準線が略直交するように設定されている。
【0014】
従って、このような張力又は張力の合力に起因してドラムが傾いた場合に、電磁ブレーキ体がこのドラムに追従して確実に傾転することが可能で、ドラムに対向する電磁ブレーキ体の追従性が更に向上する。
【0015】
請求項2に係る発明は、上記電磁ブレーキ体の壁部とカバーの壁部との軸方向対向面間に、上記電磁ブレーキ体をドラム側へ押圧する弾性体を介装したことを特徴としている。
【0016】
この請求項2に係る発明によれば、電磁ブレーキ体がドラムとカバーとの間で軸方向に振動することが抑制され、この振動に起因する騒音の発生等が効果的に抑制される。
【0017】
より好ましくは請求項3に係る発明のように、このような電磁ブレーキ体の振動をより確実に抑制するため、上記弾性体の押圧力が少なくとも上記電磁ブレーキ体に作用する所定の軸方向振動入力を上回るように設定されている。
【0018】
更に好ましくは請求項4に係る発明のように、上記電磁ブレーキ体に電力が供給されていない初期状態、つまり非作動時では、上記クランク回転体に対して上記ドラムがカムシャフトの回転方向へ最も回動した位置、つまり初期位相に保持されるように、上記付勢手段の付勢力及び弾性体の押圧力が設定されている。
【0019】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、クランク回転体へ作用する張力等に起因して仮にドラムが傾転しても、このドラムと電磁ブレーキ体の対向面を常に均一に対向,接触させることができ、これらの対向面が片当りすることによる位相変更性能の低下を確実に抑制することができる。
【0020】
加えて、請求項2に係る発明のように、カバーと電磁ブレーキ体との間の軸方向間隙に弾性体を介装することにより、電磁ブレーキ体の軸方向の振動が抑制され、この振動に起因する騒音の発生が防止されるとともに、電磁ブレーキ体の消費電力を効果的に抑制することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
【0022】
図1及び図2に示すように、この可変バルブタイミング装置は、吸排気弁(吸気弁又は排気弁)を駆動するカムシャフト2の外周に同軸上に配置され、クランクシャフト1(図3及び図4参照)と同期して回転するクランク回転体18と、このクランク回転体18からカムシャフト2への回転動力伝達経路に設けられた略筒状の移動部材11と、この移動部材11の軸方向一側(図1の左側)に係合するドラム9と、このドラム9をクランク回転体18に対してカムシャフト2の回転方向へ付勢する付勢手段としての捩りコイルスプリング10と、ドラム9の軸方向外側(図1の左側)の表面9aに対向配置された電磁ブレーキ体8と、この電磁ブレーキ体8を覆うように、機関本体側のスプロケットカバー6に固定されたカバー7と、このカバー7に対する電磁ブレーキ体8のカムシャフト2回りの相対回転を規制する回転規制機構30と、を有している。
【0023】
そして、後述するように、電磁ブレーキ体8によりドラム9の表面9aを吸引して、このドラム9のカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、移動部材11が軸方向に移動して、クランク回転体18及びクランクシャフト1に対するカムシャフト2の位相が変化するように構成されている。
【0024】
詳細に説明すると、カムシャフト2の一端部には、このカムシャフト2と一体的に回転する筒状のスプラインシャフト13が固定ボルト3及び位置決めピン21を介して固定されている。
【0025】
クランク回転体18は、チェーン4が巻き掛けられ、このチェーン4から回転動力が伝達されるスプロケット5と、捩りコイルスプリング10の外周の一部を覆うスプリングカバー22と、捩りコイルスプリング10の一端を受けるスプリングケース12と、これらの部材5,22,12を共締め固定する複数のボルト17と、を備えており、スプラインシャフト13の外周に相対回転可能に外嵌されている。
【0026】
移動部材11の内周面とスプラインシャフト13の外周面とはヘリカルスプライン27により互いに噛合し、移動部材11の外周面とスプリングケース12の内周面とはヘリカルスプライン28により互いに噛合している。従って、移動部材11がカムシャフト2の軸方向(図1の左右方向)へ移動すると、スプラインシャフト13とスプリングケース12とが相対的に回転して、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化する。
【0027】
ドラム9は、ベアリング14を介してスプラインシャフト13の外周に相対回転可能に取り付けられている。なお、このドラム9の内周には、ベアリング14の軸方向一側面に係合する止め輪23が取り付けられている。このドラム9の内周面と、移動部材11の外周面とは、角ネジ29により互いに噛合している。従って、ドラム9が移動部材11に対して相対的に回転すると、この移動部材11がドラム9に対して軸方向へ移動する。
【0028】
また、ドラム9の軸方向一端部には、円盤状のフランジ部9bが径方向外方へ張出形成され、このフランジ部9bに、捩りコイルスプリング10の他端を受けるピン24が設けられているとともに、電磁ブレーキ体8の表面8aに対向する表面9aが形成されている。
【0029】
略環状をなす電磁ブレーキ体8は、図外の制御部から機関運転状態に応じて通電制御される電磁コイル25と、この電磁コイル25を収容するハウジング26と、を備えているとともに、ドラム9の表面9aに対向,摺接する軸方向内側の表面8aに、薄板状のフリクション部材8bが設けられている。
【0030】
回転規制機構30は、電磁ブレーキ体8のハウジング26の軸方向外壁部に固定され、この外壁部より軸方向外方へ突出する円柱状の一対の第1突起部31及び第2突起部32と、この外壁部に対向するカバー7の内壁部に凹設され、第1突起部31及び第2突起部32がそれぞれ緩く嵌合(遊嵌)する略円孔状の一対の第1嵌合部33及び第2嵌合部34と、により構成されている。つまり、カバー7に対する電磁ブレーキ体8の僅かな変位を許容するように、突起部31,32に比して第2嵌合部33,34が大径かつ長尺に形成されている。
【0031】
なお、組付誤差等を考慮して電磁ブレーキ体8とカバー7との間に僅かな隙間D1を確保するように、電磁ブレーキ体8が配設されるドラム9とカバー7との間の軸方向寸法は、電磁ブレーキ体8の軸方向寸法よりわずかに大きく設定されている。
【0032】
カバー7には、電磁ブレーキ体8の内周面に適宜な隙間を介して対向するガイド部7bが突出形成されている。つまり、カバー7は、電磁ブレーキ体8の過度な変位を規制するように、電磁ブレーキ体8の三方を囲っている。
【0033】
上記のクランク回転体18,移動部材11及び電磁ブレーキ体8は、通常の状態ではカムシャフト2の中心軸L1と同軸上に配置されている。なお、スプラインシャフト13には、各軸受部分に潤滑油を供給するための適宜な潤滑油路36,37,38が形成されている。
【0034】
そして、この実施形態では、図3及び図4に示すように、軸方向視で第1突起部31と第2突起部32とを結ぶ基準線Pが、電磁ブレーキ体8(あるいはカムシャフト2)の所定の直径方向に沿うように設定されている。つまり、一対の突起部31,32がカムシャフト中心軸L1に対して互いに対向配置されており、同様に嵌合部33,34も中心軸L1を挟んで互いに対向配置されている。
【0035】
このような構成により、電磁ブレーキ体8が通電されていない初期状態(非作動状態)では、ドラム9は捩りコイルスプリング10の付勢力によりクランク回転体18に対して最もカムシャフト2の回転方向に回転した所定の初期位置に保持されており、この状態で、クランク回転体18,移動部材11,ドラム9及び及びカムシャフト2が同期して回転する。
【0036】
このような初期状態から、制御部により電磁ブレーキ体8を通電すると、両者間に発生する磁力により電磁ブレーキ体8がドラム9の軸方向一側面9aを吸引する。これにより、電磁ブレーキ体8がドラム9側へ吸引,付勢され、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9a間に摩擦力が発生し、捩りコイルスプリング10のバネ力に抗してドラム9のカムシャフト2回りの回転が適宜に遅延される。これにより、ドラム9が移動部材11に対して相対回転して、角ネジ29を介して移動部材11が軸方向に移動するとともに、ヘリカルスプライン27,28を介してスプリングケース12とスプラインシャフト13とが相対的に回転する。この結果、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化して、吸排気弁のバルブタイミングが適宜に変更される。
【0037】
ここで、電磁ブレーキ体8の吸引力をデューティ制御し、この吸引力と捩りコイルスプリング10の付勢力とをバランスさせることにより、ドラム9の遅延量を所定の制御範囲内で任意に制御することが可能で、バルブタイミングを無段階に変更することができる。
【0038】
ところで、スプロケット5にはチェーン4から張力が作用する。各張力の大きさは、機関運転中におけるカムシャフト2の駆動トルクの変動や燃焼トルク等に起因して変動するものの、その方向はほぼ一定である。つまり、各張力の方向は、チェーン4とスプロケット5の噛合部分の中央部からスプロケット5の中心へ向かう方向とほぼ等しくなる。
【0039】
例えば図3に示すように、Vバンクの内側に配置された一対の吸気側スプロケット5Aとクランクシャフト1とにメインチェーン4Aが掛け渡されており、かつ、各バンクの隣り合う吸気側スプロケット5Aと排気側スプロケット5Bとにそれぞれサブチェーン4Bが巻き掛けられたV型内燃機関の場合、吸気側スプロケット5Aには、メインチェーン4Aから作用する張力Faと、サブチェーン4Bから作用する張力Fbとの合力Fcが作用する。一方、排気側スプロケット5Bには、サブチェーン4Bからの張力Fb’が作用する。
【0040】
あるいは図4に示すように、各バンクの吸気側スプロケット5A及び排気側スプロット5Bと、クランクシャフト1とにわたって1本のチェーン4が巻き掛けられるものもある。この場合、各スプロケット5A,5Bにはそれぞれチェーン4から張力Fd,Feが作用する。
【0041】
このようなスプロケット5に作用するチェーン4からの全張力(張力又は張力の合力)に起因して、図5に示すように、移動部材11等を介してスプロケット5に係合するドラム9の中心軸L2がカムシャフト2の中心軸L1に対して傾くことがある。
【0042】
ここで、図5(a)に示す比較例のように、突起部31,32同士を結ぶ基準線が上記全張力の作用方向(図5の上下方向)と平行に配置されている場合、電磁ブレーキ体8がドラム9の傾きに追従して良好に傾転することができない。この結果、ドラム9の中心軸L2と電磁ブレーキ体8の中心軸(L1)とが互いにずれて、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9aが片当り状態となり、この摺動面8a,9aに作用する摩擦力が安定せず、所望の位相変更特性が得られない。
【0043】
そこで、この実施形態では、図3,4に示すように、第1突起部31と第2突起部32とを結ぶ基準線Pを、回転動力伝達用のチェーン4からスプロケット5へ作用する全張力(図3のFc,Fb’、図4のFd,Fe)の方向と直交するように設定している。これにより、図5(b)に示すように、仮に上記のチェーン張力に起因してドラム9の中心軸L2が傾いたとしても、電磁ブレーキ体8もこれに追従して基準線P回りに良好に傾転することが可能で、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9aを均一に対向,接触させることができる。この結果、この摺動面8a,9aで片当りすることがなく、この摺動面8a,9aに発生する摩擦トルクが安定し、所望のバルブタイミング変更特性を得ることができる。
【0044】
より好ましくは、図6〜8に示すように、電磁ブレーキ体8の外壁部とカバー7の内壁部との軸方向の対向面間に、電磁ブレーキ体8をドラム9側へ軸方向に押圧する弾性体39(39A〜39C)を介装する。つまり、弾性体39として、図6ではゴム等の弾性部材39Aが介装され、図7ではウェーブスプリング(又は皿バネ)39Bが介装され、図8ではコイルスプリング39Cが介装されている。なお、図6,図7に示すような構成では、突起部31,32との干渉を回避するために、環状の弾性部材39A,39Bに適宜な切欠部(図示省略)を設けたり、弾性部材39Aを周方向に間欠的に配置する等の工夫が必要である。
【0045】
このように弾性体39を設けることにより、電磁ブレーキ体8へ電力が供給されていない初期状態においても、電磁ブレーキ体8の表面8aとドラム9の表面9aとが常に均一に接触する状態に保持される。従って、電磁ブレーキ体8とカバー7との間に確保される軸方向隙間D1に起因して、電磁ブレーキ体8の不用意な軸方向の振動,ガタツキの発生が抑制されるとともに、仮にガタツキが生じても弾性体39による減衰効果で速やかに低減される。従って、このようなガタツキに起因する振動,騒音の発生がより確実に抑制される。
【0046】
つまり、電磁ブレーキ体8の振動を確実に抑制するために、弾性体39の押圧力が、電磁ブレーキ体8に作用する所定の軸方向振動入力を上回るように予め設定されている。
【0047】
しかしながら、弾性体39の押圧力を過度に大きく設定すると、電磁ブレーキ体8が通電されていない初期状態でも、ドラム9が捩りコイルスプリング10の付勢力に抗して初期位相から不用意に回転してしまう可能性がある。従って、このような初期状態では、ドラム9がクランク回転体18に対してカムシャフト2の回転方向へ最も回動した位置に保持されるように、捩りコイルスプリング10の付勢力や弾性体39の押圧力を適宜に設定する必要がある。
【0048】
従って、好ましくは、弾性体39の押圧力を、捩りコイルスプリング10の付勢力を上回らない範囲で十分に大きく設定することにより、位相変更に必要な電磁ブレーキ体8の吸引力つまり消費電力を十分に抑制することが可能で、これにより、電磁ブレーキ体8の低電力化,小型化を図ることができる。この場合、通電状態から通電停止状態への移行時には、弾性体39の押圧力を上回る捩りコイルスプリング10の付勢力によりドラム9を速やかに初期位相へ復帰させることができる。
【0049】
なお、上記の突起部31,32及び第2嵌合部33,34の形状は、上記の実施形態では円柱,円孔状であったが、これに限らず、キー及びキー溝や、二面幅を持った形状であっても良い。
【0050】
また、上記の実施形態では、クランクシャフト1の回転動力伝達経路にチェーン4及びスプロケット5を用いているが、これに限らず、例えばタイミングベルト及びプーリを用いた構成であっても良く、あるいは一部にギヤを用いた構成であっても良い。
【0051】
更に、チェーン4等のレイアウトについても、図3及び図4に示す例に限らず、他の多段式や1段式の構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置を示す断面図。
【図2】上記可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図3】上記可変バルブタイミング装置が適用されるV型内燃機関の正面対応図。
【図4】上記可変バルブタイミング装置が適用される他のV型内燃機関の正面対応図。
【図5】本実施形態の作用説明図。
【図6】本実施形態に係る弾性体の第1の例を示す要部断面図。
【図7】本実施形態に係る弾性体の第2の例を示す要部断面図。
【図8】本実施形態に係る弾性体の第3の例を示す要部断面図。
【符号の説明】
1…クランクシャフト
2…カムシャフト
4…チェーン
5…スプロケット
7…カバー
9…ドラム
10…捩りコイルスプリング(付勢手段)
11…移動部材
18…クランク回転体
30…回転規制機構
31,32…突起部
33,34…嵌合部
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させて吸排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関の可変バルブタイミング装置として、電磁ブレーキ体を備えた形式のものが、特開平4−272411号公報や及び特開平10−153105号公報等に開示されている。
【0003】
すなわち、この種の可変バルブタイミング装置では、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に移動部材が設けられ、この移動部材に係合するドラムが、捩りスプリング等の付勢手段によりカムシャフトの回転方向へ付勢されている。そして、磁力によりドラムの軸方向一側面を電磁ブレーキ体により吸引することにより、電磁ブレーキ体がドラムに吸引(付勢)され、以てドラムの回転を遅延させて移動部材を軸方向に変位させ、クランク回転体に対するカムシャフトの位相を変化させるように構成されている。この電磁ブレーキ体は、機関本体側に対する回転が規制された状態で、例えば機関本体側に固定されたカバー内に収容配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変バルブタイミング装置では、軸方向で互いに対向する電磁ブレーキ体とドラムの表面が均一に対向,接触しないと、安定的にブレーキトルクを発生することができない。
【0005】
しかしながら、機関運転中には、クランク回転体の一部としてのスプロケットやプーリに、動力伝達用のチェーンやベルトの張力が作用する。このような張力等に起因してクランク回転体に連携されたドラムの軸心が傾転し、互いに対向する電磁ブレーキ体とドラムの表面が均一に対向,接触しなくなるおそれがある。この結果、電磁ブレーキ体とドラムの対向面が片当りして、所望の摩擦抵抗が得られず、位相変更特性に悪影響を与えるおそれがある。
【0006】
そこで、カムシャフトの一端にベアリング部材を設置し、このベアリング部材を介して電磁ブレーキ体をカムシャフトに対して回転可能に保持することも考えられるが、この場合、構造が複雑になり、コスト的,レイアウト的に望ましくない。
【0007】
また、部品寸法のバラツキ等に起因して電磁ブレーキ体とドラムの対向面間に過度な摩擦が作用することのないように、電磁ブレーキ体とドラムとの対向面間にある程度のクリアランスを確保している場合、電磁ブレーキ体に軸方向の振動入力が作用すると、この電磁ブレーキ体が軸方向に振動したり、カバーやドラムに衝突して騒音を招くおそれがある。
【0008】
更に、このようなクリアランスの増加に伴って、ドラムを吸引する電磁ブレーキ体に要求される電力も大きくなり、この電磁ブレーキ体の大型化,消費電力の増加及びこれに伴う燃費の低下等を招くおそれがある。
【0009】
加えて、このようなクリアランスが大きくなると、実働中の電磁ブレーキ体の挙動が不安定となり、この電磁ブレーキ体がドラムの表面を安定して均一な力で吸引することが困難となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置は、吸排気弁を駆動するカムシャフトと同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体と、このクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、この移動部材に係合するドラムと、このドラムをクランク回転体に対してカムシャフトの回転方向へ付勢する付勢手段と、上記ドラムの軸方向一側面に対向配置された電磁ブレーキ体と、この電磁ブレーキ体を覆うように、機関本体側に固定されたカバーと、このカバーに対する電磁ブレーキ体のカムシャフト回りの相対回転を規制する回転規制機構と、を有し、磁力により上記電磁ブレーキ体をドラムの軸方向一側面に吸引させて、このドラムのカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材が軸方向に移動して、上記クランク回転体に対するカムシャフトの位相が変化するように構成されている。
【0011】
そして、請求項1に係る発明では、上記回転規制機構が、軸方向に互いに対向する電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の一方に設けられる第1突起部及び第2突起部と、上記電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の他方に設けられ、上記第1突起部及び第2突起部がそれぞれ嵌合する第1嵌合部及び第2嵌合部と、を有し、上記第1突起部と第2突起部とを結ぶ基準線が、上記ドラムの所定の直径方向に設定されていることを特徴としている。
【0012】
このような回転規制機構により、カバーに対する電磁ブレーキ体の相対回転が規制されるとともに、カバーに対する電磁ブレーキ体の基準線回りの傾転が適宜に許容される。このため、ドラムがその中心軸に対して傾むいた場合にも、電磁ブレーキ体がドラムに追従して適宜に傾転することが可能となり、ドラムと電磁ブレーキ体との対向面が片当りすることを有効に防止できる。
【0013】
また、上記クランクシャフトと上記クランク回転体のスプロケット又はプーリとに動力伝達用のチェーン又はベルトが巻き掛けられ、このチェーン又はベルトからスプロケット又はプーリへ作用する張力又は張力の合力の方向に対して、上記基準線が略直交するように設定されている。
【0014】
従って、このような張力又は張力の合力に起因してドラムが傾いた場合に、電磁ブレーキ体がこのドラムに追従して確実に傾転することが可能で、ドラムに対向する電磁ブレーキ体の追従性が更に向上する。
【0015】
請求項2に係る発明は、上記電磁ブレーキ体の壁部とカバーの壁部との軸方向対向面間に、上記電磁ブレーキ体をドラム側へ押圧する弾性体を介装したことを特徴としている。
【0016】
この請求項2に係る発明によれば、電磁ブレーキ体がドラムとカバーとの間で軸方向に振動することが抑制され、この振動に起因する騒音の発生等が効果的に抑制される。
【0017】
より好ましくは請求項3に係る発明のように、このような電磁ブレーキ体の振動をより確実に抑制するため、上記弾性体の押圧力が少なくとも上記電磁ブレーキ体に作用する所定の軸方向振動入力を上回るように設定されている。
【0018】
更に好ましくは請求項4に係る発明のように、上記電磁ブレーキ体に電力が供給されていない初期状態、つまり非作動時では、上記クランク回転体に対して上記ドラムがカムシャフトの回転方向へ最も回動した位置、つまり初期位相に保持されるように、上記付勢手段の付勢力及び弾性体の押圧力が設定されている。
【0019】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、クランク回転体へ作用する張力等に起因して仮にドラムが傾転しても、このドラムと電磁ブレーキ体の対向面を常に均一に対向,接触させることができ、これらの対向面が片当りすることによる位相変更性能の低下を確実に抑制することができる。
【0020】
加えて、請求項2に係る発明のように、カバーと電磁ブレーキ体との間の軸方向間隙に弾性体を介装することにより、電磁ブレーキ体の軸方向の振動が抑制され、この振動に起因する騒音の発生が防止されるとともに、電磁ブレーキ体の消費電力を効果的に抑制することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
【0022】
図1及び図2に示すように、この可変バルブタイミング装置は、吸排気弁(吸気弁又は排気弁)を駆動するカムシャフト2の外周に同軸上に配置され、クランクシャフト1(図3及び図4参照)と同期して回転するクランク回転体18と、このクランク回転体18からカムシャフト2への回転動力伝達経路に設けられた略筒状の移動部材11と、この移動部材11の軸方向一側(図1の左側)に係合するドラム9と、このドラム9をクランク回転体18に対してカムシャフト2の回転方向へ付勢する付勢手段としての捩りコイルスプリング10と、ドラム9の軸方向外側(図1の左側)の表面9aに対向配置された電磁ブレーキ体8と、この電磁ブレーキ体8を覆うように、機関本体側のスプロケットカバー6に固定されたカバー7と、このカバー7に対する電磁ブレーキ体8のカムシャフト2回りの相対回転を規制する回転規制機構30と、を有している。
【0023】
そして、後述するように、電磁ブレーキ体8によりドラム9の表面9aを吸引して、このドラム9のカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、移動部材11が軸方向に移動して、クランク回転体18及びクランクシャフト1に対するカムシャフト2の位相が変化するように構成されている。
【0024】
詳細に説明すると、カムシャフト2の一端部には、このカムシャフト2と一体的に回転する筒状のスプラインシャフト13が固定ボルト3及び位置決めピン21を介して固定されている。
【0025】
クランク回転体18は、チェーン4が巻き掛けられ、このチェーン4から回転動力が伝達されるスプロケット5と、捩りコイルスプリング10の外周の一部を覆うスプリングカバー22と、捩りコイルスプリング10の一端を受けるスプリングケース12と、これらの部材5,22,12を共締め固定する複数のボルト17と、を備えており、スプラインシャフト13の外周に相対回転可能に外嵌されている。
【0026】
移動部材11の内周面とスプラインシャフト13の外周面とはヘリカルスプライン27により互いに噛合し、移動部材11の外周面とスプリングケース12の内周面とはヘリカルスプライン28により互いに噛合している。従って、移動部材11がカムシャフト2の軸方向(図1の左右方向)へ移動すると、スプラインシャフト13とスプリングケース12とが相対的に回転して、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化する。
【0027】
ドラム9は、ベアリング14を介してスプラインシャフト13の外周に相対回転可能に取り付けられている。なお、このドラム9の内周には、ベアリング14の軸方向一側面に係合する止め輪23が取り付けられている。このドラム9の内周面と、移動部材11の外周面とは、角ネジ29により互いに噛合している。従って、ドラム9が移動部材11に対して相対的に回転すると、この移動部材11がドラム9に対して軸方向へ移動する。
【0028】
また、ドラム9の軸方向一端部には、円盤状のフランジ部9bが径方向外方へ張出形成され、このフランジ部9bに、捩りコイルスプリング10の他端を受けるピン24が設けられているとともに、電磁ブレーキ体8の表面8aに対向する表面9aが形成されている。
【0029】
略環状をなす電磁ブレーキ体8は、図外の制御部から機関運転状態に応じて通電制御される電磁コイル25と、この電磁コイル25を収容するハウジング26と、を備えているとともに、ドラム9の表面9aに対向,摺接する軸方向内側の表面8aに、薄板状のフリクション部材8bが設けられている。
【0030】
回転規制機構30は、電磁ブレーキ体8のハウジング26の軸方向外壁部に固定され、この外壁部より軸方向外方へ突出する円柱状の一対の第1突起部31及び第2突起部32と、この外壁部に対向するカバー7の内壁部に凹設され、第1突起部31及び第2突起部32がそれぞれ緩く嵌合(遊嵌)する略円孔状の一対の第1嵌合部33及び第2嵌合部34と、により構成されている。つまり、カバー7に対する電磁ブレーキ体8の僅かな変位を許容するように、突起部31,32に比して第2嵌合部33,34が大径かつ長尺に形成されている。
【0031】
なお、組付誤差等を考慮して電磁ブレーキ体8とカバー7との間に僅かな隙間D1を確保するように、電磁ブレーキ体8が配設されるドラム9とカバー7との間の軸方向寸法は、電磁ブレーキ体8の軸方向寸法よりわずかに大きく設定されている。
【0032】
カバー7には、電磁ブレーキ体8の内周面に適宜な隙間を介して対向するガイド部7bが突出形成されている。つまり、カバー7は、電磁ブレーキ体8の過度な変位を規制するように、電磁ブレーキ体8の三方を囲っている。
【0033】
上記のクランク回転体18,移動部材11及び電磁ブレーキ体8は、通常の状態ではカムシャフト2の中心軸L1と同軸上に配置されている。なお、スプラインシャフト13には、各軸受部分に潤滑油を供給するための適宜な潤滑油路36,37,38が形成されている。
【0034】
そして、この実施形態では、図3及び図4に示すように、軸方向視で第1突起部31と第2突起部32とを結ぶ基準線Pが、電磁ブレーキ体8(あるいはカムシャフト2)の所定の直径方向に沿うように設定されている。つまり、一対の突起部31,32がカムシャフト中心軸L1に対して互いに対向配置されており、同様に嵌合部33,34も中心軸L1を挟んで互いに対向配置されている。
【0035】
このような構成により、電磁ブレーキ体8が通電されていない初期状態(非作動状態)では、ドラム9は捩りコイルスプリング10の付勢力によりクランク回転体18に対して最もカムシャフト2の回転方向に回転した所定の初期位置に保持されており、この状態で、クランク回転体18,移動部材11,ドラム9及び及びカムシャフト2が同期して回転する。
【0036】
このような初期状態から、制御部により電磁ブレーキ体8を通電すると、両者間に発生する磁力により電磁ブレーキ体8がドラム9の軸方向一側面9aを吸引する。これにより、電磁ブレーキ体8がドラム9側へ吸引,付勢され、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9a間に摩擦力が発生し、捩りコイルスプリング10のバネ力に抗してドラム9のカムシャフト2回りの回転が適宜に遅延される。これにより、ドラム9が移動部材11に対して相対回転して、角ネジ29を介して移動部材11が軸方向に移動するとともに、ヘリカルスプライン27,28を介してスプリングケース12とスプラインシャフト13とが相対的に回転する。この結果、クランク回転体18に対するカムシャフト2の位相が変化して、吸排気弁のバルブタイミングが適宜に変更される。
【0037】
ここで、電磁ブレーキ体8の吸引力をデューティ制御し、この吸引力と捩りコイルスプリング10の付勢力とをバランスさせることにより、ドラム9の遅延量を所定の制御範囲内で任意に制御することが可能で、バルブタイミングを無段階に変更することができる。
【0038】
ところで、スプロケット5にはチェーン4から張力が作用する。各張力の大きさは、機関運転中におけるカムシャフト2の駆動トルクの変動や燃焼トルク等に起因して変動するものの、その方向はほぼ一定である。つまり、各張力の方向は、チェーン4とスプロケット5の噛合部分の中央部からスプロケット5の中心へ向かう方向とほぼ等しくなる。
【0039】
例えば図3に示すように、Vバンクの内側に配置された一対の吸気側スプロケット5Aとクランクシャフト1とにメインチェーン4Aが掛け渡されており、かつ、各バンクの隣り合う吸気側スプロケット5Aと排気側スプロケット5Bとにそれぞれサブチェーン4Bが巻き掛けられたV型内燃機関の場合、吸気側スプロケット5Aには、メインチェーン4Aから作用する張力Faと、サブチェーン4Bから作用する張力Fbとの合力Fcが作用する。一方、排気側スプロケット5Bには、サブチェーン4Bからの張力Fb’が作用する。
【0040】
あるいは図4に示すように、各バンクの吸気側スプロケット5A及び排気側スプロット5Bと、クランクシャフト1とにわたって1本のチェーン4が巻き掛けられるものもある。この場合、各スプロケット5A,5Bにはそれぞれチェーン4から張力Fd,Feが作用する。
【0041】
このようなスプロケット5に作用するチェーン4からの全張力(張力又は張力の合力)に起因して、図5に示すように、移動部材11等を介してスプロケット5に係合するドラム9の中心軸L2がカムシャフト2の中心軸L1に対して傾くことがある。
【0042】
ここで、図5(a)に示す比較例のように、突起部31,32同士を結ぶ基準線が上記全張力の作用方向(図5の上下方向)と平行に配置されている場合、電磁ブレーキ体8がドラム9の傾きに追従して良好に傾転することができない。この結果、ドラム9の中心軸L2と電磁ブレーキ体8の中心軸(L1)とが互いにずれて、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9aが片当り状態となり、この摺動面8a,9aに作用する摩擦力が安定せず、所望の位相変更特性が得られない。
【0043】
そこで、この実施形態では、図3,4に示すように、第1突起部31と第2突起部32とを結ぶ基準線Pを、回転動力伝達用のチェーン4からスプロケット5へ作用する全張力(図3のFc,Fb’、図4のFd,Fe)の方向と直交するように設定している。これにより、図5(b)に示すように、仮に上記のチェーン張力に起因してドラム9の中心軸L2が傾いたとしても、電磁ブレーキ体8もこれに追従して基準線P回りに良好に傾転することが可能で、電磁ブレーキ体8とドラム9の対向面8a,9aを均一に対向,接触させることができる。この結果、この摺動面8a,9aで片当りすることがなく、この摺動面8a,9aに発生する摩擦トルクが安定し、所望のバルブタイミング変更特性を得ることができる。
【0044】
より好ましくは、図6〜8に示すように、電磁ブレーキ体8の外壁部とカバー7の内壁部との軸方向の対向面間に、電磁ブレーキ体8をドラム9側へ軸方向に押圧する弾性体39(39A〜39C)を介装する。つまり、弾性体39として、図6ではゴム等の弾性部材39Aが介装され、図7ではウェーブスプリング(又は皿バネ)39Bが介装され、図8ではコイルスプリング39Cが介装されている。なお、図6,図7に示すような構成では、突起部31,32との干渉を回避するために、環状の弾性部材39A,39Bに適宜な切欠部(図示省略)を設けたり、弾性部材39Aを周方向に間欠的に配置する等の工夫が必要である。
【0045】
このように弾性体39を設けることにより、電磁ブレーキ体8へ電力が供給されていない初期状態においても、電磁ブレーキ体8の表面8aとドラム9の表面9aとが常に均一に接触する状態に保持される。従って、電磁ブレーキ体8とカバー7との間に確保される軸方向隙間D1に起因して、電磁ブレーキ体8の不用意な軸方向の振動,ガタツキの発生が抑制されるとともに、仮にガタツキが生じても弾性体39による減衰効果で速やかに低減される。従って、このようなガタツキに起因する振動,騒音の発生がより確実に抑制される。
【0046】
つまり、電磁ブレーキ体8の振動を確実に抑制するために、弾性体39の押圧力が、電磁ブレーキ体8に作用する所定の軸方向振動入力を上回るように予め設定されている。
【0047】
しかしながら、弾性体39の押圧力を過度に大きく設定すると、電磁ブレーキ体8が通電されていない初期状態でも、ドラム9が捩りコイルスプリング10の付勢力に抗して初期位相から不用意に回転してしまう可能性がある。従って、このような初期状態では、ドラム9がクランク回転体18に対してカムシャフト2の回転方向へ最も回動した位置に保持されるように、捩りコイルスプリング10の付勢力や弾性体39の押圧力を適宜に設定する必要がある。
【0048】
従って、好ましくは、弾性体39の押圧力を、捩りコイルスプリング10の付勢力を上回らない範囲で十分に大きく設定することにより、位相変更に必要な電磁ブレーキ体8の吸引力つまり消費電力を十分に抑制することが可能で、これにより、電磁ブレーキ体8の低電力化,小型化を図ることができる。この場合、通電状態から通電停止状態への移行時には、弾性体39の押圧力を上回る捩りコイルスプリング10の付勢力によりドラム9を速やかに初期位相へ復帰させることができる。
【0049】
なお、上記の突起部31,32及び第2嵌合部33,34の形状は、上記の実施形態では円柱,円孔状であったが、これに限らず、キー及びキー溝や、二面幅を持った形状であっても良い。
【0050】
また、上記の実施形態では、クランクシャフト1の回転動力伝達経路にチェーン4及びスプロケット5を用いているが、これに限らず、例えばタイミングベルト及びプーリを用いた構成であっても良く、あるいは一部にギヤを用いた構成であっても良い。
【0051】
更に、チェーン4等のレイアウトについても、図3及び図4に示す例に限らず、他の多段式や1段式の構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング装置を示す断面図。
【図2】上記可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図3】上記可変バルブタイミング装置が適用されるV型内燃機関の正面対応図。
【図4】上記可変バルブタイミング装置が適用される他のV型内燃機関の正面対応図。
【図5】本実施形態の作用説明図。
【図6】本実施形態に係る弾性体の第1の例を示す要部断面図。
【図7】本実施形態に係る弾性体の第2の例を示す要部断面図。
【図8】本実施形態に係る弾性体の第3の例を示す要部断面図。
【符号の説明】
1…クランクシャフト
2…カムシャフト
4…チェーン
5…スプロケット
7…カバー
9…ドラム
10…捩りコイルスプリング(付勢手段)
11…移動部材
18…クランク回転体
30…回転規制機構
31,32…突起部
33,34…嵌合部
Claims (4)
- 吸排気弁を駆動するカムシャフトと同軸上に配置され、クランクシャフトと同期して回転するクランク回転体と、
このクランク回転体からカムシャフトへの回転動力伝達経路に設けられた移動部材と、
この移動部材に係合するドラムと、
このドラムをクランク回転体に対してカムシャフトの回転方向へ付勢する付勢手段と、
上記ドラムの軸方向一側面に対向配置された電磁ブレーキ体と、
この電磁ブレーキ体を覆うように、機関本体側に固定されたカバーと、
このカバーに対する電磁ブレーキ体のカムシャフト回りの相対回転を規制する回転規制機構と、を有し、
磁力により上記電磁ブレーキ体をドラムの軸方向一側面に吸引させて、このドラムのカムシャフト回りの回転を遅延させることにより、上記移動部材が軸方向に移動して、上記クランク回転体に対するカムシャフトの位相が変化するように構成された内燃機関の可変バルブタイミング装置であって、
上記回転規制機構は、軸方向に互いに対向する電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の一方に設けられる第1突起部及び第2突起部と、上記電磁ブレーキ体の壁部及びカバーの壁部の他方に設けられ、上記第1突起部及び第2突起部がそれぞれ嵌合する第1嵌合部及び第2嵌合部と、を有し、
上記クランクシャフトと上記クランク回転体のスプロケット又はプーリとに動力伝達用のチェーン又はベルトが巻き掛けられ、
上記第1突起部と第2突起部とを結ぶ基準線が、上記ドラムの直径方向であって、かつ、上記チェーン又はベルトからスプロケット又はプーリへ作用する張力又は張力の合力の方向に対して略直交する方向に設定されていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング装置。 - 上記電磁ブレーキ体の壁部とカバーの壁部との軸方向対向面間に、上記電磁ブレーキ体をドラム側へ押圧する弾性体を介装したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記弾性体の押圧力は、少なくとも上記電磁ブレーキ体に作用する所定の軸方向振動入力を上回るように設定されていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
- 上記電磁ブレーキ体に電力が供給されていない初期状態では、上記クランク回転体に対して上記ドラムがカムシャフトの回転方向へ最も回動した位置に保持されるように、上記付勢手段の付勢力及び弾性体の押圧力が設定されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の可変バルブタイミング装置。
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