JP5102071B2 - 自動車用エンジンにおける位相可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、回動操作力付与手段により回転ドラムに回動操作力を付与して、スプロケットに対するカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンにおける位相可変装置に係わる技術である。

この種の従来技術としては、下記特許文献１に示すバルブタイミング制御装置がある。下記特許文献１の装置は、エンジンのクランクシャフトの駆動力が伝達される駆動プレート３が、カムシャフト１と一体に結合されたフランジリング７に対して相対回動可能に組付けられている。駆動プレート３の前方には、三つのレバー９を有するレバー軸１０と保持リング１２がボルト１３によってフランジリング７に固定され、カムシャフト１と一体化されている。レバー軸１０の前方には、スラスト軸受２８を介して中間回転体２３が保持リング１２に対して回動自在に支持されている。

三つのレバー９には、リンク１４の一端がピン１５によって回動自在に取り付けられ、リンク１４の他端には、軸方向に貫通する収納孔１６が設けられ、その内側に可動部材１７が設けられている。また、駆動プレート３の前面には、径方向溝８（径方向ガイド）が形成され、中間回転体２３の後面には、駆動プレート３の回転方向に沿って次第に縮径する３つの渦巻き溝２４（渦巻き状ガイド）が形成されている。可動部材１７は、渦巻き溝２４と対応する位置に三カ所設けられ、板ばね２２を挟みながら球１８と２０をそれぞれ保持するリテーナ１９と２１を備え、球１８と球２０は、それぞれ径方向溝８と渦巻き溝２４に対して転動自在に係合されている。

中間回転体２３の前面には、Ｎ極とＳ極が円周方向に交互に配置された永久磁石ブロック２９が設けられ、その前方の対向する位置には、電磁コイル（３３Ａ，３３Ｂにより、構成部位の第１極歯リング３７と第２極歯リング３８が異なる磁極を発生するヨークブロック３０が設けられている。中間回転体２３は、極歯リング（３７，３８）に発生する磁極を一定のパターンで切り替え、磁界の変化を永久磁石ブロック２９が受けることにより、カムシャフト１と駆動プレート３に対して相対回動し、前記磁極の切り替えを停止すると相対回動を終了する。

極歯リング（３７，３８）に発生する磁極の切替えにより、中間回転体２３が駆動プレート３に対して駆動プレート３の回転方向Ｒ（進角方向）に相対回動した場合、可動部材１７は、球１８と球２０がそれぞれ径方向溝８と渦巻き溝２４に沿って径方向外側に変位する。その際、レバー軸１０は、駆動プレート３に対して、遅角方向（駆動プレート３の回転方向Ｒと逆方向）に相対回動し、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相が遅角側に変更される。また前記磁極切り替えパターンの変更により、中間回転体２３が前記遅角方向に相対回動した場合には、可動部材１７が径方向内側に変位することにより、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相が進角側に変更される。

また、エンジン運転中のカムシャフト１には、バルブスプリングの反力をカムが受け続けることによってトルク変動、即ち外乱が発生する。前記外乱は、カムシャフト１と駆動プレート３を相対回動させ、両者の相対位相角に意図しない変更を加える場合がある。特許文献１の装置は、カムシャフト１に発生したトルク変動が、レバー９とリンク１４を介して可動部材１７に入力された場合、球１８が渦巻き溝２４と直交する径方向溝８に沿って変位しようとすることに伴い、球２０が渦巻き溝２４と直交する方向に力を受けて渦巻き溝２４の内周面に押し付けられることにより、リンク１４及びレバー９を介して、カムシャフト１が駆動プレート３に対して相対回動不能にロックされる、セルフロック機構を備えている。
特許３９４３８９２号

特許文献１において、球２０は、カムシャフト１に発生する前記外乱により、径方向溝８の外側方向または内側方向のいずれか一方向における渦巻き溝２４の内周面と、ほぼ点接触に近い衝突をすることにより、渦巻き溝２４の内周面の接触部位に一点集中に近い大きな押圧力を与えるため、特許文献１の装置は、球２０と渦巻き溝２４との摩耗が大きくなって、ガタの原因となりうる点で問題がある。

また、前記外乱を受けて球（１８，２０）は、挟持されるリテーナ（１９，２１）と径方向溝８、渦巻き溝２４を介してカムシャフト１の軸方向にスラスト力を発生させるため、軸方向のガタつきを発生させるおそれが有る点で問題となる。

また、リンク１４を用いた機構は、構造が複雑になるため、カムシャフト１と駆動プレート３の位相変換角を大きくとること難しい点で問題がある。

本発明は、上述した問題を考慮し、球（１８，２０）に相当する位相変換部材が、係合しつつ変位する溝状ガイドの一方向に局所的な押圧力を発生させことがなく、溝状ガイド内周面の摩耗と軸方向のスラスト力の発生を防止しつつ、前記外乱によるカムシャフト１と駆動プレート３との相対回動を防止する、セルフロック機構を備えた装置であって、カムシャフト１と駆動プレート３との位相変換角を大きく設定可能なエンジンの位相可変装置を提供するものである。

前記目的を達成するために、請求項１の発明は、クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、該駆動回転体の前方に配置され、カムシャフトに一体化された中間回転体と、該中間回転体の前方に配置した制御回転体を互いに相対回動可能に同一の回動中心軸上に配置し、回動操作力付与手段によって前記制御回転体に回動操作力を付与することにより、前記中間回転体と駆動回転体を相対回動させることによって前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置であって、前記位相可変装置は、前記回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する曲線溝として前記制御回転体に設けられた、第一ガイド溝と、半径方向に対して傾斜する溝として、前記中間回転体上に設けられた傾斜ガイド溝と、前記回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する曲線溝として、前記駆動回転体上に設けられた第二ガイド溝と、前記第一ガイド溝の曲線方向に沿った長手状に形成され、係合する前記第一ガイド溝に沿って変位するブロック部と、該ブロック部から突出し、係合する前記傾斜ガイド溝に沿って変位する第一スライド部材と、前記ブロック部から前記中間回転体上に設けられた逃げ溝に挿通し、係合する前記第二ガイド溝に沿って変位する第二スライド部材を有する位相変換部材を備えた。

制御回転体は、回動操作力付与手段によって制動されると中間回転体に対して回転遅れを生じる。位相変換部材は、ブロック部が円周方向に傾斜する曲線状の第一ガイド溝に沿って変位することにより制御回転体の半径方向に移動する。カムシャフトと一体化された中間回転体は、位相変換部材の第一スライド部材が係合する傾斜ガイドに沿って変位し、第二スライド部材が係合する曲線状の第二ガイド溝に沿って半径方向かつ円周方向に変位することにより、第二ガイド溝の形状に基づいて駆動回転体に対して相対回動し、カムシャフトとクランクシャフトで駆動する駆動回転体の位相角が変換される。

一方、請求項１の発明は、バルブスプリングから反力を受けてカムシャフトに外乱が発生すると、前記位相変換部材が変位不能に固定されることにより、中間回転体と駆動回転体を相対回動不能にし、カムシャフトとクランクシャフトによって駆動する駆動回転体と間に発生する予期せぬ位相変換を防止するセルフロック機能を備えている。

（作用）即ち、前記外乱が発生すると、カムシャフトに一体化された中間回転体は、制御回転体と駆動回転体に対して相対回動する回転トルクを受ける。その際、前記第一スライド部材は、係合する傾斜ガイド溝から各回転体の略半径方向の力を受け、第二スライド部材は、係合する第二ガイド溝から略半径方向成分の力であって、前記第一スライド部材と逆向きの力を受ける。位相変換部材のブロック部は、第一及び第二スライド部材から各回転体の半径方向に対して互いに逆向きの力を受けて、係合する第一ガイド溝の内部においてひねられるため、前記第一ガイド溝の内周の両側面に押し付けられ、前記両側面から摩擦力を受けることにより、第一ガイド溝内部において変位不能に固定される。

その際、前記ブロック部から突出している前記第一及び第二スライド部材もまた、係合する傾斜ガイド溝と第二ガイド溝に対して変位不能に固定される。従って、カムシャフトに一体化された中間回転体は、クランクシャフトによって駆動する駆動回転体に対して相対回動不能に固定され、カムシャフトとクランクシャフトによって駆動する駆動回転体と間に発生する予期せぬ位相変換が防止される。

即ち、前記外乱発生時の位相変換部材は、ブロック部を介して第一ガイド溝の内周の片側側面でなく両側面との間に摩擦力を発生させるため、各接触部位に発生する摩擦力が分散されて局所的な摩擦力とならない。

また、ブロック部は、球面と異なり外乱によって各回転体の軸方向に作用するスラスト力を発生させない。

また、前記目的を達成するために請求項２の発明は、前記第一スライド部材と第二スライド部材を軸状部材により、それぞれ前記第一ガイド溝と第二ガイド溝に対して転動可能に構成した。

（作用）前記第一スライド部材と第二スライド部材を軸状部材によって転動自在に構成することにより、前記傾斜ガイド溝と第二ガイド溝に対して発生する摩擦力が低減される。また、外乱によって伝達される力が、前記第一スライド部材と第二スライド部材の滑り摩擦による損失を伴わずにブロック部に伝わる。

請求項１の発明によれば、セルフロック機能が作用する際に前記位相変換部材と第一ガイド溝との接触部位に局所的な摩擦力が発生しないため、前記接触部位に発生する摩耗が低減し、ガタツキの発生が抑制される。

また、軸方向に発生するスラスト力が低減されるため、機構の軸方向に発生するガタツキが抑制される。また、位相変換機構は、位相変換部材と溝の組み合わせにより簡単に構成でき、第一ガイド溝を長くすることで位相変換角を大きく取ることも容易になる。

また請求項２の発明によれば、第一スライド部材と第二スライド部材が、傾斜ガイド溝と第二ガイド溝に接触する際の接触部位の摩耗が低減され、回転方向のガタツキの発生が抑制される。また、外乱によって伝達される力が、前記第一スライド部材と第二スライド部材の滑り摩擦による損失を伴わずにブロック部に伝わるため、第一ガイド溝とブロック部をより確実に変位不能に固定できる。

次に、本発明の実施の形態を実施例１〜４によって説明する。

図１は、本発明の第１実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図２は、同装置を後方から見た分解斜視図、図３は、同装置の正面図、図４は、同装置の軸方向断面を示す図３のＡ−Ａ断面図、図５（ａ）（ｂ）は、位相変換部材の斜視図と分解斜視図、図６は、位相変換を回転遅れ側に行う（遅角仕様）実施例１における各回転体のガイド溝と位相変換部材の初期配置図、図７は、制御回転体の垂直断面である図４のＢ−Ｂ断面図、図８は、中間回転体の断面である図４のＣ−Ｃ断面図、図９は、駆動回転体の垂直断面である図４のＤ−Ｄ断面図、図１０は、位相変換のストッパ機構を示す図４のＥ−Ｅ断面図、図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施例１におけるセルフロック機構の説明図。図１２（ａ）〜（ｃ）は、位相変換を進角側に行う（進角仕様）仕様例の説明図、図１３は、本発明の第２実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図１４は、第２実施例の装置の軸方向断面図、図１５は、第２実施例の制御回転体と第二制御回転体との相対回動機構を示す図１４のＦ−Ｆ断面図、図１６は、本発明の第３実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図１７は、第３実施例の装置の軸方向断面図、図１８（ａ）は、第二制御回転体の垂直断面である図１７のＧ−Ｇ断面図、（ｂ）図は、第二中間回転体の垂直断面である図１７のＨ−Ｈ断面図、（ｃ）は、制御回転体の垂直断面である図１７のＩ−Ｉ断面図、図１９は、第３実施例の装置の動作説明図であり、（ａ）図は、位相変位前の初期状態を表す図、（ｂ）図は、位相変位中の状態を表す図、（ｃ）図は、位相を最大変位した状態の図、図２０は、本発明の第４実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図、図２１は、同装置を後方から見た分解斜視図、図２２は、第４実施例の装置の軸方向断面図、図２３（ａ）は、第二制御回転体の偏心円カムの垂直断面である図２２のＪ−Ｊ断面図、（ｂ）は、カムガイドプレートの断面である図２２のＫ−Ｋ断面図、（ｃ）は、制御回転体の偏心円カムの垂直断面である図２２のＬ−Ｌ断面図、図２４は、第４実施例の装置の動作説明図であり、（ａ）図は、位相変位前の初期状態を表す図、（ｂ）図は、位相変位中の状態を表す図、（ｃ）図は、位相を最大変位した状態の図である

これらの図において、実施例１から４に示すエンジンの位相可変装置は、エンジンに組み付け一体化された形態で用いられ、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉のタイミングを変化させるための装置である。

図１〜図４によって実施例１の装置の構成を説明すると、本装置は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）から駆動力を受けて回転するスプロケット４６と駆動プレート４７を一体化した駆動回転体４１が、カムシャフト４０に固定され一体となって回転するセンターシャフト４２に対して相対回動自在に支持され、駆動回転体４１の前方でセンターシャフト４２に対して相対回動不能に固定された中間回転体４３と、センターシャフト４２の前端において相対回動自在に支持され、電磁クラッチ４４によって回転が制動される制御回転体４５を同一の回動中心軸Ｌ１上に備えている。

カムシャフト４０の先端４０ａは、センターシャフト４２の円孔４２ａに固定される。センターシャフト４２の外周に設けた一対のフランジ状ストッパ凸部４２ｂの前後の円筒部（４２ｃ、４２ｄ）には、スプロケット（４６ａ，４６ｂ）を有するスプロケット４６と駆動プレート４７が円孔（４６ｃ，４７ａ）を介して相対回動可能な状態で支持されている。スプロケット４６と駆動プレート４７は、複数の結合ピン４８によって一体化され、駆動回転体４１を構成している。

駆動プレート４７には、中心に形成された円孔４７ａと一対の曲線状の第二ガイド溝５２が形成されている。実施例１において第二ガイド溝５２は、中心軸Ｌ１から溝に至る半径方向距離が、円周方向に沿って反時計回り（装置前方から見た場合）に縮少する曲線溝として形成されている。

円盤状の中間回転体４３には、軸方向に貫通する角穴４３ａと半径方向に対して装置正面の右上から左下に向けて傾斜する一対の傾斜ガイド溝４９、傾斜ガイド溝に平行な逃げ孔５０がそれぞれ形成されている。中間回転体４３は、センターシャフト４２の平坦係合面４２ｊに角穴４３ａが係合することにより、センターシャフト４２に対して相対回動不能な状態で固定されている。

制御回転体４５には、中心に形成された円孔４５ａと一対の曲線状の第一ガイド溝５１が形成されている。実施例１において第一ガイド溝５１は、中心軸Ｌ１から溝に至る半径方向距離が、円周方向に沿って時計回り（装置前方から見た場合）に縮少する曲線溝として形成されている。制御回転体４５は、円孔４５ａ前端の段差円孔４５ｄに取り付けたスラストベアリング５３を介してセンターシャフト４２の前端の円筒部４２ｅに対して相対回動自在に支持されている。

また、制御回転体４５の前方には、コイル４４ａに通電することで制御回転体４５を吸着する電磁クラッチ４４が図示しないエンジンケースに固定された状態で対向している。電磁クラッチ４４の内側には、外周にねじりコイルバネ５４を配置したバネホルダー５５が挿入され、その先端５５ａがセンターシャフト４２の凹部４２ｆに係合している。バネホルダー５５とセンターシャフト４２とカムシャフト４０は、内側円孔（５５ｂ、４２ｇ）に挿通されるボルト５６をカムシャフト４０内側の雌ねじ孔４０ｂに螺着することにより一体に共締めされ、カムシャフト４０と一体になって回転する。ねじりコイルバネ５４は、両端（５４ａ，５４ｂ）が制御回転体４５の孔４５ｂとバネホルダー５５の孔５５ｃに固定され、電磁クラッチ４４から制御回転体４５が受ける制動トルクと逆方向（駆動回転体４１の回転方向）に制御回転体４５を常時付勢している。

また、第一ガイド溝５１、傾斜ガイド溝４９及び第二ガイド溝５２には、図６（逃げ孔５０は省略）の配置関係によって図５に示す位相変換部材５７が係合する。位相変換部材部材５７は、ブロック部５８と第一スライド部材５９と第二スライド部材６０によって構成される。ブロック部５８は、第一ガイド溝５１の曲線に沿った長手状に形成され、凸面５８ａを第一ガイド溝５１の外側内周面５１ａの曲率と一致させ、凹面５８ｂを内側内周面５１ｂの曲率と一致させることにより、第一ガイド溝５１の曲線に沿って変位自在に形成される。

第一スライド部材５９は、円孔５８ｃを介してブロック部５８に支持される結合軸５９ａと、傾斜ガイド溝４９に係合し、該溝４９に沿って変位するスライド軸５９ｂによって構成される。第二スライド部材６０は、円孔５８ｄを介してブロック部５８に支持され、逃げ孔５０の溝幅よりも外形が小さく形成され、逃げ孔５０に非接触状態で挿通される結合軸６０ａと、第二ガイド溝５２に係合し、該溝５２に沿って変位するスライド軸６０ｂによって構成される。

スライド軸（５９ｂ、６０ｂ）は、結合軸（５９ａ，６０ａ）を円孔（５８ｃ、５８ｄ）に対して回動自在に係合するか、スライド軸（５９ｂ、６０ｂ）を、円孔（５８ｃ、５８ｄ）固定した結合軸（５９ａ，６０ａ）に対して回動可能に形成することにより、変位時に傾斜ガイド溝４９と第二ガイド溝５２の内側を転動させることが望ましい。その場合、スライド軸（５９ｂ、６０ｂ）がガイド溝（４９，５２）を変位する際の摩耗が低減され、変位がスムーズに行われる。尚、スライド軸（５９ｂ、６０ｂ）は、ガイド溝（４９，５２）に対して転動させることが望ましいが、結合軸（５９ａ，６０ａ）と共に円孔（５８ｃ、５８ｄ）に固定することで変位時にガイド溝（４９，５２）と摺動させても差し支えはない。

次に図６から図１０により、実施例１の装置に関する位相可変の動作を説明する。実施例１では、クランクシャフトにより装置正面から見て時計回りＤ１方向に回転する駆動回転体４１に対し、カムシャフト４０に一体化された中間回転体４３の位相角を位相角変位の無い初期状態から遅角側（回転遅れとなる反時計回りＤ２方向）に変位させる（遅角仕様）。第一ガイド溝５１，傾斜ガイド溝４９及び第二ガイド溝５２に係合する位相変換部材５７は、初期状態において、最も半径方向の外側寄りに配置している（図６）。初期状態において制御回転体４５は、ねじりコイルバネ５４の回転トルクにより時計回りＤ１方向に付勢されている。初期状態において中間回転体４３と制御回転体４５は、位相変換部材５７が変位不能に固定されるため。駆動回転体４１と共にＤ１方向に回転する。

電磁クラッチ４４に通電すると、図７の制御回転体４５は、電磁クラッチ４４に吸着されて摩擦材６１（図４）に接触することにより、駆動回転体４１と中間回転体４３に対して反時計回りＤ２方向に相対回動する。その際、図６のブロック部５８は、第一ガイド溝５１に沿って時計回りＤ１方向に変位しようとするが、変位するほど回動中心軸Ｌ１と溝５１との距離が減少するため、位相変換部材５７全体がブロック部５８を介して半径方向内側Ｄ３方向に移動する。

図８に示す傾斜ガイド溝４９は、回動中心軸Ｌ１と係合する第一スライド軸５９ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対し、駆動回転体４１に対する進み方向（時計回りＤ１方向）に角度δ傾斜して形成されている。第一スライド軸５９ｂは、傾斜ガイド溝４９と係合しつつ、溝４９内を半径方向内側Ｄ３方向に変位する。

図９に示す第二スライド軸６０ｂは、半径方向内側Ｄ３方向に変位すると、同時に係合する第二ガイド溝５２に沿って反時計回りＤ２方向に変位する。その際、図８の中間回転体４３は、時計回りＤ１方向に回転する駆動回転体４１に対して第二スライド軸６０ｂの第二ガイド溝５２内の変位量に応じた回転遅れ（相対回動）を生じる。従って、中間回転体４３に一体化されたカムシャフト４０と、クランクシャフトによって回転する駆動回転体４１との位相角は、遅角側（反時計周りＤ２方向となる回転遅れ側）に変更される。

尚、駆動回転体４１に対する中間回転体４３の前記回転遅れは、第二スライド軸６０ｂが、第二ガイド溝５２の一端から他端まで変位する場合を最大とし、コイルバネ５４のトルクと、前記電磁クラッチ４４のトルクが釣り合うまで行われる。

一方、電磁クラッチ４４の電流値を下げて制御回転体４５の制動力を弱くした場合、図７の制御回転体４５は、バネ５４のトルクに押し戻され、中間回転体４３に対して時計回りＤ１方向に相対回動し、位相変更部材５７が、半径方向外側（Ｄ３と反対向き）方向に移動する。その際、傾斜ガイド溝４９に沿って半径方向外側に変位する第一スライド軸５９ｂと、第二ガイド溝５２内を時計回りＤ１方向に変位する第二スライド軸６０ｂからガイド溝（４９、５２）が力を受ける。従って、中間回転体４３は、駆動回転体４１に対して進み方向（時計回りＤ１方向）に相対回動し、カムシャフト４０と、クランクシャフトによって回転する駆動回転体４１との位相角が最大で位相変位発生前の初期位置まで戻される。

尚、図１０に示すとおり、センターシャフト４２に設けた一対のストッパ凸部４２ｂは、駆動プレート４７に設けたストッパ凹部４７ａに係合する。位相変位前の初期状態と位相角の最大変位時において、ブロック部５８，第一スライド軸５９ｂ、第二スライド軸６０ｂは、突端（４２ｂ１、４２ｂ２）と溝端部（４７ａ１，４７ａ２）が先に衝突してストッパの役目を果たすため、第一ガイド溝５１，傾斜ガイド溝４９、第二ガイド溝５２に衝突せず、衝撃が減少される。

次に、図１１により、中間回転体４３がカムシャフト４０側からカムトルクを受けた際に駆動回転体４１と中間回転体４３との位相角のずれを防止するセルフロック機構を説明する。（ａ）図に示すように駆動回転体４１と制御回転体４５と一体となって時計回りＤ１方向に回転する中間回転体４３が、カムシャフト４０を介して、図示しないバルブスプリングから外乱による反時計回りＤ２方向のトルクを受けた場合、中間回転体４３の傾斜ガイド溝４９は、駆動回転体４１と制御回転体４５に対してＤ２方向に相対回動しようとする。

傾斜ガイド溝４９は、回動中心軸Ｌ１と係合する第一スライド軸５９ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対して時計回りＤ１方向に角度δ傾斜しているため、第一スライド軸５９ｂが前記Ｄ２方向のトルクを傾斜ガイド溝４９から受けた場合、その力は、傾斜に沿って半径方向外側へ逃げようとする。従って、第一スライド軸５９ｂは、傾斜に沿って半径方向外側であるＦ１の方向に移動する力を受ける。

一方、第二スライド軸６０ｂは、第一スライド軸５９ｂ、連結されたブロック部５８を介して中間回転体４３から反時計回りＤ２方向のトルクを受けるが、第二スライド軸６０ｂは、係合する第二ガイド溝５２が駆動回転体４１の円周方向よりも内側に湾曲しているため、第二ガイド溝５２に沿って前記円周方向よりも半径方向内側に移動する力Ｆ２を受ける。

従って、ブロック部５８は、図１１（ｃ）に示すように、第一スライド軸５９ｂが受ける力Ｆ１の半径方向外向きの分力と、第二スライド軸６０ｂが受ける力Ｆ２の半径方向内向きの分力により、反時計回りＤ４の方向にひねられる。従って、ブロック部５８は、凸面５８ａが第一スライド軸５９ｂの近傍において係合する第一ガイド溝５１の外側内周面５１ａに押し付けられ、凹面５８ｂが第二スライド軸６０ｂの近傍において第一ガイド溝５１の内側内周面５１ｂにおしつけられることにより、第一ガイド溝５１の内外内周面（５１ａ、５１ｂ）双方との間に摩擦力を発生し、第一ガイド溝５１に対して移動不能に固定される。

また、中間回転体４３が、カムシャフト４０を介して、外乱による時計回りＤ１方向のトルクを受けて、駆動回転体４１と制御回転体４５に対してＤ１方向（進み方向）に相対回動しようとした場合には、上記と反対に第一スライド軸５９ｂが半径方向内向きの力を受け、第二スライド軸６ｂが半径方向外向きの力を受け、ブロック部５８は、Ｄ４と逆向きの時計回りにひねられ、第一ガイド溝５１の内外内周面（５１ａ、５１ｂ）双方との間に摩擦力を発生し、第一ガイド溝５１に対して移動不能に固定される。

以上の通り、図１のカムシャフト４０側から外乱による相対回動トルクが中間回転体４３に入力された場合、位相変更部材５７が移動不能に固定され、中間回転体４３は、駆動回転体４１に対して相対回動不能にロックされるため、両者の相対位相角がずれることなく保持される。一方で、ロック時の摩擦力が、第一ガイド溝５１の内外内周面（５１ａ、５１ｂ）双方に分散されるため、ガイド溝５１と位相変更部材５７との摩耗が低減される。

次に図１２（ａ）〜（ｃ）により、駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角を位相角変位の無い初期状態から進角側（進み側となる時計回りＤ１方向）に変位させる場合（進角仕様）における各回転体のガイド溝（５１，４９’，５２’）と位相変更部材５７の配置と動作を説明する。

前記進角仕様の位相可変装置は、（ａ）図に示すとおり、傾斜ガイド溝４９’が、回動中心軸Ｌ１と係合する第一スライド軸５９ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対し、駆動回転体４１に対する回転遅れ方向（第一実施例と逆の反時計回りＤ２方向）に角度δ傾斜して形成され、第二ガイド溝５２’の中心軸Ｌ１から溝に至る半径方向距離が、円周方向に沿って時計回りＤ１方向（第１実施例と逆向）に縮少する曲線溝として形成されている点が異なる以外、遅角仕様と同じ構成となる。

制御回転体４５を制動することにより、ブロック部５８が第一ガイド溝５１に沿って変位すると、位相変更部材５７は、（ａ）図の半径方向内側Ｄ５方向に移動する。その際、第一スライド軸５９ｂは、傾斜ガイド溝４９’に沿って変位し、第二スライド軸６０ｂは、第二ガイド溝５２’に沿って時計回りＤ１方向かつ半径方向内側Ｄ５方向に変位する。第一スライド軸５９ｂと第二スライド軸６０ｂが、それぞれ係合する傾斜ガイド溝４９’と第二ガイド溝５２’から力を受けることにより、溝４９’を有する中間回転体４３は、駆動回転体４１に対して進み側となる時計回りＤ１方向に相対回動し、駆動回転体４１に対するカムシャフト４０の位相が進角側に変更される。また、制御回転体４５の制動を弱めると、ねじりコイルバネ５４の戻しトルクによって駆動回転体４１に対するカムシャフト４０の位相が遅角側に戻される。

また、中間回転体４３の傾斜ガイド溝４９’が、カムシャフト４０を介して外乱による反時計回りＤ２方向のトルクを受け、駆動回転体４１と制御回転体４５に対してＤ２方向に相対回動しようとした場合、第一スライド軸５９ｂは、傾斜ガイド溝４９’が回動中心軸Ｌ１と係合する第一スライド軸５９ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対して反時計回りＤ２方向に角度δ傾斜しているため、傾斜に沿って半径方向外側に移動する力をＦ３を受ける。一方、第二スライド軸６０ｂは、第一スライド軸５９ｂがＦ３を受けると、連結されたブロック部５８により、係合する第二ガイド溝５２’が湾曲する方向である駆動回転体４１の円周方向よりも内側の方向に向けてＦ４の力によって引っ張られる。

従って、ブロック部５８は、図１２（ｃ）に示すように、第一スライド軸５９ｂが受ける力Ｆ３の半径方向外向きの分力と、第二スライド軸６０ｂが受ける力Ｆ４の半径方向内向きの分力により、反時計回りＤ６の方向にひねられる。一方、中間回転体４３が、カムシャフト４０側から、駆動回転体４１と制御回転体４５に対してＤ１方向（進み方向）に相対回動する回動トルクを受けた場合には、ブロック部５８が、Ｄ６と逆向きの時計回りにひねられる。従って、ブロック部５８は、第一ガイド溝５１の内外内周面（５１ａ、５１ｂ）双方との間に摩擦力を発生し、位相変更部材５７が移動不能に固定されるため、中間回転体４３が、駆動回転体４１に対して相対回動不能にロックされる。

次に図１３から図１５により本発明の実施例２の自動車用エンジンにおける位相可変装置を説明する。実施例２は、実施例１において位相角の戻し機構に利用したねじりコイルバネ５４の機構に代えて第二の電磁クラッチ機構６２を備えることにより、第一の電磁クラッチ４４による位相角の変位方向と逆向きの変位を可能にしている。

実施例２において第二の電磁クラッチ機構６２は、制御回転体４５の前方に第二制御回転体６３、第二制御回転体６３の後方に突出する歯車６３ａと制御回転体４５の前面に形成した円孔の内側に設けた歯車４５ｃにかみ合いつつ回動する複数の遊星歯車６４、スラストベアリング６５、バネホルダー６６、第二電磁クラッチ６７が配置されて構成される。制御回転体４５は、円孔４５ａを介してセンターシャフト４２の円筒部４２ｌに回動自在に支持され、第二制御回転体６３は、段差円孔６３ｂにはめ込まれたスラストベアリング６５の円孔６５ａがセンターシャフト４２先端の小円筒部４２ｈに固定されることにより、センターシャフト４２の先端外周に相対回動可能な状態で支持されている。

制御回転体４５、第二制御回転体６３は、互いに軸方向に隙間を持って配置され、センターシャフト４２の先端に設けた段差部４２ｉには、バネホルダー６６をはめ込み、ボルト５６でカムシャフト４０のねじ穴４０ｂに固定し、第二制御回転体６３等の構成部品に関する抜け止めを施している。第二電磁クラッチ６７は、図示しないエンジンケースに固定された状態で第二制御回転体６３の前面に対向するよう配置している。その他の構成は、実施例１と同一である。

位相変更の無い初期状態において、第二制御回転体６３は、制御回転体４５及び駆動回転体４１と共に時計回りＤ１方向に回転する。位相角変更のため、電磁クラッチ４４に通電すると、制動された制御回転体４５は、時計回りＤ１方向に回動する中間回転体４３に対して反時計回りＤ２方向に相対回動し、位相変更部材５７は、半径方向内側に移動するため、実施例１と同様に駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角が、遅角方向（反時計回りＤ２方向）に変更される。

一方、第二電磁クラッチ６７に通電すると、第二制御回転体６３は、時計回りＤ１方向に回動する制御回転体４５に対して反時計回りＤ２方向に相対回動する。その際、制御回転体４５は、遊星歯車６４が歯車６３ａと４５ｃとの間において反時計回りＤ７方向に回動することによって中間回転体４３に対し、時計回りＤ１方向に相対回動する、その結果、位相変更部材５７は、半径方向外側に移動するため、実施例１と同様に駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角が、進角方向（時計回りＤ１方向）に戻される。

次に図１６から図１９により本発明の実施例３の自動車用エンジンにおける位相可変装置を説明する。実施例３は、実施例２と同様に位相角の変更機構及び戻し機構に二つの電磁クラッチを利用しており、前記戻し機構を遊星歯車機構からスライドピンを利用する方法に変更したものである。

実施例３においては、制御回転体４５から前方に向かって順番に第二中間回転体６８、第二制御回転体６９、スラストベアリング７０、バネホルダー７１、電磁クラッチ４４、第二電磁クラッチ７２がそれぞれ配置されている。

図１８（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、制御回転体４５は、中央に円孔４５ａが形成され、前面に中心軸Ｌ１から溝に至る半径方向距離が円周方向に沿って時計回りＤ１方向に縮少する曲線状の第三ガイド溝７３が形成されている。第二中間回転体６８は、中央に形成された角穴６８ａを挟んで両側に径方向ガイド溝７４が形成されている。第二制御回転体６９は、中央に円孔６９ａを有し、前面に段差円孔６９ｂが形成され、後面に中心軸Ｌ１から溝に至る半径方向距離が円周方向に沿って反時計回りＤ２方向に縮少する曲線状の第四ガイド溝７５が形成されている。

制御回転体４５は、円孔４５ａを介してセンターシャフト４２の円筒部４２ｌに回動自在に支持されている。第二中間回転体６８は、角穴６８ａが第二平坦係合面４２ｋにはめ込まれることによってセンターシャフト４２に対して回動不能な状態で固定されている。第二制御回転体６９は、段差円孔６９ｂにはめ込まれたスラストベアリング７０の円孔７０ａがセンターシャフト４２先端の小円筒部４２ｈに固定されることにより、センターシャフト４２に対して回動可能な状態で支持されている。ガイド溝（７３〜７５）には、前記各ガイド溝を変位する一対のスライドピン７６が係合する。

制御回転体４５、第二中間回転体６８及び第二制御回転体６９は、互いに軸方向に隙間を持って配置され、センターシャフト４２の先端に設けた段差部４２ｉには、バネホルダー７１をはめ込み、ボルト５６でカムシャフト４０のねじ穴４０ｂに固定し、第二制御回転体６９等の構成部品に関する抜け止めを施している。第二電磁クラッチ７２は、図示しないエンジンケースに固定された状態で第二制御回転体６９の前面に対向するよう配置している。その他の構成は、実施例２と同一である。

位相変更の無い初期状態（図１９（ａ）図を参照）において、第二中間回転体６８と第二制御回転体６９は、制御回転体４５と共に時計回りＤ１方向（図１６を参照）に回転する。駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角は、実施例２と同様に電磁クラッチ４４によって制動された制御回転体４５が中間回転体４３に対して反時計回りＤ２方向に相対回動することにより、遅角方向（Ｄ２方向）に変更される。

その際、制御回転体４５の第３ガイド溝７３は、図１８と図１９の各図に示すとおり、第二中間回転体６８及び第二制御回転体６９に対して反時計回りＤ２方向に相対回動し、スライドピン７６が、ガイド溝（７３、７４）に沿って変位することによって半径方向内側Ｄ８方向に移動する。第二制御回転体６９は、第４ガイド溝７５が半径方向内側に移動するスライドピン７６から力を受けることにより、第二中間回転体６８に対して時計回りＤ１方向に相対回動する。

一方、第二電磁クラッチ７２に通電すると、第二制御回転体６９（第４ガイド溝７５）は、図１９（ｃ）の状態から時計回りＤ１方向に回転する制御回転体４５と第二中間回転体６８に対して反時計回りＤ２方向に相対回動し、スライドピン７６が、ガイド溝（７４，７５）に沿って変位することによって半径方向外側（Ｄ８と逆向き）に移動する。制御回転体４５は、第３ガイド溝７３が半径方向外側に移動するスライドピン７６から力を受けることにより、第二中間回転体６８に対して時計回りＤ１方向に相対回動する。制御回転体４５は、同時に駆動回転体４１に対しても時計回りＤ１方向に相対回動するため、位相変更部材５７が半径方向外側に移動する。その結果、駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角は、実施例２と同様に、進角方向（時計回りＤ１方向）に戻される。

次に図２０から図２４により本発明の実施例４の自動車用エンジンにおける位相可変装置を説明する。実施例３は、実施例２及び３と同様に位相角の変更機構及び戻し機構に二つの電磁クラッチを利用しており、前記戻し機構に偏心円カム機構を利用したものである。

実施例４においては、制御回転体４５から前方に向かって順番にカムガイドプレート７７、第二制御回転体７８、スラストベアリング７９、バネホルダー８０、電磁クラッチ４４、第二電磁クラッチ８１がそれぞれ配置されている。

制御回転体４５は、前面４５ｅに形成された段差円孔４５ｆと、該段差円孔４５ｆの底部４５ｇから前方に突出し、回動中心軸Ｌ１から距離がＳ１離間した中心軸Ｌ２を有する偏心円カム４５ｈを軸方向に貫通する円孔４５ａの周囲に備えている。

また、第二制御回転体７８は、後面７８ａから後方に突出し、回動中心軸Ｌ１から距離がＳ１離間した中心軸Ｌ３を有する偏心円カム７８ｂを軸方向に貫通する円孔７８ｃの周囲に備えている。

一方、カムガイドプレート７７は、偏心円カム（４５ｈ、７８ｂ）がそれぞれ内接する段差長円孔（７７ａ、７７ｂ）を前後面に備え、前記段差長円孔（７７ａ、７７ｂ）の長手方向と直交する方向に伸張し、軸方向に貫通する直方形状の角孔７７ｃを中央に備えている。

制御回転体４５は、円孔４５ａを介してセンターシャフト４２の円筒部４２ｌに回動自在に支持されている、カムガイドプレート７７は、角穴７７ｃが第二平坦係合面４２ｋにはめ込まれることにより、センターシャフト４２に対して相対回動不能な状態で固定され、第二平坦係合面の水平面４２ｋ１に沿って長方形状の角穴７７ｃの長手方向に変位可能に取り付けられている。第二制御回転体７８は、前方の段差円孔７８ｄにはめ込まれたスラストベアリング７９の円孔７９ａがセンターシャフト４２先端の小円筒部４２ｈに固定されることにより、センターシャフト４２に対して回動可能な状態で支持されている。

偏心円カム（４５ｈ、７８ｂ）は、それぞれ段差長円孔（７７ａ，７７ｂ）に係合し、制御回転体（４５，７８）がカムガイドプレート７７に対して相対回動した場合、前記段差長円孔（７７ａ，７７ｂ）と摺接しつつその長手方向に揺動する。

制御回転体４５、カムガイドプレート７７及び第二制御回転体７８は、互いに軸方向に隙間を持って配置され、センターシャフト４２の先端に設けた段差部４２ｉには、バネホルダー８０をはめ込み、ボルト５６でカムシャフト４０のねじ穴４０ｂに固定し、第二制御回転体７８等の構成部品に関する抜け止めを施している。第二電磁クラッチ８１は、図示しないエンジンケースに固定された状態で第二制御回転体６９の前面に対向するよう配置している。その他の構成は、実施例２及び３と同一である。

図２３（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、位相変更の無い初期状態において、カムガイドプレート７７は、段差円孔４５ｆの内周面の右端に配置され、偏心円カム７８ｂは、（ａ）図に示すとおり、中心軸Ｌ３が水平軸Ｌ４の右方から時計回りＤ１方向に角度θ傾いた状態で配置され、偏心円カム４５ｈは、（ｃ）図に示すとおり、中心軸Ｌ２が水平軸Ｌ４の右方から反時計回りＤ２方向に角度θ傾いた状態で配置されている。

位相変更の無い初期状態において、カムガイドプレート７７と第二制御回転体７８は、制御回転体４５と共に時計回りＤ１方向に回転する。駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角は、実施例２及び３と同様に電磁クラッチ４４によって制動された制御回転体４５が中間回転体４３に対して反時計回りＤ２方向に相対回動することにより、遅角方向（Ｄ２方向）に変更される。

その際、制御回転体４５と一体化された偏心円カム４５ｈは、図２３（ｃ）及び図２４（ａ）図の状態から回動中心軸Ｌ１を中心として反時計回りＤ２方向に回動し、水平軸Ｌ４の右方から反時計回りＤ２方向に１８０°−θの角度傾いた位置を最大として回動を終了する。同時に偏心円カム４５ｈは、摺接する長円孔７７ａの内部を中心軸Ｌ２が鉛直軸Ｌ５を通過するまで上方に相対変位した後下方に変位することにより、カムガイドプレート７７が、最大で段差円孔４５ｆの内周左端に接触するまで左方に変位させる。

その際、偏心円カム７８ｂは、カムガイドプレート７７の長円孔７７ｂから力を受けることにより、長円孔７７ｂの内部を上下方向に揺動しつつ、図２３（ａ）及び図２４（ａ）図の状態から回動中心軸Ｌ１を中心として時計回りＤ１方向に回動する。従って、偏心円カム７８ｂに一体化された第二制御回転体７８は、制御回転体４５に対して時計回りＤ１方向に相対回動し、偏心円カム７８ｂの中心軸Ｌ３が水平軸Ｌ４の右方から時計回りＤ１方向に１８０°−θの角度傾いた位置を最大として回動を終了する。

一方、第二電磁クラッチ８１に通電すると、第二制御回転体７８（偏心円カム７８ｂ）は、時計回りＤ１方向に回転する制御回転体４５に対して反時計回りＤ２方向に相対回動し、長円孔７７ｂの内周面と摺接しながら上下に揺動する。従って、カムガイドプレート７７は、円孔４５ｆの右端に接触するまで右方に変位（Ｄ９と逆向き）に変位する。制御回転体４５は、偏心円カム４５ｈがカムガイドプレート７７の長円孔７７ｂから力を受けて時計回りＤ１方向に回動することにより、第二制御回転体７８に対して時計回りＤ１方向に相対回動する。制御回転体４５は、同時に駆動回転体４１に対しても時計回りＤ１方向に相対回動するため、位相変更部材５７が半径方向外側に移動する。その結果、駆動回転体４１に対する中間回転体４３の位相角は、実施例２及び３と同様に、進角方向（時計回りＤ１方向）に戻される。

実施例２〜４では、ねじりコイルバネ５４の代わりに電磁クラッチを用いて位相角を戻すことによりコイルバネ５４の付勢力を考慮する必要が無くなるため、位相変位後に電磁クラッチ４４の通電を切ることが可能になり、省電力化が図れる。それに伴い、電磁クラッチ４４は、必要トルクが小さくなって小型化が可能になる。

実施例１〜４では、各制御回転体に回動操作力を付与する手段として、ねじりコイルバネと電磁クラッチの組み合わせ、または複数の電磁クラッチを用いたが、電動モータ等を使って制御回転体に回動操作力を直接付与してもよいし、制御回転体に油圧室を設け、油圧によって回動操作力を付与することもできる。また、位相変換部材に直接油圧等を付与しても同じ動作が可能になる。」

実施例１では、制御回転体とバネホルダの間に、実施例２〜４では、第二制御回転体とバネホルダの間に、それぞれスラストベアリングを用いているが、スラストベアリングの変わりに皿バネを用いてもよい。皿バネを用いた場合、制御回転体及び第二制御回転体にフリクショントルクが発生するため、エンジン回転数の急激な変動等によって、制御回転体への慣性力が増大し、自動変換してしまう不具合を回避できる。

本発明の第１実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図である。 同装置を後方から見た分解斜視図である。 同装置の正面図である。 同装置の軸方向断面を示す図３のＡ−Ａ断面図である。 位相変換部材の説明図であり、（ａ）は、位相変換部材の斜視図、（ｂ）は、位相変換部材の分解斜視図である。 位相変換を回転遅れ側に行う（遅角仕様）実施例１における各回転体のガイド溝と位相変換部材の初期配置図である。 制御回転体の垂直断面である図４のＢ−Ｂ断面図である。 中間回転体の断面である図４のＣ−Ｃ断面図である。 駆動回転体の垂直断面である図４のＤ−Ｄ断面図である。 位相変換のストッパ機構を示す図４のＥ−Ｅ断面図である。 実施例１におけるセルフロック機構の説明図であり、（ａ）〜（ｃ）は、外乱のカムトルクにより位相変換部材が受ける力を説明する図である。 位相変換を進角側に行う（進角仕様）仕様例の説明図である。（ａ）は、進角仕様における各回転体のガイド溝と位相変換部材の初期配置図、（ｂ）（ｃ）は、外乱のカムトルクにより位相変換部材が受ける力を説明する図である。 本発明の第２実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図である。 第２実施例の装置の軸方向断面図である。 第２実施例の制御回転体と第二制御回転体との相対回動機構を示す図１４のＦ−Ｆ断面図である。 本発明の第３実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図である。 第３実施例の装置の軸方向断面図である。 （ａ）第二制御回転体の垂直断面である図１７のＧ−Ｇ断面図である。（ｂ）第二中間回転体の垂直断面である図１７のＨ−Ｈ断面図である。（ｃ）制御回転体の垂直断面である図１７のＩ−Ｉ断面図である。 第３実施例の装置の動作説明図であり、（ａ）は、位相変位前の初期状態を表す図である。（ｂ）は、位相変位中の状態を表す図である。（ｃ）は、位相を最大変位した状態の図である。 本発明の第４実施例である自動車用エンジンにおける位相可変装置を前方から見た分解斜視図である。 同装置を後方から見た分解斜視図である。 第４実施例の装置の軸方向断面図である。 （ａ）第二制御回転体の偏心円カムの垂直断面である図２２のＪ−Ｊ断面図である。（ｂ）カムガイドプレートの断面である図２２のＫ−Ｋ断面図である。（ｃ）制御回転体の偏心円カムの垂直断面である図２２のＬ−Ｌ断面図である。 第４実施例の装置の動作説明図であり、（ａ）は、位相変位前の初期状態を表す図である。（ｂ）は、位相変位中の状態を表す図である。（ｃ）は、位相を最大変位した状態の図である。

符号の説明

４０ カムシャフト
４１ 駆動回転体
４３ 中間回転体
４４ 電磁クラッチ（回動操作力付与手段）
４５ 制御回転体
４６ スプロケット（駆動回転体）
４７ 駆動プレート（駆動回転体）
４９、４９’ 傾斜ガイド溝
５０ 逃げ溝
５１ 第一ガイド溝
５２、５２’ 第二ガイド溝
５４ ねじりコイルバネ（回動操作力付与手段）
５７ 位相変換部材
５８ ブロック部
５９ 第一スライド部材
６０ 第二スライド部材
６７、７２、８１ 第二の電磁クラッチ（回動操作力付与手段）
Ｌ１ 回動中心軸

Claims (2)

1. クランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体と、該駆動回転体の前方に配置され、カムシャフトに一体化された中間回転体と、該中間回転体の前方に配置した制御回転体を互いに相対回動可能に同一の回動中心軸上に配置し、回動操作力付与手段によって前記制御回転体に回動操作力を付与することにより、前記中間回転体と駆動回転体を相対回動させることによって前記カムシャフトと駆動回転体との位相角を変更するエンジンの位相可変装置であって、
   前記回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する曲線溝として前記制御回転体に設けられた、第一ガイド溝と、
   半径方向に対して傾斜する溝として、前記中間回転体上に設けられた傾斜ガイド溝と、
   前記回動中心軸を中心とした円周に対して傾斜する曲線溝として、前記駆動回転体上に設けられた第二ガイド溝と、
   前記第一ガイド溝の曲線方向に沿った長手状に形成され、係合する前記第一ガイド溝に沿って変位するブロック部と、該ブロック部から突出し、係合する前記傾斜ガイド溝に沿って変位する第一スライド部材と、前記ブロック部から前記中間回転体上に設けられた逃げ溝に挿通し、係合する前記第二ガイド溝に沿って変位する第二スライド部材を有する位相変換部材と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの位相可変装置。
2. 前記第一スライド部材と第二スライド部材は、それぞれ前記第一ガイド溝と第二ガイド溝に対して転動可能に構成された軸状部材であることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの位相可変装置。

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