(57)【要約】【課題】  クランク軸に対するカム軸の回転位相をエネルギー効率よく制御できる弁開閉時期制御装置を提供する。【解決手段】  クランク軸と同期回転する駆動回転体１と、カム軸と一体回転する従動回転体３とを備え、駆動回転体と従動回転体とに係合する中間部材４をモータで回転し、駆動回転体と従動回転体とを相対回転させる弁開閉時期制御装置であって、中間部材４を、駆動回転体に回転可能に軸支された基端部４１に該軸芯に偏心させて立設したピン４２を有するピン歯車４ａで構成し、ピン歯車４ａが回転してピン４２が係合可能な溝部９を従動回転体に設け、ピン４２が溝部９に係合し接触しているとき、ピン歯車４ａと従動回転体とを、ピン歯車４ａの回転中心とピン４２の中心とを結ぶ直線が、ピン４２と溝部９との接点における溝部９の接線と直交する中間固定位相が設定されるよう構成する。【選択図】    図２
2006097490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と同期回転する駆動回転体と、
カム軸と一体回転する従動回転体とを備え、
前記駆動回転体と、前記従動回転体とに係合する中間部材をモータにより回転することで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを相対回転させる弁開閉時期制御装置であって、
前記中間部材を、前記駆動回転体に回転可能に軸支された基端部に該軸芯に偏心させて立設したピンを有するピン歯車で構成すると共に、
前記ピン歯車が回転し、前記ピンが係合可能な溝部を前記従動回転体に設けてあり、
前記ピン歯車の前記ピンが前記溝部に係合し、接触しているとき、前記ピン歯車と前記従動回転体とを、前記ピン歯車の回転中心と前記ピンの中心とを結ぶ直線が、前記ピンと前記溝部との接点における前記溝部の接線と直交する中間固定位相が設定されるように構成してある弁開閉時期制御装置。
【請求項２】
前記ピン歯車および前記従動回転体に、前記従動回転体が前記中間固定位相および進角位相にあるとき機能する進角側ピンおよび進角側溝部を各別に備えると共に、前記従動回転体が前記中間固定位相および遅角位相にあるとき機能する遅角側ピンおよび遅角側溝部を各別に備えている請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
【請求項３】
一つの前記ピン歯車に、前記進角側ピンと前記遅角側ピンとを備えている請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸と同期回転する駆動回転体と、カム軸と一体回転する従動回転体とを備え、前記駆動回転体と、前記従動回転体とに係合する中間部材をモータにより回転することで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを相対回転させる弁開閉時期制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の弁開閉時期制御装置では、エンジンの通常運転時には、クランクシャフトと同期回転する駆動回転体と、カムシャフトに繋がる従動回転体の相対位相を変更してバルブタイミングを調節し、エンジンの適切な運転状態を確保する。この駆動回転体と従動回転体との相対位相を変更するために、従来では遊星歯車機構を用いるものがあった。
【０００３】
例えば、従来の装置では、前記駆動回転体にリングギヤを設けると共に、前記従動回転体をキャリヤとしてプラネタリギヤを設けておき、当該プラネタリギヤに係合させたサンギヤを駆動用のモータで回転させる。本装置では、モータをバルブの進角側あるいは遅角側に回転することで、サンギヤを介してプラネタリギヤが回転し、この結果、プラネタリギヤのキャリヤである従動回転体が、駆動回転体に対して相対回転する。
【０００４】
エンジンが一定回転している場合には、前記サンギヤをフリーな状態で回転させることにより、リングギヤ・プラネタリギヤ・サンギヤの三者が一体のまま回転し、弁開閉時期の制御が休止される。つまり、バルブタイミングを変更する必要のない場合には、サンギヤに駆動力を付与する必要が無いため、この間、省エネルギー化を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４８４１０号公報（［０００５］〜［０００７］段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通常、エンジンの運転中には、カム軸は、バルブに設けたスプリングの付勢力等に起因する交番の反動トルクを受ける。このため、上記従来の装置においては、エンジンが一定回転速度で動作しており、前記モータによる位相制御が不要とされる時期であっても、従動回転体は、駆動回転体に対して次第に位相差を持つことになる。よって、従来の装置では、実質的にモータによる位相制御を休止できる期間は短く、エネルギー効率を高めるにも限界があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を補い、クランク軸に対するカム軸の回転位相をエネルギー効率よく制御できる弁開閉時期制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（特徴構成１）
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第１の特徴構成は、クランク軸と同期回転する駆動回転体と、カム軸と一体回転する従動回転体とを備え、前記駆動回転体と、前記従動回転体とに係合する中間部材をモータにより回転することで、前記駆動回転体と前記従動回転体とを相対回転させる弁開閉時期制御装置であって、前記中間部材を、前記駆動回転体に回転可能に軸支された基端部に該軸芯に偏心させて立設したピンを有するピン歯車で構成すると共に、前記ピン歯車が回転し、前記ピンが係合可能な溝部を前記従動回転体に設けてあり、前記ピン歯車の前記ピンが前記溝部に係合し、接触しているとき、前記ピン歯車と前記従動回転体とを、前記ピン歯車の回転中心と前記ピンの中心とを結ぶ直線が、前記ピンと前記溝部との接点における前記溝部の接線と直交する中間固定位相が設定されるように構成した点にある。
【０００９】
（作用効果）
通常、エンジン運転中には、カム軸はカムからの抵抗を受ける。この抵抗は、従動回転体に伝達され、駆動回転体に対して従動回転体を相対回転させようとする外力となる。しかし、本発明では、駆動回転体と従動回転体とが所定の位相にあるとき、従動回転体からピン歯車に回転トルクが伝わらないように構成してある。
【００１０】
即ち、ピン歯車のピンが回転して、従動回転体に形成した溝部に係合し、接触しているとき、ピン歯車の回転中心とピンの中心とを結ぶ直線が、このピンと溝部との接点における溝部の接線と直交するように本装置を構成してある。本発明では、特に、駆動回転体と従動回転体とがこのような位置にあるとき両者が中間固定位相にあると称することとする。
従動回転体に伝えられたカムからのトルクは溝部を介してピンに伝達される。当該トルクによりピンに作用する力の方向は、前記溝部の前記接線の方向に対して垂直な方向である。つまり、この方向は、ピン歯車の回転中心を向くから、ピン歯車を回転させる力とはならない。
本構成の装置であれば、例えば、常用するエンジンの回転速度において弁開閉時期制御装置を中間固定位相とすることで、進角・遅角制御を中断する期間をできるだけ長く設定し、エネルギー効率のよいエンジンを得ることができる。
【００１１】
（特徴構成２）
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第２の特徴構成は、前記ピン歯車および前記従動回転体に、前記従動回転体が前記中間固定位相および進角位相にあるとき機能する進角側ピンおよび進角側溝部を各別に備えると共に、前記従動回転体が前記中間固定位相および遅角位相にあるとき機能する遅角側ピンおよび遅角側溝部を各別に備えた点にある。
【００１２】
（作用効果）
本構成では、従動回転体が中間固定位相および進角位相にあるとき機能する進角側ピンおよび進角側溝部を備えると共に、従動回転体が中間固定位相および遅角位相にあるとき機能する遅角側ピンおよび遅角側溝部を備えており、中間固定位相および進角位相にある従動回転体の位相制御を行う構成要素と、中間固定位相および遅角位相にある従動回転体の位相制御を行う構成要素とを明確に区別している。つまり、双方の構成要素は、従動回転体が中間固定位相にあるときのみ同時に機能し、それ以外の状態では個別に機能する。
このように、本構成の装置は、最遅角位相から最進角位相まで位相制御を行う際の従動回転体の回転可能領域のうち、その両端ではなく、何れか途中の領域において前記中間固定位相を設定するものである。
通常、エンジンが常用の回転数で運転されているとき、従動回転体の位相は、最遅角位相と最進角位相との間の何れかの位置にある。よって、本装置を用いれば、位相制御を一旦休止することのできる前記中間固定位相を、任意のエンジン回転数に合わせて設定することができるから、エネルギー効率の良いエンジンを得ることができる。
【００１３】
（特徴構成３）
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第３の特徴構成は、一つの前記ピン歯車に、前記進角側ピンおよび前記遅角側ピンを備えた点にある。
【００１４】
（作用効果）
本構成のごとく、一つのピン歯車に進角側ピンおよび遅角側ピンを備え、進角・遅角機能を一つのピン歯車に持たせておけば、例えば、駆動回転体と従動回転体との相対位相を変化させるべく、前記ピン歯車をモータで回転させる場合に、進角制御と遅角制御との切り替えを円滑に行うことができる。
例えば、仮に、進角機能を有するピン歯車と遅角機能を有するピン歯車とを別に設けた場合には、双方のピン歯車の装着誤差などによって、進角制御と遅角制御とが適切に切り替わらないおそれがある。
しかし、夫々の機能を有するピンを一つのピン歯車に設ける構成であれば、双方のピンの位置を正確に設定しておくことで、進角制御と遅角制御との切り替えを確実に行うことができる。
また、進角・遅角機能を発揮させるために、一つピン歯車を設置すればよいから、部品点数の削減あるいは組立工数の削減が図れる等、弁開閉時期制御装置を合理的に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る弁開閉時期制御装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の弁開閉時期制御装置は、エンジンのクランク軸と同期回転する駆動回転体１と、カム軸２と一体回転する従動回転体３との回転位相を適宜変更し、エンジンのバルブタイミングを最適に制御するものである。前記駆動回転体１と前記従動回転体３との間には、これら両者に係合する中間部材４を備えている。この中間部材４をモータ５によって回転させ、さらに従動回転体３をカム軸２の進角側あるいは遅角側に回転させて弁開閉時期を調節する。
本発明の装置は、このような弁開閉時期制御装置において、エンジン作動中にカム軸２から前記従動回転体３に伝達される反動トルクの作用を打ち消し、弁開閉時期の制御を効率的に行おうとするものである。以下、本装置の詳細を、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
（駆動回転体および従動回転体）
図１には、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置の側断面図を示す。
本装置では、エンジンの回転に同期して駆動回転体１が回転し、これに対して従動回転体３の回転位相を変化させる。駆動回転体１にはスプロケット６を設けてあり、図外のクランク軸の回転がチェーン７を介して当該スプロケット６に伝達され、クランク軸と同期して駆動回転体１が回転する。
【００１８】
一方、従動回転体３は、カム軸２の端部にボルト８で固定され、カム軸２と一体に回転する。
前記駆動回転体１と前記従動回転体３とは最遅角位相から最進角状態に至る角度範囲内で相対回転可能である。
図２乃至図４には、前記駆動回転体１および前記従動回転体３を前記モータ５の側から見た様子を示す。これらの図においては、従動回転体３が時計方向に回転する場合にカム軸２が進角するものとし、反時計方向に回転する場合にカム軸２が遅角するものとする。
【００１９】
（中間部材および溝部）
前記駆動回転体１に対して従動回転体３の相対位相を変化させるには、これら双方の回転体に連係する中間部材４が必要である。図２乃至図４に示すごとく、本発明では、中間部材４としてピン歯車４ａを用いる。
本実施形態では、ピン歯車４ａは、駆動回転体１に対して三つ設けてある。ただし、当該個数は三つに限られるものではなく、例えば任意の整数個数を設けることができる。
図６に示すごとく、夫々のピン歯車４ａは、駆動回転体１に取り付けるための基端部４１と、当該基端部４１から立設した二本のピン４２、さらに、当該二本のピン４２が支持する第１ギア４３とで構成してある。ピン歯車４ａは、前記基端部４１の中央部分が枢支軸４４によって駆動回転体１に枢支してあり、駆動回転体１に対して回転自在である。この構成により、前記二本のピン４２は前記枢支軸４４から偏芯した状態で回動する。
【００２０】
ピン歯車４ａの第１ギア４３には、モータ５に固定したモータギア５１が係合している。当該モータ５を回転し、駆動回転体１に対して従動回転体３を左右に相対回転させる。尚、エンジン作動中は、これら駆動回転体１と従動回転体３・中間部材４は、進角・遅角のための相対回転を除き、全体が略一体となって回転する。従動回転体３の位相制御を行うとき、ピン歯車４ａの回転速度がモータ５によって一時的に増減され、従動回転体３の位相制御が行われる。
【００２１】
一方、従動回転体３には、前記ピン４２が係合する溝部９を形成してある。この溝部９の内部を前記ピン４２が摺動する。つまり、前記モータギア５１の回転によってピン歯車４ａの第１ギア４３が回転し、これと一体回転するピン４２によって前記溝部９が押され、従動回転体３が駆動回転体１に対して回転する。
【００２２】
エンジン運転中には、カム軸２はカムからの抵抗を受ける。この抵抗は、従動回転体３を回転させる力となり、駆動回転体１に対して従動回転体３が位相が変化する原因となる。しかし、本発明では、駆動回転体１に対して従動回転体３が所定の位相にあるとき、従動回転体３に伝わった外力によってピン歯車４ａが回転しないように構成してある。従動回転体３とピン歯車４ａとがそのような位置にある状態を以降においては中間固定位相と称する。
【００２３】
今、ピン歯車４ａの回転中心Ｘ１が延出する方向に沿ってピン歯車４ａおよび溝部９を見ることとする。例えば、図２および図５に示すごとく、ピン歯車４ａのピン４２が溝部９に係合し、接触しているとき、ピン歯車４ａの回転中心Ｘ１とピン４２の中心Ｘ２とを結ぶ直線Ａが、ピン４２と溝部９との接点における溝部９の接線Ｂと直交するようピン歯車４ａと従動回転体３とを構成する。このとき、従動回転体３にカムからの抵抗が外力として作用しても、当該外力は、ピン４２の中心からピン歯車４ａの回転中心Ｘ１に向いて作用することとなり、ピン歯車４ａを回転させる外力とはならない。
【００２４】
本発明の装置では、ピン歯車４ａおよび従動回転体３が中間固定位相にあるとき、例えばモータギア５１とモータ５との接続を断ち、モータギア５１を単に空転させる制御を行う。上述のごとく、このとき駆動回転体１と従動回転体３との間に相対回転は生じない。よって、この間はモータ５によってエネルギーが消費されず、エンジンの運転効率が高まる。エンジンの運転効率をより高めるには、例えば、エンジンが平均的回転数で作動しているときに前記中間固定位相が得られるように構成すればよい。そうすれば、モータ５の回転を休止する期間を最も長くできる。
【００２５】
本実施形態では、図２乃至図６に示すごとく、ピン歯車４ａのピン４２を二本設けてある。そして、前記従動回転体３には、当該二本のピン４２が各別に係合する二つの溝部９を形成してある。この場合、前記ピン歯車４ａと前記従動回転体３とが中間固定位相にあるとき、二本のピン４２と夫々に対応する二つの溝部９とが同時に係合し（図２および図５）、前記中間固定位相以外の位置にあるときは前記二本のピン４２のうち何れか一方のみが前記溝部９に係合する（図３あるいは図４）。
【００２６】
図３は、ピン歯車４ａを進角側に回転させた状態を示し、図４は、ピン歯車４ａを遅角側に回転させた状態を示している。このように、前記ピン４２および溝部９の中には、まず、従動回転体３が中間固定位相にあるとき及び進角側に変位しているときのみ機能する進角側ピン４２ａと、当該進角側ピン４２ａが係合する進角側溝部９ａとがある。
また、従動回転体３が中間固定位相にあるとき及び遅角側に変位しているときのみ機能する遅角側ピン４２ｂと、当該遅角側ピン４２ｂが係合する遅角側溝部９ｂとがある。
図４および図５を比較すれば明らかなごとく、従動回転体３が進角位相にあるときは、進角側ピン４２ａのみが従動回転体３と係合し（図４）、従動回転体３が遅角位相にあるときは、遅角側ピン４２ｂのみが従動回転体３と係合する（図５）。つまり、進角側ピン４２ａと遅角側ピン４２ｂとは中間固定位相を境界に択一的に機能する。
【００２７】
このように、本構成の装置では、最遅角位相から最進角位相まで位相制御を行う際の従動回転体３の回転可能領域のうち、その両端の位相ではなく、何れか途中の位相状態において中間固定位相を設定する。これは主に以下の理由に基づく。
通常、エンジンが常用の回転数で運転されているとき、従動回転体３の位相は、最遅角位相と最進角位相との間の何れかの位置にある。よって、本装置を用いれば、位相制御を一旦休止することのできる前記中間固定位相を、任意のエンジン回転数に合わせて設定することができ、エネルギー効率の良いエンジンを得ることが可能となる。
【００２８】
また、ピン歯車４ａが中間固定位相から何れの方向に回転するときでも、ピン４２は従動回転体３の内径側に入り込みつつ従動回転体３を位相変化させる。このときのピン４２の回転角度とそれに伴う従動回転体３の回転角度との関係は、進角側および遅角側の何れも同じである。つまり、中立位置から進角側あるいは遅角側に位相制御する場合に、ピン歯車４ａの回転角度を決定するためのモータ５の回転態様が何れも同じとなる。よって、モータ５の回転制御が比較的簡単になり、位相制御の精度が高まる。
【００２９】
尚、溝部９の形状を工夫することで、位相制御の精度を更に高めることも可能である。例えば、図３乃至図５に示すような直線状の溝部９を形成しただけでは、ピン歯車４ａの回転角度と従動回転体３の回転角度とが比例的に変化しない。よって、例えば、従動回転体３を一定角速度で駆動するには、ピン歯車４ａの駆動を変速的に行う必要がある。
しかし、溝部９の曲がり形状を工夫することで、ピン歯車４ａの回転速度が一定でありながら、従動回転体３の回転速度も一定にすることが可能である。このような構成であれば、モータ５の回転制御が簡単なものになり、位相制御がより正確なものとなる。
【００３０】
〔別実施形態〕
〈１〉  上記実施形態では、例えば、図５に示すごとく、ピン歯車４ａに設けた進角側ピン４２ａの中心Ｘ２と遅角側ピン４２ｂの中心Ｘ２、さらにピン歯車４ａの回転中心Ｘ１とが一直線上にある例を示した。この場合、上記中間固定位相を得るために、双方の溝部９のうちピン歯車４ａの回転中心Ｘ１に近い側の内壁部に、前記三つの中心を結ぶ直線Ａに対して垂直な当り面１０を加工した。このような当り面１０を形成することで、カム軸２からのトルクが従動回転体３を介してピン４２ａ,４２ｂに作用しても、ピン歯車４ａが回転するのを防止することができる。ただし、この場合には、図５に示したごとく、前記当り面１０を形成するために、従動回転体３の当該部分と溝部９の内壁部との間を円弧にして連続させて、当該円弧上にピン４２ａ，４２ｂを摺動させる必要がある。このため、円弧は滑らか且つ高精度に形成しなければならず、従動回転体３の作製が多少煩雑なものとなる。
【００３１】
そこで、当該別実施形態のピン歯車４ａでは、図７に示すごとく、ピン歯車４ａの回転中心Ｘ１と進角側ピン４２ａの中心Ｘ２とを結ぶ直線Ａ１と、ピン歯車４ａの回転中心Ｘ１と遅角側ピン４２ｂの中心Ｘ２とを結ぶ直線Ａ２との間に角度を持たせてある。
【００３２】
本構成にすることで、ピン歯車４ａの回転中心Ｘ１から、従動回転体３の径方向に沿って単に直線状に形成した溝部９に垂直な方向に双方のピン４２ａ，４２ｂの中心Ｘ２を設けることで、上記中間固定位相を得ることができる。このため、前記円弧を設けなくてもよく、従動回転体３の作製が容易となる。
このように、前記中間固定位相を得る為の構成としては、特に、従動回転体３の構成を工夫しても良いし、本別実施形態のごとく、ピン歯車４ａの構成を工夫しても良い。
【００３３】
〈２〉  上記実施形態では、ピン歯車４ａのピン４２の本数が二本の例を示したが、当該ピン４２の本数は、図８に示すごとく、一本で構成することもできる。
この場合にも、各ピン歯車４ａと従動回転体３とが、ある位置関係で前記中間固定位相となることに変わりはない。
本別実施形態のごとくピン歯車４ａに設けるピン４２が一本の場合には、ピン歯車４ａにも、主に進角側位相において機能する進角側ピン歯車４５ａと、遅角側で機能する遅角側ピン歯車４５ｂとを用意する必要がある。よって、用いるピン歯車４ａの個数は２倍となる。しかし、各ピン歯車４５ａ、４５ｂの構成がより簡単になるという利点を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の弁開閉時期制御装置は、ガソリンエンジンやガスエンジン等の種類に拘わらず、弁開閉時期を制御するエンジンであれば、何れのエンジンに対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】弁開閉時期制御装置を示す側断面図
【図２】ピン歯車を中間固定位相に制御した状態を示す説明図
【図３】ピン歯車を進角側に制御した状態を示す説明図
【図４】ピン歯車を遅角側に制御した状態を示す説明図
【図５】ピン歯車と溝部との係合状態の詳細を示す説明図
【図６】ピン歯車及び従動回転体の分解斜視図
【図７】別実施形態に係るピン歯車を示す説明図
【図８】別実施形態に係る弁開閉時期制御装置を示す説明図
【符号の説明】
【００３６】
１      駆動回転体
２      カム軸
３      従動回転体
４      中間部材
４ａ    ピン歯車
４１    基端部
４２    ピン
４２ａ  進角側ピン
４２ｂ  遅角側ピン
５      モータ
９      溝部
９ａ    進角側溝部
９ｂ    遅角側溝部
Ａ      直線
Ｂ      溝部の接線
Ｘ１    ピン歯車の回転中心
【図１】
2006097490.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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