(57)【要約】【課題】安価に製造することができ、制御が容易な可変バルブタイミング装置を提供する。【解決手段】カムシャフト１と、カムシャフト１と同軸に配置されたスプロケット２と、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相を変化させる可変機構部３とを備える可変バルブタイミング装置において、可変機構部３を、軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア６と、通電によりアーマチュア６を軸方向に吸引する電磁石７と、アーマチュア６の軸方向の移動をスプロケット２に対するカムシャフト１の相対回転に変換するカム機構８とで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト（１）と、
前記カムシャフト（１）と同軸に配置されたスプロケット（２）と、
前記スプロケット（２）に対する前記カムシャフト（１）の位相を変化させる可変機構部（３）と、を備える可変バルブタイミング装置において、
前記可変機構部（３）を、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア（６）と、
通電により前記アーマチュア（６）を軸方向に吸引する電磁石（７）と、
前記アーマチュア（６）の軸方向の移動を前記スプロケット（２）に対する前記カムシャフト（１）の相対回転に変換するカム機構（８）とで構成したことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【請求項２】
前記電磁石（７）と前記アーマチュア（６）の軸方向の対向面間に位置する磁性体の円盤部（１２ａ）をもち、前記スプロケット（２）と一体回転するように前記スプロケット（２）に接続されたロータ（１２）を更に有する請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項３】
前記ロータ（１２）は、前記円盤部（１２ａ）の径方向内端から軸方向に延び、前記カムシャフト（１）の外周で回転可能に支持される内径側円筒部（１２ｃ）を更に有する請求項２に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項４】
前記ロータ（１２）と前記カムシャフト（１）の間に、前記ロータ（１２）に対する前記カムシャフト（１）の相対回転を所定角度範囲に規制する回転ストッパ（２５）を設けた請求項２または３に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項５】
前記カム機構（８）は、
前記カムシャフト（１）に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に前記カムシャフト（１）の外周で支持され、前記スプロケット（２）と軸方向に対向して配置されたスライドカム（１９）と、
前記スプロケット（２）の前記スライドカム（１９）に対する対向面に形成されたカム溝（２０）と、
前記スライドカム（１９）の前記スプロケット（２）に対する対向面に形成されたカム溝（２１）と、
前記スプロケット（２）の前記カム溝（２０）と前記スライドカム（１９）の前記カム溝（２１）の間に組み込まれたボール（２２）とを有し、
前記スライドカム（１９）は、前記アーマチュア（６）と軸方向に一体に移動するように前記アーマチュア（６）に接続されている請求項１から４のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項６】
前記スライドカム（１９）は、前記カムシャフト（１）の外周にスプライン嵌合している請求項５に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項７】
前記スライドカム（１９）は、前記アーマチュア（６）と相対回転可能な状態で前記アーマチュア（６）と軸方向に一体に移動するように、前記アーマチュア（６）に接続されている請求項５または６に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項８】
前記カムシャフト（１）の外周に、前記スライドカム（１９）の軸方向移動範囲を規制する軸方向ストッパ（２４）を設けた請求項５から７のいずれかに記載の可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの動弁系に用いられる可変バルブタイミング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおいては、カムシャフトに設けられたスプロケットと、クランクシャフトに設けられたスプロケットの間にチェーンが掛け渡され、そのチェーンを介してクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達することで、カムシャフトを回転駆動し、そのカムシャフトの回転によってエンジンの吸気バルブおよび排気バルブが駆動される。
【０００３】
ここで、吸気バルブや排気バルブが開弁あるいは閉弁してから、実際の気体の流れが変わるまでの間には時間のズレが存在し、そのズレの大きさは、吸排気の流速により変化する。そのため、エンジンが高速回転しているときと低速回転しているときとでは、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの最適な開閉タイミングが異なる。そこで、エンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを最適化するため、エンジンの回転速度に応じて、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置が使用される。
【０００４】
可変バルブタイミング装置は、一般に、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトと、そのカムシャフトと同軸に配置されたスプロケットと、スプロケットに対するカムシャフトの位相（すなわち相対角度位置）を変化させる可変機構部とを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の可変バルブタイミング装置は、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させる可変機構部として、カムシャフトと同軸に配置された電動モータと、その電動モータの回転を減速してスプロケットに伝達する差動式の減速機構とを有する。差動式の減速機構は、電動モータの出力軸に接続された偏心軸と、カムシャフトに接続された環状の内歯歯車と、スプロケットに接続された外歯歯車とを有し、偏心軸が１回転するごとに、環状の内歯歯車と、その内歯歯車に内接する外歯歯車とが１歯分だけ相対回転するように構成されている。
【０００６】
この特許文献１の可変バルブタイミング装置は、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させる必要がないときは、電動モータをカムシャフトと同速で回転させて使用し、スプロケットに対するカムシャフトの位相を一定に保つ。一方、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させるときは、電動モータの回転をカムシャフトの回転よりも一時的に早くするか遅くすることにより、カムシャフトとスプロケットを相対回転させ、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０５７３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の可変バルブタイミング装置は、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させる可変機構部として、電動モータと差動式の減速機構とを用いており、このような可変機構部を低コストで製造することは難しい。また、カムシャフトの回転速度に応じて電動モータの回転を変化させる必要があり、電動モータの制御が煩雑である。
【０００９】
この発明が解決しようとする課題は、安価に製造することができ、制御が容易な可変バルブタイミング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の可変バルブタイミング装置を提供する。
カムシャフトと、
前記カムシャフトと同軸に配置されたスプロケットと、
前記スプロケットに対する前記カムシャフトの位相を変化させる可変機構部と、を備える可変バルブタイミング装置において、
前記可変機構部を、
軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、
通電により前記アーマチュアを軸方向に吸引する電磁石と、
前記アーマチュアの軸方向の移動を前記スプロケットに対する前記カムシャフトの相対回転に変換するカム機構とで構成したことを特徴とする可変バルブタイミング装置。
【００１１】
このようにすると、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させるための可変機構部として、電磁石とカム機構とを用いているので、電動モータと差動式の減速機構とを用いるよりも、装置構成がシンプルであり、安価に製造することが可能である。また、スプロケットに対するカムシャフトの位相を任意に変化させるための制御が、電磁石の通電と遮断を切り替えるだけなので、制御が容易である。
【００１２】
前記電磁石と前記アーマチュアの軸方向の対向面間に位置する磁性体の円盤部をもち、前記スプロケットと一体回転するように前記スプロケットに接続されたロータを設けると好ましい。
【００１３】
このようにすると、電磁石に通電したときに、アーマチュアは、スプロケットと一体回転するロータの円盤部に吸着され、アーマチュアは、スプロケットと一体回転する。そのため、アーマチュアを、非回転の電磁石の側ではなく、カムシャフトの側で支持することができ、装置構成がシンプルとなる。
【００１４】
前記ロータは、前記円盤部の径方向内端から軸方向に延び、前記カムシャフトの外周で回転可能に支持される内径側円筒部を更に有する構成のものを採用することができる。ここで、内径側円筒部は、軸受を介してカムシャフトの外周で支持してもよく、カムシャフトの外周で直接支持してもよい。
【００１５】
前記ロータと前記カムシャフトの間に、前記ロータに対する前記カムシャフトの相対回転を所定角度範囲に規制する回転ストッパを設けることができる。
【００１６】
このようにすると、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させるときの相対回転の停止位置を回転ストッパで決めることができるので、スプロケットに対するカムシャフトの位相を正確に管理することが可能となる。
【００１７】
前記カム機構としては、
前記カムシャフトに対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に前記カムシャフトの外周で支持され、前記スプロケットと軸方向に対向して配置されたスライドカムと、
前記スプロケットの前記スライドカムに対する対向面に形成されたカム溝と、
前記スライドカムの前記スプロケットに対する対向面に形成されたカム溝と、
前記スプロケットの前記カム溝と前記スライドカムの前記カム溝の間に組み込まれたボールとを有し、
前記スライドカムは、前記アーマチュアと軸方向に一体に移動するように前記アーマチュアに接続されているものを採用することができる。
【００１８】
このようにすると、カム機構の軸方向長さが短く、コンパクトな可変バルブタイミング装置を得ることが可能となる。
【００１９】
前記スライドカムは、前記カムシャフトの外周にスプライン嵌合したものを採用することができる。
【００２０】
前記スライドカムは、前記アーマチュアと相対回転可能な状態で前記アーマチュアと軸方向に一体に移動するように、前記アーマチュアに接続すると好ましい。
【００２１】
このようにすると、アーマチュアがロータに吸着されるときに、アーマチュアに対してスライドカムが相対回転することができるので、スライドカムの動作が安定したものとなる。
【００２２】
前記カムシャフトの外周に、前記スライドカムの軸方向移動範囲を規制する軸方向ストッパを設けることができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の可変バルブタイミング装置は、スプロケットに対するカムシャフトの位相を変化させるための可変機構部として、電磁石とカム機構とを用いているので、電動モータと差動式の減速機構とを用いるよりも、装置構成がシンプルであり、安価に製造することが可能である。また、スプロケットに対するカムシャフトの位相を任意に変化させるための制御が、電磁石の通電と遮断を切り替えるだけなので、制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す断面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１のアーマチュアとスライドカムの接続部の近傍を拡大して示す図
【図４】図１に示す電磁石の通電を遮断した状態を示す断面図
【図５】図４のV−V線に沿った断面図
【図６】図１のロータとカムシャフトの間に回転ストッパを設けた変形例を示す断面図
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図
【図８】図７のカムシャフトの位相が最遅角の位相に変化した状態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に、この発明の実施形態の可変バルブタイミング装置を示す。この可変バルブタイミング装置は、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフト１と、カムシャフト１と同軸に配置されたスプロケット２と、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相（相対角度位置）を変化させる可変機構部３とを有する。
【００２６】
スプロケット２の外周には、複数の歯４が形成されている。歯４は、図示しないクランクシャフトの回転をカムシャフト１に伝達するチェーン（図示せず）と噛み合う。スプロケット２は環状とされ、その内側をカムシャフト１の軸端部が挿通している。カムシャフト１の軸端部は、スプロケット２からハウジング５の側に突出している。ハウジング５は静止系である。
【００２７】
可変機構部３は、カムシャフト１に対して軸方向に移動可能に支持されたアーマチュア６と、通電によりアーマチュア６を軸方向に吸引する電磁石７と、アーマチュア６の軸方向の移動をスプロケット２に対するカムシャフト１の相対回転に変換するカム機構８とを有する。
【００２８】
電磁石７は、カムシャフト１の軸端部を囲む環状に形成されている。電磁石７は、ハウジング５に固定して取り付けられている。電磁石７は、磁性体で形成されたフィールドコア９と、フィールドコア９に巻回されたコイル１０とを有する。フィールドコア９は、コイル１０の内径側に対向する内筒部９ａと、コイル１０の外径側に対向する外筒部９ｂと、内筒部９ａと外筒部９ｂのハウジング５側の端部同士を連結する円環板部９ｃとで構成されている。コイル１０は、カムシャフト１を中心とする環状に巻回された導線で構成されている。
【００２９】
スプロケット２には、スプロケット２と一体に回転するようにロータガイド１１を介してロータ１２が接続されている。ロータガイド１１は、スプロケット２のハウジング５の側の側面にボルト１３で固定されている。ロータ１２は、ロータガイド１１の内周に固定されている。
【００３０】
ロータ１２は、電磁石７とアーマチュア６の軸方向の対向面間に配置された磁性体の円盤部１２ａと、円盤部１２ａの径方向外端から軸方向に延びる外径側円筒部１２ｂと、円盤部１２ａの径方向内端から軸方向に延びる内径側円筒部１２ｃとを有する。外径側円筒部１２ｂは、ロータガイド１１の内周に圧入されている。ここで、内径側円筒部１２ｃと外径側円筒部１２ｂは、円盤部１２ａに対してハウジング５に向かう側の軸方向に延びている。また、外径側円筒部１２ｂは、フィールドコア９の外筒部９ｂの外径側に対向して配置され、内径側円筒部１２ｃは、フィールドコア９の内筒部９ａの内径側に対向して配置されている。
【００３１】
内径側円筒部１２ｃは、軸受１４を介してカムシャフト１の外周で支持されている。軸受１４は、図では転がり軸受（例えば針状ころ軸受）であるが、これに代えて滑り軸受を採用してもよい。また、軸受１４を設けずに、内径側円筒部１２ｃをカムシャフト１の外周で直接支持することも可能である。この場合、内径側円筒部１２ｃの内周の円筒面とカムシャフト１の外周の円筒面のうちの一方または両方に低摩擦の皮膜を設けると好ましい。カムシャフト１の端面には、エンドプレート１５がボルト１６で固定されている。エンドプレート１５は、ロータ１２の内径側円筒部１２ｃのハウジング５の側の端面と軸方向に対向し、ロータ１２の軸方向移動を規制している。エンドプレート１５と、ロータ１２の内径側円筒部１２ｃのハウジング５の側の端面との間の対向部分には、低摩擦処理（例えば低摩擦皮膜のコーティング処理や、低摩擦層を表面に形成するめっき処理など）を施すか、スラスト滑り軸受またはスラスト転がり軸受を組み込むと好ましい。
【００３２】
ロータ１２の円盤部１２ａには、アーマチュア６と対向する位置にスリット１７が形成されている。スリット１７は、円盤部１２ａを軸方向に貫通している。また、このスリット１７は、カムシャフト１を中心とする円周上を細長く延びる円弧形状であり、周方向に間隔をおいて複数設けられている。このスリット１７を設けることにより、電磁石７への通電時に、ロータ１２の円盤部１２ａの内部を半径方向に流れる磁束をスリット１７で遮断し、これによりアーマチュア６を通る磁束の密度を高め、その結果、効率よくアーマチュア６を円盤部１２ａに吸引することが可能となっている。ロータ１２の円盤部１２ａとアーマチュア６の軸方向の対向面間には、アーマチュア６を円盤部１２ａから離反させる方向に付勢する離反ばね１８が組み込まれている。
【００３３】
カム機構８は、スプロケット２と軸方向に対向して配置されたスライドカム１９と、スプロケット２のスライドカム１９に対する対向面に形成されたカム溝２０と、スライドカム１９のスプロケット２に対する対向面に形成されたカム溝２１と、スプロケット２のカム溝２０とスライドカム１９のカム溝２１の間に組み込まれたボール２２とを有する。
【００３４】
図２、図５に示すように、カム溝２０とカム溝２１は、それぞれ周方向に延びるように形成されている。また、カム溝２０は、ボール２２との接触位置から周方向の一方向に向かって次第に深くなるように傾斜した溝底をもつ形状とされ、カム溝２１も、ボール２２との接触位置から周方向の他方向に向かって次第に深くなるように傾斜した溝底をもつ形状とされている。ボール２２は、例えば鋼球である。
【００３５】
図１に示すように、スライドカム１９は、カムシャフト１の外周とスプロケット２の内周との間を貫通する筒部１９ａと、筒部１９ａのハウジング５から遠い側の端部から外径側に延びるフランジ部１９ｂとで構成され、フランジ部１９ｂにカム溝２１が形成されている。スライドカム１９の筒部１９ａは、カムシャフト１の外周にスプライン嵌合しており、カムシャフト１に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能にカムシャフト１の外周で支持されている。
【００３６】
図３に示すように、スライドカム１９の筒部１９ａの端部外周には、アーマチュア６の内周を回転可能に支持する円筒面２３が形成され、スライドカム１９の筒部１９ａの軸方向端面を加締めることで、アーマチュア６がスライドカム１９から抜け止めされている。これにより、スライドカム１９は、アーマチュア６と相対回転可能な状態でアーマチュア６と軸方向に一体に移動するようにアーマチュア６に接続されている。図３において、筒部１９ａの軸方向端面を加締めることで形成された加締め部３０は、ロータ１２の円盤部１２ａに対するアーマチュア６の接触面の径方向内端に形成された凹部３１に収容されている。
【００３７】
図１に示すように、カムシャフト１の外周には、スライドカム１９の軸方向移動範囲を規制する軸方向ストッパ２４が設けられている。軸方向ストッパ２４は、スライドカム１９に対してハウジング５のある側とは反対側に対向して配置されている。
【００３８】
この可変バルブタイミング装置の動作例を説明する。
【００３９】
電磁石７への通電を遮断しているとき、図４に示すように、アーマチュア６は離反ばね１８の力によってロータ１２から離反した状態となっている。このとき、スプロケット２とスライドカム１９のフランジ部１９ｂとの間の軸方向間隔は比較的広く、スライドカム１９は軸方向ストッパ２４に接触した状態となっている。また、図４、図５に示すように、ボール２２は、カム溝２０，２１の浅い位置にある。この状態において、カムシャフト１のスプロケット２に対する位相は、最遅角の位相（スプロケット２に対するカムシャフト１の相対角度位置をカムシャフト１の回転方向の最も後方側にずらした位置）である。つまり、スプロケット２が回転するとき、カムシャフト１は、最遅角の位相でスプロケット２と一体に回転する状態となる。
【００４０】
電磁石７に通電すると、図１に示すように、電磁石７がアーマチュア６を吸引し、アーマチュア６はロータ１２の円盤部１２ａに吸着される。このとき、アーマチュア６が軸方向に移動するのに伴い、スプロケット２とスライドカム１９のフランジ部１９ｂとの間の軸方向間隔が狭くなり、図１、図２に示すように、ボール２２がカム溝２０，２１に沿ってカム溝２０，２１の深くなる方向に転がり、スプロケット２に対してスライドカム１９が相対回転し、スライドカム１９と一体にカムシャフト１も相対回転する。これにより、カムシャフト１のスプロケット２に対する位相は、最進角の位相（スプロケット２に対するカムシャフト１の相対角度位置をカムシャフト１の回転方向の最も前方側にずらした位置）に変化する。つまり、スプロケット２が回転するとき、カムシャフト１は、最進角の位相でスプロケット２と一体に回転する状態となる。
【００４１】
この可変バルブタイミング装置は、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相を変化させるための可変機構部３として、電磁石７とカム機構８とを用いているので、電動モータと差動式の減速機構とで可変機構部を構成するよりも、装置構成がシンプルであり、安価に製造することが可能である。また、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相を任意に変化させるための制御が、電磁石７の通電と遮断を切り替えるだけなので、制御が容易である。
【００４２】
また、この可変バルブタイミング装置は、電磁石７に通電したときに、アーマチュア６が、スプロケット２と一体回転するロータ１２の円盤部１２ａに吸着され、アーマチュア６が、スプロケット２と一体回転する。そのため、アーマチュア６を、非回転の電磁石７の側ではなく、カムシャフト１の側で支持することができ、装置構成がシンプルとなっている。
【００４３】
また、この可変バルブタイミング装置は、スプロケット２と軸方向に対向して配置されたスライドカム１９と、スプロケット２のスライドカム１９に対する対向面に形成されたカム溝２０と、スライドカム１９のスプロケット２に対する対向面に形成されたカム溝２１と、スプロケット２のカム溝２０とスライドカム１９のカム溝２１の間に組み込まれたボール２２とを有するカム機構８を採用しているので、カム機構８の軸方向長さが短く、コンパクトな可変バルブタイミング装置を得ることが可能となっている。
【００４４】
また、この可変バルブタイミング装置は、アーマチュア６とスライドカム１９を相対回転可能に接続しているので、アーマチュア６がロータ１２に吸着されるときに、スライドカム１９が安定して動作する。
【００４５】
図６、図７、図８に、上記実施形態の変形例を示す。この変形例は、ロータ１２とカムシャフト１の間に、ロータ１２に対するカムシャフト１の相対回転を所定角度範囲に規制する回転ストッパ２５を設けたものであり、その他の構成は上記実施形態と同一である。そのため、上記実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
回転ストッパ２５は、ロータ１２の内径側円筒部１２ｃのハウジング５の側の端部に設けられた径方向内向きの突起２６と、その突起２６を収容するようにカムシャフト１の軸端部の外周に設けられた凹部２７とで構成されている。凹部２７は、周方向に対向する一対の内側面２８，２９を有し、その一対の内側面２８，２９が突起２６の周方向移動を所定角度範囲に規制している。所定角度範囲は、例えば、０ｄｅｇを下限とし、２０ｄｅｇ〜７０ｄｅｇの数値範囲で設定される値を上限とする角度範囲である。
【００４７】
この変形例のように、ロータ１２とカムシャフト１の間に、ロータ１２に対するカムシャフト１の相対回転を所定角度範囲に規制する回転ストッパ２５を設けると、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相を変化させるときの相対回転の停止位置を回転ストッパ２５で決めることができるので、スプロケット２に対するカムシャフト１の位相を正確に管理することが可能となる。すなわち、図７に示すように、内側面２８と突起２６が接触するときのカムシャフト１の位置によって、カムシャフト１のスプロケット２に対する位相が最進角となるときのカムシャフト１の位置を設定することができ、図８に示すように、内側面２９と突起２６が接触するときのカムシャフト１の位置によって、カムシャフト１のスプロケット２に対する位相が最遅角となるときのカムシャフト１の位置を設定することができる。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１        カムシャフト
２        スプロケット
３        可変機構部
６        アーマチュア
７        電磁石
８        カム機構
１２      ロータ
１２ａ    円盤部
１２ｃ    内径側円筒部
１９      スライドカム
２０      カム溝
２１      カム溝
２２      ボール
２４      軸方向ストッパ
２５      回転ストッパ
【図１】
2019052601.tif 000003
【図２】
2019052601.tif 000004
【図３】
2019052601.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019052601.tif 000007
【図６】
2019052601.tif 000008
【図７】
2019052601.tif 000009
【図８】
2019052601.tif 000010