(57)【要約】【課題】回転付勢ばねの線間接触による異音や摩耗の発生を無くし、静粛性を及び耐久性を向上させる。【解決手段】駆動リング３と従動軸部材７の組付角を、遅角側付勢用のゼンマイばね４７と、進角側付勢用のヒステリシスブレーキ２０によって操作する。このようなバルブタイミング制御装置において、回転付勢ばねであるゼンマイばね４７を潤滑液中に浸すことによって、ばねの隣接部同士の摺接部分を潤滑液によって充分に潤滑する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体と、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、前記駆動回転体と従動回転体の組付角を遅角方向、または、進角方向に付勢する渦巻き状、若しくは、コイル状の回転付勢ばねと、前記駆動回転体と従動回転体に、前記回転付勢ばねに抗する回動操作力を付与する操作アクチュエータと、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記回転付勢ばねを潤滑液中に浸し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。
【請求項２】
前記回転付勢ばねを潤滑液室内に収容し、その液室の内壁によって回転付勢ばねの過大変位を規制する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。
【請求項３】
前記回転付勢ばねをゼンマイばねによって構成し、このゼンマイばねの側端部を断面円弧状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変制御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】
この種のバルブタイミング制御装置として、次のようなものが案出されている。
【０００３】
このバルブタイミング制御装置は、クランクシャフトにタイミングチェーン等を介して連係されたハウジング（駆動回転体）がカムシャフトの端部に回動可能に組み付けられ、ハウジングの内側端面に形成された径方向ガイドに可動案内部が径方向に沿って摺動自在に係合支持されると共に、径方向外側に突出するレバーを有するレバー軸（従動回転体）がカムシャフトの端部にボルト結合され、可動案内部とレバー軸のレバーとがリンクによって枢支連結されている。そして、前記径方向ガイドに対向する位置には、渦巻き状ガイドを有する中間回転体がハウジングとレバー軸に対して相対回動可能に設けられ、前記可動案内部の軸方向の一方の端部に突設された略円弧状の複数の突条が前記渦巻き状ガイドに案内係合されている。また、中間回転体はハウジングに対して回転を進める側にゼンマイばねによって付勢されると共に、操作アクチュエータである電磁ブレーキによって回転を遅らせる側の力を適宜受けるようになっている。
【０００４】
この装置の場合、電磁ブレーキがＯＦＦ状態のときには、中間回転体がゼンマイばねの付勢力を受けハウジングに対して初期位置に位置されており、渦巻き状ガイドに突条でもって噛合う可動案内部は径方向外側に最大に変位し、リンクを引き起こしてハウジングとカムシャフトの組付角を最遅角位置または最進角位置に維持している。そして、この状態から電磁ブレーキがＯＮにされると、中間回転体が減速されてハウジングに対して遅れ側に相対回転する結果、渦巻き状ガイドに噛合う可動案内部が径方向内側に変位し、今まで引き起こされていたリンクを次第に倒すようにしてハウジングとカムシャフトの組付角を最進角位置または最遅角位置に変更する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４１０１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のバルブタイミング制御装置の場合、組付角を遅角側と進角側の一方側に付勢する付勢手段としてゼンマイばねを採用しているため、そのゼンマイばねへの荷重の入力時に、同ばねの変形によってばねの隣接部同士が線間接触し、それによって異音やばねの摩耗を招くことが問題となる。そして、ばねに摩耗が生じると、ばね特性の悪化や耐久性の低下を招くことが懸念される。
【０００７】
尚、このようなばねの線間接触の問題は、上記のゼンマイばねを用いる場合に限らず、渦巻き状、若しくは、コイル状のばねであって荷重入力時の変形によって隣接部間が摺接する回転付勢ばねを用いる場合には同様に発生する。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、回転付勢ばねの線間接触による異音や摩耗の発生を無くして、静粛性を及び耐久性に優れた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。
【０００９】
【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、この出願の発明は、回転付勢ばねを潤滑液中に浸すことによって、ばねの隣接部同士の摺接部分を潤滑液によって充分に潤滑できるようにした。したがって、この出願の発明によれば、回転付勢ばねの接触部分での異音の発生や摩耗を確実に防止することができる。
【００１０】
前記回転付勢ばねは潤滑液室内に収容し、その液室の内壁によって回転付勢ばねの過大変位を規制することが望ましい。この場合、潤滑液室の容積を小さくすることができるうえ、回転付勢ばねの過大変形によるばね特性の変化を防止することができる。
【００１１】
また、回転付勢ばねはゼンマイばねによって構成し、このゼンマイばねの側端部を断面円弧状に形成するようにしても良い。この場合、ゼンマイばねを用いたことによって設置スペースを小さくすることができるうえ、ゼンマイばねの側端部が断面円弧状であることから、ゼンマイばねの側端部のエッジが同ばねの他の部位や周囲の部材に接触することによる同ばねの摩耗や損傷を未然に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
この実施形態は、この出願の発明にかかるバルブタイミング制御装置を内燃機関の吸気側の動力伝達系に適用したものであるが、排気側の動力伝達系に同様に適用することも可能である。
【００１４】
バルブタイミング制御装置は、図１に示すように内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連係されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動リング３（駆動回転体）と、この駆動リング３とカムシャフト１の前方側（図１中左側）に配置されて、両者３，１の組付角を操作する組付角操作機構４と、この組付角操作機構４のさらに前方側に配置されて、同機構４を駆動する操作力付与手段５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構４と操作力付与手段５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。
【００１５】
駆動リング３は、段差状の挿通孔６を備えた略円板状に形成され、この挿通孔６部分が、カムシャフト１の前端部に結合された従動軸部材７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、図２に示すように、対面する平行な側壁を有する３つの径方向溝８（径方向ガイド）が同リング３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
【００１６】
また、従動軸部材７は、図１に示すように、カムシャフト１の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト１０によってカムシャフト１に結合されている。各レバー９には、リンク１１の基端がピン１２によって枢支連結され、各リンク１１の先端には前記各径方向溝８に摺動自在に係合する円柱状の突出部１３が一体に形成されている。
【００１７】
各リンク１１は、突出部１３が対応する径方向溝８に係合した状態において、ピン１２を介して従動軸部材７に連結されているため、リンク１１の先端側が外力を受けて径方向溝８に沿って変位すると、駆動リング３と従動軸部材７はリンク１１の作用でもって突出部１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００１８】
また、各リンク１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴１４が形成され、この収容穴１４に、後述する渦巻き溝１５（渦巻き状ガイド）に係合する係合ピン１６と、この係合ピン１６を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１７とが収容されている。尚、この実施形態の場合、リンク１１の先端の突出部１３と係合ピン１６、コイルばね１７等によって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
【００１９】
一方、従動軸部材７のレバー９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁１８ａを有する中間回転体１８が軸受１９を介して回転自在に支持されている。この中間回転体１８のフランジ壁１８ａの後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝１５が形成され、この渦巻き溝１５に、前記各リンク１１の先端の係合ピン１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝１５の渦巻きは、機関回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。したがって、各リンク１１先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に係合した状態において、中間回転体１８が駆動リング３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク１１の先端部は径方向溝８に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
【００２０】
尚、図中４８，４９は、駆動リング３と中間回転体１８が設定角度以上に相対回動したときに当接して両者３，１８の回動を規制する突起とストッパである。
【００２１】
組付角操作機構４は、以上説明した駆動リング３の径方向溝８、リンク１１、突出部１３、係合ピン１６、レバー９、中間回転体１８、渦巻き溝１５等によって構成されている。この組付角操作機構４は、操作力付与手段５から中間回転体１８にカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝１５と係合ピン１６の係合部を通してリンク１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク１１とレバー９の作用でもって駆動リング３と従動軸部材７に相対的な回動力を伝達する。
【００２２】
一方、操作力付与手段５は、中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒに付勢する回転付勢ばねとしてのゼンマイばね４７と、中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒと逆方向に付勢すべく操作アクチュエータとしてのヒステリシスブレーキ２０と、を備えて成り、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ２０の制動力を適宜制御することにより、中間回転体１８を駆動リング３に対して相対回動させ、或は、両者の回転位置を維持するようになっている。
【００２３】
ゼンマイばね４７は、駆動リング３に延設された円筒壁２１にその外周端部が結合される一方、内周端部が中間回転体１８の円筒状の基部１８ｂに結合されている。このゼンマイばね４７は、図４，図５に示すように初期状態において径方向内側端４７ａが拡径されており、図５中破線で示すように径方向内側端４７ａを縮径方向に回転させることによって回転付勢力を発生するようになっている。また、ゼンマイばね４７は、長尺なばね鋼が渦巻き状に巻かれて成るが、このゼンマイばね４７の両側端部は、図６に示すように断面円弧状に形成され、Ｒ形状部４０とされている。
【００２４】
また、中間回転体１８のカムシャフト１と逆側の端面には、封止壁５０が一体に結合され、その封止壁５０の外周面が前記円筒壁２１の内面に摺動自在に密接している。尚、この封止壁５０と円筒壁２１の間にはシール部材５１が介装されているが、このシール部材５１のシールは完全なものではなく、少量の液体の漏れを許容するようになっている。また、円筒壁２１の内周側の、中間回転体１８のフランジ壁１８ａと前記封止壁５０とに挟まれた空間部は潤滑液室５２とされ、前記ゼンマイばね４７はこの潤滑液室５２内に収容配置されている。そして、この潤滑液室５２には、機関ブロックの軸受（図示せず）からカムシャフト１と従動軸部材７の内部を通って組付角操作機構４の収容空間５３内に供給された潤滑液が中間回転体１８の外周側を通って導入されるようになっている。ただし、この供給された潤滑液は潤滑液室５２内に常に滞留しているものではなく、潤滑液室５２から前記シール部材５１の隙間を通って図外のオイルパンに戻される。
【００２５】
ヒステリシスブレーキ２０は、非回転部材であるＶＴＣカバーに取り付けられ、略円筒状の隙間を挟んで対向する一対の周面状の対向面を有する磁気誘導部材２２と、前記両対向面に夫々設けられた内側極歯２３、及び、外側極歯２４と、磁気誘導部材２２に取り付けられて内側極歯２３と外側極歯２４の間に磁界を生じさせる電磁コイル２５と、前記両極歯２３，２４間に非接触状態で挿入配置された円筒状のヒステリシスリング２６と、外周端がこのヒステリシスリング２６に一体に結合された状態で中間回転体１８に連結ピン５４とゴムブッシュ３８を介して結合された円環プレート３３と、を備え、電磁コイル２５が図外のコントローラによって通電制御されるようになっている。
【００２６】
磁気誘導部材２２の内側極歯２３と外側極歯２４は夫々軸方向に沿って延出する複数の極歯要素を有している。両極歯２３，２４の極歯要素は夫々円周方向に沿って配置され、極歯２３，２４の極歯要素相互は円周方向に相互にオフセットされている。したがって、電磁コイル２５が通電されると、両極歯２３，２４間には、オフセットした位置関係にある相手極歯要素に向かう磁界が発生する。
【００２７】
ヒステリシスリング２０は、磁気的ヒステリシス特性を有するヒステリシス材から成り、同リング２０の回転中に内側極歯２３と外側極歯２４の間に磁界が発生すると、その磁界の向きとヒステリシスリング２０内の磁束の向きとにずれが生じるようになっている。ヒステリシスブレーキ２０は、このずれによって制動力を発生する。また、円環プレート３３は、磁気誘導部材２２の内周面に軸受３４，３５を介して支持された軸部材３６に一体に結合されている。したがって、ヒステリシスリング２０は、円環プレート３３と軸部材３６を介して磁気誘導部材２２に相対回転可能に支持されている。
【００２８】
このバルブタイミング制御装置は以上のような構成であるため、内燃機関の始動時やアイドル運転時には、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２５の励磁をオフにしておくことにより、ゼンマイばね４７の力によって中間回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒに最大に回転させておく（図２参照）。これにより、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機関弁の開閉タイミング）は最遅角側に維持され、機関回転の安定化と燃費の向上が図られる。
【００２９】
そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行し、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が図外のコントローラから発されると、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２５の励磁がオンにされ、ゼンマイばね４７に抗する制動力が円環プレート３３から中間回転体１８に連結ピン５４とゴムブッシュ３８を介して伝達される。これにより、中間回転体１８が駆動リング３に対して逆方向に回転し、それによってリンク１１の先端の係合ピン１６が渦巻き溝１５に誘導されてリンク１１の先端部が径方向溝８に沿って変位し、図３に示すようにリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が最進角側に変更される。この結果、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変更され、それによって機関の高出力化が図られることとなる。
【００３０】
また、この状態から前記回転位相を最遅角側に変更すべく指令がコントローラから発されると、ヒステリシスブレーキ２０の電磁コイル２５の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね４７の力によって中間回転体１８が機関回転方向Ｒに回転させられる。すると、渦巻き溝１５による係合ピン１６の誘導によってリンク１１が上記と逆方向に揺動し、図２に示すようにそのリンク１１の作用によって駆動リング３と従動軸部材７の組付角が再度遅角側に変更される。
【００３１】
尚、このバルブタイミング制御装置によるクランクシャフトとカムシャフト１の回転位相は、以上で説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ２０の制動力の制御によって任意の位相に変更し、ゼンマイばね４７の力とヒステリシスブレーキ２０の制動力のバランスによってその位相を保持することができる。
【００３２】
ところで、このバルブタイミング制御装置においては、中間回転体１８を遅角方向に付勢するゼンマイばね４７は荷重を受けて変形する際に隣接面同士で線間接触するが、ゼンマイばね４７は潤滑液室５２内において潤滑液に浸されているため、同ばね４７の隣接面は潤滑液によって常時隈なく潤滑される。したがって、この装置の場合、ゼンマイばね４７の線間接触による異音の発生や隣接面の摩耗や劣化といった問題は生じない。しかも、潤滑液室５２内の潤滑液はゼンマイばね４７の作動時にダンパ機能も発揮するため、そのダンパ機能によってカムシャフト１の交番トルク（バルブスプリングのばね力と駆動カムのプロフィールによる変動トルク。）によるダカ付きをも低減することができる。
【００３３】
また、この装置の場合、ゼンマイばね４７は、駆動リング３の円筒壁２１と、中間回転体１８のフランジ壁１８ａと、封止壁５０とによって隔成された潤滑液室５２内に収容されているため、ゼンマイばね４７の軸方向のずれをフランジ壁１８ａと封止壁５０によって確実に規制することができると共に、円筒壁２１によってゼンマイばね４７の過大な拡径変形を規制することができる。したがって、ゼンマイばね４７のばね特性を安定して維持することができる。また、潤滑液室５２内の各内壁によってゼンマイばね４７の必要以上の変形を規制するため、潤滑液室５２を必要以上に大きく確保する必要がなく、同液室５２を小型化できるという利点もある。
【００３４】
さらに、この実施形態の場合、ゼンマイばね４７の側端部を断面円弧状に形成してエッジ部分を無くしているため、エッジ部分がゼンマイばね４７の他の部分や周囲の部材に接触することによるゼンマイばね４７の摩耗や損傷を防止することができる。したがって、このようなゼンマイばね４７を採用した装置においては、ゼンマイばね４７の耐久性を向上させ、装置の所期の性能を長期に亙って維持することができる。
【００３５】
また、この実施形態では、組付角操作機構４として、先端部が駆動リング３の径方向溝８に案内係合されたリンク１１の基端を従動軸部材７のレバー９に枢支連結し、リンク１１の先端部に保持した係合ピン１６を中間回転体１８の渦巻き溝１５に案内係合させた構造を採用したが、組付角操作機構４は駆動回転体（駆動リング３）と従動回転体（従動軸部材７）を相対回動させることができるものであれば、これ以外の構造を採用することも可能である。ただし、この実施形態のように中間回転体１８の回転を増幅して駆動リング３と従動軸部材７の相対回動に変換する場合には、操作時における中間回転体１８の回転量（回転角）が大きいため、ゼンマイばね４７の変形量が大きく、ゼンマイばね４７の線間接触も多くなるため、ゼンマイばね４７を潤滑液中に浸すこの発明にかかる構造は特に有効となる。
【００３６】
また、この実施形態においては、ゼンマイばね４７の力に抗した力を付与する操作アクチュエータとしてヒステリシスブレーキ２０を採用したが、この操作アクチュエータも他の電磁ブレーキや油圧アクチュエータを採用することも可能である。ただし、この実施形態形態のヒステリシスブレーキ２０のような電磁アクチュエータを採用した場合には、油圧アクチュエータを採用するときのような油圧ダンパ効果を得ることができず、作動時の各部の慣性力の影響を受けてゼンマイばね４７の変形による線間接触をより招き易くなる。よって、このような電磁アクチュエータを採用する場合には、この出願にかかる構造はより有効となる。
【００３７】
さらに、潤滑液室５２内に潤滑液を密閉状態で封入し、その潤滑液内にゼンマイばね４７を浸すことも可能であるが、この実施形態のように潤滑液室５２内に潤滑液を循環供給するようにした場合には、潤滑液の劣化を防止し、長期亙って安定した潤滑性能を維持できるという利点がある。
【００３８】
尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものでなく、例えば、以上の実施形態では、回転付勢ばねとしてゼンマイばねを用いたが、回転操作時にばねの隣接部相互が摺接するものであれば、渦巻きばねや捩りばね等も採用可能である。
【００３９】
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
【００４０】
（イ）操作アクチュエータとして電磁アクチュエータを用いたことを特徴とする請求項１〜３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。
【００４１】
電磁アクチュエータは油圧を用いないため、各部が油圧によるダンパ効果を受けることなく作動し、このとき慣性力による影響によって回転付勢ばねが大きく変形して線間接触が生じ易い。したがって、このような装置においては、回転付勢ばねを潤滑液中に浸すことによって線間接触による悪影響を効果的に低減することができる。
【００４２】
（ロ）駆動回転体と従動回転体の組付角を操作する組付角操作機構は、
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た径方向ガイドと、前記径方向ガイドに対峙する側の面に渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部と、
前記駆動回転体と従動回転体のいずれか他方のものの回転中心から離間した部位と前記可動案内部とを揺動可能に連結するリンクと、を備え、
中間回転体の回転操作力を、渦巻き状ガイドと可動案内部の係合部によって増幅して、駆動回転体と従動回転体の組付角操作力に変換することを特徴とする請求項１〜３、（イ）のいずれかに記載の内燃機関のパルブタイミング制御装置。
【００４３】
このような装置においては、組付角操作時における中間回転体の回転角度が大きくなるため、その分回転付勢ばねの変形が生じ易くなり、ばねの隣接部相互の線間接触が生じ易くなる。したがって、このような装置においては、線間接触による弊害を効果的に無くすことができる。
【００４４】
（ハ）前記回転付勢ばねをゼンマイばねによって構成し、そのゼンマイばねを、中間回転体と、その中間回転体の軸方向側部に配置された封止プレートとの間に配置したことを特徴とする（ロ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４５】
この場合、ゼンマイばねの軸方向のずれ変形を中間回転体と封止プレートによって確実に防止することができる。したがって、ゼンマイばねのばね特性が常時安定する。
【００４６】
（ニ）前記ゼンマイばねは、駆動回転体と従動回転体の一方に一体に設けられた円筒壁によって外周側の変位を規制されるようにしたことを特徴とする（ハ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４７】
この場合、ゼンマイばねの拡径方向の過大な変位を円筒壁によって確実に規制し、ゼンマイばねのばね特性の低下を防止することができる。
【００４８】
（ホ）回転付勢ばねを浸す潤滑液を循環させたことを特徴とする請求項１〜３、（イ）〜（ニ）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。
【００４９】
この場合、潤滑液の劣化が生じなくなり、長期に亙って安定した潤滑性能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＡ−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に対応の断面図。
【図４】同実施形態を示すゼンマイばねの斜視図。
【図５】同実施形態を示すゼンマイばねの正面図。
【図６】同実施形態を示すゼンマイばねの拡大斜視図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
３…駆動リング（駆動回転体）
７…従動軸部材（従動回転体）
２０…ヒステリシスブレーキ（操作アクチュエータ）
４７…ゼンマイばね
５２…潤滑液室
【図１】
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【図２】
2004092577.tif 000004
【図３】
2004092577.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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