(57)【要約】【課題】駆動回転体と従動回転体の組付角を電磁ブレーキの通電によって迅速に変更できるようにする。【解決手段】クランクシャフト側の駆動リング３とカムシャフト１側の従動軸部材７の間に、両者の組付角を変更するための組付角変更手段４を介在させ、組付角変更手段４の操作用のヒステリシスブレーキ２０を内燃機関の運転状態に応じて制御する。このようなバルブタイミング制御装置において、駆動リング３と従動軸部材７の組付角を変更しない待機状態のときにイニシャル電流を通電するようにした。この装置によれば、変更指令信号が発されてから電流が充分に立ち上がるまでのタイムラグが生じなくなり、迅速な組付角変更が可能になる。【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り、前記駆動回転体が必要に応じて相対回動できるように組み付けられた従動回転体と、電磁ブレーキの制動力を用いて前記駆動回転体と従動回転体の組付角を操作する組付角変更手段と、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、
前記駆動回転体と従動回転体の組付角を変更しない待機状態のときに、電磁ブレーキに、前記両回転体が相対回動することのないイニシャル電流を通電する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】
前記イニシャル電流は、内燃機関の回転速度に応じて可変制御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】
前記イニシャル電流は、内燃機関を循環する潤滑油の温度に応じて可変制御する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、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。この装置の場合、中間回転体に操作力を付与するゼンマイばね及び電磁ブレーキと、中間回転体の回動に応じてハウジング（駆動回転体）とレバー軸（従動回転体）の組付角を回動操作するリンクと、によって組付角変更手段が構成されている。
【０００４】
この装置においては、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レバー軸の組付角を最遅角位相の角度位置（以下、「最遅角位置」と呼ぶ。）または最進角位相の角度位置（以下、「最進角位置」と呼ぶ。）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レバー軸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】
特開２００１−４１０１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバルブタイミング制御装置の場合、電磁ブレーキのＯＮ作動によってハウジングとレバー軸の組付角を変更し得るようになっているが、電磁ブレーキを含む組付変更手段には、構成部材各部の接触摩擦やゼンマイばねのセット荷重等が抵抗として作用するため、電磁ブレーキに通電する電流値が設定値以上にならないと、組付角変更手段の回動作動は実際には開始されない。
【０００７】
したがって、従来のバルブタイミング制御装置においては、電磁ブレーキの通電電流が設定値に達するまでにタイムラグが存在し、このことが組付角の変更を迅速に行ううえでのネックとなっていた。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、駆動回転体と従動回転体の組付角を電磁ブレーキの通電によって迅速に変更できるようにして、応答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、駆動回転体と従動回転体の組付角を変更しない待機状態のときに、電磁ブレーキに、前記両回転体が相対回動することのないイニシャル電流を通電するようにした。
【００１０】
この発明の場合、電磁ブレーキには予めイニシャル電流が通電されているため、駆動回転体と従動回転体の組付角を変更するときには、電磁ブレーキの通電電流が設定電流に達するまでの時間が短縮されることとなる。したがって、この発明によれば、駆動回転体と従動回転体の組付角を迅速に変更して、速やかなバルブタイミング制御を実現することができる。
【００１１】
前記イニシャル電流は、内燃機関の回転速度に応じて可変制御するようにしても良い。この場合、内燃機関の回転速度に応じてイニシャル電流を緻密に制御することができるため、例えば、カムシャフトの回転負荷の大きくなる高回転域ではイニシャル電流を大きくする等によって、内燃機関の広い回転域において組付角の迅速な変更を実現できる。
【００１２】
また、前記イニシャル電流は、内燃機関を循環する潤滑油の温度に応じて可変制御するようにしても良い。この場合、潤滑油の潤滑性が高まる温度領域ではイニシャル電流を小さくし、潤滑性が低下する領域ではイニシャル電流を大きくする等により、広い温度領域において組付角の迅速な変更を実現できる。
【００１３】
【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。
【００１４】
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弁系に適用したものであるが、排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。
【００１５】
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の前端部に結合された従動軸部材７（従動回転体）と、この従動軸部材７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と従動軸部材７の前方側（図１中左側）に配置され、両者３，１を相対回動させて組付角を操作する組付角変更手段４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変更手段４の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。尚、組付角変更手段４は、回動操作力を発生する操作力発生部４０と、その操作力発生部４０で発生した回動操作力を駆動リング３と従動軸部材７の相対的な回転力に変換する変換機構部４１と、によって構成されている。
【００１６】
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，図３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。
【００１７】
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の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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
組付角変更手段４の変換機構部４１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。この変換機構部４１は、後述する操作力発生部４０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が揺動してその揺動量に応じて駆動リング３と従動軸部材７を相対回動させる。
【００２２】
一方、操作力発生部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に付勢する付勢手段としてのゼンマイばね４５と、中間回転体１８に制動力を付与することで同回転体１８を駆動リング３に対して機関回転方向Ｒと逆方向に作動させるヒステリシスブレーキ２０と、を備え、ゼンマイばね４５の付勢力とヒステリシスブレーキ２０の作動力とのバランスによって中間回転体１８を回動操作するようになっている。尚、ヒステリシスブレーキ２０はこの出願の発明における電磁ブレーキを構成している。
【００２３】
ゼンマイばね４５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の円筒状の基部に結合されている。
【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４６が一体に結合され、その封止壁４６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。
【００２５】
図１，図４に示すように、ヒステリシスブレーキ２０は、略円筒状の隙間を挟む対向面を備え、非回転部材であるＶＴＣカバーに取り付けられた磁気誘導部材２２と、前記対向面に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４７とゴムブッシュ４８を介して結合された円環プレート２７と、を備え、電磁コイル２５が内燃機関の運転状態に応じてコントローラ４２によって適宜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２６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２６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２６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２７は、磁気誘導部材２２の内周面に軸受２８，２９を介して支持された軸部材３０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２７と軸部材３０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】
尚、図中４３は、中間回転体１８と駆動リング３の間に設けられ、両者１８，３の相対回動範囲を規制するストッパである。
【００２９】
ここで、駆動リング３と従動軸部材７は、前記ストッパ４３による中間回転体１８の回動規制によって組付角が規制され、それによって両者の遅角側と進角側の最大角度位置である最遅角位置と最進角位置とが決定されているが、このバルブタイミング制御装置の場合、内燃機関の始動に適した組付角（確実な始動が可能な組付角）は前記最遅角位置と最進角位置のほぼ中間位置に設定されている。また、内燃機関の始動時には、駆動リング３と従動軸部材７の組付角が始動に適した角度位置になっていなければならないが、この装置においては、内燃機関のクランキング時、つまり、イグニッションキー等による操作によって始動モータがオンにされているときに、コントローラ４２から組付角変更手段４に組付角を始動に適した角度位置に制御すべく出力信号が発されるようになっている。
【００３０】
また、コントローラ４２には、クランクシャフトの回転角（回転位置）を検出するクランク角センサ３５、カムシャフト１の回転角（回転位置）を検出するカム角センサ３６、内燃機関を循環する潤滑油の温度を検出する油温センサ３７等の検出信号が入力され、コントローラ４２は、これらの信号を基にしてヒステリシスブレーキ２０に通電する電流を適宜制御するようになっている。
【００３１】
このバルブタイミング制御装置の場合、イグニッションキーの操作等によって車両電源がオンにされると、ヒステリシスブレーキ２０には所定のイニシャル電流Ｉ１が通電されるようになっている。このイニシャル電流Ｉ１は、車両電源がオンにされた後、組付角が最遅角位置にあるとき（最遅角位置を基準として、図５の変換角θが０のとき）に常に付与されるものであり、その値は中間回転体１８が駆動リング３に対して相対回動を開始する直前の臨界電流値に設定されている。
【００３２】
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、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）を最進角側に変更する場合には、コントローラ４２による制御によってヒステリシスブレーキ２０にイニシャル電流Ｉ１以上の所定の電流を通電することにより、ゼンマイばね４５の力に抗する制動力を円環プレート２７から中間回転体１８に連結ピン４７とゴムブッシュ４８を介して伝達する。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の先端部が径方向内側に変位し、このとき、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の組付角が最進角位置に変更される。
【００３３】
また、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）を最遅角側に変更する場合には、コントローラ４２による制御によってヒステリシスブレーキ２０に通電する電流を再びイニシャル電流Ｉ１に戻す。これにより、中間回転体１８がゼンマイばね４５の力によって機関回転方向に回転させられる。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の先端部が径方向外側に変位し、このとき、図２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の組付角が最遅角位置に変更される。
【００３４】
このバルブタイミング制御装置の場合、駆動リング３と従動軸部材７の組付角が最遅角位置にあるときには、ヒステリシスブレーキ２０に常に所定のイニシャル電流Ｉ１が通電されているため、図６のタイミングチャートに示すように、この状態から所定の変更指令信号がヒステリシスブレーキ２０の電源回路に発されると、ヒステリシスブレーキ２０の通電電流はＩ１からＩ２まで立ち上がり、その結果、組付角変更手段４の変換角は０°からθ１へと速やかに変更される。
【００３５】
イニシャル電流Ｉ１を通電しない図６中鎖線で示す従来のものの場合、変更指令信号が発された後に、ヒステリシスブレーキ２０の通電電流が０からＩ２に達するまで電流値はある勾配をもって立ち上がるため、変更指令信号が発されてから組付角変換手段４が実際に作動を開始し得る臨界電流値Ｉ１に達するまでにロスタイムｔ０を生じ、その結果、組付角の変更を完了するまでに多くの時間ｔ１を要することとなる。しかし、この実施形態のバルブタイミング制御装置の場合、前述のように予めイニシャル電流Ｉ１を通電することにより、ロスタイムｔ０を無くして組付角の変更を完了するまでの時間をｔ２に短縮することができる。
【００３６】
したがって、このバルブタイミング制御装置においては、組付角を最遅角位置から変更する場合であっても、その作動を迅速に行うことができ、従来のものに比較してバルブタイミング制御の応答性を確実に向上させることができる。
【００３７】
また、この実施形態の場合、ヒステリシスブレーキ２０に通電するイニシャル電流Ｉ１は常に一定なものではなく、機関回転速度や潤滑油温度の変化に応じてコントローラ４２によって可変制御するようにしている。
【００３８】
ヒステリシスブレーキ２０によって組付角変換手段４を作動させるうえでの抵抗は機関の回転速度や潤滑油の温度の影響を受け、組付角変換手段４が作動を開始する直前の臨界電流値はこれらの環境変化によって変わってくる。具体的には、機関回転速度との関係では、カムシャフトの負荷トルクは機関回転速度の増加に応じて増大するため、臨界電流値は、図７に示すように機関回転速度の増加に略比例して増加する。また、潤滑油温度との関係では、潤滑油の潤滑性はある温度でピークとなる山形状に変化するため、臨界電流値は、図８に示すように潤滑油温度の増加に対して二次関数的に変化する。尚、潤滑油の潤滑性がある設定温度を境に次第に低下するのは、温度低下によって潤滑油の粘性抵抗が増大するためであり、逆に設定温度を越えたとき低下するのは潤滑油の油膜ができにくくなるためである。
【００３９】
この実施形態のバルブタイミング装置においては、これらのことを考慮し、図７，図８の臨界電流値の変化にほぼ合致するように、機関回転速度や潤滑油温度の変化に応じてイニシャル電流を可変制御するようにしている。例えば、図７，図８中のＩ１→Ｉ１’のように変化させるようにしている。
【００４０】
したがって、この装置によれば、機関回転速度や潤滑油温度が変化した場合であっても、変更指令信号が入力されてから組付角の変更が実際に開始されるまでのロスタイムをより少なくすることができる。
【００４１】
尚、この発明の実施形態は以上で説明したものに限るものではなく、例えば、上記の実施形態においては、組付角変更手段の操作力発生部はゼンマイばねとヒステリシスブレーキによって構成したが、操作力発生部はこれら以外の付勢手段と電磁ブレーキによって構成するようにしても良い。また、操作力発生部は必ずしも付勢手段を用いる必要はなく、遊星歯車機構と一対の電磁ブレーキを用いて中間回転体を駆動リングに対して正逆回転させるようにしても良い。この場合には、両電磁ブレーキに対して同様にイニシャル電流を付与すれば、組付角を正逆両方向に迅速に変更することが可能となる。
【００４２】
次に、上記の各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。
【００４３】
（イ）  組付角変更手段は、
駆動回転体と従動回転体のいずれか一方に設けられた径方向ガイドと、
前記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、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、
前記中間回転体を回動させる回動操作力を発生する電磁ブレーキと、を備え、
中間回転体に入力された回動操作力を、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。
【００４４】
この場合、操作力発生部から中間回転体に入力された回動操作力を増幅して、駆動回転体と従動回転体の組付角操作力に変換するため、駆動回転体と従動回転体の組付角をより迅速に変更することができる。
【００４５】
（ロ）  前記イニシャル電流の電流値を、駆動回転体と従動回転体が相対回動を開始する直前の臨界電流値に設定した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バルブタイミング制御装置。
【００４６】
この場合、駆動回転体と従動回転体の組付角を変更する際の応答性を最大に高めることができる。
【００４７】
（ハ）  前記イニシャル電流は、内燃機関の回転数の増大に応じて大きくなるように可変制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４８】
内燃機関の回転数が増大してカムシャフトに作用する負荷トルクが大きくなるが、この発明の場合、イニシャル電流が回転数の増大と共に大きくなることから、より迅速な組付角の変更が可能になる。
【００４９】
（ニ）前記イニシャル電流は、潤滑油の温度が設定温度よりも低い範囲では、潤滑油の温度の上昇に応じて小さくなるように可変制御し、潤滑油の温度が設定温度よりも高い範囲では、潤滑油の温度の上昇に応じて大きくなるように制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００５０】
内燃機関の潤滑油は、設定温度までは温度の上昇と共に粘度が低下することで潤滑性能が高まるが、設定温度を越えると潤滑面に油膜ができにくくなることから逆に潤滑性能が低下してしまう。したがって、上記の構成により、潤滑性能がピークになる設定温度で電流値が最も小さくなるようにイニシャル電流を可変制御することにより、常に、組付角変更の応答性を効果的に高めることができる。
【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】同実施形態を示す分解斜視図。
【図５】同実施形態を示す変換角−通電電流特性図。
【図６】同実施形態を示す指令信号、通電電流、変換角のタイミングチャート。
【図７】同実施形態を示す機関回転数−イニシャル電流特性図。
【図８】同実施形態を示す潤滑油油温−イニシャル電流特性図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
３…駆動リング（駆動回転体）
４…組付角変更手段
７…従動軸部材（従動回転体）
２０…ヒステリシスブレーキ（電磁ブレーキ）
【図１】
2004176583.tif 000003
【図２】
2004176583.tif 000004
【図３】
2004176583.tif 000005
【図４】
2004176583.tif 000006
【図５】
2004176583.tif 000007
【図６】
2004176583.tif 000008
【図７】
2004176583.tif 000009
【図８】
2004176583.tif 000010