(57)【要約】  【課題】  機関始動時や機関停止後の慣性回転時に、回転位相が最遅角位相と最進角位相の間の中間位相に自然に戻されるようにして、機関始動可能な回転位相を中間位相に設定できるようにする。  【解決手段】  駆動回転体と従動回転体を位相変更機構５を介して組付ける。位相変更機構５は、基端が従動回転体に揺動可能に連結されたリンク１３と、リンク１３の先端がスライド自在に係合する駆動回転体の径方向溝１１と、リンク１３の先端の係合ピン１６が係合する操作回転体の渦巻き溝１８と、を備え、操作回転体は付勢手段と電磁アクチュエータの力のバランスで制御する。このような装置において、渦巻き溝１８を、係合ピン１６がその渦巻き溝１８の一端部から他端部に移動するときに、係合ピン１６の径方向の移動方向が逆転する方向変換点ｐを有する形状する。  【選択図】  図２
2005180307.tif 000002
【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、
この駆動回転体の動力を受けて従動回転し、その回転をカムシャフトに伝達する従動回転体と、
前記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動可能に設けられ、前記径方向ガイドと対向する渦巻き状ガイドを有する操作回転体と、
前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに案内されて動く可動案内部と、
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を揺動可能に連結するリンクと、
前記操作回転体を駆動回転体に対して機関回転方向に前進または後退させる方向に付勢する付勢手段と、
通電制御によって前記操作回転体に回転操作力を付与する電磁アクチュエータと、を備え、
前記電磁アクチュエータの非制御時には、駆動回転体に対する操作回転体の相対回動位置が前記付勢手段によって最前進位置または最後退位置に戻される内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記渦巻き状ガイドを、その渦巻きの一端から他端に向かって可動案内部が移動するときに位相変更方向が逆転する方向変換点を有する形状に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】
前記渦巻き状ガイドは、その渦巻き形状の一端から他端に移動する間に渦径が拡大する領域と縮小する領域とを有する形状とし、渦径が拡大する領域と縮小する領域の境界部を前記方向変換点とした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】
前記渦巻き状ガイドの一端から方向変換点までの径方向の変化幅を方向変換点から他端までの径方向の変化幅よりも小さく設定し、機関始動時や機関停止後の慣性回転時には可動案内部を渦巻き状ガイドの一端側で保持し、機関の始動後には方向変換点から他端までの領域のみを使用して位相制御を行う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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
この種のバルブタイミング制御装置として、特許文献１に記載されるようなものがある。
【０００３】
この装置は、クランクシャフトの動力を受けて回転するハウジングと、カムシャフト側の軸部材とが同軸に組み付けられ、両者の組付角（回転位相）がリンクとレバーを介して調整できるようになっている。具体的には、ハウジングには径方向溝が形成され、その径方向溝にリンクの先端の可動案内部がスライド可能に係合されると共に、リンクの基端が軸部材側に突設されたレバーに回動可能に連結されている。そして、ハウジングと軸部材の前方側には操作回転体が両者に対し相対回動可能に配置され、その操作回転体の裏面に形成された渦巻き溝に前記リンクの一端の可動案内部が係合されている。操作回転体は、ゼンマイばねによって機関回転方向に付勢される一方で、電磁ブレーキによって制動力を適宜受け、電磁ブレーキの通電制御によってハウジングに対する相対回動位置を操作できるようになっている。
【０００４】
このバルブタイミング制御装置は、電磁ブレーキが非通電状態のときには、操作回転体がゼンマイばねによって回転方向の最前進位置に付勢され、可動案内部がそれによって渦巻き溝の径方向内側端または外側端に操作されており、ハウジングと軸部材は、その結果、リンクを介して最遅角位相または最進角位相に保持されている。この状態から電磁ブレーキが通電制御されると、ゼンマイばねの付勢力と電磁ブレーキの制動力のバランスによって操作回転体が回転操作され、それによって可動案内部が渦巻き溝に案内されて径方向に変位し、このときリンクを介してハウジングと軸部材の回転位相が調整される。尚、渦巻き溝の渦形状は、一端から他端に向かって渦径が連続的に縮小するように形成されている。
【特許文献１】特開２００１-４１０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来のバルブタイミング制御装置においては、ゼンマイばねの付勢力と電磁ブレーキの制動力とのバランスによって操作回転体が操作されるものであるが、渦巻き溝の渦形状は一端から他端に向かって連続的に縮小する形状に形成されているため、機関始動時や停止時のように電磁ブレーキがオフ状態にあるときには、操作回転体がゼンマイばねの力のみによって一方に付勢され、可動案内部が渦巻き溝の渦形状に沿って径方向外側端または内側端まで移動してしまう。そして、こうして可動案内部が径方向外側や内側の端部まで移動するということは、ハウジングと軸部材の回転位相は最遅角位相または最進角位相まで戻されることであるため、内燃機関の始動可能な回転位相は、最遅角位相または最進角位相の付近に設定せざるを得ない。つまり、機関の始動可能な位相を最遅角位相と最進角位相の間の中間位相に設定すると、機関始動時や機関停止後の慣性回転時にその中間位相に自然に戻すことができないため、内燃機関の再始動を円滑に行えなくなってしまう。このため、従来の装置においては、機関運転中に機関始動可能な位相に対してより進角側や遅角側に寄った位相領域を有効に使用することができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、機関始動時や機関停止後の慣性回転時に、回転位相が最遅角位相と最進角位相の間の中間位相に自然に戻されるようにして、機関始動可能な回転位相を中間位相に設定することの可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、操作回転体に形成される渦巻き状ガイドを、その渦巻きの一端から他端に向かって可動案内部が移動するときに位相変更方向が逆転する方向変換点を有する形状にした。具体的には、例えば、請求項２に記載のように、渦巻き形状の一端から他端に移動する間に渦径が拡大する領域と縮小する領域とを有する形状にし、渦径が拡大する領域と縮小する領域の境界部を前記方向変換点とすれば良い。
【０００８】
この発明の場合、機関始動時や機関停止後の慣性回転時に、操作回転体が付勢手段の力によって最前進位置または最後退位置に戻されると、渦巻き状ガイドに係合されている可動案内部は方向変換点を超えて最大径方向位置または最小径方向位置から外れた位置で停止する。この結果、駆動回転体と従動回転体の回転位相は最遅角位相または最進角位相を一旦超えて中間位相まで戻される。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、前記渦巻き状ガイドの一端から方向変換点までの径方向の変化幅を方向変換点から他端までの径方向の変化幅よりも小さく設定し、機関始動時や機関停止後の慣性回転時には可動案内部を渦巻き状ガイドの一端側で保持し、機関の始動後には方向変換点から他端までの領域のみを使用して位相制御を行うことが好ましい。
【００１０】
この場合、機関の始動後には、渦巻き状ガイドの方向変換点と他端の間の広い径方向の変化幅を最大限利用できるうえ、このとき渦巻き状ガイドの一端から方向変換点まで領域を制御に使用しないため、位相の変更を迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、機関始動時または機関停止後の慣性回転時に、渦巻き状ガイドの渦形状による案内作用によって回転位相を中間位相に自然に戻すことができるため、内燃機関の機関始動可能な回転位相を中間位相に設定することができる。したがって、この発明によれば、機関始動可能な位相に対して、より遅角側や進角側に寄った位相領域を機関運転中に使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、この実施形態は、本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。
【００１３】
バルブタイミング制御装置は、内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト（図示せず）の前端部に配置され、図１に示すように、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１を外周に有する駆動リング２（駆動回転体）と、カムシャフトの前端部に一体に結合され、その基部側外周で前記駆動リング２を相対回動可能に支持する従動軸部材４（従動回転体）と、駆動リング２の前方側（図１中左側）に配置されて、駆動リング２と従動軸部材４の組付角を操作する位相変更機構５と、この位相変更機構５のさらに前方側に配置されて、同機構５を機関運転状態に応じて制御する操作制御手段３と、内燃機関の機関ブロックの前面に取り付けられて上記の各構成部材の前面と周域を覆う図示しないＶＴＣカバー５０と、を備えている。
【００１４】
尚、この内燃機関の吸気側の回転位相はバルブタイミング制御装置によって任意に制御されるが、この内燃機関の吸気側の始動可能な位相は、最遅角位相と最進角位相の間の所定の中間位相に設定されている。
【００１５】
駆動リング２は、段差状の挿通孔２ａを備え、その挿通孔２ａ部分が従動軸部材４の基部側外周に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング２の前端面には、図１，図２に示すように２つの径方向溝１１が軸対称に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４は、カムシャフトの前端部に突き合わされる基部側外周に拡径部が形成されると共に、その各径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する２つのレバー１２が一体に形成されている。各レバー１２には、リンク１３の基端が回動可能にピン枢支され、各リンク１３の先端には前記各径方向溝１１に摺動自在に係合する円筒状の突出部１４が一体に形成されている。
【００１７】
各リンク２は、突出部１４が対応する径方向溝１１に係合した状態において従動軸部材４に揺動自在に連結されているため、リンク１３の先端側が外力を受けて径方向溝１１に沿って変位すると、駆動リング２と従動軸部材４はリンク１３とレバー１２の作用でもって突出部１４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１３の先端部には、軸方向前方側に開口する収容孔が設けられ、この収容孔に、後述する渦巻き溝１８（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１８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、径方向溝１１（径方向ガイド）と渦巻き溝１８（渦巻き状ガイド）に案内されて動く可動案内部が、リンク１３の先端の突出部１４と係合ピン１６、コイルばね１７等によって構成されている。
【００１９】
一方、従動軸部材４のレバー１２の突設位置よりも前方側には、後面に断面半円状の一対の渦巻き溝１８，１８（渦巻き状ガイド）を有する渦巻きプレート１９（本発明における操作回転体）が回転自在に支持されている。この渦巻きプレート１９の各渦巻き溝１８には、前記各リンク１３の先端の係合ピン１６が転動自在に案内係合されている。
【００２０】
両渦巻き溝１８，１８は、渦巻きプレート１９に軸対称に同形状に形成されており、各渦巻き溝１８の渦形状は、その渦の一端から他端に移動する間に渦径が拡大する拡大領域１８ａと、渦径が縮小する縮小領域１８ｂとを有する形状とされ、両領域１８ａ，１８ｂの境界部が本発明における方向変換点ｐとされている。したがって、リンク１３の先端の係合ピン１６が渦巻き溝１８の渦形状に沿ってその溝１８の一端側から他端側に移動するときには、方向変換点ｐに達するまでは径方向外側に向かって移動し、方向変換点ｐから溝１８の他端に達するまでは径方向内側に向かって移動する。そして、拡大領域１８ａの径方向の変化幅は縮小領域１８ｂの変化幅よりも小さく設定され、縮小領域１８ｂの始端部（方向変換点ｐ）と終端部ｄが最大径方向位置と最小径方向位置とされている。また、拡大領域１８ａの始端部ｃ（渦巻き溝１８の一端部）は、前記最大径方向位置と最小径方向位置の間の径方向の中間位置よりも若干径方向外側に偏寄した位置に配置されている。
【００２１】
また、この実施形態では、渦巻き溝１８の一端から他端側に向かう方向が機関回転方向Ｒとされている。したがって、係合ピン１６が渦巻き溝１８に係合した状態において、渦巻きプレート１９が駆動リング２に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク１３の先端部は径方向溝１１に案内されつつ、渦巻き溝１８の終端部ｄ方向に向かって変位し、渦巻きプレート１９が進み方向に相対変位すると、逆に渦巻き溝１８の始端部ｃ方向に向かって変位する。
【００２２】
位相変更機構５は、以上説明した駆動リング２の径方向溝１１、リンク１３、突出部１４、係合ピン１６、レバー１２、渦巻きプレート１９、渦巻き溝１８等によって構成されている。この位相変更機構５は、後述する操作制御手段３から渦巻きプレート１９に回転方向の操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝１８と係合ピン１６の係合部を通して各リンク１３の先端部を径方向に変位させ、このときリンク１３とレバー１２の作用でもって駆動リング２と従動軸部材４に相対的な回動力を作用させる。尚、図２は、非制御時における中間位相状態を示し、図３，図４は、制御時における最遅角位相状態と最進角位相状態を夫々示す。
【００２３】
また、駆動リング２の前端部には、前記各リンク１３と渦巻きプレート１９の外周側を覆う筒状壁２０が延設され、渦巻きプレート１９の前方側には円筒状の小径基部１９ａが一体に形成されている。そして、筒状壁２０と小径基部１９ａの間には、本発明の付勢手段を成すゼンマイばね６が収容されている。このゼンマイばね６は、その内周側と外周側の各端部が小径基部１９ａと筒状壁２０に夫々係止され、筒状壁２０から渦巻きプレート１９に機関回転方向Ｒに沿うばね力を作用させるようになっている。
【００２４】
渦巻きプレート１９とゼンマイばね６の前方側には、本発明の電磁アクチュエータを成すヒステリシスブレーキ７が配置されている。このヒステリシスブレーキ７は図外のコントローラによって通電制御されて制動力を渦巻きプレート１９に適宜作用させるものであり、前記コントローラとゼンマイばね６と共に操作制御手段３を構成している。そして、このヒステリシスブレーキ７は渦巻きプレート１９に作用するゼンマイばね６の付勢力とのバランスによって駆動リング２に対する渦巻きプレート１９の回転位相を制御する。
【００２５】
ヒステリシスブレーキ７は、図１に示すように、非回転部材であるＶＴＣカバー５０に固定設置され、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、及び、外側極歯（図示省略）と、磁気誘導部材２２に取り付けられて内側極歯と外側極歯の間に通電電流に応じた磁界を生じさせる電磁コイル２３と、前記極歯間に非接触状態で挿入配置された有底円筒状の制動ロータ２４と、を備え、電磁コイル２３が上述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】
内側極歯と外側極歯は夫々軸方向に沿って延出する複数の極歯要素を有し、両極歯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２３が通電されると、両極歯間には、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】
制動ロータ２４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、内周縁部が軸部材２５を介して磁気誘導部材２２に軸受支持されると共に、前記渦巻きプレート１９にゴムブッシュ２６と連結ピン２７を介して一体回転可能に結合されている。したがって、このヒステリシスブレーキ７においては、前記電磁コイル２３の通電によって内側極歯と外側極歯の間に磁界が発生すると、制動ロータ２４には通電電流に応じた制動力が作用し、その制動力が渦巻きプレート１９を減速させることとなる。
【００２８】
ところで、渦巻きプレート１９は、ヒステリシスブレーキ７が通電制御されない間はゼンマイばね６の力のみを受けて回転前方側に変位しようとする。このため、内燃機関の始動時（クランキング時）や停止後の慣性回転時には、渦巻きプレート１９が回転前方側に最大に変位し、各リンク１３の先端部の係合ピン１６は、このとき、図２に示すように渦巻き溝１８の方向変換点ｐを越えて拡大領域１８ａの始端部ｃまで変位する。拡大領域１８ａの始端部ｃは前述のように最大径方向位置と最小径方向位置の間の径方向位置となっているため、リンク１３を介して操作される駆動リング２と従動軸部材４の回転位相は機関始動可能な中間位相となる。
【００２９】
したがって、内燃機関のクランキング時には回転位相が始動可能な中間位相に維持され、機関は確実に始動されることとなる。そして、機関始動時におけるこの中間位相の維持はヒステリシスブレーキ７の力を用いずに行われるため、たとえ、ヒステリシスブレーキ７に断線等の故障があったとしても最低限機関の始動は保証することができる。
【００３０】
こうして、機関が始動された後にはコントローラによる位相制御が開始されるが、内燃機関の始動直後にはヒステリシスブレーキ７に通電が行われ、各リンク１３の先端の係合ピン１６が方向変換点ｐを越えて渦巻き溝１８の縮小領域１８ｂに乗り移るように渦巻きプレート１９が後退方向に回動操作される。具体的は、縮小領域１８ｂのうちの、拡大領域１８ａの始端部ｃと同径方向位置（図５中のｅ点）に係合ピン１６が移動するように渦巻きプレート１９が回動操作される。
【００３１】
次に、この状態から回転位相を遅角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ７に通電する電流を弱めることによって渦巻きプレート１９を前進方向に回転させ、それによって、各リンク１３の先端の係合ピン１６を図３に示すように渦巻き溝１８の縮小領域１８ｂの方向変換点ｐ方向に移動させる。この結果、リンク１３の先端部が径方向外側に移動し、駆動リング２と従動軸部材４の回転位相は遅角方向に変更されることとなる。尚、コントローラによるヒステリシスブレーキ７の通電制御は、係合ピン１６が常に方向変換点ｐを乗り越えることのない範囲で行われる。
【００３２】
また、回転位相を進角側に変更する場合には、ヒステリシスブレーキ７に通電する電流を強めることによって渦巻きプレート１９を後退方向に回転させ、各リンク１３の先端の係合ピン１６を図４に示すように渦巻き溝１８の終端部ｄ方向に移動させる。これにより、リンク１３の先端部が径方向内側に移動し、駆動リング２と従動軸部材４の回転位相は進角方向に変更されることとなる。
【００３３】
また、機関停止時にイグニッションキーをオフにすると、ヒステリシスブレーキ７の通電制御が行われなくなるため、渦巻きプレート１９はゼンマイばね６の力を受けて前進方向に回転し、機関の慣性運転の間に回転位相が中間位相に戻される。ただし、機関の停止状況によっては回転位相が中間位相に完全に戻らないことも考えられるが、その場合であってもクランキング時には前述のように回転位相を中間位相に戻すことができるため、内燃機関の再始動は確実に行うことができる。
【００３４】
このバルブタイミング制御装置は、以上説明したように渦巻き溝１８の形状の工夫によって非制御時に回転位相が中間位相に自然に戻されるようにしたため、複雑な機構を追加することなく、中間位相状態で内燃機関を確実に始動させることができる。したがって、中間位相よりもさらに遅角（進角）側の位相領域を機関の運転中に使用することができる。このため、例えば、燃焼の安定している所謂ホットアイドル時に吸気バルブを下死点よりも充分に遅く閉じることで実質圧縮率を下げ、燃費の向上を図ることができる。また、高回転域での加速時に吸気バルブを充分に遅く閉じることで空気の過吸効果を高め、機関出力を高めることもできる。
【００３５】
尚、この実施形態では、電磁アクチュエータとしてヒステリシスブレーキ７を採用したが、摩擦接触式の電磁ブレーキや電動モータを採用することも可能である。また、上記の実施形態では付勢手段としてゼンマイばね６を採用したが、ゼンマイばね６以外にも、例えば、捩りコイルばね等の他のばね手段を用いることも可能である。さらに、上記の実施形態では、クランクシャフトから駆動リング２にチェーンとスプロケットによる噛合い伝達によって動力を伝達したが、ギヤ同士の噛合い伝達や、ベルトとプーリーによる摩擦伝達であっても良い。また、上記の実施形態では従動回転体としてカムシャフトに直結された従動軸部材４を用いたが、従動軸部材４をギヤ等を介してカムシャフトに連係させるようにしても良く、さらにカムシャフト自体を従動回転体としても良い。
【００３６】
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。
【００３７】
（イ）  内燃機関の始動直後には、渦巻き状ガイドの方向変換点から他端までの領域のうちの、渦巻き状ガイドの一端部と径方向同位置となる点まで可動案内部を移動させ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。
【００３８】
この場合、機関の始動後に即時に方向変換点から他端までの領域のうちの、機関始動位相と同位相となる位置まで可動案内部が移動させられるため、機関始動後の位相制御をスムーズかつ迅速に行うことが可能となる。
【００３９】
（ロ）  前記渦巻き状ガイドは、各リンクに一つ対応するようにリンクと同数設けることを特徴とする請求項１〜３、前記（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。
【００４０】
この場合、渦巻き状ガイドの形状の設計に当たって対応するリンクの動きのみを考慮すれば良いため、渦巻き状ガイドの形状を単純化することができるという利点がある。
【００４１】
（ハ）  前記付勢手段をばね手段によって構成したことを特徴とする請求項１〜３、前記（イ），（ロ）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。
【００４２】
この場合、単純な構造でありながら、操作回転体に安定した付勢力を作用させることができる。
【００４３】
（ニ）  前記電磁アクチュエータを電磁ブレーキによって構成したことを特徴とする請求項１〜３、前記（イ）〜（ハ）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、操作回転体を付勢手段の力と電磁ブレーキの制動力とのバランスによって回動操作するため、電磁アクチュエータとして電動モータ等を使用する場合に比較して構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図。
【図２】同実施形態の非制御時における中間位相状態のリンクの作動を示す模式的な正面図。
【図３】同実施形態の最遅角位相状態のリンクの作動を示す模式的な正面図。
【図４】同実施形態の最進角位相状態のリンクの作動を示す模式的な正面図。
【図５】同実施形態を示す操作回転体の回転角と渦溝径、カム位相の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
２…駆動リング（駆動回転体）
４…従動軸部材（従動回転体）
６…ゼンマイばね
７…ヒステリシスブレーキ（電磁アクチュエータ）
１１…径方向溝（径方向ガイド）
１３…リンク
１４…突出部（可動案内部）
１６…係合ピン（可動案内部）
１８…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
１８ａ…拡径領域
１８ｂ…縮径領域
１９…渦巻きプレート（操作回転体）
ｐ…方向変換点
【図１】
2005180307.tif 000003
【図２】
2005180307.tif 000004
【図３】
2005180307.tif 000005
【図４】
2005180307.tif 000006
【図５】
2005180307.tif 000007