(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸（１０）の回転に基づいて回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸（３００）を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられたクラッチ機構と、
クラッチ開放部（３７２）および上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記位相特性変換部を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は上記位相特性変換部の動きに基づき位相特性を表すように上記クラッチ開放部（３７２）が動くように構成されており、
上記駆動機構により上記供給電流に基づいて上記位相特性変換部が動かされ、この位相特性変換部の動きに基づき上記特性変換機構のクラッチ開放部（３７２）が移動し、このクラッチ開放部（３７２）の移動により上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が変わるように構成されたことを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項２】
エンジンの回転に基づいて回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられたクラッチ機構と、
クラッチ開放部（３７２）および上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記位相特性変換部を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は上記位相特性変換部の動きを予め設定した位相特性を表す動きに変えるように構成され、
上記駆動機構により上記供給電流に基づいて上記位相特性変換部が動かされ、この位相特性変換部材の動きに基づき上記特性変換機構のクラッチ開放部（３７２）が動かされ、このクラッチ開放部（３７２）の動きにより上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が変わるように構成され、
上記供給電流が印加されない状態で上記第１回転部材（１００）と上記第２回転部材（２００）との位相関係が最遅角位置より所定角だけ進角側に位置するように、上記特性変換機構のクラッチ開放部（３７２）が上記特性変換機構により動かされることを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項３】
エンジンのクランク軸の回転に基づいて回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられたクラッチ機構と、
クラッチ開放部および上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記特性変換機構を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は上記位相特性変換部の動きに基づき上記クラッチ開放部を動かすように構成されており、
上記駆動機構により上記供給電流に基づいて上記位相特性変換部が動かされ、この位相特性変換部の動きに基づき上記特性変換機構のクラッチ開放部を選択的に動かし、このクラッチ開放部の動きにより上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が上記開放側に変わるように、上記特性変換機構と上記クラッチ機構は構成されており、
上記駆動機構は上記位相特性変換部を一方の方向に動かすバネと、上記バネに対向して供給電流に基づき他方の方向に上記位相特性変換部を動かす電磁手段を備えたことを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項４】
エンジンのクランク軸により回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられたクラッチ機構と、
クラッチ開放部および上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部材を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記位相特性変換部を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は上記位相特性変換部の動きに基づき位相特性を表すように上記クラッチ開放部が動くように構成されており、
上記駆動機構により上記供給電流に基づいて上記位相特性変換部が動かされ、この位相特性変換部の動きに基づき上記特性変換機構のクラッチ開放部が移動し、このクラッチ開放部の移動により上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が変わるように構成されたことを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項５】
エンジンの回転に基づいて回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられたクラッチ機構と、
クラッチ開放部および上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部材を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記位相特性変換部を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は上記位相特性変換部の動きを予め設定した位相特性を表す動きに変えるように構成され、
上記駆動機構により上記供給電流に基づいて上記位相特性変換部が動かされ、この位相特性変換部の動きに基づき上記特性変換機構のクラッチ開放部が動かされ、このクラッチ開放部の動きにより上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が変わるように構成され、
上記供給電流が印加されない状態で上記第１回転部材（１００）と上記第２回転部材（２００）との位相関係が最遅角位置より所定角だけ進角側に位置するように、上記特性変換機構のクラッチ開放部は上記特性変換機構により動かされるように構成されていることを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項６】
エンジンのカム軸の中心を回転の中心軸として、エンジンのクランク軸により回転駆動される第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸の中心を回転の中心軸として回転し、エンジンのカム軸を回転駆動するための第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転トルクを上記第２回転部材（２００）に伝えるために第１回転部材（１００）と第２回転部材（２００）との間に設けられた複数のクラッチ機構と、
上記第１回転部材（１００）と上記第２回転部材（２００）との間の回転位相を変えるための特性変換機構と、
供給電流に基づき上記特性変換機構を動かす駆動機構とを備え、
上記特性変換機構は、上記駆動機構により動かされた移動量を位相量に変え、上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する位相特性変換部とこの位相特性変換部により位相の進角または遅角方向にクラッチを開放する複数個のクラッチ開放部とを備え、
上記駆動機構による供給電流に基づいて上記特性変換機構が駆動され、上記移動量に基づき上記位相特性変換部が上記クラッチ開放部を進角側または遅角側の一方に動かし、このクラッチ開放部の動きにより上記クラッチ機構の進角側または遅角側の内の一方向に上記クラッチ機構が開放され、このクラッチ機構の開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が変わるように構成されており、
上記駆動機構は上記位相特性変換部を一方の方向に動かすバネと、上記バネに対向して上記供給電流に基づき他方の方向に上記位相特性変換部を動かす力が発生する電磁手段とを備えたことを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項７】
エンジンのクランク軸に基づいて回転する第１回転部材（１００）と、
エンジンのカム軸を回転駆動する第２回転部材（２００）と、
上記第１回転部材（１００）の回転を上記第２回転部材（２００）に伝える複数のクラッチ機構と、
上記複数のクラッチ機構のそれぞれのクラッチ機構に対してクラッチの接続や開放を行う複数のクラッチ開放部と上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する制御特性に基づいて移動するリンク機構を有する位相特性変換部を備えた特性変換機構と、
供給電流に基づき上記特性変換機構の上記位相特性変換部材を動かす駆動機構とを備え、
上記リンク機構は、一端が上記クラッチ開放部に接続される第１リンク部材と、この第１リンク部材の他端に回転可能に一端が接続される第２リンク部材と、上記第１および第２のリンク部材の上記接続をする駆動子と、第４の回転部材に設けられて上記駆動子の移動を拘束案内するカム溝とから構成され、
上記駆動機構により上記位相特性変換部が回転移動し、この位相特性変換部の動きにより上記リンク機構が動き、このリンク機構の動きにより上記複数のクラッチ開放部が進角方向または遅角方向のどちらかに上記複数のクラッチ機構を開放し、
この開放により第１回転部材（１００）に対する第２回転部材（２００）の位相が開放された方向に変わるように構成されることを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関用カム軸の位相可変装置おいて、上記第１回転部材（１００）と上記第２回転部材（２００）とは同一中心軸に対して回転可能に構成されており、
上記位相特性変換部は複数の位相特性を表す形状の溝を有し、
上記リンク機構が上記中心軸に対して周方向に等間隔に複数個設けられており、
上記複数個のリンク機構はそれぞれ、リンク機構の一端が上記複数の溝の一つに移動可能に係合し、上記溝に従って上記リンク機構の一端が動くことにより上記複数のクラッチ開放部が周方向に動かされるように構成したことを特徴とする内燃機関用のカム軸位相可変装置。
【請求項９】
請求項８において、上記駆動機構は上記位相特性変換部を一方の方向に動かすバネと、上記バネに対向して供給電流に基づき他方の方向に上記位相特性変換部を動かす電磁手段を備えたことを特徴とする内燃機関用カム軸の位相可変装置。
【請求項１０】
請求項９において、上記電磁手段は励磁コイルとこの励磁コイルの磁束が通る溝とを備え、一方上記位相特性変換部にはこの上記位相特性変換部と共に回転する高透磁率の回転磁性体が設けられ、上記回転磁性体が上記溝の中を移動することにより、上記磁束により上記高透磁率の回転磁性体に上記高透磁率のヒステリシスに伴う制動力を発生するようにしたことを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。
【請求項１１】
内燃機関のクランク軸により回転駆動される第１回転部材（１００）と、上記第１回転部材（１００）を介して回転駆動されカム軸と連結される第２の回転部材（２００）とを有し、これら第１回転部材（１００）と第２の回転部材（２００）との相対的な回転方向位置を制御してクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えて吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングを変化させる機能を有する内燃機関用カム軸位相可変装置であって、上記第１回転部材（１００）と上記第２の回転部材（２００）のいずれか一方に形成された円筒面を有し、他方の部材の該円筒面に対向する部位に複数の平面部を持つ閉曲面を有し、上記円筒面と上記平面部の間の空間内に複数の楔部材を有し、上記複数の楔部材の一部を第１の円周方向に押して上記円筒面と上記平面部との間で楔係合させ残りの楔部材を第１の円周方向と逆方向である第２の円周方向に押してやはり円筒面と平面部との間で楔係合させるための複数の弾性部材を有し、上記複数の楔部材の各々の円周方向隣接部分にその一部が分散配置されており上記第１あるいは第２の回転部材（１００、２００）の中で複数の平面部を持つ方の回転部材に対する相対回転方向が選択されて第１の円周方向と第２の円周方向の楔係合におけるいずれか一方を選択的に解除するクラッチ操作部を有し、該クラッチ操作部に一端部が連結され、他の端部が第１または第２の回転部材（１００、２００）の中で円筒面を有する方の回転部材に対して半径方向に移動可能に連結され、上記第１回転部材（１００）の回転位相に対する上記第２回転部材（２００）の回転位相の位相角を進角、遅角及びこれらの中間の値に変換する部材、および、該部材の他の端部を半径方向に移動させる駆動手段を有することを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。
【請求項１２】
請求項１１において、上記駆動手段は、第４の回転部材によって半径方向に駆動されて上記第１あるいは第２の回転部材（１００、２００）の中で平面部を持つ方の回転部材を他方の回転部材に対して相対回転させる駆動子を有することを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。
【請求項１３】
請求項１１において、上記部材は第１のリンク部材で構成され、上記駆動手段は、第１のリンク部材と共にリンク機構を構成する第２のリンク部材と、第１および第２のリンク部材が連結される上記駆動子、および第４の回転部材に設けられて上記駆動子の移動を拘束案内するカム溝とから構成されることを特徴とする内燃機関用カム軸位相可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉動作の位相をエンジン回転に対して変えるための位相の可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを運転状態に応じて制御する内燃機関用の位相の可変装置は、カム軸に発生するトルク変動を利用するものが知られている。このような従来技術は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
上記文献に記載の装置では、エンジンのクランク軸により回転駆動される駆動部材２０とカム軸を駆動するサポート部材２２とのそれぞれの回転に位相を持たせ、上記内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを制御する方式である。この装置では、上記駆動部材２０からサポート部材２２への回転力を伝達する機構を備えており、この機構は進行方向および遅角方向にそれぞれローラ３４、３６を有し、これらローラによるくさび係合により上記駆動部材２０からサポート部材２２へ回転力が伝達される。この機構の進角方向あるいは遅角方向のローラを動かすことで一方の楔を外し、楔が外された方に上記トルク変動を駆動力としてサポート部材２２が移動し、位相が変更される。
【０００４】
特許文献２および特許文献３にも同様の方式のカム軸位相可変装置が示されている。これら文献は特に一方の回転方向のくさび係合を選択的に解除するためのアクチュエータとして、構成部品の軸方向の動きを角度付きスロットの斜面により円周方向運動に変換し、その円周方向に運動する部品を利用するアクチュエータ手段が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９６４号公報
【特許文献２】特開平６−１０９６５号公報
【特許文献３】特開平６−１０９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術である上記特許文献１，２，３に記載のカム軸位相可変装置では、エンジンの始動状態での位相を適切な値に設定することが困難である。すなわち始動状態では吸気弁あるいは排気弁の位相が最遅角か最進角かのいずれかの状態になってしまい、適切な値をとることができず、位相制御の制御性に問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、制御性の優れた内燃機関用弁の位相可変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】
制御性能を向上するための解決策の一つは、制御指令により移動量が変わる駆動機構と上記移動量を適切な位相量に変える特性変換機構とを内燃機関用弁の位相可変装置に設けたことである。これにより上記制御指令に基づく移動量が適切な値に設定できる。もちろん本発明でも、始動状態において最小値または最大値などの移動量を選択することが可能である。ここで仮に本願が最小値または最大値などの進角を選択した場合、本願と上記公知例とは一見同じに思われるかも知れないが本質は全く異なる。すなわち本願では、他の値を選択できるにもかかわらず、他の値を選択するよりも最大進角または最小進角を選択する方が対象となるエンジンにとって適切であるために、最大進角または最小進角を選択するのである。一方上述の公知例では、他の値の設定が構造的に不可能なために、適切な値が他にあるにもかかわらず、止む無く最大進角または最小進角を選択する構成である。本発明では、上述のとおり、移動量を適切な位相量に変える特性変換機構を備えるので、例えば始動時において進角量をいろいろな値に設定可能であり、エンジン特性に適した値とすることが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
内燃機関用弁の位相可変装置において、始動時など運転状態の位相を上記特性変換機構により適正な位相に設定することが可能となり、吸気弁あるいは排気弁の位相制御の制御性が向上する。例えば始動時の位相は上記従来技術では最進角か最遅角かのどちらかしか設定できなかったのを、本発明では最進角あるいは最遅角のみならず最進角と最遅角の間の適切な値に設定可能となり、エンジンの状態に応じたより望ましい位相で吸気弁または排気弁を制御できる。これによりエンジンの運転性が向上し、エンジンの出力あるいは燃費あるいは排気ガスの清浄度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例では以下の構成を備えている。まず、エンジンのクランク軸により回転駆動される第１回転部材と、吸気弁または排気弁を開閉するカム軸を駆動する第２回転部材とを有し、さらに制御指令に基づいて移動量が変わる駆動機構と移動量を位相量に変える特性変換機構とを備えている。これにより、特性変換機構での移動量と位相量との関係を予め設定しておけば、エンジン状態に応じて制御指令を特性変換機構へ送ることにより、エンジン状態に応じて移動量を制御することができ、その結果エンジン状態に応じてカム軸の進角特性を適切に制御することが可能となる。
【００１１】
この結果、例えば本実施例では第１回転部材と第２回転部材との相対的な位相、すなわちクランク軸に対するカム軸位相を、最遅角や最進角ではなく最遅角と最進角の間の位相からスタートさせることができる。スタートさせた後、位相をスタート位相からより遅角方向またはより進角方向に変化させることが可能となる。この結果エンジンの始動時の位相を適切に設定でき、始動特性を改善できる。
【００１２】
以下の実施形態では、駆動機構は回転の一方側に回転させる力を回転駆動体に与えるバネとバネに対抗する力を発生する電磁手段とから構成されている。すなわちバネは上記回転駆動体を進角側または遅角側の一方に移動する作用をする。上記回転駆動体とバネは回転しており、上記回転駆動体の回転に対して電磁手段で制動力を発生することで、上記バネが進角側または遅角側の一方に上記回転駆動体を移動する作用するのに対抗してこの移動を阻止する方向の制動力を電磁手段が発生する構成となっている。バネ力と上記制動力とが釣合う移動量に上記回転駆動体は移動する。
【００１３】
バネ力は一定と見做すことができ、上記移動量は制動力に依存する略単純関数となる。従って電磁手段の電磁力を変えることにより制動力を制御すると、結果的に上記回転駆動体の移動量をシンプルな特性で制御できる。
【００１４】
さらに本実施例では上記回転駆動体の移動量を進角または遅角量である位相量に変える特性変換機構を備えており、電磁手段の電磁力を変えることにより、第１回転部材に対する第２回転部材の位相量を制御できる。
【００１５】
また移動量を進角または遅角量である位相量に変える特性変換機構を備えることで、電磁手段の電磁力が最小またはゼロ状態の位相量を適切に決定できる。この結果エンジンの始動時の電磁力が最小またはゼロ状態であってもこの状態の位相量を適切に設定できる。これによりエンジンの始動性を向上できる。さらに運転状態に応じて適切に位相量を制御できるので、エンジンの運転性能が向上する。
【００１６】
またカム軸の位相可変装置に異常が生じた場合、上記電磁手段の供給電流を遮断することで、上記バネ力で駆動機構の回転を所定位置（以下の実施形態では最大回転位置）に設定できる。すなわち駆動機構の回転を相対回転範囲の端部に位置する位置にすることができる。この状態での位相を、フェールセーフ状態での運転を確保する値に設定できる。このことにより、異常時であってもより改善された動作特性が得られる。
【００１７】
さらに以下の実施形態では、第１回転部材のトルクを所定の位相で第２回転部材に伝達するクラッチ機構を備えており、このクラッチ機構でトルクを伝達できるので、効率の良いトルク伝達が実現できる。さらに異常状態が生じた場合、電流供給を停止してもトルク伝達が行われる。このため、異常時に吸気弁または排気弁の開弁位相を予め設定した値に維持でき、エンジンの運転を維持できる。結果として異常時のエンジン運転を比較的良好な状態で確保できる。
【００１８】
上記クラッチ機構は、上記第１回転部材と上記第２の回転部材の間を楔係合するための楔部材を備えている。位相が一定であれば上記第１回転部材と上記第２回転部材の間の楔係合により回転トルクが上記第１回転部材から上記第２の回転部材に伝達される。一方上記位相を変更する場合には、進角または遅角の一方の方向に楔係合を外し、外した方向に位相が変化する。このような構造とすることで安定した位相特性で制御を実現できる。
【実施例】
【００１９】
図１にカム軸の位相可変装置を使用したエンジン制御システムを示す。エンジンの状態を検知する複数のセンサ６２が設けられている。以下に説明するクランク角センサ３３や吸気系カム軸センサ３０、排気系カム軸センサ３２も複数のセンサ６２に含まれる。例えばクランク角センサ７６はエンジンの軸１０が単位角度回転する毎に単位回転角パルスを発生する。この単位回転角パルスに基づいて演算回路６４でエンジン回転速度を算出する。
【００２０】
複数のセンサ６２には吸入空気量センサが含まれており、吸入空気量センサの出力とエンジン回転速度から演算回路６６でエンジン負荷が演算される。エンジン回転速度とエンジン負荷をパラメータとして吸気弁や排気弁の動作タイミングが演算回路６８によりテーブル検索される。吸気弁や排気弁の動作タイミングはエンジン回転軸を基準とする回転角度位相で表される。
【００２１】
吸気弁や排気弁の動作タイミングは、選択回路７４を介してフィードバック回路７６や７８に入力される。フィードバック回路７６は吸気弁の動作タイミングを制御し、フィードバック回路７８は排気弁の動作タイミングを制御する。フィードバック回路７６は制御指令値を吸気弁の動作タイミングを可変する駆動回路８２に加え、駆動回路８２から駆動電流が吸気弁のカム軸の位相を変える位相可変装置５０に供給される。後述する位相可変装置５０によりエンジンクランク軸１０の回転に対し吸気弁のカム軸の位相が変わる。吸気弁のカム軸の回転が回転角センサ３０で検知され、その出力が位相角の演算回路８８に入力される。位相角の演算回路８８でエンジンクランク軸に対する吸気弁のカム軸の回転位相角が算出され、この位相角の値がフィードバック回路７６に入力される。フィードバック回路７６は演算回路８８で検知された位相角と演算回路６８からの制御量とが一致するようにフィードバック回路７６が制御指令値を出力する。このようにして吸気弁のカム軸の位相角が制御される。
【００２２】
同様に、演算回路６８から排気弁の動作タイミングが選択回路７４を介してフィードバック回路７８に入力される。フィードバック回路７８は制御指令値を排気弁の動作タイミングを可変する駆動回路８４に加え、駆動回路８４から駆動電流が排気弁のカム軸の位相を変える位相可変装置５４に供給される。後述する位相可変装置５４によりエンジンクランク軸１０の回転に対し排気弁のカム軸の位相が変わる。排気弁のカム軸の回転が回転角センサ３２で検知され、その出力が位相角の演算回路８８に入力される。位相角の演算回路８８でエンジンクランク軸に対する排気弁のカム軸の回転位相角が算出され、この位相角の値がフィードバック回路７８に入力される。フィードバック回路７８は演算回路８８で検知された位相角と演算回路６８からの制御量とが一致するようにフィードバック回路７８が制御指令値を出力する。このようにして排気弁のカム軸の位相角が制御される。
【００２３】
演算回路７０はエンジンの始動時やシステム異常が生じた状態の吸気弁や排気弁の動作タイミングを制御する動作タイミングの制御目標を出力する回路である。始動時やシステム異常などの特別な状態では、演算回路７０の出力である吸気弁や排気弁の動作タイミングの目標値が選択回路７４で選択され、フィードバック回路７６や７８に供給される。エンジンの通常の運転状態では、選択回路７４は演算回路６８の出力をフィードバック回路７６や７８に供給する。このとき制御値として、例えば駆動回路８２や８４からの供給電流の停止も含まれる。供給電流が停止されると後述のとおり、位相可変装置５０や５４の電磁力は無くなり、機械的に制御状態が定まり、予め設定した動作タイミングでカム軸が回転駆動される。これにより吸気弁や排気弁の動作タイミングが予め設定された状態である電磁力無しの制御量に維持される。
【００２４】
図１で、さらに、エンジンのクランク軸１０に歯車１２および回転パルス発生用歯３４が設けられている。また位相可変装置５０や５４には歯車５２や５６がそれぞれ設けられている。これら歯車１２や５２や５６は駆動力伝達部材２０により機械的結合されており、エンジンの回転に基づき回転駆動力が歯車１２および駆動力伝達部材２０により歯車５２や５６に伝えられる。駆動力伝達部材２０はチェーンで構成されるが、ベルトであってもよい。クランク軸１０が２回転すると歯車５２や５６が１回転する。このシステムでは吸気弁用と排気弁用の両方のカム軸に位相可変装置５０や５４がそれぞれ設けられているが、どちらか一方だけに使用するようにしても良い。その場合は図１の構成に比べシステムとしての制御性能向上がやや低下する。
【００２５】
図１の位相可変装置５０や５４の具体的な構造を図２以下の図面を用いて説明する。図２は位相可変装置の側断面図であり、図４に示す位相可変装置のＣ−Ｏ−Ｃ断面である。また図３は位相可変装置の横断面図で、図２の位相可変装置のＡ−Ａ断面を示しており、図４（ａ）は横断面図で、図２に示す位相可変装置のＢ−Ｂ断面を表示している。なお図４（ａ）の状態は以下に説明する駆動機構への供給電流が最小値、例えばゼロの状態を示している。この状態は例えば、エンジン始動時や故障におけるフェールセーフの状態である。この状態では、駆動されるカム軸が最大位相や最小位相ではなく、中間的な状態の位相にある。さらに図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＤ−Ｄ断面である。図５と図６は、上記の図４（ａ）の位相状態に対して、それぞれ最遅角の状態の位相と最進角の状態の位相を示す位相可変装置の横断面図である。図７は、本実施例におけるカム軸位相の制御過程を説明した図で、カム軸位相を進角側に変更する過程を説明した図である。この実施例で説明する位相可変装置は、エンジンの吸気弁用カム軸にもまた排気弁用の各軸にも使用でき、どちらの弁に対しても動作タイミングの制御に使用可能である。以下構成および作用・動作が共通しているので区別しないで説明する。
【００２６】
図２ないし図４（ａ）、図４（ｂ）において、第１回転部材１００はスプロケットで構成され、上記第１回転部材１００にはその外周に歯部１０２が一体に形成されている。この歯部１０２は図１の歯車５２や５６に対応しており、チェーン２０と噛み合う形状を為し、チェーン２０によりエンジンのクランク軸の回転が第１回転部材１００へ伝えられる。この実施例では、エンジンのクランク軸の回転がチェーン２０を介して伝達される構造で、クランクの回転速度が１／２に減速されて伝えられ、クランク軸の回転速度の２分の１の速度で第１回転部材１００が回転する。
【００２７】
上記第２の回転部材２００は本体ボディ２０２と本体ボディ２０４とで構成される。上記本体ボディ２０２には一点鎖線で示されるカム軸３００の先端部が内接するくぼみ２０６が形成される。前期くぼみ２０６にカム軸の端部がはまり、この端部に上記第２の回転部材２００が固定ボルト３１により固定されている。前期本体ボディ２０２と本体ボディ２０４とは予め固定されて、カム軸の位相可変装置が作られ、このカム軸の位相可変装置が上記カム軸端部に固定される。しかし、本体ボディ２０２と本体ボディ２０４とが一体化されておらず、固定ボルト３１で本体ボディ２０２と本体ボディ２０４とが上記カム軸端部に固定されることで、本体ボディ２０２と本体ボディ２０４とが固定されるようにしても良い。
【００２８】
第１回転部材１００は、上述の歯部１０２が形成されている外周部１０２と、軸受け部１０６と、上記外周部１０２と軸受け部１０６とをつなぐ円板部１０４と、環状部１０８とを有している。上記軸受け部１０６は本体ボディ２０２に回転可能に支持されており、両者は同軸に配置されて回転方位に相対的に変位し、カム軸の軸方向には制作上の誤差を無視すれば移動できない。
【００２９】
第１回転部材１００の上記環状部１０８には、その一方の側、本実施例では外周側に、図３に示すように複数のカム面１１０が形成されている。この実施例では上記カム面１１０は円周方向に等間隔に形成されており、６面配置されている。１つのカム面１１０と次のカム面１１０との間には曲率半径の極めて大きいあるいは略平面あるいは逆曲率の形状を為す面を有する緩曲面部１１２が形成されている。一方、上記第２の回転部材２００の本体ボディ２０２には環状部２０８が設けられ、上記環状部２０８の曲面部２１０が第１回転部材１００の上記環状部１０８の緩曲面部１１０と周方向において対向するように形成されている。第２の回転部材２００の上記環状部２０８の内周側には、円筒を形成する内面あるいは略円筒な内面を備えた部分である曲面２１０が上記緩曲面部１１２の面と径方向に対向して形成されている。なお、第１回転部材１００の上記環状部１０８と第２の回転部材の上記環状部２０８との位置関係、すなわち対向の関係を径方向において逆にしてもよい。また曲面２１０と緩曲面部１１２とが環状部２０８と環状部１０８とに設けられているが、この関係を逆にし、本体ボディ２０２の環状部２０８の内周側に多数の緩曲面部を形成し、第１回転部材１００の環状部１０８に外周側に向って円筒面部を形成するようにしてもよい。この緩曲面部を有する回転部材を「当該回転部材」ということがある。
【００３０】
第１の回転部材の環状部１０８に形成された各緩曲面部１１２と第２の環状部材１０８に形成された各曲面２１０との対向する各面間で作られるそれぞれの空間には円筒形状のくさび部材３０２、３０４が一対を為して挿入され、更に各対のくさび部材３０２、３０４間にはバネ部材３０６が配置されている。バネ部材３０６は各くさび部材３０２、３０４を離間する方向に押し出すので、この結果、各くさび部材３０２、３０４が緩曲面部１１２と曲面２１０との間隔が狭くなる方向に押し込められてくさび係合すると、緩曲面部１１２と曲面２１０すなわち第１回転部材１００と第２の回転部材とはどちらの回転方位にも相対的に変位することができない状態となる。
【００３１】
すなわち第１回転部材１００の環状部１０８と第２の回転部材２００の環状部２０８との間に複数のくさび部材とバネが配置され、これらは第１回転部材１００と第２の回転部材２００とをつなぐクラッチ機構として作用し、このクラッチ機構が接続状態となることにより第１回転部材１００と第２の回転部材２００とは一体に回転し、第１回転部材１００から回転トルクが第２の回転部材２００に伝達される。上記クラッチ機構が接続された状態の位相関係で第１回転部材１００の回転が第２の回転部材２００を介してカム軸３００ヘ伝えられるので、カム軸３００の回転に基づきエンジンの吸気弁または排気弁が上記位相に基づいて開閉動作する。
【００３２】
上記クラッチ機構は以下に説明するクラッチ操作部３７０のクラッチ開放部材３７２により、進角側または遅角側の固定状態の一方が選択的に開放され、開放された方向に位相が変わる。上記クラッチ機構の動作を次に説明する。第１回転部材１００の上記環状部１０８と第２の回転部材２００の上記環状部２０８との間には上記くさび部材３０２、３０４とバネ部材３０６とが設けられ、これらは２方向のクラッチ機構として作用している。上記くさび部材３０２、３０４と次のくさび部材３０２、３０４との間には、くさび動作である固定状態を外すためのクラッチ操作部３７０の開放部材３７２が設けられている。このクラッチ操作部３７０は上記クラッチ機構を進角または遅角のどちらか一方のみ選択的に開放する。この動作により第１と第２の回転部材間の位相を変更する作用をする。
【００３３】
クラッチ操作部３７０はリング部３７４とそのリング部３７４に設けられたクラッチ開放部材３７２と上記クラッチ開放部材３７２を動かす駆動部３７６を有している。上記第１回転部材１００に第１のスリット１４０が複数個形成され、これらスリット１４０内を上記駆動部３７６が移動する。クラッチ操作部３７０のクラッチ開放部材３７２は環状部１０８のカム面１１０に対して円周方向に相対運動することで、相対移動する方向に、所定のくさび部材３０２、３０４をバネ部材３０６の力に抗して押し出し、そのくさび係合を解除する機能を有している。すなわちクラッチ開放部材３７２が第１と第２の回転部材１および２に対し相対的に進み側あるいは遅れ側に相対移動することで、相対移動側のクラッチ機構が外れ、第１回転部材１００と第２の回転部材２００との間の位相が変更される。
【００３４】
クラッチ操作部３７０の駆動部３７６には、クラッチ開放部材３７２を第１と第２の回転部材１００および２００に対し相対的に進み側あるいは遅れ側に相対移動するための位相特性変換部材が、駆動部３７６に機械的に接続され、上記位相特性変換部材によりクラッチ操作部３７０の駆動部３７６が周方向に移動する。
【００３５】
上記位相特性変換部材の構成と作用は以下で図４を用いて詳述する。上記位相特性変換部材は上記クラッチ操作部３７０に回転可能に接続されたリンク部材を有している。リンク部材は、一端がピン４１２により回転可能に上記駆動部３７６に結合されている第１リンク部材４２０と、この第１リンク部材４２０の他端に回転可能にその一端が接続されている第２リンク部材４３０を有する。
【００３６】
第１リンク部材４２０の他端と第２リンク部材４３０の一端との接続部には回転自在に接続するためのピン４２４を有する駆動子４２８が設けられている。この駆動子４２８は制御特性に沿って移動する機能を持ち、この実施例では制御特性に基づいて作られたカム溝５１０にそって移動するローラである。上記駆動子４２８を以下ローラ４２８と記す。更に、第２リンク部材４３０の他端がピン４３２により本体ボディ２０４に回転可能に結合されている。この結果、第１リンク部材４２０のピン４２４側他端に連結された駆動子４２８を半径方向に移動できる状態となる。本実施例では第２リンク部材４３０を用いて上記状態の連結条件が実現されているが、例えば、本体ボディ２０４に略半径方向に伸びる溝を形成し、その中に第１リンク部材４２０のピン４２４側の端部を溝に沿って移動可能に拘束しても、上記の連結条件は実現できる。
【００３７】
本体ボディ２０４により、第４の回転部材となるブレーキディスク１７０がカム軸３００の中心軸周りに回転可能に支持されており、ブレーキディスク１７０にはヒステリシスリング１７２が固定されている。更に、本体ボディ２０４によりヒステリシスブレーキのステータ１７４もニードル軸受け１６０を介して相対回転が可能に支持されており、ステータ１７４は励磁コイル部１７６，ヒステリシスリング１７２を非接触で挟むヨーク部１７７で構成されている。ステータ１７４は本体ボディ２０４すなわちカム軸３００に対して回転できるが静止座標系に対しては回転できぬよう図示されない拘束手段により拘束されている。
【００３８】
上記コイル部１７６とヨーク部１７７とは磁気回路を形成し、この磁気回路は上記ヒステリシスリング１７２を備えたブレーキディスク１７０に対してコイルを流れる電流に基づくヒステリシス抵抗を発生する駆動機構として作用する。この駆動機構は図示していないがエンジンブロックなどに固定され、移動しない。一方上記ヒステリシスリング１７２を備えたブレーキディスク１７０は第１の回転部材に取り付けられたバネにより回転する。上記駆動機構はブレーキディスク１７０の回転を阻止する方向の力を生じ、この阻止する力の大きさは上記コイル部を流れる電流に基づいて変わる。ここで制御性に作れている点は、ヒステリシス抵抗を利用しているので、上記ヒステリシスリング１７２の移動速度の影響を受けないことである。従ってエンジン回転速度が頻繁に変化しても制御の安定性に上記変化は大きな悪影響を及ぼさない。なお、図２で数字１７８は上記コイル部に電流を供給する電流端子であり、図１の駆動回路８２や８４の回路によりデューティ制御された電流パルスが供給される。このデューティ比を変えることで供給電流値の実効値が制御される。
【００３９】
上記ブレーキディスク１７０のヒステリシスリング１７２は、ヒステリシス特性を有する磁性材料で構成されている。上述のとおり、ステータ１７４が発生する磁束によりヒステリシスブレーキが発生する。励磁コイル部１７６に流す電流を制御することで、ヨーク部１７７に対して回転運動を行っているヒステリシスリング１７２とブレーキディスク１７０に作用する反回転方向のブレーキトルクの大きさを調整することが出来る。
【００４０】
ブレーキディスク１７０には半径方向に長穴１９０が２箇所形成されており、その長穴１９０の各々にトルク伝達ピン１８４が挿入されている。トルク伝達ピン１８４は、第１回転部材１００の円板部１０４に設けられた第２の連絡窓部１５０を貫通して、第１回転部材１００の円板部１０４の反対側に突出し、戻しバネのバネホルダ１８８のトルク伝達部１８６に固定されている。第１回転部材１００を挟んで戻しバネホルダ１８８とブレーキディスク１７０との間でトルクの伝達ができる構成になっている。
【００４１】
バネホルダ１８８と本体ボディ２０２の環状部２０８との間にぜんまい方式の戻しバネ１９２が組み込まれている。本実施例では戻しバネ１９２は２個設けられており、これらのバネ１９２が互いに１８０度、周方向にずらして組み込まれている。戻しバネホルダ１８８と戻しバネ１９２とは第１回転部材１００に固定されたカバー１９４の内部に納められており、バネホルダ１８８の球面状の外周面１８７はカバー１９４の内周面１９６によって径方向に支持されている。
【００４２】
これらの構成において、戻しバネ１９２を一対にして１８０度方向をずらしているのは、本体ボディ２０２と戻しバネホルダ１８８との間の作用力を出来るだけ完全な偶力として球面状の外周面１８７と内周面１９６との間の接触力を減らし、その接触力に伴う摩擦抵抗を減少させるための工夫である。また、戻しバネホルダ１８８の外周面１８７を球面状にして、トルク伝達部１８６に固定したトルク伝達ピン１８４を径方向に隙間の出来る長穴１９０に嵌入しているのは、戻しバネ１９２からブレーキディスク１７０への最終的な作用力も出来るだけ完全な偶力として本体ボディ２０４によるブレーキディスク１７０の回転支持部に発生する荷重を減らし、その摩擦抵抗を減少させるための工夫である。
【００４３】
以上の構成においてヒステリシスブレーキの励磁コイル１７６の電流値を変えてそのブレーキトルクを制御すれば、ブレーキディスク１７０と本体ボディ２０２およびこれと一体となった本体ボディ２０４との回転変位を、その回転変位に連動して変化する戻しバネ１９２によるトルクとの釣合いを利用して制御することが可能である。一方、ブレーキディスク１７０にはカム溝５１０が形成されている。この実施例ではこの溝５１０は一方に曲がっており、ブーメラン状の形状をしている。このカム溝５１０内に上記の第１リンク部材４２０と第２リンク部材４３０を連結するピン４２４がローラ４２８を介して拘束されている。ローラ４２８はその内周でピン４２４と滑り摺動するが外周ではカム溝５１０に対して転がるので、ピン４２４がカム溝５１０に沿って移動する際の摩擦抵抗を低減する働きをしている。
【００４４】
今エンジンのクランク軸の回転に基づいて第１回転部材１００が回転し、この第１回転部材１００と相対的な位相差を持って第２回転部材２００が回転しているとする。このときバネ１９２とヒステリシスブレーキのブレーキ力との釣り合った位相でブレーキディスク１７０が回転している。次に上記ヒステリシスブレーキの励磁コイル１７６の電流値を変えると、ブレーキ力が変化しブレーキ力とバネ１９２との釣り合い関係が変わり、ブレーキディスク１７０と本体ボディ２０２および本体ボディ２０４との回転位相関係が変化する。本体ボディ２０４にピン４３２によって一端が結合された第２リンク部材４３０の他端部にあるピン４２４はブレーキディスク１７０と同位相で回転することができなくなり、回転位相が変化する。この結果、ピン４２４とローラ４２８はブレーキディスク１７０のカム溝５１０の中を、位相変化分に基づき円周方向に相対移動する。カム溝５１０がカム軸周りの同心円に対して半径方向に傾斜した部分を持つ形状に形成されているので、周方向の移動に基づき、カム軸に対して半径方向に移動する。ピン４２４およびローラ４２８が半径方向に移動することにより、ピン４１２を周方向に移動し、クラッチ開放部材３７２を周方向に移動する。図３でクラッチ開放部材３７２が周方向に移動すると、くさび係合におけるくさび３０２または３０４の内のいずれか一方のくさびを選択的に解除する。
【００４５】
上述のとおりピン４１２を半径方向に移動することにより、ピン４１２を周方向に移動し、位相を変化する。ブレーキディスク１７０に設けられた溝５１０の形状を変えることで、位相特性を所定の特性に設定できる。この所定の特性に従ってブレーキディスク１７０の周方向の移動を位相特性に変換することができる。位相特性変換部材は、第１のリンク部材４２０と、第１のリンク部材と共にリンク部材を構成する第２のリンク部材４３０と、第１および第２のリンク部材が連結される上記駆動子４２８、および第４の回転部材であるブレーキディスク１７０と、ブレーキディスク１７０に設けられたカム溝とから構成される。このカム溝に沿って上記駆動子が移動する。
【００４６】
上述の図４（ａ）および図４（ｂ）はエンジンの始動時の状態を示す。励磁コイル１７６には通電されていないか供給電流が最小の状態であり、ブレーキディスク１７０が戻しバネ１９２のトルクにより本体ボディ２０２すなわちピン４３２に対して最も時計回転方向に回転し、ピン４２４とローラ４２８とがカム溝５１０の一方の端部付近にある状態を示している。本実施例では、カム溝５１０の中心軸の一端付近部の案内部の配置径φＤｍｅｄは、カム溝全体での変化範囲の最大でも最小でもない、その間の大きさ(中間的な値)であるので、中央のピン４２４とローラ４２８をその半径方向位置に拘束された第１リンク部材４２０と第２リンク部材４３０による一連のリンク機構では、その両端のピン４１２とピン４３２との円周方向距離も中間的な値になる。すなわち、ピン４１２が固定されたクラッチ操作部３７０とピン４３２が固定された本体ボディ２０４との円周方向変位が中間的な値となる。後で詳しく説明するが、くさび係合の平面部が形成されている方の回転部材（本実施例の場合は第１回転部材１００）は必ずクラッチ操作部３７０の動きに追従して動く性質を持っているので、本実施例ではカム軸３００と第１回転部材１００との間の位相角も中間的な値となる。
【００４７】
図５は励磁コイル１７６に供給される通電量が増加した状態で、ヒステリシスブレーキがある程度のブレーキトルクを発生している状態である。このときのブレーキトルクと戻しバネ１９２のトルクの釣り合いによりブレーキディスク１７０が本体ボディ２０４すなわちピン４３２に対してある程度反時計回転方向に回転した回転位相を有する状態である。ピン４２４とローラ４２８とがカム溝５１０の円周方向に時計方向にある程度移動した状態、たとえば中間点にある状態を示している。
【００４８】
本実施例のカム溝５１０の形状は、一端付近部の案内部の配置径φＤｍｅｄから円周方向に向かって一度配置径が増大して最大配置径φＤｍａｘ（配置径最大値方向）となった後、徐々に減少する形状である。図５はピン４２４とローラ４２８がその最大配置径φＤｍａｘの位置にある状態を示している。この状態で、本実施例の第１リンク部材４２０と第２リンク部材４３０による一連のリンク機構は、その両端のピン４１２とピン４３２との円周方向距離が最小値となり、クラッチ操作部３７０と本体ボディ２０４との円周方向の位相変位も最小値となる。クラッチ操作部３７０すなわち第１回転部材１００に対して、本体ボディ２０４すなわちカム軸３００がその回転方向に最も小さく変位しているということは、図５の状態ではカム軸位相が最遅角位置にあることを示している。
【００４９】
図６は、励磁コイル１７６への通電量を最も大きくした状態を示す。この状態では、ヒステリシスブレーキが大きなブレーキトルクを発生している状態であり、そのブレーキトルクと戻しバネ１９２のトルクが釣り合うためにブレーキディスク１７０が本体ボディ２０２すなわちピン４３２に対して反時計回転方向に最大限回転し、ピン４２４とローラ４２８とがカム溝５１０の円周方向の他端部付近にある状態を示している。本実施例におけるカム溝５１０の形状は一度配置径が最大配置径φＤｍａｘとなった後に他端部に向かって減少する形状（配置径最小値方向）であり、図６ではピン４２４とローラ４２８がその最小配置径φＤｍｉｎの位置にある状態を示している。これに伴い、本実施例の第１リンク部材４２０と第２リンク部材４３０による一連のリンク機構では、その両端のピン４１２とピン４３２との円周方向距離が最大値となり、クラッチ操作部３７０と本体ボディ２０４との円周方向変位も最大となる。クラッチ操作部３７０すなわち第１回転部材１００に対して、本体ボディ２０４すなわちカム軸３００がその回転方向に最も大きく変位している状態で、図６の状態ではカム軸位相が最進角位置にある状態を示している。
【００５０】
なお、図４（ａ），図５，図６の各図においてカム溝５１０の付近に図示されている繭型形状の図形は、第１リンク部材４２０と第２リンク部材４３０との連結部が第１回転部材１００の方向に突出している部分が干渉しないように、第１回転部材１００に形成された穴４２２である。
【００５１】
本実施例は、第１の円周方向と第２の円周方向のくさび係合におけるいずれか一方を選択的に解除するクラッチ操作部３７０を有し、回転方向の一端部における配置径が中間的な値であり、円周方向の他の位置において上記の配置径の中間値よりも大きな配置径部分と小さな配置径部分の両方の部分を有するブーメラン（逆形状ブーメランを含む）形状であるカム溝を備えた第４の回転部材を有し、第４の回転部材の回転に伴って上記カム溝に沿って拘束案内され、第１あるいは第２の回転部材の中で平面部を持つ方の回転部材を他方の回転部材に対して相対回転させる駆動子を有し、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えることができる。
【００５２】
次に図７を用いて、くさび係合の平面部が形成されているほうの回転部材（本実施例の場合は第１回転部材１００）が必ずクラッチ操作部３７０の動きに追従して動く性質を持っていることを説明する。
【００５３】
カム軸は、図２の左方向すなわちエンジンのフロント側から見て、時計方向に回転しているとする。図７は、くさび係合を構成する部品の断面をエンジンのフロント側から見た状態を示す。図２のＢ−Ｂ断面である図４に於けるくさび係合構成部品とは逆方向から見ていることになる。また、図７は第１回転部材１００の環状部１０８と共に回転しながら観測しているとし、したがってこれらの図でカム軸３００と一体になった本体ボディ２０２が時計方向に回転している時は進角している状態であり、反時計方向に回転している時は遅角している状態である。なお、図７における本体ボディ２０２の断面部分は方向性のない形状であるので、仮想的に外周部に旗のマークを固定してその円周方向の動きを見ることが出来るようにしてある。
【００５４】
まず、図７（ａ）〜（ｄ）によりカム軸位相、すなわち、バルブタイミングを進角側に変更する過程を説明する。図７の各図において図示されてはいないが、ピン４２４とローラ４２８とが図５と図６の間の位置、すなわち、カム溝５１０において時計回転方向に向かって配置径が減少する部分にあるものと仮定する。
【００５５】
図７（ａ）はスタート位置で、ヒステリシスブレーキによるトルクと戻しバネホルダ１８８によるトルクが釣り合った状態にあり、ブレーキディスク１７０は本体ボディ２０２に対して相対回転しないので、クラッチ操作部３７０も本体ボディ２０２に対して移動しない状態を示している。このためクラッチ操作部３７０の両側のくさび部材３０２、３０４によるくさび係合はいずれも解除されないので、第１回転部材１００と本体ボディ２０２（カム軸３００）との相対位置は変わらない。
【００５６】
図７（ｂ）はヒステリシスブレーキのブレーキトルクを増大させた直後である。この時ブレーキディスク１７０が本体ボディ２０４に対して反時計方向に回転し、ピン４２４とローラ４２８の配置径が減少し、本体ボディ２０４および本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が反時計に移動してその方向のくさび部材３０２のくさび係合を解除している状態である。図７（ｂ）では、このくさび係合解除により第１回転部材１００に対して本体ボディ２０２（カム軸３００）は時計方向、すなわち進角方向への移動のみが可能な状態となっている。
【００５７】
図７（ｃ）は実際に第１回転部材１００に対して本体ボディ２０２（カム軸３００）が進角方向へ少し移動した状態を示す。図７（ｂ）に対する図７（ｃ）の違いは旗マークの位置から判るように本体ボディ２０２が時計方向に少し回転していることとクラッチ操作部３７０の所に矢印の大きさで示されるクラッチ操作部３７０の回転駆動トルクの大きさが減少している点である。このクラッチ操作部３７０の回転駆動トルク減少の理由は、第１回転部材１００に対して本体ボディ２０２が相対回転することで戻しバネ１９２によるトルク（反ブレーキトルク方向）が増大したためである。
【００５８】
上記した通り、カム軸３００の固定ボルト３１には正負にまたがって発生するトルク変動が作用しており、図７（ｂ）のように一方の方向のくさび係合のみが解除され本体ボディ２０２が時計方向すなわち進角方向にのみ移動可能な状態では、変動トルクが負の時に本体ボディ２０２が進角方向に回転して図７（ｃ）の状態になるわけである。なお、ここでカム軸３００に作用するトルクは第１回転部材１００に対して遅らせようとする方向を正、進ませようとする方向を負としている。ただし、図７（ｃ）の状態ではまだクラッチ操作部３７０には回転駆動トルクが残っていて一方の方向のくさび係合を解除しているので、本体ボディ２０２の進角方向への回転は継続する。
【００５９】
図７（ｄ）は図７（ｂ）でブレーキトルクを増大させた後に本体ボディ２０２が進角方向へ回転し最終的に静止して安定した状態を示す。旗マークの位置から図７（ｄ）では図７（ｃ）よりも更に本体ボディ２０２が進角方向へ回転しており、その結果、戻しバネ１９２による反トルクが更に増大し、増大された後のブレーキトルクと釣合う状態となっている。この釣合い関係は、図７（ａ）のスタート位置と同じであり、これよりブレーキトルクを更に増大させるか逆に減少させて釣合いを壊さない限り、第１回転部材１００と本体ボディ２０２とは再びくさび部材３０２、３０４により両方向にくさび係合され相対回転しなくなる。もし、本体ボディ２０２が行き過ぎて更に進角方向に回転すると今度は戻しバネ１９２によるトルクがブレーキトルクよりも大きくなり、ブレーキディスク１７０が本体ボディ２０４に対して時計方向に回転し、ピン４２４とローラ４２８の配置径が増大し、本体ボディ２０４および本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が時計方向に移動して逆方向のくさび部材３０４のくさび係合を解除する。この結果本体ボディ２０２は図７（ｄ）の位置に戻ってくるので、本体ボディ２０２は結局、最初のブレーキトルクの増大量に見合った量だけ進角して自動的に安定することになる。本体ボディ２０２が進角して時計方向に移動するということは、これに対して第１回転部材１００が反時計方向に移動するということであり、ここでは、まず本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が反時計方向に移動し、次にこれに追従する形で第１回転部材１００も反時計方向に移動していることがわかる。なお、バルブタイミングを遅角側に変更する過程は上記説明と同じ作用で、作用方向が逆の状態で動作する。
【００６０】
以上、図７を用いてピン４２４とローラ４２８が図５と図６の間の位置、すなわち、カム溝５１０において時計回転方向に向かって配置径が減少する部分にある場合に、くさび係合の平面部が形成されているほうの回転部材（本実施例の場合は第１回転部材１００）が必ずクラッチ操作部３７０の動きに追従して動く性質を持っていることを説明した。
【００６１】
一方、ピン４２４とローラ４２８が、カム溝５１０において時計回転方向に向かって配置径が増大する部分にある場合にも、くさび係合の平面部が形成されている方の回転部材（本実施例の場合は第１回転部材１００）が必ずクラッチ操作部３７０の動きに追従して動く性質を持っている。ピン４２４とローラ４２８が、カム溝５１０において時計回転方向に向かって配置径が増大する部分にある場合、ヒステリシスブレーキによるトルクと戻しバネ１９２によるトルクが釣合った状態からヒステリシスブレーキのブレーキトルクを増大させると、ブレーキディスク１７０は本体ボディ２０４に対して図７の時と同様に反時計方向に回転するが、カム溝５１０の傾斜方向が逆であるのでピン４２４とローラ２０の配置径は減少せずに逆に増大する。したがって、本体ボディ２０４および本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が時計方向に移動し、これに追従してくさび係合の平面部が形成されている第１回転部材１００も時計方向に移動する。
【００６２】
同じく、ピン４２４とローラ４２８が、カム溝５１０において時計回転方向に向かって配置径が増大する部分にある場合、ヒステリシスブレーキによるトルクと戻しバネ１９２によるトルクが釣合った状態からヒステリシスブレーキのブレーキトルクを減少させると、ブレーキディスク１７０は本体ボディ２０４に対して時計方向に回転するが、カム溝５１０の傾斜方向が逆であるのでピン４２４とローラ４２８の配置径は増大せずに逆に減少する。したがって、本体ボディ２０４および本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が反時計方向に移動し、これに追従してくさび係合の平面部が形成されている第１回転部材１００も反時計方向に移動する。以上のとおり、くさび係合の円筒面部が形成された本体ボディ２０２に対してクラッチ操作部３７０が移動すると、必ずこれに追従して、くさび係合の平面部が形成されている第１回転部材１００も同じ方向に移動する。
【００６３】
以上の説明において、本実施例は以下の特性を有している。第１の特徴として、図４〜図６に示すとおり、本実施例ではエンジン始動時のブレーキトルクがまだ発生していない状態からブレーキトルクを増大させて行くと、クラッチ操作部３７０に対するくさび係合の円筒面部が形成されているほうの回転部材である本体ボディ２０２のカム軸の回転方向での円周方向の変位は中間的な値からスタートして一度最小値まで減少し、その後最大値まで増大する特性を有している。
【００６４】
第２点として、図７により本実施例ではくさび係合の平面部が形成されているほうの回転部材である第１回転部材１００が、必ずクラッチ操作部３７０の動きに追従して回転方向に動く性質を持っている。
【００６５】
これらの２点の動作特性から、本実施例ではエンジン始動からブレーキトルクを増大させて行くことで、第１回転部材１００に対するカム軸の回転変動変位は、中間値からスタートして一度最小値まで減少しその後最大値まで増大する。すなわち、カム軸の位相を外部からの制御を加えぬエンジン始動時には中間的な位相とした上で、その後これより遅角方向へも進角方向へも制御することの可能なカム軸位相可変装置が得られる。したがって、エンジンの始動可能な中間位相に対して制御範囲が遅角と進角の両方向に広がるので、エンジンの運転状態の変化に対応して従来技術よりも最適なカム軸位相に制御することが出来る効果がある。
【００６６】
なお、本実施例においては、クラッチ操作部３７０の駆動部３７６から時計回転方向に向かって、ピン４１２，第１リンク部材４２０，ピン４２４，第２リンク部材４３０，ピン４３２，本体ボディ２０４の順番で各部品が連結されているが、これを逆の反時計方向向かって連結すると、同じように本体ボディ２０４に対してブレーキディスク１７０を回転させた場合に、本体ボディ２０４に対するクラッチ操作部３７０や第１回転部材１００の相対回転運動の方向は逆になるので、第１回転部材１００に対するカム軸の回転変位は、中間値からスタートして一度最大値まで増大しその後最小値まで減少する。しかし、本実施例と同様にカム軸の位相を外部からの制御を加えぬエンジン始動時には中間的な位相とした上で、その後これより遅角方向へも進角方向へ制御することが可能である点は変わらない。
【００６７】
また、本実施例のブレーキディスク１７０のカム溝５１０は中間部の配置径が両端部の配置径より大きい形状をしているが、これと逆に中間部の配置径が両端部の配置径より小さい形状とすると、同じように本体ボディ２０４に対してブレーキディスク１７０を回転させた場合に、本体ボディ２０４に対するクラッチ操作部３７０や第１回転部材１００の相対回転運動の方向は逆になるので、第１回転部材１００に対するカム軸の回転変位は、中間値からスタートして一度最大値まで増大しその後最小値まで減少する。しかしこの場合も、本実施例と同様にカム軸の位相を外部からの制御を加えぬエンジン始動時には中間的な位相とした上で、その後これより遅角方向へも進角方向へも制御することが可能である点は変わらない。
【００６８】
ちなみに、上記のリンク機構部の連結方向を逆にすることとカム溝の配置径の変化方向を逆にすることの両方を同時に実施すると、ブレーキディスク１７０の回転させた時の第１回転部材１００に対するカム軸の回転変位は、本実施例と同様に変化する。要するに、カム溝５１０においてブレーキトルクによって回転させられる方向の端部の配置径を中間的な値とすることで、エンジン始動時のカム軸位相を中間的な位相とし、その後これより遅角方向と進角方向の両方向へ制御することが可能となる。
【００６９】
更に、本実施例ではエンジンのクランク軸により回転駆動される第１回転部材１００（第１回転部材１００）にくさび係合の平面部を形成し、カム軸と一体に連結された第２回転部材（本体ボディ２００）にくさび係合の円筒面部を形成しているが、この平面部と円筒面部を形成する部品を逆にして当該回転部材を構成しても本実施例と同じく次の条件を満たしていれば、やはり同様な効果が得られる。
【００７０】
すなわち、両方向のくさび係合によるロックの一方を選択的に解除する第３回転部材（保持器）にリンク部材の一端部が回転可能に連結され、そのリンク部材の他端部がくさび係合の円筒面部が形成されている回転部材に対して半径方向に移動可能に連結され、リンク部材の他端部を半径方向に動かすカム溝の形成されたブレーキディスクがブレーキによるトルクと戻しバネによるトルクの釣合いにより回転駆動され、ブレーキディスクとくさび係合の円筒面部が形成されている回転部材との間に戻しバネが組み込まれていれば良い。
【００７１】
以上のように、本実施例によれば、内燃機関用カム軸位相可変装置およびその方法が、次のように構成され得る。内燃機関のクランク軸により回転駆動される第１の回転部材と、上記第１の回転部材を介して回転駆動されカム軸と一体に連結された第２の回転部材とを有し、これら第１の回転部材と第２の回転部材との相対的な回転方向位置を制御してクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させる機能を有する内燃機関用カム軸位相可変装置では、上記第１の回転部材と上記第２の回転部材のいずれか一方に形成された円筒面を有し、他方の部材の該円筒面に対向する部位に複数の平面部を持つ閉曲面を有し、上記円筒面と上記平面部の間の空間内に複数のくさび部材を有し、上記複数のくさび部材の一部を第１の円周方向に押して上記円筒面と上記平面部との間でくさび係合させ残りのくさび部材を第１の円周方向と逆方向である第２の円周方向に押してやはり円筒面と平面部との間でくさび係合させるための複数の弾性部材を有し、上記複数のくさび部材の各々の円周方向隣接部分にその一部が分散配置されており上記第１あるいは第２の回転部材の中で複数の平面部を持つ方の回転部材に対する相対回転方向が選択されて第１の円周方向と第２の円周方向のくさび係合におけるいずれか一方を選択的に解除するクラッチ操作部３７０を有し、該クラッチ操作部３７０に回転対偶で一端部が連結され、他の端部が第１または第２の回転部材の中で円筒面を有する方の回転部材に対して半径方向に移動可能に連結された部材、および、該部材の他の端部を半径方向に移動させる駆動手段を有する。
【００７２】
上記駆動手段は、第４の回転部材によって半径方向に駆動されて第１あるいは第２の回転部材の中で平面部を持つ方の回転部材を他方の回転部材に対して相対回転させる駆動子を有する。上記部材は第１のリンク部材で構成され、上記駆動手段は、第１のリンク部材と共にリンク機構（リンク部材）を構成する第２のリンク部材と、第１および第２のリンク部材が連結される上記駆動子、および第４の回転部材に設けられて上記駆動子の移動を拘束案内するカム溝とから構成される。
【００７３】
第４の回転部材は、ブレーキ手段によるトルクが付与され、第１の回転部材と第２の回転部材の中で円筒面の形成された方の回転部材と第４の回転部材との間に組み込まれた戻しバネによるトルクと釣合わせて第４の回転部材を当該回転部材に対して相対回転させるように構成される。
【００７４】
ブレーキ手段は高透磁率の磁性体で作られ第４の回転部材に対して固定されたヒステリシスリングと静止部材に固定された励磁コイルと同じく静止部材に固定され上記のヒステリシスリングを非接触で挟むヨークとで構成されるヒステリシスブレーキとされる。
【００７５】
第４の回転部材のカム溝は、その回転方向の一端部の案内部における配置径が中間的な値であり、円周方向の他の位置において上記の配置径の中間値よりも大きな配置径部分と小さな配置径部分の両方の部分を有する形状とされる。
【００７６】
第１のリンク部材の端部は、内周円筒面と外周円筒面を持つディスク部材を有し、上記駆動手段又はピンで構成され、該ピンは、内周部で他端部に回転対偶で連結され、外周部で上記カム溝と転がり接触して、カム溝形状に沿って案内される。
【００７７】
内燃機関のクランク軸により回転駆動される第１の回転部材と、上記第１の回転部材を介して回転駆動されカム軸と一体に連結された第２の回転部材とを有し、これら第１の回転部材と第２の回転部材との相対的な回転方向位置を制御してクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させる機能を有する内燃機関用カム軸位相可変装置は、上記第１の回転部材と上記第２の回転部材のいずれか一方に形成された円筒面を有し、他方の部材の該円筒面に対向する部位に複数の平面部を持つ閉曲面を有し、上記円筒面と上記平面部の間の空間内に複数のくさび部材を有し、上記複数のくさび部材の一部を第１の円周方向に押して上記円筒面と上記平面部との間でくさび係合させ残りのくさび部材を第１の円周方向と逆方向である第２の円周方向に押してやはり円筒面と平面部との間でくさび係合させるための複数の弾性部材を有し、上記複数のくさび部材の各々の円周方向隣接部分にその一部が分散配置されており上記第１あるいは第２の回転部材の中で複数の平面部を持つ方の回転部材に対する相対回転方向が選択されて第１の円周方向と第２の円周方向のくさび係合におけるいずれか一方を選択的に解除するクラッチ操作部３７０を有し、回転方向の一端部の案内部の配置径が中間的な値であり、円周方向の他の位置において上記の配置径の中間値よりも大きな配置径部分と小さな配置径部分の両方の部分を有するカム溝を備えた第４の回転部材を有し、第４の回転部材の回転に伴って上記カム溝に沿って拘束案内され、第１あるいは第２の回転部材の中で平面部を持つ方の回転部材を他方の回転部材に対して相対回転させる駆動子を有し、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えることができる。
【００７８】
内燃機関のクランク軸により回転駆動される第１の回転部材と、上記第１の回転部材を介して回転駆動されカム軸と一体に連結された第２の回転部材とを有し、上記第１の回転部材と上記第２の回転部材のいずれか一方に形成された円筒面を有し、他方の部材の該円筒面に対向する部位に複数の平面部を持つ閉曲面を有し、上記円筒面と上記平面部の間の空間内に複数のくさび部材を有し、上記複数のくさび部材の一部を第１の円周方向に押して上記円筒面と上記平面部との間でくさび係合させ残りのくさび部材を第１の円周方向と逆方向である第２の円周方向に押してやはり円筒面と平面部との間でくさび係合させるための複数の弾性部材を有し、上記複数のくさび部材の各々の円周方向隣接部分にその一部が分散配置されており上記第１あるいは第２の回転部材の中で複数の平面部を持つ方の回転部材に対する相対回転方向が選択されて第１の円周方向と第２の円周方向のくさび係合におけるいずれか一方を選択的に解除するクラッチ操作部３７０を有し、回転方向の一端部の案内部の配置径が中間的な値であり、円周方向の他の位置において上記の配置径の中間値よりも大きな配置径部分と小さな配置径部分の両方の部分を有するブーメラン形状であるカム溝を備えた第４の回転部材を有する内燃機関用カム軸位相可変装置によるカム軸位相可変方法は、第４の回転部材の回転に伴って第１あるいは第２の回転部材の中で平面部を持つ方の回転部材を他方の回転部材に対して相対回転させ、内燃機関始動時では上記配置径を中間的な値としてカム軸位相を中間的な位相となし、ブレーキトルクが小さい段階では上記配置径を最大値方向にあるようにして相対回転を小さくして遅角位置となし、ブレーキトルクが大きな段階では上記配置径を最小値方向にあるようにして相対回転を大きくして進角位置としてクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変えることができる。
【００７９】
回転方向の一端部における配置径が中間的な値であり、円周方向の他の位置において上記の配置径の中間値よりも大きな配置径部分と小さな配置径部分の両方の部分を有するブーメラン形状であるカム溝に沿って駆動子を拘束案内することができる。ここでブーメラン形状とは、周方向の回転に基づく回転変位が、位相特性が最も近くから所定位相だけ進角したい位置から始まり、徐々に遅角し、その後徐々に進角する特性に変換される形状である。
【００８０】
図８は第１リンク部材４２０の形状を示す。また図９は第２リンク部材４３０の形状を示す。上記実施例ではリンク部材は、クラッチを外す作用を行う。第１回転部材１００から第２回転部材２００へのトルクはクラッチ機構を介して伝達され、リンク部材に上記伝達トルクが作用しないので、リンク部材に大きな負担がかかることが無く、耐久性に優れている。また、図８と図９に示すリンク部材４２０と４３０の内の一方である、例えばリンク部材４２０の端部の一方をカム軸方向に動かして他のリンク部材の端部と重なる構造とすることで、装置全体をカム軸方向に薄くできる。第１回転部材にクランク軸からのトルクが加わることでカム軸方向の長さが長いと軸と垂直方向のモーメントが加わるが、上記のように薄くすることでモーメントの影響を小さくできる。
【００８１】
図１０はブレーキディスク１７０を示す図で、図１０(ａ)はステータ側から見た図である。図１０(ｂ)は図１０(ａ)のＥ−Ｏ−Ｅ断面図である。図１０(ｃ)は図１０(ａ)のＦ−Ｏ断面図である。また図１０(ｄ)はブレーキディスク１７０をバネ側から見た図である。ブレーキディスク１７０の径方向の外周側にヒステリシスリングを設けているので、位相を制御するための操作電流をより少なくできる。エンジンの電源は多くの機器に電流を供給しており、供給電流を少なくできることは車の燃料費を改善でき、排気浄化対策に繋がる。また位相特性を得るための溝をブレーキディスク１７０に設けることで、径方向のヒステリシスリングの支持部を有効に利用でき、しかも径方向の幅を大きく取れ、制御範囲を大きくできる利点が有る。ヒステリシスリングはヒステリシス特性を示す材料で、例えば強磁性体材料がこれに適する。ヒステリシスリングでは熱が発生するが、この熱はブレーキディスク１７０を介して放熱する。とくにブレーキディスク１７０は一方向に回転するので、回転に伴う空気の流れが生じ、冷却効果が増す。
【００８２】
図２の構造は、カム軸の端部から外側の方に回転しないコイルを伴う磁気回路が設けられ、回転する部材がカム軸の端部側に配置されている。このためエンジンからのトルクが加わる部分がカム軸端部側に配置され、エンジンクランク軸からのトルクによるカム軸と垂直方向のモーメントの影響が受けにくい構造になっている。図２の歯車部分１０２を図２の円板部１０４より軸側に設けても良い。この場合はエンジンクランク軸からのトルクをさらに軸側で受けることとなるので上記影響をさらに少なくできる。このような構造は、例えば円板部１０４の延長上の外周にそのまま歯車を形成する。あるいは円板部１０４の延長上よりカム軸側に、図２のバネの外周に歯車を形成する構造が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明が適用されるエンジンのカム軸制御システムを示すシステム図。
【図２】本発明の実施例であるカム軸位相可変装置の側断面図。
【図３】本発明の実施例であるカム軸位相可変装置の横断面図で、図２におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の実施例であるカム軸位相可変装置の横断面図で、図４（ａ）はカム軸位相可変装置が中間位相にある時の横断面図で、図２におけるＢ−Ｂ断面図、そして図４（ｂ）は本発明の実施例リンク機構部の断面図で、図４におけるＤ−Ｄ断面図。
【図５】本発明の実施例であるカム軸位相可変装置が最遅角位相にある時の横断面図。
【図６】本発明の実施例であるカム軸位相可変装置が最進角位相にある時の横断面図。
【図７】本発明の実施例においてカム軸位相を進角側に変更する過程を説明した図。
【図８】本発明の実施例で、第１リンク部材４２０の形状を示す図。
【図９】本発明の実施例で、第２リンク部材４３０の形状を示す図。
【図１０】本発明の実施例で、ブレーキディスク１７０を示す図で、図１０(ａ)はステータ側から見た図、図１０(ｂ)は図１０(ａ)のＥ−Ｏ−Ｅ断面図、図１０(ｃ)は図１０(ａ)のＦ−Ｏ断面図、また図１０(ｄ)はブレーキディスク１７０をバネ側から見た図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００…第１の回転部材、１０２…歯部、１４０…第１の連絡窓部、１５０…第２の連絡窓部、５１０…溝部、２００…第２の回転部材、３００…カム軸、３１…固定ボルト、３０２…くさび部材、３０４…くさび部材、３０６…バネ部材、３７０…クラッチ操作部、３７２…クラッチ開放部材、４２０…第１リンク部材、４３０…第２リンク部材、１７０…ブレーキディスク、５１０…カム溝、１７２…ヒステリシスリング、１７４…ステータ、１７６…励磁コイル部、１８８…戻しバネホルダ、１９２…戻しバネ。
【図１】
0004528214.tif 000002
【図２】
0004528214.tif 000003
【図３】
0004528214.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004528214.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004528214.tif 000008
【図８】
0004528214.tif 000009
【図９】
0004528214.tif 000010
【図１０】
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