(57)【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する駆動回転体と、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に対して相対回動可能な中間回転体を有し、その中間回転体が駆動回転体と従動回転体に対する相対的な回動操作力を受けることによって駆動、従動両回転体の組付角を変更する組付角操作機構と、前記中間回転体に回動操作力を付与する操作力付与手段と、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、
前記組付角操作機構を、
駆動回転体と従動回転体の一方に設けられた径方向ガイドと、渦巻き状ガイドを有する前記中間回転体と、前記径方向ガイド及び渦巻き状ガイドに対向するように駆動回転体と従動回転体の他方に一体回転可能に設けられ、回転軸線を中心とする円に対して径方向に傾斜するガイド孔を有する変換ガイドと、この変換ガイドのガイド孔に案内係合された状態で前記径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に係合する可動子と、を備えた構成と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】
前記径方向ガイドとガイド孔を夫々円周方向に複数設け、これらの各径方向ガイドとガイド孔の対に夫々可動子を係合させ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】
前記ガイド孔を渦巻きの弧形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、特開２００１-４１０１３号公報に記載される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よって回転駆動されるハウジング（駆動回転体）と、カムシャフトに一体結合された従動軸部材（従動回転体）が組付角操作機構を介して連結され、この組付角操作機構が操作力付与手段によって回動操作されることにより、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相を変更するようになっている。
【０００４】
前記組付角操作機構は、ハウジングに形成された径方向ガイドと、この径方向ガイドに摺動自在に係合された可動操作部材と、従動軸部材に結合されたレバーと、このレバーと前記可動操作部材を揺動可能に連結するリンクと、ハウジングと従動軸部材に対して相対回動可能に設けられ、前記可動操作部材が摺動自在に案内係合される渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、を備えた構成とされている。この組付角操作機構は、中間回転体が前記操作力付与手段によって回動操作されると、渦巻き状ガイドに係合されている可動操作部材が径方向ガイドに沿って径方向に変位し、それによってリンクとレバーが可動操作部材の変位に応じてハウジングと従動軸部材の組付角を変更する。
【０００５】
尚、この公報に記載のものの場合、操作力付与手段は中間回転体を進み側に回転付勢するゼンマイばねと同回転体を遅れ側に回転付勢する電磁ブレーキとによって構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来バルブタイミング制御装置においては、可動操作部材の径方向変位をリンクの作用によってハウジングと従動軸部材の相対回動に変換する構成となっているため、従動軸部材に結合したレバーの他にリンクや枢支連結のためのピンを設けなければならず、部品点数が多くなることが問題となっている。
【０００７】
特に、組付角操作機構に可動操作部材やリンクを複数並設する場合には、複数の可動案内部材を中間回転体の一条の渦巻き状ガイドに同時に係合させるべく各リンクの長さを変えなければならず、そのことが製造コストの高騰を招く大きな原因となる。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、組付角操作機構を部品点数の少ない簡素な構成とすることによって製造コストの低減を図ることのできる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、組付角操作機構を、駆動回転体と従動回転体の一方に設けられた径方向ガイドと、渦巻き状ガイドを有する中間回転体と、径方向ガイド及び渦巻き状ガイドに対向するように駆動回転体と従動回転体の他方に一体回転可能に設けられ、回転軸線を中心とする円に対して径方向に傾斜するガイド孔を有する変換ガイドと、この変換ガイドのガイド孔に案内係合された状態で径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に係合する可動子と、を備えた構成とした。
【００１０】
この発明の場合、中間回転体が操作力付与手段によって回動操作されると、中間回転体の渦巻き状ガイドの回転に伴なって可動子が同ガイドと径方向ガイドに案内されて径方向に変位する。これにより、可動子が変換ガイドのガイド孔内を変位しつつ同変換ガイドを回転させるため、このとき駆動回転体と従動回転体は可動子の径方向の変位に応じた組付角に変更される。この発明によれば、変換ガイドに任意の傾斜を持つガイド孔を形成して、そのガイド孔に案内係合された可動子を径方向ガイドと渦巻き状ガイドに変位可能に係合させるだけで、リンクを用いたのと同様に中間回転体の回動を駆動回転体と従動回転体の相対回動に変換することができるため、部品点数の削減による製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
また、径方向ガイドとガイド孔は夫々円周方向に複数設け、これらの各径方向ガイドとガイド孔の対に夫々可動子を係合させることが望ましい。この場合、部品点数の大幅な増加を来すことなく、各可動子と相手摺動部材の間の面圧を下げることが可能となる。
【００１２】
さらに、ガイド孔は渦巻きの弧形状に形成することが望ましい。この場合、中間回転体の回動操作に対する駆動回転体と従動回転体の組付角の変化量を略比例的にすることができるため、操作力付与手段の制御が容易になる。
【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１〜図７に基づいて説明する。尚、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、内燃機関の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】
この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）に連繋されるタイミングスプロケット２を外周に有する駆動プレート３（駆動回転体）と、この駆動プレート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を適宜回動操作する組付角操作機構４と、この組付角操作機構４の後述する中間回転体５に回動操作力を付与する操作力付与手段６と、駆動プレート３に一体に取付けられ操作力付与手段６の周域を囲繞する円筒状のハウジング７と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとロッカカバーの前面に跨って取り付けられて、操作力付与手段６とハウジング７の前面を覆う非回転部材であるＶＴＣカバー８と、を備えている。
【００１５】
駆動プレート３は、挿通孔を備えた円板状に形成され、カムシャフト１の前端部に一体に結合された従動軸部材９（従動回転体）が挿通孔部分に回転可能に組み付けられている。そして、駆動プレート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、３つの径方向溝１０（径方向ガイド）が同プレート３の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９の外周には円板状の変換ガイド１１が結合され、その変換ガイド１１の外周縁部の裏面が駆動プレート３の前面に所定隙間をもって対峙している。変換ガイド１１には、図４に示すような長孔状の３つのガイド孔１２が円周方向に離間して形成されている。これらのガイド孔１２は回転軸線ｏを中心とする任意の円ｐに対して径方向に傾斜するように渦巻きの弧形状に形成されている。
【００１７】
また、従動軸部材９の変換ガイド１１よりも前方側位置には中間回転体５が軸受１４を介して回転可能に支持されている。この中間回転体５の後部面には断面半円状の渦巻き溝１５（渦巻き状ガイド）が形成され、その後部面が変換ガイド１１の前面に所定隙間をもって対峙している。そして、変換ガイド１１の各ガイド孔１２には可動子としての球１６が転動自在に収容され、その各球１６が径方向溝１０と渦巻き溝１５に跨って夫々に転動可能に係合されている。
【００１８】
変換ガイド１１は各ガイド孔１２内に収容された球１６を介して駆動プレート３の径方向溝１０に係合されているため、各球１６が外力を受けて径方向溝１０に沿って変位すると、駆動プレート３と従動軸部材９はガイド孔１２によるカム作用でもって球１６の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。尚、変換ガイド１１の３つのガイド孔１２は、渦巻き溝１５上の離間した３点に係合する球１６を夫々案内支持するため、中間回転体５の回動操作時に、３点の球１６が同期作動し得るように各ガイド孔１２の傾斜（形状）は夫々異ならせて造形されている。
【００１９】
また、前記渦巻き溝１５の渦巻きは、図３及び図５〜図７に示すように機関回転方向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、可動子である球１６が、ガイド孔１２と、径方向溝１０及び渦巻き溝１５に跨って係合した状態で中間回転体５が駆動プレート３に対して遅れ方向（減速方向）に相対回転すると、このとき球１６は渦巻き溝１５の渦巻き形状にガイドされて半径方向内側に変位し、逆に、中間回転体５が進み方向（増速方向）に相対回転すると、球１６は渦巻き形状にガイドされて径方向外側に変位する。尚、渦巻き溝１５は上記のように機関回転方向Ｒに沿って縮径するように形成されているが、その溝１５の径方向内側の端部だけは若干径方向外側に切れ上がって造形され、球１６の転動に対して制動力が作用するようになっている。
【００２０】
この実施形態の場合、組付角操作機構４は以上説明した駆動プレート３の径方向溝１０、ガイド孔１２を有する変換ガイド１１、渦巻き溝１５を有する中間回転体５、前記ガイド孔１２内に収容された状態で径方向溝１０と渦巻き溝１５に係合する球１６等によって構成されている。
【００２１】
一方、操作力付与手段６は、駆動プレート３に一体化されたハウジング７の内周面に結合された円筒状の永久磁石ブロック１７と、中間回転体５の外周部に一体回転可能に結合された同じく円筒状のヨークブロック１９と、ＶＴＣカバー８内にゴム弾性体２０を介して固定設置された電磁コイルブロック２１と、を備えて成り、この電磁コイルブロック２１の備える一対の電磁コイル２２ａ，２２ｂは、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路（図示せず）に接続され、この駆動回路がコントローラ（図示せず）によって制御されるようになっている。尚、コントローラは、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷等の各種の入力信号を受け、随時機関の運転状態に応じた制御信号を駆動回路に出力する。
【００２２】
永久磁石ブロック１７は、軸方向に延出する磁極が、異磁極が円周方向に沿って交互になるように複数着磁された構成とされている。
【００２３】
また、ヨークブロック１９は、透磁率の高い金属から成る円環状の第１，第２，第３ヨーク２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有し、この各ヨーク２３ａ，２３ｂ，２３ｃには軸方向に延出する複数の極歯（符号省略）が形成されている。ヨーク２３ａ，２３ｂ間、及び、２３ｂ，２３ｃ間には絶縁性の樹脂材料が充填され、その樹脂材料を介してヨークブロック１９の全体が円筒形状に造形されている。そして、各ヨーク２３ａ，２３ｂ，２３ｃの極歯は前記永久磁石ブロック１７の磁極面に所定のエアギャップを介して対峙している。
【００２４】
電磁コイルブロック２１は、厚肉円筒状のコイルヨーク２４の端面がＶＴＣカバー８の内面に固定設置される一方で、同コイルヨーク２４の内周面が軸受２５を介して従動軸部材９に相対回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク２４の外周面には軸方向に離間して一対の電磁コイル２２ａ，２２ｂが配置され、その電磁コイル２２ａ，２２ｂの発生磁界によるヨークブロック１９上の磁気入出部２６ａ，２６ｂ，２６ｃが前記各ヨーク２３ａ，２３ｂ，２３ｃの円筒状の基部にエアギャップを介して対峙するようになっている。
【００２５】
この操作力付与手段６は、電磁コイルブロック２１の各電磁コイル２２ａ，２２ｂの励磁を所定パターンで切換えることにより、ヨークブロック１９の各極歯に生じる磁極を連続的に変化させ、それによってヨークブロック１９と永久磁石ブロック１７を所定方向に相対回動させることができる。そして、このときヨークブロック１９は中間回転体５に一体回転可能に結合され、永久磁石ブロック１７はハウジング７を介して駆動プレート３と一体化されているため、中間回転体５は電磁コイル２２ａ，２２ｂの通電制御により駆動プレート３に対して任意に相対回動させることができる。
【００２６】
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、図５に示すように、駆動プレート３と従動軸部材９の組付角を予め最遅角側に維持しておくことにより、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）を最遅角側にし、機関回転の安定化と燃費の向上を図ることができる。
【００２７】
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く指令が図外のコントローラから電磁コイル２２ａ，２２ｂの駆動回路に発されると、電磁コイル２２ａ，２２ｂはその指令に従って発生磁界を所定パターンで変化させ、ヨークブロック１９を中間回転体５と共に遅れ側に最大に相対回動させる。これにより、図６，図７に順次示すように、球１６が渦巻き溝１５内を転動しつつ径方向溝１０に沿って内側に最大に変位し、このとき球１６が変換ガイド１１のガイド孔１２内を移動することによって変換ガイド１１にカム作用が働き、それによって駆動プレート３と従動軸部材９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。
【００２８】
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、電磁コイル２２ａ，２２ｂが発生磁界を逆パターンで変化させることによって中間回転体５を進み側に最大に相対回動させる。これにより、球１６が渦巻き溝１５内を逆に転動して径方向外側に最大に変位し、このとき球１６とガイド孔１２によるカム作用が変換ガイド１１に働くことによって駆動プレート３と従動軸部材９の組付角が最遅角側に変更される。この結果、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相は最遅角側に変更されることとなる。
【００２９】
尚、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相の変更は上記の最遅角位置と最進角位置に限らず、コントローラによる制御によって任意の位置に変更することができる。
【００３０】
このバルブタイミング制御装置は以上のように作動するが、この装置の組付角操作機構４は、従動軸部材９に円板状の変換ガイド１１を結合し、その変換ガイド１１に径方向に傾斜した長孔状のガイド孔１２を形成して、渦巻き溝１５と径方向溝１０に係合する球１６をそのガイド孔１２に収容した構造としたため、リンク機構を用いた従来のものに対し、同様の機能を部品点数の少ない簡素な構造によって実現することができる。即ち、リンク機構を用いた従来のものは、従動回転体側に突設したレバーにリンクの基部をピンによって枢支連結し、さらにそのリンクの先端に可動操作部材をピンによって枢支連結していたが、この装置の組付角操作機構４はリンク等を必要とせず、変換ガイド１１のガイド孔１２に球１６を収容するだけで良いため、リンクや枢支ピンを必要としない分部品点数を削減することができる。
【００３１】
とりわけ、この実施形態のように駆動プレート３の径方向溝１０と変換ガイド１１のガイド孔１２を円周方向に複数配置し、これらの溝１０と孔１２の対に夫々球１６を係合させる場合には、複数のリンクを用いた従来のものに比較して部品点数の削減が顕著となる。そして、このように径方向溝１０とガイド孔１２を円周方向に複数設けるようにした場合には、可動子である球１６と相手係合部材（変換ガイド１１、駆動プレート３、中間回転体５）の間の面圧を下げることができ、耐久性を高めるうえでより有利となる。
【００３２】
さらに、この実施形態においては、変換ガイド１１のガイド孔１２を渦巻き溝１５と同様の渦巻きの弧形状に形成したため、中間回転体５の回動操作に対する駆動プレート３と従動軸部材９の組付角の変化量を略比例的にすることができる。したがって、操作力付与手段６によって駆動プレート３と従動軸部材９の組付角を変更するにあたり、操作力付与手段６の制御が容易になるという利点がある。
【００３３】
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、組付角操作機構４の可動子は、図８に示すように、球１６に代えて両端部が球面となったピン３０を用いるようにしても良い。この場合、変換ガイド１１のガイド孔１２に対してはピン３０の円筒面で接触することとなるため、可動子とガイド孔１２の間の面圧をより下げることができる。また、このときピン３０を、図９に示すように軸方向にニ分割した構造として、両ピン部品３１ａ，３１ｂ間に両者を相反方向に付勢する付勢手段であるばね３２を介装するようにしても良い。この場合、各ピン部品３１ａ，３１ｂの先端部がばね３２の力によって径方向溝１０と渦巻き溝１５の底部に押し付けられることとなるため、これらの係合部でのガタつきを確実に防止することができる。
【００３４】
また、可動子は図１０に示すような構造を採用することも可能である。この可動子は、ガイド孔１２に挿入係合されその底部側が径方向溝１０内に案内係合される有底円筒状のハウジング３５と、渦巻き溝１５に転動自在に係合される球３６と、ハウジング３５内に摺動自在に収容され球３６の背部を支持するリテーナ３７と、ハウジング３５内に収容されてリテーナ３７を渦巻き溝１５方向に付勢する付勢手段としてのばね３８と、を備えた構成とされている。この可動子の場合、渦巻き溝１５に対しては転動可能な球３６によって係合し、また、ガイド孔１２と径方向溝１０に対しては接触面積の広いハウジング３５部分で係合するため、ガイド孔１２に係合するハウジング３５を安定姿勢に維持したまま、渦巻き溝１５による円滑なガイド作動を得ることができる。さらに、この可動子の場合も、球３６とハウジング３５がばね３８によって相反方向に付勢されているため、径方向溝１０と渦巻き溝１５に対する可動子のガタつきを確実に防止することができる。
【００３５】
さらに、この実施形態の可動子にあっては、リテーナ３７にハウジングの底面に対峙する突部３９が設けられ、この突部３９によってリテーナ３７と球３６の後退ストロークを規制するようになっている。したがって、この可動子にあってはリテーナ３７の突部３９によるストッパ機能によって、球３６が渦巻き溝１５から外れる不具合を未然に防止することができる。
【００３６】
尚、この実施形態においては、ハウジング３５を有底円筒状に一体に形成したが、図１１に示すようにハウジング３５を円筒状の本体部品４０ａと円板状の蓋部品４０ｂによって構成するようにしても良い。この場合、可動子は図１０に示す実施形態のものとほぼ同様に機能するが、ハウジング３５の製造が容易になるというさらなる利点がある。
【００３７】
次に、上記の各実施形態から考えられる、より好ましい形態について以下に記載する。
【００３８】
（イ）前記可動子を転動自在な部材によって構成し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。
【００３９】
この場合、可動子の変位時における相手部材との抵抗を大幅に低減することができる。
【００４０】
（ロ）可動子を球によって構成したことを特徴とする前記イに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４１】
この場合、可動部材である球はいずれの方向にも自由に転動することができるため、可動子の変位に伴なう抵抗をより効率良く低減することができる。
【００４２】
（ハ）可動子をピンによって構成したことを特徴とする前記イに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【００４３】
この場合、ガイド孔に対しピンの円筒面で接触することとなるため、可動子とガイド孔の間の面圧を下げることが可能となる。
【００４４】
（ニ）可動子を、ガイド孔内に転動可能に配置される円筒壁を有するハウジングと、このハウジングに支持され渦巻き状ガイドまたは径方向ガイドに転動可能に係合する少なくとも一つの球と、この球を付勢する付勢手段と、を備えた構成としたことを特徴とする前記イ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、球が付勢手段に付勢されて渦巻き状ガイドと径方向ガイドの少なくとも一方に押し付けられるため、渦巻き状ガイドと径方向ガイドに対する可動部材のガタつきを確実に防止することができる。また、ガイド孔に対してはハウジングの円筒面で接触するため、可動子の姿勢を常時安定させることができる。
【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矢視方向から見た正面図。
【図３】同実施形態を示す図１のＢ矢視方向から見た正面図。
【図４】同実施形態を示す図１のＣ矢視方向から見た正面図。
【図５】同実施形態を示すもので、径方向溝と渦巻溝を併せて描いた図１のＣ矢視方向から見た正面図。
【図６】同実施形態の作動状態を示す図５に対応の正面図。
【図７】同実施形態の作動状態を示す図５に対応の正面図。
【図８】この出願の発明の他の実施形態を示す図１のＤ部に対応の断面図。
【図９】この出願の発明のさらに他の実施形態を示す図１のＤ部に対応の断面図。
【図１０】この出願の発明の別の実施形態を示す図１のＤ部に対応の断面図。
【図１１】この出願の発明のさらに別の実施形態を示す図１のＤ部に対応の断面図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
３…駆動プレート（駆動回転体）
４…組付角操作機構
５…中間回転体
６…操作力付与手段
９…従動軸部材（従動回転体）
１０…径方向溝（径方向ガイド）
１１…変換ガイド
１２…ガイド孔
１５…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
１６…球（可動子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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