チェーンテンショナ、並びに同チェーンテンショナを具備するチェーンの張力制御装置
【課題】機関回転速度の変化に起因して変動する油圧の影響を受けずにチェーンの張力を調整することのできるチェーンテンショナを提供する。
【解決手段】チェーンテンショナ１００のハウジング１１０に形成された収容孔１１１には、同収容孔１１１の底面とこれに対向するプランジャ１２０の底面との間に圧縮コイルばね１３０が配設されている。また、圧縮コイルばね１３０のコイルの内側において互いに対向するように、プランジャ１２０の底面に永久磁石１４０が固定されているとともに、収容孔１１１の底面に電磁石１５０が固定されている。チェーンテンショナ１００は、永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する磁力と、圧縮コイルばね１３０の付勢力との合力をプランジャ１２０を介してチェーンに伝達し、同チェーンの張力を調整する。
【解決手段】チェーンテンショナ１００のハウジング１１０に形成された収容孔１１１には、同収容孔１１１の底面とこれに対向するプランジャ１２０の底面との間に圧縮コイルばね１３０が配設されている。また、圧縮コイルばね１３０のコイルの内側において互いに対向するように、プランジャ１２０の底面に永久磁石１４０が固定されているとともに、収容孔１１１の底面に電磁石１５０が固定されている。チェーンテンショナ１００は、永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する磁力と、圧縮コイルばね１３０の付勢力との合力をプランジャ１２０を介してチェーンに伝達し、同チェーンの張力を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は駆動力を伝達するチェーンの張力を調整するチェーンテンショナ、並びに同チェーンテンショナを具備するチェーンの張力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ばねの付勢力と機関駆動式のオイルポンプから供給される油圧とを利用して内燃機関のタイミングチェーンを付勢し、タイミングチェーンの張力を調整する油圧式のチェーンテンショナが記載されている。
【０００３】
図４はこうした油圧式のチェーンテンショナと内燃機関のタイミングチェーンとの関係を示している。図４に示されるようにタイミングチェーン４０は、内燃機関のクランクシャフト１０に固定されたクランクスプロケット１１と、吸気カムシャフト２０に固定された吸気カムスプロケット２１と、排気カムシャフト３０に固定された排気カムスプロケット３１とに巻き掛けられている。これにより、例えば図４に矢印で示されるように機関運転に伴ってクランクシャフト１０が右回りに回転すると、クランクシャフト１０の駆動力がタイミングチェーン４０を介して吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０に伝達され、吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０が右回りに回転する。
【０００４】
タイミングチェーン４０は、図４に示されるようにクランクスプロケット１１とカムスプロケット２１，３１との双方から離間した状態となる軸間領域において、内燃機関の側壁に固定された固定ガイド４１と、支点Ｃを中心に揺動可能に支持された可動ガイド４２とによって支持され、その軌道がガイドされている。
【０００５】
チェーンテンショナ１のプランジャ３は、図４に示されるように可動ガイド４２に当接している。プランジャ３は、チェーンテンショナ１のハウジング２に形成された収容孔に摺動可能に挿入されており、ハウジング２の内部には、この収容孔とプランジャ３とによって油圧室５が区画形成されている。この油圧室５にはクランクシャフト１０の回転に伴って駆動される機関駆動式のオイルポンプ６から吐出される潤滑油が供給されるようになっている。また、同油圧室５内にはプランジャ３を可動ガイド４２側へ付勢するばね４が設けられている。
【０００６】
こうしたチェーンテンショナ１を備える内燃機関にあっては、機関運転に伴ってクランクシャフト１０が回転すると、それに伴ってオイルポンプ６が駆動され、油圧室５内の油圧が上昇する。そして、この油圧とばね４の付勢力との作用によってプランジャ３が図４に破線矢印で示されるようにハウジング２の収容孔から突出する方向に付勢され、これによって可動ガイド４２が支点Ｃを中心に揺動し、タイミングチェーン４０がその軌道の内周側へ付勢されるようになる。その結果、タイミングチェーン４０の張力が増大されてその緩みが解消されるとともに、可動ガイド４２を介してプランジャ３に伝達された振動が油圧室５内の油圧及びばね４の付勢力の作用によって減衰され、タイミングチェーン４０の振動が抑制されるようになる。
【特許文献１】実開昭６４‐２５５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のように機関駆動式のオイルポンプから供給される油圧を利用してチェーンを付勢し、チェーンの張力を調整するチェーンテンショナにあっては、機関回転速度の変化に伴ってオイルポンプから供給される油圧の大きさが変化する。そのため、例えば図５の下段に示されるように機関回転速度が低い機関低回転域にあっては、オイルポンプから供給される油圧が低いことに起因してチェーンの張力が不足し、振動が発生してしまうことがある。
【０００８】
また、機関運転に伴って機関回転速度が変化するとそれに伴ってチェーンの振動周波数が変化し、チェーンの固有振動数に起因して特定の機関回転速度域において図５の下段に示されるように共振が発生し、チェーンの耐久性の低下や騒音の発生が助長されることがある。尚、図５の上段にはこのときのチェーンの張力の変化が実線で示されている。
【０００９】
これに対して、共振の発生を抑制すべく、大型のオイルポンプを搭載する等して供給油圧を増大させ、図５の上段に一点鎖線で示されるようにチェーンの張力を増大させることも考えられる。しかしながら、このように供給油圧を増大させることにより張力を増大させた場合には、共振の発生を抑制することができるようになるものの、機関高回転域におけるチェーンの張力が過剰に大きくなってしまう。その結果、機関高回転域における大きな張力に耐え得るようにチェーンを設計することが必要となり、チェーンの重量の増大を招き、ひいてはチェーンの重量が増大した分だけ内燃機関の駆動に伴う駆動力の損失が大きくなってしまう。
【００１０】
このように従来から適用されてきた油圧式のチェーンテンショナは、機関回転速度の変化に伴う供給油圧の変化に起因してチェーンの張力が変化してしまう。そのため、機関低回転域における張力不足に起因して振動が発生するといった課題や、共振の発生の抑制と機関高回転域における張力の過剰な増大の抑制とを両立させることが難しいといった課題を有している。
【００１１】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は機関回転速度の変化に起因して変動する油圧の影響を受けずにチェーンの張力を調整することのできるチェーンテンショナを提供するとともに、同チェーンテンショナを具備してチェーンの振動を好適に抑制することのできるチェーンの張力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、ハウジングに形成された収容孔に収容されたプランジャを同収容孔の底面とこれに対向する前記プランジャの底面との間に配設された圧縮コイルばねの付勢力によって付勢し、同プランジャに作用する付勢力を利用して駆動軸と従動軸とに巻き掛けられたチェーンの張力を調整するチェーンテンショナであって、前記圧縮コイルばねのコイルの内側において互いに対向するように前記プランジャの底面及び前記収容孔の底面のうちの一方に永久磁石を固定するとともに他方に電磁石を固定し、前記永久磁石と前記電磁石との間に作用する磁力と、前記圧縮コイルばねの付勢力との合力を前記プランジャを介して前記チェーンに伝達して同チェーンの張力を調整することをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、電磁石に供給する電流を増減させることにより、この電磁石と対向するように配設された永久磁石との間に作用する磁力の大きさを変更することができ、この磁力と圧縮コイルばねの付勢力との合力の大きさを変更してチェーンの張力を増減させることができるようになる。そのため、油圧式のチェーンテンショナのように機関回転速度の変化に伴って変化する供給油圧の変化に起因してプランジャに作用する力の制御態様が制限されるといったことがない。その結果、プランジャに作用する力の大きさを比較的自由に調整することができるようになり、チェーンの張力の過剰な増大を抑制しつつ、チェーンの振動を好適に抑制することができるようになる。
【００１４】
また、上記請求項１に記載のチェーンテンショナにあっては、圧縮コイルばねのコイルの内側に永久磁石及び電磁石を配設するようにしているため、プランジャに作用する力を調整する手段として圧縮コイルばねに加えて永久磁石と電磁石とを設けるようにしているものの、これらを新たに設けることによるチェーンテンショナの大型化を抑制することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチェーンテンショナにおいて、前記電磁石は、前記永久磁石と対向する部分が前記永久磁石と同極となり同電磁石と前記永久磁石との間に斥力が発生するように電流が供給されることをその要旨とする。
【００１６】
具体的には請求項２に記載の構成のように永久磁石と電磁石との間に作用する磁力によってこれらの間に斥力を発生させ、この斥力と圧縮コイルばねの付勢力との合力によってプランジャをハウジングから突出する方向に付勢する構成を採用することができる。この場合には、電磁石に供給する電流を増大させて電磁石と永久磁石との間に作用する斥力を大きくすることにより、プランジャをハウジングから突出させる方向に付勢する付勢力を増大させてチェーンの張力を増大させることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトに固定されたクランクスプロケットとカムシャフトに固定されたカムスプロケットとの間に掛け渡されたタイミングチェーンの張力を調整する請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナである。
【００１８】
内燃機関のタイミングチェーンに発生する振動の周期や振幅は、内燃機関の機関回転速度やその加減速、更にはバルブタイミングの変更等に伴って常に変化する。このように機関運転状態の変化に伴って常に振動の特性が変化するタイミングチェーンの振動を好適に抑制する上では、上記請求項３に記載されているように、油圧式のチェーンテンショナと比較して自由にチェーンの張力の大きさを変更することのできる請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナを適用することが望ましい。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、機関回転速度に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２０】
上述したようにタイミングチェーンの振動の周波数は、機関回転速度の変化に伴って変化する。そのため、機関回転速度が変化すると、特定の機関回転速度域においてタイミングチェーンの固有振動数とタイミングチェーンの振動の周波数とが一致し、タイミングチェーンに共振が発生することがある。一方、タイミングチェーンの固有振動数はタイミングチェーンの張力によって変動する。そこで、請求項４に記載の発明では、機関回転速度に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、タイミングチェーンの張力を調整するようにしている。このように機関回転速度に基づいてタイミングチェーンの張力を制御すれば、タイミングチェーンの固有振動数と、機関回転速度に応じて変化するタイミングチェーンの振動の周波数とを一致させないように固有振動数を変化させることでき、共振の発生を抑制することができるようになる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、前記カムシャフトの回転位相に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２２】
内燃機関のカムシャフトは、機関バルブを閉弁方向に付勢しているバルブスプリングからの反力を受けるため、その回転位相によって回転抵抗の大きさが周期的に変化する。具体的には、カムシャフトの回転に伴って機関バルブが次第に開弁していくときにはバルブスプリングの付勢力がカムシャフトの回転を妨げる方向に作用するため、カムシャフトの回転抵抗が大きくなる。一方で、カムシャフトの回転に伴って機関バルブが次第に閉弁していくときにはバルブスプリングの付勢力がカムシャフトの回転を補助する方向に作用するため、カムシャフトの回転抵抗が小さくなる。このようにカムシャフトの回転抵抗の大きさがカムシャフトの回転位相に応じて周期的に変化するため、これに起因する張力の周期的な変動によりタイミングチェーンには振動が発生する。これに対して上記請求項５に記載の発明のように、カムシャフトの回転位相に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、こうしたカムシャフトの回転抵抗の周期的な変化に起因する振動を減衰させるようにタイミングチェーンの張力を増減させれば、こうした振動を抑制することができるようになる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のチェーンテンショナと、前記チェーンの振動を検出する振動検出手段とを備え、同振動検出手段の検出信号に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記チェーンに生じている振動を減衰させるように同チェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２４】
上記請求項６に記載の発明のように、チェーンの振動を直接検出し、検出された検出信号に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、検出された振動を減衰させるようにチェーンの張力を調整する構成を採用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整する張力制御装置として、この発明にかかるチェーンの張力制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜３を参照して説明する。尚、図１は本実施形態にかかる張力制御装置を備える内燃機関の正面図であり、タイミングチェーンと本実施形態にかかるチェーンテンショナとの関係、並びにチェーンテンショナとこれを制御する電子制御装置との関係を示している。
【００２６】
図１に示されるように内燃機関のクランクシャフト１０にはクランクスプロケット１１が固定されており、吸気カムシャフト２０には吸気カムスプロケット２１が、排気カムシャフト３０には排気カムスプロケット３１がそれぞれ固定されている。そして、これら各スプロケット１１，２１，３１にはタイミングチェーン４０が巻き掛けられている。
【００２７】
これにより、図１の下方に矢印で示されるように機関運転に伴ってクランクシャフト１０が右回りに回転すると、クランクシャフト１０の駆動力がタイミングチェーン４０を介して吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０に伝達され、吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０が右回りに回転する。
【００２８】
タイミングチェーン４０は、図１に示されるように各スプロケット１１，２１，３１のいずれとも噛合していない軸間領域のうち排気カムスプロケット３１からクランクスプロケット１１までの間の軸間領域において、固定ガイド４１によってその軌道が内周側に撓むようにガイドされている。尚、固定ガイド４１は、内燃機関の側壁に２つのボルト４５によって固定されている。一方で、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間の軸間領域にあっては、図１に示されるようにボルト４５によって内燃機関の側壁に支点Ｃを中心に揺動可能に支持された可動ガイド４２によってその軌道が内周側に撓むようにガイドされている。
【００２９】
また、可動ガイド４２には可動ガイド４２を付勢してタイミングチェーン４０の張力を調整するチェーンテンショナ１００のプランジャ１２０が当接している。以下、図２を併せ参照して本実施形態にかかるチェーンテンショナ１００の構成を詳しく説明する。尚、図２はチェーンテンショナ１００の内部構造を示す拡大断面図である。
【００３０】
図２に示されるようにチェーンテンショナ１００のハウジング１１０には有底の収容孔１１１が形成されている。この収容孔１１１にはばね収容孔１２１が形成された有底円筒形状のプランジャ１２０が摺動可能に収容されている。図２に破線で示されるようにハウジング１１０には、図示しないオイルポンプから供給される潤滑油を収容孔１１１の内部に供給する油孔１１３が形成されている。尚、プランジャ１２０の外周面には、油孔１１３から供給された潤滑油を同プランジャ１２０の外周面全体に行き渡らせるために油溝１２２が設けられている。これにより、油孔１１３から供給された潤滑油によってプランジャ１２０と収容孔１１１との間に油膜が形成され、この油膜の潤滑作用によってプランジャ１２０が収容孔１１１内で円滑に摺動するようになっている。
【００３１】
プランジャ１２０のばね収容孔１２１の底部には同ばね収容孔１２１の中心軸に沿って延びる棒状の永久磁石１４０が固定されている。図２に示されるように永久磁石１４０の側面とばね収容孔１２１の内周面との間には隙間が形成されており、この隙間には圧縮コイルばね１３０が収容されている。この圧縮コイルばね１３０は、一方の端部がばね収容孔１２１の底面に配設された座金１２３と当接するとともに、他方の端部がハウジング１１０の収容孔１１１の底面に配設された座金１１２と当接し、プランジャ１２０を収容孔１１１から突出させる方向に付勢している。
【００３２】
また、ハウジング１１０に形成された収容孔１１１の底部には図２の左側に示されるように電磁石１５０が固定されている。電磁石１５０は、コイル１５１とその中心に挿入された鉄芯１５２とからなり、その先端が圧縮コイルばね１３０のコイルの内側に突出し、ばね収容孔１２１内に固定された永久磁石１４０の先端と対向するように配設されている。この電磁石１５０に電流を供給する電線１５３は、ハウジング１１０に固定された蓋体１１４に形成されている貫通孔を通じてハウジング１１０の外部へ取り出され、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置２００に接続されている。
【００３３】
このように構成された本実施形態のチェーンテンショナ１００は、図１に示されるようにハウジング１１０から突出したプランジャ１２０の先端が可動ガイド４２に当接するように内燃機関の側壁にボルト４５によって固定されている。
【００３４】
このように構成されたチェーンテンショナ１００を備える本願実施形態の内燃機関にあっては、圧縮コイルばね１３０の付勢力と、永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する磁力との合力によってプランジャ１２０が図１に破線矢印で示されるようにハウジング１１０の収容孔１１１から突出する方向に付勢される。これにより、プランジャ１２０と当接している可動ガイド４２が支点Ｃを中心に揺動し、タイミングチェーン４０がその軌道の内周側へ付勢されてタイミングチェーン４０の張力が調整されるようになっている。
【００３５】
上述したようにチェーンテンショナ１００の電磁石１５０は、電線１５３を介して電子制御装置２００に接続されており、電子制御装置２００はチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に同電磁石１５０と永久磁石１４０との間に斥力が発生するように電流を供給するとともに、その電流の大きさを制御してタイミングチェーン４０の張力を制御する。すなわち、チェーンテンショナ１００と、それを制御する電子制御装置２００とによって本実施形態の張力制御装置が構成されている。
【００３６】
尚、電子制御装置２００は、機関制御にかかる各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。電子制御装置２００には、クランクシャフト１０の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ２１０、吸気カムシャフト２０の回転位相を検出するカムポジションセンサ２２０等の各種センサが接続されている。
【００３７】
タイミングチェーン４０に生じる振動の周波数は機関回転速度ＮＥの変化に伴って変化する。そして、機関回転速度ＮＥの変化に伴って振動の周波数が変化すると、タイミングチェーン４０の固有振動数に起因して特定の機関回転速度域においてタイミングチェーン４０に共振が発生することがある。そこで、本実施形態にかかる張力制御装置にあっては、機関回転速度ＮＥに基づいてチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に供給する電流の大きさを変更し、共振の発生を抑制すべく、タイミングチェーン４０の張力を制御する。
【００３８】
具体的には図３に示されるように基本的に所定の張力Ａが得られるように電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御する。
一方で、機関回転速度ＮＥがタイミングチェーン４０の張力が張力Ａに設定されている場合に共振が発生することが予測される機関回転速度域ＡＲ１を含むＮ１〜Ｎ２の範囲にあるときには、電磁石１５０に供給する電流の大きさを増大させてタイミングチェーン４０の張力を張力Ｂまで増大させる。
【００３９】
尚、張力Ｂの値は、タイミングチェーン４０の張力の大きさに応じて変化するタイミングチェーン４０の固有振動数が、機関回転速度ＮＥがＮ２未満のときには生じない振動周波数となるような張力の値に基づいて予め行う実験等の結果に基づいて設定されている。
【００４０】
このように機関回転速度ＮＥがＮ１〜Ｎ２の範囲にあるときにタイミングチェーン４０の張力を張力Ｂまで増大させることにより、タイミングチェーン４０の固有振動数が変化し、共振の発生が予測される機関回転速度域は図３に示されるようにＮ２よりも大きな「ＡＲ２」に変化する。
【００４１】
そのため、機関回転速度ＮＥが変化することによりタイミングチェーン４０に生じる振動の周波数が変化しても、その周波数とタイミングチェーンの固有振動数とが一致しなくなり、タイミングチェーン４０の共振の発生が抑制されるようになる。
【００４２】
これにより、図３に一点鎖線で示されるように共振の発生を抑制するために大型のオイルポンプを搭載して供給油圧を増大させる構成を採用した場合と比較して、共振の発生を抑制しつつ、機関高回転域において張力が過剰に大きくなってしまうことを回避することができる。また、機関低回転域においても大きな張力を発生させることができるため、張力不足に起因する振動の発生を抑制することができる。
【００４３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）電磁石１５０に供給する電流を増減させることにより、この電磁石１５０と対向するように配設された永久磁石１４０との間に作用する磁力の大きさを変更することができ、この磁力と圧縮コイルばね１３０の付勢力との合力の大きさを変更してタイミングチェーン４０の張力を増減させることができる。そのため、油圧式のチェーンテンショナのように機関回転速度ＮＥの変化に伴って変化する供給油圧の変化に起因してプランジャ１２０に作用する力の制御態様が制限されるといったことがない。そのため、プランジャ１２０に作用する力の大きさを比較的自由に調整することができるようになる。
【００４４】
（２）本実施形態のチェーンテンショナ１００にあっては、圧縮コイルばね１３０のコイルの内側に永久磁石１４０及び電磁石１５０を配設するようにしている。そのため、プランジャ１２０に作用する力を調整する手段として圧縮コイルばね１３０に加えて永久磁石１４０と電磁石１５０とを設けるようにしているものの、これらを新たに設けることによるチェーンテンショナ１００の大型化を抑制することができる。
【００４５】
（３）共振の発生が予測される機関回転速度域ＡＲ１を含む機関回転速度域（Ｎ１〜Ｎ２）において電磁石１５０に供給する電流を増大させ、タイミングチェーン４０の張力を増大させてその固有振動数をずらすようにしている。そのため、タイミングチェーン４０の固有振動数と、機関回転速度ＮＥに応じて変化するタイミングチェーン４０の振動の周波数とを一致させないようにすることでき、共振の発生を抑制することができる。
【００４６】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、機関回転速度ＮＥに基づいて電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御し、タイミングチェーン４０の張力を制御する構成を例示したが、上記実施形態で例示した張力の調整態様は、一例であり適宜変更することができる。
【００４７】
例えば、カムポジションセンサ２２０によって検出される吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減させ、タイミングチェーン４０の張力を制御することもできる。
【００４８】
吸気カムシャフト２０の回転に伴って吸気バルブが次第に開弁していくときには吸気バルブを閉弁させる方向に付勢しているバルブスプリングの付勢力が吸気カムシャフト２０の回転を妨げる方向に作用するため、吸気カムシャフト２０の回転抵抗が大きくなる。そのため、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間における軸間領域にあっては、このときにタイミングチェーン４０に緩みが生じやすくなる。
【００４９】
一方で、吸気カムシャフト２０の回転に伴って吸気バルブが次第に閉弁していくときにはバルブスプリングの付勢力が吸気カムシャフト２０の回転を補助する方向に作用するため、吸気カムシャフト２０の回転抵抗が小さくなる。そのため、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間における軸間領域にあっては、このときにタイミングチェーン４０の張力が増大する。
【００５０】
これに対して上述したように吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減し、こうした回転抵抗の周期的な変化に起因する振動を減衰させるようにタイミングチェーン４０の張力を増減させるようにすれば、回転抵抗の変化に起因するタイミングチェーン４０の振動を好適に抑制することができる。
【００５１】
具体的には、カムポジションセンサ２２０によって検出される吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて吸気バルブが次第に開弁していく状態である旨の判定がなされたときには、電磁石１５０に供給する電流を大きくする。これにより、電磁石１５０と永久磁石１４０との間に生じる斥力が大きくなってプランジャ１２０を可動ガイド４２側へ付勢する力が大きくなり、タイミングチェーン４０の張力が増大する。その結果、吸気カムシャフト２０の回転抵抗の増大に起因するタイミングチェーン４０の緩みの発生が抑制される。
【００５２】
一方で、吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて吸気バルブが次第に閉弁していく状態である旨の判定がなされたときには、電磁石１５０に供給する電流を小さくする。これにより、電磁石１５０と永久磁石１４０との間に生じる斥力が小さくなってプランジャ１２０を可動ガイド４２側へ付勢する力が小さくなり、タイミングチェーン４０の張力が減少する。その結果、吸気カムシャフト２０の回転抵抗の減少に起因するタイミングチェーン４０の張力の増大が抑制される。
【００５３】
・また、排気カムシャフト３０の回転抵抗の変化によってもタイミングチェーン４０に振動が生じる可能性があるため、排気カムシャフト３０の回転位相に基づいて張力を調整する構成を採用することもできる。
【００５４】
・更に、こうした構成を上記実施形態の構成と組み合わせ、例えば吸気カムシャフト２０の回転位相及び機関回転速度ＮＥに基づいて電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御し、タイミングチェーン４０の張力を制御する構成を採用することもできる。
【００５５】
・また、タイミングチェーン４０の振動を直接検出する光学センサ等の振動検出手段を設け、振動検出手段から出力される検出信号に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減し、検出された振動を減衰させるようにタイミングチェーン４０の張力を調整する構成を採用することもできる。
【００５６】
・上記実施形態では内燃機関を統括的に制御する電子制御装置２００を通じてチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に供給する電流を制御する張力調整装置を例示した。これに対して、上述のように機関回転速度ＮＥやカムシャフトの回転位相、振動検出手段から出力される検出信号等に基づいて電磁石１５０に供給する電流を制御することができる構成であれば、電子制御装置２００とは各別にチェーンテンショナ１００を制御する制御部を設ける構成を採用することもできる。
【００５７】
・上記実施形態では、互いに対向する永久磁石１４０と電磁石１５０とが同極となり、これらの間に斥力が生じるように電磁石１５０に電流を供給する構成を示したが、永久磁石１４０と対向する部分が同永久磁石１４０と異極となるように電流を供給する構成を採用することもできる。この場合には圧縮コイルばね１３０の付勢力に起因してハウジング１１０から突出する方向に付勢されているプランジャ１２０の付勢力が永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する引力によって弱められるようになる。すなわち、この場合には電磁石１５０に供給する電流を増大させて電磁石１５０と永久磁石１４０との間に作用する引力を増大させることにより、プランジャ１２０をハウジング１１０から突出させる方向に付勢する付勢力を減少させてタイミングチェーン４０の張力を減少させることができる。
【００５８】
・尚、上記実施形態にあっては、プランジャ１２０のばね収容孔１２１の底面に永久磁石１４０を固定し、ハウジング１１０に形成された収容孔１１１の底面に電磁石１５０を固定する構成を例示した。これに対して、これとは逆にプランジャ１２０のばね収容孔１２１の底面に電磁石１５０を固定し、ハウジング１１０の収容孔１１１の底面に永久磁石１４０を固定する構成を採用することもできる。しかしながら、内燃機関の側壁に固定されているハウジング１１０に対して往復動するプランジャ１２０に電磁石１５０を設ける構成を採用した場合には、電磁石１５０に電力を供給する電線１５３の耐久性がプランジャ１２０の往復動に起因して低下するおそれがある。そのため、こうした電線１５３の耐久性の低下を抑制する上では、上記実施形態のように内燃機関の側壁に固定されたハウジング１１０側に電磁石１５０を配設する構成を採用することが望ましい。
【００５９】
・上記実施形態では本願発明にかかるチェーンテンショナ１００を、内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整するチェーンテンショナとして具現化した例を示したが、本願発明は内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整するチェーンテンショナに限定されるものではない。すなわち、その他、モータの駆動力を従動軸に伝達するチェーンの張力を調整するチェーンテンショナ等に本願発明にかかるチェーンテンショナ１００を適用することもできる。
【００６０】
尚、内燃機関のタイミングチェーンに発生する振動の周期や振幅は、内燃機関の機関回転速度ＮＥやその加減速、更にはバルブタイミングの変更等に応じて常に変化する。このように機関運転状態の変化に伴って常に振動の特性が変化するタイミングチェーンの振動を好適に抑制する上では、上記実施形態のように、油圧式のチェーンテンショナと比較して自由にチェーンの張力の大きさを変更することのできる本願発明のチェーンテンショナを適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の一実施形態にかかるチェーンの張力調整装置が設けられた内燃機関の正面図。
【図２】同実施形態にかかるチェーンテンショナの拡大断面図。
【図３】機関回転速度とタイミングチェーンの張力との関係を示すグラフ。
【図４】油圧式のチェーンテンショナとタイミングチェーンとの関係を示す内燃機関の正面図。
【図５】油圧式のチェーンテンショナを備える内燃機関における機関回転速度と、タイミングチェーンの張力及びその振動との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６２】
１０…クランクシャフト、１１…クランクスプロケット、２０…吸気カムシャフト、２１…吸気カムスプロケット、３０…排気カムシャフト、３１…排気カムスプロケット、４０…タイミングチェーン、４１…固定ガイド、４２…可動ガイド、４５…ボルト、１００…チェーンテンショナ、１１０…ハウジング、１１１…収容孔、１１２…座金、１１３…油路、１１４…蓋体、１２０…プランジャ、１２１…ばね収容孔、１２２…油溝、１２３…座金、１３０…圧縮コイルばね、１４０…永久磁石、１５０…電磁石、１５１…コイル、１５２…鉄芯、１５３…電線、２００…電子制御装置、２１０…回転速度センサ、２２０…カムポジションセンサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は駆動力を伝達するチェーンの張力を調整するチェーンテンショナ、並びに同チェーンテンショナを具備するチェーンの張力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ばねの付勢力と機関駆動式のオイルポンプから供給される油圧とを利用して内燃機関のタイミングチェーンを付勢し、タイミングチェーンの張力を調整する油圧式のチェーンテンショナが記載されている。
【０００３】
図４はこうした油圧式のチェーンテンショナと内燃機関のタイミングチェーンとの関係を示している。図４に示されるようにタイミングチェーン４０は、内燃機関のクランクシャフト１０に固定されたクランクスプロケット１１と、吸気カムシャフト２０に固定された吸気カムスプロケット２１と、排気カムシャフト３０に固定された排気カムスプロケット３１とに巻き掛けられている。これにより、例えば図４に矢印で示されるように機関運転に伴ってクランクシャフト１０が右回りに回転すると、クランクシャフト１０の駆動力がタイミングチェーン４０を介して吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０に伝達され、吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０が右回りに回転する。
【０００４】
タイミングチェーン４０は、図４に示されるようにクランクスプロケット１１とカムスプロケット２１，３１との双方から離間した状態となる軸間領域において、内燃機関の側壁に固定された固定ガイド４１と、支点Ｃを中心に揺動可能に支持された可動ガイド４２とによって支持され、その軌道がガイドされている。
【０００５】
チェーンテンショナ１のプランジャ３は、図４に示されるように可動ガイド４２に当接している。プランジャ３は、チェーンテンショナ１のハウジング２に形成された収容孔に摺動可能に挿入されており、ハウジング２の内部には、この収容孔とプランジャ３とによって油圧室５が区画形成されている。この油圧室５にはクランクシャフト１０の回転に伴って駆動される機関駆動式のオイルポンプ６から吐出される潤滑油が供給されるようになっている。また、同油圧室５内にはプランジャ３を可動ガイド４２側へ付勢するばね４が設けられている。
【０００６】
こうしたチェーンテンショナ１を備える内燃機関にあっては、機関運転に伴ってクランクシャフト１０が回転すると、それに伴ってオイルポンプ６が駆動され、油圧室５内の油圧が上昇する。そして、この油圧とばね４の付勢力との作用によってプランジャ３が図４に破線矢印で示されるようにハウジング２の収容孔から突出する方向に付勢され、これによって可動ガイド４２が支点Ｃを中心に揺動し、タイミングチェーン４０がその軌道の内周側へ付勢されるようになる。その結果、タイミングチェーン４０の張力が増大されてその緩みが解消されるとともに、可動ガイド４２を介してプランジャ３に伝達された振動が油圧室５内の油圧及びばね４の付勢力の作用によって減衰され、タイミングチェーン４０の振動が抑制されるようになる。
【特許文献１】実開昭６４‐２５５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のように機関駆動式のオイルポンプから供給される油圧を利用してチェーンを付勢し、チェーンの張力を調整するチェーンテンショナにあっては、機関回転速度の変化に伴ってオイルポンプから供給される油圧の大きさが変化する。そのため、例えば図５の下段に示されるように機関回転速度が低い機関低回転域にあっては、オイルポンプから供給される油圧が低いことに起因してチェーンの張力が不足し、振動が発生してしまうことがある。
【０００８】
また、機関運転に伴って機関回転速度が変化するとそれに伴ってチェーンの振動周波数が変化し、チェーンの固有振動数に起因して特定の機関回転速度域において図５の下段に示されるように共振が発生し、チェーンの耐久性の低下や騒音の発生が助長されることがある。尚、図５の上段にはこのときのチェーンの張力の変化が実線で示されている。
【０００９】
これに対して、共振の発生を抑制すべく、大型のオイルポンプを搭載する等して供給油圧を増大させ、図５の上段に一点鎖線で示されるようにチェーンの張力を増大させることも考えられる。しかしながら、このように供給油圧を増大させることにより張力を増大させた場合には、共振の発生を抑制することができるようになるものの、機関高回転域におけるチェーンの張力が過剰に大きくなってしまう。その結果、機関高回転域における大きな張力に耐え得るようにチェーンを設計することが必要となり、チェーンの重量の増大を招き、ひいてはチェーンの重量が増大した分だけ内燃機関の駆動に伴う駆動力の損失が大きくなってしまう。
【００１０】
このように従来から適用されてきた油圧式のチェーンテンショナは、機関回転速度の変化に伴う供給油圧の変化に起因してチェーンの張力が変化してしまう。そのため、機関低回転域における張力不足に起因して振動が発生するといった課題や、共振の発生の抑制と機関高回転域における張力の過剰な増大の抑制とを両立させることが難しいといった課題を有している。
【００１１】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は機関回転速度の変化に起因して変動する油圧の影響を受けずにチェーンの張力を調整することのできるチェーンテンショナを提供するとともに、同チェーンテンショナを具備してチェーンの振動を好適に抑制することのできるチェーンの張力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、ハウジングに形成された収容孔に収容されたプランジャを同収容孔の底面とこれに対向する前記プランジャの底面との間に配設された圧縮コイルばねの付勢力によって付勢し、同プランジャに作用する付勢力を利用して駆動軸と従動軸とに巻き掛けられたチェーンの張力を調整するチェーンテンショナであって、前記圧縮コイルばねのコイルの内側において互いに対向するように前記プランジャの底面及び前記収容孔の底面のうちの一方に永久磁石を固定するとともに他方に電磁石を固定し、前記永久磁石と前記電磁石との間に作用する磁力と、前記圧縮コイルばねの付勢力との合力を前記プランジャを介して前記チェーンに伝達して同チェーンの張力を調整することをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、電磁石に供給する電流を増減させることにより、この電磁石と対向するように配設された永久磁石との間に作用する磁力の大きさを変更することができ、この磁力と圧縮コイルばねの付勢力との合力の大きさを変更してチェーンの張力を増減させることができるようになる。そのため、油圧式のチェーンテンショナのように機関回転速度の変化に伴って変化する供給油圧の変化に起因してプランジャに作用する力の制御態様が制限されるといったことがない。その結果、プランジャに作用する力の大きさを比較的自由に調整することができるようになり、チェーンの張力の過剰な増大を抑制しつつ、チェーンの振動を好適に抑制することができるようになる。
【００１４】
また、上記請求項１に記載のチェーンテンショナにあっては、圧縮コイルばねのコイルの内側に永久磁石及び電磁石を配設するようにしているため、プランジャに作用する力を調整する手段として圧縮コイルばねに加えて永久磁石と電磁石とを設けるようにしているものの、これらを新たに設けることによるチェーンテンショナの大型化を抑制することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチェーンテンショナにおいて、前記電磁石は、前記永久磁石と対向する部分が前記永久磁石と同極となり同電磁石と前記永久磁石との間に斥力が発生するように電流が供給されることをその要旨とする。
【００１６】
具体的には請求項２に記載の構成のように永久磁石と電磁石との間に作用する磁力によってこれらの間に斥力を発生させ、この斥力と圧縮コイルばねの付勢力との合力によってプランジャをハウジングから突出する方向に付勢する構成を採用することができる。この場合には、電磁石に供給する電流を増大させて電磁石と永久磁石との間に作用する斥力を大きくすることにより、プランジャをハウジングから突出させる方向に付勢する付勢力を増大させてチェーンの張力を増大させることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトに固定されたクランクスプロケットとカムシャフトに固定されたカムスプロケットとの間に掛け渡されたタイミングチェーンの張力を調整する請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナである。
【００１８】
内燃機関のタイミングチェーンに発生する振動の周期や振幅は、内燃機関の機関回転速度やその加減速、更にはバルブタイミングの変更等に伴って常に変化する。このように機関運転状態の変化に伴って常に振動の特性が変化するタイミングチェーンの振動を好適に抑制する上では、上記請求項３に記載されているように、油圧式のチェーンテンショナと比較して自由にチェーンの張力の大きさを変更することのできる請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナを適用することが望ましい。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、機関回転速度に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２０】
上述したようにタイミングチェーンの振動の周波数は、機関回転速度の変化に伴って変化する。そのため、機関回転速度が変化すると、特定の機関回転速度域においてタイミングチェーンの固有振動数とタイミングチェーンの振動の周波数とが一致し、タイミングチェーンに共振が発生することがある。一方、タイミングチェーンの固有振動数はタイミングチェーンの張力によって変動する。そこで、請求項４に記載の発明では、機関回転速度に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、タイミングチェーンの張力を調整するようにしている。このように機関回転速度に基づいてタイミングチェーンの張力を制御すれば、タイミングチェーンの固有振動数と、機関回転速度に応じて変化するタイミングチェーンの振動の周波数とを一致させないように固有振動数を変化させることでき、共振の発生を抑制することができるようになる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、前記カムシャフトの回転位相に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２２】
内燃機関のカムシャフトは、機関バルブを閉弁方向に付勢しているバルブスプリングからの反力を受けるため、その回転位相によって回転抵抗の大きさが周期的に変化する。具体的には、カムシャフトの回転に伴って機関バルブが次第に開弁していくときにはバルブスプリングの付勢力がカムシャフトの回転を妨げる方向に作用するため、カムシャフトの回転抵抗が大きくなる。一方で、カムシャフトの回転に伴って機関バルブが次第に閉弁していくときにはバルブスプリングの付勢力がカムシャフトの回転を補助する方向に作用するため、カムシャフトの回転抵抗が小さくなる。このようにカムシャフトの回転抵抗の大きさがカムシャフトの回転位相に応じて周期的に変化するため、これに起因する張力の周期的な変動によりタイミングチェーンには振動が発生する。これに対して上記請求項５に記載の発明のように、カムシャフトの回転位相に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、こうしたカムシャフトの回転抵抗の周期的な変化に起因する振動を減衰させるようにタイミングチェーンの張力を増減させれば、こうした振動を抑制することができるようになる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のチェーンテンショナと、前記チェーンの振動を検出する振動検出手段とを備え、同振動検出手段の検出信号に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記チェーンに生じている振動を減衰させるように同チェーンの張力を調整するチェーンの張力制御装置である。
【００２４】
上記請求項６に記載の発明のように、チェーンの振動を直接検出し、検出された検出信号に基づいて電磁石に供給する電流を増減し、検出された振動を減衰させるようにチェーンの張力を調整する構成を採用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整する張力制御装置として、この発明にかかるチェーンの張力制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜３を参照して説明する。尚、図１は本実施形態にかかる張力制御装置を備える内燃機関の正面図であり、タイミングチェーンと本実施形態にかかるチェーンテンショナとの関係、並びにチェーンテンショナとこれを制御する電子制御装置との関係を示している。
【００２６】
図１に示されるように内燃機関のクランクシャフト１０にはクランクスプロケット１１が固定されており、吸気カムシャフト２０には吸気カムスプロケット２１が、排気カムシャフト３０には排気カムスプロケット３１がそれぞれ固定されている。そして、これら各スプロケット１１，２１，３１にはタイミングチェーン４０が巻き掛けられている。
【００２７】
これにより、図１の下方に矢印で示されるように機関運転に伴ってクランクシャフト１０が右回りに回転すると、クランクシャフト１０の駆動力がタイミングチェーン４０を介して吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０に伝達され、吸気カムシャフト２０及び排気カムシャフト３０が右回りに回転する。
【００２８】
タイミングチェーン４０は、図１に示されるように各スプロケット１１，２１，３１のいずれとも噛合していない軸間領域のうち排気カムスプロケット３１からクランクスプロケット１１までの間の軸間領域において、固定ガイド４１によってその軌道が内周側に撓むようにガイドされている。尚、固定ガイド４１は、内燃機関の側壁に２つのボルト４５によって固定されている。一方で、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間の軸間領域にあっては、図１に示されるようにボルト４５によって内燃機関の側壁に支点Ｃを中心に揺動可能に支持された可動ガイド４２によってその軌道が内周側に撓むようにガイドされている。
【００２９】
また、可動ガイド４２には可動ガイド４２を付勢してタイミングチェーン４０の張力を調整するチェーンテンショナ１００のプランジャ１２０が当接している。以下、図２を併せ参照して本実施形態にかかるチェーンテンショナ１００の構成を詳しく説明する。尚、図２はチェーンテンショナ１００の内部構造を示す拡大断面図である。
【００３０】
図２に示されるようにチェーンテンショナ１００のハウジング１１０には有底の収容孔１１１が形成されている。この収容孔１１１にはばね収容孔１２１が形成された有底円筒形状のプランジャ１２０が摺動可能に収容されている。図２に破線で示されるようにハウジング１１０には、図示しないオイルポンプから供給される潤滑油を収容孔１１１の内部に供給する油孔１１３が形成されている。尚、プランジャ１２０の外周面には、油孔１１３から供給された潤滑油を同プランジャ１２０の外周面全体に行き渡らせるために油溝１２２が設けられている。これにより、油孔１１３から供給された潤滑油によってプランジャ１２０と収容孔１１１との間に油膜が形成され、この油膜の潤滑作用によってプランジャ１２０が収容孔１１１内で円滑に摺動するようになっている。
【００３１】
プランジャ１２０のばね収容孔１２１の底部には同ばね収容孔１２１の中心軸に沿って延びる棒状の永久磁石１４０が固定されている。図２に示されるように永久磁石１４０の側面とばね収容孔１２１の内周面との間には隙間が形成されており、この隙間には圧縮コイルばね１３０が収容されている。この圧縮コイルばね１３０は、一方の端部がばね収容孔１２１の底面に配設された座金１２３と当接するとともに、他方の端部がハウジング１１０の収容孔１１１の底面に配設された座金１１２と当接し、プランジャ１２０を収容孔１１１から突出させる方向に付勢している。
【００３２】
また、ハウジング１１０に形成された収容孔１１１の底部には図２の左側に示されるように電磁石１５０が固定されている。電磁石１５０は、コイル１５１とその中心に挿入された鉄芯１５２とからなり、その先端が圧縮コイルばね１３０のコイルの内側に突出し、ばね収容孔１２１内に固定された永久磁石１４０の先端と対向するように配設されている。この電磁石１５０に電流を供給する電線１５３は、ハウジング１１０に固定された蓋体１１４に形成されている貫通孔を通じてハウジング１１０の外部へ取り出され、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置２００に接続されている。
【００３３】
このように構成された本実施形態のチェーンテンショナ１００は、図１に示されるようにハウジング１１０から突出したプランジャ１２０の先端が可動ガイド４２に当接するように内燃機関の側壁にボルト４５によって固定されている。
【００３４】
このように構成されたチェーンテンショナ１００を備える本願実施形態の内燃機関にあっては、圧縮コイルばね１３０の付勢力と、永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する磁力との合力によってプランジャ１２０が図１に破線矢印で示されるようにハウジング１１０の収容孔１１１から突出する方向に付勢される。これにより、プランジャ１２０と当接している可動ガイド４２が支点Ｃを中心に揺動し、タイミングチェーン４０がその軌道の内周側へ付勢されてタイミングチェーン４０の張力が調整されるようになっている。
【００３５】
上述したようにチェーンテンショナ１００の電磁石１５０は、電線１５３を介して電子制御装置２００に接続されており、電子制御装置２００はチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に同電磁石１５０と永久磁石１４０との間に斥力が発生するように電流を供給するとともに、その電流の大きさを制御してタイミングチェーン４０の張力を制御する。すなわち、チェーンテンショナ１００と、それを制御する電子制御装置２００とによって本実施形態の張力制御装置が構成されている。
【００３６】
尚、電子制御装置２００は、機関制御にかかる各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。電子制御装置２００には、クランクシャフト１０の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ２１０、吸気カムシャフト２０の回転位相を検出するカムポジションセンサ２２０等の各種センサが接続されている。
【００３７】
タイミングチェーン４０に生じる振動の周波数は機関回転速度ＮＥの変化に伴って変化する。そして、機関回転速度ＮＥの変化に伴って振動の周波数が変化すると、タイミングチェーン４０の固有振動数に起因して特定の機関回転速度域においてタイミングチェーン４０に共振が発生することがある。そこで、本実施形態にかかる張力制御装置にあっては、機関回転速度ＮＥに基づいてチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に供給する電流の大きさを変更し、共振の発生を抑制すべく、タイミングチェーン４０の張力を制御する。
【００３８】
具体的には図３に示されるように基本的に所定の張力Ａが得られるように電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御する。
一方で、機関回転速度ＮＥがタイミングチェーン４０の張力が張力Ａに設定されている場合に共振が発生することが予測される機関回転速度域ＡＲ１を含むＮ１〜Ｎ２の範囲にあるときには、電磁石１５０に供給する電流の大きさを増大させてタイミングチェーン４０の張力を張力Ｂまで増大させる。
【００３９】
尚、張力Ｂの値は、タイミングチェーン４０の張力の大きさに応じて変化するタイミングチェーン４０の固有振動数が、機関回転速度ＮＥがＮ２未満のときには生じない振動周波数となるような張力の値に基づいて予め行う実験等の結果に基づいて設定されている。
【００４０】
このように機関回転速度ＮＥがＮ１〜Ｎ２の範囲にあるときにタイミングチェーン４０の張力を張力Ｂまで増大させることにより、タイミングチェーン４０の固有振動数が変化し、共振の発生が予測される機関回転速度域は図３に示されるようにＮ２よりも大きな「ＡＲ２」に変化する。
【００４１】
そのため、機関回転速度ＮＥが変化することによりタイミングチェーン４０に生じる振動の周波数が変化しても、その周波数とタイミングチェーンの固有振動数とが一致しなくなり、タイミングチェーン４０の共振の発生が抑制されるようになる。
【００４２】
これにより、図３に一点鎖線で示されるように共振の発生を抑制するために大型のオイルポンプを搭載して供給油圧を増大させる構成を採用した場合と比較して、共振の発生を抑制しつつ、機関高回転域において張力が過剰に大きくなってしまうことを回避することができる。また、機関低回転域においても大きな張力を発生させることができるため、張力不足に起因する振動の発生を抑制することができる。
【００４３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）電磁石１５０に供給する電流を増減させることにより、この電磁石１５０と対向するように配設された永久磁石１４０との間に作用する磁力の大きさを変更することができ、この磁力と圧縮コイルばね１３０の付勢力との合力の大きさを変更してタイミングチェーン４０の張力を増減させることができる。そのため、油圧式のチェーンテンショナのように機関回転速度ＮＥの変化に伴って変化する供給油圧の変化に起因してプランジャ１２０に作用する力の制御態様が制限されるといったことがない。そのため、プランジャ１２０に作用する力の大きさを比較的自由に調整することができるようになる。
【００４４】
（２）本実施形態のチェーンテンショナ１００にあっては、圧縮コイルばね１３０のコイルの内側に永久磁石１４０及び電磁石１５０を配設するようにしている。そのため、プランジャ１２０に作用する力を調整する手段として圧縮コイルばね１３０に加えて永久磁石１４０と電磁石１５０とを設けるようにしているものの、これらを新たに設けることによるチェーンテンショナ１００の大型化を抑制することができる。
【００４５】
（３）共振の発生が予測される機関回転速度域ＡＲ１を含む機関回転速度域（Ｎ１〜Ｎ２）において電磁石１５０に供給する電流を増大させ、タイミングチェーン４０の張力を増大させてその固有振動数をずらすようにしている。そのため、タイミングチェーン４０の固有振動数と、機関回転速度ＮＥに応じて変化するタイミングチェーン４０の振動の周波数とを一致させないようにすることでき、共振の発生を抑制することができる。
【００４６】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、機関回転速度ＮＥに基づいて電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御し、タイミングチェーン４０の張力を制御する構成を例示したが、上記実施形態で例示した張力の調整態様は、一例であり適宜変更することができる。
【００４７】
例えば、カムポジションセンサ２２０によって検出される吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減させ、タイミングチェーン４０の張力を制御することもできる。
【００４８】
吸気カムシャフト２０の回転に伴って吸気バルブが次第に開弁していくときには吸気バルブを閉弁させる方向に付勢しているバルブスプリングの付勢力が吸気カムシャフト２０の回転を妨げる方向に作用するため、吸気カムシャフト２０の回転抵抗が大きくなる。そのため、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間における軸間領域にあっては、このときにタイミングチェーン４０に緩みが生じやすくなる。
【００４９】
一方で、吸気カムシャフト２０の回転に伴って吸気バルブが次第に閉弁していくときにはバルブスプリングの付勢力が吸気カムシャフト２０の回転を補助する方向に作用するため、吸気カムシャフト２０の回転抵抗が小さくなる。そのため、クランクスプロケット１１から吸気カムスプロケット２１までの間における軸間領域にあっては、このときにタイミングチェーン４０の張力が増大する。
【００５０】
これに対して上述したように吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減し、こうした回転抵抗の周期的な変化に起因する振動を減衰させるようにタイミングチェーン４０の張力を増減させるようにすれば、回転抵抗の変化に起因するタイミングチェーン４０の振動を好適に抑制することができる。
【００５１】
具体的には、カムポジションセンサ２２０によって検出される吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて吸気バルブが次第に開弁していく状態である旨の判定がなされたときには、電磁石１５０に供給する電流を大きくする。これにより、電磁石１５０と永久磁石１４０との間に生じる斥力が大きくなってプランジャ１２０を可動ガイド４２側へ付勢する力が大きくなり、タイミングチェーン４０の張力が増大する。その結果、吸気カムシャフト２０の回転抵抗の増大に起因するタイミングチェーン４０の緩みの発生が抑制される。
【００５２】
一方で、吸気カムシャフト２０の回転位相に基づいて吸気バルブが次第に閉弁していく状態である旨の判定がなされたときには、電磁石１５０に供給する電流を小さくする。これにより、電磁石１５０と永久磁石１４０との間に生じる斥力が小さくなってプランジャ１２０を可動ガイド４２側へ付勢する力が小さくなり、タイミングチェーン４０の張力が減少する。その結果、吸気カムシャフト２０の回転抵抗の減少に起因するタイミングチェーン４０の張力の増大が抑制される。
【００５３】
・また、排気カムシャフト３０の回転抵抗の変化によってもタイミングチェーン４０に振動が生じる可能性があるため、排気カムシャフト３０の回転位相に基づいて張力を調整する構成を採用することもできる。
【００５４】
・更に、こうした構成を上記実施形態の構成と組み合わせ、例えば吸気カムシャフト２０の回転位相及び機関回転速度ＮＥに基づいて電磁石１５０に供給する電流の大きさを制御し、タイミングチェーン４０の張力を制御する構成を採用することもできる。
【００５５】
・また、タイミングチェーン４０の振動を直接検出する光学センサ等の振動検出手段を設け、振動検出手段から出力される検出信号に基づいて電磁石１５０に供給する電流を増減し、検出された振動を減衰させるようにタイミングチェーン４０の張力を調整する構成を採用することもできる。
【００５６】
・上記実施形態では内燃機関を統括的に制御する電子制御装置２００を通じてチェーンテンショナ１００の電磁石１５０に供給する電流を制御する張力調整装置を例示した。これに対して、上述のように機関回転速度ＮＥやカムシャフトの回転位相、振動検出手段から出力される検出信号等に基づいて電磁石１５０に供給する電流を制御することができる構成であれば、電子制御装置２００とは各別にチェーンテンショナ１００を制御する制御部を設ける構成を採用することもできる。
【００５７】
・上記実施形態では、互いに対向する永久磁石１４０と電磁石１５０とが同極となり、これらの間に斥力が生じるように電磁石１５０に電流を供給する構成を示したが、永久磁石１４０と対向する部分が同永久磁石１４０と異極となるように電流を供給する構成を採用することもできる。この場合には圧縮コイルばね１３０の付勢力に起因してハウジング１１０から突出する方向に付勢されているプランジャ１２０の付勢力が永久磁石１４０と電磁石１５０との間に作用する引力によって弱められるようになる。すなわち、この場合には電磁石１５０に供給する電流を増大させて電磁石１５０と永久磁石１４０との間に作用する引力を増大させることにより、プランジャ１２０をハウジング１１０から突出させる方向に付勢する付勢力を減少させてタイミングチェーン４０の張力を減少させることができる。
【００５８】
・尚、上記実施形態にあっては、プランジャ１２０のばね収容孔１２１の底面に永久磁石１４０を固定し、ハウジング１１０に形成された収容孔１１１の底面に電磁石１５０を固定する構成を例示した。これに対して、これとは逆にプランジャ１２０のばね収容孔１２１の底面に電磁石１５０を固定し、ハウジング１１０の収容孔１１１の底面に永久磁石１４０を固定する構成を採用することもできる。しかしながら、内燃機関の側壁に固定されているハウジング１１０に対して往復動するプランジャ１２０に電磁石１５０を設ける構成を採用した場合には、電磁石１５０に電力を供給する電線１５３の耐久性がプランジャ１２０の往復動に起因して低下するおそれがある。そのため、こうした電線１５３の耐久性の低下を抑制する上では、上記実施形態のように内燃機関の側壁に固定されたハウジング１１０側に電磁石１５０を配設する構成を採用することが望ましい。
【００５９】
・上記実施形態では本願発明にかかるチェーンテンショナ１００を、内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整するチェーンテンショナとして具現化した例を示したが、本願発明は内燃機関のタイミングチェーンの張力を調整するチェーンテンショナに限定されるものではない。すなわち、その他、モータの駆動力を従動軸に伝達するチェーンの張力を調整するチェーンテンショナ等に本願発明にかかるチェーンテンショナ１００を適用することもできる。
【００６０】
尚、内燃機関のタイミングチェーンに発生する振動の周期や振幅は、内燃機関の機関回転速度ＮＥやその加減速、更にはバルブタイミングの変更等に応じて常に変化する。このように機関運転状態の変化に伴って常に振動の特性が変化するタイミングチェーンの振動を好適に抑制する上では、上記実施形態のように、油圧式のチェーンテンショナと比較して自由にチェーンの張力の大きさを変更することのできる本願発明のチェーンテンショナを適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の一実施形態にかかるチェーンの張力調整装置が設けられた内燃機関の正面図。
【図２】同実施形態にかかるチェーンテンショナの拡大断面図。
【図３】機関回転速度とタイミングチェーンの張力との関係を示すグラフ。
【図４】油圧式のチェーンテンショナとタイミングチェーンとの関係を示す内燃機関の正面図。
【図５】油圧式のチェーンテンショナを備える内燃機関における機関回転速度と、タイミングチェーンの張力及びその振動との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６２】
１０…クランクシャフト、１１…クランクスプロケット、２０…吸気カムシャフト、２１…吸気カムスプロケット、３０…排気カムシャフト、３１…排気カムスプロケット、４０…タイミングチェーン、４１…固定ガイド、４２…可動ガイド、４５…ボルト、１００…チェーンテンショナ、１１０…ハウジング、１１１…収容孔、１１２…座金、１１３…油路、１１４…蓋体、１２０…プランジャ、１２１…ばね収容孔、１２２…油溝、１２３…座金、１３０…圧縮コイルばね、１４０…永久磁石、１５０…電磁石、１５１…コイル、１５２…鉄芯、１５３…電線、２００…電子制御装置、２１０…回転速度センサ、２２０…カムポジションセンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに形成された収容孔に収容されたプランジャを同収容孔の底面とこれに対向する前記プランジャの底面との間に配設された圧縮コイルばねの付勢力によって付勢し、同プランジャに作用する付勢力を利用して駆動軸と従動軸とに巻き掛けられたチェーンの張力を調整するチェーンテンショナであって、
前記圧縮コイルばねのコイルの内側において互いに対向するように前記プランジャの底面及び前記収容孔の底面のうちの一方に永久磁石を固定するとともに他方に電磁石を固定し、
前記永久磁石と前記電磁石との間に作用する磁力と、前記圧縮コイルばねの付勢力との合力を前記プランジャを介して前記チェーンに伝達して同チェーンの張力を調整する
ことを特徴とするチェーンテンショナ。
【請求項２】
請求項１に記載のチェーンテンショナにおいて、
前記電磁石は、前記永久磁石と対向する部分が前記永久磁石と同極となり同電磁石と前記永久磁石との間に斥力が発生するように電流が供給される
ことを特徴とするチェーンテンショナ。
【請求項３】
内燃機関のクランクシャフトに固定されたクランクスプロケットとカムシャフトに固定されたカムスプロケットとの間に掛け渡されたタイミングチェーンの張力を調整する
請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナ。
【請求項４】
請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、
機関回転速度に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、
前記カムシャフトの回転位相に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のチェーンテンショナと、前記チェーンの振動を検出する振動検出手段とを備え、
同振動検出手段の検出信号に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記チェーンに生じている振動を減衰させるように同チェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【請求項１】
ハウジングに形成された収容孔に収容されたプランジャを同収容孔の底面とこれに対向する前記プランジャの底面との間に配設された圧縮コイルばねの付勢力によって付勢し、同プランジャに作用する付勢力を利用して駆動軸と従動軸とに巻き掛けられたチェーンの張力を調整するチェーンテンショナであって、
前記圧縮コイルばねのコイルの内側において互いに対向するように前記プランジャの底面及び前記収容孔の底面のうちの一方に永久磁石を固定するとともに他方に電磁石を固定し、
前記永久磁石と前記電磁石との間に作用する磁力と、前記圧縮コイルばねの付勢力との合力を前記プランジャを介して前記チェーンに伝達して同チェーンの張力を調整する
ことを特徴とするチェーンテンショナ。
【請求項２】
請求項１に記載のチェーンテンショナにおいて、
前記電磁石は、前記永久磁石と対向する部分が前記永久磁石と同極となり同電磁石と前記永久磁石との間に斥力が発生するように電流が供給される
ことを特徴とするチェーンテンショナ。
【請求項３】
内燃機関のクランクシャフトに固定されたクランクスプロケットとカムシャフトに固定されたカムスプロケットとの間に掛け渡されたタイミングチェーンの張力を調整する
請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナ。
【請求項４】
請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、
機関回転速度に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載のチェーンテンショナを備え、
前記カムシャフトの回転位相に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記タイミングチェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のチェーンテンショナと、前記チェーンの振動を検出する振動検出手段とを備え、
同振動検出手段の検出信号に基づいて前記電磁石に供給する電流を増減し、前記チェーンに生じている振動を減衰させるように同チェーンの張力を調整する
チェーンの張力制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−７１３６２（Ｐ２０１０−７１３６２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３８２５６（Ｐ２００８−２３８２５６）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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