(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駆動される駆動力伝達部材と、
外周に機関弁を作動させるための駆動カムを有する一方で前記駆動力伝達部材が必要に応じて相対回転できるように組み付けられ、前記駆動力伝達部材から動力を伝達されて従動回転するカムシャフトと、
前記駆動力伝達部材とカムシャフトのいずれか一方と一体化されて回転するハウジング部材と、
前記ハウジング部材内に収容され、前記駆動力伝達部材とカムシャフトの他方と一体化されて回転するベーン部材と、
前記ハウジング部材内に設けられ、油圧によって前記ベーン部材を回動させる進角油圧室及び遅角油圧室と、
前記進角油圧室及び遅角油圧室に連通し、これらの油圧室に選択的に油圧を吸排する油圧吸排手段と、
内燃機関の運転状態に応じて前記ハウジング部材とベーン部材を一方側に相対回動させた状態で両者を機械的にロックするロック機構と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
このロック機構が、前記ベーン部材とハウジング部材のうちの一方に形成されたシリンダ孔に進退自在に収容されたロックピンと、このロックピンを突出方向に付勢するばね部材と、前記ベーン部材とハウジング部材のうちの他方に形成され、この両者が設定相対回動位置にあるときに前記ロックピンの先端部が嵌合されるロック穴と、油圧室の油圧を導入して前記ロックピンを後退させるロック解除通路と、前記シリンダ孔内の軸心部から偏寄した位置に形成され、前記シリンダ孔の底部側を大気圧に維持する大気圧導通路と、を有するものにおいて、
前記シリンダ孔の内部に前記ばね部材の一端を支持するばね支持部材を収容し、
このばね支持部材に、円周方向に複数の流通口を有し前記ばね部材の端部を直接支持するフランジ部と、このフランジ部のロックピン側の面に突設されて前記ロックピンがフランジ部に当接する前にロックピンの後退変位を規制するストッパ突起と、前記フランジ部のロックピンと逆側の面に突設されて、前記フランジ部の背面側に前記大気圧導通路に連通する環状空間を形成するスペーサ突起と、を設け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】
シリンダ孔がベーン部材を軸方向に貫通して形成され、そのシリンダ孔の端部がハウジング部材の内側面に対向する請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、ばね支持部材をシリンダ孔に軸方向変位可能に収容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】
ばね支持部材を樹脂によって形成した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。
【請求項４】
ばね支持部材のスペーサ突起の端部を平面に形成したことを特徴とする請求項２または３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】
本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」と言うものとする。）の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを運転条件に応じて制御するためのバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのクランクシャフトと同期回転するタイミングプーリやチェーンスプロケット等の駆動力伝達部材と、外周に駆動カムを有するカムシャフトとの組付角を回動操作することにより、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを可変制御するバルブタイミング制御装置が従来より案出されており、この技術は、例えば、特開平１０-１１０６０３号公報等に開示されている。
【０００３】
この公報に記載のバルブタイミング制御装置は、カムシャフトの端部に一体に取付けたベーン部材を駆動力伝達部材と一体のハウジング部材の内部に収容配置すると共に、このハウジング部材の内部に進角油圧室及び遅角油圧室を設け、この各油圧室に選択的に油圧を吸排することによってベーン部材をハウジング部材に対して相対的に回動させ、それにより駆動力伝達部材とカムシャフトとの回転位相を変化させて吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更するようになっている。
【０００４】
このような所謂ベーン式のバルブタイミング制御装置においては、エンジンの回転速度が遅い場合等の供給油圧が低いときに油圧室内の圧力が吸気弁や排気弁から受ける反力に負け、ベーン部材がその反力によって押し動かされることが知られている。これに対処するため上記公報に記載のバルブタイミング制御装置にあっては、ベーン部材とハウジング部材の間に両者の相対回動位置を固定するロックピンを設け、このロックピンによって前記ベーン部材の押し戻しを防止するようにしている。
【０００５】
即ち、ロックピンはばね部材で付勢された状態でベーン部材に進退自在に取付けられており、ベーン部材とハウジング部材が設定方向に相対回動制御されると、ロックピンの先端部がハウジング部材の内壁に設けられたロック穴に嵌合されて両者の相対回動をロックし、この状態からベーン部材とハウジング部材が逆向きに相対回動制御されるときには、ロック穴の底部に高圧の作動油が導入されてロックピンの嵌合が解除されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロック穴の底部に高圧の作動油が導入されたときにロックピンを円滑に後退できるようにするためには、ロックピンの背部を常時大気圧に維持しておかなければならない。このため、従来のバルブタイミング制御装置においては、ベーン部材のシリンダ孔の底部に大気圧導通路が形成され、この導通路を通してロックピンの背部が大気圧に維持されるようになっている。
【０００７】
しかし、大気圧導通路は必ずしもシリンダ孔の軸心部に合致させて形成できるものではなく、装置内部のレイアウト上の制約等によってシリンダ孔の軸心部に対して外周側に偏寄した位置に形成せざるを得ないことがある。
【０００８】
このように大気圧導通路がシリンダ孔の軸心部に対して偏寄して形成された場合、シリンダ孔内の作動油が大気圧導通路を通して急激に排出されたときに、大気圧導通路の孔の近傍が他の部分よりも流速が速くなり、シリンダ孔の底部側外周の一部に低圧部分ができ易くなる。そして、こうしてシリンダ孔の底部に圧力の偏りが生じると、作動中にロックピンが傾斜してロックピンの円滑な作動の妨げとなる。
【０００９】
そこで本発明は、シリンダ孔の軸心から偏寄した位置に形成された大気圧導通路を通してシリンダ孔内の作動油が急激に排出されたときにロックピンが傾斜するのを防止して、常時スムーズなロックピンの作動を得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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動される駆動力伝達部材と、外周に機関弁を作動させるための駆動カムを有する一方で前記駆動力伝達部材が必要に応じて相対回転できるように組み付けられ、前記駆動力伝達部材から動力を伝達されて従動回転するカムシャフトと、前記駆動力伝達部材とカムシャフトのいずれか一方と一体化されて回転するハウジング部材と、前記ハウジング部材内に収容され、前記駆動力伝達部材とカムシャフトの他方と一体化されて回転するベーン部材と、前記ハウジング部材内に設けられ、油圧によって前記ベーン部材を回動させる進角油圧室及び遅角油圧室と、前記進角油圧室及び遅角油圧室に連通し、これらの油圧室に選択的に油圧を吸排する油圧吸排手段と、内燃機関の運転状態に応じて前記ハウジング部材とベーン部材を一方側に相対回動させた状態で両者を機械的にロックするロック機構と、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、このロック機構が、前記ベーン部材とハウジング部材のうちの一方に形成されたシリンダ孔に進退自在に収容されたロックピンと、このロックピンを突出方向に付勢するばね部材と、前記ベーン部材とハウジング部材のうちの他方に形成され、この両者が設定相対回動位置にあるときに前記ロックピンの先端部が嵌合されるロック穴と、油圧室の油圧を導入して前記ロックピンを後退させるロック解除通路と、前記シリンダ孔内の軸心部から偏寄した位置に形成され、前記シリンダ孔の底部側を大気圧に維持する大気圧導通路と、を有するものにおいて、前記シリンダ孔の内部にばね部材の一端を支持するばね支持部材を収容し、このばね支持部材に、円周方向に複数の流通口を有し前記ばね部材の端部を直接支持するフランジ部と、このフランジ部の前記ロックピン側の面に突設されて前記ロックピンがフランジ部に当接する前に前記ロックピンの後退変位を規制するストッパ突起と、前記フランジ部のロックピンと逆側の面に突設されて、前記フランジ部の背面側に前記大気圧導通路に連通する環状空間を形成するスペーサ突起と、を設けるようにした。
【００１１】
この発明の場合、ロックピンがばね部材の力に抗してシリンダ孔内に後退しようとすると、シリンダ孔内の作動油は、ばね支持部材のフランジ部に複数形成された流通口を通って環状空間に流れ込み、この環状空間から大気圧導通路に排出される。作動油がフランジ部を通過する際には、作動油が円周方向の複数の流通口に分散されるために、作動油の流速が部分的に速くなることはない。また、環状空間においては大気圧導通路の近傍で流速が速くなるが、ロックピンはばね支持部材のフランジ部に当接する前にストッパ突起によって後退変位を規制されるため、ロックピンは大気圧導通路の近傍の流速の影響を受けることはない。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、シリンダ孔がベーン部材を軸方向に貫通して形成され、そのシリンダ孔の端部がハウジング部材の内側面に対向する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、ばね支持部材を前記シリンダ孔に軸方向変位可能に収容するようにした。
【００１３】
この発明の場合、ばね支持部材はシリンダ孔内に圧入等によって固定されているものではないため、ロックピン側からばね支持部材に過大な荷重が一時的に作用することがあっても、ハウジング部材の内側面に押し付けられて突出したままになることはない。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、ばね支持部材を樹脂によって形成するようにした。
【００１５】
この発明の場合、ばね支持部材は軟質な樹脂面によって常時ハウジング部材に当接することとなる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、ばね支持部材のスペーサ突起の端部を平面に形成するようにした。
【００１７】
この発明の場合、スペーサ突起の端部が平面でハウジング部材に当接するため、ばね支持部材は常時安定姿勢を維持される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１において、１は、エンジンの排気側のカムシャフトである。このカムシャフト１は、図外のシリンダヘッドに軸受を介して回転自在に支持されると共に、その基幹部外周に、機関弁としての排気弁を開閉するための図外の駆動カムが設けられている。本発明にかかるバルブタイミング制御装置２はこのカムシャフト１の一端側に設けられている。
【００２０】
バルブタイミング制御装置２は、タイミングチェーン（図示せず。）を介してクランクシャフトによって回転駆動される駆動力伝達部材としてのチェーンスプロケット４と、このチェーンスプロケット４が外周面に一体に形成されたハウジング部材５と、一端部にこのハウジング部材５が必要に応じて回動できるように組み付けられた前記カムシャフト１と、このカムシャフト１の一端に一体に組み付けられ前記ハウジング部材５の内部に回動自在に収容されたベーン部材７と、このベーン部材７をエンジンの運転状態に応じて油圧によって正逆回転させる油圧吸排手段８と、前記カムシャフト１に作用する回転変動トルクに伴なうベーン部材７の変動を規制するロック機構９と、を備えている。
【００２１】
前記ハウジング部材５は、外周面に前記チェーンスプロケット４が一体に形成された略円筒状のハウジング本体１０と、このハウジング本体１０の前後の端面に複数のボルト１１によって結合された円板状のフロントカバー１２及びリヤカバー１３を備えており、ハウジング本体１０の内周面には、図２に示すように、ほぼ９０°間隔で断面台形状の仕切壁１４が４つ突設されている。
【００２２】
一方、前記ベーン部材７は、略円柱状の胴部１６と、この胴部１６の外周面に放射状に突設された４つの羽根部１７を備えており、胴部１６はハウジング部材５の軸心位置に配置され、各羽根部１７はハウジング部材５の隣接する仕切壁１４，１４間に配置されている。そして、ベーン部材７の各羽根部１７の一方側の側面とそれに対峙する仕切壁１４の間は進角油圧室１８とされ、各羽根部１７の他方側の側面とそれに対峙する仕切壁１４の間は遅角油圧室１９とされている。
【００２３】
また、ベーン部材７はカムシャフト１の端部が嵌合される凹部２０が胴部１６の後面側に形成されている。そして、胴部１６には、前記各進角油圧室１８と凹部２０の内周面を連通する第１径方向孔２３と、前記各遅角油圧室１９と凹部２０の内周面を連通する第２径方向孔２４が形成され、凹部２０にカムシャフト１の端部が嵌合された状態において、各径方向孔２３，２４がカムシャフト１の第１吸排孔２５と第２吸排孔２６に夫々連通するようになっている。ベーン部材７とカムシャフト１はベーン部材７の胴部１６の軸心部を貫通するボルト３によって結合されている。
【００２４】
前記油圧吸排手段８は、第１吸排孔２５に接続されて進角油圧室１８に油圧を吸排する第１油圧通路２８と、第２吸排孔２６に接続されて遅角油圧室１９に油圧を吸排する第２油圧通路２９の２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路２８，２９には、供給通路３０とドレン通路３１が夫々通路切換用の電磁切換弁３２を介して接続されている。前記供給通路３０には、オイルパン３３内の油を圧送するオイルポンプ３４が設けられており、ドレン通路３１の端部は前記オイルパン３３内に連通している。また、電磁切換弁３２はコントローラ３５によって制御されるが、このコントローラ３５には、エンジンの運転状態を示す各種信号が入力されるようになっている。
【００２５】
一方、ロック機構９は、エンジン始動時等にベーン部材７が進角側に回動制御されているときにハウジング部材５とベーン部材７の相対的な回動を機械的にロックするものであり、ベーン部材７の一つの羽根部１７に軸方向に沿って形成されたシリンダ孔３６と、このシリンダ孔３６に進退自在に収容支持された有底円筒状のロックピン３７と、シリンダ孔３６内に収容されてロックピン３７を突出方向（リヤカバー１３方向）に付勢するばね部材３８と、シリンダ孔３６内においてこのばね部材３８のロックピン３７と逆側の端部を支持するばね支持部材である樹脂製のばね支持ピン３９と、リヤカバー１３の内側面の設定位置に配置され、ベーン部材７がハウジング部材５に対して進角側に最大に変位した位置でロックピン３７の先端が嵌合されるロック穴４０とを備えている。
【００２６】
そして、ロック穴４０の底部には遅角油圧室１９に連通するロック解除通路４１が接続され、ロックピン３７の嵌合時に、その先端部に遅角油圧室１９の油圧が作用するようになっている。また、シリンダ孔３６の底部はベーン部材７の側面に摺接するフロントカバー１２の内側面によって閉塞されると共に、フロントカバー１２寄りの周壁の一部に開口形成された大気圧導通路４２を通して常時大気圧に維持されている。
【００２７】
ばね支持ピン３９は、図３，図４に示すように、シリンダ孔３６に摺動自在に嵌合されるフランジ部４３を有し、このフランジ部４３のロックピン３７側の端面中央に多段ロッド状のストッパ突起４４が形成されると共に、フランジ部４３の逆側の端面中央に前記大気圧導通路４２の深さ分よりも僅かに高さの高いスペーサ突起４５が形成されている。ストッパ突起４４にはばね部材３８が挿入され、その挿入されたばね部材３８の一端がフランジ部４３のロックピン３７側の端面に直接当接するようになっている。
【００２８】
また、フランジ部４３の外周縁部には、その前後での作動油の流通を許容するための複数の流通口４６が周方向等間隔に形成されており、スペーサ突起４５の先端部は平面に形成されている。そして、ばね支持ピン３９はシリンダ孔３６に対して固定されておらず、ばね部材３８の反力を受けて常時フロントカバー１２の内側面に押し付けられるようになっている。このとき、ばね支持ピン３９はスペーサ突起４５の先端の平面でフロントカバー１２に当接し、フランジ部４３の背部側に大気圧導通路４２に連通する環状空間４７を形成するようになっている。
【００２９】
かかる構造において、電磁切換弁３２の操作によって進角油圧室１８に高圧の作動油が供給されると、図２に示すように、ベーン部材７がハウジング部材５に対して最進角位置に回動変位し、ロックピン３７が図１に示すようにハウジング部材５のロック穴４０に係合して、ベーン部材７がハウジング部材５に対して機械的にロックされる。このため、図外のクランクシャフトからチェーンスプロケット４に入力された回転駆動力は、最進角状態で機械的に結合されたハウジング部材５とベーン部材７を介してカムシャフト１に伝達され、図外の駆動カムを介して排気弁を進角タイミングで開閉する。
【００３０】
このとき、ハウジング部材５とベーン部材７はロックピン３７によって機械的に結合されるため、排気弁からカムシャフト１に変動トルクが入力されてもベーン部材７はハウジング部材５に対して相対回動することがなく、したがって、ベーン部材７がばた付き音を発生する等の不具合は生じない。
【００３１】
また、この状態から電磁切換弁３２の操作によって遅角油圧室１９が供給通路３０に連通し、進角油圧室１８がドレン通路３１に連通するようになると、遅角油圧室１９に導入される高圧の作動油がロック解除通路４１を通してロックピン３７の先端に作用し、ロックピン３７がこの作動油の圧力を受けてシリンダ孔３６内に後退する。こうしてロックピン３７が後退すると、図５に示すように、ロックピン３７とロック穴４０の係合が解除され、ベーン部材７がハウジング部材５に対して最遅角位置まで回動変位する。排気弁はこれによって遅角タイミングで開閉されるようになる。
【００３２】
ロックピン３７が高圧を受けてシリンダ孔３６内に後退するときには、シリンダ孔３６内の作動油は、ロックピン３７によって押しやられ、ばね支持ピン３９のフランジ部４３の複数の流通口４６を通って環状空間４７へと抜け、さらにこの環状空間４７から大気圧導通路４２へと排出される。このとき、ばね支持ピン３９のフランジ部４３を通過する作動油は、円周方向等間隔に形成された複数の流通口４６に分散されるため、フランジ部４３の近傍には流速が部分的に速くなる部分ができにくい。一方、シリンダ孔３６の底部の大気圧導通路４２の近傍は流速が部分的に速くなり低圧となるが、この部分はスペーサ突起４５によってできた環状空間４７を介して流通口４６から離間しているため、流通口４６付近には大気圧導通路４２による圧力変化の影響が現れにくい。
【００３３】
そして、さらにばね支持ピン３９はストッパ突起４４でロックピン３７の後退変位を規制することにより、ロックピン３７がフランジ部４３に当接することがないようになっているため、流通口４６付近に僅かに生じる圧力分布の偏りもロックピン３７には直接影響することがない。したがって、これらにより後退作動時におけるロックピン３７の傾斜は確実に防止され、ロックピン３７の円滑な作動は保証される。
【００３４】
また、ばね支持ピン３９は常時スペーサ突起４５の先端の平面でフロントカバー１２の内側面に当接するため、シリンダ孔３６内におけるばね支持ピン３９の姿勢は常時安定している。したがって、ベーン部材７の回動に伴なうばね支持ピン３９とフロントカバー１２の間の摺動抵抗等によってばね支持ピン３９が傾斜する不具合は生じず、この傾斜に伴なうロックピン３７の傾斜も確実に防止される。
【００３５】
さらに、ばね支持ピン３９はシリンダ孔３６内に圧入等によって固定した場合、ロックピン３７から大きな荷重が一時的に作用したときにシリンダ孔３６の外側に突出したままとなって、ベーン部材７の回動時にフロントカバー１２の内側面を大きく摩耗させることとなるが、この実施形態の場合、ばね支持ピン３９はシリンダ孔３６に固定されていないため、一時的な大荷重の入力によってフロントカバー１２に大きな摩耗を生じることがない。
【００３６】
特に、この実施形態の場合、ばね支持ピン３９は樹脂によって形成されており、フロントカバー１２に対しては軟質な樹脂面で接触するために、フロントカバー１２の摩耗をより確実に防止することができる。したがって、これらのことからフロントカバー１２の摩耗に起因する同カバー１２とベーン部材７の間のシール性の低下を防止し、装置の作動応答性を長期にわたって良好に維持することができる。
【００３７】
尚、以上では本発明にかかるバルブタイミング制御装置を排気側のカムシャフトの端部に設けた場合について説明したが、吸気側のカムシャフトの端部に設ける場合にも同様の構成を採用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明は、ばね支持部材のフランジ部とスペーサ突起によって大気圧導通路に連通する環状空間を形成すると共に、この環状空間とロックピンの背部空間とをフランジ部の複数の流通口によって連通させてあるため、フランジ部付近での流速の部分的な増大を可及的に少なくすることができ、しかも、ロックピンの後退変位をばね支持部材のストッパ突起によって規制できるようにしてあるため、ロックピンがばね支持部材のフランジ部に直接接触してフランジ部付近の流速変化の影響を受けるのを防止することができる。したがって、この発明によれば、ロックピンの傾斜を確実に防止してロックピンの作動を常時スムーズにすることができ、装置の作動をより安定化することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明は、ばね支持部材をシリンダ孔に圧入等によって固定するのでなく、シリンダ孔内での変位を積極的に許容するようにしているため、ロックピン側からばね支持部材に一時的に大荷重が入力されることがあってもばね支持部材がハウジングの内側面側に突出したままになることがなく、したがって、突出したばね支持部材によるハウジングの内側面の摩耗や、それに伴うベーン部材とハウジング部材の間のシール性の低下を確実に防止することができる。
【００４０】
請求項３に記載の発明は、ハウジングの内側面に対してばね支持部材を軟質な樹脂面によって当接させることができるため、ハウジング部材の内側面の摩耗をより確実に防止することができる。
【００４１】
請求項４に記載の発明は、スペーサ突起の端部を平面でハウジング部材に当接させるため、ばね支持部材の姿勢を常時安定させて、ばね支持部材やロックピンの傾斜をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図３】同実施形態を示すばね支持ピンの斜視図。
【図４】同実施形態を示すぴね支持ピンの正面図。
【図５】同実施形態を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
２…バルブタイミング制御装置
４…チェーンスプロケット（駆動力伝達部材）
５…ハウジング部材
７…ベーン部材
８…油圧吸排手段
９…ロック機構
１８…進角油圧室
１９…遅角油圧室
３６…シリンダ孔
３７…ロックピン
３８…ばね部材
３９…ばね支持ピン（ばね支持部材）
４０…ロック穴
４１…ロック解除通路
４２…大気圧導通路
４３…フランジ部
４４…ストッパ突起
４５…スペーサ突起
４６…流通口
４７…環状空間
【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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