(57)【要約】【課題】  ロックピンの機関始動時における初期位置への容易な自力復帰を確保しつつ成形を容易に行うことができる。【解決手段】スプロケット１のハウジング６の内部軸方向にピストン２９を摺動自在に収容すると共に、ベーンロータの外周に形成された逃げ溝２５とハウジングに形成された摺動用溝１６に嵌合しつつ移動可能なロックピン３０をアダプタピン３１によってピストンに連結した。前記逃げ溝の後端側にロックピンの先端部が軸方向から係脱自在に噛み合い係合する階段状の噛み合い部３２を設け、ロックピンの先端部３０ａが交番トルクによって前記噛み合い部の当たり面４０ｂ〜４０ｅを段階的に移動して最終的に第１，第２噛み合い面３９ａ、４０ａに噛み合い係合するように構成した。【選択図】図１
2009024659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関のクランクシャフトによって回転駆動するハウジングを有する回転体と、
該回転体と相対回動可能なカムシャフトに固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、
前記ハウジングとベーンロータとの間に前記カムシャフト軸方向へ移動自在に設けられて、該ハウジングとベーン部材の相対回転位置を規制する位相角規制機構と、
機関運転状態に応じて前記位相角規制機構をカムシャフト軸方向に移動させて前記ハウジングとベーン部材の規制位置を設定すると共に、前記規制を解除する設定解除機構と、を備え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】
前記位相角規制機構は、外周部が前記ハウジングに形成された摺動用溝に嵌合しつつ移動すると共に、内周部の先端部が前記ベーンロータに形成された噛み合い部に噛合するロックピンを備えている一方、
前記設定解除機構は、前記ハウジングの内部に前記カムシャフト軸方向へ沿って形成された移動用孔内を移動自在に設けられ、前記ロックピンと連結されたピストンと、該ピストンを前記ロックピンの先端部が前記噛み合い部に噛合する方向へ付勢するばね部材と、前記ピストンをばね部材のばね付勢力に抗して後退移動させて前記ロックピンの噛合を解除する油圧回路と、を備えている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】
前記噛み合い部の噛み合い面を、ハウジングとベーン部材との相対回転位置の進角側あるいは遅角側の少なくとも一方側に傾斜状に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】
前記ロックピンの内周部の先端部に、前記ベーンロータの噛み合い部に噛合する進角側係合面と遅角側係合面とを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。
【請求項５】
前記ロックピンの進角側係合面と遅角側係合面との間に、前記ベーンロータの噛み合い部との間で油排出用通路を構成する切欠部を形成したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項６】
前記ロックピンは、内周部の前記噛み合い部と噛合しない部位に、前記ベーンロータの外周に形成された摺接面と当接して前記該ロックピンの半径方向位置を規制する当接面を形成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項７】
前記ベーンロータの噛み合い部は、前記ロックピンの係合面と最終的に噛み合う遅角側と進角側の一対の噛み合い面を有することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項８】
前記ベーンロータの噛み合い部は、前記噛み合い面と、該噛み合い面に連続して形成され、前記ロックピンの先端縁が軸方向から当接する複数の階段状の多段面を有することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項９】
前記各多段面を螺旋状に形成したことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１０】
前記多段面を、進角側と遅角側で異なる段数に形成したことを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１１】
前記ベーンロータの噛み合い部以外の外周に、前記ロックピンが後退移動した際に、該ロックピンを介してベーン部材が最進角側から最遅角側までの範囲内で相対回動を許容する円弧状の逃げ溝を形成したことを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１２】
機関のクランクシャフトによって回転駆動するスプロケットと、
該スプロケットが固定されるハウジングと、
該ハウジングと相対回動可能なカムシャフトあるいは該カムシャフトに結合された他の部材に固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、
前記ハウジングにカムシャフト軸方向へ形成された移動用孔内に摺動自在に設けられたピストンと、
前記ベーンロータに設けられた噛み合い部と、
前記ハウジングとベーンロータとの間に摺動自在に設けられて、前記噛み合い部に嵌合可能なロックピンと、
前記ピストンとロックピンとを連結するアダプタピンと、を備え、
前記ピストンが一方向へ摺動するに伴い前記ロックピンも同方向へ摺動して前記噛み合い部に噛み合うことにより、前記ハウジングに対してベーン部材を最進角と最遅角の中間の回転位相位置に規制するよう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１３】
前記ピストンを油圧によって他方向へ摺動させることにより、前記ロックピンが同方向へ摺動して該ロックピンの内周側の先端部と前記噛み合い部との噛み合いを解除するように構成したことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１４】
前記噛み合い部は、最終的な噛み合い面の他に階段状の多断面が形成されてなり、該各多段面を所定の傾斜角度ピッチで配置したことを特徴とする請求項１２または１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１５】
前記各多段面は、前記ベーンロータの軸方向へ階段状に変位していることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１６】
前記各多段面の傾斜角度ピッチは、前記多段面の端部の径方向の角度差であることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１７】
前記多段面のピッチは、不等間隔であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１８】
機関のクランクシャフトによって回転駆動するスプロケットと、
該スプロケットが固定されるハウジングと、
該ハウジングと相対回動可能なカムシャフトあるいは該カムシャフトに結合された他の部材に固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、
前記ハウジングにカムシャフト軸方向へ形成された移動用孔内に摺動自在に設けられたピストンと、
前記ベーンロータに設けられて、対向する一対の噛み合い面、または一方が階段状の噛み合い面からなる噛み合い部と、
前記ハウジングとベーンロータとの間に摺動自在に設けられて、前記ピストンと同期摺動するロックピンと、
前記ピストンが一方向へ摺動するに伴い前記ロックピンも同方向へ摺動して前記噛み合い部にロックピンに形成された係合面を噛み合い係合させて、前記ハウジングとベーン部材の相対回転を規制する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１９】
前記ロックピンの内周部の先端部に、前記ベーンロータの噛み合い部に噛合する所定傾斜角度の進角側係合面と所定傾斜角度の遅角側係合面とを形成したことを特徴とする請求項１８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、内燃機関の吸気弁，排気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可変にするバルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車用内燃機関にあっては、機関のクランクシャフトによって回転駆動されるチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回転位相を変換して、機関運転状態に応じて吸気弁や排気弁の開閉タイミングを最適な位置に制御することによって機関の排気エミッション性能や燃費の向上さらには出力の向上を図り得るバルブタイミング制御装置が種々提供されている。
【０００３】
その一つとして、以下の特許文献１に記載されているベーンタイプのものが知られている。
【０００４】
概略を説明すれば、このバルブタイミング制御装置は、外周にスプロケットを有する筒状のハウジングと、カムシャフトの端部にセンターボルトによって固定されて、前記ハウジングの内部に回転自在に収納されたベーン部材とを備えている。また、前記ハウジングの内周面には、径方向から互いに内方へ突出した断面ほぼ台形状の４つの突状部が一体に設けられている一方、前記ベーン部材の外周面には、各突状部間に配置された４つのベーンが一体に設けられている。さらに、各突状部と各ベーンとの間には、それぞれ４つの第１油圧室と第２油圧室が隔成されている。
【０００５】
そして、機関運転状態に応じて前記第１、第２の各油圧室に油圧が給排されてベーン部材を正逆回転させることによりハウジングとカムシャフトとの相対回動位相を変化させて、吸気弁の開閉時期を可変にするようになっている。
【０００６】
また、前記４つのベーン中１つのベーンとハウジングの一端開口を閉塞する側板との間には、ハウジングとベーン部材との相対回転を規制ロックあるいはロックを解除するロック機構が設けられている。
【０００７】
このロック機構は、一つのベーン内にカムシャフト軸方向に沿って形成された移動用孔内にロックピンが摺動自在に設けられていると共に、前記側板の内端面に移動用孔と連続した係止穴が形成されている。また、前記ロックピンは、外端側に弾装されたコイルスプリングのばね力で係止穴側へ付勢されていると共に、前記移動用孔の後端部に有する受圧室に供給される油圧によって係止穴から抜け出して係合が解除されるようになっている。
【０００８】
また、前記第１油圧室側の側板に軸方向に沿って形成された貫通孔内には、段差径状のストッパピンがばね部材によって第１油圧室方向へ付勢されている。
【０００９】
そして、機関停止などで油圧制御が開始されておらず、第１油圧室の油圧が上昇していないときに、前記ストッパピンが第１油圧室側に移動して該油圧室内に突出する。このため、前記ベーン部材は、突状部方向へ移動しようとすると、前記ストッパピンに当接して遅角方向への相対回動が規制され、つまり中間回動位置に規制され、ここで前記ロックピンが係止孔に確実に係入することができるようになっている。これにより、ベーン部材とハウジングの相対回転が確実に規制されて機関始動時に最適な相対回動位置に設定される。
【特許文献１】特開平１１−１８２２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前述のように、機関停止時などにおいて、前記ベーン部材がストッパピンによって一旦中間回動位置に保持されて、その後、ロックピンが係止孔に係止してベーン部材の回動を規制するようになっているため、ベーン部材が遅角側の位置あるときに機関が停止した場合などでは、ベーン部材は進角側への自力復帰が困難になる。この結果、ロックピンが係止孔に係止することができず、機関始動時の最適な相対回動位置に設定することができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来のバルブタイミング制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するハウジングを有する回転体と、該回転体と相対回動可能なカムシャフトに固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、前記ハウジングとベーンロータとの間に前記カムシャフト軸方向へ移動自在に設けられて、該ハウジングとベーン部材の相対回転位置を規制する位相角規制機構と、機関運転状態に応じて前記位相角規制機構をカムシャフト軸方向に移動させて前記ハウジングとベーン部材の規制位置を設定すると共に、前記規制を解除する設定解除機構と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、位相角規制機構を設定解除機構によってカムシャフト軸方向へ移動させるようになっていることから、例えば機関停止時などにおいては、設定解除機構が位相角規制機構を強制的に一方向へ移動させるため、いわば自力復帰によってハウジングとベーン部材の進角側あるいは遅角側の所望の相対回動位置に規制することが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明にあっては、前記位相角規制機構は、外周部が前記ハウジングに形成された摺動用溝に嵌合しつつ移動すると共に、内周部の先端部が前記ベーンロータに形成された噛み合い部に噛合するロックピンを備えている一方、前記設定解除機構は、前記ハウジングの内部に前記カムシャフト軸方向へ沿って形成された移動用孔内を移動自在に設けられ、前記ロックピンと連結されたピストンと、該ピストンを前記ロックピンの先端部が前記噛み合い部に噛合する方向へ付勢するばね部材と、前記ピストンをばね部材のばね付勢力に抗して後退移動させて前記ロックピンの噛合を解除する油圧回路と、を備えていることを特徴としている。
【００１４】
この発明では、例えば機関停止時には、前記ピストンは、油圧回路からの油圧の供給が停止されてばね部材のばね力によって移動用孔内を一方向へ移動すると、これに連動してロックピンも同方向へ強制的に移動して該ロックピンの先端部がベーンロータの噛み合い部に噛み合い係合する。したがって、ロックピンの自力復帰によってハウジングとベーン部材を初期の所望の相対回動位置に確実に規制することが可能になる。
【００１５】
しかも、ベーンロータは、ロックピンの外周に沿って大きく回動することができるので、ハウジングとの相対回動範囲を大きく設定することが可能になる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記噛み合い部の噛み合い面を、ハウジングとベーン部材との相対回転位置の進角側あるいは遅角側の少なくとも一方側に傾斜状に形成したことを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、噛み合い部の噛み合い面を進角側あるいは遅角側へ傾斜状に形成したことから、ロックピンが前記噛み合い面に沿って初期位置へ速やかに収束すると共に、衝突打音などの異音の発生を防止することが可能になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記ロックピンの内周部の先端部に、前記ベーンロータの噛み合い部に噛合する進角側係合面と遅角側係合面とを形成したことを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、前記ロックピンの先端部に進角側と遅角側の係合面を形成したことによって、前記ベーンロータの噛み合い部との噛み合い係合作用が確実なものとなる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記ロックピンの進角側係合面と遅角側係合面との間に、前記ベーンロータの噛み合い部との間で油排出用通路を構成する切欠部を形成したことを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、前記噛み合い部に流入した油は、油排出用通路から予め外部に排出されることから、前記ロックピンがベーンロータとの噛み合い方向へ移動しようとした際に、前記油によって移動が制約されることがなくなり、常時円滑かつ速やかな移動性が得られる。
【００２２】
請求項６に記載の発明にあっては、前記ロックピンは、内周部の前記噛み合い部と噛合しない部位に、前記ベーンロータの外周に形成された摺接面と当接して前記該ロックピンの半径方向位置を規制する当接面を形成したことを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、ロックピンは、該ロックピンの当接面とベーンロータの摺接面との当接作用によってその円周方向の転がりが確実に規制されることから、安定した移動性が得られる。
【００２４】
請求項７に記載の発明にあっては、前記ベーンロータの噛み合い部は、前記ロックピンの係合面と最終的に噛み合う遅角側と進角側の一対の噛み合い面を有することを特徴としている。
【００２５】
ロックピンの係合面がベーンロータの一対の噛み合い面との間に挟持状態に係合保持されることから、ベーンロータに対してロックピンを確実に保持することが可能になる。
【００２６】
請求項８に記載の発明にあっては、前記ベーンロータの噛み合い部は、前記噛み合い面と、該噛み合い面に連続して形成され、前記ロックピンの先端縁が軸方向から当接する複数の階段状の多段面を有することを特徴としている。
【００２７】
この発明によれば、機関停止時などにおいて、ロックピンの先端部の係合面が前記ベーンロータの噛み合い多段面の一部に係合当接した場合には、例えば機関再始動時のクランキング初期におけるカムシャフトに発生する交番トルクによってロックピンが漸次前記多断面を段階的、つまりラチェット状態に移動して最終的な噛み合い面に係合保持される。このため、例えば機関始動などに適した相対回転位置に確実に保持することが可能になる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、前記各多段面を螺旋状に形成したことを特徴としている。
【００２９】
この発明の場合も、請求項８の発明と同じように、機関のクランキング初期における交番トルクによってロックピンが螺旋状の多段面をラチェット状態に移動して最終的な噛み合い面に係合保持される。特に、多段面が螺旋状に形成されていることから、ロックピン先端部が各多段面を速やかに移動して、最終的な噛み合い面までの移動性が良好になる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、前記多段面を、進角側と遅角側で異なる段数に形成したことを特徴としている。
【００３１】
請求項１１に記載の発明によれば、前記ベーンロータの噛み合い部以外の外周に、前記ロックピンが後退移動した際に、該ロックピンを介してベーン部材が最進角側から最遅角側までの範囲内で相対回動を許容する円弧状の逃げ溝を形成したことを特徴としている。
【００３２】
この発明によれば、逃げ溝によってその範囲内でベーン部材のハウジングに対する自由な相対回動が許容されると共に、該逃げ溝の円周方向の対向する端縁によってベーンロータを介してベーン部材のそれ以上の回動を規制することが可能になる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するスプロケットと、該スプロケットが固定されるハウジングと、該ハウジングと相対回動可能なカムシャフトあるいは該カムシャフトに結合された他の部材に固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、前記ハウジングにカムシャフト軸方向へ形成された移動用孔内に摺動自在に設けられたピストンと、前記ベーンロータに設けられた噛み合い部と、前記ハウジングとベーンロータとの間に摺動自在に設けられて、前記噛み合い部に嵌合可能なロックピンと、前記ピストンとロックピンとを連結するアダプタピンと、を備え、前記ピストンが一方向へ摺動するに伴い前記ロックピンも同方向へ摺動して前記噛み合い部に噛み合うことにより、前記ハウジングに対してベーン部材を最進角と最遅角の中間の回転位相位置に規制するようにしたことを特徴としている。
【００３４】
この発明も、請求項１、２の各発明と同様な作用効果が得られる。
【００３５】
請求項１３に記載の発明は、前記ピストンを油圧によって他方向へ摺動させることにより、前記ロックピンが同方向へ摺動して該ロックピンの内周側の先端部と前記噛み合い部との噛み合いを解除するように構成したことを特徴としている。
【００３６】
請求項１４に記載の発明にあっては、前記噛み合い部は、最終的な噛み合い面の他に階段状の多断面が形成されてなり、該各多段面を所定の傾斜角度ピッチで配置したことを特徴としている。
【００３７】
請求項１５に記載の発明にあっては、前記各多段面は、前記ベーンロータの軸方向へ階段状に変位していることを特徴としている。
【００３８】
請求項１６に記載の発明にあっては、前記各多段面の傾斜角度ピッチは、前記多段面の端部の径方向の角度差であることを特徴としている。
【００３９】
請求項１７に記載の発明にあっては、前記多段面のピッチは、不等間隔であることを特徴としている。
【００４０】
請求項１８に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するスプロケットと、該スプロケットが固定されるハウジングと、該ハウジングと相対回動可能なカムシャフトあるいは該カムシャフトに結合された他の部材に固定されて、ベーンロータの外周に前記ハウジング内を回転摺動する複数のベーンを有するベーン部材と、前記ハウジングにカムシャフト軸方向へ形成された移動用孔内に摺動自在に設けられたピストンと、前記ベーンロータに設けられて、対向する一対の噛み合い面、または一方が階段状の噛み合い面からなる噛み合い部と、前記ハウジングとベーンロータとの間に摺動自在に設けられて、前記ピストンと同期摺動するロックピンと、前記ピストンが一方向へ摺動するに伴い前記ロックピンも同方向へ摺動して前記噛み合い部にロックピンに形成された係合面を噛み合い係合させて、前記ハウジングとベーン部材の相対回転を規制することを特徴としている。
【００４１】
請求項１９に記載の発明は、前記ロックピンの内周部の先端部に、前記ベーンロータの噛み合い部に噛合する所定傾斜角度の進角側係合面と所定傾斜角度の遅角側係合面とを形成したことを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明に係るバルブタイミング制御装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお、この各実施例では、自動車用内燃機関の吸気弁側に適用したものを示している。
【００４３】
すなわち、このバルブタイミング制御装置は、図１〜図６に示すように、機関の図外のクランクシャフトによりタイミングチェーンを介して回転駆動される回転体たるスプロケット１と、該スプロケット１に対して相対回動可能に設けられたカムシャフト２と、該カムシャフト２の前端部側に固定されてスプロケット１内に回転自在に収容されたベーン部材３と、該ベーン部材３を油圧によって正逆回転させる第１油圧回路４（図６参照）と、スプロケット１とベーン部材３との相対回動を所定位置でロックするか、あるいはロックを解除するロック機構１０と、を備えている。
【００４４】
前記スプロケット１は、図１、図２に示すように、外周にタイミングチェーンが噛合する歯部５ａを有する回転部材５と、後端開口が前記回転部材５によって閉塞され、内部にベーン部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該ハウジング６の前端開口を閉塞する円板状のフロントカバー７とから構成され、これら回転部材５とハウジング６及びフロントカバー７は、４本の小径ボルト８によって軸方向から一体的に結合されている。
【００４５】
前記回転部材５は、ほぼ円環状を呈し、強度を確保するために比較的肉厚に形成されていると共に、周方向の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト８が螺着する４つの雌ねじ孔５ｂが前後方向に貫通形成されている。また、内部中央位置にカムシャフト２の外周面に回転自在に支持される円環孔５ｃが貫通形成されている。
【００４６】
前記ハウジング６は、前後両端が開口形成された肉厚な円環状に形成され、内周面の周方向のほぼ９０°位置には３つの隔壁部１１、１２、１３が突設されている。この一つの第１隔壁部１１は、円周方向に沿ってほぼ円弧状に長く形成され、他の２つの第２、第３隔壁部１２，１３は横断面台形状に形成されて、それぞれハウジング６の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６の両端縁と同一面になっていると共に、円周方向のほぼ９０°位置には小径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１１ａ〜１３ａが軸方向へ貫通形成されている。
【００４７】
また、前記第１隔壁部１１は、円周方向のほぼ中央位置に後述するピストン３０が摺動案内されるほぼ円柱状の移動用孔１４が軸方向へ貫通形成されていると共に、該移動用孔１４よりも内側に後述するアダプタピン３１が摺動案内される案内孔１５が移動用孔１４と平行に切欠形成されている。さらに、該案内孔１５のさらに内側には、後述するロックピン３０が摺動自在に支持されるほぼ半円形状の摺動用溝１６が前記移動用孔１４及び案内孔１５と平行に形成されている。
【００４８】
前記フロントカバー７は、図１にも示すように、軽量化と軸方向の小型化を図るために比較的薄肉に形成されて、中央に比較的大径な挿通孔７ａが穿設されていると共に、前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１１ａ〜１３ａと対応する位置に４つのボルト孔７ｂが穿設されている。また、前記ハウジング６の移動用孔１５と対応する位置に径方向に沿った長方形状の窓部１７が形成されていると共に、該窓部１７のほぼ中央位置にストッパ片１８が接線方向に沿って一体に設けられている。また、前記ハウジング６の案内孔１５と対応する位置に、径方向に沿ったガイド孔１９が形成されていると共に、前記摺動用溝１６と対応する位置に、ロックピン３０の一端部が嵌挿可能なほぼ円形状の嵌挿孔２０が形成されている
前記カムシャフト２は、図外のシリンダヘッドの上端部にカム軸受２１を介して回転自在に支持され、外周面所定位置にバルブリフタを介して吸気弁を開作動させる図外のカムが一体に設けられている。
【００４９】
前記ベーン部材３は、焼結合金材で一体に形成され、前記カムシャフト２の前端部に軸方向から嵌合配置されたほぼ円柱状のベーンロータ２２と、該ベーンロータ２２の外周に一体に設けられた３つのベーン２３ａ〜２３ｃとから構成されている。
【００５０】
前記ベーンロータ２２は、軸方向から挿通した固定ボルト２４によってカムシャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定ボルト２４が挿通するボルト挿通孔２２ａが形成されている。また、このベーンロータ２２は、前記第１隔壁部１１の内面と対向する外周面に、円周方向に沿って切欠された円弧状の逃げ溝２５が形成されている。この逃げ溝２５は、円周方向の長さが後述するロックピン３０を介してベーン部材３が前記ハウジング６に対して最進角側と最遅角側方向へ自由に相対回動を許容する大きさに設定されていると共に、円周方向の対向端面２５ａ、２５ｂによってロックピン３０を介してベーン部材３の円周方向左右の最大回動位置を規制するようになっている。
【００５１】
前記３つのベーン２３ａ〜２３ｃは、ほぼ板状に形成されて、各隔壁部１１〜１３の間にそれぞれ配置されていると共に、前記第１隔壁部１１の両側に配置される２つのベーン２３ａ，２３ｂはほぼ１８０°の対向した位置に設けられ、他のベーン２３ｃは２つのベーン２３ａ、２３ｂからほぼ９０°の位置に設けられている。また、各ベーン２３ａ〜２３ｃの各外端面のほぼ中央位置には、保持溝２６がそれぞれ軸方向へ切欠形成され、この各保持溝２６には、ハウジング６の内周面に摺接するコ字形のシール部材２６ａと該シール部材２６ａを外方に押圧する図外の板ばねが夫々嵌着保持されている。
【００５２】
また、この各ベーン２３ａ〜２３ｃの両側と各隔壁部１１〜１３の両側面との間に３つの進角側油圧室２７と遅角側油圧室２８が隔成されている。
【００５３】
前記第１油圧回路４は、図３、図６、図９に示すように進角側油圧室２７に対して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室２８に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、供給通路４３とドレン通路４４とが夫々流路切換用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の下流端がオイルパン４６に連通している。
【００５４】
前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド内から前記カム軸受２１の内部及びカムシャフト２の外周に形成された第１環状溝４１ａと、該第１環状溝４１から固定ボルト２４の外周を通ってベーンロータ２２の中央側内部に形成された油室４１ｂに連通した図外の第１連通路と、前記油室４１ｂから分岐形成されて各進角側油圧室２７に連通する３本の分岐路４１ｃなどから構成されている。
【００５５】
一方、第２油圧通路４２は、前記第１環状溝４１ａの側部に形成された第２環状溝４２ａと、該第２環状溝４２ａからカムシャフト２の内部軸方向に沿って形成された図外の第２連通路と、回転部材５の内部の周方向の約９０°の位置に形成されて、前記第２連通路と各遅角側油圧室２８とを連通する油溝４２ｂとから構成されている。
【００５６】
前記電磁切換弁４５は、４ポート２位置型であって、内部の弁体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通路４４とを相対的に切り換え制御するようになっていると共に、コントローラから出力された制御信号によって切り換え作動されるようになっている。コントローラは、機関回転数を検出するクランク角センサや吸入空気量を検出するエアフローメータからの信号によって現在の運転状態を検出すると共に、クランク角及びカム角センサからの信号によってスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置を検出して、これらの検出信号に基づいて前記電磁切換弁４５に制御電流を出力している。
【００５７】
前記ロック機構１０は、前記ハウジング６の移動用孔１４内に摺動自在に設けられたピストン２９と、前記ハウジング６の摺動用溝１６内に摺動自在に設けられたロックピン３０と、前記ピストン２９とロックピン３０とをそれぞれの後端部（フロントプレート７側の端部）を径方向から連結する小径なアダプタピン３１と、前記ベーンロータ２２の逃げ溝２５の回転部材５側の端部に形成されて、前記ロックピン３０の先端部が噛み合い係合する噛み合い部３２と、前記ピストン２９の先端側に油圧を給排する第２油圧回路３３とから主として構成されている。
【００５８】
前記ピストン２９は、有底円筒状に形成され、前端部に二面巾状の切欠部２９ａ、２９ａが形成されて、前端側が上下の突起片２９ｂになっていると共に、前端下部には前記アダプタピン３１の上端部が所定の隙間をもって嵌入する嵌入孔２９ｃが穿設されている。また、このピストン２９は、先端側の内部底面と前記フロントプレート７のストッパ片１８との間に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３４のばね力によって後方（回転部材５方向）へ付勢されている。なお、前記ピストン２９と、アダプタピン３１、第２油圧回路３３及びコイルスプリング３４などによって設定解除機構が構成されている。
【００５９】
前記ロックピン３０は、図７及び図９に示すように、鋼材で中実な円柱状に形成され、外周部である上半部が前記ハウジング６の摺動用溝１６内に嵌合していると共に、内周部である下半部が前記ベーンロータ２２の逃げ溝２５内に配置されて、かかる摺動用溝１６と逃げ溝２５にそれぞれ嵌合した状態でカムシャフト軸方向へ摺動するようになっている。
【００６０】
また、このロックピン３０の前端側の下面には、図１０にも示すように、前記逃げ溝２５の円弧凸形状の底面に面接触する当接面３０ｂが形成されていると共に、先端部３０ａ側の下端には前記逃げ溝２５の外面との間に油排出用通路３５を構成する平坦な切欠面３６が形成されている。また、この前端側の切欠面３６の両側には、前記噛み合い部３２と噛み合い係合する進角側係合面３７と遅角側係合面３８がそれぞれ接線方向に沿って切欠形成されている。したがって、この両係合面３７，３８の傾斜角度は、前記第１，第２噛み合い面３９ａ、４０ａの傾斜角度とほぼ同じ角度に設定されている。
【００６１】
また、ロックピン３０の後端部には、前記アダプタピン３１の下端部が圧入固定される圧入孔３０ｃが上下に貫通形成されている。なお、前記ロックピン３０、噛み合い部３２と、によって前記位相角規制機構が構成されている。
【００６２】
前記ベーンロータ２２の噛み合い部３２は、図８にも示すように基本的に進角側の凸状の第１噛み合い部３９と、これに対向する遅角側の凸状の第２噛み合い部４０がほぼＶ字形状に形成されて、全体が進角側寄りに配置されている。前記第１噛み合い部３９は、円周方向の第１噛み合い面３９ａが下り傾斜状に形成されている一方、第２噛み合い部４０は、前記第１噛み合い面３９ａと対向する対向面が階段状の多段面に形成されている。
【００６３】
すなわち、第２噛み合い部４０は、その対向面が最高位の遅角側から最低位の進角側まで４段の階段状に形成され、この多段状の各面の高さは均一かつ任意に設定されて、前記ロックピン３０の進化側の係合面３７が前記第１噛み合い部面３９ａに当接し、遅角側の係合面３８が第１噛み合い面３９ａに最も近接した終端面である第２噛み合い面４０ａにそれぞれ当接した状態で最終的な噛み合い係合が行われるようになっている。また、各第１噛み合い面の先端縁からほぼ垂直に折曲された４段の当たり面４０ｂ〜４０ｅには、ベーン部材３が遅角側で停止した際に、コイルスプリング３４のばね力によって前記ピストン２９を介して前記ロックピン３０の先端縁が弾接するようになっている。
【００６４】
一方、前記ロックピン３０は、前述のように、最終的に前記第１噛み合い面３９ａと最低位の第２噛み合い面４０ａにそれぞれ進角側の係合面３８と遅角側係合面３７がＶ字形状に当接すると共に、先端縁が回転部材５の内端面に当接してそれ以上の進出移動が規制されて、最終的に進角側寄りの中間位置で噛み合い係合することになる。
【００６５】
前記第２油圧回路３３は、図１、図３に示すように、前記ピストン２９の先端部が対向する前記回転部材５の内端面に形成された受圧室５０と、該受圧室５０に前記オイルパン４６内の作動油を給排する給排通路５１と、前記オイルポンプ４７から吐出された作動油を、前記給排通路５１を介して受圧室５０に送出する送出通路５２と、前記受圧室５０内の作動油を、前記給排通路５１を介してオイルパン４６に戻す戻し通路５３と、前記給排通路５１と送出通路５２及び戻し通路５３との間に設けられて流路を切り換える電磁式の流路切換弁５４とから構成されている。
【００６６】
前記給排通路５１は、前記カム軸受２１内からカムシャフト２の外周に形成された第３環状溝５１ａと、該第３環状溝５１ａからカムシャフト２の内部軸方向に形成された油通路孔５１ｂと、前記回転部材５の内周部から外周部方向へ傾斜状に形成されて、前記油通路孔５１ｂと受圧室５０とを連通する油孔５１ｃとから構成されている。
【００６７】
前記流路切換弁５４は、前記同じコントローラによって切り換え作動制御され、通電時は、前記送出通路５２と給排通路５１とを連通し、これによって作動油を前記受圧室５０に送出している。一方、通電が遮断されると、前記送出通路５２を閉止すると共に、前記給排通路５１と戻し通路５３を連通させて、受圧室５０内の作動油をオイルパン４６内に戻すようになっている。
【００６８】
前記コイルスプリング３４は、前記受圧室５０に供給される油圧との関係で設定されている。
【００６９】
以下、本実施例の作用を説明すると、まず、機関始動時のクランキング時には、コントローラ４８から電磁切換弁４５と流路切換弁５４に制御信号が出力されず、第１油圧通路４１と、第２油圧通路４２及び給排通路５１のいずれにもオイルポンプ４７から作動油が供給されない状態となる。したがって、ピストン２９は、図２に示すように、コイルスプリング３４のばね力で回動部材５の内端面に当接した状態になっている。
【００７０】
よって、ロックピン３０は、図６に示すように、アダプタピン３１を介して進角、遅角側の両係合面３８，３７が前記ベーンロータ２２の第１噛み合い面３９ａと第２噛み合い面４０ａとにそれぞれ噛み合い係合した状態が維持されている。したがって、ベーン部材３は、進角側寄りの位置に安定かつ確実に保持される。
【００７１】
さらに、前述のように、ベーン部材３が進角側寄りの位置に保持されていることから、かかるクランキング時における吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが創成されて、吸気マニフォルド内の混合気が排気ガスによって加熱されて燃焼性が良好になる。この結果、ハイドロカーボン（ＨＣ）の発生が抑制されて、排気エミッション性能の向上が図れる。
【００７２】
また、機関のアイドリング運転から低回転低負荷域に移行すると、コントローラ４８から電磁切換弁４５及び流路切換弁５４に制御信号が出力されると、ピストン２９が図１１に示すように、コイルスプリング３４を圧縮変形させながらばね力に抗して後退動する。そうすると、かかるピストン２９の移動に同期して前記ロックピン３０も後退移動して、先端部３０ａが前記第１噛み合い面３９ａと第２噛み合い面４０ａとの間から抜け出して係合が解除される。このため、ベーン部材３は、自由な回動が許容され、このとき、電磁切換弁４５が供給通路４３と第２油圧通路４２を連通させると共に、ドレン通路４４と第１油圧通路４１を連通させることによって、オイルポンプ４７から圧送された油圧は遅角側油圧室２８に供給され、図６の時計方向に回動しハウジング６に対して遅角側へ相対回動する。
【００７３】
なお、前記ピストン２９は、図１１に示すように、前記後退移動した際に、両切欠部２９ａ、２９ａの内端縁が前記フロントプレート７のストッパ片１８に当接してそれ以上の後退移動が規制される。これにより、ロックピン３０も後端部がフロントプレート７の嵌挿孔２０から飛び出る状態まで後退移動してこの位置に保持される。
【００７４】
その後、機関が中回転中負荷域に移行すると、コントローラ４８からの制御信号によって電磁切換弁４５が作動して、供給通路４３と第１油圧通路４１を連通させる一方、ドレン通路４４と第２油圧通路４２を連通させる。したがって、今度は遅角側油圧室２８内の油圧が第２油圧通路４２を通ってドレン通路４４からオイルパン４６内に戻されて遅角側油圧室２８内が低圧になる一方、進角側油圧室２７内に油圧が第１油圧通路４１を経由して供給されて高圧となる。このため、ベーン部材３は、今度は図６の反時計方向に回転して各ベーン２３ａ〜２３ｃが反対側（遅角側油圧室側）の各隔壁部１１の他側面に当接する位置まで最大に回転する。
【００７５】
なお、この時点では、流路切換弁５４もオン状態が維持されて受圧室５０内も高油圧に維持されていることから、ロックピン３０は、ピストン２９を介してコイルスプリング３４のばね力に抗して最大後退位置に保持されている。したがって、ベーン部材３は、自由な回転が規制されることなく、遅角側油圧室２８方向へ速やかに回転する。
【００７６】
したがって、スプロケット１とカムシャフト２とは、他方側へ相対回動して吸気弁の開閉時期を進角側へ制御する。これによって、機関のポンプ損失が低減して出力の向上が図れる。
【００７７】
さらに、機関高回転高負荷域に移行すると、電磁切換弁４５が作動して供給通路４３と第２油圧通路４２，ドレン通路４４と第１油圧通路４１とを夫々連通させて、進角側油圧室２７を低圧、遅角側油圧室２８を高圧にするため、ベーン部材３は、図６の時計方向へ回動して、スプロケット１とカムシャフト２とを一方側へ相対回動させ、吸気弁の開閉時期を遅角側へ制御する。これによって、吸気充填効率の向上による出力の向上が図れる。
【００７８】
また、機関停止時には、アイドリング運転等を経るためベーン部材３は、進角側油圧室２７の方向へ回転して図６に示す状態となり、一方、流路切換弁５４への通電が遮断されて、ピストン２９はコイルスプリング３４のばね力によって回転部材５側へ移動すると共に、ロックピン３０も同方向へ移動して先端部３０ａの両係合面３７，３８が第１、第２噛み合い面３９ａ、４０ａ間に軸方向から進出して噛み合い係合する。よって、ベーン部材３の自由な回転を確実に規制することができる。
【００７９】
ところが、斯かる機関停止時において前記ベーン部材３が、その回動が何らかの原因で例えば最遅角側の位置で停止してしまった場合には、前記ロックピン３０は、図１２Ｂに示すように、前記コイルスプリング３４のばね力Ｆによって、その先端部３０ａが第２噛み合い部４０の最高位置にある当たり面４０ｂに弾接する。
【００８０】
その後、機関再始動時におけるクランキング初期に、図１２Ａに示すような、カムシャフト２に進角側と遅角側の交番トルクが発生すると、ロックピン３０の先端部３０ａの先端面が前記各当たり面４０ｂ〜４０ｅの最高位部から最低位部まで順次段階的に移動して最終的に両噛み合い面３９ａ、４０ａに係合する。
【００８１】
すなわち、イグニッションキーをオン操作して、クランキングが開始され、進角側のトルクが作用すると、ロックピン３０の先端部３０ａは、図１２Ｂ、Ｃに示すように、前記最高位置にある当たり面４０ｂから外れて次の一段低い当たり面４０ｃに移動する。ここで遅角側のトルクが作用すると、図１２Ｄに示すように、前記当たり面４０ｃの内側に一旦戻されるが、さらに次の進角側のトルクが作用すると、ロックピン３０が前記当たり面４０ｃから外れて、次の一段低い当たり面４０ｄに段階的に移動する。このように、ロックピン３０は、前記進角側トルクと遅角側トルクの繰り返しによって各当たり面４０ｂ〜ｄを段階的にラチェット状態に下って行って、最終的には、図１２Ｅに示すように、クランキング開始からほぼ１秒経過後にロックピン先端部３０ａが前記第１、第２噛み合い部３９、４０との間に係入する。したがって、ロックピン３０は、自力復帰によってハウジング６とベーン部材３を所望の中間回動位置に速やかに規制することが可能になる。そして、クランキングの初爆が良好になる。
【００８２】
また、前記各係合面３７，３８が、前記第１噛み合い面３９ａ及び第２噛み合い面４０ａに噛み合い係合することから、ロックピン３０を噛み合い部３２に確実に係合保持させることができる。
【００８３】
特に、ロックピン３０は、軸方向に作用するコイルスプリング３４のばね力と、剪断方向に作用すると進角側と遅角側（正と負）の交番トルクとを利用して各当たり面４０ｂ〜４０ｅを段階的に下って各噛み合い部３９，４０側に移動することから、自力復帰を速やかに行うことが可能になる。
【００８４】
また、前記第１噛み合い面３９ａを傾斜状に形成したことから、ロックピン３０の先端部３０ａが第１噛み合い部３９の前端面３９ｂに当接したとしても、クランキング初期の前記交番トルクによって先端縁が前端面３９ｂを摺接しつつ第１噛み合い面ロ３９ａの傾斜面に乗ってそのまま第１噛み合い面３９ａとこれに対向する第２噛み合い面４０ａの間にスムーズに案内されて、ここに収束する。したがって、ベーン部材３を前記中間回動位置に速やかに回動させることが可能になる。
【００８５】
さらに、前記噛み合い部３２内に流入した油は、油排出用通路３５から外部に排出されることから、前記ロックピン３０が、前述のように、ベーンロータ２２との噛み合い方向へ移動しようとした際に、前記油によって移動が制約されることがなくなり、常時円滑かつ速やかな移動性が得られる。
【００８６】
また、前記ロックピン３０は、該ロックピン３０の当接面３０ｂとベーンロータ２２の摺接面２５との馴染んだ当接作用によって軸心を中心とした左右円周方向への移動が確実に規制されることから、安定した移動性が得られる。
【００８７】
図１３〜図１７はベーンロータ２２の噛み合い部３２における形状をそれぞれ異ならせたものである。
【００８８】
第２実施例である図１３に示す噛み合い部３２は、機関の最適な始動性を考慮して最遅角側に形成されており、第１噛み合い面３９ａが傾斜状に形成されている一方、第２噛み合い部４０側では第１実施例における階段状の構造を廃止して、第１噛み合い部３９と同じく構造に形成して第２噛み合い面４０ａを第１噛み合い面３９と対向配置すると共に、下り傾斜状に形成して全体がほぼＶ字形状に形成さしたものである。
【００８９】
したがって、ロックピン３０が、前記噛み合い部３２に安定かつ確実に噛み合い係合され、これによって、ベーン部材３は、最遅角側の回動位置に安定保持される。よって、再始動時の良好な初爆による始動性の向上が図れる。
【００９０】
また、機関停止時において、ベーン部材３が例えば進角側の位置で回動停止してしまった場合には、ロックピン３０の先端部３０ａが第１噛み合い部３９の前端面３９ｂにコイルスプリング３４のばね力で弾接する。この状態で、機関再始動させると、クランキング時の前述したカムシャフト２の交番トルクによって前記先端部３０ａの先端縁が前記前端面３９ｂに摺接しつつ両係合面３７，３８が両噛み合い面３９ａ、４０ａに速やかに噛み合い係合して、ベーン部材３を最遅角側に安定保持する。
【００９１】
図１４、図１５は第３の実施例を示し、ベーンロータ２の噛み合い部３２は、第１噛み合い部３９が第２実施例と同じ構造とし、第２噛み合い部を廃止したものである。また、ベーン部材３は、ロックピン３０を介して最遅角側に回動保持されるようになっている。
【００９２】
この実施例によれば、機関始動時には、ロックピン３０は、図１５に示すように、先端部３０の一方の係合面３８のみが第１噛み合い部３９の噛み合い面３９ａにのみ当接係合していると共に、当接面３０ｂ全体が逃げ溝２５の上面に当接して安定化を図り、ベーン部材３を最遅角側に保持するようになっている。
【００９３】
図１６、図１７は第４の実施例を示し、ベーンロータ２２の第１噛み合い部を廃止する一方、第２噛み合い部４０の４段の当たり面４０ｂ〜４０ｅを螺旋状に形成したものである。
【００９４】
この実施例の場合も、機関のクランキング初期における交番トルクによってロックピン３０の先端部３０ａが螺旋状の当たり面４０ｂ〜４０ｅをラチェット状態に移動して噛み合い第２噛み合い面４０ａに係合保持される。特に、当たり面４０ｂ〜４０ｅが螺旋状に形成されていることから、ロックピン先端部３０ａが各当たり面４０ｂ〜４０ｅを速やかに移動して、噛み合い面４０ａまでの移動性が良好になる。
【００９５】
本発明は前記各実施例の構成に限定されるものではなく、例えば前記噛み合い部３２の多段状当たり面を、進角側と遅角側で異なる段数に形成することも可能である。また、ベーンロータ２２のロックピン先端部３０ａとの噛み合い部３２を、最遅角から最進角までの何れの箇所に任意に設定することが可能である。
【００９６】
前記噛み合い部３２の多段面である当たり面４０ｂ〜４０ｅを所定の傾斜角度ピッチで配置することも可能であり、また、当たり面４０ｂ〜４０ｅの傾斜角度ピッチは、前記当たり面４０ｂ〜４０ｅの端部の径方向の角度差であるように形成することも可能である。さらに、前記当たり面４０ｂ〜４０ｅのピッチは、不等間隔に設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るバルブタイミング制御装置の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】図４のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本実施例の全体構成図である。
【図４】図２のＢ矢視図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】本実施例の要部分解斜視図である。
【図８】本実施例に供されるベーンロータの斜視図である。
【図９】本実施例に供されるベーンロータとロックピンとの斜視図である。
【図１０】本実施例に供されるロックピンの斜視図である。
【図１１】本実施例の作用を示す縦断面図である。
【図１２】本実施例のクランキング時におけるロックピンの作動説明図であって、Ａはクランキング初期のタイミングプーリとカムシャフトと相対回転位相角と時間との関係を示し、Ｂはロックピンのベーンロータ内で移動許容範囲を示す概略図、Ｃはロックピンが進角側トルクによって移動する状態を示す作用説明図、Ｄはロックピンが遅角側トルクによって移動する状態を示す作用説明図、Ｅはロックピンが最終的に噛み合い部に噛み合い係合した状態を示す概略図である。
【図１３】第２実施例におけるベーンロータを示す斜視図である。
【図１４】第３実施例におけるベーンロータを示す斜視図である。
【図１５】本実施例におけるロックピンがベーンロータの噛み合い部に噛み合い係合した状態を示す横断面図である。
【図１６】第４実施例におけるベーンロータを示す斜視図である。
【図１７】本実施例におけるロックピンがベーンロータの噛み合い部に噛み合い係合した状態を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…タイミングプーリ（回転体）
２…カムシャフト
３…ベーン部材
４…第１油圧回路
５…回転部材
６…ハウジング
７…フロントカバー
１０…ロック機構
２２…ベーンロータ
２３ａ…ベーン
２５…逃げ溝
２７…進角側油圧室
２８…遅角側油圧室
２９…ピストン
３０…ロックピン
３０ａ…先端部
３１…アダプタピン
３２…噛み合い部
３４…コイルスプリング（ばね部材）
３７・３８…進角側・遅角側噛み合い面
３９…第１噛み合い部
３９ａ…第１噛み合い面
４０…第２噛み合い部
４０ａ…第２噛み合い面
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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