JP2009114999A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で機関始動性を保証すると共に、機関運転に適したバルブタイミングを逐次実現するバルブタイミング調整装置の提供。
【解決手段】 ハウジング１１に対し中間ブッシュ１００が進角側へ相対回転するほど弾性変形して、ハウジング１１に対し中間ブッシュ１００を遅角側へ付勢する第一弾性部材１１０と、ハウジング１１において中間ブッシュ１００を係止して、ハウジング１１に対する中間ブッシュ１００の遅角側への相対回転を規制する第一ストッパ１２２ａと、中間ブッシュ１００に対しベーンロータ１４が遅角側へ相対回転するほど弾性変形して、中間ブッシュ１００に対しベーンロータ１４を進角側へ付勢する第二弾性部材１１２と、中間ブッシュ１００においてベーンロータ１４を係止して、中間ブッシュ１００に対するベーンロータ１４の進角側への相対回転を規制する第二ストッパ１０４ａとを設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、クランク軸と連動して回転する駆動回転体としてのハウジング並びにカム軸と連動して回転する従動回転体としてのベーンロータを備えた流体駆動式のバルブタイミング調整装置が、広く用いられている。一般に、この種のバルブタイミング調整装置では、ハウジングのシューとベーンロータのベーンとの間において回転方向に形成した進角室又は遅角室へ作動流体を供給することにより、ベーンロータをハウジングに対する進角側又は遅角側へ相対回転させる。その結果、バルブタイミングを決める位相として、クランク軸に対するカム軸の位相（以下、「機関位相」という）が調整されることになる。

ここで、上記種のバルブタイミング調整装置に関して特許文献１には、内燃機関の停止時及び始動時にベーンロータをハウジングに対してロックすることによって、機関位相を最進角位相及び最遅角位相の間の中間位相に保持する技術が開示されている。この技術によれば、ベーンロータをハウジングに対する進角側及び遅角側へと交互に付勢する変動トルクがカム軸から作用する状態にあっても、作動流体の圧力が低い内燃機関の停止時及び始動時の機関位相を、中間位相に機械的に保持することができる。したがって、内燃機関の始動に適した中間位相を、内燃機関の停止から始動までの間は継続的に確保して、始動性を保証することが可能となるのである。
特開２００２−３５７１０５号公報

さて、特許文献１の技術では、内燃機関の停止時に確実に中間位相を実現し且つ内燃機関の運転に適した機関位相（即ち、バルブタイミング）へ自由に調整し得るよう、ハウジングに対するベーンロータの進角側への相対回転及び遅角側への相対回転を、それぞれ個別の制限機構によって制限している。ここで各制限機構は、流体駆動式の制御ピンをベーンロータに組み込むことによって構成されるため、それら各制限機構の制御ピンを独立して駆動するための流路構造が複雑になってしまうのである。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡素な構成により内燃機関の始動性を保証すると共に、内燃機関の運転に適したバルブタイミングを逐次実現するバルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、クランク軸と連動して回転する駆動回転体と、カム軸と連動して回転し、駆動回転体との間において進角室及び遅角室を回転方向に形成し、内燃機関の運転と共に作動する流体供給源からの作動流体が進角室又は遅角室へ供給されることにより駆動回転体に対する進角側又は遅角側へ相対回転する従動回転体と、駆動回転体及び従動回転体と同軸回転する中間回転体と、駆動回転体及び中間回転体の間に介装され、駆動回転体に対して中間回転体が進角側及び遅角側の一方である第一側へ相対回転するほど弾性変形することにより、駆動回転体に対して中間回転体を進角側及び遅角側の他方である第二側へ付勢する第一復原力を発生する第一弾性部材と、駆動回転体に設けられ、中間回転体を係止することにより、駆動回転体に対する中間回転体の第二側への相対回転を規制する第一ストッパと、従動回転体及び中間回転体の間に介装され、中間回転体に対して従動回転体が第二側へ相対回転するほど弾性変形することにより、中間回転体に対して従動回転体を第一側へ付勢する第二復原力を発生する第二弾性部材と、中間回転体に設けられ、従動回転体を係止することにより、中間回転体に対する従動回転体の第一側への相対回転を規制する第二ストッパとを備えることを特徴とする。

このような請求項１に記載の発明によると、内燃機関の運転と共に作動する流体供給源から進角室又は遅角室へ供給される作動流体の圧力は、内燃機関の停止時及び始動時には、当該運転中と比べて低い状態となる。かかる状態下、第二弾性部材の第二復原力によって中間回転体に対する第一側へ付勢される従動回転体は、第二側の最端位置よりも当該第一側へ相対回転しようとし、また第一弾性部材の第一復原力によって駆動回転体に対する第二側へ付勢される中間回転体は、第一側の最端位置よりも当該第二側へ相対回転しようとする。しかし、中間回転体に対する第一側への従動回転体の相対回転は中間回転体の第二ストッパによって規制され、また駆動回転体に対する第二側への中間回転体の相対回転は駆動回転体の第一ストッパによって規制される。その結果、中間回転体の第二ストッパに対して従動回転体が第一側へ押付けられると共に、当該中間回転体が駆動回転体の第一ストッパに対して第二側へ押付けられるので、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転位置は、第一側に対応する進角側又は遅角側の最端位置と第二側に対応する遅角側又は進角側の最端位置との間に保持される。

これによれば、内燃機関の停止時及び始動時には、駆動回転体に対して従動回転体を進角側及び遅角側の各最端位置の間に継続的に保持して、内燃機関の始動に適した機関位相である中間位相を確保することができる。したがって、各弾性部材に駆動回転体及び中間回転体の各ストッパを組み合わせてなる比較的簡素な構成にもかかわらず、内燃機関の始動性を保証することが可能になる。

また、請求項１に記載の発明によると、内燃機関の運転中に流体供給源からの作動流体が進角室又は遅角室へ供給されることで、中間回転体に対して従動回転体が第一側へ相対回転しようとすると、中間回転体の第二ストッパによって当該相対回転が規制される。その結果、従動回転体は、中間回転体の第二ストッパを第一弾性部材の第二側の第一復原力に抗して第一側へ押圧しながら、駆動回転体に対して当該第一側へと相対回転する。即ち、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転位置は、第一側に対応する進角側又は遅角側へ変化することになる。

一方、内燃機関の運転中に作動流体が遅角室又は進角室へ供給されることにより、中間回転体に対して従動回転体が第二側へ相対回転しようとすると、従動回転体により第二弾性部材を介して引張られることになる中間回転体は、駆動回転体に対する第二側への相対回転を駆動回転体の第一ストッパにより規制される。その結果、従動回転体は、駆動回転体の第一ストッパに対して中間回転体を第二側へ押付けつつ、第二弾性部材の第一側の第二復原力に抗して駆動回転体に対する第二側へと相対回転する。即ち、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転位置は、第二側に対応する遅角側又は遅角側へ変化することになる。

以上によれば、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転に応じて、機関位相を自由に調整することができる。したがって、内燃機関の運転に適したバルブタイミングを逐次実現することが可能になる。

請求項２に記載の発明によると、駆動回転体及び従動回転体の双方に嵌合することにより、駆動回転体に対して従動回転体をロックし、流体供給源から供給される作動流体の圧力により、駆動回転体及び従動回転体の一方から離脱して当該ロックを解除するロック部材を備える。これによれば、流体供給源から供給される作動流体の圧力が低い内燃機関の停止時には、各弾性部材と各ストッパとの相互作用によって中間位相に保持させた従動回転体を、駆動回転体に対して容易にロック可能となる。さらに、作動流体の圧力が低い内燃機関の始動時にも、中間位相に保持の従動回転体を駆動回転体に対して継続的にロック可能となる。これらのことから、機関始動性の保証度を高めることができるのである。またこれに対し、作動流体の圧力が高い内燃機関の運転中は、駆動回転体に対する従動回転体のロックを当該流体圧力により解除して、内燃機関の運転に適したバルブタイミングの逐次実現を阻害しないようにすることが可能となるのである。

請求項３に記載の発明によると、第一弾性部材はねじりばねから形成され、駆動回転体に係止される端部に対して中間回転体に係止される端部が第一側へねじられることにより、第一復原力を発生する。このようなねじりばねから形成される第一弾性部材は、駆動回転体に対して中間回転体が第一側へ相対回転するほど、駆動回転体に係止の端部に対して中間回転体に係止の端部が第一側へねじられるように弾性変形する。したがって、かかる弾性変形によれば、駆動回転体に対して中間回転体を第二側へ付勢する第一復原力を、正しく発生することができる。

また、請求項３に記載の発明によると、第二弾性部材はねじりばねから形成され、中間回転体に係止される端部に対して従動回転体に係止される端部が第二側へねじられることにより、第二復原力を発生する。このようなねじりばねから形成される第二弾性部材は、中間回転体に対して従動回転体が第二側へ相対回転するほど、中間回転体に係止の端部に対して従動回転体に係止の端部が第二側へねじられるように弾性変形する。したがって、かかる弾性変形によれば、中間回転体に対して従動回転体を第一側へ付勢する第二復原力を、正しく発生することができる。

以上によれば、簡素な構成により機関始動性を保証すると共に、機関運転に適したバルブタイミングを逐次実現するという効果を、確実に享受することができるのである。

請求項４に記載の発明によると、第一弾性部材と第二弾性部材とは、巻方向が同一且つ同軸異径のねじりコイルばねから形成され、互いの端部同士を連結してなる連結部が中間回転体に係止される。これによれば、第一及び第二弾性部材を形成する各ねじりコイルばねが同軸異径とされるので、それら弾性部材の軸方向の配置スペースを可及的に小さくすることができる。しかも、巻方向が同一であるコイルばねの端部同士が連結されるので、中間回転体に係止の端部の第一側へのねじりによって復原力を発生する第一弾性部材と従動回転体に係止の端部の第二側へのねじりによって復原力を発生する第二弾性部材の各機能を損なわずに、それら弾性部材を一体化して組付性を向上することもできるのである。

請求項５に記載の発明によると、駆動回転体及び中間回転体の一方は、径方向に突出する第一突部を有し、駆動回転体及び中間回転体の他方は、径方向に開口し第一突部が回転方向に隙間をあけて挿入される第一窓部を有し、駆動回転体が有する第一突部又は第一窓部に第一ストッパが設けられる。これによれば、駆動回転体の第一突部又は第一窓部に設けられた第一ストッパにより、中間回転体の第一窓部又は第一突部を確実に係止して、駆動回転体に対する中間回転体の相対回転の規制作用を発揮させることができる。

また、請求項５に記載の発明によると、従動回転体及び中間回転体の一方は、径方向に突出する第二突部を有し、従動回転体及び中間回転体の他方は、径方向に開口し第二突部が回転方向に隙間をあけて挿入される第二窓部を有し、中間回転体が有する第二突部又は第二窓部に第二ストッパが設けられる。これによれば、中間回転体の第二突部又は第二窓部に設けられた第二ストッパにより、従動回転体の第二窓部又は第二突部を確実に係止して、中間回転体に対する従動回転体の相対回転の規制作用を発揮させることができる。

以上によれば、簡素な構成を損なうことなく、機関始動性の保証と機関運転に適したバルブタイミングの逐次実現とを確固たるものにすることができるのである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置１を車両の内燃機関に適用した例を示している。バルブタイミング調整装置１は、「作動流体」として作動油を用いる流体駆動式であり、「動弁」としての吸気弁のバルブタイミングを調整する。

（基本的構成）
以下、バルブタイミング調整装置１の基本的構成を説明する。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関のクランク軸（図示しない）の駆動力を内燃機関のカム軸２に伝達する駆動力伝達系に設置されて作動油により駆動される駆動部１０と、駆動部１０への作動油供給を制御する制御部３０とを備えている。

（駆動部）
図１，２に示すように駆動部１０において、「駆動回転体」としてのハウジング１１は、シューハウジング１２及びスプロケット１３から構成されている。

金属製のシューハウジング１２は、有底円筒状の筒部１２ａと、仕切部としての複数のシュー１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅとを有している。

各シュー１２ｂ〜１２ｅは、筒部１２ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から径方向内側に突出している。各シュー１２ｂ〜１２ｅの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧形の凹面状であり、ベーンロータ１４のボス部１４ａの外周壁面に摺接する。回転方向において隣り合うシュー１２ｂ〜１２ｅの間には、それぞれ収容室５０が形成される。

金属製のスプロケット１３は円環板状を呈しており、筒部１２ａの開口側に同軸上にボルト固定されている。スプロケット１３は、タイミングチェーン（図示しない）を介してクランク軸と連繋している。これにより内燃機関の運転中は、クランク軸からスプロケット１３へ駆動力が伝達されることで、ハウジング１１がクランク軸と連動して図２の反時計方向に回転する。

「従動回転体」としてのベーンロータ１４はハウジング１１内に同軸上に収容されており、軸方向の両端面がそれぞれ筒部１２ａの底壁面とスプロケット１３の内壁面とに摺接する形となっている。金属製のベーンロータ１４は、円柱状のボス部１４ａと、複数のベーン１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとを有している。

ボス部１４ａは、カム軸２に対して同軸上にボルト固定される。これによりベーンロータ１４は、カム軸２と連動して図２の反時計方向に回転すると共に、ハウジング１１に対して相対回転可能となっている。

各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、ボス部１４ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から径方向外側に突出し、それぞれ対応する収容室５０内に揺動可能に収容されている。各ベーン１４ｂ〜１４ｅの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧形の凸面状に形成され、筒部１２ａの内周壁面に摺接する。

各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、それぞれ対応する収容室５０を回転方向に二分することによって、進角室及び遅角室をハウジング１１との間に形成している。具体的には、シュー１２ｂとベーン１４ｂの間に進角室５２、シュー１２ｃとベーン１４ｃの間に進角室５３、シュー１２ｄとベーン１４ｄの間に進角室５４、シュー１２ｅとベーン１４ｅの間に進角室５５がそれぞれ形成されている。また、シュー１２ｅとベーン１４ｂの間に遅角室５６、シュー１２ｂとベーン１４ｃの間に遅角室５７、シュー１２ｃとベーン１４ｄの間に遅角室５８、シュー１２ｄとベーン１４ｅの間に遅角室５９がそれぞれ形成されている。

このような構成の駆動部１０では、各進角室５２〜５５への作動油供給によりベーンロータ１４がハウジング１１に対して進角側へ相対回転し、クランク軸に対するカム軸２の位相、即ちバルブタイミングを決める機関位相が進角側へ変化する。そして、図３に示すようにベーン１４ｂが進角側のシュー１２ｅに当接することで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位置が最進角位置となるときには、機関位相として最進角位相が実現されることになる。

一方、駆動部１０では、各遅角室５６〜５９への作動油供給によりベーンロータ１４がハウジング１１に対して遅角側に相対回転し、機関位相が遅角側へ変化する。そして、図４に示すように各ベーン１４ｂ〜１４ｅが遅角側のシュー１２ｂ〜１２ｅに当接することで、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位置が最遅角位置となるときには、機関位相として最遅角位相が実現されることになる。

尚、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位置が図１，２に示す中間位置となるときには、内燃機関の始動を許容し且つ燃費を向上する上において適切な中間位相が、機関位相として実現されるようになっている。そこで、以下では、図１，２に示す回転要素１１，１４間の相対回転位置を「始動中間位置」といい、当該相対回転位置によって実現される機関位相を「始動中間位相」というものとする。

さて、図１，２に示すように駆動部１０には、さらに、「ロック部材」としてのロックピン２０並びに付勢部材２２が設けられている。

金属製のロックピン２０は円柱状を呈しており、ベーン１４ｂのスプロケット側端面に開口する有底の収容孔部２４に常時嵌合する。かかる嵌合状態においてロックピン２０は、ベーンロータ１４の回転軸線に沿う軸方向に往復直線移動可能となっている。

付勢部材２２は圧縮コイルばねから形成され、収容孔部２４内においてベーン１４ｂとロックピン２０との間に介装されている。付勢部材２２は圧縮側に弾性変形して、ロックピン２０をスプロケット１３側へ付勢する復原力を発生する。

このように復原力を受けるロックピン２０は、始動中間位相（始動中間位置）において収容孔部２４に嵌合したままスプロケット１３側へと移動することにより、スプロケット１３の内壁面に開口する嵌合孔部２６に嵌合可能となっている。ここで、ロックピン２０が嵌合孔部２６に嵌合することによれば、ハウジング１１に対しベーンロータ１４をロックして、それら回転要素１１，１４間の相対回転を禁止することができる。

嵌合孔部２６には、進角流路２８を介して進角室５２が連通している。これにより、嵌合孔部２６に嵌合した状態のロックピン２０は、進角室５２及び進角流路２８を順次経由して嵌合孔部２６まで供給される作動油の圧力を受けることで、付勢部材２２側へと押圧される。また、収容孔部２４には、遅角流路２９を介して遅角室５６が連通している。これにより、嵌合孔部２６に嵌合した状態のロックピン２０は、遅角室５６及び遅角流路２９を順次経由して収容孔部２４まで供給される作動油の圧力を受けることで、付勢部材２２側へと押圧される。

以上によりロックピン２０は、嵌合孔部２６への嵌合状態から、各孔部２６，２４への供給油の圧力の少なくとも一方を受けて移動することによって、嵌合孔部２６から離脱可能となっている。ここで、ロックピン２０が嵌合孔部２６から離脱することによれば、ハウジング１１に対するベーンロータ１４のロックを解除して、それら回転要素１１，１４間の相対回転を許容することができるのである。

（制御部）
図１に示す制御部３０において、カム軸２及びその軸受（図示しない）を通して設けられる進角流路６０は、進角室５２〜５５と連通している。また、カム軸２及びその軸受を通して設けられる遅角流路６２は、遅角室５６〜５９と連通している。

供給流路６４は、「流体供給源」としてのポンプ４の吐出口と連通しており、また排出流路６６は、ポンプ４の吸入口側のオイルパン５へ作動油を排出可能に設けられている。これによりポンプ４は、オイルパン５から汲み上げた作動油を加圧して供給流路６４へと供給可能となっている。ここで本実施形態のポンプ４は、クランク軸によって駆動されることで内燃機関の運転と共に作動する、所謂メカポンプである。即ち、ポンプ４からの作動油供給は、内燃機関の始動に伴い開始され、内燃機関の運転中は継続されて、内燃機関の停止に伴いカットされることになる。したがって、内燃機関の始動時及び停止時にポンプ４から供給される作動油の油圧は、内燃機関の運転中に比べて低下することとなる。

制御弁７０は、ソレノイド７２の発生する電磁駆動力及びリターンばね７４の発生する復原力を利用してスプール駆動するスプール弁である。ここで制御弁７０には、進角流路６０と連通する進角ポート８０、遅角流路６２と連通する遅角ポート８２、供給流路６４と連通してポンプ４からの作動油供給を受ける供給ポート８４、並びに作動油排出のために排出流路６６と連通する排出ポート８６が設けられている。制御弁７０は、ソレノイド７２への通電に応じて作動することにより、供給ポート８４及び排出ポート８６に対する進角ポート８０及び遅角ポート８２の接続状態を制御する。

制御回路９０は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、制御弁７０のソレノイド７２と電気的に接続されている。制御回路９０は、ソレノイド７２への通電を制御する機能と共に、内燃機関の運転を制御する機能を備えている。

このような構成の制御部３０では、制御回路９０によって制御されたソレノイド７２への通電に従って制御弁７０が作動し、ポート８４，８６に対するポート８０，８２の接続状態が制御される。具体的には、供給ポート８４及び排出ポート８６にそれぞれ進角ポート８０及び遅角ポート８２が接続されるときには、ポンプ４からの供給作動油が流路６４，６０を経由して各進角室５２〜５５へ供給されると共に、各遅角室５６〜５９の作動油が流路６２，６６を経由してオイルパン５へ排出される。一方、供給ポート８４及び排出ポート８６にそれぞれ遅角ポート８２及び進角ポート８０が接続されるときには、ポンプ４からの供給作動油が流路６４，６２を経由して各遅角室５６〜５９へ供給されると共に、各進角室５２〜５５の作動油が流路６０，６６を経由してオイルパン５へ排出される。

（特徴的構成）
以下、バルブタイミング調整装置１の特徴的構成を説明する。図１，５に示すように本実施形態では、「中間回転体」としての中間ブッシュ１００と、弾性部材１１０，１１２とが駆動部１０に設けられている。

金属製の中間ブッシュ１００は円筒状を呈しており、筒部１２ａの底壁部中央を貫通する貫通孔部１２０と、貫通孔部１２０側においてボス部１４ａの端面中央に開口する凹部１４０とに嵌合している。これにより中間ブッシュ１００は、ハウジング１１及びベーンロータ１４と同軸上に回転可能且つそれら回転要素１１，１４に対して相対回転可能となっている。中間ブッシュ１００は、第一窓部１０２及び第二窓部１０４を有している。

図１，６に示すように第一窓部１０２は、中間ブッシュ１００の径方向の両側及び軸方向のボス部１４ａとは反対側に開口している。第一窓部１０２には、筒部１２ａの底壁部の貫通孔部１２０から径方向内側へ突出する第一突部１２２が挿入されている。第一窓部１０２内において第一突部１２２は、回転方向に隙間をあけることによって揺動可能となっている。

したがって、第一窓部１０２の回転方向の内側面１０２ａ，１０２ｂが共に第一突部１２２の回転方向の外側面１２２ａ，１２２ｂから離間するときには、ハウジング１１に対する中間ブッシュ１００の相対回転が許容される。また特に本実施形態では、図６に示す始動中間位置において第一窓部１０２の内側面１０２ａが、それよりも遅角側にある第一突部１２２の外側面１２２ａによって係止されることで、ハウジング１１に対する遅角側への中間ブッシュ１００の相対回転が規制される。そこで、以下では、第一突部１２２の外側面１２２ａを特に「第一ストッパ１２２ａ」というものとする。

図１，２に示すように、第二窓部１０４は、中間ブッシュ１００の径方向の両側及び軸方向のボス部１４ａ側に開口している。中間ブッシュ１００の回転方向において、第二窓部１０４の配設位置（図２，５参照）は第一窓部１０２の配設位置（図５，６参照）に対して略１８０度ずれており、それによって中間ブッシュ１００の強度低下が抑制されているが、それら配設位置の関係は適宜に設定可能である。第二窓部１０４には、ボス部１４ａに設けられて凹部１４０から径方向内側へ突出する第二突部１４４が挿入されている。第二窓部１０４内において第一突部１４４は、回転方向に隙間をあけることによって揺動可能となっている。

したがって、第二突部１４４の回転方向の外側面１４４ａ，１４４ｂが共に第二窓部１０４の回転方向の内側面１０４ａ，１０４ｂから離間するときには、中間ブッシュ１００に対するベーンロータ１４の相対回転が許容される。また特に本実施形態では、図２に示す始動中間位置において第二突部１４４の外側面１４４ａが、それよりも進角側にある第二窓部１０４の内側面１０４ａによって係止されることで、中間ブッシュ１００に対する進角側へのベーンロータ１４の相対回転が規制されることとなる。そこで、以下では、第二窓部１０４の内側面１０４ａを特に「第二ストッパ１０４ａ」というものとする。

尚、第二窓部１０４及び第二突部１４４の回転方向幅の差分と、第一窓部１０２及び第一突部１２２の回転方向幅の差分との総和は、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転範囲よりも大きく設定されている。ここで相対回転範囲とは、図３，７に示す最進角位置と図４，８に示す最遅角位置との間の角度範囲であるので、上記総和の設定により、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転が最進角位置及び最遅角位置間の全域で許容されるようになっている。

さて、図１，５に示すように第一弾性部材１１０は、右巻のねじりコイルばねから形成され、中間ブッシュ１００の外周側に同軸上に配置されている。第一弾性部材１１０の一端部１１０ａは、筒部１２ａの底壁部に立設された係止ピン１２６によって係止されている。第一弾性部材１１０の他端部１１０ｂは、中間ブッシュ１００の径方向の両側及び軸方向のボス部１４ａと反対側に開口する係止溝部１０６へ嵌入されて係止されている。

このようにしてハウジング１１及び中間ブッシュ１００の間に介装された第一弾性部材１１０は、ハウジング１１に対して中間ブッシュ１００が進角側へ相対回転するほど、一端部１１０ａに対して他端部１１０ｂが進角側へねじられるように弾性変形する。これにより第一弾性部材１１０は、ハウジング１１に対して中間ブッシュ１００を遅角側へ付勢する復原力を発生するのである。

第二弾性部材１１２は、第一弾性部材１１０を形成するねじりコイルばねよりも小径且つ右巻のねじりコイルばねから形成され、中間ブッシュ１００の内周側に同軸上に配置されている。即ち、第二弾性部材１１２と第一弾性部材１１０とは、巻方向が同一且つ同軸異径のねじりコイルばねから形成されて、軸方向の配置スペースが小さなものとなっている。第二弾性部材１１２の一端部１１２ａは第一弾性部材１１０の端部１１０ｂとＵ字形の屈曲状に連結されることで、中間ブッシュ１００の係止溝部１０６に係止される連結部１１６を当該端部１１０ｂと共に構成している。第二弾性部材１１２の他端部１１２ｂは、凹部１４０の底面に開口するボス部１４ａの係止孔部１４６へ嵌入されて係止されている。

このようにして中間ブッシュ１００及びベーンロータ１４の間に介装された第二弾性部材１１２は、中間ブッシュ１００に対してベーンロータ１４が遅角側へ相対回転するほど、一端部１１２ａに対して他端部１１２ｂが遅角側へねじられるように弾性変形する。これにより第二弾性部材１１２は、中間ブッシュ１００に対してベーンロータ１４を進角側へ付勢する復原力を発生するのである。

尚、本実施形態において各弾性部材１１０，１１２のセット荷重は、ベーンロータ１４をハウジング１１に対する進角側及び遅角側へと交互に付勢するようにカム軸２から作用する変動トルクの平均トルクに打ち勝つ大きさに、設定される。

（特徴的作動）
以下、バルブタイミング調整装置１の特徴的作動について、図２〜４，６〜８を参照しつつ説明する。尚、説明を判りやすくするため、図７，８では、第一弾性部材１１０を二点鎖線にて模式的に示しており、また図３，４では、第二弾性部材１１２を二点鎖線にて模式的に示している。

（停止時・始動時）
内燃機関の停止前の運転中は、内燃機関の回転数が所定のアイドル回転数Ｒ以上となることにより、ポンプ４から供給される作動油の圧力が所定の閾圧Ｐ以上となる。これに対し、イグニッションスイッチのオフ等の停止指令によって内燃機関が停止するときには、内燃機関の回転数がアイドル回転数Ｒよりも低下し、クランク軸によって駆動されるポンプ４からの供給油の圧力が閾圧Ｐを下回る。これにより駆動部１０では、進角室５２〜５５又は遅角室５６〜５９への供給油の圧力によってベーンロータ１４に作用する力と、ベーンロータ１４を付勢する第二弾性部材１１２の復原力とのうち、後者が支配的となる。

その結果、第二弾性部材１１２により付勢されるベーンロータ１４は、中間ブッシュ１００に対して最遅角位置よりも進角側へ相対回転しようとし、またそれに応じて、第一弾性部材１１０により付勢される中間ブッシュ１００は、ハウジング１１に対して最進角位置よりも遅角側へ相対回転しようとする。しかし、中間ブッシュ１００に対する進角側へのベーンロータ１４の相対回転は、図２に示す始動中間位置にて第二突部１４４の外側面１４４ａが第二窓部１０４の第二ストッパ１０４ａに係止されることによって、規制される。また、ハウジング１１に対する遅角側への中間ブッシュ１００の相対回転は、図６に示す始動中間位置にて第一窓部１０２の内側面１０２ａが第一突部１２２の第一ストッパ１２２ａに係止されることによって、規制される。

このような規制作用によると、中間ブッシュ１００に対してベーンロータ１４が進角側へ押付けられると共に、当該ブッシュ１００がハウジング１１に対して遅角側へ押付けられた状態となるので、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位置は始動中間位置に保持される。尚、このときには、ポンプ４からの供給油の圧力が閾圧Ｐを下回るのに応じてロックピン２０がスプロケット１３側へ移動するようになっており、始動中間位置に保持されたベーンロータ１４は、ロックピン２０の嵌合孔部２６への嵌合によってハウジング１１に容易にロックされ得ることとなる。したがって、内燃機関の停止後においては、機関位相を始動中間位相に保ったまま、内燃機関の次の始動に備えることができるのである。

この後、イグニッションスイッチのオン等の始動指令により内燃機関が始動するときには、内燃機関が完爆してスタータの補助なく継続回転可能となるまでは、ポンプ４から供給される作動油の圧力が閾圧Ｐを下回る。そのため、上述した停止時と同様の原理によって、ハウジング１１に対するベーンロータ１４の相対回転位置が始動中間位置に保持且つロックされるので、カム軸２からの変動トルクの作用下にあっても、機関位相を始動中間位相に保つことができる。

以上によれば、各弾性部材１１２，１１０に回転要素１００，１１の各ストッパ１０４ａ，１２２ａを組み合わせた比較的簡素な構成にもかかわらず、内燃機関の停止時及び始動時には始動中間位相を確保して、機関始動性を保証することができるのである。

（運転中）
内燃機関の始動完了後の運転中は、上述したようにポンプ４から供給される作動油の圧力が閾圧Ｐ以上となる。これにより、駆動部１０では、進角室５２〜５５又は遅角室５６〜５９への供給油の圧力によってベーンロータ１４に作用する力と、ベーンロータ１４を付勢する第二弾性部材１１２の復原力とのうち、前者が支配的となる。そのため、まず、進角室５２〜５５及び遅角室５６〜５９のうち少なくとも一方へ作動油を供給するように制御回路９０が制御弁７０を制御することで、ロックピン２０が付勢部材２２側へ移動してハウジング１１に対するベーンロータ１４のロックが解除されることになる。

そして、ロックの解除後、制御回路９０が制御弁７０を制御して作動油を進角室５２〜５５へ供給する場合には、中間ブッシュ１００に対してベーンロータ１４が進角側へ相対回転しようとする。このときには、図２に示すように第二突部１４４の外側面１４４ａが第二窓部１０４の第二ストッパ１０４ａに係止されることによって、中間ブッシュ１００に対するベーンロータ１４の相対回転が規制される。その結果、供給油の圧力によるベーンロータ１４への作用力が第一弾性部材１１０のセット荷重を上回ると、図３，７に示すようにベーンロータ１４は、中間ブッシュ１００を第一弾性部材１１０の復原力に抗して進角側へと押圧しつつ、ハウジング１１に対して相対回転する。したがって、機関位相が進角側へ変化して、バルブタイミングが進角することとなる。

一方、ロック解除後、制御回路９０が制御弁７０を制御して作動油を遅角室５６〜５９へ供給する場合には、中間ブッシュ１００に対してベーンロータ１４が遅角側へ相対回転しようとする。このとき、ベーンロータ１４により第二弾性部材１１２を介して遅角側へ引張られることになる中間ブッシュ１００は、図６に示すように第一窓部１０２の内側面１０２ａが第一突部１２２の第一ストッパ１２２ａに係止されることによって、ハウジング１１に対する遅角側への相対回転を規制される。その結果、供給油の圧力によるベーンロータ１４への作用力が第二弾性部材１１２のセット荷重を上回ると、図４，８に示すようにベーンロータ１４は、ハウジング１１に対して中間ブッシュ１００を遅角側へ押付けつつ、第二弾性部材１１２の復原力に抗してハウジング１１に対する遅角側へと相対回転する。したがって、機関位相が遅角側へ変化して、バルブタイミングが遅角することとなる。

以上によれば、内燃機関の運転中は機関位相を自由に調整して、内燃機関の運転に適したバルブタイミングを逐次実現することができるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的には、上述した実施形態において「進角」及び「遅角」の関係を、説明のものとは逆にしてもよい。

また、第一及び第二弾性部材１１０，１１２を互いに連結しないで、それら弾性部材１１０，１１２の端部１１０ｂ，１１２ａをそれぞれ個別に中間ブッシュ１００に係止させてもよい。この場合、各弾性部材１１０，１１２を形成するねじりコイルばねの巻方向、径及び配置関係については、適宜設定することができる。

さらに、第一及び第二弾性部材１１０，１１２については、ねじりコイルばね以外のねじりばね（例えば渦巻きばね等）や、その他の弾性体から形成するようにしてもよい。

またさらに、駆動部１０においては、ロックピン２０及び付勢部材２２並びにそれらに関連する要素２４，２６，２８，２９を設けないようにしてもよい。

加えて、ポンプ４としては、内燃機関の運転と共に作動するものであれば、例えば内燃機関の運転に伴う通電によって作動する電動ポンプ等を用いてもよい。

そして、本発明は、吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調製する装置や、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置にも、適用することもできる。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す構成図である。 図１のII−II線断面図である。 図２とは異なる作動状態を示す断面図である。 図２，３とは異なる作動状態を示す断面図である。 図１のＶ−Ｖ線矢視図である。 図１のVI−VI線断面図である。 図６とは異なる作動状態を示す断面図である。 図６，７とは異なる作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、４ ポンプ（流体供給源）、１０ 駆動部、１１ ハウジング（駆動回転体）、１２ａ 筒部、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ シュー、１３ スプロケット、１４ ベーンロータ（従動回転体）、１４ａ ボス部、１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ ベーン、２０ ロックピン（ロック部材）、２２ 付勢部材、２４ 収容孔部、２６ 嵌合孔部、２８ 進角流路、２９ 遅角流路、３０ 制御部、５０ 収容室、５２，５３，５４，５５ 進角室、５６，５７，５８，５９ 遅角室、６０ 進角流路、６２ 遅角流路、６４ 供給流路、７０ 制御弁、９０ 制御回路、１００ 中間ブッシュ（中間回転体）、１０２ 第一窓部、１０４ａ 内側面・第二ストッパ、１０６ 係止溝部、１１０ 第一弾性部材、１１０ａ，１１０ｂ 端部、１１２ 第二弾性部材、１１２ａ，１１２ｂ 端部、１１６ 連結部、１２０ 貫通孔部、１２２ 第一突部、１２２ａ 外側面・第一ストッパ、１２６ 係止ピン、１４０ 凹部、１４４ 第二突部、１４６ 係止孔部

Claims (5)

1. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、
   前記クランク軸と連動して回転する駆動回転体と、
   前記カム軸と連動して回転し、前記駆動回転体との間において進角室及び遅角室を回転方向に形成し、前記内燃機関の運転と共に作動する流体供給源からの作動流体が前記進角室又は前記遅角室へ供給されることにより前記駆動回転体に対する進角側又は遅角側へ相対回転する従動回転体と、
   前記駆動回転体及び前記従動回転体と同軸回転する中間回転体と、
   前記駆動回転体及び前記中間回転体の間に介装され、前記駆動回転体に対して前記中間回転体が進角側及び遅角側の一方である第一側へ相対回転するほど弾性変形することにより、前記駆動回転体に対して前記中間回転体を進角側及び遅角側の他方である第二側へ付勢する第一復原力を発生する第一弾性部材と、
   前記駆動回転体に設けられ、前記中間回転体を係止することにより、前記駆動回転体に対する前記中間回転体の前記第二側への相対回転を規制する第一ストッパと、
   前記従動回転体及び前記中間回転体の間に介装され、前記中間回転体に対して前記従動回転体が前記第二側へ相対回転するほど弾性変形することにより、前記中間回転体に対して前記従動回転体を前記第一側へ付勢する第二復原力を発生する第二弾性部材と、
   前記中間回転体に設けられ、前記従動回転体を係止することにより、前記中間回転体に対する前記従動回転体の前記第一側への相対回転を規制する第二ストッパと
   を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記駆動回転体及び前記従動回転体の双方に嵌合することにより、前記駆動回転体に対して前記従動回転体をロックし、前記流体供給源から供給される作動流体の圧力により、前記駆動回転体及び前記従動回転体の一方から離脱して当該ロックを解除するロック部材
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記第一弾性部材はねじりばねから形成され、前記駆動回転体に係止される端部に対して前記中間回転体に係止される端部が前記第一側へねじられることにより、前記第一復原力を発生し、
   前記第二弾性部材はねじりばねから形成され、前記中間回転体に係止される端部に対して前記従動回転体に係止される端部が前記第二側へねじられることにより、前記第二復原力を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記第一弾性部材と前記第二弾性部材とは、巻方向が同一且つ同軸異径のねじりコイルばねから形成され、互いの端部同士を連結してなる連結部が前記中間回転体に係止されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記駆動回転体及び前記中間回転体の一方は、径方向に突出する第一突部を有し、前記駆動回転体及び前記中間回転体の他方は、径方向に開口し前記第一突部が回転方向に隙間をあけて挿入される第一窓部を有し、前記駆動回転体が有する前記第一突部又は前記第一窓部に前記第一ストッパが設けられ、
   前記従動回転体及び前記中間回転体の一方は、径方向に突出する第二突部を有し、前記従動回転体及び前記中間回転体の他方は、径方向に開口し前記第二突部が回転方向に隙間をあけて挿入される第二窓部を有し、前記中間回転体が有する前記第二突部又は前記第二窓部に前記第二ストッパが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

Images