JP2009121382A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体による精密な位相制御を行うバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１０に対して遅角側または進角側に相対回転駆動される第一ベーンロータ２０は、カム軸３とともに回転し、ハウジング１０に対する相対位相を制御する。第二ベーンロータ２５は、第一ベーンロータ２０と同一軸線上に設置され、ハウジングおよびカム軸と相対回転する。リターンスプリング６０は、一端を第一ベーンロータ２０に係止し、他端を第二ベーンロータ２５に係止する。リターンスプリング６０は、第一ベーンロータ２０を進角側に付勢し、第二ベーンロータ２５を遅角側に付勢する。嵌合ピン５６は、第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５との相対回転の規制及び解除が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミング（以下、「開閉タイミング」をバルブタイミングという）を調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来より、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置は、内燃機関の始動時に位相を進角または遅角制御し、内燃機関の始動性を向上させている。特許文献１に示すように、エンジンストール等のフェール後も始動性を確保する為、リターンスプリングをバルブタイミング調整装置に装着し、位相制御する方法が知られている。

しかし、特許文献１に記載のようにバルブタイミング調整装置のハウジングおよびベーンロータにリターンスプリングを装着すると、バルブタイミング調整装置のベーンロータが最進角側に位置するときのリターンスプリングの付勢力と最遅角側に位置するときのリターンスプリングの付勢力とが相違することから、作動油の圧力による位相制御に影響を及ぼし、精密な位相制御が困難であった。

また、極低温の内燃機関始動時には、平均カムトルクが大きくなるので、リターンスプリングの付勢力を大きくすることが求められる。しかし、リターンスプリングの付勢力を大きくすると内燃機関の通常の運転状態で作動油の圧力による精密な位相制御が困難になる。そのため、バルブタイミング調整装置は、内燃機関の通常の運転状態のバルブタイミング調整装置の位相制御に影響を及ぼさない範囲でリターンスプリングの付勢力を設定しなければならなかった。
特開２００７−１３８７３０号公報

本発明は、作動流体の圧力による精密な位相制御を行うバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、極低温における内燃機関の始動時の位相制御を行うバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によると、内燃機関の駆動軸から吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を開閉駆動する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置は、駆動軸および従動軸の一方とともに回転し、所定角度範囲で回転方向に形成された収容室を有するハウジングと、駆動軸および従動軸の他方とともに回転し、収容室を仕切って遅角室および進角室を形成し、遅角室および進角室に供給される作動流体の圧力により遅角側または進角側にハウジングに対して相対回転駆動され、ハウジングに対する相対位相を制御する第一ベーンロータと、第一ベーンロータと同一軸線上に設置され、駆動軸および従動軸と相対回転し、収容室を仕切って遅角室および進角室を形成し、遅角室および進角室に供給される作動流体の圧力により遅角側または進角側にハウジングに対して相対回転駆動され、ハウジングに対する相対位相を制御する第二ベーンロータと、一端を第一ベーンロータに係止し、他端を第二ベーンロータに係止し、第一ベーンロータと第二ベーンロータの一方を進角側に付勢し、第一ベーンロータと第二ベーンロータの他方を遅角側に付勢する付勢手段と、流体供給手段から供給される作動流体の圧力が設定圧力未満のとき第一ベーンロータと第二ベーンロータとの相対回転の規制をし、流体供給手段から供給される作動流体の圧力が設定圧力以上のとき第一ベーンロータと第二ベーンロータとの相対回転の規制の解除する規制手段とを備える。

内燃機関が停止した場合、流体供給手段から供給される作動流体の圧力が設定圧力未満となると、規制手段は第一ベーンロータと第二ベーンロータとの相対回転の規制を解除する。付勢手段は、第一ベーンロータおよび第二ベーンロータの一方を進角側に付勢し、他方を遅角側に付勢している。このため、第一ベーンロータおよび第二ベーンロータの一方は進角側に移動し、他方は遅角側に移動する。第二ベーンロータはハウジングと相対回転可能な範囲を制限されている。これにより、第一ベーンロータが目標位相に到達する。第一ベーンロータはハウジングと相対回転可能な範囲を制限されている。これにより、第二ベーンロータが目標位相に到達する。

一方、内燃機関が始動した場合、流体供給手段から遅角室および進角室に供給される作動流体の圧力が設定圧力以上となると、第一ベーンロータおよび第二ベーンロータは、ハウジングに対して相対回転する。第一ベーンロータは、ハウジングと相対回転可能な範囲を制限されている。これにより、第二ベーンロータは第一ベーンロータに対し相対回転する。第二ベーンロータは、ハウジングと相対回転可能な範囲を制限されている。これにより、第一ベーンロータは第二ベーンロータに対し相対回転する。第一ベーンロータと第二ベーンロータとが所定の位置に位相制御されるとき、規制手段が第一ベーンロータと第二ベーンロータとの相対回転を規制する。このため、付勢手段の付勢力が作動流体の圧力による位相制御に影響を及ぼさなくなる。これにより、作動流体の圧力による精密な位相制御を行うことができる。このため、内燃機関の始動時にバルブタイミング調整装置の位相を目標位置に到達させる付勢手段の付勢力を大きくすることができる。

請求項２に記載の発明によると、第一ベーンロータと第二ベーンロータとは、収容室に重なって収容されている。これにより、規制手段が第一ベーンロータと第二ベーンロータとの相対回転を規制するとき、両ベーンロータは一体となり内燃機関の開閉タイミングを調整する。このため、作動流体の圧力による精密な位相制御を行うことができる。

請求項３に記載の発明によると、規制手段は、第一ベーンロータに設けられる油圧室に軸方向に往復移動可能に収容される嵌合ピンと、この嵌合ピンを第二ベーンロータに形成される嵌合穴から抜き出す方向に付勢するスプリングとから形成される。油圧室には、進角室および遅角室と流体通路を経由して連通している。このため、規制手段は進角室および遅角室のいずれか一方に作動流体が供給されるとき、嵌合ピンを嵌合穴に嵌合することができる。これにより、付勢手段の付勢力が作動流体の圧力による位相制御に影響を及ぼさなくなり、作動流体の圧力による精密な位相制御を行うことができる。

請求項４に記載の発明によると、嵌合ピンは第一ロータの第一ベーンに設けられる。第一ベーンロータの回転中心から離れた位置に嵌合ピンを設けることにより、嵌合ピンの耐久性がよくなり、作動流体の圧力による精密な位相制御を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１〜図９に示す。本実施形態の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油圧制御式であり、内燃機関の排気弁について始動時の位相を進角側に制御するバルブタイミングを調整するものである。

図１から図３は、バルブタイミング調整装置１の機械的構成を示す。図４および図５は内燃機関停止直後の作動状態を示し、図６および図７は内燃機関停止中の作動状態を示し、図８および図９は内燃機関始動後の作動状態を示している。
まず、バルブタイミング調整装置１の機械的構成を図１から図３に基づいて説明する。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は、ハウジング１０と、第一ベーンロータ２０と、第二ベーンロータ２５と、規制手段としての嵌合ピン５６と、付勢手段としてのリターンスプリング６０等から構成される。

図２に示すように、駆動側回転体であるハウジング１０は、チェーンスプロケット１２、シューハウジング１３、フロントプレート１１から構成されている。図１に示すように、シューハウジング１３は仕切部材としてのシュー１３１、１３２、１３３、１３４と、環状の周壁１３０とが一体に形成されている。台形に形成されたシュー１３１、１３２、１３３、１３４は周壁１３０から径方向内側に延びており、周壁１３０の回転方向にほぼ等間隔に設けられている。シュー１３１と１３２との間に収容室１１１が設けられ、シュー１３２と１３３との間に収容室１１２が設けられ、シュー１３３と１３４との間に収容室１１３が設けられ、シュー１３４と１３１との間に収容室１１４が設けられている。

図２、図３に示すように、シューハウジング１３およびフロントプレート１１はボルト１５によってチェーンスプロケット１２と同軸上に固定されている。チェーンスプロケット１２は、図示しない内燃機関の駆動軸としてのクランクシャフトと結合して駆動力を伝達され、クランクシャフトとともに回転する。クランクシャフトの駆動力は、バルブタイミング装置１を経由して従動軸としてのカム軸３に伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カム軸３は、チェーンスプロケット１２に対し相対回転可能にチェーンスプロケット１２に挿入されている。

従動側回転体としての第一ベーンロータ２０はカム軸３の軸方向端面と当接しており、カム軸３および第一ベーンロータ２０はボルト５により同軸上に結合されている。第一ベーンロータ２０とカム軸３との回転方向の位置決めは、第一ベーンロータ２０およびカム軸３に図示しない位置決めピンを嵌合すること等により成される。カム軸３、ハウジング１０および第一ベーンロータ２０は図１の時計方向に回転する。以下この回転方向をクランクシャフトに対するカム軸３の進行方向とする。第一ベーンロータ２０はハウジング１０に対し相対回転可能にハウジング１０内に収容されている。図１に示すように、第一ベーンロータ２０は、カム軸に固定される円筒状のボス部２６と外周側に第一ベーン４１を有し、第一ベーン４１は後述する第二ベーンロータ２５のボス部２７の外周に摺接し、収容室１１１内に回転可能に収容されている。第一ベーン４１は、収容室１１１を進角室３５と遅角室３０とに仕切っている。

図１に示す遅角、進角を表す矢印は、ハウジング１０に対する第一ベーンロータ２０の遅角方向、進角方向を表している。第一ベーン４１は、シュー１３２に当接する当接部４９と、シュー１３１に当接する当接部４８とを有している。当接部４８、４９はそれぞれシュー１３１、１３２と当接することで第一ベーンロータ２０の回転範囲を制限している。

第二ベーンロータ２５は、ハウジング１０内に第一ベーンロータ２０と同一軸線上に設置され、第一ベーンロータ２０よりチェーンスプロケット１２側においてカム軸３に摺接している。また、第二ベーンロータ２５は、ハウジング１０および第一ベーンロータ２０に対し相対回転可能に設置されている。図１に示すように、第二ベーンロータ２５は、カム軸３に当接する円筒状のボス部２７と外周側に第二ベーン４２、４３、４４とを有している。第二ベーン４２、４３、４４は、それぞれ第一ベーンロータ２０のボス部２６の外周に摺接し、収容室１１２、１１３、１１４内に回転可能に収容されている。

第二ベーン４２は、収容室１１２を進角室３６と遅角室３１とに仕切っている。第二ベーン４３は、収容室１１３を進角室３７と遅角室３２とに仕切っている。第二ベーン４４は、収容室１１４を進角室３８と遅角室３３とに仕切っている。図１に示す遅角、進角を表す矢印は、ハウジング１０に対する第二ベーンロータ２５の遅角方向、進角方向を表している。第二ベーン４３はシュー１３３に当接する当接部４６と、シュー１３４に当接する当接部４７とを有している。当接部４６、４７はそれぞれシュー１３３、１３４と当接することで第二ベーンロータ２５の回転範囲を制限している。

規制手段としての嵌合ピン５６は、第一ベーンロータ２０の油圧室５７、５８に往復移動自在に収容されている。油圧室５７、５８は、ボス部２６を径方向に拡張して形成される当接部５０に設けられている。第二ベーンロータ２５には、当接部５０が設けられる位置に対応し、穴形成部５４が形成されている。嵌合穴５３は、穴形成部５４に形成されている。嵌合ピン５６は、嵌合穴５３に嵌合可能である。段付き円筒状に形成された嵌合ピン５６は、スプリング５９により嵌合穴５３から抜け出す方向に付勢されている。スプリング５９の付勢力は、内燃機関停止時の作動油の圧力より高く設定されている。油圧室５７は、進角通路９２を経由して進角室３７と連通している。油圧室５８は、遅角通路８４を経由して遅角室３２と連通している。油圧室５７、５８に供給される作動油の圧力は嵌合ピン５６を嵌合穴５３に押し込む方向に作用する。

穴形成部５４は、軸方向に立ち上がる当接部５５を設けている。嵌合穴５３は、当接部５０と当接部５５とが当接するとき、嵌合ピン５６と同一軸線上に重なる位置に形成されている。嵌合穴５３と嵌合ピン５６とが同一軸線上に重なり、作動油の圧力がスプリング５９の付勢力以上のとき、嵌合ピン５６は嵌合穴５３と嵌合する。作動油の圧力がスプリング５９の付勢力以下のとき、嵌合ピン５６は嵌合穴５３から離脱する。

リターンスプリング６０は、第一ベーンロータ２０のボス部２６に有底円筒状に形成された格納部２１に圧縮収容されている。第一ベーンロータ２０のボス部２６には、径方向内側に窪む取付溝２３が形成されている。第二ベーンロータ２５のベーン４２には、径方向外側に窪む取付溝４５が形成されている。リターンスプリング６０の一端６１は、取付溝２３に係止され、他端６２は取付溝４５に係止されている。

リターンスプリング６０の他端６２が収容室１１２の中を往復可能な範囲に、ボス部２６には切り欠き部２２が形成されている。切り欠き部２２は、進角室３６と遅角室３１との間に作動油が漏れることを防止可能な範囲で形成されている。リターンスプリング６０は第一ベーンロータ２０を図１の時計方向に付勢し、第二ベーンロータ２５を反時計方向に付勢している。リターンスプリング６０はバルブタイミング調整装置１の設置される内燃機関通常運転時の作動油の圧力より低く設定され、好ましくは、極低温での内燃機関始動時の平均カムトルクに設定される。

円筒状に形成された嵌合部材としてのストッパピストン７０は、第一ベーン４１に形成された通孔に回転軸方向に往復移動自在に収容されている。嵌合リング７１はチェーンスプロケット１２に形成された凹部に圧入保持されている。ストッパピストン７０は嵌合リング７１に嵌合可能である。スプリング７５は嵌合リング７１側に向けてストッパピストン７１を付勢している。ストッパピストン７０、嵌合リング７１、およびスプリング７５はハウジング１０に対する第一ベーン４１および第一ベーンロータ２０の相対回転を拘束する拘束機構を構成している。

ストッパピストン７０のチェーンスプロケット１２側に形成された油圧室７２、およびストッパピストン７０の外周に形成された油圧室７３に供給される作動油の圧力は、嵌合リング７１からストッパピストン７０が抜け出す方向に働く。油圧室７２は遅角室３０と遅角通路８１により連通している。ストッパピストン７０の先端部はハウジング１０に対し第一ベーンロータ２０が最進角側に位置するとき嵌合リング７１に嵌合可能である。ストッパピストン７０が嵌合リング７１に嵌合した状態においてハウジング１０に対する第一ベーンロータ２０の相対回転は拘束されている。ストッパピストン７０に対して嵌合リング７１とは反対側の第一ベーン４１にはストッパピストンの摺動に伴い変動する背圧を逃がす背抜き溝７４が形成されている。ハウジング１０に対し、第一ベーンロータ２０が最進角位置から遅角側に回転するとストッパピストン７０と嵌合リング７１の位置がずれることによりストッパピストン７０は嵌合リング７１に嵌合できなくなる。

シール部材１２１、１２２、１２３、１２４は半径方向に向き合うシューハウジング１３の周壁１３０と第一ベーン４１、第二ベーン４２、４３、４４との間形成されている摺動隙間に配設されている。シール部材１２１、１２２、１２３，１２４は、第一ベーン４１、第二ベーン４２、４３、４４の外周壁に設けた溝に嵌合しており、ばね等により内壁１３０に向けて付勢されている。この構成により、シール部材１２１、１２２、１２３、１２４は各遅角室と各進角室との間に作動油が漏れることを防止している。

図２に示す流体供給手段４は油圧ポンプ、位相切替弁等から構成される。油圧供給手段４は内燃機関の回転数に追従して高低する油圧を発生し、進角通路９０と遅角通路８０との間で作動油を供給する通路と作動油を排出する通路とを切り換える。カム軸３に形成される進角通路９０および遅角通路８０は、流体供給手段４の供給排出ポートに常時連通している。図１に示すように、進角通路９４、９５、９６、９７に分岐している進角通路９０は、進角室３５、３６、３７、３８に作動油を供給するとともに各進角室から作動油を図示しないオイルパン側へ排出する。遅角通路８５、８６、８７、８８に分岐している遅角通路８０は、遅角室３０、３１、３２、３３に作動油を供給するとともに各遅角室から作動油を図示しないオイルパン側へ排出する。したがって、進角通路は進角供給通路と進角排出通路を兼ねており、遅角通路は遅角供給通路と遅角排出通路を兼ねている。この通路構成により、流体供給手段４から進角室３５、３６、３７、３８、遅角室３０、３１、３２、３３に作動油を供給および排出可能になる。

次に、バルブタイミング調整装置の作動について説明する。
＜内燃機関停止直後＞
内燃機関停止直後のバルブタイミング調整装置の一形態を図４、図５に示す。バルブタイミング調整装置１は、遅角側に位相制御されていた状態で内燃機関が停止した状態を示している。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関停止直前まで流体供給手段４から作動油が遅角通路８０、８５、８６、８７、８８を通じて遅角室３０、３１、３２、３３に供給され、作動油の圧力により第一ベーンロータ２０および第二ベーンロータ２５がハウジングに対して遅角側に回転し、進角室３５、３６、３７、３８の作動油が進角通路９４、９５、９６、９７、９０を通じてオイルパン側へ排出されていた状態で内燃機関が停止したものである。

内燃機関停止直前のバルブタイミング調整装置１は、遅角室３２から遅角通路８４を経由して油圧室５８に作動油が供給され、進角室３７から進角通路９２を経由して油圧室５７に作動油が供給されていた。このため、内燃機関停止直後のバルブタイミング調整装置１は、油圧室５８、５７の作動油の圧力が予め設定されたスプリング５９の付勢力に抗し、嵌合ピン５６は嵌合穴５３に嵌合している。また、ストッパピストン７０は、嵌合リング７１と同一軸線上になく、嵌合リング７１に嵌合不能である。

＜内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中＞
内燃機関が停止し、流体供給手段から作動油がバルブタイミング装置に供給されなくなり、作動油の圧力が設定圧力以下になった状態を図６、図７に示す。内燃機関停止中、又は停止後、バルブタイミング装置１に作動油が供給されなくなると、進角室３７に進角通路９２を経由して連通している油圧室５７の作動油の圧力と、遅角室３２に遅角通路８４を経由して連通している油圧室５８の作動油の圧力とが設定圧力以下になる。これにより、嵌合ピン５６は、予め設定されたスプリング５９の付勢力により嵌合穴５３から、内燃機関停止中、又は始動中に離脱する。

嵌合ピン５６が嵌合穴５３から離脱すると、第一ベーンロータ２０を図６の時計方向に付勢し、第二ベーンロータ２５を反時計方向に付勢するリターンスプリング６０により、第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５とは相反する方向に回転する。このとき、第二ベーン４３の当接部４６がシュー１３３に当接し、第二ベーンロータ２５のハウジング１０に対する遅角方向の相対回転は制限される。このため、第一ベーンロータ２０はハウジング１０に対し進角方向に相対回転する。すると、第一ベーン４１に設けられた当接部４９がシュー１３２に当接し、第一ベーンロータ２０のハウジング１０に対する進角方向の相対回転は制限される。第一ベーンロータ２０はカム軸３に結合されており、これにより、バルブタイミング調整装置１は進角側に位相を到達させることができる。

第一ベーン４１が最進角に位置するとき、ストッパピストン７０と嵌合リング７１とは同一軸線上に位置し、スプリング７５の付勢力によりストッパピストン７０は嵌合リング７１に嵌合する。
＜内燃機関始動後＞
内燃機関始動後、作動油がバルブタイミング調整装置に供給され、進角制御をしている状態を図８、図９に示す。内燃機関が始動すると、作動油が進角通路９０、９４、９５、９６、９７を通じて進角室３５、３６、３７、３８に供給される。作動油の圧力は第二ベーン４２、４３、４４に作用し、第二ベーン４２、４３、４４はリターンスプリング７０の付勢力に抗し、進角側に回転する。遅角室３１、３２、３３の作動油が遅角通路８６、８７、８８、８０を通じてオイルパン側へ排出される。このとき、第一ベーンの当接部４９はシュー１３２に当接している。また、ストッパピストン７０は嵌合リング７１に嵌合している。このため、第一ベーンロータ２０のハウジングに対する進角方向の相対回転は制限されている。第二ベーン４３が進角方向に回転し、当接部５０と当接部５５とが当接するとき、嵌合ピン５６と嵌合穴５３とは同一軸線上に位置する。進角室３７の作動油が進角通路９２を通じて油圧室５７に供給されると、作動油の圧力はスプリング５９の付勢力に抗し、嵌合ピン５６を嵌合穴５３に嵌合させる。嵌合ピン５６が嵌合穴５３に嵌合すると、第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５とは相対回転不能となり、リターンスプリング７０の付勢力はバルブタイミング調整装置１の位相制御に影響を及ぼさなくなる。

本実施形態では、内燃機関停止中、又は停止後の、流体供給手段４から作動油がバルブタイミング装置１に供給されなくなくなった状態において、内燃機関停止中、又は始動中に、規制手段が第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５との結合を解除し、リターンスプリング６０の付勢力により第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５とが相反する方向に回転する。このため、バルブタイミング調整装置１は、内燃機関の始動時にバルブタイミング調整装置の位相を進角位置に到達させることができる。
また、内燃機関始動後、流体供給手段４から作動油がバルブタイミング調整装置１に供給され、進角制御または遅角制御をすると、嵌合ピン５６と嵌合穴５３とが嵌合する。すると、リターンスプリング６０の付勢力はバルブタイミング調整装置１の作動流体の圧力による位相制御に影響を及ぼさなくなる。

規制手段は内燃機関の停止中、又は始動中に嵌合ピン５６と嵌合穴５３との結合を解除し、内燃機関の始動後に嵌合ピン５６と嵌合穴５３とを結合する。このため、内燃機関の始動時のみリターンスプリング６０による位相制御ができる。リターンスプリング６０の付勢力を極低温での内燃機関始動時の平均カムトルクに設定できるので、極低温においてバルブタイミング調整装置１を進角制御することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１０〜図１５に示す。第２実施形態では、収容室が３室形成されており、第一ベーン２４１、２４２、２４３が収容室２１１、２１２、２１３に収容されている。第二ベーンロータ２２５のボス部２７０は、第一ベーンロータ２２０よりフロントプレート１７側において第一ベーンロータ２２０の格納部２２１に嵌合している。第二ベーン２４４は、図１２に示す第一ベーン摺接部２５４のフロントプレート１７側において軸方向に摺接し、収容室２４１に収容され、ハウジング１６および第一ベーンロータ２２０に対して相対回転可能である。

図１０および図１１は内燃機関停止直後のバルブタイミング調整装置２の作動状態を示し、図１２および図１３は内燃機関停止中の作動状態を示し、図１４および図１５は内燃機関始動後の作動状態を示している。
まず、バルブタイミング調整装置２の機械的構成を図１０から図１1に基づいて説明する。但し、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のバルブタイミング調整装置２は、ハウジング１６と、第一ベーンロータ２２０と、第二ベーンロータ２２５と、規制手段としての嵌合ピン２５６と、付勢手段としてのリターンスプリング２６０等から構成される。
駆動側回転体であるハウジング１６は、チェーンスプロケット１８、シューハウジング１９、フロントプレート１７から構成されている。シューハウジング１９は仕切部材としてのシュー２３１、２３２、２３３と、環状の周壁２３０とを有し、一体に形成されている。台形に形成されたシュー２３１、２３２、２３３は周壁２３０から径方向内側に延びており、周壁２３０の回転方向にほぼ等間隔に設けられている。シュー２３３と２３１との間に収容室２１１が設けられ、シュー２３１と２３２との間に収容室２１２が設けられ、シュー２３２と２３３との間に収容室２１３が設けられている。シューハウジング１９およびフロントプレート１７はボルト１５によってチェーンスプロケット１８と同軸上に固定されている。チェーンスプロケット１８は、図示しない内燃機関の駆動軸としてのクランクシャフトと結合して駆動力を伝達され、クランクシャフトとともに回転する。クランクシャフトの駆動力は、バルブタイミング装置２を経由して従動軸としての図示しないカム軸に伝達され、吸気弁を開閉駆動する。カム軸は、チェーンスプロケット１８に対し相対回転可能にチェーンスプロケット１８に挿入される。

従動側回転体としての第一ベーンロータ２２０はチェーンスプロケット１７の差込孔７から差込まれるカム軸の軸方向端面と当接し、カム軸および第一ベーンロータ２２０は図示しないボルトにより同軸上に結合される。第一ベーンロータ２２０とカム軸との回転方向の位置決めは、第一ベーンロータ２２０およびカム軸に図示しない位置決めピンを嵌合すること等により成される。カム軸、ハウジング１６および第一ベーンロータ２２０は図１０の時計方向に回転する。以下この回転方向をクランクシャフトに対するカム軸の進行方向とする。

第一ベーンロータ２２０はハウジング１６に対し相対回転可能にハウジング１６内に収容されている。第一ベーンロータ２２０は、カム軸に固定される円筒状のボス部２７１と、軸方向のフロントプレート側に格納部２２１と、外周側に第一ベーン２４１、２４２、２４３を有している。第一ベーン２４１、２４２、２４３は、それぞれ収容室２１１、２１２、２１３内に回転可能に収容されている。第一ベーン２４１は、収容室２１１を進角室２３９と遅角室２３６とに仕切っている。第一ベーン２４２は、収容室２１２を進角室２３７と遅角室２３４とに仕切っている。第一ベーン２４３は、収容室２１３を進角室２３８と遅角室２３５とに仕切っている。第一ベーン２４１には、進角室２３９側に図１２に示す摺接部２５４が形成されている。図１０に示す遅角、進角を表す矢印は、ハウジング１６に対する第一ベーンロータ２２０の遅角方向、進角方向を表している。第一ベーン２４３は、シュー２３２に当接する当接部２４８と、シュー２３３に当接する当接部２４６とを有している。当接部２４８、２４６はそれぞれシュー２３２、２３３と当接することで第一ベーンロータ２２０の回転範囲を制限している。

第二ベーンロータ２２５は、ハウジング１６内で第一ベーンロータ２２０と同一軸線上に設置され、第一ベーンロータ２２０よりフロントプレート１７側において第一ベーンロータ２２０の格納部２２１の外周側に嵌合している。第二ベーンロータ２２５は、ハウジング１６および第一ベーンロータ２２０に対し相対回転可能に設置されている。第二ベーンロータ２２５は、格納部２２１に当接するボス部２７０と外周側に第二ベーン２４４とを有している。第二ベーン２４４は、収容室２１１内の第一ベーン２４１に形成された摺接部２５４のフロントプレート１７側に摺接している。図１０に示す遅角、進角を表す矢印は、ハウジング１６に対する第二ベーンロータ２２５の遅角方向、進角方向を表している。第二ベーン２４４は、収容室２１１を進角室２３９と遅角室２３６とに仕切っている。第二ベーン２４４はシュー２３３に当接する当接部２４７と、第一ベーン２４１に設けられる当接部２５０に当接する当接部２５５とを有している。当接部２４７、２５５はそれぞれシュー２３３、当接部２５０と当接することで第二ベーンロータの回転範囲を制限している。

規制手段としての嵌合ピン２５６は、第一ベーン２４１の油圧室２５７、２５８に往復移動自在に収容されている。油圧室２５７、２５８は、第一ベーン２４１の摺接部２５４に設けられている。嵌合リング２５３は、摺接部２４１に重なる第二ベーン２４４に形成された凹部に圧入保持されている。段付き円筒状に形成された嵌合ピン２５６は、スプリング２５９により嵌合穴２５３から抜け出す方向に付勢されている。スプリング２５９の付勢力は、内燃機関停止時の作動油の圧力より高く設定されている。油圧室２５７は、進角通路２９４を経由し、進角室２３９と連通している。油圧室２５８は、遅角通路２８４を経由し、遅角室２３６と連通している。油圧室２５７、２５８に供給される作動油の圧力は、嵌合ピン２５６を嵌合リング２５３に押し込む方向に作用する。

嵌合リング２５３は、第一ベーン２４１の当接部２５０と第二ベーン２４４の当接部２５５とが当接するとき、嵌合ピン２５６と同一軸線上に重なる位置に形成されている。嵌合リング２５３は、嵌合ピン２５６と嵌合可能である。嵌合リング２５３と嵌合ピン２５６とが同一軸線上に重なり、作動油の圧力がスプリング２５９の付勢力以上のとき、嵌合ピン２５６は嵌合リング２５３と嵌合する。作動油の圧力がスプリング２５９の付勢力以下のとき、嵌合ピン２５６は嵌合リング２５３から離脱する。

リターンスプリング２６０は、第一ベーンロータ２２０の軸方向のロントプレート側に設けられ、有底円筒状に形成された格納部２２１に圧縮収容されている。格納部２２１には、径方向内側に窪む取付溝２２３が形成されている。第二ベーン２４４には径方向外側に窪む取付溝２４５が形成されている。リターンスプリング２６０の一端２６１は取付溝２２３に係止され、他端２６２は取付溝２４５に係止されている。

リターンスプリング２６０の他端２６２が収容室２１１の間を往復可能な範囲に、格納部２２１には切り欠き部２２２が形成されている。リターンスプリング２６０は第一ベーンロータ２２０を図１０の時計方向に付勢し、第二ベーンロータ２２５を反時計方向に付勢している。リターンスプリング２６０はバルブタイミング調整装置２の設置される内燃機関通常運転時の作動油の圧力より低く設定され、好ましくは、極低温での内燃機関始動時の平均カムトルクに設定される。

円筒状に形成された嵌合部材としてのストッパピストン７０は第一ベーン２４３に形成された貫通孔に回転軸方向に往復移動自在に収容されている。ハウジング１６に対する第一ベーン２４１、２４２、２４３および第一ベーンロータ２２０の相対回転を拘束する拘束機構を構成するストッパピストン７０、嵌合リング、およびスプリングについては第１実施形態と実質的に同じ構成のため、説明を省略する。

進角通路２９５、２９６、２９７は、進角室２３９、２３７、２３８に作動油を供給するとともに各進角室から作動油を図示しないオイルパン側へ排出する。遅角通路２８５、２８６、２８７は、遅角室２３６、２３４、２３５に作動油を供給するとともに各進角室から作動油を図示しないオイルパン側へ排出する。したがって、進角通路は進角供給通路と進角排出通路を兼ねており、遅角通路は遅角供給通路と遅角排出通路を兼ねている。この通路構成により、図示しない流体供給手段から進角室２３９、２３７、２３８、遅角室２３６、２３４、２３５に作動油を供給および排出可能になる。

次に、バルブタイミング調整装置の作動について説明する。
＜内燃機関停止直後＞
内燃機関停止直後のバルブタイミング調整装置の一形態を図１０、図１１に示す。バルブタイミング調整装置２は、遅角側に位相制御されていた状態で内燃機関が停止した状態を示している。バルブタイミング調整装置２は、内燃機関停止直前まで図示しない流体供給手段から作動油が遅角通路２８５、２８６、２８７を通じて遅角室２３６、２３４、２３５に供給され、作動油の圧力により第一ベーンロータ２２０および第二ベーンロータ２２５がハウジングに対して遅角側に相対回転し、進角室２３９、２３７、２３８の作動油が進角通路２９５、２９６、２９７を通じてオイルパン側へ排出されていたものである。

このとき、バルブタイミング調整装置２は、遅角室２３６の作動油が遅角通路２８４を経由して油圧室２５８に供給され、進角室２３９の作動油が進角通路２９４を経由して油圧室２５７に供給されていた。このため、油圧室２５８、２５７の作動油の圧力が予め設定されたスプリング２５９の付勢力に抗し、嵌合ピン２５６は、嵌合リング２５３に嵌合している。ストッパピストン７０は、嵌合リングと同一軸線上になく、嵌合リングに嵌合不能である。

＜内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中＞
内燃機関が停止し、作動油がバルブタイミング装置に供給されなくなり、作動油の圧力が設定圧力以下になった状態を図１２、図１３に示す。内燃機関停止中、又は停止後、バルブタイミング装置２に作動油が供給されなくなると、進角室２３９、遅角室２３６にそれぞれ進角通路２９４、遅角通路２８４を通じて連通している油圧室２５７、２５８の作動油の圧力が予め設定されたスプリング２５９の付勢力以下になる。これにより、嵌合ピン２５６は、スプリング２５９の付勢力により嵌合リング２５３から、内燃機関停止中、又は始動中に離脱する。

嵌合ピン２５６が嵌合リング２５３から離脱すると、リターンスプリング２６０は第一ベーンロータ２２０を図１２の時計方向に付勢し、第二ベーンロータ２２５を反時計方向に付勢する。このとき、第二ベーン２４４の当接部２４７がシュー２３３に当接し、第二ベーンロータ２２５のハウジング１６に対する遅角方向の相対回転は制限される。このため、第一ベーンロータ２２０はハウジング１６に対し進角方向に相対回転する。すると、第一ベーン２４３に設けられた当接部２４６がシュー２３３に当接し、第一ベーンロータ２２０のハウジング１６に対する進角方向の相対回転は制限される。第一ベーンロータ２２０は図示しないカム軸に結合されており、これにより、バルブタイミング調整装置２は位相を進角側に到達させることができる。
第一ベーン２４３が最進角に位置するとき、ストッパピストン７０はチェーンスプロケット１８に設けられる嵌合リングと同一軸線上に位置し、ストッパピストン７０はスプリングの付勢力により嵌合リングに嵌合する。

＜内燃機関始動後＞
内燃機関始動後、図示しない流体供給手段から作動油がバルブタイミング調整装置に供給され、進角制御をしている状態を図１４、図１５に示す。流体供給手段から進角通路２９５を経由して進角室２３９に作動油が供給され、作動油の圧力は第二ベーン２４４に作用する。このとき、第一ベーン２４３の当接部２４６はシュー２３３に当接しており、第一ベーンロータ２２０のハウジングに対する進角方向の相対回転は制限されている。このため、第二ベーン２４４は、リターンスプリング７０の付勢力に抗し、ハウジングに対して進角側に回転する。第二ベーン２４４が進角方向に回転すると、第一ベーンロータ２２０の摺接部２５４が第二ベーン２４４の嵌合リング２５３側の面と摺動し、当接部２５０と当接部２５５とが当接するとき、嵌合ピン２５６と嵌合リング２５３とは同一軸線上に位置する。進角室２３９の作動油が進角通路２９４を経由して油圧室２５７に供給され、遅角室２３６の作動油が遅角通路２８４を経由して油圧室２５８に供給される。作動油の圧力がスプリング２５９の付勢力に抗し、嵌合ピン２５６は嵌合リング２５３に嵌合する。嵌合ピン２５６が嵌合リング２５３に嵌合すると、第一ベーンロータ２２０と第二ベーンロータ２２５とは相対回転不能となり、リターンスプリング７０の付勢力はバルブタイミング調整装置２の位相制御に影響を及ぼさなくなる。

本実施形態では、ハウジング１６内に収容室を３室形成するバルブタイミング調整装置２においてもリターンスプリング６０の付勢力が作動油の油圧による位相制御に影響を及ぼすことを防止することができる。さらに、リターンスプリング６０の付勢力を大きくし、極低温における内燃機関の始動時のバルブタイミング調整装置２の位相を目標位置に到達させることができる。

本実施形態では、第一ベーン２４１の摺接部２５４に嵌合ピン２５６を設け、第二ベーン２４４に嵌合リング２５３を設けている。嵌合ピン２５６および嵌合リング２５３は、第一ベーンロータ２２０および第二ベーンロータ２２５のボス部２７１、２７０よりも外周側に位置する第一ベーン２４１および第二ベーン２４４に設けられることにより耐久性が向上する。

（他の実施形態）
第一実施形態におけるバルブタイミング調整装置１の機械的構成では、第一ベーンロータ２０にシュー１３１、１３２と当接する第一ベーン４１および当接部４８、４９を設け、第一ベーンロータ２０の回転範囲を制限した。これに対し、本発明では、第一ベーンロータに第一ベーンおよび当接部を設けず、第一ベーンロータのボス部に直接突起等を設け、シューと当接する構成とし、第一ベーンロータの回転範囲を制限してもよい。
また、本発明では、第二ベーンロータに第二ベーンおよび当接部を設けず、第二ベーンロータのボス部に直接突起等を設け、シューと当接する構成とし、第一ベーンロータの回転範囲を制限してもよい。

第一実施形態におけるバルブタイミング調整装置１の内燃機関停止直後を示す図４では、第一ベーンの当接部４８がシュー１３１に、第二ベーンの当接部４６がシュー１３３にそれぞれ当接した状態を示して説明をした。これに対し、内燃機関が停止したバルブタイミング調整装置の他の形態において、各当接部は、シューに当接していなくてもよい。
第二実施形態におけるバルブタイミング調整装置２の内燃機関停止直後を示す図１０では、第一ベーンの当接部２４８がシュー２３２に当接した状態を示して説明をした。これに対し、内燃機関が停止したバルブタイミング調整装置の他の形態において、当接部は、シューに当接していなくてもよい。

また、第一実施形態におけるバルブタイミング調整装置１内燃機関始動後の説明では、バルブタイミング調整装置１を進角制御し、第二ベーンロータ２５進角方向に回転させ、嵌合ピン５６と嵌合穴５３とを嵌合させた作動を説明した。これに対し、バルブタイミング調整装置を遅角制御し、第一ベーンロータ２０を遅角方向に回転させ、嵌合ピン５６と嵌合穴５３とを嵌合させることも可能である。この場合、遅角室３０から遅角通路８１を通じて油圧室７２に作動油が供給され、作動油の圧力がスプリング７５の付勢力に抗し、ストッパピストン７０を嵌合リング７１から離脱させる。遅角通路８０、８５を経由して遅角室３０に供給される作動油の圧力が第一ベーン４１に作用し、第一ベーン４１はリターンスプリング７０の付勢力に抗し、遅角側に回転する。進角室３５の作動油は、進角通路９４、９０を通じてオイルパン側へ排出される。このとき、第二ベーン４３の当接部４６がシュー１３３と当接し、第二ベーンロータ２５のハウジング１０に対する遅角方向の相対回転は制限される。このため、第一ベーンロータ２０が遅角方向に回転し、当接部５０と当接部５５とが当接する。このとき、遅角室３２の作動油が遅角通路８４を通じて油圧室５８に供給されるので、嵌合ピン５６は嵌合穴５３に嵌合する。これにより、第一ベーンロータ２０と第二ベーンロータ２５とは相対回転不能となり、リターンスプリング７０の付勢力はバルブタイミング調整装置１の位相制御に影響を及ぼさなくなる。

第二実施形態におけるバルブタイミング調整装置２の内燃機関始動後の説明ではバルブタイミング調整装置２を進角制御し、第二ベーンロータ２２５を進角方向に回転させ、嵌合ピン２５６と嵌合リング２５３とを嵌合させた作動を説明した。これに対し、バルブタイミング調整装置を遅角制御し、第一ベーンロータ２２０を遅角方向に回転させ、嵌合ピン２５６と嵌合リング２５３とを嵌合させることも可能である。この場合、遅角室２３５から遅角通路８１を通じて作動油が供給され、ストッパピストン７０は嵌合リングから離脱する。遅角室２３４、２３５、２３６に供給される作動油の圧力が第一ベーン２４２、２４３、２４１に作用する。このとき、第二ベーン２４４の当接部２４７がシュー２３３と当接し、第二ベーンロータ２２５のハウジング１６に対する遅角方向の相対回転が制限される。このため、第一ベーン２４２、２４３、２４１は、リターンスプリング７０の付勢力に抗し、遅角側に回転する。第一ベーンロータ２２０が遅角方向に回転し、当接部２５０と当接部２５５とが当接するとき、嵌合ピン２５６と嵌合リング２５３は同一軸線上に位置する。遅角室２３６の作動油が遅角通路２８４を通じて油圧室２５８に供給され、進角室２３９の作動油が進角通路２９４を通じて油圧室２５７に供給され、嵌合ピン２５６は嵌合リング２５３に嵌合する。これにより、第一ベーンロータ２２０と第二ベーンロータ２２５とは相対回転不能となり、リターンスプリング７０の付勢力はバルブタイミング調整装置２の位相制御に影響を及ぼさなくなる。

上記実施形態では、内燃機関の排気弁について始動時の位相を進角側に制御するバルブタイミング調整装置について説明した。これに対し、内燃機関の排気弁について始動時の位相を遅角側に制御するバルブタイミング調整装置に本発明を適用してもよい。また、内燃機関の吸気弁について始動時の位相を遅角側または進角側に制御するバルブタイミング調整装置に本発明を適用してもよい。
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、他の種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２のＡ−Ａ線断面図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１のＢ−Ｂ線断面図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２のＣ方向から見た平面図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止直後の作動状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止直後の作動状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中の作動状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中の作動状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関始動後の作動状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関始動後の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止直後の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止直後の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関停止中、又は停止後、又は始動中の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関始動後の作動状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置の内燃機関始動後の作動状態を示す図。

符号の説明

１、２：バルブタイミング調整装置、３：カム軸（従動軸）、４：流体供給手段、１０、１６：ハウジング、１１１、１１２、１１３、１１４、２１１、２１２、２１３：収容室、３０、３１、３２、３３、２３４、２３５、２３６：遅角室、３５、３６、３７、３８、２３７、２３８、２３９：進角室、２０、２２０：第一ベーンロータ、２６、２７１：ボス部、４１、２４１、２４２、２４３：第一ベーン、４８、４９、２４６、２４８：当接部、２５、２２５：第二ベーンロータ、２７、２７０：ボス部、４２、４３、４４、２４４：第二ベーン、４６、４７、２４７：当接部、５６、２５６：嵌合ピン（規制手段）、５３：嵌合穴、２５３：嵌合リング、６０、２６０：リターンスプリング（付勢手段）、７０：ストッパピストン

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を開閉駆動する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記吸気弁および前記排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置において、
   前記駆動軸および前記従動軸の一方とともに回転し、所定角度範囲で回転方向に形成された収容室を有するハウジングと、
   前記駆動軸および前記従動軸の他方とともに回転し、前記収容室を遅角室および進角室に仕切り、前記遅角室および前記進角室に供給される作動流体の圧力により遅角側または進角側に前記ハウジングに対して相対回転駆動される第一ベーンロータと、
   前記第一ベーンロータと同一軸線上に設置され、前記駆動軸および前記従動軸と相対回転し、前記収容室を遅角室および進角室に仕切り、前記遅角室および前記進角室に供給される作動流体の圧力により遅角側または進角側に前記ハウジングに対して相対回転駆動される第二ベーンロータと、
   一端を前記第一ベーンロータに係止し、他端を前記第二ベーンロータに係止し、前記第一ベーンロータと前記第二ベーンロータの一方を進角側に付勢し、前記第一ベーンロータと前記第二ベーンロータの他方を遅角側に付勢する付勢手段と、
   流体供給手段から供給される作動流体の圧力が設定圧力未満のとき前記第一ベーンロータと前記第二ベーンロータとの相対回転の規制をし、流体供給手段から供給される作動流体の圧力が設定圧力以上のとき前記第一ベーンロータと前記第二ベーンロータとの相対回転の規制を解除する規制手段と、
   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. 前記第一ベーンロータと、前記第二ベーンロータとは、前記収容室に軸方向に重なり収容されることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング装置。
3. 前記規制手段は、前記第一ベーンロータに設けられる油圧室に軸方向に往復移動可能に収容される嵌合ピンと、前記嵌合ピンを前記第二ベーンロータに形成される嵌合穴から抜き出す方向に付勢するスプリングとから形成され、
   前記油圧室は、前記進角室および前記遅角室と連通することを特徴とする請求項１または２記載のバルブタイミング装置。
4. 前記嵌合ピンは、前記第一ベーンロータの第一ベーンに設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のバルブタイミング装置。

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