JP2010185366A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンロータの変換角が大きく、かつ、作動油圧の脈動に影響されることのない安定した作動機構を有するバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】ストッパピストン８０の内部に軸方向の通路８２があるため、一端８５がハウジング１１の嵌合孔２１に嵌合するとき、嵌合孔２１内の作動油は通路８２からベーンロータ５０に形成された保持孔５５内に排出される。嵌合孔２１が遅角油圧室３０１または進角油圧室３１１と連通する状態があってもよいので、ベーンロータ５０のベーン５２の羽幅を小さくすることができ、ハウジング１１に対する変換角を拡大可能である。ストッパピストン８０は、一端８５と他端８６とに、互いに略同一面積の端面を有する。ハウジング１１内の作動油圧に脈動が生じても、一端８５に加わる矢印Ａ方向の脈動圧と他端８６に加わる矢印Ｂ方向の脈動圧とが相殺され、ストッパピストン８０の位置が安定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）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運転条件に応じて変更するためのバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンのクランクシャフトと同期回転するハウジングのタイミングプーリやチェーンスプロケットを介してカムシャフトを駆動し、圧力室としての進角油圧室および遅角油圧室に流入出する作動油の圧力によりクランクシャフトとカムシャフトとの位相差を制御するベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなベーン式のバルブタイミング調整装置では、通常、エンジン始動時、ベーンロータに設けられたストッパピストンがハウジングに形成された嵌合孔に嵌合しているため、ベーンロータのハウジングに対する相対回転が規制されている。これにより、エンジン始動直後におけるクランクシャフトからカムシャフトへの駆動力の安定した伝達、およびベーンロータとハウジングとの相対的な回転振動によって生じる打音の防止を図っている。

特開２００２−３５７１０５号公報

ところで、予期せぬエンジン停止時など、ストッパピストンがハウジングの嵌合孔に嵌合していない状態で運転を終了することがある。この場合、次の運転におけるエンジン再始動時、カムシャフトの変動トルクを利用してベーンロータを揺動させることによってストッパピストンをハウジングの嵌合孔に嵌合させ、ベーンロータのハウジングに対する相対回転を規制する必要がある。

従来のバルブタイミング調整装置では、通常、ハウジングの嵌合孔が作動油で満たされているため、ストッパピストンが嵌合孔に嵌合する際、嵌合孔内の作動油を油路側へ押し戻す必要がある。しかしながら、例えば特許文献１に示されるようなストッパピストンの構成には、先端部で作動油を押し戻すための圧力の損失が大きくなり、応答速度が低下するという問題があった。

この問題を解決するために、例えば、ハウジングの嵌合孔に連通して作動油を外部へ排出可能とする通路をハウジングに形成することが考えられる。このような通路があれば、ストッパピストンが嵌合孔に嵌合するとき、嵌合孔に溜まった作動油は通路を経由して装置外部へ排出されるため、ストッパピストンの作動を阻害しない。

ところが、上述した通路を有するバルブタイミング調整装置では、進角油圧室および遅角油圧室内部の作動油が通路を通じて外部へ漏れることを防ぐために、各油圧室と嵌合孔との連通を常に遮断しておく必要がある。したがって、嵌合孔が形成されたハウジングの側壁に摺動するベーンロータの端面によって嵌合孔を常にシールすることができるように、ベーンの周方向の羽幅を大きく形成しなければならない。このように、従来のバルブタイミング調整装置では、ストッパピストンの応答性を向上させることと変換角を大きくすることとの両立が困難であった。

また、多くの場合、ストッパピストンは、装置内部から作動油圧を受圧しうるように構成されている。このストッパピストンが受圧する作動油圧には、ベーンロータの揺動に伴う脈動が発生する。したがって、従来のストッパピストンは、装置内部からかかる圧力の脈動によって位置が変動してしまい、誤作動を起こす虞があった。その結果、望ましくないタイミングでベーンロータがハウジングに係止され、または係止解除されてしまい、バルブタイミング調整装置の作動不良を招くことが懸念される。

そこで、本発明の目的は、ベーンロータの変換角が大きく、かつ、作動油圧の脈動に影響されることのない安定した作動機構を有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記載の発明では、ベーンロータは、ベーン支持部とベーン支持部に一体に設けられるベーン部材とからなり、ハウジングに形成された収容室に収容されている。ベーン部材に回転軸と平行に形成される保持孔には、ハウジングに対するベーン部材の相対回転を規制する規制部材が往復移動可能に設けられている。規制部材は、中空筒状に形成される部材であって、軸方向に作動流体を流通させることが可能な通路、ならびに軸方向の端面を略同一面積で形成する一端および他端を有している。ベーン部材は、規制部材を回転軸方向と平行に往復移動可能に保持する保持孔を有し、ハウジングの側壁の一方は、規制部材の一端が嵌合可能な嵌合孔を有している。そして、このバルブタイミング調整装置においては、規制部材がベーン部材の保持孔から突出して嵌合孔に嵌合する際に、嵌合孔内部の作動流体が規制部材の通路を通じて保持孔内部に排出される。

上記構成において、規制部材は、エンジンの始動時にバルブタイミング調整装置を適切な位相に保持することが可能なストッパピストンとしての役割を担う。また、この規制部材は、通路を有する中空筒状に形成されているので、嵌合孔への嵌合と同時に、嵌合孔と保持孔とを通路で連通させることを可能としている。以上により、規制部材は、ハウジングにベーン部材を係止する機能、および、嵌合孔内部の作動流体を規制部材自身の通路またはベーン部材の内壁と規制部材とで区画される空間へ排出する機能、の双方を併せ持つ。このようなバルブタイミング調整装置では、例えば、上記の作動流体を装置外部へ排出する通路をハウジングなどに設ける必要がなくなるので、装置内部の作動油が通路を通じて外部へ漏れることを防ぐようにベーンロータを構成することも不要となる。したがって、ベーン部材の設計の自由度が向上し、ベーン部材の周方向の羽幅を小さくすることが可能となる。よって、ベーンロータの変換角を拡大し、かつ、ストッパピストンの作動応答性を確保することができる。

また、上記構成により、規制部材は、軸方向の一端と他端とに略同一の面積で形成された端面において、装置内部の作動流体の圧力に生じる脈動を、一端側と他端側との両方から均等に受圧するようになる。このため、従来のストッパピストンの多くは装置内部側すなわち反嵌合孔側からのみ脈動により変動する作動油圧を受圧するのに対し、上記構成では、規制部材が受圧する作動流体の圧力における脈動の影響が一端側と他端側とで相殺され、往復移動方向における位置が安定する。したがって、作動流体の圧力の脈動にかかわらず、ストッパピストンの誤作動を防ぐことが可能となり、バルブタイミング調整装置の作動機構が安定する。
このように、本発明では、ベーンロータの変換角を大きくすることと、ストッパピストンの作動の応答速度および安定性を向上させることとを両立させることが可能となる。ひいては、カムシャフトの位相を広範囲で精度良く制御可能なバルブタイミング調整装置を提供することができる。

請求項２記載の発明では、保持孔を形成するベーン部材の内壁に、規制部材を摺動可能に支持する径内方向に凸の軸受部が設けられている。また、規制部材の外壁には、保持孔を形成するベーン部材の内壁と摺動可能な径外方向に凸の鍔部が形成されている。これにより、例えば、軸受部と鍔部によって作り出された径外方向のスペースに、規制部材の往復移動を制御するための構成を設けることが可能となる。このため、規制部材の径内方向には、従来多くのストッパピストンが径内方向に有していた弾性部材などの制御機構を配置する必要がなくなり、通路とするためのスペースを確保することができる。なお、この構成においては、軸受部の数または鍔部の数、あるいはその両方は、一であっても複数であってもよい。

請求項３記載の発明によると、上記の軸受部は複数設けられており、第１軸受部および第２軸受部を含んで構成される。第１軸受部は、保持孔を形成するベーン部材の内壁における嵌合孔側の端で径内方向に凸に設けられており、規制部材を摺動可能に支持する。第２軸受部は、保持孔内でベーン部材の内壁に固定されており、規制部材の他端を摺動可能に支持する。これにより、保持孔は、第１軸受部と鍔部との間に区画される第１圧力室、および、第２軸受部と鍔部との間で区画される第２圧力室を有するものとなっている。そして、弾性部材は、第１圧力室および第２圧力室の少なくともいずれか一方に設けられている。第１圧力室および第２圧力室の少なくともいずれか一方には、ベーン部材に形成される通路が接続している。このように鍔部および軸受部を配置し、保持孔を第１圧力室と第２圧力室とに分けることによって、例えば、ベーン部材に形成される通路を介して第１圧力室または第２圧力室もしくはその両方に作動流体を流入出させ、この作動流体の圧力により規制部材の往復移動を制御することが可能である。

請求項４記載の発明によると、保持孔には、ベーン部材の軸受部と規制部材の鍔部との間に、規制部材の軸方向における位置を制御可能な弾性部材が設けられている。すなわち、軸受部と鍔部とを設けることによって、規制部材の外壁に対する径外方向に弾性部材を配置することが可能となる。このような位置に弾性部材を設けることにより、ストッパピストンの役割を担う規制部材の中心軸に通路を設けることと、往復移動方向における所定の位置で規制部材を保持することとを、簡易な構成にて両立させることができる。

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の要部断面を、（ａ）中間位相、（ｂ）最進角位相、（ｃ）最遅角位相、の各状態について示す概念図である。 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断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面で、ベーン部材が最進角位置にある状態を示す模式図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面で、ベーン部材が最遅角位置にある状態を示す模式図である。 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要部断面を中間位相の状態について示す概念図である。 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要部断面を中間位相の状態について示す概念図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（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４に示す。バルブタイミング調整装置１０は、作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、吸気弁のバルブタイミングを調整する。

図２に示すように、バルブタイミング調整装置１０は、ハウジング１１およびベーンロータ５０などを備えている。ハウジング１１は、側壁としてのフロントプレート２０、周壁としてのシューハウジング３０および側壁としてのチェーンスプロケット４０を有している。フロントプレート２０、シューハウジング３０およびチェーンスプロケット４０は、ボルト１２によって同軸上に固定されている。これにより、シューハウジング３０の軸方向両端にフロントプレート２０およびチェーンスプロケット４０が接続し、シューハウジング３０、フロントプレート２０およびチェーンスプロケット４０によって収容室３５が形成されている。チェーンスプロケット４０は、図示しないチェーンにより図示しないエンジンの駆動軸としてのクランクシャフトと結合して駆動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。

従動軸としてのカムシャフト７０には、ハウジング１１を経由してクランクシャフトの駆動力が伝達される。カムシャフト７０は、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト７０は、チェーンスプロケット４０に対し所定の位相差をおいて回転可能にチェーンスプロケット４０に挿入されている。

ベーンロータ５０は、収容室３５に収容され、カムシャフト７０の回転軸方向端面と接している。カムシャフト７０およびベーンロータ５０は、ボルト１３により同軸上に固定されている。ベーンロータ５０とカムシャフト７０との回転方向の位置決めは、ベーンロータ５０およびカムシャフト７０に位置決めピン１４をはめ込むことにより行われる。このような構成により、ベーンロータ５０およびカムシャフト７０は、ハウジング１１に対して同軸に相対回転可能である。カムシャフト７０、ハウジング１１およびベーンロータ５０は、図２の紙面左側すなわち反カムシャフト７０側から見て時計方向へ回転する。以下、この回転方向をクランクシャフトに対するカムシャフト７０の進角方向とする。

図３および図４に示すように、ハウジング１１のシューハウジング３０は、筒状の筒部３１と、筒部３１から径内方向へ延びるシュー３２、３３、３４とを有している。シュー３２、３３、３４は、略台形状に形成され、筒部３１の回転方向にほぼ等間隔に配置されている。

ベーンロータ５０は、ベーン支持部としてのボス部５１と、ボス部５１の外周側に回転方向へほぼ等間隔に配置されたベーン部材としてのベーン５２、５３、５４とを有している。ベーン５２、５３、５４は、ボス部５１と一体に形成されている。ベーンロータ５０は、ハウジング１１に対し相対回転可能に収容室３５に収容されている。ベーン５２、５３、５４は、収容室３５においてシュー３２、３３、３４により回転方向に所定角度範囲で三箇所に形成されたベーン収容室３５１に、それぞれ回転可能に収容されている。

ベーン５２、５３、５４は、各ベーン収容室３５１を圧力室としての遅角油圧室と進角油圧室とに仕切っている。すなわち、シュー３２とベーン５２との間に遅角油圧室３０１が形成され、シュー３３とベーン５３との間に遅角油圧室３０２が形成され、シュー３４とベーン５４との間に遅角油圧室３０３が形成されている。また、シュー３４とベーン５２との間に進角油圧室３１１が形成され、シュー３２とベーン５３との間に進角油圧室３１２が形成され、シュー３３とベーン５４との間に進角油圧室３１３が形成されている。

シール部材１５は、半径方向に向き合うシュー３２、３３、３４とボス部５１との間、ならびにベーン５２、５３、５４とシューハウジング３０の筒部３１との間に配設されている。シール部材１５は、シュー３２、３３、３４の先端、およびベーン５２、５３、５４の反ボス部５１側端部に設けた溝にはめ込まれており、例えばばねなどによりボス部５１の外周壁および筒部３１の内周壁に向けて押し付けられている。この構成により、シール部材１５は各遅角油圧室と各進角油圧室とを液密に保持し、各遅角油圧室と各進角油圧室との間に作動油が漏れることを防止している。

図２に示すように、ベーンロータ５０は、ベーン５２を回転軸方向と平行に貫く保持孔５５を有している。保持孔５５には、規制部材としてのストッパピストン８０、および弾性部材としてのスプリング８１が収容されている。保持孔５５を形成するベーンロータ５０のフロントプレート２０側の端面５６、すなわちベーン５２の軸方向フロントプレート２０側の端面は、フロントプレート２０に対して液密に摺動可能に接している。保持孔５５を形成するベーン５２の内壁には、端面５６の位置で径内方向に凸の第１軸受部５７が形成されている。また、保持孔５５の軸方向カムシャフト７０側の位置には、第２軸受部５８が圧入され、ベーン５２の内壁に固定されている。

ストッパピストン８０は、中心軸に通路８２が設けられた円筒部８３と、円筒部８３の外壁に一体で設けられた径外方向に凸の鍔部８４とを有する中空筒状に形成されており、保持孔５５に軸方向へ往復移動可能に収容されている。スプリング８１は、軸方向の一方の端部が第２軸受部５８に接し、他方の端部がストッパピストン８０の鍔部８４に接している。スプリング８１は、軸方向へ伸びる力を有している。これにより、スプリング８１は、ストッパピストン８０をフロントプレート２０側へ付勢している。

フロントプレート２０のベーンロータ５０側端面には、嵌合孔２１が形成されている。本実施形態の場合、嵌合孔２１は、ベーンロータ５０がハウジング１１に対して相対回転するときにベーン５２がとり得る最遅角位置と最進角位置との略中間位置に形成されている。嵌合孔２１は、ストッパピストン８０の一端８５、すなわち円筒部８３の軸方向フロントプレート２０側の端部に対応して、略円形に窪んだ形状となっている。

図１（ａ）〜（ｃ）、図３および図４に示すように、嵌合孔２１の遅角方向、すなわちベーンロータ５０の回転方向における嵌合孔２１のシュー３４側には、嵌合孔２１と連続する遅角側制御溝２２が形成されている。遅角側制御溝２２は、ベーンロータ５０がハウジング１１に対して相対回転するときにベーン５２がとり得る最遅角位置と最進角位置との略中間位置に、ストッパピストン８０の一端８５が嵌合孔２１の位置から最遅角角位置へと向かう間の所定の範囲で経由する軌跡に対応して形成されている。これにより、ストッパピストン８０は、一端８５が嵌合孔２１に直接嵌まり込むか、遅角側制御溝２２に嵌まり込んでフロントプレート２０の内壁に沿ってベーンロータ５０とともに進角方向へ移動することによって嵌合孔２１に嵌合可能である。

図１（ａ）に模式的に示すように、ストッパピストン８０、ベーンロータ５０、およびフロントプレート２０を往復移動方向すなわち図１（ａ）の矢印Ｘ方向に沿って縦断した断面で見ると、略円筒状で示される円筒部８３において、一端８５側の端面と他端８６側の端面とは、互いに略同一面積の平面に形成されている。また、ベーンロータ５０の回転方向におけるストッパピストン８０の一端８５の位置が嵌合孔２１または遅角側制御溝２２の位置と対応しているとき、嵌合孔２１内部の空間と保持孔５５内部でストッパピストン８０の他端８６側に形成された空間とが、通路８２によって連通している。

ストッパピストン８０の円筒部８３は、一端８５から軸方向の所定の範囲で、外径を第１軸受部５７の内径と略同一、または第１軸受部５７の内径よりわずかに小さな径で形成されている。このため、ストッパピストン８０の円筒部８３は、保持孔５５を形成するベーン５２の内壁に、嵌合孔２１側の端で第１軸受部５７に摺動可能に支持される。また、第２軸受部５８は、内径をストッパピストン８０の他端８６の外径と略同一、または他端８６の外径よりわずかに大きな径で形成されている。このため、ストッパピストン８０の円筒部８３における他端８６は、ベーンロータ５０の保持孔５５内で第２軸受部５８に摺動可能に支持される。ストッパピストン８０の円筒部８３と、第１軸受部５７および第２軸受部５８とは、それぞれ液密に接している。

ストッパピストン８０の鍔部８４は、外径を保持孔５５の内径と略同一、または保持孔５５の内径よりわずかに小さな径で形成されている。このため、ストッパピストン８０の鍔部８４は、保持孔５５を形成するベーン５２の内壁に対して、液密に摺動可能に接している。これにより、保持孔５５の内部の空間には、第１軸受部５７と鍔部８４との間で第１圧力室８７が区画され、第２軸受部５８と鍔部８４との間で第２圧力室８８が区画される。第１圧力室８７に供給される作動油の圧力は、嵌合孔２１からストッパピストン８０が抜け出す方向へ働く。加えて、スプリング８１が第２軸受部５８と鍔部８４との間で付勢力を働かせていることにより、ストッパピストン８０の軸方向における位置が制御される。つまり、ストッパピストン８０は、第１圧力室８７から受ける力と第２圧力室８８に配置されているスプリング８１の付勢力とのバランスにより、嵌合孔２１に嵌合したり嵌合孔２１から抜け出たりする。

図２に示すように、図示しない軸受により回転を支持されているカムシャフト７０の外周壁には、環状通路７１、７２、７３が形成されている。カムシャフト７０およびボス部５１の内部には、通路８２１、複数の遅角通路３０５および複数の進角通路３１５が形成されている。通路８２１は環状通路７１と接続し、遅角通路３０５は環状通路７２と接続し、進角通路３１５は環状通路７３と接続している。なお、図２には、環状通路７１、７２、７３、遅角通路３０５、および進角通路３１５を、省略して各通路の一部のみ図示している。

図２に示すように、ベーンロータ５０のボス部５１の内部には通路８２２が形成されている。通路８２２は、通路８２１とベーン５２に形成された第１圧力室８７とを接続している。これにより、環状通路７１と第１圧力室８７とは、通路８２１、８２２を経由して連通する。また、ボス部５１の内部には三つの遅角通路３０６が形成されている。そして、各遅角通路３０６は、遅角通路３０５と各遅角油圧室とを接続している。これにより、環状通路７２と各遅角油圧室とは、遅角通路３０５、３０６を経由して連通する。さらに、ボス部５１の内部には三つの進角通路３１６が形成されている。そして、各進角通路３１６は、進角通路３１５と各進角油圧室とを接続している。これにより、環状通路７３と各進角油圧室とは、進角通路３１５、３１６を経由して連通する。

第１圧力室８７は、通路８２２、８２１、環状通路７１を経由して図示しないオイルポンプおよび図示しないオイルタンクに接続している。オイルポンプは、オイルタンクから汲み上げられた作動油を図示しない制御弁を介して第１圧力室８７に供給する。第１圧力室８７に作動油が供給されると、第１圧力室８７の内圧が高まりストッパピストン８０が嵌合孔２１から抜け出す。これにより、ベーンロータ５０は、フロントプレート２０との連結が解除され、ハウジング１１に対する相対的な回転が許容される。

第１圧力室８７内の作動油が制御弁を介してオイルタンクへ排出されると、第１圧力室８７の内圧が低下する。その結果、ストッパピストン８０は、スプリング８１の付勢力によりフロントプレート２０側へ付勢される。
ベーンロータ５０には、第２圧力室８８に接続する通路８２３が形成されている。第２圧力室８８は、通路８２３を経由して図示しないオイルタンクに接続している。これにより、ストッパピストン８０が嵌合孔２１から抜け出すとともに、第２圧力室８８からオイルタンクへ空気または各軸受部から漏れてきた作動油が排出される。

遅角油圧室３０１、３０２、３０３は、遅角通路３０６、３０５、環状通路７２を経由してオイルポンプおよびオイルタンクに接続している。また、進角油圧室３１１、３１２、３１３は、進角通路３１６、３１５、環状通路７３を経由してオイルポンプおよびオイルタンクに接続している。オイルポンプは、オイルタンクから汲み上げられた作動油を図示しない制御弁を介して遅角油圧室３０１、３０２、３０３または進角油圧室３１１、３１２、３１３に供給する。

また、各遅角油圧室および各進角油圧室は、制御弁を介してオイルタンクに接続している。制御弁を切り換えることにより、各遅角油圧室または各進角油圧室の一方にオイルタンクから作動油が供給されるとともに、各遅角油圧室または各進角油圧室の他方からオイルタンクへ作動油が排出される。これにより、油圧バランスによってハウジング１１に対するベーンロータ５０の相対的な回転位置が変化し、図示しないクランクシャフトとカムシャフト７０との位相が変更される。

次に、通常のエンジン始動時からエンジン停止時までにおける本実施形態の作動の一例について説明する。
図２に示すエンジン始動時、図示しないオイルポンプからの作動油は各遅角油圧室、各進角油圧室および第１圧力室８７にまだ供給されておらず、ベーンロータ５０はシューハウジング３０に対して最遅角位置と最進角位置との略中間に位置した状態にある。すなわち、ベーンロータ５０は、フロントプレート２０に対して図１（ａ）に示す位置にある。

この状態においてストッパピストン８０は嵌合孔２１に嵌合しているので、ベーンロータ５０はフロントプレート２０と連結されフロントプレート２０に対する相対回転が規制されている。そのため、ベーンロータ５０は、フロントプレート２０すなわちハウジング１１とともに回転する。ベーンロータ５０がフロントプレート２０に連結されていることによって、クランクシャフトからカムシャフト７０に回転駆動力が安定して伝達される。また、カムシャフト７０に正負の変動トルクが生じてもベーンロータ５０とハウジング１１とは相対的な回転振動を発生することなく、打音の発生が防止される。

エンジン通常運転中、図示しない制御弁を切り換えることにより、オイルポンプから第１圧力室８７へ作動油が供給される。図１（ａ）に示すように、第１圧力室８７へ作動油が供給され第１圧力室８７の内圧が高まると、ストッパピストン８０が嵌合孔２１から抜け出る。ストッパピストン８０が嵌合孔２１から抜け出ると、ベーンロータ５０はフロントプレート２０との連結を解除され、シューハウジング３０に対して最遅角位置から最進角位置の角度範囲内で相対回転自在となる。

このとき、図３に示すように、オイルポンプから進角油圧室３１１、３１２、３１３へ作動油が供給されると、進角油圧室３１１、３１２、３１３において圧力が高まった作動油は、ベーン５２、５３、５４を進角方向へ押圧する。これにより、ベーンロータ５０は、進角方向へ回転駆動される。
また、図４に示すように、オイルポンプから遅角油圧室３０１、３０２、３０３へ作動油が供給されると、遅角油圧室３０１、３０２、３０３において圧力が高まった作動油は、ベーン５２、５３、５４を遅角方向へ押圧する。これにより、ベーンロータ５０は、遅角方向へ回転駆動される。

このように、オイルポンプから各遅角油圧室または各進角油圧室へ供給される作動油によって、ベーンロータ５０のハウジング１１に対する相対回転が制御される。これにより、図示しないクランクシャフトとカムシャフト７０との位相が変更される。

図１（ｂ）および図３に示す状態、すなわちストッパピストン８０が嵌合孔２１の形成されている位置よりも進角側に位置している状態でエンジン停止が指示された場合、第１圧力室８７から作動油が排出される。これにより、第１圧力室８７の内圧が低下し、ストッパピストン８０はスプリング８１の付勢力によってフロントプレート２０側へ付勢される。この状態でベーンロータ５０が進角方向、遅角方向へ揺動し、ストッパピストン８０は嵌合孔２１に嵌合する。

図１（ｃ）および図４に示す状態、すなわちストッパピストン８０が嵌合孔２１の形成されている位置よりも遅角側に位置している状態でエンジン停止が指示された場合、第１圧力室８７から作動油が排出される。これにより、ベーンロータ５０が進角方向、遅角方向へ揺動し、ストッパピストン８０は嵌合孔２１に嵌合する。
通常、このようにストッパピストン８０を嵌合孔２１に嵌合させた状態、すなわちベーンロータ５０のハウジング１１に対する相対回転が規制された状態で運転を終了し、運転再開時に備える。

なお、本実施形態では、通常の運転時の状態から運転を終了するまでには、図示しない制御弁を切り換えることにより、第１圧力室８７からオイルタンクへ作動油を排出し、ストッパピストン８０を遅角側制御溝２２に嵌合させる。このため、ストッパピストン８０は遅角側制御溝２２を形成するベーン５２の内壁に遅角方向への移動を制限される。この状態でさらに進角制御を行うことにより、ストッパピストン８０の一端８５が遅角側制御溝２２に沿って進角方向へ移動し、嵌合孔２１に滑らかに嵌合する。

次に、予期しないエンジン停止後の運転再開時における本実施形態の作動を説明する。
予期しないエンジン停止時など、ストッパピストン８０が嵌合孔２１に嵌合していない状態で運転を終了することがある。この場合、次の運転におけるエンジン再始動時、第１圧力室８７内に作動油があるとこの作動油は排出される。これにより、ストッパピストン８０は、スプリング８１の付勢力によってフロントプレート２０側へ付勢される。また、このとき、カムシャフト７０には変動トルクが発生する。これにより、ベーンロータ５０は、遅角方向、進角方向へ揺動する。ベーンロータ５０が遅角方向、進角方向へ揺動することにより、フロントプレート２０側へ付勢されているストッパピストン８０は、嵌合孔２１に嵌合する。その結果、ベーンロータ５０は、フロントプレート２０と連結されフロントプレート２０すなわちハウジング１１に対する相対回転が規制される。

本発明の第１実施形態の場合、ストッパピストン８０の内部に軸方向の通路８２があることにより、一端８５が嵌合孔２１もしくは遅角側制御溝２２に嵌合するとき、嵌合孔２１および遅角側制御溝２２の内部の作動油は通路８２を経由して保持孔５５内部の他端８６側に形成される空間へ排出される。このため、一端８５で嵌合孔２１内の作動油を油圧に抗して押し返す必要がなく、ストッパピストン８０を嵌合孔２１に容易に嵌合させることができる。その結果、ストッパピストン８０の応答性を高めることができ、ハウジング１１に対するベーンロータ５０の相対回転をストッパピストン８０によって容易かつ高精度に規制することができる。したがって、バルブタイミング調整装置１０の応答性を高めることができ、高精度にカムシャフト７０の位相を制御することができる。

また、本発明の第１実施形態による利点は、次に例示する一比較例との対比によって説明することができる。ストッパピストンが嵌合孔内の油圧の抵抗を受けて応答性に影響が生じるという問題に対応する比較例として、例えば、嵌合孔を形成しているハウジングに、嵌合孔に連通して作動油を外部へ排出可能とする通路をさらに形成することが考えられる。このような通路を有するバルブタイミング調整装置の場合にも、ストッパピストンが嵌合孔に嵌合するとき、嵌合孔に溜まった作動油は通路を経由して装置外部へ排出されるため、ストッパピストンの作動が阻害されなくなる。

ところが、この比較例の上記通路を有するバルブタイミング調整装置では、進角油圧室および遅角油圧室内部の作動油が通路を通じて外部へ漏れることを防ぐために、各油圧室と嵌合孔との連通を常に遮断しておく必要がある。このため、嵌合孔が形成されたハウジングの側壁に対して摺動可能に対向するベーンロータの端面は、最進角位相から最遅角位相までのいずれの相対回転位置にあっても嵌合孔をシール可能であるように、ベーンの周方向の羽幅を大きく形成しなければならない。

このような比較例では、ハウジングの内壁で周方向に仕切られ形成された空間の範囲内において、周方向に大きなスペースを占めるベーンが揺動可能な角度の範囲は、ハウジングとベーンとの周方向に隣り合う端面同士の距離が近くなることにより、相対的に狭められてしまう。つまり、比較例の構成を採用してストッパピストンの応答性を向上させる場合は、ベーンロータの変換角、すなわち最進角位相から最遅角位相までの回転角度が小さくなってしまうという欠点が伴う。

これに対し、上述したように本実施形態では、嵌合孔２１に接続する通路が、ハウジング１１のフロントプレート２０ではなくストッパピストン８０に、嵌合孔２１と保持孔５５のチェーンスプロケット４０側とを接続する通路８２として設けられている。このため、嵌合孔２１および遅角側制御溝２２が、遅角油圧室３０１または進角油圧室３１１と連通するような状態があっても差し支えない。このように、ベーン５２の端面５６で嵌合孔２１および遅角側制御溝２２を塞ぐ必要がないため、ベーン５２の設計の自由度が向上し、各ベーンの周方向の羽幅を小さくすることが可能である。したがって、本実施形態によれば、ストッパピストン８０の作動応答性を確保しつつ、ハウジング１１に対するベーンロータ５０の変換角を拡大することができる。

さらに、本実施形態によると、ストッパピストン８０は、ベーンロータ５０の揺動に伴いバルブタイミング調整装置１０の内部の作動油圧に生じる脈動を、一端８５側と他端８６側との両方から受圧する。図１（ａ）では、ストッパピストン８０が一端８５の端面で受圧する脈動圧を矢印Ａ、他端８６の端面で受圧する脈動圧を矢印Ｂとして、作動油圧に生じる脈動の大きさおよびストッパピストン８０に対する方向を各矢印で示している。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の場合は、嵌合孔２１および遅角側制御溝２２に遅角油圧室３０１および進角油圧室３１１からの作動油が満たされ、かつ、通路８２を経由して保持孔５５にも作動油が満たされる。これにより、図１（ａ）に示すように、ストッパピストン８０は、矢印Ａ方向の作動油圧および矢印Ｂ方向の作動油圧をともに受けることになる。

また、上述したように、ストッパピストン８０の軸方向の一端８５と他端８６とには、略同一面積を有する端面が形成されているため、作動油圧に脈動が生じると、一端８５側の端面に加わる矢印Ａ方向の脈動圧と他端８６側の端面に加わる矢印Ｂ方向の脈動圧とが同じような大きさになる。

ここで、上述した比較例の構成では、嵌合孔に作動油が溜まることがないため、ストッパピストンの一端に加わる脈動圧、すなわち図１（ａ）中に矢印Ａ、矢印Ｂで示される脈動圧が発生することもない。

また、従来技術による一般的なストッパピストンについては、嵌合孔に接続する油路が別途構成されている場合が多く見られる。この場合は、嵌合孔の作動油が、ストッパピストンが収容されている空間とは別の空間へ排出されることが例示される。このような従来のストッパピストンでは、嵌合孔に面した一側と反対側の他側とで、受圧する作動油の脈動圧の大きさが異なっていたり、他側では作動油圧の脈動が生じなくなっていたりする場合がある。

したがって、比較例や従来のストッパピストンでは、装置内部側から装置内部の作動油に生じる脈動圧を受圧することにより、往復移動方向の位置が変動することがあり、望ましくないタイミングで嵌合孔に嵌合してしまうか、嵌合孔から抜け出てしまう虞がある。

これに対し、図１（ａ）に示すように、本実施形態のストッパピストン８０は、矢印Ｘで示す往復移動方向において、一端８５と他端８６とで受圧する作動油圧の脈動が両側から均等となって相殺される。すなわち、ストッパピストン８０は、両端の配置された空間が通路８２によって連通しており、かつ、両端面の面積が略同一であることにより、図１（ａ）における矢印Ｂ方向に加わる脈動圧を、矢印Ａ方向に加わる脈動圧とのバランスによって打ち消すことができる。したがって、ストッパピストン８０の往復移動方向すなわち矢印Ｘ方向の位置は、作動油圧に脈動が生じていても変動することがない。このように、本実施形態では、ストッパピストン８０の位置を安定させることにより、その誤作動を防止している。

以上説明したように、本発明の第１実施形態では、ベーンロータの変換角を大きくすることと、ストッパピストンの作動の応答速度を向上させることとを両立させることが可能である。また、ストッパピストンの誤作動を防いでいるため、バルブタイミング調整装置の安定した作動により、カムシャフトの位相をより高精度に制御することが可能となる。

（第２実施形態）
続いて、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における、規制部材としてのストッパピストンの構成を、図５に模式的に示す。図５は、第１実施形態でいう図１（ａ）に対応し、本発明の第２実施形態におけるストッパピストン８０を収容している保持孔５５内の構成を示す概念図である。

図５に示すように、本実施形態では、第１実施形態のように第２圧力室８８に弾性部材を設けることに代えて、弾性部材としてのスプリング８９を、保持孔５５において他端８６の反フロントプレート２０側に形成される空間に設けている。スプリング８９の一端は、ストッパピストンの他端８６の端面に当接しており、スプリング８９の他端は、例えば、第２軸受部５８の内壁に係止されている。このように、本発明では、弾性部材の配置が変更されていてもよい。

（第３実施形態）
また、上記の各実施形態では、弾性部材としてのスプリングの付勢力と第１圧力室８７内の作動油圧とのバランスによってストッパピストン８０の位置を制御する構成を採用しているが、図６に示す第３実施形態のように、第１圧力室８７と第２圧力室８８との作動油圧のバランスによってストッパピストン８０の位置を制御する構成を採用してもよい。図６は本発明の第３実施形態を示しており、第１実施形態でいう図１（ａ）に対応する概念図である。

本実施形態の第１実施形態と異なる点は、弾性部材としてのスプリング８１がないこと、および、第２圧力室８８に制御通路８２４が接続されていることである。制御通路は、ベーンロータ５０およびカムシャフト７０に形成された図示しない通路を経由して、図示しないオイルポンプおよび図示しないオイルタンクに接続している。この構成では、エンジン停止が指示された場合、オイルポンプが、オイルタンクから汲み上げられた作動油を図示しない制御弁を介して第２圧力室８８に供給する。また、第１圧力室８７内の作動油は、図示しない制御弁を介してオイルタンクへ排出される。これにより、第１圧力室８７の内圧が低下するとともに第２圧力室８８の内圧が上昇する。このため、ストッパピストン８０は、鍔部８４が第１圧力室８７から受ける力と鍔部８４が第２圧力室８８から受ける力とのバランスにより、フロントプレート２０側へ付勢される。

このように、第１実施形態および第２実施形態と同様に、ストッパピストン８０が鍔部８４を有していることによって、第１圧力室８７と、第２圧力室８８と、通路８２に連通された嵌合孔２１および保持孔５５の他端８６側を含む空間とがそれぞれ独立して形成される。このように各空間が独立しているため、第１圧力室８７と第２圧力室８８とに作動油を流入出させることによって、ストッパピストン８０を制御することが可能である。また、このように作動油圧による制御を行う場合であっても、ストッパピストン８０が一端８５と他端８６とに有する同一面積の両端面で、作動油圧の脈動を均等に受圧する。したがって、本発明では、第３実施形態のように、弾性部材を用いることなく、上記効果を奏するバルブタイミング調整装置を構成することも可能である。

（他の実施形態）
なお、上述の各実施形態では、バルブタイミング調整装置をエンジンの吸気弁に適用する例について説明した。しかし、本発明によるバルブタイミング調整装置は排気弁に適用してもよい。
このように、本発明は、上述の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種々の実施形態に適用可能である。

１０：バルブタイミング調整装置、１１：ハウジング、２０：フロントプレート（側壁）、２１：嵌合孔、３０：シューハウジング（周壁）、３５：収容室（空間）、５０：ベーンロータ、５１：ボス部（ベーン支持部）、５２、５３、５４：ベーン（ベーン部材）、５５：保持孔、５７：第１軸受部（軸受部）、５８：第２軸受部（軸受部）、７０：カムシャフト（従動軸）、８０：ストッパピストン（規制部材）、８１：スプリング（弾性部材）、８２：通路、８３：円筒部（規制部材）、８４：鍔部（規制部材）、８５：一端、８６：他端、８７：第１圧力室、８８：第２圧力室、３０１、３０２、３０３：遅角油圧室（圧力室）、３１１、３１２、３１３：進角油圧室（圧力室）、８２２：通路、８２３：通路

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁または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、前記吸気弁または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であって、
   前記駆動軸または前記従動軸の一方とともに回転し、周壁と回転軸方向両端で前記周壁と接続する側壁とを有し、前記周壁および前記両側壁により収容室を形成するハウジングと、
   前記収容室に収容され、前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転するベーン支持部と、
   前記収容室に収容され、前記ベーン支持部に一体に設けられ、前記収容室の圧力室に流入出する作動流体の圧力により所定の角度範囲で前記ハウジングに対し相対回転駆動されるベーン部材と、
   中空筒状に形成される部材であって、軸方向に作動流体を流通させることが可能な通路、ならびに軸方向の端面を略同一面積で形成する一端および他端を有し、前記ハウジングに対する前記ベーン部材の相対回転を規制する規制部材と、
   を備え、
   前記ベーン部材は、前記規制部材を前記回転軸方向と平行に往復移動可能に保持する保持孔を有し、前記ハウジングの前記側壁の一方は、前記規制部材の前記一端が嵌合可能な嵌合孔を有し、前記規制部材が前記ベーン部材の前記保持孔から突出し前記嵌合孔に嵌合する際に、前記嵌合孔内部の作動流体が前記通路を通じて前記保持孔内部に排出されることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記保持孔を形成する前記ベーン部材の内壁には、前記規制部材を摺動可能に支持する径内方向に凸の軸受部が設けられ、前記規制部材の外壁には、前記保持孔を形成する前記ベーン部材の内壁と摺動可能な径外方向に凸の鍔部が形成されてい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. 前記軸受部は、前記保持孔を形成する前記ベーン部材の内壁における前記嵌合孔側の端で前記規制部材を摺動可能に支持する径内方向に凸の第１軸受部、および、前記保持孔内で前記ベーン部材の内壁に固定され前記規制部材の前記他端を摺動可能に支持する第２軸受部を含んでおり、前記保持孔は、前記第１軸受部と前記鍔部との間に区画される第１圧力室と、前記第２軸受部と前記鍔部との間で区画される第２圧力室と、を有し、前記第１圧力室および前記第２圧力室の少なくともいずれか一方には、前記ベーン部材に形成され作動流体を流通可能な通路が接続していることを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記保持孔には、前記軸受部と前記鍔部との間に、前記規制部材の軸方向における位置を制御可能な弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のバルブタイミング調整装置。

Images