JP4204162B2 - バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室を開閉する吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方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に関し、特に、相対的な回転移動が許容される２つの回転体同士をロックする機構を備えたバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクル内燃機関（エンジン）の燃焼室を開閉する吸気バルブ及び排気バルブは、一般にシリンダヘッドに回動自在に配置されたカムシャフトにより駆動され、このカムシャフトは、スプロケット、チェーン等を介してクランクシャフトにより回転駆動されるようになっている。
また、エンジンの運転状態が低速領域あるいは高速領域等のいずれの領域にある場合でも、全域において出力を向上させ、又、有害排出ガス等をできるだけ低減させるべく、吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフトの中心角をクランク角に対して可変として、吸気バルブあるいは排気バルブの開閉タイミング（開閉時期）を可変制御するバルブタイミング制御装置が採用されている。
【０００３】
この種のバルブタイミング制御装置としては、例えば、特開平１０−１５９５１５号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示されたバルブタイミング制御装置は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、径方向に突出したベーン（羽根）１ａを持ちカムシャフト２と一体的に回転するように取り付けられたベーンロータ（羽根車）１、このベーンロータ１を回動自在に収容すると共にスプロケット３に固着されてクランクシャフトに連動させられるハウジングロータ４、これらベーンロータ１とハウジングロータ４との相対的な回転移動を規制するべく回転軸方向に往復動自在に設けられたロックピン５、ロックピン５を突出する向きに付勢するバネ６、ロックピン５の先端部を受け入れるロックピン収容孔７等からなるロックピン機構、ロックピン機構によるロック状態を油圧により解除する油圧解除機構等を備えている。
【０００４】
また、このベーンロータ１とハウジングロータ４とは、ベーン１ａを境として進角側の第１油圧室８ａと遅角側の第２油圧室８ｂとを画定しており、この第１油圧室８ａはロックピン５の外周の一部に形成された受圧面としての溝５ａに連通し、又、第２油圧室８ｂはロックピン５の末端側に形成された受圧面としての拡径部５ｂに連通するように形成されている。
【０００５】
さらに、ロックピン収容孔７は、ロックピン５が嵌合されたロック状態でも、その先端面５ｃに接する空間９が画定されるように形成されており、ロックピン５とロックピン収容孔７との密着状態が解かれると、第１油圧室８ａに導かれた加圧油が、この空間９に入り込むようになっている。
すなわち、上記第１油圧室８ａに連通する溝５ａ、第２油圧室８ｂに連通する拡径部５ｂ、先端側の空間９等が、ロックピン５によるロック状態を解除する油圧解除機構を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記油圧解除機構においては、ロックピン５によるロック状態を解除する際に、先ず第１油圧室８ａ内の加圧油がロックピン５の溝５ａに作用し、ロックピン５が埋没方向に後退し始めてロックピン５とロックピン収容孔７との間に隙間ができると、加圧油が空間９にも導かれてロックピン５の先端面５ｃにも作用し、ロックピン５がさらに後退させられるようになっている。
【０００７】
したがって、加圧油がロックピン５の溝５ａに作用してから先端面５ｃに作用するまでには時間的な遅れがあり、解除動作が迅速かつスムーズに行なわれ難い。また、加圧油の圧力が低い場合には、解除動作そのものが確実に行なわれない場合がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロックピンによるロック動作及びロックの解除動作を確実にかつ迅速に行なうことのできるバルブタイミング制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバルブタイミング制御装置は、カムシャフトとクランクシャフトとを連動させると共に同軸にて回転しかつ所定の角度範囲にて相対的な回転移動が許容され得る第１回転体及び第２回転体と、第１回転体及び第２回転体の相対的な回転移動をロックするロック手段と、ロック手段による第１回転体及び第２回転体のロック状態を解除するロック解除手段と、第１回転体及び第２回転体の相対的な角度位置を流体圧にて制御する流体圧制御手段とを備えて、内燃機関の燃焼室を開閉するバルブ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であって、上記第１回転体は、回転の中央に位置するハブ部及び前記ハブ部から径方向外側に向けて突出するベーン部からなるベーンロータであり、上記第２回転体は、ベーンロータを回動自在に収容しかつベーン部と協働して第１流体圧室及び第２流体圧室を画定するべく径方向内側に向かって突出する突条部を有するハウジングロータであり、上記ロック手段は、ベーンロータ及びハウジングロータの一方において突出及び埋没自在に設けられたロックピンと、このロックピンを突出する方向に付勢する付勢手段と、ベーンロータ及びハウジングロータの他方においてロックピンの一部を受け入れるべく設けられたロック穴とを有し、上記ロック解除手段は、第１流体圧室の流体圧を埋没方向に受け得るべくロックピンに形成された第１受圧面と、第１流体圧室又は第２流体圧室の流体圧を埋没方向に受け得るべくロックピンに形成された第２受圧面と、第１流体圧室から第１受圧面に常時連通する間隙通路と、第１流体圧室から第２受圧面に連通する第１流体通路と、第２流体圧室から第２受圧面に連通する第２流体通路と、第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段とを有する、ことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、第１流体圧室及び第２流体圧室に圧力流体が導かれない状態では、第１受圧面及び第２受圧面のいずれにも流体圧が作用せず、ロックピンは付勢手段により付勢されて突出しロック穴に嵌合する。これにより、ベーンロータとハウジングロータとの相対的な回転移動がロックされた状態となる。この状態で、ロックピンの第１受圧面は、間隙通路を介して常時第１流体圧室に連通した状態にある。
一方、流体圧制御手段の作動により、第１流体圧室に圧力流体が導かれると、間隙通路を介して、この第１流体圧室の液圧が即座にロックピンの第１受圧面に作用すると共に、第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により開閉手段が作動して、第１流体通路が開放されると共に第２流体通路が閉塞されて、この第１流体圧室の流体圧が即座にロックピンの第２受圧面に作用する。
これにより、流体の圧力が比較的に低く又不安定な状態であっても、付勢手段の付勢力に抗してロックピンが埋没方向に後退させられ、ロックピンによるロック状態が迅速かつ確実に解除される。そして、ベーンロータとハウジングロータとは相対的に回転移動して位相がずれ、例えば、カムシャフトが進角側に変位することになる。
また、上記の状態から、流体圧制御手段の作動により、第２流体圧室に圧力流体が導かれ、第１流体圧室内の圧力流体が排出されると、第２流体圧室の圧力が第１流体圧室の圧力よりも高くなり、開閉手段は第１流体通路を閉塞すると共に第２流体通路を開放するように作動し、ロックピンの第２受圧面に対して第２流体圧室の流体圧が作用する。
したがって、高負荷高速運転状態等のように流体の圧力が比較的に高い場合においては、流体圧が上記第２受圧面にのみ作用するだけでもロックピンは埋没した状態に維持されて、ハウジングロータの内壁面と衝突することはなく、ベーンロータとハウジングロータとは相対的に回転移動して位相がずれ、例えば、カムシャフトが遅角側に変位することになる。
【００１１】
上記構成において、第１流体通路及び第２流体通路はベーン部に形成され、開閉手段は、ベーン部の径方向における外側端部に配置されハウジングロータの内周壁面と密接して第１流体圧室と第２流体圧室とを分離すると共に、ベーンロータの回転方向に移動可能に配置され第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により移動させられて第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞するシール部材からなる、構成を採用することができる。
【００１２】
上記構成によれば、ロックピンがハウジングロータ側に配置され、かつ、ロックピンの第１受圧面及び第２受圧面に連通する第１流体通路及び第２流体通路がハウジングロータ側に形成される場合に比べて、第１流体通路及び第２流体通路の通路長を短くすることができ、全体としての小型化が行なえる。
また、ベーン部とハウジングロータとの間のシールの役割をなすシール部材が、開閉手段を兼ねることになり、その分だけ、構造の簡略化、製品の低コスト化が行なえる。
【００１３】
上記構成において、第１流体通路及び第２流体通路はベーン部に形成され、開閉手段は、第１流体通路及び第２流体通路内を所定範囲に亘って往復動自在に配置され第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により移動させられて第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞する可動バルブからなる、構成を採用することができる。
【００１４】
上記構成によれば、第１流体通路及び第２流体通路の内部を、第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差に基づいて往復動する可動バルブにより、第１流体通路及び第２流体通路の開閉動作が行なわれる。
したがって、可動バルブを、例えば円柱状あるいは球状の簡単な構造に形成して、確実にかつ迅速に通路の開閉動作を行なわせることができる。
【００１５】
上記構成において、ロック穴は、ロックピンが嵌合した状態で、ベーンロータの回転方向においてロックピンと密接するように、かつ、他の内壁面領域においてロックピンとの間に間隙通路を画定するように形成された、構成を採用することができる。
【００１６】
上記構成によれば、ロックピンがロック穴に嵌合したロック状態において、第１流体圧室は、ベーンロータの回転方向からずれた他の内壁面領域において形成された間隙通路を介してロックピンの第１受圧面に連通させられ、又、ベーンロータの回転方向においてロックピンはロック穴と密接に嵌合することになる。
したがって、ロック状態において、ベーンロータとハウジングロータとが確実に固定され、両者間のガタツキ等が確実に防止される。一方、第１流体圧室に圧力流体が導かれると、その圧力流体の流体圧が、間隙通路を介して即座に第１受圧面に作用し、ロックの解除動作が迅速かつ確実に行なわれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図３は、本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態を示すものであり、図１は全体の概略構成図、図２及び図３は主要部分の構成を示す断面図である。
この実施形態に係るバルブタイミング制御装置は、図１ないし図３に示すように、エンジンの燃焼室を開閉する吸気バルブを駆動するカムシャフト１１とクランクシャフト（不図示）とを連動させると共に同軸にて回転しかつ所定の角度範囲にて相対的な回転移動が許容され得る第１回転体としてのベーンロータ２０及び第２回転体としてのハウジングロータ３０と、これらベーンロータ２０及びハウジングロータ３０の相対的な回転移動をロックするロック手段としてのロックピン機構４０と、このロックピン機構４０によるベーンロータ２０とハウジングロータ３０とのロック状態を解除するロック解除手段としての油圧解除機構５０と、これらベーンロータ２０とハウジングロータ３０との相対的な回転角度位置を流体圧すなわち油圧にて制御する流体圧制御手段としてのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）６０等を、その基本構成として備えている。
【００１８】
また、上記の構成において、オイルコントロールバルブ６０には、エンジンのオイルパン１２に溜まった潤滑油が、オイルストレーナ（不図示）、オイルポンプ１３、オイルフィルタ１４等を介して加圧油として供給され、この供給された加圧油が、カムシャフト１１の領域に形成されたオイル通路に供給されてさらに装置内に導かれ、又、装置内からこのオイル通路を通り再びオイルコントロールバルブ６０を経て、オイルパン１２にリターンされるようになっている。
【００１９】
尚、エンジンには、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサ、カムシャフト１１の回転角度を検出するカム角センサ、冷却水の温度を検出する水温センサ、吸気の圧力を検出する吸気圧センサ、吸気の流量を検出するエアフローセンサ等の種々の検出センサが設けられている。
そして、これらのセンサから出力される出力信号が、エンジンコントロールユニット（不図示）により処理されて、エンジンの運転状態が判断され、予め設定された駆動マップに基づく制御信号が、エンジンコントロールユニットからオイルコントロールバルブ６０に向けて出力され、その駆動が制御される。
【００２０】
ところで、第１回転体としてのベーンロータ２０は、図２に示すように、回転の中央に位置するハブ部２１と、このハブ部２１から径方向外側に向けて突出する３個のベーン部２２とにより形成されている。これら３個のベーン部２２は、ハブ部の周方向において略１２０°の角度を隔てて配置されており、その一つにはロックピン機構４０及び油圧解除機構５０の一部が配置されている。
【００２１】
また、このベーンロータ２０は、図１に示すように、平坦に形成された前端面２３及び後端面２４を有し、この前端面２３でかつハブ部２１の領域には、円柱状の前側凹部２３ａが形成されており、又、後端面２４でかつハブ部２１の領域には、カムシャフト１１の拡径部１１ａに嵌合する円柱状の後側凹部２４ａが形成されている。さらに、これら前側凹部２３ａと後側凹部２４ａとには、これらの中央部を貫通する貫通孔２５が形成されている。
そして、このベーンロータ２０は、その後側凹部２４ａにカムシャフト１１の拡径部１１ａが嵌合され、鍔付きボルト７０が、前側凹部２３ａ側からワッシャー８０を介して貫通孔２５に通されてカムシャフト１１のネジ穴１１ｂに螺合されている。これにより、ベーンロータ２０はカムシャフト１１に固着されて一体的に回転するようになっている。
【００２２】
第２回転体としてのハウジングロータ３０は、図１及び図２に示すように、ベーンロータ２０を所定の角度範囲（例えば、３０°〜４５°の範囲）において回動自在に収容するべく、ベーンロータ２０の前端面２３と密接して相対的に摺動する前壁部３１と、ベーンロータ２０の後端面２４と密接して相対的に摺動する後壁部３２と、径方向外側から囲繞する外周壁部３３とを有するように形成され、又、ベーン部２１と協働して第１流体圧室としての進角圧力室ＡＣ及び第２流体圧室としての遅角圧力室ＲＣを画定するべく、径方向内側に向かって突出する３個の突条部３４とを有するように形成されている。
【００２３】
また、上記前壁部３１、外周壁部３３、及び突条部３４は、一体的に成型されさらに、突条部３４の外側には、フランジ部３５が一体的に成型されている。そして、このフランジ部３５を後壁部３２に当接させて、３本の締結ボルト３６により両者を締め付けることで、ベーンロータ２０がハウジングロータ３０の内部に収容されるようになっている。尚、フランジ部３５と後壁部３２との位置決めは、位置決めピン３７を基準に行なわれる。
さらに、上記後壁部３２には、その中央部に嵌合孔３２ａが形成され、この嵌合孔３２ａには、カムシャフト１１の拡径部１１ａが嵌合されて、加圧油が洩れないシール性を確保しつつ相対的に回転移動し得るようになっている。
また、後壁部３２の外周部には、図１に示すように、スプロケット３２ｂが一体的に形成されており、このスプロケット３２ｂには、クランクシャフトのスプロケットに掛けられたチェーンが掛けられており、クランクシャフトの回転に連動して、このハウジングロータ３０が回転するようになっている。
【００２４】
上記構成において、ベーンロータ２０を形成するハブ部２１の外周面２１ａは、突条部３４の内周面３４ａと密接して摺動するように、すなわち、ハブ部２１と突条部３４とは、加圧油が洩れない程度のシール性を保持しつつ相対的に回転移動し得るように嵌合されている。
一方、ベーンロータ２０を形成するベーン部２２の径方向における外側端部２２ａは、径方向において外側壁部３３の内周壁面３３ａとの間に所定の間隙（後述する間隙通路Ｃ２）を形成して非接触状態を維持しつつ相対的に回転移動し得るように形成されている。
【００２５】
これらベーン部２２の外側端部２２ａには、カムシャフト１１の回転軸方向に伸長するシール溝２２ｂ，２２ｂ´が形成され、この溝２２ｂ，２２ｂ´には、径方向外側に向けて付勢する板バネ９０（図１参照）を介して、略矩形断面をなす角柱状の樹脂材料からなるシール部材９１が配置されている。
そして、このシール部材９１は、内周壁面３３ａに常時密接するように付勢されるこにより、加圧油が相互に洩れない程度のシール性を保持した状態で、ベーン部２２の左側に位置する進角圧力室（第１流体圧室）ＡＣとベーン部２２の右側に位置する遅角圧力室（第２流体圧室）ＲＣとを分離しつつ、内周壁面３３ａを摺動するようになっている。尚、これらシール部材９１のうちの一つは、後述する油圧解除機構５０の開閉手段としても兼用されるものである。
【００２６】
また、一つのベーン部２２には、図２及び図３に示すように、当接面２２ｃ，２２ｄが形成されており、これら当接面２２ｃ，２２ｄが突条部３４の側壁面３４ｃ，３４ｄにそれぞれ当接することで、ハウジングロータ３０に対するベーンロータ２０の相対的な回転が所定の角度範囲（例えば、３０°〜４５°）に規制されるようになっている。
【００２７】
上記ベーンロータ２０のハブ部２１には、図１ないし図３に示すように、その貫通孔２５から進角圧力室ＡＣに連通する３本の進角側オイル通路２６ａが形成されている。そして、この進角側オイル通路２６ａは、貫通孔２５と鍔付きボルト７０の外周面との間に画定される環状の隙間通路２６ｂに連通し、この隙間通路２６ｂは、ハブ部２１の後側凹部２４ａの底面に形成された溝通路２６ｃに連通し、この溝通路２６ｃは、カムシャフト１１に形成された案内通路２６ｄに連通し、この案内通路２６ｄは、カムシャフト１１の外周に形成された環状溝通路２６ｅに連通している。
上記進角側オイル通路２６ａ，隙間通路２６ｂ，溝通路２６ｃ，案内通路２６ｄ，環状溝通路２６ｅを介して、進角圧力室ＡＣに加圧油が導かれ又進角圧力室ＡＣから加圧油が排出される。
【００２８】
上記ハウジングロータ３０の後壁部３２には、図１ないし図３に示すように、遅角圧力室ＲＣに連通する３本の遅角側オイル通路３８ａが形成されている。そして、この遅角側オイル通路３８ａは、カムシャフト１１の拡径部１１ａの外周に形成された環状溝通路３８ｂに連通し、この環状溝通路３８ｂは、カムシャフト１１に形成された案内通路３８ｃに連通し、この案内通路３８ｃは、カムシャフト１１の外周に形成された環状溝通路３８ｄに連通している。
上記遅角側オイル通路３８ａ，環状溝通路３８ｂ，案内通路３８ｃ，環状溝通路３８ｄを介して、遅角圧力室ＲＣに加圧油が導かれ又遅角圧力室ＲＣから加圧油が排出される。
【００２９】
ロック手段としてのロックピン機構４０は、図２及び図３に示すように、ベーンロータ２０の一つのベーン部２２において、その径方向に突出及び埋没自在に設けられたロックピン４１と、このロックピン４１を突出する方向に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング４２と、ハウジングロータ３０の外周壁部３３においてロックピン４１の先端部（一部）を受け入れるべく設けられたロック穴４３等により構成されている。
【００３０】
このロックピン４１は、図４に示すように、円柱状に形成された先端部４１ａと、これに続き拡径して円柱状に形成された拡径部４１ｂと、これら先端部４１ａ及び拡径部４１ｂの内部に形成された空洞部４１ｃとにより構成されている。そして、この先端部４１ａの端面（突出側端面）４１ａ´は、平坦に形成されて埋没方向に油圧を受け得る第１受圧面を形成している。また、拡径部４１ｂは、その環状面４１ｂ´が略平坦に形成されて埋没方向に油圧を受け得る第２受圧面を形成している。さらに、空洞部４１ｃは、コイルスプリング４２を収容する空間を形成している。
【００３１】
上記ロックピン４１は、ベーン部２２の円柱穴４５に嵌着される円筒部材４４により、その脱落が防止されつつ突出及び埋没方向に往復動自在に案内されている。ここで、この円筒部材４４は、図４に示すように、ロックピン４１の先端部４１ａを摺動自在に案内する第１案内孔４４ａと、ロックピン４１の拡径部４１ｂを摺動自在に案内する第２案内孔４４ｂと、これら第１案内孔４４ａより拡径されかつ第２案内孔４４ｂより縮径された中間孔４４ｃと、この中間孔４４ｃの領域において径方向に向かって貫通された複数の貫通孔４４ｄと、これら貫通孔４４ｄが位置する外周面にて形成された環状溝４４ｅ等により形成されている。
【００３２】
上記円筒部材４４を用いたロックピン４１の取り付けにおいては、先ず、コイルスプリング４２の一端をベーン部２２の着座穴４６に着座させ、コイルスプリング４２の他端側をロックピン４１の空洞部４１ｃ内に挿入した状態で、このロックピン４１に円筒部材４４を外嵌させて、コイルスプリング４２を圧縮しつつ、円筒部材４４をベーン部２２の円柱穴４５に嵌着する。
これにより、ロックピン４１は、ベーン部２２に対して突出及び埋没自在に保持されることになる。この際、ロックピン４１の拡径部４１ｂの外周縁部が、中間孔４４ｃと第２案内孔４４ｂとの境界をなす段差部４４ｆに当接することにより、ロックピン４１の突出量が所定範囲に規制されることになる。
【００３３】
一方、ロックピン４１を受け入れるロック穴４３は、ハウジングロータ３０の外側壁部３３に嵌着されて外側壁部３３の一部をなす嵌着部材４７に形成されている。この嵌着部材４７は、図４に示すように、その内側壁面４７ａが、ベーン部２２の外側端部２２ａ´との間に間隙通路Ｃ１を画定するようにかつベーンロータ２０の回転方向においてテーパ面をなすように形成されている。尚、ハウジングロータ３０の外側壁部３３の内周壁面３３ａとベーン部２２の外側端部２２ａとの間にも、同様に間隙通路Ｃ２が画定されている。
また、ロック穴４３は、円柱状の凹部として形成されており、又、その穴の内径はロックピン４１の先端部４１ａの外径よりも若干大きく、例えば０．５ｍｍ程度大きく設定されている。したがって、このロック穴４３にロックピン４１が嵌合した状態でも、図４に示すように、両者の間には間隙通路Ｃ３が形成されることになる。
【００３４】
このように、ロック状態においても、間隙通路Ｃ３が常時確保されているため、進角圧力室ＡＣ内に加圧油が充填されたとき、その油圧がロックピン４１の端面４１ａ´に即座に作用するようになっている。
また、ハウジングロータ３０に結合される嵌着部材４７を設け、この嵌着部材４７に対してロック穴４３を形成することにより、機械加工性あるいは製造性が向上し、その分だけ製造コストの低減等を行なうことができる。
【００３５】
以上のような構成からなるロック機構４０は、図２に示すように、ベーンロータ２０が最遅角位置にあるとき、すなわち、ベーン部２２の当接面２２ｃが突条部３４の側壁面３４ｃに当接した位置にあるとき、そのロックピン４１がロック穴４３に嵌合してロック状態を形成するように配置されている。
これにより、エンジン始動時あるいはアイドル運転時等の油圧の低い時、ベーンロータ２０とハウジングロータ３０とのロック状態が形成されるため、両者の相対的な移動によるガタツキ等を容易に防止できると共に、アイドル運転時の安定性等を確保することができる。
【００３６】
ロック解除手段としての油圧解除機構５０は、図４に示すように、進角圧力室ＡＣの油圧を埋没方向に受け得るべくロックピン４１に形成された第１受圧面としての端面（突出側端面）４１ａ´と、進角圧力室ＡＣ又は遅角圧力室ＲＣの油圧を埋没方向に受け得るべくロックピン４１に形成された第２受圧面としての環状面４１ｂ´と、進角圧力室ＡＣから端面４１ａ´に常時連通する前述の間隙通路Ｃ３と、進角圧力室ＡＣから環状面４１ｂ´に連通する第１流体通路としての第１オイル通路と、遅角圧力室ＲＣから環状面４１ｂ´に連通する第２流体通路としての第２オイル通路と、進角圧力室ＡＣ及び遅角圧力室ＲＣの油圧の圧力差により第１オイル通路及び第２オイル通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段としてのシール部材９１等により構成されている。
【００３７】
ここで、シール部材９１が収容されたシール溝２２´は、図４に示すように、ベーンロータ２０の回転方向Ｒにおいて、シール部材９１の幅よりも幅広に形成されており、シール部材９１は板バネ９０（説明の便宜上図４では省略、図１参照）により径方向外側に向けて付勢された状態で、シール溝２２ｂ´の内部を回転方向Ｒに移動自在となっている。また、このシール溝２２ｂ´には、円筒部材４４の環状溝４４ｅに連通するオイル通路５１が形成されており、シール溝２２ｂ´に入り込んだ加圧油が、このオイル通路５１を通って、環状溝４４ｅ及び貫通孔４４ｄから環状面４１ｂ´に導かれるようになっている。
【００３８】
したがって、進角圧力室ＡＣの圧力が遅角圧力室ＲＣの圧力よりも高いときは、図４及び図５に示すように、シール部材９１は、遅角圧力室ＲＣ側に移動させられて、その反対側に間隙通路５２を画定する。一方、遅角圧力室ＲＣの圧力が進角圧力室ＡＣの圧力よりも高いときは、図６及び図７に示すように、シール部材９１は、進角圧力室ＡＣ側に移動させられて、その反対側に間隙通路５３を画定する。
【００３９】
すなわち、上記間隙通路Ｃ１、間隙通路Ｃ２、間隙通路５２、オイル通路５１、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄにより、進角圧力室ＡＣから第２受圧面である環状面４１ｂ´に連通する第１オイル通路（第１流体通路）が形成されている。また、上記間隙通路Ｃ２、間隙通路５３、オイル通路５１、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄにより、遅角圧力室ＲＣから第２受圧面である環状面４１ｂ´に連通する第２オイル通路（第２流体通路）が形成されている。
さらに、シール溝２２ｂ´に収容されたシール部材９１が、進角圧力室ＡＣ及び遅角圧力室ＲＣの両油圧の圧力差により、第１オイル通路及び第２オイル通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段として機能している。
【００４０】
このように、ベーン部２２とハウジングロータ３０との間のシールの役割をなすシール部材９１を、第１オイル通路及び第２オイル通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段として兼用することにより、その分だけ部品点数を少なくでき、構造の簡略化、製品の低コスト化が行なえる。
【００４１】
次に、上述の実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作について、図４ないし図７を参照しつつ説明する。
先ず、エンジンが停止した状態では、図４に示すように、ベーンロータ２０はハウジングロータ３０に対して最遅角位置に位置付けられ、コイルスプリング４２の付勢力によりロックピン４１が突出してロック穴４３に嵌合したロック状態にある。
ここで、エンジンが始動されアイドル運転状態にあるときは、図４に示す最遅角位置が保持されて、吸気バルブの開閉タイミングを最も遅くし、これにより、アイドル回転の安定性及び燃費の向上が行なわれる。尚、この運転状態においては、オイルコントロールバルブ６０が駆動されて、遅角圧力室ＲＣ側に、ロックピン４１が押し込まれない程度の加圧油が供給されて、特にエンジン始動時の際のハウジングロータ３０に対するベーンロータ２０のガタツキ等が防止される。
【００４２】
続いて、エンジンが中負荷あるいは高負荷低中速運転状態にあるときは、オイルコントロールバルブ６０が駆動されて、進角圧力室ＡＣ側に加圧油が供給され、ロックピン機構４０によるロック状態が解除され、ベーンロータ２０は、ハウジングロータ３０に対して、図５に示すような最進角位置に移動させられる。
この位置においては、図３に示すように、ベーン部２２の当接面２２ｄが突条部３４の側壁面３４ｄに当接して、進角側へのそれ以上の移動が規制された状態となっている。
この進角動作においては、図４に示すように、進角圧力室ＡＣ内に供給された加圧油が、間隙通路Ｃ３を介してロックピン４１の端面（第１受圧面）４１ａ´に即座に作用する。また、シール部材９１が遅角圧力室ＲＣ側に移動させられることで、供給された加圧油は、間隙通路Ｃ１、間隙通路Ｃ２、間隙通路５２、オイル通路５１、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄからなる第１オイル通路（第１流体通路）を通ってロックピン４１の環状面（第２受圧面）４１ｂ´にも作用する。
【００４３】
すなわち、エンジンのオイルポンプ１３から供給される油圧が比較的低い運転状態であっても、その低い圧力の加圧油が、端面４１ａ´（第１受圧面）だけでなく環状面４１ｂ´（第２受圧面）にも作用するため、図５に示すように、ロックピン４１は迅速にかつスムーズに埋没方向に押し込まれて後退し、ロック穴４３から確実に離脱する。これにより、ロック状態が迅速かつ確実に解除され、進角側へのベーンロータ２０の相対的な回転が許容されることになる。
【００４４】
また、エンジンが高負荷高速運転状態にあるときは、オイルコントロールバルブ６０が駆動されて、今度は遅角圧力室ＲＣに加圧油が供給されると共に進角圧力室ＡＣ内の加圧油が一部排出される。この時、ベーンロータ２０は、ハウジングロータ３０に対して、遅角側に回転移動させられる。
この遅角動作においては、図６に示すように、シール部材９１が進角圧力室ＡＣ側に移動させられて、遅角圧力室ＲＣ内の加圧油が、間隙通路Ｃ２、間隙通路５３、オイル通路５１、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄからなる第２オイル通路（第２流体通路）を通って環状面４１ｂ´（第２受圧面）に作用する。すなわち、この運転状態においては、遅角圧力室ＲＣから導かれる加圧油の油圧は比較的高く、この環状面４１ｂ´のみへ加圧油が作用するだけで、ロックピン４１は埋没位置に押し込まれて保持されることになる。
【００４５】
尚、仮に遅角圧力室ＲＣに供給される加圧油の圧力が低くてロックピン４１が突出した場合でも、図６中の二点鎖線で示すように、ロックピン４１の先端部４１ａはハウジングロータ３０の内周壁面３３ａと接触しない（非接触状態にある）ため、衝突音等の発生を防止できる。さらに、ロックピン４１が突出した状態で、ベーンロータ２０が最遅角位置に回転移動する場合、ロックピン４１の先端部４１ａは、嵌着部材４７の内側壁面４７ａのテーパ面によりスムーズに案内されてロック穴４３に嵌合することになる。
【００４６】
また、エンジンが低温状態で運転されるとき、あるいは、エンジンが停止されるときは、オイルコントロールバルブ６０が駆動されて、遅角圧力室ＲＣ側にさらに加圧油が供給されあるいは進角圧力室ＡＣ内の加圧油が排出されることで、ベーンロータ２０は、図７に示すように、ハウジングロータ３０に対して最遅角位置に位置付けられ、あるいは、この位置にてロック状態とされる。
これにより、ファーストアイドル回転の安定性及び燃費を向上させ、又、次の始動時におけるベーンロータ２０のガタツキが防止される。
【００４７】
図８及び図９は、本発明に係るバルブタイミング制御装置の他の実施形態を示すものであり、この実施形態においては、前述の実施形態におけるロック解除手段としての油圧解除機構５０の一部が変更されている。尚、以下に述べる以外の構成については、前述の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
すなわち、この実施形態に係るバルブタイミング制御装置の油圧解除機構５００においては、図８及び図９に示すように、３個のベーン部２２の外側端部２２ａ全てに対して、同様のシール溝２２ｂが形成され、このシール溝２２ｂ内に板バネ９０を介してシール部材９１が配置されている。
【００４８】
また、このシール部材９１を境に、進角圧力室ＡＣ側に開口する縮径オイル通路５０１と、遅角圧力室ＲＣ側に開口する縮径オイル通路５０２とが形成されている。そして、これら縮径オイル通路５０１及び縮径オイル通路５０２を直線的に連通させると共に径の大きい拡径オイル通路５０３が形成され、この拡径オイル通路５０３の略中央部から円筒部材４４の環状溝４４ｅに連通するオイル通路５０４が形成されている。
すなわち、間隙通路Ｃ１、縮径オイル通路５０１、拡径オイル通路５０３、オイル通路５０４、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄにより、進角圧力室ＡＣから第２受圧面である環状面４１ｂ´に連通する第１オイル通路（第１流体通路）が形成されている。また、縮径オイル通路５０２、拡径オイル通路５０３、オイル通路５０４、環状溝４４ｅ、及び貫通孔４４ｄにより、遅角圧力室ＲＣから第２受圧面である環状面４１ｂ´に連通する第２オイル通路（第２流体通路）が形成されている。
【００４９】
さらに、この拡径オイル通路５０３の内部には、往復動自在に可動バルブ５０５が配置されている。この可動バルブ５０５は、拡径オイル通路５０３内を密接して摺動するような円柱形状に形成されている。そして、この可動バルブ５０５０は、図８に示すように、遅角圧力室ＲＣ側に移動すると、縮径オイル通路５０１とオイル通路５０４とを連通させる（第１オイル通路を開放させる）と共に縮径オイル通路５０２とオイル通路５０４との連通を遮断（第２オイル通路を閉塞）し、一方、図９に示すように、進角圧力室ＡＣ側に移動すると、縮径オイル通路５０２とオイル通路５０４とを連通させる（第２オイル通路を開放させる）と共に縮径オイル通路５０１とオイル通路５０４との連通を遮断（第１オイル通路を閉塞）するようになっている。
【００５０】
すなわち、上記可動バルブ５０５は、進角圧力室ＡＣ及び遅角圧力室ＲＣの油圧の圧力差により第１オイル通路及び第２オイル通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段として機能するものである。
また、この可動バルブ５０５の両端側でかつ拡径オイル通路５０３内にそれぞれコイルスプリング（不図示）を配置して、圧力が加わらない状態で、この可動バルブ５０５が拡径オイル通路５０３の略中央部に位置付けられる構成を採用することも可能である。この場合、拡径オイル通路５０３内での可動バルブ５０５のガタツキを防止できる。
【００５１】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に係るバルブタイミング制御装置のさらに他の実施形態を示すものであり、この実施形態においては、前述の実施形態におけるロック手段としてのロックピン機構４０の一部が変更されている。ここで、図１０（ａ）は、本実施形態に係るロックピン機構４００の一部を示す断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中のＥ１−Ｅ１における断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）中のＥ２−Ｅ２における断面図である。尚、以下に述べる以外の構成については、前述の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００５２】
この実施形態に係るバルブタイミング制御装置のロックピン機構４００においては、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ハウジングロータ３０の外側壁部３３の一部をなす嵌着部材４０１が嵌着されており、この嵌着部材４０１には、ロックピン４１の先端部４１ａを受け入れるロック穴４０２が円形以外の形状に形成されている。
すなわち、図１０（ｃ）に示すように、ベーンロータ２０の回転方向Ｒにおいては、ロックピン４１の外周面がロック穴４０２と密接するように、又、ベーンロータ２０の回転軸方向Ｓ及びその近傍領域においては、ロックピン４１の外周面との間に間隙通路Ｃ３´を画定するように形成されている。
【００５３】
このように、ロック状態では、ベーンロータ２０の回転方向Ｒにおいて、ロックピン４１がロック穴４０２に密接するため、ベーンロータ２０とハウジングロータ３０との間のガタツキがより一層確実に防止され、一方において、間隙通路Ｃ３´が常時確保されているため、進角圧力室ＡＣ内に加圧油が充填されたとき、その油圧がロックピン４１の端面４１ａ´に即座に作用するようになっている。
【００５４】
以上述べた実施形態においては、ロックピン機構４０，４００におけるロックピン４０の往復動方向をベーンロータ２０の径方向に設定した構成において、ロック解除手段５０，５００を設けたが、これに限定されるものではなく、例えばロックピン４１の往復動方向をベーンロータ２０の回転軸方向に設定した構成において前述のロック解除手段を採用することも可能である。
また、上述の実施形態においては、ロックピン機構４０，４００におけるロックピン４１をベーンロータ２０側に設ける構成を採用したが、これに限定されるものではなく、例えばロックピン４１をハウジングロータ３０側に出没自在に設けると共にベーンロータ２０側にロック穴を設け、ハウジングロータ３０の外周壁部３３に第１流体通路及び第２流体通路並びに可動バルブ等の開閉手段を配置する構成を採用することも可能である。
【００５５】
さらに、上述の実施形態においては、ベーンロータ２０をカムシャフト１１に直付けすると共にベーンロータ２０及びハウジングロータ３０の回転軸をカムシャフト１１の回転軸と同軸とする構成を採用したが、これに限定されるものではなく、例えばカムシャフト１１及びクランクシャフトのいずれの回転軸とも一致しない別のところに回転軸を設け、ベーンロータ２０に新たに設けたスプロケットとカムシャフト１１に新たに設けたスプロケットとをチェーン等で連動するように連結し、又、ハウジングロータ３０のスプロケット３２ｂとクランクシャフトのスプロケットとをチェーン等で連動するように連結する構成を採用することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のバルブタイミング制御装置によれば、ベーンロータとハウジングロータとがロックピンによりロックされた状態を解除するロック解除手段において、ロックの解除の際に、ロックピンの第１受圧面と第２受圧面とに同時に流体圧を作用させるような構成を採用したことにより、流体の圧力が比較的低く又不安定な状態であっても、迅速かつ確実にロック状態を解除することができる。
また、ロック解除手段を構成する開閉手段として、第１流体圧室と第２流体圧室とを分離するシール部材を兼用することにより、構造の簡略化及び低コスト化を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るバルブタイミング制御装置を構成するベーンロータ及びハウジングロータを示す断面図である。
【図３】ベーンロータがハウジングロータに対して最進角位置に達した状態を示す断面図である。
【図４】ベーンロータがハウジングロータに対して進角側に相対的に回転移動する際の動作を説明する図である。
【図５】ベーンロータがハウジングロータに対して進角側に相対的に回転移動する際の動作を説明する図である。
【図６】ベーンロータがハウジングロータに対して遅角側に相対的に回転移動する際の動作を説明する図である。
【図７】ベーンロータがハウジングロータに対して遅角側に相対的に回転移動する際の動作を説明する図である。
【図８】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一部を構成するロック解除手段の他の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一部を構成するロック解除手段の他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るバルブタイミング制御装置の一部を構成するロック手段の他の実施形態を示す断面図であり、（ａ）はロック手段の概略断面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ１−Ｅ１部における断面図、（ｃ）は（ａ）中のＥ２−Ｅ２部における断面図である。
【図１１】従来のバルブタイミング制御装置を示すものであり、（ａ）はベーンロータとハウジングロータとの関係を示す断面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ３−Ｅ３部における断面図である。
【符号の説明】
１１ カムシャフト
ＡＣ 進角圧力室（第１流体圧室）
ＲＣ 遅角圧力室（第２流体圧室）
２０ ベーンロータ（第１回転体）
２１ ハブ部
２２ ベーン部
２２ａ 外側端部
２２ｂ，２２ｂ´ シール溝
２２ｃ，２２ｄ 当接面
２３ 前端面
２４ 後端面
２５ 貫通孔
２６ａ 進角側オイル通路
３０ ハウジングロータ（第２回転体）
３１ 前壁部
３２ 後壁部
３２ｂ スプロケット
３３ 外側壁部
３３ａ 内周壁面
３４ 突条部
３４ｃ，３４ｄ 側壁面
３８ａ 遅角側オイル通路
４０ ロックピン機構（ロック手段）
４１ ロックピン
４１ａ´ 端面（突出側端面、第１受圧面）
Ｃ１ 間隙通路
Ｃ２ 間隙通路
Ｃ３ 間隙通路
４１ｂ 拡径部
４１ｂ´ 環状面（第２受圧面）
４２ コイルスプリング（付勢手段）
４４ 円筒部材
４４ａ 第１案内孔
４４ｂ 第２案内孔
４４ｃ 中間孔
４４ｄ 貫通孔
４４ｅ 環状溝
４３ ロック穴
４７ 嵌着部材
５０ 油圧解除機構（ロック解除手段）
５１ オイル通路
５２ 間隙通路
５３ 間隙通路
６０ オイルコントロールバルブ（流体圧制御手段）
７０ 鍔付きボルト
９０ 板バネ
９１ シール部材（開閉手段）
４００ ロックピン機構（ロック手段）
４０１ 嵌着部材
４０２ ロック穴
Ｃ３´ 間隙通路
５００ 油圧解除機構（ロック解除手段）
５０１，５０２ 縮径オイル通路
５０３ 拡径オイル通路
５０４ オイル通路
５０５ 可動バルブ（開閉手段）

Claims (4)

1. カムシャフトとクランクシャフトとを連動させると共に同軸にて回転しかつ所定の角度範囲にて相対的な回転移動が許容され得る第１回転体及び第２回転体と、第１回転体及び第２回転体の相対的な回転移動をロックするロック手段と、ロック手段による第１回転体及び第２回転体のロック状態を解除するロック解除手段と、第１回転体及び第２回転体の相対的な角度位置を流体圧にて制御する流体圧制御手段とを備えて、内燃機関の燃焼室を開閉するバルブ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であって、
   前記第１回転体は、回転の中央に位置するハブ部及び前記ハブ部から径方向外側に向けて突出するベーン部からなるベーンロータであり、
   前記第２回転体は、前記ベーンロータを回動自在に収容しかつ前記ベーン部と協働して第１流体圧室及び第２流体圧室を画定するべく径方向内側に向かって突出する突条部を有するハウジングロータであり、
   前記ロック手段は、前記ベーンロータ及びハウジングロータの一方において突出及び埋没自在に設けられたロックピンと、前記ロックピンを突出する方向に付勢する付勢手段と、前記ベーンロータ及びハウジングロータの他方において前記ロックピンの一部を受け入れるべく設けられたロック穴と、を有し、
   前記ロック解除手段は、前記第１流体圧室の流体圧を埋没方向に受け得るべく前記ロックピンに形成された第１受圧面と、前記第１流体圧室又は第２流体圧室の流体圧を埋没方向に受け得るべく前記ロックピンに形成された第２受圧面と、前記第１流体圧室から前記第１受圧面に常時連通する間隙通路と、前記第１流体圧室から前記第２受圧面に連通する第１流体通路と、前記第２流体圧室から前記第２受圧面に連通する第２流体通路と、前記第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により前記第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞する開閉手段と、を有する、
   ことを特徴とするバルブタイミング制御装置。
2. 前記第１流体通路及び第２流体通路は、前記ベーン部に形成され、
   前記開閉手段は、前記ベーン部の径方向における外側端部に配置され前記ハウジングロータの内周壁面と密接して前記第１流体圧室と第２流体圧室とを分離すると共に、前記ベーンロータの回転方向に移動可能に配置され前記第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により移動させられて前記第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞するシール部材からなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
3. 前記第１流体通路及び第２流体通路は、前記ベーン部に形成され、
   前記開閉手段は、前記第１流体通路及び第２流体通路内を所定範囲に亘って往復動自在に配置され前記第１流体圧室及び第２流体圧室の圧力差により移動させられて前記第１流体通路及び第２流体通路の一方を開放及び他方を閉塞する可動バルブからなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
4. 前記ロック穴は、前記ロックピンが嵌合した状態で、前記ベーンロータの回転方向において前記ロックピンと密接するように、かつ、他の内壁面領域において前記ロックピンとの間に前記間隙通路を画定するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載のバルブタイミング制御装置。

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