JP4415524B2

JP4415524B2 - 内燃機関用バルブタイミング調整装置

Info

Publication number: JP4415524B2
Application number: JP2001278697A
Authority: JP
Inventors: 茂之草野; 将司林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2003083012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃期間（以下、「内燃機関」をエンジンと呼称する）の吸気バルブまたは排気バルブ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呼称する）を運転条件に応じて変更するための内燃機関用バルブタイミング調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンのクランクシャフトと同期回転する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、タイミングプーリやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回転による位相差により吸気バルブおよび排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを制御する例えばベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。このバルブタイミング調整装置は、カムシャフト側回転体（従動側回転体）であるベーンロータに嵌合部としてのストッパピンを有し、クランクシャフト側回転体（駆動側回転体）であるハウジング部材に被嵌合部としてのストッパピンを嵌合可能とさせる嵌合穴が設けられることにより両回転体の相対回転を拘束するものである。
【０００３】
この両回転体の相対回転の拘束は、エンジンの始動時においてベーンロータを所定位相（最進角位相と最遅角位相との略中間位相）に移動および制止させることが困難であることから行われ、エンジンの始動が完了すると嵌合穴からストッパピンを抜いて両回転体の相対回転の拘束を解除させている。なお、ベーンロータの所定位相（最進角位相と最遅角位相との略中間位相）への拘束は、例えば吸気側（吸気バルブ）ではベーンロータを最遅角位相から若干進角させた位相となるように、また排気側（排気バルブ）では逆にベーンロータを最進角位相から若干遅角させた位相となるように合せられ、エンジンを最適に始動させている。
【０００４】
そこで、略中間位相にてストッパピンと嵌合穴とを嵌合させるバルブタイミング調整装置として、特開平１１−２１８００９号公報、特開平１１−２８０４２７号公報、および特開２０００−２３０５１１号公報等に開示されているものが知られ、ストッパピンと嵌合穴との嵌合を安定して行えるように工夫されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら公報に開示されているものはストッパピンと嵌合穴との嵌合を安定して行えるように工夫されているものの、ストッパピンと嵌合穴との嵌合ができない事態の発生には対応できていない。つまり、ストッパピンと嵌合穴との嵌合が不調に至ると、ベーンロータを所定位相に拘束できなくなりベーンロータが最進角位相と最遅角位相との間を大きく揺動する。そして、このベーンロータの揺動は、ベーンロータの移動最終端部にてハウジング部材との衝突等による打音を発生させたり、エンジンが始動できなくなるので問題である。
【０００６】
本発明の目的は上記の点に鑑み、嵌合部と被嵌合部との両者が嵌合に至らなくても所定位相に拘束できてエンジンを確実に始動可能とさせる内燃機関用バルブタイミング調整装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置によると、内燃機関の駆動軸とともに回転する駆動側回転体と、吸気バルブまたは排気バルブを開閉するように駆動軸の駆動力が伝達される従動軸とともに回転する従動側回転体とを有し、駆動側回転体と従動側回転体とを相対的に回転させて吸気バルブまたは排気バルブの開閉時期を調整し、かつ駆動側回転体と従動側回転体とを連結可能に設けられ、内燃機関の始動時に吸気バルブまたは排気バルブの最進角位相と最遅角位相との略中間位相に固定される嵌合部および被嵌合部を有する嵌合手段を備える内燃機関用バルブタイミング調整装置であって、
嵌合部と被嵌合部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側および遅角側に進角側領域および遅角側領域を広げるように被嵌合部の一部が変形された変形部を有し、
嵌合部と被嵌合部の変形部とを、両回転体の回転方向に対して所定量の隙間を有して係合させる係合手段を備え、
嵌合部は略柱状のピン部であり、被嵌合部はピン部を嵌合可能に形成された穴部および変形部を備えたピン嵌合部であり、変形部は、穴部が開口されてピン部が嵌合する側の開口面に形成され、所定量の隙間を有してピン部とピン嵌合部側とを係合させるように穴部の入口側に形成される段部であり、
段部は、ピン部と穴部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側および遅角側に、それぞれ進角側領域および遅角側領域を広げてピン部と所定量の隙間を有して係合させるように穴部の入口側に形成される第１段部および第２段部から成り、第１段部と第２段部とは、ピン部とピン嵌合部との嵌合方向におけるその段部高さを異ならせて設けられ、ピン部とピン嵌合部との進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動、およびピン部とピン嵌合部とが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力により、ピン部とピン嵌合部とは段部高さを異ならせた第１段部および第２段部に前記ピン部が相互に当接することで両者の係合方向の相対位置を近づけ、かつピン部とピン嵌合部との進角側および遅角側方向への揺動範囲を狭めながら略中間位相に嵌合させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
それにより、駆動側回転体と従動側回転体の両回転体の回転方向に対して所定量の隙間を有して係合させる係合手段を有していることから、嵌合部と被嵌合部の変形部とを容易に係合できる。そして、嵌合部と被嵌合部の変形部とが容易に係合した時点にて、エンジンを確実に始動可能とさせる位相に拘束させ、その後において嵌合部と被嵌合部との嵌合により、より両者の相対位置を安定させるのである。このように、嵌合部と被嵌合部との両者が嵌合に至らなくても所定位相に拘束できてエンジンを確実に始動可能とさせる内燃機関用バルブタイミング調整装置を提供できる。
また、嵌合部は略柱状のピン部であり、被嵌合部はピン部を嵌合可能に形成される穴部および変形部を備えたピン嵌合部であり、変形部は、穴部が開口されてピン部が嵌合する側の開口面に形成され、所定量の隙間を有してピン部とピン嵌合部側とを係合させるように穴部の入口側に形成される段部である。
それにより、ピン部は、自らが嵌合する側の開口面に沿ってその開口面に形成された穴部に導かれる際、先ず穴部の入口側に形成される段部に係合する。この係合は、所定量の隙間を有するように形成された段部であることからピン部が容易に引っかかることにより行われる。そして、段部に係合されたピン部が穴部に嵌合する。このように、簡潔な構成の係合手段が構成できる。
更に、段部は、ピン部と穴部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側および遅角側に、それぞれ進角側領域および遅角側領域を広げてピン部と所定量の隙間を有して係合させるように穴部の入口側に形成される第１段部および第２段部から成り、第１段部と第２段部とは、ピン部とピン嵌合部との嵌合方向におけるその段部高さを異ならせて設けられ、ピン部とピン嵌合部との進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動、およびピン部とピン嵌合部とが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力により、ピン部とピン嵌合部とは段部高さを異ならせた第１段部および第２段部に前記ピン部が相互に当接することで両者の係合方向の相対位置を近づけ、かつピン部とピン嵌合部との進角側および遅角側方向への揺動範囲を狭めながら略中間位相に嵌合させるようにしたから、嵌合部と被嵌合部との嵌合できる確率を高めるとともに、目標嵌合位置にバルブタイミングを近接させてエンジン始動性を高めることができる。
なお、前記したピン部とピン嵌合部とが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力による両者の近接速度は、ピン部とピン嵌合部との進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動速度よりも遅く、段部高さを異ならせることにより反復揺動幅を抑えながらピン部とピン嵌合部とが係合し合う方向にその両者の相対位置を近づけることができる。
【００１３】
本発明の請求項２の記載によると、段部は、進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側を複数段に構成する。ここで、駆動軸と従動軸間に発生する反復トルクによりピン部とピン嵌合部とが近接と離間を繰り返しながら、ピン部とピン嵌合部とが係合し合う方向にその両者の相対位置が近くことが確認されている。つまり、ピン部とピン嵌合部とが係合する方向とは逆の戻り行程を含んでいるのである。このことから、段部を進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側に複数段に構成することにより、複数段の段部のうち開口面側の段部から穴部に向け順に係合する際に上記した戻り行程が段部よって係止される。すなわち、繰り返し発生する戻り行程と複数段の段部とが対応して戻り行程が阻止され、ピン部とピン嵌合部との係合からピン部の穴部への嵌合を速やかに実行させることができる。
【００１４】
本発明の請求項３の記載によると、ピン部は、先細り状のテーパ部を有するとともにこのテーパ部のテーパ角度は６°未満に形成され、ピン嵌合部に形成された穴部にテーパ部が嵌合されることにより、ピン部とピン嵌合部とを略中間位相に嵌合させる。
【００１５】
ここで、本発明者は、上記したテーパ部を大きく設けることによるピン部と穴部との嵌合容易効果と、テーパ部を大きく設けることによるピン部の穴部からの嵌合不安定（ピン部が穴部への嵌合させる作用力に反して抜ける力が発生）作用とを検討した。その結果、このテーパ部を６°未満に形成することにより、嵌合容易効果と嵌合不安定作用抑制効果とを両立させることができるようになった。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態である内燃機関用バルブタイミング調整装置を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下説明する内燃機関用バルブタイミング調整装置は、嵌合部と被嵌合部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側に進角側領域あるいは遅角側領域を広げるように被嵌合部の一部が変形され、嵌合部と被嵌合部の変形部とを、駆動側回転体と従動側回転体の両回転体の回転方向に対して所定量の隙間を有して係合させる係合手段を備えることにより、嵌合部と被嵌合部との両者が嵌合に至らなくても所定位相（バルブタイミング）に拘束できてエンジンを確実に始動可能とさせる内燃機関用バルブタイミング調整装置が提供できる技術に関する。
【００１８】
図１２は、本発明の第１実施形態であるバルブタイミング調整装置１を含むガソリンエンジン１００全体を示す全体概略構成図である。バルブタイミング調整装置１は、エンジン１００に付設され、油圧により駆動される可変バルブタイミング機構５０（以下「ＶＶＴ」と呼称する）、このＶＶＴ５０への駆動力を印加するオイルコントロールバルブ８０（以下「ＯＣＶ」と呼称する）、駆動軸としてのクランクシャフト１１の回転角度（クランク角度）を検出するクランク角センサ４０、従動軸としての吸気側カムシャフト２２の回転角度（クランク角度）を検出するカム角センサ４１、およびバッテリ６０より電源供給されこれらセンサ４０、４１等からの入力信号４０ａ、４１ａに基づいてＯＣＶ８０に対して駆動信号７０ａを送信して駆動制御するＥＣＵ７０等を備えている。
【００１９】
エンジン１００は、往復移動するピストン１２の下端部にクランクシャフト１１が連結されてクランクシャフト１１を回転させている。このクランクシャフト１４の近傍には、磁性体ロータと電磁ピックアップ（ともに図示しない）とから構成されるクランク角センサ４０が配設され、クランクシャフト１１の回転角度（クランク角度）を検出している。また、吸気側カムシャフト２２の近傍には、磁性体ロータと電磁ピックアップ（ともに図示しない）とから構成されるカム角センサ４１が配設され、吸気側カムシャフト２２の回転角度（カム角度）を検出している。
【００２０】
吸気通路２０および排気通路３０には、吸気バルブ２１および排気バルブ３１が各々配設され、これらバルブ２１、３１を開閉駆動するための吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト３２が各々配置されている。また、各カムシャフト２２、３２の一端には、吸気側タイミングプーリ２３、排気側タイミングプーリ３３が各々装着されており、これらタイミングプーリ２３、３３は、タイミングベルト３４を介してクランクシャフト１１に連結されている。従って、エンジン１００の作動時にはクランクシャフト１１からタイミングベルト３４および各タイミングプーリ２３、３３を介して各カムシャフト２２、３２に回転駆動力が伝達され、各カムシャフト２２、３２が回転することにより吸気バルブ２１、および排気バルブ３１が開閉駆動される。これら各バルブ２１、３１は、クランクシャフト１１の回転およびピストン１２の上下動に同期して、すなわち吸気行程、圧縮行程、爆発・膨張行程、および排気行程よりなるエンジン１００における一連の４行程に同期して、所定の開閉タイミングで駆動される。
【００２１】
ＶＶＴ５０は、クランクシャフト１１からの駆動力がタイミングベルト３４を介して吸気側タイミングプーリ２３に伝達され、この吸気側タイミングプーリ２３の回転に対する吸気側カムシャフト２２の回転の位相を変化させることにより、吸気バルブ２１のバルブタイミングを連続的に変更させるための機構である。そして、吸気バルブ２１の開閉タイミングを変更することにより、吸気バルブ２１と排気バルブ３１が同時に開弁する期間であるバルブオーバーラップ期間の変更を実現している。なお、ＶＶＴ５０を駆動する油圧は、油圧ポンプ６１によってオイルパン６２から吸い上げられ、所定の圧力をもって供給される。
【００２２】
上記のＶＶＴ５０のシステム構成について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態であるＶＶＴ５０が配設された吸気側カムシャフト２２近傍の構成図であり、図１（ａ）は、正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。図２は、ストッパピン周辺を示す細部説明図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）中のＢ方向矢視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１（ａ）は、図２（ｂ）に示すフロントプレート５およびボルト１２１を取り外した状態を示す。吸気側タイミングプーリ２３、シューハウジング３、およびフロントプレート５は、駆動側回転体を構成し互いにボルト１２０により同軸上に固定されている。
【００２３】
また、ベーンロータ９は、ノックピン２により回転角度方向の位置決めがなされ、ボルト１２１によりカムシャフト２２に一体に固定されており従動側回転体を構成している。なお、カムシャフト２２は、タイミングプーリ２３に対し所定の位相差にて回動可能である。カムシャフト２２およびタイミングプーリ２３は、図１（ｂ）に示す矢印Ｂ方向からみて時計方向に回転する。以下この回転方向を進角方向とする。図１中の４は、コイルスプリングであり、このコイルスプリング４の巻き始め端部と巻き終わり端部とが各々シューハウジング３とベーンロータ９に係止し、シューハウジング３とベーンロータ９とを相対回転させる力を発生させベーンロータ９をシューハウジング３に対して進角方向に付勢させている。
【００２４】
シューハウジング３およびベーンロータ９の軸方向両端面は、タイミングプーリ２３およびフロントプレート５により覆われている。カムシャフト２２の外周壁２３ａは従動側回転体の軸受け部を構成している。従って、カムシャフト２２およびベーンロータ９はタイミングプーリ２３およびシューハウジング３に対して同軸に相対回転可能である。ベーンロータ９の内壁には、嵌合部としてのピン部（以降、ストッパピンと呼称する）７がカムシャフト２２の軸方向と略平行に挿入されて摺動可能とさせるピン挿入穴８が設けられている。なお、ストッパピン７は略柱状形状体であり、この筒状体の一端に付勢手段としてのスプリング１０を配設してタイミングプーリ２３側に付勢させている。タイミングプーリ２３の側端面には、被嵌合部としての穴部（以降、ストッパ穴と呼称する）１１１ａを備えたピン嵌合部（以降、ブッシュと呼称する）１１１が圧入されて設けられている。つまり、ストッパピン７は、このブッシュ１１１に形成されたストッパ穴１１１ａに嵌合可能である。ストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合した状態では、シューハウジング３に対するベーンロータ９の相対回転は拘束される。これらストッパピン７、ストッパ穴１１１ａおよびスプリング８は嵌合手段を構成している。
【００２５】
シューハウジング３は、周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有している。シュー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの周方向の４箇所の間隙にはそれぞれベーン９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを収容する収容室としての扇状空間部９０が形成されており、シュー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの内周面は断面円弧状に形成されている。ベーンロータ９は周方向にほぼ等間隔にベーン９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを有し、このベーン９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄがシュー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの周方向の間隙に形成されている扇状空間部９０に回転可能に収容されている。そして、シュー３ａとベーン９ａとの間、シュー３ｂとベーン９ｂとの間、シュー３ｃとベーン９ｃとの間、およびシュー３ｄとベーン９ｄとの間には、各々遅角油圧室１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄが形成されている。また、シュー３ａとベーン９ｂとの間、シュー３ｂとベーン９ｃとの間、シュー３ｃとベーン９ｄとの間、およびシュー３ｄとベーン９ａとの間には、各々進角油圧室１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈが形成されている。
【００２６】
図２に示すように、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側（図２中の右側）に進角側領域を広げるようにストッパ穴１１１ａ（被嵌合部）の一部が変形され、ストッパピン７とブッシュ１１１とが駆動側回転体と従動側回転体の両回転体の回転方向に対して所定量の隙間（図２（ｂ）中のΔＬ１寸法）を有して係合するように変形部としての段部（第１段部）１１１ｂを形成させた。この段部１１１ｂは、ストッパ穴１１１ａが嵌合される側に開口した開口面１１１ｃに形成されており、これら段部１１１ｂとストッパピン７は係合手段を構成している。
【００２７】
具体的には、ブッシュ１１１の一方の軸方向端面を部分的に切り欠いて段部１１１ｂを構成する。この切り欠く際に形成される切り欠き線（図２（ａ）中のＹ１、Ｙ２）は、ベーンロータ９の相対回転によりストッパピン７の移動する方向と略直行する方向となる略直線である。本実施形態では、ストッパピン７のストッパ穴１１１ａへの嵌合位置よりも進角側となる進角側移動領域に所定量の隙間（ΔＬ１）を有するようにストッパピン７の端部の一部を切り欠いて１段の段部１１１ｂを構成している。つまり、上記した切り欠き線Ｙ１、Ｙ２と接するようにストッパ穴１１１ａが配設させることにより、所定量の隙間（ΔＬ１寸法）を有して進角側領域を広げるように形成されている。
【００２８】
なお、上記した隙間（ΔＬ１寸法）は、本実施形態ではストッパピン７の外径の２０から３０％の寸法を確保した。つまり、ストッパピン７の外径がφ１０ｍｍである場合には、本実施形態では約２ｍｍから３ｍｍの間に設定される。この程度の隙間寸法に設定すれば、ストッパピン７のストッパ穴１１１ａへの嵌合に比してストッパピン７が段部１１１ｂに容易に引っかかることからストッパピン７の段部１１１ｂへの係合が格段に高確率に行われる。図２（ｂ）中の破線Ｘ１位置から破線Ｘ２位置は、ストッパピン７が開口面１１１ｃに沿って遅角側から進角側に向けてストッパ穴１１１ａに導かれ段部１１１ｂに係合した状態を示す。
【００２９】
そして、このストッパピン７が段部１１１ｂへ係合した時点にて、エンジン１００を確実に始動可能とさせる位相に拘束できる。また、ストッパピン７が段部１１１ｂへ係合したのちに段部１１１ｂ内を進角および遅角方向に反復揺動することがあっても、ストッパピン７の段部１１１ｂ内における移動量が少ないことからストッパピン７の段部１１１ｂへの当接による衝撃力は小さく抑えられる。更に、格段に高確率に行われるストッパピン７の段部１１１ｂへの係合により、ベーンロータ９の移動最終端部にてベーンロータ９とハウジング部材としてのシューハウジング３との衝突等による打音を発生させなくなる。そして、段部１１１ｂに係合されて図２（ｂ）中の破線Ｘ２位置にあるストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合する。
【００３０】
図５は、変形例のストッパピン周辺を示す図１（ｂ）中のＢ方向矢視図であり、図２に示した段部１１１ｂに対して、図５に示す段部構成としてもよい。この段部１１１ｂａは、ブッシュ１１１の一方の軸方向端面を切り欠き線Ｙ３、Ｙ４に沿って切り欠いて構成されている。この切り欠き線Ｙ３、Ｙ４は、ベーンロータ９の相対回転によりストッパピン７の移動する方向と略直行する方向、かつストッパピン７の周曲面に略平行となる曲線である。具体的には、ストッパピン７の周曲面の曲率よりも大きい曲率の切り欠き線Ｙ３、Ｙ４とし、ストッパピン７がベーンロータ９の相対回転により移動して段部１１１ｂに係合する直前位置でのストッパピン７の先端部と開口面１１１ｃとの接触面積を大きくしている。これにより、ストッパピン７の先端部と開口面１１１ｃとの接触面圧が小さくなるように考慮され、その接触部での摩耗を抑制させている。
【００３１】
図４は、エンジン１００の低速運転域におけるＶＶＴ５０による進角および遅角特性を示す説明図である。エンジン１００の低速運転域においては、特にベーンロータ９を所定位相（最進角位相と最遅角位相との略中間位相）に移動させる際に、シューハウジング３に対するベーンロータ９の相対回転を揺動させる反復トルクが発生する。この反復トルクにより、図４中に示す進角から遅角方向（グラフＹ軸の下から上方向）への移動行程中に遅角から進角方向への戻り行程Ｒ（例えば図４中（イ）と（ロ）間）を複数回に渡り生じさせている。この反復トルクによる戻り行程は、遅角から進角方向への移動行程中においても発生する。
【００３２】
このように、エンジン１００の低速運転域、特にエンジン１００の始動時においてベーンロータ９を所定位相に移動および制止させることが困難であることから、上記したストッパピン７と段部１１１ｂおよびストッパ穴１１１ａ間とを始動に適した中間位相に固定（係止および嵌合）させている。なお、例えばストッパピン７と段部１１１ｂとが進角から遅角方向へ移動したのちに係止すれば、この進角から遅角方向への移動行程中における遅角から進角方向への戻り行程Ｒ（図４中に示す）を阻止できる。この戻り行程Ｒに要する時間が削減されてストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合する。つまり、速やかにストッパピン７とストッパ穴１１１ａを嵌合させて両者７、１１１ａの相対位置を安定させることができる。
【００３３】
ストッパピン７が開口面１１１ｃに沿って遅角側から進角側に向けてストッパ穴１１１ａに導かれる動作状況を、図３および図１３を用いて説明する。図３は、ストッパピン７の段部１１１ｂへの係合過程を説明する模式断面図であり、図３（ａ）は、ストッパピン７の段部１１１ｂへの係合初期時を示し、図３（ｂ）は、ストッパピン７が段部１１１ｂに係合する状態を示し、図３（ｃ）は、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合する状態を示す。図１３は、図１２中のＶＶＴ５０とＯＣＶ８０間の作動油供給経路を示す模式図である。
【００３４】
エンジン１００の始動が行われると、ＥＣＵ７０よりの指令を受けてＯＣＶ８０により油路の切替え制御がなされ進角油圧室１１０ｈにオイルポンプ６１よりの油圧が導入される。すると、コイルスプリング４の付勢力と進角油圧室１１０ｈに加わる油圧力、および図４を用いて説明した反復トルク中の進角方向の駆動トルクの合力によりベーン９ａが進角方向（図３中の右方向）に移動する。このようにストッパピン７はストッパ穴１１１ａ方向へ押し出され、図２（ｂ）中のＸ１位置から図３（ａ）に示す位置まで移動する。つまり、ストッパピン７は、自らが嵌合する側の開口面１１１ｃに沿ってその開口面１１１ｃに形成されたストッパ穴１１１ａに導かれる際、先ずストッパ穴１１１ａの入口側に形成される段部１１１ｂに引っ掛かり配置される。このストッパピン７の段部１１１ｂへの配置は、所定量の隙間（ΔＬ１）を有するように形成された段部１１１ｂであることから容易に行われる。
【００３５】
そして、図３（ｂ）に示すように上記したストッパピン７を進角方向に移動させる合力（駆動力）が加わりストッパピン７の段部１１１ｂへの配置を維持した状態において、図４を用いて説明した反復トルクがベーン９ａを進角方向（図３中の右方向）に移動させるように駆動トルクＦ１が働き、ストッパピン７が段部１１１ｂの端部壁１１１ｄに当接して両者７、１１１ｂを係合させる。
【００３６】
図３（ｂ）に示す状態から、図４を用いて説明した反復トルク中の遅角方向（図３中の左方向）に移動させるようにベーン９ａに駆動トルクＦ２が働き、この駆動トルクＦ２がコイルスプリング４の付勢力と進角油圧室１１０ｈに加わる油圧力に抗してストッパピン７をストッパ穴１１１ａ方向へ導く。そして、スプリング１０の付勢力とオイルポンプ６１よりの油圧作用力の合力Ｆ３によりストッパ穴１１１ａ方向へ押し出され、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａへ嵌合し、この状態を図３（ｃ）に示す。
【００３７】
上記したようにストッパピン７の段部１１１ｂへ係合を経て、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａへ嵌合する行程中にエンジン１００の始動が行われ、ストッパピン７の段部１１１ｂへ係合ののちストッパピン７がストッパ穴１１１ａへ嵌合することで両者７、１１１ａの相対位置を安定させるのである。このように、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの両者が嵌合に至らなくても簡潔な構成の係合手段を有することにより所定位相に拘束でき、エンジン１００を確実に始動可能とさせる内燃機関用バルブタイミング調整装置１を提供できる。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し説明を省略する。なお、図６は、第１実施形態に対し段部の構成が異なる。図６は、本発明の第２実施形態であるＶＶＴ５０におけるストッパピン７の段部１１１ｂへの係合過程を説明する模式断面図であり、図６（ａ）は、ストッパピン７の段部１１１ｂへの係合初期時を示し、図６（ｂ）は、ストッパピン７が段部１１１ｂに係合する状態を示し、図６（ｃ）は、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合する状態を示す。
【００３９】
図６では、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の遅角側（図６中の左側）に遅角側領域を広げるようにストッパ穴１１１ａ（被嵌合部）の一部が変形され、ストッパピン７とブッシュ１１１とが駆動側回転体と従動側回転体の両回転体の回転方向に対して所定量の隙間（図６（ａ）中のΔＬ２寸法）を有して係合するように変形部としての段部（第２段部）２１１ｂを形成させた。エンジン１００の始動時の初爆が得られるまでの極低回転時は、オイルポンプ６１からの油圧作用力が得られにくい。つまり、この油圧作用力を得てストッパピン７を遅角側から進角側に向けて移動する構成のＶＶＴ５０においては、図６に示す段部２１１ｂの構成が好適であり、以下説明する。
【００４０】
図６（ａ）は、第１実施形態時と同要領にてストッパピン７が段部２１１ｂへ配置されている状況である。なお、エンジン１００の始動時には、油圧により進角させる力が得られにくく、かつこの油圧により進角させる力に反して図４を用いて説明した反復トルク中の遅角方向（図６中の左方向）に移動させるようにベーン９ａに駆動トルクＦ２が働く際に、進角方向へのストッパピン７の移動が困難な状況となる。このストッパピン７の進角方向への移動が阻止される状況下において、段部２１１ｂがΔＬ２寸法だけ遅角側領域を広げて設けられていると、早期にストッパピン７が段部２１１ｂに拘束される。このストッパピン７の段部２１１ｂへの拘束後に上記した遅角方向に反復トルク中の駆動トルクＦ２が作用しても、ストッパピン７が段部２１１ｂの端部２１１ｄに係合し、ストッパピン７が遅角方向に移動することがない。
【００４１】
そして、図６（ｃ）に示すように反復トルクＦ１がベーン９ａを進角方向（図３中の右方向）に移動させるように働きストッパピン７がストッパ穴１１１ａへ導かれる。そして、スプリング１０の付勢力とオイルポンプ６１よりの油圧作用力の合力Ｆ３によりストッパ穴１１１ａ方向へ押し出され、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａへ嵌合する。
【００４２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し説明を省略する。なお、図７は、第１実施形態に対し段部の構成が異なる。図７は、本発明の第３実施形態であるＶＶＴ５０におけるストッパピン７周辺を示す模式断面図である。
【００４３】
図７では、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側（図７中の右側）に進角側領域および遅角側（図７中の左側）に遅角側領域を広げるようにストッパ穴１１１ａ（被嵌合部）の一部が変形され、ストッパピン７とブッシュ１１１とが駆動側回転体と従動側回転体の両回転体の回転方向に対して所定量の隙間（図７中のΔＬ３寸法およびΔＬ４寸法）を有して係合するように変形部としての段部（第１段部）３１１ｂ、段部（第２段部）３２１ｂを各々形成させた。また、段部３１１ｂと段部３２１ｂとは、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの嵌合方向におけるその段部高さを異ならせて設けられている。
【００４４】
図８に示す模式断面図用いて、ストッパピン７の上記した段部３１１ｂ、３２１ｂへ係合、およびストッパ穴１１１ａへの嵌合過程を説明する。なお、本実施形態では、遅角油圧室１１０ａに油圧が加わりストッパピン７が進角側から遅角側に向けてストッパ穴１１１ａ方向に押し出される状況である。図８（ａ）は、遅角油圧室１１０ａに加わる油圧の作用力と図４を用いて説明した反復トルク中の遅角方向の駆動トルクＦ２の合力、およびスプリング１０の付勢力とオイルポンプ６１よりの油圧作用力の合力Ｆ３により、図８（ａ）中の実線表示のストッパピン７から破線表示のストッパピン７位置へと（ハ）方向に移動し、ストッパピン７が段部３２１ｂに当接したのち係合する。
【００４５】
図８（ａ）に示す状態から、図４を用いて説明した反復トルク中の進角方向の駆動トルクＦ１と上記した合力Ｆ３により、図８（ｂ）中の実線表示のストッパピン７から破線表示のストッパピン７位置へと（ニ）方向に移動し、ストッパピン７が段部３１１ｂに当接したのち係合する。そして、図８（ｂ）に示す状態から、図４を用いて説明した反復トルク中の遅角方向の駆動トルクＦ２と上記した合力Ｆ３により、図８（ｃ）中の実線表示のストッパピン７から破線表示のストッパピン７位置へと（ニ）方向に移動し、ストッパピン７がストッパ穴１１１ａに嵌合する。
【００４６】
このように、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動（駆動トルクＦ１およびＦ２による）、およびストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力（合力Ｆ３）により、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとは高さを異ならせた段部３１１ｂと段部３２１ｂとに相互に当接することで両者７、１１１ａの嵌合方向の相対位置を近づけ、かつストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの進角側および遅角側方向への揺動範囲を狭めたのちに嵌合する。
【００４７】
なお、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力（合力Ｆ３）による両者７、１１１ａの近接速度は、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動（駆動トルクＦ１およびＦ２による）速度よりも遅く、段部３１１ｂ、３２１ｂの高さを異ならせることにより反復揺動幅を抑えながらストッパピン７とストッパ穴１１１ａとが係合し合う方向にその両者の相対位置を近づけることができる。このように、ストッパピン７とストッパ穴１１１ａとの嵌合できる確率を高めるとともに、目標嵌合位置にバルブタイミングを近接させてエンジン１００の始動性を高めることができる。
【００４８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し説明を省略する。なお、図９は、第１実施形態に対し段部の構成が異なる。図９は、本発明の第４実施形態であるＶＶＴ５０におけるストッパピン７周辺を示す模式断面図である。
【００４９】
図９に示すように、遅角側に複数段（本実施形態では３段）の段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂを構成する。なお、複数段の段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂは、開口面１１１ｃ側より徐々にストッパピン７とブッシュ１１１との係合する隙間寸法を小さく形成させてある。ここで、図４を用いて説明した反復トルクによりストッパピン７とブッシュ１１１とが近接と離間を繰り返しながら、ストッパピン７とブッシュ１１１とが係合し合う方向にその両者の相対位置が近くことが確認されている。つまり、ストッパピン７とブッシュ１１１とが係合する方向とは逆の戻り行程を含んでいるのである。このことから、段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂを遅角側に複数段に構成すれば、これら複数段の段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂのうち開口面側の段部４１１ｂ側からストッパ穴１１１ａに向け順に係合する際に上記した戻り行程が段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂよって順に係止される。すなわち、繰り返し発生する戻り行程と複数段の段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂとが対応して戻り行程が阻止され、ストッパピン７とブッシュ１１１との係合からストッパピン７のストッパ穴１１１ａへの嵌合を速やかに実行させることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１０に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し説明を省略する。なお、図１０は、第１実施形態に対しテーパを有してストッパピンおよびこれと嵌合するストッパ穴とを嵌合させる構成とした。図１０は、本発明の第５実施形態であるＶＶＴ５０におけるストッパピン７ａ周辺を示す模式図であり、図１０（ａ）は、ストッパピン７ａを示す正面図、図１０（ｂ）は、ストッパ穴２１１ａを示す断面図である。図１０（ａ）に示すようにストッパピン７ａは、先細り状のテーパ角度θを有するテーパ部を形成させた。このテーパ部のテーパ角度θは、本実施形態において３°に形成し、このテーパ部と嵌合する略同一のテーパ角度θを有するストッパ穴２１１ａを備えた（図１０（ｂ）参照）。
【００５１】
図１１は、テーパ角度の違いによるストッパピン７ａのストッパ穴２１１ａからの抜け易さ確度を示す説明図である。図１１は、テーパ角度θを大きく設けると、ストッパピン７ａのストッパ穴２１１ａからの嵌合不安定（ストッパピン７ａがストッパ穴２１１ａへの嵌合させる作用力に反して抜ける力が発生）作用が働き、抜け易さ確度が大きくなることを示す。一方、テーパ角度θを大きく設けるとストッパピン７ａとストッパ穴２１１ａとの嵌合が容易となる。詳述すれば、テーパ角度θを大きくするとストッパ穴２１１ａのストッパピン７ａ嵌合方向入口（図１０（ｂ）のＤ部）が広くなり、かつテーパ角度θを大きくしたストッパピン７ａの先端側が細くなることによる。
【００５２】
そこで、テーパ角度θを大きくすることによる嵌合不安定作用を抑えつつ嵌合が容易となる大きなテーパ角度θを検討した結果、テーパ角度θを６°未満に形成すれば、嵌合容易効果と嵌合不安定作用抑制効果とを両立できることを発明者は発見した（図１１参照）。具体的には、テーパ角度θを１°から６°の間に設定する。ここで、上記した嵌合容易効果と嵌合不安定作用抑制効果とを効果的に発揮させるには２°から４°の間に設定することが望ましい。なお、テーパ角度θの下限値を１°としたのは、テーパ加工の図示指示とテーパを設けることによる上記した嵌合容易効果の得られる双方を考慮した結果である。
【００５３】
なお、本発明の実施にあたり、遅角側に複数段の段部４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂを構成させた（図９参照）が、進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側に複数段の段部を構成させてもよい。これにより、進角側から遅角側あるいは遅角側から進角側への少なくともいずれか一方向における、ストッパピン７とブッシュ１１１との係合およびストッパピン７のストッパ穴１１１ａへの嵌合を速やかに実行できる。
【００５４】
また、本発明の実施にあたり、ストッパピン７とブッシュ１１１とが係合する段部に所定量の隙間を有し、この隙間が進角側あるいは遅角側のいずれか一方に設ける場合（上記したΔＬ１およびΔＬ２寸法の場合）は、ストッパピン７の外径の２０から３０％の寸法を目安に確保させる。しかし、これに限定されることなく、嵌合部と被嵌合部とを容易に係合できる点、ストッパピン７の段部への当接による衝撃力を小さく抑える点等を考慮して所定量の隙間寸法が決定される。
【００５５】
また更に、本発明の実施にあたり、進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側に１段あるいは複数段の段部を形成させてストッパピン７との間に係合手段を構成させる際、第５実施形態にて示したストッパピンおよびこれと嵌合するストッパ穴との間にテーパを有する構成が組み合わされてストッパピン７のストッパ穴２１１ａへの嵌合が安定かつ速やかに実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるＶＶＴが配設された吸気側カムシャフト近傍の構成図であり、
（ａ）は、正面図であり、
（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】ストッパピン周辺を示す細部説明図であり、
（ａ）は、図１（ｂ）中のＢ方向矢視図、
（ｂ）は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】ストッパピンの段部への係合過程を説明する模式断面図であり、
（ａ）は、ストッパピンの段部への係合初期時を示し、
（ｂ）は、ストッパピンが段部に係合する状態を示し、
（ｃ）は、ストッパピンがストッパ穴に嵌合する状態を示す。
【図４】ＶＶＴによる進角および遅角特性を示す説明図である。
【図５】変形例のストッパピン周辺を示す図１（ｂ）中のＢ方向矢視図である。
【図６】本発明の第２実施形態であるＶＶＴにおけるストッパピンの段部への係合過程を説明する模式断面図であり、
（ａ）は、ストッパピンの段部への係合初期時を示し、
（ｂ）は、ストッパピンが段部に係合する状態を示し、
（ｃ）は、ストッパピンがストッパ穴に嵌合する状態を示す。
【図７】本発明の第３実施形態であるＶＶＴにおけるストッパピン周辺を示す模式断面図である。
【図８】図７中のストッパピンの段部への係合過程を説明する模式断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態であるＶＶＴにおけるストッパピン周辺を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態であるＶＶＴにおけるストッパピン周辺を示す模式図であり、
（ａ）は、ストッパピンを示す正面図、
（ｂ）は、ストッパ穴を示す断面図である。
【図１１】テーパ角度の違いによるストッパピンのストッパ穴からの抜け易さ確度を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態であるバルブタイミング調整装置を含むガソリンエンジン全体を示す全体概略構成図である。
【図１３】図１２中のＶＶＴとＯＣＶ間の作動油供給経路を示す模式図である。
【符号の説明】
１バルブタイミング調整装置
３シューハウジング（従動側回転体）
７ストッパピン（嵌合部としてのピン部、嵌合手段の一部）
９ベーンロータ（駆動側回転体）
１１クランクシャフト（駆動軸）
２１吸気バルブ
２２カムシャフト（従動軸）
３１排気バルブ
５０ＶＶＴ（バルブタイミング調整装置）
１００エンジン（内燃機関）
１１１ブッシュ（ピン嵌合部）
１１１ａ、２１１ａストッパ穴（穴部、嵌合手段の一部）
１１１ｂ、１１１ｂａ、２１１ｂ、３１１ｂ３２１ｂ、４１１ｂ、４２１ｂ、４３１ｂ段部（変形部、第１および第２の段部のいずれかであり係合手段の一部を構成）

Claims

内燃機関の駆動軸とともに回転する駆動側回転体と、
吸気バルブまたは排気バルブを開閉するように前記駆動軸の駆動力が伝達される従動軸とともに回転する従動側回転体とを有し、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを相対的に回転させて前記吸気バルブまたは前記排気バルブの開閉時期を調整し、
かつ前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを連結可能に設けられ、前記内燃機関の始動時に前記吸気バルブまたは前記排気バルブの最進角位相と最遅角位相との略中間位相に固定される嵌合部および被嵌合部を有する嵌合手段を備える内燃機関用バルブタイミング調整装置であって、
前記嵌合部と前記被嵌合部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側および遅角側に進角側領域および遅角側領域を広げるように前記被嵌合部の一部が変形された変形部を有し、
前記嵌合部と前記被嵌合部の前記変形部とを、前記両回転体の回転方向に対して所定量の隙間を有して係合させる係合手段を備え、
前記嵌合部は略柱状のピン部であり、前記被嵌合部は前記ピン部を嵌合可能に形成された穴部および前記変形部を備えたピン嵌合部であり、前記変形部は、前記穴部が開口されて前記ピン部が嵌合する側の開口面に形成され、前記所定量の隙間を有して前記ピン部と前記ピン嵌合部側とを係合させるように前記穴部の入口側に形成される段部であり、
前記段部は、前記ピン部と前記穴部とが嵌合し合う位置に加え、その嵌合し合う位置の進角側および遅角側に、それぞれ進角側領域および遅角側領域を広げて前記ピン部と所定量の隙間を有して係合させるように前記穴部の入口側に形成される第１段部および第２段部から成り、前記第１段部と前記第２段部とは、前記ピン部と前記ピン嵌合部との嵌合方向におけるその段部高さを異ならせて設けられ、前記ピン部と前記ピン嵌合部との進角側および遅角側方向への相対位置移動時に生じる進角側および遅角側方向への反復揺動、および前記ピン部と前記ピン嵌合部とが嵌合し合う方向にその両者の相対位置を近づけように加わる作用力により、前記ピン部と前記ピン嵌合部とは段部高さを異ならせた前記第１段部および前記第２段部に前記ピン部が相互に当接することで両者の係合方向の相対位置を近づけ、かつ前記ピン部と前記ピン嵌合部との進角側および遅角側方向への揺動範囲を狭めながら前記略中間位相に嵌合させるようにしたことを特徴とする内燃機関用バルブタイミング調整装置。
前記段部は、進角側あるいは遅角側の少なくとも一方の側を複数段に構成す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。
前記ピン部は、先細り状のテーパ部を有するとともに該テーパ部のテーパ角度は６°未満に形成され、
前記ピン嵌合部に形成された前記穴部に前記テーパ部が嵌合されることにより、前記ピン部と前記ピン嵌合部とを前記略中間位相に嵌合させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置。