JP4507151B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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（以下、「開閉タイミング」をバルブタイミングという）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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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動による位相差により吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを油圧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。
【０００３】
バルブタイミング調整装置においては、タイミングプーリ、チェーンスプロケット等の駆動軸系とカムシャフト等の従動軸系との相対回動を所定の相対回動位置にあるとき拘束する技術が特開平１−９２５０４号公報に開示されている。この公報に開示された技術によると、駆動軸系のロータに対して従動軸系のベーンが所定の相対回動位置にあるとき、ロータに設けられた２つの穴のいずれかにベーンに設けられたノックピンを進入させ、ロータとベーンとの相対回動を拘束する。しかし、この公報に開示された技術によると、ロータに設けられた２つの穴とノックピンとのクリアランスが適正でなければ、ノックピンが穴に嵌合できなかったり嵌合時に打音が発生したりする一方、穴とノックピンとの摩耗により穴とノックピンとのクリアランスは徐々に大きくなるおそれがあるという問題がある。
【０００４】
この問題を解決する技術が特許第３０３３５８１号の公報に開示されている。この公報に開示された技術によると、上記ノックピンに相当するストッパピストンとストッパ穴との嵌合部分をテーパ状に形成することによりくさび効果による強固な拘束力を確保し、嵌合時の打音の発生を抑止し、ストッパピストンとストッパ穴とのクリアランスの変動やばらつきによって生ずる相対回動の拘束位置の変動を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許第３０３３５８１号の上記公報に開示された技術によると、ストッパピストンが設けられたベーンとストッパ穴が設けられたハウジングとはハウジングに対してベーンが相対回動する方向と垂直でない斜面同士の当接により拘束されているため、大きな外乱要因がストッパピストンとストッパ穴壁面との接触部分に作用したり、ストッパピストンとストッパ穴壁面との接触部分の摩擦係数が極端に小さくなったりすると、ストッパピストンがストッパ穴から滑り抜け、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動を拘束できなくなるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、駆動軸系と従動軸系との相対回動を所定角度位置で確実に拘束するとともに駆動軸系と従動軸系との相対回動の拘束時に生ずる打音の発生を抑制する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。
【０００８】
請求項１記載の発明によると、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつストレート穴に進入させる拘束ピンに互いに太さの異なる第一柱状部及び第二柱状部を形成し、二段階でハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を確実に拘束する。すなわち、第二柱状部より細い第一柱状部をストレート穴に進入させることによりハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束した後、従動軸に作用する負荷の変動によりその角度範囲内でベーン部材がハウジング部材に対して相対回動する間に、第一柱状部より太い第二柱状部をストレート穴に容易に進入させることができるため、第一段階としてハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を若干許容した状態で駆動系と従動系との間に確実に所定範囲の位相差を設定し、第二段階として駆動系と従動系との間に目標とする位相差を設定することができるとともに、第二柱状部とストレート穴とのクリアランスを小さく設定して打音の発生を抑制することができる。また、大きな外乱要因が拘束ピンとストレート穴壁面との接触部分に作用したり、拘束ピンとストレート穴壁面との接触部分の摩擦係数が極端に小さくなった場合であっても、ストレート穴壁面が第一柱状部及び第二柱状部に及ぼす抗力によりストレート穴に拘束ピンを係止するため、位相差の確実な制御が可能となる。
また、請求項１記載の発明によると、拘束ピンの外径は前記第二柱状部において前記ピン駆動手段と摺接する部分より小さいため、拘束ピンが穴に当接して変形しても拘束ピンとピン駆動手段との摺動作動が不良化しない。
【０００９】
請求項２記載の発明によると、前記第一柱状部と前記第二柱状部との間に円錐台側面を形成しているテーパ部を有するため、拘束ピンはストレート穴に滑らかに進入することができる。
請求項３記載の発明によると、拘束ピンの先端部が面取りされているため、拘束ピンはストレート穴に滑らかに進入することができる。
請求項４記載の発明によると、拘束ピンは前記ストレート穴の底部に先端部が当接することでストレート穴への進入深さが制限されるため、拘束ピンの進入深さの経年変化を抑制することが容易であり、また拘束ピンの進入深さを制限する構成を簡素化できる。
【００１０】
請求項５記載の発明によると、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつ穴に進入させる拘束ピンに互いに太さの異なる先端部及び基端部を形成し、これらの外壁で段付き外壁面を形成することにより、二段階でハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を確実に拘束する。すなわち、基端部より細い先端部を穴に進入させることによりハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束した後、従動軸に作用する負荷の変動によりその角度範囲内でベーン部材がハウジング部材に対して相対回動する間に、先端部より太い基端部を穴に容易に進入させることができるため、第一段階としてハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を若干許容した状態で駆動系と従動系との間に確実に所定範囲の位相差を設定し、第二段階として駆動系と従動系との間に目標とする位相差を設定することができるとともに、基端部と穴とのクリアランスを小さく設定して打音の発生を抑制することができる一方、段差を利用して先端部と穴とのクリアランスを大きく設定して先端部を穴に容易に進入させることができる。また、先端部と基端部との間に段差を設けているため、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束するときの拘束ピンの穴への進入深さ、及び、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度位置に拘束するときの拘束ピンの穴への進入深さが製造上のばらつきによって変動しにくい。尚、拘束ピンと穴とが当接する部分の組み合わせは、 (1) 拘束ピン側及び穴側の双方がテーパ状、(2) 拘束ピン側がテーパ状で穴側がストレート状、(3) 拘束ピン側が柱体状で穴側がストレート状、又は、(4) 拘束ピン側が柱体状で穴側がストレート状のいずれを採用した場合であっても、従動軸に作用する負荷の変動により拘束ピンが穴から抜け出ないように各部材の形状を設定することは可能である。
また、請求項５に記載の発明によると、拘束ピンの外径は基端部においてピン駆動手段と摺接する部分より小さいため、拘束ピンが穴に当接して変形しても拘束ピンとピン駆動手段との摺動作動が不良化しない。
【００１１】
請求項１０に記載の発明によると、拘束ピンは穴の底部に先端部が当接することで穴への進入深さが制限されるため、拘束ピンの進入深さの経年変化を抑制することが容易であり、また拘束ピンの進入深さを制限する構成を簡素化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。尚、以下の実施例においては排気弁のバルブタイミング調整装置を中心に説明するが、吸気弁を開閉駆動するカムシャフトとクランクシャフトとの位相を制御する吸気弁のバルブタイミング調整装置に本発明を適用できることは当然である。
（参考例）
本発明の参考例によるエンジン用バルブタイミング調整装置を図１に示す。参考例のバルブタイミング調整装置１は油圧制御式であり、排気弁のバルブタイミングを制御するものである。
【００１３】
図１に示すハウジング部材の一方の側壁であるハウジングカバー１０は、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同期回転するプーリ１８とボルト２０により結合されており、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２は、プーリ１８から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト２は、プーリ１８に対し所定の位相差をおいて回動可能である。ハウジングカバー１０及びカムシャフト２は図１に示す矢印Ｘ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。
【００１４】
ハウジングカバー１０とシューハウジング１２及びベーンロータ１５との間には、薄板状に形成された中間プレート１７が介在している。中間プレート１７はハウジングカバー１０とシューハウジング１２及びベーンロータ１５との間からの油漏れを防止している。ハウジングカバー１０、シューハウジング１２及び中間プレート１７は駆動側回転体としてハウジング部材を構成し、ボルト２０により同軸上に固定されている。
【００１５】
シューハウジング１２は周壁１３とハウジング部材の他方の側壁であるフロントプレート１４とからなり一体又は別体に形成されている。図２に示すように、シューハウジング１２は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有している。シュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの周方向の４箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを収容する扇状の収容室５０が形成されており、シュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００１６】
図２に示すように、ベーン部材としてのベーンロータ１５は周方向にほぼ等間隔にベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを有し、ベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは各収容室５０内に回動可能に収容されている。各ベーンは、各収容室５０を遅角油圧室と進角油圧室とに二分している。
図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の遅角方向、進角方向を表している。図１に示すように、ベーンロータ１５及びブッシュ２２は、ボルト２１によりカムシャフト２に一体に固定されており、従動側回転体を構成している。カムシャフト２に対するベーンロータ１５の回転方向の位置決めは、ピン２３により行われている。
【００１７】
カムシャフト２が排気弁を駆動するときに受ける負荷トルクは図３に示すように正・負に変動している。ここで、負荷トルクの正側はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を遅角側に付勢し、負荷トルクの負側はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を進角側に付勢している。負荷トルクの平均は正側、つまり遅角側に働く。スプリング２４の付勢力はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を進角側に回転させるトルクとして働く。スプリング２４がベーンロータ１５に加える進角方向のトルクはベーンロータ１５がシューハウジング１２に対し最遅角位置にあるとき最大であり、進角方向に向かうにしたがい小さくなる。
【００１８】
図１に示すように、ガイドリング３０は収容穴３８を形成するベーン１５ａの内壁に圧入保持され、このガイドリング３０に拘束ピンとしてのストッパピストン３１がカムシャフト２の回転軸方向に摺動可能に収容されている。ガイドリング３０は、特許請求の範囲に記載されたピン駆動手段のうち、ストッパピストン３１を往復摺動自在に支持する要素を構成する。ストッパピストン３１はフロントプレート１４に形成された穴１４ｄに出入り可能である。
【００１９】
図１及び図４に示すように、ストッパピストン３１はフロントプレート１４側から小径部３１ｂ、中径部３１ｃ、大径部３１ｄを形成している段付きの柱体状に形成されている。図４に示すように大径部３１ｄ及び中径部３１ｃはガイドリング３０の内周壁に摺動自在に支持されている。
【００２０】
中径部３１ｃの外径は穴１４ｄの最大内径より大きく、中径部３１ｃは穴１４ｄに進入しない。小径部３１ｂの外径は穴１４ｄの最大内径より小さくかつ穴１４ｄの最小内径より大きい。小径部３１ｂが滑らかに穴１４ｄに進入することができるように小径部３１ｂの先端部を面取りしてテーパ面３１ａを形成することが望ましい。
【００２１】
穴１４ｄはフロントプレート１４の円筒状壁面１４ｃ及びテーパ状壁面１４ｂにより形成されている。尚、本実施例ではフロントプレート１４の壁面により穴１４ｄを形成しているが、フロントプレート１４にリング状のブシュを埋設し、このブシュの内周壁面により穴を形成しても良い。円筒状壁面１４ｃは特許請求の範囲に記載されたストレート穴を形成し、テーパ状壁面１４ｂは特許請求の範囲に記載されたテーパ穴を形成する。円筒状壁面１４ｃにより形成されるストレート穴とテーパ状壁面１４ｂにより形成されるテーパ穴とは同軸に形成され、それぞれの軸心は駆動側回転体及び従動側回転体の回転軸と平行である。すなわち、ストレート穴及びテーパ穴の軸心はベーンロータ１５の相対回動方向と垂直である。
【００２２】
穴１４ｄのフロントプレート１４における周方向位置により、駆動側回転体と従動側回転体の相対回動を拘束する位相が決まる。本実施例では、排気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動時における排気弁と吸気弁との開弁オーバーラップ期間を短くするため、図５（Ａ）に示すように、ベーン１５ａがシュー１２ａに当接する最進角位置でストッパピストン３１が穴１４ｄに進入すると小径部３１ｂの外壁面がテーパ状壁面１４ｂに当接するように穴１４ｄの周方向位置を設定し、ストッパピストン３１と穴１４ｄとのくさび効果によりベーン１５ａがシュー１２ａに当接する位置でシューハウジング１２に対してベーンロータ１５を拘束する。
【００２３】
尚、吸気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動時における排気弁と吸気弁との開弁オーバーラップ期間を短くする場合、シューハウジングに対してベーンロータを最遅角位置で拘束する位置に嵌合穴の位置を設定すればよい。また、吸気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動後に始動時より遅角側でシューハウジングに対してベーンロータを拘束しようとする場合、最進角位置と最遅角位置との中間位置でシューハウジングに対してベーンロータを拘束すればよい。最進角位置と最遅角位置との中間位置でシューハウジングに対してベーンロータを拘束する場合、図５（Ｂ）に示すようにストッパピストン３１の軸心と拘束穴１４ｄの軸心とが同軸に重なる位置でシューハウジング１２に対してベーンロータ１５が拘束される。このときベーンロータ１５の相対回動はストッパピストン３１と拘束穴１４ｄとのくさび効果によりクリアランス０の嵌合で拘束される。
【００２４】
円筒状壁面１４ｃの穴１４の深さ方向の長さｄは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましく、１．５ｍｍ程度であることがさらに望ましい。これは、あまりに長すぎるとストッパピストン３１を穴１４ｄから抜くために必要なストッパピストン３１の移動距離が長くなりストッパピストン３１の抜き差しを迅速に制御できなくなり、あまりに短すぎるとテーパ状壁面１４ｂからストッパピストン３１が垂直抗力を受ける区間が短くなりストッパピストン３１が外乱要因により穴１４ｄから抜けやすくなるからである。
【００２５】
テーパ状壁面１４ｂのテーパ角度は２°以上２０°以下であることが望ましく、１５°程度であることがさらに望ましい。これは、あまりに小さすぎるとストッパピストン３１と穴１４ｄとの位置ずれに起因するストッパピストン３１の進入深さ変動が大きくなり、あまりに大きすぎるとストッパピストン３１を穴１４ｄから退出させる方向に働く外乱の分力が大きくなりストッパピストン３１の進入深さが変動しやすいからである。
【００２６】
ストッパピストン３１の小径部３１ｂ及び中径部３１ｃの外壁面と、円筒状壁面１４ｃ、テーパ状壁面１４ｂ及びガイドリング３０の内周壁面とにより環状に形成される油圧室４２は、図２に示す油路５７により遅角油圧室５１と連通している。ストッパピストン３１の中径部３１ｃ及び大径部３１ｄの外壁面とガイドリング３０の内周壁面とにより環状に形成される油圧室４１は、図２に示す油路５８により進角油圧室５４と連通している。油圧室４２の油圧を受けるストッパピストン３１の受圧面積は、油圧室４１の油圧を受ける受圧面積よりも大きくなるように設定されている。尚、油圧室４１、４２を進角油圧室５４または遅角油圧室５１のいずれと連通させるかは、油圧室４２の油圧を受けるストッパピストン３１の受圧面積と油圧室４１の油圧を受ける受圧面積との関係に応じて決められる。
【００２７】
ストッパピストン３１は一端がベーンロータ１５に当接している圧縮コイルスプリング３７によりフロントプレート１４側に付勢されている。油圧室４１、４２の作動油から受ける力は圧縮コイルスプリング３７の付勢力に抗し穴１４ｄからストッパピストン３１を抜く方向に働く。
【００２８】
ストッパピストン３１が油圧室４１及び油圧室４２の作動油から受ける力が圧縮コイルスプリング３７の付勢力を上回り、ストッパピストン３１が穴１４ｄから退出し、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５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３１と穴１４ｄとの周方向位置がずれることにより、ストッパピストン３１は穴１４ｄに進入できなくなる。
【００２９】
以上、バルブタイミング調整装置１の構成を説明した。次に、バルブタイミング調整装置１の作動を説明する。
【００３０】
遅角油圧室及び進角油圧室には図示しないポンプから作動油が供給され、遅角油圧室及び進角油圧室の油圧は図示しないエンジン制御装置（ＥＣＵ）により制御される制御弁により制御される。シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動位置は、遅角油圧室及び進角油圧室の油圧、スプリング２４の付勢力、並びにカムシャフト２に作用する負荷トルクのバランスにより決まり、エンジンの運転条件に応じてＥＣＵにより適正な位置にフィードバック制御される。
【００３１】
シューハウジング１２に対しベーンロータ１５が最進角位置にあってその位置でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５の相対回動を拘束しようとするとき、圧縮コイルスプリング３７の付勢力が油圧室４１及び油圧室４２の作動油の油圧に抗ってストッパピストン３１をフロントプレート１４の方向に移動させるように遅角油圧室５１及び進角油圧室５４の油圧が制御される。ベーン１５ａがシュー１２ａに当接するときベーンロータ１５はシューハウジング１２に対し最進角位置にある。ベーンロータ１５がシューハウジング１２に対して最進角位置よりやや遅角側にあるときであっても、円筒状壁面１４ｃにより形成されるストレート穴の内径がストッパピストン３１の外径より十分大きく設定されていれば、ストッパピストン３１は穴１４ｄに進入することができる。また、小径部３１ｂの先端部は面取りされているためストッパピストン３１は穴１４ｄに滑らかに進入することができる。
【００３２】
図４に示すように、小径部３１ｂが円筒状壁面１４ｃに当接する位置までストッパピストン３１が穴１４ｄに進入すると、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用したとしても、相対回動方向に垂直な円筒状壁面１４ｃが相対回動方向に垂直な小径部３１ｂの外周壁面に及ぼす抗力により、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動は円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂとのクリアランスの範囲内で拘束される。また、円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂの外周壁面とは相対回動方向に向き合っているため、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用する場合や、円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂの外周壁面との摩擦係数が小さい場合であっても、これらによってはストッパピストン３１が穴１４ｄから完全に抜け出すことはない。
【００３３】
カムシャフト２に作用する負荷トルクの変動により円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂとのクリアランスの範囲内でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５が相対回動する間、圧縮コイルスプリング３７の付勢力によりストッパピストン３１はテーパ状壁面１４ｂにならって徐々に穴１４ｄの深部側に移動し、図５（Ａ）に示すように、ベーン１５ａの壁面がシュー１２ａの壁面に当接する位置でシューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動はテーパ状壁面１４ｂとストッパピストン３１とのくさび効果により完全に拘束される。したがって、ストッパピストン３１を穴１４ｄに進入させることにより、クランクシャフトに対して正確な位相差でカムシャフト２を回動させることができ、また、相対回動の拘束時に生ずる打音を抑制することができる。
【００３４】
シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動の拘束を開放し、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を遅角側に移動させようとするとき、遅角油圧室５１または進角油圧室５４の少なくともいずれか一方の油圧を高圧側に制御し、油圧室４１及び油圧室４２の作動油の油圧によりストッパピストン３１を穴１４ｄから退出させる。このとき、ストッパピストン３１は小径部３１ｂの外壁面がテーパ状壁面１４ｂに当接している状態から退出方向に移動するため、ストッパピストン３１はテーパ状壁面１４ｂをこじることがない。また、小径部３１ｂの先端部がストレート穴にさしかかる位置までストッパピストン３１が穴１４ｄから退出する方向に移動すると、小径部３１ｂと円筒状壁面１４ｃとのクリアランスが十分大きいため、ストッパピストン３１は円筒状壁面１４ｃをこじることがない。
【００３５】
（一実施例）
本発明の一実施例としてストッパピストン及びストッパピストンを係止する穴の形状を参考例に示したものから変形したバルブタイミング調整装置を示す。一実施例においては、ストッパピストン及び穴の形状以外の点については参考例と同様であるため説明を省略し、参考例と同じ符号を用いることとする。
【００３６】
ストッパピストン６１は図６に示すようにフロントプレート１４側から第一柱状部としての小径部６１ａ、第二柱状部としての中径部６１ｂ、及び大径部６１ｃを形成している段付きの有底円筒状に形成されている。小径部６１ａの先端部は面取りされ、小径部６１ａの角部にはテーパ状壁面６１ｄが形成されている。ストッパピストン６１を係止する穴６５はフロントプレート１４にベーンロータ側から順に互いに同軸に形成されている円筒状壁面６４、テーパ状壁面６３、円筒状壁面６２により２段ストレート穴状に形成されている。ストッパピストン６１の中径部６１ｂと大径部６１ｃとの間に形成されるテーパ状壁面６１ｅとフロントプレート１４のテーパ状壁面６３とが当接することによりストッパピストン６１の穴６５への進入が制限される。円筒状壁面６４は特許請求の範囲に記載されたストレート穴を形成している。尚、ストッパピストン６１に摺接するリング状のブシュをフロントプレート１４に埋設し、このブシュに穴６５を形成してもよい。
【００３７】
円筒状壁面６４により形成されるストレート穴の内径は小径部６１ａ及び中径部６１ｂの外径より大きく設定され、ストッパピストン６１はテーパ状壁面６３とテーパ状壁面６１ｅとが当接する位置まで穴６５に進入することができる。ストッパピストン６１が穴６５の最深部まで進入したとき、円筒状壁面６４と中径部６１ｂの外壁との間には微小クリアランスが形成される。円筒状壁面６２により形成されるストレート穴の内径は小径部６１ａの外径より大きい。本実施例ではテーパ状壁面６１ｄ及びテーパ状壁面６３をストッパピストン６１及びフロントプレート１４に形成することにより穴６５の深部側にストッパピストン６１が滑らかに進入できるようにしている。
【００３８】
尚、図６及び図７に示す例では２つのテーパ状壁面の当接によりストッパピストン６１の進入深さを決めているが、図８に示すようにストッパピストン６１を係止する穴を形成する壁面を段差のない円筒壁面６４とし穴の底面６４ａとストッパピストン６１の先端面との当接によりストッパピストン６１の進入深さを決めてもよい。穴の底面６４ａとストッパピストン６１の先端面とで進入深さを決める場合、広い面積で両者を当接させることができるため摩耗や変形に強く、ストッパピストン６１の進入深さの摩耗等による経年変化を抑制することができるとともに穴の内壁形状を加工が容易な簡素な形状にすることができる。
また図９に示すように、中径部６１ｂの外壁が円筒壁面６４に押圧されて変形してもガイドリング３０とストッパピストン６１との摺動に影響が及ばないように、ガイドリング３０に摺接する部分の外径に比べて穴に進入する部分の外径を小さく設定してもよい。
【００３９】
シューハウジング１２に対しベーンロータ１５が最進角位置近傍にあって、圧縮コイルスプリング３７の付勢力及び作動油の油圧により受ける力の合力がストッパピストン６１をフロントプレート側に付勢しているとき、円筒状壁面６４により形成されているストレート穴の内径は小径部６１ａの外径より十分大きいため、ストッパピストン６１は容易に穴６５に進入することができる。また、小径部６１ａの先端部が面取りされているため、ストッパピストン６１は滑らかに穴６５に進入することができる。小径部６１ａの外周壁と円筒状壁面６４とが当接する位置までストッパピストン６１が穴６５に進入すると、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする力が働いたとしても、相対回動方向に垂直な円筒状壁面６４が相対回動方向に垂直な小径部６１ａの外周壁面に及ぼす抗力により、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動は円筒状壁面６４と小径部６１ａとのクリアランスの範囲内で拘束される。また、円筒状壁面６４と小径部６１ａの外周壁面とはベーンロータ１５の相対回動方向に向き合っているため、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用したり、円筒状壁面６４と小径部６１ａの外周壁面との摩擦係数が小さい場合であっても、これらによってはストッパピストン６１が穴６５から完全に抜け出すことはない。
【００４０】
カムシャフト２に作用する負荷トルクの変動により円筒状壁面６４と小径部６１ａとのクリアランスの範囲内でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５が相対回動する間、ストッパピストン６１はテーパ状壁面６３にならって穴６５の深部側に移動し、テーパ状壁面６３とテーパ状壁面６１ｅとが当接する位置、すなわち中径部６１ｂの外周壁面と円筒状壁面６４とが微小クリアランスで向き合う位置でシューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動はほぼ完全に拘束される。したがって、ストッパピストン６１を穴６５に最深部まで進入させることにより、クランクシャフトに対して正確な位相差でカムシャフト２を回動させることができる。また、中径部６１ｂの外周壁面と円筒状壁面６４とのクリアランスは微小であるため、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動の拘束時に生ずる打音を抑制することができる。
【００４１】
さらに、一実施例によると、テーパ状壁面６３、６１ｄが互いに当接する区間を除き、外乱要因に関わらずストッパピストン６１の進入深さを正確に制御することができる。なぜならば、外乱要因はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする方向に作用するところ、テーパ状壁面６３、６１ｄが互いに当接する区間を除き、ストッパピストン６１とフロントプレート１４とは相対回動方向に垂直な面同士が当接しているため、外乱要因によりストッパピストン６１を穴６５から退出させる方向の分力が生ずることがないからである。
【００４２】
尚、一実施例ではストッパピストン６１を係止する穴をストレート穴としストッパピストン６１のテーパ穴に進入する部分を柱体状としているが、必ずしもストッパピストン６１と穴の壁面とが相対回動方向に垂直な面で互いに当接するように構成せずともよい。例えば図１０に示すように、ストッパピストン６１を係止する穴をテーパ穴６７とし、ストッパピストン６１に柱体状の先端部６１ｆ及びテーパ状の基端部６１ｇを形成しても良い。テーパ角度θ１、θ２は前述したとおり２ー以上１５°以下であることが望ましい。先端部６１ｆと基端部６１ｇの外壁により段付き外壁面を形成し、先端部６１ｆの外径と基端部６１ｇの外径に段差で顕著な差をつけることができるため、ストッパピストン６１のテーパ穴６７への進入深さが製造上のばらつきによって変動しにくい。また、段差により先端部６１ｆが基端部６１ｇに比べて相当程度細くなるため、段差のないテーパ状のものに比べ、段付きのストッパピストン６１はテーパ穴６７に容易に進入することができる。さらに、段差により先端部６１ｆを基端部６１ｇに比べて相当程度細くすることができるため、テーパ角θ１、θ２を段差のないテーパ状のものに比べ小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例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】 本発明の参考例に係るベーンロータ及びシューハウジングを示す平面図である。
【図３】 カムシャフトの負荷トルクを説明するための模式図である。
【図４】 本発明の参考例によるバルブタイミング調整装置を示す一部断面図である。
【図５】 本発明の参考例によるバルブタイミング調整装置における嵌合穴の位置を説明するための模式図である。
【図６】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図７】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図８】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図９】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図１０】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴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 カムシャフト（従動軸）
１０ ハウジングカバー（ハウジング部材）
１２ シューハウジング（ハウジング部材）
１２ａ シュー
１３ 周壁
１４ フロントプレート
１４ｂ テーパ状壁面
１４ｃ 円筒状壁面
１４ｄ 嵌合穴
１５ａ ベーン
１５ ベーンロータ（ベーン部材）
１７ 中間プレート
１８ プーリ
２４ スプリング
３０ ガイドリング
３１ ストッパピストン（嵌合ピン）
３１ａ テーパ面
３１ｂ 小径部
３１ｃ 中径部
３１ｄ 大径部
３７ 圧縮コイルスプリング
５０ 収容室
５１ 遅角油圧室
５４ 進角油圧室
６１ ストッパピストン（嵌合ピン）
６１ａ 小径部（第一柱状部）
６１ｂ 中径部（第二柱状部）
６１ｃ 大径部
６１ｄ テーパ状壁面
６１ｅ テーパ状壁面
６２ 円筒状壁面
６３ テーパ状壁面
６４ 円筒状壁面
６５ 嵌合穴
【発明の属する技術分野】
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（以下、「開閉タイミング」をバルブタイミングという）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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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動による位相差により吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを油圧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。
【０００３】
バルブタイミング調整装置においては、タイミングプーリ、チェーンスプロケット等の駆動軸系とカムシャフト等の従動軸系との相対回動を所定の相対回動位置にあるとき拘束する技術が特開平１−９２５０４号公報に開示されている。この公報に開示された技術によると、駆動軸系のロータに対して従動軸系のベーンが所定の相対回動位置にあるとき、ロータに設けられた２つの穴のいずれかにベーンに設けられたノックピンを進入させ、ロータとベーンとの相対回動を拘束する。しかし、この公報に開示された技術によると、ロータに設けられた２つの穴とノックピンとのクリアランスが適正でなければ、ノックピンが穴に嵌合できなかったり嵌合時に打音が発生したりする一方、穴とノックピンとの摩耗により穴とノックピンとのクリアランスは徐々に大きくなるおそれがあるという問題がある。
【０００４】
この問題を解決する技術が特許第３０３３５８１号の公報に開示されている。この公報に開示された技術によると、上記ノックピンに相当するストッパピストンとストッパ穴との嵌合部分をテーパ状に形成することによりくさび効果による強固な拘束力を確保し、嵌合時の打音の発生を抑止し、ストッパピストンとストッパ穴とのクリアランスの変動やばらつきによって生ずる相対回動の拘束位置の変動を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許第３０３３５８１号の上記公報に開示された技術によると、ストッパピストンが設けられたベーンとストッパ穴が設けられたハウジングとはハウジングに対してベーンが相対回動する方向と垂直でない斜面同士の当接により拘束されているため、大きな外乱要因がストッパピストンとストッパ穴壁面との接触部分に作用したり、ストッパピストンとストッパ穴壁面との接触部分の摩擦係数が極端に小さくなったりすると、ストッパピストンがストッパ穴から滑り抜け、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動を拘束できなくなるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、駆動軸系と従動軸系との相対回動を所定角度位置で確実に拘束するとともに駆動軸系と従動軸系との相対回動の拘束時に生ずる打音の発生を抑制する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。
【０００８】
請求項１記載の発明によると、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつストレート穴に進入させる拘束ピンに互いに太さの異なる第一柱状部及び第二柱状部を形成し、二段階でハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を確実に拘束する。すなわち、第二柱状部より細い第一柱状部をストレート穴に進入させることによりハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束した後、従動軸に作用する負荷の変動によりその角度範囲内でベーン部材がハウジング部材に対して相対回動する間に、第一柱状部より太い第二柱状部をストレート穴に容易に進入させることができるため、第一段階としてハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を若干許容した状態で駆動系と従動系との間に確実に所定範囲の位相差を設定し、第二段階として駆動系と従動系との間に目標とする位相差を設定することができるとともに、第二柱状部とストレート穴とのクリアランスを小さく設定して打音の発生を抑制することができる。また、大きな外乱要因が拘束ピンとストレート穴壁面との接触部分に作用したり、拘束ピンとストレート穴壁面との接触部分の摩擦係数が極端に小さくなった場合であっても、ストレート穴壁面が第一柱状部及び第二柱状部に及ぼす抗力によりストレート穴に拘束ピンを係止するため、位相差の確実な制御が可能となる。
また、請求項１記載の発明によると、拘束ピンの外径は前記第二柱状部において前記ピン駆動手段と摺接する部分より小さいため、拘束ピンが穴に当接して変形しても拘束ピンとピン駆動手段との摺動作動が不良化しない。
【０００９】
請求項２記載の発明によると、前記第一柱状部と前記第二柱状部との間に円錐台側面を形成しているテーパ部を有するため、拘束ピンはストレート穴に滑らかに進入することができる。
請求項３記載の発明によると、拘束ピンの先端部が面取りされているため、拘束ピンはストレート穴に滑らかに進入することができる。
請求項４記載の発明によると、拘束ピンは前記ストレート穴の底部に先端部が当接することでストレート穴への進入深さが制限されるため、拘束ピンの進入深さの経年変化を抑制することが容易であり、また拘束ピンの進入深さを制限する構成を簡素化できる。
【００１０】
請求項５記載の発明によると、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつ穴に進入させる拘束ピンに互いに太さの異なる先端部及び基端部を形成し、これらの外壁で段付き外壁面を形成することにより、二段階でハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を確実に拘束する。すなわち、基端部より細い先端部を穴に進入させることによりハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束した後、従動軸に作用する負荷の変動によりその角度範囲内でベーン部材がハウジング部材に対して相対回動する間に、先端部より太い基端部を穴に容易に進入させることができるため、第一段階としてハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を若干許容した状態で駆動系と従動系との間に確実に所定範囲の位相差を設定し、第二段階として駆動系と従動系との間に目標とする位相差を設定することができるとともに、基端部と穴とのクリアランスを小さく設定して打音の発生を抑制することができる一方、段差を利用して先端部と穴とのクリアランスを大きく設定して先端部を穴に容易に進入させることができる。また、先端部と基端部との間に段差を設けているため、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束するときの拘束ピンの穴への進入深さ、及び、ハウジング部材に対するベーン部材の相対回動を所定角度位置に拘束するときの拘束ピンの穴への進入深さが製造上のばらつきによって変動しにくい。尚、拘束ピンと穴とが当接する部分の組み合わせは、 (1) 拘束ピン側及び穴側の双方がテーパ状、(2) 拘束ピン側がテーパ状で穴側がストレート状、(3) 拘束ピン側が柱体状で穴側がストレート状、又は、(4) 拘束ピン側が柱体状で穴側がストレート状のいずれを採用した場合であっても、従動軸に作用する負荷の変動により拘束ピンが穴から抜け出ないように各部材の形状を設定することは可能である。
また、請求項５に記載の発明によると、拘束ピンの外径は基端部においてピン駆動手段と摺接する部分より小さいため、拘束ピンが穴に当接して変形しても拘束ピンとピン駆動手段との摺動作動が不良化しない。
【００１１】
請求項１０に記載の発明によると、拘束ピンは穴の底部に先端部が当接することで穴への進入深さが制限されるため、拘束ピンの進入深さの経年変化を抑制することが容易であり、また拘束ピンの進入深さを制限する構成を簡素化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。尚、以下の実施例においては排気弁のバルブタイミング調整装置を中心に説明するが、吸気弁を開閉駆動するカムシャフトとクランクシャフトとの位相を制御する吸気弁のバルブタイミング調整装置に本発明を適用できることは当然である。
（参考例）
本発明の参考例によるエンジン用バルブタイミング調整装置を図１に示す。参考例のバルブタイミング調整装置１は油圧制御式であり、排気弁のバルブタイミングを制御するものである。
【００１３】
図１に示すハウジング部材の一方の側壁であるハウジングカバー１０は、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同期回転するプーリ１８とボルト２０により結合されており、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２は、プーリ１８から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト２は、プーリ１８に対し所定の位相差をおいて回動可能である。ハウジングカバー１０及びカムシャフト２は図１に示す矢印Ｘ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。
【００１４】
ハウジングカバー１０とシューハウジング１２及びベーンロータ１５との間には、薄板状に形成された中間プレート１７が介在している。中間プレート１７はハウジングカバー１０とシューハウジング１２及びベーンロータ１５との間からの油漏れを防止している。ハウジングカバー１０、シューハウジング１２及び中間プレート１７は駆動側回転体としてハウジング部材を構成し、ボルト２０により同軸上に固定されている。
【００１５】
シューハウジング１２は周壁１３とハウジング部材の他方の側壁であるフロントプレート１４とからなり一体又は別体に形成されている。図２に示すように、シューハウジング１２は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有している。シュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの周方向の４箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを収容する扇状の収容室５０が形成されており、シュー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００１６】
図２に示すように、ベーン部材としてのベーンロータ１５は周方向にほぼ等間隔にベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを有し、ベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは各収容室５０内に回動可能に収容されている。各ベーンは、各収容室５０を遅角油圧室と進角油圧室とに二分している。
図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の遅角方向、進角方向を表している。図１に示すように、ベーンロータ１５及びブッシュ２２は、ボルト２１によりカムシャフト２に一体に固定されており、従動側回転体を構成している。カムシャフト２に対するベーンロータ１５の回転方向の位置決めは、ピン２３により行われている。
【００１７】
カムシャフト２が排気弁を駆動するときに受ける負荷トルクは図３に示すように正・負に変動している。ここで、負荷トルクの正側はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を遅角側に付勢し、負荷トルクの負側はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を進角側に付勢している。負荷トルクの平均は正側、つまり遅角側に働く。スプリング２４の付勢力はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を進角側に回転させるトルクとして働く。スプリング２４がベーンロータ１５に加える進角方向のトルクはベーンロータ１５がシューハウジング１２に対し最遅角位置にあるとき最大であり、進角方向に向かうにしたがい小さくなる。
【００１８】
図１に示すように、ガイドリング３０は収容穴３８を形成するベーン１５ａの内壁に圧入保持され、このガイドリング３０に拘束ピンとしてのストッパピストン３１がカムシャフト２の回転軸方向に摺動可能に収容されている。ガイドリング３０は、特許請求の範囲に記載されたピン駆動手段のうち、ストッパピストン３１を往復摺動自在に支持する要素を構成する。ストッパピストン３１はフロントプレート１４に形成された穴１４ｄに出入り可能である。
【００１９】
図１及び図４に示すように、ストッパピストン３１はフロントプレート１４側から小径部３１ｂ、中径部３１ｃ、大径部３１ｄを形成している段付きの柱体状に形成されている。図４に示すように大径部３１ｄ及び中径部３１ｃはガイドリング３０の内周壁に摺動自在に支持されている。
【００２０】
中径部３１ｃの外径は穴１４ｄの最大内径より大きく、中径部３１ｃは穴１４ｄに進入しない。小径部３１ｂの外径は穴１４ｄの最大内径より小さくかつ穴１４ｄの最小内径より大きい。小径部３１ｂが滑らかに穴１４ｄに進入することができるように小径部３１ｂの先端部を面取りしてテーパ面３１ａを形成することが望ましい。
【００２１】
穴１４ｄはフロントプレート１４の円筒状壁面１４ｃ及びテーパ状壁面１４ｂにより形成されている。尚、本実施例ではフロントプレート１４の壁面により穴１４ｄを形成しているが、フロントプレート１４にリング状のブシュを埋設し、このブシュの内周壁面により穴を形成しても良い。円筒状壁面１４ｃは特許請求の範囲に記載されたストレート穴を形成し、テーパ状壁面１４ｂは特許請求の範囲に記載されたテーパ穴を形成する。円筒状壁面１４ｃにより形成されるストレート穴とテーパ状壁面１４ｂにより形成されるテーパ穴とは同軸に形成され、それぞれの軸心は駆動側回転体及び従動側回転体の回転軸と平行である。すなわち、ストレート穴及びテーパ穴の軸心はベーンロータ１５の相対回動方向と垂直である。
【００２２】
穴１４ｄのフロントプレート１４における周方向位置により、駆動側回転体と従動側回転体の相対回動を拘束する位相が決まる。本実施例では、排気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動時における排気弁と吸気弁との開弁オーバーラップ期間を短くするため、図５（Ａ）に示すように、ベーン１５ａがシュー１２ａに当接する最進角位置でストッパピストン３１が穴１４ｄに進入すると小径部３１ｂの外壁面がテーパ状壁面１４ｂに当接するように穴１４ｄの周方向位置を設定し、ストッパピストン３１と穴１４ｄとのくさび効果によりベーン１５ａがシュー１２ａに当接する位置でシューハウジング１２に対してベーンロータ１５を拘束する。
【００２３】
尚、吸気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動時における排気弁と吸気弁との開弁オーバーラップ期間を短くする場合、シューハウジングに対してベーンロータを最遅角位置で拘束する位置に嵌合穴の位置を設定すればよい。また、吸気弁のバルブタイミングを調整し、エンジン始動後に始動時より遅角側でシューハウジングに対してベーンロータを拘束しようとする場合、最進角位置と最遅角位置との中間位置でシューハウジングに対してベーンロータを拘束すればよい。最進角位置と最遅角位置との中間位置でシューハウジングに対してベーンロータを拘束する場合、図５（Ｂ）に示すようにストッパピストン３１の軸心と拘束穴１４ｄの軸心とが同軸に重なる位置でシューハウジング１２に対してベーンロータ１５が拘束される。このときベーンロータ１５の相対回動はストッパピストン３１と拘束穴１４ｄとのくさび効果によりクリアランス０の嵌合で拘束される。
【００２４】
円筒状壁面１４ｃの穴１４の深さ方向の長さｄは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましく、１．５ｍｍ程度であることがさらに望ましい。これは、あまりに長すぎるとストッパピストン３１を穴１４ｄから抜くために必要なストッパピストン３１の移動距離が長くなりストッパピストン３１の抜き差しを迅速に制御できなくなり、あまりに短すぎるとテーパ状壁面１４ｂからストッパピストン３１が垂直抗力を受ける区間が短くなりストッパピストン３１が外乱要因により穴１４ｄから抜けやすくなるからである。
【００２５】
テーパ状壁面１４ｂのテーパ角度は２°以上２０°以下であることが望ましく、１５°程度であることがさらに望ましい。これは、あまりに小さすぎるとストッパピストン３１と穴１４ｄとの位置ずれに起因するストッパピストン３１の進入深さ変動が大きくなり、あまりに大きすぎるとストッパピストン３１を穴１４ｄから退出させる方向に働く外乱の分力が大きくなりストッパピストン３１の進入深さが変動しやすいからである。
【００２６】
ストッパピストン３１の小径部３１ｂ及び中径部３１ｃの外壁面と、円筒状壁面１４ｃ、テーパ状壁面１４ｂ及びガイドリング３０の内周壁面とにより環状に形成される油圧室４２は、図２に示す油路５７により遅角油圧室５１と連通している。ストッパピストン３１の中径部３１ｃ及び大径部３１ｄの外壁面とガイドリング３０の内周壁面とにより環状に形成される油圧室４１は、図２に示す油路５８により進角油圧室５４と連通している。油圧室４２の油圧を受けるストッパピストン３１の受圧面積は、油圧室４１の油圧を受ける受圧面積よりも大きくなるように設定されている。尚、油圧室４１、４２を進角油圧室５４または遅角油圧室５１のいずれと連通させるかは、油圧室４２の油圧を受けるストッパピストン３１の受圧面積と油圧室４１の油圧を受ける受圧面積との関係に応じて決められる。
【００２７】
ストッパピストン３１は一端がベーンロータ１５に当接している圧縮コイルスプリング３７によりフロントプレート１４側に付勢されている。油圧室４１、４２の作動油から受ける力は圧縮コイルスプリング３７の付勢力に抗し穴１４ｄからストッパピストン３１を抜く方向に働く。
【００２８】
ストッパピストン３１が油圧室４１及び油圧室４２の作動油から受ける力が圧縮コイルスプリング３７の付勢力を上回り、ストッパピストン３１が穴１４ｄから退出し、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５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３１と穴１４ｄとの周方向位置がずれることにより、ストッパピストン３１は穴１４ｄに進入できなくなる。
【００２９】
以上、バルブタイミング調整装置１の構成を説明した。次に、バルブタイミング調整装置１の作動を説明する。
【００３０】
遅角油圧室及び進角油圧室には図示しないポンプから作動油が供給され、遅角油圧室及び進角油圧室の油圧は図示しないエンジン制御装置（ＥＣＵ）により制御される制御弁により制御される。シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動位置は、遅角油圧室及び進角油圧室の油圧、スプリング２４の付勢力、並びにカムシャフト２に作用する負荷トルクのバランスにより決まり、エンジンの運転条件に応じてＥＣＵにより適正な位置にフィードバック制御される。
【００３１】
シューハウジング１２に対しベーンロータ１５が最進角位置にあってその位置でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５の相対回動を拘束しようとするとき、圧縮コイルスプリング３７の付勢力が油圧室４１及び油圧室４２の作動油の油圧に抗ってストッパピストン３１をフロントプレート１４の方向に移動させるように遅角油圧室５１及び進角油圧室５４の油圧が制御される。ベーン１５ａがシュー１２ａに当接するときベーンロータ１５はシューハウジング１２に対し最進角位置にある。ベーンロータ１５がシューハウジング１２に対して最進角位置よりやや遅角側にあるときであっても、円筒状壁面１４ｃにより形成されるストレート穴の内径がストッパピストン３１の外径より十分大きく設定されていれば、ストッパピストン３１は穴１４ｄに進入することができる。また、小径部３１ｂの先端部は面取りされているためストッパピストン３１は穴１４ｄに滑らかに進入することができる。
【００３２】
図４に示すように、小径部３１ｂが円筒状壁面１４ｃに当接する位置までストッパピストン３１が穴１４ｄに進入すると、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用したとしても、相対回動方向に垂直な円筒状壁面１４ｃが相対回動方向に垂直な小径部３１ｂの外周壁面に及ぼす抗力により、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動は円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂとのクリアランスの範囲内で拘束される。また、円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂの外周壁面とは相対回動方向に向き合っているため、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用する場合や、円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂの外周壁面との摩擦係数が小さい場合であっても、これらによってはストッパピストン３１が穴１４ｄから完全に抜け出すことはない。
【００３３】
カムシャフト２に作用する負荷トルクの変動により円筒状壁面１４ｃと小径部３１ｂとのクリアランスの範囲内でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５が相対回動する間、圧縮コイルスプリング３７の付勢力によりストッパピストン３１はテーパ状壁面１４ｂにならって徐々に穴１４ｄの深部側に移動し、図５（Ａ）に示すように、ベーン１５ａの壁面がシュー１２ａの壁面に当接する位置でシューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動はテーパ状壁面１４ｂとストッパピストン３１とのくさび効果により完全に拘束される。したがって、ストッパピストン３１を穴１４ｄに進入させることにより、クランクシャフトに対して正確な位相差でカムシャフト２を回動させることができ、また、相対回動の拘束時に生ずる打音を抑制することができる。
【００３４】
シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動の拘束を開放し、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を遅角側に移動させようとするとき、遅角油圧室５１または進角油圧室５４の少なくともいずれか一方の油圧を高圧側に制御し、油圧室４１及び油圧室４２の作動油の油圧によりストッパピストン３１を穴１４ｄから退出させる。このとき、ストッパピストン３１は小径部３１ｂの外壁面がテーパ状壁面１４ｂに当接している状態から退出方向に移動するため、ストッパピストン３１はテーパ状壁面１４ｂをこじることがない。また、小径部３１ｂの先端部がストレート穴にさしかかる位置までストッパピストン３１が穴１４ｄから退出する方向に移動すると、小径部３１ｂと円筒状壁面１４ｃとのクリアランスが十分大きいため、ストッパピストン３１は円筒状壁面１４ｃをこじることがない。
【００３５】
（一実施例）
本発明の一実施例としてストッパピストン及びストッパピストンを係止する穴の形状を参考例に示したものから変形したバルブタイミング調整装置を示す。一実施例においては、ストッパピストン及び穴の形状以外の点については参考例と同様であるため説明を省略し、参考例と同じ符号を用いることとする。
【００３６】
ストッパピストン６１は図６に示すようにフロントプレート１４側から第一柱状部としての小径部６１ａ、第二柱状部としての中径部６１ｂ、及び大径部６１ｃを形成している段付きの有底円筒状に形成されている。小径部６１ａの先端部は面取りされ、小径部６１ａの角部にはテーパ状壁面６１ｄが形成されている。ストッパピストン６１を係止する穴６５はフロントプレート１４にベーンロータ側から順に互いに同軸に形成されている円筒状壁面６４、テーパ状壁面６３、円筒状壁面６２により２段ストレート穴状に形成されている。ストッパピストン６１の中径部６１ｂと大径部６１ｃとの間に形成されるテーパ状壁面６１ｅとフロントプレート１４のテーパ状壁面６３とが当接することによりストッパピストン６１の穴６５への進入が制限される。円筒状壁面６４は特許請求の範囲に記載されたストレート穴を形成している。尚、ストッパピストン６１に摺接するリング状のブシュをフロントプレート１４に埋設し、このブシュに穴６５を形成してもよい。
【００３７】
円筒状壁面６４により形成されるストレート穴の内径は小径部６１ａ及び中径部６１ｂの外径より大きく設定され、ストッパピストン６１はテーパ状壁面６３とテーパ状壁面６１ｅとが当接する位置まで穴６５に進入することができる。ストッパピストン６１が穴６５の最深部まで進入したとき、円筒状壁面６４と中径部６１ｂの外壁との間には微小クリアランスが形成される。円筒状壁面６２により形成されるストレート穴の内径は小径部６１ａの外径より大きい。本実施例ではテーパ状壁面６１ｄ及びテーパ状壁面６３をストッパピストン６１及びフロントプレート１４に形成することにより穴６５の深部側にストッパピストン６１が滑らかに進入できるようにしている。
【００３８】
尚、図６及び図７に示す例では２つのテーパ状壁面の当接によりストッパピストン６１の進入深さを決めているが、図８に示すようにストッパピストン６１を係止する穴を形成する壁面を段差のない円筒壁面６４とし穴の底面６４ａとストッパピストン６１の先端面との当接によりストッパピストン６１の進入深さを決めてもよい。穴の底面６４ａとストッパピストン６１の先端面とで進入深さを決める場合、広い面積で両者を当接させることができるため摩耗や変形に強く、ストッパピストン６１の進入深さの摩耗等による経年変化を抑制することができるとともに穴の内壁形状を加工が容易な簡素な形状にすることができる。
また図９に示すように、中径部６１ｂの外壁が円筒壁面６４に押圧されて変形してもガイドリング３０とストッパピストン６１との摺動に影響が及ばないように、ガイドリング３０に摺接する部分の外径に比べて穴に進入する部分の外径を小さく設定してもよい。
【００３９】
シューハウジング１２に対しベーンロータ１５が最進角位置近傍にあって、圧縮コイルスプリング３７の付勢力及び作動油の油圧により受ける力の合力がストッパピストン６１をフロントプレート側に付勢しているとき、円筒状壁面６４により形成されているストレート穴の内径は小径部６１ａの外径より十分大きいため、ストッパピストン６１は容易に穴６５に進入することができる。また、小径部６１ａの先端部が面取りされているため、ストッパピストン６１は滑らかに穴６５に進入することができる。小径部６１ａの外周壁と円筒状壁面６４とが当接する位置までストッパピストン６１が穴６５に進入すると、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする力が働いたとしても、相対回動方向に垂直な円筒状壁面６４が相対回動方向に垂直な小径部６１ａの外周壁面に及ぼす抗力により、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動は円筒状壁面６４と小径部６１ａとのクリアランスの範囲内で拘束される。また、円筒状壁面６４と小径部６１ａの外周壁面とはベーンロータ１５の相対回動方向に向き合っているため、シューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする外乱要因が作用したり、円筒状壁面６４と小径部６１ａの外周壁面との摩擦係数が小さい場合であっても、これらによってはストッパピストン６１が穴６５から完全に抜け出すことはない。
【００４０】
カムシャフト２に作用する負荷トルクの変動により円筒状壁面６４と小径部６１ａとのクリアランスの範囲内でシューハウジング１２に対しベーンロータ１５が相対回動する間、ストッパピストン６１はテーパ状壁面６３にならって穴６５の深部側に移動し、テーパ状壁面６３とテーパ状壁面６１ｅとが当接する位置、すなわち中径部６１ｂの外周壁面と円筒状壁面６４とが微小クリアランスで向き合う位置でシューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動はほぼ完全に拘束される。したがって、ストッパピストン６１を穴６５に最深部まで進入させることにより、クランクシャフトに対して正確な位相差でカムシャフト２を回動させることができる。また、中径部６１ｂの外周壁面と円筒状壁面６４とのクリアランスは微小であるため、シューハウジング１２に対するベーンロータ１５の相対回動の拘束時に生ずる打音を抑制することができる。
【００４１】
さらに、一実施例によると、テーパ状壁面６３、６１ｄが互いに当接する区間を除き、外乱要因に関わらずストッパピストン６１の進入深さを正確に制御することができる。なぜならば、外乱要因はシューハウジング１２に対しベーンロータ１５を相対回動させようとする方向に作用するところ、テーパ状壁面６３、６１ｄが互いに当接する区間を除き、ストッパピストン６１とフロントプレート１４とは相対回動方向に垂直な面同士が当接しているため、外乱要因によりストッパピストン６１を穴６５から退出させる方向の分力が生ずることがないからである。
【００４２】
尚、一実施例ではストッパピストン６１を係止する穴をストレート穴としストッパピストン６１のテーパ穴に進入する部分を柱体状としているが、必ずしもストッパピストン６１と穴の壁面とが相対回動方向に垂直な面で互いに当接するように構成せずともよい。例えば図１０に示すように、ストッパピストン６１を係止する穴をテーパ穴６７とし、ストッパピストン６１に柱体状の先端部６１ｆ及びテーパ状の基端部６１ｇを形成しても良い。テーパ角度θ１、θ２は前述したとおり２ー以上１５°以下であることが望ましい。先端部６１ｆと基端部６１ｇの外壁により段付き外壁面を形成し、先端部６１ｆの外径と基端部６１ｇの外径に段差で顕著な差をつけることができるため、ストッパピストン６１のテーパ穴６７への進入深さが製造上のばらつきによって変動しにくい。また、段差により先端部６１ｆが基端部６１ｇに比べて相当程度細くなるため、段差のないテーパ状のものに比べ、段付きのストッパピストン６１はテーパ穴６７に容易に進入することができる。さらに、段差により先端部６１ｆを基端部６１ｇに比べて相当程度細くすることができるため、テーパ角θ１、θ２を段差のないテーパ状のものに比べ小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例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】 本発明の参考例に係るベーンロータ及びシューハウジングを示す平面図である。
【図３】 カムシャフトの負荷トルクを説明するための模式図である。
【図４】 本発明の参考例によるバルブタイミング調整装置を示す一部断面図である。
【図５】 本発明の参考例によるバルブタイミング調整装置における嵌合穴の位置を説明するための模式図である。
【図６】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図７】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図８】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図９】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴を示す断面図である。
【図１０】 本発明の一実施例に係るストッパピストン及びこれを係止する穴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 カムシャフト（従動軸）
１０ ハウジングカバー（ハウジング部材）
１２ シューハウジング（ハウジング部材）
１２ａ シュー
１３ 周壁
１４ フロントプレート
１４ｂ テーパ状壁面
１４ｃ 円筒状壁面
１４ｄ 嵌合穴
１５ａ ベーン
１５ ベーンロータ（ベーン部材）
１７ 中間プレート
１８ プーリ
２４ スプリング
３０ ガイドリング
３１ ストッパピストン（嵌合ピン）
３１ａ テーパ面
３１ｂ 小径部
３１ｃ 中径部
３１ｄ 大径部
３７ 圧縮コイルスプリング
５０ 収容室
５１ 遅角油圧室
５４ 進角油圧室
６１ ストッパピストン（嵌合ピン）
６１ａ 小径部（第一柱状部）
６１ｂ 中径部（第二柱状部）
６１ｃ 大径部
６１ｄ テーパ状壁面
６１ｅ テーパ状壁面
６２ 円筒状壁面
６３ テーパ状壁面
６４ 円筒状壁面
６５ 嵌合穴
Claims (10)
- 内燃機関の駆動軸から吸気弁及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、前記吸気弁及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であって、
前記駆動軸又は前記従動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、
前記駆動軸又は前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング部材内に形成された収容室に収容され、前記収容室を遅角室と進角室とに二分し、所定角度範囲に限り前記ハウジング部材に対し作動流体圧力により相対回動駆動されるベーン部材と、
前記ハウジング部材又は前記ベーン部材の一方に形成され前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつストレート穴と、
前記ハウジング部材又は前記ベーン部材の他方に設けられ、前記ストレート穴に係止されることにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束する第一柱状部と、前記第一柱状部の基端側に設けられ前記第一柱状部より太い第二柱状部であって前記ストレート穴に係止されることにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を所定角度位置で拘束する第二柱状部とを有する拘束ピンと、
前記ストレート穴に前記拘束ピンを進入させ前記ストレート穴から前記拘束ピンを退出させるピン駆動手段と、を備え、
前記拘束ピンの外径は前記第二柱状部において前記ピン駆動手段と摺接する部分より小さいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記拘束ピンは、前記第一柱状部と前記第二柱状部との間に円錐台側面を形成しているテーパ部を有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調整装置。
- 前記拘束ピンは先端部が面取りされていることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記拘束ピンは前記ストレート穴の底部に先端部が当接することで前記ストレート穴への進入深さが制限されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のバルブタイミング調整装置。
- 内燃機関の駆動軸から吸気弁及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、前記吸気弁及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であって、
前記駆動軸又は前記従動軸の一方とともに回転するハウジング部材と、
前記駆動軸又は前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング部材内に形成された収容室に収容され、前記収容室を遅角室と進角室とに二分し、所定角度範囲に限り前記ハウジング部材に対し作動流体圧力により相対回動駆動されるベーン部材と、
前記ハウジング部材又は前記ベーン部材の一方に形成され前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動方向と垂直な軸心をもつ穴と、
前記ハウジング部材又は前記ベーン部材の他方に設けられ、前記穴に係止されることにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を所定角度範囲に拘束する先端部と、前記第先端部の基端側に設けられ前記先端部より太い基端部であって前記穴に係止されることにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を所定角度位置で拘束する基端部とを有し、前記先端部外壁と前記基端部外壁とにより段付き外壁面を形成している拘束ピンと、
前記穴に前記拘束ピンを進入させ前記穴から前記拘束ピンを退出させるピン駆動手段と、を備え、
前記拘束ピンの外径は前記基端部において前記ピン駆動手段と摺接する部分より小さいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記穴はテーパ穴であることを特徴とする請求項５記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記穴はストレート穴であることを特徴とする請求項５記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記先端部及び／又は前記基端部はテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項５、６又は７記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記先端部及び／又は前記基端部は柱体状に形成されていることを特徴とする請求項５、６又は７記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記拘束ピンは前記穴の底部に前記先端部が当接することで前記穴への進入深さが制限されることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
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