JP5615114B2 - バルブタイミング変更装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を運転状況に応じて変更するバルブタイミング変更装置に関し、特に、駆動力として油圧等の流体圧を用いたベーン式のバルブタイミング変更装置に関する。

従来のバルブタイミング変更装置としては、クランクシャフトと同期して回転するハウジンングロータ（チェーンスプロケット、シューハウジング、及びフロントプレート）と、カムシャフトと同期して回転すると共にハウジングロータ内に収容されると共にその収容室を遅角室と進角室とに二分しハウジングロータに対して所定の角度範囲（最進角位置と最遅角位置との間）を相対的に回転し得るベーンロータと、エンジンの始動時にベーンロータをハウジングロータに対して最遅角位置にロックするロック機構（ベーンロータに対してカムシャフトの軸線方向に移動自在に設けられたストッパピン、ストッパピンを突出させて嵌合させるべくハウジングロータ（フロントプレート）に設けられたストッパ穴、ストッパピンをストッパ穴に嵌合させるように付勢するスプリング、進角室及び遅角室に対する作動油の供給及び排出を制御する切替バルブ等を備え、エンジンの始動時に、最遅角位置においてストッパピンをストッパ穴に嵌合させてベーンロータをハウジングロータと一体的に回転させるようロックし、遅角室内の油圧が高くなると、ストッパピンがその油圧によりスプリングの付勢力に抗して押圧されストッパ穴から抜け落ちて、ハウジングロータに対するベーンロータのロックが解除されるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他のバルブタイミング変更装置としては、クランクシャフトと同期して回転するハウジンングロータ（外部ロータ、フロントプレート、リアプレート、タイミングスプロケット）と、カムシャフトと同期して回転すると共にハウジングロータ内に収容されると共にその収容室を遅角室と進角室とに二分しハウジングロータに対して所定の角度範囲（最進角位置と最遅角位置との間）を相対的に回転し得るベーンロータ（内部ロータ）と、エンジンの始動時にベーンロータをハウジングロータに対して最遅角位置にロックするロック機構（ハウジングロータに対して径方向に出没自在に設けられたロックプレート、ロックプレートを突出させて嵌合させるべくベーンロータに設けられた受容溝、ロックプレートを受容溝に嵌合させるように付勢する捩りスプリング）、進角室及び遅角室に対する作動油の供給及び排出を制御する切換弁等を備え、エンジンの始動時に、最遅角位置においてロックプレートを受容溝に嵌合させてベーンロータをハウジングロータと一体的に回転させるようにロックし、進角室内の油圧が高くなると、ロックプレートが捩りスプリングの付勢力に抗して受容溝から抜け落ちて、ハウジングロータに対するベーンロータのロックが解除されるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、これらの装置においては、ベーンロータが収容されるハウジングロータの収容室内において、両者の摺動界面に対して出没するようなロック機構（ストッパピン又はロックプレート、付勢力を及ぼすスプリング等）を設けているため、ベーンロータ又はハウジングロータにはロック機構を配置するための容積が必要になる。
したがって、そのロック機構を配置するための容積分だけ、両者が相対的に回転可能な角度、すなわち、最進角位置〜最遅角位置の間の位相調整角度が制限され、必要に応じた幅広い位相調整角度を設定するのが困難であった。
また、上記装置では、エンジンの始動時において、ベーンロータ（カムシャフト）をハウジングロータに対して位相調整角度の範囲内での最遅角位置に保持するものであるが、エンジンの種類又は特性によって又は始動性のさらなる改善を考慮して、位相調整角度の範囲内の所定の中間位置に保持する必要もある。

特許第３１４６９５６号公報 特許第４３２０９０３号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ベーンロータの位相制御（最進角位置〜最遅角位置の位相調整角度の範囲内での位相の変更）において、構造の簡素化、部品点数の削減、装置全体の小型化等を図りつつ、エンジンの始動性を向上させ、エンジン始動時の打音等を防止でき、位相調整角度を大きく設定してエンジンの運転状態に応じた幅広い位相制御を行うことができる、バルブタイミング変更装置を提供することにある。

本発明のバルブタイミング変更装置は、クランクシャフトの回転に連動してカムシャフトの軸線上で回転するハウジングロータと、ハウジングロータの収容室に所定角度範囲において相対的に回転可能に収容されて収容室を進角室及び遅角室に二分すると共にカムシャフトと一体的に回転するベーンロータと、進角室に連通して流体を通す進角通路と、遅角室に連通して流体を通す遅角通路と、ベーンロータをハウジングロータに対して所定角度範囲内の所定位置にロックするロック機構を備え、カムシャフトにより開閉駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変更するバブルタイミング変更装置であって、ハウジングロータは、ベーンロータを収容する収容室から隔てられた隔離室を画定するように形成され、ロック機構は、隔離室内に設けられ、ベーンロータと一体的に回転するロックカムと、ハウジングロータに対して上記軸線に垂直な垂直面内で揺動自在に設けられて付勢力によりロックカムに係合してロックし得ると共に流体圧によりそのロックが解除されるロックバーを含み、ロックバーは、その重心が、ロックカムに係合したロック状態においてロック状態を維持する向きに遠心力を生じるべくその揺動中心とカムシャフトの軸線を結ぶ直線上又は直線の近傍に位置付けられ、流体圧によりロックカムから離脱したロック解除状態においてロック解除状態を維持する向きに遠心力を生じるべく直線から外れた位置に位置付けられている。
この構成によれば、ベーンロータ（カムシャフト）をハウジングロータに対して所定角度範囲内の所定位置にロックするロック機構が、ベーンロータを収容する収容室から隔てられた隔離室内に設けられているため、従来のようにベーンロータが収容される収容室内の摺動界面に対して出没するようなロック機構を設ける場合に比べて、ロック機構を配置するための容積が不要になり、その容積分だけ、最進角位置〜最遅角位置の間の位相調整角度を広く設定することができ、それ故に、必要に応じて幅広い位相制御を行うことができる。従来のように、ロック用のピンを収納した肉厚のベーンを、収容室内において始動時に中間位置に保持するようにすると、その始動時位置から進角方向へ位相調整のための制御角度を確保できなくなるが、本発明では、ベーンに余分な厚さを必要としないため、位相制御を行なえる角度（位相調整角度）を十分確保することができ、特に始動時から進角方向において位相制御を行うのに必要な角度（位相調整角度）を十分確保することができる。
特に、ロック機構として、ベーンロータと一体的に回転するロックカム及びカムシャフトの軸線に垂直な垂直面内で揺動自在に設けられて付勢力によりロックカムに係合してロックし得ると共に流体圧によりそのロックが解除されるロックバーを含むため、エンジン始動時（クランキング時）には、ロックバーがロックカムをロックすることで、ベーンロータをハウジングロータに対して所定位置（中間位置）にロックし、エンジン始動（完爆）後には、流体圧によりロックバーによるロックを解除することができる。すなわち、ロック機構によりベーンロータを所定位置（中間位置）に確実に維持することで、エンジンをより確実に始動させることができ、又、ロック機構はベーンロータを直接ロックしないため、ベーンロータのベーン部を薄くでき、設計の自由度、レイアウトの自由度が増加する。さらに、ロックバーが上記のような重心をもつように形成されているため、ロックバーがロックカムと係合してロック状態にあるとき、回転による遠心力が作用せず付勢力によりロック状態が維持され又は回転による遠心力及び付勢力によりロック状態が維持され、一方、流体圧によりロックカムから離脱したロック解除状態にあるとき、流体圧の他に回転による遠心力が作用して、ロック解除状態が確実に維持される。

上記構成において、ロック機構は、エンジンの始動時において、ベーンロータを所定角度範囲内の所定の中間位置にロックする、構成を採用することができる。
この構成によれば、エンジン始動時（クランキング時）に、ロック機構により、ベーンロータ（カムシャフト）が中間位置に位置決めされる。これにより、打音等の発生を防止しつつ、無用の負荷を伴わずに、円滑にエンジンを始動（完爆）させることができ、又、エンジン始動（完爆）後においても、無用な負荷が加わるのを防止して、位相制御を円滑に行うことができる。

上記構成において、ハウジングロータは、収容室から隔離室を隔離する隔離壁を有するハウジング部材と、隔離壁と協働して隔離室を画定するべくハウジング部材に対して着脱自在に形成されたカバー部材を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、ロック機構を配置する隔離室が、ハウジング部材の隔離壁とハウジング部材に対して着脱自在なカバー部材により画定されるため、ハウジング部材の収容室内にベーンロータを組み込んだ状態で、ロック機構の組み付け作業又は取り外し作業を容易に行うことができる。

上記構成において、ロックバーをロックカムに係合させてロックするように付勢力を及ぼす付勢バネをさらに含み、ロックバーは、ベーンロータが進角側に回転するのを規制するべくロックカムに係合する進角規制ロックバーと、ベーンロータが遅角側に回転するのを規制するべくロックカムに係合する遅角規制ロックバーを含み、付勢バネは、進角規制ロックバーをロックカムに係合してロックするように付勢する進角規制付勢バネと、遅角規制ロックバーをロックカムに係合してロックするように付勢する遅角規制付勢バネを含み、ハウジングロータは、進角室又は進角通路に連通してロックを解除するべく流体の圧力を隔離室内の進角規制ロックバーに導く進角規制側連通路と、遅角室又は遅角通路に連通してロックを解除するべく流体の圧力を隔離室内の遅角規制ロックバーに導く遅角規制側連通路を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、進角規制側連通路及び遅角規制側連通路に流体圧が加わらない状態で、進角規制ロックバーは進角規制付勢バネにより付勢されてロックカム（すなわちベーンロータ）が所定位置（中間位置）から進角側にずれるのを規制し、遅角規制ロックバーは遅角規制付勢バネにより付勢されてロックカム（すなわちベーンロータ）が所定位置（中間位置）から遅角側にずれるのを規制するため、ベーンロータは所定位置（中間位置）に確実に位置決めされる。一方、進角規制側連通路又は遅角規制側連通路を通して、進角規制ロックバー又は遅角規制ロックバーに対して流体圧が付加されて、進角動作又は遅角動作を妨げないように進角規制ロックバー又は遅角規制ロックバーによるロックが解除される。

上記構成をなすバルブタイミング変更装置によれば、ベーンロータの位相制御（最進角位置〜最遅角位置の位相調整角度の範囲内での位相の変更）において、構造の簡素化、部品点数の削減、装置全体の小型化等を達成しつつ、エンジンの始動性を向上させ、エンジン始動時の打音等を防止でき、位相調整角度を大きく設定でき、それ故に、エンジンの運転状態に応じた幅広い位相制御を行うことができる。

本発明に係るバルブタイミング変更装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係るバルブタイミング変更装置の内部を示す断面図である。 バルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータが、位相調整角度の範囲内の所定の中間位置にある状態で進角室に連通する進角通路を示す断面図である。 バルブタイミング変更装置の一部をなすベーンロータが、位相調整角度の範囲内の所定の中間位置にある状態で遅角室に連通する遅角通路を示す断面図である。 バブルタイミング変更装置の一部をなすロック機構（ロックカム、ロックレバー）がベーンロータを中間位置にロックした状態を示す断面図である。 バブルタイミング変更装置の一部をなすロック機構（ロックカム、ロックレバー）がベーンロータのロックを解除し、ベーンロータが最遅角位置に位置決めされた状態を示す断面図である。 バブルタイミング変更装置の一部をなすロック機構（ロックカム、ロックレバー）がベーンロータのロックを解除し、ベーンロータが最進角位置に位置決めされた状態を示す断面図である。 ロック機構の一部をなすロックレバーを示す斜視図である。 エンジンの始動時におけるバルブタイミング変更装置の模式図である。 エンジンの始動後において、遅角側へ位相を変更する場合のバルブタイミング変更装置の動作を説明する模式図である。 エンジンの始動後において、進角側へ位相を変更する場合のバルブタイミング変更装置の動作を説明する模式図である。 エンジンの始動後において、所定の位相角度に保持する場合のバルブタイミング変更装置の動作を説明する模式図である。 本発明に係るバルブタイミング変更装置の一部をなすロック機構の他の実施形態を示す断面図である。

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。
このバルブタイミング変更装置は、図１及び図２に示すように、カムシャフト１０に着脱自在に固定され得るベーンロータ２０、カムシャフト１０の軸線Ｓ１上で回転すると共にベーンロータ２０を相対的に回転可能に収容しかつベーンロータ２０と協働して進角室３０ａ及び遅角室３０ｂを画定するハウジングロータ３０（ハウジング部材３１、スプロケット部材３２、カバー部材３３）、ベーンロータ２０に固定されたロックカム４０、ハウジングロータ３０に設けられてベーンロータ２０（ロックカム４０）が進角側にずれるのを規制する進角規制ロックバー５０及び進角規制付勢バネ５１、ハウジングロータ３０に設けられてベーンロータ２０（ロックカム４０）が遅角側にずれるのを規制する遅角規制ロックバー６０及び遅角規制付勢バネ６１、ベーンロータ２０をカムシャフト１０に締結するセンタボルト７０、ロックカムを所定位置（中間位置）に戻すようにアシストするアシスト機構８０、流体としての作動油（エンジンの潤滑油）の流れを制御する流体制御弁としての作動油制御弁（ＯＣＶ）１０３及び作動油の通路を含む作動油制御系１００等を備えている。

ここで、カムシャフト１０は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブをカム作用により開閉駆動するものであり、ハウジングロータ３０は、チェーン等を介してクランクシャフトの回転に連動し、クランクシャフトの回転駆動力を、ベーンロータ２０を介してカムシャフト１０に伝達するものである。
また、ロックカム４０、進角規制ロックバー５０、進角規制付勢バネ５１、遅角規制ロックバー６０、遅角規制付勢バネ６１により、ベーンロータ２０を、ハウジングロータ３０に対して相対的に回動可能な所定角度（位相調整角度）範囲内の所定位置（ここでは、中間位置）にロックするロック機構が構成されている。
尚、この装置において、上記所定角度範囲（最遅角位置〜最進角位置の角度範囲）は３５度から４０度程度に設定され、上記所定位置（中間位置）は、最遅角位置から約１０度進角側に回転した角度位置に設定されている。

カムシャフト１０は、エンジンのシリンダヘッドに形成された軸受Ｂにより軸線Ｓ１回りに回転可能に（図１において矢印ＣＲ方向に回転するように）支持されるものであり、図１及び図２に示すように、軸受Ｂにより支持されるジャーナル部１１、ハウジングロータ３０を回動自在に支持する円筒部１２、内部に形成されて作動油を通す進角通路１３及び遅角通路１４、センタボルト７０を締結する雌ネジ部１５等を備えている。

進角通路１３は、作動油制御弁１０３の制御に応じて、作動油を進角室３０ａに導入し又は進角室３０ａから作動油を排出するべく、進角室３０ａに連通するように形成されている。
遅角通路１４は、作動油制御弁１０３の制御に応じて、作動油を遅角室３０ｂに導入し又は遅角室３０ｂから作動油を排出するべく、遅角室３０ｂに連通するように形成されている。

ベーンロータ２０は、図１ないし図４に示すように、４つのベーン部２１、４つのベーン部２１を等間隔で一体的に保持するハブ部２２、ハブ部２２に形成されセンタボルト７０が通される貫通孔２３、進角室３０ａに連通する進角通路２４、遅角室３０ｂに連通する遅角通路２５、ベーン部２１の先端に形成されてシール部材Ｓを嵌め込む４つの溝部２６等を備えている。
そして、ベーンロータ２０は、図２に示すように、ロックカム４０と一緒にセンタボルト７０を用いてカムシャフト１０に締結され、カムシャフト１０と一体的に回転するようになっている。

ハウジングロータ３０は、クランクシャフトの回転に連動してカムシャフト１０の軸線Ｓ１上で回転可能に支持されるものであり、図１に示すように、ハウジング部材３１、ハウジング部材３１の背面側に結合されるスプロケット部材３２、ハウジング部材３１の前面側に結合されるカバー部材３３により構成されており、ベーンロータ２０を所定角度範囲（位相調整角度の範囲）において相対的に回転可能に収容する収容室Ａ１及び収容室Ａ１から隔てられてロック機構（４０，５０，５１，６０，６１）を収容する隔離室Ａ２を画定すると共に、収容室Ａ１に収容されたベーンロータ２０（のベーン部２１）により進角室３０ａ及び遅角室３０ｂに二分されるように形成されている。

ハウジング部材３１は、図１ないし図４に示すように、円筒壁３１ａ、隔離壁３１ｂ、隔離壁３１ｂの中央に設けられた貫通孔３１ｃ、隔離壁３１ｂの背面側において中心に向かって突出する４つの軸受部３１ｄ、各々の軸受部３１ｄの間及び中央部に画定されてベーンロータ２０を収容する凹部３１ｅ、隔離壁３１ｂの前面側に形成されてロック機構を収容する凹部３１ｆ、進角室３０ａに連通するべく隔離壁３１ｂに設けられた進角規制側連通路３１ｇ、遅角室３０ｂに連通するべく隔離壁３１ｂに設けられた遅角規制側連通路３１ｈ、支軸３１ｉ，３１ｊ、掛止突起３１ｋ，３１ｍ、最遅角位置を規定するストッパ壁３１ｎ、最進角位置を規定するストッパ壁３１ｏ、進角規制ロックバー５０が当接し得るストッパ壁３１ｐ、遅角規制ロックバー６０が当接し得るストッパ壁３１ｑ、アシスト機構８０を収容する凹部３１ｒ、ボルトを用いてカバー部材３３及びスプロケット部材３２を締結するためのネジ孔３１ｓ等を備えている。

隔離壁３１ｂは、ベーンロータ２０からロック機構（４０，５０，５１，６０，６１）を隔てて配置するべく、収容室Ａ１から隔離室Ａ２を隔離するように形成されている。
貫通孔３１ｃは、ロックカム４０の背面がベーンロータ２０のハブ部２２の前面に密接されてセンタボルト７０により一体的に結合されるのを許容すると共に、隔離壁３１ｂの背面とベーンロータ２０（のベーン部２２）の前面とを密接させてシール性を確保する（作動油の漏れを防止できる）形状及び大きさに形成されている。
凹部３１ｅは、ベーンロータ２０が所定角度範囲（作動角度範囲）内で回転可能に組み付けられた状態でスプロケット部材３２が結合されることにより、収容室Ａ１として機能するようになっている。

凹部３１ｆは、図５ないし図７に示すように、ロックカム４０を軸線Ｓ１回りに回動可能に、進角規制ロックバー５０を軸線Ｓ２回りに揺動可能に、進角規制付勢バネ５１を伸縮可能に、遅角規制ロックバー６０を軸線Ｓ３回りに揺動可能に、遅角規制付勢バネ６１を伸縮可能に、それぞれ収容するように形成されている。
また、凹部３１ｆは、進角規制ロックバー５０の側面と協働して進角規制側連通路３１ｇから導かれた作動油を充填して所定レベル以上の油圧が得られるように、又、遅角規制ロックバー６０の側面と協働して遅角規制側連通路３１ｈから導かれた作動油を充填して所定レベル以上の油圧が得られるように形成されている。
そして、凹部３１ｆは、ロック機構（４０，５０，５１，６０，６１）が組み付けられた状態でカバー部材３３が結合されることにより、隔離室Ａ２として機能するようになっている。
これによれば、ロック機構を配置する隔離室Ａ２が、ハウジング部材３１の隔離壁３１ｂとハウジング部材３１に対して着脱自在なカバー部材３３により画定されるため、ハウジング部材３１の収容室Ａ１内にベーンロータ２０を組み込んだ状態で、ロック機構の組み付け作業又は取り外し作業を容易に行うことができる。

進角規制側連通路３１ｇは、進角規制付勢バネ５１による付勢力に抗して進角規制ロックバー５０によるロックを解除するべく、進角室３０ａに連通して、進角規制ロックバー５０の側面に油圧を導くように形成されている。
遅角規制側連通路３１ｈは、遅角規制付勢バネ６１による付勢力に抗して遅角規制ロックバー６０によるロックを解除するべく、遅角室３０ｂに連通して、遅角規制ロックバー６０の側面に油圧を導くように形成されている。

支軸３１ｉは、図５ないし図７に示すように、進角規制ロックバー５０を軸線Ｓ２に垂直な垂直面内において揺動自在に支持するように形成されている。
支軸３１ｊは、図５ないし図７に示すように、遅角規制ロックバー６０を軸線Ｓ３に垂直な垂直面内において揺動自在に支持するように形成されている。
掛止突起３１ｋは、図５ないし図７に示すように、進角規制付勢バネ５１の一端を掛止するように形成されている。
掛止突起３１ｍは、図５ないし図７に示すように、遅角規制付勢バネ６１の一端を掛止するように形成されている。
ストッパ壁３１ｎは、ベーンロータ２０がハウジングロータ３０に対して相対的に回転する所定角度範囲において、図６に示すように、ロックカム４０の突起４１を当接させて最遅角位置を規定するものである。
ストッパ壁３１ｏは、ベーンロータ２０がハウジングロータ３０に対して相対的に回転する所定角度範囲において、図７に示すように、ロックカム４０の突起４１を当接させて最進角位置を規定するものである。
ストッパ壁３１ｐは、図５及び図６に示すように、作動油の油圧が加わらない状態で、進角規制付勢バネ５１の付勢力により、進角規制ロックバー５０が回転付勢されてロックカム４０をロックし得る休止位置を規定するものである。
ストッパ壁３１ｑは、図５及び図７に示すように、作動油の油圧が加わらない状態で、遅角規制付勢バネ６１の付勢力により、遅角規制ロックバー６０が回転付勢されてロックカム４０をロックし得る休止位置を規定するものである。

スプロケット部材３２は、図１及び図２に示すように、クランクシャフトの回転駆動力を伝達するチェーンが巻回されるスプロケット３２ａ、カムシャフト１０の円筒部１２に回動自在に嵌合される内周面３２ｂ、ベーンロータ２０の背面が摺動自在に接触する前面３２ｃ、ボルトを用いてハウジング部材３１に結合するためのネジ孔３２ｄ等を備えている。
そして、スプロケット部材３２は、ボルトを用いて、ベーンロータ２０が収容されたハウジング部材３１に結合されることにより、その前面３２ｃが凹部３１ｅと協働して収容室Ａ１を画定するようになっている。

カバー部材３３は、図１及び図２に示すように、センタボルト７０を通す円孔３３ａ、背面３３ｂ、ボルトを用いてハウジング部材３１に締結するためのネジ孔３３ｃ等を有し、ハウジング部材３１に対して着脱自在に形成されている。
そして、カバー部材３３は、ロック機構（ロックカム４０，進角規制ロックバー５０，進角規制付勢バネ５１，遅角規制ロックバー６０，遅角規制付勢バネ６１）が凹部３１ｆに収容された状態で前方から覆うと共に作動油が漏れないようにシールして、ハウジング部材３１にボルト等を用いて結合されることにより、その背面３３ｂが凹部３１ｆと協働して隔離室Ａ２を画定するようになっている。

ロックカム４０は、図１及び図２、図５ないし図７に示すように、センタボルト７０により、ベーンロータ２０と一緒にカムシャフト１０に締結されて、ベーンロータ２０及びカムシャフト１０と一体的に回転するものであり、ストッパ壁３１ｎ，３１ｏに当接し得ると共にアシスト機構８０のプッシュロッド８１に当接し得る突起４１、進角規制ロックバー５０が離脱可能に係合し得るカム面４２、遅角規制ロックバー６０が離脱可能に係合し得るカム面４３、センタボルト７０が通される貫通孔４４を備えている。
カム面４２は、ベーンロータ２０が中間位置にあるとき進角規制ロックバー５０が当接して進角側への回転が規制されるように形成されている。
カム面４３は、ベーンロータ２０が中間位置にあるとき遅角規制ロックバー６０が当接して遅角側への回転が規制されるように形成されている。
そして、ロックカム４０は、図５に示す状態で進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０によりロックされて中間位置に位置決めされ、図６に示すように突起４１がストッパ壁３１ｎに当接した状態で最遅角位置を規定し、図７に示すように突起４１がストッパ壁３１ｏに当接した状態で最進角位置を規定するように、カムシャフト１０に固定される。

進角規制ロックバー５０は、図５ないし図７に示すように、ハウジング部材３１の支軸３１ｉに支持されて軸線Ｓ１に垂直な垂直面内において軸線Ｓ２回りに揺動自在であり、進角規制付勢バネ５１の他端が掛止されてストッパ壁３１ｐに当接するように反時計回りに回転付勢されている。
そして、進角規制ロックバー５０は、ストッパ壁３１ｐに当接して反時計回りの回転が規制された状態で、ロックカム４０のカム面４２に当接してロックカム４０（すなわちベーンロータ２０）が休止位置から進角側に回転するのを規制し、一方、進角規制側連通路３１ｇを通して供給された作動油の油圧により時計回りに回転させられてロックを解除するようになっている。
ここで、進角規制ロックバー５０は、その重心Ｇ１が、図５に示すようにロックカム４０に係合したロック状態においてロック状態を維持する向きに遠心力を生じるべく、その揺動中心Ｓ２とカムシャフトの軸線Ｓ１を結ぶ直線Ｌ１上又は直線Ｌ１の近傍（直線Ｌ１から時計回り側に偏倚した位置）に位置付けられ、一方、図７に示すように作動油の油圧によりロックカム４０から離脱したロック解除状態においてロック解除状態を維持する向きに遠心力を生じるべく直線Ｌ１から（反時計回り側に）外れた位置に位置付けられるように形成されている。
尚、重心Ｇ１の位置を揺動中心Ｓ２寄りに位置付ける手法としては、進角規制ロックバー５０は、例えば図８に示すように、密度が一定の材料を用いる場合に、揺動中心側の部分５０ａの肉厚を先端側の部分５０ｂの肉厚よりも厚くするように形成される。
これによれば、進角規制ロックバー５０がロックカム４０と係合してロック状態にあるとき、回転による遠心力が作用せず付勢力によりロック状態が維持され、又は、回転による遠心力及び進角規制付勢バネ５１の付勢力によりロック状態が維持され、一方、作動油の油圧によりロックカム４０から離脱したロック解除状態にあるとき、作動油の油圧の他に回転による遠心力が作用して、ロック解除状態が確実に維持される。

遅角規制ロックバー６０は、図５ないし図７に示すように、ハウジング部材３１の支軸３１ｊに支持されて軸線Ｓ１に垂直な垂直面内において軸線Ｓ３回りに揺動自在であり、遅角規制付勢バネ６１の他端が掛止されてストッパ壁３１ｑに当接するように時計回りに回転付勢されている。
そして、遅角規制ロックバー６０は、ストッパ壁３１ｑに当接して時計回りの回転が規制された状態で、ロックカム４０のカム面４３に当接してロックカム４０（すなわちベーンロータ２０）が休止位置から遅角側に回転するのを規制し、一方、遅角規制側連通路３１ｈを通して供給された作動油の油圧により反時計回りに回転させられてロックを解除するようになっている。
ここで、遅角規制ロックバー６０は、その重心Ｇ２が、図５に示すようにロックカム４０に係合したロック状態においてロック状態を維持する向きに遠心力を生じるべく、その揺動中心Ｓ３とカムシャフトの軸線Ｓ１を結ぶ直線Ｌ２上又は直線Ｌ２の近傍（直線Ｌ２から反時計回り側に偏倚した位置）に位置付けられ、一方、図６に示すように作動油の油圧によりロックカム４０から離脱したロック解除状態においてロック解除状態を維持する向きに遠心力を生じるべく直線Ｌ２から（時計回り側に）外れた位置に位置付けられるように形成されている。
尚、重心Ｇ２の位置を揺動中心Ｓ３寄りに位置付ける手法としては、遅角規制ロックバー６０は、例えば図８に示すように、密度が一定の材料を用いる場合に、揺動中心側の部分６０ａの肉厚を先端側の部分６０ｂの肉厚よりも厚くするように形成される。
これによれば、遅角規制ロックバー６０がロックカム４０と係合してロック状態にあるとき、回転による遠心力が作用せず付勢力によりロック状態が維持され、又は、回転による遠心力及び遅角規制付勢バネ６１の付勢力によりロック状態が維持され、一方、作動油の油圧によりロックカム４０から離脱したロック解除状態にあるとき、作動油の油圧の他に回転による遠心力が作用して、ロック解除状態が確実に維持される。

このように、ロックバー（進角規制ロックバー５０、遅角規制ロックバー６０）は、カムシャフト１０の軸線Ｓ１に垂直な垂直面内において揺動自在に支持されているため、エンジンの停止状態において、ロックバー（進角規制ロックバー５０、遅角規制ロックバー６０）が仮にロックカム４０をロックする位置から外れた状態にあっても、エンジン始動時（クランキング時）のカムシャフト１０のトルク変動等により、ロックバー（進角規制ロックバー５０、遅角規制ロックバー６０）を付勢される向きに回転させて、ロックカム４０（すなわちベーンロータ２０）をロックする中間位置に確実に移動させることができる。
また、上記のように、ロック機構（４０，５０，５１，６０，６１）が、ベーンロータ２０を収容する収容室Ａ１から隔てられた隔離室Ａ２内に設けられているため、ベーンロータ２０を直接ロックしないが故にベーンロータ２０のベーン部２１を薄くでき、設計の自由度及びレイアウトの自由度を増加させることができ、さらに、ベーンロータ２０を収容する収容室Ａ１側においてロック機構を配置するための容積が不要になり、その容積分だけ、最進角位置〜最遅角位置の間の位相調整角度を広く設定することができ、それ故に必要に応じて幅広い位相制御を行うことができる。
特に、従来のように、ロック用のピンを収納した肉厚のベーンを、収容室内において始動時に中間位置に保持するようにすると、その始動時位置から進角方向へ位相調整のための制御角度を確保できなくなるが、本発明では、ベーンに余分な厚さを必要としないため、位相制御を行なえる角度（位相調整角度）を十分確保することができ、特に始動時から進角方向において位相制御を行うのに必要な角度（位相調整角度）を十分確保することができる。

センタボルト７０は、図１及び図２に示すように、ロックカム４０及びベーンロータ２０をカムシャフト１０に締結するものであり、その内部には、遅角室３０ｂに対して作動油の供給又は遅角室３０ｂから作動油を排出させるべく遅角通路１４と遅角室３０ｂとを連通する遅角通路７１、カムシャフト１０の雌ネジ部１５に螺合される雄ネジ部７２等を備えている。

アシスト機構８０は、ロックカム４０（ベーンロータ２０及びカムシャフト１０）を最遅角位置側から中間位置に移動させるべく補助力を及ぼすものであり、図１に示すように、ハウジング部材３１の凹部３１ｒに収容されたプッシュロッド８１、プッシュロッド８１を隔離室Ａ２内に突出するように付勢する付勢バネ８２により構成されている。
そして、プッシュロッド８１は、付勢バネ８２によりその先端が突出するように付勢されており、ロックカム４０の突起４１の一側面に当接してロックカム４０を遅角側から進角側に付勢して中間位置に位置決めするようになっている。

作動油制御系１００は、図２に示すように、作動油を送り出すポンプ１０１、ドレン通路１０２、作動油制御弁（ＯＣＶ）１０３、進角通路１０４、遅角通路１０５等を備えている。
作動油制御弁１０３は、図２に示すように、進角通路１０４及び遅角通路１０５から作動油を排出するＤＤポート１０３ａ、進角通路１０４から作動油を排出しかつ遅角通路１０５に作動油を供給し得るＤＰポート１０３ｂ、進角通路１０４及び遅角通路１０５を遮断するＣＣポート１０３ｃ、進角通路１０４に作動油を供給しかつ遅角通路１０５から作動油を排出し得るＰＤポート１０３ｄを備えている。
そして、作動油制御弁１０３は、非通電の休止状態においてバネの付勢力によりＤＤポート１０３ａが選択され、電磁駆動力を適宜制御することにより、ＤＰポート１０３ｂ、ＣＣポート１０３Ｃ、又はＰＤポート１０３ｄが選択されるようになっている。
進角通路１０４及び遅角通路１０５は、エンジンのシリンダブロック又はシリンダヘッド内に形成された作動油通路（潤滑油通路）又はエンジンの外部に配設された作動油通路用のパイプ等により画定されるものである。

次に、上記バルブタイミング変更装置の動作について、図５ないし図７、図９ないし図１２を参照しつつ説明する。
エンジン停止時には、図９に示すように、作動油制御弁１０３はＤＤポート１０３ａが選択されており、進角室３０ａ及び遅角室３０ｂの作動油は、進角通路１０４及び遅角通路１０５を通して排出された状態にある。
また、ベーンロータ２０は、図５に示すように、進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０がロックカム４０をロックした状態（ロック状態）にあるため、又、アシスト機構８０のプッシュロッド８１が突起４１に当接した状態にあるため、図３及び図４に示すように、所定角度範囲内の中間位置に位置決めされている。
この状態において、エンジンの始動が開始（クランキング）されると、この中間位置は円滑な始動が行なえるバルブタイミングに設定されているため、エンジンを円滑に始動（完爆）させることができる。
このように、エンジン始動時（クランキング時）に、ロック機構により、ベーンロータ２０（カムシャフト１０）が中間位置に位置決めされているため、打音等の発生を防止しつつ、無用の負荷を伴わずに、円滑にエンジンを始動（完爆）させることができ、又、エンジン始動（完爆）後においても、無用な負荷が加わるのを防止して、位相制御を円滑に行うことができる。

尚、エンジンの停止時において、仮に、ロックカム４０が、進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０によりロックされず、アシスト機構８０による補助力のみが作用している場合は、ベーンロータ２０は、中間位置〜最進角位置の間の任意の位置に停止することになり、又、進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０によりロックされず、アシスト機構８０による補助力も作用しないような場合は、ベーンロータ２０は、最遅角位置〜最進角位置の間の任意の位置に停止することになる。
この状態において、エンジンの始動が開始（クランキング）されると、ベーンロータ２０はハウジングロータ３０に対して相対的に回転可能な状態にあり、カムシャフト１０のトルク変動、進角規制付勢バネ５１、遅角規制付勢バネ６１等により、進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０は、即座にロックカム４０を中間位置にロックするように作動する。
これにより、ベーンロータ２０は、即座に中間位置に位置決めされ、打音等の発生を防止しつつ、円滑にエンジンを始動（完爆）させることができる。

エンジンが始動（完爆）すると、図１０ないし図１２に示すように、作動油制御弁１０３が適宜切り替えられて、ベーンロータ２０（カムシャフト１０）が中間位置から進角側へ又は遅角側へ、さらには所定の角度位置に保持されるように位相制御が行われる。
例えば、中間位置から遅角側へ位相を変更する場合は、図１０に示すように、作動油制御弁１０３が切り替えられてＤＰポート１０３ｂが選択される。すると、遅角通路１０５を通して作動油が遅角室３０ｂに供給されると共に、遅角室３０ｂから遅角規制側連通路３１ｈを通して遅角規制ロックバー６０に作動油の油圧が供給され、一方、進角室３０ａから進角通路１０４を通して作動油が排出される。
そして、図６に示すように、遅角規制側連通路３１ｈを通して供給された作動油の油圧により、遅角規制ロックバー６０がロックカム４０から離脱してロックを解除する。これにより、ベーンロータ２０を遅角側へ移動させて位相を変更することができる。

一方、進角側へ位相を変更する場合は、図１１に示すように、作動油制御弁１０３が切り替えられてＰＤポート１０３ｄが選択される。すると、進角通路１０４を通して作動油が進角室３０ａに供給されると共に、進角室３０ａから進角規制側連通路３１ｇを通して進角規制ロックバー５０に作動油の油圧が供給され、一方、遅角室３０ｂから遅角通路１０５を通して作動油が排出される。
そして、図７に示すように、進角規制側連通路３１ｇを通して供給された作動油の油圧により、進角規制ロックバー５０がロックカム４０から離脱してロックを解除する。これにより、ベーンロータ２０を進角側へ移動させて位相を変更することができる。

また、ベーンロータ２０を所定の位相角度に保持する場合には、図１２に示すように、作動油制御弁１０３が切り替えられてＣＣポート１０３ｃが選択される。すると、進角通路１０４及び遅角通路１０５が共に遮断されて、進角室３０ａ及び遅角室３０ｂ内の作動油の油圧がそのまま維持される。
これにより、進角規制ロックバー５０及び遅角規制ロックバー６０及びロックカム４０はその時の状態に保持されつつ、ベーンロータ２０を所定の位相角度に保持することができる。

以上述べたように、上記バルブタイミング変更装置によれば、ロック機構が、ベーンロータ２０を収容する収容室Ａ１から隔てられた隔離室Ａ２内に設けられているため、従来のようにベーンロータが収容される収容室内の摺動界面に対して出没するようなロック機構を設ける場合に比べて、ロック機構を配置するための容積が不要になり、その容積分だけ、最進角位置〜最遅角位置の間の位相調整角度を広く設定することができ、それ故に必要に応じて幅広い位相制御を行うことができる。
特に、従来のように、ロック用のピンを収納した肉厚のベーンを、収容室内において始動時に中間位置に保持するようにすると、その始動時位置から進角方向へ位相調整のための制御角度を確保できなくなるが、本発明では、ベーンに余分な厚さを必要としないため、位相制御を行なえる角度（位相調整角度）を十分確保することができ、特に始動時から進角方向において位相制御を行うのに必要な角度（位相調整角度）を十分確保することができる。

図１３は、本発明に係るバルブタイミング変更装置の一部をなすロック機構の他の実施形態を示すものである。
この実施形態では、前述の実施形態の進角規制ロックバー５０、遅角規制ロックバー６０、進角規制付勢バネ５１、遅角規制付勢バネ６１に替えて、進角規制ロックバー５０´、遅角規制ロックバー６０´、進角規制付勢バネ５１´、遅角規制付勢バネ６１´が採用されている。
進角規制ロックバー５０´は、図１３に示すように、揺動支点Ｓ２から離れた先端側にバネ係合部５０ｃ´を有する。
進角規制付勢バネ５１´は、図１３に示すように、圧縮型のコイルバネであり、所定の圧縮代に圧縮された状態で、進角規制ロックバー５０´の先端側（バネ係合部５０ｃ´）に係合して、進角規制ロックバー５０´をロックカム４０（のカム面４２）に押し付ける付勢力を及ぼしている。
遅角規制ロックバー６０´は、図１３に示すように、揺動支点Ｓ３から離れた先端側にバネ係合部６０ｃ´を有する。
遅角規制付勢バネ６１´は、図１３に示すように、圧縮型のコイルバネであり、所定の圧縮代に圧縮された状態で、遅角規制ロックバー６０´の先端側（バネ係合部６０ｃ´）に係合して、遅角規制ロックバー６０´をロックカム４０（のカム面４３）に押し付ける付勢力を及ぼしている。
この実施形態においては、バネ（進角規制付勢バネ５１´及び遅角規制付勢バネ６１´）の付勢力が、ロックバー（進角規制ロックバー５０´及び遅角規制ロックバー６０´）の自由端側に及ぼされるため、揺動支点Ｓ２，Ｓ３回りの付勢力による回転トルクが大きくなり、それ故に、バネ（進角規制付勢バネ５１´及び遅角規制付勢バネ６１´）を小さくすることができ、装置の小型化、軽量化、簡素化等に寄与している。

上記実施形態においては、クランクシャフトの回転力を伝達するスプロケット３２ａを備えたハウジングロータ３０を示したが、これに限定されるものではなく、クランクシャフトの回転駆動力を伝達する手段がその他の構造をなすもの（例えば、歯付きタイミングベルト等）であれば、その構造に合ったもの（歯付きプーリ等）を備えたハウジングロータを採用することができる。
上記実施形態においては、ロック機構として、ロックカム４０、進角規制ロックバー５０，５１´、進角規制付勢バネ５１，５１´、遅角規制ロックバー６０，６０´、遅角規制付勢バネ６１，６１´を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ロック機構が収容室Ａ１から隔離された隔離室Ａ２に設けられるものである限り、ベーンロータに一体形成されたロックカムを採用してもよく、又、進角規制付勢バネ５１，５１´及び遅角規制付勢バネ６１，６１´を廃止して、進角規制ロックバー及び遅角規制ロックバーが自らの付勢力で休止位置（ロックカム４０をロックする位置）に付勢されるような構成を採用してもよい。
上記実施形態においては、進角規制側連通路３１ｇ及び遅角規制側連通路３１ｈとして、それぞれ進角室３０ａ及び遅角室３０ｂに連通するように形成されたものを示したが、これに限定されるものではなく、それぞれ進角通路及び遅角通路に連通するように形成されてもよい。
上記実施形態においては、ロックバーとして進角規制ロックバー５０，５０´及び遅角規制ロックバー６０，６０´を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、その他の個数及び形状のロックバーを採用してもよい。
上記実施形態においては、ロック機構がベーンロータをロックする所定位置として、所定角度範囲内の中間位置を示したが、これに限定されるものではなく、最遅角位置にロックする場合、あるいは、進角側の位置にロックする場合等、エンジンの特性に応じて所望の位置を選定してもよい。

以上述べたように、本発明のバルブタイミング変更装置は、ベーンロータの位相制御（最進角位置〜最遅角位置の位相調整角度の範囲内での位相の変更）において、構造の簡素化、部品点数の削減、装置全体の小型化等を達成しつつ、エンジンの始動性を向上させ、エンジン始動時の打音等を防止でき、位相調整角度を大きく設定することができ、それ故に、エンジンの運転状態に応じた幅広い位相制御を行うことができるため、自動車等に搭載された内燃式のエンジンに適用できるのは勿論のこと、二輪車等に搭載された小型のエンジン等においても有用である。

Ｂ 軸受
ＣＲ カムシャフトの回転方向
１０ カムシャフト
Ｓ１ 軸線
１１ ジャーナル部
１２ 円筒部
１３ 進角通路
１４ 遅角通路
１５ 雌ネジ部
２０ ベーンロータ
２１ ベーン部
２２ ハブ部
２３ 貫通孔
２４ 進角通路
２５ 遅角通路
２６ 溝部
Ｓ シール部材
３０ ハウジングロータ
３０ａ 進角室
３０ｂ 遅角室
Ａ１ 収容室
Ａ２ 隔離室
３１ ハウジング部材
３１ａ 円筒壁
３１ｂ 隔離壁
３１ｃ 貫通孔
３１ｄ 軸受部
３１ｅ 凹部
３１ｆ 凹部
３１ｇ 進角規制側連通路
３１ｈ 遅角規制側連通路
３１ｉ，３１ｊ 支軸
Ｓ２，Ｓ３ 軸線
３１ｋ，３１ｍ 掛止突起
３１ｎ，３１ｏ，３１ｐ，３１ｑ ストッパ壁
３１ｒ 凹部
３１ｓ ネジ孔
３２ スプロケット部材
３２ａ スプロケット
３２ｂ 内周面
３２ｃ 前面
３２ｄ ネジ孔
３３ カバー部材
３３ａ 円孔
３３ｂ 背面
３３ｃ ネジ孔
４０ ロックカム（ロック機構）
４１ 突起
４２，４３ カム面
５０，５０´ 進角規制ロックバー（ロック機構）
Ｌ１ 直線
Ｇ１ 重心
５１，５１´ 進角規制付勢バネ（ロック機構）
６０，６０´ 遅角規制ロックバー（ロック機構）
Ｌ２ 直線
Ｇ２ 重心
６１，６１´遅角規制付勢バネ（ロック機構）
７０ センタボルト
７１ 遅角通路
７２ 雄ネジ部
８０ アシスト機構
８１ プッシュロッド
８２ 付勢バネ
１００ 作動油制御系
１０１ ポンプ
１０２ ドレン通路
１０３ 作動油制御弁（流体制御弁）
１０３ａ ＤＤポート
１０３ｂ ＤＰポート
１０３ｃ ＣＣポート
１０３ｄ ＰＤポート
１０４ 進角通路
１０５ 遅角通路

Claims (4)

1. クランクシャフトの回転に連動してカムシャフトの軸線上で回転するハウジングロータと、前記ハウジングロータの収容室に所定角度範囲において相対的に回転可能に収容されて前記収容室を進角室及び遅角室に二分すると共にカムシャフトと一体的に回転するベーンロータと、前記進角室に連通して流体を通す進角通路と、前記遅角室に連通して流体を通す遅角通路と、前記ベーンロータを前記ハウジングロータに対して前記所定角度範囲内の所定位置にロックするロック機構を備え、カムシャフトにより開閉駆動される吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変更するバブルタイミング変更装置であって、
   前記ハウジングロータは、前記ベーンロータを収容する収容室から隔てられた隔離室を画定するように形成され、
   前記ロック機構は、前記隔離室内に設けられ、前記ベーンロータと一体的に回転するロックカムと、前記ハウジングロータに対して前記軸線に垂直な垂直面内で揺動自在に設けられて付勢力により前記ロックカムに係合してロックし得ると共に流体圧によりそのロックが解除されるロックバーを含み、
   前記ロックバーは、その重心が、前記ロックカムに係合したロック状態において前記ロック状態を維持する向きに遠心力を生じるべくその揺動中心と前記軸線を結ぶ直線上又は前記直線の近傍に位置付けられ、流体圧により前記ロックカムから離脱したロック解除状態において前記ロック解除状態を維持する向きに遠心力を生じるべく前記直線から外れた位置に位置付けられている、
   ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
2. 前記ロック機構は、エンジンの始動時において、前記ベーンロータを前記所定角度範囲内の所定の中間位置にロックする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング変更装置。
3. 前記ハウジングロータは、前記収容室から前記隔離室を隔離する隔離壁を有するハウジング部材と、前記隔離壁と協働して前記隔離室を画定するべく前記ハウジング部材に対して着脱自在に形成されたカバー部材を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング変更装置。
4. 前記ロックバーを前記ロックカムに係合させてロックするように付勢力を及ぼす付勢バネをさらに含み、
   前記ロックバーは、前記ベーンロータが進角側に回転するのを規制するべく前記ロックカムに係合する進角規制ロックバーと、前記ベーンロータが遅角側に回転するのを規制するべく前記ロックカムに係合する遅角規制ロックバーを含み、
   前記付勢バネは、前記進角規制ロックバーを前記ロックカムに係合してロックするように付勢する進角規制付勢バネと、前記遅角規制ロックバーを前記ロックカムに係合してロックするように付勢する遅角規制付勢バネを含み、
   前記ハウジングロータは、前記進角室又は進角通路に連通してロックを解除するべく流体の圧力を前記隔離室内の前記進角規制ロックバーに導く進角規制側連通路と、前記遅角室又は遅角通路に連通してロックを解除するべく流体の圧力を前記隔離室内の前記遅角規制ロックバーに導く遅角規制側連通路を含む、
   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変更装置。

Images