JP5760973B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関バルブのバルブタイミングを変更する可変動弁機構と同バルブタイミングを最進角位相および最遅角位相の間の中間位相で固定するロック機構とを備える内燃機関の可変動弁装置に関するものである。

内燃機関に搭載される機構として機関バルブ（吸気バルブや排気バルブ）のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構が知られている。そして、可変動弁機構として、油圧作動式のものが実用されている（例えば特許文献１）。

油圧作動式の可変動弁機構は、例えばカムシャフトに一体回転可能に固定された第１回転体と、カムスプロケットに一体回転可能に固定された第２回転体とを備えている。
それら第１回転体および第２回転体との間には、第１回転体を第２回転体に対して回転方向前側（進角側）に相対回転させるための油室（進角油室）と、第１回転体を第２回転体に対して回転方向後ろ側（遅角側）に相対回転させるための油室（遅角油室）とが各別に形成されている。

そして、進角油室に加圧油を導入するとともに遅角油室から加圧油を排出すると、第１回転体が第２回転体に対して進角側に相対回動し、同第１回転体に一体回転可能に固定されたカムシャフトの回転位相が進められて、カムシャフトに設けられたカムにより開閉駆動される機関バルブのバルブタイミングが進角されるようになる。一方、遅角油室に加圧油を導入するとともに進角油室から加圧油を排出すると、第１回転体が第２回転体に対して遅角側に相対回動し、カムシャフトの回転位相が遅らされて、機関バルブのバルブタイミングが遅角されるようになる。他方、進角油室および遅角油室の油圧を均衡させると、第１回転体と第２回転体との相対回動が停止した状態になるため、カムシャフトの回転位相が固定されてバルブタイミングが保持されるようになる。

こうした油圧作動式の可変動弁機構では、機関始動時には進角油室および遅角油室から油圧が抜けた状態となっているため、油圧によるバルブタイミングの保持が不能となっている。そこで、そうした機関始動時においてもバルブタミングを適切な時期で保持できるように、第１回転体と第２回転体との相対回動を機械的に固定するためのロック機構が実用されている。

このロック機構は、第１回転体および第２回転体の一方に出没可能に収容されたロックピンと他方に形成されたロック穴とを備えている。ロックピンは、スプリングによって脱出方向に常時付勢されるとともに、加圧油の供給によって没入方向に付勢されるようになっている。加圧油の圧力が低い機関始動時には、ロックピンはスプリングの付勢力で突出するようになる。そして突出したロックピンがロック穴に係合することで、第１回転体と第２回転体との機械的係合がなされるようになる。

ちなみに、吸気側に設けられる可変動弁機構の多くでは、第１回転体がその相対回動範囲において最も回転方向後側に変位した最遅角位置においてロック機構によるロックがなされるようになっている。

近年、吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点より大幅に遅角することで、アトキンソンサイクルを実現するように構成された可変動弁機構の実用化が進められている。こうした可変動弁機構では、吸気バルブのバルブタイミングが遅角側の限界になった場合に、十分な圧縮比を確保できずに内燃機関の始動性を保証できないことがある。そのため、こうした可変動弁機構にはロック機構として、最遅角位置から一定角進角した位置で第１回転体と第２回転体とをロックするように構成されたものが搭載されている。こうしたロック機構は、最進角位相と最遅角位相との中間の位相でロックを行うことから、中間ロック機構と呼ばれている。ちなみに、特許文献１に記載の装置には、こうした中間ロック機構が取り付けられている。

特開２０１０−２４２５３４号公報

上述した中間ロック機構を備える可変動弁機構では、機関停止時における中間ロック機構の作動に失敗して、機関始動に際して中間ロック機構のロックピンがロック穴から抜けた状態となっていることがある。ただし、この状態で内燃機関が始動された場合、第１回転体と第２回転体との相対回転が許容された状態でカム駆動反力が第１回転体に作用するようになるため、第１回転体が、例えば進角側への相対回動と遅角側への相対回動を交互に繰り返すといったように揺動するようになる。そして、こうした揺動によって第１回転体が中間ロック位相になると、ロックピンが突出してロック穴に係合して第１回転体がロックされる。

ここで、最遅角位置で第１回転体の相対回転を固定するロック機構であれば、こうした機関始動時におけるロックピンとロック穴との係合が最遅角位置、すなわち第１回転体と第２回転体との相対回動が一旦停止される位置で行われるために、ロックピンのロック穴への挿入が確実に行われるようになる。

これに対して中間ロック機構では、機関始動時におけるロックピンとロック穴との係合が中間ロック位置、すなわち第１回転体と第２回転体とが比較的高い速度で相対回動している可能性のある位置で行われる。そのため、ロックピンのロック穴への挿入に際して同ロックピンの外面とロック穴の内面とが衝突するなどして、それらロックピンやロック穴の早期劣化を招くおそれがあり、これがロック機構の耐久性能を低下させる一因になる。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロック機構の耐久性能の向上を図ることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の装置は、機関バルブのバルブタイミングを変更する油圧作動式の可変動弁機構を備える。この可変動弁機構は、油室への加圧油の給排を通じて、カムシャフトに駆動連結された第１回転体とクランクシャフトに駆動連結された第２回転体とを相対回動させる。また上記装置は、第２回転体に対する第１回転体の相対回動位置を最遅角位置と最進角位置との間の中間ロック位置で固定するロック機構を備える。このロック機構は、第１回転体および第２回転体の一方に突出方向に常時付勢された状態で設けられたロックピンと他方に形成されたロック穴とを有し、それらロックピンおよびロック穴の係合を通じて上記相対回動位置の固定を行う。

上記装置では、機関停止に際してロック機構によるロックが行われなかった場合に、その後の機関始動に際して第１回転体の相対回動位置がカム駆動反力によって揺動するようになるため、ロック機構の耐久性能の低下が懸念される状況になる。

この点をふまえて上記装置には、第１回転体の第２回転体に対する相対回動位置が予め定めた所定回動位置範囲（中間ロック位置を含む）内の位置であるときに、同所定回動範囲外の位置であるときと比較して、第１回転体と第２回転体との相対回動に際して発生する摩擦抵抗を大きくする抵抗増大部が設けられている。そのため、第１回転体の相対回動位置が所定回動位置範囲内になったとき、すなわち同相対回動位置が中間ロック位置に近い位置になったときに摩擦抵抗が大きくなることから、第１回転体の相対回動における回動速度を低下させることができる。これにより、中間ロック位置においてロックピンが突出してロック穴に係合する際に同ロックピンの外面とロック穴の内面とが衝突することを抑えることができる。また仮に、ロックピンの外面とロック穴の内面とが衝突した場合であってもその衝突に伴う衝撃を緩和することができる。そのため、ロックピンやロック穴の早期劣化を回避することができ、ロック機構の耐久性能の向上を図ることができる。
また請求項１に記載の装置は、前記第１回転体として、カムシャフトに一体に取り付けられて同カムシャフトの径方向に延びる形状のベーンを有する。また前記第２回転体としては、ベーンが内部に収容されるケースであって且つ内部がベーンによってその回転方向後ろ側の進角油室と回転方向前側の遅角油室に区画されるケースを有する。また前記可変動弁機構は、それら進角油室および遅角油室への加圧油の給排を通じてベーンをケースの内部において移動させることによって第１回転体と第２回転体とを相対回動させるものである。
さらに請求項１に記載の装置では、ケースの上記カムシャフトの径方向における内面とベーンの上記カムシャフトの径方向における外面との対向時における間隙が上記内面の他の部分と比較して小さくなる形状に上記内面の一部が形成されて、これが前記抵抗増大部とされる。
上記装置では、第１回転対と第２回転体との相対回動に際してベーンの外面とケース内面の抵抗増大部とが対向する回動位置になると、ケースの内面とベーンの外面との間隙が小さくなるために、その相対回動に際して発生する摩擦力が大きくなる。このように上記装置によれば、ケース内面の形状を設定するといった簡素な構造により、上記摩擦力を大きくするといった構成を実現することができる。

請求項２に記載の装置は、第１回転体の相対回動位置を中間ロック位置で固定する前記ロック機構を二つ備える。こうした装置は、ロック機構を一つのみ備える装置と比較して、構成要素が多い分だけロックピンがロック穴に係合されないといった状態になり易い。そのため上記装置では、二つのロック機構におけるロックピンのロック穴への係合をそれぞれ確実に行うために、それぞれのロック機構におけるロックピンとロック穴との間隙が大きくなり易い。上記間隙が大きい装置では、ロックピンとロック穴との係合後におけるロックピンとロック穴との相対回動に際してその回動量が大きくなるため、ロックピンの外面とロック穴の内面との衝突に伴う衝撃が大きくなってロック機構の劣化を招き易くなってしまう。

この点、請求項２に記載の装置によれば、そうした装置において、所定回動位置範囲における第１回転体と第２回転体との相対回動速度を低く抑えることができるため、ロック機構の劣化を好適に抑えることができる。

請求項１または２に記載の装置では、ロックピンとロック穴とが係合されていない状態で内燃機関が始動された場合に、進角油室や遅角油室からの加圧油の排出がなされない状態であると、カム駆動反力による第１回転体の揺動に伴って進角油室や遅角油室の内部圧力が低下したり上昇したりする。そして、進角油室の圧力上昇や遅角油室の圧力低下は第１回転体（詳しくは、ベーン）の遅角側への相対回動を制限する一因になり、進角油室の圧力低下や遅角油室の圧力上昇は第１回転体の進角側への相対回動を制限する一因になる。そのため、第１回転体の揺動に起因する進角油室や遅角油室の内部圧力の変動は、第１回転体の相対回動位置の変化、ひいては同相対回動位置の中間ロック位置への早期移動を制限する一因になると云える。

請求項３に記載の装置では、可変動弁機構に、内燃機関の始動開始時において進角油室と遅角油室とを一時的に連通する連通路が設けられる。そのため、カム駆動反力による第１回転体の揺動に際して、第１回転体が進角側に相対回動するときには遅角油室から進角油室へと油や空気を逃がすことができ、同第１回転体が遅角側に相対回動するときには進角油室から遅角油室へと油や空気を逃がすことができる。これにより、進角油室や遅角油室の内部圧力の上昇や低下を抑えることができるために、カム駆動反力による第１回転体の揺動幅を大きくすることができ、第１回転体の相対回動位置を中間ロック位置まで速やかに変化させることができる。

こうした請求項３に記載の装置では、第１回転体の相対回動の速度が高くなり易いために、その分だけロックピンの外面とロック穴の内面との衝突に起因するロック機構の劣化を招き易いと云える。上記装置によれば、そうした装置において、所定回動位置範囲における第１回転体と第２回転体との相対回動速度を低く抑えることができるため、ロック機構の劣化を好適に抑えることができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の可変動弁装置の概略構成を示す略図。 （Ａ）可変動弁機構の断面形状を示す断面図、（Ｂ）同可変動弁装置の（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 可変動弁機構の図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図。 進角ロック機構の動作態様の一例を示す断面図。 進角ロック機構の動作態様の他の例を示す断面図。 進角ロック機構の動作態様のその他の例を示す断面図。 張り出し部およびその周辺の断面形状を示す断面図。 他の実施の形態における凸部およびその周辺の断面形状を示す断面図。 他の実施の形態における凸部およびその周辺の断面形状を示す断面図。 他の実施の形態における凸部およびその周辺の断面形状を示す断面図。 他の実施の形態における凸部およびその周辺の断面形状を示す断面図。 他の実施の形態における抵抗増大部およびその周辺の断面形状を示す断面図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の可変動弁装置について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０にはその各部に加圧油を供給するための油供給装置１１が取り付けられている。この油供給装置１１は、オイルパン１２内に貯留されている油を圧送するオイルポンプ１３と、圧送された加圧油を内燃機関１０の各部に供給するための供給通路１４とを備えている。供給通路１４を介して供給される加圧油は、内燃機関１０の各潤滑部位における潤滑に潤滑油として用いられたり、内燃機関１０に取り付けられた各種の作動機構（例えば、後述する可変動弁機構３０）を作動させるための作動油として用いられたりする。

内燃機関１０のクランクシャフト１５と吸気カムシャフト１６と排気カムシャフト１７とは、タイミングチェーン（図示略）を介して連結されている。内燃機関１０が運転されてクランクシャフト１５が回転駆動されると、吸気カムシャフト１６および排気カムシャフト１７が強制回転される。これにより、吸気カムシャフト１６に取り付けられた吸気カム１９によって吸気バルブ２０が開閉駆動されるとともに、排気カムシャフト１７に取り付けられた排気カム２１によって排気バルブ２２が開閉駆動される。また、上記タイミングチェーンと吸気カムシャフト１６との間には、吸気バルブ２０の開閉時期（いわゆるバルブタイミング）を変更するための可変動弁機構３０が取り付けられている。この可変動弁機構３０の具体構造については後に詳述する。

内燃機関１０にはその運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。各種センサとしては、例えばクランクシャフト１５の回転位相（クランク角）や回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ２３や、吸気カムシャフト１６の回転位相（カム角）を検出するためのカムセンサ２４、内燃機関１０に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出するための吸気量センサ２５などが設けられている。

また内燃機関１０には、その周辺機器として、例えばマイクロコンピュータを備えて構成される電子制御装置２６が設けられている。この電子制御装置２６は、各種センサの検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて可変動弁機構３０（詳しくは、後述するオイルコントロールバルブ４５）の作動制御など、内燃機関１０の運転にかかる各種制御を実行する。

可変動弁機構３０の作動制御は、次のように実行される。すなわち先ず、そのときどきの内燃機関１０の運転状態（吸入空気量ＧＡおよび機関回転速度ＮＥ）に基づいて、吸気バルブ２０のバルブタイミングについての制御目標値（目標バルブタイミングＴｖｔ）が算出される。そして、この目標バルブタイミングＴｖｔと実際のバルブタイミングＶＴとが一致するように、オイルコントロールバルブ４５の作動が制御される。なお実際のバルブタイミングＶＴは、クランクセンサ２３により検出されるクランク角とカムセンサ２４により検出されるカム角とに基づき算出される。

以下、上記可変動弁機構３０について詳細に説明する。
図２（Ａ）または図２（Ｂ）に示すように、可変動弁機構３０は、クランクシャフト１５（図１参照）に同期して回転するハウジングロータ３１と、吸気カムシャフト１６に同期して回転するベーンロータ４１とを備えている。これらハウジングロータ３１およびベーンロータ４１は同一の回転中心において回転する。吸気バルブ２０（図１参照）のバルブタイミングの変更に際しては、ハウジングロータ３１およびベーンロータ４１の相対回動位置が変更される。

ハウジングロータ３１はカムスプロケット３３に一体に固定されている。このカムスプロケット３３にはタイミングチェーンが巻き掛けられる。ハウジングロータ３１は、略円環形状に形成されたハウジング本体３２と、同ハウジング本体３２の上記カムスプロケット３３側の開口を塞ぐ形状の係合プレート３４と、上記ハウジング本体３２の上記カムスプロケット３３から離間する側の開口を塞ぐ形状のカバー３５とにより構成される。ハウジング本体３２の内面には、ハウジングロータ３１の回転中心（吸気カムシャフト１６側）に向けて突出する形状の区画壁３２ａが三つ形成されている。

ベーンロータ４１は、吸気カムシャフト１６の先端に一体回転可能に固定されるとともに上記ハウジングロータ３１の内部に配置されている。このベーンロータ４１には、上記吸気カムシャフト１６の径方向においてその回転軸Ｌ１から離間する方向に突出する形状の三つのベーン４２が一体に形成されている。それらベーン４２はそれぞれ、上記ハウジング本体３２の隣り合う二つの区画壁３２ａに挟まれた位置に配置される。

可変動弁機構３０では、上記ハウジング本体３２の隣り合う二つの区画壁３２ａの間に挟まれた空間であり且つハウジングロータ３１の内部に三箇所ある空間がそれぞれ、ベーン４２によって吸気カムシャフト１６の回転方向Ｘにおける後ろ側の空間（進角油室４３）と同回転方向Ｘにおける前側の空間（遅角油室４４）とに区画されている。そして可変動弁機構３０では、オイルコントロールバルブ４５の作動制御を通じて進角油室４３および遅角油室４４への加圧油の給排を行うことによって吸気バルブ２０のバルブタイミングが変更される。

具体的には、進角油室４３に加圧油が供給されるとともに遅角油室４４から加圧油が排出されると、それら進角油室４３および遅角油室４４の内部圧力の差によって、ベーンロータ４１（詳しくは、ベーン４２）がハウジングロータ３１に対して上記吸気カムシャフト１６の回転方向Ｘ（進角側）に回動する。このとき吸気バルブ２０のバルブタイミングは進角側に変化するようになる。そして、ハウジングロータ３１に対するベーンロータ４１の回動位置が上記回転方向Ｘにおける最も前側（進角側）の位置（以下、最進角位置Ｐｍａｘ）になったときに、吸気バルブ２０のバルブタイミングＶＴが進角側の制御限界（以下、最進角位相ＶＴｍａｘ）になる。

一方、進角油室４３から加圧油が排出されるとともに遅角油室４４に加圧油が供給されると、ベーンロータ４１がハウジングロータ３１に対して上記吸気カムシャフト１６の回転方向Ｘと反対側（遅角側）に回動する。このとき吸気バルブ２０のバルブタイミングは遅角側に変化する。そして、ハウジングロータ３１に対するベーンロータ４１の回動位置が上記回転方向Ｘにおける最も後ろ側（遅角側）の位置（以下、最遅角位置Ｐｍｉｎ）になったときに、吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側の制御限界（以下、最遅角位相ＶＴｍｉｎ）になる。

本実施の形態の可変動弁機構３０には、吸気バルブ２０のバルブタイミングを前記最進角位相ＶＴｍａｘと最遅角位相ＶＴｍｉｎとの間の所定タイミング（中間ロック位相ＶＴｍｄｌ）で固定するためのロック機構が設けられている。なお中間ロック位相ＶＴｍｄｌとしては、最進角位相ＶＴｍａｘおよび最遅角位相ＶＴｍｉｎと異なるタイミングであって、内燃機関１０の始動に適した吸気バルブ２０のバルブタイミングが設定される。

上記ロック機構は詳しくは、図３に示すように、進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１の二つの機構によって構成されている。それら進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１は共に、ベーンロータ４１のベーン４２に出没可能に設けられたロックピン５２Ａ（または５２Ｂ）とハウジングロータ３１に形成されたロック穴５３Ａ（または５３Ｂ）との係合を通じて、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動を規制するものである。なおベーンロータ４１へのロックピン５２Ａ（または５２Ｂ）の配設態様は進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１において同様であるため、以下では進角ロック機構５０についてのみ説明し、遅角ロック機構５１についての詳細な説明は省略する。図３および図４では、同一機能の部材において、進角ロック機構５０に用いられる部材については符号の末尾に「Ａ」を付して示し、遅角ロック機構５１に用いられる部材については符号の末尾に「Ｂ」を付して示す。

三つのベーン４２のうちの一つには上記吸気カムシャフト１６の回転軸Ｌ１と並行に延びる収容孔５４Ａが形成されている。この収容孔５４Ａの内部にはロックピン５２Ａが出没可能な状態で収容されるとともに、同ロックピン５２Ａを収容孔５４Ａの外部に向けて突出する方向（脱出方向）に常時付勢するスプリング５５Ａが設けられている。また収容孔５４Ａの内部には、オイルコントロールバルブ４５（図２参照）を介して加圧油を供給および排出可能なロック解除油室５６が形成されている。このロック解除油室５６に加圧油が供給されると、その内部圧力による付勢力によってロックピン５２Ａが上記スプリング５５Ａの付勢力に抗して没入方向に移動して上記収容孔５４Ａの内部に収容される。一方、ロック解除油室５６Ａの内部から加圧油が排出されると、同ロック解除油室５６Ａの圧力が低下するため、スプリング５５Ａの付勢力によってロックピン５２Ａを収容孔５４Ａから脱出方向に移動させることの可能な状態になる。

ハウジングロータ３１（詳しくは、係合プレート３４）の内面において進角ロック機構５０のロックピン５２Ａの先端が対向する位置には円弧形状で延びる係合溝５７Ａ（図１参照）が形成されている。この係合溝５７Ａは、ロックピン５２Ａの先端が係合可能な形状に形成されている。可変動弁機構３０は、ロックピン５２Ａが係合溝５７Ａに係合した状態であってもハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動が可能な構造になっている。

係合溝５７Ａの進角側の端部は、吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌになったときにおいてロックピン５２Ａの先端が対向する位置（中間位置ＰＭＡ）になっている。これに対して、係合溝５７Ａの遅角側の端部は上記中間位相ＰＭＡより若干遅角側の位置（遅角位置ＰＭＡ１）になっている。また、係合溝５７Ａの進角側の端部には上記ロックピン５２Ａを挿入可能なロック穴５３Ａが形成されている。

そのため、ロックピン５２Ａの先端が係合溝５７Ａに対向する位置になって同係合溝５７Ａに侵入（係合）すると、吸気バルブ２０のバルブタイミングの変化が中間ロック位相ＶＴｍｄｌより若干遅角側の位置から同中間ロック位相ＶＴｍｄｌまでの位置範囲で制限されるようになる。さらに、吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌになってロックピン５２Ａがロック穴５３Ａに挿入されると、ロックピン５２Ａの外面とロック穴５３Ａの内面との接触を通じて、吸気バルブ２０のバルブタイミングの中間ロック位相ＶＴｍｄｌからの変化が規制されるようになる。すなわち、このとき吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌで固定されるようになる。

一方、ハウジングロータ３１（詳しくは、係合プレート３４）の内面において遅角ロック機構５１のロックピン５２Ｂの先端が対向する位置には円弧形状で延びる係合溝５７Ｂが形成されている。この係合溝５７Ｂは、ロックピン５２Ｂの先端が係合可能な形状に形成されている。可変動弁機構３０は、ロックピン５２Ｂが係合溝５７Ｂに係合した状態であってもハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動が可能な構造になっている。

係合溝５７Ｂの進角側の端部は、吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌになったときにおいてロックピン５２Ｂの先端が対向する位置（中間位置ＰＭＢ）よりも進角側の位置（進角位置ＰＭＢＹ）になっている。これに対して、係合溝５７Ｂの遅角側の端部は上記中間位置ＰＭＢよりも遅角側の位置（第２遅角位置ＰＭＢ２）になっている。また、係合溝５７Ｂにおける上記中間位置ＰＭＢには上記ロックピン５２Ｂを挿入可能なロック穴５３Ｂが形成されている。

そのため、ロックピン５２Ｂの先端が係合溝５７Ｂに対向する位置になって同係合溝５７Ｂに侵入（係合）すると、吸気バルブ２０のバルブタイミングの変化が中間ロック位相ＶＴｍｄｌより進角側の位置から遅角側の位置までの位置範囲において制限されるようになる。さらに、吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌになってロックピン５２Ｂがロック穴５３Ｂに挿入されると、ロックピン５２Ｂの外面とロック穴５３Ｂの内面との接触を通じて、吸気バルブ２０のバルブタイミングの中間ロック位相ＶＴｍｄｌからの変化が規制されるようになる。すなわち、このとき吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌで固定されるようになる。

また図４に示すように、ベーン４２に形成された収容孔５４Ａの内部には、ロックピン５２Ａに加えて、アウターピン５８Ａが収容されている。具体的には、円環形状に形成されたアウターピン５８Ａが、円筒形状に形成されたロックピン５２Ａの側周にその軸方向（図中上下方向）において摺動可能に外挿されている。

ロックピン５２Ａの外周面には、その周囲全周に亘って外方に向けて突出する形状のフランジ部５９Ａが形成されている。スプリング５５Ａの付勢力によってロックピン５２Ａがロック穴５３Ａ側（図中下方側）に移動する際には、上記フランジ部５９Ａがアウターピン５８Ａの内面に係合して、ロックピン５２Ａがアウターピン５８Ａともども移動するようになる。また、アウターピン５８Ａがロック穴５３から離間する方向（図中上方）に移動する際にも、上記フランジ部５９Ａがアウターピン５８Ａの内面に係合するため、ロックピン５２Ａがアウターピン５８Ａともども移動するようになる。

収容孔５４Ａの内部には、アウターピン５８Ａを図中下方側に向けて常時付勢するアウターピンスプリング６０Ａが配設されている。また収容孔５４Ａの内部には、同収容孔５４Ａの内面とロックピン５２Ａの外周面とアウターピン５８Ａの上記ロック穴５３Ａ側の外面とによって前記ロック解除油室５６Ａが区画形成されている。このロック解除油室５６Ａにはロック解除油路６１Ａが接続されている。そして、このロック解除油路６１Ａを通じてロック解除油室５６Ａ内に加圧油が供給されると、アウターピン５８Ａがロックピン５２Ａともども上記アウターピンスプリング６０Ａおよびスプリング５５Ａの付勢力に抗して図中上方に移動するようになる。

また収容孔５４Ａには、遅角油室４４に連通される油室連通路６２Ａと進角油室４３に連通される油室連通路６３Ａとが接続されている。これら油室連通路６２Ａ，６３Ａは、アウターピン５８Ａが図中下方に移動したときには収容孔５４Ａを介して互いに連通され、アウターピン５８Ａが図中上方に移動したときには互いの連通がアウターピン５８Ａによって遮断されるようになっている。したがって、ロック解除油室５６Ａ内の圧力が低下してアウターピン５８が図中下方に移動したときには、遅角油室４４と進角油室４３とが互いに連通されるようになる。

進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１は、基本的に、オイルコントロールバルブ４５の作動制御を通じて以下のように作動する。
内燃機関１０の始動が完了した後においては、ロック解除油室５６に加圧油が供給されて、各ロック機構５０，５１においてロックピン５２がロック穴５３から脱出した状態（ロック解除状態［図４に示す状態］）になる。また、このとき収容孔５４を介した進角油室４３と遅角油室４４との連通がアウターピン５８によって遮断された状態になる。そのため、このとき進角油室４３および遅角油室４４への加圧油の給排を通じて吸気バルブ２０のバルブタイミングの変更が可能になる。

一方、内燃機関１０の運転を停止させる際には、目標バルブタイミングＴｖｔとして中間ロック位相ＶＴｍｄｌが設定されるとともに、ロック解除油室５６からの加圧油の排出が行われる。これにより、吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌになった状態、すなわちベーンロータ４１の相対回動位相が中間ロック位置Ｐｍｄｌになった状態で、各ロック機構５０，５１のロックピン５２がロック穴５３側にそれぞれ付勢されるようになる。そのため、各ロック機構５０，５１のロックピン５２がロック穴５３に挿入されて係合した状態（ロック状態［図５に示す状態］）になる。したがって、その後の内燃機関１０の始動に際して吸気バルブ２０のバルブタイミングが中間ロック位相ＶＴｍｄｌで固定された状態になるために、内燃機関１０の始動が適正に行われるようになる。

本実施の形態の装置では、内燃機関１０の運転停止時におけるロック機構５０，５１の作動に失敗してロックピン５２がロック穴５３から抜けた状態のままになることがある。こうした場合であっても、その後において内燃機関１０の始動が開始されると、進角油室４３および遅角油室４４の圧力がごく低い状態、すなわちハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動が許容された状態で同ベーンロータ４１にカム駆動反力が作用するようになる。そのためベーンロータ４１が、例えば進角側への相対回動と遅角側への相対回動を交互に繰り返すといったように揺動するようになる。そして、この揺動によってベーンロータ４１の相対回動位置が中間ロック位置Ｐｍｄｌになると、各ロック機構５０，５１のロックピン５２が突出してロック穴５３に係合してハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動がロックされるようになる。

なお、このとき進角油室４３や遅角油室４４からの加圧油の排出が殆どなされない状態であると、カム駆動反力によるベーンロータ４１の揺動に伴って進角油室４３や遅角油室４４の内部圧力が低下したり上昇したりする。そして、進角油室４３の圧力上昇や遅角油室４４の圧力低下はベーンロータ４１の遅角側への相対回動を制限する一因になり、進角油室４３の圧力低下や遅角油室４４の圧力上昇はベーンロータ４１の進角側への相対回動を制限する一因になる。そのため、ベーンロータ４１の揺動に起因する進角油室４３や遅角油室４４の内部圧力の変動は、ベーンロータ４１の相対回動位置の変化、ひいては同相対回動位置の中間ロック位置Ｐｍｄｌへの早期移動を制限する一因になると云える。

本実施の形態の装置では、内燃機関１０の始動開始時において、上記ベーン４２に形成された油室連通路６２，６３を通じて進角油室４３と遅角油室４４とが一時的に連通された状態になる。詳しくは、図６に示すように、このときロック解除油室５６に加圧油が供給されないためにアウターピンスプリング６０の付勢力によってアウターピン５８がロック穴５３側（図中下方側）に移動した状態になり、油室連通路６２，６３および収容孔５４を介して進角油室４３と遅角油室４４とが連通された状態になる。そのため、カム駆動反力によるベーンロータ４１の揺動に際して、ベーンロータ４１が進角側に相対回動するときには遅角油室４４から進角油室４３へと油や空気を排出することができ、同ベーンロータ４１が遅角側に相対回動するときには進角油室４３から遅角油室４４へと油や空気を排出することができる。これにより、進角油室４３や遅角油室４４の内部圧力の上昇や低下を抑えることができるために、カム駆動反力によるベーンロータ４１の揺動幅を大きくすることができ、ベーンロータ４１の相対回動位置を中間ロック位置Ｐｍｄｌまで速やかに変化させることができる。

ここで本実施の形態では、上述した内燃機関１０の始動時におけるロックピン５２とロック穴５３との係合が、ベーンロータ４１の相対回動が一時的に停止する最進角位相ＶＴｍａｘや最遅角位相ＶＴｍｉｎではなく、同ベーンロータ４１の相対回動速度が高くなる可能性のある中間ロック位相ＶＴｍｄｌにおいて行われる。そのため、内燃機関１０の始動時におけるロックピン５２のロック穴５３への挿入に際して、同ロックピン５２の外面とロック穴５３の内面とが衝突するなどして、それらロックピン５２やロック穴５３の早期劣化を招くおそれがある。

また本実施の形態では、進角ロック機構５０（図３）と遅角ロック機構５１とを備えるため、ロック機構を一つのみ備える装置と比較して、構成要素が多い分だけ内燃機関１０の運転停止時においてロックピン５２がロック穴５３に係合されないといった状況になり易い。そのため、それらロック機構５０，５１におけるロックピン５２のロック穴５３への係合をそれぞれ確実に行うために、各ロック機構５０，５１におけるロックピン５２とロック穴５３との間隙が大きくなり易い。ちなみに本実施の形態では、上記間隙が比較的大きく設定されている。そして、ベーンロータ４１の相対回動位置の進角側への変化が進角ロック機構５０のロックピン５２Ａの外面とロック穴５３Ａの内面の進角側の部分との接触を通じて規制されるようになっており、上記相対回動位置の進角側への変化が遅角ロック機構５１のロックピン５２Ｂの外面とロック穴５３Ｂの内面の遅角側の部分との接触を通じて規制されるようになっている。

このように本実施の形態の装置では、各ロック機構５０，５１におけるロックピン５２とロック穴５３との間隙が大きいために、ロックピン５２とロック穴５３とが係合した後における同ロックピン５２とロック穴５３との相対回動の速度が高くなり易い。そのため、このときロックピン５２の外面とロック穴５３の内面との衝突に伴う衝撃が大きくなってロック機構５０，５１の劣化を招き易くなってしまう。

さらに本実施の形態では、内燃機関１０の始動に際してカム駆動反力によるベーンロータ４１の揺動幅を大きくするために、油室連通路６２，６３を介して進角油室４３と遅角油室４４とが一時的に連通される。そのため、ベーンロータ４１の相対回動の速度が高くなり易く、その分だけロックピン５２の外面とロック穴５３の内面との衝突に起因するロック機構５０，５１の劣化を招き易い。

こうした実情をふまえて本実施の形態では、図７に示すように、ハウジングロータ３１の上記吸気カムシャフト１６の径方向における内面に、内方に向けて張り出す形状の張り出し部３６が形成されている。この張り出し部３６は各ベーン４２の上記吸気カムシャフト１６の径方向における外面と対向する位置（図２中にＣで示す位置）に一つずつ、合計三箇所に形成されている。本実施の形態では、図７に示すように、ハウジングロータ３１の内面において上記ベーン４２の外面が対向する部分のうち、張り出し部３６以外の部分が断面円弧形状で延びる形状に形成されているのに対し、張り出し部３６は断面平面形状で延びる形状に形成されている。また各張り出し部３６は、ベーンロータ４１の相対回動に際して同ベーンロータ４１の相対回動位置が中間ロック位置Ｐｍｄｌより遅角側の位置から進角側の位置までの範囲、すなわち中間ロック位置Ｐｍｄｌを含む所定の回動位置範囲においてベーン４２の外面と上記張り出し部３６とが対向するようになる位置に形成されている。本実施の形態では、上記張り出し部３６が、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦抵抗を大きくする抵抗増大部として機能する。なお図７は、ベーン４２の外面とハウジングロータ３１の内面との間隙をシールするシール部材４２ａが上記張り出し部３６に接触した状態を示している。

以下、ハウジングロータ３１の内面に張り出し部３６を形成することによる作用について説明する。
本実施の形態の装置では、ベーン４２の外面とハウジングロータ３１の内面との間隙が、ベーン４２の外面と張り出し部３６とが対向しない回動位置では比較的大きくなる（例えば、０．３ｍｍ）のに対して、ベーン４２の外面と張り出し部３６とが対向する回動位置では小さくなる（例えば、最も小さくなる部分で０．２ｍｍ）。そのため、ベーンロータ４１の相対回動位置が前記中間ロック位置Ｐｍｄｌを含む所定回動位置範囲内の位置であるときには、同所定回動範囲外の位置であるときと比較して、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦抵抗が大きくなる。したがって、ベーンロータ４１の相対回動位置が所定の回動位置範囲内になったとき、すなわち同相対回動位置が中間ロック位置Ｐｍｄｌに近い位置になったときに摩擦抵抗が大きくなることから、同ベーンロータ４１の相対回動における回動速度を低下させることができる。

これにより、中間ロック位置Ｐｍｄｌにおいて各ロック機構５０，５１のロックピン５２が突出してロック穴５３に係合する際に同ロックピン５２の外面とロック穴５３の内面とが衝突することを抑えることができる。また、仮にロックピン５２の外面とロック穴５３の内面とが衝突した場合であっても、その衝突における衝撃を緩和することができる。さらには、各ロック機構５０，５１のロックピン５２がロック穴５３に係合した状態になった後におけるベーンロータ４１の相対回動の回動速度を低下させることもできるため、このときのロックピン５２の外面とロック穴５３の内面との衝突に伴い発生する衝撃を緩和することができる。したがって本実施の形態の装置によれば、ロックピン５２やロック穴５３の早期劣化を回避することができ、進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１の耐久性能の向上を図ることができる。

また本実施の形態によれば、ハウジングロータ３１の内面形状を設定するといった簡素な構造により、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦力を大きくといった構造を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）ハウジングロータ３１の内面に張り出し部３６を形成したために、ベーンロータ４１の相対回動位置が中間ロック位置Ｐｍｄｌを含む所定回動位置範囲内の位置であるときに、同所定回動範囲外の位置であるときと比較して、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦抵抗を大きくすることができる。これによりロックピン５２やロック穴５３の早期劣化を回避することができ、進角ロック機構５０および遅角ロック機構５１の耐久性能の向上を図ることができる。

（２）ハウジングロータ３１の内面に張り出し部３６を形成することにより、同ハウジングロータ３１の内面の一部を、同内面とベーン４２の外面との対向時における間隙が他の部分と比較して小さくなる形状に形成した。そのため、ハウジングロータ３１の内面形状を設定するといった簡素な構造により、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦力を大きくといった構造を実現することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・ハウジングロータ３１の内面に張り出し部３６を三つ形成することに限らず、二つのみ形成するようにしたり、一つのみ形成するようにしたりしてもよい。

・ハウジングロータ３１の内面に断面平面形状で延びる張り出し部３６を形成することに代えて、図８に示すように所定の厚さで内方に向けて突出する断面形状の凸部７０を形成したり、図９に示すように先端が円弧形状をなす形状で延びる凸部８０を形成したりしてもよい。要は、ハウジングロータ３１の内面とベーン４２の外面との間隙を小さくすることができる形状であれば、ハウジングロータ３１の内面に形成する突出部分の形状は任意に変更することができる。なお上記装置では、ハウジングロータ３１の内面に形成する突出部分（図８に示す例では凸部７０、図９に示す例では凸部８０）が抵抗増大部として機能する。

・ハウジングロータ３１の前記吸気カムシャフト１６の径方向における内面に突出部分を形成することに代えて、ハウジングロータ３１（詳しくは、係合プレート３４あるいはカバー３５）における前記吸気カムシャフト１６の軸線方向においてベーン４２と対向する内面に、突出部分を形成するようにしてもよい。図１０に示す例では、カバー３５の内面に前記吸気カムシャフト１６の径方向に延びる形状の凸部９０が形成されている。

・ハウジングロータ３１の前記吸気カムシャフト１６の径方向における内面に突出部分を形成することに代えて、図１１に一例を示すように、ベーンロータ４１の前記径方向における外面（詳しくは、ハウジング本体３２の区画壁３２ａの突端と対向する位置）に突出部分（図１１に示す例では凸部１００）を形成するようにしてもよい。なお図１１は、ベーンロータ４１の外面と区画壁３２ａの内面との間隙をシールするシール部材３２ｂが上記凸部１００に接触した状態を示している。

・抵抗増大部として、ハウジングロータ３１の内面やベーンロータ４１の内面に突出部分を形成することに代えて、ハウジングロータ３１の内面やベーンロータ４１の内面の一部を他の部分と比較して摩擦抵抗の大きい材料で形成するようにしてもよい。図１２に示す例では、ハウジングロータ３１内面に合成樹脂材料からなる抵抗増大部１１０が取り付けられている。この抵抗増大部１１０は、ハウジングロータ３１の他の部分と比較して摩擦抵抗の大きい材料により形成されている。こうした装置によっても、ベーン４２の外面が抵抗増大部１１０の内面と対向するときに、そうでないときと比較して、ハウジングロータ３１とベーンロータ４１との相対回動に際して発生する摩擦抵抗を大きくすることができる。

・本発明は、第２回転体に対する第１回転体の相対回動位置を最遅角位置と最進角位置との間の中間ロック位置で固定するロック機構が一つのみ設けられた可変動弁装置にも適用することができる。

・本発明は、吸気バルブのバルブタイミングを変更する可変動弁装置に限らず、排気バルブのバルブタイミングを変更する可変動弁装置にも適用することができる。

１０…内燃機関、１１…油供給装置、１２…オイルパン、１３…オイルポンプ、１４…供給通路、１５…クランクシャフト、１６…吸気カムシャフト、１７…排気カムシャフト、１８…タイミングチェーン、１９…吸気カム、２０…吸気バルブ、２１…排気カム、２２…排気バルブ、２３…クランクセンサ、２４…カムセンサ、２５…吸気量センサ、２６…電子制御装置、３０…可変動弁機構、３１…ケースとしてのハウジングロータ、３２…ハウジング本体、３２ａ…区画壁、３２ｂ…シール部材、３３…カムスプロケット、３４…係合プレート、３５…カバー、３６…張り出し部、４１…ベーンロータ、４２…ベーン、４２ａ…シール部材、４３…進角油室、４４…遅角油室、４５…オイルコントロールバルブ、５０…進角ロック機構、５１…遅角ロック機構、５２，５２Ａ，５２Ｂ…ロックピン、５３，５３Ａ，５３Ｂ…ロック穴、５４，５４Ａ，５４Ｂ…収容孔、５５，５５Ａ，５５Ｂ…スプリング、５６，５６Ａ，５６Ｂ…ロック解除油室、５７，５７Ａ，５７Ｂ…係合溝、５８，５８Ａ，５８Ｂ…アウターピン、５９，５９Ａ，５９Ｂ…フランジ部、６０，６０Ａ，６０Ｂ…アウターピンスプリング、６１，６１Ａ，６１Ｂ…ロック解除油路、６２，６２Ａ，６２Ｂ，６３，６３Ａ，６３Ｂ…油室連通路、７０，８０，９０，１００…凸部、１１０…抵抗増大部。

Claims (3)

1. カムシャフトに駆動連結された第１回転体とクランクシャフトに駆動連結された第２回転体とを油室への加圧油の給排を通じて相対回動させて機関バルブのバルブタイミングを変更する油圧作動式の可変動弁機構と、前記第１回転体および前記第２回転体の一方に突出方向に常時付勢された状態で設けられたロックピンと他方に形成されたロック穴との係合を通じて前記第２回転体に対する前記第１回転体の相対回動位置を最遅角位置と最進角位置との間の中間ロック位置で固定するロック機構と、を備える内燃機関の可変動弁装置において、
   前記第１回転体は、前記カムシャフトに一体に取り付けられて同カムシャフトの径方向に延びる形状のベーンを有してなり、
   前記第２回転体は、前記ベーンが内部に収容されるケースであって且つ内部が前記ベーンによってその回転方向後ろ側の進角油室と回転方向前側の遅角油室に区画されるケースを有してなり、
   前記可変動弁機構は、前記進角油室および前記遅角油室への加圧油の給排を通じて前記ベーンを前記ケースの内部において移動させることによって前記第１回転体と前記第２回転体とを相対回動させるものであり、
   前記第１回転体の相対回動位置が前記中間ロック位置を含む予め定めた所定回動位置範囲内の位置であるときに、同所定回動範囲外の位置であるときと比較して、前記第１回転体と前記第２回転体との相対回動に際して発生する摩擦抵抗を大きくする抵抗増大部が設けられ、
   前記抵抗増大部は、前記ケースの前記径方向における内面の一部が、同内面と前記ベーンの前記径方向における外面との対向時における間隙が前記内面の他の部分と比較して小さくなる形状に形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   当該装置は、前記第１回転体の相対回動位置を前記中間ロック位置で固定する前記ロック機構を二つ備えてなる
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記可変動弁機構は、前記内燃機関の始動開始時において前記進角油室と前記遅角油室とを一時的に連通する連通路を有してなる
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。