JP6104392B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロックピンを２つ有する中間ロックタイプのバルブタイミング調整装置に関するものである。

従来から吸気もしくは排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング調整装置が考案され、多くは、第１回転体と、第１回転体に対して所定角度相対回転可能な第２回転体と、第２回転体を始動時基準位置でロックするためのロックピンとを備えている。

近年、自動車の燃費をさらに高次元で向上させるために、バルブタイミング調整装置において、始動時基準位置を従来の最遅角位置もしくは最進角位置ではなく、最遅角位置と最進角位置の間の中間位置に設定するロック機構が考案されており、その機構を達成するために、例えば従来１つ有していたロックピンを２つに増やした装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−３８４４６号公報

上記特許文献１の場合、第２回転体のベーンに収容された２つのロックピン（遅角制限ピンおよび進角制限ピン）が、第１回転体の作動油圧室に開口した遅角制限溝と進角制限溝それぞれに進入することによって、前記第２回転体を中間位置にロックする構成であった。そのため、遅角制限溝と進角制限溝を介して作動油が漏れないように、ベーンの回転方向の幅を拡大して遅角制限溝と進角制限溝を塞ぐ必要があった。すると、ベーンの回転方向の幅の拡大に伴い、動作角度が制限されたり、製品重量が増大したりするという課題が生じていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ロックピンを２つ有する中間ロックタイプにおいて、動作角度の制限を受けない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。

この発明に係るバルブタイミング調整装置は、作動油圧室を有し、内燃機関のクランクシャフトと共に回転する第１回転体と、第１回転体に収容された円筒状のボス部および当該ボス部の外周面に突設され作動油圧室を遅角側と進角側に区分するベーンを有し、吸気バルブまたは排気バルブを開閉するカムシャフトと共に回転する第２回転体と、第２回転体を最遅角位置と最進角位置の間の中間位置でロックするロック機構とを備えるバルブタイミング調整装置において、ロック機構は、第１回転体に形成された回転方向に長い長穴形状の１つの係合穴と、第２回転体に配置されて係合穴に係合する２つのロックピンとを有し、２つのロックピンは、第２回転体のボス部に軸方向に出入可能に収容され、いずれか一方がボス部から突出して係合穴に係合し第２回転体の中間位置から遅角側への回転を規制し、もう一方がボス部から突出して係合穴に係合し第２回転体の中間位置から進角側への回転を規制し、両方がボス部から突出して係合穴に係合し第２回転体を中間位置でロックし、２つのロックピンのうち、進角側への回転を規制するロックピンが係合穴に係合した状態で遅角側へ移動可能な角度範囲は、ベーンが中間位置から最遅角位置へ動作する角度範囲より大きく、かつ、遅角側への回転を規制するロックピンが係合穴に係合した状態で進角側へ移動可能な角度範囲は、ベーンが中間位置から最進角位置へ動作する角度範囲より大きいものである。

この発明によれば、２つのロックピンを第２回転体のボス部に軸方向に出入可能に収容したので、第２回転体がどんなに回転しても、第１回転体に形成された係合穴は常にボス部で塞がれてシールされ、オイル漏れが生じない。従って、従来のようなベーンの回転方向の幅拡大が不要であり、動作角度の制限を受けないバルブタイミング調整装置を提供することができる。
また、２つのロックピンのうち、進角側への回転を規制するロックピンが係合穴に係合した状態で遅角側へ移動可能な角度範囲は、ベーンが中間位置から最遅角位置へ動作する角度範囲より大きく、かつ、遅角側への回転を規制するロックピンが係合穴に係合した状態で進角側へ移動可能な角度範囲は、ベーンが中間位置から最進角位置へ動作する角度範囲より大きいので、第２回転体がいずれの位置にあるときでも、２つのロックピンのいずれか一方が係合穴に必ず係合し、第２回転体が中間位置から進角側および遅角側に動作するのを規制できる。

この発明の実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す図であり、中間位置の状態である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す図であり、最遅角位置の状態である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す図であり、最進角位置の状態である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を適用したバルブタイミング調整システムの構成を示す図であり、バルブタイミング調整装置を図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図で示す。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置が中間位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置が最遅角位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置が最進角位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置のロック機構の変形例を示す模式図である。 実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置のロック機構の別の変形例を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置の構成を示す図であり、中間位置の状態である。 実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置が中間位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置が最遅角位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置が最進角位置にあるときのロック機構を説明する模式図である。 この発明の実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック機構の模式図であり、ロック解除手順を示す。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック解除手順を示すフローチャートである。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック解除実施時の位相制御Ｄｕｔｙ、実位相、ロックピン制御Ｄｕｔｙ、遅角側規制ロックピンの係合状態、進角側規制ロックピンの係合状態を示すグラフである。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック手順を示すフローチャートである。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック機構の模式図であり、ロータが遅角に位置するときのロック手順を示す。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置において遅角に位置するロータのロック実施時の位相制御Ｄｕｔｙ、実位相、ロックピン制御Ｄｕｔｙ、遅角側規制ロックピンの係合状態、進角側規制ロックピンの係合状態を示すグラフである。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置のロック機構の模式図である、ロータが進角に位置するときのロック手順を示す。 実施の形態３に係るバルブタイミング調整装置において進角に位置するロータのロック実施時の位相制御Ｄｕｔｙ、実位相、ロックピン制御Ｄｕｔｙ、遅角側規制ロックピンの係合状態、進角側規制ロックピンの係合状態を示すグラフである。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１〜図３は、本実施の形態１に係るバルブタイミング調整装置１が中間位置、最遅角位置、および最進角位置にある状態を示す図である。これら図１〜図３ではバルブタイミング調整装置１からセンターボルト３、給油シャフト４およびカバー２１を取外し、主にケース５およびロータ７を示している。なお、図１〜図３において、位置を明確にする目的で、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に格子模様を施して示す。
また、図１のバルブタイミング調整装置１をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を図４に、Ｂ−Ｂ線に沿って切断した断面図を図５に示す。図４では、バルブタイミング調整装置１と、バルブタイミング調整装置１の制御装置であるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）６０と、油圧室制御用オイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶ）４０と、ロックピン制御用ＯＣＶ５０とを備えたバルブタイミング調整システムの概要を示している。

図１〜図５において、バルブタイミング調整装置１は、図示しないエンジンの（吸気側）カムシャフト２にセンターボルト３で固定されている。また、カムシャフト２の反対側から給油シャフト４がバルブタイミング調整装置１に挿入され、図示しないフロントカバー等に取付けられている。

ケース５は、内周に突出し複数の作動油圧室を形成するための複数のシュー部５ａを有する。また、エンジンのクランクシャフトからの駆動力をカムシャフト２に伝達するためのスプロケット部６が、ケース５に一体的に形成されている。このケース５の両面はハウジング１２およびカバー２１で塞がれて、作動油圧室が密封されている。
これらケース５、ハウジング１２およびカバー２１により第１回転体が構成される。第２回転体は、下記ロータ７により構成される。

ケース５内に収容されるロータ７は、円筒状のボス部７ｂと、ボス部７ｂの外周面から突出してケース５の作動油圧室を進角側油圧室８と遅角側油圧室９に区画する複数のベーン７ａと、ボス部７ｂの内周側の溝部７ｃとを有する。ボス部７ｂの外周面は、シュー部５ａの内周側端面と所定のクリアランスを持って摺動およびシール可能に接しており、ロータ７がケース５に対し最遅角位置から最進角位置までの所定角度範囲だけ同軸回転可能になっている。この角度範囲は、ベーン７ａとシュー部５ａの当接により規定される。また、ベーン７ａとシュー部５ａそれぞれには、樹脂などで成形されたシール部材１９が板ばね２０に付勢された状態で設置されており、進角側油圧室８と遅角側油圧室９の間のオイル漏れを防止している。

図４に示すように、ロータ７の溝部７ｃには、給油シャフト４の一端部がシール可能な所定のクリアランスを持って挿入されている。ロータ７の溝部７ｃとは反対の面にはカムシャフト２の一端面が当接し、カムシャフト２に圧入等によって固定されたノックピン１７（図１に示す）がロータ７に形成された長穴形状の嵌合溝１８（図１に示す）と嵌め合うことで回転方向に位置決めされた状態で、センターボルト３にて締結固定されている。

ロータ７をケース５内に収容した状態で、ハウジング１２、ケース５、カバー２１が複数のボルト２２により締結されることにより、バルブタイミング調整装置１が組立てられる。なお、ハウジング１２の中央には、カムシャフト２を相対回転可能に緩嵌合する貫通穴１２ａが形成され、ハウジング１２とケース５は位置決めピン２３により回転方向の位置決めがされているため、ハウジング１２とケース５とカバー２１がカムシャフト２に対して相対回転する。

さらに、カバー２１の外側には、ロータ７を進角方向に付勢するためのアシストスプリング２４が設置されている。アシストスプリング２４は、長方形断面を持った鋼線で形成された渦巻きばねであり、内側のフック部はロータ７に固定されたピン２５に引っ掛けられ、外側のフック部はケース５に固定されたピン２６に引っ掛けられている。この例では、アシストスプリング２４を用いてカムシャフト２の遅角側の回転トルクとは反対の進角方向に付勢している。

次に、ロータ７などに形成された油通路について、図４などを参照して説明する。
図示しないオイルポンプから供給される作動油は、油圧室制御用ＯＣＶ４０およびロックピン制御用ＯＣＶ５０に供給され、その出力オイルが給油シャフト４に供給される。油圧室制御用ＯＣＶ４０は、オイルポンプから供給されるオイルを給油シャフト４へ供給および排出（以下、給排）するための複数のオイルポートを有するスリーブ４１と、スリーブ４１内に軸方向に摺動可能に配置されオイル給排の方向と流量を変更するスプール４２と、スプール４２を電源ＯＦＦ側に付勢するスプリング４３と、ＥＣＵ６０の位相制御Ｄｕｔｙに応じてスプール４２の移動量を制御するソレノイド４４と、油圧室制御用ＯＣＶ４０を車両に固定するためのブラケット４５とから概略構成されている。
ロックピン制御用ＯＣＶ５０も同様に、スリーブ５１と、スプール５２と、スプリング５３と、ソレノイド５４と、ブラケット５５とから概略構成されており、ＥＣＵ６０のロックピン制御Ｄｕｔｙに応じてソレノイド５４がスプール５２の移動量を制御する。

給油シャフト４には、油圧室制御用ＯＣＶ４０からオイルの給排を受ける進角通路２７および遅角通路２８と、ロックピン制御用ＯＣＶ５０からオイルの給排を受けるロックピン解除通路２９とが形成されている。進角通路２７、遅角通路２８、およびロックピン解除通路２９のオイルは、ロータ７の溝部７ｃに設けられた進角環状油路３０、遅角環状油路３１、およびロックピン油圧用間隙３２に供給される。さらにそのオイルは、ロータ７のボス部７ｂに形成された複数の進角側油路３３および遅角側油路３４と、ハウジング１２に形成されたロックピン油路３５を経由して、進角側油圧室８、遅角側油圧室９、進角側係合穴１３、および遅角側係合穴１４に供給される。
また、進角側油圧室８、遅角側油圧室９、進角側係合穴１３、および遅角側係合穴１４に供給されたオイルは、供給とは逆の経路を辿って排出される。

次に、バルブタイミング調整装置１のロック機構について説明する。
図６〜図８は、バルブタイミング調整装置１が中間位置、最遅角位置、および最進角位置にあるときの、ロック機構の構造を模式的に示す図である。なお、図１〜図３と同様に、図６〜図８においても進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に格子模様を施して示す。

ロータ７のボス部７ｂには、回転方向に離間した２箇所にロックピン収容室３６，３７が形成され、２つのロックピン、即ち進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１が軸方向に出入可能に収容されている。このボス部７ｂに当接するハウジング１２の、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に対応する位置には、回転方向に長い長穴形状の進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４が形成されている。

進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１がロックピン収容室３６，３７から突出して進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４に係合することで、第２回転体であるロータ７が第１回転体であるケース５、ハウジング１２およびカバー２１に対して相対回転するのを規制することができる。進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１は、ロックピン収容室３６，３７に収容されたスプリング１５によって、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４に係合する方向へ付勢されており、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４の油圧が進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１の頭部に作用することでスプリング１５に抗して係合を解除することができる。
なお、スプリング１５は、樹脂などで成形されたホルダ１６によってロックピン収容室３６，３７内に保持されている。

また、遅角側規制ロックピン１１が係合する遅角側係合穴１４の遅角側に、少なくとも１段以上の段部１４ａを形成してもよい。図６〜図８ではハウジング１２を最上段として、これより一段ずつ低くなる２段の段部１４ａを階段状に形成して最下段である遅角側係合穴１４の底部につなげることにより、遅角側規制ロックピン１１が遅角側係合穴１４に段階的に係合可能となる。

次に、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１の２つのロックピンの機能について、図１〜図３および図６〜図８を参照しながら説明する。
図１〜図３では、時計回りにロータ７が動作するのを進角側、反時計回りにロータ７が動作するのを遅角側とする。図６〜図８では、図内右側にロータ７が動作するのを進角側、図内左側にロータ７が動作するのを遅角側としてある。
中間位置は、最遅角位置と最進角位置の間にあればよく、一方に偏っていても構わない。

先ず図６に示すように、進角側規制ロックピン１０は、スプリング１５の付勢によりロックピン収容室３６から軸方向に突出して、ハウジング１２に設けられた回転方向に長い進角側係合穴１３と係合することにより、ロータ７の中間位置から進角側への回転を規制する。このとき、進角側規制ロックピン１０は遅角側には回転を許容する。

他方、遅角側規制ロックピン１１は、スプリング１５の付勢によりロックピン収容室３７から軸方向に突出して、ハウジング１２に設けられた回転方向に長い遅角側係合穴１４と係合することにより、ロータ７の中間位置から遅角側への回転を規制する。このとき、遅角側規制ロックピン１１は進角側には回転を許容する。

そして、各スプリング１５の付勢により進角側規制ロックピン１０、遅角側規制ロックピン１１が進角側係合穴１３、遅角側係合穴１４に係合することで、ロータ７をエンジンの始動時基準位置となる中間位置にロックすることができる。
より詳しく説明すると、図６において、進角側規制ロックピン１０は進角側係合穴１３の進角側周面１３ａに当接することによってこれ以上の進角側への移動を規制されている。遅角側規制ロックピン１１は、遅角側係合穴１４の遅角側周面１４ｂ（段部１４ａを除いた最深部の側面）に当接することによってこれ以上の遅角側への移動を規制されている。従って、ロータ７は中間位置から進角側へも遅角側へも回転できない状態となり、中間位置でロックされる。このとき、進角側規制ロックピン１０と進角側周面１３ａの間、および遅角側規制ロックピン１１と遅角側周面１４ｂの間には、それぞれ所定の隙間Ｃ１，Ｃ２があり、隙間Ｃ１，Ｃ２に起因したがたつきを持って規制されているため、嵌まりやすく抜けやすい。

続いて図７に示すように、ロータ７が遅角方向に動作しようとするときは、ロックピン油路３５を通じて遅角側係合穴１４に油圧を供給し、遅角側規制ロックピン１１をロックピン収容室３７に押し戻して係合を解除することで、回転可能となる。
このとき、つまりロータ７が中間位置から最遅角位置の何れの位置にあるときでも、進角側規制ロックピン１０は進角側係合穴１３に係合可能であり、進角側係合穴１３に油圧があれば解除状態となり、油圧が無ければ係合状態となる。

他方、図８に示すように、ロータ７が進角方向に動作しようとするときは、ロックピン油路３５を通じて進角側係合穴１３に油圧を供給し、進角側規制ロックピン１０をロックピン収容室３６に押し戻して係合を解除することで、回転可能となる。
このとき、つまりロータ７が中間位置から最進角位置の何れの位置にあるときでも、遅角側規制ロックピン１１は遅角側係合穴１４に係合可能であり、遅角側係合穴１４に油圧があれば解除状態となり、油圧が無ければ係合状態となる。

ここで、図１を参照して、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４の回転方向の長さについて説明する。
ロータ７が中間位置から最遅角位置まで動作する範囲において進角側規制ロックピン１０と進角側係合穴１３が係合可能なように（即ち、ロータ７が中間位置より進角側に動作するのを規制するように）、中間位置で進角側係合穴１３に係合した進角側規制ロックピン１０が移動可能な角度範囲α１は、ロータ７のベーン７ａが中間位置から最遅角位置へ動作する角度範囲α２よりも大きく形成されている（α１＞α２）。

同様に、ロータ７が中間位置から最進角位置まで動作する範囲において遅角側規制ロックピン１１と遅角側係合穴１４が係合可能なように（即ち、ロータ７が中間位置より遅角側に動作するのを規制するように）、中間位置で遅角側係合穴１４に係合した遅角側規制ロックピン１１が移動可能な角度範囲β１は、ロータ７のベーン７ａが中間位置から最進角位置へ動作する角度範囲β２よりも大きく形成されている（β１＞β２）。

このように、ロータ７が何れの位置にあるときでも、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１のいずれか一方は必ず進角側係合穴１３または遅角側係合穴１４に係合しており、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１それぞれが、ロータ７が中間位置から進角側および遅角側に動作するのを規制している。よって、エンジン停止時にロータ７を中間位置にロックするとき、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１が中間位置を誤って通り過ぎることなく確実に係合することができる。

なお、前述のとおり、遅角側係合穴１４の遅角側周面１４ｂには、少なくとも１段以上の段部１４ａが形成されているため、万一、遅角側規制ロックピン１１が抜けていた場合でも、カム交番トルクとアシストスプリング２４のトルクによってロータ７が進角側に振られることで、遅角側規制ロックピン１１が段部１４ａから遅角側係合穴１４へ段階的に係合することが可能となる。このとき、階段状の段部１４ａが遅角側規制ロックピン１１の遅角側移動を規制して進角側へのみ移動案内するので、カム交番トルクによってロータ７が遅角側に振られたとしても安定的かつ確実に中間位置にロックすることができる。

以上より、実施の形態１によれば、バルブタイミング調整装置１のロック機構は、ハウジング１２に形成された回転方向に長い長穴形状の進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４と、ロータ７に配置されて進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４に係合する進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１とを有し、これら進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１は、ロータ７のボス部７ｂに軸方向に出入可能に収容され、進角側規制ロックピン１０がボス部７ｂから突出して進角側係合穴１３に係合しロータ７の中間位置から進角側への回転を規制し、遅角側規制ロックピン１１がボス部７ｂから突出して遅角側係合穴１４に係合しロータ７の中間位置から遅角側への回転を規制し、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１の両方がボス部７ｂから突出して進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４に係合しロータ７を中間位置でロックするように構成した。このように、ロータ７のボス部７ｂという円筒状の部材に進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１を収容しているので、ロータ７がどんなに回転しても、ハウジング１２に形成された進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４は常にボス部７ｂで塞がれ、シールされている。そのため、例えば進角側係合穴１３または遅角側係合穴１４を介して、進角側油圧室８と遅角側油圧室９の間にオイル漏れが発生するといった不都合が生じない。従って、先立って説明した特許文献１のようにベーン７ａの回転方向の幅を拡大する必要がなくなり、動作角度の制限を設けることなく大動作角度に対応することができる。

また、ベーン７ａの回転方向の幅を拡大する必要がないので、製品重量の増大を避けることができる。なお、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１を収容するに際してボス部７ｂを厚肉にする場合、進角側規制ロックピン１０、遅角側規制ロックピン１１の収容および進角側係合穴１３、遅角側係合穴１４のシールに不要な部分を切削して軽量化を図ってもよい。

また、実施の形態１によれば、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１を回転方向において互いに離れた位置に配置し、進角側規制ロックピン１０を係合する進角側係合穴１３と遅角側規制ロックピン１１を係合する遅角側係合穴１４の２つの係合穴を設ける構成にした。そのため、中間位置にてロータ７をロックしているときに進角側規制ロックピン１０、遅角側規制ロックピン１１、進角側係合穴１３、および遅角側係合穴１４の受ける衝撃トルクがバランスよく分配されるようになる。よって、進角側規制ロックピン１０と進角側係合穴１３の係合部および摺動部、ならびに遅角側規制ロックピン１１と遅角側係合穴１４の係合部および摺動部の強度信頼性を確保することができる。

また、実施の形態１によれば、進角側への回転を規制する進角側規制ロックピン１０が進角側係合穴１３に係合した状態で遅角側へ移動可能な角度範囲（図１のα１）を、ベーン７ａが中間位置から最遅角位置へ動作する角度範囲（同図のα２）より大きく設置し、かつ、遅角側への回転を規制する遅角側規制ロックピン１１が遅角側係合穴１４に係合した状態で進角側へ移動可能な角度範囲（同図のβ１）を、ベーン７ａが中間位置から最進角位置へ動作する角度範囲（同図のβ２）より大きく設定した。そのため、ロータ７が何れの位置にあるときでも、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１のいずれか一方が対応する進角側係合穴１３か遅角側係合穴１４に必ず係合しており、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１それぞれが、ロータ７が中間位置から進角側および遅角側に動作するのを規制している。従って、ロータ７をエンジン停止時に中間位置にロックするとき、中間位置を誤って通り過ぎることなく確実に係合してロックすることができる。

また、実施の形態１によれば、バルブタイミング調整装置１は、ロータ７を進角側へ付勢するアシストスプリング２４と、遅角側係合穴１４の遅角側周面１４ｂに当該遅角側から進角側に向かって階段状に低くなるよう形成され、遅角側規制ロックピン１１を進角側へ段階的に案内して遅角側係合穴１４に係合させる段部１４ａとを備えるように構成した。このため、ロータ７がカム交番トルクとアシストスプリング２４のトルクによって進角側に振られることで、万一遅角側規制ロックピン１１が抜けていた場合でも段階的に係合することが可能となる。

なお、実施の形態１では、遅角側規制ロックピン１１が係合する遅角側係合穴１４に２段の段部１４ａを形成し、中間位置にロックする際の係合を確実なものとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、進角側規制ロックピン１０が係合する進角側係合穴１３の遅角側に、少なくとも１段以上の段部１３ｂを形成してもよい。

また、進角側係合穴１３か遅角側係合穴１４のいずれか一方に段部を形成した場合、穴の深さが制限される中、係合に十分な深さの段部にできなかったり、段数を増加することが困難となったりする可能性がある。この場合、図１０に示すように、進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４の遅角側それぞれに幅の異なる段部１３ｂ，１４ａを１段ずつ形成し、これらの段部１３ｂ，１４ａを組み合わせることによってロータ７を段階的に中間位置に案内する構成にしてもよい。これにより、進角側係合穴１３、遅角側係合穴１４それぞれの段数は少なくて済み、係合の深さを十分に設定することができる。

実施の形態２．
図１１は、本実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置１が中間位置にある状態を示す図である。図１２〜図１４は、バルブタイミング調整装置１が中間位置、最遅角位置、および最進角位置にあるときの、ロック機構の構造を模式的に示す図である。図１１〜図１４において図１〜図１０と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。なお、図１１ではバルブタイミング調整装置１からセンターボルト３、給油シャフト４およびカバー２１を取外し、主にケース５およびロータ７を示している。また、位置を明確にする目的で、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に格子模様を施して示す。

本実施の形態２に係るバルブタイミング調整装置１が備えるロータ７のボス部７ｂには、回転方向に隣接した２箇所にロックピン収容室３６，３７が形成され、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１が軸方向に出入可能に収容されている。このボス部７ｂに当接するハウジング１２の、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に対応する位置には、回転方向に長い長穴形状の係合穴７０が形成されている。

図１２に示すように、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１が、１つの係合穴７０に双方とも係合することで、ロータ７が中間位置にロックされる。また、図１３に示すように、ロータ７が遅角方向に動作しようとするときは、ロックピン油路３５を通じて係合穴７０に油圧を供給し、遅角側規制ロックピン１１をロックピン収容室３７に押し戻して係合を解除することで、回転可能となる。他方、図１４に示すように、ロータ７が進角方向に動作しようとするときは、ロックピン油路３５を通じて係合穴７０に油圧を供給し、進角側規制ロックピン１０をロックピン収容室３６に押し戻して係合を解除することで、回転可能となる。

以上より、実施の形態２によれば、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１を回転方向において互いに隣接した位置に配置し、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１の両方を係合する１つの係合穴７０を設ける構成にした。このため、係合穴７０の加工および係合穴７０にロックピン解除用のオイルを導入する油通路（ロックピン油路３５など）の加工が少なく、製造が容易となる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１，２に係るバルブタイミング調整装置１の制御方法を説明する。以下では、図１５に模式的に示すように、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１を回転方向に離間させて配置すると共に、進角側係合穴１３の遅角側に段部１３ｂを１段形成したロック機構を例に用いる。進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に重ねて示す矢印は作用する力の向きを表し、下向きの矢印はスプリング１５（図６などに示す）の付勢力、上向きの矢印は進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４の油圧である。
これ以外の構成は、図１〜図１４と同様であるため、これらの図を援用する。

先ず、図１５に示すロック機構のロック解除手順を、図４のバルブタイミング調整システム、図１６のフローチャート、および図１７のグラフを参照しながら説明する。
図１７（ａ）は、位相制御Ｄｕｔｙと実位相との関係を示すグラフである。位相制御Ｄｕｔｙは、図４に示す油圧室制御用ＯＣＶ４０の通電流を制御する値であり、ＥＣＵ６０がこの値を調整することで進角側油圧室８および遅角側油圧室９の油圧が制御される。実位相は、角度センサ等の検出値から求まるクランクシャフトに対するカムシャフト２の相対的な回転角度である。
図１７（ｂ）は、ロックピン制御Ｄｕｔｙと遅角側規制ロックピン１１および進角側規制ロックピン１０の係合状態との関係を示すグラフである。ロックピン制御Ｄｕｔｙは、図４に示すロックピン制御用ＯＣＶ５０の通電流を制御する値であり、ＥＣＵ６０がこの値を調整することで進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４の油圧が制御される。係合状態は、ロックピン制御用ＯＣＶ５０がロックピン制御Ｄｕｔｙで動作した場合の遅角側規制ロックピン１１と遅角側係合穴１４の係合／解除の状態、および進角側規制ロックピン１０と進角側係合穴１３の係合／解除の状態である。

ロータ７が中間位置でロックされている状態、つまり図１５（ａ）のように進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１が進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４に係合している状態でエンジンを始動すると、ＥＣＵ６０が車両側からロック解除要求を受けて（ステップＳＴ１“ＹＥＳ”）、バルブタイミング調整装置１の進角動作制御を実施する（ステップＳＴ２）。

ステップＳＴ２の進角動作制御では、ＥＣＵ６０が位相制御Ｄｕｔｙを油圧室制御用ＯＣＶ４０が完全にＯＮ動作するような高Ｄｕｔｙ（例えば１００％）に制御して油圧室制御用ＯＣＶ４０のオイル経路を進角側に切り替え、進角通路２７、進角環状油路３０、進角側油路３３を経由して進角側油圧室８へオイルを供給する。これにより、図１５（ｂ）のように、ロータ７には進角方向に回転する力が加わるが、進角側規制ロックピン１０が進角側周面１３ａに押し当てられるので、中間位置より進角側への回転が規制される。一方で遅角側規制ロックピン１１と遅角側周面１４ｂとの間には確実に隙間が生じて係脱可能な状態になる。

続いてＥＣＵ６０は、進角側油圧室８へオイルが供給されてロータ７が進角動作を行うために要する所定の時間が経過すると（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、進角動作制御を継続しつつ、ロックピン解除制御を実施する（ステップＳＴ４）。なお、この所定時間は、油圧室制御用ＯＣＶ４０の作動時間と、進角側の各油圧通路および進角側油圧室８にオイルが充填され油圧が上昇しロータ７に進角方向の回転力が加わるまでの時間で、通常運転状態では０．２秒以下程度である。

ステップＳＴ４のロックピン解除制御では、ＥＣＵ６０がロックピン制御Ｄｕｔｙを１００％に制御してロックピン制御用ＯＣＶ５０のオイル経路を供給側に切り替え、ロックピン解除通路２９、ロックピン油圧用間隙３２、ロックピン油路３５を経由して進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４にオイルを供給する。これにより、図１５（ｃ）のように、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１に、スプリング１５の付勢力に抗した解除方向（上向き矢印）の力が作用する。このとき、進角側規制ロックピン１０は進角側周面１３ａに押し当てられて引っ掛かった状態であるため、進角側規制ロックピン１０の係合は解除せず、もう一方の遅角側規制ロックピン１１のみ係合が解除されて、ロータ７の遅角方向への回転の規制が解除される。

続いてＥＣＵ６０は、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４へオイルを充填するために要する所定の時間が経過すると（ステップＳＴ５“ＹＥＳ”）、ロックピン解除制御を継続しつつ、遅角動作制御を実施する（ステップＳＴ６）。なお、この所定時間は、ロックピン制御用ＯＣＶ５０の作動時間と、ロックピンへのオイル経路と進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４にオイルが充填され、遅角側規制ロックピン１１が解除するまでの時間で、通常運転状態ではおよそ０．１秒程度である。

ステップＳＴ６の遅角動作制御では、ＥＣＵ６０が位相制御Ｄｕｔｙを油圧室制御用ＯＣＶ４０がＯＦＦ側に切り替わるような低Ｄｕｔｙ（例えば０％）に制御して油圧室制御用ＯＣＶ４０のオイル経路を遅角側に切り替え、遅角通路２８、遅角環状油路３１、遅角側油路３４を経由して遅角側油圧室９へオイルを供給する。一方、進角側油圧室８のオイルは、進角側油路３３、進角環状油路３０、進角通路２７を経由して排出される。これにより、図１５（ｄ）のように、ロータ７には遅角方向に回転する力が加わり、遅角方向に回転することで進角側規制ロックピン１０と進角側周面１３ａとの引っ掛かりが解消され、進角側規制ロックピン１０の係合が解除される。すると、ロータ７の進角方向への回転の規制も解除され、ロックピン解除動作が完了する。なお、ロック解除のためには、進角側規制ロックピン１０の引っ掛かりを解消すればよく、バルブタイミング変化（遅角）によるエンジンへの影響を最小限にする必要がある場合、位相制御Ｄｕｔｙは０％とせず、例えば中間位置から５°クランクアングル遅角とする制御が望ましい。

通常、ロータ７には、図示しないカムからカムシャフト２を通じて受ける反力により交番トルクが働き、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１が進角側周面１３ａと遅角側周面１４ｂに交互に押し付けられ引っ掛かった状態であるため、係合解除動作が阻害される。このため、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１の係合解除が完了したか否かの判断が困難であるが、図１６のロック解除手順では、ロータ７を進角、遅角の順に回転させることで、進角側規制ロックピン１０を進角側周面１３ａに押し付けた状態にして、遅角側規制ロックピン１１と遅角側周面１４ｂの間に隙間を生じさせ係脱しやすい状態にするので、簡単な制御で確実に係合解除を実施できる。

なお、図１６のフローチャートでは、進角動作制御（ステップＳＴ２）、遅角動作制御（ステップＳＴ６）の順序で係合解除を実施したが、逆の順序でもよい。

次に、ロック機構のロック手順を、図４のバルブタイミング調整システム、および図１８のフローチャートなどを参照しながら説明する。
進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１の各係合が解除されてロータ７が進角および遅角方向に回転可能な状態でエンジンを停止すると、ＥＣＵ６０が車両側からロック要求を受けて（ステップＳＴ１１“ＹＥＳ”）、バルブタイミング調整装置１のロックピン係合制御を実施する（ステップＳＴ１２）。

ここで、図１９に、ロック要求発生時にロータ７が中間位置より遅角側にある場合のロックピン係合制御の様子を示す。また、この場合の位相制御Ｄｕｔｙと実位相との関係、ならびにロックピン制御Ｄｕｔｙと遅角側規制ロックピン１１および進角側規制ロックピン１０の係合状態との関係を、図２０のグラフに示す。
他方、図２１には、ロック要求発生時にロータ７が中間位置より進角側にある場合のロックピン係合制御の様子を示す。また、この場合の位相制御Ｄｕｔｙと実位相との関係、ならびにロックピン制御Ｄｕｔｙと遅角側規制ロックピン１１および進角側規制ロックピン１０の係合状態との関係を、図２２のグラフに示す。

ステップＳＴ１２のロックピン係合制御では、ＥＣＵ６０がロックピン制御Ｄｕｔｙを０％に制御してロックピン制御用ＯＣＶ５０のオイル経路を排出側に切り替え、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４のオイルを、ロックピン油路３５、ロックピン油圧用間隙３２、ロックピン解除通路２９を経由して排出する。これにより、進角側規制ロックピン１０および遅角側規制ロックピン１１が、ロックピン収容室３６，３７のスプリング１５に付勢されて、図１９（ａ）から図１９（ｂ）の状態、または図２１（ａ）から図２１（ｂ）の状態に遷移する。図１９（ｂ）では進角側規制ロックピン１０が段部１３ｂに係合し、図２１（ｂ）では遅角側規制ロックピン１１が遅角側係合穴１４に係合している。

続いてＥＣＵ６０は、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４のオイルを排出するために要する所定の時間が経過すると（ステップＳＴ１３“ＹＥＳ”）、ロータ７を中間位置にロックする制御を実施する（ステップＳＴ１４〜ＳＴ２０）。

ＥＣＵ６０は、先ず、ロック要求発生時の実位相が中間位置であるか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。実位相が中間位置なら（ステップＳＴ１４“ＹＥＳ”）、進角側規制ロックピン１０、遅角側規制ロックピン１１の双方が進角側係合穴１３、遅角側係合穴１４に係合してロータ７を中間位置でロックした状態と判断して、処理を終了する。

実位相が中間位置でない場合（ステップＳＴ１４“ＮＯ”）、ＥＣＵ６０は続けてロータ７が中間位置より遅角側か否かを判定し（ステップＳＴ１５）、遅角側の場合（ステップＳＴ１５“ＹＥＳ”）には進角動作制御を実施する（ステップＳＴ１６）。
ＥＣＵ６０は、ステップＳＴ１６において、ステップＳＴ２と同様に進角動作制御を実施してロータ７を進角方向に回転させる。これにより、図１９（ｃ）のように、ロータ７の進角回転に伴って進角側規制ロックピン１０が進角側係合穴１３に係合し、進角側周面１３ａに当接して中間位置より先への進角回転を規制し、遅角側規制ロックピン１１も遅角側係合穴１４に係合してロックが完了する。

一方、ロック要求発生時の実位相が中間位置より進角側にある場合（ステップＳＴ１８“ＹＥＳ”）、ＥＣＵ６０は遅角動作制御を実施する（ステップＳＴ１９）。
ＥＣＵ６０は、ステップＳＴ１９において、ステップＳＴ６と同様に遅角動作制御を実施してロータ７を遅角方向に回転させる。これにより、図２１（ｃ）のように、ロータ７の遅角回転に伴って遅角側規制ロックピン１１が遅角側周面１４ｂに当接して中間位置より先への遅角回転を規制し、進角側規制ロックピン１０も進角側係合穴１３に係合してロックが完了する。

ＥＣＵ６０は、進角動作制御中（ステップＳＴ１６）または遅角動作制御中（ステップＳＴ１９）に実位相を監視し（ステップＳＴ１７またはステップＳＴ２０）、実位相が中間位置にくると、ロータ７がロックされた状態になったと判断して進角または遅角動作制御を終了する（ステップＳＴ１７“ＹＥＳ”またはステップＳＴ２０“ＹＥＳ”）。

エンジン停止時の供給油圧が低下する状態においては、速やかな係合動作の完了が必要であるが、従来のようにロータ７の回転角度をフィードバック制御してロックピンの係合動作を実施すると制御が複雑化すると共に時間を要する。これに対し、図１８のロック手順では、進角側係合穴１３および遅角側係合穴１４からオイルを排出して一方のロックピンを係合状態にすることで、自動的にロータ７の回転が中間位置で規制されるため、ロータ７の回転角度を制御する必要がない。

以上より、実施の形態３によれば、ＥＣＵ６０は、ロータ７の中間ロックを解除する際、進角側規制ロックピン１０が進角側係合穴１３に、遅角側規制ロックピン１１が遅角側係合穴１４に係合してロータ７をロックした状態から、第１に、進角側油圧室８に油圧を印加してロータ７に回転力を与え、一方の進角側規制ロックピン１０を進角側係合穴１３の進角側周面１３ａに押し付けた状態にして、進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４に油圧を印加してもう一方の遅角側規制ロックピン１１を係合解除させ、第２に、第１とは異なる側の遅角側油圧室９に油圧を印加してロータ７に反対方向の回転力を与え、一方の進角側規制ロックピン１０を進角側周面１３ａから離間させ係合解除させて、ロータ７のロックを解除するように構成した。このように、ロータ７を進角、遅角の順に回転させることで、進角側規制ロックピン１０を進角側周面１３ａに押し付けた状態にして、遅角側規制ロックピン１１と遅角側周面１４ｂの間に隙間を生じさせ係脱しやすい状態にできるので、簡単な制御で確実にロック解除を実施できる。

なお、このロック解除手順では第１に進角側、第２に遅角側に油圧を印加したが、反対に第１に遅角側、第２に進角側に油圧を印加してもよい。

また、実施の形態３によれば、ＥＣＵ６０は、ロータ７を中間ロックする際、ロック進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４に油圧を印加してロータ７をロック解除した状態から、第１に、進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４への油圧の印加を停止して、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１のいずれか一方を係合させ、第２に、進角側油圧室８と遅角側油圧室９のいずれか一方に油圧を印加してロータ７に中間位置の方向の回転力を与え、進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４のいずれか一方に係合したロックピンをその係合穴周面に押し付けた状態にしてロータ７を中間位置で規制させ、もう一方のロックピンを対応する係合穴に係合させて、ロータ７をロックするように構成した。このように、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１のいずれか一方を係合状態にした上でロータ７に回転力を与えれば、係合状態のロックピンでロータ７を中間位置に規制することができるので、もう一方のロックピンが自動的に係合穴と対面して係合することになり、簡単な制御で確実にロックを行うことができる。

なお、実施の形態３の制御方法を、上記実施の形態１，２の構成のバルブタイミング調整装置１に対して適用したが、これに限定されるものではなく、細部の構成が異なるバルブタイミング調整装置に対しても適用可能である。
例えば、上記実施の形態１，２では、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１をロータ７のボス部７ｂに軸方向に出入可能に収容したが、進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１はロータ７のどこかに収容されていればよく、また、出入の方向が径方向であってもよい。
また例えば、上記実施の形態１，２では、進角側係合穴１３と遅角側係合穴１４の油圧で進角側規制ロックピン１０と遅角側規制ロックピン１１を係合解除したが、係合穴への油圧を使用せずに係合解除を行う構成（例えば、ロックピンの側面に油圧を印加して係合解除する構成）であってもよい。

また、上記実施の形態１〜３は、バルブタイミング調整装置１を吸気バルブの開閉タイミング調整に適用した構成例であるが、排気バルブに適用してもよい。
また、油圧室制御用ＯＣＶ４０とロックピン制御用ＯＣＶ５０を用いて作動油圧室へのオイル給排とロックピン制御用のオイル給排を行う構成にしたが、１つのＯＣＶを用いて行ってもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本発明のバルブタイミング調整装置は、２つのロックピンを第２回転体のボス部に軸方向に出入可能に収容したので、第２回転体がどんなに回転しても、第１回転体に形成された係合穴は常にボス部で塞がれてシールされ、オイル漏れが生じない。従って、従来のようなベーンの回転方向の幅拡大が不要であり、動作角度の制限を受けないので、自動車の吸気もしくは排気バルブなどに用いるのに適している。

１ バルブタイミング調整装置、２ カムシャフト、３ センターボルト、４ 給油シャフト、５ ケース（第１回転体）、５ａ シュー部、６ スプロケット部、７ ロータ（第２回転体）、７ａ ベーン、７ｂ ボス部、７ｃ 溝部、８ 進角側油圧室（作動油圧室）、９ 遅角側油圧室（作動油圧室）、１０ 進角側規制ロックピン、１１ 遅角側規制ロックピン、１２ ハウジング（第１回転体）、１２ａ 貫通穴、１３ 進角側係合穴、１３ａ 進角側周面、１３ｂ，１４ａ 段部、１４ 遅角側係合穴、１４ｂ 遅角側周面、１５ スプリング、１６ ホルダ、１７ ノックピン、１８ 嵌合溝、１９ シール部材、２０ 板ばね、２１ カバー（第１回転体）、２２ ボルト、２３ 位置決めピン、２４ アシストスプリング（付勢部材）、２５，２６ ピン、２７ 進角通路、２８
遅角通路、２９ ロックピン解除通路、３０ 進角環状油路、３１ 遅角環状油路、３２ ロックピン油圧用間隙、３３ 進角側油路、３４ 遅角側油路、３５ ロックピン油路、３６，３７ ロックピン収容室、４０ 油圧室制御用ＯＣＶ、４１，５１ スリーブ、４２，５２ スプール、４３，５３ スプリング、４４，５４ ソレノイド、４５，５５ ブラケット、５０ ロックピン制御用ＯＣＶ、６０ ＥＣＵ（制御装置）、７０ 係合穴。

Claims (2)

1. 作動油圧室を有し、内燃機関のクランクシャフトと共に回転する第１回転体と、
   前記第１回転体に収容された円筒状のボス部および当該ボス部の外周面に突設され前記作動油圧室を遅角側と進角側に区分するベーンを有し、吸気バルブまたは排気バルブを開閉するカムシャフトと共に回転する第２回転体と、
   前記第２回転体を最遅角位置と最進角位置の間の中間位置でロックするロック機構とを備えるバルブタイミング調整装置において、
   前記ロック機構は、
   前記第１回転体に形成された回転方向に長い長穴形状の１つの係合穴と、
   前記第２回転体に配置されて前記係合穴に係合する２つのロックピンとを有し、
   前記２つのロックピンは、前記第２回転体の前記ボス部に軸方向に出入可能に収容され、いずれか一方が前記ボス部から突出して前記係合穴に係合し前記第２回転体の前記中間位置から遅角側への回転を規制し、もう一方が前記ボス部から突出して前記係合穴に係合し前記第２回転体の前記中間位置から進角側への回転を規制し、両方が前記ボス部から突出して前記係合穴に係合し前記第２回転体を前記中間位置でロックし、
   前記２つのロックピンのうち、進角側への回転を規制するロックピンが前記係合穴に係合した状態で遅角側へ移動可能な角度範囲は、前記ベーンが前記中間位置から前記最遅角位置へ動作する角度範囲より大きく、かつ、遅角側への回転を規制するロックピンが前記係合穴に係合した状態で進角側へ移動可能な角度範囲は、前記ベーンが前記中間位置から前記最進角位置へ動作する角度範囲より大きいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記第２回転体を進角側へ付勢する付勢部材と、
   前記係合穴の遅角側周面に当該遅角側から進角側に向かって階段状に低くなるよう形成され、前記ロックピンを進角側へ段階的に案内して前記係合穴に係合させる段部とを備え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。

Images