JP2008019757A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変更機構による機関始動に適した相対回転位置のオイル粘性による不安定化を解消して、良好な始動性を確保する。
【解決手段】位相変更機構は、ヒステリシスリングに電磁コイルからの電磁力よってブレーキ力を作用させて、前記両者の相対回動位相を変更する。プレート部材２ｂと渦ディスク１３のディスク部１３ｂとの間に有するロック機構２５は、先端部にロックピン２７を有するバイメタル２６と、ディスク部に形成されてロックピンが係脱可能な係合穴２９とを備え、位相変更機構内のオイルの温度がほぼ１０℃以下でバイメタルの変形を得てロックピンが係合穴に係合させて、始動時におけるオイルの粘性などによる渦ディスクが不用意に進角方向へ回転するのを防止して、良好な始動性を確保した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを、電磁力を介して可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

この種の従来の電磁式のバルブタイミング制御装置としては、以下の特許文献１に記載されるようなものがある。

このバルブタイミング制御装置は、機関のクランク軸から回転力が伝達されるタイミングスプロケットと、該タイミングスプロケットに対して所定の角度範囲内で相対回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフトに連結されたスリーブと、前記タイミングスプロケットと前記スリーブとの間に設けられ、機関運転状態に応じて前記タイミングスプロケットとカムシャフトの相対回転位相を変換させる位相変更機構とを備えている。

この位相変更機構は、前記タイミングスプロケットに形成された径方向ガイド窓と、渦ディスクに形成された渦巻き状ガイド（渦巻き溝）と、基端部が前記スリーブに回転自在に設けられて、先端部が前記径方向ガイド内を径方向移動可能に配置されたリンク部材と、該リンク部材の先端部に設けられて、先端の球状部が前記渦巻き状ガイドに係合した係合部と、機関運転状態に応じて前記渦ディスクにブレーキ力を付与するヒステリシスブレーキとを備えている。

このヒステリシスブレーキは、前記スリーブの先端側に有するコイルヨーク内に設けられた電磁コイルと、前記コイルヨークの軸方向端部に形成されて内外周の対向面に極歯を有する有底状の円筒溝と、該各極歯間に非接触状態でかつ相対回転可に配置され、磁束のヒステリシス特性を有する円筒状のヒステリシス材とを備えている。

そして、前記電磁コイルに通電することにより、前記各極歯間に磁界を発生させることによって互いに吸引し合うことにより、前記ヒステリシス材を介して前記渦ディスクに電磁ブレーキを作用させて、前記係合部が径方向ガイドに沿って径方向に移動しつつ渦巻き状ガイド内を摺動して、前記タイミングスプロケットと前記スリーブとを所定の角度範囲内で相対的に回転させるようになっている。

また、前記位相変更機構の内部には、常時潤滑油（オイル）が循環供給されて、この潤滑油によって電磁コイルの冷却や各ベアリングの良好な潤滑性を確保するようになっている。
特開２００４−２３９２３１号公報

しかし、冬期時などの寒冷時期に機関を長時間停止させた場合などに、前記位相変更機構内のオイルの粘性が高くなり、特に前記極歯間の隙間内に介在した潤滑油の高粘性に起因して、機関始動時にブレーキトルクが発生してしまう。このため、前記渦ディスクにブレーキトルクが作用して、前記係合部が径方向ガイドに沿って径方向に移動しつつ渦巻き状ガイド内を摺動して、前記タイミングスプロケットと前記スリーブとを相対的に回転させて、進角側へ誤作動させてしまう場合がある。この結果、例えば機関始動性の悪化やアイドリング回転の不安定化ばかりか、排気エミッション性能の低下を招くおそれがある。

本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動される駆動回転体と、機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに固定され、前記駆動回転体から回転力が伝達される従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体との間に配置され、電磁力を介して前記両回転体の相対回転位相を変更可能な位相変更機構と、を備え、少なくとも前記位相変更機構の温度に応じて前記駆動回転体と従動回転体または前記位相変更機構のいずれか２つを連結または連結を解除するロック機構とを有することを特徴としている。

この発明によれば、例えば冬期時に機関を長時間に渡って停止させた場合などにおいて、位相変更機構内に供給されている潤滑油の温度が所定以下になった場合には、ロック機構が、例えば前記駆動回転体と従動回転体とを連結して自由な相対回転を規制する。このため、機関の始動から所定の時間まで、つまり前記ロック機構によるロックが解除されるまで間は、駆動回転体と従動回転体との連結状態が維持されることから、この間においては前記潤滑油の粘性抵抗による位相変更機構の誤作動を回避することができる。

この結果、機関の始動性が良好になると共に、排気エミッション性能の向上が図れる。

請求項２に記載の発明並びに請求項３に記載の発明は、請求項１の発明をさらに具体化したものである。したがって、請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態は、内燃機関の吸気側の動弁装置に適用したものであるが、内燃機関の排気側の動弁装置に同様に適用することも可能である。

このバルブタイミング制御装置は、図３〜図７に示すように、内燃機関の図外のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端側に必要に応じて相対回動可能に設けられた駆動回転体であるタイミングスプロケット２と、該タイミングスプロケット２の内周側に配置されて、両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構３とを備えている。

前記カムシャフト１は、外周に吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つのカム１ａ、１ａを有すると共に、先端部に従動回転体である従動軸部材４がカムボルト５によって軸方向から結合され、この従動軸部材４の先端部にスリーブ６が螺着固定されている。

前記従動軸部材４は、前記カムボルト５が内部の貫通孔を介して挿通する円筒状の軸部４ａと、該軸部４ａのカムシャフト１側の端縁に一体に形成された段差径状の大径な拡径部４ｂとを備えている。また、前記軸部４ａの先端部外周に前記スリーブ６が螺着する雄ねじが形成されている。

前記スリーブ６は、カムシャフト１側の基端部の内周面に軸部４ａの雄ねじに螺合する雌ねじ６ａが切られていると共に、前記軸部４ａに最大にねじ込まれた後に、前記雌ねじ６ａの端緒部が軸部４ａの先端面側に回り止めのために、円環状のかしめによって固定されている。

前記タイミングスプロケット２は、外周に図外のタイミングチェーンを介してクランク軸に連係されるリング状のギア歯車２ａが外周に一体に形成されていると共に、このリング状歯車部２ａの内周側にほぼ円板状のプレート部材２ｂを有している。また、このプレート部材２ｂの中央に形成された挿通孔２ｃの内周面が前記従動軸部材４の軸部４ａの外周に回転自在に支持されている。

また、前記プレート部材２ｂには、対面する平行な側壁を有する径方向ガイドである２つ径方向窓孔７，７がタイミングスプロケット２のほぼ直径方向に沿うように貫通形成されていると共に、この２つの径方向窓孔７、７の間に、可動部材である２つのリンク部材８，８の各基端部８ａ、８ａが周方向へ移動可能に係入保持される２つのガイド孔２ｄ、２ｄが貫通形成されている。

前記ガイド孔２ｄ、２ｄは、前記挿通孔２ｂの外周部に円周方向に沿って円弧状に形成されて、その軸方向の長さが前記各基端部８ａ、８ａが移動する範囲内（カムシャフト１とタイミングスプロケット２の相対回動範囲内）の大きさに設定されている。

前記各リンク部材８は、それぞれがほぼ円弧状に折曲形成されて、一端側の各基端部８ａが円筒状に形成されている一方、他端側の各先端部８ｂ、８ｂも円筒状に形成されて、それぞれがプレート部材２ｂ方向に突設されている。また、前記従動軸部材４の前記拡径部４ｂのカムシャフト１側の端部内周側に放射状に突出する２つのレバー突起の内部にそれぞれ保持孔が貫通形成されており、この各保持孔に各ピン９、９の一端部が圧入固定されていると共に、該ピン９，９の他端部に前記各リンク部材８、８の各基端部８ａ、８ａが回転自在に連結されている。

また、各リンク部材８、８は、先端部８ｂ、８ｂが前記各径方向窓孔７，７に係入している。

また、前記各リンク部材８の先端部８ｂには、軸方向前方側に開口する収容穴１０が形成され、この収容穴１０に、前記各径方向窓孔７，７を介して、後述する渦ディスク１３の渦巻き溝１５に係合する球面状の先端部を有する係合部である係合ピン１１と、この係合ピン１１を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１２とが収容されている。

そして、各リンク部材８は、各先端部８ｂが対応する各径方向窓孔７に係入した状態において、各基端部８ａ、８ａがピン９、９を介して前記従動軸部材４に連結されているため、リンク部材８の先端部８ｂ、８ｂ側が、外力を受けて各径方向窓孔７に沿って変位すると、タイミングスプロケット２と従動軸部材４とは、各リンク部材８、８の基端部８ａ、８ａが各ガイド孔２ｄ、２ｄに沿って移動して、各先端部８ｂ、８ｂの変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。

一方、前記プレート部材２ｂの前方側に対向配置された円板状の渦ディスク１３がボールベアリング１４を介して回転自在に支持されている。この渦ディスク１３は、前記ボールベアリング１４の外輪が固定された筒状部１３ａと、該筒状部１３ａの後端に一体に設けられたディスク部１３ｂとから構成され、このディスク部１３ｂのカムシャフト１側の後面に、渦巻き状ガイドである断面半円状の２条の渦巻き溝１５が形成されている。この各渦巻き溝１５には、前記各リンク部材８の各係合ピン１１の先端部が摺動自在に係合案内されている。

前記各渦巻き溝１５は、図７に示すように、互いに分離されて、タイミングスプロケット２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されていると共に、最外周側の先端溝部１５ａが所定の角度をもって内方へ屈曲（偏曲）形成されており、該先端溝部１５ａは、その長手方向のほぼ中央位置から先端側がさらに内方へ小さな角度で内方に屈曲形成されている。

すなわち、この各渦巻き溝１５は、それぞれの先端溝部１５ａ以外の一般部位１５ｂは渦（位相）の変化率が一定に形成されているが、先端溝部１５ａは、渦の変化率が前記内方へ屈曲した偏曲部１５ｃから先端に向かって一般部位１５ｂに比較して小さく形成されて渦ディスク１３の接線方向に沿ってほぼ直線状に形成されており、この先端溝部１５ａの長さＬが比較的長く設定されている。また、この先端溝部１５ａは、長手方向のほぼ中央部位（屈曲部１５ｄ）から先端部位がさらに極小さな角度で内方に屈曲形成されている。

そして、各係合ピン１１が渦巻き溝１５に係合した状態において、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対して遅れ方向に相対回動すると、各リンク部材８の先端部８ｂは各径方向窓孔７に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側（進角側）に移動し、逆に、渦ディスク１３が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動して、係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の偏曲部１５ｃに位置した状態で最遅角側に制御される。

さらに、前記係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａ域に位置すると、機関の始動に適した僅かに進角側の位置となるように制御されるようになっている。

前記渦ディスク１３は、操作力付与機構によってカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が各渦巻き溝１５と各係合ピン１１の先端部１１ａを通してリンク部材８の先端部８ｂを各径方向窓孔７内で径方向に変位させ、このときリンク部材８の作用でもってタイミングスプロケット２と従動軸部材４に相対的な回動力を伝達する。

前記操作力付与機構は、図３に示すように、渦ディスク１３を、前記スリーブ６を介してタイミングスプロケット２の回転方向に付勢するトーションスプリング１６と、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２の回転方向と逆方向に制動付勢する電磁ブレーキであるヒステリシスブレーキ１７と、該ヒステリシスブレーキ１７の制動力を機関運転状態に応じて制御するコントローラ２４とを備え、機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ１７の制動力を適宜制御することにより、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して相対回動させ、あるいは両者の回動位置を維持するようになっている。

前記トーションスプリング１６は、前記スリーブ６の外周側に配置され、その一端部１６ａがスリーブ６の先端部に形成された係止孔に径方向から挿通係止されている一方、他端部１６ｂが前記筒状部１３ａの内部軸方向に形成された係止孔に挿通係止されて、機関停止後に前記渦ディスク１３を始動用の回転位相方向へ回転付勢するようになっている。

一方、前記ヒステリシスブレーキ１７は、渦ディスク１３の外周側前端部に固定状態に取り付けられたヒステリシスリング１８と、該ヒステリシスリング１８の前端部に配置された円環状のコイルヨーク１９と、該コイルヨーク１９の内部に収容配置されて、該コイルヨーク１９に磁気を誘導する電磁コイル２０とを備え、この電磁コイル２０が機関の運転状態に応じて前記コントローラ２４によって通電制御されることによって比較的大きな磁束が発生するようになっている。

前記ヒステリシスリング１８は、前記外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性をもつヒステリシス材（半硬質材）によって形成されている。

前記コイルヨーク１９は、電磁コイル２０を取り囲むように全体がほぼ円筒形状に形成され、内周側でボールベアリング２３を介して前記筒状部１３ａに回転自在に支持されていると共に、図外のガタ吸収機構を介してエンジンカバーに固定されている。

そして、前記コイルヨーク１９は、後面側（渦ディスク１３側）の空間部の内周側に環状ヨーク部１９ａを有し、前記空間部の内周面と該内周面に対向する環状ヨーク部１９ａの外周面に凸状の極歯２１、２２がそれぞれ円周方向へ等間隔で複数設けられている。前記対向する各極歯２１，２２は、図４に示すように、一方の極歯２１と他方の極歯２２は円周方向に交互に配置され、対向する前記内外周面相互の近接する極歯２１，２２がすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面の近接する極歯２１，２２間には、電磁コイル２０の励磁によって円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。また、極歯２１，２２間の隙間には、前記ヒステリシスリング１８の先端部１８ａが非接触状態で介装されており、該先端部１８ａの内外周面と前記極歯２１、２２との間のエアギャップは、大きな磁力を確保するために微小隙間に設定されている。

前記ヒステリシスブレーキ１７は、ヒステリシスリング１８が対向面２１，２２間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング１８の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング１８の回転速度（前記対向内外周面とヒステリシスリング１８の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、すなわち、電磁コイル２０の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。

前記コントローラ２４は、機関の回転数を検出するクランク角センサや機関の吸入空気量から負荷を検出エアーフローメーター、スロットルバルブ開度及び機関水温センサなどの各種のセンサ類からの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関運転状態に応じて電磁コイル２０に制御電流を出力している。

前記位相変更機構３は、前記タイミングスプロケット２の径方向窓孔７、リンク部材８、係合ピン１１、レバー突起、渦ディスク１３、渦巻き溝１５及び以下の操作力付与機構等によって構成されている。

また、前記位相変更機構３の内部には、機関の動弁系に潤滑油を供給する図外のメインオイルギャラリーからカムシャフト１の内部などに形成されたオイル供給回路を介して潤滑油（オイル）が循環供給されるようになっている。これによって、ヒステリシスブレーキ１７の作動によって高熱となった前記電磁コイル２０が冷却されて電気抵抗の増加が防止されると共に、渦巻き溝１５と係合ピン１１などの摺動部の潤滑を図るようになっている。

そして、前記タイミングスプロケット２のプレート部材２ｂと渦ディスク１３のディスク部１３との間には、位相変更機構３の内部に供給された潤滑油の温度（機関の潤滑油温度）に応じて前記タイミングスプロケット２と渦ディスク１３とを連結あるいは連結を解除するロック機構２５が設けられている。

このロック機構２５は、図１〜図５、図７に示すように、前記プレート部材２ｂ側に設けられた感温部材であるバイメタル２６と、該バイメタル２６の自由端部である一端部に設けられたロックピン２７と、前記ディスク部１３ｂの前記ロックピン２７に対応する側面位置に形成されて、前記ロックピン２７が前記プレート部材２ｂに形成されたガイド孔２８を介して係脱可能な係合穴２９とを備えている。

前記バイメタル２６は、温度変化に応じて互いに同方向へ撓み変形する細長い薄肉の２枚の金属板を結合させて構成され、例えば、図１中、右側の金属板が真鍮板２６ａによって形成され、左側の金属板をアンバ板２６ｂによって形成されている。また、このバイメタル２６は、固定端部である他端部がプレート部材２ｂのカムシャフト１側の外側面に取り付けられた固定部３０にほぼ水平方向に沿って固定されている。また、バイメタル２６は、周囲のオイルの温度が約１０℃から以下の温度になると変形を開始してディスク部１３ｂ方向へ湾曲状に撓み変形するようになっている。

前記ロックピン２７は、ほぼ円柱状に形成されて一端部に形成された小径な首部２７ａに前記バイメタル２６の一端部に形成されてほぼＵ字形状の係止部２６ｃが係止固定されていると共に、内部軸心方向に先端部２７ｂの係合穴２９内への容易な係入を確保するための空気抜き孔３１が貫通形成されている。

前記ガイド孔２８は、均一な内径がロックピン２７の外径よりも僅かに大きく設定されて、該ロックピン２７を係合穴２９に対して互いに同心となるように軸心方向に沿って滑らかに案内するように形成されている。

前記係合穴２９は、ロックピン２７の先端部２７ｂの外径よりも僅かに大きく形成されていると共に、その形成位置が前記プレート部材２ｂとディスク部１３ｂとの相対回転位置において前記係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端部に位置している状態でロックピン２７の先端部２７ｂと合致するように設定されている。

以下、この実施の形態の作用について説明する。

まず、機関停止時には、ヒステリシスブレーキ１７の電磁コイル２０の励磁をオフにしておくことにより、トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して機関回転方向へ最大に回転させておく。これにより、係合ピン１１は、図５に示すように、球状先端部が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端側に位置して、クランク軸とカムシャフト１の相対回転位相（機関弁の開閉タイミング）は始動に最適な僅かに進角側寄りの位置に保持されている。なお、機関停止後は、前記ロック機構２５のロックピン２７とディスク部１３ｂの係合穴２９が軸方向から合致した位置になっている。

そして、前記位相変更機構３内に供給されているオイルが、前記ヒステリシスリング１８と各極歯２１，２２との間の微小隙間内に滞留し、このオイルの粘性抵抗が大きくなる。特に、寒冷地や冬期などにおいて、機関を長時間停止させて機関の潤滑油の温度、つまり位相変更機構３内のオイルの温度が、例えば、ほぼ１０℃以下になった場合には、前記オイルの粘性がさらに高くなって、この粘性抵抗が大きくなり、機関始動時に、ヒステリシスリング１８にブレーキ力が発生して渦ディスク１３を不用意に進角方向に回転させてしまうおそれがある。したがって、かかる機関の最適な始動を確保するための回転位相が不安定になるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、前記位相変更機構３内のオイル温度がほぼ１０℃以下に変化すると、前記ロック機構２５のバイメタル２６が、図１及び図２Ａに示すように、先端側が渦ディスク１３側へ撓み変形する。このため、ロックピン２７は、ガイド孔２８内を摺動しつつ先端部２７ｂが係合穴２９内に係入して、プレート部材２ｂ（タイミングスプロケット２）に対して渦ディスク１３を連結して、プレート部材２ｂ≡対する渦ディスク１３の自由な回転（進角側）を確実に規制することができる。

したがって、その後、機関始動のためにイグニッションキーを操作して電源をオンにすると、前記係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａに安定に保持され、かつ、ロック機構２５によってタイミングスプロケット２と渦ディスク１３が互いにロック状態を維持されていることから、この間においては前記オイルの粘性抵抗による位相変更機構３の誤作動、つまり渦ディスク１３の自由な回転を規制することができる。

このように、機関始動に最適な回転位相に安定に保持されていることから、良好な始動性を確保することができると共に、排気エミッション性能の低下を防止できる。

その後、機関がアイドル運転などの低回転域に移行しようとすると、前記コントローラ２４から電磁コイル２０に発された制御電流によって、ヒステリシスブレーキ１７に磁力が発生して、トーションスプリング１６の力に抗する制動力が渦ディスク１３に付与される。

このとき、暖機が進んでオイルの温度もほぼ１０℃以上になると、バイメタル２６が、図２Ｂに示すように、原形状の直線状の形状に復帰するように変形すると、ロックピン２７の先端部２７ｂが係合穴２９から抜け出て、ガイド孔２８内まで後退する。

したがって、前記係合ピン１１は、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａから速やかに脱出して偏曲部１５ｃ側に速やかに移動する。

これにより、渦ディスク１３が、タイミングスプロケット２の回転方向に対して僅かに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔７に沿って外側に揺動し、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の回転位相角が最遅角側に変更される。

この結果、クランク軸とカムシャフト１の相対回転位相が機関運転状態に応じた任意な位相に変更される。例えば、低回転に適した遅角側や最遅角状態など、運転状態に応じた位相である。これによって、アイドル運転時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。

そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行して、例えば高回転時になると、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記コントローラ２４から発され、電磁コイル２０にさらに大きな電流が供給されて、トーションスプリング１６の力に抗する制動力が渦ディスク１３に付与される。

これにより、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対してさらに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔７に沿ってさらに内側に揺動し、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の相対回転角が最進角側に変更される。

この結果、クランク軸とカムシャフト１の回転位相が最進角側に変更され、それによって機関の高出力化が図られることになる。

このとき、前記ロックピン２７は、オイルの温度上昇と共に、図２Ｃに示すように、さらに後退移動して先端部２７ｂがガイド孔２８の内部に位置するようになり、係合穴２９とは十分に離間する。このため、両者が不用意に係合することはない。

図８は位相変更機構３のオイルの温度と前記ロック機構２５のバイメタル２６の変形との関係を示したもので、前記オイルの温度がほぼ１０℃以下になるとバイメタル２６が渦ディスク１３側に変形してロックピン２７の先端部２７ａが係合穴２９に係合して、プレート部材２ｂと渦ディスク１３のディスク部１３ｂとを連結する、つまりバルブタイミング機構（ＶＴＣ）がロックされる。また、ほぼ１０℃以上になると、バイメタル２６が反対側に変形してロックピン２７の先端部２７ａが係合穴２９から抜け出てＶＴＣのロックが解除されることが明らかである。

このように、本実施の形態では、前記機関の始動性と排気エミッション性能の向上が図れると共に、単にバイメタル２６の変形によってＶＴＣをロックあるいはロックを解除することができるので、ロック機構２５の構造が簡素化されて、製造作業能率や組み付け作業能率の低下を抑制することができる。

また、前記ロック機構２５による始動時のロック作用によって、例えば機関に発生する交番トルクなどの外乱によって渦ディスク１３の不用意な自由回転を防止することも可能である。

また、図９は本発明の第２の実施の形態として、バイメタル２６の構造を変更した場合のオイルの温度と撓み変形量の特性を示し、具体的には、互いに張り合わされた渦ディスク１３側の一方の金属板を形状記憶合金ばね２６ａによって形成し、他方の金属板を直線状を維持するバイアスばね２６ｂによって形成した場合において、前記オイル温度とバイメタル２６の変形特性を示したものである。

この図から明らかなように、オイル温度がほぼ１０℃を境として形状記憶合金ばね２６ａが変態によって湾曲状に変形し、ほぼ１０℃以下になると形状記憶合金ばね２６ａがバイアスばね２６ｂのばね力（荷重）のバランスで変形してロックピン２７がストロークして係合穴２９内に係脱する。

具体的に説明すれば、例えばオイルが２０℃程度の常温時には、バイアスばね２６ｂに対して形状記憶合金ばね２６ａのばね荷重が大きくロックピン２７は従動軸部材４の拡径部４ｂの側面に押し付けられた状態になる。このとき、ロックピン２７は、係合穴２９内に係入しておらず、カムシャフト１とタイミングスプロケット２との自由な相対回転が許容される。

機関停止後に前記常温状態から温度が下降した場合は、形状記憶合金ばね２６ａのばね力は暫くの間ほぼ一定に推移し、さらなる温度低下に伴い急激に低下しはじめる。その後、バイアスばね２６ｂのばね力と釣り合った時点からロックピン２７が渦ディスク１３側にストロークを開始して、ほぼ１０℃の時点で係合穴２９に係入し始め、タイミングスプロケット２に対して渦ディスク１３が相対回転不能になる。つまり位相変更機構３の作動が不能になり、オイルの粘性による引き摺りトルクに左右されずに相対回転位相が一定に保持される。

その後、ロックピン２７は、その先端部２７ｂが係合穴２９の底面に突き当たるまでストロークするが、突き当たった後も、形状記憶合金ばね２６ａのばね力は低下し続け、バイアスばね２６ｂのばね力以下となる。その後、暫くして形状記憶合金ばね２６ａのばね力がほぼ一定になる。

オイル温度が１０℃以下から上昇した際には、形状記憶合金ばね２６ａのばね力は暫くの間は一定で推移し、さらなる温度上昇に伴って急激に増加し始める。

その後、バイアスばね２６ｂのばね力と釣り合った時点からロックピン２７が拡径部４ｂ側へストロークを開始して、ほぼ１０℃の時点で係合穴２９から抜け出て、位相変更機構３の作動が可能になり、両者１，２の相対回転が許容される。

ここで、ロックピン２７は、前記拡径部４ｂに突き当たるまでストロークするが、突き当たった後も形状記憶合金ばね２６ａのばね力は増加し続けてバイアスばね２６ｂのばね力以上になる。その後、暫くして形状記憶合金ばね２６ａのばね力はほぼ一定になる。

これによって、形状記憶合金特有の効果として、温度変化に対するストローク変化量が第１の実施の形態のバイメタル２６よりも大きくなるので、ロック及びロック解除のばらつきを抑制することができる。

図１０及び図１１は本発明の第３の実施の形態を示し、ロック機構２５を、前記プレート部材２ｂと従動軸部材４の拡径部４ｂとの間に設けたものである。

すなわち、バイメタル２６の先端部に前後方向に突出したロックピン３１が固定されていると共に、前記拡径部４ｂの前記ロックピン３１と対応する位置に係合穴３２が形成されている。

前記ロックピン３１は、一端部３１ａがプレート部材２ｂに形成されたガイド孔２８内を摺動自在に配置されていると共に、他端部３１ｂが前記係合穴３２内に係脱可能に形成されている。

前記係合穴３２は、第１の実施の形態と同じく係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端部位１５ａの先端部に位置している（僅かに進角位置している）際に、ロックピン３１に軸方向で合致するようになっている。

前記バイメタル２６は、前記第１の実施の形態のものと同様な構成であるが、オイルの温度がほぼ１０℃以下になると、その変形方向が拡径部４ｂ方向になり、ほぼ１０℃以上になると、反対方向へ変形するように設定されている。

したがって、前述のように、冬期時になどに機関の長時間停止後に位相変更機構３内のオイルの温度がほぼ１０℃以下になると、図１０に示すように、バイメタル２６が拡径部４ｂ方向へ撓み変形してロックピン３１の一端部３１ａがガイド孔２８内を摺動しつつ他端部３１ｂが係合穴３２内に係入する。これによって、従動軸部材４を介してカムシャフト１とタイミングスプロケット２が連結される。

一方、機関始動後に前記オイルの温度がほぼ１０℃以上になると、図１１に示すように、バイメタル２６が反対方向に撓み変形してロックピン３１が同方向に摺動して他端部３１が係合穴３２から抜け出して、両者１，２の連結が解除される。

よって、この実施の形態も、前記各実施の形態と同様の作用効果が得られる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記バイメタル２６の変形開始温度は任意に設定することも可能であり、１０℃以下の例えば０℃あるいは１０℃以上の温度設定にすることも可能である。また、この温度は、必ずしも位相変更機構３内のオイルの温度だけではなく、これ以外の温度を検出して感温部材を変形させることも可能である。

また、ロック機構２５を、カムシャフト１とタイミングスプロケット２との間であれば、どの位置にでも配置することが可能であり、例えば、前記リンク部材とタイミングスプロケットとの間に設けることも可能である。また、バイメタル２６としては、形状記憶合金材とバイアスばねとの組み合わせの他に、互いに温度差によって変形する材料を貼り合わせて構成することも可能である。

さらに、例えば、前記駆動回転体に駆動力を伝達するものは、タイミングスプロケット以外にゴム製のタイミングベルトによって駆動されるタイミングプーリや、ギアとギアの噛み合いによって駆動されるものなどであってもよい。

また、前記位相変更機構は、渦巻き状ガイドを用いるもの以外に、例えば油圧や電磁力によって軸方向に移動するピストンに突起を設け、この突起がカム溝内を摺動することによって回転位相が変更されるようなものとし、カム溝の形状に応じて回転位相特性を変更することが可能となるものが考えられる。また、カムを用いずに遊星歯車を用いて電気的に減速比を可変させることも可能である。

さらに、位相変更機構を電磁ブレーキに代えてヘリカルギア形式のものなどに適用することも可能である。

また、位相変更機構の渦ディスクを一方向へ回転付勢する付勢手段としては前記トーションスプリングに限らず、カムシャフトからの交番トルクの正負のトルク差を動力源として始動回転位相に戻るように渦巻き溝の収束率を設定してもよい。

前記径方向ガイドは、前記係合部をガイドできればよく、前記径方向ガイド孔の他にガイド溝やガイド突起であってもよい。なお、ガイド突起の場合には、連続している必要もない。また、径方向とは回転中心から外側に延びていればよく、傾斜状に形成されていてもよく、さらに直線的ではなく、曲線的に形成されていてもよい。

渦巻き状ガイドは、有底溝に限らず、中間回転体を貫通する孔状のものや突起状のものであってもよい。

また、前記可動部材の形状はどのような形をしていてもよく、例えばリンク部材の先端部の摺動面にローラやボールを設けたものであってもよい。

前記実施の形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
（ア）前記位相変更機構は、前記カムシャフトに結合された渦ディスクと、前記駆動回転体に結合されたリンク部材と、を備え、
前記ロック機構は、前記渦ディスクとリンク部材のいずれか一方を、前記駆動回転体または従動回転体に連結、解除させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（イ）前記ロック機構は、前記渦ディスクと駆動回転体とを連結、解除することを特徴とする（ア）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（ウ）前記ロック機構は、前記リンク部材と駆動回転体とを連結、解除することを特徴とする（ア）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（エ）前記ロック機構は、前記リンク部材または駆動回転体と前記カムシャフトとの間を連結、解除することを特徴とする前記（ア）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（オ）前記ロック機構は、前記ロックピンを移動制御する感温部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（カ）前記感温部材を、一端部が固定され、他端部が前記ロックピンに結合されたバイメタルによって構成したことを特徴とする前記（オ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（キ）前記バイメタルを、形状記憶合金材とバイアスばね材との金属薄板を結合して構成したことを特徴とする前記（カ）に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
（ク）前記ロック機構のロックピンを、前記駆動回転体か従動回転体あるいは位相変更機構のいずれか一つに設ける一方、係合穴を前記他のいずれかの一つに設けたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

本発明の第１の実施の形態を示す要部拡大断面図である。 Ａ〜Ｃは本実施の形態におけるロック機構の作用説明図である。 本実施の形態の内燃機関のバルブタイミング制御装置の第１の実施の形態を示す縦断面図である。 本実施の形態のバルブタイミング制御装置を分解して一方向からみた斜視図である。 本実施の形態のバルブタイミング制御装置を分解して他方向からみた斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本実施の形態の始動時における回転位相制御時の作動状態を示す図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施の形態におけるロック機構のロックピンのストローク特性図である。 第２の実施の形態に供されるロック機構のロックピンのストローク特性図である。 第３の実施の形態のバルブタイミング制御装置の縦断面図である。 本実施の形態のバルブタイミング制御装置の作用を説明する縦断面図である。

符号の説明

１…カムシャフト
２…タイミングスプロケット（駆動回転体）
３…位相変更機構
４…従動軸部材（従動回転体）
７…径方向窓孔（径方向ガイド）
１１…係合ピン（係合部）
１３…渦ディスク
１５…渦巻き溝
１５ａ…先端溝部
１６…トーションスプリング（付勢手段）
１７…ヒステリシスブレーキ
２５…ロック機構
２６…バイメタル（感温部材）
２７…ロックピン
２８…ガイド孔
２９…係合穴

Claims (3)

1. 機関のクランク軸によって回転駆動される駆動回転体と、
   機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに固定され、前記駆動回転体から回転力が伝達される従動回転体と、
   前記駆動回転体と従動回転体との間に配置され、電磁力を介して前記両回転体の相対回転位相を変更可能な位相変更機構と、を備え、
   少なくとも前記位相変更機構の温度に応じて、前記駆動回転体と従動回転体または前記位相変更機構のいずれか２つを連結または連結を解除するロック機構を設けたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 機関のクランク軸によって回転駆動される駆動回転体と、
   機関弁を開閉作動させる駆動カムを有するカムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転力が伝達される従動回転体と、
   前記駆動回転体と従動回転体との間に配置され、電磁力を介して前記両回転体の相対回転位相を変更可能な位相変更機構と、
   少なくとも前記位相変更機構の温度に応じて、前記駆動回転体と従動回転体または前記位相変更機構のいずれか２つを連結または連結を解除するロック機構と、を備え、
   前記ロック機構は、前記連結又は連結を解除するロックピンと、該ロックピンが係入する係合穴と、前記位相変更機構の温度が所定以下になると前記ロックピンを係合穴内に係入させる方向へ移動させ、温度が所定以上になると前記ロックピンを係合穴から抜け出すように移動させる移動制御部とを備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 機関のクランク軸によって回転駆動される駆動回転体と、
   機関弁を開閉作動させる駆動カムを有するカムシャフトに結合され、前記駆動回転体から回転力が伝達される従動回転体と、
   前記駆動回転体と従動回転体との間に配置され、電磁力を介して前記両回転体の相対回転位相を変更可能な位相変更機構と、を備え、
   少なくとも前記位相変更機構の温度が所定温度以下では、前記駆動回転体と従動回転体または位相変更機構のいずれか２つを連結して、前記クランク軸に対するカムシャフトの回転位相制御を規制することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
   

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