JP5920632B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

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一方の開閉タイミング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。

従来、エンジンの駆動軸と同期回転するハウジングを経由して従動軸を駆動し、ハウジングと従動軸との相対回転による位相差により吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングの調整を行うベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。また、特許文献１に開示されているように、ハウジングに対しベーンロータを進角方向または遅角方向へ付勢する付勢部材を備えたバルブタイミング調整装置が知られている。

特開２０１１−０６９３１６号公報

特許文献１のバルブタイミング調整装置では、渦巻状に形成された付勢部材は、線間隙間がゼロとなる素線同士の接触点は、素線の巻き方向において１つのみである。素線の巻き方向において接触点から次の接触点までを１つの梁として考えると、特許文献１では、梁の長さは素線の巻き方向１周分に相当するため、比較的長い。そのため、付勢部材の固有振動数が低く、回転時、付勢部材が共振するおそれがある。また、特許文献１のバルブタイミング調整装置では、付勢部材は、回転時、ハウジングに係止される外周端を支点にして振動するおそれがある。付勢部材の振動が継続すると、応力振幅が増大し、付勢部材の破損等を招くおそれがある。

そこで、素線の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点を素線の巻き方向に複数設けることを考える。この構成では、特許文献１と比べ、付勢部材の固有振動数が上昇するため、回転時の共振を低減できる。しかしながら、付勢部材がベーンロータおよびハウジングとともに高速回転するとき、付勢部材の素線の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるよう変形する場合がある。素線の最外周巻目が径方向外側へ広がると、最外周巻目から１周内側の巻目は、径方向内側へ小さくなるよう変形する。そのため、接触点における素線同士の接触が解除され、付勢部材の固有振動数が低下するおそれがある。したがって、付勢部材の共振を抑制する効果を維持できなくなるおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、付勢部材の共振を抑制する効果を維持可能なバルブタイミング調整装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関の駆動力を駆動軸から従動軸に伝達する駆動力伝達系に設けられ、従動軸により開閉駆動される吸気弁および排気弁の少なくとも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、ハウジングとベーンロータと付勢部材とブッシュと規制ピンとを備えている。
ブッシュは、ボス部とともに回転可能なようボス部に設けられ、ボス部の径方向外側へ延びるよう形成される係合溝を有している。付勢部材は、素線を巻回すことにより渦巻状に形成されている。付勢部材は、内周端がブッシュの係合溝に係合し、外周端がハウジングの板部の係合部に係合するよう板部の、ハウジングの筒部とは反対側に設けられている。付勢部材は、素線の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点を素線の巻き方向に３つ以上有している。付勢部材は、ハウジングに対しベーンロータを進角方向または遅角方向に付勢する。規制ピンは、素線の最外周巻目の各接触点とは反対側に位置するようブッシュまたは板部に設けられ、素線を係止することにより素線の最外周巻目の径方向外側への広がりを規制可能である。

上述のように、本発明では、付勢部材は、素線の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点を素線の巻き方向に３つ以上有している。そのため、付勢部材は、例えば接触点が２つ以下の場合と比べ、固有振動数が上昇する。これにより、付勢部材がベーンロータおよびハウジングとともに回転するとき、付勢部材の共振を抑制することができる。その結果、応力振幅が低下し、付勢部材の破損を抑制することができる。

ところで、付勢部材がベーンロータおよびハウジングとともに高速回転するとき、付勢部材の素線の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるよう変形する場合がある。素線の最外周巻目が径方向外側へ広がると、最外周巻目から１周内側の巻目は、径方向内側へ小さくなるよう変形する。そのため、接触点における素線同士の接触が解除され、付勢部材の固有振動数が低下するおそれがある。
そこで、本発明では、素線を係止することにより素線の最外周巻目の径方向外側への広がりを規制可能な規制ピンを、素線の最外周巻目の各接触点とは反対側に位置するようブッシュまたは板部に設けている。そのため、付勢部材がベーンロータおよびハウジングとともに高速回転するとき、付勢部材の素線の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるようにして変形しようとしても、規制ピンにより係止され、変形が規制される。これにより、接触点における素線同士の接触の解除を抑制することができる。その結果、付勢部材の固有振動数が高い値に維持され、共振を抑制する効果を維持することができる。

本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置およびその近傍を示す模式図。 図１を矢印Ｘ方向から見た図であって、ベーンロータが「中間位相」のときの図。 図１を矢印Ｘ方向から見た図であって、ベーンロータが「中間位相」から遅角方向へ相対回転したときの図。 本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図。 図６を矢印Ｘ方向から見た図であって、ベーンロータが「中間位相」のときの図。 図６を矢印Ｘ方向から見た図であって、ベーンロータが「中間位相」から遅角方向へ相対回転したときの図。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の部材または部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるバルブタイミング調整装置、および、これを適用した駆動力伝達系を図１〜５に示す。

図３に示すように、本実施形態のバルブタイミング調整装置１が設置される駆動力伝達系では、エンジン１０の駆動軸としてのクランクシャフト２に固定されるチェーンスプロケット３と、従動軸としてのカムシャフト４と同軸に設けられるギア５と、カムシャフト６に固定されるチェーンスプロケット７とにチェーン８が巻き掛けられ、クランクシャフト２からカムシャフト４およびカムシャフト６に駆動力が伝達される。前述のギア５および後述のベーンロータ３０は、それぞれ、バルブタイミング調整装置１の一部を構成している。カムシャフト４は吸気弁１１を開閉駆動し、カムシャフト６は排気弁１２を開閉駆動する。本実施形態のバルブタイミング調整装置１は、作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、ギア５をチェーン８に、ベーンロータ３０をカムシャフト４に接続し、吸気弁１１の開閉タイミングを調整する。

図１および２に示すように、バルブタイミング調整装置１は、ハウジング２０、ベーンロータ３０、ブッシュ４０、付勢部材としてのスプリング５０、および、規制ピン６１、６２、６３等を備えている。
ハウジング２０は、図１に示すように、それぞれ別部材であるリアプレート２１、シューハウジング２２およびフロントプレート２３から構成されている。リアプレート２１、シューハウジング２２およびフロントプレート２３は、例えば鉄等の金属により焼結または鋳造等によって形成されている。ボルト１３は、フロントプレート２３のボルト穴、シューハウジング２２のボルト穴を通り、ボルト穴が形成されたリアプレート２１にねじ締め固定されている。これにより、リアプレート２１、シューハウジング２２およびフロントプレート２３は同軸上に固定されている。

フロントプレート２３には、シューハウジング２２およびリアプレート２１とは反対側へ略円柱状に突出する係合ピン２４が形成されている（図１、４、５参照）。
ここで、シューハウジング２２は、特許請求の範囲における「筒部」に対応している。また、リアプレート２１およびフロントプレート２３のそれぞれは、特許請求の範囲における「板部」に対応している。また、係合ピン２４は、特許請求の範囲における「係合部」に対応している。

前述のギア５は、シューハウジング２２の外周に形成されている。リアプレート２１の中央には、リアプレート２１を板厚方向に貫く穴２１１が形成されている。また、フロントプレート２３の中央には、フロントプレート２３を板厚方向に貫く穴２３１が形成されている。

シューハウジング２２は、図２に示すように、略円筒状の周壁２５から内周側に突出した３個のシュー２５１、２５２、２５３を周方向にほぼ等間隔で有している。周方向に隣接するシュー同士の間隙には扇状の収容室１００が形成されている。

ハウジング２０は、ベーンロータ３０を相対回転自在に収容している。ベーンロータ３０は、カムシャフト４に固定され、カムシャフト４とともに回転する。ハウジング２０、ベーンロータ３０およびカムシャフト４は図１に示す矢印Ｘ方向からみて時計回り方向に回転する。以下この回転方向を進角方向とする。

ベーンロータ３０は、例えば鉄等の金属により焼結または鋳造等によって形成されている。ベーンロータ３０は、ハウジング２０に収容される略円筒状のボス部３１と、ボス部３１から径外方向に突出する３個のベーン３１１、３１２、３１３とを有している。ボス部３１は、フロントプレート２３側の端面に、リアプレート２１側へ窪むよう形成される嵌合溝部３２を有している。

バルブタイミング調整装置１は、リアプレート２１の穴２１１にカムシャフト４を通すことによりエンジン１０に取り付けられる。ここで、カムシャフト４の端部とベーンロータ３０のボス部３１とは、位置決めピン１４により互いに位置決めされる。これにより、カムシャフト４とベーンロータ３０とは、相対回転不能となる。

ベーンロータ３０の各ベーンにおける外径は、シューハウジング２２の周壁２５における内径よりも小さく設定されている。また、ベーンロータ３０のボス部３１における外径は、シューハウジング２２の各シューにおける内径よりも小さく設定されている。これにより、ベーンロータ３０とシューハウジング２２との間にはクリアランスが形成されている。

各ベーンは各収容室１００に相対回転自在に収容されており、各収容室１００を、遅角室としての遅角油圧室と進角室としての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、ハウジング２０に対するベーンロータ３０の遅角方向、進角方向を表している。カムシャフト４およびベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し同軸に相対回転自在である。

シュー２５１とベーン３１１との間に遅角油圧室１０１が形成され、シュー２５２とベーン３１２との間に遅角油圧室１０２が形成され、シュー２５３とベーン３１３との間に遅角油圧室１０３が形成されている。また、シュー２５３とベーン３１１との間に進角油圧室１１１が形成され、シュー２５１とベーン３１２との間に進角油圧室１１２が形成され、シュー２５２とベーン３１３の間に進角油圧室１１３が形成されている。

ブッシュ４０は、例えば鉄等の金属の板をプレス加工等することにより形成されている。ブッシュ４０は、図１、４、５に示すように、フランジ部４１、筒部４２、延伸部４３、４４、４５を有している。
フランジ部４１は、略円環状に形成されている。筒部４２は、フランジ部４１の内縁端からフランジ部４１の板厚方向へ筒状に突出するよう形成されている。延伸部４３、４４、４５は、それぞれ、フランジ部４１の外縁端からフランジ部４１の径方向外側へ延びるようにして形成されている。本実施形態では、延伸部４３、４４、４５は、フランジ部４１の周方向に概ね等間隔で形成されている。

ブッシュ４０は、筒部４２がベーンロータ３０のボス部３１の嵌合溝部３２に嵌合するようにして設けられている。また、筒部４２には、係合溝４２１が形成されている。係合溝４２１は、ボス部３１の径方向外側へ延びるよう形成されている。

スプリング５０は、図４、５に示すように、例えば鉄およびステンレス等の金属からなる素線５０１を巻回すことにより略渦巻状に形成されている。本実施形態では、素線５０１は、角線すなわち断面矩形状の線材である。スプリング５０は、内周端５１がブッシュ４０の係合溝４２１に係合し外周端５２がハウジング２０の係合ピン２４に係合するよう、フロントプレート２３のシューハウジング２２とは反対側に設けられている。より具体的には、スプリング５０は、フロントプレート２３とブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５との間に設けられている。

図４に示すように、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を素線５０１の巻き方向に有している。ここで、スプリング５０は、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が素線５０１の巻き方向において概ね等間隔となるよう形成されている。なお、本実施形態では、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目の形状が略真円となるよう形成されている。

本実施形態では、スプリング５０の付勢力は、ハウジング２０に対しベーンロータ３０を進角方向に回転させるトルクとして働く。すなわち、スプリング５０は、ベーンロータ３０をハウジング２０に対し進角方向に付勢する。
ここで、カムシャフト４が吸気弁１１を駆動するときに吸気弁１１から受ける変動トルクは正・負に変動している。変動トルクの正方向はハウジング２０に対しベーンロータ３０の遅角方向を表し、変動トルクの負方向はハウジング２０に対しベーンロータ３０の進角方向を表している。変動トルクの平均は正方向、つまり遅角方向に働く。スプリング５０がベーンロータ３０に加える進角方向のトルクはカムシャフト４が受ける変動トルクの平均以上である。

規制ピン６１、６２、６３は、それぞれ、ブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５からフロントプレート２３側へ略円柱状に突出するよう形成されている。図４に示すように、規制ピン６１、６２、６３は、それぞれ、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目の接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とは反対側に位置している。つまり、規制ピン６１、６２、６３は、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様、素線５０１の巻き方向において概ね等間隔となるよう形成されている。これにより、規制ピン６１、６２、６３は、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目を係止可能である。なお、本実施形態では、規制ピン６１、６２、６３は、ブッシュ４０の筒部４２の軸を中心とする仮想円（図４に一点鎖線で示す円参照）上に略等間隔で設けられている。

本実施形態では、バルブタイミング調整装置１は、切換弁７０をさらに備えている。図１に示すように、切換弁７０は、ブッシュ４０の筒部４２、ベーンロータ３０のボス部３１およびカムシャフト４の端部の内側に位置するよう設けられている。
切換弁７０は、スリーブ７１、スプール７２およびスプリング７３等を有している。
スリーブ７１は、中空のボルト状に形成されている。スリーブ７１は、カムシャフト４の端部の内壁にねじ込み固定されている。これにより、ブッシュ４０は、スリーブ７１の頭部により、筒部４２がベーンロータ３０のボス部３１に押し付けられている。

スリーブ７１には、内壁と外壁とを接続する複数の穴部が形成されている。当該複数の穴部は、それぞれ、ボス部３１に形成された作動油供給油路３３、遅角油路３４、進角油路３５に連通している。作動油供給油路３３には、オイルパン１５の作動油を汲み上げるポンプ１６から作動油が供給される。遅角油路３４は、各遅角油圧室に連通している。進角油路３５は、各進角油圧室に連通している。

スプール７２は、中空筒状に形成され、スリーブ７１の内側で軸方向に往復移動可能に設けられている。スプール７２には、内壁と外壁とを接続する穴部が形成されている。また、スプール７２の外壁には、径方向内側へ窪む環状の溝が複数形成されている。スプール７２は、スリーブ７１内で往復移動することにより、作動油供給油路３３と遅角油路３４および進角油路３５との連通を切り換え可能である。これにより、作動油供給油路３３と遅角油路３４とが連通したとき、オイルパン１５から各遅角油圧室に作動油が供給され、作動油供給油路３３と進角油路３５とが連通したとき、オイルパン１５から各進角油圧室に作動油が供給される。

なお、作動油供給油路３３と遅角油路３４とが連通したとき、進角油路３５とスプール７２の内側とが連通する。これにより、各進角油圧室内の作動油は、スプール７２の両端およびカムシャフト４の排出穴１７を経由してオイルパン１５へ排出される。また、作動油供給油路３３と進角油路３５とが連通したとき、遅角油路３４とスプール７２の内側とが連通する。これにより、各遅角油圧室内の作動油は、スプール７２の両端およびカムシャフト４の排出穴１７を経由してオイルパン１５へ排出される。
スプリング７３は、スプール７２の一端とスリーブ７１の内壁との間に設けられ、スプール７２をカムシャフト４とは反対側へ付勢している。

スプール７２の他端側には、リニアソレノイド１８が配置される。リニアソレノイド１８は、スプール７２をカムシャフト４側へ押圧可能である。リニアソレノイド１８には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１９が接続される。ＥＣＵ１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータであり、入力される各種情報に基づき、車両に搭載された装置および機器類を制御する。ＥＣＵ１９は、リニアソレノイド１８の駆動を制御することで切換弁７０の作動を制御し、各遅角油圧室および各進角油圧室への作動油の供給、ならびに、各遅角油圧室および各進角油圧室からの作動油の排出を切り換えることにより、ハウジング２０に対してベーンロータ３０を相対回動し、クランクシャフト２に対するカムシャフト４の位相差を調整する。

図２に示すように、各ベーンの先端、および、各シューの先端には、シール部材２６が設けられている。シール部材２６は、例えば樹脂、または、鉄等の金属により焼結または鋳造等によって形成されており、各ベーンおよび各シューの外壁に形成された溝に設けられている。シール部材２６は、それぞれ、板ばねの付勢力によりシューハウジング２２の内壁またはボス部３１の外壁に向けて押されている。これにより、各ベーンの外壁とシューハウジング２２の内壁、および、各シューの外壁とボス部３１の外壁との間を通じて油圧室間に作動油が漏れることを防止している。

本実施形態では、バルブタイミング調整装置１は、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２をさらに備えている。
図１、２に示すように、第１ストッパピストン８１はベーン３１１に設けられ、第２ストッパピストン８２はベーン３１３に設けられている。第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２は、共に略円筒状に形成されている。

第１ストッパピストン８１は、ベーン３１１を板厚方向に貫く穴部において軸方向に往復移動可能に設けられている。当該穴部のフロントプレート２３側には、蓋部８３が圧入されている。蓋部８３と第１ストッパピストン８１との間には、スプリング８４が設けられている。これにより、スプリング８４は、第１ストッパピストン８１をリアプレート２１側に付勢している。

第２ストッパピストン８２は、ベーン３１３を板厚方向に貫く穴部において軸方向に往復移動可能に設けられている。当該穴部のフロントプレート２３側には、蓋部８５が圧入されている。蓋部８５と第２ストッパピストン８２との間には、図示しないスプリングが設けられている。これにより、当該スプリングは、第２ストッパピストン８２をリアプレート２１側に付勢している。

リアプレート２１のベーンロータ３０側の面には、穴部２１２および穴部２１３が形成されている。穴部２１２は、第１ストッパピストン８１の先端が入り込み可能なよう形成されている。穴部２１３は、第２ストッパピストン８２の先端が入り込み可能なよう形成されている。

図２に示すように、第１ストッパピストン８１が穴部２１２に入り込み、第２ストッパピストン８２が穴部２１３に入り込んだ状態では、ベーンロータ３０のハウジング２０に対する相対回転が規制されている。図２に示す状態のときのベーンロータ３０の位相を「中間位相」とする。

第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２が穴部２１２および穴部２１３から抜け出た状態では、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し「中間位相」から遅角方向または進角方向へ相対回転可能である。なお、遅角油路３４または進角油路３５に所定の圧力の作動油が供給されると、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２が穴部２１２および穴部２１３から抜け出す方向の圧力が各ピストンに対し作用する。

図１、４は、ベーンロータ３０が「中間位相」のときのバルブタイミング調整装置１の状態を示すものである。一方、図５は、ベーンロータ３０が「中間位相」から遅角方向へ相対回転したときのバルブタイミング調整装置１の状態を示すものである。

本実施形態では、ブッシュ４０の延伸部４３には、可動係合ピン４６が設けられている。可動係合ピン４６は、延伸部４３からフロントプレート２３側へ略円柱状に突出するよう形成されている。図１、４に示すように、可動係合ピン４６は、ベーンロータ３０が「中間位相」のとき、ハウジング２０の係合ピン２４と概ね同軸となるような位置に形成されている。

ベーンロータ３０が「中間位相」から遅角方向へ相対回転するとき、ブッシュ４０もベーンロータ３０とともに遅角方向へ相対回転するため、可動係合ピン４６は、係合ピン２４およびスプリング５０の外周端５２から離れるよう遅角方向に移動する。一方、ベーンロータ３０が「中間位相」から進角方向へ相対回転するとき、ブッシュ４０もベーンロータ３０とともに進角方向へ相対回転するため、可動係合ピン４６は、進角方向に移動する。これにより、可動係合ピン４６は、スプリング５０の外周端５２に係合する。可動係合ピン４６が進角方向にさらに移動すると、外周端５２と係合ピン２４との係合が解除され、外周端５２は、可動係合ピン４６とともに進角方向へ移動する。このとき、すなわち、ベーンロータ３０が「中間位相」から進角方向へ回転するとき、スプリング５０の内周端５１および外周端５２はブッシュ４０とともに回転する。そのため、スプリング５０から、ベーンロータ３０に対する進角方向の付勢力は作用しない。つまり、本実施形態では、ベーンロータ３０が「中間位相」から遅角方向に回転するときのみ、スプリング５０からベーンロータ３０に対し進角方向の付勢力が作用する。

次に、バルブタイミング調整装置１の作動を図１〜５に基づき説明する。なお、図１、２、４は、エンジン始動前、すなわちエンジン１０が停止している時のバルブタイミング調整装置１の状態を示している。

＜エンジン始動時＞
エンジン１０が停止している状態では第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２は穴部２１２および穴部２１３に入り込んでいる（図１、２参照）。エンジン１０を始動した直後の状態では、遅角油路３４および進角油路３５にポンプ１６から十分に作動油が供給されていないので、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２は穴部２１２および穴部２１３に入り込んだ状態を維持し、ベーンロータ３０は「中間位相」であり、クランクシャフト２に対しカムシャフト４は「中間位相」に保持されている。これにより、作動油が各油圧室に供給されるまでの間、カムシャフト４が受けるトルク変動によりハウジング２０とベーンロータ３０とが揺動振動して衝突し打音が発生することが防止されている。

＜エンジン始動後＞
エンジン始動後、ポンプ１６から作動油が十分に供給されると、供給される油圧により第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２が穴部２１２および穴部２１３から抜け出すので、ハウジング２０に対しベーンロータ３０は相対回転自在となる。そして、ＥＣＵ１９により各遅角油圧室および各進角油圧室に加わる油圧を制御することによって、クランクシャフト２に対するカムシャフト４の位相差が調整される。

＜遅角作動時＞
バルブタイミング調整装置１が遅角作動するとき、ＥＣＵ１９は、リニアソレノイド１８に供給する駆動電流を制御する。これにより、切換弁７０は、ポンプ１６と遅角油路３４とを接続し、進角油路３５とオイルパン１５とを接続する。ポンプ１６から吐出される作動油は、遅角油路３４を経由し、遅角油圧室１０１、１０２、１０３に供給される。遅角油圧室１０１、１０２、１０３の油圧がベーン３１１、３１２、３１３に作用し、ベーンロータ３０を遅角方向に付勢するトルクを発生する。このとき、進角油圧室１１１、１１２、１１３の作動油は進角油路３５を経由し、オイルパン１５に排出される。遅角油圧室１０１、１０２、１０３の油圧の発生するトルクが、スプリング５０の発生する進角方向のトルクに抗し、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し遅角方向に回動する。

＜進角作動時＞
バルブタイミング調整装置１が進角作動するとき、ＥＣＵ１９は、リニアソレノイド１８に供給する駆動電流を制御する。これにより、切換弁７０は、ポンプ１６と進角油路３５とを接続し、遅角油路３４とオイルパン１５とを接続する。ポンプ１６から吐出される作動油は、進角油路３５を経由し、進角油圧室１１１、１１２、１１３に供給される。進角油圧室１１１、１１２、１１３の油圧は、ベーン３１１、３１２、３１３に作用し、ベーンロータ３０を進角方向に付勢するトルクを発生する。このとき、遅角油圧室１０１、１０２、１０３の作動油は、遅角油路３４を経由し、オイルパン１５に排出される。ベーンロータ３０が「中間位相」より遅角側にあるとき、進角油圧室１１１、１１２、１１３の油圧の発生するトルクと、スプリング５０の付勢力（復元力）がベーンロータ３０を進角方向へ回動させるトルクとの合力により、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し進角方向に回動する。一方、ベーンロータ３０が「中間位相」より進角側にあるとき、進角油圧室１１１、１１２、１１３の油圧の発生するトルクにより、ベーンロータ３０は、ハウジング２０に対し進角方向に回動する。

＜位相保持作動時＞
ベーンロータ３０が目標位相に到達すると、ＥＣＵ１９はリニアソレノイド１８に供給する駆動電流のデューティ比を制御する。これにより、切換弁７０は、ポンプ１６と、遅角油路３４および進角油路３５との接続を遮断し、遅角油圧室１０１、１０２、１０３および進角油圧室１１１、１１２、１１３からオイルパン１５に作動油が排出されることを規制する。このため、ベーンロータ３０は目標位相に保持される。

＜エンジン停止時作動＞
バルブタイミング調整装置１の作動中にエンジン停止が指示されると、ベーンロータ３０は、上記遅角作動時または進角作動時と同様の作動によりハウジング２０に対して遅角方向または進角方向に回転する。ベーンロータ３０は、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２が穴部２１２および穴部２１３に入り込み可能になるまで遅角方向または進角方向へ回転する（図２参照）。この状態において、ＥＣＵ１９は、ポンプ１６の作動を停止するとともに、切換弁７０によって例えば進角油路３５とオイルパン１５とを接続する。これにより、進角油路３５の圧力が低下し、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２はスプリング８４および図示しないスプリングの付勢力によりリアプレート２１側へ付勢される。その結果、第１ストッパピストン８１および第２ストッパピストン８２は、穴部２１２および穴部２１３に入り込む。

上述のように、本実施形態では、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を素線５０１の巻き方向に有している。そのため、スプリング５０は固有振動数が上昇する。よって、スプリング５０がベーンロータ３０およびハウジング２０とともに回転するとき、スプリング５０の共振を抑制することができる。

また、スプリング５０がベーンロータ３０およびハウジング２０とともに高速回転するとき、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるよう変形する場合がある。本実施形態では、ブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５に規制ピン６１、６２、６３が設けられ、素線５０１の最外周巻目の径方向外側へ広がるような変形を規制している。これにより、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における素線５０１同士の接触の解除を抑制することができる。

また、ブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５は、フロントプレート２３との間にスプリング５０を挟んだ構成のため、スプリング５０がフロントプレート２３から脱落するのを防止することができる。
また、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目の形状が略真円となるよう形成されているため、ベーンロータ３０が「中間位相」から遅角方向に相対回転しても、規制ピン６１、６２、６３に干渉することが抑制されている（図５参照）。

以上説明したように、本実施形態では、ブッシュ４０は、ベーンロータ３０のボス部３１とともに回転可能なようボス部３１に設けられ、ボス部３１の径方向外側へ延びるよう形成される係合溝４２１を有している。
スプリング５０は、素線５０１を巻回すことにより渦巻状に形成されている。スプリング５０は、内周端５１がブッシュ４０の係合溝４２１に係合し、外周端５２がハウジング２０のフロントプレート２３の係合ピン２４に係合するようフロントプレート２３の、ハウジング２０のシューハウジング２２とは反対側に設けられている。スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を素線５０１の巻き方向に有している。スプリング５０は、ハウジング２０に対しベーンロータ３０を進角方向に付勢する。

規制ピン６１、６２、６３は、素線５０１の最外周巻目の各接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とは反対側に位置するようブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５に設けられ、素線５０１を係止することにより素線５０１の最外周巻目の径方向外側への広がりを規制可能である。
上述のように、本実施形態では、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を素線５０１の巻き方向に有している。そのため、スプリング５０は、例えば接触点が２つ以下の場合と比べ、固有振動数が上昇する。これにより、スプリング５０がベーンロータ３０およびハウジング２０とともに回転するとき、スプリング５０の共振を抑制することができる。その結果、応力振幅が低下し、スプリング５０の破損を抑制することができる。

ところで、スプリング５０がベーンロータ３０およびハウジング２０とともに高速回転するとき、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるよう変形する場合がある。素線５０１の最外周巻目が径方向外側へ広がると、最外周巻目から１周内側の巻目は、径方向内側へ小さくなるよう変形する。そのため、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における素線５０１同士の接触が解除され、スプリング５０の固有振動数が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、素線５０１を係止することにより素線５０１の最外周巻目の径方向外側への広がりを規制可能な規制ピン６１、６２、６３を、素線５０１の最外周巻目の各接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とは反対側に位置するようブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５に設けている。そのため、スプリング５０がベーンロータ３０およびハウジング２０とともに高速回転するとき、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目は、振動および遠心力により径方向外側へ広がるようにして変形しようとしても、規制ピン６１、６２、６３により係止され、変形が規制される。これにより、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における素線５０１同士の接触の解除を抑制することができる。その結果、スプリング５０の固有振動数が高い値に維持され、共振を抑制する効果を維持することができる。

また、本実施形態では、スプリング５０は、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が素線５０１の巻き方向において等間隔となるよう形成されている。そのため、スプリング５０の固有振動数を所定の振動数に設定するのが容易である。また、規制ピン６１、６２、６３も、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様、素線５０１の巻き方向において概ね等間隔となるよう形成されている。これにより、素線５０１の径方向外側への変形を抑制する効果を、素線５０１の巻き方向において均等に奏することができる。

また、本実施形態では、規制ピン６１、６２、６３は、ブッシュ４０の延伸部４３、４４、４５に設けられている。そのため、ベーンロータ３０が「中間位相」から遅角方向へ相対回転するとき、規制ピン６１、６２、６３は、ブッシュ４０とともに、スプリング５０に対し相対回転する。本実施形態では、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目の形状が略真円となるよう形成されている。よって、規制ピン６１、６２、６３は、スプリング５０に対し相対回転しても、素線５０１に干渉することが抑制される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるバルブタイミング調整装置を図６〜８に示す。第２実施形態は、ブッシュおよび付勢部材の形状、ならびに、規制ピンの配置等が第１実施形態と異なる。

第２実施形態では、図７、８に示すように、ブッシュ４０は、延伸部４３、４４を有している。延伸部４３、４４は、それぞれ、フランジ部４１の外縁端からフランジ部４１の径方向外側へ延びるようにして形成されている。本実施形態では、延伸部４３と延伸部４４とは、フランジ部４１の周方向に約１８０度の間隔で配置されている。

本実施形態では、スプリング５０は、第１実施形態と同様、素線５０１の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を素線５０１の巻き方向に有している。ここで、スプリング５０は、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が素線５０１の巻き方向において概ね等間隔となるよう形成されている。ただし、本実施形態では、第１実施形態と異なり、スプリング５０は、素線５０１の巻き方向において曲がり具合が異なるよう歪な形状に形成されている。よって、素線５０１の最外周巻目の形状は真円ではない。

本実施形態では、図６〜８に示すように、規制ピン６１、６２、６３は、フロントプレート２３のベーンロータ３０とは反対側に設けられている。規制ピン６１、６２、６３は、それぞれ、フロントプレート２３からベーンロータ３０とは反対側へ略円柱状に突出するよう形成されている。図７に示すように、規制ピン６１、６２、６３は、それぞれ、スプリング５０の素線５０１の最外周巻目の接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とは反対側に位置している。つまり、規制ピン６１、６２、６３は、接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と同様、素線５０１の巻き方向において概ね等間隔となるよう形成されている。ここで、図７において、規制ピン６１、６２、６３は、便宜上、ボルト１３に形成されているように示されているが、フロントプレート２３（ボルト１３を含む）側に形成されているのであれば、どの部材に形成されていてもよい。

本実施形態では、規制ピン６１、６２、６３は、フロントプレート２３に設けられている。そのため、ベーンロータ３０（ブッシュ４０）が「中間位相」から遅角方向へ相対回転するとき、規制ピン６１、６２、６３は、スプリング５０に対し相対回転しない（図７、８参照）。そのため、本実施形態では、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目の形状は真円ではないものの、ベーンロータ３０相対回転時の規制ピン６１、６２、６３との干渉が抑制されている（図８参照）。

以上説明したように、本実施形態では、規制ピン６１、６２、６３は、フロントプレート２３に設けられている。そのため、スプリング５０は、素線５０１の最外周巻目の形状が非真円であっても、ベーンロータ３０相対回転時の規制ピン６１、６２、６３との干渉が抑制される。よって、第１実施形態のようにスプリング５０の素線５０１の最外周巻目を真円状にしつつ接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を形成するのと比べ、スプリング５０を容易に加工形成することができる。したがって、製造コストを低減することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、付勢部材は、素線の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点を、素線の巻き方向に４つ以上有していてもよい。この場合、規制ピンは、接触点の数と同数設けられる。また、付勢部材は、接触点が素線の巻き方向において不等間隔となるよう形成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、付勢部材の素線として、角線すなわち断面矩形状の線材を用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、付勢部材の素線として、丸線すなわち断面円形状の線材を用いることとしてもよい。
また、上述の実施形態では、付勢部材の外周端を係合させる係合部として係合ピンを設ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、係合部は、ピン状の係合手段に限らず、溝等、他の係合手段であってもよい。

また、上述の実施形態では、付勢部材がベーンロータをハウジングに対し進角方向に付勢する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、付勢部材は、ベーンロータをハウジングに対し遅角方向に付勢することとしてもよい。
また、上述の実施形態では、エンジン始動時のベーンロータの位置が「中間位相」である例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ベーンロータは、エンジン始動時、最遅角位置または最進角位置にあることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、ベーンロータとハウジングとの相対回転を規制する２つのストッパピストンのうち１つのみ備えることとしてもよい。また、ストッパピストンを備えない構成であってもよい。
本発明のバルブタイミング調整装置は、排気弁のバルブタイミングを調整するために用いることもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

１ ・・・・バルブタイミング調整装置
２０ ・・・ハウジング
２１ ・・・リアプレート（板部）
２２ ・・・シューハウジング（筒部）
２３ ・・・フロントプレート（板部）
２４ ・・・係合ピン（係合部）
３０ ・・・ベーンロータ
３１ ・・・ボス部
４０ ・・・ブッシュ
５０ ・・・スプリング（付勢部材）
５１ ・・・内周端
５２ ・・・外周端
６１、６２、６３ ・・・規制ピン
１００ ・・・収容室
１０１、１０２、１０３ ・・・遅角室
１１１、１１２、１１３ ・・・進角室
３１１、３１２、３１３ ・・・ベーン
４２１ ・・・係合溝
５０１ ・・・素線
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ ・・・接触点

Claims (3)

1. 内燃機関（１０）の駆動力を駆動軸（２）から従動軸（４、６）に伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記従動軸により開閉駆動される吸気弁（１１）および排気弁（１２）の少なくとも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（１）であって、
   筒部（２２）、当該筒部の両端を塞ぐ板部（２１、２３）、および、当該板部に設けられる係合部（２４）を有し、前記板部と前記筒部との間において前記筒部の周方向に所定の角度範囲毎に収容室（１００）を形成し、前記筒部の軸を回転中心として前記駆動軸および前記従動軸の一方とともに回転するハウジング（２０）と、
   前記ハウジングに収容される筒状のボス部（３１）、および、当該ボス部から径外方向に突出することで前記収容室を遅角室（１０１、１０２、１０３）および進角室（１１１、１１２、１１３）に仕切る複数のベーン（３１１、３１２、３１３）を有し、前記ボス部の軸を回転中心として前記駆動軸および前記従動軸の他方とともに回転し、前記遅角室および前記進角室に供給される作動流体の圧力により前記ハウジングに対し遅角方向または進角方向に相対回転するよう駆動されるベーンロータ（３０）と、
   前記ボス部とともに回転可能なよう前記ボス部に設けられ、前記ボス部の径方向外側へ延びるよう形成される係合溝（４２１）を有するブッシュ（４０）と、
   素線（５０１）を巻回すことにより渦巻状に形成され、内周端（５１）が前記係合溝に係合し外周端（５２）が前記係合部に係合するよう前記板部の前記筒部とは反対側に設けられ、前記素線の最外周巻目と最外周巻目から１周内側の巻目との間において線間隙間がゼロとなる接触点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を前記素線の巻き方向に３つ以上有し、前記ハウジングに対し前記ベーンロータを進角方向または遅角方向に付勢する付勢部材（５０）と、
   前記素線の最外周巻目の各前記接触点とは反対側に位置するよう前記ブッシュまたは前記板部に設けられ、前記素線を係止することにより前記素線の最外周巻目の径方向外側への広がりを規制可能な規制ピン（６１、６２、６３）と、
   を備えるバルブタイミング調整装置。
2. 前記付勢部材は、前記接触点が前記素線の巻き方向において等間隔となるよう形成されてい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調整装置。
3. 前記規制ピンは、前記板部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブタイミング調整装置。

Images