JP2002168103A - 内燃機関用バルブタイミング調整装置 - Google Patents

内燃機関用バルブタイミング調整装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で、進角応答性を向上させる。 【解決手段】 エンジンの吸気バルブの開閉時期の位相
を連続的に可変制御する連続可変バルブタイミング調整
装置を、油圧によってベーンロータ３を回転させ、タイ
ミングロータ１に対してカムシャフトを進角側に相対回
転させるための進角室２４と、油圧によってベーンロー
タ３を回転させ、タイミングロータ１に対してカムシャ
フトを遅角側に相対回転させるための遅角室２５と、進
遅角油圧制御弁４０と、進角室２４と遅角室２５とを連
通する連通路４９と、エンジン回転数が低い回転数で、
且つ高油温時に連通路４９を流れるオイル量を遅角室２
５の圧力に応じて調整する油圧ピストン５３を有する流
量制御弁５０と、進角室２４から遅角室２５へのオイル
の流出を阻止するボールバルブ７３を有するチェック弁
７０とから構成することで、低コストで進角応答性を向
上させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のカムシ
ャフトによって駆動される吸気または排気バルブの開閉
時期の位相を連続的に可変制御することが可能なバルブ
タイミング調整装置に関するもので、特に油圧を用いた
ベーン式の連続可変バルブタイミング・システムに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、内燃機関のクランクシャフト
と同期して回転するタイミングプーリやチェーンスプロ
ケットを介してカムシャフトを駆動し、タイミングプー
リやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回転
により位相差によって内燃機関の吸気または排気バルブ
の開閉時期の位相を連続的に可変制御するベーン式の連
続可変バルブタイミング・システムがある。
【０００３】このようなベーン式の連続可変バルブタイ
ミング・システムは、タイミングプーリの内周壁に進角
油圧室および遅角油圧室等の油圧サーボ系を設け、カム
シャフトと一体的に回転するベーンロータを油圧により
進角側または遅角側に回動させて吸気または排気バルブ
の開閉時期の位相を変更している。ここで、進角油圧室
および遅角油圧室に油圧を供給するための油圧源として
は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動さ
れて、エンジン回転数に比例した吐出量を発生するオイ
ルポンプが一般的に使用されている。
【０００４】これにより、エンジン回転数が低い回転数
の時は、オイルポンプからの吐出量が少なくなるため、
特にエンジン回転数が低い回転数で、且つ高油温時は、
オイル粘度の低下による洩れ量の増加によって、進角油
圧室および遅角油圧室に相対的に給排される油圧が大き
く低下し、外周に複数のベーン（羽根）を有するベーン
ロータの作動が不完全となるという問題が生じている。
そこで、エンジン回転数が低い回転数の時のベーンの揺
動振動を規制する機構によって応答性を向上させる目的
で、特開平１１−３３６５１６号公報に記載の技術（従
来の技術）が提案されている。この従来の技術では、ベ
ーンの揺動振動を規制する機構として、プランジャとチ
ェック弁とを用いて構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
では、プランジャ内部に蓄えられた油圧をチェック弁に
よって保持することで、エンジン回転数が低い回転数の
時のベーンの揺動振動中の逆転を防止しているが、簡素
な構造を特徴としているバルブタイミング調整装置にお
いて、プランジャが増えることで部品点数が増加し、製
品コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００６】また、位相応答性の向上が必要となる高油
温時には、洩れ量が増加して、本来位相応答性を向上さ
せたい条件で、うまく作動せず、その効果が十分に発揮
できない可能性がある。さらに、ベーンを中間位相に保
持させるためには、油圧をバランスさせる必要がある
が、油圧サーボ系とは独立したプランジャによって負荷
を受けるため、油圧バランスが成立せず、中間位相保持
が安定しないという問題があった。
【０００７】
【発明の目的】本発明は、内燃機関の吸気または排気バ
ルブによって揺動変動が発生する場合に生ずる遅角油圧
室内の油圧変動に着目し、エンジン回転数が低い回転数
で、且つ高油温時に、特別なベーンの揺動振動防止手段
を設けることなく、簡素な構成で位相変換の応答性、特
に進角応答性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、進角油圧室と遅角油圧室とを連通する連通路を
設け、更に連通路に弁体を有する弁装置を設けることに
より、遅角油圧室内の油圧変動を利用して、内燃機関の
吸気または排気バルブによってカムシャフトが駆動され
る負トルクによる進角作動時には、油圧給排手段を制御
して、油圧源の油圧を進角油圧室に供給し、遅角油圧室
より油圧を排出すると共に、遅角油圧室内のオイルを進
角油圧室内へ移動させる。
【０００９】それによって、エンジン回転数が低い回転
数で、且つ高油温時でも、負トルクにより進角した量だ
け、遅角油圧室内のオイルが進角油圧室内へ移動する。
すなわち、カムシャフトのトルク変動に起因するベーン
の揺動振動のうち、進角側への振幅を利用して、より進
角方向へベーンロータが回転し、且つ進角油圧室にオイ
ルの流入量が増加するため、特別なベーンロータの揺動
振動防止手段を設けることなく、低コストで、且つ簡素
な構成で進角応答性を向上させることができる。ここ
で、弁装置としては、遅角油圧室から進角油圧室へのオ
イルの流出を可能とし、且つ進角油圧室から遅角油圧室
へのオイルの流出を阻止する弁体（ボールバルブ）を有
するチェック弁を採用することが望ましい。
【００１０】請求項２に記載の発明によれば、進角油圧
室と遅角油圧室とを連通する連通路に、この連通路を流
れるオイルの流量を、遅角油圧室内の油圧に応じて調整
する流量制御弁を設けることにより、進角油圧室と油圧
源を連通し、且つ遅角油圧室とドレンを連通する進角作
動時に、負トルクによってベーンロータが進角した量だ
け、遅角油圧室内のオイルが進角油圧室内へ移動する。
これにより、カムシャフトのトルク変動に起因するベー
ンの揺動振動のうち、進角側への振幅を利用して、より
進角方向へ移動し、且つ圧力損失が少なく進角油圧室に
オイルの流入量が増加するため、進角応答性を向上する
ことができる。
【００１１】請求項３に記載の発明によれば、流量制御
弁は、遅角油圧室内の油圧が所定値以上に上昇すると、
連通路を閉弁し、遅角油圧室内の油圧が所定値よりも低
下すると、連通路を開弁することを特徴とする。これに
より、エンジン回転数が高い回転数の時には、油圧源か
ら進角油圧室内へのオイルの吐出量が増加し、進角油圧
室内に十分な油圧が供給されるため、流量制御弁は開弁
せず、油圧サーボ系に影響を与えることはない。
【００１２】請求項４に記載の発明によれば、タイミン
グロータには、内周面にベーンロータを摺動自在に、し
かも回動自在に収容する筒状のシューハウジングが設け
られている。そして、このシューハウジングには、互い
に周方向において対向する略台形状のシューが、径方向
の内径側に突出するように複数設けられている。そし
て、ベーンロータには、互いに周方向において対向する
略扇状のベーンが、前記複数のシューの周方向の間隙内
に嵌まるよう径方向の外径側に突出するように複数設け
られている。そして、連通路は、シューハウジングの各
シューにそれぞれ設けられている。これにより、タイミ
ングロータよりも外側に突出するように連通路を設けて
いないので、タイミングロータが非常にコンパクトとな
り、専用の油圧配管も必要としないので、コストダウン
を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】〔第１実施形態の構成〕図１ない
し図１１は本発明の第１実施形態を示したもので、図１
および図２は連続可変バルブタイミング調整装置を示し
た図で、図３は進角応答性向上機構を示した図である。
【００１４】本実施形態は、４サイクル・レシプロエン
ジン（内燃機関）、例えばＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘ
ッドカムシャフト）エンジン（以下エンジンと略す）の
シリンダーヘッド（図示せず）内に設けられた吸気バル
ブ（図示せず）の開閉時期の位相（バルブタイミング）
を連続的に可変制御することが可能な連続可変バルブタ
イミング調整装置（吸気連続可変バルブタイミング機
構：ＶＶＴ）である。
【００１５】この連続可変バルブタイミング調整装置
は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）により回
転駆動されるタイミングロータ１と、このタイミングロ
ータ１に対して相対回転可能に設けられた吸気側カムシ
ャフト（以下カムシャフトと略す）２と、このカムシャ
フト２の端部に固定されてタイミングロータ１内に回転
自在に収容されたベーンロータ３と、このベーンロータ
３を油圧によって正逆転回転させる油圧回路４と、この
油圧回路４を制御するエンジン制御装置（以下ＥＣＵと
呼ぶ）５とから構成されたベーン式の連続可変バルブタ
イミング・システムである。
【００１６】タイミングロータ１は、エンジンのクラン
クシャフトによりタイミングチェーン（図示せず）を介
して回転駆動される略円環板形状のチェーンスプロケッ
ト６、このチェーンスプロケット６の前端面に配置され
た略円筒状のシューハウジング７、およびチェーンスプ
ロケット６とシューハウジング７とを締め付け固定する
ための３本の小径ボルト１１等から構成されている。
【００１７】チェーンスプロケット６の外周部には、タ
イミングベルトの内周側に形成された多数の歯状部（図
示せず）に噛合する多数の歯状部１２が形成されてい
る。また、チェーンスプロケット６の環板部（シューハ
ウジング７のリヤカバー部を構成する）には、３本の小
径ボルト１１を挿通するための３個のボルト挿通孔が形
成されている。
【００１８】シューハウジング７は、内部にベーンロー
タ３を回転自在に収容する円筒状のハウジング部、この
ハウジング部の軸方向の前端側を覆う円環板状のフロン
トカバー部、およびフロントカバー部の内周端より軸方
向の前方に延長された円筒状のスリーブ部等から構成さ
れている。ここで、１３はチェーンスプロケット６とシ
ューハウジング７との回転方向の位置決めを行う位置決
めピンである。
【００１９】シューハウジング７のハウジング部には、
互いに周方向において対向する台形状のシュー（隔壁
部）１４が内周側に突出するように複数個（本例では３
個）設けられている。これらのシュー１４の各対向面
は、断面円弧状に形成されており、隣設する２つのシュ
ー１４の周方向の間隙には扇状空間部が形成されてい
る。また、複数個のシュー１４には、３本の小径ボルト
１１を締結するための雌ネジ孔が形成されている。
【００２０】さらに、シューハウジング７のハウジング
部の内周壁には、ベーンロータ３の外周壁が摺接してい
る。そして、各シュー１４の周方向の一方側の側面（対
向面）には、ベーンロータ３の各ベーン２１の最進角位
置を規定するための最進角側ストッパ１５が形成され、
また、各シュー１４の周方向の他方側の側面（対向面）
には、ベーンロータ３の各ベーン２１の最遅角位置を規
定するための最遅角側ストッパ１６が形成されている。
この最遅角側ストッパ１６は、後記するシュー１４の周
方向の他方側の側面に形成される連通路４９の出口と略
同一平面上に形成されている。また、シューハウジング
７のハウジング部の外周壁には、軽量化のための複数の
凹状部１７が形成されている。
【００２１】カムシャフト２は、エンジンのシリンダー
ヘッド内に配されて、エンジンのクランクシャフトが２
回転すると１回転するように駆動連結され、エンジンの
吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を決めるた
めのカム山をエンジンの気筒数だけ連結した棒状の軸
で、その一端部が大径ボルト１９によってジャーナル軸
受８と共にベーンロータ３に締め付け固定されている。
このカムシャフト２の一端部の軸心部には、大径ボルト
１９を締結するための雌ネジ孔が形成されている。
【００２２】ベーンロータ３は、大径ボルト１９を締結
するための雌ネジ孔を有する円環板状のベース部の外周
壁より径方向の外方へ突出する複数個（本例では３個）
のベーン２１、およびカムシャフト２とベース部とジャ
ーナル軸受８とを位置決めするための位置決めピン２２
等から構成されている。ベーンロータ３のベース部およ
びベーン２１の外周壁とシューハウジング７のハウジン
グ部および各シュー１４の内周壁との間には、複数個の
シール部材２３が装着されている。
【００２３】なお、ベーンロータ３は、複数個のベーン
２１の外周壁とシューハウジング７のハウジング部の内
周壁との間に微小のクリアランスが設けられている。こ
のため、カムシャフト２およびベーンロータ３は、チェ
ーンスプロケット６およびシューハウジング７と相対回
動運動（例えばクランク角で４０°ＣＡ〜６０°ＣＡ）
が可能である。また、ベーン２１を有するベーンロータ
３は、シューハウジング７と共に、油圧を用いてエンジ
ンの吸気バルブの開閉時期の位相を連続的に可変するベ
ーン式の油圧アクチュエータを構成する。
【００２４】そして、ベーンロータ３の各ベーン２１
は、互いに周方向において対向する略扇状の羽根であ
り、隣設する２つのシュー１４の周方向の間隙に形成さ
れる扇状空間部内に突出するように配置されている。そ
して、隣設する２つのシュー１４の対向面とそれらによ
り形成される扇状空間部内に嵌め込まれるベーン２１の
周方向の両側面との間には、進角油圧室（以下進角室と
略す）２４と遅角油圧室（以下遅角室と略す）２５とが
形成されている。すなわち、各ベーン２１が隣設する２
つのシュー１４により形成される扇状空間部を２つの油
圧室に油密的に区画することにより、各ベーン２１の周
方向の両側に進角室２４と遅角室２５とが形成されてい
る。
【００２５】油圧回路４は、各進角室２４に対して油圧
を給排（供給または排出）する第１油通路（進角室側油
路、第１油路）２６、および各遅角室２５に対して油圧
を給排（供給または排出）する第２油通路（遅角室側油
路、第２油路）２７を有している。そして、第１、第２
油通路２６、２７は、エンジンのシリンダーヘッドに固
定された油路形成部材９内に形成され、第１、第２油通
路２６、２７には、油圧供給油路２８とドレン油路（ド
レン）２９とがそれぞれ通路切替用の進遅角油圧制御弁
（ＯＣＶ）４０を介して接続されている。
【００２６】そして、第１油通路２６は、油路形成部材
９内に形成され、更に油路形成部材９のジャーナル軸受
部の外周面とジャーナル軸受８のスリーブ部との間に形
成されている。なお、第１油通路２６の軸方向の前後に
はシール部材３１、３２が装着されている。第２油通路
２７は、油路形成部材９内に形成され、更に大径ボルト
１９の頭部およびベーンロータ３のベース部に形成され
ている。
【００２７】そして、油圧供給油路２８には、オイルパ
ン（図示せず）内のオイルを汲み上げてエンジンの各部
へオイルを吐出するためのオイルポンプ（油圧源）１０
が設けられ、ドレン２９の出口端はオイルパンに連通し
ている。ここで、オイルポンプ１０は、エンジンのクラ
ンクシャフトに同期して回転駆動されて、エンジン回転
数に比例した吐出量のオイルをエンジンの各部へ圧送す
る。
【００２８】進遅角油圧制御弁４０は、本発明の油圧給
排手段に相当するもので、４ポート３位置切替弁（スプ
ール弁）およびこの切替弁を駆動する電磁式アクチュエ
ータ（電磁ソレノイド）３９を有し、図４および図５に
示したように、スリーブとスプール弁により形成される
油路が各第１、第２油通路２６、２７と油圧供給油路２
８およびドレン２９とを相対的に切り替え制御できるよ
うに構成され、ＥＣＵ５からの制御信号によって切り換
え作動される。
【００２９】ここで、図４は進角作動時の進遅角油圧制
御弁４０の制御位置を示した図で、図５は遅角作動時の
進遅角油圧制御弁４０の制御位置を示した図である。な
お、進角作動時には、オイルポンプ１０と第１油通路２
６とが連通し、且つドレン２９と第２油通路２７とが連
通する制御位置となる。また、中間位相保持時には、第
１、第２油通路２６、２７内の油圧を保持する制御位置
となる。さらに、遅角作動時には、オイルポンプ１０と
第２油通路２７とが連通し、且つドレン２９と第１油通
路２６とが連通する制御位置となる。
【００３０】ここで、遅角室２５には、第２油通路２７
に連通する油路４１が連通しており、油路４１には、弁
本体４２内を軸方向に変位する油圧ピストン方式のスト
ッパーピン４３が設けられ、このストッパーピン４３に
は、スプリング４４からスプリング力が与えられる。
【００３１】ストッパーピン４３は、エンジンが始動し
た時に、遅角室２５内に十分な油圧が供給されるまでの
間、シューハウジング７のフロントカバー部の内壁面に
形成された凹状部（嵌合部）４５に先端部が嵌まり込ん
で、シューハウジング７に対するベーンロータ３の位置
決めを行い、タイミングロータ１のシューハウジング７
とカムシャフト２およびベーンロータ３とが一体的に回
転するようにする。なお、遅角室２５内に十分な油圧が
供給されると、スプリング力に抗して弁本体４２内にス
トッパーピン４３が引っ込み、タイミングロータ１のシ
ューハウジング７とカムシャフト２およびベーンロータ
３との相対回転が可能となる。
【００３２】なお、４６、４７は第１、第２油通路２
６、２７中の配管圧損で、油圧供給油路２８は、進遅角
油圧制御弁４０だけでなく、エンジン各部へオイルを供
給する油路で、４８はこの油路中の配管圧損である。ま
た、油圧供給油路２８は、エンジン各部へ連通してい
る。
【００３３】そして、シューハウジング７の各シュー１
４には、吸気バルブの開閉時期の進角応答性を向上させ
るための進角応答性向上機構が設けられている。本実施
形態の進角応答性向上機構は、シューハウジング７の各
シュー１４内に設けられた連通路４９、この連通路４９
を流れるオイルの流量を調整するための流量制御弁５
０、および進角室２４から遅角室２５へのオイルの流出
を阻止するチェック弁７０等から構成されている。
【００３４】連通路４９は、進角室２４と遅角室２５と
を連通するための油路である。その連通路４９の入口
は、シュー１４の周方向の遅角室２５側の側面に形成さ
れ、連通路４９の出口は、シュー１４の周方向の進角室
２４側の側面に形成されている。なお、図１では、３組
の各油圧室のうちの１組の油圧室を連通しているが、そ
の他の油圧室も図示しない連通路によって連通されてい
る。
【００３５】流量制御弁５０は、連通路４９の入口側、
つまり連通路４９の遅角室２５側端に固定された弁本体
５１、この弁本体５１の摺動孔（軸方向孔）内を軸方向
に移動可能な油圧ピストン５３、およびこの油圧ピスト
ン５３に所定の付勢力（スプリング力）を与えることが
可能なスプリング（弁体付勢手段）５４等から構成され
ている。これらのうち油圧ピストン５３は、図６および
図７に示したように、連通路４９を形成する油溝（径方
向油路、連通ポート）５２の開度を変更する弁体を構成
している。
【００３６】油圧ピストン５３の内部には、軸方向油路
５５および斜め油路５６が形成されている。油溝５２
は、遅角室２５側の摺動孔の内壁面と外壁面とを連通す
るように油圧ピストン５３のサイド（側方、径方向）に
形成されている。そして、油圧ピストン５３の図示下端
部のフランジ部の外周面とシュー１４の内側面との間に
は、オイルが流入可能な所定のオリフィス（固定絞り）
５７が形成されている。スプリング５４は、一端部がリ
テーナ５８に保持され、他端部が油圧ピストン５３の軸
方向油路５５の底面に保持されている。なお、リテーナ
５８には、多数の連通孔が形成されている。
【００３７】そして、油圧ピストン５３の前面の油圧室
６１には、遅角室２５内の油圧が直接導入されており、
油圧ピストン５３の背面の油圧室（ダンパ油圧室）６２
には、遅角室２５内の油圧がオリフィス５７を介して導
入されており、中間の油圧室６３には、ドレン通路６４
を介して大気圧に設定されている。ここで、本実施形態
では、油圧ピストン５３の前面の油圧室６１の面積（受
圧面積Ａ）よりも、油圧ピストン５３の背面の油圧室
（ダンパ油圧室）６２の面積（受圧面積Ｂ）の方が大き
く設定されている。
【００３８】これにより、遅角室２５の圧力（遅角室
圧）が一定の圧力（所定値）以上になると、スプリング
５４のスプリング力に抗して油圧ピストン５３が軸方向
の遅角室２５側に移動（リフト）する。このとき、油圧
ピストン５３のサイドの全周に形成されている油溝５２
を塞いで、進角室２４と遅角室２５とを連通する連通路
４９を遮断する。
【００３９】逆に、遅角室２５の圧力（遅角室圧）が一
定の圧力（所定値）よりも低下すると、スプリング５４
のスプリング力によって、油溝５２を介して進角室２４
と遅角室２５とが連通する。このとき、油圧ピストン５
３の背面の油圧室（ダンパ油圧室）６２へのオイルの導
入は、オリフィス５７を介して導入させているため、遅
角室２５の敏感な油圧変動に対しては油圧ピストン５３
は移動しない。すなわち、背面の油圧室６２はダンパ手
段を構成する。
【００４０】これらの結果、油圧ピストン５３は、油圧
脈動には反応せず、遅角室２５内の油圧が平均的に低下
した時のみ、進角室２４と遅角室２５とを連通する連通
路４９を開弁するように構成されている。また、油圧ピ
ストン５３が開弁する圧力を、遅角室２５がドレン２９
に開放した時のみ開弁するように設定していることによ
り、ベーンロータ３の各ベーン２１を中間位相に保持す
る場合、遅角室２５と進角室２４は閉じられているた
め、油圧ピストン５３が開弁して油圧バランスを崩すこ
とはなく、進角室２４および遅角室２５等の油圧サーボ
系に影響を与えることはない。
【００４１】チェック弁７０は、本発明の弁装置に相当
するもので、図１、図３、図６および図７に示したよう
に、流量制御弁５０よりも進角室２４側寄りに設けら
れ、進角室２４と遅角室２５とを連通する連通路４９の
途中に設けられた弁孔７１を有する弁本体（バルブボデ
ー）７２、弁孔７１を開閉するボールバルブ（弁体）７
３、およびこのボールバルブ７３を弁孔７１よりも進角
室２４側で保持する保持部材７４等から構成されてい
る。なお、保持部材７４には、多数の連通孔が形成され
ている。
【００４２】ＥＣＵ５は、エンジン回転数を検出するク
ランク角センサ、エンジン負荷、吸入空気量を検出する
エアフローメータからの信号によって現在の運転状態を
検出すると共に、クランク角センサやカム角センサから
の信号によってタイミングロータ１とカムシャフト２の
相対回転位置を検出する。このＥＣＵ５は、エンジン回
転数やエンジン負荷に応じて、エンジンの吸気バルブの
開閉タイミングが最適値となるように進遅角油圧制御弁
４０の電磁ソレノイド３９を通電制御する。
【００４３】〔第１実施形態の特徴〕次に、本実施形態
の連続可変バルブタイミング調整装置の作動を図１ない
し図１１に基づいて簡単に説明する。ここで、図６は流
量制御弁５０の油圧ピストン５３の閉弁時のオイル流れ
を示した図で、図７は流量制御弁５０の油圧ピストン５
３の開弁時のオイル流れを示した図で、図８は遅い進角
作動時の位相および油圧挙動を示したタイミングチャー
トで、図９は早い進角作動時の位相および油圧挙動を示
したタイミングチャートである。
【００４４】さらに、図１０は遅い進角作動時の進遅角
油圧制御弁の作動と流量制御弁の開弁時の作動を示した
図で、図１１は早い進角作動時の進遅角油圧制御弁の作
動と流量制御弁の閉弁時の作動を示した図である。な
お、遅い進角作動時とは、エンジン回転数が低回転数
で、且つ高油温時の時に十分な油圧が得られず、進角作
動が遅れる時を言う。また、早い進角作動時とは、エン
ジン回転数が高回転数の時に十分な油圧が得られ、通常
の進角作動が行われる時を言う。
【００４５】先ず、ベーンロータ３の各ベーン２１を進
角側に動作させる進角作動時の応答性向上制御について
説明する。図４に示したように、進角作動時には、ＥＣ
Ｕ５によって進遅角油圧制御弁４０のスプール弁を軸方
向に動かして、オイルポンプ１０と進角室２４とを第１
油通路２６を介して連通し、ドレン２９と遅角室２５と
を第２油通路２７を介して連通する。
【００４６】ここで、ベーンロータ３のベーン２１の各
油圧室（進角室２４および遅角室２５）にかかるトルク
を考えると、カムシャフト２によって吸気バルブを駆動
する正トルクと、吸気バルブによってカムシャフト２が
駆動される負トルクとの周期的な変動トルクが発生す
る。このとき、正トルクによって進角室２４の圧力（進
角室圧）は上昇し、負トルクによって遅角室２５の圧力
（遅角室圧）は上昇する。また、圧力が上昇した進角室
２４または遅角室２５の反対側の遅角室２５または進角
室２４の圧力（遅角室圧または進角室圧）は容積が増加
するため、低下する。
【００４７】エンジンが低速回転時（エンジン回転数が
低い回転数の時）で、且つ高油温時の条件を考えると、
図８のタイミングチャートおよび図１０の作動説明図に
示したように、進角室２４内の油圧に対して、オイルポ
ンプ１０の吐出量が低下するため、オイルポンプ１０か
ら進遅角油圧制御弁４０、第１油通路２６を介して進角
室２４内へ流入するオイルの流入量が低下する。また、
正トルクを受けた場合には、進角室２４の圧力（進角室
圧）が上昇するが、高油温時のオイル粘度の低下により
オイルが洩れるため、ベーンロータ３の各ベーン２１は
遅角側へ移動してしまう。
【００４８】次に、負トルクがかかった場合、ベーンロ
ータ３の各ベーン２１は進角側へと大きく移動する。こ
のとき、遅角室２５は第２油通路２７、進遅角油圧制御
弁４０を介してドレン２９に開放されているが、進遅角
油圧制御弁４０のスリーブとスプール弁により形成され
る油路を介して油圧を排出すると、圧力損失が発生する
ため、遅角室２５の油圧が上昇してしまう。これは、進
角動作を行うためには抵抗となり、進角応答性を妨げる
要因となる。
【００４９】しかし、前述の連通路４９は、遅角室２５
の圧力（遅角室圧）が大気圧付近において、流量制御弁
５０の油圧ピストン５３の開弁圧を下回るため、流量制
御弁５０の油圧ピストン５３は開弁（油溝５２開放）し
ており、連通路４９は連通している。ここで、上記のご
とく、遅角室２５の圧力が脈動的に上昇しており、且つ
進角室２４の圧力（進角室圧）は低下しているため、図
７および図１０に示したように、連通路４９内には遅角
室２５から進角室２４へ向かうオイルの流れが発生し、
負トルクによって進角した周方向の移動量だけ、進角室
２４の圧力（進角室圧）は上昇し、逆に遅角室２５の圧
力（遅角室圧）は低下する。
【００５０】そして、負トルクの次に正トルクがかかっ
た場合を考える。このとき、進角室２４の圧力（進角室
圧）は上昇し、逆に遅角室の圧力（遅角室圧）は低下す
る。そして、前述のごとく、流量制御弁５０の油圧ピス
トン５３は開弁（油溝５２開放）しており、進角室２４
から遅角室２５へオイルが流れようとするが、連通路４
９の途中に設けられたチェック弁７０のボールバルブ７
３が弁孔５１を閉弁する。これにより、進角室２４から
遅角室２５へのオイルの流れは阻止されるため、連通路
４９内に進角室２４から遅角室２５へのオイルの流れは
発生しない。
【００５１】その結果として、本実施形態のように、こ
れらの連通路４９、流量制御弁５０およびチェック弁７
０等よりなる進角応答性向上機構を用いた場合には、カ
ムシャフト２のトルク変動に起因するベーンロータ３の
各ベーン２１の揺動振動のうち進角側への振幅を利用し
て、より周方向の進角側へ各ベーン２１が移動する。さ
らに、進遅角油圧制御弁４０を介して遅角室２５から進
角室２４へオイルを送り込まないので圧力損失が少な
く、進角室２４にオイルの流入量が増加する。このた
め、本実施形態（連通路４９あり時）は、図８のタイミ
ングチャートに示したように、従来の技術（連通路なし
時）と比べて進角応答性を飛躍的に向上させることがで
きる。
【００５２】また、エンジンが高速回転時（エンジン回
転数が高い回転数の時）の条件では、図９のタイミング
チャートおよび図１１の作動説明図に示したように、オ
イルポンプ１０の吐出量が増加し、進角室２４に十分な
オイルの流入量を確保できるため、流量制御弁５０の油
圧ピストン５３を制御する必要はない。ここで、本実施
形態では、油圧ピストン５３の前面の油圧室６１の面積
（受圧面積Ａ）よりも、油圧ピストン５３の背面の油圧
室（ダンパ油圧室）６２の面積（受圧面積Ｂ）の方が大
きく設定されている。
【００５３】これにより、遅角室２５の圧力（遅角室
圧）が一定の圧力以上になると、スプリング５４のスプ
リング力に抗して油圧ピストン５３が遅角室２５側に移
動（リフト）する。このとき、油圧ピストン５３が油溝
５２を塞いで、進角室２４と遅角室２５とを連通する連
通路４９が遮断される。この場合には、遅角室２５に排
圧が発生するため、図６および図１１に示したように、
流量制御弁５０の油圧ピストン５３は閉弁（油溝５２閉
塞）し、進角室２４および遅角室２５等の油圧サーボ系
に影響を与えることはない。
【００５４】ベーンロータ３の各ベーン２１を進角側と
遅角側との中間位相に保持させる中間保持時には、流量
制御弁５０の油圧ピストン５３の開弁圧を上回る遅角室
２５の圧力（遅角室圧）が発生するが、油圧脈動によっ
て、流量制御弁５０の油圧ピストン５３の開弁圧力を下
回る可能性もある。その結果として、中間位相に各ベー
ン２１を保持させる中間保持時も、連通路４９の途中に
設けられたチェック弁７０が機能し、進角室２４の圧力
（進角室圧）と遅角室２５の圧力（遅角室圧）とを保持
しようとするにも拘らず、進角してしまう場合がある。
【００５５】しかし、流量制御弁５０の油圧ピストン５
３の背面の油圧室（ダンパ油圧室）６２と中間の油圧室
６３とを区画する油圧ピストン５３に形成されたオリフ
ィス５７によって油圧脈動の振幅を低減しているので、
上述したような問題は発生しない。また、低油温時は、
オイルの洩れ量が少なく、オイル粘度による圧力損失が
進角応答性を支配するようになるが、この低油温時の条
件では、進角作動時に、遅角室２５に十分な油圧を供給
できるために、流量制御弁５０の油圧ピストン５３は開
弁しない（油溝５２閉塞）。
【００５６】また、この応答性向上機構を吸気側のカム
シャフト２に適用した場合を考える。エンジンの始動性
を向上させるために、内部ＥＧＲ（エンジンの各気筒の
燃焼室内の残留ガス）を減少させる必要があるので、ベ
ーンロータ３を遅角側で始動する必要がある。このた
め、ＥＣＵ５によって進遅角油圧制御弁４０のスプール
弁を軸方向に動かして、進遅角油圧制御弁４０を遅角側
に制御するようにして始動を行うようにしている。
【００５７】すなわち、図５に示したように、オイルポ
ンプ１０から油圧を供給する油圧供給油路２８と遅角室
２５とを第２油通路２７を介して連通し、ドレン２９と
進角室２４とを第１油通路２６を介して連通する。この
際、流量制御弁５０の油圧ピストン５３が開弁（油溝５
２開放）していると、オイルポンプ１０から第２油通路
２７を経て遅角室２５内に供給されたオイルが、連通路
４９、進角室２４を通ってドレン２９へ流出してしまう
可能性があり、十分に遅角室２５の圧力（遅角室圧）が
立ち上がらず、エンジンの軸受（図示せず）を損傷して
しまう不具合が発生する可能性がある。
【００５８】そこで、本実施形態では、ベーンロータ３
の各ベーン２１の最遅角位置を規定するための最遅角側
ストッパ１６を連通路４９の出口と略同一平面上に形成
しているので、流量制御弁５０の油圧ピストン５３が開
弁（油溝５２開放）していても、ベーンロータ３の各ベ
ーン２１が通常の最遅角位相でのエンジン始動では、各
ベーン２１が略液密的に連通路４９の出口を閉塞するこ
とにより、遅角室２５内のオイルが連通路４９、進角室
２４を通って流出することを防止することができる。こ
れにより、十分に遅角室２５の圧力（遅角室圧）が立ち
上がり、エンジンの軸受を損傷することはない。
【００５９】〔第２、第３実施形態〕図１２および図１
３は本発明の第２、第３実施形態を示したもので、図１
２および図１３は連続可変バルブタイミング調整装置を
示した図である。
【００６０】第２実施形態では、第１実施形態に対し
て、流量制御弁５０を、タイミングロータ１のシューハ
ウジング７、カムシャフト２およびベーンロータ３の半
径方向に配置して遠心力で、高速回転での作動を防止す
るようにしている。また、第１実施形態に対して、チェ
ック弁７０を、タイミングロータ１のシューハウジング
７、カムシャフト２およびベーンロータ３の半径方向に
配置して遠心力で、高速回転での作動を防止するように
している。さらに、第３実施形態では、第１実施形態に
対して、流量制御弁５０を、カムシャフト２の軸方向に
配置して遠心力による影響を無くすようにしている。
【００６１】〔他の実施形態〕本実施形態では、シュー
ハウジング７の内周部に３個のシュー１４を設け、ベー
ンロータ３の外周部に３個のベーン２１を設けることに
より、３つの進角室（進角油圧室）２４および３つの遅
角室（遅角油圧室）２５を設けてバルブタイミングを連
続的に可変したが、シューハウジング７の内周部に４個
以上のシュー１４を設け、ベーンロータ３の外周部に４
個以上のベーン２１を設けることにより、４つ以上の進
角室（進角油圧室）２４および４つ以上の遅角室（遅角
油圧室）２５を設けてバルブタイミングを連続的に可変
しても良い。また、２つの進角室（進角油圧室）２４お
よび２つの遅角室（遅角油圧室）２５を設けてバルブタ
イミングを連続的に可変しても良い。
【００６２】ここで、アイドル時には、エンジンの吸気
バルブの開閉タイミングを大きく遅らせて（遅角させ
て）オーバーラップ（吸気バルブと排気バルブとが同時
に開弁している時期）を無くして燃焼を安定さるように
しても良い。また、中速高負荷時には、吸気バルブの開
閉タイミングを早めて（進角させて）オーバーラップを
拡大し、自己ＥＧＲ（燃焼室内の残留ガス）を増加させ
て燃焼温度を低下させ、ＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減さ
せるようにしても良い。この場合には、ポンプ損失の低
減にもつながり燃費も向上する。また、高速高負荷時に
は、吸気バルブの閉タイミングを最適なところまで遅ら
せて（遅角させて）最高出力を確保するようにしても良
い。
【００６３】また、実際のカムシャフト２の位置をセン
サで検出し、目標のバルブタイミングになるように進遅
角油圧制御弁４０をフィードバック制御しても良い。ま
た、本実施形態では、バルブタイミングを連続可変とし
たが、バルブタイミングを進角側と遅角側との２段階可
変や多段階としても良い。そして、本発明を、吸気連続
可変バルブタイミング機構だけでなく、吸排気連続可変
バルブタイミング機構、あるいは排気連続可変バルブタ
イミング機構に利用しても良い。また、内燃機関とし
て、オーバヘッドバルブ（ＯＨＶ）エンジンを用いても
良く、オーバーヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）エンジン
を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続可変バルブタイミング調整装置を示した正
面図である（第１実施形態）。
【図２】連続可変バルブタイミング調整装置を示した断
面図である（第１実施形態）。
【図３】進角応答性向上機構を示した断面図である（第
１実施形態）。
【図４】進角作動時の進遅角油圧制御弁の制御位置を示
した説明図である（第１実施形態）。
【図５】遅角作動時の進遅角油圧制御弁の制御位置を示
した説明図である（第１実施形態）。
【図６】流量制御弁の閉弁時のオイル流れを示した説明
図である（第１実施形態）。
【図７】流量制御弁の開弁時のオイル流れを示した説明
図である（第１実施形態）。
【図８】遅い進角作動時の位相および油圧挙動を示した
タイミングチャートである（第１実施形態）。
【図９】早い進角作動時の位相および油圧挙動を示した
タイミングチャートである（第１実施形態）。
【図１０】遅い進角作動時の進遅角油圧制御弁の作動と
流量制御弁の開弁時の作動を示した説明図である（第１
実施形態）。
【図１１】早い進角作動時の進遅角油圧制御弁の作動と
流量制御弁の閉弁時の作動を示した説明図である（第１
実施形態）。
【図１２】連続可変バルブタイミング調整装置を示した
正面図である（第２実施形態）。
【図１３】連続可変バルブタイミング調整装置を示した
断面図である（第３実施形態）。
【符号の説明】
１ タイミングロータ（回転体） ２ カムシャフト ３ ベーンロータ ４ 油圧回路 ６ チェーンスプロケット ７ シューハウジング ８ ジャーナル軸受 ９ 油路形成部材 １０ オイルポンプ（油圧源） １４ シュー ２１ ベーン ２４ 進角室（進角油圧室） ２５ 遅角室（遅角油圧室） ２６ 第１油通路 ２７ 第２油通路 ２８ 油圧供給油路 ２９ ドレン ４０ 進遅角油圧制御弁（油圧給排手段） ４９ 連通路 ５０ 流量制御弁 ５２ 油溝 ５３ 油圧ピストン（弁体） ５４ スプリング ５７ オリフィス ６１ 前面の油圧室 ６２ 背面の油圧室（ダンパ油圧室） ６３ 中間の油圧室 ６４ ドレン通路 ７０ チェック弁（弁装置） ７３ ボールバルブ（弁体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 太衛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 金原 賢治 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 山田 潤 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 3G018 AB04 AB07 AB16 BA29 BA33 CA19 DA57 DA59 EA03 EA17 EA31 FA01 FA07 GA04 GA14 GA18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の吸気または排気バルブの開閉時
    期の位相を可変制御することが可能な内燃機関用バルブ
    タイミング調整装置であって、 （ａ）前記内燃機関のクランクシャフトと同期して回転
    するタイミングロータと、 （ｂ）このタイミングロータと相対回転運動が可能なカ
    ムシャフトと、 （ｃ）このカムシャフトと一体的に回転するベーンロー
    タと、 （ｄ）油圧によって前記ベーンロータを回転させ、前記
    タイミングロータに対して前記カムシャフトを進角側に
    相対回転させるための進角油圧室と、 （ｅ）油圧によって前記ベーンロータを回転させ、前記
    タイミングロータに対して前記カムシャフトを遅角側に
    相対回転させるための遅角油圧室と、 （ｆ）油圧源およびドレンと前記進角油圧室および前記
    遅角油圧室とを選択的に連通することで、前記油圧源で
    発生した油圧を、前記進角油圧室および前記遅角油圧室
    に相対的に給排させる油圧給排手段と、 （ｇ）前記進角油圧室と前記遅角油圧室とを連通する連
    通路と、 （ｈ）この連通路に設けられて、前記遅角油圧室から前
    記進角油圧室へのオイルの流出を可能とし、且つ前記進
    角油圧室から前記遅角油圧室へのオイルの流出を阻止す
    る弁体を有する弁装置とを備えたことを特徴とする内燃
    機関用バルブタイミング調整装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関用バルブタイミ
    ング調整装置において、 前記進角油圧室と前記油圧源を連通し、且つ前記遅角油
    圧室と前記ドレンを連通する進角作動時に、前記連通路
    を流れるオイルの流量を、前記遅角油圧室内の油圧に応
    じて調整する流量制御弁を備えたことを特徴とする内燃
    機関用バルブタイミング調整装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の内燃機関用バルブタイミ
    ング調整装置において、 前記流量制御弁は、前記遅角油圧室内の油圧が所定値以
    上に上昇すると、前記連通路を閉弁し、前記遅角油圧室
    内の油圧が所定値よりも低下すると、前記連通路を開弁
    することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング調整
    装置。
  4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
    の内燃機関用バルブタイミング調整装置において、 前記タイミングロータは、内周面に前記ベーンロータを
    摺動自在に、しかも回動自在に収容する筒状のシューハ
    ウジングを有し、このシューハウジングには、互いに周
    方向において対向する略台形状のシューが、径方向の内
    径側に突出するように複数設けられており、 前記ベーンロータには、互いに周方向において対向する
    略扇状のベーンが、前記複数のシューの周方向の間隙内
    に嵌まるよう径方向の外径側に突出するように複数設け
    られており、 前記連通路は、前記シューハウジングの各シューにそれ
    ぞれ設けられていることを特徴とする内燃機関用バルブ
    タイミング調整装置。
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