JP2005330892A

JP2005330892A - バルブタイミング制御装置

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Publication number: JP2005330892A
Application number: JP2004149924A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 淳渡邊; Isao Hayase; 功早瀬; Seiji Suga; 聖治菅; Takanori Sawada; 隆範沢田; Tomoya Tsukada; 智哉塚田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: US20050257763A1; US7150251B2; EP1598528A3; JP4291210B2; EP1598528A2

Abstract

【課題】
カムシャフトの回転変動トルクを利用して、応答性向上を図る。
【解決手段】
位相角制御スライダを進角、遅角等の動作状態に応じて軸方向あるいは回転方向に動かし、進角室連通路および遅角室連通路と油圧室連絡溝とを動作方向のカムシャフト変動トルクが作用する区間だけ間欠的に連通するようにして応答性向上を図る制御部材が回転範囲を制御されて第３の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転を停止したときに、第２の回転部材に設けた進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれを連通する連通路と油圧連絡通路とが連通するようにして設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの給排気バルブの開閉時期を運転状態に応じて可変制御するバルブタイミング制御装置に関するもので、特に油圧を用いたベーン式の可変のバルブタイミング制御装置およびバルブタイミング制御装置による吸気もしくは吐出弁の開閉タイミング制御に関する。

従来より、チェーンスプロケット等を介してエンジンのクランクシャフトにより駆動されるカムシャフトの回転位相を可変に制御することにより、エンジンの吸気または排気バルブの開閉時期を可変制御するベーン式の可変のバルブタイミング制御装置およびそれを利用した開閉タイミング制御方法がある。

ベーン式の可変のバルブタイミング制御装置は、タイミングプーリの内部にカムシャフトと一体回転するベーンロータと、ベーンロータを進角側または遅角側に回転させる進角油圧室および遅角油圧室とが設けられている。エンジン運転状態に応じた進角油圧室と遅角油圧室への油圧の給排により、ベーンロータは進角または遅角側に回転し、これにより生じるチェーンスプロケットとカムシャフトの回転位相変化から吸気または排気バルブの開閉時期の位相を変えている。

ところで、吸気または排気バルブの開閉時期を制御するカムシャフトには、バルブスプリングのバネ力等に起因する正負の回転変動トルクが作用している。従って、ベーンロータを遅角側または進角側へ回転駆動している最中に回転変動トルクが作用すると、回転変動トルクがベーンロータ駆動油圧より大きくなりベーンロータが押し戻される現象が起こる。これにより、吸気または排気バルブの開閉時期制御の応答性が低下してしまうという問題がある。

また、油圧源として用いられるオイルポンプ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、その吐出量はほぼエンジン回転数に比例する。従って、エンジン回転数が低いときにはエンジン回転数が高いときに比較して、ベーンロータを駆動するのに十分な動力を、あるいは十分な応答性を確保できないという問題が生じる。

そこで、特許文献１に記載のように、進角および遅角方向を選択するスイッチ手段、および変動トルクの正負の変化で作動するチェックバルブを設けている。これにより、ベーンロータの駆動を通常の進角油圧室と遅角油圧室への油圧の給排だけでなく、進角時には進角方向の変動トルクで発生する油圧を、遅角時には遅角方向の変動トルクで発生する油圧を利用して応答性向上を図っている。

特許文献２には、付勢手段を設けて、付勢手段の付勢力を加味してバルブタイミングの制御を行う制御手段を設けることが記載されている。

特許文献３には、遅角油圧室から進角油圧室とを選択的に連通することで、油圧源で発生した油圧を、進角油圧室および遅角油圧室に相対的に給排する油圧給排手段を設けることが記載されている。

特開２００２−２３５５１３号公報特開２００１−３１７３８２号公報特開２００２−１６８１０３号公報

上記従来例を示す特許文献１に記述される技術は、進角および遅角方向を選択するスイッチ手段、および変動トルクの正負の変化で作動するチェックバルブにより、進角時には進角方向の変動トルクで発生する油圧を、遅角時には遅角方向の変動トルクで発生する油圧を利用する形式である。しかし、変動トルクの正負の変化で動作するチェックバルブは変動トルクの正角の変化が起きて初めて作動するものであり、その開閉には必ず遅れが生じる。そのため回転させたい方向とは反対の変動トルクが短時間ではあるが作用してしまうという問題があった。

本発明は、カムシャフトの回転角度で変動トルク利用範囲を特定あるいは限定することにより所望の回転方向の変動トルクを特定あるいは限定して利用できるようになし、進角および遅角方向の位相変換の応答性向上を実現することを目的とする。

本発明は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、第２の回転部材の軸心部の孔部に、制御部材と該制御部材の回転範囲を制御する回転制御部と前記制御部材と一体に回転し、第２の回転部材の内周面に対向する円周面に設けられた油圧連結通路部を有する第３の回転部材を設け、前記制御部材が回転範囲を制御されて第３の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転を停止したときに、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれを連通する連通路と前記油圧連絡通路とが連通するようにしたバルブタイミング制御装置およびこれによる開閉タイミング制御方法を提供する。

前記第３の回転部材を、前孔部内を軸方向に移動させ、前記連通路と、前記油圧連絡通路との連通を阻止状態から導通状態可能状態へと位置制御する位置制御手段、例えばスライダ部材を設けたバルブタイミング制御装置を提供する。

本発明は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えるようにしたバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは開閉タイミング変化方法において、前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの正負の極大値付近の位相角で操作油圧力を生成し、操作油圧力に操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態へと制御して吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法を提供する。

本発明によれば、カムシャフトの変動トルクが極大値に達する前後のタイミングで、すなわち極大値を示す変動トルクを利用して進角および遅角方向の位相変換を応答性よく行うことができる。

そして上記の通り、進角油圧室および遅角油圧室から伸びる連通路と位置制御部材であるスライダ部材とが連通する油圧給排手段を設け、進角油圧室および遅角油圧室に対する油の給排を制限することで、進角動作時には進角方向の、遅角動作時には遅角方向の変動トルクのみを利用するような形式とすることができる。これにより、カムシャフトの位相制御の応答性向上を図れると共に、エンジン始動時などのエンジン回転数が低く、十分な油圧を供給できない状態においてもカムシャフトの位相を制御することが可能となる。

本実施例として、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動されるチェーンスプロケットに一体的に設けられたハウジングと、カムシャフトに連結されて回転駆動されるベーンを備え、前記ハウジングに収納されるベーンロータとを有し、前記ハウジングと前記ベーンロータのベーンとの間には該ベーンによって区画された進角室および遅角室を形成し、該進角室および遅角室は前記ハウジングと前記ベーンロータの相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積を増大または減少させ、前記進角室および遅角室に対する選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転移送を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、前記ベーンロータの軸心部の孔部に、駆動装置によって軸方向に移動され、外周方向に溝部が形成され、端部にスライダ部進角油圧室およびスライダ部遅角油圧室にスライダ部ベーンロータに区画される角度が制限された空間部を有し、かつ前記スライダ部ベーンロータと一体回転する位相角制御スライダを設け、前記スライダ部ベーンロータは、前記進角室および遅角室にそれぞれ連通する前記スライダ部進角油圧室およびスライダ部遅角油圧室への油の給排によって回転し、その回転が、カムシャフトの変動トルクが極大値付近のタイミングで前記空間部の角度制限によって制限され、前記スライダ部ベーンロータの回転制限に伴って前記位相角制御スライダの回転が制限され、前記位相スライダで軸方向移動に伴って前記溝部は、前記進角室および遅角室とそれぞれ連通する油通路と連通して前記進角室からの油を遅角室に、もしくは前記遅角室の油を進角室に移送し、以って前記ベーンロータを進角側または遅角側に変える動きを助長するバルブタイミング制御装置が構成される。

前述の課題を解決するため、カムシャフト変動トルクの極大値の前後のみを進角、遅角動作に利用する形式とした。その構成は、進角油圧室および遅角油圧室から伸びる連通路を間欠的に連通するスライダ部材をベーンロータの軸心部に設け、進角、遅角方向の変動トルクに応じてスライダ部材を軸方向あるいは回転方向に動かして利用する変動トルクを選択可能とする。

スライダ部材の外周面には進角油圧室および遅角油圧室から伸びる連通路を間欠的に連通する溝がエンジン形式に応じて等間隔に形成されている。スライダ部材はカムシャフトに対して静止しており、進角動作時には進角方向の変動トルクのみが作用する区間に進角油圧室および遅角油圧室から伸びる連通路とスライダ部材に形成された溝が連通する。これにより、進角動作時にはベーンロータに作用する進角方向の変動トルクにより、連通路およびスライダ部材に形成された溝を介して遅角油圧室から進角油圧室へと油が圧送され、進角方向へと回転させる力となる。

遅角動作時も進角動作時と同様であり、位相角維持時には連通路とスライダ部材に形成された溝が連通しない位置にスライダ部材を維持する。

本発明の第１の実施形態を図１〜図５および図８を参照して説明する。

可変バルブタイミング制御装置はタイミングチェーン（不図示）を介しクランクシャフトによって回転駆動されるチェーンスプロケット１と、このチェーンスプロケット１が一体に形成された第１の回転部材となるハウジング２と、一端部にこのハウジング２が回転できるように組み付けられるカムシャフト３と、このカムシャフト３の一端にカムボルト４によって一体に結合され、ハウジング２の内部に回転自在に収容された第２の回転部材となるベーンロータ５と、このベーンロータ５をエンジンの運転状態に応じて油圧によりハウジング２に対して相対回転させる油圧給排手段６と、エンジン始動時等にハウジング２とベーンロータ５の相対回転を規制するロック機構７と、カムシャフト３の正負の変動トルクを後述するように選択利用可能とする位相角制御スライダ（スライダ部材というときもある。）１９とを備えている。

ハウジング２は、ハウジング本体２ａとハウジング本体２ａの側方において密着して固定されるハウジング側方板２ｂとからなり、ハウジング側方板２ｂは定着手段２ｅによってハウジング本体２ａに固定し得る。ハウジング本体２ａは、外形が円筒状であり、その内部において４つの凹部とこれらを一体化する中央部の丸部の空間部を有し凹部との間に形成される４つの凸部はその内周面は円筒状をなし、この円周内にベーンロータ５の中央部が配設される。

ベーンロータ５はカムシャフト３の前端部にカムボルト４によって結合され、このベーンロータ５は、その外周面には放射状に４つのベーン８を備えている。その内の３つは同一形状をなし、他の１つは他の３つに比べて大きな面積を有するものとして形成されており、従って大きなベーン８が設置される凹部もまた大きい。ベーンロータ５はハウジング２の軸心位置に配置され、各ベーン８はハウジング２の隣接する仕切壁２ｄ間に配置されている。ベーンロータ５の各ベーン８の一側面とそれに対峙するハウジング２の仕切壁２ｄとの間に形成される空間は進角油圧室９とされ、各ベーン８の他方側の側面とそれに対峙するハウジング２の他側の仕切壁２ｄとの間に形成される空間は遅角油圧室１０とされる。各ベーン８とハウジング本体２ａの凸部の先端部にはそれぞれバネ付勢されたシール部材１１がそれぞれ装着され、隣接する進角油圧室９と遅角油圧室１０とをシールしている。

ベーンロータ５とカムシャフト３は、それぞれの軸心位置に形成された穴を貫通するカムボルト４により固定され、カムシャフト３とカムボルト４とはネジ締結される。

油圧給排手段６は各進角油圧室への油圧を給排する第１油通路１２と、各遅角油圧室１０への油圧を給排する第２油通路１３とを有している。第１油通路１２と第２油通路１３には、オイルポンプ１４とドレン油路１５とがそれぞれ通路切換用の電磁切換弁１６を介して接続されている。

第１油通路１２はシリンダヘッド１７内からカムシャフト３に環状に形成された第１油溝１２ａを介して第１連通路１２ｂおよび第１給油路１２ｃと連通する。第１給油路１２ｃはベーンロータ５軸深部のカムボルト４の周囲に環状に形成された油室１２ｄを介してベーンロータ５のベーン８部分に形成された４つの第１給油穴１２ｅに連通し、第１給油穴１２ｅは各進角油圧室９に連通する。

第２油通路１３はシリンダヘッド１７内からカムシャフト３に環状に形成された第２油溝１３ａを介して第２給油路１３ｂ、第２連通路１３ｃおよび環状油溝１３ｄへと連通する。環状油溝１３ｄはエンドカバー２ｃに４つ形成された油溝連通路１３ｅおよび第２給油穴１３ｆを経て各遅角油圧室１０に連通する。

電磁切換弁１６は４ポート３位置型であり、内部の弁体が第１、第２油通路１２、１３とオイルポンプ１４およびドレン油路１５とに相対的に切換制御するように構成され、制御装置であるＥＣＵ１８からの制御信号によって切換作動される。ＥＣＵ１８はエンジン回転数を検出するクランク角センサや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運転状態を検出する。また、クランク角センサ、カム角センサからの信号によりチェーンスプロケット１とカムシャフト３の相対回転位置を検出する。

一番大きなベーン８にはロック機構７が設けられる。ロック機構７はロックピン７ａ、リテーナ７ｂ等から構成される油圧ピストン方式のストッパ機構である。リテーナ７ｂにはロックピン７ａに対してバネ力が付勢され、ロックピン７ａのつば状の部分（リテーナ７ｂ側）には遅角油圧室１０の油圧が、ロックピン７ａの先端部に設けたエンドカバー２ｃの側には進角油圧室９の油圧がかかるようになっている。

従って、ロックピン７ａは、エンジン始動時に進角油圧室１０の油圧が所定の圧力に達するまで、ロックピン７ａの先端部がエンドカバー２ｃに形成された溝にはまりこみ、ベーンロータ５とハウジング本体２ａとが一体となって回転する。また、進角油圧室１０の油圧が所定の圧力に達するとバネ力に抗してロックピン７ａが動き、ベーンロータ５とハウジング本体２ａおよびカムシャフト３との相対回転が可能となる。

ベーンロータ５は軸心部に円筒状の孔部を有する。第３の回転部材となる位相角制御スライダ１９はベーンロータ５の軸心部に設けられた孔部に回転および直動自在に収容される。位相角制御スライダ１９は、その先端部に制御部材となるスライダ部ベーンロータ２０を有し、スライダ部ベーンロータ２０と一体となって前記孔部内で回転および直動方向に移動可能となっている。位相角制御スライダ１９は先端部に扇状の空間部を有するスライダハウジング２１が設けてある。この空間部をスライダ部ベーンロータ２０は回転範囲が空間部の終端の壁によって制限されて回転する。スライダ部ハウジング２１はスライダ部ベーンロータ２０によって区画され、前記空間部を利用して、スライダ部進角油圧室２３およびスライダ部遅角油圧室２４を形成する。スライダ部ハウジング２１の両端は位相角制御スライダ１９の端面およびスライダ部カバー３０により仕切られる。スライダ部カバー３０はスライダ部ハウジング２１に取り付けられる。

位相角制御スライダ１９の外周面は、４角形状と円形形状との組み合わせからなり、位相角制御スライダ１９の外周面の４角形状面には、当該４角形状面とベーンロータ５の孔形状を利用して該スライダ１９の端面よりおよそ等距離となる位置に４つの油圧連絡通路部となる油圧室連絡溝２５が９０度間隔で細長状に形成されている。ベーンロータ５には、油圧室連絡溝２５と進角油圧室９および遅角油圧室１０とを連通するようにそれぞれ４つずつ連通路となる進角室連通路２６と遅角室連通路２７とが設けられている。

スライダ部ハウジング２１の空間部を形成する外周部には、スライダ部進角油圧室２３への油圧を給排するスライダ部第１給油穴２８と、スライダ部遅角油圧室２４への油圧を給排するスライダ部第２給油穴２９とが形成されている。スライダ部第１給油穴２８は進角油圧室９とも連通する第１油通路１２と連通、またスライダ部第２給油穴２９は遅角油圧室１０とも連通する第２油通路１３と連通している。

スライダ部ハウジング２１は回転方向の動きを規制され、スライダ部進角油圧室２３が消失する状態にスライド部ベーンロータ２０が位置するときに、すなわちスライダ部進角油圧室２３の壁にスライド部ベーンロータ２０が接触すると、カムシャフト３の正の変動トルクが極大値、あるいはその前後の値に達するような回転角に固定される。尚、ここで極大値付近と言った場合に、極大値をも含めた意味にも使用する。

位置制御手段となる電磁ソレノイド２２は回転および直動方向の動きを電磁力によって規制され、エンジン本体の回転および直動運動をしない部分に固定される。鉄心２２ｂは電磁ソレノイド２２の機能上、直動方向にのみ可動であり、スライダ部ハウジング２１と一体となって動く。スライダ部ハウジング２１は電磁ソレノイド２２の鉄心２２ｂに対して回転可能なように接続され、その回転方向の稼動範囲はスライダ部ハウジング２１により４５度に規定される。当然に、この規定角度はエンジンの気筒数によって変わる。

本実施例では油圧室連絡溝２５は位相角制御スライダ１９の円周上に等間隔に配置して形成しているが、所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば等間隔である必要は無い。また、エンジン形式により油圧室連絡溝２５の個数は異なる。

例えば直列４気筒エンジンの場合、１本のカムシャフトにはバルブタイミングの異なるカムが少なくとも４つ付属しており、その回転位相は９０度ずつ異なる。従って、油圧室連絡溝２５はその中心位置を位相角制御スライダ１９の円周上に９０度間隔で４つ配置されるように形成するのが良い。しかし、前述の所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば、油室連絡溝２５は少なくとも１つ備えていれば良く、等間隔である必要は無い。Ｖ型６気筒エンジンの場合には、１本のカムシャフトにはバルブタイミングの異なるカムが少なくとも３つ付属しており、その位相は１２０度ずつ異なる。従って、油圧室連絡溝２５はその中心位置を位相角制御スライダ１９の円周上に１２０度間隔で３つ配置されるように形成するのが良い。しかし、前述の所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば、油室連絡溝２５は少なくとも１つ備えていれば良く、等間隔である必要は無い。このように、密閉空間は円周方向異角度でずれて複数個形成してあり、油圧室連絡溝である溝部に異なったタイミングで連通されるようにされる。

上記構成からなる可変のバルブタイミング制御装置の動作について以下説明する。

エンジン始動時およびアイドリング運転時は電磁切換弁１６によりオイルポンプ１４と第２油通路１３とを連通、ドレン油路１５と第１油通路１２とを連通する。よって、油圧は第２油通路１３から、第２油溝１３ａ、第２給油路１３ｂ、第２連通路１３ｃ、環状油溝１３ｄ、油溝連通路１３ｅおよび第２給油路１３ｆを経て遅角油圧室１０へと供給される。進角油圧室９には油圧が供給されないので、遅角油圧室１０に比較して圧力の低い状態となる。従って、ベーン８は仕切壁２ｄに動きを規制され、進角油圧室の空間が最小となる位置に維持される。ベーン８がハウジング本体２ａに対してこの位置関係にあるときを最大遅角位置にあるという。

エンジン始動時、ベーンロータ５はロック機構７のロックピン７ａによってハウジング本体２ａに対する相対回転を規制される。従って、エンジン始動時のようにエンジン回転数が低くオイルポンプ１４から十分な油圧を供給できない状態でも、カムシャフト３の正負の回転変動トルクによりベーンロータ５が揺動振動を起こすことを防止する。

ベーンロータ５が最大遅角位置に保持された状態の後、ＥＣＵ１８の指令により電磁切換弁１６が切り換えられ、オイルポンプ１４と第１油通路１２とを連通し、かつドレン油路１５と第２油通路１３とを連通することによりロック機構７が油圧で解除される。同時に、高圧の油が第１油通路１２を経て、第１油溝１２ａ、第１連通路１２ｂ、第１給油路１２ｃ、油室１２ｄおよび第１給油穴１２ｅを経て進角油圧室９へと供給される。従って、進角油圧室９の圧力は遅角油圧室１０に比較して高くなるのでベーンロータ５はチェーンスプロケット１と一体であるハウジング２に対して進角方向に回転する。

なお、ベーンロータ５を進角方向に回転させるとき、ＥＣＵ１８は電磁切換弁１６の切換指令と同時に、電磁ソレノイド２２をＯＮ指令する。これにより、位相角制御スライダ１９は軸方向に移動し、位相角制御スライダ１９に形成された油圧室連絡溝２５と、進角室連通路２６および遅角室連通路２７とが間欠的に連通する。また、スライダ部進角油圧室２３はスライダ部第１給油穴２８を通して進角油圧室９と同じ給油路から油圧を供給され、スライダ部遅角油圧室２６はスライダ部第２給油穴２７を通して遅角油圧室１０と同じ給油路から油圧を供給される。よって、スライダ部進角油圧室２３の油圧はスライダ部遅角油圧室２４より圧力が高くなり、スライダ部ベーンロータ２０はスライダ部遅角油圧室２４が消失する位置へと移動する。位相角制御スライダ１９もスライダ部ベーンロータ２０と一体となって回転するので、同様の位置に維持される。

このとき、油圧室連絡溝２５と進角室連通路２６および遅角室連通路２７とは、カムシャフト３の負の変動トルクが極大値に達する前後のタイミングで連通する。

図８にカムシャフト３に作用する変動トルクとクランク角との関係を示す（ただし、４気筒の場合）。変動トルクは、正、負側に図のように現われ（ピーク間９０°）、平均トルクは正側にある。それぞれのピーク値である極大値に達する前後のタイミングは長さｌ_１、ｌ_２で表わされる。特定の位相角でスライダ部ベーンロータ２０を回転操作する操作油圧力が生成される。

ベーンロータ５を進角方向に回転させる負の変動トルクが作用すると、遅角油圧室１０の油は遅角室連通路２７、油圧室連絡溝２５および進角室連通路２６を経て進角油圧室９へと圧送されるのでベーンロータ５はハウジング２に対して進角方向へと相対回転する。

ベーンロータ５を遅角方向に回転させる場合にはＥＣＵ１８の指令により電磁切換弁１６が切り換えられ、オイルポンプ１４と第２油通路１３とを連通し、かつドレン油路１５と第１油通路１２とを連通する。このとき高圧の油が第２油通路１３を経て、第２油溝１３ａ、第２給油路１３ｂ、第２連通路１３ｃ、環状油溝１３ｄ、油溝錬通路１３ｅおよび第２給油穴１３ｆを経て遅角油圧室１０へと供給される。従って、遅角油圧室１０の圧力は進角油圧室９に比較して高くなるのでベーンロータ５はチェーンスプロケット１と一体であるハウジング２に対して遅角方向に回転する。

なお、ベーンロータ５を遅角方向に回転させるとき、ＥＣＵ１８は電磁切換弁１６の切換指令と同時に電磁ソレノイド２２がＯＦＦ状態にあるときには電磁ソレノイド２２をＯＮ指令する。これにより、位相角制御スライダ１９は軸方向に移動し、位相角制御スライダ１９に形成された油圧室連絡溝２５と、進角室連通路２６および遅角室連通路２７とが間欠的に連通する。

また、スライダ部進角油圧室２３はスライダ部第１給油穴２８を通して進角油圧室９と同じ給油路から油圧を供給され、スライダ部遅角油圧室２６はスライダ部第２給油穴２７を通して遅角油圧室１０と同じ給油路から油圧を供給される。よって、スライダ部遅角油圧室２４の油圧はスライダ部進角油圧室２３より圧力が高くなり、スライダ部ベーンロータ２０はスライダ部進角油圧室２３が消失する位置へと移動する。位相角制御スライダ１９もスライダ部ベーンロータ２０と一体となって回転するので、同様の位置に維持される。

このとき、油圧室連絡溝２５と進角室連通路２６および遅角室連通路２７とは、カムシャフト３の正の変動トルクが極大値に達する前後のタイミングで連通する。ベーンロータ５を遅角方向に回転させるトルクである正の変動トルクが作用し、進角油圧室９の油は進角室連通路２６、油圧室連絡溝２５および遅角室連通路２７を経て遅角油圧室１０へと圧送されるのでベーンロータ５はハウジング２に対して遅角方向へと相対回転する。

ベーンロータ５をハウジング２に対して所望の回転位置に保持する場合は電磁切換弁１６を切換、第１油通路１２および第２油通路１３とオイルポンプ１４およびドレン油路１５との連通を断つことで油圧を均衡状態に保つ。

また、同時に電磁ソレノイド２２をＯＦＦにして位相角制御スライダ１９を軸方向に動かし、位相角制御スライダ１９に形成された油圧室連絡溝２５と、進角室連通路２６および遅角室連通路２７とが連通しない位置に維持し、変動トルクを利用しない状態を選択する。

以上のように、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、第２の回転部材の軸心部の孔部に、制御部材と該制御部材の回転範囲を制御する空間部並びに該空間部一部を使用して前記制御部材によって区画されることによって形成される進角油圧室連通室および遅角油圧室連通室によって形成され、これらの連通室に油圧給排手段から圧油が供給されるようにされた回転制御部と前記制御部材と一体に回転し、第２の回転部材の内周面に対向する円周面に設けられた油圧連絡通路を有する第３の回転部材を設け、前記制御部材が回転範囲を制御されて第３の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転を停止したときに、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室がそれぞれ連通する連通路と前記油圧連絡通路とが間欠的に連通するようにしたバルブタイミング制御装置が構成される。

本発明の第２の実施形態を図６および図７を参照して説明する。

第１の実施形態と基本構成は同じであり、異なる点は位相角制御スライダ１９の形状と、電磁ソレノイド２２の軸方向の静止位置を３段階に決められる点である。従って、共通の構成については実施例１についての説明が援用される。

位相角制御スライダ４０はベーンロータ５の軸心部に設けた孔部に直動自在に収容され、スライダ部ベーンロータ２０と一体となって直動方向に移動可能である。

電磁ソレノイド２２は回転および直動方向の動きを規制され、エンジン本体の回転および直動運動をしない部分に固定される。鉄心２２ｂは電磁ソレノイド２２の機能上、直動方向にのみ可動であり、スライダ部ハウジング２１と一体となって動く。従って、位相角制御スライダ４０は鉄心２２ｂと一体となり、直動方向にのみ稼動であり、回転方向の動きは規制される。

位相角制御スライダ４０の外周面には、位相角制御スライダ４０の端面より等距離な位置に４つの進角連絡溝４１が９０度間隔で、更に位相角制御スライダ４０の端面より等距離、かつ進角連絡溝４１と重ならない、かつ４５度位相をずらした位置に遅角連絡溝４２が９０度間隔で４つ設けられている。ベーンロータ５には、進角連絡溝４１または遅角連絡溝４２と、進角油圧室９および遅角油圧室１０とを連通するように進角室連通路２６と遅角室連通路２７とがそれぞれ４つずつ設けられている。両連絡溝４１、４２は一方向にのみ油が流れやすいような機能、例えば図７に示すような突起４３を設ける。進角連絡溝４１は遅角室連通路２７から進角室連通路２６方向へのみ油が流れやすいように、遅角連絡溝４２は進角室連通路２６から遅角室連通路２７方向へのみ油が流れやすいように突起４３が設けられている。

本実施例では両連絡溝４１、４２は位相角制御スライダ４０の円周上に等間隔に配置して形成しているが、所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば等間隔である必要は無い。また、エンジン形式により両連絡溝４１、４２の個数は異なる。

例えば直列４気筒エンジンの場合、１本のカムシャフトにはバルブタイミングの異なるカムが少なくとも４つ付属しており、その回転位相は９０度ずつ異なる。従って、両連絡溝４１、４２はその中心位置を位相角制御スライダ１９の円周上に９０度間隔でそれぞれ４つ配置されるように形成するのが良い。しかし、前述の所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば、進角連絡溝４１および遅角連絡溝４２は少なくとも１つ備えていれば良く、等間隔である必要は無い。また、進角連絡溝４１と遅角連絡溝４２との位相は、バルブタイミングの回転位相である９０度の半分の４５度であるのが良いが、所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相であれば４５度である必要は無い。

Ｖ型６気筒エンジンの場合には、１本のカムシャフトにはバルブタイミングの異なるカムが少なくとも３つ付属しており、その回転位相は１２０度ずつ異なる。従って、両連絡溝４１、４２はその中心位置を位相角制御スライダ１９の円周上に１２０度間隔でそれぞれ３つ配置されるように形成するのが良い。しかし、前述の所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相角であれば、進角連絡溝４１および遅角連絡溝４２は少なくとも１つ備えていれば良く、等間隔である必要は無い。また、進角連絡溝４１と遅角連絡溝４２との位相は、バルブタイミングの回転位相である１２０度の半分の６０度であるのが良いが、所望の回転方向の変動トルクを利用できる位相であれば６０度である必要は無い。

電磁ソレノイド２２は回転および直動方向の動きを規制され、エンジン本体の回転および直動運動をしない部分に固定される。鉄心２２ｂは電磁ソレノイド２２の機能上、直動方向にのみ可動であり、位相角制御スライダ４０と一体となって３段階に動く。３段階のうち１段階は進角連絡溝４１と進角室連通路２６および遅角室連通路２７とを連通する位置に、もう1段階は遅角連絡溝４２と進角室連通路２６および遅角室連通路２７とを連通する位置に、残りの１段階は進角室連通路２６および遅角室連通路２７とが両連絡溝４１、４１と連通しないような位相角制御スライダ４０の壁面位置である。

基本動作は第１の実施形態と同様である。異なるのはカムシャフト３の変動トルクを利用するための位相角制御スライダ４０の動作であり、この点について説明する。

ベーンロータ５を進角方向に回転させるとき、ＥＣＵ１８は電磁切換弁１６の切換指令と同時に電磁ソレノイド２２をＯＮ指令し、進角室連通路２６と遅角室連通路２７とが進角連絡溝４１を介して間欠的に連通する位置に位相角制御スライダ４０を軸方向に移動させる。このとき、進角室連通路２６および遅角油圧室１０と進角連絡溝４１とは、カムシャフト３の負の変動トルクが極大値に達する前後のタイミングで連通する。従って、ベーンロータ５を進角方向に回転させる負の変動トルクが作用すると、遅角油圧室１０の油は遅角室連通路２７、進角連絡溝４１および進角室連通路２６を経て進角油圧室９へと圧送され、ベーンロータ５はハウジング２に対して進角方向へと相対回転する。

ベーンロータ５を遅角方向に回転させるとき、ＥＣＵ１８は電磁切換弁１６の切換指令と同時に電磁ソレノイド２２を切換、進角室連通路２６と遅角室連通路２７とが遅角連絡溝４２を介して間欠的に連通する位置に位相角制御スライダ４０を軸方向に移動させる。このとき、進角室連通路２６および遅角室連通路２７と遅角連絡溝４２とは、カムシャフト３の正の変動トルクが極大値に達する前後のタイミングで連通する。従って、ベーンロータ５を遅角方向に回転させる正の変動トルクが作用すると、進角油圧室９の油は進角室連通路２６、遅角連絡溝４２および遅角室連通路２７を経て遅角油圧室１０へと圧送され、ベーンロータ５はハウジング２に対して遅角方向へと相対回転する。

ベーンロータ５をハウジング２に対して所望の回転位置に保持する場合は電磁切換弁１６を切り換えると同時に電磁ソレノイド２２を切換、進角室連通路２６および遅角室連通路２７が進角連絡溝４１および遅角連絡溝４２と連通しない位置に位相角制御スライダ４０を軸方向に移動させる。このように変動トルクを利用しない状態を選択する。
以上の２つの実施例を参照して本発明の概念をブロック図で示す図９を用いて説明する。

対策１として、カムシャフトの変動トルクを選択的に利用して進角／遅角の応答性を向上させること、対策２として、エンジンの回転数が低いときにベーンロータに対して充分な駆動力を付与することによって作動領域の拡大を図るものである。その対応として、進角、遅角方向の変動トルクを利用するものであって、変動トルクを選択的に利用可能なものとする。変動トルクの特定領域で変動トルク利用のタイミングを特定することを行う。特定されたタイミングとしては、その１例としてカムシャフトの変動トルクが極大値になる前後の位相角度（時期）にタイミングを特定することを行う。変動トルクの利用作動期間のタイミングで遅角油圧室から進角油圧室へ圧油を移送する。

これらを実現するための具体的な構成として、タイミングを特定する制御部材を設定する。その１例がスライダ部ベーンロータ２０である。また、ベーンロータ５の軸心部の孔部にスライダ部材（１例として位相制御スライダ１９）を設ける。スライダ部材によって、作動されるか、あるいは不作動の状態におくのかという制御を行う。すなわち、位相角制御についての作動、不作動動作を行うようにする。

スライダ部材を制御部材とは一体的な構成とすることができ、これによって位相角制御スライダ１９が構成される。これによって位相角制御スライダ１９を使用して設定タイミングで選択的な圧油の給排を行う油圧給排手段（油経路）を構成する。

実施例１あるいは実施例２に示すように移送角制御スライダ１９の外表面（孔部の内面に対向）に溝部を形成し、位相角制御スライダ１９を軸方向に回転方向に移動し、設定タイミングに合わせるようにする。タイミングとして、カムシャフトに作用する変動トルクを利用する、しないの選択を行って進角／遅角動作を助長する方向に油圧を移動させる。

これらの場合に、制御部材および外表面に溝部を備えた位相角制御スライダ１９は流体整流装置（手段）としての機能を備える。すなわち、この流体整流装置は、カムシャフトの変動トルクに連動して、変動トルクの特定の位相角で操作油圧力を生成する制御部材を有し、操作油圧力によって操作され、第２の回転部材に設けた進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれ設けた連通路を連通阻止状態を連通状態へと制御する機能を有する。この流体整流装置は、ベーンロータの孔部内に設けることによって装置全体を大きくしないことによって上述の制御を行い得ることになる。カムシャフトの正の極大値付近において遅角助長制御を行い、負の極大値付近において、進角助長制御を行うようにすることによって、回転させたい方向とは反対の変動トルクが作用するという問題が回避され、応答性がよくなる。

以上のように、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの特定の位相角で操作油圧力を生成する制御部材を有し、操作油圧力によって操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれに設けた連通路を連通阻止状態を連通状態へと制御する流体整流装置を備えるバルブタイミング制御装置が構成される。

また、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えるようにしたバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは開閉タイミング変化方法において、前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの正負の極大値付近の位相角で操作油圧力を生成し、操作油圧力によって操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態へと制御するものであって、負の極大値付近の位相角の時に前記遅角油圧室から前記進角油圧室に圧油を移動させ、もしくは／および正の極大値付近の位相角のときに前記進角油圧室から前記遅角油圧室に圧油を移動させることによって吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法が構成される。

更に、前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態への制御を行う作動領域と制御を行わない不作動領域を可変に設定するバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法が構成される。

本発明の第１の実施例の断面図。本発明の第１の実施例を示す図１のＡ−Ａ線断面図。本発明の第１の実施例を示す図１のＢ−Ｂ線断面図。本発明の第１の実施例の一部拡大図。本発明の第１の実施例を示す図４のＣ−Ｃ線断面図。本発明の第２の実施例の一部拡大図。本発明の第２の実施例を示す図６のＤ−Ｄ線断面図。カムシャフトに作用する変動トルクとクランク角との関係を示す図。本発明の概念を示す図。

符号の説明

１…チェーンスプロケット、２…ハウジング、２ａ…ハウジング本体、２ｂ…フロントカバー、２ｃ…エンドカバー、２ｄ…仕切壁、３…カムシャフト、４…カムボルト、５…ベーンロータ、６…油圧給排手段、７…ロック機構、７ａ…ロックピン、７ｂ…リテーナ、８…ベーン、９…進角油圧室、１０…遅角油圧室、１１…シール部材、１２…第１油通路、１２ａ…第１油溝、１２ｂ…第１連通路、１２ｃ…第１給油路、１２ｄ…油室、１２ｅ…第１給油穴、１３…第２油通路、１３ａ…第２油溝、１３ｂ…第２給油路、１３ｃ…第２油溝、１３ｄ…環状油溝、１３ｅ…油溝連通路、１３ｆ…第２給油穴、１４…オイルポンプ、１５…ドレン油路、１６…電磁切換弁、１７…シリンダヘッド、１８…ＥＣＵ、１９…位相角制御スライダ、２０…スライダ部ベーンロータ、２１…スライダ部ハウジング、２２…電磁ソレノイド、２２ａ…コイル、２２ｂ…鉄心、２２ｃ…バネ、２３…スライダ部進角油圧室、２４…スライダ部遅角油圧室、２５…油圧室連絡溝、２６…進角室連通路、２７…遅角室連通路、２８…スライダ部第１給油穴、２９…スライダ部第２給油穴、３０…スライダ部カバー、４０…位相角制御スライダ、４１…進角連絡溝、４２…遅角連絡溝、４３…突起。

Claims

エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、
第２の回転部材の軸心部の孔部に、制御部材と該制御部材の回転範囲を制御する回転制御部と前記制御部材と一体に回転し、第２の回転部材の内周面に対向する円周面に設けられた油圧連結通路部を有する第３の回転部材を設け、
前記制御部材が回転範囲を制御されて第３の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転を停止したときに、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれを連通する連通路と前記油圧連絡通路とが連通すること
を特徴とするバルブタイミング制御装置。
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、
第２の回転部材の軸心部の孔部に、制御部材と該制御部材の回転範囲を制御する空間部並びに該空間部一部を使用して前記制御部材によって区画されることによって形成される進角油圧室連通室および遅角油圧室連通室によって形成され、これらの連通室に油圧給排手段から圧油が供給されるようにされた回転制御部と前記制御部材と一体に回転し、第２の回転部材の内周面に対向する円周面に設けられた油圧連絡通路を有する第３の回転部材を設け、
前記制御部材が回転範囲を制御されて第３の回転部材が第２の回転部材に対して相対回転を停止したときに、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室がそれぞれ連通する連通路と前記油圧連絡通路とが間欠的に連通すること
を特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１または２において、前記第３の回転部材を、前孔部内を軸方向に移動させ、前記連通路と、前記油圧連絡通路との連通を阻止状態から導通状態可能状態へと位置制御する位置制御手段を設けたことを特徴とするバルブタイミング制御装置。
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、
前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの特定の位相角で操作油圧力を生成する制御部材を有し、操作油圧力によって操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれに設けた連通路を連通阻止状態を連通状態へと制御する流体整流装置を備えること
を特徴とするバルブタイミング制御装置。
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えて吸入弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御装置において、
第２の回転部材の軸心部の孔部に、前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの特定の位相角で操作油圧力を生成する制御部材を有し、操作油圧力によって回転され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室にそれぞれに設けた連通路を連通阻止状態を連通状態へと制御する流体整流装置を備えること
を特徴とするバルブタイミング制御装置。
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えるようにしたバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは開閉タイミング変化方法において、
前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの正負の極大値付近の位相角で操作油圧力を生成し、操作油圧力に操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態へと制御して吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させること
を特徴とするバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法。
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第１の回転部材と、カムシャフトに連結されて回転駆動される第２の回転部材とを有し、第１の回転部材と第２の回転部材を利用して形成され、両回転部材の相対的な回転に連動して相対的回転方向により容積の増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室を形成し、該進角油圧室および遅角油圧室に対する油圧給排手段からの選択的な油の給排によってクランクシャフトの回転位相を変えるようにしたバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは開閉タイミング変化方法において、
前記カムシャフトの変動トルクに連動して、該変動トルクの正負の極大値付近の位相角で操作油圧力を生成し、操作油圧力によって操作され、第２の回転部材に設けた前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態へと制御するものであって、負の極大値付近の位相角の時に前記遅角油圧室から前記進角油圧室に圧油を移動させ、もしくは／および正の極大値付近の位相角のときに前記進角油圧室から前記遅角油圧室に圧油を移動させることによって吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミングを変化させること
を特徴とするバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法。
請求項６または７において、前記進角油圧室および遅角油圧室について連通阻止状態から連通状態への制御を行う作動領域と制御を行わない不作動領域を可変に設定することを特徴とするバルブタイミング制御装置による吸気弁あるいは吐出弁の開閉タイミング変化方法。