JP2006063835A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルク変動に関わらず、進角側への位相制御の応答性が高く、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことのないバルブタイミング調整装置を提供する。
【解決手段】 トルク変動によりカムシャフト２０が遅角側へ受ける「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、各遅角油圧室または各進角油圧室への作動油の供給、および各遅角油圧室または各進角油圧室からの作動油の排出は遮断される。これにより、「正トルク」が大きいとき、トルク変動によってベーンロータ３０が遅角側へ押し戻されることがなく、進角側への位相制御時におけるベーンロータ３０の回転速度は向上する。したがって、位相制御の応答性を高めることができる。また、第一遅角通路２２と第二遅角通路および第一進角通路２３と第二進角通路との断続は、カムシャフト２０の回転によって行われる。したがって、部品点数の増大を招くことがなく、構成を簡単にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の吸気弁または排気弁の少なくともいずれか一方の開閉タイミング（以下、開閉タイミングを「バルブタイミング」という。）を変更するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジンのクランクシャフトの駆動力を受けるハウジングと、ハウジング内に収容され、カムシャフトにクランクシャフトの駆動力を伝達するベーンロータとを備えるバルブタイミング調整装置が公知である（特許文献１参照）。このようなバルブタイミング調整装置では、ベーンロータは遅角油圧室および進角油圧室の作動流体の圧力によってハウジングに対し遅角側または進角側に相対回転駆動される。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相、すなわちバルブタイミングが調整される。

バルブタイミング調整装置では、吸気弁または排気弁を開閉駆動するとき、カムシャフトは吸気弁または排気弁から変動するトルクを受ける。カムシャフトが受けたトルク変動はベーンロータに伝わり、ベーンロータはハウジングに対し遅角側または進角側へトルク変動を受ける。ベーンロータが遅角側にトルク変動を受けると、進角油圧室の作動流体は進角油圧室から流出する力を受ける。一方、ベーンロータが進角側にトルク変動を受けると、遅角油圧室の作動流体は遅角油圧室から流出する力を受ける。そのため、例えば流体供給源から供給される作動流体の圧力が低いとき、進角油圧室に作動流体を供給しクランクシャフトに対しカムシャフトの位相を遅角側から進角側の所定位相に変更する場合、図９の点線で示すようにベーンロータはトルク変動により遅角側に押し戻される。その結果、所定の位相に達するまでの応答時間が長くなるという問題がある。

特開２００３−１０６１１５号公報

そこで、特許文献１では、作動流体を遅角油圧室または進角油圧室へ供給する供給通路に逆止弁を設ける技術が開示されている。これにより、ベーンロータがトルク変動を受けても遅角油圧室または進角油圧室からの作動流体の流出を防止している。その結果、図９に示すように、位相制御中にベーンロータがハウジングに対し目標位相と反対側へ戻ることを防止し、位相制御の応答性を高めている。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、遅角油圧室および進角油圧室に作動流体をそれぞれ供給する遅角供給通路および進角供給通路に逆止弁が設置されている。そのため、部品点数の増大を招くとともに、構造の複雑化を招くという問題がある。
そこで、本発明の目的は、トルク変動に関わらず、進角側への位相制御の応答性が高く、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことのないバルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１、２または４記載の発明では、従動軸を遅角側へ付勢するトルクの大きさは周期的に変動する。このとき、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが所定の値より大きくなると、通路開閉手段は遅角通路および進角通路を遮断する。そのため、ハウジングまたはベーンロータのうち駆動軸とともに回転する駆動側回転体に対し、従動軸とともに回転する従動側回転体を進角側の目標位相に相対回動駆動するとき、従動側回転体が従動軸から遅角側に所定の値より大きなトルクを受けたとき、遅角油圧室および進角油圧室への作動流体の供給は停止される。その結果、進角油圧室からの作動流体の流出が防止される。これにより、流体供給源から供給される作動流体の圧力が低いとき、従動側回転体は遅角側に戻されることが防止され、駆動側回転体に対し従動側回転体が進角側の目標位相に速やかに到達する。したがって、進角側への位相制御の応答性を向上することができる。一方、目標位相が遅角側の場合、従動側回転体には、トルクの変動によって所定の値より小さいトルクが遅角側に働くとともに、流体供給源から供給される作動流体の圧力が作用する。そのため、従動軸が変動トルクによって進角側へ付勢されるとき、駆動側回転体に対し従動側回転体は遅角側の目標位相に速やかに到達する。また、請求項１記載の発明では、逆止弁や複雑な流体通路は不要である。したがって、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことがない。

請求項３記載の発明では、従動軸は円弧面と通路開口部とを有している。従動軸の回転は支持部の内壁と円弧面とが接触することにより支持される。これとともに、円弧面は、第一通路が開口し回転方向に複数形成されている通路開口部間を遮断する。そのため、従動軸の回転にともなって、第二通路が開口する支持部の内壁と通路開口部とが対向すると、第一通路と第二通路とは接続する。一方、第二通路が開口する支持部の内壁と円弧面とが対向すると、第一通路と第二通路とは遮断される。これにより、第一通路と第二通路とは、簡単な構造で接続または遮断される。また、通路開口部は、従動軸の位相が従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きくなるとき、第二通路が開口する支持部の内壁と対向しない位置に形成されている。そのため、従動軸の回転によって、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きくなる位相になると、第一通路と第二通路とは遮断される。したがって、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことなく、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きいとき、進角油圧室からの作動流体の流出を防止することができる。

請求項５記載の発明では、通路開閉手段は流体通路を開閉する開閉弁を有している。そのため、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きくなるとき、開閉弁は流体通路を遮断する。これにより、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きくなると、遅角油圧室および進角油圧室には作動流体の供給が停止される。したがって、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことなく、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きいとき、進角油圧室からの作動流体の流出を防止することができる。

請求項６記載の発明では、検出手段によって検出した従動軸の回転角度に応じて制御手段は開閉弁を開閉する。そのため、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きくなる回転角度のとき、遅角油圧室および進角油圧室への作動流体の供給は確実に停止される。したがって、部品点数の増大および構造の複雑化を招くことなく、従動軸を遅角側へ付勢するトルクが大きいとき、進角油圧室からの作動流体の流出を防止することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（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を図１および図２に示す。本実施形態のバルブタイミング調整装置１０は、作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、吸気弁のバルブタイミングを調整するものである。

図１に示すように、駆動側回転体であるハウジング１１は、チェーンスプロケット１２およびシューハウジング１３を有している。シューハウジング１３は、仕切部材としてシュー１３１、シュー１３２、シュー１３３（図２参照）と、環状の周壁１３４と、周壁１３４を挟んでチェーンスプロケットと反対側に位置するフロントプレート１３５とを有している。シュー１３１、シュー１３２、シュー１３３と、周壁１３４と、フロントプレート１３５とは一体に形成されている。チェーンスプロケット１２とシューハウジング１３とはボルト１４により同軸上に固定されている。チェーンスプロケット１２は、図示しないチェーンにより図示しないエンジンの駆動軸としてクランクシャフトと結合して駆動力が伝達される。これにより、チェーンスプロケット１２は、クランクシャフトと同期して回転する。

従動軸としてのカムシャフト２０は、バルブタイミング調整装置１０を介してクランクシャフトの駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト２０は、チェーンスプロケット１２に対し所定の位相差をおいて回転可能にチェーンスプロケット１２に挿入されている。ハウジング１１およびカムシャフト２０は、図１の矢印Ｘ方向からみて時計方向に回転する。以下、この回転方向をクランクシャフトに対するカムシャフト２０の進角側とする。

図２に示すように、台形状に形成されたシュー１３１、シュー１３２、シュー１３３は周壁１３４から径方向内側に伸びている。シュー１３１、シュー１３２、シュー１３３は、周壁１３４の回転方向にほぼ等間隔に配置されている。シュー１３１、シュー１３２、シュー１３３により、回転方向に所定の角度範囲で三個所形成された間隙には、収容する扇状の収容室１３６、１３７、１３８が形成されている。

ベーンロータ３０は、カムシャフト２０と軸方向端面で結合するボス部３１と、ボス部３１の外周側に回転方向にほぼ等間隔に配置されたベーン３２、ベーン３３、ベーン３４とを有している。ベーンロータ３０は、ハウジング１１に対し相対回転可能にハウジング１１に収容されている。ベーン３２、ベーン３３、ベーン３４は、各収容室内に回転可能に収容されている。ベーン３２、ベーン３３、ベーン３４は、各収容室を仕切り、各収容室をそれぞれ遅角油圧室と進角油圧室とに二分している。図２に示す遅角側、進角側を表す矢印は、ハウジング１１に対するベーンロータ３０の遅角側、進角側を表している。従動側回転体としてのベーンロータ３０は、カムシャフト２０の回転軸方向端面と接し、ボルト２１によりカムシャフト２０に一体に固定されている。カムシャフト２０に対するベーンロータ３０の回転方向の位置決めは、位置決めピン１４０により行われている。

シール部材１５は、半径方向に対向する各シューとボス部３１との間、および各ベーンと周壁１３４の内周壁との間に形成されている摺動隙間に設置されている。シール部材１５は、ボス部３１および各ベーンの外周壁に設けた溝にはまり込んでおり、ばねなどにより各シューおよび周壁１３４の内周壁に向けて押し付けられている。この構成により、シール部材１５は、各遅角油圧室と各進角油圧室との間に作動油が漏れることを防止している。

図２に示すように、円筒状のガイドリング４１はベーン３２に圧入されている。円筒状に形成されたストッパピストン４２は、ガイドリング４１に回転軸方向に摺動可能に収容されている。図１に示すようにリング４３は、フロントプレート１３５に形成された凹部に圧入により保持されている。ストッパピストン４２は、リング４３に嵌合可能である。ストッパピストン４２およびリング４３の嵌合側はテーパ状に形成されている。これにより、ストッパピストン４２はリング４３に滑らかに嵌合する。弾性部材としてのスプリング４４は、リング４３側にストッパピストン４２を押し付けている。ストッパピストン４２、リング４３およびスプリング４４は、ハウジング１１に対するベーンロータ３０の相対回転を拘束する拘束手段を構成している。

ストッパピストン４２のフロントプレート１３５側に形成された油圧室４５、およびストッパピストン４２の外周に形成された油圧室４６に供給される作動油の圧力は、リング４３からストッパピストン４２が抜け出す方向へ働く。油圧室４５は、後述する進角油圧室５４と接続し、油圧室４６は遅角油圧室５１と接続している。ストッパピストン４２の先端部は、ハウジング１１に対し最も遅角位置にベーンロータ３０が位置するとき、リング４３に嵌合可能である。ストッパピストン４２がリング４３に嵌合したとき、ハウジング１１に対するベーンロータ３０の相対回転は拘束される。一方、ハウジング１１に対しベーンロータ３０が最も遅角位置から進角側へ回転すると、ストッパピストン４２とリング４３との回転方向の位置がずれる。これにより、ストッパピストン４２は、リング４３に嵌合不能となる。

図２に示すように、シュー１３１とベーン３２との間には遅角油圧室５１が形成され、シュー１３２とベーン３３との間には遅角油圧室５２が形成され、シュー１３３とベーン３４との間には遅角油圧室５３が形成されている。また、シュー１３３とベーン３２との間には進角油圧室５４が形成され、シュー１３１とベーン３３との間には進角油圧室５５が形成され、シュー１３２とベーン３４との間には進角油圧室５６が形成される。

流体供給源としてのポンプ６１は、作動油が蓄えられているドレイン６２から汲み上げた作動油を供給通路６３に供給する。切換制御弁７０は、公知の電磁スプール弁であり、カムシャフト２０のポンプ６１側において、供給通路６３または排出通路６４と、遅角油圧室５１、５２、５３または進角油圧室５４、５５、５６に接続する流体通路との間に設置されている。切換制御弁７０は、図示しない電子制御装置から電磁駆動部７１に供給されるデューティ比制御された駆動電流により切換制御される。切換制御弁７０のスプール７２は、駆動電流のデューティ比に基づいて変位する。このスプール７２の位置により、切換制御弁７０は、各遅角油圧室または各進角油圧室への作動油の供給、および各遅角油圧室または各進角油圧室からの作動油の排出を切り換える。切換制御弁７０への通電をオフした状態では、スプリング７３の押し付け力によりスプール７２は図１および図２に示す位置にある。

カムシャフト２０は、内部を軸方向に貫く第一通路としての第一遅角通路２２および第一進角通路２３を有している。第一遅角通路２２は、図２に示すようにポンプ６１とは反対側の端部が遅角油圧室５１、遅角油圧室５２、遅角油圧室５３にそれぞれ接続する遅角通路２２１、遅角通路２２２、遅角通路２２３に分岐している。第一遅角通路２２は、各遅角油圧室とは反対側の端部がカムシャフト２０の外壁に開口している。第一進角通路２３は、ポンプ６１とは反対側の端部が進角油圧室５４、進角油圧室５５、進角油圧室５６にそれぞれ接続する進角通路２３１、進角通路２３２、進角通路２３３に分岐している。第一進角通路２３は、各進角油圧室とは反対側の端部がカムシャフト２０の外壁に開口している。

カムシャフト２０は、図１に示すように支持部により回転可能に支持されている。支持部は、軸受部材１６と、カムシャフト２０と軸受部材１６との間に設置されるジャーナル１７とを有している。ジャーナル１７は、軸受部材１６に固定され、カムシャフト２０の外壁と摺動してカムシャフト２０を軸受けしている。軸受部材１６は、ジャーナル１７と接する内周壁に周方向へ形成されている溝部１６ａおよび溝部１６ｂを有している。これにより、軸受部材１６とジャーナル１７とは、図１、図３および図４に示すように円環状の遅角環状通路１８および進角環状通路１９を形成している。また、ジャーナル１７は、図３に示すように遅角環状通路１８に面している外壁と内壁とを接続する遅角接続通路１７１を有している。さらに、ジャーナル１７は、図４に示すように進角環状通路１９に面している外壁と内壁とを接続する進角接続通路１７２とを有している。遅角接続通路１７１および進角接続通路１７２は、遅角環状通路１８および進角環状通路１９と反対側の端部がジャーナル１７の内壁に開口している。遅角接続通路１７１および進角接続通路１７２は、ジャーナル１７の周方向へ等間隔に三つ形成されている。すなわち、遅角接続通路１７１および進角接続通路１７２は、ジャーナル１７の周方向へ１２０°間隔で形成されている。

軸受部材１６は、図１に示すように内部を貫く遅角通路１６１および進角通路１６２を有している。遅角通路１６１は、一方の端部が遅角環状通路１８に接続し、他方の端部が切換制御弁７０に接続している。これにより、遅角通路１６１、遅角環状通路１８および遅角接続通路１７１は、特許請求の範囲に記載の第二通路としての第二遅角通路を構成している。また、進角通路１６２は、一方の端部が進角環状通路１９に接続し、他方の端部が切換制御弁７０に接続している。これにより、進角通路１６２、進角環状通路１９および進角接続通路１７２は、特許請求の範囲に記載の第二通路としての第二進角通路を構成している。

カムシャフト２０は、軸方向の遅角環状通路１８および遅角接続通路１７１に対応する位置において、図３に示すような断面形状を有している。すなわち、カムシャフト２０は、回転方向に所定の角度範囲で三つ配置されている円弧面２４と、円弧面２４よりも径方向内側へ窪んでいる通路開口部としての平坦面２５とを有している。円弧面２４は、カムシャフト２０の円柱状の部分における外径と同一の外径を有している。これにより、円弧面２４は、ジャーナル１７の内壁と摺動可能である。平坦面２５は、回転方向に等間隔で配置されている円弧面２４を接続している。すなわち、平坦面２５は、各円弧面２４の回転方向の端部を接続する弦に対応する。これにより、平坦面２５は、カムシャフト２０の径方向において円弧面２４よりも内側へ窪んでおり、ジャーナル１７の内壁と接することはない。本実施形態では、バルブタイミング調整装置１０は、三気筒のエンジンに適用される。この場合、円弧面２４および平坦面２５は、回転方向へ等間隔で三個所すなわち１２０°間隔で配置されている。第一遅角通路２２の各遅角油圧室と反対側の端部は、平坦面２５に開口している。カムシャフト２０は、第一遅角通路２２を構成する遅角接続通路２６を有している。遅角接続通路２６は、それぞれ平坦面２５に開口し、平坦面２５間を接続している。

カムシャフト２０に円弧面２４および平坦面２５を形成することにより、図３（Ａ）に示すようにカムシャフト２０の回転にともなってジャーナル１７の遅角接続通路１７１と平坦面２５とが対向するとき、遅角接続通路１７１と遅角接続通路２６との間の作動油の流れは許容される。これにより、第一遅角通路２２と第二遅角通路とは接続される。一方、図３（Ｂ）に示すようにジャーナル１７の遅角接続通路１７１と円弧面２４とが対向するとき、遅角接続通路１７１と遅角接続通路２６との間の作動油の流れは規制される。これにより、第一遅角通路２２と第二遅角通路とは遮断される。その結果、カムシャフト２０の回転によって、第一遅角通路２２と第二遅角通路との間の作動油の流れは断続される。すなわち、カムシャフト２０と支持部を構成する軸受部材１６およびジャーナル１７とは、特許請求の範囲の通路開閉手段を構成している。

同様に、カムシャフト２０は、軸方向の進角環状通路１９および進角接続通路１７２に対応する位置において、図４に示すような断面形状を有している。すなわち、カムシャフト２０は、回転方向に所定の角度範囲で等間隔で三つ配置されている円弧面２７と、円弧面２７よりも径方向内側に窪んでいる通路開口部としての平坦面２８とを有している。円弧面２７および平坦面２８は、遅角通路側の円弧面２４および平坦面２５と同一の位相で形成されている。円弧面２７は、カムシャフト２０の円柱状の部分における外径と同一の外径を有している。これにより、円弧面２７は、ジャーナル１７の内壁と摺動可能である。平坦面２８は、回転方向に等間隔で配置されている円弧面２７を接続している。すなわち、平坦面２８は、各円弧面２７の回転方向の端部を接続する弦に対応する。これにより、平坦面２８は、カムシャフト２０の径方向において円弧面２７よりも内側へ窪んでおり、ジャーナル１７の内壁と接することはない。本実施形態の場合、円弧面２７および平坦面２８は、回転方向へ等間隔で三個所すなわち１２０°間隔で配置されている。第一進角通路２３の進角通路２３１、２３２、２３３と反対側の端部は、平坦面２８に開口している。カムシャフト２０は、第一進角通路２３を構成する進角接続通路２９を有している。進角接続通路２９は、それぞれ平坦面２８に開口し、平坦面２８間を接続している。

カムシャフト２０に円弧面２７および平坦面２８を形成することにより、カムシャフト２０の回転にともなってジャーナル１７の進角接続通路１７２と平坦面２８とが対向するとき、進角接続通路１７２と進角接続通路２９との間の作動油の流れは許容される。これにより、第一進角通路２３と第二進角通路とは接続される。一方、ジャーナル１７の進角接続通路１７２と円弧面２７とが対向するとき、進角接続通路１７２と進角接続通路２９との間の作動油の流れは規制される。これにより、第一進角通路２３と第二進角通路とは遮断される。その結果、カムシャフト２０の回転によって、第一進角通路２３と第二進角通路との間の作動油の流れは断続される。すなわち、カムシャフト２０と支持部を構成する軸受部材１６およびジャーナル１７は、特許請求の範囲の通路開閉手段を構成している。

カムシャフト２０は、吸気弁を駆動する反力によって図５に示すようにトルク変動を受ける。本実施形態では、バルブタイミング調整装置１０を三気筒のエンジンに適用している。これにより、カムシャフト２０が一回転する間に、三回のトルク変動が発生する。ここで、ベーンロータ３０を遅角側に付勢するトルクを「正トルク」とし、ベーンロータ３０を進角側に付勢するトルクを「負トルク」とする。カムシャフト２０が受けるトルク変動は、平均すると「正トルク」が大きい。そのため、作動油の油圧が一定のとき、ベーンロータ３０は平均的に「正トルク」を受ける。これにより、進角側へ位相差を形成するときでも、ベーンロータ３０は遅角側の「正トルク」を受ける。その結果、ベーンロータ３０は、遅角側への回転速度に比較して進角側への回転速度が遅くなる。

そこで、本実施形態のように、カムシャフト２０に円弧面２４、２７および平坦面２５、２８を形成することにより、カムシャフト２０の回転によって第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路とは断続される。これにより、カムシャフト２０が受ける「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、すなわち図３、図４および図５に示す角度範囲Ｂのとき、図３（Ｂ）に示すように遅角接続通路１７１は円弧面２４と対向する。また、進角接続通路１７２は円弧面２７と対向する。そのため、第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路とは遮断される。その結果、遅角油圧室５１、５２、５３および進角油圧室５４、５５、５６では、作動油の供給および排出が行われない。したがって、各進角油圧室から作動油が押し戻されることがなく、ベーンロータ３０は遅角側へ押し戻されない。

一方、カムシャフト２０が受ける「正トルク」がしきい値Ｔよりも小さなとき、またはカムシャフト２０が「負トルク」を受けるとき、すなわち図３、図４および図５に示す角度範囲Ａのとき、図３（Ａ）に示すように遅角接続通路１７１は平坦面２５と対向する。また、図４に示すように進角接続通路１７２は平坦面２８と対向する。そのため、第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路とは接続される。その結果、遅角油圧室５１、５２、５３および進角油圧室５４、５５、５６では、作動油の供給および排出が行われる。なお、しきい値は、バルブタイミング調整装置１０を適用するエンジンに応じて任意に設定可能である。また、カムシャフト２０に形成する円弧面２４、円弧面２７の角度範囲を調整することにより、第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路の断続のタイミングを調整することができる。

次に、上記構成によるバルブタイミング調整装置１０の作動について説明する。
エンジンを停止しているとき、ストッパピストン４２はリング４３に嵌合している。エンジンを始動した直後では、遅角油圧室５１、５２、５３、進角油圧室５４、５５、５６、油圧室４５および油圧室４６にポンプ６１から作動油が十分に供給されない。そのため、ストッパピストン４２はリング４３に嵌合したままであり、カムシャフト２０はクランクシャフトに対し最も遅角位置に保持されている。これにより、作動油が各油圧室に十分に供給されるまでの間、カムシャフト２０が受けるトルク変動によりハウジング１１とベーンロータ３０とが振動して衝突することがない。

エンジンの始動後、ポンプ６１から作動油が十分に供給されると、油圧室４５または油圧室４６に供給される作動油の油圧によりストッパピストン４２はリング４３から抜け出す。そのため、ハウジング１１とベーンロータ３０とは相対的な回転の拘束が解除される。これにより、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り、クランクシャフトに対するカムシャフト２０の位相差を調整することができる。

切換制御弁７０への通電をオンすると、スプリング７３の付勢力に抗して加わる電磁駆動部７１の電磁力により、スプール７２は図１および図２の左側へ移動する。この状態のとき、供給通路６３は第二進角通路を構成する進角通路１６２に接続し、排出通路６４は第二遅角通路を構成する遅角通路１６１に接続する。そのため、ポンプ６１から吐出された作動油は、第二進角通路の進角通路１６２、進角環状通路１９および進角接続通路１７２へ供給され、進角接続通路１７２がカムシャフト２０の平坦面２８と対向したとき、第一進角通路２３へ供給される。これにより、進角油圧室５４、進角油圧室５５および進角油圧室５６には作動油が供給される。また、第一進角通路２３と第二進角通路との接続に同期して、第一遅角通路２２と第二遅角通路とが接続する。そのため、遅角油圧室５１、遅角油圧室５２および遅角油圧室５３の作動油は、遅角接続通路１７１がカムシャフト２０の平坦面２５と対向したとき、第一遅角通路２２を経由して、第二遅角通路を構成する遅角接続通路１７１、遅角環状通路１８および遅角通路１６１に排出される。切換制御弁７０への通電がオンのとき、第二遅角通路を構成する遅角通路１６１はドレイン６２に接続しているため、各遅角油圧室の作動油はドレイン６２に排出される。このように、各進角油圧室には作動油が供給され、各遅角油圧室からは作動油が排出されることにより、ベーンロータ３０は進角油圧室５４、５５、５６の作動油から力を受ける。したがって、ベーンロータ３０はハウジング１１に対し進角側に回転する。

このように各進角油圧室に作動油を供給し、各遅角油圧室から作動油を排出することにより進角側の目標に位置に位相制御するとき、ベーンロータ３０はハウジング１１に対し遅角側および進角側にトルク変動を受ける。ベーンロータ３０が遅角側にトルク変動を受けると、進角油圧室５４、５５、５６に作動油を供給しても、ベーンロータ３０は遅角側に押し戻される。しかし、進角側に位相制御する場合も、「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路とは遮断される。そのため、「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、各進角油圧室に作動油は供給されず、各遅角油圧室から作動油は排出されない。その結果、ベーンロータ３０が遅角側にトルク変動を受けても、ベーンロータ３０はハウジング１１に対し遅角側へ押し戻されない。したがって、ハウジング１１に対してベーンロータ３０が目標位相と反対の遅角側へ押し戻されることがなく、ベーンロータ３０は進角側の目標位相にすみやかに到達する。

ベーンロータ３０が目標位相に到達すると、制御手段は切換制御弁７０に供給する駆動電流のデューティ比を制御し、スプール７２を中間位置に保持する。その結果、切換制御弁７０は、第二遅角通路または第二進角通路とポンプ６１またはドレイン６２との接続を遮断し、各遅角油圧室および各進角油圧室からドレインへ作動油が排出されることを防止する。したがって、ベーンロータ３０は目標位相に保持される。

一方、図１および図２に示すように切換制御弁７０への通電をオフした状態のとき、スプール７２はスプリング７３の付勢力により図１および図２に示す位置にある。この状態のとき、供給通路６３は第二遅角通路を構成する遅角通路１６１に接続し、排出通路６４は第二進角通路を構成する進角通路１６２に接続している。そのため、ポンプ６１から吐出された作動油は、第二遅角通路の遅角通路１６１、遅角環状通路１８および遅角接続通路１７１へ供給され、遅角接続通路１７１がカムシャフト２０の平坦面２５と対向したとき、第一遅角通路２２へ供給される。これにより、遅角油圧室５１、遅角油圧室５２および遅角油圧室５３には作動油が供給される。また、第一遅角通路２２と第二遅角通路との接続に同期して、第一進角通路２３と第二進角通路とが接続する。そのため、進角油圧室５４、進角油圧室５５および進角油圧室５６の作動油は、進角接続通路１７２がカムシャフト２０の平坦面２８と対向したとき、第一進角通路２３を経由して、第二進角通路を構成する進角接続通路１７２、進角環状通路１９および進角通路１６２に排出される。切換制御弁７０への通電がオフのとき、第二進角通路を構成する進角通路１６２はドレイン６２に接続しているため、各進角油圧室の作動油はドレイン６２に排出される。このように、各遅角油圧室には作動油が供給され、各進角油圧室からは作動油が排出されることにより、ベーンロータ３０は遅角油圧室５１、５２、５３の作動油から力を受ける。したがって、ベーンロータ３０はハウジング１１に対し遅角側に回転する。

図５に示すように各遅角油圧室に作動油を供給し、各進角油圧室から作動油を排出することにより遅角側の目標位置に位相制御するとき、カムシャフト２０が受けるトルク変動により、ベーンロータ３０はハウジング１１に対し遅角側および進角側にトルク変動を受ける。遅角側の目標位置に位相制御するとき、変動トルクがしきい値Ｔよりも大きくなると、上述のように第一遅角通路２２と第二遅角通路、および第一進角通路２３と第二進角通路とは遮断される。そのため、「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、各遅角油圧室には作動油は供給されず、各進角油圧室から作動油は排出されない。しかしながら、ベーンロータ３０には、トルク変動によってしきい値Ｔよりも小さい「正トルク」が遅角側へ働くとともに、ポンプ６１から吐出された作動油の油圧が作用する。そのため、カムシャフト２０が変動トルクによって進角側へ付勢されるときでも、ハウジング１１に対しベーンロータ３０は遅角側の目標位相に速やかに到達する。

以上、説明したように、第１実施形態では、トルク変動によりカムシャフト２０が受ける「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きなとき、各遅角油圧室または各進角油圧室への作動油の供給、および各遅角油圧室または各進角油圧室からの作動油の排出は遮断される。これにより、トルク変動によってベーンロータ３０が遅角側へ押し戻されることがなく、進角側への位相制御時におけるベーンロータ３０の回転速度は向上する。したがって、位相制御の応答性を高めることができる。また、第一遅角通路２２と第二遅角通路および第一進角通路２３と第二進角通路との断続は、カムシャフト２０の回転によって行われる。したがって、部品点数の増大を招くことがなく、構成を簡単にすることができる。

以上説明した第１実施形態では、バルブタイミング調整装置１０を三気筒のエンジンに適用する例について説明した。しかし、本発明は、三気筒に限らず、四気筒以上のエンジンに適用することができる。例えば、四気筒のエンジンに本発明のバルブタイミング調整装置を適用する場合、カムシャフトは一回転する間に四回のトルク変動を受ける。そのため、四気筒のエンジンに本発明のバルブタイミング調整装置を適用する場合、円弧面および平坦面は回転方向に９０°間隔で配置される。
また、第１実施形態では、通路開口部を平坦面で形成する例について説明した。しかし、通路開口部は、平坦面に限らず、円弧面よりも径方向内側へ窪む形状であれば、円弧面と逆転した凹曲面であってもよく、溝状の窪みなどでもよい。

（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に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態によるバルブタイミング調整装置１０ａは、通路開閉手段としての開閉弁８０を備えている。開閉弁８０は、切換制御弁７０と第一遅角通路２２および第一進角通路２３との間に設置されている。開閉弁８０は、切換制御弁７０と第一遅角通路２２とを接続する遅角通路９１、および切換制御弁７０と第一進角通路２３とを接続する進角通路９２を開閉する。これにより、開閉弁８０は、切換制御弁７０と第一遅角通路２２との間の遅角通路９１における作動油の流れ、および切換制御弁７０と第一進角通路２３との間の進角通路９２における作動油の流れを断続する。

また、バルブタイミング調整装置１０ａは、カムシャフト２０の回転角度を検出する検出手段として回転角センサ１００を備えている。回転角センサ１００は、図７に示すようにカムシャフト２０に設置されている突起部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６と、カムシャフト２０の突起部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６と対向する突起検出センサ部１０７とを有している。本実施形態の場合、突起部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６はカムシャフト２０の回転方向へ等間隔に六つ設置されている。突起検出センサ部１０７は、例えば磁界の変化などにより、カムシャフト２０とともに回転する突起部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を検出する。突起検出センサ部１０７が突起部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を検出する検出信号は、カムシャフト２０に作用するトルクの変動に同期している。

バルブタイミング調整装置１０ａは、開閉弁８０を駆動する制御手段としてのＥＣＵ１１０を備えている。上述のように、突起検出センサ部１０７が検出する検出信号は、カムシャフト２０に作用するトルク変動に同期している。そのため、ＥＣＵ１１０は、突起検出センサ部１０７で検出したトルク変動に同期した検出信号に応じて、開閉弁８０をオンまたはオフする駆動信号を出力する。例えば、ＥＣＵ１１０が開閉弁８０に通電したとき、遅角通路９１および進角通路９２は開放され、ＥＣＵ１１０が開閉弁８０への通電を停止したとき、遅角通路９１および進角通路９２は遮断される。

本実施形態の場合、突起検出センサ部１０７を突起部１０１を検出してから突起部１０２を検出するまでＥＣＵ１１０は開閉弁８０に通電、すなわち開閉弁８０をオンにする。同様に、突起部１０３を検出してから突起部１０４を検出するまで、および突起部１０５を検出してから突起部１０６を検出するまで、ＥＣＵ１１０は開閉弁８０をオンにする。一方、突起部１０２を検出してから突起部１０３を検出するまで、突起部１０４を検出してから突起部１０５を検出するまで、および突起部１０６を検出してから突起部１０１を検出するまで、ＥＣＵ１１０は開閉弁８０への通電を停止、すなわち開閉弁８０をオフにする。

図８に示すようにカムシャフト２０はトルク変動を受ける。このとき、カムシャフト２０の回転に応じて開閉弁８０をオンまたはオフすることにより、遅角通路９１および進角通路９２は断続される。すなわち、カムシャフト２０を付勢する「正トルク」が所定のしきい値Ｔよりも大きくなるとき、遅角通路９１および進角通路９２は遮断され、「正トルク」が所定のしきい値Ｔよりも小さいとき、またはカムシャフト２０が「負トルク」を受けるとき、遅角通路９１および進角通路９２は開放される。

第２実施形態では、遅角通路９１および進角通路９２を開閉弁８０により開閉することにより、遅角油圧室５１、５２、５３または進角油圧室５４、５５、５６への作動油の供給または排出を断続している。これにより、カムシャフト２０が受ける「正トルク」がしきい値Ｔよりも大きくなるとき、遅角油圧室５１、５２、５３または進角油圧室５４、５５、５６への作動油の供給または排出は停止される。したがって、第１実施形態と同様に、位相制御の応答性を高めることができる。

以上説明した複数の実施形態では、吸気弁のバルブタイミングの調整に本発明のバルブタイミング調整装置を適用する例について説明したが、本発明は排気弁のバルブタイミング調整装置に適用してもよい。また、ストッパピストンが軸方向に移動して嵌合リングに嵌合する構成について説明したが、ストッパピストンが半径方向に移動し嵌合リングに嵌合する構成にすることも可能である。また、ストッパピストン、嵌合リングおよびスプリングからなる拘束手段によりハウジングに対するベーンロータの相対回動を拘束する例について説明したが、バルブタイミング調整装置が拘束手段を持たない構成も可能である。

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である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。 図１のIII−III線で切断した断面図であって、要部を示す図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図であって、要部を示す図である。 カムシャフトの回転角度とカムシャフトが受けるトルクとの関係、ならびに第一遅角通路と第二遅角通路および第一進角通路と第二進角通路との開閉タイミングを示す模式図である。 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である。 図６のVII−VII線で切断した断面図であって、要部を示す図である。 カムシャフトの回転角度とカムシャフトが受けるトルクとの関係、ならびに開閉弁のオン、オフのタイミングを示す模式図である。 逆止弁の有無による目標位相到達時間の違いを示す模式図である。

符号の説明

１０、１０ａ バルブタイミング調整装置、１１ ハウジング、１６ 軸受部材（通路開閉手段）、１７ ジャーナル（通路開閉手段）、１８ 遅角環状通路（流体通路、第二通路）、１９ 進角環状通路（流体通路、第二通路）、２０ カムシャフト（従動軸、通路開閉手段）、２２ 第一遅角通路（流体通路、第一通路）、２３ 第一進角通路（流体通路、第一通路）、２４、２７ 円弧面、２５、２８ 平坦面（通路開口部）、２６ 遅角接続通路（流体通路、第一通路）、２９ 進角接続通路（流体通路、第一通路）、３０ ベーンロータ、５１、５２、５３ 遅角油圧室、５４、５５、５６ 進角油圧室、６１ ポンプ（流体供給源）、８０ 開閉弁（通路開閉手段）、９１ 遅角通路（流体通路）、９２ 進角通路（流体通路）、１００ 回転角センサ（検出手段）、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ 突起部（検出手段）、１０７ 突起検出センサ部（検出手段）、１１０ ＥＣＵ（制御手段）、１３６、１３７、１３８ 収容室、１６１ 遅角通路（流体通路、第二通路）、１６２ 進角通路（流体通路、第二通路）、１７１ 遅角接続通路（流体通路、第二通路）、１７２ 進角接続通路（流体通路、第二通路）

Claims (6)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を開閉駆動する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記吸気弁または前記排気弁の少なくともいずれか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において、
   前記駆動軸または前記従動軸の一方とともに回転し、所定の角度範囲で回転方向に形成されている収容室を回転方向に複数有しているハウジングと、
   前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記収容室に収容されるベーンを有し、前記ベーンにより各収容室を仕切って形成された複数の遅角油圧室および進角油圧室の作動流体圧力により前記ハウジングに対し遅角側または進角側に相対回転駆動されるベーンロータとを備え、前記従動軸を遅角側へ付勢するトルクの大きさが周期的に変動するバルブタイミング調整装置であって、
   前記従動軸を遅角側へ付勢するトルクが所定の値よりも大きなとき、流体供給源から前記遅角油圧室および前記進角油圧室へ作動流体を供給する流体通路を遮断し、前記流体供給源から前記遅角油圧室および前記進角油圧室への作動流体の供給を停止する通路開閉手段を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記流体通路は、前記従動軸を貫いて前記遅角油圧室および前記進角油圧室へ接続する第一通路と、前記従動軸を回転可能に支持する支持部を貫いて前記流体供給源に接続する第二通路とを有し、
   前記通路開閉手段は、前記第一通路と前記第二通路とを接続または遮断す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。
3. 前記従動軸は、外壁に、回転方向へ所定の角度範囲で形成され前記支持部の内壁と接触可能な複数の円弧面と、前記円弧面よりも径方向内側へ窪んで形成され前記第一通路の前記遅角油圧室または前記進角油圧室とは反対側の端部が開口する通路開口部とを有し、
   前記通路開閉手段は、前記支持部に開口する前記第二通路の前記流体供給源とは反対側の端部と前記通路開口部とが対向したとき前記第一通路と前記第二通路との間の作動流体の流れを許容し、前記第二通路の前記流体供給源とは反対側の端部と前記円弧面とが対向したとき前記第一通路と前記第二通路との間の作動流体の流れを制限することを特徴とする請求項２記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記通路開閉手段は、前記流体通路を開閉する開閉弁を有す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。
5. 前記開閉弁は、前記従動軸の回転に同期して前記従動軸を遅角側へ付勢するトルクが所定の値よりも大きなとき、前記流体通路を遮断することを特徴とする請求項４記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記従動軸の回転角度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記従動軸の回転角度に応じて前記開閉弁を駆動し、前記流体通路を開閉する制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５記載のバルブタイミング調整装置。

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