JP2009024600A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に適したバルブタイミングの調整と、打音の抑制とを実現するバルブタイミング調整装置の提供。
【解決手段】駆動軸と共に回転する第一回転体としてのハウジング１８と、従動軸２と共に回転し、ハウジング１８との間において進角室５１〜５４及び遅角室５５〜５８を回転方向に形成する第二回転体としてのベーンロータ１４であって、進角室５１〜５４又は遅角室５５〜５８への作動油供給により従動軸２を駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動するベーンロータ１４と、駆動軸に対する従動軸２の位相を目標位相領域に制限する場合に、進角室５１〜５４へ作動油を供給するための進角供給期間及び遅角室５５〜５８へ作動油を供給するための遅角供給期間を交互に繰り返す供給制御手段としての制御部３０と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方である動弁の開閉タイミング（以下、「バルブタイミング」という。）を調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、駆動軸と共に回転する第一回転体としてのハウジングと、従動軸と共に回転する第二回転体としてのベーンロータとを備えたバルブタイミング調整装置が知られている。この種のバルブタイミング調整装置では、ハウジングのシューとベーンロータのベーンとの間において回転方向に形成した進角室又は遅角室へ作動流体を供給することにより、従動軸を駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動してバルブタイミングを調整するようにしている。

こうした構成のバルブタイミング調整装置において従動軸には、例えば特許文献１に開示されるように、内燃機関の回転に応じて従動軸を進角させる側又は遅角させる側へ周期的に変動する変動トルクが作用する。ここで変動トルクは、例えば従動軸によって開閉駆動される動弁からのスプリング反力の他、従動軸によってメカポンプが駆動されるような場合には、当該メカポンプからの駆動反力等によって、発生するものである。このような変動トルクが従動軸を通じて伝達されるバルブタイミング調整装置では、当該変動トルクや、進角室及び遅角室への流体供給によって発生する回転トルク、また従動軸を付勢するスプリングを設けた場合にはその付勢トルク等、従動軸に作用するトルクがバランスすることによって、駆動軸に対する従動軸の位相（以下、「機関位相」という。）が決まることになる。
特開２００６−６３８３５号公報

さて、特許文献１に開示のように、進角室及び遅角室への流体供給用の電磁スプール弁を制御することによれば、機関位相を目標位相領域に制限してバルブタイミングを実質的に保持することができる。ここで、従動軸において変動トルクの平均トルクが他のトルク（例えば上記付勢トルク）とバランスするとき又は実質的に零になるとき（例えば従動軸の軸受フリクションが実質的に零のとき）には、電磁スプール弁から進角室及び遅角室の双方への流体供給を停止して、従動軸に作用する回転トルクを実質的に零にすることにより、機関位相を目標位相領域に制限することが可能になる。しかし、その場合には、変動トルクがピークトルクに達する等して比較的大きくなったときに、進角室又は遅角室が圧縮されて作動流体の流出を招き、ハウジングに対してベーンロータをばたつかせるおそれがある。こうしたばたつき現象は、機関位相を目標位相領域に正しく制限して内燃機関に適したバルブタイミングに調整することを難しくするのみならず、ベーンロータがハウジングと衝突することにより打音を生じさせることになるため、望ましくない。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関に適したバルブタイミングの調整と、打音の抑制とを実現する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に記載の発明は、内燃機関の駆動軸から吸気弁及び排気弁の少なくとも一方である動弁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、当該動弁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、駆動軸と共に回転する第一回転体と、従動軸と共に回転し、第一回転体との間において進角室及び遅角室を回転方向に形成する第二回転体であって、進角室又は遅角室へ作動流体が供給されることにより、従動軸を駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する第二回転体と、進角室及び遅角室への作動流体の供給を制御する供給制御手段であって、機関位相を目標位相領域に制限する場合に、進角室へ作動流体を供給するための進角供給期間及び遅角室へ作動流体を供給するための遅角供給期間を交互に繰り返す供給制御手段と、を備えることを特徴とする。

このような発明によると、機関位相を目標位相領域に制限する場合には、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返して進角室及び遅角室の一方を作動流体の供給状態とすることができる。これによれば、進角室や遅角室から作動油が流出し難くなるので、変動トルクの平均トルクが他のトルクとバランスした状態又は実質的に零の状態となっても、第一回転体に対する第二回転体のばたつきを抑制可能となる。したがって、機関位相を目標位相領域に正しく制限して内燃機関に適したバルブタイミングに調整すると共に、第一及び第二回転体の衝突による打音の発生を抑制することができるのである。

尚、進角供給期間及び遅角供給期間において進角室及び遅角室への作動流体の供給は、連続的に行われるものであってもよいし、断続的に行われるものであってもよい。

請求項２に記載の発明は、従動軸に作用する変動トルクの平均トルクとは反対側へ従動軸を付勢する付勢トルクを発生する弾性部材を備える。これによれば、機関位相を目標位相領域に制限する場合において、変動トルクの平均トルクが弾性部材の付勢トルクとバランスするようなことがあっても、進角供給期間及び遅角供給期間の繰り返しによって第二回転体のばたつきを抑制することができるのである。

請求項３に記載の発明によると、供給制御手段は、機関位相を目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ当該機関位相に関する実位相が目標位相領域の進角端及び遅角端のうち平均トルクと反対側の端に達した場合に、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。これによれば、機関位相の目標位相領域への制限中に変動トルクの平均トルクが弾性部材の付勢トルクとバランスすることにより、機関位相に関する実位相が目標位相領域の進角端及び遅角端のうち平均トルクと反対側の端に達するような場合には、確実に進角供給期間及び遅角供給期間を繰り返して、第二回転体のばたつきを抑制することができるのである。

請求項４に記載の発明によると、供給制御手段は、制限条件が成立し且つ実位相が平均トルクと反対側となる目標位相領域の進角端又は遅角端に達した場合に、実位相を目標位相領域内の中間位相へ戻した後、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。これによれば、目標位相領域の端に達した実位相を当該領域内の中間位相へ戻した後に進角供給期間及び遅角供給期間が繰り返されることになるので、当該繰り返しの最初の期間によって実位相が目標位相領域から外れてしまう事態を防止することができる。

請求項５に記載の発明によると、内燃機関の回転数が高くなるほど増大する平均トルクの大きさが弾性部材の付勢トルクの最小値と一致するときの回転数を、基準回転数と定義すると、供給制御手段は、機関位相を目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ内燃機関の実回転数が基準回転数以上となった場合に、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。このような発明において、内燃機関の実回転数が基準回転数以上となるときには、変動トルクの平均トルクが弾性部材の付勢トルクとバランスする可能性が生じる。しかし、内燃機関の実回転数が基準回転数以上となった場合には、進角供給期間及び遅角供給期間が交互に繰り返されることになるので、変動トルクの平均トルクが弾性部材の付勢トルクとバランスしたとしても、第二回転体のばたつきを確実に抑制することができるのである。

請求項６に記載の発明によると、供給制御手段は、機関位相を目標位相領域に制限する間は継続して、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。これによれば、変動トルクの平均トルクが他のトルクとバランスした状態又は実質的に零の状態にあっても、機関位相を目標位相領域に制限する間中、進角供給期間及び遅角供給期間の継続的な繰り返しが実現されることによって、第二回転体のばたつきを抑制することができるのである。

請求項７に記載の発明によると、進角室又は遅角室へ作動流体が供給されることにより、従動軸を駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する回転トルクが発生し、供給制御手段は、変動トルクに対して異周期の回転トルクを発生するように進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。これによれば、変動トルクに対して異周期の回転トルクを進角供給期間及び遅角供給期間の繰り返しにより発生させることで、当該回転トルクを変動トルクと対抗させて第二回転体のばたつきを抑制することができるのである。

尚、変動トルクに対して異周期の回転トルクとは、変動トルクに対して位相が完全に一致する回転トルクを除くものであり、変動トルクと周期の長さが相違するトルク並びに変動トルクと周期の長さは一致するが位相の反転した反転周期の逆位相トルクを含んでいる。

請求項８に記載の発明によると、進角室又は遅角室へ作動流体が供給されることにより、従動軸を駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する回転トルクが発生し、供給制御手段は、機関位相を目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ進角室及び遅角室へ供給される作動流体の圧力が設定値以下となった場合に、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。このような発明において、進角室及び遅角室へ供給される作動流体の圧力が設定値以下の低圧状態になると、当該作動流体の供給によって発生する回転トルクが小さくなり、変動トルクに起因する第二回転体のばたつきが生じ易くなる。しかし、上述した如き進角供給期間及び遅角供給期間の繰り返しによれば、作動流体の低圧状態下にあっても、第二回転体のばたつきを抑制することができるのである。

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。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第一実施形態）
図１〜３は、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１を車両の内燃機関に適用した例を示している。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、排気弁のバルブタイミングを調整する。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関の「駆動軸」であるクランクシャフト（図示しない）の駆動力を内燃機関の「従動軸」であるカムシャフト２へ伝達する駆動力伝達系において油圧駆動される駆動部１０、並びに駆動部１０への作動油供給を制御する「供給制御手段」としての制御部３０を備えている。尚、本実施形態において排気弁を開閉駆動するカムシャフト２には、メカポンプである内燃機関用の燃料噴射ポンプ（図示しない）が連繋しており、カムシャフト２の回転に応じて当該燃料噴射ポンプが駆動されるようになっている。

（駆動部）
まず、駆動部１０について説明する。駆動部１０において、「第一回転体」としてのハウジング１８は、スプロケット１１、シューハウジング１２及びフロントプレート１３から構成されている。

シューハウジング１２は円筒状に形成され、回転方向に略等間隔となる箇所から径方向内側へ突出する仕切部として複数のシュー１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有している。各シュー１２ａ〜１２ｄの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧状であり、ベーンロータ１４のボス部１４ａの外周壁面に摺接する。各シュー１２ａ〜１２ｄの突出側端面に設けられた凹部には、シール部材１５が嵌合装着されている。また、回転方向において隣り合うシュー１２ａ〜１２ｄの間には、それぞれ収容室５０が形成される。各収容室５０は、対応するシューの側面とシューハウジング１２の内周壁面とで囲まれており、図２の紙面垂直方向から見て扇状である。

スプロケット１１及びフロントプレート１３はそれぞれ円筒状及び円環板状に形成され、それらの間にシューハウジング１２を同軸上に挟持した状態で、当該シューハウジング１２と共にボルト固定されている。スプロケット１１は、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフトと連繋している。これによりハウジング１８は、内燃機関の運転によりクランクシャフトからスプロケット１１へ駆動力が伝達されるときに、クランクシャフトと共に回転する。尚、このときハウジング１８は、図２，３の時計方向へ回転する。

「第二回転体」としてのベーンロータ１４はハウジング１８内に収容されており、ベーンロータ１４の軸方向の両端面はスプロケット１１の内側面及びフロントプレート１３の内側面に摺接する。ベーンロータ１４は、円柱状のボス部１４ａと、ベーン１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとを有している。

円筒状のブッシュ２０は、フロントプレート１３の内周側に相対回転可能に挿入された状態で、ボス部１４ａの一端部に同軸上に嵌合している。ボス部１４ａは、同軸上のカムシャフト２に対してブッシュ２０と共にボルト固定されている。したがって、カムシャフト２及びブッシュ２０と共にベーンロータ１４は、図２，３の時計方向へ回転する。また、ベーンロータ１４は、ハウジング１８に対してカムシャフト２と共に相対回転可能である。尚、図２，３において、矢印Ｘは、ハウジング１８に対するベーンロータ１４の進角側Ｘへの相対回転方向を表し、また矢印Ｙは、ハウジング１８に対するベーンロータ１４の遅角側Ｙへの相対回転方向を表している。

アシストスプリング２２は、「弾性部材」としてのねじりコイルスプリングであり、ブッシュ２０の内周側に配置されている。アシストスプリング２２の一端部は、ハウジング１８に固定の係止ピン１８ａにより係止され、アシストスプリング２２の他端部は、ベーンロータ１４のボス部１４ａに設けられた係止溝部１４ｆにより係止されている。アシストスプリング２２が発生する復原力は、ハウジング１８に対してベーンロータ１４を進角側Ｘへ付勢する付勢トルクＴ_ｓとして働く。

各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、ボス部１４ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から径方向外側へ突出し、それぞれ対応する収容室５０内に収容されている。各ベーン１４ｂ〜１４ｅの突出側端面は、図２の紙面垂直方向から見て円弧状に形成され、シューハウジング１２の内周壁面に摺接する。各ベーン１４ｂ〜１４ｅの突出側端面に設けられた凹部には、シール部材１６が嵌合装着されている。

各ベーン１４ｂ〜１４ｅは、それぞれ対応する収容室５０を回転方向に二分することによって、進角室と遅角室とをハウジング１８との間に形成している。具体的には、シュー１２ａとベーン１４ｂの間に進角室５１、シュー１２ｂとベーン１４ｃの間に進角室５２、シュー１２ｃとベーン１４ｄの間に進角室５３、シュー１２ｄとベーン１４ｅの間に進角室５４がそれぞれ形成されている。また、シュー１２ｄとベーン１４ｂの間に遅角室５５、シュー１２ａとベーン１４ｃの間に遅角室５６、シュー１２ｂとベーン１４ｄの間に遅角室５７、シュー１２ｃとベーン１４ｅの間に遅角室５８がそれぞれ形成されている。

したがって、ベーンロータ１４がハウジング１８に対して進角側Ｘの最端位置にあるときには、各進角室５１〜５４の容積が最大となり、各遅角室５５〜５８の容積が最小となる。一方、ベーンロータ１４がハウジング１８に対して遅角側Ｙの最端位置にあるときには、各遅角室５５〜５８の容積が最大となり、各進角室５１〜５４の容積が最小となる。

進角室５１〜５４はそれぞれ、スプロケット１１に形成された進角通路６１〜６４と連通し、それら進角通路６１〜６４はいずれも、カムシャフト２に形成された進角通路７１と連通している。一方、遅角室５５〜５８はそれぞれ、ベーンロータ１４に形成された遅角通路６５〜６８と連通し、それら遅角通路６５〜６８はいずれも、カムシャフト２に形成された遅角通路７２と連通している。

ベーン１４ｂには、ストッパピン２６が収容されている。ストッパピン２６は、圧縮コイルスプリング２８の復原力によりスプロケット１１の嵌合リング２７に嵌合することで、ベーンロータ１４をハウジング１８に対する進角側Ｘの最端位置に拘束する。一方、ストッパピン２６は、スプロケット１１に形成された通路２９を通じて遅角室５５から供給される作動油の圧力を受けて、嵌合リング２７からの離脱位置に軸方向変位することで、ハウジング１８に対するベーンロータ１４の相対回転を許容する。

（制御部）
次に、制御部３０について説明する。制御部３０において、進角通路７３及び遅角通路７４はそれぞれ、カムシャフト２の進角通路７１及び遅角通路７２と連通する。

切換制御弁３１は、進角通路７３、遅角通路７４、ポンプ通路７５及びドレイン通路７６，７７と接続されている。ここでポンプ通路７５には、流体供給源であるオイルポンプ４が設置されており、オイルポンプ４はポンプ通路７５の上流側を通じてオイルタンク５から作動油を汲み上げ、ポンプ通路７５の下流側を通じて作動油を切換制御弁３１側へと吐出する。尚、本実施形態のオイルポンプ４は、クランクシャフトによって駆動されるメカポンプである。ドレイン通路７６，７７は、切換制御弁３１からオイルタンク５側へ作動油を排出可能に設けられている。

切換制御弁３１は、通電により電磁駆動部３２が発生する駆動力と、リターンスプリング３３が当該駆動力の反対向きに発生する復原力との釣り合いに応じて、スプール３４を軸方向移動させる電磁スプール弁である。上述の如き通路７３〜７７の接続形態にある切換制御弁３１は、電磁駆動部３２に与えられる駆動電流に従ったスプール３４の軸方向移動によって、ポンプ通路７５及びドレイン通路７６，７７のうち進角通路７３及び遅角通路７４にそれぞれ連通する通路を切り換える。

具体的に、電磁駆動部３２に与えられる駆動電流が基準値Ｉ_ｂよりも小さい値となるときには、図４に示すように進角通路７３がポンプ通路７５と連通し、オイルポンプ４からの吐出油がポンプ通路７５を通じて進角通路７３へ供給される。またこのとき、図４に示すように遅角通路７４がドレイン通路７６と連通し、遅角通路７４の作動油がドレイン通路７６を通じてオイルタンク５へ排出される。

電磁駆動部３２に与えられる駆動電流が基準値Ｉ_ｂよりも大きい値となるときには、図５に示すように遅角通路７４がポンプ通路７５と連通し、オイルポンプ４からの吐出油がポンプ通路７５を通じて遅角通路７４へ供給される。またこのとき、図５に示すように進角通路７３がドレイン通路７７と連通し、進角通路７３の作動油がドレイン通路７７を通じてオイルタンク５へ排出される。

電磁駆動部３２に与えられる駆動電流が基準値Ｉ_ｂとなるときには、図６に示すように、進角通路７３及び遅角通路７４と、ポンプ通路７５及びドレイン通路７６，７７との間の連通が遮断される。したがって、オイルポンプ４からの吐出油は進角通路７３及び遅角通路７４のいずれにも供給されず、また進角通路７３及び遅角通路７４の作動油は、それら通路７３，７４に滞留することとなる。

さて、図１に示す制御部３０において制御回路３６は、メモリ３６ａを有するマイクロコンピュータからなり、切換制御弁３１への通電を制御する機能と共に、内燃機関の運転を制御する機能を備えている。具体的に制御回路３６には、切換制御弁３１の他、カム角センサ７やクランク角センサ８等の複数のセンサが電気接続されている。制御回路３６は、クランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相に関して実位相及び目標位相を各センサの出力に基づき算出し、それら位相の算出結果に応じて切換制御弁３１への通電、即ち当該弁３１に与える駆動電流を制御する。尚、ここでカム角センサ７は、例えばカムシャフト２の周辺等に設置され、カムシャフト２の回転角を検出する。また、クランク角センサ８は、例えばクランクシャフトの周辺等に設置され、クランクシャフトの回転角を検出する。

以上、バルブタイミング調整装置１の駆動部１０及び制御部３０について説明した。以下、駆動部１０に作用する変動トルクについて説明する。

（変動トルク）
内燃機関の運転時には、カムシャフト２によって開閉駆動される排気弁からのスプリング反力並びにカムシャフト２によって駆動される燃料噴射ポンプの駆動反力に応じて、変動トルクがカムシャフト２及びベーンロータ１４に作用する。ここで図７に例示するように、変動トルクは、クランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相を遅角させる方向の正トルクと、当該機関位相を進角させる方向の負トルクとの間において、周期的に変動するものである。そして、特に本実施形態の変動トルクは、カムシャフト２とそれを軸受するジャーナル（図示しない）との間のフリクションに起因して、正トルクのピークトルクＴ_ｃ＋が負トルクのピークトルクＴ_ｃ−よりも大きくなる傾向を示す。したがって、変動トルクの平均トルク（以下、「平均変動トルク」という。）Ｔ_ｃａは、本実施形態では、アシストスプリング２２の付勢トルクＴ_ｓとは反対向きとなる正トルクの側、即ち遅角側Ｙに偏っていると共に、図８に示すように内燃機関の回転数が高くなるほど増大することとなる。

以上、駆動部１０に作用する変動トルクについて説明した。以下、バルブタイミング調整装置１の特徴的作動について説明する。

（特徴的作動）
内燃機関の停止状態においては、圧縮コイルスプリング２８の復原力によって、ストッパピン２６が嵌合リング２７に嵌合する。かかる停止状態の内燃機関が始動すると、オイルポンプ４が駆動されると共に、制御回路３６が切換制御弁３１に与える駆動電流を基準値Ｉ_ｂよりも大きい値に制御することにより、遅角通路７４がポンプ通路７５と連通する。すると、オイルポンプ４の吐出油がポンプ通路７５及び遅角通路７４，７２，６５〜６８を経て、各遅角室５５〜５８へ供給される。その結果、ストッパピン２６は、通路２９を通じて遅角室５５からの作動油の圧力を受けることになるため、当該油圧が所定値まで上昇することにより、ストッパピン２６が圧縮コイルスプリング２８の復原力に抗して嵌合リング２７から離脱する。したがって、ベーンロータ１４がハウジング１８に対して相対回転可能な状態となる。

この後、制御回路３６は、切換制御弁３１への通電を制御することにより、ポンプ通路７５及びドレイン通路７６，７７のうち進角通路７３及び遅角通路７４と連通する通路を逐次切り換えて、バルブタイミングを調整する。以下、バルブタイミング調整のための詳細作動を説明する。

（１）進角作動
まず、バルブタイミングを進角させる場合の作動について説明する。内燃機関においてアクセルのオフ状態又は出力トルクが必要な低・中速高負荷状態を表す運転条件が成立すると、制御回路３６は、切換制御弁３１に与える駆動電流を基準値Ｉ_ｂよりも小さい値に制御することにより、進角通路７３をポンプ通路７５と連通させると共に、遅角通路７４をドレイン通路７６と連通させる。その結果、オイルポンプ４の吐出油がポンプ通路７５及び進角通路７３，７１，６１〜６４を経て、各進角室５１〜５４へ供給される。またこのときには、各遅角室５５〜５８の作動油が遅角通路６５〜６８，７２，７４及びドレイン通路７６を経て、オイルタンク５へ排出される。これらにより、各進角室５１〜５４に面するベーン１４ｂ〜１４ｅに作動油の圧力が印加され、ハウジング１８に対する進角側Ｘへベーンロータ１４を相対回転駆動するように回転トルクＴ_ｖが発生する。その結果、クランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相、ひいてはバルブタイミングが進角することとなる。

（２）遅角作動
次に、バルブタイミングを遅角させる場合の作動について説明する。内燃機関において軽負荷となる通常運転状態を表す運転条件が成立すると、制御回路３６は、切換制御弁３１に与える駆動電流を基準値Ｉ_ｂよりも大きい値に制御することにより、遅角通路７４をポンプ通路７５と連通させると共に、進角通路７３をドレイン通路７７と連通させる。その結果、オイルポンプ４の吐出油がポンプ通路７５及び遅角通路７４，７２，６５〜６８を経て、各遅角室５５〜５８へ供給される。またこのときには、各進角室５１〜５４の作動油が進角通路６１〜６４，７１，７３及びドレイン通路７７を経て、オイルタンク５へ排出される。これらにより、各遅角室５５〜５８に面するベーン１４ｂ〜１４ｅに作動油の圧力が印加され、ハウジング１８に対する遅角側Ｙへベーンロータ１４を相対回転駆動するように回転トルクＴ_ｖが発生する。その結果、クランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相、ひいてはバルブタイミングが遅角することとなる。

（３）保持作動
次に、バルブタイミングを実質的に保持する場合の作動について説明する。アクセルの保持状態等、内燃機関の運転安定状態を表す運転条件（以下、「安定条件」という。）が「制限条件」として成立すると、制御回路３６は、まず、上記（１）の進角作動と同様に切換制御弁３１への駆動電流を制御して各進角室５１〜５４へ作動油を供給することで、平均変動トルクＴ_ｃａに抗する進角側Ｘの回転トルクＴ_ｖを発生させる。このとき制御回路３６は、クランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相についてカム角センサ７及びクランク角センサ８の出力に基づく実位相Ｐ_ｒを算出し、当該実位相Ｐ_ｒを所定の目標位相領域ΔＰ_ｔに制限するように切換制御弁３１への駆動電流を基準値Ｉ_ｂより小さい範囲で調整する。その結果、バルブタイミングが実質的に保持されることとなる。

このようにしてバルブタイミングを実質的に保持しているときには、図８に黒丸にて例示するように、平均変動トルクＴ_ｃａがアシストスプリング２２の付勢トルクＴ_ｓとバランスすることがある。この場合、切換制御弁３１への駆動電流を調整しても、当該調整が基準値Ｉ_ｂよりも小さい範囲であることにより各進角室５１〜５４への作動油供給が継続されるため、平均変動トルクＴ_ｃａの偏りとは反対側となる目標位相領域ΔＰ_ｔの進角端にまで実位相Ｐ_ｒが達することとなる。したがって、この場合に制御回路３６は、上記（２）の遅角作動と同様に切換制御弁３１への駆動電流を制御して各遅角室５５〜５８へ作動油を供給することにより、実位相Ｐ_ｒを目標位相領域ΔＰ_ｔ内の中間位相へ戻した後、繰返供給処理を実行する。

具体的に繰返供給処理では、上記（１）の進角作動と同様に切換制御弁３１への駆動電流を制御して各進角室５１〜５４へ油供給するための進角供給期間と、上記（２）の遅角作動と同様に切換制御弁３１への駆動電流を制御して各遅角室５５〜５８へ油供給するための遅角供給期間とを、図９〜１１の各分図（ｂ）の如く交互に繰り返す。このとき実位相Ｐ_ｒについては、目標位相領域ΔＰ_ｔに制限することで、バルブタイミングの保持を継続させる。

ここで、特に本実施形態の繰返供給処理では、進角供給期間の全域で各進角室５１〜５４への油供給を継続すると共に、遅角供給期間の全域で各遅角室５５〜５８への油供給を継続する。さらに、本実施形態の繰返供給処理では、内燃機関の回転数と変動トルクの変動周期ω（図７参照）との間の相関を表す相関情報に基づいて、現在の内燃機関の実回転数Ｎ_ｒに応じた変動周期ωを算出し、図９〜１１の各分図（ａ），（ｃ）の如く当該変動周期ωとは異周期の回転トルクＴ_ｖを発生するように、進角供給期間及び遅角供給期間を交互に繰り返す。このとき回転トルクＴ_ｖの周期については、実位相Ｐ_ｒが目標位相領域ΔＰ_ｔを超えない限りにおいて、図９（ｃ）の如く変動トルクの変動周期ωよりも短いものであってもよいし、図１０（ｂ）の如く変動周期ωよりも長いものであってもよいし、図１１（ｃ）の如く変動周期ωと長さは同じであるが位相（進角・遅角）の反転した反転周期であってもよい。

尚、内燃機関の回転数と変動トルクの変動周期ωとの間の相関情報については、バルブタイミング調整装置１と共に車両に搭載される内燃機関の仕様に応じて、マップ、テーブル又は演算式等の形態で予め設定されるものであり、制御回路３６のメモリ３６ａに記憶されて変動周期ωの算出に利用されるようになっている。但し、変動トルクの変動周期ωをカム角センサ７及びクランク角センサ８の出力から学習し、その学習結果に基づいてメモリ３６ａを相関情報を随時更新するようにしてもよい。

また、以上の保持作動については、「制限条件」としての上記安定条件が不成立となるまで、継続されることとなる。

このように、実位相Ｐ_ｒを目標位相領域ΔＰ_ｔに制限する場合に平均変動トルクＴ_ｃａが付勢トルクＴ_ｓとバランスしたとしても、当該制限下での進角供給期間及び遅角供給期間の繰り返しによって、進角室５１〜５４及び遅角室５５〜５８の一方には必ず作動油が供給されることになる。これによれば、比較的大きな変動トルクの作用下にあっても、進角室５１〜５４や遅角室５５〜５８から作動油が流出し難くなるので、アシストスプリング２２の付勢トルクＴ_ｓを増大させなくても、ハウジング１８に対するベーンロータ１４のばたつきを抑制することができる。また、進角供給期間及び遅角供給期間は、変動トルクの変動周期ωと異周期の回転トルクＴ_ｖを発生するように繰り返されることになるので、当該回転トルクＴ_ｖが変動トルクに対抗してベーンロータ１４のばたつき抑制効果が高められるのである。

以上、第一実施形態によれば、実位相Ｐ_ｒを目標位相領域ΔＰ_ｔに正しく制限して内燃機関に適したバルブタイミングに調整すると共に、ハウジング１８及びベーンロータ１４間の衝突による打音の発生を抑制することが可能となる。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。

図１２に示すように、内燃機関によって駆動されるオイルポンプ４の作動油の吐出圧、即ち進角室５１〜５４及び遅角室５５〜５８へ供給される作動油の油圧は、内燃機関の回転数に追従して高くなる。また、作動油の油圧は、環境温度によっても変化する。

そこで、第二実施形態では、切換制御弁３１への駆動電流を基準値Ｉ_ｂよりも小さな範囲で調整してバルブタイミングを実質的に保持する通常の保持作動（以下、単に「通常の保持作動」という）の実行中に、実位相Ｐ_ｒが目標位相領域ΔＰ_ｔの進角端に達し且つ作動油の圧力が設定値Ｓ以下となった場合には、制御回路３６が実位相Ｐ_ｒを目標位相領域ΔＰ_ｔ内の中間位相へ戻した後、第一実施形態と同様な繰返供給処理を実行する。これによれば、作動油の圧力が設定値Ｓ以下という低油圧状態において発生し易くなるベーンロータ１４のばたつきを、当該低油圧状態において確実に抑制することができるのである。

尚、通常の保持作動中に実位相Ｐ_ｒが目標位相領域ΔＰ_ｔの進角端に達しても、作動油の圧力が設定値Ｓ（例えば２５０ｋＰａ程度）を超えている場合には、当該設定値Ｓ以下の場合よりもベーンロータ１４のばたつきが発生し難くなる。そこで、この場合に本実施形態では、繰返供給処理を実行しないで、通常の保持作動を継続するのである。

（第三実施形態）
本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例である。図１３に示すようにアシストスプリング２２の付勢トルクＴ_ｓは、ハウジング１８に対するベーンロータ１４の相対回転位置、即ちクランクシャフトに対するカムシャフト２の機関位相が遅角側Ｙへ変化するほど増大する。また、第一実施形態（図８参照）で説明したように平均変動トルクＴ_ｃａは、内燃機関の回転数が高くなるほど増大する。したがって、図１４に示すように、平均変動トルクＴ_ｃａの大きさが付勢トルクＴ_ｓの最小値Ｔ_ｓｍｉｎと一致するときの内燃機関の回転数を基準回転数Ｎ_ｂと定義すると、内燃機関の実回転数Ｎ_ｒが当該基準回転数Ｎ_ｂ以上となるときには、平均変動トルクＴ_ｃａが付勢トルクＴ_ｓとバランスする可能性がある。

そこで、第三実施形態では、通常の保持作動中に実回転数Ｎ_ｒが基準回転数Ｎ_ｂ以上となった場合には、制御回路３６が第一実施形態と同様な繰返供給処理を実行する。これによれば、平均変動トルクＴ_ｃａが付勢トルクＴ_ｓとバランスした場合には、繰返供給処理によって確実にベーンロータ１４のばたつきを抑制することができるのである。

尚、実回転数Ｎ_ｒが基準回転数Ｎ_ｂ未満の場合には、平均変動トルクＴ_ｃａが付勢トルクＴ_ｓとバランスする可能性が低くなる。そこで、この場合に本実施形態では、繰返供給処理を実行しないで、通常の保持作動を継続するのである。

（第四実施形態）
本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例である。第四実施形態において制御回路３６は、図１５に示すように、「制限条件」としての安定条件が成立するのに応じて第一実施形態と同様な繰返供給処理を開始し、安定条件が不成立となるのに応じて当該繰返供給処理を終了する。即ち、本実施形態では、安定条件の成立により実位相Ｐ_ｒを目標位相領域ΔＰ_ｔに制限する間中、繰返供給処理が継続されることとなる。したがって、第四実施形態によれば、平均変動トルクＴ_ｃａがアシストスプリング２２の付勢トルクＴ_ｓとバランスしたとしても、繰返供給処理によって確実にベーンロータ１４のばたつきを抑制することができるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、カムシャフト２とその軸受ジャーナルとの間のフリクションをベアリングの介装によって実質的に零にすると共に、アシストスプリング２２を設けないようにしてもよい。このような構成にあっても、第四実施形態と同様な繰返供給処理を継続する保持作動によって、ベーンロータ１４のばたつきを抑制することが可能となる。

また、第一〜第四実施形態では、進角供給期間において各進角室５１〜５４への油供給を断続させるようにしてもよい。同様に、第一〜第四実施形態では、遅角供給期間において各遅角室５５〜５８への油供給を断続させるようにしてもよい。

さらに、第一実施形態では、通常の保持作動の実行中に実位相Ｐ_ｒが目標位相領域ΔＰ_ｔの進角端に達した場合に、第一実施形態と同様な繰返供給処理を、遅角供給期間から即座に開始するように実行してもよい。同様に、第二実施形態では、通常の保持作動の実行中に実位相Ｐ_ｒが目標位相領域ΔＰ_ｔの進角端に達し且つ作動油の圧力が設定値Ｓ以下となった場合に、第一実施形態と同様な繰返供給処理を、遅角供給期間から即座に開始するように実行してもよい。

またさらに、第三実施形態では、第二実施形態に準じて、通常の保持作動中に内燃機関の実回転数Ｎ_ｒが基準回転数Ｎ_ｂ以上となり且つ作動油の圧力が設定値Ｓ以下となった場合に、第一実施形態と同様な繰返供給処理を実行するようにしてもよい。同様に、第四実施形態では、「制限条件」としての安定条件が成立するのに応じて通常の保持作動を開始し、そその最中に作動油の圧力が設定値Ｓ以下となった場合に、第一実施形態と同様な繰返供給処理を実行するようにしてもよい。

加えて、第一〜第四実施形態では、ハウジング１８がクランクシャフトと共に回転し、ベーンロータ１４がカムシャフト２と共に回転する例を示した。しかし、本発明は、ベーンロータ１４がクランクシャフトと共に回転し、ハウジング１８がカムシャフト２と共に回転するバルブタイミング調整装置にも適用することができる。

さらに加えて、第一〜第四実施形態では、排気弁のバルブタイミングを制御するバルブタイミング調整装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、吸気弁のバルブタイミングを制御する装置や、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置にも適用することもできる。

本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す構成図であって、駆動部に関する部分は図２のI−I線断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１の駆動部の側面図である。 図１の制御部の作動を説明するための模式図である。 図１の制御部の作動を説明するための模式図である。 図１の制御部の作動を説明するための模式図である。 図１の駆動部に作用する変動トルクについて説明するための模式図である。 図１の駆動部に作用する平均変動トルクと、当該駆動部に発生する付勢トルクとについて説明するための模式図である。 図１のバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 図１のバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 図１のバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 本発明の第二実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 本発明の第三実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 本発明の第三実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。 本発明の第四実施形態によるバルブタイミング調整装置の特徴を説明するための模式図である。

符号の説明

１ バルブタイミング調整装置、２ カムシャフト（従動軸）、４ オイルポンプ、５ オイルタンク、７ カム角センサ、８ クランク角センサ、１０ 駆動部、１２ シューハウジング、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ シュー、１４ ベーンロータ（第二回転体）、１４ａ ボス部、１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ ベーン、１８ ハウジング（第一回転体）、２０ ブッシュ、２２ アシストスプリング（弾性部材）、３０ 制御部（供給制御手段）、３１ 切換制御弁、３６ 制御回路、３６ａ メモリ、５０ 収容室、５１，５２，５３，５４ 進角室、５５，５６，５７，５８ 遅角室、６１，６２，６３，６４，７１，７３ 進角通路、６５，６６，６７，６８，７２，７４ 遅角通路、７５ ポンプ通路、７６，７７ ドレイン通路、Ｉ_ｂ 基準値、Ｎ_ｂ 基準回転数、Ｎ_ｒ 実回転数、Ｐ_ｒ 実位相、ΔＰ_ｔ 目標位相領域、Ｓ 設定値、Ｔ_ｃａ 平均変動トルク、Ｔ_ｃ＋，Ｔ_ｃ− ピークトルク、Ｔ_ｓ 付勢トルク、Ｔ_ｓｍｉｎ 最小値、Ｔ_ｖ 回転トルク、Ｘ 進角側、Ｙ 遅角側、ω 変動周期

Claims (8)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁及び排気弁の少なくとも一方である動弁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、当該動弁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、
   前記駆動軸と共に回転する第一回転体と、
   前記従動軸と共に回転し、前記第一回転体との間において進角室及び遅角室を回転方向に形成する第二回転体であって、前記進角室又は前記遅角室へ作動流体が供給されることにより、前記従動軸を前記駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する第二回転体と、
   前記進角室及び前記遅角室への作動流体の供給を制御する供給制御手段であって、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を目標位相領域に制限する場合に、前記進角室へ作動流体を供給するための進角供給期間及び前記遅角室へ作動流体を供給するための遅角供給期間を交互に繰り返す供給制御手段と、
   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. 前記従動軸に作用する変動トルクの平均トルクとは反対側へ前記従動軸を付勢する付勢トルクを発生する弾性部材を備え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. 前記供給制御手段は、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を前記目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ当該位相に関する実位相が前記目標位相領域の進角端及び遅角端のうち前記平均トルクと反対側の端に達した場合に、前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記供給制御手段は、前記制限条件が成立し且つ前記実位相が前記平均トルクと反対側となる前記進角端又は前記遅角端に達した場合に、前記実位相を前記目標位相領域内の中間位相へ戻した後、前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記内燃機関の回転数が高くなるほど増大する前記平均トルクの大きさが前記付勢トルクの最小値と一致するときの前記回転数を、基準回転数と定義すると、
   前記供給制御手段は、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を前記目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ前記内燃機関の実回転数が前記基準回転数以上となった場合に、前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記供給制御手段は、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を前記目標位相領域に制限する間は継続して、前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。
7. 前記進角室又は前記遅角室へ作動流体が供給されることにより、前記従動軸を前記駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する回転トルクが発生し、
   前記供給制御手段は、前記変動トルクに対して異周期の前記回転トルクを発生するように前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
8. 前記進角室又は前記遅角室へ作動流体が供給されることにより、前記従動軸を前記駆動軸に対する進角側又は遅角側へ駆動する回転トルクが発生し、
   前記供給制御手段は、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を前記目標位相領域に制限するための制限条件が成立し且つ前記進角室及び前記遅角室へ供給される作動流体の圧力が設定値以下となった場合に、前記進角供給期間及び前記遅角供給期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

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