JP2009133217A

JP2009133217A - バルブタイミング調整装置

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Publication number: JP2009133217A
Application number: JP2007307989A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takenaka; 昭彦竹中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP4492684B2; US20090133651A1; US7950361B2

Abstract

【課題】高応答性のバルブタイミング調整装置の提供。
【解決手段】スプール弁１００は、進角室及び遅角室に連通の進角ポート１１２及び遅角ポート１１４と作動油供給される供給ポート１１６を有し、進角位置へのスプール移動により進角ポート１１２を供給ポート１１６に連通させ、遅角位置へのスプール移動により遅角ポート１１４を供給ポート１１６に連通させる。スプール１３０に形成の進角接続通路２２０及び遅角接続通路２４０は各々進角位置及び遅角位置にてポート１１２，１１４間を接続する。進角接続通路２２０に配設の逆止弁２１０は、進角位置にて遅角ポート１１４側から進角ポート１１２側に向かう第一方向の作動油流れを許容し且つ逆方向となる第二方向の作動油流れを規制する。遅角接続通路２４０に配設の逆止弁２３０は、遅角位置にて第二方向の作動油流れを許容し且つ第一方向の作動油流れを規制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動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に関する。

従来、クランク軸と連動して回転する駆動回転体としてのハウジング並びにカム軸と連動して回転する従動回転体としてのベーンロータを備えた流体駆動式のバルブタイミング調整装置が、広く用いられている。このようなバルブタイミング調整装置の一種として特許文献１には、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に作動流体を供給することで、カム軸をクランク軸に対する進角側又は遅角側に駆動してバルブタイミングを調整する装置が開示されている。

ここで、特許文献１に開示の装置では、ポンプから作動流体が供給される供給通路に進角室及び遅角室のいずれを連通させるかを、スプール弁によって切換制御している。具体的には、クランク軸に対するカム軸の位相（以下、「機関位相」という）を進角側に変化させる場合、スプール弁において供給通路及び進角室にそれぞれ連通するポート同士を、スプール移動によって連通させる。一方、機関位相を遅角側に変化させる場合には、スプール弁において供給通路及び遅角室にそれぞれ連通するポート同士を、スプール移動によって連通させることになる。
特開２００６−６３８３５号公報

さて、特許文献１に開示されるようにバルブタイミング調整装置では、クランク軸に対してカム軸を進角させる負トルク側と遅角させる正トルク側とに変動するように、変動トルクが作用する。ここで変動トルクは、例えばカム軸によって開閉駆動される動弁からのスプリング反力等によって内燃機関の運転中に常に作用するものであり、内燃機関の回転状態に応じて大きさが変化することになる。

そのため、例えば機関位相を進角側に変化させる場合において、変動トルクのうち負トルクが作用するときには、ポンプからの流体供給量が少ないと、当該負トルクの作用によって容積拡大する進角室では、作動流体が不足することになる。故に、変動トルクが負トルクから正トルクに反転したときには、作動流体の不足分、カム軸の遅角を抑制し得なくなるので、結果的に進角時の応答性が低下してしまうのである。尚、このような応答性の低下は、機関位相を遅角側に変化させる場合にも同様に生じることから、機関位相の進角側変化及び遅角側変化の双方において対処することが望まれている。

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、応答性の高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に記載の発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動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であって、クランク軸と連動して回転する駆動回転体と、カム軸と連動して回転し、駆動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し、進角室又は遅角室に作動流体が供給されることによりカム軸をクランク軸に対する進角側又は遅角側に駆動する従動回転体と、進角室及び遅角室にそれぞれ連通する進角ポート及び遅角ポート、流体供給源から作動流体が供給される供給ポート、並びに往復移動するスプールを有し、機関位相を進角側に変化させる場合に、スプールを進角位置に移動させることにより供給ポートに対して進角ポートを連通させ、機関位相を遅角側に変化させる場合に、スプールを遅角位置に移動させることにより供給ポートに対して遅角ポートを連通させるスプール弁と、スプールに形成され、スプールの進角位置において進角ポート及び遅角ポートの間を接続する進角接続通路と、進角接続通路に配設され、スプールの進角位置において遅角ポート側から進角ポート側に向かう第一方向の作動流体流れを許容し且つ当該進角位置において進角ポート側から遅角ポート側に向かう第二方向の作動流体流れを規制する進角逆止弁と、スプールに形成され、スプールの遅角位置において進角ポート及び遅角ポートの間を接続する遅角接続通路と、遅角接続通路に配設され、スプールの遅角位置において進角ポート側から遅角ポート側に向かう第二方向の作動流体流れを許容し且つ当該遅角位置において遅角ポート側から進角ポート側に向かう第一方向の作動流体流れを規制する遅角逆止弁と、を備えることを特徴とする。

このような請求項１に記載の発明によると、機関位相を進角側に変化させる場合には、スプールが進角位置へ移動することで、進角室及び遅角室にそれぞれ連通する進角ポート及び遅角ポートの間が進角接続通路によって接続される。故に、スプールの進角位置では、変動トルクのうち負トルクの作用によって圧縮された遅角室から作動流体が遅角ポートに排出されるような場合、当該作動流体の進角ポート側に向かう流れが進角接続通路に配設の進角逆止弁によって許容される。これにより、スプールの進角位置において供給ポートに連通する進角ポートを通じて流体供給源から進角室に供給される作動流体量が少なくなったとしても、その分を遅角ポート側から補うことができる。したがって、負トルクの作用によって容積拡大する進角室では、作動流体の不足が抑制され得るのである。しかも、スプールの進角位置では、変動トルクのうち正トルクの作用によって圧縮された進角室から作動流体が進角ポートに逆流したとしても、当該作動流体の遅角ポート側に向かう流れが進角接続通路に配設の進角逆止弁によって規制されるので、遅角室に誤って作動流体が供給される事態を回避し得る。以上によれば、進角室には十分な量の作動流体を供給しつつ、遅角室からは作動流体を排出させて、進角応答性を高めることができる。

また一方、請求項１に記載の発明によると、機関位相を遅角側に変化させる場合には、スプールが遅角位置へ移動することで、進角室及び遅角室にそれぞれ連通する進角ポート及び遅角ポートの間が遅角接続通路によって接続される。故に、スプールの遅角位置では、変動トルクのうち正トルクの作用によって圧縮された進角室から作動流体が進角ポートに排出されるような場合、当該作動流体の遅角ポート側に向かう流れが遅角接続通路に配設の遅角逆止弁によって許容される。これにより、スプールの遅角位置において供給ポートに連通する遅角ポートを通じて流体供給源から遅角室に供給される作動流体量が少なくなったとしても、その分を進角ポート側から補うことができる。しかも、スプールの遅角位置では、変動トルクのうち負トルクの作用によって圧縮された遅角室から作動流体が遅角ポートに逆流したとしても、当該作動流体の進角ポート側に向かう流れが遅角接続通路に配設の遅角逆止弁によって規制されるので、進角室に誤って作動流体が供給される事態を回避し得る。以上によれば、遅角室には十分な量の作動流体を供給しつつ、進角室からは作動流体を排出させて、遅角応答性を高めることができるのである。

請求項２に記載の発明によると、流体供給源及び供給ポートに連通する供給通路と、供給通路に配設され、流体供給源側から供給ポート側に向かう作動流体流れを許容し且つ供給ポート側から流体供給源側に向かう作動流体流れを規制する供給逆止弁と、を備える。これによれば、スプールの進角位置において供給ポート及び進角ポートを介して供給通路に連通する進角室が正トルクの作用により圧縮されたとしても、当該供給通路に配設の供給逆止弁が供給ポート側から流体供給源側に向かう作動流体流れを規制することにより、進角室からは作動流体が逆流し難くなる。また同様に、スプールの遅角位置において供給ポート及び遅角ポートを介して供給通路と連通する遅角室が負トルクの作用により圧縮されたとしても、当該供給通路に配設の供給逆止弁が供給ポート側から流体供給源側に向かう作動流体流れを規制することにより、遅角室からは作動流体が逆流し難くなる。以上により、進角室及び遅角室のうち流体供給側の流体室から作動流体が流出して不足する事態を確実に抑制し得るので、進角応答性及び遅角応答性の双方が十分に高められる。

請求項３に記載の発明によると、進角逆止弁は、進角接続通路の内周壁面により形成される進角弁座と、第一方向に移動することにより進角弁座から離座し、第二方向に移動することにより進角弁座に着座する進角弁部材と、復原力により進角弁部材を第二方向に付勢する進角付勢部材と、を有する。これによれば、スプールの進角位置において進角ポート及び遅角ポート間を接続する進角接続通路では、遅角ポート側から進角ポート側に向かう第一方向の作動流体流れにより、第二方向に付勢する進角付勢部材の復原力に抗して進角弁部材を第一方向に移動させることができる。この場合、進角弁部材が移動により進角弁座から離座することで、遅角ポート側から進角ポート側に向かう作動流体流れが許容される。さらに進角接続通路では、進角ポート側から遅角ポート側に向かう第二方向の作動流体流れと、第二方向に付勢する進角付勢部材の復原力とにより、進角弁部材を第二方向に移動させることができる。この場合、進角弁部材が移動により進角弁座に着座することで、進角ポート側から遅角ポート側に向かう作動流体流れが規制されることになる。

また一方、請求項３に記載の発明によると、遅角逆止弁は、遅角接続通路の内周壁面により形成される遅角弁座と、第二方向に移動することにより遅角弁座から離座し、第一方向に移動することにより遅角弁座に着座する遅角弁部材と、復原力により遅角弁部材を第一方向に付勢する遅角付勢部材と、を有する。これによれば、スプールの遅角位置において進角ポート及び遅角ポート間を接続する遅角接続通路では、進角ポート側から遅角ポート側に向かう第二方向の作動流体流れにより、第一方向に付勢する遅角付勢部材の復原力に抗して遅角弁部材を第二方向に移動させることができる。この場合、遅角弁部材が移動により遅角弁座から離座することで、進角ポート側から遅角ポート側に向かう作動流体流れが許容される。さらに遅角接続通路では、遅角ポート側から進角ポート側に向かう第一方向の作動流体流れと、第一方向に付勢する遅角付勢部材の復原力とにより、遅角弁部材を第一方向に移動させることができる。この場合、遅角弁部材が移動により遅角弁座に着座することで、遅角ポート側から進角ポート側に向かう作動流体流れが規制されることになる。

以上より、請求項３に記載の発明では、進角逆止弁及び遅角逆止弁の各機能を適時に正しく発揮させて、進角応答性及び遅角応答性の双方を高め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、進角接続通路及び遅角接続通路は、互いに共通する共通端部を有するので、それらの通路を形成するスプールの構造を簡素化することが可能となる。

請求項５に記載の発明によると、スプール弁は、スプールを進角位置に移動させることにより進角接続通路及び遅角接続通路の共通端部を進角ポートに対して連通させる。これにより、スプールの進角位置では、進角接続通路及び遅角接続通路の共通端部に進角ポートから流入した作動流体について、遅角ポート側となる進角接続通路の他端部側に向かう流れを、進角逆止弁により規制することができる。それと共にスプールの進角位置では、共通端部に流入した作動流体について、スプールの遅角位置の進角ポート側である遅角接続通路の他端部側に向かう流れを、遅角逆止弁により規制することができる。

また一方、請求項５に記載の発明によると、スプール弁は、スプールを遅角位置に移動させることにより進角接続通路及び遅角接続通路の共通端部を遅角ポートに対して連通させる。これにより、スプールの遅角位置では、進角接続通路及び遅角接続通路の共通端部に遅角ポートから流入した作動流体について、進角ポート側となる遅角接続通路の他端部側に向かう流れを、遅角逆止弁により規制することができる。それと共にスプールの遅角位置では、共通端部に流入した作動流体について、スプールの進角位置の遅角ポート側である進角接続通路の他端部側に向かう流れを、進角逆止弁により規制することができる。

以上により、請求項５に記載の発明では、スプール構造の簡素化を図りつつも、進角室及び遅角室のうち流体供給側の流体室からの作動流体流出を抑制して進角応答性及び遅角応答性を高めることが可能となる。

請求項６に記載の発明によると、進角接続通路において共通端部よりも第二方向の前側に配設された進角弁部材及び遅角接続通路において共通端部よりも第一方向の前側に配設された遅角弁部材の間に介装され、圧縮変形することにより復原力を発生する弾性部材を備える。これによれば、弾性部材の復原力が進角弁部材に作用することにより、進角弁部材を第二方向に付勢することができ、また弾性部材の復原力が遅角弁部材に作用することにより、遅角弁部材を第一方向に付勢することができる。即ち、復原力により進角弁部材を第二方向に付勢する進角付勢部材と、復原力により遅角弁部材を第一方向に付勢する遅角付勢部材とを、共通の弾性部材によって実現し得るので、構成の簡素化並びにコストの低減化を図ることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の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流体駆動式であり、「動弁」としての吸気弁のバルブタイミングを調整する。

（基本構成）
以下、バルブタイミング調整装置１の基本構成を説明する。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関のクランク軸（図示しない）の駆動力を内燃機関のカム軸２に伝達する駆動力伝達系に設置されて作動油により駆動される駆動部１０と、駆動部１０への作動油供給を制御する制御部３０とを備えている。

（駆動部）
駆動部１０において、「駆動回転体」としてのハウジング１２は、円筒状のスプロケット部１２ａと、仕切部として複数のシュー１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅとを有している。

スプロケット部１２ａは、タイミングチェーン（図示しない）を介してクランク軸と連繋している。これにより内燃機関の運転中は、クランク軸からスプロケット部１２ａに駆動力が伝達されることで、ハウジング１２がクランク軸と連動して図１の時計方向に回転する。

各シュー１２ｂ〜１２ｅは、スプロケット部１２ａにおいて回転方向に略等間隔となる箇所から径方向内側に突出している。各シュー１２ｂ〜１２ｅの突出側端面は、図１の紙面垂直方向から見て円弧形の凹面状であり、ベーンロータ１４のボス部１４ａの外周壁面に摺接する。回転方向において隣り合うシュー１２ｂ〜１２ｅの間には、それぞれ収容室５０が形成される。

「従動回転体」としてのベーンロータ１４は、ハウジング１２内に収容されており、軸方向においてハウジング１２と摺接する。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。

ボス部１４ａは、カム軸２に対して同軸上にボルト固定される。これによりベーンロータ１４は、カム軸２と連動して図１の時計方向に回転すると共に、ハウジング１２に対して相対回転可能となっている。

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に突出し、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〜１４ｄの突出側端面は、図１の紙面垂直方向から見て円弧形の凸面状に形成され、スプロケット部１２ａの内周壁面に摺接する。

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、進角室及び遅角室をハウジング１２との間に形成している。具体的には、シュー１２ｂとベーン１４ｂの間に進角室５２、シュー１２ｃとベーン１４ｃの間に進角室５３、シュー１２ｄとベーン１４ｄの間に進角室５４、シュー１２ｅとベーン１４ｅの間に進角室５５がそれぞれ形成されている。また、シュー１２ｃとベーン１４ｂの間に遅角室５６、シュー１２ｄとベーン１４ｃの間に遅角室５７、シュー１２ｅとベーン１４ｄの間に遅角室５８、シュー１２ｂとベーン１４ｅの間に遅角室５９がそれぞれ形成されている。

このような構成の駆動部１０では、各進角室５２〜５５への作動油供給によりベーンロータ１４がハウジング１２に対して進角側に相対回転し、それによってカム軸２がクランク軸に対する進角側に駆動される。したがって、この場合には、バルブタイミングを決める機関位相が進角側に変化することになる。また、駆動部１０では、各遅角室５６〜５９への作動油供給によりベーンロータ１４がハウジング１２に対して遅角側に相対回転し、それによってカム軸２がクランク軸に対する遅角側に駆動される。したがって、この場合には、機関位相が遅角側に変化することになる。

（制御部）
制御部３０において、カム軸２及びその軸受（図示しない）を通して設けられる進角通路７２は、進角室５２〜５５と連通している。また、カム軸２及びその軸受を通して設けられる遅角通路７６は、遅角室５６〜５９と連通している。

供給通路８０は、「流体供給源」であるポンプ４の吐出口と連通しており、ポンプ４によってオイルパン５から汲み上げられた作動油が吐出供給されるようになっている。ここで本実施形態のポンプ４は、クランク軸によって駆動されるメカポンプであり、それ故に内燃機関の運転中は、作動油が継続して供給通路８０に供給されることとなる。

スプール弁１００は、ソレノイド１２０の発生する電磁駆動力を利用してスプールを往復直線駆動する電磁制御弁である。ここでスプール弁１００には、進角通路７２を介して進角室５２〜５５と連通する進角ポート１１２、遅角通路７６を介して遅角室５６〜５９と連通する遅角ポート１１４、供給通路８０と連通してポンプ４からの作動油供給を受ける供給ポート１１６が設けられている。したがって、スプール弁１００は、ソレノイド１２０への通電に応じてスプールを往復移動させることにより、供給ポート１１６に対して連通するポートを進角ポート１１２及び遅角ポート１１４の間で切換制御する。

制御回路２００は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、スプール弁１００のソレノイド１２０と電気的に接続されている。制御回路２００は、ソレノイド１２０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。

このような構成の制御部３０では、制御回路２００によって制御されたソレノイド１２０への通電に従ってスプール弁１００のスプールが移動し、供給ポート１１６に対するポート１１２，１１４の連通状態が制御されることになる。その結果、供給ポート１１６に対して進角ポート１１２が連通するときには、ポンプ４から供給通路８０への供給作動油を、進角通路７２を経由して進角室５２〜５５に供給可能となる。また、供給ポート１１６に対して遅角ポート１１４が連通するときには、ポンプ４から供給通路８０への供給作動油を、遅角通路７６を経由して遅角室５６〜５９に供給可能となる。

（特徴）
以下、バルブタイミング調整装置１の特徴を詳細に説明する。

（変動トルク）
本実施形態において内燃機関の運転中は、カム軸２によって開閉駆動される吸気弁からのスプリング反力等に起因して生じる変動トルクが、カム軸２を通じて駆動部１０のベーンロータ１４に作用する。ここで、図２に示すように変動トルクは、クランク軸に対してカム軸２を進角させる側に作用する負トルクと、クランク軸に対してカム軸２を遅角させる側に作用する正トルクとの間において、周期的に変動するものである。尚、変動トルクは、例えば、正トルクのピークトルクＴ＋が負トルクのピークトルクＴ−と実質的に等しくなることにより平均トルクが実質的に零となるものであってもよいし、正トルクのピークトルクＴ＋が負トルクのピークトルクＴ−よりも大きくなることにより平均トルクが正トルク側に偏るものであってもよい。

（スプール弁）
図３に示すように本実施形態のスプール弁１００は、スリーブ１１０、ソレノイド１２０、スプール１３０、駆動軸１３９及びリターンスプリング１４０を備えている。

スリーブ１１０は金属により円筒状に形成されており、一端部１１０ａにソレノイド１２０が固定されている。スリーブ１１０には、遅角ポート１１４、供給ポート１１６及び進角ポート１１２が、一端部１１０ａ側から他端部１１０ｂ側に向かう軸方向にこの順で設けられている。

スプール１３０は金属により串状に形成されており、スリーブ１１０内に同軸上に収容されている。スプール１３０の一端部１３０ａには、ソレノイド１２０によって電磁駆動される駆動軸１３９が同軸上に連結されており、それによってスプール１３０が駆動軸１３９と共に軸方向に往復移動可能となっている。スプール１３０には、進角支持ランド１３２、進角切換ランド１３４、遅角切換ランド１３６及び遅角支持ランド１３８が、一端部１３０ａ側から他端部１３０ｂ側に向かう軸方向にこの逆順で設けられている。

進角支持ランド１３２は、進角ポート１１２よりも端部１１０ｂ側において、スリーブ１１０により常時摺動支持される。進角切換ランド１３４は、進角ポート１１２を挟む端部１１０ｂ側及び供給ポート１１６側のうち少なくとも一方において、スリーブ１１０により摺動支持されるようになっている。ここで、図３に示すように進角切換ランド１３４が進角ポート１１２の端部１１０ｂ側のみにて支持されるときには、進角ポート１１２が進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６の間の間隙を通じて供給ポート１１６に連通する。また、図４に示すように進角切換ランド１３４が進角ポート１１２の供給ポート１１６側のみにて支持されるときには、進角ポート１１２が進角支持ランド１３２及び進角切換ランド１３４の間の間隙に連通する。さらに、図５に示すように進角切換ランド１３４が進角ポート１１２の端部１１０ｂ及び供給ポート１１６側の双方にて支持されるときには、進角ポート１１２が閉塞されることになる。

図３に示すように遅角支持ランド１３８は、遅角ポート１１４よりも端部１１０ａ側において、スリーブ１１０により常時摺動支持される。遅角切換ランド１３６は、遅角ポート１１４を挟む供給ポート１１６側及び端部１１０ａ側のうち少なくとも一方において、スリーブ１１０により摺動支持されるようになっている。ここで、図４に示すように遅角切換ランド１３６が遅角ポート１１４の端部１１０ａ側のみにて支持されるときには、遅角ポート１１４が進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６の間の間隙を通じて供給ポート１１６に連通する。また、図３に示すように遅角切換ランド１３６が遅角ポート１１４の供給ポート１１６側のみにて支持されるときには、遅角ポート１１４が遅角切換ランド１３６及び遅角支持ランド１３８の間の間隙に連通する。さらに、図５に示すように遅角切換ランド１３６が遅角ポート１１４の端部１１０ａ側及び供給ポート１１６側の双方にて支持されるときには、遅角ポート１１４が閉塞されることになる。

尚、本実施形態において供給ポート１１６は、進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６間の間隙に対して常時連通するようになっている。

リターンスプリング１４０は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、スリーブ１１０内に同軸上に収容されている。リターンスプリング１４０は、スリーブ１１０においてソレノイド１２０とは反対側の端部１１０ｂとスプール１３０の進角支持ランド１３２との間に介装されている。リターンスプリング１４０は、スプール１３０を軸方向のソレノイド１２０側に向かって付勢する復原力を、圧縮変形により発生する。また、これに対してソレノイド１２０は、スプール１３０を軸方向のリターンスプリング１４０側に向かって付勢する電磁駆動力を、通電により発生する。したがって、スプール弁１００においては、リターンスプリング１４０が発生する復原力と、ソレノイド１２０が発生する電磁駆動力との釣り合いに応じて、スプール１３０が駆動されることとなる。

そして、こうした構成の下、図１，３に示すように本実施形態では、逆止弁２１０，２３０をそれぞれスプール弁１００の接続通路２２０，２４０に配設しており、そこに大きな特徴がある。

具体的には、図３に示すようにスプール１３０に形成される進角接続通路２２０の一端部２２１は、進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６の間において、スプール１３０の外周面の複数個所に開口している。したがって、図３に示すように進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６間の間隙を通じて進角ポート１１２が供給ポート１１６に連通するときには、当該間隙を通じて進角接続通路２２０の端部２２１が進角ポート１１２に連通することとなる。

進角接続通路２２０の他端部２２２は、遅角切換ランド１３６及び遅角支持ランド１３８の間においてスプール１３０の外周面の複数個所に開口している。したがって、図３に示すように遅角ポート１１４が遅角切換ランド１３６及び遅角支持ランド１３８間の間隙に連通するときには、当該間隙を通じて進角接続通路２２０の端部２２２が遅角ポート１１４に連通することとなる。

進角逆止弁２１０は、進角接続通路２２０において一端部２２１から他端部２２２に向かう方向が閉弁方向且つ逆方向が開弁方向となるように、配設されている。ここで本実施形態の進角逆止弁２１０は、進角弁座２１２と進角弁部材２１４と進角リテーナ２１５と弾性部材２１６とを組み合わせて構成されている。

進角弁座２１２は、進角接続通路２２０の内周壁面のうち端部２２２側に向かって縮径する円錐面によって、形成されている。金属製の進角弁部材２１４はボール状を呈しており、進角接続通路２２０において進角弁座２１２よりも端部２２１側に配設され、進角弁座２１２に対して軸方向に離着座可能となっている。金属製の進角リテーナ２１５は有底円筒状を呈しており、進角接続通路２２０において進角弁部材２１４を挟んで進角弁座２１２とは反対側に配設されている。進角リテーナ２１５の周壁部２１５ａは、その外周面が進角接続通路２２０の内周壁面によって軸方向に往復摺動可能に支持されていると共に、内周面によって進角弁部材２１４を保持している。弾性部材２１６は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、進角接続通路２２０において進角リテーナ２１５を挟んで進角弁部材２１４とは反対側に配設されている。そして、弾性部材２１６は、進角弁座２１２に軸方向に対向して配設される遅角逆止弁２３０と、進角リテーナ２１５との間に介装されている。これにより弾性部材２１６は、進角リテーナ２１５を通じて進角弁部材２１４を進角弁座２１２側に付勢する復原力を、圧縮変形によって発生する。即ち、弾性部材２１６は、進角逆止弁２１０の「進角付勢部材」として機能する。

このような進角逆止弁２１０では、図６に示すように進角弁部材２１４が、端部２２１側となる開弁方向に移動して進角弁座２１２から離座することにより、当該開弁方向の作動油流れを許容する。一方、進角逆止弁２１０では、図３に示すように進角弁部材２１４が、端部２２２側となる閉弁方向に移動して進角弁座２１２に着座することにより、当該閉弁方向の作動油流れを規制するのである。

図３に示すように遅角接続通路２４０は、その一端部として進角接続通路２２０の端部２２１を共有するように、スプール１３０に形成されている。即ち、かかる端部２２１が、進角接続通路２２０及び遅角接続通路２４０の互いに共通する共通端部２２１となっている。したがって、図４に示すように進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６間の間隙を通じて遅角ポート１１４が供給ポート１１６に連通するときには、当該間隙を通じて共通端部２２１が遅角ポート１１４に連通することとなる。

遅角接続通路２４０の他端部２４２は、進角支持ランド１３２及び進角切換ランド１３４の間においてスプール１３０の外周面の複数個所に開口している。したがって、図４に示すように進角ポート１１２が進角支持ランド１３２及び進角切換ランド１３４間の間隙に連通するときには、当該間隙を通じて遅角接続通路２４０の端部２４２が進角ポート１１２に連通することとなる。

遅角逆止弁２３０は、遅角接続通路２４０において共通端部２２１から他端部２４２に向かう方向が閉弁方向且つ逆方向が開弁方向となるように、配設されている。ここで本実施形態の遅角逆止弁２３０は、進角逆止弁２１０に準じた構成、即ち遅角弁座２３２と遅角弁部材２３４と遅角リテーナ２３５と弾性部材２１６とを組み合わせた構成とされている。

但し、遅角逆止弁２３０において遅角弁座２３２は、遅角接続通路２４０の内周壁面のうち端部２４２側に向かって縮径する円錐面によって、形成されている。遅角弁部材２３４は、遅角接続通路２４０において遅角弁座２３２よりも共通端部２２１側に配設され、遅角弁座２３２に対して軸方向に離着座可能となっている。遅角リテーナ２３５は、遅角接続通路２４０において遅角弁部材２３４を挟んで遅角弁座２３２とは反対側に配設され、外周面が遅角接続通路２４０の内周壁面によって支持される周壁部２３５ａの内周面によって遅角弁部材２３４を保持している。進角逆止弁２１０と共通の弾性部材２１６は、遅角接続通路２４０において遅角リテーナ２３５を挟んで遅角弁部材２３４とは反対側に配設されている。そして、弾性部材２１６は、共通端部２２１に対してそれぞれ閉弁方向の前側に配設された形の弁部材２３４，２１４間に、リテーナ２３５，２１５を介して介装されている。これにより弾性部材２１６は、遅角リテーナ２３５を通じて遅角弁部材２３４を遅角弁座２３２側に付勢する復原力を、圧縮変形によって発生する。即ち、弾性部材２１６は、遅角逆止弁２３０の「遅角付勢部材」としても機能するものであり、これによって構成の簡素化並びにコストの低減化が図られている。

このような遅角逆止弁２３０では、図７に示すように遅角弁部材２３４が、共通端部２２１側となる開弁方向に移動して遅角弁座２３２から離座することにより、当該開弁方向の作動油流れを許容する。一方、遅角逆止弁２３０では、図４に示すように遅角弁部材２３４が、端部２４２側となる閉弁方向に移動して遅角弁座２３２に着座することにより、当該閉弁方向の作動油流れを規制するのである。

（供給逆止弁）
図１，３に示すように、ポンプ４及び供給ポート１１６間を連通する供給通路８０には、供給逆止弁２５０が配設されている。この供給逆止弁２５０は、図５に示すように開弁することで、ポンプ４側から供給ポート１１６側に向かう作動油流れ、即ち供給通路８０の下流側への作動油供給を許容する。一方、供給逆止弁２５０は、図３に示すように閉弁することで、供給ポート１１６側からポンプ４側に向かう作動油流れ、即ち供給通路８０の下流側からの逆流を規制するのである。

（バルブタイミング調整作動）
本実施形態においてポンプ４が駆動される内燃機関の運転中は、制御回路２００がクランク軸に対するカム軸２の機関位相について実位相及び目標位相を算出し、その算出結果に応じてスプール弁１００のソレノイド１２０への通電電流を制御する。これにより、スプール弁１００のスプール１３０が移動し、その移動位置に応じた作動油供給が進角室５２〜５５及び遅角室５６〜５９に対して実現されることで、バルブタイミングが調整されることになる。以下、本実施形態のバルブタイミング調整装置１によるバルブタイミング調整作動について、詳細に説明する。

（１）進角作動
以下、機関位相をクランク軸に対するカム軸２の進角側に変化させてバルブタイミングを進角させる場合の作動を、説明する。

内燃機関において車両の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２００は、ソレノイド１２０への通電電流を所定の基準値Ｉ_ｂよりも大きな値に制御する。その結果、スプール１３０は、供給ポート１１６に対して進角ポート１１２を連通させるように、図３，６の進角位置に移動する。この進角位置のスプール１３０において進角接続通路２２０は、共通端部２２１に連通する進角ポート１１２と、他端部２２２に連通する遅角ポート１１４との間を接続する状態となる。

したがって、負トルクがベーンロータ１４に作用しているときには、図６に示すようにポンプ４から供給通路８０への供給作動油が供給ポート１１６及び進角ポート１１２を通じて進角室５２〜５５に供給される。それと共に、負トルクの作用を受けるベーンロータ１４によって圧縮された遅角室５６〜５９の作動油が、遅角ポート１１４から進角接続通路２２０に流入する。このとき進角逆止弁２１０は、供給ポート１１６への供給作動油の圧力及び弾性部材２１６の復原力に抗して進角弁部材２１４を共通端部２２１側に移動させることにより、遅角ポート１１４側から進角ポート１１２側に向かう作動油流れを許容する。故に、ポンプ４からの作動油の供給量が減少したときには、遅角ポート１１４側から作動油を補うことができるので、負トルクの作用によって容積拡大する進角室５２〜５５にて作動油不足が抑制されるのである。尚、ポンプ４からの供給作動油は、共通端部２２１にて進角ポート１１２と連通する遅角接続通路２４０にも流入するが、このとき遅角逆止弁２３０によって、端部２４２側に向かう作動油流れは規制されることになる。

以上に対し、正トルクがベーンロータ１４に作用して当該ロータ１４により進角室５２〜５５が圧縮されるときには、図３に示すように作動油が進角ポート１１２から各接続通路２２０，２４０及び供給通路８０に逆流しようとする。しかし、このとき進角接続通路２２０及び遅角接続通路２４０では、それぞれ遅角ポート１１４側及び端部２４２側に向かう作動油流れが進角逆止弁２１０及び遅角逆止弁２３０により規制され、それと共に供給通路８０では、ポンプ４側に向かう作動油流れが供給逆止弁２５０により規制される。故に、進角室５２〜５５からの作動油流出が抑制されるのみならず、遅角室５６〜５９への作動油供給が誤って実現される事態が回避され得る。

このような進角作動によれば、各逆止弁２１０，２３０の機能を適時に正しく発揮させて、遅角室５６〜５９から作動油を排出させると同時に進角室５２〜５５には十分な量の作動油を供給することができるので、高い進角応答性を実現し得るのである。

（２）遅角作動
以下、機関位相をクランク軸に対するカム軸２の遅角側に変化させてバルブタイミングを遅角させる場合の作動を、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２００は、ソレノイド１２０への通電電流を基準値Ｉ_ｂよりも小さな値に制御する。その結果、スプール１３０は、供給ポート１１６に対して遅角ポート１１４を連通させるように、図４，７の遅角位置に移動する。この遅角位置のスプール１３０において遅角接続通路２４０は、共通端部２２１に連通する遅角ポート１１４と、他端部２４２に連通する進角ポート１１２との間を接続する状態となる。

したがって、正トルクがベーンロータ１４に作用しているときには、図７に示すようにポンプ４から供給通路８０への供給作動油が供給ポート１１６及び遅角ポート１１４を通じて遅角室５６〜５９に供給される。それと共に、正トルクの作用を受けるベーンロータ１４によって圧縮された進角室５２〜５５の作動油が、進角ポート１１２から遅角接続通路２４０に流入する。このとき遅角逆止弁２３０は、供給ポート１１６への供給作動油の圧力及び弾性部材２１６の復原力に抗して遅角弁部材２３４を共通端部２２１側に移動させることにより、進角ポート１１２側から遅角ポート１１４側に向かう作動油流れを許容する。故に、ポンプ４からの作動油の供給量が減少したときには、進角ポート１１２側から作動油を補うことができるので、正トルクの作用によって容積拡大する遅角室５６〜５９にて作動油不足が抑制されるのである。尚、ポンプ４からの供給作動油は、共通端部２２１にて遅角ポート１１４と連通する進角接続通路２２０にも流入するが、このとき進角逆止弁２１０によって、端部２２２側に向かう作動油流れは規制されることになる。

以上に対し、負トルクがベーンロータ１４に作用して当該ロータ１４により遅角室５６〜５９が圧縮されるときには、図４に示すように作動油が遅角ポート１１４から各接続通路２４０，２２０及び供給通路８０に逆流しようとする。しかし、このとき遅角接続通路２４０及び進角接続通路２２０では、それぞれ進角ポート１１２側及び端部２２２側に向かう作動油流れが遅角逆止弁２３０及び進角逆止弁２１０により規制され、それと共に供給通路８０では、ポンプ４側に向かう作動油流れが供給逆止弁２５０により規制される。故に、遅角室５６〜５９からの作動油流出が抑制されるのみならず、進角室５２〜５５への作動油供給が誤って実現される事態が回避され得る。

このような遅角作動によれば、各逆止弁２３０，２１０の機能を適時に正しく発揮させて、進角室５２〜５５から作動油を排出させると同時に遅角室５６〜５９には十分な量の作動油を供給することができるので、高い遅角応答性を実現し得るのである。

（３）保持作動
以下、機関位相を所定の目標位相領域に保持してバルブタイミングを実質的に保持する場合の作動を、説明する。

車両のアクセルの保持状態等、内燃機関の安定運転状態を表す運転条件が成立すると、制御回路２００は、ソレノイド１２０への通電電流を基準値Ｉ_ｂに制御する。その結果、スプール１３０は、供給ポート１１６に対して進角ポート１１２及び遅角ポート１１４の双方を遮断するように、図５の保持位置に移動する。この保持位置のスプール１３０において各接続通路２２０，２４０は、進角切換ランド１３４及び遅角切換ランド１３６間の間隙を通じて共通端部２２１を供給ポート１１６に連通させるが、他端部２２２，２４２を進角ポート１１２及び遅角ポート１１４のいずれに対しても遮断した状態となる。

したがって、ポンプ４から供給通路８０への供給作動油が進角室５２〜５５及び遅角室５６〜５９のいずれにも供給されなくなると共に、それら進角室５２〜５５及び遅角室５６〜５９からの作動油流出が規制されることになる。故に、機関位相の変化が抑制されて、バルブタイミングを実質的に保持することができるのである。尚、ポンプ４からの供給作動油は、供給ポート１１６から各接続通路２２０，２４０の共通端部２２１に流入するが、このとき他端部２２２，２４２側に向かう作動油流れは、各逆止弁２１０，２３０によって規制されることになる。

以上説明した実施形態によれば、内燃機関に適したバルブタイミング調整を迅速に且つ適確に行うことができるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該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。

具体的には、駆動部１０において、例えば変動トルクの平均トルクの偏り側とは反対側にカム軸２を付勢するアシストスプリング等の弾性部材を設けるようにしてもよい。また、駆動部１０については、ハウジング１２をカム軸２と連動して回転させ、ベーンロータ１４をクランク軸と連動して回転させるようにしてもよい。

制御部３０のスプール弁１００においては、図８に示すように、遅角逆止弁２３０の遅角付勢部材２３６を、進角逆止弁２１０の「進角付勢部材」としての弾性部材２１６とは別に設けるようにしてもよい。この場合、遅角付勢部材２３６については、遅角接続通路２４０の内壁面２４８と遅角リテーナ２３５との間に介装した金属製の圧縮コイルスプリングにより、遅角弁座２３２側に向かって復原力を発生させるようにする。それと共に、「進角付勢部材」としての弾性部材２１６については、進角接続通路２２０の内壁面２２８と進角リテーナ２１５との間に介装して、進角弁座２１２側に向かって復原力を発生させるようにする。そして、さらに以上の場合においては、図示はしないが、遅角接続通路２４０の端部２４２とは反対側の端部を、進角接続通路２２０の端部２２２とは反対側の端部から分離させることができる。

また、スプール弁１００については、ソレノイド１２０によりスプール１３０を駆動するように構成するもの以外にも、例えばピエゾアクチュエータや油圧アクチュエータによりスプール１３０を駆動するものを採用してもよい。さらにまた、スプール弁１００については、ポート１１４を進角通路７２を介して進角室５２〜５５と連通させると共に、ポート１１２を遅角通路７６を介して遅角室５６〜５９と連通させるようにしてもよい。この場合、図３，６の位置が遅角作動のための遅角位置となり、また図４，７の位置が進角作動のための進角位置となる。

そして、本発明は、吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調製する装置や、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のスプール弁の詳細構成及び作動状態を模式的に示す断面図である。図１のスプール弁の作動状態を模式的に示す断面図である。図１のスプール弁の作動状態を模式的に示す断面図である。図１のスプール弁の作動状態を模式的に示す断面図である。図１のスプール弁の作動状態を模式的に示す断面図である。図３の変形例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１バルブタイミング調整装置、２カム軸、４ポンプ（流体供給源）、５オイルパン、１０駆動部、１２ハウジング（駆動回転体）、１２ａスプロケット部、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅシュー、１４ベーンロータ（従動回転体）、１４ａボス部、１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅベーン、３０制御部、５０収容室、５２，５３，５４，５５進角室、５６，５７，５８，５９遅角室、７２進角通路、７６遅角通路、８０供給通路、１００スプール弁、１１０スリーブ、１１２進角ポート、１１４遅角ポート、１１６供給ポート、１２０ソレノイド、１３０スプール、１３２進角支持ランド、１３４進角切換ランド、１３６遅角切換ランド、１３８遅角支持ランド、１３９駆動軸、１４０リターンスプリング、２００制御回路、２１０進角逆止弁、２１２進角弁座、２１４進角弁部材、２１５進角リテーナ、２１６弾性部材（進角付勢部材・遅角付勢部材）、２２０進角接続通路、２２１共通端部、２２２，２４２端部、２２８，２４８内壁面、２３０遅角逆止弁、２３２遅角弁座、２３４遅角弁部材、２３５遅角リテーナ、２３６遅角付勢部材、２４０遅角接続通路、２５０供給逆止弁

Claims

内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動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であって、
前記クランク軸と連動して回転する駆動回転体と、
前記カム軸と連動して回転し、前記駆動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し、前記進角室又は前記遅角室に作動流体が供給されることにより前記カム軸を前記クランク軸に対する進角側又は遅角側に駆動する従動回転体と、
前記進角室及び前記遅角室にそれぞれ連通する進角ポート及び遅角ポート、流体供給源から作動流体が供給される供給ポート、並びに往復移動するスプールを有し、前記クランク軸に対する前記カム軸の位相を進角側に変化させる場合に、前記スプールを進角位置に移動させることにより前記供給ポートに対して前記進角ポートを連通させ、前記位相を遅角側に変化させる場合に、前記スプールを遅角位置に移動させることにより前記供給ポートに対して前記遅角ポートを連通させるスプール弁と、
前記スプールに形成され、前記スプールの前記進角位置において前記進角ポート及び前記遅角ポートの間を接続する進角接続通路と、
前記進角接続通路に配設され、前記スプールの前記進角位置において前記遅角ポート側から前記進角ポート側に向かう第一方向の作動流体流れを許容し且つ当該進角位置において前記進角ポート側から前記遅角ポート側に向かう第二方向の作動流体流れを規制する進角逆止弁と、
前記スプールに形成され、前記スプールの前記遅角位置において前記進角ポート及び前記遅角ポートの間を接続する遅角接続通路と、
前記遅角接続通路に配設され、前記スプールの前記遅角位置において前記第二方向の作動流体流れを許容し且つ当該遅角位置において前記第一方向の作動流体流れを規制する遅角逆止弁と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
前記流体供給源及び前記供給ポートに連通する供給通路と、
前記供給通路に配設され、前記流体供給源側から前記供給ポート側に向かう作動流体流れを許容し且つ前記供給ポート側から前記流体供給源側に向かう作動流体流れを規制する供給逆止弁と、
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。
前記進角逆止弁は、
前記進角接続通路の内周壁面により形成される進角弁座と、
前記第一方向に移動することにより前記進角弁座から離座し、前記第二方向に移動することにより前記進角弁座に着座する進角弁部材と、
復原力により前記進角弁部材を前記第二方向に付勢する進角付勢部材と、
を有し、
前記遅角逆止弁は、
前記遅角接続通路の内周壁面により形成される遅角弁座と、
前記第二方向に移動することにより前記遅角弁座から離座し、前記第一方向に移動することにより前記遅角弁座に着座する遅角弁部材と、
復原力により前記遅角弁部材を前記第一方向に付勢する遅角付勢部材と、
を有する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。
前記進角接続通路及び前記遅角接続通路は、互いに共通する共通端部を有する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。
前記スプール弁は、前記スプールを前記進角位置に移動させることにより前記共通端部を前記進角ポートに対して連通させ、前記スプールを前記遅角位置に移動させることにより前記共通端部を前記遅角ポートに対して連通させることを特徴とする請求項４に記載のバルブタイミング調整装置。
前記進角接続通路において前記共通端部よりも前記第二方向の前側に配設された前記進角弁部材及び前記遅角接続通路において前記共通端部よりも前記第一方向の前側に配設された前記遅角弁部材の間に介装され、圧縮変形することにより復原力を発生する弾性部材を備えることを特徴とする請求項５に記載のバルブタイミング調整装置。