JP2009167842A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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】進角室５２又は遅角室５６に作動油供給され遅角室５６又は進角室５２から作動油が大気開放のドレン溜まり５に排出されることでハウジング１１に対する進角側又は遅角側にベーンロータ１４が相対回転する構成下、ベーンロータ１４に形成され、作動油を貯留する貯留室１３０、ベーンロータ１４に内蔵され、遅角室５６の内圧が正圧となることで開弁して貯留室１３０及び遅角室５６間を連通し、遅角室５６の内圧が負圧又は大気圧となることで閉弁して貯留室１３０及び遅角室５６間を遮断する逆止弁１４０、ベーンロータ１４に内蔵され、進角室５２の内圧が負圧となることで開弁して貯留室１４０及び進角室５２間を連通し、進角室５２の内圧が正圧又は大気圧となることで閉弁して貯留室１３０及び進角室５２間を遮断するパイロット開閉弁１６０を設ける。
【選択図】図１２

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ハウジング並びにカム軸と連動して回転する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。

例えば特許文献１のバルブタイミング調整装置では、ハウジングの内部にてベーンロータが回転方向に区画する進角室又は遅角室に流体供給源から作動流体を供給すると共に、当該供給側とは逆の遅角室又は進角室から作動流体をドレン溜まりに排出するようにしている。これにより、ハウジングに対する進角側又は遅角側にベーンロータが相対回転して、クランク軸に対するカム軸の位相（以下、「機関位相」という。）が、バルブタイミングを決める位相として調整されることになるのである。
特開２００７−１３８７３０号公報

さて、特許文献１に開示されるように、一般にバルブタイミング調整装置では、カム軸をクランク軸に対する進角側と遅角側とに交互に付勢するような変動トルクが、内燃機関の運転中に作用する。そのため、例えばベーンロータをハウジングに対して進角側に相対回転させる際には、当該進角側にカム軸を付勢する変動トルクが作用することによって瞬間的に容積拡大する進角室に対し、作動流体の供給が間に合わなくおそれがある。

作動流体の供給が間に合わない場合、進角室の内圧が大気圧より低い負圧となるため、装置クリアランスを通じて大気圧のエアが進角室に吸引される。そして、かかる状態下、変動トルクの作用方向が反転すると、圧縮側となった進角室においてエアが消失するまで、ベーンロータがハウジングに対する遅角側に相対回転してしまう。即ち、機関位相を進角側に変化させたいにも拘らず、機関位相が遅角側に戻ることになるので、当該位相進角時の応答性が低下してしまうのである。ここで、カム軸を支持する軸受のフリクション等に起因して、ベーンロータをハウジングに対する遅角側に偏って付勢する変動トルクが作用するような場合、当該付勢側と反対側にベーンロータを相対回転させる位相進角時においては応答性を高め難くなるので、負圧発生による応答性低下を抑制することは、特に重要となる。

本発明は、以上説明した従来技術の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ハウジングと、カム軸と連動して回転し、ハウジングの内部において進角室及び遅角室を回転方向に区画するベーンロータであって、進角室又は遅角室に作動流体が流体供給源から供給されると共に遅角室又は進角室から作動流体が大気開放のドレン溜まりに排出されることにより、ハウジングに対する進角側又は遅角側に相対回転するベーンロータと、ベーンロータに形成され、作動流体を貯留する貯留室と、ベーンロータに内蔵され、進角室及び遅角室のうち一方である第一室の内圧が正圧となることにより、開弁して貯留室及び第一室の間を連通し、第一室の内圧が負圧又は大気圧となることにより、閉弁して貯留室及び第一室の間を遮断する第一弁と、ベーンロータに内蔵され、進角室及び遅角室のうち第一室と異なる他方である第二室の内圧が負圧となることにより、開弁して貯留室及び第二室の間を連通し、第二室の内圧が正圧又は大気圧となることにより、閉弁して貯留室及び第二室の間を遮断する第二弁と、を備える。

この発明によると、進角室及び遅角室のうち一方の第一室では、流体供給源からの作動流体の供給中に変動トルクの作用によって圧縮されると、内圧が正圧となり、それに応じて第一弁が開弁するため、第一室と貯留室との間が連通する。このとき、進角室及び遅角室のうち第一室と異なる方の第二室では、大気開放されたドレン溜まりへの作動流体の排出状態にあることで、内圧が実質的に大気圧となり、それに応じて第二弁が閉弁するため、第二室と貯留室との間が遮断される。したがって、第二室に対して遮断された貯留室には、それと連通する第一室への供給流体が当該第一室の正圧によって流入することになる。

また、第一室への流体供給中に変動トルクの作用方向が反転すると、第一室が容積拡大してその内圧が負圧となるので、第一弁が閉弁して第一室及び貯留室の間が遮断される。このとき、ドレン溜まりへの流体排出状態が継続されていることにより第二室の内圧が実質大気圧となっているので、第二弁が閉弁状態のまま保持されて第二室及び貯留室の間が遮断される。したがって、変動トルクの反転前に第一室から貯留室に流入して貯留された作動流体の当該貯留室からの流出が、抑制されることになる。

さらに、作動流体の供給先が第二室へと切換わり、変動トルクの作用によって第二室が圧縮されるときには、その内圧が正圧となるので、第二弁が閉弁して第二室及び貯留室の間が遮断される。このとき第一室では、大気開放されたドレン溜まりへの流体排出状態となることで、内圧が実質的に大気圧となるので、第一室及び貯留室の間も遮断される。したがって、このときにも、貯留室に貯留された作動流体の流出が抑制されることになる。

そして、第二室への作動流体の供給中に変動トルクの作用方向が反転すると、第二室が容積拡大してその内圧が負圧となるので、第二弁が開弁して第二室及び貯留室の間が連通する。このとき、ドレン溜まりへの流体排出状態が継続されていることにより第一室の内圧が実質大気圧となっているので、第一弁が閉弁状態のまま保持されて第一室及び貯留室の間が遮断される。したがって、貯留室に貯留されている作動流体が負圧の第二室へと吸引されることで、当該第二室へのエアの吸引量は逆に減少するので、この後に変動トルクの作用方向が再度反転しても、ベーンロータが第二室を圧縮する側に相対回転して機関位相に戻りを生じさせる事態が抑制されることになるのである。

以上、請求項１に記載の発明によれば、ハウジングに対する進角側及び遅角側のうち第二室への流体供給による側にベーンロータを相対回転させて機関位相を調整する際に狙いを定めて、応答性を高めることが可能である。

請求項２に記載の発明において、貯留室の容積は、カム軸からベーンロータに作用する変動トルクによって拡大する第二室の容積拡大量以上に設定される。この発明によると、流体供給中の第二室が変動トルクの作用により負圧となることで、第二弁が開弁して貯留室の作動流体が第二室に吸引されることになっても、貯留室が空となってエアが装置クリアランスを通じて当該貯留室に流入する事態を、抑制することができる。

請求項３に記載の発明において、ベーンロータに内蔵されて復原力を発生する弾性部材と、当該復原力を受けて貯留室の作動流体を押圧するピストン部材と、を備える。この発明によると、流体供給中の第二室が変動トルクの作用により負圧となることで、第二弁が開弁して貯留室の作動流体が第二室に吸引されるに際し、弾性部材の復原力を受けるピストン部材により貯留室の作動流体が押圧されて第二室側に押出されることになる。したがって、容積拡大した第二室に作動流体を十分に供給して、変動トルクの反転後における機関位相の戻りを確実に抑制することができるのである。

請求項４に記載の発明において、ベーンロータは、ハウジングに対する進角側又は遅角側に偏って付勢され、第二室への作動流体の供給及び第一室からの作動流体の排出により、当該付勢側とは反対側に相対回転する。この発明によると、ベーンロータがハウジングに対する進角側又は遅角側に偏って付勢されるので、第二室への流体供給によって当該付勢側と反対側にベーンロータを相対回転させる位相変化時の応答性は、高め難くなる。しかし、流体供給中の第二室が変動トルクの作用によって負圧となっても、第二弁の開弁によって貯留室の作動流体が第二室へと吸引され、機関位相の戻りが抑制されることになるので、ベーンロータを付勢側と反対側に相対回転させる位相変化時の応答性を高めることができるのである。

請求項５に記載の発明によると、ベーンロータは、カム軸から作用する変動トルクによりハウジングに対する遅角側に平均的に偏って付勢され、第一室及び第二室は、それぞれ遅角室及び進角室に設定される。この発明によると、変動トルクによってベーンロータがハウジングに対する遅角側に平均的に偏って付勢されるので、進角室への流体供給によってベーンロータを進角側に相対回転させる位相進角時の応答性は、高め難くなる。しかし、流体供給中の第二室たる進角室が変動トルクの作用によって負圧となっても、第二弁の開弁によって貯留室の作動流体が当該進角室へと吸引され、機関位相の遅角側への戻りが抑制されることになるので、位相進角時の応答性を高めることができるのである。

請求項６に記載の発明において、第一弁は、貯留室及び第一室の間においてベーンロータに形成される第一弁通路と、第一弁通路において第一室側から受ける作動流体の圧力が正圧となることにより、開弁して第一弁通路を開放し、当該圧力が負圧又は大気圧となることにより、閉弁して第一弁通路を閉塞する第一弁部材と、を有する逆止弁である。

この発明によると、第一室の内圧が正圧となるときには、当該第一室と貯留室との間の第一弁通路において第一室側から第一弁部材が受ける圧力も、正圧となる。これにより、第一弁部材が開弁して第一弁通路が開放されることになるので、当該第一弁通路を挟む貯留室及び第一室の間を確実に連通させることができる。

一方、第一室の内圧が負圧又は大気圧となるときには、当該第一室と貯留室との間の第一弁通路において第二室側から第一弁部材が受ける圧力も、負圧又は大気圧となる。これにより、第一弁部材が閉弁して第一弁通路が閉塞されることになるので、当該第一弁通路を挟む貯留室及び第一室間を確実に遮断することができる。

このような請求項６に記載の発明によれば、逆止弁により第一弁の機能を果たして、構成の簡素化を図ることが可能となる。

請求項７に記載の発明において、第二弁は、貯留室及び第二室の間においてベーンロータに形成される第二弁通路と、第二室と連通するようにベーンロータに形成されるパイロット通路と、パイロット通路を通じて受ける作動流体の圧力が負圧となることにより、開弁して第二弁通路を開放し、当該圧力が正圧又は大気圧となることにより、閉弁して第二弁通路を閉塞する第二弁部材と、を有するパイロット開閉弁である。

この発明によると、第二室の内圧が負圧となるときには、当該第二室と連通するパイロット通路を通じて第二弁部材が受ける作動流体の圧力も、負圧となる。これにより、第二弁部材が開弁して貯留室及び第二室の間の第二弁通路が開放されることになるので、それら貯留室及び第二室間を確実に連通させることができる。

一方、第二室の内圧が正圧又は大気圧となるときには、当該第二室と連通するパイロット通路から第二弁部材が受ける作動流体の圧力も、正圧又は大気圧となる。これにより、第二弁部材が閉弁して貯留室及び第二室の間の第二弁通路が閉塞されることになるので、それら貯留室及び第二室間を確実に遮断することができる。

このような請求項７に記載の発明によれば、パイロット開閉弁により第二弁の機能を果たして、構成の簡素化を図ることが可能となる。

尚、以上において、「正圧」とは大気圧よりも高い圧力を意味し、「負圧」とは大気圧よりも低い圧力を意味している。

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）
図１，２に示す駆動部１０において、ハウジング１１は、シューハウジング１２、スプロケット１３及びフロントプレート１８から構成されている。

金属製のシューハウジング１２は、円筒状の筒部１２ａと、仕切部として複数のシュー１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを有している。

各シュー１２ｂ〜１２ｄは、筒部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〜１２ｄの突出側端面は、図２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〜１２ｄの間には、それぞれ収容室５０が形成される。

共に金属製のスプロケット１３及びフロントプレート１８は円環板状に形成されており、それぞれシューハウジング１２の両端部に同軸上に装着されている。ここで、外周壁面に複数の歯１９が突出形成されているスプロケット１３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する。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１３に駆動力が伝達されることで、ハウジング１１がクランク軸と連動して図２の時計方向に回転するようになっている。

金属製のベーンロータ１４は、ハウジング１１内に同軸上に収容されており、軸方向においてハウジング１１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とを有している。

ボス部１４ａには、フロントプレート１８の円筒孔状の中心孔（以下、「プレート中心孔」という。）１８ａを介して大気開放される有底円筒孔状の座ぐり孔１４ｅが、当該中心孔と同軸上に形成されている。ボス部１４ａは、プレート中心孔１８ａ及び座ぐり孔１４ｅに通されたボルト１４ｆによって、カム軸２に同軸上に固定されている。これによりベーンロータ１４は、カム軸２と連動して図２の時計方向に回転すると共に、ハウジング１１に対して相対回転可能となっている。

各ベーン１４ｂ〜１４ｄ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２の紙面垂直方向から見て円弧形の凸面状に形成され、筒部１２ａの内周壁面に摺接する。

各ベーン１４ｂ〜１４ｄ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１１との間に区画している。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１２ｂとベーン１４ｄの間に遅角室５８がそれぞれ形成されている。

こうした構成の駆動部１０では、進角室５２〜５４への作動油供給並びに遅角室５６〜５８からの作動油排出によりベーンロータ１４がハウジング１１に対する進角側に相対回転することで、クランク軸に対するカム軸２の位相である機関位相が進角側に変化する。したがって、このときには、バルブタイミングが進角する。

一方、遅角室５６〜５８への作動油供給並びに進角室５２〜５４からの作動油排出によりベーンロータ１４がハウジング１１に対して遅角側に相対回転することで、機関位相が遅角側に変化する。したがって、このときには、バルブタイミングが遅角する。

また一方、駆動部１０では、進角室５２〜５４及び遅角室５６〜５８に対して作動油供給も作動油排出も規制されることによりベーンロータ１４がハウジング１１と同速回転しすることで、機関位相の変化が生じなくなる。したがって、このときには、バルブタイミングが保持されるのである。

（制御部）
図１に示す制御部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、駆動部１０の作動状態によらず進角室５２〜５４と連通状態にある。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７４は、駆動部１０の作動状態によらず遅角室５６〜５８と連通状態にある。

供給通路７６は、「流体供給源」としてのポンプ４の吐出口と連通しており、大気開放される「ドレン溜まり」としてのオイルパン５からポンプ４によって汲み上げられた作動油が吐出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、故に内燃機関の運転中は、作動油が継続して供給通路７６に供給されることとなる。また、ドレン通路７８は大気開放されて、オイルパン５に作動油を排出可能に設けられている。

制御弁８０は、ソレノイド８２の発生する電磁駆動力及びリターンスプリング８４の発生する復原力を利用してスプール駆動するスプール弁である。制御弁８０には、進角通路７２、遅角通路７４、供給通路７６及びドレン通路７８がポート接続されている。制御弁８０は、ソレノイド８２への通電に従って作動することにより、供給通路７６及びドレン通路７８にそれぞれ連通する通路を進角通路７２及び遅角通路７４の間で切換える。

制御回路９０は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、制御弁８０のソレノイド８２と電気接続されている。制御回路９０は、ソレノイド８２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。

こうした構成の制御部３０では、内燃機関の運転中に制御回路９０によって制御されるソレノイド８２への通電に従って制御弁８０が作動し、供給通路７６及びドレン通路７８に対する進角通路７２及び遅角通路７４の連通状態が切換制御される。したがって、図１に示すように供給通路７６及びドレン通路７８に対してそれぞれ進角通路７２及び遅角通路７４が連通するときには、ポンプ４からの作動油が通路７６，７２を通じて進角室５２〜５４に供給されると共に、遅角室５６〜５８の作動油が通路７４，７８を通じてオイルパン５に排出される。故に、このときには、機関位相が進角側に変化してバルブタイミングが進角することとなる。

一方、図３に示すように供給通路７６及びドレン通路７８に対してそれぞれ遅角通路７４及び進角通路７２が連通するときには、ポンプ４からの作動油が通路７６，７４を通じて遅角室５６〜５８に供給されると共に、進角室５２〜５４の作動油が通路７２，７８を通じてオイルパン５に排出される。故に、このときには、機関位相が遅角側に変化してバルブタイミングが遅角することとなる。

また一方、図４に示すように通路７６，７８の各々に対して通路７２，７４のいずれも遮断されるときには、ポンプ４からの作動油が進角室５２〜５４及び遅角室５６〜５８のいずれにも供給されず、またそれら流体室５２〜５４，５６〜５８のいずれの作動油もオイルパン５には排出されなくなる。故に、このときには、機関位相が変化せずにバルブタイミングが保持されることになるのである。

（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５に例示するように変動トルクは、ベーンロータ１４をハウジング１１に対する進角側に付勢する負トルクと、ベーンロータ１４をハウジング１１に対する遅角側に付勢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。そして、特に本実施形態の変動トルクは、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−よりも大きくなる傾向を示しており、それによって変動トルクの平均トルクＴａｖｅが正トルク側、即ちカム軸２の遅角側に偏るものとなっている。そのため、特に変動トルクの平均トルクＴａｖｅとは反対側にベーンロータ１４が相対回転する位相進角時に応答性の低下が懸念されるが、後に詳述するように本実施形態では、そうした懸念が解消されることになるのである。

（負圧抑制回路）
図１，２に示すように、本実施形態のバルブタイミング調整装置１において駆動部１０には、進角室５２における負圧の発生を抑制するための油圧回路として、負圧抑制回路１００が内蔵されている。この負圧抑制回路１００は、貯留シリンダ１２０と、「第一弁」としての逆止弁１４０と、「第二弁」としてのパイロット開閉弁１６０等から構成されている。

図６，７に示すように貯留シリンダ１２０は、ピストン室１２２、ピストン部材１２４、大気通路１２６、並びに「弾性部材」としての押圧スプリング１２８を有している。ピストン室１２２は、ベーン１４ｂにおいてベーンロータ１４の回転軸に略平行な円筒孔状に形成されている。金属製のピストン部材１２４は円板状乃至は円柱状に形成されており、ピストン室１２２に同軸上に嵌合収容されている。これによりピストン部材１２４は、ピストン室１２２をスプロケット１３側の貯留室１３０とフロントプレート１８側の大気室１３２とに二分した状態で、軸方向に往復移動可能となっている。

大気通路１２６は、ピストン室１２２のうち大気室１３２とベーンロータ１４の座ぐり孔１４ｅとの間をピストン部材１２４の移動位置によらず連通するように、ベーン１４ｂ及びボス部１４ａに跨って形成されている。これにより大気室１３２は、大気通路１２６、座ぐり孔１４ｅ及びプレート中心孔１８ａを介して常時、大気開放されており、その内圧が実質的に大気圧に保持されている。

押圧スプリング１２８は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、ピストン室１２２のうち大気室１３２に同軸上に収容されている。押圧スプリング１２８は、ピストン室１２２の底壁部１２２ａとピストン部材１２４との間に介装されており、ピストン部材１２４をスプロケット１３側に付勢する復原力を、要素１２２ａ，１２４間における圧縮変形によって発生する。したがって、押圧スプリング１２８の復原力を受けるピストン部材１２４は、ピストン室１２２のうち作動油を貯留する貯留室１３０を圧縮することで、当該貯留室１３０の貯留油を押圧可能となっている。

ここで、貯留室１３０について本実施形態では、押圧スプリング１２８の圧縮限界によって決まる最大容積Ｖｓ、即ちピストン部材１２４が押圧スプリング１２８の復原力に抗してフロントプレート１８側の最端位置に達したときの容積Ｖｓが、下記式１のように設定されている。尚、下記式１において、容積Ｖｍは、ベーンロータ１４がハウジング１１に対して進角側に相対回転駆動される際、負トルクの作用によって容積拡大する進角室５２の当該容積拡大量の最大値である。
Ｖｓ≧Ｖｍ ・・・（式１）

逆止弁１４０は、「第一弁通路」としての弁通路１４２、弁座１４４、「第一弁部材」としての弁部材１４６、並びに弁スプリング１４８を有している。弁通路１４２は、「第一室」としての遅角室５６とピストン室１２２のうち貯留室１３０との間を、弁部材１４６の開弁時にはピストン部材１２４の移動位置によらずに連通するよう、ベーン１４ｂに形成されている。

図７に示すように弁座１４４は、貯留室１３０側から遅角室５６側に向かって縮径する円錐面状に、弁通路１４２の内周壁面によって形成されている。金属製の弁部材１４６は球状に形成されており、弁通路１４２において弁座１４４よりも貯留室１３０側に収容されている。これにより弁部材１４６は、弁座１４４に対して図８の如く離座並びに図７の如く着座可能となっている。

弁スプリング１４８は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、弁通路１４２において弁部材１４６よりも貯留室１３０側に収容されている。弁スプリング１４８は、弁通路１４２の内壁部１４２ａと弁部材１４６との間に介装されており、弁部材１４６を弁座１４４側に付勢する復原力を、要素１４２ａ，１４６間における圧縮変形によって発生する。

こうした構成の逆止弁１４０において弁部材１４６は、弁通路１４２にて遅角室５６側から受ける圧力が、貯留室１３０側から受ける圧力よりも高圧の正圧となることで、図８の如く弁スプリング１４８の復原力に抗して弁座１４４から離座し、開弁状態となる。故に、このときには、弁通路１４２が開放されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が連通することになる。

一方、弁部材１４６は、弁通路１４２にて遅角室５６側から受ける圧力が、貯留室１３０側から受ける圧力よりも低圧の負圧、又は大気圧となることで、図７の如く弁スプリング１４８により付勢されて弁座１４４へと着座し、閉弁状態となる。故に、このときには、弁通路１４２が閉塞されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が遮断されることになるのである。

図６，７に示すようにパイロット開閉弁１６０は、弁室１６１、「第二弁部材」としての弁部材１６２、「第二弁通路」としての弁通路１６４、パイロット通路１６６、大気通路１６７、並びに弁スプリング１６８を有している。弁室１６１は、ベーン１４ｂにおいてベーンロータ１４の回転軸に略平行な円筒孔状に形成されている。金属製の弁部材１６２は円柱状に形成されており、弁室１６１に同軸上に嵌合収容されている。これにより弁部材１６２は、弁室１６１をスプロケット１３側のパイロット室１７０とフロントプレート１８側の大気室１７２とに二分した状態で、軸方向に往復移動可能となっている。図６に示すように、弁部材１６２において弁室１６１の内周壁面と摺接する外周面には、円環状の弁溝１７４が開口している。

弁通路１６４は、その中途部に弁室１６１が設けられており、当該弁室１６１によって貯留室側通路部１６４ａと進角室側通路部１６４ｂとに二分されている。ここで貯留室側通路部１６４ａは、図６の開弁位置に移動した弁部材１６２の弁溝１７４に対してはピストン室１２２のうち貯留室１３０を連通させる一方、図９の閉弁位置に移動した弁部材１６２の弁溝１７４に対しては当該貯留室１３０を遮断するように、ベーン１４ｂに形成されている。また、進角室側通路部１６４ｂは、弁部材１６２の弁溝１７４と進角室５２との間を弁部材１６２の移動位置によらず連通するように、ベーン１４ｂに形成されている。以上により本実施形態の弁通路１６４は、貯留室１３０と進角室５２との間に設けられて、弁部材１６２の移動に応じて開放並びに閉塞可能となっているのである。

図６，７に示すようにパイロット通路１６６は、弁室１６１のうちパイロット室１７０と進角室５２との間を弁部材１６２の移動位置によらず連通するように、ベーン１４ｂに形成されている。これによりパイロット室１７０には、進角室５２への供給油がパイロット通路１６６を通じて流入し、その内圧が、パイロット通路１６６を通じて受ける進角室５２の内圧と実質的に等しくなる構成が実現されている。

大気通路１６７は、弁室１６１のうち大気室１７２と貯留シリンダ１２０の大気通路１２６との間を弁部材１６２の移動位置によらず連通するように、ベーン１４ｂに形成されている。これにより大気室１７２は、大気通路１６７，１２６、座ぐり孔１４ｅ及びプレート中心孔１８ａを介して常時、大気開放されており、その内圧が実質的に大気圧に保持されている。

こうした構成のパイロット開閉弁１６０において弁部材１６２は、パイロット室１７０の内圧である進角室５２の内圧が、大気室１７２の内圧である大気圧よりも低圧の負圧となることで、当該大気圧により弁スプリング１６８の復原力に抗して図６の開弁位置に移動する。故に、このときの弁通路１６４は、弁部材１６２の弁溝１７４を介して貯留室１３０及び進角室５２の間を連通させる開放状態となる。

一方、弁部材１６２は、パイロット室１７０の内圧である進角室５２の内圧が、大気室１７２の内圧である大気圧よりも高圧の正圧、又は大気圧となることで、弁スプリング１６８に付勢されて図９の閉弁位置に移動する。故に、このときの弁通路１６４は、弁部材１６２により貯留室１３０及び進角室５２の間が遮断された閉塞状態となるのである。

（バルブタイミング調整作動）
ここで、本実施形態によるバルブタイミング調整作動の特徴について説明する。

（１）遅角室５６〜５８への作動油供給並びに進角室５２〜５４からの作動油排出が実現（図３参照）されるときには、負トルク作用により圧縮されることで又はベーン１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが遅角側のシュー１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ（図２参照）に当接して機関位相が最遅角位相に保持されることで、遅角室５６〜５８の内圧が正圧となる。このとき貯留室１３０は、押圧スプリング１２８の復原力を受けるピストン部材１２４に押圧されて正圧の内圧となるが、遅角室５６の内圧である正圧よりも低い圧力となる。故に、逆止弁１４０では、弁通路１４２において弁部材１４６が遅角室５６側から受ける圧力が、貯留室１３０側から受ける圧力よりも高圧の正圧となり、図１０に示すように開弁するので、弁通路１４２が開放されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が連通することになる。

また、このとき進角室５２〜５４は、大気開放されたオイルパン５への作動油の排出状態にあり、その内圧が実質的に大気圧となっている。故に、パイロット開閉弁１６０では、進角室５２から弁部材１６２がパイロット通路１６６を通じて受ける圧力としてのパイロット室１７０の内圧が大気圧と等価となり、図１０に示すように弁部材１６２が閉弁位置に移動するので、貯留室１３０及び進角室５２の間が遮断されるのである。

以上により、進角室５２に対して遮断された貯留室１３０には、それと連通する遅角室５６への供給油が当該遅角室５６の正圧によって流入する。この流入油によりピストン部材１２４は、押圧スプリング１２８の復原力に抗してフロントプレート１８側へと移動し、貯留室１３０において最大容積Ｖｓとなるまで、作動油が変動トルクの負トルクへの反転毎に貯留されることになる。

（２）遅角室５６〜５８への作動油供給並びに進角室５２〜５４からの作動油排出中に変動トルクが正トルクに反転すると、遅角室５６〜５８が容積拡大して、それらの内圧が負圧になる。このときにも貯留室１３０は、押圧スプリング１２８の復原力を受けるピストン部材１２４に押圧されて、内圧が正圧となる。故に、逆止弁１４０では、弁通路１４２において弁部材１４６が遅角室５６側から受ける圧力が、貯留室１３０側から受ける圧力よりも低圧の負圧となり、図１１に示すように閉弁するので、弁通路１４２が閉塞されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が遮断されることになる。

また、このとき進角室５２〜５４は、オイルパン５への作動油排出状態が維持されることで、その内圧が継続して大気圧と等価となっているので、パイロット開閉弁１６０の弁部材１６２が閉弁位置に定位して貯留室１３０及び進角室５２の間が遮断されたままとなるのである。

以上により、変動トルクの正トルクへの反転前に遅角室５６から貯留室１３０に流入して貯留された作動油については、その流出が抑制されることになる。

（３）制御弁８０の切換により、進角室５２〜５４への作動油供給並びに遅角室５６〜５８からの作動油排出が実現（図１参照）されるときには、正トルク作用により圧縮されることで又はベーン１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが進角側のシュー１２ｃ，１２ｄ，１２ｂ（図２参照）に当接して機関位相が最進角位相に保持されることで、進角室５２〜５４の内圧が正圧となる。このときにも貯留室１３０は、押圧スプリング１２８の復原力を受けるピストン部材１２４に押圧されて、内圧が正圧となる。故に、パイロット開閉弁１６０では、パイロット室１７０の内圧が、大気圧と等価な大気室１７２の内圧よりも高い正圧となって、図１１に示すように弁部材１６２が閉弁位置に定位するので、貯留室１３０及び進角室５２の間が遮断されることになる。

また、このとき遅角室５６〜５８は、大気開放されたオイルパン５への作動油の排出状態にあり、その内圧が実質的に大気圧となっている。故に、逆止弁１４０では、弁通路１４２において弁部材１４６が遅角室５６側から受ける圧力が大気圧と等価となり、図１１に示すように閉弁するので、弁通路１４２が閉塞されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が遮断されるのである。

以上により、進角室５２〜５４への作動油供給並びに遅角室５６〜５８からの作動油排出時に貯留室１３０に貯留された作動油の流出が、抑制されることになる。

（４）進角室５２〜５４への作動油供給並びに遅角室５６〜５８からの作動油排出中に変動トルクが負トルクに反転すると、進角室５２〜５４が容積拡大して、それらの内圧が負圧になる。故に、パイロット開閉弁１６０では、パイロット室１７０の内圧が、大気圧と等価な大気室１７２の内圧よりも低い負圧となって、図１３に示すように開弁位置へと移動するので、貯留室１３０及び進角室５２の間が連通することになる。

また、このとき遅角室５６〜５８は、オイルパン５への作動油排出状態が維持されることで、その内圧が継続して大気圧と等価となっているので、逆止弁１４０の弁部材１４６が閉弁状態に保持されて遅角室５６及び貯留室１３０の間が遮断されることになる。

以上により、作動油を貯留する貯留室１３０からは、それに連通する進角室５２の負圧によって作動油が当該進角室５２へと吸引される。そのため、通路７６，７２上の装置クリアランス（図１参照。例えば、カム軸２及びその軸受の界面を通過する進角通路７２の当該界面におけるクリアランス。）を通じて負圧状態の進角室５２に吸引されるエア量が、減少する。このとき、押圧スプリング１２８の復原力を受けるピストン部材１２４は貯留室１３０の作動油を押圧して進角室５２側に押出すので、進角室５２に十分な量の作動油が供給されてエア吸引量の減少効果が高められることになる。加えて、貯留室１３０の最大容積Ｖｓが上記式１を満たすように、即ち進角室５２の容積拡大量の最大値Ｖｍ以上に設定されているので、進角室５２への作動油吸引により貯留室１３０が空となってエアを吸引するような事態が、抑制されるのである。

したがって、この後に変動トルクが再度反転して、上記（３）に準ずる正トルクの作用状態（図１３参照）となっても、進角室５２におけるエア量が低減されていることにより、ベーンロータ１４が進角室５２を圧縮する遅角側に相対回転して機関位相が戻るような現象は発生し難い。故に、ここまで説明の実施形態によれば、変動トルクの平均トルクＴａｖｅの偏りに起因して低下が懸念される位相進角時の応答性を、確実に高める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、かかる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、変動トルクの平均トルクＴａｖｅについては、実質的に零となるようにしてもよい。さらに、変動トルクの平均トルクＴａｖｅの偏り側とは反対側にベーンロータ１４を付勢するアシストスプリング等の弾性体を駆動部１０に設けるようにしてもよく、またその場合等においては、「進角」及び「遅角」の関係を上記実施形態のものとは逆にして、流体室５６を「第一室」としての進角室且つ流体室５２を「第二室」としての遅角室としてもよい。またさらに、駆動部１０については、ハウジング１１がカム軸２と連動して回転し、ベーンロータ１４がクランク軸と連動して回転するように構成してもよい。

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II−II線断面図であって、その一部を切欠いて示す図である。 図１とは別の作動状態を示す図である。 図１，３とは別の作動状態を示す図である。 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の要部の拡大図である。 図２の要部の拡大図である。 図７とは別の作動状態を示す図である。 図６とは別の作動状態を示す図である。 図１のバルブタイミング調整装置の作動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作動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作動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作動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 カム軸、４ ポンプ（流体供給源）、５ オイルパン、１０ 駆動部、１１ ハウジング、１２ シューハウジング、１２ａ 筒部、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ シュー、１３ スプロケット、１４ ベーンロータ、１４ａ ボス部 １４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ベーン、１４ｅ 座ぐり孔、１４ｆ ボルト、１８ フロントプレート、１８ａ プレート中心孔、３０ 制御部、５０ 収容室、５２ 進角室（第二室）、５３，５４ 進角室、５６ 遅角室（第一室）、５７，５８ 遅角室，７２ 進角通路，７４ 遅角通路，７６ 供給通路、７８ ドレン通路、８０ 制御弁、８２ ソレノイド、８４ リターンスプリング、９０ 制御回路、１００ 負圧抑制回路、１２０ 貯留シリンダ、１２２ ピストン室、１２２ａ 底壁部、１２４ ピストン部材、１２６ 大気通路、１２８ 押圧スプリング（弾性部材）、１３０ 貯留室、１３２ 大気室、１４０ 逆止弁（第一弁）、１４２ａ 内壁部、１４２ 弁通路（第一弁通路）、１４４ 弁座、１４６ 弁部材（第一弁部材）、１４８ 弁スプリング、１６０ パイロット開閉弁（第二弁）、１６１ 弁室、１６２ 弁部材（第二弁部材）、１６４ 弁通路（第二弁通路）、１６４ａ 貯留室側通路部、１６４ｂ 進角室側通路部、１６６ パイロット通路、１６７ 大気通路、１６８ 弁スプリング、１７０ パイロット室、１７２ 大気室、１７４ 弁溝、Ｔ＋，Ｔ− ピークトルク、Ｔａｖｅ 平均トルク、Ｖｓ 最大容積、Ｖｍ 容積拡大量の最大値

Claims (7)

1. 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ハウジングと、
   前記カム軸と連動して回転し、前記ハウジングの内部において進角室及び遅角室を回転方向に区画するベーンロータであって、前記進角室又は前記遅角室に作動流体が流体供給源から供給されると共に前記遅角室又は前記進角室から作動流体が大気開放のドレン溜まりに排出されることにより、前記ハウジングに対する進角側又は遅角側に相対回転するベーンロータと、
   前記ベーンロータに形成され、作動流体を貯留する貯留室と、
   前記ベーンロータに内蔵され、前記進角室及び前記遅角室のうち一方である第一室の内圧が正圧となることにより、開弁して前記貯留室及び前記第一室の間を連通し、前記第一室の内圧が負圧又は大気圧となることにより、閉弁して前記貯留室及び前記第一室の間を遮断する第一弁と、
   前記ベーンロータに内蔵され、前記進角室及び前記遅角室のうち前記第一室と異なる他方である第二室の内圧が負圧となることにより、開弁して前記貯留室及び前記第二室の間を連通し、前記第二室の内圧が正圧又は大気圧となることにより、閉弁して前記貯留室及び前記第二室の間を遮断する第二弁と、
   を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記貯留室の容積は、前記カム軸から前記ベーンロータに作用する変動トルクによって拡大する前記第二室の容積拡大量以上に設定され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. 前記ベーンロータに内蔵されて復原力を発生する弾性部材と、
   前記復原力を受けて前記貯留室の作動流体を押圧するピストン部材と、
   を備え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。
4. 前記ベーンロータは、前記ハウジングに対する進角側又は遅角側に偏って付勢され、前記第二室への作動流体の供給及び前記第一室からの作動流体の排出により、当該付勢側とは反対側に相対回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記ベーンロータは、前記カム軸から作用する変動トルクにより前記ハウジングに対する遅角側に平均的に偏って付勢され、
   前記第一室及び前記第二室は、それぞれ前記遅角室及び前記進角室に設定され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。
6. 前記第一弁は、
   前記貯留室及び前記第一室の間において前記ベーンロータに形成される第一弁通路と、
   前記第一弁通路において前記第一室側から受ける作動流体の圧力が正圧となることにより、開弁して前記第一弁通路を開放し、当該圧力が負圧又は大気圧となることにより、閉弁して前記第一弁通路を閉塞する第一弁部材と、
   を有する逆止弁であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
7. 前記第二弁は、
   前記貯留室及び前記第二室の間において前記ベーンロータに形成される第二弁通路と、
   前記第二室と連通するように前記ベーンロータに形成されるパイロット通路と、
   前記パイロット通路を通じて受ける作動流体の圧力が負圧となることにより、開弁して前記第二弁通路を開放し、当該圧力が正圧又は大気圧となることにより、閉弁して前記第二弁通路を閉塞する第二弁部材と、
   を有するパイロット開閉弁である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。

Images