JP4207141B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、「内燃機関」をエンジンという)の吸気弁および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)を変更するためのバルブタイミング調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンのクランクシャフトと同期回転するタイミングプーリやチェーンスプロケット等を介してカムシャフトを駆動し、タイミングプーリやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回動による位相差により吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを油圧制御するバルブタイミング調整装置としてベーン式のものが知られている。クランクシャフトとカムシャフトとの位相差をエンジン運転状態に応じて最適に調整することにより、出力または燃費を向上できる。
【0003】
このような作動油を用いたベーン式のバルブタイミング調整装置では、吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を駆動することにより正負に変動する負荷トルクをカムシャフトが受けるので、例えばエンジン始動開始時のクランキング時のように作動油が充分に供給されていない状態において、ベーン部材を収容するハウジング部材に対しベーン部材が揺動しハウジング部材とベーン部材との衝突により打音が発生するという問題がある。ここで、正の負荷トルクはクランクシャフトに対しカムシャフトが遅角する方向に加わり、負の負荷トルクはクランクシャフトに対しカムシャフトが進角する方向に加わる。正負の負荷トルクの平均はクランクシャフトに対しカムシャフトが遅角する方向に加わる。
【0004】
そこで、バルブタイミング調整装置に作動油が充分に供給されていない状態において、例えばベーン部材に収容したストッパピストンをハウジング部材に形成した嵌合穴に嵌合することによりハウジング部材に対するベーン部材の揺動を防止し、打音の発生を防止することが知られている。作動油が充分に供給されると油圧によりストッパピストンがハウジング部材から抜けるので、ハウジング部材に対しベーン部材を相対回動制御できる。
【0005】
ここで、例えば吸気弁をピストンの下死点位置よりも遅く閉じることによりエンジンのポンピングロスを低減し、燃費を向上することができる。しかし、ピストンの下死点位置よりも遅く吸気弁を閉じるタイミングだと、エンジン暖気後において燃費が向上する反面エンジン冷間時に実圧縮比が低下し、ピストン上死点における空気温度が十分に上昇しない。したがって、エンジンが始動不良を起こす恐れがある。この場合、エンジン冷間時に最適な吸気弁のバルブタイミングはエンジン暖気後に最適なバルブタイミングよりも進角側である。
【0006】
そこで、ハウジング部材に対しベーン部材が最遅角と最進角との中間にある状態で嵌合穴にストッパピストンを嵌合してエンジンを停止し、中間位置でエンジンを始動することによりエンジンを確実に始動することが考えられる。このようなバルブタイミング調整装置として、特開平9−324613号公報および特開平11−343819号公報に開示されるものが知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
通常エンジンを停止すると、各油圧室に加わる油圧は低下し、カムシャフトに加わる負荷トルクによりベーン部材はハウジング部材に対し遅角側に回転する。したがって、ハウジング部材に対しベーン部材が中間位置よりも進角側に位置していれば、エンジンを停止すると負荷トルクによりベーン部材が遅角側に回転して中間位置に達し、ストッパピストンが嵌合穴に嵌合する。
【0008】
しかし、エンジン停止時に負荷トルクが加わっても、エンジン冷間時における作動油の粘性増加等により、ハウジング部材に対しベーン部材が中間位置よりも進角側にある状態でエンジンが停止することがある。ハウジング部材に対しベーン部材が中間位置よりも進角側にある状態でエンジンが停止しても、エンジンを始動すれば、クランキングの間に負荷トルクがカムシャフトに加わりハウジング部材に対しベーン部材が遅角側に回転する。すると、ストッパピストンが嵌合穴に嵌合し中間位置でエンジンを始動することができる。
【0009】
しかし、エンジン停止後すぐにエンジンを始動するような場合、油路内に作動油が充填されているので、エンジン始動後速やかに油圧が油圧室に加わる。エンジン始動後進角油圧室に作動油を供給する制御を行う場合、負荷トルクを受けベーン部材が遅角側に回転する前に進角油圧室の油圧が上昇し、ベーン部材が中間位置よりも進角側に固定されことがある。例えば吸気弁の場合、吸気弁の開弁タイミングが進角した状態でエンジンが始動すると、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なり、エンジンの始動不良が起こる恐れがある。
【0010】
特開平11−343819号公報に開示されるバルブタイミング調整装置では、エンジン始動時に進角油圧室および遅角油圧室から作動油を排出することにより、エンジン始動時にベーン部材が遅角側に回転可能である。
しかし、進角油圧室および遅角油圧室の両油圧室に作動油を供給しないので、エンジン始動時において部材同士の摺動部に作動油が供給されず、摺動部が焼き付く恐れがある。また、両油圧室に作動油が供給されていない状態でストッパピストンが嵌合穴から抜け出ると、負荷トルクの働きによりベーン部材が遅角側に回転しハウジング部材に衝突する恐れがある。
本発明の目的は、エンジンを始動するときに駆動側回転体に対し従動側回転体を中簡位置に保持し、エンジン始動中の摺動部の焼き付きを防止し、打音の発生を防止するバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1または記載のバルブタイミング調整装置によると、駆動側回転体に対し従動側回転体が中間位置よりも進角側にある状態でエンジンが停止しても、エンジン始動時に、切換手段が進角流路と流体供給源、ならびに進角流路とドレインとを同時に接続すれば、進角室に流体供給源から作動流体を供給しながら、進角室から作動流体をドレインに排出できる。進角室に作動流体が充填されていも進角室の流体圧力は低いので、エンジン始動時に負荷トルクが従動側回転体に加わると、駆動側回転体に対し従動側回転体は遅角側に回転する。そして、従動側回転体が中間位置に達すると、当接部が被当接部に当接し駆動側回転体に対し従動側回転体を中間位置に保持する。中間位置をエンジン始動に最適な位相に設定しておけば、エンジンを確実に始動できる。エンジンが始動し作動流体の圧力が上昇すれば、当接部と被当接部との当接を解除し、駆動側回転体に対し従動側回転体を相対回動制御できる。
【0012】
また、エンジン始動時において進角室に作動流体を供給しながら進角室から作動流体を排出できるので、進角流路および進角室を作動流体が循環する。エンジン始動開始直後から各部材の摺動部を作動流体が潤滑するので、エンジン始動時の部材の焼き付きを防止できる。
また、エンジン始動時において、圧力は低いながら進角室に作動流体が充填されるので、当接部と被当接部との当接が解除されても、駆動側回転体に対し従動側回転体が遅角側に回転し衝突することを防止する。
また、電源オフ時に弁付勢手段の付勢力により弁部材は進角流路と流体供給源、ならびに進角流路とドレインとを同時に接続するため、電磁駆動部または制御回路の不良により電磁駆動部が駆動力を発生しなくなると、進角室に作動流体を供給しながら進角室から作動流体を排出するので、従動側回転体が遅角側に回転することを遅らすか防止できる。したがって、電気系統のフェイル発生時にすぐにバルブタイミングを遅角させたくないエンジンに好適である。
本発明の請求項1または3記載のバルブタイミング調整装置によると、一つの弁部材を有する弁装置で流路を切り換えるので、切換手段の構成が簡単である。
【0013】
本発明の請求項2または記載のバルブタイミング調整装置によると、エンジンを停止するとき、進角室に流体を供給する進角制御手段を備えている。したがって、中間位置よりも進角側に回転した従動側回転体が負荷トルクにより遅角側に回転することにより、中間位置で当接部と被当接部とが当接した状態でエンジンが停止するか、または駆動側回転体に対し従動側回転体が中間位置よりも進角側に回転した状態でエンジンが停止する。駆動側回転体に対し従動側回転体が中間位置よりも進角側に回転した状態でエンジンが停止しても、進角室の圧力が低いので、エンジン始動時に加わる負荷トルクにより従動側回転体は遅角側に回転し、中間位置において当接部は被当接部と当接する。したがって、エンジンを確実に始動できる。
【0015】
本発明の請求項記載のバルブタイミング調整装置によると、弁装置のハウジングは、進角孔と連通孔とを連通している溝通路を外周壁に有している。弁装置以外の構成を変えることなく、進角流路と流体供給源、ならびに進角流路とドレインとを同時に接続することができる。つまり、進角室に作動流体を供給しながら進角室から作動流体を排出できる。弁装置以外の構成は従来と同じであるから、設計変更箇所が少ない。
本発明の請求項記載のバルブタイミング調整装置によると、進角孔および連通孔と連通可能な排出孔は共通であるから、弁装置のハウジングに形成する排出孔の数が減少し、製造工数が低減する。
【0016】
本発明の請求項記載のバルブタイミング調整装置によると、切換手段において、進角流路とドレインとを接続する流路面積は、進角流路と流体供給源とを接続する流路面積以下である。したがって、進角室に作動流体を供給しながら進角室から作動流体を排出するとき、進角室に流入する作動流体量は進角室から排出される作動流体量以上である。したがって、進角流路と流体供給源、ならびに進角流路とドレインとが同時に接続している状態で、進角室に作動流体を確実に充填できる。
なお、上記進角側についての構成は、遅角側についても同様に採用することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明の第1実施例によるエンジン用バルブタイミング調整装置を図3に示す。本実施例のバルブタイミング調整装置1は油圧制御式であり、吸気弁のバルブタイミングを制御するものである。
【0018】
図3に示す従動側回転体の一方の側壁であるチェーンスプロケット10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のクランクシャフトと結合して駆動力を伝達され、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2は、チェーンスプロケット10から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト2は、チェーンスプロケット10に対し所定の位相差をおいて回動可能である。チェーンスプロケット10およびカムシャフト2は図3に示す矢印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進角方向とする。
【0019】
チェーンスプロケット10とシューハウジング12およびベーンロータ15との間には、円板状に形成された中間プレート17が介在している。中間プレート17はチェーンスプロケット10とシューハウジング12およびベーンロータ15との間からの油漏れを防止している。チェーンスプロケット10、シューハウジング12および中間プレート17は駆動側回転体としてハウジング部材を構成し、ボルト20により同軸上に固定されている。
【0020】
シューハウジング12は周壁13とハウジング部材の他方の側壁であるフロントプレート14とからなり一体に形成されている。図2に示すように、シューハウジング12は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー12a、12b、12cを有している。シュー12a、12b、12cの周方向の三箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン15a、15b、15cを収容する扇状の収容室50が形成されており、シュー12a、12b、12cの内周面は断面円弧状に形成されている。
【0021】
従動側回転体としてのベーンロータ15は周方向にほぼ等間隔にベーン15a、15b、15cを有し、ベーン15a、15b、15cは各収容室50内に回動可能に収容されている。各ベーンは、各収容室50を遅角油圧室と進角油圧室とに二分している。図2に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング12に対するベーンロータ15の遅角方向、進角方向を表している。シューハウジング12に対するベーンロータ15の最遅角位置は、ベーン15bがシュー12aに当接することにより規定される。シューハウジング12に対するベーンロータ15の最進角位置は、ベーン15bがシュー12bに当接することにより規定される。図3に示すように、ベーンロータ15およびブッシュ22は、ボルト21によりカムシャフト2に一体に固定されており、従動側回転体を構成している。カムシャフト2に対するベーンロータ15の回転方向の位置決めは、ピン23により行われている。
【0022】
カムシャフト2およびブッシュ22はそれぞれチェーンスプロケット10の内周壁10aおよびフロントプレート14の内周壁14aに相対回動可能に嵌合している。したがって、カムシャフト2およびベーンロータ15はチェーンスプロケット10およびシューハウジング12に対し同軸に相対回動可能である。チェーンスプロケット10の内周壁10aおよびフロントプレート14の内周壁14aは従動側回転体の軸受け部を構成している。
【0023】
スプリング24はチェーンスプロケット10に形成された円筒状の凹部11内に収容されている。スプリング24の一端は凹部11の係止部11aに係止され、他端は中間プレート17に形成されている図2および図4に示す長穴17a内を通り、図4に示すようにベーンロータ15に係止されている。
【0024】
カムシャフト2が吸気弁を駆動するときに受ける負荷トルクは正・負に変動している。ここで、負荷トルクの正方向はシューハウジング12に対しベーンロータ15の遅角方向を表し、負荷トルクの負方向はシューハウジング12に対しベーンロータ15の進角方向を表している。負荷トルクの平均は正方向、つまり遅角方向に加わる。スプリング24の付勢力はシューハウジング12に対しベーンロータ15を進角側に回転させるトルクとして働く。スプリング24がベーンロータ15に加える進角方向のトルクはカムシャフト2が受ける負荷トルクの平均とほぼ同じ大きさである。
【0025】
シール部材26は、図2に示すようにベーンロータ15の外周壁に嵌合している。ベーンロータ15の外周壁と周壁13の内周壁との間には微小クリアランスが設けられており、このクリアランスを介して油圧室間に作動油が漏れることをシール部材26により防止している。シール部材26はそれぞれ図3に示す板ばね27の付勢力により周壁13に向けて押されている。
【0026】
ガイドリング30は収容孔38を形成するベーン15aの内壁に圧入保持され、ガイドリング31はガイドリング30の内壁に圧入保持されている。円筒状に形成された当接部としてのストッパピストン32は、ガイドリング30、31内にカムシャフト2の回転軸方向に摺動可能に収容されている。被当接部としての嵌合部材40は横断面円形状に形成されており、フロントプレート14に形成された凹部14bに圧入保持されている。図1に示すように、嵌合部材40には、ストッパピストン32が当接し嵌合可能な嵌合穴41と、嵌合穴41よりも浅く嵌合穴41の遅角側端面と同一平面上に遅角側端面を有し、進角側に延びる拡大穴43が形成されている。
【0027】
ストッパピストン32は、有底の円筒状に形成されており、嵌合部材40側から、第1小径部33、大径部34、第2小径部35を有する。第1小径部33は嵌合方向に向かうにしたがい縮径するテーパ状に形成されており、嵌合穴41も第1小径部33の傾斜に合わせほぼ同じテーパ角で形成されているので、ストッパピストン32は嵌合穴41に滑らかに嵌合する。さらに、嵌合穴41とストッパピストン32ががたなく嵌合するので、負荷トルクの変動による打音の発生を防止できる。さらに、嵌合穴41と接触している第1小径部33の面積が大きいので、第1小径部33に加わる応力が低下し、ストッパピストン32の寿命が延びる。
図1に示す当接付勢手段としてのスプリング37は嵌合部材40側にストッパピストン32を付勢している。ストッパピストン32、嵌合部材40およびスプリング37は拘束手段を構成している。
【0028】
ストッパピストン32の第1小径部33は、図2に示すようにシューハウジング12に対し最遅角位置と最進角位置のほぼ中間位置にベーンロータ15が位置するとき嵌合穴41に嵌合可能である。ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合した状態においてシューハウジング12に対するベーンロータ15の相対回動は拘束される。ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合することによりシューハウジング12とベーンロータ15との相対回動が拘束される中間位置は、エンジンを確実に始動可能にするようにクランクシャフトに対するカムシャフト2の位相差、つまり吸気弁のバルブタイミングを最適に設定する位置である。
ストッパピストン32が嵌合穴41から抜け出た状態で、シューハウジング12に対しベーンロータ15は相対回動可能になる。
【0029】
図1に示すように、第1小径部33の先端面は油圧室42から遅角油圧を受ける。大径部34の嵌合穴41側に形成されている環状面は、大径部34が油圧室45とベーン15aに形成した油路47との連通を遮断しない間、油圧室45から進角油圧を受ける。ストッパピストン32が油圧室42、45から受ける油圧は嵌合穴41からストッパピストン32が抜け出す方向に加わる。油圧室42はフロントプレート14に形成した図示しない油路を介し遅角油圧室51と連通している。油圧室45は、ガイドリング30に形成した貫通孔30a、油路47を介し進角油圧室54と連通可能である。
【0030】
ダンパ室46はガイドリング30に形成した貫通孔30bを介し油路48と連通している。中間プレート17のベーン15aとの摺動側に凹部空間49が形成されている。シューハウジング12に対するベーンロータ15の相対回動位置により凹部空間49は進角油圧室54と油路48、つまりダンパ室46とを連通可能である。進角油圧室54とダンパ室46との連通は、ベーンロータ15および中間プレート17の摺動面により断続される。ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合する当接位置である中間位置よりもシューハウジング12に対しベーンロータ15が進角側に回転すると、凹部空間49を介しダンパ室46と進角油圧室54とが連通する。
【0031】
ダンパ室46が進角油圧室54との連通を遮断されると、ダンパ室46は密封される。ダンパ室46が密封されるとダンパ室46のダンパ作用が働き、ストッパピストン32が嵌合穴41に向け移動する速度が低下する。ダンパ室46が進角油圧室54と連通すると、ダンパ室46は開放される。ダンパ室46が開放されるとダンパ室46のダンパ作用は働かず、ストッパピストン32は嵌合穴41に向けて移動しやすくなる。このように、ベーンロータ15の相対回動位置によりダンパ室46の開放または密封が切り換わる。
【0032】
図3に示すように、ストッパピストン32の反嵌合部材側の収容孔38は、ベーン15aに形成した貫通孔39、中間プレート17に形成した周方向に延びる連通孔17b、チェーンスプロケット10に形成した油路10bにより、ベーンロータ15の相対回動角度範囲内において常に大気開放されている。したがって、ストッパピストン32の往復移動が妨げられない。
【0033】
図2に示すように、シュー12aとベーン15aとの間に遅角油圧室51が形成され、シュー12bとベーン15bとの間に遅角油圧室52が形成され、シュー12cとベーン15cとの間に遅角油圧室53が形成されている。また、シュー12cとベーン15aとの間に進角油圧室54が形成され、シュー12aとベーン15bとの間に進角油圧室55が形成され、シュー12bとベーン15cの間に進角油圧室56が形成されている。
【0034】
遅角油圧室51は油路61と連通し、遅角油圧室52、53は、油路62、63を介しボス部15dのカムシャフト2側端面にC字状に形成された図2に示す油路60と連通している。さらに遅角油圧室51、52、53は油路60、61を介し図3に示すカムシャフト2に形成された油路200と連通している。図2に示すように、進角油圧室55は油路72と連通している。進角油圧室54、56は、油路71、73を介しボス部15dのブッシュ22側端面にC字状に形成された油路70と連通している。さらに進角油圧室54、55、56は油路70、72からボス部15dの軸方向に形成された図示しない油路を介し図3に示すカムシャフト2に形成された油路201と連通している。
【0035】
油路200はカムシャフト2の外周壁に形成された溝通路202と連通しており、油路201はカムシャフト2の外周壁に形成された溝通路203と連通している。溝通路202は遅角流路としての油路204を介し、溝通路203は進角流路としての油路205を介し切換手段としての切換弁212と接続している。油供給路206は流体供給源としての油ポンプ210と接続しており、油排出路207はドレイン211に向け開放されている。油ポンプ210はドレイン211から汲み上げた作動油を切換弁212を介し各油圧室に供給する。
【0036】
切換弁212は弁部材としての一つのスプール213を有する電磁駆動式弁装置である。各弁部213a、213b、213c、213dは、スプール213を往復移動可能に収容するハウジング231(図5参照)とスプール213との位置関係を示しており、切換弁212に接続している油路同士の連通状態を決定する。切換弁212のスプール213は、弁付勢手段としてのスプリング214により一方向に付勢されており、電磁駆動部としてのリニアソレノイド215への通電を制御することにより往復移動する。リニアソレノイド215への供給電流値は、エンジン制御装置(ECU)300により制御される。ECU300は、各種センサからの検出信号を入力し、エンジンの各装置に信号を送出している。スプール213が往復移動することにより、油路204、205と油供給路206、油排出路207との連通の組み合わせ、および遮断が切り換わる。
【0037】
切換弁212の詳細な構成を図5に示す。図5はリニアソレノイド215のコイル223に最大電流を供給している状態を示している。可動コア220はロッド221とともに往復移動する。コイル223に電流が供給されると固定コア222と可動コア220との間に磁力が発生し、可動コア220は固定コア222に向けて吸引される。
【0038】
スプール213には複数のランドが形成されており、各ランドはハウジング231の内周壁と摺動する。スプリング214は、可動コア220が吸引される方向と反対方向にスプール213を付勢している。ハウジング231はスプール213を往復移動可能に支持しており、周壁を貫通する複数の貫通孔であるポートが形成されている。ハウジング231には、供給孔である入力ポート232、排出孔である排出ポート233、234、遅角孔である遅角ポート240、進角孔である進角ポート241、連通孔である連通ポート242が形成されている。入力ポート232は、油供給路206と連通しており、油ポンプ210によって供給される作動油が流入するポートである。排出ポート233、234は、油排出路207と連通しており、ドレイン211に開放されている。遅角ポート240は各遅角油圧室と連通し、進角ポート241は各進角油圧室に連通している。ハウジング231の外周壁に進角ポート241と連通ポート242とを連通している連通路243が形成されている。
【0039】
ECU300がコイル223に供給する電流値を制御することにより、スプール213の移動位置は制御される。コイル223に供給する電流値が大きくなると、スプール213は固定コア222側、つまり図5の左側に移動する。コイル223に供給する電流値が最大のとき、スプール213はスプリング214の付勢力に抗し図5に示す位置にある。このとき、遅角ポート240は排出ポート233と連通し、進角ポート241は入力ポート232と連通している。そして、連通ポート242は排出ポート234と連通している。進角ポート241は連通路243により連通ポート242と連通しているので、油ポンプ210から供給される作動油は各進角油圧室に供給されるとともに、各進角油圧室から排出される。
【0040】
図5に示す状態よりもコイル223に供給する電流値を低減すると、固定コア222に可動コア220を吸引する磁力が低下し、スプール213は図6に示す位置になる。遅角ポート240は排出ポート233と連通し、進角ポート241は入力ポート232と連通している。しかし、連通ポート242は排出ポート234との連通を遮断される。各進角油圧室に作動油が供給され排出されないので、各進角油圧室の油圧は上昇する。
【0041】
コイル223への電流供給を遮断すると、スプール213はスプリング214の付勢力により図7に示す位置になる。遅角ポート240は入力ポート232と連通し、進角ポート241は排出ポート234と連通している。連通ポート242は排出ポート234との連通を遮断される。したがって、各遅角油圧室の油圧は上昇し各進角油圧室の油圧は低下する。
【0042】
コイル223へ供給する電流値を制御することによりスプール213の移動位置を変化させ、各進角油圧室および各遅角油圧室の油圧を調整することにより、シューハウジング12に対するベーンロータ15の相対回動位置を制御する。
以上の油路構成により、油ポンプ210から遅角油圧室51、52、53、進角油圧室54、55、56、ならびに油圧室42、45に作動油を供給可能になるとともに、各油圧室からドレイン211へ作動油を排出可能になる。
【0043】
次に、バルブタイミング調整装置1の作動を説明する。
イグニションキーをオフしエンジン停止が指示されると、ECU300への電力停止はリレー回路等により遅らされる。ECU300は、イグニションキーがオフされたことを検出すると、弁部213cが選択されるように図1に示すリニアソレノイド215への通電をオンする。すると、図6に示す状態になる。各進角油圧室、油圧室45に作動油が供給され、各遅角油圧室および油圧室42はドレインに開放されるので、ベーンロータ15はシューハウジング12に対し進角側に回転する。ECU300および切換弁212は進角制御手段を構成している。
【0044】
ストッパピストン32が遅角側から嵌合穴41に嵌合する中間位置に達しても、油路48は凹部空間49と連通していないので、ダンパ室46は密封されておりダンパ作用が働く。したがって、ストッパピストン32は嵌合穴41に向けて移動しない。ストッパピストン32が中間位置よりも進角側に回転すると、凹部空間49を介しダンパ室46と進角油圧室54とが連通するので、ダンパ室46は開放されダンパ作用は働かない。
【0045】
ダンパ室46が開放されると、スプリング37の付勢力によりストッパピストン32は嵌合穴41に向け移動する。ストッパピストン32が嵌合穴41に向けて移動する途中で、大径部34が貫通孔30aと油圧室45との連通を遮断する。しかし、第1小径部33の外周壁およびガイドリング30の内周壁に設けた溝により油圧室45と油圧室42とが連通するので、油圧室45は密封されない。したがって、油圧室45はダンパ室として働かない。油圧室45が油圧室42と連通すると、油圧室45に進角油圧は加わらないので、ダンパ室46の進角油圧によりストッパピストン32は速やかに嵌合部材40側に移動する。嵌合部材40に向けて移動したストッパピストン32はまず拡大穴43に嵌合する。そして、エンジンが停止するまでにカムシャフト2が受ける負荷トルクによりベーンロータ15が遅角側に回転し、ストッパピストン32は嵌合穴41に嵌合する。
【0046】
エンジン始動前、ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合していると、シューハウジング12に対するベーンロータ15の位相差、つまりクランクシャフトに対するカムシャフト2の位相差がエンジンを始動するために最も好適な位相に保持されているので、エンジンは確実に短時間で始動する。
【0047】
しかし、冷間時においてエンジンを始動し、作動油の温度が上昇する前にエンジンを停止するような場合、作動油の温度が低いので作動油の粘性が高くなっている。したがって、エンジンを停止するとき、シューハウジング12に対しベーンロータ15を中間位置よりも進角側に回転させると、作動油の粘性によりベーンロータ15が中間位置に達する前にエンジンが停止することがある。つまり、シューハウジング12に対しベーンロータ15が中間位置よりも進角側に位置した状態でエンジンが停止する。
【0048】
エンジン停止後エンジンを始動せずに放置しておけば、作動油がシール箇所から漏れだし、各油圧室および油路内に作動油は充填されていない。したがって、ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合していない状態でエンジンを始動すると、カムシャフト2が受ける負荷トルクによりベーンロータ15が遅角側に回転し、ストッパピストン32は嵌合穴41に嵌合する。
【0049】
しかし、シューハウジング12に対しベーンロータ15が中間位置よりも進角側に位置している状態からすぐにエンジンを始動しようとすると、油路および各進角油圧室に作動油が充填されているので、各進角油圧室の油圧がすぐに上昇する。したがって、エンジン始動時の負荷トルクがベーンロータ15に加わっても、ベーンロータ15は遅角側に回転しない。したがって、シューハウジング12に対しベーンロータ15が中間位置よりも進角側、つまりクランクシャフトよりもカムシャフト2が中間位置よりも進角側でエンジンが始動することになる。例えば、吸気弁のバルブタイミングを進角させてエンジンを始動しようとすると、排気弁と開弁期間が重なりエンジンの始動不良が起こることがある。
【0050】
しかし第1実施例では、エンジンを始動するときに、ECU300からの指示により弁部213dが一定時間選択される。すると、各進角油圧室に作動油を供給しながら各進角油圧室から作動油を排出するとともに、各遅角油圧室から作動油を排出する。また、排出ポート234と連通ポート242とを連通する切換弁212の流路面積は、入力ポート232と進角ポート241とを連通する切換弁212の流路面積以下であるが僅かに小さいだけである。したがって、各進角油圧室に作動油は充填されるが、油圧は低い。シューハウジング12に対しベーンロータ15が中間位置よりも進角側でエンジンが始動されても、ベーンロータ15が遅角側に負荷トルクを受けると、各進角油圧室の油圧が低いので、ベーンロータ15はシューハウジング12に対し遅角側に回転する。そして、ベーンロータ15が中間位置に達すると、ストッパピストン32が嵌合穴41に嵌合しシューハウジング12に対しベーンロータ15の相対回動位置が中間位置に保持される。したがって、エンジンが確実に始動する。
【0051】
弁部213dを一定時間選択しエンジンが始動した後、ECU300は弁部213cを選択する。各進角油圧室および油圧室45に作動油が供給され、各遅角油圧室および油圧室42はドレインに開放される。しかし、進角油圧が所定圧に達するまで、ストッパピストン32は嵌合穴41から抜け出さず、シューハウジング12に対しベーンロータ15の相対回動は拘束される。
【0052】
エンジンの始動開始後、各進角油圧室および油圧室45の油圧が所定圧に上昇すると、ストッパピストン32は嵌合穴41から抜け出し、シューハウジング12に対するベーンロータ15の相対回動、つまり位相制御が可能になる。
エンジン始動後作動油の油圧が充分に上昇すると、ECU300からの指示により、スプール213の弁部213a、213b、213cのいずれかが選択される。これにより、各油圧室への作動油の供給および各油圧室からの作動油の排出を制御し、シューハウジング12に対するベーンロータ15の相対回動を制御できる。
【0053】
第1実施例において、エンジン始動中の油圧が低い状態において、油圧変動によりストッパピストン32が嵌合穴41から抜け出すことがある。しかし、各進角油圧室に作動油が充填されているので、カムシャフト2が負荷トルクを受けてもベーンロータ15は遅角側に急激に回転しない。したがって、ベーンロータ15がシューハウジング12に衝突することを防止できる。また、各進角室および油路を作動油が循環するので、部材同士の摺動部が潤滑される。したがって、エンジン始動時において摺動部の焼き付きを防止する。
【0054】
第1実施例では、イグニションキーをオフしエンジン停止が指示されると、ECU300への電力供給を所定時間継続し、ECU300がリニアソレノイド215への通電をオンすることにより弁部213dを選択し各進角油圧室に作動油を供給し進角制御を行った。これに対し、弁部213cが選択されると各進角油圧室に作動油を供給し、弁部213aが選択されると各遅角油圧室に作動油が供給される油路構成にすることにより進角制御を行うことも可能である。この場合、イグニションキーをオフすると同時にECU300への電力供給を遮断すると、スプリング214の付勢力により弁部213cが選択され各進角油圧室に作動油が供給される。
【0055】
(第2実施例)
本発明の第2実施例を図8に示す。第2実施例の切換弁250では、軸方向に配置された遅角ポート240、進角ポート241、連通ポート242の順番が第1実施例と反対になっている。これ以外の構成は第1実施例と実質的に同一である。
コイル223への電流供給を遮断すると、スプリング214の付勢力により、スプール213は図8に示す位置に移動する。すると、入力ポート232は進角ポート241と連通し、連通ポート242は排出ポート233と連通する。遅角ポート240は排出ポート234と連通する。したがって、コイル223が断線したり、ECU300からコイル223への電流供給が不能になったりする電気系統のフェイル時において、各進角油圧室に作動油を供給しながら各進角油圧室から作動油を排出するとともに、各遅角油圧室から作動油を排出する。
【0056】
例えば、このような切換弁250を有するバルブタイミング調整装置で吸気弁のバルブタイミングを制御する場合、フェイル時に各進角油圧室に作動油を供給しながら各進角油圧室から作動油を排出するので、吸気弁のバルブタイミングが最遅角になることを防止する。
【0057】
(第3実施例)
本発明の第3実施例を図9から図12に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第3実施例の切換弁250は第2実施例の切換弁250と同じ構成である。ただし、第2実施例の遅角ポート240が第3実施例では進角ポート241になり、第2実施例の進角ポート241が第3実施例では遅角ポート240になっている。ハウジング251の外周壁に形成した連通路243により遅角ポート240は連通ポート242と連通している。
【0058】
図10はコイル223への電流供給を遮断した状態を示している。スプール213はスプリング214の付勢力により図10に示す位置になる。遅角ポート240は入力ポート232と連通し、連通ポート242は排出ポート233と連通している。進角ポート241は排出ポート234と連通している。したがって、各遅角油圧室に作動油を供給しながら各遅角油圧室から作動油を排出するとともに、各進角油圧室から作動油が排出される。また、排出ポート233と連通ポート242とを連通する切換弁212の流路面積は、入力ポート232と遅角ポート240とを連通する切換弁212の流路面積以下であるが僅かに小さいだけである。したがって、各遅角油圧室に作動油が充填されるものの、その油圧は低い。
【0059】
コイル223に電流を供給すると、スプール213は図11に示す位置になる。遅角ポート240は入力ポート232と連通し、連通ポート242は排出ポート233との連通を遮断される。進角ポート241は排出ポート234と連通する。したがって、各遅角角室の油圧は上昇する。
【0060】
コイル223に最大電流を供給すると、スプール213は図12に示す位置になる。このとき、遅角ポート240は排出ポート233と連通し、連通ポート242は排出ポート233との連通を遮断されている。進角ポート241は入力ポート232と連通している。したがって、各進角油圧室の油圧が上昇する。
【0061】
(第4実施例)
本発明の第4実施例を図13に示す。第4実施例の切換弁212は第1実施例の切換弁212と同一構成である。ただし、第1実施例の遅角ポート240が第4実施例では進角ポート241になり、第1実施例の進角ポート241が第4実施例では遅角ポート240になっている。ハウジング251の外周壁に形成した連通路243により遅角ポート240は連通ポート242と連通している。
【0062】
コイル223への電流供給を遮断すると、スプール213はスプリング214の付勢力により図13に示す位置に移動する。遅角ポート240は排出ポート234と連通し、連通ポート242は排出ポート234との連通を遮断される。進角ポート241は入力ポート232と連通する。したがって、コイル223が断線したり、ECU300からコイル223への電流供給が不能になったりするフェイル時において、各進角油圧室に作動油を供給するとともに、各遅角油圧室から作動油を排出することになる。したがって、電気系統のフェイル時に、バルブタイミングが最遅角になることを防止する。
【0063】
以上説明した第1実施例〜第4実施例では、遅角ポート240または進角ポート241と連通ポート242とを、切換弁のハウジングの外周壁に形成した連通路243で連通している。したがって、遅角ポート240または進角ポート241と連通ポート242とを連通するために他部品に連通路を形成する必要がなく、切換弁以外の変更箇所が少ない。
【0064】
(第5実施例)
本発明の第5実施例を図14に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
切換弁270および切換弁280は、それぞれ弁部材としての一つのスプール271、281を有する電磁駆動式弁装置であり、切換手段を構成している。エンジン通常運転中、切換弁280のソレノイド283への電流供給は遮断されており、切換弁280の弁部281aが選択されている。したがって、切換弁270のソレノイド273に供給する電流値を制御することによりスプール271の弁部271a、271b、271cを選択すると、各進角油圧室および各遅角油圧室の油圧を制御できる。
【0065】
エンジンを始動するとき、一定時間の間、切換弁270のソレノイド273に電流を供給しスプリング272の付勢力に抗して弁部271cを選択するとともに、切換弁280のソレノイド283に電流を供給しスプリング282の付勢力に抗して弁部281bを選択する。すると、各進角油圧室に作動油を供給しながら各進角油圧室から作動油を排出するとともに、各遅角油圧室から作動油を排出する。
【0066】
以上説明したように、本発明の実施の形態を示す上記実施例では、嵌合穴41に加え拡大穴43を嵌合部材40に形成したが、拡大穴43を形成せず嵌合穴41だけを有する構成でもよい。
本実施例では、吸気弁を駆動するバルブタイミング調整装置について説明したが、本実施例のバルブタイミング調整装置により排気弁だけ、あるいは吸気弁および排気弁の両方を駆動することも可能である。
【0067】
また本実施例では、ストッパピストンが軸方向に移動して嵌合穴に嵌合したが、ストッパピストンが径方向に移動し嵌合穴に嵌合する構成にすることも可能である。また、ハウジング部材側にストッパピストンを収容し、ベーンロータ側に嵌合穴および拡大穴を形成してもよい。
【0068】
また本実施例では、チェーンスプロケットによりクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフトに伝達する構成を採用したが、タイミンプーリまたはタイミングギア等を用いる構成にすることも可能である。また、駆動軸としてのクランクシャフトの駆動力をベーン部材で受け、従動軸としてのカムシャフトとハウジング部材とを一体に回転させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるバルブタイミング調整装置の横断面を示す図2のI−I線断面図と切換弁を示す模式図である。
【図2】第1実施例によるバルブタイミング調整装置を示す横断面図である。
【図3】図2のIII −O−III 線断面図である。
【図4】図2のIII −O−IV線断面図である。
【図5】進角油圧室に作動油を供給しながら進角油圧室から作動油を排出するとともに、遅角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図6】進角油圧室に作動油を供給し、遅角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図7】遅角油圧室に作動油を供給し、進角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図8】本発明の第2実施例による切換弁を示す断面図であり、進角油圧室に作動油を供給し、遅角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示している。
【図9】本発明の第3実施例によるバルブタイミング調整装置のストッパピストン周囲を示す断面図と切換弁を示す模式的断面図である。
【図10】遅角油圧室に作動油を供給しながら遅角油圧室から作動油を排出するとともに、進角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図11】遅角油圧室に作動油を供給し、進角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図12】進角油圧室に作動油を供給し、遅角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示す断面図である。
【図13】本発明の第4実施例による切換弁を示す断面図であり、進角油圧室に作動油を供給し、遅角油圧室から作動油を排出する切換弁の状態を示している。
【図14】本発明の第5実施例によるバルブタイミング調整装置のストッパピストン周囲を示す断面図と切換弁を示す模式図である。
【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)
10 チェーンスプロケット(ハウジング部材、駆動側回転体)
12 シューハウジング(ハウジング部材、駆動側回転体)
12a、12、12c シュー
13 周壁(ハウジング部材、駆動側回転体)
14 フロントプレート(ハウジング部材、駆動側回転体)
15 ベーンロータ(ベーン部材、従動側回転体)
15a、15b、15c ベーン(ベーン部材、従動側回転体)
17 中間プレート(ハウジング部材、駆動側回転体)
24 スプリング
30、31 ガイドリング
32 ストッパピストン(当接部、拘束手段)
37 スプリング(当接付勢手段、拘束手段)
40 嵌合部材(被当接部、拘束手段)
41 嵌合穴(被当接部、拘束手段)
50 収容室
51、52、53 遅角油圧室
54、55、56 遅角油圧室
204 油路(遅角油路)
205 油路(進角油路)
210 油ポンプ(流体供給源)
211 ドレイン
212、250、270、280 切換弁(切換手段、進角制御手段)
213 スプール(弁部材)
214 スプリング(弁付勢手段)
215 リニアソレノイド(電磁駆動部)
231、251 ハウジング
240 遅角ポート(遅角孔、貫通孔)
241 進角ポート(進角孔、貫通孔)
242 連通ポート(連通孔、貫通孔)
243 連通路
300 ECU(進角制御手段)

Claims (14)

  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、前記吸気弁および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であって、
    前記駆動軸とともに回転する駆動側回転体と、
    前記従動軸とともに回転する従動側回転体であって、前記駆動側回転体および前記従動側回転体の一方に形成した収容室に収容されている他方の回転体のベーンが前記収容室を仕切って形成した遅角室および進角室の流体圧力により所定角度範囲に限り前記駆動側回転体に対し相対回動駆動される従動側回転体と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体とにそれぞれ設けられ、所定角度範囲の周方向両端の間において前記駆動側回転体に対し前記従動側回転体が中間位置にあるとき互いに当接することにより前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回動を拘束する当接部および被当接部、ならびに前記被当接部に当接する方向に前記当接部を付勢する当接付勢手段を有する拘束手段と、
    前記進角室に流体を供給可能または前記進角室から流体を排出可能な進角流路と流体供給源またはドレインとの接続、ならびに前記遅角室に流体を供給可能または前記遅角室から流体を排出可能な遅角流路と前記流体供給源または前記ドレインとの接続を切り換える切換手段とを備え、
    前記切換手段は、前記進角流路、前記遅角流路、前記流体供給源および前記ドレインと接続する複数の貫通孔を有する筒状のハウジングと、前記ハウジングに往復移動可能に収容され移動位置により前記貫通孔同士の連通を切り換える一つの弁部材とを有する弁装置であり、前記進角流路と前記流体供給源とを接続するとともに、前記進角流路と前記ドレインとを接続する流路構成を前記弁部材の移動位置により選択でき、
    前記弁装置は、前記弁部材を一方向に付勢する弁付勢手段と、前記弁付勢手段の付勢する方向と反対方向に前記弁部材を駆動する電磁駆動部とを有し、前記電磁駆動部への通電オフ時、前記弁付勢手段の付勢力により前記弁部材は前記進角流路と前記流体供給源、ならびに前記進角流路と前記ドレインとを同時に接続することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
  2. 内燃機関を停止するとき、前記進角室に流体を供給する進角制御手段を備え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. 前記ハウジングの貫通孔は、前記進角流路と連通する進角孔および連通孔と、前記遅角流路と連通する遅角孔と、前記流体供給源と接続する供給孔と、前記ドレインと接続する排出孔とを有し、前記弁部材の移動位置により、前記進角孔は前記供給孔と連通し、かつ前記連通孔は前記排出孔と連通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。
  4. 前記ハウジングは、前記進角孔と前記連通孔とを連通している連通路を外周壁に有することを特徴とする請求項3記載のバルブタイミング調整装置。
  5. 前記進角孔および前記連通孔と連通可能な排出孔は共通であることを特徴とする請求項3または4記載のバルブタイミング調整装置。
  6. 前記進角流路と前記流体供給源および前記ドレインとを内燃機関の始動時に一定時間接続するように前記切換手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
  7. 前記切換手段において、前記進角流路と前記ドレインとを接続する流路面積は、前記進角流路と前記流体供給源とを接続する流路面積以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
  8. 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、前記吸気弁および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であって、
    前記駆動軸とともに回転する駆動側回転体と、
    前記従動軸とともに回転する従動側回転体であって、前記駆動側回転体および前記従動側回転体の一方に形成した収容室に収容されている他方の回転体のベーンが前記収容室を仕切って形成した遅角室および進角室の流体圧力により所定角度範囲に限り前記駆動側回転体に対し相対回動駆動される従動側回転体と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体とにそれぞれ設けられ、所定角度範囲の周方向両端の間において前記駆動側回転体に対し前記従動側回転体が中間位置にあるとき互いに当接することにより前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回動を拘束する当接部および被当接部、ならびに前記被当接部に当接する方向に前記当接部を付勢する当接付勢手段を有する拘束手段と、
    前記進角室に流体を供給可能または前記進角室から流体を排出可能な進角流路と流体供給源またはドレインとの接続、ならびに前記遅角室に流体を供給可能または前記遅角室から流体を排出可能な遅角流路と前記流体供給源または前記ドレインとの接続を切り換える切換手段とを備え、
    前記切換手段は、前記進角流路、前記遅角流路、前記流体供給源および前記ドレインと接続する複数の貫通孔を有する筒状のハウジングと、前記ハウジングに往復移動可能に収容され移動位置により前記貫通孔同士の連通を切り換える一つの弁部材とを有する弁装置であり、前記遅角流路と前記流体供給源とを接続するとともに、前記遅角流路と前記ドレインとを接続する流路構成を前記弁部材の移動位置により選択でき、
    前記弁装置は、前記弁部材を一方向に付勢する弁付勢手段と、前記弁付勢手段の付勢する方向と反対方向に前記弁部材を駆動する電磁駆動部とを有し、前記電磁駆動部への通電オフ時、前記弁付勢手段の付勢力により前記弁部材は前記遅角流路と前記流体供給源、ならびに前記遅角流路と前記ドレインとを同時に接続することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
  9. 内燃機関を停止するとき、前記進角室に流体を供給する進角制御手段を備えることを特徴とする請求項8記載のバルブタイミング調整装置。
  10. 前記ハウジングの貫通孔は、前記遅角流路と連通する遅角孔および連通孔と、前記進角流路と連通する進角孔と、前記流体供給源と接続する供給孔と、前記ドレインと接続する排出孔とを有し、前記弁部材の移動位置により、前記遅角孔は前記供給孔と連通し、かつ前記連通孔は前記排出孔と連通することを特徴とする請求項8記載のバルブタイミング調整装置。
  11. 前記ハウジングは、前記遅角孔と前記連通孔とを連通している連通路を外周壁に有することを特徴とする請求項10記載のバルブタイミング調整装置。
  12. 前記遅角孔および前記連通孔と連通可能な排出孔は共通であることを特徴とする請求項10または11記載のバルブタイミング調整装置。
  13. 前記遅角流路と前記流体供給源および前記ドレインとを内燃機関の始動時に一定時間接続するように前記切換手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項8から12のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
  14. 前記切換手段において、前記遅角流路と前記ドレインとを接続する流路面積は、前記遅角流路と前記流体供給源とを接続する流路面積以下であることを特徴とする請求項8から13のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
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