JP5288050B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関運転状態に応じてバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものも含め、こうしたバルブタイミング制御装置は、クランク軸と連動する第１の回転体及びカム軸と連動する第２の回転体を有する可変機構を備えている。この可変機構は、両回転体により画成された複数の油圧室に対して作動油を給排することで同一の軸心を中心に相対回転し、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相、すなわちバルブタイミングを機関運転状態に応じた位相に制御する。なお、こうした油圧室に対する作動油の給排は、それぞれの油圧室から両回転体の軸心に向かって延伸する給排通路を通じて行われる。

また、バルブタイミング制御装置は、この可変機構の他、油圧室の油圧が低いときなどに両回転体の相対回転を規制してバルブタイミングを特定位相にロックするロック機構を備えている。

特開２００２−１２２００９号公報

ここで、機関停止に際してバルブタイミングが上述した特定位相でロックされなかったときには、カムトルクの変動によって第２の回転体が進角側や遅角側に揺動することを利用して、機関始動時にバルブタイミングを特定位相にロックするようにしている。しかしながら、こうした機関始動時に、可変機構の油圧室に多くの作動油が残留している場合には、これら残留している作動油により第２の回転体の揺動が妨げられる。そのため、上述したようなカムトルクの変動を利用した第２の回転体の揺動によってバルブタイミングを特定位相にロックすることが困難となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関停止状態のときに油圧室に残留している作動油を速やかに排出することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することにある。

本発明にかかるバルブタイミング制御装置は、クランク軸と連動する第１の回転体及びカム軸と連動して第１の回転体と同一の軸心を中心に回転する第２の回転体の相対回転位相を、両回転体により画成された複数の油圧室の油圧に基づいて変更する可変機構と、相対回転位相を特定位相にロックするロック機構と、複数の油圧室から軸心に向かって延伸して複数の油圧室からそれぞれ作動油を排出する複数の排出路とを備えることをその前提としている。そして、同バルブタイミング制御装置は、複数の油圧室の一つである開放室を機関停止状態のときに外部に連通して同開放室に空気を導入する大気開放機構と、複数の油圧室のうち開放室とは異なる油圧室である導入室を開放室に連通する連通路であって開放室に開口する開口を有する連通路とを有し、さらに機関停止状態のときに連通路の開口が軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、両回転体の少なくとも一方の停止位相を調節する停止位相調節機構を備えている。

こうしたバルブタイミング制御装置においては、機関停止状態にあるときに、例えば複数の油圧室のうち開放室が両回転体の軸心よりも鉛直方向上方の位置で停止した場合には、大気開放機構を通じて空気が開放室に直接導入されるため、それに伴って開放室に充填されている作動油が排出路を通じて排出される。

一方、複数の油圧室のうち導入室が両回転体の軸心よりも鉛直方向上方の位置で停止した場合には、大気開放機構を通じて開放室に導入された空気が連通路を通じて導入室に導入されるため、導入室に充填されている作動油は排出路を通じて排出されるようになる。この場合、排出路を通じて導入室の作動油を速やかに排出させるためには、より多くの空気を開放室から連通路の開口を通じて連通路の内部に流入させてこれを導入室に導入する必要がある。ただしここで、連通路の開口が軸心よりも鉛直方向下方で停止（下方停止）した場合、その開口近傍は作動油で満たされた状態、すなわち油没状態に維持される。そのため、機関停止状態となって所定時間が経過しても、開放室の開口近傍に作動油の流出に伴う空間が形成されず、開放室から連通路の開口に至る空気の流入が作動油によって妨げられるため、導入室に対する空気の導入効率の悪化を招くこととなる。

この発明では、機関停止状態のときに、開放室に開口する連通路の開口が軸心よりも鉛直方向上方の位置で停止（上方停止）するように、停止位相調節機構により両回転体の少なくとも一方の停止位相が調節される。その結果、開放室から連通路を通じて作動油がある程度流出すれば開放室の油没状態が解消され、開口近傍には空間が形成されることとなる。この空間が形成された後は、作動油に妨げられることなく空気が連通路の開口に流入するようになるため、導入室に空気を効率よく導入することができることとなる。

ここで、バルブタイミングを特定位相にロックするロック機構を有するバルブタイミング制御装置においては、機関停止に際してバルブタイミングが特定位相にロックされなかった場合、カムフリクション等の影響によりバルブタイミングは比較的遅角側の位相となることが多い。そのため、油圧室のうち進角室に残留している作動油は、遅角室に残留している作動油と比較して排出されやすい。すなわち、バルブタイミングが特定位相にロックされることなく機関停止状態となった場合には、特に遅角室の作動油を速やかに排出させる要求が高いといえる。

そこで、開放室及び導入室をいずれもバルブタイミングを遅角させるための各別の遅角室とすることが望ましい。この場合、大気開放機構によって遅角室である開放室に空気が導入されると、連通路を経由して開放室とは各別の遅角室である導入室に多くの空気が導入されることとなる。その結果、機関停止状態のときにバルブタイミングが遅角側で停止した場合であっても、排出路を通じて導入室、すなわち遅角室の作動油を速やかに排出することができる。

また、機関が停止する際、カム軸の回転は、同カム軸に形成されているカムからカム軸に作用するトルクが最も小さくなる位置（中立位置）で停止する可能性が高い。そのため、第２の回転体に開口が設けられる構成にあっては、カム軸が中立位置のときに開口が上方停止するようにカムのプロフィールを設定することにより、開口近傍に空間を形成することができ、上述した効果を奏することができるようになる。

ところで、上述したように、機関停止に際してバルブタイミングが特定位相にロックされなかった場合、カムフリクション等の影響によりバルブタイミングは比較的遅角側の位相となることが多い。詳述すると、このような場合にはバルブタイミングは最遅角位相となることが最も多い。このとき、遅角室の作動油が適切に排出されていなければ、遅角室は油密な状態であるため、カム軸の回転に伴い第２の回転体が回転すると、第２の回転体と連動して第１の回転体が回転することとなる。すなわち、両回転体は一体に回転することとなる。そのため、第１の回転体に開口が設けられる構成にあっては、バルブタイミングが最遅角位相である状態のもと、カム軸が中立位置のときに開口が上方停止するようにカムのプロフィールを設定することにより、開口近傍に空間を形成することができ、上述した効果を奏することができるようになる。

さらには、停止位相調節機構の具体的な構成としては、カムのプロフィールを上述したように設定するものの他、開口が第１の回転体に設けられ、機関停止状態のときに、開口が上方停止するように機関始動装置を駆動しクランク軸を回転させて第１の回転体の停止位相を調節するものを採用することができる。なお、上述したように、機関停止に際してバルブタイミングが特定位相にロックされなかった場合には、バルブタイミングは最遅角位相となって両回転体が一体に回転する可能性が高い。そのため、開口が第２の回転体に設けられる構成にあっては、機関停止状態であってバルブタイミングが最遅角位相である状態のもと、開口が上方停止するように機関始動装置を駆動しクランク軸を回転させて第１の回転体の停止位相を調節する。これにより第２の回転体の停止位相を調節して開口近傍に空間を形成することができ、上述した効果を奏することができるようになる。

その他、開口が第１の回転体に設けられる構成にあっては、機関停止に際してクランク軸により駆動される補機の負荷を制御する停止位相調節機構を採用することもできる。こうした構成によれば、クランク軸の停止位相を調節して第１の回転体の停止位相を調節することにより、機関停止状態のときに開口を上方停止させることができるようになる。なお、上述したように、機関停止に際してバルブタイミングが特定位相にロックされなかった場合には、バルブタイミングは最遅角位相となって両回転体が一体に回転する可能性が高い。そのため、開口が第２の回転体に設けられている構成にあっては、機関停止状態であってバルブタイミングが最遅角位相の状態のもと、クランク軸により駆動される補機の負荷を制御する停止位相調節機構を採用することもできる。こうした構成によれば、クランク軸の停止位相を制御して第１の回転体の停止位相を調節することにより、第２の回転体の停止位相を調節することが可能となる。そのため、開口を上方停止させることができるようになり、開口近傍に空間を形成することができ、上述した効果を奏することができるようになる。なお、このような補機の例としては、発電機やクランク軸により駆動される回転式のポンプ等を挙げることができる。

ところで、上述したように機関停止に際してバルブタイミングが特定位相にロックされなかった場合、カムフリクション等の影響によりバルブタイミングは次第に遅角することが多いため、例えば特定位相が最遅角位相に設定されている可変機構にあっては油圧室の作動油を排出させる必要性は低くなる。一方、特定位相が最進角位相と最遅角位相との間の中間位相に設定されている可変機構にあっては、第２の回転体を揺動させる必要性が高くなる。そのため、特定位相が中間位相に設定されている可変機構においては、油圧室から作動油を速やかに排出することにより上述した効果を一層顕著なものとすることができる。

本発明の一実施形態のバルブタイミング制御装置及びこれが適用される内燃機関の概略構成図。 同バルブタイミング制御装置について、（ａ）は可変機構の断面構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＤＡ−ＤＡ線に沿う断面構造を示す断面図。 図２（ａ）のＤＢ−ＤＢ線に沿う断面構造を示す断面図。 ロック機構によるロックがなされなかった場合の図２（ａ）のＤＢ−ＤＢ線に沿う断面構造を示す断面図。 可変機構の断面構造を示す断面図。 同可変機構について、（ａ）はプレートの正面構造を示す正面図、（ｂ）はスプロケットの正面構造を示す正面図。 バルブタイミング制御装置について、（ａ）は中立位置にあるカム軸をその端部側からみた断面図、（ｂ）は機関停止中における可変機構の作動油と空気の流通態様を模式的に示す模式図。

まず、図１を参照してバルブタイミング制御装置の全体構成について説明する。なお、このバルブタイミング制御装置は吸気バルブ３１のバルブタイミングを制御する。

図１に示されるように、内燃機関１０の上部には、吸気バルブ３１を開閉する吸気用のカム軸３２と排気バルブ４１を開閉する排気用のカム軸４２とが回転可能に設けられている。吸気用のカム軸３２には、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する可変機構３０が設けられている。この可変機構３０に設けられた吸気用のカム軸３２のスプロケット３５Ａ、排気用のカム軸４２のスプロケット４５、及びクランク軸１１のスプロケット１２は、タイミングチェーン１３を介して駆動連結されている。これにより、クランク軸１１が回転すると、その回転力がタイミングチェーン１３を介してスプロケット３５Ａ，４５に伝達されて吸気用及び排気用のカム軸３２，カム軸４２がそれぞれ回転する。

吸気バルブ３１は、吸気用のバルブスプリング３４によって閉弁方向に付勢されている。吸気用のカム軸３２が回転すると、吸気バルブ３１はカム軸３２のカム３３により押圧されてバルブスプリング３４の弾性力に抗して開弁する。また、排気バルブ４１は、排気用のバルブスプリング４４によって閉弁方向に付勢されている。排気用のカム軸４２が回転すると、排気バルブ４１はカム軸４２のカム４３により押圧されてバルブスプリング４４の弾性力に抗して開弁する。

一方、内燃機関１０の下部には、作動油を貯留するオイルパン２１が取り付けられるとともに、クランク軸１１の回転力により駆動されてオイルパン２１の作動油を吸引して作動油路２２に吐出するオイルポンプ２０が設けられている。この作動油路２２には、可変機構３０の各油圧室（進角室５１・遅角室５２）に対する作動油の給排状態を変更する油路制御弁２３が設けられている。なお、オイルパン２１に貯留される作動油は、可変機構３０を駆動するための油圧を発生する作動油としての機能の他、内燃機関１０の各部を潤滑するための潤滑油としての機能も併せ有している。

また、クランク軸１１には、内燃機関１０の始動時に同クランク軸１１を強制回転（クランキング）させる機関始動装置としてのスタータモータ２４が接続されている。このスタータモータ２４には、バッテリ２５から電力が供給される。

更に、内燃機関１０には、その機関運転状態を検出するために、クランク角センサ１５１、カム角センサ１５２、水温センサ１５３が取り付けられている。クランク角センサ１５１は、クランク軸１１の近傍に設けられてクランク角ＣＡ及び機関回転速度を検出する。カム角センサ１５２は、吸気用のカム軸３２の近傍に設けられて同カム軸３２の位置を検出する。水温センサ１５３は内燃機関１０の本体に取り付けられて機関冷却水の温度を検出する。これら各種センサから出力される信号は内燃機関１０の制御部１５０に取り込まれる。

次に、図２を参照してバルブタイミング制御装置の可変機構３０の構成について説明する。

図２（ａ）に示されるように、可変機構３０のベーンロータ３６は、ボス３６Ｂと、ボス３６Ｂからカム軸３２の径方向外側に延びる３つのベーン３６Ａとを有し、同ボス３６Ｂがカム軸３２の端部に固定されることにより同カム軸３２と連動して回転する。また、可変機構３０のハウジングロータ３７はハウジング本体３８を有し、そのハウジング本体３８の一端側にスプロケット３５Ａ及びプレート３５ＢがボルトＢにより固定される一方、他端側にカバー３９が同ボルトＢにより固定されている。スプロケット３５Ａはタイミングチェーン１３を介してクランク軸１１に連結されている。このため、ハウジングロータ３７、すなわちカバー３９、ハウジング本体３８、プレート３５Ｂ、スプロケット３５Ａは、ベーンロータ３６と同様にカム軸３２の軸心Ｃ周りに一体回転する。なお本実施形態において、カム軸３２の軸心Ｃ、すなわちハウジングロータ３７及びベーンロータ３６の軸心Ｃは水平方向に延伸している。

ハウジング本体３８には、ハウジングロータ３７の軸心Ｃの径方向に突出する３つの区画壁３８Ａが形成されている。これら隣り合う区画壁３８Ａの間には、３つの収容室５０（第１の収容室５０Ａ及び第２の収容室５０Ｂ及び第３の収容室５０Ｃ）が形成されている。これら各収容室５０には、各ベーン３６Ａにより複数の油圧室、すなわち各進角室５１（第１の進角室５１Ａ及び第２の進角室５１Ｂ及び第３の進角室５１Ｃ）及び各遅角室５２（第１の遅角室５２Ａ及び第２の遅角室５２Ｂ及び第３の遅角室５２Ｃ）が画成されている。

各収容室５０において、各進角室５１はベーン３６Ａよりもカム軸３２の回転方向ＲＡの後方側に位置している。その一方、各収容室５０において、各遅角室５２はベーン３６Ａよりもカム軸３２の回転方向ＲＡの前方側に位置している。このベーンロータ３６には、各進角室５１に供給される作動油及び各進角室５１から排出される作動油が流通する進角油路６０Ａが同各進角室５１からカム軸３２の軸心Ｃに向かって延伸する態様で設けられている。また、ベーンロータ３６には、各遅角室５２に供給される作動油及び各遅角室５２から排出される作動油が流通する遅角油路６０Ｂが同各遅角室５２からカム軸３２の軸心Ｃに向かって延伸する態様で設けられている。

次に、可変機構３０の動作態様について説明する。

各進角油路６０Ａを通じて各進角室５１に作動油が供給される一方、各遅角油路６０Ｂを通じて各遅角室５２から作動油が排出されることにより、ベーンロータ３６はハウジングロータ３７に対して進角側、すなわちカム軸３２の回転方向ＲＡに回転する。これによりバルブタイミングは進角する。このように、ベーンロータ３６が回転方向ＲＡに回転し、各収容室５０内の各ベーン３６Ａが区画壁３８Ａと当接することによりバルブタイミングは最進角位相となる。

各遅角油路６０Ｂを通じて各遅角室５２に作動油が供給される一方、各進角油路６０Ａを通じて各進角室５１から作動油が排出されることにより、ベーンロータ３６はハウジングロータ３７に対して遅角側、すなわちカム軸３２の回転方向ＲＡとは反対の方向に回転する。これによりバルブタイミングは遅角する。このように、ベーンロータ３６が回転方向ＲＡとは反対の方向に回転し、各収容室５０内の各ベーン３６Ａが区画壁３８Ａと当接することによりバルブタイミングは最遅角位相となる。

さらに、バルブタイミング制御装置には、バルブタイミングを最進角位相と最遅角位相との間の位相である中間位相でロックするためのロック機構７０，８０が第３の収容室５０Ｃ内のベーン３６Ａと第２の収容室５０Ｂ内のベーン３６Ａとに設けられている。

図３を参照して、ロック機構７０の構造について説明する。

ベーン３６Ａの内部に形成された収容孔７２には、それぞれ円筒状に形成されたロックピン７１Ａ及び補助ピン７１Ｂが設けられている。補助ピン７１Ｂはロックピン７１Ａに対して往復動可能に外嵌されている。また、ロックピン７１Ａにはこの補助ピン７１Ｂが当接可能なフランジ７９が形成されている。

収容孔７２の上方側は円筒状のスプリングガイドブッシュ７４によって閉塞されている。同スプリングガイドブッシュ７４はロックピン７１Ａによって挿入支持されている。ロックピン７１Ａの下方側には、リングブッシュ７５が設けられている。

ロックピン７１Ａの内周部分には、ロックピン７１Ａをプレート３５Ｂの方向（突出方向）に付勢する主スプリング７６Ａが設けられるとともに、スプリングガイドブッシュ７４と補助ピン７１Ｂとの間には、同補助ピン７１Ｂを突出方向に付勢する補助スプリング７６Ｂが設けられている。

また、収容孔７２には、その内壁、ロックピン７１Ａ、補助ピン７１Ｂ及びリングブッシュ７５によって解除室７７が区画形成されている。解除室７７には、補助スプリング７６Ｂの付勢力に抗して補助ピン７１Ｂをスプリングガイドブッシュ７４の方向（収容方向）に変位させるための作動油が供給される解除油路７８が接続されている。

プレート３５Ｂに設けられるロック溝７３は、互いに深さの異なる２つの溝、すなわち相対的に深さの大きい下段溝７３Ａ及び下段溝７３Ａよりも遅角側に設けられて相対的に深さの小さい上段溝７３Ｂにより構成されている。下段溝７３Ａの進角側の端部である進角内壁７３Ｃは、ロックピン７１Ａが突出方向に移動し、同ロックピン７１Ａが進角内壁７３Ｃと当接したとき、バルブタイミングが中間位相となるように、その位置が設定されている。

次に、ロック機構７０の動作態様について説明する。

ロックピン７１Ａの先端がロック溝７３の内部に位置しているとき、解除油路７８を通じて解除室７７に作動油が供給されると、補助ピン７１Ｂが収容方向に移動する。このように補助ピン７１Ｂが収容方向に移動して同補助ピン７１Ｂがロックピン７１Ａのフランジ７９に当接すると、それら補助ピン７１Ｂとロックピン７１Ａは一体となって収容方向に移動し収容孔７２に収容される。

その一方、ロックピン７１Ａ及び補助ピン７１Ｂが収容孔７２の内部に収容されている場合には、解除油路７８を通じて解除室７７から作動油が排出されると、補助ピン７１Ｂ及びロックピン７１Ａはいずれも突出方向に移動し、同ロックピン７１Ａの先端がロック溝７３に嵌入する。そして、ベーンロータ３６がハウジングロータ３７に対して相対回転してロックピン７１Ａの先端が進角内壁７３Ｃに当接するとバルブタイミングが中間位相よりも進角側に変化することが規制される。

このように、ロック機構７０はバルブタイミングが進角側に変化することを規制する。もう一方のロック機構８０は先に説明したロック機構７０と同様の構成であるためその説明は省略するが、同ロック機構８０はバルブタイミングが遅角側に変化することを規制する点で異なる。そして、こうしたロック機構７０及びロック機構８０の協働により、バルブタイミングが中間位相でロックされることとなる。

バルブタイミング制御装置は、機関停止に際してバルブタイミングが中間位相にロックされるようにロック機構７０，８０を駆動する。ここで、バルブタイミングが中間位相にロックされずに機関が停止したとき、各進角室５１及び各遅角室５２から作動油が排出されることに伴い、多くの場合には、バルブタイミングが最遅角位相の状態に維持される。そして、機関始動時のカムトルクの変動によりベーンロータ３６がハウジングロータ３７に対して進角方向に回転する。このとき、解除油路７８を通じて解除室７７から作動油を排出することにより、バルブタイミングを中間位相にてロックすることが可能となる。

しかし、例えば、バルブタイミングが中間位相でロックされずに機関が停止し、さらに各進角室５１及び各遅角室５２内に作動油が残留しているときには、この残留している作動油により、ベーンロータ３６の揺動が妨げられる。その結果、機関始動時のカムトルクの変動を利用してバルブタイミングを中間位相にロックすることが困難となる。このため、本実施形態のバルブタイミング制御装置には、機関停止状態のときに各進角室５１及び各遅角室５２から作動油を速やかに排出するために、各進角室５１及び各遅角室５２に外部の空気を導入する大気開放機構９０が設けられている。

図３及び図４を併せて参照して、大気開放機構９０の構造について説明する。

図３に示されるように、大気開放機構９０は、収容孔７２と外部とを連通する開放通路９１と、収容孔７２と第３の進角室５１Ｃとを連通する進角室開放通路９２と、収容孔７２と第３の遅角室５２Ｃとを連通する遅角室開放通路９３とを備えている。その他、上述した補助ピン７１Ｂ、補助スプリング７６Ｂ、解除室７７及び解除油路７８も大気開放機構９０の一部として機能する。

次に、大気開放機構９０の動作態様について説明する。

解除油路７８を通じて解除室７７に作動油が供給されると、上述したように、補助ピン７１Ｂが収容方向に移動する。その結果、開放通路９１、進角室開放通路９２及び遅角室開放通路９３は補助ピン７１Ｂにより閉塞された状態となる。したがって、外部と第３の進角室５１Ｃ及び第３の遅角室５２Ｃとの間の空気の流通が遮断される。

その一方、図４に示されるように、解除油路７８を通じて解除室７７から作動油が排出されると、上述したように補助ピン７１Ｂが突出方向に移動する。その結果、開放通路９１、進角室開放通路９２及び遅角室開放通路９３は補助ピン７１Ｂにより閉塞されることなく開放された状態となる。したがって、開放通路９１を通じて外部から空気が導入されると、その空気は、進角室開放通路９２を通じて第３の進角室５１Ｃに導入されるとともに遅角室開放通路９３を通じて第３の遅角室５２Ｃに導入される。また、ロック機構８０を備えるベーン３６Ａにも同様に大気開放機構９０が設けられている。この大気開放機構９０を通じて第２の進角室５１Ｂ及び第２の遅角室５２Ｂに外部から空気が導入される。ここで大気開放機構を通じて外部から空気が導入される各油圧室５１Ｂ，５２Ｂ，５１Ｃ，５２Ｃのうち、第２の遅角室５２Ｂ及び第３の遅角室５２Ｃは開放室として機能する。

したがって、図５に示されるように、大気開放機構９０が設けられるベーン３６Ａによって区画形成される第２の進角室５１Ｂ及び第２の遅角室５２Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置した状態でベーンロータ３６の回転が停止した場合には、大気開放機構９０から直接空気が各油圧室５１Ｂ，５２Ｂに導入され、それら各油圧室５１Ｂ，５２Ｂの作動油は進角油路６０Ａ及び遅角油路６０Ｂを通じてカム軸３２の軸心Ｃ側に流れるため速やかに排出される。したがって、機関停止に際してバルブタイミングが中間位相にロックされなかった場合でも、機関始動時にカムトルクの変動によってベーンロータ３６が進角側や遅角側に揺動することを利用して、バルブタイミングを中間位相にむけて進角又は遅角させてバルブタイミングを中間位相にロックすることが可能となる。なお、図中の一点鎖線は、カム軸３２の軸心Ｃを通る水平線である。

これに対して、第１の進角室５１Ａと第１の遅角室５２Ａとによって挟まれるベーン３６Ａには大気開放機構９０が設けられていないため、これら各油圧室５１Ａ，５２Ａには直接的に空気が導入されることはない。したがって、これら各油圧室５１Ａ，５２Ａがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置した状態でベーンロータ３６の回転が停止した場合には、各油圧室５１Ａ，５２Ａから作動油が排出されにくい。そのため、上述したようなベーンロータ３６の揺動を利用してバルブタイミングを中間位相にロックすることが困難となる。特に、バルブタイミングが中間位相でロックされることなく機関停止に至った場合には、カムフリクション等の影響によりバルブタイミングは比較的遅角側の位相となることが多い。したがって、各進角室５１及び各遅角室５２のうち特に各遅角室５２についてはその作動油を速やかに排出させる要求が高いといえる。そこで、可変機構３０には、各大気開放機構９０により第２の遅角室５２Ｂ及び第３の遅角室５２Ｃに導入された空気を第１の遅角室５２Ａにも導入すべく、連通路１００が設けられている。

次に、この連通路１００について図６を参照して説明する。なお、図６（ａ）は、プレート３５Ｂにおいてハウジング本体３８に組み付けられる側の面を示している。また、図６（ｂ）は、スプロケット３５Ａにおいてハウジング本体３８に組み付けられる側の面を示している。

図６（ａ）に示されるように、プレート３５Ｂには、第１の開口１１０Ａ、第２の開口１１０Ｂ、及び第３の開口１１０Ｃ及びボルトＢを締結するための３つのボルト孔１２０が形成されている。プレート３５Ｂがハウジング本体３８に組み付けられたとき、第１の開口１１０Ａは第１の遅角室５２Ａの最も進角側に位置し、第２の開口１１０Ｂは第２の遅角室５２Ｂの最も進角側に位置し、第３の開口１１０Ｃは第３の遅角室５２Ｃの最も進角側に位置する。

また、図６（ｂ）に示されるように、スプロケット３５Ａには、ボルトＢを締結するための３つのボルト孔１３０が形成される他、プレート３５Ｂとの接合面には環状の連通路１００が形成されている。スプロケット３５Ａにプレート３５Ｂが組み付けられたとき、この連通路１００と各遅角室５２Ａ〜５２Ｃは各開口１１０Ａ〜１１０Ｃを通じて連通された状態となる。すなわち、各遅角室５２Ａ〜５２Ｃは連通路１００を通じて連通されることとなる。

次に、図７を参照して、カム軸３２に設けられたカム３３のプロフィールについて説明する。なお、図中の一点鎖線は、カム軸３２の軸心Ｃを通る水平線である。また、図７（ｂ）は、バルブタイミングが最遅角位相となってベーンロータ３６の回転が停止した状態を示している。

図７（ａ）に示されるように、カム軸３２には、内燃機関に設けられる各気筒に対応した３つのカム３３が設けられている。これらカム３３は、カム軸３２の端部側からみてカムノーズ３３Ａの頂点がカム軸３２の周りに１２０°間隔に位置するようにそのプロフィールが設定されている。また、これらカム３３には吸気バルブ３１を開閉駆動するためのリフタ１４０がバルブスプリング３４の付勢力により当接されている。

ここで、機関が停止する際には、図７（ａ）に示すように、いずれのリフタ１４０もカムノーズ３３Ａによってリフトされていない状態、すなわちリフタ１４０がカムノーズ３３Ａと当接していない状態でカム軸３２の回転が停止する可能性が高い。換言すれば、カム軸３２に対してカム３３から作用するトルクが最も小さくなる状態で同カム軸３２の回転が停止する可能性が高い。なお、このカム軸３２の回転が停止する可能性が高い位置を中立位置と称する。

ここで、図７（ｂ）は同中立位置でカム軸３２の回転が停止した場合のベーンロータ３６及びハウジングロータ３７の状態を示している。

この場合、同図７（ｂ）に示されるように、各油圧室５１Ａ，５２Ａが水平線の鉛直方向上方に位置する一方、各油圧室５１Ｂ，５２Ｂ，５１Ｃ，５２Ｃは各油圧室５１Ａ，５２Ａよりも下方に位置する。さらにこの場合、第２の開口１１０Ｂは水平線の鉛直方向上方に位置する。換言すれば、カム軸３２はその中立位置のときに、第２の開口１１０Ｂが水平線よりも鉛直方向上方に位置するように、カム３３のプロフィールが設定されている。すなわち、本実施形態では、上述したようにハウジングロータ３７に対して最遅角位相にあるベーンロータ３６の停止位置との関係に基づきカム３３のプロフィールが設定されたカム軸３２が停止位相調節機構に相当する。

ここで、大気開放機構９０により、第２の遅角室５２Ｂ及び第３の遅角室５２Ｃに空気が導入されると、第２の遅角室５２Ｂに導入された空気は、第２の開口１１０Ｂから連通路１００を通じて第１の遅角室５２Ａに導入される。さらに、第３の遅角室５２Ｃに導入された空気は、第３の開口１１０Ｃから連通路１００を通じて第１の遅角室５２Ａに導入される。そして、このように各開口１１０Ｂ，１１０Ｃから連通路１００を通じて第１の遅角室５２Ａに空気がそれぞれ導入され、これに伴って第１の遅角室５２Ａから遅角油路６０Ｂを通じて作動油がカム軸３２の軸心Ｃ側に流れて排出されることとなる。このように、開放室である各遅角室５２Ｂ，５２Ｃと連通路１００を通じて連通される第１の遅角室５２Ａは導入室として機能する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

（１）カム軸３２はその中立位置のときに第２の遅角室５２Ｂに開口する連通路１００の第２の開口１１０Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置するように、カム３３のプロフィールが設定されている。

そのため、第２の遅角室５２Ｂから連通路１００を通じて作動油がある程度流出すれば第２の遅角室５２Ｂの油没状態が解消され、第２の開口１１０Ｂの近傍には空間が形成されることとなる。この空間が形成された後は、作動油に妨げられることなく空気が連通路１００の第２の開口１１０Ｂに流入するようになるため、第１の遅角室５２Ａに空気を効率よく導入することができるようになる。

ここで、上述したように、機関停止に際してバルブタイミングが中間位相にロックされなかった場合、カムフリクション等の影響によりバルブタイミングは比較的遅角側の位相となることが多い。詳述すると、このような場合にはバルブタイミングは最遅角位相となることが最も多い。このとき、各遅角室５２の作動油が適切に排出されていなければ、各遅角室５２は油密な状態であるため、カム軸３２の回転に伴いベーンロータ３６が回転すると、ベーンロータ３６と連動してハウジングロータ３７が回転することとなる。すなわち、両回転体は一体に回転することとなる。そのため、本実施形態のようにハウジングロータ３７のプレート３５Ｂに第２の開口１１０Ｂが設けられる構成にあっては、バルブタイミングが最遅角位相である状態のもと、カム軸３２が中立位置のときに第２の開口１１０Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置するようにカム３３のプロフィールを設定することにより、第２の開口１１０Ｂの近傍に空間を形成することができ、上述した効果を奏することができるようになる。

また、各遅角室５２に残留している作動油は、各遅角室５２が水平線の鉛直方向下方に位置した状態では排出されにくい。しかし、大気開放機構９０が設けられるベーン３６Ａによって区画形成される各遅角室５２Ｂ，５２Ｃは、機関始動後にベーンロータ３６及びハウジングロータ３７が回転し各遅角室５２Ｂ，５２Ｃが水平線の鉛直方向上方に位置すると、大気開放機構９０によって空気が直接導入されるため残留している作動油が速やかに排出される。その一方、大気開放機構９０が設けられないベーン３６Ａによって区画形成される第１の遅角室５２Ａは、機関始動後にベーンロータ３６及びハウジングロータ３７が回転して第１の遅角室５２Ａが水平線の鉛直方向上方に位置しても外部から直接空気が導入されないため、残留している作動油は排出されにくい。そのため、第１の遅角室５２Ａに残留している作動油は機関停止中に排出することが要求される。

上述したように、本実施形態のバルブタイミング制御装置は、機関停止に際して第１の遅角室５２Ａに残留している作動油を速やかに排出することができる。

（２）機関停止に際してバルブタイミングが中間位相にロックされなかった場合、バルブタイミングが次第に遅角することが多く、特に各遅角室５２の作動油を速やかに排出させる要求が高いことは上述したとおりである。

そこで、開放室を第２の遅角室５２Ｂ及び第３の遅角室５２Ｃとし、導入室を第１の遅角室５２Ａとすることにより、大気開放機構９０によって開放室である各遅角室５２Ｂ，５２Ｃに空気が導入されると、連通路１００を通じて各遅角室５２Ｂ，５２Ｃとは各別の遅角室である第１の遅角室５２Ａに多くの空気が導入されることとなる。その結果、機関停止状態のときにバルブタイミングが遅角側で停止した場合であっても、遅角油路６０Ｂを通じて導入室、すなわち第１の遅角室５２Ａの作動油を速やかに排出することができる。

（３）さらには、例えば中間位相ではなく最遅角位相でバルブタイミングをロックするロック機構にあっては各進角室５１及び各遅角室５２の作動油を排出させる必要性は低くなる。一方、ロック機構７０，８０はそれらの協働により最進角位相と最遅角位相との間の中間位相でバルブタイミングをロックするため、ベーンロータ３６を揺動させる必要性、すなわち各進角室５１及び各遅角室５２の作動油を排出させる必要性が高くなる。本実施形態のバルブタイミング制御装置は、例えばバルブタイミングが最遅角位相で停止した場合に各遅角室５２から作動油を速やかに排出することができるため、上述した（１）及び（２）の効果を一層顕著なものとすることができる。

（４）また、遅角室５２Ａ〜５２Ｃはプレート３５Ｂに設けられた開口１１０Ａ〜１１０Ｃ及びスプロケット３５Ａに形成された円環状の連通路１００によって互いに連通されている。そのため、第１の遅角室５２Ａと第２の遅角室５２Ｂとを連通する連通路及び第１の遅角室５２Ａと第３の遅角室５２Ｃとを連通する連通路とを各別に設ける構成と比較して、連通路の構成を簡略化することができる。

なお、この発明にかかるバルブタイミング制御装置は、上述した実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、この実施形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・第２の開口１１０Ｂをベーンロータ３６に設けることもできる。この場合には、カム軸３２の回転に伴いベーンロータ３６を直接的に回転させることが可能であるため、カム軸３２のカム３３のプロフィールを設定することにより、バルブタイミングが最遅角位相以外のときであっても、第２の開口１１０Ｂをカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置させることが可能となる。

・第２の開口１１０Ｂがハウジングロータ３７に設けられる構成にあっては、機関停止状態のときに、第２の開口１１０Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置するように機関始動装置を駆動しクランク軸１１を回転させてハウジングロータ３７の停止位相を調節することもできる。なお、機関始動装置としては、スタータモータ２４を挙げることができる。この場合スタータモータ２４としては常時噛み合い式のものが好ましい。さらには、ハイブリッド車両においては電動発電機を挙げることができる。

また、機関停止に際してクランク軸１１により駆動される補機の負荷を制御することもできる。こうした構成によれば、クランク軸１１の停止位相を調節してハウジングロータ３７の停止位相を調節することにより、機関停止状態のときに第２の開口１１０Ｂをカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置させることができるようになる。なお、このような補機の例としては、発電機やクランク軸１１により駆動される回転式のポンプ、すなわちオイルポンプ２０等を挙げることができる。

また、上述したように、機関停止に際してバルブタイミングが中間位相にロックされなかった場合には、バルブタイミングは最遅角位相となる可能性が高く、さらに各遅角室５２から作動油が適切に排出されなければ、両回転体が一体に回転するようになる。そのため、第２の開口１１０Ｂがベーンロータ３６に設けられる構成にあっては、機関停止状態であってバルブタイミングが最遅角位相である状態のもと、上述したように第２の開口１１０Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置するように機関始動装置を駆動しクランク軸１１を回転させてハウジングロータ３７の停止位相を調節することができる。

同様に、第２の開口１１０Ｂがベーンロータ３６に設けられる構成にあっては、機関停止状態であってバルブタイミングが最遅角位相の状態のもと、上述したようにクランク軸により駆動される補機の負荷を制御することによりクランク軸１１の停止位相を制御してハウジングロータ３７の停止位相を調節することもできる。

・遅角室５２Ａ〜５２Ｃを互いに連通路１００で連通したが、遅角室５２Ｂ，５２Ｃは連通されていなくてもよい。

・遅角室５２Ａ〜５２Ｃを互いに連通路１００で連通したが、任意の各進角室５１同士を連通路で連通することもできる。さらには、任意の各進角室５１同士を連通路で連通した状態で任意の各遅角室５２同士を連通路で連通することもできる。また、任意の各進角室５１及び任意の各遅角室５２を連通路で連通させてもよい。この場合には、連通路に流量面積が相対的に小さくなる絞り部を設ける等、バルブタイミング制御装置の作動応答性の低下を抑制することが好ましい。

・プレート３５Ｂに連通路１００を設けたが、カバー３９又はベーンロータ３６に連通路１００を設けることができる。

・大気開放機構９０は、第２の進角室５１Ｂ、第２の遅角室５２Ｂ、第３の進角室５１Ｃ及び第３の遅角室５２Ｃの全てを外部と連通し各油圧室５１Ｂ，５２Ｂ，５１Ｃ，５２Ｃに空気を導入したが、各油圧室５１Ｂ，５２Ｂの一方と、各油圧室５１Ｃ，５２Ｃの一方とを外部と連通してもよい。
・第２の開口１１０Ｂがカム軸３２の軸心Ｃよりも鉛直方向上方に位置するようにカム軸３２のカム３３のプロフィールを設定したが、第３の開口１１０Ｃが同方向に位置するようにカム軸３２のカム３３のプロフィールを設定することもできる。
・ロック機構７０，８０の構造として、ロックピン７１Ａがベーンロータ３６の軸方向に移動する構造を採用したが、ロックピン７１Ａがベーンロータ３６の径方向に移動する構造に変更することもできる。すなわち、ロックピン７１Ａがベーンロータ３６の径方向に移動するようにロックピン７１Ａをベーン３６Ａに設ける一方、ロックピン７１Ａと対応するハウジングロータ３７の部位にロック溝７３を設けることもできる。

・上記実施形態のバルブタイミング制御装置は、カムノーズ３３Ａの頂点がカム軸３２の中心軸周りに１２０°ごとに位置するようにカム３３が配置されている直列三気筒型の内燃機関を制御対象にした。しかし、本発明にかかるバルブタイミング制御装置の適用対象となる内燃機関は直列三気筒型の内燃機関に限られない。例えば、直列四気筒型の内燃機関のバルブタイミング制御装置として具体化することもできる。この場合には、カム軸の中立位置は、カム軸の回転方向に９０°ごとに出現することになる。

・吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更するバルブタイミング制御装置として具体化した例を示したが、排気バルブ４１のバルブタイミングを変更するバルブタイミング制御装置として本発明を具体化することも可能である。

１０…内燃機関、１１…クランク軸、１２…スプロケット、１３…タイミングチェーン、２０…オイルポンプ（補機）、２１…オイルパン、２２…作動油路、２３…油路制御弁、２４…スタータモータ（機関始動装置）、２５…バッテリ、３０…可変機構、３１…吸気バルブ、３２…吸気用のカム軸、３３…吸気用のカム、３３Ａ…カムノーズ、３４…吸気用のバルブスプリング、３５Ａ…スプロケット、３５Ｂ…プレート、３６…ベーンロータ（第２の回転体）、３６Ａ…ベーン、３６Ｂ…ボス、３７…ハウジングロータ（第１の回転体）、３８…ハウジング本体、３８Ａ…区画壁、３９…カバー、４１…排気バルブ、４２…排気用のカム軸、４３…排気用のカム、４４…排気用のバルブスプリング、４５…スプロケット、５０…収容室、５１Ａ…第１の進角室、５１Ｂ…第２の進角室、５１Ｃ…第３の進角室、５２Ａ…第１の遅角室（導入室）、５２Ｂ…第２の遅角室（開放室）、５２Ｃ…第３の遅角室（開放室）、６０Ａ…進角油路、６０Ｂ…遅角油路、７０…ロック機構、７１Ａ…主ロックピン、７１Ｂ…補助ロックピン、７２…収容孔、７３…ロック溝、７３Ａ…下段溝、７３Ｂ…上段溝、７３Ｃ…進角内壁、７４…スプリングガイドブッシュ、７５…リングブッシュ、７６Ａ…主スプリング、７６Ｂ…補助スプリング、７７…解除室、７８…解除油路、７９…フランジ、８０…ロック機構、９０…大気開放機構、９１…開放通路、９２…進角室開放通路、９３…遅角室開放通路、１００…連通路、１１０Ａ…第１の開口、１１０Ｂ…第２の開口、１１０Ｃ…第３の開口、１２０…ボルト孔、１３０…ボルト孔、１４０…リフタ、１５０…制御部、１５１…クランク角センサ、１５２…カム角センサ、１５３…水温センサ。

Claims (9)

1. クランク軸と連動する第１の回転体及びカム軸と連動して前記第１の回転体と同一の軸心を中心に回転する第２の回転体の相対回転位相を、両回転体により画成された複数の油圧室の油圧に基づいて変更する可変機構と、
   前記相対回転位相を特定位相にロックするロック機構と、
   前記複数の油圧室から前記軸心に向かって延伸して前記複数の油圧室からそれぞれ作動油を排出する複数の排出路と
   を備える、内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記複数の油圧室の一つである開放室を機関停止状態のときに外部に連通して同開放室に空気を導入する大気開放機構と、
   前記複数の油圧室のうち前記開放室とは異なる油圧室である導入室を前記開放室に連通する連通路であって、前記開放室に開口する開口を有する連通路と、
   機関停止状態のときに前記連通路の前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、前記両回転体の少なくとも一方の停止位相を調節する停止位相調節機構と
   を備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記開放室及び前記導入室はバルブタイミングを遅角させるための各別の遅角室である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 前記開口は前記第１の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は前記カム軸を含み、同カム軸に設けられるカムは、前記第２の回転体が前記第１の回転体に対して最遅角位相にある状態のもとカムからカム軸に作用するトルクが最も小さくなるときに前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、そのプロフィールが設定されてなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 前記開口は前記第２の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は前記カム軸を含み、同カム軸に設けられるカムは、カムからカム軸に作用するトルクが最も小さくなるときに前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、そのプロフィールが設定されてなる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 前記開口は前記第１の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は、機関停止状態のときに、前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように機関始動装置を駆動し前記クランク軸を回転させて前記第１の回転体の停止位相を調節する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 前記開口は前記第２の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は、機関停止状態であって前記第２の回転体が前記第１の回転体に対して最遅角位相にある状態のときに、前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように機関始動装置を駆動し前記クランク軸を回転させて前記第１の回転体の停止位相を調節する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 前記開口は前記第１の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は、機関停止状態のときに前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、機関停止に際して、前記クランク軸により駆動される補機の負荷を制御して前記第１の回転体の停止位相を調節する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
8. 前記開口は前記第２の回転体に設けられ、
   前記停止位相調節機構は、機関停止状態であって前記第２の回転体が第１の回転体に対して最遅角位相にある状態のときに前記開口が前記軸心よりも鉛直方向上方に位置するように、機関停止に際して、前記クランク軸により駆動される補機の負荷を制御して前記第１の回転体の停止位相を調節する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 前記特定位相は最進角位相と最遅角位相との間の中間位相である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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