JP6514602B2

JP6514602B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

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Publication number: JP6514602B2
Application number: JP2015153842A
Authority: JP
Inventors: 真司浦川; 加藤　裕幸; 裕幸加藤; 大介塩脇
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: JP2017031908A

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変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。

従来のバルブタイミング制御装置としては、例えば、吸気弁側に適用された以下の特許文献１に記載されているものがある。

このバルブタイミング制御装置は、クランク軸から回転力が伝達されるハウジングと、該ハウジングの内部に相対回転自在に収容されて、カムシャフトの端部に固定されたベーンロータと、を備え、前記ハウジングの内周面に直径方向から互いに内方へ突出された複数のシューと前記ベーンロータの複数のベーンとの間に進角油室と遅角油室が隔成されている。

また、前記ハウジングとベーンロータとの間には、例えば機関停止時に、ベーンロータがハウジングに対して最遅角側の相対回転位置でロックさせるロック機構が設けられている。

このロック機構は、前記一つのベーンの内部軸方向に形成された摺動用孔に摺動自在に設けられたロックピンと、前記ハウジング本体の一端開口を閉塞するリアプレートに設けられて、前記ロックピンの先端部がコイルばねのばね力によって係合するロック穴とを備えている。

そして、機関始動時には、オイルポンプから電磁切換弁を介して前記遅角油室に供給された油圧が、同時に前記ロック穴に形成された受圧室にも供給される。この油圧によって、前記ロックピンがコイルばねのばね力に抗して後退移動してロック穴に対するロックが解除されるようになっている。

これにより、前記ハウジングに対するベーンロータの自由な相対回転が許容されて、機関運転状態に応じて進角側あるいは遅角側に相対回転することにより、吸気弁の開閉タイミングを制御するようになっている。

特開２０１１−２２０１３７号公報特許第４１６８４５０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置は、機関停止後の再始動までに、比較的長い時間放置した場合には、前記各遅角油室や各進角油室内の作動室及び油圧回路内の作動油がオイルパン内に自然落下して、前記各作動室や油圧回路内に空気が溜まってしまう。

したがって、機関始動時のクランキング時に、例えば前記油圧回路を介して前記各遅角油室にオイルポンプから油圧が供給されるが、このとき、前記油圧回路内や各遅角油室に溜まっていた空気が、前記油圧によって圧縮空気となってロック機構の前記記受圧室内に前記油圧よりも先に入り込んで前記ロックピンを不用意に後退移動させてしまうおそれがある。

これによって、前記各遅角油室に油圧が供給される前に、前記ベーンロータのハウジングに対するロックが解除されてしまう。この結果、ベーンロータの挙動が不安定となって前記カムシャフトに作用する交番トルクなどに起因してベーンロータのベーン部がハウジングの各シューに干渉して大きな打音が発生するおそれがある。

特に、冷機始動時には、前記オイルポンプから圧送される作動油の粘性も高いことから、油圧回路内での流動抵抗が大きくなって各遅角油室への油圧の供給が遅れるため、前記圧縮空気によるベーンロータの早期の誤ったロック解除が行われ易くなる。

そこで、特許文献２に記載されている発明のように、遅角油室と受圧室との間に空気抜き通路を形成しており、この空気抜き通路は、ロータの周方向においてベーンの中間部に形成された溝部によって形成されていると共に、ロータを貫通して形成された大気通路に連通するようになっている。

そして、機関始動時に、前記遅角油室から受圧室側へ作動油に混在した空気が流入すると、前記空気抜き通路から大気通路を通って大気に排出されることにより、ロックピンの不用意な抜けだしを抑制するようになっている。

しかしながら、前記特許文献２に記載されている発明は、前記空気抜き通路が大気通路と常時連通状態になっているか、あるいは連通状態から所定時間経過した後に連通が遮断されるようになっている。つまり、比較的長い連通状態が維持されている。

このため、遅角油室から空気抜き通路を介して空気が排出された後には、遅角油室の作動油もそのまま排出されてしまうおそれがある。この結果、チェーンスプロケットに対するロータの相対回転変換の応答性が低下してしまう。

本発明は、機関始動におけるロック早期解除の発生を抑制してベーンロータによる干渉打音の発生を抑制すると共に、エア排出後におけるベーンロータの相対回転変換の良好な作動応答性を確保し得るバルブタイミング制御装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、とりわけ、ロック機構は、ハウジングまたはベーンロータのいずれか一方側に設けられた摺動用孔と、該摺動用孔の内周面を摺動する大径部及び該大径部の先端側に設けられた小径部と、前記大径部と小径部との間に形成された段差部を有するロック部材と、前記ハウジングまたはベーンロータの他方側に設けられて、前記ロック部材の小径部が軸方向から係脱するロック凹部と、前記段差部の小径部側に形成されて、内部に導入された作動油の油圧によって前記ロック部材を係合解除方向へ摺動させる受圧室と、前記遅角作動室と進角作動室のいずれか一方と前記受圧室とを連通する連通孔と、前記摺動用孔の内周面に設けられ、前記連通孔に受圧室を介して常時連通すると共に、前記ロック部材がロック凹部に係入した状態では大気に連通する一方、前記ロック部材がロック凹部から係合解除方向へ移動することによって大気と連通する通路断面積が減少するエア抜き通路と、
を備え、
前記エア抜き通路は、前記摺動用孔の内周面に軸方向に沿った溝状に形成され、前記エア抜き通路の前記摺動用孔の軸方向における長さは、前記ロック部材の大径部の軸方向の長さよりも長く形成されて、前記ロック部材がロック凹部に係合している状態では、前記ロック部材の大径部が前記摺動用孔の形成範囲内に位置して大気との連通が確保されていることを特徴としている。

本発明によれば、機関始動におけるベーンロータのロックの誤った早期解除を抑制して、ベーンロータによる干渉打音の発生を抑制することができると共に、エア排出後におけるベーンロータの相対回転変換の良好な作動応答性を確保することができる。

本発明に係るバルブタイミング制御装置の一実施形態を示す分解斜視図である。同実施形態のバルブタイミング制御装置の油圧回路を示す概略図である。同実施形態によるバルブタイミングを遅角側に制御した状態を、フロントプレートを外して示す正面図である。同実施形態によるバルブタイミングを進角側に制御した状態を、フロントプレートを外して示す正面図である。本実施形態に供されるロック機構を示す図２の要部拡大図である。図５のＡ−Ａ線断面図である。本実施形態のロック機構のロックピンがロック穴から後退移動した状態を示す図２の要部拡大図である。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

このバルブタイミング制御装置は、図１及び図２、図３に示すように、機関の図外のクランクシャフトによってタイミングチェーンを介して回転駆動されるスプロケット１と、該スプロケット１に対して相対回動可能に設けられたカムシャフト２と、スプロケット１とカムシャフト２との間に配置されて、該両者１，２の相対回動位相を変換する位相変換機構３と、該位相変更機構３の作動をロックするロック機構４と、を備えている。

前記スプロケット１は、後述するハウジング本体１１と一体に形成されており、外周に図外のタイミングチェーンケースが巻回される複数の歯車部１ａを一体に有している。

前記カムシャフト２は、図外のシリンダヘッドにカム軸受を介して回転自在に支持され、外周面の所定位置に図外の吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる複数の駆動カムが一体に設けられていると共に、一端部２ａの内部軸方向に後述するカムボルト６の軸部６ｂの外周面に形成された雄ねじ部６ｂが螺着する雌ねじ孔２ｂが形成されている。

前記カムボルト６は、六角状の頭部６ａと、該頭部６ａの一端部にフランジ状の座部６ｄを介して一体に設けられた軸部６ｂと、該軸部６ｂの先端部外周に形成された前記雄ねじ部６ｃとから構成されている。

前記位相変換機構３は、カムシャフト２の一端部２ａ側に配置されたハウジング５と、前記カムシャフト２の一端部２ａに前記カムボルト６によって軸方向から固定されて、前記ハウジング５内に相対回転自在に収容されたベーンロータ７と、前記ハウジング５内に形成されて、後述するハウジング本体１１の内周面に一体に有する５つの第１〜第４シュー８ａ〜８ｅとベーンロータ７の後述する５枚のベーン２２〜２６とによって隔成されたそれぞれ５つの遅角作動室である遅角油室９及び進角作動室である進角油室１０と、前記各遅角油室９と各進角油室１０にそれぞれ油圧を選択的に給排する油圧回路と、を備えている。

前記ハウジング５は、軸方向両端が開口されたほぼ円筒状のハウジング本体１１と、該ハウジング本体１１の軸方向前端開口を閉塞するフロントプレート１２と、ハウジング本体１１の軸方向後端開口を閉塞するリアプレート１３とを備え、該ハウジング本体１１に対してフロントプレート１２とリアプレート１３が５本のボルト１４によって軸方向から共締めにより一体的に結合されている。

前記ハウジング本体１１は、焼結金属材によって一体に形成され、前端側の外周に前記スプロケット１が一体に設けられていると共に、内周面の円周方向のほぼ等間隔位置に前記５つの第１〜第４シュー８ａ〜８ｅが内方へ一体に突設されている。

この各シュー８ａ〜８ｅは、それぞれが側面視ほぼ台形状に形成されて、それぞれの先端部に軸方向に沿って形成されたシール溝内にほぼコ字形状のシール部材１６がそれぞれ嵌着固定されている。また、各シュー８ａ〜８ｅの径方向外周側、つまりハウジング本体１１の内周面に対する結合部である付け根部側の内部軸方向には、前記各ボルト１４が挿通するボルト挿通孔１７が貫通形成されている。

前記フロントプレート１２は、金属板をプレス成形によって比較的薄肉な円板状に形成され、中央に前記カムボルト６の頭部６ｃが所定隙間をもって嵌入する大径孔１２ａが穿設されていると共に、外周側の円周方向等間隔位置には、前記各ボルト１４が挿通する５つのボルト孔１２ｂが貫通形成されている。

前記リアプレート１３は、全体が焼結合金によって形成されていると共に、中央に前記カムシャフト２の一端部２ａが挿通して回転自在に支持される支持孔１３ａが貫通形成されていると共に、外周側の円周方向等間隔位置には、前記各ボルト１４の先端部の雄ねじ部が螺着する５つの雌ねじ孔１３ｂが形成されている。

また、前記リアプレート１３の内端面には、前記各進角油室１０に連通する５つの進角側油溝１８が前記支持孔１３ａの中心から放射状に形成されている。

前記ベーンロータ７は、金属材によって一体に形成されており、中央に形成された挿通孔７ａ内に軸方向から挿通した前記カムボルト６によってカムシャフト２の一端部２ａに軸方向から固定された円筒状のロータ部２１と、該ロータ部２１の外周面の円周方向のほぼ等間隔位置に放射状に突設された５枚の第１〜第５ベーン２２〜２６と、を備えている。

前記ロータ部２１は、外周面に前記各シュー８ａ〜８ｅの先端部上面に嵌着固定された前記シール部材１６に摺動しつつ回転するようになっている。また、ロータ部２１は、図３に示すように、前記各ベーン２２〜２６のそれぞれの両側の径方向に前記各遅角油室９に連通する５つの遅角側油孔１９が径方向に沿ってそれぞれ貫通形成されている。また、ロータ部２１のカムシャフト２側の端面中央には、図２に示すように、前記カムシャフト２の一端部２ａ先端が嵌合する嵌合溝２１ａが形成されている。

前記各ベーン２２〜２６は、図３にも示すように、それぞれが各シュー８ａ〜８ｅ間に配置されていると共に、各先端面に軸方向に形成されたシール溝内に前記ハウジング本体１１の内周面１１ａに摺接するほぼコ字形状のシール部材２０がそれぞれ嵌着固定されている。

また、この各ベーン２２〜２６は、第１ベーン２２が最大幅に形成され、他の４枚の第２〜第５ベーン２３〜２６が第１ベーン２２よりも十分に小さい幅でかつほぼ同一の幅に設定されている。このように、最大幅の第１ベーン２２に対して他の４つのベーン２３〜２６の幅をそれぞれ小さくすることによってベーンロータ７全体の重量バランスを均一化するようになっている。

前記第１ベーン２２は、ベーンロータ７が図３に示す最大反時計方向へ回転した際に、一側面が前記第１シュー８ａの対向側面に当接して前記ハウジング５に対する最大遅角側の相対回転位置が規制され、ベーンロータ７が図４に示す最大時計方向へ回転した際に、他側面が前記第２シュー８ｂの対向側面に当接して最大進角側の相対回転位置が規制されるようになっている。

なお、前記第１ベーン２２が、第１、第２シュー８ａ、８ｂに当接した状態では、図３，図４に示すように、他のベーン２３〜２５は円周方向で対向するいずれのシュー８ａ〜８ｅにも当接しないようになっている。

前記ロック機構４は、図１、図５〜図７に示すように、前記第１ベーン２２の内部軸方向に貫通形成された摺動用孔２９と、該摺動用孔２９内に摺動自在に収容されて、リアプレート１３側に対して進退自在が設けられたロック部材であるロックピン３０と、前記リアプレート１３の径方向のほぼ中央所定位置に形成され、前記ロックピン３０の先端部３０ａが係合してベーンロータ７をロックするロック凹部であるロック穴３１と、機関の始動状態に応じて前記ロックピン３０の先端部３０ａをロック穴３１に係合させ、あるいは係合を解除させる係脱機構と、から構成されている。

前記摺動用孔２９は、図３に示すように、内周面が段差径状に形成されて、リアプレート１３側の前端側の小径孔２９ａと後端側の大径孔２９ｂとを有し、該小径孔２９ａと大径孔２９ｂとの間に環状の第１段差部２９ｃが形成されている。

前記ロックピン３０は、図２及び図５に示すように、ロック穴３１と摺動用孔２９に対応して外周面が段差径状に形成され、最小径の先端部３０ａと、該先端部３０ａ側より後ろ側の中空状の小径部３０ｂ及び大径部３０ｃと、該小径部３０ｂと大径部３０ｃとの間に形成された第２段差部３０ｄを有し、前記先端部３０ａは、中実になっており、この外周面が円錐状に形成されて前記ロック穴３１内に係合し易い形状になっている。

前記ロック穴３１は、リアプレート１３に穿設された保持孔１３ｃに圧入固定された有底円筒状のロック穴構成部３４の内部に形成されて、ロック穴構成部３４を介して円周方向の前記進角油室１０側寄り、つまり、ベーンロータ７が最大遅角側に相対回転した場合に前記ロックピン３０と軸方向から対向する位置に形成されている。

したがって、前記ロックピン３０がロック穴３１係合した場合には、ハウジング５とベーンロータ７の相対回転角度が機関始動に最適な最大遅角の変換角度となるように設定されている。

また、前記摺動用孔２９の第１段差部２９ｃとロックピン３０の第２段差部３０ｄとの間に円環状の第１受圧室３３ａが形成されていると共に、前記ロックピン３０の先端部３０ａとロック穴３１との間、つまりロック穴３１の底面側に第２受圧室３３ｂが形成されている。これら第１、第２受圧室３３ａ、３３ｂは、後述する解除用油圧回路の一部を構成している。

また、前記摺動用孔２９の後端部２９ｄ側のベーンロータ７の後面には、図１及び図２、図５に示すように、連通溝３５が切欠形成されている。この連通溝３５は、ロック穴３１の孔縁から前記挿通孔７ａの孔縁まで径方向に沿った長溝状に形成されていると共に、前記フロントプレート１３の挿通孔１２ａの内周面１２ｄと前記カムボルト６の座部６ｄの外周面との間に形成された環状隙間Ｓを介して大気に連通している。このように、摺動用孔２０を大気に連通させることによって、ベーンロータ７の回転範囲内で常にロックピン３０の摺動用孔２９内での良好な摺動性を確保するようになっている。

前記係脱機構は、前記ロックピン３０の先端部３０ａの内部壁面とフロントプレート１２の内端面との間に弾装されて、ロックピン３０を進出方向(ロック穴３１方向)へ付勢するコイルスプリング３２と、前記第１、第２受圧室３３ａ、３３ｂ内に油圧を供給してロックピン３０をコイルスプリング３２のばね力に抗して後退移動させる解除用油圧回路と、から構成されている。

前記コイルスプリング３２は、前記ベーンロータ７が最大遅角位相位置に相対回転した際に、そのばね力によって前記ロックピン３０を進出移動させて、ロックピン３０の先端部３０ａをロック穴３１内に係入させることによりハウジング５に対してベーンロータ７をロックさせるようになっている。

この解除用油圧回路は、図３に示すように、前記遅角油室９と進角油室１０にそれぞれ供給された油圧を、第１ベーン２２の内部周方向及び一側面に形成された第１油孔４１ａと第２油孔４１ｂを介して前記第１受圧室３３ａと第２受圧室３３ｂにそれぞれ供給する。

この第１、第２受圧室３３ａ、３３ｂに供給された油圧によって、前記ロックピン３０を、前記コイルスプリング３２のばね力に抗して係合解除方向、つまり後退移動させて、先端部３０ａと前記ロック穴３１との係合を解除して、ハウジング５に対してベーンロータ７の自由な相対回転を許容するようになっている。

前記第１油孔４１ａは、第１ベーン２２の一側面に形成された一端開口からベーンの巾方向に沿って内部に形成されて、他端開口が前記第１受圧室３３ａに臨んでいる一方、第２油孔４１ｂは、第１ベーン２２の軸方向一端面に径方向に沿って溝状に形成されて、一端が一つの進角側油溝１８に連通し、他端が第２受圧室３３ｂに臨んでいる。

また、前記ハウジング本体１１とリアプレート１３との間には、これらの各構成部材を前記各ボルト１４によって組み付ける際に、ハウジング本体１１とリアプレート１３の回転位置、つまり前記ロックピン３０の先端部３０ａとロック穴３１との円周方向の位置決めなどを行う位置決め手段が設けられている。

この位置決め手段は、図１に示すように、前記ハウジング本体１１の一つのシュー２２に形成された図外の位置決め溝と、前記リアプレート１３の外周部側の内端面の前記位置決め溝と対応する位置に設けられた位置決めピン５０と、から構成されている。

前記油圧回路は、前記各遅角、進角油室９，１０に対して油圧を選択的に供給するか、あるいは各遅角、進角油室９，１０内の油を排出するもので、図２に示すように、前記各遅角側油孔１９に連通する遅角側通路３６と、前記各進角側油溝１８に連通する進角側通路３７と、該各通路３６，３７間に設けられた電磁切換弁３８と、各通路３６，３７に電磁切換弁３８を介して油圧を選択的に供給するオイルポンプ３９と、前記各遅角側、進角側通路３６，３７に電磁切換弁３８を介して選択的に連通するドレン通路４０と、を備えている。なお、前記オイルポンプ３９の吸入通路３９ｂとドレン通路４０はオイルパン４２に連通している。

前記遅角側、進角側通路３６、３７は、一端部がカムシャフト一端部２ａの径方向や内部軸方向に沿って形成された油通路孔３６ａ、３７ａ及び外周側のグルーブ溝３６ｂ、３７ｂ介して前記各油溝１８及び各油孔１９に連通している。

前記電磁切換弁３８は、２方向弁であって、図外のコントローラかからの出力信号によって各通路３６，３７とオイルポンプ３９の吐出通路３９ａとドレン通路４０とを選択的に切り換え制御するようになっている。

前記コントローラは、内部のコンピュータが図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、スロットルバルブ開度センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出すると共に、かかる機関運転状態に応じて前記電磁切換弁３８の電磁コイルに制御電流を出力するようになっている。

そして、前記摺動用孔２９やロックピン３０との間などには、機関の始動初期に前記進角油室１０内に供給された圧縮空気を大気に排出する連通機構が設けられている。

この連通機構は、図１及び図２、図５〜図７に示すように、前記摺動用孔２９の大径孔２９ｂの内周面に形成されたエア抜き用通路である４つのエア抜き溝５１、５２、５３、５４と、該各エア抜き用溝５１〜５４に摺動用孔２９の後端部２９ｄを介して適宜連通する前述した連通溝３５と、から主として構成されている。

前記各エア抜き溝５１〜５４は、前記ロックピン３０の大径部３０ｃが位置する前記大径孔２９ｂの内周面の周方向の約９０°位置にそれぞれ形成されていると共に、周方向に沿って円弧状に形成されている。また、各エア抜き溝５１〜５４は、ロータ部２１の回転中心軸に対して軸直角方向の断面積、つまり、それぞれ横断面積の総断面積が０．０８ｍｍ²〜０．３０ｍｍ²の範囲内の大きさに設定されており、この実施例では、例えば０．２ｍｍ²に設定されている。この総断面積の０．０８ｍｍ²〜０．３０ｍｍ²の数値範囲は、バルブタイミング制御装置の仕様や大きさなどから実験によって導かれたもので、機関始動初期においてオイルポンプ３９から圧送されたオイルと空気のうち、空気のみが通過し得る大きさであって、粘性の高さに拘わらずオイル(油圧)は通過させない大きさに設定されている。

また、この各エア抜き溝５１〜５４は、軸方向の長さＬが前記大径部３０ｃの軸方向長さよりも大きく形成されて、該軸方向の一端部５１ａ〜５４ａが前記第１受圧室３３ａに開口(連通)していると共に、他端部５１ｂ〜５４ｂは図５に示す前記ロックピン３０がロック穴３１に係合している状態では、前記摺動用孔２９の後端部２９ｄに開口(連通)するようになっている。

一方、図７に示すように、前記ロックピン３０が後退移動して先端部３０ａがロック穴３１から抜け出した状態では、エア抜き溝５１〜５４の他端部５１ｂ〜５４ｂがロックピン３０の大径部３０ｃによって閉止されて、摺動用孔２０の後端部２９ｄとの連通が遮断されるようになっている。

すなわち、各エア抜き溝５１〜５４は、ベーンロータ７が最大遅角側の相対回転位置にあり、かつロックピン３０の先端部３０ａがロック穴３１に係合している場合は、各一端部５１ａ〜５４ａが摺動用孔２９の後端部２９ｄに連通して前記連通溝３５及び隙間Ｓを介して大気に連通するようになっているが、前記遅角油室９や進角油室１０から第１、第２第１油孔４１ａ、４１ｂを介して第１、第２受圧室３３ａ、３３ｂに供給された油圧によってロックピン３０が後退移動すると、大径部３０ｃの外周面と摺動用孔２９の内周面との間で各エア抜き溝５１〜５４の他端部５１ｂ〜５４ｂの通路開口面積が漸次減少して、最終的には各他端部５１ｂ〜５４ｂが閉止されるようになっている。

なお、本実施形態では、前記エア抜き溝５１〜５４を４つ形成しているが、摺動用孔２９の円周方向に等間隔で４つ以上、あるいは１〜３つ形成することも可能である。
〔本実施形態の作用〕
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関停止時には、オイルポンプ３９のポンプ作用が停止されて前記各油室９，１０への作動油の供給が停止されることから、ベーンロータ７は、図１、図３及び図５に示すように、カムシャフト２に作用する交番トルクによって最大遅角位置に相対回転し、この位置でコイルスプリング３２のばね力によってロックピン３０の先端部３０ａがロック穴３１内に係入して、ベーンロータ７を始動に最適な最遅角側の位置にロックする。

かかる機関停止状態が例えば１日間などの比較的長時間継続されていると、この時点で最大容積となっている前記各遅角油室９や、最小容積となっている各進角油室１０及び油圧回路内の作動油が自然にオイルパン４２内に落下して、各油室９、１０や各通路３６、３７などの油圧回路内に空気が流入して滞留する。

次に、イグニッションスイッチをオン操作して始動が開始されると、つまり、クランキング初期の段階において、コントローラが電磁切換弁３８の電磁コイルへの非通電状態が維持される。これによって、図２に示すように、オイルポンプ３９の吐出通路３９ａと遅角側通路３６を連通させると同時に、進角側通路３７とドレン通路４０を連通させる。

このため、オイルポンプ３９から吐出された作動油は、電磁切換弁３８や遅角側通路３６などを経て各遅角油室９内に流入して、該遅角油室９が高圧になる一方、各進角油室１０内の作動油は進角側通路３７を通ってドレン通路４０からオイルパン４２内に排出されて該各進角油室１０内が低圧になる。

このとき、前記各遅角油室９や遅角側通路３６などの油圧回路内に溜まった空気は、前記油圧によって押し込まれて圧縮空気となり、前記油圧よりも先に各遅角油室９に圧縮空気として供給されるが、この圧縮空気は、一つの遅角油室９ａから前記第１第１油孔４１ａを通って円環状の第１受圧室３３ａ内に流入し、ここから各エア抜き溝５１〜５４を通って摺動用孔２９の後端部２９ｄに流入し、ここから前記連通溝３５と隙間Ｓを通って大気中へ速やかに排出される。

このように、前記一つの遅角油室９ａに流入した圧縮空気は、前記エア抜き溝５１〜５４を通って連通溝３５などから大気中に速やかに排出されるため、前記第１受圧室３３ａ内で圧縮空気によるロックピン３０に対する押圧作用を回避できる。したがって、前記ロックピン３０は、後退移動することなく、先端部３０ａが早期にロック穴３１から抜けだしてロックが解除されることがなくなる。

このため、ベーンロータ７は、かかる機関始動のクランキン初期の時点ではロック状態が維持されて、最遅角の相対回転位置になっていることから、スムーズなクランキングによって良好な始動性が得られることは勿論のこと、ばたつきが抑制されると共に、各ベーン２２〜２６と各シュー８ａ〜８ｅとの間の干渉が抑制される。この結果、斯かる激しい干渉打音の発生を十分に抑制することができる。特に、前記第１ベーン２２と各シュー８ａ、８ｂとの間の干渉打音の発生を十分に抑制できる。

前記一つの遅角油室９ａから圧縮空気が外部に排出されると同時に、前記ポンプ吐出圧が前記各油孔１９から各遅角油室９に供給されると共に、この油圧が前記連通孔４１から受圧室３３内にも流入して高圧となり、これにより、ロックピン３０が後退動して先端部３０ａがロック穴３１から抜け出して、ハウジング５に対するベーンロータ７の自由な相対回転が確保される。

したがって、各遅角油室９の容積の拡大状態が維持させることに伴い、ベーンロータ７が、図３に示すように、反時計方向へ回転した状態となって、第１ベーン２２の一側面が第１シュー８ａの対向側面に当接して、それ以上の反時計方向の回転が規制される。これにより、ベーンロータ７、つまりカムシャフト２は、ハウジング５（スプロケット１)に対して相対回転角度が最遅角側に維持される。

次に、機関が例えばアイドリング運転などの所定の機関運転状態に移行した場合は、コントローラから電磁切換弁３８に制御電流が出力されて作動が開始され、吐出通路３９ａと進角側通路３７を連通させると同時に、遅角側通路３６とドレン通路４０を連通させる。これにより、各遅角油室９内の作動油が排出されて低圧になると共に、各進角油室１０に作動油が供給されて内部が高圧になる。このとき、一つの進角油室１０ａから第２連通孔４１ｂを介して第２受圧室３３ｂに油圧が供給されることから、この油圧によってロックピン３０はロック穴３１から抜け出した状態が維持される。

このため、ベーンロータ７は、図４に示すように、ハウジング５に対して時計方向へ回転して、第１ベーン２２の他側面が第２シュー８ｂの対向側面に当接して、それ以上の時計方向の回転が規制される。これによって、カムシャフト２のスプロケット１に対する相対回動位相が最進角側に変換される。この結果、吸気弁の開閉タイミングが最進角側に制御されて、かかる運転域における機関の性能を向上させることができる。

以上のように、本実施形態では、機関始動のクランキング初期には、油圧回路の遅角側通路３６や遅角油室９(９ａ)内の圧縮空気が、第１受圧室３３ａからエア抜き溝５１〜５４と摺動用孔２９の後端部２９ｄ、連通溝３５及び隙間Ｓを通って大気中に速やかに排出されるため、ロックピン３０がロック穴３１から誤って早期に抜け出してロックが解除されることがなく、ベーンロータ７は安定に最遅角側の相対回転位置に保持される。

この結果、カムシャフト２に発生する交番トルクなどに起因したベーンロータ７のばたつきが抑制されると共に、各ベーン２２〜２６や各シュー８ａ〜８ｅとの干渉による打音(騒音)の発生を十分に抑制することができる。

特に、本実施形態では、前述したように、第１受圧室３３ａ内の空気が各エア抜き溝５１〜５４を介して大気に排出された後において、第１受圧室３３ａ内に供給された油圧によって前記ロックピン３０が後退移動すると、前記各エア抜き溝５１〜５４の他端部５１ｂ〜５４ｂがロックピン３０の大径部３０ｃの外周面によって速やかに閉止されて、摺動用孔２９の後端部２９ｄとの連通が遮断される。

このため、空気が抜けた後に各エア抜き溝５１〜５４からのオイルの排出が阻止できることから、前記第１受圧室３３ａ内の油圧によるロックピン３０の後退移動を確実に行うことができると共に、ロックピン３０の後退移動によるロック解除状態を維持することができる。また、前述のように、各進角油室１０への供給油圧の切換時にも前記ロックピン３０のロック解除状態を確実に維持することができるので、ハウジング５（スプロケット１）に対するベーンロータ７の相対回転位相変換の応答性の低下を抑制できる。この結果、吸気弁のバルブタイミング制御の応答性を向上できる。

本実施形態では、前記ロックピン３０のロックを解除するために、前記遅角油室９ａからの油圧と進角油室１０ａからの油圧を用いているが、遅角油室９ａからの油圧のみとすることも可能であり、また、このバルブタイミング制御装置を排気弁側に設けた場合には、機関始動初期には、各進角油室１０にオイルポンプの吐出油圧が供給されることから、この一つの進角油室１０ａの油圧のみとすることも可能である。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記エア抜き溝５１〜５４を、前述したように１つ乃至３つでも良く、たとえ１つでも断面積は０．０８ｍｍ²〜０．３０ｍｍ²の範囲内に設定することによって、空気のみの流通を確保してオイルの流通は抑制するようになっている。

前記実施形態から把握される以下の請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕
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において、
前記エア抜き通路は、前記ベーンロータの回転軸に対して軸直角方向の断面積が０．０８ｍｍ²〜０．３０ｍｍ²に設定されてい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。

１…スプロケット
２…カムシャフト
３…位相変換機構
４…ロック機構
５…ハウジング
７…ベーンロータ
８ａ〜８ｅ…第１〜第４シュー
９…遅角油室（遅角作動室）
１０…進角油室（進角作動室）
１１…ハウジング本体
１２…フロントプレート(プレート)
１３…リアプレート
１４…ボルト
１８…進角側油溝
１９…遅角側油孔
２１…ロータ部
２２…第１ベーン
２３〜２６…第２〜第５ベーン
２９…摺動用孔
２９ａ…小径部
２９ｂ…大径部
２９ｃ…第１段差部
２９ｄ…後端部
３０…ロックピン
３０ａ…先端部
３０ｂ…小径部
３０ｃ…大径部
３０ｄ…第２段差部
３１…ロック穴
３２…コイルスプリング(付勢部材)
３３ａ・３３ｂ…第１、第２受圧室
３５…連通溝
３６…遅角側通路
３７…進角側通路
３８…電磁切換弁
３９…オイルポンプ
４０…ドレン通路
４１ａ、４１ｂ…第１、第２油孔
５１〜５４…エア抜き溝(エア抜き通路)

Claims

クランクシャフトから回転力が伝達され、内周面に複数のシューが突設されたハウジングと、
該ハウジングの内部に相対回転自在に収容されている共に、カムシャフトの一端部に固定されたロータ部及び該ロータ部の外周面から放射状に設けられたベーンと、を有し、前記各シューと協働して前記ハウジング内部に遅角作動室と進角作動室を隔成するベーンロータと、
前記ハウジングに対して前記ベーンロータの相対回転位置をロックするか、または、前記進角作動室または遅角作動室の少なくとも一方側の作動室からの作動油の油圧によって前記ベーンロータのロックを解除するロック機構と、
を備え、
前記ロック機構は、
前記ハウジングまたはベーンロータのいずれか一方側に設けられた摺動用孔と、
該摺動用孔の内周面を摺動する大径部及び該大径部の先端側に設けられた小径部と、前記大径部と小径部との間に形成された段差部を有するロック部材と、
前記ハウジングまたはベーンロータの他方側に設けられて、前記ロック部材の小径部が軸方向から係脱するロック凹部と、
前記段差部の小径部側に形成されて、内部に導入された作動油の油圧によって前記ロック部材を係合解除方向へ摺動させる受圧室と、
前記遅角作動室と進角作動室のいずれか一方と前記受圧室とを連通する連通孔と、
前記摺動用孔の内周面に設けられ、前記連通孔に受圧室を介して常時連通すると共に、前記ロック部材がロック凹部に係入した状態では大気に連通する一方、前記ロック部材がロック凹部から係合解除方向へ移動することによって大気と連通する通路断面積が減少するエア抜き通路と、
を備え、
前記エア抜き通路は、前記摺動用孔の内周面に軸方向に沿った溝状に形成され、
前記エア抜き通路の前記摺動用孔の軸方向における長さは、前記ロック部材の大径部の軸方向の長さよりも長く形成されて、前記ロック部材がロック凹部に係合している状態では、前記ロック部材の大径部が前記摺動用孔の形成範囲内に位置して大気との連通が確保されてい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。
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において、
前記エア抜き通路は、前記摺動用孔の内周面に複数形成されてい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。
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において、
前記摺動用孔は、前記ロック凹部に対して軸方向で反対側に位置する後端部が大気開放されている一方、
前記エア抜き通路は、前記ロック部材がロック凹部に係合している状態では、前記摺動用孔の後端部を介して前記大気と連通していると共に、前記ロック部材が前記ロック凹部から係合解除方向へ移動した所定位置から、前記ロック部材の大径部の外周面と摺動用孔の内周面によって大気との連通が遮断され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。
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において、
前記ロック部材は、前記小径部の先端部が前記ロック凹部に対して係脱するように構成されていると共に、前記小径部の係脱位置に応じて前記エア抜き通路が前記大径部によって大気と連通あるいは連通が遮断され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。