JPWO2016021328A1 - 油圧制御弁及び該油圧制御弁が用いられた内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

各ポートの軸方向のレイアウトの自由度の向上を図りつつ構成部品の高い寸法精度を要求されることのない油圧制御弁を提供する。電磁切換弁（２１）は、カムシャフト（２）の一端部（２ａ）にベーンロータ（９）を結合させるカムボルトであるバルブボディ（５０）と、バルブボディの内に軸方向へ摺動自在に設けられて、遅角油圧室（１１）と進角油圧室（１２）への作動油の給排を切り換える金属円筒状のスプール弁（５１）と、該スプール弁の内部に挿通固定された合成樹脂材のスリーブ（５２）と、スプール弁を軸方向に移動させるソレノイド部（５５）と、を備え、該スリーブは、横断面十字形状の仕切り壁（５２ｃ）によってスプール弁内部の保持孔（５９）内を４つの通路部（６５ａ〜６５ｄ）に径方向から仕切って、これらを前記各油圧室への供給用と排出用に形成した。

Description

本発明は、例えば、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブタイミングを運転状態に応じて可変制御するバルブタイミング制御装置に用いられる油圧制御弁に関する。

従来から内燃機関のバルブタイミング制御装置に用いられる油圧制御弁としては種々提供されており、その一つとして以下の特許文献１に記載されたものがある。

概略を説明すれば、この油圧制御弁は、カムシャフトの軸方向一端部に軸方向から固定されたベーンロータの内部に挿通配置された円筒状のバルブボディと、該バルブボディの内部に収容固定された円筒状のスリーブと、該スリーブの内部に軸方向に沿って摺動自在に設けられたスプール弁と、該スプール弁を一方向に付勢するバルブスプリングのばね力に抗して他方向へ押圧するソレノイドと、を備えている。

前記バルブボディは、周壁に進角油圧室や遅角油圧室などに連通する複数のポートが径方向に沿って貫通形成されている。一方、前記スリーブは、外周面の軸方向に前記複数の連通路が軸方向に沿って形成されていると共に、該各連通路の軸方向の端部や周壁に複数の連通孔が形成されている。

前記スプール弁は、コントロールユニットから前記ソレノイドに出力された制御電流によって軸方向に摺動して、周壁に形成された油孔などを介してスリーブの各連通孔や連通孔の開口面積を制御するようになっている。

そして、機関運転状態に応じて前記スプール弁を軸方向へ移動させることにより、前記連通路と各ポートを適宜連通させることにより、オイルポンプから圧送されたオイルをベーンロータの進角油圧室と遅角油圧室に選択的に給排して、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更するようになっている。

ＵＳ ７，３８９，７５６ Ｂ２

しかしながら、特許文献１に記載の油圧制御弁にあっては、ボディ本体の各ポートの軸方向のレイアウトの自由度を向上させるために、前記スリーブの外面に軸方向に沿った複数の連通路を形成すると共に、該連通路の軸方向端部などに前記ポートに連通する連通孔が形成され、前記スリーブの内部にスプール弁を摺動自在に設ける構造になっていることから、全体の構造が複雑になると共に、スリーブに連通路を形成すると共に、該スリーブの内周面にスプール弁の摺動性を確保する必要上、スリーブに高い寸法精度が要求されている。この結果、製造作業コストの高騰が余儀なくされている。

本発明は、ポートの軸方向のレイアウトの自由度の向上を図りつつ構成部品の高い寸法精度を要求されることのない油圧制御弁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、周壁の径方向に作動液を通流させる複数のポートが貫通形成された筒状のバルブボディと、該バルブボディの内部に軸方向へ摺動自在に設けられ、摺動位置に応じて前記複数のポートと連通する複数の連通孔が径方向に沿って形成されていると共に、該各連通孔に連通する連通路が内部軸方向に沿って形成された筒状のスプール弁と、前記スプール弁の内部軸方向に収容固定されて、前記連通路を径方向から複数の通路部に仕切る仕切り部材と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ポートの軸方向のレイアウトの自由度の向上を図りつつ構成部品の高い寸法精度を要求されることがないことから、製造コストの低減化が図れる。

本発明に係る油圧制御弁が適用されるバルブタイミング制御装置を断面して示す全体構成図である。 本実施形態に供されるベーンロータが中間位相の回転位置に保持された状態を示す正面図である。 本実施形態に供される電磁切換弁のバルブボディなどの各構成部品を分解して示す斜視図である。 本実施形態に供される電磁切換弁のバルブボディ側を示す側面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態に供されるバルブボディの正面図である。 本実施形態に供される電磁切換弁のスプール弁が最大右方向の位置に移動した状態を示すバルブボディ側の縦断面であって、Ａは図６のＢ−Ｂ線断面図、Ｂは図６のＣ−Ｃ線断面図である。 本実施形態に供される電磁切換弁のスプール弁が軸方向の中間位置に移動した状態を示すバルブボディ側の縦断面であって、Ａは図６のＢ−Ｂ線断面図、Ｂは図６のＣ−Ｃ線断面図である。 本実施形態に供される電磁切換弁のスプール弁が最大左方向の位置に移動した状態を示すバルブボディ側の縦断面であって、Ａは図６のＢ−Ｂ線断面図、Ｂは図６のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明に係る油圧制御弁を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

前記バルブタイミング制御装置は、図１及び図２に示すように、機関のクランクシャフトにより図外のタイミングチェーンを介して回転駆動される駆動回転体であるスプロケット１と、機関前後方向に沿って配置されて、前記スプロケット１に対して相対回転可能に設けられた吸気側のカムシャフト２と、前記スプロケット１とカムシャフト２との間に配置されて、該両者１，２の相対回転位相を変換する位相変更機構３と、該位相変更機構３を最遅角位相位置でロックさせるロック機構４と、前記位相変更機構３とロック機構４をそれぞれ別個独立に作動させる油圧回路５と、を備えている。

前記スプロケット１は、ほぼ肉厚円板状に形成されて、外周に前記タイミングチェーンが巻回された歯車部１ａを有していると共に、後述するハウジングの後端開口を閉塞するリアカバーとして構成され、中央には前記カムシャフト２の一端部２ａが回転自在に支持される支持孔１ｂが貫通形成されている。

前記カムシャフト２は、シリンダヘッド０１に複数のカム軸受０２を介して回転自在に支持され、外周面には図外の機関弁である吸気弁を開作動させる複数の卵型の回転カムが軸方向の位置に一体的に固定されていると共に、一端部２ａの内部軸心方向に後述するカムボルト５０が螺着されるボルト孔６が形成されている。

このボルト孔６は、一端部２ａの先端側から内部軸線方向に沿って穿設されていると共に、開口された前端側から内底部に向かって段差縮径状に形成されて、先端側の均一径の大径部６ａと、該大径部６ａの後端から縮径テーパ状に形成された段差部６ｂと、該段差部６ｂの後端から後端部に亘って形成された雌ねじ部６ｃと、から構成されている。

前記位相変更機構３は、図１及び図２に示すように、前記スプロケット１に軸方向から一体的に設けられたハウジング７と、前記カムシャフト２の一端部２ａにカムボルトとなる後述のバルブボディ５０を介して軸方向から固定され、前記ハウジング７内に回転自在に収容された従動回転体であるベーンロータ９と、前記ハウジング７の内部の作動室を、後述するハウジング本体７ａの内周面に突設された４つのシュー１０と前記ベーンロータ９とによって隔成された遅角作動室及び進角作動室であるそれぞれ４つの遅角油圧室１１及び進角油圧室１２と、を備えている。

前記ハウジング７は、焼結金属によって一体に形成された円筒状のハウジング本体７ａと、プレス成形によって形成され、前記ハウジング本体７ａの前端開口を閉塞するフロントカバー１３と、後端開口を閉塞するリアカバーである前記スプロケット１と、から構成されている。前記ハウジング本体７ａとフロントカバー１３及びスプロケット１とは、前記各シュー１０の各ボルト挿通孔１０ａを貫通する４本のボルト１４によって共締め固定されている。前記フロントカバー１３は、中央に比較的大径な挿通孔１３ａが貫通形成されていると共に、該挿通孔１３ａの外周側内周面で各油圧室１１，１２内をシールするようになっている。

前記ベーンロータ９は、金属材によって一体に形成され、前記カムシャフト２の一端部２ａにバルブボディ５０によって固定されたロータ部１５と、該ロータ部１５の外周面に円周方向のほぼ９０°等間隔位置に放射状に突設された４つのベーン１６ａ〜１６ｄとから構成されている。

前記ロータ部１５は、比較的大径な円筒状に形成され、中央の内部軸方向に前記カムシャフト２の雌ねじ孔６ｃと連続するボルト挿通孔１５ａが貫通形成されていると共に、後端面にカムシャフト２の一端部２ａ先端面が当接している。

一方、前記各ベーン１６ａ〜１６ｄは、その突出長さが比較的短く形成されて、それぞれが各シュー１０の間に配置されていると共に、円周方向の巾がほぼ同一に設定されて厚肉なプレート状に形成されている。前記各ベーン１６ａ〜１６ｄの外周面と各シュー１０の先端には、それぞれハウジング本体７ａの内周面とロータ部１５の外周面との間をシールするシール部材１７ａ、１７ｂがそれぞれ設けられている。

また、前記ベーンロータ９は、図２の一点鎖線で示すように、遅角側へ相対回転すると、第１ベーン１６ａの一側面が対向する前記一つのシュー１０の対向側面に形成された突起面１０ｂに当接して最大遅角側の回転位置が規制されるようになっている。また、図２の二点鎖線で示すように、進角側へ相対回転すると、同じく第１ベーン１６ａの他側面が対向する他のシュー１０の対向側面１０ｃに当接して最大進角側の回転位置が規制されるようになっている。

このとき、他のベーン１６ｂ〜１６ｄは、両側面が円周方向から対向する各シュー１０の対向面に当接せずに離間状態にある。したがって、ベーンロータ９とシュー１０との当接精度が向上すると共に、後述する各油圧室１１，１２への油圧の供給速度が速くなってベーンロータ９の正逆回転応答性が高くなる。

前記各ベーン１６ａ〜１６ｄの正逆回転方向の両側面と各シュー１０の両側面との間に、前述した各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２が隔成されており、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２とは、前記ロータ部１５の内部にほぼ放射状に形成された遅角側連通路１１ａと進角側連通路１２ａを介して後述する油圧回路５にそれぞれに連通している。

前記ロック機構４は、ハウジング７に対してベーンロータ９を最遅角側の回転位置（図２の一点鎖線位置）に保持するものである。

すなわち、このロック機構４は、図１及び図２に示すように、前記スプロケット１の内周側の所定位置に圧入固定されたロック穴構成部１ｃ(図１のみに記載)と、該ロック穴構成部１ｃに形成されたロック穴２４と、前記ベーンロータ９の最大巾の第１ベーン１６ａの内部軸方向に形成された摺動孔２７に進退動自在に設けられ、小径な先端部２５ａが前記各ロック穴２４にそれぞれ係脱するロックピン２５と、該ロックピン２５をロック穴２４方向へ付勢するコイルスプリング２６と、前記ロック穴２４の内部に形成され、供給された油圧によって前記ロックピン２５を前記コイルスプリング２６のばね力に抗して前記各ロック穴２４を後退移動させて係合を解除する図外の解除用受圧室と、該解除用受圧室に油圧を供給するロック通路と、から主として構成されている。

前記ロック穴２４は、ロックピン２５の小径な先端部２５ａの外径よりも十分に大径な円形状に形成されていると共に、スプロケット１の内側面の前記ベーンロータ９の最遅角側の回転位置に対応した位置に形成されている。

前記ロックピン２５は、先端部２５ａの受圧面に前記解除用受圧室に供給された油圧を受けて後退移動すると共に、後端側に設けられた前記コイルスプリング２６のばね力によって先端部２５ａが前記ロック穴２４の内部に係入してベーンロータ９をハウジング７に対してロックするようになっている。

また、前記解除用受圧室には、前記遅角油圧室１１に供給される油圧と同じ油圧が供給され、この油圧によって、前記コイルスプリング２６のばね力に抗してロックピン２５を後退移動させるようになっている。

前記油圧回路５は、図１及び図２に示すように、前記各遅角油圧室１１に対して遅角側連通路１１ａを介して油圧を給排する遅角通路１８と、各進角油圧室１２に対して進角側連通路１２ａを介して油圧を給排する進角通路１９と、前記解除用受圧室に対して油圧を給排する前記ロック通路と、前記各遅角、進角通路１８，１９に作動油を選択的に供給するオイルポンプ２０と、機関運転状態に応じて前記遅角通路１８と進角通路１９の流路を切り換える油圧制御弁である単一の電磁切換弁２１と、を備えている。

前記遅角通路１８と進角通路１９とは、それぞれの一端部が前記電磁切換弁２１の後述するバルブボディ５０の遅角ポート１８ａ及び進角ポート１９ａに接続されている一方、他端側が前記遅角、進角側連通路１１ａ、１２ａとを介して前記各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２にそれぞれ連通している。

前記ロック通路は、前記遅角通路１８に連通して、前記遅角油圧室１１に給排される油圧が前記解除用受圧室に給排されるようになっている。

前記オイルポンプ２０は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するトロコイドポンプなどの一般的なものであって、アウター、インナーロータの回転によってオイルパン２３内から吸入通路２０ｂを介して吸入された作動油が吐出通路２０ａを介して吐出されて、その一部がメインオイルギャラリーＭ／Ｇから内燃機関の各摺動部などに供給されると共に、他が前記電磁切換弁２１側に供給されるようになっている。なお、吐出通路２０ａの下流側には、図外の濾過フィルタが設けられていると共に、該吐出通路２０ａから吐出された過剰な作動油を、ドレン通路２２を介してオイルパン２３に戻して適正な流量に制御する図外の流量制御弁が設けられている。

前記電磁切換弁２１は、図１及び図３などに示すように、３ポート３位置の比例型弁であって、有底円筒状のバルブボディ５０と、該バルブボディ５０の内部軸方向に摺動自在に設けられた円筒状のスプール弁５１と、該スプール弁５１の内部に挿通固定された仕切り部材である円柱状のスリーブ５２と、前記スプール弁５１の一端開口に圧入固定された円盤状のリテーナ５３と、該リテーナ５３と前記バルブボディ５０の底面との間に弾装されて、該スプール弁体５１を図１中右方向へ付勢する付勢部材であるバルブスプリング５４と、前記バルブボディ５０の外側一端部に設けられて、前記スプール弁５１をバルブスプリング５４のばね力に抗して図中左方向へ移動させるアクチュエータであるソレノイド部５５と、から主として構成されている。

前記バルブボディ５０は、鉄系金属材によって形成されて前述のようにカムボルトとして機能し、図１及び図４に示すように、前記ソレノイド部５５側の六角状の頭部５０ａと、該頭部５０ａの付け根部から軸方向へ延出した円筒軸部５０ｂと、該円筒軸部５０ｂの先端側に形成されて、前記カムシャフト２の縮径段差部６ｂと径方向から対向した外径に異なる段差テーパ状の円錐部５０ｃと、該円錐部５０ｃの先端部に形成されて、前記カムシャフト２の雌ねじ孔６ｃに螺着する小径な雄ねじ部５０ｄと、前記頭部５０ａ先端面側から内部軸方向に形成された摺動用孔５０ｅと、から主として構成されている。

前記頭部５０ａは、内部先端側に形成された大径溝部の内周面に前記スプール弁５１のソレノイド部５５側への最大摺動位置を規制する円環状のストッパ５６が圧入固定されている。

前記円筒軸部５０ｂは、周壁に前記遅角ポート１８ａと進角ポート１９ａが十字径方向に沿ってそれぞれ貫通形成されて、それぞれ４つ設けられている。

前記円錐部５０ｃは、外周面と前記カムシャフト２の大径部６ａ及び段差部６ｂとの間に段差円錐状の導入室５７が形成されていると共に、周壁の前記円筒軸部５０ｂ寄りの部位には前記導入室５７と連通する導入ポート５８が径方向に沿って貫通形成されている。

前記スプール弁５１は、アルミ合金材により形成され、内部軸方向に前記スリーブ５２が挿通保持される連通路である保持孔５９が貫通形成されていると共に、外周の軸方向両端側に円柱状の２つのガイド部５１ａ、５１ｂと、該両ガイド部５１ａ、５１ｂの間に設けられ、これらと外径が同一の３つの第１〜第３ランド部５１ｃ、５１ｄ、５１ｅを有している。また、前記リテーナ５３側の一方側ガイド部５１ａとこれに隣接する第１ランド部５１ｃとの間の外周面に、前記導入ポート５８に適宜連通する第１グルーブ溝６０が形成されている。また、前記第１ランド部５１ｃとこれに隣接する第２ランド部５１ｄとの間に、前記進角ポート１９ａと適宜連通する第２グルーブ溝６１が形成されている。また、第２ランド部５１ｄとこれに隣接する第３ランド部５１ｅとの間に、前記遅角ポート１８ａ及び前記進角ポート１９ａと適宜連通する第３グルーブ溝６２が形成されていると共に、第３ランド部５１ｅとこれに隣接する他方側ガイド部５１ｂとの間には、前記遅角ポート１８ａに適宜連通する第４グルーブ溝６３が形成されている。

前記第１〜第４グルーブ溝６０〜６３は、これらの各底壁に円周方向の所定角度位置に前記保持孔５９と常時連通する第１連通孔６０ａ〜第４連通孔６３ａが径方向に沿ってそれぞれ貫通形成されている。この第１〜第４連通孔６０ａ〜６３ａは、各グルーブ溝６０〜６３の円周方向の所定角度位置に形成され、ほぼ同一の角度位置に形成された第１、第３連通孔６０、６２に対して第２、第４連通孔６１，６３は約９０°の角度位置に形成されている。

また、前記スプール弁５１は、前記リテーナ５３と反対側の開口端にドレンプラグ６４が圧入固定されており、このドレンプラグ６４は、有底円筒状に形成されて、軸方向一端に前記スプール弁５１の一端開口部内に圧入固定される円環のフランジ部６４ａが一体に設けられていると共に、内部軸方向にはドレン穴６４ｂが形成されている。また、このドレンプラグ６４の軸方向のほぼ中央位置には、前記ドレン穴６４ｂと外部を連通する一対の開口孔６４ｃが径方向に沿って貫通形成されている。

前記フランジ部６４ａは、前記スプール弁５１の一端開口部に圧入固定されて、前記リテーナ５３と協働して前記スリーブ５２の両端縁を軸方向から保持して前記スプール弁５１内でのスリーブ５２の軸方向の移動を規制するようになっている。

前記スリーブ５２は、図３及び図５に示すように、合成樹脂材によって細長い棒状一体に形成され、円筒状に形成された軸方向の両端部５２ａ、５２ｂの外周面が前記スプール弁５１の保持孔５９の内周面に微少クリアランスを介して圧入あるいは隙間嵌めによって挿通固定されていると共に、前記両端部５２ａ、５２ｂの間は横断面ほぼ十字形状の４つの仕切り壁５２ｃによって４つの第１〜第４通路部６５ａ〜６５ｄに仕切られている。

前記各通路部６５ａ〜６５ｄは、図５に示すように、前記各仕切り壁５２ｃによってそれぞれ横断面ほぼＶ字形状に形成されて、前記両端部５２ａ、５２ｂ間で軸方向に沿って長く形成されている。また、前記第１通路部６５ａと該第１通路部６５ａと軸対称位置に形成された第２通路部６５ｂの軸方向両端部が肉盛り部５２ｄによって閉止されている。一方、前記第３通路部６５ｃと、該第３通路部６５ｃと軸対称位置にある第４通路部６５ｄは、軸方向両端部に各一対の排出孔６６ａ、６６ｂがそれぞれ形成されており、一方端部側の排出孔６６ａが前記ドレンプラグ６４のドレン孔６４ｂと常時連通するようになっている。

また、前記各通路部６５ａ〜６５ｄは、前記スプール弁５１の軸方向の摺動位置に応じて、前記遅角通路１８側の前記第４グルーブ溝６３の第４連通孔６３ａに適宜連通すると共に、進角通路１９側の前記第２グルーブ溝６１の第２連通孔６１ａに適宜連通するようになっている。

前記リテーナ５３は、外周面が前記スプール弁５１の一端部５１ａの開口端の内周面に圧入固定されていると共に、中央に通孔５３ａが貫通形成されている。

前記ソレノイド部５５は、図１に示すように、図外のチェーンカバーにブラケット７０を介してボルトによって固定されたソレノイドケーシング７１と、該ソレノイドケーシング７１の内部に収容保持されて、機関のコントロールユニット(ＥＣＵ)３７から制御電流が出力されるコイル７２と、該コイル７２の内周側に固定された筒状の固定ヨーク７３と、該固定ヨーク７３の内部に軸方向へ摺動自在に設けられた可動プランジャ７４と、該可動プランジャ７４の先端部に一体に形成されて、先端部７５ａが前記ドレンプラグ６４に軸方向から当接して、前記バルブスプリング５４のばね力に抗して前記スプール弁５１を図１中、左方向へ押圧する駆動ロッド７５と、から主として構成されている。

前記ソレノイドケーシング７１は、シールリング７６によって前記チェーンカバーの保持孔内に保持されていると共に、後端側には、ＥＣＵ３７に電気的に接続される端子７８を内部に有する合成樹脂製のコネクタ７７が取り付けられている。

前記ソレノイド部５５は、図７〜図９に示すように、ＥＣＵ３７の制御電流と前記バルブスプリング５４との相対的な圧力によって、前記スプール弁５１を前後軸方向の３つのポジジョンに移動させて、スプール弁５１の前記第２グルーブ溝６１〜第４グルーブ溝６３(第２連通孔６１ａ〜第４連通孔６３ａ)と、これに径方向で対応する前記遅角ポート１８ａ及び進角ポート１９ａに連通させるか、あるいは前記各ランド部５１ｃ〜５１ｅによって遅角ポート１８ａ及び進角ポート１９ａの開口端を閉止して連通を遮断するようになっている。

前記第１グルーブ溝６０と前記導入ポート５８は、スプール弁５１のいずれの摺動位置においても常時連通されており、したがって、オイルポンプ２０から吐出された油圧は、前記導入室５７から導入ポート５８、第１グルーブ溝６０(第１連通孔６０ａ)を通ってスリーブ５２の第１、第２通路部６５ａ、６５ｂ内に常時供給されるようになっている。

前記ＥＣＵ３７は、内部のコンピュータが図外のクランク角センサ（機関回転数検出）やエアーフローメータ、機関水温センサ、機関温度センサ、スロットルバルブ開度センサおよびカムシャフト２の現在の回転位相を検出するカム角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、前述したように、前記電磁切換弁２１のコイル７２に制御電流を出力、または通電を遮断して前記スプール弁５１の移動位置を制御し、前記各ポートを選択的に切換制御するようになっている。
〔本実施形態の作動〕
以下、本実施形態のバルブタイミング制御装置の具体的な作動を説明する。

まず、例えば、イグニッションスイッチをオフ操作して機関を停止した場合には、ソレノイド部５５への通電も遮断されることから、スプール弁５１は、図７に示すように、バルブスプリング５４のばね力によって最大右方向の位置に保持される（第１ポジジョン）。このとき、スプール弁５１によってバルブボディ５０の進角ポート１９ａが、スプール弁５１の第２グルーブ溝６１(第２連通孔６１ａ)が連通されると共に、スリーブ５２の第３、第４通路部６５ｃ、ｄが連通される(図７Ａ参照)。同時に、導入ポート５８が、第１グルーブ溝６０(第１連通孔６０ａ)、第１、第２通路部６５ａ、６５ｂに連通されると共に、該各通路部６５ａ、６５ｂと前記遅角ポート１８ａに連通される(図７Ｂ参照)。

このため、前記進角油圧室１２内の作動油は、図７Ａの矢印で示すように、進角ポート１９ａから第２連通孔６１ａを通って第３、第４通路部６５ｃ、６５ｄから排出孔６６ａを介してドレンプラグ６４の前記ドレン穴６４ｂ及び開口孔６４ｃから外部に排出される。これによって、各進角油圧室１２の内部が低圧になる。

この機関停止時は、前記オイルポンプ２０の駆動も停止されることから、前記遅角、進角油圧室１１，１２には油圧が供給されることがないので、前記ベーンロータ９はカムシャフト２に作用する交番トルクの負のトルクによって、図２の一点鎖線で示すように、スプロケット１に対して反時計方向（最遅角方向）へ相対回転する。よって、吸気弁は、バルブタイミングが最遅角の位相に制御される。

なお、この時点においてベーンロータ９が最遅角位置に保持されると、ロックピン２５がコイルスプリング２６のばね力によって進出して、ロック穴２４に係入してベーンロータ９はハウジング７にロックされた状態になる。

次に、イグニッションスイッチをオン操作して機関を始動させると、これに伴いオイルポンプ２０も駆動して、該オイルポンプ２０から吐出された油圧は、図７Ｂの矢印で示すように、前記導入ポート５８から各第１連通孔６０ａを通って第１、第２通路部６５ａ、６５ｂに流入し、ここから各第３連通孔６２ａ及び遅角ポート１８ａ、各遅角連通路１１ａを介して各遅角油圧室１１に供給されて、該各遅角油圧室１１内が高圧状態になる。したがって、前記ベーンロータ９は、最遅角の位置に相対回転した状態が維持されていることから、吸気弁のバルブタイミングが遅角側に制御された状態になる。よって、機関始動性が良好になる。

また、この時点では、前記ロック通路を介して解除用受圧室に遅角油圧室１１と同じ油圧が供給されるが、クランキング初期の時点では解除用受圧室内の油圧が上昇しないことから、ロックピン２５はロック穴２４内に係入してロックされた状態となる。したがって、前記交番トルクによるベーンロータ９のばたつきなどを抑制することできる。

その後、ロック通路を介して解除用受圧室に供給された油圧が高くなると、前記ロックピン２５をコイルスプリング２６のばね力に抗して後退移動させロック穴２４とのロック状態が解除され、これによって、ベーンロータ９はフリーな状態になる。

次に、機関が例えばアイドリング運転から定常運転に移行すると、前記ＥＣＵ３７からソレノイド部５５のコイル７２に所定量の電流が供給される。これにより、スプール弁５１は、駆動ロッド７５の押圧力によって、図８に示すように、バルブスプリング５４のばね力に抗して図中左方向へ僅かに移動する(第２ポジション)。この状態では、第２，第３ランド部５１ｄ、５１ｅによって遅角ポート１８ａと進角ポート１９ａを閉止すると共に、第２グルーブ溝６１及び第３グルーブ溝６２がバルブボディ５０の内周面によって閉止する。

このため、前記各遅角油圧室１１と進角油圧室１２は、図８Ａに示すように、それぞれの内部からの作動油の排出がなくなると同時に、オイルポンプ２０から圧送された作動油も、図８Ｂに示すように、各油圧室１１，１２への供給が遮断される。

このため、ベーンロータ９は、図２の実線で示すように、最遅角と最進角の間の中間位置に保持される。したがって、吸気弁は、バルブタイミングが最遅角と最進角の間の中間位相に制御され、定常運転時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。

次に、例えば、機関の定常運転から高回転高負荷域に移行した場合は、ＥＣＵ３７からソレノイド部５５のコイル７２にさらに大きな電流が供給されて、駆動ロッド７５の押圧力によってスプール弁５１が、図９に示すように、バルブスプリング５４のばね力に抗して最大左方向へ移動する(第３ポジション)。これによって、遅角ポート１８ａが、第４グルーブ溝６３(第４連通孔６３ａ)に連通すると共に、第３，第４通路部６５ｃ、６５ｄに連通する。

一方、導入ポート５８と第１グルーブ溝６０(第１連通孔６０ａ)が連通すると共に、該第１連通孔６０ａと第１、第２通路部６５ａ、６５ｂ及び進角ポート１９ａが連通する。

したがって、各遅角油圧室１１内の油圧が、図９Ａの矢印で示すように、前記遅角ポート１８ａから第４連通孔６３ａ、第３、第４通路部６５ｃ、６５ｄを通って排出孔６６ａ、ドレン穴６４ｂ、開口孔６４ｃから外部に排出される。このため、各遅角油圧室１１内が低圧になる。一方、各進角油圧室１２にオイルポンプ２０から圧送された作動油が、図９Ｂの矢印で示すように、前記第１通路孔６０ａや第１、第２通路部６５ａ、６５ｂなどを介して供給されて、各進角油圧室１２が高圧になる。

よって、ベーンロータ９は、図２の二点鎖線で示すように、時計方向へ回転して最大進角側へ相対回転する。これによって、吸気弁のバルブタイミングが最進角位相になって排気弁のバルブオーバーラップが大きくなり、吸気充填効率が高くなって機関の出力トルクの向上が図れる。

このように、機関の運転状態に応じて、ＥＣＵ３７が電磁切換弁２１に所定の通電量で通電、あるいは通電を遮断して前記スプール弁５１の軸方向の移動を制御して、前記第１ポジション〜第３ポジション、の位置に制御する。これによって、前記位相変更機構３とロック機構４を制御してスプロケット１に対するカムシャフト２の最適な相対回転位置に制御することから、バルブタイミングの制御精度の向上が図れる。

以上のように、本実施形態では、前記バルブボディ５０にスプール弁５１が摺動自在に設けられ、該スプール弁５１の内部に、比較的単純な通路部を形成したスリーブ５２を固定したため、電磁切換弁２１の全体構造を簡素することができる。

また、前記スリーブ５２は、単にスプール弁５１内に固定されているだけであるから、スリーブ５２に高い寸法精度が要求されることがなくなるので、この点でも製造作業コストの低減が図れる。

しかも、前記スリーブ５２は、前記高い寸法精度が要求されず、合成樹脂材によって形成することができるので、電磁切換弁２１の軽量化が図れる。

また、前記金属製のスプール弁５１と合成樹脂製のスリーブ５２は、互いの熱膨張係数が異なっていることから、冷機始動時などにおいて前記作動油(エンジンオイル）の温度が低い場合は、両者５１，５２間のクリアランスが大きくなるものの、定常運転時などで所定以上の高温になると、スリーブ５２側の熱膨張率が大きくなって前記クリアランスが小さくなる。つまり、前記スリーブ５２の両端部５２ａ、５２ｂの外周面と十字形状の４つの仕切り壁５２ｃ各外端面が、前記スプール弁５１の内周面に液密的に密着してクリアランスが小さくなる。

このため、前記スプール弁５１内の２系統間のオイル漏れ、つまり第１、第２通路部６５ａ、６５ｂと第３、第４通路部６５ｃ、６５ｄの２系統間のオイル漏れを十分に抑制することが可能になる。

この結果、スリーブ５２のスプール弁５１の内周面に対する過度な寸法公差を必要としないことから、前記スプール弁５１の各グルーブ溝６０〜６３の軸方向のレイアウトの自由度が向上すると共に、製造コストの低減化が図れる。

また、前記スリーブ５２によって仕切られた第１通路部６５ａと第２通路部６５ｂ、並びに第３通路部６５ｃと第４通路部６５ｄはそれぞれ軸対称位置にそれぞれ形成されて、これら第１、第２通路部６５ａ、６５ｂを通流する油圧が供給用、第３、第４通路部６５ｃ、６５ｄを通流する油圧が排出用となって該油圧が同一系統のものになることからスリーブ５２に作用する圧力バランスを取ることができる。

また、前記バルブボディ５０の特異な構成によって、前記カムシャフト２の一端部２ａのボルト孔６の軸方向長さを短くすることができる。このため、前記カムシャフト２の一端部２ａ側の剛性の低下を抑制することができ、特に捩れ剛性の低下を抑制することができる。

これによって、ベーンロータ９に対する支持剛性も高くなって、安定した支持が可能になると共に、該ベーンロータ９からカムシャフト２への回転伝達性も向上する。

さらに、前記ボルト孔６の軸方向の長さの短尺化と共に、縦断面形状の単純化によって、カムシャフト２の孔開け加工作業が容易になる。

また、バルブボディ５０は、先端部（円錐部５０ｃ）の外径を、カムシャフト２のボルト孔６の内径よりも小さく形成したことから、この空間部を利用して前記導入室５７などを形成することが可能になる。このため、前記導入室５７や導入ポート５８などによって構成される流路構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、前記遅角油圧室１１や進角油圧室１２への油圧制御用と解除用受圧室への油圧制御用の２つの機能を単一の電磁切換弁２１によって行うようにしたため、機関本体へのレイアウトの自由度が向上すると共に、コストの低減化が図れる。

さらに、電磁切換弁２１のスプール弁５１の摺動位置によって各通路孔を閉止してベーンロータ９を中間位相位置に保持することから、この保持性が向上する。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記油圧制御弁をバルブタイミング制御装置に適用した場合を示したが、バルブタイミング制御装置以外の例えば車両の自動変速機などの他の機器類に適用することも可能である。

また、アクチュエータとしてソレノイド部５５の電磁力以外に油圧力を用いることも可能である。

さらに、バルブタイミング制御装置を吸気側ばかりか排気側に適用することも可能である。

前記スプール弁５１を鉄系金属によって形成すると共に、前記スリーブ５２をアルミ合金材によって形成することも可能である。

また、前記スリーブ５２は、前述のように前記スプール弁５１の保持孔５９を横断面ほぼ十字形状の４つの仕切り壁５２ｃによって４つの第１〜第４通路部６５ａ〜６５dに仕切られているが、前記保持孔５９を前記スリーブ５２にて最低２つの通路部に仕切れば、前記各油圧室１１、１２に対する油圧の供給と排出は可能である。

Claims (16)

1. 周壁の径方向に作動液を通流させる複数のポートが貫通形成された筒状のバルブボディと、
   該バルブボディの内部に軸方向へ摺動自在に設けられ、摺動位置に応じて前記複数のポートと連通する複数の連通孔が径方向に沿って形成されていると共に、該各連通孔に連通する連通路が内部軸方向に沿って形成された筒状のスプール弁と、
   前記スプール弁の連通路内に収容固定されて、該連通路を軸方向に沿った複数の通路部に仕切る仕切り部材と、
   を備えたことを特徴とする油圧制御弁。
2. 請求項１に記載の油圧制御弁において、
   前記仕切り部材は、熱膨張係数が前記スプール弁よりも大きい材料によって形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
3. 請求項２に記載の油圧制御弁において、
   前記仕切り部材は、合成樹脂材によって形成されているのに対して前記スプール弁は、金属材料によって形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
4. 請求項３に記載の油圧制御弁において、
   前記仕切り部材は、前記スプール弁の内部に圧入または隙間嵌めによって固定されていることを特徴とする油圧制御弁。
5. 請求項４に記載の油圧制御弁において、
   前記スプール弁は、円筒状に形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
6. 請求項２に記載の油圧制御弁において、
   前記スプール弁は、鉄系金属材によって形成されている一方、前記仕切り部材は、アルミニウム合金材によって形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
7. 請求項１に記載の油圧制御弁において、
   前記連通路の各通路部は、仕切り部材の軸心を中心とした径方向の対称位置に形成されていると共に、対称位置に形成された各通路部は同一系統の作動液が通流することを特徴とする油圧制御弁。
8. 請求項７に記載の油圧制御弁において、
   前記連通路は、前記仕切り部材によって同一系統の各一対の供給通路部と排出通路部に４つの通路部に仕切られていることを特徴とする油圧制御弁。
9. 請求項８に記載の油圧制御弁において、
   前記仕切り部材は、横断面ほぼ十字形状に形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
10. 請求項９に記載の油圧制御弁において、
    前記仕切り部材の軸方向端部側には、径方向から対向配置される前記一対の連通路と連通させるドレン孔が形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
11. 請求項１０に記載の油圧制御弁において、
    前記ドレン孔は、前記仕切り部材の十字壁の巾方向の肉厚よりも肉厚に形成された肉厚部位に形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
12. 請求項１に記載の油圧制御弁において、
    前記作動液が前記スプール弁の軸方向の一端側から導入されて他端側から排出されるように配置形成したことを特徴とする油圧制御弁。
13. 請求項１に記載の油圧制御弁において、
    前記連通路は、前記仕切り部材によって径方向で２つの通路部に仕切られていることを特徴とする油圧制御弁。
14. 作動油を選択的に給排することによって可動部材を作動させてクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変換させる内燃機関のバルブタイミング制御装置に用いられる油圧制御弁であって、
    前記油圧制御弁は、
    前記可動部材を前記カムシャフトの軸方向端部に固定すると共に、周壁の径方向に作動油を流通させる給排ポートが貫通形成された中空状のカムボルトと、
    該カムボルトの内部軸方向に摺動自在に設けられ、周壁に形成された複数の連通孔と前記給排ポートとを摺動位置に応じて連通あるいは遮断する筒状のスプール弁と、
    該スプール弁の内部軸方向に沿って収容固定されて、該スプール弁の内部を前記各連通孔と連通可能な複数の連通路に径方向から仕切る仕切り部材と、
    を備えたことを特徴とする油圧制御弁。
15. 請求項１４に記載の油圧制御弁において、
    前記カムシャフトのボルト挿入孔の内周面と前記カムボルトの外周面との間に、前記カムボルトの内部にオイルポンプから圧送された作動油を導入する隙間通路が形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
16. クランクシャフトから回転力が伝達され、内部に作動室が形成された駆動回転体と、
    カムシャフトの軸方向の一端部に固定されて、前記駆動回転体内に回転自在に収容されて前記作動室を進角作動室と遅角作動室に隔成すると共に、該両作動室に対して作動油を給排することによって、前記駆動回転体に対して進角側あるいは遅角側に相対回転する従動回転体と、
    オイルポンプから圧送された作動油を前記両作動室に給排制御する油圧制御弁と、
    該油圧制御弁を作動させるアクチュエータと、
    を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
    前記油圧制御弁は、
    前記従動回転体を前記カムシャフトの軸方向端部に固定すると共に、周壁の径方向に作動油を通流させる給排ポートが貫通形成された中空状のカムボルトと、
    該カムボルトの内部軸方向に摺動自在に設けられ、周壁に形成された複数の連通孔と前記給排ポートとを摺動位置に応じて連通あるいは遮断する筒状のスプール弁と、
    該スプール弁の内部軸方向に沿って収容固定されて、該スプール弁の内部を前記各連通孔と連通可能な複数の連通路に径方向から仕切る仕切り部材と、を備えた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。

Images