JP4459892B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁及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、バルブタイミングという）を調整するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトの駆動力を受けるハウジングと、ハウジング内に収容され、クランクシャフトの駆動力をカムシャフトへ伝達するベーンロータとを備えたバルブタイミング調整装置が知られている。この種のバルブタイミング調整装置では、ベーンロータのベーン間に形成された流体室の作動流体圧（以下、単に流体圧という）に応じてベーンロータをハウジングに対し相対回転駆動することにより、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、即ちバルブタイミングを調整している。

さて、上記種のバルブタイミング調整装置では一般に、吸気弁又は排気弁を開閉駆動するとき生じる変動トルクがカムシャフトを通じてベーンロータへと伝わってくる。そのため、例えばベーンロータが遅角方向のトルクを受けると、ベーンロータの進角時に流体供給される流体室には、内部流体を圧縮して外部へ押し出す力が作用する。また逆に、ベーンロータが進角方向のトルクを受けると、ベーンロータの遅角時に流体供給される流体室には、内部流体を圧縮して外部へ押し出す力が作用する。こうした流体の押し出しは、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が目標位相に向かうことを妨げるものであるため、目標位相を達成するのに必要な時間が長くなる。即ち、応答性が低下してしまう。そこで、特許文献１に開示されるように、流体室への作動流体の供給経路上に逆止弁を設けることによって、カムシャフトが変動トルクを受けたときに流体室から作動流体が流出することを防止し、目標位相を迅速に達成する技術が考えられている。

また、上記種のバルブタイミング調整装置では、内燃機関の始動直後等、流体室の流体圧が低いときには、ベーンロータへ伝わる変動トルクによってハウジング内部のベーンロータがばたつき、打音が生じることが懸念されている。そこで、特許文献２に開示されるように、ベーンロータに収容させたロック部材をハウジングに嵌合させることによって、ハウジングに対してベーンロータをロックする技術が考えられている。尚、特許文献２に開示の技術では、内燃機関の始動直後に作動流体が供給される特定流体室の流体圧を利用してロック部材をハウジングから離脱させることにより、ベーンロータのロックを解除している。

特開２００３−１０６１１５号公報 特開２００３−３４３２１８号公報

ベーンロータに内蔵した逆止弁によって、特定流体室からの流体流出を規制することにより、目標位相に制御する応答性を向上させることができるが、逆止弁によって流体流出を規制された特定流体室では、変動トルクを受けた場合に流体圧が流体供給源の供給圧よりも格段に上昇する。また、ロック部材をハウジングから離脱させる流体圧を上記特定流体室から導入させる場合、ハウジングとロック部材との間に僅かにクリアランスがあると、変動トルクを受けるベーンロータがクリアランス分僅かに動くことによって、特定流体室の流体圧が流体供給源の供給圧よりも格段に上昇し、その流体圧を受けるロック部材がベーンロータのロックを誤って解除してしまうという問題が生じる。
本発明は、このような問題を回避するためになされたものであり、その目的は、応答性の向上と打音の発生防止とを両立する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１〜６に記載の発明によると、ベーンロータに収容されるロック部材は、ベーンロータのベーンによって形成された複数の遅角室又は進角室のうち少なくともいずれか一つである第一流体室の流体圧を受けてハウジングから離脱することで、ベーンロータのロックを解除する。これに対して逆止弁は、複数の遅角室又は進角室のうち第一流体室以外の少なくともいずれか一つである第二流体室から流体供給源側への作動流体の流れを規制し、また流体供給源側から当該第二流体室への作動流体の流れを許容する。ここで、ベーンロータをハウジングに対して相対回転駆動させるとき第一、第二流体室へ作動流体が供給されることになるが、逆止弁の働きによって第二流体室の流体圧が流体供給源の供給圧よりも上昇したとしても、第一流体室の流体圧は第二流体室の流体圧のようには上昇しない。故に、第二流体室の流体圧とは実質的に無関係に、ベーンロータのロックを第一流体室への供給圧に従って解除することができる。
このような請求項１〜６に記載の発明によれば、逆止弁の働きにより第二流体室からの作動流体の流出を阻止して応答性を向上しつつ、ロック部材の正確な働きによりベーンロータのばたつきを抑えて打音の発生を防止することができる。
また、制御弁は、第二流体室から逆止弁を迂回して流体供給源側に接続する迂回通路を開くことで、第二流体室から作動流体を排出させつつベーンロータをハウジングに対して相対回転駆動することを可能にする。また、制御弁は迂回通路を閉じることで、逆止弁の機能を阻害しないようにすることができる。

請求項２に記載の発明によると、逆止弁は、ロック部材を収容するベーンとは異なるベーンに内蔵されるので、一つのベーンに重量が集中することで回転イナーシャバランスが大きく偏よることがなく、ベーンロータの回転が阻害される事態を回避することができる。
請求項３に記載の発明によると、逆止弁を内蔵するベーンは、ロック部材を収容するベーンとはベーンロータの回転中心軸を挟んで反対側に設けられるので、ベーンロータの重心を回転中心軸へ近づけることができる。これにより、ベーンロータにおける回転イナーシャバランスの偏りを防止して、ベーンロータの安定した回転を実現することができる。

請求項４に記載の発明によると、第二流体室は、ベーンロータの回転方向の両側において第一流体室との間に流体室を少なくとも一つずつ挟んで設けられる。故に、逆止弁の働きによって圧力上昇した第二流体室からハウジングとベーンロータとの間を通じて流体が漏れ出したとしても、当該流体は第一流体室へは達し難くなる。したがって、第二流体室からの漏出流体が流入することによる第一流体室の圧力上昇を防止することができる。

請求項５に記載の発明によると、制御弁はベーンロータに内蔵されるので、制御弁と第二流体室との間を繋ぐ通路を短く形成することが可能となる。故に、装置の小型化に貢献することができる。
請求項６に記載の発明によると、逆止弁と制御弁とは、第二流体室に隣接する互いに同じベーンに内蔵される。したがって、例えば逆止弁と第二流体室との間を繋ぐ通路並びに制御弁と第二流体室との間を繋ぐ通路を短く形成することや、それら通路の一部を互いに共通化することが可能となる。故に、装置の小型化並びに通路の加工工数低減に貢献することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１、２に示す。本実施形態のバルブタイミング調整装置１０は、作動流体として作動油を用いる油圧制御式であり、内燃機関の吸気弁（図示しない）のバルブタイミングを調整する。

駆動側回転体としてのハウジング１１は、スプロケット１２、シューハウジング１３及びフロントプレート１５から構成されている。シューハウジング１３は、仕切部材としてのシュー１３１、１３２、１３３、１３４と、環状の周壁１４とを有している。シュー１３１、１３２、１３３、１３４は、周壁１４から径方向内側へ突出する台形状に形成されている。シュー１３１、１３２、１３３、１３４は、ハウジング１１の回転方向に所定間隔ずつあけて配置されており、それによって当該回転方向の所定角度範囲毎に扇状の収容室１３５が四室形成されている。フロントプレート１５は、周壁１４を挟んでスプロケット１２とは反対側に位置しており、ボルト１６によってスプロケット１２及びシューハウジング１３と結合されている。スプロケット１２は、内燃機関の駆動軸としてのクランクシャフト（図示しない）にタイミングチェーン（図示しない）を介して連繋しており、クランクシャフトの駆動力が伝達されることによりクランクシャフトと連動して回転する。尚、本実施形態においてハウジング１１は、図１の時計方向へ回転する。

従動軸としてのカムシャフト２０は、バルブタイミング調整装置１０を経由してクランクシャフトの駆動力が伝達され、吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト２０は、スプロケット１２の内周側にスプロケット１２に対して相対回転可能に嵌合している。従動側回転体としてのベーンロータ２１は、ハウジング１１の内部にハウジング１１に対して相対回転可能に収容されている。カムシャフト２０に対してベーンロータ２１は、ボルト２２によって同軸固定されると共に位置決めピン２３によって回転方向に位置決めされており、カムシャフト２０と連動して回転する。尚、本実施形態においてベーンロータ２１及びカムシャフト２０は、図１の時計方向へ回転する。したがって、ベーンロータ２１及びカムシャフト２０がハウジング１１に対して図１の時計方向へ相対回転するときを進角方向とする。一方、ベーンロータ２１及びカムシャフト２０がハウジング１１に対して図１の反時計方向へ相対回転するときを遅角方向とする。

ベーンロータ２１は、カムシャフト２０と結合するボス部２４と、ボス部２４から径方向外側へ突出し回転方向に所定間隔ずつあけて配置されたベーン２１１、２１２、２１３、２１４とを有している。ベーン２１１、２１２、２１３、２１４は各収容室１３５の内部に収容され、各収容室１３５を遅角油圧室と進角油圧室とに仕切っている。具体的には、シュー１３１とベーン２１１との間に遅角油圧室４１が形成され、シュー１３２とベーン２１２との間に遅角油圧室４２が形成され、シュー１３３とベーン２１３との間に遅角油圧室４３が形成され、シュー１３４とベーン２１４との間に遅角油圧室４４が形成されている。また、シュー１３４とベーン２１１との間に進角油圧室５１が形成され、シュー１３１とベーン２１２との間に進角油圧室５２が形成され、シュー１３２とベーン２１３との間に進角油圧室５３が形成され、シュー１３３とベーン２１４との間に進角油圧室５４が形成されている。このように本実施形態では、ハウジング１１の内部において、遅角室としての遅角油圧室４１、４２、４３、４４並びに進角室としての進角油圧室５１、５２、５３、５４とがベーンロータ２１の回転方向に交互に形成されている。
シール部材２５は、シュー１３１、１３２、１３３、１３４とボス部２４との間、並びにベーン２１１、２１２、２１３、２１４と周壁１４との間に配設されている。これにより、シール部材２５は遅角油圧室４１、４２、４３、４４と進角油圧室５１、５２、５３、５４との間で作動油が漏れることを防止している。

図１、２に示すように、ロック部材としてのストッパピストン３１は有底円筒状に形成されており、ベーン２１１を貫通する収容孔３８にベーンロータ２１の回転中心軸０に沿って往復移動可能に収容されている。嵌合リング３２は、スプロケット１２に圧入保持されてハウジング１１の一部を構成している。本実施形態では、ハウジング１１に対するベーンロータ２１の相対回転位置が最遅角位置となるときにストッパピストン３１が嵌合リング３２に嵌合可能であり、当該嵌合によってベーンロータ２１がハウジング１１に対してロックされる。

弾性部材３３はスプリング等からなり、ストッパピストン３１をスプロケット１２側へ押圧している。一方、ストッパピストン３１のスプロケット１２側に形成された駆動油圧室３４の油圧による力と、ストッパピストン３１の外周側に形成された駆動油圧室３５の油圧による力は、ストッパピストン３１に対してフロントプレート１５側へ作用する。したがって、ベーンロータ２１の最遅角位置においては、ストッパピストン３１が嵌合リング３２に嵌合した状態でそれらの油圧による力のいずれか一方又は両方がストッパピストン３１に作用することにより、ストッパピストン３１が嵌合リング３２から離脱可能である。そして、ストッパピストン３１が嵌合リング３２から離脱した状態では、ハウジング１１に対するベーンロータ２１のロックが解除されるので、ベーンロータ２１の相対回転が許容される。尚、ストッパピストン３１を嵌合リング３２からの離脱状態に保持するための流体室である駆動油圧室３４及び駆動油圧室３５は、それぞれ進角通路８５及び遅角通路７５を通じて進角油圧室５１及び遅角油圧室４１に連通している。即ち進角油圧室５１及び遅角油圧室４１は、特許請求項の範囲に記載の第一流体室である。

図２、３に示すように、流体供給源としてのポンプ１は作動油をオイルタンク２から汲み上げて供給通路３へと吐出する。また、作動油は、排出通路４を通じてオイルタンク２へ排出可能である。切換弁６０は、カムシャフト２０を支持する軸受８よりもポンプ１側において供給通路３及び排出通路４と、外部遅角通路５及び外部進角通路６との間に設置されている。切換弁６０は電磁駆動式スプール弁であり、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７によってデューティ比制御された駆動電流を受けて作動する。具体的に切換弁６０は、スプール６２を図２、３に示す第一位置へ移動させることにより、外部遅角通路５を供給通路３に連通させると共に外部進角通路６を排出通路４に連通させる。一方、切換弁６０は、スプール６２を図４に示す第二位置へ移動させることにより、外部進角通路６を供給通路３に連通させると共に外部遅角通路５を排出通路４に連通させる。また一方、切換弁６０は、スプール６２を第一位置と第二位置との間の中間位置へ移動させることにより、供給通路３及び排出通路４と、外部遅角通路５及び外部進角通路６との間の連通を禁止する。尚、本実施形態において切換弁６０への通電がオフされた状態では、スプリング６３の押圧力によってスプール６２が第一位置に定位する。

図２に示すように、カムシャフト２０に形成されている遅角通路７０及び進角通路８０はそれぞれ外部遅角通路５及び外部進角通路６に連通している。図１、３に示すように、遅角通路７０からは遅角通路７１、７２、７３、７４が分岐し、それら遅角通路７１、７２、７３、７４がそれぞれ遅角油圧室４１、４２、４３、４４と連通している。したがって、外部遅角通路５と供給通路３との連通時に遅角通路７１、７２、７３、７４は、供給通路３から通路５、７０を通じて圧送されてくる作動油を遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ供給する。一方、外部遅角通路５と排出通路４との連通時に遅角通路７１、７２、７３、７４は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４の作動油を通路７０、５を通じて排出通路４へ排出する。また、図１、３に示すように、進角通路８０からは進角通路８１、８２、８３、８４が分岐し、それら進角通路８１、８２、８３、８４がそれぞれ進角油圧室５１、５２、５３、５４と連通している。したがって、外部進角通路６と供給通路３との連通時に進角通路８１、８２、８３、８４は、供給通路３から通路６、８０を通じて圧送されてくる作動油を進角油圧室５１、５２、５３、５４へ供給する。一方、外部進角通路６と排出通路４との連通時に進角通路８１、８２、８４は、進角油圧室５１、５２、５４の作動油を通路８０、６を通じて排出通路４へ排出する。また、進角油圧室５３から排出通路４への作動油の排出は、後述する進角通路８６及び通路８０、６を経由して実現される。

図１、２、５に示すように逆止弁９０は、ストッパピストン３１を収容するベーン２１１とは回転中心軸０を挟んで反対側のベーン２１３に内蔵され、且つ進角通路８０と進角油圧室５３とを接続する進角通路８３の中途部に設置されている。即ち、進角油圧室５３は特許請求の範囲に記載の第二流体室であり、進角通路８３は特許請求の範囲に記載の接続通路である。逆止弁９０は、ホルダ９４、弾性部材９５及び弁部材９３を有している。ホルダ９４は筒状に形成され、ベーン２１３に圧入保持されている。ホルダ９４は、進角通路８３の進角油圧室５３側部分である第一通路８３ａと進角通路８０側部分である第二通路８３ｂとに連通する弁通路９７を内部に形成しており、当該弁通路９７の外周側に弁座９６を有している。弾性部材９５はスプリング等からなり、弁通路９７に収容されている。弁部材９３はボール状に形成されており、回転中心軸０に沿って往復移動可能に且つ弁座９６に着座して弁座口９８を閉塞可能に、弁通路９７に収容されている。これにより、第一通路８３ａの油圧による力は弁部材９３に対して弁座９６側へ作用し、第二通路８３ｂの油圧による力は弁部材９３に対して弁座９６とは反対側へ作用する。また、弁部材９３は、弾性部材９５の復原力によって弁座９６側へ押圧されている。

このような構成の逆止弁９０は、図５（Ｃ）に示すように、弁部材９３が第二通路８３ｂの油圧による力を受けて弁座９６から離座することにより開弁する。故に、この開弁状態において逆止弁９０は、進角通路８０側から弁座口９８を経由して進角油圧室５３へ向かう作動油流れを許容する。一方、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように逆止弁９０は、弁部材９３が弾性部材９５の復原力や第一通路８３ａの油圧による力を受けて弁座９６に着座することにより閉弁する。故に、この閉弁状態において逆止弁９０は、進角油圧室５３から弁座口９８を経由して進角通路８０側へ向かう作動油流れを規制する。

図１、３に示すように、制御弁１００は、逆止弁９０と同じベーン２１３に内蔵されて進角通路８６の中途部に設置されている。図２、５に示すように制御弁１００はスプール弁であり、スプール孔１０２及び弁部材としてのスプール１０１を有している。スプール孔１０２はベーン２１３に形成されており、進角通路８６の進角油圧室５３側部分である第三通路８６ａと第二通路８３ｂ側部分である第四通路８６ｂとに連通している。したがって、進角通路８６は逆止弁９０を迂回して、進角油圧室５３と進角通路８０とを制御弁１００及び第二通路８３ｂを経由して接続している。即ち、進角通路８６は特許請求の範囲に記載の迂回通路である。また、スプール孔１０２は遅角通路７６にも連通している。スプール１０１は有底円筒状に形成され、回転中心軸０に沿って往復移動可能にスプール孔１０２に収容されている。スプール１０１は、図５（Ａ）に示す位置へ移動したときに第三通路８６ａに連通可能且つ第四通路８６ｂに常時連通可能な連通路１０３を内部に形成している。また、スプール１０１は、第四通路８６ｂの油圧と遅角通路７６の油圧をパイロット油圧として受ける。ここで第四通路８６ｂの油圧による力はスプール１０１に対してスプロケット１２側へ作用し、遅角通路７６の油圧による力はスプール１０１に対してフロントプレート１５側へ作用する。

このような構成の制御弁１００は、図５（Ａ）に示す許容位置にスプール１０１が移動することにより、連通路１０３を通じて第三通路８６ａを第四通路８６ｂに連通させ、進角通路８６を開放する。故に、この許容位置において制御弁１００は、進角油圧室５３から逆止弁９０の弁座口９８を迂回して進角通路８０側へ向かう作動油流れを許容する。一方、制御弁１００は、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す遮断位置にスプール１０１が移動することにより、連通路１０３を通じた通路８６ａ、８６ｂの連通を禁止し、進角通路８６を遮断する。故に、この遮断位置において制御弁１００は、弁座口９８を迂回した進角油圧室５３から進角通路８０側への作動油流れを規制する。

次に、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１０の作動を説明する。尚、内燃機関の停止状態ではベーンロータ２１は最遅角位置の位相であり、ストッパピストン３１が嵌合リング３２に嵌合しているものとする。また、内燃機関の停止状態ではポンプ１が停止し、内燃機関の作動状態では、ポンプ１が継続して駆動されるものとする。

（I）内燃機関の始動時
内燃機関の始動時は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４、進角油圧室５１、５２、５３、５４及び駆動油圧室３４、３５にポンプ１から十分な圧力の作動油が供給されない。そのため、弾性部材３３の押圧によりストッパピストン３１は嵌合リング３２に嵌合したままであり、ハウジング１１に対してベーンロータ２１は最遅角位置にロックされている。これにより、吸気弁からカムシャフト２０を通じてベーンロータ２１へ伝わる変動トルクによってハウジング１１とベーンロータ２１とが相対回転振動して衝突することによる打音の発生が防止される。

（II）進角作動
ＥＣＵ７が切換弁６０への通電がオンすると、スプール６２はスプリング６３の復原力に抗して加わる電磁駆動力によって図４に示す第二位置へ移動する。この状態においてポンプ１から吐出された作動油は、供給通路３から外部進角通路６へ供給され、さらに進角通路８０を経由して通路８１、８２、８３ｂ、８４へ供給される。その結果、第二通路８３ｂ及び第四通路８６ｂの油圧が上昇すると、図５（Ｃ）に示すように、逆止弁９０が開弁すると共に制御弁１００が進角通路８６を遮断するため、作動油が第二通路８３ｂから進角油圧室５３へ流入する。また、進角通路８１、８２、８４への供給油は進角油圧室５１、５２、５４へ流入し、さらに進角油圧室５１から進角通路８５を経由して駆動油圧室３４へ流入する。この油流入によって駆動油圧室３４の油圧が上昇すると、ストッパピストン３１が嵌合リング３２から離脱し、ハウジング１１に対するベーンロータ２１のロックが解除される。
一方、遅角油圧室４１、４２、４３、４４の作動油は、遅角通路７１、７２、７３、７４から通路７０、５を経由して排出通路４へ排出される。このように、進角油圧室５１、５２、５３、５４へ作動油が供給され、遅角油圧室４１、４２、４３、４４から作動油が排出されることにより、ベーンロータ２１は四室ある進角油圧室５１、５２、５３、５４の油圧による力を受ける。その結果、ベーンロータ２１はハウジング１１に対して進角方向へ相対回転する。

進角油圧室５１、５２、５３、５４へ作動油を供給し、遅角油圧室４１、４２、４３、４４から作動油を排出することによりベーンロータ２１を進角側の目標位相に位相制御するとき、ベーンロータ２１はハウジング１１に対して遅角方向及び進角方向に変動トルクを受ける。このとき、ベーンロータ２１が受ける変動トルクは、平均すると遅角側に大きく作用する。ベーンロータ２１が遅角方向の変動トルクを受ける場合、進角油圧室５１、５２、５３、５４の作動油は圧縮されて、通路８１、８２、８３ａ、８４へ流出する力を受ける。しかし、このときには、図５（Ｂ）に示すように逆止弁９０が閉弁して進角通路８３を遮断し、また制御弁１００が進角通路８６を遮断するので、進角油圧室５３の作動油は進角通路８０側へ排出されなくなる。したがって、ポンプ１から供給される作動油の油圧が十分に高くなっていないときには、ベーンロータ２１はハウジング１１に対して遅角方向の変動トルクを受けても、遅角側へ戻されない。また、それにより進角油圧室５１、５２、５４からも作動油が排出されなくなるので、ベーンロータ２１は遅角方向の変動トルクを受けても、ハウジング１１に対し目標位相とは反対の遅角側へ戻ることを防止される。その結果、ベーンロータ２１は、進角側の目標位相へ速やかに到達する。

ベーンロータ２１が遅角方向の変動トルクを受けて、逆止弁９０が逆流を防止してベーンロータ２１の遅角側への戻りを防止したとき、進角油圧室５３は変動トルクの反力を全て受けるために油圧が格段に上昇する。一方、進角油圧室５１，５２，５４は変動トルクの反力を殆ど受けないので油圧は殆ど上昇せずにほぼポンプ１の圧力に等しくなる。ストッパピストン３１は進角油圧室５１の油圧でロックが解除されるので、ポンプ１の吐出圧に従うことになる。また、進角作動させてストッパピストン３１を解除する直前に、ストッパピストン３１と嵌合リング３２との間に僅かなクリアランスがある場合は、その僅かなクリアランス分だけベーンロータ２１は遅角方向に変動トルクの反力を受けて遅角側へ戻される。その僅かな期間は進角油圧室５３の油圧は上昇するが、進角油圧室５１の油圧は前述のように上昇しないので、ストッパピストン３１を誤って瞬時に解除することがない。

（III）遅角作動
ＥＣＵ７が切換弁６０への通電をオフすると、スプール６２はスプリング６３の復原力によって図３に示す第一位置へ移動する。この状態のとき、供給通路３から外部遅角通路５へ作動油が供給され、さらに作動油が遅角通路７０、７１、７２、７３、７４を経由して遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ供給される。また、この状態のとき進角油圧室５１、５２、５４の作動油は、進角通路８１、８２、８４から通路８０、６を経由して排出通路４へ排出される。それと共に、第二通路８３ｂ及び第四通路８６ｂの作動油は通路８０、６を経由して排出通路４へ排出される。そのため、逆止弁９０では、第二通路８３ｂ側の油圧よりも第一通路８３ａ側の油圧が高くなるので、逆止弁９０は、図５（Ａ）に示すように弁部材９３が弁座９６に着座することによって閉弁し、進角通路８３を遮断する。一方、このとき制御弁１００では、遅角油圧室４３に接続する遅角通路７６側の油圧が第四通路８６ｂ側の油圧よりも高くなるので、制御弁１００は、図５（Ａ）に示すように進角通路８６を開放する。これにより進角油圧室５３の作動油は、通路８６、８３ｂ、８０、６を経由して排出通路４へ排出される。このように、遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ作動油が供給され、進角油圧室５１、５２、５３、５４から作動油が排出されることにより、ベーンロータ２１は四室ある遅角油圧室４１、４２、４３、４４の油圧による力を受ける。その結果、ベーンロータ２１はハウジング１１に対して遅角方向へ相対回転する。

（IV）保持作動
上記（II）又は（III）の作動によってベーンロータ２１が目標位相に達すると、ＥＣＵ７が切換弁６０へ供給する駆動電流のデューティ比を制御し、スプール６２を中間位置に保持する。その結果、切換弁６０は、外部遅角通路５及び外部進角通路６と、ポンプ１及び排出通路４との接続を遮断し、遅角油圧室４１、４２、４３、４４及び進角油圧室５１、５２、５３、５４から排出通路４へ作動油が排出されることを防止する。したがって、ベーンロータ２１が目標位相に保持される。

以上説明した第一実施形態によれば、ポンプ１から吐出される作動油の油圧が低い間は、逆止弁９０が閉弁し且つ制御弁１００が進角通路８６を遮断することで、進角油圧室５３からの油流出が阻止される。その結果、進角油圧室５３の油圧がポンプ１の吐出圧よりも上昇することがあっても、ストッパピストン３１の駆動油圧室３４に連通する進角油圧室５１の油圧は上昇せず、ポンプ１の吐出圧に従うこととなる。したがって、進角作動直前にストッパピストン３１を誤って瞬時に解除して打音が発生することを防止できる。しかも、逆止弁９０の機能は制御弁１００によって阻害されないので、上記（II）の進角作動時には、進角油圧室５３からの油流出を阻止してベーンロータ２１の進角応答性を向上させることができる。

また、第一実施形態によれば、ストッパピストン３１の駆動油圧室３４に連通する進角油圧室５１は、逆止弁９０により油流出が防止される進角油圧室５３との間に複数の油圧室を挟んで設けられている。故に、内燃機関の始動直後に逆止弁９０の働きによって圧力上昇した進角油圧室５３から作動油が漏れ出したとしても、当該作動油が進角油圧室５１までは達し難くなる。しかもこの作用は、複数のシール部材２５の存在によって高められている。したがって、進角油圧室５３から漏れ出した作動油の流入による進角油圧室５１及び駆動油圧室３４の圧力上昇も防止することができる。

さらに第一実施形態によれば、逆止弁９０及び制御弁１００を内蔵するベーン２１３と、ストッパピストン３１を収容するベーン２１１とは、ベーンロータ２１の回転中心軸０を挟む両側に位置している。これによりベーンロータ２１の重心は回転中心軸０に可及的に近づけられているので、ベーンロータ２１における回転イナーシャバランスが大きく偏らず、ベーンロータ２１の回転が安定する。

またさらに第一実施形態によれば、逆止弁９０と制御弁１００とは、進角油圧室５３に隣接する互いに同じベーン２１３に内蔵されている。これにより、逆止弁９０と進角油圧室５３との間を繋ぐ第一通路８３ａ並びに制御弁１００と進角油圧室５３との間を繋ぐ第三通路８６ａが可及的に短く形成されている。したがって、逆止弁９０及び制御弁１００の内蔵に伴うベーン２１３のサイズ増大を抑えることができると共に、通路の加工工数を低減することができる。また、第二通路８３ｂ及び第四通路８６ｂは、それぞれ進角通路８０と逆止弁９０との間及び進角通路８０と制御弁１００との間を繋ぐために、それら通路の一部が互いに共通化されていると考えることができる。したがって、このことによっても、ベーン２１３のサイズ増大を抑えることができると共に、通路の加工工数を低減することができる。

（第一参考形態）
図６〜８に示すように、本発明の第一参考形態によるバルブタイミング調整装置１０は第一実施形態の変形例である。尚、第一実施形態と実質的に同一の構成部位には同一符号を付し、説明を省略する。
第一参考形態のバルブタイミング調整装置１０では、ベーン２１３に直接ではなく、ベーン２１３に内蔵された制御弁１００のスプール１０１に逆止弁１１０が内蔵されている。具体的に逆止弁１１０は、ホルダ９４を有していない。その代わりに、スプール１０１の連通路１１１が逆止弁１１０の弁通路９７を兼ねていると共に、当該連通路１１１の外周側を囲むスプール１０１の内周部が逆止弁１１０の弁座９６を形成している。また、第三通路８６ａは第一通路８３ａを兼ねていると共に、連通路１１１と常時連通可能となっている。さらにまた、第二通路８３ｂは連通路１１１と常時連通可能となっているが、スプール１０１の図８（Ｂ）に示す位置において弁部材９３が弁座９６に着座することで、第一通路８３ａ（第三通路８６ａ）と第二通路８３ｂとの連通が禁止されるようになっている。

次に、こうした構成を有する第一参考形態の装置１０について全体作動を説明する。
（i）内燃機関の始動時
内燃機関の始動時は、第一実施形態の（I）の場合と同様にしてストッパピストン３１が嵌合リング３２に嵌合したままとされ、ベーンロータ２１が最遅角位置にロックされる。

（ii）進角作動
ＥＣＵ７が切換弁６０への通電をオンすると、第一実施形態の（II）の場合と同様に作動油が進角通路８０を経由して通路８１、８２、８３ｂ、８４へ供給される。その結果、第二通路８３ｂ及び第四通路８６ｂの油圧が上昇すると、図８（Ｃ）に示すように弁部材９３が弁座９６から離座して逆止弁１１０が開弁する。このとき制御弁１００では、第四通路８６ｂの油圧によってスプール１０１が図８（Ｃ）に示す位置へ移動することにより、進角油圧室５３が逆止弁１１０の弁座口９８を迂回して第二通路８３ｂと連通し進角通路８０と接続することを禁止する。その結果、作動油が進角通路８０側から弁座口９８を経由して進角油圧室５３へ流入すると共に、進角油圧室５３から弁座口９８を迂回して進角通路８０側へ向かう逆流が規制される。またこのときには、第一実施形態の（II）の場合と同様に進角通路８１、８２、８４への供給油が進角油圧室５１、５２、５４へ流入し、さらに進角油圧室５１から進角通路８５を経由して駆動油圧室３４へ流入することによって、ストッパピストン３１が嵌合リング３２から離脱してベーンロータ２１のロックが解除される。
一方、遅角油圧室４１、４２、４３、４４の作動油は、第一実施形態の（II）の場合と同様にして排出通路４へ排出される。したがって、ベーンロータ２１は進角油圧室５１、５２、５３、５４の油圧による力を受けて、ハウジング１１に対し進角方向へ相対回転する。

進角側の目標位相に向かって位相制御されるベーンロータ２１が遅角方向の変動トルクを受けるときには、進角油圧室５３が圧縮されて第一通路８３ａの油圧が上昇するため、図８（Ｂ）に示すように制御弁１００内の逆止弁１１０が閉弁する。またこのとき制御弁１００は、進角油圧室５３が弁座口９８を迂回して進角通路８０と接続することを禁止する。このような逆止弁１１０及び制御弁１００の作動の結果、進角油圧室５３の作動油は進角通路８０側へ排出されなくなる。したがって、ポンプ１からの供給油圧が十分に高くなっていないときには、ベーンロータ２１はハウジング１１に対し遅角方向の変動トルクを受けても、遅角側へ戻されることなく速やかに進角側の目標位相へ到達する。

ベーンロータ２１が遅角方向の変動トルクを受けて、逆止弁１１０が逆流を防止してベーンロータ２１の遅角側への戻りを防止したとき、進角油圧室５３は変動トルクの反力を全て受けるために油圧が格段に上昇する。一方、進角油圧室５１，５２，５４は変動トルクの反力を殆ど受けないので油圧は殆ど上昇せずにほぼポンプ１の圧力に等しくなる。ストッパピストン３１は進角油圧室５１の油圧でロックが解除されるので、ポンプ１の吐出圧に従うことになる。また、進角作動させてストッパピストン３１を解除する直前に、ストッパピストン３１と嵌合リング３２との間に僅かなクリアランスがある場合は、その僅かなクリアランス分だけベーンロータ２１は遅角方向に変動トルクの反力を受けて遅角側へ戻される。その僅かな期間は進角油圧室５３の油圧は上昇するが、進角油圧室５１の油圧は前述のように上昇しないので、ストッパピストン３１を誤って瞬時に解除することがない。

（iii）遅角作動
ＥＣＵ７が切換弁６０への通電をオフすると、第一実施形態の（III）の場合と同様にして、作動油が遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ供給され、また進角油圧室５１、５２、５４及び通路８３ｂ、８６ｂの作動油が排出通路４へ排出される。この状態のとき制御弁１００では、進角油圧室４３に接続する遅角通路７６側の油圧が第四通路８６ｂ側の油圧よりも高くなり、スプール１０１が図８（Ａ）に示す位置へ移動する。これにより、連通路１１１の弁座９６を挟んで弁部材９３とは反対側と、第二通路８３ｂとの連通が遮断されるため、弾性部材９５の押圧により弁部材９３が弁座９６に着座して逆止弁１１０が閉弁する。また、このようにスプール１０１が図８（Ａ）に示す位置へ移動し且つ逆止弁１１０が閉弁することによって、進角油圧室５３が弁座口９８を迂回して第二通路８３ｂと連通し進角通路８０と接続される。その結果、進角油圧室５３の作動油は、通路８３ａ、８３ｂ、８０、６を経由して排出通路４へ排出される。以上によりベーンロータ２１は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４の油圧による力を受けてハウジング１１に対し遅角方向へ相対回転する。
（iv）保持作動
上記（ii）又は（iii）の作動によってベーンロータ２１が目標位相に達したときには、第一実施形態の（IV）の場合と同様にしてベーンロータ２１が目標位相に保持される。

以上説明した第一参考形態によれば、ポンプ１から吐出される作動油の油圧が低いときに進角油圧室５３からの油流出が阻止される場合には、進角油圧室５３の油圧がポンプ１の吐出圧よりも上昇することがある。しかし、このとき、ストッパピストン３１の駆動油圧室３４に連通する進角油圧室５１の油圧は上昇せず、ポンプ１の吐出圧に従うこととなる。したがって、進角作動直前にストッパピストン３１を誤って瞬時に解除して打音が発生することを防止できる。しかも、逆止弁１１０の機能は制御弁１００によって阻害されないので、上記（ii）の進角作動時には、進角油圧室５３からの油流出を阻止して進角応答性を向上させることができる。

また、第一参考形態によれば、逆止弁１１０は、ベーン２１３に内蔵された制御弁１００のスプール１０１に内蔵されている。これにより、進角油圧室５３に対して逆止弁１１０及び制御弁１００を共通的に繋ぐ通路８３ａ（８６ａ）が可及的に短くなっていると共に、それら弁のトータルサイズが小さくなっている。故に、逆止弁１１０及び制御弁１００の内蔵に伴うベーン２１３のサイズ増大を抑えることができると共に、通路の加工工数を低減することができる。

（第二参考形態）
図９〜図１１に示すように、本発明の第二参考形態によるバルブタイミング調整装置１０は第一参考形態の変形例である。尚、第一参考形態と実質的に同一の構成部位には同一符号を付し、説明を省略する。
第二参考形態のバルブタイミング調整装置１０では、遅角通路７６が設けられる代わりに、弾性部材１４０及び背圧抜き通路１４１が設けられている。具体的に弾性部材１４０はスプリング等からなり、スプール孔１０２に収容されている。弾性部材１４０は、その復原力によってスプール１０１をフロントプレート１５側へ押圧している。スプロケット１２を貫通する背圧抜き通路１４１は、一端側においてスプール孔１０２と連通し、他端側において大気に開放されている。
このような構成の第二参考形態によれば、遅角通路７６の油圧による力の代わりに弾性部材１４０の復原力がスプール１０１に作用することで、第一参考形態の場合と同様な作動が制御弁１００において実現される。したがって、打音の発生を十分に防止しつつ進角応答性を向上させることができる。

（第三参考形態）
図１２〜１４に示すように、本発明の第三参考形態によるバルブタイミング調整装置１０は第一参考形態の変形例である。尚、第一参考形態と実質的に同一の構成部位には同一符号を付し、説明を省略する。
第三参考形態のバルブタイミング調整装置１０では、第四通路８６ｂが設けられる代わりに、弾性部材１５０及び背圧抜き通路１５１が設けられている。具体的に弾性部材１５０はスプリング等からなり、スプール孔１０２に収容されている。弾性部材１５０は、その復原力によってスプール１０１をスプロケット１２側へ押圧している。背圧抜き通路１５１は、ベーンロータ２１とフロントプレート１５との間を径方向へ延びていると共に、フロントプレート１５を回転中心軸０に沿って貫通している。これにより背圧抜き通路１５１の一端側はスプール孔１０２に連通し、背圧抜き通路１５１の他端側は大気に開放されている。
このような構成の第三参考形態によれば、第四通路８６ｂの油圧による力の代わりに弾性部材１５０の復原力がスプール１０１に作用することで、第一参考形態の場合と同様な作動が制御弁１００において実現される。したがって、打音の発生を十分に防止しつつ進角応答性を向上させることができる。

以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの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可能である。
例えば第一実施形態および第一〜第三参考形態では、逆止弁９０、１１０及び制御弁１００をベーン２１３とは異なるベーンに内蔵させてもよいし、逆止弁９０、１１０及び制御弁１００をボス部２４に内蔵させてもよい。また、第一実施形態では、逆止弁９０と制御弁１００とを別々のベーンに内蔵させてもよい。尚、この場合には、逆止弁９０又は制御弁１００の一方をストッパピストン３１の収容ベーン２１１に内蔵させてもよいし、逆止弁９０及び制御弁１００の各々をベーン２１１とは異なるベーンに内蔵させてもよい。さらにまた、第一実施形態および第一〜第三参考形態では、逆止弁９０、１１０及び制御弁１００の組を複数組設けて、それらの各組を互いに同じ又は相異なるベーンに内蔵させてもよい。

さらに第一実施形態では、遅角通路７６を設ける代わりに、第二参考形態に準ずる弾性部材１４０及び背圧抜き通路１４１を設けてもよい。また、第一実施形態では、第四通路８６ｂを設ける代わりに、第三参考形態に準ずる弾性部材１５０及び背圧抜き通路１５１を設けてもよい。さらにまた、第一実施形態では、逆止弁９０、１１０及び制御弁１００をベーン間の複数の油圧室に連通させてそれら油圧室からの油流出を制御してもよい。

またさらに第一実施形態では、進角通路８６の第三通路８６ａを進角油圧室５３に直接連通させる代わりに、進角通路８３の第一通路８３ａを通じて進角油圧室５３に連通させてもよく、この場合、通路の共有化によってベーン２１３のサイズ縮小を図ることが可能となる。また、第一実施形態、第一、第三参考形態では、遅角通路７６を遅角油圧室４３に連通させる代わりに、遅角通路７０や当該通路７０から分岐する遅角通路７１、７２、７３、７４のいずれかに遅角通路７６を連通させてもよい。

加えて第一実施形態では、進角通路８０と進角油圧室５３とを接続する進角通路８３に逆止弁９０を設置する代わりに、遅角通路７０と遅角油圧室４３とを接続する遅角通路７３に逆止弁９０を設置してもよい。尚、この場合、進角通路８６に制御弁１００を配置する代わりに、逆止弁９０、１１０の弁座口９８を迂回して遅角通路７０と遅角油圧室４３とを接続する遅角通路を設け、その遅角通路に制御弁１００を配置してもよい。また、第一〜第三参考形態では、進角通路８０と進角油圧室５３とを接続する進角通路８３に逆止弁１１０と一体の制御弁１００を設置する代わりに、遅角通路７０と遅角油圧室４３とを接続する遅角通路７３に逆止弁１１０と一体の制御弁１００を設置してもよい。さらにまた、第一実施形態および第一〜第三参考形態では、ハウジング１１とカムシャフト２０とを連動回転させると共に、ベーンロータ２１とクランクシャフトとを連動回転させてもよい。
さらに加えて第一実施形態および第一〜第三参考形態では、吸気弁のバルブタイミングを調整する装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、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可能である。

本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２のI−I線断面図である。 本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面図である。 本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成及び一作動状態を示す模式図である。 本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置の別の作動状態を示す模式図である。 本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置の作動を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の第一参考形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する図である。 本発明の第一参考形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第一参考形態によるバルブタイミング調整装置の作動を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の第二参考形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する図である。 本発明の第二参考形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第二参考形態によるバルブタイミング調整装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の第三参考形態によるバルブタイミング調整装置を示す図であって、図１に対応する図である。 本発明の第三参考形態によるバルブタイミング調整装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第三参考形態によるバルブタイミング調整装置を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１ ポンプ（流体供給源）、１０ バルブタイミング調整装置、１１ ハウジング、１２ スプロケット、１３ シューハウジング、１５ フロントプレート、２０ カムシャフト（従動軸）、２１ ベーンロータ、２４ ボス部、２５ シール部材、３１ ストッパピストン（ロック部材）、３２ 嵌合リング、３３ 弾性部材、３４、３５ 駆動油圧室、４１ 流体室（第一流体室、流体室）、４２、４３、４４ 遅角油圧室（流体室）、５１ 進角油圧室（第一流体室、流体室）、５２、５４ 進角油圧室（流体室）、５３ 進角油圧室（第二流体室、流体室）、６０ 切換弁、７６ 遅角通路、８３ 進角通路（接続通路）、８６ 進角通路（迂回通路）、８３ａ 第一通路、８３ｂ 第二通路、８６ａ 第三通路、８６ｂ 第四通路、９０、１１０ 逆止弁、９３ 弁部材、９４ ホルダ、９５ 弾性部材、９６ 弁座、９７ 弁通路、９８ 弁座口、１００ 制御弁、１０１ スプール、１０２ スプール孔、１０３、１１１ 連通路、１３５ 収容室、１４０、１５０ 弾性部材、１４１、１５１ 背圧抜き通路、２１１、２１２、２１３、２１４ ベーン ０ 回転中心軸

Claims (6)

1. 内燃機関の駆動軸から吸気弁及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、前記吸気弁及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において、
   前記駆動軸又は前記従動軸の一方と共に回転し、所定の角度範囲で回転方向に形成された収容室を回転方向に複数有するハウジングと、
   前記駆動軸又は前記従動軸の他方と共に回転し、前記収容室に収容されるベーンを有し、前記ベーンにより各収容室を仕切って形成された複数の遅角室及び進角室の作動流体圧により前記ハウジングに対して遅角側又は進角側に相対回転駆動されるベーンロータと、
   前記ベーンロータに収容され、前記ハウジングに嵌合することにより前記ベーンロータを前記ハウジングに対してロックし、前記遅角室及び前記進角室のうち少なくともいずれか一つを第一流体室として、前記第一流体室の作動流体圧を受けて前記ハウジングから離脱することにより前記ベーンロータのロックを解除するロック部材と、
   前記遅角室又は前記進角室のうち前記第一流体室以外の少なくともいずれか一つを第二流体室とし、作動流体を供給する流体供給源と前記遅角室又は前記進角室とを接続する遅角通路又は進角通路のうち前記第二流体室と接続する通路を接続通路として、前記接続通路に設置され、前記流体供給源側から前記第二流体室への作動流体の流れを許容し、前記第二流体室から前記流体供給源側への作動流体の流れを規制する逆止弁と、
   前記第二流体室から前記逆止弁を迂回して前記流体供給源側に接続する迂回通路に設置され、前記遅角通路又は前記進角通路の少なくともいずれか一方を通じて導入される作動流体の圧力により前記迂回通路を開閉する制御弁と、
   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. 前記逆止弁は、前記ロック部材を収容する前記ベーンとは異なる前記ベーンに内蔵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. 前記逆止弁を内蔵する前記ベーンは、前記ロック部材を収容する前記ベーンとは前記ベーンロータの回転中心軸を挟んで反対側に設けられることを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記第二流体室は、前記回転方向の両側において前記第一流体室との間に前記流体室を少なくとも一つずつ挟んで設けられ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. 前記制御弁は、前記ベーンロータに内蔵されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記逆止弁と前記制御弁とは、前記第二流体室に隣接する互いに同じ前記ベーンに内蔵されることを特徴とする請求項５に記載のバルブタイミング調整装置。

Images