JP4463186B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉タイミング（以下、開閉タイミングを「バルブタイミング」という。）を変更するバルブタイミング調整装置に関する。

従来、エンジン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、カムシャフトにクランクシャフトの駆動力を伝達するベーンロータとを備えるバルブタイミング調整装置が知られている。このバルブタイミング調整装置では、遅角室および進角室の作動流体圧力によりハウジングに対し遅角側または進角側へベーンロータを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位相、つまりバルブタイミングを調整している（例えば、特許文献１参照）。

バルブタイミング調整装置では、吸気弁または排気弁を開閉駆動するとき、吸気弁または排気弁からカムシャフトが受けるトルク変動がベーンロータに伝わり、ハウジングに対しベーンロータが遅角側または進角側へトルク変動を受ける。ベーンロータが遅角側にトルク変動を受けると、進角室の作動流体は進角室から流出する力を受け、ベーンロータが進角側にトルク変動を受けると、遅角室の作動流体は遅角室から流出する力を受ける。すると、例えば流体供給源から供給される作動流体の圧力が低いときに、進角室に作動流体を供給し、クランクシャフトに対してカムシャフトの位相を遅角側から進角側の目標位置に変更する場合、ベーンロータがトルク変動により遅角側へ押し戻される。その結果、カムシャフトの位相が目標の位相に達するまでの応答時間が長くなる。

そこで、特許文献１に開示されているように、作動流体を遅角室および進角室に供給する供給通路に逆止弁を設け、ベーンロータがトルク変動を受けたとき、遅角室または進角室からの作動流体の流出を防止することが考えられる。これにより、位相制御中にベーンロータがハウジングに対し目標位相と反対側へ戻ることを防止し、位相制御の応答性を高めることが知られている。

特開２００３−１０６１１５号公報

ところで、従動軸で吸気弁または排気弁を駆動する場合、従動軸には吸気弁または排気弁の駆動反力による変動トルクが加わる。この変動トルクは、平均すると従動軸の回転を妨げる方向へ大きく加わる。その結果、カムシャフトの位相を制御する場合、進角側へ位相を制御する速度に対して遅角側へ位相を制御する速度は速くなる。この場合、エンジンの回転数が低く作動流体の圧力が低くなると、進角側へ位相を制御する際の応答性が著しく悪化する。あるいは、例えばスプリングなどのロータ付勢弾性部材を用いて、従動軸を駆動反力とは反対側、すなわち進角側へ押し付けることにより、変動トルクは平均すると従動軸の回転を促す方向へ大きく加わる。その結果、カムシャフトの位相を制御する場合、遅角側へ位相を制御する速度に対して進角側へ位相を制御する速度は速くなる。この場合、エンジンの回転数が低く作動流体の圧力が低くなると、遅角側へ位相を制御する際の応答性が著しく悪化する。すなわちロータ付勢弾性部材の付勢方向によって、進角側へ位相を制御する速度と遅角側へ位相を制御する速度の大小の関係が変化する。

そこで、本発明の目的は、作動流体の圧力に関わらず、位相制御の応答性に優れ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記載の発明では、ロータ付勢弾性部材は、ベーンロータを進角側または遅角側へ回転駆動する方向へ押し付けている。以下、このロータ付勢弾性部材の押し付け力が加わる方向を「押し付け順方向」といい、ロータ付勢弾性部材の押し付け力が加わる方向と逆方向を「押し付け逆方向」という。また、請求項１記載の発明では、流体供給源から進角室または遅角室への作動流体の流れを許可し、ロータ付勢弾性部材の押し付け力によって、ハウジングに対するベーンロータの相対回転駆動速度が進角側または遅角側の一方に対して遅角側または進角側の他方が遅くなる側の遅角室または進角室のうち少なくともいずれか一つの遅角室または進角室を制御室として、その制御室から流体供給源側への作動流体の流れを規制する逆止弁を第一通路に設置している。そのため、ハウジングまたはベーンロータのうち駆動軸とともに回転する駆動側回転体に対し、従動軸とともに回転する従動側回転体を進角側または遅角側の目標位相に相対回動駆動する位相制御時に、従動側回転体が従動軸からトルク変動を受けたり、ロータ弾性付勢部材から押し付け力を受ける場合でも、逆止弁が設置されている第一通路と接続している制御室から作動流体が流出することを防止できる。少なくとも一室の制御室からの作動流体の流出を防止すれば、制御室ともに作動流体が供給される側の遅角室または進角室からの作動流体の流出を防止できる。これにより、位相制御中に従動側回転体が目標位相から進角側または遅角側へ戻ることを防止するので、駆動側回転体に対し従動側回転体が目標位相に速やかに到達する。したがって、ベーンロータが押し付け逆方向へ相対回転する場合でも、位相制御の応答性が向上する。目標位相が押し付け順方向の場合、ベーンロータはロータ弾性部材の押し付け力によって相対回転するので、制御室とは異なる側の油圧室に作動流体を供給する通路に逆止弁を設置しなくても、駆動側回転体に対し従動側回転体は目標位相に速やかに到達する。

ところで、逆止弁により流体供給源側への排出を規制されている制御室の作動流体は、第二通路により制御室から排出される。第二通路は、制御室と逆止弁との間から分岐して、逆止弁よりも流体供給源側の第一通路に接続されている。第二通路には、第二通路から第一通路への作動流体の流れを制御する制御弁が設けられている。
また、逆止弁を設置していない通路は、作動流体の供給通路および排出通路を兼ねることができる。
このように、第一通路に逆止弁を設置し、その他の通路に逆止弁を設置していないので、部品点数および流体通路の本数を減少できる。

また、遅角室および進角室はそれぞれ複数形成され、各遅角室および各進角室に流体供給源から作動流体が供給される。そのため、従動側回転体が進角室または遅角室から作動流体圧力を受ける受圧面積が増加する。したがって、気筒数が多くトルク変動が小さいエンジンにおいて、エンジンの回転数が低く作動流体圧力が低圧でも、従動側回転体を押し付け逆方向へ駆動し目標位相に速やかに到達できる。

請求項２記載の発明では、遅角室および進角室はそれぞれ三室以上形成されているので、従動側回転体が進角室または遅角室から作動流体圧力を受ける受圧面積が増加する。したがって、気筒数が多くトルク変動が小さいエンジンにおいても、低い作動流体圧力で従動側回転体を進角側に駆動し目標位相に速やかに到達できる。

請求項３記載の発明では、制御室は複数の遅角室または進角室のうちの一室に設定され、逆止弁はこの制御室に作動流体を供給する第一通路に設置されている。そのため、逆止弁により流体供給源側への作動流体の流出を規制されている制御室以外の遅角室または進角室は、第一通路を排出通路として使用できる。これにより、流体通路の形成が容易になる。

請求項４記載の発明では、例えば押し付け順方向へ位相制御する場合、従動側回転体が押し付け逆方向へトルク変動を受けると、作動流体の流出を逆止弁により規制された制御室の圧力が上昇し、作動流体が漏れやすくなるおそれがある。そこで、請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、逆止弁により作動流体の流出を規制される制御室から作動流体が漏れることを防止するシール部材のシール効果を、他の遅角室または進角室よりも高くしている。これにより、従動軸が押し付け順方向への位相制御時に押し付け逆方向へトルク変動を受けても、作動流体の流出を逆止弁により規制された遅角室または進角室から作動流体が漏れることを抑制する。

請求項５記載の発明では、逆止弁は従動軸の軸受部よりも第一通路の制御室側に設置されているので、押し付け順方向への位相制御時に従動側回転体が押し付け逆方向のトルク変動を受けると、軸受部よりも制御側で逆止弁が第一通路を閉塞する。これにより、従動側回転体がトルク変動を受け制御室の作動流体の圧力が変動しても、この圧力変動は逆止弁の軸受部側に位置する従動軸と軸受部との摺動部に伝達しない。したがって、従動側回転体がトルク変動を受けても、制御室の作動流体が従動軸と軸受部との摺動部から漏れることを防止するので、位相制御の応答性が向上する。

請求項６記載の発明では、遅角室および進角室への作動流体の供給、ならびに遅角室および進角室からの作動流体の排出を切り換える切換弁は、従動軸の軸受部よりも流体供給源側に設置されている。つまり、切換弁は、ハウジング、ベーンロータ、または従動軸の外部に設置されている。これにより、ハウジング、ベーンロータ、または従動軸が大型化することを防止できる。

請求項７記載の発明では、逆止弁はベーンロータに設置されているので、ハウジングに形成された収容室をベーンロータのベーンが仕切って形成した制御室と逆止弁との通路長が短くなる。その結果、制御室と逆止弁との間の第一通路が形成するデッドボリュームが小さくなるので、位相制御時に従動側回転体がトルク変動を受けても作動流体が供給されている制御室の圧力低下を防止できる。したがって、位相制御の応答性が向上する。
請求項８記載の発明では、請求項７の発明において、逆止弁はベーンロータの回転軸方向に作動するので、ベーンロータが回転することにより働く遠心力は逆止弁の作動をほとんど妨げない。

請求項９記載の発明では、第二進角通路に設置されている制御弁をさらに備えている。制御弁は、バルブタイミングを押し付け順方向へ制御するとき、第二通路を開放する。一方、制御弁は、バルブタイミングを押し付け逆方向へ制御するとき、第二通路を遮断する。そのため、押し付け順方向に制御するときの第二通路を介しての制御室からの作動流体の放出を、第一通路の逆止弁よりも流体供給源側に接続することができる。したがって、遅角室および進角室への作動流体の供給、ならびに遅角室および進角室からの作動流体の排出を切り換える切換弁において、第二通路のための専用ポートが必要なくなるので、切換弁を簡単に構成することができる。

ここで、制御室に作動流体を供給し従動側回転体を押し付け順方向側に制御するバルブタイミングの制御時に従動側回転体が従動軸から押し付け逆方向にトルク変動を受けると、第一通路の逆止弁よりも制御室側の作動流体圧力は、逆止弁が閉弁するので圧力が上昇する。その結果、従動側回転体が従動軸から受けるトルク変動により第一通路の逆止弁よりも制御室側の作動流体圧力は大きく変動するので、第一通路の逆止弁よりも制御室側の作動流体圧力で制御弁の弁部材を駆動すると、制御弁の弁部材の動きが不安定になる。

これに対し、遅角通路の作動流体圧力および第１の進角通路の逆止弁よりも流体供給源
側の作動流体圧力は、バルブタイミングの進角制御時に従動側回転体が従動軸からトルク
変動を受けるときに逆止弁が閉弁しても、第１の進角通路の逆止弁よりも進角室側の作動
流体圧力に比べて圧力変動が小さい。

そこで、請求項１０記載の発明では、遅角通路または進角通路のうち第一通路が接続していない方の通路から作用する作動流体圧力と、第一通路の逆止弁よりも流体供給源側から作用する作動流体圧力とにより、第二通路を開閉する制御弁の弁部材を駆動する。したがって、バルブタイミングの押し付け順方向への制御時に従動側回転体が従動軸からトルク変動を受けたときに、制御弁を駆動する作動流体圧力の変動を低減でき、制御弁を確実に作動させることができる。

請求項１１記載の発明では、制御弁が従動軸の軸受部よりも遅角室または進角室側に設置されているので、第二通路を従動軸の軸受部および従動軸を通って形成する必要がない。したがって、軸受部および従動軸に形成する通路は、遅角通路および第一通路の２系統になり、逆止弁を用いた場合にも、逆止弁を用いない場合と同じ通路構成の従動軸の軸受部および従動軸を使用することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を図１から図５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、排気弁のバルブタイミングを調整する。

図１に示すように、駆動側回転体であるハウジング１１は、チェーンスプロケット１２、シューハウジング１３およびフロントプレート１５を有している。シューハウジング１３は、図２に示す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。チェーンスプロケット１２、シューハウジング１３およびフロントプレート１５は、ボルト１６により同軸上に固定されている。チェーンスプロケット１２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が伝達され、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る。カムシャフト２０は、図示しない排気弁を開閉駆動する。カムシャフト２０は、チェーンスプロケット１２に対し所定の位相差をおいて回転可能にチェーンスプロケット１２に挿入されている。
従動側回転体としてのベーンロータ２１は、カムシャフト２０の回転軸方向端面と接している。カムシャフト２０およびベーンロータ２１は、ボルト２２により同軸上に固定されている。ベーンロータ２１とカムシャフト２０との回転方向の位置決めは、ベーンロータ２１およびカムシャフト２０に位置決めピン２３をはめ込むことにより行われる。カムシャフト２０、ハウジング１１およびベーンロータ２１は、図１に示す矢印Ｘ方向から見て時計方向へ回転する。以下、この回転方向をクランクシャフトに対するカムシャフト２０の進角方向とする。

図２および図３に示すように、台形状に形成されたシュー１３１、１３２、１３３、１３４は、周壁１４から径方向内側に伸びている。シュー１３１、１３２、１３３、１３４は、周壁１４の回転方向にほぼ等間隔に配置されている。シュー１３１、１３２、１３３、１３４により回転方向に所定角度範囲で四個所に形成された間隙にはそれぞれベーンを収容する扇状の収容室１３５が四室形成されている。

ベーンロータ２１は、カムシャフト２０と軸方向端面で結合するボス部２４と、ボス部２４の外周側に回転方向へほぼ等間隔に配置されたベーン２１１、２１２、２１３、２１４とを有している。ベーンロータ２１は、ハウジング１１に対し相対回転可能にハウジング１１の内部に収容されている。ベーン２１１、２１２、２１３、２１４は、各収容室１３５の内部に回転可能に収容されている。ベーン２１１、２１２、２１３、２１４は、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。図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、ハウジング１１に対するベーンロータ２１の遅角方向および進角方向を示している。

ハウジング１１とベーンロータ２１との間には、ロータ付勢弾性部材としてのスプリング１８が設けられている。スプリング１８は、一方の端部がフロントプレート１５のピン部１５１に固定され、他方の端部がベーンロータ２１のカムシャフト２０とは反対側の端部に固定されている。スプリング１８は、ハウジング１１とベーンロータ２１とを相対回転方向へ押し付けている。スプリング１８は、図２においてハウジング１１に対しベーンロータ２１を進角方向へ押し付けている。これにより、図２において、進角方向はスプリング１８による押し付け順方向であり、遅角方向はスプリング１８による押し付け逆方向である。

シール部材２５は、半径方向に向き合うシュー１３１、１３２、１３３、１３４とボス部２４との間、ならびにベーン２１１、２１２、２１３、２１４と周壁１４の内周壁との間に形成されている摺動隙間に配設されている。シール部材２５は、シュー１３１、１３２、１３３、１３４の先端、およびベーン２１１、２１２、２１３、２１４の外周壁に設けた溝にはめ込まれており、例えばばねなどによりボス部２４の外周壁および周壁１４の内周壁に向けて押し付けられている。この構成により、シール部材２５は各遅角油圧室と各進角油圧室との間に作動油が漏れることを防止している。

図１に示すように、円筒状に形成されたストッパピストン３１は、ベーン２１１に回転軸方向へ摺動可能に収容されている。嵌合リング３２は、チェーンスプロケット１２に形成された凹部１７に圧入保持されている。ストッパピストン３１は、嵌合リング３２に嵌合可能である。ストッパピストン３１および嵌合リング３２の嵌合側はテーパ状に形成されている。そのため、ストッパピストン３１は、嵌合リング３２に滑らかに嵌合する。押し付け手段であるスプリング３３は、嵌合リング３２側にストッパピストン３１を押し付けている。ストッパピストン３１、嵌合リング３２およびスプリング３３は、ハウジング１１に対するベーンロータ２１の相対回転を拘束する拘束手段を構成している。

ストッパピストン３１のチェーンスプロケット１２側に形成された油圧室３４、ならびにストッパピストン３１の外周に形成された油圧室３５に供給される作動油の圧力は、嵌合リング３２からストッパピストン３１が抜け出す方向へ働く。油圧室３４は後述する遅角油圧室のいずれかと連通し、油圧室３５は進角油圧室のいずれかと連通している。ストッパピストン３１の先端部は、ハウジング１１に対し最も進角側にベーンロータ２１が位置するとき嵌合リング３２に嵌合可能である。ストッパピストン３１が嵌合リング３２に嵌合した状態においてハウジング１１に対するベーンロータ２１の相対回転は拘束されている。

ハウジング１１に対しベーンロータ２１が最も進角側から遅角側へ回転すると、ストッパピストン３１と嵌合リング３２との回転方向の位置がずれる。そのため、ストッパピストン３１は、嵌合リング３２に嵌合不能となる。
図２に示すように、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。ここで、遅角油圧室４１、４２、４３、４４は特許請求の範囲の遅角室であり、進角油圧室５１、５２、５３、５４は特許請求の範囲の進角室である。

図１に示すように流体供給源としてのオイルポンプ１は、オイルタンク２から汲み上げた作動油を供給通路３に供給する。切換弁６０は、公知の電磁スプール弁であり、カムシャフト２０の軸受部６よりもオイルポンプ１側において、供給通路３および排出通路４と、遅角通路７０、進角通路８０との間に設置されている。切換弁６０は、電子制御装置（ＥＣＵ）５から電磁駆動部６１に供給されるディーティ比制御された駆動電流により切換制御される。切換弁６０のスプール６２は、駆動電流のディーティ比に基づいて変位する。このスプール６２の位置により、切換弁６０は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４および進角油圧室５１、５２、５３、５４への作動油の供給、ならびに遅角油圧室４１、４２、４３、４４および進角油圧室５１、５２、５３、５４からの作動油の排出を切り換える。切換弁６０への通電をオフした状態では、スプリング６３の押し付け力によりスプール６２は図１および図３に示す位置にある。

図１に示すように、軸受部６により回転を支持されているカムシャフト２０の外周壁には、環状通路２６、２７が形成されている。遅角通路７１は切換弁６０から環状通路２６を通り、進角通路８１は切換弁６０から環状通路２７を通ってカムシャフト２０の内部およびベーンロータ２１のボス部２４の内部に形成されている。

図３および図４に示すように、遅角通路７０は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４と接続する遅角通路７２、７３、７４、７５に分岐している。遅角通路７２、７３、７４、７５は、遅角油圧室４１、４２、４３、４４に作動油を供給するとともに、遅角油圧室４１、４２、４３、４４から流体排出側である排出通路４を経由して作動油を排出する。したがって、遅角通路７２、７３、７４、７５は、遅角供給通路と遅角排出通路とを兼ねている。

進角通路８０は、進角油圧室５１、５２、５３、５４と接続する進角通路８２、８３、８４、８５に分岐している。進角通路８２、８３、８４、８５は、進角油圧室５１、５２、５３、５４に作動油を供給するとともに、進角油圧室５１、５２、５３、５４から排出通路４を経由して作動油を排出する。したがって、進角通路８２、８３、８４、８５は、進角供給通路と進角排出通路とを兼ねている。

逆止弁９０は、遅角通路７４において軸受部６よりも遅角油圧室４３側に設置されている。逆止弁９０は、遅角通路７４と遅角通路７７との間を開閉する。遅角通路７４および遅角通路７７は、特許請求の範囲の第一通路を構成している。逆止弁９０は、遅角通路７４を経由して遅角油圧室４３に接続している。すなわち、遅角油圧室４３は特許請求の範囲の制御室である。逆止弁９０は、オイルポンプ１から遅角通路７７および遅角通路７４を通って遅角油圧室４３に作動油が流入することを許容し、遅角油圧室４３から遅角通路７４および遅角通路７７を通ってオイルポンプ１側へ作動油が逆流することを規制する。

逆止弁９０は、図１および図５に示すように弁部材９３および弁ボディとしてのホルダ９４を有している。ホルダ９４は、ベーンロータ２１のベーン２１３に軸方向へ形成された穴部２８に収容されている。ホルダ９４は、筒状に形成され、内周側に遅角通路７４と遅角通路７７とを接続する通路を形成している。ホルダ９４は、内周側に弁部材９３を移動可能に収容している。弁部材９３は、球形状に形成されている。弁部材９３は、例えばスプリングなどの弾性部材９５によってフロントプレート１５側へ押し付けられている。ホルダ９４は、フロントプレート１５側の端部にシート部９６を有している。弁部材９３は、ホルダ９４のシート部９６に着座可能である。弁部材９３がシート部９６から離座、または弁部材９３がシート部９６へ着座することにより、遅角通路７４と遅角通路７７との間は開閉される。

弁部材９３を移動可能に収容するホルダ９４は、弁部材９３をベーンロータ２１の軸方向へ移動可能に収容している。これにより、弁部材９３は、ホルダ９４の内部をベーンロータ２１の軸方向へ往復移動可能である。そのため、ベーンロータ２１が回転し遠心力が発生しても、弁部材９３の移動は遠心力の影響をほとんど受けない。
ところで、制御室である遅角油圧室４３に接続する遅角通路７４、７７に逆止弁９０を設置することにより、トルク変動によって遅角油圧室４３からの作動油の流出を逆止弁９０が規制するとき、遅角油圧室４３における作動油の圧力は上昇する。そのため、遅角油圧室４３からの作動油の漏れが生じやすくなる。そこで、遅角油圧室４３に接するシール部材すなわちシュー１３３に設置されているシール部材２５およびベーン２１３に設置されているシール部材２５のシール効果は、他の各シューおよび各ベーンに設置されている各シール部材よりも高くしている。これにより、トルク変動が生じる場合でも、遅角油圧室４３からの作動油の漏れを抑制することができる。

逆止弁９０の遅角油圧室４３側からは、図３および図４に示すように遅角通路７４と遅角通路７０とを接続する第二通路としての遅角通路７８が分岐している。この遅角通路７８には、制御弁１００が設置されている。制御弁１００は、図１および図５に示すようにベーンロータ２１の内部に往復移動可能に弁部材としてのスプール１０１を収容したスプール弁である。制御弁１００は、軸受部６よりも遅角油圧室４３側に設置されている。

制御弁１００には、図３および図４に示すように遅角通路７０から分岐する遅角パイロット油路１０２および進角通路８０から分岐する進角パイロット油路１０３が接続している。制御弁１００は、スプール１０１を有している。スプール１０１は、ベーンロータ２１の穴部２９に収容されている。穴部２９は、図１および図５に示すようにベーンロータ２１のベーン２１３の内部をベーンロータ２１の軸方向へ伸びて形成されている。これにより、スプール１０１は、ベーンロータ２１の内部をベーンロータ２１の軸方向へ往復移動可能である。

制御弁１００のスプール１０１は、遅角パイロット油路１０２および進角パイロット油路１０３を経由して供給される作動油から受ける力のバランスによって移動する。遅角パイロット油路１０２は、遅角通路７７を兼用し、スプール１０１のフロントプレート１５側に接続している。一方、進角パイロット油路１０３は、ベーンロータ２１のチェーンスプロケット１２側に接続している。

進角パイロット油路１０３から作動油が導入されると、図５（Ａ）に示すようにスプール１０１はフロントプレート１５側へ移動する。そのため、遅角通路７８は開放される。一方、遅角パイロット油路１０２から作動油が導入されると、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すようにスプール１０１はチェーンスプロケット１２側へ移動する。そのため、遅角通路７８は遮断される。このように、制御弁１００は、遅角油圧室４３と排出通路４とを接続する遅角通路７８を開閉する。

上述のように、スプリング１８はベーンロータ２１をハウジング１１に対し進角方向へ押し付けている。そのため、バルブタイミング調整装置１０は、スプリング１８の押し付け力によって、進角方向への位相変換速度が遅角方向への位相変換速度に比較して速くなる。すなわち、本実施形態の場合、バルブタイミング調整装置１０は、遅角方向への位相変換速度が遅くなる。そこで、本実施形態では、逆止弁９０および制御弁１００は、位相変換速度が遅くなる遅角側の油圧室すなわち遅角油圧室４３に接続している。
以上の通路構成により、オイルポンプ１から遅角油圧室４１、４２、４３、４４、進角油圧室５１、５２、５３、５４、油圧室３４および油圧室３５に作動油を供給可能になるとともに、各油圧室から排出通路４へ作動油を排出可能になる。

次に、バルブタイミング調整装置１０の作動を説明する。
エンジンが停止しているとき、ストッパピストン３１は図１に示すように嵌合リング３２に嵌合している。エンジンを始動した直後の状態では、遅角油圧室４１、４２、４３、４４、進角油圧室５１、５２、５３、５４、油圧室３４および油圧室３５にオイルポンプ１から十分な圧力の作動油が供給されない。そのため、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、クランクシャフトに対しカムシャフト２０は最進角位置に保持されている。これにより、作動油が各油圧室に供給されるまでの間、カムシャフト２０が受けるトルク変動によってハウジング１１とベーンロータ２１との衝突による異音の発生が防止される。

エンジンが始動され、オイルポンプ１から作動油が十分に供給されると、油圧室３４または油圧室３５に供給される作動油の油圧によってストッパピストン３１は嵌合リング３２から抜け出す。そのため、ベーンロータ２１は、ハウジング１１に対し回転可能となる。そして、遅角油圧室４１、４２、４３、４４および進角油圧室５１、５２、５３、５４に供給する作動油を制御することにより、クランクシャフトに対するカムシャフト２０の位相差が調整される。

（進角側への位相制御）
切換弁６０への通電がオンのとき、スプール６２はスプリング６３の押し付け力に抗して加わる電磁駆動部６１の駆動力によって図４に示す位置にある。この状態のとき、供給通路３から進角通路８０に作動油が供給され、進角通路８０から進角油圧室５１、５２、５３、５４へ作動油が供給される。また、この状態のとき、遅角油圧室４１、４２、４４の作動油は、遅角通路７０および切換弁６０を経由して排出通路４に排出される。遅角油圧室４３の作動油は、遅角通路７３に接続している逆止弁９０へ流入する。このとき、逆止弁９０では、遅角通路７７側よりも遅角油圧室４３側の遅角通路７４の作動油の圧力が高くなる。そのため、逆止弁９０は、図５（Ａ）に示すように弁部材９３がシート部９６に着座し、遅角油圧室４３に接続する遅角通路７４と遅角通路７７との間を遮断する。

一方、このとき、制御弁１００には、進角通路８３に接続する進角パイロット油路１０３から作動油が供給されている。そのため、制御弁１００は、図５（Ａ）に示すように供給された作動油から受ける力によって遅角通路７８を開放する。その結果、遅角油圧室４３から排出された作動油は、遅角通路７４、遅角通路７８、制御弁１００、遅角通路７０および切換弁６０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に作動油が供給され、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の作動油から力を受けるとともに、スプリング１８の押し付け力を受ける。その結果、ベーンロータ２１はハウジング１１に対し進角側へ回転する。

（遅角側への位相制御）
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の押し付け力によって図１および図３に示す位置へ移動する。この状態において、供給通路３から遅角通路７０に作動油が供給され、遅角通路７０を経由して遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ作動油が供給される。遅角油圧室４３の場合、遅角通路７７から逆止弁９０を経由して作動油が供給される。一方、進角油圧室５１、５２、５３、５４の作動油は、進角通路８２、８３、８４、８５から進角通路８０、切換弁６０、排出通路４を経由して排出通路４に排出される。このように、遅角油圧室４１、４２、４３、４４に作動油が供給され、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の作動油から力を受ける。その結果、ベーンロータ２１はハウジング１１に対し遅角側へ回転する。このとき、制御弁１００には、遅角通路７０に接続する遅角パイロット油路１０２から作動油が供給されている。そのため、制御弁１００は、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように供給された作動油から受ける力によって遅角通路７８を遮断している。

遅角油圧室４１、４２、４３、４４に作動油を供給し、進角油圧室５１、５２、５３、５４から作動油を排出することによりベーンロータ２１を遅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に対し遅角側および進角側にトルク変動を受ける。このとき、ベーンロータ２１が受けるトルク変動には、スプリング１８の押し付け力が加わるため、平均すると進角側に大きく働く。ベーンロータ２１が遅角側にトルク変動を受けるとき、ベーンロータ２１の回転によって遅角油圧室４３における作動油の圧力は低下する。その結果、遅角油圧室４３に接続する遅角通路７３における作動油の圧力は低下し、遅角通路７７における作動油の圧力は遅角通路７３における作動油の圧力よりも高くなる。したがって、図５（Ｂ）に示すように逆止弁９０は開弁し、作動油は遅角油圧室４３へ速やかに供給される。

一方、ベーンロータ２１が進角側にトルク変動を受けると、遅角油圧室４１、４２、４３、４４の作動油は遅角通路７２、７３、７４、７５に流出する力を受ける。そのため、遅角油圧室４３における作動油の圧力は上昇する。その結果、遅角油圧室４３に接続する遅角通路７３における作動油の圧力は上昇し、遅角通路７７における作動油の圧力は遅角通路７３における作動油の圧力よりも低くなる。したがって、図５（Ｃ）に示すように逆止弁９０は遅角通路７３と遅角通路７７との間を遮断する。

上述のように、ベーンロータ２１が遅角側へ移行するとき、制御弁１００は遅角通路７８を遮断している。これにより、ベーンロータ２１が進角側へトルク変動を受けると、逆止弁９０は遅角通路７３を遮断し、制御弁１００は遅角通路７８を遮断する。そのため、遅角油圧室４３の作動油は遅角通路７３側へ排出されない。したがって、オイルポンプ１から供給される作動油の油圧が低いときに、ベーンロータ２１が進角側にトルク変動を受けても、ベーンロータ２１はハウジング１１に対して進角側へ戻されない。その結果、遅角油圧室４１、４２、４４からも作動油は排出されない。これにより、ベーンロータ２１がカムシャフト２０から進角側へトルク変動を受けても、ベーンロータ２１がハウジング１１に対し目標位相と反対の進角側へ戻ることが防止できる。その結果、ベーンロータ２１は、遅角側の目標位相へ速やかに到達する。

ベーンロータ２１が目標位相に到達すると、ＥＣＵ５は切換弁６０に供給する駆動電流のデューティ比を制御し、スプール６２を図３と図４との中間位置に保持する。その結果、切換弁６０は、遅角通路７０および進角通路８０と、オイルポンプ１および排出通路４との接続を遮断し、遅角油圧室４１、４２、４３、４４および進角油圧室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は、目標位相に保持される。

本実施形態では、ベーンロータ２１をハウジング１１に対し進角側へ押し付けるスプリング１８を備えている。そして、遅角油圧室４３に接続する遅角通路７３と遅角通路７７との間に逆止弁９０を設置し、遅角通路７３から分岐する遅角通路７８に制御弁１００を設置している。逆止弁９０は、遅角通路７７側から遅角通路７３および遅角油圧室４３への作動油の供給を許容し、遅角油圧室４３から遅角通路７７側への作動油の排出を規制する。これにより、ベーンロータ２１をスプリング１８の押し付け方向とは逆の遅角側の目標位相に制御するとき、ベーンロータ２１がカムシャフト２０からトルク変動を受けても、逆止弁９０が設置されている遅角通路７３に接続する遅角油圧室４３からの作動油の流出を防止することができる。複数の遅角油圧室４１、４２、４３、４４のうち一室の遅角油圧室４３から作動油の流出を防止することにより、遅角油圧室４１、４２、４４からの作動油の流出を防止することができる。その結果、位相制御中にベーンロータ２１が目標位相から進角側へ戻ることを防止するので、ベーンロータ２１は速やかに目標位相へ到達する。したがって、ベーンロータ２１がスプリング１８の押し付け方向と逆方向へ相対回転する場合でも、位相制御の応答性を向上させることができる。

また、ベーンロータ２１をスプリング１８の押し付け方向へ回転させる場合、ベーンロータ２１はスプリング１８の押し付け力および進角油圧室５１、５２、５３、５４に供給された作動油から受ける力により相対回転する。したがって、進角油圧室５１、５２、５３、５４に接続する進角通路８１、８２、８３、８４に逆止弁を設置しなくても、ベーンロータ２１は速やかに目標位相へ到達する。

本実施形態では、遅角通路７８に設置されている制御弁１００は、ベーンロータ２１をスプリング１８の押し付け方向すなわち進角側へ位相制御するとき、遅角通路７８を開放する。一方、制御弁１００は、ベーンロータ２１をスプリング１８の押し付け方向と逆方向すなわち遅角側へ位相制御するとき、遅角通路７８を遮断する。そのため、ベーンロータ２１をスプリング１８の押し付け方向へ位相制御するとき、遅角通路７８を経由した遅角油圧室４３からの作動油の排出を逆止弁９０よりもオイルポンプ１側へ接続することができる。したがって、遅角油圧室４１、４２、４３、４４、および進角油圧室５１、５２、５３、５４への作動油の供給、ならびにこれらからの作動油の排出を切り換える切換弁６０に、専用ポートを設置する必要がなく、切換弁６０の構造を簡単にすることができる。

本実施形態では、遅角油圧室４１、４２、４３、４４および進角油圧室５１、５２、５３、５４がそれぞれ複数形成され、各遅角油圧室および各進角油圧室にオイルポンプ１から作動油が供給される。そのため、ベーンロータ２１が各遅角油圧室および各進角油圧室の作動油から遅角側および進角側に油圧を受ける受圧面積が大きい。その結果、気筒数が多くトルク変動の小さいエンジンであっても、低い油圧でベーンロータ２１を所定の位相に制御することができる。また、逆止弁９０は遅角油圧室４３に接続する遅角通路７３、７７に設置される。そのため、逆止弁９０の部品点数を低減することができる。

さらに、本実施形態では、逆止弁９０は軸受部６よりも遅角油圧室４３側に設置されている。そのため、遅角側への位相制御時にベーンロータ２１がカムシャフト２０から進角側へトルク変動を受けると、軸受部６よりも遅角油圧室４３側で逆止弁９０が遅角通路７３および遅角通路７７を遮断する。これにより、ベーンロータ２１が遅角側および進角側にトルク変動を受け遅角油圧室４３における作動油の油圧が変動しても、この圧力変動は逆止弁９０のオイルポンプ１側に位置するカムシャフト２０と軸受部６との摺動部に伝達されない。したがって、ベーンロータ２１がトルク変動を受けても、遅角油圧室４３の作動油がカムシャフト２０と軸受部６との摺動部から漏れることが防止され、位相制御の応答性を高めることができる。

さらに、本実施形態では、切換弁６０は、軸受部６のオイルポンプ１側において、ベーンロータ２１、ハウジング１１およびカムシャフト２０の外部に設置されている。したがって、ベーンロータ２１、ハウジング１１およびカムシャフト２０の大型化を招くことはない。

（その他の実施形態）
本実施形態では、バルブタイミング調整装置１０を排気バルブのバルブタイミングの調整に適用する例について説明した。しかし、バルブタイミング調整装置１０は、吸気バルブのバルブタイミングの調整に適用することもできる。

また、本実施形態では、スプリング１８を用いてベーンロータ２１を進角側へ押し付け、スプリング１８の押し付け方向とは逆方向へベーンロータ２１を押し付ける遅角油圧室４３に逆止弁９０を設置する例について説明した。しかし、スプリング１８の押し付け方向は進角側に限らず遅角側でもよく、スプリング１８によって位相変換速度が低下する側の油圧室に逆止弁９０を設置する構成としてもよい。

本実施形態では、カムシャフト２０の軸受部６の遅角油圧室４３側に遅角油圧室４３からの作動油の排出を規制する逆止弁９０を設置したが、軸受部６のオイルポンプ１側に逆止弁９０を設置してもよい。また、カムシャフト２０の軸受部６の遅角油圧室４３側に制御弁１００を設置したが、軸受部６のオイルポンプ１側に制御弁１００を設置してもよい。

また、本実施形態では、チェーンスプロケット１２によりクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフト２０に伝達する構成を採用したが、タイミングプーリまたはタイミングギアなど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ロータ２１で受け、従動軸としてのカムシャフト２０とハウジング１１とを一体に回転させることも可能である。

また、本実施形態において、制御弁１００が設置されている遅角通路７８の排出側は、逆止弁９０のオイルポンプ１側の遅角通路７０と接続せず、オイルタンク２に直接作動油を排出してもよい。
本実施形態では、逆止弁９０の弁部材９３はベーンロータ２１の回転軸方向に作動したが、オイルポンプ１から遅角油圧室４３への作動油の流れを許容し、遅角油圧室４３からオイルポンプ１側への作動油の流れを規制できるのであれば、逆止弁９０は回転軸方向以外に作動してもよい。

本実施形態では、ストッパピストン３１が軸方向に移動して嵌合リング３２に嵌合したが、ストッパピストンが半径方向に移動し嵌合リングに嵌合する構成にすることも可能である。また、ストッパピストン３１、嵌合リング３２およびスプリング３３からなる拘束手段によりハウジング１１に対するベーンロータ２１の相対回動を拘束したが、バルブタイミング調整装置１０が拘束手段を持たない構成も可能である。

以上のように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置の概略を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図であって、ベーンロータの位相が遅角側にある状態を示す図。 本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置およびその油圧回路の構成を示す概略図であって、ベーンロータの位相が遅角側にある状態を示す図。 本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置およびその油圧回路の構成を示す概略図であって、ベーンロータの位相が進角側にある状態を示す図。 本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置の逆止弁および制御弁の近傍を拡大した図。

符号の説明

１ オイルポンプ（流体供給源）、６ 軸受部、１０ バルブタイミング調整装置、１１ ハウジング、１８ スプリング（ロータ付勢弾性部材）、２０ カムシャフト（従動軸）、２１ ベーンロータ、２５ シール部材、４１、４２、４４ 遅角油圧室（遅角室）、４３ 遅角油圧室（遅角室、制御室）、５１、５２、５３、５４ 進角油圧室（進角室）、６０ 切換弁、７０、７１、７２、７３、７５ 遅角通路、７４、７７ 遅角通路（第一通路）、７８ 遅角通路（第二通路）、８０、８１、８２、８３、８４ 進角通路、９０ 逆止弁、１００ 制御弁、１０１ スプール（弁部材）、１３５ 収容室、２１１、２１２、２１３、２１４ ベーン

Claims (11)

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、
   前記駆動軸または前記従動軸の一方とともに回転し、所定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、
   前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、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および進角室の作動流体圧力により前記ハウジングに対し遅角側または進角側に相対回転駆動されるベーンロータと、
   前記ハウジングと前記ベーンロータの間に設けられ、前記ハウジングに対して前記ベーンロータを進角側または遅角側へ回転駆動する方向に押し付けるロータ付勢弾性部材と、
   前記ロータ付勢弾性部材の押し付け力によって、前記ハウジングに対する前記ベーンロータの相対回転駆動速度が進角側または遅角側の一方に対して遅角側または進角側の他方が遅くなる側の前記遅角室または前記進角室のうち少なくともいずれか一つの遅角室または進角室を制御室とし、前記遅角室または前記進角室と作動流体を供給する流体供給源とを接続する遅角通路または進角通路のうち前記制御室に接続する通路を第一通路とするとき、前記第一通路に設けられ前記流体供給源から前記制御室への作動流体の流れを許容し、前記制御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、
   前記制御室と前記逆止弁との間から分岐して、前記逆止弁よりも前記流体供給源側の前記第一通路に接続され、前記制御室からの作動流体を排出する第二通路と、
   前記第二通路に設けられ、前記第二通路から前記第一通路への作動流体の流れを制御する制御弁と、を備え、
   前記進角通路または前記遅角通路のうち前記逆止弁よりも流体供給源側に設けられた通路は、作動流体を前記遅角室または前記進角室へ供給するための供給通路と、作動流体を前記遅角室または前記進角室から排出するための排出通路とを兼ねることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記遅角室および前記進角室は、それぞれ三室以上形成されている請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
3. 前記制御室は前記複数の遅角室および進角室のうち一室に設定され、前記逆止弁は前記制御室のみに作動流体を供給する前記第一通路に設置されている請求項１または２記載のバルブタイミング調整装置。
4. 前記制御室からの作動流体の漏れを防止するシール部材のシール効果は、他の遅角室または進角室よりも高い請求項３記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記遅角通路、前記進角通路および前記第一通路は、前記従動軸の軸受部および前記従動軸を通って前記遅角室または前記進角室に接続しており、
   前記逆止弁は、前記軸受部よりも前記第一通路の前記制御室側に設置されている請求項１から４のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記遅角室および前記進角室への作動流体の供給、ならびに前記遅角室および前記進角室からの作動流体の排出を切り換える切換弁をさらに備え、
   前記遅角通路、前記進角通路、前記第一通路および前記第二通路は、前記従動軸の軸受部および前記従動軸を通って前記遅角室または前記進角室に接続しており、
   前記切換弁は、前記軸受部よりも前記流体供給源側に設置されている請求項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. 前記逆止弁は、前記ベーンに設置されている請求項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. 前記逆止弁は、前記ベーンロータの回転軸方向に作動する請求項７記載のバルブタイミング調整装置。
9. 前記第二通路に設置され、前記第二通路における作動流体の流れを制御する制御弁をさらに備える請求項１から８のいずれか一項記載のバルブタイミング調整装置。
10. 前記制御弁は、前記第二通路を開閉する弁部材を有し、
    前記弁部材は、前記遅角通路または前記進角通路のうち前記第一通路が接続されていない方の通路から作用する作動流体圧力と前記第一通路の前記逆止弁よりも流体供給源側から作用する作動流体圧力とにより駆動され、前記第二通路を開閉することを特徴とする請求項９記載のバルブタイミング調整装置。
11. 前記遅角通路、前記進角通路および前記第一通路は、前記従動軸の軸受部および前記従動軸を通って前記遅角室または前記進角室に接続しており、
    前記制御弁は、前記軸受部よりも前記制御室側に設置されている請求項９または１０記載のバルブタイミング調整装置。

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