(57)【要約】【課題】アシストスプリングを有するバルブタイミング調整装置において、作動速度と保持制御での安定性を装置自身によって確保・改善する。【解決手段】作動油圧室として有効に作用する進角側油圧室数を遅角側油圧室数より少なくし、ロータ４を進角方向に付勢するアシストスプリングトルク２７を低回転域でのカム平均トルクの最大値より大きく設定したので、進角側アシストスプリング設置による遅角方向の作動速度低下を防止することができ、進角側作動時の消費油量を削減することにより進角側作動速度も向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気側カムシャフトに取付けられ、排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング調整装置であって、
内周部に複数の油圧室を形成する複数のシューを有するケースと、
前記複数の油圧室を複数の進角側油圧室と遅角側油圧室に区画するベーンを有するロータと、
前記ベーンと前記シューとの間に配置され前記ロータを進角方向に付勢するアシストスプリングとを備え、
作動油圧室として有効に作用する進角側油圧室数を遅角側油圧室数より少なくし、前記
アシストスプリングのトルクを低回転域でのカム平均トルクの最大値より大きく設定したことを特徴とするバルブタイミング調整装置。
【請求項２】
アシストスプリングの最遅角位置でのトルクを、低回転域での油圧による装置発生トルクより小さく設定したことを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項３】
装置発生トルクは、低回転域でかつ高油温時での油圧によることを特徴とする請求項２記載のバルブタイミング調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の排気側カムシャフトに取付けられ、排気バルブの開閉タイミングを油圧により制御するバルブタイミング調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで自動車用内燃機関のバルブタイミング調整装置は種々考案されている。特に排気側への適用にあたっては遅角側に作用するカムトルクと装置の始動時基準位置（最進角位置）が異なることから、ロータを進角方向に付勢するためのアシストスプリングを設置し、そのトルク設定についても種々考案されている。特許文献１はその１つである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０６８３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術によれば、アシストスプリングの付勢トルクを始動時の最大トルクより大きく設定している。このような大きなトルクを一方向に与えると、通常運転時、バルブタイミング調整装置が油圧により作動する際の負荷として作用し、作動性が著しく低下してしまうことになり、内燃機関の性能に悪影響を与えることが考えられる。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、アシストスプリングを有し作動速度と保持制御での安定性を装置自身によって確保・改善するバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、作動油圧室として有効に作用する遅角側油圧室数ｎに対して、進角側油圧室数ｎ／２とし、ロータを進角方向に付勢するアシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルクの最大値より大きく設定したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、遅角側油圧室数ｎに対して、進角側油圧室数ｎ／２と少なくしたことで、遅角動作時の進角油圧室での残圧による負荷抵抗を削減することができる。この結果、進角側アシストスプリング設置による遅角方向の作動速度低下を防止することができ、進角側作動時の消費油量を削減することにより進角側作動速度も向上することができる。また、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定することで、バルブタイミング調整装置の中間保持制御時、進角側油圧室数が少ないことに起因する装置内の油圧低下を防止でき、保持制御時のロータ振れ拡大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の径方向の断面図である。
【図２】実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の軸方向の断面図である。
【図３】平均トルクと交番トルクの説明図である。
【図４】ＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）の印加電流に対する発生トルクの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１、図２はこの発明の最良の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置の径方向、軸方向の各断面図を示し、図１は図２のＡ−Ａ線に沿う横断面図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図において、ケース１は、図示しないクランクからの駆動力を伝達するためのスプロケット部２を外周に形成し、内周部には油圧室を形成するためのシュー３ａ〜３ｄを有している。この実施の形態１では４つの油圧室を形成することになる。
【００１０】
ロータ４は、ケース１のシュー３ａ〜３ｄで形成された４つの油圧室を進角側油圧室５ａ〜５ｄと遅角側油圧室６ａ〜６ｄに区画すると共に油圧の受圧部でもあるベーン７ａ〜７ｄがほぼ９０°間隔で外側に配置されている。このロータ４はボス部９がケース１の内側摺動部８と所定のクリアランスを有して摺接しており、オイルシールと軸受け機能を有している。ここでケース１のシュー３ａ〜３ｄの先端部は、その周方向の角部がおよそＲ０．０５程度のエッジに形成されている。これにより軸受け部であるクリアランスに異物が噛み込むことを防止している。
【００１１】
また、ベーン７ａ〜７ｄの先端部には溝７０が形成されており、この溝７０内には各油圧室間のオイル流れを規制するシール部材１０が配置されている。また、ロータ４はボス部９の内側で図示しないカムシャフトに挿入され、図示しないボルトで締結固定されている。ケース１とロータ４は、その両端面をカバー１１とハウジング１２で封止されており、それらは４つのボルト１３で締結されている。１４はロータ４のカムシャフトとの合わせ面である。
【００１２】
次に、ロータ４に形成された油通路について説明する。ロータ４のボス部９には、カムシャフトに形成された図示しない油通路と連通し、径方向に貫通形成された進角側通路１７ａ、１７ｂ、遅角側通路１８ａ〜１８ｄがあり、それぞれ進角側油圧室５ａ、５ｃ及び遅角側油圧室６ａ〜６ｄに連通して作動油を油圧室に供給する構成となっている。
【００１３】
ここで、遅角側については油圧室と供給通路がそれぞれ４つずつあり、何れの遅角側油圧室にも油圧は供給される、即ち遅角側油圧室の数は４である。他方進角側については、油圧室は５ａ〜５ｄと４つ形成されているが、供給通路は１７ａ、１７ｂの２本のみである。即ち、進角側油圧室５ａ、５ｃにしか作動油は供給されず有効となる油圧室は２である。このように進角側油圧室数は遅角側油圧室数よりも少なくなっている。
【００１４】
また、残りの進角側油圧室５ｂ、５ｄには作動油は供給されず、これらの油圧室はケース１の外周側壁に形成された貫通穴１９により常に外部に開放されている。この結果、常に外部に開放された進角側油圧室５ｂ、５ｄに隣接する、ケースの内側摺動部８とロータのボス部９で形成される軸受け部にはオイルが供給されないため、焼付き等の問題が懸念される。そこで、油圧が供給される進角側油圧室５ａ、５ｃのオイルをこの軸受け部に供給する油溝（図示せず）がハウジング１２に形成されている。
【００１５】
ケース１のシュー３ａには、径方向に貫通した穴２１が形成されており、ロータ４のボス部９に形成された嵌合穴２２に嵌合することでロータ４を始動時基準位置である最進角位置で規制するためのロックピン２３が移動可能に収容されている。ロックピン２３はスプリング２４で嵌合する方向へ付勢され、スプリング２４はストッパ２５により保持されている。またロックピン２３は、嵌合穴２２の底部に開口した遅角側油通路２６により遅角側油圧が印加され、先端部にて受圧することでスプリング２４に抗して径外方向へ後退し、ロータ４の規制を解除することができる。
【００１６】
次にロータ４を進角方向に付勢するためのアシストスプリング２７について説明する。ロータ４のベーン７ａ〜７ｄとケース１のシュー３ａ〜３ｄには、それぞれ軸方向に貫通した溝２８、２９が形成されており、この溝２８、２９にはそれぞれ樹脂製のホルダ３０、３１が挿入されている。アシストスプリング２７は、ホルダ３０、３１の側面に形成された有底の穴３２、３３に挿入されている。
このようにしてアシストスプリング２７は進角側油圧室内に配置されている（この実施の形態では、各油圧室に２本で、計８本配置されている）。
【００１７】
アシストスプリング２７の発生するトルクは、最も小さくなる最進角位置で、１０００〜１５００ｒｐｍ程度の低回転域でのカム平均トルク最大値（カムシャフトのトルクと、例えば回転数や負荷によって異なる高圧燃料ポンプの駆動トルクの最大値の合計値）よりも大きく設定してある。また同様の低回転領域でかつ１２０℃程度の高油温時で油圧が最も小さくなる（およそ５０〜１００ｋＰａ程度）時の油圧による遅角側装置発生トルクより小さくなるように、最も大きくなる最遅角位置でのトルクを設定している。
【００１８】
図３はカムシャフトに作用するトルク特性を示したもので、カムトルクは主にカム面の摩擦力とバルブスプリング反力から決定され遅角側と進角側とに逐次周期的に変動し、しかもカムシャフト回転方向から遅角側にシフトしている。この逐次変動しているカムトルクをカム交番トルクと称し、その平均をカム平均トルクと称している。
【００１９】
次に装置の動作について説明する。まず、エンジン始動時やアイドリング時などバルブタイミング調整装置が基準位置である最進角位置に制御されるとき、図示しないオイルコントロールバルブには通電されておらず、図示しないエンジン内進角側通路を通じてバルブタイミング調整装置の進角側油圧室５ａ、５ｃに油圧が供給され、ロータ４は最進角位置に固定されている。この時ロックピン２３は嵌合穴２２と嵌合している。
【００２０】
次いで、回転数の上昇などによりバルブタイミング調整装置に対して遅角作動の指令が出されると、オイルコントロールバルブに所定の電流が印加され、遅角側の出力ポートが開き、図示しないエンジン内遅角側通路を通じて、まずバルブタイミング調整装置の遅角側油通路２６にオイルが供給されロックピン２３の先端部で受圧することで、このロックピン２３はスプリング２４の付勢力に抗して径外方向へ移動し、嵌合穴２２から抜け出て、ロータ４の規制を解除する。
【００２１】
ここで、ロックピン２３が嵌合している状態では、遅角側通路１８ａ〜１８ｄはケース１のシュー部で閉塞されており、遅角側油圧室６ａ〜６ｄに油圧は供給されない。ロックピン２３が解除されると、カム交番トルクによりロータ４が振れることで、閉塞されていた遅角側通路１８ａ〜１８ｄが開いて遅角側油圧室６ａ〜６ｄへオイルが供給される。遅角側油圧室６ａ〜６ｄへオイルが供給されると、ロータ４に遅角方向の回転トルクが発生し、遅角方向のカムトルクと合わせて、進角方向のアシストスプリングトルクに抗して作動を始める。
【００２２】
この時、反対側の進角側油圧室内に充満していたオイルは進角側通路１７ａ、１７ｂ、及びエンジン内進角側通路、オイルコントロールバルブ内を通じて、ほぼ大気圧のエンジン内の空間へ排出される。しかし、ロータ４が所定速度で作動している状態であること（オイルの流れは所定の流速をもっている）、排出されるオイルは上記通路部の抵抗を受けていることから排出側の進角側油圧室内にも残圧が残っている（通常の装置作動状態では、元圧の約３０〜４０％の残圧が発生している）。
【００２３】
従って、遅角側動作の際には、進角側油圧室内の残圧によって生じる進角側の油圧トルクをも負荷として動作する必要がある。ここで実施の形態１では、遅角側油圧室数：４に対して、進角側油圧室数：２として、上記残圧による負荷抵抗も１／２となっているので、遅角動作可能な領域が広く設定できる（より低回転数領域から、より高油温範囲でも動作可能）とともに、作動速度も向上することができる。
【００２４】
また、反対の進角側動作を考えた場合、遅角側油圧室の残圧は通常レベルであるが、進角側油圧室数：２であることにより単位角度当たりの動作に必要とする消費油量が１／２になっていることから、作動速度向上が可能である。なお、進角側油圧室数が１／２になって、油圧発生トルクは低くなっているが、進角方向のアシストスプリング２７によりその低下分は補っており、性能への影響はない。
【００２５】
バルブタイミング調整装置の動作形態として、上述の遅角側動作、進角側動作のほか、所定の中間角度での保持がある。これは、オイルコントロールバルブにコントロールユニットで演算した所定の電流値を印加することでオイルコントロールバルブからの供給流量を微小に調整し、進角側と遅角側の油圧トルクを最適にすることで、ロータ４を所定の角度で保持制御するものである。即ち、装置に作用する遅角方向のカムトルク、進角方向のアシストスプリングトルク、進角／遅角方向の油圧トルクが釣り合うように調整している。この状態をオイルコントロールバルブの印加電流とバルブタイミング調整装置の発生トルクとの関係で図４に定量的に示す。
【００２６】
図４において、遅角側を示す曲線と進角側を示す曲線の交点Ｐは、遅角側油圧トルクと進角側油圧トルクが釣り合っている点を示す。即ち、交点Ｐとなる電流値Ｉpで制御される状況は、装置に外力として作用する遅角方向のカムトルクと進角方向のアシストスプリングトルクが釣り合っている状態である。ここで、カムトルク：Ｔｃａｍ、スプリングトルク：Ｔｓｐ、進角の油圧トルク：Ｐａｄ、遅角の油圧トルク：Ｐｒｅとすると、下記の（１）式として表現できる。
遅角側（Ｔｃａｍ＋Ｐｒｅ）＝進角側（Ｔｓｐ＋Ｐａｄ）・・・・・（１）
【００２７】
この交点Ｐより右側（高電流側）ではアシストスプリングトルク＞カムトルク、左側（低電流側）ではアシストスプリングトルク＜カムトルクとなる状況を示している。交点Ｐより右側の領域では、所定のトルク差：ΔＴを発生させる場合、遅角側・進角側ともに高いトルクでロータを保持することができるため、カム変動トルクを受けた際にもロータの振れは小さく抑制することができる。
【００２８】
他方、交点Ｐより左側の領域では、同じトルク差：ΔＴ（先のΔＴとは方向が異なる）を発生させる場合を考える。この場合、進角側油圧室数：２であることにより、進角側の最大トルクは遅角側に比べて１／２になっており、遅角側・進角側ともに低いトルクで保持することになり、カム変動トルクを受けた際のロータ振れが大きくなってしまう。ロータ振れが大きくなることにより排気バルブの開閉タイミングにも影響を及ぼし、エンジンの燃焼や回転に影響を与える懸念がある。特にこの現象はオイルポンプの元圧が低下する低回転域（１０００〜１５００ｒｐｍ）で問題になる。
【００２９】
ここで、実施の形態１では、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定してあるため、低回転域においては交点Ｐより右側でのみ中間保持制御を行うことになる。従って、進角側・遅角側ともに高いトルクで保持することによりロータの振れは抑制される。また、アシストスプリングトルクの最小値は上述の設定になっているが、最大値も遅角動作速度確保の観点から、最低油圧（例えば５０ｋＰａ）で発生する遅角側油圧トルク（通常の装置サイズの場合、４〜５Ｎｍ）より小さく設定している。従って、スプリングトルクが過大なことに起因する遅角速度の過度の低下を防止することができる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、進角側油圧室数を遅角側油圧室数より少なくする構成であるので、遅角動作時の進角油圧室での残圧による負荷抵抗を削減し、進角側アシストスプリング設置による遅角方向の作動速度低下を防止することができるとともに、進角側作動時の消費油量を削減することにより進角側作動速度も向上することができる。
また、アシストスプリングトルクを低回転域でのカム平均トルク最大値より大きく設定する構成であるので、バルブタイミング調整装置の中間保持制御時、進角側油圧室数が少ないことに起因する装置内の油圧低下を防止でき、保持制御時のロータ振れ拡大を防止することができる。
【００３１】
また、アシストスプリングの最遅角位置でのトルクを、低回転域での油圧による遅角側装置発生トルクより小さく設定し、装置発生トルクは、低回転域でかつ高油温時での油圧による構成としたので、進角側のスプリングトルクが過大になることにより、低回転域の油圧が低い状態での遅角側への作動が不可能になったり、作動速度が極度に低下することを防止することができる。またスプリングトルク増大に伴う装置の大型化を防止することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ケース、２  スプロケット、３ａ〜３ｄ  シュー、４  ロータ、５ａ〜５ｄ  進角側油圧室、６ａ〜６ｄ  遅角側油圧室、７ａ〜７ｄ  ベーン、８  内側摺動部、９  ボス部、１０  シール部材、１１  カバー、１２  ハウジング、１３  ボルト、１７ａ、１７ｂ  進角側通路、１８ａ〜１８ｄ  遅角側通路、１９  貫通穴、２１  貫通穴、２２  嵌合穴、２３  ロックピン、２４  スプリング、２５  ストッパ、２６  遅角側油通路、２７  アシストスプリング、２８，２９  溝、３０，３１  ホルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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