(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記内燃機関の回転数に追従して高低する作動流体圧を前記遅角室及び前記進角室へ供給する流体圧供給源と、
前記遅角室又は前記進角室のうち少なくともいずれか一つを特定流体室とし、前記流体圧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特定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る逆止弁であって、弁座、前記弁座に対して離着座する弁部材並びに復原力により前記弁部材を前記弁座側へ押圧する弾性部材を有し、前記流体圧供給源から供給される作動流体圧により前記弁部材が前記復原力に抗して前記弁座から離座することで前記流体圧供給源側から前記特定流体室への作動流体の流れを許容し、前記特定流体室の作動流体圧により前記弁部材が前記弁座に着座することで前記特定流体室から前記流体圧供給源側への作動流体の流れを規制する逆止弁と、
を備え、
前記弾性部材及び前記弁部材からなるバネマス系の固有振動数は、前記吸気弁及び前記排気弁の少なくともいずれか一方から前記従動軸へ伝達される変動トルクの変動周波数が前記内燃機関の常用回転数域において変化する範囲内に設定され、前記遅角室又は前記進角室の流体圧により前記ベーンロータに与えられる回転トルクが前記変動トルクのピーク値と一致するときの前記変動周波数に設定されることを特徴とする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】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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圧が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圧が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へ向かうことを妨げるものであるため、目標位相を実現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規制し、目標位相を迅速に達成する技術が考えられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０６１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、変動トルクの変動周波数は内燃機関の回転数に追従して高低するものであるため、特許文献１に開示の技術では、内燃機関の高回転数域において逆止弁の開閉頻度が増大する。このような開閉頻度の増大は、逆止弁の耐久時間の低下を招くことになるため、望ましくない。一方、ポンプ等の流体圧供給源から流体室へ供給される流体圧が十分に高いときには、流体圧によってベーンロータに与えられる回転トルクが変動トルクよりも大きくなる。この場合、流体室からの流体流出を逆止弁によることなく、当該供給流体圧によって規制可能である。
本発明は、こうした知見に基づいてなされたものであり、その目的は、耐久性の向上と応答性の向上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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方から内燃機関の従動軸へ伝達される変動トルクをベーンロータ又はハウジングが受けることにより、特定流体室を含む遅角室及び進角室の流体圧が変動トルクに追従して変動することになる。このような請求項１に記載の発明において、逆止弁の弾性部材及び弁部材からなるバネマス系の固有振動数は、内燃機関の常用回転数域において変動トルクの変動周波数が変化する範囲内に設定される。
【０００７】
上記設定によると、弁部材が弾性部材の復原力に抗して供給流体圧により弁座から離座する一方、弁部材が特定流体室の流体圧により弁座に着座する逆止弁では、内燃機関の低回転数域で変動周波数が固有振動数より小さくなるとき、変動トルクに追従する特定流体室の流体圧に応じて弁部材が作動可能である。故にこのときには、内燃機関の回転数と共に流体圧供給源からの供給流体圧が低くなっているにも拘らず、変動トルクに応じて圧縮された特定流体室の流体圧により弁部材が弁座に着座することで、特定流体室から流体圧供給源側への作動流体流れを規制することができる。したがって、ベーンロータを目標位相にまで迅速に到達させることができる。
【０００８】
また上記設定によると、内燃機関の回転数が上昇し変動周波数が固有振動数より大きくなるとき、当該固有振動数を持つバネマス系では、変動トルクに追従する特定流体圧に応じた弁部材の作動が抑制されると共に、供給流体圧により弁部材が弁座から離座するのを許容する。故にこのときには、弁部材が弁座から離座する開弁状態に逆止弁を維持すると同時に、内燃機関の回転数と共に上昇した流体圧供給源からの供給流体圧によって、ベーンロータに与えられる回転トルクが変動トルクよりも大きくなるため、特定流体室を含む流体室から流体圧供給源側への作動流体流れを規制することができる。したがって、このときにも、ベーンロータを目標位相にまで迅速に到達させることができる。
【０００９】
以上説明した請求項１に記載の発明によれば、変動トルクに追従する弁部材の離着座、即ち逆止弁の開閉の繰返を内燃機関の常用回転数域の一部に限って許容する一方で、流体室からの流体流出の規制を常用回転数域の任意の回転数において実現することができる。故に、逆止弁の耐久性が向上すると共に、装置としての応答性も向上する。
尚、内燃機関の「常用回転数域」とは、よく知られているように内燃機関の許容最高回転数以下の回転数域、例えばタコメータに表示されるレッドゾーン以下の回転数域を意味する。
【００１０】
特定流体室を含む流体室からの流体流出を供給流体圧により規制することは、遅角室又は進角室の流体圧によりベーンロータに与えられる回転トルク（以下、ロータトルクという）が変動トルクのピーク値（以下、ピークトルクという）に対して小さいほど、困難となる。そこで請求項１に記載の発明によると、固有振動数は、ロータトルクがピークトルクと一致するときの変動周波数以下に設定されるので、供給流体圧による流体流出の規制が難しい状況下において、逆止弁の閉弁作動によって確実に流体流出を規制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の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２、３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。
【００１２】
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３の時計方向へ回転する。
【００１３】
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３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。
【００１４】
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。
【００１５】
図２、３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。
【００１６】
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。
【００１７】
図２に示す排出通路４は、オイルタンク２側へ作動油を排出可能に設けられている。流体圧供給源としてのポンプ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側へ吐出する。本実施形態のポンプ１は、スプロケット１２とは別の経路によってクランクシャフトの駆動力が伝達されることで作動する所謂機械式ポンプである。したがって、ポンプ１の吐出圧Ｐは、例えば図４に示すように、内燃機関のクランクシャフトの回転数（以下、エンジン回転数という）Ｎeに追従して高低する。
【００１８】
図２、５に示すように切換弁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、５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６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。
【００１９】
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３、５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３、５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。
【００２０】
このように本実施形態では、遅角油圧室４１、４２、４３、４４又は進角油圧室５１、５２、５３、５４への作動油の供給、並びに遅角油圧室４１、４２、４３、４４又は進角油圧室５１、５２、５３、５４からの作動油の排出が切換弁６０のスプール位置に応じて切り換わるようになっている。そして、遅角油圧室４１、４２、４３、４４へ油圧が供給されるときには、それら油圧室の油圧によって遅角方向の回転トルクがベーンロータ２１に働く。一方、進角油圧室５１、５２、５３、５４へ油圧が供給されるときには、それら油圧室の油圧によって進角方向の回転トルクがベーンロータ２１に働く。尚、以下の説明では、進角油圧室５１、５２、５３、５４への油圧供給時にベーンロータ２１に働く進角方向の回転トルクを進角トルクＴrというものとする。
【００２１】
図２、３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に内蔵されている。図３、５に示すように逆止弁９０は、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おり、それによって切換弁６０よりも進角油圧室５３側に位置している。即ち、進角油圧室５３は特許請求の範囲に記載の特定流体室であり、進角通路８３は特許請求の範囲に記載の接続通路である。図２、７に示すように逆止弁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。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に対して離着座可能に、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。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。弾性部材９５は弁部材９３とホルダ９４との間に設けられることで、弁部材９３と共にバネマス系９９を構成しており、圧縮変形によって生じる復原力により弁部材９３を弁座９６側へ押圧する。
【００２２】
このような構成の逆止弁９０は、図７（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弾性部材９５の復原力に抗して弁座９６から離座することにより、弁座口９８を開放する開弁状態となる。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７（Ａ）、（Ｂ）に示すように逆止弁９０は、弁部材９３が弾性部材９５の復原力や進角油圧室５３及び第一通路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、弁座口９８を閉塞する閉弁状態となる。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。
【００２３】
図３、５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、７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。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７（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。
【００２４】
このような構成の制御弁１００は、図７（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７（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。
【００２５】
次に、逆止弁９０におけるバネマス系９９の固有振動数ｆnの設定方法について説明する。
本実施形態では、吸気弁からカムシャフト２０を通じてベーンロータ２１へ伝達される変動トルクの変動周波数ｆeとの関係において、固有振動数ｆnが決定される。
【００２６】
具体的には、図８に示すように変動トルクは、内燃機関の回転に応じて正トルクと負トルクとに周期的に切り換わる。ここで正トルクとは、吸気弁を押し下げるときハウジング１１に対してベーンロータ２１を遅角させる方向に働くトルクである。一方、負トルクとは、吸気弁が押し戻されるときハウジング１１に対してベーンロータ２１を進角させる方向に働くトルクである。このように正、負に切り換わる変動トルクの変動周波数ｆeは、図８に示す変動周期ｔeの逆数であって、内燃機関のエンジン回転数Ｎe及び気筒数Ｎcyを用いた下記式（１）にて表される。
ｆe［Ｈｚ］＝Ｎe・Ｎcy／２    ・・・（１）
【００２７】
図８に示す正トルクのピーク値（以下、正ピークトルクという）Ｔ+並びに負トルクのピーク値（以下、負ピークトルクという）Ｔ-は、クランクシャフトの常用回転数域ＷNにおいて、例えば図１に実線で示す相関をエンジン回転数Ｎeとの間に有している。特に図１の例において正ピークトルクＴ+は、常用回転数域ＷNの低回転数側においてエンジン回転数Ｎeが低下するほど増大する傾向を示し、また同一エンジン回転数での負ピークトルクＴ-よりも大きさが大きい。即ち変動トルクは、平均すると、正ピークトルクＴ+側に大きく作用する。また、このような正ピークトルクＴ+と比較して先述の進角トルクＴrは、常用回転数域ＷNにおいて、例えば図１に一点鎖線で示す相関をエンジン回転数Ｎeとの間に有している。特に図１の例では、吐出圧Ｐがエンジン回転数Ｎeに追従して高低することに起因し、進角トルクＴrもエンジン回転数Ｎeに追従して高低する傾向を示している。以上により、常用回転数域ＷNの所定のエンジン回転数Ｎe0では、正ピークトルクＴ+と進角トルクＴrとの大きさが一致して、それらのトルクが互いに相殺し合う。また、Ｎe0より低回転数側では、正ピークトルクＴ+が進角トルクＴrより大きくなる一方、Ｎe0より高回転数側では、正ピークトルクＴ+が進角トルクＴrより小さくなる。
【００２８】
さて、バネマス系９９の固有振動数ｆnは、弾性部材９５のバネ定数ｋと、弁部材９３の質量ｍとを用いた下記式（２）にて表される。
ｆn［Ｈｚ］＝√（ｋ／ｍ）／２π    ・・・（２）
そして本実施形態では、上述のエンジン回転数Ｎe0における変動周波数ｆe0と固有振動数ｆnとが下記の式（３）、（４）を満たすように、固有振動数ｆnが設定される。したがって、固有振動数ｆnは、図１に示す常用回転数域ＷNにおいて変動周波数ｆeが変化する範囲Ｗf内の値となる。尚、図１においてエンジン回転数Ｎenは、変動周波数ｆeが固有振動数ｆnと一致するときの回転数を示している。
ｆe0［Ｈｚ］＝Ｎe0・Ｎcy／２    ・・・（３）
ｆn≦ｆe0    ・・・（４）
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（II）進角作動
ＥＣＵ７が切換弁６０への通電をオンすると、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６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７（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。
【００３２】
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には、ベーンロータ２１はハウジング１１に対し、遅角方向及び進角方向に変動トルクを受け、さらにベーンロータ２１を介し、各油圧室の作動油にトルクが伝播される。そのため、変動トルクの正、負に応じて進角油圧室５３及び第一通路８３ａの油圧が供給油圧よりも上昇、下降する。尚、ベーンロータ２１が正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油圧が上昇し、通路８１、８２、８３ａ、８４へ流出する力を受ける。
ここで、エンジン回転数Ｎeが固有振動数ｆnに対応するＮenより低い間、即ち変動トルクの変動周波数ｆeが固有振動数ｆnより小さい間は、バネマス系９９における振動伝達率が高くなる。そのため、進角油圧室５３及び第一通路８３ａの油圧が上昇、下降するのに追従して、弁部材９３が弁座９６に対する着座、離座を繰り返す。即ち、逆止弁９０が開閉弁を繰り返す。故にポンプ１の吐出圧Ｐが十分に高くなっていない場合において、ベーンロータ２１が正トルクを受けるときには、図７（Ｂ）に示すように逆止弁９０が閉弁して進角通路８３を遮断する。尚、このとき制御弁１００は図７（Ｂ）に示すように進角通路８６を遮断しているので、逆止弁９０による進角通路８３の遮断作用と相俟って、進角油圧室５３の作動油が進角通路８０側へ流出しなくなる。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にも拘らず、ベーンロータ２１が正トルクを受けても、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は正トルクを受けても、ハウジング１１に対して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。
【００３３】
また一方、エンジン回転数ＮeがＮenより高くなる、即ち変動周波数ｆeが固有振動数ｆnを超えると、バネマス系９９における振動伝達率が低下する。そのため、変動トルクの正、負に応じて進角油圧室５３及び第一通路８３ａの油圧が上昇、下降しても、それに追従する弁部材９３の変位は抑制され、エンジン回転数Ｎeと共に上昇した第二通路８３ｂへの供給油圧によって逆止弁９０が図７（Ｃ）の開弁状態に維持され、進角油圧室５３に作動油が供給される。また、この場合、進角トルクＴrが正ピークトルクＴ+よりも大きくなるため、正トルクによる進角油圧室５１、５２、５３、５４からの作動油の流出がなくなる。したがって、油圧が高くなった場合にも、正トルクを受けたベーンロータ２１が遅角側へ戻されることがないので、ベーンロータ２１を進角側の目標位相へ速やかに到達させることができる。
【００３４】
（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５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７（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７（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
以上説明した実施形態によると、上記（II）の進角作動では、内燃機関の常用回転数域ＷNのうち正ピークトルクＴ+が進角トルクＴrより大きくなる所定の低回転数域に限って、逆止弁９０の開閉の繰返を許容する一方で、常用回転数域ＷNの任意のエンジン回転数Ｎeで進角油圧室５３からの油流出が規制され、ベーンロータ２１の遅角側への戻りが阻止される。このような作用によれば、逆止弁９０の耐久性を向上させつつ、バルブタイミング調整装置１０としての進角応答性も向上させることができる。
【００３７】
ここまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述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。
例えば上述の実施形態においてバネマス系９９の固有振動数ｆnについては、内燃機関の常用回転数域ＷNで変動周波数ｆeが変化する範囲Ｗf内であれば、正ピークトルクＴ+と進角トルクＴrとが一致するときの変動周波数ｆe0より大きく設定してもよい。また、上述の実施形態で説明した図１の例とは異なり、正ピークトルクＴ+と進角トルクＴrとが一致するエンジン回転数Ｎeが複数存在するような場合には、それらのうち最小のエンジン回転数ＮeをＮe0として、固有振動数ｆnを設定する。
【００３８】
また、上述の実施形態では、逆止弁９０又は制御弁１００の少なくともいずれか一方について、ボス部２４やカムシャフト２０に内蔵させてもよい。さらに上述の実施形態では、逆止弁９０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。またさらに上述の実施形態では、逆止弁９０及び制御弁１００の組を複数組設けて互いに同じ又は相異なる油圧室に連通させてよい。尚、この場合には、全ての逆止弁９０におけるバネマス系９９の固有振動数ｆnについて、内燃機関の常用回転数域ＷNで変動周波数ｆeが変化する範囲Ｗf内、望ましくは式（３）、（４）を満たすように設定される。
【００３９】
加えて上述の実施形態では、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に連通させてもよい。さらに上述の実施形態では、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。
【００４０】
また加えて上述の実施形態では、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、この場合には、遅角油圧室４１、４２、４３、４４への油圧供給時にベーンロータ２１に働く遅角方向の回転トルク（遅角トルク）と負ピークトルクＴ-とが一致するエンジン回転数ＮeをＮe0として、固有振動数ｆnを設定する。
【００４１】
さらに加えて上述の実施形態では、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。
またさらに加えて上述の実施形態では、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、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してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】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特徴を説明するための特性図である。
【図２】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示す断面図である。
【図３】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示す図であって、図２のIII−III線断面図である。
【図４】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特徴を説明するための特性図である。
【図５】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構成及び一作動状態を示す模式図である。
【図６】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別の作動状態を示す模式図である。
【図７】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作動を説明するための要部拡大断面図である。
【図８】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特徴を説明するための特性図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ポンプ（流体圧供給源）、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、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、４２、４３、４４  遅角油圧室（流体室）、５１、５２、５４  進角油圧室（流体室）、５３  進角油圧室（流体室、特定流体室）、６０  切換弁、６２  スプール、８０  進角通路、８３  進角通路（接続通路）、８３ａ  第一通路、８３ｂ  第二通路、９０  逆止弁、９３  弁部材、９４  ホルダ、９５  弾性部材、９６  弁座、９７  弁通路、９９  バネマス系、１００  制御弁、１３５  収容室、２１１、２１２、２１３、２１４  ベーン、ｆe、ｆe0  変動周波数、ｆn  固有振動数、Ｎe、Ｎe0、Ｎen  エンジン回転数、Ｐ  吐出圧、Ｔ+  正ピークトルク（ピーク値）、Ｔ-  負ピークトルク（ピーク値）、Ｔr  進角トルク（回転トルク）、Ｗf  範囲、ＷN  常用回転数域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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