(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の駆動軸から内燃機関の吸気弁を開閉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、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方とともに回転するハウジング部材と、
前記ハウジング部材内に形成された収容室に所定角度範囲に限って前記ハウジング部材に対して相対回動可能に収容され、前記収容室内を進角室と遅角室とに区画し、前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転するベーン部材と、
前記駆動軸に対し前記従動軸が進角する方向に前記ベーン部材を付勢する第１の付勢手段と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
【請求項２】
前記第１の付勢手段の付勢力は、前記従動軸のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつ前記従動軸の惰性回転域の平均トルク以下である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】
前記ハウジング部材と前記ベーン部材とにそれぞれ設けられる当接部および被当接部であって、前記収容室の一方の周方向端部に前記ベーン部材が位置するときに互いに当接することにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を拘束する当接部および被当接部、ならびに前記被当接部との当接方向へ前記当接部を付勢する第２の付勢手段を有し、前記第２の付勢手段の付勢力に抗し前記当接部を拘束解除方向に変位可能に構成される拘束手段を備え、
前記当接部は、流体圧力を受けて前記ハウジング部材と前記ベーン部材との拘束を解除する第１の受圧面を有し、前記第１の受圧面には前記ハウジング部材に対して前記ベーン部材を進角方向に相対回転させるように第１の流体圧力が作用し、前記第１の流体圧力により前記ハウジング部材と前記ベーン部材との拘束を解除する圧力は、前記ハウジング部材に対して前記ベーン部材を進角方向に相対回転させる最低作動圧力よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項４】
前記第１の付勢手段の付勢力は、前記従動軸の惰性回転域の平均トルクより大きく、かつ前記従動軸の惰性回転域の最大トルク以下である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５】
前記ハウジング部材と前記ベーン部材とにそれぞれ設けられる当接部および被当接部であって、前記収容室の一方の周方向端部に前記ベーン部材が位置するときに互いに当接することにより前記ハウジング部材に対する前記ベーン部材の相対回動を拘束する当接部および被当接部、ならびに前記被当接部との当接方向へ前記当接部を付勢する第２の付勢手段を有し、前記第２の付勢手段の付勢力に抗し前記当接部を拘束解除方向に変位可能に構成される拘束手段を備え、
前記当接部は、流体圧力を受けて前記ハウジング部材と前記ベーン部材との拘束を解除する第２の受圧面を有し、前記第２の受圧面には前記ハウジング部材に対して前記ベーン部材を遅角方向に相対回転させるように第２の流体圧力が作用することを特徴とする請求項１、２または４記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項６】
前記第１の付勢手段の付勢力は、前記従動軸のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつ前記従動軸の惰性回転域の最大トルク以下である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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の吸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）を運転条件に応じて変更するためのバルブタイミング調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンのクランクシャフトと同期回転するチェーンスプロケット等の駆動力伝達手段によりカムシャフトを駆動し、駆動力伝達手段とカムシャフトとの相対回動による位相差により吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを制御するベーン式のバルブタイミング調整装置が知られている。
【０００３】
ベーン式のバルブタイミング調整装置は、駆動力伝達手段とともに回転するハウジング内に、カムシャフトとともに回転するベーンを収容している。そして、ハウジングに対するベーンの相対回転位相差を油圧により調整することにより、カムシャフトと駆動力伝達手段とを相対的に回動させ、エンジンの運転条件に応じて吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方のバルブタイミングを調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンバルブの開閉時期を制御する位相制御のバルブタイミング調整装置では、エンジンの安定性向上、燃費の向上、あるいは排気エミッションを低減することを目的としている。この種のエンジンの低負荷時においては吸入空気量が少ないため、エンジンのシリンダ内に燃焼を悪化させる残留排気ガスが少ないことが望ましい。吸気弁と排気弁とが同時に開いている期間（オーバーラップ期間）において、吸気側はスロットルにより負圧であり、排気側は正圧であるので、排ガスが吸気側に吹き返し、燃焼が悪化したり、失火したりする場合がある。このため、排気弁の閉じる時期が早く、吸気弁の開く時期が遅いことが要求される。また、吸気弁の閉じる時期を遅くすることにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上することができる。したがって、アイドル運転および始動時には、排気弁の閉じる時期が早く、吸気弁の開く時期が遅い基本位相に制御する必要がある。ここで、この基本位相の吸気側の条件を最遅角とし、排気側の条件を最進角とする。
【０００５】
しかし、エンジンの中負荷以上においてはＥＧＲ量を制御し、ポンピングロスの低減を内部ＥＧＲにより行い、燃費の向上と排気エミッションの低減をさせるため、吸気側の開弁時期を早くしたり、排気側の閉弁時期を遅くする必要がある。すなわち、吸気弁を進角方向に制御し、排気弁を遅角方向に制御する。
【０００６】
さらに、エンジンの全負荷においては、大量の空気をエンジンのシリンダ内に入れる必要があるため、低速域においては早く吸気弁を閉じてマニホールドへの逆流を防止し、高速域においては空気の慣性を利用して遅く吸気弁を閉じる必要がある。また排気側は、排気脈動を最大限利用できる位相に排気弁を制御し、排気脈動を利用することができない場合、最進角に制御する必要がある。すなわち排気側は、エンジンの低負荷から負荷に応じて、排気弁を最進角から遅角方向に制御し、再び進角方向に制御する必要がある。
【０００７】
このとき運転条件が変化した場合、素早く要求位相に吸排気弁を制御可能なことが望ましい。しかし吸排気弁の制御が不可能な場合、エンジンの失火や燃焼不安定などの問題が発生する。通常、エンジンの油圧ポンプはクランクシャフトによって駆動されるが、しかし結果として、エンジンの回転数によって吐出油量が変化し、低回転時において、吐出油量は低下する。このため、特に高油温時、漏れと粘度の低下により油圧が減少し、アクチュエータの作動が行われなくなる場合がある。このとき吸気側は、カムシャフトの駆動トルクによって遅角されるため、基本位相となり得る。しかし排気側は、吸気側と同じ油圧ピストン面積のアクチュエータを適用した場合、基本位置に制御することが不可能となり、エンジンのシリンダ内に残留ガスが増大し、失火したり、エンジンが停止したりすることがある。
【０００８】
そこで、特開平１０−６８３０６号公報に開示されるバルブタイミング調整装置においては、スプリングによる付勢力を用いて排気側を進角位置に移動させることにより上記の課題を解決している。このため、ベーン式の位相可変アクチュエータを用いた場合、進角方向には応答性が向上されるが、しかし遅角方向の応答性はスプリングを搭載しないバルブタイミング調整装置に比べて確実に低下するという問題があった。
【０００９】
また、ベーンを一定の位置に保持する場合、遅角油圧室に供給する作動油の圧力よりも大きい圧力の作動油を進角油圧室に供給するため、進角油圧室と遅角油圧室との圧力差が大きくなり、両油圧室間でオイル漏れが発生するという問題があった。
【００１０】
さらに、比較的低い油圧で位相制御を行うためにはベーンの面積を大きくしなければならず、アクチュエータの体格が大型になり、バルブタイミング調整装置の重量や製造コストが増大したり、エンジンに搭載するのが困難になるという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、位相変換の応答性が均一で制御性が向上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。
【００１２】
本発明の他の目的は、体格を小型にし、エンジンに搭載するための搭載スペースの確保が容易なバルブタイミング調整装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、進角室と遅角室との間の作動流体の漏れを低減するバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のバルブタイミング調整装置によると、エンジンの駆動軸に対しエンジンの吸気弁を開閉する従動軸が進角する方向にベーン部材を付勢する第１の付勢手段を備えているので、位相変換の応答性が均一になり、制御性が向上する。さらに、進角室に供給する作動流体の圧力を比較的小さくすることができるので、進角室と遅角室との圧力差が小さくなり、進角室と遅角室との間の作動流体の漏れを低減することができる。さらにまた、ベーン部材の面積を小さくすることが可能となり、エンジン性能を低下させることなくアクチュエータの体格を小型にし、バルブタイミング調整装置の重量を低減するとともに、エンジンに搭載するための搭載スペースを容易に確保することができる。さらにまた、進角室と遅角室とに作動流体を供給する流体供給源の最低作動圧力を低減することができるので、流体供給源の能力および体格を小型にし、製造コストを低減することができる。
【００１４】
本発明の請求項２記載のバルブタイミング調整装置によると、第１の付勢手段の付勢力は、従動軸のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつ従動軸の惰性回転域の平均トルク以下である。ここで、惰性回転域はエンジン停止操作後のエンジン回転域である。エンジン始動時にバルブタイミング調整装置が受ける遅角方向の力よりも第１の付勢手段の付勢力の方が小さいので、エンジン停止時に従動軸を確実に最遅角位置に戻すことができる。このため、エンジン始動時に基準位置である最遅角位置に吸気側を保持することができる。したがって、排気弁と吸気弁とが重複して開弁するオーバーラップ期間を少なくともエンジン始動可能な程度に減少可能であるため、エンジン始動性が向上する。さらに、吸気弁から吸入した燃料が未燃燃料となって排気弁から排出される量を低減することができる。また、位相変換の応答性を均一にし、制御性を向上させることができる。ここで、第１の付勢手段の付勢力が従動軸のアイドル回転域の平均トルクの１０％であると、進角室に供給する作動流体の圧力を１０％程度低減することができる。第１の付勢手段の付勢力が従動軸のアイドル回転域の平均トルクの１０％よりも小さいと、バルブタイミング調整装置に第１の付勢手段を設けることによる明らかな効果を期待することはできない。
【００１５】
本発明の請求項３記載のバルブタイミング調整装置によると、拘束手段の当接部は、流体圧力を受けてハウジング部材とベーン部材との拘束を解除する第１の受圧面を有しており、この第１の受圧面にはハウジング部材に対してベーン部材を進角方向に相対回転させるように第１の流体圧力が作用する。この第１の流体圧力によりハウジング部材とベーン部材との拘束を解除する圧力は、ハウジング部材に対してベーン部材を進角方向に相対回転させる最低作動圧力よりも小さく設定されている。このため、流体供給源を大型化して作動流体圧力を増加させることなく、ならびに当接部を大型化して受圧面積を増加させることなく、作動流体の低圧時においても拘束手段によるハウジング部材とベーン部材との拘束が確実に解除される。したがって、ハウジング部材とベーン部材との相対回動が可能となる。
【００１６】
本発明の請求項４記載のバルブタイミング調整装置によると、第１の付勢手段の付勢力は従動軸の惰性回転域の平均トルクより大きく、かつ従動軸の惰性回転域の最大トルク以下である。このため、駆動軸に対し従動軸が進角する方向にベーン部材を相対回転させる位相変換の応答性が向上する。したがって、エンジン停止時に従動軸を確実に最遅角位置に戻すことができるとともに、進角室に供給する作動流体の圧力を小さくすることができ、進角室と遅角室との圧力差が小さくなり、進角室と遅角室との間の作動流体の漏れを低減することができる。第１の付勢手段の付勢力が従動軸の惰性回転域の最大トルクよりも大きいと、エンジン停止時に従動軸を最遅角位置に戻すことが困難である。
【００１７】
本発明の請求項５記載のバルブタイミング調整装置によると、拘束手段の当接部は、流体圧力を受けてハウジング部材とベーン部材との拘束を解除する第２の受圧面を有しており、この第２の受圧面にはハウジング部材に対してベーン部材を遅角方向に相対回転させるように第２の流体圧力が作用する。このため、吸気弁を進角方向に移動させようと制御した場合、流体制御弁を制御して第２の受圧面に流体圧力を作用させることにより、拘束手段の当接部にせん断力がかかって引掛かることなくハウジング部材とベーン部材との拘束を速やかに解除することができる。その後、再び流体制御弁を制御することで、ハウジング部材に対してベーン部材を進角方向に相対回転させ、吸気弁を進角方向に速やかに移動させることができる。
【００１８】
本発明の請求項６記載のバルブタイミング調整装置によると、位相変換時の応答性を改善しつつ、エンジン停止時に所要の動作をさせることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるエンジン用バルブタイミング調整装置を図１および図２に示す。第１実施例のバルブタイミング調整装置１００は、吸気弁のバルブタイミングを制御する油圧制御式のバルブタイミング調整装置である。
【００２０】
図１に示すチェーンスプロケット８は、図示しないタイミング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を伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。シューハウジング５０は周壁５１およびフロント部５２からなり、ボルト５３によりフロント部５２とチェーンスプロケット８と後述するシールプレート７とが結合されている。従動軸としてのカムシャフト１は、チェーンスプロケット８から駆動力を伝達され、図示しない吸気弁を開閉駆動する。カムシャフト１は、図示しないシリンダヘッドに支持され、チェーンスプロケット８に対し所定の位相差をおいて相対回動可能である。チェーンスプロケット８およびカムシャフト１は図１の左方向からみて時計方向に回転する。以下、この回転方向を進角方向とする。
【００２１】
チェーンスプロケット８とシューハウジング５０とはハウジング部材を構成している。ベーンロータ４の軸方向両端面はシールプレート７およびシューハウジング５０のフロント部５２により覆われている。チェーンスプロケット８、シールプレート７およびシューハウジング５０は駆動側回転体を構成し、互いにボルト５３により同軸上に結合されている。
【００２２】
ベーンロータ４は、ボルト５によりカムシャフト１に一体に結合されており、ブッシュ６はベーンロータ４に圧入支持され、従動側回転体を構成している。カムシャフト１およびブッシュ６はそれぞれシューハウジング５０のフロント部５２に相対回動可能に嵌合している。したがって、カムシャフト１、ベーンロータ４およびブッシュ６はチェーンスプロケット８およびシューハウジング５０に対して同軸に相対回動可能である。
【００２３】
第１の付勢手段としての捩じりスプリング６０はチェーンスプロケット８に形成された収納空間としての円周溝６１に収納され、一方の端部はベーンロータ４に固定され、他方の端部はチェーンスプロケット８に固定されている。捩じりスプリング６０は、チェーンスプロケット８に対しベーンロータ４が進角する方向、すなわちクランクシャフトに対しカムシャフト１が進角する方向にベーンロータ４を付勢している。図５の矢印Ａの範囲に示すように、捩じりスプリング６０の付勢力は、カムシャフト１のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつカムシャフト１の惰性回転域の平均トルク以下に設定されている。この第１実施例では、惰性回転域の平均トルク最大値に対応する付勢力Ｐをもったスプリング６０が採用されている。ここで、惰性回転域はエンジン停止操作後のエンジン回転域である。また、惰性回転域の平均トルク以下とは、惰性回転域の中で最も低い停止直前の回転数における平均トルク以下であることをいう。
【００２４】
図２に示すように、シューハウジング５０の周壁５１は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを有している。シュー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの周方向の四箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを収容する収容室としての扇状空間部５５が形成されており、シュー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００２５】
ベーンロータ４は周方向にほぼ等間隔にベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、このベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがシュー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの周方向の間隙に形成されている扇状空間部５５に回動可能に収容されている。図２に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、周壁５１に対するベーンロータ４の遅角方向、進角方向を表している。図２において、各ベーンは各扇状空間部５５の一方の周方向端部に位置し、ベーンロータ４は周壁５１に対し最遅角位置にある。最遅角位置は、ベーン４ａの遅角側側面に設けられる遅角側ストッパ４１がシュー５１ｄの進角側側面に係止されることにより規定されている。また、最進角位置は、ベーン４ａの進角側側面に設けられる進角側ストッパ４２がシュー５１ａの遅角側側面に係止されることにより規定される。
【００２６】
図１に示すように、ベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの内径は捩じりスプリング６０の外径よりも小さく設定されている。また図２に示すように、ベーン４ａには、捩じりスプリング６０の一方の端部を固定するための固定孔４０が形成されている。このため、捩じりスプリング６０の他方の端部をチェーンスプロケット８に固定することにより、ベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの内径よりも大きな外径を有する捩じりスプリング６０の付勢力を受けるための特別な部材を設けることなく、捩じりスプリング６０を組付けることができる。さらに、進角側ストッパ４１および遅角側ストッパ４２を有するベーン４ａは、強度確保の理由によりベーン４ｂ、４ｃ、４ｄに比べて肉厚であるので、固定孔４０を容易に形成することができる。
【００２７】
図２に示すように、シール部材９はベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの外周壁に嵌合している。また、シール部材９０はシュー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの内周壁に嵌合している。ベーンロータ４の外周壁とシューハウジング５０の周壁５１の内周壁との間には微小クリアランスが設けられており、このクリアランスを介して油圧室間に作動油が漏れるのをシール部材９および９０により防止している。
【００２８】
ガイドリング９１はベーン４ａの内壁に圧入保持され、このガイドリング９１にストッパピストン９７が挿入されている。図１に示すように、ストッパピストン９７は、ほぼ同一外径の有底円筒状に形成されており、有底の円筒部９７ａと円筒部９７ａの開口端部に設けられたフランジ部９７ｂとからなる。ストッパピストン９７はカムシャフト１の軸方向に摺動可能にガイドリング９１に収容されている。ストッパピストン９７は第２の付勢手段としてのスプリング９６により反チェーンスプロケット側に付勢されている。シューハウジング５０のフロント部５２に形成されたストッパ穴にテーパ穴５４ａを有する嵌合リング５４が圧入保持されており、ストッパピストン９７は図２に示す最遅角位置においてテーパ穴５４ａに嵌合可能である。ストッパピストン９７がテーパ穴５４ａに嵌合し、ストッパピストン９７がテーパ穴５４ａに回転方向で当接した状態では周壁５１に対するベーンロータ４の相対回動は拘束される。つまり、ストッパピストン９７とテーパ穴５４ａとは最遅角位置において拘束位置にある。ストッパピストン９７、テーパ穴５４ａおよびスプリング９６は拘束手段を構成している。
【００２９】
フランジ部９７ｂの左側の油圧室１８は、図示しない油路を経由して後述する遅角油圧室８０と連通している。また、円筒部９７ａの先端側に形成された油圧室２７は、図示しない油路を経由して後述する進角油圧室８７と連通している。油圧室１８の油圧を受けるフランジ部９７ｂの第２の受圧面の面積は、油圧室２７の油圧を受ける円筒部９７ａの第１の受圧面の面積よりも小さくなるように設定されている。第１の受圧面および第２の受圧面がそれぞれ油圧室２７と油圧室１８との作動油から受ける力はテーパ穴５４ａからストッパピストン９７を抜け出させる方向に働く。第１の受圧面の受圧面積は円筒部９７ａの断面積にほぼ等しく、第２受圧面の受圧面積はフランジ部９７ｂと円筒部９７ａの径差に相当する環状部の面積にほぼ等しい。進角油圧室８７または遅角油圧室８０に所定圧以上の作動油が供給されると、これら作動油の油圧によりスプリング９６の付勢力に抗してストッパピストン９７はテーパ穴５４ａから抜け出す。
【００３０】
ストッパピストン９７の位置とテーパ穴５４ａの位置との関係は、シューハウジング５０の周壁５１に対してベーンロータ４が最遅角位置にあるとき、つまりクランクシャフトに対してカムシャフト１が最遅角位置にあるときにスプリング９６の付勢力によりストッパピストン９７がテーパ穴５４ａに嵌合可能に設定されている。
【００３１】
図２に示すように、シュー５１ａとベーン４ａとの間に遅角油圧室８０が形成され、シュー５１ｂとベーン４ｂとの間に遅角油圧室８１が形成され、シュー５１ｃとベーン４ｃとの間に遅角油圧室８２が形成され、シュー５１ｄとベーン４ｄとの間に遅角油圧室８３が形成されている。また、シュー５１ａとベーン４ｂとの間に進角油圧室８４が形成され、シュー５１ｂとベーン４ｃとの間に進角油圧室８５が形成され、シュー５１ｃとベーン４ｄとの間に進角油圧室８６が形成され、シュー５１ｄとベーン４ａとの間に進角油圧室８７が形成されている。
【００３２】
図１に示すように、仕切部材としてのシールプレート７は扇状空間部５５と円周溝６１とを仕切っている。すなわちシールプレート７は、ベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを収容する収容室と、捩じりスプリング６０を収納する収納空間とを仕切っている。このため、円周溝６１のスペースに関係なく遅角油圧室８０、８１、８２、８４と進角油圧室８４、８５、８６、８７とが繋がらないように扇状空間部５５を構成している。
【００３３】
図２に示すように、シールプレート７には、周方向に長細い貫通孔７０が形成されている。貫通孔７０は、捩じりスプリング６０の一方の端部を通すことが可能であり、図２に示す最進角状態においてベーン４ａが貫通孔７０を塞いでいる。
【００３４】
図１に示すように、シールプレート７には、ストッパピストン９７の背圧室３０と連通する連通路７１が形成されている。連通路７１は最遅角位置においてチェーンスプロケット８に形成された油路２９を経由して図示しないエンジンの油潤滑空間に大気開放されているので、最遅角位置において背圧室３０は大気開放されている。したがって、最遅角位置においてストッパピストン９７の移動が妨げられない。
【００３５】
ベーンロータ４には、カムシャフト１との当接部において油路１２が設けられており、ブッシュ６との当接部において油路１３が設けられている。油路１３は、図示しない油路を経由して進角油圧室８４、８５、８６、８７と連通している。また油路１２は、カムシャフト１に形成された油路１４を経由し、図示しない切換弁を介して駆動手段としての油圧ポンプまたはドレインと連通している。油圧ポンプはエンジン潤滑油の駆動源を兼ねている。さらに図１に示す油路１５は切換弁を介して油圧ポンプまたはドレインと連通しており、遅角油圧室８０、８１、８２、８３と連通している。ここで、進角油圧室８４、８５、８６、８７に供給される作動油の油圧は第１の流体圧力であり、遅角油圧室８０、８１、８２、８３に供給される作動油の油圧は第２の流体圧力である。
【００３６】
拘束手段の進角側解除油圧は、第１の流体圧力によりシューハウジング５０に対してベーンロータ４を進角方向に相対回転させる最低作動圧力よりも小さく設定されている。
【００３７】
次に、上記構成をもつバルブタイミング調整装置１００の作動について説明する。
(1) エンジンが正常停止すると、遅角油圧室８０、８１、８２、８３はドレン側に解放され、各進角油圧室８４、８５、８６、８７には作動油圧が加わった状態で保持されるように切換弁が切換制御される。すると、シューハウジング５０の周壁５１に対しベーンロータ４が最遅角位置に移動し、拘束手段によりフロント部５２とベーンロータ４とが結合されるので、周壁５１に対してカムシャフト１が最遅角位置に保持される。
【００３８】
第１実施例では、図２に示す最遅角状態において排気弁と吸気弁との開弁期間が重複しないように設計されているので、内部ＥＧＲ量を低減し、エンジンを正常に始動することができる。エンジンが始動しても、拘束手段によりフロント部５２とベーンロータ４とは結合された状態に保持されているので、各油路および各油圧室に加わる作動油圧が所定圧より大きくなるまでは、周壁５１に対してカムシャフト１は最遅角位置にある。
【００３９】
(2) エンジンが正常運転に移行し各油路および各油圧室に所定圧よりも油圧の大きい作動圧油が導入されると、アイドル時のカムシャフト１の変動トルクの負ピークトルクにより第１の受圧面に圧力が作用し、拘束手段によるフロント部５２とベーンロータ４との結合が解除される。このとき、ストッパピストン９７にせん断力がかかって引掛かることなくフロント部５２とベーンロータ４との拘束を速やかに解除することができる。したがって、遅角油圧室８０、８１、８２、８３と、進角油圧室８４、８５、８６、８７とに加わる作動油圧により、捩じりスプリング６０の付勢力に抗して、周壁５１に対してベーンロータ４が相対回動し、周壁５１に対するカムシャフト１の相対位相差が調整される。
【００４０】
以上説明した本発明の第１実施例においては、捩じりスプリング６０は、クランクシャフトに対しカムシャフト１が進角する方向にベーンロータ４を付勢しているので、位相変換の応答性が均一になり、制御性が向上する。さらに、第１の流体圧力を比較的小さくすることができるので、進角油圧室８４、８５、８６、８７と遅角油圧室８０、８１、８２、８３との間の圧力差が小さくなり、両油圧室間の作動油の漏れを低減することができる。さらにまた、ベーン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの面積を小さくすることが可能となり、エンジン性能を低下させることなくアクチュエータの体格を小型にし、バルブタイミング調整装置１００の重量を低減するとともに、エンジンに搭載するための搭載スペースを容易に確保することができる。さらにまた、油圧ポンプの最低作動圧力を低減することができるので、油圧ポンプの能力および体格を小型にし、製造コストを低減することができる。
【００４１】
さらに第１実施例においては、捩じりスプリング６０の付勢力はカムシャフト１のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつカムシャフト１の惰性回転域の平均トルク以下であるので、エンジン始動時にバルブタイミング調整装置１００が受ける遅角方向の力よりも捩じりスプリング６０の付勢力の方が小さい。このため、エンジン停止時に従動軸を確実に最遅角位置に戻すことができ、始動時に基準位置である最遅角位置に吸気側を保持することができる。したがって、排気弁と吸気弁とが重複して開弁するオーバーラップ期間を少なくともエンジン始動可能な程度に減少可能であるため、エンジン始動性が向上する。さらに、吸気弁から吸入した燃料が未燃燃料となって排気弁から排出される量を低減することができる。また、位相変換の応答性を均一にし、制御性を向上させることができる。
【００４２】
さらにまた第１実施例においては、拘束手段の進角側解除油圧は、第１の流体圧力によりシューハウジング５０に対してベーンロータ４を進角方向に相対回転させる最低作動圧力よりも小さく設定されているので、油圧ポンプを大型化して油圧を増加させることなく、ならびにストッパピストン９７を大型化して受圧面積を増加させることなく、作動油の低圧時においても拘束手段によるフロント部５２とベーンロータ４との拘束が確実に解除される。したがって、フロント部５２とベーンロータ４との相対回動が可能となる。
【００４３】
（第２実施例）
次に、図１および図２に示す第１実施例の捩じりスプリング６０を渦巻きスプリングに替えた第２実施例について、図３および図４を用いて説明する。その他の構成は第１実施例と同様であり、同一構成部分に同一符号を付す。
【００４４】
図３および図４に示すように、第１の付勢手段としての渦巻きスプリング１６０はチェーンスプロケット８に形成された収納空間としての円周溝１６１に収納され、一方の端部はカムシャフト１に固定され、他方の端部はチェーンスプロケット８に設けられる軸方向に突出した固定部１６２に固定されている。渦巻きスプリング１６０は、チェーンスプロケット８に対しベーンロータ４が進角する方向、すなわちクランクシャフトに対しカムシャフト１が進角する方向にベーンロータ４を付勢している。渦巻きスプリング１６０の付勢力は、カムシャフト１のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつカムシャフト１の惰性回転域の平均トルク以下に設定されている。
【００４５】
第２実施例においては、渦巻きスプリング１６０は、クランクシャフトに対しカムシャフト１が進角する方向にベーンロータ４を付勢しているので、位相変換の応答性が均一になり、制御性が向上する。さらに、第１の流体圧力を比較的小さくすることができるので、進角油圧室と遅角油圧室との間の圧力差が小さくなり、両油圧室間の作動油の漏れを低減することができる。さらにまた、ベーンの面積を小さくすることが可能となり、エンジン性能を低下させることなくアクチュエータの体格を小型にし、バルブタイミング調整装置の重量を低減するとともに、エンジンに搭載するための搭載スペースを容易に確保することができる。さらにまた、油圧ポンプの最低作動圧力を低減することができるので、油圧ポンプの能力および体格を小型にし、製造コストを低減することができる。
【００４６】
さらに第２実施例においては、渦巻きスプリング１６０の付勢力はカムシャフト１のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつカムシャフト１の惰性回転域の平均トルク以下であるので、エンジン始動時にバルブタイミング調整装置が受ける遅角方向の力よりも渦巻きスプリング１６０の付勢力の方が小さい。このため、エンジン停止時に従動軸を確実に最遅角位置に戻すことができ、始動時に基準位置である最遅角位置に吸気側を保持することができる。したがって、排気弁と吸気弁とが重複して開弁するオーバーラップ期間を少なくともエンジン始動可能な程度に減少可能であるため、エンジン始動性が向上する。さらに、吸気弁から吸入した燃料が未燃燃料となって排気弁から排出される量を低減することができる。また、位相変換の応答性を均一にし、制御性を向上させることができる。
【００４７】
以上説明した本発明の複数の実施例では、カムシャフト１のアイドル回転域の平均トルクの１０％以上、かつカムシャフト１の惰性回転域の平均トルク以下に第１の付勢手段の付勢力を設定したが、本発明では、図５の矢印Ｂの範囲に示すように、カムシャフトの惰性回転域の平均トルクより大きく、かつカムシャフトの惰性回転域の最大トルク以下に第１の付勢手段の付勢力を設定してもよい。カムシャフトの惰性回転域の平均トルクより大きく、かつカムシャフトの惰性回転域の最大トルク以下に第１の付勢手段の付勢力を設定することにより、シューハウジングに対してベーンロータを進角方向に相対回転させる位相変換の応答性が向上する。したがって、エンジン停止時に従動軸を確実に最遅角位置に戻すことができるとともに、進角油圧室に供給する作動油の圧力をさらに小さくすることができ、進角油圧室と遅角油圧室との圧力差がさらに小さくなり、両油圧室間の作動油の漏れをさらに低減することができる。
【００４８】
また本発明では、吸気弁を進角方向に移動させようと制御した場合、切換弁を切換制御して第２の受圧面に流体圧力を作用させることにより、ストッパピストンにせん断力がかかって引掛かることなくフロント部とベーンロータとの拘束を速やかに解除することができる。その後、再び切換弁を切換制御することで、フロント部に対しベーンロータを進角方向に相対回転させ、吸気弁を進角方向に速やかに移動させることができる。
【００４９】
また上記複数の実施例では、拘束手段によりシューハウジングのフロント部とベーンロータ４とを最遅角位置で結合し、排気弁と吸気弁との開弁期間が重複しないようにしたが、本発明では、エンジンが正常に始動し運転状態に移行できる範囲内であれば排気弁と吸気弁との開弁期間は重複してもよく、拘束手段によるハウジング部材とベーン部材との結合位置は最遅角位置よりも進角側でもよい。
【００５０】
上記複数の実施例では、ベーンを四つ有するベーンロータ４について説明したが、本発明では、ベーンの数は構成上可能であれば一つまたはそれ以上のいくつでも構わない。
【００５１】
また複数の実施例では、ストッパピストン９７がベーンロータ４の軸方向に移動してテーパ穴に嵌合する構成としたが、本発明では、ストッパピストンがベーンロータの径方向に移動してテーパ穴に嵌合する構成としてもよいし、チェーンスプロケットにストッパピストンを収容することも可能である。
【００５２】
また複数の実施例では、チェーンスプロケットによりクランクシャフトの回転駆動力をカムシャフトに伝達する構成を採用したが、タイミングプーリやタイミングギア等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で受け、従動軸としてのカムシャフトとハウジング部とを一体に回転させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるバルブタイミング調整装置を示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるバルブタイミング調整装置を示す縦断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】エンジン回転数とカムトルクの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１        カムシャフト（従動軸）
４        ベーンロータ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ        ベーン（ベーン部材）
８        チェーンスプロケット（ハウジング部材）
５０        シューハウジング（ハウジング部材）
５１        周壁
５２        フロント部
５４ａ      テーパ孔（拘束手段）
６０        捩じりスプリング（第１の付勢手段）
６１        円周溝
８０、８１、８２、８３        遅角油圧室
８４、８５、８６、８７        進角油圧室
９６        スプリング（第２の付勢手段、拘束手段）
９７        ストッパピストン（拘束手段）
１００        バルブタイミング調整装置
１６０        渦巻きスプリング（第１の付勢手段）
１６１        円周溝
【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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