(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブを開閉する複数のカムを有するカムシャフトと、
内燃機関のクランクシャフトからの駆動力を前記カムシャフトに伝達する駆動力伝達手段を有するハウジングと、
前記カムシャフトと同期的に回動可能となるように前記カムシャフトの一端に固定され、かつボス部の外周から半径方向外方に突出する複数のベーン部を有するロータと、
前記ハウジングに固定され、かつ内周から半径方向内方に突出し前記ロータのベーン部と協働して複数の油圧室を構成する複数のシュー部を有するケースとを備え、
前記内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブの開閉タイミングをタペットを介して制御するバルブタイミング調整装置であって、
前記カムシャフトのカムと前記タペットとの摩擦力により生じる摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さい付勢力で、前記カムシャフトを進角方向に付勢する付勢手段とを備え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】
内燃機関の排気側カムシャフトに取付けられ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】
付勢手段の力量は、摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクがピーク値を示す時の前記摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定され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４】
付勢手段の力量は、カムプロフィールにより決まるカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定され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５】
付勢手段の力量は、エンジンのクランキング開始直後からアイドリング一定回転までのエンジン回転数域における摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ前記摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクもしくは前記カムトルクがピーク値を示す時の前記摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定され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６】
内燃機関のカムシャフト１つ当たりの制御対象は３気筒以下であることを特徴とする請求項４記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項７】
内燃機関のカムシャフト１つ当たりの制御対象は４または５気筒であることを特徴とする請求項４記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項８】
内燃機関のカムシャフト１つ当たりの制御対象は６気筒であることを特徴とする請求項４記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項９】
付勢手段は、ロータのベーン部およびケースのシュー部により構成される複数の油圧室のうち、少なくとも１つの油圧室内に少なくとも１つずつ配設されたことを特徴とした請求項１記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１０】
付勢手段の付勢力により、ロータがケースと最進角位置で当接している時間内において、前記ロータと嵌合し、かつ前記ロータを最進角位置に拘束可能であるロック部材をさらに備えた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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの運転条件に応じて吸気バルブと排気バルブの双方もしくは一方の開閉タイミングをカムシャフト端部に装着した油圧アクチュエータで変化させるバルブタイミング調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧式バルブタイミング制御装置として、エンジンのクランクシャフトと同期回転するタイミングプーリやチェーンスプロケットによってカムシャフトを駆動するバルブ駆動系のタイミングプーリまたはチェーンスプロケットとカムシャフトとの間に、ベーン式またはヘリカルピストン式のバルブタイミング調整装置が設けられている。このバルブタイミング調整装置には、オイルポンプからオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）を介して作動油を吸排制御することにより、クランクシャフトの回転角に対してカムシャフトの回転角を相対的に回動させると共に、クランクシャフトの回転角に対するカムシャフトの回転角を進角または遅角方向へ可変制御することにより、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングをエンジンの回転数や負荷に応じた最適バルブ開閉タイミングに調整して、排気ガスの低減や出力の向上、さらには燃費改善を図っている。
【０００３】
このような油圧式のバルブタイミング調整装置として知られているアクチュエータとしては、ハウジング内に所定範囲内で回動可能に配設されたベーン式ロータと上記ハウジングとで構成される複数の油圧室にＯＣＶから作動油を供給または排出制御することにより油圧を変化させることによって、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角を進角方向または遅角方向に可変するベーン式のものと、ハウジング内でＯＣＶからの油圧力により軸方向に往復運動可能な油圧ピストンに形成されたヘリカルギヤと噛み合うもう一つのヘリカルギヤがこのヘリカルスプラインのねじれに基づいて所定範囲内で回動することにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角を進角方向または遅角方向に可変するヘリカルピストン式のものがある。いずれのアクチュエータも油圧力によって吸気バルブもしくは排気バルブの開閉タイミングを調整するものである。前者のベーン式のバルブタイミング調整装置としては、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４などが知られている。
【０００４】
しかしながら、特に排気バルブタイミング調整装置においては、エンジンのクランクシャフトから伝達される駆動力により、カムシャフトには遅角方向の力を受けることになる。さらにエンジン始動時等、エンジンのポンプが十分に回っておらず、油圧力が働かない状況においては、従来の油圧式バルブタイミング調整装置では、この遅角方向の力により、バルブタイミング調整装置が通常の角度制御を行うことができないことに伴い、カムシャフトが遅角方向に動くことに起因して、排気バルブの開きタイミングが遅れてしまい、エンジン始動性が悪化する等、アイドリングの不安定化などの問題があった。このような問題を解決するためには、エンジン始動時等、油圧力が十分に働かないエンジン状態において、クランクシャフトからの駆動力によりカムシャフトに働く遅角方向の力に対抗して、進角方向に付勢する手段をバルブタイミング装置に設けることにより、安定したエンジン始動を行えるようにしたものがあり、例えば、特許文献５や特許文献６などがこれに該当する。
【０００５】
例えば、特許文献５においては、カムシャフトと共に回動可能な回転体と、クランクシャフトに対してカムシャフトを進角させる方向に前記回転体を付勢する付勢手段を有し、この付勢手段の付勢力をエンジン始動時の最大トルクより大きく設定することと、平均トルクよりも大きく設定し、前記回転体を拘束可能なロック機構を備えている。
【０００６】
また、特許文献６においては、内周部に形成された複数の油圧室を区画するベーンと、吸気バルブと排気バルブを同時に開弁しない方向に付勢する付勢手段を有し、この付勢手段の付勢力を前記油圧室へ吸排される油圧力よりも小さく設定し、かつ油圧が低下した場合においてもカムシャフトを進角方向に付勢する構造となっている。
【０００７】
図１は特許文献５に開示されたベーン式排気バルブタイミング調整装置の内部構造を示す径方向断面図である。図において、１００は駆動力伝達部材としてのシューハウジング、１０１はシューハウジング１００内に所定範囲内で回動可能に配設された駆動力伝達部材としてのベーンロータである。シューハウジング１００の内周には半径方向内方に突出するシュー１００ａ，１００ｂおよび１００ｃが設けられている。ベーンロータ１０１の外周には半径方向外方に突出するベーン１０１ａ，１０１ｂおよび１０１ｃが設けられている。これらシューハウジング１００とベーンロータ１０１との間には、シュー１００ａ，１００ｂおよび１００ｃとベーン１０１ａ，１０１ｂおよび１０１ｃにより区画された複数の遅角油圧室１０２，１０３および１０４、進角油圧室１０５，１０６および１０７が形成されている。進角油圧室１０５，１０６および１０７にそれぞれ面するシュー１００ａ，１００ｂおよび１００ｃには、それぞれ凹部１０８が形成され、当該進角油圧室１０５，１０６および１０７にそれぞれ面するベーン１０１ａ，１０１ｂおよび１０１ｃには、それぞれ凹部１０９が形成されており、各進角油圧室１０５，１０６および１０７では、両凹部１０８および１０９間に付勢手段としてのスプリング１１０が配設されている。上記シューハウジング１００は上記排気側カムシャフトに回転自在に取付けられており、上記ベーンロータ１０１は上記排気カムシャフトの端部にボルトで締結固定され、排気カムシャフトと同期回転可能である。
【０００８】
次に動作について説明する。
まず、エンジンのクランクシャフト（図示せず）からの回転駆動力は、タイミングチェーンもしくはタイミングベルト（以下、駆動力伝達手段という。いずれも図示せず）、チェーンスプロケット（図示せず）もしくはタイミングプーリ（図示せず）を有する駆動力伝達部材としてのシューハウジング１００およびベーンロータ１０１を介して排気側カムシャフト（図示せず）に伝達される。
バルブタイミング調整装置の動作時には、ＯＣＶ（図示せず）からの油圧により、ベーンロータ１０１がクランクシャフト１に対して一定角度分、相対回動することにより、ベーンロータ１０１と同期回転する排気カムシャフトがクランクシャフトに対して相対回動することから、排気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを調整する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−９２５０４号公報
【特許文献２】特開平８−１２１１２２号公報
【特許文献３】特開平９−６０５０７号公報
【特許文献４】特開平９−２８００１８号
【特許文献５】特開平１０−６８３０６号公報
【特許文献６】特開平９−２６４１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のバルブタイミング調整装置は以上のように構成されているので、次のような課題があった。
（１）即ち、特許文献５においては、カムシャフトの進角方向付勢手段としてのスプリング１１０の付勢力をエンジン始動時の最大トルクもしくは平均トルクよりも大きく設定している。このような大きな付勢力を発生するスプリング１１０の寸法は相当程度大きくなり、エンジン内という限られた空間内に配設されるバルブタイミング調整装置の油圧室内に備えるのは実際上困難であった。
（２）また、進角方向への付勢力が大きいために、アクチュエータとしてのバルブタイミング調整装置の進角方向動作速度と遅角方向動作速度の間に無視できない顕著な速度差が生じる。即ち、進角方向の過大な付勢力により、進角方向速度が速くなる反面、遅角方向速度が極端に遅くなり、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化することや、エンジン性能に無視できない影響が出てくる可能性もあった。
（３）さらに、付勢力が大きいために、その付勢力を抑制しながらの付勢手段の装置への組付け作業は困難であり、組付け後にカムシャフトと共に回転する回転体に過大な力がかかることにより回転体のこじれが懸念されるといった問題も発生する可能性があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、仮にエンジン停止状態でケースとロータが係合されていない場合であっても、クランキング時のカムシャフト１回転以内で確実に最進角位置に係合することで、エンジン始動性の悪化を防止すると同時に、カムシャフトを進角方向に付勢する付勢手段を設けたことによるバルブタイミング調整装置の顕著な応答速度差が発生することを防止し、かつ、エンジン始動が安定して行え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】
【００１２】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブを開閉する複数のカムを有するカムシャフトと、内燃機関のクランクシャフトからの駆動力をカムシャフトに伝達する駆動力伝達手段を有するハウジングと、カムシャフトと同期的に回動可能となるようにカムシャフトの一端に固定され、かつボス部の外周から半径方向外方に突出する複数のベーン部を有するロータと、ハウジングに固定され、かつ内周から半径方向内方に突出しロータのベーン部と協働して複数の油圧室を構成する複数のシュー部を有するケースとを備え、内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブの開閉タイミングをタペットを介して制御するバルブタイミング調整装置であって、カムシャフトのカムとタペットとの摩擦力により生じる摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さい付勢力で、カムシャフトを進角方向に付勢する付勢手段とを備えたものである。
【００１３】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段を備えるバルブタイミング調整装置を内燃機関の排気側カムシャフトに取付けたものである。
【００１４】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクがピーク値を示す時の前記摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００１５】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、カムプロフィールにより決まるカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００１６】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、エンジンのクランキング開始直後からアイドリング一定回転までのエンジン回転数域における摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ前記摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクもしくは前記カムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００１７】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が３気筒以下のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００１８】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が４または５気筒のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００１９】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が６気筒のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。
【００２０】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、ロータのベーン部およびケースのシュー部により構成される複数の油圧室のうち、少なくとも１つの油圧室内に少なくとも１つずつ付勢手段を配設したものである。
【００２１】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の付勢力により、ロータがケースと最進角位置で当接している時間内において、前記ロータと嵌合し、かつ前記ロータを最進角位置に拘束可能であるロック部材をさらに備えたものである。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブを開閉する複数のカムを有するカムシャフトと、内燃機関のクランクシャフトからの駆動力をカムシャフトに伝達する駆動力伝達手段を有するハウジングと、カムシャフトと同期的に回動可能となるようにカムシャフトの一端に固定され、かつボス部の外周から半径方向外方に突出する複数のベーン部を有するロータと、ハウジングに固定され、かつ内周から半径方向内方に突出しロータのベーン部と協働して複数の油圧室を構成する複数のシュー部を有するケースとを備え、内燃機関の吸気バルブもしくは排気バルブの開閉タイミングをタペットを介して制御するバルブタイミング調整装置であって、カムシャフトのカムとタペットとの摩擦力により生じる摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さい付勢力で、カムシャフトを進角方向に付勢する付勢手段とを備えたものである。このことによって、従来生じていた、付勢力過大による進角方向と遅角方向の応答速度の顕著な違いが生じることがないため、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化しないという効果がある。また、このことによって、ヘリカルピストン式の装置と比較して、全体が簡易な構成となり、生産コストも大幅に減少できるという効果がある。
【００２３】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段を備えるバルブタイミング調整装置を内燃機関の排気側カムシャフトに取付けたものである。このことによって、カムの回転による摩擦力に抗して排気側カムシャフトを進角方向に付勢することができる。
【００２４】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクがピーク値を示す時の前記摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、ロータが最進角位置に当接している区間における摩擦トルクを相殺し、最進角位置当接区間を長くすることができる。
【００２５】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、カムプロフィールにより決まるカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、ロータが最進角位置に当接している区間における摩擦トルクを相殺し、最進角位置当接区間を長くすることができる。
【００２６】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の力量を、エンジンのクランキング開始直後からアイドリング一定回転までのエンジン回転数域における摩擦トルクのピーク値と略等しいか、当該摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ前記摩擦トルクとカムプロフィールにより決まるカムトルクとの合成トルクである軸トルクもしくは前記カムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、摩擦トルクが最大となる回転数域において付勢力を設定できるので、始動時においてロータの最進角位置の当接区間を長くすることができる。
【００２７】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が３気筒以下のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、カム１つに関する摩擦トルク、カムトルク、軸トルクに応じて付勢手段の力量である付勢力を設定でき、様々な形態のエンジンに対する汎用性を有するバルブタイミング調整装置を構築できる。
【００２８】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が４または５気筒のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、カム１つに関する摩擦トルク、カムトルク、軸トルクに応じて付勢手段の力量である付勢力を設定でき、様々な形態のエンジンに対する汎用性を有するバルブタイミング調整装置を構築できる。
【００２９】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カムシャフト１つ当たりの制御対象が６気筒のエンジンに適用する場合において、付勢手段の力量を前記摩擦トルクのピーク値と略等しいか、より小さく、かつ前記軸トルクもしくはカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルクと略等しいか、当該摩擦トルクより大きくなるように設定したものである。このことによって、カム１つに関する摩擦トルク、カムトルク、軸トルクに応じて付勢手段の力量である付勢力を設定でき、様々な形態のエンジンに対する汎用性を有するバルブタイミング調整装置を構築できる。
【００３０】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、ロータのベーン部およびケースのシュー部により構成される複数の油圧室のうち、少なくとも１つの油圧室内に少なくとも１つずつ付勢手段を配設したものである。このことによって、バルブタイミング調整装置が小型化可能となり、様々な形態を有するエンジンにも装着可能となるメリットがある。
【００３１】
この発明に係るバルブタイミング調整装置は、付勢手段の付勢力により、ロータがケースと最進角位置で当接している時間内において、前記ロータと嵌合し、かつ前記ロータを最進角位置に拘束可能であるロック部材をさらに備えたものである。このことによって、エンジン始動時においては、クランキング開始直後にロータを拘束することができ、異音や振動を発生させることなく、安定したエンジン始動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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最良の形態について、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置を備えた内燃機関としてのガソリンエンジンをエンジンフロント側から見た概略斜視図であり、図３は図２におけるカムシャフト部分を拡大して表した斜視図である。図において、１はエンジン（図示せず）のクランクシャフト、２は排気側カムシャフト、３は吸気側カムシャフト、４は排気側カムシャフト２の端部にボルト（図示せず）で締結固定された排気バルブタイミング調整装置、５は吸気側カムシャフト３の端部にボルト（図示せず）で締結固定された吸気バルブタイミング調整装置、６はクランクシャフト１の回転駆動力を排気側カムシャフト２および吸気側カムシャフト３に伝達するタイミングチェーンもしくはタイミングベルト（以下、駆動力伝達手段という）である。この駆動力伝達手段６はクランクシャフト１の回転に応じて図２中の矢印Ａ方向に回転している。
【００３３】
排気側カムシャフト２にはこのカムシャフト２に一体化された複数のカム７が取り付けられている。この点は吸気側カムシャフト３でも同様であるので、ここでは排気側カムシャフト２を代表例とし、吸気側カムシャフト３に関する説明を省略する。カム７はカムシャフト２と同軸のベース円部７ａとこのベース円部７ａの一部に形成された幾何形状部７ｂとから概略構成されている。各カム７は一対一で対応するタペット８の上面部８ａに当接している。タペット８はバルブスプリング（図示せず）を介して排気バルブ（図示せず）と連動して鉛直方向に往復運動可能となっている。
【００３４】
ここで、クランクシャフト１の駆動力により排気側カムシャフト２が回転すると、カム７はその幾何形状部７ｂにより生じるバルブリフト量分だけタペット８を押し下げる。タペット８が押し下げられると、バルブスプリング（図示せず）が圧縮され、この圧縮力の応力であるバルブスプリング反力に抗して排気バルブ（図示せず）が開弁される。また、カム７のベース円部７ａがタペット８の上面８ａに当接し、排気バルブ（図示せず）が閉弁されているときでも、タペット８はバルブスプリング（図示せず）の反力を受けている。このとき、排気側カムシャフト２のバルブスプリング反力から受ける仕事（トルク）としては、実際にはカム７の全幾何形状（カムプロフィール）とバルブスプリング反力により決まるカムトルク（Ｔｃ）と、カム７とタペット８とが接触摺動することにより生じる摩擦力による摩擦トルク（Ｔｍ）がある。これら２つのトルクは、例えば、以下に示す式（Ｉ）および式（ＩＩ）で表される。
Ｔm＝μ・Ｆ・ｙ        （Ｉ）
Ｔc＝Ｆ・ｘ          （ＩＩ）
式（Ｉ）および式（ＩＩ）中、μはカムとタペットとの摩擦係数，Ｆはバルブスプリング力（Ｆ＝ｋ・ｙ'），ｙは摩擦トルクの鉛直方向力点距離（ｙ＝Ｒb＋ｙ'  、Ｒbはカムベース円半径），ｘはカムトルクの水平方向力点距離，ｋはバルブスプリングばね定数，ｙ'はカムリフト量である。
【００３５】
図４は、例えば上記式（Ｉ）および式（ＩＩ）で概略表現される摩擦トルク（Ｔｍ）およびカムトルク（Ｔｃ）のカム回転角度に対する変化を模式的に表すグラフである。
【００３６】
以下、図４を参照して排気側カムシャフト２の回転によるそれぞれのトルク変化を説明する。図において１０は摩擦トルク曲線、１１はカムトルク曲線である。図２および図３に示したカム７がベース円部７ａでタペット８の上面８ａとの当接位置にある区間は、排気バルブ（図示せず）が閉弁状態となる位置にあり、この状態では、カム７とタペット８との接触圧が極小になるように設定される。従って、カム７はバルブスプリング反力をほとんど受けない状態にあることから、摩擦トルク（Ｔｍ）およびカムトルク（Ｔｃ）は共にほぼ“０”に等しい（バルブセット時荷重に対するトルク：Ｔs）。その後、排気側カムシャフト２の回転が進むと、カムが乗り上げ始め、摩擦トルク（Ｔｍ）およびカムトルク（Ｔｃ）は共に正方向に増加し始める（摩擦トルク曲線１０における１０ａで示される位置、カムトルク曲線１１における１１ａで示される位置）。さらに、排気側カムシャフト２の回転が進むと、摩擦トルク（Ｔｍ）およびカムトルク（Ｔｃ）は共に略正弦波曲線を描くように増加していく（摩擦トルク曲線１０における１０ｂで示される区間、カムトルク曲線１１における１１ｂで示される区間）。カムトルク（Ｔｃ）はこの区間１１ｂにおいて正のピーク値Ｐ１を示す。次に、カム７の幾何形状部７ｂの頂部がタペット８に当接したとき（摩擦トルク曲線１０における１０ｃで示される位置、カムトルク曲線１１における１１ｃで示される位置）、排気バルブ（図示せず）に対するリフト量は最大となり、バルブスプリング反力もピークを示す。摩擦トルク（Ｔｍ）はピーク値Ｐ２を示し、カムトルク（Ｔｃ）は”０”を示す。カム７の幾何形状部７ｂの頂部を越えた部分がタペット８に当接するようになると（摩擦トルク曲線１０における１０ｄで示される区間、カムトルク曲線１１における１１ｄで示される区間）、摩擦トルク（Ｔｍ）は正の範囲（Ｘ１領域）で減少し、一方，カムトルク（Ｔｃ）は負の値を示し、この区間１０ｄで負のピーク値Ｐ３を示す。その後、再びカム７はタペット８と当接しなくなり、摩擦トルク（Ｔｍ）およびカムトルク（Ｔｃ）は共に”０”となる（摩擦トルク曲線１０における１０ｅで示される位置、カムトルク曲線１１における１１ｅで示される位置）。
排気側カムシャフト２の回転に伴うカム７が受けるトルクは、以上に説明したような変化を示すが、実際には、摩擦トルク（Ｔｍ）とカムトルク（Ｔｃ）との合成トルクである軸トルク（Ｔｔ）として観測される。ここで、軸トルク（Ｔｔ）とは、次の式（ＩＩＩ）で示すようにバルブスプリングによる反力トルクと定義付ける。すなわち
Ｔt＝Ｔm＋Ｔc＋Ｔs        （ＩＩＩ）
【００３７】
ここで、Ｔsはバルブセット時荷重に対するトルクであるが、ここではＴｓを“０”とすると、軸トルク（Ｔｔ）は上述したように摩擦トルク（Ｔｍ）とカムトルク（Ｔｃ）との合成トルクで表される。この合成トルクは図４に示す軸トルク曲線１２として描かれる。
【００３８】
図５は図２に示したエンジンに組み付けられた油圧式のバルブタイミング調整装置を示す径方向断面図であり、図６は図５に示した油圧式のバルブタイミング調整装置を示す軸方向断面図である。図において、１５は排気バルブ（図示せず）のバルブ開閉タイミングを調整するための油圧式アクチュエータである。このアクチュエータ１５は、クランクシャフト１から駆動力伝達手段６を介して伝達される回転駆動力を排気側カムシャフト２に伝達するチェーンスプロケットもしくはタイミングプーリ（以下、駆動力伝達部材という）を一体的に有しかつ排気側カムシャフト２に対して回転自在に取付けられたハウジング１６と、このハウジング１６と共に回転可能でありかつ内周部に半径方向内方に突出する複数のシュー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび１７ｄを有するケース１７と、排気側カムシャフト２の端部にボルトで締結固定され、かつ外周部に半径方向外方に突出する複数のベーン部１８ａ，１８ｂ，１８ｃおよび１８ｄを有するロータ１８とから概略構成されている。ケース１７の各シュー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび１７ｄとロータ１８の各ベーン部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとの間には、ＯＣＶ（図示せず）からの油圧を受ける複数の進角方向油圧室１９ａ，１９ｂ，１９ｃおよび１９ｄ及び遅角方向油圧室２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび２０ｄが構成されている。進角方向油圧室１９ａ，１９ｂ，１９ｃおよび１９ｄを構成するケース１７の各シュー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび１７ｄと、ロータ１８の各ベーン部１８ａ，１８ｂ，１８ｃおよび１８ｄには凹部２１および凹部２２が形成されており、凹部２１と凹部２２との間には進角方向付勢手段としての弾性部材２３が周方向に沿って配置されている。弾性部材２３の両端部は上記凹部２１および凹部２２内に配設されたホルダ２４により支持されている。なお、この実施の形態１では、弾性部材２３を各進角方向油圧室１９ａ，１９ｂ，１９ｃおよび１９ｄに１つずつ配設したが、複数個配設してもよい。
【００３９】
また、２５はケース１７の各シュー部１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび１７ｄの先端部に設けられロータ１８の外周部に当接させることで隣接する各油圧室間で液密を維持するためのシール部材であり、２６はロータ１８の各ベーン部１８ａ，１８ｂ，１８ｃおよび１８ｄの先端部に設けられケース１７の内周部に当接させることで隣接する各油圧室間で液密を維持するためのシール部材である。
【００４０】
さらに、２７はケース１７の一つのシュー部１７ａ内に半径方向移動可能に配設されたロック部材であり、２８はロータ１８のボス部の外周に形成されかつロック部材２７を嵌合するための嵌合穴である。これらロック部材２７と嵌合穴２８はロータ１８が最進角位置にあるときにケース１７に対してロータ１８を拘束するロック機構を構成している。
【００４１】
このような構成の排気バルブタイミング調整装置４におけるハウジング１６は、クランクシャフト１からの回転駆動力を駆動力伝達手段６を介して受けることによりクランクシャフト１と同期的に回転可能である。また、排気バルブタイミング調整装置４では排気側カムシャフト２と共に回転可能なロータ１８がクランクシャフト１に対して所定範囲内で相対回動し、排気側カムシャフト２がクランクシャフト１に対して位相差を生じることにより、排気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを早めたり遅らせたりすることが可能となる。
【００４２】
次に、図４に示した軸トルク曲線１２の変化について、図５に示したバルブタイミング調整装置の各構成要素の機能と関連付けて図７を参照して説明する。
図７は図２から図６に示した油圧式のバルブタイミング調整装置を用いた場合における摩擦トルクと軸トルクのトルク曲線を示すグラフである。図７において、１０は摩擦トルク曲線、１２は軸トルク曲線を示している。軸トルク曲線１２において、軸トルクが正の値を示しながら変化している区間１２ａは、図３に示したカム７がタペット８上に乗り上げながら、バルブスプリング（図示せず）を圧縮しており、図２に示した排気側カムシャフト２および排気バルブタイミング調整装置４におけるロータ１８は、摩擦トルクとカムトルクにより遅角方向の力を受け、ロータ１８は該ロータ１８が所定範囲の角度で回動可能なように規制しているケース１７のシュー部と当接している。この当接区間１２ａがロータ１８の最遅角位置となる。次に、排気側カムシャフト２の回転が進み、カム７が頂部を少し越えた時に軸トルクは“０”となり、次の瞬間から軸トルクは負の値を示し、排気側カムシャフト２および排気バルブタイミング調整装置４におけるロータ１８は進角方向の力を受け、ロータ１８は最遅角位置から進角方向に移動し始める。そして軸トルクが負のある値を下回ると、ロータ１８はケース１７と最進角位置で当接する。この最進角位置での当接区間は１２ｂで示す区間であり、図のように軸トルクが負のある値を下回っている区間においてのみ最進角位置で当接している。さらに、この最進角位置当接区間１２ｂを過ぎると、ロータ１８は最進角位置から遅角方向へ移動を始める。
【００４３】
軸トルクの変化に伴い、排気バルブタイミング調整装置４におけるロータ１８は上記のような挙動を示すが、前記最進角位置当接区間１２ｂについてさらに詳細に説明する。この最進角位置当接区間１２ｂにおいて、軸トルク（Ｔｔ）を分解すると、前述のように摩擦トルク（Ｔｍ）とカムトルク（Ｔｃ）に分解できるが、カムトルク（Ｔｃ）は進角方向に働いているのに対し、摩擦トルク（Ｔｍ）は遅角方向に働いている。従って、この摩擦トルク（Ｔｍ）が最進角位置でのロータとケースとの当接を妨げている。
【００４４】
ここで、この発明の目的の一つである、安定したエンジン始動を得るためには、クランキング開始直後の回転領域において、前記最進角位置当接区間１２ｂの間に、ロック部材２７をロータ１８の嵌合穴２８に嵌合させる必要がある。しかしながら、この最進角位置当接区間１２ｂは時間的に非常に短くなっており、ロック部材２７をロータ１８に嵌合させるために、最進角位置当接区間１２ｂを長くする必要がある。このために、ロータ１８および排気側カムシャフト２を進角方向に付勢するための弾性手段２３が必要であり、以下この付勢力の設定方法について説明する。
【００４５】
最進角位置当接区間１２ｂにおいて、上述のように、摩擦トルク（Ｔｍ）が遅角方向に働いており、この摩擦トルク（Ｔｍ）によって、最進角位置での当接が妨げられている。そこで、この最進角位置当接区間１２ｂにおける摩擦トルク（Ｔｍ）に対抗して、排気側カムシャフト２およびロータ１８を進角方向に付勢するように設定する。すなわち、少なくとも最進角位置当接区間１２ｂにおける摩擦トルク（Ｔｍ）による仕事分を弾性手段２３で補えばよいことになるから、弾性手段２３の付勢力は軸トルク（Ｔｔ）がピーク値を示す時の摩擦トルク（Ｔｍ）相当以上（Ｘ２領域）に設定する。また、弾性手段２３の付勢力が過大であると、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化することから、付勢力の最大値を摩擦トルク（Ｔｍ）のピーク値（Ｘ２領域）とする。
【００４６】
また、カムシャフト１つ当たりの制御対象が４または５気筒を有するエンジンを考えた場合、例えばカムシャフト１つ当たりの制御対象が４気筒を有するエンジンにおいて、図８はカムシャフトのカム形状を投影したものを示す図であり、図において、１４ａ〜１４ｄは４つのカムを示している。このようにカムシャフト１つ当たり４気筒を制御対象とするエンジンの場合、カムは９０度毎（一般的には３６０度／ｎ、ｎ気筒エンジンの場合）にタペット乗り上げを行い、図８に示すカム投影形状から４つのカムがそれぞれオーバーラップ（干渉）し合っている。このような形態のカムシャフトが回転した時、前記摩擦トルクおよび前記軸トルクは、図９に示すようにそれぞれのトルク曲線が干渉し合うことになる。ここで、カムの開き角度が１２０度以下である場合、この発明における付勢力の設定方法を適用すれば、付勢力は軸トルクのピーク時における摩擦トルク相当値に設定しており、カムの干渉により軸トルクのピーク値を示すカム角度およびその時の摩擦トルクが変化することはないので、実際には、付勢力の設定は、上記説明のようにカム１つのトルク曲線においてのみ考えれば良い。他方、カムの開き角度が１２０度より大きくなると、カムの干渉により、トルク曲線も干渉し、軸トルクのピーク値を示すカム角度にずれが発生する。しかし、この発明における付勢力の設定方法に従えば、この軸トルクピーク値のずれによる摩擦トルクの変化はほぼ“０”に等しく考えられ、この場合もカム１つのトルク曲線で考えても問題ない。
【００４７】
また例えば、油圧ラッシュアジャスタ付きバルブリフタのように、カムが前記ベース円部でタペットと当接する時の接触圧が無視できないような設計がなされている時は、その時のトルク、すなわち油圧に応じたバルブセット時荷重に対するトルク：Ｔsの分だけ摩擦トルクを正方向にオフセットすればよく、この場合も設定方法は同様としてよい。
【００４８】
さらに１気筒当たりｎ個のバルブが備わっている場合でも、各トルク値をｎ倍するだけでよい。
【００４９】
以上のように、この実施の形態１によれば、ベーン式の排気バルブタイミング調整装置に進角方向付勢のための弾性手段を設け、その付勢力を摩擦トルクのピーク値より小さく、かつ軸トルクがピーク値を示す時の摩擦トルク相当値より大きく設定し、前記ロータが最進角位置で拘束可能なロック部材を設けたので、仮にエンジン停止状態で、ケースとロータが係合されていない場合であっても、クランキング時のカムシャフト１回転以内で確実に係合することで、エンジン始動性の悪化を防止すると同時に、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化することなしに、必要最低限の付勢力に設定でき、かつクランキング開始直後のエンジン回転領域において、最進角位置当接区間を長くすることができ、前記ロック部材がロータと嵌合することによって、安定したエンジン始動性を得ることができる。
また、上記摩擦トルクとカムトルク以外に、カムシャフトの回転に伴う考慮すべき力として、カムシャフトの回転による慣性トルク、タペットの往復運動による慣性トルクがあるが、前者カムシャフトの慣性トルクはカムが頂部を乗り越えて進角方向に弾かれるように移動してから、その後は等速回転運動を行うことから無視することができ、後者タペットの慣性トルクは高回転領域においてカムシャフトの高回転によるカムの移動にタペットの運動が追従しきれないことにより現れるものであるから、この発明のように極低回転領域については双方とも考える必要がなく、説明を省略する。
【００５０】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置の進角方向付勢手段の付勢力設定を示す図である。この実施の形態２の構成要素のうち実施の形態１の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。図において、１０は前記摩擦トルク曲線、１１は前記カムトルク曲線である。カムトルクが正の値を示している区間は、排気カムシャフトおよびロータがこのカムトルクおよび摩擦トルクにより遅角方向の力を受けており、ロータは最遅角位置でケースと当接している。その後カムトルクが“０”になり、負の値を示し始めると、ロータは逆に進角方向の力を受ける。この進角方向の力によりロータは最遅角位置から進角方向に移動し始め、カムトルクがある負の値以下になる区間において、ロータはケースと最進角位置で当接する。この最進角位置での当接区間が図中１１ｄに示す区間である。さらに回転が進むと、ロータは最進角位置から遅角方向に移動する。
【００５１】
ここで、この最進角位置当接区間１１ｄにおいて、カムトルクは進角方向に働いているが、摩擦トルクは逆に遅角方向に働いており、この摩擦トルクがロータが最進角位置に当接するのを妨げている。そこで、最進角位置当接区間における摩擦トルクに対抗するような付勢手段を設け、最進角位置当接区間１１ｄを長くし、ロック部材を確実にロータと嵌合させることで、安定したエンジン始動が得られるものである。従って、進角方向付勢手段は、少なくとも最進角位置当接区間１１ｄにおける摩擦トルクの仕事分を補えばよいことになるから、付勢力はカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルク相当以上（Ｘ３領域）に設定する。また、付勢力が過大であると、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化することから、付勢力の最大値を摩擦トルクのピーク値（Ｘ３領域）とする。その結果、前記ロータが最進角位置で当接している区間が長くできることから、前記ロック部材が最進角位置でロータと嵌合できる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態２によれば、排気バルブタイミング調整装置に進角方向付勢のための付勢手段を設け、その付勢力を摩擦トルクのピーク値より小さく、かつカムトルクがピーク値を示す時の摩擦トルク相当値より大きく設定し、前記ロータが最進角位置で拘束可能なロック部材を設けたので、バルブタイミング調整装置の制御性が悪化することなしに、必要最低限の付勢力に設定でき、かつ、最進角位置当接区間を長くすることができ、前記ロック部材がロータと嵌合することによって、安定したエンジン始動性を得ることができる。
【００５３】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３によるバルブタイミング調整装置が取付けられるカムシャフトのカム部の投影形状である。図において、７，７１，７２は３つのカムを示している。すなわちカムシャフト１つの制御対象が３気筒以下であることを示している。このようにカムシャフト１つ当たりの制御対象が３気筒以下であり、かつそれぞれのカムの開き角度が１２０度以下である場合、それぞれのカムのオーバーラップは存在しないので、進角方向付勢力を設定する際、カム１つについて考慮すればよい。
【００５４】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４によるバルブタイミング調整装置が取付けられるカムシャフトのカム部の投影形状である。図において、７，７１，７２，７３，７４および７５はカムを示している。すなわちカムシャフト１つの制御対象が６気筒であることを示している。このようにカムシャフト１つ当たりの制御対象が６気筒であり、かつそれぞれのカムの開き角度が１２０度以下である場合においても、それぞれのカムのオーバーラップは存在しないので、進角方向付勢力を設定する際、カム１つについて考慮すればよい。
【００５５】
以上のように、この発明に係るバルブタイミング調整装置は、仮にエンジン停止状態でケースとロータが係合されていない場合であっても、クランキング時のカムシャフト１回転以内で確実に最進角位置に係合することで、エンジン始動性の悪化を防止すると同時に、カムシャフトを進角方向に付勢する付勢手段を設けたことによるバルブタイミング調整装置の顕著な応答速度差が発生することを防止し、かつ、エンジン始動が安定して行える。また、この発明に係るバルブタイミング調整装置は、カム１つに関する摩擦トルク、カムトルク、軸トルクに応じて付勢手段の力量である付勢力を設定できるので、カムシャフト１つ当たりの制御対象が３気筒から６気筒である、様々な形態のエンジンに対する汎用性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の油圧式バルブタイミング調整装置の一例の内部構造を示す径方向断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるバルブタイミング調整装置を備えたエンジンをフロント側からみた概略的な斜視図である。
【図３】図２におけるカムシャフト部分を拡大して表した斜視図である。
【図４】カム角度に対して変化する摩擦トルクまたはカムトルクのトルク曲線を示すグラフである。
【図５】図２に示したエンジンに組み付けられた油圧式のバルブタイミング調整装置を示す径方向断面図である。
【図６】図５に示した油圧式のバルブタイミング調整装置を示す軸方向断面図である。
【図７】図２から図６に示した油圧式のバルブタイミング調整装置を用いた場合における摩擦トルクと軸トルクのトルク曲線を示すグラフである。
【図８】カムシャフト１つ当たりの制御対象が４気筒を有するエンジンのカムシャフトのカムの投影形状を示す正面図である。
【図９】カムシャフト１つ当たりの制御対象が４気筒を有するエンジンの摩擦トルク、および軸トルクのトルク曲線を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態２によるバルブタイミング調整装置における進角方向付勢手段の付勢力設定方法を説明するためのトルク曲線を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態３によるバルブタイミング調整装置が取付けられるカムシャフトのカム部の投影形状を示す正面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４によるバルブタイミング調整装置が取付けられるカムシャフトのカム部の投影形状を示す正面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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