(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の駆動軸から排気弁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配置され、前記排気弁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であって、
前記駆動軸とともに回転する駆動側回転体と、
前記従動軸とともに回転し、流体室の作動流体圧力により所定角度範囲に限り前記駆動側回転体に対し相対回動駆動される従動側回転体と、
前記流体室に作動流体を供給可能な流体供給源と、
前記流体室から作動流体を回収可能な流体回収手段と、
前記流体室、前記流体供給源および前記流体回収手段とそれぞれ接続している複数の開口部を有する流路部材、前記流路部材内に収容されている弁部材、ならびに前記弁部材を変位させる駆動力を発生する電磁駆動部を有し、前記弁部材が変位することにより前記流体供給源および前記流体回収手段側の開口部と前記流体室側の開口部との連通状態を制御し、前記流体室の流体圧力を調整する圧力制御弁とを備え、
前記電磁駆動部への通電オフ時、前記流体供給源および前記流体回収手段と前記流体室との接続を前記弁部材が遮断し、
前記流体室は、作動流体圧力が前記駆動側回転体に対し前記従動側回転体を遅角側に相対回動駆動する方向に加わる遅角室と、作動流体圧力が前記駆動側回転体に対し前記従動側回転体を進角側に相対回動駆動する方向に加わる進角室とを有し、前記電磁駆動部に供給する電流値が０から上昇するにしたがい前記弁部材が変位することにより、前記遅角室および前記進角室と前記流体供給源および前記流体回収手段との接続状態は、
(１) 前記遅角室および前記進角室と前記流体供給源および前記流体回収手段との接続が遮断、
(２) 前記進角室と前記流体供給源とが接続、前記遅角室と前記流体回収手段とが接続、
(３) 前記遅角室および前記進角室と前記流体供給源および前記流体回収手段との接続が遮断、
(４) 前記進角室と前記流体回収手段とが接続、前記遅角室と前記流体供給源とが接続、
と順に変化す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】
前記駆動側回転体または前記従動側回転体の一方は収容室を有するハウジング部材であり、前記駆動側回転体または前記従動側回転体の他方は前記収容室に所定角度範囲に限り相対回動可能に収容されるベーンを有するベーン部材であり、前記ベーンにより前記収容室を仕切って形成された流体室の作動流体圧力により、前記駆動側回転体に対し前記従動側回転体は相対回動駆動され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（以下、「開閉タイミング」をバルブタイミングという）を調整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】
近年、エンジンの燃費向上および排気ガスの低減等の要求から、吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを可変に調整する油圧式のバルブタイミング調整装置が知られている。バルブタイミング調整装置は、エンジンの駆動軸としてのクランクシャフトからベーンまたはリング状歯車を介して従動軸としてのカムシャフトに駆動トルクを伝達している。
【０００３】
べ一ンは、例えばチェーンスプロケットとともに回転するハウジング内に収容され、カムシャフトとともに回転する。そして、ハウジングに対するべーンの相対回転位相差を油圧室の油圧で調整することにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相差を調整する。
【０００４】
またリング状歯車は、ハウジングおよびカムシャフトのスプラインと結合しており、そのうち少なくとも一方の結合はヘリカルスプライン結合である。そして、リング状歯車を油圧室の油圧で回転軸方向に移動させることにより、ハウジングに対しカムシャフトを相対的に回動させ、位相差を調整する。
【０００５】
このように、クランクシャフトに対しカムシャフトの位相差を調整することにより、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一方のバルブタイミングを調整している。ベーン式およびリング状歯車式ともに、油圧室の油圧制御は、油ポンプおよびドレインと油圧室との間に配置した油圧制御弁で行う。
【０００６】
このようなバルブタイミング調整装置では、吸気弁および排気弁の少なくともいずれか一方を駆動することにより正・負に変動する変動トルクをカムシャフトが受けるので、例えばエンジン始動開始時のクランキング時のように作動油が充分に供給されていない状態において、ベーンやリング状歯車がばたつき、部材同士の衝突により打音が発生することがある。
【０００７】
そこで、例えば駆動側回転体または従動側回転体の一方にストッパピストンを収容し、他方に設けた嵌合穴にストッパピストンを嵌合させることにより駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回動を拘束し、エンジン始動時において作動油が十分に供給されない場合に、打音の発生を防止することが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ストッパピストンを設置すると、バルブタイミング調整装置の構造が複雑になる。また、ストッパピストンが嵌合穴に嵌合しない場合、打音の発生を防止できないという問題がある。
【０００９】
さらに、カムシャフトが受ける変動トルクの平均は遅角側に働くので、低温時におけるエンジン始動時のように作動油の供給が遅れる場合、カムシャフトはクランクシャフトに対し最遅角側に回転する。バルブタイミング調整装置を排気弁用として用いる場合、クランクシャフトに対しカムシャフトの位相が遅角すると、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間が重複することがある。排気弁と吸気弁の開弁期間が重複すると、エンジンの気筒内に残留する燃焼ガス、所謂内部ＥＧＲ量が過多となり、エンジンの始動性が悪化するとともに、始動不能になる恐れがある。
【００１０】
特開２０００−４５７２６号公報に開示されるバルブタイミング調整装置では、油圧室と油圧制御弁あるいは油圧制御弁と油ポンプおよびドレインとの間に、油圧制御弁と一体または別体に作動油保持手段を配置することによりエンジン停止中に油圧室から作動油が流出することを防止している。油圧室に作動油が供給された状態でエンジンを始動できるので、変動トルクによりベーンがばたつくことを防止し、打音の発生を防止可能である。さらに、排気弁用のバルブタイミング調整装置において、クランクシャフトに対しカムシャフトが最進角に位置するように油圧室に作動油を供給してエンジンを停止すれば、エンジンを始動するときに排気弁と吸気弁との開弁期間が重複することを防止し、エンジンを確実に始動することができる。
しかしながら、油圧制御弁と別体または一体に作動油保持手段を構成しなければならないので、部品点数が増加するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、簡単な構成で打音の発生を防止するバルブタイミング調整装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、エンジンの始動性を向上するバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または２記載のバルブタイミング調整装置によると、電磁駆動部への通電をオフしたとき、流体供給源および流体回収手段と流体室との接続を圧力制御弁の弁部材が遮断する。したがって、流体室に作動流体が満たされた状態を保持できる。低温でエンジンを始動する場合など流体室への作動流体の供給が遅れる場合にも、流体室に作動流体が満たされた状態でエンジンを始動できるので、従動軸の変動トルクを受ける従動側回転体のばたつきを防止し、打音の発生を防止する。
さらに、圧力制御弁の弁部材が流体供給源および流体回収手段と流体室との接続を遮断する手段を兼ねるので、部品点数の増加を防止し、構成が簡単である。
【００１３】
また、電磁駆動部への通電をオフしたとき、遅角室および進角室と流体供給源および流体回収手段との接続を遮断し、電磁駆動部に供給する電流値が上昇するにしたがい弁部材の変位位置が変化し、遅角室および進角室と流体供給源および流体回収手段との接続状態が順次変化する構成は、部品点数を増やすことなく公知の電磁スプール弁を用いて実現できる。
【００１４】
また、本発明の請求項１または２記載のバルブタイミング調整装置は排気弁の開閉タイミングを調整する。エンジンを停止し電磁駆動部への通電をオフするときに、従動側回転体が最進角側に回転するように流体室に作動流体を供給しておけば、排気弁のバルブタイミングが進角している状態でエンジンを始動できる。したがって、エンジン始動時に内部ＥＧＲガスを減少し、エンジンを確実に始動できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一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に示す。本実施例のバルブタイミング調整装置１は油圧制御式であり、排気弁のバルブタイミングを制御するものである。
【００１６】
駆動側回転体であるシューハウジング１０は、図示しないカムプーリと一体に回転する。カムプーリはタイミングベルトで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クランクシャフトとともに回転する。
【００１７】
シューハウジング１０は周方向にほぼ等間隔に台形状に形成されたシュー１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有している。シュー１０ａ、１０ｂ、１０ｃの周方向の三箇所の間隙にはそれぞれベーン部材としてのベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃを収容する扇状の収容室が形成されており、シュー１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内周面は断面円弧状に形成されている。
【００１８】
従動側回転体としてのベーンロータ１５は図示しない従動軸としてのカムシャフトに固定されカムシャフトとともに回転する。ベーンロータ１５は周方向にほぼ等間隔にベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有し、ベーン１５ａ、１５ｂ、１５ｃは各収容室内に回動可能に収容されている。各ベーンは、各収容室を流体室である遅角油圧室と進角油圧室とに仕切っている。図１に示す遅角方向、進角方向を表す矢印は、シューハウジング１０に対するベーンロータ１５の遅角方向、進角方向を表している。
【００１９】
カムシャフトが排気弁を駆動するときに受ける変動トルクは正・負に変動している。ここで、変動トルクの正方向はシューハウジング１０に対しベーンロータ１５の遅角方向を表し、変動トルクの負方向はシューハウジング１０に対しベーンロータ１５の進角方向を表している。変動トルクの平均は正方向、つまり遅角方向に加わる。
【００２０】
シール部材２１は、シューハウジング１０の内周壁と摺動するベーンロータ１５の外周壁に嵌合している。ベーンロータ１５の外周壁とシューハウジング１０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ことをシール部材２１により防止している。
【００２１】
油圧制御弁４０は、電流を供給することにより磁気吸引力を発生する電磁駆動部４１と、電磁駆動部４１の可動コア４５およびシャフト４６とともに弁部材としてのスプール６０が往復移動するスプール制御弁５０とを有している。電磁駆動部４１のヨーク４２とスプール制御弁５０の流路部材としてのスリーブ５１とはかしめ固定されている。
【００２２】
電磁駆動部４１は、ヨーク４２、固定コア４３、ボビンに巻回されたコイル４４、可動コア４５およびシャフト４６を有している。ヨーク４２および固定コア４３は固定子を構成している。ヨーク４２、固定コア４３および可動コア４５は磁性材で形成されており、磁気回路を構成している。
【００２３】
コイル４４に制御電流が供給されると、スプール６０と当接しているスプリング６５の付勢力に抗し、可動コア４５は固定コア４３の吸引部４３ａに向け吸引される。コイル４４に供給する電流値は、制御手段としてのエンジン制御装置（ＥＣＵ）８０により制御される。スプリング６５の付勢力は可動コア４５の往復移動方向の一方である図１の矢印Ｂ方向に働き、コイル４４に電流を供給することにより発生する磁力は、可動コア４５の往復移動方向の他方である図１の矢印Ａ方向に可動コア４５を吸引するように働く。シャフト４６は可動コア４５に圧入されており、可動コア４５とともに往復移動する。
【００２４】
弁部としてのスプール制御弁５０は、スリーブ５１およびスプール６０を有している。スリーブ５１の所定の壁面位置に、作動油を通過させる流体流路として複数の開口部５２、５３、５４、５５、５６が形成されている。流体供給源としての油ポンプ７０は流体回収手段としてのドレイン７１から吸い上げた作動油を油路１００を介し開口部５５に供給している。開口部５４、５６はそれぞれ油路１０１、１０２を介しドレイン６１に向け開放されている。開口部５２は油路１０３を介し遅角油圧室３０、３１、３２と連通し、開口部５３は油路１０４を介し進角油圧室３５、３６、３７と連通している。スプール６０が往復移動方向に変位することにより、遅角油圧室および進角油圧室側の開口部５２、５３と、油ポンプ７０およびドレイン７１側の開口部５４、５５、５６との接続状態が変化し、遅角油圧室および進角油圧室に供給する作動油量と、遅角油圧室および進角油圧室から回収する作動油量とが調整される。
【００２５】
スプール６０は、スリーブ５１の内壁に軸方向に摺動可能に支持されている。スプール６０は、スリーブ５１の内径とほぼ同じ径を有するランド部である大径部６１、６２、６３、６４と、これら大径部を連結する小径部とから構成されている。スプール６０の可動コア４５側端面はシャフト４６の端面と当接している。
【００２６】
スプリング６５は一方の端部をスプール６０の反可動コア４５側の端面に当接し、他方の端部をスリーブ５１の内壁に当接している。スプリング６５は図１の矢印Ｂ方向にスプール６０を付勢している。スプール６０は、コイル４４に供給する制御電流値に比例して可動コア４５を吸引する磁力と、スプリング６５の付勢力とが釣り合う位置に停止する。
【００２７】
次に、バルブタイミング調整装置１の作動について説明する。
(1) 図２はコイル４４に電流を供給していない状態を示している。可動コア４５には磁気吸引力が作用しておらず、スプール６０および可動コア４５はスプリング６５の付勢力により図２に示す位置にある。このとき、スプール制御弁５０の開口部５２、５３と、開口部５４、５５、５６との連通は遮断されている。
【００２８】
(2) 図３は、コイル４４に供給する電流値が小さい場合である。可動コア４５は図２に示す位置よりもスプール６０側に吸引されている。開口部５２と開口部５４とが連通し、開口部５３と開口部５５とが連通している。つまり、遅角油圧室の作動油はドレインに回収され、進角油圧室に作動油が供給される。
【００２９】
(3) 図４は、コイル４４に供給する電流値が中の場合である。可動コア４５は図３に示す位置よりもさらにスプール６０側に移動している。開口部５２、５３と、開口部５４、５５、５６との連通は遮断されている。
【００３０】
(4) 図５は、コイル４４に供給する電流値が最大の場合である。スプール６０はスリーブ５１内を最左端まで移動する。開口部５２は開口部５５と連通し、開口部５３は開口部５６と連通している。つまり、遅角油圧室に作動油が供給され、進角油圧室の作動油はドレイン７１に回収される。
【００３１】
次に、エンジンを停止および始動するときの制御フローを図６および図７に示す。
(1) エンジン停止
図６に示すように、イグニションをオフしエンジンを停止するとき（ステップ２００）、ＥＣＵ８０はコイル４４に供給する電流値を小にし（ステップ２０１）、スプール６０を図３に示す位置に移動させる。つまり、進角油圧室に作動油を供給し、遅角油圧室から作動油を回収することにより、ベーンロータ１５を最進角位置に回転させる。
【００３２】
所定時間が経過しシューハウジング１０に対するベーンロータ１５の位相が最進角になったと判断すると（ステップ２０２）、コイル４４への通電をオフする（ステップ２０３）。ベーンロータ１５の位相が最進角になったか否かの判断は、タイマの設定か、角度センサにより行う。タイマに所定時間を設定する場合、イグニションをオフしてからエンジンが完全に停止するまでの時間を設定することが望ましい。
【００３３】
コイル４４への通電をオフすると、スプール６０は図２に示す位置に移動し、開口部５２および開口部５３と、開口部５４、５５および５６との連通が遮断される。進角油圧室に供給された作動油は進角油圧室に保持されるので、ベーンロータ１５はシューハウジング１０に対し最進角位置に回転している状態を保つ。
【００３４】
(2) エンジン始動
図７に示すように、イグニションをオンしエンジンを始動するとき（ステップ３００）、クランキングによりエンジンが始動するまで、コイル４４への通電をオフする（ステップ３０２）。シューハウジング１０に対しベーンロータ１５が最進角位置に回転した状態でコイル４４への通電をオフしエンジンを停止しているので、ベーンロータ１５は最進角位置に保持されている。したがって、排気弁のバルブタイミングを最進角に保持した状態でクランキングを行う。
【００３５】
始動が完了すると（ステップ３０１）、コイル４４に供給する電流値を小にし（ステップ３０３）、図３に示す位置にスプール６０を移動する。これにより、エンジン始動終了後のアイドル運転状態において、排気弁のバルブタイミングを最進角に保持し、内部ＥＧＲの増加を防止するので、エンジンの回転不良およびエンジン停止を防止できる。
【００３６】
エンジン運転状態に応じて算出されたクランクシャフトに対するカムシャフトの目標位相角を読み込む（ステップ３０４）。次に、図示しないカム角センサ等により検出したカムシャフトの位相角が目標位相角と等しいかを判定し（ステップ３０５）、等しければコイル４４に供給する電流値を中にする（ステップ３０６）。これにより、スプール６０は図４に示す位置に移動するので、シューハウジング１０に対するベーンロータ１５の位相、つまり、排気弁のバルブタイミングが保持される。
【００３７】
カムシャフトの位相角が目標位相角よりも進角していると（ステップ３０７）、コイル４４に供給する電流値を最大にする（ステップ３０８）。スプール６０は図５に示す位置に移動し、遅角油圧室に作動油が供給され、進角油圧室から作動油が回収されるので、シューハウジング１０に対しベーンロータ１５は遅角側に回転する。これにより、排気弁のバルブタイミングが遅角する。
【００３８】
カムシャフトの位相角が目標位相角よりも遅角していると（ステップ３０９）、コイル４４に供給する電流値を小にする（ステップ３１０）。スプール６０は図３に示す位置に移動し、進角油圧室に作動油が供給され、遅角油圧室から作動油が回収されるので、シューハウジング１０に対しベーンロータ１５は進角側に回転する。これにより、排気弁のバルブタイミングが進角する。
【００３９】
以上説明した本発明の上記実施例では、エンジンを停止するためにイグニションをオフすると、エンジンが停止するまでの間、ＥＣＵ８０がコイル４４に供給する電流値を小にし、進角油圧室に作動油が供給され、遅角油圧室から作動油が回収される。したがって、シューハウジング１０に対しベーンロータ１５、つまりクランクシャフトに対しカムシャフトが最進角側に回転する。エンジンが停止し電磁駆動部４１のコイル４４への通電ＧＡオフすると、スプール制御弁５０のスプール６０が、遅角室および進角室と油ポンプ７０およびドレイン７１との連通を遮断する位置に変位するので、進角室に作動油が供給された状態が保持される。したがって、低温始動時に油圧室に作動油を供給する時間が遅れても、ベーンロータ１５が変動トルクによりばたつくことを防止し、打音の発生を防止する。また、排気弁のバルブタイミングを進角させた状態でエンジンを始動できるので、内部ＥＧＲガスの増加を抑え、エンジンを確実に始動できる。
【００４０】
ストッパピストンやエンジン停止中において油圧室から作動油が流出することを防止する作動油保持手段を用いることなく、油圧室の油圧を制御する公知の油圧制御弁の構成を変えることにより、エンジン始動時のベーンロータのばたつきを防止し、エンジンの始動性を向上する。したがって、部品点数の増加が防止され、バルブタイミング調整装置の構成が簡単になる。
【００４１】
上記実施例では、排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置について説明した。これ以外にも、吸気弁、あるいは吸気弁および排気弁両方のバルブタイミング調整装置として本発明のバルブタイミング調整装置を用いれば、油圧室に作動油を保持した状態でエンジンを始動できるので、低温時のように作動油の供給が遅れる場合にエンジンを始動しても、打音の発生を簡単な構成で防止できる。
【００４２】
本実施例では、カムプーリ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、チェーンスプロケットまたは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部材で受け、従動軸としてのカムシャフトとハウジング部材とを一体に回転させることも可能である。
【００４３】
また、クランクシャフトからカムシャフトに駆動力を伝達する駆動力伝達手段として駆動側回転体および従動側回転体のスプラインとスプライン結合し、少なくとも一方の結合がヘリカルスプラインであるリング状歯車を用いてもよい。リング状歯車を油圧室の油圧で軸方向に移動させることにより、ハウジングに対しカムシャフトを相対的に回動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例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２】コイルへの通電をオフした油圧制御弁の状態を示す断面図である。
【図３】コイルに供給する電流値が小の場合の油圧制御弁の状態を示す断面図である。
【図４】コイルに供給する電流値が中の場合の油圧制御弁の状態を示す断面図である。
【図５】コイルに供給する電流値が最大の場合の油圧制御弁の状態を示す断面図である。
【図６】エンジン停止時の油圧制御弁の作動を示す制御フローである。
【図７】エンジン始動時の油圧制御弁の作動を示す制御フローである。
【符号の説明】
１      バルブタイミング調整装置
１０      シューハウジング（ハウジング部材、駆動側回転体）
１０ａ、１０、１０ｃ      シュー
１５      ベーンロータ（ベーン部材、従動側回転体）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ    ベーン
３０、３１、３２        遅角油圧室
３５、３６、３７        進角油圧室
４０      油圧制御弁
４１      電磁駆動部
５０      スプール弁（弁部）
５１      スリーブ（流路部材）
６０      スプール（弁部材）
８０      ＥＣＵ
【図１】
0003842540.tif 000002
【図２】
0003842540.tif 000003
【図３】
0003842540.tif 000004
【図４】
0003842540.tif 000005
【図５】
0003842540.tif 000006
【図６】
0003842540.tif 000007
【図７】
0003842540.tif 000008