JP4803251B2

JP4803251B2 - 内燃機関用バルブタイミング調整装置

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Publication number: JP4803251B2
Application number: JP2008333661A
Authority: JP
Inventors: 茂之草野; 昭彦竹中; 裕彦山田; 美智雄安達
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP2009068500A

Description

本発明は、内燃機関（以下エンジンとも呼ぶ）のカムシャフトによって駆動される吸気または排気バルブの開閉時期の位相を連続的に可変制御することが可能な内燃機関用バルブタイミング調整装置に関するもので、特に油圧を用いたベーン式の連続可変バルブタイミング・システムに係わる。

従来より、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転するタイミングプーリやチェーンスプロケットを介してカムシャフトを駆動し、タイミングプーリやチェーンスプロケットとカムシャフトとの相対回転により位相差によって内燃機関の吸気または排気バルブの開閉時期の位相を連続的に可変制御するベーン式の連続可変バルブタイミング・システムがある。このようなベーン式の連続可変バルブタイミング・システムは、タイミングプーリの内周壁に進角油圧室および遅角油圧室等の油圧サーボ系を設け、カムシャフトと一体的に回転するベーンロータを油圧により進角側または遅角側に回動させて吸気または排気バルブの開閉時期の位相を変更している。

そして、従来の技術として、イグニッションスイッチをオフ（ＯＦＦ）した後に、カムシャフトの位相を中間ロック位相以上に進角し、その後カムシャフトの位相を遅角させる遅角制御により、カムシャフトの位相を中間ロック位相に固定するまでの時間を推定し、イグニッションスイッチをＯＦＦした後、推定時間が経過するまで内燃機関を動かした後、内燃機関を停止するものがある（特許文献１参照）。ここで、カムシャフトの位相を中間ロック位相より進角した場合は、吸気バルブからの駆動反力、あるいはＯＣＶ（オイル・コントロール・バルブ）を制御してエンジン始動時に好適な位置に制御している。

ところが、従来の技術では、低油温時においてはオイルの粘性が高いために、吸気バルブからの駆動反力だけでは内燃機関の停止後にカムシャフトの位相を中間ロック位相まで戻すことができない可能性がある。また、進角と遅角に要する時間を推定して制御を行うと、高油温時においてはオイルの粘性が低く洩れ量が増加することによって、進角油圧室および遅角油圧室に相対的に給排される油圧が大きく低下する。このような油圧低下時においては遅延時間が大幅に長くなる可能性がある。
特許第２９８２６０４号公報

本発明の目的は、エンジン始動前またはエンジン始動時に、タイミングロータに対するカムシャフトの位相を所望の中間ロック位相に確実に固定することのできる内燃機関用バルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン作動中に、油圧源で発生した油圧を、進角油圧室および遅角油圧室に相対的に給排させる油圧給排手段に、油圧源に接続されるオイル供給路と進角油圧室および遅角油圧室に接続されるオイル供給路とオイルをドレーンするためのオイル排出路とを設け、エンジンストール時に、進角油圧室内および遅角油圧室内のオイルを同時にドレーンするドレーンモードを行うことを特徴としている。そして、ベーンロータ、進角油圧室、遅角油圧室および位相固定手段を備えた連続可変バルブタイミング機構に、タイミングロータに対してカムシャフトの位相を中間ロック位相以上に進角させるための進角アシストスプリングを設ける。それによって、次回エンジン始動時には進角油圧室よりオイルが抜けているため、カムシャフトがタペットを乗り越えたときの負トルクにより進角側に移動し、次にカムシャフトがタペットに乗り上げるときに駆動反力により遅角側に移動し、位相固定手段により中間ロック位相でロックされる。したがって、内燃機関のクランキング時に、タイミングロータに対するカムシャフトの位相を中間ロック位相に確実に固定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、パイロット弁や電磁弁等の油路切替弁を設けることにより、エンジン停止時またはエンジン始動時またはエンジンストール時に、油圧給排手段を通り油圧源より進角油圧室へ繋がる油路から、進角油圧室よりオイルがドレーンされる油路へ切り替えられる。それによって、進角油圧室よりオイルがドレーンされる油路には、油圧源からの油圧の影響を殆ど受けないため、進角油圧室内のオイルを確実に吐出し、中間ロック位相でロックすることが容易となる。

請求項３に記載の発明によれば、進角油圧室および遅角油圧室に油圧を供給するための油圧源としては、内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されて、エンジン回転数に比例した吐出量を発生するオイルポンプを用いていることを特徴としている。これにより、エンジン回転数が低い回転数の時は、オイルポンプからの吐出量が少なくなるため、特に高油温時は、オイルの粘性の低下による洩れ量の増加によって、進角油圧室および遅角油圧室に相対的に給排される油圧が低下する。

〔参考例１の構成〕
図１ないし図７は本発明の参考例１を示したもので、図１は連続可変バルブタイミング調整装置の全体構成を示した図で、図２および図３は吸気連続可変バルブタイミング機構を示した図で、図４はストッパーピン駆動機構を示した図で、図５はＥＣＵを含む油圧制御装置を示した図である。

本参考例は、４サイクル・レシプロエンジン（内燃機関）、例えばＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）エンジン（以下エンジンと略す）のシリンダーヘッド１７内に設けられた吸気バルブ（図示せず）の開閉時期の位相（バルブタイミング）を連続的に可変制御することが可能な連続可変バルブタイミング調整装置である。

連続可変バルブタイミング調整装置は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）により回転駆動されるタイミングロータ１と、このタイミングロータ１に対して相対回転可能に設けられた吸気側カムシャフト（以下カムシャフトと略す）２と、このカムシャフト２の端部に固定されてタイミングロータ１内に回転自在に収容されたベーンロータ３を有するベーン式の吸気連続可変バルブタイミング機構４と、タイミングロータ１に対するカムシャフト２およびベーンロータ３の位相を油圧によって正逆転回転させる進遅角油圧制御弁（ＯＣＶ）５を有する油圧回路（後述する）と、進遅角油圧制御弁５の制御モード（スプール位置）を電子制御する油圧制御手段であるエンジン制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ）８とから構成されている。

タイミングロータ１は、エンジンのクランクシャフトによりタイミングチェーン１０を介して回転駆動される略円環板形状のチェーンスプロケット１１、このチェーンスプロケット１１の前端面に配置された吸気連続可変バルブタイミング機構４の一部品を構成する略円筒状のシューハウジング１２、およびチェーンスプロケット１１とシューハウジング１２とを締め付け固定するための３本の小径ボルト１３等から構成されている。チェーンスプロケット１１の外周部には、タイミングチェーン１０の内周側に形成された多数の歯状部（図示せず）に噛合する多数の歯状部１４が形成されている。また、チェーンスプロケット１１の環板部（シューハウジング１２のリヤカバー部を構成する）には、３本の小径ボルト１３を締結するための雌ネジ孔が形成されている。

シューハウジング１２は、内部にベーンロータ３を回転自在に収容する円筒状のハウジング部、およびこのハウジング部の軸方向の前端側を覆う円環板状のフロントカバー部等から構成されている。このシューハウジング１２のハウジング部には、互いに周方向において対向する台形状のシュー（隔壁部）１６が内周側に突出するように複数個（本例では３個）設けられている。これらのシュー１６の各対向面は、断面円弧状に形成されており、隣設する２つのシュー１６の周方向の間隙には扇状空間部が形成されている。また、複数個のシュー１６には、３本の小径ボルト１３を挿通するためのボルト挿通孔が形成されている。

カムシャフト２は、エンジンのシリンダーヘッド１７内に配されて、エンジンのクランクシャフトが２回転すると１回転するように駆動連結され、エンジンの吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を決めるためのカム山をエンジンの気筒数だけ連結した棒状の軸で、その一端部が大径ボルト１９によってジャーナル軸受２０と共にベーンロータ３に締め付け固定されている。このカムシャフト２の一端部の軸心部には、大径ボルト１９を締結するための雌ネジ孔が形成されている。なお、吸気バルブや排気バルブは、カムシャフト２のカム山により押されて開くが、バルブスプリングのスプリング力により吸気バルブや排気バルブが閉じる。

吸気連続可変バルブタイミング機構４のベーンロータ３は、大径ボルト１９を締結するための雌ネジ孔を有する円環板状のベース部の外周壁より径方向の外方へ突出する複数個（本例では３個）のベーン２３、およびシューハウジング１２のフロントカバー部の内周側に回転自在に支持するためのジャーナル軸受２０等から構成されている。なお、ベーンロータ３は、複数個のベーン２３の外周壁とシューハウジング１２のハウジング部の内周壁との間に微小のクリアランスが設けられている。このため、カムシャフト２およびベーンロータ３は、チェーンスプロケット１１およびシューハウジング１２と相対回動運動（例えばクランク角で４０°ＣＡ〜６０°ＣＡ）が可能である。

また、ベーン２３を有するベーンロータ３は、シューハウジング１２と共に、油圧を用いてエンジンの吸気バルブの開閉時期の位相を連続的に可変するベーン式の油圧アクチュエータを構成する。そして、ベーンロータ３の各ベーン２３は、互いに周方向において対向する略扇状の羽根であり、隣設する２つのシュー１６の周方向の間隙に形成される扇状空間部内に突出するように配置されている。そして、隣設する２つのシュー１６の対向面とそれらにより形成される扇状空間部内に嵌め込まれるベーン２３の周方向の両側面との間には、進角油圧室（以下進角室と略す）２４と遅角油圧室（以下遅角室と略す）２５とが形成されている。

すなわち、各ベーン２３が隣設する２つのシュー１６により形成される扇状空間部を２つの油圧室に油密的に区画することにより、各ベーン２３の周方向の両側に進角室２４と遅角室２５とが形成されている。なお、ベーンロータ３のベーン２３の外周壁とシューハウジング１２のハウジング部との間には、複数個のシール部材２６が装着され、ベーンロータ３のベース部の外周壁とシューハウジング１２の各シュー１６の内周壁との間には、複数個のシール部材２７が装着されている。

油圧回路は、吸気連続可変バルブタイミング機構４の各進角室２４に対して油圧を供給すると共に、各進角室２４内のオイルをドレーンするための第１オイル供給路（進角室側油路、第１油路）２１、および吸気連続可変バルブタイミング機構４の各遅角室２５に対して油圧を供給すると共に、各遅角室２５内のオイルをドレーンするための第２オイル供給路（遅角室側油路、第２油路）２２を有している。

第１、第２オイル供給路２１、２２は、エンジンのシリンダーヘッド１７に形成され、第１、第２オイル供給路２１、２２には、オイルポンプ６側のオイル供給路２９と第１、第２オイル排出路（ドレーン油路）４１、４２とがそれぞれ通路切替用の進遅角油圧制御弁（オイル・コントロール・バルブ：ＯＣＶ）５を介して接続されている。なお、カムシャフト２およびベーンロータ３に形成された第１、第２オイル供給路２１ａ、２２ａは、第１、第２オイル供給路２１、２２に連通している。また、第１オイル排出路４１は進角室ドレーン油路で、第２オイル排出路４２は遅角室ドレーン油路である。

そして、オイル供給路２９には、オイルパン３０内のオイルを汲み上げてエンジンの各部へオイルを吐出するためのオイルポンプ（油圧源）６が設けられ、第１、第２オイル排出路４１、４２の出口端はオイルパン３０に連通している。ここで、オイルポンプ６は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動されて、エンジン回転数に比例した吐出量のオイルをエンジンの各部へ圧送する。

ここで、進角室２４には、３個のベーン２３のうちの１個のベーン２３に形成された油圧室３１が連通しており、油圧室３１には、弁本体３２内を軸方向に変位する油圧ピストン方式のストッパーピン（本発明の位相固定手段に相当する）３３が設けられている。

このストッパーピン３３は、スプリング３４からスプリング力が与えられて、シューハウジング１２のフロントカバー部の、所望の中間ロック位相に対応した位置に形成された凹状部（嵌合部）３５に嵌合した際に、ベーンロータ３を中間ロック位相でロックする。ここで、所望の中間ロック位相とは、ベーンロータ３の最大遅角位相から最大進角位相までの位相変化幅のうちで中間の位相（略中間ロック位相）のことで、この中間ロック位相でエンジン始動を可能にする。

なお、油圧室３１およびスプリング３４はストッパーピン３３を弁本体３２およびベーン２３の前端面より出没自在に駆動するストッパーピン駆動機構を構成する。さらに、油圧室３１と進角室２４との間には、油路３９が設けられ、また、ベーンロータ３が中間ロック位相以上に進角した時に、油圧室３１と進角室２４とを連通する油路４０も設けられている。

また、吸気連続可変バルブタイミング機構４のベーンロータ３の後端部に設けられた凸状部３６とタイミングロータ１の前端部に設けられた円環状の凹状部３７との間には、エンジン停止時等の油圧低下時であっても、タイミングロータ１に対してカムシャフト２およびベーンロータ３の位相を中間ロック位相以上に進角させるための進角アシストスプリング（進角側付勢手段）３８が設けられている。

ＥＣＵ８は、エンジン回転数を検出するクランク角センサ４４、エンジン負荷センサ４５、吸入空気量を検出するエアフローメータ４６からの信号によって現在の運転状態を検出すると共に、クランク角センサ４４やカム角センサからの信号によってタイミングロータ１とカムシャフト２およびベーンロータ３の相対回転位置およびカムシャフト２およびベーンロータ３の中間ロック位相を検出する。このＥＣＵ８は、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて、エンジンの吸気バルブの開閉タイミングが最適値となるように進遅角油圧制御弁５の制御モードを制御する。ここで、４７はエンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ、あるいはオイルの温度を検出する油温センサである。また、４８はイグニッション（ＩＧ）スイッチである。

進遅角油圧制御弁５は、本発明の油圧給排手段に相当するもので、図３に示したように、油圧回路を形成するバルブボディ（図示せず）に収容されたコントロールバルブ５ａ、およびこのコントロールバルブ５ａを駆動する電磁式アクチュエータ５ｂを有し、第１、第２オイル供給路２１、２２とオイル供給路２９および第１、第２オイル排出路４１、４２とを相対的に切り替え制御できるように構成され、ＥＣＵ８からの制御信号によって切り換え作動される。

コントロールバルブ５ａは、バルブボディの所定の箇所に設けられた凹状部に収容された円筒状のスリーブ５０と、このスリーブ５０内に摺動自在に収納されたスプール（スプール弁）５１と、このスプール５１を初期位置（電磁式アクチュエータ５ｂ側）に付勢するスプリング（バネ）５２とを備えている。これらのうちスリーブ５０には、オイルポンプ６側のオイル供給路２９に繋がるオイル供給ポート５３が形成されている。

さらに、進角室２４内のオイルをドレーンするための第１ドレーンポート５５、遅角室２５内のオイルをドレーンするための第２ドレーンポート５６、および第１、第２オイル供給路２１、２２に繋がる第１、第２オイル給排ポート５７、５８等が形成されている。そして、スプール５１の外周部には、軸方向の図示左端部から図示右端部へ向かって３個の油路を形成する４個の第１〜第４ランド部が設けられている。

電磁式アクチュエータ５ｂは、コントロールバルブ５ａのスリーブ５０の軸方向の図示右端側に固定された円筒状のヨーク６１、このヨーク６１の内周側に配置されたコイルボビン６２、このコイルボビン６２の外周に巻装されたソレノイドコイル６３とから構成されている。さらに、コイルボビン６２よりも内周側に配置されたステータコア（固定鉄心）６４およびムービングコア（可動鉄心）６５と、このムービングコア６５と一体的に作動するソレノイドシャフト６６とから構成されている。

この電磁式アクチュエータ５ｂのソレノイドシャフト６６の図示左端部は、コントロールバルブ５ａのスプール５１の図示右端面に当接している。これにより、コントロールバルブ５ａのスプール５１は、ムービングコア６５およびソレノイドシャフト６６と一体的に軸方向に往復変位する。なお、コイルボビン６２は、略円筒状に樹脂一体成形された樹脂一次成形品である。

また、ソレノイドコイル６３の外周に樹脂モールド成形された樹脂成形部材（樹脂二次成形品）６７のヨーク６１よりも外部に露出した部分には、ソレノイドコイル６３と車載電源とを電気的に接続するターミナル（外部接続端子）６８をインサート成形したコネクタ部５ｃが一体成形されている。また、ソレノイドコイル６３には、主にエンジン作動中にＥＣＵ８から駆動電流が供給されて起磁力を生じ、この起磁力に応じてムービングコア６５が吸引される。

したがって、ＥＣＵ８による進角制御時には、ＥＣＵ８から駆動電流が供給され、スプリング５２のスプリング力に抗してムービングコア６５およびコントロールバルブ５ａのスプール５１が所定の位置まで吸引される。このとき、コントロールバルブ５ａのスプール５１の外周部に設けられる中間の油路がオイル供給路２９と第１オイル供給路２１とを連通すると共に、スプール５１の外周部に設けられる図示右端の油路が第２オイル供給路２２と第２オイル排出路４２とを連通する。これにより、進角制御時には、進角室２４内にオイルが導入され、且つ遅角室２５内からオイルがドレーンされる。

また、ＥＣＵ８による遅角制御時には、ＥＣＵ８から駆動電流が供給され、スプリング５２のスプリング力に抗してムービングコア６５およびコントロールバルブ５ａのスプール５１が所定の位置まで吸引される。このとき、コントロールバルブ５ａのスプール５１の外周部に設けられる中間の油路が第１オイル供給路２１と第１オイル排出路４１とを連通すると共に、スプール５１の外周部に設けられる図示右端の油路が第２オイル供給路２２とオイル供給路２９とを連通する。これにより、遅角制御時には、進角室２４内からオイルがドレーンされ、且つ遅角室２５内にオイルが導入される。

また、ＥＣＵ８によるドレーンモード時には、ＥＣＵ８から駆動電流が供給され、スプリング５２のスプリング力に抗してムービングコア６５およびコントロールバルブ５ａのスプール５１が所定の位置まで吸引される。このとき、コントロールバルブ５ａのスプール５１の外周部に設けられる中間の油路がオイル供給路２９と第１オイル供給路２１とを連通すると同時に、スプール５１の外周部に設けられる図示左端の油路が第１オイル供給路２１と第１オイル排出路４１とを連通する。さらに、コントロールバルブ５ａのスプール５１の外周部に設けられる図示右端の油路が第２オイル供給路２２と第２オイル排出路４２とを連通する。これにより、ドレーンモード時には、進角室２４内および遅角室２５内からオイルがドレーンされる。

〔参考例１の特徴〕
次に、本参考例のストッパーピン３３の作動を図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。ここで、図６（ａ）〜図６（ｃ）はストッパーピンの作動状態を示した図である。

そして、エンジン停止時に、ＥＣＵ８により進角制御が行われると、進角室２４内にオイルが導入され、遅角室２５内のオイルがドレーンされて進角室２４、油路３９、４０内に油圧が供給される。これにより、油圧室３１内のストッパーピン３３の外周に設けられた鍔状部３３ａの上下の油圧力がバランスするため、図６（ａ）に示したように、スプリング３４のスプリング力によりストッパーピン３３の先頭部がベーン２３の前端面より突出してシューハウジング１２のフロントカバー部に当接する（１段目の嵌合）。

その後に、ＥＣＵ８がクランク角センサ４４とカム角センサからの信号によってベーンロータ３の位相が中間ロック位相以上に進角したことを確認すると、ＥＣＵ８によりドレーンモードが行われる。これにより、進角室２４および第１オイル供給路２１内のオイルがドレーンされるため、吸気バルブの駆動反力により、図６（ｂ）に示したように、ベーンロータ３の位相が遅角側に移動する。

そして、ベーンロータ３が中間ロック位相まで遅角すると、図６（ｃ）に示したように、スプリング３４のスプリング力が与えられているストッパーピン３３の先頭部がシューハウジング１２に形成された凹状部（嵌合部）３５に嵌まり込む（２段目の嵌合）。すなわち、凹状部３５にストッパーピン３３の先頭部が嵌まり込むと、カムシャフト２およびベーンロータ３は中間ロック位相に固定されるため、中間ロック位相でのエンジン始動が可能となる。

次に、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置の作動を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。ここで、図７はエンジン停止時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである。

先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８をＯＮすると、図７のルーチンが起動する。そして、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８がＯＦＦされたか否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。

また、ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりタイミングロータ１に対してカムシャフト２およびベーンロータ３の位相を進角させる進角制御モードに変更する（ステップＳ１２）。

その進角制御モードでは、進遅角油圧制御弁５のスプール５１を変位させて、オイルポンプ６側のオイル供給路２９と進角室２４側の第１オイル供給路２１とを連通させ、且つオイルパン３０側の第２オイル排出路４２と遅角室２５側の第２オイル供給路２２とを連通させることで、進角室２４内にオイルを導入し、遅角室２５内のオイルをドレーンする。

次に、タイミングロータ１に対してカムシャフト２およびベーンロータ３の位相が中間ロック位相以上に進角しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ１１またはステップＳ１２以下の処理を繰り返す。

また、ステップＳ１３の判定結果がＹＥＳの場合、つまり中間ロック位相以上に進角している場合には、進角室２４および遅角室２５の油圧を保持する。あるいは進遅角油圧制御弁５の制御モードを、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりタイミングロータ１に対してカムシャフト２およびベーンロータ３の位相を進角させる進角制御モードを維持する（ステップＳ１４）。

次に、エンジン回転数がある所定の回転数（例えば３００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ１４以下の処理を繰り返す。また、ステップＳ１５の判定結果がＹＥＳの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンするドレーンモードに変更する（ステップＳ１６）。その後に、本制御を終了する。

このドレーンモードでは、進遅角油圧制御弁５のスプール５１を変位させて、オイルパン３０側の第１オイル排出路４１と進角室２４側の第１オイル供給路２１とを連通させ、且つオイルパン３０側の第２オイル排出路４２と遅角室２５側の第２オイル供給路２２とを連通させることで、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンする。

以上により、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８がＯＦＦされた後に進角制御を行い、中間ロック位相以上に進角したことを確認する。そして、エンジン回転数がある所定の回転数以下になると、オイルポンプ６が停止し進角室２４の油圧が所定値以下に低下したとＥＣＵ８が判断して、進遅角油圧制御弁５の制御モードをドレーンモードに変更し、進角室２４、遅角室２５および第１、第２オイル供給路２１、２２のオイルをドレーンする。

それによって、進角室２４と第１オイル供給路２１が完全にドレーンされ、且つ遅角室２５と第２オイル供給路２２が完全にドレーンされるため、吸気バルブの駆動反力により、タイミングロータ１に対してカムシャフト２とベーンロータ３の位相が遅角側に移動する。これらのカムシャフト２とベーンロータ３の位相が中間ロック位相まで遅角すると、図６（ｃ）に示したように、ストッパーピン３３によりロック（固定）される。

すなわち、進角室２４がドレーンされた時に作動するストッパーピン３３がスプリング３４からスプリング力に抗してシューハウジング１２の凹状部３５に嵌合することにより、カムシャフト２とベーンロータ３が中間ロック位置にロックされる。なお、進角制御は遅延制御を用いても良い。

したがって、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、低油温時のようにオイルの粘性が高く、所定の推定時間では中間ロック位置まで戻すことができなくても、エンジン始動前に、タイミングロータ１に対するカムシャフト２の位相を中間ロック位相に確実に固定することができる。

〔参考例２〕
図８は本発明の参考例２を示したもので、エンジン始動時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである。

先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８がＯＮされたか否かを判定する（ステップＳ２１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。また、ステップＳ２１の判定結果がＹＥＳの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンするドレーンモードに変更する（ステップＳ２２）。

次に、エンジン始動時モードが終了したか否かを判定する（ステップＳ２３）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ２２以下の処理を繰り返す。また、ステップＳ２３の判定結果がＹＥＳの場合には、中間ロック位相にロックするロック固定制御を行う（ステップＳ２４）。その後に、本制御を終了する。

以上により、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、エンジン停止時には、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりカムシャフト２とベーンロータ３の位相は、中間ロック位相より進角側で停止している。このため、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８がＯＮされたとＥＣＵ８が判断したと同時（エンジン始動時）に、進遅角油圧制御弁５の制御モードをドレーンモードに変更し、進角室２４、遅角室２５および第１、第２オイル供給路２１、２２のオイルをドレーンする。

それによって、エンジンのクランキング時の吸気バルブからの駆動反力により、タイミングロータ１に対してカムシャフト２とベーンロータ３の位相が遅角側に移動する。これらのカムシャフト２とベーンロータ３の位相が中間ロック位相まで遅角すると、ストッパーピン３３によりロック（固定）される。

そして、エンジン始動時モードを抜けた時点で、ストッパーピン３３を確実に固定するためのロック固定制御が行われる。したがって、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、エンジン始動時に、タイミングロータ１に対するカムシャフト２の位相を中間ロック位相に確実に固定することができる。

〔実施例１〕
図９は本発明の実施例１を示したもので、エンジンストール（エンスト）時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである。

先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８をＯＮすると、図９のルーチンが起動する。そして、エンジン回転数がある所定の回転数以下に低下しているか否かを判定する（ステップＳ３１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。

また、ステップＳ３１の判定結果がＹＥＳの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンするドレーンモードに変更する（ステップＳ３２）。その後に、本制御を終了する。

以上により、本実施例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、ＥＣＵ８がエンジンストール（エンスト）判定を行った場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードをドレーンモードに変更し、進角室２４、遅角室２５および第１、第２オイル供給路２１、２２のオイルをドレーンする。

それによって、次回エンジン始動時に上記のエンジン始動時モード時にはオイルが進角室２４および第１オイル供給路２１より抜けているため、吸気連続可変バルブタイミング機構４内に進角アシストスプリング３８が組み込まれていると、カムシャフト２のカム山がタペットを乗り越えたときの負トルクにより、タイミングロータ１に対してカムシャフト２とベーンロータ３の位相が進角側に移動する。

次に、カムシャフト２のカム山がタペットを乗り上げる時の駆動反力により、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりタイミングロータ１に対してカムシャフト２とベーンロータ３の位相が遅角側に移動し、中間ロック位相でストッパーピン３３によりロック（固定）することが可能となる。

〔参考例３〕
図１０は本発明の参考例３を示したもので、高油温時（油圧低下時）に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである。

先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８をＯＮすると、図１０のルーチンが起動する。そして、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４８がＯＦＦされたか否かを判定する（ステップＳ４１）。この判定結果がＮＯの場合には、リターンする。

また、ステップＳ４１の判定結果がＹＥＳの場合には、冷却水温センサで検出した冷却水温度より推定した油温、あるいは油温センサで検出した油温が高油温（例えば１１０℃以上）であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。

この判定結果がＮＯの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりタイミングロータ１に対してカムシャフト２およびベーンロータ３の位相を進角させる進角制御モードに変更する（ステップＳ４３）。その後に、本制御を終了する。

この進角制御モードでは、進遅角油圧制御弁５のスプール５１を変位させて、オイルポンプ６側のオイル供給路２９と進角室２４側の第１オイル供給路２１とを連通させ、且つオイルパン３０側の第２オイル排出路４２と遅角室２５側の第２オイル供給路２２とを連通させることで、進角室２４内にオイルを導入し、遅角室２５内のオイルをドレーンする。

また、ステップＳ４２の判定結果がＹＥＳの場合には、進遅角油圧制御弁５の制御モードを、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンするドレーンモードに変更する（ステップＳ４４）。その後に、本制御を終了する。

このドレーンモードでは、オイルパン３０側の第１オイル排出路４１と進角室２４側の第１オイル供給路２１とを連通させ、且つオイルパン３０側の第２オイル排出路４２と遅角室２５側の第２オイル供給路２２とを連通させることで、進角室２４内および遅角室２５内のオイルをドレーンする。

以上により、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置においては、油圧低下時、特に高油温時には、エンジン停止時に、吸気連続可変バルブタイミング機構４の位相、つまりタイミングロータ１に対してカムシャフト２とベーンロータ３の位相を進角させることが非常に困難となる。

このため、進角室２４内に供給されるオイルの温度が高油温（例えば１１０℃以上）とＥＣＵ８が判定した際には、エンジン停止時に、進遅角油圧制御弁５の制御モードをドレーンモードに変更し、進角室２４、遅角室２５および第１、第２オイル供給路２１、２２のオイルをドレーンする。それによって、次回のエンジン始動時には上記と同様に進角室２４および第１オイル供給路２１からオイルが抜けているため、エンジンのクランキング時に中間ロック位相でロック（固定）することが可能となる。

〔参考例４の構成〕
図１１および図１２は本発明の参考例４を示したもので、図１１は内燃機関用バルブタイミング調整装置のエンジン作動中における状態図で、図１２は内燃機関用バルブタイミング調整装置のエンジン停止時やエンジン始動時のドレーンモード時における状態図である。

本参考例の吸気連続可変バルブタイミング機構４の油圧回路には、進遅角油圧制御弁５の第１オイル給排ポート５７と進角室２４とを接続する第１オイル供給路２１の途中に、パイロット弁（本発明の油路切替弁に相当する）７を接続している。なお、本参考例では、進遅角油圧制御弁５と進角室２４との間に、つまり第１オイル供給路２１の途中にパイロット弁７を設けたが、第１オイル供給路２１の途中にパイロット弁７の代わりに電磁弁等を設けても良い。

この進遅角油圧制御弁５は、油圧システム回路を形成するバルブボディ４９の所定の箇所に設けられた凹状部に収容されたコントロールバルブ５ａ、およびこのコントロールバルブ５ａを駆動する電磁式アクチュエータ５ｂ等から構成されている。

これらのうちスリーブ５０には、オイルパン３０内のオイルを汲み上げてエンジンの各部へオイルを吐出するためのオイルポンプ（油圧源）６側のオイル供給路２９に繋がるオイル供給ポート５３、パイロット弁７の油圧制御室７３内のオイルをドレーンするための第１ドレーンポート５５、遅角室２５内のオイルをドレーンするための第２ドレーンポート５６、第１、第２オイル供給路２１、２２に繋がる第１、第２オイル給排ポート５７、５８、およびパイロット弁７の油圧制御室７３に繋がる連通ポート５９等が形成されている。

電磁式アクチュエータ５ｂのソレノイドシャフト６６の図示左端部は、コントロールバルブ５ａのスプール５１の図示右端面に形成された軸孔内に嵌め込まれている。また、ソレノイドコイル６３には、エンジン作動中にＥＣＵ８から駆動電流が供給されて起磁力を生じ、この起磁力に応じてムービングコア６５が吸引される。また、ドレーンモード時には、ＥＣＵ８から駆動電流が停止されるため、コントロールバルブ５ａのスプール５１はスプリング５２のスプリング力により初期位置に戻される。

パイロット弁７は、図１ないし図３の吸気連続可変バルブタイミング機構４よりもドレーン機構を強化するために設けられて、バルブボディ（図示せず）の所定の箇所に収容された円筒状のスリーブ７１と、このスリーブ７１内に摺動自在に収納されたスプール（スプール弁）７２と、このスプール７２を油圧制御室７３側に付勢するスプリング７４とを備えている。

これらのうちスリーブ７１には、コントロールバルブ５ａの連通ポート５９と油圧制御室７３とを連通する第３オイル供給路６０に繋がる第３オイル給排ポート７５、進角室２４内のオイルをドレーンする油路７６に繋がる第３ドレーンポート７７、および第１オイル供給路２１に繋がる第１オイル給排ポート７８、７９等が形成されている。スプール７２の外周部には、１個の油路を形成する２個の第１、第２ランド部が設けられている。

そして、オイルポンプ６側のオイル供給路２９とパイロット弁７側の第３オイル供給路６０とを繋ぐ油路９０の途中には、エンジン回転数の変動によるオイルポンプ６の吐出量の変化により生じる油路９０内の圧力変動を吸収するための固定絞り９が設けられている。

また、本参考例の吸気連続可変バルブタイミング機構４の油圧回路には、進角室２４内のオイルをドレーンする油路７６と遅角室２５よりオイルがドレーンされる第２オイル供給路２２との間を連通する連通路９２、およびこの連通路９２の途中に設けられて、進角室２４の油圧よりも遅角室２５の油圧が小さい時に開弁するチェック弁９３が設けられている。

〔参考例４の特徴〕
次に、本参考例の連続可変バルブタイミング調整装置の作動を図１１および図１２に基づいて簡単に説明する。

エンジンの始動と共に、エンジンによりオイルポンプ６が回転駆動される。これにより、オイル供給路２９、油路９０、第３オイル供給路６０および油圧制御室７３内の油圧が立ち上がり、スプリング７４のスプリング力よりも油圧制御室７３内の油圧力が上回ると、図１１に示したように、パイロット弁７のスプール７２が図示右側に変位する。

また、オイルポンプ６側のオイル供給路２９とパイロット弁７側の第３オイル供給路６０とを繋ぐ油路９０の途中に設けられた固定絞り９は、オイルポンプ６の吐出量の変化を要因とする圧力変動を吸収し、油圧低下時や圧力変動が大きい時においても、油圧制御室７３内の油圧力を安定して保持することで、パイロット弁７のスプール７２が確実に図示右側にいる状態に保たれる。

一方、エンジン停止時やエンジン始動時に、進遅角油圧制御弁５のスプール５１をドレーンモードに変更すると、パイロット弁７の図示左側にある油圧制御室７３が進遅角油圧制御弁５のスプール５１がスプリング５２のスプリング力に抗して図示左側に変位することで、進角室２４内および遅角室２５内のオイルがドレーンされ、且つ油圧制御室７３内のオイルもドレーンされるため、パイロット弁７のスプール７２がスプリング７４のスプリング力により図示左側に動く。

このとき、オイルポンプ６が油圧を発生していたとしても、進遅角油圧制御弁５の油路を通り進角室２４へ繋がる第１オイル供給路２１は、パイロット弁７の油路が油路７６に連通することにより、オイルポンプ６からの油圧が完全に遮断される。また、オイルポンプ６からパイロット弁７の油圧制御室７３に向かう油路９０では、固定絞り９により油圧が落とされるため、パイロット弁７のスプリング７４のスプリング力によりスプール７２は図示左側で固定される。

以上の作動により、吸気連続可変バルブタイミング機構４の進角室２４からオイルがドレーンされる油路７６には、図１ないし図３の吸気連続可変バルブタイミング機構４に対し、エンジン回転数により吐出量が変化するオイルポンプ６からの油圧変動（圧力変動）の影響を殆ど受けないため、進角室２４内のオイルを確実に吐き出し、中間ロック位相でストッパーピン３３によりロック（固定）することが非常に容易となる。

また、進角室２４よりオイルがドレーンされる油路７６と遅角室２５よりオイルがドレーンされる第２オイル供給路２２との間を連通する連通路９２の途中に設けられたチェック弁９３は、進角室２４の油圧よりも遅角室２５の油圧が小さい時に開弁することにより、遅角室２５に負圧が発生せず、ベーンロータ３がより進角側に動くのを防止することができる。

〔他の実施例〕
本実施例では、シューハウジング１２の内周部に３個のシュー１６を設け、ベーンロータ３の外周部に３個のベーン２３を設けることにより、３つの進角室（進角油圧室）２４および３つの遅角室（遅角油圧室）２５を設けてバルブタイミングを連続的に可変したが、シューハウジング１２の内周部に４個以上のシュー１６を設け、ベーンロータ３の外周部に４個以上のベーン２３を設けることにより、４つ以上の進角室（進角油圧室）２４および４つ以上の遅角室（遅角油圧室）２５を設けてバルブタイミングを連続的に可変しても良い。また、２つの進角室（進角油圧室）２４および２つの遅角室（遅角油圧室）２５を設けてバルブタイミングを連続的に可変しても良い。

ここで、アイドル時には、エンジンの吸気バルブの開閉タイミングを大きく遅らせて（遅角させて）オーバーラップ（吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁している時期）を無くして燃焼を安定させるようにしても良い。また、中速高負荷時には、吸気バルブの開閉タイミングを早めて（進角させて）オーバーラップを拡大し、自己ＥＧＲ（燃焼室内の残留ガス）を増加させて燃焼温度を低下させ、ＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減させるようにしても良い。この場合には、ポンプ損失の低減にもつながり燃費も向上する。また、高速高負荷時には、吸気バルブの閉タイミングを最適なところまで遅らせて（遅角させて）最高出力を確保するようにしても良い。

また、実際のカムシャフト２の位置をセンサで検出し、目標のバルブタイミングになるように進遅角油圧制御弁５をフィードバック制御しても良い。また、本実施例では、バルブタイミングを連続可変としたが、バルブタイミングを進角制御モードと遅角制御モードとドレーンモードの３段階可変や多段階としても良い。そして、本発明を、吸気連続可変バルブタイミング機構だけでなく、吸排気連続可変バルブタイミング機構、あるいは排気連続可変バルブタイミング機構に利用しても良い。また、内燃機関として、オーバヘッドバルブ（ＯＨＶ）エンジンを用いても良く、オーバーヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）エンジンを用いても良い。

内燃機関用バルブタイミング調整装置の全体構成を示した概略図である（参考例１）。吸気連続可変バルブタイミング機構を示した正面図である（参考例１）。吸気連続可変バルブタイミング機構を示した断面図である（参考例１）。ストッパーピン駆動機構を示した概略図である（参考例１）。ＥＣＵを含む油圧制御装置を示したブロック図である（参考例１）。（ａ）〜（ｃ）はストッパーピンの作動状態を示した説明図である（参考例１）。エンジン停止時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである（参考例１）。エンジン始動時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである（参考例２）。エンジンストール時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである（実施例１）。高油温時に中間ロック位相にロックする制御を示したフローチャートである（参考例３）。内燃機関用バルブタイミング調整装置のエンジン作動中における状態図である（参考例４）。内燃機関用バルブタイミング調整装置のエンジン停止時やエンジン始動時のドレーンモード時における状態図である（参考例４）。

符号の説明

１タイミングロータ
２カムシャフト
３ベーンロータ
４吸気連続可変バルブタイミング機構
５進遅角油圧制御弁（油圧給排手段）
６オイルポンプ（油圧源）
７パイロット弁（油路切替弁）
８ＥＣＵ
９固定絞り
２１第１オイル供給路（油路）
２２第２オイル供給路
２４進角室（進角油圧室）
２５遅角室（遅角油圧室）
２９オイル供給路
３３ストッパーピン（位相固定手段）
３８進角アシストスプリング
９２連通路
９３チェック弁

Claims

（ａ）内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）のクランクシャフトと同期して回転するタイミングロータと、
（ｂ）前記エンジンの吸気または排気バルブの開閉時期を決めるためのカム山を有し、前記タイミングロータと相対回転運動が可能なカムシャフトと、
（ｃ）このカムシャフトと一体的に回転するベーンロータと、
（ｄ）油圧によって前記ベーンロータを回転させ、前記タイミングロータに対して前記カムシャフトの位相を進角させるための進角油圧室と、
（ｅ）油圧によって前記ベーンロータを回転させ、前記タイミングロータに対して前記カムシャフトの位相を遅角させるための遅角油圧室と、
（ｆ）前記進角油圧室内のオイルをドレーンした時に、前記カムシャフトの位相を所望の中間ロック位相に固定するための位相固定手段と、
（ｇ）油圧源に接続されるオイル供給路と前記進角油圧室および前記遅角油圧室に接続されるオイル供給路とオイルをドレーンするためのオイル排出路とを有し、エンジン作動中に、前記油圧源で発生した油圧を、前記進角油圧室および前記遅角油圧室に相対的に給排させる油圧給排手段とを備え、
前記ベーンロータ、前記進角油圧室、前記遅角油圧室および前記位相固定手段を備えた連続可変バルブタイミング機構には、前記タイミングロータに対して前記カムシャフトの位相を前記中間ロック位相以上に進角させるための進角アシストスプリングが設けられており、
前記油圧給排手段は、エンジンストール時に、前記進角油圧室および前記遅角油圧室を前記オイル排出路に接続し、前記進角油圧室内および前記遅角油圧室内のオイルを同時にドレーンするドレーンモードを行うことを特徴とする内燃機関用バルブタイミング調整装置。
請求項１に記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置において、
エンジンストール時に、前記油圧給排手段を通り前記油圧源より前記進角油圧室へ繋がる油路から、前記進角油圧室よりオイルがドレーンされる油路へ切り替える油路切替弁とを備えた内燃機関用バルブタイミング調整装置。
請求項１または請求項２に記載の内燃機関用バルブタイミング調整装置において、
前記進角油圧室および前記遅角油圧室に油圧を供給するための前記油圧源としては、前記エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動されて、エンジン回転数に比例した吐出量を発生するオイルポンプを用いていることを特徴とする内燃機関用バルブタイミング調整装置。