JP2006170027A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の始動後における駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相を変位させる制御の応答性を損なうことなく、内燃機関のクランキング時に、前記相対回転位相をロック位相まで変位させる確実性を高め、内燃機関の始動性を高める。
【解決手段】 前記相対回転位相の前記遅角方向又は進角方向のいずれか一方である第一方向への変位を規制可能な相対回転規制機構６Ａが、駆動側回転部材２及び従動側回転部材１のいずれか一方から他方側に突出可能な突出部材６０Ａと、前記他方側にある駆動側回転部材２又は従動側回転部材１に設けられて突出部材６０Ａが突入可能に設けられた規制溝６２Ａと、規制溝６２Ａ内に突入した突出部材６０Ａに対して前記相対回転位相を前記第一方向とは反対の第二方向に変位させる方向の付勢力を与え得る付勢機構６４とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関のバルブタイミングを調節制御する弁開閉時期制御装置に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関において、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材とカムシャフトに対して同期回転する従動側回転部材との相対回転位相を変位させることにより、バルブタイミングを適切に調節して好適な運転状態を達成することができる弁開閉時期制御装置が知られている。そして、この種の内燃機関の弁開閉時期制御装置として、下記特許文献１には以下のような構成が開示されている。

すなわち、この弁開閉時期制御装置は、クランク軸と同期回転するハウジング部材と、このハウジング部材に設けたシュー部に相対回転可能に組付けられ、ベーン部にて前記ハウジング部材内に進角油室と遅角油室を形成しカム軸と同期回転するロータ部材と、作動油の給排に応じて作動しアンロック状態では前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を許容しロック状態では前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間のロック位相位置にて規制する相対回転制御機構と、前記進角油室及び前記遅角油室と前記相対回転制御機構への作動油の給排を制御する油圧回路を備え、前記油圧回路からの作動油の給排に応じて作動しアンロック状態では前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を許容し、ロック状態では最遅角位相位置または最進角位相位置と前記ロック位相位置間の設定位相位置にて前記ハウジング部材に対する前記ロータ部材の遅角側または進角側への相対回転のみを規制する補助制御機構を設けた構成を備えている。

この弁開閉時期制御装置によれば、カム軸に作用する変動トルクによりハウジング部材とロータ部材の相対回転位相が最遅角位相位置（または最進角位相位置）から設定位相位置に変化した時点で補助制御機構がロック状態となって、ハウジング部材に対するロータ部材の遅角側（または進角側）への相対回転のみを規制し、相対回転位相の初期値を設定位相位置に棚上げする。したがって、その後は、カム軸に作用する変動トルクにより、ハウジング部材とロータ部材の相対回転位相位置がロック位相位置に変化して、相対回転制御機構によりハウジング部材とロータ部材の相対回転がロック位相位置にて規制される。これによって、内燃機関の始動開始時点からハウジング部材とロータ部材の相対回転が相対回転制御機構によりロック位相位置にて規制される時点までの時間を短縮することができて、打音の発生、内燃機関の始動性不良を抑制することができる。

特開２００２−０９７９１２号公報（第２−３頁、図２−５）

しかしながら、上記のような弁開閉時期制御装置の構成によると、カム軸に作用する変動トルクにより前記相対回転位相を振動させて前記設定位相位置に変位させることにより補助制御機構をロック状態とさせることから、前記相対回転位相を変位させる際における弁開閉時期制御装置内の作動油の状態や作動油の種類等によっては、作動油の抵抗により前記相対回転位相の振動の幅が十分に確保できず、前記設定位相位置まで変位させることができない場合が生じ得る。特に、内燃機関の停止後時間が経っておらず、前記進角油室、前記遅角油室及びこれらに連通する油圧回路の内部に作動油が充満している場合や、作動油が低温である場合等には、前記相対回転位相を振動させる際における作動油の抵抗が大きく、前記相対回転位相を前記設定位相位置まで変位させることができない場合が生じ得る。このような場合、前記相対回転制御機構によって前記相対回転位相をロック位相で拘束することができず、内燃機関の始動性が悪くなる問題がある。

一方、上記のような弁開閉時期制御装置は、クランキング時や内燃機関の動作時にカム軸に作用する変動トルクにより前記相対回転位相が変位し易い方向（例えば遅角方向）と反対の方向に前記相対回転位相を付勢するトーションスプリングを備えている。そこで、このトーションスプリングの付勢力を大きくし、その進角方向への付勢力により前記相対回転位相を例えば最遅角位相位置から前記設定位相位置まで変位させ易くし、作動油の抵抗が大きい場合であっても前記相対回転位相をロック位相で拘束できるようにすることが可能である。しかし、トーションスプリングの付勢力を大きくすると、内燃機関の始動後に、作動油の給排により前記相対回転位相を変位させる制御を行う際に、トーションスプリングの付勢力に反して前記相対回転位相を例えば遅角側に動作させるために大きな作動油の圧力が必要となるため、トーションスプリングの付勢力に反する方向に変位させるときにのみ前記相対回転位相の変位の応答速度が低下し、前記相対回転位相の変位の応答速度に方向による偏りが生じるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の始動後における駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相を変位させる制御の応答性を損なうことなく、内燃機関のクランキング時に、前記相対回転位相をロック位相まで変位させる確実性を高め、内燃機関の始動性を高めることができる弁開閉時期制御装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を可変制御する位相制御機構と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相の変位を所定のロック位相で拘束可能な相対回転拘束機構と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相の遅角方向又は進角方向のいずれか一方である第一方向への変位を規制可能な相対回転規制機構と、を備え、前記相対回転規制機構は、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか一方から他方側に突出可能な突出部材と、前記他方側にある前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材に設けられて前記突出部材が突入可能に設けられた規制溝と、前記規制溝内に突入した前記突出部材に対して前記相対回転位相を前記第一方向とは反対の第二方向に変位させる方向の付勢力を与え得る付勢機構とを備える点にある。

この特徴構成によれば、前記相対回転規制機構により、クランキング時のカムトルク変動等により前記相対回転位相が変位し易い方向を前記第一方向として当該方向への前記相対回転位相の変位を規制できるとともに、前記付勢機構により、前記規制溝内に突入した前記突出部材に対して、前記第一方向とは反対の第二方向に変位させる方向の付勢力を与えることができる。したがって、内燃機関のクランキング時のカムトルク変動等により前記相対回転位相が変位し易い方向とは反対の前記第二方向に前記相対回転位相を変位させ易い構造とすることができ、内燃機関のクランキング時に、前記相対回転位相をロック位相まで変位させる確実性を高めることができる。また、前記付勢機構は、前記規制溝内に突入した前記突出部材に対して付勢力を与えるものであって、内燃機関の始動後に前記突出部材が前記規制溝から離脱した後は、どこにも付勢力を与えることがなく前記相対回転位相の変位の際の抵抗とはなり得ないので、内燃機関の始動後における駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相を変位させる制御の応答性を損なうこともない。

ここで、前記付勢機構は、前記規制溝内に突入した前記突出部材に当接し、前記相対回転位相が前記第一方向に変位する際の前記突出部材の移動を規制する前記規制溝内の規制壁を有する規制部材と、この規制部材を付勢する付勢部材とを備える構成とすると好適である。

また、前記規制部材の移動限界を設けるために、前記付勢機構は、前記規制部材の前記付勢部材による付勢方向への移動を制限するストッパ段差部を前記規制溝内に備える構成とすると好適である。

更に、前記規制部材は、前記規制壁側に、前記突出部材が係合可能であって、前記相対回転位相が前記第二方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部を備える構成とすると好適である。

このようにすることにより、前記相対回転位相の第一方向への変位を規制する相対回転規制機構の前記突出部材の規制位置を段階的に構成することができるので、内燃機関のクランキング時に前記相対回転位相を前記第二方向により一層変位させ易い構造とすることができ、内燃機関のクランキング時に、前記相対回転位相をロック位相まで変位させる確実性を更に高めることができる。

また、前記階段状の規制段差部は、前記規制部材に設けるものに限られず、前記付勢機構は、前記規制壁と前記ストッパ段差部とにより、前記突出部材が係合可能であって、前記相対回転位相が前記第二方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部を形成する構成とすることも可能である。

また、前記付勢機構は、前記付勢部材を前記規制部材に一体的に構成することも可能である。このようにすれば、前記付勢機構の構造を単純化することができ、組み付けの容易性を高めることが可能となる。

以下に、本発明を自動車用エンジンの弁開閉時期制御装置に適用した実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置の構成を示す側断面図であり、図２〜図５は、図１のＡ−Ａ断面図であって、後述するように内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相が異なる各状態を示す図である。

〔基本構成〕
本実施形態に係る弁開閉時期制御装置は、エンジンのクランクシャフト（図示省略）に対して同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ２と、前記外部ロータ２に対して同軸状に配置され、カムシャフト３に対して同期回転する従動側回転部材としての内部ロータ１とを備えて構成されている。

上記内部ロータ１は、エンジンの吸気弁又は排気弁の開閉を制御するカムの回転軸を構成するカムシャフト３の先端部に対して一体的に組付けられている。このカムシャフト３は、エンジンのシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。

上記外部ロータ２は、上記内部ロータ１に対して所定の相対回転位相の範囲内で相対回転可能に外装され、カムシャフト３が接続される側の反対側にフロントプレート２２が、カムシャフト３が接続される側にリアプレート２３がそれぞれ一体的に取り付けられている。また、外部ロータ２の外周には、タイミングスプロケット２０が一体的に設けられている。このタイミングスプロケット２０とエンジンのクランクシャフトに取り付けられたギアとの間には、タイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材２４が架設されている。

そして、エンジンのクランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材２４を介してタイミングスプロケット２０に回転動力が伝達され、外部ロータ２が図２〜図５に示す回転方向Ｓに沿って回転駆動し、ひいては、内部ロータ１が回転方向Ｓに沿って回転駆動してカムシャフト３が回転し、カムシャフト３に設けられたカムがエンジンの吸気弁又は排気弁を押し下げて開弁させる。

図２〜図５に示すように、上記外部ロータ２には、径内方向に突出するシューとして機能する突部４の複数個が回転方向に沿って互いに離間して並設されている。外部ロータ２の隣接する突部４の夫々の間には、外部ロータ２と内部ロータ１で規定される流体圧室４０が形成されている。図示するものにあっては、流体圧室４０は、４室備えられている。

内部ロータ１の外周部の、上記各流体圧室４０に対面する箇所にはベーン溝４１が形成されており、このベーン溝４１には、上記流体圧室４０を相対回転方向（図２〜図５における矢印Ｓ１、Ｓ２方向）において進角室４３と遅角室４２とに仕切るベーン５が放射方向に沿って摺動可能に挿入されている。このベーン５は、図１に示すように、その内径側に備えられるスプリング５１により、流体圧室内壁面ｗ側に付勢されている。

上記流体圧室４０の進角室４３は内部ロータ１に形成された進角通路１１に連通し、遅角室４２は内部ロータ１に形成された遅角通路１０に連通し、これら進角通路１１及び遅角通路１０は、後述する油圧回路７に接続されている。そして、進角室４３及び遅角室４２の一方又は双方に対して油圧回路７からの作動油が供給又は排出されることにより、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相（以下、単に「相対回転位相」ともいう）を最進角位相と最遅角位相との間で変位させ又は任意の位相で保持する付勢力が発生する。なお、本実施形態においては、相対回転位相が遅角側に変位する方向（図２〜図５においてベーン５が矢印Ｓ１方向に移動する方向）を遅角方向とし、相対回転位相が進角側に変位する方向（図２〜図５においてベーン５が矢印Ｓ２方向に移動する方向）を進角方向とする。そして、本実施形態においては遅角方向が本発明における「第一方向」に相当し、進角方向が本発明における「第二方向」に相当する。

図１に示すように、内部ロータ１と外部ロータ２のフロントプレート２２との間には、これらの相対回転位相を進角方向に付勢する付勢機構としてのトーションスプリング２７が設けられている。すなわち、このトーションスプリング２７は、図２〜図５においてＳ２で示される進角方向にベーン５を変位させる方向に内部ロータ１及び外部ロータ２を常時付勢するトルクを与えている。このトーションスプリング２７のトルク設定は、エンジンを始動するためのクランキング時に、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相が振動しつつ平均的には遅角方向に変位するように設定されている。すなわち、本実施形態においては、クランキング時にカムシャフト３に作用するトルク変動は遅角方向に大きく進角方向に小さいため、このトルク変動によって前記相対回転位相は振動しつつ平均的には遅角方向に変位する。そして、トーションスプリング２７のトルク設定は、この相対回転位相の遅角方向への変位を妨げない範囲で相対回転位相を進角方向に付勢するように設定されている。なお、クランキング時にカムシャフト３に作用するトルク変動は、カムシャフト３に設けられたカムが、エンジンの弁（バルブ）をバルブスプリングに抗して開閉駆動する際のバルブスプリングの抵抗等によって発生する。

〔ロック機構の構成〕
さらに、内部ロータ１と外部ロータ２との間には、相対回転位相の変位を最遅角位相（図２に示す位相）と最進角位相（図５に示す位相）との間に設定された所定のロック位相（図４に示す位相）において拘束できるとともに、相対回転位相の変位を最遅角位相とロック位相との間の規制位相（図３に示す位相）において相対回転位相の遅角方向への変位を規制できるロック機構６が設けられている。このロック機構６は、第一ロック機構６Ａと第二ロック機構６Ｂとを有している。以下、このロック機構６について詳細に説明する。

図６は、ロック機構６の周辺の拡大図である。この図に示すように、第一ロック機構６Ａは、外部ロータ２から内部ロータ１側に突出可能な第一ロック体６０Ａと、内部ロータ１に設けられて第一ロック体６０Ａが突入可能に設けられた第一ロック溝６２Ａと、第一ロック溝６２Ａ内に突入した第一ロック体６０Ａに対して相対回転位相を進角方向に変位させる方向の付勢力を与え得る付勢機構６４とを備えて構成されている。

より詳細には、第一ロック体６０Ａは、外部ロータ２に設けられた摺動溝６５に沿って摺動自在に設けられるとともに、スプリング６１により内部ロータ１側に付勢された状態となっている。ここでは、摺動溝６５は、内部ロータ１及び外部ロータ２の径方向に対して一定間隔をあけて平行に設けられている。なお、第一ロック体６０Ａの形状は、その用途に従って、プレート形状、ピン形状、又はその他の形状を採用することができる。本実施形態においては、この第一ロック体６０Ａが、本発明における「突出部材」に相当する。

第一ロック溝６２Ａは、内部ロータ１の外周部分の所定位置に設けられ、付勢機構６４を除く部分が摺動溝６５から突出した第一ロック体６０Ａが突入可能な大きさを有するように形成されている。そして、この第一ロック溝６２Ａは、内部ロータ１に形成されたロック通路６３に連通し、このロック通路６３は後述する油圧回路７に接続されている。なお、第一ロック溝６２Ａの形状は、第一ロック体６０Ａの形状に適合する形状とする。本実施形態においては、この第一ロック溝６２Ａが、本発明における「規制溝」に相当する。

付勢機構６４は、第一ロック溝６２Ａ内に突入した第一ロック体６０Ａに当接し、相対回転位相が遅角方向に変位する際の第一ロック体６０Ａの移動を規制する第一ロック溝６２Ａ内の規制壁６４ｂを有する規制部材６４ａと、この規制部材６４ａを付勢する付勢ばね６４ｃとを備えている。本実施形態においては、付勢ばね６４ｃが本発明における「付勢部材」に相当する。

具体的には、規制部材６４ａは、第一ロック溝６２Ａ内の内部ロータ進角側（相対回転位相が進角方向に変位する際の内部ロータ１の回転方向Ｓ２側、以下同じ）に配置され、内部ロータ１の周方向（より詳細には内部ロータ１の外周の接線方向）に移動可能に設けられている。また、この規制部材６４ａの内部ロータ遅角側（相対回転位相が遅角方向に変位する際の内部ロータ１の回転方向Ｓ１側、以下同じ）に、第一ロック溝６２Ａ内に突入した第一ロック体６０Ａに当接し、相対回転位相が遅角方向に変位する際の第一ロック体６０Ａの移動を規制する規制壁６４ｂが形成されている。そして、この規制部材６４ａは、付勢ばね６４ｃにより、内部ロータ遅角側に移動する方向に付勢されている。

付勢ばね６４ｃは、内部ロータ１（より詳細には第一ロック溝６２Ａの内部ロータ進角側の側壁６４ｆ）と規制部材６４ａ（より詳細には規制部材６４ａの内部ロータ進角側に形成されたばね受け部）との間に配置され、規制部材６４ａを内部ロータ１に対して押し出すことにより、規制部材６４ａを内部ロータ遅角側に向けて付勢している。図７は、規制部材６４ａと付勢ばね６４ｃの形状を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態においては、付勢ばね６４ｃは略「く」の字形状に形成された板ばねにより構成している。そして、付勢機構６４は、規制部材６４ａの付勢ばね６４ｃによる付勢方向への移動を制限するストッパ段差部６４ｄを第一ロック溝６２Ａ内（より詳細には第一ロック溝６２Ａの底面）に備えている。すなわち、このストッパ段差部６４ｄは規制部材６４ａの移動限界を設けるものとなっており、規制部材６４ａは、第一ロック溝６２Ａの内部ロータ進角側の側壁６４ｆとストッパ段差部６４ｄとの間でのみ移動可能となっている。

また、規制部材６４ａは、規制壁６４ｂ側に、第一ロック体６０Ａが係合可能であって、相対回転位相が進角方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部６４ｅを備えている。具体的には、この規制段差部６４ｅは、規制壁６４ｂの上部を内部ロータ進角側に切り欠いて規制部材６４ａの上面（内部ロータ１の外周側の面）との間に形成した段差部であり、第一ロック体６０Ａの先端部が係合し易いように当該先端部の形状に合致した形状となっている。

以上のように構成される第一ロック機構６Ａは、第一ロック溝６２Ａに作動油が供給されていない状態において、第一ロック体６０Ａが規制段差部６４ｅに係合し、又は規制壁６４ｂに当接することにより、相対回転位相が遅角方向に変位することを規制する。よって、本実施形態においては、この第一ロック機構６Ａが、本発明における「相対回転規制機構」を構成する。なお、この第一ロック機構６Ａにより相対回転位相の変位を規制する動作については後で詳細に説明する。

一方、第二ロック機構６Ｂは、図６に示すように、外部ロータ２から内部ロータ１側に突出可能な第二ロック体６０Ｂと、内部ロータ１に設けられて第二ロック体６０Ｂが突入可能に設けられた第二ロック溝６２Ｂとを備えて構成されている。第二ロック体６０Ｂの構成は、上記第一ロック体６０Ａと同様であり、この第二ロック体６０Ｂの摺動溝６５は、第一ロック体６０Ａの摺動溝６５に対して平行に設けられている。また、第二ロック溝６２Ｂは、第一ロック体６０Ａと第二ロック体６０Ｂとの間隔に対応して第一ロック溝６２Ａに隣接して内部ロータ１の外周部分に設けられ、第二ロック体６０Ｂが突入可能な大きさを有するように形成されている。そして、この第二ロック溝６２Ｂは、第一ロック溝６２Ａと同様に、内部ロータ１に形成されたロック通路６３に連通し、このロック通路６３は後述する油圧回路７に接続されている。なお、第二ロック溝６２Ｂの形状は、第二ロック体６０Ｂの形状に適合する形状とする。

以上のように構成される第二ロック機構６Ｂと第一ロック機構６Ａは、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに作動油が供給されていない状態において、図４に示すように、相対回転位相がロック位相にあるときに、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが、それぞれ第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに突入することが可能になっている。そして、その状態では、相対回転位相の進角方向への変位が第一ロック体６０Ａと第一ロック溝６２Ａの内部ロータ遅角側の側壁との当接により拘束され、相対回転位相の遅角方向への変位が第二ロック体６０Ｂと第二ロック溝６２Ｂの内部ロータ進角側の側壁との当接により拘束されるので、相対回転位相はロック位相で拘束されることになる。よって、本実施形態においては、ロック機構６、すなわち第一ロック機構６Ａ及び第二ロック機構６Ｂが、本発明における「相対回転拘束機構」を構成する。なお、このロック位相は、エンジンの弁開閉時期に関し、エンジンの円滑な始動性が得られるような位相に設定されている。

第一ロック体６０Ａの第一ロック溝６２Ａからの引退、及び第二ロック体６０Ｂの第二ロック溝６２Ｂからの引退は、後述する油圧回路７からロック通路６３を介して第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに作動油が供給されることにより行われる。すなわち、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂの内部に作動油が供給されて充満し、この作動油の圧力によって第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂを外部ロータ２の摺動溝６５内に引退、収納させる方向に作用する付勢力が、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂを突出させる方向に付勢するスプリング６１の付勢力より大きくなると、図８に示すように、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂは第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂから引退し、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転を許容する。

〔油圧回路の構成〕
油圧回路７は、エンジンの駆動力で駆動されて作動油を制御弁７６に供給するオイルポンプ７０と、制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）９により制御されて複数のポートにおける作動油の供給又は排出を制御する制御弁７６と、作動油を貯留するオイルパン７５とを備えている。ここでは、制御弁７６として、制御ユニット９からのソレノイド７６ａへの通電によってスプール７６ｂをスプリング７６ｇに抗して移動させて変位させる可変式電磁スプールバルブを用いる。

上記制御弁７６の第１のポート７６ｃには上記進角室４３に連通する進角通路１１が、第２のポート７６ｄには上記遅角室４２に連通する遅角通路１０が、第３のポート７６ｅには上記第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに連通するロック通路６３が、それぞれ接続されている。また、制御弁７６のドレンポート７６ｆは、オイルパン７５に連通されている。

制御弁７６は、制御ユニット９により制御されて、上記進角通路１１及び上記遅角通路１０を介して進角室４３及び遅角室４２の一方又は双方に対する作動油の供給又は排出の制御を行い、流体圧室４０内でのベーン５の相対位置を変更し、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を図２に示すような最遅角位相（遅角室４２の容積が最大となるときの相対回転位相）と図５に示すような最進角位相（進角室４３の容積が最大となるときの相対回転位相）との間で変位させる制御を行う。よって、この制御弁７６及び制御ユニット９、並びに制御弁７６により作動油の供給又は排出が行われる流体圧室４０の遅角室４２及び進角室４３が、本発明における「位相制御機構７１」を構成する。

また、制御弁７６は、制御ユニット９により制御されて、上記ロック通路６３を介して第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに対する作動油の供給又は排出の制御を行うことにより、上記の通り、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂの第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂへの突出又は引退の制御を行う。

〔制御弁の動作〕
図９に示すように、油圧回路７の制御弁７６は、制御ユニット９からソレノイド７６ａへの給電量を制御することによりスプール７６ｂのストローク量を制御し、スプール位置を位置Ｗ１から位置Ｗ５まで変化させ、進角室４３、遅角室４２、並びに第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに対する作動油の供給、排出（ドレイン）、及びそれらの停止（閉鎖）を切り替えるように構成されている。本実施形態においては、ソレノイド７６ａへの給電量の制御は、ソレノイド７６ｅに供給する電流のデューティ値（％）を変えることにより行う。そして、スプール７６ｂのストローク量は、ソレノイド７６ａへの給電量（電流のデューティ値）に比例する構成としている。以下、図９に基づいてスプール位置毎の制御弁７６の制御動作について説明するが、これは制御弁７６による制御動作の一例であり、適宜変更が可能である。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ１のとき、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに作動油を供給し、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂを引退させた状態とし、更に、進角室４３の作動油をドレインしつつ、遅角室４２に作動油を供給することにより、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を遅角方向（図２〜図５においてベーン５が矢印Ｓ１方向に移動する方向）に変位させる遅角方向変位操作を実行する。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ２のとき、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに作動油を供給して第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂを引退させた状態としたままで、進角室４３及び遅角室４２に対する作動油の供給及び排出を停止（第１のポート７６ｃ及び第２のポート７６ｄを閉鎖）して、前記相対回転位相をその時点での位相に保持する位相保持操作を実行する。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ３のとき、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂに作動油を供給して第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂを引退させた状態とし、更に、遅角室４２の作動油をドレインしつつ、進角室４３に作動油を供給することにより、前記相対回転位相を進角方向（図２〜図５においてベーン５が矢印Ｓ２方向に移動する方向）に変位させる進角方向変位操作を実行する。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ４のとき、第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂの作動油をドレインし、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが突出可能な状態とし、更に、遅角室４２の作動油をドレインしつつ、進角室４３に作動油を供給する。これにより、前記相対回転位相がロック位相にある場合には、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂにそれぞれ突入した状態で前記相対回転位相を進角方向Ｓ２に付勢する進角付勢操作を実行する。この操作は、エンジンの暖機が終了するまでの間、第一ロック体６０Ａと第一ロック溝６２Ａの内部ロータ遅角側の側壁とが当接する圧力を高めてこれらの間の摩擦力を増大させることにより、エンジンの回転数増加による遠心力で第一ロック体６０Ａが第一ロック溝６２Ａから引退して相対回転位相のロック位相での拘束が解除されることを防止するために行うことができる。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ５のとき、進角室４３、遅角室４２、並びに第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂの作動油をオイルパン７５側に排出可能な状態とするドレイン操作を実行する。すなわち、この操作では、制御弁７６の第１のポート７６ｃ、第２のポート７６ｄ、及び第３のポート７６ｅは、すべてドレンポート７６ｆに連通された状態となる。エンジンの始動のためのクランキング時は、制御弁７６はこのドレイン操作を実行する。

〔制御ユニットの構成〕
図１０に示すように、制御ユニット９は、演算処理を行うＣＰＵ９１、所定のプログラムやデータテーブル等を格納したメモリ９２、入出力インターフェース９３を有して構成されている。また、制御ユニット９には、カムシャフトの位相を検知するカム角センサ１０１、クランクシャフトの位相を検知するクランク角センサ１０２、イグニッションスイッチ１０３、作動油の温度を検知する油温センサ１０４、クランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検知する回転数センサ１０５、エンジンの冷却水温度を検知する水温センサ１０６からの検知信号が入力される。また、図示は省略するが、この制御ユニット９には、その他に、車速センサ、スロットル開度センサ等の上記以外の各種センサからの検知信号も入力される。そして、制御ユニット９は、これらの各種センサからの検知信号に基づいてエンジンの動作状態を検知する。

また、制御ユニット９は、カム角センサ１０１で検知したカムシャフト３の位相と、クランク角センサ１０２で検知したクランクシャフトの位相とに基づいて、カムシャフト３とクランクシャフトの相対回転位相、すなわち、弁開閉時期制御装置における内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の現在値を演算して取得することができる。

制御ユニット９は、エンジンの始動のためのクランキング時には、制御弁７６に対してスプール位置を位置Ｗ５としてドレイン操作を実行させる制御を行い、後述するようにロック機構６によるエンジン始動時のロック動作を行わせる。そして、エンジンの始動後は、制御ユニット９は、エンジンオイルの温度、クランクシャフトの回転数、車速、スロットル開度等のような上記の各種センサ等により検知したエンジンの動作状態に基づいて制御弁７６への給電量を制御し、それにより制御弁７６による進角室４３、遅角室４２、並びに第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂへの作動油の供給又は排出を制御して内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相がそのときのエンジンの動作状態に適した位相となるように適宜変更する制御を行うように構成されている。

〔エンジン始動時のロック動作〕
次に、エンジンの始動のためのクランキング時におけるロック機構６（第一ロック機構６Ａ及び第二ロック機構６Ｂ）の動作について説明する。この弁開閉時期制御装置は、エンジンの始動のためのクランキング時に、ロック機構６により相対回転位相をロック位相まで変位させて拘束する動作を行い、エンジンの始動性を高めている。ところで、本実施形態においては、上記のとおり、クランキング時にカムシャフト３に作用するトルク変動により相対回転位相は振動しつつ平均的には遅角方向に変位する構成になっている。したがって、クランキング開始時の相対回転位相がロック位相よりも進角側である場合には、クランキング時のトルク変動により相対回転位相は遅角方向に変位してロック位相まで容易に到達できるが、クランキング開始時の相対回転位相がロック位相よりも遅角側である場合には、相対回転規制機構を構成する第一ロック機構６Ａにより、クランキング時の相対回転位相の振動を利用して相対回転位相をロック位相に到達させる動作を行う必要がある。そこで、ここでは、図２に示すような相対回転位相が最遅角位相である状態からクランキングを開始した場合におけるロック機構６によるロック動作について以下に説明する。

図１１は、弁開閉時期制御装置のエンジン始動時における動作のタイミングチャートである。この図に示すように、制御ユニット９は、イグニッションスイッチ１０３からエンジン始動信号が入力（ＯＮ）されると、クランクシャフトのクランキング（クランクシャフトをスタータモータ等により強制的に回転させる動作）を開始する。このとき、制御ユニット９は、制御弁７６をスプール位置が位置Ｗ５となるように制御し、進角室４３、遅角室４２、並びに第一ロック溝６２Ａ及び第二ロック溝６２Ｂの全てについて作動油をドレイン（排出）状態とする。また、このとき、第一ロック機構６Ａは、図２に示すように、第一ロック体６０Ａの先端部が付勢機構６４の規制部材６４ａに形成された規制段差部６４ｅに係合した状態となっている。

この状態でクランキングが行われると、カムシャフト３に作用するトルク変動により内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相は周期的に振動する。したがって、第一ロック機構６Ａについて見れば、外部ロータ２側に設けられた第一ロック体６０Ａと内部ロータ１側に設けられた第一ロック溝６２Ａとの間の位置関係も周期的に振動する。ここで、付勢機構６４の規制部材６４ａは、第一ロック溝６２Ａの内部ロータ進角側の側壁６４ｆとストッパ段差部６４ｄとの間で移動可能となっているので、振動の振幅が規制部材６４ａの移動可能範囲内である場合には、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一ロック体６０Ａの先端が規制部材６４ａの規制段差部６４ｅに係合した状態で振動することになる。この際、規制部材６４ａは付勢ばね６４ｃにより内部ロータ遅角側に向けて付勢されているので、第一ロック体６０Ａは、規制部材６４ａを介して付勢ばね６４ｃから相対回転位相を進角方向に変位させる方向の付勢力Ｆを受けることになる。このように、クランキング時の振動を利用して付勢ばね６４ｃの付勢力Ｆを第一ロック体６０Ａに作用させ、この付勢力Ｆとクランキングによる振動を利用して相対回転位相を、規制部材６４ａの移動可能範囲を超えて進角方向（図１２（ｂ）において内部ロータ１が矢印Ｓ２方向に移動する方向）に変位させることにより、相対回転位相を確実に規制位相（図３に示す位相）に到達させることが可能となる。

上記のようにして相対回転位相が進角方向に変位して規制位相に到達すると、図３に示すように、第一ロック機構６Ａの第一ロック体６０Ａは、規制段差部６４ｅとの係合が外れて、その先端が第一ロック溝６２Ａ内に突入した状態となる。これにより、第一ロック体６０Ａは、規制部材６４ａの規制壁６４ｂに当接して相対回転位相が遅角側に変位する方向に移動することが規制された状態となる（図１１参照）。この状態で第一ロック体６０Ａと第一ロック溝６２Ａとの間の位置関係が周期的に振動すると、振動の振幅が規制部材６４ａの移動可能範囲内である場合には、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一ロック体６０Ａの先端が規制部材６４ａの規制壁６４ｂに当接した状態で振動することになる。この際、規制部材６４ａは付勢ばね６４ｃにより内部ロータ遅角側に向けて付勢されているので、第一ロック体６０Ａは、規制部材６４ａを介して付勢ばね６４ｃから相対回転位相を進角方向に変位させる方向の付勢力Ｆを受けることになる。このように、クランキング時の振動を利用して付勢ばね６４ｃの付勢力Ｆを第一ロック体６０Ａに作用させ、この付勢力Ｆとクランキングによる振動を利用して相対回転位相を、規制部材６４ａの移動可能範囲を超えて進角方向（図１３（ｂ）において内部ロータ１が矢印Ｓ２方向に移動する方向）に変位させることにより、相対回転位相を確実にロック位相（図４に示す位相）に到達させることが可能となる。

上記のようにして相対回転位相が進角方向に変位してロック位相に到達すると、図４及び図１３の（ｃ）に示すように、第二ロック機構６Ｂの第二ロック体６０Ｂは、第二ロック溝６２Ｂ内に突入した状態となる。これにより、第一ロック体６０Ａは第一ロック溝６２Ａの内部ロータ遅角側の側壁に当接し、第二ロック体６０Ｂは第二ロック溝６２Ｂの内部ロータ進角側の側壁に当接して、相対回転位相がロック位相で拘束された状態となる（図１１参照）。そして、このように相対回転位相を迅速にロック位相に到達させて拘束することにより、エンジンの良好な始動性を得ることができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記実施形態においては、規制部材６４ａの規制壁６４ｂ側を切り欠いて階段状の規制段差部６４ｅを設ける場合について説明したが、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、図１４に示すように、付勢機構６４として規制段差部６４ｅを備えない構成とすることも可能である。この場合であっても、第一ロック体６０Ａが第一ロック溝６２Ａに突入して規制部材６４ａの規制壁６４ｂに当接した状態では、第一ロック体６０Ａは、規制部材６４ａを介して付勢ばね６４ｃから相対回転位相を進角方向に変位させる方向の付勢力Ｆを受けることになるので、相対回転位相を容易にロック位相（図４に示す位相）に到達させることが可能となる。

（２）また、規制段差部６４ｅを設けるための構成はこれに限定されない。例えば、図１５又は図１６に示すように、規制壁６４ｂとストッパ段差部６４ｄとにより、第一ロック体６０Ａが係合可能であって、相対回転位相が進角方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部６４ｅを形成することも可能である。すなわち、ストッパ段差部６４ｄの上面が、第一ロック溝６２Ａの底面よりも内部ロータ１の径方向外側の位置となるようにストッパ段差部６４ｄを形成することによって、規制部材６４ａの規制壁６４ｂとストッパ段差部６４ｄとにより、或いは規制部材６４ａに形成された規制段差部６４ｅと規制壁６４ｂとストッパ段差部６４ｄとにより、内部ロータ遅角側が低くなるように傾斜した１段又は２段以上の階段状の規制段差部６４ｅを形成することができる。

（３）上記実施形態においては、付勢機構６４の付勢部材の構成として、規制部材６４ａと別体の付勢ばね６４ｃを設けることについて説明したが、規制部材６４ａと付勢ばね６４ｃとを一体的に結合して設ける構成とすることも可能である。また、例えば、規制部材６４ａ自体をゴム等の弾性部材で構成することにより、付勢部材を規制部材６４ａに一体的に構成することも可能である。

（４）上記実施形態においては、第一ロック体６０Ａと第二ロック体６０Ｂとが互いに平行に摺動溝６５に沿って摺動するように配置された構成について説明したが、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、図１７に示すように、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが、共に外部ロータ２及び内部ロータ１の径方向に摺動するように配置することも当然に可能である。

（５）上記の実施形態では、クランキング時にカムシャフト３に作用するトルク変動により、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相が振動しつつ平均的には遅角方向に変位する場合について説明したが、本発明は、クランキング時に前記相対回転位相が平均的には進角方向に変位するような構成にも適用することが可能である。その場合、上記説明において「進角方向」と「遅角方向」とが入れ替わることになり、進角方向が本発明における「第一方向」に相当し、遅角方向が本発明における「第二方向」に相当することになるが、それ以外は上記説明をそのまま適用することが可能である。

（６）上記の実施形態では、ロック機構６における第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが、共に外部ロータ２から内部ロータ１側に突出する構成である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第一ロック体６０Ａ及び第二ロック体６０Ｂが内部ロータ１から外部ロータ２側に突出する構成とすることも可能である。

本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置の構成を示す側断面図 図１のＡ−Ａ断面図であって、相対回転位相が最遅角位相であるときの状態を示す図 図１のＡ−Ａ断面図であって、相対回転位相が規制位相であるときの状態を示す図 図１のＡ−Ａ断面図であって、相対回転位相がロック位相であってロック機構により拘束された状態を示す図 図１のＡ−Ａ断面図であって、相対回転位相が最進角位相であるときの状態を示す図 図３のロック機構周辺の拡大図 本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置の規制部材と付勢ばねの形状を示す斜視図 図１のＡ−Ａ断面図であって、相対回転位相がロック位相であってロック体が引退した状態を示す図 本発明の実施形態に係る制御弁のスプールのストローク量と動作状態との関係を示す図 本発明の実施形態に係る制御ユニットの電気的接続構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置のエンジン始動時における動作のタイミングチャート 本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置のロック機構の動作説明図 本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置のロック機構の動作説明図 本発明に係る弁開閉時期制御装置において、付勢機構として規制段差部を備えない構成の一例を示す図 本発明に係る弁開閉時期制御装置において、規制壁とストッパ段差部とにより階段状の規制段差部を形成した構成の一例を示す図 本発明に係る弁開閉時期制御装置において、規制壁とストッパ段差部とにより階段状の規制段差部を形成した構成の一例を示す図 本発明に係る弁開閉時期制御装置において、第一ロック体及び第二ロック体を外部ロータ及び内部ロータの径方向に摺動するように配置した構成の一例を示す図

符号の説明

１：内部ロータ（従動側回転部材）
２：外部ロータ（駆動側回転部材）
３：カムシャフト
６：ロック機構（相対回転拘束機構）
６Ａ：第一ロック機構（相対回転規制機構）
６Ｂ：第二ロック機構
７：油圧回路
９：制御ユニット
２７：トーションスプリング
４０：流体圧室
４２：遅角室
４３：進角室
６０Ａ：第一ロック体（突出部材）
６０Ｂ：第二ロック体
６２Ａ：第一ロック溝（規制溝）
６２Ｂ：第二ロック溝
６４：付勢機構
６４ａ：規制部材
６４ｂ：規制壁
６４ｃ：付勢ばね（付勢部材）
６４ｄ：ストッパ段差部
６４ｅ：規制段差部
７０：オイルポンプ
７１：位相制御機構
７６：制御弁

Claims (6)

1. クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を可変制御する位相制御機構と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相の変位を所定のロック位相で拘束可能な相対回転拘束機構と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相の遅角方向又は進角方向のいずれか一方である第一方向への変位を規制可能な相対回転規制機構と、を備え、
   前記相対回転規制機構は、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか一方から他方側に突出可能な突出部材と、前記他方側にある前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材に設けられて前記突出部材が突入可能に設けられた規制溝と、前記規制溝内に突入した前記突出部材に対して前記相対回転位相を前記第一方向とは反対の第二方向に変位させる方向の付勢力を与え得る付勢機構とを備える弁開閉時期制御装置。
2. 前記付勢機構は、前記規制溝内に突入した前記突出部材に当接し、前記相対回転位相が前記第一方向に変位する際の前記突出部材の移動を規制する前記規制溝内の規制壁を有する規制部材と、この規制部材を付勢する付勢部材とを備える請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記付勢機構は、前記規制部材の前記付勢部材による付勢方向への移動を制限するストッパ段差部を前記規制溝内に備える請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記規制部材は、前記規制壁側に、前記突出部材が係合可能であって、前記相対回転位相が前記第二方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部を備える請求項２又は３に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記付勢機構は、前記規制壁と前記ストッパ段差部とにより、前記突出部材が係合可能であって、前記相対回転位相が前記第二方向に変位することを許容する方向に傾斜した階段状の規制段差部を形成する請求項２から４の何れか１項に記載の弁開閉時期制御装置。
6. 前記付勢機構は、前記付勢部材を前記規制部材に一体的に構成している請求項２から５の何れか１項に記載の弁開閉時期制御装置。

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