JP2006170085A - 弁開閉時期制御装置及び最低トルクの設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロック機構が働くロック位相が所謂、中間位相とされる弁開閉時期制御装置において、付勢機構が発生する発生トルクとして、過不足のないトルク設定がなされ、相対回転位相調整が容易で且つ、確実な中間ロックが実現できる弁開閉時期制御装置を得る。
【解決手段】 中間ロック構造の弁開閉時期制御装置における、ロータ間に設けられる付勢機構のトルクを設定するに、進角室及び遅角室の油圧が共にドレインされており、暖機前の第一温度でクランキングした時、相対回転位相を最遅角位相から中間位相に変更可能な最低トルクである第一トルクｔ１と、進角室及び遅角室に油圧が残存しており、相対回転位相調整機構による位相調整が可能となる第二温度でクランキングした時、相対回転位相を最遅角位相から中間位相に変更可能な最低トルクである第二トルクｔ２とのいずれか大きい方のトルクを、付勢機構の最低設定トルクとする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、車両等に搭載されるエンジンの駆動条件に応じてエンジンの吸気弁及び排気弁の一方又は両方の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置及び、この装置の駆動側回転部材と従動側回転部材との間に備えられ、前記従動側回転部材を進角側に付勢する付勢手段の発生トルクの設定方法に関する。

この種の弁開閉時期制御装置は、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、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一体回転する従動側回転部材とを備えて構成され、前記駆動側回転部材或いは前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るベーンと、前記進角室及び前記遅角室の一方若しくは両方に対する作動油の給排出を実行して前記流体圧室に対する前記ベーンの相対位置を変更し、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前記進角室の容積が最大となるときの最進角位相と前記遅角室の容積が最大となるときの最遅角位相との間で調整可能な相対回転位相調整機構とを備えて構成される。

更に、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間には、これら両者間で、その相対回転位相を最大進角位相側とするように付勢する付勢機構（例えばトーションスプリング）が備えられる。

また、エンジン始動時等において、その始動を最良の状態で発生される意味から、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対位相回転を拘束可能なロック機構が設けられる。

かかるロック機構は、例えば、駆動側回転部材に設けられたロック体をバネにより従動側回転部材側に付勢し、上記ロック体を従動側回転部材に設けられたロック油室内に突入させて、上記相対回転を拘束してロック状態とし、上記ロック油室内にロック油を供給して油圧を付加することで、ロック体を駆動側回転部材側に引退させて、上記ロック状態を解除する構成のものである。

相対回転位相調整機構、付勢機構及びロック機構を備えた弁開閉時期制御装置にあっては、前記付勢機構のトルクは、従来、カムシャフトの平均トルクを基準に設定されていた。
即ち、第一の先行技術では、付勢機構のトルクの最低値がカムシャフトのアイドル回転域の平均トルクの１０％とされ、その最大値がカムシャフトの惰性回転域の平均トルクとされていた（例えば、特許文献１参照）。
さらに、第二の先行技術では、その最大値が、内燃機関始動時のクランクシャフト１回転後のスパーク点火に至るまでのカムシャフトの平均慣性トルクと同等とされていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１７９３１４号公報（請求項２，４） 特開２０００−１４５４１５号公報（請求項２）

近来、エンジンの円滑な始動性を得ると共に、両回転部材の相対回転位相の調整幅を進角側及び遅角側の両方で確保するために、前記ロック機構が両回転部材の相対回転を抑制するロック位相を、最遅角位相と最進角位相との中間にある中間位相とする弁開閉時期制御装置が提案されている。

また、この種の中間ロック構造の弁開閉時期制御装置において、最遅角位相から中間位相に至るまでの所定の位相（本願では、この位相を規制位相と呼ぶ）において、単段若しくは複数段で、相対回転位相が遅角側へ戻るのを規制し、順次、相対回転位相の中間位相側への棚上げを実行しながら、中間ロックを迅速に実現する装置が提案されている。

このロック位相の観点から前記第一の先行技術、第二の先行技術を参照すると、これらは共に、ロック位相が中間位相とされるものではない。
即ち、第一の先行技術に開示の装置にあっては、段落〔００２８〕および図２に示されるように、ロック位相が最遅角位相とされている。一方、第二の先行技術に開示の装置にあっては、段落〔００２５〕及び図２に示されるように最進角位相とされるものである。

従って、付勢機構に設定されるべきトルクに関して、本願が採用する中間ロック構造の弁開閉時期制御装置にあっては、いまだ技術は確立されておらず、比較的ラフなトルク設定が成されていた。

本発明の目的は、ロック機構が働くロック位相が所謂、中間位相とされる弁開閉時期制御装置において、付勢機構が発生する発生トルクとして、過不足のないトルク設定がなされ、相対回転位相調整が容易で且つ、確実な中間ロックが実現できる弁開閉時期制御装置を得ることにある。
さらには、このような装置を得ることができる付勢機構のトルク設定方法を得ることにある。

この目的を達成するための本発明は、請求項１に記載の通り、
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一体回転する従動側回転部材とを備え、
前記駆動側回転部材或いは前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るベーンと、前記進角室及び前記遅角室の一方若しくは両方に対する作動油の給排出を実行して前記流体圧室に対する前記ベーンの相対位置を変更し、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前記進角室の容積が最大となるときの最進角位相と前記遅角室の容積が最大となるときの最遅角位相との間で調整可能な相対回転位相調整機構を備え、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に、前記相対回転位相が前記最進角位相側となるように付勢する付勢機構を備え、
前記相対回転位相を拘束可能なロック機構を備えた弁開閉時期制御装置であって、
前記最進角位相と前記最遅角位相との間にある中間位相で、前記ロック機構により前記相対回転位相を拘束可能に構成され、
前記進角室及び遅角室の油圧が共にドレインされており、暖機前の第一温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低トルクである第一トルクと、
前記進角室及び遅角室に油圧が残存しており、相対回転位相調整手段による位相調整が可能となる第二温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低トルクである第二トルクとのいずれか大きい方のトルクを、前記付勢機構の最低設定トルクとする。

付勢機構により発生されるトルクの最小設定値は、以下のような条件で、その設定を考える。
本願にあっては、中間ロック構造を採用するため、クランキングの開始時における相対回転位相が最遅角位相となっている状態で、相対回転位相をこの位相から中間位相まで移行させる状態が最も厳しい条件となる。従って、この条件において中間ロックが行えるトルクが付勢機構に必要となる。

ここで、必要となるトルクとしては、以下の2つの状況が考えられる。
始動条件１：エンジンが比較的長期間停止された後始動がかかった場合
始動条件２：エンジンが停止された直後にエンジン始動がかかった場合
これら２の始動条件下において、始動ロックが確実に掛かる条件が、付勢機構に要求される条件となる。
さて、図７（ａ）は、上記始動条件１及び始動条件２で、最遅角位置から中間ロック位相までの相対回転位相の変更を可能とするトルクの状態を示したものである。図７（ａ）において、横軸はエンジン水温（又は油温）であり、縦軸は始動ロックに必要なトルクである。この必要なトルクは、例えば数回のクランク軸の回転で、最遅角位相から中間位相に到達するのに必要なトルクである。
同図は、始動条件１における必要となるトルクｔ１と、始動条件２における必要となるトルクｔ２とを示している。

これらの図からも判明するように、必要となるトルクは、温度の上昇とともに低下する。
さらに、始動条件１にあっては、エンジンは長時間放置されて十分冷却され、さらに油はドレインされているため、その影響は低く、実質的に摺動抵抗に相当する。
一方、始動条件１に対して、始動条件２の低下の程度が大きい理由は、始動条件２にあっては、エンジン停止直後の再始動を前提としているため、各室に油が残っている状態で始動ロックを行う必要が生じるためである。

さて、エンジンの始動状況を考えると、上記２の始動条件下でともに良好に中間ロックがかかる必要が生じるが、始動条件１にあっては、エンジンが始動されることがありうる任意の温度（例えば、−５℃〜４０℃）の全温度域で始動ロックがかかる必要がある。この温度域の最低温度を、本願にあっては第一温度と称し、必要となるトルクを第一トルクｔ１と称する。
一方、始動条件２にあっては、エンジン水温（油温）が比較的高い領域（例えば１０℃〜２０℃）で相対回転位相調整機構による位相制御が開始される温度域で、始動ロックがかかればよい。このように、低温側を考慮しないのは、この始動条件２における中間ロックの使われかたを考えれば、低温側にあることは想定されないためである。この温度域の最低温度を本願にあっては第二温度と称し、必要となるトルクを第二トルクｔ２と称する。

従って、これら第一温度及び第二温度を考慮し、この第一温度、第二温度において共に始動可能なトルクを付勢手段の最低設定トルク（付勢手段に許容できる最低のトルク）とすることにより、良好に始動を行うことができる。

このようにして付勢機構の最低設定トルクを決める手法は、以下の構成となる。
即ち、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一体回転する従動側回転部材とを備え、
前記駆動側回転部材或いは前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るベーンと、前記進角室及び前記遅角室の一方若しくは両方に対する作動油の給排出を実行して前記流体圧室に対する前記ベーンの相対位置を変更し、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前記進角室の容積が最大となるときの最進角位相と前記遅角室の容積が最大となるときの最遅角位相との間で調整可能な相対回転位相調整機構とを備え、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に、前記相対回転位相が最大進角位相側となるように付勢する付勢機構と、
前記相対回転位相を拘束可能なロック機構とを備えた弁開閉時期制御装置における前記付勢機構の最低トルクの設定に際しては、
前記弁開閉時期制御装置が、前記最進角位相と前記最遅角位相との間にある中間位相で、前記ロック機構による相対回転位相を拘束可能な構成を有し、
前記進角室及び遅角室の油圧が共にドレインされており、暖機前の第一温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低のトルクである第一トルクと、
前記進角室及び遅角室に油圧が残存しており、相対回転位相調整機構による位相調整が可能となる第二温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低のトルクである第二トルクとのいずれか大きい方のトルクを最低トルクとするのである。

さて、このように付勢機構の最低設定トルクを決める場合にあって、最遅角位置から中間位相（中間ロックが起こる）に至るまでに、相対回転位相が遅角側へ戻るのを規制し、進角側へ進むのを許容する規制機構が設けられている構造が提案されている。
この種の構造は、所謂、棚上げ構造と呼ばれるが、最遅角位相から中間位相までに、単一段の規制位相を有する場合と、複数段の規制位相を有する場合とがある。
そして、中間ロックを良好に実現するには、単一段の場合、最遅角位相からこの規制位相まで、さらに、この規制位相から中間位相までの位相変更が可能なトルク設定が成されれば十分である。一方、複数の規制位相が設定される場合は、最遅角位相から、この位相に最も近接した規制位相、規制位相間及び、最も中間位相に近い規制位相から中間位相までの位相変更が可能なトルクとすることが必要となる。

従って、先に請求項１に記載の装置で説明した構成において、第一トルク、第二トルクは、それぞれ、先に説明した第一温度、第二温度の要件をみたしながら、以下のようにして設定する必要が生じる。

単一の規制位相を有する構成の場合
最遅角位相と中間位相との間に設定される規制位相において、前記ロック機構とともに働いて、相対回転位相が中間位相側へ変更されるのを許容し、最遅角位相側へ変更されるのを規制する規制手段を備える場合は、
前記第一トルク及び第二トルクを、共に、前記最遅角位相から前記規制位相までの変更を可能とする前段トルク、または、前記規制位相から前記中間位相までの変更を可能とする後段トルクのいずれか高いトルクとする。
このようにすることで、相対回転位相を最遅角位相から中間位相にまで変更して、始動ロックを掛ける場合に、これらの中間にある規制位相への到達を確実なものとして、迅速且つ確実に始動ロックを掛けることができる。また、必要となるトルクも低いものとなる。

複数の規制位相を有する構成の場合
最遅角位相と中間位相との間に複数設定される規制位相において、ロック機構とともに働いて、相対回転位相が中間位相側へ変更されるのを許容し、最遅角位相側へ変更されるのを規制する規制手段を備え、
第一トルク及び第二トルクを、共に、最遅角位相から最遅角位相に最も近い前記規制位相までの変更を可能とする前段トルク、前記規制位相から前記中間位相側に位置する次の前記規制位相までの変更を可能とする中段トルク、または、前記最遅角位相から最も離れた前記規制位相から前記中間位相までの変更を可能とする後段トルクのいずれか最も高いトルクとする。
このようにすることで、相対回転位相を最遅角位相から中間位相にまで変更して、始動ロックを掛ける場合に、これらの中間にある規制位相への到達を確実なものとして、さらに迅速且つ確実に始動ロックを掛けることができる。また、必要となるトルクもさらに低いものとなる。

以上の説明においては、付勢機構におけるトルク設定において、その最大値（付勢機構に許容できる最大のトルク）に関しては、特に述べなかったが、この場合は、相対回転位相が最進角である場合にあっても、クランキングにより、位相が中間位相まで戻ってくることが必要とされる。
従って、付勢機構に許容することが可能な最大設定トルクは、クランキング時のカム平均トルクとなる。
さらに、弁開閉時期の制御に関してその制御性を考慮すると、付勢機構の設定トルクは低い程、好ましいが、その最大設定トルクとしては、進角方向及び遅角方向への位相制御応答速度が同一となるアイドリング時のカム平均トルクとされることが好ましい。

この状況を図７（ｂ）を使用して以下説明する。
図７（ｂ）は、横軸にエンジン回転数を縦軸にカムトルクを取ったものであり、このカムトルクは、図７（ａ）に示す付勢機構の設定トルクに相当するものである。
図７（ｂ）には、本願にいう第一トルクｔ１と、第二トルクｔ２とを一点鎖線で示している。さらに、同図には、クランキング時及びアイドリング時のカム平均トルクとカムの最大トルクを実線で示している。

この図からも判明するように、カム平均トルクはエンジンの回転数の上昇に従って、順次減少しており、クランキング時に比較的高く、アイドリング以降は比較的低い。そこで、最進角位相から中間位相までの始動ロックを考えると、付勢機構に求められる付勢力は、カム平均トルクの最大値を超えることは許されない。さらに、弁開閉時期制御の制御性を考えると、その最大設定トルクとしは、進角方向及び遅角方向への位相制御応答速度が同一となるアイドリング時のカム平均トルクとすることで、良好な制御を実現することができる。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
１ 弁開閉時期制御装置
図１に示す弁開閉時期制御装置は、自動車用エンジンの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に対して一体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、エンジンのシリンダヘッドに一体回転するように支持されたカムシャフト３の先端部に一体的に組付けられている。
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、フロントプレート２２、リアプレート２３及び外部ロータ２の外周に一体的に設けたタイミングスプロケット２０を備える。

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。

この構成において、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るので、上記タイミングスプロケット２０を備えた外部ロータ２が図２に示す回転方向Ｓに沿って回転駆動し、更には、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。

〔流体圧室〕
図２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。そして、外部ロータ２の隣接する突部４の夫々の間には、内部ロータ１と外部ロータ２との間で規定される流体圧室４０が形成されている。

内部ロータ１の外周部の、上記各流体圧室４０に対面する個所にはベーン溝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において矢印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。

また、上記進角室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、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。

〔油圧回路〕
油圧回路７は、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の一方若しくは両方に対する作動油としてのエンジンオイルの給排出を実行し、ベーン５の流体圧室４０での相対位置を変更して内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相（以下、相対回転位相と呼ぶ。）を最進角位相（進角室４３の容積が最大となるときの両ロータ１，２の相対回転位相）と最遅角位相（遅角室４２の容積が最大となるときの両ロータ１，２の相対回転位相）との間で調整可能な相対回転位相調整機構として機能する。相対回転位相が、この最遅角位相にある状態における装置の立断面図を図４に示した。

さらに詳しくは、油圧回路７は、図１に示すように、エンジンの駆動力で駆動し、作動油又は後述のロック油となるエンジンオイルを制御弁７６側に供給するポンプ７０と、ＥＣＵ９による給電量制御によりスプールの位置を変化させて複数のポートにおけるエンジンオイルの給排出を実行するソレノイド式の制御弁７６と、エンジンオイルを貯留するオイルパン７５とを備え、上記進角通路１１及び上記遅角通路１０が、上記制御弁７６の所定のポートに接続されている。

〔付勢機構〕
図１に示すように、内部ロータ１と外部ロータ２との間には、両ロータ１，２の相対回転位相を進角側に付勢する付勢機構としてのトーションスプリング８が設けられている。 このトーションスプリング８は、図２において、Ｓ１で示す方向に外部ロータ２を内部ロータ１に対して付勢する。このトーションスプリング８を設けることにより、本願で問題とする始動ロックが可能となる。

〔ロック機構及びロック油室〕
内部ロータ１と外部ロータ２との間には、両ロータ１，２の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との間に設定された所定の中間位相（ロック位相）にあるときに、両ロータ１，２の相対回転を拘束可能なロック機構６が設けられている。

ロック機構６は、外部ロータ２に設けられた遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック部６Ｂと、内部ロータ１の外周部の一部に凹状のロック油室６２とを備えて構成されている。

遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック部６Ｂは、外部ロータ２に径方向において摺動自在に設けられたロック体６０と、ロック体６０を径内方向に付勢するバネ６１とを有する。尚、ロック体６０の形状は、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。

そして、上記遅角用ロック部６Ａは、ロック体６０をロック油室６２内に突入させることで、内部ロータ１が外部ロータ２に対してロック位相から遅角方向（図２においてＳ１で示す方向）へ相対回転することを阻止し、上記進角用ロック体６Ｂは、ロック体６０をロック油室６２内に突入させることで、内部ロータ１が外部ロータ２に対してロック位相から進角方向（図２においてＳ２で示す方向）へ相対回転することを阻止する。即ち、遅角用ロック部６Ａ若しくは進角用ロック部６Ｂのいずれか1方が、ロック油室６２内に突入している状態にあっては、遅角若しくは進角の何れか一方側への位相変更が規制され、他方側への位相変更は許容される。

図示する例にあっては、ロック油室６２は、遅角側に関して独特な構成が採られており、遅角用ロック部６Ａが侵入するロック油室壁６５（内部ロータの外径面１ａとロック油室の底面６２ａとの間を接続し、内部ロータ１の径方向に延びる壁面）に、規制段差部６６が設けられている。この規制段差部６６は、ロック油室６２内に遅角用ロック体６Ｂが、図５に示す状態で侵入することにより、最遅角位相（図４に示す位相）と中間位相（図２、３に示す位相）との中間の位相（この位相を本願にあっては規制位相と呼ぶ）で、相対回転位相が遅角側へ変更されるのを規制し、進角側へ変更されるのを許容する。このような規制をかける機構を規制手段と呼ぶ。

図２に示すように、遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック体６Ｂの両方のロック体６０を、ロック油室６２内に突入させることで、両ロータ１，２の相対回転位相を、最進角位相と最遅角位相との間に設定された所定の中間位相（ロック位相）に拘束する所謂ロック状態とすることができる。尚、上記ロック位相は、エンジンの弁の開閉時期が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。

上記ロック油室６２は内部ロータ１に形成されたロック油通路６３に連通し、ロック油通路６３は上記油圧回路７の制御弁７６における所定のポートに接続されている。
即ち、油圧回路７は、ロック油通路６３を介して、ロック油室６２にロック油としてのエンジンオイルの給排出を実行するように構成され、制御弁７６からロック油室６２にロック油が供給されると、図３に示すように、ロック体６０が外部ロータ２側に引退して、両ロータ１，２の相対回転のロック状態が解除される。
この解除は、例えば、中間ロックでエンジンの始動が良好にかかり、進角制御、遅角制御といった弁開閉時期制御を始める時点で実行される。

〔油圧回路〕
図１、図６に示すように、油圧回路７の制御弁７６は、ＥＣＵ９からの給電量に比例してスプール位置を位置Ｗ１から位置Ｗ４まで変化させ、進角室４３、遅角室４２、及び、ロック油室６２に作動油又はロック油となるエンジンオイルの供給、ドレイン、停止等を切り替えるように構成されている。

即ち、制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ１とすることで、進角室４３及び遅角室４２の作動油と共にロック油室６２のロック油をオイルパン７５側にドレインするドレイン操作を実行することができる。

制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ２とすることで、ロック油室６２にロック油が供給されて両ロータ１，２の相対回転のロック状態を解除し、更に、遅角室４２の作動油をドレインしつつ、進角室４３に作動油を供給して、両ロータ１，２の相対回転位相を進角方向Ｓ２に移動する進角移行操作を実行することができる。

制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ３とすることで、両ロータ１，２の相対回転のロック状態を解除しつつ、進角室４３及び遅角室４２に対する作動油の供給を停止して、両ロータ１，２の相対回転位相をその時点での位相に保持する保持操作を実行することができる。

制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ４とすることで、両ロータ１，２の相対回転のロック状態を解除し、更に、進角室４３の作動油をドレインしつつ、遅角室４２に作動油を供給して、両ロータ１，２の相対回転位相を遅角方向Ｓ１に移動する遅角移行操作を実行することができる。
尚、制御弁７６の作動構成は、上記のものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

〔ＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）〕
エンジンに設けられているＥＣＵ９は、所定のプログラム等を格納したメモリ、ＣＰＵ、入力出力インターフェース等が内蔵され、本発明に係る弁開閉時期制御装置の制御機構として機能する。

ＥＣＵ９には、カムシャフトの位相を検知するカム角センサ９０ａ、クランクシャフトの位相を検知するクランク角センサ９０ｂ、エンジンオイルの温度を検知する油温センサ９０ｃ、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９０ｄ、イグニッションキースイッチ（ＩＧ／ＳＷと略称する）９０ｅや、その他の、車速センサ、エンジンの冷却水温センサ、又は、スロット開度センサ等の各種センサの検知信号が入力される。また、ＥＣＵ９は、カム角センサ９０ａで検知したカムシャフトの位相と、クランク角センサ９０ｂで検知したクランクシャフトの位相とから、両ロータ１，２の相対回転位相、即ち、弁開閉時期制御装置における両ロータ１，２の相対回転位相を求めることができる。

ＥＣＵ９は、上記のようなエンジンオイルの温度、クランクシャフトの回転数、車速、スロット開度等のエンジン動作パラメータに基づいて、上記油圧回路７の制御弁７６への給電量を調整して、両ロータ１，２の相対回転位相をその動作パラメータに適した位相に制御するように構成されている。

２ 付勢機構のトルク設定
以上、説明してきたように、本願に係る弁開閉時期制御装置は、相対回転位相調整機構を備えるとともに、付勢機構を備え、始動ロックが中間位相で実行される構成とされている。以下、詳細に、付勢機構であるトーションスプリング８のトルク設定に関して説明する。
トルク設定は、その最低設定トルクと最大設定トルクとの間のトルクとなるように選択されており、先に説明した図７（ａ）に基づいて最低設定トルクが、図７（ｂ）に基づいて最大設定トルクが設定される構造が採用されている。

最低設定トルク
このトルクは、クランキング時に、進角室４３及び遅角室４２の油圧が共にドレインされ、暖機前の第一温度（図７（ａ）に示す第一温度であり、例えば０℃である）で相対回転位相を最遅角位相から中間位相に変更可能な最低トルクである第一トルクｔ１と、クランキング時に、進角室４３及び遅角室４２に油圧が残存し、相対回転位相機構による位相調整が可能となる第二温度（図７（ａ）に示す第二温度であり、例えば２０℃である）で相対回転位相を最遅角位相から中間位相に変更可能な最低トルクである第二トルクｔ２とのいずれか大きい方のトルクとされている。図示する例においては、第二トルクｔ２のほうが高いため、このトルクを最低設定トルクとする。

さらに、先に説明したように、本願の弁開閉時期制御装置は、規制段差部６６を有しているため、この第一トルクｔ１、第二トルクｔ２ともに、最遅角位相から規制段差部６６にロック体６０が突入するのに必要なトルク、あるいは、規制段差部６６に突入した位相（本願にいう規制位相）から、中間位相に到達するまでに必要となるトルクの高い方のトルクとして設定される。本実施例の場合は、両トルクはほぼ同一となる。このように設定する理由は、先に説明した通りである。
最大設定トルク
一方最大設定トルクは、弁開閉時期制御の制御性を考慮して、付勢機構８の最大設定トルクが、進角方向及び遅角方向への位相制御応答速度が同一となるアイドリング時のカム平均トルクとする。このトルクは、図７（ｂ）に示すアイドリング時のカム平均トルク分布の平均値とできる。

２ 弁開閉時期制御装置の制御
次に、エンジン始動時における弁開閉時期制御装置の制御状態について、図８に基づいて説明する。

制御機構としてのＥＣＵ９は、ＩＧ／ＳＷ９０ｅからエンジン始動信号が入力されると、クランクシャフトをクランキングしてエンジンを始動するのであるが、そのエンジン始動時には、制御弁７のスプール位置を位置Ｗ１として、進角室４３及び遅角室４２の作動油、及び、ロック油室６２のロック油をドレインしている。

そして、進角室４３及び遅角室４２の作動油がドレインされている状態で、クランクシャフトをクランキングすると、カムシャフトにおいて弁を開閉駆動させるために発生する周期的なカム変動トルクにより、流体圧室４０内においてベーン５が往復移動し、両ロータ１，２の相対回転位相が、周期的に変動するとともに付勢機構８の付勢により進角側へ進行する。結果、図８の相対回転位相に示すように、図４に示す最遅角位相にある場合は、順次、進角側への移動が発生し、規制段差部６６による規制が掛かった後（図５に示す状態）、前述の中間位相でロックが掛かる（図２に示す状態）こととなる。この始動時においては、一対のロック体６０はバネ６１により内部ロータ１側に付勢されている。

即ち、一対のロック体６０を内部ロータ１側に付勢しながら、両ロータ１，２の相対回転位相が順次進角側へ移動しながら周期的に変動する。そして、両ロータ１，２の相対回転位相が中間位相（ロック位相）となった瞬間に、一対のロック体６０がロック油室６２内に突入し、両ロータ１，２の相対回転位相がロック位相に良好に拘束されてロック状態とされる。
エンジン始動時に、上記のような両ロータ１，２の相対回転位相のロック位相へのロックを迅速に行うことで、良好なエンジンの始動性を得ることができる。

〔別実施形態〕
（１） 上記の実施の形態にあっては、中間ロック構造の弁開閉時期制御装置において、遅角用ロック部６Ａと進角用ロック部６Ｂとの一対のロック部６を備え、これらに対して単一のロック油室６２を備え、遅角側への位相変更規制に関しては、一段の段差部６６を設ける例を示したが、さらに多くの位相で、遅角側への位相変更規制を掛ける構造も可能である。
このように複数の位相での規制を掛けた例を図９、１０，１１、１２に示した。
図９は、図２に対応する中間ロックが掛かる位相における弁開閉時期制御装置の立断面図を、図１０、１１は、最遅角位相から中間位相へ順次、棚上げが実行される状態でのロック機構６の掛かり状態を示した。図１０（イ）（ロ）（ハ）、図１１（ニ）（ホ）の順に位相が中間位相側へ変更される。さらに、図１２は、図７の相対回転位相に対応するタイムチャートである。

この例では、一対のロック部６Ａ、６Ｂに対して、一対のロック油室６２Ａ，６２Ｂを設け、それらの一方の壁面６５Ａ，６５Ｂに一対の段差部６６Ａ，６６Ｂを設けるとともに、それら一対の規制段差部６６Ａ，６６Ｂにおけるロック体６０の突入位相を順次ずらすことで、多段の棚上げを実現できる。図１２には、順次棚上げが進行していく状況が示されている。

さて、この構成の弁開閉時期制御装置のトーションスプリング８のトルク設定にあっては、その最低設定トルクは、第一トルクｔ１、第二トルクｔ２といった、前述同様の設定手法に従いながら、なお、最遅角位相から最遅角位相に最も近い規制位相までの変更を可能とする前段トルク、規制位相から中間位相側に位置する次の規制位相までの変更を可能とする中段トルク、または、最遅角位相から最も離れた規制位相から中間位相までの変更を可能とする後段トルクのいずれか最も高いトルクとすることで、最遅角位相から中間位相までの位相変更である中間ロックを実現できる。図示する例の場合は、これらの棚上げ動作における位相差はほぼ同一とされているため、例えば、単位クランク軸回転あるいは２回転程度で、その位相差の棚上げを確実に実現できるトルクとなる。

（２） 上記の実施の形態にあっては、付勢機構であるトーションスプリング８のトルク設定に当たって、その最大設定トルクとして、進角方向及び遅角方向の応答速度が均等となるアイドリング時のカム平均トルクを選択したが、クランキング時のカム平均トルクの最大値としてもよい。

（３） 付勢機構８における設定トルクは、弁開閉時期制御上はできるだけ低い方が好ましいことに鑑みると、これまで説明してきた手法に従って、付勢機構８の最低設定トルクを選択し、この１０％〜１５％増しまでのトルクを最大設定トルクとして、できるだけ、これを抑えることが好ましい。

弁開閉時期制御装置の概略構成を示す側断面図 ロック機構による相対回転位相のロック状態を示す立断面図 ロック機構による相対回転位相のロック解除状態を示す立断面図 最遅角位相における立断面図 最初の規制が掛かった状態における立断面図 制御弁の作動構成を示す図 付勢機構のトルクを設定するための資料説明図 エンジン始動時における各種状態を示すタイミングチャート 最遅角位相と中間位相との間に、３段の規制位相を備えた弁開閉時期制御装置の立断面図 図９に示す弁開閉時期制御装置の遅角側への位相変更規制状態を示す図 図１０に引き続く位相変更規制状態を示す図 図９に示す弁開閉時期制御装置における相対回転位相の変更を示すタイミングチャート

符号の説明

１：内部ロータ
２：外部ロータ
３：カムシャフト
４：突部
５：ベーン
６：ロック機構
６Ａ：遅角用ロック部
６Ｂ：進角用ロック部
７：油圧回路
８：トーションスプリング
９：ＥＣＵ
１０：遅角通路
１１：進角通路
２０：タイミングスプロケット
２２：フロントプレート
２３：リアプレート
２４：動力伝達部材
４０：流体圧室
４１：ベーン溝
４２：遅角室
４３：進角室
６０：ロック体
６１：バネ
６２：ロック油室
６３：ロック油通路
７０：ポンプ
７５：オイルパン
７６：制御弁
９０ａ：カム角センサ
９０ｂ：クランク角センサ
９０ｃ：油温センサ
９０ｄ：回転数センサ
９０ｅ：イグニッションキースイッチ（ＩＧ／ＳＷ）

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一体回転する従動側回転部材とを備え、
   前記駆動側回転部材或いは前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るベーンと、前記進角室及び前記遅角室の一方若しくは両方に対する作動油の給排出を実行して前記流体圧室に対する前記ベーンの相対位置を変更し、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前記進角室の容積が最大となるときの最進角位相と前記遅角室の容積が最大となるときの最遅角位相との間で調整可能な相対回転位相調整機構を備え、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に、前記相対回転位相が前記最進角位相側となるように付勢する付勢機構を備え、
   前記相対回転位相を拘束可能なロック機構を備えた弁開閉時期制御装置であって、
   前記最進角位相と前記最遅角位相との間にある中間位相で、前記ロック機構により前記相対回転位相を拘束可能に構成され、
   前記進角室及び遅角室の油圧が共にドレインされており、暖機前の第一温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低トルクである第一トルクと、
   前記進角室及び遅角室に油圧が残存しており、相対回転位相調整機構による位相調整が可能となる第二温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低トルクである第二トルクとのいずれか大きい方のトルクを、前記付勢機構の最低設定トルクとする弁開閉時期制御装置。
2. 前記最遅角位相と前記中間位相との間に設定される規制位相において、前記ロック機構とともに働いて、前記相対回転位相が前記中間位相側へ変更されるのを許容し、前記最遅角位相側へ変更されるのを規制する規制手段を備え、
   前記第一トルク及び第二トルクが、共に、前記最遅角位相から前記規制位相までの変更を可能とする前段トルク、または、前記規制位相から前記中間位相までの変更を可能とする後段トルクのいずれか高いトルクである請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記最遅角位相と前記中間位相との間に複数設定される規制位相において、前記ロック機構とともに働いて、前記相対回転位相が前記中間位相側へ変更されるのを許容し、前記最遅角位相側へ変更されるのを規制する規制手段を備え、
   前記第一トルク及び第二トルクが、共に、前記最遅角位相から前記最遅角位相に最も近い前記規制位相までの変更を可能とする前段トルク、前記規制位相から前記中間位相側に位置する次の前記規制位相までの変更を可能とする中段トルク、または、前記最遅角位相から最も離れた前記規制位相から前記中間位相までの変更を可能とする後段トルクのいずれか最も高いトルクである請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記付勢機構の最大設定トルクが、クランキング時のカム平均トルクである請求項１〜３のいずれか一項記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記付勢機構の最大設定トルクが、進角方向及び遅角方向への位相制御応答速度が同一となるアイドリング時のカム平均トルクである１〜３のいずれか一項記載の弁開閉時期制御装置。
6. 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一体回転する従動側回転部材とを備え、
   前記駆動側回転部材或いは前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るベーンと、前記進角室及び前記遅角室の一方若しくは両方に対する作動油の給排出を実行して前記流体圧室に対する前記ベーンの相対位置を変更し、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前記進角室の容積が最大となるときの最進角位相と前記遅角室の容積が最大となるときの最遅角位相との間で調整可能な相対回転位相調整機構とを備え、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に、前記相対回転位相が最大進角位相側となるように付勢する付勢機構と、
   前記相対回転位相を拘束可能なロック機構とを備えた弁開閉時期制御装置における前記付勢機構の最低トルクの設定方法であって、
   前記弁開閉時期制御装置が、前記最進角位相と前記最遅角位相との間にある中間位相で、前記ロック機構による相対回転位相を拘束可能な構成を有し、
   前記進角室及び遅角室の油圧が共にドレインされており、暖機前の第一温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低のトルクである第一トルクと、
   前記進角室及び遅角室に油圧が残存しており、相対回転位相調整機構による位相調整が可能となる第二温度でクランキングした時、前記相対回転位相を前記最遅角位相から前記中間位相に変更可能な最低のトルクである第二トルクとのいずれか大きい方のトルクを最低トルクとする前記付勢機構の最低トルクの設定方法。

Images