JP2006244230A

JP2006244230A - 流体制御弁及び弁開閉時期制御装置

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Publication number: JP2006244230A
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Inventors: Naoki Kira; 直樹吉良
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Abstract

【課題】流体の温度や圧力等の条件に応じて弁体の振動状態を積極的に制御することにより、弁体の応答性を適切なものとし、或いは流体の圧力が低い場合に流体の不足分を補う動作を行わせることができる流体制御弁を提供する。
【解決手段】弁体４１の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体４と、通電量に応じて弁体４１の位置を変位させる電磁駆動手段５と、電磁駆動手段５に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段６とを備え、制御手段６は、流体の温度及び圧力の一方又は双方の条件に応じて、電磁駆動手段５に対して出力するパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備える流体制御弁及びそれを用いた弁開閉時期制御装置に関する。

内燃機関の弁開閉時期制御装置等に用いられる油圧制御弁の制御に関する技術として、例えば下記の特許文献１には、以下のような制御装置の技術が開示されている。すなわち、この制御装置は、１サイクル当たりにおけるオン時間とオフ時間との割合を可変することによって電磁アクチュエータへの供給電流量を制御するデューティ比制御装置であって、電磁アクチュエータへの供給電流量が少なくなるに従って１サイクルの時間を短く（ＰＷＭ周波数を高く）し、電磁アクチュエータへの供給電流量が多くなるに従って１サイクルの時間を長く（ＰＷＭ周波数を低く）する制御を行うものである。

この制御装置は、供給電流量の変化によって電磁アクチュエータのスプール（弁体）に作用する電磁力の状態が変化した場合にも、スプール（弁体）のディザ振幅を一定範囲内に調整することを目的としているものである。具体的には、電磁アクチュエータへの供給電流量が少ない場合は１サイクルの時間を短くすることにより、オン、オフ電流による脈動的な電磁力を抑えてディザ振幅の増加を抑え、電磁アクチュエータのスプール（弁体）のハンチングの発生を抑えることを目的としている。また逆に、電磁アクチュエータへの供給電流量が多い場合は１サイクルの時間が長くすることにより、オン、オフ電流による脈動的な電磁力を大きくして、適切な振幅のディザ振動により動摩擦状態を維持し、電磁アクチュエータのスプール（弁体）の応答性の悪化を防止することを目的としている。

特開２００４−３０１２２４号公報（第３頁、第８頁、第１図）

ところで、油圧制御弁等の流体制御弁の弁体の動作は、その制御弁が制御する流体の粘性等の状態による影響を受ける。すなわち、流体の粘性が高い場合には弁体が動作する際の流体の抵抗が大きくなるために制御信号に対する応答性が悪くなる。一方、流体の粘性が低い場合には弁体が動作する際の流体の抵抗が小さくなるために制御信号に対する応答性が過敏になる場合がある。この際、弁体が制御信号としてのパルス幅変調信号のパルスに追従して動作することにより弁体に必要以上の振動が発生することがある。したがって、このような流体の粘性等の状態に応じて制御信号に対する弁体の応答性が適切になるように、弁体の振動状態を制御することが望ましいが、上記特許文献１に記載された制御装置では、このような流体の状態に応じた制御は行われない。

また、流体制御弁の弁体の適切な動作状態は、その制御弁が設けられている流体回路内の流体の圧力によって異なる場合がある。例えば、流体制御弁より下流側における流体回路のいずれかの部分における流体の漏れ量が多い場合等には、弁体が供給ポートを閉塞する閉塞位置に維持されている状態では、当該下流側の流体の圧力が時間の経過に従って低下する。この際、流体回路内の流体の圧力が当初から低かった場合には、流体制御弁の下流側において流体の圧力が必要圧に達しないことが起こり得る。したがって、このような場合には、流体の不足分を補うように制御弁を動作させることが望ましいが、上記特許文献１に記載された制御装置では、このような制御弁の下流側の状態に応じた制御は行われない。

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、流体の温度や圧力等の条件に応じて弁体の振動状態を積極的に制御することにより、弁体の応答性を適切なものとし、或いは流体の圧力が低い場合に流体の不足分を補う動作を行わせることができる流体制御弁を提供し、並びにそのような流体制御弁を用いた弁開閉時期制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る流体制御弁の特徴構成は、弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流体の温度及び圧力の一方又は双方の条件に応じて、前記電磁駆動手段に対して出力するパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う点にある。

ここで、電磁駆動手段に対して出力するパルス幅変調信号の周波数を変更することにより、その周波数を低くすれば弁体の振幅が大きくなる方向に、その周波数を高くすれば弁体の振幅が小さくなる方向に、それぞれ制御することができる。すなわち、本特徴構成によれば、流体の温度及び圧力の一方又は双方の条件に応じて、弁体の振動の振幅を積極的に制御することができる。したがって、流体の粘性等の状態に応じて弁体の振動を制御することにより、パルス幅変調信号で構成される制御手段からの制御信号に対する弁体の動作の応答性を適切なものとし、或いは流体回路内の流体の圧力に応じて弁体の振動を制御することにより、不足分の流体を補う動作を弁体に行わせ、流体制御弁の下流側における流体の圧力を適正に保つ制御等を行うことが可能となる。

本発明に係る流体制御弁の更なる特徴構成は、弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流体の温度が常用温度域より低い低温領域にあるときに、前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する点にある。

流体の温度が常用温度域より低い低温領域にあるときには、一般的に流体の粘性は高くなる。そこで、本特徴構成によれば、流体の温度が低く粘性が高いときに弁体の振幅を大きくする。これにより、流体の粘性が高い状態となったときに弁体が停止して固着状態となることを防止するとともに、比較的大きい振幅の振動で流体を押し引きしながら弁体を移動させるので、粘性の高い流体中でも弁体をすばやく移動させることを可能とする。したがって、デューティ比に応じた弁体の動作の応答性を高めることができる。

本発明に係る流体制御弁の別の特徴構成は、弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記流体の圧力が常用圧力域より低い低圧領域にあるときに、少なくとも前記弁体が前記流体の供給ポートを閉塞する閉塞位置にある状態で、前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する点にある。

本特徴構成によれば、流体回路内の流体の圧力が常用圧力域より低い低圧領域にあり、弁本体の下流側における流体の圧力が必要圧に達しない可能性があるときには、弁体を比較的大きい振幅で振動させることにより、特に、弁体が流体の供給ポートを閉塞する閉塞位置にある状態で、供給ポートを瞬間的に開閉させ、不足する流体を補うように下流側に供給する動作を行わせることができる。したがって、弁本体より下流側における流体の圧力を適正に保つことができる。

ここで、前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号は、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号とすると好適である。
これにより、パルス幅変調信号の周波数を低くするという簡易な制御により、弁体の振幅を大きくすることができ、流体の温度や圧力に応じた上記制御を適切に行うことができる。

本発明に係流体制御弁の更に別の特徴構成は、弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記弁体の作動不良を検知したときに、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する点にある。

この特徴構成によれば、弁体の摺動部への異物の進入等により弁体の作動不良が生じた場合に、弁体の振幅を大きくして振動させることができるので、異物等を排除することが可能となる。また、このような異常時動作をパルス幅変調信号の周波数を低くするという簡易な制御により行うことができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、内燃機関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、該駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の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及び前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成され、進角室と遅角室とに仕切られた流体圧室と、前記進角室及び遅角室の一方又は双方に対する作動流体の供給又は排出を制御する上記各特徴構成の流体制御弁と、を備える点にある。

この特徴構成によれば、進角室及び遅角室の一方又は双方に供給される作動流体の温度が低く粘性が高い場合であっても、パルス幅変調信号で構成される制御手段からの制御信号に対する弁体の動作の応答性を適切なものとすることができ、或いは、流体回路内の流体の圧力が低く、弁本体の下流側における流体の圧力が必要圧に達しない可能性がある場合であっても作動流体の不足分を補って進角室及び遅角室の適正な圧力を保つことができる。したがって、弁開閉時期制御装置によるクランクシャフトとカムシャフトとの位相制御の応答性を高めることができ、或いは弁開閉時期制御装置の動作の確実性を高めることができる。

１．第一の実施形態
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を、エンジン（内燃機関）１の弁開閉時期制御装置２の油圧制御弁３に適用した場合を例として説明する。
図１は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置２を適用したエンジン１の全体構成を示す模式図である。また、図２は、本実施形態に係る油圧制御弁３を含む弁開閉時期制御装置２の構成を示す図である。

〔弁開閉時期制御装置の基本構成〕
この弁開閉時期制御装置２は、エンジン１のクランクシャフト１１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２１と、この外部ロータ２１に対して同軸状に配置され、カムシャフト１２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２２とを備えて構成されている。そして、弁開閉時期制御装置２は、外部ロータ２１と内部ロータ２２の相対回転位相を変位させることにより、エンジン１の吸気弁１３又は排気弁１４の開閉時期の制御を行う。なお、図１においては、排気弁１４側の弁開閉時期制御装置２の油圧制御弁３の図示を省略している。

内部ロータ２２は、エンジン１の吸気弁１３又は排気弁１４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１２の先端部に対して一体的に組付けられている。カムシャフト１２は、エンジン１のシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。
外部ロータ２１は、内部ロータ２２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る。また、外部ロータ２１の外周には、タイミングスプロケット２１ａ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２１ａとエンジン１のクランクシャフト１１に取り付けられたギア１１ａ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１５が架設されている。

そして、エンジン１のクランクシャフト１１が回転駆動すると、動力伝達部材１５を介してタイミングスプロケット２１ａに回転動力が伝達され、外部ロータ２１が図２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２２が回転方向Ｓに沿って回転駆動してカムシャフト１２が回転し、カムシャフト１２に設けられたカムがエンジン１の吸気弁１３又は排気弁１４を押し下げて開弁させる。

図２に示すように、外部ロータ２１には、径内方向に突出するシューとして機能する複数の突部２１ｂが周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２１の隣接する突部２１ｂの夫々の間には、外部ロータ２１と内部ロータ２２で規定される油圧室２３が形成されている。図示するものにあっては、油圧室２３は４室備えられている。本実施形態においては、この油圧室２３が本発明における流体圧室に相当する。
内部ロータ２２の外周部の、上記各油圧室２３に対面する箇所には、油圧室２３を相対回転方向（図２矢印Ｓ１、Ｓ２方向）において進角室２３ａと遅角室２３ｂとに仕切るベーン２４が放射方向に沿って配設されている。

上記油圧室２３の進角室２３ａは内部ロータ２２に形成された進角油路２２ａに連通し、遅角室２３ｂは内部ロータ２２に形成された遅角油路２２ｂに連通している。また、これら進角油路２２ａ及び遅角油路２２ｂは、油圧制御弁３に接続されている。そして、進角室２３ａ及び遅角室２３ｂの一方又は双方に対して油圧制御弁３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２２と外部ロータ２１との相対回転位相（以下、単に「相対回転位相」ともいう）を進角方向Ｓ１（ベーン２４の相対位置の変位方向が図３において矢印Ｓ１で示される方向）又は遅角方向Ｓ２（ベーン２４の相対位置の変位方向が図３において矢印Ｓ２で示される方向）へ変位させ、或いは任意の位相で保持する付勢力が発生する。

〔油圧制御弁の構成〕
図２に示すように、油圧制御弁３は、進角室２３ａ及び遅角室２３ｂ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う。作動油はオイルパン１６に貯留されており、エンジン１の駆動力によって駆動されるオイルポンプ１７により油圧制御弁３に圧送される。したがって、この弁開閉時期制御装置２においては、これら油圧制御弁３、進角室２３ａ及び遅角室２３ｂ、オイルポンプ１７、並びにオイルパン１６の間で油圧回路が構成されている。

図２に示すように、本実施形態では、油圧制御弁３としてスプールバルブを用いる場合について説明する。油圧制御弁３は、スプール４１の位置に応じて作動油の供給を制御するバルブ機構４と、通電量に応じてスプール４１の位置を変位させるソレノイド機構５と、このソレノイド機構５に対する通電量を制御する制御ユニット６とを有している。本実施形態においては、バルブ機構４が本発明における「弁本体」に相当し、スプール４１が本発明における「弁体」に相当する。また、ソレノイド機構５が本発明における「電磁駆動手段」に相当し、制御ユニット６が本発明における「制御手段」に相当する。

バルブ機構４は、複数のポートが形成された略円筒形のスリーブ４２と、スリーブ４２の内部の弁室４２ａにおいて軸方向に摺動可能に設けられたスプール４１と、スプール４１をソレノイド機構５側に付勢するスプリング４３とを有している。
スリーブ４２は、スプール４１が挿入される弁室４２ａに連通するポートとして、オイルポンプ１７から圧送される作動油が供給される高圧ポート４２ｂと、進角室２３ａに連通する進角ポート４２ｃと、遅角室２３ｂに連通する遅角ポート４２ｄと、オイルパン１６に連通する２つのドレンポート４２ｅとを有している。スプール４１は、スリーブ４２の弁室４２ａを仕切る２つのランドを有している。ここでは、スプリング４３側を第一ランド４１ａ、ソレノイド機構５側を第二ランド４１ｂとする。
なお、油圧制御弁３による制御対象が異なれば、スリーブ４２のポート数やスプール４１のランド数はそれに応じて異なることになる。

ソレノイド機構５は、可動コア５１、コイル５２、ステータ５３、及びヨーク５４を備えている。可動コア５１は、スプール４１と一体的に動作するシャフト５５に固定され、ステータ５３に磁気吸引される。コイル５２は、通電量に応じて磁力を発生させ、ステータ５３を介して可動コア５１を磁気吸引する。ヨーク５４は、可動コア５１との間で磁束の受け渡しを行う。
このソレノイド機構５には、制御ユニット６から制御信号としてのパルス幅変調信号が供給され、このパルス幅変調信号のデューティ比に応じた位置に可動コア５１が移動させる。すなわち、コイル５２はパルス幅変調信号のデューティ比に応じた大きさの磁力を発生させ、この磁力とスプリング４３の付勢力とのつり合う位置に可動コア５１を移動させる。

制御ユニット６は、ソレノイド機構５に対して制御信号としてのパルス幅変調信号を出力し、このパルス幅変調信号のデューティ比によりソレノイド機構５に対する供給電流量の制御を行う。ここでは、図３に示すように、制御ユニット６は、演算処理を行うＣＰＵ６１、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６２、ソレノイド機構５の動作制御を行うドライバ６３、各種センサからの出力信号を受け付ける入力インターフェース６４等を有して構成されている。そして、図１にも示すように、制御ユニット６には、入力インターフェース６４を介して、クランクシャフトの位相を検知するクランク角センサ７１、カムシャフトの位相を検知するカム角センサ７２、エンジンの冷却水温度を検知する水温センサ７３からの検知信号が入力される。また、図示は省略するが、制御ユニット６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。

〔油圧制御弁の基本動作〕
制御ユニット６のＣＰＵ６１は、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフトの回転数、水温センサ７３により検知されるエンジン１の冷却水温度、車速センサ（図示せず）により検知される車速、スロットル開度センサ（図示せず）により検知されるスロットル開度等の各種センサからの出力に基づいて、内部ロータ２２と外部ロータ２１との相対回転位相の目標値（以下、単に「目標位相」という。）を演算する。また、ＣＰＵ６１は、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフトの位相と、カム角センサ７２により検知されるカムシャフトの位相とから実際の内部ロータ２２と外部ロータ２１との相対回転位相（以下、単に「実位相」という。）を演算する。
そして、ＣＰＵ６１は、演算された目標位相と実位相とに基づいて、実位相が目標位相と一致するように相対回転位相を変位させるために、ソレノイド機構５に対して出力するデューティ比を演算する。このデューティ比の演算に際しては、メモリ６２に格納された制御マップ又は演算式等が用いられる。そして、ＣＰＵ６１で演算されたデューティ比に従って、ドライバ６３が制御信号としてのパルス幅変調信号を生成し、ソレノイド機構５に対して出力する。このパルス幅変調信号のデューティ比により、ソレノイド機構５に供給される見かけ上の電流値が定まる。

ソレノイド機構５は、制御ユニット６から出力されたパルス幅変調信号のデューティ比に従って動作し、バルブ機構４のスプール４１を、スプリング４３の付勢力に抗してデューティ比に応じた位置に変位させる。図４は、バルブ機構４のスプール４１の位置による作動油の流路の切替状態を示す図である。

図４（ａ）は、デューティ比が最も低い値（例えば０％）であってスプール４１が初期位置にある状態を示している。この状態では、スプール４１は高圧ポート４２ｂと遅角ポート４２ｄとを連通させ、ドレンポート４２ｅと進角ポート４２ｃとを連通させる。したがって、オイルポンプ１７から圧送された作動油は遅角室２３ｂに供給され、進角室２３ａ内の作動油はオイルパン１６へドレンされる。これにより、遅角室２３ｂ内の作動油の圧力が高くなり、進角室２３ａ内の作動油の圧力が低くなるので、相対回転位相は遅角方向Ｓ２（図２参照）へ変位する。

図４（ｂ）は、デューティ比が中間の値（例えば５０％）であってスプール４１が中間位置にある状態を示している。この状態では、スプール４１の第一ランド４１ａが進角ポート４２ｃを閉塞し、第二ランド４１ｂが遅角ポート４２ｄを閉塞している。すなわち、スプール４１は遅角ポート４２ｄと進角ポート４２ｃの双方を閉塞した閉塞位置となり、高圧ポート４２ｂ及びドレンポート４２ｅはいずれのポートとも連通しない。したがって、進角室２３ａ及び遅角室２３ｂの内部の作動油の圧力は保持され、相対回転位相はその位置に保持される。

図４（ｃ）は、デューティ比が最も高い値（例えば１００％）であってスプール４１が最大ストローク位置にある状態を示している。この状態では、スプール４１は高圧ポート４２ｂと進角ポート４２ｃとを連通させ、ドレンポート４２ｅと遅角ポート４２ｄとを連通させる。したがって、オイルポンプ１７から圧送された作動油は進角室２３ａに供給され、遅角室２３ｂ内の作動油はオイルパン１６へドレンされる。これにより、進角室２３ａ内の作動油の圧力が高くなり、遅角室２３ｂ内の作動油の圧力が低くなるので、相対回転位相は進角方向Ｓ１（図２参照）へ変位する。

油圧制御弁３は、以上のように動作することにより、各種センサにより検知されるエンジン１の動作状態に応じて、内部ロータ２２と外部ロータ２１との相対回転位相を変位させる制御を行う。以上が油圧制御弁３の基本動作である。

〔油圧制御弁の本発明に係る特徴構成〕
次に、本実施形態に係る油圧制御弁３の本発明に係る特徴的な動作制御について説明する。すなわち、制御ユニット６は、作動油の温度及び圧力の双方の条件に応じて、ソレノイド機構５に対して出力する制御信号であるパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う。ここで、作動油の温度は、エンジン１の冷却水温度（水温）との間に比例関係に近い相関関係がある。また、油圧回路内の作動油の圧力は、エンジン１により駆動されるオイルポンプ１７の吐出圧により定まることから、エンジン１の回転数との間に比例関係に近い相関関係がある。そこで、本実施形態においては、水温センサ７３により検知されるエンジン１の冷却水温度に基づいて作動油の温度を判断し、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフト回転数に基づいて作動油の圧力を判断することとしている。

具体的には、図５に示すように、制御ユニット６は、エンジン１の冷却水温度に基づいて判断される作動油の温度が常用温度域ＴＡより低い低温領域ＴＬにあるとき、及び常用温度域ＴＡにあってはクランクシャフト回転数に基づいて判断される作動油の圧力が常用圧力域ＰＡより低い低圧領域ＰＬにあるときの双方において、バルブ機構４におけるスプール４１の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号をソレノイド機構５に対して出力する制御を行う。これらの低温領域ＴＬ及び低圧領域ＰＬの値は、後述するパルス幅変調信号の周波数と関連付けて図５に示すようにマップ化され、メモリ６２に格納されている。
ここで、常用温度域ＴＡとは、この油圧制御弁３が設けられている弁開閉時期制御装置２において通常使用することを想定している作動油の温度領域であり、例えば乗用車用エンジンの弁開閉時期制御装置２であれば、１０〜１１０℃程度の温度領域となる。したがって、低温領域ＴＬはここでは１０℃以下の温度領域となる。
また、常用圧力域ＰＡとは、同様に、弁開閉時期制御装置２が通常使用することを想定している作動油の圧力領域であり、例えば乗用車用エンジンの弁開閉時期制御装置２であれば、常用温度域ＴＡにあっては１００ｋＰａ〜４００ｋＰａ程度の圧力領域となる。したがって、低圧領域ＰＬはここでは１００ｋＰａ以下の圧力領域となる。なお、低温領域ＴＬでは、作動油の粘性が高いためにオイルポンプ１７のリリーフ弁の開弁圧又はそれに近い高圧となる。

なお、制御ユニット６が、エンジン１の冷却水温度に基づいて作動油の温度を判断することなく、エンジン１の冷却水温度に基づいて直接的に制御を行う構成とすることも可能である。この場合、上記低温領域ＴＬに対応する冷却水温度の範囲を予め定めておき、上記低温領域ＴＬに代えてパルス幅変調信号の周波数と関連付けてマップ化し、メモリ６２に格納しておく。そして、冷却水温度が当該温度範囲内になったときに、スプール４１の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号をソレノイド機構５に対して出力する制御を行う。
同様に、制御ユニット６が、クランクシャフト回転数に基づいて作動油の圧力を判断することなく、クランクシャフト回転数に基づいて直接的に制御を行う構成とすることも可能である。この場合、上記低圧領域ＰＬに対応するクランクシャフト回転数の範囲を予め定めておき、上記低圧領域ＰＬに代えてパルス幅変調信号の周波数と関連付けてマップ化し、メモリ６２に格納しておく。そして、クランクシャフト回転数が当該回転数範囲内になったときに、スプール４１の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号をソレノイド機構５に対して出力する制御を行う。

そして、スプール４１の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号は、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号とすればよい。すなわち、ソレノイド機構５に対して出力するパルス幅変調信号の周波数を低くすることにより、パルス幅変調信号に含まれるオン信号の連続時間及びオフ信号の連続時間をそれぞれ長くする。それにより、パルス幅変調信号の一周期における、スプール４１がソレノイド機構５の磁力によりスプリング４３側へ動作する時間、及びスプリング４３の付勢力によりソレノイド機構５側へ動作する時間（図２参照）がそれぞれ長くなり、結果としてスプール４１の振幅が大きくなる。

図６は、その一例として、（ａ）周波数が３００Ｈｚでデューティ比が５０％のパルス幅変調信号の波形と、（ｂ）周波数が１００Ｈｚでデューティ比が５０％のパルス幅変調信号の波形とを対比して示す図である。この図に示すように、１００Ｈｚのパルス幅変調信号の波長λ２は３００Ｈｚのパルス幅変調信号の波長λ１の３倍の長さとなっている。したがって、オン信号及びオフ信号の長さについても、１００Ｈｚのパルス幅変調信号のオン信号の長さλ２ａ及びオフ信号の長さλ２ｂは、３００Ｈｚのパルス幅変調信号のオン信号の長さλ２ａ及びオフ信号の長さλ２ｂのそれぞれ３倍の長さとなっている。そして、スプール４１は、オン信号が継続している間はスリーブ４２内でスプリング４３側へ連続的に動作し、オン信号が継続している間はスリーブ４２内でソレノイド機構５側へ連続的に動作する。したがって、スプール４１の振動の振幅は、パルス幅変調信号のオン信号及びオフ信号の連続する時間の長さに応じて大きくなる。なお、パルス幅変調信号の周波数が高くなり、オン信号及びオフ信号の連続する時間が非常に短くなると、スプール４１がいずれかの方向に移動し始める前にオンとオフとが切り替わることになり、作動油の粘性（温度）の状態によっても異なるが、スプール４１はほとんど振動しないことになる。

本実施形態においては、図５に示すように、上記のように作動油の温度が低温領域ＴＬにあるとき、又は作動油の圧力が低圧領域ＰＬにあるときに用いる常用周波数より低い周波数として、予め定めた所定の低温低圧用周波数を用いることとしている。この低温低圧用周波数の値としては、バルブ機構４のスプール４１が適切な振幅で振動する周波数として予め定められてメモリ６２に格納された値を用いる。

作動油の温度が低温領域ＴＬにあるとき、又は作動油の圧力が低圧領域ＰＬにあるときにおけるスプール４１の適切な振幅は、ここでは以下の２つの条件を満たす振幅とする。
第一の条件は、作動油の温度が低温領域ＴＬにあって粘性が高い場合において、制御信号であるパルス幅変調信号のデューティ比に応じたスプール４１の動作の応答性を確保できることである。この際、作動油の粘性は、想定される最も高い粘性の状態に合わせると好適である。また、必要とされるスプール４１の動作の応答性は、弁開閉時期制御装置２の進角室２３ａ及び遅角室２３ｂに作動油を送ることが必要とされる速度に応じて定まる。
第二の条件は、作動油の圧力が低圧領域ＰＬにあるときであって、図４（ｂ）に示すように、スプール４１が遅角ポート４２ｄと進角ポート４２ｃの双方を閉塞した閉塞位置にある場合において、図７に示すように、スプール４１が振動することにより、進角ポート４２ｃ及び遅角ポート４２ｄがそれぞれ瞬間的に高圧ポート４２ｂに連通する状態となることである。すなわち、スプール４１が閉塞位置にある場合には、基本的には油圧制御弁３の下流側に作動油が供給されないため、作動油の圧力が低圧領域ＰＬにあるときには、流体回路内での作動油の漏れ等により、油圧制御弁３の下流側における作動油の圧力が必要圧を下回る事態が生じ得る。そこで、スプール４１を振動させて進角ポート４２ｃ及び遅角ポート４２ｄをそれぞれ瞬間的に高圧ポート４２ｂに連通させることにより、進角ポート４２ｃ及び遅角ポート４２ｄの双方から少量ずつの作動油を供給することにより、漏れ等による作動油の不足分を補い、油圧を適正に保つ動作を行わせるためである。

上記の２つの条件を満たす適切な低温低圧用周波数の値は、ソレノイド機構５の可動コア５１及びシャフト５５、並びにバルブ機構４のスプール４１等の可動部の質量、スプリング４３の荷重、バルブ機構４のシール幅、作動油の粘性等に応じて異なる値となるので、油圧制御弁３の特性に合わせて実験的に最適な値を定める必要がある。

また、制御ユニット６は、上記のような作動油の温度及び圧力に応じた制御に加えて、スプール４１の作動不良を検知したときに、ソレノイド機構５に対して出力する制御信号であるパルス幅変調信号の周波数を変更する制御も行う。

具体的には、制御ユニット６のＣＰＵ６１は、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフトの位相と、カム角センサ７２により検知されるカムシャフトの位相とから演算される実位相を目標位相に近づける方向に油圧制御弁３を制御しているにも関わらず、実位相が目標位相に近づく方向に変位しない場合には、スプール４１の作動不良と判断する。そして、制御ユニット６は、スプール４１の作動不良と判断したときに、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号をソレノイド機構５に対して出力する。

本実施形態においては、スプール４１の作動不良に用いる常用周波数より低い周波数としては、予め定めた所定の異常時用周波数を用いることとしている。この異常時用周波数の値としては、バルブ機構４のスプール４１が、スリーブ４２との間の摺動部分に挟まった異物の排除等のために適切な振幅で振動する周波数として予め定められてメモリ６２に格納された値を用いる。このようなスプール４１の振幅及びそのためのパルス幅変調信号の異常時用周波数は、スプール４１及びスリーブ４２の形状や、作動油に含まれる異物の種類等により異なるので、実験的に最適な値を定める必要がある。

２．第二の実施形態
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態に係る弁開閉時期制御装置２及び油圧制御弁３の構成は、上記第一の実施形態と同様であるので、説明は省略する。本実施形態においては、制御ユニット６は、作動油の温度の条件のみに基づいてパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う。また、この際、変更するパルス幅変調信号の周波数として単一の値を用いるのではなく、作動油の温度の値に応じて異なる周波数に変更する制御を行う。図８は、作動油の温度とパルス幅変調信号の周波数との関係を定めたマップの一例を示す図である。

この図８に示すように、本実施形態においては、作動油の温度が高くなるに従ってパルス幅変調信号の周波数も高くするという線形的な関係をマップにより定めている。このマップは、制御ユニット６のメモリ６２に格納されている。このマップにおけるパルス幅変調信号の周波数の値は、各温度での作動油の粘性等の状態に応じてスプール４１に生じる振幅が、制御信号であるパルス幅変調信号のデューティ比に応じたスプール４１の動作の応答性を確保できる振幅となるように定める。この際、作動油の粘性は、想定される最も高い粘性の状態に合わせると好適である。また、必要とされるスプール４１の動作の応答性は、弁開閉時期制御装置２の進角室２３ａ及び遅角室２３ｂに作動油を送ることが必要とされる速度に応じて定まる。
なお、本実施形態においても、上記第一の実施形態と同様に、水温センサ７３により検知されるエンジン１の冷却水温度に基づいて作動油の温度を判断する構成とし、又はエンジン１の冷却水温度に基づいて直接的に制御を行う構成とすることができる。

３．第三の実施形態
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態に係る弁開閉時期制御装置２及び油圧制御弁３の構成は、上記第一の実施形態と同様であるので、説明は省略する。本実施形態においては、制御ユニット６は、作動油の圧力の条件のみに基づいてパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う。また、この際、変更するパルス幅変調信号の周波数として単一の値を用いるのではなく、作動油の圧力の値に応じて異なる周波数に変更する制御を行う。図９は、作動油の圧力とパルス幅変調信号の周波数との関係を定めたマップの一例を示す図である。

この図９に示すように、本実施形態においては、作動油の圧力が低圧領域ＰＬ´にあるときにはパルス幅変調信号の周波数を低くし、作動油の圧力が低圧領域ＰＬ´より高くなったところから周波数を急激に高くし、作動油の圧力が常用圧力域ＰＡ´になったときには周波数をほぼ一定にするという非線形的な関係をマップにより定めている。このマップは、制御ユニット６のメモリ６２に格納されている。このマップにおけるパルス幅変調信号の周波数の値は、作動油の圧力が低圧領域ＰＬ´にあるときには、図７に示すように、スプール４１が遅角ポート４２ｄと進角ポート４２ｃの双方を閉塞した閉塞位置にある場合において、スプール４１が振動することにより、進角ポート４２ｃ及び遅角ポート４２ｄがそれぞれ瞬間的に高圧ポート４２ｂに連通する状態となるスプール４１の振幅を確保できるように定める。一方、作動油の圧力が常用圧力域ＰＡ´にあるときには、スプール４１に無用の振動が生じないようにパルス幅変調信号の周波数の値を定める。
なお、本実施形態においても、上記第一の実施形態と同様に、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフト回転数に基づいて作動油の圧力を判断する構成とし、又はクランクシャフト回転数に基づいて直接的に制御を行う構成とすることができる。

４．その他の実施形態
（１）上記の各実施形態においては、スプール４１（弁体）の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号として、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号とする場合について説明した。しかし、スプール４１の振動の振幅を大きくするパルス幅変調信号はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、パルス幅変調信号の周波数は一定のままとし、デューティ比を周期的に変化させることによっても、同様にスプール４１の振動の振幅を大きくすることが可能である。例えば、周波数が３００Ｈｚの場合に、デューティ比１００％の信号を３回連続した後デューティ比０％の信号を３回連続させるという制御を繰り返せば、周波数が１００Ｈｚでデューティ比が５０％のパルス幅変調信号と同様の波形の信号を出力することができる。したがって、このようなパルス幅変調信号の制御も本発明の好適な実施形態の一つである。

（２）上記の各実施形態においては、作動油の温度の条件に応じた制御として、水温センサ７３により検知されるエンジン１の冷却水温度に基づいて作動油の温度を判断する構成、又はエンジン１の冷却水温度に基づいて直接的に制御を行う構成について説明した。しかし、作動油の温度に応じた制御を行うための構成はこれに限定されるものではない。例えば、油圧回路内に作動油の温度を直接的に検知可能な油温センサを配置し、この油温センサで検知した作動油の温度に基づいて弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を出力する構成とすることも好適な実施形態の一つである。
同様に、上記の各実施形態においては、作動油の圧力の条件に応じた制御として、クランク角センサ７１により検知されるクランクシャフト回転数に基づいて作動油の圧力を判断する構成、又はクランクシャフト回転数に基づいて直接的に制御を行う構成について説明した。しかし、作動油の温度に応じた制御を行うための構成はこれに限定されるものではない。例えば、油圧回路内に作動油の圧力を直接的に検知可能な油圧センサを配置し、この油圧センサで検知した作動油の圧力度に基づいて弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を出力する構成とすることも好適な実施形態の一つである。

（３）上記の各実施形態においては、本発明を、エンジン１の弁開閉時期制御装置２の油圧制御弁３に適用した場合について説明した。しかし、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、各種油圧機器の制御のための油圧制御弁として用いることが可能であり、更には、油圧以外の各種流体の制御弁にも適用可能である。

本発明の第一の実施形態に係る弁開閉時期制御装置を適用したエンジンの全体構成を示す図本発明の第一の実施形態に係る油圧制御弁を含む弁開閉時期制御装置の構成を示す図本発明の第一の実施形態に係る油圧制御弁の制御ユニットの構成を示すブロック図本発明の第一の実施形態に係る油圧制御弁におけるスプール位置による作動油の流路の切替状態を示す説明図本発明の第一の実施形態に係る油圧制御弁におけるパルス幅変調信号を規定するマップを示す図周波数が異なるパルス幅変調信号の波形を対比して示す図本発明の第一の実施形態に係る油圧制御弁においてスプールが閉塞位置にあるときの動作を示す説明図本発明の第二の実施形態に係る油圧制御弁におけるパルス幅変調信号を規定するマップを示す図本発明の第三の実施形態に係る油圧制御弁におけるパルス幅変調信号を規定するマップを示す図

符号の説明

１：内燃機関
２：弁開閉時期制御装置
３：油圧制御弁（流体制御弁）
４：バルブ機構（弁本体）
５：ソレノイド機構（電磁駆動手段）
６：制御ユニット（制御手段）
１１：クランクシャフト
１２：カムシャフト
２１：外部ロータ（駆動側回転部材）
２２：内部ロータ（従動側回転部材）
２３：油圧室（流体圧室）
２３ａ：進角室
２３ｂ：遅角室
４１：スプール（弁体）
４２ｃ：進角ポート（供給ポート）
４２ｄ：遅角ポート（供給ポート）
ＴＡ：常用温度域
ＴＬ：低温領域
ＰＡ：常用圧力域
ＰＬ：低圧領域

Claims

弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備える流体制御弁であって、
前記制御手段は、前記流体の温度及び圧力の一方又は双方の条件に応じて、前記電磁駆動手段に対して出力するパルス幅変調信号の周波数を変更する制御を行う流体制御弁。
弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備える流体制御弁であって、
前記制御手段は、前記流体の温度が常用温度域より低い低温領域にあるときに、前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する流体制御弁。
弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備える流体制御弁であって、
前記制御手段は、前記流体の圧力が常用圧力域より低い低圧領域にあるときに、少なくとも前記弁体が前記流体の供給ポートを閉塞する閉塞位置にある状態で、前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する流体制御弁。
前記弁体の振幅を大きくするパルス幅変調信号は、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号である請求項２又は３に記載の流体制御弁。
弁体の位置に応じて流体の供給を制御する弁本体と、通電量に応じて前記弁体の位置を変位させる電磁駆動手段と、該電磁駆動手段に対する通電量をパルス幅変調信号のデューティ比により制御する制御手段とを備える流体制御弁であって、
前記制御手段は、前記弁体の作動不良を検知したときに、常用周波数より低い周波数のパルス幅変調信号を前記電磁駆動手段に対して出力する流体制御弁。
内燃機関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、該駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、前記内燃機関の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及び前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成され、進角室と遅角室とに仕切られた流体圧室と、前記進角室及び遅角室の一方又は双方に対する作動流体の供給又は排出を制御する請求項１から５の何れか一項に記載の流体制御弁と、を備える弁開閉時期制御装置。