JP2008057397A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供する。
【解決手段】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１と、駆動側回転部材１に対して相対回転可能に同軸に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材３と、の２つの回転部材の間に複数形成され、それぞれがベーンで仕切られた流体圧室へ作動流体を給排して内燃機関の弁の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置であって、以下を備える。流体圧室５の中に少なくとも一部が配置され、駆動側回転部材１及び従動側回転部材３と係合可能な中間部材２と、内燃機関の運転状態に応じて、中間部材２を、駆動側回転部材１及び従動側回転部材３の何れか一方と係合させる係合部材７と、備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の弁の開閉時期を運転状況に応じて制御するための弁開閉時期制御装置に関する。

従来、ハウジング部材とベーンロータとの間に形成された流体圧室へ作動流体を給排して、内燃機関の弁の開閉時期を制御するベーン式の弁開閉時期制御装置が知られている（例えば、下記に出典を示す特許文献１参照。）。
ハウジング部材は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転するプーリやスプロケットと結合して回転する一方の回転部材である。ベーンロータは、上記流体圧室を２つの作動室に区切るベーンを備え、ハウジング部材の内側で回転する他方の回転部材である。ベーンロータは、ハウジング部材に対して相対回転可能に同軸に配置され、内燃機関の弁を開閉するカムシャフトに対して一体回転する。
２つの作動室は、作動流体の供給により、ハウジング部材に対するベーンロータの相対回転位相が進む方向に移相させる進角室と、遅れる方向に位相させる遅角室とである。進角室と遅角室とは、ベーンによって仕切られている。
そして、進角室と遅角室との流体圧を調整することにより、ハウジング部材とベーンロータとの相対回転位相を調整する。つまり、運転状態に応じて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転を制御し、弁の開閉時期を制御する。その制御性は、流体圧室の受圧面積や流体圧室の容量に依存する。

例えば、吸気弁は、内燃機関の始動時やアイドリング運転状態では最遅角側に制御され、内燃機関の回転数の上昇に伴って進角側へと制御される。作動流体（例えば、オイル）は、例えば、内燃機関の動力により作動し、内燃機関の回転数に応じた吐出量を有するオイルポンプによって供給される。内燃機関が低回転時には、流体圧が低下するため、必要な応答性を確保するために充分な受圧面積や流体圧室の容量が与えられる。

特開平１１−２９４１２１号公報（第１〜６段落等参照）

一方、内燃機関が定常運転となると、運転状態に応じて、適宜進角側と遅角側との間において吸気弁が制御されることが好ましい。しかし、オイルは内燃機関や動力伝達機構の潤滑油としても使用されるため、温度が上昇して粘度が低下し、漏れを生じ易くなって、油圧の低下を招く場合がある。また、油圧系統に一般的に備えられる圧力制御弁の作用により、内燃機関の回転数に応じて上昇したオイルポンプの吐出力の全てを利用することができない場合もある。従って、求められる作動応答性を得られない場合がある。
応答性を向上させるためには、流体圧室の容量を小さくすることが有効である。しかし、発生トルクも小さくなってしまうため、特に低回転時の制御性を損なう可能性があり、好ましくない。

本願発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、内燃機関の回転数に拘らず良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供することを目的とする。

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、
前記駆動側回転部材に対して相対回転可能に同軸に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
作動流体が供給されることにより、前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相が進む方向に移相させる進角室、及び前記相対回転位相が遅れる方向に移相させる遅角室を有して、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に複数形成された流体圧室と、
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、前記各流体圧室において前記進角室と前記遅角室とを仕切るベーンと、を備えた弁解開閉時期制御装置であって、さらに以下の特徴構成を備える。
その特徴構成は、前記流体圧室の中に少なくとも一部が配置され、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材と係合可能な中間部材と、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記中間部材を、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の何れか一方と係合させる係合部材と、を備える点にある。

この特徴構成によれば、内燃機関の運転状態に応じて、中間部材が、何れかの回転部材に係合される。流体圧室内に少なくとも一部が配置される中間部材が何れかの回転部材に係合されるかによって、ベーンとしての受圧面積を異ならせることができる。あるいは、流体圧室の容量を可変にすることができる。従って、内燃機関の回転数に応じて受圧面積や流体圧室の容量を調整することができる。その結果、内燃機関の回転数に拘らず良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供することができる。
他の方法として、複数存在する流体圧室への流体の供給経路を塞ぐようなことによって、受圧面積を減らすことも可能である。しかし、この方法では従来の流体圧回路に大きな変更を加える必要がある。それに対して、本発明は、流体圧室への流体の給排経路は維持したままで、容量を可変にするので、簡単な構成で作動応答性を向上することができる。

また、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、さらに、
前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の内、前記ベーンが備えられる側の一方の回転部材と、前記中間部材とが係合する方向へ前記係合部材を付勢する付勢手段と、
前記付勢手段による付勢力に抗って前記係合部材の位置を変位させ、前記一方の回転部材と前記中間部材との係合を解除すると共に、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の内、前記ベーンが備えられない側の他方の回転部材と、前記中間部材とを係合させる係合切替手段と、を備えることを特徴とする。

付勢手段によって係合部材が付勢され、この付勢力によって、中間部材と、ベーンを備える一方の回転部材とが係合される。従って、内燃機関の始動時などの初期状態には、最大の受圧面積、流体圧室の容量とすることができる。
また、係合切替手段によって係合部材が付勢方向とは反対方向に変位されるので、必要に応じて受圧面積、流体圧室の容量を減少させて、応答性を向上させることができる。

また、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、前記中間部材が、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが径方向に対向して挟んで配置され、
前記係合部材が、両回転部材の径方向に変位可能に備えられることを特徴とする。

このように構成すると、例えば、中間部材に１つのベーンの全てを含ませることができる。そして、この中間部材が、ベーンを備える側の回転部材に係合されると、中間部材をベーンとして用いることができる。中間部材がベーンを備えない側の回転部材に係合されると、ベーンとしての中間部材は固定され、流体圧室の固定した壁となる。従って、複数の流体圧室の内の少なくとも１つは、作動流体の給排経路を維持しながら、一時的に流体圧室として機能しなくなる。その結果、受圧面積、流体圧室の容量を減少させて、応答性を向上することができる。

また、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、前記係合切替手段が、前記作動流体の流体圧、又は前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材の回転に伴う遠心力によって、前記係合部材の位置を変位させることを特徴とする。

内燃機関の始動時には、作動流体の供給量も少なく、流体圧も弱いので、必要なトルクを得るためには、最大の受圧面積、流体圧室の容量を必要とする。一方、内燃機関の回転数が高くなると、機敏な制御を実現するために、受圧面積、流体圧室の容量を減少させることが好ましい。内燃機関の回転数が高くなると、駆動側回転部材及び従動側回転部材の回転数も増える。そして、係合部材は、両回転部材の径方向に変位する。従って、回転数の増加に伴って強くなる遠心力を作用させて、径方向に係合部材を変位させると、簡単な構造で、受圧面積、流体圧室の容量を減少させて、応答性を向上することができる。
また、回転数が高くなると、作動流体の供給量や流体圧も充分に得られる。従って、作動流体の流体圧によって、係合部材を変位させることができる。その結果、確実且つ精密な制御ができる。

また、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、前記中間部材が、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが少なくとも回転軸方向に対向して挟んで配置され、
前記係合部材が、両回転部材の回転軸方向に変位可能に備えられることを特徴とする。

中間部材がベーンを備える側の回転部材に係合されると、中間部材をベーンとして用いることができる。中間部材がベーンを備えない側の回転部材に係合されると、中間部材を流体圧室の固定した壁として用いることができる。従って、中間部材が備えられた流体圧室の受圧面積、流体圧室の容量を減少させて、応答性を向上することができる。

さらに、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、前記各流体圧室に配置された前記中間部材が周方向に連結されることを特徴とする。

この特徴構成によれば、周方向に複数設けられる流体圧室のそれぞれに中間部材を備えることができる。例えば、全ての流体圧室に中間部材を備えることができる。さらに、それぞれの中間部材は、周方向に連結されて１つの中間部材を構成する。従って、１箇所での係合によって各流体圧室における中間部材の役割を一括して切り替えることができる。本構成によれば、各流体圧室の流体圧を均等に用いる場合でも、あるいは意図的に偏らせて用いる場合でも、各流体圧室のバランスを取り易い。その結果、良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供することができる。

また、本発明に係る弁開閉時期制御装置は、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが少なくとも回転軸方向に対向して挟んで配置され、少なくとも１つの前記流体圧室において前記係合部材によって係合される前記中間部材が、当該流体圧室における前記ベーンの周方向長さに対して長い周方向長さを有することを特徴とする。

一方の回転部材と係合された時にベーンとして機能する中間部材は、常にベーンとして機能する当該一方の回転部材と比べて、ベーンとして機能する部分の周方向長さが長い。中間部材が、当該一方の回転部材と分離され、他方の回転部材と係合された後には、再び初期状態である当該一方の回転部材との係合状態に戻す必要がある。係合部材は、当該一方の回転部材と係合する方向に付勢されているので、当該一方の回転部材と中間部材との位置さえ合えば、復帰させることができる。中間部材の周方向長さが長いと、流体圧室内での可動距離が少なくなるので、この位置合わせが容易となる。中間部材が他方の回転部材と係合された後に、単独で両回転部材の相対位相を調整する当該一方の回転部材のベーンは、流体圧室内での可動距離が充分に確保されている。従って、受圧面積を可変にでき、且つ初期状態への復帰が容易で、良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供することができる。

また、本発明に係る前記係合切替手段は、前記作動流体の流体圧によって、前記係合部材の位置を変位させる

内燃機関の始動時には、作動流体の供給量も少なく、流体圧も弱いので、必要なトルクを得るためには、最大の受圧面積、流体圧室の容量を必要とする。一方、内燃機関の回転数が高くなると、機敏な制御を実現するために、受圧面積、流体圧室の容量を減少させることが好ましい。回転数が高くなると、作動流体の供給量や流体圧も充分に得られる。従って、作動流体の流体圧によって、係合部材を変位させることができる。その結果、確実且つ精密な制御ができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、エンジン（内燃機関）の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の弁の開閉時期を運転状況に応じて制御するための弁開閉時期制御装置の回転軸方向における断面図である。図２は、図１の直交断面図である。
図に示すように、本発明の弁開閉時期制御装置は、駆動側回転部材１と、従動側回転部材３と、流体圧室５と、ベーン４とを備えるベーン式の弁開閉時期制御装置である。
尚、本明細書中において、ベーン４とは、流体圧室５を区切る機能を有する部位を指す。従って、ブロック体形状や板状形状などの形状の違いや、回転部材と一体形成されているか、別部材で構成されるかなどの構造の違いによって、本発明は限定されるものではない。

駆動側回転部材１は、エンジン（図外）のクランクシャフト（図外）に対して回転方向Ｒへ同期回転するものである。従動側回転部材３は、駆動側回転部材１に対して相対回転可能に同軸に配置され、エンジンの弁（図外）の開閉用のカムシャフト１０に対して回転方向Ｒへ一体回転するものである。本実施形態では、図に示すように、駆動側回転部材１は、内部ロータ３Ａを内包する外部ロータ１Ａであり、従動側駆動部材３は、内部ロータ３Ａである。外部ロータ１Ａは、スプロケット（又はプーリ）１１Ａ（１１）と、ハウジング１２Ａ（１２）と、プレート１３Ａ（１３）から構成される。エンジンの駆動力は、タイミングチェーンやタイミングベルトを介して、スプロケット（プーリ）１１Ａに伝達される。本実施形態では、スプロケット１１Ａを例示している。

外部ロータ１Ａと内部ロータ３Ａとの間には、流体圧室５が複数形成される。流体圧室５は、ベーン４によって進角室５１と遅角室５２とに区切られている。進角室５１に作動流体（例えばオイル）が供給されることにより、外部ロータ１Ａに対する内部ロータ３Ａの相対回転位相が、位相が進む方向に移相される。遅角室５２にオイルが供給されることにより、外部ロータ１Ａに対する内部ロータ３Ａの相対回転位相が、位相が遅れる方向に移相される。つまり、流体圧室５への作動流体の供排によって、上記相対回転位相が調整される。
図２は、相対回転位相が最遅角側の状態を示している。例えば、この状態から、進角油路５５を介して進角室５１にオイルが供給されると、内部ロータ３Ａが、外部ロータ１Ａに対して、流体圧室５内に示した矢印の方向に相対回転する。つまり、進角側に移相される。この時、遅角室５２にオイルが存在する場合には、遅角油路５６を介して、オイルが排出される。
ベーン４は、外部ロータ１Ａ又は内部ロータ３Ａに設けられる。本実施形態では、内部ロータ３Ａの側にベーン４を設けた例を示している。

図１及び図２に符号２で示す中間部材は、流体圧室５の中に少なくとも一部が配置され、外部ロータ１Ａ及び内部ロータ３Ａと係合可能な部材である。本実施形態では、複数の流体圧室５のベーン４の内の１つが、中間部材２Ａ（２）によって構成されている。中間部材２Ａは、エンジンの運転状態に応じて、外部ロータ１Ａ及び内部ロータ３Ａの何れか一方とピン７Ａ（係合部材７）によって係合される。

ピン７Ａは、ベーン４が備えられる側の回転部材である内部ロータ３Ａと、中間部材２Ａとが係合する方向へ、スプリング８Ａ（付勢手段８）によって、付勢される。中間部材２Ａは、初期状態（例えば図２に示す状態）において内部ロータ３Ａと係合される。この時、中間部材２Ａは、ベーン４として機能する。
その後、係合切替手段９は、スプリング８Ａによる付勢力に抗ってピン７Ａの位置を変位させる。そして、内部ロータ３Ａと中間部材２Ａとの係合を解除すると共に、ベーン４が備えられない側の外部ロータ１Ａと、中間部材２Ａとを係合させる。この時、中間部材２Ａは、外部ロータ１Ａの壁面として機能する。
つまり、中間部材２Ａが、外部ロータ１Ａ、内部ロータ３Ａの何れと係合されるかによって、流体圧室５の容量やオイルの受圧面積が変更される。

係合切替手段９は、オイルの流体圧、又は外部ロータ１Ａ、内部ロータ３Ａの回転に伴う遠心力によって、ピン７Ａの位置を変位させる。本実施形態では、係合切替手段９として、進角油路５５、遅角油路５６とは別の油路を係合切替油路９Ａとして設けている。

以下、図１及び図２に加え、図３〜５を利用して、弁開閉時期制御装置の動作について説明する。図３〜５は、それぞれ（ａ）に図２と同様の直交断面図を示し、（ｂ）にピン７Ａによる係合部分の拡大図を示す。
上述したように、図２は、図１の直交断面図であり、外部ロータ１Ａ、内部ロータ３Ａ、中間部材２Ａの初期状態（係合切り替え前の状態）を示す説明図である。図２は、外部ロータ１Ａと内部ロータ３Ａとの相対回転位相が最遅角の場合であり、上述したように進角側へと移相される。

図３及び図４は、回転軸に対する直交断面図であり、図３は、係合切り替え直前の状態を示す説明図であり、図４は、係合切り替え直後の状態を示す説明図である。これらは、最進角側を例示しているが、係合切り替えは必ずしも最進角で行う必要はなく、中間位相で行ってもよい。
図３に示す状態は、係合切り替え可能な外部ロータ１Ａと内部ロータ３Ａとの相対位相（以後、適宜「両ロータの相対位相」と称する。）を示している。ピン７Ａは、中間部材２Ａのピン穴２９Ａ（２９）内において、スプリング８Ａによって内部ロータ３Ａのピン穴３９Ａ（３９）へと付勢され、中間部材２Ａと内部ロータ３Ａとを係合している。ただし、この相対位相においては、中間部材２Ａのピン穴２９Ａと、外部ロータ１Ａのピン穴１９Ａ（１９）とは、連通している。
ここで、係合切替油路９Ａを介して中間部材２Ａのピン穴２９Ａにオイルが供給されると（図３）、スプリング８Ａの付勢力に抗って、ピン７Ａが外部ロータ１Ａのピン穴１９Ａへと変位する（図４）。この変位により、中間部材２Ａは、内部ロータ３Ａに備えられたベーン４から外部ロータ１Ａの壁面の一部へと機能が変換される。

図５は、回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え後の状態を示す説明図である。中間部材２Ａが、外部ロータ１Ａと係合されて、両ロータが相対回転すると、中間部材２Ａのピン穴２９Ａへは係合切替油路９Ａを介してオイルが供給されなくなる。しかし、スプリング８Ａによって内部ロータ３Ａの側へと付勢されるピン７Ａの一方の端部は、内部ロータ３Ａの端面で係止される。ピン７Ａの他方の端部は、外部ロータ１Ａのピン穴１９Ａに残るため、中間部材２Ａと外部ロータ１Ａとの係合は維持される。

図２の状態においては、４つの流体圧室５によって、両ロータの相対位相が調整されていた。図５の状態においては、１つの流体圧室５が固定され、３つの流体圧室５に対するオイルの供排によって、両ロータの相対位相が制御される。つまり、流体圧室５の容量や受圧面積が変更されて両ロータの相対位相が制御される。
尚、中間部材２Ａは、１つに限定されるものではない。中間部材２Ａを複数の流体圧室５に備えると、流体圧室５の容量や受圧面積の変動幅を大きくすることができる。

図６は、第一実施形態の中間部材２の別実施形態を示す直交断面図である。図２〜５に示した中間部材２Ａは、外部ロータ１Ａと内部ロータ３Ａとが径方向に対向して挟んで配置され、ベーン４の内の１つに対応するものである。そして、中間部材２Ａは、両ロータ１Ａ、３Ａの径方向に変位可能に備えられるピン７Ａによって、係合する相手が選択される。
図６に示す中間部材２Ｃは、同様に外部ロータ１Ａと内部ロータ３Ｃとが径方向に対向して挟んで配置されるものである。そして、中間部材２Ｃは、スプリング８Ｃによって付勢され、両ロータ１Ａ、３Ｃの径方向に変位可能に備えられるピン７Ｃによって、係合する相手が選択される。しかし、１つのベーン４の全体に対応するものではなく、１つのベーン４の一部に対応するものである。図６のような形態によっても、流体圧室５の容量や受圧面積を変更することができる。

図７は、係合切り替え及び位相制御の一例を示すタイミングチャートである。図中、Ａは、例えば図３に示すように、内部ロータ３Ａが進角側にあって、中間部材２Ａと内部ロータ３Ａとが連結されている状態を示す。Ｂは、例えば図２に示すように、内部ロータ３Ａ遅角側にあって、中間部材２Ａと内部ロータ３Ａとが連結されている状態を示す。Ｃは、例えば図４に示すように、内部ロータ３Ａが進角側にあって、中間部材２Ａと外部ロータ１Ａとが連結されている状態を示す。Ｄは、例えば図５に示すように、内部ロータ３Ａが遅角側にあって、中間部材２Ａと外部ロータ１Ａとが連結されている状態を示す。

エンジンの始動時など、エンジンの回転数が低い場合には、エンジンの油圧も低い。両ロータの相対位相は、ＯＣＶ信号（オイル・コントロール・バルブ信号）により調整される。例えば、ＯＣＶ信号の立ち上がりにより、進角側から遅角側へと位相変換され（時刻ｔ１、ｔ３近傍）、ＯＣＶ信号の立ち下がりにより、遅角側から進角側へと位相変換される（時刻ｔ２、ｔ４近傍）。この時には、中間部材２Ａと内部ロータ３Ａとが係合されており、上述したＡ、Ｂの状態間で位相変換される。

エンジンの回転数が高くなると、エンジンの油圧も上昇する（時刻ｔ５近傍）。時刻ｔ５近傍では、図３、４に示したように進角側において、係合切替油路９Ａを介してオイルが供給され、中間部材２Ａは、内部ロータ３Ａと切り離され、外部ロータ１Ａと係合される（状態Ａ→Ｃ）。
以後、例えば、ＯＣＶ信号の立ち上がりにより、進角側から遅角側へと位相変換され（時刻ｔ６、ｔ８近傍）、ＯＣＶ信号の立ち下がりにより、遅角側から進角側へと位相変換される（時刻ｔ７、ｔ９近傍）。この時には、中間部材２Ａと内部ロータ３Ａとが係合されており、上述したＣ、Ｄの状態間で位相変換される。ここで、時刻ｔ１〜ｔ４近傍における変換角の遷移時間と、時刻ｔ６〜ｔ９近傍における変換角の遷移時間とを比較すると、後者の方が短い。つまり、エンジン油圧が高まった状態で、流体圧室５の容量や受圧面積が縮小されると、位相変換の遷移時間が短くなり、応答性が向上する。

尚、外部ロータ１Ａと係合された中間部材２Ａは、エンジン停止後の再始動時に再び内部ロータ３Ａと係合される。エンジン停止後には、エンジン油圧が減少し、係合切替油路９Ａからもオイルが供給されないため、ピン７Ａはスプリング８Ａの付勢力によって、内部ロータ３Ａの方向へ変位しようとする。エンジン始動時には、内部ロータ３Ａと外部ロータ１Ａとの相対位相が安定せず、最遅角側と最進角側との間を変位する。この間に、ピン７Ａは、内部ロータ３Ａのピン穴３９Ａに変位し、内部ロータ３Ａと中間部材２Ａとが係合される。
もちろん、エンジン始動時や停止時に積極的に最遅角側など、係合切り替え可能な位相へ位相変換して、内部ロータ３Ａと中間部材２Ａとを係合させてもよい。

〔第二実施形態〕
図８は、第二実施形態の弁開閉時期制御装置の回転軸方向における断面図である。図９は、図８の直交断面図である。
図に示すように、本発明の弁開閉時期制御装置は、駆動側回転部材１と、従動側回転部材３と、流体圧室５と、ベーン４とを備えるベーン式の弁開閉時期制御装置である。

駆動側回転部材１は、エンジン（図外）のクランクシャフト（図外）に対して回転方向Ｒへ同期回転するものである。従動側回転部材３は、駆動側回転部材１に対して相対回転可能に同軸に配置され、エンジンの弁（図外）の開閉用のカムシャフト１０に対して回転方向Ｒへ一体回転するものである。本実施形態では、図に示すように、駆動側回転部材１は、内部ロータ３Ｂを内包する外部ロータ１Ｂであり、従動側駆動部材３は、内部ロータ３Ｂである。外部ロータ１Ｂは、スプロケット（又はプーリ）１１Ｂ（１１）と、ハウジング１２Ｂ（１２）と、プレート１３Ｂ（１３）から構成される。エンジンの駆動力は、タイミングチェーンやタイミングベルトを介して、スプロケット（プーリ）１１Ｂに伝達される。本実施形態では、スプロケット１１Ｂを例示している。

外部ロータ１Ｂと内部ロータ３Ｂとの間には、流体圧室５が複数形成される。流体圧室５は、ベーン４によって進角室５１と遅角室５２とに区切られている。進角室５１に作動流体（例えばオイル）が供給されることにより、外部ロータ１Ｂに対する内部ロータ３Ｂの相対回転位相が、位相が進む方向に移相される。遅角室５２にオイルが供給されることにより、外部ロータ１Ｂに対する内部ロータ３Ａの相対回転位相が、位相が遅れる方向に移相される。つまり、流体圧室５への作動流体の供排によって、上記相対回転位相が調整される。
図９は、相対回転位相が最遅角側の状態を示している。例えば、この状態から、進角油路５５を介して進角室５１にオイルが供給されると、内部ロータ３Ｂが、外部ロータ１Ｂに対して、流体圧室５内に示した矢印の方向に相対回転する。つまり、進角側に移相される。この時、遅角室５２にオイルが存在する場合には、遅角油路５６を介して、オイルが排出される。
ベーン４は、外部ロータ１Ｂ又は内部ロータ３Ｂに設けられる。本実施形態では、内部ロータ３Ｂの側にベーン４を設けた例を示している。

中間部材２は、流体圧室５の中に少なくとも一部が配置され、外部ロータ１Ｂ及び内部ロータ３Ｂと係合可能な部材である。本実施形態では、複数の流体圧室５のベーン４の内の少なくとも１つの一部分が、中間部材２Ｂ（２）によって構成されている。中間部材２Ｂは、エンジンの運転状態に応じて、外部ロータ１Ｂ及び内部ロータ３Ｂの何れか一方とピン７Ｂ（係合部材７）によって係合される。

図１０は、内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとの係合関係を示す斜視図である。図１１は、内部ロータ３Ｂ及び中間部材２Ｂの平面図である。図８〜１１に示すように、中間部材２Ｂは、外部ロータ１Ｂと内部ロータ３Ｂとが少なくとも回転軸方向に対向して挟んで配置される。そして、両ロータの回転軸方向に変位可能に備えられるピン７Ｂによって係合される。
中間部材２Ｂは、作用部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、連結部２ｅとを有している。作用部２ａ〜２ｄは、中間部材２Ｂが、内部ロータ３Ｂと係合された時に、内部ロータ３Ｂに備えられたベーン４と共に、ベーン４として機能する部分である。連結部２ｅは、各流体圧室５に配置される作用部２ａ〜２ｄを周方向に連結している。従って、複数の流体圧室５に配置される中間部材２Ｂの係合先を一カ所で切り替えることができる。本実施形態では、作用部２ａ〜２ｄの内の１つ、作用部２ａにピン７Ｂを格納するピン穴２９Ｂが形成されている。
図１１に示すように、内部ロータ３Ｂのベーン４に相当する部分の周方向長さＣ１と、作用部２ａ〜２ｄの周方向長さＣ２とは、同じ長さである。内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとが係合されることによって、１つのベーン４が構成される。

ピン７Ｂは、ベーン４が備えられる側の回転部材である内部ロータ３Ｂと、中間部材２Ｂとが係合する方向へ、スプリング８Ｂ（付勢手段８）によって、付勢される。中間部材２Ｂは、初期状態（例えば図９に示す状態）において内部ロータ３Ｂと係合される。この時、中間部材２Ｂは、内部ロータ３及びベーン４として機能する。
その後、係合切替手段９は、スプリング８Ｂによる付勢力に抗ってピン７Ｂの位置を変位させる。そして、内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとの係合を解除すると共に、ベーン４が備えられない側の外部ロータ１Ｂと、中間部材２Ｂとを係合させる。この時、中間部材２Ｂは、外部ロータ１Ｂの壁面として機能する。
つまり、中間部材２Ｂが、外部ロータ１Ｂ、内部ロータ３Ｂの何れと係合されるかによって、流体圧室５の容量やオイルの受圧面積が変更される。

係合切替手段９は、オイルの流体圧によって、ピン７Ｂの位置を変位させる。本実施形態では、係合切替手段９として、進角油路５５、遅角油路５６とは別の油路を係合切替油路９Ｂとして設けている。

以下、図８〜図１１に加え、図１２及び図１３を利用して、弁開閉時期制御装置の動作について説明する。図１２及び図１３の（ａ）は、図９と同様の直交断面図を示し、（ｂ）（ｃ）は、ピン７ｂによる係合部分の拡大図を示す。
上述したように、図９は、図８の直交断面図であり、外部ロータ１Ｂ、内部ロータ３Ｂ、中間部材２Ｂの初期状態（係合切り替え前の状態）を示す説明図である。図９は、外部ロータ１Ｂと内部ロータ３Ｂとの相対回転位相が最遅角の場合であり、上述したように進角側へと移相される。

図１２は、回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え時の状態を示す説明図である。図１２（ｂ）は、ピン７Ｂの係合切り替え直前の状態、（ｃ）は、係合切り替え直後の状態を示している。図１２では、最進角側を例示しているが、係合切り替えは必ずしも最進角で行う必要はなく、中間位相で行ってもよい。
図１２に示す状態は、係合切り替え可能な外部ロータ１Ｂと内部ロータ３Ｂとの相対位相（以後、適宜「両ロータの相対位相」と称する。）を示している。ピン７Ｂは、中間部材２Ｂのピン穴２９Ｂ（２９）内において、スプリング８Ｂによって内部ロータ３Ｂのピン穴３９Ｂ（３９）へと付勢され、中間部材２Ｂと内部ロータ３Ｂとを係合している。ただし、この相対位相においては、中間部材２Ｂのピン穴２９Ｂと、外部ロータ１Ａのピン穴１９Ｂ（１９）とは、連通している。
ここで、係合切替油路９Ｂを介して中間部材２Ｂのピン穴２９Ｂにオイルが供給されると（図１２（ｂ））、スプリング８Ｂの付勢力に抗って、ピン７Ｂが外部ロータ１Ｂのピン穴１９Ｂへと変位する（図１２（ｃ））。この変位により、中間部材２Ｂは、内部ロータ３Ｂに備えられたベーン４から外部ロータ１Ｂの壁面の一部へと機能が変換される。

図１３は、回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え後の状態を示す説明図である。中間部材２Ｂが、外部ロータ１Ｂと係合されて、両ロータが相対回転すると、中間部材２Ｂのピン穴２９Ｂへは係合切替油路９Ｂを介してオイルが供給されなくなる。しかし、スプリング８Ｂによって内部ロータ３Ｂの側へと付勢されるピン７Ｂの一方の端部は、内部ロータ３Ｂの端面で係止される。ピン７Ｂの他方の端部は、外部ロータ１Ｂのピン穴１９Ｂに残るため、中間部材２Ｂと外部ロータ１Ｂとの係合は維持される。

図９の状態においては、４つの流体圧室５の容量を全て用いて、両ロータの相対位相が調整されていた。図１３の状態においては、各流体圧室５の容量の一部に対するオイルの供排によって、両ロータの相対位相が制御される。つまり、流体圧室５の容量や受圧面積が変更されて両ロータの相対位相が制御される。
尚、中間部材２Ｂは、必ずしも全ての流体圧室５の容量を変更する必要はなく、一部の流体圧室５の容量を変更させてもよい。本実施形態のように、全ての流体圧室５の容量を変更すると、変更前後の油圧バランスのよい弁開閉時期制御装置を得ることができる。もちろん、積極的に各流体圧室５における容量変化を異ならせてもよい。

第二実施形態においても係合切り替え及び位相制御の一例について、図７に示したタイミングチャートを適用することができる。図中、Ａは、例えば図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、内部ロータ３Ｂが進角側にあって、中間部材２Ｂと内部ロータ３Ｂとが連結されている状態を示す。Ｂは、例えば図８、図９に示すように、内部ロータ３Ｂが遅角側にあって、中間部材２Ｂと内部ロータ３Ｂとが連結されている状態を示す。Ｃは、例えば図１２（ａ）、（ｃ）に示すように、内部ロータ３Ｂが進角側にあって、中間部材２Ｂと外部ロータ１Ｂとが連結されている状態を示す。Ｄは、例えば図１３に示すように、内部ロータ３Ｂが遅角側にあって、中間部材２Ｂと外部ロータ１Ｂとが連結されている状態を示す。

エンジンの始動時など、エンジンの回転数が低い場合には、エンジンの油圧も低い。両ロータの相対位相は、ＯＣＶ信号により、調整される。例えば、ＯＣＶ信号の立ち上がりにより、進角側から遅角側へと位相変換され（時刻ｔ１、ｔ３近傍）、ＯＣＶ信号の立ち下がりにより、遅角側から進角側へと位相変換される（時刻ｔ２、ｔ４近傍）。この時には、中間部材２Ｂと内部ロータ３Ｂとが係合されており、上述したＡ、Ｂの状態間で位相変換される。

エンジンの回転数が高くなると、エンジンの油圧も上昇する（時刻ｔ５近傍）。時刻ｔ５近傍では、図１２に示したように、係合切替油路９Ｂを介してオイルが供給され、中間部材２Ｂは、内部ロータ３Ｂと切り離され、外部ロータ１Ｂと係合される（状態Ａ→Ｃ）。
以後、例えば、ＯＣＶ信号の立ち上がりにより、進角側から遅角側へと位相変換され（時刻ｔ６、ｔ８近傍）、ＯＣＶ信号の立ち下がりにより、遅角側から進角側へと位相変換される（時刻ｔ７、ｔ９近傍）。この時には、中間部材２Ｂと内部ロータ３Ｂとが係合されており、上述したＣ、Ｄの状態間で位相変換される。ここで、時刻ｔ１〜ｔ４近傍における変換角の遷移時間と、時刻ｔ６〜ｔ９近傍における変換角の遷移時間とを比較すると、後者の方が短い。つまり、エンジン油圧が高まった状態で、流体圧室５の容量や受圧面積が縮小されると、位相変換の遷移時間が短くなり、応答性が向上する。

尚、外部ロータ１Ｂと係合された中間部材２Ｂは、エンジン停止後の再始動時に再び内部ロータ３Ｂと係合される。エンジン停止後には、エンジン油圧が減少し、係合切替油路９Ｂからもオイルが供給されないため、ピン７Ｂはスプリング８Ｂの付勢力によって、内部ロータ３Ｂの方向へ変位しようとする。エンジン始動時には、内部ロータ３Ｂと外部ロータ１Ｂとの相対位相が安定せず、最遅角側と最進角側との間を変位する。この間に、ピン７Ｂは、内部ロータ３Ｂのピン穴３９Ｂに変位し、内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとが係合される。
もちろん、エンジン始動時や停止時に積極的に最遅角側など、係合切り替え可能な位相へ位相変換して、内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとを係合させてもよい。

図１４は、第二実施形態の中間部材２の別実施形態を示す直交断面図である。上述した第二実施形態においては、図１１に示すように、内部ロータ３Ｂのベーン４に相当する部分の周方向長さＣ１と、作用部２ａの周方向長さＣ２とは、同じ長さである。内部ロータ３Ｂと中間部材２Ｂとが係合されることによって、１つのベーン４が構成された。
本別実施形態においては、図１４に示すように、内部ロータ３Ｂのベーン４に相当する部分の周方向長さＣ３に比べて、作用部２ａに対応する作用部２ｆの周方向長さＣ４が長く形成される。つまり、少なくとも１つの流体圧室５においてピン７Ｂによって係合される中間部材２Ｂは、当該流体圧室５におけるベーン４の周方向長さに対して長い周方向長さを有する。
これにより、エンジン始動時など、内部ロータ３Ｂと外部ロータ１Ｂとの相対位相が安定しない状態での中間部材２Ｂの可動範囲を少なくして、初期状態に復帰しやすくする。また、高回転時は、内部ロータ３Ｂに備えられたベーン４を利用するので、精度のよい位相変換が可能である。

以上説明したように、本発明によって、内燃機関の回転数に拘らず良好な作動応答性を有した弁開閉時期制御装置を提供することができる。

第一実施形態に係る弁開閉時期制御装置の回転軸方向での断面図 図１の直交断面図であり、駆動側回転部材、従動側回転部材、中間部材の初期状態（係合切り替え前の状態）を示す説明図 回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え直前の状態を示す説明図 回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え直後の状態を示す説明図 回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え後の状態を示す説明図 第一実施形態に係る中間部材の別実施形態を示す直交断面図 係合切り替え及び位相制御の一例を示すタイミングチャート 第二実施形態に係る弁開閉時期制御装置の回転軸方向での断面図 図８の直交断面図であり、駆動側回転部材、従動側回転部材、中間部材の初期状態（係合切り替え前の状態）を示す説明図 従動側回転部材と中間部材との係合関係を示す斜視図 従動側回転部材及び中間部材の平面図 回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え時の状態を示す説明図 回転軸に対する直交断面図であり、係合切り替え後の状態を示す説明図 第二実施形態に係る中間部材の別実施形態を示す直交断面図

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ：外部ロータ（駆動側回転部材）
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ：中間部材
３、３Ａ、３Ｂ：内部ロータ（従動側回転部材）
４：ベーン
５：流体圧室
５１：進角室
５２：遅角室
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ：ピン（係合部材）
８、８Ａ、８Ｂ：スプリング（付勢手段）
９：係合切替手段
９Ａ、９Ｂ：係合切替油路（係合切替手段）
１０：カムシャフト
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４：周方向長さ

Claims (8)

1. 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、
   前記駆動側回転部材に対して相対回転可能に同軸に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
   作動流体が供給されることにより、前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相が進む方向に移相させる進角室、及び前記相対回転位相が遅れる方向に移相させる遅角室を有して、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に複数形成された流体圧室と、
   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、前記各流体圧室において前記進角室と前記遅角室とを仕切るベーンと、を備えた弁解開閉時期制御装置であって、
   前記流体圧室の中に少なくとも一部が配置され、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材と係合可能な中間部材と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記中間部材を、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の何れか一方と係合させる係合部材と、を備える弁開閉時期制御装置。
2. 前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の内、前記ベーンが備えられる側の一方の回転部材と、前記中間部材とが係合する方向へ前記係合部材を付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段による付勢力に抗って前記係合部材の位置を変位させ、前記一方の回転部材と前記中間部材との係合を解除すると共に、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の内、前記ベーンが備えられない側の他方の回転部材と、前記中間部材とを係合させる係合切替手段と、を備える請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記中間部材は、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが径方向に対向して挟んで配置され、
   前記係合部材は、両回転部材の径方向に変位可能に備えられる請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記係合切替手段は、前記作動流体の流体圧、又は前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材の回転に伴う遠心力によって、前記係合部材の位置を変位させる請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記中間部材は、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが少なくとも回転軸方向に対向して挟んで配置され、
   前記係合部材は、両回転部材の回転軸方向に変位可能に備えられる請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
6. 前記各流体圧室に配置された前記中間部材が周方向に連結される請求項５に記載の弁開閉時期制御装置。
7. 少なくとも１つの前記流体圧室において前記係合部材によって係合される前記中間部材は、当該流体圧室における前記ベーンの周方向長さに対して長い周方向長さを有する請求項５に記載の弁開閉時期制御装置。
8. 前記係合切替手段は、前記作動流体の流体圧によって、前記係合部材の位置を変位させる請求項５〜７の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。

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