JP2010216407A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の停止時又は始動時に、内燃機関の始動に適した所定位相に相対回転位相を確実に拘束できる弁開閉時期制御装置を提供する。
【解決手段】駆動側回転体２と、従動側回転体３と、流体圧室4と、流体圧室４を進角室４１と遅角室４２とに仕切る仕切部３２と、流体圧室４に対して作動流体を供給及び排出する作動流体給排機構７と、駆動側回転体２と従動側回転体３との相対回転位相を、最進角位相と最遅角位相との間の内燃機関の始動に適した所定位相に拘束可能なロック機構６と、ロック機構６とは独立して駆動側回転体２及び従動側回転体３の少なくとも一方に設けられ、所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか一方側から他方側への相対回転位相の変位を規制可能である位相変位規制機構５、とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

従来、特許文献１に示すごとく、相対回転位相を内燃機関の始動に適した最進角位相と最遅角位相との間の所定位相に固定可能なロック機構と、相対回転位相を所定位相と最進角位相との間に規制する相対回転規制手段とを備えた弁開閉時期制御装置があった。上述の相対回転規制手段は、駆動側回転体又は従動側回転体の一方に配設された係止部材と、他方の回転体に形成され、相対回転位相が所定位相と最進角位相との間にあるときに、係止部材が係入可能な係合溝とを備えている。

この技術では、駆動側回転体から従動側回転体への回転伝達経路に流体圧室及び仕切部が介在しているため、従動側回転体には常に遅角側への力が作用する。内燃機関停止直前に相対回転位相が所定位相よりも進角側にある場合は、係止部材が係合溝に係入しており、この状態で内燃機関を停止すると、上述の遅角側への力により相対回転位相は所定位相となる。結果、ロック機構によって、相対回転位相は所定位相に拘束される。

一方、内燃機関停止直前に相対回転位相が所定位相よりも遅角側にある場合は、係止部材が係合溝に係入しないため、相対回転位相は所定位相に拘束されない。しかし、この技術では、内燃機関始動時に進角室と遅角室とが共にドレインに連通されるため、カム変動トルクにより従動側回転体が駆動側回転体に対して大きくバタつく。このバタつきによって係止部材が係止溝に係入し、相対回転位相が所定位相よりも遅角側へ変位するのが規制される。その結果、ロック機構によって相対回転位相が所定位相に拘束され、内燃機関の始動を所定位相で行うことができるとされていた。

また、特許文献２のごとく、相対回転位相を所定位相に固定可能なロック機構と、相対回転位相が所定位相に対して進角側及び遅角側の何れの側にあるのかを判定する位相判定機構とを備え、内燃機関の停止時又は始動時に位相判定機構による判定結果と反対の側に相対回転位相を変位させる能動ロック操作を実施する弁開閉時期制御装置があった。このロック機構は、駆動側回転体又は従動側回転体の一方に配設されたロック片と、他方の回転体上に形成され、ロック片が係止可能な係止溝とを有している。さらに、ロック片による係止深度が係止溝よりも浅い係止補助溝が、係止溝の進角側及び遅角側の端部から、各々進角側及び遅角側向かって延設されている。

この技術によると、能動ロック操作の実施にも拘らず、機械的な誤差等によってロック片と係止溝とが僅かに位置ずれした場合でも、補助係止溝の何れか一方にロック片が係止されることが十分期待できる。即ち、相対回転位相を所定位相に近似した位相範囲内に保持できる。結果、内燃機関始動時に生じる振動等によって相対回転位相が変動し、ロック片は自然と補助係止溝に隣接する係止溝に係止される。

特開平１１−３１１１０７（００２５及び００２７〜００２９段落、図２から５） 特開２００７−１３２２７２（０００９及び００１０段落、図３及び６）

しかし、特許文献１の技術では、相対回転位相が所定位相よりも遅角側にある状態で内燃機関が停止してしまうと、上述の遅角側への力が働いているため、カム変動トルクに基づくバタつきによって相対回転位相が所定位相よりも進角側に変位せず、係止部材が係止溝に係入しない虞がある。これでは、ロック機構は相対回転位相を所定位相に拘束できない。また、特に内燃機関低温時は、カム変動トルクに基づく遅角側への変位力が大きいため、係止部材が係止溝に係入しない可能性が高まってしまう。さらに、係止部材の突出部分に係止溝の周方向の端面が当接する構成であるため、両者の衝突時に、突出部分には剪断応力・曲げ応力が掛かる。これにより、係止部材が変形・損耗すると、係止部材と係止溝の端面が当接したときの位相が、所定位相から位置ずれしてしまう虞がある。

特許文献２の技術では、補助係止溝によって段階的に相対回転位相を拘束する構成であるため、拘束が成されるまでに時間がかかる虞がある。また、補助係止溝は径方向に深度を有するため、その深度が、例えば、１ｍｍ程度になる等の制約がある。このため、ロック片と補助係止溝との係止の信頼性が低くなる虞がある。

本発明は上記実情に鑑み、内燃機関の停止時又は始動時に、駆動側回転体と従動側回転体とを内燃機関の始動に適した相対回転位相で確実に拘束できる弁開閉時期制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第１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体と、前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の何れかを開閉するカムシャフトと同期回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで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よう前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の何れかに設けられた仕切部と、前記流体圧室に対して作動流体を供給及び排出する作動流体給排機構と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を、最進角位相と最遅角位相との間の前記内燃機関の始動に適した所定位相に拘束可能なロック機構と、前記ロック機構とは独立して前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられ、前記所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか一方側から前記所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか他方側への前記相対回転位相の変位を規制可能である位相変位規制機構、とを備えた点にある。

本構成のように、ロック機構とは独立して駆動側回転体及び従動側回転体の少なくとも一方に設けられ、所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか一方側から所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか他方側への相対回転位相の変位を規制可能である位相変位規制機構を備えれば、所定位相での相対回転位相がなされずに内燃機関が停止した場合であっても、次回の内燃機関の始動時に、例えば、所定位相よりも進角側から所定位相よりも遅角側の何れか他方側へ相対回転位相が変位しようとしたとき、瞬間的であっても相対回転位相は所定位相で確実に一旦停止する。このように、相対回転位相が所定位相に位置決めされた状態でロック機構が作動でき、相対回転位相の所定位相への拘束の確実性が向上する。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第２特徴構成は、前記作動流体給排機構による前記位相変位規制機構に対する作動流体の供給及び排出の少なくとも何れかによって、前記位相変位規制機構が規制及びその解除の少なくとも何れかを行う点にある。

本構成であれば、位相変位規制機構専用の規制・解除機構を別途に備える必要がない。また、位相変位規制機構が相対回転位相の制御に連係するため、信頼性の高い弁開閉時期制御装置とすることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第３特徴構成は、前記位相変位規制機構が、前記駆動側回転体の側の第一部位と前記従動側回転体の側の第二部位との間に出退すると共に、突出して前記第一部位と前記第二部位とで挟持されたとき、前記相対回転位相が前記所定位相となる厚みを有する変位規制部材と、を備えた点にある。

本構成のように、第一部位と第二部位とで変位規制部材が挟持される構成であれば、変位規制部材には圧縮応力のみが発生し、剪断応力・曲げ応力は発生しない。このため、変位規制部材の耐久性が向上すると共に、第二部位が変位規制部材に当接したとき、相対回転位相は確実に所定位相となる。結果、ロック機構による拘束の確実性がより向上する。また、一回の当接で相対回転位相の拘束が可能であるため、段階的に拘束を行うロック機構と比べて、迅速な拘束が可能となる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第４特徴構成は、前記変位規制部材が前記カムシャフトの径方向に出退する点にある。

第一部材と第二部材とはカムシャフトの周方向に相対移動するため、両部材はカムシャフトの軸方向に長く延在させた方が部材の剛性が高い。変位規制部材がカムシャフトの軸方向に出退する構成であると、駆動側回転体及び従動側回転体を軸方向に大きくせざるを得ない。本構成であれば、第一部位と第二部位と変位規制部材とを、駆動側回転体と従動側回転体との径方向のスペースに効率良く配置することができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第５特徴構成は、前記変位規制部材が、前記カムシャフトの径方向内側に突出するよう付勢されつつ、前記駆動側回転体に配設されている点にある。

本構成のように、変位規制部材が、径方向の内側に突出するよう付勢されつつ、駆動側回転体に配設されていると、駆動側回転体の回転に基づく遠心力を利用して、変位規制部材を引退した状態を保持させることができる。即ち、変位規制部材は、一旦作動流体給排機構からの作動流体供給により引退させれば、遠心力により引退した状態を保持する。このように、引退状態を保持させるための制御が必要ないため、位相変位規制機構が簡易な構成となる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第６特徴構成は、前記相対回転位相を進角側へ付勢する付勢機構を備えると共に、前記変位規制部材は前記相対回転位相の遅角側への変位を規制する点にある。

本構成であれば、相対回転位相が所定位相よりも遅角側にある状態で内燃機関が停止されても、相対回転位相は少なくとも所定位相を超えて進角側へ変位する。その結果、相対回転位相が所定位相となったときに、ロック機構による拘束が可能となる。したがって、相対回転位相が所定位相よりも遅角側にあってロック機構による拘束ができない、といった問題は生じない。また、駆動側回転体の回転が低下すれば、変位規制部材が径方向内側に突出し、相対回転位相は少なくとも所定位相よりも進角側にある。このため、仮に、ロック機構による拘束がなされなくとも、次の内燃機関の始動を相対回転位相が所定位相よりも進角側にある状態で行える。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第７特徴構成は、前記付勢機構による付勢力が、前記カムシャフトの回転時のカム変動トルクに基づく遅角側への変位力よりも大きい点にある。

通常、例えば、内燃機関の吸気弁は閉弁するように常時スプリング等によって付勢されており、カムが吸気弁を押し下げる最中には、カムシャフトは遅角側へ付勢される。また、カムが吸気弁を押し下げきった後には、カムシャフトは進角側へ付勢される。即ち、カム変動トルクによって、カムシャフトは進角側と遅角側とにバタつく。ただし、カムと吸気弁との間、及び、吸気弁とスプリングとの間には摺動摩擦抵抗があるため、遅角側へのバタつきの方が大きい。よって、カム変動トルクに基づく変位力は、相対回転位相を遅角側へ変位させるよう、カムシャフト及び従動側回転体に作用する。

本構成のように、付勢機構による付勢力が、カム変動トルクに基づく遅角側への変位力よりも大きいと、内燃機関停止時に、相対回転位相を確実に所定位相よりも進角側にすることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第８特徴構成は、最進角位相から最遅角位相の範囲に対応する周長を有する凹部を前記駆動側回転体の内周面に沿って形成し、前記第二部位が前記凹部に沿って摺動するよう構成してある点にある。

本構成であれば、凹部の形成が容易であり、位相変位規制機構の構成が簡易となる。また、凹部を構成する面を、変位規制部材が出退するのを案内する面として利用できる。このとき、凹部は第一部材として機能する。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第９特徴構成は、隣り合う前記流体圧室の間に前記凹部が形成され、前記カムシャフトの径方向における前記凹部の高さが、前記カムシャフトの径方向における前記流体圧室の高さよりも低くなるように設定されている点にある。

本構成であれば、凹部の径方向外側にスペースができるので、そのスペースに位相変位規制機構を配設可能である。即ち、位相変位規制機構を備えても、不要に弁開閉時期制御装置が大きくならない。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第１０特徴構成は、前記第二部位によって隔てられた前記凹部の進角側の第一空間と、遅角側の第二空間とを連通するリーク路を備えた点にある。

上述したように、変位規制部材は作動流体の供給によって引退する。凹部と第二部位とは相対回転するため、作動流体が第一空間に滞留すると従動側回転体の回転が阻害される。本構成のようにリーク路を備えると、相対回転位相が第一空間側、即ち進角側へ変位するとき、凹部の進角側と第二部材との圧力により第一空間に滞留した作動流体は第二空間に戻される。よって、相対回転位相の進角側への変位が阻害されることがない。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第１１特徴構成は、前記リーク路を、前記カムシャフトの径方向における前記凹部の外周面、及び、前記カムシャフトの径方向における前記第二部位の外周面の少なくとも何れか一方に備えた点にある。

内燃機関運転時に駆動側回転体は回転しているため、遠心力によって、第一空間に残留した作動流体は凹部の外周面に押し遣られる。本構成であれば、作動流体がリーク路に流入し易い。

弁開閉時期制御装置の縦断側面図である。 弁開閉時期制御装置の縦断正面図である。 位相変位規制機構周辺の分解斜視図である。 突起部周辺を示す斜視図である。 エンジン通常運転時の弁開閉時期制御装置を示す図である。 エンジン通常運転時の弁開閉時期制御装置を示す図である。 エンジン停止時の弁開閉時期制御装置を示す図である。 エンジン停止時の弁開閉時期制御装置を示す図である。 図７から遅角制御した弁開閉時期制御装置を示す図である。 図９から進角制御した弁開閉時期制御装置を示す図である。 別実施形態の突起部周辺を示す斜視図である。 別実施形態の突起部周辺を示す斜視図である。

以下、本発明に係る弁開閉時期制御装置を自動車のエンジンの吸気弁用として適用した例を図面に基づいて説明する。

（全体構成）
この弁開閉時期制御装置１は、図１、２に示すごとく、エンジンの不図示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ハウジング２と、ハウジング２に対して同軸上に配置され、カムシャフト１０１と同期回転する従動側回転部材としての内部ロータ３とを備えている。また、弁開閉時期制御装置１は、相対回転位相をエンジン始動に適した所定位相（以下、「中間ロック位相」と称する）にロックするロック機構６と、ハウジング２と内部ロータ３とに挟持されることにより、相対回転位相が中間ロック位相よりも遅角側に変位するのを規制する変位規制部材を有する位相変位規制機構５とを備えている。

中間ロック位相は、最進角位相と最遅角位相との間の位相であって、エンジンを始動することが可能な限界位相である。エンジンの始動が中間ロック位相で行い、エンジン始動後のアイドリング時に中間ロック位相よりも遅角側に相対回転位相を変位させると、排気ガスの排出抑制、エンジンの燃費や出力の向上等を図ることができる。

内部ロータ３は、カムシャフト１０１の先端部に一体的に組付けられており、カムシャフト１０１と同一軸心で同期回転する。即ち、内部ロータ３の径方向・周方向・軸方向は、カムシャフト１０１の径方向・周方向・軸方向と一致する。なお、図示はしないが、カムシャフト１０１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。

ハウジング２は、カムシャフト１０１が接続される側のリアプレート２２と、カムシャフト１０１が接続される側とは反対側のフロントプレート２３と、タイミングスプロケット２４が外周に形成された外部ロータ２１とを備えている。外部ロータ２１を内部ロータ３に外装し、外部ロータ２１をフロントプレート２３とリアプレート２２で挟み込んである。そして、ボルト２５でフロントプレート２３と外部ロータ２１とリアプレート２２とを締結してある。ハウジング２は、内部ロータ３に対して一定の範囲内で相対回転可能である。

また、ハウジング２の径方向・周方向・軸方向は、内部ロータ３の径方向・周方向・軸方向と一致する。よって、以降の記載において、「径方向」と「周方向」と「軸方向」との語句は、カムシャフト１０１とハウジング２と内部ロータ３とに共通するものとして使用する。

タイミングスプロケット２４とクランクシャフトに取付けたギアとの間には、動力伝達部材１０２が架設されている。動力伝達部材１０２は、例えば、タイミングチェーンやタイミングベルトである。クランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材１０２を介してタイミングスプロケット２４にその回転駆動力が伝達され、ハウジング２が図２に示す駆動方向Ｓに回転駆動する。ハウジング２の回転駆動に伴い、内部ロータ３が回転駆動してカムシャフト１０１が回転する。結果、カムシャフト１０１に設けられたカムがエンジンの吸気弁を押し下げて開弁させる。

図示はしないが、上述したように、通常、相対回転位相を遅角側へ変位させるよう、カム変動トルクに基づく変位力が作カムシャフト１０１及び内部ロータ３に作用する。

図２に示すごとく、径方向内側に突出する複数個の突出部２１ｂを、外部ロータ２１に周方向に沿って互いに離間させて形成してある。突出部２１ｂと内部ロータ３とにより流体圧室４が形成されている。本実施形態では、流体圧室４を三箇所形成してあるが、これに限られるものではない。

流体圧室４に面する内部ロータ３の外周面３ａには、径方向に沿ってベーン溝３１が形成されている。ベーン溝３１に、仕切部としてのベーン３２が挿入されている。ベーン３２によって、流体圧室４は駆動方向Ｓに沿って進角室４１と遅角室４２とに仕切られている。ベーン３２は、図１に示すごとく、スプリング３３によって、径方向外側に付勢されている。

図１、２に示すごとく、進角油路４３を内部ロータ３に形成し、進角室４１に連通してある。また、遅角油路４４を内部ロータ３に形成し、遅角室４２に連通してある。図１に示すごとく、進角油路４３及び遅角油路４４は、後述する作動流体給排機構７に接続されている。

作動流体給排機構７によって、進角室４１及び遅角室４２に作動流体を供給又は排出し、ハウジング２と内部ロータ３との相対回転位相を、進角方向Ｓ１又は遅角方向Ｓ２へ変位させ、或いは、任意の位相で保持する。この作動流体が、いわゆる作動油に相当する。進角方向Ｓ１とは、ベーン３２が外部ロータ２１に対して相対移動し、進角室４１の容積が大きくなる方向であり、図中に矢印Ｓ１で示してある。遅角方向Ｓ２とは、遅角室４２の容積が大きくなる方向であり、図中に矢印Ｓ２で示してある。

ハウジング２と内部ロータ３とが相対回転可能な一定の範囲は、流体圧室４の内部でベーン３２が変位可能な範囲に対応する。遅角室４２の容積が最大となるのが最遅角位相であり、進角室４１の容積が最大となるのが最進角位相である。即ち、相対回転位相は最進角位相と最遅角位相との間で変位可能である。

図１に示すごとく、内部ロータ３とフロントプレート２３とに亘ってトーションスプリング２６を設けてある。内部ロータ３及びハウジング２は、トーションスプリング２６により、相対回転位相が進角方向Ｓ１に変位するよう付勢される。トーションスプリング２６の不勢力は、少なくとも相対回転位相が最遅角位相と中間ロック位相との間にあるときは、上述のカム変動トルクに基づく遅角側への変位力よりも大きくなるよう設定してある。このため、エンジン停止直後に、相対回転位相が最遅角位相と中間ロック位相との間にある場合、弁開閉時期制御装置１は、相対回転位相が少なくとも中間ロック位相よりも進角側の位相となるよう動作する。

（作動流体給排機構）
作動流体給排機構７の構成について簡単に説明する。作動流体給排機構７は、図１に示すごとく、エンジンにより駆動されて作動油の供給を行うポンプ７１と、進角油路４３及び遅角油路４４に対する作動油の供給及び排出を制御する流路切換弁７２と、作動油を貯留するオイルパン７３とを備えている。

ポンプ７１は、クランクシャフトの駆動力が伝達されることにより駆動する機械式の油圧ポンプである。ポンプ７１は、オイルパン７３に貯留された作動油を吸入し、その作動油を下流側へ吐出する。

流路切換弁７２は、ＥＣＵ８（エンジンコントロールユニット）による給電量制御に基づいて動作する。流路切換弁７２の切換えとポンプ７１の制御とによって、進角室４１への作動油供給・遅角室４２からの作動油排出、進角室４１からの作動油排出・遅角室４２かへの作動油供給、進角室４１及び遅角室４２への作動油給排遮断の三種類の制御が可能である。進角室４１への作動油供給・遅角室４２からの作動油排出を行う制御が「進角制御」である。進角制御を行うと、ベーン３２は外部ロータ２１に対して進角方向Ｓ１に相対移動し、相対回転位相は進角側へ変位する。進角室４１からの作動油排出・遅角室４２かへの作動油供給を行う制御が「遅角制御」である。遅角制御を行うと、ベーン３２は外部ロータ２１に対して遅角方向Ｓ２に相対移動し、相対回転位相は遅角側へ変位する。進角室４１及び遅角室４２への作動油の給排を遮断する制御を行うと、ベーン３２は相対移動せず、相対回転位相をある任意の位相で保持できる。

（ロック機構）
ロック機構６は、図２に示すごとく、外部ロータ２１に配設され、径方向に出退可能なロック部材６３と、内部ロータ３の外周面３ａに形成され、ロック部材６３が突入可能なロック溝６２とを備えている。ロック部材６３は、スプリング６４によって径方向内側に付勢されている。ロック溝６２は、ロック部材６３が突入できるようロック部材６３よりも僅かに大きい。ロック部材６３がロック溝６２に突入すると、相対回転位相は中間ロック位相に拘束され、ロック部材６３がロック溝６２から引退すると、拘束が解除されて相対回転位相の変位が許容される。

ロック溝６２には、内部ロータ３に形成したロック油路６１が接続されている。ロック機構６と隣り合う進角室４１とロック油路６１とは、内部ロータ３の外周面３ａに形成した溝である進角室連通路６５によって連通されている。ロック部材６３がロック溝６２に突入すると、ロック溝６２と進角室連通路６５とは遮断される。ロック部材６３が引退すると、ロック溝６２と進角室連通路６５とは連通する。

ロック油路６１は、上述の隣り合う進角室４１への進角油路４３を兼ねており、進角制御を行うとロック油路６１には作動油が供給される。この作動油の油圧によって、ロック部材６３が径方向外側に押圧され、その押圧力がスプリング６４の付勢力より大きくなったとき、ロック部材６３はロック溝６２から引退し、中間ロック位相への拘束が解除される。拘束解除後は、ロック油路６１と進角室連通路６５とが連通し、進角制御を行えば上述の隣接する進角室４１に対して作動油が供給される。

（位相変位規制機構）
位相変位規制機構５は、図２に示すごとく、外部ロータ２１に形成された第一部位としての凹部５２と、内部ロータ３に形成された第二部位としての突起部５３と、外部ロータ２１に配設された変位規制部材５１と、外部ロータ２１に形成され、変位規制部材５１を収容する収容部５４とを備えている。

凹部５２は、図２に示すごとく、外部ロータ２１の内周面２１ａに沿いつつ、軸方向全域に亘って形成されている。凹部は、図３に示すごとく、進角側の端面５２ａと、遅角側の端面５２ｂと、外周面５２ｃとを備えている。

突起部５３は、図４に示すごとく、内部ロータ３の外周面３ａに沿いつつ、径方向外側に板状に突起するよう形成してある。突起部５３は、外部ロータ２１と接する部分（図１参照）の軸方向全域に亘って形成してある。突起部５３は、進角側の側面５３ａと、遅角側の側面５３ｂと、外周面５３ｃとを備えている。

図２に示すごとく、径方向における突起部５３の突出高さは、凹部５２の高さＨ２よりも僅かに低く設定してある。外部ロータ２１と内部ロータ３とは、突起部５３が凹部５２の内部に位置するよう組み付けてある。内部ロータ３が外部ロータ２１に対して相対回転すれば、突起部５３の外周面５３ｃと凹部５２の外周面５２ｃとは互いに摺動する。また、凹部５２と内部ロータ３の外周面３ａとによって形成される空間は、例えば、図６に示すごとく、突起部５３によって進角側の第一空間５７と遅角側の第二空間５８とに隔てられている。

相対回転位相が最進角位相となったとき、突起部５３の側面５３ａが凹部５２の端面５２ａに到達し、相対回転位相が最遅角位相となったとき、側面５３ｂが端面５２ｂに到達するよう、凹部５２の周方向の周長を設定してある。即ち、凹部５２の周長は最進角位相から最遅角位相の範囲に対応している。ただし、側面５３aと端面５２a、及び、側面５３ｂと端面５２ｂとは接触する必要はない。

凹部５２の径方向の高さＨ２は、全域に亘って一定の高さであり、流体圧室４の径方向の高さＨ１よりも低く設定してある。収容部５４は、外部ロータ２１において凹部５２の径方向外側に形成してある。収容部５４は、外部ロータ２１の軸方向全域に亘って形成されている。収容部５４の側面５４ａは、凹部５２の端面５２ｂを径方向外側に延長して形成してある。このように、凹部５２よりも径方向外側のスペースを有効に利用し、収容部５４を形成してある。したがって、位相変位規制機構５が周方向に不要に大きくならず、流体圧室４やロック機構６の周方向の配置に与える影響を軽減できる。

変位規制部材５１は、図３に示すごとく、収容部５４の内部空間よりも僅かに小さい板状の部材であり、収容部５４に配設されている。変位規制部材５１は、その側面５１ｂを収容部５４の側面５４ａ及び凹部５２の端面５２ｂに沿わせて径方向に出退可能である。変位規制部材５１はスプリング５９によって、径方向内側へ突出するよう付勢されている。変位規制部材５１は、先端部５１ｃが内部ロータ３の外周面３ａに当接するまで突出する。変位規制部材５１の径方向外側には、スプリング５９を係合させるための切欠部５１ｄを形成してあるが、変位規制部材５１が突出したときでも切欠部５１ｄは収容部５４に収まっている。

変位規制部材５１は、作動流体給排機構７からの作動流体の供給により収容部５４に引退する。図４に示すごとく、作動流体給排機構７からの作動流体を給排するための規制油路５５を内部ロータ３に形成している。内部ロータ３の外周面３ａにおいて、規制解除溝５６を突起部５３よりも遅角側に周方向に沿って形成してある。規制解除溝５６の幅は規制油路５５の外径よりも僅かに広く設定し、規制解除溝５６に規制油路５５を開放してある。

図１に示すごとく、規制油路５５は遅角油路４４から分岐しており、遅角制御が行われると規制油路５５にも作動油が供給される。結果、規制解除溝５６にも作動油が供給される。規制解除溝５６が作動油で満たされ、その作動油の油圧がスプリング５９の付勢力よりも大きくなると、図７から図９のように、変位規制部材５１は収容部５４に引退する。また、作動油が排出されると、変位規制部材５１はスプリング５９の付勢力によって突出する。図４に示すごとく、規制解除溝５６は外周面３ａにおいて軸方向中央付近に形成されており、変位規制部材５１にはバランス良く油圧が掛かる。

変位規制部材５１が一旦引退し、ハウジング２の回転数が高まると、径方向外側への遠心力が作用し、変位規制部材５１は引退した状態を保持する。ただし、ハウジング２がどの程度の速度で回転すればこのような遠心力が発生するかは、スプリング５９の付勢力の強弱や変位規制部材５１の重さを調整して決定する。

変位規制部材５１が突出していると、変位規制部材５１が障害となり、内部ロータ３はそれ以上遅角方向Ｓ２に相対回転できない。このとき、変位規制部材５１は、凹部５２の端面５２ｂと突起部５３の側面５３ｂとに挟持されている。この状態において相対回転位相が中間ロック位相と一致するように、変位規制部材５１の周方向の厚みｔを設定してある。即ち、変位規制部材５１の周方向の厚みｔは、最遅角位相と中間ロック位相との位相差に対応している。

このように、位相変位規制機構５は、ロック機構６とは独立して駆動側回転体に設けられ、中間ロック位相よりも進角側から中間ロック位相よりも遅角側への相対回転位相の変位を規制する。変位規制部材５１が挟持されて変位規制を行う構成であるため、突起部５３が勢い良く変位規制部材５１に衝突しても、変位規制部材５１には圧縮応力のみが作用し、剪断応力・曲げ応力は作用しない。よって、変位規制部材５１の耐久性が向上すると共に、突起部５３が変位規制部材５１に当接したとき、相対回転位相は確実に中間ロック位相となる。また、側面５１ａ及び側面５３ｂといった広い面同士での当接で変位規制がなされるため、位相規制の信頼性が高い。

図２に示すごとく、位相変位規制機構５はボルト２５の近傍に、ボルト２５と略同心円上に形成されている。このため、変位規制部材５１が突出しているときの突起部５３と側面５１ａとの衝突による衝撃、及び、変位規制部材５１が引退しているときの突起部５３と端面５２ｂとの衝突による衝撃によって、突出部２１ｂのうちボルト２５と位相変位規制機構５との間の部分が損傷することを軽減できる。

規制解除溝５６は、突起部５３の側面５３ｂから周方向遅角側に、ある程度の周長を有して延在している。このため、図８に示す状態から遅角制御が行われると、規制解除溝５６と第二空間５８とが作動油で満たされる。その油圧が上昇すると、図６に示すごとく変位規制部材５１は引退する。即ち、手前の段階から前もって変位規制部材５１を引退させられる。よって、突起部５３が変位規制部材５１に干渉せず、相対回転位相は円滑に中間ロック位相を超えて遅角側へ変位する。この場合においては、遅角制御を行っている一方で、第二空間５８の作動油の油圧は突起部５３に対して進角側に作用する。しかし、凹部５２が一つであるのに対して流体圧室４は三箇所存在する。しかも、凹部５２の高さＨ２よりも流体圧室４の高さＨ１の方が高い。よって、ベーン３２三箇所に作用する遅角側への力の方が、突起部５３に作用する進角側への力よりも各段に大きい。結果、突起部５３に進角側への力が作用しても、遅角制御に支障はない。

（リーク路）
ハウジング２と内部ロータ３とは、互いに相対回転するため、凹部５２と突起部５３とには多少の隙間がある。このため、第二空間５８に供給された作動油が第一空間５７に漏洩する可能性がある。漏洩した作動油が第一空間５７に残留すると、進角制御がされたときに、漏洩した作動油が側面５３ａと端面５２ａとに挟持され、最進角位相付近への変位が阻害される。そこで、図４に示すごとく、突起部５３の外周面５３ｃの中央付近には、第一空間５７と第二空間５８とを連通するリーク路としての溝５３ｄを形成してある。このため、第一空間５７に漏洩した作動油は、進角制御に基づき、突起部５３の側面５３ａと凹部５２の端面５２ａとに挟持・押圧されて、リーク路を介して第二空間５８に漏れ戻ることができる。したがって、最進角位相付近への進角制御を適正に行うことができる。ただし、溝５３ｄは、変位規制部材５１を引退させるための油圧を確保できる程度の小さな溝である。

カムシャフト１０１回転時には、遠心力によって漏洩した作動油は凹部５２の外周面５２ｃに押し遣られる。リーク路を径方向外側に形成しているので、作動油は溝５３ｄに流入し易い。

（弁開閉時期制御装置の動作）
以下に、弁開閉時期制御装置１に動作を説明する。

エンジン通常運転中は、図５、６に示すごとく、ロック部材６３はロック溝６２から引退しており、相対回転位相は自在に変位可能である。エンジンの運転状態に応じて、進角制御と遅角制御と位相を保持する制御とを行っている。この間、変位規制部材５１は通常は遠心力により引退している。仮に、遠心力によって変位規制部材が引退状態に保持されなくても、進角側への変位である進角制御時に変位規制部材５１が突出しても支障はない。また、遅角側への変位である遅角制時には、その遅角制御によって変位規制部材５１が引退するため支障はない。

エンジンを停止するときの動作は、エンジン停止直前の相対回転位相の状態により場合分けして説明する。エンジンを停止すると、進角室４１、遅角室４２、第二空間５８から作動油が排出され、作動油の油圧は作用しない。ただし、カムシャフト１０１の回転が完全に停止するまでは、上述のカム変動トルクに基づく遅角側への変位力が作用する。

エンジン停止直前に、図５に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相よりも遅角側にある場合、エンジンを停止すると、カム変動トルクに基づく遅角側への変位力に勝るトーションスプリング２６の付勢力により、相対回転位相は中間ロック位相を越えて進角側へ変位する。このとき、変位規制部材５１は突起部５３に阻害されて、凹部５２に突出できていない。その後中間ロック位相となったときに、ロック部材６３がロック溝６２に突入し、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。同時に、突起部５３が収容部５４から位置ずれし、規制部材も突出する。即ち、弁開閉時期制御装置１は図７に示す状態で停止する。

仮に、カム変動トルクに基づくバタつき等によって、中間ロック位相時にロック部材６３がロック溝６２に突入できなかった場合は、図８に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相よりも進角側の状態で弁開閉時期制御装置１は停止する。

エンジン停止直前に、図６に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相よりも進角側にある場合、エンジンを停止すると、図８に示すごとく、先ず変位規制部材５１が凹部５２に突出する。中間ロック位相よりも進角側において、トーションスプリング２６の付勢力がカム変動トルクに基づく遅角側への変位力よりも大きいときは、そのまま、相対回転位相は中間ロック位相よりも進角側で停止し、ロック機構６による拘束はされない。

中間ロック位相よりも進角側において、カム変動トルクに基づく遅角側への変位力がトーションスプリング２６の付勢力よりも大きいときは、カムが完全停止するまでの間に、相対回転位相は遅角側へ変位する。突起部５３が変位規制部材５１に当接するに至ると、カム変動トルクに基づく変位力によって、突起部５３が変位規制部材５１の側面５１ａに押付けられる。相対回転位相が中間ロック位相に位置決めされ、ロッ部材がロック溝６２に突入し、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。即ち、弁開閉時期制御装置１は図７に示す状態で停止する。

以上より、エンジンが完全に停止すると、図７に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相に拘束されつつ変位規制部材５１も突出している状態か、図８に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相よりも進角側でありつつ変位規制部材５１が突出している状態かの何れの状態で弁開閉時期制御装置１は停止する。何れにせよ、変位規制部材５１が突出する。

エンジン再始動時の動作を説明する。図７に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相に拘束されつつ変位規制部材５１も突出している状態でエンジンが再始動された場合は、エンジンは中間ロック位相で適切に始動できる。

その後、遅角制御を行い、図９に示すごとく、変位規制部材５１を引退させる。しばらくすると、カムシャフト１０１の回転数が高まり、変位規制部材５１は遠心力によって引退した状態に保持されるようになる。さらに、進角制御を行い、図１０に示すごとく、ロック部材６３をロック溝６２から引退させ、相対回転位相の拘束を解除する。その後は、エンジンの運転状態に応じて、進角制御と遅角制御と位相を保持する制御とを行って、相対回転位相をエンジンの運転状態に応じた位相に変位させる。

図８に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相よりも進角側でありつつ変位規制部材５１が突出している状態でエンジンが再始動された場合は、カム変動トルクに基づく変位力により、相対回転位相は遅角側へ変位し、突起部５３が変位規制部材５１の側面５１ａに当接する。相対回転位相は中間ロック位相よりも遅角側へは変位しない。このとき、多少のバタつきはあるものの、突起部５３が変位規制部材５１の側面５１ａに衝突した瞬間に相対回転位相が中間ロック位相で停止するため、従来技術のように相対回転位相が中間ロック位相を挟んで遅角側及び進角側にバタつく場合よりも、ロック機構６による拘束がなされやすい。よって、図７に示すごとく、ロック部材６３はロック溝６２に突入し、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。さらに、仮に、ロック機構６による拘束がなされなかったとしても、少なくとも相対回転位相が中間ロック位相よりも進角側にあるため、エンジンの始動自体に支障はない。その後の動作は、上述した動作と同様であるため説明を省略する。

本実施形態において、ロック機構６のスプリング６４の付勢力が位相変位規制機構５のスプリング５９の付勢力よりも大きくなるよう、スプリング６４及びスプリング５９を設定してある。例えば、作動油が高温であり、その粘性が低い状態においてエンジンを始動すると、位相変位規制機構５及びロック機構６とを解除する油圧が確保し難い。したがって、変位規制部材５１とロック６３とがカムシャフト１０１の回転による遠心力によって引退することがある。この場合、本構成によると、ロック機構６が解除される前に位相変位規制機構５が解除される。よって、ロック部材６３が引退すれば、位相変位規制機構５による規制がされないため、相対回転位相を中間ロック位相よりも遅角側に変位させることができる。その結果、例えば、エンジンアイドリング時における排気ガスの排出抑制や燃費改善を速やかに行うことができる。

上述の実施形態においては、流体圧室４とは別途に凹部５２を形成して位相変位規制機構５を構成したが、これに限られるものではない。例えば、図示はしないが、ある流体圧室４を凹部５２に、及び、ベーン３２を突起部５３に見立てて位相変位規制機構５を構成しても良い。この場合は、流体圧室４の径方向の高さＨ１を低くするか、もしくは、外部ロータ２１を径方向外側に拡張する等して、収容部５４を形成するスペースを確保する。あるいは、位相変位規制機構５の配置や変位規制部材５１の突出方向等を変更して備えても良い。

本実施形態においては、規制油路５５を遅角油路４４から分岐して備えたが、進角油路４３及び遅角油路４４から独立した油路としても良い。少なくとも、ロック機構６に連通する油路と異なる油路であれば、弁開閉時期制御装置１を適切に動作させることができる。

本実施形態においては、一つのポンプ７１のみを備えたが、内燃機関とは異なる動力により駆動されて位相変換機構に作動流体を供給する第二ポンプを備えても良い。第二ポンプを備えると、ポンプ７１からの作動油供給量が不足したとき、その不足を補うことができる。

（別実施形態）
上述の実施形態では、リーク路は突起部５３の外周面５３ｃに形成したが、これに限られるものではない。例えば、図１１に示すごとく、リーク路を凹部５２の外周面５２ｃに形成しても良い。この場合、リーク路としての溝５２ｄは、外周面５２ｃの周方向全域に亘って形成する。

また、図１２に示すごとく、突起部５３の外周面５３ｃの出隅を面取りしてリーク路としての面取部５３ｅを形成しても良い。図示はしないが、凹部５２の外周面５２ｃの出隅を面取りしても良い。これらの場合は、リーク路の位置に応じて規制解除溝５６の位置を外部ロータ２１の出隅付近に変更すると加工が容易である。

上述の実施形態においては、弁開閉時期制御装置１を吸気弁用として適用した例を示したが、排気弁用の弁開閉時期制御装置１であっても良い。ただし、この場合、吸気弁と排気弁とに必要とされる弁開閉時期が異なるため、油圧の制御や油路の構成を変更する必要がある。

本発明は、内燃機関の停止時又は始動時に、内燃機関の始動に適した所定位相に相対回転位相を確実に拘束でき、自動車等のエンジンの吸気弁及び排気弁の開閉時期の制御を行う弁開閉時期制御装置に適用することができる。

１ 弁開閉時期制御装置
２ ハウジング（駆動側回転体）
３ 内部ロータ（従動側回転体）
４ 流体圧室
５ 位相変位規制機構
６ ロック機構
７ 作動流体給排機構
２１ａ 内周面
２６ トーションスプリング（付勢機構）
３２ ベーン（仕切部）
４１ 進角室
４２ 遅角室
５１ 変位規制部材
５２ 凹部（第一部位）
５２ｃ 外周面
５３ 突起部（第二部位）
５３ｃ 外周面
５３ｄ 溝（リーク路）
５７ 第一空間
５８ 第二空間
１０１ カムシャフト
ｔ 厚み
Ｈ１ 高さ
Ｈ２ 高さ

Claims (11)

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体と、
   前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の何れかを開閉するカムシャフトと同期回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで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よう前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の何れかに設けられた仕切部と、
   前記流体圧室に対して作動流体を供給及び排出する作動流体給排機構と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を、最進角位相と最遅角位相との間の前記内燃機関の始動に適した所定位相に拘束可能なロック機構と、
   前記ロック機構とは独立して前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられ、前記所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか一方側から前記所定位相よりも進角側又は遅角側の何れか他方側への前記相対回転位相の変位を規制可能である位相変位規制機構、とを備えた弁開閉時期制御装置。
2. 前記作動流体給排機構による前記位相変位規制機構に対する作動流体の供給及び排出の少なくとも何れかによって、前記位相変位規制機構が規制及びその解除の少なくとも何れかを行う請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記位相変位規制機構が、前記駆動側回転体の側の第一部位と前記従動側回転体の側の第二部位との間に出退すると共に、突出して前記第一部位と前記第二部位とで挟持されたとき、前記相対回転位相が前記所定位相となる厚みを有する変位規制部材と、を備えた請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記変位規制部材が前記カムシャフトの径方向に出退する請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記変位規制部材が、前記カムシャフトの径方向内側に突出するよう付勢されつつ、前記駆動側回転体に配設されている請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
6. 前記相対回転位相を進角側へ付勢する付勢機構を備えると共に、前記変位規制部材は前記相対回転位相の遅角側への変位を規制する請求項３から５の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
7. 前記付勢機構による付勢力が、前記カムシャフトの回転時のカム変動トルクに基づく遅角側への変位力よりも大きい請求項６に記載の弁開閉時期制御装置。
8. 最進角位相から最遅角位相の範囲に対応する周長を有する凹部を前記駆動側回転体の内周面に沿って形成し、
   前記第二部位が前記凹部に沿って摺動するよう構成してある請求項３から７の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
9. 隣り合う前記流体圧室の間に前記凹部が形成され、
   前記カムシャフトの径方向における前記凹部の高さが、前記カムシャフトの径方向における前記流体圧室の高さよりも低くなるように設定されている請求項８に記載の弁開閉時期制御装置。
10. 前記第二部位によって隔てられた前記凹部の進角側の第一空間と、遅角側の第二空間とを連通するリーク路を備えた請求項８又は９に記載の弁開閉時期制御装置。
11. 前記リーク路を、前記カムシャフトの径方向における前記凹部の外周面、及び、前記カムシャフトの径方向における前記第二部位の外周面の少なくとも何れか一方に備えた請求項１０に記載の弁開閉時期制御装置。

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