JP2020128740A - バルブタイミング調整装置、その制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミング調整装置の作動応答性を改善できる技術を提供する。【解決手段】バルブタイミング調整装置１０，１０Ａは、入力回転体２０と、クランク軸５２０に連動して回転する駆動回転体３０と、カム軸５１０に連動して回転する従動回転体４０と、前記入力回転体の回転に応じて前記駆動回転体と前記従動回転体との相対回転位相を変化させる減速機構５０，５０Ａと、を有する位相調整部１５，１５Ａと、前記入力回転体を回転させるアクチュエータ１２，１２Ａと、前記アクチュエータの回転を制御して、前記相対回転位相を制御する制御部１１と、を備える。前記制御部は、前記内燃機関の運転が開始される際に、前記相対回転位相を予め決められた初期位相にする起動時位相制御を実行し、前記内燃機関の停止後から前記起動時位相制御が実行される前までの期間に、前記相対回転位相を変化させる起動準備制御を実行する。【選択図】図６

Description

本開示は、バルブタイミング調整装置に関する。

例えば、下記の特許文献１には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を調整し、バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置が用いられる内燃機関が開示されている。

特開２０１６−１７６７５０号公報

バルブタイミング調整装置では、冷間始動時に、減速機構などのギヤ部分に充填された潤滑オイルの高粘度化に伴う粘性抵抗の増大によって、作動応答性が低下する場合があった。こうしたバルブタイミング調整装置の作動応答性の低下は、内燃機関の性能低下につながる。

上記の特許文献１の技術では、内燃機関の冷間始動時に、バルブタイミング調整装置の駆動モータの電磁コイルに対する通電によって生じる自己発熱により、バルブタイミング調整装置内部の潤滑オイルを昇温させて粘性抵抗を低減させている。しかしながら、例えば、駆動モータがＤＣブラシレスモータによって構成されると、駆動モータとギヤ部分とがトルク伝達部品で接続されるのみで、電磁コイルを含む駆動モータの本体部が、ギヤ部分から離間して配置される場合がある。こうした構成では、駆動モータの電磁コイルを発熱させても、その熱を、ギヤ部分の潤滑オイルまで十分に伝達することが困難になる可能性がある。また、駆動モータの本体部とギヤ部分とが離間していない構成であっても、内燃機関の始動時に、潤滑オイルの粘性抵抗を低減させるために、電磁コイルへの通電により、潤滑オイルの昇温をおこなっていると、燃費の悪化や始動時間の増大につながる可能性がある。

以上のように、内燃機関の始動時におけるバルブタイミング調整装置の作動応答性については、依然として改良の余地がある。

本開示の技術は、以下の形態として実現することが可能である。

一の形態は、内燃機関（５００）において、クランク軸（５２０）からトルクが伝達されて駆動するカム軸（５１０）によって開閉するバルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１０，１０Ａ）として提供される。この形態のバルブタイミング調整装置は、入力回転体（２０）と、前記クランク軸に連動して回転する駆動回転体（３０）と、前記カム軸に連動して回転する従動回転体（４０）と、前記駆動回転体と前記従動回転体とをそれぞれ、前記入力回転体に対して相対回転可能に接続し、前記入力回転体の回転に応じて前記駆動回転体と前記従動回転体との相対回転位相を変化させる減速機構（５０，５０Ａ）と、を有する位相調整部（１５，１５Ａ）と、前記入力回転体を回転させるアクチュエータ（１２，１２Ａ）と、前記アクチュエータの回転を制御して、前記相対回転位相を制御する制御部（１１）と、を備え、前記制御部は、前記内燃機関の運転が開始される際に、前記相対回転位相を予め決められた初期位相にする起動時位相制御を実行し、前記内燃機関の停止後から前記起動時位相制御が実行される前までの期間に、前記相対回転位相を変化させる起動準備制御を実行する。

この形態のバルブタイミング調整装置によれば、内燃機関を始動させる際に、起動準備制御によって、相対回転位相が変化するように位相調整部が事前に駆動される。そのため、バルブタイミング調整装置の起動前に、位相調整部を構成する回転体の駆動によって、例えば、位相調整部内部の潤滑オイルを流動させて、位相調整部の外部へと排出し、粘性抵抗が低減された状態にすることができる。よって、内燃機関の始動時におけるバルブタイミング調整装置の作動応答性の低下を抑制することができる。

第１実施形態のバルブタイミング調整装置の構成を示す概略断面図。 図１に示す２−２切断におけるバルブタイミング調整装置の概略断面図。 図１に示す３−３切断における位相調整部の概略断面図。 図１に示す４−４切断における駆動回転体と従動回転体の概略断面図。 第１実施形態の起動処理のフローチャートを示す説明図。 第１実施形態の起動処理が実行される際のタイミングチャートの一例を示す説明図。 第２実施形態の起動処理のフローチャートを示す説明図。 第２実施形態の起動処理が実行される際のタイミングチャートの一例を示す説明図。 第３実施形態の停止処理のフローチャートを示す説明図。 第３実施形態の停止処理が実行される際のタイミングチャートの一例を示す説明図。 第４実施形態のバルブタイミング調整装置の構成を示す概略断面図。 図１１に示す１２−１２切断における位相調整部の概略断面図。 図１１に示す１３−１３切断における位相調整部の概略断面図。

１．第１実施形態：
図１を参照する。第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０は、車両の駆動力を発生する内燃機関５００に用いられる。内燃機関５００では、図示しない吸気バルブが、カム軸５１０の回転によって開閉する。カム軸５１０は、駆動軸であるクランク軸５２０からトルクが伝達されることによって回転する従動軸である。バルブタイミング調整装置１０は、カム軸５１０とクランク軸５２０とに接続され、内燃機関５００の運転中に、カム軸５１０の回転位相をクランク軸５２０の回転位相に対して変化させることによって、バルブの開閉タイミングを調整する。なお、本明細書において、「内燃機関５００の運転」とは、内燃機関５００の燃焼室にて爆発を連続的に発生させてトルクを発生させる動作を意味する。

バルブタイミング調整装置１０は、制御装置である制御部１１と、駆動力源であるアクチュエータ１２と、ギヤ部である位相調整部１５と、を備える。制御部１１は、プロセッサと記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１１は、内燃機関５００の駆動を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５５０からの指令に従って、バルブタイミング調整装置１０の駆動を制御する。制御部１１は、内燃機関５００の運転中に、アクチュエータ１２の駆動を制御して、後述する相対回転位相を制御することによって、バルブタイミング調整装置１０による吸気バルブの開閉タイミングを調整する動作を制御する。また、第１実施形態では、制御部１１は、内燃機関５００の運転が開始される際に、起動準備制御と起動時位相制御とを含む起動処理を実行する。起動処理、起動準備制御、および、起動時位相制御については後述する。なお、制御部１１の少なくとも一部の機能は、ハードウェア回路によって構成されていてもよい。また、制御部１１は、ＥＣＵ５５０の一部として実現されていてもよい。

アクチュエータ１２は、クランク軸５２０に対するカム軸５１０の回転位相を変化させるための駆動力を発生する機構である。アクチュエータ１２は、例えばＤＣブラシレスモータにより構成される。アクチュエータ１２は、ケーシング１２ｃに収容され、電磁コイルや、ステータ、ロータを含み、回転駆動力を発生させる本体部１２Ｍと、ロータに接続されている駆動回転軸１３と、を有している。第１実施形態では、アクチュエータ１２は、トルクを伝達する駆動回転軸１３が位相調整部１５に接続されているのみで、本体部１２Ｍは、位相調整部１５から離間した位置に配置されている。

駆動回転軸１３は、ケーシング１２ｃに正逆回転自在に支持されている。駆動回転軸１３は、ケーシング１２ｃから突出している先端部が位相調整部１５に接続されている。駆動回転軸１３の中心軸は、カム軸５１０の回転軸ＡＸと一致する。アクチュエータ１２は、さらに、ケーシング１２ｃ内に設けられる図示しない通電制御部を有している。通電制御部は、駆動ドライバおよびその制御用マイクロコンピュータ等から構成されており、制御部１１の制御下において、ステータへの通電を制御することにより駆動回転軸１３を回転駆動する。

位相調整部１５は、アクチュエータ１２の駆動力を利用して、クランク軸５２０に対するカム軸５１０の回転位相を変化させる機構である。位相調整部１５は、アクチュエータ１２に接続されている入力回転体２０と、クランク軸５２０に連動して回転する駆動回転体３０と、カム軸５１０に連動して回転する従動回転体４０と、を備える。位相調整部１５は、さらに、入力回転体２０の回転を減速する減速機構５０を備える。

図１および図２を参照する。入力回転体２０は、略筒状の形状を有しており、アクチュエータ１２の駆動回転軸１３が挿入されている。駆動回転軸１３は、駆動回転軸１３の外周に嵌合されている連結部材２２を介して、入力回転体２０の内周壁面に連結されている。これによって、入力回転体２０は、アクチュエータ１２の駆動回転軸１３とともに回転する。

図１および図３を参照する。第１実施形態では、入力回転体２０は、減速機構５０が有する遊星歯車５２に公転運動をさせるための偏心部２３を有する。偏心部２３の中心軸である偏心軸心ＢＸは、回転軸ＡＸに対して、回転軸ＡＸに直交する径方向における一方の側に偏っている。偏心部２３は、回転軸ＡＸ周りの周方向に配列され、径方向外側に向かって開口する一対の凹部を含む。各凹部には、復原力を発生する弾性部材２４が収容されている。弾性部材２４は、例えば、略Ｕ字状の断面を有する金属製の板ばねにより構成される。遊星歯車５２は、偏心部２３の弾性部材２４によって、駆動回転体３０および従動回転体４０の方に付勢される。

図１および図２を参照する。駆動回転体３０は、位相調整部１５の最外周部を構成する略円筒状の形状を有し、入力回転体２０と従動回転体４０と減速機構５０とを内部に収容している。駆動回転体３０は、アクチュエータ１２側に配置される第１部材３１と、カム軸５１０側に配置される第２部材３２と、が複数のボルトＢＴによって締結されて一体化された構成を有する。入力回転体２０は、ベアリング３３を介して、第１部材３１の内部において回転軸ＡＸ周りに回転可能に支持されている。

第２部材３２の外周には、スプロケット３５が形成されている。駆動回転体３０とクランク軸５２０とは、スプロケット３５とクランク軸５２０との間に、環状無端のタイミングチェーン５２１が張り渡されていることによって接続されている。図１では便宜上、タイミングチェーン５２１を二点鎖線で図示してある。内燃機関５００では、タイミングチェーン５２１を通じて、クランク軸５２０のトルクがスプロケット３５に伝達され、駆動回転体３０がクランク軸５２０と連動して回転する。なお、詳細な説明および図示は省略するが、駆動回転体３０には、制御部１１に駆動回転体３０の回転角度を検出させるための円盤状の部材であるシグナルプレートが、駆動回転体３０とともに回転可能に駆動回転体３０に取り付けられている。

図１を参照する。従動回転体４０は、有底筒状の形状を有しており、第２部材３２の内側に収容されている。従動回転体４０は、第２部材３２の内部において、その中心軸がカム軸５１０の回転軸ＡＸと一致し、駆動回転体３０の第１部材３１側に向かって開口するように配置されている。従動回転体４０は、回転軸ＡＸ周りに、駆動回転体３０に対して相対回転可能なように組み付けられている。また、従動回転体４０は、カム軸５１０に面している底壁部をセンターボルトＣＢが貫通することによって、カム軸５１０の端部に固定されている。これによって、従動回転体４０は、カム軸５１０に連動して回転する。

図４を参照する。駆動回転体３０の第２部材３２の内周面には、従動回転体４０の外周面に向かって径方向に突起する内歯である複数の係合部３６が、等間隔で配列されている。係合部３６は、例えば、４つ設けられている。また、従動回転体４０の外周面には、駆動回転体３０の第２部材３２の内周面に向かって、径方向に突起する外歯である図示しない複数の被係合部４２が、駆動回転体３０の係合部３６に挟まれた領域に１つずつ配置されるように、等間隔に配列されている。被係合部４２は、例えば、４つ設けられている。

駆動回転体３０の係合部３６と従動回転体４０の被係合部４２とが互いに接触していないと、駆動回転体３０と従動回転体４０との相対回転が許容される。一方、駆動回転体３０の係合部３６と従動回転体４０の被係合部４２とが接触していると、駆動回転体３０と従動回転体４０との相対回転が規制され、駆動回転体３０と従動回転体４０とはともに回転する。位相調整部１５では、これら係合部３６および被係合部４２の配列ピッチによって、駆動回転体３０と従動回転体４０の相対回転位相の最遅角と最進角とが規定されている。なお、駆動回転体３０と従動回転体４０の相対回転位相は、クランク軸５２０とカム軸５１０との相対回転位相でもある。

図１および図３を参照する。減速機構５０は、駆動回転体３０と従動回転体４０とをそれぞれ、入力回転体２０に対して相対回転可能に接続し、入力回転体２０の回転に応じて、駆動回転体３０と従動回転体４０との相対回転位相を変化させる機能を有する。第１実施形態では、減速機構５０は、いわゆる２Ｋ−Ｈ型の遊星歯車機構によって構成される。減速機構５０は、入力軸として機能する上述した入力回転体２０に設けられた偏心部２３と、駆動回転体３０に設けられた駆動側内歯車部３７と、従動回転体４０に設けられた従動側内歯車部４３と、遊星ベアリング５１と、遊星歯車５２と、によって構成される。

図１および図３を参照する。駆動側内歯車部３７は、第１部材３１の内周側壁面に設けられている。駆動側内歯車部３７の中心軸はカム軸５１０の回転軸ＡＸと一致する。従動側内歯車部４３は、従動回転体４０の内壁に設けられている。図１を参照する。従動側内歯車部４３は、従動回転体４０の内周側壁面に設けられている。従動側内歯車部４３の中心軸はカム軸５１０の回転軸ＡＸと一致する。従動側内歯車部４３の径は駆動側内歯車部３７の径よりも小さく設定され、また従動側内歯車部４３の歯数は駆動側内歯車部３７の歯数よりも少なく設定されている。

図３に示すように、遊星ベアリング５１は、入力回転体２０の外周を囲んでいる。遊星ベアリング５１は、入力回転体２０の偏心部２３の外側に所定のクリアランスをあけて配置されている。遊星ベアリング５１は、偏心部２３の各弾性部材２４から受ける付勢力を遊星歯車５２へ伝達する。

図１および図３に示すように、遊星歯車５２は、段付円筒状の形状を有し、アクチュエータ１２側に径が大きい大径部５２ａと、カム軸５１０側の径が小さい小径部５２ｂと、を含む。図３に示すように、遊星歯車５２の大径部５２ａは、駆動回転体３０に設けられた駆動側内歯車部３７と噛み合う外歯が配列された駆動側外歯車部５３を有する。遊星歯車５２の小径部５２ｂは、従動回転体４０に設けられた従動側内歯車部４３と噛み合う外歯が配列された従動側外歯車部５４を有する。遊星歯車５２は、入力回転体２０が回転軸ＡＸまわりに回転すると、偏心軸心ＢＸまわりに自転しつつ回転軸ＡＸまわりに公転する遊星運動を行う。このときの遊星歯車５２の自転速度は、入力回転体２０の回転速度に対して減速される。

アクチュエータ１２の制御による位相調整部１５による相対回転位相の変更を説明する。制御部１１が、アクチュエータ１２の駆動回転軸１３を駆動回転体３０と同速回転させ、入力回転体２０を駆動回転体３０に対して相対回転させないときには、遊星歯車５２が遊星運動することなく駆動回転体３０および従動回転体４０と連れ回りする。したがって、駆動回転体３０と従動回転体４０との間の相対回転位相が変化することなく、一定に保持される。

制御部１１が、アクチュエータ１２の駆動回転軸１３を駆動回転体３０に対して低速回転、または、逆回転させ、入力回転体２０を駆動回転体３０に対して遅角方向に相対回転させるときには、遊星歯車５２が遊星運動して従動回転体４０が駆動回転体３０に対して遅角方向に相対回転する。したがって、駆動回転体３０と従動回転体４０との間の相対回転位相は遅角側に変化する。

制御部１１が、アクチュエータ１２の駆動回転軸１３を駆動回転体３０に対して高速回転させ、入力回転体２０を駆動回転体３０に対して進角方向に相対回転させるときには、遊星歯車５２が遊星運動して従動回転体４０が駆動回転体３０に対して進角方向に相対回転する。したがって、駆動回転体３０と従動回転体４０との間の相対回転位相は進角側に変化する。

図１を参照する。内燃機関５００の運転中には、バルブタイミング調整装置１０の位相調整部１５には、各機構２０，３０，４０，５０の動作を円滑化するための潤滑オイルが充填される。潤滑オイルは、内燃機関５００の運転が開始されると、ＥＣＵ５５０の制御下において駆動するポンプ５３０によって、位相調整部１５に供給される。潤滑オイルは、カム軸５１０の内部に設けられた供給路５１２を介して、入力回転体２０と従動回転体４０と減速機構５０とが収容されている駆動回転体３０の内部空間に充填される。位相調整部１５内の潤滑オイルは、位相調整部１５での各回転体の回転にともなって位相調整部１５に設けられた図示されていない排出路を通じて外部へと排出される。排出された潤滑オイルが図示されていないオイルパンに貯留された後、ポンプ５３０の駆動によって、供給路５１２を通じて、位相調整部１５内に循環される。内燃機関５００の運転の停止後には、ポンプ５３０の駆動が停止されるため、位相調整部１５は潤滑オイルが充填された状態でその駆動が停止される。

その他に、バルブタイミング調整装置１０は、バルブタイミング調整装置１０の温度を検出する温度検出部５４０を備えている。温度検出部５４０は、例えば、温度センサーによって構成される。温度検出部５４０は、バルブタイミング調整装置１０の外部に設置されている。温度検出部５４０は、バルブタイミング調整装置１０の内部の潤滑オイルに曝される位置に設置されていてもよい。温度検出部５４０は、バルブタイミング調整装置１０と熱交換をおこなった後の冷媒の温度を検出してもよい。制御部１１は、温度検出部５４０の検出結果を、以下に説明する起動処理において用いる。

図５のフローチャートおよび図６のタイミングチャートを参照して、内燃機関５００の運転が開始される際にバルブタイミング調整装置１０が実行する第１実施形態の起動処理を説明する。図６の紙面上段には、クランク軸５２０に連動する駆動回転体３０とカム軸５１０に連動する従動回転体４０との相対回転位相の時間変化が示されており、紙面下段には、内燃機関５００の回転数の時間変化が示されている。図６において、相対回転位相が０のときは、相対回転位相が最遅角のときであり、相対回転位相の上昇は相対回転位相が進角していることを示し、相対回転位相の低下は相対回転位相が遅角していることを示している。

起動処理は、車両の運転者が内燃機関５００の始動操作をおこなったときに開始される。図６では、時刻ｔｅにおいて内燃機関５００の前回の運転が停止されており、時刻ｔ０において運転者による内燃機関５００の始動操作が検出され、起動処理の実行が開始されたことを示している。第１実施形態では、制御部１１は、内燃機関５００の運転停止時に相対回転位相が最遅角になるように制御するため、時刻ｔ０では、相対回転位相は最遅角になっている。なお、内燃機関５００の運転停止時および起動処理の実行開始時における相対回転位相は最遅角に限定されることはない。

ステップＳ１０では、制御部１１は、温度検出部５４０によって、現在のバルブタイミング調整装置１０の温度を検出する。なお、温度検出部５４０の検出温度は、現在のバルブタイミング調整装置１０内部に充填されている潤滑オイルの温度を表していると解釈できる。ステップＳ２０では、制御部１１は、温度検出部５４０の検出温度が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。第１実施形態では、閾値は、冷間始動に該当するか否かを判定するための判定条件として定められたものである。閾値は、例えば、現在の外気温としてもよいし、寒冷時における平均外気温としてもよい。制御部１１は、検出温度が閾値以下である場合には、ステップＳ３０の起動準備制御を実行し、検出温度が閾値より高い場合には、ステップＳ３０の起動準備制御をスキップする。

起動準備制御は、バルブタイミング調整装置１０が円滑に駆動開始できるようにするために、内燃機関５００の運転のための制御が開始される前に位相調整部１５を駆動させて、相対回転位相を変化させる制御である。ここでの「相対回転位相を変化させる制御」とは、従動回転体４０が駆動回転体３０に対して進角方向または遅角方向の少なくとも一方に相対回転するように動作させる制御を意味する。あるいは、位相調整部１５内部の回転体同士を相対回転させる制御と言い換えることもできる。第１実施形態の起動準備制御は、内燃機関５００のクランキング動作が開始される前に実行される。起動準備制御により、位相調整部１５の回転体が回転すると、位相調整部１５から、温度が低く、粘性抵抗が高まっている状態にある潤滑オイルの排出が促進される。そのため、位相調整部１５内部の粘性抵抗が低減され、その後の位相調整部１５の駆動が円滑化される。起動準備制御は、位相調整部１５からの潤滑オイルの排出を促進させる油排出制御であると解釈できる。

図６では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、起動準備制御が実行されている。第１実施形態の起動準備制御では、制御部１１は、アクチュエータ１２を高速で正転させて相対回転位相を進角させる進角作動と、アクチュエータ１２を低速で正転、または、逆転させて遅角させる遅角作動とを、この順で、複数回繰り返す。図６の例では、制御部１１は、相対回転位相を、最遅角から進角させた後、再度、遅角させて最遅角に戻す制御を繰り返している。このように、進角作動と遅角作動の両方がおこなわれれば、いずれか一方の動作がおこなわれる場合よりも、潤滑オイルの排出が促され、潤滑オイルの滞留を効果的に抑制することができる。また、進角作動と遅角作動が交互に複数回、実行されることによって、位相調整部１５内の潤滑オイルをより効果的に排出させることができる。

図３を参照する。第１実施形態では、上述したように、減速機構５０は遊星歯車５２を含む遊星歯車機構によって構成されている。この場合、起動準備制御は、遊星歯車５２を少なくとも１回、公転させる動作を含んでいることが望ましい。つまり、偏心軸心ＢＸを回転軸ＡＸの周りに一周させる動作を含んでいることが望ましい。このようにすれば、遊星歯車５２の歯と駆動回転体３０や従動回転体４０の歯とが噛み合っていない部位に形成されている隙間ＳＰに滞留している潤滑オイルを、遊星歯車５２の公転により、効果的に掻き出すことができる。よって、減速機構５０における粘性抵抗を効果的に低減させることができる。第１実施形態の起動準備制御では、隙間ＳＰに滞留している潤滑オイルがより確実に排出されるように、図３の矢印Ｒ１，Ｒ２に示すように、遊星歯車５２を、進角側に１回、公転させる動作と、遅角側に１回、公転させる動作と、を実行している。

なお、起動準備制御は、上述したような進角動作と遅角動作とがこの順で交互に複数回、繰り返される構成には限定されない。他の実施形態では、起動準備制御は、進角動作と遅角動作とが１回ずつおこなわれるのみでもよいし、進角動作のみが実行されてもよい。あるいは、内燃機関５００の起動処理の実行開始時における相対回転位相が最遅角ではない場合、進角動作と遅角動作とが、これとは逆の順序で交互に実行されてもよいし、遅角動作のみが実行されてもよい。起動準備制御では、進角動作で進角する量と遅角動作で遅角する量とが異なっていてもよい。

図５および図６を参照する。ステップＳ３０の起動準備制御の実行後、ＥＣＵ５５０は、内燃機関５００の運転を開始させるために、クランキング動作を開始する。具体的には、ＥＣＵ５５０は、内燃機関５００が備えるスタータモータ５２５を駆動させ、その駆動力によってクランク軸５２０の回転を開始させる。図６では、時刻ｔ３において、クランキング動作が開始されている。なお、第１実施形態では、クランキング動作の開始前に、起動準備制御によって、クランキング動作を開始するための予め決められた相対回転位相にされている。第１実施形態では、クランキング動作を開始するための相対回転位相は最遅角である。クランキング動作の開始の際に、相対回転位相が最遅角にされていれば、スタータモータ５２５がバルブタイミング調整装置１０から受ける負荷が低減されるため、クランキング動作の開始が円滑化される。なお、クランキング動作を開始する際の相対回転位相は最遅角に限定されることはなく、他の位相に設定されていてもよい。

クランキング動作が開始された後、制御部１１は、ステップＳ４０において、相対回転位相を初期位相ＩＰにする起動時位相制御を実行する。第１実施形態では、起動時位相制御は、クランキング動作を開始する際の回転位相から初期位相ＩＰに変化させる制御である。初期位相ＩＰは、内燃機関５００の運転開始が円滑化されるように予め実験等によって定められる位相である。制御部１１は、クランキング動作開始後、予め決められた時間が経過した後に、ステップＳ４０の起動時位相制御を実行する。第１実施形態では、初期位相ＩＰは、内燃機関５００で初爆がおこる際に好適な圧縮比となる位相として定められている。そのため、制御部１１は、初爆が起こる前に、ステップＳ４０の起動時位相制御を実行している。制御部１１は、例えば、クランキング動作により、内燃機関５００において１回の圧縮動作がされるタイミングに合わせて、ステップＳ４０の起動時位相制御を実行する。なお、他の実施形態では、制御部１１は、内燃機関５００の初爆の後に、初爆の後の爆発に適した初期位相ＩＰにする起動時位相制御を実行してもよい。

図６では、時刻ｔ４において起動時位相制御の実行が開始され、制御部１１によって位相調整部１５に対する相対回転位相の指令値として初期位相ＩＰが設定されている。その後、時刻ｔ５において相対回転位相が初期位相ＩＰになり、時刻ｔ６において内燃機関５００において初爆が起こり、内燃機関５００の運転が開始されている。なお、図６の例では、時刻ｔ１〜ｔ２において起動準備制御が実行されているため、起動時位相制御の実行が開始された時刻ｔ４において位相調整部１５内部の粘性抵抗が低減されている。よって、相対回転位相が、初期位相ＩＰになるまでの時刻ｔ４〜ｔ５の期間が、起動時位相制御が実行されなかったとした場合よりも、短縮され、かつ、その期間に消費されるエネルギーが節約されている。

以上のように、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０によれば、起動処理において、内燃機関５００の運転開始を円滑化するための起動時位相制御の実行前に、位相調整部１５内部の潤滑オイルの量を低減する起動準備制御が実行されている。そのため、内燃機関５００の運転が開始される際に、潤滑オイルの粘性抵抗に起因して、バルブタイミング調整装置１０の作動応答性が低下してしまうことが抑制されている。特に、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０では、アクチュエータ１２の駆動力発生源である本体部１２Ｍと位相調整部１５とが離間している。そのため、アクチュエータ１２の駆動温度を利用して、位相調整部１５内の潤滑オイルの温度を上昇させることは容易ではない。これに対して、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０であれば、上記のように、起動準備制御により位相調整部１５内の粘性抵抗を低減できるため、バルブタイミング調整装置１０の作動応答性の低下を効果的に抑制することができる。

第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０によれば、起動準備制御は、内燃機関５００の始動が指令された後、内燃機関５００のクランキング動作が開始される前の期間に実行されている。よって、内燃機関５００の起動時におけるクランキング動作が開始される前の期間を有効活用することができる。

第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０によれば、温度検出部５４０によって検出された温度が予め定められた閾値より低いときに、起動準備制御が実行されている。よって、潤滑オイルの粘性抵抗が増大していることが見込まれるときに、起動準備制御を効果的に実行することができる。検出温度が高く、位相調整部１５内の潤滑オイルの粘性抵抗が低いことが見込まれる場合には、起動準備制御の実行がスキップされるため、起動準備制御の実行による内燃機関５００の起動時間の増大が抑制される。

第１実施形態の起動準備制御は、相対回転位相を進角させる進角作動と遅角させる遅角作動の両方を含んでいる。そのため、いずれか一方の動作のみが実行される場合よりも、より確実に、潤滑オイルの滞留を抑制することができる。また、第１実施形態の起動準備制御は、進角作動と遅角作動とが交互に複数回、繰り返されるため、位相調整部１５からの潤滑オイルの排出をより効果的におこなうことができる。加えて、第１実施形態の起動準備制御では、遊星歯車５２を公転１回させる動作を含むため、遊星歯車５２と駆動回転体３０および従動回転体４０との隙間ＳＰに存在する潤滑オイルを効果的に排出させることができる。

２．第２実施形態：
図７のフローチャートおよび図８のタイミングチャートを参照して、第２実施形態のバルブタイミング調整装置が実行する起動処理のフローを説明する。第２実施形態のバルブタイミング調整装置の構成は、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０の構成とほぼ同じである。第２実施形態の起動処理は、起動準備制御が、クランキング動作の開始前ではなく、内燃機関５００のクランキング動作中に実行される点が異なっており、その他の点については、第１実施形態の起動処理とほぼ同じである。

第２実施形態の起動処理では、制御部１１は、ステップＳ２０において、検出温度が閾値以下であったときに、クランキング動作が開始された後であって、クランキング動作が実行されている間の予め決められたタイミングで、ステップＳ３０の起動準備制御を実行する。制御部１１は、起動準備制御の実行後、ステップＳ４０において、相対回転位相を初期位相ＩＰにする起動時位相制御を実行する。

図６の例では、時刻ｔ０において運転者の始動操作が検出され、時刻ｔ１においてクランキング動作が開始された後、時刻ｔ２〜ｔ３において起動準備制御が実行され、時刻ｔ４〜ｔ５において起動時位相制御が実行されている。この例では、起動準備制御は、相対回転位相を最遅角から進角させる進角動作が１回、おこなわれている。なお、起動準備制御は、進角動作と遅角動作とが少なくとも１回ずつおこなわれてもよく、第１実施形態と同様に、進角動作と遅角動作とが交互に複数回、繰り返されてもよい。また、起動処理の実行開始時の相対回転位相は、最遅角にされていなくてもよい。この場合、起動準備制御は、遅角動作のみが実行されてもよいし、遅角動作と進角動作とがこの順で実行されてもよい。

第２実施形態のバルブタイミング調整装置によれば、内燃機関５００の始動が指令された後、クランキング動作中に起動準備制御が実行されている。よって、クランキング動作と起動準備制御とを並行して実行できるため効率的である。その他に、第２実施形態のバルブタイミング調整装置およびその制御方法によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

３．第３実施形態：
図９のフローチャートおよび図１０のタイミングチャートを参照して、第３実施形態のバルブタイミング調整装置が実行する停止処理のフローを説明する。第３実施形態のバルブタイミング調整装置の構成は、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０の構成とほぼ同じである。第３実施形態のバルブタイミング調整装置では、制御部１１は、内燃機関５００の運転が停止される際に、図９の停止処理を実行する。なお、以下に説明するように、第３実施形態のバルブタイミング調整装置では、停止処理において起動準備制御が実行されるため、内燃機関５００の運転が開始される際の起動処理では、起動準備制御は省略されてよい。

ステップＳ１００では、制御部１１は、位相調整部１５によって、相対回転位相を、予め定められた停止時位相にする。その後、内燃機関５００の運転が停止されると、制御部１１は、次回の内燃機関５００の起動に備えて、ステップＳ１１０において、相対回転位相を変化させる起動時準備制御を実行する。なお、他の実施形態では、ステップＳ１００の相対回転位相を停止時位相にする処理は、起動準備制御の実行後に実行されてもよい。

図１０の例では、時刻ｔ０において、内燃機関５００の運転停止を指令する運転者による操作が検出され、時刻ｔ１において相対回転位相が停止時位相にされ、時刻ｔ２において内燃機関５００の運転が停止されている。この例では、停止時位相は最遅角である。その後の時刻ｔ３〜ｔ４の期間には、起動時準備制御が実行されている。第３実施形態の起動時準備制御は、第１実施形態で説明したのと同様に実行される。

第３実施形態のバルブタイミング装置によれば、内燃機関５００の運転によって潤滑オイルの温度が高まって位相調整部１５内部の粘性抵抗が低下していることが見込まれる内燃機関５００の運転停止時に、起動準備制御が実行されている。そのため、起動準備制御によって位相調整部１５から効率的に潤滑オイルを排出させることができ、次回の内燃機関５００の起動時には、位相調整部１５内部の潤滑オイルの量が低減され、位相調整部１５内の粘性抵抗が低い状態にすることができる。また、内燃機関５００の起動時に起動準備制御を省略できるため、内燃機関５００の起動時間を短縮することができる。その他に、第３実施形態のバルブタイミング装置およびその制御方法によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

４．第４実施形態：
図１１、図１２、及び、図１３を参照して、第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａの構成を説明する。第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａの構成は、以下に説明しない限りは、第１実施形態のバルブタイミング調整装置１０の構成とほぼ同じである。図１１〜１３においては、第１実施形態で説明したのと同じ符号の構成要素は、図示されている形状が異なっていても、第１実施形態で説明したのと同じ機能を発揮する。

図１１を参照する。バルブタイミング調整装置１０Ａは、第１実施形態で説明した位相調整部１５の代わりに、第４実施形態の位相調整部１５Ａを備えている。また、バルブタイミング調整装置１０Ａは、第１実施形態のアクチュエータ１２の代わりに、位相調整部１５Ａの内部に配置され、位相調整部１５Ａと一体化されているアクチュエータ１２Ａを備えている。

アクチュエータ１２Ａは、ブラシ付きのＤＣモータによって構成されている。アクチュエータ１２Ａは、スプロケット３５と一体に回転するヨークであるハウジング１０１と、このハウジング１０１の内部に回転自在に設けられたモータ出力軸１０２と、ハウジング１０１の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１０３と、固定子であるステータ１０４と、ブラシ１０５とを備えている。

モータ出力軸１０２は円筒状の形状を有しており、外側の面に、電磁コイルＣＬが巻き回されたロータＲＴが固定されている。モータ出力軸１０２の回転軸心は、カム軸５１０の回転軸ＡＸと一致する。モータ出力軸１０２の筒内には、カム軸５１０に締結されているセンターボルトＣＢが収容されており、モータ出力軸１０２は、センターボルトＣＢの外周に設けられたベアリング１１１およびニードルベアリング１１２によって回転自在に支持されている。第４実施形態では、モータ出力軸１０２は、位相調整部１５の入力回転体２０と一体化されている。

図１１および図１２を参照する。モータ出力軸１０２のカム軸５１０側の端部には、減速機構５０Ａの一部を構成する円筒状の偏心回転体である偏心軸部１０６が一体に設けられている。図１１に示すように、偏心軸部１０６は、円筒状に形成されている。偏心軸部１０６の軸心は偏心軸心ＢＸであり、図１１および図１２に示すように、回転軸ＡＸから径方向へ僅かに偏った位置にある。

図１１を参照する。バルブタイミング調整装置１０Ａでは、スプロケット３５を有する駆動回転体３０は、カム軸５１０の外周に設けられたベアリング１１３を介して、カム軸５１０に対して相対回転可能な状態でカム軸５１０に支持されている。

図１３を参照する。カム軸５１０の外周側面には、カム軸５１０の回転方向に沿って所定の長さで円弧状に形成されたストッパ溝５１１が設けられている。ストッパ溝５１１の長さは、駆動回転体３０と従動回転体４０との相対回転位相の最遅角と最進角とを規定する。バルブタイミング調整装置１０Ａでは、駆動回転体３０の内周面に設けられた突起部である係合部３６が、ストッパ溝５１１の端部に当接するときに、相対回転位相が最遅角または最進角になる。

バルブタイミング調整装置１０Ａは、遊星歯車機構によって構成された第１実施形態で説明した減速機構５０の代わりに、複数のローラ１２０を有するローラ機構によって構成された減速機構５０Ａを備えている。

図１２を参照して減速機構５０Ａの構成を説明する。バルブタイミング調整装置１０Ａでは、センターボルトＣＢが、従動回転体４０の中心を貫通している。従動回転体４０の外周には、上述した入力回転体２０を支持するニードルベアリング１１２が設けられている。ニードルベアリング１１２は、入力回転体２０の偏心軸部１０６を支持している。偏心軸部１０６の外周には、ボールベアリング１１５が設けられている。ボールベアリング１１５の外周には、減速機構５０Ａを構成する複数のローラ１２０が等間隔で全周にわたって配列されている。各ローラ１２０は、従動回転体４０に一体的に設けられている複数の保持器１２１によって挟まれ、径方向への移動が許容された状態で保持されている。各ローラ１２０は、駆動回転体３０の内周面に面している。駆動回転体３０の内周面には、全周にわたってローラ１２０の一部が嵌まり込むことができる内歯３９が形成されている。

ボールベアリング１１５は、ニードルベアリング１１２の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置されている。ボールベアリング１１５の外周面にはローラ１２０が常時当接している。ボールベアリング１１５の外周側には、三日月円環状の隙間ＳＰが形成されて、この隙間ＳＰを介してボールベアリング１１５全体が偏心軸部１０６の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。このように、減速機構５０Ａでは、ボールベアリング１１５と偏心軸部１０６が偏心回転体として構成されている。各ローラ１２０は、ボールベアリング１１５の偏心動に伴って、保持器１２１によってガイドされつつ径方向へ揺動運動する。

バルブタイミング調整装置１０Ａでは、モータ出力軸１０２の回転に伴い偏心軸部１０６が偏心回転する。すると、各ローラ１２０がモータ出力軸１０２の１回転毎に保持器１２１にガイドされながら駆動回転体３０の一の内歯３９を乗り越えて隣接する他の内歯３９に転動しながら円周方向へ移動する。この各ローラ１２０の移動によってモータ出力軸１０２の回転が減速されつつ従動回転体４０を介してカム軸５１０に回転力が伝達される。

バルブタイミング調整装置１０Ａでは、制御部１１によるモータ出力軸１０２の正逆回転制御によって、クランク軸５２０とカム軸５１０との相対回転位相が制御される。従動回転体４０が、駆動回転体３０の回転方向と同方向に回転すると、相対回転位相が進角側へ変更される。一方、従動回転体４０が駆動回転体３０の回転方向と逆方向に回転すると、相対回転位相が遅角側へ変更される。

第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａにおいても、制御部１１は、第１実施形態で説明したのと同様に、内燃機関５００の始動時に、位相調整部１５内部の潤滑オイルの量を低減する起動準備制御を含む起動処理を実行する。よって、内燃機関５００の運転が開始される際に、潤滑オイルの粘性抵抗に起因して、バルブタイミング調整装置１０Ａの作動応答性が低下してしまうことが抑制されている。バルブタイミング調整装置１０Ａの起動準備制御では、偏心軸心ＢＸが回転軸ＡＸの周りを少なくとも一周するように遅角動作または進角動作がおこなわれることが望ましい。これによって、隙間ＳＰから潤滑オイルを排出させることができ、減速機構５０Ａにおける粘性抵抗を効果的に低減させることができる。その他に、第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａおよびその制御方法によれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

５．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することも可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。

・他の実施形態１：
上記の各実施形態の起動処理において、ステップＳ１０，Ｓ２０の処理は省略されてもよい。制御部１１は、バルブタイミング調整装置１０，１０Ａの温度にかかわらず、起動処理において起動準備制御を実行するものとしてよい。

・他の実施形態２：
制御部１１は、起動処理において、クランク動作の開始前とクランク動作の実行中の両方において、起動準備制御を実行してもよい。また、制御部１１は、内燃機関５００が停止している間に、起動準備制御を実行してもよい。例えば、制御部１１は、内燃機関５００の停止中に、定期的に起動して、外気温をチェックし、外気温が予め定めた閾値より低下したことを検出したときに、次の内燃機関５００の始動に備えて、起動準備制御を実行してもよい。

・他の実施形態３：
第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａにおいて、第１実施形態で説明した起動処理の代わりに、第２実施形態で説明した起動処理や第３実施形態で説明した停止処理が実行されてもよい。この場合には、第４実施形態のバルブタイミング調整装置１０Ａにおいて、第２実施形態や第３実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することが可能である。

・他の実施形態４：
上記の各実施形態において、位相調整部１５，１５Ａは、駆動が停止された後に、潤滑オイルが充填された状態になっていなくてもよい。この場合であっても、起動準備制御によって、位相調整部１５，１５Ａが駆動されていれば、例えば、位相調整部１５，１５Ａを構成する回転体同士の固着などを事前に解消させることができる。よって、バルブタイミング調整装置１０，１０Ａの作動応答性の低下を抑制することができる。

・他の実施形態５：
上記の各実施形態において、減速機構５０，５０Ａは、他のタイプの遊星歯車機構によって構成されてもよいし、他のタイプのローラ減速機構によって構成されていてもよい。

６．その他：
本開示の技術は、バルブタイミング調整装置に限らず、以外の種々の形態で実現することも可能である。本開示の技術は、例えば、バルブタイミング調整装置の制御装置や、制御方法、バルブタイミング調整装置を備える内燃機関システム、内燃機関を備える車両、内燃機関の始動方法、停止方法などの形態で実現することができる。その他にも、前述の制御方法や方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムが記録された記憶媒体等の形態で実現することができる。

本開示の技術は、上述の実施形態や他の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０，１０Ａ バルブタイミング調整装置、１１ 制御部、１２，１２Ａ アクチュエータ、１５，１５Ａ 位相調整部、２０ 入力回転体、３０ 駆動回転体、４０ 従動回転体、５０，５０Ａ 減速機構、５００ 内燃機関、５１０ カム軸、５２０ クランク軸

Claims (11)

1. 内燃機関（５００）において、クランク軸（５２０）からトルクが伝達されて駆動するカム軸（５１０）によって開閉するバルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置（１０，１０Ａ）であって、
   入力回転体（２０）と、前記クランク軸に連動して回転する駆動回転体（３０）と、前記カム軸に連動して回転する従動回転体（４０）と、前記駆動回転体と前記従動回転体とをそれぞれ、前記入力回転体に対して相対回転可能に接続し、前記入力回転体の回転に応じて前記駆動回転体と前記従動回転体との相対回転位相を変化させる減速機構（５０，５０Ａ）と、を有する位相調整部（１５，１５Ａ）と、
   前記入力回転体を回転させるアクチュエータ（１２，１２Ａ）と、
   前記アクチュエータの回転を制御して、前記相対回転位相を制御する制御部（１１）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記内燃機関の運転が開始される際に、前記相対回転位相を予め決められた初期位相にする起動時位相制御を実行し、
   前記内燃機関の停止後から前記起動時位相制御が実行される前までの期間に、前記相対回転位相を変化させる起動準備制御を実行する、バルブタイミング調整装置。
2. 請求項１記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記起動準備制御は、前記内燃機関の始動が指令された後、前記内燃機関のクランキング動作の開始前に実行される、バルブタイミング調整装置。
3. 請求項１または請求項２記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記起動準備制御は、前記内燃機関の始動が指令された後、前記内燃機関のクランキング動作中に実行される、バルブタイミング調整装置。
4. 請求項２または請求項３記載のバルブタイミング調整装置であって、さらに、
   前記バルブタイミング調整装置の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、前記温度検出部の検出温度が予め定められた温度より低いときに、前記起動準備制御を実行する、バルブタイミング調整装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記起動準備制御は、前記内燃機関の停止後、前記内燃機関の始動が指令される前の期間に実行される、バルブタイミング調整装置。
6. 請求項１から請求項５記載のいずれか一項にバルブタイミング調整装置であって、
   前記起動準備制御は、前記相対回転位相を進角させる進角作動と遅角させる遅角作動の両方を含む、バルブタイミング調整装置。
7. 請求項６記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記起動準備制御では、前記進角作動と前記遅角作動とが、この順序で、または、逆の順序で複数回、交互に繰り返される、バルブタイミング調整装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記減速機構は、前記入力回転体の回転により遊星運動する遊星歯車（５２）を含み、
   前記起動準備制御は、前記遊星歯車を少なくとも１回、公転させる動作を含む、バルブタイミング調整装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置であって、
   前記減速機構は、複数のローラ（１２０）の回転により前記入力回転体の回転を減速するローラ機構によって構成されている、バルブタイミング調整装置。
10. 内燃機関において、クランク軸からトルクが伝達されて駆動するカム軸によって開閉するバルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置の制御装置であって、
    前記バルブタイミング調整装置は、
    入力回転体と、前記クランク軸に連動して回転する駆動回転体と、前記カム軸に連動して回転する従動回転体と、前記駆動回転体と前記従動回転体とをそれぞれ、前記入力回転体に対して相対回転可能に接続し、前記入力回転体の回転に応じて前記入力回転体の前記駆動回転体と前記従動回転体との相対回転位相を変化させる減速機構と、を有する位相調整部と、
    前記入力回転体を回転させるアクチュエータと、
    を備え、
    前記制御装置は、前記内燃機関の運転が開始される際に、前記相対回転位相を予め決められた初期位相にする起動時位相制御を実行し、前記内燃機関の停止後から前記起動時位相制御が実行される前までの期間に、前記相対回転位相を変化させる起動準備制御を実行する、制御装置。
11. 内燃機関において、クランク軸からトルクが伝達されて駆動するカム軸によって開閉するバルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置の制御方法であって、
    前記内燃機関の運転が開始される際に、前記クランク軸と連動して回転する駆動回転体と前記カム軸と連動して回転する従動回転体との間の相対回転位相を、予め決められた初期位相に制御する起動時位相制御を実行する工程と、
    前記内燃機関の停止後から前記起動時位相制御が実行される前までの期間に、前記相対回転位相を変化させる起動準備制御を実行する工程と、
    を備える、制御方法。

Images