JP4784844B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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に記載されているように、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を拘束するロック機構と、ロック機構とは相対回転方向沿いの別位置に備えられ、相対回転移動を所定範囲に規制する規制機構と、を備えた弁開閉時期制御装置があった。ロック機構は、駆動側回転体に配設されたロック部材と、ロック部材が突出して係止可能となるよう従動側回転体に形成されたロック溝とを有している。また、規制機構は、駆動側回転体に配設された規制部材と規制部材が突出可能となるよう従動側回転体に長穴形状に形成された規制溝を有している。

この技術によると、進角側への制御もしくは遅角側への制御を行うだけで、ロック機構による相対回転位相の拘束を解除した後、さらに規制機構によって相対回転位相を所定範囲に規制できる。即ち、ロック機構により拘束した位相で内燃機関を適切に始動した後に、作動流体が低温で精度良く位相制御が出来ない状態であっても、規制機構によって相対回転位相を所定位相に規制できる。

特許文献２には、最進角位相と最遅角位相との間の所定位相から進角側への相対回転位相の変位を規制する進角制限機構と、所定位相から遅角側への相対回転位相の変位を規制する遅角制限機構と、これらの機構に作用する作動流体を制御する専用の油圧制御弁とを備えた弁開閉時期制御装置が記載されている。進角制限機構と遅角制限機構とは、規制部材と規制部材が突入可能な規制溝とをそれぞれ備えている。さらに、進角制限機構の規制溝は、所定位相に相当する箇所を一段深くしており、この深い部分に規制部材が係入すると相対回転位相を所定位相に拘束できる。

この技術によると、油圧制御弁を制御することによって、内燃機関の停止時または次回始動時に、相対回転位相を確実に所定位相に拘束できる。

特開２００７−１９８３６５号 特開２００２−３５７１０５号

しかし、特許文献１の技術では、ロック機構と規制機構とが別位置に備えられているため、構造の複雑化、部品点数の増加、製造コストの上昇を招来する虞があった。また、ロック機構と規制機構とが共に相対回転方向沿いに備えられているため、進角室及び遅角室の相対回転方向の形成スペースが制限され、相対回転できる角度を大きくできない虞があった。

一方、特許文献２の技術では、進角制御機構と遅角制御機構とを近接して備えてあるものの、進角制御機構の規制部材が、相対回転位相を拘束する部材と所定範囲に規制する部材とを兼ねているため、拘束を解除すれば、規制も解除されてしまう。よって、拘束した位相で内燃機関を適切に始動した後に、相対回転位相を所定位相に規制するといった制御を行うことができない。

本発明は上記実情に鑑み、簡易な構成かつ少ない部品点数で、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を確実に最進角位相と最遅角位相との間の所定位相に拘束または規制する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の第一特徴構成は、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、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに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少なくとも一方に設けられた仕切部と、前記駆動側回転体または前記従動側回転体の何れか一方に形成された収容部に配設され、前記収容部とは反対側の回転体に対して出退するロック部材と、前記ロック部材が突出して係止可能となるよう前記反対側の回転体に形成されたロック溝とを有し、前記ロック部材が前記ロック溝に係止したときに、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を拘束するロック機構と、前記ロック部材の出退方向において前記ロック部材に対する相対移動及び前記ロック部材との一体移動が可能となるよう前記収容部に配設され、前記反対側の回転体に対して出退する規制部材と、前記規制部材が突出可能となるよう前記反対側の回転体に長穴形状に形成された規制溝とを有し、前記規制部材が前記規制溝に突出したときに、前記相対回転位相を所定範囲に規制する規制機構と、を備えたことにある。

本構成のように、ロック部材と規制部材とを共に収容室に配設し、出退方向においてロック部材と規制部材とを相対移動及び一体移動が可能となるよう構成すると、ロック機構及び規制機構が個別に動作することを維持しつつも、ロック機構と規制機構とを別位置に備える場合と比較して、構成の簡易化、部品点数の低減、製造コストの低減等を図ることができる。また、配設スペースが小さくて済むため、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転角度に与える影響が少ない。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第二特徴構成は、前記ロック機構が、前記相対回転位相を最進角位相、最遅角位相、または前記最進角位相と前記最遅角位相との間の所定位相に拘束し、前記規制機構が、前記相対回転位相を前記最進角位相または前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲に規制するよう構成したことにある。

本構成によると、ロック機構は相対回転位相を最進角位相、最遅角位相、または所定位相に拘束でき、規制機構は相対回転位相を最進角位相または最遅角位相の何れか一方から所定位相までの範囲に規制できる。よって、例えば、規制機構により相対回転位相を一定の範囲に規制して、ロック機構による相対回転位相の所定位相への拘束を確実とする制御や、ロック機構による相対回転位相の最進角位相または最遅角位相への拘束を解除した後に、規制機構による相対回転位相の所定位相への規制を行う制御等が可能なより実用的な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三特徴構成は、前記ロック部材に作動流体を作用させて、前記ロック部材を前記ロック溝から引退させることが可能なロック解除通路と、前記規制部材が前記規制溝に突出したときのみ、前記規制部材に前記作動流体を作用させて、前記規制部材を前記規制溝に突出した状態に保持することが可能な規制保持通路と、前記ロック部材が前記ロック溝から引退したときのみ、前記ロック部材及び前記規制部材のうち少なくとも前記ロック部材に前記作動流体を作用させて、前記ロック部材を介して前記規制部材を前記規制溝から引退させることが可能な規制解除通路と、を備えたことにある。

本構成によると、ロック解除通路から作動流体をロック部材に作用させたとき、ロック部材はロック溝から引退し、ロック機構による相対回転位相の拘束は解除される。また、規制部材が規制溝に突入しているときに、規制保持通路から作動流体を規制部材に作用させれば、規制部材が規制溝に突入した状態を保持できる。即ち、ロック部材の出退動作に拘らず、規制機構による相対回転位相の規制を保持できる。さらに、ロック部材がロック溝から引退したときに、規制解除通路から作動流体を少なくともロック部材に作用させれば、規制部材はロック部材と一体移動し、規制溝から引退する。このような構成であると、ロック解除通路、規制保持通路、及び規制解除通路への作動流体の供給といった簡易な構成で、互いに一体移動及び相対移動できる関係にあるロック部材と規制部材とからなるロック機構と規制機構とを個別に制御することができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第四特徴構成は、前記ロック解除通路が、前記収容部側の回転体に形成され、前記進角室または前記遅角室の何れか一方と前記収容部とを常時連通し、前記規制保持通路が、前記収容部側の回転体に形成され、前記進角室及び前記遅角室のうち前記ロック解除通路が連通する室と同じ室と前記収容部とを連通可能であり、前記規制解除通路が、前記駆動側回転体または前記従動側回転体の何れか一方に形成され、前記進角室及び前記遅角室のうち前記ロック解除通路が連通する室とは反対側の室と前記収容部とを連通可能であり、前記ロック解除通路及び前記規制保持通路と前記規制解除通路とが前記収容部を介して連通しないよう構成したことにある。

本構成によると、ロック解除通路と規制保持通路とは、進角室及び遅角室のうち同じ室と収容部とを連通し、規制解除通路は、進角室及び遅角室のうちロック解除通路等が連通する室と反対側の室と収容部とを連通する。よって、ロック部材がロック溝に係入し、規制部材が規制溝に突入した状態において、進角室または遅角室に作動流体を供給すると、ロック部材はロック溝から引退し、規制部材は規制溝から引退しない。したがって、ロック機構による拘束を解除した後も、引き続き規制機構による相対回転位相の規制を保持できる。この状態で、反対側の室に作動流体を供給すると、規制部材はロック部材と一体移動し、規制溝から引退する。規制機構による規制を解除した後は、ロック解除通路及び規制解除通路が進角室または遅角室の何れか一方と前記収容部とを常時連通しているため、進角室及び遅角室とのどちらかの室に作動流体を供給する限り、規制部材及びロック部材は引退した状態に保持される。よって、相対回転位相を自在に変位させられる。このように、進角室及び遅角室への作動流体の供給のみで、ロック機構と規制機構とを個別自在に制御できる。

また、本構成であれば、例えば、排気側の弁開閉時期制御装置において、最進角位相に相対回転位相を確実に拘束した状態で内燃機関を始動して、内燃機関始動時の炭化水素（Ｃｏｌｄ ＨＣ）の発生を抑制した後に、冷間状態で遅角側への制御を行っても、最進角位相と最遅角位相との間の所定位相に相対回転位相を規制できる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第五特徴構成は、前記ロック部材が前記規制部材を包持するよう構成され、前記ロック溝と前記規制溝とが一体的に形成されたことにある。

本構成のように、ロック部材が規制部材を包持し、ロック溝と規制溝とが一体的に形成された構成であると、ロック機構と規制機構とをコンパクトに一体的に構成することができる。また、ロック部材が規制部材を包持するため、局所的に接触している場合と比べて両部材の接触面積が広く、ロック部材と規制部材とは互いにガタつくことがなく、安定して相対移動及び一体移動する。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第六特徴構成は、前記規制部材が、第一軸部と該第一軸部のうち前記出退方向の引退側に設けられた第一フランジ部とを有すると共に、前記ロック部材が、前記第一軸部のうち前記出退方向の突出側の部分を包持する第二軸部と該第二軸部に設けられた第二フランジ部とを有し、前記第一フランジ部と前記第二フランジ部と前記第二軸部のうち前記出退方向の突出側の部分とが、前記収容部に対して摺動可能であり、前記規制保持通路が、前記収容部のうち前記出退方向の引退側の部分と前記第一フランジ部との間の第一空間に接続され、前記ロック解除通路が、前記収容部のうち前記出退方向の突出側の部分と前記第二フランジ部との間の第二空間に接続され、前記規制解除通路が、前記ロック部材が前記ロック溝から引退したときに生じる前記収容部と前記第二軸部の突出側先端部との間の第三空間に接続され、前記規制部材が前記規制溝から引退したとき、前記規制保持通路が前記第一フランジ部によって閉塞されるよう構成したことにある。

本構成によると、規制部材は第一軸部に第一フランジ部を備えた形状であり、ロック部材は第二軸部に第二フランジ部を備えた形状であり、第一軸部のうち突出側の部分を第二軸部が包持している。即ち、ロック部材は、第一軸部に沿って規制部材に対して相対移動可能である。ロック部材及び規制部材は、第一フランジ部と、第二フランジ部と、第二軸部のうち出退方向の突出側の部分とを介して収容部に対して摺動する。収容部は、出退方向において第一フランジ部よりも引退側の第一空間と、第二フランジ部よりも突出側の第二空間とに別けられている。また、ロック部材がロック溝から引退すると、収容部のうち第二軸部の突出側先端部よりも出退方向の突出側に第三空間が生じる。

ロック解除通路を介して第二空間に供給された作動流体の流体圧が第二フランジ部に作用し、ロック部材は第一軸部に沿ってロック溝から引退する。同時に、規制保持通路を介して第一空間に供給された作動流体の流体圧が第一フランジ部に作用し、規制部材は規制溝に突入した状態に維持される。ロック部材は、第二軸部が第一フランジ部に当接するまで引退する。よって、ロック部材と規制部材とは一体移動可能となる。ロック部材がロック溝から引退した後、規制解除通路を介して第三空間に作動流体を供給されると、その作動流体の流体圧が突出側先端部に作用し、ロック部材はさらに引退側へ移動する。規制部材はロック部材と一体移動し、規制溝から引退する。規制部材が規制溝から引退すると、規制保持通路が第一フランジ部によって閉塞されるが、ロック解除通路及び規制解除通路は開通したままであるため、進角室及び遅角室のうち何れかの室に作動流体を供給すれば、ロック部材と規制部材とは共に引退した状態に保持される。

このように、ロック部材及び規制部材を軸部及びフランジ部を有する簡易な構成とするだけで、ロック機構と規制機構とを個別自在に制御できる。また、部品点数が少なく、組付性も向上する。なお、第二軸部のうち突出側の部分が収容部に対して摺動する構成であるため、第二空間と第三空間とが連通することがなく、ロック部材及び規制部材が誤作動することはない。ロック部材及び規制部材は、第一フランジ部と、第二フランジ部と、第二軸部のうち出退方向の突出側の部分との三箇所を介して収容部に対して摺動するため、動作時のガタつきが少なく、安定して出退する。また、第一フランジ部、第二フランジ部、及び突出側先端部に作動流体が作用する構成であるため、流体圧の受圧のバランスが良く、規制部材の突出保持と、ロック部材及び規制部材の引退動作と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七特徴構成は、前記出退方向において、前記規制保持通路からの前記作動流体が作用する前記規制部材の受圧面積が、前記ロック解除通路からの前記作動流体が作用する前記ロック部材の受圧面積よりも大きくなるよう構成したことにある。

本構成のように、出退方向において、規制保持通路からの作動流体が作用する規制部材の受圧面積が、ロック解除通路からの作動流体が作用するロック部材の受圧面積よりも大きいと、第一空間と第二空間とに作動流体が供給されたとき、規制部材を突出側に押圧する力が、ロック部材を引退側に押圧する力よりも大きくなる。よって、ロック部材がロック溝から引退する動作に影響されることなく、規制部材を規制溝に突出した状態に確実に保持できる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の第八特徴構成は、前記規制部材を前記規制溝に突出するよう付勢する第一付勢機構と、前記ロック部材と前記規制部材とを前記出退方向に互いに離間するよう付勢する第二付勢機構と、を備えたことにある。

本構成であると、進角室及び遅角室から作動流体が排出されるか、もしくは、ロック部材及び規制部材に作用する作動流体の流体圧が低下すると、第一付勢機構の付勢力により規制部材は規制溝突出する。また、第二付勢機構の付勢力によりロック部材は規制部材から離間しようとするため、ロック溝に対向すると、ロック部材はロック溝に突出して係止する。よって、ロック機構及び規制機構を何れの方向に向けて配設しても、ロック部材及び規制部材の突入動作が確実となる。

弁開閉時期制御装置の全体構成を示す側断面図である。 （ａ）はロック部材及び規制部材が突入状態のときの図１のII−II断面図である。（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ方向の展開側断面図である。 （ａ）はロック部材が引退したときの図１のII−II断面図である。（ｂ）は（ａ）の展開側断面図である。 （ａ）は中間規制位相のときの図１のII−II断面図である。（ｂ）は（ａ）の展開断面図である。 （ａ）は規制部材が引退したときの図１のII−II断面図である。（ｂ）は（ａ）の展開側断面図である。 （ａ）は最遅角位相のときの図１のII−II断面図である。（ｂ）は（ａ）の展開側断面図である。 ロック機構及び規制機構の構成を示す分解斜視図である。

本発明に係る弁開閉時期制御装置を、排気弁側の弁開閉時期制御装置として自動車用エンジンに適応した実施形態について図1から図７に基づいて説明する。図２（ｂ）図は、図２（ａ）図のIIｂ−IIｂ方向の展開断面図を示す。図３から図６については、図２のIIｂ−IIｂのごとく展開方向を示していないが、各（ｂ）図の展開方向は図２と同様とする。

（全体構成）
この弁開閉時期制御装置１は、図１に示すごとく、不図示の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体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体としての内部ロータ３とを備えている。カムシャフト１０１は、エンジンの排気弁の開閉を制御する不図示のカムの回転軸である。

さらに、弁開閉時期制御装置１は、ハウジング２に対する内部ロータ３の相対回転位相を拘束可能なロック機構６と、相対回転位相を所定範囲に規制可能な規制機構５とを備えている。

（内部ロータ及びハウジング）
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いる。なお、カムシャフト１０１は、不図示の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が接続される側とは反対側のフロントプレート２１と、タイミングスプロケット２２ａを一体的に備えた外部ロータ２２と、カムシャフト１０１が接続される側のリアプレート２３と、を備えている。外部ロータ２２を内部ロータ３に外装し、フロントプレート２１とリアプレート２３とで挟み込んでいる。そして、ボルトによってフロントプレート２１と外部ロータ２２とリアプレート２３とを締結してある。この結果、内部ロータ３はハウジング２に対して一定の範囲内で相対回転移動可能である。

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２２ａにその回転駆動力が伝達され、ハウジング２が図２に示す相対回転方向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が相対回転方向Ｓに回転駆動してカムシャフト１０１が回転し、カムシャフト１０１に設けられたカムがエンジンの排気弁を押し下げて開弁させる。

図２（ａ）に示すごとく、外部ロータ２２には、径内方向に突出する複数個の突出部２４を相対回転方向Ｓに沿って互いに離間させて形成してある。突出部２４と内部ロータ３とにより流体圧室４が形成されている。本実施形態においては、流体圧室４が四箇所となるよう構成してあるが、これに限られるものではない。

それぞれの流体圧室４に面する内部ロータ３の外周面には、仕切部としての突出部３１が径方向外側に向けて形成されている。突出部３１によって、流体圧室４を相対回転方向Ｓに沿って進角室４１と遅角室４２とに仕切っている。

進角通路４３を内部ロータ３に形成してあり、進角通路４３は進角室４１に連通している。また、遅角通路４４を内部ロータ３に形成してあり、遅角通路４４は遅角室４２に連通している。図１に示すごとく、進角通路４３及び遅角通路４４は、後述する流体給排機構７に接続されている。

進角室４１及び遅角室４２に対して、流体給排機構７によって作動油を供給または排出して、突出部３１にその作動油の油圧を作用させる。このようにして、ハウジング２に対する内部ロータ３の相対回転位相を、図２（ａ）の進角方向Ｓ１または遅角方向Ｓ２へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。この作動油が、本発明における「作動流体」に相当する。進角方向Ｓ１とは、突出部３１がハウジング２に対して相対回転移動し、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とが相対回転移動可能な一定の範囲、即ち最進角位相と最遅角位相との位相差は、流体圧室４の内部で突出部３１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２１とに亘ってトーションスプリング１０３を設けてある。ハウジング２及び内部ロータ３は、トーションスプリング１０３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ている。

（流体給排機構）
流体給排機構７の構成について簡単に説明する。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回転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）による給電量の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、突出部３１は外部ロータ２２に対して進角方向Ｓ１に相対回転移動し、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、突出部３１は外部ロータ２２に対して遅角方向Ｓ２に相対回転移動し、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、突出部３１は相対回転移動せず、相対回転位相をある任意の位相で保持できる。

本実施形態においては、給電が「ＯＮ」となったとき、流路切換弁７２は図１の左方向へ移動し、遅角制御が可能な作動油経路が形成される。給電が「ＯＦＦ」となったとき、流路切換弁７２は図１の右方向へ移動し、進角制御が可能な作動油経路が形成される。

なお、本実施形態においては、Ｄｕｔｙ比を変化させることにより流路切換弁７２に供給する給電量を制御し、進角室４１・遅角室４２への作動油の供給量、進角室４１・遅角室４２からの作動油の排出量を制御できる。

以下に、収容部３２、規制機構５、ロック機構６、ロック解除通路３７、規制保持通路３６、規制解除通路３８等について順次説明する。

（収容部）
収容部３２は、図７に示すごとく、ロック部材６１の出退方向（以下、単に「出退方向」と称する）に沿って突出部３１に形成された貫通孔であって、フロントプレート２１の側からリアプレート２３の側に亘って内部ロータ３を貫通している。収容部３２は、径が異なる円筒状の空間を二段積み重ねた形状であって、縮径部３２ａと拡径部３２ｂと段部３２ｃとを備えている。なお、出退方向は、カムシャフト１０１の回転軸芯と平行であり、収容部３２はフロントプレート２１及びリアプレート２３に対して直角に開口している。

（ロック機構）
ロック機構６は、図７に示すごとく、ロック部材６１とロック溝２６とを備えている。収容部３２に配設されたロック部材６１が、リアプレート２３に形成されたロック溝２６に出退することにより、相対回転位相の拘束と、その拘束の解除とが可能である。

ロック部材６１は、円筒形状の第二軸部６２と、第二軸部６２よりも径が大きい鍔形状の第二フランジ部６３とを備えている。第二フランジ部６３は、第二軸部６２の出退方向の途中部分に設けられている。第二軸部６２と第二フランジ部６３とは一体形成してあると良い。第二軸部６２は、円筒形状の内側の面である内周面６２ａと、外周面６２ｂと、ロック溝２６に突出する側の先端面６２ｃと、先端面６２ｃとは反対側の当接面６２ｄと、を有している。第二フランジ部６３は、ロック溝２６の側の受圧面６３ａと、外周面６３ｂと、第一フランジ部５３の側のバネ受け面６３ｃと、を有している。図２（ｂ）からも明らかなように、受圧面６３ａの面積はバネ受け面６３ｃの面積よりも大きく設定してある。

ロック溝２６は、リアプレート２３の内部ロータ３の側に形成された円形状の溝である。ロック溝２６は、側部２６ａと底部２６ｂとを備えている。ロック部材６１が突出して係止可能となるよう、ロック溝２６の内径は第二軸部６２の外径よりも僅かに大きく設定してある。ロック部材６１がロック溝２６に係止したとき、内部ロータ３の相対回転移動が拘束されて、相対回転位相は拘束される。本実施形態においては、ロック機構６によって相対回転位相が最進角位相に拘束されるよう、ロック溝２６の位置を設定してある。

（規制機構）
規制機構５は、図７に示すごとく、規制部材５１と規制溝２５とを備えている。収容部３２に配設された規制部材５１が、リアプレート２３に形成された規制溝２５に出退することにより、相対回転位相の所定範囲への規制と、その規制の解除とが可能である。

規制部材５１は、円柱形状の第一軸部５２と、第一軸部５２よりも径が大きい鍔形状の第一フランジ部５３とを備えている。第一フランジ部５３は、第一軸部５２の一方側の端部に設けられている。第一軸部５２と第一フランジ部５３とは一体形成してあると良い。第一軸部５２は、外周面５２ａと、第一フランジ部５３が設けられたのとは反対側であって、規制溝２５に突出する側の先端面５２ｂと、を有している。第一フランジ部５３は、先端面５２ｂとは反対側の受圧面５３ａと、外周面５３ｂと、先端面５２ｂの側の当接面５３ｃと、を有している。図２（ｂ）から明らかなように、受圧面５３ａの面積は受圧面６３ａの面積よりも大きく設定してある。

ロック部材６１が規制部材５１を包持するよう、第一軸部５２はロック部材６１の中空部に挿入される。第一軸部５２の外径は、ロック部材６１の中空部の内径よりも僅かに小さく設定し、第一軸部５２の長さはロック部材６１の長さよりも長くしてある。即ち、ロック部材６１は、内周面６２ａを第一軸部５２の外周面５２ａに沿わせて摺動し、規制部材５１と互いに相対移動可能である。また、当接面５３ｃと当接面６２ｄとが当接すれば、規制部材５１とロック部材６１とは一体移動が可能となる。

規制溝２５は、リアプレート２３の内部ロータ３の側に形成された長穴形状の溝であって、回転軸芯を中心とした円弧形状である。規制溝２５は、第一端部２５ａと第二端部２５ｂと底部２５ｃとを備えている。ただし、規制溝２５はロック溝２６と一体形成されている。ロック溝２６の側部２６ａの一部が、第一端部２５ａに兼用されている。ロック溝２６の底部２６ｂと規制溝２５の底部２５ｃとは同一面であり、底部２６ｂの一部が底部２５ｃに兼用されている。第一端部２５ａよりも遅角側の端部が第二端部２５ｂである。規制部材５１が突出可能となるよう、ロック溝２６の寸法を設定してある。

上述したように、ロック部材６１がロック溝２６に係止する位相が最進角位相であるため、規制部材５１が規制溝２５に突出しても、内部ロータ３がそれ以上進角側に相対回転移動することはない。即ち、第一軸部５２の外周面５２ａが第一端部２５ａに当接することはない。一方、規制部材５１が規制溝２５に突出したとき、外周面５２ａが第二端部２５ｂに当接し、相対回転移動がそれ以上遅角側へ変位するのを規制する。即ち、相対回転位相は、最進角位相から第二端部２５ｂに対応する位相までの範囲（以下、「規制範囲」と称する）に規制される。第二端部２５ｂに対応する位相が、本発明における「最進角位相と最遅角位相との間の所定位相」に相当する。以下、この所定位相を「中間規制位相」と称する。

（規制機構及びロック機構の組付け）
上述のように構成した規制機構５及びロック機構６を、図７（図２（ｂ）参照）に示すごとく、収容部３２に組付けてある。受圧面５３ａとフロントプレート２１との間にスプリング５４が配設され、規制部材５１は規制溝２５に突出するよう付勢されている。図７に示すごとく、スプリング５４の位置決めのために、受圧面５３ａに凹部を設けても良い。当接面５３ｃとバネ受け面６３ｃとの間にはスプリング６４が配設され、規制部材５１とロック部材６１とは出退方向に互いに離間するよう付勢されている。即ち、ロック部材６１もロック溝２６に突出するよう付勢されている。スプリング５４が本発明における「第一付勢手段」に相当し、スプリング６４が「第二付勢機構」に相当する。

第一フランジ部５３の外径と第二フランジ部６３の外径とは等しく、収容部３２の拡径部３２ｂの内径よりも僅かに小さい。第二軸部６２の突出側の外径は、収容部３２の縮径部３２ａの内径よりも僅かに小さい。よって、第一フランジ部５３と第二フランジ部６３と第二軸部６２のうち突出側の部分とは、収容部３２に対して摺動可能である。

規制機構５及びロック機構６を収容部３２に組付けると、図２（ｂ）に示すごとく、収容部３２は、出退方向において第一フランジ部５３よりも引退側の第一空間３３と、第二フランジ部６３よりも突出側の第二空間３４とに別けられる。また、スプリング６４の付勢力によって、当接面５３ｃと当接面６２ｄとはクリアランス３９を介して離間している。規制機構５及びロック機構６に作動油が供給されていない状態では、図２（ｂ）の状態で各部材は静止している。作動油が供給されてもクリアランス３９が図２（ｂ）の状態よりも広がることはない。第一軸部５２の長さは、ロック部材６１の長さよりもクリアランス３９の出退方向の長さだけ長く、規制部材５１とロック部材６１との相対移動が可能な範囲はクリアランス３９の出退方向の長さに相当する。ロック部材６１がロック溝２６から引退すると、図３（ｂ）に示すごとく、収容部３２のうち先端面６２ｃよりも出退方向の突出側に第三空間３５が生じる。即ち、ロック部材６１がロック溝２６から引退したとき、先端面６２ｃが内表面２３ａよりも引退側に位置して第三空間３５が生じる程度に、クリアランス３９を設定する。先端面６２ｃが、本発明における「突出側先端部」に相当する。

図示はしないが、収容部３２、規制部材５１、及びロック部材６１には、回り止め機構が備えられている。回り止め機構は、例えば、出退方向の長尺の突起部と、突起部の形状に対応した溝とによる異形嵌合によって構成すると良い。回り止め機構は、この異形嵌合に限定するものではないが、規制部材５１及びロック部材６１の出退動作を妨げるような構成としてはならない。

（ロック解除通路及び規制保持通路）
図２及び図７に示すごとく、突出部３１には、遅角室４２と第二空間３４とを連通するロック解除通路３７が形成されている。ロック解除通路３７は、内部ロータ３の相対回転移動方向に沿って形成されている。

突出部３１には、遅角室４２と第一空間３３とを連通する規制保持通路３６が形成されている。規制保持通路３６は、内部ロータ３の相対回転移動方向に沿って形成されている。

流体給排機構７から遅角室４２に作動油が供給されると、ロック解除通路３７を介して第二空間３４に作動油が供給される。図２に示すごとく、規制部材５１が規制溝２５に突出しているときは、第二空間３４へ作動油が供給されると同時に、規制保持通路３６を介して第一空間３３にも作動油が供給される。受圧面５３ａの面積は受圧面６３ａの面積よりも大きいため、第一空間３３と第二空間３４とに作動油が供給された場合、受圧面５３ａに作用する作動油の油圧は、受圧面６３ａに作用する作動油の油圧よりも大きい。したがって、図３に示すごとく、規制部材５１は規制溝２５に突出した状態を保持し、ロック部材６１のみがロック溝２６から引退する。最終的には、当接面６２ｄが当接面５３ｃに当接して、ロック部材６１の引退動作は停止する。このように、ロック機構６による拘束は解除される。ただし、ロック部材６１の引退動作が阻害されないよう、スプリング６４の付勢力は受圧面６３ａに作用する油圧よりも小さく設定してある。

（規制解除通路）
図４及び図７に示すごとく、突出部３１には、進角通路４３から分岐した規制解除通路３８が形成されている。規制解除通路３８は、突出部３１のリアプレート２３の側の内表面２３ａに形成した溝とリアプレート２３とで構成されている。ロック部材６１がロック溝２６から引退したときに生じる第三空間３５に進角通路４３からの作動油を供給可能なよう、規制解除通路３８は収容部３２の縮径部３２ａに開放されている。図２に示すごとく、ロック部材６１がロック溝２６に突出しているときは、規制解除通路３８は外周面６２ｂによって閉塞されている。

図４に示すごとく、中間規制位相のとき第三空間３５と規制溝２５とロック溝２６とは連通している。よって、第三空間３５に作動油が供給され、第三空間３５と規制溝２５とロック溝２６とに作動油が満たされると、作動油の油圧が先端面６２ｃに作用し、ロック部材６１は引退側に移動しようとする。このとき、当接面５３ｃと当接面６２ｄとが当接しているため、規制部材５１はロック部材６１と一体移動し、規制溝２５から引退する。最終的には、図５（ｂ）に示すごとく、スプリング５４が限界まで収縮して、規制部材５１及びロック部材６１の引退動作は停止する。このように、規制機構５による規制は解除される。ただし、規制部材５１の引退動作が阻害されないよう、スプリング５４の付勢力とスプリング６４の付勢力とは、先端面６２ｃに作用する油圧よりも小さく設定してある。

規制部材５１が規制溝２５から引退したとき、第一フランジ部５３の外周面５３ｂによって、規制保持通路３６は閉塞される。一方、ロック解除通路３７は第二空間３４と遅角室４４を連通したままである。また、規制解除通路３８は、第三空間３５に開放されたままである。したがって、規制部材５１が規制溝２５から引退した後は、進角室４１及び遅角室４２のうち何れかの室に作動油を供給すれば、ロック部材６１と規制部材５１とは共に引退した状態に保持される。この結果、図６に示すごとく、相対回転位相を自在に変位させることができる。即ち、規制機構５による規制が解除された後は、ロック解除通路３７と規制解除通路３８とは、ロック部材６１及び規制部材５１を引退した状態に保持する引退保持通路として機能する。

このように、ロック部材６１と規制部材５１とを軸部及びフランジ部を有する簡易な構成とするだけで、ロック機構６と規制機構５とを個別自在に制御できる。また、部品点数が少なく、組付性も向上する。なお、第二軸部６２のうち突出側の部分が収容部３２の縮径部３２ａに対して摺動する構成であるため、第二空間３４と第三空間３５とが連通することがなく、ロック部材６１及び規制部材５１が誤作動することはない。

（リーク路）
図２及び図７に示すごとく、第二フランジ部６３の外周面６３ｂに、リーク路６５を形成してある。リーク路６５は出退方向に沿った溝で良い。リーク路６５を備えると、例えば、第一空間３３や第二空間３４から作動油が第一フランジ部５３と第二フランジ部６３との間に漏洩しても、その作動油はロック部材６１の引退時に第一フランジ部５３と第二フランジ部６３とに挟持されて、第二空間３４に排出される。したがって、ロック部材６１の引退動作が阻害されることはない。

（弁開閉時期制御装置の動作）
相対回転位相が最進角位相である状態でエンジンを始動させた場合における弁開閉時期制御装置１の動作について説明する。

エンジン停止状態では、ポンプ７１は停止している。また、流路切換弁７２への給電は「ＯＦＦ」であり、進角制御が可能な作動油経路が形成された状態である。図２に示すごとく、ロック部材６１がロック溝２６に係止しており、相対回転位相はロック機構６により最進角位相に拘束された状態である。規制部材５１も規制溝２５に突出している。

エンジンの始動制御が開始されると、クランキングが実行される。クランキングによりポンプ７１が稼動するが、未だ流路切換弁７２への給電は「ＯＦＦ」であって、進角制御可能な作動油経路が形成された状態であるため、第一空間３３及び第二空間３４には作動油が供給されることはなく、ロック機構６による拘束は維持される。このとき、規制解除通路３８には作動油が供給されるが、第三空間３５が生じておらず、規制解除通路３８は第二軸部６２の外周面６２ｂによって閉塞されているため、規制部材５１は規制溝２５に突出したままである。

クランキングによりエンジンが始動すると、ＥＣＵ８は進角制御を行い、流体給排機構７から進角通路４３に作動油が供給される。しかし、依然変わりなく第一空間３３と第二空間３４とに作動油は供給されず、第三空間３５も生じていない。よって、ロック機構６による拘束と規制機構５による規制は維持される。

このように、エンジン始動時の相対回転位相は最進角位相に拘束されている。相対回転位相が最進角位相であると、排気弁は爆発行程の途中で開き、排気行程の途中で閉じる。排出されなかった排気ガスの一部は、排気行程で圧縮される。よって、吸気弁が開くと、圧縮された排気ガスは吸気ポート側へ逆流する。相対回転位相が最進角位相である状態でエンジンを始動すると、高温の排気ガスにより吸気の温度が上昇し、燃料の霧化が促進される。この結果、冷間状態での始動であっても、エンジン始動時の炭化水素（Ｃｏｌｄ ＨＣ）の発生を抑制することができる。

排気弁側の弁開閉時期制御装置１が最進角位相であると、上述の効果が得られるものの、エンジン回転に対しては負荷が大きい。この結果、エンジン出力トルクが落ち、燃費の低下につながる。よって、エンジン始動後から数秒経過以降は、相対回転位相を遅角側に変位させる。

ＥＣＵ８が遅角制御を行うと、流体給排機構７から遅角通路４４に作動油が供給される。よって、第一空間３３及び第二空間３４に作動油が供給され、図３に示すごとく、ロック部材６１がロック溝２６から引退し、ロック機構６による拘束が解除される。しかし、規制部材５１は規制溝２５に突出したままであるため、規制機構５による規制は維持されている。即ち、相対回転位相は規制範囲に規制されたままである。このとき、第三空間３５が生じるが、遅角制御であるため第三空間３５に作動油は供給されない。

その後、相対回転位相は遅角方向Ｓ２に変位し始めるが、図４に示すごとく、第一軸部５２の外周面５２ａが規制溝２５の第二端部２５ｂに当接するため、規制部材５１は中間規制位相を越える遅角側へは変位できない。このとき、遅角制御による遅角側への付勢力により、規制部材５１は第二端部２５ｂに押付けられて位置決めされる。即ち、相対回転位相が中間規制位相に規制される。

中間規制位相は、最進角位相と最遅角位相との間の任意の位相であり、特定の位相に限定されるものではない。寒冷地においてエンジンを始動した場合、エンジン始動から数秒では、作動油が低温であり、粘性が高く、流動性に乏しい。よって、作動油の油圧により相対回転位相を所望の位相に保持することが困難である。したがって、このような状況において、相対回転位相を遅角側へ変位させるには、流体給排機構７は作動油の圧送圧力を高める必要がある。このため、相対回転位相が最遅角位相にまで達する可能性がある。この場合、排気弁が吸気行程の途中まで開いていることとなる。仮に、吸気弁側の弁開閉時期制御装置がエンジン始動後のアイドリング時に、アトキンソンサイクルを使用していると、吸気行程中に排気弁側から吸気を行う事態を招き、アトキンソンサイクルを使用する効果が得られなくなる。しかしながら、本構成によると、相対回転位相を中間規制位相に規制できるため、アトキンソンサイクルを使用する効果を適切に得られる。

その後、相対回転位相を自在に変位させるために、ＥＣＵ８は進角制御を行い、規制解除通路３８を介して第三空間３５に作動油を供給する。よって、図５に示すごとく、規制部材５１が規制溝２５から引退し、規制機構５による規制が解除される。この結果、図６に示すごとく、相対回転位相を中間規制位相からさらに遅角方向Ｓ２へ変位させることが可能となる。

エンジン通常運転中は進角室４１及び遅角室４２の何れか一方に作動油が供給される。このため、解除状態となった後は、第一空間３３または第二空間３４の何れか一方に作動油が供給され、規制部材５１及びロック部材６１は引退した状態に維持される。したがって、その後は、最進角位相から最遅角位相との範囲で、エンジンの回転数、負荷に応じた適切な相対回転位相とすることができる。

エンジンが停止され、第二空間３４及び第三空間３５から作動油が排出されると、トーションスプリング１０３の付勢力により、相対回転位相は最進角位相に変位する。このため、規制部材５１及びロック部材６１は、規制溝２５及びロック溝２６に突出する。したがって、次のエンジン始動時に備えて、相対回転位相は最進角位相に拘束することができる。ただし、エンジン停止時に、相対回転位相を最進角位相に変位させる手段は、上述のトーションスプリング６４の付勢力に限られるものではない。

本発明に係る弁開閉時期制御装置を吸気側の弁開閉時期制御装置に適用しても良い。

規制部材、ロック部材、及び収容部の形状は、本実施形態の形状に限定するものではない。円柱形状・円筒形状でなければ、上述の回り止め機構が不要であるが、円柱形状・円筒形状である方が、規制部材及びロック部材の出退動作を円滑に行うことができる。

本発明は、内燃機関の停止時または始動時に、最進角位相と最遅角位相との間の所定位相に相対回転位相を確実に拘束または規制でき、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（駆動側回転部材）
３ 内部ロータ（従動側回転部材）
４ 流体圧室
５ 規制機構
６ ロック機構
２５ 規制溝
２６ ロック溝
３１ 突出部（仕切部）
３２ 収容部
３３ 第一空間
３４ 第二空間
３５ 第三空間
３６ 規制保持通路
３７ ロック解除通路
３８ 規制解除通路
４１ 進角室
４２ 遅角室
５１ 規制部材
５２ 第一軸部
５３ 第一フランジ部
５４ スプリング（第一付勢機構）
６１ ロック部材
６２ 第二軸部
６２ｃ 先端面（突出側先端部）
６３ 第二フランジ部
６４ スプリング（第二付勢機構）
１０１ カムシャフト

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、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに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少なくとも一方に設けられた仕切部と、
   前記駆動側回転体または前記従動側回転体の何れか一方に形成された収容部に配設され、前記収容部とは反対側の回転体に対して出退するロック部材と、前記ロック部材が突出して係止可能となるよう前記反対側の回転体に形成されたロック溝とを有し、前記ロック部材が前記ロック溝に係止したときに、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を拘束するロック機構と、
   前記ロック部材の出退方向において前記ロック部材に対する相対移動及び前記ロック部材との一体移動が可能となるよう前記収容部に配設され、前記反対側の回転体に対して出退する規制部材と、前記規制部材が突出可能となるよう前記反対側の回転体に長穴形状に形成された規制溝とを有し、前記規制部材が前記規制溝に突出したときに、前記相対回転位相を所定範囲に規制する規制機構と、を備えた弁開閉時期制御装置。
2. 前記ロック機構が、前記相対回転位相を最進角位相、最遅角位相、または前記最進角位相と前記最遅角位相との間の所定位相に拘束し、
   前記規制機構が、前記相対回転位相を前記最進角位相または前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲に規制するよう構成してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記ロック部材に作動流体を作用させて、前記ロック部材を前記ロック溝から引退させることが可能なロック解除通路と、
   前記規制部材が前記規制溝に突出したときのみ、前記規制部材に前記作動流体を作用させて、前記規制部材を前記規制溝に突出した状態に保持することが可能な規制保持通路と、
   前記ロック部材が前記ロック溝から引退したときのみ、前記ロック部材及び前記規制部材のうち少なくとも前記ロック部材に前記作動流体を作用させて、前記ロック部材を介して前記規制部材を前記規制溝から引退させることが可能な規制解除通路と、を備えた請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記ロック解除通路が、前記収容部側の回転体に形成され、前記進角室または前記遅角室の何れか一方と前記収容部とを常時連通し、
   前記規制保持通路が、前記収容部側の回転体に形成され、前記進角室及び前記遅角室のうち前記ロック解除通路が連通する室と同じ室と前記収容部とを連通可能であり、
   前記規制解除通路が、前記駆動側回転体または前記従動側回転体の何れか一方に形成され、前記進角室及び前記遅角室のうち前記ロック解除通路が連通する室とは反対側の室と前記収容部とを連通可能であり、
   前記ロック解除通路及び前記規制保持通路と前記規制解除通路とが前記収容部を介して連通しないよう構成してある請求項３に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記ロック部材が前記規制部材を包持するよう構成され、前記ロック溝と前記規制溝とが一体的に形成されている請求項３または４に記載の弁開閉時期制御装置。
6. 前記規制部材が、第一軸部と該第一軸部のうち前記出退方向の引退側に設けられた第一フランジ部とを有すると共に、前記ロック部材が、前記第一軸部のうち前記出退方向の突出側の部分を包持する第二軸部と該第二軸部に設けられた第二フランジ部とを有し、
   前記第一フランジ部と前記第二フランジ部と前記第二軸部のうち前記出退方向の突出側の部分とが、前記収容部に対して摺動可能であり、
   前記規制保持通路が、前記収容部のうち前記出退方向の引退側の部分と前記第一フランジ部との間の第一空間に接続され、
   前記ロック解除通路が、前記収容部のうち前記出退方向の突出側の部分と前記第二フランジ部との間の第二空間に接続され、
   前記規制解除通路が、前記ロック部材が前記ロック溝から引退したときに生じる前記収容部と前記第二軸部の突出側先端部との間の第三空間に接続され、
   前記規制部材が前記規制溝から引退したとき、前記規制保持通路が前記第一フランジ部によって閉塞されるよう構成してある請求項５に記載の弁開閉時期制御装置。
7. 前記出退方向において、前記規制保持通路からの前記作動流体が作用する前記規制部材の受圧面積が、前記ロック解除通路からの前記作動流体が作用する前記ロック部材の受圧面積よりも大きくなるよう構成してある請求項６に記載の弁開閉時期制御装置。
8. 前記規制部材を前記規制溝に突出するよう付勢する第一付勢機構と、前記ロック部材と前記規制部材とを前記出退方向に互いに離間するよう付勢する第二付勢機構と、を備えた請求項６または７に記載の弁開閉時期制御装置。

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