JP5168389B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置において吸気弁または排気弁の開閉時期を制御するために使用される弁開閉時期制御装置（内燃機関用バルブ開閉タイミング調整装置）に関する。

この種の弁開閉時期制御装置の一つとして、内燃機関のクランク軸から内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉するカム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記クランク軸または前記カム軸と一体的に回転するハウジング部材と、このハウジング部材に設けたシュー部に相対回転可能に組付けられてベーン部にて前記ハウジング部材内に進角油室と遅角油室を形成し前記カム軸または前記クランク軸と一体的に回転するロータ部材と、作動油の供給によりアンロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を許容し作動油の排出によりロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間の中間位相位置（ロック位相位置）にて規制する相対回転制御機構と、前記進角油室及び前記遅角油室と前記相対回転制御機構への作動油の給排を制御する油圧回路を備えたものがあり、例えば下記特許文献１に示されている。

特開平９−３２４６１３号公報

（発明が解決しようとする課題）
上記した弁開閉時期制御装置においては、相対回転制御機構がハウジング部材とロータ部材の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間の両端回転限界位置を除いた中間領域内のロック位相位置にて規制する状態にて、内燃機関の良好な始動性が得られるように、吸気弁及び排気弁の開閉時期が設定されている。このため、内燃機関の始動時において、相対回転制御機構がハウジング部材とロータ部材の相対回転をロック位相位置にて規制しない場合には、内燃機関の始動性が損なわれるおそれがある。

ところで、内燃機関の始動時において、相対回転制御機構がハウジング部材とロータ部材の相対回転をロック位相位置にて規制することを阻害する要因としては、油圧回路の設定に起因するものや、進角油室及び遅角油室と相対回転制御機構に作動油が残留することに起因するものがある。また、従来の油圧回路においては、内燃機関の始動時に、油圧回路が備える油圧制御弁を如何に制御するかについて十分な検討がなされておらず、内燃機関の始動時から通常運転時に移行する過程において、ハウジング部材とロータ部材の相対回転位相が過渡的に不安定となるおそれがある。

（課題を解決するための手段）
本発明は、上記した問題に対処すべく、上記した弁開閉時期制御装置において、
前記相対回転制御機構を、前記ロック位相位置にてロック作動したとき進角側への相対回転を規制する第１制御機構と、前記ロック位相位置にてロック作動したとき遅角側への相対回転を規制する第２制御機構にて構成し、前記油圧回路から前記第１制御機構を通して前記進角油室に作動油を給排可能とし、前記油圧回路から前記第２制御機構を通して前記遅角油室に作動油を給排可能とし、前記油圧回路を単一の油圧制御弁で作動油の給排を制御可能に構成し、
前記油圧回路として、内燃機関の始動時に、作動油の油圧が制御可能油圧となるまでは、前記進角油室及び前記遅角油室と前記第１制御機構及び前記第２制御機構から作動油を排出可能で、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった後には、前記進角油室及び前記遅角油室に作動油が供給されていないときに前記ハウジング部材と前記ロータ部材が相対回転する方向側で、
前記駆動力伝達系のトルク変動による遅角側への相対回転の力と、前記ハウジング部材及び前記ロータ部材間に介装したトーションスプリングによる進角側への相対回転の力とで、遅角側への相対回転の力の方が大きい場合には、前記ハウジング部材と前記ロータ部材の最遅角位相位置からの相対回転角が設定値を超えるまでの間に、位相変換の応答性が優れる方向側にある前記進角油室と前記第１制御機構に作動油を供給して充満させるとともに、前記相対回転角が設定値を超えた後に、前記遅角油室と前記第２制御機構に作動油を供給可能である油圧回路を採用した
こと（請求項１に係る発明）に特徴がある。

また、本発明の実施に際しては、前記進角油室に作動油を充満させるときの、前記油圧制御弁の制御値を、内燃機関の停止前の通常運転時においてハウジング部材とロータ部材の相対回転位相を保持する際の制御値を基に更新すること（請求項２に係る発明）が望ましく、この場合において、前記油圧制御弁の制御値を、作動油の温度に応じて補正すること（請求項３に係る発明）が望ましい。

また、本発明の実施に際しては、作動油の油圧が制御可能油圧以上となったことの判定を、内燃機関の始動後の所定経過時間にて行うこと（請求項４に係る発明）が望ましく、この場合において、前記所定経過時間を作動油の温度または内燃機関の回転数に応じて補正すること（請求項５に係る発明）が望ましい。また、前記進角油室から他方の油室への作動油の供給切換を位相検出手段の検出値に基づいて行うこと（請求項６に係る発明）が望ましい。

また、上記した各場合において、前記油圧制御弁として、制御電流値がゼロまたは極小の状態で前記進角油室及び前記遅角油室と前記相対回転制御機構から作動油を排出可能、制御電流値が小の状態で前記進角油室から作動油を排出可能かつ他方に作動油を供給可能、制御電流値が中の状態で前記進角油室及び前記遅角油室に作動油を給排不能、制御電流値が大の状態で前記進角油室に作動油を供給可能かつ他方から作動油を排出可能な油圧制御弁を採用し、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった時点から短時間で制御電流値をゼロまたは極小から大とすること（請求項７に係る発明）が可能である。

（発明の作用効果）
本発明による弁開閉時期制御装置（請求項１に係る発明）においては、内燃機関の始動時に、作動油の油圧が制御可能油圧となるまでの始動初期には、油圧回路にて進角油室及び遅角油室と前記第１制御機構及び前記第２制御機構（相対回転制御機構）から作動油を排出可能である。このため、内燃機関の始動初期において進角油室及び遅角油室に残る作動油を排出することができて、同作動油によりハウジング部材とロータ部材の相対回転が阻害されることはなく、駆動力伝達系のトルク変動により、ハウジング部材に対してロータ部材を最進角位相位置と最遅角位相位置間のロック位相位置に素早く相対回転させることができる。また、内燃機関の始動初期において前記第１制御機構及び前記第２制御機構（相対回転制御機構）から作動油を排出することができて、相対回転制御機構にて的確なロック作動が得られ、ハウジング部材とロータ部材の相対回転を上記したロック位相位置にて的確に規制することができる。したがって、内燃機関の始動性を向上させることができる。

また、本発明による弁開閉時期制御装置（請求項１に係る発明）においては、内燃機関の始動時において、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった後の始動後期には、前記進角油室と前記第１制御機構に作動油を供給して充満させるとともに、その後に前記遅角油室と前記第２制御機構に作動油を供給可能である。このため、内燃機関の始動後期から通常運転時に移行する過程において、前記第１制御機構及び前記第２制御機構（相対回転制御機構）による規制（ロック）を解除した状態で、ハウジング部材とロータ部材の相対回転位相を上記したロック位相位置に略一致させて保持することができ、ハウジング部材とロータ部材の相対回転位相を所定の中間位相で安定させることができる。
また、本発明による弁開閉時期制御装置（請求項１に係る発明）においては、相対回転制御機構を、ロック位相位置にてロック作動したとき進角側への相対回転を規制する第１制御機構と、ロック位相位置にてロック作動したとき遅角側への相対回転を規制する第２制御機構にて構成し、油圧回路から第１制御機構を通して進角油室に作動油を給排可能とし、油圧回路から第２制御機構を通して遅角油室に作動油を給排可能とし、油圧回路を単一の油圧制御弁で作動油の給排を制御可能に構成した。このため、油圧回路から進角油室に至る作動油の給排通路の一部を油圧回路から第１制御機構に至る作動油の給排通路として共用することができるとともに、油圧回路から遅角油室に至る作動油の給排通路の一部を油圧回路から第２制御機構に至る作動油の給排通路として共用することができて、通路形成のための加工を低減することができる。また、油圧回路をシンプルとして小型化・低コスト化を図ることができる。

また、本発明の実施に際して、進角油室に作動油を充満させるときの、油圧回路が備える油圧制御弁の制御値を、内燃機関の停止前の通常運転時においてハウジング部材とロータ部材の相対回転位相を保持する際の制御値を基に更新するようにした場合（請求項２に係る発明）においては、機差（製品のバラツキ）及び経時劣化を吸収することができて、常に所期の作動油供給特性を得ることができ、所期の作動応答性を得ることができる。この場合において、前記油圧制御弁の制御値を、作動油の温度に応じて（作動油の温度が高いときには粘度が低いため油圧制御弁の開口面積が小さくなるように、また作動油の温度が低いときには粘度が高いため油圧制御弁の開口面積が大きくなるように）補正した場合（請求項３に係る発明）においては、作動油の温度に拘らず、常に所期の作動油供給特性が得られて、所期の作動応答性を得ることができる。

また、本発明の実施に際して、作動油の油圧が制御可能油圧以上となったことの判定を、内燃機関の始動後の所定経過時間にて行うようにした場合（請求項４に係る発明）においては、油圧検出手段を用いることなく安価に実施することができる。この場合において、前記所定経過時間を作動油の温度または内燃機関の回転数に応じて（作動油の温度が高いときには短く低いときには長く、また内燃機関の回転数が高いときには短く低いときには長く）補正した場合（請求項５に係る発明）においては、作動油の温度または内燃機関の回転数に拘らず、常に所期の作動油供給特性が得られて、所期の作動応答性を得ることができる。

また、本発明の実施に際して、進角油室から他方の油室への作動油の供給切換を位相検出手段（例えば、クランク角センサ及びカム角センサ）の検出値に基づいて行うようにした場合（請求項６に係る発明）には、所定の相対回転位相にて作動油の供給切換を的確に行うことができて、常に所期の作動応答性を得ることができる。

また、本発明の実施に際して、油圧制御弁として、制御電流値がゼロまたは極小の状態で進角油室及び遅角油室と相対回転制御機構から作動油を排出可能、制御電流値が小の状態で進角油室から作動油を排出可能かつ他方に作動油を供給可能、制御電流値が中の状態で進角油室及び遅角油室に作動油を給排不能、制御電流値が大の状態で進角油室に作動油を供給可能かつ他方から作動油を排出可能な油圧制御弁を採用し、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった時点から短時間で制御電流値をゼロまたは極小から大とした場合（請求項７に係る発明）には、制御電流値がゼロまたは極小の状態（進角油室及び遅角油室から作動油を排出可能な状態）から制御電流値が大の状態（進角油室に作動油を供給可能かつ遅角油室から作動油を排出可能な状態）に移行する際において、制御電流値が小の状態（遅角油室に作動油を供給可能かつ進角油室から作動油を排出可能な状態）である時間を極小とすることが可能である。

このため、仮に、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった時点で、進角油室と遅角油室に作動油が残留していて、制御電流値がゼロまたは極小の状態から大の状態に移行する過渡期の制御電流値が小の状態で遅角油室に作動油が供給されても、過渡期の制御電流値が小の状態は極小時間であり、そのときに遅角油室に向けて供給される作動油の流量は微量であって、第２制御機構がアンロック動作することはない。なお、上記した過渡期において、遅角油室に向けて供給される作動油の流量が多い場合（制御電流値が小の状態である時間が長い場合）には、遅角油室に残量している作動油に供給される作動油が加わることで、第２制御機構がアンロック動作してハウジング部材とロータ部材の相対回転位相が過渡的に不安定となるおそれがある。

本発明による弁開閉時期制御装置の一実施形態を示す全体構成図である。 図１の要部縦断正面図である。 図２に示した上方のロックピン部位の断面図である。 図２に示した下方のロックピン部位の断面図である。 図１に示した油圧制御弁の拡大断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第１の通電状態での要部断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第２の通電状態での要部断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第３の通電状態での要部断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第４の通電状態での要部断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第５の通電状態での要部断面図である。 図５に示した油圧制御弁の第６の通電状態での要部断面図である。 図１に示した弁開閉時期制御装置の弁開閉時期制御ルーチンを示すフローチャートである。 弁開閉時期制御装置の他の実施形態を示す全体構成図である。

以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図１２に示した本発明による弁開閉時期制御装置は、カム軸１０の先端部（図１の左端）に一体的に組付けたロータ部材２０と、このロータ部材２０に所定範囲で相対回転可能に外装されたハウジング部材３０と、ハウジング部材３０とロータ部材２０間に介装したトーションスプリングＳと、ハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を制御する相対回転制御機構Ｂを備えるとともに、後述する進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２への作動油の給排を制御するとともに相対回転制御機構Ｂへの作動油の給排を制御する油圧回路Ｃを備えている。

カム軸１０は、吸気弁（図示省略）を開閉する周知のカム（図示省略）を有していて、内燃機関のシリンダヘッド４０に回転自在に支持されており、内部にはカム軸１０の軸方向に延びる進角通路１１と遅角通路１２が設けられている。進角通路１１は、径方向の通孔１３と環状の通路１４と接続通路Ｐ１を介して油圧制御弁１００の接続ポート１０１に接続されている。また、遅角通路１２は、径方向の通孔１５と環状の通路１６と接続通路Ｐ２を介して油圧制御弁１００の接続ポート１０２に接続されている。なお、径方向の通孔１３，１５と環状の通路１６はカム軸１０に形成されており、環状の通路１４はカム軸１０とシリンダヘッド４０の段部間に形成されている。

ロータ部材２０は、メインロータ２１と、このメインロータ２１の前方（図１の左方）に一体的に組付けた段付筒状のフロントロータ２２によって構成されていて、ボルト５０によってカム軸１０の前端に一体的に固着されており、ボルト５０の頭部によって前端を閉塞された各ロータ２１，２２の中心内孔はカム軸１０に設けた進角通路１１に連通している。

メインロータ２１は、フロントロータ２２が同軸的に組付けられる内孔２１ａを有するとともに、４個のベーン２３とこれを径外方へ付勢するスプリング２４（図１参照）を組付けるためのベーン溝２１ｂを有している。各ベーン２３は、ベーン溝２１ｂに組付けられて径外方に延びており、ハウジング部材３０内に４個の進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２を区画形成している。また、メインロータ２１には、径方向内端にて中心内孔を通して進角通路１１に連通し径方向外端にて進角油室Ｒ１に連通する径方向の通孔２１ｃが４個設けられるとともに、遅角通路１２に連通する軸方向の通孔２１ｄと、径方向内端にて通孔２１ｄに連通し径方向外端にて遅角油室Ｒ２に連通する径方向の通孔２１ｅがそれぞれ４個設けられている。

ハウジング部材３０は、ハウジング本体３１と、フロントプレート３２と、リヤ薄肉プレート３３と、これらを一体的に連結する５本のボルト３４（図２参照）によって構成されていて、ハウジング本体３１の後方外周にはスプロケット３１ａが一体的に形成されている。スプロケット３１ａは、周知のように、タイミングチェーン(図示省略)を介して内燃機関のクランク軸(図示省略)に連結されていて、クランク軸からの駆動力が伝達されて図２の時計方向へ回転されるように構成されている。

ハウジング本体３１は、径内方に突出する４個のシュー部３１ｂを有していて、各シュー部３１ｂの径方向内端にてメインロータ２１を相対回転可能に支承している。フロントプレート３２とリヤ薄肉プレート３３は、軸方向の対向する端面にて、メインロータ２１の軸方向端面外周および各ベーン２３の軸方向端面全体にそれぞれ摺動可能に接している。また、ハウジング本体３１には、図２に示したように、最遅角位相位置をベーン２３との当接によって規定する突起３１ｃが形成されるとともに、最進角位相位置をベーン２３との当接によって規定する突起３１ｄが形成されている。

相対回転制御機構Ｂは、作動油の供給によりアンロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を許容し、作動油の排出によりロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間のロック位相位置（図２の状態）にて規制するものであり、図２〜図４に示したように、一対のロックピン６１，６２及びロックスプリング６３，６４を備えている。なお、相対回転制御機構Ｂは、ロックピン６１とロックスプリング６３を備えた第１制御機構と、ロックピン６２とロックスプリング６４を備えた第２制御機構にて構成されている。

第１制御機構は、進角通路１１からの作動油の供給によりアンロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を許容し、進角通路１１への作動油の排出によりロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の進角側への相対回転をロック位相位置（図２の状態）にて規制する。第２制御機構は、遅角通路１２からの作動油の供給によりアンロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を許容し、遅角通路１２への作動油の排出によりロック作動してハウジング部材３０とロータ部材２０の進角側への相対回転をロック位相位置（図２の状態）にて規制する。

各ロックピン６１，６２は、フロントプレート３２に設けた軸方向の退避孔３２ａ，３２ｂに軸方向へ摺動可能に組付けられていて、退避孔３２ａ，３２ｂに収容したロックスプリング６３，６４によって退避孔３２ａ，３２ｂから突出するように付勢されている。なお、各退避孔３２ａ，３２ｂには、ロックピン６１，６２を円滑に軸方向移動させるための通孔３２ｃ，３２ｄが設けられている。

また、各ロックピン６１，６２は、先端部がメインロータ２１に設けた円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇに摺動可能で抜き差し可能（嵌合・離脱可能）であり、円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇに作動油が供給されることによりロックスプリング６３，６４の付勢力（小さい値に設定されている）に抗して軸方向へ移動して退避孔３２ａ，３２ｂに退避収容されるようになっている。また、各ロックピン６１，６２の先端は、メインロータ２１の端面に当接可能であり、当接状態では摺動可能である。

各円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇは、図２に示したように、ハウジング部材３０に対してロータ部材２０がロック位相位置にあるとき、端部が各退避孔３２ａ，３２ｂに対向一致するように設けられていて、底部には円弧状連通溝２１ｈ，２１ｉと軸方向の通孔２１ｊ，２１ｋが設けられている。円弧状ロック溝２１ｆは、図２及び図３にて示したように、円弧状連通溝２１ｈと軸方向の通孔２１ｊと径方向の通孔２１ｃを通して進角通路１１に連通するとともに、径外方に延びる連通溝２１ｍを通して進角油室Ｒ１に連通している。円弧状ロック溝２１ｇは、図２及び図４にて示したように、円弧状連通溝２１ｉと軸方向の通孔２１ｋと径方向の通孔２１ｅと軸方向の通孔２１ｄを通して遅角通路１２に連通するとともに、径外方に延びる連通溝２１ｎを通して遅角油室Ｒ２に連通している。

ハウジング部材３０とロータ部材２０間に介装したトーションスプリングＳは、ハウジング部材３０に対してロータ部材２０を進角側に回転付勢するものであり、その付勢力は吸気弁を閉方向に付勢するスプリング（図示省略）の付勢力に起因してカム軸１０及びロータ部材２０が遅角側に回転付勢されるのを打ち消す程度の値とされている。このため、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転位相を進角側へ変更する場合の作動応答性が良好とされている。

図１に示した油圧制御弁１００は、内燃機関によって駆動されるオイルポンプ１１０、内燃機関のオイル溜１２０等とにより油圧回路Ｃを構成していて、通電制御装置２００によるソレノイド１０３への通電によってスプール１０４をスプリング１０５に抗して図１の左方向へ移動できるものであり、制御電流値であるデューティ値（％）を変えることにより、スプール１０４が図５〜図１１に例示したように作動するように構成されている。通電制御装置２００は、各種センサ（クランク角センサ２０１、カム角センサ２０２、スロットル開度センサ２０３、エンジン回転数センサ２０４、エンジン冷却水温センサ２０５、車速センサ２０６、オイルポンプ吐出圧センサ２０７等）からの検出信号に基づき、予め設定した制御ルーチン（図１２参照）に従い、内燃機関の運転状態に応じて出力（デューティ値）を制御するようになっている。

スプール１０４は、図５にて拡大して示したように、５個のランド部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅと、各ランド部間に形成した４個の環状溝１０４ｆ，１０４ｇ，１０４ｈ，１０４ｉと、両端の環状溝１０４ｆ，１０４ｉを排出ポート１０７に連通させる一対の連通孔１０４ｊ，１０４ｋを有していて、図５に示した各部のラップ量がＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５＜Ｌ６となるように設定されている。

ところで、スプール１０４が図５に示した状態（デューティ値０％、すなわち制御電流値がゼロで非通電の状態）にあるときには、オイルポンプ１１０の吐出口に接続された供給ポート１０６が両ランド部１０４ｂ，１０４ｃによって両接続ポート１０１，１０２との連通を遮断されるとともに、両接続ポート１０１，１０２がオイル溜１２０に接続された排出ポート１０７に両環状溝１０４ｆ，１０４ｉと両連通孔１０４ｊ，１０４ｋを通して連通していて、両接続ポート１０１，１０２から排出ポート１０７に作動油が排出可能である。このため、各進角油室Ｒ１及び各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの両円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇから油圧制御弁１００を通して作動油をオイル溜１２０に排出可能である。

また、スプール１０４が図６に示した状態にあるときには、供給ポート１０６が両ランド部１０４ｂ，１０４ｃによって両接続ポート１０１，１０２との連通を遮断されるとともに、接続ポート１０１が排出ポート１０７に環状溝１０４ｆと連通孔１０４ｊを通して連通していて、接続ポート１０１から排出ポート１０７に作動油が排出可能であるものの、接続ポート１０２が両ランド部１０４ｄ，１０４ｅによって排出ポート１０７との連通を遮断される。このため、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆから油圧制御弁１００を通して作動油をオイル溜１２０に排出可能であり、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに作動油を封止可能である。

また、スプール１０４が図７に示した状態（制御電流値が小の状態）にあるときには、供給ポート１０６がランド部１０４ｂによって接続ポート１０１との連通を遮断された状態にて接続ポート１０２に環状溝１０４ｈを通して連通するとともに、接続ポート１０１が排出ポート１０７に環状溝１０４ｆと連通孔１０４ｊを通して連通していて、供給ポート１０６から接続ポート１０２に作動油が供給可能であり、接続ポート１０１から排出ポート１０７に作動油が排出可能である。このため、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに油圧制御弁１００を通して作動油が供給可能であり、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆから油圧制御弁１００を通して作動油をオイル溜１２０に排出可能である。

また、スプール１０４が図８に示した状態にあるときには、供給ポート１０６がランド部１０４ｂによって接続ポート１０１との連通を遮断された状態にて接続ポート１０２に環状溝１０４ｈを通して連通するとともに、接続ポート１０１がランド部１０４ｂによって排出ポート１０７との連通を遮断され、供給ポート１０６から接続ポート１０２に作動油が供給可能である。このため、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに油圧制御弁１００を通して作動油が供給可能であり、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに作動油を封止可能である。

また、スプール１０４が図９に示した状態（制御電流値が中の状態）にあるときには、供給ポート１０６が両ランド部１０４ｂ，１０４ｄによって両接続ポート１０１，１０２との連通を遮断されるとともに、両接続ポート１０１，１０２が各ランド部１０４ｂ，１０４ｄ，１０４ｅによって排出ポート１０７との連通を遮断される。このため、各進角油室Ｒ１及び各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの両円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇに作動油を封止可能である。

また、スプール１０４が図１０に示した状態にあるときには、供給ポート１０６がランド部１０４ｄによって接続ポート１０２との連通を遮断された状態にて接続ポート１０１に環状溝１０４ｇを通して連通するとともに、接続ポート１０２が両ランド部１０４ｄ，１０４ｅによって排出ポート１０７との連通を遮断されていて、供給ポート１０６から接続ポート１０１に作動油が供給可能である。このため、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに油圧制御弁１００を通して作動油が供給可能であり、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに作動油を封止可能である。

また、スプール１０４が図１１に示した状態（デューティ値１００％、すなわち制御電流値が大の状態）にあるときには、供給ポート１０６がランド部１０４ｄによって接続ポート１０２との連通を遮断された状態にて接続ポート１０１に環状溝１０４ｇを通して連通するとともに、接続ポート１０２が排出ポート１０７に環状溝１０４ｉと連通孔１０４ｋを通して連通していて、供給ポート１０６から接続ポート１０１に作動油が供給可能であり、接続ポート１０２から排出ポート１０７に作動油が排出可能である。このため、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに油圧制御弁１００を通して作動油が供給可能であり、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇから油圧制御弁１００を通して作動油を排出可能である。

上記のように構成した本実施形態においては、内燃機関の始動時、油圧制御弁１００のソレノイド１０３への通電が通電制御装置２００によって予め設定した制御ルーチン（図１２の弁開閉時期制御ルーチン参照）に従って制御され、オイルポンプ１１０から吐出される作動油の供給油圧（オイルポンプ吐出圧）Ｐが制御可能油圧Ｐ１となるまでの始動初期には、図１２のステップ３０１，３０３，３０５が繰り返し実行されて、油圧制御弁１００が図５の状態に保持され、油圧回路Ｃにて各進角油室Ｒ１及び各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂから作動油がオイル溜１２０に排出される。なお、ステップ３０１では、内燃機関の始動開始時に実行される初期化処理により”０”とされるオイル充填フラグが”０”か否かが判定され、ステップ３０３では、オイルポンプ吐出圧センサ２０７からの検出信号に基づき供給油圧Ｐが制御可能油圧Ｐ１以上か否かが判定され、ステップ３０５では、油圧制御弁１００を図５の状態に保持制御するデューティ値でソレノイド１０３への通電が実行される。

このため、内燃機関の始動初期において、各進角油室Ｒ１及び各遅角油室Ｒ２に残る作動油を排出することができて、同作動油によりハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転が阻害されることはなく、駆動力伝達系のトルク変動により、ハウジング部材３０に対してロータ部材２０を最進角位相位置と最遅角位相位置間のロック位相位置に素早く相対回転させることができる。また、内燃機関の始動初期において、相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆ，２１ｇから作動油を排出することができて、相対回転制御機構Ｂにて的確なロック作動（各ロックスプリング６３，６４による各ロックピン６１，６２の押動）が得られ、ハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転を上記したロック位相位置にて的確に規制することができる。したがって、内燃機関の始動性を向上させることができる。

また、内燃機関の始動時において、オイルポンプ１１０から吐出される作動油の供給油圧Ｐが制御可能油圧Ｐ１以上となった後の始動後期には、ハウジング部材３０とロータ部材２０の最遅角位相位置からの相対回転角αが設定値Ａ（予め設定した上記ロック位相位置に相当する値）を超える（位相変換の応答性が優れる方向側にある進角油室Ｒ１に作動油を充満させる）までの間に、図１２のステップ３０１，３０３，３０７，３０９，３１１が繰り返し実行されて、油圧制御弁１００が図１１の状態（図１０の状態でも実施可能）に保持され、油圧回路Ｃにて進角油室Ｒ１及び相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに作動油が供給される。なお、ステップ３０７では、内燃機関の始動開始時に実行される初期化処理により”０”とされる遅角供給フラグが”１”か否かが判定され、ステップ３０９では、油圧制御弁１００を図１１の状態に保持制御するデューティ値でソレノイド１０３への通電が実行され、ステップ３１１では、クランク角センサ２０１とカム角センサ２０２からの検出信号に基づき相対回転角αが設定値Ａを超えたか否かが判定される。なお、上記設定値Ａは、油圧制御弁１００を図５の状態に保持制御している時に検出される中間位相位置の現実の相対回転角αを基に補正してもよい。これにより、機差を吸収することが可能となる。

また、上記した相対回転角αが設定値Ａを超えた後には、上記した相対回転角αが設定値Ａ以下となる（遅角油室Ｒ２に作動油を充満させる）まで、図１２のステップ３１３，３１５，３１９，３０１，３０３，３０７が繰り返し実行されて、油圧制御弁１００が図８の状態に保持され、油圧回路Ｃにて各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに作動油を封止可能な状態で各遅角油室Ｒ２及び相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに作動油が供給される。なお、ステップ３１３では油圧制御弁１００を図８の状態に保持制御するデューティ値でソレノイド１０３への通電が実行され、ステップ３１５ではクランク角センサ２０１とカム角センサ２０２からの検出信号に基づき相対回転角αが設定値Ａ以下か否かが判定され、ステップ３１９では遅角供給フラグが”１”とされる。なお、上記設定値Ａは、系のヒステリシスを考慮した値とするのが望ましい。これにより、より確実に遅角油室Ｒ２への作動油供給が行える。

また、上記した相対回転角αが設定値Ａ以下となった後には、内燃機関が停止されるまで、図１２のステップ３１７，３２１が実行された後に、ステップ３０１，３３０が繰り返し実行されて、通常運転時制御ルーチン３３０が繰り返し実行される。なお、ステップ３１７では油圧制御弁１００を図９の状態に保持制御するデューティ値でソレノイド１０３への通電が実行され、ステップ３２１ではオイル充填フラグが”１”とされる。

このため、内燃機関の始動後期から通常運転時に移行する過程において、相対回転制御機構Ｂによるロックを解除した状態で、ハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転位相を上記したロック位相位置に略一致させて保持することができ、ハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転位相を所定の中間位相で安定させることができる。また、進角油室Ｒ１から遅角油室Ｒ２への作動油の供給切換を位相検出手段（クランク角センサ２０１及びカム角センサ２０２）の検出値に基づいて行うようにしているため、所定の相対回転位相にて作動油の供給切換を行うことができて、常に所期の作動応答性を得ることができる。

また、本実施形態においては、内燃機関の通常運転時、図１２のステップ３３０が実行されて、油圧制御弁１００のソレノイド１０３への通電が通電制御装置２００によって予め設定した制御ルーチン（詳細省略）に従って制御されることにより、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転位相が最遅角位相（進角油室Ｒ１の容積が最小となり遅角油室Ｒ２の容積が最大となる位相）から最進角位相（進角油室Ｒ１の容積が最大となり遅角油室Ｒ２の容積が最小となる位相）までの範囲の任意の位相に調整保持されて、内燃機関の駆動時における吸気弁の弁開閉時期が最遅角制御状態での作動と最進角制御状態での作動間で適宜に調整保持される。

この場合において、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転位相の進角側への調整は、油圧制御弁１００のスプール１０４が図１１に示した状態とされて、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに油圧制御弁１００を通して作動油が供給されるとともに、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇから油圧制御弁１００を通して作動油が排出されることによりなされる。

このときには、作動油が相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆに供給されロックピン６１がロックスプリング６３に抗してアンロック作動して退避孔３２ａに退避収容された状態、またはロックピン６１がメインロータ２１の端面に摺動可能に当接した状態、およびロックピン６２がメインロータ２１の端面に摺動可能に当接した状態、またはロックピン６２が円弧状ロック溝２１ｇに摺動可能に嵌合した状態にて、作動油が各進角油室Ｒ１に供給されるとともに、各遅角油室Ｒ２から作動油が排出されることにより、ロータ部材２０がハウジング部材３０に対して進角側に相対回転する。

また、ロータ部材２０のハウジング部材３０に対する相対回転位相の遅角側への調整は、油圧制御弁１００のスプール１０４が図７に示した状態とされて、各遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに油圧制御弁１００を通して作動油が供給されるとともに、各進角油室Ｒ１と相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｆから油圧制御弁１００を通して作動油が排出されることによりなされる。

このときには、作動油が相対回転制御機構Ｂの円弧状ロック溝２１ｇに供給されロックピン６２がロックスプリング６４に抗してアンロック作動して退避孔３２ｂに退避収容された状態、またはロックピン６２がメインロータ２１の端面に摺動可能に当接した状態、およびロックピン６１がメインロータ２１の端面に摺動可能に当接した状態、またはロックピン６１が円弧状ロック溝２１ｆに摺動可能に嵌合した状態にて、作動油が各遅角油室Ｒ２に供給されるとともに、各進角油室Ｒ１から作動油が排出されることにより、ロータ部材２０がハウジング部材３０に対して遅角側に相対回転する。

上記実施形態の実施に際して、図１２のステップ３０９の実行に際し、ソレノイド１０３への通電デューティ値（制御値）を、内燃機関の停止前の通常運転時において位相を保持する際のソレノイド１０３への通電デューティ値（制御値）を基に更新するようにした場合には、機差（製品のバラツキ）及び経時劣化を吸収することができて、常に所期の作動油供給特性を得ることができ、所期の作動応答性を得ることができる。この場合において、ソレノイド１０３への通電デューティ値（制御値）を、エンジン冷却水温センサ２０５からの検出信号に基づいて作動油の温度に応じて（作動油の温度が高いときには粘度が低いため油圧制御弁の開口面積が小さくなるように、また作動油の温度が低いときには粘度が高いため油圧制御弁の開口面積が大きくなるように）補正した場合には、作動油の温度に拘らず、常に所期の作動油供給特性が得られて、所期の作動応答性を得ることができる。

また、上記実施形態の実施に際して、オイルポンプ吐出圧（作動油の油圧）Ｐが制御可能油圧Ｐ１以上となったことの判定（図１２のステップ３０３）を、内燃機関の始動後の所定経過時間（内燃機関の始動によって駆動されるオイルポンプ１１０の吐出圧Ｐが制御可能油圧Ｐ１以上となる予め計測した時間）にて行うようにした場合には、上記実施形態のオイルポンプ吐出圧センサ２０７（油圧検出手段）を用いることなく安価に実施することができる。この場合において、前記所定経過時間をエンジン冷却水温センサ２０５にて検出可能な作動油の温度またはエンジン回転数センサ２０４にて検出可能な内燃機関の回転数に応じて（作動油の温度が高いときには短く低いときには長く、また内燃機関の回転数が高いときには短く低いときには長く）補正した場合には、作動油の温度または内燃機関の回転数に拘らず、常に所期の作動油供給特性が得られて、所期の作動応答性を得ることができる。

また、上記実施形態においては、相対回転制御機構Ｂを、ロック位相位置にてロック作動したとき進角側への相対回転を規制する第１制御機構（ロックピン６１とロックスプリング６３を備えたもの）と、ロック位相位置にてロック作動したとき遅角側への相対回転を規制する第２制御機構（ロックピン６２とロックスプリング６４を備えたもの）にて構成し、油圧回路Ｃから第１制御機構を通して進角油室Ｒ１に作動油を給排可能とし、油圧回路Ｃから第２制御機構を通して遅角油室Ｒ２に作動油を給排可能とし、油圧回路Ｃを単一の油圧制御弁１００で作動油の給排を制御可能に構成した。

このため、油圧回路Ｃから進角油室Ｒ１に至る作動油の給排通路の一部を油圧回路Ｃから第１制御機構に至る作動油の給排通路として共用することができるとともに、油圧回路Ｃから遅角油室Ｒ２に至る作動油の給排通路の一部を油圧回路Ｃから第２制御機構に至る作動油の給排通路として共用することができて、通路形成のための加工を低減することができる。また、油圧回路Ｃを単一の油圧制御弁１００で作動油の給排を制御可能とすることで、油圧回路Ｃをシンプルとして小型化・低コスト化を図ることができる。

また、上記実施形態において、デューティ値０％（制御電流値がゼロの状態）で図５に示したように進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２から作動油を排出可能、制御電流値が小の状態で図７に示したように進角油室Ｒ１から作動油を排出可能かつ遅角油室Ｒ２に作動油を供給可能、制御電流値が中の状態で図９に示したように進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２に作動油を給排不能、制御電流値が大の状態で図１１に示したように進角油室Ｒ１に作動油を供給可能かつ遅角油室Ｒ２から作動油を排出可能な油圧制御弁１００を採用した上で、作動油の油圧が制御可能油圧Ｐ１以上となった時点から短時間（図１２のステップ３０７と３０９の実行に要する極小時間）でソレノイド１０３への通電デューティ値が０％から１００％（制御電流値がゼロから大）となるように設定した。

したがって、ソレノイド１０３への通電デューティ値が０％の状態（進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２から作動油を排出可能な状態）からソレノイド１０３への通電デューティ値が１００％の状態（進角油室Ｒ１に作動油を供給可能かつ遅角油室Ｒ２から作動油を排出可能な状態）に移行する際において、遅角油室Ｒ２に作動油を供給可能かつ進角油室Ｒ１から作動油を排出可能な状態（図７の状態）である時間を極小とすることができる。

また、作動油の油圧が制御可能油圧Ｐ１以上となった時点において、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂから作動油を排出可能な状態から、制御電流値が大の状態で進角油室Ｒ１から作動油を排出可能かつ遅角油室Ｒ２に作動油を供給可能な状態に向かって移行させる際に、制御電流値を大に一時的に変化させた後に所定の制御電流値に制御するようにしたので、例えば、スプール１０４の位置を進角油室Ｒ１および遅角油室Ｒ２に作動油を給排不能な状態、あるいは遅角油室Ｒ２から作動油を排出可能かつ進角油室Ｒ１に作動油を供給可能な状態に変化させる際に、遅角油室Ｒ２に作動油を供給可能かつ進角油室Ｒ１から作動油を排出可能な状態である時間を極小で通過させ、その後に所定の位置にスプール１０４を移動させることができる。

このため、仮に、作動油の油圧が制御可能油圧Ｐ１以上となった時点で、進角油室Ｒ１と遅角油室Ｒ２に作動油が残留していて、ソレノイド１０３への通電デューティ値が０％から１００％に移行する過渡期の図７に示した状態（制御電流値が小の状態）で遅角油室Ｒ２に作動油が供給されても、過渡期の図７に示した状態は極小時間であり、そのときに遅角油室Ｒ２に向けて供給される作動油の流量は微量であって、ロックピン６２（第２制御機構）がアンロック動作することはない。なお、上記した過渡期において、遅角油室Ｒ２に向けて供給される作動油の流量が多い場合（図７の状態である時間が長い場合）には、遅角油室Ｒ２に残量している作動油に供給される作動油が加わることで、ロックピン６２（第２制御機構）がアンロック動作してハウジング部材３０とロータ部材２０の相対回転位相が過渡的に不安定となるおそれがある。

上記実施形態においては、一つの油圧制御弁１００を備えた油圧回路Ｃにて、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂに作動油を給排可能として実施したが、図１３に示したように、２個の油圧制御弁１００ａ，１００ｂを備えた油圧回路Ｃａにて、上記実施形態と同様に、進角油室Ｒ１及び遅角油室Ｒ２と相対回転制御機構Ｂに作動油を給排可能として実施することも可能である。図１３に示した相対回転制御機構Ｂでは、各ロックピン（ロックプレートでも実施可能）６１，６２が、ハウジング本体３１に設けた径方向の退避孔に軸方向へ摺動可能に組付けられていて、退避孔に収容したロックスプリング６３，６４によって退避孔から突出するように付勢されている。なお、図１３に示した相対回転制御機構Ｂは、図１〜図１２に示した上記実施形態の相対回転制御機構Ｂに代えて採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、ハウジング部材３０がクランク軸と一体的に回転し、ロータ部材２０がカム軸１０と一体的に回転するように構成した弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、ハウジング部材がカム軸と一体的に回転し、ロータ部材がクランク軸と一体的に回転するように構成した弁開閉時期制御装置にも、本発明は同様に実施することが可能である。また、本発明は、ベーンがロータ本体に一体的に形成されるタイプの装置にも同様に実施し得るものである。

また、上記実施形態においては、吸気弁を開閉するカム軸に装着される弁開閉時期制御装置に本発明を実施したが、本発明は排気弁を開閉するカム軸に装着される弁開閉時期制御装置にも同様にまたは適宜変更して実施し得るものである。排気弁を開閉するカム軸に装着される弁開閉時期制御装置においては、進角方向にアシストするトーションスプリングによって進角方向への力を強くしたものがあり、かかる装置においては、位相変換の応答性が優れる方向側が進角方向となるため、内燃機関の始動時において作動油の油圧が制御可能油圧以上となった後には、遅角油室に作動油を充満させた後に、進角油室に作動油を充満させて実施する。

また、上記実施形態の油圧制御弁として、制御電流値が大の状態で進角油室及び遅角油室の両方と相対回転制御機構から作動油を排出可能、制御電流値が中の状態で進角油室または遅角油室の一方から作動油を排出可能かつ他方に作動油を供給可能、制御電流値が小の状態で進角油室及び遅角油室に作動油を給排不能、制御電流値がゼロまたは極小の状態で進角油室または遅角油室の一方に作動油を供給可能かつ他方から作動油を排出可能な油圧制御弁を採用することも可能である。

この場合には、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった時点において、進角油室及び遅角油室と相対回転制御機構から作動油を排出可能な状態から、進角油室及び遅角油室に作動油を給排不能な状態または、進角油室または遅角油室の一方から作動油を排出可能かつ他方に作動油を供給可能な状態に移行させる際に、制御電流値を一時的にゼロまたは極小に変化させた後に所定の制御電流値に制御することで上記した効果を得ることができる。

１０…カム軸、１１…進角通路、１２…遅角通路、２０…ロータ部材、２１…ロータ本体、２３…ベーン、３０…ハウジング部材、３１…ハウジング本体、３１ｂ…シュー部、Ｂ…相対回転制御機構、６１，６２…ロックピン、６３，６４…ロックスプリング、Ｒ１…進角油室、Ｒ２…遅角油室、Ｃ…油圧回路、１００…油圧制御弁、１１０…オイルポンプ、１２０…オイル溜。

Claims (7)

1. 内燃機関のクランク軸から内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉するカム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記クランク軸または前記カム軸と一体的に回転するハウジング部材と、
   このハウジング部材に設けたシュー部に相対回転可能に組付けられてベーン部にて前記ハウジング部材内に進角油室と遅角油室を形成し前記カム軸または前記クランク軸と一体的に回転するロータ部材と、
   作動油の供給によりアンロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を許容し作動油の排出によりロック作動して前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転を最進角位相位置と最遅角位相位置間の両端回転限界位置を除いた中間領域内のロック位相位置にて規制する相対回転制御機構と、
   前記進角油室及び前記遅角油室と前記相対回転制御機構への作動油の給排を制御する油圧回路を備えた弁開閉時期制御装置において、
   前記相対回転制御機構を、前記ロック位相位置にてロック作動したとき進角側への相対回転を規制する第１制御機構と、前記ロック位相位置にてロック作動したとき遅角側への相対回転を規制する第２制御機構にて構成し、前記油圧回路から前記第１制御機構を通して前記進角油室に作動油を給排可能とし、前記油圧回路から前記第２制御機構を通して前記遅角油室に作動油を給排可能とし、前記油圧回路を単一の油圧制御弁で作動油の給排を制御可能に構成し、
   前記油圧回路として、内燃機関の始動時に、作動油の油圧が制御可能油圧となるまでは、前記進角油室及び前記遅角油室と前記第１制御機構及び前記第２制御機構から作動油を排出可能で、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった後には、前記進角油室及び前記遅角油室に作動油が供給されていないときに前記ハウジング部材と前記ロータ部材が相対回転する方向側で、
   前記駆動力伝達系のトルク変動による遅角側への相対回転の力と、前記ハウジング部材及び前記ロータ部材間に介装したトーションスプリングによる進角側への相対回転の力とで、遅角側への相対回転の力の方が大きい場合には、前記ハウジング部材と前記ロータ部材の最遅角位相位置からの相対回転角が設定値を超えるまでの間に、位相変換の応答性が優れる方向側にある前記進角油室と前記第１制御機構に作動油を供給して充満させるとともに、前記相対回転角が設定値を超えた後に、前記遅角油室と前記第２制御機構に作動油を供給可能である油圧回路を採用した
   ことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 請求項１に記載の弁開閉時期制御装置において、前記進角油室に作動油を充満させるときの、前記油圧制御弁の制御値を、内燃機関の停止前の通常運転時において前記ハウジング部材と前記ロータ部材の相対回転位相を保持する際の制御値を基に更新するようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
3. 請求項２に記載の弁開閉時期制御装置において、前記油圧制御弁の制御値を、作動油の温度に応じて補正するようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
4. 請求項１に記載の弁開閉時期制御装置において、作動油の油圧が制御可能油圧以上となったことの判定を、内燃機関の始動後の所定経過時間にて行うようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
5. 前記請求項４に記載の弁開閉時期制御装置において、前記所定経過時間を作動油の温度または内燃機関の回転数に応じて補正することを特徴とする弁開閉時期制御装置。
6. 請求項１に記載の弁開閉時期制御装置において、前記進角油室から他方の油室への作動油の供給切換を位相検出手段の検出値に基づいて行うようにしたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の弁開閉時期制御装置において、前記油圧制御弁として、制御電流値がゼロまたは極小の状態で前記進角油室及び前記遅角油室と前記相対回転制御機構から作動油を排出可能、制御電流値が小の状態で前記進角油室から作動油を排出可能かつ他方に作動油を供給可能、制御電流値が中の状態で前記進角油室及び前記遅角油室に作動油を給排不能、制御電流値が大の状態で前記進角油室に作動油を供給可能かつ他方から作動油を排出可能な油圧制御弁を採用し、作動油の油圧が制御可能油圧以上となった時点から短時間で制御電流値をゼロまたは極小から大としたことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
   

Images