JP5375671B2 - 流量制御弁及びこれを具備する内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の弁開閉特性を保持及び変更可能な可変機構に対する作動油の給排状態を弁体の位置に応じて変更することにより弁開閉特性を制御する流量制御弁、及びこれを具備する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

内燃機関に設けられるバルブタイミング制御装置は、クランクシャフトに駆動連結された第１の回転体とカムシャフトに駆動連結された第２の回転体とを油圧駆動式の可変機構を通じて相対回転させ、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、そのカムシャフトにより開閉される吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変更するものとして広く実用化されている。

またこうしたバルブタイミング制御装置の可変機構では、第１の回転体と第２の回転体とによって区画形成される進角室及び遅角室に対する作動油の給排状態を変更し、両回転体を相対回転させて所定の位相に保持することにより、吸気弁や排気弁のバルブタイミングが目標角となるようにこれを変更するようにしている。

ところで、可変機構に対して給排される作動油の供給源には、クランクシャフトの回転に基づいて駆動される機関駆動式のオイルポンプが採用されている。このため、例えば内燃機関の運転を停止してから長時間が経過した後、換言すれば可変機構の進角室及び遅角室をはじめその油圧系に作動油がほとんど残留していない状況下で機関始動を行う場合には、両回転体を所定の位相に保持するための油圧を十分に確保することができない。このため、バルブタイミングがその目標角から大きく乖離した状態となったり、カムトルク変動によってカムシャフトに作用するトルク変動によりバルブタイミングが不必要に変動したりすることがある。このようにバルブタイミングの目標角に対する乖離やバルブタイミングの不必要な変動が生じると、機関始動性の悪化や異音の発生を招くおそれがある。

そこでこのような状況を避けるべく、第１の回転体及び第２の回転体との相対回転位相を機械的に固定するロック機構を可変機構の一部として備えるバルブタイミング制御装置が種々提案されている。例えば、機関運転を停止するとき多くの場合では、バルブタイミングが最遅角状態となってカムシャフトの回転が停止する。このため、ロック機構としては、機関停止に伴ってバルブタイミングが最遅角状態となったときに、両回転体の相対回転を固定するものが従来から広く採用されている。

また近年では、特許文献１に記載されるように、こうしたロック機構として、バルブタイミングが最進角状態及び最遅角状態の間の中間角となるように、第１の回転体と第２の回転体との相対回転位相をその中間位相に固定するものも提案されている。

以下、図２０を参照して、特許文献１に記載されるものも含め、両回転体の相対回転位相を中間位相に固定するロック機構の一般的な構成例及び動作例についてその概略を説明する。

カムシャフトに駆動連結される第２の回転体４００には、収容空間４０１が形成されるとともに、この収容空間４０１の内部にはロックピン４０２と、同ロックピン４０２の端部が収容空間４０１から突出するようにこれを付勢するロック用ばね４０３とがそれぞれ収容されている。また、収容空間４０１においてロックピン４０２を挟んでロック用ばね４０３と反対側に位置する部分には、作動油の油圧によりロックピン４０２の端部が突出することなく収容空間４０１に収容されるように同ロックピン４０２を付勢する解除室４０４が形成されている。更に、クランクシャフトに駆動連結される第１の回転体３００には、両回転体３００，４００の相対回転位相が中間位相となってロックピン４０２の端部が突出したときに、その端部が嵌合可能なロック穴３０１が形成されている。

そして、ロック機構をアンロック状態からロック状態に移行させる場合には、進角室５００及び遅角室６００に対する作動油の給排状態を変更してロックピン４０２とロック穴３０１とが対向する位置関係となるように両回転体３００，４００を相対回転させる。そしてこれに併せ、解除室４０４から作動油を排出して同解除室４０４の油圧を低下させることにより、ロックピン４０２の端部をロック用ばね４０３の弾性力により同収容空間４０１から突出させてロック穴３０１に嵌合させる。その結果、両回転体３００，４００の相対回転が中間位相に固定され、バルブタイミングは中間角に保持されるようになる。

一方、ロック機構をロック状態からアンロック状態に移行させる場合には、解除室４０４に作動油を供給して同解除室４０４の油圧を上昇させることにより、ロックピン４０２をその油圧により付勢して収容空間４０１に完全に収容された状態とする。その結果、両回転体３００，４００の相対回転位相が中間位相となっても、ロックピン４０２の端部はロック穴３０１から抜脱された状態となるため、バルブタイミングを機関運転状態に即した目標角に変更することが可能になる。

また、バルブタイミング制御装置には、こうしたロック機構も含め、可変機構に対する作動油の給排状態を変更するための２つの流量制御弁７０１，７０２が設けられている。これら流量制御弁７０１，７０２は、生成された駆動信号を取り込み、その弁体を駆動信号に対応する位置に変位させることにより、上述した進角室５００や遅角室６００、あるいは解除室４０４といった各油圧室に供給する作動油の量及び同油圧室から排出される作動油の量を調節したり、進角室５００及び遅角室６００に対する作動油の給排を停止したりするようにしている。そしてこれにより、バルブタイミングをそのときどきに応じた変化速度をもって進角又は遅角させるとともに、同バルブタイミングをその目標角に保持することができる。またロック機構についても、これをアンロック状態からロック状態に切り替えることでバルブタイミングを中間角に保持することができるようになる。

特開２００１−０４１０１２号公報

ところで、このように両回転体の相対回転位相を中間位相に固定するロック機構を備えたバルブタイミング制御装置の流量制御弁では、上述したように可変機構の進角室及び遅角室に対する作動油の給排状態を変更する機能とロック機構の解除室に対する作動油の給排状態を変更する機能とを併せ有する必要がある。そしてこれら両機能にかかる要求が十分に満たされていないと、ロックピンがロック穴と嵌合せずに両回転体の相対回転位相が中間位相に固定されないまま、すなわちロック機構がアンロック状態のまま機関運転が停止されてしまうことがある。

この点、特許文献１には、可変機構の進角室及び遅角室に対する作動油の給排状態を変更する機能とロック機構の解除室に対する作動油の給排状態を変更する機能とを、２つの流量制御弁に分担させるようにした構成が記載されている。こうした構成によれば、可変機構の進角室及び遅角室に対する作動油の給排状態と、ロック機構の解除室に対する作動油の給排状態とを個別に変更することができるため、ロック機構をロック状態として両回転体の相対回転位相を中間位相に固定する、すなわちバルブタイミングを中間角に固定する、といった機関停止時に実行されるバルブタイミング制御にかかる信頼性を高めることができるようになる。

しかしながら、このように可変機構及びそのロック機構に対する作動油の給排状態を２つの流量制御弁を通じて変更するようにしたバルブタイミング制御装置にあっては、部品点数や重量の増加やそれら流量制御弁の搭載スペースをそれぞれ確保する必要が生じる等の背反事項も存在する。

このため、単一の流量制御弁に、可変機構及びそのロック機構に対する作動油の給排状態をそれぞれ変更する機能を付与することも考えられるが、この場合、弁体等により形成される作動油の流通経路が複雑なものになりやすい。更に、流量制御弁には、弁体等の形状誤差、駆動信号を生成する際の誤差、駆動信号に応じて弁体を所定位置に変位させる際に生じる誤差等、種々の誤差が存在するが、上述したように作動油の流通経路が複雑なものになるとその誤差による悪影響も大きくなるため、駆動信号に基づいて変位する弁体の位置、換言すれば作動油の給排状態がその目標とする状態と異なるものになることがある。

もっとも、このような状態が生じても、バルブタイミング制御に及ぼす影響が比較的小さいものであれば、これを許容することもできる。しかしながらその一方で、機関運転状態が急激に変化することによりバルブタイミングを極めて高い応答性をもって変更する必要がある場合、換言すればバルブタイミングを変更する際の速度を相対的に大きくする必要がある場合等、流量制御弁による作動油の給排状態がバルブタイミング制御に及ぼす影響が大きく、その給排状態のばらつきを無視することができない場合も当然ながら存在する。そしてこのような場合には、流量制御弁の弁体について精度の高い位置制御が要求されることとなる。ところが、上述したような種々の誤差により駆動信号と弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況となることは避けられないため、弁体の位置制御、すなわち流量制御弁の流量制御について常に高い精度を維持するには自ずと限界があり、これがバルブタイミングを変更する際の精度を向上させる上での支障となっている。

なおこうした流量制御弁にかかる問題は、上述したバルブタイミング制御装置の可変機構に適用されるものに限らず、吸気弁や排気弁の開弁時期、閉弁時期、開口量（リフト量）、開弁期間、吸気弁及び排気弁が双方とも開弁状態となる期間（バルブオーバラップ）、並びにこれらを適宜組み合わせた総合的な特性等々、それ以外の弁開閉特性を変更するため可変機構に適用される流量制御弁についても同様に発生し得る。また、流量制御弁が適用される可変機構としてロック機構を備えるものを例示したが、設計要求から作動油の流通経路が複雑になるものや、形状／体格が制限されるために、上述したような誤差の影響を受けやすい流量制御弁にあっても共通した問題となっている。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、種々の誤差に起因して駆動信号と弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じることがあっても、これによる流量制御弁の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、ひいては可変機構により弁開閉特性を変更する際の精度についても向上させることの可能な流量制御弁及びこれを具備する内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、駆動信号に対応した位置に変位する弁体を含み、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の弁開閉特性を保持及び変更可能な可変機構に対する作動油の給排状態を前記弁体の位置に応じて変更することにより前記弁開閉特性を制御する流量制御弁であって、前記駆動信号が変化しても前記弁体がその変位可能な範囲の両端を除く特定位置にて停止したままの状態となる不感特性を有するとともに、前記弁体にかかる前記特定位置は、前記可変機構を通じて前記弁開閉特性をその目標値に変更するときの位置に設定されることを要旨としている。

この発明によれば、弁体の目標位置を特定位置とする場合には、駆動信号がその本来の値から変化しても弁体の位置が変化しない不感特性を有しているため、その特定位置と駆動信号に基づく弁体の実位置との間に生じる偏差を極めて小さな範囲に制限することができる。すなわち、弁体を含めた流量制御弁の形状誤差、駆動信号を生成する際の誤差、この駆動信号に応じて弁体に作用する荷重の誤差等、種々の誤差に起因して、駆動信号と弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じることがあっても、これが弁体の位置制御に及ぼす悪影響を流量制御弁の不感特性により吸収することができる。そしてこれにより弁体の目標位置を特定位置として吸気弁や排気弁の弁開閉特性を変更する場合には、上述した種々の誤差に起因して流量制御弁の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、ひいては可変機構により弁開閉特性を変更する際の精度についても向上させることが可能になる。

なお、上述した弁開閉特性の代表例として、吸気弁や排気弁の開閉時期（バルブタイミング）を挙げることができるが、同弁開閉特性にはそれ以外にも、吸気弁や排気弁について、その開弁時期、閉弁時期、開口量（リフト量）、開弁期間、吸気弁及び排気弁が双方とも開弁状態となる期間（バルブオーバーラップ）、並びにこれらを適宜組み合わせた特性も含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流量制御弁において、前記駆動信号を取り込んで同駆動信号に対応する大きさの駆動力にて前記弁体を所定方向に付勢する駆動部と、前記弁体の変位量に対応する大きさの弾性力にて同弁体を前記所定方向と反対方向に付勢するばね部とを更に含み、前記弁体は前記駆動部の駆動力及び前記ばね部の弾性力が平衡状態となることにより前記駆動信号に対応する所定の位置に停止するものであり、前記ばね部は前記弁体が前記特定位置にあるときには前記弁体を前記所定方向と反対方向に付勢する弾性力が所定幅の不感帯にある任意の値をとることが可能な非線形特性を有してなることを要旨としている。

この発明によれば、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を増加させて弁体を変位させる際、同弁体が特定位置に達すると、駆動部の駆動力を更に増大させてもこれと平衡状態となるばね部の弾性力が不感帯の最大値を上回るまでは、弁体は変位することなくその特定位置に停止した状態となる。同様に、駆動部の駆動力を減少させて弁体を変位させる際、同弁体が特定位置に達すると、駆動部の駆動力を更に減少させてもこれと平衡状態となるばね部の弾性力が不感帯の最小値を下回るまでは、弁体は変位することなくその特定位置に停止した状態となる。このように、ばね部の弾性特性を非線形化することで、駆動信号が変化しても弁体が特定位置に停止する不感特性を流量制御弁に付与することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の流量制御弁において、前記ばね部は、前記弁体を前記所定方向と反対方向に付勢する第１のばねと前記弁体を前記所定方向に付勢する第２のばねと、前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記所定方向に変位して前記特定位置に達するまで同弁体と係合して前記第２のばねの弾性力を伝達しつつ同弁体とともに変位可能な可動部と、前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記特定位置から更に前記所定方向に変位するときに前記第２のばねの弾性力により所定の残留荷重が前記弁体に作用している状態で前記所定方向における前記可動部の変位を規制する規制部とを含むことを要旨としている。

この発明では、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を増加させて弁体を所定方向に変位させる際、弁体が特定位置に達するまでは規制部によって可動部の変位が規制されることはないため、同弁体は第１のばねの弾性力により所定方向と反対方向に付勢されるとともに第２のばねの弾性力により付勢される。したがってこの場合には、ばね部の弾性力、すなわち第１のばね及び第２のばねの合成弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止する。そして、弁体が特定位置に達すると、規制部により可動部の変位が規制されるようになるため、その規制直前に第２のばねから可動部を介して弁体に作用していた残留荷重が規制直後からは消失するようになる。その結果、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を更に増加させても、その増加量が残留荷重の大きさに相当する変化量を上回るまでは、弁体は変位することなく特定位置に停止するようになる。そして、駆動部の駆動力が更に増加してその増加量が変化量を上回るようになると、可動部が規制部によって規制されるため、第２のばねの弾性力が弁体に作用せず、第１のばねの弾性力のみによって弁体が所定方向と反対方向に付勢されるようになる。この結果、ばね部の弾性力、すなわち第１のばねの弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止することとなる。

一方、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を減少させて弁体を所定方向と反対方向に変位させる際、弁体が特定位置に達するまでは規制部によって可動部の変位が規制されているため、同弁体は第１のばねの弾性力のみによって所定方向と反対方向に付勢される。したがってこの場合には、駆動部の駆動力と、ばね部の弾性力、すなわち第１のばねの弾性力とが平衡状態となる位置に弁体が停止する。そして、弁体が特定位置に達すると、可動部の変位が規制部により規制された状態となる。その結果、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を更に減少させても、その減少量が残留荷重の大きさに相当する変化量を上回るまでは、弁体は変位することなく特定位置に停止するようになる。そして、駆動部の駆動力が更に減少し、その減少量が変化量を上回るようになると、規制部による規制が解除されて可動部が変位可能になるため、第１のばねの弾性力に加えて第２のばねの弾性力により弁体が所定方向と反対方向に付勢される状態となり、ばね部の弾性力、すなわち第１のばね及び第２のばねの合成弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止することとなる。

すなわちこうした構成を採用することにより、ばね部の弾性特性を非線形化することができ、駆動信号が変化しても弁体が特定位置に停止する不感特性を流量制御弁に付与することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の流量制御弁において、前記ばね部は、前記弁体を前記所定方向と反対方向にそれぞれ付勢する第１及び第２のばねと、前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記特定位置から更に前記所定方向に変位するときに同弁体と係合して前記第２のばねの弾性力を伝達しつつ同弁体とともに変位可能な可動部と、前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記所定方向に変位して前記特定位置に達するまで前記第２のばねが所定の予荷重を有する状態となるように前記所定方向と反対方向における前記可動部の変位を規制する規制部とを含むことを要旨としている。

この発明では、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を増加させて弁体を所定方向に変位させる際、弁体が特定位置に達するまでは弁体が可動部と係合しないため、同弁体は第１のばねの弾性力のみによって所定方向と反対方向に付勢される。したがってこの場合には、ばね部の弾性力、すなわち第１のばねの弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止する。そして、このように弁体が特定位置に達すると、同弁体と可動部とが係合するようになるため、第１のばねの弾性力に加え、規制部により予荷重を有する状態でその変位が規制されていた第２のばねの弾性力も弁体に作用するようになる。その結果、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を更に増加させても、その増加量が予荷重の大きさに相当する変化量を上回るまでは、弁体は変位することなく特定位置に停止するようになる。そして、駆動部の駆動力が更に増加し、その増加量が変化量を上回るようになると、第１のばね及び第２のばねの各弾性力によって弁体が所定方向と反対方向に付勢されるようになる。この結果、ばね部の弾性力、すなわち第１のばねと第２のばねの合成弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止することとなる。

一方、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を減少させて弁体を所定方向と反対方向に変位させる際、弁体が特定位置に達するまでは弁体が可動部と係合しているため、同弁体は第１のばね及び第２のばねの各弾性力によって所定方向と反対方向に付勢される。したがってこの場合には、駆動部の駆動力と、ばね部の弾性力、すなわち第１のばね及び第２のばねの合成弾性力とが平衡状態となる位置に弁体が停止する。そして、弁体が特定位置に達すると、弁体と可動部との係合が解除可能な状態となる。その結果、駆動信号を変化させることにより、駆動部の駆動力を更に減少させても、その減少量が予荷重の大きさに相当する変化量を上回るまでは、弁体は変位することなく特定位置に停止するようになる。そして、駆動部の駆動力が更に減少し、その減少量が変化量を上回るようになると、弁体と可動部との係合が解除されて可動部が変位可能になる。このため、弁体は第１のばねの弾性力によってのみ所定方向と反対方向に付勢される状態となり、ばね部の弾性力、すなわち第１のばねの弾性力と駆動部の駆動力とが平衡状態となる位置に弁体が停止することとなる。

すなわちこうした構成を採用することにより、ばね部の弾性特性を非線形化することができ、駆動信号が変化しても弁体が特定位置に停止する不感特性を流量制御弁に付与することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量制御弁において、前記弁体は前記可変機構に対する作動油の給排状態に基づいて前記弁開閉特性を変更する際の速度が同一となる複数の位置に変位可能であり、それら複数の位置のいずれか一つが前記特定位置に設定されることを要旨としている。

上述したような誤差に起因して駆動信号と弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じた場合、例えば弁開閉特性を変更する際の速度を監視するとともに、その速度が設計仕様上要求されるものと一致したときの駆動信号の値に基づいて駆動信号と弁体の位置との相関関係を補正する、すなわち学習処理を通じて実情に即した相関関係を求めるようにすることもできる。しかしながら、弁体が弁開閉特性を変更する際の速度を同一とする複数の位置に変位可能である場合には、弁開閉特性を変更する際の速度が設計仕様上要求されるものと一致したとしても、そのときの駆動信号がそれら複数の位置のいずれに対応するものであるか判断が不可能か、可能であったとしてもその信頼性は極めて低いものとなる。

この発明によれば、このように弁開閉特性を変更する際の速度が同一となる弁体の位置が複数存在する場合であっても、それらのうちのいずれか一つを特定位置として設定することで、こうした学習処理によらずとも流量制御弁の流量制御にかかる精度の悪化を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトに駆動連結された第１の回転体と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を所定のバルブタイミングにて開閉するカムシャフトに駆動連結された第２の回転体と、前記第１及び第２の回転体により区画形成されてそれら両回転体の相対回転位相をその油圧に基づいて変更する油圧室としての進角室及び遅角室と、これら油圧室に対する作動油の給排状態に基づきバルブタイミングを変更して同バルブタイミングをその目標角に保持する可変機構と、同可変機構に対する作動油の給排状態を変更する流量制御弁とを備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記流量制御弁として請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量制御弁を具備し、その流量制御弁の弁体にかかる前記特定位置は、前記可変機構を通じてバルブタイミングがその目標角と一致するようにこれを変更するときの位置に設定されることを要旨としている。

この発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項に記載される発明と同等の作用効果を得ることができる。すなわち、流量制御弁の弁体における目標位置を特定位置とする場合には、駆動信号がその本来の値から変化しても弁体の位置が変化しない不感特性を有しているため、その特定位置と駆動信号に基づく弁体の実位置との間に生じる偏差を極めて小さな範囲に制限することができる。これにより、弁体の目標位置を特定位置として吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変更する場合には、上述した種々の誤差に起因して流量制御弁の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、バルブタイミングを変更する際の精度を向上させることができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記弁体にかかる前記特定位置は、バルブタイミングの変更速度をその可変範囲において相対的に大きい状態とするときの位置に設定されることを要旨としている。

この発明によれば、機関運転状態の急激な変化によりバルブタイミングの目標角が大幅に変化する場合でも、その目標角の変化に対し高い応答性をもってバルブタイミングを変更することができる。

一般に、内燃機関においては、その燃焼特性が吸入空気の流入状態によって大きく左右されるが、こうした吸入空気の流入状態は、吸気弁の開閉特性、特にそのバルブタイミングと極めて高い相関を有している。すなわち、吸気弁のバルブタイミングは排気弁のバルブタイミングと比較して機関性能に及ぼす影響が大きい。このため、請求項８に記載の発明によるように、可変機構が吸気弁のバルブタイミングを変更するものとすれば、良好な機関性能を得ることができる。

また例えば、吸気弁のバルブタイミングについては、これを機関運転状態に基づいて進角させることにより、吸気効率を高めて機関出力を増大させるようにしたり、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスの低減、ひいては燃費の改善を図るようにしたりすることができる。このため、吸気弁のバルブタイミングを進角させる際には、流量制御弁の流量制御について高い精度が要求されることとなる。そこで、請求項９に記載の発明によるように、弁体の特定位置を吸気弁のバルブタイミングを進角するときの位置に設定すれば、流量制御弁の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、吸気弁のバルブタイミングを好適に進角させることができる。更に、請求項１０に記載の発明によるように、弁体の特定位置をバルブタイミングの進角速度を最大とするときの位置に設定すれば、上述したような効果が一層顕著なものとなる。

請求項１１に記載の発明は、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記可変機構はバルブタイミングが最進角状態と最遅角状態との間の中間角となるように前記両回転体の相対回転位相を中間位相に固定するものであってそのロック状態とアンロック状態とが前記流量制御弁を通じて制御される作動油の給排状態に基づいて切り替えられるロック機構を含み、前記弁体にかかる前記特定位置は、前記ロック機構をアンロック状態とし前記可変機構を通じてバルブタイミングをその目標角に変更するときの位置に設定されることを要旨としている。

この発明によれば、特にロック機構がアンロック状態としてバルブタイミングを変更する際に同バルブタイミングをその目標角まで好適に変更することができる。なお、こうしたロック機構は、例えば、請求項１２に記載の発明によるように、ロック機構が第１の回転体及び第２の回転体の一方に形成された収容空間に収容されるロックピンと、収容空間に設けられてロックピンの端部が収容空間から突出するように同ロックピンを付勢するロック用ばねと、収容空間においてロックピンを挟んでロック用ばねと反対方向に位置するとともにロックピンが収容空間に収容されるように流量制御弁から供給される作動油の油圧に基づいてこれを付勢する解除室と、両回転体の他方に形成されてロックピンの端部が嵌合可能なロック穴とを含み、解除室に対する作動油の給排状態が弁体の位置に応じて変更されることにより、ロックピンがロック穴に嵌合されたロック状態とロックピンがロック穴から抜脱されたアンロック状態とが切り替えられるといった構成にてこれを具現化することができる。

また、ロック機構の中間角を機関停止時や機関アイドル時を含む低負荷状態に適した値に設定し、機関停止に先立ってロック機構をロック状態に移行させておけば、機関始動に適したバルブタイミングにて内燃機関の運転を再開することができる。その結果、良好な機関始動性を確保することができるとともに、機関始動後においては安定したアイドル運転を行うことができるようになる。

そしてこのように機関停止に先立ってロック機構をロック状態に移行させるためには、例えば請求項１３に記載の発明によるように、ロックピンが突出するように解除室から作動油を排出するとともに両回転体の回転軸を中心とする周方向においてロックピン及びロック穴が予め設定された所定の距離をもって離間した離間状態からそれらが近接するように両回転体を相対回転させ、ロックピン及びロック穴の位置が一致したときにロックピンがロック穴に嵌合してロック機構がアンロック状態からロック状態に移行可能なロック位置に弁体が変位可能であって同弁体の位置をロック位置とするときの駆動信号の値をロック指示値とし、更にロックピン及びロック穴が離間状態となるように可変機構を通じて両回転体を相対回転させる処理を前処理とし、ロックピン及びロック穴が離間状態となったときに駆動信号をロック指示値に保持する処理を後処理としたとき、ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であることを条件にそれら前処理及び後処理を順次実行してバルブタイミングを中間角に固定する固定手段を更に備えるといった構成を採用することが望ましい。なおこの構成において、ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であるときに、ロックピン及びロック穴の位置関係が既に上述したような離間状態になっているのであれば、前処理の実行についてはこれを省略することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記両回転体の相対回転位相を検出する検出手段と、前記ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であるときに前記前処理を実行するとともに、前記駆動信号を前記ロック指示値側に連続的に変化させ、前記検出手段を通じて検出される相対回転位相の変化が停止したときの前記駆動信号の値を新たな前記ロック指示値として学習する学習手段とを更に備えることを要旨としている。

この発明によれば、駆動信号とこれに対応する弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じても、弁体の位置をロック位置として、ロック機構をアンロック状態からロック状態に移行させる際の駆動信号の値、すなわちロック指示値を実際に即したかたちで学習することができ、ロック機構の動作にかかる信頼性を向上させることができるようになる。なお、請求項１２に記載の発明と同様、ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であるときに、ロックピン及びロック穴の位置関係が既に上述したような離間状態になっているのであれば、前処理の実行についてはこれを省略することができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記両回転体の相対回転位相を検出する検出手段と、前記ロック機構がロック状態にあるときに前記駆動信号の値を前記ロック指示値から連続的に変化させることにより前記解除室から作動油が排出される状態から供給される状態として同解除室の油圧を上昇させ、前記検出手段を通じて検出される相対回転位相が停止状態から変化したときの前記駆動信号の値をアンロック指示値として求めるとともに、設計仕様上規定されるロック指示値及びアンロック指示値との差分に基づいて先に求めたアンロック指示値を補正した値を新たなロック指示値として学習する学習手段とを更に備えることを要旨としている。

上述したように駆動信号とこれに対応する弁体の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じることにより、弁体の位置をロック位置としてロック機構をアンロック状態からロック状態に移行させる際の駆動信号の値、すなわちロック指示値が設計仕様上予め設定された値から変化すると、ロック機構をロック状態からアンロック状態に移行させるための弁体の位置に対応する駆動信号の値、すなわちアンロック指示値も同様に変化することとなる。この発明は、こうした点に着目したものであり、実際に即したかたちで求められるアンロック指示値を設計仕様上規定されるロック指示値とアンロック指示値との差分に基づいて補正することにより、ロック指示値についてもこれを実際に即したかたちで学習することができ、ロック機構の動作にかかる信頼性を向上させることができるようになる。

請求項１６に記載の発明は、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記前処理を通じて前記ロックピン及び前記ロック穴を前記離間状態としたときにはバルブタイミングが中間角よりも遅角した状態となり、前記駆動信号の値を前記ロック指示値としたときバルブタイミングは進角側に変更されることを要旨としている。

例えば、ロックピンがロック穴に嵌合することなくロック機構がアンロック状態で機関運転が停止されると多くの場合では、バルブタイミングが中間角よりも遅角した状態でカムシャフトの回転が停止するようになる。ここで機関運転が停止されてからの経過時間が短く、進角室及び遅角室をはじめ油圧系にまだ多くの作動油が残留している状況の下で内燃機関を再始動する場合には、可変機構を通じてバルブタイミングを中間角まで進角させつつ、ロックピンをロック穴に嵌合させることができる。この発明によれば、このような機関始動時にアンロック状態にあるロック機構をロック状態とする場合と同様な状況のもとで、バルブタイミングを進角させつつ上述した学習値を求めるようにしているため、同学習値の信頼性を高めることができるようになる。

請求項１７に記載の発明は、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記流量制御弁は前記可変機構に対する作動油の給排状態として、前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室から作動油を排出する第１のモードと、前記第１のモードであるときよりも少ない量の作動油を前記進角室に供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室から作動油を排出する第２のモードと、前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室に作動油を供給する第３のモードと、前記進角室及び前記遅角室に対する作動油の給排を停止し且つ前記解除室に作動油を供給する第４のモードと、前記進角室から作動油を排出するとともに前記遅角室に作動油を供給し且つ前記解除室に作動油を供給する第５のモードとを含むものであり、前記駆動信号の変化に基づいて前記弁体がその初期位置から変位したとき、前記弁体の位置が第１の領域にあるときには作動油の給排状態が第１のモードに設定され、前記弁体の位置が前記第１の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第２の領域にあるときには作動油の給排状態が第２のモードに設定され、前記弁体の位置が前記第２の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第３の領域にあるときには作動油の給排状態が第３のモードに設定され、前記弁体の位置が前記第３の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第４の領域にあるときには作動油の給排状態が第４のモードに設定され、前記弁体の位置が前記第４の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第５の領域にあるときには作動油の給排状態が第５のモードに設定されることを要旨としている。

この発明では、流量制御弁の給排状態が第１のモードとなると、ロック機構がロック状態となっていれば、バルブタイミングを中間角のまま維持しつつ進角室に作動油が充填されるようになる。一方、ロック機構がアンロック状態となっていれば、進角室に作動油が充填されてバルブタイミングを進角させることが可能になるとともに、ロックピンは突出可能な状態となる。流量制御弁の弁体が更に変位し、その給排状態が第２のモードとなると、ロック機構がロック状態となっていれば、バルブタイミングは中間角のまま維持される。一方、ロック機構がアンロック状態となっていれば、進角室に作動油が供給されることによりバルブタイミングが徐々に進角され、同バルブタイミングが中間角、すなわち両回転体が中間位相となったときにロックピンがロック穴に嵌合してロック機構はロック状態となる。流量制御弁の弁体が更に変位すると、その給排状態が第３、第４、第５のモードと順次変化し、これにより、ロック機構がアンロック状態に維持されたまま、バルブタイミングがそれぞれ進角／保持／遅角されるようになる。

本発明にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置を具体化した第１実施形態について、その構成を示す構成図。 同実施形態の可変機構について、（ａ）はその平面構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＤＡ−ＤＡ線に沿う断面構造を示す断面図。 同実施形態の作動油供給機構と可変機構及びそのロック機構とについて、それらの間における作動油の給排状態を示す模式図。 同実施形態の流量制御弁について、その給排状態が第１のモードにあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態の流量制御弁について、その給排状態が第２のモードにあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態の流量制御弁について、その給排状態が第３のモードにあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態の流量制御弁について、その給排状態が第４のモードにあるときの断面構造を示す模式図。 同実施形態の流量制御弁について、その給排状態が第５のモードにあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態の流量制御弁について、同流量制御弁の各ポートの連通面積とスプールのストロークとの関係を示すグラフ。 同実施形態の流量制御弁について、（ａ）は各給排状態と可変機構及びそのロック機構に対する作動油の給排状態との関係をそれぞれ示すテーブル、（ｂ）はそれら給排状態における可変機構及びロックピンの動作態様と駆動信号のデューティ比との関係を示すテーブル。 同実施形態の流量制御弁について、（ａ）はそのスプールのストロークが「０」のときの断面構造を示す断面図、（ｂ）はストロークが所定のストロークにあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態におけるスプールのストロークとこれに作用するばね部の合成弾性力との関係を示すグラフ。 同じくスプールのストロークとこれに作用するばね部の合成弾性力との関係を示すグラフ。 同実施形態の電子制御装置により実行される「学習処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるスプールのストローク、可変機構及びそのロック機構に対する作動油の給排状態、並びに駆動信号のデューティ比との関係を示すグラフ。 本発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置を具体化した第２実施形態における流量制御弁について、（ａ）はそのスプールのストロークが「０」のときの断面構造を示す断面図、（ｂ）はストロークが所定の値にあるときの断面構造を示す断面図。 同実施形態におけるスプールのストロークとこれに作用するばね部の合成弾性力との関係を示すグラフ。 同じく、スプールのストロークとこれに作用するばね部の合成弾性力との関係を示すグラフ。 本発明のその他の実施形態において、電子制御装置により実行される「学習処理」について、その処理手順を示すフローチャート。 従来のバルブタイミング制御装置について、その可変機構の断面構造を示す断面図。

（第１実施形態）
図１〜図１５を参照して、本発明にかかる流量制御弁及びこれを具備する内燃機関のバルブタイミング制御装置として、これを吸気弁のバルブタイミングを変更するためのバルブタイミング制御装置として具体化した第１実施形態について説明する。なお、以下において特に明示しない限り、単に「バルブタイミング」と記載した場合は、吸気弁のバルブタイミングを意味することとする。

図１に示されるように、内燃機関１０の下部には作動油を貯留するオイルパン６１が取り付けられている。なお、オイルパン６１に貯留される作動油は内燃機関１０の各部を潤滑するための潤滑油としての機能も併せ有している。一方、内燃機関１０の上部には、吸気弁３１、排気弁３４をそれぞれ開閉駆動するためのカムシャフト３２，３５がそれぞれ設けられている。吸気弁３１のカムシャフト３２にはそのバルブタイミングを変更するためのバルブタイミング制御装置が設けられている。吸気弁３１のカムシャフト３２にはクランクシャフト１１の回転力がチェーン（図示略）からバルブタイミング制御装置を介して伝達される。これに対して、排気弁３４のカムシャフト３５にはクランクシャフト１１の回転力がチェーンを介して直接伝達される。そしてこのようにクランクシャフト１１の回転力によって各カムシャフト３２，３５が回転することにより、それらカムシャフト３２，３５に形成されたカム３３，３６により吸気弁３１及び排気弁３４がそれぞれ開閉駆動される。

バルブタイミング制御装置は、吸気弁３１のバルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構４０と、この可変機構４０に作動油を供給する作動油供給機構６０と、この作動油供給機構６０を通じて可変機構４０の作動状態、すなわちバルブタイミングを制御する電子制御装置２０とを備えている。

作動油供給機構６０は、オイルパン６１の作動油を可変機構４０に供給する一方で同可変機構４０の作動油をオイルパン６１に戻す複数の油路からなる作動油回路７０と、オイルパン６１の作動油を汲み上げて作動油回路７０に供給するオイルポンプ６２と、作動油回路７０の途中に設けられて可変機構４０の各部に対する作動油の給排状態を変更する流量制御弁６３とを備えている。なお、このオイルポンプ６２としては、クランクシャフト１１によって駆動される機関駆動式のものが採用されている。

また、電子制御装置２０は、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２を含む各種センサの検出信号を取り込み、それら検出信号に基づき機関運転状態に適したバルブタイミングの目標角（目標値）を設定するとともに、この目標角と実際のバルブタイミングとが一致するようにクランクシャフト１１に対するカムシャフト３２の相対回転位相をこれを制御する。

次に図２を参照して、可変機構４０の構成について説明する。なお、図２（ａ）は、可変機構４０から図２（ｂ）に示されるカバー４４を取り外した状態の同可変機構４０の平面構造を示すものであり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＤＡ−ＤＡ線に沿う可変機構４０の断面構造を示す断面図である。図２では、カムシャフト３２及びスプロケット４３は同図２（ａ）に示す回転方向ＲＡに回転するものとする。

図２（ａ）に示されるように、可変機構４０は、クランクシャフト１１と同期して回転する第１の回転体４１と、カムシャフト３２に固定されることにより同カムシャフト３２と同期して回転する第２の回転体４５とにより構成されている。

図２（ｂ）に示されるように、この第１の回転体４１は、クランクシャフト１１とチェーンを介して連結されることにより同クランクシャフト１１と同期して回転するスプロケット４３と、スプロケット４３に組み付けられてスプロケット４３と一体に回転するハウジング４２と、このハウジング４２に取り付けられるカバー４４とにより構成されている。図２（ａ）に示されるように、ハウジング４２には径方向内側に向けて突出する３つの区画壁４１Ａがその周方向においてほぼ等角度間隔を隔てて形成されている。

一方、同図２（ａ）に示されるように、第２の回転体４５はそのボス４５Ｂがカムシャフト３２の端部に固定されている。また、このボス４５Ｂには、その外周面から径方向外側に突出する３つのベーン４５Ａがその周方向においてほぼ等角度間隔を隔てて形成されている。

そして、第１の回転体４１における区画壁４１Ａの内周面と第２の回転体４５におけるボス４５Ｂの外周面とが摺動可能に当接することにより、３つの収容室４６が形成されるとともに、それら収容室４６に対してベーン４５Ａが揺動可能にそれぞれ配設されている。またこれにより、各収容室４６はベーン４５Ａによってそれぞれ進角室４７と遅角室４８とに区画されている。これら進角室４７及び遅角室４８に対する作動油の給排状態が作動油供給機構６０の流量制御弁６３（いずれも図１参照）を通じて制御されることにより、可変機構４０の第１の回転体４１と第２の回転体４５との相対回転位相、換言すればバルブタイミングがそのときどきに応じた変化速度をもって進角又は遅角されるとともに目標角に保持される。

次に、バルブタイミングを変更する際の可変機構４０の動作態様について説明する。
進角室４７に対して作動油を供給する一方で遅角室４８から作動油を排出することにより、第２の回転体４５が第１の回転体４１に対して回転方向ＲＡ（図２（ａ）参照）に相対回転すると、それに伴ってクランクシャフト１１に対するカムシャフト３２の相対回転位相が変更される結果、バルブタイミングが進角されるようになる。そして、第２の回転体４５が第１の回転体４１に対して回転方向ＲＡに更に回転し、ベーン４５Ａの少なくとも一つが区画壁４１Ａに当接して相対回転がそれ以上できない状態（最進角位相）となると、バルブタイミングは最進角となる。

一方、遅角室４８に対して作動油を供給する一方で進角室４７から作動油を排出することにより、第２の回転体４５が第１の回転体４１に対して回転方向ＲＡと反対方向に回転すると、それに伴ってクランクシャフト１１に対するカムシャフト３２の相対回転位相が変更される結果、バルブタイミングが遅角されるようになる。そして、第２の回転体４５が第１の回転体４１に対して回転方向ＲＡと反対方向に更に回転し、ベーン４５Ａの少なくとも一つが区画壁４１Ａに当接して相対対回転がそれ以できない状態（最遅角位相）となると、バルブタイミングは最遅角となる。

また、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、可変機構４０には、進角室４７及び遅角室４８の油圧の大きさにかかわらず、第１及び第２の回転体４１，４５の相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との間にある中間位相に固定するロック機構５０が設けられている。このようにロック機構５０を通じて第１及び第２の回転体４１，４５の相対回転位相が中間位相に固定されることにより、バルブタイミングは最進角と最遅角との間の中間角に固定される。なお、この中間角（中間位相）は、吸気弁３１のバルブタイミングと、吸気弁３１及び排気弁３４のバルブオーバーラップが機関始動時及びアイドリング時に適したものとなるように設定されている。

次に、ロック機構５０の構造及び動作態様について図２（ｂ）を参照して説明する。
同図２（ｂ）に示されるように、第２の回転体４５に形成された３つのベーン４５Ａのうち一つには、ロックピン５１が収容される収容空間５５が形成されるとともに、同収容空間５５にはロックピン５１の端部が収容空間５５から突出するようにこれを第１の回転体４１側に向けて付勢するロック用ばね５３が収容されている。また、収容空間５５においてロックピン５１を挟んでロック用ばね５３と反対側に位置する部分には、作動油が供給される解除室５２が形成されている。この解除室５２の油圧に基づいてロックピン５１はロック用ばね５３の弾性力と反対方向に付勢される。一方、第１の回転体４１には、両回転体４１，４５の相対回転位相が中間位相となったとき、換言すればバルブタイミングが中間角となったときに、ロックピン５１が嵌脱可能なロック穴５４が形成されている。

こうしたロック機構５０にあっては、両回転体４１，４５の相対回転位相が中間位相となっているときに、解除室５２から作動油が排出されてその油圧が低下すると、ロックピン５１はロック用ばね５３の弾性力により収容空間５５から突出し、その端部がロック穴５４に嵌合する。すなわち、ロック機構５０がロック状態となる。このようにロック機構５０がロック状態にある場合には、バルブタイミングは中間角に固定される。一方、このようにロック状態にあるとき、解除室５２に作動油を供給してその油圧を増加させると、ロックピン５１はその油圧に基づく力によりロック用ばね５３の付勢方向とは反対の方向に付勢され、ロック穴５４から抜脱して収容空間５５に収容される。すなわち、ロック機構５０がアンロック状態となる。このようにロック機構５０がアンロック状態にある場合には、バルブタイミングは進角室４７及び遅角室４８に対する作動油の給排状態に基づいて任意の角度に変更することができるようになる。

次に、図３を参照して、ロック機構５０を含めた可変機構４０と、作動油供給機構６０との間における作動油の流通態様について説明する。
上述したように、可変機構４０には、複数の進角室４７及び複数の遅角室４８、及びロック機構５０の解除室５２がそれぞれ設けられている。

作動油回路７０は、複数の油路、すなわち供給油路７１、排出油路７２、進角油路７３、遅角油路７４、解除用油路７５により構成されている。ここで、供給油路７１は、オイルポンプ６２から吐出されるオイルパン６１の作動油を流量制御弁６３に対して供給する。一方、排出油路７２は、可変機構４０から流量制御弁６３に排出された作動油をオイルパン６１に戻す。なお、この排出油路７２は、実際には管や孔等の一定の形状を有するものではなく、作動油をオイルパン６１に導く上で適した形状を有する内燃機関１０の内壁（例えばチェーンケースの内壁等）等がこれに相当する。

また、進角油路７３は、流量制御弁６３と各進角室４７との間で作動油を流通する。また、遅角油路７４は、流量制御弁６３と各遅角室４８との間で作動油を流通する。更に、解除用油路７５は、流量制御弁６３と解除室５２との間で作動油を流通する。

これら進角油路７３、遅角油路７４、解除用油路７５はそれぞれ、進角室４７、遅角室４８、解除室５２に対してそれぞれ独立して接続されている。すなわち、流量制御弁６３は、それら油圧室４７，４８，５２に対する作動油の給排状態をほぼ独立して制御可能な弁としての機能を有している。

次に、図４〜図８を参照して、流量制御弁６３の構造について説明する。なお、これら図４〜図８はいずれも流量制御弁６３の軸方向に沿う断面構造を異なる給排状態について示している。ここで、軸方向において図中右側を「先端側」とし、その図中左側を「基端側」とする。また、各図中の矢印は作動油の流通状態を示す。また、図４〜図８では、簡略化のため後述するアクチュエータや各種ばね等々についてはその図示を省略している。

流量制御弁６３は、大きくは、複数のポートが形成されたハウジング８０と、このハウジング８０に収容されてその軸方向に往復動可能なスプール９０とによって構成されている。流量制御弁６３のスプール９０を変位させることにより、複数のポート同士の連通／遮断状態が切り替えられて進角室４７、遅角室４８、解除室５２に対する作動油の給排状態が変更される。

ハウジング８０には、供給油路７１がそれぞれ接続される一対の供給ポート８４，８９が形成されている。ハウジング８０にはその他にも、進角油路７３が接続される進角ポート８６、遅角油路７４が接続される遅角ポート８７、解除用油路７５が接続される解除油用ポート８８がそれぞれ形成されている。一方、スプール９０の基端側には排出油路７２に作動油を排出する排出ポート８５が形成されている。供給ポート８４，８９のうち一方の供給ポート８４は、スプール９０の位置に応じて、進角ポート８６を介して進角油路７３に作動油を供給し、あるいは遅角ポート８７を介して遅角油路７４に作動油を供給するためのものである。他方の供給ポート８９は解除油用ポート８８を介して解除用油路７５に対して作動油を供給するためのものである。

一方、スプール９０は、小径部９１と大径部９２とによって構成されている。これら小径部９１及び大径部９２には、その内部に軸方向に沿って延伸し基端側で開口する排出孔９３が形成されるとともに、この排出孔９３に連通する導入孔９４が軸方向における中央部分に形成されている。

大径部９２は、軸方向における長さの異なった複数の弁によって構成されている。すなわち、大径部９２は、基端から先端側に向かって順に配設される第１の弁９２Ａ、第２の弁９２Ｂ、第３の弁９２Ｃ、第４の弁９２Ｄ、第５の弁９２Ｅをそれぞれ含み、これら各弁９２Ａ〜９２Ｅによってハウジング８０の各ポート８４〜８９が開放又は閉鎖され、あるいは各ポートの連通面積が変更される。なお、こうした各ポート８４〜８９の開放／閉鎖状態は、それらポート８４〜８９に対する各弁９２Ａ〜９２Ｅの位置関係、換言すればスプール９０の位置に基づいて決定される。

すなわち、進角ポート８６は、これが第１の弁９２Ａから開放されるとき、供給ポート８４及び排出油路７２のいずれか一方と連通する。また、遅角ポート８７は、これが第３の弁９２Ｃから開放されるとき、導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通するか、あるいは供給ポート８４と連通する。また、ロック機構５０の供給ポート８９は、これが第５の弁９２Ｅから開放されるとき、ロック機構５０の解除油用ポート８８と連通する。また、この解除油用ポート８８は、これが第５の弁９２Ｅから開放されるとき、導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通するか、あるいは供給ポート８９と連通する。なお、第２の弁９２Ｂ及び第４の弁９２Ｄは、進角油路７３、遅角油路７４、解除用油路７５を通じて進角室４７、遅角室４８、解除室５２にそれぞれ給排される作動油の量を更に微細に調節する。

そしてこのように、進角室４７、遅角室４８、解除室５２に給排される作動油の量が調節されることにより、バルブタイミングを進角させる状態と遅角させる状態との切り替え、進角する際の速度及び遅角する際の速度、ロック穴５４に対するロックピン５１の嵌脱状態、その嵌脱する際の速度がきめ細かく調整される。

また、流量制御弁６３は、スプール９０がハウジング８０において最も基端側にあるときの位置を初期位置として、同初期位置から先端側に変位したときの変位量（ストロークｘ）に応じて、その給排状態が第１のモード、第２のモード、第３のモード、第４のモード、及び第５のモードのいずれかに設定される。以下、これら各モードについて順に説明する。なお、流量制御弁６３は、電気的な駆動信号の状態、具体的にはデューティ比Ｄの値に基づいて駆動する電磁駆動式のアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」）１００を内蔵している。このアクチュエータ１００はスプール９０の基端部と当接してこれを先端側に付勢する駆動軸１００ａを有している。電子制御装置２０は各種センサから取り込まれる情報に基づいて機関運転状態を検出するとともに、その機関運転状態に応じた大きさのデューティ比Ｄを有する駆動信号を生成する。そして、アクチュエータ１００はこの駆動信号を取り込むとともに、そのデューティ比Ｄの値に基づく駆動力Ｆａにてスプール９０を駆動軸１００ａにより先端側に付勢する。すなわち、スプール９０のストロークｘはこのデューティ比Ｄの値によって決定されることとなる。
［第１のモード］
スプール９０が図４に示す初期位置にあり、ストロークｘが第１の領域にある場合、進角ポート８６は、供給ポート８４と連通されるとともに、排出油路７２との連通が第１の弁９２Ａにより遮断される。また、遅角ポート８７は導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通されるとともに、供給ポート８４との連通が第３の弁９２Ｃにより遮断される。更に、解除油用ポート８８は、導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通されるとともに、供給ポート８９との連通が第５の弁９２Ｅにより遮断される。

そして、第１のモードにおいては、こうしたポート同士の連通／遮断状態に基づいて、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８４、進角ポート８６、及び進角油路７３の順に流通して進角室４７に供給される。また、遅角室４８の作動油が遅角油路７４、遅角ポート８７、導入孔９４、排出孔９３、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。また、解除室５２の作動油が解除用油路７５、解除油用ポート８８、導入孔９４、排出孔９３、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。
［第２のモード］
図５に示されるように、スプール９０が図４に示す初期位置よりも先端側の位置にあり、そのストロークｘが第１の領域よりも大きい第２の領域にある場合、進角ポート８６は供給ポート８４と連通されるとともに、排出油路７２との連通が第１の弁９２Ａにより遮断される。また、遅角ポート８７は導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通されるとともに、供給ポート８４との連通が第３の弁９２Ｃにより遮断される。更に、解除油用ポート８８は、導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通されるとともに、供給ポート８９との連通が第５の弁９２Ｅにより遮断される。

そして、第２のモードにおいてはこうしたポート同士の連通／遮断状態に基づいて、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８４、進角ポート８６、及び進角油路７３の順に流通して進角室４７に供給される。また、遅角室４８の作動油が遅角油路７４、遅角ポート８７、導入孔９４、排出孔９３、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。また、解除室５２の作動油が解除用油路７５、解除油用ポート８８、導入孔９４、排出孔９３、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。

なお、このとき、供給ポート８４と進角ポート８６とが連通され、供給油路７１から進角油路７３に作動油が供給されるものの、スプール９０が第１のモードの場合よりも先端側に変位しているため、供給ポート８４と進角ポート８６との連通が第２の弁９２Ｂにより狭められる。すなわち、供給ポート８４と進角ポート８６との連通状態において、供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓが小さくなる。これにより、第２のモードにおいては、供給ポート８４から進角ポート８６に流入する作動油の流量が、第１のモードにおけるそれよりも少なくなる。
［第３のモード］
図６に示されるように、スプール９０が図５に示す位置よりも先端側の位置にあり、そのストロークｘが第２の領域よりも大きい第３の領域にある場合、進角ポート８６は供給ポート８４と連通されるとともに、排出油路７２との連通が第１の弁９２Ａにより遮断される。また、遅角ポート８７は、導入孔９４及び排出孔９３を介して排出ポート８５と連通されるとともに、供給ポート８４との連通が第３の弁９２Ｃにより遮断される。更に、解除油用ポート８８は供給ポート８９と連通されるとともに、排出ポート８５との連通が第４の弁９２Ｄにより遮断される。

そして、第３のモードにおいてはこうしたポート同士の連通／遮断状態に基づいて、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８４、進角ポート８６、及び進角油路７３の順に流通して進角室４７に供給される。また、遅角室４８の作動油が遅角油路７４、遅角ポート８７、導入孔９４、排出孔９３、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。また、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８９、解除油用ポート８８、解除用油路７５の順に流通して解除室５２に供給される。

なお、この第３のモードにおいて、連通面積ｓが最大となる状態、すなわち、進角室４７に対する作動油の供給量が最大流量となる状態を「最大進角モード」として設定する。
［第４のモード］
図７に示されるように、スプール９０が図６に示す位置よりも先端側にあり、そのストロークｘが第３の領域にあるときよりも大きくなり第４の領域にある場合、進角ポート８６は供給ポート８４との連通が第１の弁９２Ａにより遮断される。また、遅角ポート８７は供給ポート８４及び排出ポート８５との連通が第３の弁９２Ｃにより遮断される。更に、解除油用ポート８８は供給ポート８９と連通されるとともに、排出油路７２との連通が第４の弁９２Ｄにより遮断される。

そして、第４のモードにおいてはこうしたポート同士の連通／遮断状態に基づいて、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、解除用油路７５、供給ポート８９、解除油用ポート８８の順に流通して解除室５２に供給される。
［第５のモード］
図８に示されるように、スプール９０が図７に示す位置よりも先端側にあり、そのストロークｘが第４の領域にあるときよりも大きくなり第５の領域にある場合、進角ポート８６は排出油路７２と連通されるとともに、供給油路７１との連通が第１の弁９２Ａにより遮断される。また、遅角ポート８７は供給ポート８４と連通されるとともに、排出ポート８５との連通が第３の弁９２Ｃにより遮断される。更に、解除油用ポート８８は供給ポート８９と連通されるとともに、排出ポート８５との連通が第４の弁９２Ｄにより遮断される。

そして、第５のモードにおいてはこうしたポート同士の連通／遮断状態に基づいて、進角室４７の作動油が進角油路７３、進角ポート８６、排出ポート８５、排出油路７２の順に流通してオイルパン６１に戻される。また、オイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８４、遅角ポート８７、遅角油路７４の順に流通して遅角室４８に供給される。更にオイルポンプ６２から吐出される作動油が供給油路７１、供給ポート８９、解除油用ポート８８、解除用油路７５の順に流通して解除室５２に供給される。

次に、スプール９０のストロークｘと、可変機構４０及びロック機構５０の各ポートの連通面積ｓとの関係について図９を参照して説明する。上述したように、スプール９０が先端側に変位し、ストロークｘが増大するのに伴って各ポートの連通面積ｓが変化することにより、そのときどきの流量制御弁６３の給排状態が第１のモードから第５のモードの各種モード間で切り替えられる。

すなわち、第１のモードでは、供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８４→８６」として図示）が所定の面積に設定されることにより、進角油路７３に対して供給油路７１から所定量の作動油が供給される。また、また遅角ポート８７と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８７→８５」として図示）が所定の面積に設定されることにより、遅角油路７４から排出油路７２に所定量の作動油が排出される。更に、解除油用ポート８８と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８８→８５」として図示）が所定の面積に設定されることにより、解除用油路７５から排出油路７２に所定量の作動油が排出される。なお、ロック機構５０がロック状態となって機関停止した後の通常機関始動時には、流量制御弁６３の給排状態としてこの第１のモードが選択される。

第２のモードでは、供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８４→８６」）が第１のモードと比較して極小さい面積に維持されて、供給油路７１から進角油路７３に供給される作動油についても第１のモードと比較して少なくなる。この場合、作動油の供給量は第１のモードと比較して少なくなる。また、遅角ポート８７と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８７→８５」）は漸減し、遅角油路７４から排出油路７２に排出される作動油の量もこれに伴って徐々に減少する。更に、解除油用ポート８８と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８８→８５」）は減少し、これに伴って解除用油路７５から排出油路７２から排出される作動油の量も減少する。なお、機関運転を停止する際及びアイドル運転中は、流量制御弁６３の給排状態としてこの第２のモードが選択される。

第３のモードでは、供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８４→８６」）が一旦増大して最大値となる。したがって、供給油路７１から進角油路７３に対する作動油の供給量も一旦その最大量まで増加する。このように、供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８４→８６」）が最大値となる領域、すなわち、進角油路７３（進角室４７）に対する作動油の供給量が最大量となる状態を以下「最大進角モード」という。そしてこのように供給ポート８４と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８４→８６」）が最大値となった後は同連通面積ｓは減少し、これに伴って供給油路７１から進角油路７３に対する作動油の供給量も徐々に減少するようになる。また、遅角ポート８７と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８７→８５」）は減少し、これに伴って遅角油路７４から排出油路７２に排出される作動油の量が減少する。更に、供給ポート８９と解除油用ポート８８との連通面積ｓ（「８９→８８」として図示）が増大して、供給油路７１から解除用油路７５に供給される作動油の量が増加する。

なお、第２のモードから第３のモードに切り替わる前には、ストロークｘの増大に伴って解除油用ポート８８と排出ポート８５との連通面積ｓ（「８８→８５」）が「０」にまで減少して解除用油路７５から排出油路７２に排出されるの作動油の量が「０」となる。更にストロークｘが増大すると供給ポート８９と解除油用ポート８８との連通面積ｓ（「８９→８８」）が徐々に増大して供給油路７１から解除用油路７５に作動油が供給されるようになる。

次に、第４のモードでは、供給ポート８９と解除油用ポート８８との連通面積ｓ（「８９→８８」）が徐々に増大して、供給油路７１から解除用油路７５に対して供給される作動油の量が徐々に増加する他は、進角ポート８６、遅角ポート８７はいずれも第１の弁９２Ａ、第３の弁９２Ｃにより閉鎖状態となっているため、進角油路７３、遅角油路７４に対する作動油の給排量は「０」となる。すなわちこの場合には、バルブタイミングは所定の目標角に保持されることとなる。

第５のモードでは、供給ポート８９と解除油用ポート８８との連通面積ｓ（「８９→８８」）が漸増し、供給油路７１介して解除用油路７５に供給される作動油の量もこれに伴って徐々に増大する。また、供給ポート８４と遅角ポート８７との連通面積ｓ（「８４→８７」として図示）が増大して、供給油路７１から遅角油路７４に対して供給される作動油の量が増加する。更にストロークｘが増加すると、排出ポート８５と進角ポート８６との連通面積ｓ（「８６→８５」として図示）が増大して、進角油路７３から排出される作動油の量が増加するようになる。

以上、第１のモード〜第５のモードにおける、進角室４７、遅角室４８、解除室５２に対する作動油の給排状態、可変機構４０の動作態様、ロックピン５１の動作態様、駆動信号のデューティ比Ｄの値との関係についてまとめると図１０に示すようになる。

図１０（ｂ）において、ストロークｘに応じたデューティ比Ｄの値、換言すれば、流量制御弁６３の給排状態を第１のモード〜第５のモードとするためのデューティ比Ｄの値はそれぞれ、α％，β％，γ％，δ％，ε％として予め設定されている。なお、これらデューティ比Ｄの値は第１のモード及び第２のモードに対応するα％、β％を除き、機関運転状態等に基づき所定範囲をもって適宜変更することができる。例えば、最大進角モードに対応するデューティ比Ｄの値は、流量制御弁６３の給排状態を第３のモードとするデューティ比Ｄの一つとしてγ’％に設定されている。なお、これら各デューティ比Ｄの値については、（α＜β＜γ＜δ＜ε）なる大小関係が成立している。

また、図１０（ｂ）のロックピン５１に関する表記について、「突出」には、解除室５２の作動油が排出されてロックピン５１がロック用ばね５３の弾性力によって収容空間５５から突出してロック穴５４に嵌合した状態はもとより、ロックピン５１がロック穴５４に嵌合することなくロック用ばね５３の弾性力によりスプロケット４３の対向面に対して押圧されている状態も含む。

内燃機関１０では、機関運転状態に応じて流量制御弁６３の給排状態にかかる各モードを選択することにより、機関燃焼の最適化や機関出力の増大を図るようにしている。例えば、内部ＥＧＲ量を増大させてポンピングロスの低減を図る場合には、流量制御弁６３の給排状態として第３のモードを選択してバルブタイミングを進角させる。一方、例えば、排気の吹き返しを抑制して、吸気効率の向上を図る場合には、流量制御弁６３の給排状態として第５のモードを選択してバルブタイミングを遅角させる。そしてその後、実際のバルブタイミングとその目標角とが一致したときに流量制御弁６３の給排状態として第４のモードを選択してバルブタイミングを目標角に維持する。その他、例えば内燃機関１０をアイドル運転に移行させる際には、ロック穴５４に対してロックピン５１が遅角側にある場合は、流量制御弁６３の給排状態として第２のモードを選択する。一方、ロック穴５４に対してロックピン５１が進角側にある場合は、まず流量制御弁６３の給排状態を一旦第５のモードに設定してバルブタイミングを遅角させる。その後に流量制御弁６３の給排状態として第２のモードを選択する。これにより、バルブタイミングが徐々に進角するとともに、解除室５２からは作動油が排出されるようになる。その結果、周方向におけるロック穴５４とロックピン５１との位置が一致した時点、すなわちバルブタイミングが中間角となった時点でロックピン５１はロック穴５４に嵌合され、バルブタイミングが中間角に固定される。なお、このようにアイドル運転中はロックピン５１がロック穴５４に嵌合されバルブタイミングは中間角に固定されているため、一旦アイドル運転を経由して機関運転が停止される通常の機関停止時には、バルブタイミングは中間角にロックされた状態で機関運転が停止するようになる。

次に、図１１を参照して、流量制御弁６３の構造について説明する。なお、同図１１においては、ハウジング８０及びスプール９０の各ポートや各弁については、簡略化のためいずれもその図示を割愛している。図１１において（ａ）はスプール９０が初期位置にあってそのストロークｘが第１の領域にあるときの状態を示し、（ｂ）はスプール９０が先端側に所定量だけ変位してストロークｘが第１の領域から増大したときの状態を示す。

上述したように、アクチュエータ１００は、電子制御装置２０により生成されるデューティ比Ｄの値に基づく駆動力Ｆａにてスプール９０をその駆動軸１００ａにより先端側に付勢する。

具体的には、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなるときに駆動力Ｆａが最小となる一方、デューティ比Ｄの値が増大するのに伴って駆動力Ｆａは増大し、更にデューティ比Ｄの値が最大値Ｄｍａｘとなるときに駆動力Ｆａは最大となる。そして、流量制御弁６３はこの駆動力Ｆａによりスプール９０が先端側に付勢されて変位することで可変機構４０に対する作動油の給排状態を変更する。すなわち、流量制御弁６３はスプール９０のストロークｘに応じてその作動油の給排状態が上述した第１のモード〜第５のモードのうちのいずれか一つに選択的に切り替えられる。

また、流量制御弁６３において、その先端側にはハウジング８０とスプール９０との間に第１のばね８１が設けられている。この第１のばね８１はストロークｘに応じた弾性力ｆ１（ｘ）を発生し、この弾性力ｆ１（ｘ）によりスプール９０を基端側に付勢する。すなわち、スプール９０は第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）により、アクチュエータ１００の駆動力Ｆａによって付勢される方向（先端側）とは反対方向（基端側）に付勢（以下、「反付勢」）される。一方、ハウジング８０において、その基端側部分にはスプール９０の基端部が位置する内部空間８０ａが形成されるとともに、この内部空間８０ａには有底円筒状をなす可動部８３がその軸方向において往復動可能に収容されている。この可動部８３にはその底部にスプール９０の最基端部が挿脱可能な挿通孔８３ａが形成されている。

また、ハウジング８０には、内部空間８０ａの先端側部分の一部を区画する段差が形成されている。この段差は、可動部８３と当接することにより、可動部８３が更に先端側に変位しないようにこれを規制する規制部８０ｂとして機能する。更に、流量制御弁６３において、その基端側にはハウジング８０と可動部８３との間に第２のばね８２が設けられている。この第２のばね８２はストロークｘに応じた弾性力ｆ２（ｘ）を発生し、この弾性力ｆ２（ｘ）により可動部８３を介してスプール９０を先端側に付勢する。

次に、デューティ比Ｄの値がその最小値Ｄｍｉｎから最大値Ｄｍａｘまで増大するのに伴って駆動力Ｆａが増大し、これによりスプール９０がその初期位置から先端側に変位する場合、すなわちストロークｘが増大する場合において、アクチュエータ１００の駆動力Ｆａ、第１及び第２のばね８１，８２の弾性力ｆ１（ｘ），ｆ２（ｘ）、及びストロークｘの関係について説明する。

まず、第１のばね８１、第２のばね８２の弾性係数をそれぞれ「ｋ１」，「ｋ２」としたとき、これらは以下の式（１）に示す大小関係が成立するように設定されている。なお、この所定値ｋ０は、スプール９０における位置制御の信頼性、具体的にはストロークｘとそれに応じて変化する各ばね８１，８２の弾性力ｆ１（ｘ），ｆ２（ｘ）との間のＳ／Ｎ比が十分に確保できるように設定されている。

ｋ１，ｋ２＞ｋ０＞０ …（１）

そして、スプール９０を基端側に反付勢する第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）、同スプール９０を先端側に付勢する第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）は、ストロークｘをパラメータとする以下の各式（２），（３）によって求められる。なお、これら式（２），（３）において、「ｆ１ｐ」，「ｆ２ｐ」は、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなり、スプール９０がその初期位置に停止してストロークｘが「０」であるときに、第１のばね８１、第２のばね８２にそれぞれ発生している予荷重である。

ｆ１（ｘ）＝−（ｋ１・ｘ＋ｆ１ｐ） …（２）
ｆ２（ｘ）＝−ｋ２・ｘ＋ｆ２ｐ …（３）

したがって、第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）及び第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）の合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は以下の式（４）によって求められる。

Ｆｓ（ｘ）＝ｆ１（ｘ）＋ｆ２（ｘ）
＝−（ｋ１＋ｋ２）・ｘ＋（ｆ２ｐ−ｆ１ｐ） …（４）

そして、これがアクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）と平衡状態になるとすると、以下の式（５）が成立する。

Ｆａ（ｘ）＝−Ｆｓ（ｘ）
＝（ｋ１＋ｋ２）・ｘ＋（ｆ１ｐ−ｆ２ｐ） …（５）

ここで、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなり、スプール９０がその初期位置に停止してストロークｘが「０」であるとき、駆動力Ｆａ（ｘ）は、上式（５）において（ｘ＝０）とした以下の式（６）に示される大きさとなる。

Ｆａ（０）＝ｆ１ｐ−ｆ２ｐ …（６）

ちなみに、アクチュエータ１００に対する電力供給が停止されてスプール９０の駆動を停止する場合であっても、図１１（ａ）に示されるように、可動部８３が規制部８０ｂに当接することなく、スプール９０の基端部と駆動軸１００ａとが当接した状態に維持されるための条件として、ストロークｘを「０」としたときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）について、以下の式（７）に示す関係が満たされている必要がある。

Ｆｓ（ｘ）≦０ …（７）

更に上式（４），（７）において（ｘ＝０）とすると以下の式（８）が導出される。

Ｆｓ（０）＝ｆ２ｐ−ｆ１ｐ≦０
ｆ１ｐ＞ｆ２ｐ …（８）

上式（８）から明らかなように、上記条件を満たすためには、第１のばね８１の予荷重ｆ１ｐが第２のばね８２の予荷重ｆ２ｐ以上に設定されていることが必要になる。そして、この式（８）の関係が満たされていることを前提とすると、第１のばね８１及び第２のばね８２により構成されるばね部の弾性力、すなわち合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、上式（４）から明らかなように常に負の値をとる。このため、スプール９０はストロークｘの大きさに関わらず、このばね部により常に基端側に反付勢されることとなる。

次に、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎから増大し、これに伴ってストロークｘが「０」から増大する場合について説明する。このように駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎから増大すると、アクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）が増大する。そして、このように増大した駆動力Ｆａ（ｘ）及び第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）の合力が第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）を上回るようになると、スプール９０は駆動軸１００ａにより押圧されて同駆動軸１００ａとともに先端側に変位するようになる。

またこの場合、可動部８３はスプール９０に当接した状態で同スプール９０とともに先端側に変位する。そして、ストロークｘが更に増大して可動部８３が更に先端側に変位すると、同可動部８３の変位が規制部８０ｂの位置に達して同規制部８０ｂと係合された状態となるため、可動部８３の変位が規制部８０ｂによって規制されるようになる。

またこのように、規制部８０ｂによって可動部８３の変位が規制された状態となるときのストロークｘを「ｘ１」とすると、デューティ比Ｄの値が増大することによってストロークｘが「ｘ１」に達したときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、次式（９）に基づいて求めることができる。

Ｆｓ（ｘ１）＝ｆ１（ｘ１）＋ｆ２（ｘ１） …（９）

上記式（７）及び式（８）から明らかなように、この合成弾性力Ｆｓ（ｘ１）は常に負の値をとる。このため、スプール９０は合成弾性力Ｆｓ（ｘ１）より常に基端側に反付勢されることとなる。このように、可動部８３の変位が規制部８０ｂによって規制されることにより、その規制直前まで可動部８３を介してスプール９０に作用していた第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）（＝−ｋ２・ｘ１＋ｆ２ｐ）が消失するようになる。したがって、ストロークｘが「ｘ１」に達したときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、式（９）に加え、以下の式（１０）によっても導出することができる。このため、合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は以下の式（１１）により規定される範囲で変化することができる。

Ｆｓ（ｘ１）＝ｆ１（ｘ１）＋ｆ２（ｘ１）−ｆ２（ｘ１）
＝ｆ１（ｘ１） …（１０）

最小値： ｆ１（ｘ１）＋ｆ２（ｘ１）＜Ｆｓ（ｘ１）＜最大値：ｆ１（ｘ１） …（１１）

このため、駆動信号のデューティ比Ｄの値を変化させても、これに対応する合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が式（１１）により規定される範囲で変化するのであれば、ストロークｘ、すなわちスプール９０の位置が変化することはない。 ここで、第２のばね８２は、ストロークｘが「０」から増大するのに伴って徐々にその弾性力ｆ２（ｘ）が減少するものの、可動部８３の変位が規制部８０ｂにより規制される状態になっても未だ弾性変形した状態にある。すなわち、この第２のばね８２については、以下の式（１２）に示す条件が満たされるように、その弾性係数ｋ２及び予荷重ｆ２ｐがそれぞれ設定されている。

ｆ２（ｘ１）＝−ｋ２・ｘ１＋ｆ２ｐ＞０ …（１２）

そして、この第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ１）が可動部８３を介してスプール９０に伝達され、同スプール９０に所定の残留荷重（＝ｆ２（ｘ１））が作用している状態で、可動部８３の変位が規制部８０ｂより規制されるようになる。そしてこれにより、第１のばね８１及び第２のばね８２により構成されるばね部は、ストロークｘが「ｘ１」にあるときには、その合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が所定幅の不感帯にある任意の値をとることができるようになる。すなわち、ストロークｘが「ｘ１」となると、デューティ比Ｄの値に基づいて駆動力Ｆａ（ｘ）を更に増大しても、その増大量が残留荷重の大きさに相当する変化量（＝｜ｆ２（ｘ１）｜）を上回るようになるまでは、ストロークｘが変化することはなく、スプール９０は停止した状態となる。

そして、更にデューティ比Ｄの値が増大し、これに伴ってストロークｘが増大すると（ｘ＞ｘ１）、図１１（ｂ）に示されるように、可動部８３とスプール９０との係合が完全に解除されてそれらは離間し、スプール９０のみが駆動軸１００ａにより押圧されることで先端側に変位するようになる。そしてこの場合、合成弾性力Ｆｓ（ｘ）及び駆動力Ｆａ（ｘ）はそれぞれ以下の式（１３），（１４）に基づいて求めることができる。

Ｆｓ（ｘ）＝−ｋ１・ｘ−ｆ１ｐ …（１３）
Ｆａ（ｘ）＝−Ｆｓ（ｘ）＝ｋ１・ｘ＋ｆ１ｐ …（１４）

このように第１のばね８１及び第２のばね８２により構成されるばね部は、ストロークｘについて（ｘ≦ｘ１）なる関係が満たされる領域Ａと（ｘ＞ｘ１）なる関係が満たされる領域Ｂとにおいてその弾性特性が異なり、またそれら領域Ａと領域Ｂとの間で弾性特性が不連続に変化する非線形特性を有している。このような非線形特性を有するばね部を採用することにより、駆動信号のデューティ比Ｄの値が変化してもスプール９０が変位しない不感特性を流量制御弁６３に付与することができるようになる。なお、デューティ比Ｄの値を増大させてアクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）を増大させることにより、ストロークｘを増大させる例について説明したが、デューティ比Ｄの値を減少させてアクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）を低下させることにより、ストロークｘを減少させる場合についても同様である。

図１２は、こうしたスプール９０のストロークｘと合成弾性力Ｆｓ（ｘ）との関係を示している。
駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなり、スプール９０がその初期位置に停止してストロークｘが「０」であるとき、駆動力Ｆａ（ｘ）は先の式（６）により求められる値となる（図中の「ｆ１ｐ−ｆ２ｐ」）。

次に、駆動信号のデューティ比Ｄの値が増大して、これに伴ってストロークｘが「ｘ１」から増大するとき（ｘ≦ｘ１）、第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）及び第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）は、それぞれ先の式（２）及び（３）から求められるように、ストロークｘとともに変化する（それぞれ図中の破線、一点鎖線）。そして、このときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、先の式（４）にて求められる値となる（図中の二点鎖線）。

更に、デューティ比Ｄの値が増大することによってストロークｘが「ｘ１」に達すると、合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、上述したように先の式（１１）にて示される範囲の任意の値を取り得るようになる（図中の実線）。すなわち上述したように、デューティ比Ｄの値の増大に基づいて駆動力Ｆａ（ｘ）が増大しても、その増大量が先の式（１２）に示す残留荷重の大きさに相当する変化量（＝｜ｆ２（ｘ１）｜）を上回るようになるまでは、ストロークｘが変化することはなく、スプール９０が停止した状態となる。

そして、更にデューティ比Ｄの値が増大して、これに伴ってストロークｘが「ｘ１」から増大するとき（ｘ＞ｘ１）、すなわち、駆動力Ｆａ（ｘ）が残留荷重を上回るようになったとき、駆動力Ｆａ（ｘ）は、先の式（１４）に示す値となる。

ここで、電子制御装置２０において駆動信号のデューティ比Ｄの値を生成する際に生じる誤差、電子制御装置２０からアクチュエータ１００に駆動信号を付加する際に生じる誤差、駆動信号のデューティ比Ｄの値に基づいてアクチュエータ１００からスプール９０に付加される駆動力Ｆａ（ｘ）の誤差等々が生じ得る点については既に述べたとおりである。仮に、デューティ比Ｄの値とストロークｘとが線形的な関係を有している、すなわち不感特性を有していない通常の流量制御弁を想定すると、合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は図１２の二点鎖線にて示されるようになる。そしてこの場合、設計仕様上想定したデューティ比Ｄの値に対応した駆動力Ｆａ（ｘ）（実線Ｂ）が発生する場合には、同図１２の点Ｂ１においてこの駆動力Ｆａ（ｘ）と合成弾性力Ｆｓ（ｘ）とが平衡状態となる。一方、同じデューティ比Ｄの値に対応する駆動力Ｆａ（ｘ）が大きい値にずれた場合（実線Ａ）には、駆動力Ｆａ（ｘ）が合成弾性力Ｆｓ（ｘ）を大きく上回るようになり、それらが平衡状態となることはない。他方、同じデューティ比Ｄの値に対応する駆動力Ｆａ（ｘ）が小さい値にずれた場合（実線Ｃ）には、同図１２の点Ｃ１においてこの駆動力Ｆａ（ｘ）と合成弾性力Ｆｓ（ｘ）とが平衡状態となる。

このように、設計仕様上想定したストロークｘと駆動力Ｆａ（ｘ）との関係に誤差が存在している場合、バルブタイミングの進角状態／遅角状態との切り替え、進角速度／遅角速度、ロック機構５０においてロックピン５１の嵌脱状態をストロークｘに応じてきめ細かく調整するようにした流量制御弁６３の流量制御に及ぼす悪影響が無視できないものとなる。

この点、本実施形態のように、不感特性が付与された流量制御弁６３においては、こうした誤差が存在することによりデューティ比Ｄの値に対応する合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が設計仕様上想定したものよりも大きい場合（図１２：実線Ａ）や小さい場合（図１２：実線Ｃ）であっても、スプール９０のストロークｘはいずれも「ｘ１」となる。このように流量制御弁６３が不感特性を有することにより、すなわち合成弾性力Ｆｓ（ｘ）の変化に対してストロークｘが変化しない不感帯が存在することにより、デューティ比Ｄの値についての誤差を吸収することができるようになる。

なお、この不感帯にて吸収することのできる駆動力Ｆａ（ｘ）の誤差は、同不感帯の大きさＦＤ１に応じて異なるものとなる。すなわち、この不感帯の大きさＦＤ１は、ストロークｘが「ｘ１」となったときの残留荷重の大きさに相当する変化量、すなわちストロークｘがストロークｘを「ｘ１」としたときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）の最大値と最小値との差分絶対値であり、次式（１５）に基づいて求めることができる。なお、このようにストロークｘが「ｘ１」となるときのスプール９０の位置を以下では必要に応じて「特定位置」と称することとする。

ＦＤ１＝｜ｆ２（ｘ１）｜
＝｜−ｋ２・ｘ１＋ｆ２ｐ｜ …（１５）

この不感帯の大きさＦＤ１が大きくなるほど、実際のデューティ比Ｄの値と設計仕様上のデューティ比Ｄの値との間に誤差が存在していたり、デューティ比Ｄの値に対する駆動力Ｆａ（ｘ）の大きさに誤差が存在している場合であっても、そうした誤差をより確実に吸収することができるようになる。

ところで、内燃機関１０においてその吸気弁３１のバルブタイミングについては、バルブタイミングを目標角まで進角させる際においては特に良好な応答性が求められる。すなわち、バルブタイミングの進角速度が速やかに上昇するように、ストロークｘについての精密な制御が求められる。

そこで、本実施形態では、流量制御弁６３が最大進角モードとなるとき、すなわちバルブタイミングを最大速度にて進角させることのできるスプール９０の位置に不感帯を設定するようにしている。これにより、上述したような種々の誤差が存在している場合であっても、その誤差を不感帯にて吸収できるようになり、流量制御弁６３を最大進角モードとして進角室４７に対し多量の作動油を供給することができるようになる。

ところで上述したように、デューティ比Ｄの値と駆動力Ｆａ（ｘ）との対応関係に誤差が存在していても、その誤差が不感帯を超えない範囲であればこれを吸収し、スプール９０を特定位置、すなわちストロークｘが「ｘ１」となる位置に変位させることができる。ただしこれは、その特定位置と、不感帯として実際に設定されている位置とが一致していることがその前提となる。このため例えば、第１のばね８１及び第２のばね８２等々、スプール９０の位置に影響を及ぼす部材について形状誤差や組付誤差等が存在する結果、第１および第２のばね８１，８２の弾性特性が本来の特性と大きく異なるものとなっている場合には、そもそもスプール９０における特定位置に不感帯を設定することが困難となり、流量制御弁６３において所望の流量特性が得られなくなる。もっとも、こうしたスプール９０の位置誤差が流量制御弁６３の流量特性に及ぼす影響が小さく、製造コスト等を考慮しても設計仕様上許容できる範囲にあれば、こうした誤差による影響を許容することができる。本実施形態にかかる流量制御弁６３では不感特性を付与することにより、こうした誤差についても以下に記載するようにその影響を小さく抑えることができる。

図１３は、流量制御弁６３が最大進角モードとなるスプール９０のストロークｘに対応するように不感帯を設定したときのストロークｘと合成弾性力Ｆｓ（ｘ）との関係を示す。まず、不感帯が設定されるスプール９０のストロークｘを「ｘ１」とし、デューティ比Ｄの値に対応する駆動力Ｆａ（ｘ）が設計仕様上想定される実線Ｂに沿って変化する場合、スプール９０は同図１３の例えば点Ｂ１に示す状態にて駆動力Ｆａ（ｘ）と合成弾性力Ｆｓ（ｘ）とが平衡状態となり、そのストロークｘが「ｘ１」となる位置に停止する。

一方、流量制御弁６３の弾性特性にかかる誤差により実際の弾性特性が図１３に一点鎖線にて示す特性となり、デューティ比Ｄの値に対応する駆動力Ｆａ（ｘ）が種々の誤差を考慮したときに最も大きくなる場合（実線Ａ）、図１３の例えば点Ａ１に示す状態にて駆動力Ｆａ（ｘ）と合成弾性力Ｆｓ（ｘ）とが平衡状態となる。したがって、スプール９０はそのストロークｘが「ｘ１＋σ」となる位置に停止する。

他方、流量制御弁６３の弾性特性にかかる誤差により実際の弾性特性が図１３に二点鎖線にて示す特性となり、デューティ比Ｄの値に対応する駆動力Ｆａ（ｘ）が種々の誤差を考慮したときに最も小さくなる場合（実線Ｃ）、図１３の例えば点Ｃ１に示す状態にて駆動力Ｆａ（ｘ）と合成弾性力Ｆｓ（ｘ）とが平衡状態となる。したがって、スプール９０はそのストロークｘが「ｘ１−σ」となる位置に停止する。このため、本実施形態では、ストロークｘにかかる誤差「２σ」が所定量以上とならないように、第１のばね８１や第２のばね８２等の部材の形状誤差や組付誤差を管理し、流量制御弁６３の流量特性に及ぼす影響を設計仕様上許容できる範囲に留めるようにしている。

また、上述したような種々の誤差が存在している場合、流量制御弁６３の第２のモードにおいても、それら誤差の影響により、流量制御弁６３の給排状態が実際に第２のモードとなるデューティ比Ｄの値が異なることとなり、バルブタイミングを中間角に円滑に固定する際の支障となり得る。

そこで、本実施形態にかかるバルブタイミング制御装置では、流量制御弁６３の給排状態を第２のモードとするためのデューティ比Ｄの値を学習する学習処理を実行するようにしている。以下、この一連の処理について、図１４を参照して説明する。なお、この学習処理は内燃機関１０がアイドル運転状態にあること等、種々の条件が成立しているときに実行される。

この一連の処理ではまず、ステップＳ１１０にて、バルブタイミングが最遅角であるか否かを判断する。バルブタイミングが最遅角であるか否かの判断は、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２の検出信号に基づいて電子制御装置２０によってなされる。このステップＳ１１０にてバルブタイミングが最遅角ではないと判断すると、ステップＳ１７０にて、第２のモードに対応するデューティ比Ｄの値の学習に先立つ前処理として、第２の回転体４５の回転位相が第１の回転体４１よりも遅角側となるように、すなわちバルブタイミングが遅角されるようにこれを制御する。具体的には、流量制御弁６３の給排状態を第５のモードに所定時間が経過するまで維持する等として第１及び第２の回転体４１，４５を相対回転させることによりバルブタイミングを最遅角とする。

一方、ステップＳ１１０にてバルブタイミングが最遅角である旨判断したとき、後処理として以降のステップＳ１２０及びステップＳ１３０を実行する。すなわち、ステップＳ１２０にて、種々の誤差を考慮しても、ロック機構５０が確実にアンロック状態となる値にデューティ比Ｄを設定する。具体的には、流量制御弁６３の給排状態を第３のモードに設定する等して、ロック機構５０の解除室５２に作動油が供給されることによりロックピン５１が収容室４６に収容され、バルブタイミングが変更可能な値にデューティ比Ｄを設定する。そして、このようにデューティ比Ｄの値を設定した後、ステップＳ１３０にて、流量制御弁６３が第２のモードとなるように、換言すればデューティ比Ｄの値が設計仕様上予め設定されているβ％に近づくようにデューティ比Ｄの値を徐々に減少させる。その結果、ロックピン５１とロック穴５４とが近接するようにバルブタイミングを徐々に進角させるとともに、ロック機構５０の解除室５２から作動油が排出することによりロックピン５１を突出状態に移行させる。

そして次に、ステップＳ１４０では、こうした操作を通じてロックピン５１がロック穴５４に嵌合されたか否かを判断する。すなわち、バルブタイミングが進角するように進角室４７及び遅角室４８に対する作動油の給排状態を設定しているのにもかかわらず、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２の検出信号に基づいて求められる実際のバルブタイミングが所定期間にわたって同一の値を示していることをもって、ロックピン５１がロック穴５４に嵌合されている旨、すなわちバルブタイミングが中間角に固定されている旨判断する。

このステップＳ１４０にてロックピン５１がロック穴５４に嵌合されていない旨判断されたとき、再びステップ１３０に戻り、同ステップＳ１４０にて肯定結果が得られるまでデューティ比Ｄの値を減少させる。一方、ステップＳ１４０にてロックピン５１がロック穴５４に嵌合されている旨判断されたとき、ステップＳ１５０にて、そのときのデューティ比Ｄの値をバルブタイミングを中間角に固定可能なロック指示値として学習する。更に、ステップＳ１６０では、このロック指示値が所定量だけ減少するようにこれを補正し、その補正値を新たなロック指示値とする。図９に示されるように、ロック指示値はこれが小さい値に設定されるときほど、解除油用ポート８８と排出ポート８５との連通面積が増大し、解除室５２から排出される作動油の量が増大する。ステップＳ１６０は、上述した一連の学習処理において求められるロック指示値に誤差が存在していたとしても、ロックピン５１とロック穴５４との位置が一致したときに確実にロックピン５１が突出状態となっているように、ロック指示値を補正するための処理である。

図１５に、ストロークｘ、可変機構４０及びロック機構５０に対する作動油の流量、デューティ比Ｄの値との関係についてその一例を示す。同図１５において、一点鎖線は進角室４７に対する作動油の供給量変化、破線は遅角室４８に対する作動油の供給量変化、そして二点鎖線はロック機構５０の解除室５２に対する作動油の供給量変化をそれぞれ示している。なお、流量制御弁６３の特性、すなわち、可変機構４０及びロック機構５０に対する作動油の給排特性は、基本的には図９に示されるストロークｘと各連通面積ｓとの関係に基づいて決定されるものの、実際には上述したような種々の誤差の影響によって作動油の給排特性は変化する。図１５は、こうした変化を含めた実際の流量制御弁６３における給排特性を例示している。

流量制御弁６３は、図１２にて示すように、基本的にデューティ比Ｄの値が大きくなるにつれて、換言すれば合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が大きくなるにつれてストロークｘも大きくなる特性を有している。但し、ストロークｘが「ｘ１」となる特定位置においては、駆動力Ｆａ（ｘ）が作用する場合であってもストロークｘが変化しない不感特性を有している。そして不感帯は、この特定位置は、解除室５２に作動油が供給されてロック機構５０がアンロック状態になっている状況のもと、進角室４７に対する作動油の供給量が最大となる最大進角モード内に設定されている。そして上述したように、種々の誤差が存在している場合であっても、流量制御弁６３の給排状態を最大進角モードとする場合については、流量制御弁６３の流量制御にかかる精度がこうした誤差によって悪化することを抑制することができ、バルブタイミングを速やかに進角させることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を奏することができる。
（１）スプール９０の目標位置をストロークｘが「ｘ１」となる特定位置とする場合には、駆動信号のデューティ比Ｄに対応する駆動力Ｆａ（ｘ）がその本来の値から変化しても、スプール９０の位置が変化しない不感特性を有しているため、その特定位置と駆動力Ｆａ（ｘ）に基づくスプール９０の実位置との間に生じる偏差を極めて小さな範囲に制限することができる。すなわち、スプール９０を含めた流量制御弁６３の形状誤差、機関運転状態に基づいて駆動信号を生成する際の誤差、この駆動信号に応じてスプール９０に作用する荷重の誤差等、種々の誤差に起因して、駆動信号（デューティ比Ｄの値）とスプール９０の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じることがあっても、これがスプール９０の位置制御に及ぼす悪影響を流量制御弁６３の不感特性により吸収することができる。そしてこれによりスプール９０の目標位置を特定位置として吸気弁３１のバルブタイミングを変更する場合には、上述した種々の誤差に起因して流量制御弁６３の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、ひいては可変機構４０によりバルブタイミングを変更する際の精度を向上させることができるようになる。

（２）図１５の点Ａ，Ｂ，Ｃに示されるように、本実施形態のバルブタイミング制御装置では、進角室４７に対する作動油の供給量がストロークｘを「ｘ１」としたときと同一となる状況が複数存在する。このため、バルブタイミングを進角する際の速度が設計仕様上要求されるものと一致したことをもってその速度に対応するストロークｘを学習するようにしても、そのときの駆動信号がそれら複数の位置のいずれに対応するものであるか判断不能か、仮に可能であったとしてもその信頼性は極めて低いものとなる。この点、上記実施形態によれば、このように進角室４７に対する作動油の供給量が同一となるスプール９０の位置が複数存在する場合であっても、それらのうちのいずれか一つを特定位置として設定することで、こうした学習処理によらずとも流量制御弁６３の流量制御にかかる精度の悪化を抑制することができる。

（３）一般に、内燃機関においては、その燃焼特性が吸入空気の流入状態によって大きく左右されるが、こうした吸入空気の流入状態は、吸気弁３１の開閉特性、特にそのバルブタイミングと極めて高い相関を有している。すなわち、吸気弁３１のバルブタイミングは排気弁のバルブタイミングと比較して機関性能に及ぼす影響が大きい。この点、上記実施形態によれば、こうした吸気弁３１のバルブタイミングをその制御対象としているため、良好な機関性能を得ることができる。

（４）吸気弁３１のバルブタイミングについては、これを機関運転状態に基づいて進角させることにより、吸気効率を高めて機関出力を増大させるようにしたり、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスの低減を図るようにしたりすることができる。上記実施形態によれば、スプール９０の特定位置を吸気弁３１のバルブタイミングを進角するときの位置に設定するようにしているため、流量制御弁６３の流量制御にかかる精度が悪化することを抑制することができ、吸気弁３１のバルブタイミングを好適に進角させることができる。

（５）スプール９０の特定位置を、バルブタイミングの変更速度をその進角させる際の可変範囲において相対的に大きいとき、すなわちバルブタイミングの進角速度を最も大きくするときの位置に設定するようしている。このため、機関運転状態の急激な変化によりバルブタイミングの目標角が大幅に進角側に変化する場合でも、その目標角の変化に対し高い応答性をもってバルブタイミングを変更することができる。

（６）ロック機構５０の中間角を機関停止時や機関アイドル時を含む低負荷状態に適した値に設定し、機関停止に先立ってロック機構５０をロック状態に移行するようにした。これにより、機関始動に適したバルブタイミングにて内燃機関１０の運転を再開することができる。その結果、良好な機関始動性を確保することができるとともに、機関始動後においては安定したアイドル運転を行うことができるようになる。

（７）ロック機構５０がアンロック状態にあるときから連続的に駆動信号のデューティ比Ｄを減少させて同ロック機構５０がロック状態に移行したときのデューティ比Ｄの値を新たなデューティ比Ｄとして学習するようにした。これにより、駆動信号のデューティ比Ｄの値とこれに対応するスプール９０の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じても、スプール９０の位置をロック位置として、ロック機構５０をアンロック状態からロック状態に移行させる際の駆動信号のデューティ比Ｄの値、すなわちロック指示値を実際に即したかたちで学習することができ、ロック機構５０の動作にかかる信頼性を向上させることができるようになる。また、こうした学習を定期的に実行することにより、駆動信号のデューティ比Ｄの値とこれに対応するスプール９０の位置との相関関係が経時変化する場合であっても、その経時変化に即したロック指示値に更新することができる。

（８）また、バルブタイミングが中間角よりも遅角した状態からバルブタイミングを進角させつつ、ロック機構５０がロック状態となる駆動信号のデューティ比Ｄ値を学習するようにした。これにより、機関停止時や機関アイドル時にバルブタイミングを中間角に固定する通常のロック操作時と同様の状況下でロック指示値の学習を行うことができるようになり、その学習値の信頼性を高めることができるようになる。

（９）更に、実際にロックピン５１がロック穴５４に嵌合されたときのデューティ比Ｄの値から所定量減量補正した値をロック指示値としているため、ロック機構５０を確実にロック状態とすることができるロック指示値としてこれを学習することができるようになる。

（第２実施形態）
図１６〜図１８を参照して、本発明の第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と共通する構成についてはその説明を割愛する。

第１実施形態では、スプール９０を可動部８３を介して先端側に付勢する第２のばね８２を設け、これに所定の残留荷重（＝ｆ２（ｘ１））が作用している状態で可動部８３の変位を規制部８０ｂにより規制することにより、流量制御弁６３に不感特性を付与するようにした。

これに対して、本実施形態では、第１実施形態の第２のばね８２に替えて、スプール９０を可動部２０２を介して基端側に反付勢するばね（機能は異なるが第１実施形態と同様「第２のばね８２」と称する）を設け、これを予荷重ｆ２ｐを有する状態でその変位を規制するとともに、フランジ部９５と可動部２０２とが係合状態となったときに、この第２のばね８２の予荷重ｆ２ｐがスプール９０に作用するようにした。このように、本実施形態では第１実施形態とは異なる態様にて不感特性を流量制御弁６３に付与するようにしている。

以下、図１６を参照して、本実施形態の流量制御弁６３の構造について説明する。なお、同図１６では、ハウジング８０及びスプール９０の各ポートや各弁についていずれもその図示を割愛している。また、図１６において（ａ）は、スプール９０が初期位置にあってそのストロークｘが第１の領域にあるときの状態を示し、（ｂ）は、スプール９０が先端側に所定量だけ変位してストロークｘが第１の領域から増大したときの状態を示す。

同図１６に示されるように、ハウジング８０には、内部空間８０ａの先端側部分の一部を区画する段差８０ｃが形成されている。また、ハウジング８０の内部空間８０ａには有底円筒状をなす可動部２０２がその軸方向において往復動可能に収容されている。

流量制御弁６３において、その基端側には段差８０ｃと可動部２０２との間に第２のばね８２が設けられている。この第２のばね８２はストロークｘに応じて発生する弾性力ｆ２（ｘ）により可動部２０２を介してスプール９０を基端側に反付勢する。また、スプール９０の基端部には、フランジ９５ａを有するフランジ部９５が固定されている。また、可動部２０２は、段差８０ｃとの間で第２のばね８２を予荷重ｆ２ｐを有した状態で規制する規制部２０２ａと、スプール９０のフランジ部９５と係合可能な係合部２０２ｂとにより形成されている。

次に、デューティ比Ｄの値がその最小値Ｄｍｉｎから最大値Ｄｍａｘまで増大するのに伴って駆動力Ｆａ（ｘ）が増大し、これによりスプール９０がその初期位置から先端側に変位する場合、すなわちストロークｘが増大する場合において、アクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）、第１及び第２のばね８１，８２の弾性力ｆ１（ｘ），ｆ２（ｘ）、及びストロークｘの関係について説明する。

第２のばね８２の弾性係数を「ｋ２」としたとき、これは以下の式（１６）に示す大小関係が成立するように設定されている。なお、この所定値ｋ０は、スプール９０における位置制御の信頼性、具体的にはストロークｘとそれに応じて変化する各ばね８１，８２の弾性力との間のＳ／Ｎ比が十分に確保できるように設定されている。

ｋ２＞ｋ０＞０ …（１６）

まず、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなり、スプール９０がその初期位置に停止してストロークｘが「０」であるとき、図１６（ａ）に示されるように、スプール９０に固定されたフランジ部９５のフランジ９５ａと可動部２０２の係合部２０２ｂとは係合していない状態に維持されているため、この場合の駆動力Ｆａ（ｘ）は、以下の式（１７）に示される大きさとなる。

Ｆａ（０）＝ｆ１（０）＝ｆ１ｐ …（１７）

次に、駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎから増大し、これに伴ってストロークｘが「０」から増大する場合について説明する。このように駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎから増大すると、アクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）が増大する。そして、このように増大した駆動力Ｆａ（ｘ）が第１のばね８１の弾性力ｆ１（ｘ）を上回るようになると、スプール９０は駆動軸１００ａにより押圧されて同駆動軸１００ａとともに先端側に変位するようになる。この場合の合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は次式（１８）に基づいて求められる。


Ｆｓ（ｘ）＝ｆ１（ｘ）
＝−（ｋ１・ｘ＋ｆ１ｐ） …（１８）

そして、ストロークｘが更に増大してスプール９０が更に先端側に変位すると、同フランジ９５ａが可動部２０２の係合部２０２ｂの位置に達して同係合部２０２ｂと係合するようになる。

更にデューティ比Ｄの値が増大し、これに伴ってストロークｘが増大すると（ｘ＞ｘ１）、図１６（ｂ）に示されるように、フランジ９５ａと係合部２０２ｂとが完全に係合するようになる。その結果、フランジ９５ａとともに可動部２０２が先端側に変位するようになる。

このように、フランジ部９５と係合部２０２ｂが係合された状態となるときのストロークｘを「ｘ１」とすると、デューティ比Ｄの値が増大することによってストロークｘが「ｘ１」に達したときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は、その係合直前まで作用していなかった第２のばね８２の弾性力ｆ２（ｘ）が加算されるようになる。この場合の弾性力ｆ２（ｘ）及び合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は次式（１９），（２０）に基づいて求めることもできる。なお、この式（１９）において、「ｆ２ｐ」は、可動部２０２の係合部２０２ｂとスプール９０のフランジ９５ａとが係合する前に、第２のばね８２に発生している予荷重である。

ｆ２（ｘ）＝−｛ｋ２・（ｘ―ｘ１）＋ｆ２ｐ｝ …（１９）

Ｆｓ（ｘ１）＝ｆ１（ｘ）＋ｆ２（ｘ）
＝−（ｋ１＋ｋ２）・ｘ−（ｆ１ｐ＋ｆ２ｐ）＋ｋ２・ｘ１ …（２０）

最小値：ｆ１（ｘ１）＜Ｆｓ（ｘ１）＜最大値：ｆ１（ｘ１）＋ｆ２（ｘ１） …（２１）

式（２１）から明らかなように、駆動信号のデューティ比Ｄの値を変化させても、これに対応する合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が式（２１）により規定される範囲で変化するのであれば、ストロークｘ、すなわちスプール９０の位置が変化することはない。このように、第１のばね８１及び第２のばね８２により構成されるばね部は、ストロークｘが「ｘ１」にあるときには、その合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が所定の不感帯にある任意の値をとることができるようになる。すなわち、駆動信号のデューティ比Ｄの値が増大してスプール９０が変位し、そのストロークｘが「ｘ１」となると、デューティ比Ｄの値に基づいて駆動力Ｆａ（ｘ）が増大しても、その増大量が予荷重ｆ２ｐの大きさに相当する変化量（＝｜ｆ２（ｘ１）｜）を上回るようになるまでは、ストロークｘが変化することはなく、スプール９０は停止した状態となる。

そして、更にデューティ比Ｄの値が増大し、これに伴ってストロークｘが増大すると（ｘ＞ｘ１）、図１６（ｂ）に示されるように、フランジ９５ａと係合部２０２ｂとが完全に係合し一体となって変位するようになる。そして、スプール９０が駆動軸１００ａにより押圧されることで同スプール９０及び可動部２０２の双方が先端側に変位するようになる。そしてこの場合、駆動力Ｆａ（ｘ）は以下の式（２２）に基づいて求めることができる。

Ｆａ（ｘ）＝−Ｆｓ（ｘ）
＝（ｋ１＋ｋ２）ｘ＋（ｆ１ｐ＋ｆ２ｐ）−ｋ２・ｘ１ …（２２）

このように第１のばね８１及び第２のばね８２により構成されるばね部は、ストロークｘについて（ｘ≦ｘ１）なる関係が満たされる領域Ａと（ｘ＞ｘ１）なる関係が満たされる領域Ｂとにおいてその弾性特性が異なり、またそれら領域Ａと領域Ｂとの間で弾性特性が不連続に変化する非線形特性を有している。このような非線形特性を有するばね部を採用することにより、駆動信号のデューティ比Ｄの値が変化してもスプール９０が変位しない不感特性を流量制御弁６３に付与することができるようになる。なお、デューティ比Ｄの値を増大させてアクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）を増大させることにより、ストロークｘを増大させるを例に説明したが、デューティ比Ｄの値を減少させてアクチュエータ１００の駆動力Ｆａ（ｘ）を減少させることにより、ストロークｘを減少させる場合についても同様である。

図１７はこうしたスプール９０のストロークｘと合成弾性力Ｆｓ（ｘ）との関係を示している。
駆動信号のデューティ比Ｄの値が最小値Ｄｍｉｎとなり、スプール９０がその初期位置に停止してストロークｘが「０」であるとき、駆動力Ｆａ（ｘ）は、前述した式（１７）にて示される（図中の「ｆ１ｐ」）。

次に、駆動信号のデューティ比Ｄの値が増大して、これに伴ってストロークｘが「０」から増大するとき（ｘ≦ｘ１）、合成弾性力Ｆｓ（ｘ）は弾性力ｆ１（ｘ）となり、前述した式（１８）にて示される（図中の一点鎖線）。

更に、デューティ比Ｄの値が増大することによってストロークｘが「ｘ１」に達したとき、前述した式（１９）にて示される弾性力ｆ２（ｘ）が加算されるようになる（図中の二点鎖線）。そして、デューティ比Ｄの値に基づいて駆動力Ｆａ（ｘ）が増大しても、その増大量が予荷重ｆ２ｐ（＝ｆ２（ｘ１））の大きさに相当する変化量（＝｜ｆ２（ｘ１）｜）を上回るようになるまでは、ストロークｘが変化することはなく、スプール９０が停止した状態となる。

そして、更にデューティ比Ｄの値が増大して、これに伴ってストロークｘが「ｘ１」から増大するとき（ｘ＞ｘ１）、すなわち、駆動力Ｆａ（ｘ）が予荷重ｆ２ｐを上回るようになったとき、駆動力Ｆａ（ｘ）は前述した式（２２）に示す値にて変化するようになる（図１７にて実線で示す）。すなわち、流量制御弁６３にはストロークｘが「ｘ１」であるときに予荷重ｆ２ｐを不感帯とする不感特性が付与されている。このように不感特性が付与された流量制御弁６３においては、上述した種々の誤差が存在することによりデューティ比Ｄの値に対応する合成弾性力Ｆｓ（ｘ）が設計仕様上想定したものよりも大きい場合や小さい場合であっても、スプール９０のストロークｘはいずれも「ｘ１」となる。このように流量制御弁６３が不感特性を有することにより、すなわち合成弾性力Ｆｓ（ｘ）の変化に対してストロークｘが変化しない不感帯が存在することにより、デューティ比Ｄの値についての誤差を吸収することができるようになる。

なお、この不感帯にて吸収することのできる駆動力Ｆａ（ｘ）の誤差は、同不感帯の大きさＦＤ２に応じて異なるものとなる。すなわち、この不感帯の大きさＦＤ２は、ストロークｘが「ｘ１」となったときの予荷重の大きさに相当する変化量、すなわちストロークｘがストロークｘを「ｘ１」としたときの合成弾性力Ｆｓ（ｘ）の最大値と最小値との差分絶対値であり、次式（２３）に基づいて求めることができる。

ＦＤ２＝｜ｆ１（ｘ１）＋ｆ２（ｘ１）−ｆ１（ｘ１）｜
＝｜ｆ２（ｘ１）｜
＝｜ｆ２ｐ｜ …（２３）

また、図１８に示されるように、本実施形態における不感帯の大きさＦＤ２（＝｜ｆ２ｐ｜）は、第１実施形態における不感帯の大きさＦＤ１（＝｜−ｋ２・ｘ１＋ｆ２ｐ｜）と比較してΔＦＤ（＝ｋ２・ｘ１＞０）だけ大きく設定されることとなる。すなわち、デューティ比Ｄの値とスプール９０の位置と相関関係にかかる誤差を吸収することのできる不感帯を大きくすることが可能となる。このように、本実施形態によれば、先の第１実施形態にて記載した（１）〜（９）の効果に加え、（１０）不感帯を拡大することができ、種々の誤差によって駆動信号のデューティ比Ｄの値とスプール９０の位置との相関関係が設計仕様上要求されるものと異なる状況が生じてもこれを好適に吸収することができる、といった効果を奏することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施態様は上記各実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示す態様をもって実施することもできる。また以下の各変形例は、上記各実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・上記各実施形態では、駆動信号による駆動力Ｆａ（ｘ）及び第１のばね８１による弾性力ｆ１（ｘ）及び第２のばね８２による弾性力ｆ２（ｘ）のそれらの関係により、流量制御弁６３に不感特性を付与するようにしたが、不感特性を形成するための構成はこれに限られない。例えば、駆動信号に対応して発生する駆動力が特定の範囲で変化しないアクチュエータを採用することで不感特性を流量制御弁に付与することもできる。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、不感特性が設定されるスプール９０の特定位置を、流量制御弁６３の第３のモードにおいて進角室４７に供給される作動油の量が最も多くなる位置に設定したが、その他の第３のモードや第５のモードに設定することもできる。こうした構成であっても、上述した（１）、（３）及び（６）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、ロック機構５０がアンロック状態にあるときから連続的に駆動信号を減少させて同ロック機構５０がロック状態に移行したときの駆動信号の値を学習するようにした。これに対して、ロック機構５０がロック状態にあるときから連続的に駆動信号を増加させて同ロック機構５０がアンロック状態に移行したときの駆動信号の値をアンロック指示値として求めるとともに、設計仕様上規定されるロック指示値と設計仕様上規定されるアンロック指示値との差分に基づいて先に求めたアンロック指示値を補正した値をロック指示値として学習するようにしてもよい。

この場合の一連の学習処理について、図１９を参照して説明する。なお、この学習処理は内燃機関１０がアイドル運転状態にあること等、種々の条件が成立しているときに実行される。

この一連の処理ではまず、ステップＳ２１０にて、ロック機構５０がロック状態にあるか否かを判断する。ロック機構５０がロック状態にあるか否かの判断は、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２の検出信号に基づいて電子制御装置２０によってなされる。このステップＳ２１０にてロック機構５０がロック状態にない旨判断されるとこの処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ２１０にてロック機構５０がロック状態に旨判断したときには、ステップＳ２２０にて、種々の誤差を考慮しても、ロックピン５１が確実に突出状態となる値にデューティ比Ｄを設定する。具体的には、流量制御弁６３の給排状態を第２のモードにする等して、ロック機構５０の解除室５２から作動油が排出されることによりロックピン５１が収容室４６から突出した状態とする。そして、このようにデューティ比Ｄの値を設定した後、ステップＳ２３０にて、流量制御弁６３が第３のモードとなるように、換言すればデューティ比Ｄの値が設計仕様上予め設定されているγ％に近づくようにデューティ比Ｄの値を徐々に増大させる。その結果、ロックピン５１とロック穴５４とが近接するようにバルブタイミングを徐々に進角させるとともに、ロック機構５０の解除室５２に作動油を供給することによりロックピン５１を収容室４６に収容する状態に移行させる。

そして次に、ステップＳ２４０では、こうした操作を通じてロックピン５１がロック穴５４から抜脱されたか否かを判断する。すなわち、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２の検出信号に基づいて、バルブタイミングが中間角にて保持されている状態から進角する状態に移行したか否かを判断する。

このステップＳ２４０にてロックピン５１がロック穴５４から抜脱されていない旨判断されたとき、再びステップ２３０に戻り、同ステップＳ２４０にて肯定結果が得られるまでデューティ比Ｄの値を増大させる。一方、ステップＳ２４０にてロックピン５１がロック穴５４から抜脱された状態にある旨判断されたとき、ステップＳ２５０にて、そのときのデューティ比Ｄの値をロックピン５１がロック穴５４に嵌合された状態から抜脱された状態に移行するアンロック指示値として学習する。そしてステップＳ２６０では、このアンロック指示値を補正することによりロック指示値、すなわち、バルブタイミングを中間角に固定可能なロック指示値を求める。

すなわち、設計仕様上で正規の流量特性を有する流量制御弁６３であれば、解除室５２から作動油を排出してロックピン５１をロック穴５４に確実に嵌合することのできるデューティ比Ｄの値（ロック指示値）、解除室５２に作動油を供給してロックピン５１をロック穴５４から確実に抜脱することのできるデューティ比Ｄの値（アンロック指示値）、そしてそれらの差分ΔＤ（図９参照）はいずれも設計仕様上規定されている。したがって、ステップＳ２５０にて求められた実際のアンロック指示値からこの差分ΔＤを減算補正することにより、実際にロックピン５１をロック穴５４に嵌合するとことのできるロック指示値を求めることができる。こうした構成であっても、上述した（１）〜（６）、（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、ロック指示値を学習する際に、まず、バルブタイミングが最遅角であるか否かを判断するようにしたが、これを最遅角以外とすることもできる。すなわち、両回転体４１，４５の相対回転位相としてロックピン５１がロック穴５４よりも遅角側にある位相であるか否かを判断するようにすればよい。

・上記各実施形態では、駆動信号のデューティ比Ｄの値を変更することにより、駆動力Ｆａ（ｘ）を変更するようにしたが、駆動信号の電圧値、電流値を変更するようにしてもよい。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、アクチュエータとして駆動信号のデューティ比Ｄが増大するのに伴ってその駆動軸の突出量が増大するものを例に挙げたが、例えば駆動信号のデューティ比Ｄが増大するのに伴ってその駆動軸の突出量が減少するものを採用することもできる。すなわち、アクチュエータはスプールを適宜変位させることで流量制御弁の給排特性を変更できるものであればよい。

・流量制御弁６３における各ポート間の連通面積ｓは、上記各実施形態にて例示した内容に限られるものではない。要するに、第１のモード〜第５のモードを選択的に切り替えることができるものであれば、いずれの流量制御弁６３に対しても本発明を適用することが可能である。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、解除室５２に給排される油圧により、ロックピン５１をロック穴５４に対して嵌脱する構成としたが、ロック穴５４に作動油が給排される構成、或いは解除室５２と併せてロック穴５４に給排される油圧により、ロックピン５１をロック穴５４に対して嵌脱する構成を採用することもできる。

・上記各実施形態では、ロック機構５０の構成として、第２の回転体４５にロックピン５１及び解除室５２及びロック用ばね５３が設けられるとともに、第１の回転体４１にロック穴５４が設けられる構成を採用したが、ロック機構５０の構成はこれに限られるものではない。例えば、第１の回転体４１にロックピン５１及び解除室５２及びロック用ばね５３を設け、第２の回転体４５にロック穴５４を設けることもできる。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態のロック機構５０は、第２の回転体４５に設けられるロックピン５１がロック用ばね５３の弾性力により第１の回転体４１に向けて突出して、同回転体４１に設けられるロック穴５４に嵌合することによりバルブタイミングが中間角に固定される構成としたが、これを次のように変更することもできる。すなわち、第１の回転体にロックピンが径方向に往復動可能に設けるとともに、第２の回転体には径方向に凹設されたロック穴を形成し、これらを嵌脱するようにしたロック機構を採用することもできる。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態のロック機構５０に更に以下のような機能を付加するようにしてもよい。まず、第１の回転体４１にロックピン５１の周方向における移動軌跡に沿って延伸する態様のロック溝をロック穴５４の遅角側に形成する。このロック溝はロック穴５４よりもその深さを浅く設定する。こうした構成を採用した場合には、バルブタイミングが中間角に固定されることなく機関停止した後の機関始動時には、カムトルクの変動により、両回転体が相対回転する際に、ロックピン５１がロック溝に没入して両回転体４１，４５の相対回転位相が所定範囲に規制されるようになる。そしてこのように相対回転可能な範囲がある程度規制された状況のもと、更に両回転体４１，４５がカムトルクの変動によって相対回転すると、ロックピン５１がロック穴５４に嵌合されてバルブタイミングが中間角に固定されるようになる。すなわち、両回転体４１，４５の相対回転可能な位相を徐々に制限することにより、ロックピン５１がロック穴５４に速やかに嵌合してバルブタイミングを中間角に固定することができるようになる。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、１つのロックピン５１を１つのロック穴５４に嵌合させて、バルブタイミングを中間角に固定するようにしたが、この機能を２つのロックピンと２つのロック穴とによって実現することもできる。すなわち、第１のロックピンを第１のロック穴に嵌合させて第２の回転体４５が中間位相よりも進角側へ移動することを規制し、第２のロックピンを第２のロック穴に嵌合させて第２の回転体４５が中間位相よりも遅角側へ移動することを規制してバルブタイミングを中間角に固定するようにしてもよい。こうした構成であっても、上述した（１）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、可変機構４０としてバルブタイミングを中間角に固定するロック機構５０を備えるものを採用したが、ロック機構５０により固定されるバルブタイミングは中間角に限られるものではなく、これを最進角または最遅角に変更することもできる。要するに、ロック機構５０により固定されるバルブタイミングは、最進角及び最遅角及び中間角のいずれであってもよい。こうした構成であっても、上述した（１）〜（５）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、吸気弁３１の可変機構４０を備えるバルブタイミング制御装置に対して本発明を適用したが、排気弁３４の可変機構を備えるバルブタイミング制御装置に対しても上記各実施形態に準じた態様をもって、本発明を適用することはできる。こうした構成であっても、上述した（１）、（２）、（５）〜（１０）の作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、バルブタイミングを弁開閉特性の代表例として挙げたが、同弁開閉特性にはそれ以外にも、吸気弁や排気弁について、その開弁時期、閉弁時期、開口量（リフト量）、開弁期間、吸気弁及び排気弁が双方とも開弁状態となる期間（バルブオーバーラップ）、並びにこれらを適宜組み合わせた特性も含まれる。

・可変機構４０及び流量制御弁６３の構成をはじめとして本発明の適用対象となるバルブタイミング制御装置の構成は上記各実施形態にて例示した内容に限られるものではない。すなわち、バルブタイミングを変更する可変機構と、この可変機構に対する作動油の給排状態を制御する流量制御弁とを備えるものであれば、いずれのバルブタイミング制御装置に対しても本発明を適用することは可能であり、その場合にも上記各実施形態の作用効果に準じた作用効果を奏することはできる。

１０…内燃機関、１１…クランクシャフト、２０…電子制御装置、２１…クランク角センサ、２２…カム角センサ、３１…吸気弁、３２…カム、３３…カムシャフト、３４…排気弁、３５…カム、３６…カムシャフト、４０…可変機構、４１…第１の回転体、４１Ａ…区画壁、４２…ハウジング、４３…スプロケット、４４…カバー、４５…第２の回転体、４５Ａ…ベーン、４５Ｂ…ボス、４６…収容室、４７…進角室、４８…遅角室、５０…ロック機構、５１…ロックピン、５２…解除室、５３…ロック用ばね、５４…ロック穴、５５…収容空間、６０…作動油供給機構、６１…オイルパン、６２…オイルポンプ、６３…流量制御弁、７０…作動油回路、７１…供給油路、７２…排出油路、７３…進角油路、７４…遅角油路、７５…解除用油路、８０…ハウジング（規制部）、８０ａ…内部空間、８０ｂ…規制部、８０ｃ…段差、８１…第１のばね、８２…第２のばね、８３…可動部、８３ａ…挿通孔、８４…供給ポート、８５…排出ポート、８６…進角ポート、８７…遅角ポート、８８…解除油用ポート、８９…供給ポート、９０…スプール、９１…小径弁、９２…大径弁、９２Ａ…第１の弁、９２Ｂ…第２の弁、９２Ｃ…第３の弁、９２Ｄ…第４の弁、９２Ｅ…第５の弁、９３…排出孔、９４…導入孔、９５…フランジ部、９５ａ…フランジ、１００…アクチュエータ（駆動部）、１００ａ…駆動軸、２０２…可動部、２０２ａ…規制部、２０２ｂ…係合部。

Claims (17)

1. 駆動信号に対応した位置に変位する弁体を含み、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の弁開閉特性を保持及び変更可能な可変機構に対する作動油の給排状態を前記弁体の位置に応じて変更することにより前記弁開閉特性を制御する流量制御弁であって、
   前記駆動信号が変化しても前記弁体がその変位可能な範囲の両端を除く特定位置にて停止したままの状態となる不感特性を有するとともに、前記弁体にかかる前記特定位置は、前記可変機構を通じて前記弁開閉特性をその目標値に変更するときの位置に設定される
   ことを特徴とする流量制御弁。
2. 前記駆動信号を取り込んで同駆動信号に対応する大きさの駆動力にて前記弁体を所定方向に付勢する駆動部と、前記弁体の変位量に対応する大きさの弾性力にて同弁体を前記所定方向と反対方向に付勢するばね部とを更に含み、
   前記弁体は前記駆動部の駆動力及び前記ばね部の弾性力が平衡状態となることにより前記駆動信号に対応する所定の位置に停止するものであり、
   前記ばね部は前記弁体が前記特定位置にあるときには前記弁体を前記所定方向と反対方向に付勢する弾性力が所定幅の不感帯にある任意の値をとることが可能な非線形特性を有してなる
   請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記ばね部は、
   前記弁体を前記所定方向と反対方向に付勢する第１のばねと前記弁体を前記所定方向に付勢する第２のばねと、
   前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記所定方向に変位して前記特定位置に達するまで同弁体と係合して前記第２のばねの弾性力を伝達しつつ同弁体とともに変位可能な可動部と、
   前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記特定位置から更に前記所定方向に変位するときに前記第２のばねの弾性力により所定の残留荷重が前記弁体に作用している状態で前記所定方向における前記可動部の変位を規制する規制部とを含む
   請求項２に記載の流量制御弁。
4. 前記ばね部は、
   前記弁体を前記所定方向と反対方向にそれぞれ付勢する第１及び第２のばねと、
   前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記特定位置から更に前記所定方向に変位するときに同弁体と係合して前記第２のばねの弾性力を伝達しつつ同弁体とともに変位可能な可動部と、
   前記弁体が前記駆動部の駆動力により前記所定方向に変位して前記特定位置に達するまで前記第２のばねが所定の予荷重を有する状態となるように前記所定方向と反対方向における前記可動部の変位を規制する規制部とを含む
   請求項２に記載の流量制御弁。
5. 前記弁体は前記可変機構に対する作動油の給排状態に基づいて前記弁開閉特性を変更する際の速度が同一となる複数の位置に変位可能であり、それら複数の位置のいずれか一つが前記特定位置に設定される
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量制御弁。
6. 内燃機関のクランクシャフトに駆動連結された第１の回転体と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を所定のバルブタイミングにて開閉するカムシャフトに駆動連結された第２の回転体と、前記第１及び第２の回転体により区画形成されてそれら両回転体の相対回転位相をその油圧に基づいて変更する油圧室としての進角室及び遅角室と、これら油圧室に対する作動油の給排状態に基づきバルブタイミングを変更して同バルブタイミングをその目標角に保持する可変機構と、同可変機構に対する作動油の給排状態を変更する流量制御弁とを備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記流量制御弁として請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量制御弁を具備し、
   その流量制御弁の弁体にかかる前記特定位置は、前記可変機構を通じてバルブタイミングがその目標角と一致するようにこれを変更するときの位置に設定される
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 前記弁体にかかる前記特定位置は、バルブタイミングの変更速度をその可変範囲において相対的に大きい状態とするときの位置に設定される
   請求項６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
8. 前記可変機構は吸気弁のバルブタイミングを変更するものである
   請求項６又は請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 前記弁体にかかる前記特定位置は、前記吸気弁のバルブタイミングを進角させるときの位置に設定される
   請求項８に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
10. 前記弁体にかかる前記特定位置は、バルブタイミングの進角速度を最大とするときの位置に設定される
    請求項９に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記可変機構はバルブタイミングが最進角状態と最遅角状態との間の中間角となるように前記両回転体の相対回転位相を中間位相に固定するものであってそのロック状態とアンロック状態とが前記流量制御弁を通じて制御される作動油の給排状態に基づいて切り替えられるロック機構を含み、
    前記弁体にかかる前記特定位置は、前記ロック機構をアンロック状態とし前記可変機構を通じてバルブタイミングをその目標角に変更するときの位置に設定される
    ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
12. 前記ロック機構は、
    前記第１の回転体及び前記第２の回転体の一方に形成された収容空間に収容されるロックピンと、
    前記収容空間に設けられて前記ロックピンの端部が前記収容空間から突出するように同ロックピンを付勢するロック用ばねと、
    前記収容空間において前記ロックピンを挟んでロック用ばねと反対方向に位置するとともに前記ロックピンが前記収容空間に収容されるように前記流量制御弁から供給される作動油の油圧に基づいてこれを付勢する解除室と、
    前記両回転体の他方に形成されて前記ロックピンの端部が嵌合可能なロック穴とを含み、
    前記解除室に対する作動油の給排状態が前記弁体の位置に応じて変更されることにより、前記ロックピンが前記ロック穴に嵌合されたロック状態と前記ロックピンが前記ロック穴から抜脱されたアンロック状態とが切り替えられる
    請求項１１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
13. 請求項１２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記ロックピンが突出するように前記解除室から作動油が排出されるとともに前記両回転体の回転軸を中心とする周方向において前記ロックピン及び前記ロック穴が予め設定された所定の距離をもって離間した離間状態からそれらが近接するように前記両回転体を相対回転させ、前記ロックピン及び前記ロック穴の位置が一致したときに前記ロックピンが前記ロック穴に嵌合して前記ロック機構がアンロック状態からロック状態に移行可能なロック位置に前記弁体が変位可能であって同弁体の位置を前記ロック位置とするときの前記駆動信号の値をロック指示値とし、
    更に前記ロックピン及び前記ロック穴が前記離間状態となるように前記可変機構を通じて前記両回転体を相対回転させる処理を前処理とし、前記ロックピン及び前記ロック穴が前記離間状態となったときに前記駆動信号を前記ロック指示値に保持する処理を後処理としたとき、
    前記ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であることを条件にそれら前処理及び後処理を順次実行してバルブタイミングを前記中間角に固定する固定手段を更に備える
    ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
14. 請求項１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記両回転体の相対回転位相を検出する検出手段と、
    前記ロック機構がアンロック状態にあり且つ機関運転状態が低負荷状態であるときに前記前処理を実行するとともに、前記駆動信号を前記ロック指示値側に連続的に変化させ、前記検出手段を通じて検出される相対回転位相の変化が停止したときの前記駆動信号の値を新たなロック指示値として学習する学習手段とを更に備える
    ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
15. 請求項１３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記両回転体の相対回転位相を検出する検出手段と、
    前記ロック機構がロック状態にあるときに前記駆動信号の値を前記ロック指示値から連続的に変化させることにより前記解除室から作動油が排出される状態から供給される状態として同解除室の油圧を上昇させ、前記検出手段を通じて検出される相対回転位相が停止状態から変化したときの前記駆動信号の値をアンロック指示値として求めるとともに、設計仕様上規定されるロック指示値及びアンロック指示値との差分に基づいて先に求めたアンロック指示値を補正した値を新たなロック指示値として学習する学習手段とを更に備える
    ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
16. 前記前処理を通じて前記ロックピン及び前記ロック穴を前記離間状態としたときにはバルブタイミングが中間角よりも遅角した状態となり、前記駆動信号の値を前記ロック指示値としたときにはバルブタイミングは進角側に変更される
    請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
17. 請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記流量制御弁は前記可変機構に対する作動油の給排状態として、
    前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室から作動油を排出する第１のモードと、
    前記第１のモードであるときよりも少ない量の作動油を前記進角室に供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室から作動油を排出する第２のモードと、
    前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油を排出し且つ前記解除室に作動油を供給する第３のモードと、
    前記進角室及び前記遅角室に対する作動油の給排を停止し且つ前記解除室に作動油を供給する第４のモードと、
    前記進角室から作動油を排出するとともに前記遅角室に作動油を供給し且つ前記解除室に作動油を供給する第５のモードとを含むものであり、
    前記駆動信号の変化に基づいて前記弁体がその初期位置から変位したとき、
    前記弁体の位置が第１の領域にあるときには作動油の給排状態が第１のモードに設定され、
    前記弁体の位置が前記第１の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第２の領域にあるときには作動油の給排状態が第２のモードに設定され、
    前記弁体の位置が前記第２の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第３の領域にあるときには作動油の給排状態が第３のモードに設定され、
    前記弁体の位置が前記第３の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第４の領域にあるときには作動油の給排状態が第４のモードに設定され、
    前記弁体の位置が前記第４の領域よりも前記弁体の変位量が大きい第５の領域にあるときには作動油の給排状態が第５のモードに設定される
    ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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