JP6040601B2 - 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部材に対する従動側回転部材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。

内燃機関（以下エンジンとも称する）の運転状況に応じて吸気弁および排気弁の開閉時期を変更する弁開閉時期制御装置では、例えば、エンジンの作動による駆動側回転部材の回転に対する従動側回転部材の相対回転位相を変化させることにより、従動側回転部材の回転に伴って開閉される吸排気弁の開閉時期を変更する。

一般に、吸排気弁の最適な開閉時期はエンジンの始動時や車両の走行時などエンジンの運転状況により異なる。そこで、例えば、エンジンの始動時には、駆動側回転体の回転に対する従動側回転体の相対回転位相を最進角位相と最遅角位相の間の所定位相に拘束することにより、エンジンの始動に最適な吸排気弁の開閉時期を実現すると共に、駆動側回転体と従動側回転体によって形成される流体圧室の仕切部が揺動して打音が発生するのを抑制している。エンジンの始動後は、暖機等のため車両が停止している間は相対回転位相は拘束状態を維持しているが、車両を走行させると相対回転位相を変化させる必要が生じるので拘束状態は解除される。

特許文献１には、中間ロック機構付きバルブタイミング可変機構が開示されている。このバルブタイミング可変機構は、第１のロックピンと、第２のロックピンと、進角制限溝と、遅角制限溝を備えている。第１および第２のロックピンはベーンローターに設けられ個別に出退可能であり、進角制限溝はカバーに設けられ第１のロックピンと係合してベーンローターの進角側への回動を中間ロック位相で拘束し、遅角制限溝はカムスプロケットに設けられ第２のロックピンと係合してベーンローターの遅角側への回動を中間ロック位相で拘束する。

国際公開第２０１０／１１６５３２号

特許文献１に開示された中間ロック機構付きバルブタイミング可変機構においては、第１のロックピンと第２のロックピンは共に、１つのベーンに周方向に並んで配置されている。この結果、ベーンローターの回転軸芯方向に沿ってみたときの第１のロックピンと第２のロックピンが設けられたベーンの周方向長さが長くなり、ケースとベーンローターの間の相対回転位相の変化範囲を大きくすることが難しくなるという問題があった。

上記問題に鑑み、本発明は、駆動側回転部材と従動側回転部材の間の相対回転位相の変化範囲を大きくする弁開閉時期制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材と同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと同期回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材および前記従動側回転部材のいずれか一方の回転部材に収容され且つ前記駆動側回転部材および前記従動側回転部材のいずれか他方の回転部材に対して前記カムシャフトの軸芯方向と平行に出退可能な第１ロック部材および第２ロック部材と、前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が突出したときにそれぞれのロック部材と嵌合可能となるように前記他方の回転部材に形成された第１ロック孔および第２ロック孔と、前記一方の回転部材に収容され、前記第１ロック部材および前記第２ロック部材を突出させる付勢力を付与する付勢部材と、を備え、前記カムシャフトの軸芯方向に沿って見たときに、前記第１ロック部材の少なくとも一部と前記第２ロック部材の少なくとも一部とが重なって配置され、前記第１ロック孔および前記第２ロック孔には前記第１ロック部材および前記第２ロック部材を引退させる作動流体の油圧を作用させるロック解除油路が繋がっており、前記第１ロック部材の第１受圧面および前記第２ロック部材の第２受圧面に前記油圧が作用して前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が引退した時に前記第１ロック部材および前記第２ロック部材の少なくとも一方の引退を規制するストッパを前記一方の回転部材に備え、前記第１受圧面の面積は前記第２受圧面の面積よりも小さい点にある。

このような特徴構成とすれば、第１ロック部材と第２ロック部材とが重ならずに配置されている弁開閉時期制御装置と比較して、第１ロック部材と第２ロック部材とを収容した一方の回転部材のベーン部をカムシャフトの軸芯方向に沿って見たときに、ベーン部の周方向長さを短くすることができる。従って、流体圧室の周方向長さに占めるベーン部の割合を小さくすることができる。この結果、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の最遅角位相から最進角位相までの相対回転位相の変化範囲を大きくすることができる。
また、このような構成とすれば、引退時に第１ロック部材および／または第２ロック部材の引退を規制することができ、ロック解除状態において第１ロック部材および／または第２ロック部材を確実に一方の回転部材内に留めることができる。
複数のロック部材を引退させるための作動流体を供給するロック解除油路が設けられている場合、その油路長は、ロック部材ごとに異なることが多い。よって、油路長の長いロック解除油路と繋がっているロック部材は、油路長の短いロック解除油路に繋がっているロック部材よりも作動流体の供給が遅くなり、引退完了も遅くなる。駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転を可能にするには、全てのロック部材が引退していることが必要で、全てのロック部材が同時に引退を完了するのが望ましい。そこで、油路長の短い油路に第１ロック孔を繋げ、油路長の長い油路に第２ロック孔を繋げれば、作動油は第１ロック部材の第１受圧面に先に作用し、遅れて第２ロック部材の第２受圧面に作用する。第１ロック部材の方が第２ロック部材より早く引退を開始するが、第１受圧面の面積より第２受圧面の面積の方が大きいので、第２ロック部材により大きな力が作用する。この結果、第１ロック部材と第２ロック部材とは、ほぼ同時に引退を完了し、短時間で駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転を可能にすることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置においては、前記付勢部材が前記第１ロック部材および前記第２ロック部材の両方に対して共用されていると好適である。

このような構成とすれば、弁開閉時期制御装置の加工工数を低減して構成を簡素にすることができると共に、部品点数の削減によるコストダウンを実現できる

本発明に係る弁開閉時期制御装置においては、前記第１ロック部材の軸芯と前記第２ロック部材の軸芯とが同軸芯であると好適である。

このような構成とすれば、第１ロック部材と第２ロック部材とを収容した一方の回転部材のベーン部をカムシャフトの軸芯方向に沿って見たときに、第１ロック部材と第２ロック部材とが同じ位置に重畳している。よって、該ベーン部の周方向長さを最小にすることができる。これにより、駆動側回転部材と従動側回転部材との間の相対回転位相の変化範囲を最大にすることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置においては、前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が共に引退しているときは、前記第１ロック部材が前記第２ロック部材の中に嵌り込む嵌合状態にあると好適である。

このような構成とすれば、所定の厚みを有する一方の回転部材に第１ロック部材と第２ロック部材とを設ける際に、第１ロック部材と第２ロック部材の軸方向長さを長くすることができる。よって、出退動作時に第１ロック部材と第２ロック部材が傾くのを抑制し、スムーズな出退動作を実現することができる。

第１実施形態に係る弁開閉時期制御装置の構成を表す縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 中間ロック機構のロック状態を表す部分拡大断面図である。 中間ロック機構のロック解除状態を表す部分拡大断面図である。 第１ロック部材と第２ロック部材とスプリングの分解斜視図である。 第２実施形態に係る弁開閉時期制御装置の中間ロック機構のロック状態を表す部分拡大断面図である。 中間ロック機構のロック解除状態を表す部分拡大断面図である。

１．第１実施形態
〔基本構成〕
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置１０の構成を表す縦断面図を示し、図２に、図１のII-II線断面図を示す。図１および図２に示すように、内燃機関としてのエンジンＥの吸気
バルブ（不図示）の開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置１０と、エンジンＥとを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えた内燃機関制御システムが構成されている。

〔弁開閉時期制御装置〕
図１に示すように、弁開閉時期制御装置１０は、エンジンＥのクランクシャフト１と同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ１１と、エンジンＥの燃焼室の吸気バルブを開閉するカムシャフト３に連結ボルト１３により連結される従動側回転部材としての内部ロータ１２とを備えている。内部ロータ１２は、カムシャフト３の回転中心である軸芯Ｘと同軸芯に配置され、この内部ロータ１２と外部ロータ１１とは軸芯Ｘを中心にして相対回転自在に構成されている。

外部ロータ１１と内部ロータ１２とは軸芯Ｘと同軸芯上に配置され、外部ロータ１１はフロントプレート１４とリヤプレート１５とに挟み込まれる状態で締結ボルト１６により締結されている。リヤプレート１５の外周にはタイミングスプロケット１５Ｓが形成されている。内部ロータ１２は、その中心部位がリヤプレート１５の中央部に形成された開口を貫通する状態で配置され、内部ロータ１２のリヤプレート１５側の端部に吸気側のカムシャフト３が連結されている。

図２に示すように、外部ロータ１１には、軸芯Ｘの方向（径方向内側）に向けて突出する複数の突出部１１Ｔが一体的に形成されている。内部ロータ１２は、複数の突出部１１Ｔの突出端に密接する外周を有する円柱状の本体部分１２Ｈと、本体部分１２Ｈから軸芯Ｘの径方向外側に向けて放射状に突出して外部ロータ１１の内周面に密接するよう形成された複数のベーン部１２Ｔを備えている。回転方向で隣接する２つの突出部１１Ｔと本体部分１２Ｈにより流体圧室Ｃが形成されている。この流体圧室Ｃにベーン部１２Ｔが嵌り込んで流体圧室Ｃを仕切ることにより、流体圧室Ｃは進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに分割されている。外部ロータ１１と内部ロータ１２とは、流体圧室Ｃ内でベーン部１２Ｔが周方向に回転移動可能な範囲だけ相対回転が可能となる。外部ロータ１１と内部ロータ１２との間の回転位相のずれを相対回転位相と称する。

弁開閉時期制御装置１０は、クランクシャフト１からの駆動力により外部ロータ１１が駆動回転方向Ｓに向けて回転する。また、外部ロータ１１に対して内部ロータ１２が駆動回転方向Ｓと同方向へ回転する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への回転方向を遅角方向Ｓｂと称する。この弁開閉時期制御装置１０では、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を高め、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を低減するようにクランクシャフト１とカムシャフト３との関係が設定されている。

ベーン部１２Ｔで仕切られた流体圧室Ｃのうち、作動流体としての作動油が供給されることで相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる空間が進角室Ｃａであり、これとは逆に、作動油が供給されることで相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる空間が遅角室Ｃｂである。ベーン部１２Ｔが進角方向Ｓａの移動端（軸芯Ｘを中心にした揺動端）に達した状態での相対回転位相を最進角位相と称し、ベーン部１２Ｔが遅角側の移動端（軸芯Ｘを中心にした揺動端）に達した状態での相対回転位相を最遅角位相と称する。

図１，図２に示すように、内部ロータ１２には進角室Ｃａに連通する進角制御油路２１と、遅角室Ｃｂに連通する遅角制御油路２２と、後述する中間ロック機構Ｌに作動油を供給するロック解除油路２３とが形成されている。この弁開閉時期制御装置１０では、エンジンＥのオイルパン１Ａに貯留される潤滑油を作動油として用いており、この作動油が進角室Ｃａまたは遅角室Ｃｂに供給される。

図１に示すように、内部ロータ１２とフロントプレート１４とに亘って、相対回転位相が最遅角にある状態から相対回転位相を中間ロック位相Ｐに達するまで付勢力を作用させるトーションスプリング１８が備えられている。なお、トーションスプリング１８の付勢力が作用する範囲は、中間ロック位相Ｐを超えるものでも良く、中間ロック位相Ｐに達しないものであっても良い。

この弁開閉時期制御装置１０は、エンジンＥのクランクシャフト１に設けた出力スプロケット７と、外部ロータ１１のタイミングスプロケット１５Ｓとに亘ってタイミングチェーン８を巻回することで、外部ロータ１１はクランクシャフト１と同期回転する。図面には示していないが、排気側のカムシャフト３の前端にも弁開閉時期制御装置１０と同様の構成の装置が備えられており、この装置に対してもタイミングチェーン８から回転力が伝達される。

〔弁開閉時期制御装置：中間ロック機構〕
この弁開閉時期制御装置１０は、中間ロック機構Ｌを備えている。中間ロック機構Ｌは、外部ロータ１１と内部ロータ１２との相対回転位相を図２に示す中間ロック位相Ｐに拘束（ロック）し、またロック状態を解除する機能を有する。図３に、中間ロック機構Ｌのロック状態を表す部分拡大断面図を示す。図４に、中間ロック機構Ｌのロック解除状態を表す部分拡大断面図を示す。中間ロック位相Ｐは、相対回転位相が進角方向Ｓａの作動端となる最進角位相と遅角方向Ｓｂの作動端となる最遅角位相との間の所定位相に設定され、低温状態のエンジンＥの始動を良好に行うことができる相対回転位相である。

図２〜図４に示すように、中間ロック機構Ｌは、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２と、第１ロック孔３３と第２ロック孔３４と、スプリング３５とから構成される。スプリング３５は付勢部材の一例である。図５に、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とスプリング３５の分解斜視図を示す。図３〜図５に示すように、第１ロック部材３１は有底の円筒形状を有している。第１ロック部材３１の内側の空間である第１凹孔３１ａは円柱状である。第１ロック部材３１の外周面には、第１開口面３１ｈの側から第１縦溝３１ｂが軸芯方向に沿って形成されている。また、第１縦溝３１ｂと交差するように、軸芯と垂直な方向に３本の第１横溝３１ｃが全周に亘って形成されている。第１縦溝３１ｂの深さと第１横溝３１ｃの深さは同じである。

第１縦溝３１ｂの第１開口面３１ｈ側の端には切欠３１ｄが形成され、これにより第１縦溝３１ｂと第１凹孔３１ａとが連通している。なお、図３に示すように、第１ロック部材３１において、突出時に第１ロック孔３３と嵌合する範囲には、第１縦溝３１ｂも第１横溝３１ｃも形成されていない。このような構造を採ることにより、第１ロック部材３１が作動油の油圧により引退する時でも、作動油が第１縦溝３１ｂや第１横溝３１ｃに流入しにくい構造となっている。なお、第１縦溝３１ｂと第１凹孔３１ａとを連通させるのは切欠３１ｄに限られない。第１縦溝３１ｂまたは第１横溝３１ｃと連通するように開口された貫通孔であってもよい。

図３〜図５に示すように、第２ロック部材３２は有底の円筒形状を有している。第２ロック部材３２の内側の空間である第２凹孔３２ａは円柱状であり、第２ロック部材３２の内周面に第１ロック部材３１の外周面が同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌り込むように構成されている。図４に示すように、軸芯方向については、第１ロック部材３１が第２ロック部材３２に嵌り込んで第１開口面３１ｈが第２底面３２ｅと当接した嵌合状態にあるときに、第１ロック部材３１の端部が第２ロック部材３２の第２開口面３２ｈから少し突出するように構成されている。この状態での第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の軸芯に沿った方向の長さの合計は、内部ロータ１２の軸芯Ｘ方向の長さと同じか若干短くなる。なお、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とが同軸芯で嵌合されるとは、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とが嵌合状態にあるときに、第１ロック部材３１の軸芯と第２ロック部材３２の軸芯とが一致する場合だけでなく、互いの軸芯が若干ずれている場合も含む概念である。

第２ロック部材３２の外周側面には、第２開口面３２ｈの側から第２縦溝３２ｂが軸芯方向に沿って形成されている。また、第２縦溝３２ｂと交差するように、軸芯と垂直な方向に３本の第２横溝３２ｃが全周に亘って形成されている。第２縦溝３２ｂの深さと第２横溝３２ｃの深さは同じである。第２縦溝３２ｂの第２開口面３２ｈと反対側の端部には、貫通孔３２ｄが形成され、これにより第２縦溝３２ｂと第２凹孔３２ａとが連通している。貫通孔３２ｄの内径は、第１ロック部材３１の隣接する２つの第１横溝３１ｃ，３１ｃの最短距離よりも長い。なお、図３に示すように、第２ロック部材３２において、突出時に第２ロック孔３４と嵌合する範囲には、第２縦溝３２ｂも第２横溝３２ｃも形成されていない。これにより、第２ロック部材３２が作動油の油圧により引退する時でも、作動油が第２縦溝３２ｂや第２横溝３２ｃに流入しにくい構造となっている。

第１ロック孔３３は、リヤプレート１５の内部ロータ１２と対向する側から軸芯Ｘに平行な軸芯を持つように形成された有底の孔で、第１ロック部材３１が突出したときに嵌合する。図３に示すように、軸芯に沿って見た第１ロック孔３３の形状は、リヤプレート１５の径方向における第１ロック孔３３の長さが第１ロック部材３１と同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌合可能な大きさで、周方向の長さは第１ロック部材３１の直径よりも遅角方向Ｓｂの側に少し拡張された長円形を有している。また、長円形ではなく、第１ロック孔３３の内径を第１ロック部材３１の直径よりもやや大きくした円形に形成してもよい。

第２ロック孔３４は、フロントプレート１４の内部ロータ１２と対向する側から軸芯Ｘに平行な軸芯を持つように形成された有底の孔で、第２ロック部材３２が突出したときに嵌合する。図３に示すように、軸芯に沿って見た第２ロック孔３４の形状は、フロントプレート１４の径方向における第２ロック孔３４の長さが第２ロック部材３２と同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌合可能な大きさで、周方向の長さは第２ロック部材３２の直径よりも進角方向Ｓａの側に少し拡張された長円形を有している。また、長円形ではなく、第２ロック孔３４の内径を第２ロック部材３２の直径よりもやや大きくした円形に形成してもよい。なお、第１ロック孔３３と第２ロック孔３４の溝深さは同じである。

図３，図４に示すように、内部ロータ１２の複数のベーン部１２Ｔの１つには、軸芯Ｘに平行な軸芯を持つ二段の段付き貫通孔１２ａが形成されている。段付き貫通孔１２ａの一段目の孔である大径孔１２ｂは、内部ロータ１２のフロントプレート１４と対向する側から開孔され、第２ロック部材３２が同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌り込む容積を有している。大径孔１２ｂの内周面には開孔が形成されており、その開孔から大径孔１２ｂと弁開閉時期制御装置１０の外部とを連通する背圧通路１２ｅが形成されている。背圧通路１２ｅにより大径孔１２ｂと弁開閉時期制御装置１０の外部が連通するのは、相対回転位相が中間ロック位相Ｐの時である。該開孔は断面が円形であり、その直径（内径）は、第２ロック部材３２の隣接する２つの第２横溝３２ｃ，３２ｃの最短距離よりも長い。

段付き貫通孔１２ａの二段目の孔である小径孔１２ｃは、大径孔１２ｂの底面１２ｄから大径孔１２ｂと同軸芯で内部ロータ１２を貫通するように形成されている。底面１２ｄはストッパの一例である。小径孔１２ｃの内周面は、第１ロック部材３１の外周面と同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌り込む大きさを有している。段付き貫通孔１２ａは内部ロータ１２のフロントプレート１４と対向する側から加工することによって一工程で形成することができるので、加工工数を低減することができ、弁開閉時期制御装置１０のコストを低減することができる。

図３〜図５に示すように、第１ロック部材３１は、第１開口面３１ｈが第２ロック部材３２の第２開口面３２ｈに対向する向きで、スプリング３５を第１凹孔３１ａに挿入した状態で第２ロック部材３２に嵌め込まれ、この嵌合状態で段付き貫通孔１２ａに挿入される。スプリング３５の両端部は、第１ロック部材３１の第１底面３１ｅと第２ロック部材３２の第２底面３２ｅとに当接して、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の両方に対し内部ロータ１２から突出させる方向に付勢力を付与している。すなわち、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とは、１本のスプリング３５を共用している。これにより、弁開閉時期制御装置１０の加工工数を低減して構成を簡素にすることができると共に、部品点数の削減によるコストダウンを実現できる。

〔弁開閉時期制御装置：油路構成〕
図１，図３，図４に示すように、本実施形態においては、作動油を第１ロック孔３３と第２ロック孔３４に給排するロック解除油路２３がカムシャフト３から内部ロータ１２にかけて形成されている。従って、ロック解除油路２３の油路長は第１ロック孔３３までの油路長が短く、第２ロック孔３４までの油路長が長くなっている。その結果、ロック解除油路２３から第１ロック孔３３および第２ロック孔３４へ作動油の供給が行われる際、第１ロック孔３３へは作動油が早く供給され、第２ロック孔３４へはそれより遅れて供給される。

〔弁開閉時期制御装置の流体制御機構〕
図１に示すように、エンジンＥには、エンジンＥの駆動力でオイルパン１Ａの潤滑油を吸引して作動油として送り出す油圧ポンプ２０を備えている。本実施形態に係る内燃機関制御システムでは、油圧ポンプ２０から吐出された作動油を弁開閉時期制御装置１０の進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとの一方を選択して供給する電磁操作型の位相制御弁２４と、油圧ポンプ２０から吐出された作動油をロック解除油路２３に供給する電磁操作型の解除制御弁２５とを備えている。特に、油圧ポンプ２０と、位相制御弁２４と、解除制御弁２５と、作動油が給排される油路とを併せて弁開閉時期制御装置１０の流体制御機構が構成されている。

位相制御弁２４は、ＥＣＵ４０からの制御信号によりスプール位置が変化して、進角ポジションと遅角ポジションと中立ポジションとに切換操作可能な電磁弁として構成されている。つまり、進角ポジションでは、油圧ポンプ２０から吐出される作動油が進角制御油路２１を流通して進角室Ｃａに供給されると共に、遅角室Ｃｂの作動油が遅角制御油路２２から排出される。遅角ポジションでは、油圧ポンプ２０から吐出される作動油が遅角制御油路２２を流通して遅角室Ｃｂに供給されると共に、進角室Ｃａの作動油が進角制御油路２１から排出される。中立ポジションでは、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂのいずれにも作動油の給排はない。なお、位相制御弁２４へ１００％デューティで通電がなされたときには位相制御弁２４は進角ポジションとなり、通電が切断されたときは遅角ポジションとなる。

解除制御弁２５は、ＥＣＵ４０からの制御信号によりアンロックポジションとロックポジションとに切換操作可能な電磁弁として構成されている。つまり、アンロックポジションでは、油圧ポンプ２０から吐出される作動油がロック解除油路２３を流通して第１ロック孔３３および第２ロック孔３４に供給される。ロックポジションでは、ロック解除油路２３を流通して第１ロック孔３３および第２ロック孔３４から作動油が排出されることにより、第１ロック部材３１および第２ロック部材３２が第１ロック孔３３および第２ロック孔３４にそれぞれ嵌合可能になる。なお、解除制御弁２５への通電がなされたときは、解除制御弁２５はロックポジションとなり、通電が切断されたときはアンロックポジションとなる。図４に、解除制御弁２５がアンロックポジションになって、弁開閉時期制御装置１０のロックが解除された状態を表す部分拡大断面図を示す。

〔弁開閉時期制御装置の動作〕
次に、弁開閉時期制御装置１０のロック解除動作について説明する。エンジンＥが低温で停止している状態では、相対回転位相は中間ロック機構Ｌにより中間ロック位相Ｐにロックされている。この状態では、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂから作動油が排出されている。また、解除制御弁２５はアンロックポジションになっているが、第１ロック孔３３および第２ロック孔３４から作動油は排出されている。このとき、図３に示すように、第１ロック部材３１は、大径孔１２ｂから突出して、第１ロック孔３３と嵌合しつつ第１ロック孔３３の内周面の進角方向Ｓａの端部に当接している。第２ロック部材３２は、小径孔１２ｃから突出して、第２ロック孔３４と嵌合しつつ第２ロック孔３４の内面の遅角方向Ｓｂの端部に当接している。

この状態で、不図示のイグニッションスイッチがＯＮ操作された場合には、ＥＣＵ４０がスタータモータＭを回転駆動させてエンジンＥを始動させるよう制御して、アイドリング運転が開始される。このとき、イグニッションスイッチのＯＮ操作と同時に解除制御弁２５に通電がなされ、解除制御弁２５はロックポジションに切り替わり、中間ロック機構Ｌによる中間ロック位相Ｐの状態が維持される。このように、中間ロック機構Ｌにより相対回転位相を最進角位相と最遅角位相の間の中間ロック位相Ｐに拘束することができるので、安定したアイドリング運転の状態を維持することができる。

アイドリング運転が終了すると、内燃機関制御システムの制御は、通常運転制御に移行する。アイドリング運転の終了は、エンジンＥ内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサ（不図示）の検出結果に基づき、ＥＣＵ４０が判断する。通常運転制御に移行すると、ＥＣＵ４０は、解除制御弁２５への通電を切断し、ロックポジションからアンロックポジションに切り換える制御を行う。この操作により、ロック解除油路２３に作動油が供給される。

ロック解除油路２３を流通する作動油は油路長の短い第１ロック孔３３に先に供給され、スプリング３５の付勢力に抗して第１ロック部材３１を第１ロック孔３３から引退させる油圧が第１ロック部材３１の第１受圧面３１ｆに作用する。第１ロック孔３３への供給からやや遅れて、油路長の長い第２ロック孔３４にも作動油が供給され、スプリング３５の付勢力に抗して第２ロック部材３２を第２ロック孔３４から引退させる油圧が第２ロック部材３２の第２受圧面３２ｆに作用する。第１ロック部材３１の方が第２ロック部材３２より早く引退を始めるが、第１受圧面３１ｆの面積より第２受圧面３２ｆの面積の方が大きいので、第２ロック部材３２により大きな力が作用する。この結果、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とは、ほぼ同時に第１ロック孔３３と第２ロック孔３４からそれぞれ引退を完了し、ロック解除状態になる。

図４に示すように、ロック解除状態においては、第１ロック部材３１は第２ロック部材３２の第２凹孔３２ａに嵌り込んで第１開口面３１ｈが第２底面３２ｅに当接した嵌合状態にあり、第２ロック部材３２の第２開口面３２ｈは内部ロータ１２の底面１２ｄに当接している。このように、ロック解除状態で第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とが嵌合する構成としたので、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の軸方向長さを、内部ロータ１２の軸芯Ｘ方向の厚さと同程度に長くすることができる。その結果、出退動作時に第１ロック部材３１と第２ロック部材３２が傾くのを抑制し、スムーズな出退動作を実現することができる。

第１ロック部材３１と第２ロック部材３２が引退する過程において、第１ロック部材３１の第１凹孔３１ａにある空気や大径孔１２ｂにある空気は、切欠３１ｄ、第１縦溝３１ｂ、第１横溝３１ｃ、貫通孔３２ｄ、第２縦溝３２ｂ、第２横溝３２ｃ、背圧通路１２ｅを通って弁開閉時期制御装置１０の外部に開放される。従って、空気によって第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の引退動作が妨げられることはない。このようにして、外部ロータ１１と内部ロータ１２の間のロック状態は全て解除される。この後、通常運転制御である限り、このロック状態解除が維持される。

図２に示すように、中間ロック機構Ｌにおいて、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを同軸芯になるよう配置することにより、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを備えたベーン部１２Ｔを軸芯Ｘに沿って見たときのベーン部１２Ｔの周方向長さを短くすることができる。これにより、外部ロータ１１と内部ロータ１２との間の相対回転位相の変化範囲を大きくすることができる。また、段付き貫通孔１２ａを一工程で加工するので、加工工数を低減することができ、コストを低減することができる。さらに、スプリング３５を第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とで共用するので、部品点数を削減してコストダウンが実現できる。

本実施形態においては、図４に示すロック解除状態において、第１ロック部材３１は第２ロック部材３２の第２底面３２ｅに当接して引退が規制され、第２ロック部材３２は内部ロータ１２の底面１２ｄに当接して引退が規制されている。このように、第２ロック部材３２の引退を内部ロータ１２の底面１２ｄで規制することにより、作動油の油圧が作用している限り第２ロック部材３２が内部ロータ１２から突出することはない。また、油圧によって第１ロック部材３１の第１受圧面３１ｆに作用する力は第２受圧面３２ｆに作用する力より小さいので、第１ロック部材３１が引退して第１開口面３１ｈが第２底面３２ｅに当接して第２ロック部材３２に力を作用させても、第２ロック部材３２が内部ロータ１２から突出することはない。

本実施形態においては、ロック解除油路２３をカムシャフト３から内部ロータ１２にかけて形成するリヤフィードタイプで構成した。しかし、ロック解除油路２３はリヤフィードタイプだけに限られず、フロントプレート１４から内部ロータ１２にかけてロック解除油路２３を形成するフロントフィードタイプであってもよい。この場合、第１ロック孔３３をフロントプレート１４に形成して第１ロック部材３１がフロントプレート１４の側に出退し、第２ロック孔３４をリヤプレート１５に形成して第２ロック部材３２がリヤプレート１５の側に出退する構成にする。このような構成にすることにより、フロントフィードタイプであっても、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とをほぼ同時に第１ロック孔３３と第２ロック孔３４からそれぞれ引退させることができる。

２．第２実施形態
図６に、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置１０の中間ロック機構Ｌのロック状態を表す部分拡大断面図を示す。図７に、弁開閉時期制御装置１０の中間ロック機構Ｌのロック解除状態を表す部分拡大断面図を示す。本実施形態においては、中間ロック機構Ｌの構造が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。

図６，図７に示すように、本実施形態においては、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とは同じ形状を有しているので、第２ロック部材３２の説明は省略する。また第１ロック孔３３と第２ロック孔３４も同じ形状を有している。

第１ロック部材３１は、有底の円筒形状を有している。第１ロック部材３１の内側の空間である第１凹孔３１ａは円柱状である。第１ロック部材３１の外周面は、第１実施形態と異なり溝は形成されていない。また、第１ロック部材３１の軸芯方向の長さは内部ロータ１２の軸芯Ｘの方向の長さの半分よりも少し短い。

第１ロック孔３３は、リヤプレート１５の内部ロータ１２と対向する側から軸芯Ｘに平行な軸芯を持つように形成された有底の孔で、第１ロック部材３１が突出したときに嵌合する。図６に示すように、軸芯に沿って見た第１ロック孔３３の形状は、リヤプレート１５の径方向における第１ロック孔３３の長さが第１ロック部材３１と同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌合可能な大きさで、周方向の長さは第１ロック部材３１の直径よりも遅角方向Ｓｂの側に少し拡張された長円形を有している。また、長円形ではなく、第１ロック孔３３の内径を第１ロック部材３１の直径よりもやや大きくした円形に形成してもよい。

第２ロック孔３４は、フロントプレート１４の内部ロータ１２と対向する側から軸芯Ｘに平行な軸芯を持つように形成された有底の孔で、第２ロック部材３２が突出したときに嵌合する。図６に示すように、軸芯に沿って見た第２ロック孔３４の形状は、フロントプレート１４の径方向における第２ロック孔３４の長さが第２ロック部材３２と同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌合可能な大きさで、周方向の長さは第２ロック部材３２の直径よりも進角方向Ｓａの側に少し拡張された長円形を有している。また、長円形ではなく、第２ロック孔３４の内径を第２ロック部材３２の直径よりもやや大きくした円形に形成してもよい。なお、第１ロック孔３３と第２ロック孔３４の溝深さは同じである。

図６，図７に示すように、内部ロータ１２の複数のベーン部１２Ｔの１つには、軸芯Ｘに平行な軸芯を持つ段付き貫通孔１２ａが形成されている。段付き貫通孔１２ａは、２つの大径孔１２ｆ，１２ｆ、および１つの小径孔１２ｇを備える。一方の大径孔１２ｆは、内部ロータ１２のリヤプレート１５と対向する側から形成され第１ロック部材３１が同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌り込む容積を有する。他方の大径孔１２ｆは、内部ロータ１２のフロントプレート１４と対向する側から形成され第２ロック部材３２が同軸芯で且つ打音の発生の抑制と確実なロック解除とを両立できる隙間で嵌り込む容積を有しており、一方の大径孔１２ｆと同軸芯である。小径孔１２ｇは、２つの大径孔１２ｆ，１２ｆ間を連通するようにそれぞれの底面１２ｈ，１２ｈから形成された同軸芯の貫通孔である。底面１２ｈはストッパの一例である。小径孔１２ｇの内周面には、大径孔１２ｆ，１２ｆと弁開閉時期制御装置１０の外部とを連通する背圧通路１２ｅが形成されている。背圧通路１２ｅにより大径孔１２ｆ，１２ｆと弁開閉時期制御装置１０の外部が連通するのは、相対回転位相が中間ロック位相Ｐの時である。

図６，図７に示すように、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２は、第１受圧面３１ｆ、第２受圧面３２ｆが内部ロータ１２の外側を向くようにして大径孔１２ｆ，１２ｆに挿入されて配置される。このとき、第１ロック部材３１の第１凹孔３１ａ、小径孔１２ｇ、第２ロック部材３２の第２凹孔３２ａに亘ってスプリング３５が予め挿入されており、スプリング３５の両端部は第１ロック部材３１の第１底面３１ｅと第２ロック部材３２の第２底面３２ｅとに当接している。これにより、スプリング３５は、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の両方に対し内部ロータ１２から突出させる方向に付勢力を付与している。すなわち、第１実施形態と同様、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とは、１本のスプリング３５を共用している。

弁開閉時期制御装置１０において中間ロック機構Ｌが図６に示すロック状態にあるときに、ＥＣＵ４０が解除制御弁２５への通電を切断しロックポジションからアンロックポジションに切り換える制御を行うと、ロック解除油路２３に作動油が供給される。ロック解除油路２３を流通する作動油は油路長の短い第１ロック孔３３に先に供給され、スプリング３５の付勢力に抗して第１ロック部材３１を第１ロック孔３３から引退させる油圧が第１ロック部材３１の第１受圧面３１ｆに作用する。第１ロック孔３３への供給からやや遅れて、油路長の長い第２ロック孔３４にも作動油が供給され、スプリング３５の付勢力に抗して第２ロック部材３２を第２ロック孔３４から引退させる油圧が第２ロック部材３２の第２受圧面３２ｆに作用する。第１ロック部材３１が第１ロック孔３３から引退し、やや遅れて第２ロック部材３２が第２ロック孔３４からそれぞれ引退し、図７に示すロック解除状態になる。ロック解除状態においては、第１ロック部材３１の第１開口面３１ｈと第２ロック部材３２の第２開口面３２ｈは、内部ロータ１２の底面１２ｈ，１２ｈにそれぞれ当接して引退が規制されている。

第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の引退時において、段付き貫通孔１２ａや第１凹孔３１ａ，３２ａにある空気は、背圧通路１２ｅを通って弁開閉時期制御装置１０の外部に開放される。従って、空気によって第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の引退動作が妨げられることはない。

中間ロック機構Ｌが上述したような構成を備えることにより、第１実施形態と同様、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを備えたベーン部１２Ｔを軸芯Ｘに沿って見たときのベーン部１２Ｔの周方向長さを短くすることができる。これにより、外部ロータ１１と内部ロータ１２との間の相対回転位相の変化範囲を大きくすることができる。また、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを同形状として共通化することにより、部品の種類を低減することができ、コストを低減することができる。さらに、スプリング３５を第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とで共用するので、部品点数を削減してコストダウンが実現できる。

本実施形態においては、図７に示すロック解除状態において、第１ロック部材３１の第１開口面３１ｈと第２ロック部材３２の第２開口面３２ｈは、いずれも内部ロータ１２の底面１２ｈ，１２ｈに当接して引退が規制されている。このような構成とすることにより、スプリング３５が第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とに付勢力を付与していても、作動油の油圧が第１受圧面３１ｆと第２受圧面３２ｆとに作用している限り、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２が内部ロータ１２から突出することはない。

本実施形態においては、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを同形状にしたが、これだけに限られるものではない。第１ロック部材３１の径より第２ロック部材３２を大きくして第１受圧面３１ｆの面積より第２受圧面３２ｆの面積を大きくすることにより、第１実施形態と同様、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とをほぼ同時に第１ロック孔３３と第２ロック孔３４からそれぞれ引退させることができる。

また、本実施形態においては、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを同軸芯になるよう配置したが、これに限られるものではない。スプリング３５が共用できる範囲で、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２の軸芯をずらして配置してもよい。また、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを軸芯Ｘに沿って見たときに少なくとも一部が重なるように配置されていれば、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とでそれぞれ別個のスプリング３５，３５を使用してもよい。これらのとき、軸芯をずらす方向は内部ロータ１２の周方向ではなく径方向にするのが望ましい。径方向にずらすことにより、第１ロック部材３１と第２ロック部材３２とを備えたベーン部１２Ｔを軸芯Ｘに沿って見たときのベーン部１２Ｔの周方向長さを短く維持することができる。

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部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に用いることが可能である。

１ クランクシャフト
３ カムシャフト
１０ 弁開閉時期制御装置
１１ 外部ロータ（駆動側回転部材）
１２ 内部ロータ（従動側回転部材）
１２ｄ 底部（ストッパ）
１２ｈ 底部（ストッパ）
２３ ロック解除油路
３１ 第１ロック部材
３１ｆ 第１受圧面
３２ 第２ロック部材
３２ｆ 第２受圧面
３３ 第１ロック孔
３４ 第２ロック孔
３５ スプリング（付勢部材）
Ｅ エンジン（内燃機関）

Claims (4)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材と同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと同期回転する従動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材および前記従動側回転部材のいずれか一方の回転部材に収容され且つ前記駆動側回転部材および前記従動側回転部材のいずれか他方の回転部材に対して前記カムシャフトの軸芯方向と平行に出退可能な第１ロック部材および第２ロック部材と、
   前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が突出したときにそれぞれのロック部材と嵌合可能となるように前記他方の回転部材に形成された第１ロック孔および第２ロック孔と、
   前記一方の回転部材に収容され、前記第１ロック部材および前記第２ロック部材を突出させる付勢力を付与する付勢部材と、を備え、
   前記カムシャフトの軸芯方向に沿って見たときに、前記第１ロック部材の少なくとも一部と前記第２ロック部材の少なくとも一部とが重なって配置され、
   前記第１ロック孔および前記第２ロック孔には前記第１ロック部材および前記第２ロック部材を引退させる作動流体の油圧を作用させるロック解除油路が繋がっており、
   前記第１ロック部材の第１受圧面および前記第２ロック部材の第２受圧面に前記油圧が作用して前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が引退した時に前記第１ロック部材および前記第２ロック部材の少なくとも一方の引退を規制するストッパを前記一方の回転部材に備え、
   前記第１受圧面の面積は前記第２受圧面の面積よりも小さい弁開閉時期制御装置。
2. 前記付勢部材は、前記第１ロック部材および前記第２ロック部材の両方に対して共用されている請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記第１ロック部材の軸芯と前記第２ロック部材の軸芯とが同軸芯である請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記第１ロック部材および前記第２ロック部材が共に引退しているときは、前記第１ロック部材が前記第２ロック部材の中に嵌り込む嵌合状態にある請求項１乃至３のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。

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