JP6171423B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

近年、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可能とする弁開閉時期制御装置が実用化されている。この弁開閉時期制御装置は、例えば、エンジンの作動による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変化させることにより、従動側回転体の回転に伴って開閉される吸排気弁の開閉時期を変化させる機構を有している。

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、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している。ただし、エンジン始動後のアイドリング時においても相対回転位相をこの位相を維持すると炭化水素（ＨＣ）排出量が増加するので、エンジン始動後のアイドリング時には、相対回転位相をＨＣ排出量が抑制可能な位相に変化させることが望まれる。

特許文献１には、カムシャフトに連結する駆動側回転体としてのハウジングの内部に、従動側回転体としての内部ロータを備えた弁開閉時期制御装置が開示されている。この弁開閉時期制御装置においては、ハウジングと内部ロータにより流体圧室が形成され、流体圧室が仕切部としてのベーンにより遅角室と進角室とに仕切られている。また、遅角室と進角室との一方を選択して作動油としての作動油を供給することでハウジングと内部ロータとの相対回転位相を遅角位相方向または進角位相方向に移動させる相対回転用ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）が備えられている。さらに、相対回転位相を進角方向に変位するよう付勢するトーションスプリングが内部ロータからハウジングに亘って備えられている。

特許文献１に開示された弁開閉時期制御装置では、出退自在な２つの中間ロック部材がハウジング側に備えられ、両中間ロック部材が嵌入する１つの中間ロック溝が内部ロータ側に形成されている。各中間ロック部材はスプリングの付勢力により中間ロック溝に突入する。一方、内部ロータには、両中間ロック部材を引退させる方向に作動油の圧力を作用させる中間ロック通路が形成されている。

また、ハウジングにおいて進角側にある中間ロック部材よりもさらに進角方向に再遅角ロック部材が備えられ、内部ロータにおいて中間ロック溝よりも進角方向に最遅角ロック部材が嵌入する最遅角ロック溝が形成されている。最遅角ロック部材はスプリングの付勢力により最遅角ロック溝に突入する。一方、内部ロータには、最遅角ロック部材を引退させる方向に作動油の圧力を作用させる最遅角ロック通路が形成されている。

両中間ロック部材が中間ロック溝に嵌入したときのハウジングに対する内部ロータの相対回転位相が中間ロック位相であり、この時の状態が中間ロック状態である。また、最遅角ロック部材が最遅角ロック溝に嵌入したときの相対回転位相が最遅角位相であり、このときの状態が最遅角ロック状態である。

この弁開閉時期制御装置では、中間ロック溝から中間ロック部材を引退させる作動を行わせるために、ＯＣＶとは独立して作動するＯＳＶ（オイルスイッチングバルブ）を備えている。このＯＣＶとＯＳＶとによって、エンジンの始動時には相対回転位相を始動性の良好な中間ロック位相に拘束することができ、エンジン始動後のアイドリング時にはＨＣ排出量を抑制するために相対回転位相を遅角側に変位させて相対回転位相を最遅角位相に拘束することができる。

国際公開第２０１１／０５５５８９号

中間ロック状態にある中間ロック部材や最遅角ロック状態にある最遅角ロック部材を中間ロック溝や最遅角ロック溝から引退させる時には、中間ロック部材や最遅角ロック部材を付勢しているスプリングの付勢力に抗して油圧を作用させる必要がある。また、エンジン作動中には、カムシャフトのトルク変動によるハウジングと内部ロータのバタつきにより、中間ロック状態では中間ロック部材と中間ロック溝とが繰り返し衝突し、最遅角ロック状態では最遅角ロック部材と最遅角ロック溝とが繰り返し衝突している。そのため、中間ロック部材及び最遅角ロック部材が引退する途中では、上述した衝突による摩擦力が発生し、この摩擦力が引退を妨げる方向の力として中間ロック部材及び最遅角ロック部材に作用する。このバタつきの発生は、中間ロック部材と最遅角ロック部材の滑らかな出退を可能にするために設けられたクリアランスに起因する。すなわち、中間ロック状態においては、両中間ロック部材の外側の面同士の成す角度よりも中間ロック溝の周方向の両側の壁面の成す角度の方が少し大きくなっている。以下、この角度の差を第１クリアランス角度と称する。また、最遅角ロック状態においても同様に、ベーンが突出部に当接した状態では、最遅角ロック部材の遅角側の面と最遅角ロック溝の遅角側の壁面との間にはクリアランスが存在する。以下、このクリアランスに相当する角度を第２クリアランス角度と称する。通常、弁開閉時期制御装置においては、第１クリアランス角度と第２クリアランス角度とは同じ角度となるように構成される。

このように、ロック部材をロック溝から引退させる時に関係する因子は、主にロック部材に作用する油圧及びロック部材とロック溝との衝突による摩擦力である。ロック解除の制御命令から短時間でロック部材を引退させるためには、摩擦力を低減しつつ、ロック部材に作用させる作動油の油圧を、スプリングの付勢力に摩擦力を加えた力を上回る油圧（以下、引退油圧と称する）まで短時間で到達させることが必要である。

中間ロック通路は進角通路及び遅角室へ作動油を供給する遅角通路とは独立して形成されているので、中間ロック部材を中間ロック溝から引退させる時には、作動油は中間ロック溝だけに供給され、他の箇所に供給されない。そのため、中間ロック部材に作用する油圧は短時間で上昇する。油圧が上昇してスプリングの付勢力を上回り、中間ロック部材が引退を開始すると、ハウジングと内部ロータのバタつきによる摩擦力が作用し始める。内部ロータの一往復のバタつきにつき、中間ロック部材と中間ロック溝との衝突は２回、すなわちそれぞれの中間ロック部材につき１回ずつ発生するので、摩擦力もそれぞれ１回発生する。この状態で中間ロック部材に作用する油圧が引退油圧に到達した時に中間ロック部材は中間ロック溝から引退する。

一方、最遅角ロック状態を解除するための作動油を供給する最遅角ロック通路と進角室へ作動油を供給する進角通路の１つとは共用されているので、最遅角ロック部材を最遅角ロック溝から引退させる時には、最遅角ロック溝と同時に進角室にも作動油が供給される。進角室の容積は最遅角ロック溝の容積よりもはるかに大きく供給される作動油のほとんどは進角室に供給されるため、最遅角ロック部材に作用する油圧は短時間では上昇しない。油圧が上昇し最遅角ロック部材が引退を開始すると、ハウジングと内部ロータのバタつきによる摩擦力が作用し始める。摩擦力は内部ロータの一往復のバタつきに１回発生する。すなわち、最遅角ロック部材と最遅角ロック溝とが衝突するのは内部ロータが進角側に変位した時だけであって、遅角側に変位した時は進角室に設けられたストッパとベーンが衝突して変位が規制される。この状態で最遅角ロック部材に作用する油圧が引退油圧に到達した時に最遅角ロック部材は最遅角ロック溝から引退する。

第１クリアランス角度と第２クリアランス角度とが同じ角度になるように構成されている弁開閉時期制御装置の場合、最遅角ロック部材を引退させる時の方が、中間ロック部材を引退させる時よりも時間が長くかかる。これは、摩擦力の発生間隔はそれぞれの中間ロック部材と最遅角ロック部材のいずれでも同じであるが、作動油が最遅角ロック溝だけでなく進角室にも供給されているため、引退油圧に到達するまでの上昇時間が長くなってしまうからである。最遅角ロック部材の引退までの時間が長いと、ハウジングに対する内部ロータの相対回転位相を変位可能にするまでの時間が長くかかり、アクセルレスポンスが悪くなるという問題があった。このため、最遅角ロック部材の引退完了までの時間を短縮することに改善の余地があった。

上記と同じ問題は、ハウジングに対する内部ロータの相対回転位相が最進角位相にあるときにロック状態となる弁開閉時期制御装置においても発生しうる。

上記問題に鑑み、本発明は、最進角ロック状態又は最遅角ロック状態においてロック解除までの時間を短縮し、ロック解除性を向上させることができ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体と、前記駆動側回転体と同一の軸心になるように配置され、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体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に形成される流体圧室と、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部と、前記仕切部で前記流体圧室を仕切ることにより形成される進角室及び遅角室と、前記駆動側回転体又は前記従動側回転体のいずれか一方の回転体に収容され且つ前記駆動側回転体又は前記従動側回転体のいずれか他方の回転体に対して出退可能な少なくとも１つの第１ロック部材と、前記第１ロック部材が突出したときに嵌合可能となるように前記他方の回転体に形成された少なくとも１つの第１凹部とを有しており、前記第１ロック部材が突出して前記第１凹部に嵌入することにより前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相の間の中間ロック位相に拘束される第１ロック状態と、前記第１ロック部材が前記第１凹部から引退することにより拘束が解除される第１ロック解除状態とに切換え可能な第１ロック機構と、前記一方の回転体に収容され且つ前記他方の回転体に対して出退可能な第２ロック部材と、前記第２ロック部材が突出したときに嵌合可能となるように前記他方の回転体に形成された第２凹部とを有しており、前記第２ロック部材が突出して前記第２凹部に嵌入することにより前記相対回転位相が最進角位相又は最遅角位相に拘束される第２ロック状態と、前記第２ロック部材が前記第２凹部から引退することにより拘束が解除される第２ロック解除状態とに切換え可能な第２ロック機構と、を備え、
前記第１ロック状態を解除する第１ロック解除流路が、前記進角室に連通する進角流路と前記遅角室に連通する遅角流路とは異なる独立した流路として形成され、前記第２ロック状態を解除する第２ロック解除流路が、前記進角流路または前記遅角流路で共用される流路として構成され、
前記第２ロック部材が前記第１ロック機構に共用され、且つ、前記第２凹部が前記進角室または前記遅角室のうち隣接するものに対し前記従動側回転体の外周に形成された溝状の連通流路により連通しており、
前記第１ロック状態において前記駆動側回転体に対して前記従動側回転体が回転可能な角度である第１クリアランス角度よりも、前記第２ロック状態において前記駆動側回転体に対して前記従動側回転体が回転可能な角度である第２クリアランス角度の方が大きい点にある。

上述したように、第２ロック部材を第２凹部から引退させる時に関係する因子は、主に第２ロック部材に作用する油圧及び第２ロック部材と第２凹部との衝突による摩擦力である。摩擦力は、駆動側回転体と従動側回転体とのバタつき一往復につき１回発生する。通常、第２ロック状態を解除するために第２凹部へ作動油を供給する流路と進角室又は遅角室に作動油を供給する流路の１つとは共用されているので、第２凹部に作動油を供給する時には同時に進角室又は遅角室にも作動油が供給される。従って、第２凹部に供給される油量が少なく、第２ロック部材に作用する油圧を上昇させる時間は、第１ロック状態を解除するときと比較すると長くなる。作動油の流路構成は第２クリアランス角度の大小にかかわらず同じであるため、この観点から第２ロック部材の引退までの時間を短縮することは難しい。そこで、本発明においては、第１クリアランス角度よりも第２クリアランス角度を大きくした。このような特徴構成とすれば、第２クリアランス角度が第１クリアランス角度と同等の弁開閉時期制御装置と比較して第２ロック部材と第２凹部との衝突による摩擦力の発生間隔が長くなるので、第２ロック部材の引退時における摩擦力の影響度合いを低下させることができる。その結果、短時間で第２ロック部材を引退させることができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置においては、前記第１ロック部材及び前記第２ロック部材はいずれも前記駆動側回転体に収容され、前記第１ロック部材及び前記第２ロック部材は前記軸心に対して径方向に出退すると好適である。

このような特徴構成であれば、内燃機関の作動時には、第１ロック部材及び第２ロック部材には常時遠心力が作用する。このように遠心力が作用することにより、第２ロック部材の解除性をさらに向上させることができる。

本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。 中間ロック状態を表す、図１のII−II線断面図である。 最遅角ロック状態を表す、図１のII−II線断面図である。 中間ロック状態における第１クリアランス角度を表す拡大断面図である。 最遅角ロック状態における第２クリアランス角度を表す拡大断面図である。

本発明を自動車用エンジン（以下、エンジンと称する）Ｂの吸気弁側の弁開閉時期制御装置Ａに適用した実施形態について、図１〜図５に基づいて説明する。エンジンＢは内燃機関の一例である。

〔全体構成〕
この弁開閉時期制御装置Ａは、図１に示すように、エンジンＢのクランクシャフトＢ１と同期回転するハウジング１と、ハウジング１に対して相対回転可能になるようにハウジング１の回転軸心Ｘと同軸心に配置され、カムシャフトＢ２と同期回転する内部ロータ２とを備えている。ハウジング１は駆動側回転体の一例であり、内部ロータ２は従動側回転体の一例であり、回転軸心Ｘは軸心の一例である。カムシャフトＢ２は、エンジンＢの吸気弁の開閉を制御する不図示のカムの回転軸である。なお、カムシャフトＢ２は、エンジンＢのシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。

さらに、弁開閉時期制御装置Ａは、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転を拘束することにより、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転位相（以下、単に相対回転位相と称する）を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相である中間ロック位相に拘束可能な中間ロック機構８を備えている。また、弁開閉時期制御装置Ａは、相対回転位相を中間ロック位相よりも遅角側である最遅角位相に拘束可能な最遅角ロック機構７を備えている。中間ロック機構８は第１ロック機構の一例であり、最遅角ロック機構７は第２ロック機構の一例である。

〔内部ロータ及びハウジング〕
内部ロータ２は、図１に示すように、カムシャフトＢ２の先端部に一体的に組付けられている。内部ロータ２は、ボルト２ｃによってカムシャフトＢ２の先端部に締め付け固定されている。

ハウジング１は、カムシャフトＢ２が接続される側とは反対側にあるフロントプレート１ａと、内部ロータ２に対して外装される外部ロータ１ｄと、カムシャフトＢ２が接続される側にあってタイミングスプロケット１ｂを一体的に備えたリアプレート１ｃとを備えている。ハウジング１は、外部ロータ１ｄをフロントプレート１ａとリアプレート１ｃとで挟み込み、フロントプレート１ａと外部ロータ１ｄとリアプレート１ｃとをボルトによって締結して一体化することにより構成されている。

クランクシャフトＢ１の回転駆動は動力伝達部材Ｂ３を介してタイミングスプロケット１ｂに伝達され、タイミングスプロケット１ｂが回転することによりハウジング１が図２に示す回転方向Ｓに回転駆動される。ハウジング１の回転に伴い、内部ロータ２が回転方向Ｓに回転してカムシャフトＢ２が回転し、カムシャフトＢ２に設けられたカムがエンジンＢの吸気弁を押し下げて開弁させる。

図２に示すように、外部ロータ１ｄの径方向内側に突出し且つ周方向に互いに離間して形成された複数個の突出部４と、外部ロータ１ｄと、内部ロータ２とによって流体圧室３が形成されている。突出部４は内部ロータ２の外周面２ａに対するシューとして機能する。本実施形態においては、流体圧室３が４箇所形成されているが、これに限られるものではない。

外周面２ａのうち流体圧室３に面する部分に、ベーン溝５ａが形成されている。ベーン溝５ａに、ベーン５が径方向外側に向けて挿入されている。ベーン５は仕切り部の一例である。流体圧室３は、ベーン５によって進角室３ａと遅角室３ｂとに仕切られている。不図示のスプリングをベーン溝５ａとベーン５と間に配置してベーン５を径方向外側に付勢することにより、進角室３ａと遅角室３ｂの間での作動油の漏洩を防止している。

図１，図２に示すように、各進角室３ａに連通する進角流路６ａが内部ロータ２及びカムシャフトＢ２に形成されている。また、各遅角室３ｂに連通する遅角流路６ｂが内部ロータ２及びカムシャフトＢ２に形成されている。図１に示すように、進角流路６ａ及び遅角流路６ｂは、後述するＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）１９に接続されている。ＯＣＶ１９はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２１に制御されている。

ＥＣＵ２１によってＯＣＶ１９を制御することにより、進角室３ａ及び遅角室３ｂに対して作動油を供給し、排出し、又は給排を遮断することにより、ベーン５に作動油の油圧を作用させる。その結果、相対回転位相を進角方向または遅角方向へ変位させ、あるいは任意の位相に保持することができる。なお、進角方向とは、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転によりベーン５が動いて進角室３ａの容積が大きくなる方向であり、図２に矢印Ｓａで示す方向である。遅角方向とは、相対回転により遅角室３ｂの容積が大きくなる方向であり、図２に矢印Ｓｂで示す方向である。

図１に示すように、内部ロータ２からフロントプレート１ａに亘ってトーションスプリング２ｂが取り付けられている。トーションスプリング２ｂは、カムシャフトＢ２のトルク変動に基づく遅角方向Ｓｂへの平均変位力に抗するよう、内部ロータ２を進角方向Ｓａに付勢している。これにより、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向Ｓａへ変位させることが可能である。なお、トーションスプリング２ｂは、相対回転位相が遅角方向Ｓｂになるように付勢するものでもよい。

このような構成により、内部ロータ２はハウジング１に対して回転軸心Ｘの回りに一定の範囲内で円滑に相対回転することが可能となっている。ハウジング１と内部ロータ２とが相対回転可能な範囲、即ち最進角位相と最遅角位相との位相差は、流体圧室３の内部でベーン５が変位可能な範囲に対応する。なお、遅角室３ｂの容積が最大となるときが最遅角位相であり、進角室３ａの容積が最大となるときが最進角位相である。

〔中間ロック機構〕
中間ロック機構８は、エンジンＢの始動直後や、停止時に作動油の油圧が安定しない状況において、ハウジング１と内部ロータ２とを所定の相対位置に保持することで、相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間ロック位相に拘束する。これによって、クランクシャフトＢ１の回転位相に対するカムシャフトＢ２の回転位相を適正に維持し、エンジンＢの安定的な回転を現出する。なお、本実施形態においては、中間ロック位相を、不図示の吸気弁と排気弁との開弁時期が一部重複する位相としている。この結果、エンジンＢの始動時の炭化水素（ＨＣ）の低減が図られ、低エミッションのエンジンＢとすることができる。

中間ロック機構８は、図１，図２に示すように、第１収容部９ａと、プレート状の中間ロック部材９ｂと、第１中間ロック溝９ｃと、第１スプリング９ｄと、第２収容部１０ａと、プレート状の２用途ロック部材１０ｂと、第２中間ロック溝１０ｃと、第２スプリング１０ｄと、中間ロック解除流路１２とを備えている。中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂは第１ロック部材の一例であり、第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃは第１凹部の一例である。

中間ロック解除流路１２は、内部ロータ２とカムシャフトＢ２とに形成され、第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃと後述するＯＳＶ（オイルスイッチングバルブ）２０とを繋いでいる。ＯＳＶ２０を制御することによって、第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃへの作動油の給排を切換えることができる。第１中間ロック溝９ｃは、内部ロータ２の外周面２ａに開口する幅広の溝と、該溝の底面に開口する幅狭の溝とを備えたラチェット機構を有している。幅広の溝と幅狭の溝は遅角方向Ｓｂの側の溝側面が互いに面一になっており側壁９ｅを形成している。第２中間ロック溝１０ｃは単一深さの溝である。

第１収容部９ａと第２収容部１０ａはそれぞれ、外部ロータ１ｄに形成されている。中間ロック部材９ｂは第１収容部９ａに配設され、第１収容部９ａから径方向に出退可能に構成されている。第１スプリング９ｄは第１収容部９ａに配設され、中間ロック部材９ｂを径方向内側、即ち第１中間ロック溝９ｃの側に付勢している。２用途ロック部材１０ｂは第２収容部１０ａに配設され、第２収容部１０ａから径方向に出退可能に構成されている。第２スプリング１０ｄは第２収容部１０ａに配設され、２用途ロック部材１０ｂを径方向内側、即ち第２中間ロック溝１０ｃの側に付勢している。

第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃから作動油が排出されている状態で、中間ロック部材９ｂと第１中間ロック溝９ｃとが対向し且つ２用途ロック部材１０ｂと第２中間ロック溝１０ｃとが対向すると、中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂは第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃに向けて突出する。図２に示すように、中間ロック部材９ｂが第１中間ロック溝９ｃに突入すると、側壁９ｅと中間ロック部材９ｂの遅角側プレート面９ｆが当接して、ハウジング１に対して内部ロータ２が進角方向Ｓａに相対回転するのを規制する。それと同時に第２中間ロック溝１０ｃの周方向の進角側の壁面である側壁１０ｅと２用途ロック部材１０ｂの進角側プレート面１０ｆが当接して内部ロータ２が遅角方向Ｓｂに相対回転するのを規制する。この結果、内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転が拘束され、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。

ＥＣＵ２１がＯＳＶ２０を制御して、第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃに作動油を供給するようにＯＳＶ２０が作動すると、作動油の油圧により中間ロック部材９ｂが第１スプリング９ｄの付勢力に抗して第１中間ロック溝９ｃから引退する。また、同時に作動油の油圧により２用途ロック部材１０ｂが第２スプリング１０ｄの付勢力に抗して第２中間ロック溝１０ｃから引退する。これにより、相対回転位相の拘束が解除され、内部ロータ２は相対回転可能となる。以下、中間ロック機構８が相対回転位相を中間ロック位相に拘束している状態を中間ロック状態と称し、中間ロック状態が解除された状態を中間ロック解除状態と称する。中間ロック状態は第１ロック状態の一例であり、中間ロック解除状態は第１ロック解除状態の一例である。

上述したように本実施形態における中間ロック状態においては、相対回転位相が中間ロック位相に拘束されているが、現実には、ハウジング１に対して内部ロータ２は少しの角度だけ相対回転が可能である。具体的には、図４に示すように、中間ロック状態において進角側プレート面１０ｆと側壁１０ｅとが当接しているとき、遅角側プレート面９ｆと側壁９ｅとの間にはクリアランスがあり、このクリアランスの分だけ内部ロータ２は相対回転が可能である。ここで遅角側プレート面９ｆと側壁９ｅの回転軸心Ｘに対する角度を第１クリアランス角度Ｃ１と称する。このようなクリアランスがあることにより、中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂは第１中間ロック溝９ｃに対して滑らかに且つ迅速に出退することができる。

なお、中間ロック部材９ｂ，２用途ロック部材１０ｂの形状としては、本実施形態に示されたプレート状の他にピン状等を適宜採用することができる。この場合も、中間ロック状態において中間ロック部材９ｂ，２用途ロック部材１０ｂと第１中間ロック溝９ｃ，第２中間ロック溝１０ｃとの間にクリアランスを設けることができる。

〔最遅角ロック機構〕
最遅角ロック機構７は、アイドリング運転時、アイドリングストップ時、アイドリング再始動時等の低速回転時において、ハウジング１と内部ロータ２とを所定の相対回転位相、すなわち、最遅角位相に拘束する。このとき、カムシャフトＢ２のトルク変動に基づく遅角方向Ｓｂ及び進角方向Ｓａの変位力の発生にかかわらず内部ロータ２が相対回転しないため、安定したアイドリング運転状態を実現できる。なお、本実施形態において、最遅角位相は、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングがほぼ同じとなる位相であって、アイドリング運転状態が安定する位相である。相対回転位相が最遅角位相であっても、エンジンＢは始動可能である。

最遅角ロック機構７は、図１，図２に示すように、最遅角ロック溝７ａと、第２収容部１０ａと、２用途ロック部材１０ｂと、第２スプリング１０ｄと、最遅角ロック解除流路１３とを備えている。最遅角ロック溝７ａは第２凹部の一例であり、２用途ロック部材１０ｂは第２ロック部材の一例である。すなわち、２用途ロック部材１０ｂは、第１ロック部材としての用途と第２ロック部材としての用途を兼ねている。

最遅角ロック解除流路１３は、上述した進角流路６ａの一つを兼ねており、最遅角ロック溝７ａとＯＣＶ１９とを繋いでいる。さらに、内部ロータ２の外周面２ａに、周方向に沿って最遅角ロック溝７ａから進角方向Ｓａで直近にあるベーン溝５ａに亘る溝である連通流路１４が形成されている。従って、ＯＳＶ２０によって、進角室３ａに対して作動油の給排を行うと、最遅角ロック溝７ａに対しても作動油が給排される。

中間ロック解除状態且つ最遅角ロック溝７ａから作動油が排出されている状態で、内部ロータ２が遅角方向Ｓｂに相対回転し、ベーン５が進角室３ａの１つにあるストッパ３ｃに当接すると、２用途ロック部材１０ｂと最遅角ロック溝７ａとが対向し、２用途ロック部材１０ｂが最遅角ロック溝７ａに向けて突出する。２用途ロック部材１０ｂが最遅角ロック溝７ａに突入すると、図３に示すように、最遅角ロック溝７ａの周方向の遅角側の壁面である側壁７ｂと２用途ロック部材１０ｂの進角側プレート面１０ｆとは反対側の遅角側プレート面１０ｇが当接してハウジング１に対して内部ロータ２が進角方向Ｓａに相対回転するのを規制する。このとき、同時に、ベーン５がストッパ３ｃに当接しており、内部ロータ２が遅角方向Ｓｂに相対回転するのを規制している。この結果、内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転が拘束され、相対回転位相が最遅角位相に拘束される。

相対回転位相を進角方向Ｓａの側へ変位させるようＯＣＶ１９を制御すると、最遅角ロック解除流路１３を通って最遅角ロック溝７ａに作動油が供給され、２用途ロック部材１０ｂが第２スプリング１０ｄの付勢力に抗して最遅角ロック溝７ａから引退する。これにより、相対回転位相の拘束は解除され、内部ロータ２を進角方向Ｓａへ変位させることが可能となる。以下、最遅角ロック機構７が相対回転位相を最遅角位相に拘束している状態を最遅角ロック状態と称し、最遅角ロック状態が解除された状態を最遅角ロック解除状態と称する。最遅角ロック状態は第２ロック状態の一例であり、最遅角ロック解除状態は第２ロック解除状態の一例である。

上述したように本実施形態における最遅角ロック状態においては、相対回転位相が最遅角位相に拘束されているが、現実には、ハウジング１に対して内部ロータ２は少しの角度だけ相対回転が可能である。具体的には、図５に示すように、最遅角ロック状態においてベーン５とストッパ３ｃとが当接しているとき、遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂとの間にはクリアランスがあり、このクリアランスの分だけ内部ロータ２は相対回転が可能である。ここで遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂの回転軸心Ｘに対する角度を第２クリアランス角度Ｃ２と称する。このようなクリアランスがあることにより、２用途ロック部材１０ｂは最遅角ロック溝７ａに対して滑らかに且つ迅速に出退することができる。このとき、２用途ロック部材１０ｂの進角側プレート面１０ｆと、最遅角ロック溝７ａの周方向の進角側の壁面である側壁７ｃとは当接していない。通常、第１クリアランス角度Ｃ１と第２クリアランス角度Ｃ２とは同じ角度になるように構成されるが、弁開閉時期制御装置Ａにおいては、第１クリアランス角度Ｃ１よりも第２クリアランス角度Ｃ２の方が大きくなるように構成されている。

相対回転位相が最遅角位相以外の位相であるときは、２用途ロック部材１０ｂは最遅角ロック溝７ａと対向しておらず、最遅角ロック解除流路１３と進角室３ａとは連通流路１４を介して常時連通している。

なお、上述したように、２用途ロック部材１０ｂの形状として、本実施形態に示されたプレート状の他にピン状等を適宜採用することができる。この場合も、最遅角ロック状態において２用途ロック部材１０ｂと最遅角ロック溝７ａとの間にクリアランスを設けることができる。また、連通流路１４は溝形状でなくとも良く、図示はしないが、内部ロータ２の外周角部を面取りした形状であっても良い。

〔作動油給排機構〕
次に、作動油給排機構について説明する。作動油給排機構は、図１に示すように、エンジンＢにより駆動されて作動油の供給を行う機械式のオイルポンプ１８と、進角流路６ａ及び遅角流路６ｂに対する作動油の供給・排出を制御するスプール式のＯＣＶ１９と、中間ロック解除流路１２への作動油の供給と排出を切り換える切換機構としてのスプール式のＯＳＶ２０とを備え、ＥＣＵ２１はオイルポンプ１８，ＯＣＶ１９，ＯＳＶ２０の作動を制御している。

ＥＣＵ２１は、ＯＣＶ１９に対する給電量を制御することによりスプール弁の位置を変化させて、進角室３ａへの作動油の供給及び遅角室３ｂからの作動油の排出を行う進角制御と、遅角室３ｂへの作動油の供給及び進角室３ａからの作動油の排出を行う遅角制御と、進角室３ａ及び遅角室３ｂへの作動油の供給及び排出を遮断する遮断制御とを実行する。

本実施形態においては、ＯＣＶ１９への給電量が最大のときに進角制御が可能な作動油経路が形成され、進角流路６ａから作動油が供給されることにより進角室３ａの容積が増大して、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。このときは、最遅角ロック解除流路１３にも作動油が供給されており、最遅角ロック機構７は最遅角ロック解除状態にある。ＯＣＶ１９への給電が遮断されたときに遅角制御が可能な作動油経路が形成され、遅角流路６ｂから作動油が供給されることにより遅角室３ｂの容積が増大して相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する。給電量のデューティー比が５０％のときには進角室３ａ，遅角室３ｂへの作動油の給排がいずれも遮断され、相対回転位相は任意の位相で保持される。

ＯＳＶ２０は、ＥＣＵ２１が給電量を制御することによりスプール弁の位置が変化して、第１中間ロック溝９ｃへの作動油の供給と、第１中間ロック溝９ｃからの作動油の排出とが切り換え可能である。本実施形態においては、給電量が最大のときにＯＳＶ２０は作動油の排出が可能な状態になり、給電が遮断されたときに作動油の供給が可能な状態になる。

〔その他の構成〕
図示はしていないが、エンジンＢのクランクシャフトＢ１の回転角を検出するクランク角センサと、カムシャフトＢ２の回転角を検出するカムシャフト角センサとが設けられている。ＥＣＵ２１は、これらのクランク角センサとカムシャフト角センサとの検出結果から相対回転位相を検出し、相対回転位相がいずれの位相にあるかを判定する。また、ＥＣＵ２１には、イグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ情報、作動油の油温を検出する油温センサからの情報等を取得する信号系が形成されている。また、ＥＣＵ２１のメモリ内には、エンジンＢの運転状態に応じた最適の相対回転位相の制御情報が記憶されている。ＥＣＵ２１は、運転状態（エンジン回転速度、冷却水温等）の情報と、上述した制御情報とから、相対回転位相を制御する。

〔弁開閉時期制御装置の動作〕
次に、弁開閉時期制御装置Ａの動作を説明する。エンジンＢの始動前は、中間ロック機構８によって中間ロック状態となっており、不図示のイグニッションキーがＯＮ操作されると、エンジンＢは、図２に示すように、相対回転位相が中間ロック位相に拘束された状態（中間ロック状態）で始動し、アイドリング運転（触媒暖機前）が開始される。イグニッションキーがＯＮ操作されると同時に、ＯＳＶ２０には給電がなされ、中間ロック状態は維持される。このとき、カムシャフトＢ２のトルク変動等により、ハウジング１と内部ロータ２のバタつき、すなわち、第１クリアランス角度Ｃ１の範囲内で内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転が進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂに交互に起こる（図４参照）。これにより、遅角側プレート面９ｆと側壁９ｅとの衝突と進角側プレート面１０ｆと側壁１０ｅの衝突とが交互に起こっている。

触媒暖機が終了すると、相対回転位相をアイドリング運転に適した最遅角位相に移行させるために、ＯＣＶ１９への給電を停止して遅角制御を行うと共に、ＯＳＶ２０への給電を停止して第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃに作動油を供給する。この作動油の油圧が中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂに作用する。第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃに作動油を供給する中間ロック解除流路１２は進角流路６ａ及び遅角流路６ｂとは独立して形成されているので、作動油は第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃにのみ供給され、油圧は短時間で上昇する。作動油の油圧が第１スプリング９ｄ及び第２スプリング１０ｄの付勢力を上回ると、中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂが引退を開始する。

引退途中においてもハウジング１と内部ロータ２とのバタつきが継続しているので、遅角側プレート面９ｆと側壁９ｅとの衝突及び進角側プレート面１０ｆと側壁１０ｅの衝突による摩擦力がそれぞれ発生し、中間ロック部材９ｂと２用途ロック部材１０ｂの引退を妨げる。これらの摩擦力は、内部ロータ２の一往復のバタつきにつき、遅角側プレート面９ｆと側壁９ｅとの衝突による発生が１回、進角側プレート面１０ｆと側壁１０ｅとの衝突による発生が１回である。そして、中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂに作用に作用する油圧が、第１スプリング９ｄ及び第２スプリング１０ｄの付勢力にそれぞれの摩擦力を加えた力を上回る油圧（以下、引退油圧と称する）に到達した時に、中間ロック部材９ｂ及び２用途ロック部材１０ｂは第１中間ロック溝９ｃ及び第２中間ロック溝１０ｃからそれぞれ引退し中間ロック解除状態となる。一方、遅角制御により最遅角ロック溝７ａの作動油は、進角室３ａ内の作動油と共に最遅角ロック解除流路１３を通って排出される。これにより相対回転位相は遅角方向Ｓｂに向かって変位する。

相対回転位相がアイドリング運転に適した最遅角位相に到達し、２用途ロック部材１０ｂが最遅角ロック溝７ａに対向すると、図３に示すように、２用途ロック部材１０ｂが最遅角ロック溝７ａに突入し、最遅角ロック状態となる。このときは、遅角室３ｂに供給された作動油の油圧により、ベーン５がストッパ３ｃに押し付けられた状態になる。そのため、カムシャフトＢ２のトルク変動によるハウジング１と内部ロータ２とのバタつきは抑制される。

アイドリング運転が終了すると、通常の定常運転に移行するために、最遅角ロック解除状態に移行させるために、ＯＣＶ１９に給電して進角制御を行う。このとき、進角室３ａへ作動油が供給されると共に、遅角室３ｂから作動油が排出される。遅角室３ｂからの作動油の排出に伴い、抑制されてきたハウジング１と内部ロータ２のバタつきが発生し始める。すなわち、第２クリアランス角度Ｃ２の範囲内で内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転が進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂに交互に起こるようになる（図５参照）。これにより、遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂとの衝突とベーン５とストッパ３ｃの衝突とが交互に起こっている。ベーン５とストッパ３ｃの衝突は、２用途ロック部材１０ｂの引退時間の短縮には無関係である。

進角室３ａに作動油が供給されるときには最遅角ロック溝７ａへも同時に作動油が供給される。この作動油の油圧が２用途ロック部材１０ｂに作用する。しかし、最遅角ロック状態を解除するための作動油を供給する最遅角ロック解除流路１３と進角室３ａへ作動油を供給する進角流路６ａの１つとは共用されているので、最遅角ロック溝７ａに作動油を供給する時には同時に進角室３ａにも作動油が供給される。従って、最遅角ロック溝７ａに供給される油量が少なく、油圧を上昇させる時間は、中間ロック状態を解除するときと比較すると長くなる。作動油の油圧が第２スプリング１０ｄの付勢力を上回ると、２用途ロック部材１０ｂが引退を開始する。

引退途中においてもハウジング１と内部ロータ２とのバタつきが継続しているので、遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂとの衝突による摩擦力が発生し、２用途ロック部材１０ｂの引退を妨げる。内部ロータ２の一往復のバタつきにつき、遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂとの衝突が１回発生する。しかし、本実施形態における弁開閉時期制御装置Ａにおいては、第１クリアランス角度Ｃ１よりも第２クリアランス角度Ｃ２の方が大きくなっている。そのため、第２クリアランス角度Ｃ２が第１クリアランス角度Ｃ１と同等の弁開閉時期制御装置Ａと比較して遅角側プレート面１０ｇと側壁７ｂとの衝突による摩擦力の発生間隔が長くなるので、２用途ロック部材１０ｂの引退時における摩擦力の影響度合いは低下する。その結果、２用途ロック部材１０ｂに作用する油圧は短時間で引退油圧に到達し、２用途ロック部材１０ｂは最遅角ロック溝７ａから引退し最遅角ロック解除状態となる。

このように第１クリアランス角度Ｃ１よりも第２クリアランス角度Ｃ２を大きくすることにより、最遅角ロック状態から最遅角ロック解除状態に至るまでの時間を短縮し、ロック解除性を向上させることができる。この結果、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転位相を変位可能にするまでの時間を短縮でき、アクセルレスポンスを向上させることができる。

その後、通常の走行運転状態では、エンジンＢの負荷や回転速度等に応じて、進角制御や遅角制御を行って相対回転位相を進角側や遅角側の位相に変位させたり、ＯＣＶ１９へデューティー比が５０％の給電を行って相対回転位相を任意の位相に保持したりすることができる。相対回転位相が最遅角位相となる度に最遅角ロック状態となるが、進角制御を行えばすぐさま最遅角ロック解除状態となるため、何の不都合も生じない。

本実施形態においては、最遅角位相においてロック状態になるように構成されていたが、これに限られるものではない。最進角位相においてロック状態になるように構成されていても良い。また、最遅角位相と最進角位相の両方でロック状態になるように構成されていても良い。

本実施形態においては、２用途ロック部材１０ｂが中間ロック機構８の一部を構成し、且つ最遅角ロック機構７の一部を構成していたが、この構成に限られるものではない。中間ロック機構８と最遅角ロック機構７とでそれぞれ独立した専用のロック部材を使用しても良い。

本実施形態においては、最遅角ロック解除流路１３と進角流路６ａの１つとを共用して連通流路１４を設けたが、これに限られるものではない。最遅角ロック解除流路１３と進角流路６ａとを独立して設けても良い。この場合には、連通流路１４が不要になる。ただし、この場合であっても、最遅角ロック解除流路１３はＯＣＶ１９に接続され、進角流路６ａへの作動油の給排と連動して作動油が給排されるため、２用途ロック部材１０ｂに作用する油圧を引退油圧に到達させるまでの時間を短縮することはできない。

本実施形態においては、ＯＣＶ１９に給電することで遅角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで進角制御が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＣＶ１９は、給電されることで進角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで遅角制御が可能な状態となるよう構成しても良い。

本実施形態においては、ＯＳＶ２０が、給電されることで第１中間ロック溝９ｃからの作動油排出が可能な状態となり、給電が停止されることで第１中間ロック溝９ｃへの作動油供給が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＳＶ２０は、給電されることで第１中間ロック溝９ｃへの作動油供給が可能な状態となり、給電が停止されることで第１中間ロック溝９ｃからの作動油排出が可能な状態となるよう構成しても良い。

本発明は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に利用することができる。

１ ハウジング（駆動側回転体）
２ 内部ロータ（従動側回転体）
３ 流体圧室
３ａ 進角室
３ｂ 遅角室
５ ベーン（仕切部）
７ 最遅角ロック機構（第２ロック機構）
７ａ 最遅角ロック溝（第２凹部）
８ 中間ロック機構（第１ロック機構）
９ｂ 中間ロック部材（第１ロック部材）
９ｃ 第１中間ロック溝（第１凹部）
１０ｂ ２用途ロック部材（第１ロック部材，第２ロック部材）
１０ｃ 第２中間ロック溝（第１凹部）
Ａ 弁開閉時期制御装置
Ｂ エンジン（内燃機関）
Ｂ１ クランクシャフト
Ｂ２ カムシャフト
Ｃ１ 第１クリアランス角度
Ｃ２ 第２クリアランス角度
Ｘ 回転軸心（軸心）

Claims (2)

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体と、
   前記駆動側回転体と同一の軸心になるように配置され、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体と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に形成される流体圧室と、
   前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部と、
   前記仕切部で前記流体圧室を仕切ることにより形成される進角室及び遅角室と、
   前記駆動側回転体又は前記従動側回転体のいずれか一方の回転体に収容され且つ前記駆動側回転体又は前記従動側回転体のいずれか他方の回転体に対して出退可能な少なくとも１つの第１ロック部材と、前記第１ロック部材が突出したときに嵌合可能となるように前記他方の回転体に形成された少なくとも１つの第１凹部とを有しており、前記第１ロック部材が突出して前記第１凹部に嵌入することにより前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相が最進角位相と最遅角位相の間の中間ロック位相に拘束される第１ロック状態と、前記第１ロック部材が前記第１凹部から引退することにより拘束が解除される第１ロック解除状態とに切換え可能な第１ロック機構と、
   前記一方の回転体に収容され且つ前記他方の回転体に対して出退可能な第２ロック部材と、前記第２ロック部材が突出したときに嵌合可能となるように前記他方の回転体に形成された第２凹部とを有しており、前記第２ロック部材が突出して前記第２凹部に嵌入することにより前記相対回転位相が最進角位相又は最遅角位相に拘束される第２ロック状態と、前記第２ロック部材が前記第２凹部から引退することにより拘束が解除される第２ロック解除状態とに切換え可能な第２ロック機構と、を備え、
   前記第１ロック状態を解除する第１ロック解除流路が、前記進角室に連通する進角流路と前記遅角室に連通する遅角流路とは異なる独立した流路として形成され、前記第２ロック状態を解除する第２ロック解除流路が、前記進角流路または前記遅角流路で共用される流路として構成され、
   前記第２ロック部材が前記第１ロック機構に共用され、且つ、前記第２凹部が前記進角室または前記遅角室のうち隣接するものに対し前記従動側回転体の外周に形成された溝状の連通流路により連通しており、
   前記第１ロック状態において前記駆動側回転体に対して前記従動側回転体が回転可能な角度である第１クリアランス角度よりも、前記第２ロック状態において前記駆動側回転体に対して前記従動側回転体が回転可能な角度である第２クリアランス角度の方が大きい弁開閉時期制御装置。
2. 前記第１ロック部材及び前記第２ロック部材はいずれも前記駆動側回転体に収容され、前記第１ロック部材及び前記第２ロック部材は前記軸心に対して径方向に出退する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。

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