JPWO2011055589A1 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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Abstract

駆動側回転体と、従動側回転体と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成され、駆動側回転体及び従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行う作動流体用ポンプから流体圧室への作動流体の供給及び流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能な第一ロック機構と、相対回転位相を第一の所定位相とは別の第二の所定位相に拘束可能な第二ロック機構と、を備えた。

Description

本発明は、自動車に用いられる内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉時期制御装置に関する。
従来、特許文献1に記載されているように、駆動側回転体(文献では「回転伝達部材」)と、従動側回転体(文献では「回転部材」)と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成され、従動側回転体に設けられた仕切部(文献では「ベーン」)によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行う作動流体用ポンプ(文献では「オイルポンプ」等)から流体圧室への作動流体の供給及び流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構(文献では「制御弁」)と、を備えた弁開閉時期制御装置があった。
特許文献1に記載の発明は、さらに、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相から最遅角位相と最進角位相との間の所定位相までの範囲に規制する第一相対回転規制手段と、相対回転位相を最進角位相から前記所定位相までの範囲に規制する第二相対回転規制手段と、を備えている。第一相対回転位相規制手段は、駆動側回転体の側に設けた第一ロックピンと、従動側回転体に形成され、相対回転方向に沿って所定の幅を有する第一規制溝を備えており、第一ロックピンが第一規制溝に突入することにより、相対回転位相を最遅角位相から所定位相までの範囲に規制可能な構成である。また、第二相対回転位相規制手段も同様に、第二ロックピンと第二規制溝とを備え、第二ロックピンが第二規制溝に突入することにより、相対回転位相を最進角位相から所定位相までの範囲に規制可能な構成である。
流体圧室への作動流体の供給に応じて第一規制溝・第二規制溝にも作動流体が供給され、第一ロックピン・第二ロックピンが夫々第一規制溝・第二規制溝から引退する。一方、エンジンが停止し、第一規制溝・第二規制溝から作動流体が排出されると、第一ロックピン・第二ロックピンは共に第一規制溝・第二規制溝に突入する。即ち、相対回転位相が所定位相に拘束される。
この構成であると、相対回転位相を確実に所定位相に拘束した状態でエンジンを再始動することができる。したがって、所定位相を所望の位相に設定すれば、吸気タイミングと点火タイミングとの関係を最適化し、エンジンの始動性を高めることができる。例えば、炭化水素(HC)等の有害な燃焼排気物の少ない低エミッションのエンジンを得ることも可能である。
なお、近年注目されているハイブリッド車においては、モーターによる走行運転から内燃機関による走行運転に切り替る際の衝撃(トランスファーショック)を低減するため、内燃機関停止時から始動時において、相対回転位相を、吸気弁を遅閉じ可能な位相(以下、「デコンプ位相」と称する)として燃焼室内を減圧(デコンプレンション)することがある。しかしながら、デコンプ位相で内燃機関を停止した場合であっても、内燃機関始動時にトルク変動により相対回転位相をデコンプ位相に保持することが困難な場合がある。よって、例えば、所定位相をデコンプ位相に設定すれば、相対回転位相をデコンプ位相に確実に保持して、トランスファーショックを低減させる確実性を向上させることが可能である。
ところで、通常、エンジン運転中は、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力が従動側回転体に作用する。この変位力は平均すると遅角方向に働き、従動側回転体は遅角方向に変位しようとする。以下、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力の平均した変位力を、「カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力」と称する。特許文献1に記載の弁開閉時期制御装置は、従動側回転体に対して進角方向にトルクを加えるトーションスプリングを備えることにより、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力に拘らず、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向へ変位させることを可能としている。
特開2001−241307号公報
近年、環境問題等に対応するべく内燃機関の燃費向上が要求されており、作動流体供給用のポンプの小型化・低容量化が図られ、流体圧室への作動流体の供給圧力が低くなっている。また、アイドリング運転時の内燃機関の低速回転化も進められている。これによって、特に、供給圧力が低いときにも適正な運転状態が得られる弁開閉時期制御装置の開発が課題となっている。
また、最遅角位相をアイドリング安定性に適したバルブタイミングに設定してある吸気側の弁開閉時期制御装置の場合、アイドリング運転時のような低速回転時は、相対回転位相を最遅角位相または最遅角位相近傍の位相とすることが多い。また、高油温低速回転時は、作動流体の供給圧力は相当低い。したがって、ポンプの小型化・低容量化を図ると、アイドリング運転時のような低速回転時において、作動流体の供給圧力がさらに低下してしまい、相対回転位相を所望の位相に保持することが困難となる。この結果、トルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力によって従動側回転体が遅角方向及び進角方向にバタつき、安定した運転状態を得ることができなくなる。
特許文献1に記載の弁開閉時期制御装置においてポンプを小型化・低容量化すると、アイドリング運転時における作動流体の供給圧力が低くなってしまうのに加えてさらに上述したトーションスプリングを備えているため、従動側回転体に作用する作動流体の供給圧力に基づく遅角側への変位力がトーションスプリングによる進角側への付勢力によって軽減される。この結果、ますます相対回転位相を最遅角位相近傍の位相に安定保持することが難しくなる。したがって、従動側回転体がバタついて、安定したアイドリング運転状態を得られなくなったり、仕切部のバタつきにより異音(打音)が生じたりする可能性がある。
このような問題を解決するためには、例えば、流体圧室及び仕切部を大きくすることや、流体圧室数を増やすことにより、流体圧力を受ける仕切部の受圧面積を全体として大きくすることが考えられる。しかし、これでは弁開閉時期制御装置が大型化し、上述の技術課題に相反することとなる。
本発明の目的は、相対回転位相を遅角室と進角室との間の所定位相に拘束可能であると共に、作動流体の供給圧力が低くとも、相対回転位相を所定位相とは別の位相に安定保持可能な弁開閉時期制御装置を提供することにある。また、ハイブリッド車においては、相対回転位相をデコンプ位相に拘束して、内燃機関のデコンプ位相での始動を確実に可能にし、かつ、内燃機関始動時の打音発生を防止できる弁開閉時期制御装置を提供することにある。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第一特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成され、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によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行う作動流体用ポンプから前記流体圧室への前記作動流体の供給及び前記流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能な第一ロック機構と、前記相対回転位相を前記第一の所定位相とは別の第二の所定位相に拘束可能な第二ロック機構と、を備えた点にある。
本構成によると、第一ロック機構と第二ロック機構とによって、第一の所定位相と第二の所定位相といった異なるバルブタイミングに設定された二つの位相に相対回転位相を拘束できる。よって、例えば、第一の所定位相で内燃機関を好適に始動し、その後のアイドリング運転時に第二の所定位相に拘束するといった制御が可能となる。即ち、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力が作用しても、作動流体の供給圧力の高低に拘らず、従動側回転体は駆動側回転体に対してバタつくことがない。このように、内燃機関の好適な始動状態を得ると共に、始動時とは別の任意の運転時において安定した運転状態を実現することができる。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第二特徴構成は、前記第一ロック機構による拘束時には、前記第二ロック機構は前記相対回転位相の拘束を解除している点にある。
本構成によると、第一ロック機構による拘束時に第二ロック機構による拘束は解除されており、一方のロック機構の状態が他方のロック機構の状態に影響を及ぼすことがなく、精度良く弁開閉時期の制御を行うことができる。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第三特徴構成は、前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構が、前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち何れか一方に形成されたロック溝と、前記ロック溝に対して出退可能なよう前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち前記ロック溝とは反対側の回転体に配設され、前記ロック溝に突出したとき、前記ロック溝に係止して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移動を拘束するロック部材と、を各別に備えた点にある。
本構成であると、第一ロック機構と第二ロック機構とが、ロック部材とロック溝といった簡易な構成を各別に備えているため、流路等が複雑とならず、一方のロック機構の動作が他方のロック機構の動作に影響を受けないよう構成しやすい。この結果、各ロック機構の個別制御がし易くなり、確実に相対回転位相を任意の二箇所の位相に拘束できる。また、従動側回転体の相対回転移動の拘束がロック部材とロック溝との物理的係止によるものであるため、拘束力が大きくその信頼性も高い。
ただし、ロック部材を駆動側回転体に備えると共にロック溝を従動側回転体に備えても、ロック部材を従動側回転体に備えると共にロック溝を駆動側回転体に備えても良い。また、第一ロック機構と第二ロック機構とは、夫々のロック部材またはロック溝が同じ側の回転体に備えられる必要はなく、ロック部材またはロック溝が備えられる回転体が逆であっても良い。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第四特徴構成は、前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構が、前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち何れか一方に形成されたロック溝を各別に備えると共に、夫々の前記ロック溝に対して出退可能なよう前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち前記ロック溝とは反対側の回転体に配設され、前記ロック溝に突出したとき、前記ロック溝に係止して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移動を、前記第一の所定位相または前記第二の所定位相に拘束する共通のロック部材を備えた点にある。
本構成であると、第一ロック機構と第二ロック機構とが、各別にロック溝を有しつつ、ロック部材を共用することができる。したがって、構成を簡易化することができると共に、部品点数を減らすことができ、製作コストの低減が可能となる。また、ロック部材を共用するため、駆動側回転体及び従動側回転体のうちロック部材を設ける側の回転体にスペースの余裕を持たせることができる。
例えば、ロック部材を駆動側回転体に備えると共にロック溝を従動側回転体に備え、両ロック機構を周方向に沿って配設した場合は、周方向にスペースの余裕ができるため、流体圧室の数を増やして、相対回転位相を変位させる力を大きくすることができる。また、流体圧室の周方向の幅を広くして、相対回転位相の変位可能範囲を広くすることも可能である。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第五特徴構成は、前記流体制御機構と前記進角室とを接続する進角通路を、前記第二ロック機構における前記ロック溝に接続した点にある。
本構成であると、作動流体を進角通路に供給すれば、第二ロック機構のロック溝にも作動流体が供給される。また、進角通路を介して作動流体を進角室から排出すれば、第二ロック機構のロック溝からも作動流体が排出される。即ち、相対回転位相を最遅角位相に変位させる制御を行うだけで、第二ロック機構においてロック溝にロック部材を突出させることができる。また、相対回転位相を最遅角位相から進角側に変位させる制御を行うだけで、第二ロック機構においてロック溝からロック部材を引退させることができる。このように、相対回転位相を変位させる制御と、その制御に必要な第二ロック機構による相対回転位相の拘束・拘束解除をリンクさせることができ、相対回転位相の制御状況に応じた第二ロック機構の動作を簡易に実現できる。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第六特徴構成は、前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構への前記作動流体の給排を切り換える一つの流体切換機構を備えた点にある。
本構成であると、第二ロック機構の制御を、相対回転位相を制御する流体制御機構に依らずに第二ロック機構を制御することができる。この結果、第二の所定位相を最遅角位相以外の位相に設定することが可能となる。また、第一ロック機構及び第二ロック機構の両方を一つの流体切換機構で制御するため、部品点数も増加しない。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第七特徴構成は、前記第二の所定位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側の位相に設定してある点にある。
本構成であれば、例えば、アイドリング運転時に適した相対回転位相を、内燃機関始動直後に適した相対回転位相よりも遅角側の位相に設定した場合などにおいて、好適な弁開閉タイミングを実現できる。
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第八特徴構成は、前記第二の所定位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側の位相であって、最遅角位相または最遅角位相近傍の位相に設定した点にある。
本構成であると、最遅角位相をアイドリング安定性に適したバルブタイミングに設定してある吸気側の弁開閉時期制御装置において、作動流体の供給圧力が低いアイドリング運転時であっても、相対回転位相を最遅角位相に拘束できる。よって、安定したアイドリング運転状態を実現できる。
は、本発明に係る弁開閉時期制御装置の全体構成を示す図である。 は、図1のII-II断面図であって、中間ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図である。 は、図2の中間ロック状態が解除されたときの弁開閉時期制御装置の断面図である。 は、相対回転位相が最遅角位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図である。 は、相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図である。 は、弁開閉時期制御装置の分解斜視図である。 は、弁開閉時期制御装置の動作を示すタイムチャートである。 は、第一の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置おいて、中間ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図である。 は、図8の中間ロック状態が解除されたときの弁開閉時期制御装置の断面図である。 は、第一の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置おいて、相対回転位相が最遅角位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図である。 は、第二の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の全体構成を示す図である。 は、図11のXII-XII断面図であって、中間ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図である。 は、第二の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の動作を示すタイムチャートである。
本発明を自動車用エンジンの吸気弁側の弁開閉時期制御装置として適応した実施形態について、図1乃至図7に基づいて説明する。即ち、自動車用エンジンが、本発明の「内燃機関」に相当する。
〔全体構成〕
この弁開閉時期制御装置は、図1に示すごとく、不図示のエンジンのクランクシャフトに対して同期回転する「駆動側回転体」としてのハウジング1と、ハウジング1に対して同軸上に配置され、カムシャフト101と同期回転する「従動側回転体」としての内部ロータ2とを備えている。カムシャフト101は、エンジン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101は、不図示のエンジンのシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。
さらに、弁開閉時期制御装置は、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転移動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の相対回転位相を、最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能な「第一ロック機構」としての中間ロック機構6を備えている。また、弁開閉時期制御装置は、相対回転位相を第一の所定位相とは別の第二の所定位相に拘束可能な「第二ロック機構」としての最遅角ロック機構7を備えている。
〔内部ロータ及びハウジング〕
内部ロータ2は、図1に示すごとく、カムシャフト101の先端部に一体的に組付けられている。内部ロータ2は、ボルトによってカムシャフト101の先端部に締め付け固定してある。
ハウジング1は、カムシャフト101が接続される側とは反対側のフロントプレート11と、タイミングスプロケット15を一体的に備えた外部ロータ12と、カムシャフト101が接続される側のリアプレート13と、を備えている。外部ロータ12を内部ロータ2に外装し、フロントプレート11とリアプレート13とで挟み込み、フロントプレート11と外部ロータ12とリアプレート13とをボルトによって締結してある。
クランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材102を介してタイミングスプロケット15にその回転駆動力が伝達され、ハウジング1が図2に示す回転方向Sに回転駆動する。ハウジング1の回転駆動に伴い、内部ロータ2が回転方向Sに回転駆動してカムシャフト101が回転し、カムシャフト101に設けられたカムがエンジンの吸気弁を押し下げて開弁させる。
図2に示すごとく、外部ロータ12に、径内方向に突出する複数個の突出部14を回転方向Sに沿って互いに離間させて形成し、外部ロータ12と内部ロータ2とによって流体圧室4を形成してある。突出部14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4が三箇所となるよう構成してあるが、これに限られるものではない。
外周面2aのうち流体圧室4に面する部分に、ベーン溝21を形成してある。ベーン溝21に、「仕切部」としてのベーン22を径方向外側に向けて配設してある。流体圧室4は、ベーン22によって、回転方向Sに沿って進角室41と遅角室42とに仕切られている。スプリング23をベーン溝21とベーン22と間に配設してベーン22を径外方向に付勢することにより、進角室41と遅角室42との間での作動流体の漏洩を防止している。
図1,図2に示すごとく、各進角室41に連通するよう、進角通路43を内部ロータ2及びカムシャフト101に形成してある。また、各遅角室42に連通するよう、遅角通路44を内部ロータ2及びカムシャフト101に形成してある。図1に示すごとく、進角通路43及び遅角通路44は、後述する流体制御機構としてのOCV9の不図示の所定のポートに接続されている。
OCV9を制御することによって、進角室41及び遅角室42に対して作動流体を供給、排出、または給排量保持し、ベーン22にその作動流体の流体圧力を作用させる。このようにして、相対回転位相を進角方向または遅角方向へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。なお、進角方向とは、ベーン22がハウジング1に対して相対回転移動し、進角室41の容積が大きくなる方向であり、図2に矢印S1で示してある。遅角方向とは、遅角室42の容積が大きくなる方向であり、図2に矢印S2で示してある。
このような構成により、内部ロータ2はハウジング1に対して回転軸芯Xの回りに一定の範囲内で円滑に相対回転移動可能である。ハウジング1と内部ロータ2とが相対回転移動可能な一定の範囲、即ち最進角位相と最遅角位相との位相差は、流体圧室4の内部でベーン22が変位可能な範囲に対応する。なお、遅角室42の容積が最大となるのが最遅角位相であり、進角室41の容積が最大となるのが最進角位相である。
〔中間ロック機構〕
中間ロック機構6は、エンジンの始動直後において作動流体の流体圧力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「第一の所定位相」としての中間ロック位相に拘束する。これによって、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト101の回転位相を適正に維持し、エンジンの安定的な回転を現出する。なお、本実施形態では、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とすることができる。
中間ロック機構6は、図1,図2に示すごとく、中間ロック通路61と、中間ロック溝62と、収容部63と、プレート状の中間ロック部材64と、スプリング65と、を備えている。
中間ロック通路61は、内部ロータ2とカムシャフト101とに形成され、中間ロック溝62と後述する「流体切換機構」としてのOSV10とを接続している。OSV10を制御することによって、中間ロック溝62への作動流体の給排を単独で切換えることができる。中間ロック溝62は、内部ロータ2の外周面2aに形成されており、相対回転方向に一定の幅を有している。収容部63は、外部ロータ12の二箇所に形成されている。二つの中間ロック部材64は各収容部63に夫々配設され、収容部63から径方向に出退可能である。スプリング65は収容部63に配設され、各中間ロック部材64を径方向内側、即ち、中間ロック溝62の側に付勢している。
中間ロック溝62から作動流体が排出されていると、各中間ロック部材64は中間ロック溝62に突出する。図2に示すごとく、両方の中間ロック部材64が中間ロック溝62に突入すると、中間ロック溝62の周方向の両端に各中間ロック部材64が夫々同時に係止することとなる。この結果、内部ロータ2のハウジング1に対する相対回転移動が拘束され、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。OSV10を制御して、中間ロック溝62に作動流体を供給すると、図3に示すごとく、両方の中間ロック部材64が中間ロック溝62から収容部63へ引退して相対回転位相の拘束が解除され、内部ロータ2は相対回転移動自在となる。以下、中間ロック機構6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」と称する。また、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。
なお、中間ロック部材64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。
〔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とを所定の相対位置に保持することで、相対回転位相を「第二の所定位相」としての最遅角位相に拘束する。即ち、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力に拘らず、内部ロータ2が相対回転移動しないため、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、エンジンは始動可能である。
最遅角ロック機構7は、図1,図2,図6に示すごとく、最遅角ロック通路71と、最遅角ロック溝72と、収容部73と、プレート状の最遅角ロック部材74と、スプリング75と、を備えている。
最遅角ロック通路71は、上述した進角通路43の一つを兼ねており、最遅角ロック溝72とOCV9とを接続している。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72とベーン溝21の一つとに亘る溝である進角室連通路76を形成してある。OSV10によって、進角室に対して作動流体の給排を行うと、最遅角ロック溝72に対しても作動流体が給排される。収容部73は、外部ロータ12に形成されている。最遅角ロック部材74は収容部73に配設され、収容部73から径方向に出退可能である。スプリング75は収容部73に配設され、最遅角ロック部材74を径方向内側、即ち、最遅角ロック溝72の側に付勢している。
最遅角ロック溝72から作動流体が排出されていると、最遅角ロック部材74は最遅角ロック溝72に突出する。図4に示すごとく、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に突入すると、最遅角ロック溝72に最遅角ロック部材74が係止し、内部ロータ2のハウジング1に対する相対回転移動が拘束され、相対回転位相が最遅角位相に拘束される。OCV9を制御して相対回転位相を進角側へ変位させようとすると、最遅角ロック溝72に作動流体が供給され、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72から収容部73へ引退する。即ち、相対回転位相の拘束は解除される。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」と称する。また、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。
相対回転位相が最遅角位相以外の位相であるときは、最遅角ロック部材74は最遅角ロック溝72と位置ずれしているため、内部ロータ2の外周面2aに摺接するだけである。これらの位相のとき、即ち、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72から引退しているときは、最遅角ロック通路71と進角室41とは進角室連通路76を介して常時連通する。
なお、最遅角ロック部材74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。また、進角室連通路76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。
〔オイルポンプ〕
「作動流体用ポンプ」としてのオイルポンプ5は、エンジンにより駆動されて「作動流体」の一例である作動油の供給を行う。オイルポンプ5は、クランクシャフトの回転駆動力が伝達されることにより駆動する機械式の油圧ポンプである。オイルポンプ5は、図1に示すごとく、オイルパン5aに貯留された作動油を吸入し、その作動油を下流側へ吐出する。吐出された作動油は、後述する流体制御機構及び流体切換機構を介して、流体圧室4に供給される。また、流体圧室4から排出された作動油は、流体制御機構及び流体切換機構を介して、オイルパン5aに戻される。なお。弁開閉時期制御装置から漏洩した作動油もオイルパン5aに回収されるよう構成してある。
〔OCV・OSV〕
図1,図2に示すごとく、弁開閉時期制御装置は、「流体制御機構」としての電磁制御型のOCV(オイルコントロールバルブ)9と、「流体切換機構」としての電磁制御型のOSV(オイルスイッチングバルブ)10とを備えている。OCV9及びOSV10は、オイルポンプ5に各別に接続されている。OCV9によって、進角通路43、最遅角ロック通路71、及び遅角通路44に対する作動油の供給、排出、及び供給量保持の制御が可能である。OSV10を制御することにより、中間ロック通路61へ作動油に対する作動油の供給及び排出の切換が可能である。
OCV9は、スプール式に構成され、ECU8(エンジンコントロールユニット)による給電量の制御に基づいて動作する。OCV9によって、進角室41への作動油供給・遅角室42からの作動油排出、進角室41からの作動油排出・遅角室42への作動油供給、進角室41及び遅角室42への作動油給排遮断、といった制御が可能である。進角室41への作動油供給・遅角室42からの作動油排出を行う制御が「進角制御」である。進角制御を行うと、ベーン22は外部ロータ12に対して進角方向S1に相対回転移動し、相対回転位相は進角側へ変位する。進角室41からの作動油排出・遅角室42への作動油供給を行う制御が「遅角制御」である。遅角制御を行うと、ベーン22は外部ロータ12に対して遅角方向S2に相対回転移動し、相対回転位相は遅角側へ変位する。進角室41及び遅角室42への作動油の給排を遮断する制御を行うと、ベーン22は相対回転移動せず、相対回転位相を任意の位相に保持できる。
進角制御が行われると、進角通路43と最遅角ロック通路71とに作動油が供給される。最遅角ロック状態のときは、図4に示すごとく、最遅角ロック通路71はロック部材74によって閉塞されている。進角制御によってロック部材74が最遅角ロック溝72から引退して最遅角ロック解除状態となると、最遅角ロック通路71が開放される。これにより、進角室連通路76を介して、最遅角ロック機構7が隣接された進角室41にも作動油が供給され、内部ロータ2は進角側へ相対回転移動する。
なお、本実施形態においては、OCV9に給電(ON)すると遅角制御が可能な状態となり、OCV9への給電を停止(OFF)すると進角制御が可能な状態となるよう設定してある。また、OCV9は、電磁ソレノイドに供給する電力のデューティ比の調節により開度を設定するものである。これにより、作動油の給排量の微調節が可能である。
OSV10は、スプール式に構成され、ECU8による給電・給電停止の切換えに基づいて動作する。OSV10によって、中間ロック溝62への作動油の供給と、中間ロック溝62からの作動油の排出とが切換え可能である。なお、本実施形態においては、OSV10は、給電(ON)されると中間ロック溝62からの作動油排出が可能な状態となり、給電が停止(OFF)されると中間ロック溝62への作動油供給が可能な状態となるよう構成してある。
〔その他の構成〕
図示はしていないが、エンジンのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、カムシャフト101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。ECU8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、ECU8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、ECU8のメモリ内には、エンジン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。ECU8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。
図1に示すごとく、内部ロータ2とフロントプレート11とに亘ってトーションスプリング3を設けてある。トーションスプリング3は、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力に抗するよう、内部ロータ2を進角側に付勢している。これにより、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向へ変位させることが可能である。
〔弁開閉時期制御装置の動作〕
弁開閉時期制御装置の動作を図2乃至図5に基づいて説明する。なお、エンジン始動からエンジン停止までにおける相対回転位相の変位、中間ロック機構6の状態、最遅角ロック機構7の状態、OCV9の制御、及びOSV10の制御のタイムチャートを図7に示す。
エンジン始動前は、中間ロック機構6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、エンジンは、図2に示すごとく、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。なお、イグニッションキーがON操作されると同時に、OSV10に給電がなされ、中間ロック状態は維持される。
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、OCV9に給電して遅角制御を行うと共に、OSV10の給電を停止して中間ロック溝62に作動油を供給する。これにより、図3に示すごとく、中間ロック部材64が中間ロック溝62から引退し、中間ロック解除状態となる。この遅角制御により最遅角ロック溝72の作動油は排出される。なお、この後は、図7に示すごとく、OSV10への給電は停止し続けられ、中間ロック解除状態が維持される。
相対回転位相が、図4に示すごとく、アイドリング運転に適した最遅角位相に変位し、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に対向すると、図4に示すごとく、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に突入し、最遅角ロック状態となる。この結果、内部ロータ2がバタつかず、安定したアイドリング運転状態が得られる。
その後、通常の走行運転状態となると、エンジンの負荷や回転速度等に応じて、遅角制御を行って相対回転位相をロック位相よりも遅角側の位相に変位させたり、図5に示すごとく、進角制御を行って相対回転位相をロック位相よりも進角側の位相に変位させたり、デューティ比を調節した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。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。
通常、エンジン停止前には停車操作がなされ、アイドリング運転となる。相対回転位相は最遅角位相となり、最遅角ロック状態となる。本実施形態においては、イグニッションキーがOFF操作されると、ECU8はエンジンを停止モードとする。即ち、ECU8は、いわゆるディレイ制御を行う。詳しくは、ECU8はすぐにはオイルポンプ5(エンジン)に対して停止指令を出さず、図7に示すごとく、OCV9への給電を停止して進角制御を行う。これにより、最遅角ロック解除状態となり、相対回転位相は進角側に変位する。また、ECU8は、OSV10への給電を開始し、中間ロック溝62の作動油を排出する。これにより、相対回転位相が中間ロック位相となると、中間ロック部材64の二つともが中間ロック溝62に突入して中間ロック状態となる。イグニッションキーのOFF操作から一定時間が経過すると、オイルポンプ5(エンジン)が停止される。
ところで、エンスト等すると、中間ロック解除状態でエンジンが停止する場合がある。しかし、エンジンが再始動されて、相対回転位相が中間ロック状態でないと判断すると、ECU8は、相対回転位相が中間ロック位相となるよう進角制御または遅角制御して、確実に中間ロック状態を現出する。このように、常に相対回転位相を中間ロック位相に拘束した状態でエンジンを始動できるため、低エミッションであるエンジンとすることができる。ただし、上述したように、本実施形態に係るエンジンは相対回転位相が最遅角位相であっても始動可能であるため、このような異常停止時の制御をしない構成であったとしても大きな問題はない。
本実施形態においては、OCV9が、給電され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。OCV9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。
同様に、本実施形態においては、OSV10が、給電されることで中間ロック溝62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中間ロック溝62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。OSV10は、給電されることで中間ロック溝62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中間ロック溝62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。
〔第一の別実施形態〕
上述の実施形態では、中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7が各別に、ロック溝62及びロック部材64、または、ロック溝72及びロック部材74を備えた例を示したが、ロック部材を中間ロック機構6と最遅角ロック機構とで共有してあっても良い。即ち、中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7が、内部ロータ2に形成されたロック溝を各別に備えると共に、夫々のロック溝に対して出退可能なよう外部ロータ12に配設され、ロック溝に突出したとき、ロック溝に係止してハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転移動を、中間ロック位相または最遅角位相に拘束する共通のロック部材を備えてあっても良い。この別実施形態を図8乃至図10に基づいて説明する。上述の実施形態と同様の構成に関する説明は省略する。また、同じ構成の箇所には同じ符号を付すこととする。
中間ロック機構6は、図8に示すごとく、中間ロック通路61と、二つの中間ロック溝62と、収容部63と、プレート状の中間ロック部材64と、スプリング65と、を備えている。二つの中間ロック溝62のうち遅角方向S2の側の中間ロック溝62(相対回転位相の進角方向S1への変位を規制する溝)は、遅角方向S2に沿って段階的に径方向に深さを深くしたラチェット構造としてある。これにより、ロック部材64が段階的に規制され、中間ロック部材64が中間ロック溝62に突入しやすい。なお、中間ロック通路61を内部ロータ2の途中で二手に分岐し、各中間ロック溝62に接続してある。
最遅角ロック機構7は、図8に示すごとく、最遅角ロック通路71と、最遅角ロック溝72と、収容部73と、プレート状の最遅角ロック部材74と、スプリング75と、を備えている。最遅角ロック通路71は、上述の実施形態とは異なり、進角通路43から分岐して構成してある。最遅角ロック部材74は、二つの中間ロック部材64のうち進角方向S1の側の中間ロック部材64(相対回転位相の遅角方向S2への変位を規制する部材)と同一の部材である。同様に、収容部73は、二つの収容部63のうち進角方向S1の側の収容部63と同一であり、スプリング75は、その収容部63に配設されるスプリング65と同一である。
これらの構成において、上述の実施形態と同じく、図7に示すごとき制御を行う。図8に示す中間ロック状態において、OSV10への給電を停止すれば、図9に示すごとく、中間ロック解除状態となる。その後、OSV10への給電が停止され続ける限りは、中間ロック溝62に作動油が供給され続けるため、中間ロック部材64が中間ロック溝62に突入することはない。
図10に示すごとく、相対回転位相が最遅角位相に変位し、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に対向すると、最遅角ロック部材74(64)が最遅角ロック溝72(62)に突入し、最遅角ロック状態となる。
本実施形態の構成であると、構成を簡易化することができると共に、部品点数を減らすことができ、製作コストの低減が可能となる。また、中間ロック部材64と最遅角ロック部材74とを共用するため、周方向において外部ロータ12にスペースの余裕ができ、図8に示すごとく、流体圧室4を四箇所備えることができている。この結果、相対回転位相を変位させる力が大きくなり、迅速な位相変位が実現できる。また、流体圧室4の周方向の幅を広くして、相対回転位相の変位可能範囲を広くすることも可能である。
〔第二の別実施形態〕
上述の実施形態では、中間ロック機構6はOSV10で制御し、最遅角ロック機構7はOCV9で制御したが、これに限られるものではない。中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7の両方をOSV10一つで制御しても良い。この別実施形態を図11乃至図13に基づいて説明する。上述の実施形態と同様の構成に関する説明は省略する。また、同じ構成の箇所には同じ符号を付すこととする。図11に示すごとく、ハウジング1、内部ロータ2、オイルポンプ5、OCV9、OSV10等の配置構成は上述の実施形態と同じである。
図12に示すごとく、中間ロック通路61を内部ロータ2の側で分岐し、一方を中間ロック溝62に接続し、他方を最遅角ロック溝72に接続してある。即ち、中間ロック通路61は最遅角ロック通路71を兼ねている。よって、OSV10を制御して中間ロック通路61に作動油を供給すると、中間ロック溝62と最遅角ロック溝72との両方に作動油が供給される。また、中間ロック溝62から作動油を排出するようOSV10を制御すると、最遅角ロック溝72からも作動油が排出される。
弁開閉時期制御装置の動作を説明する。なお、エンジン始動からエンジン停止までにおける相対回転位相の変位、中間ロック機構6の状態、最遅角ロック機構7の状態、OCV9の制御、及びOSV10の制御のタイムチャートを図13に示す。図13のタイムチャートに基づいて説明する。各位相における中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7の状態は、上述の実施形態における中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7の状態と同じであるため、図2乃至図5のごとき断面図は特に示さない。
エンジン始動前は、中間ロック機構6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、エンジンは、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(暖機前)が開始される。なお、イグニッションキーがON操作されると同時に、OSV10には給電がなされ、中間ロック状態は維持される。
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、OCV9に給電して遅角制御を行うと共に、OSV10への給電を停止して中間ロック溝62及び最遅角ロック溝72に作動油を供給する。これにより、両中間ロック部材64が中間ロック溝62から引退し、中間ロック解除状態となる。相対回転位相が遅角側へ変位し始めるとOSV10への給電を開始する。これにより、中間ロック溝62及び最遅角ロック溝72から作動油が排出される。このとき、中間ロック部材64のうち一方が再び中間ロック溝62に突入する可能性があるが、中間ロック部材の二つともが中間ロック溝62に突入することはないので、中間ロック解除状態であることに変わりはない。しかも、進角制御がなされればOSV10への給電が停止されるよう設定しておけば、中間ロック溝62に突入した一方の中間ロック部材64は中間ロック溝62からすぐさま引退する。
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変位し、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に対向すると、図12に示すごとく、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に突入し、最遅角ロック状態となる。この結果、内部ロータ2がバタつかず、安定したアイドリング運転状態が得られる。
その後、通常の走行運転に移行するよう進角制御が行われると、OSV10への給電が停止され、最遅角ロック状態は解除される。その後、通常の走行運転が続く限り、OSV10への給電が停止され続け、中間ロック解除状態と最遅角ロック解除状態とが維持される。
エンジン停止前の停車操作がなされると、相対回転位相は最遅角位相となり、OSV10への給電が開始され、最遅角ロック状態となる。イグニッションキーがOFF操作されると、ECU8はエンジンを停止モードとする。即ち、ECU8は、いわゆるディレイ制御を行う。詳しくは、ECU8はすぐにはオイルポンプ5(エンジン)に対して停止指令を出さず、図13に示すごとく、OCV9への給電を停止して進角制御を行うと共にOSV10への給電を停止するよう指令を出す。これにより、最遅角ロック解除状態となり、相対回転位相は進角側に変位する。ECU8は、相対回転位相が進角側へ変位し始めると、OSV10への給電を開始し、中間ロック溝62の作動油を排出する。これにより、相対回転位相が中間ロック位相となると、中間ロック部材64の二つともが中間ロック溝62に突入して中間ロック状態となる。イグニッションキーのOFF操作から一定時間が経過すると、オイルポンプ5(エンジン)が停止される。
本実施形態であると、第二の所定位相が最遅角位相でない場合にも、相対回転位相を中間ロック位相とは別の位相に拘束できる。したがって、求める効果に応じて第二の所定位相を多岐に亘って設定できる。
本実施形態においては、OCV9が、給電され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。OCV9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。
同様に、本実施形態においては、OSV10が、給電されることで中間ロック溝62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中間ロック溝62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。OSV10は、給電されることでと中間ロック溝62への作動油供給が可能な状態なり、給電が停止されることで中間ロック溝62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。
〔その他の別実施形態〕
(1)上述の実施形態では、内部ロータ2を進角側に付勢するトーションスプリング3を備えたが、これに限られるものではない。例えば、内部ロータ2を遅角側に付勢するトーションスプリングを備えても良い。これにより、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に対向する時間が長くなったり、対向するタイミングが多くなったりして、最遅角ロック部材74が最遅角ロック溝72に突入し易くなる。また、図示はしないが、トーションスプリング自体を備えていなくても良い。
(2)上述の実施形態では、中間ロック機構6及び最遅角ロック機構7は両者共に、ロック部材を径方向に出退するよう外部ロータ1に備えると共に、ロック溝を内部ロータ2に備えたが、これに限られるものではない。例えば、図示はしないが、ロック部材をフロントプレート11やリアプレート13に備え、回転軸芯Xの方向に出退するよう構成してあっても良い。また、一方のロック機構において、または、両方のロック機構において、ロック部材を内部ロータ2に備えると共に、ロック溝をハウジング1の側の部材に備えてあって良い。ただし、これらの場合は、ロック通路をハウジング1の側に形成したり、OSV10の他に別のOSVを備えたりする必要がある。
(3)上述の実施形態においては、中間ロック位相が、吸気弁と排気弁との開弁時期が一部重複する位相であって、エンジン始動時のHC低減が可能な位相であり、最遅角位相が、吸気弁と排気弁との開弁時期がほとんど重複しない位相近傍の位相であって、アイドリング運転状態が安定する位相であるとしたが、これに限られるものではない。例えば、最遅角位相が、吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも遅くなる位相、いわゆる「アトキンソン領域」の位相となるよう構成してあっても良い。また、中間ロック位相をアイドリング運転状態が安定する位相とし、最遅角位相を吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも遅くなる位相としても良い。
また、ハイブリッド車においては、吸気弁を遅閉じ可能なデコンプ位相に中間ロック位相を設定すれば、内燃機関始動時に中間ロック機構6によって相対回転位相をデコンプ位相に拘束することができる。この結果、モーターによる走行運転から内燃機関による走行運転に切り替る際の衝撃(トランスファーショック)を確実に低減することができ、かつ、内燃機関始動時の打音発生も防止できる
本発明は、吸気側の弁開閉時期制御装置だけでなく、排気側の弁開閉時期制御装置にも適用可能である。さらには、自動車その他の内燃機関の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(駆動側回転部材)
2 内部ロータ(従動側回転部材)
4 流体圧室
5 オイルポンプ(作動流体用ポンプ)
6 ロック機構(第一ロック機構)
7 最遅角ロック機構(第二ロック機構)
9 OCV(流体制御機構)
10 OSV(流体切換機構)
22 ベーン(仕切部)
41 進角室
42 遅角室
43 進角通路
62 中間ロック溝(ロック溝)
64 中間ロック部材(ロック部材)
72 最遅角ロック溝(ロック溝)
74 最遅角ロック部材74(ロック部材)
101 カムシャフト

Claims (8)

  1. 内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、
    前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成され、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によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、
    作動流体の供給を行う作動流体用ポンプから前記流体圧室への前記作動流体の供給及び前記流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、
    前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能な第一ロック機構と、
    前記相対回転位相を前記第一の所定位相とは別の第二の所定位相に拘束可能な第二ロック機構と、を備えた弁開閉時期制御装置。
  2. 前記第一ロック機構による拘束時には、前記第二ロック機構は前記相対回転位相の拘束を解除している請求項1に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構が、
    前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち何れか一方に形成されたロック溝と、
    前記ロック溝に対して出退可能なよう前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち前記ロック溝とは反対側の回転体に配設され、前記ロック溝に突出したとき、前記ロック溝に係止して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移動を拘束するロック部材と、を各別に備えた請求項1または2に記載の弁開閉時期制御装置。
  4. 前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構が、
    前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち何れか一方に形成されたロック溝を各別に備えると共に、夫々の前記ロック溝に対して出退可能なよう前記駆動側回転体および前記従動側回転体のうち前記ロック溝とは反対側の回転体に配設され、前記ロック溝に突出したとき、前記ロック溝に係止して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移動を、前記第一の所定位相または前記第二の所定位相に拘束する共通のロック部材を備えた請求項1または2に記載の弁開閉時期制御装置。
  5. 前記流体制御機構と前記進角室とを接続する進角通路を、前記第二ロック機構における前記ロック溝に接続してある請求項3または4に記載の弁開閉時期制御装置。
  6. 前記第一ロック機構及び前記第二ロック機構への前記作動流体の給排を切り換える一つの流体切換機構を備えた請求項1から4の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
  7. 前記第二の所定位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側の位相に設定してある請求項1から6の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
  8. 前記第二の所定位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側の位相であって、最遅角位相または最遅角位相近傍の位相に設定してある請求項1から6の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
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