WO2011036903A1 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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WO2011036903A1
WO2011036903A1 PCT/JP2010/052274 JP2010052274W WO2011036903A1 WO 2011036903 A1 WO2011036903 A1 WO 2011036903A1 JP 2010052274 W JP2010052274 W JP 2010052274W WO 2011036903 A1 WO2011036903 A1 WO 2011036903A1
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lock
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side rotating
driven
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PCT/JP2010/052274
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French (fr)
Inventor
小林昌樹
宇於崎充
Original Assignee
アイシン精機株式会社
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34483—Phaser return springs

Definitions

  • the present invention relates to a valve timing control device that adjusts the opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine used in a motor vehicle, and more specifically, a drive side rotating body that rotates synchronously with a crankshaft, and a drive A driven-side rotating body coaxially arranged with respect to the side-rotating body and synchronously rotating with a camshaft for opening and closing a valve of the internal combustion engine; a fluid pressure chamber formed by the driving-side rotating body and the driven-side rotating body; A partition portion provided on at least one of the drive-side rotating body and the driven-side rotating body so as to divide the fluid pressure chamber into the retarding chamber and the advancing chamber, and a fluid capable of controlling supply and discharge of the working fluid to the fluid pressure chamber.
  • a valve timing control device comprising: a control mechanism; and a lock mechanism capable of restraining the relative rotational phase of the driven side rotational body with respect to the drive side rotational body to a predetermined phase between the most retarded phase and the most advanced phase.
  • Patent Document 1 a driving side rotating body ("Shoe housing” in the literature), a driven side rotating body (“Vane rotor” in the literature), a driving side rotating body and a driven side rotating body
  • a fluid pressure chamber (“a storage chamber” in the literature) formed in the first embodiment, and a partition portion (“a vane” in the literature) provided on the driven-side rotating body to divide the fluid pressure chamber into a retardation chamber and an advancing chamber.
  • a fluid control mechanism in the literature, "oil pump”, “switching valve”, “drain” capable of controlling supply and discharge of working fluid to and from the fluid pressure chamber, and relative rotational phase of the driven side rotating body with respect to the driving side rotating body
  • a valve timing control device provided with a lock mechanism (in the literature, “restraint means") capable of restraining the phase difference to a predetermined phase between the most retarded phase and the most advanced phase.
  • the relative rotational phase can be reliably set to the optimum initial phase when the engine is started based on the operation of the lock mechanism.
  • the engine intake timing and the ignition timing can be optimized to obtain a low emission engine with less harmful combustion exhausts such as hydrocarbons (HC).
  • the valve opening / closing timing control device described in Patent Document 1 includes an advance angle means for applying a torque in the advance direction to the driven side rotating body, so that the average displacement force in the retard direction based on the torque fluctuation of the camshaft. Regardless, it is possible to displace the relative rotational phase smoothly and quickly in the advancing direction.
  • the relative rotational phase is often set to a phase near the most retarded phase at the time of low speed rotation such as during idling operation. Therefore, when the pump is downsized and reduced in the valve timing control device described in Patent Document 1, the supply pressure of the working fluid is considerably low during idling operation, and in the retardation direction based on the torque fluctuation of the camshaft. Since the advance angle means is provided so as to offset the average displacement force, it is difficult to stably hold the driven side rotating body in the phase near the most retarded phase. Therefore, the driven side rotating body may flutter, and a stable idling operation may not be obtained. In addition, noise may be generated due to the fluttering of the partition.
  • An object of the present invention is to provide a valve timing control device which enables low emission at the start of an internal combustion engine and stable Aidrin operation even when the supply pressure of the working fluid is low. .
  • a drive side rotating body that rotates in synchronization with a crankshaft of an internal combustion engine and a drive side rotating body are coaxially arranged with respect to the drive side rotating body.
  • a fluid pressure chamber formed by the drive side rotor and the driven side rotor, a fluid pressure chamber, a retarding chamber, and an advancing chamber
  • a partition portion provided on at least one of the drive-side rotating body and the driven-side rotating body so as to divide the fluid into and out;
  • a fluid supply / discharge mechanism capable of controlling supply / discharge of working fluid to the fluid pressure chamber;
  • a lock mechanism capable of restraining the relative rotational phase of the driven side rotational body with respect to the body to a predetermined phase between the most retarded phase and the most advanced phase, and displacing the relative rotational phase toward the most retarded phase
  • To the drive side rotating body and the driven side rotating body Lies in having a biasing mechanism for exerting constantly biasing force, the and.
  • a second characterizing feature of the valve opening / closing timing control device is that the strength of the biasing force is exerted on the partition portion from the side of the retardation chamber when the rotational speed of the internal combustion engine is a predetermined rotational speed.
  • the sum of the displacement force consisting of the fluid pressure of the working fluid and the biasing force acts on the driven rotor based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotational speed of the internal combustion engine is the predetermined rotational speed
  • the biasing force is greater than the displacement force in the advance direction among the displacement forces, and the urging force is determined based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotation speed of the internal combustion engine is the predetermined rotation speed.
  • the displacement force in the advance direction is set to be equal to or less than the displacement force in the advance direction.
  • the rotation speed of the internal combustion engine is a predetermined rotation speed, for example, at low speed rotation such as during idling, the working fluid for holding the relative rotation phase at a phase near the most retarded phase.
  • the biasing force in the retarding direction of the biasing mechanism cancels out the displacing force in the advancing direction among the displacing forces based on the torque fluctuation of the camshaft. Therefore, the driven side rotating body does not flutter, and the idling operation is stabilized.
  • the rotational speed of the internal combustion engine is smaller than a predetermined rotational speed, for example, when the internal combustion engine is stopped, the pump is stopped and the fluid pressure is lost. It becomes larger than the biasing force in the retard direction of the biasing mechanism. As a result, the driven side rotating body flutters in the retarding direction and the advancing direction until the cam shaft completely stops.
  • the relative rotational phase can be displaced to a predetermined phase by utilizing the fluttering of the driven side rotating body.
  • the relative rotational phase can be constrained to a predetermined phase by the lock mechanism.
  • the relative rotational phase can be restrained to a predetermined phase based on the normal operation of the valve timing control device by merely setting the strength of the biasing force without performing special control, and the internal combustion engine can be restarted. It is possible to prepare for
  • displacement force consisting of fluid pressure of working fluid acting on the partition part from the side of the retardation chamber means “fluid pressure of working fluid acting on each partition part from the side of the retardation chamber” as “partition part” It means a displacement force of a size obtained by multiplying the distance between the action center point of the fluid pressure and the rotation axis in “a” and the “number of parts of the dividing portion”.
  • a third characterizing feature of the valve timing control device is that the strength of the biasing force is determined based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotational speed of the internal combustion engine is a predetermined rotational speed.
  • the displacement force acting on the body is set to be equal to or greater than the displacement force in the advance direction.
  • the relative rotational phase is displaced to a predetermined phase without stopping the internal combustion engine immediately, and after the restraint by the lock mechanism is confirmed, the internal combustion engine is stopped. May do.
  • a fourth characterizing feature of the valve timing control device according to the present invention is that the internal combustion engine can be started when the relative rotational phase is the maximum retardation phase.
  • the relative rotational phase is a predetermined phase between the most retarded phase and the most advanced phase as a phase capable of reducing hydrocarbons at the start of the internal combustion engine, etc.
  • the restriction by the lock phase may fail.
  • the relative rotational phase is often the lock phase at internal combustion engine start-up etc., even if the relative rotational phase is the most retarded phase in this configuration, the operation itself can be started without any hindrance.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and is a cross-sectional view of the valve timing control device in the locked state.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and is a cross-sectional view of the valve timing control device in the locked state.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and is a cross-sectional view of the valve timing control device in the locked state.
  • FIGS. 1 to 5 An embodiment in which the present invention is applied to a valve timing control device on an intake valve side of an automobile engine will be described based on FIGS. 1 to 5. That is, the automobile engine corresponds to the "internal combustion engine" of the present invention.
  • the valve opening / closing timing control device is coaxially disposed with respect to the housing 1 as the “drive side rotating body” that rotates in synchronization with the crankshaft of the engine (not shown). It has an internal rotor 2 as a "following side rotating body” that rotates in synchronization with the camshaft 101.
  • the camshaft 101 is a rotary shaft of a cam (not shown) that controls the opening and closing of the intake valve of the engine.
  • the camshaft 101 is rotatably assembled to a cylinder head of an engine (not shown).
  • valve timing control device restrains the relative rotational movement of the inner rotor 2 with respect to the housing 1 so that the relative rotational phase of the inner rotor 2 with respect to the housing 1 is determined between the most retarded phase and the most advanced phase. It has a lock mechanism 6 which can be restrained in phase.
  • the inner rotor 2 is integrally assembled to the tip of the camshaft 101.
  • a bottomed cylindrical recess opened toward the camshaft 101 is formed along the direction of the rotational axis X of the camshaft 101.
  • the bottom surface of the recess is placed on the tip of the camshaft 101, and the inner rotor 2 is fastened and fixed to the camshaft 101 with a bolt.
  • the housing 1 has a front plate 11 opposite to the side to which the camshaft 101 is connected, an external rotor 12 integrally provided with a timing sprocket 15, and a rear plate 13 to which the camshaft 101 is connected. Is equipped.
  • the outer rotor 12 is externally attached to the inner rotor 2 and sandwiched between the front plate 11 and the rear plate 13. Then, the front plate 11, the outer rotor 12, and the rear plate 13 are fastened by bolts.
  • the crankshaft When the crankshaft is rotationally driven, the rotational driving force is transmitted to the timing sprocket 15 via the power transmission member 102, and the housing 1 is rotationally driven in the rotational direction S shown in FIG.
  • the housing 1 As the housing 1 is driven to rotate, the internal rotor 2 is driven to rotate in the rotational direction S and the camshaft 101 rotates, and a cam provided on the camshaft 101 pushes down the intake valve of the engine to open it.
  • a fluid pressure chamber 4 is formed by the outer rotor 12 and the inner rotor 2.
  • the outer rotor 12 is formed with a plurality of projecting portions 14 projecting inward in the radial direction so as to be separated from each other along the rotational direction S.
  • the protrusion 14 functions as a shoe for the outer peripheral surface 2 a of the inner rotor 2.
  • the fluid pressure chambers 4 are configured to be at four places, the present invention is not limited to this.
  • the vane groove 21 is formed in the part which faces the fluid pressure chamber 4 among the outer peripheral surfaces 2a.
  • vanes 22 as “partitioning portions” are disposed radially outward.
  • the fluid pressure chamber 4 is divided by the vane 22 into an advancing chamber 41 and a retarding chamber 42 along the rotational direction S.
  • the advance passage 43 is formed in the inner rotor 2 and the camshaft 101.
  • the advance passage 43 communicates with each advance chamber 41.
  • the retarding passage 44 is formed in the inner rotor 2 and the camshaft 101.
  • the retardation passage 44 is in communication with each retardation chamber 42.
  • the advance passage 43 and the retard passage 44 are connected to a fluid supply / discharge mechanism 5 described later.
  • the fluid supply / discharge mechanism 5 supplies, discharges, or discharges a working fluid to the advancing chamber 41 and the retarding chamber 42 to apply the fluid pressure of the working fluid to the vanes 22.
  • the relative rotational phase is displaced in the advance direction or the retard direction, or held at an arbitrary phase. That is, a displacement force of “fluid pressure ⁇ pressure receiving area of vane 22 ⁇ distance between center of pressure receiving surface of vane 22 and rotational axis X ⁇ number of points of vane 22” is applied to the internal rotor 2.
  • This displacement force corresponds to the “displacement force consisting of the fluid pressure of the working fluid acting on the partition portion from the side of the retardation chamber” in the present invention.
  • the advancing direction is a direction in which the vane 22 rotates relative to the housing 1 and the volume of the advancing chamber 41 increases, and is indicated by an arrow S1 in FIG.
  • the retardation direction S2 is a direction in which the volume of the retardation chamber 42 is increased, and is indicated by an arrow S2 in FIG.
  • the internal rotor 2 can be smoothly rotated relative to the housing 1 within a predetermined range around the rotation axis X.
  • a certain range in which the housing 1 and the inner rotor 2 can relatively rotate and move, ie, the phase difference between the most advanced phase and the most retarded phase corresponds to the range in which the vanes 22 can be displaced inside the fluid pressure chamber 4 . It is the most retarded phase that the volume of the retarding chamber 42 is the largest, and the most advanced phase that the volume of the advancing chamber 41 is the largest.
  • the most retarded phase is a phase at which the valve closing timing of the exhaust valve and the valve opening timing of the intake valve are substantially the same, and the engine is operated even if the relative rotational phase is the most retarded phase. Is startable.
  • the lock mechanism 6 holds the housing 1 and the inner rotor 2 at a predetermined relative position in a situation where the fluid pressure of the working fluid is not stabilized immediately after the start of the engine, whereby the relative rotational phase is the most retarded phase and the most advanced phase. It is constrained to a predetermined phase between the angular phase (hereinafter referred to as "lock phase"). As a result, the rotational phase of the camshaft 101 with respect to the rotational phase of the crankshaft is properly maintained, and stable rotation of the engine appears.
  • the lock phase is a phase where the opening timings of the intake valve and the exhaust valve (not shown) partially overlap. As a result, the amount of hydrocarbons (HC) at the time of engine start can be reduced, and a low emission engine can be achieved.
  • the lock mechanism 6 includes a first lock portion 6A and a second lock portion 6B as shown in FIGS.
  • the first lock portion 6A includes a lock passage 61, a lock groove 62, an accommodating portion 63, a plate-like lock member 64, a spring 65, and a ratchet portion 67.
  • the lock passage 61 is formed in the internal rotor 2 and the camshaft 101, and connects the lock groove 62 and a predetermined port of the fluid switching valve 54 described later. By controlling the fluid switching valve 54, it is possible to supply and discharge the working fluid to the lock groove 62 via the lock passage 61.
  • the lock groove 62 is formed on the outer peripheral surface 2 a of the inner rotor 2.
  • a ratchet portion 67 which is shallower than the lock groove 62 in the radial direction is formed adjacent to the advancing side of the lock groove 62.
  • the housing portion 63 is formed in the outer rotor 12.
  • the lock member 64 is disposed in the housing portion 63, and can be retracted in the radial direction along the shape of the housing portion 63.
  • the spring 65 is disposed in the housing portion 63 and biases the lock member 64 radially inward, that is, toward the lock groove 62.
  • the lock member 64 When the relative rotation phase is displaced from the phase on the advance side of the lock phase to the lock phase, the lock member 64 directly engages with the lock groove 62 when the working fluid is discharged from the lock groove.
  • the lock member 64 engages with the lock groove 62 the relative rotational phase is restricted within a predetermined range from the lock phase to the phase on the advance side of the lock phase. This range can be adjusted by the circumferential groove width of the lock groove 62.
  • the fluid switching valve 54 is controlled to supply the working fluid to the lock groove 62, the lock member 64 retracts from the lock groove 62 to the side of the housing portion 63, and the restriction of the relative rotational phase is released.
  • the lock member 64 When the working fluid is discharged from the lock groove when the relative rotational phase is shifted from the phase on the retardation side of the lock phase to the lock phase, the lock member 64 is first engaged with the ratchet portion 67 and then the lock groove Get in at 62. As long as the internal rotor 2 performs relative rotation, the time for which the lock member 64 faces the lock groove 62 is short, and the lock member 64 can not always be engaged with the lock groove 62 reliably. As described above, when the ratchet portion 67 is provided, the relative rotational phase can be converged in a predetermined phase while being regulated stepwise in a predetermined range. For this reason, the certainty that the lock member 64 engages with the lock groove 62 is improved.
  • the engine performs idling operation immediately before the engine stop operation is performed, and in many cases, the relative rotational phase during idling operation is a phase near the most retarded phase. That is, immediately before the lock mechanism 6 needs to operate so as to constrain the relative rotational phase to the lock phase, the relative rotational phase is often in a phase that is more retarded than the lock phase. Therefore, the ratchet portion 67 is formed on the advancing side with respect to the lock groove 62.
  • the second lock portion 6B includes a lock passage 61, a lock groove 62, an accommodation portion 63, a lock member 64, a spring 65, and a ratchet portion 67. Since the second lock portion 6B has substantially the same configuration as the first lock portion 6A, the description of the same configuration will be omitted.
  • the lock member 64 is engaged with the lock groove 62, the relative rotational phase is restricted within a predetermined range from the lock phase to the phase on the retardation side of the lock phase.
  • the lock groove 62 of the first lock portion 6A and the lock groove 62 of the second lock portion 6B are in communication via the communication groove 66 and the ratchet portion 67 of the second lock portion 6B.
  • the fluid switching valve 54 When the fluid switching valve 54 is controlled to supply the working fluid to the lock groove 62 of the first lock portion 6A, the working fluid is also supplied to the lock groove 62 of the second lock portion 6B, and the lock member 64 is Retraction to the side of the housing portion 63 is performed, and the regulation of the relative rotational phase is released.
  • both the lock member 64 of the first lock portion 6A and the lock member 64 of the second lock portion 6B are at the same time, when the lock groove 62 of the first lock portion 6A and the lock groove 62 of the second lock portion 6B are engaged, the relative rotational movement of both the rotors 1 and 2 is restrained, and the relative rotational phase is restrained to the lock phase. Can.
  • the timing at which the lock member 64 engages with the ratchet portion 67 is different from the timing at which the lock member 64 engages with the ratchet portion 67 in the second lock portion 6B.
  • a pin shape or the like can be appropriately adopted as the shape of the lock member 64.
  • the fluid supply / discharge mechanism 5 includes an oil pan 51 for storing engine oil which is an example of “working fluid”, an oil pump 52 driven by the engine to supply engine oil, and an advance passage.
  • An electromagnetic control type fluid control valve (OCV) 53 which controls supply, discharge, and retention of engine oil to and 43 and the retard angle passage 44, and an electromagnetic control type fluid which controls supply and discharge of engine oil to the lock passage 61.
  • a switching valve (OSV) 54 The fluid control valve 53 and the fluid switching valve 54 are controlled by the ECU 7.
  • the oil pump 52 is a mechanical hydraulic pump that is driven by transmitting the rotational driving force of the crankshaft.
  • the oil pump 52 sucks in the engine oil stored in the oil pan 51 and discharges the engine oil to the downstream side.
  • the fluid control valve 53 is configured in a spool type and operates based on the control of the amount of power supplied by the ECU 7 (engine control unit). By switching the fluid control valve 53, the hydraulic oil supply to the advance chamber 41, the hydraulic oil discharge from the retard chamber 42, the hydraulic oil discharge from the advance chamber 41, the hydraulic oil supply to the retard chamber 42, the advance angle Control such as hydraulic oil supply and discharge to the chamber 41 and the retardation chamber 42 is possible.
  • the control for performing the hydraulic oil supply to the advance angle chamber 41 and the hydraulic oil discharge from the delay angle chamber 42 is “advance angle control”. When advancing angle control is performed, the vanes 22 rotate relative to the outer rotor 12 in the advancing direction S1 and the relative rotational phase is displaced to the advancing side.
  • the control for performing the operation oil supply from the advance chamber 41 to the hydraulic oil discharge / retard chamber 42 is the “retard control”.
  • the retardation control When the retardation control is performed, the vanes 22 rotate relative to the outer rotor 12 in the retardation direction S2, and the relative rotational phase is displaced to the retardation side.
  • control is performed to shut off supply and discharge of hydraulic oil to the advance chambers 41 and the retard chambers 42, the vanes 22 do not rotate relative to each other, and the relative rotational phase can be maintained at an arbitrary phase.
  • the fluid control valve 53 sets the opening degree by adjusting the duty ratio of the power supplied to the electromagnetic solenoid. Thereby, fine adjustment of the amount of supply and discharge of engine oil is possible.
  • the fluid switching valve 54 is configured in a spool type, and operates based on the control of the amount of power supplied by the ECU 7 (engine control unit). By switching the fluid control valve 53, control such as supply of engine oil to the lock groove 62 and discharge of engine oil from the lock groove 62 is possible.
  • a torsion spring 3 is provided across the inner rotor 2 and the front plate 11.
  • the torsion spring 3 acts on the housing 1 and the inner rotor 2 so that the relative rotational phase is the most retarded phase.
  • the torsion spring 3 corresponds to the "biasing mechanism" in the present invention.
  • the strength of the biasing force of the torsion spring 3 is determined by the sum of the displacement force and the biasing force, which is the engine oil pressure acting on the vane 22 from the side of the retardation chamber 42 when the engine is performing idling operation.
  • the displacement force in the advance direction is set to be larger.
  • the strength of the biasing force of the torsion spring 3 is equal to or less than the displacement force in the advancing direction of the displacement force acting on the internal rotor 2 based on the torque fluctuation of the camshaft 101 when the engine is performing idling operation. It is set to be
  • the strength of the biasing force is finely adjusted by changing the effective diameter, the number of turns, etc. of the torsion spring 3.
  • the biasing force by the biasing mechanism and the average displacement force in the retard direction based on the torque fluctuation of the camshaft 101 It always works. Therefore, after the internal combustion engine is properly started with the relative rotation phase restrained to the predetermined phase by the lock mechanism 6, the idling operation is performed, and even if the engine oil pressure received by the vane 22 decreases, the biasing force of the torsion spring 3 The relative rotational phase can be stabilized to the phase near the maximum retardation phase or the maximum retardation phase by the average displacement force in the retardation direction based on the torque fluctuation of the camshaft 101. As a result, even if the capacity of the oil pump 52 is reduced, the idling operation can be stabilized.
  • the displacement force in the advancing direction among the displacement force based on the torque fluctuation of the camshaft 101 is canceled by the biasing force of the torsion spring 3. Therefore, the internal rotor 2 does not flutter, and idling operation becomes more stable.
  • crank angle sensor for detecting a rotation angle of a crankshaft of the engine and a camshaft angle sensor for detecting a rotation angle of the camshaft 101 are provided.
  • the ECU 7 detects the relative rotational phase from the detection results of the crank angle sensor and the camshaft angle sensor, and determines whether the relative rotational phase is on the advance side or the retard side with respect to the lock phase. judge.
  • the ECU 7 is provided with a signal system that acquires information such as ON / OFF information of an ignition key, information from an oil temperature sensor that detects an oil temperature of engine oil, and the like. Further, in the memory of the ECU 7, control information of an optimal relative rotational phase according to the operating state of the engine is stored. The ECU 7 controls the relative rotational phase from the information of the operating state (engine rotation speed, cooling water temperature, etc.) and the control information described above.
  • valve timing control device starts the engine in a state where the relative rotational phase is restricted to the lock phase by the lock mechanism 6 as shown in FIG.
  • the fluid control valve 53 is controlled to supply engine oil to the lock groove 62, thereby retracting the lock member 64 from the lock groove 62, as shown in FIG. Release the phase constraint.
  • the relative rotational phase is displaced to a phase near the most retarded phase suitable for idling operation.
  • the inner rotor 2 is urged in the slowest direction by the urging force of the torsion spring 3, the internal rotor 2 does not flutter, the relative rotational phase is stabilized, and the stable idling operation is performed. Ru.
  • the relative rotational phase is displaced to the phase on the retardation side of the lock phase as shown in FIG. 4 according to the load and rotational speed of the engine, etc.
  • the rotational phase is displaced to a phase on the advance side of the lock phase.
  • the engine operating state may stall at the low speed rotation side where the operation is unstable.
  • the relative rotational phase is often in the vicinity of the most retarded phase.
  • the camshaft 101 is rotated by cranking, and a displacement force based on the torque fluctuation of the camshaft 101 at that time acts on the inner rotor 2. Therefore, the internal rotor 2 will be fluttered.
  • the lock member 64 engages with the ratchet portion 67 and further engages with the lock groove 62.
  • the engine according to this embodiment has the relative rotational phase at the most retarded phase. There is no big problem because it can be started even if it exists.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 according to the above-described embodiment, and is a cross-sectional view of the valve timing control device in the locked state.
  • 7 to 9 are cross-sectional views of the valve timing control device during idling and normal operation.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view when the lock by the lock mechanism 6 is released.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view when the relative rotational phase is a phase near the most retarded phase.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view when the relative rotational phase is a phase on the advanced side relative to the lock phase.
  • the lock mechanism 6 includes a first lock portion 6A and a second lock portion 6B as shown in FIGS.
  • the first lock portion 6A and the second lock portion 6B include a lock passage 61, a lock groove 62, an accommodation portion 63, a plate-like lock member 64, and a spring 65.
  • the lock groove 62 is a groove common to the first lock portion 6A and the second lock portion 6B.
  • the lock passage 61 connects the lock groove 62 and a predetermined port of the fluid switching valve 54. By controlling the fluid switching valve 54, it is possible to supply and discharge the working fluid to the lock groove 62 via the lock passage 61.
  • both lock members 64 of the first lock portion 6A and the second lock portion 6B The lock groove 62 is engaged.
  • both lock members 64 engage with the lock groove 62 the relative rotational movement of the inner rotor 2 is stopped, and the relative rotational phase is restrained to the lock phase.
  • both lock members 64 retract from the lock groove 62 to the side of the housing portion 63, and the relative rotational phase is released.
  • the strength of the biasing force of the torsion spring 3 is equal to or greater than the displacement force in the advancing direction of the displacement force acting on the internal rotor 2 based on the torque fluctuation of the camshaft 101 when the engine is performing idling operation It is set.
  • delay control is performed when the engine is stopped. Specifically, when the ignition key is turned off, the ECU 7 instructs the advance angle chamber 41 to supply the engine oil. When the ECU 7 determines that the relative rotational phase is constrained to the lock phase as shown in FIG. 6, it instructs the engine to stop. In addition, at the time of restart after an engine abnormal stop such as an engine stall, the ECU 7 controls the relative rotational phase to be the lock phase if it is determined that the relative rotational phase is not constrained to the lock phase. As described above, since the relative rotational phase is reliably restrained by the lock mechanism 6 to the lock phase, the engine start is performed at a suitable phase, resulting in low emission.
  • the present invention can be used for a valve timing control device of an automobile or other internal combustion engine.

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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た流体圧室と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう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と、流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構と、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と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構と、相対回転位相を最遅角位相の側に変位させるよう、駆動側回転体及び従動側回転体に対して付勢力を常時作用させる付勢機構と、を備えた。

Description

弁開閉時期制御装置
　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調節する弁開閉時期制御装置に関するものであり、詳しくは、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、駆動側回転体に対して同軸上に配置され、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、駆動側回転体と従動側回転体とで形成された流体圧室と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう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、流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体制御機構と、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所定位相に拘束可能なロック機構と、を備えた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「シューハウジング」）と、従動側回転体（文献では「ベーンロータ」）と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成された流体圧室（文献では「収容室」）と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう従動側回転体に設けられた仕切部（文献では「ベーン」）と、流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体制御機構（文献では「油ポンプ」，「切換弁」，「ドレイン」）と、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所定位相に拘束可能なロック機構（文献では「拘束手段」）と、を備えた弁開閉時期制御装置があった。
　特許文献１に記載の発明であると、ロック機構の作動に基づいて、エンジン始動時に相対回転位相を最適な初期位相に確実に設定可能である。よって、エンジンの吸気タイミングと点火タイミングとを最適化して、有害な燃焼排気物、例えば、炭化水素（ＨＣ）の少ない低エミッションのエンジンを得ることができる。
　また、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進角手段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２０００－３４５８１６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。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。特に、アイドリング運転時は、内燃機関の回転速度が低く、作動流体の供給圧力は相当低い状態となっている。さらに、このときは作動流体の流体温度が高って、粘度が低くなっており、流体圧力が伝わりにくい状態となっている。このため、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、従動側回転体は遅角方向及び進角方向にバタつきやすい。
　吸気側の弁開閉時期制御装置では、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近傍の位相に設定することが多い。したがって、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は作動流体の供給圧力が相当低い上、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を相殺するように進角手段を備えているため、従動側回転体を最遅角位相近傍の位相に安定保持することが難しい。よって、従動側回転体がバタついて、安定したアイドリング運転を得られない場合がある。また、仕切部のバタつきにより異音が生じる虞もある。
　この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したり、流体圧室数を増やしたりして、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てしまい、上述の技術課題に相反することとなる。
　本発明の目的は、内燃機関の始動時の低エミッション化を可能とすると共に、作動流体の供給圧力が低い場合にも安定したアイドリン運転を可能とす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た流体圧室と、前記流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう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、前記流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構と、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所定位相に拘束可能なロック機構と、前記相対回転位相を最遅角位相の側に変位させるよう、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体に対して付勢力を常時作用させる付勢機構と、を備えた点にある。
　本構成であると、従動側回転体には、従動側回転体を遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力と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が常時作用する。よって、ロック機構によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリング運転となり、仕切部が受圧する流体圧力が低下しても、上述の付勢力と上述の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により、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、流体給排機構のうち、例えばポンプを低容量化したとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。
　本発明に係る弁開閉時期制御装置の第二特徴構成は、前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記遅角室の側から前記仕切部に作用する前記作動流体の流体圧力からなる変位力と前記付勢力との和が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう、かつ、前記付勢力が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう、設定した点にある。
　本構成であると、内燃機関の回転速度が所定の回転速度のとき、例えば、アイドリング運転時のごとき低速回転時は、相対回転位相を最遅角位相近傍の位相に保持させるための作動流体の供給圧力が低くても、付勢機構の遅角方向への付勢力によって、カムシャフトのトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は打ち消される。よって、従動側回転体がバタつかず、アイドリング運転が安定する。
　一方、内燃機関の回転速度が所定の回転速度よりも小さいとき、例えば、内燃機関が停止したときは、ポンプが停止して流体圧力が無くなるため、上述の進角方向への変位力の方が付勢機構の遅角方向への付勢力よりも大きくなる。この結果、従動側回転体は、カムシャフトが完全に停止するまでの間は遅角方向及び進角方向にバタつく。本構成であると、エンジン停止時に、従動側回転体のバタつきを利用して、相対回転位相を所定位相に変位させることができる。よって、ロック機構によって相対回転位相を所定位相に拘束できる。また、内燃機関が異常停止したときも、内燃機関再始動時のクランキングによって従動側回転体がバタつくので、ロック機構による相対回転位相の所定位相への拘束が可能となる。このように、特別な制御を行うことなく、付勢力の強さを上手く設定するだけで、弁開閉時期制御装置の通常動作に基づいて相対回転位相を所定位相に拘束でき、内燃機関の再始動に備えることが可能である。
　なお、「遅角室の側から仕切部に作用する作動流体の流体圧力からなる変位力」とは、「遅角室の側から各仕切部に作用する作動流体の流体圧力」に「仕切部における流体圧力の作用中心点と回転軸芯との距離」と「仕切部の箇所数」とを乗じた大きさの変位力を意味する。
　本発明に係る弁開閉時期制御装置の第三特徴構成は、前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以上となるよう設定した点にある。
　例えば、内燃機関の停止操作がなされたときに、直ぐに内燃機関を停止させずに、相対回転位相を所定位相に変位させて、ロック機構による拘束を確認してから、内燃機関を停止させる制御を行う場合がある。しかし、本構成の装置では、このような場合に、上述のように従動側回転体のバタつきを利用して相対回転位相を所定位相に変位させる必要がない。本構成であると、内燃機関の回転速度が所定の回転速度以下のとき、例えば、アイドリング運転時の回転速度以下のときは、カムシャフトのトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、常に、付勢機構の付勢力によって打ち消される。よって、従動側回転体がバタつかず、アイドリング運転が確実に安定する。また、本構成であると、付勢機構の付勢力の強さの設定が容易である。
　本発明に係る弁開閉時期制御装置の第四特徴構成は、前記相対回転位相が前記最遅角位相のときに、前記内燃機関が始動可能である点にある。
　相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相を、内燃機関始動時の炭化水素の低減が可能な位相とする等して、内燃機関の停止操作後や再始動操作後にロック機構によって相対回転位相を所定位相に拘束するような構成とした場合において、ロック位相による拘束が失敗することも考えられる。内燃機関始動時等は相対回転位相がロック位相であることが多いが、本構成であると、相対回転位相が最遅角位相であっても始動可能であるので運転自体に支障はない。
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、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近傍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、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、別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の断面図であって、ロック状態のときの断面図である。 は、別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の断面図であって、図６のロック状態が解除されたときの断面図である。 は、別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の断面図であって、相対回転位相が最遅角位相近傍の位相のときの断面図である。 は、別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の断面図であって、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断面図である。
　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５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所定位相に拘束可能なロック機構６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の内径側には、カムシャフト１０１の側に開放された有底円筒形状の凹部がカムシャフト１０１の回転軸芯Ｘの方向に沿って形成してある。凹部の底面をカムシャフト１０１の先端部に当て込み、ボルトによって内部ロータ２をカムシャフト１０１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とで挟み込んでいる。そして、ボルトによってフロントプレート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と内部ロータ２とによって流体圧室４が形成されている。外部ロータ１２には、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が四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。
　図１，図２に示すごとく、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。進角通路４３は各進角室４１に連通している。また、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。遅角通路４４は各遅角室４２に連通している。図１に示すごとく、進角通路４３及び遅角通路４４は、後述する流体給排機構５に接続されている。
　進角室４１及び遅角室４２に対して、流体給排機構５によって作動流体を供給、排出、または給排量保持して、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。即ち、内部ロータ２には、「流体圧力×ベーン２２の受圧面積×ベーン２２の受圧面中央と回転軸芯Ｘとの距離×ベーン２２の箇所数」の変位力が作用する。この変位力が、本発明における「遅角室の側から仕切部に作用する作動流体の流体圧力からなる変位力」に相当する。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Ｓ２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。
　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、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。
〔ロック機構〕
　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所定位相（以下、「ロック位相」と称する）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。本実施形態では、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。
　ロック機構６は、図１，図２に示すごとく、第一ロック部６Ａ及び第二ロック部６Ｂからなる。第一ロック部６Ａは、ロック通路６１と、ロック溝６２と、収容部６３と、プレート状のロック部材６４と、スプリング６５と、ラチェット部６７と、を備えている。
　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、ロック溝６２と後述する流体切換弁５４の所定のポートとを接続している。流体切換弁５４を制御することにより、ロック通路６１を介したロック溝６２への作動流体の給排が可能である。ロック溝６２は内部ロータ２の外周面２ａに形成されている。ロック溝６２よりも径方向の深さが浅いラチェット部６７がロック溝６２の進角側に隣接して形成されている。収容部６３は、外部ロータ１２に形成されている。ロック部材６４は収容部６３に配設され、収容部６３の形状に沿って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、ロック部材６４を径方向内側、即ち、ロック溝６２の側に付勢している。
　相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、ロック部材６４は直接ロック溝６２に係入する。ロック部材６４がロック溝６２に係入すると、相対回転位相は、ロック位相からロック位相よりも進角側の位相までの所定の範囲に規制される。この範囲は、ロック溝６２の周方向の溝幅によって調整可能である。流体切換弁５４を制御して、ロック溝６２に作動流体を供給すると、ロック部材６４はロック溝６２から収容部６３の側へ引退し、相対回転位相の規制は解除される。
　相対回転位相がロック位相よりも遅角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、ロック部材６４は先ずラチェット部６７に係入し、続いてロック溝６２に係入する。内部ロータ２が相対回転を行っている以上、ロック部材６４がロック溝６２に対向する時間が短く、ロック部材６４がロック溝６２に確実に係入できるとは限らない。このように、ラチェット部６７を備えると、相対回転位相を段階的に所定の範囲に規制しつつ所定位相に収束させることができる。このため、ロック部材６４がロック溝６２に係入する確実性が向上する。
　通常、エンジン停止操作がなされる直前には、エンジンはアイドリング運転を行っており、アイドリング運転のときの相対回転位相は最遅角位相近傍の位相であることが多い。即ち、ロック機構６が相対回転位相をロック位相に拘束するよう動作する必要性がある直前時には、相対回転位相はロック位相よりも遅角側の位相にある場合が多い。よって、ラチェット部６７はロック溝６２に対して進角側に形成してある。
　第二ロック部６Ｂは、ロック通路６１と、ロック溝６２と、収容部６３と、ロック部材６４と、スプリング６５と、ラチェット部６７と、を備えている。第二ロック部６Ｂは、第一ロック部６Ａとほぼ同じ構成であるので、同じ構成については説明を省略することとする。ロック部材６４がロック溝６２に係入すると、相対回転位相は、ロック位相からロック位相よりも遅角側の位相までの所定の範囲に規制される。第一ロック部６Ａのロック溝６２と第二ロック部６Ｂのロック溝６２とは、連通溝６６及び第二ロック部６Ｂのラチェット部６７を介して連通している。流体切換弁５４を制御して、第一ロック部６Ａのロック溝６２に作動流体を供給すると、第二ロック部６Ｂのロック溝６２にも作動流体が供給され、ロック部材６４はロック溝６２から収容部６３の側へ引退し、相対回転位相の規制は解除される。
　このように第一ロック部６Ａ及び第二ロック部６Ｂを構成してあるため、図２に示すごとく、第一ロック部６Ａのロック部材６４、第二ロック部６Ｂのロック部材６４の双方を、同時にそれぞれ第一ロック部６Ａのロック溝６２、第二ロック部６Ｂのロック溝６２に係入させると、両ロータ１、２の相対回転移動を拘束し、相対回転位相をロック位相に拘束することができる。
　また、例えば、第一ロック部６Ａにおいて、ロック部材６４がラチェット部６７に係入するタイミングと、第二ロック部６Ｂにおいて、ロック部材６４がラチェット部６７に係入するタイミングと、を異ならせるよう両ロック溝６２を形成することで、相対回転位相の段階的規制の段階数が多くなり、ロック機構６の動作確実性を向上させることができる。
　なお、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。
〔流体給排機構〕
　流体給排機構５の構成について簡単に説明する。流体給排機構５は、図１に示すごとく、「作動流体」の一例であるエンジンオイルを貯留するオイルパン５１と、エンジンにより駆動されてエンジンオイルの供給を行うオイルポンプ５２と、進角通路４３及び遅角通路４４に対するエンジンオイルの供給、排出、及び保持を制御する電磁制御型の流体制御弁（ＯＣＶ）５３と、ロック通路６１に対するエンジンオイルの供給及び排出を制御する電磁制御型の流体切換弁（ＯＳＶ）５４と、を備えている。流体制御弁５３と流体切換弁５４とはＥＣＵ７で制御される。
　オイルポンプ５２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５２は、オイルパン５１に貯留されたエンジンオイルを吸入し、そのエンジンオイルを下流側へ吐出する。
　流体制御弁５３は、スプール式に構成され、ＥＣＵ７（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。流体制御弁５３の切換えによって、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。
　なお、流体制御弁５３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、エンジンオイルの給排量の微調節が可能である。
　流体切換弁５４は、スプール式に構成され、ＥＣＵ７（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。流体制御弁５３の切換えによって、ロック溝６２へのエンジンオイルの供給、ロック溝６２からのエンジンオイルの排出、といった制御が可能である。
〔トーションスプリング〕
　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、相対回転位相が最遅角位相となるよう、ハウジング１及び内部ロータ２に作用する。トーションスプリング３が、本発明における「付勢機構」に相当する。
　トーションスプリング３の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときに遅角室４２の側からベーン２２に作用するエンジンオイル圧力からなる変位力と付勢力との和が、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト１０１のトルク変動に基づき内部ロータ２に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう設定してある。かつ、トーションスプリング３の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト１０１のトルク変動に基づき内部ロータ２に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう設定してある。付勢力の強さは、トーションスプリング３の有効径や巻き数等を変更することによって微調整する。
　本構成であると、内部ロータ２には、遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力と、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力と、が常時作用する。よって、ロック機構６によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリング運転となり、ベーン２２が受圧するエンジンオイル圧力が低下しても、トーションスプリング３の付勢力とカムシャフト１０１のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とにより、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、オイルポンプ５２を低容量化させたとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。
　さらに、本構成であると、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、トーションスプリング３の付勢力によって打ち消される。よって、内部ロータ２がバタつかず、アイドリング運転がより安定する。
〔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。ＥＣＵ７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、相対回転位相がロック位相に対して進角側と遅角側とのいずれの位相にあるかを判定する。
　図示はしていないが、ＥＣＵ７には、イグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ情報、エンジンオイル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、ＥＣＵ７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。ＥＣＵ７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〕
　本弁開閉時期制御装置は、上述したように、図２に示すごとく、ロック機構６によって相対回転位相をロック位相に拘束した状態でエンジンを始動させるものである。エンジンが適切に始動すると、流体制御弁５３を制御し、ロック溝６２にエンジンオイルを供給することでロック部材６４をロック溝６２から引退させて、図３に示すごとく、ロック機構６による相対回転位相の拘束を解除する。
　その後、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近傍の位相に相対回転位相を変位させる。この際、トーションスプリング３の付勢力により、内部ロータ２が最遅方向に付勢されているため、内部ロータ２がバタつくことはなく、相対回転位相が安定し、安定したアイドリング運転が実行される。
　その後、通常運転状態となると、エンジンの負荷や回転速度等に応じて、図４に示すごとく、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、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する。
　イグニッションキーをＯＦＦして、エンジンを停止させると、オイルポンプ５２も停止し、遅角室４２及び進角室４１へのエンジンオイルの給排も停止する。この結果、ベーン２２に作用するエンジンオイル圧力も低下する。一方、エンジンが停止しても、カムシャフト１０１が完全に停止するまでには時間が掛かる。よって、内部ロータ２には、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく変位力が作用する。このとき、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力の方がローションスプリング３の遅角方向への付勢力よりも大きいため、内部ロータ２はハウジング１に対してバタつく。このバタつきにより、相対回転位相がロック位相付近に変位する。この結果、ロック機構６によって相対回転位相はロック位相に拘束される。このように、弁開閉時期制御装置の通常動作に基づいて相対回転位相をロック位相に拘束できる。
　また、例えば、外気温が低温であるときは、エンジンの運転状態が不安定な低速回転側でエンストすることがある。この場合、エンジンの再始動のために、相対回転位相をロック位相に変位させる必要がある。一方、エンジンが低速回転であるときは、相対回転位相は最遅角位相近傍の位相であることが多い。エンジンの再始動を行うと、クランキングによってカムシャフト１０１が回転し、その際のカムシャフト１０１のトルク変動に基づく変位力が内部ロータ２に作用する。よって、内部ロータ２がバタつくこととなる。これにより、ロック部材６４がラチェット部６７に係入し、さらには、ロック溝６２に係入する。
　仮に、エンジン停止後、及び、エンスト後の再始動時に、相対回転位相がロック位相に拘束されなくても、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ので大きな問題はない。
〔別実施形態〕
　本発明に係る弁開閉時期制御装置の別実施形態を、図６乃至図９に基づいて説明する。図６は、上述の実施形態に係る図２に相当する断面図であって、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。図７～９は、アイドリング時及び通常運転時における弁開閉時期制御装置の断面図である。図７はロック機構６によるロックが解除されたときの断面図である。図８は、相対回転位相が最遅角位相近傍の位相であるときの断面図である。図９は、相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相であるときの断面図である。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。上述の実施形態とは、トーションスプリングの付勢力の強さの設定値とロック機構６の構成とが異なる。
〔ロック機構〕
　ロック機構６は、図１，図６に示すごとく、第一ロック部６Ａ及び第二ロック部６Ｂからなる。第一ロック部６Ａ及び第二ロック部６Ｂは、ロック通路６１と、ロック溝６２と、収容部６３と、プレート状のロック部材６４と、スプリング６５と、を備えている。ロック溝６２は、第一ロック部６Ａと第二ロック部６Ｂとで共通の溝である。
　ロック通路６１は、ロック溝６２と流体切換弁５４の所定のポートとを接続している。流体切換弁５４を制御することにより、ロック通路６１を介したロック溝６２への作動流体の給排が可能である。
　相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、第一ロック部６Ａ及び第二ロック部６Ｂの両ロック部材６４はロック溝６２に係入する。両ロック部材６４がロック溝６２に係入すると、内部ロータ２の相対回転移動は停止し、相対回転位相はロック位相に拘束される。流体切換弁５４を制御して、ロック溝６２に作動流体を供給すると、両ロック部材６４はロック溝６２から収容部６３の側へ引退し、相対回転位相の拘束は解除される。
〔トーションスプリング〕
　トーションスプリング３の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト１０１のトルク変動に基づき内部ロータ２に作用する変位力のうち進角方向への変位力以上となるよう設定してある。
　本構成であると、内部ロータ２には、遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力と、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力と、が常時作用する。よって、ロック機構６によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリングとなり、ベーン２２が受圧するエンジンオイル圧力が低下しても、トーションスプリング３の付勢力と上述のカムシャフト１０１のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とにより、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、オイルポンプ５２を低容量化させたとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。
　さらに、本構成であると、カムシャフト１０１のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、常に、トーションスプリング３の付勢力によって打ち消される。よって、内部ロータ２がバタつかず、アイドリング運転が確実に安定する。
〔弁開閉時期制御装置の動作〕
　エンジン始動時及び通常運転時の動作は上述の実施形態と同じであるため、ここでは説明はしない。本実施形態では、エンジン停止時にディレイ制御を行う。具体的には、イグニッションキーをＯＦＦすると、ＥＣＵ７は、進角室４１にエンジンオイルを供給するよう指令を出す。ＥＣＵ７は、図６に示すごとく相対回転位相がロック位相に拘束された、と判断すると、エンジンを停止するよう指令する。また、エンストなどエンジン異常停止後の再始動時は、ＥＣＵ７は、相対回転位相がロック位相に拘束されていないと判断すると、相対回転位相がロック位相となるよう制御する。このように、相対回転位相がロック機構６によってロック位相に確実に拘束されるため、エンジン始動が好適な位相で行われ、低エミッションとなる。
　本発明は、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）
　３　　　　トーションスプリング（付勢機構）
　４　　　　流体圧室
　５　　　　流体給排機構
　６　　　　ロック機構
　２２　　　ベーン（仕切部）
　４１　　　進角室
　４２　　　遅角室
　１０１　　カムシャフト

Claims (4)

  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た流体圧室と、
    　前記流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう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、
    　前記流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構と、
    　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所定位相に拘束可能なロック機構と、
    　前記相対回転位相を最遅角位相の側に変位させるよう、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体に対して付勢力を常時作用させる付勢機構と、を備えた弁開閉時期制御装置。
  2. 　前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記遅角室の側から前記仕切部に作用する前記作動流体の流体圧力からなる変位力と前記付勢力との和が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう、かつ、前記付勢力が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう、設定してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 　前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以上となるよう設定してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  4. 　前記相対回転位相が前記最遅角位相のときに、前記内燃機関が始動可能である請求項１から３の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
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