WO2012001812A1

WO2012001812A1 - エンジンの位相可変装置及びその制御装置

Info

Publication number: WO2012001812A1
Application number: PCT/JP2010/061309
Authority: WO
Inventors: 美千広亀田; 拓海戸塚
Original assignee: 日鍛バルブ株式会社
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-05
Also published as: EP2589766A1; KR101609668B1; US20150068477A1; US9062572B2; CN102859127A; EP2589766A4; US9494058B2; CN102859127B; JP5563079B2; JPWO2012001812A1; KR20130086118A; US20130206089A1; EP2589766B1

Abstract

相対位相角の変更指令発生後から変更終了までに必要な時間を短縮させて制御性能を向上させたエンジンの位相可変装置とその制御装置を提供する。カムシャフトと同軸かつ相対回動可能に配置されると共にクランクシャフトから回転トルクを受けて回転する２つの制御回転体が、２つの電磁アクチュエータによって相対回動し、カムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させる相対位相角変更機構を有するエンジンの位相可変装置において、２つの電磁アクチュエータが、同時に作動し、回転する２つの制御回転体を相対回動不能に保持すると共に、作動中の前記２つの電磁アクチュエータのうち一方の制動トルクを低下させることで制動トルクを低下させた側の制御回転体を他方の制御回転体に対して相対回動させる。

Description

エンジンの位相可変装置及びその制御装置

　本発明は、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更してバルブの開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンの位相可変装置とその制御装置に関する。

　クランクシャフトとカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置においては、下記特許文献１に示すものがある。下記特許文献１のエンジンの位相可変装置は、クランクシャフトによって駆動する駆動プレートとカムシャフトが同軸上に相対回動可能に設けられ、同じく同軸に設けられてクランクシャフトの駆動トルクを受けるガイドプレートが第１及び第２電磁ブレーキを介して駆動プレートに対して相対回動する際に３つのリンクアームを動作させて、駆動プレート（クランクシャフト）とカムシャフトの回転位相を変化させるものである。

　具体的には、下記特許文献１においては、第１電磁ブレーキを無通電状態から作動させ、ガイドプレートと一体の制動プレートが吸着されると、ガイドプレートがカムシャフトに対して遅れる方向（駆動プレートの回転と逆方向）に相対回転することにより、カムシャフトが駆動プレート（クランクシャフト）に対して進角方向（駆動プレートの回転方向）に相対回動する。また、下記特許文献１においては、第２電磁ブレーキを無通電状態から作動させると、対応する制動プレートが吸着され、揺動歯車機構を介してカムシャフトに対して前記進角方向に相対回転することにより、カムシャフトが駆動プレート（クランクシャフト）に対して遅角方向に相対回動する。その結果、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相が変化して、バルブの開閉タイミングが変化するというものである。

特許４０２７６７２号

　特許文献１のエンジンの位相可変装置においては、カムシャフトとクランクシャフト側の回転位相を変更しない（回転位相を保持する）場合、２つの電磁ブレーキを停止させており、前記回転位相の変更指令があったときに第１または第２電磁ブレーキの一方を動作させている。従って、特許文献１のエンジンの位相可変装置においては、無通電状態の電磁ブレーキの一方が通電を受けて起動し、該制動プレートが有効に吸着力されて、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相が実際に変化し始めるまでに一定の時間（以降は反応時間とする）が必要になる。前記反応時間は、長いとエンストを招くおそれが有るため、出来るだけ短い方がよい。

　前記反応時間は、カムシャフトが図示しないバルブから外乱トルク（バルブスプリングからの反動により、カムシャフトを駆動プレートに対して相対回動させようとするトルク）を受けた場合や、電磁ブレーキの摩擦材が経年劣化したような場合に特に長くなるため、改善が求められている。

　尚、特許文献１のエンジンの位相可変装置においては、２つの電磁ブレーキ間で応答性に差が生じないような制御を行なっているが、この制御では、回転位相の変更指令発生時から駆動プレートとカムシャフトの回転位相が変化し始めるまでの反応時間を短縮することは出来ない。

　本願発明は、上記問題に鑑みて、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相の変更指令が発生してから実際に回転位相の変更が開始されるまでの反応時間を短縮し、特にカムシャフトに外乱トルクが発生した場合や電磁ブレーキが経年劣化した場合における位相可変動作の応答性を向上させること等により、変更指令発生後から回転位相の変更終了までに必要な時間を短縮させて制御性能を向上させたエンジンの位相可変装置とその制御装置を提供するものである。

　請求項１のエンジンの位相可変装置は、カムシャフトと同軸かつ相対回動可能に配置され、クランクシャフトから回転トルクを受けて回転する２つの制御回転体と、前記２つの制御回転体にクランクシャフトと逆向きの制動トルクをそれぞれ付与する２つの電磁アクチュエータ（特許文献１における２つの電磁ブレーキ）と、前記２つの制御回転体の相対回動に応じて前記カムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させる相対位相角変更機構と、を有することでバルブの開閉タイミングを変更するエンジンの位相可変装置において、前記２つの電磁アクチュエータが、同時に作動し、回転する２つの制御回転体を相対回動不能に保持すると共に、作動中の前記２つの電磁アクチュエータのうち一方の制動トルクを低下させることで制動トルクを低下させた側の前記制御回転体を他方の制御回転体に対して相対回動させるようにした。

　（作用）２つの制御回転体は、２つの電磁アクチュエータからそれぞれ一定の制動トルク（吸着力）を受けた状態で相対回転不能に保持され、２つの電磁アクチュエータのうち一方の通電を低下させ、またはカットすると、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角は、２つの制御回転体が迅速に相対回動することによって迅速に変化する。

　相対位相角の変更指令が発生する段階において、２つの電磁アクチュエータが予め２つの制御回転体を一定の力で吸着しているため、２つの制御回転体は、相対位相角の変更指令が発生し、一方の電磁アクチュエータの制動トルク（吸着力）が低下すれば直ちに相対回動を開始出来る状態で保持される。言い換えると、請求項１のエンジンの位相可変装置においては、従来のように相対位相角の変更指令が発生して無通電の状態から起動し、制御回転体に有効な制動トルクが働き始めて相対位相角の変更が開始されるまで必要とされた起動時間が削減される。

　その結果、請求項１のエンジンの位相可変装置においては、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更開始までの反応時間が従来より短い。

　特に、請求項１の位相可変装置においては、２つの電磁アクチュエータが予め２つの制御回転体を一定の力で吸着することにより、カムシャフトに発生する外乱トルクや電磁ブレーキの経年劣化によって更に長くなる前記起動時間が削減されるため、前記外乱トルクや電磁ブレーキの経年劣化の影響を受けることなく、前記反応時間が短くなる。

　また、請求項２は、請求項１のエンジンの位相可変装置であって前記２つの電磁アクチュエータのうち、制動トルクを低下させた側の前記電磁アクチュエータが、再び制動トルクを増加させて前記２つの制御回転体の相対回動を終了させるようにした。

　（作用）制動トルクを低下させた側の電磁アクチュエータが、相対回動の終了前に再び制動トルクを増加させて制御回転体にブレーキをかけ、相対位相角の変更速度を減速するため、２つの制御回転体の相対回動が、目標とされる位置で正確に停止される。その結果、請求項２の位相可変装置においては、相対位相角の変更速度の増速とブレーキ作用により、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更が迅速かつ正確に終了するため、相対位相角を変更指令が発せられてから変更終了までに必要とされる時間が更に短縮される。

　また、請求項３は、クランクシャフトの回転トルクと、２つの電磁アクチュエータの前記回転トルクと逆向きの制動トルクによってカムシャフト中心軸周りに相対回動する２つの制御回転体の動作に応じてカムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更する、エンジンの位相可変装置において、カムシャフトの現在角度を検出するカム角センサと、クランクシャフトの現在角度を検出するクランク角センサと、前記カム角センサ及びクランク角センサの検出値に基づく現在位相角と、カムシャフト及びクランクシャフトの目標位相角との偏差を演算する偏差演算部と、前記演算結果の符号を判定する符号判定部と、前記演算結果が所定に閾値範囲内にあるかを判定する閾値判定部と、偏差が閾値内にある場合には、回転する前記２つの制御回転体を相対回動不能に保持する動作指令を２つの電磁アクチュエータに同時に送信し、前記偏差が閾値の範囲外にある場合には、前記偏差の符号の正負に基づく所定の一方の電磁アクチュエータにトルクを減少させる動作指令を送信する動作指令部と、前記動作指令に応じて２つの電磁アクチュエータを動作させるドライバ回路と、を有する制御装置によってエンジンの位相可変装置を制御するようにした。

　（作用）請求項３の制御装置においては、カム角センサとクランク角センサの検出結果から算出されるカムシャフトとクランクシャフトの現在の相対位相角を表す現在位相値と、変更後の相対位相角を表す目標位相値の偏差に基づき以下のようにエンジンの位相可変装置を制御する。

　前記偏差が所定の閾値の範囲内にある場合には、常時２つの電磁アクチュエータを動作させ、それぞれ２つの制御回転体に一定の制動トルク（吸着力）を付与させて相対回動不能な状態に保持させる。一方、前記偏差が所定の閾値の範囲外にある場合には、動作中の２つの電磁アクチュエータのうち偏差の符号に対応した一方の制動トルクを低下させるか、または制動トルクの発生を停止させる。更に、前記偏差が所定の閾値の範囲内に戻った場合には、低下させた側の電磁アクチュエータの制動トルクを再び増加させ、２つの制御回転体を再び相対回動不能な状態に保持させる。

　請求項３の制御装置によれば、相対位相角の変更指令が発生する段階で既に２つの制御回転体が一定の制動トルク（吸着力）を電磁アクチュエータから受けており、前記変更指令が発生すれば直ちに２つの制御回転体が相対回動を開始する状態で保持されているため、従来のように相対位相角の変更指令が発生して無通電状態から電磁アクチュエータが起動し、制御回転体に有効な制動トルクが働き始めて相対位相角の変更が開始されるまで必要とされた起動時間が削減される。その結果、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更開始までの反応時間が従来より短くなる。

　一方、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更動作は、前記偏差が閾値範囲内に戻り、低下した制動トルクが再び増加するブレーキ作用によって正確に終了するため、請求項３の制御装置においては、制御回転体の相対回動速度を増加させて、前記相対位相角の変更を迅速かつ正確に行なうことができる。これらの結果、請求項３の制御装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更終了までに必要とされる時間が短縮される。

　本願請求項１のエンジンの位相可変装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令の発生から変更開始までの反応時間が短縮されることによって、応答性が向上し、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。また、本願請求項１のエンジンの位相可変装置には、エンジンオイルの劣化、極低温下や極高温下での使用及びエンストなどを原因としてクランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の制御が不能になったとしても、現在の相対位相角を保持可能にするフェールセーフ機能が発生する。

　本願請求項２のエンジンの位相可変装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更速度の増速が可能になることで、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。

　本願請求項３のエンジンの制御装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令の発生から変更開始までの反応時間の向上、前記相対位相角の変更速度の増速が可能になること、及び制動に必要な制動トルクが電磁アクチューエータから制御回転体に正確に伝達されることによって、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。

　特に、本願請求項１及び２のエンジンの位相可変装置と、本願請求項３のエンジンの制御装置によれば、カムシャフトに外乱トルクが発生した場合や電磁ブレーキが経年劣化した場合においても、クランクシャフトとカムシャフトの位相可変動作の応答性が向上する。

エンジンの位相可変装置の実施例を装置前方から見た分解斜視図である。図１の分解斜視図を装置後方から見た図である。第１実施例の正面図（カバー７０を除く）である。図３のＡ－Ａ断面図である。図４のＥ－Ｅ断面図である（ａ）図４のＢ－Ｂ断面図である。（ｂ）図４のＣ－Ｃ断面図である。（ｃ）図４のＤ－Ｄ断面図である。位相可変装置の制御装置の構成説明図である。位相可変装置の制御装置の制御ブロック図である。位相可変装置の制御装置のフローチャートである。位相可変時の各電磁アクチュエータへの通電状態と位相可変の動作を表す模式図である。位相可変実験時におけるグラフであり、（ａ）本実施例における位相可変の動作を表すグラフ、（ｂ）本実施例における各電磁アクチュエータへの通電状態を表すグラフ、（ｃ）従来制御における位相可変の動作を表すグラフ、（ｄ）従来制御における各電磁アクチュエータへの通電状態を表すグラフである。

　次に、本発明の第１実施例となるエンジンの位相可変装置を図１～６によって説明する。第１実施例のエンジンの位相可変装置は、エンジンに組付けられ、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉タイミングを変化させるための装置である。

　第１実施例におけるエンジンの位相可変装置１は、クランクシャフトによって駆動回転する駆動回転体２、第１制御回転体３（請求項１の制御回転体）、カムシャフト６（図４）、回動操作力付与手段９、相対位相角変更機構１０及びセルフロック機構１１を有する。尚、以降においては、図１における第２電磁アクチュエータ側を装置前方、駆動回転体２側を装置後方とする。また、装置前方から見た駆動回転体２のカムシャフト中心軸Ｌ０周りの回転方向を進角側Ｄ１方向（時計回り）、Ｄ１と逆方向を遅角側Ｄ２方向（反時計回り）として説明する。

　駆動回転体２は、クランクシャフトから駆動力を受けるスプロケット４と円筒部２０を有する駆動円筒５が複数のボルト２ａによって一体化されて構成されている。図４に示すカムシャフト６は、センターシャフト７の中央円孔７ｅとカムシャフト前方の雌ねじ孔６ａにボルト３７を挿入することで、センターシャフト７の後端側に同軸かつ相対回動不能に一体化されている。

　第１制御回転体３は、フランジ部３ａとその後方に連続する円筒部３ｂと底部３ｃとが連続した有底円筒形状を有する。底部３ｃには、中心の貫通円孔３ｄ、一対のピン孔２８，中心軸Ｌ０から所定半径を有する円周上に設けられた円周方向溝３０、中心軸Ｌ０から溝への距離が進角側Ｄ１方向に向けて減少する曲線状の縮径ガイド溝３１を有する。

　センターシャフト７は、第１円筒部７ａ、フランジ部７ｂ、第２円筒部７ｃ、カムシャフト中心軸Ｌ０から偏心したカム中心Ｌ１を有する偏心円カム１２、及び第３円筒部７ｄが後方側から前方側（図１の第２制御回転体側。以下同じ）に向けて軸方向に連続されて形成されている。駆動回転体２は、ボルト２ａによって一体化されたスプロケット４と駆動円筒５がフランジ部７ｂを間に挟んだ状態で、円孔（４ａ，５ａ）を介し、第１及び第２円筒部（７ａ，７ｃ）によってセンターシャフト７に回動可能に支持されると共に、センターシャフト７を介してカムシャフト６に支持される。また、第３円筒部７ｄは、第１制御回転体３の中央円孔３ｄに挿入される。尚、駆動回転体２，第１制御回転体３，カムシャフト６，センターシャフト７は、中心軸Ｌ０上に同軸に配置される。

　回動操作力付与手段９は、第１制御回転体３を制動し、駆動回転体２に対する相対回動トルクを付与する第１電磁アクチュエータ２１と、第２電磁アクチュエータ３８が第２制御回転体３２を制動することで、第１制御回転体３に第１電磁アクチュエータ２１と逆向きの相対回動トルクを付与する逆回転機構２２によって構成される。

　相対位相角変更機構１０は、カムシャフト６と制御回転体３を相対回動不能に一体化する機構であって、駆動回転体２を相対回動可能に支持するセンターシャフト７と、セルフロック機構１１、及び連結機構１６によって構成される。

　セルフロック機構１１は、駆動回転体２とセンターシャフト７との間に介装され、カムシャフト６が図示しないバルブから受ける外乱トルクを原因とした、駆動回転体２とカムシャフト６の相対位相角のズレの発生を防止する機構であり、センターシャフト７の偏心円カム１２，ロックプレートブッシュ１３、ロックプレート１４，駆動回転体２の円筒部２０によって構成される。

　ロックプレートブッシュ１３は、図１と図５に示すようにセンターシャフト７の偏心円カム１２に係合させる円孔１３ａを中央に有し、外周両端に一対の平面（２３，２４）を有し、カムシャフト中心軸Ｌ０とカム中心Ｌ１を結ぶ直線Ｌ２に対して平面（２３，２４）が略平行になるように偏心円カム１２の外周に回動可能に取付けられる。

　ロックプレート１４は、全体として円盤状に形成され、径方向に延びる略長方形状の保持溝１５を有する。また、ロックプレート１４は、保持溝１５の短面（１５ａ、１５ｂ）からロックプレート１４の外周に向かって直線状に伸びる一対のスリット（２５，２６）によって等分割された一対の構成部材（１４ａ，１４ｂ）から構成される。また、ロックプレートブッシュ１３の平面（２３，２４）は、それぞれ保持溝１５の長面（１５ｃ，１５ｄ）に接触して保持される。

　ロックプレート１４は、保持溝１５の長面（１５ｃ，１５ｄ）がロックプレートブッシュ１３の平面（２３，２４）を挟持した状態で、その外周面（１４ｃ，１４ｄ）が駆動円筒５の円筒部２０に内接する。その際、偏心円カム１２の外周は、カム中心Ｌ１において直線Ｌ２と直交する直線Ｌ３（以下同じ、以降は単に直線Ｌ３とする）よりも更に偏心側（Ｌ０からＬ１を超えて更に偏心した方向）に配置された部分が、ロックプレートブッシュ１３を介してロックプレート１４の保持溝１５に保持される。

　また、連結機構１６は、一対の連結ピン（２７，２７）と、制御回転体３の底部３ｂに設けられた一対の第１ピン孔（２８、２８）と、ロックプレート１４の構成部材（１４ａ，１４ｂ）にそれぞれ構成された第２ピン孔（２９，２９）によって構成される。連結ピン２７は、第１ピン孔２８と第２ピン孔２９のうちいずれか一方に嵌合固定され、他方との間には、微少隙間が画成された状態で挿入される。

　ロックプレートブッシュ１３を挟持しつつ、駆動円筒５の円筒部２０に内接したロックプレート１４は、連結ピン２７が第１及び第２ピン孔（２８，２９）に挿入されることによって、制御回転体３に相対回動不能に一体化される。その結果、センターシャフト７（カムシャフト６）は、偏心円カム１２、ロックプレートブッシュ１３及びロックプレート１４を介し、制御回転体３に相対回動不能に一体化される。

　次に、回動操作力付与手段９について説明する。第１電磁アクチュエータ２１は、図示しないエンジンの内部に固定されて第１制御回転体３の前方に配置されて、フランジ部３ａの前面３ｅを摩擦材２１ａに吸着させる。

　また、逆回転機構２２は、第１制御回転体３の円周方向溝３０と縮径ガイド溝３１、第２制御回転体３２、円盤状のピンガイドプレート３３、第２制御回転体３２を制動する第２電磁アクチュエータ３８、第１及び第２リンクピン（３４，３５）、リング部材３６によって構成される。

　第２制御回転体３２は、第１制御回転体３の円筒部３ｂの内側に配置され、中心軸Ｌ０を中心として設けられた貫通円孔３２ａを介してセンターシャフト７の第３円筒部７ｄに回動可能に支持される。また第２制御回転体３２は、中心Ｏ１がカムシャフト中心軸Ｌ０から偏心した段差状の偏心円孔３２ｂを後方に有し、偏心円孔３２ｂには、リング部材３６が摺動回動可能に内接する。第２電磁アクチュエータ３８は、図示しないエンジンの内部に固定されて第２制御回転体３２の前方に配置されて、前面３２ｃを摩擦材３８ａに吸着させる。

　円盤状のピンガイドプレート３３は、第１制御回転体３の円筒部３ｂの内側において底部３ｃと第２制御回転体３２との間に配置され、中心部の貫通円孔３３ａを介してセンターシャフト７の第３円筒部７ｄに回動可能に支持される。またピンガイドプレート３３は、貫通円孔３３ａに接続しない位置から略径方向に延びる略径方向溝３３ｂと略径方向ガイド溝３３ｃを有する。略径方向溝３３ｂは、円周方向溝３０に対応した位置において貫通円孔３３ａの近傍から外周縁まで突き抜けて形成され、略径方向ガイド溝３３ｃは、縮径ガイド溝３１に対応した位置において外周縁部近傍まで長円状に形成される。

　また、第１リンクピン３４は、細丸軸３４ａと細丸軸３４ａの前端に係合一体化した中空太丸軸３４ｂから形成される。中空太丸軸は３４ｂは、略径方向溝３３ｂによって両側から挟持され、細丸軸３４ａの後端は、円周方向溝３０及び保持溝１５に挿通されて、駆動円筒５の取付孔５ｂに固定される。また、細丸軸３４ａは、溝方向にそって円周方向溝３０の両端を移動する。

　第２リンクピン３５は、細丸軸３５ａの後端に太丸軸３５ｂが一体形成されてなる第１部材３５ｃ、中空第１軸３５ｄ、中空第２軸３５ｅ及び中空第３軸３５ｆによって形成される。中空第１軸から中空第３軸（３５ｄ～３５ｆ）は、太丸軸３５ｂ側に向けて順番に細丸軸３５ａに挿着されて後方に抜け止めされる。太丸軸３５ｂは、保持溝１５に挿入される。また、中空第１軸３５ｄは、外周形状が縮径ガイド溝３１に沿った円弧形状を有し、縮径ガイド溝３１に上下を保持されると共に縮径ガイド溝３１に沿って移動する。中空第２軸３５ｅは、円筒形状を有し、略径方向ガイド溝３３ｃに両側を保持されると共に略径方向ガイド溝３３ｃに沿って移動する。中空第３軸３５ｆは、円筒形状を有し、リング部材３６の円孔３６ａに回動可能に連結される。

　尚、センターシャフト７の第３円筒部７ｄの先端には、中央に円孔（３９ａ，４０ａ）を有するホルダー３９とワッシャ４０が前方から配置され、ホルダー３９、ワッシャ４０及びセンターシャフト７は、円孔（３９ａ，４０ａ）と円孔７ｅに挿入したボルト３７を雌ネジ穴６ａに取り付けることで、カムシャフト６に相対回動不能に固定される。その結果、センターシャフト７の外周に配置された図４の駆動回転体２から第２制御回転体３２に至る部品は、カムシャフト６のフランジ部６ｂとホルダー３９との間に抜け止め固定され、ワッシャ４０の厚さを調整する事で、これら部品の軸方向のクリアランスが適正化される。また、ボルトと第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の前方には、カバー７０が配置される。

　ここで、回動操作力付与手段９によるカムシャフト６と駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第１制御回転体３は、第２制御回転体３２と共に第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）から一定の吸着力（制動トルク）を受けつつクランクシャフトによるＤ１方向の回転トルクを受け、駆動回転体２と一体になってＤ１方向に回転している（図６（ｃ）を参照）。このとき第１及び第２制御回転体（３，３２）は、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の制動トルクによって均衡し、互いに相対回動不能な状態に保持されている。第１電磁アクチュエータ２１による制動トルクを低下させ、またはオフにした場合、第１制御回転体３は、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の制動トルクによる均衡が破れるため、クランクシャフトのトルクによって第２制御回転体３２とピンガイドプレート３３に対してＤ１方向に相対回動する。

　その結果、センターシャフト７（カムシャフト６）は、一体化された第１制御回転体３と共にＤ１方向に回転する駆動回転体２に対してＤ１方向に相対回動する。その結果、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト６の相対位相角は、進角側Ｄ１方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。また、第１電磁アクチュエータ２１の制動トルクを再び増加させて元の制動トルクに戻すと、第２制御回転体に対する第１制御回転体の相対回動が停止し、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト６の相対位相角は、停止位置にて保持される。

　その際、図６（ｃ）に示す第２リンクピン３５の中空第１軸３５ｄは、縮径ガイド溝３１内を略反時計回りとなるＤ６方向に移動し、図６（ｂ）の中空第２軸３５ｅは、略径方向ガイド溝３３ｃを中心軸Ｌ０に向かってＤ５方向に移動し、図６（ａ）の中空第３軸３５ｆは、リング部材３６に円孔３２ｂ内における摺動回動トルクを付与する。また、第１リンクピン３４の細丸軸３４ａは、円周方向溝３０内を反時計回りＤ２方向に移動する。また、円周方向溝３０の両端（３０ａ，３０ｂ）は、移動した細丸軸３４ａが当接するストッパとして作用する。

　また、第１及び第２制御回転体（３，３２）が、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の制動トルクを受けつつ相対回動不能に保持された状態において、第２電磁アクチュエータ３８による制動トルクを低下させ、またはオフにした場合、第２制御回転体３２は、クランクシャフトのトルクによって第１制御回転体３に対してＤ１方向に相対回動する。図６（ａ）のリング部材３６は、内接する偏心円孔３２ｂがＤ１方向に偏心回動することにより、偏心円孔３２ｂ内を摺動回動する。図６（ｂ）の中空第２軸３５ｅは、リンク部材３６の動作により、中空第３軸３５ｆ及び中空第１軸３５ｄと共に略径方向ガイド溝３３ｃに沿って中心に向けてＤ４方向に移動する。その際、図６（ｃ）の第１制御回転体３は、電磁アクチュエータ２１の作動時とは逆に、縮径溝３１内を略時計回り方向Ｄ３方向に移動する中空第１軸３５ｄから縮径溝３１を介して遅角側Ｄ２方向の相対回動トルクを受け、Ｄ１方向に回転する駆動回転体２に対して回転遅れとなる遅角側Ｄ２方向に相対回動する。その結果、駆動回転体２（図示しないクランクシャフト）に対するカムシャフト６の相対位相角は、遅角側Ｄ２方向に戻されて、図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。

　次に、エンジンの位相可変装置の制御装置の実施例を説明する。制御装置５０は、図７に示すようにエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５１，ドライバ回路５２，カム角センサ５３、クランク角センサ５４、各種センサ５５によって構成される。

　ＥＣＵ５１は、ドライバ回路５２に接続され、ドライバ回路５２は、進角用の第１電磁アクチュエータ２１と遅角用の第２電磁アクチュエータ３８にそれぞれ接続される。ドライバ回路５２は、ＥＣＵ５１の動作指令を受けて第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）を駆動させる。一方、ＥＣＵ５１には、カムシャフトに現在位相角を検出するカム角センサ５３と、図示しないクランクシャフトの現在位相角を検出するクランク角センサ５４と、各制御回転体の潤滑油温や回転数を検出する各種センサ５５が接続される。

　ＥＣＵ５１は、後述する各センサ（５３～５５）の検出情報をフィードバックした結果に基づき、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）を所定の電流値と態様で動作させる動作指令をドライバ回路５２に送出する。また、ＥＣＵ５１は、カムシャフト６とクランクシャフト（図示せず）の現在位相角と目標位相角の偏差を演算する偏差演算部５８，前記偏差の符号を判定する符号判定部５９、前記偏差が所定の閾値内に有るか否かを判定する閾値判定部６０、偏差の数値と符号に応じてドライバ回路５２に第１及び第２電磁アクチュエータを所定の電流値で動作させる動作指令信号を送信する動作指令部６１と、制御回転体の潤滑油温や回転数の検出結果に応じて前記動作指令信号の電流値を補正する動作指令補正部６２と、を包含する演算制御装置（ＣＰＵ等。図示せず）を有する。

　ドライバ回路５２は、ＥＣＵ５１の動作指令に基づいて、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の一方、または双方を動作させる回路である。

　カム角センサ５３とクランク角センサ５４は、カムシャフト６と図示しないクランクシャフトの各所定の基準位置からそれぞれの現在角度を電気信号として検出するセンサである。検出された電気信号は、ＥＣＵ５１内の図示しないＡ／Ｄ変換手段等によってデジタルデータにされ、クランクシャフト（図示せず）とカムシャフト６の現在の相対位相角（以降は、現在位相角という）と、目標位相指令信号によって変更される相対位相角（以降は、目標位相角という）との偏差の演算に使用される。

　また、各種センサ５５には、第１及び第２制御回転体（２１，３８）の回転数を検出する回転数センサ５６や、第１及び第２制御回転体の電磁クラッチ吸着面に流される潤滑油の油温を検出する油温センサ５７等が含まれる。回転角センサ５６と油温センサ５７で検出された電気信号は、ＥＣＵ５１内でデジタルデータにされ、第１及び第２制御回転体（３，３２）の回転数や潤滑油温によって左右される第１及び第２電磁アクチュエーター（２１，３８）の制動トルクを補正するために利用される。

　次に、本実施例の制御装置５０による第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の具体的な制御方法を図８から図１１によって説明する。

　第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）への通電は、図１０に示す「進角用及び遅角用電磁アクチュエータ電流」の実線部分のような波形で行なわれ、カムシャフト及びクランクシャフト間における現在位相角から目標位相角への変更動作と、変更後の相対位相角から当初の相対位相角への復帰動作は、図１０に示す「位相可変」の実線部分のような波形で行われる。

　まず、カムシャフト６とクランクシャフト（図示せず）の相対位相角変更前の初期状態において、まず、ＥＣＵ５１は、ドライバ回路５２に第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）を同時に通電させて第１及び第２制御回転体（３，３２）を相対回動不能に保持させる動作指令信号を送信する（符号６１を参照）。尚、初期状態において第１及び第２制御回転体（３，３２）を相対回動不能に保持させる動作指令信号の電流値は、予めＥＣＵ５１のメモリ等（図示せず）に学習値として記憶させておく。

　尚、第１及び第２制御回転体を相対回動不能に保持させる制動トルクは、第１及び第２制御回転体（３，３２）の回転数や各制御回転体の吸着面に流れる潤滑油温によって変化するため、メモリ等に記憶された前記学習値は、回転数センサ５６や油温センサ５７の検出結果に基づいて、動作態様に必要な補正を受けて随時更新される（符号６２を参照）。

　信号を受けたドライバ回路５２は、図１０のような波形によって第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の双方に通電する。第１及び第２制御回転体（３，３２）は、第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）から所定の制動トルクを受けて相対回動不能な状態に保持されつつ、クランクシャフトから駆動力を受ける駆動回転体２と共に回転する。

　そして、制御装置５１にカムシャフトとクランクシャフトの相対位相角を目標位相角に変更する指令信号が入力された場合、ＥＣＵ５１は、図８と９に示すようにカム角センサ５３とクランク角センサ５４の検出結果に基づくカムシャフト６とクランクシャフト（図示せず）の各現在角度データから得られたカムシャフト６とクランクシャフトの現在位相角と、入力された目標位相角の偏差を演算する（符号５８を参照）。

　クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を進角側Ｄ１方向または遅角側Ｄ２方向のいずれの方向に変更するかについては、演算された偏差の符号によって決定される。本実施例においては、一例として、前記偏差の符号が正の場合に遅角側に変更し、前記偏差の符号が負の場合に遅角側に変更するものとして説明する。

　ＥＣＵ５１は、前記偏差が正の場合、ドライバ回路５２に動作指令信号を送信して遅角用の第２電磁アクチュエータ３８の通電をカットし、前記偏差が負の場合、進角用の第１電磁アクチュエータ２１の通電をカットする（符号５９を参照）。第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）のいずれかの通電がカットされた場合には、第１及び第２制御回転体（３，３２）を相対回動不能に保持していた制動トルクの均衡が破れるため、通電をカットされた側の制御回転体は、直ちに他方の制御回転体及び駆動回転体２に対して進角側Ｄ１方向に相対回動する。

　進角用の第１電磁アクチュエータ２１の通電がカットされた場合、カムシャフト６は、一体である第１制御回転体３と共に直ちに駆動回転体２に対して進角側Ｄ１方向に相対回動し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角が進角側に変更される。また、第２電磁アクチュエータ３８の通電がカットされた場合、第２制御回転体３２は、第１制御回転体３に対して進角側Ｄ１方向に相対回動し、第２リンクピン３５とリング部材３６を動作させる。その結果、カムシャフト６は、一体化された第１制御回転体３と共に直ちに駆動回転体２に対して遅角側Ｄ２方向に相対回動し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角が遅角側に変更される。

　また前記偏差は、所定の閾値の範囲内にあるか否かについて繰り返し判定される（符号５９を参照）。前記偏差が所定の閾値の範囲外にある場合には、ＥＣＵ５１からドライバ回路５２に第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）の動作信号が送信されず、相対位相角の変更動作が続行される。一方、前記偏差が所定の閾値の範囲内になった場合には、記憶された学習値に基づいてＥＣＵ５１からドライバ回路５２に動作信号が送信され、カットされた電磁アクチュエータの通電が復帰して第１及び第２制御回転体（３，３２）の相対回動動作が制動されるため、第１及び第２制御回転体（３，３２）は、再び相対回動不能に保持される。その結果、クランクシャフトとカムシャフト６の相対位相角の変更動作が終了する。

　図１０においては、まず、遅角用電磁アクチュエータ３８の通電をカットした後、通電を元の学習値に復帰させることで、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を現在位相角から遅角側の目標位相角に変更保持し、次に、進角用電磁アクチュエータ２１の通電をカットした後、通電を元の学習値に復帰させることで、変更した前記相対位相角を元の相対位相角に戻したものである。

　図１０の波線部分は、遅角側へ相対位相角を変更後、元の相対位相角に戻すという上記動作を従来の制御方法で行う場合の第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）への通電と、「位相可変」の動作を示すものである。図１０の波線部分の制御方法においては、相対位相角を保持する際に２つの電磁アクチュエータの双方を非通電状態にし、相対位相角を変更する際に初めて変更する側の電磁アクチュエータを通電して制御回転体を吸着させ、相対位相角を所定の方向に変更するものである。

　図１０の位相可変動作について、実線部分と波線部分を比べると、本実施例の制御においては、時間ｔ１からｔ２の間に目標位相角への変更動作が行なわれるのに対し、従来の制御においては、目標位相角への変更動作が終了するまでｔ１からｔ２’までの時間が必要になり、本実施例に比べてｔ２からｔ２’までの時間が余分にかかる。同様に、本実施例の制御においては、時間ｔ３からｔ４の間に目標位相角から元の位相角への復帰動作が行なわれるのに対し、従来の制御においては、復帰までｔ３からｔ４’までの時間が必要になり、本実施例に比べてｔ４からｔ４’までの時間が余分にかかる。

　一方、図１１（ａ）は、（ｂ）図の本実施例の制御方法に基づく通電を実際に第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）へ行なって実験した際の位相可変動作を示し、図１１（ｃ）は、（ｄ）図の従来の制御方法に基づく通電を実際に第１及び第２電磁アクチュエータ（２１，３８）へ行なって実験した際の位相可変動作を示すものである。本実施例の制御による実際の通電時には、位相可変側の電磁アクチュエータの電流カット時に反対側の電磁アクチュエータに電流値の上昇が確認出来るが、本実施例と従来の制御方法における目標位相角への変更動作と元の相対位相角への復帰動作を比べた場合、模式図１０と同様に、本実施例の変更動作に必要なｔ１からｔ２までの時間は、従来のｔ１からｔ２’までの時間より短く、本実施例の復帰動作に必要なｔ３からｔ４までの時間は、従来のｔ３からｔ４’までの時間より短い。

　即ち、本実施例の制御方法によれば、従来の制御方法と比べ、現在位相角から目標位相角への変更時間がｔ２からｔ２’への時間だけ短縮され、目標位相角から元の位相角へ復帰する時間がｔ４からｔ４’の時間だけ短縮されているものと考えられる。その理由は、予め制御回転体を吸着しておく本実施例の制御方法においては、相対位相角の変更時に非通電からの電磁アクチュエータへの通電及び制御回転体の吸着動作がないことと、変更の終了時に制御回転体を吸着して相対回動動作にブレーキをかける結果、位相変更動作の増速と反応性の向上が見込まれるためと考えられる。

　尚、本実施例においては、位相可変時に変更する側の電磁アクチュエータの通電を完全にカットしているが、電流値が減少すれば位相可変動作は開始されるため、前記通電は、完全にカットしなくても良い。

　　１　　　　　　　エンジンの位相可変装置
　　２　　　　　　　駆動回転体
　　３　　　　　　　第１制御回転体
　　６　　　　　　　カムシャフト
　　１０　　　　　　相対位相角変更機構
　　２１　　　　　　第１電磁アクチューエータ（進角用）
　　３２　　　　　　第２制御回転体
　　３８　　　　　　第２電磁アクチュエータ（遅角用）
　　５０　　　　　　制御装置
　　５２　　　　　　ドライバ回路
　　５３　　　　　　カム角センサ
　　５４　　　　　　クランク角センサ
　　５８　　　　　　偏差演算部
　　５９　　　　　　符号判定部
　　６０　　　　　　閾値判定部
　　６１　　　　　　動作指令部
　　Ｌ０　　　　　　カムシャフト中心軸

Claims

　カムシャフトと同軸かつ相対回動可能に配置され、クランクシャフトから回転トルクを受けて回転する２つの制御回転体と、前記２つの制御回転体に前記クランクシャフトと逆向きの制動トルクをそれぞれ付与する２つの電磁アクチュエータと、前記２つの制御回転体の相対回動に応じて前記カムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させる相対位相角変更機構と、を有することでバルブの開閉タイミングを変更するエンジンの位相可変装置において、
　前記２つの電磁アクチュエータが、同時に作動し、回転する前記２つの制御回転体を相対回動不能に保持すると共に、作動中の前記２つの電磁アクチュエータのうち一方の制動トルクを低下させることで制動トルクを低下させた側の前記制御回転体を他方の制御回転体に対して相対回動させることを特徴とする、エンジンの位相可変装置。
　前記２つの電磁アクチュエータのうち、制動トルクを低下させた側の前記電磁アクチュエータが、再び制動トルクを増加させて前記２つの制御回転体の相対回動を終了させることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの位相可変装置。
　クランクシャフトの回転トルクと、２つの電磁アクチュエータの前記回転トルクと逆向きの制動トルクによってカムシャフト中心軸周りに相対回動する２つの制御回転体の動作に応じてカムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更する、エンジンの位相可変装置において、
　カムシャフトの現在角度を検出するカム角センサと、
　クランクシャフトの現在角度を検出するクランク角センサと、
　前記カム角センサ及びクランク角センサの検出値に基づく現在位相角と、カムシャフト及びクランクシャフトの目標位相角との偏差を演算する偏差演算部と、　前記演算結果の符号を判定する符号判定部と、
　前記演算結果が所定に閾値範囲内にあるかを判定する閾値判定部と、
　偏差が閾値内にある場合には、回転する前記２つの制御回転体を相対回動不能に保持する動作指令を２つの電磁アクチュエータに同時に送信し、前記偏差が閾値の範囲外にある場合には、前記偏差の符号の正負に基づく所定の一方の電磁アクチュエータにトルクを減少させる動作指令を送信する動作指令部と、
　前記動作指令に応じて２つの電磁アクチュエータを動作させるドライバ回路と、
　を有することを特徴とした、エンジンの位相可変装置の制御装置。