WO2015019735A1 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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岩屋崇
沼波晃志
天野寛之
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アイシン精機株式会社
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    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism

Definitions

  • the optimal opening and closing timing of the intake and exhaust valves varies depending on the engine operating conditions such as when the engine is started and when the vehicle is running.
  • the relative rotational phase of the driven side rotational member (hereinafter referred to as “relative rotational phase”) with respect to the rotation of the driving side rotational member is restricted to a predetermined phase between the most retarded angle phase and the most advanced angle phase.
  • This makes it possible to open and close the intake and exhaust valves that are optimal for starting the engine.
  • HC hydrocarbon
  • an object of the present invention is to provide a valve opening / closing timing control device capable of quickly shifting to an intermediate lock phase.
  • an advance passage 43 is formed in the internal rotor 2 and the camshaft 101 so as to communicate with each advance chamber 41.
  • a retard passage 44 is formed in the internal rotor 2 and the cam shaft 101 so as to communicate with each retard chamber 42.
  • the advance passage 43 and the retard passage 44 are connected to a predetermined port of the first control valve 174.
  • the hydraulic circuit includes a pump 171 that is driven by the internal combustion engine E to supply oil, a first control valve 174 that controls supply of oil to the fluid pressure chamber 4, and an intermediate lock.
  • a second control valve 175 that controls the supply of oil to the mechanism 6 is provided.
  • the pump 171 is a mechanical hydraulic pump that is driven by the rotational force transmitted from the crankshaft 110 of the internal combustion engine E.
  • the pump 171 sucks oil stored in the oil pan 176 from the suction port, and discharges the oil downstream from the discharge port.
  • the discharge port of the pump 171 communicates with predetermined ports of the first control valve 174 and the second control valve 175.
  • the first control valve 174 communicates the advance port with the supply port, advances the retard port with the drain port, communicates the retard port with the supply port, and connects the advance port with the drain port. It is composed of a three-position control valve capable of performing three state controls of angle control and hold control for closing the advance port and the retard port.
  • the advance angle control By performing the advance angle control, the vane 22 moves relative to the external rotor 12 in the advance angle direction S1, and the relative rotation phase is displaced toward the advance angle side.
  • the retard control is performed, the vane 22 relatively rotates in the retard direction S2 with respect to the external rotor 12, and the relative rotation phase is displaced to the retard side.
  • the hold control is performed, the vane 22 does not move relative to the rotation, and the relative rotation phase can be held at an arbitrary phase.
  • the second control valve 175 can switch between oil supply to the intermediate lock groove 62 and oil discharge from the intermediate lock groove 62.
  • the second control valve 175 can discharge oil from the intermediate lock groove 62 when power is supplied, and can supply oil to the intermediate lock groove 62 when power supply is stopped. It is comprised so that it may be in a state.
  • a crank angle sensor for detecting the rotation angle of the crankshaft 110 is provided in the vicinity of the crankshaft 110 of the internal combustion engine E.
  • a cam shaft angle sensor that detects the rotation angle of the cam shaft 101 is provided in the vicinity of the cam shaft 101.
  • the phase control unit 180 detects the relative rotation phase from the detection results of the crank angle sensor and the cam shaft angle sensor, and determines which phase the relative rotation phase is in. Further, the ignition controller ON / OFF information and the like are transmitted to the phase controller 180.
  • optimal relative rotational phase control information corresponding to the operating state of the internal combustion engine E is stored in the memory of the phase control unit 180.
  • the phase control unit 180 controls the relative rotation phase according to the operating state of the internal combustion engine E.
  • the change in the movement speed shown in FIG. 7 is an example.
  • the movement from the current phase position O to the reference phase position P is performed based on a predetermined first movement speed. It is possible to move from the phase position P to the intermediate lock phase position A based on the second movement speed that is slower than the first movement speed, and from the current phase position O to the intermediate lock phase.
  • the determination unit 181 controls the intermediate lock member 64 to move toward the reference phase after the supply / discharge control by the phase control unit 180, does the intermediate lock member 64 reach the reference phase? Determine whether or not.
  • the supply / discharge control by the phase control unit 180 includes the supply of the fluid to the retard chamber 42 and the discharge of the fluid from the advance chamber 41 and the retard chamber 42 so that the intermediate lock member 64 is in the intermediate lock phase. This is a control for performing one of the discharge of the fluid and the supply of the fluid to the advance chamber 41.
  • the phase control unit 180 when the determination unit 181 determines that there is no intermediate lock member 64 at the reference phase position P after the supply / discharge control by the first control valve 174, the retard chamber 42.
  • the fluid is alternately supplied to each of the advance chambers 41.
  • the case where the determination unit 181 determines that there is no intermediate lock member 64 at the reference phase position P after the supply / discharge control by the first control valve 174 is when the intermediate lock member 64 is positioned at the intermediate lock phase. Equivalent to.
  • the phase controller 180 since the relative rotation of the inner rotor 2 and the outer rotor 12 is restricted, the phase controller 180 alternately supplies fluid to each of the retard chamber 42 and the advance chamber 41, so that the relative rotation is performed.
  • the intermediate lock member 64 is provided in the outer rotor 12 and the intermediate lock groove 62 is provided in the inner rotor 2.
  • the scope of application of the present invention is not limited to this.
  • the intermediate lock member 64 may be provided in the inner rotor 2 and the intermediate lock groove 62 may be provided in the outer rotor 12.
  • the phase control unit 180 determines that the intermediate lock member 64 is not in the reference phase position P by the determination unit 181 after the supply / discharge control by the first control valve 174, and the retard chamber 42 and the advancement. It has been described that fluid is alternately supplied to each of the corner chambers 41. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. If the determination unit 181 determines that there is no intermediate lock member 64 at the reference phase position P after the supply / discharge control by the first control valve 174, the phase control unit 180 sets the retard chamber 42 and the advance chamber 41 respectively. Of course, it is also possible not to supply fluid alternately. In addition, it is naturally possible that the phase control unit 180 supplies fluid alternately to each of the retard chamber 42 and the advance chamber 41 during the determination by the determination unit 181.
  • the present invention is used for a valve opening / closing timing control device that controls a relative rotation phase of a driven side rotating member that rotates integrally with a cam shaft of an internal combustion engine with respect to a driving side rotating member that rotates synchronously with a crankshaft of the internal combustion engine. Is possible.

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Abstract

中間ロック位相に迅速に移行可能な弁開閉時期制御装置は、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を流体の流入により遅角室内の容積が増大する遅角方向と流体の流入により進角室内の容積が増大する進角方向との間で選択的に移動させるベーンと、駆動側回転部材に設けられたロック部材が従動側回転部材に設けられた凹部に嵌入して相対回転位相を中間ロック位相に拘束するロック状態と、ロック部材が凹部から引退して拘束が解除されたロック解除状態とに切り替え可能な中間ロック機構と、中間ロック機構がロック解除状態からロック状態に切り替えるとき、基準位相までの移動速度よりも、基準位相から中間ロック位相までの間の移動速度を遅くして、ロック部材が中間ロック位相に達するように遅角室への流体の供給及び進角室からの流体の排出、又は遅角室からの流体の排出及び進角室への流体の供給を制御する位相制御部とを備える。

Description

弁開閉時期制御装置
　本発明は、内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転部材に対して、内燃機関のカム軸と一体回転する従動側回転部材の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に関する。
　従来、内燃機関（以下「エンジン」とする）の燃費向上を図るべく、吸気弁及び排気弁の一方又は双方の開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置が利用されてきた。この種の弁開閉時期制御装置は、クランク軸と同期回転する駆動側回転部材と、カム軸と一体回転する従動側回転部材との相対回転位相を変更して上記開閉時期を制御する。
　一般に、吸排気弁の最適な開閉時期はエンジンの始動時や車両の走行時等エンジンの運転状況により異なる。エンジンの始動時には、駆動側回転部材の回転に対する従動側回転部材の相対回転位相（以下「相対回転位相」とする）を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束することにより、エンジンの始動に最適な吸排気弁の開閉時期を実現している。しかしながら、エンジン始動後のアイドリング時にあっては、相対回転位相をエンジン始動時の位相に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。また、通常運転中にブレーキペダルを踏み込んで停車した際にエンジンを一時的に停止するアイドルストップ時には、高温状態のエンジンを再始動させることが容易になる相対回転位相に変化させることが望ましい。係る技術として下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。
　特許文献１には、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする機能を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置が開示される。この内燃機関の可変バルブタイミング制御装置は、ロック要求が発生した時にロックピンによりカム軸の回転位相を中間ロック位相でロックさせるように油圧制御装置を制御するロック制御手段を備えて構成される。当該ロック制御手段は、ロック要求が発生した時にロックピンをロック方向に付勢しながらカム軸の回転位相が中間ロック位相を通り越すように油圧制御装置を制御し、この位相可変制御中にカム軸の回転位相が中間ロック位相付近で動かなくなった時に油圧制御装置の制御量をカム軸の回転位相を動かす方向に更に所定量変化させる。この際、カム軸の回転位相が動かない場合にロック完了と判定する。
特開２０１０－１３８６９９号公報
　特許文献１に記載の技術は、ロック要求が発生した時に、カム軸の回転位相が中間ロック位相を通り越すように制御する。また、その制御後に、カム軸の回転位相が中間ロック位相付近で動かなくなった時に油圧制御装置の制御量をカム軸の回転位相を動かす方向に更に所定量変化させ、更にカム軸の回転位相が動かない場合にロック完了と判定する。このため、カム軸の回転位相が中間ロック位相を通り越すことがあり、係る場合、ロック完了までに時間を要してしまう。
　本発明の目的は、上記問題に鑑み、中間ロック位相に迅速に移行させることが可能な弁開閉時期制御装置を提供することにある。
　上記目的を達成するための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軸と同期回転する駆動側回転部材と、前記内燃機関のカム軸と一体回転すると共に前記駆動側回転部材に対して相対回転可能な従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成される流体圧室と、前記流体圧室内に配置され、前記流体圧室を流体の流入又は排出を許容する遅角室及び進角室に仕切り、前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を前記流体の流入により前記遅角室内の容積が増大する遅角方向と前記流体の流入により前記進角室内の容積が増大する進角方向との間で選択的に移動させるベーンと、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか一方に設けられ、他方に対して移動可能であるロック部材と、周方向に沿って延在し、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか他方に設けられた凹部とを含み、前記ロック部材が前記凹部に嵌入することにより前記相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に拘束するロック状態と、前記ロック部材が前記凹部から引退することにより拘束が解除されたロック解除状態とに切り替え可能な中間ロック機構と、前記中間ロック機構が前記ロック解除状態から前記ロック状態に切り替えるとき、現在の位相と前記中間ロック位相との間に設けられた基準位相までの前記相対回転位相の移動速度よりも、前記基準位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度を遅くして、前記ロック部材が前記中間ロック位相に達するように前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出、又は前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給を制御する位相制御部と、を備えている点にある。
　このような特徴構成とすれば、基準位相までの移動を迅速に行いつつ、中間ロック位相を飛び越えることなく、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を確実にロック状態にすることができる。したがって、迅速に中間ロック位相に移行させることが可能となる。
　また、前記位相制御部は、前記現在の位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度が一定の変化量で遅くなるように、前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方を制御すると好適である。
　このような構成とすれば、現在の位相から中間ロック位相に移行するまでの時間を容易に予測することができるので、次の操作に効率良くつなげることが可能となる。
　また、前記位相制御部は、前記現在の位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度と、前記遅角室及び前記進角室への流体の状態を示す状態量との関係で規定されたマップに基づいて、前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方を制御すると好適である。
　流体が流路を流通する際の流通し易さは、例えば流体の圧力や温度に応じて変化する。このため、このような流体の圧力や温度等を流体の状態を示す状態量とし、当該状態量と移動速度とを規定したマップを記憶しておき、位相制御部が当該マップに基づいて給排を制御することで迅速に中間ロック位相に移行させることが可能となる。
　また、前記中間ロック位相と前記基準位相との間に判定位相が設けられ、前記判定位相に前記ロック部材が達するか否かを判定する判定部を更に備え、前記位相制御部が前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方の制御を実施した後、前記ロック部材が前記判定位相に移動するように制御された時、前記判定位相に前記ロック部材が達するか否かを判定すると好適である。
　このような構成とすれば、中間ロック位相と判定位相の位置との間を狭くすることができるので、ロック部材が中間ロック位相に達しているか否かを確実に判定することが可能となる。
　また、前記相対回転位相は、前記現在の位相から前記基準位相までの間は第１移動速度に基づき移動し、前記基準位相から前記中間ロック位相までは前記第１移動速度よりも遅い第２移動速度に基づき移動すると好適である。
　このような構成とすれば、現在の位相から基準位相まで移行させた後、基準位相から中間ロック位相まで移行する際に、相対回転位相の移動速度が低減されているので中間ロック位相を通過することを防止できる。したがって、中間ロック位相を通過することなく、現在の位相から中間ロック位相まで迅速に、且つ、確実に移行させることが可能となる。
弁開閉時期制御装置の断面図である。 図１のII－II線におけるロック状態の断面を示した図である。 図１のII－II線におけるロック解除状態の断面を示した図である。 図１のII－II線における最遅角位相状態の断面を示した図である。 現在位置から進角方向に沿って中間ロック位相に移動させる場合の基準位相を模式的に示した図である。 現在位置から遅角方向に沿って中間ロック位相に移動させる場合の基準位相を模式的に示した図である。 現在の位相から中間ロック位相に相対回転させる際の移動速度の例を示した図である。 現在の位相から中間ロック位相に相対回転させる際の移動速度の例を示した図である。
　本発明に係る弁開閉時期制御装置は、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を中間ロック位相にする際に、ロック部材が迅速に中間ロック位相に移行させることが可能に構成される。以下、本実施形態の弁開閉時期制御装置１について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る弁開閉時期制御装置１の全体構成を示す側方断面図である。図２－図４は、図１のII－II線における各種状態の断面を示した図である。弁開閉時期制御装置１は、内燃機関Ｅとしてのエンジンを駆動源として備える車両や、エンジン及び電動モータを含む駆動源を備えるハイブリッド車両に搭載される。
　弁開閉時期制御装置１は、駆動側回転部材としての外部ロータ１２と、従動側回転部材としての内部ロータ２とを備えて構成される。外部ロータ１２は、内燃機関Ｅのクランク軸１１０に対して同期回転する。内部ロータ２は、内燃機関Ｅのカム軸１０１に対して一体回転すると共に外部ロータ１２に対して相対回転可能に同軸に配置される。本実施形態では、弁開閉時期制御装置１は、外部ロータ１２と内部ロータ２との軸芯Ｘを中心にした相対回転位相（相対回転角）の設定により、吸気弁１１５の開閉タイミングを制御する。
　内部ロータ２は、カム軸１０１の先端部に一体的に組付けられている。具体的には、内部ロータ２は、締結ボルト２０によってカム軸１０１の先端部に締結固定されている。
　弁開閉時期制御装置１は、カム軸１０１が接続される側とは反対側に設けられたフロントプレート１１と、外部ロータ１２と、タイミングスプロケット１５が一体的に形成され、カム軸１０１が接続される側に設けられたリアプレート１３と、を備えて構成される。外部ロータ１２は内部ロータ２に外装され、フロントプレート１１とリアプレート１３とで軸方向両側から挟みこまれる。この状態でフロントプレート１１と外部ロータ１２とリアプレート１３とは、上述の締結ボルト２０によって締結固定される。
　クランク軸１１０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に回転駆動力が伝達され、外部ロータ１２が図２に示される回転方向Ｓに回転駆動する。外部ロータ１２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軸１０１が回転し、カム軸１０１に設けられたカム１１６が内燃機関Ｅの吸気弁１１５を押し下げて開弁させる。
　図２に示されるように、外部ロータ１２には、径方向内側に突出する複数個の突出部１４が回転方向Ｓに沿って互いに離間させて形成され、外部ロータ１２と内部ロータ２とにより流体圧室４が形成される。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４つ形成されている例を挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。
　外周面２ａのうち流体圧室４に面する部分には、内部ロータ２の径方向を深さ方向とするベーン溝２１が形成されている。ベーン溝２１には、ベーン２２の一部が挿入され、径方向外側に立設配置される。したがって、ベーン２２は流体圧室４内に配置される。
　また、流体圧室４は、ベーン２２によって回転方向Ｓに沿ってオイルの流入又は排出を許容する進角室４１と遅角室４２とに仕切られている。遅角室４２にオイルが供給されると、外部ロータ１２に対する内部ロータ２の相対回転位相が相対回転方向のうち遅角方向に移動（変位）される。遅角方向とは、オイルの流入により遅角室４２の容積が増大する方向であり、図２において符号Ｓ２で示される方向である。進角室４１にオイルが供給されると、相対回転位相を相対回転方向のうち進角方向に移動（変位）される。進角方向とは、ベーン２２が外部ロータ１２に対して相対回転移動し、オイルの流入により進角室４１の容積が増大する方向であり、図２において符号Ｓ１で示される方向である。ベーン溝２１とベーン２２との間にはスプリング２３が配設され、ベーン２２は径方向外側に付勢される。これにより、進角室４１と遅角室４２との間でのオイルの漏洩を防止している。ベーン２２は、上記相対回転位相を遅角方向と進角方向との間で選択的に移動させる。
　図１及び図２に示されるように、各進角室４１に連通するよう、進角通路４３が内部ロータ２及びカム軸１０１に形成される。また、各遅角室４２に連通するよう、遅角通路４４が内部ロータ２及びカム軸１０１に形成される。進角通路４３及び遅角通路４４は第１制御弁１７４の所定のポートに接続される。
　第１制御弁１７４を制御することによって、進角室４１及び遅角室４２に対してオイルを供給、排出、又は給排を保持し、ベーン２２に当該オイル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Ｓ１又は遅角方向Ｓ２へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。
　また、図１に示されるように、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が設けられる。トーションスプリング３は、カム軸１０１のトルク変動に基づく遅角方向Ｓ２への平均変位力に抗するよう、内部ロータ２を進角側に付勢する。これにより、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向Ｓ１へ変位させることが可能となる。
　このような構成により、内部ロータ２は外部ロータ１２に対して軸芯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。外部ロータ１２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。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６は、内燃機関Ｅの始動直後等のオイルの流体圧力が安定しない状況において、外部ロータ１２と内部ロータ２とを所定の相対位置に保持することで、外部ロータ１２と内部ロータ２との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。このように相対回転位相を中間ロック位相に保持することにより、クランク軸１１０の回転位相に対するカム軸１０１の回転位相を適正に維持し、内燃機関Ｅの安定的な回転を実現する。なお、本実施形態では、中間ロック位相を、吸気弁１１５と排気弁との開弁時期が一部重複（オーバーラップ）する位相、もしくは排気弁の閉弁するタイミングと吸気弁１１５の開弁するタイミングとがほぼ同等（ゼロラップ）となる位相としている。この結果、吸気弁１１５と排気弁との開弁時期が一部重複する位相であれば、内燃機関Ｅの始動時の炭化水素（ＨＣ）の低減が図られ、低エミッションの内燃機関Ｅとすることができる。また、排気弁の閉弁するタイミングと吸気弁１１５の開弁するタイミングとがほぼ同等となる位相であれば、冷間域での始動性及びアイドリング安定性の良い内燃機関Ｅとすることができる。
　本実施形態では、中間ロック機構６は、図１及び図２に示されるように、中間ロック通路６１と、２つの中間ロック溝６２と、収容部６３と、プレート状の２つの中間ロック部材６４と、スプリング６５と、を備えて構成される。中間ロック溝６２は本発明の凹部に相当し、中間ロック部材６４は本発明のロック部材に相当する。
　中間ロック通路６１は、内部ロータ２とカム軸１０１とに形成され、中間ロック溝６２と第２制御弁１７５とを接続する。第２制御弁１７５を制御することによって、中間ロック溝６２へのオイル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に周方向に延在して形成されており、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。このため、本実施形態では中間ロック部材６４は外部ロータ１２に形成され、内部ロータ２に対して移動可能である。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の側に付勢する。
　中間ロック溝６２からオイルが排出されていると、２つの中間ロック部材６４の夫々が突出して中間ロック溝６２の夫々に嵌入することにより、中間ロック溝６２の所定の位置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、図２に示されるように、外部ロータ１２に対する内部ロータ２の相対回転位相が上述した中間ロック位相に拘束される。第２制御弁１７５を制御して、中間ロック溝６２にオイルを供給すると、図３に示されるように、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位相に拘束している状態を「ロック状態」と称する。また、ロック状態が解除された状態を「ロック解除状態」と称する。中間ロック機構６は、このような「ロック状態」と「ロック解除状態」とを切り替え可能に構成される。
　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。
　本実施形態では、２つの中間ロック溝６２が、内部ロータ２における遅角方向Ｓ２に沿って溝深さが段階的に深くなるようにラチェット構造で形成されている。これにより、中間ロック部材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に突入し易くなる。なお、中間ロック通路６１は内部ロータ２の途中で二手に分岐され、各中間ロック溝６２に接続されている。
　本弁開閉時期制御装置１は、上述した中間ロック機構６に加え、最遅角ロック機構７も備えている。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、外部ロータ１２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に拘束する。即ち、カム軸１０１のトルク変動に基づく遅角方向Ｓ２及び進角方向Ｓ１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よりも遅い時期にて開弁する位相であり、内燃機関Ｅの温間域にてプレイグニッションを回避しつつ内燃機関Ｅの始動性を確保できる位相である。
　最遅角ロック機構７は、図２に示されるように、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。本実施形態では、最遅角ロック通路７１は、複数の進角通路４３のうちの一つと併用して構成される。最遅角ロック部材７４は、２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。
　このような構成において、最遅角ロック溝７２からオイル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に示されるように、最遅角ロック溝７２に最遅角ロック部材７４が係止されると、内部ロータ２の外部ロータ１２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保持される。第１制御弁１７４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にオイルが供給され、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。
　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。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。
　このような構成において、図２に示されるような中間ロック状態において、第２制御弁１７５への給電を停止すれば、図３に示されるように、ロック解除状態となる。その後、第２制御弁１７５への給電が停止され続ける限りは、中間ロック溝６２にオイル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４に示されるように、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に突入し、最遅角ロック状態となる。
　このように、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２に示されるように、流体圧室４を四箇所備えることができる。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。
　次に、本実施形態に係る油圧回路の構成について説明する。油圧回路には、図１に示されるように、内燃機関Ｅにより駆動されてオイルの供給を行うポンプ１７１と、流体圧室４へのオイルの供給を制御する第１制御弁１７４と、中間ロック機構６へのオイルの供給を制御する第２制御弁１７５とが設けられる。
　位相制御部１８０は、上述の相対回転位相を制御するべく、第１制御弁１７４及び第２制御弁１７５の動作制御を行う。位相制御部１８０は、例えば中間ロック機構６がロック解除状態からロック状態に切り替えるとき、中間ロック部材６４が中間ロック位相に達するように、遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出、又は遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給を制御する。この位相制御部１８０は、演算処理装置を利用したものであり、単一の制御機器で構成されることもあれば、複数の制御機器で構成されることもある。
　本実施形態において、ポンプ１７１は、内燃機関Ｅのクランク軸１１０から伝達される回転力により駆動される機械式の油圧ポンプからなる。ポンプ１７１は、オイルパン１７６に貯留されたオイルを吸入ポートから吸入し、当該オイルを吐出ポートから下流側に吐出する。ポンプ１７１の吐出ポートは、第１制御弁１７４及び第２制御弁１７５の所定のポートに連通している。
　第１制御弁１７４は、例えば、位相制御部１８０からのソレノイドへの通電によってスリーブ内に摺動可能に配置されたスプールをスプリングに抗して変位させる可変式電磁スプールバルブを用いることができる。この第１制御弁１７４は、進角通路４３に連通する進角ポートと、遅角通路４４に連通する遅角ポートと、ポンプ１７１の下流側の流路に連通する供給ポートと、オイルパン１７６に連通するドレインポートとを有している。
　第１制御弁１７４は、進角ポートを供給ポートと連通し、遅角ポートをドレインポートと連通する進角制御、遅角ポートを供給ポートと連通し、進角ポートをドレインポートと連通する遅角制御、及び進角ポート及び遅角ポートを閉塞するホールド制御の３つの状態制御を行うことが可能な３位置制御弁から構成される。進角制御を行うことにより、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。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。ホールド制御を行うと、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とにオイルが供給される。最遅角ロック状態のときは、最遅角ロック通路７１は最遅角ロック部材７４によって閉塞されている。進角制御によって最遅角ロック部材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、進角通路４３を介して進角室４１にオイルが供給され、内部ロータ２は進角側へ相対回転移動する。
　また、第１制御弁１７４は、位相制御部１８０により制御されて動作し、進角室４１及び最遅角ロック通路７１、又は遅角室４２に対するオイルの供給又は排出の制御を行う。これにより、第１制御弁１７４は、中間ロック機構６のロック状態又は解除状態の切替制御、及び外部ロータ１２に対する内部ロータ２の相対回転位相の制御を行う。本実施形態では第１制御弁１７４に通電すると遅角制御が可能な状態となり、第１制御弁１７４への給電を停止すると進角制御が可能な状態となるように設定されている。また、第１制御弁１７４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、オイルの給排量の微調節が可能である。
　第２制御弁１７５は、第１制御弁１７４と同様に可変式電磁スプールバルブを用いて構成される。第２制御弁１７５は、中間ロック通路６１に連通する規制ポートと、ポンプ１７１の下流側の流路に連通する供給ポートと、オイルパン１７６に連通するドレインポートとを有している。また、第２制御弁１７５は、規制ポートを供給ポートと連通する解除制御、及び規制ポートをドレインポートと連通する規制制御の２つの状態制御を行うことが可能な２位置制御弁として構成される。第２制御弁１７５は、位相制御部１８０により制御されて動作し、中間ロック機構６の中間ロック溝６２へのオイルの供給又は排出の制御を行う。このようにして、第２制御弁１７５は、中間ロック機構６の規制状態又は解除状態の切替制御を行う。
　第２制御弁１７５により、中間ロック溝６２へのオイルの供給と、中間ロック溝６２からのオイル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、第２制御弁１７５は、給電されると中間ロック溝６２からのオイルが排出可能な状態となり、給電が停止されると中間ロック溝６２へのオイルが供給可能な状態となるように構成されている。
　ここで、内燃機関Ｅのクランク軸１１０の近傍には、当該クランク軸１１０の回転角を検出するクランク角センサが備えられる。また、カム軸１０１の近傍には、当該カム軸１０１の回転角を検出するカム軸角センサが備えられる。位相制御部１８０は、クランク角センサとカム軸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、位相制御部１８０には、イグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ情報等が伝達される。また、位相制御部１８０のメモリ内には、内燃機関Ｅ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。位相制御部１８０は、内燃機関Ｅの運転状態に応じて相対回転位相を制御する。
　本実施形態に係る位相制御部１８０は、現在の位相と中間ロック位相との間に設けられた基準位相までの相対回転位相の移動速度よりも、基準位相から中間ロック位相までの間の相対回転位相の移動速度を遅くして遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方を制御する。本実施形態では、現在の位相は、上述したように位相制御部１８０はクランク角センサとカム軸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。このような現在の位相と中間ロック位相との間に基準位相が設けられる。このような基準位相は、例えば現在位相と中間ロック位相との中間の位置に都度、変更可能に設けても良いし、予め中間ロック位相の近傍に設けておいても良い。
　このような基準位相と中間ロック位相とが、図５及び図６に模式的に示される。図５は、２つの中間ロック部材６４が夫々、中間ロック溝６２内に位置していない状態から内部ロータ２が進角方向Ｓ１に回転して中間ロック位相に移行する場合の例であり、図６は、２つの中間ロック部材６４が夫々、中間ロック溝６２内に位置していない状態から内部ロータ２が遅角方向Ｓ２に回転して中間ロック位相に移行する場合の例である。図５及び図６において、符号Ａが付された位置が中間ロック位相であり、符号Ｏが付された位置が現在の位相である場合、これらの間に基準位相Ｐが設けられる。なお、図５にあっては、基準位相Ｐが中間ロック溝６２内に設けられているが、中間ロック溝６２外に設けることも可能である。また、図６にあっては、基準位相Ｐが中間ロック溝６２外に設けられているが、中間ロック溝６２内に設けることも可能である。
　係る場合、位相制御部１８０は現在の位相の位置Ｏから基準位相の位置Ｐを介し、更には中間ロック位相の位置Ａまでの間の相対回転位相の移動速度が一定の変化量で遅くなるように、遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方を制御する。一定の変化量で遅くなるとは、一定の負の加速度で移動速度が遅くなることをいい、図７に示されるように次第に移動速度が遅くなることをいう。これにより、現在の位相から中間ロック位相まで迅速に、且つ、確実に移行させることが可能となる。
　なお、図７に示した移動速度の変化は一例であり、例えば図８に示すように、現在の位相の位置Ｏから基準位相の位置Ｐまでは所定の第１移動速度に基づき移動させ、基準位相の位置Ｐから中間ロック位相の位置Ａまでは当該第１移動速度よりも遅い第２移動速度に基づき移動させる構成とすることも可能であるし、現在の位相の位置Ｏから中間ロック位相の位置Ａまで移行する間に、３段階以上で移動速度を変更する構成とすることも当然に可能である。
　本実施形態では、判定部１８１が、位相制御部１８０による給排の制御後に、中間ロック部材６４が基準位相の側に移動するように制御した時、当該基準位相に中間ロック部材６４が達するか否かを判定する。位相制御部１８０による給排の制御とは、中間ロック部材６４が中間ロック位相となるように遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方を行う制御である。
　このような基準位相の側（中間ロック位相に移行させる際における「現在の位相」に位置の側）に移動するように制御することを以下では「判定制御」として説明する。このような判定制御後、判定部１８１により中間ロック部材６４が基準位相の位置Ｐに達したと判定された場合には、その結果が位相制御部１８０に伝達される。係る場合、位相制御部１８０は外部ロータ１２に対する内部ロータ２の相対回転位相が中間ロック位相でないと認識し、位相制御部１８０は第１制御弁１７４を制御して中間ロック位相に移行させる。
　一方、判定制御後、判定部１８１により中間ロック部材６４が基準位相の位置Ｐに達していないと判定された場合には、その結果が位相制御部１８０に伝達される。係る場合、位相制御部１８０は外部ロータ１２に対する内部ロータ２の相対回転位相が中間ロック位相であると認識し、位相制御部１８０は第１制御弁１７４の制御を停止する。
　また、本実施形態では、位相制御部１８０は、第１制御弁１７４による給排の制御後に判定部１８１により基準位相の位置Ｐに中間ロック部材６４がないと判定された場合、遅角室４２及び進角室４１の夫々に交互に流体を供給する。第１制御弁１７４による給排の制御後に判定部１８１により基準位相の位置Ｐに中間ロック部材６４がないと判定された場合とは、中間ロック部材６４が中間ロック位相に位置している場合に相当する。係る場合、内部ロータ２と外部ロータ１２とが相対回転が規制されているので、位相制御部１８０が遅角室４２及び進角室４１の夫々に交互に流体を供給することにより、相対回転が規制された状態でベーン２２が進角方向Ｓ１及び遅角方向Ｓ２に揺さぶられることになる。このように中間ロック部材６４が基準位相に達しなければ、中間ロック部材６４が中間ロック溝６２に確実に嵌入されていると判定することができる。したがって、本構成により、中間ロック部材６４の嵌入状態を確認することができる。また、遅角室４２及び進角室４１の油圧を増減することにより、遅角室４２及び進角室４１と共に、これらに接続される通路の油圧も増減するので、通路内の異物を流通させて除去する（クリーニングする）ことが可能となる。
〔その他の実施形態〕
　上記実施形態では、２つの中間ロック溝６２が、内部ロータ２における遅角方向Ｓ２に沿って溝深さが段階的に深くなるようにラチェット構造で形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。溝深さが一様な中間ロック溝６２で構成することも当然に可能である。
　また、上記実施形態では、中間ロック溝６２及び中間ロック部材６４が２つずつ設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、中間ロック溝６２及び中間ロック部材６４が１つずつ設けられ、中間ロック溝６２が、内部ロータ２における遅角方向Ｓ２に沿って溝深さが段階的に深くなるようにラチェット構造で形成されていても良い。係る場合、溝深さが深い側の周方向の長さは、中間ロック部材６４が当該深い側の溝に嵌入した際に、外部ロータ１２と内部ロータ２とが相対回転しない程度に設定すると好適である。
　また、溝深さが一様な中間ロック溝６２で構成することも可能である。係る場合、中間ロック溝６２の周方向の長さは、中間ロック部材６４が当該中間ロック溝６２に嵌入した場合であっても、外部ロータ１２と内部ロータ２との相対回転を許容できる程度に設定すると好適である。
　上記実施形態では、中間ロック部材６４が外部ロータ１２に設けられ、中間ロック溝６２が内部ロータ２に設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。中間ロック部材６４が内部ロータ２に設けられ、中間ロック溝６２が外部ロータ１２に設けられるように構成することも当然に可能である。
　上記実施形態では、位相制御部１８０は、第１制御弁１７４による給排の制御後に判定部１８１により基準位相の位置Ｐに中間ロック部材６４がないと判定された場合、遅角室４２及び進角室４１の夫々に交互に流体を供給するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第１制御弁１７４による給排の制御後に判定部１８１により基準位相の位置Ｐに中間ロック部材６４がないと判定された場合、位相制御部１８０が遅角室４２及び進角室４１の夫々に交互に流体を供給しないように構成することも当然に可能である。また、位相制御部１８０が、判定部１８１による判定の際に、遅角室４２及び進角室４１の夫々に交互に流体を供給する構成とすることも当然に可能である。
　上記実施形態では、弁開閉時期制御装置１は、吸気弁１１５の開閉タイミングを制御する例を挙げて説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。弁開閉時期制御装置１が、排気弁の開閉タイミングを制御する構成とすることも当然に可能である。
　上記実施形態では、判定部１８１が、位相制御部１８０による給排の制御後に、中間ロック部材６４が基準位相の側に移動するように制御した時、当該基準位相に中間ロック部材６４が達するか否かを判定するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。中間ロック位相の位置Ａと基準位相の位置Ｐとの間に判定位相の位置を設け、判定部１８１が、位相制御部１８０が遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方の制御を実施した後に、中間ロック部材６４が判定位相側に移動するように制御された時、当該判定位相の位置に中間ロック部材６４が達するか否かを判定する構成とすることも可能である。係る場合、中間ロック位相と判定する位置（判定位相の位置）との間を狭くすることができるので、より確実に中間ロック部材６４が中間ロック位相に達しているか否かを判定することが可能となる。
　上記実施形態では、位相制御部１８０が、現在の位相から中間ロック位相までの相対回転位相の移動速度が一定の変化量で遅くなるように、遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方を制御するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、位相制御部１８０は、現在の位相から中間ロック位相までの間の相対回転位相の移動速度と、遅角室４２及び進角室４１への流体の状態を示す状態量との関係で規定されたマップに基づいて、遅角室４２への流体の供給及び進角室４１からの流体の排出と、遅角室４２からの流体の排出及び進角室４１への流体の供給との一方を制御する構成とすることも可能である。流体の状態を示す状態量とは、例えば流体の温度や圧力が相当する。このような流体の温度や圧力との関係で、移動速度を規定したマップを予め記憶しておき、位相制御部１８０が当該マップに基づいて遅角室４２及び進角室４１の油圧を制御する構成とすることも可能である。係る場合でも、現在の位相から基準位相までの移動速度よりも、基準位相から中間ロック位相までの間の移動速度を遅くして制御することにより迅速に中間ロック位相に移行することが可能である。
　本発明は、内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転部材に対して、内燃機関のカム軸と一体回転する従動側回転部材の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に用いることが可能である。
　１：弁開閉時期制御装置
　２：内部ロータ（従動側回転部材）
　４：流体圧室
　６：中間ロック機構
　１２：外部ロータ（駆動側回転部材）
　２２：ベーン
　４１：進角室
　４２：遅角室
　６２：中間ロック溝（凹部）
　６４：中間ロック部材（ロック部材）
　１０１：カム軸
　１１０：クランク軸
　１８０：位相制御部
　Ｅ：内燃機関
　Ｓ１：進角方向
　Ｓ２：遅角方向

Claims (5)

  1. 　内燃機関のクランク軸と同期回転する駆動側回転部材と、
    　前記内燃機関のカム軸と一体回転すると共に前記駆動側回転部材に対して相対回転可能な従動側回転部材と、
    　前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とにより形成される流体圧室と、
    　前記流体圧室内に配置され、前記流体圧室を流体の流入又は排出を許容する遅角室及び進角室に仕切り、前記駆動側回転部材に対する前記従動側回転部材の相対回転位相を前記流体の流入により前記遅角室内の容積が増大する遅角方向と前記流体の流入により前記進角室内の容積が増大する進角方向との間で選択的に移動させるベーンと、
    　前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか一方に設けられ、他方に対して移動可能であるロック部材と、周方向に沿って延在し、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のいずれか他方に設けられた凹部とを含み、前記ロック部材が前記凹部に嵌入することにより前記相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に拘束するロック状態と、前記ロック部材が前記凹部から引退することにより拘束が解除されたロック解除状態とに切り替え可能な中間ロック機構と、
    　前記中間ロック機構が前記ロック解除状態から前記ロック状態に切り替えるとき、現在の位相と前記中間ロック位相との間に設けられた基準位相までの前記相対回転位相の移動速度よりも、前記基準位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度を遅くして、前記ロック部材が前記中間ロック位相に達するように前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出、又は前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給を制御する位相制御部と、
    を備えた弁開閉時期制御装置。
  2. 　前記位相制御部は、前記現在の位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度が一定の変化量で遅くなるように、前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方を制御する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 　前記位相制御部は、前記現在の位相から前記中間ロック位相までの間の前記相対回転位相の移動速度と、前記遅角室及び前記進角室への流体の状態を示す状態量との関係で規定されたマップに基づいて、前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方を制御する請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
  4. 　前記中間ロック位相と前記基準位相との間に判定位相が設けられ、前記判定位相に前記ロック部材が達するか否かを判定する判定部を更に備え、前記位相制御部が前記遅角室への流体の供給及び前記進角室からの流体の排出と、前記遅角室からの流体の排出及び前記進角室への流体の供給との一方の制御を実施した後、前記ロック部材が前記判定位相に移動するように制御された時、前記判定位相に前記ロック部材が達するか否かを判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
  5. 　前記相対回転位相は、前記現在の位相から前記基準位相までの間は第１移動速度に基づき移動し、前記基準位相から前記中間ロック位相までは前記第１移動速度よりも遅い第２移動速度に基づき移動する請求項１から４のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
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