(57)【要約】【課題】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。【解決手段】駆動側回転体１と、従動側回転体２と、駆動側回転体１と従動側回転体２とで形成された流体圧室４と、流体圧室４を遅角室４２と進角室４１とに仕切るよう駆動側回転体１及び従動側回転体２の少なくとも一方に設けられた仕切部２２と、流体圧室４に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構５と、駆動側回転体１に対する従動側回転体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１及び従動側回転体２に対して付勢力を常時作用させる付勢機構３と、を備えた。【選択図】図１
2011069288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４５８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
〔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。
【００２１】
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。
【００２２】
〔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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
〔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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
〔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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
〔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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
〔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。
【００５１】
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。
【００５２】
〔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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
〔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。
【００５９】
〔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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
〔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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
〔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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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