(57)【要約】【課題】カム軸の変動トルクを駆動力とする位相可変装置において、高応答化と目標位相角への収束性を両立でき、更に、エンジンの高速回転時にも機能できること。【解決手段】非圧縮性の油で満たされ位相変換に連動して容積が増減する進角室と遅角室間の導通路５ｃ及び導通路開閉部材１２の導通孔１２ａからなる導通経路を、カムシャフト（これと一体のベース５）に作用する変動トルクに同期させて開閉し、変動トルクの一方の符号部分のみを選択的に駆動力として取り出す構成であって、導通路５ｃの開閉をカムシャフト（ベース５）の回転角度に同期させて導通路開閉部材１２によって作動することで遅滞なく開閉できるようにし、高速運転時の応答性を確保する。また、位相変換の速度を外部指令で変更すると、前記導通路開閉部材の導通孔１２ａと導通路５ｃとの導通重なり程度を変更できるようにすることで、位相可変装置の収束性を向上させる。【選択図】図１
2008180128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第一回転部材と、前記第一回転部材を介して回転駆動されるカムシャフトに連結された第二回転部材と、前記第一回転部材と前記第二回転部材との相対的な回転運動に連動して相対回転方向位置により容積が増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室と、前記進角油圧室と前記遅角油圧室を導通する導通路と、前記導通路を開閉する導通路開閉部材と、を備え、前記カムシャフトに作用する正負符号の変動トルクの内で一方の符号トルクのときに前記第一回転部材と前記第二回転部材の相対回転を可能とし、他方の符号トルクのときに相対回転を阻止して、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位相を変化させる位相可変装置であって、
前記進角油圧室と前記遅角油圧室は、前記第二回転部材に設けた円筒状内周面を有する空間に嵌入し前記円筒状内周面の軸方向に移動可能なピストン部材が、前記円筒状内周面の開口部を閉塞する構成を有し、
前記導通路開閉部材の相対回転軸は、前記第一回転部材と前記第二回転部材の回転中心から半径方向に離隔した箇所に配置される
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相可変装置において、
前記導通路開閉部材は、前記第一回転部材と前記第二回転部材の少なくとも一方の回転により駆動され、前記第二回転部材のトルク変動に同期して前記導通路の開閉を行う
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位相可変装置において、
前記第一回転部材と前記第二回転部材は同軸で配置され、両回転部材の共通軸心部に前記両回転部材と共には回転しない太陽歯車が配置され、
前記導通路開閉部材は、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車部と、前記導通路を導通させる又は非導通とさせる円筒面部とを有し、前記円筒面部の外周に二箇所以上で開口する導通孔を設け、前記円筒面部と前記導通路との相対回転により前記導通路の開閉を行う
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位相可変装置において、
前記太陽歯車を所定の角度だけ回転させる導通タイミング調整手段を設け、前記導通タイミング調整手段によって前記進角油圧室と前記遅角油圧室との導通位相を変更する
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つの請求項に記載の位相可変装置において、
前記進角油圧室と前記遅角油圧室の間で前記導通路と前記導通路開閉部材の導通孔とから形成される流路抵抗を可変する流路抵抗可変手段を有する
ことを特徴とする位相可変装置
【請求項６】
請求項５に記載の位相可変装置において、
前記流路抵抗可変手段は、前記導通路と前記導通路開閉部材の導通孔開口部との重なり量を変更して流路の有効断面積を変更する
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位相可変装置において、
前記流路抵抗可変手段は、前記流路有効断面積を変更する機能に加えて、前記導通路を遮断する状態を選択できる機能を有する
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項８】
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第一回転部材と、前記第一回転部材を介して回転駆動されるカムシャフトに連結された第二回転部材と、前記第一回転部材と前記第二回転部材との相対的な回転運動に連動して相対回転方向位置である位相角により容積が増大または減少する進角油圧室および遅角油圧室と、前記進角油圧室と前記遅角油圧室を導通する導通路と、前記導通路を開閉する導通路開閉部材と、を備え、前記カムシャフトに作用する正負符号の変動トルクの内で一方の符号トルクのときに前記第一回転部材と前記第二回転部材の相対回転を可能とし、他方の符号トルクのときに相対回転を阻止して、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位相を変化させる位相可変装置であって、
前記進角油圧室と前記遅角油圧室は、前記第二回転部材に設けた円筒状内周面を有する空間に嵌入し前記円筒状内周面の軸方向に移動可能なピストン部材が、前記円筒状内周面の開口部を閉塞する構成を有し、
前記導通路開閉部材は、前記第二回転部材のトルク変動に同期して前記導通路の開閉を行い、その回転軸が前記第一回転部材と前記第二回転部材の回転中心から半径方向に離隔した箇所に配置される構成を有し、
前記第一回転部材または前記第二回転部材の１回転中の一定区間は前記導通路と前記導通路開閉部材からなる導通経路を導通し前記一定区間の残りの区間は前記導通経路を遮断した状態と、前記１回転中の前記一定区間とは別の一定区間は前記導通経路を遮断し前記別の一定区間の残りの区間は前記導通経路を導通した状態と、前記１回転中の全領域で前記導通経路を遮断した状態と、を切り換えて形成させる状態切換部材を有し、
前記状態切換部材は、前記第一回転部材と前記第二回転部材の相対的な回転運動に連動して移動し前記移動の位置が前記位相角に１対１に対応する位相検出部と、目標とする位相角に応じて外部から位置を制御する位相制御部と、を有し、  前記位相検出部と前記位相制御部との相対的な位置関係により前記導通経路の３つの状態を切り換えて、前記位相角を前記目標とする位相角に自動的に収束させる
ことを特徴とする位相可変装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１つの請求項に記載の位相可変装置によって、エンジンのバルブタイミングを変えることを特徴とする車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの回転部材間の位相角制御装置に係わり、特にクランク軸の回転によりカム軸を介して駆動される吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを可変とする内燃機関用バルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、チェーンスプロケットなどを介してエンジンのクランクシャフトにより駆動されるカムシャフトの回転位相を可変に制御することにより、負荷や機関回転速度などの運転状態に応じて、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブの開閉のタイミングを最適な位置に制御する内燃機関用カム軸位相可変装置が知られている。
【０００３】
このような内燃機関用カム軸位相変換装置の従来技術として、例えば特許文献１に記載されているようなバルブタイミング制御装置がある。この特許文献１には、エンジンのクランクシャフトで回転駆動される第一回転部材とカムシャフトに固定された第二回転部材の相対回転に連動して容積の増大あるいは減少する油圧室とその逆に容積が変化する他の油圧室の間をチェック弁を介して導通し、このチェック弁が流れを許容する方向を切り替えることで、バルブスプリングによってカムシャフトに作用する変動トルクを駆動力としてカムシャフトのクランクシャフトに対する位相を進角、遅角の両方向から任意の方向を選択して変化させる内燃機関用カム軸位相可変装置が開示されている。
【特許文献１】特開平３−１８５２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示すような従来技術においては、カム軸位相可変装置の駆動エネルギとしてカム軸に発生するトルク変動を利用するので省エネルギを実現できるが、以下の課題も残されている。
【０００５】
上記の従来技術では、チェック弁が流れを許容する方向を切り換えることで、カム軸のクランクシャフトに対する位相を進角、遅角両方向の任意の方向に変化させる機能を有している。一般に位相角を検出するセンサの検出周期が長いため、ある検出タイミングから次の検出タイミングまでの時間が長く正確な進・遅角切換制御ができず、位相変換速度が速すぎると目標角から大きく離れてしまう。前記従来技術の構成では、位相変換の速度がトルク１周期あたりの油圧室間を流れる油の量で決まってしまうため、エンジンの運転条件によっては、目標の位相角に収束させることが、位相変換速度が速すぎることによって困難となるという課題があった。
【０００６】
また、上記の従来技術では、油圧室間の導通経路に設けたチェック弁が一方向の油の流れを許容し反対方向の油の流れを阻止することで、油の流れに伴う油圧室の容積変化に連動した第一回転部材と第二回転部材間の相対回転を一方向だけ許容し、更にチェック弁が流れを許容する方向を切り換えて正負の領域にわたって変動するカム軸変動トルクの作用によって所望の方向に位相を変換する。しかし、チェック弁が反対方向の油の流れを遮断するメカニズムは、逆方向のトルクにより油が逆流し始めることでチェック弁が閉じるパッシブな動作であり、必ず油の逆流開始から遮断までの間に時間を要する。このため、エンジンが高速回転になり、カム軸の変動トルクの周期が短くなると、チェック弁の開閉運動が追従できなくなり、位相変換装置が機能できなくなるという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、カム軸の変動トルクを駆動力とする位相変換装置において、高応答化と目標位相角への収束性を両立でき、更に、エンジンの高速回転時にも機能できる位相可変装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。ただし、括弧内の符号は例示であり、本発明はこの例示に限らない。  
エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第一回転部材（ハウジング２）と、前記第一回転部材を介して回転駆動されるカムシャフト（３）に連結された第二回転部材（ベース５）と、前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）との相対的な回転運動に連動して相対回転方向位置により容積が増大または減少する進角油圧室（１０）および遅角油圧室（１１）と、前記進角油圧室と前記遅角油圧室を導通する導通路（５ｃ）と、前記導通路を開閉する導通路開閉部材（１２）と、を備え、前記カムシャフト（３）に作用する正負符号の変動トルクの内で一方の符号トルクのときに前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）の相対回転を可能とし、他方の符号トルクのときに相対回転を阻止して、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位相を変化させる位相可変装置であって、
前記進角油圧室（１０）と前記遅角油圧室（１１）は、前記第二回転部材（５）に設けた円筒状内周面（５ａ，５ｂ）を有する空間に嵌入し前記円筒状内周面の軸方向に移動可能なピストン部材（プランジャ６，７）が、前記円筒状内周面の開口部を閉塞する構成を有し、
前記導通路開閉部材（１２）の相対回転軸（１３）は、前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）の回転中心から半径方向に離隔した箇所（図２のＤ−Ｄ線）に配置される構成とする。
【０００９】
また、前記位相可変装置位相可変装置において、前記導通路開閉部材（１２）は、前記第一回転部材と前記第二回転部材の少なくとも一方の回転により駆動され、前記第二回転部材（５）のトルク変動に同期して前記導通路（５ｃ）の開閉を行う構成とする。さらに、前記位相可変装置において、前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）は同軸で配置され、両回転部材（２，５）の共通軸心部に前記両回転部材と共には回転しない太陽歯車（１４）が配置され、前記導通路開閉部材（１２）は、前記太陽歯車（１４）噛み合う遊星歯車部（１５）と、前記導通路（５ｃ）を導通させる又は非導通とさせる円筒面部とを有し、前記円筒面部の外周に二箇所以上で開口する導通孔（１２ａ）を設け、前記円筒面部と前記導通路との相対回転により前記導通路（５ｃ）の開閉を行う構成とする。
【００１０】
また、前記位相可変装置位相可変装置において、前記太陽歯車（１４）を所定の角度だけ回転させる導通タイミング調整手段（１７）を設け、前記導通タイミング調整手段によって前記進角油圧室（１０）と前記遅角油圧室（１１）との導通位相を変更する構成とする。さらに、前記位相可変装置位相可変装置において、前記進角油圧室（１０）と前記遅角油圧室（１１）の間で前記導通路（５ｃ）と前記導通路開閉部材（１２）の導通孔（１２ａ）とから形成される流路抵抗を可変する流路抵抗可変手段（２４）を有する
また、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される第一回転部材（２）と、前記第一回転部材を介して回転駆動されるカムシャフトに連結された第二回転部材（５）と、前記第一回転部材と前記第二回転部材との相対的な回転運動に連動して相対回転方向位置である位相角により容積が増大または減少する進角油圧室（１０）および遅角油圧室（１１）と、前記進角油圧室と前記遅角油圧室を導通する導通路（５ｃ）と、前記導通路を開閉する導通路開閉部材（１２）と、を備え、前記カムシャフト（３）に作用する正負符号の変動トルクの内で一方の符号トルクのときに前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）の相対回転を可能とし、他方の符号トルクのときに相対回転を阻止して、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの回転位相を変化させる位相可変装置であって、
前記進角油圧室（１０）と前記遅角油圧室（１１）は、前記第二回転部材（５）に設けた円筒状内周面（５ａ，５ｂ）を有する空間に嵌入し前記円筒状内周面の軸方向に移動可能なピストン部材（６，７）が、前記円筒状内周面（５ａ，５ｂ）の開口部を閉塞する構成を有し、
前記導通路開閉部材（１２）は、前記第二回転部材（５）のトルク変動に同期して前記導通路（５ｃ）の開閉を行い、その回転軸（１３）が前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）の回転中心から半径方向に離隔した箇所（図２のＤ−Ｄ線）に配置される構成を有し、
前記第一回転部材（２）または前記第二回転部材（５）の１回転中の一定区間は前記導通路（５ｃ）と前記導通路開閉部材（１２）からなる導通経路を導通し前記一定区間の残りの区間は前記導通経路を遮断した状態と、前記１回転中の前記一定区間とは別の一定区間は前記導通経路を遮断し前記別の一定区間の残りの区間は前記導通経路を導通した状態と、前記１回転中の全領域で前記導通経路を遮断した状態と、を切り換えて形成させる状態切換部材（４５，４１，４０，２４）を有し、
前記状態切換部材（４５，４１，４０，２４）は、前記第一回転部材（２）と前記第二回転部材（５）の相対的な回転運動に連動して移動し前記移動の位置が前記位相角に１対１に対応する位相検出部（４５，４１，４０）と、目標とする位相角に応じて外部から位置を制御する位相制御部（２４）と、を有し、  前記位相検出部（４５，４１，４０）と前記位相制御部（２４）との相対的な位置関係により前記導通経路（５ｃ，１２ａ）の３つの状態を切り換えて、前記位相角を前記目標とする位相角に自動的に収束させる構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、必要に応じて目標位相角付近での位相可変装置の動作速度を遅くすることができるため、正確に目標位相角に収束させることができる。
【００１２】
また、カム軸に発生する変動トルクの周波数が大きくなった場合でも、導通経路を遅滞なく開閉することができるので、エンジンが高速回転するような状況でも変動トルクを駆動源とする位相可変装置を機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態と第２の実施形態に係る位相可変装置について、図１〜図８と図９〜図１３を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
「第１の実施形態」
本発明の第１の実施形態に係る位相可変装置を図１から図８を用いて説明する。本実施形態に係る位相可変装置の構成例を示す図１〜図４において、主たる構成要素として、１はチェーンスプロケット、２はハウジング、２ａはプランジャー拘束面、２ｂはプランジャー拘束面、３はカムシャフト、４はカムボルト、５はベース、５ａは円筒内周面、５ｂは円筒内周面、５ｃは導通路、５ｆは収容穴、５ｇは収容穴、５ｈは拘束面、６は進角プランジャー、７は遅角プランジャー、８は付勢ばね、９は付勢ばね、１０は進角油圧室、１１は遅角油圧室、１２は導通路開閉部材、１２ａは導通孔、１２ｂは進角用導通孔、１２ｃは遅角用導通孔、１３は伝達シャフト、１４はサンギア、１５はプラネタリギア、１６はサンギア軸、１６ａはサンギア回転つまみ、１７はタイミング調整ソレノイド、をそれぞれ表す。
【００１５】
本実施形態に係る位相可変装置は、タイミングチェーン（不図示）を介しクランクシャフト（不図示）によって回転駆動され、カムシャフト３に回転可能に支持されるチェーンスプロケット１と、チェーンスプロケット１に一体に固定されたハウジング２と、チェーンスプロケット１を回転可能に支持するカムシャフト３の端部にカムボルト４によって一体に結合されハウジング２に対して回転自在に収容されたベース５と、ベース５の２箇所の円筒状内周面５ａ，５ｂにそれぞれ嵌入されその軸方向に進退可能な進角プランジャー６及び遅角プランジャー７と、を備えている（プランジャー６，７は円筒状内周面５ａ，５ｂ内を移動するピストン部材）。それらのプランジャー６，７は付勢バネ８と付勢バネ９によってそれぞれの一端部が常にハウジング２のプランジャー拘束面２ａと２ｂに密着するように付勢されている。進角プランジャー６とベース５によって閉空間である進角油圧室１０が、遅角プランジャー７とベース５によって閉空間である遅角油圧室１１がそれぞれ形成されている。
【００１６】
油圧室にプランジャーを用いることで、進角油圧室１０はチェーンスプロケット１に対してカムシャフト３が進角方向に相対回転する際に容積が増大する空間であり、遅角油圧室１１は同じく遅角方向に相対回転する際に容積が増大する空間である。ベース５には進角油圧室１０と遅角油圧室１１を連絡する導通路５ｃが形成されており、その途中に導通路開閉部材１２が組み込まれている。導通路開閉部材１２はその軸まわりにベース５に対して相対回転することで導通路５ｃの開閉を行う。
【００１７】
なお、本実施形態において、チェーンスプロケット１がクランクシャフトによって回転駆動される方向は、時計方向であるとする。また、図１において、進角方向の位相変換とは、ベース５がハウジング２、すなわちカムシャフト３がチェーンスプロケット１に対して時計方向に回転する運動であり、遅角方向の位相変換とは、同様に、カムシャフト３がチェーンスプロケット１に対して反時計方向に回転する運動を指す（図１の進角方向と遅角方向の矢印参照）。
【００１８】
後で詳説するが、導通路開閉部材１２による導通路５ｃの開閉は、カムシャフト３から正負の変動トルクが作用してベース５がハウジング２に対して相対回転しようとする際に、変動トルクの方向が所望の進角又は遅角方向である期間には進角油圧室１０と遅角油圧室１１を導通路５ｃと導通路開閉部材１２とで構成される導通経路によって連通して、チェーンスプロケット１に対するカムシャフト３の相対回転を許容し、所望の進角又は遅角方向と反対方向である期間には導通路開閉部材１２により導通経路を遮断し作動流体の流れを止めることで、必ず一方の油圧室の容積減少を伴う相対回転を止めるように機能する（略説すると、カムシャフトに作用する正負の領域に亘って変動するトルクを導通路開閉部材を用いて整流して、カムシャフトの相対回転を許容したり、阻止したりする）。これにより所望の進角又は遅角方向へクランクシャフトとカムシャフトとの位相変換を行う。
【００１９】
図２〜図４を参照して導通路開閉部材について説明する。導通路開閉部材は、導通路５ｃなどで構成される導通経路をカム軸位相可変装置の回転に同期させて開閉する動作と、導通経路の通路抵抗を変化させる動作とを行う。導通路開閉部材１２は円筒状のシャフトで、導通孔１２ａを有し（導通路開閉部材１２の円筒面部に１８０°間隔の２箇所に開口部を設けることが図示されているが、例えば、直列６気筒でギヤ比を１対３にすると、１２０°毎の３つの導通孔を設けてその内の２つの導通孔を進角と遅角の油圧室に接続してもよい）、片端に伝達シャフト１３がネジ締結されるネジ穴を有する構造であり、ベース５に設けた収容穴５ｆに回転・直動自在に収容されている。また、収容穴５ｆは進角油圧室１０と遅角油圧室１１とを連通する導通路５ｃの途中に配置されている。
【００２０】
導通経路の開閉は導通路開閉部材１２をベース５に対して回転駆動することで行う。導通路開閉部材１２は伝達シャフト１３により回転力を伝達されて回転する。この回転力は、ベース５がハウジング２を介してクランクシャフトに駆動されて回転する際に、回転を規制されたサンギア１４とプラネタリギア１５によって作り出される。サンギア１４は、ハウジング２とベース５の回転軸と同軸位置に配置され、ベース５によって相対回転が可能に支持されたサンギア軸１６に固定されている。サンギア軸１６はサンギア回転つまみ１６ａの部分をタイミング調整ソレノイド１７により所定量だけ円周方向に駆動される（サンギア軸１６に固定されたサンギア１４はタイミング調整ソレノイドによってのみ回転する）。プラネタリギア１５は、すべりキー１８を介して伝達シャフト１３に対して一緒に回転するが軸方向には移動できるように取り付けられる。また、伝達シャフト１３はベース５によって相対回転が可能に支持されている。
【００２１】
ハウジング２とベース５がクランクシャフトにより回転駆動されると、タイミング調整ソレノイド１７が動いているとき以外においてはサンギア１４は回転をしないため、プラネタリギア１５がサンギア１４の周りを公転しながら自転する。この自転により、導通路開閉部材１２とこれに形成された導通孔１２ａが回転し、或る回転角では導通路５ｃと導通し、別の回転角では遮断され、導通経路の開閉が行われる。
【００２２】
図５に直列４気筒の場合の吸入弁用のカムトルク変動の例を示す。直列４気筒の場合、１本のカムシャフトにはバルブタイミングが異なるカムが少なくとも４つ付属しており、その回転位相は９０°異なるのが一般的である。従って、カムトルクの変動周期は９０°周期である。図５でカムトルクが正の値の部分は、吸入バルブが開く過程でカムがバルブスプリングの力に対抗して仕事をしている期間であり、負の値の部分は、吸入バルブが閉じる過程でカムがバルブスプリングの力によって仕事をされている期間である。
【００２３】
図６は図１の導通路開閉部材１２付近の拡大図であり、導通孔１２ａが導通路開閉部材１２の自転により導通経路を開閉する概念を４気筒の場合を例に示すものである。図６（ａ）は導通経路が完全に導通した場合である。導通路開閉部材１２は上述した各部品で構成される駆動機構により図の矢印の方向に回転される。図６は（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の順に回転角度が大きくなっている。（ａ）のタイミングで導通していた導通経路が、回転が進み（ｂ）では導通経路がわずかながら導通する状態になり、（ｃ）では完全に遮断され、（ｄ）で導通し始め、（ｅ）で再度導通する。
【００２４】
直列４気筒の場合には、導通孔１２ａはベース５が９０°回転するたびに導通路５ｃと導通し、それらの間の４５°ずれたタイミングで導通路５ｃと遮断されるのが好ましい（図５に示すカムトルクの最大値が９０°毎に繰り返されるのでこの最大値カムトルクを利用して位相変換を行うため）。そのため、第１の実施形態では、サンギア１４とプラネタリギア１５のギア比を２：１とし、ベース５が１回転する間に導通路開閉部材１２を２回転させ、ベース５の１回転の間に２回導通と遮断を行わせる構成としている。導通経路の導通時間は、導通路５ｃと導通孔１２ａの穴径によって調整することができる。穴径を大きくすることで、導通し始めるタイミングを早め導通し終わるタイミングを遅くすることができ、一回の導通当たりの作動流体流量を多くすることができ、位相変換速度を早くすることができる。図１および図６では導通路５ｃと導通孔１２ａの断面は同じ直径の円を想定しているが、両者の直径は同じである必要はなく、円である必要もない。
【００２５】
位相可変装置を、上記のように構成することで、導通経路の開閉動作を、ベース５の回転力により駆動でき、変動カムトルク（図５を参照）と同期して駆動できる。これにより、導通経路の開閉を、カムトルクの変動と遅滞なく行うことができるという効果がある。また、後述するように、位相変換の方向切換を行う機構にサンギア１４など、導通路開閉部材を駆動する構成部品が共用できるため、部品点数を減らすことができる。
【００２６】
さて、進角・遅角といった位相変換の方向切換は、サンギア１４を回転させて行う。直列４気筒の場合のカムトルク変動は、図５を参照すると、カムシャフト３の回転角にして９０°周期であり、カムトルクが進角方向（負）となるタイミングと遅角方向（正）になるタイミングは４５°位相がずれている。そこで、サンギア１４を４５°回転させるとプラネタリギア１５の位相が９０°ずれ、図６を参照すれば分かるように導通と遮断のタイミングを入れ替えることで位相変換の方向を選択することができる（例えば、図５に示す４５°の進角方向の最大トルク発生時に、タイミング調整ソレノイドによってサンギア１４を回転させるとプラネタリギヤ１５も回転して図５の遅角方向最大トルクの位相にずらせることができる）。なお、上記の４５°回転させる前の段階でのサンギア１４の回転方向位置は、導通路開閉部材１２によって導通経路が全開および全閉となるタイミングがカムトルクの正あるいは負のピークのタイミングと概ね一致するように調整されている。
【００２７】
サンギア１４の回転駆動はタイミング調整ソレノイド１７で行う。その作用を図４で説明する。タイミングの調整は、サンギア回転つまみ１６ａとリンク１９とＬ字レバー２０とタイミング調整ソレノイド１７の可動鉄心１７ａと連結ピン２１と支点ピン２２により構成される第１のリンク機構と、タイミング調整ソレノイド１７と、バネ２３と、で行われる。なお、支点ピン２２はエンジン本体の回転および直動運動しない部分に固定される。
【００２８】
タイミング調整ソレノイド１７の印加電圧がＯＮ−ＯＦＦ制御されると、可動鉄心１７ａがストッパ１７ｂ，１７ｃまで移動する。この動作はＬ字レバー２０で向きを変えて拡大されてリンク１９へ伝わり、サンギア回転つまみ１６ａを介して、サンギア軸１６を回転駆動する。なお、その回転角度の大きさは、利用するトルク変動の方向を切り換えることができる角度であれば良く、厳密に上述した角度と一致させる必要はない。
【００２９】
なお、運転条件によっては、例えば高油温で作動流体の粘度が低く、低速回転のため一回の導通時間が長いときは、変動トルクの一山部分によって位相可変装置が一方の回転方向に大きな角加速度と長い加速時間で加速される結果、大きな位相変換速度に達し、導通経路を流れる流速が大きくなる場合が考えられる。この場合には、導通経路の遮断タイミングによっては、作動流体と可動部品の慣性力により高い流体圧が発生して導通路開閉部材に大きな力が作用することが懸念される。これを回避するためには、導通経路を遮断するタイミングを、カムトルク変動の方向が切り換わるタイミングより遅いタイミングに変更することが効果的である。作動流体と可動部品には慣性があるため、流れる方向が切り換わるのはカムトルク変動の方向が切り換わるタイミングより遅れを伴う。よって、カムトルク変動の方向が切り換わった後、作動流体の流速が少なくなったタイミングで導通経路の遮断を行うことで導通路開閉部材にかかる力を軽減することができる。これは、導通路開閉部材１２の導通孔１２ａの大きさや円周方向の開口位置を調整することでも実現可能である。
【００３０】
位相変換速度の調節は導通路開閉部材１２の軸方向位置を調節することで行う。導通路開閉部材１２は伝達シャフト１３により軸方向駆動力も伝達されて直動する。この駆動力は、速度調節ソレノイド２４による吸引力とバネ２５による戻し力によって発生させる。図４と図２により軸方向駆動力の説明をする。
【００３１】
図４は位相可変装置正面図である。軸方向駆動力は、まず、速度調節部材２６の速度調節つまみ２６ａとリンク２７とＬ字レバー２８と速度調節ソレノイド２４の可動鉄心２４ａと連結ピン２９と支点ピン３０により構成される第２のリンク機構と、速度調節ソレノイド２４と、バネ２５と、によって速度調節部材２６の回転力が作り出される。なお、支点ピン３０はエンジン本体の回転および直動運動しない部分に固定される。速度調節ソレノイド２４の磁力が変化するとバネ２５と釣合が取れる位置に可動鉄心２４ａが移動し、この動作がＬ字レバー２８で向きを変えて拡大され、リンク２７に伝達され、速度調節つまみ２６ａを介して回転力として速度調節部材２６に伝達される。
【００３２】
次に、速度調節部材２６の回転動作を速度調節スライダ３１が直動方向の動作に変換する。図７に示すように速度調節部材２６には内側の円筒面に螺旋溝２６ｂが形成されている。また、速度調節スライダ３１には、螺旋溝２６ｂに入り込むピン３２と回り止めピン３３が固定されている。回り止めピン３３は速度調節スライダ３１が回転せず、直動方向のみに動くためにある部材で、エンジン本体の回転および直動運動をしない部分に直動可能に保持される。
【００３３】
この結果、速度調節部材２６が回転すると、螺旋溝２６ｂがピン３２を軸方向に動かし、ピン３２と一体である速度調節スライダ３１が直動運動する。これによって導通路開閉部材１２の軸方向駆動力が発生する。この軸方向駆動力は、速度調節スライダ３１と伝達シャフト１３に対して回転自在ではあるが、軸方向には相対移動をしないように固定部材３４、スラスト軸受け３５、ピンボルト３６、スラスト軸受け３７によって、速度調節スライダ３１と伝達シャフト１３に回転自在に取り付けられた伝達部材３８によって導通路開閉部材１２に伝達される。
【００３４】
導通路開閉部材１２の軸方向移動による位相変換速度調節の概念を、図８により説明する。図８は導通孔１２ａと導通路５ｃの重なり具合を模式的に表現したもので、図３の導通孔１２ａ付近の拡大図である。
【００３５】
図８（ａ）は導通経路の流路抵抗が最も小さいときで、導通孔１２ａと導通路５ｃの重なる有効断面積が最大である。このとき、位相変換速度を最も大きくできる。導通路開閉部材１２を押し込むと導通孔１２ａと導通路５ｃの重なり面積である導通経路の有効断面積が図８（ｂ）のように減少し、導通経路の流路抵抗が増加する。この状態とすることで位相変換速度を減少させることができる。さらに押し込むと、導通孔１２ａと導通路５ｃが図８（ｃ）のように全く重ならなくなり、導通経路の有効断面積はなくなる。
【００３６】
このように、導通路開閉部材１２の押し込み量によって導通経路の流路抵抗を無段階に変えることができ、カムトルク変動１周期あたりの作動流体の移動量を調節し、位相可変装置の変換速度を調整することができる。なお、導通経路が完全に重ならなくなった図８（ｃ）の状態では、カムトルクが変動しても、導通経路が遮断されているため、位相角は維持される。したがって、目標位相角に達したなどで位相を維持したい状態では、図８（ｃ）のように導通孔１２ａと導通路５ｃが全く重ならない状態にすることで、位相変換しないようにすることができるという効果がある。また、上記のように流路抵抗可変機構を構成することで、導通路開閉部材と関連する構成部品を共用でき、部品点数を減らすことができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る位相可変装置における構成と効果を取り纏めると次のような特徴を備えている。まず、本実施形態では、進角油圧室１０と遅角油圧室１１は進角プランジャー６あるいは遅角プランジャー７を用いて形成され、気密性が高い。従って、油漏れが生じにくく油圧室内部の圧力は高圧まで上昇することが可能である。これにより、所望の方向と反対方向の変動トルクが作用する期間に、圧力が高くできるので少ない受圧面積でも、大きな力を出して相対回転を止めることができる。よって位相可変装置を小型化できるという効果がある。また、油圧室を小型化できるため、位相変換時に進角油圧室１０と遅角油圧室１１との間を移動する作動流体の量が少なくなって、圧損が低減できるので高速で位相変換することができるようになるという効果がある。
【００３８】
さらに、導通路開閉部材１２を、ベース５とハウジング２の回転中心から離れた場所に配置できる構成とした。これにより導通経路を、本実施形態では直線で構成したように、単純な形状で構成することができる。導通経路の形状を単純化したことで、圧損が低減できるという効果がある。圧損を低減したことで高速応答ができるという効果がある。さらに、導通経路を配置する自由度が大きくできるため、位相可変装置の形状の自由度が大きくなり、自動車への搭載性が向上できるという効果がある。
【００３９】
また、導通路開閉部材の開閉動作をベース５の回転で駆動する構成とした。これにより、導通経路の開閉駆動を、ベース５と一体で回転するカムシャフト３の回転角度に同期して行うことができる。従来のチェック弁を使った位相可変装置では、導通経路の開閉は作動流体の動作により行われていた。このため、エンジン高回転時など、作動流体の動作方向が高速で切り換わる場合にはチェック弁が応答できず位相可変装置が機能できないという課題があった。本実施形態では、導通経路の開閉はカムシャフト３の回転に同期しているため、カムシャフト３に作用する変動トルクの周波数が大きくなった場合でも、導通経路を遅滞なく開閉することができる。よって、エンジンが高速回転するような状況でも位相可変装置を機能させることができるという効果がある。
【００４０】
また、進・遅角の導通タイミングの切り換えはサンギア１４の回転により行う構成とした。こうすることで、進・遅角用の導通孔を一つの導通孔で構成することができ、単純な形状の部品で構成することができるという効果がある。また、進・遅角の導通孔を一つの導通孔で構成することで、複数の導通孔を配した場合と比べて位相可変装置を薄型化でき、自動車への搭載性を向上することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、導通路開閉部材１２の軸方向の移動により導通経路の通路抵抗を変更することができる。これによりトルク変動１周期あたりの位相変換量を変更することができる。これにより、目標位相角付近では位相変換速度を遅くすることができ、収束性を向上することができるという効果がある。また、導通経路を流れる作動流体の流速を落とすことができるので、導通経路遮断時に、作動流体と可動部品の慣性力により、高い流体圧が発生して導通路開閉部材に大きな力が作用するのを回避することができ、位相可変装置の疲労劣化を低減できる。
【００４２】
「第２の実施形態」
本発明の第２の実施形態に係る位相可変装置について、図９〜１３を参照しながら以下説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と基本構成は同様であり、異なる点は新たに追加された収束スライダ４０と収束制御部材４１とサンギア４２とすべりキー４３とピン４４とプラネタリギア４５と進角用導通孔及び遅角用導通孔をもつ導通路開閉部材とにより、位相角を目標角に自動的に収束できるようにした点である。
【００４３】
第２の実施形態は、位相可変装置の位相角を目標角に収束させる際に、位相角フィードバック制御をしなくても自動的に目標角に収束させる構成とした。一般に、位相角フィードバック制御はクランクシャフトの回転角度とカムシャフトの回転角度の差を位相角として検出し目標角に収束させるが、カムシャフトの回転角度センサは検出周期が長い。検出周期が長いために、位相可変装置が高速の動作をする場合には目標角への収束が困難である場合が多い。以下に説明する第２の実施形態の構成にすることで、目標角に向かって自動的に収束させることができる。第１の実施形態と同様の部分は同じ符号で示し、共通の構成については第１の実施形態についての説明が援用される。
【００４４】
第２の実施形態に係る位相可変装置における収束スライダ４０はベース５の収容穴５ｆ内の導通路開閉部材１２の外側に収容され、直動動作を収束制御部材４１に規制され、回転動作はベース５に取り付けたすべりキー４３により拘束される。導通路開閉部材１２は第１の実施形態で説明したように、前述した速度調節ソレノイド２４（図４を参照）によって軸方向に移動させることができ、位相可変装置の回転による自転運動によって導通経路をカムトルク変動と同期して開閉している。収束スライダ４０はピン４４が固定されており、ピン４４は収束制御部材４１の螺旋溝４１ａに嵌入されている。螺旋溝４１ａは図１３に示すように、軸方向に対して傾斜している。
【００４５】
また、サンギア４２はカムシャフト３に直動・回転しないように取り付けられる。収束制御部材４１は、収容穴５ｆと同軸位置に配置されたベース５の第二の収容穴５ｇに回転自在に収容され、拘束面５ｈとチェーンスプロケット１により軸方向の移動を拘束されている。収束制御部材４１は、収束制御部材４１と一体となって回転するプラネタリギア４５を有する。プラネタリギア４５はサンギア４２と噛み合う歯車である。ハウジング２とベース５が相対回転して位相角が変化すると、プラネタリギア４５と一体で回転する収束制御部材４１に加工された螺旋溝４１ａが回転し、螺旋溝４１ａがピン４４と一体で移動する収束スライダ４０を軸方向に移動させる。これにより、収束スライダ４０は、位相角に対してある軸方向位置に１対１に対応して移動する。
【００４６】
なお、本実施形態では、螺旋溝４１ａの傾斜方向から、収束スライダ４０の動作方向は、位相角が遅角方向に変化するのに伴い図１０あるいは図１２の右方向に移動し、逆に位相角が進角方向に変化するのに伴い図１０あるいは図１２の左方向に移動する。
【００４７】
収束スライダ４０には導通路５ｃと連通する収束用導通孔４０ａが形成されている。収束用導通孔４０ａの外周側は軸方向に長穴となっており、収束スライダ４０が移動しても導通路５ｃと常に導通できる。収束用導通孔４０ａの内周側は収束スライダ４０の軸方向位置によって、導通路開閉部材１２の進角用導通孔１２ｂまたは遅角用導通孔１２ｃと導通、または導通路開閉部材１２の導通孔のない部分により遮断された状態を取る（収束用導通孔４０ａは外周側に長穴と内周側に短穴の二段構造）。進角用導通孔１２ｂは進角方向の変動カムトルク作用時に位相変換を許容するタイミングで導通する導通孔であり、遅角用導通孔１２ｃは遅角方向の変動カムトルク作用時に位相変換を許容するタイミングで導通する導通孔である。進角用導通孔１２ｂと遅角用導通孔１２ｃは導通路開閉部材１２の軸方向に離れた位置にあり、図１０において左が遅角用導通孔１２ｃであり、右が進角用導通孔１２ｂである。
【００４８】
直列４気筒エンジンの場合には、進角用導通孔１２ｂと遅角用導通孔１２ｃは９０°ほどずれた構成となる。また、進角用導通孔１２ｂと遅角用導通孔１２ｃとの間の距離は、進角用導通孔１２ｂと遅角用導通孔１２ｃと連通するために設けた収束用導通孔４０ａの内周側の穴の直径より離れている。このような構成にすることにより、導通路開閉部材１２と収束スライダ４０の軸方向の位置関係によって、進角するタイミングでの導通、遅角するタイミングでの導通、遮断の３つの状態が取れる。
【００４９】
収束スライダ４０が位相角の変化に伴って移動する方向に、位相角を反対に変化させるタイミングで導通する導通孔を配置する。すなわち、位相角が遅角することによって収束スライダ４０は図１０あるいは図１２の右方向に移動するため（図１２（ｂ）を参照）、進角するタイミングで導通する進角導通孔１２ｂを図１０あるいは図１２の位置に配置することにより、遅角方向への位相変換を止め、進角方向の位相変換に切り換えることができる。進角時も同様であり、進角方向に位相変換していくと、収束スライダ４０が移動し、一旦導通経路が遮断された後、遅角方向の位相変換に切り換わる。これにより、収束スライダ４０が導通路開閉部材１２の進角用導通孔１２ｂと遅角用導通孔１２ｃの間の導通経路を遮断する場所に移動する方向に、位相変換方向が自動的に切り換わり、収束する。これにより導通路開閉部材１２の軸方向位置によって、収束スライダ４０の軸方向位置が決まり、収束スライダ４０と連動する位相角が一義的に決まる。すなわち、目標の位相角に対応した軸方向位置に導通路開閉部材１２を位置制御すれば、位相角を検出してフィードバックすることなしに、位相角を目標値に自動的に収束できる。これにより自動的に目標位相角への収束性を向上することができるという効果がある。
【００５０】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る位相可変装置は、次のような構成を備えることを特徴とするものである。すなわち、変動トルクを駆動力として利用する位相可変装置において、高周波の変動トルクにも応答して駆動でき、外部からの指令で位相変換速度を可変とするために導通経路抵抗を可変できるものであり、具体的には、非圧縮性の油で満たされ位相変換に連動して容積が増減し作動室間の導通経路を、カムシャフトに作用する変動トルクに同期させて開閉し、変動トルクの一方の符号部分のみを選択的に駆動力として取り出す構成において、導通路の開閉をカムシャフトの回転角度に同期させて作動することで遅滞なく開閉できるようにして高速運転時の応答性を確保する。また、位相変換の速度を外部からの指令で変更できるようにすることで、位相可変装置の収束性を向上させる。
【００５１】
さらに、より具体的な構成として、エンジンのクランク軸によりこれと同期して回転駆動される回転部材を例示する第１回転部材とカム軸と一体に連結された回転部材を例示する第２回転部材との相対的な回転運動に連動して容積が増減する作動室を複数形成し、特にそれらの作動室の一部が容積増大する間に残りの作動室は容積減少するようにし、その容積増大中の作動室と容積減少中の作動室とを導通する導通経路を構成し、第１回転部材や第２回転部材の回転運動によりそれらの１回転中の一定区間だけ導通流路を開放し残りの一定区間は導通流路を閉止する導通路開閉部材を構成する。また、その流路開閉部材を第１回転部材と第２回転部材の少なくとも一方に正負の領域にわたって作用する変動トルクの周期に同期させて導通経路を開閉する構成とする。更に、導通路開閉部材を、第１回転部材および第２回転部材の１回転中の一定区間だけ導通経路を開放し残りの一定区間は導通経路を閉止した状態と、一定区間は導通経路を閉止しその残りの一定区間は導通経路を開放した状態と、１回転中の全領域で導通経路を閉止した状態との間で状態変化を行なわせるための切り替え機構を持つ構成とする。また、導通経路を導通路と導通路開閉部材で構成し、これら導通路と導通経路開閉部材の有効断面積を変更することで通路抵抗を可変とする構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位相可変装置の構成を示す断面図であり、図２に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る位相可変装置の構成を示す断面図であり、図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る位相可変装置の導通路開閉機構を示す断面図であり、図１に示すＡ−Ａ線断面図、図２に示すＤ−Ｄ線断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る位相可変装置の構成を示す正面図であり、図２に示すＦ矢印から見た図である。
【図５】第１の実施形態に係る位相可変装置におけるカムシャフトに作用するカムトルクの変動とクランク角との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る位相可変装置の導通経路の開閉動作状態を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る位相可変装置における位相変換速度の調節機構の一部を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る位相可変装置における位相変換速度の調節機構を示す図であり、導通経路の流路抵抗の変化を表す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位相可変装置の構成を示す断面図であり、図１１に示すＫ−Ｋ線断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る位相可変装置の構成を示す断面図であり、図９に示すＨ−Ｈ線断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る位相可変装置の導通路開閉機構を示す断面図であり、図９に示すＧ−Ｇ線断面図、図１０に示すＪ−Ｊ線断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る位相可変装置における位相変換によって導通タイミングが切り換わる変化を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る位相可変装置における導通タイミングの切り換え手段の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…チェーンスプロケット、２…ハウジング、２ａ…プランジャー拘束面、２ｂ…プランジャー拘束面、３…カムシャフト、４…カムボルト、５…ベース、５ａ…円筒内周面、５ｂ…円筒内周面、５ｃ…導通路、５ｆ…収容穴、５ｇ…収容穴、５ｈ…拘束面、６…進角プランジャー、７…遅角プランジャー、８…付勢ばね、９…付勢ばね、１０…進角油圧室、１１…遅角油圧室、１２…導通路開閉部材、１２ａ…導通孔、１２ｂ…進角用導通孔、１２ｃ…遅角用導通孔、１３…伝達シャフト、１４…サンギア、１５…プラネタリギア、１６…サンギア軸、１６ａ…サンギア回転つまみ、１７…タイミング調整ソレノイド、１７ａ…可動鉄心、１８…すべりキー、１９…リンク、２０…Ｌ字レバー、２１…連結ピン、２２…支点ピン、２３…バネ、２４…速度調節ソレノイド、２４ａ…可動鉄心、２５…バネ、２６…速度調節部材、２６ａ…流量調節つまみ、２６ｂ…螺旋溝、２７…リンク、２８…Ｌ字レバー、２９…連結ピン、３０…支点ピン、３１…速度調節スライダ、３２…ピン、３３…回り止めピン、３４…固定部材、３５…スラスト軸受け、３６…ピンボルト、３７…スラスト軸受け、３８…伝達部材、４０…収束スライダ、４０ａ…収束用導通孔、４１…収束制御部材、４１ａ…螺旋溝、４２…サンギア、４３…すべりキー、４４…ピン、４５…プラネタリギア
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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