(57)【要約】【課題】機関始動時において実現する中間位相のばらつきを抑制するバルブタイミング調整装置の提供。【解決手段】設定方向の制御トルクを発生するトルク発生手段と、トルク発生手段から制御トルクが入力される入力回転体を有し、入力回転体におけるトルクバランスに応じて入力回転体が回転することによりクランク軸及びカム軸の間の相対位相を変化させる位相変化機構と、制御トルクとは逆方向へ入力回転体を付勢する付勢トルクＴｕを発生する付勢手段であって、クランク軸に対するカム軸の相対位相が最遅角位相Ｐｒ及び最進角位相Ｐａの間の中間位相Ｐｍとなるときに付勢トルクＴｕをステップ状に変化させる付勢手段とを設ける。【選択図】図６
2008025408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、 
設定方向の制御トルクを発生するトルク発生手段と、
前記トルク発生手段から前記制御トルクが入力される入力回転体を有し、前記入力回転体におけるトルクバランスに応じて前記入力回転体が回転することにより前記クランク軸及び前記カム軸の間の相対位相を変化させる位相変化機構と、
前記制御トルクとは逆方向へ前記入力回転体を付勢する付勢トルクを発生する付勢手段であって、前記クランク軸に対する前記カム軸の前記相対位相が最遅角位相及び最進角位相の間の中間位相となるときに前記付勢トルクをステップ状に変化させる付勢手段と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記中間位相においてステップ状に変化する前記付勢トルクの段差の幅を前記制御トルクのばらつき幅よりも大きく設定することを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項３】
前記内燃機関の始動時において前記カム軸から前記位相変化機構へ伝達されて前記入力回転体に作用する変動トルクの平均トルクと、前記付勢トルクとの総和をバランス対象トルクと定義した場合に、
前記トルク発生手段は、前記内燃機関の始動時において前記入力回転体に作用させる前記制御トルクを、前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の一方における前記バランス対象トルクのばらつき上限値よりも大きく、且つ前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の他方における前記バランス対象トルクのばらつき下限値よりも小さく設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記ばらつき上限値及び前記ばらつき下限値の差が前記制御トルクのばらつき幅よりも大きくなるように、前記中間位相においてステップ状に変化する前記付勢トルクの段差の幅を設定することを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項５】
前記変動トルクは、平均して前記制御トルクの逆方向へ前記入力回転体に作用することを特徴とする請求項３又は４に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項６】
前記付勢手段は、前記中間位相において前記付勢トルクを、前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の一方の値に対して立ち上げると共に前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の他方の値に対して立ち下げることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項７】
前記付勢手段は、前記中間位相並びに前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の一方において前記位相変化機構に係合することにより、前記付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生し、前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の他方において前記位相変化機構から離脱することにより、前記付勢トルクへの復原力の関与を規制する弾性部材を有することを特徴とする請求項６に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項８】
前記弾性部材は、前記中間位相並びに前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の一方において前記入力回転体に係合し、前記中間位相よりも前記最遅角位相側及び前記最進角位相側の他方において前記入力回転体から離脱することを特徴とする請求項７に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項９】
前記弾性部材は巻きばねであることを特徴とする請求項７又は８に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１０】
前記付勢手段は、前記弾性部材としての第一弾性部材と、最遅角位相及び前記最進角位相の間の全域において前記位相変化機構に係合することにより、前記付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生する第二弾性部材とを有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１１】
前記付勢手段は、前記中間位相側から前記最遅角位相側及び前記最進角位相側のうち前記第一弾性部材が前記位相変化機構に係合する側へ前記相対位相が変化するほど、前記機関位相に対して前記付勢トルクを線形増大させ、前記中間位相側から前記最遅角位相側及び前記最進角位相側のうち前記第一弾性部材が前記位相変化機構から離脱する側へ前記相対位相が変化するほど、前記機関位相に対して前記付勢トルクを線形減少させることを特徴とする請求項１０に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１２】
前記第二弾性部材は巻きばねであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１３】
前記弾性部材は、前記付勢トルクの全てを与える復原力を発生することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１４】
前記トルク発生手段は、前記制御トルクとしてのブレーキトルクを発生する電動ブレーキ装置を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【請求項１５】
前記トルク発生手段は、前記制御トルクを含む二方向の回転トルクを発生する電動モータを有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動性確保と燃費・出力向上との両立を図るべく、内燃機関の始動（以下、「機関始動」という。）時において、バルブタイミングを決めるクランク軸及びカム軸間の相対位相（以下、「機関位相」という。）を最遅角位相及び最進角位相間の中間位相に保持可能としたバルブタイミング調整装置が、知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示の装置では、機関始動時において弾性部材の復原力による付勢トルクとバランスさせるブレーキトルクを発生させることによって、中間位相を実現している。
【特許文献１】特開２００５−１４６９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示の装置では、機関位相の全域において弾性部材の復原力による付勢トルクを機関位相に対して線形変化させている。そのため、例えばブレーキ装置が特性変化してブレーキトルクがばらつくと、図１１に示すように、ブレーキトルクと付勢トルクとのバランスによって実現される中間位相にもばらつきが生じてしまう。これは、例えば弾性部材が特性変化して付勢トルクがばらつくことによっても、同様に生じる現象である。このようなことから、特許文献１に開示の装置では、機関始動時に所望の中間位相が得られないおそれがある。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、機関始動時において実現する中間位相のばらつきを抑制するバルブタイミング調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、トルク発生手段から位相変化機構の入力回転体に入力される設定方向の制御トルクとは逆方向へ入力回転体を付勢する付勢トルクは、機関位相が中間位相となるときに付勢手段によってステップ状に変化させられる。これにより、中間位相においては付勢トルクの段差が生まれるため、制御トルクや付勢トルクにばらつきが生じたとしても、付勢トルクにおいて制御トルクとバランスするバランス点を例えば段差の幅内にてずらすことができる。即ち、付勢トルクの段差によって入力回転体への作用トルクのばらつきを吸収することができるので、機関始動時には、入力回転体におけるトルクバランスを中間位相で保持して当該中間位相のばらつきを抑制することができる。尚、「ステップ状に変化」とは、中間位相の両側において付勢トルクの段差を生む変化であればよく、当該変化が実質的に中間位相のみにおいて実現されるものであってもよいし、当該変化が中間位相を挟む位相領域（例えば、中間位相に対して僅かに広がった領域）において実現されるものであってもよい。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相においてステップ状に変化する付勢トルクの段差の幅を制御トルクのばらつき幅よりも大きく設定するので、制御トルクのばらつきを段差によって確実に吸収できる。したがって、中間位相のばらつきの抑制効果が促進される。
【０００８】
機関始動時を含む内燃機関の運転（以下、「機関運転」という。）時には、通常、カム軸の変動トルクが位相変化機構へ伝達される。そのため、機関位相を高精度に調整する上では、制動トルクと付勢トルクとのバランスのみならず、それらのトルクと変動トルクの平均トルクとのバランスを考慮することが有効となる。尚、一般に変動トルクの平均トルクは、カム軸のカムに発生するフリクション、内燃機関を潤滑するオイルの種類、環境温度等の様々な要因によってばらつく傾向がある。
【０００９】
そこで請求項３に記載の発明によると、機関始動時においてカム軸から位相変化機構へ伝達されて入力回転体に作用する変動トルクの平均トルクと、付勢トルクとの総和をバランス対象トルクと定義する。この定義の下、トルク発生手段が機関始動時に入力回転体に作用させる制御トルクは、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方におけるバランス対象トルクのばらつき上限値よりも大きく、且つ中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方におけるバランス対象トルクのばらつき下限値よりも小さく設定される。この設定によれば、変動トルクの平均トルクや付勢トルクにばらつきが生じたとしても、それらトルクの総和であるバランス対象トルクにおいて制御トルクとバランスする点を、ステップ状に変化する付勢トルクの段差の幅内に収めることができる。故に、機関始動時には、入力回転体にそれぞれ作用する制御トルク、付勢トルク及び変動トルクの平均トルクを中間位相にてバランスさせることができるので、当該中間位相の実現精度がアップする。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、付勢手段は、バランス対象トルクの上記ばらつき上限値及び上記ばらつき下限値の差が制御トルクのばらつき幅よりも大きくなるように、中間位相における付勢トルクの段差の幅を設定する。この設定によれば、バランス対象トルクにおいて制御トルクとバランスする点を付勢トルクの段差の幅内に確実に収めることができる。したがって、中間位相の実現精度のアップ効果が促進される。
【００１１】
請求項５に記載の発明によると、カム軸からの変動トルクは、平均して制御トルクの逆方向へ入力回転体に作用する。即ち、変動トルクの平均トルクは制御トルクとは逆方向のトルクとなるので、万が一、付勢手段に異常が発生したとしても、入力回転体における制御トルクと当該平均トルクとのバランスにより入力回転体を回転させて、機関位相を調整することが可能になる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相において付勢トルクを、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方の値に対して立ち上げると共に中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方の値に対して立ち下げる。これによれば、付勢トルクがステップ状に変化するときの機関位相が中間位相の両側に広がることを抑制できるので、上述したように入力回転体のトルクバランスによって実現される中間位相については、一層ばらつき難くなる。尚、付勢トルクとして立ち上がりの起点となる「中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方の値」は、「０」であってもよいし、「０」よりも大きな値であってもよい。
【００１３】
請求項７に記載の発明によると、付勢手段の弾性部材は、中間位相並びに中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方において位相変化機構に係合することにより、付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生する。一方、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方において弾性部材は、位相変化機構から離脱することにより付勢トルクへの復原力の関与を規制する。このような弾性部材によれば、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側のうち弾性部材が位相変化機構から離脱する側の値に対してシャープに立ち上がり、且つ弾性部材が位相変化機構に係合する側の値に対してシャープに立ち下がる付勢トルクを、簡素な構成にて与えることができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明によると、弾性部材は、中間位相並びに中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の一方において入力回転体に係合し、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側の他方において入力回転体から離脱する。これにより、弾性部材が入力回転体に係合するときには、弾性部材の復原力が入力回転体に直接的に作用して付勢トルクを与えることになるので、所望の付勢トルクを発生するのに必要な復原力を可及的に小さくすることができる。故に、低ばね定数の弾性部材を用いて弾性部材の小型化、ひいては装置の小型化を図ることが可能になる。
【００１５】
請求項９に記載の発明によると、弾性部材は巻きばねであるので、付勢トルクとなる所定回転方向の復原力を確保する上で必要なサイズを、軸方向及び軸直方向において可及的に小さくすることができる。尚、「巻きばね」は、ばね材が一定曲率又は可変曲率にて巻かれた形状のばねを意味し、例えばねじりコイルばねであってもよいし、渦巻きばねであってもよい。これは、後述する請求項１２に記載の発明の「巻きばね」についても同様である。
【００１６】
請求項１０に記載の発明によると、付勢手段は、上記弾性部材としての第一弾性部材に加えて、第二弾性部材を有する。ここで第二弾性部材は、最遅角位相及び最進角位相の間の全域において位相変化機構に係合することにより、付勢トルクの少なくとも一部を与える復原力を発生するものである。故に、中間位相よりも最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構に係合する側では、第一及び第二弾性部材の各復原力の総和によって付勢トルクを与えることができ、また第一弾性部材が位相変化機構から離脱する側では、第一弾性部材のみの復原力によって付勢トルクを与えることができる。したがって、「０」よりも大きな付勢トルクを中間位相の両側において入力回転体に作用させることが可能となるので、付勢トルクと制御トルクとのバランスにより調整可能な機関位相の範囲を広げて、その調整精度を高めることができる。
【００１７】
請求項１１に記載の発明によると、付勢手段は、中間位相側から最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構に係合する側へ機関位相が変化するほど、機関位相に対して付勢トルクを線形増大させる。また、中間位相側から最遅角位相側及び最進角位相側のうち第一弾性部材が位相変化機構から離脱する側へ機関位相が変化するほど、機関位相に対して付勢トルクを線形減少させる。こうした付勢トルクの線形減少及び線形増大は、第一及び第二弾性部材のうち付勢トルクの発生に寄与する部材の弾性変形によって正確に発現させることができる。しかも、付勢トルクとバランスする制御トルクは、付勢トルクが線形減少又は線形増大する範囲においては機関位相に対して線形関係を有することとなるので、所望の機関位相を実現するための制御トルクを容易に且つ正確に決定することができる。
【００１８】
請求項１２に記載の発明によると、第二弾性部材は巻きばねであるので、付勢トルクとなる所定回転方向の復原力を確保する上で必要なサイズを、軸方向及び軸直方向において可及的に小さくすることができる。
【００１９】
請求項１３に記載の発明によると、弾性部材は、付勢トルクの全てを与える復原力を発生するので、付勢トルクの発生に必要な部品点数を削減できる。
【００２０】
請求項１４に記載の発明によると、トルク発生手段の電動ブレーキ装置は制御トルクとしてのブレーキトルクを発生するので、当該ブレーキトルクの電気制御によって入力回転体のトルクバランス、ひいては機関位相に従うバルブタイミングを高精度に調整できる。
【００２１】
請求項１５に記載の発明によると、トルク発生手段の電動モータは制御トルクを含む二方の回転トルクを発生するので、当該回転トルクの電気制御によって入力回転体のトルクバランス、ひいては機関位相に従うバルブタイミングを高精度に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１を示している。バルブタイミング調整装置１は、内燃機関のクランク軸（図示しない）からカム軸２へ機関トルクを伝達する伝達系に設けられている。バルブタイミング調整装置１はトルク発生系４及び位相変化機構８等を組み合わせてなり、機関位相を変化させることにより内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを調整する。尚、本実施形態では、クランク軸に対するカム軸２の相対位相として機関位相を定義する。
【００２４】
まず、トルク発生系４について説明する。トルク発生系４は、電動ブレーキ装置５及び通電制御回路６を備えている。電動ブレーキ装置５は、制御トルクＴｃとして回転軸７に与えるブレーキトルクを通電により発生する所謂電磁ブレーキである。通電制御回路６はマイクロコンピュータ等から構成されており、電動ブレーキ装置５の外部及び／又は内部に配置されて電動ブレーキ装置５と電気的に接続されている。機関運転時において通電制御回路６は、電動ブレーキ装置５への通電を制御する。この制御された通電を受けて電動ブレーキ装置５は、回転軸７に与える制御トルクＴｃを保持又は増減する。
【００２５】
次に、位相変化機構８について説明する。位相変化機構８は、駆動側回転体１０、従動側回転体２０、弾性部材３０，３２、遊星キャリア４０及び遊星歯車５０を備えている。
【００２６】
図１，２に示すように、駆動側回転体１０は、共に筒状の歯車部材１２とスプロケット１３とを螺子止めしてなる。歯車部材１２の内周部は駆動側内歯車部１４を形成している。スプロケット１３には、外周側へ突出する複数の歯１６が設けられている。スプロケット１３は、それらの歯１６とクランク軸の複数の歯との間で環状のタイミングチェーンが巻き掛けられることにより、クランク軸と連繋している。したがって、クランク軸から出力された機関トルクがタイミングチェーンを通じてスプロケット１３に入力されるとき、駆動側回転体１０は、クランク軸と連動して当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ回転する。このとき駆動側回転体１０の回転方向は、図２の時計方向となる。 
【００２７】
従動側回転体２０は筒状であり、スプロケット１３の内周側に同心的に配置されている。従動側回転体２０の外周部は、駆動側内歯車部１４の内周側に同心的に従動側外歯車部２２を形成している。従動側回転体２０の内周部は、カム軸２に同軸上にボルト固定されて連繋する連繋部２４を形成している。この連繋により従動側回転体２０は、カム軸２と連動して当該カム軸２に対する相対位相を保ちつつ回転可能となっており、また駆動側回転体１０に対して相対回転可能となっている。尚、図２に示すように、駆動側回転体１０に対して従動側回転体２０が進角する相対回転方向が方向Ｘであり、駆動側回転体１０に対して従動側回転体２０が遅角する相対回転方向が方向Ｙである。
【００２８】
図１，３に示すように、第一弾性部材３０は「巻きばね」としての渦巻きばねからなり、遊星キャリア４０の外周側をばね材が可変曲率にて延伸する形態で配置されている。第一弾性部材３０の一端部３４は、ピン部材１８を介して歯車部材１２に常時係合している。第一弾性部材３０の他端部３５は、図４に示すように、歯車部材１２のストッパ部１９及び後述する遊星キャリア４０のストッパ部４６のうち一方に係合し、他方から離脱する。
【００２９】
図１に示すように、第二弾性部材３２は「巻きばね」としてのねじりコイルばねからなり、スプロケット１３の内周側に同心的に配置されている。第二弾性部材３２の一端部３８はスプロケット１３に常時係合し、第二弾性部材３２の他端部３９は従動側回転体２０に常時係合している。
【００３０】
図１，３に示すように、遊星キャリア４０は筒状であり、電動ブレーキ装置５の回転軸７から制御トルクＴｃが入力される入力部４１を内周部により形成している。回転体１０，２０及び回転軸７に対して同心的な入力部４１には複数の溝部４２が開口しており、それら溝部４２に嵌合する継手４３を介して遊星キャリア４０が回転軸７に連繋している。この連繋により遊星キャリア４０は回転軸７と一体に回転可能となっており、また駆動側回転体１０に対して相対回転可能となっている。
【００３１】
図１に示すように、遊星キャリア４０は、歯車部１４，２２に対して偏心する偏心部４４を一端部側の外周部により形成している。偏心部４４は、遊星歯車５０の中心孔部５１の内周側にベアリング４５を介して嵌合している。この嵌合により遊星歯車５０は、偏心部４４の偏心中心周りに自転しつつ偏心部４４の回転方向に公転する遊星運動を実現可能となっている。図１，３に示すように遊星キャリア４０は、偏心部４４とは反対側の端部を径方向に貫通する貫通孔４７によりストッパ部４６を形成している。
【００３２】
図１，２に示すように、遊星歯車５０は筒状であり、偏心部４４に対して同心的に配置されている。即ち遊星歯車５０は、歯車部１４，２２に対しては偏心して配置されている。遊星歯車５０は、それぞれ異なる箇所で各歯車部１４，２２に噛合している。具体的には、遊星歯車５０の外周部は、偏心側で駆動側内歯車部１４に噛合する駆動側外歯車部５２を形成している。駆動側外歯車部５２の歯数は、駆動側内歯車部１４の歯数よりも少なく設定されている。また、遊星歯車５０において中心孔部５１に隣接する内周部は、偏心側とは反対側で従動側外歯車部２２に噛合する従動側内歯車部５４を形成している。従動側内歯車部５４の歯数は、駆動側外歯車部５２の歯数よりも少なく且つ従動側外歯車部２２の歯数よりも多く設定されている。
【００３３】
以上の構成により、歯車部１４，２２に噛合する遊星歯車５０が遊星運動することによって遊星キャリア４０の回転をカム軸２へ減速して伝達する差動歯車部６０が形成されている。この差動歯車部６０を備えた位相変化機構８によると、制御トルクＴｃの保持等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して相対回転しないときには、遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を保ちつつ、回転体１０，２０と一体に回転する。したがって、機関位相は変化せず、それに従ってバルブタイミングが一定に保たれる。
【００３４】
一方、制御トルクＴｃの増大等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して方向Ｙへ相対回転するときには、遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体２０が駆動側回転体１０に対して方向Ｘへと相対回転する。したがって、機関位相は進角側へ変化し、それに従ってバルブタイミングが進角する。
【００３５】
また一方、制御トルクＴｃの減少等により遊星キャリア４０が駆動側回転体１０に対して方向Ｘへ相対回転するときには、遊星歯車５０が歯車部１４，２２との噛合位置を変化させつつ遊星運動することにより、従動側回転体２０が駆動側回転体１０に対して方向Ｙへと相対回転する。したがって、機関位相は遅角側へ変化し、それに従ってバルブタイミングが遅角する。
【００３６】
次に、第一実施形態の特徴部分について説明する。
【００３７】
（制御トルクＴｃ）
電動ブレーキ装置５が発生する制御トルクＴｃは、機関運転時に回転する遊星キャリア４０に対してブレーキを掛けるものである。したがって、制御トルクＴｃは、駆動側回転体１０に対する遊星キャリア４０の相対回転方向のうち機関位相を進角させる方向Ｙ（図３参照）のトルクとなる。
【００３８】
（変動トルクの平均トルクＴａｖｅ）
機関運転時には、吸気弁の駆動反力により発生する変動トルクがカム軸２から位相変化機構８へ伝達され、当該変動トルクが差動歯車部６０を通じて遊星キャリア４０に作用する。この変動トルクは、図５に示すように、機関位相を遅角させる向きの正トルク及び機関位相を進角させる向きの負トルクの間において変動するものである。ここで特に本実施形態の変動トルクは、正トルクの最大値Ｔ＋が負トルクの最小値Ｔ−よりも大きくなる傾向を示すものであり、故にその平均トルク（以下、「平均変動トルク」という。）Ｔａｖｅは正側に偏っている。したがって、遊星キャリア４０に作用する平均変動トルクＴａｖｅは、駆動側回転体１０に対する遊星キャリア４０の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Ｘ（図３参照）のトルクとなる。
【００３９】
（付勢トルクＴｕ）
第一弾性部材３０が係合するストッパ部１９，４６については、図４に示すように、機関位相に応じて切り換わる。具体的には、機関始動を許容する中間位相（以下、「始動位相」という。）Ｐｍ並びにそれよりも最進角位相Ｐａ側の機関位相を実現するときには、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、第一弾性部材３０の端部３５がストッパ部４６に係合し且つストッパ部１９から離脱する。したがって、始動位相Ｐｍ並びにそれよりも最進角位相Ｐａ側の位相範囲では、第一弾性部材３０が巻方向への弾性変形によって発生した復原力を遊星キャリア４０に作用させることにより、遊星キャリア４０を付勢する。ここで、本実施形態において遊星キャリア４０を付勢する方向は、駆動側回転体１０に対する遊星キャリア４０の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Ｘに設定されており、故に付勢によって遊星キャリア４０には、当該方向Ｘのトルクが与えられることになる。一方、始動位相Ｐｍよりも最遅角位相Ｐｒ側の機関位相を実現するときには、図４（ａ）に示すように、第一弾性部材３０の端部３５がストッパ部１９に係合し且つストッパ部４６から離脱する。したがって、始動位相Ｐｍよりも最遅角位相Ｐｒ側の位相範囲では、第一弾性部材３０の復原力による遊星キャリア４０の付勢が規制される。尚、以下では、始動位相Ｐｍよりも最遅角位相Ｐｒ側の位相範囲を「第一位相範囲Ｒ１」、始動位相Ｐｍ並びにそれよりも最進角位相Ｐａ側の位相範囲を「第二位相範囲Ｒ２」という。
【００４０】
図１に示すように従動側回転体２０と常時係合する第二弾性部材３２は、巻方向への弾性変形によって発生した復原力を従動側回転体２０に作用させることによって、従動側回転体２０を付勢する。本実施形態において従動側回転体２０を付勢する方向は、駆動側回転体１０に対する従動側回転体２０の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Ｙ（図３参照）に設定されている。したがって、付勢された従動側回転体２０から差動歯車部６０を通じて遊星キャリア４０に作用するトルクは、駆動側回転体１０に対する遊星キャリア４０の相対回転方向のうち機関位相を遅角させる方向Ｘ（図３参照）のトルクとなる。
【００４１】
以上より、第一及び第二弾性部材３０，３２が共に遊星キャリア４０を付勢する第二位相範囲Ｒ２では、それら弾性部材３０，３２の双方の復原力による付勢トルクＴｕが遊星キャリア４０の方向Ｘへと与えられることになる。ここで、弾性部材３０，３２の復原力はいずれも機関位相の進角側への変化に対して線形増大するようになっており、故に図６に示す第二位相範囲Ｒ２では、機関位相が始動位相Ｐｍ側から最進角位相Ｐａ側へ変化するほど、付勢トルクＴｕが線形増大する。一方、第一弾性部材３０による遊星キャリア４０の付勢が規制されて第二弾性部材３２のみが遊星キャリア４０を付勢する第一位相範囲Ｒ１では、当該弾性部材３２の復原力のみによる付勢トルクＴｕが遊星キャリア４０の方向Ｘへと与えられることになる。ここで、第二弾性部材３２の復原力は機関位相の遅角側の変化に対して線形減少するようになっており、故に図６に示す第一位相範囲Ｒ１では、機関位相が始動位相Ｐｍ側から最遅角位相Ｐｒ側へ変化するほど、付勢トルクＴｕが線形減少する。
【００４２】
このように付勢トルクＴｕの発生形態は各位相範囲Ｒ１，Ｒ２で異なっており、また第一弾性部材３０には初期荷重が存在するため、図６に示すように始動位相Ｐｍにおいては、付勢トルクＴｕがステップ状に変化して当該トルクＴｕの段差ΔＴが生まれることとなる。そして特に本実施形態では、付勢トルクＴｕの発生に寄与する弾性部材の数が始動位相Ｐｍを境に増減するので、始動位相Ｐｍにおいて付勢トルクＴｕは、僅かに最遅角位相Ｐｒ側の値に対してシャープに立ち上がり、且つ僅かに最進角位相Ｐａ側の値に対してシャープに立ち下がっている。これにより、付勢トルクＴｕがステップ状変化するときの機関位相が始動位相Ｐｍの両側へ広がり難くなるので、付勢トルクＴｕの段差ΔＴを始動位相Ｐｍに正確に形成することができる。尚、本実施形態では、初期荷重により段差ΔＴを生む第一弾性部材３０の復原力が遊星キャリア４０に直接的に作用することで差動歯車部６０の減速作用を受けないようになっているので、所望幅の段差ΔＴを得るのに必要な復原力を可及的に小さくすることができる。したがって、例えば低ばね定数で小型のばねを第一弾性部材３０として用いて装置１の小型化を図ることができる。
【００４３】
（トルクバランス）
機関運転時の遊星キャリア４０には、方向Ｙの制御トルクＴｃ並びにそれとは逆方向Ｘの平均変動トルクＴａｖｅ及び付勢トルクＴｕが作用し、それらトルクのバランスによって遊星キャリア４０の駆動側回転体１０に対する相対回転位置、ひいては機関位相が決まる。そこで特に本実施形態では、機関運転時のうち機関始動時（例えば内燃機関が完爆するまでのクランキング時）において機関位相を始動位相Ｐｍに保持するために、制御トルクＴｃを平均変動トルクＴａｖｅ及び付勢トルクＴｕに対して適切にバランスさせる。尚、以下では、制御トルクＴｃとバランスさせる平均変動トルクＴａｖｅ及び付勢トルクＴｕの総和を「バランス対象トルクＴｂ」というものとする。
【００４４】
具体的には、付勢トルクＴｕのステップ状変化に起因して図７の如くバランス対象トルクＴｂに現れる段差ΔＴに対し、その幅内に収まる制御トルクＴｃを発生するように、電動ブレーキ装置５への通電を通電制御回路６によってオープンループ制御する。
【００４５】
そして好ましくは、図７の如く段差ΔＴの幅内において下記の条件（１），（２）を共に満たす制御トルクＴｃを発生するように、電動ブレーキ装置５への通電をオープンループ制御する。さらにこの場合には、図７の如く下記の条件（３）が成立するように、段差ΔＴの幅を弾性部材３０，３２の荷重調整等によって予め設定しておくことが、より好ましい。尚、図７において、実線グラフはバランス対象トルクＴｂのばらつきの下限を示し、破線グラフはバランス対象トルクＴｂのばらつきの上限を示している。
（１）第一位相範囲Ｒ１におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきの上限値Ｔｂｍａｘよりも大きい。
（２）第二位相範囲Ｒ２におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきの下限値Ｔｂｍｉｎよりも小さい。
（３）第一位相範囲Ｒ１におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきの上限値Ｔｂｍａｘと、第二位相範囲Ｒ２におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきの下限値Ｔｂｍｉｎとの差は、制御トルクＴｃのばらつきの幅δＴｃよりも大きい。
【００４６】
ここで、第一位相範囲Ｒ１におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきは、機関始動時において予測される平均変動トルクＴａｖｅのばらつきと、付勢トルクＴｕを与える第二弾性部材３２の復原力につき予測されるばらつきと、を考慮して求められる。第二位相範囲Ｒ２におけるバランス対象トルクＴｂのばらつきは、機関始動時において予測される平均変動トルクＴａｖｅのばらつきと、付勢トルクＴｕを与える各弾性部材３０，３２の復原力につき予測されるばらつきと、を考慮して求められる。制御トルクＴｃのばらつきは、例えば機関始動に伴う電動ブレーキ装置５への通電開始直後において予測される通電量のばらつき等、を考慮して求められる。
【００４７】
このように第一実施形態によれば、ステップ状に変化する特徴的な付勢トルクＴｕの発生により始動位相Ｐｍにピンポイント形成した段差ΔＴの幅内には、バランス対象トルクＴｂにおいて制御トルクＴｃとバランスする点を収めることができる。故に、遊星キャリア４０への作用トルクＴｃ，Ｔｂ（Ｔａｖｅ，Ｔｕ）がばらついたとしても、当該ばらつきを段差ΔＴで吸収して所望の始動位相Ｐｍを実現することができる。また特に、制御トルクＴｃが上記条件（１），（２）を満たすようにした場合には、バランス対象トルクＴｂを構成する平均変動トルクＴａｖｅや付勢トルクＴｕが予測範囲内で任意にばらついたとしても、当該ばらつきとは無関係に制御トルクＴｃを段差ΔＴの幅内に収めることができるので、始動位相Ｐｍのばらつきが抑えられる。さらに、上記条件（３）が成立するようにした場合には、制御トルクＴｃが予測範囲内で任意にばらついたとしても、当該ばらつきの幅δＴｃよりも大きな段差ΔＴの幅内に制御トルクＴｃを確実に収めて、始動位相Ｐｍのばらつきを十分に抑えることができる。
【００４８】
尚、第一実施形態によれば、第一及び第二位相範囲Ｒ１，Ｒ２の各々において、「０」よりも大きく且つ機関位相に対して線形変化する付勢トルクＴｕを発生させることができる。故に、機関始動後には、付勢トルクＴｕを含むバランス対象トルクＴｂとバランスさせる制御トルクＴｃを位相範囲Ｒ１，Ｒ２の双方、即ち機関位相の全域において設定し易くなる。したがって、トルクのバランス点に応じて変化する機関位相、ひいてはバルブタイミングを高精度に調整することが可能となる。
【００４９】
以上説明した第一実施形態においては、電動ブレーキ装置５及び通電制御回路６を備えたトルク発生系４が「トルク発生手段」に相当し、遊星キャリア４０が「入力回転体」に相当し、第一及び第二弾性部材３０，３２が共同して「付勢手段」を構成する。
【００５０】
（第二実施形態）
図８に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例であり、第二弾性部材３２が削減されている。したがって、第二位相範囲Ｒ２では、一つの弾性部材３０が遊星キャリア４０に係合することにより、図９に示すように機関位相に対して線形増大する方向Ｘの付勢トルクＴｕの全てを、当該弾性部材３０の復原力が与えることになる。一方、第一位相範囲Ｒ１では、弾性部材３０が遊星キャリア４０に係合しないので、図９に示すように、遊星キャリア４０に与えられる付勢トルクＴｕは「０」となる。
【００５１】
このように第二実施形態においても、付勢トルクＴｕの発生形態が各位相範囲Ｒ１，Ｒ２で異なっており、また弾性部材３０には初期荷重が存在するので、図９に示すように、始動位相Ｐｍでの急峻なステップ状変化により段差ΔＴを生む付勢トルクＴｕが得られることになる。したがって、機関始動時には、遊星キャリア４０に作用する付勢トルクＴｕ、平均変動トルクＴａｖｅ及び制御トルクＴｃを第一実施形態と同様な方法によってバランスさせることができるので、始動位相Ｐｍを高精度に得ることができる。
【００５２】
尚、第二実施形態の場合、機関始動後において第一位相範囲Ｒ１内の機関位相を得るには、平均変動トルクＴａｖｅと制御トルクＴｃとをバランスさせる。したがって、第二実施形態は、例えば平均変動トルクＴａｖｅが大きい場合に有効である。
【００５３】
以上説明した第二実施形態においては、弾性部材３０が「付勢手段」に相当する。
【００５４】
（第三実施形態）
図１０に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例であり、電動ブレーキ装置５の代わりに電動モータ１００が設けられている。この電動モータ１００は、回転軸７に与える二方向Ｘ，Ｙの回転トルクを通電により発生する、例えばブラシレスモータである。本実施形態では、電動モータ１００の発生トルクのうち機関位相を進角させる方向Ｙのトルクを制御トルクＴｃとして遊星キャリア４０に作用させる。
【００５５】
このような第三実施形態では、機関始動時において、平均変動トルクＴａｖｅ及び付勢トルクＴｕとバランスする方向Ｙの制御トルクＴｃを電動モータ１００により発生する。このとき、遊星キャリア４０におけるトルクバランスを第一実施形態と同様な方法によって適切化することで、始動位相Ｐｍを高精度に得ることができる。
【００５６】
尚、第三実施形態の場合、電動モータ１００の回転トルクの保持等によってバルブタイミングが保たれ、当該回転トルクの方向Ｙへの増大等によってバルブタイミングが進角し、当該回転トルクの方向Ｘへの増大等によってバルブタイミングが遅角することになる。
【００５７】
以上説明した第三実施形態においては、電動モータ１００及び通電制御回路６を備えたトルク発生系４が「トルク発生手段」に相当する。
【００５８】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００５９】
例えば、付勢トルクＴｕのステップ状の変化については、上述したように最遅角位相Ｐｒ及び最進角位相Ｐａ間の一中間位相Ｐｍにおいて生じさせる以外にも、複数の中間位相において生じさせるようにしてもよい。これにより、複雑な制御を必要とすることなく、複数箇所での中間位相止めを実現することができる。尚、複数の中間位相において付勢トルクＴｕをステップ状に変化させる場合には、例えば弾性部材３０に準じて所定の位相範囲内では位相変化機構８の構成要素に係合し、範囲外では当該要素から離脱する弾性部材を追加する等の対応をとることになる。
【００６０】
付勢トルクＴｕの段差ΔＴの幅については、上記条件（３）が成立するように設定することが好ましいが、トルクＴｃ，Ｔａｖｅ，Ｔｕの各ばらつき幅の総和と同程度又はそれよりも大きくなるように設定してもよい。ここで、ばらつき幅の総和と同程度の場合には、例えば低ばね定数で小型の弾性部材３０の用いて装置１の小型化を図ることが可能であり、またばらつき幅の総和よりも大きい場合には、ばらつき吸収によるロバスト性が増す。以上の他、段差ΔＴの幅については、トルクＴｃ，Ｔａｖｅ，Ｔｕの各ばらつき幅の総和よりも小さく設定してもよく、この場合には、ばらつきの大部分を段差ΔＴにより吸収して機関位相が始動位相から大きく逸脱する事態を防止することが可能となる。
【００６１】
弾性部材３０としては、上述した渦巻きばね以外にも、ねじりコイルばねや他の種類のばねを採用してもよい。また、弾性部材３０は、機関位相に応じた弾性変形量に対して非線形変化する復原力を発生するものであってもよい。さらにまた、弾性部材３０の端部３５については、駆動側回転体１０と従動側回転体２０との間で係合及び離脱が切り換わるようにしてもよい。
【００６２】
弾性部材３２としては、上述したねじりコイルばね以外にも、渦巻きばねや他の種類のばねを採用してもよい。また、弾性部材３３は、機関位相に応じた弾性変形量に対して非線形変化する復原力を発生するものであってもよい。さらにまた、弾性部材３２の端部３９については、弾性部材３２の配置位置を変更する等して遊星キャリア４０に常時係合させてもよい。
【００６３】
「トルク発生手段」としては、上述した電動ブレーキ装置５や電動モータ１００を採用する以外にも、例えば油圧モータ等を採用してもよい。また、そうした「トルク発生手段」が発生する制御トルクＴｃの方向については、上述の方向Ｙとは逆方向に設定してもよい。尚、この場合には、付勢トルクＴｕの方向についても、上述の方向Ｘとは逆方向に設定することになる。
【００６４】
位相変化機構８としては、上述した差動歯車部６０を備えるもの以外にも、本発明の作用効果が得られる限りにおいて、各種構成の機構を採用することができる。また、位相変化機構８へ伝達される変動トルクの平均トルクＴａｖｅについては、上述した方向Ｘとは逆方向へ遊星キャリア４０に作用させるようにしてもよい。
【００６５】
そして、本発明は、上述した吸気弁のバルブタイミングを調整する装置以外にも、排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面模式図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】図１のバルブタイミング調整装置の作動を説明するための断面図である。
【図５】変動トルクについて説明するための模式図である。
【図６】図１のバルブタイミング調整装置の特性を示す模式図である。
【図７】図１のバルブタイミング調整装置の特性を示す模式図である。
【図８】第二実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面模式図である。
【図９】図８のバルブタイミング調整装置の特性を示す模式図である。
【図１０】第三実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す断面模式図である。
【図１１】従来のバルブタイミング調整装置の特性を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  バルブタイミング調整装置、２  カム軸、４  トルク発生系（トルク発生手段）、５  電動ブレーキ装置（トルク発生手段）、６  通電制御回路（トルク発生手段）、７  回転軸、８  位相変化機構、１０  駆動側回転体、１４  駆動側内歯車部、１８  ピン部材、１９，４６  ストッパ部、２０  従動側回転体、２２  従動側外歯車部、３０  第一弾性部材・弾性部材（付勢手段・巻きばね）、３２  第二弾性部材（付勢手段・巻きばね）、４０  遊星キャリア（入力回転体）、４１  入力部、４７  貫通孔、５０  遊星歯車、５２  駆動側外歯車部、５４  従動側内歯車部、６０  差動歯車部、１００  電動モータ（トルク発生手段）、Ｐｍ  始動位相、Ｒ１  第一位相範囲、Ｒ２  第二位相範囲、Ｔａｖｅ  平均変動トルク（平均トルク）、Ｔｂ  バランス対象トルク、Ｔｂｍａｘ  上限値（ばらつき上限値）、Ｔｂｍｉｎ  下限値（ばらつき下限値）、Ｔｃ  制御トルク、Ｔｕ  付勢トルク、ΔＴ  段差、δＴｃ  幅（ばらつき幅）
【図１】
2008025408.tif 000003
【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】
2008025408.tif 000009
【図８】
2008025408.tif 000010
【図９】
2008025408.tif 000011
【図１０】
2008025408.tif 000012
【図１１】
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