JP4147490B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関のバルブタイミングを調節制御する弁開閉時期制御装置に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関のバルブタイミングを適切に調節することにより好適な運転状態を達成することができる弁開閉時期制御装置として、以下のような構成が既に知られている。すなわち、この弁開閉時期制御装置は、クランクシャフトと一体的に回転するハウジングと、カム軸と一体的に回転するロータと、ハウジングとロータの間に設けられる流体圧室と、流体圧室を進角油室と遅角油室とに区画するベーンと、作動油の供給によりハウジング側からロータに設けられたロック溝に対して突出するロックプレートを備え、ハウジングとロータとの相対回転位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間位相で規制可能とするロック機構と、進角油室及び遅角油室並びにロック機構への作動油の供給又は排出を制御する油圧制御弁とを備えている。そして、この油圧制御弁からロック機構に対して作動油を供給又は排出する通路は、進角油室及び遅角油室に対して作動油を供給又は排出する通路から独立して形成されている。また、油圧制御弁に対しては内燃機関により駆動されるオイルポンプから作動油が供給される構成となっている。

この弁開閉時期制御装置は、進角油室又は遅角油室の一方に対して作動油を供給し、他方から作動油を排出することにより、流体圧室内におけるベーンの相対位置を変位させ、ハウジングとロータとの相対回転位相を調節可能となっている。また、内燃機関の始動時等には、ロック機構によりハウジングとロータとの相対回転位相を固定するとともに、暖機終了後には、ロック機構に対して作動油を供給してロックプレートをロック溝から退避させてロックを解除することができる構成を備えている。この際、ロック機構に対して作動油を供給又は排出する通路を、進角油室及び遅角油室に対して作動油を供給又は排出する通路から独立させて形成したことにより、ハウジングとロータとの相対回転位相を変位させる際に、カムシャフトから加わる変動トルクによって流体圧室内の作動油の圧力変動が生じた場合であっても、その圧力変動の影響がロック機構に対して作動油を供給又は排出する通路に伝わりにくい構成となっている。したがって、ハウジングとロータとの相対回転位相を変位させる際に、カムシャフトから加わる変動トルクに起因する圧力変動により、ロック機構に供給される作動油の圧力が一時的に低下し、中間位相においてロックプレートが誤ってロック溝に係合することを防止することが可能な構成となっている。

特開２００３−１３７１４号公報（第２−６頁、図１、２）

しかしながら、上記のような構成であっても、進角油室又は遅角油室に対する作動油の供給とロック機構に対する作動油の供給とは、共通のオイルポンプによって行うため、ハウジングとロータとの相対回転位相の変位量が大きい場合には、進角油室又は遅角油室に対して作動油を大量に供給する必要があるためにロック機構に対して供給される作動油の圧力が一時的に低下し、中間位相においてロックプレートが誤ってロック溝に係合し、或いは完全に係合しないまでもロックプレートがロック溝に一時的に引っ掛かる現象が発生する問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相の変位量が大きい場合であっても、ロック機構に対して供給される作動流体の圧力が低下することを防止してロック機構のロック解除姿勢を維持可能とし、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相の変位時におけるロック機構の引っ掛かりを防止することができる弁開閉時期制御装置を提供する点にある。

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、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成され、作動流体が供給又は排出されることにより前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を変位させる付勢力を発生する流体圧室と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転を拘束するロック姿勢と、前記相対回転を許容するロック解除姿勢との間で姿勢変更可能に構成されたロック機構と、作動流体が供給されることにより前記ロック機構を前記ロック解除姿勢とする付勢力を発生させるロック解除圧室と、前記流体圧室に対する作動流体の供給又は排出を制御することにより前記相対回転位相の変位速度を制御する位相制御装置と、前記ロック解除圧室に対する作動流体の供給又は排出を制御するロック制御装置と、内燃機関の動作状態を検知するための動作状態検知手段とを備え、前記位相制御装置は、前記ロック制御装置が前記ロック解除圧室に対して作動流体を供給する際に、前記動作状態検知手段の検知結果に基づいて、前記ロック解除圧室内の作動流体の圧力が前記ロック機構を前記ロック解除姿勢にするための必要圧以上となるように、前記相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う点にある。

この特徴構成によれば、前記相対回転位相の変位速度を一定の上限で規制することによって前記流体圧室に対して短時間で大量の作動流体が供給されることが規制されるので、前記ロック制御装置が前記ロック解除圧室に対して作動流体を供給するのと同時に前記相対回転位相を変位させる際に、前記ロック解除圧室に供給される作動流体の圧力が低下することを防止できる。したがって、前記相対回転位相の変位量が大きい場合であっても、ロック機構のロック解除姿勢を維持することが可能であり、前記相対回転位相の変位時におけるロック機構の引っ掛かりの発生を防止することができる。

また、動作状態検知手段により検知した内燃機関の動作状態と、その動作状態に応じて定まる前記ロック機構をロック解除姿勢にするための必要圧とに基づいて、内燃機関の動作状態に応じて、前記ロック機構をロック解除姿勢にするための必要圧以上の圧力を確保できるように前記相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行うので、前記相対回転位相の変位時におけるロック機構の引っ掛かりの発生を防止することができる。

ここで、前記動作状態検知手段としては、前記作動流体の圧力を検知する作動流体圧検知手段、前記作動流体の温度を検知する作動流体温度検知手段、前記内燃機関の冷却水温度を検知する冷却水温度検知手段、及び前記クランクシャフト又はこのクランクシャフトにより駆動される部分の回転数を検知する回転数検知手段の一つ以上を有するものとすると好適である。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の更なる特徴構成は、前記位相制御装置は、作動流体の供給又は排出を制御する流体制御機構と、この流体制御機構に対して所定の制御量を入力することにより前記流体制御機構の動作制御を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記流体制御機構に入力された制御量に対する前記相対回転位相の変位速度の応答特性に基づいて、前記流体制御機構に入力する制御量を決定する点にある。

この特徴構成によれば、前記流体制御機構に入力された制御量に対する前記相対回転位相の変位速度の応答特性に基づいて前記流体制御機構を制御することになり、前記相対回転位相の変位速度を正確に制御することが可能となるので、前記相対回転位相の変位速度の上限をより正確に規制することができ、前記相対回転位相の変位時におけるロック機構の引っ掛かりの発生を防止しつつ、前記相対回転位相の変位時間が必要以上に長くなることを抑えることができる。

また、前記位相制御装置に入力された制御量に対する前記相対回転位相の変位速度の応答特性に基づく制御を行うことができない場合には、前記相対回転位相の現在値を検知する位相検知手段を備え、前記位相制御装置は、作動流体の供給又は排出を制御する流体制御機構と、前記相対回転位相を変位させる際の目標値と前記現在値との差を目標変位量とし、この目標変位量に応じた制御量を前記流体制御機構に対して入力することにより前記流体制御機構の動作制御を行うとともに、前記相対回転位相の現在値を目標値と一致させるように前記流体制御機構の動作制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記目標変位量の上限を規制することにより、前記相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う構成としても好適である。

以下に、本発明を自動車用エンジンの弁開閉時期制御装置に適用した実施の形態について、図１〜図７に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図３に示す弁開閉時期制御装置は、エンジンのクランクシャフト（図示省略）に対して同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ２と、前記外部ロータ２に対して同軸状に配置され、カムシャフト３に対して同期回転する従動側回転部材としての内部ロータ１とを備えて構成されている。

上記内部ロータ１は、エンジンの吸気弁又は排気弁の開閉を制御するカムの回転軸を構成するカムシャフト３の先端部に対して一体的に組付けられている。このカムシャフト３は、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。

上記外部ロータ２は、上記内部ロータ１に対して所定の相対回転位相の範囲内で相対回転可能に外装され、カムシャフト３が接続される側の反対側にフロントプレート２２が、カムシャフト３が接続される側にリアプレート２３がそれぞれ一体的に取り付けられている。また、外部ロータ２の外周には、タイミングスプロケット２０が一体的に設けられている。このタイミングスプロケット２０とエンジンのクランクシャフトに取り付けられたギアとの間には、タイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材２４が架設されている。

そして、エンジンのクランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材２４を介してタイミングスプロケット２０に回転動力が伝達され、外部ロータ２が図２に示す回転方向Ｓに沿って回転駆動し、ひいては、内部ロータ１が回転方向Ｓに沿って回転駆動してカムシャフト３が回転し、カムシャフト３に設けられたカムがエンジンの吸気弁又は排気弁を押し下げて開弁させる。

図２に示すように、上記外部ロータ２には、径内方向に突出するシューとして機能する突部４の複数個が回転方向に沿って互いに離間して並設されている。外部ロータ２の隣接する突部４の夫々の間には、外部ロータ２と内部ロータ１で規定される流体圧室４０が形成されている。図示するものにあっては、４室備えられている。

内部ロータ１の外周部の、上記各流体圧室４０に対面する個所にはベーン溝４１が形成されており、このベーン溝４１には、上記流体圧室４０を相対回転方向（図２において矢印Ｓ１、Ｓ２方向）において進角室４３と遅角室４２とに仕切るベーン５が放射方向に沿って摺動可能に挿入されている。このベーン５は、図１に示すように、その内径側に備えられるスプリング５１により、流体圧室内壁面ｗ側に付勢されている。

上記流体圧室４０の進角室４３は内部ロータ１に形成された進角通路１１に連通し、遅角室４２は内部ロータ１に形成された遅角通路１０に連通し、これら進角通路１１及び遅角通路１０は、後述する油圧回路７に接続されている。そして、進角室４３及び遅角室４２の一方又は双方に対して油圧回路７からの作動油が供給又は排出されることにより、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相を変位させ又は保持する付勢力が発生する。

また、内部ロータ１とフロントプレート２２との間には、ベーン５を進角方向に常時付勢するトーションコイルスプリング２７が備えられている。

さらに、内部ロータ１と外部ロータ２との間には、相対回転位相が最進角位相と最遅角位相との間に設定された所定のロック位相（図２に示す位相）にあるときに、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転を拘束可能なロック機構６が設けられている。このロック機構６は、外部ロータ２に設けられた遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック部６Ｂと、内部ロータ１の外周部の一部に設けられた凹状のロック室６２とを備えて構成されている。ロック室６２は内部ロータ１に形成されたロック通路６３に連通し、このロック通路６３は後述する油圧回路７に接続されている。

遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック部６Ｂは、外部ロータ２に径方向において摺動自在に設けられたロック体６０と、ロック体６０を径方向内方側に付勢するスプリング６１とをそれぞれ備えて構成されている。なお、ロック体６０の形状は、その用途に従って、プレート形状、ピン形状、又はその他の形状を採用することができる。

そして、上記遅角用ロック部６Ａは、ロック体６０をロック室６２内に突出させることで内部ロータ１が外部ロータ２に対して遅角方向へ相対回転することを阻止し、上記進角用ロック部６Ｂは、ロック体６０をロック室６２内に突出させることで内部ロータ１が外部ロータ２に対して進角方向へ相対回転することを阻止する。ここで、ロック体６０のロック室６２内への突出は、ロック室６２内に作動油が供給されていないドレイン状態において、スプリング６１の付勢力により行われる。このロック機構６では、図２に示すように、遅角用ロック部６Ａ及び進角用ロック部６Ｂの両方のロック体６０がロック室６２内に突出した状態で、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相を、最進角位相と最遅角位相との間に設定された所定のロック位相に拘束するロック姿勢となる。なお、このロック位相は、エンジンの弁開閉時期がエンジンの円滑な始動性が得られるような位相に設定されている。

一方、ロック体６０のロック室６２からの離脱は、後述する油圧回路７からロック通路６３を介してロック室６２に作動油が供給されることにより行われる。すなわち、ロック室６２内に作動油が供給されて充満し、この作動油の圧力によってロック体６０を外部ロータ２内に収納させる方向（ロック室６２からの離脱させる方向）に作用する付勢力が、ロック体６０をロック室６２内に突出させる方向に付勢するスプリング６１の付勢力より大きくなると、図３に示すように、ロック体６０はロック室６２から離脱し、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転を許容するロック解除姿勢となる。よって、本実施形態においては、このロック室６２が、本発明における「ロック解除圧室」を構成する。

〔油圧回路の構成〕
油圧回路７は、エンジンの駆動力で駆動されて作動油を制御弁７６に供給するオイルポンプ７０と、制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）９により制御されて複数のポートにおける作動油の供給又は排出を制御する制御弁７６と、作動油を貯留するオイルパン７５とを備えている。ここでは、制御弁７６として、制御ユニット９からのソレノイド７６ａへの通電によってスプール７６ｂをスプリング７６ｇに抗して移動させて変位させる可変式電磁スプールバルブを用いる。

上記制御弁７６の第１のポート７６ｃには上記進角室４３に連通する進角通路１１が、第２のポート７６ｄには上記遅角室４２に連通する遅角通路１０が、第３のポート７６ｅには上記ロック室６２に連通するロック通路６３が、それぞれ接続されている。また、制御弁７６のドレンポート７６ｆは、オイルパン７５に連通されている。

制御弁７６は、制御ユニット９により制御されて、上記進角通路１１及び上記遅角通路１０を介して進角室４３及び遅角室４２に対する作動油の供給又は排出を行い、流体圧室４０内でのベーン５の相対位置を変更し、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を最進角位相（進角室４３の容積が最大となるときの相対回転位相）と最遅角位相（遅角室４２の容積が最大となるときの相対回転位相）との間で変位させる制御を行う。この際、制御弁７６は、制御ユニット９により制御されて、進角室４３及び遅角室４２に対して供給し、又は進角室４３及び遅角室４２から排出する作動油の流量を制御することによって内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の変位速度を制御する。よって、制御弁７６及び制御ユニット９が、本発明における位相制御装置７１を構成し、制御弁７６がこの位相制御装置７１の流体制御機構に相当し、制御ユニット９が制御手段に相当する。

また、制御弁７６は、ロック機構６のロック姿勢とロック解除姿勢との間の姿勢変更動作の制御も行う。すなわち、制御弁７６は、制御ユニット９により制御されて、上記ロック通路６３を介してロック室６２に対する作動油の供給又は排出を制御することによってロック体６０のロック室６２への突出又は離脱の制御を行う。したがって、制御弁７６及びそれを制御する制御ユニット９が、本発明におけるロック制御装置７２も構成する。

〔制御弁の動作〕
図４（ａ）に示すように、油圧回路７の制御弁７６は、制御ユニット９からソレノイド７６ａへの給電量を制御することによりスプール７６ｂのストローク量を制御し、スプール位置を位置Ｗ１から位置Ｗ６まで変化させ、進角室４３、遅角室４２、及びロック室６２に対する作動油の供給、排出（ドレイン）、及びそれらの停止（閉鎖）を切り替えるように構成されている。本実施形態においては、ソレノイド７６ａへの給電量の制御は、ソレノイド７６ａに供給する電流のデューティ値（％）を変えることにより行う。そして、スプール７６ｂのストローク量は、ソレノイド７６ａへの給電量（電流のデューティ値）に比例する構成としている。よって、本実施形態では、この給電量が本発明における「制御量」に相当する。以下、スプール位置毎の制御弁７６の制御動作について説明するが、これは制御弁７６による制御動作の一例であり、適宜変更が可能である。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ１となったときに、進角室４３、遅角室４２、及びロック室６２の作動油をオイルパン７５側に排出するドレイン操作を実行する。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ２又は位置Ｗ３となったときに、ロック室６２に作動油を供給してロック機構６を外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転を許容するロック解除姿勢とし、更に、スプール位置が位置Ｗ２の範囲内のときに、進角室４３の作動油をドレインしつつ、遅角室４２に作動油を供給することにより、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を遅角方向Ｓ１に変位させる遅角方向変位操作を実行する。ここで制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ３の範囲内のときに、その範囲内でのスプール７６ｂのストローク量に応じて第１のポート７６ｃ及び第２のポート７６ｄの一方又は双方の開口量が変化することで進角室４３から排出される作動油及び遅角室４２に供給される作動油の一方又は双方の流量を制御することができる構成を備えている。そして、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度は、遅角室４２に供給される作動油の流量及びそれに伴い進角室４３から排出される作動油の流量とほぼ比例する。したがって、図４（ｂ）に示すように、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度は、スプール位置が位置Ｗ３の範囲内では、制御弁７６への給電量に応じた所定の応答特性に従って変化する構成となっている。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ４となったときに、ロック室６２に作動油を供給してロック機構６を外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転を許容するロック解除姿勢のままで、進角室４３及び遅角室４２に対する作動油の供給及び排出を停止（第１のポート７６ｃ及び第２のポート７６ｄを閉鎖）して、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相をその時点での位相に保持する位相保持操作を実行する。

制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ５又は位置Ｗ６となったときに、ロック室６２に作動油を供給してロック機構６を外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転を許容するロック解除姿勢とし、更に、遅角室４２の作動油をドレインしつつ、進角室４３に作動油を供給することにより、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相を進角方向Ｓ２に変位させる進角方向変位操作を実行する。ここで制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ５の範囲内のときに、その範囲内でのスプール７６ｂのストローク量に応じて第１のポート７６ｃ及び第２のポート７６ｄの一方又は双方の開口量が変化することで進角室４３に供給される作動油及び遅角室４２から排出される作動油の一方又は双方の流量を制御することができる構成を備えている。そして、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度は、進角室４３に供給される作動油の流量及びそれに伴い遅角室４２から排出される作動油の流量とほぼ比例する。したがって、図４（ｂ）に示すように、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度は、スプール位置が位置Ｗ５の範囲内でも、制御弁７６への給電量に応じた所定の応答特性に従って変化する構成となっている。

なお、図４（ｂ）に示す、制御弁７６への給電量に応じた相対回転位相変位速度の応答特性は、テーブル化されて応答特性テーブルとして制御ユニット９のメモリ９２に格納されている。そして、制御ユニット９のＣＰＵ９１は、この応答特性テーブルに基づいて、所望の相対回転位相変位速度が得られる給電量（電流のデューティ値）を決定して制御弁７６に入力することにより、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度の制御を行う。

〔制御ユニット及び動作状態検知手段の構成〕
図５に示すように、制御ユニット９は、演算処理を行うＣＰＵ９１、所定のプログラムやデータテーブル等を格納したメモリ９２、入出力インターフェース９３を有して構成されている。また、制御ユニット９には、カムシャフトの位相を検知するカム角センサ１０１、クランクシャフトの位相を検知するクランク角センサ１０２、作動油の圧力を検知する油圧センサ１０３、作動油の温度を検知する油温センサ１０４、クランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検知する回転数センサ１０５、エンジンの冷却水温度を検知する水温センサ１０６からの検知信号が入力される。また、図示は省略するが、この制御ユニット９には、ＩＧキースイッチ、車速センサ、スロットル開度センサ等の上記以外の各種センサからの検知信号も入力される。ここでは、油圧センサ１０３による作動油の圧力の検知は、油圧回路７における制御弁７６の入口側で行う。なお、回転数センサ１０５はクランクシャフトの回転数を直接検知するものに限られず、例えばカムシャフト３、内部ロータ１、外部ロータ２等のクランクシャフトにより駆動されるエンジンの各部の回転数を検知するものであってもよい。制御ユニット９は、これらの各種センサからの検知信号に基づいてエンジンの動作状態を検知する。よって、これらの各種センサが動作状態検知手段１００を構成する。

また、制御ユニット９は、カム角センサ１０１で検知したカムシャフト３の位相と、クランク角センサ１０２で検知したクランクシャフトの位相とから、カムシャフト３とクランクシャフトの相対回転位相、すなわち、弁開閉時期制御装置における内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の現在値を演算して取得することができる。

そして、制御ユニット９は、エンジンオイルの温度、クランクシャフトの回転数、車速、スロットル開度等のような上記動作状態検知手段１００を構成する各種センサにより検知したエンジンの動作状態に基づいて制御弁７６への給電量を制御し、それにより制御弁７６による進角室４３及び遅角室４２への作動油の供給又は排出を制御して内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相がそのときのエンジンの動作状態に適した位相となるように適宜変更する制御を行うように構成されている。また、このような相対回転位相の変位の際には、制御ユニット９は、ロック機構６の引っ掛かりの発生を防止するために、上記動作状態検知手段１００を構成する各種センサにより検知したエンジンの動作状態に基づいて内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う。

〔動作制御〕
以下、弁開閉時期制御装置における内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の制御について説明する。弁開閉時期制御装置は、エンジンの始動時及び始動後から暖機が終了するまでの間は、ロック機構６をロック姿勢に維持して内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相を所定のロック位相に拘束した状態が保持される。そして、エンジンの暖機が終了した後に、ロック機構６がロック解除姿勢に変更され、相対回転位相の制御が開始される。

内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の制御が開始された後は、制御ユニット９は、この相対回転位相がエンジンの動作状況に応じて最適な位相となるように、制御弁７６のスプール位置を、図４に示す位置Ｗ２から位置Ｗ６までの間で変位させる制御を行う。ここで、エンジンの動作状況に応じた最適な相対回転位相は、制御ユニット９において、動作状態検知手段１００により検知された情報と、メモリ９２に格納された位相決定テーブル（図示せず）とに基づいて決定される。この位相決定テーブルは、エンジンオイルの温度、クランクシャフトの回転数、車速、スロットル開度等のような上記動作状態検知手段１００を構成する各種センサにより検知したエンジンの動作状態と、その動作状態に最も適したクランクシャフトに対するカムシャフト３の位相に基づいて予め定められ、テーブル化されてメモリ９２に格納されている。

内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相を遅角側に変位させる際には、制御ユニット９は、制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ２又は位置Ｗ３に変位させる。それにより、遅角室４２に作動油が供給され、進角室４３の作動油がドレインされて、相対回転位相が遅角方向Ｓ１（図３参照）に変位する。一方、相対回転位相を進角側に変位させる際には、制御ユニット９は、制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ５又は位置Ｗ６に変位させる。それにより、進角室４３に作動油が供給され、遅角室４２の作動油がドレインされて、相対回転位相が進角方向Ｓ２（図３参照）に変位する。そして、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相がエンジンの動作状況に応じた最適な位相となった際には、制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ４に変位させる。それにより、遅角室４２及び進角室４３に対する作動油の供給及び排出が停止され、相対回転位相がその位相で保持される。

また、制御弁７６のスプール位置を位置Ｗ２から位置Ｗ６までの間で変位させる相対回転位相の制御中は、ロック機構６のロック室６２に対しては常に作動油が供給された状態とされ、図３に示すように、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転を許容するロック解除姿勢が維持される。この際、遅角室４２又は進角室４３に対する作動油の供給とロック室６２に対する作動油の供給とは、共通のオイルポンプ７０により行う。したがって、相対回転位相の現在値と変位させる目標値との差が大きく、一度の変位量が大きい場合には、遅角室４２又は進角室４３に対して作動油を大量に供給する必要があるためにロック機構６に対して供給される作動油の圧力が一時的に低下し、ロック室６２内の作動油の圧力が、ロック機構６をロック解除姿勢に維持するために必要な圧力より低下する場合がある。この場合、相対回転位相がロック位相を通過する際に、ロック体６０がロック室６２側に突出して引っ掛かりが生じる場合がある。

そこで、制御ユニット９は、ロック室６２内における作動油の圧力の低下を防止するため、制御弁７６に対して、ロック機構６をロック解除姿勢に維持する制御が行われる状態において、一定条件下で相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行わせる。具体的には、制御ユニット９は、制御弁７６のソレノイド７６ａへの給電量（電流のデューティ値）を制御してスプール位置を位置Ｗ３又は位置Ｗ５において調整することにより、相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う。図４（ｂ）に示されるとおり、制御弁７６は、スプール位置が位置Ｗ３又は位置Ｗ５の場合には、スプール７６ｂのストローク量に応じてポートの開口量を調節することができ、外部ロータ２と内部ロータ１との相対回転位相の変位速度を変化させることが可能な構成となっているからである。

制御ユニット９は、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の変位速度の上限を、ロック室６２内の作動油の圧力が、ロック機構６をロック解除姿勢に維持するための必要圧（以下単に「ロック解除必要圧」という）より低くならない範囲内で決定する。ここで、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧より低下するか否か、及びこのロック解除必要圧の値は、内燃機関の動作状態によって変動するものである。

すなわち、制御弁７６の入口側における作動油の圧力（以下、適宜「元油圧」ともいう）が高いほど、遅角室４２又は進角室４３に対して作動油を大量に供給してもロック室６２に供給される作動油の圧力は高く維持される。よって、遅角室４２又は進角室４３に対して作動油を供給することによってロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧より低下するか否かは、元油圧に応じて変動する。

ところで、オイルポンプ７０はエンジンの駆動力で駆動されるので、元油圧は、エンジンの回転数が高いほど高くなる。一方、作動油の温度が高いほど、作動油の粘性が低下し、エンジンの内部における作動油の漏れが大きくなるため、元油圧は低下する。したがって、元油圧とエンジン回転数及び作動油の温度との間にはほぼ一定の関係が成立する。

更に、本実施形態では、ロック機構６のロック体６０が外部ロータ２側から内部ロータ１に設けられたロック室６２に突出することによりロック姿勢となる構成を備えている。したがって、エンジン回転数が高い場合、すなわちクランクシャフトにより回転される内部ロータ１及び外部ロータ２の回転数が高い場合には、ロック体６０をロック解除姿勢とする方向に付勢する遠心力が作用することになり、ロック室６２内の作動油の圧力が低い場合やロック室６２内の作動油がドレイン状態の場合であってもロック機構６をロック解除姿勢に維持することができる。よって、ロック解除必要圧の値は、エンジン回転数に応じて変動する。

以上のとおり、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧より低下するか否かは、制御弁７６の入口側における作動油の圧力、又はエンジン回転数及び作動油の温度に応じて変動し、ロック解除必要圧の値は、エンジン回転数に応じて変動する。よって、制御ユニット９は、エンジン回転数の情報に基づいてロック解除必要圧の値を決定し、更にロック室６２内の作動油の圧力が前記決定されたロック解除必要圧以上となる相対回転位相の変位速度の上限を、制御弁７６の入口側における作動油の圧力、又はエンジン回転数及び作動油の温度の情報に基づいて決定し、相対回転位相の変位速度が当該上限以下となるように制御弁７６を制御する。

そこで、本実施形態においては、制御ユニット９は、動作状態検知手段１００により検知されるエンジンの動作状態と、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧以上となる相対回転位相の変位速度の上限との関係を定めた速度上限テーブルを予めメモリ９２に格納して備え、この速度上限テーブルに基づいて相対回転位相の変位速度の上限の決定を行う構成としている。

図６に速度上限テーブルの一つの具体例を示す。上記のとおり、元油圧とエンジン回転数及び作動油の温度との間にはほぼ一定の関係が成立することから、ロック室６２内の作動油の圧力が、エンジン回転数に応じて変動するロック解除必要圧以上となる相対回転位相の変位速度の上限値は、元油圧のみとの関係でほぼ正確に表すことが可能である。よって、この例に示す速度上限テーブルでは、元油圧を変数とし、この変数に従って変動するロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧以上となる相対回転位相の変位速度の上限値を定めてテーブル化している。

この速度上限テーブルにおける相対回転位相変位速度の上限の値は、例えば、実験的に求めたデータに基づいて回帰計算等により元油圧と相対回転位相変位速度の上限値との一定の関係式を求め、その関係式をテーブル化することにより定めることができる。図７は、元油圧と相対回転位相変位速度との関係を変化させ、相対回転位相がロック位相を通過する際にロック機構６のロック体６０がロック室６２側に突出して引っ掛かりが生じたか否かによって、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧以上となっているか否かを調べた実験結果である。図６に速度上限テーブルでは、図７に示す実験結果に基づいて、ロック体６０の引っ掛かりが生じない範囲における最大の相対回転位相変位速度を、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧以上となる相対回転位相の変位速度の上限値として定めている。

制御ユニット９は、油圧センサ１０３により検知した作動油の制御弁７６の入口側における作動油の圧力（元油圧）と、図６に示す速度上限テーブルとに基づいて、相対回転位相変位速度の上限値を決定し、内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の変位速度が前記決定された上限値以下となるように規制する制御を行う。この制御ユニット９による制御は、上記のとおり、図４（ｂ）に示す応答特性テーブルに基づいて、前記決定された上限値以下の相対回転位相変位速度が得られる給電量（電流のデューティ値）を決定して制御弁７６に入力することにより行う。この際、ロック機構６における引っ掛かりが生じない範囲でできるだけ早く相対回転位相の変位を終了させるため、前記決定された上限値と一致する相対回転位相変位速度が得られる給電量を制御弁７６に入力すると好適である。

なお、上記のとおり、元油圧とエンジン回転数及び作動油の温度との間にはほぼ一定の関係が成立することから、エンジン回転数及び作動油の温度から元油圧を推定することが可能である。よって、エンジンが元油圧を検知する油圧センサ１０３を備えない構成である場合には、エンジン回転数及び作動油の温度から元油圧を推定し、上記と同様に速度上限テーブルに当てはめて相対回転位相変位速度の上限値を決定することが可能である。この際、エンジン回転数は回転数センサ１０５により、作動油の温度は油温センサ１０４により検知することができる。また、作動油の温度とエンジンの冷却水温度との間には一定の関係が成立することから、作動油の温度に代えて水温センサ１０６により検知される冷却水温度を用いることも可能である。

〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態では、元油圧とエンジン回転数及び作動油の温度との間にはほぼ一定の関係が成立することから、元油圧を変数として速度上限テーブルを規定することにより、エンジン回転に伴う遠心力によるロック解除必要圧の変動を含めた速度上限テーブルとする場合について説明したが、弁開閉時期制御装置の構成等によっては、エンジン回転に伴う遠心力によるロック解除必要圧の変動を元油圧との関係で正確に規定することが困難な場合がある。この場合には、エンジン回転数を変数とし、この変数に従って変動するロック解除必要圧をテーブル化してロック解除必要圧テーブル（図示せず）としてメモリ９２に格納して備える構成とすることも好適な実施形態である。この場合、制御ユニット９は、油圧センサ１０３により検知した作動油の制御弁７６の入口側における作動油の圧力（元油圧）と、回転数センサ１０５により検知したエンジン回転数と、速度上限テーブルと、ロック解除必要圧テーブルとに基づいて相対回転位相変位速度の上限値を決定する構成とすることができる。

（２）上記の実施形態では、制御ユニット９による制御弁７６のソレノイド７６ａへの給電量の制御は、ソレノイド７６ｅに供給する電流のデューティ値（％）を変えることにより行っていたが、これに代えて電流値を変更することにより行うことも可能である。また、電圧のデューティ値（％）を変更し、或いは電圧値を変更することにより行うことも可能である。

（３）上記の実施形態では、制御ユニット９による相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御は、図４（ｂ）に示す応答特性テーブルに基づいて、所定の上限値以下の相対回転位相変位速度が得られる給電量を決定して制御弁７６に入力することにより行っていたが、このような応答特性テーブルを用いない制御を行うことも可能である。その場合、例えば、制御ユニット９は、カム角センサ１０１により検知したカムシャフトの位相とクランク角センサ１０２により検知したクランクシャフトの位相とから、カムシャフトとクランクシャフトの相対回転位相、すなわち内部ロータ１と外部ロータ２との相対回転位相の現在値を演算して取得する。そして、制御ユニット９は、エンジンの動作状況に応じて定められる相対回転位相の目標値と前記前記現在値との差を目標変位量とし、この目標変位量に応じた制御量（例えば電流値や電圧値、或いはそれらのデューティ値）を、制御弁７６のソレノイド７６ａに対して入力することにより制御弁７６のスプール位置の制御を行い、相対回転位相の変位速度を制御する構成を有している。更に、制御ユニット９は、前記相対回転位相の現在値を目標値と一致させるように制御弁７６のフィードバック動作制御を行う。

そして、制御ユニット９は、前記目標変位量の上限を規制することにより、相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う。すなわち、この場合には、制御ユニット９は、目標変位量に応じた制御量を制御弁７６に対して入力して相対回転位相の変位速度を制御することから、何も規制を行わなければ、目標変位量が大きい場合にはそれに応じて相対回転位相の変位速度も大きくなる。その際、遅角室４２又は進角室４３に対して作動油を大量に供給することによりロック機構６に対して供給される作動油の圧力が一時的に低下し、ロック室６２内の作動油の圧力がロック解除必要圧より低下することを防止するため、目標変位量を本来の値よりも小さい値に制限することにより、相対回転位相の変位速度の上限を規制する。そして、この場合であっても、相対回転位相の目標値は変わらないので、目標変位量の変位が終了した後は、制御ユニット９は、更に相対回転位相の現在値が目標値と一致するまで相対回転位相を変位させる制御を行う。これにより、相対回転位相の変位速度の上限を規制しつつ、相対回転位相を目標値まで変位させることができる。

本発明の実施形態に係る弁開閉時期制御装置の構成を示す側断面図 図１のＡ−Ａ断面図であって、ロック機構による相対回転位相のロック状態を示す図 図１のＡ−Ａ断面図であって、ロック機構による相対回転位相のロック解除状態を示す図 （ａ）本発明の実施形態に係る制御弁のスプールのストローク量と動作状態との関係を示す図、（ｂ）相対回転位相の変位速度の応答特性テーブル 本発明の実施形態に係る制御ユニット、制御弁及び動作状態検知手段の電気的接続構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る速度上限テーブルの一つの具体例を示す図 本発明の実施形態に係る速度上限テーブルを定めるための実験結果を示す図

符号の説明

１：内部ロータ（従動側回転部材）
２：外部ロータ（駆動側回転部材）
３：カムシャフト
６：ロック機構
７：油圧回路
９：制御ユニット（制御手段）
４０：流体圧室
４２：遅角室
４３：進角室
６０：ロック体
６１：スプリング
６２：ロック室（ロック解除圧室）
７０：オイルポンプ
７１：位相制御装置
７２：ロック制御装置
７６：制御弁（流体制御機構）
９１：ＣＰＵ
９２：メモリ
１００：動作状態検知手段
１０１：カム角センサ
１０２：クランク角センサ
１０３：油温センサ
１０４：油温センサ
１０５：回転数センサ
１０６：水温センサ

Claims (4)

1. クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材に対して同軸状に配置され、カムシャフトに対して同期回転する従動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材の少なくとも一方に形成され、作動流体が供給又は排出されることにより前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を変位させる付勢力を発生する流体圧室と、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転を拘束するロック姿勢と、前記相対回転を許容するロック解除姿勢との間で姿勢変更可能に構成されたロック機構と、
   作動流体が供給されることにより前記ロック機構を前記ロック解除姿勢とする付勢力を発生させるロック解除圧室と、
   前記流体圧室に対する作動流体の供給又は排出を制御することにより前記相対回転位相の変位速度を制御する位相制御装置と、
   前記ロック解除圧室に対する作動流体の供給又は排出を制御するロック制御装置と、
   内燃機関の動作状態を検知するための動作状態検知手段とを備え、
   前記位相制御装置は、前記ロック制御装置が前記ロック解除圧室に対して作動流体を供給する際に、前記動作状態検知手段の検知結果に基づいて、前記ロック解除圧室内の作動流体の圧力が前記ロック機構を前記ロック解除姿勢にするための必要圧以上となるように、前記相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う弁開閉時期制御装置。
2. 前記動作状態検知手段は、前記作動流体の圧力を検知する作動流体圧検知手段、前記作動流体の温度を検知する作動流体温度検知手段、前記内燃機関の冷却水温度を検知する冷却水温度検知手段、及び前記クランクシャフト又はこのクランクシャフトにより駆動される部分の回転数を検知する回転数検知手段の一つ以上を有する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記位相制御装置は、作動流体の供給又は排出を制御する流体制御機構と、この流体制御機構に対して所定の制御量を入力することにより前記流体制御機構の動作制御を行う制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記流体制御機構に入力された制御量に対する前記相対回転位相の変位速度の応答特性に基づいて、前記流体制御機構に入力する制御量を決定する請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記相対回転位相の現在値を検知する位相検知手段を備え、
   前記位相制御装置は、作動流体の供給又は排出を制御する流体制御機構と、前記相対回転位相を変位させる際の目標値と前記現在値との差を目標変位量とし、この目標変位量に応じた制御量を前記流体制御機構に対して入力することにより前記流体制御機構の動作制御を行うとともに、前記相対回転位相の現在値を目標値と一致させるように前記流体制御機構の動作制御を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記目標変位量の上限を規制することにより、前記相対回転位相の変位速度の上限を規制する制御を行う請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。

Images