JP5382440B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、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部材と、駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、駆動側回転部材と従動側回転部材の間の相対位相を、可動する仕切りによって容積が相補に可変する２種類の圧力室のそれぞれに対する作動流体の給排によって変位させる位相変換機構とを有する弁開閉時期制御装置に関する。

この種の弁開閉時期制御装置に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された弁開閉時期制御装置は、必要に応じて相対位相を内燃機関の始動に適した中間位相にロックすることの可能なロック機構を備えている。このロック機構は、従動側回転部材に形成されたロック溝と、このロック溝に対して係入可能なように駆動側回転部材に移動可能に支持されたロックピンとを有し、ロックピンはロック溝に係入する方向にバネによって付勢されている。両回転部材の相対位相が中間位相に達すると、ロックピンは同バネの付勢力によって自動的にロック溝に入り込むように構成されている。内燃機関の始動完了後は、一般に、ロック機構によるロックをオイルポンプなどで供給されるオイルの圧力によって解除し、やはりオイルの圧力によって中間位相から進角側へ変位させる操作が行われる。

また、一般に、弁開閉時期制御装置では、吸気弁や排気弁のバルブスプリングから受けるカム反力により、従動側回転部材が駆動側回転部材に対して遅れがちになる傾向を抑制するための手段として、相対位相を中間位相の方向へ付勢するトーションバネなどの付勢機構が設けられている場合が多い。特に、特許文献１に記された弁開閉時期制御装置のトーションバネは、その付勢機能が中間位相より遅角位相方向側に位置する中間規制位相と最遅角位相の間に限定されており、進角位相と中間位相の間の領域では付勢機能が効かないので、進角位相から中間位相や中間規制位相への変位操作が、カム反力およびポンプによる油圧力によって迅速に行われる。

特開２００９−０７４３８４号公報（０００９、００２９段落、図１、図２、図３）

しかし、特許文献１に記された弁開閉時期制御装置では、中間位相へのロック操作は、中間位相に達した際のロックピンの進入動作に依存しているため、例えばオイル内などに存在する異物によってロックピンの動きが妨げられるとロックピンがロック溝に確実に係入されず、中間位相へのロックが十分に行われない虞があった。

また、中間位相での内燃機関の始動完了後、相対位相を進角位置へ移行させるために中間位相から脱出させるには、ロックピンをロック溝から押出すためにオイルを供給するなどの機構が必要なため、弁開閉時期制御装置がより大型化し、複雑化する傾向があった。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による弁開閉時期制御装置が与える課題に鑑み、異物の存在などに左右されることなく中間位相への保持が有効に実現される弁開閉時期制御装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、機構的により単純で故障し難く、しかも小型化し易い弁開閉時期制御装置を提供することにある。

本発明によ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上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材の間の相対位相を、可動する仕切りによって容積が相補に可変する２種類の圧力室のそれぞれに対する作動流体の給排によって進角位相側または遅角位相側に変位させる位相変換機構と、
前記相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く前記内燃機関の始動に適した所定位相に向けて付勢する付勢部材と、を有し、前記付勢部材は、前記相対位相を進角位相方向へ付勢する第１付勢部材と前記相対位相を遅角位相方向へ付勢する第２付勢部材とを有し、さらに、前記第１付勢部材による付勢力を前記所定位相と最遅角位相の間に限定する第１規制部と、前記第２付勢部材による付勢力を前記所定位相と最進角位相の間に限定する第２規制部とを備えている点にある。

すなわち、本発明の特徴構成による弁開閉時期制御装置では、一方の回転部材に形成されたロック溝と、他方の回転部材に支持されたロックピンなどで構成されたロック機構を備えず、代わりに、相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く内燃機関の始動に適した所定位相（始動最適位相）に向けて付勢する付勢部材を有する。したがって、作動油からの力のない状態では、相対位相が付勢部材の働きによって始動最適位相に変位される。したがって、オイル内の異物によってロックピンの動きが妨げられる等の問題がないため、付勢部材によって始動最適位相への保持が常に安定的に実現される。

また、ロック機構が、一方の回転部材に形成されたロック溝と、他方の回転部材に支持されたロックピンなどではなく、駆動側回転部材と従動側回転部材との間に介装された付勢部材で構成されているので、機構的に単純で故障し難い弁開閉時期制御装置が得られ、また、弁開閉時期制御装置を小型化し易くなる。
さらに、ロック溝への係入と離脱を交互に行うロックピンによるロック機構を備えないので、内燃機関の始動時にロック機構による異音が生じない。

最進角位相側から最遅角位相側までの領域において相対位相を所定位相に向けて付勢する付勢部材は、例えば、外力が働かない状況で相対位相を所定位相に付勢する１本のトーションバネ（付勢部材）などによっても構成することが可能である。しかし、この構成では、付勢部材の付勢力は同所定位相の近傍において最も弱くなるために、所定位相への安定的な保持が困難となり易い。また、所定位相から最進角位相側または最遅角位相側へと離れるに従って付勢部材の復元力は高まるので、付勢部材の付勢力に抗して相対位相を変位させるために大きな油圧力が必要となり、エネルギー損失が大きくなり易い。

しかし、本構成のように、互いに付勢する向きが逆の２つの付勢部材とし、２つの付勢部材からの作用力が協働して相対位相を所定位相に付勢する構成とすれば、例えば、前述の１本のトーションバネ（付勢部材）などを設ける構成に比して、安定して所定位相に保持できる。

また、本構成では、油圧操作などによって相対位相を前記所定位相から遅角位相側または進角位相側に操作する際に、例えば、遅角位相側に操作する際には第２付勢部材の付勢力は第２規制部によって所定位相と最進角位相の間に限定されているという具合に、常に一方の付勢部材の付勢力のみが作用するだけなので、比較的小さな油圧力で変位させることができる。

さらに、本構成では、各規制部によって、第１付勢部材による付勢力は所定位相と最遅角位相の間に限定され、第２付勢部材による付勢力は所定位相と最進角位相の間に限定されるので、相対位相を変位操作するための油圧などがない状態では、前記所定位相が、第１付勢部材による所定位相よりも進角位相側への付勢力が第１規制部によって規制され、第２付勢部材による所定位相よりも遅角位相側への付勢力が第２規制部によって規制された状態で実現される。その結果、付勢部材の製作精度の誤差などによって２つの付勢力が均等でない場合でも、相対位相が同誤差によって遅角位相側または進角位相側にずれることなく、当初の所定位相に制御され易い。

本発明の他の特徴構成は、前記付勢部材が、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部材に作用する変位力に対抗する付勢力を有する点にある。

本構成であれば、付勢部材の付勢力が、カムシャフトのトルク変動に基づき従動側回転部材に作用する変位力を相殺する傾向になるので、付勢部材による相対位相の所定位相への保持精度が高められ、さらに、油圧による相対位相の制御精度が向上する。

本発明の他の特徴構成は、前記付勢部材が前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に配置されたスプリングである点にある。

本構成であれば、互いに隣接配置した駆動側回転部材と従動側回転部材の間に、トーションスプリング、ゼンマイバネなどのスプリングを配置するという簡単な構成の付勢部材によって本発明を実施することができ、弁開閉時期制御装置の組み立て作業が容易となり、小型化も容易となる。

本発明によ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上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
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、容積が拡大することによ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位相を遅角方向に移動させる遅角室、及び、容積が拡大することにより前記相対位相を進角方向に移動させる進角室と、
前記相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く所定位相に向けて付勢する付勢部材と、を有し、
前記付勢部材は、前記相対位相を最遅角位相よりも進角位相方向側に位置する第１所定位相へ付勢する第１付勢部材と前記相対位相を最進角位相よりも遅角位相方向側に位置する第２所定位相へ付勢する第２付勢部材とを有し、
前記第１付勢部材は、前記相対位相を最遅角位相から前記第１所定位相まで付勢すると共に前記第１所定位相から最進角位相までは付勢せず、
前記第２付勢部材は、前記相対位相を最進角位相から前記第２所定位相まで付勢すると共に前記第２所定位相から最遅角位相までは付勢しない点にある。

すなわち、本発明の特徴構成による弁開閉時期制御装置では、一方の回転部材に形成されたロック溝と、他方の回転部材に支持されたロックピンなどで構成されたロック機構を備えず、代わりに、相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く所定位相に向けて付勢する付勢部材を有する。したがって、作動油からの力のない状態では、相対位相が付勢部材の働きによって所定位相に変位される。したがって、オイル内の異物によってロックピンの動きが妨げられる等の問題がないため、付勢部材によって所定位相（例えば始動最適位相）への保持が常に安定的に実現される。

最進角位相側から最遅角位相側までの領域において相対位相を所定位相に向けて付勢する付勢部材は、例えば、１本のトーションバネなどによっても構成することが可能である。しかし、この構成では、付勢部材の付勢力は同所定位相の近傍において最も弱くなるために、所定位相への安定的な保持が困難となり易い。また、所定位相から最進角位相側または最遅角位相側へと離れるに従って付勢部材の復元力は高まるので、付勢部材の付勢力に抗して相対位相を変位させるために大きな油圧力が必要となり、エネルギー損失が大きくなり易い。

本構成のように、互いに付勢する向きが逆の２つの付勢部材とし、２つの付勢部材からの作用力が協働して相対位相を所定位相に付勢する構成とすれば、例えば、前述の１本のトーションバネなどを設ける構成に比して、安定して所定位相に保持できる。

また、本構成では、油圧操作などによって相対位相を前記所定位相から遅角位相側または進角位相側に操作する際に、例えば、遅角位相側に操作する際には第２付勢部材の付勢力は第２規制部によって所定位相と最進角位相の間に限定されているという具合に、常に一方の付勢部材の付勢力のみが作用するだけなので、比較的小さな油圧力で変位させることができる。

さらに、本構成では、相対位相を変位操作するための油圧などが働かない状態では、第１付勢部は第１所定位相から最進角位相までは所定位相を付勢せず、第２付勢部材は第２所定位相から最遅角位相側までは所定位相を付勢しない。その結果、付勢部材の製作精度の誤差などによって２つの付勢力が均等でない場合でも、相対位相が同誤差によって遅角位相側または進角位相側にずれることなく、当初の所定位相に制御され易い。

第１実施形態による弁開閉時期制御装置の全体構成を示す破断断面図である。 弁開閉時期制御装置の所定位相状態における図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図２の状態におけるＩＩＩａ−ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図である。 弁開閉時期制御装置の最遅角位相における図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図４の状態におけるＩＩＩａ−ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図である。 弁開閉時期制御装置の最進角位相における図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図６の状態におけるＩＩＩａ−ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図である。 第１実施形態による弁開閉時期制御装置の要部の分解斜視図である。 第２実施形態による弁開閉時期制御装置の図３に対応する図である。 第２実施形態による弁開閉時期制御装置の図５に対応する図である。 第２実施形態による弁開閉時期制御装置の図７に対応する図である。 第２実施形態による弁開閉時期制御装置の要部の分解斜視図である。 第３実施形態による弁開閉時期制御装置の全体構成の破断断面図である。 所定位相状態における図１３のＸＩＶａ−ＸＩＶａ、ＸＩＶｂ−ＸＩＶｂ断面図である。 第４実施形態による弁開閉時期制御装置の要部の分解斜視図である。 第５実施形態による弁開閉時期制御装置の要部の作用図である。

以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
〔基本構成〕
図１に示すように、エンジン（内燃機関）のクランクシャフト（図示せず）と同期回転する駆動側回転部材としての外部ロータ１と、エンジンの燃焼室の吸気弁又は排気弁を開閉するためのカムシャフト３と同軸で一体回転する従動側回転部材としての内部ロータ２と、流体制御弁機構Ｖとを備えて弁開閉時期制御装置が構成されている。

この弁開閉時期制御装置は、外部ロータ１（駆動側回転部材）に対して、内部ロータ２（従動側回転部材）を嵌め込んだ構成を有している。これにより外部ロータ１と内部ロータ２とが、回転軸芯Ｘを中心として所定の相対回転位相の範囲内で相対回転自在となる。外部ロータ１と内部ロータ２との間には流体圧室が形成され、図２に示すように、この流体圧室は、内部ロータ２の外周に支持された仕切りとしてのベーン５によって遅角室１１と進角室１２とに仕切られている。
ベーン５は内部ロータ２の外周に形成されたベーン溝に挿入され、板バネなどにより突出方向に付勢されている。これにより、外部ロータ１と内部ロータ２との相対位相に関わらず、ベーン５の外端は常に流体圧室内で外部ロータの内面に摺接保持される。

回転軸芯Ｘと同軸芯に前述したカムシャフト３が配置され、このカムシャフト３は、連結ボルト４によって内部ロータ２に連結されている。外部ロータ１の一方の面にフロントプレート６が配置され、この外部ロータ１の他方の面にリヤプレート７が配置され、これらは複数の固定ボルト８によって外部ロータ１に固定されている。内部ロータ２はフロントプレート６とリヤプレート７の間に配置されている。

リヤプレート７の外周には、タイミングスプロケット７Ｓが一体的に形成されている。このタイミングスプロケット７Ｓ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（図示せず）が架設される。

この構成から、エンジンの稼働時にはクランクシャフトの回転駆動力が動力伝達部材を介してタイミングスプロケット７Ｓに伝達され、外部ロータ１が図２等に示す回転方向Ｔに回転駆動する。この回転と連係して内部ロータ２が回転方向Ｔと同方向に回転することによりカムシャフト３が回転し、カムシャフト３に設けられたカム（図示せず）の駆動回転によりエンジンの吸気弁又は排気弁の開閉作動が行われる。

エンジンの稼働時に、進角室１２に作動油が供給されるとベーン５に作用する圧力で進角室１２の容積が拡大するので、外部ロータ１に対して内部ロータ２が矢印Ｔ１に移動する。これにより外部ロータ１と内部ロータ２との相対回転位相が進角方向に移動する。
これとは逆に、遅角室１１に作動油が供給されるとベーン５に逆向きに作用する圧力で遅角室１１の容積が拡大するので、外部ロータ１に対して内部ロータ２が矢印Ｔ２に移動する。これにより外部ロータ１と内部ロータ２との相対回転位相が遅角方向に移動する。このようにクランク軸の回転位相に対するカムシャフト３の回転位相を変化させて吸気弁又は排気弁の開閉時期の制御が実現される。

作動油としてはエンジンオイルが利用され、弁開閉時期制御装置には、外部ロータ１と内部ロータ２との間の相対的な回転位相をエンジンの始動に適した始動最適位相（中間位相とも呼ばれ、所定位相の一例）に保持する保持機構Ｍが設けられている。この保持機構Ｍはエンジンの始動直後の作動油の圧力が非常に低い状況において外部ロータ１と内部ロータ２とを設定された相対回転位相に保持することで、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト３の回転位相を始動最適位相に保持し、エンジンの安定的な始動を現出する。

従来の弁開閉時期制御装置における一般的な保持機構は、内部ロータに形成されたロック溝と、このロック溝に対して出退自在となるように外部ロータに支持されたロックピンなどで構成されている。
しかし、本発明による保持機構Ｍは、外部ロータ１（駆動側回転部材）と、内部ロータ２（従動側回転部材）との間に互いに逆向きの付勢力を作用させる２つのゼンマイバネＳ１，Ｓ２（渦巻きバネ）によって構成されている。第１のゼンマイバネＳ１は相対位相を進角側に付勢し、第２のゼンマイバネＳ２は相対位相を遅角側に付勢する。２つのゼンマイバネＳ１，Ｓ２はフロントプレート６に設けられた凹部６ａに収納され、ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の間には円板状のスペーサ１５が介装されている。凹部６ａは円板状のカバー９によって覆われている。ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の働きの詳細については後述する。

図１及び図２に示すように、内部ロータ２には、複数の遅角室１１に対する作動油の給排を行う遅角室側油路１１ａと、複数の進角室１２に対する作動の給排を行う進角室側油路１２ａとが貫通形成されている。保持機構としてロックピンを設けていないので、ロック溝から同ロックピンを押出すためのロック解除用油路なども形成されていない。

図１及び図２に示すように、カムシャフト３に対して相対回転自在に外嵌するブッシュ１８を備え、このブッシュ１８の供給油路１８ａからカムシャフト３の内部油路３ａと、内部ロータ２の内部油路２ａとに順次作動油を供給する油路系が形成されている。この油路系により供給油路１８ａに対して油圧ポンプＰから供給される作動油を内部ロータ２の円筒状空間２Ｓに供給する。
また、円筒状空間２Ｓに供給された作動油は、外部ロータ１及び内部ロータ２に対して相対回転自在に支持された流体制御弁機構Ｖを介して、前述した遅角室側油路１１ａや進角室側油路１２ａに供給され、また、遅角室側油路１１ａと進角室側油路１２ａとから排出される。

〔流体制御弁機構〕
流体制御弁機構Ｖは、図１に示すように、スプールバルブ２２を有した作動油制御部Ｖａと、作動油の給排を行うように円柱状の作動油給排部Ｖｂとを一体的に備えたハウジング２８を有している。スプールバルブ２２は、作動油制御部Ｖａの上端に配置された電磁ソレノイド２１によって図の上下に摺動操作される。作動油給排部Ｖｂは内部ロータ２の円筒状空間２Ｓに回転自在に挿入されている。

作動油給排部Ｖｂの中心には、前述した内部油路２ａからの作動油を受け入れる主油路２３が貫通形成され、その内部には円筒状空間２Ｓに向かう流体の流れを阻止するチェック弁Ｃが備えられている。スプールバルブ２２は有底の円筒形状を有する。
ハウジング２８はエンジンのフロントカバー等に固定されており、内部ロータ２は作動油給排部Ｖｂを介して回転自在に支持されている。

作動油給排部Ｖｂの外周には、スプールバルブ２２によって作動油の給排が制御される２つのポート２４、２５が環状の溝として形成されている。作動油給排部Ｖｂの外周には第１ポート２４、第２ポート２５の作動油の漏出を抑制するオイルシール２７が外嵌設置されている。第１ポート２４は遅角室連通孔１１ａと常時連通し、第２ポート２５は進角室連通孔１２ａと常時連通している。

スプールバルブ２２とハウジング２８の底面との間にはスプールバルブ２２を図の上向きに付勢する圧縮スプリング２９が設置されている。図１の状態でソレノイド２１に通電すると、ソレノイド２１から下方に突出した操作ロッド３０が、スプールバルブ２２を下方位置に移動させる。通電を停止すると、操作ロッド３０はソレノイド２１の側に引退し、スプールバルブ２２は圧縮スプリング２９の付勢力によりロッド２２の動きに追従して図１に示す上方位置に復帰する。

スプールバルブ２２の外周面には、いずれも環状の排出溝２２ａ、２２ｂと供給溝２２ｃが形成されている。排出溝２２ａ、２２ｂには、内部の中空部に貫通する貫通孔２３ａ、２３ｂが夫々設けられている。
排出溝２２ａ、２２ｂ及び供給溝２２ｃの位置関係は、ソレノイド２１の非通電時には、図１に示すように、供給溝２２ｃが主油路２３及び進角室連通孔１２ａと連通し、且つ、排出溝２２ｂが遅角側流路１１ａと連通するよう設定されている。そして、ソレノイド２１の通電時には、供給溝２２ｃが主油路２３及び遅角側流路１１ａと連通し、且つ、排出溝２２ａが進角側流路１２ａと連通するよう設定してある。

この弁開閉時期制御装置では、内部ロータ２とフロントプレート６との間、及び、内部ロータ２とリヤプレート７との間に作動油が僅かにリークする程度の隙間が形成されており、この他の可動部分を介しても作動油が僅かにリークする。そして、リークした作動油はオイルパン３６で回収される。

（弁開閉時期制御装置の動作）
図１に示すごとく、相対回転位相を進角方向Ｔ１へ変位させる場合には、油圧ポンプＰの駆動中にソレノイド２１を非通電状態にする。すると、スプールバルブ２２は、圧縮スプリング２９の付勢力によりソレノイド２１のロッド３０と共に、ソレノイド２１寄りの上方位置に配置される。流体ポンプＰからカムシャフト８の主油路２３に供給された作動油は、図１に示すように、円筒状空間２Ｓ、主油路２３、供給溝２２ｃ、進角側流路１２ａ、第２ポート２５を経て、各進角室１２へと圧送される。この圧送によってベーン５が進角方向Ｔ１に移動して、各遅角室１１の作動油は排出される。遅角室１１から排出された作動油は、第１ポート２４、遅角側流路１１ａ、排出溝２２ｂ、ドレン流路３２を介してオイルパン３６に排出される。

一方、相対回転位相を遅角方向Ｔ２へ変位させる場合には、油圧ポンプＰの駆動中にソレノイド２１への通電を行う。すると、スプールバルブ２２は、ソレノイド２１のロッド２２に押されて、下方位置に配置される。流体ポンプＰからカムシャフト８の主油路２３に供給された作動油は、円筒状空間２Ｓ、主油路２３、供給溝２２ｃ、遅角側流路１１ａ、第１ポート２４を経て、各遅角室１１へと圧送される。この圧送によってベーン５が遅角方向Ｔ２に移動して、各進角室１２の作動油は排出される。進角室１２から排出された作動油は、第２ポート２５、進角側流路１２ａ、排出溝２２ａ、ドレン流路３２を介してオイルパン３６に排出される。

〔制御系の概要〕
図面には示していないが、弁開閉時期制御装置の制御系は、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３の回転角を検出するカムシャフト角センサと、流体制御弁機構Ｖを制御するＥＣＵ（図示せず）とを備えている。
ＥＣＵ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おり、不揮発性メモリ内に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を記憶している。

そして、ＥＣＵは、前述した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外部ロータ１と内部ロータ２との相対位相を検出する。そして、この相対位相の情報と運転状態（エンジン回転数、冷却水温など）の情報とに基づいて、流体制御弁機構Ｖを操作することで遅角室１１と進角室１２とに対する作動油の給排を行い、外部ロータ１と内部ロータ２との相対回転位相を制御する。これにより、最遅角位相（遅角室１１の容積が最大となる相対回転位相）と最進角位相（進角室１２の容積が最大となる相対回転位相）との間で位相制御を実現する。

エンジンを停止させる操作が行われると、ＥＣＵが流体制御弁機構Ｖによって遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排は停止され、ベーン５に対していずれの向きの作動油圧も作用しない状態になり、これにより、外部ロータ１と内部ロータ２との相対位相は、前述したゼンマイバネＳ１，Ｓ２の付勢作用により、次回の始動に適した始動最適位相に変位された状態でエンジンが停止する。そして、この停止の後にエンジンを始動させた際には、安定的にエンジンが始動する。

尚、前述したゼンマイバネＳ１，Ｓ２は互いに協働して、外部ロータ１に対して内部ロータ２が始動最適位相より遅角側の領域にある場合に、吸気弁や排気弁のバルブスプリングから受ける反力と抗うように、内部ロータ２に対して始動最適位相の方向に付勢力を作用させる機能を有している。具体的には、相対位相を進角側に付勢するゼンマイバネＳ１付勢力を遅角側に付勢するゼンマイバネＳ２よりも高めに設定してある。従って、カムシャフト３と一体回転する内部ロータ２の相対位相が、吸気弁や排気弁のバルブスプリングから受ける反力のために、外部ロータ１の回転に対し遅れ傾向になる不都合や、遅角室１１及び進角室１２から作動油が排出された時に、始動最適位相よりも遅角側に保持される傾向が抑制される。

エンジンの始動後には、ＥＣＵが流体制御弁機構Ｖによって遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排を行うことで、外部ロータ１と内部ロータ２との相対位相を変更し、ＥＣＵによる吸気弁、排気弁の開閉時期の制御が行われる。
過大な負荷がエンジンに作用したためにエンジンストップの状態に陥った場合には、外部ロータ１に対して内部ロータ２が最遅角位相に達していることもある。このような状況でエンジンを始動した場合には、安定的なエンジン始動を行うために、ＥＣＵは、外部ロータ１に対する内部ロータの位相を早期に始動最適位相に移動させる制御を行う。

具体的な制御形態として、ＥＣＵの制御により流体制御弁機構Ｖは、遅角室１１の作動油を排出すると共に、進角室１２に作動油を供給することで、外部ロータ１に対して内部ロータ２を始動最適位相の方向に移動させる。尚、最遅角位相のうち内部ロータ２が最も遅角側にある回転位相を最遅角位相と称する。

しかしながら、上記の制御によると、内部ロータ２が最遅角位相にある状態においてエンジンを始動した場合に、相対回転位相が始動最適位相に達するまでに時間を要することになり、エンジンの始動が円滑に行われない。特に、寒冷地でのエンジン停止時に低温であることから作動油の粘性が高く、遅角室１１、進角室１２に対する作動油の給排が円滑に行われず、この理由からもエンジンの始動が円滑に行われない。このような不都合を改善するため、前述したゼンマイバネＳ１，Ｓ２の強弱差が外部ロータ１と内部ロータ２との始動最適位相方向への相対移動をアシストして始動最適位相に達するまでの時間の短縮を図っている。

〔ゼンマイバネ〕
図３〜図８に示すように、第１ゼンマイバネＳ１は、外部ロータ１に対する内部ロータ２の回転位相を、最遅角位相から始動最適位相までの遅角領域Ａにて始動最適位相の方向に付勢する働きをする。逆に、第２ゼンマイバネＳ２は、外部ロータ１に対する内部ロータ２の回転位相を、最進角位相から始動最適位相までの進角領域Ｂにて始動最適位相の方向に付勢する働きをする。
図８に示すように、これらのゼンマイバネＳ１，Ｓ２は帯状のバネ材を渦巻き状に成形したもののため、トーションバネのようにコイル部を備えたものと比較すると厚み（回転軸芯Ｘ方向での寸法）を小さくでき、図１に示すように２つのゼンマイバネＳ１，Ｓ２を設けた場合でも、回転軸芯Ｘの方向で大きいスペースを必要とせず、弁開閉時期制御装置の小型化を実現する。

図３に示すように、各ゼンマイバネＳ１，Ｓ２は、渦巻き状のバネ本体３０を備え、その内径側の端部には内部ロータ２と係合される内側係合部３１が径方向内向きに折曲げ加工により形成され、その外径側の端部には外部ロータ１に固定される外側係合部３２が径方向外向きに折曲げ加工により形成されている。
このようなゼンマイバネＳ１，Ｓ２の形状と対応するように、内部ロータ２の軸状部１０の外周の一箇所には、内側係合部３１を係止可能な係合凹部１０Ｇが形成されている。他方、外部ロータ１に連結されたフロントプレート６の内面の一箇所には、外側係合部３２を係止可能な係合凹部６Ｔが形成されている。

ゼンマイバネＳ１，Ｓ２をセットする際には、先ず、外側係合部３２を外部ロータ１の係合凹部６Ｔに係止固定した後、直線状に復帰しようとするゼンマイバネＳ１，Ｓ２の付勢力に抗うように、言い換えれば内側係合部３１をバネ本体３０が軸心Ｘ回りで内径方向に巻き込まれる方向に所定回数だけ回転させた上で、内側係合部３１を係合凹部１０Ｇに係止固定する。上記セットを実施する際における内側係合部３１の回転操作方向は、図２において第１ゼンマイバネＳ１では反時計回り、第２ゼンマイバネＳ２では時計回りとなる。

以上の要領でセットすることにより、ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の両端が外部ロータ１と内部ロータ２とにそれぞれ確実に相対移動不能に固定されると共に、第１ゼンマイバネＳ１の内側係合部３１が内部ロータ２を進角側（図２の時計方向）に付勢し、第２ゼンマイバネＳ２の内側係合部３１が内部ロータ２を遅角側（図２の反時計方向）に付勢する構成が実現される。
尚、２つのゼンマイバネＳ１，Ｓ２のいずれか一方のみをフロントプレート６に設けられた凹部６ａに配置し、他方をリヤプレート７に形成した凹部に配置してもよく、この場合は円板状のスペーサ１５が不要となる。

〔運転制御〕
前述したように、通常のエンジン始動時には、遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排は停止されているので、図２及び図３に示すように、ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の付勢作用により、外部ロータ１と内部ロータ２との相対位相は最遅角位相と最進角位相の間にある始動最適位相に保持されている。したがって、安定的にエンジンを始動できる。イグニッションキーのＯＮ操作によりエンジンの始動が指令されると、セルモータによるクランキングが実施され、エンジンが始動し、油圧ポンプＰが回転し、遅角室１１及び進角室１２への作動油の供給が可能となる。

エンジンの始動後は一般に、ＥＣＵの制御により流体制御弁機構Ｖによって遅角室１１に作動油を供給することで、相対回転位相を始動最適位相よりも少し遅角位相側の中間規制位相に変位させる。中間規制位相はエミッションの改善や、低温時のトルクアップに適した位相であり、一般に暖気運転中は同位相に保持させる。尚、図４及び図５は、中間規制位相を超えた最遅角位相の状態を示す。

遅角室１１への作動油の供給による始動最適位相から中間規制位相など遅角位相側への変位操作は、図４及び図５における内部ロータ２の反時計方向の相対回転操作を伴うので、第１ゼンマイバネＳ１の付勢力に抗して、すなわち第１ゼンマイバネＳ１の更なる引き絞りを伴って行われる。他方、第２ゼンマイバネＳ２は、十分に引き絞られた状態でセットされているので、始動最適位相から遅角位相側への変位に際しては、単に始動最適位相での状態よりも弛められるのみで、実質的に相対回転位相を進角向きに移動させる付勢力を発揮することはない。暖気運転期間を過ぎると、ＥＣＵが通常の運転制御に移行させる。

他方、通常の運転制御において、始動最適位相よりも進角側に変位操作する際には、図６及び図７における内部ロータ２の時計方向の相対回転操作を伴うので、第２ゼンマイバネＳ２の付勢力に抗して、すなわち第２ゼンマイバネＳ２の引き絞りを伴って行われる。他方、第１ゼンマイバネＳ２は、十分に引き絞られた状態でセットされているので、始動最適位相から進角側への変位に際しては、単に始動最適位相での状態よりも弛められるのみで、実質的に相対回転位相を遅角向きに移動させる付勢力を発揮することはない。尚、図６及び図７は最進角位相の状態を示す。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。
第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、外部ロータ１と内部ロータ２との間の相対的な回転位相をエンジンの始動に適した始動最適位相に保持する保持機構Ｍとして、互いに逆向きの付勢力を発揮付勢する２つのゼンマイバネＳ１，Ｓ２を備えている。

第２実施形態の構成上の第１の特徴は、図９から図１２に示すように、内部ロータ２の係合凹部１０Ｇの周方向の幅が、ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の内側係合部３１の厚みよりも十分大きく形成されている点である。この構成により、係合凹部１０Ｇに係止された各内側係合部３１が係合凹部１０Ｇ内で周方向に沿って移動可能となっている。

第２実施形態の構成上の第２の特徴は、フロントプレート６に、第１ゼンマイバネＳ１の内側係合部３１に接当可能な第１規制片３３Ａが立設され、同様に、第２ゼンマイバネＳ２の内側係合部３１に接当可能な第２規制片３３Ｂが立設されている点である。第１規制片３３Ａは、第１ゼンマイバネＳ１の内側係合部３１の進角領域Ｂの方向への変位を規制し、第２規制片３３Ｂは、第２ゼンマイバネＳ２の内側係合部３１の遅角領域Ａの方向への変位を規制する。

その結果、図１０（ａ）に示すように、第１ゼンマイバネＳ１は、外部ロータ１に対する内部ロータ２の回転位相を、最遅角位相から第１規制片３３Ａが規定する第１所定位相（始動最適位相に相当）までの遅角領域Ａにて始動最適位相の方向に付勢する働きをする。逆に、第２ゼンマイバネＳ２は、図１１（ｂ）に示すように、外部ロータ１に対する内部ロータ２の回転位相を、最進角位相から第１規制片３３Ｂが規定する第２所定位相（始動最適位相に相当）までの進角領域Ｂにて始動最適位相の方向に付勢する働きをする。

図１０（ｂ）に示すように、最遅角位相から始動最適位相までの遅角領域Ａでは、第２ゼンマイバネＳ２の内側係合部３１は第２規制片３３Ｂによって係止されることで、幅広の係合凹部１０Ｇ内で進角方向に相対移動して最早内部ロータ２に作用し得ない。そのため、第１ゼンマイバネＳ１の付勢力のみが回転位相に作用し、第２ゼンマイバネＳ２からは回転位相に付勢力が作用しない。

逆に、図１１（ａ）に示すように、最進角位相から始動最適位相までの進角領域Ｂでは、第１ゼンマイバネＳ１の内側係合部３１は第１規制片３３Ａによって係止されることで、幅広の係合凹部１０Ｇ内で遅角方向に相対移動して最早内部ロータ２に作用し得ない。
そのため、第２ゼンマイバネＳ２の付勢力のみが回転位相に作用し、第１ゼンマイバネＳ１からは回転位相に付勢力が作用しない。

その結果、各ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の内側係合部３１による内部ロータ２に対する付勢操作位置が第１、第２規制片３３Ａ，３３Ｂの各位置までに限定されるので、遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排が停止されると、図９に示すように、各ゼンマイバネＳ１，Ｓ２の付勢力のバランスが長期間の使用などにより当初の状態から崩れた場合でも、回転位相が前記バランスの崩れによってずれることなく始動最適位相に精度よく保持することが可能となる。

( 第３実施形態)
第３実施形態は図１３及び図１４に例示するように、相対位相を始動最適位相に保持する付勢部材として、ゼンマイバネではなく２本のトーションバネＳ１，Ｓ２を用いた形態といえる。ここでは、相対位相を進角側に付勢する第１トーションバネＳ１はフロントプレート６の凹部６ａに収納されているのに対して、遅角側に付勢する第２トーションバネＳ２はリヤプレート７の凹部７ａに収納されている。

図１４は始動最適位相における各トーションバネＳ１，Ｓ２の状態を示す。
トーションバネＳ１，Ｓ２の外側端部３２は外部ロータ１に連結されたフロントプレート６の内面の係合凹部６Ｔに相対移動不能に係止されている。しかし、トーションバネＳ１，Ｓ２の内側端部３１は、内側端部３１の外径よりも十分に長く切り取られた幅広の係合凹部１０Ｇに相対移動可能に係止されている。
そして、フロントプレート６の底部からは、トーションバネＳ１，Ｓ２の内側端部３１と係合可能な規制片３３Ａ，３３Ｂが立設されている。
幅広の係合凹部１０Ｇと規制片３３Ａ，３３Ｂとによって、第２実施形態と同様に以下の作用効果が奏される。

図１４（ａ）から理解されるように、最進角位相から始動最適位相までの進角領域Ｂでは、第１トーションバネＳ１の内側係合部３１は第１規制片３３Ａによって係止されるため内部ロータ２に作用しない。そのため、第２トーションバネＳ２の付勢力のみが回転位相に作用し、第１トーションバネＳ１からは回転位相に付勢力が作用しない。
逆に、図１４（ｂ）から理解されるように、最遅角位相から始動最適位相までの遅角領域Ａでは、第２トーションバネＳ２の内側係合部３１は第２規制片３３Ｂによって係止されるため内部ロータ２に作用しない。そのため、第１ゼンマイバネＳ１の付勢力のみが回転位相に作用し、第２トーションバネＳ２からは回転位相に付勢力が作用しない。

その結果、各トーションバネＳ１，Ｓ２の内側係合部３１による内部ロータ２に対する付勢操作位置が第１、第２規制片３３Ａ，３３Ｂの各位置までに限定されるので、遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排が停止されると、各トーションバネＳ１，Ｓ２の付勢力のバランスが長期間の使用などにより当初の状態から崩れた場合でも、回転位相が前記バランスの崩れによってずれることなく始動最適位相に精度よく保持することが可能となる。第１規制片３３Ａの位置は第１所定位相に相当し、第２規制片３３Ｂの位置は第２所定位相に相当する。

( 第４実施形態)
第４実施形態は、図１５に示すように、相対位相を始動最適位相に保持する付勢部材として、内部ロータ２の係合凹部１０Ｇに係止された内側係合部３１と、外部ロータ１の係合凹部６Ｔに係止された外側係合部３２とを有する１本のトーションバネＳを用いている。
この形態では、遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排が停止されると、トーションバネＳの付勢力によって相対位相が始動最適位相に変位操作され、同位相に保持される。作動油による始動最適位相から遅角側への変位操作は、図１５の上方から見たとき、トーションバネＳの内側係合部３１が外側係合部３２に対して反時計方向に相対回転されるように、従って、トーションバネＳが縮径する変形を伴って行われる。逆に、始動最適位相から進角側への変位操作は、図１５の上方から見たとき、トーションバネＳの内側係合部３１が外側係合部３２に対して時計方向に相対回転されるように、従って、トーションバネＳが拡径する変形を伴って行われる。

( 第５実施形態)
第５実施形態は、内部ロータ２の係合凹部１０が周方向に非常に長く形成されており、相対位相を始動最適位相に保持する付勢部材として、円柱状の作動油給排部Ｖｂに外嵌された１本のトーションバネＳを用いている。このトーションバネＳの両端３１ａ，３１ｂはいずれも径方向外向きに延出されており、両端３１ａ，３１ｂどうしをトーションバネＳの付勢力に抗して近接させた状態で係合凹部１０に係入させている。
フロントプレート６には、両端３１ａ，３１ｂの付近にトーションバネＳの外側に接当または隣接する一対の規制片３４Ａ、３４Ｂが立設されている。遅角室１１及び進角室１２に対する作動油の給排が停止された状態では、図１６（ａ）に示すように、トーションバネＳの両端３１ａ，３１ｂが係合凹部１０の両端１０ａ，１０ｂと一対の規制片３４Ａ、３４Ｂとに同時に押付けられることで、相対位相を始動最適位相に付勢している。
作動油の作用によって相対位相が遅角側に変位操作されると、図１６（ｂ）に例示するように、トーションバネＳの一端３１ｂは規制片３４Ｂに押付けられたまま、内部ロータ２の係合凹部１０Ｇの一方の端面１０ａがトーションバネＳの他端３１ａを反時計方向に押し操作しながら変位操作が実行される。

本発明は、エンジンの吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを設定する弁開閉時期制御装置全般に利用することができる。

１ 外部ロータ（駆動側回転部材）
２ 内部ロータ（従動側回転部材）
２Ｓ 円筒状空間
３ カムシャフト
５ ベーン（仕切り）
６ フロントプレート
６Ｔ 係合凹部
７ リヤプレート
１０ 軸状体
１０Ｇ 係合凹部
１１ 遅角室
１１ａ 遅角室側油路
１２ 進角室
１２ａ 進角室側油路
２２ スプールバルブ
２４ 第１ポート
２５ 第２ポート
２８ ハウジング
３３Ａ 第１規制片
３３Ｂ 第２規制片
Ｍ 保持機構
Ｐ 油圧ポンプ
Ｓ１ 第１ゼンマイバネ（スプリング）
Ｓ２ 第２ゼンマイバネ（スプリング）
Ｔ１ 進角方向
Ｔ２ 遅角方向
Ｖ 流体制御弁機構
Ｖａ 作動油制御部
Ｖｂ 作動油給排部

Claims (4)

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部材と、
   前記駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材の間の相対位相を、可動する仕切りによって容積が相補に可変する２種類の圧力室のそれぞれに対する作動流体の給排によって進角位相側または遅角位相側に変位させる位相変換機構と、
   前記相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く前記内燃機関の始動に適した所定位相に向けて付勢する付勢部材と、を有し、
   前記付勢部材は、前記相対位相を進角位相方向へ付勢する第１付勢部材と前記相対位相を遅角位相方向へ付勢する第２付勢部材とを有し、さらに、
   前記第１付勢部材による付勢力を前記所定位相と最遅角位相の間に限定する第１規制部と、前記第２付勢部材による付勢力を前記所定位相と最進角位相の間に限定する第２規制部とを備えている弁開閉時期制御装置。
2. 前記付勢部材が、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部材に作用する変位力に対抗する付勢力を有する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記付勢部材が前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に配置されたスプリングである請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 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部材と、
   前記駆動側回転部材に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するカムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材と、
   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、容積が拡大することによ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位相を遅角方向に移動させる遅角室、及び、容積が拡大することにより前記相対位相を進角方向に移動させる進角室と、
   前記相対位相を最進角位相及び最遅角位相を除く所定位相に向けて付勢する付勢部材と、を有し、
   前記付勢部材は、前記相対位相を最遅角位相よりも進角位相方向側に位置する第１所定位相へ付勢する第１付勢部材と前記相対位相を最進角位相よりも遅角位相方向側に位置する第２所定位相へ付勢する第２付勢部材とを有し、
   前記第１付勢部材は、前記相対位相を最遅角位相から前記第１所定位相まで付勢すると共に前記第１所定位相から最進角位相までは付勢せず、
   前記第２付勢部材は、前記相対位相を最進角位相から前記第２所定位相まで付勢すると共に前記第２所定位相から最遅角位相までは付勢しない弁開閉時期制御装置。

Images