WO2011001702A1

WO2011001702A1 - 弁開閉時期制御装置

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Publication number: WO2011001702A1
Application number: PCT/JP2010/052075
Authority: WO
Inventors: 小澤保夫; 小林昌樹; 池田憲治; 安達一成; 宇於崎充
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2012-01-01
Also published as: EP2397661B1; US8360022B2; CN102356215A; CN102356215B; JPWO2011001702A1; US20120000437A1; EP2397661A1; JP4930814B2; EP2397661A4

Abstract

エンジン作動中に規制機構及びロック機構を制御することにより、エンジン終動前にロック状態を実現する弁開閉時期制御装置を提供する。従動側回転部材に設けられ、進角室と遅角室とを仕切る仕切部と、従動側回転部材に配置され、駆動側回転部材に対して出退可能な規制部材と、駆動側回転部材に形成され、規制部材が突入して、相対回転位相を所定範囲に規制する規制凹部と、従動側回転部材に配置され、駆動側回転部材に対して出退可能なロック部材と、駆動側回転部材に形成され、ロック部材が突入して、相対回転位相を所定位相にロックするロック凹部と、規制部材による規制を解除する流体をロック部材に供給可能で、ロック部材によるロックを解除する流体を規制部材に供給不可能な連通流路とを有し、規制部材は連通流路を連通又は非連通に切り換える。

Description

弁開閉時期制御装置

　本発明は、内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に関する。

　従来より、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対回転位相を所定の位相（ロック位相）に保持するためのロック機構とは別に、従動側回転部材に形成された規制凹部と、駆動側回転部材に配設され、規制凹部に対して出退可能な規制部材とからなる規制機構を備えた弁開閉時期制御装置が知られている。

　例えば、特許文献１に記載されている係合ピン９１（規制部材）と係合溝２８（規制凹部）とからなる規制機構がある。このような構成により、従動側回転部材の駆動側回転部材に対する相対回転位相を一定範囲に規制してから、ロック機構を動作させることができるので、ロック状態をより容易に達成できる利点がある。

　また、特許文献１に記載の弁開閉時期制御装置は、エンジン始動時に相対回転位相がロック位相でない場合に、進角室及び遅角室から流体を排出する構成をとっている。この構成は、エンジン始動直後に従動側回転部材を駆動側回転部材に対して積極的に相対回転できる状態として、その回転中にロック状態を実現しようというものである。

特許３９１８９７１号

　しかし、特許文献１に記載の弁開閉時期制御装置においては、エンジン始動直後に進角室及び遅角室から流体を排出するために、専用の切換弁１１０を設けている。このため、弁開閉時期制御装置の搭載性の低下やコストの上昇を招来するおそれがある。また、エンジン始動時にロック状態を実現するとなると、速やかに運転状態に移行できないおそれがあるので、エンジン終動前にロック状態を実現できる構成が望ましい。さらに、このような流体を排出してロックするロック機構を、エンジン停止時に実施しようとすると、流体が排出される一方で、従動側回転部材および駆動側回転部材の回転数も急激に低下し、確実なロックが行われない可能性もあった。

　本発明は上記実情に鑑み、エンジン作動中に規制機構及びロック機構を制御することにより、エンジン終動前にロック状態を実現すると共に、規制機構及びロック機構を制御するための専用の切換弁を不要とする弁開閉時期制御装置を提供することを目的とする。

　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、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期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で形成された流体圧室と、前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るよう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設けられた仕切部と、前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材の何れか一方の回転部材に配置されると共に、何れか他方の回転部材に対して出退可能な規制部材と、前記他方の回転部材に形成され、前記規制部材が突入して、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回転位相を最進角位相又は最遅角位相の何れか一方から前記最進角位相と前記最遅角位相との間の所定位相までの範囲に規制する規制凹部と、前記規制部材を設けた前記一方の回転部材に配置されると共に、前記他方の回転部材に対して出退可能なロック部材と、前記他方の回転部材に形成され、前記ロック部材が突入して、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回転位相を前記所定位相にロックするロック凹部と、前記規制部材による規制を解除する流体を前記ロック部材に供給可能で、前記ロック部材によるロックを解除する流体を前記規制部材に供給不可能な連通流路とを備え、前記規制部材は前記連通流路を連通又は非連通に切り換える点にある。

　本構成によると、例えば進角制御と遅角制御を切り換えることによって、規制部材による規制状態とロック部材によるロック状態が何れも解除されている状態と、ロック部材によるロック状態のみが解除されている状態と、ロック部材によってロックされている状態とを作り出すことができる。以下、規制部材による規制の解除を進角室からの流体供給により行い、ロック部材によるロックの解除を遅角室からの流体供給により行う場合を例として説明する。

　規制部材による規制を解除する流体をロック部材に供給可能であるから、進角制御を行うと、規制部材による規制状態とロック部材によるロック状態が何れも解除されている状態が実現できる。また、ロック部材によるロックを解除する流体は規制部材に供給されないので、遅角制御を行うと、ロック部材によるロック状態のみが解除されている状態が実現できる。さらに、規制部材によって連通流路が非連通に切り換えられるから、進角制御を行う際には、結局、ロック部材のロック状態とロック解除状態とを実現することができる。すなわち、上記の各状態を進角制御及び遅角制御の切り換えによって実現できるので、ロック状態をエンジン作動中に実現することができ、また、仮にロック状態の実現に失敗しても再度進遅角制御を繰り返してロック状態の実現を図ることができる。

　第二特徴構成は、前記連通流路を連通させた状態で、前記規制部材による規制を解除し、前記ロック部材によるロックを解除する第１状態と、前記ロック部材によるロックを解除し、前記規制部材により規制する第２状態と、前記連通流路を非連通とした状態で、前記規制部材を規制し、前記ロック部材をロックする第３状態とに切換可能に構成されている点にある。

　本構成によれば、例えば、進角制御によって規制部材及びロック部材を共に解除する第１状態とし、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対位相を任意に変更可能な状態に設定しておく。この状態から遅角制御に切り換えることで、ロック部材に流体圧を供給してロック状態を解除維持しつつ、規制部材への流体圧の供給を停止して規制部材を規制状態とする第２状態に移行することができる。このとき、駆動側回転部材に対する従動側回転部材の相対位相をロック位相の近傍に位置しているとその後のロック部材のロックがより容易となる。続いて、改めて進角制御に変更し、ロック部材への流体圧の供給を停止してロック部材をロック状態とする第３状態に移行する。このように、内燃機関を運転しつつ規制部材及びロック部材の状態を切り換えることで、流体の進角・遅角制御のみによって駆動側回転部材と従動側回転部材との相対位相をロック状態に設定することができ、ロック状態を確実に実現することができる。

　第三特徴構成は、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方に流体を供給して前記第３状態から前記第２状態に移行し、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか他方に流体を供給して前記第２状態から前記第１状態に移行するよう構成されている点にある。

　本構成によると、進角室或いは遅角室への流体の供給を切り換えることによって、第３状態から第１状態に移行するので、ロック状態を解除するために新たな切換弁を設ける必要がなく、搭載性やコストの観点から有利な弁開閉時期制御装置となる。

　第四特徴構成は、前記第１状態と、前記第２状態と、前記第３状態とに切換可能な流体制御手段は、前記規制部材の規制を解除する流体が注入される第１流体室を備えつつ、前記一方の回転部材に形成された、前記規制部材を収容する規制部材収容部と、前記ロック部材のロックを解除する流体が注入される第２流体室と、当該第２流体室とは別に設けられ、ロック解除された前記ロック部材をロック解除状態に保持する流体が注入される第３流体室とを備えつつ、前記一方の回転部材に形成された、前記ロック部材を収容するロック部材収容部と、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と、前記第１流体室とを連通する規制解除流路と、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか他方と、前記第２流体室とを連通するロック解除流路と、第１流体室と前記第３流体室とを連通するよう構成された前記連通流路とを備え、前記規制解除流路を介して、前記第１流体室・前記連通流路・前記第３流体室に流体を供給して前記第１状態と、前記ロック解除流路を介して、前記第２流体室に流体を供給して前記第２状態と、前記第１流体室・前記第２流体室・前記第３流体室の何れにも流体を供給せず前記第３状態とに切換可能に構成されている点にある。

　本構成によると、流体制御手段は進角室或いは遅角室の何れかから供給される流体によって制御を行うので、通常の進遅角制御を行う切換弁により第１状態、第２状態及び第３状態に切り換えることが可能である。したがって、ロック状態を実現するために新たな切換弁を設ける必要がなく、搭載性やコストの観点から有利な弁開閉時期制御装置となる。

　第五特徴構成は、前記規制解除流路は、前記規制部材が前記規制凹部に突入している状態で、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とを連通可能な規制時連通路と、前記規制部材が前記規制凹部から退出している状態で、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とを連通する解除時連通路と、を備えている点にある。

　本構成によると、規制部材が規制凹部から退出しているときに第１流体室に流体を供給する解除時連通路が、規制部材が規制凹部に突入しているときに第１流体室に流体を供給する規制時連通路とは別に設けられている。したがって、例えば、解除時連通路を規制時連通路よりも通路径が大きく、耐圧性の高いものとすれば、連通流路を介して第３流体室に速やかに流体を供給することができる。このように、それぞれの連通路に求められる性能に適した構成をとることが可能となり制御性が向上する。

　第六特徴構成は、前記規制時連通路は、前記規制部材が、前記最進角位相又は前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲内で移動する際に、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが前記所定位相にある状態から、最進角位相又は最遅角位相の何れか一方の位相に向かって予め設定した位相以内にあるとき、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが非連通となるように構成してある点にある。

　本構成によると、規制部材が規制凹部の所定位相側の一定範囲にあるときに、規制部材が規制凹部から退出しなくなる。このため、所定位相近傍でロックのための制御を行っているときに、規制部材による規制が解除されることがなく、ロックの確実性を向上させることができる。

　第七特徴構成は、前記カムシャフトの回転角度を検出する角度センサが、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが前記規制解除流路により連通する相対回転位相であることを検出し、当該検出時の相対回転移動を所定時間継続した後、相対回転移動の方向を切り換えて、前記第２状態から前記第１状態に移行するよう構成されている点にある。

　カムシャフトの回転角度を検出する角度センサでの検出角度に基づいて、進角室及び遅角室のうち何れか一方と第１流体室とが規制解除流路により連通する相対回転位相であることを判断する場合、検出角度と実際の相対回転位相とに誤差があると第２状態から第１状態に移行できない場合がある。本構成によると、角度センサによる検出角度が相対回転移動の方向を切り換えるべき位相であると判断したにもかかわらず、実際の相対回転位相が当該位相に至っていない場合にも、相対回転移動を所定時間継続することにより実際の相対回転位相を当該位相に至らすことができ、第２状態から第１状態への移行の確実性を向上できる。

　第八特徴構成は、前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相のときに、前記第２状態に移行すべく相対回転移動の方向を切り換え、その後に前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相外に相対回転移動した際には、相対回転移動の方向を戻し、前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相となってから、再度相対回転移動の方向を切り換えるリトライ制御を実行する点にある。

　本構成によれば、規制部材が規制凹部に突入可能な相対回転位相のときに、第２状態に移行すべく相対回転移動の方向を切り換えても、第２状態が達せられない場合に、再度規制部材が規制凹部に突入可能な相対回転位相に戻してから第２状態への移行を行うリトライ制御を実行することにより、第２状態への移行の確実性を向上できる。

　第九特徴構成は、前記リトライ制御の際に相対回転移動の方向を切り換える相対回転位相を、その直前に相対回転移動の方向を切り換えたときの相対回転位相よりも前記所定位相側に所定間隔異なる位相となるように構成されている点にある。

　例えば、ある角度センサでの検出角度に基づいて、第２状態に移行するための相対回転移動の方向の切り換え時期を判断する場合、検出角度と実際の相対回転位相とに誤差があると、リトライ制御を繰り返しても第２状態が達せられないことがある。本構成によると、リトライ制御を行う度に相対回転移動の方向の切り換える時期の調整が図られるので、第２状態への移行の確実性を一層向上できる。

　第十特徴構成は、前記規制部材が、前記最進角位相又は前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲内で移動する際、もしくは前記ロック部材がロック状態の際に、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが連通していないとき、前記第１流体室に連通して大気開放するドレン流路を形成してある点にある。

　本構成によると、第１流体室にある流体を、ドレン流路を介して排出することができるため、規制部材が規制凹部に速やかに突入することができ、規制状態を速やかに実現することができる。

　第十一特徴構成は、前記流体供給制御手段は、内燃機関の回転速度が予め設定した値以下となった状態で、前記規制部材及び前記ロック部材を、順次、前記第１状態・前記第２状態・前記第３状態に移行させるよう構成してある点にある。

　一般的な内燃機関の運転態様では、例えばアイドリング時等のように内燃機関の回転速度が下がった状態では、続けて内燃機関が停止される可能性が高い。そこで、本構成では、内燃機関の回転速度が予め設定した値以下になったときに、第3状態に移行させてロック部材をロックする。つまり、内燃機関が停止された際には、駆動側回転部材と従動側回転部材とが間違いなくロックされていることになる。よって、本構成の装置であれば、次回の内燃機関の始動が迅速確実なものとなる。

　第十二特徴構成は、前記規制部材及び前記ロック部材には、前記規制部材及び前記ロック部材を前記規制凹部の側及び前記ロック凹部の側に各別に付勢する付勢部材をそれぞれ備えている点にある。

　本構成のように、規制部材及びロック部材がそれぞれ規制凹部或いはロック凹部に向かって付勢されていると、動力や重力に頼ることなく、ロック状態を維持することができる。

弁開閉時期制御装置の全体構成を示す側断面図である。図１のII－II断面図である。規制機構及びロック機構の構成を示す分解図である。規制機構及びロック機構の構成を示す斜視図である。エンジン始動時の規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。ロック状態を解除するときの規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。規制状態を解除するときの規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。規制解除状態及びロック解除状態を保持するときの規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。通常運転状態における進角制御時の規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。通常運転状態における規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。ロック動作開始時における規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。規制状態を実現するときの規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。ロック状態における規制機構及びロック機構の状態を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。リトライ制御時の位相変化を示す説明図である。

　本発明に係る実施形態について図１から図１４に基づいて説明する。まずは、図１及び図２に基づいて、弁開閉時期制御装置１の全体構成について説明する。

（全体構成）
　弁開閉時期制御装置１は、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部材としての外部ロータ２と、外部ロータ２に対して同軸上に配置され、カムシャフト９と同期回転する従動側回転部材としての内部ロータ３とを備えている。

　外部ロータ２は、カムシャフト９が接続される側に取り付けられるリアプレート２１と、カムシャフト９が接続される側とは反対側に取り付けられるフロントプレート２２と、リアプレート２１とフロントプレート２２とで挟まれるハウジング２３から構成される。外部ロータ２に内装される内部ロータ３は、カムシャフト９の先端部に一体的に組み付けられ、外部ロータ２に対して一定の範囲内で相対回転が可能である。

　クランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材１０を介してリアプレート２１のスプロケット部２１ａにその回転駆動力が伝達され、外部ロータ２が図２に示すＳ方向に回転駆動する。外部ロータ２の回転駆動に伴い、内部ロータ３がＳ方向に回転駆動してカムシャフト９が回転する。

　外部ロータ２のハウジング２３には、径内方向に突出する複数個の突出部２４をＳ方向に沿って互いに離間させて形成してある。この突出部２４と内部ロータ３とにより流体圧室４が形成される。本実施形態においては、流体圧室４を３箇所に設けてあるが、これに限られるものではない。

　各流体圧室４は、内部ロータ３の一部をなす仕切部３１又は内部ロータ３に取り付けられるベーン３２によって、進角室４１と遅角室４２とに二分されている。仕切部３１に形成された規制部材収容部５１とロック部材収容部６１には、それぞれ規制部材５とロック部材６が収容され、規制機構５０及びロック機構６０を構成している。これらの構成については後述する。

　内部ロータ３に形成された進角通路４３は、進角室４１に連通している。同様に、内部ロータ３に形成された遅角通路４４は、遅角室４２に連通している。進角通路４３及び遅角通路４４は、流体給排機構７を介して、進角室４１及び遅角室４２に流体を供給又は排出して、仕切部３１又はベーン３２に流体圧を作用させる。このようにして、外部ロータ２に対する内部ロータ３の相対回転位相を、図２の進角方向Ｓ１又は遅角方向Ｓ２へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。なお、流体としてはエンジンオイルが用いられるのが一般的である。

　外部ロータ２と内部ロータ３とが相対回転移動可能な一定の範囲は、流体圧室４の内部で仕切部３１又はベーン３２が変位可能な範囲に対応する。進角室４１の容積が最大となるのが最進角位相であり、遅角室４２の容積が最大となるのが最遅角位相である。すなわち、相対回転位相は最進角位相と最遅角位相との間で変位可能である。

　内部ロータ３とフロントプレート２２とに亘ってトーションスプリング８を設けてある。内部ロータ３及び外部ロータ２は、トーションスプリング８により、相対回転位相が進角方向Ｓ１に変位するよう付勢されている。

　次に、流体給排機構７の構成について説明する。流体給排機構７は、エンジンにより駆動されて流体の供給を行うポンプ７１と、進角通路４３及び遅角通路４４に対する流体の供給及び排出を制御する通路切換弁７２と、流体を貯留する貯留部７４とを備えている。

　通路切換弁７２は、ＥＣＵ７３（エンジンコントロールユニット）による制御に基づいて作動する。通路切換弁７２は、進角通路４３への流体の供給を許可し、遅角通路４４からの流体の排出を許可して進角制御を行う第１の位置７２ａと、進角通路４３及び遅角通路４４への流体の給排を禁止して位相保持制御を行う第２の位置７２ｂと、進角通路４３からの流体の排出を許可し、遅角通路４４への流体の供給を許可して遅角制御を行う第３の位置７２ｃとを備えている。本実施形態の通路切換弁７２は、ＥＣＵ７３からの制御信号のない状態においては、第１の位置７２ａで進角制御を行うよう構成されている。

（規制機構）
　相対回転位相を最遅角位相から中間ロック位相までの範囲（以下、「規制範囲Ｒ」と称する）に規制する規制機構５０の構成について、図３及び図４に基づき説明する。中間ロック位相とは、後述のロック機構６０によってロックされるときの相対回転位相を指す。

　規制機構５０は、主に段付き円筒形の規制部材５と、規制部材５を収容する規制部材収容部５１と、規制部材５が突入可能となるようリアプレート２１の表面に形成された長孔形状の規制凹部５２とから構成される。

　規制部材５は、径が異なる円筒を４段積み重ねた形状である。この４段の円筒をリアプレート２１の側から順に、第１段部５ａ、第２段部５ｂ、第３段部５ｃ及び第４段部５ｄと称する。第２段部５ｂは第１段部５ａよりも径が小さくなるよう構成され、それよりフロントプレート２２の側では、第２段部５ｂ、第３段部５ｃ、第４段部５ｄと順に径が大きくなるように構成されている。なお、第３段部５ｃは、第１流体室５５の容積を小さくして、第１流体室５５に流体が供給されたときの規制部材５の動作性を向上させるために設けてある。

　第１段部５ａは規制凹部５２に突入可能に形成され、第１段部５ａが規制凹部５２に突入しているときは、相対回転位相が規制範囲Ｒ内に規制される。第４段部５ｄには円筒形の凹部５ｆが形成され、スプリング５３が収容される。また、規制部材５が付勢方向に移動するときの流体の抵抗を緩和し、動作性を向上させるため、規制部材５の中心部には貫通孔５ｇが形成されている。

　規制部材５とフロントプレート２２との間には栓部材５４を設け、この栓部材５４と凹部５ｆの底面との間にスプリング５３が取り付けられる。栓部材５４に形成した切欠部５４ａは、規制部材５がフロントプレート２２の側に移動する際に、流体を不図示の排出流路により弁開閉時期制御装置１の外部に排出可能とし、規制部材５の動作性の向上に寄与する。

　規制部材収容部５１は、カムシャフト９の回転軸芯（以下、「回転軸芯」と称する）の方向に沿って内部ロータ３に形成され、フロントプレート２２の側からリアプレート２１の側に亘って内部ロータ３を貫通している。規制部材収容部５１は、例えば径が異なる円筒状の空間を２段積み重ねた形状であって、規制部材５がその内部で移動可能なように形成してある。

　規制凹部５２は、回転軸芯を中心とした円弧状であって、その径方向における位置は後述のロック凹部６２とはわずかに異なるよう形成してある。規制凹部５２は、規制部材５が第１端部５２ａと当接状態にあるときに、相対回転位相が中間ロック位相となるように、規制部材５が第２端部５２ｂと当接状態にあるときには、相対回転位相が最遅角位相となるように構成されている。すなわち、規制凹部５２は規制範囲Ｒに対応している。

　規制部材５は、規制部材収容部５１に収容されると共に、スプリング５３によってリアプレート２１の側に常時付勢されている。規制部材５の第１段部５ａが規制凹部５２に突入すると、相対回転位相が規制範囲Ｒ内に規制され、「規制状態」が作り出される。スプリング５３による付勢力に抗して、第１段部５ａが規制凹部５２から退出すると、規制状態が解除され、「規制解除状態」となる。

　規制部材５を規制部材収容部５１に収容すると、規制部材５と規制部材収容部５１とによって第１流体室５５が形成される。第１流体室５５に流体が供給され、流体圧が第１受圧面５ｅに作用すると、規制部材５がスプリング５３の付勢力に抗してフロントプレート２２の側に移動し、規制解除状態となる。第１流体室５５に流体を給排する流路の構成については後述する。

（ロック機構）
　相対回転位相を中間ロック位相にロックするロック機構６０の構成について、図３及び図４に基づき説明する。ロック機構６０は、主に段付き円筒形のロック部材６と、ロック部材６を収容するロック部材収容部６１と、ロック部材６が突入可能となるようリアプレート２１の表面に形成された円孔形状のロック凹部６２とから構成される。

　ロック部材６は、例えば径が異なる円筒を３段積み重ねた形状である。この３段の円筒をリアプレート２１の側から順に、第１段部６ａ、第２段部６ｂ及び第３段部６ｃと称する。第１段部６ａ、第２段部６ｂ、第３段部６ｃと順に径が大きくなるように構成されている。

　第１段部６ａはロック凹部６２に突入可能に形成され、第１段部６ａがロック凹部６２に突入している状態のときは、相対回転位相が中間ロック位相にロックされる。第３段部６ｃから第２段部６ｂの一部に亘って、円筒形の凹部６ｆが形成され、スプリング６３が収容される。また、ロック部材６が付勢方向に移動するときの流体の抵抗を緩和し、動作性を向上させるため、ロック部材６の中心部には貫通孔６ｇが形成されている。

　ロック部材６とフロントプレート２２との間には栓部材６４を設け、この栓部材６４と凹部６ｆの底面との間にスプリング６３が取り付けられる。栓部材６４に形成した切欠部６４ａは、ロック部材６がフロントプレート２２の側に移動する際に、流体を不図示の排出流路により弁開閉時期制御装置１の外部に排出可能とし、ロック部材６の動作性の向上に寄与する。

　ロック部材収容部６１は、回転軸芯の方向に沿って内部ロータ３に形成され、フロントプレート２２の側からリアプレート２１の側に亘って内部ロータ３を貫通している。ロック部材収容部６１は、径が異なる円筒状の空間を３段積み重ねた形状であって、ロック部材６がその内部で移動可能なように形成してある。

　ロック部材６は、ロック部材収容部６１に収容されると共に、スプリング６３によってリアプレート２１の側に常時付勢されている。ロック部材６の第１段部６ａがロック凹部６２に突入すると、相対回転位相が中間ロック位相にロックされ、「ロック状態」が作り出される。スプリング６３による付勢力に抗して、第１段部６ａがロック凹部６２から退出すると、ロック状態が解除され、「ロック解除状態」となる。

　ロック部材６をロック部材収容部６１に収容すると、ロック部材６とロック部材収容部６１によって第２流体室６５及び第３流体室６６が形成される。第２流体室６５に流体が供給され、流体圧が第２受圧面６ｄに作用すると、ロック部材６がスプリング６３の付勢力に抗してフロントプレート２２の側に移動し、ロック解除状態となる。また、第３流体室６６に流体が供給され、流体圧が第３受圧面６ｅに作用すると、ロック部材６のロック解除状態が保持される。第２流体室６５及び第３流体室６６に流体を給排する流路の構成については後述する。

　次に、規制解除流路、ドレン流路、ロック解除流路及び連通流路について、図３～図５に基づき説明する。

（規制解除流路）
　規制解除状態を実現するための規制解除流路は、規制時連通路８２と解除時連通路８３とを備えている。規制時連通路８２は、後述するリアプレート通路８４、第１貫通路８５ａ及び供給路８５ｃからなり、規制状態を解除するために第１流体室５５に流体を供給する流路である。また、解除時連通路８３は、規制部材５が規制凹部５２から退出しているときに、規制解除状態を保持するために第１流体室５５に流体を供給する流路である。

　リアプレート通路８４は、リアプレート２１の内部ロータ３の側の表面に形成された溝状の通路であり、進角室４１と連通している。リアプレート通路８４は、規制部材５が規制範囲Ｒ内における所定の進角側の範囲（以下、「規制解除可能範囲Ｔ」と称する）内にあるときにのみ、ロータ通路８５の一部をなす第１貫通路８５ａと連通可能なように構成されている。なお、規制解除可能範囲Ｔ内に規制部材５があるとは、第１段部５ａが完全に規制解除可能範囲Ｔの領域に位置していることをいう。

　ロータ通路８５は、内部ロータ３に形成される通路であり、第１貫通路８５ａ、第２貫通路８５ｂ、供給路８５ｃ及び排出路８５ｄからなる。第１貫通路８５ａ及び第２貫通路８５ｂは、内部ロータ３の径方向外側の側面に、回転軸芯の方向に沿って連続的に直線をなすように形成される。第１貫通路８５ａのリアプレート２１の側の端部は、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内にあるときに、リアプレート通路８４と連通するよう構成されている。また、第２貫通路８５ｂのフロントプレート２２の側の端部は、排出路８５ｄと接続している。供給路８５ｃは、第１貫通路８５ａと第２貫通路８５ｂの境界部から分岐し、第１流体室５５に連通している。排出路８５ｄは内部ロータ３のフロントプレート２２の側の表面に平面視でＬ字状に形成されており、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔよりも進角側の所定の範囲にあるときにのみ、後述の排出孔８７と連通するよう構成されている。

　上述のように、規制時連通路８２は、リアプレート通路８４、第１貫通路８５ａ及び供給路８５ｃからなる。したがって、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内にあるときに、リアプレート通路８４と第１貫通路８５ａとが連通することにより、規制時連通路８２は第１流体室５５に連通して流体を供給し、第１受圧面５ｅに流体圧を作用させて規制状態を解除する。

　解除時連通路８３は、内部ロータ３内に形成された管状の通路であり、進角室４１と連通している。解除時連通路８３は、規制部材５が規制凹部５２から退出して規制解除状態となっているときに、第１流体室５５に連通して進角室４１から流体を供給し、第１受圧面５ｅに流体圧を作用させて規制解除状態を保持する。

　なお、規制部材５がスプリング５３の付勢力に抗してフロントプレート２２の側に移動するとき、解除時連通路８３が第１流体室５５と連通するタイミングで、供給路８５ｃが第１段部５ａによって第１流体室５５との連通を断たれるように構成してある。すなわち、第１流体室５５に流体を供給する通路は、規制時連通路８２或いは解除時連通路８３の何れかとなるよう択一的に構成されている。この構成により、第１流体室５５から流体を排出したい場合に、第１流体室５５から供給路８５ｃ（後述のドレン油路８６の一部）を介して流体を排出しつつ、解除時連通路８３からの流体の供給を断つことができる。　

ただし厳密には、規制時連通路８２と解除時連通路８３との切換時においては、規制時連通路８２及び解除時連通路８３の何れからも流体が第１流体室５５に供給されるように構成してある。これは、規制時連通路８２と解除時連通路８３との切換時に何れの連通路も第１流体室５５に接続されない状況が生じると、第１流体室５５が一時的に密閉状態となり、規制部材５の規制・解除動作の円滑性が損なわれてしまうのを防止するためである。

（ドレン流路）
　ドレン流路８６は、規制部材５が規制凹部５２に突入するときに、規制部材５の移動抵抗となる第１流体室５５内の流体を速やかに排出するための流路である。ドレン流路８６は、供給路８５ｃ、第２貫通路８５ｂ、排出路８５ｄ及び排出孔８７からなる。排出孔８７は、フロントプレート２２を回転軸芯の方向に貫通するよう形成されている。

　ドレン流路８６は、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔよりも進角側の所定の範囲にあるときにのみ連通し、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内にあるときには連通しないように構成してある。この構成により、リアプレート通路８４と第１貫通路８５ａが連通しているときに、進角室４１から供給された流体が、そのままドレン流路８６を経由して排出されるのを防止する。

（ロック解除流路）
　ロック解除流路８８は、内部ロータ３内に形成された管状の通路であり、遅角室４２と連通している。ロック解除流路８８は、第２流体室６５に遅角室４２から流体を供給して、第２受圧面６ｄに流体圧を作用させ、ロック部材６をロック凹部６２から退出させるための流路である。

（連通流路）
　連通流路８９は、内部ロータ３内に形成された管状の通路であり、規制解除状態かつロック部材６がフロントプレート２２の側にある程度移動した状態で、第１流体室５５と第３流体室６６とを連通するように構成されている。解除時連通路８３、第１流体室５５、連通流路８９及び第３流体室６６が連通すると、進角室４１から第１流体室５５に供給された流体が第３流体室６６にも供給されるため、規制解除状態とロック解除状態を保持することができる。

（ロック解除時及び規制解除時の動作）
　以上説明した規制機構５０、ロック機構６０及び各流路を用いて、ロック状態を解除する手順について、図５～図８に基づき説明する。

　エンジン始動時の状態を図５に示す。エンジン始動時には、通路切換弁７２が第１の位置７２ａにあるため進角制御を行う。しかし、規制部材５は規制解除可能範囲Ｔの範囲外にあるため、規制時連通路８２からは第１流体室５５に流体が供給されない。また、解除時連通路８３も第１流体室５５と連通していないため、第１流体室５５に流体が供給されない。よって、ロック状態が維持される。

　エンジン始動後、まずロック状態を解除するために、遅角制御に切り換えたときの状態を図６に示す。このとき、ロック解除流路８８を介して遅角室４２から第２流体室６５に流体が供給され、ロック部材６がロック凹部６２から退出してロック状態が解除される。ロック状態が解除されると、規制部材５は規制凹部５２内で遅角方向に移動する。

　図示しないカムシャフト９の回転角度を検出する角度センサが、規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に位置する相対回転位相となったことを検知すると、ＥＣＵ７３は進角制御に切り換える。このときの状態を図７に示す。リアプレート通路８４と第１貫通路８５ａとが連通しているため、規制時連通路８２から第１流体室５５に流体が供給される。すると、規制部材５は規制凹部５２から退出し、規制状態が解除される。

　上記角度センサでの検出角度と実際の相対回転位相とに誤差があると、規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に位置する相対回転位相であることを角度センサが検知したにもかかわらず、実際は規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に至っていない場合がある。このような場合に進角制御に切り換えても、規制時連通路８２と第１流体室５５とが連通していないため、第１流体室５５に流体が供給されず、規制状態を解除することができない。

　このような問題を解決すべく、本実施形態においては、規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に位置する相対回転位相となったことを角度センサが検知後すぐに進角制御に切り換えることはせず、検知した時点から所定時間遅角制御を継続することにより、規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に確実に位置するよう構成している。このように構成することにより、規制状態を確実に解除することができる。なお、相対回転位相を検出するためのセンサは、カムシャフトの回転角度を検出する角度センサに限らず、他のセンサを用いることも可能である。

　進角制御によって、規制解除状態及びロック解除状態を保持しているときの状態を図８に示す。このとき、第１流体室５５と第３流体室６６とは連通流路８９により連通するから、進角室４１から第１流体室５５に供給される流体は、第３流体室にも供給されることになる。その結果、規制解除状態及びロック解除状態が保持される。

（通常運転状態における動作）
　次に、上述の手順により規制解除状態及びロック解除状態が実現され、通常の運転状態となったときの動作について、図９及び図１０に基づき説明する。

　通常の運転状態において、進角制御を行ったときの状態を図９に示す。進角制御のときには上述のとおり、進角室４１、解除時連通路８３、第１流体室５５、連通流路８９及び第３流体室６６が連通するから、規制解除状態及びロック解除状態が保持された状態で進角作動する。

　通常の運転状態において、遅角制御を行ったときの状態を図１０に示す。このとき、遅角室４２から第２流体室６５に流体が供給されるので、ロック解除状態が保持される。一方、第１流体室５５には流体が供給されないので、規制部材５はスプリング５３によって付勢され、リアプレート２１と当接する。しかし、規制部材５はリアプレート２１の表面上を滑動するので、運転に支障をきたすことはない。また、規制凹部５２とロック凹部６２は径方向にずらした位置に形成しているため、規制部材５がロック凹部６２に突入することはない。

（規制時及びロック時の動作）
　最後に、まず規制状態とした後、ロック状態とする手順について、図１１～図１３に基づき説明する。

　進角制御により、排出路８５ｄと排出孔８７とが連通して、ドレン流路８６が機能する位置するまで位相回転させた状態を図１１に示す。このとき、進角室４１から第１流体室５５及び第３流体室６６に流体が供給されるため、規制解除状態及びロック解除状態を保持している（本発明における「第１の状態」）。ドレン流路８６が連通しているため、次の手順において規制部材５を規制凹部５２に突入させるときに、第１流体室５５から流体を排出し、速やかに規制状態とすることができる。

　遅角制御に切り換えて、規制状態が実現した状態（本発明における「第２の状態」）を図１２に示す。規制部材５が規制凹部５２に突入してからも遅角制御を維持すると、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内に位置して、次に進角制御に切り換えたとき、規制状態が解除されてしまう。このため、規制状態となった後は、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内に位置して、リアプレート通路８４と第１貫通路８５ａとが連通する前に進角制御に切り換える必要がある。

　規制部材５が規制解除可能範囲Ｔに入る前に、進角制御に切り換えると、第１流体室５５には流体が供給されないので、規制部材５は規制凹部５２から退出せずに進角作動する。その結果、規制部材５が規制凹部５２の第１端部５２ａに当接する。このとき、連通流路８９への流体供給が断たれているので、ロック部材６はスプリング６３によって付勢され、ロック凹部６２に突入し、図１３に示したロック状態（本発明における「第３の状態」）が実現される。

　以上のように、本実施形態においては、進遅角制御により第１の状態、第２の状態及び第３の状態を自在に切換可能となる。このため、仮に規制部材５やロック部材６の動作が想定どおり行われず、ロック状態とならなかった場合でも、再度ロック状態を実現すべく進遅角制御を繰り返すことができる。よって、エンジン作動中にロック状態を達成することができる。

　上述のように、規制状態となった後は、規制部材５が規制解除可能範囲Ｔ内に位置して、リアプレート通路８４と第１貫通路８５ａとが連通する前に進角制御に切り換える必要がある。しかし、例えば、図示しないカムシャフト９の回転角度を検出する角度センサで相対回転位相を検知する場合、上記角度センサでの検出角度と実際の相対回転位相とに誤差が生じ得る。この誤差が原因で、規制部材６が規制範囲Ｒのうち規制解除可能範囲Ｔを除く範囲に位置する相対回転位相であることを角度センサが検知しているにもかかわらず、実際は規制部材６が規制解除可能範囲Ｔ内に至っている場合がある。このような場合に進角制御に切り換えると、規制時連通路８２と第１流体室５５とが連通しているため、第１流体室５５に流体が供給され、規制状態が解除されてしまう。

　このような問題を解決すべく、本実施形態において実行するリトライ制御について、図１４に基づいて説明する。図１４のＡは最進角位相、Ｂは最遅角位相、Ｃはロック位相、Ｄはリアプレート通路８４と第１貫通路８５ａとが連通する位相範囲（以下、「規制解除可能位相Ｄ」と称す）を示している。規制解除可能位相Ｄは、規制解除可能範囲Ｔと対応する位相である。

　角度センサが規制解除可能位相Ｄに至っていないと検知しているものの、実際の相対回転位相は規制解除可能位相Ｄに至っている場合に進角制御に切り換えると（ｐ点）、ロック位相Ｃを超えて進角側に相対回転移動する。すると、ＥＣＵ７３はロック状態が実現されなかったと判断し、遅角制御に切り換える（ｑ点）。次の進角制御への切り換え（ｒ点）は、ｐ点よりも所定間隔ｘ分だけロック位相Ｃ側とする。しかし、ｒ点も規制解除可能位相Ｄに属するため、ロック状態が実現できずに再度遅角制御に切り換える（ｓ点）。次に、ｒ点よりもさらに所定間隔ｘ分だけロック位相Ｃ側の位相で進角制御に切り換える（ｔ点）。ｔ点は規制解除可能位相Ｄに含まれないので、規制状態が実現でき、その後ロック状態が実現できることになる。

　以上のように、進角制御に切り換える位相を所定間隔ｘずつロック位相Ｃ側にずらしながらリトライ制御を実行することにより、確実にロック状態を実現できる。しかし、角度センサでの検出角度と実際の相対回転位相との誤差が一時的な場合は、必ずしも所定間隔ｘずつロック位相Ｃ側にずらしながらリトライ制御を実行する必要はなく、リトライ制御の度に角度センサの検出角度に基づいて進角制御への切り換え位相を決定してもよい。また、所定間隔ｘは常に一定である必要はなく、漸増したり漸減したりするように設定してもよい。

　なお、本実施形態は規制機構５０をロック機構６０よりも遅角側に配設する構成としたが、進角側に配設してもよい。このとき、「進角」と「遅角」とを読み替えることにより、本実施形態と同様に、エンジン終動前にロック状態を実現することができる。

　本発明は、エンジン作動中に規制機構及びロック機構を制御することにより、エンジン終動前にロック状態を実現すると共に、規制機構及びロック機構を制御するための専用の切換弁を不要とする弁開閉時期制御装置に利用することができる。

　１　　　　弁開閉時期制御装置
　２　　　　外部ロータ（駆動側回転部材）
　３　　　　内部ロータ（従動側回転部材）
　４　　　　流体圧室
　５　　　　規制部材
　６　　　　ロック部材
　３１　　　仕切部
　４１　　　進角室
　４２　　　遅角室
　５１　　　規制部材収容部
　５２　　　規制凹部
　５３　　　スプリング（付勢部材）
　５５　　　第１流体室
　６１　　　ロック部材収容部
　６２　　　ロック凹部
　６３　　　スプリング（付勢部材）
　６５　　　第２流体室
　６６　　　第３流体室
　８２　　　規制時連通路（規制解除流路）
　８３　　　解除時連通路（規制解除流路）
　８６　　　ドレン流路
　８８　　　ロック解除流路
　８９　　　連通流路

Claims

　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、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期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で形成された流体圧室と、
　前記流体圧室を進角室と遅角室とに仕切るよう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設けられた仕切部と、
　前記駆動側回転部材又は前記従動側回転部材の何れか一方の回転部材に配置されると共に、何れか他方の回転部材に対して出退可能な規制部材と、
　前記他方の回転部材に形成され、前記規制部材が突入して、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回転位相を最進角位相又は最遅角位相の何れか一方から前記最進角位相と前記最遅角位相との間の所定位相までの範囲に規制する規制凹部と、
　前記規制部材を設けた前記一方の回転部材に配置されると共に、前記他方の回転部材に対して出退可能なロック部材と、
　前記他方の回転部材に形成され、前記ロック部材が突入して、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回転位相を前記所定位相にロックするロック凹部と、
　前記規制部材による規制を解除する流体を前記ロック部材に供給可能で、前記ロック部材によるロックを解除する流体を前記規制部材に供給不可能な連通流路とを備え、
　前記規制部材は前記連通流路を連通又は非連通に切り換える弁開閉時期制御装置。
　前記連通流路を連通させた状態で、前記規制部材による規制を解除し、前記ロック部材によるロックを解除する第１状態と、前記ロック部材によるロックを解除し、前記規制部材により規制する第２状態と、前記連通流路を非連通とした状態で、前記規制部材を規制し、前記ロック部材をロックする第３状態とに切換可能に構成してある請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方に流体を供給して前記第３状態から前記第２状態に移行し、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか他方に流体を供給して前記第２状態から前記第１状態に移行するよう構成されている請求項２に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記第１状態と、前記第２状態と、前記第３状態とに切換可能な流体制御手段は、
　前記規制部材の規制を解除する流体が注入される第１流体室を備えつつ、前記一方の回転部材に形成された、前記規制部材を収容する規制部材収容部と、
　前記ロック部材のロックを解除する流体が注入される第２流体室と、当該第２流体室とは別に設けられ、ロック解除された前記ロック部材をロック解除状態に保持する流体が注入される第３流体室とを備えつつ、前記一方の回転部材に形成された、前記ロック部材を収容するロック部材収容部と、
　前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と、前記第１流体室とを連通する規制解除流路と、
　前記進角室及び前記遅角室のうち何れか他方と、前記第２流体室とを連通するロック解除流路と、
　前記第１流体室と前記第３流体室とを連通するよう構成された前記連通流路とを備え、
　前記規制解除流路を介して、前記第１流体室・前記連通流路・前記第３流体室に流体を供給して前記第１状態と、
　前記ロック解除流路を介して、前記第２流体室に流体を供給して前記第２状態と、
　前記第１流体室・前記第２流体室・前記第３流体室の何れにも流体を供給せず前記第３状態とに切換可能に構成されている請求項２又は３に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記規制解除流路は、
　前記規制部材が前記規制凹部に突入している状態で、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とを連通可能な規制時連通路と、
　前記規制部材が前記規制凹部から退出している状態で、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とを連通する解除時連通路と、
を備えている請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記規制時連通路は、
　前記規制部材が、前記最進角位相又は前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲内で移動する際に、
　前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材とが前記所定位相にある状態から、最進角位相又は最遅角位相の何れか一方の位相に向かって予め設定した位相以内にあるとき、
　前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが非連通となるように構成してある請求項５に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記カムシャフトの回転角度を検出する角度センサが、前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが前記規制解除流路により連通する相対回転位相であることを検出し、当該検出時の相対回転移動を所定時間継続した後、相対回転移動の方向を切り換えて、前記第２状態から前記第１状態に移行するよう構成されている請求項４から６の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相のときに、前記第２状態に移行すべく相対回転移動の方向を切り換え、その後に前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相外に相対回転移動した際には、相対回転移動の方向を戻し、前記規制部材が前記規制凹部に突入可能な相対回転位相となってから、再度相対回転移動の方向を切り換えるリトライ制御を実行する請求項２から７の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記リトライ制御の際に相対回転移動の方向を切り換える相対回転位相を、その直前に相対回転移動の方向を切り換えたときの相対回転位相よりも前記所定位相側に所定間隔異なる位相となるように構成されている請求項８に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記規制部材が、前記最進角位相又は前記最遅角位相の何れか一方から前記所定位相までの範囲内で移動する際、もしくは前記ロック部材がロック状態の際に、
　前記進角室及び前記遅角室のうち何れか一方と前記第１流体室とが連通していないとき、前記第１流体室に連通して大気開放するドレン流路を形成してある請求項１から９の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記流体供給制御手段は、内燃機関の回転速度が予め設定した値以下となった状態で、前記規制部材及び前記ロック部材を、順次、前記第１状態・前記第２状態・前記第３状態に移行させるよう構成してある請求項１から１０の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
　前記規制部材及び前記ロック部材には、前記規制部材及び前記ロック部材を前記規制凹部の側及び前記ロック凹部の側に各別に付勢する付勢部材をそれぞれ備えている請求項１から１１の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。