JP6079676B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関し、詳しくは、内燃機関の駆動軸と同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体と同軸芯に配置され内燃機関の弁開閉用のカム軸と一体回転する従動側回転体とを有し、内燃機関を停止する場合には、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を所定の位相に保持するロック機構を備えている弁開閉時期制御装置の改良に関する。
従来からの弁開閉時期制御装置にはロック機構を備えることで、内燃機関の始動時にポンプによる流体圧が低いときでも相対回転位相をロック位相に維持する。また、内燃機関の始動後には、ロック機構によるロックを解除しポンプから供給される流体により相対回転位相の制御を行っている。
内燃機関の始動時にはロック機構をロック状態に維持するが、内燃機関が始動した後には、弁開閉時期制御装置の相対回転位相を変更して弁の開閉時期を迅速に調節する必要がある。
これに対し特許文献１には、内燃機関の始動時には、弁開閉時期制御装置において相対回転位相を進角方向に変位させる進角室と、遅角方向に変位させる遅角室との一方に流体を充填した後に、進角室と遅角室との他方に流体を充填し、その後にロック機構のロック解除を行う制御形態が示されている。
また、特許文献２には、弁開閉時期制御装置の駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を制御し、ロック機構のロック状態を制御する電磁型のソレノイドを備えた油圧制御弁が示されている。この油圧制御弁は、単一のスプールをソレノイドで操作することにより進角室と遅角室とに対する流体の給排、及び、ロック機構に対する流体の給排を制御するように構成されている。
特許第４５３１７０５号公報 特許第３８６７８９７号公報
内燃機関により駆動されるポンプからの流体が油圧制御弁を介して給排される弁開閉時期制御装置では、内燃機関の始動時にはロック機構をロック状態に維持し、この始動から所定時間が経過して、弁開閉時期制御装置を作動させるに充分な流体圧を得る状況に達した後にロック機構のロック状態を解除する制御が行われる。
また、通常の弁開閉時期制御装置では、進角室と遅角室とから流体が僅かにリークする。このため、内燃機関の停止から長時間経過した後に内燃機関を始動する際には進角室と遅角室とには流体が殆ど存在せず、ロック機構のロックを解除した場合には、カム軸から作用するトルクにより駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相が進・遅角方向に大きく変動する。
このような相対回転位相の変動を排除するには特許文献１に記載されるように、内燃機関の始動時に、進角室と遅角室とに流体を充填した後、ロック機構のロックを解除することが考えられる。
しかしながら、進角室と遅角室とに流体を充填するものでは、内燃機関の始動後に弁開閉時期制御装置の相対回転位相の変更が可能となるまでに時間を要することとなり改善の余地がある。
本発明の目的は、内燃機関の始動後すみやかに弁開閉時期を制御し得る弁開閉時期制御装置を合理的に構成する点にある。
本発明の特徴は、内燃機関の駆動軸と同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体と同軸芯に配置され前記内燃機関の弁開閉用のカム軸と一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に保持するロック状態及びロック解除状態に切換自在なロック機構と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に区画形成される流体圧室と、前記流体圧室のうち前記相対回転位相を進角方向に変位させる進角室及び遅角方向に変位させる遅角室への流体の供給を制御し、かつ、前記ロック機構を制御するための流体の供給を制御する制御弁機構と、前記制御弁機構を制御する制御部とを備えると共に、
前記制御部は、前記内燃機関の始動時に前記進角室と前記遅角室とに対し流体充填制御による流体の充填が完了するより前に前記ロック機構のロック状態を解除するロック解除制御を行う点にある。
この構成によると、内燃機関の始動時には、進角室と遅角室とに対して流体充填制御により流体が充填され、この充填が完了するより前にロック解除制御によってロック機構のロック状態が解除される。このように制御形態を設定することにより、例えば、進角室と遅角室とに対する流体の充填が完了した後にロック機構のロック状態を解除するものと比較すると、内燃機関の始動からロック解除までの時間が短縮される。また、ロック機構のロック状態の解除後にカム軸から回転トルクが作用した場合にも充填された流体により相対回転位相の変動を抑制できる。
従って、内燃機関の始動後すみやかに弁開閉時期を制御し得る弁開閉時期制御装置が構成された。
本発明は、前記流体充填制御が、前記進角室と前記遅角室との何れか一方に対する流体の充填が完了した後に、他方に対する流体の充填を開始するように充填の順序が設定され、前記ロック解除制御が、前記進角室と前記遅角室との何れか一方に対する流体の充填が完了した後で、前記進角室と前記遅角室との何れか他方に対する充填が完了するより前に前記ロック機構のロック解除方向に流体を供給しても良い。
進角室及び遅角室の何れか一方が流体で充填された後であれば、ロック機構のロック状態が解除された後、カム軸からの回転トルクが、流体の充填された部分を圧縮する方向、あるいは、膨張させる方向の何れに作用しても、流体が従動側回転体の移動を抑制し、相対回転位相を進・遅角方向に大きく変動させることはない。
本発明は、前記制御部は、前記ロック解除制御の後において、前記進角室と前記遅角室とのうち、前記カム軸から作用するカム軸のトルクにより前記相対回転位相が変位する方向に抗する前記進角室又は前記遅角室に流体が供給されるように前記制御弁機構を制御しても良い。
制御弁機構は、進角室と遅角室との一方に流体を供給する場合には、他方から流体を排出するように構成される。従って、ロック機構によるロック状態を解除した場合に、流体が排出される側の室が縮小されるようにカム軸のトルクによる圧力が作用すると、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相が容易に変位する不都合を招くことになる。
このような理由から、ロック解除制御の後には、進角室と遅角室とのうちカム軸のトルクによって体積が減少される側の室に流体を供給することにより、相対回転位相の変位を抑制することができる。
本発明は、前記制御部は、前記ロック解除制御の後において、前記相対回転位相を前記ロック位相に維持するように前記制御弁機構を制御しても良い。
これによると、ロック機構のロックが解除された後に、相対回転位相がロック位相から外れた場合には、進角室と遅角室との一方に流体が供給され、相対回転位相をロック位相に維持することが可能となる。従って、始動直後の暖機運転等を安定して行うことができる。
本発明は、前記制御部は、前記内燃機関の始動の後、未燃ＨＣの排出のピークを過ぎたタイミングで前記ロック解除制御を開始しても良い。
内燃機関では、始動直後に燃焼されなかった燃料が未燃ＨＣとして排出される。この未燃ＨＣの量は、内燃機関の始動から数秒経過した時点で最も増大する。弁開閉時期制御装置のロック位相は、未燃ＨＣを低減する位相が設定されている。しかしながら、このようにロック機構のロック解除のタイミングを設定することにより、未燃ＨＣの増大の抑制を維持しながら、バルブの開閉時期の変更を可能にする。
本発明の特徴は、内燃機関の駆動軸と同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体と同軸芯に配置され前記内燃機関の弁開閉用のカム軸と一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に保持するロック状態及びロック解除状態に切換自在なロック機構と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に区画形成される流体圧室と、前記流体圧室のうち前記相対回転位相を進角方向に変位させる進角室及び遅角方向に変位させる遅角室への第一流体の供給を制御し、かつ、前記ロック機構を制御するための前記第一流体の供給を制御する制御弁機構と、前記制御弁機構を制御する制御部とを備えると共に、
前記制御部は、前記内燃機関の始動時点から前記進角室又は前記遅角室のいずれか一方が前記第一流体により充填する充填時間が、前記内燃機関の始動時に前記第一流体、又は、前記内燃機関の温度を調整する第二流体の温度に応じて設定される設定時間を超えた時点でロック解除を行う点にある。
この構成によると、内燃機関の始動時には、進角室と遅角室とのいずれか一方に第一流体が充填する充填時間が第一流体又は第二流体の温度に応じて設定される。すなわち、第一流体又は第二流体の温度応じた粘性に対応する充填時間が設定される。この充填時間としての設定時間を超えた時点でロック解除が行われる。
また、この構成では、例えば、進角室と遅角室とに対する流体の充填が完了した後にロック機構のロック状態を解除するものと比較すると、内燃機関の始動からロック解除までの時間が短縮される。また、ロック機構のロック状態の解除後にカム軸から回転トルクが作用した場合にも充填された流体により相対回転位相の変動を抑制できる。
弁開閉時期制御装置の構成を表す図である。 図１のII−II線断面図である。 制御弁機構のスプールの設定位置に対する作動油の給排を示す図である。 変形例の制御弁機構のスプールの設定位置に対する作動油の給排を示す図である。 スプールを第１ポジションに設定した際の作動油の流れを示す断面図である。 スプールを第２ポジションに設定した際の作動油の流れを示す断面図である。 スプールを第３ポジションに設定した際の作動油の流れを示す断面図である。 スプールを第４ポジションに設定した際の作動油の流れを示す断面図である。 スプールを第５ポジションに設定した際の作動油の流れを示す断面図である。 エンジンの始動時におけるエンジン回転数と作動油等を示すチャートである。 エンジン始動ルーチンのフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１及び図２に示すように、駆動側回転体としての外部ロータ１０と、従動側回転体としての内部ロータ２０と、外部ロータ１０と内部ロータ２０との相対回転位相を中間ロック位相Ｐｍに保持するロック機構Ｌとを備えて弁開閉時期制御ユニットＡが構成されている。この弁開閉時期制御ユニットＡと、弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相の制御及びロック機構Ｌの制御を行う制御弁機構Ｖと、この制御弁機構Ｖを制御する制御部としてのエンジン制御ユニット５０とを備えて弁開閉時期制御装置が構成されている。
図１に示すエンジンＥ（内燃機関の一例）は、乗用車等の車両に備えられるものである。エンジンＥは、クランクシャフト１（駆動軸の一例）を回転自在に支持するケース部の上部にシリンダブロック２を備え、このシリンダブロック２のシリンダボアに収容されたピストン３の作動力をコネクティングロッド４によりクランクシャフト１に伝える４サイクル型に構成されている。シリンダブロック２の上部には、吸気弁５と排気弁（図示せず）とを備え、吸気弁５を開閉作動させる吸気カムシャフト６（カム軸の一例）と、排気弁を開閉作動させる排気カムシャフト（図示せず）を備えている。
外部ロータ１０は、吸気カムシャフト６の回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置されている。内部ロータ２０は、外部ロータ１０に内包される状態で吸気カムシャフト６と一体的に回転するように固定ボルト８により吸気カムシャフト６に連結されている。
弁開閉時期制御ユニットＡは、後述するように、外部ロータ１０（駆動側回転体の一例）と内部ロータ２０（従動側回転体の一例）との間に形成された進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対する作動油（流体・第一流体の具体例）の給排を制御することにより外部ロータ１０と内部ロータ２０との相対回転位相を変位させる。この相対回転位相の変位により、エンジンＥ（内燃機関の一例）の吸気弁５の開閉タイミングが制御される。ロック機構Ｌは作動油の給排によりロック解除状態（アンロック状態）への移行と、ロック状態への移行とを可能にする。制御弁機構Ｖは、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対する作動油の給排を行うと共に、ロック機構Ｌを制御するための作動油の給排を行う。また、エンジンＥは、第二流体としての冷却水によって温度が調整される構成を有している。
エンジン制御ユニット５０はＥＣＵとして構成され、エンジンＥの回転速度やエンジンＥの温度、あるいは、エンジンＥに作用する負荷等の情報に基づき、燃費が良好となる吸気時期（吸気タイミング）、あるいは、必要なトルクを得る吸気時期を設定するために弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相を制御する。
また、エンジン制御ユニット５０は、エンジンＥの停止時にロック機構Ｌをロック状態に移行する制御を行い、エンジンＥの始動時にはロック機構Ｌをロック解除状態に移行する制御を行う。このロック解除状態へ移行する制御の詳細は後述する。
尚、本発明の弁開閉時期制御ユニットＡは、排気弁の開閉時期を制御するように排気カムシャフトに備えて良く、吸気カムシャフト６と排気カムシャフトとの双方に備えても良い。
〔弁開閉時期制御ユニット〕
外部ロータ１０は、円筒状となるロータ本体１１と、回転軸芯Ｘに沿う方向でエンジンから離間する位置のフロントプレート１３と、エンジンＥに近接する位置のリヤプレート１４とを備え、これらと締結ボルト１５の締結により一体化されている。また、リヤプレート１４の外周にはタイミングプーリ部１４Ａが一体的に形成され、このタイミングプーリ部１４Ａと、クランクシャフト１に備えた出力プーリ１Ａとの間にタイミングベルト７が巻回されている。
この構成により、エンジンＥのクランクシャフト１と、外部ロータ１０とが同期回転する。尚、クランクシャフト１と外部ロータ１０とを同期回転させるために、例えば、タイミングチェーンを用いても良く、これらの間に複数のギヤを有するギヤトレインを配置しても良い。
ロータ本体１１の内周には、回転軸芯Ｘの方向（中心方向）に突出する複数（実施形態では３つ）の突出部１２が形成されている。このように複数の突出部１２が形成されることにより、内部ロータ２０の外周部との間に複数の流体圧室Ｃが形成される。
内部ロータ２０は、フロントプレート１３とリヤプレート１４とに挟まれる位置に配置され、外部ロータ１０に対し、回転軸芯Ｘを中心にして相対回転自在となる。この内部ロータ２０は、回転軸芯Ｘと同軸芯の円柱状部２１の外周面に複数（実施形態では３つ）のベーン部２２を一体形成した構造を有している。ロータ本体１１の突出部１２の突出端を円柱状部２１の外周に対して接触させ、ベーン部２２の突出端をロータ本体１１の内周に対して接触させている。この構成から、各々の流体圧室Ｃがベーン部２２で区画され進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとが形成される。
弁開閉時期制御ユニットＡはエンジンＥの稼働時には駆動回転方向Ｓに回転する。また、外部ロータ１０に対して内部ロータ２０が駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、外部ロータ１０に対して内部ロータ２０が駆動回転方向Ｓと逆方向に変位する方向を遅角方向Ｓｂと称する。
この構成から、進角室Ｃａへの作動油の供給により相対回転位相は進角方向Ｓａに変位し、遅角室Ｃｂへの作動油の供給により相対回転位相は遅角方向Ｓｂに変位する。
ベーン部２２が進角方向Ｓａの移動端（回転軸芯Ｘを中心にした揺動端）に達した状態での相対回転位相を最進角位相と称し、ベーン部２２が遅角方向Ｓｂの移動端（回転軸芯Ｘを中心にした揺動端）に達した状態での相対回転位相を最遅角位相と称する。尚、最進角位相はベーン部２２の進角方向Ｓａの移動端だけはなく、この近傍を含む概念である。これと同様に、最遅角位相はベーン部２２の遅角方向Ｓｂでの移動端だけではなく、この近傍を含む概念である。
また、外部ロータ１０と内部ロータ２０との間には、相対回転位相を最遅角位相から中間ロック位相Ｐｍに至る領域において進角方向Ｓａに付勢力を作用させるトーションスプリング１８を備えている。このトーションスプリング１８は相対回転位相が中間ロック位相Ｐｍを進角方向Ｓａに超えた場合には付勢力や抵抗を作用させないように構成されている。
〔弁開閉時期制御ユニット：ロック機構〕
ロック機構Ｌは、内部ロータ２０の円柱状部２１の外周に形成されたロック凹部３１と、外部ロータ１０の突出部１２に対し半径方向に出退自在に支持されたプレート状のロック部材３２と、このロック部材３２をロック凹部３１に向けて付勢するロックスプリング３３とで構成されている。
ロック凹部３１は、円柱状部２１の外周の２箇所に形成され、これに対応してロック部材３２は２箇所の突出部１２に形成されている。また、２箇所のロック凹部３１に対して、対応するロック部材３２が同時に係合する相対姿勢を中間ロック位相Ｐｍと称しており、この中間ロック位相Ｐｍは、最進角位相と最遅角位相との領域を分ける位相に設定されている。中間ロック位相Ｐｍは、エンジンＥを安定的に始動させるに最適な位相である。
〔ロック機構の変形例〕
ロック機構Ｌとして、内部ロータ２０にロック部材３２を出退自在に支持し、このロック部材３２が係脱するロック凹部３１を外部ロータ１０に形成する構成であっても良い。また、ロック機構Ｌとして、回転軸芯Ｘと平行する方向に沿って出退可能なロック部材３２を外部ロータ１０又は内部ロータ２０に支持し、このロック部材３２が係合するロック凹部３１を内部ロータ２０又は外部ロータ１０に形成する構成であっても良い。
〔弁開閉時期制御ユニット：油路構成〕
内部ロータ２０の円柱状部２１には進角室Ｃａに連通する進角流路２５と、遅角室Ｃｂに連通する遅角流路２６とが形成されると共に、ロック凹部３１に連通するロック解除流路２７とロック排出流路２８とが形成されている。
この油路構成から、遅角室Ｃｂから排油する状態で進角室Ｃａに作動油を供給することで相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させ、進角室Ｃａから排油する状態で遅角室Ｃｂに作動油を供給することで相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させることになる。
また、ロック解除流路２７とロック排出流路２８とから排油する状態で相対回転位相が中間ロック位相Ｐｍに達した場合には、ロックスプリング３３の付勢力により２つのロック部材３２が対応するロック凹部３１に係合してロック状態に達する。これとは逆に、ロック解除流路２７に作動油を供給すると共に、ロック排出流路２８を閉じ状態にすることにより、ロックスプリング３３の付勢力に抗してロック部材３２をロック凹部３１から離脱させロック解除が行われる。このロック機構Ｌのロック状態への移行及びロック状態の解除時における作動油の給排については後述する。
固定ボルト８は、図１に示すよう吸気カムシャフト６に螺合する雄ネジ部８Ａが先端に形成され、後端にボルトヘッド部８Ｂが形成されると共に、中間部分には回転軸芯Ｘと同軸芯で断面形状が円形となる筒状部８Ｃに形成されている。
エンジンＥの構成部材には、エンジンＥで駆動される油圧ポンプＰから作動油が供給される供給油路３５が形成され、吸気カムシャフト６には、供給油路３５からの作動油が供給される中継油路６Ａが形成されている。固定ボルト８には、中継油路６Ａから供給される作動油の圧力により解放するボール型のチェック弁３６と、このチェック弁３６から作動油が供給される中間流路３７が形成されている。内部ロータ２０の円柱状部２１には、中間流路３７からの作動油が供給される複数（４つ）の配給流路２９が回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。
尚、油圧ポンプＰは、エンジンＥのオイルパンに貯留される潤滑油を作動油として、制御弁機構Ｖに供給するように構成されている。
〔制御弁機構〕
図１に示すように、制御弁機構Ｖは、固定ボルト８の筒状部８Ｃに収容されたスプール４１と、このスプール４１を外方（図１では左側）に付勢するスプールスプリング４２と、スプール４１を内方に操作する電磁ソレノイド４３とを備えて構成されている。この制御弁機構Ｖでは、スプール４１は内部ロータ２０と一体的に回転する構成であるが、電磁ソレノイド４３はエンジンＥに支持され、スプール４１と相対回転することになる。
この制御弁機構Ｖは、電磁ソレノイド４３により単一のスプール４１を図３に示す５つのポジション（Ｗ１〜Ｗ５）の何れかにセットすることにより、進角流路２５と、遅角流路２６と、ロック解除流路２７と、ロック排出流路２８とに対する作動油の流れが制御される。尚、この制御弁機構Ｖの変形例として、例えば、図４に示すよう作動油の流れが制御される構成のものを用いても良い。この構成の制御弁機構Ｖは、図３と等しい構成のものに対して進角流路２５と遅角流路２６とを入れ換えた構成であり、制御時に電磁ソレノイド４３に供給される電力値が図３の構成と逆になるが、図３の構成のもと同様の機能を有する。
筒状部８Ｃには、配給流路２９に連通する２つのポンプポートと、進角流路２５に連通する進角ポートと遅角流路２６に連通する遅角ポートと、ロック解除流路２７に連通するロック排除ポートと、ロック排出流路２８に連通するロック排出ポートとが形成されている。
スプール４１は、外端側に押圧壁４１Ａが形成されると共に、内部には、回転軸芯Ｘと同軸芯となるドレン空間４１Ｓが内部に形成され、このドレン空間４１Ｓからの作動油を外部に排出するドレン孔４１Ｄが外端側に形成されている。また、スプール４１の外周にはドレン空間４１Ｓに連通する一対のドレングルーブＧｄと、作動油を制御するために外端側の第１制御グルーブＧ１と、これより吸気カムシャフト６に近い位置の第２制御グルーブＧ２とが全周に亘る溝状に形成されている。
電磁ソレノイド４３は、供給される電流値に応じて移動するプランジャ４３Ａを備えており、電磁ソレノイド４３に供給する電力を段階的に設定することにより第２ポジションＷ２〜第５ポジションＷ５にセットできるように構成されている。電磁ソレノイド４３に電力を供給しない状態では、スプール４１は、固定ボルト８に備えたストッパー４４に当接する第１ポジションＷ１にセットされる。尚、電磁ソレノイド４３に最大となる電力が供給された場合に、スプール４１は内方への移動限界に達し、これにより第５ポジションＷ５にセットされる。
〔制御弁機構：第１ポジション〕
第１ポジションＷ１では、スプールスプリング４２の付勢力によりスプール４１がストッパー４４に当接する位置にあり、図５に矢印で示すように作動油が流れる。具体的には、筒状部８Ｃにおいて配給流路２９に連通するポンプポートが、スプール４１の第２制御グルーブＧ２を介して進角流路２５に連通する。また、筒状部８Ｃにおいて遅角流路２６に連通する遅角ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄを介してドレン空間４１Ｓに連通する。
更に、筒状部８Ｃにおいてロック解除流路２７に連通するロック解除ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄに連通し、筒状部８Ｃにおいてロック排出流路２８に連通するロック排除ポートが、スプール４１の内端部を介してスプール４１のドレン空間４１Ｓと連通する。
これにより、エンジンＥが稼働し、ロック機構Ｌがロック解除状態にある状況で、スプール４１が第１ポジションＷ１にセットされた場合には、遅角室Ｃｂの作動油が排油される状態で、作動油が進角室Ｃａに供給されるため、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。この変位により相対回転位相が中間ロック位相Ｐｍに達した場合に、ロックスプリング３３の付勢力により、一対のロック部材３２が対応するロック凹部３１に嵌り込み、ロック機構Ｌがロック状態に移行する。また、ロック機構Ｌが既にロック状態にある場合にはロック状態が維持される。尚、このドレン空間４１Ｓに排出された作動油は、ドレン孔４１Ｄから外部に排出される。
〔制御弁機構：第２ポジション〕
第２ポジションＷ２では、電磁ソレノイド４３のプランジャ４３Ａがスプール４１の押圧壁４１Ａに押圧力を作用させスプールスプリング４２の付勢力とバランスする位置にあり、図６に矢印で示すように作動油が流れる。具体的には、筒状部８Ｃにおいて配給流路２９に連通するポンプポートが、スプール４１の第２制御グルーブＧ２を介して進角流路２５に連通する。また、筒状部８Ｃにおいて遅角流路２６に連通する遅角ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄを介してドレン空間４１Ｓに連通する。
更に、筒状部８Ｃにおいてロック解除流路２７に連通するロック解除ポートが、スプール４１の第１制御グルーブＧ１を介して筒状部８Ｃのポンプポートに連通し、筒状部８Ｃにおいてロック排出流路２８に連通するロック排除ポートが、スプール４１により閉じられる。
これにより、エンジンＥが稼働し、ロック機構Ｌがロック状態にある状況で、スプール４１が第２ポジションＷ２にセットされた場合には、ロック解除流路２７から供給される作動油の圧力によりロック機構Ｌのロック部材３２がロック凹部３１から離脱してロック解除状態に移行する。このロック機構Ｌのロック解除後に相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。また、ロック機構Ｌが既にロック解除状態にある場合にはロック解除状態のまま相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。
〔制御弁機構：第３ポジション〕
第３ポジションＷ３では、電磁ソレノイド４３のプランジャ４３Ａがスプール４１の押圧壁４１Ａに押圧力を作用させスプールスプリング４２の付勢力とバランスする位置にあり、図７に矢印で示すように作動油が流れる。具体的には、筒状部８Ｃにおいて配給流路２９に連通する２つのポンプポートがスプール４１により閉じられ、進角流路２５に連通する進角ポートと、遅角流路２６に連通する遅角ポートとがスプール４１により閉じられる。
更に、筒状部８Ｃにおいてロック解除流路２７に連通するロック解除ポートが、スプール４１の第１制御グルーブＧ１を介して筒状部８Ｃのポンプポートに連通する。筒状部８Ｃにおいてロック排出流路２８に連通するロック排除ポートが、スプール４１により閉じられる。
これにより、スプール４１が第３ポジションＷ３にセットされた場合には、ロック機構Ｌがロック解除状態に維持されるが、相対回転位相の変位は抑制される。
〔制御弁機構：第４ポジション〕
第４ポジションＷ４では、電磁ソレノイド４３のプランジャ４３Ａがスプール４１の押圧壁４１Ａに押圧力を作用させスプールスプリング４２の付勢力とバランスする位置にあり、図８に矢印で示すように作動油が流れる。具体的には、筒状部８Ｃにおいて配給流路２９に連通するポンプポートが、スプール４１の第２制御グルーブＧ２を介して遅角流路２６に連通する。また、筒状部８Ｃにおいて進角流路２５に連通する進角ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄを介してドレン空間４１Ｓに連通する。
更に、筒状部８Ｃにおいてロック解除流路２７に連通するロック解除ポートが、スプール４１の第１制御グルーブＧ１を介して筒状部８Ｃのポンプポートに連通し、筒状部８Ｃにおいてロック排出流路２８に連通するロック排除ポートが、スプール４１により閉じられる。
これにより、エンジンＥが稼働し、ロック機構Ｌがロック状態にある状況で、スプール４１が第４ポジションＷ４にセットされた場合には、ロック解除流路２７から供給される作動油の圧力によりロック機構Ｌのロック部材３２がロック凹部３１から離脱してロック解除状態に移行する。このロック機構Ｌのロック解除後に相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する。また、ロック機構Ｌが既にロック解除状態にある場合にはロック解除状態で相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する。
〔制御弁機構：第５ポジション〕
第５ポジションＷ５では、電磁ソレノイド４３のプランジャ４３Ａがスプール４１の押圧壁４１Ａに押圧力を作用させ、このスプール４１の内端が固定ボルト８の当接面に当接する移動限界に達しており、図９に矢印で示すように作動油が流れる。具体的には、筒状部８Ｃにおいて配給流路２９に連通するポンプポートが、スプール４１の第２制御グルーブＧ２を介して遅角流路２６に連通する。また、筒状部８Ｃにおいて進角流路２５に連通する進角ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄを介してドレン空間４１Ｓに連通する。
更に、筒状部８Ｃにおいてロック解除流路２７に連通するロック解除ポートが、スプール４１により閉じられ、筒状部８Ｃにおいてロック排出流路２８に連通するロック排除ポートが、スプール４１のドレングルーブＧｄを介してドレン空間４１Ｓに連通する。
これにより、エンジンＥが稼働し、ロック機構Ｌがロック解除状態にある状況で、スプール４１が第５ポジションＷ５にセットされた場合には、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する。この変位によって相対回転位相が中間ロック位相Ｐｍに達するとロック機構Ｌがロック状態に移行することになる。また、ロック機構Ｌが既にロック状態にある場合にはロック状態が維持される。
〔エンジン制御ユニット〕
エンジン制御ユニット５０は、図１に示すように、複数のセンサ等からの情報を取得すると共に、電磁ソレノイド４３と、エンジンＥの制御系に制御信号を出力するように構成されている。
エンジンＥには、クランクシャフト１の回転速度（単位時間内の回転数）を検知する回転速度センサＲＳと、エンジンＥの温度を検知する温度センサＴＳとを備えている。弁開閉時期制御ユニットＡには、相対回転位相を検知する位相センサＰｈＳを備えている。油圧ポンプＰから作動油を供給する流路には作動油圧を検知するオイル圧センサＰｒＳを備えている。車両にはエンジンＥの始動と停止とを行う始動／停止スイッチ５５を備えている。エンジン制御ユニット５０には、これらからの信号を取得する入力系を備えている。
また、エンジンＥには、エンジンＥを始動するスタータモータＭを備えている。エンジン制御ユニット５０には、スタータモータＭに制御信号を出力し、電磁ソレノイド４３を制御する制御信号を出力する出力系備えている。
エンジン制御ユニット５０は、エンジンＥを始動する始動制御部５１と、弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相を制御する位相制御部５２と、エンジンＥを停止する停止制御部５３とを備えている。
これら始動制御部５１と、位相制御部５２と、停止制御部５３とはソフトウエアで構成されるものであるが、一部をロジック等のハードウエアで構成することや、全てをハードウエアで構成するものでも良い。
〔制御形態〕
エンジンＥの稼働時には、回転速度センサＲＳ、温度センサＴＳ、オイル圧センサＰｒＳ等の情報に基づき、エンジン制御ユニット５０の位相制御部５２が弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相の制御を行う。この制御では、目標とする相対回転位相をセットし、位相センサＰｈＳで検知した相対回転位相をフィードバックする形態で制御弁機構Ｖの電磁ソレノイド４３を制御することになる。
次に、始動／停止スイッチ５５の操作によりエンジンＥを始動する場合には、図１１のフローチャートに示すエンジン始動ルーチンの制御が実行される。この制御時では図１０に示すようにスプール４１のポジションがセットされ、エンジンＥの回転速度と、オイル圧センサＰｒＳで検知される作動油圧と、位相センサＰｈＳで検知される相対回転位相とが変化する。
つまり、スタータモータＭを駆動し、燃焼室に燃料を供給し、点火プラグによる混合気の点火を行い、スプール４１を第５ポジションＷ５にセットする（＃０１〜＃０３ステップ）。
この構成では、始動／停止スイッチ５５が操作される以前にスプール４１は第１ポジションＷ１にあり、始動／停止スイッチ５５が操作されると（Ｒｅａｄｙのタイミング）でスプール４１が第５ポジションＷ５にセットされ、スタータモータＭの駆動によりクランキングが開始される。
次に、クランキングによりエンジンＥが始動し、オイル圧センサＰｒＳで作動油の圧力上昇を検知したタイミングでタイマを作動させ、設定時間が経過するまでスプール４１を第５ポジションＷ５に維持し、この設定時間が経過したタイミングでスプール４１を第２ポジションＷ２にセットする（＃０４〜＃０７ステップ）。
第５ポジションＷ５は、前述したようにロック機構Ｌをロック状態に維持したまま、遅角室Ｃｂに作動油を供給するポジションである。また、設定時間は、遅角室Ｃｂに対して作動油を完全に充填し得る時間（充填を完了する時間）であり、図１０において時間Ｔ１として示している。これにより相対回転位相を中間ロック位相Ｐｍに維持した状態が設定時間（時間Ｔ１）維持されると共に、この設定時間（時間Ｔ１）が経過することで遅角室Ｃｂは作動油で完全に満たされ、この直後に、スプール４１が第２ポジションＷ２にセットされる。この設定時間を、作動油の油温に基づいて変更するように制御形態を設定しても良い。具体的には、油温が高いほど設定時間を短くする演算を行うことや、油温と設定時間との関係を記憶したテーブルから設定時間の情報を読み出すように制御形態を設定することにより、作動油の油温により粘性が変動する場合でも、必要とする量の作動油を充填した時点でロック状態を解除できる。また、充填し得る時間は油種によっても変動する。高粘度の作動油は、低粘度の作動油に比べて設定時間はより長くなる。よって、設定時間は使用するエンジンＥに対応する最も高粘度の作動油を充填し得る時間を設定しても良い。又は、この設定時間は冷却水（第二流体の具体例）の温度に基づいて変更するように制御形態を設定しても良い。
スプール４１が第２ポジションＷ２にセットされることにより、ロック解除流路２７に作動油が供給され、図１０に示す「ロック解除」のタイミングでロック機構Ｌの２つのロック部材３２が対応するロック凹部３１から離脱する。この第２ポジションＷ２では、遅角室Ｃｂからの作動油は排油可能な状態にあるが、進角室Ｃａに対して作動油が供給される。このように進角室Ｃａに作動油を供給することにより、吸気カムシャフト６から相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させるようにカム軸のトルクが作用する状態であるに拘わらず、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する不都合を抑制する。
尚、スプール４１を第２ポジションＷ２にセットした初期には、進角室Ｃａに供給される作動油の量が充分でないため、図１０に示すように吸気カムシャフト６から作用するカム軸のトルクにより相対回転位相は遅角方向Ｓｂに徐々に変位する。
このように遅角室Ｃｂに作動油を供給した後に、進角室Ｃａに作動油を供給する制御が流体充填制御の具体例であり、スプール４１を第２ポジションＷ２にセットすることによりロック機構Ｌのロック状態を解除する制御がロック解除制御の具体例である。
特に、エンジンＥの始動時には、吸気カムシャフト６のトルクが弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させるように作用する。この実施形態では、先ず遅角室Ｃｂに作動油を充填している。これにより、ロック機構Ｌのロック状態が解除された後には、吸気カムシャフト６から作用するトルクにより相対回転位相が大きく変動する不都合を解消する。ロック機構Ｌのロック状態が解除された時点で、進角室Ｃａに作動油が継続的に供給される。これにより、ロック状態が解除された直後でも相対回転位相の遅角方向Ｓｂへ急激に変位する不都合を抑制している。
また、エンジンＥでは始動直後に燃焼されなかった燃料が未燃ＨＣとして排出される。この未燃ＨＣの量は、エンジンＥの始動から所定時間経過した時点で最も増大する（ピークに達する）。中間ロック位相Ｐｍは、未燃ＨＣの発生量を抑制する位相でもあるため、ロック機構Ｌのロック状態を解除するタイミングは、未燃ＨＣの発生量が低下した（ピークを越えた）タイミングであることが望ましい。このような理由から、設定時間（時間Ｔ１）は未燃ＨＣの発生量が低下する傾向に移行した後のタイミングに設定されている。
また、このように第２ポジションＷ２にセットされた場合には、進角室Ｃａの圧力が低く、相対回転位相が進角方向Ｓａの方向に変位することもないため、遅角室Ｃｂに充填された作動油が急激に排出されることはない。
そして、このスプール４１が第２ポジションＷ２にセットされ、ロック機構Ｌのロック状態が解除された後に、所定の時間が経過することにより進角室Ｃａに対する作動油の供給が完了し、相対回転位相の進角方向Ｓａへの変位が開始する。この変位により相対回転位相が中間ロック位相Ｐｍに達し、図１０に「位相保持」として示すタイミングでフィードバックにより中間ロック位相Ｐｍ又は中間ロック位相Ｐｍ付近に保持する制御が行われ、エンジンＥの始動制御を終了する（＃０８、＃０９ステップ）。具体的な制御形態として「位相保持」として示すタイミングでは、制御弁機構Ｖのスプール４１を第３ポジションＷ３にセットする制御が行われるが、相対回転位相を中間ロック位相Ｐｍに保持するために、スプール４１を必ずしも第３ポジションＷ３にセットする必要はなく、第３ポジションＷ３又は第３ポジションＷ３付近の領域にセットしても良い。
尚、設定時間が経過した直後に、更にタイマを作動させ、進角室Ｃａに作動油が完全に充填されるまでの時間を図１０において時間Ｔ２として表すことが可能であり、この時間Ｔ２が経過した場合には、相対回転位相が進角方向Ｓａに変化し始めることになり、この状態において位相センサＰｈＳの検知信号をフィードバックする位相制御（位相制御部５２による制御）が可能となる。
〔実施形態の作用・効果〕
このようにエンジンＥを始動する場合には、遅角室Ｃｂに対して作動油を充填し、この充填の後に、進角室Ｃａに作動油の供給を開始すると共に、この進角室Ｃａに対する作動油の充填が完了する以前にロック機構Ｌのロック状態を解除する。このような制御を行うことにより、例えば、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに作動油を完全に充填するものと比較して、エンジンＥの始動からロック解除までの時間の短縮が可能となる。
しかも、ロック機構Ｌがロック解除状態に移行した時点では遅角室Ｃｂに作動油が既に充填された状態にあるため、この遅角室Ｃｂの容積を圧縮する方向と、容積を拡大する方向との何れに外力が作用した場合でも、作動油が容積変化を阻止し、相対回転位相が大きく変動する不都合が解消される。また、ロック機構Ｌのロック状態を解除したタイミングでは、進角室Ｃａに対する作動油の供給が継続する状態にある。このため、吸気カムシャフト６から遅角方向Ｓｂにカム軸のトルクが作用する状況でありながら、相対回転位相が遅角方向Ｓｂへ大きく変位する現象を抑制することも可能となる。
また、ロック機構Ｌのロック状態を解除するタイミングが、未燃ＨＣの排出量のピークを越えた後に設定されているため、早期にロック機構Ｌのロック状態を解除する制御を行っても未燃ＨＣを増大させることもない。
単一のスプール４１を用いた制御弁機構Ｖでは、ロック機構Ｌに作動油を給排するだけのポジションを作ることが構造的に困難であるため、実施形態に示したように進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対する作動油の給排と同時にロック機構Ｌに対する作動油の給排を行う構成が採用される。
また、相対回転位相を制御する位相制御弁と、ロック機構Ｌのロックを制御するロック制御弁とを備えて制御弁機構Ｖを構成すると、ロック機構Ｌの制御を任意のタイミングで行えるため、作動油の充填が完了する以前にロック機構Ｌを解除する際の制御が容易となる。しかしながら、位相制御弁とロック制御弁とを備える構成で部品点数が増大しコストの上昇を招くことになる。
これに対して、実施形態に示すように流体充填制御とロック解除制御とを行えるようにエンジン制御ユニット５０による制御形態を設定することにより、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとの一方に作動油（流体）を充填した後にロック機構Ｌのロック状態を解除することが可能となり、エンジンＥの始動時に相対回転位相が大きく変動する現象を良好に抑制するのである。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
（ａ）制御弁機構Ｖを、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対する流体（作動油）の給排を行う位相制御弁と、ロック機構Ｌに対してロック解除用の流体（作動油）の給排を行うロック制御弁との２種の制御弁で構成する。このように構成することにより、ロック機構Ｌのロック状態を解除するタイミングを任意に設定できることになる。
（ｂ）制御弁機構Ｖを弁開閉時期制御ユニットＡの中心位置に対して直接的に流体（作動油）の給排を行うものに代えて、弁開閉用のカム軸の外周からロータリ型のジョイントを介して流体を給排する構成を採用する。このように構成することにより、制御弁機構Ｖの多少の大型化も許容し、メンテナンス性を向上させることも可能となる。
（ｃ）実施形態のように単一のスプール４１を用いて制御弁機構Ｖを構成したもの、あるいは、前述した別実施形態（ａ）のように位相制御用を用いて制御弁機構Ｖを構成したものの何れの構成であっても、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対して同時に流体（作動油）を供給する充填ポジションをセットする。この充填ポジションは内燃機関（エンジンＥ）の始動時にのみ設定されることになるが、この種の制御弁機構Ｖを備えた場合には、例えば、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに対し流体が完全に充填されないタイミングでロック機構Ｌのロック状態を解除する制御形態となる。
（ｄ）実施形態のように遅角室Ｃｂに流体（作動油）を充填した後に、進角室Ｃａに流体を供給する制御に代えて、これとは逆に、進角室Ｃａに流体を充填した後に、遅角室Ｃｂに流体の供給を開始するように流体充填制御のシーケンスを設定する。このように作動油の充填のシーケンスを設定することにより、エンジンＥの始動時にカムシャフトからトルクが作用する状況でも弁開閉時期制御ユニットＡの相対回転位相を殆ど変化させないようにすることも可能となる。
本発明は、内燃機関の駆動軸と同期して回転する駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を制御する弁開閉時期制御装置に利用することができる。
１ 駆動軸（クランクシャフト）
６ カム軸（吸気カムシャフト）
１０ 駆動側回転体（外部ロータ）
２０ 従動側回転体（内部ロータ）
４１ スプール
４３ 電磁ソレノイド
５０ 制御部（エンジン制御ユニット）
Ｃ 流体圧室
Ｃａ 進角室
Ｃｂ 遅角室
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｌ ロック機構
Ｐｍ ロック位相（中間ロック位相）
Ｖ 制御弁機構

Claims (6)

  1. 内燃機関の駆動軸と同期回転する駆動側回転体と、
    前記駆動側回転体と同軸芯に配置され前記内燃機関の弁開閉用のカム軸と一体回転する従動側回転体と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に保持するロック状態及びロック解除状態に切換自在なロック機構と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に区画形成される流体圧室と、
    前記流体圧室のうち前記相対回転位相を進角方向に変位させる進角室及び遅角方向に変位させる遅角室への流体の供給を制御し、かつ、前記ロック機構を制御するための流体の供給を制御する制御弁機構と、
    前記制御弁機構を制御する制御部とを備えると共に、
    前記制御部は、前記内燃機関の始動時に前記進角室と前記遅角室とに対し流体充填制御による流体の充填が完了するより前に前記ロック機構のロック状態を解除するロック解除制御を行う弁開閉時期制御装置。
  2. 前記流体充填制御が、前記進角室と前記遅角室との何れか一方に対する流体の充填が完了した後に、他方に対する流体の充填を開始するように充填の順序が設定され、
    前記ロック解除制御が、前記進角室と前記遅角室との何れか一方に対する流体の充填が完了した後で、前記進角室と前記遅角室との何れか他方に対する充填が完了するより前に前記ロック機構のロック解除方向に流体を供給する制御を行う請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 前記制御部は、前記ロック解除制御の後において、前記進角室と前記遅角室とのうち、前記カム軸から作用するカム軸のトルクにより前記相対回転位相が変位する方向に抗する前記進角室又は前記遅角室に流体が供給されるように前記制御弁機構を制御する請求項２記載の弁開閉時期制御装置。
  4. 前記制御部は、前記ロック解除制御の後において、前記相対回転位相を前記ロック位相に維持するように前記制御弁機構を制御する請求項１又は２記載の弁開閉時期制御装置。
  5. 前記制御部は、前記内燃機関の始動の後、未燃ＨＣの排出のピークを過ぎたタイミングで前記ロック解除制御を開始する請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
  6. 内燃機関の駆動軸と同期回転する駆動側回転体と、
    前記駆動側回転体と同軸芯に配置され前記内燃機関の弁開閉用のカム軸と一体回転する従動側回転体と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を所定のロック位相に保持するロック状態及びロック解除状態に切換自在なロック機構と、
    前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間に区画形成される流体圧室と、
    前記流体圧室のうち前記相対回転位相を進角方向に変位させる進角室及び遅角方向に変位させる遅角室への第一流体の供給を制御し、かつ、前記ロック機構を制御するための前記第一流体の供給を制御する制御弁機構と、
    前記制御弁機構を制御する制御部とを備えると共に、
    前記制御部は、前記内燃機関の始動時点から前記進角室又は前記遅角室のいずれか一方が前記第一流体により充填する充填時間が、前記内燃機関の始動時に前記第一流体、又は、前記内燃機関の温度を調整する第二流体の温度に応じて設定される設定時間を超えた時点でロック解除を行う弁開閉時期制御装置。
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