JP6007689B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に用いられる内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉時期制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、駆動側回転体（文献では「アウタロータ」）と、従動側回転体（文献では「インナロータ」）と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成され、従動側回転体に設けられた仕切部（文献では「ベーン」）によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行う作動流体用ポンプと（文献では「オイルポンプ」等）から流体圧室への作動流体の供給及び流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構（文献では「制御弁」）と、を備えた弁開閉時期制御装置があった。

特許文献１に記載の弁開閉時期制御装置では、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相から最進角位相まで間の所定の中間位相に固定可能な中間位相固定手段を備えている。中間位相固定手段は、駆動側回転体の側に設けたロックキーと、従動側回転体に形成されたロック解除用油圧室を備えており、ロックキーがロック解除用油圧室に係合することにより、相対回転位相を所定の中間位相に固定する構成である。

さらに、内燃機関の停止信号が検出されると、所定の中間位相に向けて変更する停止時位相変更手段を備える。これにより、イグニッションがオフにされると、弁の開閉タイミングが内燃機関の始動に適した中間位相に固定された後に内燃機関を停止することができる。

この構成であると、相対回転位相を確実に所定位相に拘束した状態でエンジンを再始動することができる。したがって、所定位相を所望の位相に設定すれば、吸気タイミングと点火タイミングとの関係を最適化し、エンジンの始動性を高めることができる。例えば、炭化水素（ＨＣ）等の有害な燃焼排気物の少ない低エミッションのエンジンを得ることも可能である。

特開２０１１−１８８８号公報

燃費の向上を目的として、近年、エンジンの高圧縮化の開発が進められている。こうしたエンジンにおいては、吸気バルブの閉じ時期が下死点付近の場合に圧縮比が高くなる。このため、吸入空気温度が高い条件において点火プラグによる着火の前に自己着火するプレイグニッションが発生する場合がある。プレイグニッションが発生すると、シリンダ壁面の温度が急上昇し、出力の低下や回転の不調が誘発され、さらにはエンジンが破損するおそれもある。このような場合には、可変バルブタイミング機構を用いて閉じ時期を遅角側に変換し実圧縮比を下げることで、プレイグニッションの発生を抑制することができる。したがって、高圧縮エンジンの温間始動時には、弁開閉時期制御装置の相対回転位相は最遅角寄りのロック位相が適している。

一方、冷間始動時は通常セルモータによるスタートであり、クランキングの回転数も温間始動時と比較して低いため、筒内圧力が上昇し難い。このため、冷間始動時には、相対回転位相として筒内圧力が上昇し易い中間ロック位相が適している。

また、エンジンは通常、空気と燃料を圧縮して混合気として点火により出力を得ているが、ハイブリッドエンジンやアイドリングストップ機能を有するエンジンのように、始動と停止を繰り返すエンジンにおいては、空気の圧縮を抑えることで始動時のエンジンの振動を抑制することができる。このため、温間状態のハイブリッドエンジンの再始動時やアイドリングストップ後のエンジンの再始動時には、相対回転位相として最遅角寄りのロック位相が適している。

このように、近年、ハイブリッドエンジンやアイドリングストップ機能付きエンジンの普及により、内燃機関の始動に適した位相は１つには限られない。また、イグニッションキーがオフ操作されると、相対回転位相を中間位相に固定した後に内燃機関を停止する構成においても、イグニッションキーがオフ操作された直後は相対回転位相を中間位相に変更するために油圧供給は継続される。このため、内燃機関は暫くの間、動作し続けることとなり、燃費の観点から問題がある。また、イグニッションキーをオフ操作した後に内燃機関が動作し続けることには違和感もあった。

本発明の目的は、相対回転位相を異なる位相に拘束可能にするとともに、燃費の向上が可能な弁開閉時期制御装置を提供することにある。

本発明に係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体と、
前記駆動側回転体に対して相対回転可能に同軸に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の何れか一方に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体及び前記従動側回転体の何れか他方に設けられた仕切り部と、
前記進角室又は前記遅角室に対する流体の供給又は排出の制御を行う流体制御弁部と、
前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を、最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能であり、段階的に深くなるロック溝と当該ロック溝に係合するロック部材とを有するラチェット機構によって構成された第一ロック機構と、
前記相対回転位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側である第二の所定位相に拘束可能な第二ロック機構と、を備え、
シフトレバー位置がパーキングレンジに操作されると、前記相対回転位相が前記第一の所定位相に向けて変換作動され、
前記シフトレバー位置が前記パーキングレンジに操作され、前記ロック部材の少なくとも一部が前記ロック溝に係合したことが検出されると、内燃機関を停止する点にある。

本構成によると、第一ロック機構と第二ロック機構とによって、第一の所定位相と、第二の所定位相といった異なるバルブタイミングの位相に相対回転位相を拘束できる。よって、内燃機関の状態に応じて最適な所定位相での始動が可能となり、運転の快適さが増すこととなる。

また、シフトレバー位置がパーキングレンジに操作されるときは、通常、その後にイグニッションキーをオフにしてエンジンを停止する。そこで、本構成では、イグニッションキーをオフ操作する前のパーキングレンジへの操作時に、第一の所定位相への変換作動が開始されるよう構成してある。これにより、イグニッションキーのオフ操作前の早期にディレイ制御が開始されることとなり、不要な燃料の消費が削減される。その結果、燃費の向上を図ることができる。また、イグニッションキーのオフ操作前にディレイ制御が完了することで、イグニッションキーがオフ操作されると、内燃機関はすぐに停止する。したがって、イグニッションキーのオフ操作後の内燃機関の停止動作に対しても違和感がなくなる。

通常は、イグニッションキーのＯＦＦ操作後、相対回転位相が第一の所定位相のロック状態となった後に、内燃機関は停止する。これに対し、本構成では、シフトレバー位置がパーキングレンジに操作され、第一ロック機構のロック部材の少なくとも一部がロック溝に係合したことが検出されると、内燃機関を停止する。これにより、ロック部材がロック溝へ係合する際の初期の段階で内燃機関を停止することができ、内燃機関を停止するタイミングを早めることができる。その結果、さらなる燃費の向上を図ることができる。

ただ、本構成のように、第一ロック機構のロック部材がロック溝へ係合する際の初期の段階で内燃機関を停止することで、内燃機関の停止時に、ロック部材とロック溝との係合が不十分な状態となることも想定される。しかし、そのような場合であっても、イグニッションキーをＯＮ操作して内燃機関を始動する際には、ラチェット機構が機能してロック部材はロック溝に確実に係合される。したがって、内燃機関の始動時には相対回転位相が第一の所定位相に保持されるので、第一の所定位相の状態で内燃機関を始動することができる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の全体構成を示す図 図１のＩＩ-ＩＩ断面図であって、中間ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図 図２の中間ロック状態が解除されたときの弁開閉時期制御装置の断面図 相対回転位相が最遅角位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図 相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図 弁開閉時期制御装置の分解斜視図 弁開閉時期制御装置の動作を示すタイムチャート 第一の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置おいて、中間ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図 図８の中間ロック状態が解除されたときの弁開閉時期制御装置の断面図 第一の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置おいて、相対回転位相が最遅角位相のときの弁開閉時期制御装置図の断面図 第一の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置おいて、相対回転位相が中間ロック状態になる直前の弁開閉時期制御装置図の断面図 第二の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の全体構成を示す図 図１２のＸＩＩＩ-ＸＩＩＩ断面図であって、最遅角ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図 第二の別実施形態に係る弁開閉時期制御装置の動作を示すタイムチャート

本発明を自動車用エンジンの吸気弁側の弁開閉時期制御装置として適応した実施形態について、図１乃至図７に基づいて説明する。即ち、自動車用エンジンが、本発明の「内燃機関」に相当する。

〔全体構成〕
この弁開閉時期制御装置は、図１に示すごとく、エンジン１００のクランクシャフトＣに対して同期回転する「駆動側回転体」としてのハウジング１と、ハウジング１に対して相対回転可能に同軸に配置され、カムシャフト１０１と同期回転する「従動側回転体」としての内部ロータ２とを備えている。カムシャフト１０１は、エンジン１００の吸気弁の開閉を制御する不図示のカムの回転軸である。なお、カムシャフト１０１は、エンジン１００のシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。

さらに、弁開閉時期制御装置は、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転移動を拘束することにより、ハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転位相を、最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能な「第一ロック機構」としての中間ロック機構６を備えている。また、弁開閉時期制御装置は、相対回転位相を、第一の所定位相よりも遅角側である第二の所定位相に拘束可能な「第二ロック機構」としての最遅角ロック機構７を備えている。

〔内部ロータ及びハウジング〕
内部ロータ２は、図１に示すごとく、カムシャフト１０１の先端部に一体的に組付けられている。内部ロータ２は、ボルトによってカムシャフト１０１の先端部に締め付け固定してある。

ハウジング１は、カムシャフト１０１が接続される側とは反対側のフロントプレート１１と、タイミングスプロケット１５を一体的に備えた外部ロータ１２と、カムシャフト１０１が接続される側のリアプレート１３と、を備えている。外部ロータ１２を内部ロータ２に外装し、フロントプレート１１とリアプレート１３とで挟み込み、フロントプレート１１と外部ロータ１２とリアプレート１３とをボルトによって締結してある。

クランクシャフトＣの回転駆動は、動力伝達部材１０２を介してタイミングスプロケット１５に伝達され、ハウジング１が図２に示す回転方向Ｓに回転駆動される。ハウジング１の回転に伴い、内部ロータ２が回転方向Ｓに回転してカムシャフト１０１が回転し、カムシャフト１０１に設けられたカムがエンジン１００の吸気弁を押し下げて開弁させる。

図２に示すごとく、外部ロータ１２に、径内方向に突出する複数個の突出部１４を回転方向Ｓに沿って互いに離間させて形成し、外部ロータ１２と内部ロータ２とによって流体圧室４を形成してある。突出部１４は内部ロータ２の外周面２ａに対するシューとして機能する。本実施形態においては、流体圧室４が三箇所となるよう構成してあるが、これに限られるものではない。

外周面２ａのうち流体圧室４に面する部分に、ベーン溝２１を形成してある。ベーン溝２１に、「仕切り部」としてのベーン２２を径方向外側に向けて配設してある。流体圧室４は、ベーン２２によって、回転方向Ｓに沿って進角室４１と遅角室４２とに仕切られている。スプリング２３をベーン溝２１とベーン２２と間に配設してベーン２２を径外方向に付勢することにより、進角室４１と遅角室４２との間での作動流体の漏洩を防止している。

図１，図２に示すごとく、各進角室４１に連通するよう、進角通路４３を内部ロータ２及びカムシャフト１０１に形成してある。また、各遅角室４２に連通するよう、遅角通路４４を内部ロータ２及びカムシャフト１０１に形成してある。図１に示すごとく、進角通路４３及び遅角通路４４は、後述する流体制御機構としてのＯＣＶ９の不図示の所定のポートに接続されている。

ＯＣＶ９を制御することによって、進角室４１及び遅角室４２に対して作動流体を供給、排出、または給排量保持し、ベーン２２にその作動流体の流体圧力を作用させる。このようにして、相対回転位相を進角方向または遅角方向へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。なお、進角方向とは、ベーン２２がハウジング１に対して相対回転移動し、進角室４１の容積が大きくなる方向であり、図２に矢印Ｓ１で示してある。遅角方向とは、遅角室４２の容積が大きくなる方向であり、図２に矢印Ｓ２で示してある。

このような構成により、内部ロータ２はハウジング１に対して回転軸芯Ｘの回りに一定の範囲内で円滑に相対回転移動可能である。ハウジング１と内部ロータ２とが相対回転移動可能な一定の範囲、即ち最進角位相と最遅角位相との位相差は、流体圧室４の内部でベーン２２が変位可能な範囲に対応する。なお、遅角室４２の容積が最大となるのが最遅角位相であり、進角室４１の容積が最大となるのが最進角位相である。

〔中間ロック機構〕
中間ロック機構６は、エンジン１００の始動直後や、停止時に作動流体の流体圧力が安定しない状況において、ハウジング１と内部ロータ２とを所定の相対位置に保持することで、相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の「第一の所定位相」としての中間ロック位相に拘束する。これによって、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト１０１の回転位相を適正に維持し、エンジン１００の安定的な回転を現出する。なお、本実施形態では、中間ロック位相を、不図示の吸気弁と排気弁との開弁時期が一部重複する位相としている。この結果、エンジン１００の始動時の炭化水素（ＨＣ）の低減が図られ、低エミッションのエンジンとすることができる。

中間ロック機構６は、図１，図２に示すごとく、中間ロック通路６１と、中間ロック溝６２と、収容部６３と、プレート状の中間ロック部材６４と、スプリング６５と、を備えている。

中間ロック通路６１は、内部ロータ２とカムシャフト１０１とに形成され、中間ロック溝６２と後述する「流体切換機構」としてのＯＳＶ１０とを接続している。ＯＳＶ１０を制御することによって、中間ロック溝６２への作動流体の給排を単独で切換えることができる。中間ロック溝６２は、内部ロータ２の外周面２ａに形成されており、相対回転方向に一定の幅を有している。収容部６３は、外部ロータ１２の二箇所に形成されている。二つの中間ロック部材６４は各収容部６３に夫々配設され、収容部６３から径方向に出退可能である。スプリング６５は収容部６３に配設され、各中間ロック部材６４を径方向内側、即ち、中間ロック溝６２の側に付勢している。

中間ロック溝６２から作動流体が排出されていると、各中間ロック部材６４は中間ロック溝６２に突出する。図２に示すごとく、両方の中間ロック部材６４が中間ロック溝６２に突入すると、中間ロック溝６２の周方向の両端に各中間ロック部材６４が夫々同時に係止することとなる。この結果、内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転移動が拘束され、相対回転位相が中間ロック位相に拘束される。ＯＳＶ１０を制御して、中間ロック溝６２に作動流体を供給すると、図３に示すごとく、両方の中間ロック部材６４が中間ロック溝６２から収容部６３へ引退して相対回転位相の拘束が解除され、内部ロータ２は相対回転移動自在となる。以下、中間ロック機構６が相対回転位相を中間ロック位相に拘束している状態を「中間ロック状態」と称する。また、中間ロック状態が解除された状態を「中間ロック解除状態」と称する。

なお、中間ロック部材６４の形状としては、本実施形態に示されたプレート状の他にピン状等を適宜採用することができる。

〔最遅角ロック機構〕
最遅角ロック機構７は、アイドリング運転時、アイドリングストップ時、アイドリング再始動時等の低速回転時において、ハウジング１と内部ロータ２とを所定の相対位置に保持することで、相対回転位相を「第二の所定位相」としての最遅角位相に拘束する。即ち、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力に拘らず、内部ロータ２が相対回転移動しないため、安定したアイドリング運転状態を実現できる。なお、本実施形態において、最遅角位相は、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングがほぼ同じとなる位相であって、アイドリング運転状態が安定する位相である。相対回転位相が最遅角位相であっても、エンジン１００は始動可能である。

最遅角ロック機構７は、図１，図２，図６に示すごとく、最遅角ロック通路７１と、最遅角ロック溝７２と、収容部７３と、プレート状の最遅角ロック部材７４と、スプリング７５と、を備えている。

最遅角ロック通路７１は、上述した進角通路４３の一つを兼ねており、最遅角ロック溝７２とＯＣＶ９とを接続している。さらに、内部ロータ２の外周面２ａに、周方向に沿って最遅角ロック溝７２とベーン溝２１の一つとに亘る溝である進角室連通路７６を形成してある。ＯＳＶ１０によって、進角室４１に対して作動流体の給排を行うと、最遅角ロック溝７２に対しても作動流体が給排される。収容部７３は、外部ロータ１２に形成されている。最遅角ロック部材７４は収容部７３に配設され、収容部７３から径方向に出退可能である。スプリング７５は収容部７３に配設され、最遅角ロック部材７４を径方向内側、即ち、最遅角ロック溝７２の側に付勢している。

最遅角ロック溝７２から作動流体が排出されていると、最遅角ロック部材７４は最遅角ロック溝７２に突出する。図４に示すごとく、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に突入すると、最遅角ロック溝７２に最遅角ロック部材７４が係止し、内部ロータ２のハウジング１に対する相対回転移動が拘束され、相対回転位相が最遅角位相に拘束される。ＯＣＶ９を制御して相対回転位相を進角側へ変位させようとすると、最遅角ロック溝７２に作動流体が供給され、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２から収容部７３へ引退する。即ち、相対回転位相の拘束は解除される。以下、最遅角ロック機構７が相対回転位相を最遅角位相に拘束している状態を「最遅角ロック状態」と称する。また、最遅角ロック状態が解除された状態を「最遅角ロック解除状態」と称する。

相対回転位相が最遅角位相以外の位相であるときは、最遅角ロック部材７４は最遅角ロック溝７２と位置ずれしているため、内部ロータ２の外周面２ａに摺接するだけである。これらの位相のとき、即ち、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２から引退しているときは、最遅角ロック通路７１と進角室４１とは進角室連通路７６を介して常時連通する。

なお、最遅角ロック部材７４の形状としては、本実施形態に示されたプレート状の他にピン状等を適宜採用することができる。また、進角室連通路７６は、溝形状でなくとも良く、図示はしないが、内部ロータ２の外周角部を面取りした形状であっても良い。

〔オイルポンプ〕
「作動流体用ポンプ」としてのオイルポンプ５は、エンジン１００により駆動されて「作動流体」の一例である作動油の供給を行う。オイルポンプ５は、クランクシャフトの回転駆動力が伝達されることにより駆動する機械式の油圧ポンプである。オイルポンプ５は、図１に示すごとく、オイルパン５ａに貯留された作動油を吸入し、その作動油を下流側へ吐出する。吐出された作動油は、後述する流体制御機構及び流体切換機構を介して、流体圧室４に供給される。また、流体圧室４から排出された作動油は、流体制御機構及び流体切換機構を介して、オイルパン５ａに戻される。なお。弁開閉時期制御装置から漏洩した作動油もオイルパン５ａに回収されるよう構成してある。

〔ＯＣＶ・ＯＳＶ〕
図１，図２に示すごとく、弁開閉時期制御装置は、「流体制御機構」としての電磁制御型のＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）９と、「流体切換機構」としての電磁制御型のＯＳＶ（オイルスイッチングバルブ）１０とを備えている。ＯＣＶ９及びＯＳＶ１０は、オイルポンプ５に各別に接続されている。ＯＣＶ９によって、進角通路４３、最遅角ロック通路７１、及び遅角通路４４に対する作動油の供給、排出、及び供給量保持の制御が可能である。ＯＳＶ１０を制御することにより、中間ロック通路６１へ作動油に対する作動油の供給及び排出の切換が可能である。

ＯＣＶ９は、スプール式に構成され、ＥＣＵ８（エンジンコントロールユニット）による給電量の制御に基づいて動作する。ＯＣＶ９によって、進角室４１への作動油供給・遅角室４２からの作動油排出、進角室４１からの作動油排出・遅角室４２への作動油供給、進角室４１及び遅角室４２への作動油給排遮断、といった制御が可能である。進角室４１への作動油供給・遅角室４２からの作動油排出を行う制御が「進角制御」である。進角制御を行うと、ベーン２２は外部ロータ１２に対して進角方向Ｓ１に相対回転移動し、相対回転位相は進角側へ変位する。進角室４１からの作動油排出・遅角室４２への作動油供給を行う制御が「遅角制御」である。遅角制御を行うと、ベーン２２は外部ロータ１２に対して遅角方向Ｓ２に相対回転移動し、相対回転位相は遅角側へ変位する。進角室４１及び遅角室４２への作動油の給排を遮断する制御を行うと、ベーン２２は相対回転移動せず、相対回転位相を任意の位相に保持できる。

進角制御が行われると、進角通路４３と最遅角ロック通路７１とに作動油が供給される。最遅角ロック状態のときは、図４に示すごとく、最遅角ロック通路７１はロック部材７４によって閉塞されている。進角制御によってロック部材７４が最遅角ロック溝７２から引退して最遅角ロック解除状態となると、最遅角ロック通路７１が開放される。これにより、進角室連通路７６を介して、最遅角ロック機構７が隣接された進角室４１にも作動油が供給され、内部ロータ２は進角側へ相対回転移動する。

なお、本実施形態においては、ＯＣＶ９に給電（ＯＮ）すると遅角制御が可能な状態となり、ＯＣＶ９への給電を停止（ＯＦＦ）すると進角制御が可能な状態となるよう設定してある。また、ＯＣＶ９は、電磁ソレノイドに供給する電力のデューティ比の調節により開度を設定するものである。これにより、作動油の給排量の微調節が可能である。

ＯＳＶ１０は、スプール式に構成され、ＥＣＵ８による給電・給電停止の切換えに基づいて動作する。ＯＳＶ１０によって、中間ロック溝６２への作動油の供給と、中間ロック溝６２からの作動油の排出とが切換え可能である。なお、本実施形態においては、ＯＳＶ１０は、給電（ＯＮ）されると中間ロック溝６２からの作動油排出が可能な状態となり、給電が停止（ＯＦＦ）されると中間ロック溝６２への作動油供給が可能な状態となるよう構成してある。

〔その他の構成〕
図示はしていないが、エンジン１００のクランクシャフトＣの回転角を検出するクランク角センサと、カムシャフト１０１の回転角を検出するカムシャフト角センサとが設けられている。ＥＣＵ８は、これらの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相対回転位相を検出し、相対回転位相がいずれの位相にあるかを判定する。また、ＥＣＵ８には、イグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ情報、作動油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いる。また、ＥＣＵ８のメモリ内には、エンジン１００の運転状態に応じた最適の相対回転位相の制御情報が記憶されている。ＥＣＵ８は、運転状態（エンジン回転速度、冷却水温等）の情報と、上述した制御情報とから、相対回転位相を制御する。

図１に示すごとく、内部ロータ２とフロントプレート１１とに亘ってトーションスプリング３を設けてある。トーションスプリング３は、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力に抗するよう、内部ロータ２を進角側に付勢している。これにより、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向へ変位させることが可能である。

〔弁開閉時期制御装置の動作〕
弁開閉時期制御装置の動作を図２乃至図５に基づいて説明する。なお、エンジン１００の始動から停止までにおける相対回転位相の変位、中間ロック機構６の状態、最遅角ロック機構７の状態、ＯＣＶ９の制御、及びＯＳＶ１０の制御のタイムチャートを図７に示す。

エンジン１００の始動前は、中間ロック機構６によって中間ロック状態となっており、不図示のイグニッションキーがＯＮ操作されると、エンジン１００は、図２に示すごとく、相対回転位相が中間ロック位相に拘束された状態（中間ロック状態）で始動し、アイドリング運転（触媒暖機前）が開始される。なお、イグニッションキーがＯＮ操作されると同時に、ＯＳＶ１０に給電がなされ、中間ロック状態は維持される。

触媒暖機が終了すると、相対回転位相をアイドリング運転に適した最遅角位相に移行させるために、ＯＣＶ９に給電して遅角制御を行うと共に、ＯＳＶ１０の給電を停止して中間ロック溝６２に作動油を供給する。これにより、図３に示すごとく、中間ロック部材６４が中間ロック溝６２から引退し、中間ロック解除状態となる。この遅角制御により最遅角ロック溝７２の作動油は排出される。なお、この後は、図７に示すごとく、ＯＳＶ１０への給電は停止し続けられ、中間ロック解除状態が維持される。

相対回転位相が、図４に示すごとく、アイドリング運転に適した最遅角位相に変位し、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に対向すると、図４に示すごとく、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に突入し、最遅角ロック状態となる。この結果、内部ロータ２がバタつかず、安定したアイドリング運転状態が得られる。

その後、通常の走行運転状態となると、エンジン１００の負荷や回転速度等に応じて、遅角制御を行って相対回転位相をロック位相よりも遅角側の位相に変位させたり、図５に示すごとく、進角制御を行って相対回転位相をロック位相よりも進角側の位相に変位させたり、デューティ比を調節した給電を行って相対回転位相を任意の位相に保持したりする。相対回転位相が最遅角位相となる度に最遅角ロック状態となるが、進角制御を行えばすぐさま最遅角ロック解除状態となるため、何の不都合も生じない。

通常、エンジン１００の停止前には停車操作がなされ、アイドリング運転となる。相対回転位相は最遅角位相となり、最遅角ロック状態となる。その後、エンジン１００を停止するために、シフトレバー位置が例えば走行レンジからパーキングレンジに操作されると、ＥＣＵ８はエンジン１００を停止モードとする。即ち、ＥＣＵ８は、いわゆるディレイ制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ８はすぐにはオイルポンプ５（エンジン１００）に対して停止指令を出さず、図７に示すごとく、シフトレバー位置がパーキングレンジに変更されると、ＯＣＶ９への給電を停止して進角制御を行う。これにより、最遅角ロック解除状態となり、相対回転位相は進角側に変位する。すなわち、相対回転位相が中間ロック位相に向けて変換作動される。また、ＥＣＵ８は、ＯＳＶ１０への給電を開始し、中間ロック溝６２の作動油を排出する。これにより、相対回転位相が中間ロック位相となると、中間ロック部材６４の二つともが中間ロック溝６２に突入して中間ロック状態となる。相対回転位相が中間ロック位相となった後にイグニッションキーがＯＦＦ操作されると、オイルポンプ５（エンジン１００）はすぐに停止する。

本実施形態では、エンジン１００の停止前には停車操作がなされ、アイドリング運転となると、相対回転位相は最遅角位相となり最遅角ロック状態となる。このため、その後にシフトレバー位置がパーキングレンジに操作されると、相対回転位相は必ず最遅角位相から中間ロック位相に向けて変換作動されることとなる。これにより、内部ロータ２をバタつかせることなく、相対回転位相は遅角側から中間ロック位相にスムーズに変換される。

ところで、エンスト等すると、中間ロック解除状態でエンジン１００が停止する場合がある。しかし、エンジン１００が再始動されて、相対回転位相が中間ロック状態でないと判断すると、ＥＣＵ８は、相対回転位相が中間ロック位相となるよう進角制御または遅角制御して、確実に中間ロック状態を現出する。このように、エンジン１００の停止後は、常に相対回転位相を中間ロック位相に拘束した状態でエンジン１００を始動できるため、低エミッションであるエンジンとすることができる。ただし、上述したように、本実施形態に係るエンジン１００は相対回転位相が最遅角位相であっても始動可能であるため、このような異常停止時の制御をしない構成であったとしても大きな問題はない。

本実施形態においては、ＯＣＶ９が給電されることで遅角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで進角制御が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＣＶ９は、給電されることで進角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで遅角制御が可能な状態となるよう構成しても良い。

同様に、本実施形態においては、ＯＳＶ１０が、給電されることで中間ロック溝６２からの作動油排出が可能な状態となり、給電が停止されることで中間ロック溝６２への作動油供給が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＳＶ１０は、給電されることで中間ロック溝６２への作動油供給が可能な状態となり、給電が停止されることで中間ロック溝６２からの作動油排出が可能な状態となるよう構成しても良い。

〔第一の別実施形態〕
上述の実施形態では、中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７が各別に、ロック溝６２及びロック部材６４、または、ロック溝７２及びロック部材７４を備えた例を示したが、ロック部材を中間ロック機構６と最遅角ロック機構７とで共有してあっても良い。即ち、中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７が、内部ロータ２に形成されたロック溝を各別に備えると共に、夫々のロック溝に対して出退可能なよう外部ロータ１２に配設され、ロック溝に突出したとき、ロック溝に係止してハウジング１に対する内部ロータ２の相対回転移動を、中間ロック位相または最遅角位相に拘束する共通のロック部材を備えてあっても良い。この別実施形態を図８乃至図１１に基づいて説明する。上述の実施形態と同様の構成に関する説明は省略する。また、同じ構成の箇所には同じ符号を付すこととする。

中間ロック機構６は、図８に示すごとく、中間ロック通路６１と、二つの中間ロック溝６２ａ、６２ｂと、収容部６３ａ、６３ｂと、プレート状の中間ロック部材６４ａ、６４ｂと、スプリング６５ａ，６５ｂと、を備えている。二つの中間ロック溝６２ａ、６２ｂのうち遅角方向Ｓ２の側の中間ロック溝６２ａ（相対回転位相の進角方向Ｓ１への変位を規制する溝）は、遅角方向Ｓ２に沿って段階的に径方向に深さを深くしたラチェット機構としてある。これにより、中間ロック部材６４ａが段階的に規制され、中間ロック部材６４ａが中間ロック溝６２ａに突入しやすい。なお、中間ロック通路６１を内部ロータ２の途中で二手に分岐し、中間ロック溝６２ａ，６２ｂに接続してある。

最遅角ロック機構７は、図８に示すごとく、最遅角ロック通路７１と、最遅角ロック溝７２と、収容部７３と、プレート状の最遅角ロック部材７４と、スプリング７５と、を備えている。最遅角ロック通路７１は、上述の実施形態とは異なり、進角通路４３から分岐して構成してある。最遅角ロック部材７４は、二つの中間ロック部材６４ａ，６４ｂのうち進角方向Ｓ１の側の中間ロック部材６４ｂ（相対回転位相の遅角方向Ｓ２への変位を規制する部材）と同一の部材である。同様に、収容部７３は、二つの収容部６３ａ，６３ｂのうち進角方向Ｓ１の側の収容部６３ｂと同一であり、スプリング７５は、その収容部６３ｂに配設されるスプリング６５ｂと同一である。

これらの構成において、上述の実施形態と同じく、図７に示すごとき制御を行う。図８に示す中間ロック状態において、ＯＳＶ１０への給電を停止すれば、図９に示すごとく、中間ロック解除状態となる。その後、ＯＳＶ１０への給電が停止され続ける限りは、中間ロック溝６２に作動油が供給され続けるため、中間ロック部材６４が中間ロック溝６２に突入することはない。

図１０に示すごとく、相対回転位相が最遅角位相に変位し、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に対向すると、最遅角ロック部材７４（６４ｂ）が最遅角ロック溝７２に突入し、最遅角ロック状態となる。

本実施形態では、中間ロック機構６にラチェット機構を採用しているので、シフトレバー位置が例えば走行レンジからパーキングレンジに変更され、図１１に示すように、中間ロック部材６４ａ，６４ｂの少なくとも一部が中間ロック溝６２ａ，６２ｂに係合したことが検出されると、エンジン１００を停止するように構成してもよい。中間ロック部材６４ａ，６４ｂの少なくとも一部がロック溝６２ａ，６２ｂに係合したことは、中間ロック部材６４ａ、６４ｂの径方向の変位や、相対回転位相の位相変化量から検出することができる。

通常は、イグニッションキーのオフ操作後、相対回転位相が中間ロック位相のロック状態となった後に、エンジン１００は停止する。これに対し、本構成では、シフトレバー位置がパーキングレンジに操作され、中間ロック機構６の中間ロック部材６４ａ、６４ｂの少なくとも一部がロック溝６２ａ，６２ｂに係合したことが検出されると、エンジン１００を停止する。これにより、中間ロック部材６４ａ、６４ｂがロック溝６２ａ，６２ｂへ係合する際の初期の段階でエンジン１００を停止することができ、エンジン１００を停止するタイミングを早めることができる。その結果、さらなる燃費の向上を図ることができる。

ただ、本構成のように、中間ロック機構６の中間ロック部材６４ａ、６４ｂがロック溝６２ａ，６２ｂへ係合する際の初期の段階でエンジン１００を停止することで、エンジン１００の停止時に、中間ロック部材６４ａ、６４ｂと中間ロック溝６２ａ，６２ｂとの係合が不十分な状態となることも想定される。しかし、そのような場合であっても、イグニッションキーをＯＮ操作してエンジン１００を始動する際には、ラチェット機構が機能して中間ロック部材６４ａ、６４ｂはロック溝６２ａ，６２ｂに確実に係合される。したがって、エンジン１００の始動時には相対回転位相が中間ロック位相に保持されるので、中間ロック位相の状態でエンジン１００を始動することができる。

また、本実施形態の構成であると、構成を簡易化することができると共に、部品点数を減らすことができ、製作コストの低減が可能となる。また、中間ロック部材６４ｂと最遅角ロック部材７４とを共用するため、周方向において外部ロータ１２にスペースの余裕ができ、図８に示すごとく、流体圧室４を四箇所備えることができている。この結果、相対回転位相を変位させる力が大きくなり、迅速な位相変位が実現できる。また、流体圧室４の周方向の幅を広くして、相対回転位相の変位可能範囲を広くすることも可能である。

〔第二の別実施形態〕
上述の実施形態では、中間ロック機構６はＯＳＶ１０で制御し、最遅角ロック機構７はＯＣＶ９で制御したが、これに限られるものではない。中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７の両方をＯＳＶ１０一つで制御しても良い。この別実施形態を図１２乃至図１４に基づいて説明する。上述の実施形態と同様の構成に関する説明は省略する。また、同じ構成の箇所には同じ符号を付すこととする。図１２に示すごとく、ハウジング１、内部ロータ２、オイルポンプ５、ＯＣＶ９、ＯＳＶ１０等の配置構成は上述の実施形態と同じである。

図１３に示すごとく、中間ロック通路６１を内部ロータ２の側で分岐し、一方を中間ロック溝６２に接続し、他方を最遅角ロック溝７２に接続してある。即ち、中間ロック通路６１は最遅角ロック通路７１を兼ねている。よって、ＯＳＶ１０を制御して中間ロック通路６１に作動油を供給すると、中間ロック溝６２と最遅角ロック溝７２との両方に作動油が供給される。また、中間ロック溝６２から作動油を排出するようＯＳＶ１０を制御すると、最遅角ロック溝７２からも作動油が排出される。

弁開閉時期制御装置の動作を説明する。なお、エンジン１００の始動から停止までにおける相対回転位相の変位、中間ロック機構６の状態、最遅角ロック機構７の状態、ＯＣＶ９の制御、及びＯＳＶ１０の制御のタイムチャートを図１４に示す。図１４のタイムチャートに基づいて説明する。各位相における中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７の状態は、上述の実施形態における中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７の状態と同じであるため、図２乃至図５のごとき断面図は特に示さない。

エンジン１００の始動前は、中間ロック機構６によって中間ロック状態となっており、不図示のイグニッションキーがＯＮ操作されると、エンジン１００は、相対回転位相が中間ロック位相に拘束された状態（中間ロック状態）で始動し、アイドリング運転（暖機前）が開始される。なお、イグニッションキーがＯＮ操作されると同時に、ＯＳＶ１０には給電がなされ、中間ロック状態は維持される。

触媒暖機が終了すると、相対回転位相をアイドリング運転に適した最遅角位相に移行させるために、ＯＣＶ９に給電して遅角制御を行うと共に、ＯＳＶ１０への給電を停止して中間ロック溝６２及び最遅角ロック溝７２に作動油を供給する。これにより、両中間ロック部材６４が中間ロック溝６２から引退し、中間ロック解除状態となる。相対回転位相が遅角側へ変位し始めるとＯＳＶ１０への給電を開始する。これにより、中間ロック溝６２及び最遅角ロック溝７２から作動油が排出される。このとき、中間ロック部材６４のうち一方が再び中間ロック溝６２に突入する可能性があるが、中間ロック部材の二つともが中間ロック溝６２に突入することはないので、中間ロック解除状態であることに変わりはない。しかも、進角制御がなされればＯＳＶ１０への給電が停止されるよう設定しておけば、中間ロック溝６２に突入した一方の中間ロック部材６４は中間ロック溝６２からすぐさま引退する。

相対回転位相が、アイドリング運転に適した最遅角位相に変位し、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に対向すると、図１３に示すごとく、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に突入し、最遅角ロック状態となる。この結果、内部ロータ２がバタつかず、安定したアイドリング運転状態が得られる。

その後、通常の走行運転に移行するよう進角制御が行われると、ＯＳＶ１０への給電が停止され、最遅角ロック状態は解除される。その後、通常の走行運転が続く限り、ＯＳＶ１０への給電が停止され続け、中間ロック解除状態と最遅角ロック解除状態とが維持される。

エンジン１００の停止前の停車操作がなされると、相対回転位相は最遅角位相となり、ＯＳＶ１０への給電が開始され、最遅角ロック状態となる。その後、エンジン１００を停止するために、例えばシフトレバー位置が走行レンジからパーキングレンジに操作されると、ＥＣＵ８はエンジン１００を停止モードとする。即ち、ＥＣＵ８は、いわゆるディレイ制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ８はすぐにはオイルポンプ５（エンジン１００）に対して停止指令を出さず、図１４に示すごとく、シフトレバー位置がパーキングレンジに変更されると、ＯＣＶ９への給電を停止して進角制御を行うと共にＯＳＶ１０への給電を停止するよう指令を出す。これにより、最遅角ロック解除状態となり、相対回転位相は進角側に変位する。すなわち、相対回転位相が中間ロック位相に向けて変換作動される。ＥＣＵ８は、相対回転位相が進角側へ変位し始めると、ＯＳＶ１０への給電を開始し、中間ロック溝６２の作動油を排出する。これにより、相対回転位相が中間ロック位相となると、中間ロック部材６４の二つともが中間ロック溝６２に突入して中間ロック状態となる。相対回転位相が中間ロック位相となった後にイグニッションキーがＯＦＦ操作されると、オイルポンプ５（エンジン１００）はすぐに停止する。

本実施形態であると、第二の所定位相が最遅角位相でない場合にも、相対回転位相を中間ロック位相とは別の位相に拘束できる。したがって、求める効果に応じて第二の所定位相を多岐に亘って設定できる。

本実施形態においては、ＯＣＶ９が、給電されることで遅角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで進角制御が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＣＶ９は、給電されることで進角制御が可能な状態となり、給電が停止されることで遅角制御が可能な状態となるよう構成しても良い。

同様に、本実施形態においては、ＯＳＶ１０が、給電されることで中間ロック溝６２からの作動油排出が可能な状態となり、給電が停止されることで中間ロック溝６２への作動油供給が可能な状態となる例を示したが、これに限られるものではない。ＯＳＶ１０は、給電されることで中間ロック溝６２への作動油供給が可能な状態なり、給電が停止されることで中間ロック溝６２からの作動油排出が可能な状態となるよう構成しても良い。

〔その他の別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、内部ロータ２を進角側に付勢するトーションスプリング３を備えたが、これに限られるものではない。例えば、内部ロータ２を遅角側に付勢するトーションスプリングを備えても良い。これにより、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に対向する時間が長くなったり、対向するタイミングが多くなったりして、最遅角ロック部材７４が最遅角ロック溝７２に突入し易くなる。また、図示はしないが、トーションスプリング自体を備えていなくても良い。

（２）上述の実施形態では、中間ロック機構６及び最遅角ロック機構７は両者共に、ロック部材を径方向に出退するようハウジング１に備えると共に、ロック溝を内部ロータ２に備えたが、これに限られるものではない。例えば、図示はしないが、ロック部材をフロントプレート１１やリアプレート１３に備え、回転軸芯Ｘの方向に出退するよう構成してあっても良い。また、一方のロック機構において、または、両方のロック機構において、ロック部材を内部ロータ２に備えると共に、ロック溝をハウジング１の側の部材に備えてあって良い。ただし、これらの場合は、ロック通路をハウジング１の側に形成したり、ＯＳＶ１０の他に別のＯＳＶを備えたりする必要がある。

（３）上述の第一の別実施形態（図８〜図１１）では、中間ロック機構６において、中間ロック溝６２ａ，６２ｂのうち、一方の中間ロック溝６２ａのみを段階的に深くしてラチェト機構とする例を示したが、他方の中間ロック溝６２ｂについても中間ロック溝６２ｂと同様に段階的に深くし、中間ロック溝６２ａ、６２ｂの両方をラチェット機構としてもよい。また、中間ロック機構６は、中間ロック溝と中間ロック部材とを１つずつ備える構成であってもよい。

（４）ハイブリッド車においては、吸気弁を遅閉じ可能なデコンプ位相に中間ロック位相を設定すれば、内燃機関始動時に中間ロック機構６によって相対回転位相をデコンプ位相に拘束することもできる。この結果、モータによる走行運転から内燃機関による走行運転に切り替る際の衝撃（トランスファーショック）を確実に低減することができ、かつ、内燃機関始動時の打音発生も防止できる

本発明は、吸気側の弁開閉時期制御装置だけでなく、排気側の弁開閉時期制御装置にも適用可能である。さらには、自動車その他の内燃機関の弁開閉時期制御装置に利用することができる。

１ ハウジング（駆動側回転体）
２ 内部ロータ（従動側回転体）
４ 流体圧室
５ オイルポンプ（作動流体用ポンプ）
６ 中間ロック機構（第一ロック機構）
７ 最遅角ロック機構（第二ロック機構）
９ ＯＣＶ（流体制御機構）
１０ ＯＳＶ（流体切換機構）
２２ ベーン（仕切部）
４１ 進角室
４２ 遅角室
４３ 進角通路
６２ 中間ロック溝（ロック溝）
６４ 中間ロック部材（ロック部材）
７２ 最遅角ロック溝（ロック溝）
７４ 最遅角ロック部材（ロック部材）
１００ エンジン（内燃機関）
１０１ カムシャフト

Claims (1)

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体と、
   前記駆動側回転体に対して相対回転可能に同軸に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに対して一体回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の何れか一方に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体及び前記従動側回転体の何れか他方に設けられた仕切り部と、
   前記進角室又は前記遅角室に対する流体の供給又は排出の制御を行う流体制御弁部と、
   前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を、最遅角位相と最進角位相との間の第一の所定位相に拘束可能であり、段階的に深くなるロック溝と当該ロック溝に係合するロック部材とを有するラチェット機構によって構成された第一ロック機構と、
   前記相対回転位相を、前記第一の所定位相よりも遅角側である第二の所定位相に拘束可能な第二ロック機構と、を備え、
   シフトレバー位置がパーキングレンジに操作されると、前記相対回転位相が前記第一の所定位相に向けて変換作動され、
   前記シフトレバー位置が前記パーキングレンジに操作され、前記ロック部材の少なくとも一部が前記ロック溝に係合したことが検出されると、内燃機関を停止する弁開閉時期制御装置。

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