JP5773195B2 - 弁開閉時期調整システム - Google Patents

Description

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調整システムに関する。

従来から、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（以下、単に回転位相と称する）を所定の中間回転位相（ロック回転位相またはロック位置）に保持するために、従動側回転部材に形成されたロック凹部とこのロック凹部に対して出退可能なロック体とからなる油圧式のロック機構を備えた弁開閉時期制御装置が知られている。なお、ここでは、ロック体がロック凹部に挿入されることをロックまたはロック動作、ロック体がロック凹部から離脱することをロック解除またはロック解除動作と呼んでいる。このように構成された弁開閉時期制御装置では、ロック要求やロック解除要求が発生した場合、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変位させる動作及びロック動作やロック解除動作がスムーズに行われるように油圧制御弁を制御する必要がある。

特許文献１には、１つの油圧制御弁で回転位相の変位と、ロックピンの動作の両方を制御する弁開閉時期制御装置が開示されている。この装置では、油圧制御弁への駆動信号（駆動電流）を制御する制御手段が、油圧制御弁に対する制御の制御領域を、複数の制御領域に区分すると共に、少なくとも１つの制御領域における駆動電流制御特性を他の制御領域における駆動電流制御特性と異ならせている。詳しくは、位相変位制御の精度・安定性の確保が要求される制御領域では、駆動電流制御の応答速度（時定数）をオーバーシュート・ハンチング防止可能な範囲内に設定し、一方、高応答化が要求される制御領域では、駆動電流制御の応答速度（時定数）を高応答化している。例えば、ロックピンをロック方向／ロック解除方向に駆動するロックピン制御領域では高応答化し、回転位相を運転条件に応じて設定した目標回転位相に変位制御する制御領域では、精度・安定性が確保できる低応答化する。
この装置では、ロック動作・ロック解除動作制御と回転位相変位制御とで異なる応答速度を設定することでそれぞれの動作が最適に行われることが意図されている。しかしながら、ロック要求またはロック解除要求を判定してから、ロック動作・ロック解除動作制御における応答速度の変更設定が行われるので、その判定タイミングが早すぎたり遅すぎたりすると、適正な弁開閉時期の制御ができないという不都合が生じる。

特許文献２には、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更可能にした位相可変機構と、吸気弁のリフト量を連続的に変更可能にした可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関の制御装置が開示されている。この装置では、低負荷側の運転領域と高負荷側の運転領域でモードを分けており、各モードによって、早閉じ動作と遅閉じ動作を分け、吸気弁閉タイミング設定や目標気筒空気量を変化させている。また、モードが移行する際に、気筒空気量を適切に調整し、異常燃焼を確実に防止することができるとともに、ポンプ損失を低減し、機関運転効率を高めることができる。しかしながら、この装置では、低負荷側と高負荷側で運転領域を分けているが、可変バルブの制御動作のおけるモード分けに関する記載がなく、弁開閉時期制御における制御モードの調整に関しては考慮されていない。

特許文献３には、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、カムシャフトに対して一体回転する従動側回転部材との相対位相（回転位相）を、可動する仕切りによって容積が相補的に可変する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、前記内燃機関の始動に適した中間ロック位相において前記相対位相を固定可能にするとともにその固定解除を作動流体によって行うロック機構とを備えた弁開閉時期制御装置が開示されている。回転位相変位のための作動油の供給を制御する第１制御弁と、ロック動作のための作動油の供給を制御する第２制御弁とが備えられている。制御ユニットには、エンジンの運転状態に応じた最適の相対位相を格納・記憶しており、別途検出される運転状態（エンジン回転数、冷却水温など）に対して、最適の相対位相が取得できるように構成されている。制御ユニットには、イグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ情報、エンジン油温を検出する油温センサからの情報等も入力されている。
この弁開閉時期制御装置は、運転状態に応じて最適な目標相対位相（目標回転位相）を算定する構成となっているが、算定された目標回転位相を実現するために油圧制御弁を駆動するための操作量の演算に関しては詳しく記載されていない。特に、回転位相を変位させる動作及びロック動作やロック解除動作がスムーズを行われるような油圧制御弁の制御に関しては特に考慮されていない。

特開２０１１‐０５８４４４号公報（段落番号〔０００２−００１１〕〔００４３−００４９〕、図９） 特開２００９‐２４３３７２号公報（段落番号〔００２９−０１２５〕、図５，１２） 特開２００９‐０７４３８４号公報（段落番号〔００１２−００４０〕、図１）

上記実情に鑑み、本発明の目的は、回転位相を変位させる動作及びロック動作やロック解除動作がスムーズを行われるように従来の弁開閉時期制御を改善することである。

上記目的を達成するため、本発明の弁開閉時期調整システムは、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相を進角方向または遅角方向に変位させる変位機構部と、前記回転位相の変位範囲内に位置する中間ロック位相で前記回転位相をロックするロック機構部と、前記変位機構部と前記ロック機構部とを油圧駆動する油圧制御弁を含む油圧回路と、前記油圧制御弁の動作を制御する制御系を有する制御ユニットとを含み、前記油圧回路の油温、油圧、油劣化度のうち少なくとも１つの油圧動特性に関する特性情報を取得する特性取得部が備えられ、前記制御系が、前記回転位相の実際値を前記回転位相の目標値に近づけるフィードバック制御系であり、前記制御ユニットは、前記回転位相が遅角方向に変位する遅角制御モード、前記回転位相が進角方向に変位する進角制御モード、及び前記特性情報に基づく前記フィードバック制御系の時定数の変更により前記制御系の時間応答性を変更するとともに、前記進角制御モードの時間応答性が前記遅角制御モードの時間応答性に比べて高くなるよう、前記進角制御モードの時定数を前記遅角制御モードの時定数よりも小さくするように構成されている。

この構成では、回転位相を進角方向または遅角方向に変位させる回転位相変位制御を遅角方向に進む制御と進角方向に進む制御に分けられているので、それぞれの特性にあった制御が可能となり、回転位相を変位させる動作及びロック動作やロック解除動作が確実に行われるように油圧制御弁を制御することができる。

また、従来の弁開閉時期調整システムの制御系にはフィードバック制御系がよく利用されていることを考慮すると、本発明による時間応答性の変更を、フィードバック制御系の時定数を変更することにより実現すると好都合である。
さらに、前記進角制御モードの時間応答性が、前記遅角制御モードの時間応答性に比べて高速となるように前記時間応答性が変更される。この特徴の導入は、自動車などの内燃機関の弁開閉位置制御では、回転位相が進角方向に進む際は運転者がアクセルを踏む時なので、時間応答性が高い（応答速度が速い）ことが求められる。それに対し、回転位相が遅角方向に進む際は速い時間応答性は求められないという、発明者の見地に基づいている。つまり、遅角方向に進むときはロック制御を確実するような制御モード（遅角制御モード）、とし、進角方向に進むときは高い時間応答性を重視した制御モード（進角制御モード）とする。これにより、弁開閉時期調整システムの制御系は、必要な応答性を確保しつつ、ロック機構部に対するロック油圧制御を確実に行うことができる。

また、油圧動特性によって油圧制御弁のスプールの動き、油圧制御弁から供給される油圧による回転位相変位機構部及びロック機構部の動き（回転位相、ロック動作、ロック解除動作）の時間応答性が変動する。この変動によるシステムの不安定さを解消するため、油圧回路の油温、油圧、油劣化度のうち少なくとも１つの油圧動特性に関する特性情報を取得する特性取得部が備えられ、前記特性情報が加味されて前記制御系の時間応答性が変更される。なお、付加的なコストを考慮するなら、油温、油圧、油劣化度のうち他の目的で既に取得されるものを利用すると好都合である。

本発明の弁開閉時期調整システムの基本的な制御の流れを概略的に図解する模式図である。 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２のIII−III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。 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。 制御ユニットの機能を示す機能ブロック図である。 本発明による弁開閉時期調整システムにおける目標値と制御量との関係の一例を示す模式図である。 ＶＶＴ機構に対する回転位相制御ルーチンの一例を示すフローチャート図である。 始動からロック解除までの回転位相変位行程を図解する模式図である。

本発明の弁開閉時期調整システムの具体的な実施形態を説明する前に、この発明の概略的な説明を図１の模式図を用いて説明する。このシステムは、制御ユニット９によって制御される弁開閉時期調整機構（以下、ＶＶＴ機構と称する）１を備えている。ＶＶＴ機構１は、後で詳しく説明されるが、内燃機関（エンジンとも表記する）のクランク軸に対するカム軸の回転位相を進角方向または遅角方向に変位させる変位機構部と、前記回転位相の変位範囲内に位置する中間ロック位相で前記回転位相をロックするロック機構部とを備えている。変位機構部とロック機構部とは駆動信号（例えばＰＷＭ信号）によって駆動制御される油圧制御弁（図１では図示されていない）によって動作する。制御ユニット９は、エンジンＥＣＵ１１から与えられた回転位相の制御目標となる基本目標回転位相（図１ではθ0で示されている）に基づいて、油圧制御弁への駆動信号を出力するフィードバック制御系を構築している。

この発明の重要な特徴は、制御ユニット９は、回転位相が遅角方向に変位する遅角制御モードと回転位相が進角方向に変位する進角制御モードとを有し、遅角制御モードと進角制御モードとでフィードバック制御系の時間応答性を変えている。この実施形態では、進角制御モードでは遅角制御モードより高速の時間応答性を与えるようにしている。図１におけるフィードバック制御系では、時間応答性の調整は、時定数の調整で行っている。従って、この時間応答性の調整は、進角制御モードの時に基準の時定数を減少させるような値をもつ進角方向係数（図１では「進」で示されている）を与え、遅角制御モードの時に基準の時定数を増加させるような値をもつ遅角方向係数（図１では「遅」で示されている）を与えることで行われる。進角方向係数または遅角方向係数によって調整された時定数は、ここではＰＩＤとして構築された制御器に与えられる。その結果、進角制御モード時には時間応答性の高い操作量が演算出力される。進角制御モードが決定される進角方向への回転位相の変位は、運転者がアクセルを踏んだときの事象と結びつくので、時間応答性の高い操作量により制御量の応答性も高いものとなり、反応のよい運転性が得られる。逆に、遅角制御モード時には時間応答性の低い操作量が演算出力される。遅角制御モードが決定される進角方向への回転位相の変位は、ロック機構部によるロック動作やロック解除を伴う事象と結びつくことが多いので、時間応答性の低さがロック動作やロック解除の確実性を高める。

遅角制御モードと進角制御モードとの選択、つまり回転位相が遅角方向に変位するか、あるいは回転位相が進角方向に変位するかは、実際にＶＶＴ機構１において検出された回転変位の測定値である実回転変位位置と、次の目標回転変位位置とから決定することができる。なお、回転位相は角度（度）で測定されるので、この明細書では回転位相を同じ意味で角度とも表現している。

この制御ユニット９には、オプション的に、時間応答性を調整するもう一つの調整パラメータが用意されている。この調整パラメータは、ＶＶＴ機構１の動作を制御する油圧制御弁を含む油圧回路における油圧動特性に関する特性情報（図１では「特」で示されている）である。油圧動特性によって油圧制御弁のスプールの動き、油圧制御弁から供給される油圧による変位機構部及びロック機構部の動き（回転位相、ロック動作、ロック解除動作）の時間応答性が変動する。この変動は制御系の外乱とみなされるので、この外乱を補償するための修正係数を特性情報に基づいて算定し、その修正係数で時定数を調整することで、制御量の信頼性が向上する。油圧動特性値を決定付ける特性情報としては、油圧回路の油温、油圧、油圧ポンプの回転数、油劣化度などが挙げられるが、他の目的で取得されているデータが好都合である。

ここでは、油圧回路における油温：Ｔ、油圧ポンプの回転数に対応するエンジン回転数：Ｎeが利用されている。エンジン回転数：Ｎeは、エンジン制御のために常時検出されており、これに関連している油圧ポンプの回転数は油圧に関連するので、特性情報としての価値がある。もし、油圧センサ等で油圧が検出されている場合は、エンジン回転数：Ｎeに代えて油圧を用いることができる。

なお、上述した特性情報、回転位相変位の方向性（遅角方向または進角方向）を入力パタメータとして、時定数調整のための修正係数を導出するマップを予め作成しておくと、低い演算負荷で、時定数の算定を迅速に行うことができる。

フィードバック系自体は、よく知られた構成であり、ＶＶＴ機構１における回転位相の測定値（回転位相の実際値）である実角度（図ではθrで示されている）と、目標値である目標角度（図ではθで示されている）の差である偏差（図ではΔθで示されている）に基づいて、操作量：Ｓを演算する。さらに、演算された操作量から駆動信号：Ｄが生成され、油圧制御弁に出力される。

本発明に係る実施形態について図２から図１３に基づいて説明する。まずは、図２及び図３に基づいて、ＶＶＴ機構１の全体構成について説明する。

（全体構成）
弁開閉時期制御機構（以下単にＶＶＴ機構と称する）１は、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１９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１９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１９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１９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３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ＲＤ方向に回転駆動してカムシャフト１９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を周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とにより油圧室４が形成される。本実施形態においては、油圧室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。

各油圧室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（ロックピンとも称する）６が収容され、規制機構５０及びロック機構部６０を構成している。なお本発明では、進角方向及び遅角方向の回転変位を行う機構全般を変位機構部とも呼んでいる。この変位機構部に規制機構５０も含まれている。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、油圧回路７を介して、進角室４１及び遅角室４２に作動油を供給又は排出して、変位機構部の主要素である仕切部３１又はベーン３２に油圧を作用させる。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３の進角方向Ｄ１又は遅角方向Ｄ２へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。なお、作動油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、油圧室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Ｄ１に変位するよう付勢されている。

次に、油圧回路７の構成について説明する。油圧回路７は、エンジンにより駆動されて作動油の供給を行う油圧ポンプ７１と、進角通路４３及び遅角通路４４に対する作動油の供給及び排出を制御するソレノイド式油圧制御弁７２と、油圧ポンプ７１からの作動油を昇圧する昇圧機構７３、作動油を貯留するタンク７４とを備えている。

油圧制御弁７２は、制御ユニット９から出力される駆動信号に基づいて作動する。油圧制御弁７２は、進角通路４３への作動油の供給を許可し、遅角通路４４からの作動油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への作動油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からの作動油の排出を許可し、遅角通路４４への作動油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。油圧制御弁７２は、制御ユニット９から駆動信号に基づいて動作する。本実施形態の油圧制御弁７２は、制御ユニット９からからの駆動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Ｌr」と称する）に規制する規制機構５０の構成について、図４に基づき説明する。中間ロック位相とは、後述のロック機構部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油圧室５５の容積を小さくして、第１油圧室５５に作動油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Ｌr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作動油の抵抗を緩和し、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、作動油を不図示の排出流路によりＶＶＴ機構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１９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Ｌr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Ｌr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油圧室５５が形成される。第１油圧室５５に作動油が供給され、油圧が第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油圧室５５に作動油を給排する流路の構成については後述する。

（ロック機構部）
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部６０の構成について、図４に基づき説明する。ロック機構部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作動油の抵抗を緩和し、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、作動油を不図示の排出流路によりＶＶＴ機構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油圧室６５及び第３油圧室６６が形成される。第２油圧室６５に作動油が供給され、油圧が第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油圧室６６に作動油が供給され、油圧が第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油圧室６５及び第３油圧室６６に作動油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４と図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油圧室５５に作動油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油圧室５５に作動油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Ｌr内における所定の進角側の範囲（以下、「規制解除可能範囲Ｌt」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Ｌt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Ｌt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Ｌt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油圧室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Ｌt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Ｌt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油圧室５５に連通して作動油を供給し、第１受圧面５ｅに油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油圧室５５に連通して進角室４１から作動油を供給し、第１受圧面５ｅに油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油圧室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油圧室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油圧室５５に作動油を供給する通路は、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油圧室５５から作動油を排出したい場合に、第１油圧室５５から供給路８５ｃ（後述のドレン油路８６の一部）を介して作動油を排出しつつ、解除時連通路８３からの作動油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の何れからも作動油が第１油圧室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油圧室５５に接続されない状況が生じると、第１油圧室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油圧室５５内の作動油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Ｌt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Ｌt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から供給された作動油が、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油圧室６５に遅角室４２から作動油を供給して、第２受圧面６ｄに油圧を作用させ、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油圧室５５と第３油圧室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油圧室５５、連通流路８９及び第３油圧室６６が連通すると、進角室４１から第１油圧室５５に供給された作動油が第３油圧室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、ロック機構部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、油圧制御弁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Ｌtの範囲外にあるため、規制時連通路８２からは第１油圧室５５に作動油が供給されない。また、解除時連通路８３も第１油圧室５５と連通していないため、第１油圧室５５に作動油が供給されない。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油圧室６５に作動油が供給され、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。

図示しない位相センサが、規制部材６が規制解除可能範囲Ｌt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油圧室５５に作動油が供給される。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。

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油圧室５５と第３油圧室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油圧室５５に供給される作動油は、第３油圧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油圧室５５、連通流路８９及び第３油圧室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油圧室６５に作動油が供給されるので、ロック解除状態が保持される。
一方、第１油圧室５５には作動油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油圧室５５及び第３油圧室６６に作動油が供給されるため、規制解除状態及びロック解除状態を保持している。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油圧室５５から作動油を排出し、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Ｌt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Ｌt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Ｌtに入る前に、進角制御に切り換えると、第１油圧室５５には作動油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への作動油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が実現される。

上述したように構成されたＶＶＴ機構１の変位機構部とロック機構部とを、エンジンＥＣＵ１１からの動作指令に基づいて制御する制御ユニット９を、図１４に示された機能ブロック図を用いて説明する。この実施形態では、エンジンＥＣＵ１１からの動作指令には、基本目標角度（回転位相）及びその動作行程におけるロック動作またはロック解除動作の有無情報が含まれているとする。ロック動作またはロック解除動作の有無情報は、基本目標角度から、制御ユニット９側で判定してもよい。

制御ユニット９は、データ入出力部９１、制御特性決定部９２、補正マップ９４、目標補正部９５、フィードバック制御部９６を含んでいる。データ入出力部９１は、エンジンＥＣＵ１１から送られてくる基本目標角度やその他の図示されていないＥＣＵ等からデータを受け取り、要求している制御ユニット９内の各機能部に転送する。エンジンＥＣＵ１１からの基本目標角度：θ0からロック動作またはロック解除動作の有無情報：Ｒon,Ｒoffが読み取られるとともに、基本目標角度：θ0自体は目標補正部９５に転送する。

制御特性決定部９２は、車両状況に応じて、フィードバック制御部９６における時間応答性を変更する機能を有する。制御特性決定部９２には、基本目標角度、油圧ポンプ７１の回転数に対応するエンジン回転数（図ではｒｐｍで示されている）、油圧回路７における油温（図ではＴで示されている）、ＶＶＴ機構１の実回転位相である実角度（図ではθrで示されている）、などの検出データが入力される。制御特性決定部９２には、モード判定部９２１と特性取得部９２２とを備えている。
モード判定部９２１は、これから行う回転位相変位制御が遅角方向への変位を伴う制御（遅角制御モード）か、あるいは進角方向への変位を伴う制御（進角制御モード）かを判定する。その判定結果であるモード種別情報（図ではＭで示されており、その内容は進角または遅角である）は、目標補正部９５やフィードバック制御部９６に与えられる。
特性取得部９２２は、油圧回路７における油圧動特性に関する特性情報を取得する。この油圧動特性は、特には油圧制御弁７２の応答性に関係する作動油特性であり、一般的には、油粘性や油圧が大きな役割を果たす。油粘性は油温に依存するため、ここでは油粘性を測定する代わりに油温を用いている。また、油圧を測定する代わりに、エンジン回転数を用いている。つまり、この実施形態では、油温とエンジン回転数とを油圧動特性に関する特性情報として入力される。これらの特性情報を構成するパラメータをそのまま、あるいはこれらから算定される特性パラメータを油圧動特性（図ではＣで示されている）として、目標補正部９５やフィードバック制御部９６に与えられる。

目標補正部９５は、データ入出力部９１から受け取った、基本目標角度とロック動作またはロック解除動作の有無情報とを入力パラメータとして補正マップ９４を用いて、運転状態や車両特性に最適な制御量を実現するための目標角度（図ではθで示されている）を導出して、フィードバック制御部９６に出力する。その際、必要に応じて、制御特性決定部９２から動油圧特性やモード種別情報（進角制御モードまたは制御モード）を読み出して、目標角度の算定に用いる。

フィードバック制御部９６は、偏差算出部９６１、操作量算定部９６２、制御定数算定部９６３、駆動制御部９６４を含んでいる。偏差算出部９６１は、目標補正部９５から送られてきた目標角度と制御量である実角度との差から偏差を算出する。操作量算定部９６２は偏差を入力として操作量(図ではＳで示されている)を出力する制御器として機能するもので、一般にはＰＩＤ制御器として構成されるが、他の形式の制御器を採用してもよい。制御定数算定部９６３は操作量算定部９６２における時間応答性、この実施形態ではこのフィードバック制御部９６の時定数を設定する。この時定数の算定には、基本的には、制御特性決定部９２から送られてくるモード種別情報の内容（進角制御モードまたは制御モード）が利用される。進角制御モードの場合は、時定数を小さくして制御の時間応答性を高くし、遅角制御モードの場合は、時定数を大きくして制御の時間応答性を低くする。
さらには、制御特性決定部９２から送られてくる油圧動特性に基づき、その油圧動特性が時間応答性を低下させるものであれば時定数を小さくしてその低下を調整し、その油圧動特性が時間応答性を高めるものであれば時定数を小さくしてその行き過ぎを調整する。駆動制御部９６４は、操作量算定部９６２から出力された操作量に基づいて、ＶＶＴ機構１の油圧制御弁７２のソレノイドを駆動する駆動信号（この実施形態ではＰＷＭ信号）を生成して出力する。

この制御ユニットによるＶＶＴ機構１の制御の重要な特徴は、ＶＶＴ機構１の回転位相変位の方向性に基づいてフィードバック制御部９６の時間応答性が変更されることである。そのことを模式的に説明するために、図１５に、回転位相を縦軸、時間経過を横軸にとった、目標値（目標角度）の挙動を示すグラフ（図１５の上側）と、制御量（実角度）の挙動を示すグラフ（図１５の下側）が例示されている。目標値のグラフが下向きに移行する行程は、遅角方向の変位であるので時定数を基準より大きくする遅角制御モードでのフィードバック制御が実行される。逆に、目標値のグラフが上向きに移行する行程は、進角方向の変位であるので時定数を基準より大きくする進角制御モードでのが行われフィードバック制御が実行される。図１５の２つのグラフから、２つの異なる制御モードでのフィードバック制御の様子が理解できる。

上述したように構成された、本発明に係る弁開閉時期調整システムの実施形態における、ＶＶＴ機構１に対する回転位相制御ルーチンを図１６のフローチャートを用いて説明する。
まず、この制御系への入力パラメータとして、エンジン回転数：Ｎe、スロットル開度：Ｔh、実角度：θr、油温：Ｔ、エンジン情報：Ｅが読み込まれる（＃５０）。ここでのエンジン情報：Ｅには、エンジン始動時、エンジン停止時、アイドリングストップ時など種々の運転状態を示すデータが含まれている。読み込まれた入力パラメータから、必要とされる弁開閉タイミングであるＶＶＴ機構１の回転位相である基本目標角度：θ0が導出される（＃５２）。基本目標角度：θ0の導出には、予め設定されたマップ：Ｍａｐ（Ｎe,Ｔ,Ｔh）が用いられる。
θ0＝Ｍａｐ（Ｎe,Ｔ,Ｔh）
この基本目標角度：θ0の導出は、エンジンＥＣＵ１１で行われて、制御ユニット９に転送されてもよいし、制御ユニット９で導出してもよい。

基本目標角度：θ0、実角度：θr、エンジン情報：Ｅからロック機構部におけるロックピン６のロック動作またはロック解除動作を表すロック・ロック解除フラグ：ＲＦの設定を決定関数：Ｆを用いて決定する（＃５４）。
ＲＦ＝Ｆ（θ0,θr,Ｅ）
次に、目標補正部９５が目標角度導出関数またはマップ：Ｇを用いて目標角度：θを算出する（＃５６）。
θ＝Ｇ（θ0,ＲＦ）
同時に、モード判定部９２１が、回転位相変位の方向：Ｄθが進角方向であるか、または遅角方向であるかを算定して、算定結果をフラグ変数でもあるＤθにセットする（＃５８）。
偏差算出部９６１が目標角度：θと実角度：θrの差分である偏差：Δθを算出する（
＃６０）。
Δθ＝θr−θ
さらに、制御定数算定部９６３が特性情報：Ｃや回転位相変位の方向：Ｄθなどを読み込み（＃６２）、エンジン回転数：Ｎe、油温：Ｔ、回転位相変位の方向：Ｄθ、特性情報：Ｃのいずれかを入力パラメータとし、マップ：Ｍａｐ2を用いて制御定数（ここでは時定数）：Ｋを導出する（＃６４）。
Ｋ＝Ｍａｐ2（Ｎe,Ｔ,Ｄθ,Ｃ）
新たに導出された制御定数：Ｋによって再設定された操作量算定部９６２を通じて操作量：Ｓが演算される（＃６６）。
Ｓ＝Ｈ（Δθ,Ｋ）
演算出力された操作量：Ｓは駆動制御部９６４によってＰＷＭ信号である駆動信号：Ｄが生成される（＃６８）。
Ｄ＝ＰＷＭ（Ｓ）
生成された駆動信号：Ｄは、油圧制御弁７２に送られ、ＶＶＴ機構１の変位機構部とロック機構部とが制御される。

このような回転位相制御ルーチンを繰り返すことで、回転位相変位の特定行程が実現するが、その一例（始動からロック解除まで）を図１７の模式図を用いて説明する。
図示されていないがこの行程の出発点は、運転停止時であり、規制ピン５とロックピン６のそれぞれが規制凹部５２とロック凹部６２に突入している。

ステップ（１）
図示されていないが、始動時には、一旦進角室４１に油圧がかけられた後、遅角制御のために遅角室４２に作動油が供給される。その際、遅角室４２に供給された作動油がロック凹部６２に進入して、ロックピン６を押し上げる。
ステップ（２）
ロックピン６がロック凹部６２から持ち上げられると遅角室４２にかけられた油圧により回転位相が遅角方向に変位する。
ステップ（３）
所定の回転位相まで変位すると、遅角室４２への作動油の供給が停止され、次いで進角制御のために進角室４１に作動油が供給される。進角室４１に供給された作動油が規制ピン５を規制凹部５２から持ち上げるためと、ロックピン６の持ち上げ（ロック解除）を保持するためにも利用される。
ステップ（４）
規制ピン５が規制凹部５２から持ち上げられると進角室４１にかけられた油圧により回転位相が進角方向に変位する。
ステップ（５）
さらに、回転位相の進角方向への変位が、ロックピン６の持ち上げ（ロック解除）が保持されているので、ロック位置を越えてさらに進む。これにより、加速に適した進角位置まで変位が続行する。

〔別実施の形態〕（１）上述した実施形態では、制御ユニット７の機能を分かりやすく説明するため、その構成を機能別にブロック化しているが、この機能ブロックは説明目的であり、本発明がこのように区画された機能ブロックに限定されるわけではない。例えば、時定数の算定をフィードバック制御部９６の外部で行ってもよい。また制御ユニット７自体をエンジンＥＣＵ１１内に構築してもよい。逆に、制御ユニット７の機能を第２の制御ユニットとの間で分割してもよい。
（２）制御ユニット７に導入されている種々の関数やマップは、便宜上使用された語句であり、入力パラメータに基づいて出力する演算器、テーブル、ニューラルネットワーク、データベースなど、種々の形態を含むものである。
（３）上述した実施形態では、時間応答性を決定する時定数がその都度算定されていたが、回転位相が遅角方向に変位する遅角制御時に設定される遅角用時間応答性と、前記回転位相が進角方向に変位する進角制御時に設定される進角用時間応答性とが予め選択可能に用意しておき、回転変位方向性の決定に応答して選択する構成も可能である。その際、前記遅角用時間応答性はロック動作の確実性を優先するものとし、前記進角用時間応答性は前記回転位相の変位のスムーズ性を優先するものに設定しておく。
（４）時間応答性の変更のために制御系の時定数を変更する以外に、制御系に遅れ回路を導入することや操作量をなまらすようなフィルタを導入することも可能である。
（５）ここで用いられている油圧という言葉は、流体圧を意味しており、ここでの作動油は、本発明の枠内において種々の圧力を伝達する流体に置き換え可能である。

本発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相を変位させる変位機構部と、前記回転位相の変位範囲内に位置する中間ロック位相で前記回転位相をロックするロック機構部と、前記変位機構部と前記ロック機構部とを油圧駆動する油圧制御弁を含む油圧回路と、前記油圧制御弁の動作を制御する制御系を有する制御ユニットを備えた弁開閉時期調整システムに利用することができる。

１：ＶＶＴ機構
３１：仕切部（変位機構部）
３２：ベーン（変位機構部）
４１：進角室
４２：遅角室
５：規制ピン
５２：規制凹部
６０：ロック機構部
６：ロック部材（ロックピン）
６２：ロック凹部
７：油圧回路
７１：油圧ポンプ
７２：油圧制御弁
９：制御ユニット
９２：制御特性決定部
９２１：モード判定部
９２２：特性取得部
９５：目標補正部
９６：フィードバック制御部
９６１：偏差算出部
９６２：操作量算定部
９６３：制御定数算定部
９６４：駆動制御部

Claims (1)

1. 内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相を進角方向または遅角方向に変位させる変位機構部と、前記回転位相の変位範囲内に位置する中間ロック位相で前記回転位相をロックするロック機構部と、前記変位機構部と前記ロック機構部とを油圧駆動する油圧制御弁を含む油圧回路と、前記油圧制御弁の動作を制御する制御系を有する制御ユニットとを含み、
   前記油圧回路の油温、油圧、油劣化度のうち少なくとも１つの油圧動特性に関する特性情報を取得する特性取得部が備えられ、
   前記制御系が、前記回転位相の実際値を前記回転位相の目標値に近づけるフィードバック制御系であり、
   前記制御ユニットは、前記回転位相が遅角方向に変位する遅角制御モード、前記回転位相が進角方向に変位する進角制御モード、及び前記特性情報に基づく前記フィードバック制御系の時定数の変更により前記制御系の時間応答性を変更するとともに、
   前記進角制御モードの時間応答性が前記遅角制御モードの時間応答性に比べて高くなるよう、前記進角制御モードの時定数を前記遅角制御モードの時定数よりも小さくする弁開閉時期調整システム。

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