JP2019199870A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁制御弁と電磁ソレノイドとを備え、位相制御領域とロック制御領域との境界が適正に設定される弁開閉時期制御装置を構成する。【解決手段】電磁ソレノイドＶａに供給する電流に対するスプールの作動位置の関係が記憶される境界記憶部１６と、境界記憶部１６に記憶されている情報に基づいて電磁ソレノイドＶａに供給する電流を決定する位相制御部１５を備えており、予め測定された電磁制御弁の性能と、予め計測された電磁ソレノイドＶａの性能とに基づいて、位相制御領域とロック領域との境界に対応する境界電流値を演算によって求め境界記憶部１６に記憶する特性演算部１８を備えた。【選択図】図１０

Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関する。

弁開閉時期制御装置として特許文献１には、相対回転位相の制御と、ロック機構の制御とを行う電磁弁を備えており、電磁弁のスプールの作動領域のうち、位相制御領域とロック制御との境界を学習し、この学習に基づいて制御を行う技術が記載されている。

つまり、特許文献１に記載される弁開閉時期制御装置は、相対回転位相を検知するセンサ部を備えており、位相制御領域とロック領域との境界を学習する際には、電磁ソレノイドに供給する電流を変化させ、この変化の過程において相対回転位相の変位が停止した際（ロック機構がロック状態に移行したタイミング）の電流値を境界電流として記憶する制御形態が記載されている。

特開２０１６−１８０３１８号公報

特許文献１に記載される弁開閉時期制御装置では、弁開閉時期制御装置の本体にスプールを収容し、このスプールを操作する電磁ソレノイドを弁開閉時期制御装置の本体の外部に配置して電磁弁が構成されている。スプール（スプールを有した作動油制御部）と、電磁ソレノイドとの性能のバラツキを考えると、この特許文献１に記載されるように境界電流を学習する技術は有効である。

特許文献１に記載される学習は、ロック機構が解除された状態で所定の電流を電磁ソレノイドに供給するルーチンを実行することにより、ロック状態への移行の有無を判定するため、ロック状態への移行が確認されない場合には、電磁ソレノイドに供給する電流値を変更して同じルーチンを繰り返すものであった。

このように、学習時に同じルーチンを繰り返すものでは、学習に時間が掛かるものとなり、例えば、車両のエンジン（内燃機関）が稼動する状況において学習を行う場合には、エンジンの回転の不安定化に繋がり、ユーザーに違和感を与えることもあった。

また、特許文献１に記載される学習では、個々の弁開閉時期制御装置毎に学習を行う工程を必要とするため、時間を要し、製造コストの上昇に繋がるものとなる。

このような理由から、電磁ソレノイドで操作されるスプールを備えた制御弁において、位相制御領域とロック領域との境界を容易に設定できる弁開閉時期制御装置が求められる。

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と同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体の回転軸芯と同軸芯に配置され弁開閉用のカムシャフト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間に形成される進角室および遅角室と、前記駆動側回転体および前記従動側回転体の一方に形成されたロック凹部に対し、付勢部材の付勢力により係合可能なロック部材を前記駆動側回転体および前記従動側回転体の他方に備えることにより前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相が最遅角位相と最進角位相との間でロック状態に移行可能なロック機構と、前記進角室、前記遅角室、前記ロック凹部に対する流体の給排を制御する電磁制御弁とを備え、前記電磁制御弁が、流体の給排を制御するスプールと、前記スプールの外端に当接することによりスプリングの付勢力に抗して前記スプールを作動させる電磁ソレノイドとを備えて構成され、前記スプールの作動領域が、前記ロック凹部に流体を供給する状態で前記進角室または前記遅角室に流体を供給する位相制御領域と、前記ロック凹部から流体を排出する状態で前記進角室または前記遅角室に流体を供給するロック領域とを備えており、前記相対回転位相を検知する位相検知部の検知信号を取得しつつ前記電磁ソレノイドを駆動することで前記スプールを前記位相制御領域または前記ロック領域に設定する位相制御部を有し、前記位相制御部での位相制御の実行時に前記位相制御領域と前記ロック領域との境界を参照するための境界電流値を記憶する境界記憶部を有し、前記電磁ソレノイドのソレノイド特性情報と、前記電磁制御弁のバルブ特性情報とに基づいて前記位相制御領域と前記ロック領域との境界に対応する境界電流値を演算によって求め、前記境界記憶部に記憶する特性演算部とを備え備えている点にある。

この特徴構成によると、電磁ソレノイドのソレノイド特性情報と、電磁制御弁のバルブ特性情報とに基づいて位相制御領域とロック領域との境界に対応する境界電流値を演算によって求め、特性演算部が境界記憶部に記憶する処理が可能となる。つまり、ソレノイド特性情報とバルブ特性情報とは製造時にバラツキがあり、単純に組み合わせて電磁制御弁を製造した場合には、電磁バルブを駆動する電流に対するスプールの作動量が予め想定された値と異なることもある。これに対し、各々の特性情報を組み合わせた際の境界電流値を演算によって求めることにより、学習を行わずとも、どのような組み合わせにも対応して適正な境界電流値を取得することが可能となり、この境界電流値を境界記憶部に記憶することで、位相制御を行う際には、境界記憶部に記憶された境界電流値を参照して電磁ソレノイドに供給する電流値を設定することで誤ロックを解消できる。
従って、電磁ソレノイドで操作されるスプールを備えた制御弁において、位相制御領域とロック領域との境界を容易に設定できる弁開閉時期制御装置が構成された。

他の構成として、前記境界電流値が、前記特性演算部での演算結果を基準に前記位相制御領域に含まれる方向に所定量だけ変位して設定されても良い。

これによると、境界電流値として、位相制御領域とロック領域との現実の境界を基準に位相制御領域に変位した位置が設定されるため、位相制御を行う際に誤ロックの状態に陥る不都合が解消される。

他の構成として、前記特性演算部が、前記進角室と前記遅角室との何れにも流体の給排を行わない保持領域の進角側と遅角側との境界に対応する保持境界電流値を求め、前記保持境界電流値または前記保持境界電流値に基づき算出された保持電流値の少なくとも１つを前記境界記憶部に記憶しても良い。

これによると、相対回転位相を停止させるため進角室と遅角室との何れにも流体を給排しない保持領域の進角側と遅角側との境界に対応する保持境界電流値または保持電流値が設定されることにより、相対回転位相を停止する際の制御を確実に行える。

弁開閉時期制御装置の断面図である。 図１のII−II線断面図である。 スプールが設定される領域と作動油の給排の関係を一覧化した図である。 スプールが第１ロック領域にあるバルブユニットの断面図である。 スプールが進角領域にあるバルブユニットの断面図である。 スプールが保持領域にあるバルブユニットの断面図である。 スプールが遅角領域にあるバルブユニットの断面図である。 スプールが第２ロック領域にあるバルブユニットの断面図である。 バルブユニットの分解斜視図である。 制御回路のブロック回路図である。 演算ルーチンのフローチャートである。 ソレノイド電磁力特性を示すチャートである。 バルブストローク−荷重特性を示すグラフである。 特性演算プロセスを示すチャートである。 電流−ストローク特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１、図２に示すように、駆動側回転体としての外部ロータ２０と、従動側回転体としての内部ロータ３０と、流体としての作動油を制御する電磁制御弁Ｖとを備えて弁開閉時期制御装置Ａが構成されている。この弁開閉時期制御装置Ａでは図１０に示すように、相対回転位相の目標位相が設定された際に、位相検知部Ｔの検知信号に基づいて電磁制御弁Ｖを制御することにより、相対回転位相を目標位相に設定する位相制御ユニットＢを備えている。

この弁開閉時期制御装置Ａは乗用車等の車両のエンジンＥ（内燃機関の一例）の吸気カムシャフト５の開閉タイミング（開閉時期）を設定するため吸気カムシャフト５の回転軸芯Ｘと同軸芯に備えられている。

内部ロータ３０（従動側回転体の一例）は、吸気カムシャフト５の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置され、連結ボルト４０で吸気カムシャフト５に連結することにより吸気カムシャフト５と一体回転する。外部ロータ２０が内部ロータ３０を内包しており、この外部ロータ２０（駆動側回転体の一例）は、回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置されエンジンＥのクランクシャフト１と同期回転する。この構成から外部ロータ２０と内部ロータ３０とは相対回転自在となる。

弁開閉時期制御装置Ａは、外部ロータ２０と内部ロータ３０との相対回転位相を図２に示す中間ロック位相Ｍに保持するロック機構Ｌを備えている。この中間ロック位相ＭはエンジンＥの始動に適した開閉タイミングであり、エンジンＥの停止制御時に中間ロック位相Ｍに移行する制御が行われる。この中間ロック位相Ｍは弁開閉時期制御装置Ａにおいて図２示す遅角方向Ｓｂへの機械的限界となる最遅角位相と、進角方向Ｓａへの機械的限界となる最遅角位相との間の位相であり、特定の位相に限るものではない。

電磁制御弁Ｖは、エンジンＥに支持される電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとで構成されている。バルブユニットＶｂは、連結ボルト４０と、この連結ボルト４０の内部空間４０Ｒに収容されるスプール５５とを備えている。

電磁ソレノイドＶａは、ソレノイド部５０と、このソレノイド部５０に対して出退作動するプランジャ５１とを備えている。バルブユニットＶｂは、作動油（流体の一例）の給排を制御するスプール５５を回転軸芯Ｘと同軸芯に配置しており、プランジャ５１の突出端がスプール５５の外端に当接するように各々の位置関係が設定されている。

電磁制御弁Ｖは、ソレノイド部５０に供給する電流の制御によりプランジャ５１の突出量を設定してスプール５５を作動させる。この作動により作動油の流れを制御して吸気バルブ５Ｖの開閉時期を設定し、ロック機構Ｌのロック状態への移行とロック状態の解除との切換を行う。この電磁制御弁Ｖの構成と作動油の制御形態は後述する。

〔エンジンと弁開閉時期制御装置〕
図１に示すように、エンジンＥは、上部位置のシリンダブロック２のシリンダボアにピストン３を収容し、このピストン３とクランクシャフト１とをコネクティングロッド４で連結した４サイクル型に構成されている。エンジンＥの上部には吸気バルブ５Ｖを開閉作動させる吸気カムシャフト５と、図示されない排気カムシャフトとを備えている。

吸気カムシャフト５を回転自在に支持するエンジン構成部材１０にはエンジンＥで駆動される油圧ポンプＰからの作動油を供給する供給流路８が形成されている。油圧ポンプＰは、エンジンＥのオイルパン９に貯留される潤滑油を、供給流路８を介して作動油（流体の一例）としてバルブユニットＶｂに供給する。

エンジンＥのクランクシャフト１に形成した出力スプロケット６と、外部ロータ２０のタイミングスプロケット２１Ｓとに亘ってタイミングチェーン７が巻回されている。これにより外部ロータ２０は、クランクシャフト１と同期回転する。尚、排気側の排気カムシャフトの前端にもスプロケットが備えられ、このスプロケットにもタイミングチェーン７が巻回されている。

図２に示すように、クランクシャフト１からの駆動力により外部ロータ２０が駆動回転方向Ｓに向けて回転する。内部ロータ３０が外部ロータ２０に対して駆動回転方向Ｓと同方向に相対回転する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称する。この弁開閉時期制御装置Ａでは、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を高め、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を低減するようにクランクシャフト１と吸気カムシャフト５との関係が設定されている。

尚、この実施形態では、吸気カムシャフト５に備えた弁開閉時期制御装置Ａを示しているが、弁開閉時期制御装置Ａは排気カムシャフトに備えて良く、吸気カムシャフト５と排気カムシャフトとの双方に備えても良い。

〔外部ロータ、内部ロータ〕
図１に示すように、外部ロータ２０は、外部ロータ本体２１と、フロントプレート２２と、リヤプレート２３とを有しており、これらが複数の締結ボルト２４の締結により一体化されている。外部ロータ本体２１の外周にはタイミングスプロケット２１Ｓが形成されている。

図２に示すように、外部ロータ本体２１には径方向の内側に突出する複数の突出部２１Ｔが一体的に形成されている。内部ロータ３０は、外部ロータ本体２１の突出部２１Ｔに密接する円柱状の内部ロータ本体３１と、外部ロータ本体２１の内周面に接触するように内部ロータ本体３１の外周から径方向の外方に突出する複数のベーン部３２とを有している。

このように外部ロータ２０が内部ロータ３０を内包し、回転方向で隣接する突出部２１Ｔの中間位置で、内部ロータ本体３１の外周側に複数の流体圧室Ｃが形成される。この流体圧室Ｃがベーン部３２で仕切られることで進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとが区画形成される。更に、内部ロータ本体３１には、進角室Ｃａに連通する進角流路３３と遅角室Ｃｂに連通する遅角流路３４とが形成されている。

図１、図２に示すように、ロック機構Ｌは、外部ロータ２０の２つの突出部２１Ｔの各々に対し半径方向に出退自在に支持されるロック部材２５と、ロック部材２５を突出付勢するロックスプリング２６と、内部ロータ本体３１の外周に形成したロック凹部２７とで構成されている。内部ロータ本体３１には、ロック凹部２７に連通するロック制御流路３５が形成されている。

このロック機構Ｌは、２つのロック部材２５がロックスプリング２６の付勢力で対応するロック凹部２７に同時に係合することで相対回転位相を中間ロック位相Ｍに拘束するように機能する。このロック状態においてロック制御流路３５に作動油を供給することでロックスプリング２６の付勢力に抗してロック部材２５をロック凹部２７から離脱させロック状態の解除が可能となる。これとは逆に、ロック制御流路３５から作動油を排出することによりロックスプリング２６の付勢力でロック部材２５をロック凹部２７に係合させロック状態への移行を可能にする。

尚、ロック機構Ｌは単一のロック部材２５を対応する単一のロック凹部２７に係合するように構成されるものでも良い。また、ロック機構Ｌは、ロック部材２５が回転軸芯Ｘに沿う方向に沿って移動するようにガイドされる構成のものでも良い。

〔連結ボルト〕
図１、図４、図９に示すように連結ボルト４０は、全体的に筒状となるボルト本体４１と、外端部（図４で左側）のボルト頭部４２とが一体形成されている。連結ボルト４０の内部には回転軸芯Ｘに沿う方向に貫通する内部空間４０Ｒが形成され、ボルト本体４１の内端部（図４で右側）の外周に雄ネジ部４１Ｓが形成されている。

図１に示すように吸気カムシャフト５には回転軸芯Ｘを中心にするシャフト内空間５Ｒが形成され、このシャフト内空間５Ｒの内周に雌ネジ部５Ｓが形成されている。シャフト内空間５Ｒは、供給流路８と連通しており油圧ポンプＰから作動油が供給される。

この構成から、ボルト本体４１を内部ロータ３０に挿通し、その雄ネジ部４１Ｓを吸気カムシャフト５の雌ネジ部５Ｓに螺合させ、ボルト頭部４２の回転操作により内部ロータ３０が吸気カムシャフト５に締結される。この締結により内部ロータ３０が吸気カムシャフト５に締結固定され、シャフト内空間５Ｒと連結ボルト４０の内部空間４０Ｒ（厳密には流体供給管５４の内部の空間）とが連通する。

連結ボルト４０の内部空間４０Ｒの内周面のうち回転軸芯Ｘに沿う方向での内端側（図４で右側）には回転軸芯Ｘに近接する方向に突出する規制壁４４が形成されている。また、図４、図９に示すように、連結ボルト４０の内周で中間位置から先端に達する領域に複数（４つ）のドレン流路Ｄａが回転軸芯Ｘに沿う姿勢で溝状に形成され、連結ボルト４０の内端側には径方向に貫通する複数（４つ）のドレン孔Ｄｂが形成されている。

〔バルブユニット〕
図１、図４、図９に示すようにバルブユニットＶｂは、連結ボルト４０と、ボルト本体４１の内周面に密着状態で嵌め込まれるスリーブ５３と、回転軸芯Ｘと同軸芯で内部空間４０Ｒに収容される流体供給管５４と、スリーブ５３の内周面と流体供給管５４の管路部５４Ｔの外周面に案内される状態で回転軸芯Ｘに沿う方向にスライド移動自在に配置されるスプール５５とを備えている。

このバルブユニットＶｂは、スプール５５を突出方向に付勢するスプールスプリング５６と、逆止弁ＣＶと、オイルフィルターＦと、固定リング６１を備えている。

図９に示すように、逆止弁ＣＶは等しい外径の金属板で形成される開口プレート５７と弁プレート５８とを備えている。開口プレート５７には回転軸芯Ｘを中心とする環状領域に複数の開口部５７ａが穿設され、弁プレート５８には、圧力低下時に開口プレート５７の開口部５７ａを閉塞する環状の弁部５８ａを備えて構成されている。

この弁プレート５８はバネ材で構成され、作動油が供給された際に弁部５８ａが開口プレート５７の開口部５７ａから離間することで作動油の供給を実現する。そして、逆止弁ＣＶの上流側の作動油の圧力が、逆止弁ＣＶの下流側の圧力より低下した場合には。開口プレート５７の開口部５７ａに弁プレート５８の弁部５８ａが重なる状態で閉塞して作動油の逆流を阻止する。

オイルフィルターＦは、開口プレート５７及び弁プレート５８と等しい外径となる濾過体５９と、濾過体５９を支持する支持体６０とを備えて構成されている。

このような構成から、連結ボルト４０の内部空間４０Ｒに対し、濾過体５９と、支持体６０と、開口プレート５７と、弁プレート５８とを挿入すると共に、流体供給管５４と、スリーブ５３と、スプールスプリング５６と、スプール５５とを挿入し、固定リング６１を連結ボルト４０の外端部分に嵌合固定することにより、バルブユニットＶｂが組み立てられる。

このように組み立てられたバルブユニットＶｂは、進角流路３３を介し進角室Ｃａに連通する進角ポートＰＡと、遅角流路３４を介し遅角室Ｃｂに連通する遅角ポートＰＢと、ロック制御流路３５を介しロック凹部２７に連通するロックポートＰＬとが、ボルト本体４１とスリーブ５３とに亘り径方向に貫通する貫通孔として形成される。

進角ポートＰＡは、ボルト本体４１に形成された進角連通孔４１ａと、スリーブ５３に形成された進角開口５３ａとで構成されている。遅角ポートＰＢはボルト本体４１に形成された遅角連通孔４１ｂと、スリーブ５３に形成された遅角開口５３ｂとで構成されている。ロックポートＰＬは、ボルト本体４１に形成されたロック連通孔４１ｃと、スリーブ５３に形成されたロック開口５３ｃとで構成されている。

ボルト本体４１の内周に作動油をボルト本体４１の外端側（図４で左側）に排出する複数（４つ）のドレン流路Ｄａが溝状に形成されている。ボルト本体４１の内端側（図４で右側）に複数のドレン孔Ｄｂが貫通状に形成されている。

尚、ドレン流路Ｄａは、スプール５５が第１ロック領域Ｗ１にある場合にはロックポートＰＬからの作動油を排出してロックドレン流路として機能すると共に、スプール５５が第２ロック領域Ｗ５にある場合には進角ポートＰＡからの作動油を排出して位相制御ドレン流路として機能する。ドレン孔Ｄｂは、スプール５５が第１ロック領域Ｗ１と進角領域Ｗ２にある場合に遅角ポートＰＢからの作動油を排出して位相制御ドレン流路として機能する。この作動油の流れはスプール５５が設定される領域に対応している。詳細は後述する。

〔バルブユニット：スリーブ〕
図１、図４、図９に示すようにスリーブ５３は、回転軸芯Ｘを中心とする筒状であり、内端側（図４で右側）を絞り加工等により回転軸芯Ｘに直交する姿勢に屈曲する端部壁５３Ｗを形成している。

このスリーブ５３には、複数（４つ）の進角開口５３ａと、複数（４つ）の遅角開口５３ｂと、複数（４つ）のロック開口５３ｃとが形成されている。更に、スリーブ５３の中間部分に複数（４つ）の第１ドレン開口５３ｄが形成され、スリーブ５３の内端側には複数（４つ）の第２ドレン開口５３ｅが形成されている。

進角開口５３ａと、遅角開口５３ｂと、ロック開口５３ｃとは回転軸芯Ｘを中心とする周方向の４箇所で、回転軸芯Ｘに沿う方向に並んで配置され、これらと異なる位相で複数（４つ）の第１ドレン開口５３ｄと、複数（４つ）の第２ドレン開口５３ｅとが回転軸芯Ｘに沿う方向に並んで形成されている。

図９に示すように、スリーブ５３の外端位置に一対の係合突起５３Ｔが形成され、この係合突起５３Ｔをボルト本体４１の開口部位の係合凹部（図示せず）に係合させることでスリーブ５３をボルト本体４１に対して回転不能に保持している。

このようにボルト本体４１にスリーブ５３が回転不能に保持されることにより、図４に示すように、進角開口５３ａと、遅角開口５３ｂと、ロック開口５３ｃとが、これらに対応する進角連通孔４１ａと、遅角連通孔４１ｂと、ロック連通孔４１ｃとに連通する状態が維持される。また、第１ドレン開口５３ｄとドレン流路Ｄａとが連通してロックドレン流路となり、第２ドレン開口５３ｅとドレン孔Ｄｂとが連通して位相制御ドレン流路となる。これにより前述した進角ポートＰＡと遅角ポートＰＢとロックポートＰＬとが形成される。特に、ドレン孔Ｄｂは、図１に示すように吸気カムシャフト５に形成されたドレン貫通孔５ｄに連通する。

〔バルブユニット：流体供給管〕
図４、図９に示すように流体供給管５４は、内部空間４０Ｒに嵌め込まれる基端部５４Ｓおよび基端部５４Ｓより小径の管路部５４Ｔが一体形成されている。管路部５４Ｔの先端部の外周で基端部５４Ｓに近い位置に複数の第１供給口５４ａが形成され、これより外端側に複数の第２供給口５４ｂが形成されている。

複数の第１供給口５４ａは周方向で幅広で、回転軸芯Ｘに沿う方向に伸びる長孔状であり、これに対応する位置においてスプール５５に形成される４つの中間孔部５５ｃは円形状である。このような構成から管路部５４Ｔからの作動油を、中間孔部５５ｃに対して確実に作動油を供給できる。

第２供給口５４ｂは、略矩形となる形状であり、これに対応する位置においてスプール５５に形成される複数の端部孔部５５ｄは円形である。このような構成から管路部５４Ｔから端部孔部５５ｄに対して確実に作動油を供給できる。

〔バルブユニット：スプール、スプールスプリング〕
図４、図９に示すようにスプール５５は、筒状で外端側に当接面が形成されたスプール本体５５ａと、この外周に形成された４つのランド部５５ｂとを有している。スプール５５の内部には内部流路が形成され、回転軸芯Ｘに沿う方向で内端側の一対のランド部５５ｂの中間位置には内部流路に連通する複数の中間孔部５５ｃが形成され、回転軸芯Ｘに沿う方向での外端側の一対のランド部５５ｂの中間位置には内部流路に連通する端部孔部５５ｄが形成されている。

スプールスプリング５６は、圧縮コイル型であり内端側のランド部５５ｂとスリーブ５３の端部壁５３Ｗとの間に配置されている。

〔作動形態〕
この弁開閉時期制御装置Ａでは電磁ソレノイドＶａのソレノイド部５０に電流が供給されない状態では、プランジャ５１からスプール５５に押圧力が作用することはなく、図４に示すようにスプールスプリング５６の付勢力により、その外側位置のランド部５５ｂが固定リング６１に当接する位置にスプール５５の位置が維持される。

図４に示すスプール５５の位置が第１ロック領域Ｗ１の外端位置である。図３に示すように、ソレノイド部５０に供給する電流値を増大することにより、第１ロック領域Ｗ１を基準にして、進角領域Ｗ２と、保持領域Ｗ３と、遅角領域Ｗ４と、第２ロック領域Ｗ５とに、この順序で作動できるように構成されている。つまり、電磁ソレノイドＶａのソレノイド部５０に供給する電流値の設定により５つの領域の何れか１つに設定できる。

尚、ソレノイド部５０に電流を供給しない状態では、図４に示すようにスプール５５は第１ロック領域Ｗ１の外端位置に保持される。また、ソレノイド部５０に供給する電流値を最大にすることにより、図８に示すようにスプール５５は第２ロック領域Ｗ５の外端に設定される。

これらの複数の領域のうち、進角領域Ｗ２と遅角領域Ｗ４とが位相制御領域であり、第１ロック領域Ｗ１と第２ロック領域Ｗ５とがロック領域である。

また、このバルブユニットＶｂでは、スプール５５が第１ロック領域Ｗ１と、第２ロック領域Ｗ５との何れかに設定された場合には、相対回転位相が中間ロック位相Ｍに達したタイミングでロック機構Ｌのロック状態への移行が許される。

〔作動形態：第１ロック領域〕
スプール５５が第１ロック領域Ｗ１に設定された場合には、図４に示すように油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の中間孔部５５ｃと進角ポートＰＡと進角流路３３とを介して進角室Ｃａに供給される。これと同時に遅角室Ｃｂの作動油が遅角流路３４と遅角ポートＰＢと第２ドレン開口５３ｅとドレン孔Ｄｂとに流れ、外部に排出される。

この第１ロック領域Ｗ１では、ロック凹部２７の作動油がロック制御流路３５とロックポートＰＬと第１ドレン開口５３ｄとドレン流路Ｄａとに流れ外部に排出される。

これにより相対回転位相が進角方向Ｓａに変位すると共に、相対回転位相が中間ロック位相Ｍに達した時点で、ロック凹部２７にロック部材２５が係合してロック状態に移行する。尚、既にロック状態にある場合には相対回転位相が中間ロック位相Ｍに維持される。

〔作動形態：進角領域〕
スプール５５が進角領域Ｗ２に設定された場合には、図５に示すように第１ロック領域Ｗ１に設定された場合と同様に、油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の中間孔部５５ｃと進角ポートＰＡと進角流路３３とを介して進角室Ｃａに供給される。これと同時に遅角室Ｃｂの作動油が遅角流路３４と遅角ポートＰＢと第２ドレン開口５３ｅとドレン孔Ｄｂとに流れ、ドレン貫通孔５ｄから外部に排出される。

この進角領域Ｗ２では、油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の端部孔部５５ｄとロックポートＰＬとロック制御流路３５とを介してロック凹部２７に供給される。これによりロック部材２５をロック凹部２７から抜き出しロック機構Ｌをロック解除状態にして相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる。

〔作動形態：保持領域〕
スプール５５が保持領域Ｗ３に設定された場合には、図６に示すように進角ポートＰＡと遅角ポートＰＢとがスプール５５のランド部５５ｂで閉じられ、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとに作動油が供給されない状態となる。また、この保持領域Ｗ３では、油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の端部孔部５５ｄとロックポートＰＬとロック制御流路３５とを介してロック凹部２７に供給され、ロック部材２５をロック凹部２７から抜き出してロック解除状態が維持される。

従って、この保持領域Ｗ３では、相対回転位相の変位が行われず、相対回転位相が保持される。

〔作動形態：遅角領域〕
スプール５５が遅角領域Ｗ４に設定された場合には、図７に示すように油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の中間孔部５５ｃと遅角ポートＰＢと遅角流路３４とを介して遅角室Ｃｂに供給される。これと同時に進角室Ｃａの作動油が進角流路３３と進角ポートＰＡと第１ドレン開口５３ｄとドレン流路Ｄａとに流れ、外部に排出される。

この遅角領域Ｗ４では、油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の端部孔部５５ｄとロックポートＰＬとロック制御流路３５とを介してロック凹部２７に供給され、ロック部材２５をロック凹部２７から抜き出してロック機構Ｌをロック解除状態にして相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる。

〔作動形態：第２ロック領域〕
スプール５５が第２ロック領域Ｗ５に設定された場合には、図８に示すように、油圧ポンプＰからの作動油がスプール５５の中間孔部５５ｃと遅角ポートＰＢと遅角流路３４とを介して遅角室Ｃｂに供給される。これと同時に進角室Ｃａの作動油が進角流路３３と進角ポートＰＡと第１ドレン開口５３ｄとドレン流路Ｄａとに流れ外部に排出される。

この第２ロック領域Ｗ５では、ロック凹部２７の作動油がロック制御流路３５とロックポートＰＬとからスリーブ５３の内部空間に流れ、スプール５５の外端（図８で左側の端部）から固定リング６１の内周を通過する形態で外部に排出される。

これにより相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位すると共に、相対回転位相が中間ロック位相Ｍに達した時点で、ロック凹部２７にロック部材２５が係合してロック状態に移行する。尚、既にロック状態にある場合には相対回転位相が中間ロック位相Ｍに維持される。

〔進角ポートと遅角ポートとの構造〕
前述したようにスプール５５を第１ロック領域Ｗ１と第２ロック領域Ｗ５との何れに設定した場合でも、相対回転位相が変位することで中間ロック位相Ｍに達した時点でロック機構Ｌがロック状態に達する。

〔位相制御ユニット〕
図１０に示すように、位相制御ユニットＢは、位相制御部１５と、境界記憶部１６と、ＰＷＭ出力部１７と、特性演算部１８とを備えて構成されている。尚、ＰＷＭ出力部１７は、電磁ソレノイドＶａに電流を供給する。

この構成において、位相制御部１５と特性演算部１８とは、ソフトウエアで構成されるものを想定しているが、一部をロジック等のハードウエアで構成しても良い。また、境界記憶部１６はソフトウエアと不揮発性メモリで成るハードウエアとの組み合わせで構成されている。また、ＰＷＭ出力部１７は、電源からの電流を制御するスイッチング素子等を備えており、このスイッチング素子等で電源からの電流を一定周期でＯＮ／ＯＦＦすると共に、周期中のＯＮ時間を設定するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により電流値の設定を可能にする。

この位相制御ユニットＢは、相対回転位相を検知する位相検知部Ｔからの信号が入力する。尚、位相検知部Ｔは、クランクシャフト１の回転角を検知するクランクシャフトセンサ（図示せず）と、吸気カムシャフト５の回転角を検知するカムシャフトセンサ（図示せず）とで取得した信号に基づいて相対回転位相を算出するものを想定しているが、相対回転位相を検知する専用のセンサを用いても良い。

位相制御ユニットＢは、目標位相が設定された場合に、この目標位相と位相検知部Ｔで検知される実位相（相対回転位相）との偏差を小さくするように、例えばＰＩＤ制御等に基づき、位相検知部Ｔの検知信号をフィードバックする状態でスプール５５の作動位置（例えば、進角領域Ｗ２に含まれる目標位置）を制御するように電磁ソレノイドＶａに電流を供給する。

前述した位相制御では、電磁制御弁Ｖのスプール５５を進角領域Ｗ２または遅角領域Ｗ４に設定するものであるが、例えば、相対回転位相を高速で変位させるため（進角ポートＰＡあるいは遅角ポートＰＢの開度を拡大するため）、スプール５５を第１ロック領域Ｗ１の近傍または第２ロック領域Ｗ５の近傍に設定した場合にスプール５５が第１ロック領域Ｗ１または第２ロック領域Ｗ５に意図せず入り込むこともある。このように意図せずロック領域に入り込まないように、位相制御時には境界記憶部１６に記憶されている境界電流値（第１境界電流値Ｌａと第２境界電流値Ｌｂ）と、保持電流値（第１保持境界電流値Ｋａと第２保持境界電流値Ｋｂ）とを参照する。

〔位相制御ユニットでの演算〕
弁開閉時期制御装置Ａでは、電磁制御弁Ｖが設計された適正な性能が得られる場合には、電磁ソレノイドＶａに供給される電流値に対するスプール５５の作動量も、予め設定された適正な値となる。

しかしながら、電磁ソレノイドＶａと、バルブユニットＶｂとを組み合わせて電磁制御弁Ｖが組み立てられため、電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとの特性のバラツキから、電磁制御弁Ｖは、電磁ソレノイドＶａに供給される電流値と、スプール５５の作動位置との関係が設計位置から外れることもあった。

このように、関係が設計位置から外れたものでは、図３に示すように第１ロック領域Ｗ１と進角領域Ｗ２との境界となる第１境界電流値Ｌａと、遅角領域Ｗ４と第２ロック領域Ｗ５との境界となる第２境界電流値Ｌｂとを適正に設定できないことになる。

これと同様に、図３に示すように保持領域Ｗ３の進角側の境界に対応する第１保持境界電流値Ｋａ（保持電流値の一例）と、遅角領域Ｗ４の側の境界に対応する第２保持境界電流値Ｋｂ（保持電流値の一例）とを設定できないことになる。

尚、これらの境界電流値を設定するため、エンジンＥが稼動する状態で、電磁ソレノイドＶａに所定の電流で駆動し、この駆動時におけるスプール５５の位置を計測することや、スプール５５での作動油の給排を計測すること、あるいは、ロック機構Ｌの作動を判定すること等の学習処理を行うことで各々の境界電流値を設定も可能であるが、この学習処理は、時間を要し、専用のセンサ類を車両に装着することも必要と考えられ、この学習処理を行わずに境界電流値を設定できる技術が望まれていた。

このような理由から、この弁開閉時期制御装置Ａでは、電磁制御弁Ｖの組み立て時に、特性演算部１８が、図１１にフローチャートに示す演算ルーチンを実行する。

つまり、電磁ソレノイドＶａのソレノイド特性情報を製造時に各々の電磁ソレノイドＶａに与えておく。これと同様にバルブユニットＶｂのバルブ特性情報を製造時に各々のバルブユニットＶｂに与えておく。

特性情報の具体例として、図１２に電磁ソレノイドＶａの「ソレノイド電磁力特性」をグラフ化して示している。同図のグラフでは、縦軸に荷重（単位はＮ（ニュートン））を取り、横軸にスプール５５のストローク（単位はｍｍ（ミリメートル））を取っている。同図に示す複数のグラフＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄは各々が異なる電流値の電流を電磁ソレノイドＶａに供給した際の力とストロークとの関係を示している。

この「ソレノイド電磁力特性」は、電磁ソレノイドＶａの製造ラインで製造が完了した時点で、専用の計測機器により計測された値である。尚、複数のグラフＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄの具体的な値は、１．２Ａ，１．０Ａ，０．８Ａ，０．６Ａである。

また、特性情報の具体例として、図１３にバルブユニットＶｂの「バルブストローク−荷重特性」をグラフ化して示している。同図のグラフでは縦軸に力（単位はＮ（ニュートン））を取り、横軸にスプール５５のストローク（単位はｍｍ（ミリメートル））を取っており、バルブストローク−荷重特性Ｓ−Ｆとして示している。

この「バルブストローク−荷重特性」は、バルブユニットＶｂの製造ラインで製造が完了した時点で、専用の計測機器により計測された値である。

これらの特性情報は、例えば、電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとに個別に付したシリアル番号等に関連付けたデータとして管理することや、特性情報を二次元コード化したＱＲコード（登録商標）として電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとに個別に添付してエンジンＥの製造ラインに送られる。

図１１のフローチャートに示すように、製造ラインでは、エンジンＥに組み付けられた電磁ソレノイドＶａの「ソレノイド電磁力特性」と、バルブユニットＶｂの「バルブストローク−荷重特性」を取得する（＃０１、＃０２ステップ）。

この「ソレノイド電磁力特性」と「バルブストローク−荷重特性」とを取得する際には、電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとのシリアル番号等に基づき対応する特性情報を、ネットワークを介して取得することや、電磁ソレノイドＶａとバルブユニットＶｂとに添付されたＱＲコード（登録商標）をコードリーダで読み取ることで取得できる。

次に、「ソレノイド電磁力特性」と「バルブストローク−荷重特性」とに基づき、図１４に示すプロセスを経て図１５に示す電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）が演算により取得される（＃０３ステップ）。

図１４の特性演算プロセスは、＃０３ステップの演算の一部をイメージ化して示したものである。このプロセスでは、前述した「ソレノイド電磁力特性」と「バルブストローク−荷重特性」とを重ね合わせ、バルブストローク−荷重特性（Ｓ−Ｆ）のグラフと、複数のグラフＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとが交差する点に基づいて電流値が決定される。

この重ね合わせはイメージ的な説明であり、具体的には、「ソレノイド電磁力特性」を構成する各グラフの式と、「バルブストローク−荷重特性」のグラフの式との交点を演算により求める等の処理が行われる。

また、図１５に示す電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）のグラフでは、縦軸に（単位はｍｍ（ミリメートル））を取り、横軸に電流値（単位はＡ（アンペア））を取っている。この電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）から、第１ロック領域Ｗ１と、進角領域Ｗ２と、保持領域Ｗ３と、遅角領域Ｗ４と、第２ロック領域Ｗ５との各々の領域にスプール５５を作動させるに必要な電流値が決まる。

この原理から第１ロック領域Ｗ１と進角領域Ｗ２と実境界（機械的な境界）が求められると共に、図３に示すように、この実境界の電流値を基準に進角側（電流が増大する側）に設定値Ｈだけ変位した第１境界電流値Ｌａが設定される。これと同様に、遅角領域Ｗ４と第２ロック領域Ｗ５との実境界（機械的な境界）が求められると共に、この実境界の電流値を基準に遅角側（電流が低減する側）に設定値Ｈだけ変位した第２境界電流値Ｌｂとが設定される（＃０４ステップ）。

更に、保持領域Ｗ３の進角側の境界に対応する第１保持境界電流値Ｋａと、遅角領域Ｗ４の側の境界に対応する第２保持境界電流値Ｋｂとが設定される（＃０５ステップ）。

そして、このように設定される電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）と、第１境界電流値Ｌａと、第２境界電流値Ｌｂと、第１保持境界電流値Ｋａと、第２保持境界電流値Ｋｂとが、特性演算部１８が、境界記憶部１６の不揮発性メモリ等に書き込む処理が行われる（＃０６ステップ）。尚、この＃０６ステップでの処理として、例えば、第１保持境界電流値Ｋａと第２保持境界電流値Ｋｂとに基づく演算等により、スプール５５を確実に保持領域Ｗ３に設定する２つの保持電流値（第１保持境界電流値Ｋａより大きい値と、第２保持境界電流値Ｋｂより小さい値）を求め、この２つの保持電流値を、第１保持境界電流値Ｋａと第２保持境界電流値Ｋｂとに代えて、境界記憶部１６に記憶しても良い。

このように、電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）と、第１境界電流値Ｌａと、第２境界電流値Ｌｂと、第１保持境界電流値Ｋａと、第２保持境界電流値Ｋｂとが境界記憶部１６に記憶されるため、位相制御ユニットＢは、目標位相情報を取得した場合に、この目標位相情報と、位相検知部Ｔで検知される相対回転位相とに基づき、電流−ストローク特性（Ｉ−Ｓ）から出力すべき電流値が設定される。

また、相対回転位相を高速で変位させるため、進角ポートＰＡの開度を大きくする場合には、第１境界電流値Ｌａを参照することにより、意図せずロック状態に移行する不都合（誤ロック状態）に陥る不都合を解消できる。これと同様に、遅角ポートＰＢの開度を大きく設定する場合には、第２境界電流値Ｌｂを参照することにより意図せずにロック状態に移行する不都合（誤ロック状態）に陥る不都合を解消でき、大きい開度で作動油の給排を行い、応答性の良い制御も実現する。

そして、この制御により相対回転位相が目標位相に達した場合（相対回転位相と目標位相との偏差が小さくなった場合も含む）には、第１保持境界電流値Ｋａと、第２保持境界電流値Ｋｂとの間の電流値の電流を出力することにより、相対回転位相の変位を確実に停止することが可能となる。

また、この構成では、電磁ソレノイドＶａに供給される電流を検知する電流センサを用いることなく、ＰＷＭ出力部１７による電流値の設定により高精度で相対回転位相の制御が可能となる。

〔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（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）実施形態では、スプール５５が設定される領域を第１ロック領域Ｗ１〜第２ロック領域Ｗ５に亘る５つの領域に設定できるように構成していたが、これに代えて第１ロック領域Ｗ１と、第２ロック領域Ｗ５との一方が存在しない４つの領域に設定できるように構成された弁開閉時期制御装置Ａに適用する。

この別実施形態（ａ）の構成では、第１境界電流値Ｌａと、第２境界電流値Ｌｂとの一方だけが設定されることになるが、制御形態は実施形態で示したものと同様に設定することが可能となる。

（ｂ）実施形態では設定値Ｈに基づいて第１境界電流値Ｌａと第２境界電流値Ｌｂとを設定しているが、この設定値Ｈを決まった値に設定するものではなく、例えば、電磁ソレノイドＶａに用いられるコイルの性能に基づき劣化を考慮した値や、電磁ソレノイドＶａに通電した際にもスプール５５が適正に作動しない距離等を考慮した値を設定することが考えられ、これらの値を性能に対応した変数として与えることも可能である。

（ｃ）電磁制御弁Ｖとして、スプール５５の制御領域が、実施形態における第１ロック領域Ｗ１〜遅角領域Ｗ４の４つの領域に設定されるものや、スプール５５の制御領域が、実施形態における進角領域Ｗ２〜第２ロック領域Ｗ５の４つの領域に対応する領域に設定されるものに適用する。

このようにロック領域が、スプール５５の作動領域の一方の端部にだけ形成されてものであっても境界電流値（デューティ比の値）の設定が可能となる。

本発明は、流体圧により位相制御とロック機構とを制御する電磁式の制御弁を備えた弁開閉時期制御装置に利用できる。

１ クランクシャフト
５ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
１５ 位相制御部
１６ 境界記憶部
１８ 特性演算部
２０ 外部ロータ（駆動側回転体）
２６ ロックスプリング（付勢部材）
２７ ロック凹部
３０ 内部ロータ（従動側回転体）
５６ スプールスプリング（スプリング）
Ａ 弁開閉時期制御装置
Ｂ 制御装置
Ｃａ 進角室
Ｃｂ 遅角室
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｈ 設定値
Ｋａ 第１保持境界電流値（保持境界電流値）
Ｋｂ 第２保持境界電流値（保持境界電流値）
Ｌａ 第１境界電流値（境界電流値）
Ｌｂ 第２境界電流値（境界電流値）
ＰＡ 進角ポート
ＰＢ 遅角ポート
ＰＬ ロックポート
Ｖｂ バルブユニット
Ｖａ 電磁ソレノイド
Ｗ１ 第１ロック領域（ロック領域）
Ｗ２ 進角領域（位相制御領域）
Ｗ３ 保持領域
Ｗ４ 遅角領域（位相制御領域）
Ｗ５ 第２ロック領域（ロック領域）
Ｘ 回転軸芯

Claims (3)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、
   前記駆動側回転体の回転軸芯と同軸芯に配置され弁開閉用のカムシャフト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間に形成される進角室および遅角室と、
   前記駆動側回転体および前記従動側回転体の一方に形成されたロック凹部に対し、付勢部材の付勢力により係合可能なロック部材を前記駆動側回転体および前記従動側回転体の他方に備えることにより前記駆動側回転体および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でロック状態に移行可能なロック機構と、
   前記進角室、前記遅角室、前記ロック凹部に対する流体の給排を制御する電磁制御弁とを備え、
   前記電磁制御弁が、流体の給排を制御するスプールと、前記スプールの外端に当接することによりスプリングの付勢力に抗して前記スプールを作動させる電磁ソレノイドとを備えて構成され、
   前記スプールの作動領域が、前記ロック凹部に流体を供給する状態で前記進角室または前記遅角室に流体を供給する位相制御領域と、前記ロック凹部から流体を排出する状態で前記進角室または前記遅角室に流体を供給するロック領域とを備えており、
   前記相対回転位相を検知する位相検知部の検知信号を取得しつつ前記電磁ソレノイドを駆動することで前記スプールを前記位相制御領域または前記ロック領域に設定する位相制御部を有し、前記位相制御部での位相制御の実行時に前記位相制御領域と前記ロック領域との境界を参照するための境界電流値を記憶する境界記憶部を有し、
   前記電磁ソレノイドのソレノイド特性情報と、前記電磁制御弁のバルブ特性情報とに基づいて前記位相制御領域と前記ロック領域との境界に対応する境界電流値を演算によって求め、前記境界記憶部に記憶する特性演算部とを備えている弁開閉時期制御装置。
2. 前記境界電流値が、前記特性演算部での演算結果を基準に前記位相制御領域に含まれる方向に所定量だけ変位して設定されている請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記特性演算部が、前記進角室と前記遅角室との何れにも流体の給排を行わない保持領域の進角側と遅角側との境界に対応する保持境界電流値を求め、前記保持境界電流値または前記保持境界電流値に基づき算出された保持電流値の少なくとも１つを前記境界記憶部に記憶する請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。

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