油圧制御弁及びスプール弁体作動状態検出装置
【課題】スプール弁体の軸方向の移動位置をタイムリーにかつ高精度に検出することができる油圧制御弁を提供する。
【解決手段】ポートが複数形成された中空状のバルブボディ５１と、該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更するスプール弁体５２と、このスプール弁体を軸方向の一方側へ付勢するバルブスプリング５３と、通電されることによって前記バルブスプリングのばね力に抗してスプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイド５４とを備え、バルブスプリングのばね力を受ける段差面５１ａの外周部５１ｂの外周面に、バルブスプリングのばね力の変化に伴う外周部の歪みを検出する半導体歪みセンサ８０を設けた。
【解決手段】ポートが複数形成された中空状のバルブボディ５１と、該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更するスプール弁体５２と、このスプール弁体を軸方向の一方側へ付勢するバルブスプリング５３と、通電されることによって前記バルブスプリングのばね力に抗してスプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイド５４とを備え、バルブスプリングのばね力を受ける段差面５１ａの外周部５１ｂの外周面に、バルブスプリングのばね力の変化に伴う外周部の歪みを検出する半導体歪みセンサ８０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関のバルブタイミング制御装置などの油圧機器の作動を制御するための油圧制御弁及び該油圧制御弁に用いられるスプール弁体作動状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルブタイミング制御装置に用いられる前記油圧制御弁のレイアウトの自由度を向上させるために、軸方向の短尺化を図ることによって小型化の要求が高まっていると共に、スプール弁体による多数ポートの切り換え制御が望まれている。
【０００３】
そして、これらの要求に答えるためには、油圧制御弁の前記多数ポートの切り換えを行うスプール弁体の移動位置の精度を向上させる必要があり、このために、スプール弁体の移動位置をタイムリー(応答性良く)にかつ精度良く検出することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の油圧制御弁にあっては、スプール弁体の移動位置を直接検出するのではなく、バルブタイミング制御装置の作動状態をフィードバック制御することによって検出するようになっている。
【０００６】
このため、いわゆるハンチング現象が発生し易くなって、スプール弁体を所望の位置に高精度に制御することが困難になる。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の技術的課題に鑑みて案出されたもので、スプール弁体の移動位置の検出精度を高められる油圧制御弁及びスプール弁体作動状態検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、周壁を貫通するポートが軸方向の異なる位置に複数形成された中空状のバルブボディと、該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に設けられた歪みセンサと、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、歪みセンサを用いることによって、スプール弁体の移動位置を応答性良く、かつ高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電磁切換弁が適用されるバルブタイミング制御装置を断面して示す全体構成図である。
【図２】本実施形態に供されるベーン部材が中間位相の回転位置に保持された状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本実施形態に供されるベーン部材が最遅角位相の位置に回転した状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施形態に供されるベーン部材が最進角位相の位置に回転した状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施形態の各ロックピンの作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】本実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【図１２】本実施形態における電磁切換弁のスプール弁体の第１ポジションを示す縦断面図である。
【図１３】同スプール弁体の第６ポジションを示す縦断面図である。
【図１４】同スプール弁体の第２ポジションを示す縦断面図である
【図１５】同スプール弁体の第４ポジションを示す縦断面図である
【図１６】同スプール弁体の第３ポジションを示す縦断面図である
【図１７】同スプール弁体の第５ポジションを示す縦断面図である
【図１８】スプール弁体のストローク量（ポジション）と各油圧室及びロック通路への作動油の給排との関係を示す表である。
【図１９】本実施形態に供される半導体歪みセンサの概略図である。
【図２０】本実施形態に供される歪みセンサが設けられる測定装置を示す斜視図である。
【図２１】歪みセンサの測定装置の他例を示す概略図である。
【図２２】第２実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【図２３】第３実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る油圧制御弁が適用される内燃機関のバルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
前記バルブタイミング制御装置は、図１〜図４に示すように、機関のクランクシャフトによりタイミングチェーンを介して回転駆動されるスプロケット１と、機関前後方向に沿って配置されて、前記スプロケット１に対して相対回転可能に設けられた吸気側のカムシャフト２と、前記スプロケット１とカムシャフト２との間に配置されて、該両者の相対回動位相を変換する位相変更機構３と、該位相変更機構３を中間位相位置でロックさせるロック機構である位置保持機構４と、前記位相変更機構３と位置保持機構４をそれぞれ作動させる油圧回路５と、を備えている。
【００１３】
前記スプロケット１は、ほぼ肉厚円板状に形成されて、外周に前記タイミングチェーンが巻回された歯車部１ａを有していると共に、後述するハウジングの後端開口を閉塞するリアカバーとして構成され、中央には前記カムシャフト２に固定された後述のベーンロータ１５の外周に回転自在に支持される支持孔６が貫通形成されている。
【００１４】
前記カムシャフト２は、図外のシリンダヘッドにカム軸受を介して回転自在に支持され、外周面には機関弁である吸気弁を開作動させる複数の卵形の回転カムが軸方向の位置に一体に固定されていると共に、一端部の内部軸心方向に雌ねじ孔２ａが形成されている。
【００１５】
前記位相変更機構３は、図１及び図２に示すように、前記スプロケット１に軸方向から一体的に設けられたハウジング７と、前記カムシャフト２の一端部の雌ねじ孔２ａに螺着するカムボルト８を介して固定され、前記ハウジング７内に回転自在に収容された従動回転体であるベーン部材９と、前記ハウジング７内に形成されて、該ハウジング７の内周面に有する３つのシューである隔壁１０とベーン部材９とによって隔成されたそれぞれ３つの遅角油圧室１１及び進角油圧室１２と、を備えている。
【００１６】
前記ハウジング７は、焼結金属によって一体に形成された円筒状のハウジング本体７ａと、プレス成形によって形成され、前記ハウジング本体７ａの前端開口を閉塞するフロントカバー１３と、後端開口を閉塞するリアカバーとしての前記スプロケット１と、から構成されている。前記ハウジング本体７ａとフロントカバー１３及びスプロケット本体５とは、前記各隔壁１０の各ボルト挿通孔１０ａを貫通する３本のボルト１４によって共締め固定されている。前記フロントカバー１３は、中央に挿通孔１３ａが貫通形成されている。
【００１７】
前記ベーン部材９は、焼結金属によって一体に形成され、カムシャフト２の一端部にカムボルト８によって固定されたベーンロータ１５と、該ベーンロータ１５の外周面に円周方向のほぼ１２０°等間隔位置に放射状に突設された３つのベーン１６ａ〜１６ｃとから構成されている。
【００１８】
前記ベーンロータ１５は、前後方向に長いほぼ円筒状に形成され、前端面１５ｂのほぼ中央位置に薄肉な段差小径な円筒状のシール部材挿入ガイド部１５ａが一体に設けられていると共に、後端部１５ｃがカムシャフト２方向へ延設されている。また、前記ベーンロータ１５の前端部から後端部の内部には、円柱状の嵌合溝１５ｄが形成されている。
【００１９】
一方、前記ベーン１６ａ〜１６ｃは、それぞれが各隔壁１０の間に配置されていると共に、円周方向の巾がそれぞれ異なっており、最大巾のベーン１６ａと中巾のベーン１６ｂはほぼ扇状に形成されていると共に、最小巾のベーン１６ｃは、厚肉なプレート状に形成されている。前記各ベーン１６ａ〜１６ｃの外周面と隔壁１０の先端には、ハウジング本体７ａの内面とベーンロータ外周面との間をシールするシール部材１７ａ、１７ｂがそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、前記ベーン部材９は、図３に示すように、遅角側へ相対回転すると最大巾ベーン１６ａの一側面１６ｄが対向する前記一つの隔壁１０の対向側面に形成された突起面１０ｂに当接して最大遅角側の回転位置が規制され、図４に示すように、進角側へ相対回転すると最大巾ベーン１６ａの他側面１６ｅが対向する他の隔壁１０の突起面１０ｃに当接して最大進角側の回転位置が規制されるようになっている。
【００２１】
このとき、他のベーン１６ｂ、１６ｃは、両側面が円周方向から対向する各隔壁１０の対向面に当接せずに離間状態にある。したがって、ベーン部材９と隔壁１０との当接精度が向上すると共に、後述する各油圧室１１，１２への油圧の供給速度が速くなってベーン部材９の正逆回転応答性が高くなる。
【００２２】
前記各ベーン１６ａ〜１６ｃの正逆回転方向の両側面と各隔壁１０の両側面との間に、前述した各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２が隔成されており、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２とは、前記ベーンロータ１５の内部にほぼ放射状に形成された第１連通孔１１ａと第２連通孔１２ａを介して後述する油圧回路５にそれぞれに連通している。
【００２３】
前記位置保持機構４は、ハウジング７に対してベーン部材９を最遅角側の回転位置（図３の位置）と最進角側の回転位置（図４の位置）との間の中間回転位相位置（図２の位置）に保持するものである。
【００２４】
すなわち、図５〜図１０に示すように、前記スプロケット１の内側面の円周方向の所定位置に設けられた断面ほぼＴ字形状の２つのロック穴構成部材１ａ、１ｂと、該ロック穴構成部材１ａ、１ｂにそれぞれ形成されたロック部である第１、第２ロック穴２４，２５と、前記ベーン部材９の２つのベーン１６ａ，１６ｂの内部に設けられて、前記各ロック穴２４，２５にそれぞれ係脱する２つのロック部材である第１、第２ロックピン２６，２７と、該各ロックピン２６，２７の前記各ロック穴２４，２５に対する係合を解除させるロック通路２８と、から主として構成されている。
【００２５】
前記第１ロック穴２４は、図２〜図５に示すように、スプロケット１の円周方向に延びた円弧長穴状（繭状）に形成されていると共に、スプロケット１の内側面１ｃの前記ベーン部材９の最遅角側の回転位置よりも進角側に寄った中間位置に形成されている。また、第１ロック穴２４は、その底面が遅角側から進角側に亘って順次低くなる３段の階段状に形成されて、これが第１ロック案内溝になっている。
【００２６】
つまり、第１ロック案内溝は、図５〜図１０に示すように、スプロケット１の内側面１ｃを最上段として、これより一段ずつ低くなる第１底面２４ａ、第２底面２４ｂ、第３底面２４ｃと順次低くなる階段状に形成され、遅角油圧室１１側の内側面２４ｄは垂直に立ち上がった壁面になっている。したがって、前記各底面２４ａ〜２４ｃに順次係合した第１ロックピン２６は、ベーン１６ａを介して先端部２６ａがスプロケット１の内端面１ｃから各底面２４ａ〜２４ｃを進角方向へ段階的に下降移動すると、各段差面によって反対方向への移動、つまり、遅角方向への移動が規制される。よって、各底面２４ａ〜２４ｃが一方向クラッチ（ラチェット）として機能するようになっている。
【００２７】
前記第１ロックピン２６は、先端部２６ａの側縁が前記内側面２４ｄに当接した時点で進角方向（遅角油圧室１１側）への移動が規制されるようになっている（図１０参照）。
【００２８】
前記第２ロック穴２５は、図２〜図５に示すように、第１ロック穴２４と同じくスプロケット１の円周方向に延びた長穴状に形成されていると共に、スプロケット１の内側面１ｃの前記ベーン部材９の最遅角側の回転位置よりも進角側に寄った中間位置に形成されている。また、この第２ロック穴２５は、その底面が進角油圧室１２側から遅角油圧室１１側に亘って順次低くなる２段の階段状に形成されており、これが第２ロック案内溝となっている。
【００２９】
すなわち、スプロケット１の内側面１ｃを最上段として第１底面２５ａ、第２底面２５ｂと順次低くなる階段状に形成され、遅角油圧室１１側の内側面２５ｃは垂直に立ち上がった壁面になっている。また、第１底面２５ａの深さは段差面を介して第１ロック穴の第１底面２４ａより若干深く形成され、第２底面２５ｂの深さは段差面２５ｃを介して第２底面２４ｂと第３底面２４ｃの深さを合わせた大きな深さに設定されて、全体の深さが前記第１ロック穴２４の第３底面２４ｃとほぼ同じ深さに設定されている。したがって、前記各底面２５ａ、２５ｂに係合した第２ロックピン２７は、ベーン１６ａを介して先端部２７ａが各底面２５ａ、２５ｂを進角側へ段階的に下降移動すると、各段差面によって反対方向への移動、つまり、最遅角方向への移動が規制されている。よって、各底面２５ａ、２５ｂが一方向クラッチ（ラチェット）として機能するようになっている。
【００３０】
そして、前記第２ロックピン２６は、先端部２６ａの側縁が第２底面２５ｂの段差面２５ｃに当接した時点で遅角方向（進角油圧室１２側）への移動が規制されるようになっている（図１０参照）。
【００３１】
そして、第１、第２ロック穴２４，２５の相対的な形成位置の関係は、第１ロックピン２６が第１ロック穴２４の第１〜第３底面２４ａ〜２４ｃに順次当接係合した段階では、図５〜図８に示すように、第２ロックピン２７は先端部２７ａの先端面が未だスプロケット本体５の内側面５ｄに当接した状態にある。
【００３２】
その後、図９、図１０に示すように、第１ロックピン２６の先端部が第３底面２４ｃ上を僅かに進角側へ移動した時点で初めて第２ロックピン２７の先端部２７ａが第１底面２５ａに当接係合し、第１ロックピン２６が第３底面２４ｃに係合したままさらに進角側へ移動して内側面２４ｄに当接した時点で第２ロックピン２７の先端部２７ａが第２底面２５ｂに当接係合しつつ側縁が段差面２５ｃに当接するように相対位置が設定されている。
【００３３】
要するに、ベーン部材９が所定の遅角側位置から進角側位置まで相対回転するにしたがって前記第１ロックピン２６が第１底面２４ａ〜第３底面２４ｃに順次段階的に当接係合し、続いて第２ロックピン２７が第１底面２５ａと第２底面２５ｂに順次段階的に当接係合する。これによって、ベーン部材９は、全体として５段階のラチェット作用によって遅角方向への回転を規制されながら進角方向へ相対回転して、最終的に最遅角位相と最進角位相との間の中間位相位置に保持されるようになっている。
【００３４】
前記第１ロックピン２６は、図１、図５などに示すように、最大巾ベーン１６ａの内部軸方向に貫通形成された第１ピン孔３１ａ内に摺動自在に配置され、外径が段差径状に形成されて、最小径の前記先端部２６ａと、該先端部２６ａより後部側の中径部２６ｂと、該中径部２６ｂの後端側の外周面に大径フランジ状の第１受圧部２６ｃとによって一体に形成されている。
【００３５】
前記中径部２６ｂは、先端部２６ａ側が前記第１ピン孔３１ａの先端側に圧入固定されたスリーブ４０の内周面を液密的に摺動するようになっていると共に、後端部２６ｄが第１ピン孔３１ａに液密的に摺動するようになっている。前記先端部２６ａは、先端面が前記第１ロック穴２４の各底面２４ａ〜２４ｃに密着状態に当接可能な平坦面状に形成されている。
【００３６】
また、この第１ロックピン２６は、中径部２６ｂの後端側から内部軸方向に形成された凹溝底面とフロントカバー１３の内面との間に弾装された付勢部材である第１スプリング２９のばね力によって第１ロック穴２４に係合する方向へ付勢されている。
【００３７】
また、この第１ロックピン２６は、先端部２６ａと後端部２６ｄが前記ベーン１６ａに形成された前後の油孔４５ａ、４５ｂを介して前記進角油圧室１２からの同一油圧が作用するようになっている。
【００３８】
つまり、前記一方の油孔４５ａに臨む前記先端部２６ａの先端面２６ｆと中径部２６ｂの環状先端面２６ｇとを合わせた受圧面積と、他方の油孔４５ｂに臨む後端部２６ｄの後端面２６ｈとスプリング溝の底面２６ｉとを合わせた受圧面積が同一に設定されて、これらにそれぞれ進角油圧室１２の同一の油圧が同時に作用するようになっている。
【００３９】
さらに、前記第１受圧部２６ｃは、図中下端面が後述する第１解除受圧室３２に臨む第１受圧面２６ｅとして構成されている一方、上端面が前記ベーン１６ａ内部とフロントカバー１３内とに連通状態に形成された呼吸孔４３を介して大気開放されている。
【００４０】
前記第２ロックピン２７は、中巾ベーン１６ｂの内部軸方向に貫通形成された第２ピン孔３１ｂ内に摺動自在に配置され、第１ロックピン２６と同じく、外径が段差径状に形成されて、最小径の先端部２７ａと、該先端部２７ａより後部側の中径部２７ｂと、該中径部２６ｂの後端側の外周面に大径フランジ状の第２受圧部２７ｃと、によって一体に形成されている。また、前記中径部２７ｂは、先端部２７ａ側が前記第２ピン孔３１ｂの先端側に圧入固定されたスリーブ４１の内周面を液密的に摺動するようになっていると共に、後端部２７ｄが第２ピン孔３１ｂに液密的に摺動するようになっている。前記先端部２７ａは、先端面が前記第２ロック穴２５の各底面２５ａ、２５ｂに密着状態に当接可能な平坦面状に形成されている。
【００４１】
また、この第２ロックピン２７は、中径部２７ｂの後端側から内部軸方向に形成された凹溝底面とフロントカバー１３の内面との間に弾装された付勢部材である第２スプリング３０のばね力によって第２ロック穴２５に係合する方向へ付勢されている。
【００４２】
また、この第２ロックピン２７は、先端部２７ａと後端部２７ｄが前記ベーン１６ｂに形成された前後の油孔４６ａ、４６ｂを介して前記進角油圧室１２からの同一油圧が作用するようになっている。つまり、前記一方の油孔４６ａに臨む前記先端部２７ａの先端面２７ｆと中径部２７ｂの環状先端面２７ｇとを合わせた受圧面積と、他方の油孔４６ｂに臨む後端部２７ｄの後端面２７ｈとスプリング溝の底面２７ｉとを合わせた受圧面積が、同一に設定されて、これらにそれぞれ進角油圧室１２の同一の油圧が同時に作用するようになっている。
【００４３】
さらに、前記第２受圧部２７ｃは、図中下端面が後述する第２解除受圧室３３に臨む第２受圧面２７ｅとして構成されている一方、上端面が前記ベーン１６ｂ内部とフロントカバー１３内とに跨って形成された呼吸孔４４を介して大気開放されている。
【００４４】
前記位置保持機構４は、図１及び図５に示すように、前記第１ピン孔３１ａの大径段差部と第１ロックピン２６の第１受圧部２６ｃとの間に形成された前記第１解除用受圧室３２と、第２ピン孔３１ｂの大径段差部と第２ロックピン２７の第２受圧部２７ｂとの間に形成された前記第２解除用受圧室３３とを有している。
【００４５】
この第１、第２解除用受圧室３２，３３は、内部にそれぞれ供給された油圧を前記第１、第２受圧面２６ｅ、２７ｅに作用させて、第１、第２ロックピン２６，２７を各スプリング２９，３０のばね力に抗して第１、第２ロック穴２４，２５から後退させてそれぞれの係合を解除するようになっている。
【００４６】
前記油圧回路５は、図１に示すように、前記各遅角油圧室１１に対して第１連通路１１ａを介して油圧を給排する遅角通路１８と、各進角油圧室１２に対して第２連通路１２ａを介して油圧を給排する進角通路１９と、前記各第１、第２解除用受圧室３２，３３に対してそれぞれ油圧を供給、排出するロック通路２８と、前記各通路１８，１９に作動油を選択的に供給すると共に、ロック通路２８に作動油を供給する流体圧供給源であるオイルポンプ２０と、機関運転状態に応じて前記遅角通路１８と進角通路１９の流路を切り換えると共に、前記ロック通路２８に対する作動油の給排を切り換える制御弁である単一の油圧制御弁である電磁切換弁２１と、を備えている。
【００４７】
前記遅角通路１８と進角通路１９とは、それぞれの一端部が前記電磁切換弁２１の後述する各ポートに接続されている一方、他端側が前記ベーン部材９のベーンロータ１５の内部及び前記シール部材挿入ガイド部１５ａ内に挿通保持されたほぼ円柱状の通路構成部３７内に軸方向に沿って平行に形成された通路部１８ａ、１９ａと前記第１，第２連通路１１ａ、１２ａとを介して前記各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２にそれぞれ連通している。
【００４８】
前記ロック通路２８は、一端側が電磁切換弁２１の後述するロックポート５８に接続されている一方、他端側の通路部２８ａが前記通路構成部３７の内部軸方向から径方向に折曲されて、前記ベーンロータ１５内に分岐形成された第１、第２油通路孔３８ａ、３８ｂを介して前記第１、第２解除用受圧室３２，３３にそれぞれ連通している。
【００４９】
前記通路構成部３７は、外側の端部が図外のチェーンカバーに固定されて非回転部として構成されており、その内部軸方向には、前記各通路部１８ａ、１９ａと前記通路孔２８ａが形成されている。
【００５０】
なお、前記通路構成部３７は、外周面の軸方向の前後位置に形成された３つの嵌着溝に前記各通路部１８ａ、１９ａ、２８ａの前後をシールする３つの環状シール部材３９がそれぞれ嵌着固定されている。
【００５１】
前記オイルポンプ２０は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するトロコイドポンプなどの一般的なものであって、アウター、インナーロータの回転によってオイルパン２３内から吸入通路２０ｂを介して吸入された作動油が吐出通路２０ａを介して吐出されて、その一部がメインオイルギャラリーＭ／Ｇから内燃機関の各摺動部などに供給されると共に、他が前記電磁切換弁２１側に供給されるようになっている。なお、吐出通路２０ａの下流側には、濾過フィルタ５０ａが設けられていると共に、該吐出通路２０ａから吐出された過剰な作動油をオイルパン２３に排出して適正な流量に制御する流量制御弁５０ｂが設けられている。
【００５２】
前記電磁切換弁２１は、図１及び図１１に示すように、６ポート６位置の比例型弁であって、ほぼ円筒状の軸方向に比較的長いバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内に軸方向へ摺動自在に設けられたスプール弁体５２と、バルブボディ５１の内部一端側に設けられて、スプール弁体５２を図中右方向へ付勢する付勢部材であるバルブスプリング５３と、バルブボディ５１の一端部に設けられて、前記スプール弁体５２をバルブスプリング５３のばね力に抗して図中左方向へ移動させる電磁ソレノイド５４と、から主として構成されている。
【００５３】
前記バルブボディ５１は、機関のシリンダブロックに形成されたバルブ収容孔０１に挿通配置され、周壁に複数のポートが貫通形成されており、軸方向のほぼ中央位置に配置形成されて、前記オイルポンプ２０の吐出通路２０ａに連通する隣接した一対の第１，第２導入ポート５５ａ、５５ｂと、先端側に形成されて、前記遅角通路１８に連通する隣接した一対の第１、第２供給ポート５６ａ、５６ｂと、軸方向のほぼ中央位置に形成されて、前記進角通路１９に連通する一つの第３供給ポート５７と、基端側である前記電磁ソレノイド５４側に配置形成されて、前記ロック通路２８に連通するロックポート５８と、前記第１、第２導入ポート５５ａ、５５ｂの両側に配置形成されて、前記オイルパン２３に接続されたドレン通路２２に連通する一対の第１，第２排出ポート５９ａ、５９ｂと、を有している。また、バルブボディ５１の電磁ソレノイド５４側の基端部外周に、前記バルブ収容孔０１の内周に密着してシールするオイルシール７２が嵌着固定されている。
【００５４】
前記スプール弁体５２は、有底中空状の内部が作動油を通流させる通路孔６０として構成されていると共に、該通路孔６０の両端が底壁と栓体６１とによって閉止されている。また、このスプール弁体５２は、外周面両端側に該スプール弁体５２をバルブボディ５１の内周面５１ａに摺動案内する円筒状の２つの第１、第２ガイド部６２ａ、６２ｂが形成されていると共に該両ガイド部６２ａ、６２ｂの間の外周面に５つの第１〜第５ランド部６３ａ〜６３ｅが軸方向へ所定間隔をもって一体に形成されている。
【００５５】
前記第１ランド部６３ａと第１ガイド部６２ａとの間に、前記第１供給ポート５６ａと通路孔６０とを適宜連通させる第１連通孔６４ａが径方向に貫通形成されている。また、前記第２ランド部６３ｂと第３ランド部６３ｃとの間に、前記第２導入ポート５５ｂと通路孔６０とを適宜連通させる第２連通孔６４ｂが同じく径方向へ貫通形成されている。さらに、前記第２ガイド部６２ｂと第５ランド部６３ｅとの間に、前記ロックポート５８と通路孔６０を適宜連通させる第３連通孔６４ｃが径方向へ貫通形成されている。
【００５６】
また、前記スプール弁体５２の外周面、つまり第１ランド部６３ａと第２ランド部６３ｂとの間の外周面、第３ランド部６３ｃと第４ランド部６３ｄとの間の外周面、第４ランド部６３ｄと第５ランド部６３ｅとの間の外周面に、環状凹部である第１環状通路溝６５ａと第２環状通路溝６５ｂ及び第３環状通路溝６５ｃがそれぞれ形成されている。なお、前記第１〜第３連通孔６４ａ〜６４ｃの外周側には、それぞれ円環状のグルーブ溝が形成されている。
【００５７】
前記バルブスプリング５３は、一端がバルブボディ５１の基端部側の内周に形成された一方側部位である段差面５１ａに軸方向から弾接している一方、他端が前記スプール弁体５２の基端側にスナップリング７３を介して設けられた他方側の部位である円環状のリテーナ６６に軸方向から弾接して、スプール弁体５２を電磁ソレノイド５４方向に付勢している。
【００５８】
前記電磁ソレノイド５４は、円筒状のソレノイドケーシング５４ａの内部に収容保持されて、電子コントローラ３４から制御電流が出力される電磁コイル６７と、該電磁コイル６７の内周側に固定された有底筒状の固定ヨーク６８と、該固定ヨーク６８の内部に軸方向へ摺動自在に設けられた可動プランジャ６９と、該可動プランジャ６９の先端部に一体に形成されて、先端部７０ａが前記バルブスプリング５３のばね力に抗して前記スプール弁体５２の基端面を図１１中、左方向へ押圧する駆動ロッド７０とから主として構成されている。また、前記ソレノイドケーシング５４ａの後端側には、電子コントローラ３４に電気的に接続される端子７１ａを有する合成樹脂製のコネクタ７１が取り付けられている。
【００５９】
そして、この電磁切換弁２１は、図１１〜図１７に示すように、電子コントローラ３４の制御電流と前記バルブスプリング５３との相対的な圧力によって、前記スプール弁体５２を前後方向の６つのポジジョンに移動させて、オイルポンプ２０の吐出通路２０ａと前記いずれか一方の油通路１８，１９と連通させると同時に、他方の油通路１８，１９とドレン通路２２とを連通させるようになっている。また、前記ロック通路２８と吐出通路２０ａあるいはドレン通路２２とを選択的に連通させるようになっている。
〔スプール弁体のポジション制御〕
すなわち、以下において、スプール弁体５２のストローク量と各油圧室１１，１２や各ロック解除受圧室３２，３３（ロック通路２８）への作動油の給排の関係を、図１８に示す表を参照しながら、図１２〜図１７に基づいて前記スプール弁体５２のポジション制御を具体的に説明する。
【００６０】
まず、スプール弁体５２が、図１１及び図１２に示すように、バルブスプリング５３のばね力によって最大右方向に位置している場合（第１ポジジョン）は、第２導入ポート５５ｂと第１供給ポート５６が第１連通孔６４ａと通路孔６０を介して連通されると共に、第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７がスプール弁体５２の外周面に有する第２環状通路溝６５ｂを介して連通される。と同時に、ロックポート５８と第１排出ポート５９ａが第３環状通路溝６５ｃを介して連通されるようになっている。
【００６１】
次に、スプール弁体５２が、図１３に示すように、電磁ソレノイド５４への通電によりバルブスプリング５３のばね力に抗して僅かに左方向へ移動した場合（第６ポジション）は、第２導入ポート５５ｂと第１供給ポート５６ａの連通及び第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７の連通は維持しつつ、ロックポート５８が、第１排出ポート５９ａとの連通が遮断される一方、第２導入ポート５５ｂとの連通が第３連通孔６４ｃと通路孔６０を介して確保されるようになっている。
【００６２】
スプール弁体５２が、図１４に示すように、電磁ソレノイド５４へのより大きな通電によってさらに僅かに左方向へ移動した場合（第２ポジション）は、前記第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７との連通、並びに第２導入ポート５５ｂとロックポート５８との連通が維持されつつ、第１供給ポート５６ａと第２排出ポート５９ｂが第１環状通路溝６５ａを介して連通される。
【００６３】
スプール弁体５２が、図１５に示すように、さらに僅かに左方向へ移動した場合（第４ポジション）は、前記第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７並びに第１供給ポート５６ａと第２排出ポート５９ｂとの連通がそれぞれ遮断されると共に、ロックポート５８と第２導入ポート５５ｂとの連通が維持されるようになっている。
【００６４】
スプール弁体５２が、図１６に示すように、さらに僅かに左方向へ移動した場合（第３ポジション）は、第２導入ポート５５ｂとロックポート５８との連通が維持され、同時に、第２導入ポート５５ｂと第２供給ポート５６ｂが通路孔６０を介して連通すると共に、第３供給ポート５７と第１排出ポート５９ａが第３環状通路溝６５ｃを介して連通されるようになっている。
【００６５】
また、スプール弁体５２が、図１７に示すように、電子ソレノイド５４への最大の通電量によって最大左方向へ移動した場合（第５ポジション）は、第２供給ポート５６ｂ及びロックポート５８が第２排出ポート５９ｂに通路孔６０を介して連通すると共に、第３供給ポート５７が第１排出ポート５９ａに連通するようになっている。
【００６６】
このように、機関運転状態に応じて、前記スプール弁体５２の軸方向の移動位置を変更することによって、各ポートを選択的に切り換えてタイミングスプロケット１に対するベーン部材９の相対回転角度を変化させると共に、両ロックピン２６，２７のロック穴２４，２５へのロックとロック解除を選択的に行ってベーン部材９の自由な回転の許容と自由な回転を規制するようになっている。
【００６７】
また、前記バルブボディ５１の段差面５１ａが位置する外周部５１ｂには、前記スプール弁体５２の軸方向の移動位置を検出する検出装置としての半導体歪みセンサ８０が取り付けられている。
【００６８】
前記歪みセンサ８０は、例えば、特開２００６−２２０５７４号公報などに記載されたものと構造的に同一のものである。
【００６９】
すなわち、この歪みセンサ８０は、シリコン単結晶によって形成された一片が数ミクロン〜数ｍｍ角、厚さが１０〜数百ミクロンのチップ形状を有したものを拡散層などの素子形成面（シリコン基板）の裏面全体を前記バルブボディ５１の段差面５１ａが位置する外周部５１ｂに貼り付けて、前記バルブスプリングプリング５３の圧縮、伸張変形による付勢力の変化に応じて、前記段差面５１ａを介して外周部５１ｂが受けた歪みを検出するようになっている。
【００７０】
この歪みセンサ８０の構造の一例を図１９に基づいて簡単に説明すると、例えばｐ型の拡散抵抗４本を用いてホイートスンブリッジ回路を形成し、このホイートストンブリッジ回路を形成する４本のｐ型不純物拡散層による抵抗１００は、対向する一組の左右に位置する抵抗１００，１００がシリコン単結晶の〔−１１０〕方向が長手となるように配置されている。残りの一組の上下に位置する抵抗１００、１００は、〔−１１０〕方向に対して９０°回転させた〔１１０〕方向が長手となるように配置されている。すなわち、ホイートストンブリッジ回路を構成する半数の抵抗の各抵抗の両端子１０２を結ぶ直線が半導体単結晶の〔１１０〕方向とほぼ同一となるように形成されていると共に、該半数の抵抗の各抵抗の両端子を結ぶ線に対してほぼ直角が望ましいが、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交わるように配置されている。
【００７１】
このように拡散抵抗のレイアウトにすることにより、４本すべての抵抗１００は周囲の影響をすべて等しくすることができることから、４本の抵抗１００のマスク形状を同一にエッチングすることができる。このため、不純物拡散層を形成した際に、４本の抵抗値を均一にすることができ、ホイートストンブリッジ回路のオフセットを小さくことを可能とし、精度の高い歪み量測定を行うことができる。
【００７２】
なお、この歪みセンサ８０は、電源及び信号ラインとしてはリード線７４を用いた有線形式であって、このリード線７４の端部が電子コントローラ３４に接続されている。
【００７３】
また、この測定装置としては、図２０に示すように、前記歪みセンサ８０が貼り付けられた前記シリコン基板８１上に、電源８２や増幅器８３やＡ／Ｄ変換器、アナログ回路８４、通信制御部８５及びアンテナ８６が設けられて、後述する電子コントローラ３４との情報のやり取りを無線形式で行うようにすることも可能である。
【００７４】
この場合、前記電源８２は、蓄電池であっても良いし、電磁波を用いて自己発電を行うもので合っても良い。このような無線方式で電子コントローラ３４との通信を行うことにより、電子コントローラ３４との間に配線が必要なくなり、ベーン部材９の回転を阻害することなく測定を行うことができる。
【００７５】
また、前記アンテナ８６は、図２１に示すように、シリコン基板８１の外側に配置することも可能である。このように、アンテナ８６を外部に配置する場合には、アンテナ８６が取り囲む面積を大きくすることができることから、通信距離を長くすることができる。
【００７６】
前記電子コントローラ３４は、内部のコンピュータが図外のクランク角センサ（機関回転数検出）やエアーフローメータ、機関水温センサ、機関温度センサ、スロットルバルブ開度センサおよびカムシャフト２の現在の回転位相を検出するカム角センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出する。
【００７７】
また、この電子コントローラ３４は、検出された機関運転状態と前記半導体歪みセンサ８０によって検出された歪みの変化値に基づいて演算し、前記電磁切換弁２１の電磁コイル６７に制御パルス電流を出力して前記スプール弁体５２の移動位置を制御して、前記各ポートを選択的に切換制御するようになっている。これによって、前記スプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転位相を変更したり、各ロックピン２６，２７によるロックまたはロックを解除するようになっている。
【００７８】
以下、本実施形態のバルブタイミング制御装置の具体的な作動を説明する。
【００７９】
まず、車両の通常走行後にイグニッションスイッチをオフ操作して機関を停止した場合には、オイルポンプ２０の駆動も停止されることから、いずれかの油圧室１１，１２や各第１，第２解除用受圧室３２，３３への作動油の供給が停止される。
【００８０】
つまり、機関停止前のアイドリング回転時には、各遅角油圧室１１に作動油圧が供給されて、ベーン部材９が進角側の回転位置になっている状態で、イグニッションスイッチがオフ操作されると、機関の停止直前にカムシャフト２に作用する正負の交番トルクが発生する。特に、負のトルクによってベーン部材９が遅角側から進角側へ回転して中間位相位置になると、第１ロックピン２６と第２ロックピン２７が、図１０に示すように、各スプリング２９、３０のばね力で進出移動して各先端部２６ａ、２７ａが対応する第１、第２ロック穴２４、２５に係合する。これによって、ベーン部材９は、図２に示す最進角と最遅角の間の中間位相位置に保持される。
【００８１】
すなわち、前記カムシャフト２に作用する負の交番トルクによってベーン部材９が図５、図６に示すように僅かに進角側に回転して前記第１ロックピン２６の先端部２６ａが第１ロック穴２４の第１底面２４ａに当接係合する。この時点で、ベーン部材９に正の交番トルクが作用して遅角側へ回転しようとするが、第１ロックピン２６の先端部２６ａの側縁が第１底面２４ａの立ち上がり段差面に当接して遅角側への回転が規制される。
【００８２】
その後、負のトルクにしたがってベーン部材９が進角側へ回転するに伴い第１ロックピン２６が、図７〜図９に示すように、順次階段を下りるように移動して第２底面２４ｂ、第３底面２４ｃに当接係合する共に、第３底面２４ｃ上を進角方向へラチェット作用を受けながら移動する。これと共に、第２ロックピン２７の先端部２７ａが、図９及び図１０に示すように、第２ロック穴２５の第１底面２５ａ、第２底面２５ｂに順次ラチェット作用を受けながら当接係合して最終的に第２底面２５ｂ位置で係合保持される。
【００８３】
この時点での第１ロックピン２６は、図１０に示すように、先端部２６ａの側縁が第３底面２４ｃから立ち上がった進角方向（遅角油圧室１１側）の前記内側面２４ｄに当接して保持される一方、第２ロックピン２７は、先端部２７ａの側縁が第２底面２５ｂから立ち上がった進角油圧室１２側の前記内側面２５ｃに当接してそれぞれが安定的に保持される。
【００８４】
また、この状態における電磁切換弁２１は、電子コントローラ３４から電磁コイル６７への通電も停止されることから、スプール弁体５２がバルブスプリング５３のばね力で図１１、図１２に示す最大右方向の位置（第１ポジジョン）に保持される。これによって、前述した作動によって、吐出通路２０ａに対して遅角通路１８及び進角通路１９の両方を連通させると共に、ロック通路２８とドレン通路２２を連通させる。
【００８５】
その後、機関を始動するために、イグニッションスイッチをオン操作すると、その直後の初爆（クランキング開始）によってオイルポンプ２０が駆動し、その吐出油圧が、図１２に示すように、遅角通路１８と進角通路１９を介して各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２にそれぞれ供給される。一方、前記ロック通路２８とドレン通路２２は連通された状態になっていることから、各ロックピン２６，２７は各スプリング２９，３０のばね力によって各ロック穴２４，２５に係合した状態を維持している。
【００８６】
また、前記電磁切換弁２１は、油圧などの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出して電子コントローラ３４によって制御されているため、オイルポンプ２０の吐出油圧の不安定なアイドリング運転時は各ロックピン２６，２７の係合状態を維持する。
【００８７】
続いて、例えば機関低回転低負荷域や高回転高負荷域に移行する直前には、電子コントローラ３４から電磁コイル６７に制御電流が出力されて、スプール弁体５２が、図１３に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗して僅かに左方向へ移動する（第６ポジション）。これによって、通路孔６０を介して吐出通路２０ａとロック通路２８が連通する。また、吐出通路２０ａに対する遅角通路１８と進角通路１９との連通が維持される。
【００８８】
したがって、ロック通路２８を介して第１、第２解除用受圧室３２，３３に作動油（油圧）が供給されるので、各ロックピン２６，２７は、各スプリング２９，３０のばね力に抗して後退移動して先端部２６ａ、２７ａが各ロック穴２４，２５から抜け出してそれぞれの係合が解除される。したがって、ベーン部材９の自由な正逆回転が許容される。
【００８９】
ここで、従来技術のように、前記いずれか一方の油圧室１１，１２のみに油圧を供給した場合は、ベーン部材９がいずれか一方に回転しようとして、ベーンロータ１５内の第１、第２ピン孔３１ａ、３１ｂと第１，第２ロック穴２４，２５との間に発生した剪断力を第１、第２ロックピン２６，２７が受けていわゆる食い込み現象が発生して、速やかな係合解除ができないおそれがある。
【００９０】
また、両油圧室１１，１２のいずれにも油圧が供給されない場合は、前記交番トルクによってベーン部材９がばたついてハウジング７の隔壁１０との衝突打音が発生するおそれがある。
【００９１】
これに対して本実施形態では、両方の油圧室１１，１２に油圧を供給していることから、前記ロックピン２６．２７のロック穴２４，２５への食い込み現象やばたつき等を十分に抑制できる。
【００９２】
そして、その後、例えば機関低回転低負荷域に移行した場合は、電磁切換弁２１にさらに大きな制御電流が出力されて、スプール弁体５２が、図１６に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗してさらに左側に移動し（第３ポジション）、吐出通路２０ａとロック通路２８及び遅角通路１８の連通状態を維持すると共に、進角通路１９とドレン通路２２が連通させる。
【００９３】
これによって、各ロックピン２５，２６は、図５に示すように各ロック穴２４，２５から抜け出た状態が維持される一方、図３に示すように、進角油圧室１２の油圧が排出されて低圧になる一方、遅角油圧室１１が高圧になっていることから、ベーン部材９をハウジング７に対して最遅角側に回転させる。
【００９４】
よって、バルブオーバーラップが小さくなって筒内の残留ガスが減少して燃焼効率が向上し、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
【００９５】
その後、例えば機関高回転高負荷域に移行した場合は、電磁切換弁２１に小さな制御電流が供給されて、スプール弁体５２が、図１４に示すように、右方向へ移動する（第２ポジション）。これによって、遅角通路１８とドレン通路２２が連通されると共に、吐出通路２０ａに対してロック通路２８が連通状態を維持されていると共に、進角通路１９が連通する。
【００９６】
したがって、図５に示すように、各ロックピン２６，２７の係合が解除された状態になっていると共に、遅角油圧室１１が低圧になる一方、進角油圧室１２が高圧になるため、ベーン部材９は、図４に示すように、ハウジング１１に対して最進角側に回転する。これにより、カムシャフト２は、スプロケット１に対して最進角の相対回転位相に変換される。
【００９７】
これによって、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが大きくなって、吸気充填効率が高くなって機関の出力トルクの向上が図れる。
【００９８】
また、前記機関低回転低負荷域や高回転高負荷域からアイドリング運転に移行した場合は、図１２に示すように、電子コントローラ３４から電磁切換弁２１への制御電流の通電が遮断されて、スプール弁体５２が図１２に示すように、バルブスプリング５３のばね力を最大右方向に移動して（第１ポジション）、ロック通路２８とドレン通路２２を連通させると共に、吐出通路２２ａが遅角通路１８と進角通路１９の両方に連通させる。これによって、両油圧室１１，１２にほぼ均一圧の油圧が作用する。
【００９９】
このため、ベーン部材９は、たとえ遅角側位置にあった場合でもカムシャフト２に作用する前記交番トルクによって進角側に回転する。これによって、第１ロックピン２６と第２ロックピン２７が、各スプリング２９、３０のばね力で進出移動して、前述した階段状のロック穴２４，２５にラチェット作用を得ながら係合する。このため、ベーン部材９は、図２に示す最進角と最遅角の間の中間位相位置にロック保持される。
【０１００】
また、機関を停止する際も、前述したように、イグニッションスイッチをオフ操作すると、各ロックピン２６，２７は各ロック穴２４，２５から抜け出すことなく係合状態を維持する。
【０１０１】
さらに、所定の運転域が継続されている場合は、電磁切換弁２１に通電されて、スプール弁体５２が図１５に示す軸方向のほぼ中央位置に移動する（第４ポジション）と、前記各第１，第２供給ポート５６ａ、５６ｂと第３供給ポート５７が前記ランド６３ｂ、６３ｄなどによって閉止されて、吐出通路２０ａやドレン通路２２に対する前記遅角通路１８と進角通路１９の連通が遮断されると共に、吐出通路２０ａとロック通路２８が連通される。
【０１０２】
これによって、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２の内部にそれぞれ作動油が保持された状態になると共に、各ロックピン２６，２７が各ロック穴２４，２５から抜け出してロック解除状態が維持される。
【０１０３】
したがって、ベーン部材９が所望の回転位置に保持されて、カムシャフト２もハウジング７に対して所望の相対回転位置に保持されることから、吸気弁の所定のバルブタイミングに保持される。
【０１０４】
このように、機関の運転状態に応じて、電子コントローラ３４が電磁切換弁２１に所定の通電量で通電、あるいは通電を遮断して前記スプール弁体５２の軸方向の移動を制御して、前記第１ポジション〜第４ポジションの位置に制御する。これによって、前記位相変換機構と３と位置保持機構４を制御してスプロケット１に対するカムシャフト２の最適相対回転位置に制御することから、バルブタイミングの制御精度の向上が図れる。
【０１０５】
さらに、機関がエンストなどで異常停止し、あるいは通常の機関停止した後に、再始動した場合において、通電された電磁切換弁２１のスプール弁体５２が、移動中に作動油に混入した金属粉などのコンタミを前記各ランド部６３ａ〜６３ｅの端縁と各ポートの孔縁との間などに噛み込んでロックし、流路に切り換えができなくなった場合には、以下の作動を行う。
【０１０６】
すなわち、前記スプール弁体５２の移動不能状態によって、ベーン部材９の回転位相制御ができなくなることから、この異常状態をカムシャフト２の回転位置から検出した前記電子コントローラ３４が、前記電磁切換弁２１の電磁ソレノイド５４に最大の通電量の制御電流が出力される。これによって、スプール弁体５２は、図１７に示すように、左方向へ最大かつ強い力で移動して（第５ポジション）、前記コンタミを切断しつつ遅角通路１８と進角通路１９及びロック通路２８の全てをドレン通路２２に連通させる。これによって、各油圧室１１，１２や各受圧室３２，３３の作動油がオイルパン２３に排出される。
【０１０７】
このため、ベーン部材９が、例えば中間回転位置よりも遅角側に位置していた場合でも、前述した負の交番トルクによって進角側へ回転して前記各ロックピン２６，２７がラチェット式に速やかに移動して各ロック穴２４，２５に係合する。したがって、カムシャフト２は、最遅角と最進角の間の中間回転位相に保持される。
【０１０８】
そして、この実施形態によれば、前記特異な構造の半導体歪みセンサ８０によって、電磁切換弁２１のスプール弁体５２の移動位置、つまり前記第１ポジション〜第６ポジションのそれぞれの移動位置を、応答性良く検出できると共に、高精度に検出することができる。
【０１０９】
この結果、前記ハウジング７に対するベーン部材９の相対回転位置制御と位置保持機構４のロックピン２６，２７によるロック及びロック解除の作動制御を高精度に行うことが可能になる。
【０１１０】
すなわち、前記スプール弁体５２が、図１１，図１２に示す最進角の回転位置にある場合は、バルブスプリング５３による段差面５１ａへのばね付勢力が小さく、外周部５１ｂの歪みが小さいため、かかる小さな歪みを前記歪みセンサ８０が検出して電子コントローラ３４に出力する。
【０１１１】
その後、前述のように、機関運転状態に応じてスプール弁５２が図１３〜図１７に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗して、つまり該バルブスプリング５３を圧縮変形させながら左軸方向へ移動すると、前記段差面５１ａ（外周部５１ｂ）に作用する反力が漸次大きくなって歪みが大きくなる。これを、歪みセンサ８０が検出して電子コントローラ３４に出力する。
【０１１２】
これによって、電子コントローラ３４は、歪みセンサ８０によってスプール弁体５２の移動位置を直接検出し、この検出信号に基づいて電磁ソレノイド５４に制御電流を出力して、ハウジング７に対するベーン部材９の相対回転角を変換制御する。したがって、前記相対回転角制御を高精度に行うことができると共に、連続かつタイムリーに制御することができる。
【０１１３】
また、前記歪みセンサ８０を用いることによって、従来技術のようにクランク角センサとカム角センサを用いる場合に比較してコストの大幅な低減化が図れる。
【０１１４】
さらに、前記歪みセンサ８０から検出された情報信号を無線によって電子コントローラ３４に出力することから、無用な配線が不要になると共に、断線などのトラブルの発生がない。
【０１１５】
また、本実施形態では、各油圧室１１，１２への油圧制御用とロック解除受圧室３２，３３への油圧制御用の２つの機能を単一の電磁切換弁２１によって行うようにしたため、機関本体へのレイアウトの自由度が向上すると共に、コストの低減化が図れる。
【０１１６】
本実施形態では、特に、前記各ロックピン２６，２７の各ロック穴２４，２５からの係合を解除する準備段階として、スプール弁体５２を図１２に示す第１ポジションの位置に制御して、前記第１、第２解除受圧室３２，３３内の作動油を排出すると同時に、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２の両方に作動油を供給することから、該両油圧室１１，１２のほぼ同一の相対油圧によってベーン部材９のばたつきが抑制されると共に、一方向への回転も抑制できる。
【０１１７】
続いて、スプール弁体５２を第６ポジションに移動させることによって前記各受圧室３２，３３に作動油を供給すると、前記各油圧室１１，１２への先の作動油の供給によって、前記ロックピン２６，２７に対する剪断方向の力が作用しないので、ロック穴２４、２５からの係合解除をスムーズかつ容易に行うことができる。
【０１１８】
さらに、前記位置保持機構４によってベーン部材９を中間位相位置への保持性が向上すると共に、各ロック穴２４、２５の階段状のロック案内溝の各底面２４ａ〜２４ｃ、２５ａ、２５ｂによって各ロックピン２６，２７は必ず各ロック穴２４，２５方向のみに案内移動されることから、かかる案内作用の確実性と安定性を担保できる。
【０１１９】
また、前記各受圧室３２，３３に作用する油圧を、前記各油圧室１１，１２の油圧を用いるのではないことから、各油圧室１１，１２の油圧を用いる場合に比較して、前記各受圧室３２，３３に対する油圧の供給応答性が良好になり、各ロックピン２６，２７の後退移動の応答性が向上する。また、各油圧室１１，１２から各受圧室３２，３３間のシール機構が不要になる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、各ロックピン２６，２７のスムーズな進退移動を得るために、前記各ロックピン２６、２７の軸方向両端側に、各油孔４５ａ、４５ｂを介して前記進角油圧室１２に連通させて各ロックピン２６，２７のそれぞれの前後に同一の油圧が掛かるようにして軸方向にバランスさせるようにしたことから、前記各スプリング２９，３０のばね力と前記第１，第２解除受圧室３２、３３に供給された油圧との差圧によって各ロックピン２６，２７を速やかに進退動させることが可能になる。
〔第２実施形態〕
図２２は第２実施形態を示し、この実施形態では、歪みセンサ８０の配設位置は第１実施形態と同じであるが、前記リード線７４を前記電磁ソレノイド５４の電磁コイル６７と重ねて成形することによって、前記コネクタ７１を３極とし、このコネクタ７１からの通電によって電磁ソレノイド５４を介してスプール弁体５２を軸方向へ移動させると共に、歪みセンサ８０の検出信号を、電磁ソレノイド５４を介してコネクタ７１から電子コントローラ３４に送ってスプール弁体５２の移動位置を検出するようになっている。
【０１２１】
したがって、この実施形態によれば、第１実施形態と同様にスプール弁体５２のタイムリーかつ高精度な制御が可能になると共に、リード線７４の取り回しが簡素化されるため、装置の小型化が促進できる。
〔第３実施形態〕
図２３は第３実施形態を示し、前記歪みセンサ８０を外周部５１ｂに代えて、前記リテーナ６６の外端面６６ａに取り付けたものである。
【０１２２】
すなわち、前記リテーナ６６は、弾性変形可能な金属製の円環薄板によって形成されており、内端面６６ｂにはバルブスプリング５３の一端部が弾接支持されていると共に、この内端面６６ｂと反対の外側面６６ａに歪みセンサ８０が貼り付けられている。
【０１２３】
この歪みセンサ８０は、基本構造は図１９に示す第１実施形態のものと同じであり、また、通電などはリード線を用いた有線方式でも良く、また前記図２０、図２１に示す無線方式によって行うことが可能である。
【０１２４】
そして、この実施形態では、前記スプール弁体５２が、図１２〜図１７に示すように、軸方向へ移動することによってバルブスプリング５３が伸縮、圧縮変形すると、前記リテーナ６６が歪み変形することからこの歪変形を歪みセンサ８０が検出して、電子コントローラ３４に出力する。これによって、第１、第２実施形態と同様な作用効果が得られると共に、特にリテーナ６６によってバルブスプリング５３のばね変形に伴う歪みをダイレクトに検出できることから、一層、タイムリーにかつ高精度に検出することが可能になる。
【０１２５】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、適用対象装置としては吸気ＶＴＣの他に、排気ＶＴＣに適用することも可能である。
【０１２６】
また、前記歪みセンサ８０は、電磁切換弁２１のバルブスプリング５３のばね変形による所定部位の歪みを検出するものであるから、前記バルブスプリング５３の配設位置、例えば、バルブボディ５１の先端内部に配置した場合は、このばね力を受けるバルブボディ５１の先端壁に取り付けることも可能である。
【０１２７】
本発明が適用される油圧制御弁としては、各実施形態の構造のものに限定されるものではなく、例えばポートの少ないなどの他の一般的な電磁切換弁にも適用することが可能である。
【０１２８】
また、前記リテーナ６６は、その材質は限定されるものではなく、金属の他に合成樹脂材などであってもよく、また厚さなどを変えて、撓み変形率を種々変更することも可能である。
【０１２９】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の油圧制御弁において、
前記歪みセンサは、前記バルブボディにおける前記付勢部材が当接する箇所に設けていることを特徴とする油圧制御弁。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の油圧制御弁において、
前記付勢部材の付勢方向で弾接する両端部位のうちの少なくとも一方の部位に、前記付勢部材の圧縮荷重を受ける弾性部材が設けられていると共に、該弾性部材に前記歪みセンサが取り付けられていることを特徴とする油圧制御弁。
〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載の油圧制御弁において、
前記弾性部材は、弾性変形可能な薄板によって形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
【符号の説明】
【０１３０】
１…スプロケット
２…カムシャフト
３…位相変更機構
４…位置保持機構
５…油圧回路
７…ハウジング
９…ベーン部材
１１…遅角油圧室
１２…進角油圧室
１６ａ〜１６ｃ…ベーン
１８…遅角通路
１９…進角通路
２０…オイルポンプ
２０ａ…吐出通路
２１…電磁切換弁
２２…ドレン通路
２４…第１ロック穴
２５…第２ロック穴
２６…第１ロックピン
２７…第２ロックピン
２８…ロック通路
３４…電子コントローラ
０１…バルブ収容穴
５１…バルブボディ
５１ａ…段差面
５１ｂ…外周部(一端部位)
５２…スプール弁体
５３…バルブスプリング
５４…電磁ソレノイド
５５ａ・５５ｂ…第１，第２導入ポート
５６ａ、５６ｂ…第１，第２供給ポート
５７…第３供給ポート
５８…ロックポート
５９ａ、５９ｂ…第１、第２排出ポート
６０…通路孔
６３ａ〜６３ｅ…ランド部
６６…リテーナ(弾性部材)
８０…歪みセンサ
８１…シリコン基板
８２…電源
８３…増幅器
８４…アナログ回路
８５…通信制御部
８６…受信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関のバルブタイミング制御装置などの油圧機器の作動を制御するための油圧制御弁及び該油圧制御弁に用いられるスプール弁体作動状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルブタイミング制御装置に用いられる前記油圧制御弁のレイアウトの自由度を向上させるために、軸方向の短尺化を図ることによって小型化の要求が高まっていると共に、スプール弁体による多数ポートの切り換え制御が望まれている。
【０００３】
そして、これらの要求に答えるためには、油圧制御弁の前記多数ポートの切り換えを行うスプール弁体の移動位置の精度を向上させる必要があり、このために、スプール弁体の移動位置をタイムリー(応答性良く)にかつ精度良く検出することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の油圧制御弁にあっては、スプール弁体の移動位置を直接検出するのではなく、バルブタイミング制御装置の作動状態をフィードバック制御することによって検出するようになっている。
【０００６】
このため、いわゆるハンチング現象が発生し易くなって、スプール弁体を所望の位置に高精度に制御することが困難になる。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の技術的課題に鑑みて案出されたもので、スプール弁体の移動位置の検出精度を高められる油圧制御弁及びスプール弁体作動状態検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、周壁を貫通するポートが軸方向の異なる位置に複数形成された中空状のバルブボディと、該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に設けられた歪みセンサと、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、歪みセンサを用いることによって、スプール弁体の移動位置を応答性良く、かつ高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電磁切換弁が適用されるバルブタイミング制御装置を断面して示す全体構成図である。
【図２】本実施形態に供されるベーン部材が中間位相の回転位置に保持された状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本実施形態に供されるベーン部材が最遅角位相の位置に回転した状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施形態に供されるベーン部材が最進角位相の位置に回転した状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施形態の各ロックピンの作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】本実施形態の各ロックピンの別の作動を示す図２のＢ−Ｂ線断面図及びＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】本実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【図１２】本実施形態における電磁切換弁のスプール弁体の第１ポジションを示す縦断面図である。
【図１３】同スプール弁体の第６ポジションを示す縦断面図である。
【図１４】同スプール弁体の第２ポジションを示す縦断面図である
【図１５】同スプール弁体の第４ポジションを示す縦断面図である
【図１６】同スプール弁体の第３ポジションを示す縦断面図である
【図１７】同スプール弁体の第５ポジションを示す縦断面図である
【図１８】スプール弁体のストローク量（ポジション）と各油圧室及びロック通路への作動油の給排との関係を示す表である。
【図１９】本実施形態に供される半導体歪みセンサの概略図である。
【図２０】本実施形態に供される歪みセンサが設けられる測定装置を示す斜視図である。
【図２１】歪みセンサの測定装置の他例を示す概略図である。
【図２２】第２実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【図２３】第３実施形態の電磁切換弁を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る油圧制御弁が適用される内燃機関のバルブタイミング制御装置を吸気弁側に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
前記バルブタイミング制御装置は、図１〜図４に示すように、機関のクランクシャフトによりタイミングチェーンを介して回転駆動されるスプロケット１と、機関前後方向に沿って配置されて、前記スプロケット１に対して相対回転可能に設けられた吸気側のカムシャフト２と、前記スプロケット１とカムシャフト２との間に配置されて、該両者の相対回動位相を変換する位相変更機構３と、該位相変更機構３を中間位相位置でロックさせるロック機構である位置保持機構４と、前記位相変更機構３と位置保持機構４をそれぞれ作動させる油圧回路５と、を備えている。
【００１３】
前記スプロケット１は、ほぼ肉厚円板状に形成されて、外周に前記タイミングチェーンが巻回された歯車部１ａを有していると共に、後述するハウジングの後端開口を閉塞するリアカバーとして構成され、中央には前記カムシャフト２に固定された後述のベーンロータ１５の外周に回転自在に支持される支持孔６が貫通形成されている。
【００１４】
前記カムシャフト２は、図外のシリンダヘッドにカム軸受を介して回転自在に支持され、外周面には機関弁である吸気弁を開作動させる複数の卵形の回転カムが軸方向の位置に一体に固定されていると共に、一端部の内部軸心方向に雌ねじ孔２ａが形成されている。
【００１５】
前記位相変更機構３は、図１及び図２に示すように、前記スプロケット１に軸方向から一体的に設けられたハウジング７と、前記カムシャフト２の一端部の雌ねじ孔２ａに螺着するカムボルト８を介して固定され、前記ハウジング７内に回転自在に収容された従動回転体であるベーン部材９と、前記ハウジング７内に形成されて、該ハウジング７の内周面に有する３つのシューである隔壁１０とベーン部材９とによって隔成されたそれぞれ３つの遅角油圧室１１及び進角油圧室１２と、を備えている。
【００１６】
前記ハウジング７は、焼結金属によって一体に形成された円筒状のハウジング本体７ａと、プレス成形によって形成され、前記ハウジング本体７ａの前端開口を閉塞するフロントカバー１３と、後端開口を閉塞するリアカバーとしての前記スプロケット１と、から構成されている。前記ハウジング本体７ａとフロントカバー１３及びスプロケット本体５とは、前記各隔壁１０の各ボルト挿通孔１０ａを貫通する３本のボルト１４によって共締め固定されている。前記フロントカバー１３は、中央に挿通孔１３ａが貫通形成されている。
【００１７】
前記ベーン部材９は、焼結金属によって一体に形成され、カムシャフト２の一端部にカムボルト８によって固定されたベーンロータ１５と、該ベーンロータ１５の外周面に円周方向のほぼ１２０°等間隔位置に放射状に突設された３つのベーン１６ａ〜１６ｃとから構成されている。
【００１８】
前記ベーンロータ１５は、前後方向に長いほぼ円筒状に形成され、前端面１５ｂのほぼ中央位置に薄肉な段差小径な円筒状のシール部材挿入ガイド部１５ａが一体に設けられていると共に、後端部１５ｃがカムシャフト２方向へ延設されている。また、前記ベーンロータ１５の前端部から後端部の内部には、円柱状の嵌合溝１５ｄが形成されている。
【００１９】
一方、前記ベーン１６ａ〜１６ｃは、それぞれが各隔壁１０の間に配置されていると共に、円周方向の巾がそれぞれ異なっており、最大巾のベーン１６ａと中巾のベーン１６ｂはほぼ扇状に形成されていると共に、最小巾のベーン１６ｃは、厚肉なプレート状に形成されている。前記各ベーン１６ａ〜１６ｃの外周面と隔壁１０の先端には、ハウジング本体７ａの内面とベーンロータ外周面との間をシールするシール部材１７ａ、１７ｂがそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、前記ベーン部材９は、図３に示すように、遅角側へ相対回転すると最大巾ベーン１６ａの一側面１６ｄが対向する前記一つの隔壁１０の対向側面に形成された突起面１０ｂに当接して最大遅角側の回転位置が規制され、図４に示すように、進角側へ相対回転すると最大巾ベーン１６ａの他側面１６ｅが対向する他の隔壁１０の突起面１０ｃに当接して最大進角側の回転位置が規制されるようになっている。
【００２１】
このとき、他のベーン１６ｂ、１６ｃは、両側面が円周方向から対向する各隔壁１０の対向面に当接せずに離間状態にある。したがって、ベーン部材９と隔壁１０との当接精度が向上すると共に、後述する各油圧室１１，１２への油圧の供給速度が速くなってベーン部材９の正逆回転応答性が高くなる。
【００２２】
前記各ベーン１６ａ〜１６ｃの正逆回転方向の両側面と各隔壁１０の両側面との間に、前述した各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２が隔成されており、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２とは、前記ベーンロータ１５の内部にほぼ放射状に形成された第１連通孔１１ａと第２連通孔１２ａを介して後述する油圧回路５にそれぞれに連通している。
【００２３】
前記位置保持機構４は、ハウジング７に対してベーン部材９を最遅角側の回転位置（図３の位置）と最進角側の回転位置（図４の位置）との間の中間回転位相位置（図２の位置）に保持するものである。
【００２４】
すなわち、図５〜図１０に示すように、前記スプロケット１の内側面の円周方向の所定位置に設けられた断面ほぼＴ字形状の２つのロック穴構成部材１ａ、１ｂと、該ロック穴構成部材１ａ、１ｂにそれぞれ形成されたロック部である第１、第２ロック穴２４，２５と、前記ベーン部材９の２つのベーン１６ａ，１６ｂの内部に設けられて、前記各ロック穴２４，２５にそれぞれ係脱する２つのロック部材である第１、第２ロックピン２６，２７と、該各ロックピン２６，２７の前記各ロック穴２４，２５に対する係合を解除させるロック通路２８と、から主として構成されている。
【００２５】
前記第１ロック穴２４は、図２〜図５に示すように、スプロケット１の円周方向に延びた円弧長穴状（繭状）に形成されていると共に、スプロケット１の内側面１ｃの前記ベーン部材９の最遅角側の回転位置よりも進角側に寄った中間位置に形成されている。また、第１ロック穴２４は、その底面が遅角側から進角側に亘って順次低くなる３段の階段状に形成されて、これが第１ロック案内溝になっている。
【００２６】
つまり、第１ロック案内溝は、図５〜図１０に示すように、スプロケット１の内側面１ｃを最上段として、これより一段ずつ低くなる第１底面２４ａ、第２底面２４ｂ、第３底面２４ｃと順次低くなる階段状に形成され、遅角油圧室１１側の内側面２４ｄは垂直に立ち上がった壁面になっている。したがって、前記各底面２４ａ〜２４ｃに順次係合した第１ロックピン２６は、ベーン１６ａを介して先端部２６ａがスプロケット１の内端面１ｃから各底面２４ａ〜２４ｃを進角方向へ段階的に下降移動すると、各段差面によって反対方向への移動、つまり、遅角方向への移動が規制される。よって、各底面２４ａ〜２４ｃが一方向クラッチ（ラチェット）として機能するようになっている。
【００２７】
前記第１ロックピン２６は、先端部２６ａの側縁が前記内側面２４ｄに当接した時点で進角方向（遅角油圧室１１側）への移動が規制されるようになっている（図１０参照）。
【００２８】
前記第２ロック穴２５は、図２〜図５に示すように、第１ロック穴２４と同じくスプロケット１の円周方向に延びた長穴状に形成されていると共に、スプロケット１の内側面１ｃの前記ベーン部材９の最遅角側の回転位置よりも進角側に寄った中間位置に形成されている。また、この第２ロック穴２５は、その底面が進角油圧室１２側から遅角油圧室１１側に亘って順次低くなる２段の階段状に形成されており、これが第２ロック案内溝となっている。
【００２９】
すなわち、スプロケット１の内側面１ｃを最上段として第１底面２５ａ、第２底面２５ｂと順次低くなる階段状に形成され、遅角油圧室１１側の内側面２５ｃは垂直に立ち上がった壁面になっている。また、第１底面２５ａの深さは段差面を介して第１ロック穴の第１底面２４ａより若干深く形成され、第２底面２５ｂの深さは段差面２５ｃを介して第２底面２４ｂと第３底面２４ｃの深さを合わせた大きな深さに設定されて、全体の深さが前記第１ロック穴２４の第３底面２４ｃとほぼ同じ深さに設定されている。したがって、前記各底面２５ａ、２５ｂに係合した第２ロックピン２７は、ベーン１６ａを介して先端部２７ａが各底面２５ａ、２５ｂを進角側へ段階的に下降移動すると、各段差面によって反対方向への移動、つまり、最遅角方向への移動が規制されている。よって、各底面２５ａ、２５ｂが一方向クラッチ（ラチェット）として機能するようになっている。
【００３０】
そして、前記第２ロックピン２６は、先端部２６ａの側縁が第２底面２５ｂの段差面２５ｃに当接した時点で遅角方向（進角油圧室１２側）への移動が規制されるようになっている（図１０参照）。
【００３１】
そして、第１、第２ロック穴２４，２５の相対的な形成位置の関係は、第１ロックピン２６が第１ロック穴２４の第１〜第３底面２４ａ〜２４ｃに順次当接係合した段階では、図５〜図８に示すように、第２ロックピン２７は先端部２７ａの先端面が未だスプロケット本体５の内側面５ｄに当接した状態にある。
【００３２】
その後、図９、図１０に示すように、第１ロックピン２６の先端部が第３底面２４ｃ上を僅かに進角側へ移動した時点で初めて第２ロックピン２７の先端部２７ａが第１底面２５ａに当接係合し、第１ロックピン２６が第３底面２４ｃに係合したままさらに進角側へ移動して内側面２４ｄに当接した時点で第２ロックピン２７の先端部２７ａが第２底面２５ｂに当接係合しつつ側縁が段差面２５ｃに当接するように相対位置が設定されている。
【００３３】
要するに、ベーン部材９が所定の遅角側位置から進角側位置まで相対回転するにしたがって前記第１ロックピン２６が第１底面２４ａ〜第３底面２４ｃに順次段階的に当接係合し、続いて第２ロックピン２７が第１底面２５ａと第２底面２５ｂに順次段階的に当接係合する。これによって、ベーン部材９は、全体として５段階のラチェット作用によって遅角方向への回転を規制されながら進角方向へ相対回転して、最終的に最遅角位相と最進角位相との間の中間位相位置に保持されるようになっている。
【００３４】
前記第１ロックピン２６は、図１、図５などに示すように、最大巾ベーン１６ａの内部軸方向に貫通形成された第１ピン孔３１ａ内に摺動自在に配置され、外径が段差径状に形成されて、最小径の前記先端部２６ａと、該先端部２６ａより後部側の中径部２６ｂと、該中径部２６ｂの後端側の外周面に大径フランジ状の第１受圧部２６ｃとによって一体に形成されている。
【００３５】
前記中径部２６ｂは、先端部２６ａ側が前記第１ピン孔３１ａの先端側に圧入固定されたスリーブ４０の内周面を液密的に摺動するようになっていると共に、後端部２６ｄが第１ピン孔３１ａに液密的に摺動するようになっている。前記先端部２６ａは、先端面が前記第１ロック穴２４の各底面２４ａ〜２４ｃに密着状態に当接可能な平坦面状に形成されている。
【００３６】
また、この第１ロックピン２６は、中径部２６ｂの後端側から内部軸方向に形成された凹溝底面とフロントカバー１３の内面との間に弾装された付勢部材である第１スプリング２９のばね力によって第１ロック穴２４に係合する方向へ付勢されている。
【００３７】
また、この第１ロックピン２６は、先端部２６ａと後端部２６ｄが前記ベーン１６ａに形成された前後の油孔４５ａ、４５ｂを介して前記進角油圧室１２からの同一油圧が作用するようになっている。
【００３８】
つまり、前記一方の油孔４５ａに臨む前記先端部２６ａの先端面２６ｆと中径部２６ｂの環状先端面２６ｇとを合わせた受圧面積と、他方の油孔４５ｂに臨む後端部２６ｄの後端面２６ｈとスプリング溝の底面２６ｉとを合わせた受圧面積が同一に設定されて、これらにそれぞれ進角油圧室１２の同一の油圧が同時に作用するようになっている。
【００３９】
さらに、前記第１受圧部２６ｃは、図中下端面が後述する第１解除受圧室３２に臨む第１受圧面２６ｅとして構成されている一方、上端面が前記ベーン１６ａ内部とフロントカバー１３内とに連通状態に形成された呼吸孔４３を介して大気開放されている。
【００４０】
前記第２ロックピン２７は、中巾ベーン１６ｂの内部軸方向に貫通形成された第２ピン孔３１ｂ内に摺動自在に配置され、第１ロックピン２６と同じく、外径が段差径状に形成されて、最小径の先端部２７ａと、該先端部２７ａより後部側の中径部２７ｂと、該中径部２６ｂの後端側の外周面に大径フランジ状の第２受圧部２７ｃと、によって一体に形成されている。また、前記中径部２７ｂは、先端部２７ａ側が前記第２ピン孔３１ｂの先端側に圧入固定されたスリーブ４１の内周面を液密的に摺動するようになっていると共に、後端部２７ｄが第２ピン孔３１ｂに液密的に摺動するようになっている。前記先端部２７ａは、先端面が前記第２ロック穴２５の各底面２５ａ、２５ｂに密着状態に当接可能な平坦面状に形成されている。
【００４１】
また、この第２ロックピン２７は、中径部２７ｂの後端側から内部軸方向に形成された凹溝底面とフロントカバー１３の内面との間に弾装された付勢部材である第２スプリング３０のばね力によって第２ロック穴２５に係合する方向へ付勢されている。
【００４２】
また、この第２ロックピン２７は、先端部２７ａと後端部２７ｄが前記ベーン１６ｂに形成された前後の油孔４６ａ、４６ｂを介して前記進角油圧室１２からの同一油圧が作用するようになっている。つまり、前記一方の油孔４６ａに臨む前記先端部２７ａの先端面２７ｆと中径部２７ｂの環状先端面２７ｇとを合わせた受圧面積と、他方の油孔４６ｂに臨む後端部２７ｄの後端面２７ｈとスプリング溝の底面２７ｉとを合わせた受圧面積が、同一に設定されて、これらにそれぞれ進角油圧室１２の同一の油圧が同時に作用するようになっている。
【００４３】
さらに、前記第２受圧部２７ｃは、図中下端面が後述する第２解除受圧室３３に臨む第２受圧面２７ｅとして構成されている一方、上端面が前記ベーン１６ｂ内部とフロントカバー１３内とに跨って形成された呼吸孔４４を介して大気開放されている。
【００４４】
前記位置保持機構４は、図１及び図５に示すように、前記第１ピン孔３１ａの大径段差部と第１ロックピン２６の第１受圧部２６ｃとの間に形成された前記第１解除用受圧室３２と、第２ピン孔３１ｂの大径段差部と第２ロックピン２７の第２受圧部２７ｂとの間に形成された前記第２解除用受圧室３３とを有している。
【００４５】
この第１、第２解除用受圧室３２，３３は、内部にそれぞれ供給された油圧を前記第１、第２受圧面２６ｅ、２７ｅに作用させて、第１、第２ロックピン２６，２７を各スプリング２９，３０のばね力に抗して第１、第２ロック穴２４，２５から後退させてそれぞれの係合を解除するようになっている。
【００４６】
前記油圧回路５は、図１に示すように、前記各遅角油圧室１１に対して第１連通路１１ａを介して油圧を給排する遅角通路１８と、各進角油圧室１２に対して第２連通路１２ａを介して油圧を給排する進角通路１９と、前記各第１、第２解除用受圧室３２，３３に対してそれぞれ油圧を供給、排出するロック通路２８と、前記各通路１８，１９に作動油を選択的に供給すると共に、ロック通路２８に作動油を供給する流体圧供給源であるオイルポンプ２０と、機関運転状態に応じて前記遅角通路１８と進角通路１９の流路を切り換えると共に、前記ロック通路２８に対する作動油の給排を切り換える制御弁である単一の油圧制御弁である電磁切換弁２１と、を備えている。
【００４７】
前記遅角通路１８と進角通路１９とは、それぞれの一端部が前記電磁切換弁２１の後述する各ポートに接続されている一方、他端側が前記ベーン部材９のベーンロータ１５の内部及び前記シール部材挿入ガイド部１５ａ内に挿通保持されたほぼ円柱状の通路構成部３７内に軸方向に沿って平行に形成された通路部１８ａ、１９ａと前記第１，第２連通路１１ａ、１２ａとを介して前記各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２にそれぞれ連通している。
【００４８】
前記ロック通路２８は、一端側が電磁切換弁２１の後述するロックポート５８に接続されている一方、他端側の通路部２８ａが前記通路構成部３７の内部軸方向から径方向に折曲されて、前記ベーンロータ１５内に分岐形成された第１、第２油通路孔３８ａ、３８ｂを介して前記第１、第２解除用受圧室３２，３３にそれぞれ連通している。
【００４９】
前記通路構成部３７は、外側の端部が図外のチェーンカバーに固定されて非回転部として構成されており、その内部軸方向には、前記各通路部１８ａ、１９ａと前記通路孔２８ａが形成されている。
【００５０】
なお、前記通路構成部３７は、外周面の軸方向の前後位置に形成された３つの嵌着溝に前記各通路部１８ａ、１９ａ、２８ａの前後をシールする３つの環状シール部材３９がそれぞれ嵌着固定されている。
【００５１】
前記オイルポンプ２０は、機関のクランクシャフトによって回転駆動するトロコイドポンプなどの一般的なものであって、アウター、インナーロータの回転によってオイルパン２３内から吸入通路２０ｂを介して吸入された作動油が吐出通路２０ａを介して吐出されて、その一部がメインオイルギャラリーＭ／Ｇから内燃機関の各摺動部などに供給されると共に、他が前記電磁切換弁２１側に供給されるようになっている。なお、吐出通路２０ａの下流側には、濾過フィルタ５０ａが設けられていると共に、該吐出通路２０ａから吐出された過剰な作動油をオイルパン２３に排出して適正な流量に制御する流量制御弁５０ｂが設けられている。
【００５２】
前記電磁切換弁２１は、図１及び図１１に示すように、６ポート６位置の比例型弁であって、ほぼ円筒状の軸方向に比較的長いバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内に軸方向へ摺動自在に設けられたスプール弁体５２と、バルブボディ５１の内部一端側に設けられて、スプール弁体５２を図中右方向へ付勢する付勢部材であるバルブスプリング５３と、バルブボディ５１の一端部に設けられて、前記スプール弁体５２をバルブスプリング５３のばね力に抗して図中左方向へ移動させる電磁ソレノイド５４と、から主として構成されている。
【００５３】
前記バルブボディ５１は、機関のシリンダブロックに形成されたバルブ収容孔０１に挿通配置され、周壁に複数のポートが貫通形成されており、軸方向のほぼ中央位置に配置形成されて、前記オイルポンプ２０の吐出通路２０ａに連通する隣接した一対の第１，第２導入ポート５５ａ、５５ｂと、先端側に形成されて、前記遅角通路１８に連通する隣接した一対の第１、第２供給ポート５６ａ、５６ｂと、軸方向のほぼ中央位置に形成されて、前記進角通路１９に連通する一つの第３供給ポート５７と、基端側である前記電磁ソレノイド５４側に配置形成されて、前記ロック通路２８に連通するロックポート５８と、前記第１、第２導入ポート５５ａ、５５ｂの両側に配置形成されて、前記オイルパン２３に接続されたドレン通路２２に連通する一対の第１，第２排出ポート５９ａ、５９ｂと、を有している。また、バルブボディ５１の電磁ソレノイド５４側の基端部外周に、前記バルブ収容孔０１の内周に密着してシールするオイルシール７２が嵌着固定されている。
【００５４】
前記スプール弁体５２は、有底中空状の内部が作動油を通流させる通路孔６０として構成されていると共に、該通路孔６０の両端が底壁と栓体６１とによって閉止されている。また、このスプール弁体５２は、外周面両端側に該スプール弁体５２をバルブボディ５１の内周面５１ａに摺動案内する円筒状の２つの第１、第２ガイド部６２ａ、６２ｂが形成されていると共に該両ガイド部６２ａ、６２ｂの間の外周面に５つの第１〜第５ランド部６３ａ〜６３ｅが軸方向へ所定間隔をもって一体に形成されている。
【００５５】
前記第１ランド部６３ａと第１ガイド部６２ａとの間に、前記第１供給ポート５６ａと通路孔６０とを適宜連通させる第１連通孔６４ａが径方向に貫通形成されている。また、前記第２ランド部６３ｂと第３ランド部６３ｃとの間に、前記第２導入ポート５５ｂと通路孔６０とを適宜連通させる第２連通孔６４ｂが同じく径方向へ貫通形成されている。さらに、前記第２ガイド部６２ｂと第５ランド部６３ｅとの間に、前記ロックポート５８と通路孔６０を適宜連通させる第３連通孔６４ｃが径方向へ貫通形成されている。
【００５６】
また、前記スプール弁体５２の外周面、つまり第１ランド部６３ａと第２ランド部６３ｂとの間の外周面、第３ランド部６３ｃと第４ランド部６３ｄとの間の外周面、第４ランド部６３ｄと第５ランド部６３ｅとの間の外周面に、環状凹部である第１環状通路溝６５ａと第２環状通路溝６５ｂ及び第３環状通路溝６５ｃがそれぞれ形成されている。なお、前記第１〜第３連通孔６４ａ〜６４ｃの外周側には、それぞれ円環状のグルーブ溝が形成されている。
【００５７】
前記バルブスプリング５３は、一端がバルブボディ５１の基端部側の内周に形成された一方側部位である段差面５１ａに軸方向から弾接している一方、他端が前記スプール弁体５２の基端側にスナップリング７３を介して設けられた他方側の部位である円環状のリテーナ６６に軸方向から弾接して、スプール弁体５２を電磁ソレノイド５４方向に付勢している。
【００５８】
前記電磁ソレノイド５４は、円筒状のソレノイドケーシング５４ａの内部に収容保持されて、電子コントローラ３４から制御電流が出力される電磁コイル６７と、該電磁コイル６７の内周側に固定された有底筒状の固定ヨーク６８と、該固定ヨーク６８の内部に軸方向へ摺動自在に設けられた可動プランジャ６９と、該可動プランジャ６９の先端部に一体に形成されて、先端部７０ａが前記バルブスプリング５３のばね力に抗して前記スプール弁体５２の基端面を図１１中、左方向へ押圧する駆動ロッド７０とから主として構成されている。また、前記ソレノイドケーシング５４ａの後端側には、電子コントローラ３４に電気的に接続される端子７１ａを有する合成樹脂製のコネクタ７１が取り付けられている。
【００５９】
そして、この電磁切換弁２１は、図１１〜図１７に示すように、電子コントローラ３４の制御電流と前記バルブスプリング５３との相対的な圧力によって、前記スプール弁体５２を前後方向の６つのポジジョンに移動させて、オイルポンプ２０の吐出通路２０ａと前記いずれか一方の油通路１８，１９と連通させると同時に、他方の油通路１８，１９とドレン通路２２とを連通させるようになっている。また、前記ロック通路２８と吐出通路２０ａあるいはドレン通路２２とを選択的に連通させるようになっている。
〔スプール弁体のポジション制御〕
すなわち、以下において、スプール弁体５２のストローク量と各油圧室１１，１２や各ロック解除受圧室３２，３３（ロック通路２８）への作動油の給排の関係を、図１８に示す表を参照しながら、図１２〜図１７に基づいて前記スプール弁体５２のポジション制御を具体的に説明する。
【００６０】
まず、スプール弁体５２が、図１１及び図１２に示すように、バルブスプリング５３のばね力によって最大右方向に位置している場合（第１ポジジョン）は、第２導入ポート５５ｂと第１供給ポート５６が第１連通孔６４ａと通路孔６０を介して連通されると共に、第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７がスプール弁体５２の外周面に有する第２環状通路溝６５ｂを介して連通される。と同時に、ロックポート５８と第１排出ポート５９ａが第３環状通路溝６５ｃを介して連通されるようになっている。
【００６１】
次に、スプール弁体５２が、図１３に示すように、電磁ソレノイド５４への通電によりバルブスプリング５３のばね力に抗して僅かに左方向へ移動した場合（第６ポジション）は、第２導入ポート５５ｂと第１供給ポート５６ａの連通及び第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７の連通は維持しつつ、ロックポート５８が、第１排出ポート５９ａとの連通が遮断される一方、第２導入ポート５５ｂとの連通が第３連通孔６４ｃと通路孔６０を介して確保されるようになっている。
【００６２】
スプール弁体５２が、図１４に示すように、電磁ソレノイド５４へのより大きな通電によってさらに僅かに左方向へ移動した場合（第２ポジション）は、前記第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７との連通、並びに第２導入ポート５５ｂとロックポート５８との連通が維持されつつ、第１供給ポート５６ａと第２排出ポート５９ｂが第１環状通路溝６５ａを介して連通される。
【００６３】
スプール弁体５２が、図１５に示すように、さらに僅かに左方向へ移動した場合（第４ポジション）は、前記第１導入ポート５５ａと第３供給ポート５７並びに第１供給ポート５６ａと第２排出ポート５９ｂとの連通がそれぞれ遮断されると共に、ロックポート５８と第２導入ポート５５ｂとの連通が維持されるようになっている。
【００６４】
スプール弁体５２が、図１６に示すように、さらに僅かに左方向へ移動した場合（第３ポジション）は、第２導入ポート５５ｂとロックポート５８との連通が維持され、同時に、第２導入ポート５５ｂと第２供給ポート５６ｂが通路孔６０を介して連通すると共に、第３供給ポート５７と第１排出ポート５９ａが第３環状通路溝６５ｃを介して連通されるようになっている。
【００６５】
また、スプール弁体５２が、図１７に示すように、電子ソレノイド５４への最大の通電量によって最大左方向へ移動した場合（第５ポジション）は、第２供給ポート５６ｂ及びロックポート５８が第２排出ポート５９ｂに通路孔６０を介して連通すると共に、第３供給ポート５７が第１排出ポート５９ａに連通するようになっている。
【００６６】
このように、機関運転状態に応じて、前記スプール弁体５２の軸方向の移動位置を変更することによって、各ポートを選択的に切り換えてタイミングスプロケット１に対するベーン部材９の相対回転角度を変化させると共に、両ロックピン２６，２７のロック穴２４，２５へのロックとロック解除を選択的に行ってベーン部材９の自由な回転の許容と自由な回転を規制するようになっている。
【００６７】
また、前記バルブボディ５１の段差面５１ａが位置する外周部５１ｂには、前記スプール弁体５２の軸方向の移動位置を検出する検出装置としての半導体歪みセンサ８０が取り付けられている。
【００６８】
前記歪みセンサ８０は、例えば、特開２００６−２２０５７４号公報などに記載されたものと構造的に同一のものである。
【００６９】
すなわち、この歪みセンサ８０は、シリコン単結晶によって形成された一片が数ミクロン〜数ｍｍ角、厚さが１０〜数百ミクロンのチップ形状を有したものを拡散層などの素子形成面（シリコン基板）の裏面全体を前記バルブボディ５１の段差面５１ａが位置する外周部５１ｂに貼り付けて、前記バルブスプリングプリング５３の圧縮、伸張変形による付勢力の変化に応じて、前記段差面５１ａを介して外周部５１ｂが受けた歪みを検出するようになっている。
【００７０】
この歪みセンサ８０の構造の一例を図１９に基づいて簡単に説明すると、例えばｐ型の拡散抵抗４本を用いてホイートスンブリッジ回路を形成し、このホイートストンブリッジ回路を形成する４本のｐ型不純物拡散層による抵抗１００は、対向する一組の左右に位置する抵抗１００，１００がシリコン単結晶の〔−１１０〕方向が長手となるように配置されている。残りの一組の上下に位置する抵抗１００、１００は、〔−１１０〕方向に対して９０°回転させた〔１１０〕方向が長手となるように配置されている。すなわち、ホイートストンブリッジ回路を構成する半数の抵抗の各抵抗の両端子１０２を結ぶ直線が半導体単結晶の〔１１０〕方向とほぼ同一となるように形成されていると共に、該半数の抵抗の各抵抗の両端子を結ぶ線に対してほぼ直角が望ましいが、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交わるように配置されている。
【００７１】
このように拡散抵抗のレイアウトにすることにより、４本すべての抵抗１００は周囲の影響をすべて等しくすることができることから、４本の抵抗１００のマスク形状を同一にエッチングすることができる。このため、不純物拡散層を形成した際に、４本の抵抗値を均一にすることができ、ホイートストンブリッジ回路のオフセットを小さくことを可能とし、精度の高い歪み量測定を行うことができる。
【００７２】
なお、この歪みセンサ８０は、電源及び信号ラインとしてはリード線７４を用いた有線形式であって、このリード線７４の端部が電子コントローラ３４に接続されている。
【００７３】
また、この測定装置としては、図２０に示すように、前記歪みセンサ８０が貼り付けられた前記シリコン基板８１上に、電源８２や増幅器８３やＡ／Ｄ変換器、アナログ回路８４、通信制御部８５及びアンテナ８６が設けられて、後述する電子コントローラ３４との情報のやり取りを無線形式で行うようにすることも可能である。
【００７４】
この場合、前記電源８２は、蓄電池であっても良いし、電磁波を用いて自己発電を行うもので合っても良い。このような無線方式で電子コントローラ３４との通信を行うことにより、電子コントローラ３４との間に配線が必要なくなり、ベーン部材９の回転を阻害することなく測定を行うことができる。
【００７５】
また、前記アンテナ８６は、図２１に示すように、シリコン基板８１の外側に配置することも可能である。このように、アンテナ８６を外部に配置する場合には、アンテナ８６が取り囲む面積を大きくすることができることから、通信距離を長くすることができる。
【００７６】
前記電子コントローラ３４は、内部のコンピュータが図外のクランク角センサ（機関回転数検出）やエアーフローメータ、機関水温センサ、機関温度センサ、スロットルバルブ開度センサおよびカムシャフト２の現在の回転位相を検出するカム角センサなどの各種センサ類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出する。
【００７７】
また、この電子コントローラ３４は、検出された機関運転状態と前記半導体歪みセンサ８０によって検出された歪みの変化値に基づいて演算し、前記電磁切換弁２１の電磁コイル６７に制御パルス電流を出力して前記スプール弁体５２の移動位置を制御して、前記各ポートを選択的に切換制御するようになっている。これによって、前記スプロケット１に対するカムシャフト２の相対回転位相を変更したり、各ロックピン２６，２７によるロックまたはロックを解除するようになっている。
【００７８】
以下、本実施形態のバルブタイミング制御装置の具体的な作動を説明する。
【００７９】
まず、車両の通常走行後にイグニッションスイッチをオフ操作して機関を停止した場合には、オイルポンプ２０の駆動も停止されることから、いずれかの油圧室１１，１２や各第１，第２解除用受圧室３２，３３への作動油の供給が停止される。
【００８０】
つまり、機関停止前のアイドリング回転時には、各遅角油圧室１１に作動油圧が供給されて、ベーン部材９が進角側の回転位置になっている状態で、イグニッションスイッチがオフ操作されると、機関の停止直前にカムシャフト２に作用する正負の交番トルクが発生する。特に、負のトルクによってベーン部材９が遅角側から進角側へ回転して中間位相位置になると、第１ロックピン２６と第２ロックピン２７が、図１０に示すように、各スプリング２９、３０のばね力で進出移動して各先端部２６ａ、２７ａが対応する第１、第２ロック穴２４、２５に係合する。これによって、ベーン部材９は、図２に示す最進角と最遅角の間の中間位相位置に保持される。
【００８１】
すなわち、前記カムシャフト２に作用する負の交番トルクによってベーン部材９が図５、図６に示すように僅かに進角側に回転して前記第１ロックピン２６の先端部２６ａが第１ロック穴２４の第１底面２４ａに当接係合する。この時点で、ベーン部材９に正の交番トルクが作用して遅角側へ回転しようとするが、第１ロックピン２６の先端部２６ａの側縁が第１底面２４ａの立ち上がり段差面に当接して遅角側への回転が規制される。
【００８２】
その後、負のトルクにしたがってベーン部材９が進角側へ回転するに伴い第１ロックピン２６が、図７〜図９に示すように、順次階段を下りるように移動して第２底面２４ｂ、第３底面２４ｃに当接係合する共に、第３底面２４ｃ上を進角方向へラチェット作用を受けながら移動する。これと共に、第２ロックピン２７の先端部２７ａが、図９及び図１０に示すように、第２ロック穴２５の第１底面２５ａ、第２底面２５ｂに順次ラチェット作用を受けながら当接係合して最終的に第２底面２５ｂ位置で係合保持される。
【００８３】
この時点での第１ロックピン２６は、図１０に示すように、先端部２６ａの側縁が第３底面２４ｃから立ち上がった進角方向（遅角油圧室１１側）の前記内側面２４ｄに当接して保持される一方、第２ロックピン２７は、先端部２７ａの側縁が第２底面２５ｂから立ち上がった進角油圧室１２側の前記内側面２５ｃに当接してそれぞれが安定的に保持される。
【００８４】
また、この状態における電磁切換弁２１は、電子コントローラ３４から電磁コイル６７への通電も停止されることから、スプール弁体５２がバルブスプリング５３のばね力で図１１、図１２に示す最大右方向の位置（第１ポジジョン）に保持される。これによって、前述した作動によって、吐出通路２０ａに対して遅角通路１８及び進角通路１９の両方を連通させると共に、ロック通路２８とドレン通路２２を連通させる。
【００８５】
その後、機関を始動するために、イグニッションスイッチをオン操作すると、その直後の初爆（クランキング開始）によってオイルポンプ２０が駆動し、その吐出油圧が、図１２に示すように、遅角通路１８と進角通路１９を介して各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２にそれぞれ供給される。一方、前記ロック通路２８とドレン通路２２は連通された状態になっていることから、各ロックピン２６，２７は各スプリング２９，３０のばね力によって各ロック穴２４，２５に係合した状態を維持している。
【００８６】
また、前記電磁切換弁２１は、油圧などの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出して電子コントローラ３４によって制御されているため、オイルポンプ２０の吐出油圧の不安定なアイドリング運転時は各ロックピン２６，２７の係合状態を維持する。
【００８７】
続いて、例えば機関低回転低負荷域や高回転高負荷域に移行する直前には、電子コントローラ３４から電磁コイル６７に制御電流が出力されて、スプール弁体５２が、図１３に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗して僅かに左方向へ移動する（第６ポジション）。これによって、通路孔６０を介して吐出通路２０ａとロック通路２８が連通する。また、吐出通路２０ａに対する遅角通路１８と進角通路１９との連通が維持される。
【００８８】
したがって、ロック通路２８を介して第１、第２解除用受圧室３２，３３に作動油（油圧）が供給されるので、各ロックピン２６，２７は、各スプリング２９，３０のばね力に抗して後退移動して先端部２６ａ、２７ａが各ロック穴２４，２５から抜け出してそれぞれの係合が解除される。したがって、ベーン部材９の自由な正逆回転が許容される。
【００８９】
ここで、従来技術のように、前記いずれか一方の油圧室１１，１２のみに油圧を供給した場合は、ベーン部材９がいずれか一方に回転しようとして、ベーンロータ１５内の第１、第２ピン孔３１ａ、３１ｂと第１，第２ロック穴２４，２５との間に発生した剪断力を第１、第２ロックピン２６，２７が受けていわゆる食い込み現象が発生して、速やかな係合解除ができないおそれがある。
【００９０】
また、両油圧室１１，１２のいずれにも油圧が供給されない場合は、前記交番トルクによってベーン部材９がばたついてハウジング７の隔壁１０との衝突打音が発生するおそれがある。
【００９１】
これに対して本実施形態では、両方の油圧室１１，１２に油圧を供給していることから、前記ロックピン２６．２７のロック穴２４，２５への食い込み現象やばたつき等を十分に抑制できる。
【００９２】
そして、その後、例えば機関低回転低負荷域に移行した場合は、電磁切換弁２１にさらに大きな制御電流が出力されて、スプール弁体５２が、図１６に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗してさらに左側に移動し（第３ポジション）、吐出通路２０ａとロック通路２８及び遅角通路１８の連通状態を維持すると共に、進角通路１９とドレン通路２２が連通させる。
【００９３】
これによって、各ロックピン２５，２６は、図５に示すように各ロック穴２４，２５から抜け出た状態が維持される一方、図３に示すように、進角油圧室１２の油圧が排出されて低圧になる一方、遅角油圧室１１が高圧になっていることから、ベーン部材９をハウジング７に対して最遅角側に回転させる。
【００９４】
よって、バルブオーバーラップが小さくなって筒内の残留ガスが減少して燃焼効率が向上し、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
【００９５】
その後、例えば機関高回転高負荷域に移行した場合は、電磁切換弁２１に小さな制御電流が供給されて、スプール弁体５２が、図１４に示すように、右方向へ移動する（第２ポジション）。これによって、遅角通路１８とドレン通路２２が連通されると共に、吐出通路２０ａに対してロック通路２８が連通状態を維持されていると共に、進角通路１９が連通する。
【００９６】
したがって、図５に示すように、各ロックピン２６，２７の係合が解除された状態になっていると共に、遅角油圧室１１が低圧になる一方、進角油圧室１２が高圧になるため、ベーン部材９は、図４に示すように、ハウジング１１に対して最進角側に回転する。これにより、カムシャフト２は、スプロケット１に対して最進角の相対回転位相に変換される。
【００９７】
これによって、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが大きくなって、吸気充填効率が高くなって機関の出力トルクの向上が図れる。
【００９８】
また、前記機関低回転低負荷域や高回転高負荷域からアイドリング運転に移行した場合は、図１２に示すように、電子コントローラ３４から電磁切換弁２１への制御電流の通電が遮断されて、スプール弁体５２が図１２に示すように、バルブスプリング５３のばね力を最大右方向に移動して（第１ポジション）、ロック通路２８とドレン通路２２を連通させると共に、吐出通路２２ａが遅角通路１８と進角通路１９の両方に連通させる。これによって、両油圧室１１，１２にほぼ均一圧の油圧が作用する。
【００９９】
このため、ベーン部材９は、たとえ遅角側位置にあった場合でもカムシャフト２に作用する前記交番トルクによって進角側に回転する。これによって、第１ロックピン２６と第２ロックピン２７が、各スプリング２９、３０のばね力で進出移動して、前述した階段状のロック穴２４，２５にラチェット作用を得ながら係合する。このため、ベーン部材９は、図２に示す最進角と最遅角の間の中間位相位置にロック保持される。
【０１００】
また、機関を停止する際も、前述したように、イグニッションスイッチをオフ操作すると、各ロックピン２６，２７は各ロック穴２４，２５から抜け出すことなく係合状態を維持する。
【０１０１】
さらに、所定の運転域が継続されている場合は、電磁切換弁２１に通電されて、スプール弁体５２が図１５に示す軸方向のほぼ中央位置に移動する（第４ポジション）と、前記各第１，第２供給ポート５６ａ、５６ｂと第３供給ポート５７が前記ランド６３ｂ、６３ｄなどによって閉止されて、吐出通路２０ａやドレン通路２２に対する前記遅角通路１８と進角通路１９の連通が遮断されると共に、吐出通路２０ａとロック通路２８が連通される。
【０１０２】
これによって、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２の内部にそれぞれ作動油が保持された状態になると共に、各ロックピン２６，２７が各ロック穴２４，２５から抜け出してロック解除状態が維持される。
【０１０３】
したがって、ベーン部材９が所望の回転位置に保持されて、カムシャフト２もハウジング７に対して所望の相対回転位置に保持されることから、吸気弁の所定のバルブタイミングに保持される。
【０１０４】
このように、機関の運転状態に応じて、電子コントローラ３４が電磁切換弁２１に所定の通電量で通電、あるいは通電を遮断して前記スプール弁体５２の軸方向の移動を制御して、前記第１ポジション〜第４ポジションの位置に制御する。これによって、前記位相変換機構と３と位置保持機構４を制御してスプロケット１に対するカムシャフト２の最適相対回転位置に制御することから、バルブタイミングの制御精度の向上が図れる。
【０１０５】
さらに、機関がエンストなどで異常停止し、あるいは通常の機関停止した後に、再始動した場合において、通電された電磁切換弁２１のスプール弁体５２が、移動中に作動油に混入した金属粉などのコンタミを前記各ランド部６３ａ〜６３ｅの端縁と各ポートの孔縁との間などに噛み込んでロックし、流路に切り換えができなくなった場合には、以下の作動を行う。
【０１０６】
すなわち、前記スプール弁体５２の移動不能状態によって、ベーン部材９の回転位相制御ができなくなることから、この異常状態をカムシャフト２の回転位置から検出した前記電子コントローラ３４が、前記電磁切換弁２１の電磁ソレノイド５４に最大の通電量の制御電流が出力される。これによって、スプール弁体５２は、図１７に示すように、左方向へ最大かつ強い力で移動して（第５ポジション）、前記コンタミを切断しつつ遅角通路１８と進角通路１９及びロック通路２８の全てをドレン通路２２に連通させる。これによって、各油圧室１１，１２や各受圧室３２，３３の作動油がオイルパン２３に排出される。
【０１０７】
このため、ベーン部材９が、例えば中間回転位置よりも遅角側に位置していた場合でも、前述した負の交番トルクによって進角側へ回転して前記各ロックピン２６，２７がラチェット式に速やかに移動して各ロック穴２４，２５に係合する。したがって、カムシャフト２は、最遅角と最進角の間の中間回転位相に保持される。
【０１０８】
そして、この実施形態によれば、前記特異な構造の半導体歪みセンサ８０によって、電磁切換弁２１のスプール弁体５２の移動位置、つまり前記第１ポジション〜第６ポジションのそれぞれの移動位置を、応答性良く検出できると共に、高精度に検出することができる。
【０１０９】
この結果、前記ハウジング７に対するベーン部材９の相対回転位置制御と位置保持機構４のロックピン２６，２７によるロック及びロック解除の作動制御を高精度に行うことが可能になる。
【０１１０】
すなわち、前記スプール弁体５２が、図１１，図１２に示す最進角の回転位置にある場合は、バルブスプリング５３による段差面５１ａへのばね付勢力が小さく、外周部５１ｂの歪みが小さいため、かかる小さな歪みを前記歪みセンサ８０が検出して電子コントローラ３４に出力する。
【０１１１】
その後、前述のように、機関運転状態に応じてスプール弁５２が図１３〜図１７に示すように、バルブスプリング５３のばね力に抗して、つまり該バルブスプリング５３を圧縮変形させながら左軸方向へ移動すると、前記段差面５１ａ（外周部５１ｂ）に作用する反力が漸次大きくなって歪みが大きくなる。これを、歪みセンサ８０が検出して電子コントローラ３４に出力する。
【０１１２】
これによって、電子コントローラ３４は、歪みセンサ８０によってスプール弁体５２の移動位置を直接検出し、この検出信号に基づいて電磁ソレノイド５４に制御電流を出力して、ハウジング７に対するベーン部材９の相対回転角を変換制御する。したがって、前記相対回転角制御を高精度に行うことができると共に、連続かつタイムリーに制御することができる。
【０１１３】
また、前記歪みセンサ８０を用いることによって、従来技術のようにクランク角センサとカム角センサを用いる場合に比較してコストの大幅な低減化が図れる。
【０１１４】
さらに、前記歪みセンサ８０から検出された情報信号を無線によって電子コントローラ３４に出力することから、無用な配線が不要になると共に、断線などのトラブルの発生がない。
【０１１５】
また、本実施形態では、各油圧室１１，１２への油圧制御用とロック解除受圧室３２，３３への油圧制御用の２つの機能を単一の電磁切換弁２１によって行うようにしたため、機関本体へのレイアウトの自由度が向上すると共に、コストの低減化が図れる。
【０１１６】
本実施形態では、特に、前記各ロックピン２６，２７の各ロック穴２４，２５からの係合を解除する準備段階として、スプール弁体５２を図１２に示す第１ポジションの位置に制御して、前記第１、第２解除受圧室３２，３３内の作動油を排出すると同時に、各遅角油圧室１１と各進角油圧室１２の両方に作動油を供給することから、該両油圧室１１，１２のほぼ同一の相対油圧によってベーン部材９のばたつきが抑制されると共に、一方向への回転も抑制できる。
【０１１７】
続いて、スプール弁体５２を第６ポジションに移動させることによって前記各受圧室３２，３３に作動油を供給すると、前記各油圧室１１，１２への先の作動油の供給によって、前記ロックピン２６，２７に対する剪断方向の力が作用しないので、ロック穴２４、２５からの係合解除をスムーズかつ容易に行うことができる。
【０１１８】
さらに、前記位置保持機構４によってベーン部材９を中間位相位置への保持性が向上すると共に、各ロック穴２４、２５の階段状のロック案内溝の各底面２４ａ〜２４ｃ、２５ａ、２５ｂによって各ロックピン２６，２７は必ず各ロック穴２４，２５方向のみに案内移動されることから、かかる案内作用の確実性と安定性を担保できる。
【０１１９】
また、前記各受圧室３２，３３に作用する油圧を、前記各油圧室１１，１２の油圧を用いるのではないことから、各油圧室１１，１２の油圧を用いる場合に比較して、前記各受圧室３２，３３に対する油圧の供給応答性が良好になり、各ロックピン２６，２７の後退移動の応答性が向上する。また、各油圧室１１，１２から各受圧室３２，３３間のシール機構が不要になる。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、各ロックピン２６，２７のスムーズな進退移動を得るために、前記各ロックピン２６、２７の軸方向両端側に、各油孔４５ａ、４５ｂを介して前記進角油圧室１２に連通させて各ロックピン２６，２７のそれぞれの前後に同一の油圧が掛かるようにして軸方向にバランスさせるようにしたことから、前記各スプリング２９，３０のばね力と前記第１，第２解除受圧室３２、３３に供給された油圧との差圧によって各ロックピン２６，２７を速やかに進退動させることが可能になる。
〔第２実施形態〕
図２２は第２実施形態を示し、この実施形態では、歪みセンサ８０の配設位置は第１実施形態と同じであるが、前記リード線７４を前記電磁ソレノイド５４の電磁コイル６７と重ねて成形することによって、前記コネクタ７１を３極とし、このコネクタ７１からの通電によって電磁ソレノイド５４を介してスプール弁体５２を軸方向へ移動させると共に、歪みセンサ８０の検出信号を、電磁ソレノイド５４を介してコネクタ７１から電子コントローラ３４に送ってスプール弁体５２の移動位置を検出するようになっている。
【０１２１】
したがって、この実施形態によれば、第１実施形態と同様にスプール弁体５２のタイムリーかつ高精度な制御が可能になると共に、リード線７４の取り回しが簡素化されるため、装置の小型化が促進できる。
〔第３実施形態〕
図２３は第３実施形態を示し、前記歪みセンサ８０を外周部５１ｂに代えて、前記リテーナ６６の外端面６６ａに取り付けたものである。
【０１２２】
すなわち、前記リテーナ６６は、弾性変形可能な金属製の円環薄板によって形成されており、内端面６６ｂにはバルブスプリング５３の一端部が弾接支持されていると共に、この内端面６６ｂと反対の外側面６６ａに歪みセンサ８０が貼り付けられている。
【０１２３】
この歪みセンサ８０は、基本構造は図１９に示す第１実施形態のものと同じであり、また、通電などはリード線を用いた有線方式でも良く、また前記図２０、図２１に示す無線方式によって行うことが可能である。
【０１２４】
そして、この実施形態では、前記スプール弁体５２が、図１２〜図１７に示すように、軸方向へ移動することによってバルブスプリング５３が伸縮、圧縮変形すると、前記リテーナ６６が歪み変形することからこの歪変形を歪みセンサ８０が検出して、電子コントローラ３４に出力する。これによって、第１、第２実施形態と同様な作用効果が得られると共に、特にリテーナ６６によってバルブスプリング５３のばね変形に伴う歪みをダイレクトに検出できることから、一層、タイムリーにかつ高精度に検出することが可能になる。
【０１２５】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、適用対象装置としては吸気ＶＴＣの他に、排気ＶＴＣに適用することも可能である。
【０１２６】
また、前記歪みセンサ８０は、電磁切換弁２１のバルブスプリング５３のばね変形による所定部位の歪みを検出するものであるから、前記バルブスプリング５３の配設位置、例えば、バルブボディ５１の先端内部に配置した場合は、このばね力を受けるバルブボディ５１の先端壁に取り付けることも可能である。
【０１２７】
本発明が適用される油圧制御弁としては、各実施形態の構造のものに限定されるものではなく、例えばポートの少ないなどの他の一般的な電磁切換弁にも適用することが可能である。
【０１２８】
また、前記リテーナ６６は、その材質は限定されるものではなく、金属の他に合成樹脂材などであってもよく、また厚さなどを変えて、撓み変形率を種々変更することも可能である。
【０１２９】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の油圧制御弁において、
前記歪みセンサは、前記バルブボディにおける前記付勢部材が当接する箇所に設けていることを特徴とする油圧制御弁。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の油圧制御弁において、
前記付勢部材の付勢方向で弾接する両端部位のうちの少なくとも一方の部位に、前記付勢部材の圧縮荷重を受ける弾性部材が設けられていると共に、該弾性部材に前記歪みセンサが取り付けられていることを特徴とする油圧制御弁。
〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載の油圧制御弁において、
前記弾性部材は、弾性変形可能な薄板によって形成されていることを特徴とする油圧制御弁。
【符号の説明】
【０１３０】
１…スプロケット
２…カムシャフト
３…位相変更機構
４…位置保持機構
５…油圧回路
７…ハウジング
９…ベーン部材
１１…遅角油圧室
１２…進角油圧室
１６ａ〜１６ｃ…ベーン
１８…遅角通路
１９…進角通路
２０…オイルポンプ
２０ａ…吐出通路
２１…電磁切換弁
２２…ドレン通路
２４…第１ロック穴
２５…第２ロック穴
２６…第１ロックピン
２７…第２ロックピン
２８…ロック通路
３４…電子コントローラ
０１…バルブ収容穴
５１…バルブボディ
５１ａ…段差面
５１ｂ…外周部(一端部位)
５２…スプール弁体
５３…バルブスプリング
５４…電磁ソレノイド
５５ａ・５５ｂ…第１，第２導入ポート
５６ａ、５６ｂ…第１，第２供給ポート
５７…第３供給ポート
５８…ロックポート
５９ａ、５９ｂ…第１、第２排出ポート
６０…通路孔
６３ａ〜６３ｅ…ランド部
６６…リテーナ(弾性部材)
８０…歪みセンサ
８１…シリコン基板
８２…電源
８３…増幅器
８４…アナログ回路
８５…通信制御部
８６…受信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁を貫通するポートが軸方向の異なる位置に複数形成された中空状のバルブボディと、
該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、
前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、
通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、
前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に設けられた歪みセンサと、
を備えたことを特徴とする油圧制御弁。
【請求項２】
周壁を貫通する複数のポートが軸方向の異なる位置に形成された中空状のバルブボディと、
該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、
前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、
通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、を備えた油圧制御弁において、
前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に歪みセンサを設けると共に、該歪みセンサによって検出された検出結果に基づいて前記スプール弁体の摺動位置を算出するコントローラを有することを特徴とするスプール弁体の作動状態検出装置。
【請求項１】
周壁を貫通するポートが軸方向の異なる位置に複数形成された中空状のバルブボディと、
該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、
前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、
通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、
前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に設けられた歪みセンサと、
を備えたことを特徴とする油圧制御弁。
【請求項２】
周壁を貫通する複数のポートが軸方向の異なる位置に形成された中空状のバルブボディと、
該バルブボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ、軸方向に摺動することによって前記ポートの開口面積を変更する複数のランド部を有するスプール弁体と、
前記スプール弁体を軸方向の一方側へ付勢する付勢部材と、
通電されることによって前記付勢部材の付勢力に抗して前記スプール弁体を軸方向の他方側へ移動させる電磁ソレノイドと、を備えた油圧制御弁において、
前記付勢部材が付勢方向で弾接する両端部位のうち、少なくとも一方の部位に歪みセンサを設けると共に、該歪みセンサによって検出された検出結果に基づいて前記スプール弁体の摺動位置を算出するコントローラを有することを特徴とするスプール弁体の作動状態検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−６８３０８（Ｐ２０１３−６８３０８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８９５２（Ｐ２０１１−２０８９５２）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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