JP2005307818A - 内燃機関のバルブタイミング調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更を可能とする内燃機関のバルブタイミング調節装置の提供。
【解決手段】 バルブタイミング調節装置４に備えた２ウェイクラッチによりカムトルクが正の時にカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させ、カムトルクが負の時にカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にすることでバルブタイミングを進角する。そしてカムトルクが負の時にカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させ、カムトルクが正の時にカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にすることでバルブタイミングを遅角する。このようにバルブタイミング変更はカムトルクにてなされることから２ウェイクラッチを切り替えるだけの比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに対してカムシャフトを相対回転させることでバルブタイミングの進角遅角を行うバルブタイミング調節装置に関する。

内燃機関の燃焼制御などのために内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング調節装置が知られている。しかし油圧を用いてバルブタイミングを変更するバルブタイミング調節装置では、始動時や低温時などで油圧が十分でない場合にはバルブタイミングの調節が困難となることから、電動モータを用いてバルブタイミング調節を可能する装置が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

この内、特許文献１の装置では、カムシャフトに対する電動モータの制動力を制御することにより、タイミングプーリとカムシャフトとの間に設けた２つのコイルバネの付勢力とのバランス点を変更して、バルブタイミングを調節するものである。特許文献２の装置では、進角時にはコイル通電により電磁的に制動して進角駆動して通電停止後はワンウェイクラッチにて保持している。そして遅角時には電動モータによりウォームギアを回転させてワンウェイクラッチの位相を変化させ、このことによりバネの付勢力などの協力により遅角駆動するものである。
特開２０００−１７０５１３号公報（第４−８頁、図４−７） 特開平１０−２０５３１１号公報（第３−４頁、図１）

このような従来技術においては、いずれにしてもバルブタイミングの変更過渡時においては電動モータやコイルに通電するが、この通電時においては各種機構の制動や回転駆動のために比較的大きい電力を必要とする。このため燃費的に改善する余地が存在する。

本発明は、比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更を可能とする内燃機関のバルブタイミング調節装置の提供を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング調節装置は、内燃機関のバルブタイミングの進角制御要求時に、バルブ駆動用のカムシャフトに生じるカムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を内燃機関のクランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にする進角許可状態とすることで前記バルブタイミングを進角させる進角制御手段と、前記バルブタイミングの遅角制御要求時に、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にし、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させる遅角許可状態とすることで前記バルブタイミングを遅角させる遅角制御手段とを備えたことを特徴とする。

バルブ駆動用のカムシャフトには、バルブ駆動の反力としてカムトルクが発生する。このカムトルクは一定でなく、クランク角に応じて正のカムトルクと負のカムトルクとを周期的に生じる。正のカムトルクではクランクシャフト側からの駆動トルクに対向してカムシャフト側の回転数を低下させようとするトルクとなり、負のカムトルクではクランクシャフト側よりもカムシャフト側の回転数を上昇させようとするトルクとなる。

進角制御手段は、バルブタイミングの進角制御要求時には、上述したごとくの進角許可状態を実現している。このことによりカムトルクが正である時にはカムシャフトの回転をクランクシャフトの回転に連動させているので、カムシャフトの回転位相がクランクシャフトに対して遅れることが無く、バルブタイミングは維持される。そしてカムトルクが負である時にはカムシャフトの回転をクランクシャフトの回転から自由にしているので、負のカムトルクによりカムシャフトの回転位相がクランクシャフトに対して進み、バルブタイミングは進角する。

したがって必要な進角が行われるまで、進角許可状態とすることにより進角側への調節において所望のバルブタイミングにすることができる。
そして遅角制御手段は、バルブタイミングの遅角制御要求時には、上述したごとくの遅角許可状態を実現している。このことによりカムトルクが負である時にはカムシャフトの回転をクランクシャフトの回転に連動させているので、カムシャフトの回転位相がクランクシャフトに対して進むことが無く、バルブタイミングは維持される。そしてカムトルクが正である時にはカムシャフトの回転をクランクシャフトの回転から自由にしているので、正のカムトルクによりカムシャフトの回転位相がクランクシャフトに対して遅れて、バルブタイミングは遅角する。

したがって必要な遅角が行われるまで、遅角許可状態とすることにより遅角側への調節において所望のバルブタイミングにすることができる。
このように進角許可状態あるいは遅角許可状態を実現することで、バルブタイミングの変更はカムトルクにより実現される。このことから大きい電力を必要とすることなく、進角許可状態あるいは遅角許可状態を実現する処理のみの比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング調節装置では、請求項１において、前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間のトルク伝達経路に、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの進角側相対回転を許し遅角側相対回転を禁止する進角許可状態と、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの進角側相対回転を禁止し遅角側相対回転を許す遅角許可状態との間で切り替え可能な２ウェイクラッチを備えると共に、前記進角制御手段は、前記バルブタイミングの進角制御要求時に、前記２ウェイクラッチを進角許可状態に切り替えることにより、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にすることで前記バルブタイミングを進角させ、前記遅角制御手段は、前記バルブタイミングの遅角制御要求時に、前記２ウェイクラッチを遅角許可状態に切り替えることにより、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にすることで前記バルブタイミングを遅角させることを特徴とする。

このような２ウェイクラッチを設けて、バルブタイミングの進角制御要求時には進角許可状態に切り替えて負のカムトルクによりバルブタイミングを進角させ、バルブタイミングの遅角制御要求時には遅角許可状態に切り替えて正のカムトルクによりバルブタイミングを遅角させることができる。

このことから大きい電力を必要とすることなく、進角許可状態あるいは遅角許可状態に切り替える処理のみの比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング調節装置では、請求項２において、前記２ウェイクラッチに対する当接方向によって前記２ウェイクラッチを進角許可状態と遅角許可状態との間で切り替える切替当接体と、該切替当接体を前記カムシャフトと同軸にて回転させる電動モータとを備えると共に、前記進角制御手段は、正トルクを前記電動モータに発生させることで生じた前記切替当接体の当接により前記２ウェイクラッチを進角許可状態に切り替え、前記遅角制御手段は、負トルクを前記電動モータに発生させることで生じた前記切替当接体の当接により前記２ウェイクラッチを遅角許可状態に切り替えることを特徴とする。

このように２ウェイクラッチへの電動モータによる切替当接体の当接方向により進角許可状態と遅角許可状態との間で切り替えるようにしても良い。
進角許可状態あるいは遅角許可状態に切り替える処理は、切替当接体の当接にて実行されることから、比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング調節装置では、請求項３において、前記進角制御手段及び前記遅角制御手段は、内燃機関が高回転判定回転数よりも高回転である場合には、前記バルブタイミングの進角制御要求及び遅角制御要求に応じて、前記電動モータに対して前記２ウェイクラッチの状態切り替え時のトルク以上のトルク出力制御により前記バルブタイミングを調節することを特徴とする。

尚、内燃機関が高回転となると、カムトルクの正負の振幅と継続期間とが短くなる。特に負のカムトルクにおける振幅と継続期間とが短くなる。このためにカムトルクに頼っていたのではバルブタイミングの変更が困難となる場合がある。

したがって、高回転判定回転数を設けて、内燃機関が高回転判定回転数よりも高回転である場合にはバルブタイミングの進角制御要求及び遅角制御要求に対しては、２ウェイクラッチの状態切り替え時のトルク以上のトルク出力制御を電動モータに対して実施する。このことにより電動モータの出力トルクにより直接的にバルブタイミングが調節されることになる。このような電動モータによる直接的なバルブタイミング調節は内燃機関の全運転領域でなく高回転領域に限られているので、バルブタイミングの調節処理全体としては、比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

請求項５に記載の内燃機関のバルブタイミング調節装置では、請求項３又は４において、前記電動モータをモータジェネレータとして構成し、前記遅角制御手段は、前記バルブタイミングの遅角制御要求時には前記電動モータにより前記カムシャフトの回転エネルギーを回収することで負トルクを前記電動モータに発生させることを特徴とする。

このようにバルブタイミングの遅角制御要求時には回転エネルギーを回収できるので、全体として、より少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用された内燃機関のバルブ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（本実施の形態では吸気パルプ）における動弁機構及びバルブタイミング調節装置４を示す斜視図、図２は正面図である。尚、排気バルブにもバルブタイミング調節装置４と同じ機構が適用されているが、機構的には実質的に同じであるので、吸気バルブ側の構成を代表として説明する。

本内燃機関は、４気筒４バルブエンジンであり、カムシャフト６には各気筒毎に２つのカム８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが設けられている。各カム８ａ〜８ｄはカムシャフト６が回転することにより、カムノーズ部分にてローラロッカーアーム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを介して、バルブ２ａ〜２ｄを押し下げることにより開弁させる。この時、バルブスプリング１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの付勢力に抗してカムシャフト６は回転するので、カムシャフト６はバルブスプリング１２ａ〜１２ｄにより回転方向とは逆方向の駆動力を受けることになる。

又、カムノーズ部分がローラロッカーアーム１０ａ〜１０ｄから離れると、バルブスプリング１２ａ〜１２ｄの付勢力によりバルブ２ａ〜２ｄがローラロッカーアーム１０ａ〜１０ｄと共に押し上げられることにより閉弁される。この時、カムシャフト６はバルブスプリング１２ａ〜１２ｄにより回転方向の駆動力を受けることになる。

尚、図１，２及び後述する図３では、バルブ２ａ〜２ｄの開閉状態を示すためにバルブシート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを各バルブ２ａ〜２ｄに対応してリング形状で示している。又、バルブスプリング１２ａ〜１２ｄについては中間の一部のみを示している。

カムシャフト６の回転駆動力はバルブタイミング調節装置４を介して、内燃機関のクランクシャフト側から得ている。ここでバルブタイミング調節装置４について説明する。図３に動弁機構及び一部破断して示したバルブタイミング調節装置４の斜視図、図４及び図５に異なる方向から見たバルブタイミング調節装置４の分解斜視図を示す。

バルブタイミング調節装置４は、アウターレース部２０、インナーレース部２２、コロ・バネ部２４、リリースレバー部２６から構成されている。
アウターレース部２０は円筒状のアウターレース２８、タイミングスプロケット３０及び円筒シャフト３２から構成されている。アウターレース部２０全体は、円筒シャフト３２にてシリンダヘッドの一端に設けられたジャーナル部Ｊ（図２）にて回転可能に支持されている。タイミングスプロケット３０は内燃機関のクランクシャフトにタイミングチェーンにて連結されている。このことによりアウターレース部２０全体はクランクシャフトの回転に連動して内燃機関回転数の半分の回転数で回転する。

円筒状のアウターレース２８の内部には、インナーレース部２２が配置される。インナーレース部２２は円板部３４及び４つのインナーレース３６を備えている。円板部３４の中心には、前記アウターレース部２０の円筒シャフト３２の中心貫通孔３２ａを貫通したカムシャフト６が結合し、このことによりインナーレース部２２とカムシャフト６とは一体に回転する。

図６にインナーレース部２２の左側面図、図７に右側面図を示す。円板部３４の縁に等角度間隔に設けられた４つのインナーレース３６はそれぞれ２つのコロ・バネ収納凹部３６ａ，３６ｂが形成されている。これらコロ・バネ収納凹部３６ａ，３６ｂの内、第１コロ・バネ収納凹部３６ａはインナーレース部２２の回転方向に対して逆方向に開き、第２コロ・バネ収納凹部３６ｂは回転方向（図示矢印）に対して順方向に開いている。そして第１コロ・バネ収納凹部３６ａには回転とは逆方向に行くにつれて次第に前記アウターレース２８の内周面２８ａに近づく傾斜面３６ｃが形成され、第２コロ・バネ収納凹部３６ｂには回転方向に行くにつれて次第にアウターレース２８の内周面２８ａに近づく傾斜面３６ｄが形成されている。

そして図８に示すごとくコロ・バネ部２４のコロ４０，４２及びバネ４４，４６の各１つずつが、各コロ・バネ収納凹部３６ａ，３６ｂに配置されており、図９に示すごとくアウターレース２８で覆われることにより、コロ４０，４２及びバネ４４，４６はコロ・バネ収納凹部３６ａ，３６ｂ内に保持されている。

図５に示したごとくリリースレバー部２６はリリースレバー５０及びモータジェネレータ５２を備えている。リリースレバー５０はモータジェネレータ５２の回転出力シャフト５２ａに接続されており、モータジェネレータ５２により回転駆動されたり、あるいは制動がかけられる。尚、モータジェネレータ５２は電動モータと発電機との両方の機能を備えているので、バッテリを電源として回転すると共に、回転エネルギーを回収してバッテリに蓄電することもできる。

リリースレバー５０は円板部５０ａ及び円板部５０ａ上に放射状に形成されている４つのリリースアーム５０ｂを備えている。図３に示したごとく、リリースレバー５０は、前記４つのインナーレース３６の内部空間に、カムシャフト６と同軸にて回転されるように配置され、各リリースアーム５０ｂの先端は、インナーレース３６の間まで伸びている。

図１０に示すごとく各リリースアーム５０ｂの先端は、アウターレース２８の内周面２８ａに沿って両側に伸びてリリース突起５０ｃ，５０ｄを形成している。この内、第１リリース突起５０ｃの先端は第１コロ・バネ収納凹部３６ａに挿入され、第２リリース突起５０ｄの先端は第２コロ・バネ収納凹部３６ｂに挿入されている。

上述した構成の組み合わせにより、バルブタイミング調節装置４が形成されているが、この内、モータジェネレータ５２は自身が回転しないように、図２に示すごとくタイミングチェーンを覆っているチェーンカバーＣに固定されている。

バルブタイミング調節装置４からモータジェネレータ５２と円板部５０ａとを取り去った状態の左側面図を図１１に示す。タイミングスプロケット３０が内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して回転すると、タイミングスプロケット３０と一体化しているアウターレース２８が図示矢印の方向に回転する。コロ４０，４２はバネ４４，４６により各傾斜面３６ｃ，３６ｄとアウターレース２８の内周面２８ａとの間に押圧されているが、この内、第２コロ・バネ収納凹部３６ｂでは回転方向においてアウターレース２８の内周面２８ａと傾斜面３６ｄとが近づくように形成されている。

バルブスプリング１２ａ〜１２ｄの付勢力、シリンダ内圧力及び摩擦力などの関係によりカムシャフト６にはカムトルク変動が生じる。すなわち図１２に示すごとく、正のカムトルク（期間Ｐ）と負のカムトルク（期間Ｍ）とが周期的に発生する。本内燃機関は４気筒４サイクルエンジンなので１回転に２周期分のカムトルク変動が生じる。

この内、開弁時には主としてバルブスプリング１２ａ〜１２ｄの付勢力によりカムシャフト６にはカムトルクが正方向に機能している期間Ｐ（図１２）となる。このことからアウターレース２８の回転により第２コロ４２が内周面２８ａと傾斜面３６ｄとの間にて押圧されてインナーレース３６とアウターレース２８とが係合状態となる。したがってアウターレース部２０の回転はインナーレース部２２に伝達される。インナーレース部２２の円板部３４の中心部にはカムシャフト６が結合しているので、クランクシャフト側の回転はアウターレース部２０、第２コロ４２及びインナーレース部２２を介してカムシャフト６に伝達されることになり、バルブスプリング１２ａ〜１２ｄの付勢力等に抗してカムシャフト６が回転する。

又、第１コロ・バネ収納凹部３６ａでは回転とは反対方向においてアウターレース２８の内周面２８ａと傾斜面３６ｃとが近づくように形成されている。閉弁時にはカムシャフト６の回転方向と同じ方向にバルブスプリング１２ａ〜１２ｄの付勢力が作用することにより、カムシャフト６にはカムトルクが負方向に機能する期間Ｍ（図１２）となる。この時はアウターレース部２０に対してインナーレース部２２は相対的に順方向に回転しようとするが、第１コロ４０が内周面２８ａと傾斜面３６ｃとの間にて押圧されてインナーレース３６とアウターレース２８とが係合状態となる。したがってインナーレース部２２とアウターレース部２０との係合状態は維持される。

このように両方のコロ４０，４２が機能することで、カムシャフト６とクランクシャフトとの回転位相は変化せずバルブタイミングを維持できる。すなわち、アウターレース２８、インナーレース３６、コロ４０，４２及びバネ４４，４６により２ウェイクラッチが構成され、このことで、カムシャフト６とクランクシャフトとの間のトルク伝達経路に２ウェイクラッチが配置されることになる。

次にモータジェネレータ５２を発電モード（回生モード）にすることによりモータジェネレータ５２からリリースレバー５０に対して遅角側解除レベルの制動力が与えられた場合を考える。この遅角側解除レベルの制動力により、図１３の(Ａ)に示すごとく、第２リリース突起５０ｄは第２コロ４２に当接してバネ４６側へ押圧する。このことにより第２コロ４２はバネ４６の付勢力に抗して移動し、内周面２８ａと傾斜面３６ｄとのいずれかから離れ、アウターレース２８とインナーレース３６との係合を解除する。

したがってアウターレース２８に対してインナーレース３６が相対的に遅れる方向の回転のみが許可され、進む方向の回転は禁止されることになる。このことにより、カムトルクが正である期間Ｐにカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にし、カムトルクが負である期間Ｍにカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させる遅角許可状態が実現される。こうして図１２にて示した正のカムトルク発生期間Ｐでは、正のカムトルクによりアウターレース２８に対してインナーレース３６を遅らせる側へ相対回転させることができ、バルブタイミングを遅角させることができる。

モータジェネレータ５２をトルク出力モードにすることにより、モータジェネレータ５２からリリースレバー５０に対して、タイミングスプロケット３０の回転方向と同方向に進角側解除レベルの回転力が与えられた場合を考える。この進角側解除レベルの回転力により、図１４の(Ａ)に示すごとく、第１リリース突起５０ｃは第１コロ４０に当接してバネ４４側へ押圧する。このことにより第１コロ４０はバネ４４の付勢力に抗して移動し、内周面２８ａと傾斜面３６ｃとのいずれかから離れ、アウターレース２８とインナーレース３６との係合を解除する。

したがってアウターレース２８に対してインナーレース３６が相対的に進む方向の回転のみが許可され、遅れる方向の回転は禁止されることになる。このことにより、カムトルクが正である期間Ｐではカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させ、カムトルクが負である期間Ｍにカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にする進角許可状態が実現される。こうして図１２にて示した負のカムトルク発生期間Ｍでは、負のカムトルクによりアウターレース２８に対してインナーレース３６を進める側へ相対回転させることができ、バルブタイミングを進角させることができる。

このようにモータジェネレータ５２からリリースレバー５０に与える出力により、アウターレース２８とインナーレース３６との間の係合解除の方向を選択できる。
更に、モータジェネレータ５２からリリースレバー５０に対して遅角側解除レベルより大きい制動力により、図１３の(Ｂ)に示すごとく、第２リリース突起５０ｄが第２コロ４２を更に押し込むと共に、リリースアーム５０ｂ自身をインナーレース３６に接触させることができる。このことによりモータジェネレータ５２の制動力を直接的にインナーレース３６に伝達させることができる。この状態で、モータジェネレータ５２の制動力を調節することにより、正のカムトルクに依存していた遅角側解除レベルの制動力による遅角処理の場合よりも、より確実迅速にバルブタイミングを遅角させることができる。

同様に、モータジェネレータ５２からリリースレバー５０に対して進角側解除レベルの回転力より大きい回転力により、図１４の(Ｂ)に示すごとく、第１リリース突起５０ｃが第１コロ４０を更に押し込むと共に、リリースアーム５０ｂ自身をインナーレース３６に接触させることができる。このことによりモータジェネレータ５２の回転力を直接的にインナーレース３６に伝達させることができる。この状態で、モータジェネレータ５２の回転力を調節することにより、負のカムトルクに依存していた進角側解除レベルの回転力による進角処理の場合よりも、より確実迅速にバルブタイミングを進角させることができる。

このようなバルブタイミング制御は、図１に示した、マイクロコンピュータを中心として構成されているＥＣＵ（電子制御ユニット）６０により実行される。ＥＣＵ６０はカムシャフト６に設けられたロータ６２の回転からカム角センサ６４にて検出される３６０°ＣＡ（ＣＡ：クランク角）毎に検出されるＧ２信号と、クランクシャフトに設けられた機関回転数センサ６６から出力されるＮＥ信号とに基づいてカム角θｃを進角値（例えば吸気ＴＤＣを基準として）として求めている。更に吸気量センサ６８から単位時間当たりの吸入空気量ＧＡやその他の情報（例えば燃料噴射量やアクセル開度など）を求めて、これらの内燃機関運転状態に基づいて、目標カム角θｔを算出している。そしてカム角θｃが目標カム角θｔとなるようにモータジェネレータ５２を制御している。

カム角制御処理を図１５のフローチャートに示す。本処理は一定時間周期で繰り返し実行される処理である。
本処理が開始されると、まず内燃機関の運転状態に応じたバルブタイミングを達成するために、内燃機関の運転状態（機関回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡ等）の値から、目標カム角マップに基づいて目標カム角θｔを算出する（Ｓ１０２）。

次に目標カム角θｔと実際に検出されたカム角θｃとの差ｄθが式１のごとく算出される（Ｓ１０４）。
［式１］ ｄθ ← θｔ − θｃ
次に機関回転数ＮＥが高回転判定回転数ＮＥＨより低いか否かが判定される（Ｓ１０６）。この高回転判定回転数ＮＥＨ以上の機関回転数領域は、前記図１２において示した特にカムトルクが負である振幅や期間Ｍが短くなって負のカムトルクのみではバルブタイミングの進角が困難となる高回転領域である。すなわち高回転判定回転数ＮＥＨはこの高回転領域の境界を示す基準回転数である。

ここでＮＥ＜ＮＥＨであれば（Ｓ１０６でＹＥＳ）、前記図１３の(Ａ)あるいは前記図１４の(Ａ)の各解除レベルによるバルブタイミングの調節が可能であることから、次に差ｄθの状態が判定される（Ｓ１０８）。ここでｄθ＜０（°）であれば、すなわちバルブタイミングの遅角制御要求時には、ＥＣＵ６０はモータジェネレータ５２に対する出力を、遅角側解除レベルの制動力となるように設定する（Ｓ１１０）。このことにより前記図１３の(Ａ)に示した状態となり、図１６のタイミングチャートの期間(ｔ０〜ｔ３)に示すごとく、負のカムトルク時(ｔ１〜ｔ２)にはカム角θｃは変化しないが正のカムトルク時（ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３）にはカム角θｃは小さくなり目標カム角θｔに近づくことになる。すなわちバルブタイミングは遅角されることになる。

一方、ｄθ＞０であれば、すなわちバルブタイミングの進角制御要求時には、ＥＣＵ６０はモータジェネレータ５２に対する出力を、進角側解除レベルの回転力となるように設定する（Ｓ１１２）。このことにより前記図１４の(Ａ)に示した状態となり、図１６のタイミングチャートの期間(ｔ４〜ｔ７)に示すごとく、正のカムトルク時(ｔ５〜ｔ６)にはカム角θｃは変化しないが負のカムトルク時（ｔ４〜ｔ５，ｔ６〜ｔ７）にはカム角θｃは大きくなり目標カム角θｔに近づくことになる。すなわちバルブタイミングは進角されることになる。

ｄθ＝０であれば(図１６：ｔ０前、ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜)、ＥＣＵ６０はモータジェネレータ５２に対する出力を停止することで、リリースレバー５０を自由回転状態にする。このことにより遅角方向も進角方向もコロ４０，４２が機能して、アウターレース部２０とインナーレース部２２とは一体化して回転するのでバルブタイミングは保持され変化しない。尚、この時に第１リリース突起５０ｃや第２リリース突起５０ｄはコロ４０，４２に接触することがあるが、係合解除する状態にはならない。

ＮＥ≧ＮＥＨであった場合には（Ｓ１０６でＮＯ）、正負の各カムトルクの振幅が小さく期間Ｐ，Ｍ（図１２）も短くなる。特に負のカムトルクの振幅が小さく期間Ｍが短くなるので、進角側解除レベルにしたのみではバルブタイミングを進角させることが困難となる。

このためカム角通常フィードバック制御が実行される（Ｓ１１４）。このカム角通常フィードバック制御は、遅角側解除レベルより大きい制動力及び進角側解除レベルより大きい回転力により、前記図１３の(Ｂ)あるいは前記図１４の(Ｂ)の状態とすることで、直接、モータジェネレータ５２の制動力及び回転力をインナーレース部２２に与える。このことにより、図１７のタイミングチャートに示すごとくアウターレース部２０に対してインナーレース部２２を遅らせたり(ｔ１０〜ｔ１１)、進めたり(ｔ１２〜ｔ１３)して、カム角θｃを目標カム角θｔにフィードバックすることでバルブタイミングの調節を実行する。

上述した構成において、請求項との関係は、リリースレバー５０が切替当接体に、モータジェネレータ５２が電動モータに相当する。カム角制御処理（図１５）が進角制御手段及び遅角制御手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．カムシャフト６には、バルブ駆動の反力として図１２に示したごとく正負のカムトルク期間Ｐ，Ｍが周期的に発生する。カム角制御処理（図１５）では、バルブタイミングの進角制御要求時には進角許可状態を実現している（Ｓ１１２）。このことによりカムトルクが正である期間Ｐにはカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させているので、カムシャフト６の回転位相がクランクシャフトに対して遅れることが無く、バルブタイミングは維持される。そしてカムトルクが負である期間Ｍにはカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にしているので、負のカムトルクによりカムシャフト６の回転位相がクランクシャフトに対して進み、バルブタイミングは進角する。したがって必要な進角が行われるまで、進角許可状態（Ｓ１１２）とすることにより進角側への調節において所望のバルブタイミングにすることができる。

一方、バルブタイミングの遅角制御要求時には遅角許可状態を実現している（Ｓ１１０）。このことによりカムトルクが負である期間Ｍにはカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転に連動させているので、カムシャフト６の回転位相がクランクシャフトに対して進むことが無く、バルブタイミングは維持される。そしてカムトルクが正である期間Ｐにはカムシャフト６の回転をクランクシャフトの回転から自由にしているので、正のカムトルクによりカムシャフト６の回転位相がクランクシャフトに対して遅れて、バルブタイミングは遅角する。したがって必要な遅角が行われるまで、遅角許可状態（Ｓ１１０）とすることにより遅角側への調節において所望のバルブタイミングにすることができる。

このように進角許可状態（Ｓ１１２）あるいは遅角許可状態（Ｓ１１０）を実現することで、バルブタイミングの変更はカムトルクにより実現される。このことから、モータジェネレータ５２に対して大きい電力を必要とすることなく、２ウェイクラッチを切り替えるだけの比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

（ロ）．２ウェイクラッチの切り替えは、モータジェネレータ５２によるリリースレバー５０の当接により実行しているので、切り替え自体も比較的少ないエネルギー消費で済み、バルブタイミングの変更処理全体としても比較的少ないエネルギー消費で可能となる。

（ハ）．内燃機関が高回転となると、カムトルクの正負の振幅が小さくなり継続期間（図１２：Ｐ，Ｍ）も短くなる。特に負のカムトルクにおいて顕著である。このためにカムトルクに頼っていたのではバルブタイミングの変更が困難となる場合がある。本実施の形態では高回転判定回転数ＮＥＨを設け、内燃機関が高回転判定回転数ＮＥＨよりも高回転側である場合にはバルブタイミングの進角制御要求及び遅角制御要求に対しては、２ウェイクラッチの状態切り替え時のトルク以上のトルク出力制御を、モータジェネレータ５２に対して実施する（Ｓ１１４）。

このことによりモータジェネレータ５２により直接的にバルブタイミングが調節されることになる。このようなモータジェネレータ５２による直接的なバルブタイミング調節は内燃機関の全運転領域でなく高回転領域に限られているので、バルブタイミングの調節処理全体としては、比較的少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

（ニ）．バルブタイミングの遅角制御要求時にはモータジェネレータ５２によりカムシャフト６の回転エネルギーを回収している。このため、バルブタイミングの調節処理全体として、より少ないエネルギー消費でバルブタイミングの変更が可能となる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態において、モータジェネレータ５２でなく通常の電動モータでも良く、制動時には逆回転方向の回転力を出力する。

（ｂ）．前記実施の形態では、吸気バルブと排気バルブとの両方に対してバルブタイミング調節装置が用いられて、吸気バルブタイミングと排気バルブタイミングとの両方のバルブタイミングが内燃機関の運転状態に応じて調節されていたが、吸気バルブのバルブタイミングのみを調節しても良いし、排気バルブタイミングのみを調節しても良い。

実施の形態１の動弁機構及びバルブタイミング調節装置の斜視図。 同じく動弁機構及びバルブタイミング調節装置の正面図。 同じく動弁機構及びバルブタイミング調節装置の部分破断斜視図。 同じくバルブタイミング調節装置の分解斜視図。 同じくバルブタイミング調節装置の分解斜視図。 同じくインナーレース部の左側面図。 同じくインナーレース部の右側面図。 同じくインナーレース部とコロ・バネ部との組み合わせを示す斜視図。 同じくアウターレース部、インナーレース部及びコロ・バネ部との組み合わせを示す斜視図。 同じくリリースレバー、インナーレース部及びコロ・バネ部との組み合わせを示す部分破断斜視図。 同じくアウターレース部、リリースレバー、インナーレース部及びコロ・バネ部との組み合わせを示す部分破断左側面図。 同じくカムシャフトに生じるカムトルク変動を示すグラフ。 同じくバルブタイミング遅角時のリリース突起の当接状態説明図。 同じくバルブタイミング進角時のリリース突起の当接状態説明図。 同じくカム角制御処理のフローチャート。 同じくカムトルクに基づくバルブタイミング制御の一例を示すタイミングチャート。 同じくモータジェネレータ出力に基づくバルブタイミング制御の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…内燃機関のバルブ、４…バルブタイミング調節装置、６…カムシャフト、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…カム、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…ローラロッカーアーム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…バルブスプリング、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…バルブシート、２０…アウターレース部、２２…インナーレース部、２４…コロ・バネ部、２６…リリースレバー部、２８…アウターレース、２８ａ…内周面、３０…タイミングスプロケット、３２…円筒シャフト、３２ａ…中心貫通孔、３４…円板部、３６…インナーレース、３６ａ…第１コロ・バネ収納凹部、３６ｂ…第２コロ・バネ収納凹部、３６ｃ，３６ｄ…傾斜面、４０…第１コロ、４２…第２コロ、４４，４６…バネ、５０…リリースレバー、５０ａ…円板部、５０ｂ…リリースアーム、５０ｃ…第１リリース突起、５０ｄ…第２リリース突起、５２…モータジェネレータ、５２ａ…回転出力シャフト、６０…ＥＣＵ、６２…ロータ、６４…カム角センサ、６６…機関回転数センサ、６８…吸気量センサ、Ｃ…チェーンカバー、Ｊ…ジャーナル部。

Claims (5)

1. 内燃機関のバルブタイミングの進角制御要求時に、バルブ駆動用のカムシャフトに生じるカムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を内燃機関のクランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にする進角許可状態とすることで前記バルブタイミングを進角させる進角制御手段と、
   前記バルブタイミングの遅角制御要求時に、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にし、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させる遅角許可状態とすることで前記バルブタイミングを遅角させる遅角制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節装置。
2. 請求項１において、前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間のトルク伝達経路に、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの進角側相対回転を許し遅角側相対回転を禁止する進角許可状態と、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの進角側相対回転を禁止し遅角側相対回転を許す遅角許可状態との間で切り替え可能な２ウェイクラッチを備えると共に、
   前記進角制御手段は、前記バルブタイミングの進角制御要求時に、前記２ウェイクラッチを進角許可状態に切り替えることにより、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にすることで前記バルブタイミングを進角させ、
   前記遅角制御手段は、前記バルブタイミングの遅角制御要求時に、前記２ウェイクラッチを遅角許可状態に切り替えることにより、前記カムトルクが負である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転に連動させ、前記カムトルクが正である時に前記カムシャフトの回転を前記クランクシャフトの回転から自由にすることで前記バルブタイミングを遅角させることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節装置。
3. 請求項２において、前記２ウェイクラッチに対する当接方向によって前記２ウェイクラッチを進角許可状態と遅角許可状態との間で切り替える切替当接体と、該切替当接体を前記カムシャフトと同軸にて回転させる電動モータとを備えると共に、
   前記進角制御手段は、正トルクを前記電動モータに発生させることで生じた前記切替当接体の当接により前記２ウェイクラッチを進角許可状態に切り替え、
   前記遅角制御手段は、負トルクを前記電動モータに発生させることで生じた前記切替当接体の当接により前記２ウェイクラッチを遅角許可状態に切り替えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節装置。
4. 請求項３において、前記進角制御手段及び前記遅角制御手段は、内燃機関が高回転判定回転数よりも高回転である場合には、前記バルブタイミングの進角制御要求及び遅角制御要求に応じて、前記電動モータに対して前記２ウェイクラッチの状態切り替え時のトルク以上のトルク出力制御により前記バルブタイミングを調節することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節装置。
5. 請求項３又は４において、前記電動モータをモータジェネレータとして構成し、前記遅角制御手段は、前記バルブタイミングの遅角制御要求時には前記電動モータにより前記カムシャフトの回転エネルギーを回収することで負トルクを前記電動モータに発生させることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節装置。

Images