JP3136779B2 - 可変バルブタイミング機構の油圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関における吸気
バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変にする
ために油圧によって駆動される可変バルブタイミング機
構に係り、詳しくはその油圧制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の油圧駆動タイプのバルブ
制御装置として、例えば特開昭５９−１２０７０７号公
報に開示されたものが知られている。この従来のバルブ
制御装置では、カムシャフトの一端部にエンジンのクラ
ンクシャフトに駆動連結されたスリーブ（タイミングプ
ーリ）が設けられており、そのタイミングプーリとカム
シャフトとの間にはリングピストン（リングギヤ）が介
在されている。リングギヤはその内外周に設けられた歯
の少なくとも一方がヘリカル歯となっており、リングギ
ヤは軸方向への移動によってカムシャフトと相対回動可
能となっている。又、リングギヤの軸方向一端側には、
油圧ポンプ等からの油圧が油路を通じて供給されるよう
になっている。更に、その油圧に対抗するように、リン
グギヤの他端側には釣り合い用スプリングが設けられて
いる。そして、油圧がリングギヤの一端側に加えられる
ことにより、リングギヤがスプリングの付勢力に抗して
軸方向へ動かされる。これより、カムシャフトにはタイ
ミングプーリに対する捩じりが付与され、カムシャフト
とタイミングプーリとの回転方向における位相（回転位
相）が変更され、吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タ
イミングが変更されてバルブオーバラップが制御され
る。

【０００３】この従来のバルブ制御装置では、リングギ
ヤに作用する油圧を制御するために油路の途中に電磁弁
が設けられている。そして、その電磁弁がエンジンの各
種駆動パラメータに基づいてコンピュータによりデュー
ティ制御されるようになっている。従って、電磁弁がデ
ューティ制御されることにより、そのデューティ周波数
に同期して変動する油圧がリングギヤの軸方向一端側に
加えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
バルブ制御装置では、カムシャフトが回転駆動されてい
るときに、そのカムシャフトの周期的なトルク変動の反
力がリングギヤに入力されることから、リングギヤには
周期的な軸方向の変動荷重（スラスト力）が加わってい
た。又、ヘリカル歯を備えたリングギヤでは、その軸方
向の動きに対して多少のフリクションを有するものであ
った。

【０００５】従って、リングギヤのフリクションが相対
的に小さい場合には、次のような問題があった。即ち、
リングギヤの移動ストローク両端位置では、スプリング
の付勢力或いは油圧力が最も大きいことから、リングギ
ヤに加わる周期的なスラスト力の影響は極めて少ない。
しかしながら、電磁弁のデューティ制御によりリングギ
ヤが中間位置に保持される場合には、その位置がスプリ
ングの付勢力と油圧力との釣り合いによって決定され
る。このため、その釣り合い状態でリングギヤに周期的
なスラスト力が更に加わることにより、リングギヤの位
置制御が不安定となる。よって、リングギヤが不用意に
動いてヘリカル歯の摩耗やオイルシール摩耗、或いは機
構自体の耐久性が損なわれるおそれがあった。

【０００６】一方、リングギヤのフリクションが相対的
に大きい場合には、次のような問題があった。即ち、リ
ングギヤのフリクションはリングギヤの動きに対するヒ
ステリシスとして存在する。従って、そのヒステリシス
が大きい場合には、特にリングギヤを中間位置から移動
させようとした場合に、その応答性に対して影響があっ
た。例えば、リングギヤを僅かに移動させるために、リ
ングギヤに加わる油圧を僅かに増減させた場合には、そ
の油圧変化がヒステリシスの中に埋もれてしまうおそれ
があった。よって、リングギヤの動き始めが遅くなり、
その位置制御が非線形なものになり易かった。

【０００７】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、リングギヤを油圧によって
駆動させることによりバルブタイミングを可変にする可
変バルブタイミング機構において、バルブタイミングの
位相を可変とする場合に迅速な作動応答性を確保するこ
とが可能で、リングギヤを中間位置に保持させる場合に
はその位置制御を安定化させることの可能な可変バルブ
タイミング機構の油圧制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、内燃機関のシリンダヘッド
にて回転可能に設けられ、吸排気用のバルブを開閉駆動
させるカムシャフトと、そのカムシャフトの一端部に設
けられて内燃機関のクランクシャフトに駆動連結された
タイミングプーリと、内外周に設けれた歯の少なくとも
何れか一方がヘリカル歯であり、カムシャフトとタイミ
ングプーリとの間に介在されて両者を連結すると共に、
軸方向への移動によってカムシャフトと相対回動可能な
リングギヤとを備え、カムシャフトとタイミングプーリ
との間において、リングギヤの軸方向端側に油路を通じ
て油圧を加えることにより、リングギヤを軸方向へ移動
させながら回動させてカムシャフトに捩じりを付与する
可変バルブタイミング機構の油圧制御装置であって、油
路の途中に設けられ、リングギヤへの油圧の供給を制御
すべく開閉駆動される制御弁と、吸排気用のバルブを開
閉駆動させる際に発生するカムシャフトのトルク変動周
期と同期したデューティ周波数に基づいて制御弁をデュ
ーティ制御するデューティ制御手段とを備えている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、クランクシャフトに連動
してタイミングプーリが回転駆動されることにより、そ
の駆動力がタイミングプーリからリングギヤを介してカ
ムシャフトに伝達され、カムシャフトが回転駆動され
る。又、デューティ制御手段により、吸排気用のバルブ
を開閉駆動させる際に発生するカムシャフトのトルク変
動周期と同期したデューティ周波数に基づいて制御弁が
デューティ制御される。このため、リングギヤの軸方向
端側には、油路を通じ、デューティ周波数に同期した変
動周期をもって油圧力が加えられる。

【００１０】ここで、カムシャフトが回転駆動されると
きに、リングギヤの軸方向一端側にデューティ周波数に
応じて周期的に変動する油圧力が加えられることによ
り、リングギヤは軸方向へ移動されながら回動される。
これにより、カムシャフトに捩じりが付与されてカムシ
ャフトとタイミングプーリとの間の回転方向における位
相（回転位相）が変えられ、吸排気用のバルブの開閉タ
イミングが変更される。そして、このようにカムシャフ
トの回転位相を変化させる際、デューティ制御手段によ
り、カムシャフトのトルク変動周期と同位相で同期させ
たデューティ周波数に基づき制御弁をデューティ制御す
る。これにより、カムシャフトのトルク変動の反力に起
因した周期的なスラスト力がリングギヤへ加えられ、周
期的に変動する油圧力に上乗されて付加される。従っ
て、油圧力とスラスト力との合力が、リングギヤの軸方
向の移動のために付与される。

【００１１】一方、リングギヤをその移動ストロークの
中間位置に保持させる際、デューティ制御手段により、
カムシャフトのトルク変動周期に対し反転する位相で同
期させたデューティ周波数に基づき制御弁をデューティ
制御する。これにより、リングギヤの軸方向一端側に周
期的に加えられる油圧力が、カムシャフトのトルク変動
の反力に起因するスラスト力を打ち消し合うように作用
し、そのスラスト力の影響によってリングギヤが動かさ
れることはない。

【００１２】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明における可変バルブタイ
ミング機構の油圧制御装置をガソリンエンジンに具体化
した第１実施例を図１〜図６に基づいて詳細に説明す
る。

【００１３】図１はこの実施例の可変バルブタイミング
機構（以下単に「ＶＶＴ」という）１とそのＶＶＴ１を
駆動させるための油圧制御装置を示す概略構成図であ
る。ＶＶＴ１は吸排気用のバルブを開閉するためのカム
シャフト２を備え、カムシャフト２はそのカムジャーナ
ル２ａにて図示しないエンジンのシリンダヘッド３に回
転可能に支持されている。この実施例では、エンジンに
おいて図示しない吸気バルブ、排気バルブがそれぞれ別
々のカムシャフトにより開閉駆動されるようになってお
り、そのうち上記のカムシャフト２は吸気バルブに対応
している。カムシャフト２の先端部上には、タイミング
プーリ４がそのボス部４ａにて相対回転可能に装着され
ている。このタイミングプーリ４の外周には外歯４ｂが
形成されており、同プーリ４の軸方向（同図の左右方
向）一側には収容凹部４ｃが形成されている。又、その
収容凹部４ｃを塞ぐように、カムシャフト２の先端には
キャップ５がボルト６により締付け固定されると共に、
ノックピン７により回り止めされている。更に、収容凹
部４ｃの開口端側とキャップ５の外周との間には、その
タイミングプーリ４に圧入固定されたアウタープレート
８と、キャップ５に一体形成されたインナープレート９
等とからなる緩衝用の周知の粘性継手（ビスカスカップ
リング）１０が設けられている。更に又、キャップ５と
アウタープレート８との間、及びキャップ５とタイミン
グプーリ４との間には、それぞれシール部材１１が介在
されている。

【００１４】上記のタイミングプーリ４とカムシャフト
２との間にはリングギヤ１２が介在され、両者４，２が
連結されている。即ち、キャップ５により閉塞されたタ
イミングプーリ４の収容凹部４ｃには、リングギヤ１２
が収容されている。このリングギヤ１２は、その内外周
に設けられた歯１２ａ，１２ｂの両方がヘリカル歯にな
っている。又、リングギヤ１２の各歯１２ａ，１２ｂ
は、タイミングプーリ４のボス部４ａに形成された内歯
４ｄと、キャップ５の内周に形成された内歯５ａとにそ
れぞれ噛み合わされている。この構成によって、リング
ギヤ１２が軸方向へ移動されることにより、同ギヤ１２
がカムシャフト２と相対回動可能になっている。更に、
タイミングプーリ４はその外歯４ｂに掛装されたタイミ
ングベルト１３を介して、図示しないクランクシャフト
に駆動連結されている。

【００１５】従って、クランクシャフトの動力がタイミ
ングベルト１３を介してタイミングプーリ４に伝達され
ることにより、リングギヤ１２で連結されたタイミング
プーリ４とキャップ５とが一体的に回転されてカムシャ
フト２が回転駆動される。この時、リングギヤ１２が軸
方向へ移動されることにより、カムシャフト２にタイミ
ングプーリ４に対する捩じりが付与される。又、カムシ
ャフト２に捩じりが付与される際に、リングギヤ１２の
バックラッシに起因するガタツキは、ビスカスカップリ
ング１０の作用によって緩衝され、異音の発生が抑えら
れる。

【００１６】リングギヤ１２を油圧により駆動させるた
めに、収容凹部４ｃにおいて、リングギヤ１２の軸方向
一端側は、作動油による油圧が導入される加圧室１４と
なっている。又、同じく収容凹部４ｃにおいて、リング
ギヤ１２の他端側は、その油圧に対抗する釣り合い用の
スプリング１５が収容されるスプリング室１６となって
いる。更に、加圧室１４に作動油による油圧を供給する
ために、シリンダヘッド３及びカムシャフト２には、互
いに連通するヘッド油路１７及びシャフト油路１８がそ
れぞれ形成されている。

【００１７】一方、タイミングプーリ４及びカムシャフ
ト２の一部には、加圧室１４からスプリング室１６へ洩
れ出た作動油を導出するための戻し油路１９，２０が形
成されている。又、タイミングプーリ４の一端側におい
て、同プーリ４とシリンダヘッド３との間にはシール部
材２１が介在されており、それらタイミングプーリ４、
シリンダヘッド３、カムシャフト２及びシール部材２１
によって囲まれた空間が油回収室２２となっている。そ
して、その油回収室２２には戻し油路１９，２０が連通
されている。更に、カムシャフト２の下方にて、シリン
ダヘッド３の一部には、油回収室２２にて回収された作
動油をエンジンのオイルパン２３へ戻すための油戻し穴
２４が形成されている。

【００１８】尚、この実施例では、内外周の各歯１２
ａ，１２ｂの傾き角等によって決まるリングギヤ１２の
フリクションが相対的に小さくなるように設定されてい
る。この実施例では、作動油としてエンジンの潤滑油が
利用されている。即ち、潤滑油のための一系統の油圧回
路を構成するオイルポンプ２５はエンジンに連動して駆
動され、それによってオイルパン２３に貯留された潤滑
油がオイルフィルタ２６を介して吸い上げられる。オイ
ルポンプ２５とヘッド油路１７との間にはメイン油路２
７が接続されており、そのメイン油路２７の途中には、
ソレノイド式で三方式の制御弁２８が設けられている。
この制御弁２８はデューティ制御されるものであり、そ
の特性を図３のグラフに示す。このグラフからも分かる
ように、制御弁２８は入力指令値としてのデューティ比
のある範囲内で、デューティ比に対する出力としての油
圧が比例するようになっている。即ち、デューティ比の
ある範囲内では、デューティ比が増加するのに伴って油
圧が増大するようになっている。そして、制御弁２８に
て制御される油圧が増大することにより、カムシャフト
２の回転位相が進角される。

【００１９】従って、オイルポンプ２５の駆動中に、制
御弁２８のオン・オフがデューティ制御されてメイン油
路２７が周期的に開閉されることにより、オイルポンプ
２５より吐出された潤滑油が作動油としてある油圧をも
ってヘッド油路１７へ供給される。ヘッド油路１７へ供
給された作動油は、更にシャフト油路１８を通じて加圧
室１４へと導入される。そして、その作動油の油圧によ
りリングギヤ１２がスプリング１５の付勢力に抗して軸
方向の一方（同図の右方向）へ押圧される。これによ
り、カムシャフト２に捩じりが付与され、カムシャフト
２のタイミングプーリ４に対する回転位相が変更され
る。その結果、吸気バルブの開閉タイミングが変えら
れ、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが
変更される。

【００２０】一方、制御弁２８がオフされることによ
り、ヘッド油路１７への作動油の供給が遮断される。こ
れにより、加圧室１４から油圧が抜け、リングギヤ１２
がスプリング１５の付勢力によって軸方向の他方（同図
の左方向）へ押圧されて戻される。これにより、カムシ
ャフト２に逆の捩じりが付与され、カムシャフト２の回
転位相が復帰変更される。その結果、吸気バルブの開閉
タイミングが変えられてバルブオーバラップが変更され
る。この時、加圧室１４からスプリング室１６へ洩れ出
た作動油は、戻し油路１９，２０を通じて油回収室２２
へと導かれ、更に油戻し穴２４を通じてオイルパン２３
へと戻される。

【００２１】この実施例では、制御弁２８が、デューテ
ィ制御手段を構成する電子制御装置（以下単に「ＥＣ
Ｕ」という）３１により、エンジンの運転状態に応じて
制御されるようになっている。ＥＣＵ３１は中央処理装
置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶し
たりＣＰＵの演算結果等を一時記憶したりする各種メモ
リ等と、これら各部と外部入力回路及び外部出力回路等
とをバスによって接続した理論演算回路として構成され
たものである。

【００２２】エンジンの運転状態を検出する各種センサ
として、図示しないエンジンの吸気通路にはその吸入空
気量Ｑを検出するエアフローメータ３２が設けられてい
る。又、エンジンのシリンダブロックにはその冷却水の
温度（冷却水温）ＴＨＷを検出する水温センサ３３が設
けられている。更に、排気バルブ側のＶＶＴ１を構成し
ていないカムシャフト近傍には、そのカムシャフトの回
転からクランクシャフトの回転を所定の角度間隔で検知
し、エンジン回転数ＮＥを求めるためのクランク角信号
ＣＡＳとして出力するクランク角センサ３４が設けられ
ている。更に又、吸気バルブ側のＶＶＴ１を構成するカ
ムシャフト２の基端部には、そのカムシャフト２の回転
を所定の角度間隔で検知し、カム角基準信号ＣＢＳとし
て出力するカム角センサ３５が設けられている。このカ
ム角センサ３５は、クランク角センサ３４との比較によ
り進角値を算出すると共に、制御弁２８をオン・オフす
るための基準タイミングを算出するために設けられてい
る。このカム角センサ３５は、カムシャフト２の回転に
連動して回転されるタイミングロータ３６と、ピックア
ップコイル３７とから構成されている。タイミングロー
タ３６の外周には、カムシャフト２上の図示しないカム
山の数に整合する複数の突起３６ａが形成されている。
これら各突起３６ａは、各カム山により吸気バルブが開
閉駆動される際にカムシャフト２で発生するトルク変動
の周期に整合するように配置されている。この実施例で
は、トルク変動のレベルが最低となる位置に整合するよ
うに各突起３６ａが配置されている。又、ピックアップ
コイル３７は各突起３６ａに対向して配置されている。
そして、クランクシャフトの回転に伴ってタイミングロ
ータ３６が回転されることにより、ピックアップコイル
３７では各突起３６ａの通過が検知され、カム角信号Ｃ
ＢＳはトルク変動レベルが最低となる位置に整合するト
リガパルスとして周期的に出力されるようになってい
る。

【００２３】この実施例では、ＥＣＵ３１の外部入力回
路に前述したエアフローメータ３２、水温センサ３３、
クランク角センサ３４及びカム角センサ３５がそれぞれ
接続されている。又、ＥＣＵ３１の外部出力回路に制御
弁２８が接続されている。そして、ＥＣＵ３１はＶＶＴ
１によるバルブタイミング制御を司るために、エアフロ
メータ３２及び各センサ３３〜３５からの出力信号に基
づきその時々のエンジン運転状態に応じた吸気バルブの
開閉タイミングを決定し、制御弁２８を好適に駆動制御
するようになっている。

【００２４】次に、前述したＥＣＵ３１により実行され
るバルブタイミング制御のための処理動作について説明
する。図２のフローチャートはＥＣＵ７０により実行さ
れる「バルブタイミング制御ルーチン」を示しており、
エンジンの運転中に所定時間毎の定時割り込みで実行さ
れる。

【００２５】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１０１において、エアフローメータ３２、水温セ
ンサ３３、クランク角センサ３４及びカム角センサ３５
からの各出力信号に基づき、吸入空気量Ｑ、冷却水温Ｔ
ＨＷ、クランク角信号ＣＡＳ及びカム角信号ＣＢＳをそ
れぞれ読み込む。

【００２６】続いて、ステップ１０２において、今回読
み込まれた冷却水温ＴＨＷが所定の基準温度Ｔ０よりも
高いか否かを判断する。ここで、冷却水温ＴＨＷが基準
温度Ｔ０よりも高くない場合は、エンジンが充分に暖ま
っていない始動時であるものとして、そのままその後の
処理を一旦終了する。

【００２７】一方、ステップ１０２において、冷却水温
ＴＨＷが基準温度Ｔ０よりも高い場合には、エンジンが
充分に暖まった始動後であるものとしてステップ１０３
へ移行し、ステップ１０３〜ステップ１０９の一連の処
理を実行する。

【００２８】即ち、先ずステップ１０３においては、今
回読み込まれたクランク角信号ＣＡＳ及びカム角信号Ｃ
ＢＳに基づき、エンジン回転数ＮＥ及びカムシャフト２
の現在進角値θ０を算出する。

【００２９】次に、ステップ１０４において、今回読み
込まれた吸入空気量Ｑ、今回算出されたエンジン回転数
ＮＥに基づき、エンジンの負荷相当値Ｑ／Ｎを算出す
る。そして、ステップ１０５において、今回算出された
エンジン回転数ＮＥ及び負荷相当値Ｑ／Ｎに基づき、カ
ムシャフト２の目標進角値θを算出する。この目標進角
値θの算出は、図４に示すように、エンジン回転数ＮＥ
及び負荷相当値Ｑ／Ｎに対する目標進角値θの関係を予
め定めてなるマップを参照して行われる。

【００３０】続いて、ステップ１０６においては、目標
進角値θと現在進角値θ０との進角値偏差（θ−θ０）
に基づき、今回のデューティ加算値Ｒを算出する。この
デューティ加算値Ｒの算出は、図５に示すように、進角
値偏差（θ−θ０）に対するデューティ加算値Ｒの関係
を予め定めてなるマップを参照して行われる。

【００３１】又、ステップ１０７において、前回求めら
れたデューティ比ＲＢに今回求められたデューティ加算
値Ｒを加算し、その結果を今回のデューティ比ＲＡとし
て設定する。

【００３２】更に、ステップ１０８において、今回求め
られたエンジン回転数ＮＥ及びデューティ比ＲＡに基づ
き、制御弁２８をデューティ制御するための通電時間Ｒ
Ｔを算出する。この通電時間ＲＴの算出は、エンジン回
転数ＮＥ及びデューティ比ＲＡに対する通電時間ＲＴの
関係を予め定めてなる図示しないマップを参照して行わ
れる。

【００３３】そして、ステップ１０９において、今回求
められた通電時間ＲＴに基づき制御弁２８をデューティ
制御する。この実施例では、カムシャフト２で発生する
トルク変動の周期に対して反転した位相で同期させたデ
ューティ周波数に基づき通電時間ＲＴを制御弁２８のソ
レノイドへ出力し、その後の処理を一旦終了する。

【００３４】以上のようにしてバルブタイミング制御の
処理動作が実行される。ここで、この実施例のバルブタ
イミング制御の作用を図６のタイムチャートに従って説
明する。

【００３５】このタイムチャートは、カムシャフト２で
発生するトルク変動、それに起因するリングギヤ１２で
のスラスト力、カム角センサ３５からのトリガパルス、
制御弁２８のソレノイドに対する通電、リングギヤ１２
に対する油圧、及び油圧力，スプリング力，スラスト力
の合力の変化の関係を示している。

【００３６】このタイムチャートからも分かるように、
カムシャフト２のトルク変動は周期的に発生し、それに
起因するリングギヤ１２のスラスト力は、トルク変動の
周期に対して反転した周期で発生することになる。そし
て、制御弁２８のソレノイドでは、リングギヤ１２のス
ラスト力が最大となるタイミングに同期したトリガパル
スを基準にして通電時間ＲＴの通電が開始される。その
結果、リングギヤ１２に加わる油圧は、リングギヤ１２
のスラスト力の周期に対して反転した周期をもって変動
することになる。

【００３７】従って、カムシャフト２の回転位相を最大
限に進角させるべく制御弁２８がデューティ制御された
場合には、加圧室１４に最大限の油圧が供給され、リン
グギヤ１２はスプリング１５の付勢力（スプリング力）
に抗して図１の右端位置まで移動される。又、カムシャ
フト２の回転位相を最大限に遅角させるべく制御弁２８
がオフされた場合には、加圧室１４に油圧が作用しない
状態となり、リングギヤ１２はスプリング力によって図
１の左端位置まで移動される。そして、このようにリン
グギヤ１２が右端位置或いは左端位置へ移動された状態
では、リングギヤ１２にかかる油圧力或いはスプリング
力が充分に大きいことから、リングギヤ１２にかかるス
ラスト力の有無にかかわらずリングギヤ１２は比較的安
定した状態で位置保持される。

【００３８】一方、カムシャフト２の回転位相を中程度
に進角させるべく制御弁２８がデューティ制御された場
合には、図１に示すように、リングギヤ１２は油圧とス
プリング力との釣り合いによってその移動ストロークの
中間位置に保持される。そして、この実施例では、制御
弁２８のデューティ制御が、カムシャフト２のトルク変
動の周期に対し反転する位相で同期させたデューティ周
波数に基づいて行われている。つまり、リングギヤ１２
に加わる油圧力がスラスト力の周期に対して反転した周
期で変動するように制御弁２８がデューティ制御され
る。このため、リングギヤ１２に周期的に加えられる油
圧力が、カムシャフト２のトルク変動に起因してリング
ギヤ１２に周期的に付加されるスラスト力を打ち消し合
うように作用することになる。

【００３９】従って、この実施例のように、リングギヤ
１２のフリクションが相対的に小さい場合には、図６
（ｆ）に実線で示すように、リングギヤ１２に作用する
油圧力、スプリング力及びスラスト力の合力の変動幅が
非常に小さなものとなり、リングギヤ１２のフリクショ
ン幅を越えることが無くなる。その作用は、同図に破線
で示されるリングギヤ１２に一定の油圧を供給させた場
合との比較からも明らかである。よって、カムシャフト
２のトルク変動に起因するスラスト力によってリングギ
ヤ１２が動かされることがなくなる。

【００４０】その結果、リングギヤ１２を中間位置に保
持させる場合には、その位置制御を安定化させることが
できる。更にその結果として、リングギヤ１２の不用意
な動きを防止することができ、延いてはリングギヤ１２
のヘリカル歯における摩耗や、そのオイルシール摩耗、
或いはリングギヤ１２自体の耐久性の低下を防止するこ
とができる。

【００４１】（第２実施例）次に、この発明における可
変バルブタイミング機構の油圧制御装置を具体化した第
２実施例を図７及び図８に基づいて説明する。尚、この
実施例の構成は前記第１実施例のそれと同じであるもの
として、同一の構成部材には同一の符号を付して説明を
省略し、以下に異なった点を中心に説明する。

【００４２】この実施例では、内外周の各歯１２ａ，１
２ｂの傾き角度等によって決まるリングギヤ１２の軸方
向におけるフリクションが相対的に大きくなるように設
定されている。又、ＥＣＵ３１により実行されるバルブ
タイミング制御の処理動作について前記第１実施例のそ
れと異なっている。即ち、図７のフローチャートはＥＣ
Ｕ７０により実行される「バルブタイミング制御ルーチ
ン」を示しており、エンジンの運転中に所定時間毎の定
時割り込みで実行される。

【００４３】このフローチャートにおいて、ステップ２
０１〜ステップ２０８の処理については、前記第１実施
例における図２のフローチャートの処理と同じであるこ
とから、説明を省略し、特に異なったステップ２０９の
処理について説明する。

【００４４】即ち、ステップ２０９においては、今回求
められた通電時間ＲＴに基づき制御弁２８をデューティ
制御する。この実施例では、カムシャフト２のトルク変
動の周期と同位相で同期させたデューティ周波数に基づ
き、通電時間ＲＴを制御弁２８のソレノイドへ出力し、
その後の処理を一旦終了するのである。

【００４５】ここで、この実施例のバルブタイミング制
御の作用を図６に準ずる図８のタイムチャートに従って
説明する。このタイムチャートからも分かるように、カ
ムシャフト２のトルク変動は周期的に発生し、それに起
因するリングギヤ１２のスラスト力は、トルク変動の周
期に対して反転した周期で発生することになる。そし
て、制御弁２８のソレノイドでは、リングギヤ１２のス
ラスト力が最大となるタイミングに同期したトリガパル
スを基準にして通電時間ＲＴの通電が終了される。その
結果、リングギヤ１２に加わる油圧力は、リングギヤ１
２のスラスト力の周期と同位相の周期をもって変動する
ことになる。

【００４６】従って、カムシャフト２の回転位相を進角
させるべく制御弁２８がデューティ制御された場合に
は、加圧室１４に油圧が供給され、リングギヤ１２はス
プリング力に抗して図１の右方向へと移動される。そし
て、この実施例では、制御弁２８のデューティ制御が、
カムシャフト２のトルク変動周期と同位相で同期させた
デューティ周波数に基づいて行われている。つまり、リ
ングギヤ１２に加わる油圧力がスラスト力の周期と同位
相の周期で変動するように制御弁２８がデューティ制御
される。このため、カムシャフト２のトルク変動に起因
したスラスト力がリングギヤ１２へ加えられ、リングギ
ヤ１２に周期的に加えられる油圧力に上乗せされて付加
される。

【００４７】従って、この実施例のように、リングギヤ
１２のフリクションが相対的に大きい場合には、図８
（ｆ）に実線で示すように、油圧力、スプリング力及び
スラスト力の合力が、リングギヤ１２の軸方向の移動の
ために付与される。そして、その合力の変動幅はリング
ギヤ１２のフリクション幅とほぼ同等となる。その作用
は、同図に破線で示されるリングギヤ１２に一定の油圧
を供給させた場合との比較からも明らかである。

【００４８】その結果、リングギヤ１２のフリクション
が大きくても、リングギヤ１２を軸方向へ移動させるの
に充分な合力が得られ、リングギヤ１２の移動応答性を
向上させることができる。例えば、制御弁２８のデュー
ティ制御によりリングギヤ１２にかかる油圧力を僅かに
増減させた場合でも、その油圧変化がフリクションに起
因するヒステリシスの中に埋もれてしまうことがなくな
り、リングギヤ１２を迅速に動かすことができる。よっ
て、リングギヤ１２の位置制御をより線形に近いかたち
で行うことができ、ＶＶＴ１によりバルブタイミングを
可変とする際の迅速な作動応答性を確保することができ
る。

【００４９】尚、この発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記各実施例では、リングギヤ１２の軸方向一端
側に一系統の油圧回路を用いて油圧を供給することによ
りリングギヤ１２を移動させるようにしたが、リングギ
ヤの軸方向両端に二系統の油圧回路を用いて油圧を供給
することによりリングギヤを移動させるようにしてもよ
い。

【００５０】（２）前記各実施例では、吸気バルブの開
閉タイミングのみを可変とするＶＶＴ１を設けたが、排
気バルブの開閉タイミングのみを可変とするＶＶＴや吸
気バルブ及び排気バルブの両方の開閉タイミングをそれ
ぞれ可変とするＶＶＴを設けることもできる。

【００５１】（３）前記各実施例では、ＶＶＴ１の油圧
制御装置をガソリンエンジンに具体化したが、ＶＶＴの
油圧制御装置をディーゼルエンジンに具体化することも
できる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、リングギヤを油圧によって駆動させることによりバ
ルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構
において、リングギヤへの油圧の供給を制御すべく開閉
駆動される制御弁を、吸排気用のバルブを開閉駆動させ
る際に発生するカムシャフトのトルク変動周期と同期し
たデューティ周波数に基づいてデューティ制御してい
る。このため、制御弁の開閉周期をカムシャフトのトル
ク変動周期と同相で同期させた場合には、このカムシャ
フトのトルク変動に起因した周期的なスラスト力が、デ
ューティ周波数に合わせて周期的に変動する油圧力を増
大させるようこれに上乗せされてリングギヤに付加され
るようになる。従って、バルブタイミングを変更する場
合において迅速な作動応答性を確保することが可能にな
る。一方、制御弁の開閉周期をカムシャフトのトルク変
動周期と逆相で同期させた場合には、上記デューティ周
波数に合わせて周期的に変動する油圧力が上記カムシャ
フトのトルク変動に起因してリングギヤに周期的に付加
されるスラスト力を打ち消し合うように作用する。その
結果、リングギヤを中間位置に保持させる場合にはその
位置制御を安定化させることが可能になるという優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した第１実施例における可変
バルブタイミング機構と同機構を駆動させるための油圧
制御装置を示す概略構成図である。

【図２】第１実施例において、ＥＣＵにより実行される
「バルブタイミング制御ルーチン」を示すフローチャー
トである。

【図３】第１実施例においてデューティ制御される制御
弁の特性を示し、デューティ比に対する油圧の関係を示
すグラフである。

【図４】第１実施例において、エンジン回転数及び負荷
相当値に対する目標進角値の関係を予め定めてなるマッ
プである。

【図５】第１実施例において、目標進角値と現在進角値
との進角値偏差に対するデューティ加算値の関係を予め
定めてなるマップである。

【図６】第１実施例において、カムシャフトのトルク変
動、リングギヤのスラスト力、カム角センサのトリガパ
ルス、制御弁のソレノイドに対する通電、リングギヤに
対する油圧、及び油圧力，スプリング力，スラスト力の
合力の変化の関係を示すタイムチャートである。

【図７】この発明を具体化した第２実施例において、Ｅ
ＣＵにより実行される「バルブタイミング制御ルーチ
ン」を示すフローチャートである。

【図８】第２実施例において、カムシャフトのトルク変
動、リングギヤのスラスト力、カム角センサのトリガパ
ルス、制御弁のソレノイドに対する通電、リングギヤに
対する油圧、及び油圧力，スプリング力，スラスト力の
合力の変化の関係を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

２…カムシャフト、３…シリンダヘッド、４…タイミン
グプーリ、１２…リングギヤ、１２ａ，１２ｂ…歯、１
７…ヘッド油路、１８…シャフト油路、２７…メイン油
路、２８…制御弁、３１…デューティ制御手段を構成す
るＥＣＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 1/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダヘッドにて回転可能
   に設けられ、吸排気用のバルブを開閉駆動させるカムシ
   ャフトと、 前記カムシャフトの一端部に設けられて前記内燃機関の
   クランクシャフトに駆動連結されたタイミングプーリ
   と、 内外周に設けれた歯の少なくとも何れか一方がヘリカル
   歯であり、前記カムシャフトと前記タイミングプーリと
   の間に介在されて両者を連結すると共に、軸方向への移
   動によって前記カムシャフトと相対回動可能なリングギ
   ヤとを備え、前記カムシャフトと前記タイミングプーリ
   との間において、前記リングギヤの軸方向端側に油路を
   通じて油圧を加えることにより、前記リングギヤを軸方
   向へ移動させながら回動させて前記カムシャフトに捩じ
   りを付与する可変バルブタイミング機構の油圧制御装置
   であって、 前記油路の途中に設けられ、前記リングギヤへの油圧の
   供給を制御すべく開閉駆動される制御弁と、 前記吸排気用のバルブを開閉駆動させる際に発生する前
   記カムシャフトのトルク変動周期と同期したデューティ
   周波数に基づいて前記制御弁をデューティ制御するデュ
   ーティ制御手段とを備えたことを特徴とする可変バルブ
   タイミング機構の油圧制御装置。