JP3187674B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気バルブ
と排気バルブとが同時に開弁する期間（バルブオーバラ
ップ期間）を制御する内燃機関のバルブタイミング制御
装置に関し、さらに詳細には、目標とするバルブタイミ
ングと現実のバルブタイミングとの偏差を学習し、その
偏差を除去する内燃機関のバルブタイミング制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの運転状態に応じ
て、吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁するバルブ
オーバラップ期間を変更させる、可変バルブタイミング
機構が実用化されている。この可変バルブタイミング機
構によれば、高回転域においては、吸気バルブの開タイ
ミングを進角させ、バルブオーバラップ期間を長くとる
ことにより、吸気慣性等を得て燃焼室内への吸入空気の
充填効率を向上させることができる。一方、低回転域に
おいては、吸気バルブの開タイミングを遅角させ、バル
ブオーバラップ期間を短くとることにより、一旦、燃焼
室内に吸入された吸入空気が吸気通路へ逆流することを
防止し、充填効率を向上させることができるものであ
る。

【０００３】そして、可変バルブタイミング機構を備え
るエンジンでは、バルブタイミングを変更しなければな
らないので、作動に伴って目標とするバルブタイミング
と実際のバルブタイミング、具体的には、目標変位角と
実際の変位角との間に生じる偏差が問題となる。

【０００４】すなわち、目標変位角は、エンジンの運転
状態に基づいて算出されており、また、目標変位角に実
際の変位角が一致することを前提として決定されるもの
である。したがって、経年変化等により目標変位角と実
際の変位角との間に偏差が生じ、目標変位角どおりに実
際の変位角が得られない場合には、所望するエンジン特
性を実現することができなくなる。

【０００５】そこで、目標変位角と実際の変位角との間
に生じた偏差を学習し、実際の変位角から偏差を除去す
る可変バルブタイミング制御装置におけるカムシャフト
位相フィードバック制御による自動校正法が特表平４−
５０６８５１号公報に開示されている。

【０００６】この自動校正法によれば、センサーによっ
て検出されたクランクシャフトに対するカムシャフトの
位相と、機械的結合によって得られるクランクシャフト
に対するカムシャフトの既知の位相の差が許容値を外れ
ている場合には、両者の位相差を除去する校正が実行さ
れる。すなわち、両者の位相差を補正するオフセットを
フィードバック信号に加え、両者の差異を校正し、今回
のオフセットが前回のオフセットよりも大きい場合に
は、これを更新するのである。この結果、センサー取付
誤差、機構許容誤差等を除去することができ、確実なカ
ム位相フィードバック制御を実行することができるとい
う利点を有する。

【０００７】このように、センサによって検出された実
位相（変位角）と既知の位相（変位角）との差異を学習
する技術を、例えば、特開平４−２７９７０５号公報記
載のバルブタイミング制御装置に適用することが考えら
れる。このバルブタイミング制御装置は、ヘリカルスプ
ラインギヤを介してカムシャフトに捩れを与え、クラン
クシャフトに対するカムシャフトの位相（変位角）を変
化させる可変バルブタイミング機構を備えている。

【０００８】かかるバルブタイミング制御装置では、例
えば、クランクシャフトに対するカムシャフトの目標変
位角が０°ＣＡ（最遅角）である場合に、カム角センサ
等によって検出されたクランクシャフトに対するカムシ
ャフトの変位角を基準位置（可変バルブタイミング機構
の基準タイミング）として学習させることが有効であ
る。すなわち、カムシャフトは、最遅角制御の状態にお
いて機械的に係止されており、カムシャフトの変位角の
変動が少なく安定しているからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術では、カムシャフトの目標変位角０°ＣＡ
（最遅角）の信号が、ＥＣＵから可変バルブタイミング
機構に出力された場合であっても、カムシャフトが最遅
角位置に移動しない場合があった。すなわち、可変バル
ブタイミング機構を構成するヘリカルスプラインギヤの
噛合部に、異物が混入等した場合には、可変バルブタイ
ミング機構が固着等のフェイルを引き起こしてしまうこ
とがあるのである。

【００１０】かかる場合には、カムシャフトの実変位角
が０°ＣＡでないにもかかわらず、最遅角位置にあるも
のとして基準位置の学習が実行されてしまい、カムシャ
フト基準位置の誤学習（可変バルブタイミング機構の基
準タイミング）を誤学習してしまうという問題があっ
た。

【００１１】したがって、可変バルブタイミング機構が
フェイルから復帰した場合には、吸気バルブと排気バル
ブとのオーバラップ量が大きい、過オーバラップ状態が
カムシャフトの基準位置となってしまう。この結果、特
にエンジン低回転域においては、燃焼が不安定となり失
火、エンジンストール等の不具合を引き起こしてしまう
という問題があった。

【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解消するた
めになされたものであり、可変バルブタイミング機構を
備える内燃機関において、目標バルブタイミングと実バ
ルブタイミングとの誤差を解消するため、基準バルブタ
イミングを学習するに当たり、基準バルブタイミングの
誤学習を抑制することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１の発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御
装置は、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して
所定のタイミングで駆動され、燃焼室に通じる吸気通路
及び排気通路をそれぞれ開閉する吸気バルブ及び排気バ
ルブと、前記内燃機関の運転状態を検出するための運転
状態検出手段と、その運転状態検出手段によって検出さ
れた内燃機関の運転状態に応じた目標バルブタイミング
を決定するための目標バルブタイミング決定手段と、前
記吸気バルブ又は前記排気バルブのうち少なくともいず
れか一方のバルブタイミングを変更させる可変バルブタ
イミング機構と、その可変バルブタイミング機構が配設
された側におけるバルブの実バルブタイミングを検出す
るためのバルブタイミング検出手段と、前記目標バルブ
タイミング決定手段により決定された目標バルブタイミ
ングが最変位バルブタイミングである場合に、前記バル
ブタイミング検出手段によって検出された実バルブタイ
ミングを基準バルブタイミングとして学習する基準バル
ブタイミング学習手段と、その基準バルブタイミング学
習手段によって学習された基準バルブタイミングを用い
て目標バルブタイミングに対する実バルブタイミングの
偏差を校正する実バルブタイミング校正手段と、その実
バルブタイミング校正手段によって校正された実バルブ
タイミングを、前記目標バルブタイミング決定手段によ
って決定された目標バルブタイミングに収束させるため
前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブタイミ
ング制御手段と、前記可変バルブタイミング機構がフェ
イルしているか否かを判断するフェイル判断手段と、前
記フェイル判断手段によって前記可変バルブタイミング
機構がフェイルしていると判断された場合には、前記基
準バルブタイミング学習手段による基準バルブタイミン
グの学習を禁止する学習禁止手段とを構成として備え
る。

【００１４】また、請求項２の発明に係る内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置では、請求項１記載の内燃機関
のバルブタイミング制御装置において、前記フェイル判
断手段は、前記バルブタイミング検出手段によって前記
可変バルブタイミング機構が配設された側におけるバル
ブのバルブタイミングの変更が検出されず、目標バルブ
タイミングと実バルブタイミングとの偏差が所定値以上
である場合にフェイルであると判断することを構成とし
て備える。

【００１５】

【作用】上記構成を備えた請求項１の発明に係る内燃機
関のバルブタイミング制御装置では、内燃機関が始動す
ると、吸気バルブ、及び排気バルブは内燃機関の回転に
同期して所定のタイミングで駆動され、燃焼室に通じる
吸気通路、及び排気通路を開閉する。また、可変バルブ
タイミング機構は、吸気バルブ、排気バルブのうち少な
くともいずれか一方のバルブタイミングを変更する。さ
らに、運転状態検出手段は、内燃機関の運転状態を検出
し、目標バルブタイミング決定手段は、内燃機関の運転
状態に応じた目標バルブタイミングを決定する。

【００１６】バルブタイミング検出手段は、可変バルブ
タイミング機構が配設された側におけるバルブの実バル
ブタイミングを検出する。そして、基準バルブタイミン
グ学習手段は、目標バルブタイミング決定手段によって
決定された目標バルブタイミングが最変位バルブタイミ
ングである場合に、バルブタイミング検出手段によって
検出された実バルブタイミングを基準バルブタイミング
として学習する。

【００１７】こうして、基準バルブタイミングを学習す
ることにより、個々の可変バルブタイミング機構が有す
る組み付け誤差、経年変化等による誤差が取り除かれ、
目標バルブタイミングと実バルブタイミングとのマッチ
ングの向上が図られる。ここで、最変位バルブタイミン
グが目標バルブタイミングである場合には、可変バルブ
タイミング機構は最変位位置にあり、より安定した状態
にあることから、基準バルブタイミングの学習が行われ
るのである。

【００１８】実バルブタイミング校正手段は、基準バル
ブタイミング学習手段によって学習された基準バルブタ
イミングを用いて目標バルブタイミングに対する実バル
ブタイミングの偏差を校正する。そして、バルブタイミ
ング制御手段は、実バルブタイミング校正手段によって
校正された実バルブタイミングを目標バルブタイミング
に収束させるため可変バルブタイミング機構を制御す
る。この結果、目標バルブタイミングに向けて実バルブ
タイミングを収束させる制御がより正確に実行され、所
望の内燃機関特性が得られる。

【００１９】フェイル判断手段は、可変バルブタイミン
グ機構がフェイルしているか否かを判断する。そして、
学習禁止手段は、フェイル判断手段によって可変バルブ
タイミング機構がフェイルしていると判断された場合に
は、基準バルブタイミング学習手段による基準バルブタ
イミングの学習を禁止する。

【００２０】この結果、可変バルブタイミング機構のフ
ェイルに起因する基準バルブタイミングの誤学習が排除
され、常に内燃機関の運転状態に最適なバルブタイミン
グが実現される。

【００２１】また、請求項２の発明に係る内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置では、フェイル判断手段は、可
変バルブタイミング機構が配設された側におけるバルブ
のバルブタイミングの変更がバルブタイミング検出手段
によって検出されず、目標バルブタイミングと実バルブ
タイミングとの偏差が所定値以上である場合に可変バル
ブタイミング機構がフェイルしていると判断する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を内燃機関のバルブタイミング
制御装置に具体化した実施例について図面を参照して説
明する。

【００２３】先ず、内燃機関のバルブタイミング制御装
置ＶＣの構成について図１及び図２を参照して説明す
る。ここに、図１は内燃機関のバルブタイミング制御装
置ＶＣを含むガソリンエンジンシステムを示す概略構成
図である。

【００２４】内燃機関としてのエンジン１０は、複数の
シリンダが形成されているシリンダブロック１１と、シ
リンダブロック１１上部に連結されるシリンダヘッド１
２と、シリンダブロック１１の各シリンダ内を上下に往
復移動するピストン１３とを備えている。また、ピスト
ン１３の下端部にはクランクシャフト１４が連結されて
おり、ピストン１３が上下動することによりクランクシ
ャフト１４が回転させられる。

【００２５】さらに、クランクシャフト１４の近傍に
は、クランク角センサ４０が配設されており、クランク
角センサ４０は、クランクシャフト１４に連結されてい
る磁性体ロータ（図示しない）と、電磁ピックアップ
（図示しない）とから構成されている。ここで、ロータ
の外周には等角度歯が形成されており、ロータの等角度
歯が電磁ピックアップの前方を通過する毎に、パルス状
のクランク角度信号が検出される。そして、後述する気
筒判別センサ４２による基準位置信号の発生後に、クラ
ンク角センサ４０からのクランク角度信号の発生数を計
測することで、クランクシャフト１４の回転角度（クラ
ンク角度）が検出される。

【００２６】また、各シリンダブロック１１、及びシリ
ンダヘッド１２の内壁と、ピストン１３の頂部とによっ
て区画形成された空間は、混合気を燃焼させるための燃
焼室１５として機能し、シリンダヘッド１２の頂部に
は、混合気に点火するための点火プラグ１６が、燃焼室
１５に突出するように配設されている。そして、各点火
プラグ１６は、プラグコード等（図示しない）を介して
ディストリビュータ１８に接続されており、イグナイタ
１９から出力された高電圧は、ディストリビュータ１８
によって、クランク角度に同期して各点火プラグ１６に
分配される。

【００２７】さらに、ディストリビュータ１８には、排
気側カムシャフト３３に連結され、クランクシャフト１
４の回転数を検出するエンジン回転数センサ４１が配設
されている。エンジン回転数センサ４１は、クランクシ
ャフト１４に同期して回転する磁性体ロータ（図示しな
い）と、電磁ピックアップ（図示しない）とからなり、
電磁ピックアップがロータの回転数を検出することによ
り、クランクシャフト１４の回転数（エンジン回転数Ｎ
Ｅ）が検出されることとなる。また、ディストリビュー
タ１８には、ロータの回転からクランクの基準位置を所
定の割合で検出するための気筒判別センサ４２が配設さ
れている。

【００２８】シリンダブロック１１には、冷却水通路を
流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出するため
の水温センサ４３が配設されている。シリンダヘッド１
２は、吸気ポート２２、及び排気ポート３２を有してお
り、吸気ポート２２には吸気通路２０が接続されてお
り、排気ポート３２には排気通路３０が接続されてい
る。また、シリンダヘッド１２の吸気ポート２２には、
吸気バルブ２１が配設され、排気ポート３２には排気バ
ルブ３１が配設されている。

【００２９】そして、吸気バルブ２１の上方には、吸気
バルブ２１を開閉駆動するための吸気側カムシャフト２
３が配置され、排気バルブ３１の上方には、排気バルブ
３１を開閉駆動するための排気側カムシャフト３３が配
置されている。また、各カムシャフト２３、３３の一端
には、吸気側タイミングプーリ２７、排気側タイミング
プーリ３４が装着されており、各タイミングプーリ２
７、３４は、タイミングベルト３５を介して、クランク
シャフト１４に連結されている。

【００３０】したがって、エンジン１０の作動時にはク
ランクシャフト１４からタイミングベルト３５及び各タ
イミングプーリ２７、３４を介して各カムシャフト２
３、３３に回転駆動力が伝達され、各カムシャフト２
３、３３が回転することにより吸気バルブ２１、及び排
気バルブ３１が開閉駆動される。これら各バルブ２１、
３１は、クランクシャフト１４の回転及びピストン１３
の上下動に同期して、すなわち吸気行程、圧縮行程、爆
発・膨張行程、及び排気行程よりなるエンジン１０にお
ける一連の４行程に同期して、所定の開閉タイミングで
駆動される。

【００３１】さらに、吸気側カムシャフト２３の近傍に
は、吸気バルブ２１のバルブタイミングを検出するため
のカム角センサ４４が配設されており、カム角センサ４
４は、吸気側カムシャフト２３に連結された磁性体ロー
タ（図示せず）と電磁ピックアップとから構成されてい
る。また、磁性体ロータの外周には、複数の歯が等角度
毎に形成されており、例えば、所定気筒の圧縮ＴＤＣの
前、ＢＴＤＣ９０°〜３０°の間に、吸気側カムシャフ
ト２３の回転にともなうパルス状のカム角度信号が検出
されるようになっている。

【００３２】吸気通路２０の空気取り入れ側には、エア
クリーナ２４が接続されており、吸気通路２０の途中に
は、アクセルペダル（図示しない）に連動して開閉駆動
されるスロットルバルブ２６が配設されている。そし
て、かかるアクセルペダルが開閉されることにより、吸
入空気量が調整される。

【００３３】そして、スロットルバルブ２６の近傍に
は、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ４
５が配設されている。さらに、スロットルバルブ２６の
下流側には、吸気脈動を抑制するためのサージタンク２
５が形成されている。そして、サージタンク２５には、
サージタンク２５内における吸気圧力を検出する吸気圧
力センサ４６が配設されている。また、各シリンダの吸
気ポート２２の近傍には、燃焼室１５へ燃料を供給する
ためのインジェクタ１７が配設されている。各インジェ
クタ１７は、通電により開弁される電磁弁であり、各イ
ンジェクタ１７には、燃料ポンプ（図示しない）から圧
送される燃料が供給される。

【００３４】したがって、エンジン１０作動時には、吸
気通路２０には、エアクリーナ２４によって濾過された
空気が取り込まれ、その空気の取り込みと同時に各イン
ジェクタ１７から吸気ポート２２に向けて燃料が噴射さ
れる。この結果、吸気ポート２２では混合気が生成さ
れ、混合気は、吸入行程において開弁される吸気バルブ
２１の開弁にともなって、燃焼室１５内に吸入される。

【００３５】排気通路３０の途中には、排ガスを浄化す
るための三元触媒を内蔵してなる触媒コンバータ３６が
配置されている。また、排気通路３０の途中には、排ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサ４７が配設されて
いる。

【００３６】本実施例におけるガソリンエンジンシステ
ムでは、吸気バルブ２１の開閉タイミングを変更してバ
ルブオーバラップ量の変更を実現するため、油圧により
駆動される可変バルブタイミング機構５０（以下「ＶＶ
Ｔ」という。）が配設されている。このＶＶＴ５０は、
クランクシャフト１４（吸気側タイミングプーリ２７）
の回転に対する吸気側カムシャフト２３の回転の位相を
変化させることにより、吸気バルブ２１のバルブタイミ
ングを連続的に変更させるための機構である。

【００３７】かかるＶＶＴ５０のシステム構成につい
て、図２を参照して説明する。ここに、図２はＶＶＴ５
０が配設された吸気側カムシャフト２３近傍の断面、及
びＶＶＴ５０の制御システム全体を示す説明図である。

【００３８】ＶＶＴ５０の制御システムは、ＶＶＴ５
０、ＶＶＴ５０に対して駆動力を印加するオイルコント
ロールバルブ８０（以下「ＯＣＶ」という。）、カム角
度信号を検出するカム角センサ４４、カム角センサ４４
等の各種センサからの入力信号に基づいてＯＣＶ８０を
駆動制御するＥＣＵ７０を備えている。

【００３９】ＶＶＴ５０は、吸気側カムシャフト２３と
吸気側タイミングプーリ２７との間に配設されており、
吸気側カムシャフト２３は、シリンダヘッド１２、及び
ベアリングキャップ５１間において回転自在に支持され
ている。吸気側カムシャフト２３の先端部近傍には、吸
気側タイミングプーリ２７が相対か移動可能に装着され
ており、また、吸気側カムシャフト２３の先端には、イ
ンナキャップ５２が中空ボルト５３及びピン５４により
一体回転可能に取着されている。

【００４０】吸気側タイミングプーリ２７には、キャッ
プ５５を有するハウジング５６がボルト５７及び、ピン
５８により一体回転可能に取着されており、このハウジ
ング５６によって、吸気側カムシャフト２３の先端、及
びインナキャップ５２の全体が覆われている。また、吸
気側タイミングプーリ２７の外周には、タイミングベル
ト３５を掛装するための外歯２７ａが多数形成されてい
る。

【００４１】吸気側カムシャフト２３、及び吸気側タイ
ミングプーリ２７は、ハウジング５６、及びインナキャ
ップ５２間に介在されたリングギヤ５９によって連結さ
れている。リングギヤ５９は、略円環形状をなし、吸気
側タイミングプーリ２７、ハウジング５６、及びインナ
キャップ５２によって囲まれた空間Ｓ内において、吸気
側カムシャフト２３の軸方向へ往復動自在に収容されて
いる。また、リングギヤ５９の内外周には多数の歯５９
ａ、５９ｂが形成されている。

【００４２】これに対応して、インナキャップ５２の外
周、及びハウジング５６の内周には、多数の歯５２ａ、
５６ｂが形成されている。これらの歯５９ａ、５９ｂ、
５２ａ、５６ｂはいずれも、その歯すじが吸気側カムシ
ャフト２３の軸線に対して所定角度で交差するヘリカル
歯となっている。すなわち、歯５１ａと歯５８ａとが互
いに噛合し、歯５６ｂと歯５８ｂとが互いに噛合してい
る、ヘリカルスプラインを構成している。そして、これ
らの噛合によって、吸気側タイミングプーリ２７の回転
は、ハウジング５６、及びインナキャップ５２を介し
て、吸気側カムシャフト２３に伝達される。また、各歯
５９ａ、５９ｂ、５２ａ、５６ｂがヘリカル歯であるこ
とから、リングギヤ５９が吸気側カムシャフト２３の軸
方向に移動すると、インナキャップ５２、及びハウジン
グ５６に捻り力が付与され、吸気側カムシャフト２３が
吸気側タイミングプーリ２７に対して相対移動する。

【００４３】空間Ｓには、リングギヤ５９を軸方向へ移
動させるために、リングギヤ５９の先端側に第１油圧室
６０を有し、リングギヤ５９の後端側に第２油圧室６１
を有している。そして、ベアリングキャップ５１は、第
１油圧供給孔５１ａ、及び第２油圧供給孔５１ｂを有し
ている。また、吸気側カムシャフト２３内部には、第１
油圧供給孔５１ａと第１油圧室６０とを連通する第１油
圧供給路６２、及び第２油圧供給孔５１ｂと第２油圧室
６１とを連通する第２油圧供給路６３とが形成されてい
る。

【００４４】そして、各油圧供給孔５１ａ、５１ｂに
は、油圧ポンプ６４によってオイルパン６５から吸い上
げられた潤滑油が、所定の圧力をもってオイルフィルタ
６６を介して供給される。また、各油圧供給路６２、６
３を介して各油圧室６０、６１へ選択的に油圧を供給す
るために、各油圧供給孔５１ａ、５１ｂには、ＯＣＶ８
０が接続されている。

【００４５】このＯＣＶ８０は、電磁式アクチュエータ
８１、及びコイルスプリング８２によって駆動されるプ
ランジャ８３が、スプール８４を軸方向に往復移動させ
ることにより潤滑油の流れ方向を切り替える４ポート方
向制御弁である。そして、電磁式アクチュエータ８１
が、デューティ制御されることによってその開度が調整
され、各油圧室６０、６１に供給する油圧の大きさが調
整される。

【００４６】ＯＣＶ８０のケーシング８５は、タンクポ
ート８５ｔ、Ａポート８５ａ、Ｂポート８５ｂ、及びリ
ザーバポート８５ｒを有している。そして、タンクポー
ト８５ｔは、油圧ポンプ６４を介してオイルパン６５と
接続されており、Ａポート８５ａは、第１油圧供給孔５
１ａと、Ｂポート８５ｂは、第２油圧供給孔５１ｂと接
続されている。また、リザーバポート８５ｒは、オイル
パン６５と連通されている。

【００４７】スプール８４は、円筒状の弁体であり、２
つのポート間における潤滑油の流れを封止する４つのラ
ンド８４ａと、２つのポート間を連通し、潤滑油の流れ
を許容するパセージ８４ｂ、２つのパセージ８４ｃとを
有している。

【００４８】これらの構成を備えるＶＶＴ５０では、Ｏ
ＣＶ８０が駆動制御され、スプール８４が図面左方に移
動された場合には、パセージ８４ｂはタンクポート８５
ｔとＡポート８５ａとを連通し、第１油圧供給孔５１ａ
に潤滑油が供給される。そして、第１油圧供給孔５１ａ
に供給された潤滑油は、第１油圧供給路６２を介して第
１油圧室６０に供給され、リングギヤ５９の先端側に油
圧が印加される。

【００４９】これと同時に、パセージ８４ｃは、Ｂポー
ト８５ｂとリザーバポート８５ｒとを連通し、第２油圧
室６１内の潤滑油は、第２油圧供給路６３、第２油圧供
給孔５１ｂ、及びＯＣＶ８０のＢポート８５ｂ、リザー
バポート８５ｒを介して、オイルパン６５に排出され
る。

【００５０】したがって、リングギヤ５９は、先端側に
印加された油圧によって後端側（図面右方）に回動しな
がら移動され、インナキャップ５２を介して吸気側カム
シャフト２３に捻りが付与される。この結果、吸気側タ
イミングプーリ２７（クランクシャフト１４）に対する
吸気側カムシャフト２３の回転位相が変更され、吸気側
カムシャフト２３は最遅角位置から最進角位置に向けて
回転し、吸気バルブ２１の開弁タイミングが進角され
る。

【００５１】こうして開弁タイミングが進角された吸気
バルブ２１は、排気バルブ３１が開弁している間に開弁
されることとなり、吸気バルブ２１と排気バルブ３１と
が同時に開弁するバルブオーバラップ期間が拡大され
る。なお、リングギヤ５９の後端側への移動は、リング
ギヤ５９が吸気側タイミングプーリ２７と当接すること
によって規制され、リングギヤ５９が吸気側タイミング
プーリ２７と当接して停止した際に、吸気バルブ２１の
開弁タイミングが最も早くなる。

【００５２】一方、ＯＣＶ８０が駆動制御され、スプー
ル８４が図面右方に移動された場合には、パセージ８４
ｂはタンクポート８５ｔとＢポート８５ｂとを連通し、
第２油圧供給孔５１ｂに潤滑油が供給される。そして、
第２油圧供給孔５１ｂに供給された潤滑油は、第２油圧
供給路６３を介して第２油圧室６１に供給され、リング
ギヤ５９の後端側に油圧が印加される。

【００５３】これと同時に、パセージ８４ｃは、Ａポー
ト８５ａとリザーバポート８５ｒとを連通し、第１油圧
室６０内の潤滑油は、第１油圧供給路６２、第１油圧供
給孔５１ａ、及びＯＣＶ８０のＡポート８５ａ、リザー
バポート８５ｒを介して、オイルパン６５に排出され
る。

【００５４】したがって、リングギヤ５９は、後端側に
印加された油圧によって先端側（図面左方）に回動しな
がら移動され、インナキャップ５２を介して吸気側カム
シャフト２３に逆向きの捻りが付与される。この結果、
吸気側タイミングプーリ２７（クランクシャフト１４）
に対する吸気側カムシャフト２３の回転位相が変更さ
れ、吸気側カムシャフト２３は最進角位置から最遅角位
置に向けて回転し、吸気バルブ２１の開弁タイミングが
遅角される。

【００５５】こうして、吸気バルブ２１の開弁タイミン
グが遅角されることにより、吸気バルブ２１と排気バル
ブ３１とが同時に開弁するバルブオーバラップ期間が縮
小、あるいは、除去される。なお、リングギヤ５９の先
端側への移動は、リングギヤ５９がハウジング５６と当
接することによって規制され、リングギヤ５９がハウジ
ング５６と当接して停止した際に、吸気バルブ２１の開
弁タイミングが最も遅くなる。

【００５６】上記ＶＶＴ５０により変更される吸気バル
ブ２１のバルブタイミングは、カム角センサ４４から出
力されるカム角度信号と、クランク角センサ４０から出
力されるクランク角度信号によって、算出される。すな
わち、ＥＣＵ７０にカム角度信号が入力されてから、Ｂ
ＴＤＣ３０°のクランク角度信号（基準ＮＥタイミング
信号）が入力されるまでに要する時間、例えば、エンジ
ン回転数ＮＥを計測し、その時間を変位角に換算するこ
とによってクランクシャフト１４に対する吸気側カムシ
ャフト２３の実変位角が算出されるのである。

【００５７】続いて、本実施例に係る内燃機関のバルブ
タイミング制御装置ＶＣの制御系について図３に示す制
御ブロック図を参照して説明する。本実施例に係る内燃
機関のバルブタイミング制御装置ＶＣの制御系は、電子
制御ユニット７０（以下「ＥＣＵ」という。）を核とし
て構成されている。そして、ＥＣＵ７０によって目標バ
ルブタイミング決定手段、基準バルブタイミング学習手
段、実バルブタイミング校正手段、バルブタイミング制
御手段、フェイル判断手段、学習禁止手段等が実現され
る。

【００５８】ＥＣＵ７０は、吸気側カムシャフト２３の
基準位置（最遅角位置）を学習するＶＶＴ最遅角学習プ
ログラム等の各種制御プログラム、各種条件に対応した
バルブタイミングの変更を行うためのマップを格納した
ＲＯＭ７１を有している。また、ＥＣＵ７０はＲＯＭ７
１に格納された制御プログラムに基づいて演算処理を実
行するＣＰＵ７２、ＣＰＵ７２での演算結果、各センサ
から入力されたデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ７
３、電源供給停止時にＲＡＭ７３に格納された各種デー
タを保持するためのバックアップＲＡＭ７４を有してい
る。そして、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７１、ＲＡＭ７３、及
びバックアップＲＡＭ７４は、双方向バス７５を介して
互いに接続されるとともに、入力インターフェース７
６、及び出力インターフェース７７と接続されている。

【００５９】入力インターフェース７６には、クランク
角センサ４０、エンジン回転数センサ４１、気筒判別セ
ンサ４２、水温センサ４３、カム角センサ４４、スロッ
トルセンサ４５、吸気圧力センサ４６、酸素センサ４７
等が接続されている。そして、各センサから出力された
信号がアナログ信号である場合には、図示しないＡ／Ｄ
コンバータによってディジタル信号に変換された後、双
方向バス７５に出力される。また、出力インターフェー
ス７７には、インジェクタ１７、イグナイタ１９、ＯＣ
Ｖ６２等の外部回路が接続されており、これら外部回路
は、ＣＰＵ７２において実行された制御プログラムの演
算結果に基づいて作動制御される。

【００６０】次に、上記構成を備えた本実施例に係る内
燃機関のバルブタイミング制御装置ＶＣにおけるＶＶＴ
最遅角学習プログラムについて図４に示すフローチャー
トを参照して説明する。このＶＶＴ最遅角学習プログラ
ムは、ＶＶＴ５０に異物噛込み等によるフェイルが発生
した場合には、吸気側カムシャフト２３の基準位置（最
遅角位置）を学習することを禁止し、最遅角位置の誤学
習を防止するものである。なお、以下の説明において
は、ＶＶＴ最遅角学習プログラムの各ステップを「Ｓ」
とする。

【００６１】先ず、基準ＮＥタイミング信号とカム角度
信号とに基づいて、クランクシャフト１４に対する吸気
側カムシャフト２３の実際の変位角である実変位角ＶＴ
Ｂが算出される（Ｓ１０）。この実変位角ＶＴＢの算出
に当たっては、先ず、カム角センサ４４によって検出さ
れたカム角度信号がＥＣＵ７０に入力されてから、クラ
ンク角センサ４０によって検出された基準タイミング信
号ＮＥがＥＣＵ７０に入力されるまでの時間を、例え
ば、エンジン回転数ＮＥによって計測する。そして、既
知のクランク角度とエンジン回転数ＮＥとの関係と、計
測されたエンジン回転数ＮＥとから、計測された時間
を、クランク角度に対するカム角度の実際の変位角であ
る、実変位角ＶＴＢに換算するのである。

【００６２】続いて、吸気側カムシャフト２３の目標変
位角が０°であるか否かが判断され（Ｓ１１）、目標変
位角が０°でないと判断された場合には（Ｓ１１：Ｎ
Ｏ）、最遅角学習をすることなくステップはＳ１６に移
行し、前回の最遅角学習値ＧＶＴを用いて実変位角ＶＴ
Ｂの校正が行われる。

【００６３】一方、目標変位角が０°であると判断され
た場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ１２に移行する。こ
こで、目標変位角が０°である場合に吸気側カムシャフ
ト２３の最遅角学習をすることとしたのは、目標変位角
０°にしたがって吸気側カムシャフト２３が変位した後
には、吸気側カムシャフト２３が極めて安定した状態と
なるからである。すなわち、最遅角位置等の最変位位置
において、吸気側カムシャフト２３を回転させるリング
ギヤ５９は、ハウジング５６と当接した状態にあり、他
の変位位置と比較して最遅角位置等を確定し易いからで
ある。

【００６４】続いて、Ｓ１２では、吸気側カムシャフト
２３が目標変位角０°に向かって変位中であるか否かが
判断され、吸気側カムシャフト２３が変位中であると判
断された場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、吸気側カムシャ
フト２３は未だ最遅角位置にないので、最遅角学習をす
ることなくステップはＳ１６に移行し、前回の最遅角学
習値ＧＶＴを用いて実変位角ＶＴＢの校正が行われる。

【００６５】一方、吸気側カムシャフト２３が変位して
いないと判断された場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１３
に移行しＶＶＴ５０がフェイル状態にあるか否かが判断
される。ここで、ＶＶＴ５０がフェイル状態にあるか否
かは、例えば、目標変位角とカム角センサ４４によって
検出された実変位角との偏差が、所定値よりも大きいか
否かによって判断されるのである。

【００６６】すなわち、前ステップ１２において吸気側
カムシャフト２３が変位していないと判断されており、
吸気側カムシャフト２３は、目標変位角に到達している
はずである。したがって、目標変位角と実変位角との偏
差が所定値よりも大きい場合には、異物噛込み等により
変位中の吸気側カムシャフト２３が固着等してしまい、
フェイル状態にあると判断できるのである。

【００６７】そして、ＶＶＴ５０がフェイル状態にある
と判断された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、最遅角学習
をすることなくステップはＳ１６に移行し、前回の最遅
角学習値ＧＶＴを用いて実変位角ＶＴＢの校正が行われ
る。このようにＶＶＴ５０がフェイル状態にある場合に
最遅角学習を行わないのは、吸気側カムシャフト２３が
最遅角位置に存在しない場合に、実変位角ＶＴＢを最遅
角位置に対応する変位角として学習して、誤った実変位
角ＶＴＢを最遅角学習値として用いることを避けるため
である。

【００６８】一方、ＶＶＴ５０がフェイル状態にないと
判断された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、吸気側カムシャ
フト２３を最遅角位置（変位角０°）に向けて駆動制御
後、所定時間が経過したか否かが判断される（Ｓ１
４）。

【００６９】そして、所定時間経過していないと判断さ
れた場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、最遅角位置を学習する
ことなくステップはＳ１６に移行し、前回の最遅角学習
値ＧＶＴを用いて今回得られた実変位角ＶＴＢの校正が
行われる。すなわち、吸気側カムシャフト２３が、最遅
角位置に到達してから所定時間経過後に最遅角位置を学
習することによって、より安定した状態において実変位
角ＶＴＢを算出するためである。

【００７０】これに対して、所定時間経過したと判断さ
れた場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１０において算出
された実変位角ＶＴＢを、新たな最遅角学習値ＧＶＴと
して学習するため、前回の最遅角学習値ＧＶＴを更新す
る（Ｓ１５）。この結果、最遅角学習値ＧＶＴは、現在
のＶＶＴ５０に最適な学習値となり、続くＳ１６におい
て、実変位角ＶＴＢを校正する値として用いられる。

【００７１】すなわち、Ｓ１６では、吸気側カムシャフ
ト２３の目標変位角が０°でない場合等に、Ｓ１０にお
いて得られた実変位角ＶＴＢから最遅角学習値ＧＶＴを
減ずることによって、自動校正後の変位角ＶＴを算出す
るのである。そして、この自動校正後の変位角ＶＴを用
いることによって、フィードバック制御のみでは取り除
くことができない、ＶＶＴ５０を構成する部品の公差等
に基づく誤差が除去される。

【００７２】この結果、実変位角と目標変位角との誤差
が解消され、実変位角をより正確に目標変位角に追随さ
せることが可能となり、所望のエンジン特性が得られる
こととなる。

【００７３】以上各実施例に基づき詳細に説明した通
り、上記実施例に係る内燃機関のバルブタイミング制御
装置ＶＣは、ＶＶＴ５０がフェイル状態にある場合に
は、最遅角学習値ＧＶＴを更新しない（ＶＶＴ最遅角学
習を行わない）構成を備えている。

【００７４】したがって、ＶＶＴ５０がフェイル状態に
ある場合、例えば、リングギヤ５４に異物が噛込み、吸
気側カムシャフト２３が固着状態となり、最遅角位置に
存在しない場合には、先のＳ１０において得られた実変
位角ＶＴＢを最遅角学習値ＧＶＴの更新値として用いる
ことはない。すなわち、吸気側カムシャフト２３の変位
角が０°（最遅角）でないにもかかわらず、目標変位角
が０°であることから吸気側カムシャフト２３の変位角
が最遅角であるとして、現在の実変位角ＶＴＢを最遅角
学習値ＧＶＴとして更新することはない。

【００７５】この結果、誤った最遅角学習値ＧＶＴを用
いて、実変位角ＶＴＢが自動校正されることはなく、エ
ンジンの運転状態と適合しない大きなバルブオーバラッ
プによって、燃焼室１５内の条件が悪化し、失火、エン
ジンストール等が生じる事態を防止することができる。

【００７６】また、実変位角ＶＴＢを最遅角学習値ＧＶ
Ｔとして更新する処理を、吸気側カムシャフト２３が目
標変位角０°に到達してから所定時間経過した後に実行
する構成を備えている。したがって、吸気側カムシャフ
ト２３が最遅角位置へ変位後、安定した状態において最
遅角学習値ＧＶＴを更新することができる。この結果、
より正確なバルブタイミングの制御処理を実行すること
ができ、所望のエンジン特性を得ることができる。

【００７７】なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範
囲で種々の変形改良が可能である。例えば、上記実施例
では、目標変位角と実変位角とのズレを校正するための
学習値として、リングギヤ５４がハウジング５１に当接
する場合（吸気側カムシャフト２３が最遅角位置にある
場合）における、最遅角学習値ＧＶＴを用いている。

【００７８】しかしながら、吸気側カムシャフト２３が
最進角位置にある場合における最進角学習値を用いても
良い。すなわち、吸気側カムシャフト２３が最進角位置
にある場合にも、リングギヤ５４はハウジング５１に当
接し、その位置出しを容易に行うことができ、目標変位
角と実変位角とのズレを校正するための学習値として適
切だからである。また、上記実施例では、吸気バルブ２
１のバルブタイミングを可変制御することによりバルブ
オーバラップの期間を変更する構成を備えている。しか
しながら、排気バルブ３１のバルブタイミングを可変制
御することにより、あるいは、吸気バルブ２１、及び排
気バルブ３１のバルブタイミングを可変制御することに
よりバルブオーバラップの期間を変更する構成としても
よい。

【００７９】いずれの場合にも、バルブオーバラップ期
間が変更されることに変わりなく、所望するエンジン特
性が得られるように、採用すれば良いことである。さら
に、上記実施例においては、ＶＶＴ５０のフェイル判断
をカム角センサ４４により検出された実変位角と目標変
位角との偏差に基づいて行っているが、他の方法によっ
て実変位角と目標変位角とのズレを検出してもよい。

【００８０】なお、以上の実施例から把握することがで
きる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果
とともに記載する。 （１）請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料
噴射制御装置において、前記可変バルブタイミング機構
は、最変位バルブタイミング時において物理的に係止さ
れることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御
装置。

【００８１】かかる構成を備える場合には、最変位位置
の確定を容易に行うことができるという利点を有する。

【００８２】

【発明の効果】以上説明した通り請求項１の発明に係る
内燃機関のバルブタイミング制御装置は、可変バルブタ
イミング機構がフェイルしている場合には基準バルブタ
イミングの学習を禁止する学習禁止手段を備えている。

【００８３】したがって、可変バルブタイミング機構を
備える内燃機関において、目標バルブタイミングと実バ
ルブタイミングとの誤差を解消するため、基準バルブタ
イミングを学習するに当たり、基準バルブタイミングの
誤学習を抑制することができる。

【００８４】また、請求項２の発明に係る内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置は、可変バルブタイミング機構
が配設された側におけるバルブタイミングの変更が検出
されず、目標バルブタイミングと実バルブタイミングと
の偏差が所定値以上である場合にフェイルであると判断
する構成を備えている。

【００８５】したがって、可変バルブタイミング機構の
フェイルしているか否かを簡易に判断することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されるガソリンエンジンシステ
ムの概略構成図。

【図２】 可変バルブタイミング機構システムの概略構
成図。

【図３】 内燃機関のバルブタイミング制御装置の制御
ブロック図。

【図４】 ＶＶＴ最遅角学習プログラムのフローチャー
ト。

【符号の説明】

１０…エンジン、１５…燃焼室、２０…吸気通路、２１
…吸気バルブ、２２…吸気ポート、２６…スロットルバ
ルブ、３０…排気通路、４４…カム角センサ、４５…ス
ロットルセンサ、４６…吸気圧力センサ、５０…ＶＶ
Ｔ、７０…ＥＣＵ、７１…ＲＯＭ、７３…ＲＡＭ、ＶＣ
…内燃機関のバルブタイミング制御装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４０Ｃ (72)発明者 大川 信尚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 加藤 千詞 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 長縄 忠久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 篠島 政明 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−109840（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランクシャフトの回転に同
   期して所定のタイミングで駆動され、燃焼室に通じる吸
   気通路及び排気通路をそれぞれ開閉する吸気バルブ及び
   排気バルブと、 前記内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出
   手段と、 その運転状態検出手段によって検出された内燃機関の運
   転状態に応じた目標バルブタイミングを決定するための
   目標バルブタイミング決定手段と、 前記吸気バルブ又は前記排気バルブのうち少なくともい
   ずれか一方のバルブタイミングを変更させる可変バルブ
   タイミング機構と、 その可変バルブタイミング機構が配設された側における
   バルブの実バルブタイミングを検出するためのバルブタ
   イミング検出手段と、 前記目標バルブタイミング決定手段により決定された目
   標バルブタイミングが最変位バルブタイミングである場
   合に、前記バルブタイミング検出手段によって検出され
   た実バルブタイミングを基準バルブタイミングとして学
   習する基準バルブタイミング学習手段と、 その基準バルブタイミング学習手段によって学習された
   基準バルブタイミングを用いて目標バルブタイミングに
   対する実バルブタイミングの偏差を校正する実バルブタ
   イミング校正手段と、 その実バルブタイミング校正手段によって校正された実
   バルブタイミングを、前記目標バルブタイミング決定手
   段によって決定された目標バルブタイミングに収束させ
   るため前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブ
   タイミング制御手段と、 前記可変バルブタイミング機構がフェイルしているか否
   かを判断するフェイル判断手段と、 前記フェイル判断手段によって前記可変バルブタイミン
   グ機構がフェイルしていると判断された場合には、前記
   基準バルブタイミング学習手段による基準バルブタイミ
   ングの学習を禁止する学習禁止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制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関のバルブタイミ
   ング制御装置において、 前記フェイル判断手段は、前記バルブタイミング検出手
   段によって前記可変バルブタイミング機構が配設された
   側におけるバルブのバルブタイミングの変更が検出され
   ず、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏
   差が所定値以上である場合にフェイルであると判断する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装
   置。