JP3279006B2

JP3279006B2 - 内燃機関の吸入空気量制御装置

Info

Publication number: JP3279006B2
Application number: JP26392493A
Authority: JP
Inventors: 信尚大川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 2002-04-30
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JPH07119526A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の吸気バル
ブあるいは排気バルブの開閉タイミング、即ちバルブタ
イミングを制御する可変バルブタイミング機構を備えた
内燃機関の吸入空気量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術として、本出願人
は、例えば特開昭５８−１５８３３５号公報に開示され
た「可変バルブタイミング内燃機関のアイドリング時吸
入空気量制御方法」を提案している。

【０００３】この公報に開示されている装置では、エン
ジンの吸気バルブを駆動するカムシャフトに、吸気バル
ブの開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミ
ング機構が設けられている。この可変バルブタイミング
機構においては、アクチュエータの駆動により、吸気バ
ルブがエンジンのアイドリング状態（以下単にアイドリ
ングという）におけるバルブタイミング位置と、エンジ
ンの低速回転または高負荷状態（以下単に低速回転とい
う）におけるバルブタイミング位置の２段階に切り換わ
る。アクチュエータの駆動制御はエンジン回転数とスロ
ットルバルブの開度とに基づいてコントローラにより行
われる。そして、吸気バルブと排気バルブの開放タイミ
ングは一部オーバーラップするようになっており、その
オーバーラップ量が、前記アクチュエータの動作により
調節される。

【０００４】また、この装置では、スロットルバルブを
迂回して、同スロットルバルブの上流側と下流側との吸
気通路を連通させるバイパス通路を備えている。このバ
イパス通路には、同バイパス通路を適宜開閉させてアイ
ドリングを安定させるべく吸気量を調整するアイドルス
ピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）が備えられてい
る。

【０００５】そして、エンジンの運転状態がアイドリン
グ状態から低速回転状態に切り換わった際、次のアイド
リングが始まるのに先立ってＩＳＣＶを、前回のアイド
リング終了時の位置より開放しておくように構成されて
いる。その結果、アイドリングに切り換わった直後のバ
ルブタイミングの不適な状態における吸入空気量が増加
し、アイドリング回転を所定レベルに維持してエンスト
等を防止するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、上記従来技術
では、アイドリング時におけるＩＳＣＶの開度の補正
は、現在のルーチンにて算出されたバルブタイミング位
置が、前回のルーチンにて算出されたバルブタイミング
位置と異なるか否かのみの判別結果に基づいて行われる
ようになっている。

【０００７】即ち、前回のルーチンにて算出されたバル
ブタイミング位置と現在のバルブタイミング位置とが相
違していない場合には、前回及び現在ともエンジンの運
転状態がアイドリング状態のままであることからＩＳＣ
Ｖの開度の補正を行う必要がない。反対に、前回のルー
チンにて算出されたバルブタイミング位置と現在のバル
ブタイミング位置とが相違している場合には、エンジン
の運転状態が低速回転状態からアイドリング状態に切り
換わったことになるため、ＩＳＣＶの開度を前回よりも
増加させる必要がある。

【０００８】ところが、例えば、バルブタイミングを変
更するアクチュエータが何らかの原因で作動不能とな
り、バルブタイミングが進角側（低速回転状態における
バルブタイミング位置）に固定されて、バルブオーバラ
ップが大きくなるという事態が生じることもある。この
場合、従来構成では、ＩＳＣＶの開度コントロールが、
エンジン回転数とスロットル開度のデータに基づいて行
われるため、バルブタイミングが異常であっても、その
状態をＩＳＣＶの動作に反映させることができない。

【０００９】即ち、エンジンの運転がアイドリング状態
でバルブオーバラップが大きい場合には、吸気及び排気
の両バルブの同時開放時間が長くなる。このため、排気
行程において、排気マニホールドから排気されるはずの
燃焼ガスが吸気マニホールド側に吹き返し、エンジン内
に吸入される空気に乱流が発生するとともに、吸入酸素
量が減少する。また、吸気バルブの閉鎖時期が早まるこ
とから、エンジン内に吸入される空気量が減少される。
この場合、ＩＳＣＶの開度が固定状態を維持するため、
アイドリング時のエンジン回転数が不安定となったり、
エンスト等が発生するという問題がある。

【００１０】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、バルブタイミングをエンジ
ンの運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング機
構を備えたものにおいて、可変バルブタイミング機構に
異常が発生し、バルブタイミングがバルブオーバーラッ
プの大きい側（進角側）に固定された状態においても、
アイドルスピードコントロールバルブの開度を最適な開
度で制御でき、もって内燃機関のドライバビリティの向
上を図ることを可能にした内燃機関の吸入空気量制御装
置を提供することにある。

【００１１】

【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、図１に示すように、内燃機
関Ｍ１の回転に同期して所定のタイミングで駆動され、
燃焼室Ｍ２に通じる吸気通路Ｍ３及び排気通路Ｍ４をそ
れぞれ開閉するための吸気バルブＭ５及び排気バルブＭ
６と、前記内燃機関Ｍ１の運転状態を検出するための運
転状態検出手段Ｍ７と、前記運転状態検出手段Ｍ７によ
り検出される内燃機関Ｍ１の運転状態に基づいて、前記
吸気バルブＭ５及び前記排気バルブＭ６の少なくとも一
方のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング
機構Ｍ８と、前記吸気バルブＭ５の上流側の吸気通路Ｍ
３に設けられ、スロットルバルブＭ９を迂回して、同ス
ロットルバルブＭ９の上流側と下流側との吸気通路Ｍ３
を連通させるバイパス通路Ｍ１０と、前記バイパス通路
Ｍ１０の途中に設けられ、スロットルバルブＭ９が閉側
に位置する内燃機関Ｍ１のアイドリング時に、そのアイ
ドリングを安定させるべくバイパス通路Ｍ１０の開度を
調整して、内燃機関Ｍ１への吸気量を調整するアイドル
スピードコントロールバルブＭ１１とを備えた。そし
て、この発明においては、前記吸気バルブＭ５及び排気
バルブＭ６の少なくとも一方の可変バルブタイミング機
構が設けられたバルブのバルブタイミングを検出するバ
ルブタイミング検出手段Ｍ１２と、内燃機関Ｍ１の運転
状態に対する目標バルブタイミングを、前記運転状態検
出手段Ｍ７の検出結果に基づき算出する目標バルブタイ
ミング算出手段Ｍ１３と、前記バルブタイミング検出手
段Ｍ１２により検出された実バルブタイミングと目標バ
ルブタイミング算出手段Ｍ１３により算出された目標バ
ルブタイミングとの偏差に基づき、前記アイドルスピー
ドコントロールバルブＭ１１の開度量についてその目標
補正量を前記偏差の増大に伴って増大する傾向を有する
値として算出する目標補正量算出手段Ｍ１４と、前記内
燃機関のアイドリング時には常に、前記目標補正量算出
手段Ｍ１４により算出される目標補正量に基づいて前記
アイドルスピードコントロールバルブＭ１１の開度量を
補正する開度量補正手段Ｍ１５とを備えたことを要旨と
する。

【００１２】

【作用】上記発明の構成によれば、図１に示すように、
内燃機関Ｍ１の運転時に、吸気バルブＭ５及び排気バル
ブＭ６が内燃機関Ｍ１の回転に同期して所定のタイミン
グで開閉動作される。この動作により、燃焼室Ｍ２に通
じる吸気通路Ｍ３及び排気通路Ｍ４がそれぞれ開閉され
て燃焼室Ｍ２における吸排気が行われる。また、運転状
態検出手段Ｍ７により内燃機関Ｍ１の運転状態が検出さ
れ、その検出結果に基づき、目標バルブタイミング算出
手段Ｍ１３では、目標バルブタイミングが算出される。
そして、バルブタイミング検出手段Ｍ１２により吸気バ
ルブＭ５又は排気バルブＭ６の少なくとも一方のバルブ
タイミングが検出される。その後、目標補正量算出手段
Ｍ１４により、先に算出された目標バルブタイミング
と、バルブタイミング検出手段Ｍ１２にて検出された実
バルブタイミングとの偏差が算出され、その偏差に基づ
き、アイドルスピードコントロールバルブＭ１１の開度
の補正量が同偏差の増大に伴って増大する傾向を有する
値として算出される。そして、開度量補正手段Ｍ１５で
は、内燃機関のアイドリング時には常に、アイドルスピ
ードコントロールバルブＭ１１の駆動が制御され、同ア
イドルスピードコントロールバルブＭ１１の開度は、前
記目標補正量算出手段Ｍ１４にて算出されたアイドルス
ピードコントロールバルブＭ１１の補正量となる。

【００１３】ここで、例えば、運転状態検出手段Ｍ７に
て内燃機関Ｍ１の運転状態が低速あるいは高負荷状態か
らアイドリング状態に切り換わったことが検出されたに
もかかわらず、可変バルブタイミング機構Ｍ８の故障等
により、バルブタイミングのオーバーラップ量が大きい
側（例えば、吸気バルブの開閉タイミングが進角側）に
固定されたとする。従って、この場合には、目標補正量
算出手段Ｍ１４にて算出されるバルブタイミング検出手
段Ｍ１２にて検出された実バルブタイミングと、目標バ
ルブタイミング算出手段Ｍ１３にて算出された目標バル
ブタイミングとの偏差が大きくなる。

【００１４】そして、その偏差に基づき、目標補正量算
出手段Ｍ１４によりアイドルスピードコントロールバル
ブＭ１１の開度の目標補正量が算出される。このとき、
目標補正量算出手段Ｍ１４が算出する目標補正量は、前
記実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差
が大きいほど多くなる。

【００１５】従って、このときの開度補正手段Ｍ１５に
より制御されるアイドルスピードコントロールバルブＭ
１１の駆動量、即ち開度補正量は多くなる。従って、内
燃機関Ｍ１の運転状態がアイドリング状態にあって、可
変バルブタイミング機構Ｍ８の故障等でバルブタイミン
グのオーバーラップが大きい場合でも、アイドルスピー
ドコントロールバルブＭ１０の開度量が大きいことか
ら、内燃機関Ｍ１に吸入される空気量は適量となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の内燃機関をガソリンエンジン
に具体化した一実施例を図２〜１０に基づいて説明す
る。

【００１７】図２はエンジンのバルブタイミング制御装
置を示す概略構成図である。複数気筒よりなるエンジン
１は、その各気筒のシリンダ２内にピストン３を備え、
そのピストン３の上側が燃焼室４となっている。各燃焼
室４には点火プラグ５がそれぞれ設けられている。ま
た、各燃焼室４には、吸気ポート６ａ及び排気ポート７
ａを通じて、吸気通路６及び排気通路７がそれぞれ連通
している。

【００１８】そして、吸気ポート６ａ及び排気ポート７
ａには、吸気バルブ８及び排気バルブ９がそれぞれ設け
られている。これら吸気バルブ８及び排気バルブ９は吸
気側カムシャフト１０及び排気側カムシャフト１１の回
転により駆動される。また、各カムシャフト１０，１１
の一端には、吸気側タイミングプーリ１２及び排気側タ
イミングプーリ１３がそれぞれ設けられている。更に、
各タイミングプーリ１２，１３は、タイミングベルト１
４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。

【００１９】従って、エンジン１の運転時には、クラン
クシャフトからタイミングベルト１４及び各タイミング
プーリ１２，１３を介して各カムシャフト１０，１１に
回転動力が伝達され、各カムシャフト１０，１１の回転
により吸気バルブ８及び排気バルブ９が開閉駆動され
る。また、これら吸気バルブ８及び排気バルブ９は、ク
ランクシャフトの回転に同期して、即ち吸気行程、圧縮
行程、爆発・膨張行程及び排気行程の一連の４行程に同
期して、所定の開閉タイミングで駆動される。

【００２０】吸気通路６の入口側にはエアクリーナ１５
が設けられている。また、各気筒毎の吸気ポート６ａの
近傍には、燃料噴射用のインジェクタ１６がそれぞれ設
けられている。そして、吸気通路６にはエアクリーナ１
５を通じて外気が取り込まれる。また、その外気の取り
込みと同時に、各インジェクタ１６から燃料が噴射され
ることにより、外気と燃料との混合気が吸入行程におけ
る吸気バルブ８の開放に同期して燃焼室４に吸入され
る。

【００２１】更に、燃焼室４に吸入された混合気が点火
プラグ５の作動により爆発・燃焼され、これによりクラ
ンクシャフトが回転されてエンジン１の駆動力が得られ
る。そして、燃焼後の排気ガスは、排気行程における排
気バルブ９の開きに同期して、燃焼室４から排気ポート
７ａを通じて排出され、更には排気通路７を通じて外部
へと排出される。

【００２２】吸気通路６の途中には、図示しないアクセ
ルペダルの操作に連動して開閉されるスロットルバルブ
１７が設けられている。そして、このスロットルバルブ
１７が開閉されることにより、吸気通路６への吸気量が
調節される。また、そのスロットルバルブ１７の下流側
には、吸気脈動を平滑化させるためのサージタンク１８
が設けられている。更に、吸気通路６においてエアクリ
ーナ１５の近傍には、吸気温ＴＨＡを検出するための吸
気温センサ７１が設けられている。また、スロットルバ
ルブ１７の近傍には、そのスロットル開度ＴＡを検出す
るためのスロットルセンサ７２が設けられている。更
に、サージタンク１８には、同タンク１８に連通して吸
気圧ＰＭを検出するための吸気圧センサ７３が設けられ
ている。

【００２３】一方、排気通路７の途中には、排気ガスを
浄化するための三元触媒１９を内蔵してなる触媒コンバ
ータ２０が設けらている。また、排気通路７の途中に
は、排気中の酸素濃度を検出するための酸素センサ７４
が設けられている。

【００２４】更に、エンジン１には、その冷却水の温度
（冷却水温）ＴＨＷを検出するための水温センサ７５が
設けられている。各点火プラグ５には、ディストリビュ
ータ２１にて分配された点火信号が印加される。ディス
トリビュータ２１ではイグナイタ２２から出力される高
電圧がクランクシャフトの回転角、即ちクランク角に同
期して各点火プラグ５に分配される。そして、各点火プ
ラグ５の点火タイミングは、イグナイタ２２からの高電
圧出力タイミングにより決定される。

【００２５】ディストリビュータ２１には、排気側カム
シャフト１１に連結されてクランクシャフトの回転に同
期して回転される図示しないロータが内蔵されている。
ディストリビュータ２１には、そのロータの回転からエ
ンジン１の回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出するた
めの回転数検出手段としての回転数センサ７６が取り付
けられている。また、ディストリビュータ２１には、同
じくロータの回転に応じてエンジン１のクランク角基準
位置ＧＰを所定の割合で検出するための気筒判別センサ
７７が取り付けられている。

【００２６】この実施例では、エンジン１の一連の４行
程に対してクランクシャフトが２回転するものとして、
回転数センサ７６では１パルス当たり３０°ＣＡの割合
でクランク角が検出される。また、気筒判別センサ７７
では１パルス当たり３６０°ＣＡの割合でクランク角が
検出される。

【００２７】吸気バルブ８の上流側の吸気通路６には、
スロットルバルブ１７を迂回して同バルブ１７の上流側
と下流側との間の吸気通路６を連通させるバイパス通路
２３が設けられている。このバイパス通路２３の途中に
は、スロットルバルブ１７が全閉となるエンジン１のア
イドリング時に、そのアイドリングを安定させるべく吸
気量を調整するために開閉されるコントロールバルブ
（ＩＳＣＶ）２４が設けられている。このＩＳＣＶ２４
の駆動は図示しないステップモータにより行われ、同ス
テップモータが所定の制御信号に応じて駆動制御される
ことにより、バイパス通路２３の開度等が調節される。

【００２８】従って、エンジン１のアイドリング時に、
ＩＳＣＶ２４の開度及びその開き時期等が制御されるこ
とにより、バイパス通路２３を流れる空気量が調節さ
れ、燃焼室４に供給されるべき吸気量が制御される。

【００２９】また、前記吸気側タイミングプーリ１２に
は、吸気バルブ８の開閉タイミングを変更するために油
圧により駆動される可変バルブタイミング機構（以下単
に「ＶＶＴ」という）２５が設けられている。

【００３０】次に、この実施例におけるＶＶＴ２５等の
構成について、図２〜図６に従って詳しく説明する。図
３，図５はＶＶＴ２５等の構成を示す断面図である。吸
気側のカムシャフト１０はエンジン１のシリンダヘッド
２６とベアリングキャップ２７との間で回転可能に支持
されている。そして、カムシャフト１０の一端部には、
タイミングプーリ１２と一体にＶＶＴ２５が設けられて
いる。カムシャフト１０にはその外周に沿って延びる二
本の溝３１，３２が形成されている。また、シリンダヘ
ッド２６及びベアリングキャップ２７には、それらを貫
通して延びるヘッド油路３３が形成されている。

【００３１】この実施例では、図２に示すように、オイ
ルパン２８、油圧ポンプ２９及びオイルフィルタ３０等
によりエンジン１の潤滑系が構成されている。そして、
エンジン１の運転に連動して油圧ポンプ２９が駆動され
ることにより、オイルパン２８から潤滑油が吸い上げら
れて油圧ポンプ２９から吐出される。吐出された潤滑油
はオイルフィルタ３０を通過した後、所定の圧力をもっ
てヘッド油路３３に供給される。

【００３２】カムシャフト１０の先端部にはタイミング
プーリハウジング３４が設けられている。このタイミン
グプーリハウジング３４は、タイミングプーリ１２と、
そのタイミングプーリ１２の一側面及びカムシャフト１
０の先端部を覆うように組み付けられたカバー３５とを
備えている。タイミングプーリ１２の外周には複数の外
歯３６が形成されている。タイミングプーリ１２はカム
シャフト１０に対して相対回動可能に装着されている。
また、外歯３６には前述したタイミングベルト１４が掛
装されている。

【００３３】一方、カバー３５は有底円筒状をなし、底
部中央には連通孔３９が形成されている。また、カバー
３５の内周には、複数のヘリカルスプライン３５ａが形
成されている。カバー３５はタイミングプーリ１２の一
側面に固定されている。また、連通孔３９には蓋４２が
取り外し可能に装着されている。カムシャフト１０の先
端には、筒状をなすインナキャップ４４が中空ボルト４
５により固定されている。このインナキャップ４４の外
周には、複数のヘリカルスプライン４４ｂが形成されて
いる。インナキャップ４４の外周にはリング４７がカム
シャフト１０の軸方向に沿って往復動可能に嵌着されて
いる。このリング４７はその内外周に複数のヘリカルス
プライン４７ａ，４７ｂが形成されている。

【００３４】そして、リング４７の内周のヘリカルスプ
ライン４７ａはインナキャップ４４のヘリカルスプライ
ン４４ｂに、リング４７の外周の歯４７ｂはカバー３５
のヘリカルスプライン３５ａにそれぞれ噛合している。
従って、タイミングプーリ１２が回転されることによ
り、タイミングプーリハウジング３４、インナキャップ
４４を介してカムシャフト１０が回転される。リング４
７の軸方向一端とカバー３５の底壁との間には第１の油
圧室４８が形成されている。リング４７の軸方向他端と
タイミングプーリ１２との間には第２の油圧室４９が形
成されている。

【００３５】ここで、カムシャフト１０にはその中心に
沿って延びる第１のシャフト油路５０が形成されてい
る。このシャフト油路５０の先端側は中空ボルト４５の
中心孔４５ａを通じて第１の油圧室４８に連通されてい
る。また、このシャフト油路５０の途中は、カムシャフ
ト１０の略半径方向に延びる油孔５１を通じて溝３１に
連通されている。尚、油孔５１の近傍において、第１の
シャフト油路５０の途中には、そのシャフト油路５０を
区画するためのボール５２が設けられている。このボー
ル５２により、油孔５１がシャフト油路５０及び中心孔
４５ａを通じて、第１の油圧室４８のみに連通するよう
になっている。

【００３６】一方、カムシャフト１０には第１のシャフ
ト油路５０と平行に延びる第２のシャフト油路５３が形
成されている。また、カムシャフト１０の先端には、そ
の外周へ開口すると共に第２のシャフト油路５３に連通
する油孔５４が形成されている。更に、タイミングプー
リ１２の一部には、上記の油孔５４と第２の油圧室４９
とを連通させる油孔５５が形成されている。また、第２
のシャフト油路５３の基端側は溝３２に連通されてい
る。

【００３７】上記のような構成において、オイルパン２
８、油圧ポンプ２９及びオイルフィルタ３０等を含ん
で、ヘッド油路３３、油孔５１、第１のシャフト油路５
０及び中心孔４５ａ等により、ＶＶＴ２５の第１の油圧
室４８に油圧を供給するための油圧供給系が構成されて
いる。同じく、オイルパン２８、油圧ポンプ２９及びオ
イルフィルタ３０等を含んで、ヘッド油路３３、第２の
シャフト油路５３及び油孔５４，５５等により、ＶＶＴ
２５の第２の油圧室４９に油圧を供給するための油圧供
給系が構成されている。

【００３８】ここで、ヘッド油路３３に通じる各油圧供
給系の途中には、ＶＶＴ２５の各油圧室４８，４９に対
する油圧の供給を制御するための電磁式の四方弁である
油圧制御弁としてのリニアソレノイドバルブ（ＬＳＶ）
５６が設けられている。このＬＳＶ５６は、図２に示す
ように、オイルパン２８、油圧ポンプ２９、オイルフィ
ルタ３０に対して接続されている。

【００３９】そして、図５に示すように、ＬＳＶ５６の
作動により、ヘッド油路３３に供給された油圧が、ＬＳ
Ｖ５６から油孔６３、溝３１、油孔５１、第１のシャフ
ト油路５０及び中心孔４５ａを通じて第１の油圧室４８
に供給されると、その油圧がリング４７の一端に加えら
れる。これにより、リング４７が第２の油圧室４９に残
る潤滑油に抗して軸方向へ移動されながら各ヘリカルス
プラインの作用により回動して、カムシャフト１０に捩
じり回動が付与される。この結果、カムシャフト１０と
タイミングプーリ１２との回転方向における相対位置が
変えら、吸気バルブ８の開閉タイミングが進角されるこ
とになる。

【００４０】即ち、図６に示すように、吸気バルブ８の
開き・閉じが早められ、吸気行程における吸気バルブ８
と排気バルブ９とのバルブオーバラップが大きくなる方
向へ変えられる。このように、第１の油圧室４８に油圧
が供給されることにより、リング４７はそのストローク
エンドとして、図６に示すように、タイミングプーリ１
２に近接する位置まで移動され、そのストロークエンド
が最大進角側の位置となる。

【００４１】一方、図３に示すように、ＬＳＶ５６の作
動により、ヘッド油路３３に供給された油圧が、ＬＳＶ
５６から油路６４、溝３２、第２のシャフト油路５３及
び油孔５４，５５を通じて第２の油圧室４９に供給され
る。この油圧がリング４７の他端に加えられることによ
り、リング４７が第１の油圧室４８に残る潤滑油に抗し
て軸方向へ移動されながら回動され、カムシャフト１０
に反対方向の捩じりが付与される。この結果、カムシャ
フト１０とタイミングプーリハウジング３４との回転方
向における相対位置が変えら、吸気バルブ８の開閉タイ
ミングが遅角されることになる。

【００４２】即ち、図４に示すように、吸気バルブ８の
開き・閉じが遅らされ、吸気行程におけるバルブオーバ
ラップが少なくなる方向へ変えられる。このように、第
２の油圧室４９に油圧が加えられることにより、リング
４７はストロークエンドとして、図４に示すように、カ
バー３５に近接する位置まで移動され、そのストローク
エンドが最大遅角側の位置となる。なお、本実施例では
リングギア４７のストロークエンドが最大遅角側にある
場合、図４に示すように、オーバーラップは「０」とな
るように設定されている。

【００４３】以上のようにＶＶＴ２５を駆動させること
により、吸気バルブ８の開閉タイミング、延いては吸気
バルブ８と排気バルブ９とのバルブオーバラップ量が、
図４に示す最大遅角時の状態と、図６に示す最大進角時
の状態との間で連続的に変更可能となっている。

【００４４】ここで、図２に示すように、この実施例で
は、吸気側カムシャフト１０の実際の回転角、即ちカム
回転角θＣＡＭを所定の割合で検出するために、カム回
転角センサ７８が設けられている。即ち、このカム回転
角センサ７８では、ＶＶＴ２５の作動により進角側或い
は遅角側へカムシャフト１０の回転位相が変更されたと
きの実際のカム回転角θＣＡＭが検出される。

【００４５】そして、図２に示すように、各インジェク
タ１６、イグナイタ２２、ＩＳＣＶ２４及びＬＳＶ５６
は電子制御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）８０に電
気的に接続され、同ＥＣＵ８０の作動によりそれらの駆
動タイミングが制御される。この実施例では、ＥＣＵ８
０により目標バルブタイミング算出手段、目標補正量算
出手段、開度量補正算出手段が構成されている。そし
て、ＥＣＵ８０には前述した吸気温センサ７１、スロッ
トルセンサ７２、吸気圧センサ７３、酸素センサ７４、
水温センサ７５、回転数センサ７６、気筒判別センサ７
７及びカム回転角センサ７８がそれぞれ接続されてい
る。ＥＣＵ８０はこれら各センサ７１〜７８からの出力
信号に基き各インジェクタ１６、イグナイタ２２、ＩＳ
ＣＶ２４及びＬＳＶ５６を好適に駆動制御する。また、
この実施例では、スロットルセンサ７２、吸気圧センサ
７３及び回転数センサ７６等により、バルブタイミング
の制御に必要なエンジン１の運転状態を検出するための
運転状態検出手段が構成されている。

【００４６】次に、ＥＣＵ８０に係る電気的構成につい
て図７のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ８０は中
央処理装置（ＣＰＵ）８１、所定の制御プログラム等を
予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ＣＰ
Ｕ８１の演算結果等を一時記憶するためのランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデータを保
存するためのバックアップＲＡＭ８４等を備えている。
そして、ＥＣＵ８０はそれら各部材８１〜８４と、アナ
ログ／デジタル変換器を含む外部入力回路８５と、外部
出力回路８６等とをバス８７により接続してなる理論演
算回路として構成されている。

【００４７】外部入力回路８５には、前述した吸気温セ
ンサ７１、スロットルセンサ７２、吸気圧センサ７３、
酸素センサ７４、水温センサ７５、回転数センサ７６、
気筒判別センサ７７及びカム回転角センサ７８等がそれ
ぞれ接続されている。一方、外部出力回路８６には、各
インジェクタ１６、イグナイタ２２、ＩＳＣＶ２４及び
ＬＳＶ５６がそれぞれ接続されている。

【００４８】そして、ＣＰＵ８１は外部入力回路８５を
介して入力される各センサ７１〜７８等の検出信号を入
力値として読み込む。また、ＣＰＵ８１は各センサ７１
〜７８から読み込んだ入力値に基づき、燃料噴射量制
御、点火時期制御、アイドル回転数制御、或いはバルブ
タイミング制御等を実行するために、各インジェクタ１
６、イグナイタ２２、ＩＳＣＶ２４及びＬＳＶ５６等を
好適に制御する。

【００４９】次に、前述したＥＣＵ８０により実行され
る各種処理内容の中で、バルブタイミング制御の処理内
容につて説明する。図８はエンジン１の運転時に吸気バ
ルブ８の開閉タイミング、即ちバルブオーバラップを変
更させるために、ＥＣＵ８０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。このルーチンの処理は、所定時間毎の定時割り込み
で実行される。

【００５０】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、各センサ７２，７３，７６，７
８等の検出値に基づき、スロットル開度ＴＡ、吸気圧Ｐ
Ｍ、エンジン回転数ＮＥ及びカム回転角θＣＡＭ等の各
入力値がそれぞれ読み込まれる。続いて、ステップ１０
２においては、今回読み込まれたエンジン回転数ＮＥの
入力値が、予め定められた基準値αよりも小さいか否か
が判断される。この基準値αは、エンジン１のアイドリ
ング時等における相対的に低い値に相当する値である。
その基準値αとして、例えば「１０００ｒｐｍ」を当て
はめることができる。ここで、エンジン回転数ＮＥの値
が基準値αよりも小さい場合には、エンジン１の運転状
態がアイドリング状態であるものとして、ステップ１０
３へ移行する。一方、エンジン回転数ＮＥの値が基準値
αを越えた場合には、ステップ１０４へ移行する。

【００５１】ステップ１０３においては、図４に示すよ
うにバルブオーバラップが無くなるように、即ち吸気バ
ルブ８の開閉タイミングを最大遅角側のタイミングに一
律に設定すべく、ＬＳＶ５６の制御が中止され、その後
の処理が一旦終了される。

【００５２】一方、ステップ１０４においては、今回読
み込まれたスロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥ
等の入力値に基づき、現在の運転状態に応じた目標のバ
ルブタイミング進角値θＶＴＡが算出される。このバル
ブタイミング進角値θＶＴＡの算出は、スロットル開度
ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥ等の大きさに応じて予め定
められたＲＯＭ８２に記憶されている進角値マップ（図
示せず）を参照して行われる。

【００５３】次のステップ１０５においては、今回求め
られたタイミング進角値θＶＴＡの算出値に基づき、Ｌ
ＳＶ５６を制御するための目標制御量ＤＶが算出され
る。この目標制御量ＤＶの算出は、バルブタイミング進
角値θＶＴＡの大きさに応じて予め定められたＲＯＭ８
２に記憶されている制御量マップ（図示せず）を参照し
て行われる。

【００５４】続いて、ステップ１０６においては、今回
求められた目標制御量ＤＶの設定値に基づきＬＳＶ５６
が制御される。その後、ステップ１０７においては、今
回読み込まれた実際のカム回転角θＣＡＭの値が目標の
バルブタイミング進角値θＶＴＡの値と等しいか否かが
判断される。そして、カム回転角θＣＡＭの値がバルブ
タイミング進角値θＶＴＡの値と等しくない場合には、
ＬＳＶ５６の制御を継続するものとして、ステップ１０
６へジャップし、ステップ１０６及びステップ１０７の
処理が繰り返される。また、カム回転角θＣＡＭの値が
バルブタイミング進角値θＶＴＡと等しい場合には、Ｌ
ＳＶ５６の制御を終了するものとして、その後の処理が
一旦終了される。

【００５５】以上のようにバルブタイミングの処理内容
がＥＣＵ８０により実行される。次に、ＥＣＵ８０によ
り実行される各種処理内容の中で、ＩＳＣＶ制御の処理
内容につて説明する。

【００５６】図９はエンジン１の運転時にＥＣＵ８０に
より実行される「ＩＳＣＶ制御ルーチン」を示すフロー
チャートである。このルーチンの処理は、所定時間毎の
定時割り込みで実行される。

【００５７】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ２０１において、各センサ７２，７３，７６，７
８等の検出値に基づき、スロットル開度ＴＡ、吸気圧Ｐ
Ｍ、エンジン回転数ＮＥ及びカム回転角θＣＡＭ等の各
入力値がそれぞれ読み込まれる。続いて、ステップ２０
２において、今回読み込まれたエンジン回転数ＮＥの入
力値が、予め定められた基準値α（同ルーチンの基準値
αは、前述した「バルブタイミング制御ルーチン」にて
使用した基準値αと同じ１０００ｒｐｍと同値とす
る。）ここで、エンジン回転数ＮＥの値が基準値αより
も小さい場合には、エンジン１の運転状態がアイドリン
グ状態であるものとして、ステップ２０３へ移行する。
一方、エンジン回転数ＮＥの値が基準値αよりも越えた
場合には、エンジン１の運転状態が低速・高負荷状態で
あると判断され、その後の処理が一旦終了される。

【００５８】ステップ２０３においては、今回読み込ま
れたスロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥ等の入
力値に基づき、現在の運転状態に応じた目標のバルブタ
イミング進角値θＶＴＡが算出される。このバルブタイ
ミング進角値θＶＴＡの算出は、「バルブタイミング制
御ルーチン」と同様に、スロットル開度ＴＡ及びエンジ
ン回転数ＮＥ等の大きさに応じて予め定められたＲＯＭ
８２に記憶されている進角値マップを参照して行われ
る。

【００５９】続くステップ２０４においては、今回読み
込まれた実際のカム回転角θＣＡＭの値と目標のバルブ
タイミング進角値θＶＴＡの値との偏差ＥＩが算出され
る。ここで算出される偏差ＥＩは、本来遅角側に変更さ
れなければならない吸気バルブ８の開閉タイミングが、
ＶＶＴ２５やＬＳＶ５６等の故障により、遅角側に変更
されず、進角側に固定されたままの状態となった場合の
エラー量である。

【００６０】ステップ２０５においては、ステップ２０
４にて算出された偏差ＥＩが、予め定められた基準値β
よりも小さいか否かが判断される。この基準値βとし
て、例えば「５ｄｅｇ（度）」を当てはめることができ
る。ここで、偏差ＥＩの値が基準値βよりも小さい場合
には、吸気バルブ８の開閉タイミングが正常に変更され
たものとして、ステップ２０６へ移行する。一方、偏差
ＥＩが基準値βよりも小さくない場合には、ステップ２
０７へ移行する。

【００６１】ステップ２０６においては、ＩＳＣＶ２４
の開度量を変えない。即ち、エンジン１に送り込む空気
量を変えない。ステップ２０７においては、前記偏差Ｅ
Ｉに応じた目標補正量ＥＩＳＣが算出される。この目標
補正量ＥＩＳＣとは、ＩＳＣＶ２４の開度量を増加し
て、エンジン１に送り込む空気の増加量のことである。
目標補正量ＥＩＳＣの算出は、図１０に示すように、実
験等により決定された偏差ＥＩに対する目標補正量ＥＩ
ＳＣを設定したマップを参照して行われる。このマップ
は、ＲＯＭ８２に記憶されており、偏差ＥＩが前述した
基準値β（５ｄｅｇ）以下では、目標補正量ＥＩＳＣは
変化しないように設定されている。また、基準値β以上
では、偏差ＥＩの増大に伴い目標補正量ＥＩＳＣも増大
するように設定されている。

【００６２】続くステップ２０８においては、ステップ
２０７にて求められた目標補正量ＥＩＳＣに基づき、Ｉ
ＳＣＶ２４が駆動制御される。ステップ２０９において
は、ＩＳＣＶ２４の開度量がステップ２０７にて求めら
れた目標補正量ＥＩＳＣと等しいか否かが判断される。
そして、ＩＳＣＶ２４の開度量と目標補正量ＥＩＳＣと
が等しくない場合には、ＩＳＣＶ２４の制御を継続する
ものとして、ステップ２０８へジャップし、ステップ２
０８及びステップ２０９の処理を繰り返す。

【００６３】即ち、ステップ２０７で算出された目標補
正量ＥＩＳＣは、ＩＳＣＶ２４を制御する際の見込み制
御量として用いられる。つまり、ＩＳＣＶ２４の開度量
は、通常エンジン回転数ＮＥの目標値に対してフィード
バック制御されるものであるが、本実施例ではこの制御
ルーチンで目標補正量ＥＩＳＣを算出すると、無条件に
ＩＳＣＶ２４の開度量の制御目標値をＥＩＳＣ分だけか
さ上げする。これにより、ＶＶＴ２５の異常（フェイ
ル）時にエンジン回転数ＮＥが下がってからフィードバ
ック制御によりＩＳＣＶ２４を開く様な場合のエンジン
回転数の落ち込みが防止される。

【００６４】また、ＩＳＣＶ２４の開度量と目標補正量
ＥＩＳＣとが等しい場合には、ＩＳＣＶ２４の制御を終
了するものとして、その後の処理が一旦終了される。以
上のように、アイドリング状態時におけるＩＳＣＶ２４
の処理内容がＥＣＵ８０により実行される。

【００６５】次に、上記のように構成した吸入空気量制
御装置の作用及び効果について説明する。エンジン１の
運転時には、吸気バルブ８及び排気バルブ９がクランク
シャフトの回転、つまりはピストン３の上下動に同期し
て所定のタイミングで駆動される。そして、燃焼室４に
通じる吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａがそれぞれ開
閉され、エンジン１の一連の４行程に同期して燃焼室４
における吸気及び排気が行われる。

【００６６】ここで、吸気バルブ８に係るバルブタイミ
ングの制御は、エンジン１の運転状態に応じて行われ
る。即ち、ＥＣＵ８０では、エンジン回転数ＮＥ等に基
づき、現在の運転状態がアイドリング状態であるか否か
が判断される。

【００６７】そして、エンジン回転数ＮＥがある程度以
上のレベルにある場合には、バルブタイミングの制御が
行われ、バルブタイミングの目標値であるバルブタイミ
ング進角値θＶＴＡの値が算出される。そのバルブタイ
ミング進角値θＶＴＡの値から、ＬＳＶ５６の目標制御
量ＤＶの値が算出される。

【００６８】この制御により、吸気バルブ８の開閉タイ
ミングがエンジン１の運転状態に応じて所定範囲内で連
続的に変更され、もってバルブオーバラップが所定範囲
内で連続的に調整、変更される。

【００６９】従って、エンジン１の運転状態に応じてバ
ルブオーバラップが適度に調整されることから、燃焼室
４での空気の充填効率が必要に応じて高められる。その
結果、特にエンジン１の高負荷・高速域では、エンジン
１の出力増大を有効に図ることができる。

【００７０】また、ＥＣＵ８０では、エンジン回転数Ｎ
Ｅ等に基づき、現在の運転状態がアイドリング状態であ
るか否かが判断された後、カム回転角θＣＡＭの値、即
ち実際のバルブタイミング進角値θＣＡＭと運転状態に
応じた目標のバルブタイミング進角値θＶＴＡとの偏差
ＥＩに基づいてＩＳＣＶ２４の開度の補正量ＥＩＳＣが
算出される。そして、ＥＣＵ８０によりＩＳＣＶ２４の
開度が、偏差ＥＩに基づく補正量ＥＩＳＣとなるように
駆動制御される。

【００７１】ここで、例えば、エンジン１の運転状態が
低速あるいは高負荷時からアイドリング状態に切り換わ
ったことが検出されたにもかかわらず、例えば、ＬＳＶ
５６の故障等により、バルブタイミングのオーバーラッ
プ量が大きい側（例えば、吸気バルブの開閉タイミング
が進角側）に固定されたとする。従って、この場合には
偏差ＥＩが大きくなる。そして、その偏差ＥＩに基づ
き、ＥＣＵ８０によりＩＳＣＶ２４の開度の目標補正量
ＥＩＳＣが算出される。このとき、ＥＣＵ８０が算出す
る目標補正量ＥＩＳＣは前記偏差ＥＩが大きいほど多く
なる。従って、このときのＩＳＣＶ２４の駆動量、即ち
開度補正量は多くなる。

【００７２】その結果、エンジン１の運転状態がアイド
リング状態にあって、ＬＳＶ５６の故障等でバルブタイ
ミングのオーバーラップが大きい場合でも、ＩＳＣＶ２
４の開度量が大きいことから、エンジン１への空気吸入
量は適量となる。

【００７３】これにより、エンジン１に関して、可変バ
ルブタイミング機構２５，５６に異常が発生し、バルブ
タイミングがバルブオーバーラップの大きい側（進角
側）に固定された状態においても、ＩＳＣＶ２４の開度
を最適な開度で制御でき、もって内燃機関のドライバビ
リティの向上を図ることができる。また、本実施例で
は、エンジン１の運転状態がアイドリング状態にある際
には、ＶＶＴ２５により吸気バルブ８の開閉タイミング
が最大遅角となってバルブオーバラップが「０」となる
ように設定した。これにより、エンジン１の運転状態が
アイドリング状態においては、吸気バルブ８の閉じるタ
イミングが吸気下死点よりかなり遅くなる。従って、バ
ルブタイミングが目標補正量ＥＩＳＣよりも多少（基準
値βまで）ズレていても、エンジン１への吸入空気量は
増加する側にあることから、改めてＩＳＣＶ２４の開度
の補正を行う必要がない。その結果、図９のフローチャ
ートを用いて詳述したように、偏差ＥＩが基準値β以下
の場合には、マップを参照してＩＳＣＶ２４の開度の補
正を行う必要がないため、より素早くＩＳＣＶ２４の駆
動制御が可能となる。

【００７４】尚、この発明は前記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）前記実施例では、吸気側のカムシャフト１０に設
けられたＶＶＴ２５により吸気バルブ８の開閉タイミン
グのみを変更することにより、バルブオーバラップを調
整するようにした。これに対し、排気側のカムシャフト
１１にＶＶＴを設け、そのＶＶＴにより排気バルブ９の
開閉タイミングのみを変更することにより、バルブオー
バラップを調整するようにしてもよい。或いは、吸気側
及び排気側の両カムシャフト１０，１１にＶＶＴをそれ
ぞれ設け、それら各ＶＶＴにより吸気バルブ８、排気バ
ルブ９の開閉タイミングをそれぞれ変更することによ
り、バルブオーバラップを調整するようにしてもよい。

【００７５】（２）前記実施例では、エンジン１の運転
状態がアイドリング状態では、バルブタイミングがバル
ブオーバラップがゼロとなるように設定したが、これを
アイドリング状態においても、僅かにバルブオーバラッ
プが形成されるように設定してもよい。

【００７６】（３）前記実施例では、ＶＶＴ２５は運転
状態に基づいて、吸気バルブ８のバルブタイミングを、
所定の範囲内で任意のタイミングに連続無段階に変更す
るタイプのもので具体化した。これに対し、例えば、ア
イドリング状態、低速状態、中速状態、高速状態の４段
階にバルブタイミングを変更するＶＶＴを使用して具体
化してもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
内燃機関の運転状態に基づいて、バルブタイミングを変
更する可変バルブタイミング機構を設けた。また、可変
バルブタイミング機構により可変されたそのときの実際
のバルブタイミングと、予め設定された内燃機関の運転
状態に対する目標バルブタイミングとの偏差に基づき、
アイドルスピードコントロールバルブの開度の目標補正
量をその偏差の増大に伴って増大する傾向を有する値と
して算出するようにした。そして、内燃機関のアイドリ
ング時には常に、その目標補正量算出手段の算出結果の
目標補正量に基づいてアイドルスピードコントロールバ
ルブの開度量を補正するようにした。

【００７８】従って、内燃機関の運転状態が低速・高負
荷時からアイドリング状態に切り換わったことが検出さ
れたにもかかわらず、可変バルブタイミング機構の故障
等により、バルブタイミングのオーバーラップが大きい
側に固定された場合には、実バルブタイミングと目標バ
ルブタイミングとの偏差が大きくなる。その結果、この
ときのアイドルスピードコントロールバルブの開度補正
量が多くなることから、内燃機関の運転状態がアイドリ
ング状態にあって、バルブタイミングのオーバーラップ
が大きい場合でも、アイドルスピードコントロールバル
ブの開度量を大きく制御できる。これにより、内燃機関
に吸入される空気量を適量とすることができ、もって内
燃機関のドライバビリティの向上を図ることをできると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な概念構成を示す概念構成図で
ある。

【図２】本発明を具体化した一実施例における内燃機関
のバルブタイミング制御装置を示す概略構成図である。

【図３】一実施例において、ＶＶＴ等の構成を示す断面
図である。

【図４】一実施例において、最大遅角時における吸気バ
ルブと排気バルブとのバルブオーバラップを示す説明図
である。

【図５】一実施例において、同じくＶＶＴ等の構成を示
す断面図である。

【図６】一実施例において、最大進角時における吸気バ
ルブと排気バルブとのバルブオーバラップを示す説明図
である。

【図７】一実施例において、ＥＣＵ等の構成を示すブロ
ック図である。

【図８】一実施例において、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９】一実施例において、ＥＣＵにより実行される
「ＩＳＣＶ制御ルーチン」を示すフローチャートであ
る。

【図１０】一実施例において、実バルブタイミングと目
標バルブタイミングとの偏差に対する目標補正量の関係
を示すマップである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、４…燃焼室、６…吸気
通路、７…排気通路、８…吸気バルブ、９…排気バル
ブ、１７…スロットルバルブ、２３…バイパス通路、２
４…アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ
Ｖ）、２５…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）、５
６…可変バルブタイミング機構を構成するＬＳＶ、７２
…スロットルセンサ、７３…吸気圧センサ、７６…回転
数センサ（７２，７３，７６等により運転状態検出手段
が構成されている）、７８…バルブタイミング検出手段
としてのカム回転角センサ、８０…ＥＣＵ（８０により
目標バルブタイミング算出手段、目標補正量算出手段、
開度量補正手段が構成されている）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/22 301 F02D 13/02 F02D 41/04 315

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】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
をそれぞれ開閉するための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、前記運転状態検出手段により検出される内燃機関の運転
状態に基づいて、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの
少なくとも一方のバルブタイミングを変更する可変バル
ブタイミング機構と、前記吸気バルブの上流側の吸気通路に設けられ、スロッ
トルバルブを迂回して、同スロットルバルブの上流側と
下流側との間を連通させるバイパス通路と、前記バイパス通路の途中に設けられ、スロットルバルブ
が閉側に位置する内燃機関のアイドリング時に、そのア
イドリングを安定させるべくバイパス通路の開度を調整
して、内燃機関への吸気量を調整するアイドルスピード
コントロールバルブとを備えた内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の可変
バルブタイミング機構が設けられたバルブのバルブタイ
ミングを検出するバルブタイミング検出手段と、内燃機関の運転状態に対する目標バルブタイミングを、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき算出する目標
バルブタイミング算出手段と、前記バルブタイミング検出手段により検出された実バル
ブタイミングと目標バルブタイミング算出手段により算
出された目標バルブタイミングとの偏差に基づき、前記
アイドルスピードコントロールバルブの開度量について
その目標補正量を前記偏差の増大に伴って増大する傾向
を有する値として算出する目標補正量算出手段と、前記内燃機関のアイドルリング時には常に、前記目標補
正量算出手段により算出される目標補正量に基づいて前
記アイドルスピードコントロールバルブの開度量を補正
する開度量補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装
置。