JP3424479B2

JP3424479B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP3424479B2
Application number: JP02709897A
Authority: JP
Inventors: 敏男末松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10220259A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気バルブ又は排
気バルブを開閉するタイミングを連続的に変更すること
を可能とする可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ
機構ともいう）であって液圧駆動式によるものを有する
内燃機関において、目標バルブタイミングを設定して当
該ＶＶＴ機構を制御する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、自動車用エンジンにおいて
は、運転状態に応じて最適なバルブタイミングを達成す
るために動弁系の可変機構が種々実用化されている。か
かる可変機構として主として普及しているものは、２段
切り替え式すなわちＯＮ／ＯＦＦ制御式のものである。
近年においては、エンジンに対する更なる高性能化の要
求に応えるべく、このような可変バルブタイミング機構
においても、従来の２段切り替え式のものに代えて、常
時最適な任意のバルブタイミングを設定することが可能
な連続可変式のものが開発されつつある。可変バルブタ
イミング機構を有する内燃機関では、出力性能の向上に
寄与する吸入効率の観点、及びＮＯ_xの低減による排出
ガス浄化性能（エミッション）の向上とポンピング損失
の低減による燃費の向上とに寄与する内部排気ガス再循
環（内部ＥＧＲ）の観点から、機関運転状態に応じてバ
ルブタイミングが制御される。

【０００３】例えば、特開平8-218823号公報は、ＶＶＴ
機構を有する内燃機関におけるバルブタイミング制御装
置の一例を開示している。同公報に示されるＶＶＴ機構
は、クランクシャフトの回転を伝えるタイミングベルト
によって回転駆動されるタイミングプーリとバルブを駆
動するカムシャフトとを、内外周にヘリカルスプライン
（ねじれた縦溝）を持つリングギヤで連結し、そのリン
グギヤと一体となった可動ピストンを油圧により軸方向
に移動させることにより、両者の回転位相をずらしてバ
ルブタイミングを連続的に変化させるという構造を有し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き油圧駆動式
ＶＶＴ機構においては、油圧・油量低下時に動作不良が
発生するおそれがあることが指摘されている。すなわ
ち、油圧・油量が低下した状態で自動車を運転すると、
オイルポンプから空気が混入し始める。特に、車両の旋
回時には、油面が変動するため、空気が混入しやすくな
る。このように油圧・油量が低下した状態でＶＶＴ機構
を駆動し続けると、前記したリングギヤが所定の位置か
らずれ、また、その移動速度が大きくなる。そして、変
位可能な範囲の両端に近い位置に目標値を設定してリン
グギヤを制御しているときには、リングギヤが両変位端
部に設けられたストッパと衝突し、打音が発生するとと
もに異常な磨耗が起こる。油圧・油量の異常をセンサに
よって検出し警告ランプを点灯することによりユーザに
報知するシステムが、多くの車両で採用されているが、
旋回中は、ユーザは、運転に気をとられ、それに気づき
にくい。

【０００５】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、液圧
駆動式可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関にお
いて、液圧系に空気が混入して油圧・油量が異常に低下
している状態を簡易な方法で検出するとともに、かかる
異常が検出されたときに障害が生ずることがないように
液圧駆動式可変バルブタイミング機構を制御することが
可能なバルブタイミング制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様によれば、クランクシャフトに
連動して回転する回転体からバルブを駆動するカムシャ
フトへと回転を伝達するとともに、供給される液圧に応
じて該カムシャフトを該回転体に対し所定角度範囲内で
相対的に回転せしめることにより、該回転体の回転位相
と該カムシャフトの回転位相との位相差を可変にする回
転伝達部材と、前記回転伝達部材に供給すべき液圧を機
関運転状態に応じて制御する制御手段と、前記回転伝達
部材による該回転体に対する該カムシャフトの相対回転
の速度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検
出される相対回転速度に基づいて液圧系の異常の有無を
判定する判定手段と、を具備する、内燃機関のバルブタ
イミング制御装置が提供される。

【０００７】また、本発明の第２の態様によれば、上記
装置において、前記判定手段は、該相対回転速度が所定
値よりも大きいときに液圧系に異常があると判定するも
のであり、かつ、前記制御手段は、前記判定手段によっ
て異常ありと判定された場合に、該カムシャフトが該所
定角度範囲の略中間位置へと相対回転するように前記回
転伝達部材への液圧を制御するものである。

【０００８】上述の如く構成された、本発明の第１の態
様に係る、内燃機関のバルブタイミング制御装置におい
ては、液圧系に空気が混入して、回転伝達部材に供給さ
れる液圧・液量が低下したときに、回転体に対するカム
シャフトの相対回転の速度が大きくなるが、それを検出
することにより空気の混入を判定することが可能とな
る。また、本発明の第２の態様によれば、そのような異
常時に、カムシャフトが所定角度範囲の略中間位置へと
相対回転するように回転伝達部材への液圧が制御される
ため、回転伝達部材内での衝突の発生が抑制される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係るバルブ
タイミング制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体
概要図である。車両には、内燃機関としての４サイクル
ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１が搭
載されている。エンジン１は、シリンダブロック２及び
シリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２に
は、上下方向へ延びる複数のシリンダ４が紙面の厚み方
向へ並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復
動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティ
ングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結さ
れている。各ピストン５の往復運動は、コネクティング
ロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換
される。

【００１１】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１
３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バ
ルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５
及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び
１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７
及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタ
イミングプーリ１９とタイミングベルト２０により連結
されている。

【００１２】すなわち、クランクシャフト７の回転に伴
いタイミングプーリ１９が回転すると、その回転がタイ
ミングベルト２０を介してタイミングプーリ１７及び１
８に伝達される。その際、タイミングプーリ１９の回転
は、その回転速度が１／２に減速されてタイミングプー
リ１７及び１８に伝達される。タイミングプーリ１７の
回転にともない吸気側カムシャフト１３が回転すると、
カム１５の作用により吸気バルブ１１が往復動し、吸気
ポート９が開閉される。また、タイミングプーリ１８の
回転に伴い排気側カムシャフト１４が回転すると、カム
１６の作用により排気バルブ１２が往復動し、排気ポー
ト１０が開閉される。こうして、クランクシャフト７に
よってカムシャフト１３及び１４が回転駆動せしめら
れ、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が７２０°周期
の一定クランク角において開閉せしめられる。

【００１３】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。エン
ジン１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通
路３０の各部３１，３２，３３，及び３４を順に通過す
る。スロットルバルブ３２は、軸３２ａにより吸気通路
３０に回動可能に設けられている。軸３２ａは、ワイヤ
等を介して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連
結されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み
操作に連動してスロットルバルブ３２と一体で回動され
る。この際のスロットルバルブ３２の傾斜角度に応じ
て、吸気通路３０を流れる空気の量（吸入空気量）が決
定される。サージタンク３３は、吸入空気の脈動（圧力
振動）を平滑化するためのものである。また、スロット
ルバルブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３
５には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイド
ル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。

【００１４】吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられ
ている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そ
こから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４
３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イン
ジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流
れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して
燃焼室８へ導入される。

【００１５】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時
には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル
５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流
が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５
０に供給される。点火ディストリビュータ５３は、クラ
ンクシャフト７の回転に同期して２次電流を各気筒の点
火プラグ５０に分配するものである。そして、燃焼室８
へ導入された混合気は、点火プラグ５０による点火によ
って爆発・燃焼せしめられる。この際に生じた高温高圧
の燃焼ガスによりピストン５が往復動し、クランクシャ
フト７が回転され、エンジン１の駆動力が得られる。

【００１６】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バ
ルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポー
ト１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２
等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバ
ータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）
及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え
残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ_x（窒素酸化
物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されてい
る。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排
気ガスが大気中に排出される。

【００１７】特に、このエンジン１においては、吸気側
カムシャフト１３とタイミングプーリ１７（クランクシ
ャフトに連動して回転する回転体）との間に、一般的に
公知の連続可変バルブタイミング機構７０が設けられて
いる。これは、カムシャフト１３とタイミングプーリ１
７とを相対回転せしめるものである。すなわち、連続可
変バルブタイミング機構７０は、カムシャフト１３とタ
イミングプーリ１７とを外歯とし、内外周にヘリカルス
プラインを持つリングギヤを介して両者を連結し、この
リングギヤを軸線方向に移動させることによって、前述
の相対回転を実現する。このリングギヤの移動は、油圧
源から供給される油圧力を制御することによってなさ
れ、その油圧力制御のためにオイルコントロールバルブ
（ＯＣＶ）１１０が設けられている。

【００１８】次に、ＶＶＴ機構７０及びＯＣＶ１１０の
詳細を、図２〜図５に基づいて説明する。吸気側カムシ
ャフト１３は、そのジャーナル７１において、シリンダ
ヘッド３とベアリングキャップ７２との間で回転可能に
支持されている。カムシャフト１３の外周においてジャ
ーナル７１の前方（図２及び図４の左方）近傍には、タ
イミングプーリ１７が相対回動可能に装着されている。
タイミングプーリ１７の外周には多数の外歯７３が形成
され、ここにタイミングベルト２０が掛装されている。
上述したようにクランクシャフト７の回転は、このタイ
ミングベルト２０を介してタイミングプーリ１７に伝達
される。

【００１９】カムシャフト１３の前端には、インナキャ
ップ７５が中空ボルト７６及びピン７７により一体回転
可能に取付けられている。タイミングプーリ１７には、
蓋７８を有するカバー７９がボルト８０及びピン８１に
より一体回転可能に取付けられている。このカバー７９
によりカムシャフト１３の前端部及びインナキャップ７
５の全体が覆われている。

【００２０】タイミングプーリ１７及びカムシャフト１
３は、カバー７９とインナキャップ７５との間に介在さ
れたリングギヤ８２によって連結されている。リングギ
ヤ８２は略円環状をなし、タイミングプーリ１７、カバ
ー７９及びインナキャップ７５によって囲まれた空間Ｓ
内に前後方向への往復動可能に収容されている。リング
ギヤ８２の内外周には多数の歯８２ａ，８２ｂが設けら
れている。これに対応して、インナキャップ７５の外周
及びカバー７９の内周には多数の歯７５ａ，７９ｂが設
けられている。これらの歯８２ａ，８２ｂ，７５ａ，７
９ｂは、いずれもその歯すじがカムシャフト１３の軸線
に対し交差したヘリカル歯となっている。そして、歯７
５ａ，８２ａが互いに噛合し、歯７９ｂ，８２ｂが互い
に噛合している。これらの噛合により、タイミングプー
リ１７の回転は、カバー７９、リングギヤ８２、インナ
キャップ７５を介してカムシャフト１３に伝達される。
又、各歯８２ａ，８２ｂ，７５ａ，７９ｂがヘリカル歯
であることから、リングギヤ８２が前後方向へ移動する
と、インナキャップ７５及びカバー７９に捩じり力が付
与され、その結果、カムシャフト１３がタイミングプー
リ１７に対し相対回動する。

【００２１】空間Ｓにおいて、リングギヤ８２の前側は
第１の油圧室８３をなし、後側は第２の油圧室８５をな
している。各油圧室８３，８５に潤滑油による油圧を供
給するために、図３及び図５に示すように、エンジン１
に既設のオイルポンプ８６が利用されている。オイルポ
ンプ８６はクランクシャフト７に駆動連結されており、
エンジン１の運転に伴い作動してオイルパン８７から潤
滑油を吸引及び吐出する。吐出された潤滑油中の異物、
金属粉等はオイルフィルタ８８によって除去される。そ
して、オイルフィルタ８８を通過した潤滑油の油圧が各
油圧室８３，８５に供給される。

【００２２】図２及び図４に示すように、オイルポンプ
８６は、後述する第１の供給路により第１の油圧室８３
に連通されている。すなわち、シリンダヘッド３及びベ
アリングキャップ７２には、上下方向へ延びるヘッド油
路９０が形成されている。ベアリングキャップ７２に
は、ヘッド油路９０と平行に油孔９１が形成されてい
る。カムシャフト１３のジャーナル７１において油孔９
１と対応する箇所には、ジャーナル溝９２が全周にわた
って形成されている。

【００２３】カムシャフト１３には、その軸線に沿って
延びるシャフト油路９３が形成されている。シャフト油
路９３は、その途中に配置されたボール９５により前後
に区画されている。カムシャフト１３には、ジャーナル
溝９２及びシャフト油路９３を連通させる油孔９６が貫
設されている。シャフト油路９３の前側は、中空ボルト
７６の中心孔７６ａを通じて第１の油圧室８３に連通さ
れている。そして、前述したヘッド油路９０、油孔９
１、ジャーナル溝９２、油孔９６、シャフト油路９３及
び中心孔７６ａにより第１の供給路が構成されている。

【００２４】オイルポンプ８６は、後述する第２の供給
路により第２の油圧室８５に連通されている。すなわ
ち、ベアリングキャップ７２には、油孔９１と平行に油
孔９８が形成されている。カムシャフト１３のジャーナ
ル７１において油孔９８と対応する箇所には、ジャーナ
ル溝９９が全周にわたって形成されている。カムシャフ
ト１３には、シャフト油路９３と平行にシャフト油路１
００が形成されている。シャフト油路１００の後端はジ
ャーナル溝９９に接続され、前端は、カムシャフト１３
とインナキャップ７５との間に設けられた油孔１０１を
介して第２の油圧室８５に接続されている。そして、前
述したヘッド油路９０、油孔９８、ジャーナル溝９９、
シャフト油路１００、油孔１０１により第２の供給路が
構成されている。

【００２５】第１の供給路及び第２の供給路の途中に
は、各油圧室８３，８５に供給される油圧の大きさを調
整するために、電磁式リニアソレノイドバルブからなる
オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）１１０が設けられ
ている。

【００２６】図２及び図３に示すように、ＯＣＶ１１０
のケーシング１１１には、その内外を連通させる第１の
ポート１１３、第２のポート１１４、第３のポート１１
５、第４のポート１１６及び第５のポート１１７がそれ
ぞれ設けられている。第１のポート１１３は油孔９１に
接続され、第２のポート１１４は油孔９８に接続されて
いる。第３及び第４のポート１１５，１１６は、ベアリ
ングキャップ７２に形成された油孔１１８を介してオイ
ルパン８７に接続されている。第５のポート１１７は、
ヘッド油路９０、オイルフィルタ８８等を介してオイル
ポンプ８６に接続されている。

【００２７】ケーシング１１１の内部には、円筒状の４
つの弁体１１９ａを備えたスプール１１９が往復動可能
に収容されている。スプール１１９は、その前後（図３
の左右）両側に設けられたスプリング１２０及び電磁ソ
レノイド１２１の作動により軸方向へ移動される。

【００２８】例えば図５に示すように、スプール１１９
が前方（図の左方）へ移動されると、第５のポート１１
７が第１のポート１１３に連通されるとともに、第２の
ポート１１４が第４のポート１１６に連通される。これ
らの連通により、ヘッド油路９０に供給された油圧が、
ＯＣＶ１１０から油孔９１、ジャーナル溝９２、油孔９
６、シャフト油路９３及び中心孔７６ａを通じて第１の
油圧室８３に供給される。この油圧がリングギヤ８２に
前側から加えられると、同リングギヤ８２が第２の油圧
室８５内の潤滑油に抗して後方へ移動しながら回動す
る。この回動を伴う移動により、インナキャップ７５及
びカバー７９に捩じり力が付与される。

【００２９】その結果、タイミングプーリ１７に対する
カムシャフト１３の相対回転の角度が変えられ、吸気バ
ルブ１１のバルブタイミングが進角される。すなわち、
吸気バルブ１１の開弁開始時期が早められる。リングギ
ヤ８２の後方への移動は、これがタイミングプーリ１７
に接触したところで規制される。リングギヤ８２がタイ
ミングプーリ１７に接触して停止したとき、吸気バルブ
１１の開弁開始時期が最も早くなる。

【００３０】一方、図３に示すように、ＯＣＶ１１０の
スプール１１９が後方（図の右方）へ移動されると、第
５のポート１１７が第２のポート１１４に連通されると
ともに、第１のポート１１３が第３のポート１１５に連
通される。すると、ヘッド油路９０に供給された油圧
が、ＯＣＶ１１０から油孔９８、ジャーナル溝９９、シ
ャフト油路１００及び油孔１０１を通じて第２の油圧室
８５に供給される。この油圧がリングギヤ８２に後側か
ら加えられることにより、同リングギヤ８２が第１の油
圧室８３内の潤滑油に抗して前方へ移動しながら回動す
る。この回動を伴う移動により、インナキャップ７５及
びカバー７９に捩じり力が付与される。

【００３１】その結果、タイミングプーリ１７に対する
カムシャフト１３の相対回転の角度が変えられ、吸気バ
ルブ１１のバルブタイミングが遅角される。すなわち、
吸気バルブ１１の開弁開始時期が遅らされる。リングギ
ヤ８２の前方への移動は、これがカバー７９に接触する
ことで規制される。リングギヤ８２がカバー７９に接触
して停止したとき、吸気バルブ１１の開弁開始時期が最
も遅くなり、バルブタイミングが最遅角状態となる。

【００３２】上記のようにＶＶＴ機構７０が構成されて
おり、ＶＶＴ機構７０を駆動させることにより、吸気バ
ルブ１１のバルブタイミングが、所定の範囲内で任意に
変更可能である。

【００３３】図１に示すように、エンジン１には以下の
各種センサが取付けられている。シリンダブロック２に
は、エンジン１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１４４が取付けられている。吸
気通路３０には、吸入空気量（質量流量ＧＡ）を検出す
るための熱式エアフローメータ１４０が取り付けられて
いる。吸気通路３０においてエアクリーナ３１の近傍に
は、吸入空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出するための
吸気温センサ１４３が取付けられている。吸気通路３０
において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸３
２ａの回動角度（スロットル開度ＴＡ）を検出するため
のスロットル開度センサ１４２が設けられている。ま
た、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、アイ
ドルスイッチ１５２がオンとなり、その出力であるスロ
ットル全閉信号がアクティブとなる。サージタンク３３
には、その内部の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出するための
吸気圧センサ１４１が取付けられている。排気通路６０
の途中には、排気ガス中の残存酸素濃度を検出するため
のＯ₂センサ１４５が取付けられている。

【００３４】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転するロータが内蔵されて
おり、クランクシャフト７の基準位置を検出するために
ロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して
７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる
クランク基準位置センサ１５０が設けられ、また、クラ
ンクシャフト７の回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を
検出するためにロータの回転に基づいて３０°ＣＡごと
に回転速度検出用パルスを発生させ回転速度センサ１５
１が設けられている。なお、車両には、実際の車速を表
す出力パルスを発生させる車速センサ１５３が取り付け
られている。

【００３５】さらに、エンジン１には、クランクシャフ
ト７上のロータと電磁ピックアップとからなるクランク
角センサ１５４が設けられている。ロータは磁性体から
なり、その外周に複数の歯が等角度毎に形成されてい
る。電磁ピックアップは、クランクシャフト７の回転に
伴い、ロータが回転して歯がその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を発生
する。そして、クランク基準位置センサ１５０による基
準位置信号の発生後に、クランク角センサ１５４からの
クランク角度信号のパルス数を計測することでクランク
シャフト７の回転角度（クランク角）を検出することが
可能である。

【００３６】同様に、エンジン１には、カム角センサ１
５５が設けられている。同センサ１５５は、吸気側カム
シャフト１３上のロータと電磁ピックアップとからな
る。ロータは磁性体からなり、その外周に複数の歯が等
角度毎に形成されている。電磁ピックアップは、カムシ
ャフト１３の回転に伴い、ロータが回転して歯がその電
磁ピックアップの前方を通過する毎に、パルス状のカム
角度信号を発生する。このカム角度信号と前記クランク
角度信号とに基づいてカムシャフト１３の回転位相とク
ランクシャフト７の回転位相との位相差を算出すること
により、吸気バルブ１１の実バルブタイミングを検出す
ることができる。

【００３７】図１に示すエンジン電子制御装置（エンジ
ンＥＣＵ）１７０は、燃料噴射制御、点火時期制御、ア
イドル回転速度制御などに加え、本発明に係るバルブタ
イミング制御を実行するマイクロコンピュータシステム
であり、そのハードウェア構成は、図６のブロック図に
示される。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１７３に格納
されたプログラム及び各種のマップに従って、中央処理
装置（ＣＰＵ）１７１は、各種センサ及びスイッチから
の信号をＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）１７５又は入力イン
タフェース回路１７６を介して入力し、その入力信号に
基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき駆動
制御回路１７７ａ〜１７７ｄを介して各種アクチュエー
タ用制御信号を出力する。ランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）１７４は、その演算・制御処理過程における一時
的なデータ記憶場所として使用される。また、バックア
ップＲＡＭ１７９は、バッテリ（図示せず）に直接接続
されることにより電力の供給を受け、イグニションスイ
ッチがオフの状態においても保持されるべきデータ（例
えば、各種の学習値）を格納するために使用される。ま
た、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、アドレスバス、
データバス、及びコントロールバスからなるシステムバ
ス１７２によって接続されている。

【００３８】燃料噴射制御は、基本的には、エンジン１
回転当たりの吸入空気質量に基づいて、所定の目標空燃
比を達成する燃料噴射量すなわちインジェクタ４０によ
る噴射時間を演算し、所定のクランク角に達した時点で
燃料を噴射すべく、駆動制御回路１７７ａを介してイン
ジェクタ４０を制御するものである。なお、エンジン１
回転当たりの吸入空気質量は、熱式エアフローメータ１
４０により計測される吸入空気質量流量と回転速度セン
サ１５１から得られるエンジン回転速度とから算出され
る。そして、かかる燃料噴射量演算の際には、スロット
ル開度センサ１４２、吸気温センサ１４３、水温センサ
１４４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正、
Ｏ₂センサ１４５からの信号に基づく空燃比フィードバ
ック補正、そのフィードバック補正値の中央値が理論空
燃比となるようにする空燃比学習補正等が加えられる。

【００３９】また、点火時期制御は、回転速度センサ１
５１から得られるエンジン回転速度及びその他のセンサ
からの信号により、エンジンの状態を総合的に判定し、
最適な点火時期を決定し、駆動制御回路１７７ｂを介し
てイグナイタ５１に点火信号を送るものである。

【００４０】また、アイドル回転速度制御は、アイドル
スイッチ１５２からのスロットル全閉信号及び車速セン
サ１５３からの車速信号によってアイドル状態を検出す
るとともに、水温センサ１４４からのエンジン冷却水温
度等によって決められる目標回転速度と実際のエンジン
回転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度とな
るように制御量を決定し、駆動制御回路１７７ｃを介し
てＩＳＣＶ３６を制御して空気量を調節することによ
り、最適なアイドル回転速度を維持するものである。

【００４１】以下、本発明に係るバルブタイミング制御
について詳細に説明する。バルブタイミング制御は、運
転状態に応じて吸気バルブ１１の目標バルブタイミング
（弁開閉時期）を設定して連続可変バルブタイミング機
構７０を制御するものであり、具体的には、吸気側カム
シャフト１３の回転位相がクランクシャフト７の回転位
相に対して所望の位相差を保つように、すなわちカムシ
ャフト１３をタイミングプーリ１７に対し特定の角度だ
け相対回転せしめるように、前記したクランク角センサ
１５４及びカム角センサ１５５からの信号に基づいてオ
イルコントロールバルブ１１０をフィードバック制御す
る。

【００４２】図７は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１
２の開閉時期をクランク角により表したバルブタイミン
グ図である。この図に示されるように、排気バルブ１２
は、固定の開弁時期ＥＶＯ（本実施形態では、排気下死
点前５０°）にて開弁せしめられるとともに、固定の閉
弁時期ＥＶＣ（本実施形態では、排気上死点後３°）に
て閉弁せしめられる。一方、吸気バルブ１１について
は、その開弁期間は一定であるが、その開弁時期ＩＶＯ
及び閉弁時期ＩＶＣは可変であり、最も遅角側の開閉時
期（同図のＩＶＯｒ及びＩＶＣｒ）を基準位置として、
ともに進角方向へ任意の量だけ変位したタイミングに設
定することができる。ただし、バルブタイミング変位量
ＶＴＤの最大値は、本実施形態では６０°である。そし
て、この基準位置からのバルブタイミング変位量ＶＴＤ
が制御目標量とされる。ここで、本実施形態において
は、基準位置としては、基準開弁時期ＩＶＯｒが排気上
死点後３°であり、基準閉弁時期ＩＶＣｒが吸気下死点
後６５°である。したがって、この場合、バルブタイミ
ング変位量ＶＴＤが例えば３０°ＣＡ（クランク角）の
ときには、ＩＶＯは排気上死点前２７°となり、ＩＶＣ
は吸気下死点後３５°となる。なお、本実施形態では、
吸気バルブ１１の基準開弁時期ＩＶＯｒと排気バルブ２
６の閉弁時期ＥＶＣとは、ともに排気上死点後３°と同
一であるため、バルブタイミング変位量ＶＴＤは、バル
ブオーバラップ量と一致することとなる。ただし、図７
では、一般性を考慮し、かつ、理解を容易にするため、
ＩＶＯｒとＥＶＯとは一致しないように描かれている。

【００４３】ところで、前述のように、上述の如き油圧
駆動式ＶＶＴ機構７０においては、油圧・油量低下時に
動作不良が発生するおそれがある。図８は、油量が低下
した状態で車両を旋回させたときに実際のバルブタイミ
ング変位量（進角度）ＶＴＤが目標バルブタイミング変
位量ＶＴＤｔからずれる様子を例示するタイムチャート
である。すなわち、油圧・油量が低下した状態で車両を
運転すると、オイルポンプ８６から空気が混入し始め
る。特に、車両の旋回時には、油面が変動するため、空
気が混入しやすくなる。油圧・油量が低下した状態でＶ
ＶＴ機構７０を駆動し続けると、リングギヤ８２が所望
の制御位置からずれ、また、その移動速度が大きくな
る。そして、最遅角位置又は最進角位置に近い位置に目
標値を設定してリングギヤ８２を制御しているときに
は、リングギヤ８２がカバー７９又はタイミングプーリ
１７と衝突し、打音が発生するとともに衝突部分が磨耗
するのである。

【００４４】このように、油圧系に空気が混入して、Ｖ
ＶＴ機構７０に供給される油圧・油量が低下したときに
は、リングギヤ８２の移動速度、すなわちクランクシャ
フト７に対するカムシャフト１３の相対回転の速度が大
きくなるが、本実施形態は、その相対回転速度を検出す
ることにより空気の混入を判定しようというものであ
る。さらに、本実施形態は、そのような空気混入が検出
されたときに、目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔを
最大バルブタイミング変位量ＶＴＤ_max（＝６０°Ｃ
Ａ）の半分すなわち３０°ＣＡに設定することで、リン
グギヤ８２を中間位置に位置づけ、リングギヤ８２がカ
バー７９やタイミングプーリ１７と衝突するのを回避し
ようというものである。

【００４５】図９は、以上の制御方針を具体化したバル
ブタイミング制御ルーチンの処理手順を示すフローチャ
ートである。このルーチンは、所定の周期で実行される
ように構成されている。まず、回転速度センサ１５１の
出力に基づいて現在のエンジン回転速度ＮＥを検出する
とともに、熱式エアフローメータ１４０の出力に基づい
て現在の吸入空気質量流量ＧＡを検出する（ステップ２
０２）。次いで、ＧＮ←ＧＡ／ＮＥなる演算により、エンジン負荷（エンジン１回転当たり
の吸入空気質量）ＧＮを算出する（ステップ２０４）。

【００４６】次いで、後述するルーチンで操作される油
圧異常検出フラグＦが１にセットされているか否かを判
定する（ステップ２０６）。油圧異常が検出されていな
いとき、すなわちＦ＝０のときには、図１０に示される
ようなマップに基づく補間計算により、現在のエンジン
負荷ＧＮ及びエンジン回転速度ＮＥに応じた目標バルブ
タイミング変位量ＶＴＤｔを算出する（ステップ２０
８）。この目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔのマッ
プは、予めＲＯＭ１７３に格納されている。一方、油圧
異常が検出されているとき、すなわちＦ＝１のときに
は、目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔを最大値ＶＴ
Ｄ_maxの半分すなわち３０°ＣＡに設定する（ステップ
２１０）。

【００４７】目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔを決
定した後の以下のステップでは、ＯＣＶ１１０のフィー
ドバック制御を行う。まず、前回の本ルーチンの走行に
より得られている実バルブタイミング変位量ＶＴＤをＶ
ＴＤＯとして記憶する（ステップ２１２）。なお、ＶＴ
ＤＯは、後述するルーチンで使用される。次に、クラン
ク角センサ１５４からのクランク角度信号とカム角セン
サ１５５からのカム角度信号との位相差に基づいて現在
の実バルブタイミング変位量ＶＴＤを検出する（ステッ
プ２１４）。次いで、この実バルブタイミング変位量Ｖ
ＴＤが目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔからどれだ
け遅角しているか、すなわちどれだけ進角させる必要が
あるかを表すバルブタイミング進角要求量ΔＶＴＤを、 ΔＶＴＤ←ＶＴＤｔ−ＶＴＤなる演算により算出する（ステップ２１６）。従って、
このΔＶＴＤ＜０のときには、実バルブタイミング変位
量ＶＴＤを遅角させる必要があることを示す。

【００４８】次に、図１１に示される如きマップを参照
することにより、バルブタイミング進角要求量ΔＶＴＤ
に応じて、ＯＣＶ１１０を制御するためのデューティ比
ＤＲをどれだけ増大させる必要があるかを表すデューテ
ィ比増大要求量ΔＤＲを求める（ステップ２１８）。同
図に示されるように、ΔＶＴＤ＞０のときにはΔＤＲ＞
０、ΔＶＴＤ＝０のときにはΔＤＲ＝０、ΔＶＴＤ＜０
のときにはΔＤＲ＜０となる。最後に、デューティ比Ｄ
Ｒを、ＤＲ←ＤＲ＋ΔＤＲなる演算により更新し、ＯＣＶ１１０を制御する（ステ
ップ２２０）。本ルーチンが所定周期で起動されて、以
上のステップ２１４、２１６、２１８、及び２２０が繰
り返し実行されることにより、フィードバック制御が実
現される。

【００４９】図１２は、油圧異常検出フラグＦを操作す
る油圧・油量異常検出ルーチンの処理手順を示すフロー
チャートである。このルーチンは、前記したバルブタイ
ミング制御ルーチンの周期と同一の周期で実行されるよ
うに構成されている。まず、現在の実バルブタイミング
変位量ＶＴＤの目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔか
らのずれが５°ＣＡ未満か否かを判定し（ステップ３０
２）、５°ＣＡ未満のときには本ルーチンを終了する。
一方、５°ＣＡ以上のときには、クランクシャフト７の
回転位相とカムシャフト１３の回転位相との位相差の変
化速度、すなわちクランクシャフト７に対するカムシャ
フト１３の相対回転の速度Ｓ [°CA/sec] を、Ｓ←（ＶＴＤ−ＶＴＤＯ）／Ｔなる演算により求める（ステップ３０４）。なお、Ｔ
は、バルブタイミング制御ルーチンの実行周期である。

【００５０】次に、相対回転速度の絶対値｜Ｓ｜が所定
の判定基準値α [°CA/sec] より大きいか否かを判定す
る（ステップ３０６）。｜Ｓ｜≦αのときには、そのま
ま本ルーチンを終了する。しかし、｜Ｓ｜＞αのときに
は、空気の混入に起因して油圧・油量に異常があるとみ
なして油圧異常検出フラグＦを１にセットして（ステッ
プ３０８）、本ルーチンを終了する。なお、このフラグ
Ｆは、図１３に示されるように、エンジンＥＣＵ１７０
のパワーオン初期化ルーチンで、ＲＡＭの初期化（ステ
ップ４０２）とともにリセットされる（ステップ４０
４）のみであり、エンジン作動中に異常が検出された場
合は、パワーオフ時点までセットされたままである。こ
れにより、打音や磨耗の発生を未然に防ぐことができ
る。

【００５１】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
い。例えば、本実施形態は、いわゆるリングギヤ式ＶＶ
Ｔ機構を使用するものであるが、いわゆるベーン式ＶＶ
Ｔ機構に対しても、油圧駆動式である限り、本発明は適
用可能である。さらに、本実施形態は、カムシャフト駆
動方式としてベルト駆動式を採用するエンジンについて
実施したものであるが、チェーン駆動式又はギヤ駆動式
のエンジンに対しても、本発明は適用可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液圧駆動式可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関
において、液圧系に空気が混入して液圧・液量が異常に
低下している状態をカムシャフトの相対回転速度の監視
という簡易な方法で検出することが可能となる。また、
かかる異常が検出されたときには、カムシャフトの相対
回転角度を略中間の値に設定することで、障害が生ずる
ことがないように液圧駆動式可変バルブタイミング機構
を制御することが可能となる。また、本発明は、油圧・
湯量センサを設ける必要がなくなるという効果も奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るバルブタイミング制
御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。

【図２】吸気バルブタイミングの最遅角状態を達成する
ようにＶＶＴ機構を駆動したときのＶＶＴ機構の部分断
面図である。

【図３】吸気バルブタイミングの最遅角状態を達成する
ようにオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）を制御した
ときのＯＣＶの部分断面図である。

【図４】吸気バルブタイミングの最進角状態を達成する
ようにＶＶＴ機構を駆動したときのＶＶＴ機構の部分断
面図である。

【図５】吸気バルブタイミングの最進角状態を達成する
ようにオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）を制御した
ときのＯＣＶの部分断面図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るエンジンＥＣＵのハ
ードウェア構成を示すブロック図である。

【図７】吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期をクラン
ク角により表したバルブタイミング図である。

【図８】油量が低下した状態で車両を旋回させたときに
実際のバルブタイミング変位量（最遅角位置からの進角
度）ＶＴＤが目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔから
ずれる様子を例示するタイムチャートである。

【図９】バルブタイミング制御ルーチンの処理手順を示
すフローチャートである。

【図１０】エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＧＮ
に応じて目標バルブタイミング変位量ＶＴＤｔを求める
ためのマップを示す図である。

【図１１】バルブタイミング進角要求量ΔＶＴＤに応じ
てＯＣＶ制御用デューティ比増大要求量ΔＤＲを求める
ためのマップを示す図である。

【図１２】油圧・油量異常検出ルーチンの処理手順を示
すフローチャートである。

【図１３】初期化ルーチンの処理手順を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…４サイクルガソリンエンジン２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…シリンダ５…ピストン６…コネクティングロッド７…クランクシャフト８…燃焼室９…吸気ポート１０…排気ポート１１…吸気バルブ１２…排気バルブ１３…吸気側カムシャフト１４…排気側カムシャフト１５…吸気側カム１６…排気側カム１７，１８，１９…タイミングプーリ２０…タイミングベルト３０…吸気通路３１…エアクリーナ３２…スロットルバルブ３２ａ…スロットルバルブの軸３３…サージタンク３４…吸気マニホルド３５…アイドルアジャスト通路３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）４０…インジェクタ４１…燃料タンク４２…燃料ポンプ４３…燃料配管５０…点火プラグ５１…イグナイタ５２…点火コイル５３…点火ディストリビュータ６０…排気通路６１…排気マニホルド６２…触媒コンバータ７０…連続可変バルブタイミング機構１１０…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）１４０…エアフローメータ１４１…吸気圧センサ１４２…スロットル開度センサ１４３…吸気温センサ１４４…水温センサ１４５…Ｏ₂センサ１５０…クランク基準位置センサ１５１…回転速度センサ１５２…アイドルスイッチ１５３…車速センサ１５４…クランク角センサ１５５…カム角センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34 F01L 13/00 F02B 77/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクシャフトに連動して回転する回
転体からバルブを駆動するカムシャフトへと回転を伝達
するとともに、供給される液圧に応じて該カムシャフト
を該回転体に対し所定角度範囲内で相対的に回転せしめ
ることにより、該回転体の回転位相と該カムシャフトの
回転位相との位相差を可変にする回転伝達部材と、前記回転伝達部材に供給すべき液圧を機関運転状態に応
じて制御する制御手段と、前記回転伝達部材による該回転体に対する該カムシャフ
トの相対回転の速度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出される相対回転速度に基づい
て液圧系の異常の有無を判定する判定手段と、を具備する、内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】前記判定手段は、該相対回転速度が所定
値よりも大きいときに液圧系に異常があると判定するも
のであり、かつ、前記制御手段は、前記判定手段によっ
て異常ありと判定された場合に、該カムシャフトが該所
定角度範囲の略中間位置へと相対回転するように前記回
転伝達部材への液圧を制御するものである、請求項１に
記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。