JP4321420B2

JP4321420B2 - エンジンの可変バルブタイミング装置

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Publication number: JP4321420B2
Application number: JP2004283904A
Authority: JP
Inventors: 道広山内; 正美西田; 真希夫近藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006097539A

Description

この発明は、エンジンのバルブタイミングを自由に変更し得る可変バルブタイミング装置に関し、特に、クランクシャフトとカムシャフトの間をチェーン機構を介して動力伝達を行うように構成したエンジンの可変バルブタイミング装置に関する。

近年、吸気効率の向上、ＮＯ_Ｘ低減による排気エミッションの向上、及び内部ＥＧＲの導入に応じたポンピングロスの低減による燃費性能の向上などを目的として、吸排気弁のバルブ特性をエンジン運転状況に応じて可変とする可変バルブタイミング装置付きの車両用エンジンが実用されている。

例えば、吸気弁のバルブタイミングを変更する下記特許文献１では、アイドリング時に吸排気のオーバーラップ量が最も少ない最遅角に吸気弁を位相制御することで、エンジンに安定燃焼を行わせつつ、中回転・高負荷時等の負荷運転時には、吸排気のオーバーラップ量を様々変更するよう吸気弁の進角度合を制御することで、内部ＥＧＲ量を増加させることによりポンピングロスを低減し燃費向上を図ったり、燃焼温度を抑えてＮＯ_Ｘ発生を抑え排気浄化を図ったりしている。さらに、所定の回転数を超える高回転時には、アイドリング時と同様に最遅角に位相制御することで、吸排気のオーバーラップ量をなくし、十分なエンジン出力を得るようにしている。

特開２００４−１３７９０１号公報

ところで、クランクシャフトとカムシャフトの間をチェーン機構（ローラチェーン）を介して動力伝達を行うように構成したエンジンでは、エンジン回転数の上昇に伴いクランクシャフトのドライブスプロケットとカムシャフトのドリブンスプロケットとの間（引張り側）において、チェーン張力が増大する。これはエンジン回転速度の上昇に伴いスプロケットの歯とチェーンのローラとの噛合い速度が高くなるためである。

よって、チェーンの耐久性を評価する耐久評価基準値は、エンジン回転数の上昇に伴って低下するように設定している。

このため、チェーンの仕様の選定は、エンジンの最高回転数等からチェーンの張力値を踏まえた上で慎重に決定している。もっとも、耐張力値の高い過剰なチェーンの仕様の選定は、コストアップ、重量増加を招くため、最適な仕様を選定するのが一般的である。

前述の可変バルブタイミング装置付きのエンジンにおいても、こうしたことを前提にチェーンの仕様を選定するが、この可変バルブタイミング装置付きのエンジンでは、特に、高回転時において、最遅角に位相制御するため、油圧ベーン式の位相可変ユニットの進角室内にオイルが無くなり、進角室を挟むカムシャフト側のロータとドリブンスプロケット側のハウジングとが所謂メタルタッチ（金属面同士が直接接触すること）状態となってしまう。

このように、メタルタッチ状態となると、チェーンに対して、エンジンのトルク変動による瞬間的な大荷重が脈動的に作用することになり、チェーンの平均的な張力値が前述の耐久評価基準値よりも低くても、瞬間的に張力のピーク値が耐久評価基準値を超えるおそれが生じ、チェーンの信頼性を悪化させるという問題が生じる。

この問題に対しては、チェーンの仕様を耐張力値の高いものに変更することが考えられるが、瞬間的なピーク値のためだけに耐張力値の高いものに変更することは、前述したように、コストアップ、重量増加を招くため、適切な解決手法とは言えない。

そこで、この発明は、エンジンの可変バルブタイミング装置において、チェーンの仕様を耐張力値の高いものに変更することなく、チェーンの信頼性向上を図ることができるエンジンの可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。

この発明のエンジンの可変バルブタイミング装置は、クランクシャフトからの駆動力を吸気カムシャフトに伝達するチェーン機構と、該チェーン機構と吸気カムシャフトの間に設けられ、吸気カムシャフトの周方向に容積が変化する進角室を有し該進角室にオイルを供給することで吸気弁の開弁位相を進角させる油圧ベーン式の位相可変機構と、少なくともエンジン回転数の情報に基づいて、該位相可変機構の進角室にオイルの供給制御を行う制御手段とを備えたエンジンの可変バルブタイミング装置であって、前記制御手段の制御領域として、前記進角室にオイルを供給せずに、該進角室の容積を最小にして吸気弁の開弁位相を最遅角に設定するアイドル制御領域と、前記進角室にオイルを供給して、少なくともエンジン回転数に応じて吸気弁の開弁位相を所定の進角値に制御する負荷制御領域と、前記進角室にオイルを供給して、所定の高回転領域で前記チェーン機構に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とする高回転制御領域とを含み、前記高回転制御領域が、第一高回転数を超えると進角室にオイルを供給せずに、進角室の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とする第一高回転制御領域と、第一高回転数よりも高い第二高回転数を超えると進角室にオイルを供給してチェーン機構に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とする第二高回転制御領域とを含むものである。

上記構成によれば、アイドル制御領域では、進角室にオイルを供給せずに進角室の容積を最小にして吸気弁の開弁位相を最遅角に設定することになり、負荷制御領域では、進角室にオイルを供給して、少なくともエンジン回転数に応じて吸気弁の開弁位相を所定の進角値に制御することになり、高回転制御領域では、進角室にオイルを供給して、所定の高回転領域でチェーン機構に生じる衝撃を緩和するように、吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とすることになる。

すなわち、高回転制御領域において、進角室にオイルを供給することで、アイドル制御領域とは異なり、進角室が所謂メタルタッチ状態とならずオイルで充填されるため、チェーン機構に生じる衝撃を位相可変機構の進角室からリークするオイルで緩和することができるのである。

しかも、前記高回転制御領域が、第一高回転数を超えると進角室にオイルを供給せずに、進角室の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とする第一高回転制御領域と、第一高回転数よりも高い第二高回転数を超えると進角室にオイルを供給してチェーン機構に生じる衝撃を緩和するように、吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とする第二高回転制御領域とを含むものであるから、次の作用、効果を奏する。

すなわち、第一高回転数を超える第一高回転制御領域で、進角室にオイルを供給せずに、進角室の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とし、第一高回転数よりも高い第二高回転数を超える第二高回転領域で、進角室にオイルを供給して、チェーン機構に生じる衝撃を緩和するよう吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とすることになる。

このため、第一高回転制御領域（第一高回転数と第二高回転数の間）では、進角室がメタルタッチ状態となるもののアイドル制御領域と同様のバルブタイミングとなるため、エンジン出力を最大限高めることができる。一方、第二高回転制御領域（第二高回転数以上）では、耐久評価基準値が低下して瞬間的にチェーンの張力値が超えてしまうおそれが高くなるため、進角室にオイルを供給することでチェーンに生じる衝撃を緩和してチェーン機構の信頼性を向上することができる。

よって、高回転領域において、最大限にエンジン出力を向上しつつも、チェーン機構の信頼性を確保することができる。

なお、この数角度の進角値とは、チェーン機構に生じる衝撃を緩和できる程度の進角値であればよく、特に限定されるものではない。

この発明の一実施態様においては、前記吸気カムシャフトに、燃料噴射装置の高圧燃料ポンプを駆動する駆動カムを設けたものである。

上記構成によれば、吸気カムシャフトに設けた駆動カムで燃料噴射装置の高圧燃料ポンプを駆動することになる。

このため、チェーン機構には、吸気カムシャフトに高圧燃料ポンプの駆動抵抗が掛かることから大きな負荷が生じ、チェーンの張力値も大きくなるが、前述のように進角室にオイルを供給してチェーン機構に生じる衝撃を緩和しているため、チェーン機構の信頼性を確保することができる。

よって、チェーンの仕様を耐張力値の高いものに変更しなくても、吸気カムシャフトで高圧燃料ポンプを駆動することができる。

この発明の一実施態様においては、前記高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の数角度の進角値は、前記負荷制御領域の最小の進角値よりも小さく設定したものである。

上記構成によれば、高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の進角値を、負荷制御領域の最小の進角値よりも小さく設定することになる。

よって、エンジン性能に対する影響をできるだけ少なくした状態で、チェーン機構の信頼性を向上することができる。

この発明の一実施態様においては、前記高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の数角度の進角値は、エンジン負荷等によって変化しない一定値としたものである。

上記構成によれば、高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の数角度の進角値は、エンジン負荷等によって変化しないことになる。

よって、エンジン負荷等に応じて細かい制御を行わないため、一定圧のオイルを常時安定して進角室に供給してチェーン機構の信頼性を向上することができる。

この発明によれば、高回転制御領域において、進角室にオイルを供給することで、アイドル制御領域とは異なり、進角室が所謂メタルタッチ状態とならずオイルで充填されるため、チェーン機構に生じる衝撃を緩和することができる。

したがって、エンジンの可変バルブタイミング装置において、チェーンの仕様を耐張力値の高いものに変更することなく、チェーンの信頼性向上を図ることができる。

また、第一高回転制御領域（第一高回転数と第二高回転数の間）では、進角室がメタルタッチ状態となるもののアイドル制御領域と同様のバルブタイミングとなるため、エンジン出力を最大限高めることができる。一方、第二高回転制御領域（第二高回転数以上）では、耐久評価基準値が低下して瞬間的にチェーンの張力値が超えてしまうおそれが高くなるため、進角室にオイルを供給することでチェーンに生じる衝撃を緩和してチェーン機構の信頼性を向上することができる。

よって、高回転領域において、最大限にエンジン出力を向上しつつも、チェーン機構の信頼性を確保することができる効果がある。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
まず、図１〜図４で本実施形態の可変バルブタイミング装置付きのエンジン１の概略について説明する。図１は、本発明の可変バルブタイミング装置を採用したエンジン１とその周辺機器を示す概略構成図、図２はそのエンジン１を上方から見た平面図、図３は図２に示すＡ−Ａ線矢視断面図で油圧ベーン式の位相可変ユニットの断面図、図４は可変バルブタイミング装置により変化する開弁位相状態を説明する開弁位相図である。

この可変バルブタイミング装置付きのエンジン１は、図１に示すように、駆動力を外部に出力するクランクシャフト１１と、吸気弁（図示せず）を開閉駆動する吸気カムシャフト１２と、排気弁（図示せず）を開閉駆動する排気カムシャフト１３とを有し、この吸気カムシャフト１２と排気カムシャフト１３は、チェーン機構２を介してクランクシャフト１１から駆動力を受けて回転駆動されるように構成している。

このチェーン機構２は、クランクシャフト１１に固定したドライブスプロケット２０と、吸気カムシャフト１２に固定した第一ドリブンスプロケット２１と、排気カムシャフト１３に固定した第二ドリブンスプロケット２２と、これらスプロケット全てに噛合するチェーン本体２３と、で構成している。なお２４は、チェーン本体２３の張力を調整するアイドラである。このチェーン本体２３の詳細構造については、後述する。

また、吸気カムシャフト１２と第一ドリブンスプロケット２１の間には、吸気カムシャフト１２の開弁位相を変更し得る油圧ベーン式の位相可変ユニット３を装着している。この位相可変ユニット３に対して作動油（オイル）を給排出することによって、吸気カムシャフト１２によって駆動される吸気弁の開弁位相を進角または遅角する。

次に、可変バルブタイミング装置のシステム構造は、クランクシャフト１１の回転角を検出するクランク角センサ４１と、吸気カムシャフト１２の回転位置等を検出するカム角センサ４２と、これらセンサ４１，４２からの情報に基づき吸気カムシャフト１２の進角量や遅角量を演算して決定するＥＣＵ（電子制御装置）４３とを備えて構成している。また、これらセンサ４１，４２の他に、後述のようにエンジン１の負荷状態を検出するエアフローメータやスロットル開度センサ等の負荷検出センサ４４と、エンジン１の回転数を検出する回転数検出センサ４５と、エンジン１の水温を検出する水温センサ４６等のセンサ（図９参照）も具備している。

さらに、可変バルブタイミング装置の油路構造は、前述のＥＣＵ４３により駆動される油路制御弁５１（スプールバルブ）と、油タンク５２内の作動油をオイルポンプ５３によって位相可変ユニット３に圧送する供給油通路５４と、後述の進角室と連通する進角通路５５と、遅角室と連通する遅角通路５６と、位相可変ユニット３から油タンク５２に作動油を排出する排出油通路５７とから構成している。このうち、油路制御弁５１のリニアソレノイド５１ａがデューティ駆動され、位相可変ユニット３に供給される作動油の油量が調整されることで、吸気カムシャフト１２の開弁位相を変更するように構成している。なお、作動油は、供給油通路５４に介装したリリーフ弁（図示せず）により、所定圧に設定されている。

また、吸気カムシャフト１２の第一ドリブンスプロケット２１および位相可変ユニット３を設けた端部の反対側端部（図２の右側端部）には、シリンダー筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置（図示せず）の高圧燃料ポンプ６を駆動する駆動カム６１を設けている。

このように駆動カム６１を設けたことにより、この吸気カムシャフト１２は、通常の吸気カムシャフト１２よりも駆動抵抗が大きくなり、吸気カムシャフト１２を駆動するチェーン機構２には大きな張力が掛かる構造となっている。

次に、図３で油圧ベーン式の位相可変ユニット３の内部構造について説明する。
まず、吸気カムシャフト１２の軸方向端部の外周に、位相可変ユニット３の円筒状のロータ３１を吸気カムシャフト１２と一体回転するように連結固定し、さらにその外周側に、外嵌合状態で組み合わす円筒状のケーシング３２を設けている。この円筒状のケーシング３２と円筒状のロータ３１は、吸気カムシャフト１２の周方向に相対的に回動可能となるように配置しており、さらに、このケーシング３２に対しては、前述の第一ドリブンスプロケット２１を一体回転するように固定している。

前述の円筒状のロータ３１は、円筒状のロータ本体部３１ａと、その外周面から径方向外方に突出する４つのベーン３１ｂ…とからなり、中心部を貫通するボルト３３で吸気カムシャフト１２に固定されることで、吸気カムシャフト１２と一体に回転するように構成している。

前述のケーシング３２は、薄肉の円筒状のケーシング本体部３２ａと、その内周面から径方向内方に突出する４つの突出壁部３２ｂ…からなり、この突出壁部３２ｂ…を前記ロータ３１のベーン３１ｂ…と周方向に交互に並ぶように配置している。この突出壁部３２ｂ…には、それぞれ吸気カムシャフト１２の軸線方向に延びるように貫通孔を形成し、この各貫通孔にそれぞれ挿通する４つのボルト３４…によって、ケーシング３２とその蓋部材（図示せず）を第一ドリブンスプロケット２１に締結固定している。

前記ロータ３１の各ベーン３１ｂ…の先端部は、ケーシング３２の内周面に摺接しており、同様に、ケーシング３２の各突出壁部３２ｂ…の先端部も、ロータ３１の本体部外周面に摺接している。そして、これらのベーン３１ｂ…または突出壁部３２ｂ…の各先端部にそれぞれオイルシール３５…を配設することで、このベーン３１ｂ…と突出壁部３２ｂ…の間に、吸気カムシャフト１２軸線の周方向に並ぶ８つの受圧室３６、３７…を区画している。

そして、前記８つの受圧室のうち、ロータ３１の各ベーン３１ｂ…に対し吸気カムシャフト１２の回転方向（図３で矢印で示す方向）に位置づけられた４つの受圧室を、遅角室３６として構成している。この遅角室３６に前述の遅角通路５６（図１参照）を連通し、この遅角室３６にオイルを供給することで、ロータ３１がケーシング３２に対し吸気カムシャフト１２の回転方向と反対側に回動され、吸気弁の開弁位相が遅角側に変更されるようになっている。

一方、前記ロータ３１の各ベーン３１ｂ…に対して前記遅角室３６の反対側に位置づけられた４つの受圧室を、進角室３７として構成している。この進角室３７に前述の進角通路５５（図１参照）に連通し、この進角室３７にオイルを供給することで、ロータ３１がケーシング３２に対し吸気カムシャフト１２の回転方向と同じ側に回動され、これにより吸気弁の開弁位相が進角側に変更されるようになっている。

なお、この４つの進角室３７の内、２つの進角室３７（図３で上部と下部との進角室）は、最遅角位置（図３に示す位置）で、ほとんど内部容積がなく、ベーン３１ｂと突出壁部３２ｂの側面が直接当接する所謂メタルタッチ状態となっている。このように、最遅角位置をメタルタッチ状態となることで、確実に最遅角の位置が規定される。

図４は、吸気弁と排気弁の開弁位相を示した図である。
この図から分かるように位相可変ユニット３によって、吸気弁の開弁位相を進角方向（矢印で示す方向）に変更すると、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間（一点鎖線で示す）がオーバーラップすることになる。こうして排気弁と吸気弁の開弁期間をオーバーラップさせると、エンジン燃焼時の内部ＥＧＲ量を増加させることが可能になり、ポンピングロスを低減して燃費向上を図ることができる。また、燃焼温度も抑えることができるため、ＮＯ_Ｘ発生を抑えて排気浄化を図ることもできる。

他方、位相可変ユニット３によって吸気弁の開弁位相を遅角方向に変更すると、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間（実線で示す）がオーバーラップしないため、アイドル運転時には安定燃焼を確保することができ、また、高回転運転時にはエンジン出力を向上することができる。

このように、位相可変ユニット３によって吸気弁の開弁位相を変更することで、エンジン１の様々な運転状態に応じて、適切な燃焼状態を得ることができる。

次に、本実施形態の可変バルブタイミング装置の詳細構造について、図５〜図１１に基づき説明する。

図５〜図７は、チェーン機構２の詳細構造図、図８はエンジン回転数に応じたチェーン張力と耐久評価基準値を示すグラフ、図９は本実施形態の制御ブロック図、図１０は本実施形態の制御フローチャート、図１１は本実施形態の制御マップ図である。

本実施形態のエンジン１は、前述のようにチェーン機構２を介してクランクシャフト１１の駆動力を吸気カムシャフト１２と排気カムシャフト１３に伝達するように構成している。よって、チェーン機構２には、長期間破損せずに駆動力を伝達できるように耐久性が求められる。

チェーン機構２のチェーン本体２３は、所謂ローラチェーンであり、図５〜図７に示すように、第一ドリブンスプロケット２１等のスプロケットの歯に噛合する複数のローラ２３１…（図６、図７参照）と、隣り合う二つのローラ２３１を連結するローラリンク２３２と、ローラ２３１…内を貫通する複数のピン２３３…と、ローラリンク２３２と互い違いに配置され隣り合う二つのピン２３３を連結するピンリンク２３４と、ピン２３３とローラ２３１…の間に配置したブッシュ２３５とで構成している。なお２３６は、ピン２３３とローラ２３１を固定する固定ピンである。

このチェーン本体２３の仕様は、ローラリンク２３２やピンリンクの板厚ｔ等（図７参照）によって規定されているが、この板厚ｔが、大きければ大きい程、張力に対する受圧面が大きくなり、チェーン本体２３の耐久評価基準値も高まり信頼性が上がる。

しかしながら、板厚ｔが大きい仕様のものは、コストが高く、また重量も増加するため、生産コストを高めてしまい、エンジン１の燃費も悪化させるという問題がある。

そこで、一般にエンジン出力等を考慮して最適な仕様のチェーン本体２３を選定することになる。

もっとも、この選定にあっては、そのエンジン１の最高回転数を考慮する必要がある。すなわち、図８に示すように、チェーン本体２３の張力値はエンジン回転数の上昇に伴い増加し、一方、チェーン本体２３の耐久評価基準値は回転数上昇に伴い減少するからである。なお、ここでチェーン本体２３の張力値が増加するのは、回転数上昇によりスプロケット２０，２１，２２の歯とチェーン本体２３のローラ２３１…との噛合い速度が高まるためである。

そこで、チェーン本体２３の選定は、さらに、そのエンジン１の最高回転数を考慮した上で行うことになる。

加えて、本実施形態のような可変バルブタイミング装置付きのエンジン１の場合には、図８に示すように、高回転領域においては、チェーン本体２３の張力値（平均値）と評価基準値とが最も近接した状態となり、進角室３７がメタルタッチ状態であることによる衝撃荷重大の範囲がある。すなわち、進角室３７がメタルタッチ状態であると、エンジン１のトルク変動による瞬間的な大荷重が、直接チェーン本体２３に脈動的に作用して、衝撃荷重が大きくなるのである。

このように、衝撃荷重が大きくなると、瞬間的に張力のピーク値がチェーン本体２３の耐久評価基準値を超えるおそれが生じ、チェーン機構２の信頼性を悪化させるという問題がある。

そこで、本実施形態では、可変バルブタイミング装置を利用して、このチェーン機構２の信頼性悪化を防止している。すなわち、高回転領域で、位相可変ユニット３の進角室３７に作動油を供給することで、位相可変ユニット３を緩衝機構として機能させ、チェーン本体２３へ衝撃荷重が作用しにくくしているのである。なお、この理由については、後述する。

図９の本実施形態の制御ブロックおよび図１０の本実施形態の制御フローチャートにより、この瞬間的な衝撃荷重を緩和する制御方法について説明する。

本実施形態の可変バルブタイミング装置は、前述のように入力手段としてエンジン負荷を検出する負荷検出センサ４４と、エンジン回転数を検出する回転数検出センサ４５と、クランクシャフト１１の回転角を検出するクランク角センサ４１と、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ４２と、エンジン水温を検出する水温センサ４６とを備えている。そして、これらセンサから得られたデータを演算して所定の制御信号を出力する演算手段としてのＥＣＵ４３を備えており、加えて、このＥＣＵ４３から出力された制御信号により制御される出力手段としての油路制御弁５１と燃料噴射装置６０とを備えている。

まず、ＥＣＵ４３は、図１０に示すように、Ｓ１で前述の各センサからデータを読み取る。

次に、Ｓ２でエンジン回転数等からアイドル制御領域かを判断する。アイドル制御領域であると判断した場合には、Ｓ３に移行して、油路制御弁５１を最遅角に位相制御する。すなわち、吸気弁の開弁位相を最遅角にしてオーバーラップ量をなくし、アイドル運転時の安定燃焼を確保しているのである。

一方、Ｓ２でアイドル制御領域でないと判断した場合には、Ｓ４に移行して第一高回転制御領域かを判断する。このＳ４で第一高回転領域であると判断した場合には、前述のＳ２と同様にＳ３に移行して、油路制御弁５１を最遅角に位相制御する。この場合の最遅角の位相制御は、高回転領域でエンジン出力を最大限高めるための制御である。

Ｓ４で第一高回転領域でないと判断した場合には、Ｓ５でその第一高回転領域よりもさらに高い回転域の第二高回転領域かを判断する。このＳ５で第二高回転領域であると判断した場合には、Ｓ６に移行して所定の進角値、例えば４°の進角で油路制御弁５１を位相制御する。このように第二高回転領域において所定の進角値に位相制御することで、前述した瞬間的な衝撃荷重を緩和するのである。

すなわち、第二高回転領域においては、位相可変ユニット３の進角室３７に作動油を僅かに供給することで、進角室３７をメタルタッチ状態でないオイル充填状態として、衝撃荷重を緩和しているのである。

なお、作動油は、非圧縮性流体であるものの、進角室３７から僅かなリークが生じたり、また進角室３７が進角通路５５と連通し進角通路５５でも圧力を受けるため、位相可変ユニット３の進角室３７は、衝撃荷重に対して減衰力を生じさせることができる。

Ｓ５で第二高回転領域でないと判断した場合には、Ｓ７に移行して、エンジン回転数やエンジン負荷に応じた進角値で位相制御することになる。この位相制御は通常の可変バルブタイミング装置で行う一般的なエンジン負荷状態における位相制御であり、詳細な説明は省略する。

こうして、最後にリターンに移行して、以上の制御フローを再度繰り返して行うことで、可変バルブタイミング装置の制御を行う。

本実施形態の可変バルブタイミング装置で制御を行う場合の開弁位相の進角値は、図１１の制御マップ図のようになる。

この制御マップ図は、横軸をエンジン回転数として、縦軸をエンジン負荷としたもので、このエンジン回転数とエンジン負荷で決定される領域で開弁位相の進角値を設定している。領域内部に記載した数値が進角値の度数である。

この制御マップ図から分かるように、アイドル回転数の近傍領域では、０°となっており、最遅角に位相制御するアイドル制御領域となっている。また低負荷の領域でも０°と最遅角となっており、エンジン１を空吹かしした状態では吸気弁の開弁位相を変化させないようにしている。

さらに、第一高回転数Ｈ１以上でも０°となっており、高回転制御領域で最遅角に位相制御する第一高回転制御領域となっている。

もっとも、第二高回転数Ｈ２以上では４°となっており、高回転制御領域で僅かに進角させる第二高回転制御領域となっている。このように、第二高回転数Ｈ２以上の高回転で僅かに進角させることで、前述のように位相可変ユニット３を緩衝機構として機能させることができる。

また、この第二高回転制御領域の進角値は、４°であるが、エンジン１の負荷状態によって進角させる進角値の最小値の５°よりも小さな値で設定している。このため、第二高回制御領域で吸気弁の開弁期間を進角したとしても、エンジン１の運転性能にほとんど影響がない状態で位相可変ユニット３を緩衝機構として機能させることができる。

さらに、この第二高回転制御領域の進角値は、負荷に応じて変化するのではなく、常時一定値の４°に設定している。これにより、エンジン負荷に応じて細かい制御を行わないため、一定圧の作動油を常時安定した進角制御を行うことができる。

なお、中回転領域のエンジン負荷状態では、エンジン負荷の増加等に応じて進角値を５°〜３０°と大きくする負荷制御領域となっている。この負荷制御領域では、従来の可変バルブタイミング装置で行う制御を行っており詳細な説明は省略する。

次に、以上のように構成した本実施形態の作用及び効果について詳述する。
この実施形態によるエンジン１の可変バルブタイミング装置は、クランクシャフト１１からの駆動力を吸気カムシャフト１２に伝達するチェーン機構２と、該チェーン機構２と吸気カムシャフト１２の間に設けられ、吸気カムシャフト１２の周方向に容積が変化する進角室３７を有し該進角室３７に作動油を供給することで吸気弁の開弁位相を進角させる油圧ベーン式の位相可変ユニット３と、少なくともエンジン回転数の情報に基づいて、該位相可変ユニット３の進角室３７に作動油の供給制御を行うＥＣＵ４３とを備えたエンジン１の可変バルブタイミング装置であって、前記ＥＣＵ４３の制御領域として、前記進角室３７に作動油を供給せずに、該進角室３７の容積を最小にして吸気弁の開弁位相を最遅角に設定するアイドル制御領域と、前記進角室３７に作動油を供給して、少なくともエンジン回転数に応じて吸気弁の開弁位相を所定の進角値に制御する負荷制御領域と、前記進角室３７に作動油を供給して、所定の高回転領域で前記チェーン機構２に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を４°の進角値とする第二高回転制御領域とを含むものである。

上記構成によれば、アイドル制御領域では、進角室３７に作動油を供給せずに進角室３７の容積を最小にして吸気弁の開弁位相を最遅角に設定することになり、負荷制御領域では、進角室３７に作動油を供給して、少なくともエンジン回転数に応じて吸気弁の開弁位相を所定の進角値に制御することになり、第二高回転制御領域では、進角室３７に作動油を供給して、所定の高回転領域でチェーン機構２に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を４°の進角値とすることになる。

すなわち、第二高回転制御領域において、進角室３７に作動油を供給することで、アイドル制御領域とは異なり、進角室３７が所謂メタルタッチ状態とならず、作動油で充填されるため、チェーン機構２に生じる衝撃を、位相可変ユニット３の進角室３７からリークする作動油で緩和することができるのである。

したがって、エンジン１の可変バルブタイミング装置において、チェーン本体２３の仕様を耐張力値の高いものに変更することなく、チェーン機構２の信頼性向上を図ることができる。

なお、この実施形態では、吸気カムシャフト１２のみに位相可変ユニット３を設けたエンジンで説明したが、排気カムシャフト１３にも位相可変ユニット３を設けたエンジンで実施してもよい。

また、進角値も４°に限定されるものではなく、僅かな進角値であれば、１〜５°の進角値であってもよい。

また、この実施形態では、制御領域として、第一高回転数Ｈ１を超えると進角室３７に作動油を供給せずに、進角室３７の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とする第一高回転制御領域と、第一高回転数Ｈ１よりも高い第二高回転数Ｈ２を超えると、前述のように、進角室３７に作動油を供給してチェーン機構２に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を４°の進角値とする第二高回転制御領域とを含むものである。

上記構成によれば、第一高回転数Ｈ１を超える第一高回転制御領域で、進角室３７に作動油を供給せずに、進角室３７の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とし、第一高回転数Ｈ１よりも高い第二高回転数Ｈ２を超える第二高回転領域で、進角室３７に作動油を供給して、チェーン機構２に生じる衝撃を緩和するよう吸気弁の開弁位相を４°の進角値とすることになる。

このため、第一高回転制御領域（第一高回転数Ｈ１と第二高回転数Ｈ２の間）では、進角室３７がメタルタッチ状態となるものの、アイドル制御領域と同様のバルブタイミングとなるため、エンジン出力を最大限高めることができる。一方、第二高回転制御領域（第二高回転数Ｈ２以上）では、耐久評価基準値が低下し瞬間的にチェーン本体の張力値が超えてしまうおそれが高くなるため、進角室３７に作動油を供給することでチェーン本体２３に生じる衝撃を緩和してチェーン機構２の信頼性を向上することができる。

よって、高回転領域において、最大限にエンジン出力を向上しつつも、チェーン機構２の信頼性を確保することができる。

また、この実施形態では、前記吸気カムシャフト１２に、燃料噴射装置の高圧燃料ポンプ６を駆動する駆動カム６１を設けたものである。

上記構成によれば、吸気カムシャフト１２に設けた駆動カム６１で燃料噴射装置の高圧燃料ポンプ６を駆動することになる。

このため、吸気カムシャフト１２には、高圧燃料ポンプ６の駆動抵抗が大きく掛かり、チェーン機構２に対する負荷が大きくなりチェーン本体２３の張力値も大きくなるが、前述のように進角室３７に作動油を供給してチェーン機構２に生じる衝撃を緩和しているため、チェーン機構２の信頼性を確保することができる。

よって、チェーン本体２３の仕様を耐張力値の高いものに変更しなくても、吸気カムシャフト１２で高圧燃料ポンプ６を駆動することができる。

また、この実施形態では、第二高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の進角値４°として、前記負荷制御領域の最小の進角値である５°より小さく設定したものである。

上記構成によれば、第二高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の進角値を負荷制御領域の最小の進角値よりも小さく設定することになる。

よって、エンジン性能に対する影響をできるだけ少なくした状態で、チェーン機構２の信頼性を向上することができる。

また、この実施形態では、第二高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の進角値は、エンジン負荷等によって変化しない一定値の４°としたものである。

上記構成によれば、高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の進角値は、エンジン負荷等によって変化しないことになる。

よって、エンジン負荷に応じて細かい制御を行わないため、一定圧の作動油を常時安定して進角室３７に供給してチェーン機構２の信頼性を向上することができる。

以上、この発明の構成と、前述の実施形態との対応において、
この発明の位相可変機構は、実施形態の位相可変ユニット３に対応し、
以下同様に、
制御手段は、ＥＣＵ４３に対応するも、
この発明は、前述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、様々な可変バルブタイミング装置に適用する実施形態を含むものである。

本発明の可変バルブタイミング装置を採用したエンジンとその周辺機器を示す概略構成図。エンジンをヘッドカバー側から見た平面概略図。図２のＡ−Ａ線矢視断面図で油圧ベーン式の位相可変ユニットの断面図。開弁位相状態を説明する開弁位相図。チェーン機構の詳細図。チェーン本体の詳細分解図。チェーン本体の一部断面を含む平面図。エンジン回転数に応じたチェーンの張力値と耐久評価基準値を示すグラフ。本実施形態の制御グロック図。本実施形態の制御フローチャート図。本実施形態の制御マップ図。

１…エンジン
２…チェーン機構
６…高圧燃料ポンプ
１１…クランクシャフト
１２…吸気カムシャフト
２３…チェーン本体
３…位相可変ユニット（位相可変機構）
３７…進角室
４３…ＥＣＵ（制御手段）
６１…駆動カム

Claims

クランクシャフトからの駆動力を吸気カムシャフトに伝達するチェーン機構と、該チェーン機構と吸気カムシャフトの間に設けられ、吸気カムシャフトの周方向に容積が変化する進角室を有し該進角室にオイルを供給することで吸気弁の開弁位相を進角させる油圧ベーン式の位相可変機構と、少なくともエンジン回転数の情報に基づいて、該位相可変機構の進角室にオイルの供給制御を行う制御手段とを備えたエンジンの可変バルブタイミング装置であって、
前記制御手段の制御領域として、
前記進角室にオイルを供給せずに、該進角室の容積を最小にして吸気弁の開弁位相を最遅角に設定するアイドル制御領域と、
前記進角室にオイルを供給して、少なくともエンジン回転数に応じて吸気弁の開弁位相を所定の進角値に制御する負荷制御領域と、
前記進角室にオイルを供給して、所定の高回転領域で前記チェーン機構に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とする高回転制御領域とを含み、
前記高回転制御領域が、第一高回転数を超えると進角室にオイルを供給せずに、進角室の容積を最小として吸気弁の開弁位相を最遅角とする第一高回転制御領域と、
第一高回転数よりも高い第二高回転数を超えると進角室にオイルを供給してチェーン機構に生じる衝撃を緩和するように吸気弁の開弁位相を数角度の進角値とする第二高回転制御領域とを含む
エンジンの可変バルブタイミング装置。
前記吸気カムシャフトに、燃料噴射装置の高圧燃料ポンプを駆動する駆動カムを設けた
請求項１記載のエンジンの可変バルブタイミング装置。
前記高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の数角度の進角値は、前記負荷制御領域の最小の進角値よりも小さく設定した
請求項１または２に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置。
前記高回転制御領域の吸気弁の開弁位相の数角度の進角値は、エンジン負荷等によって変化しない一定値とした
請求項１〜３の何れか１に記載のエンジンの可変バルブタイミング装置。