JPH05156972A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】機関低温時に有効圧縮比の必要以上の低下を抑
えて軽負荷域での燃焼悪化を防止する。 【構成】可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）２３はタ
イミングプーリ２４及びステップモータ２５とからな
り、吸気バルブ９の開閉タイミングを連続的に可変とす
る。ＶＶＴ電子制御装置（ＥＣＵ）４１はスロットルセ
ンサ１４、回転数センサ３０等の検出値に基づき、エン
ジン１のポンピングロスを低減させるように吸気バルブ
９の開閉タイミングを制御すべくＶＶＴ２３を駆動制御
する。又、ＶＶＴＥＣＵ４１は水温センサ３２の検出値
が低いほど、開閉タイミングの制御範囲が狭くなるよう
にＶＶＴ２３の制御範囲を設定する。従って、低温時に
は、開閉タイミングの上下限値の差が小さくなるように
制御され、エンジン１のポンピングロス低減効果をある
程度得ながら有効圧縮比を必要以上に小さくすることが
抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の運転状態
に応じて吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミング
を連続的に可変にする可変バルブタイミング機構を備え
たバルブタイミング制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の出力制御について
は、一般に吸気通路の途中に設けられたスロットルバル
ブを開閉することにより行われていた。しかしながら、
スロットルバルブの全開でない部分負荷のときには、機
関の吸気行程で負圧が発生して混合気の吸入時にポンピ
ングロスが発生し、大きなフリクションとなって燃費悪
化の原因となっていた。

【０００３】そこで、実開昭５７−１７４７１２号公報
では、スロットルバルブを廃止し、その代わりに気筒直
前における吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可
変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を設けることが提案
されている。そして、そのＶＶＴをアクセルペダルの操
作によって駆動制御して吸気バルブの開閉タイミングを
変更することにより、気筒への吸入空気量を調整してポ
ンピングロスを低減し、もって燃費の向上を図ってい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術では、ＶＶＴをアクセルペダルの操作により駆動制御
していただけであり、単に負荷、即ちアクセル開度に応
じた制御となっていた。従って、機関温度については特
に考慮されておらず、低温時には、特に機関の有効圧縮
比が小さい軽負荷域において燃焼が悪化し、機関に回転
不安定等の不具合の生じるおそれがあった。

【０００５】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、機関の低温時にポンピング
ロスを可能な限り低減しつつ、有効圧縮比の必要以上の
低下を抑えて軽負荷域での燃焼の悪化を防止することの
可能な内燃機関の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
れぞれ開閉する吸気バルブＭ５及び排気バルブＭ６と、
それら吸気バルブＭ５及び排気バルブＭ６の少なくとも
一方の開閉タイミングを連続的に可変にするために駆動
される可変バルブタイミング機構Ｍ７と、内燃機関Ｍ１
の運転状態を検出する運転状態検出手段Ｍ８と、その運
転状態検出手段Ｍ８の検出結果に基づき、内燃機関Ｍ１
のポンピングロスを低減させるように開閉タイミングを
制御すべく可変バルブタイミング機構Ｍ７を駆動制御す
る駆動制御手段Ｍ９とを備えた内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置において、内燃機関Ｍ１の温度を検出する
温度検出手段Ｍ１０と、その温度検出手段Ｍ１０による
検出温度が低いほど、開閉タイミングの制御範囲が狭く
なるように駆動制御手段Ｍ９における可変バルブタイミ
ング機構Ｍ７の制御範囲を設定する低温時制御範囲設定
手段Ｍ１１とを備えている。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、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Ｍ
６は、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、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。又、
運転状態検出手段Ｍ８は内燃機関Ｍ１の運転状態を検出
し、温度検出手段Ｍ１０は内燃機関Ｍ１の温度を検出す
る。

【０００８】そして、駆動制御手段Ｍ９は運転状態検出
手段Ｍ８の検出結果に基づき、内燃機関Ｍ１のポンピン
グロスを低減させるように開閉タイミングを制御すべく
可変バルブタイミング機構Ｍ７を駆動制御する。このと
き、低温時制御範囲設定手段Ｍ１１は、温度検出手段Ｍ
１０による検出温度が低いほど、開閉タイミングの制御
範囲が狭くなるように駆動制御手段Ｍ９における可変バ
ルブタイミング機構Ｍ７の制御範囲を設定する。

【０００９】このため、内燃機関Ｍ１の低温時には、開
閉タイミングの制御範囲が狭くなるように、即ち開閉タ
イミングの上限値が小さく、下限値が大きくなるように
制御される。従って、低温時には内燃機関Ｍ１のポンピ
ングロスを可能な限り低減しつつ、内燃機関Ｍ１の有効
圧縮比を必要以上に小さくすることが抑えられる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明における内燃機関のバルブタ
イミング制御装置を具体化した一実施例を図２〜図９に
基づいて詳細に説明する。

【００１１】図２はこの実施例の車両に搭載された内燃
機関としてのガソリンエンジン１を説明する（１気筒分
のみ図示した）概略構成図である。エンジン１のシリン
ダブロック２に形成されたシリンダボア２ａにはピスト
ン３が上下動可能に設けられている。ピストン３はロッ
ド４を介して図示しないクランクシャフトに連結されて
いる。そして、ピストン３、シリンダボア２ａ及びその
ボア２ａの上方を覆うシリンダヘッド５によって囲まれ
る空間が燃焼室６となっている。

【００１２】燃焼室６には吸気通路７と排気通路８とが
それぞれ連通して設けられている。吸気通路７の燃焼室
６に開口する吸気ポート７ａには、開閉用の吸気バルブ
９が組み付けられている。又、排気通路８の燃焼室６に
開口する排気ポート８ａには、開閉用の排気バルブ１０
が組み付けられている。

【００１３】吸気通路７には図示しないエアクリーナを
介して外気が導入される。又、吸気通路７にはその吸気
ポート７ａの近傍において燃料噴射用のインジェクタ１
１が設けられ、吸気通路７に燃料が取り込まれるように
なっている。周知のように、このインジェクタ１１に
は、図示しないフューエルタンクから燃料ポンプの動作
により所定圧力の燃料が供給されるようになっている。
そして、そのインジェクタ１１から噴射されて吸気通路
７に取り込まれた燃料と外気との混合気が、吸気バルブ
９の開かれる際に、吸気ポート７ａを通じて燃焼室６へ
導入される。又、燃焼室６に導入された混合気が爆発・
燃焼されることにより、ピストン３及びクランクシャフ
ト等を介してエンジン１の駆動力が得られる。更に、燃
焼室６にて燃焼された既燃焼ガスは、排気バルブ１０が
開かれる際に、排気ポート８ａから排気通路８を通じて
外部へと排出される。

【００１４】吸気通路７の途中には、アクセルペダル１
２の操作に連動して開閉されるスロットルバルブ１３が
設けられている。そして、このスロットルバルブ１３が
開閉されることにより、吸気通路７への吸入空気量が調
節される。

【００１５】スロットルバルブ１３の近傍には、そのス
ロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ１４と、
スロットルバルブ１３が全閉位置にあるときに「オン」
されて全閉信号ＬＬを出力する全閉スイッチ１４ａがそ
れぞれ設けられている。又、スロットルバルブ１３より
も下流側には、吸入空気の脈動を平滑化させるサージタ
ンク１５が設けられている。更に、スロットルバルブ１
３よりも上流側には、外部から吸気通路７に取り込まれ
る吸入空気量Ｑを検出する周知のエアフローメータ１６
が設けられている。

【００１６】次に、吸気バルブ９及び排気バルブ１０の
ための動弁機構について説明する。吸気バルブ９及び排
気バルブ１０はそれぞれ上方へ延びるステム９ａ，１０
ａを備え、各ステム９ａ，１０ａの上部にはバルブスプ
リング１７，１８及びバルブリフタ１９，２０等がそれ
ぞれ組み付けられている。各バルブリフタ１９，２０に
は、カム２１ａ，２２ａがそれぞれ係合するように設け
られている。これらカム２１ａ，２２ａはシリンダヘッ
ド５に支持された吸気側のカムシャフト２１上と、排気
側のカムシャフト２２上とにそれぞれ全気筒分の数だけ
形成されている。そして、吸気バルブ９及び排気バルブ
１０はバルブスプリング１７，１８の付勢力によって上
方へ、かつ吸気ポート７ａ及び排気ポート８ａを閉じる
方向へ付勢されている。この付勢状態では、各ステム９
ａ，１０ａの上端がバルブリフタ１９，２０を介して常
にカム２１ａ，２２ａに当接されている。

【００１７】この実施例では、吸気バルブ９の開閉タイ
ミングのみを可変にすべく、吸気側のカムシャフト２１
の先端部に、可変バルブタイミング機構（以下単に「Ｖ
ＶＴ」という）２３を構成するタイミングプーリアッシ
ィ２４とステップモータ２５が設けられている。このス
テップモータ２５は複数の電磁コイルを備え、その中の
励磁すべき電磁コイルを順次選択することにより、所定
方向へ１ステップ毎に回転するようになっている。これ
に対し、排気側のカムシャフト２２の先端部には、タイ
ミングプーリ２６のみが設けられている。これらタイミ
ングプーリアッシィ２４及びタイミングプーリ２６は図
示しないタイミングベルトを介してクランクシャフトに
駆動連結されている。

【００１８】従って、エンジン１の運転時にクランクシ
ャフトからタイミングベルトを介してタイミングプーリ
アッシィ２４及びタイミングプーリ２６に動力が伝達さ
れることにより、各カムシャフト２１，２２がそれぞれ
回転駆動されて各カム２１ａ，２２ａがそれぞれ回転さ
れる。又、回転される各カム２１ａ，２２ａのプロフィ
ルに従って各バルブリフタ１９，２０がバルブスプリン
グ１７，１８の付勢力に抗して押圧されることにより、
吸気バルブ９及び排気バルブ１０が下方へ移動して吸気
ポート７ａ及び排気ポート８ａがそれぞれ開かれる。吸
気バルブ９及び排気バルブ１０の基本的な開閉タイミン
グは、周知のようにクランクシャフトの２回転の間に行
われるピストン３の４つの行程（吸気行程，圧縮行程，
膨張行程，排気行程）に伴う上下動に相対して予め設定
されている。ここで、ピストン３の吸気行程に伴う下動
により吸気ポート７ａが開かれる際、即ち吸気バルブ９
が開かれる時に、燃焼室６へ混合気が吸入される。又、
ピストン３の排気行程に伴う上動により排気ポート８ａ
が開かれる際、即ち排気バルブ１０が開かれる時に、燃
焼室６から排気通路８へと既燃焼ガスが排出される。

【００１９】そして、吸気側のＶＶＴ２３は、吸気バル
ブ９の基本的な開閉タイミングをその時々の運転状態に
応じて変更するために駆動制御され、カムシャフト２
１、延いては各カム２１ａの回転位相を適宜に変更する
ようになっている。即ち、吸気側のＶＶＴ２３は燃焼室
６への混合気の吸入タイミングを変更すべく駆動制御さ
れるようになっている。そして、吸気バルブ９の基本的
な開閉タイミングが変えられることにより、吸気バルブ
９と排気バルブ１０とのバルブオーバラップが変更され
る。

【００２０】燃焼室６に導入された混合気に着火するた
めに、気筒中心部のシリンダヘッド５には点火プラグ２
７が固定され、その放電部２７ａが燃焼室６内に配置さ
れている。この点火プラグ２７はディストリビュータ２
８にて分配された点火信号に基づいて駆動される。ディ
ストリビュータ２８はイグナイタ２９から出力される高
電圧をエンジン１のクランク角に同期して点火プラグ２
７に分配するためのものである。ディストリビュータ２
８にはエンジン１の回転に連動して回転されるロータ２
８ａが設けられ、そのロータ２８ａの回転からエンジン
回転数ＮＥを検出する回転数センサ３０が設けられてい
る。又、ディストリビュータ２８には、ロータ２８ａの
回転に応じてエンジン１のクランク角基準位置を所定の
割合で検出し、その基準位置信号Ｇを出力する気筒判別
センサ３１が設けられている。

【００２１】前述したスロットルセンサ１４、全閉スイ
ッチ１４ａ、エアフローメータ１６、回転数センサ３０
及び気筒判別センサ３１はエンジン１の運転状態を検出
する運転状態検出手段を構成しており、この他に運転状
態検出手段として、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を検出する水温セン
サ３２が取付けられている。この水温センサ３２はエン
ジン１の温度を検出する温度検出手段も兼ねている。
又、排気通路８の途中には、排気中の酸素濃度を検出す
る酸素センサ３３が取付けられている。更に、この実施
例では、車両の走行速度（車速）ＳＰを検出する車速検
出手段としての車速センサ３４が設けられている。この
車速センサ３４は、図示しないトランスミッションに取
付けられ、そのギアの回転によって駆動されるものであ
る。加えて、この実施例では、車両制動のために操作さ
れるブレーキペダル３５の操作を検知して「オン」さ
れ、ブレーキ信号ＢＳを出力するブレーキセンサ３６が
設けられている。

【００２２】又、ブレーキペダル３５にはブレーキブー
スタ３７が接続して設けられている。このブレーキブー
スタ３７は一方向弁３７ａを備え、同弁３７ａから連通
管３７ｂを通じ、スロットルバルブ１３より下流側の吸
気通路７に連通されている。周知のようにこのブレーキ
ブースタ３７は、吸気通路７の負圧を利用した制動力倍
増装置であり、その構造の詳細についてここでは説明を
省略する。

【００２３】併せて、この実施例において、エンジン１
にはその始動時にクランキングによって回転力を付与す
るためのスタータ３８が設けられている。又、このスタ
ータ３８には、そのオン・オフ動作を検知するスタータ
スイッチ３９が設けられている。周知のようにスタータ
３８は、図示しないイグニッションスイッチの操作によ
りオン・オフ動作されるものであり、イグニッションス
イッチが操作されている間はスタータ３８がオン動作さ
れて、スタータスイッチ３９からスタータ信号ＳＴが出
力されるようになっている。

【００２４】そして、図２に示すように、前述したスロ
ットルセンサ１４、全閉スイッチ１４ａ、エアフローメ
ータ１６、回転数センサ３０、気筒判別センサ３１、水
温センサ３２、酸素センサ３３、車速センサ３４及びス
タータスイッチ３９等はエンジン電子制御装置（以下単
に「エンジンＥＣＵ」とい）４０の入力側に電気的に接
続されている。又、このエンジンＥＣＵ４０の出力側に
は、前述したインジェクタ１１及びイグナイタ２９等が
電気的に接続されている。そして、エンジンＥＣＵ４０
は全閉スイッチ１４ａ、エアフローメータ１６、各セン
サ１４，３０〜３４及びスタータスイッチ３９からの出
力信号に基づき、インジェクタ１１及びイグナイタ２９
等を好適に制御する。

【００２５】この実施例において、エンジンＥＣＵ４０
は主にエンジン１の燃料噴射量制御及び点火時期制御等
を司る制御装置であり、これに加えて、この実施例で
は、図２に示すように、ＶＶＴ２３を駆動制御するため
の駆動制御手段を構成するＶＶＴＥＣＵ４１が設けられ
ている。このＶＶＴＥＣＵ４１はステップモータ２５の
出力軸の回転方向及び回転量の制御を司るようになって
いる。そのために、ＶＶＴＥＣＵ４１の入力側にはエン
ジンＥＣＵ４０からスロットル開度ＴＡ、全閉信号Ｌ
Ｌ、エンジン回転数ＮＥ、冷却水温ＴＨＷ、車速ＳＰ及
びスタータ信号ＳＴの各検出値等がデータ信号として入
力される。又、ＶＶＴＥＣＵ４１の入力側には、ブレー
キセンサ３６からのブレーキ信号ＢＳが入力される。更
に、ＶＶＴＥＣＵ４１はエンジン１のポンピングロスを
低減させるように吸気バルブ９の開閉タイミングを制御
すべく、入力されるデータ信号等に基づきその時々のエ
ンジン１の運転状態に応じたバルブオーバラップの大き
さを決定し、ステップモータ２５を好適に制御するため
のバルブタイミング制御信号を出力側から出力する。加
えて、ＶＶＴＥＣＵ４１は低温時制御範囲設定手段を構
成しており、入力されるデータ信号等に基づきエンジン
１の温度に相当する冷却水温ＴＨＷが低いほど、吸気バ
ルブ９の開閉タイミングの制御範囲が、即ち開閉タイミ
ングの上下限値の差が狭くなるようにＶＶＴ２３の制御
範囲を設定するようになっている。

【００２６】次に、前述したエンジンＥＣＵ４０及びＶ
ＶＴＥＣＵ４１の構成について、図３，４のブロック図
に従って説明する。図３はエンジンＥＣＵ４０に係る電
気的構成を説明するブロック図である。エンジンＥＣＵ
４０は中央処理装置（ＣＰＵ）４２、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）４
３、ＣＰＵ４２の演算結果等を一時記憶するランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）４４、予め記憶されたデータを
保存するバックアップＲＡＭ４５等と、これら各部と外
部入力回路４６及び外部出力回路４７等とをバス４８に
よって接続した理論演算回路として構成されている。

【００２７】外部入力回路４６には、前述したスロット
ルセンサ１４、全閉スイッチ１４ａ、エアフローメータ
１６、回転数センサ３０、気筒判別センサ３１、水温セ
ンサ３２、酸素センサ３３、車速センサ３４及びスター
タスイッチ３９がそれぞれ接続されている。一方、外部
出力回路４７には、インジェクタ１１、イグナイタ２９
及びＶＶＴＥＣＵ４１がそれぞれ接続されている。

【００２８】そして、ＣＰＵ４２は外部入力回路４６を
介して入力される全閉スイッチ１４ａ、エアフローメー
タ１６、各センサ１４，３０〜３４及びスタータスイッ
チ３９等からの信号を入力値として読み込む。この入力
値の読み込みに際して、外部入力回路４６では、スロッ
トルセンサ１４、エアフローメータ１６、水温センサ３
２及び酸素センサ３３からの入力値がアナログ・デジタ
ル変換処理されるようになっている。又、外部入力回路
４６では、回転数センサ３０、気筒判別センサ３１及び
車速センサ３４等からの入力値が波形成形処理されるよ
うになっている。そして、ＣＰＵ４２は全閉スイッチ１
４ａ、エアフローメータ１６、各センサ１４，３０〜３
４及びスタータスイッチ３９等から読み込んだ入力値に
基づきインジェクタ１１及びイグナイタ２９等を好適に
制御する。

【００２９】又、ＣＰＵ４２は全閉スイッチ１４ａ、エ
アフローメータ１６、各センサ１４，３０〜３４及びス
タータスイッチ３９等から外部入力回路４６を介して入
力値として読み込んだ信号のうち、スロットル開度Ｔ
Ａ、全閉信号ＬＬ、エンジン回転数ＮＥ、冷却水温ＴＨ
Ｗ、車速ＳＰ及びスタータ信号ＳＴ等を外部出力回路４
７を介してデータ信号としてＶＶＴＥＣＵ４１へ出力す
る。

【００３０】図４はＶＶＴＥＣＵ４１に係る電気的構成
を説明するブロック図である。ＶＶＴＥＣＵ４１はマイ
クロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）５０、ＶＶＴ２
３等のための所定の制御プログラム等を予め記憶したＲ
ＯＭ５１、ＭＰＵ５０の演算結果等を一時記憶するＲＡ
Ｍ５２等と、これら各部と入出力ポート５３及び出力ポ
ート５４等とをバス５５によって接続した理論演算回路
として構成されている。又、ＶＶＴＥＣＵ４１は周期的
なクロックパルスを発生させるクロックジェネレータ５
６を備え、同ジェネレータ５６からＭＰＵ５０にクロッ
クパルスが供給されるようになっている。更に、ＶＶＴ
ＥＣＵ４１はその出力ポート５４に接続されたラッチ回
路５７及びゲート５８を備えている。

【００３１】入出力ポート５３はエンジンＥＣＵ４０に
接続されている。又、入出力ポート５３にはブレーキセ
ンサ３６が接続され、ゲート５８にはステップモータ２
５が接続されている。

【００３２】そして、ＭＰＵ５０は入出力ポート５３を
介して入力されるスロットル開度ＴＡ、全閉信号ＬＬ、
エンジン回転数ＮＥ、冷却水温ＴＨＷ、車速ＳＰ、スタ
ータ信号ＳＴ及びブレーキ信号ＢＳ等の信号を入力値と
して読み込み、その読み込んだ入力値に基づきステップ
モータ２５を好適に制御する。即ち、ＭＰＵ５０は読み
込んだ入力値に基づきＲＯＭ５１に記憶された制御プロ
グラムに従ってステップモータ２５の回転すべき方向及
びステップ数を演算決定し、その演算結果をバルブタイ
ミング制御信号として出力ポート５４を介してラッチ回
路５７へ出力する。ラッチ回路５７はそのバルブタイミ
ング制御信号を受け、それを実行させるべくゲート５８
の開閉指令を所定のシーケンスに従い出力する。そし
て、ゲート５８はその開閉指令に従い、励磁すべき電磁
コイルを選択してステップモータ２５を駆動させる。

【００３３】続いて、前述したＶＶＴ２３の構成につい
て図５に従って詳しく説明する。吸気バルブ９を駆動す
る吸気側のカムシャフト２１は、そのカムジャーナル２
１ｂにてシリンダヘッド５に回転可能に支持されてい
る。そして、そのカムシャフト２１の先端部において、
ＶＶＴ２３を構成するタイミングプーリアッシィ２４及
びステップモータ２５が設けられている。このタイミン
グプーリアッシィ２４は、外周に複数の外歯６１を有す
るプーリ本体６２と、そのプーリ本体６２に組み付けら
れた内キャップ６３及び円筒ギヤ６４とから構成されて
いる。

【００３４】即ち、プーリ本体６２はその中心寄りにボ
ス６２ａ及び円周壁６２ｂを備え、それらボス６２ａと
円周壁６２ｂとの間が円周溝６２ｃになっている。円周
壁６２ｂの内周にはヘリカル歯６２ｄが形成されてい
る。そして、プーリ本体６２はそのボス６２ａにてカム
シャフト２１上に相対回転可能に組み付けられている。
一方、内キャップ６３は大筒部６３ａとその反対側へ延
びる小筒部６３ｂとを備え、大筒部６３ａの外周にはヘ
リカル歯６３ｃが形成されている。そして、内キャップ
６３はその大筒部６３ａがボス６２ａを覆うように嵌着
され、プーリ本体６２に対し相対回転可能に組み付けら
れている。又、内キャップ６３はカムシャフト２１の先
端に対しボルト６５及びノックピン６６により一体回転
可能に固定されている。更に、円筒ギヤ６４は外周壁６
４ａと内周壁６４ｂとから形成され、その底壁には穴６
４ｃが形成されている。内周壁６４ｂの内外周にはヘリ
カル歯６４ｄ，６４ｅがそれぞれ形成され、外周壁６４
ａと内周壁６４ｂとの間が円周溝６４ｆになっている。
そして、その円筒ギヤ６４の内周壁６４ｂ及び円周溝６
４ｆが、プーリ本体６２の円周壁６２ｂ及び円周溝６２
ｃに対して凹凸の関係で組み付けられている。

【００３５】この組み付け状態において、各ヘリカル歯
６２ｄ，６３ｃ，６４ｄ，６４ｅがそれぞれ噛み合わさ
れており、その噛み合いの関係から円筒ギヤ６４は軸方
向への移動によってカムシャフト２１と相対回転可能に
なっている。又、プーリ本体６２の外歯６１に掛装され
た図示しないタイミングベルトを介して、タイミングプ
ーリアッシィ２４がクランクシャフトに駆動連結されて
いる。

【００３６】従って、クランクシャフトからタイミング
プーリアッシィ２４に駆動伝達されることにより、円筒
ギヤ６４により連結されたプーリ本体６２と内キャップ
６３とが一体的に回転され、更にボルト６５及びノック
ピン６６により内キャップ６３に連結されたカムシャフ
ト２１が一体的に回転駆動される。

【００３７】前述したステップモータ２５は図示しない
ブラケットによってエンジン１に取付けられている。ス
テップモータ２５は円筒ギヤ６４を軸方向へ移動させる
ためのものであり、その出力軸には円筒状をなして外周
に歯６７ａを有するウォームギヤ６７が取付けられてい
る。このウォームギヤ６７は内キャップ６３の小筒部６
３ｂに対し相対回転可能に嵌着されると共に、円筒ギヤ
６４の穴６４ｃを貫通して配置されている。一方、円筒
ギヤ６４の穴６４ｃの周囲には、内周に歯６８ａを有す
るリンググヤ６８がボールベアリング６９によって相対
回動可能に組み付けられている。そして、そのリングギ
ヤ６８がウォームギヤ６７の外周上に噛み合わされ、そ
の噛み合いの関係からウォームギヤ６７の回転によって
軸方向へ移動可能になっている。又、リングギヤ６８の
回り止めを行うために、リングギヤ６８のステップモー
タ２５側における外周には、その軸方向に延びる長溝６
８ｂが形成されている。併せて、ステップモータ２５の
ケーシングには、筒状をなしてタイミングプーリアッシ
ィ２４側へ延びる回り止め部材７０が取付けられてい
る。この回り止め部材７０の内周には、前述した長溝６
８ｂに係合する突起７０ａが形成されている。そして、
それら突起７０ａと長溝６８ｂの係合の関係から、リン
グギヤ６８が回り止めされて軸方向への移動のみが許容
されるようになっている。

【００３８】従って、タイミングプーリアッシィ２４と
カムシャフト２１とが一体回転されているときに、ステ
ップモータ２５が駆動されてウォームギヤ６７がある方
向へ所定量だけ回転されることにより、リングギヤ６８
がウォームギヤ６７上で回り止めされながら軸方向へ移
動される。これに伴い、円筒ギヤ６４が同じ軸方向へ移
動され、プーリ本体６２とカムシャフト２１との間に相
対回転が生じてカムシャフト２１に捩じりが付与され
る。このように、この実施例のＶＶＴ２３では、ステッ
プモータ２５が駆動制御されることにより、円筒ギヤ６
４の軸方向における位置が変更され、その結果としてカ
ムシャフト２１に捩じりが付与される。そして、カムシ
ャフト２１に捩じりが付与されることにより、吸気バル
ブ９の開閉タイミングが変更されてバルブオーバラップ
が変更される。

【００３９】尚、カムシャフト２１の内部には油路７
１、７２が形成され、その油路７１，７２を通じてタイ
ミングプーリアッシィ２４の内部に潤滑油が供給される
ようになっている。

【００４０】次に、上記のように構成した内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置の作用について図６〜図９に従
って説明する。図６，７はＶＶＴ２３を駆動制御するた
めにＶＶＴＥＣＵ４１により実行される「ＶＶＴ制御ル
ーチン」を説明するフローチャートであり、所定時間毎
の定時割り込みで実行される。

【００４１】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、スロットルセンサ１４、全閉ス
イッチ１４ａ、回転数センサ３０、水温センサ３２及び
スタータスイッチ３９の検出等によるスロットル開度Ｔ
Ａ、全閉信号ＬＬ、エンジン回転数ＮＥ、冷却水温ＴＨ
Ｗ及びスタータ信号ＳＴをそれぞれエンジンＥＣＵ４０
から読み込む。又、ブレーキセンサ３６の検出によるブ
レーキ信号ＢＳを読み込む。

【００４２】続いて、ステップ１０２において、スター
タ信号ＳＴが「オン」であるか否か、即ちエンジン１の
始動中であるか否かを判断する。ここで、スタータ信号
ＳＴが「オン」である場合には、始動中であるとして、
ステップ１０３において、吸気バルブ９の開閉タイミン
グ制御のための進角値θＣＡＭを「４０°（ＣＡ）」と
して設定した後、ステップ１０９へ移行する。

【００４３】又、ステップ１０２において、スタータ信
号ＳＴが「オン」でない場合には、エンジン１の始動完
了後であるとして、ステップ１０４において、全閉信号
ＬＬが「オン」であるか否か、即ち減速時もしくはアイ
ドル時であるか否かを判断する。ここで、全閉信号ＬＬ
が「オン」である場合には、減速時もしくはアイドル時
であるとして、ステップ１０５へ移行し、ステップ１０
５〜ステップ１０７の処理を実行する。

【００４４】ステップ１０５において、ブレーキ信号Ｂ
Ｓが「オン」であるか否か、即ち車両を制動させるため
にブレーキペダル３５の操作があったか否かを判断す
る。そして、ブレーキ信号ＢＳが「オン」である場合に
は、ステップ１０６において、進角値θＣＡＭを「２０
°」として設定した後、ステップ１０９へ移行する。
又、ステップ１０５において、ブレーキ信号ＢＳが「オ
ン」でない場合には、ステップ１０７において、進角値
θＣＡＭを「０°」として設定した後、ステップ１０９
へ移行する。

【００４５】つまり、ステップ１０４〜ステップ１０７
の処理では、減速時におけるブレーキペダル３５の操作
の有無に応じて、吸気バルブ９の開閉タイミング制御の
ための進角値θＣＡＭを設定するのである。これによ
り、車両が減速状態でかつブレーキペダル３５の操作が
あった場合に限り、吸気バルブ９の閉じタイミングを進
ませることから、吸気通路７の負圧を大きくすることが
できる。従って、吸気通路７に通じるブレーキブースタ
３７内の負圧が増大することになり、ブレーキペダル３
５に大きな踏み込み力を必要とすることなく、所定の制
動力が得られる。

【００４６】一方、ステップ１０４において、全閉信号
ＬＬが「オン」でない場合には、減速時でもアイドル時
でもない通常走行であるものとして、ステップ１０８に
おいて、先に読み込まれたエンジン回転数ＮＥ及びスロ
ットル開度ＴＡに基づき、それらの値をパラメータとす
る関数ｆ（ＮＥ，ＴＡ）の演算結果を吸気バルブ９の開
閉タイミング制御のための進角値θＣＡＭとして設定し
た後、ステップ１０９へ移行する。この関数ｆ（ＮＥ，
ＴＡ）の演算は、図８に示すようなマップを参照して行
われる。ここで、図８のマップはＲＯＭ５１に予め記憶
されたものである。このマップにおいて、スロットル開
度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥの変化、即ちエンジン１
の負荷変化に応じて、エンジン１のポンピングロスを低
減させるように吸気バルブ９の開閉タイミングを制御す
るための関数ｆ（ＮＥ，ＴＡ）が設定されている。

【００４７】そして、ステップ１０３、ステップ１０
６、ステップ１０７或いはステップ１０８から移行して
ステップ１０９においては、冷却水温ＴＨＷに基づき、
即ちエンジン１の温度に応じて、吸気バルブ９の開閉タ
イミング制御のための上限値θＬｉｍｉｔＵ及び下限値
θＬｉｍｉｔＬを算出する。この上限値θＬｉｍｉｔＵ
及び下限値θＬｉｍｉｔＬの算出は、図９に示すような
マップを参照して行われる。ここで、図９のマップはＲ
ＯＭ５１に予め記憶されたものである。このマップにお
いては、冷却水温ＴＨＷが低いほど、吸気バルブ９の開
閉タイミングの制御範囲、即ち上限値θＬｉｍｉｔＵと
下限値θＬｉｍｉｔＬとの間が狭くなるように設定され
ている。

【００４８】続いて、ステップ１１０において、先に算
出された進角値θＣＡＭが上限値θＬｉｍｉｔＵよりも
大きいか否かを判断する。ここで、進角値θＣＡＭが上
限値θＬｉｍｉｔＵよりも大きい場合には、ステップ１
１１において、その上限値θＬｉｍｉｔＵを進角値θＣ
ＡＭとして設定した後、ステップ１１２へ移行する。
又、進角値θＣＡＭが上限値θＬｉｍｉｔＵよりも大き
くない場合には、そのままステップ１１２へ移行する。

【００４９】そして、ステップ１１０又はステップ１１
１から移行してステップ１１２においては、進角値θＣ
ＡＭが下限値θＬｉｍｉｔＬよりも小さいか否かを判断
する。ここで、進角値θＣＡＭが下限値θＬｉｍｉｔＬ
よりも小さい場合には、ステップ１１３において、その
下限値θＬｉｍｉｔＬを進角値θＣＡＭとして設定した
後、ステップ１１４へ移行する。又、進角値θＣＡＭが
下限値θＬｉｍｉｔＬよりも小さくない場合には、その
ままステップ１１４へ移行する。

【００５０】つまり、ステップ１０９〜ステップ１１３
の処理では、進角値θＣＡＭにガードをかける処理を行
うのである。そして、ステップ１１２或いはステップ１
１３から移行してステップ１１４においては、ステップ
モータ２５を駆動制御するために、先に設定された進角
値θＣＡＭからその値に相当する目標ステップ数Ｖｓｔ
を設定する。

【００５１】その後、ステップ１１５において、その設
定された目標ステップ数Ｖｓｔからステップモータ２５
での現在ステップ数Ｖｐｏを減算した結果を制御ステッ
プ数ＳＴＥＰとして設定する。

【００５２】次に、ステップ１１６において、制御ステ
ップ数ＳＴＥＰが「０」であるか否かを判断する。ここ
で、制御ステップ数ＳＴＥＰが「０」である場合には、
ステップモータ２５を駆動させることなくそのままその
後の処理を一旦終了する。

【００５３】一方、ステップ１１６において、制御ステ
ップ数ＳＴＥＰが「０」でない場合には、ステップ１１
７において、制御ステップ数ＳＴＥＰが「０」よりも大
きいか否か、即ち制御ステップ数ＳＴＥＰが正の数であ
るか否かを判断する。ここで、制御ステップ数ＳＴＥＰ
が正の数である場合には、ステップ１１８において、制
御フラグＤＩＲを「０」にリセットした後、ステップ１
２１へ移行する。

【００５４】又、ステップ１１７において、制御ステッ
プ数ＳＴＥＰが負の数である場合には、ステップ１１９
において、制御フラグＤＩＲを「１」にセットする。次
いで、ステップ１２０において、制御ステップ数ＳＴＥ
Ｐの絶対値を新たな制御ステップ数ＳＴＥＰとして設定
した後、ステップ１２１へ移行する。

【００５５】そして、ステップ１１８又はステップ１２
０から移行してステップ１２１においては、制御フラグ
ＤＩＲが「１」であるか否かを判断する。ここで、制御
フラグＤＩＲが「１」である場合には、ステップ１２２
において、吸気側ＶＶＴ２３のステップモータ２５を１
ステップだけ逆転させた後、ステップ１２４へ移行す
る。又、制御フラグＤＩＲが「０」の場合には、ステッ
プ１２３において、ステップモータ２５を１ステップだ
け正転させた後、ステップ１２４へ移行する。

【００５６】ステップ１２２又はステップ１２３から移
行してステップ１２４においては、制御ステップ数ＳＴ
ＥＰから「１」だけ減算した結果を新たな制御ステップ
数ＳＴＥＰとして設定する。又、ステップ１２５におい
て、その新たな制御ステップ数ＳＴＥＰが「０」である
か否かを判断する。そして、新たな制御ステップ数ＳＴ
ＥＰが「０」でない場合には、ステップ１２１へジャン
プし、ステップ１２１〜ステップ１２５の処理を繰り返
す。つまり、吸気側ＶＶＴ２３を駆動制御するのであ
る。

【００５７】一方、ステップ１２５において、新たな制
御ステップ数ＳＴＥＰが「０」である場合には、そのま
まその後の処理を一旦終了する。このように、ステップ
モータ２５の制御によってＶＶＴ２３が駆動制御され、
吸気バルブ９の開閉タイミングが制御される。

【００５８】上記のように、この実施例のバルブタイミ
ング制御装置によれば、エンジン１の運転状態、つまり
は負荷状態に応じてＶＶＴ２３を駆動制御し、エンジン
１のポンピングロスを低減させるように吸気バルブ９の
開閉タイミングを制御している。従って、ポンピングロ
スを小さくできることから、中負荷域以上の運転領域で
燃焼室６への吸入空気量をも増大させることができ、エ
ンジン１の出力向上や燃費の向上を図ることができる。

【００５９】しかも、この実施例では、エンジン１の温
度状態に応じ、その温度が低いほど吸気バルブ９の開閉
タイミングの制御範囲が狭くなるように進角値θＣＡＭ
にガードがかけられてＶＶＴ２３の制御範囲が規制され
る。つまり、エンジン１の低温時には、吸気バルブ９の
開閉タイミングの制御範囲が狭くなるように、即ち開閉
タイミングの上限値θＬｉｍｉｔＵが小さく、下限値θ
ＬｉｍｉｔＬが大きくなるように制御される。

【００６０】従って、低温時には、エンジン１のポンピ
ングロスを低減させる効果がある程度小さくなるが、そ
の低減効果を可能な限り得ながら、エンジン１の有効圧
縮比が必要以上に小さくなることが抑えられる。即ち、
エンジン１の低温時には、ポンピングロス低減のための
バルブタイミング制御を禁止するのではなく、ポンピン
グロス低減のためのバルブタイミング制御をできる限り
生かしながら、有効圧縮比の低下を最小限に抑えてい
る。

【００６１】その結果、低温時にもエンジン１のポンピ
ングロスを可能な限り低減していることから、燃費の悪
化を最小限度に抑えることができる。又、低温時には、
特にエンジン１の有効圧縮比が小さくなる軽負荷域にお
いても、その有効圧縮比の低下を最小限に抑えているこ
とから、燃焼の悪化を抑えることができ、エンジン１の
回転不安定等の不具合の発生を防止することができる。
更に、低温時には、アイドル時、軽負荷域及び高負荷域
において、失火等を防止してエンジン１の円滑な運転と
排気ガス特性の向上を図ることができる。

【００６２】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、吸気バルブ９の開閉タイミング
のみを可変にするＶＶＴ２３を設けたが、排気バルブ１
０の開閉タイミングのみを可変にするＶＶＴや吸気バル
ブ９及び排気バルブ１０の両方の開閉タイミングをそれ
ぞれ可変にするＶＶＴを設けることもできる。

【００６３】（２）前記実施例では、ステップモータ２
５を駆動源とする吸気側ＶＶＴ２３を採用したが、油圧
駆動式のＶＶＴを採用することもできる。 （３）前記実施例では、ガソリンエンジン１に具体化し
たが、ディーゼルエンジンに具体化することもできる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
内燃機関のポンピングロスを低減させるように開閉タイ
ミングを制御すべく内燃機関の運転状態に応じて可変バ
ルブタイミング機構を駆動制御するバルブタイミング制
御装置において、内燃機関の温度が低いほど開閉タイミ
ングの制御範囲が狭くなるように可変バルブタイミング
機構の制御範囲を設定するようにしたので、低温時には
内燃機関のポンピングロスを可能な限り低減しながら有
効圧縮比が必要以上に小さくなることを抑えて、特に軽
負荷域での燃焼の悪化を防止することができ、もって内
燃機関の回転不安定等の不具合の発生を防止することが
できるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本的な概念構成を説明する概念構
成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例におけるガソリ
ンエンジンを説明する概略構成図である。

【図３】一実施例におけるエンジンＥＣＵの電気的構成
を示すブロック図である。

【図４】一実施例におけるＶＶＴＥＣＵの電気的構成を
示すブロック図である。

【図５】一実施例におけるＶＶＴの構成を示す断面図で
ある。

【図６】一実施例においてＶＶＴＥＣＵにより実行され
る「ＶＶＴ制御ルーチン」を説明するフローチャートで
ある。

【図７】一実施例においてＶＶＴＥＣＵにより実行され
る「ＶＶＴ制御ルーチン」の続きを説明するフローチャ
ートである。

【図８】一実施例においてエンジン回転数とスロットル
開度とに対する進角値の関係を予め定めてなるマップで
ある。

【図９】一実施例において冷却水温に対する進角値の上
限値及び下限値の関係を予め定めてなるマップである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、６…燃焼室、７…吸気
通路、８…排気通路、９…吸気バルブ、１０…排気バル
ブ、２３…ＶＶＴ、１４…スロットルセンサ、１４ａ…
全閉スイッチ、３０…回転数センサ（１４，１４ａ，３
０は運転状態検出手段を構成している）、３２…温度検
出手段を構成する水温センサ、４１…駆動制御手段、低
温時制御範囲設定手段を構成するＶＶＴＥＣＵ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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吸気バルブ及び排気バルブと、 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
   開閉タイミングを連続的に可変にするために駆動される
   可変バルブタイミング機構と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記内燃機
   関のポンピングロスを低減させるように前記開閉タイミ
   ングを制御すべく前記可変バルブタイミング機構を駆動
   制御する駆動制御手段とを備えた内燃機関のバルブタイ
   ミング制御装置において、 前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段による検出温度が低いほど、前記開閉
   タイミングの制御範囲が狭くなるように前記駆動制御手
   段における前記可変バルブタイミング機構の制御範囲を
   設定する低温時制御範囲設定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。