JPH06101508A

JPH06101508A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JPH06101508A
Application number: JP24831992A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yasui; 卓也安井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】吸気負圧を最適な値に細かく制御することを可
能とし、ポンピングロスを効果的に低減して燃費の向上
をさらに図る。【構成】可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）２３によ
り吸気バルブ９の閉タイミングを連続的に可変とする。
電子制御装置（ＥＣＵ）４０は、負圧センサ３５、スロ
ットルセンサ１４等の各種センサからの検出結果に基づ
き運転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にある
場合には、実際の吸気負圧が相対的に小さい値としての
最適値に近づくようにＶＶＴ２３をフィードバック制御
する。従って、無負荷領域あるいは無負荷領域近傍で
は、各種の運転状態に細かい変化があったとしても、そ
の状態が正確に捉えられ、吸気負圧が相対的に小さく調
整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両に搭載される内
燃機関の運転状態に応じて吸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】一般に、エンジンの吸気バルブの開閉タ
イミングは、クランク軸の回転に同期して回転駆動され
るカムのカムプロフィルによって一義的に決定されてい
る。しかし、エンジンの出力性能等を向上させるために
は、このタイミングを運転状態に応じて可変制御するの
が望ましい。そのため、従来より各種の可変バルブタイ
ミング機構を備えたバルブタイミング制御装置が提案さ
れている。

【０００３】この種の技術としては、例えば特開昭５９
−１２０７０７号公報に開示されたものが知られてい
る。この技術では、内燃機関のバルブタイミングが、そ
の機関の回転数と、スロットル開度や絶対圧力等の負荷
との関数に従って制御されている。

【０００４】一方、近年では、この種のバルブタイミン
グの制御を行うことにより、機関のポンピングロスの低
減が図られ、もって機関の燃費向上が図られている。こ
の場合、ポンピングロスを低減させるために、吸気通路
内の負圧が相対的に小さい方が、ピストン下降時、すな
わち機関の吸気行程時に必要なエネルギーを小さくする
ことができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、機関回転数と負荷との関数を示す単一の
マップに従ってバルブタイミングが制御されていた。す
なわち、上記の制御には回転数以外の水温、吸気温等の
その他の運転状態や、内燃機関の経時変化等が加味され
ていなかった。そのため、吸気通路内の負圧がそのとき
どきの運転状態等に応じた最適値となるように細かく制
御することができなかった。従って、上記従来技術で
は、機関におけるポンピングロスの低減及び燃費の向上
を図るといった点では未だに充分なものとは言えなかっ
た。

【０００６】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、吸気負圧を最適な値に細かく
制御することが可能で、ポンピングロスを効果的に低減
して燃費の向上をさらに図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。

【０００７】

【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を開閉する吸気バルブ
Ｍ４と、吸気バルブＭ４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Ｍ
５と、吸気通路Ｍ３内の負圧を検出する吸気負圧検出手
段Ｍ６と、内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する運転状態
検出手段Ｍ７と、運転状態検出手段Ｍ７の検出結果に基
づき、内燃機関Ｍ１の運転状態が無負荷領域又は無負荷
を含む所定の領域内にあることを判断する運転状態判断
手段Ｍ８と、運転状態検出手段Ｍ７の検出結果に応じ
て、吸気負圧の最適値を演算する最適負圧演算手段Ｍ９
と、運転状態判断手段Ｍ８の判断結果が無負荷領域又は
無負荷を含む所定の領域内にある場合に、吸気負圧検出
手段Ｍ６により検出される負圧を、最適負圧演算手段Ｍ
９により演算される最適値に近づけるべく可変バルブタ
イミング機構Ｍ５を駆動制御する駆動制御手段Ｍ１０と
を備えたことをその要旨としている。

【０００８】

【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Ｍ４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る。そし
て、燃焼室Ｍ２に通じる吸気通路Ｍ３が開閉されて燃焼
室Ｍ２へ吸気が取り込まれる。

【０００９】一方、吸気管負圧検出手段Ｍ６では、吸気
通路Ｍ３内の負圧が検出され、運転状態検出手段Ｍ７で
は、内燃機関Ｍ１の運転状態が検出される。また、最適
負圧演算手段Ｍ９では、運転状態検出手段Ｍ７の検出結
果に応じて、吸気負圧の最適値が演算される。さらに、
運転状態判断手段Ｍ８では、運転状態検出手段Ｍ７の検
出結果に基づき、内燃機関Ｍ１の運転状態が判断され
る。そして、運転状態判断手段Ｍ８により、運転状態が
無負荷領域又は無負荷を含む所定の領域内にあると判断
されたときに、駆動制御手段Ｍ１０では、吸気負圧検出
手段Ｍ６により検出される実際の負圧が最適負圧演算手
段Ｍ９により演算される吸気負圧の最適値に近づくよう
に可変バルブタイミング機構Ｍ５が駆動制御される。

【００１０】従って、各種の運転状態に細かい変化があ
ったり、内燃機関Ｍ１に細かい経時変化があったりして
も、それらの変化が正確に捉えられて、吸気負圧がその
ときどきの運転状態等に応じた最適値となるように細か
く制御される。

【００１１】また、無負荷領域又は無負荷を含む所定の
領域内というのは、内燃機関Ｍ１の出力がさほど要求さ
れない領域であるといえる。すなわち、このような領域
では、ポンピングロスの低減を最大限に図れるように吸
気負圧を最適値に設定したとしても、内燃機関Ｍ１の出
力の点で何ら問題とはならない。よって、運転状態が無
負荷領域又は無負荷を含む所定の領域内にあるときに
は、吸気通路Ｍ３内の負圧がそのときどきの運転状態に
応じた最適値に近づけられる。それによって、燃焼室Ｍ
２内の負圧に対する吸気負圧がそのときどきの運転状態
に応じて相対的に小さくなり、ポンピングロスの低減が
最大限に図られる。

【００１２】

【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７に
基づいて詳細に説明する。

【００１３】図２はこの実施例における車両に搭載され
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。

【００１４】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。

【００１５】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。また、吸気通路７の途中の吸
気ポート７ａの近傍には負圧検出手段としての負圧セン
サ３５が設けられ、吸気通路７内の負圧（吸気負圧）Ｐ
ｉＭを検出するようになっている。さらに、負圧センサ
３５の近傍において燃料噴射用のインジェクタ１１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。

【００１６】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。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が設け
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１３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。

【００１７】次に、吸気バルブ９及び排気バルブ１０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，１０ａ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９ａ，１
０ａ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。

【００１８】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。

【００１９】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回転の間のピ
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。

【００２０】そして、吸気側のＶＶＴ２３は、吸気バル
ブ９の基本的な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２１、
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。さ
らに、吸気バルブ９の閉タイミングが変えられることに
より、吸気通路７、特に吸気ポート７ａの近傍の負圧が
調整される。

【００２１】また、ＶＶＴ２３にはＶＶＴセンサ３６が
設けられている。そして、ＶＶＴ２３が駆動制御される
ときに、そのＶＶＴセンサ３６により、クランクシャフ
トとカムシャフト２１との回転位相差に相当するＶＶＴ
角θが検出されるようになっている。

【００２２】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が設けられ、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。

【００２３】そして、この実施例では、前述したスロッ
トルセンサ１４、エアフローメータ１６、ＶＶＴセンサ
３６、回転数センサ３０及び気筒判別センサ３１によ
り、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段
が構成されている。また、この他の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。又、排気通路８の途中には、排気中の酸
素濃度ＯＸ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）Ｓ
Ｐを検出する車速センサ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。

【００２４】そして、図２に示すように、負圧センサ３
５、スロットルセンサ１４、エアフローメータ１６、Ｖ
ＶＴセンサ３６、回転数センサ３０、気筒判別センサ３
１、水温センサ３２、酸素センサ３３及び車速センサ３
４等は電子制御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）４０
の入力側に電気的に接続されている。又、このＥＣＵ４
０の出力側には、前述したＶＶＴ２３のステップモータ
２５、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。このＥＣＵ４０により、運転状態判
断手段、最適負圧演算手段及び駆動制御手段が構成され
ている。そして、ＥＣＵ４０はエアフローメータ１６、
負圧センサ３５及びＶＶＴセンサ３６をはじめとする各
センサ１４，３０〜３４からの出力信号に基づき、ステ
ップモータ２５、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】次に、前述したＥＣＵ４０の構成につい
て、図３のブロック図に従って説明する。図３はＥＣＵ
４０に係る電気的構成を説明するブロック図である。Ｅ
ＣＵ４０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（ＲＯ
Ｍ）４３、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等を備えてい
る。そして、ＥＣＵ４０は、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。外部入力回路
４６には、前述した負圧センサ３５、スロットルセンサ
１４、エアフローメータ１６、ＶＶＴセンサ３６、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及び車速センサ３４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１
１、イグナイタ２９及びステップモータ２５がそれぞれ
接続されている。

【００２６】そして、ＣＰＵ４２は外部入力回路４６を
介して入力されるエアフローメータ１６及び各センサ１
４，３０〜３６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、負圧センサ３５、スロットルセンサ１４、エアフロ
ーメータ１６、水温センサ３２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、ＶＶＴセンサ３
６、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はエアフローメータ１６
及び各センサ１４，３０〜３６等から読み込んだ入力値
に基づきインジェクタ１１、イグナイタ２９及びステッ
プモータ２５等を好適に制御する。

【００２７】続いて、前述したＶＶＴ２３の構成につい
て図４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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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３
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。

【００３３】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。

【００３４】次に、前述したＥＣＵ４０により実行され
るバルブタイミング制御のための処理動作について図５
〜７に従って説明する。図５はＥＣＵ４０により実行さ
れる「メインルーチン」を説明するフローチャートであ
り、所定時間（例えば１０ｍｓ）毎の定時割り込みで実
行される。

【００３５】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、回転数
センサ３０、負圧センサ３５及びＶＶＴセンサ３６等に
て検出されるスロットル開度ＴＡ、エンジン回転数Ｎ
Ｅ、吸気負圧ＰｉＭ及びＶＶＴ角θ等を入力値として読
み込む。

【００３６】また、ステップ１０２において、ステップ
１０１で読み込まれた各種の入力値に基づき、スロット
ル開度変化率（ｄＴＡ／ｄｔ）、エンジン回転数変化率
（ｄＮＥ／ｄｔ）、平均吸気負圧ＡＶＰｉＭをそれぞれ
算出する。ここで、スロットル開度変化率（ｄＴＡ／ｄ
ｔ）及びエンジン回転数変化率（ｄＮＥ／ｄｔ）は、そ
れぞれ単位時間あたりのスロットル開度ＴＡ、エンジン
回転数ＮＥの変化度合いを表す値である。また、平均吸
気負圧ＡＶＰｉＭは、今回読み込まれた吸気負圧ＰｉＭ
のデータを含む過去複数回の吸気負圧ＰｉＭのデータを
平均した値である。

【００３７】次に、ステップ１０３において、今回読み
込まれたスロットル開度ＴＡが予め定められた所定値Ｔ
Ａ０よりも小さいか否かを判断する。そして、スロット
ル開度ＴＡが所定値ＴＡ０よりも小さくない場合には、
運転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にないも
のとして、ステップ１０４へ移行する。

【００３８】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、エンジン回転数ＮＥ等の各種
の入力値に基づき、ＶＶＴ２３のＶＶＴ角θを制御して
バルブタイミングを調整するための目標値に相当する目
標ＶＶＴ角θ１を算出する。なお、この目標ＶＶＴ角θ
１の算出はＲＯＭ４３に記憶され、スロットル開度Ｔ
Ａ、エンジン回転数ＮＥ等の各種の入力値に対する目標
ＶＶＴ角θ１が予め定められた図示しないマップを参照
して行われる。

【００３９】続いて、ステップ１０５においては、後述
する「バルブタイミング制御」において、ＶＶＴ角θを
制御するための通常のＶＶＴ角制御を実行すべく制御判
定フラグＦを「０」にセットし、その後の処理を一旦終
了する。

【００４０】一方、ステップ１０３において、スロット
ル開度ＴＡが所定値ＴＡ０よりも小さい場合には、ステ
ップ１０６へ移行する。そして、ステップ１０６おい
て、今回算出されたスロットル開度変化率（ｄＴＡ／ｄ
ｔ）が予め定められた所定値ｋ１よりも小さいか否かを
判断する。そして、スロットル開度変化率（ｄＴＡ／ｄ
ｔ）が所定値ｋ１よりも小さくない場合には、運転状態
が加速時あるいは減速時等の過渡期であるものとしてス
テップ１０４へ移行し、ステップ１０４，１０５の処理
を実行し、その後の処理を一旦終了する。

【００４１】また、ステップ１０６において、スロット
ル開度変化率（ｄＴＡ／ｄｔ）が所定値ｋ１よりも小さ
い場合には、次のステップ１０７において、今回算出さ
れたエンジン回転数変化率（ｄＮＥ／ｄｔ）が予め定め
られた所定値ｋ２よりも小さいか否かを判断する。そし
て、エンジン回転数ＮＥが所定値ｋ２よりも小さくない
場合には、運転状態が加速時あるいは減速時等の過渡期
であるものとして、前記同様ステップ１０４へ移行し、
ステップ１０４，１０５の処理を実行し、その後の処理
を一旦終了する。

【００４２】さらに、ステップ１０７において、エンジ
ン回転数変化率（ｄＮＥ／ｄｔ）が所定値ｋ２よりも小
さい場合には、続くステップ１０８において、制御判定
フラグＦが「０」であるか否かを判断する。そして、制
御判定フラグＦが「０」である場合には、前回までの運
転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にはなかっ
たものとしてステップ１０９へ移行する。

【００４３】ステップ１０９においては、そのときどき
のエンジン回転数ＮＥに基づき、無負荷領域あるいは無
負荷領域近傍の値に相当する限界値ＰｉＭαを算出す
る。この限界値ＰｉＭαは、図７に示すように、ＲＯＭ
４３に記憶され、エンジン回転数ＮＥに対する限界値Ｐ
ｉＭαを予め定めたマップを参照して算出される。同図
に示すように、このマップではエンジン回転数ＮＥが増
大するい伴い、その限界値ＰｉＭαの度合いは大きくな
るように設定されている。また、この限界値ＰｉＭαは
そのときどきのＶＶＴ角θによっても異なり、ＶＶＴ角
θが大きければ限界値ＰｉＭαも全体的に大きい値とな
る。

【００４４】続くステップ１１０において、今回算出さ
れた平均吸気負圧ＡＶＰｉＭが、ステップ１０９にて算
出された限界値ＰｉＭαよりも大きい（負圧の度合いが
大きい）か否かを判断する。そして、平均吸気負圧ＡＶ
ＰｉＭが、限界値ＰｉＭαよりも大きい場合には、運転
状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にあるものと
してステップ１１１に移行する。

【００４５】また、ステップ１１０において、平均吸気
負圧ＡＶＰｉＭが、限界値ＰｉＭαよりも大きくない場
合には、運転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍
にないものとして、前記同様ステップ１０４へ移行し、
ステップ１０４，１０５の処理を実行し、その後の処理
を一旦終了する。なお、上記の如くステップ１１０から
ステップ１０４へ移行する場合の具体例としては、上り
坂での走行状態が挙げられる。この場合には、スロット
ル開度ＴＡが小さい値で一定であるとすると、ある程度
の吸入空気量Ｑが得られるにもかかわらず、エンジン回
転数ＮＥは上昇しにくい。従って、吸気ポート７ａの近
傍の吸気負圧ＰｉＭが小さくなり、平均吸気負圧ＡＶＰ
ｉＭも小さくなる。そのことから、上記ステップ１０
３、ステップ１０６及びステップ１０７の判断の全ての
条件を満たしたとしても、ステップ１１０では平均吸気
負圧ＡＶＰｉＭが限界値ＰｉＭαよりも小さくなり、運
転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にあるとは
みなせなくなるのである。

【００４６】ステップ１１１においては、今回読み込ん
だエンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＡ、冷却水温
ＴＨＷ等の各種の入力値に基づき目標吸気負圧ＰｉＭ１
を算出する。この目標吸気負圧ＰｉＭ１の算出は、ＲＯ
Ｍ４３に記憶され、各種の入力値に対する目標吸気負圧
ＰｉＭ１が予め定められた図示しないマップを参照して
行われる。このマップにおいては、運転状態が無負荷領
域あるいは無負荷領域近傍にあることを考慮して、でき
るだけ目標吸気負圧ＰｉＭ１の負圧度合いが小さくなる
よう、つまり、吸気ポート７ａの近傍の圧力が相対的に
高くなるようにそのときどきの運転状態に応じた目標吸
気負圧ＰｉＭ１が最適値に設定されている。そして、こ
のマップに基づいて目標吸気負圧ＰｉＭ１が算出される
のである。

【００４７】次のステップ１１２においては、後述する
「バルブタイミング制御ルーチン」において吸気ポート
７ａの近傍の吸気負圧ＰｉＭを調整するためにＶＶＴ２
３を制御する吸気負圧制御を実行すべく制御判定フラグ
Ｆを「１」にセットし、その後の処理を一旦終了する。

【００４８】一方、ステップ１０８において、制御判定
フラグＦが「０」でない、つまり「１」の場合には、既
に一旦ステップ１１０の判断が実行済であるものとし
て、ステップ１１１へジャンプする。すなわち、ステッ
プ１１０の処理は運転状態がはじめて無負荷領域あるい
は無負荷領域近傍となった１回目のみに行われ、それ以
後は実行されない。

【００４９】このように、「メインルーチン」では、Ｖ
ＶＴ２３を制御するための基準となる目標吸気負圧Ｐｉ
Ｍ１と、目標ＶＶＴ角θ１とが設定される。また、「メ
インルーチン」では、目標吸気負圧ＰｉＭ１、目標ＶＶ
Ｔ角θ１のいずれに基づいてＶＶＴ２３をフィードバッ
ク制御するのかを判断するための制御判定フラグＦが設
定される。すなわち、運転状態が無負荷領域あるいは無
負荷領域近傍にあるときには、目標吸気負圧ＰｉＭ１が
求められるとともに、吸気負圧制御を実行すべく制御判
定フラグＦが「１」にセットされ、運転状態が中・高負
荷領域にあるときには、目標ＶＶＴ角θ１が求められる
とともに、ＶＶＴ角制御を実行すべく制御判定フラグＦ
が「０」にセットされる。

【００５０】次に、上記のように設定された制御判定フ
ラグＦ、目標吸気負圧ＰｉＭ１、目標ＶＶＴ角θ１等を
使用して行われるバルブタイミング制御について説明す
る。図６はＥＣＵ４０により実行される「バルブタイミ
ング制御ルーチン」を説明するフローチャートであり、
前述した「メインルーチン」に割り込むかたちで、所定
時間（例えば１ｍｓ）毎の定時割り込みで実行される。

【００５１】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、前述した「メインルーチン」で
算出又は設定された制御判定フラグＦ、目標吸気負圧Ｐ
ｉＭ１、目標ＶＶＴ角θ１、平均吸気負圧ＡＶＰｉＭ等
を読み込むとともに、ＶＶＴ角θ等を入力値として読み
込む。

【００５２】続いて、ステップ２０２においては、今回
読み込まれた制御判定フラグＦが「１」であるか否かを
判断する。そして、制御判定フラグＦが「１」でない場
合には、運転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍
にあるものとしてＶＶＴ角制御を実行すべくステップ２
０３へ移行する。

【００５３】ステップ２０３においては、今回読み込ま
れたＶＶＴ角θが「メインルーチン」で求められた目標
ＶＶＴ角θ１よりも小さいか否かを判断する。そして、
ＶＶＴ角θが目標ＶＶＴ角θ１よりも小さい場合には、
ステップ２０４において、吸気バルブ９の閉タイミング
を進角させて下死点に近づけるべくステップモータ２５
を駆動制御し、その後の処理を一旦終了する。

【００５４】また、ステップ２０３において、ＶＶＴ角
θが目標ＶＶＴ角θ１よりも小さくない場合には、ステ
ップ２０５において、吸気バルブ９の閉タイミングを遅
角させて上死点に近づけるべくステップモータ２５を駆
動制御し、その後の処理を一旦終了する。

【００５５】このように、ＶＶＴ角制御が実行される場
合には、そのときどきのＶＶＴ角θが目標ＶＶＴ角θ１
に近づくように吸気バルブ９の閉タイミングがフィード
バック制御されるのである。

【００５６】一方、ステップ２０２において、制御判定
フラグＦが「１」の場合には、吸気負圧制御を実行すべ
くステップ２０６へ移行する。このステップ２０６にお
いて、今回読み込まれた平均吸気負圧ＡＶＰｉＭが「メ
インルーチン」で求められた目標吸気負圧ＰｉＭ１より
も大きい（負圧の度合いが大きい）か否かを判断する。
そして、平均吸気負圧ＡＶＰｉＭが目標吸気負圧ＰｉＭ
１よりも大きい場合には、ステップ２０４において、吸
気バルブ９の閉タイミングを進角させて下死点に近づけ
るべくステップモータ２５を駆動制御し、その後の処理
を一旦終了する。

【００５７】また、ステップ２０６において、平均吸気
負圧ＡＶＰｉＭが目標吸気負圧ＰｉＭ１よりも大きくな
い場合には、ステップ２０５において、吸気バルブ９の
閉タイミングを遅角させて上死点に近づけるべくステッ
プモータ２５を駆動制御し、その後の処理を一旦終了す
る。

【００５８】このように、吸気負圧制御が実行される場
合には、そのときどきの平均吸気負圧ＡＶＰｉＭが運転
状態に応じた最適な目標吸気負圧ＰｉＭ１に近づくよう
に吸気バルブ９の閉タイミングがフィードバック制御さ
れるのである。

【００５９】以上説明したように、この実施例の可変バ
ルブタイミング制御装置によれば、エンジン回転数ＮＥ
やスロットル開度ＴＡ等の各種の信号に基づき、そのと
きどきの運転状態を判断するようにしている。そして、
そのときの運転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近
傍にあるときには、そのときどきの平均吸気負圧ＡＶＰ
ｉＭが目標吸気負圧ＰｉＭ１に近づくように吸気バルブ
９の閉タイミングをフィードバック制御するようにして
いる。ここで、エンジン１の運転状態が高出力を要求さ
れない無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にあることを
考慮して、目標吸気負圧ＰｉＭ１はできるだけその負圧
度合いが小さくなるように最適値に設定されている。こ
のため、例えば冷却水温ＴＨＷ等各種の運転状態に細か
い変化があったり、バルブデポジット等吸気に係るエン
ジン１の経時変化があっても、それらが正確に捉えられ
ることとなる。従って、平均吸気負圧ＡＶＰｉＭ、ひい
ては吸気負圧ＰｉＭがそのときどきの運転状態等に応じ
た最適値となるように細かく調整することができる。

【００６０】また、無負荷領域あるいは無負荷領域近傍
というのは、エンジン１の出力がさほど要求されない領
域であるといえる。すなわち、このような領域では、ポ
ンピングロスの低減を最大限に図れるように吸気負圧Ｐ
ｉＭを最適値に設定したとしても、エンジン１の出力の
点で何ら問題とはならない。そこで、この実施例の構成
では、エンジン１の運転状態が出力を要求されない無負
荷領域又はあるいは無負荷領域近傍にあるときに、平均
吸気負圧ＡＶＰｉＭがエンジン１のポンピングロスを最
も効果的に低減させる目標吸気負圧ＰｉＭ１に近づけら
れる。従って、エンジン１のポンピングロスを実質的に
最大限に低減させることができ、ひいては燃費の低減を
図ることができる。

【００６１】さらに、この実施例では、エンジン１の運
転状態が無負荷領域あるいは無負荷領域近傍にあること
を判断するために、「メインルーチン」のステップ１０
３、ステップ１０６、ステップ１０７及びステップ１１
０の複数の処理を実行して、運転状態が実質的に中・高
負荷領域にある場合には、吸気負圧制御を実行しないよ
うにしている。従って、単にスロットル開度ＴＡのみを
無負荷領域あるいは無負荷領域近傍であることの判断材
料とする場合に比べて、より正確で確実な判断を実行す
ることができ、誤制御を最小限に抑えることができる。

【００６２】併せて、この実施例では、万が一ＶＶＴ角
センサ３６が故障したとしても、負圧センサ３５に基づ
いてＶＶＴ２３を駆動制御して吸気負圧制御を実行する
ことはできる。従って、この場合でもポンピングロスの
低減と燃費の低減とを図ることができる。

【００６３】なお、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、ＶＶＴ２３を駆動する手段とし
てステップモータ２５を採用したが、ＶＶＴを油圧によ
り駆動させるような構成としてもよい。

【００６４】（２）前記実施例では、運転状態が無負荷
領域あるいは無負荷領域近傍にあることを判断する条件
として、「メインルーチン」のステップ１０３、ステッ
プ１０６、ステップ１０７及びステップ１１０の各処理
を実行するようにしたが、これらのうちのいくつかを省
略する構成としてもよい。また、例えば「エンジン回転
数ＮＥが所定数よりも小さいか否か」といった判断の処
理を追加することもできる。

【００６５】（３）前記実施例では、運転状態が中・高
負荷領域にある場合には、そのときどきのＶＶＴ角θが
目標ＶＶＴ角θ１に近づくように吸気バルブ９の閉タイ
ミングをフィードバック制御するようにしたが、特に出
力を必要としない場合には、運転状態が中負荷領域にあ
っても吸気負圧制御を実行して、そのときどきの平均吸
気負圧ＡＶＰｉＭが目標吸気負圧ＰｉＭ１に近づくよう
に吸気バルブ９の閉タイミングをフィードバック制御す
るようにしてもよい。また、運転状態が中・高負荷領域
にある場合には、ＶＶＴ制御をしない構成としてもよ
い。この場合には、ＶＶＴ角センサ３６をなくすことも
可能となり、ＶＶＴシステム全体の構成を簡易なものと
することができる。

【００６６】（４）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。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、バルブタイミングを連続的に可変する可変バルブタ
イミング機構を利用して、内燃機関の運転状態が無負荷
領域又は無負荷を含む所定の領域内にある場合には、吸
気負圧をそのときどきの運転状態に応じた最適値に近づ
けるべく可変バルブタイミング機構を駆動制御するよう
にしている。従って、内燃機関の運転状態が無負荷領域
又は無負荷を含む所定の領域内にあるときに、吸気負圧
を最適値に細かく制御することができて内燃機関のポン
ピングロスを効果的に低減させることができ、ひいては
燃費の向上を図ることが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】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可変バ
ルブタイミング制御装置を備えたエンジンを示す概略構
成図である。

【図３】一実施例において、ＥＣＵの構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】一実施例において、可変バルブタイミング制御
装置を示す断面図である。

【図５】一実施例において、ＥＣＵにより実行される
「メインルーチン」の処理を示すフローチャートであ
る。

【図６】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」の処理を示すフロー
チャートである。

【図７】一実施例において、エンジン回転数に対する目
標吸気負圧の関係を予め定めたマップである。

【符号の説明】１…エンジン、７…吸気通路、９…吸気バルブ、１４…
運転状態検出手段を構成するスロットルセンサ、１６…
運転状態検出手段を構成するエアフローメータ、２３…
ＶＶＴ、３０…運転状態検出手段を構成する回転数セン
サ、３１…気筒判別センサ、３２…運転状態検出手段を
構成する水温センサ、３３…運転状態検出手段を構成す
る酸素センサ、３４…運転状態検出手段を構成する車速
センサ、３５…吸気負圧検出手段としての負圧センサ、
３６…運転状態検出手段を構成するＶＶＴセンサ、４０
…運転状態判断手段、最適負圧演算手段及び駆動制御手
段を構成するＥＣＵ。

Claims

【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を開閉する吸
気バルブと、前記吸気バルブ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、前記吸気通路内の負圧を検出する吸気負圧検出手段と、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
関の運転状態が無負荷領域又は無負荷を含む所定の領域
内にあることを判断する運転状態判断手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に応じて、吸気負圧の
最適値を演算する最適負圧演算手段と、前記運転状態の判断結果が無負荷領域又は無負荷を含む
所定の領域内にある場合に、前記吸気負圧検出手段によ
り検出される負圧を、前記最適負圧演算手段により演算
される最適値に近づける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。