JPH0777073A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

内燃機関のバルブタイミング制御装置

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JPH0777073A
JPH0777073A JP5224524A JP22452493A JPH0777073A JP H0777073 A JPH0777073 A JP H0777073A JP 5224524 A JP5224524 A JP 5224524A JP 22452493 A JP22452493 A JP 22452493A JP H0777073 A JPH0777073 A JP H0777073A
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intake
timing
exhaust
engine
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Nobunao Okawa
信尚 大川
Tadahisa Osanawa
忠久 長縄
Kazushi Katou
千詞 加藤
Junji Goto
淳史 後藤
Koji Endo
浩二 遠藤
Shigeru Sone
茂 曽根
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】バルブタイミング制御装置において、機関負荷
に応じて内部ＥＧＲで有効な排気浄化を図り、併せて内
部ＥＧＲに起因した失火を防止する。 【構成】可変バルブタイミング機構 (VVT)を制御してバ
ルブオーバラップを所定範囲内で連続的に変更可能に構
成する。エンジン運転時に吸気圧PMの大きさを判断し(1
02) 、軽・中負荷であると判断した場合に、スロットル
開度TA、エンジン回転数NE等に基づき進角値θVTA の値
を算出する(104) 。又、吸気圧PMの大きさに応じて進角
制限値θLIM の値を算出する(105) 。そして、進角値θ
VTA と進角制限値θLIM とを比較し(106) 、進角値θVT
A が大きい場合に、進角制限値θLIM の値を進角値θVT
A の値として設定し(107) 、その値に基づきVVT を制御
すべくリニアソレノイドバルブ(LSV) を制御する。従っ
て、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲの量が負荷状
態に応じて適度に制限される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の吸気バル
ブと排気バルブとのバルブオーバラップを運転状態に応
じて連続的に変更制御するようにし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、この種の技術として、例えば、特
開昭５８−２５５３８号公報に開示された「内燃機関最
適制御装置」が知られている。
【０００３】この装置では、機関の燃焼室に通じる吸気
通路及び排気通路が設けられている。吸気通路には燃料
を噴射供給するための電磁噴射弁（インジェクタ）が設
けられている。又、燃焼室の近傍にて吸気通路及び排気
通路をそれぞれ開閉するために、各通路には吸気バルブ
及び排気バルブがそれぞれ設けられている。それら吸気
バルブ及び排気バルブを個別に駆動するために、各バル
ブに対応してアクチュエータがそれぞれ設けられてい
る。そして、機関の運転状態を示す各種作動パラメータ
の値に応じてインジェクタの駆動を制御することによ
り、吸気通路に供給されるべき燃料量が調整される。同
じく、運転状態を示す各種作動パラメータの値に応じて
各アクチュエータの駆動を制御することにより、吸気バ
ルブ及び排気バルブそれぞれの開閉タイミング及び開閉
期間、即ちバルブタイミングがそれぞれ調整される。
【０００４】このような制御の結果、燃焼室に充填され
るべき燃料及び空気がそれぞれ適正に調整され、即ち混
合気が適正に調整されて、空燃比の適正化が図られ、も
って機関出力が適正に制御される。又、特に機関の定常
運転時には、排気ガス中の窒素酸化物を低減させる目的
で、排気ガスを燃焼室に再吸入させるために、即ち燃焼
室で排気ガスの再循環（内部ＥＧＲ）を行わせるため
に、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングが調整
される。つまりは、吸気バルブと排気バルブとのバルブ
オーバラップが調整される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
装置では、機関の定常運転時に内部ＥＧＲにより排気ガ
ス中の窒素酸化物を低減させるべく、機関の運転負荷の
違いに応じてバルブタイミングを連続的に変更すること
が考えられる。つまり、定常運転時でも、運転負荷の違
いに応じてバルブオーバラップの大きさを調整すること
が考えられる。
【０００６】しかしながら、機関の極軽負荷域では、そ
れ自体で燃焼室に吸入される空気量が少なくて燃焼室で
の混合気の燃焼が不安定である。そのため、燃焼室で未
燃焼ガスが発生し易くなり、排気エミッションが悪化す
る傾向にある。このとき、内部ＥＧＲの効果を狙って、
バルブオーバラップを単に大きくしただけでは、排気ガ
スの吸気側への吹き返しが多くなる。その結果、燃焼室
での混合気の燃焼が更に不安定となり、失火が発生して
排気エミッションを急激に悪化させるおそれがある。或
いは、機関の軽・中負荷域では、燃焼室での混合気の燃
焼が正常であっても、やはり、バルブオーバラップを単
に大きくしただけでは、上記と同じように失火に到り、
排気エミッションを悪化させるおそれがある。
【０００７】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、内燃機関の運転負荷の違い
に応じて内部ＥＧＲにより有効な排気浄化を図ることが
可能で、併せて、その内部ＥＧＲに起因した失火の発生
を未然に防止することを可能にした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。
【０００８】
【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とするために
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ための運転状態検出手段Ｍ８
と、その運転状態検出手段Ｍ８の検出結果に基づき、バ
ルブタイミングの制御すべき目標値を算出するための制
御目標値算出手段Ｍ９と、その制御目標値算出手段Ｍ９
の算出結果に基づき、吸気バルブＭ５と排気バルブＭ６
とのバルブオーバラップを連続的に変更すべく可変バル
ブタイミング機構Ｍ７を駆動制御するための駆動制御手
段Ｍ１０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、バルブオーバラップにより燃焼室Ｍ２に再
吸入される排気ガスの量が運転状態検出手段Ｍ８により
検出される運転状態に応じた所定値を越えないように、
制御目標値算出手段Ｍ９の算出結果に対して制限を加え
るための制御目標値制限手段Ｍ１１とを備えたことを趣
旨としている。
【０００９】
【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が、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。この駆動により、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。又、運転状態検出手
段Ｍ８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、制御目標値算出手段Ｍ９では、バル
ブタイミングの制御すべき目標値、即ち制御目標値が算
出される。そして、その算出結果に基づき、駆動制御手
段Ｍ１０では、可変バルブタイミング機構Ｍ７の駆動が
制御される。この制御により、両バルブＭ５，Ｍ６の少
なくとも一方の開閉タイミングが連続的に変更されて、
吸気バルブＭ５と排気バルブＭ６とのバルブオーバラッ
プが連続的に変更される。
【００１０】ここで、バルブオーバラップにより燃焼室
Ｍ２に排気ガスが再吸入され、即ち燃焼室Ｍ２で排気ガ
スの再循環（内部ＥＧＲ）が行われ、排気ガス中の窒素
酸化物が低減されることが分かっている。そして、制御
目標値制限手段Ｍ１１では、上記の内部ＥＧＲの量が運
転状態に応じた所定値を越えないように、制御目標値算
出手段Ｍ９の算出結果に対して制限が加えられる。
【００１１】従って、内燃機関Ｍ１では、その燃焼室Ｍ
２で内部ＥＧＲが有効に作用して排気ガス中の窒素酸化
物が低減される。併せて、内部ＥＧＲの量が運転状態に
応じた所定値を越えないように上記の制御目標値に制限
が加えられることから、燃焼室Ｍ２で内部ＥＧＲの量が
過剰になることはない。
【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ガソリンエンジンに具体化した一実
施例を図２〜図８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。複数気
筒よりなる内燃機関としてのエンジン１は、その各気筒
のシリンダ２内において上下動可能に設けられたピスト
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。又、各燃焼室４には、吸気ポート６ａ及び排気
ポート７ａを通じて、吸気通路６及び排気通路７がそれ
ぞれ連通して設けられている。そして、吸気ポート６ａ
及び排気ポート７ａには、開閉用の吸気バルブ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。又、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１４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。
【００１４】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。又、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。
【００１５】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。又、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、エンジン１において、吸気通路６
にはエアクリーナ１５を通じて外気が取り込まれる。
又、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の開きに同期して燃
焼室４に吸入される。更に、エンジン１では、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。
【００１６】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への外気の取
り込み量、即ち吸気量が調節される。又、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ＴＨ
Ａを検出するための吸気温センサ７１が設けられてい
る。又、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。
【００１７】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。又、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。
【００１８】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、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。
【００１９】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
めの回転数センサ７６が取り付けられている。又、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。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。又、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。
【００２０】この実施例において、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リニアソレノイド
式のアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）
２４が設けられている。このＩＳＣＶ２４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。
【００２１】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。
【００２２】併せて、この実施例において、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
を可変に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。
【００２３】次に、この実施例におけるＶＶＴ２５等の
構成について、図３，図４及び図６に従い詳しく説明す
る。図３，４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はそのジャーナル１０ａ
がエンジン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。ジャーナル１０ａ
にはその外周に沿って延びる二本のジャーナル溝３１，
３２が形成されている。又、シリンダヘッド２６には、
各ジャーナル溝３１，３２及びジャーナル１０ａに潤滑
油を供給するための第１のヘッド油路３３及び第２のヘ
ッド油路３４が形成されている。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。又、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各ヘッド油路３３，３４に
供給されて各ジャーナル溝３１，３２及びジャーナル１
０ａに供給される。
【００２４】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３５が設けられている。このタイミン
グプーリハウジング３５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１０の
先端部を覆うように組み付けられたカバー３７とを備え
ている。タイミングプーリ１２はほぼ円板状をなし、そ
の外周には複数の外歯３８が形成され、中央にはボス３
９が形成されている。タイミングプーリ１２はそのボス
３９によりカムシャフト１０に対して相対回動可能に装
着されている。又、外歯３８には前述したタイミングベ
ルト１４が装着されており、同ベルト１４を介してタイ
ミングプーリハウジング３５がクランクシャフトに駆動
連結されている。一方、カバー３７は有底円筒状をな
し、その外周にはフランジ４０が形成され、底部中央に
は連通孔４１が形成されている。又、カバー３７の内周
には、複数の内歯３７ａが形成されている。カバー３７
はそのフランジ４０にて、複数のボルト４２及びピン４
３によりタイミングプーリ１２の一側面に固定されてい
る。又、連通孔４１には蓋４４が取り外し可能に装着さ
れている。そして、タイミングプーリ１２とカバー３７
とにより囲まれた空間が、タイミングプーリハウジング
３５の内部の収容空間４５となっている。
【００２５】この収容空間４５において、カムシャフト
１０の先端には、有底筒状をなすインナキャップ４６が
中空ボルト４７により締め付けられると共に、ピン４８
により回り止めされている。このインナキャップ４６の
周壁４６ａはタイミングプーリ１２のボス３９を内包す
るように装着されており、両者４９，３９は相対回動可
能となっている。又、インナキャップ４６の周壁４６ａ
の外周には、複数の外歯４６ｂが形成されている。
【００２６】タイミングプーリハウジング３５とカムシ
ャフト１０との間にはリングギヤ４９が介在され、その
リングギヤ４９により両者３５，１０が連結されてい
る。即ち、リングギヤ４９は環状をなし、タイミングプ
ーリハウジング３５の収容空間４５にて、カムシャフト
１０の軸方向に沿って往復動可能に収容されている。こ
のリングギヤ４９はその内外周に設けられた複数の歯４
９ａ，４９ｂの両方がヘリカル歯となっており、軸方向
への移動によってカムシャフト１０と相対回動可能にな
っている。そして、リングギヤ４９の内周の歯４９ａは
インナキャップ４６の外歯４６ｂに、リングギヤ４９の
外周の歯４９ｂはカバー３７の内歯３７ａにそれぞれ噛
合している。従って、タイミングプーリハウジング３５
が回転駆動されることにより、リングギヤ４９で連結さ
れたタイミングプーリハウジング３５とインナキャップ
４６とが一体的に回転され、更にカムシャフト１０がタ
イミングプーリハウジング３５と一体的に回転駆動され
る。
【００２７】収容空間４５において、リングギヤ４９の
軸方向一端とカバー３７の底壁との間には第１の油圧室
５０が形成されている。同じく、収容空間４５におい
て、リングギヤ４９の軸方向他端とタイミングプーリ１
２との間には第２の油圧室５１が形成されている。
【００２８】ここで、第１の油圧室５０に潤滑油により
油圧を供給するために、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５２が形成されてい
る。このシャフト油路５２の先端側は中空ボルト４７の
中心孔４７ａを通じて第１の油圧室５０に連通されてい
る。又、このシャフト油路５２の基端側は、カムシャフ
ト１０の半径方向に延びる油孔５３を通じてジャーナル
溝３１に連通されている。
【００２９】一方、第２の油圧室５１に潤滑油による油
圧を供給するために、カムシャフト１０には第１のシャ
フト油路５２と平行に延びる第２のシャフト油路５４が
形成されている。又、カムシャフト１０の先端寄り位置
には、その外周に沿って延びる一つの周溝５５が形成さ
れている。この周溝５５の一部は第２のシャフト油路５
４に連通されている。更に、タイミングプーリ１２のボ
ス３９の一部には、上記の周溝５５と第２の油圧室５１
とを連通させる油孔５６が形成されている。又、第２の
シャフト油路５４の基端側は他方のジャーナル溝３２に
連通されている。加えて、第２の油圧室５１において、
リングギヤ４９とタイミングプーリ１２との間には、リ
ングギヤ４９を図３に示す初期位置へ復帰させるために
付勢するスプリング５７が介在されている。
【００３０】上記のような構成において、第１のヘッド
油路３３、油孔５３、第１のシャフト油路５２及び中心
孔４７ａ等により、第１の油圧室５０に油圧を供給する
ための油圧供給通路が構成されている。又、第２のヘッ
ド油路３４、第２のシャフト油路５４及び油孔５６等に
より、第２の油圧室５１に油圧を供給するための油圧供
給通路が構成されている。ここで、各ヘッド油路３３，
３４に通じる各油圧供給通路の途中には、各油圧室５
０，５１に対する油圧の供給を制御するための電磁式の
四方弁であるリニアソレノイドバルブ（ＬＳＶ）５８が
設けられている。このＬＳＶ５８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。図３，４に示すように、
このＬＳＶ５８はそのケーシング５９に、第１のポート
６０、第２のポート６１、第３のポート６２及び第４の
ポート６３を備えている。第１のポート６０は第１のヘ
ッド油路３３に連通され、第２のポート６１は第２のヘ
ッド油路３４に連通されている。第３のポート６２はオ
イルパン２８に通じており、第４のポート６３はオイル
フィルタ３０を介して油圧ポンプ２９の吐出側に連通さ
れている。又、ケーシング５９の内部には、円筒状の３
つの弁体６４ａを備えてなるくし形のスプール６４が、
その軸方向へ往復動可能に設けられている。このスプー
ル６４は、同じくケーシング５９に設けられた電磁ソレ
ノイド６５により作動されるものであり、図３に示す第
１の作動位置と、図４に示す第２の作動位置との間で移
動可能になっている。
【００３１】そして、図４に示すように、ＬＳＶ５８の
スプール６４が第２の作動位置へ移動されることによ
り、第１のヘッド油路３３に潤滑油が供給されると共
に、第２のヘッド油路３４がオイルパン２８へと開放さ
れる。この切換えにより、ＬＳＶ５８、第１のヘッド油
路３３、ジャーナル溝３１、油孔５３、第１のシャフト
油路５２及び中心孔４７ａを通じて第１の油圧室５０に
油圧が供給される。この油圧がリングギヤ４９の一端に
加えられることにより、リングギヤ４９がスプリング５
７の付勢力と第２の油圧室５１に残る潤滑油に抗して軸
方向へ移動されながら回動して、カムシャフト１０に捩
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３５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。即ち、図６（ｂ）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
５０に油圧が供給されることにより、リングギヤ４９は
そのストロークエンドとして、図４に示すように、タイ
ミングプーリ１２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。
【００３２】一方、図３に示すように、ＬＳＶ５８のス
プール６４が第１の作動位置へ移動されることにより、
第２のヘッド油路３４に潤滑油が供給されると共に、第
１のヘッド油路３３がオイルパン２８へと開放される。
この切換えにより、第２のヘッド油路３４、ジャーナル
溝３２、第２のシャフト油路５４、周溝５５及び油孔５
６を通じて第２の油圧室５１に油圧が供給される。この
油圧がリングギヤ４９の他端に加えられることにより、
リングギヤ４９が第１の油圧室５０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３５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。即ち、図６（ａ）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小さくなる方向へ変
えられる。このように、第２の油圧室５１に油圧が加え
られることにより、リングギヤ４９はストロークエンド
として、図３に示すように、カバー３７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。
【００３３】以上のようにＶＶＴ２５が構成されてお
り、同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が、図６（ａ）に示す大き
さと、図６（ｂ）に示す大きさとの間で連続的に変更可
能となっている。
【００３４】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ＬＳＶ５８
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により制御目標値算出手段、駆動制御手段及び制御目
標値制限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及び気筒判別センサ７７がそれぞれ接
続されている。ＥＣＵ８０はこれら各センサ７１〜７７
からの出力信号に基き各インジェクタ１６、イグナイタ
２２、ＩＳＣＶ２４及びＬＳＶ５８を好適に駆動制御す
る。又、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。
【００３５】次に、ＥＣＵ８０に係る電気的構成につい
て図５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。
【００３６】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及
び気筒判別センサ７７がそれぞれ接続されている。
【００３７】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ＬＳＶ５
８がそれぞれ接続されている。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７１〜７７
等の検出信号を入力値として読み込む。又、ＣＰＵ８１
は各センサ７１〜７７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１６、イグナイタ２２、ＩＳＣＶ２４及びＬ
ＳＶ５８等を好適に制御する。
【００３８】次に、前述したＥＣＵ８０により実行され
る各種処理の中で、バルブタイミング制御の処理内容に
つて図７及び図８に従って説明する。図７はエンジン１
の運転時にバルブオーバラップを変更させるべく、ＥＣ
Ｕ８０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。
【００３９】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７２、吸気圧
センサ７３及び回転数センサ７６等の検出値に基づき、
スロットル開度ＴＡ、吸気圧ＰＭ及びエンジン回転数Ｎ
Ｅ等の入力値をそれぞれ読み込む。
【００４０】続いて、ステップ１０２において、今回読
み込まれた吸気圧ＰＭの入力値が、予め定められた基準
値α以上であるか否かを判断する。この基準値αはエン
ジン１の運転状態として、アイドリング時等の極軽負荷
域の境界を示す値である。その基準値αとしては、例え
ば「１５０ｍｍＨｇｂｓ」を当てはめることができる。
ここで、吸気圧ＰＭの入力値が基準値α以上でない場合
には、エンジン１の運転状態が極軽負荷域にあるものと
して、ステップ１０３へ移行する。
【００４１】そして、ステップ１０３において、バルブ
タイミングを進角させないようにすべく、バルブタイミ
ングの制御目標値としてのバルブタイミング進角値θＶ
ＴＡを「０（ｄｅｇ）」に設定し、ステップ１０８へ移
行する。
【００４２】一方、ステップ１０２において、吸気圧Ｐ
Ｍの入力値が基準値α以上である場合には、エンジン１
の運転状態が極軽負荷域にないものとして、ステップ１
０４へ移行する。そして、ステップ１０４において、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バル
ブタイミング進角値θＶＴＡを算出する。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
れた図示しない進角値マップを参照して行われる。
【００４３】この実施例では、エンジン１の高負荷・高
速域で、燃焼室４に充填される空気の量が吸気の慣性効
果により多くなるように、進角値マップの特性が設定さ
れている。つまり、高負荷・高速域で、バルブタイミン
グ進角値θＶＴＡが大きくなり、バルブオーバラップが
大きくなるように、進角値マップの特性が設定されてい
る。又、この実施例では、バルブオーバラップにより燃
焼室４に排気ガスが再吸入され、即ち燃焼室４で排気ガ
スの再循環（内部ＥＧＲ）が行われ、排気ガス中の窒素
酸化物が低減されることが分かっている。そこで、この
実施例では、エンジン１の運転負荷域に応じて適度に内
部ＥＧＲが行われるように、進角値マップの特性が設定
されている。
【００４４】又、ステップ１０５においては、今回読み
込まれた吸気圧ＰＭの入力値に応じた進角制限値θＬＩ
Ｍを算出する。この進角制限値θＬＩＭは、バルブオー
バラップによる内部ＥＧＲ量が、エンジン１の負荷状態
に応じた所定値、即ち失火を引き起こす値を越えないよ
うな値として、予め実験的に求められている。この進角
制限値θＬＩＭの値の算出は、図８に示すように、吸気
圧ＰＭに応じて予め定められた制限値マップを参照して
行われる。
【００４５】この実施例では、図８の制限値マップにお
いて、吸気圧ＰＭの値が基準値αより小さくなる極軽負
荷域では、バルブタイミング進角値θＶＴＡが「０」と
なるように設定されている。又、軽・中負荷域では、吸
気圧ＰＭの値の増大に伴い進角制限値θＬＩＭが増大す
るように設定されている。更に、中・高負荷域では、吸
気圧ＰＭの大きさにかかわらず、進角制限値θＬＩＭが
一定値となるように設定されている。
【００４６】続いて、ステップ１０６においては、今回
求められたバルブタイミング進角値θＶＴＡの値が、同
じく今回求められた進角制限値θＬＩＭの値以上である
か否かを判断する。ここで、バルブタイミング進角値θ
ＶＴＡの値が進角制限値θＬＩＭの値以上でない場合に
は、同進角値θＶＴＡが必要以上に大きくなく、バルブ
オーバラップによる内部ＥＧＲに起因して、エンジン１
で失火を引き起こすおそれがないものとして、そのまま
ステップ１０８へ移行する。
【００４７】一方、ステップ１０６において、バルブタ
イミング進角値θＶＴＡの値が進角制限値θＬＩＭの値
以上である場合には、同進角値θＶＴＡの値が過剰に大
きくて、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲに起因し
てエンジン１で失火を引き起こすおそれがあるものとし
て、ステップ１０７へ移行する。そして、ステップ１０
７においては、今回求められた進角制限値θＬＩＭの値
をバルブタイミング進角値θＶＴＡの値として設定し直
して、ステップ１０８へ移行する。つまり、今回求めら
れたバルブタイミング進角値θＶＴＡの値に対して進角
制限値θＬＩＭの値により制限を加えるのである。
【００４８】そして、ステップ１０３、ステップ１０６
又はステップ１０７から移行してステップ１０８におい
ては、バルブタイミング進角値θＶＴＡの値に基づいて
ＬＳＶ５８の駆動を制御する。そして、ＬＳＶ５８の駆
動が制御されることにより、ＶＶＴ２５の駆動が制御さ
れ、バルブオーバラップが適宜に調整される。
【００４９】以上のような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、上記のように構
成したバルブタイミング制御装置の作用及び効果につい
て説明する。
【００５０】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
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。
【００５１】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、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、バルブタイミン
グの制御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。そして、その算出されたバルブタイ
ミング進角値θＶＴＡの値に基づきＬＳＶ５８の駆動が
制御され、ＶＶＴ２５の駆動が制御される。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変更され
る。
【００５２】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。又、バルブオ
ーバラップの適度な調整により、燃焼室４より排出され
るべき排気ガスが必要に応じて適度な量だけ燃焼室４に
再吸入され、即ち内部ＥＧＲが適度に行われる。その結
果、エンジン１の運転負荷域に応じて排気ガス中の窒素
酸化物を適宜に低減させることかでき、内部ＥＧＲによ
り有効な排気浄化を図ることができる。
【００５３】加えて、ＥＣＵ８０では、ＶＶＴ２５の制
御に使用すべき最終的なバルブタイミング進角値θＶＴ
Ａの値を決定するに当たり、その進角値θＶＴＡの算出
結果に対して、エンジン１の運転負荷状態に応じた制限
が加えられる。
【００５４】即ち、エンジン１の運転状態がアイドリン
グ時等の極軽負荷域にある場合には、バルブタイミング
進角値θＶＴＡの値が「０」に設定され、これによって
バルブオーバラップが一番小さく設定される。従って、
エンジン１では、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲ
の量が極力小さく抑えられる。その結果、燃焼室４で内
部ＥＧＲに起因した失火の発生を未然に防止することが
でき、失火による排気エミッションの悪化を未然に防止
することができる。
【００５５】又、エンジン１の運転状態が軽・中負荷域
にある場合には、バルブタイミング進角値θＶＴＡの算
出結果に対し、その時々の負荷程度に応じて求められる
進角制限値θＬＩＭの値を上限値とする制限が加えら
れ、これによってバルブオーバラップが適度な大きさに
設定される。従って、エンジン１では、バルブオーバラ
ップによる内部ＥＧＲの量が所定値を越えない程度に適
度に調整されることになり、その内部ＥＧＲの量が過剰
になることはない。その結果、エンジン１の運転負荷状
態に応じた内部ＥＧＲの量により、排気中の窒素酸化物
を低減させて有効な排気浄化を図ることができる。併せ
て、極軽負荷域の場合と同じく、燃焼室４での失火の発
生を未然に防止することができ、失火による排気エミッ
ションの悪化を未然に防止することができる。つまり、
この実施例では、内部ＥＧＲに起因した失火を防止しな
がら、その内部ＥＧＲにより有効な排気浄化を図ること
ができる。
【００５６】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８の開閉タイミング
を連続的に変更するために油圧を駆動源として駆動され
るＶＶＴ２５を使用したが、ステップモータ等のアクチ
ュエータを駆動源として駆動されるＶＶＴを使用しても
よい。
【００５７】（２）前記実施例では、エンジン１の運転
状態に応じた進角制限値θＬＩＭの値を算出するために
吸気圧ＰＭの検出値を使用したが、その進角制限値θＬ
ＩＭの値を算出するために、吸気量の検出値を使用して
もよい。
【００５８】（３）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。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、内燃機関の運転状態に基づきバルブタイミングの制
御目標値を算出するようにしている。又、その算出結果
に基づき可変バルブタイミング機構の駆動を制御するこ
とにより、吸気バルブ及び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調整して、吸気バルブと排
気バルブとのバルブオーバラップを連続的に変更するよ
うにしている。そして、バルブオーバラップにより燃焼
室に再吸入される排気ガスの量、即ち内部ＥＧＲの量が
内燃機関の運転状態に応じた所定値を越えないように、
バルブタイミングの制御目標値に対して制限を加えるよ
うにしている。
【００６０】従って、内燃機関ではその燃焼室で内部Ｅ
ＧＲが有効に作用して排気ガス中の窒素酸化物が低減さ
れる。併せて、燃焼室で内部ＥＧＲの量が運転状態に応
じた所定値を越えないよう制限され、その内部ＥＧＲの
量が過剰になることはない。その結果、内燃機関の運転
負荷域に応じて内部ＥＧＲにより有効な排気浄化を図る
ことができ、併せて、その内部ＥＧＲに起因した失火の
発生を未然に防止することができ、延いては失火による
排気エミッションの悪化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示す概念構成図
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、同じくＶＶＴ等の構成を示
す断面図である。
【図５】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６】一実施例において、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８】一実施例において、吸気圧に対する進角制限値
の関係を示す制限値マップである。
【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、２５…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）、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）、８０…ＥＣＵ（８０により制御目
標値算出手段、駆動制御手段及び制御目標値制限手段が
構成されている）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 淳史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 遠藤 浩二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 曽根 茂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内

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ための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と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ための運転状態検出
    手段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、バルブタイ
    ミングの制御すべき目標値を算出するための制御目標値
    算出手段と、 前記制御目標値算出手段の算出結果に基づき、前記吸気
    バルブと前記排気バルブとのバルブオーバラップを連続
    的に変更すべく前記可変バルブタイミング機構を駆動制
    御するための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、 前記バルブオーバラップにより前記燃焼室に再吸入され
    る排気ガスの量が前記運転状態検出手段により検出され
    る前記運転状態に応じた所定値を越えないように、前記
    制御目標値算出手段の算出結果に対して制限を加えるた
    めの制御目標値制限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。
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