JPH11210424A - 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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JPH11210424A
JPH11210424A JP10019163A JP1916398A JPH11210424A JP H11210424 A JPH11210424 A JP H11210424A JP 10019163 A JP10019163 A JP 10019163A JP 1916398 A JP1916398 A JP 1916398A JP H11210424 A JPH11210424 A JP H11210424A
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vane body
hydraulic
engine
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Yuichi Kato
雄一 加藤
Takahiko Fujiwara
孝彦 藤原
Noriyoshi Morinaga
規義 盛永
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関性能の低下を最小に抑制し、機関始動時
から油温上昇までの間のバルブタイミング不安定を防止
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。 【解決手段】 内燃機関にベーン式可変バルブタイミン
グ機構10を設け、機構10のベーン体110に中間位
置ロックピンを設ける。機構10のハウジング100に
はベーン体がハウジングに対して最遅角位置と最進角位
置との中間に位置したときに中間位置ロックピン位置と
整合する中間位置ロック孔を設ける。機関始動後、油温
が低い間は作動油粘度が高いためバルブタイミングフィ
ードバック制御が不安定になる。制御回路30は、油温
が低い間は油圧で中間位置ロックピンを中間位置ロック
孔に係合させベーン体を中間位置に固定する。これによ
りバルブタイミングが固定されバルブタイミング不安定
が生じない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
タイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関のクランクシャフトに連結され
たハウジングと、該ハウジング内に回動可能に配置さ
れ、ハウジング内に進角油圧室と遅角油圧室とを区画形
成する、カムシャフトに連結されたベーン体とを備え
た、いわゆるベーン式バルブタイミング制御装置が知ら
れている。ベーン式バルブタイミング制御装置では、上
記進角油圧室と遅角油圧室とに作動油を供給することに
より、ハウジングとベーン体とを相対的に回動させてク
ランクシャフトとカムシャフトとの回転位相を変化させ
て機関のバルブタイミングを変更する。すなわち、進角
油圧室に作動油を供給するとともに遅角油圧室から作動
油を排出することにより、ベーン体をハウジングに対し
てバルブタイミングが進角する側に相対回動させ、遅角
油圧室に作動油を供給し進角油圧室から作動油を排出す
ることにより、ベーン体をハウジングに対してバルブタ
イミングが遅角する方向に相対回動させる。また、バル
ブタイミングを目標値に維持する場合には進角室と油圧
室との内部の作動油圧力を同じ圧力に制御することによ
り、ハウジングとベーン体との相対位置を一定に保持し
ている。
【0003】ベーン式バルブタイミング制御装置の例と
しては、例えば特開平9−60507号公報に記載され
たものがある。同公報のベーン式バルブタイミング制御
装置は、機関始動時にベーン体をハウジングに対して機
関バルブタイミングが最も遅角する最遅角位置に係止す
るストッパピストンを備えている。機関始動時等では、
油圧室に作動油を供給するオイルポンプの回転が低いた
め充分な量の作動油を油圧室に供給することができな
い。このため、クランクシャフトに連結されたハウジン
グが回転すると、ベーン体は進角油圧室側のハウジング
仕切壁に当接した状態で回転するようになる。すなわ
ち、ベーン体には進角油圧室側の仕切壁から直接カムシ
ャフト駆動トルクが伝達され、バルブタイミングは最遅
角タイミングとなる。ところが、機関運転中、ベーン体
にはカムシャフトを介してバルブの開閉に伴って正負に
変動する反力トルクが伝達される。油圧室に充分な圧力
の作動油が存在する場合は、この反力トルクによりベー
ン体が移動することはないが、機関始動時等の油圧がな
い状態では、ベーン体はバルブ反力トルクにより揺動し
てしまい仕切壁と衝突、離反を繰り返しながら回転する
ようになる。このため、ベーン式バルブタイミング制御
装置では機関始動時に仕切壁とベーンとの衝突により打
音が生じるのみならず、機関始動時のバルブタイミング
が一定しない問題が生じる。
【0004】上記特開平9−60507号公報のバルブ
タイミング制御装置では、上記問題を解決するために、
機関始動時の油圧室に作動油が充分に供給されない状態
ではベーン体をバルブタイミング最遅角位置に固定する
ようにしている。すなわち、上記公報の装置ではハウジ
ングとベーン体との摺動部の、ベーン体が最遅角位置に
ある時の位置に係合孔が設けられ、ベーン体には上記係
合孔に嵌合するように係合孔に向けてバネ付勢された最
遅角ロックピンが設けられている。機関始動時の油圧の
ない状態でベーン体がハウジング仕切壁に当接して最遅
角位置になると最遅角ロックピンがバネに付勢されて係
合孔に挿入され、ベーン体はハウジングに対して最遅角
位置に係止される。これにより、油圧がない状態でもベ
ーン体の位置が固定されるため、機関始動時の打音やバ
ルブタイミング変動等の問題が防止される。
【0005】また、上記ピンの下面には油圧室内の作動
油圧力が作用しているため、機関始動後オイルポンプの
回転が上昇し油圧室内の作動油圧力が上昇すると最遅角
ロックピンは油圧により係合孔から押し出されベーン体
の最遅角位置での固定は解除される。この状態では、油
圧室内に充分な圧力の作動油が供給されているため機関
運転状態に応じて適切な位置(バルブタイミング)にベ
ーン体を制御することが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報の
装置のように機関始動時に作動油圧が充分に上昇した状
態になると直ちにベーン体の係止を解除したのでは機関
バルブタイミングの制御が安定しない問題がある。前述
したように、ベーン式バルブタイミング制御装置ではベ
ーンを相互に対向する方向に付勢する進角油圧室と遅角
油圧室とが設けられているため、本来この両方の油圧室
内の作動油圧力を同一にすれば任意の位置(バルブタイ
ミング)にベーン体を保持することが可能なはずであ
る。しかし、実際には各要素間のクリアランスを通って
油圧室から作動油が排出されるため、ベーン体を目標位
置に精度良く保持するためには実際のベーン体位置(す
なわちバルブタイミング)を検出し、この実バルブタイ
ミングと目標バルブタイミングとに基づいて各油圧室に
供給する作動油圧力をフィードバック制御する必要があ
る。
【0007】しかし、作動油の温度が低く粘度が高い状
態では作動油の流動速度が遅くなるため、上記フィード
バック制御の応答性が低下してしまいバルブタイミング
を精度良く制御できない場合が生じる。このため、上記
公報のように機関始動後作動油圧力が上昇すると直ちに
ベーン体の係止を解除したのでは、作動油温度が低い間
はバルブタイミングが安定せず機関運転状態が不安定に
なる問題が生じる。
【0008】例えば上記公報の装置においても、ベーン
体の最遅角位置係止を油圧が上昇しても直ちには解除せ
ず、油温が低い間ベーン体の係止を継続するようにすれ
ば、始動後のバルブタイミング不安定が生じることを一
応は防止できる。ところが、機関始動後油圧は短時間で
上昇するものの、油温の上昇には油圧の上昇に較べてか
なり長時間を要するのが通常である。このため、油温が
フィードバック制御実施に充分なほど上昇するまでの間
ベーン体を最遅角位置に係止すると、機関始動後かなり
長時間機関が最遅角バルブタイミングで運転されること
になる。この場合、最遅角バルブタイミングは、通常運
転時の最適バルブタイミングから離れている場合が多い
ため、油温が充分に上昇するまで機関バルブタイミング
を最遅角タイミングに固定して運転したのでは、充分な
性能が得られない状態で長時間機関が運転されることに
なる問題が生じる。
【0009】一方、最遅角タイミングを通常運転時の最
適バルブタイミング付近に設定すれば油温上昇までの機
関性能低下は少ないものの、これではバルブタイミング
調節範囲を狭めることになり実際的ではない。本発明
は、上記問題に鑑み、機関性能の低下を最小に抑制し、
しかもバルブタイミング調節範囲を狭めることなく作動
油温度が上昇するまでの間のバルブタイミング不安定を
防止可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供
することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、内部に放射状に形成された仕切壁を有するハウ
ジングと、前記仕切壁によりハウジング内に形成される
区画を、進角油圧室と遅角油圧室とに区分する放射状ベ
ーンを有し、前記ハウジング内部に回動可能に配置され
たベーン体と、前記進角油圧室と遅角油圧室とに供給す
る作動油圧力を制御する油圧制御装置とを備え、前記ハ
ウジングを内燃機関のカムシャフトとクランクシャフト
とのうち一方に連結し、前記ベーン体を前記カムシャフ
トとクランクシャフトとのうち他方に連結し、前記進角
油圧室に作動油を供給することにより前記内燃機関バル
ブタイミングが進角する方向に、前記遅角油圧室内に作
動油を供給することにより前記内燃機関バルブタイミン
グが遅角する方向に、それぞれ前記ハウジングと前記ベ
ーン体とを相対的に回動させる内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置であって、前記作動油温度が予め定めた温
度以下のときに前記ベーン体を前記ハウジングに対し
て、バルブタイミング最進角位置と最遅角位置との中間
位置に係止する中間係止手段を備えた内燃機関のバルブ
タイミング制御装置が提供される。
【0011】すなわち、請求項1の発明では機関始動
後、油温が上昇するまでの間ベーン体はハウジングに対
してバルブタイミング最進角位置と最遅角位置との中間
に係止される。このため、油温が上昇するまでの間、機
関は中間のバルブタイミングに固定された状態で運転さ
れる。この中間のバルブタイミングは、例えば通常の運
転条件において機関性能の低下が少ないタイミング(例
えば可変バルブタイミング制御を行なわない従来の機関
のバルブタイミングと同等のタイミング)に設定され
る。これにより、油温が低くバルブタイミングのフィー
ドバック制御が安定しない状態で機関性能の低下を最小
に抑制するとともに、バルブタイミング調節範囲を狭め
ることなくバルブタイミング不安定が生じることが防止
される。
【0012】請求項2に記載の発明によれば、前記ベー
ン体は内燃機関の吸気カムシャフトに連結されており、
前記油圧室内の作動油圧力が予め定めた圧力より低いと
きに、前記ベーン体を前記ハウジングに対して、吸気バ
ルブタイミングの最遅角位置近傍に係止する最遅角係止
手段を備えた、請求項1に記載の内燃機関のバルブタイ
ミング制御装置が提供される。
【0013】請求項2の発明では、ベーン体は吸気カム
シャフトに接続されており吸気バルブタイミングが運転
条件に応じて制御されるようになっている。そして、機
関始動時に油圧室内の作動油圧力が低いときには、最遅
角係止手段によりベーン体は吸気バルブタイミングが最
遅角状態になる位置に固定される。これにより、機関始
動時に油圧が上昇するまでの打音やバルブタイミング変
動が生じることが防止される。また、機関始動時に吸気
バルブタイミングを最遅角状態に維持することにより、
吸気充填効率低下のために気筒実圧縮比が低下する。こ
れにより、機関始動時のクランキングが容易になり機関
の始動性が向上する。
【0014】請求項3に記載の発明によれば、前記中間
係止手段は、前記ハウジングとベーン体とのうちの一方
に形成された係合孔と、前記ハウジングとベーン体との
うちの他方に前記係合孔と係合可能に形成された係合部
材とを備え、前記係合孔に前記係合部材を係合させるこ
とにより前記ベーン体を前記ハウジングに係止する請求
項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置が提
供される。
【0015】すなわち、請求項3の発明では、中間係止
手段は係合部材(例えばピン)と係合孔とを係合させる
ことによりハウジングとベーン体とを中間位置に係止す
る。係合部材と係合孔との係合、脱離動作は、例えば係
合部材に油圧を作用させることにより行なわれる。請求
項4に記載の発明によれば、前記係合孔は、前記ハウジ
ングと前記ベーン体とが相対的に回動したときの前記係
合部材の移動軌跡に沿った形状の長孔に形成され、該長
孔の一方の端部は前記中間位置における前記係合部材位
置と対応する位置に、他方の端部はバルブタイミング最
遅角位置における前記係合部材位置と対応する位置に、
それぞれ配置され、前記油圧制御装置は前記作動油温度
が所定温度より低いときに前記進角油圧室に予め定めた
圧力の作動油を供給する請求項3に記載の内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置が提供される。
【0016】請求項4の発明では、油温が低い間進角油
圧室に予め定めた圧力の作動油を供給する。これにより
係合部材が上記長孔の進角側端部に当接するまでベーン
体が回動し油温が低い間機関バルブタイミングは中間位
置に固定される。なお、進角油圧室への作動油の供給は
進角油圧室の圧力を所定値まで上昇させるのみで足りる
ので、通常のバルブタイミングのフィードバック制御を
行なう必要はなく、油温が低いことによる制御遅れは生
じない。
【0017】請求項5に記載の発明によれば、前記中間
係止手段は、機関停止動作中(すなわち、イグニッショ
ンスイッチオフから機関の回転が停止するまでの間)若
しくは機関停止後に前記ベーン体を前記ハウジングに係
止する請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制
御装置が提供される。請求項5の発明では、機関停止動
作中または機関停止後にベーン体が中間位置に係止され
るため、機関始動時には最初からバルブタイミングは中
間位置に固定される。このため、機関始動時にバルブタ
イミングが最遅角位置から中間位置まで変化することが
なく、バルブタイミングの変化により機関始動性が悪化
することが防止される。なお、上記中間係止手段による
係止動作は、例えば機関停止動作中の作動油残圧により
行なっても良いし、機関停止後にスプリング等の機械的
付勢手段を用いて行なってもよい。
【0018】請求項6に記載の発明によれば、更に、機
関停止時に前記ハウジングとベーン体との相対回動範囲
を前記中間位置から前記中間位置よりバルブタイミング
進角側の予め定めた位置までの範囲に制限する制限手段
を備え、前記中間係止手段は、前記ハウジングとベーン
体とのうちの一方に形成された係合孔と、前記ハウジン
グとベーン体とのうちの他方に前記係合孔と係合可能に
形成された係合部材と、前記係合部材を前記係合孔に向
けて付勢する手段とを備え、前記油圧制御装置は機関停
止動作中にベーン体を前記制限手段により制限された範
囲内になるように回動させる請求項1に記載の内燃機関
のバルブタイミング制御装置が提供される。
【0019】請求項6の発明では、機関停止時にベーン
体は中間位置より進角側の範囲内に位置するように制御
される。一方、機関始動時で油圧室内の油圧が低い状態
ではベーン体は必ずハウジングに対してバルブタイミン
グ遅角方向に回動する。このため、機関停止時にベーン
体を中間位置より進角側に移動させておくことにより、
機関始動時のベーン体の遅角方向回動時必ず上記中間位
置を通過することになる。このため、中間係止手段によ
る係止動作が確実に行なわれる。
【0020】請求項7に記載の発明によれば、前記油圧
制御装置は機関停止動作中に前記ハウジングとベーン体
との相対位置が前記制限手段により制限される範囲内に
なるように進角油圧室と遅角油圧室とに供給する作動油
圧力を制御する、請求項6に記載の内燃機関のバルブタ
イミング制御装置が提供される。請求項7の発明では、
機関停止動作中にベーン体を上記制限範囲内に回動させ
る制御は進角油圧室と遅角油圧室とに供給する作動油圧
力を制御することにより行なわれる。これにより、機関
停止時に確実にベーン体が制限範囲内になるように回動
する。
【0021】請求項8に記載の発明によれば、前記油圧
制御装置は、作動油温度に基づいて機関停止動作中に前
記ベーン体が回動可能な回動量を演算する手段と、前記
演算された回動量に基づいて機関アイドル運転時のバル
ブタイミングを設定する手段とを備えた請求項7に記載
の内燃機関のバルブタイミング制御装置が提供される。
【0022】請求項8の発明では、油圧制御装置は機関
停止動作中に回動可能なベーン体の回動量を演算する。
すなわち、機関停止動作中油圧室に供給される油圧は低
下して行くため停止動作中にベーン体を回動させること
のできる量には制限がある。また、油温が高い場合には
油粘度が低く同一油圧でも各摺動部クリアランスからの
リーク量が大きくなり油圧は比較的に急速に降下するた
め、油温が低い場合に較べてベーン体の回動可能量は小
さくなる。本発明では、機関運転中に油温に基づいてベ
ーン体回動可能量を算出し、機関停止前のアイドル運転
時に上記回動可能量の範囲内で前述の制限範囲内にベー
ン体が到達できる位置まで機関バルブタイミングを制御
しておく。これにより、油温(残油圧力の低下速度)に
かかわらず、機関停止動作時にベーン体が確実に前述の
制限範囲内の位置まで回動するようになる。
【0023】請求項9に記載の発明によれば、更に、前
記中間係止手段により前記ハウジングとベーン体とが係
止されているときの実バルブタイミングを検出するとと
もに、検出したバルブタイミングの変動が予め定めた値
以上のときに、前記中間係止手段に異常が生じたと判定
する異常検出手段を備えた、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が提供される。
【0024】請求項9の発明では、ベーン体が中間係止
手段により中間位置に係止されているときの実バルブタ
イミングの変動に基づいて中間係止手段の異常の有無を
判定する。中間係止手段により係止されている状態では
実バルブタイミングは中間位置に固定されているはずで
ある。従って、中間係止手段が作動中に実バルブタイミ
ングが大きく変動する場合には中間係止手段に異常が生
じたために、実際にはベーン体が係止されていないと判
断することができる。
【0025】請求項10に記載の発明によれば、前記油
圧制御装置は、前記異常検出手段により中間係止手段に
異常が生じたと判定されたときに、前記遅角油圧室に作
動油を供給し前記ベーン体を機関バルブタイミングの最
遅角位置に保持する請求項9に記載の内燃機関のバルブ
タイミング制御装置が提供される。請求項10の発明で
は、中間係止手段に異常が検出された場合には、ベーン
体は油圧により最遅角位置に固定される。このため油温
が低くフィードバック制御の応答性が低下した状態でも
バルブタイミングが不安定になることがない。
【0026】請求項11に記載の発明によれば、更に、
前記進角油圧室と遅角油圧室との両方の油圧が予め定め
た圧力より低いときに、前記ベーン体を前記中間位置に
係止し、前記進角油圧室と遅角油圧室とのいずれか一方
の内部の油圧が前記予め定めた圧力以上になったときに
前記係止を解除する第2の中間係止手段を備え、前記油
圧制御装置は、前記第2の中間係止手段による係止が解
除された状態で機関バルブタイミングを進角または遅角
させる際に、前記ベーン体が前記中間位置を通過すると
きには前記進角油圧室と前記遅角油圧室との両方に作動
油を供給する請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置が提供される。
【0027】請求項11の発明では、機関始動時等の油
圧が低い状態でベーン体を中間位置に係止し、油圧上昇
後係止を解除する第2の中間係止手段が設けられてい
る。すなわち、請求項11の発明では、第2の中間係止
手段は進角室と油圧室とのうち一方でも油圧が所定値以
上になっている場合には係止を解除する。ところが、油
圧と油温とが共に上昇して通常のフィードバック制御中
を行なう際、バルブタイミング変更中にベーン体が中間
位置を通過するような場合には、例えば進角動作中であ
れば遅角油圧室からは作動油が排出され圧力が低下し、
同時に進角油圧室には作動油が供給される。このため、
ベーン体とハウジングとのクリアランス等を通って進角
油圧室から遅角油圧室への作動油のリークが生じるた
め、充分に進角油圧室内の油圧が上昇しない場合があり
得る。また、遅角動作中にも同様な状態が生じ得る。こ
のような場合には、ベーン体が中間位置を通過時に第2
の中間係止手段が油圧低下のために誤作動してベーン体
を中間位置に係止してしまい、目標バルブタイミングが
得られなくなる可能性がある。本発明では、通常のバル
ブタイミング制御中にベーン体が中間位置を通過する際
には、進角油圧室と遅角油圧室との両方に作動油を供給
することにより、進角油圧室と遅角油圧室との両方の油
圧を高く維持して確実に上記第2の中間係止手段が確実
に係止解除状態に保持されるようにする。これにより、
油圧上昇後の通常バルブタイミング制御中の第2の中間
係止手段の誤作動が防止される。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図1は本発明のバルブタイ
ミング制御装置を自動車用4気筒機関に適用した場合の
実施形態の概略構成を示す図である。図1において、参
照符号1は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では機
関1は互いに独立した吸気カムシャフトと排気カムシャ
フトとを有するDOHC(ダブルオーバーヘッドカムシ
ャフト)型4気筒機関とされている。本実施形態では機
関1の排気系は、それぞれ互いに排気の干渉を生じない
点火順序の2つの気筒がそれぞれ1つの排気通路に接続
されたいわゆるデュアルエキゾーストシステムとされて
いる。図1において、41は第1気筒と第3気筒との排
気を排気集合管51に合流させる排気枝管、43は第2
気筒と第4気筒との排気とを排気集合管52に合流させ
る排気枝管をそれぞれ示している。また、排気集合管5
1と52とは、下流側で単一の排気管57に合流してい
る。
【0029】図1において、61は機関1の各気筒を共
通の吸気通路63に接続する吸気マニホルド、17は吸
気通路63に配置されたスロットル弁である。また、吸
気通路63には機関吸入空気量(重量流量)を検出可能
な、例えば熱線式等のエアフローメータ21が配置され
ている。また、本実施形態では機関1には可変バルブタ
イミング機構10が設けられている。
【0030】以下、図2、図3を参照して図1の可変バ
ルブタイミング機構の構成について簡単に説明する。図
2は、本実施形態の可変バルブタイミング機構10の図
1、II−II線に沿った断面図、図3は図2のIII
−III線に沿った断面図を示す。図2、図3におい
て、13はクランク軸(図示せず)からチェーンにより
回転駆動されるタイミングプーリー、101は後述する
仕切壁を構成するスペーサ、102はエンドカバーを示
す。プーリー13、スペーサ101、エンドカバー10
2はボルト105により一体に締結され、プーリー13
とともに回転するハウジング100を構成する。また、
図2、図3に110で示すのは、ハウジング100内に
回動可能に収納されたベーン体である。ベーン体110
はボルト104により、機関1の各気筒の吸気弁(図示
せず)を開閉する吸気カムシャフト11に連結され、ハ
ウジング100とともに回転する。すなわち、吸気カム
シャフト11の駆動力は、クランク軸からチェーンを介
してプーリー13及びハウジング100に伝達され、ハ
ウジング100からベーン体110を介して吸気カムシ
ャフトに伝達される。
【0031】図2に示すように、ベーン体110はその
外周部にベーン111を、ハウジング100のスペーサ
101は、内部に放射状に形成された仕切壁103をそ
れぞれ備えている(本実施形態では、ベーン111、仕
切壁103の数はそれぞれ4つとされている)。図2か
ら判るように、ハウジング100内の仕切壁103相互
により仕切られた区画は、更に各ベーン111により区
画されそれぞれの区画内に2つの油圧室121、123
が形成されている。また、ハウジング100とベーン体
110との間の各摺動部はオイルシール107、113
等により油密が保たれている。本実施形態では、油圧室
121と123の一方に作動油(本実施形態では機関潤
滑油)を供給し、他方から作動油を排出することによ
り、機関運転中にハウジング100に対してベーン体1
10を相対的に回動させることにより吸気バルブタイミ
ングを変化させる。例えば、プーリー13の回転方向を
図2に矢印Rで示した方向とすると、油圧室121に作
動油を供給し、油圧室123から作動油を排出すること
によりベーン体110はハウジング100に対して矢印
Rの方向に変位する。ハウジング100、プーリー13
はクランク軸に同期して回転しているため、これにより
ベーン体110及びベーン体に連結された吸気カムシャ
フト11はクランク軸に対して回転位相が矢印R方向に
進角した状態でハウジング100と一体に回転するよう
になる。これにより、吸気カムシャフト11は、クラン
ク軸に対して回転位相が進角した位置に油圧室121、
123内の油圧で保持され、吸気バルブタイミングは進
角する。また、逆に油圧室123に作動油を供給し油圧
室121から作動油を排除することにより吸気バルブタ
イミングは遅角するようになる。このため、本明細書で
は、油圧室121を進角油圧室、油圧室123を遅角油
圧室と呼ぶ。
【0032】また、本実施形態では,ベーン体110を
ハウジング100に対して所定位置に固定するロックピ
ンが設けられている。ロックピンは用途に応じて複数個
設けることが可能であるが、図2では煩雑化を避けるた
めロックピン200を1つだけ示している。各種ロック
ピンの構成及び機能の詳細については後に詳述する。図
3において、115、117はそれぞれ進角油圧室12
1と遅角油圧室123に作動油を供給する油通路を示し
ている。進角油圧室121に供給される作動油は、カム
シャフト11の軸受内周に設けられた円周油溝(図示せ
ず)からカムシャフト内に穿設された軸方向油通路11
5に入り、ベーン体110の切欠115aからベーン体
110内に形成された環状油溝115bに流入する。そ
して、油溝115bから油通路115c(図2)を経
て、ベーン体110のベーン111付け根部分から進角
油圧室121内に流入する。また、遅角油圧室123に
供給される作動油は、カムシャフト11内に設けられた
別の円周油溝からカムシャフト11内の軸方向油通路1
17に入り、プーリー13とカムシャフト11摺動部に
形成された円周油溝117aからプーリー13内の油通
路117bを経て、ポート117cから遅角油圧室12
3内に流入する。
【0033】図3に25で示すのは、進角用油圧室12
1と遅角用油圧室123とへの作動油供給を制御するオ
イルコントロールバルブ(以下「OCV」と呼ぶ)25
である。OCV25は、スプール26を有するスプール
弁であり、進角用油通路115に配管を介して接続され
た油圧ポート26aと、遅角用油通路117に配管を介
して接続された油圧ポート26b、機関出力軸に駆動さ
れる潤滑油ポンプ等の圧力油供給源28に接続されたポ
ート26c及び2つのドレーンポート26d、26eを
備えている。OCV25のスプール26はポート26a
と26bのうちのいずれかをポート26cに連通し、他
方をドレーンポートに接続するように動作する。
【0034】すなわち、図3においてスプール26が右
方向に移動すると、進角用油通路115に連通するポー
ト26aはポート26cを介して油圧供給源28に接続
され、ドレーンポート26dは閉鎖される。また、この
時同時に遅角用油通路117に接続されたポート26b
はドレーンポート26eに連通する。このため、可変バ
ルブタイミング機構10の進角用油圧室121には、機
関の潤滑油ポンプ等の油圧供給源28から作動油が流入
し、進角油圧室121内の油圧を上昇させてベーン体1
10を図2の矢印R方向(進角方向)に押動する。ま
た、この時遅角油圧室123内の作動油は油通路11
7、OCV25のポート26b等を通りドレーンポート
26eから排出される。このため、ベーン体110はハ
ウジング100に対して図2のR方向に回動する。
【0035】また、図3において逆にスプール26が左
方向に移動すると、ポート26bはポート26cに接続
され、ポート26aはドレーンポート26dに接続され
る。これにより、遅角油圧室123には油通路117を
通って作動油が流入し、進角油圧室121からは油通路
115を通ってドレーンポート26dに作動油が排出さ
れるため、ベーン体110はハウジング110に対して
図2の矢印Rとは逆の方向に回動する。
【0036】また、スプール26が図3に示した中立位
置にあるときは、ポート26a、26bは両方とも閉鎖
される。図3に25bで示すのは、スプール26を駆動
するリニアソレノイドアクチュエータである。リニアソ
レノイドアクチュエータ25bは後述するECU30か
らの制御パルス信号を入力し、この制御パルス信号に応
じてスプール26を移動させることにより、ベーン体1
10の位置、すなわち吸気弁のバルブタイミングを変更
する。例えば、リニアソレノイドアクチュエータ25b
はECU30からの制御パルス信号がオンになると、ス
プール26を図3右方向に移動させ、進角油圧室121
に作動油を流入させる。また、リニアソレノイドアクチ
ュエータ25bはECU30からの制御パルス信号がオ
フになると、スプール26を図3左方向に移動させ、遅
角油圧室123に作動油を流入させる。ECU30は、
上記制御パルス信号のオン、オフデューティー比(信号
がオンになっている時間とオフになっている時間との合
計に占める信号オン時間の割合)を変化させることによ
り油圧室121と123とに供給する油量を制御する。
すなわち、制御パルス信号のデューティー比が100
(パーセント)の場合には、スプール26は図3右方向
に移動した状態に保持され、ポート26a及びドレーン
ポート26e は全開に保持されるため、作動油は進角油
圧室121のみに供給され、進角油圧室121内の油圧
が上昇する。また、同様に制御パルス信号のデューティ
ー比が0の場合には作動油は遅角油圧室123のみに供
給され、遅角油圧室123内の油圧が上昇する。制御パ
ルス信号のデューティー比が50(パーセント)の状態
では、ポート26aと26bとは交互に同じ時間だけ開
くため、可変バルブタイミング機構10の進角油圧室1
21と遅角油圧室123との両方に作動油が供給される
ことになる。図3に30で示すのは、OCV25の動作
を制御する電子制御回路(ECU)である。本実施形態
では、ECU30はリードオンリメモリ(ROM)3
2、ランダムアクセスメモリ(RAM)33、マイクロ
プロセッサ(CPU)34、入力ポート35、出力ポー
ト36を相互に双方向性バス31で接続した公知の構成
のマイクロコンピュータとして構成される。本実施形態
のECU30は、機関運転条件に応じてOCV25の動
作を制御して吸気弁のバルブタイミングを調節し、機関
運転条件に最適な吸気弁バルブタイミングを設定する。
この制御のため、ECU30の入力ポート35には、機
関の吸気通路63に設けられたエアフローメータ21か
ら機関吸入空気量(重量流量)Gに対応した電圧信号
と、機関1の潤滑油回路に配置した油温センサ23から
潤滑油温度Tに対応した電圧信号とが、それぞれAD変
換器29を介して入力されているほか、カムシャフトに
設けられたカム回転角センサ25からカムシャフト11
の回転角を表すパルス信号と、機関クランク軸に設けら
れたクランク軸回転角センサ27からクランク軸回転角
を表すパルス信号とが入力されている。なお、油温セン
サ23を設ける代わりに、機関1の冷却水温度を検出す
る冷却水温度センサを設け、検出した冷却水温度から潤
滑油温度Tを推定するようにしてもよい。
【0037】クランク軸回転角センサ27からのパルス
信号は、クランク軸回転720度毎に発生するクランク
軸の基準位置を示すN1信号と、クランク軸一定回転角
毎に発生するNE信号とからなり、カム回転角センサ4
5からは、カムシャフト回転360度毎にカムシャフト
が基準位置に到達したことを示すCN1パルス信号が発
生する。ECU30は一定時間毎にNE信号のパルス間
隔から機関回転数NEを計算するとともに、この機関回
転数NEを用いてN1信号とCN1信号との時間間隔か
らカムシャフト11の実際の回転位相(吸気弁のバルブ
タイミング)を演算する。この演算結果はRAM33に
格納される。また、吸入空気量Gと潤滑油温度Tとは、
一定時間毎にAD変換され同様にRAM33に格納され
る。
【0038】一方ECU30の出力ポート36は、駆動
回路25aを介してOCV25のアクチュエータ25b
に接続され、制御信号をアクチュエータ25bに供給し
ている。また、ECU30の出力ポートは、駆動回路2
40aを介してオイルスイッチングバルブ(以下OSV
と呼ぶ)240のアクチュエータに接続されている。O
SV240は、後述するロックピンへの作動油の供給を
制御するものである。OSV240については後述す
る。
【0039】なお、本実施形態では、ECU30は、上
記により算出された吸入空気量Gと機関回転数NEとか
ら機関1回転当たりの吸入空気量G/NEを算出し、こ
のG/NEと機関回転数NEとを機関負荷を代表するパ
ラメータとして用いて吸気バルブタイミングを設定す
る。すなわち、ECU30は予め設定された最適吸気バ
ルブタイミングをG/NEとNEとを用いた数値マップ
の形でROM32に格納してあり、この数値マップに基
づいて、算出したG/NEとNEとを用いて最適バルブ
タイミングを設定する。そして、実際のバルブタイミン
グが設定バルブタイミングになるようにOCV25に供
給する制御信号のデューティー比をフィードバック制御
する。このバルブタイミング制御操作は、本発明とは直
接関係しないため、ここでは詳細な説明は省略する。
【0040】次に、本実施形態のロックピン(例えば、
図2に200で例示したもの等)の機能について説明す
る。上述したように、本実施形態の可変バルブタイミン
グ機構10では、吸気弁のバルブタイミングは進角油圧
室121と遅角油圧室123とに供給する油圧を調節す
ることにより制御される。このため、例えば機関始動時
等で潤滑油ポンプから充分な量の作動油が供給されない
状態では、油圧室121、123内には充分な圧力の作
動油が存在しないため、ベーン体110を所望の位置に
保持することはできない。また、機関停止中に進角油圧
室121から作動油が抜けてしまっているような場合に
は、機関始動時にハウジング100が回転すると、ベー
ン体111は進角油圧室側の仕切壁103に当接し、進
角油圧室121内に充分な圧力の作動油が供給されるま
でこの状態で回転することになる。このとき、吸気バル
ブタイミングは最も遅角した状態になる。この時のハウ
ジング100に対するベーン体110の位置を本明細書
では最遅角位置と呼ぶ。
【0041】このように、最遅角位置でベーン111と
仕切壁103とが当接した状態で機関が運転されると、
ベーン体110は吸気弁開閉に伴ってカムシャフト11
に作用する反力トルクによって、仕切壁103と衝突、
離反を繰り返すようになり機関始動時に打音を生じるの
みならず、機関始動中に吸気バルブタイミングが変動す
るため機関始動性が悪化する場合が生じる。
【0042】そこで、このような場合にハウジング10
0とベーン体110との相対位置を固定するために、本
発明では、ベーン体110とハウジング100とを係止
するロックピンを設けている。図1から図3の可変バル
ブタイミング機構では、ロックピンの配置や動作につい
ていくつかの例が考えられる。以下にロックピンのいく
つかの実施形態についてそれぞれ図面を参照して説明す
る。 (1) 第1の実施形態 図4は、ロックピンの第1の実施形態を説明する図であ
る。図4は、煩雑化を避けるため、図2のハウジング1
00とベーン体110とを模式化して示している。
【0043】図4(A) 、(B) に示すように、本実施形態
では、ベーン体110のベーン111の1つには、最遅
角ロックピン210が、また他のベーンには中間位置ロ
ックピン230が設けられている。すなわち、本実施形
態では2つのロックピンが使用される。図4(A) はベー
ン体110のベーンがハウジング100の進角油圧室側
の仕切壁103に当接した最遅角位置にある状態を示し
ている。本実施形態では、プーリー13のハウジング1
00内側面には、ベーン体が図4(A) の最遅角位置にな
ったときに最遅角ロックピン210と整合する位置に最
遅角ロック孔211が設けられている。また、図4(B)
はベーン体110が図4(A) の最遅角位置から所定の角
度だけ回動した中間位置にある状態を示す。図4(B) の
中間位置は、吸気バルブタイミングが最も進角するベー
ン体位置(最進角位置)と図4(A) の最遅角位置との中
間の位置であり、機関1の全運転領域で比較的性能低下
が少ない吸気バルブタイミングが得られる位置とされ
る。図4(B) の中間位置は、例えば可変バルブタイミン
グ機構を持たない通常の固定バルブタイミング機関の吸
気バルブタイミング設定に相当する位置とされている。
本実施形態では、プーリー13のハウジング100内側
面には、ベーン体110が図4(B) の中間位置にあると
きに、中間位置ロックピン230と整合する位置に中間
位置ロック孔231が設けられている。
【0044】図5(A) (B) は最遅角ロックピン210の
動作状態を説明する図であり、図5(A) はベーン体11
0が図4(A) に示す最遅角位置にあり、最遅角ロックピ
ン210が最遅角ロック孔211と係合した状態を示
す。また、図5(B) は最遅角ロックピン210と最遅角
ロック孔211との係合が解除された状態を示してい
る。
【0045】図5(A) (B) に示すように、最遅角ロック
ピン210は大径ピストン部210aと、小径ピストン
部210bとを有しており、ベーン111内にはロック
ピン210を収容するガイド孔219が設けられてい
る。また、ガイド孔219は大径ピストン部210aと
摺接する大径部219aと小径ピストン部210bと摺
接する小径部219bとからなっている。最遅角ロック
孔211は小径ピストン部210bを収容するのに充分
な径を有している。
【0046】更に、ベーン111内には油圧通路213
と215とが設けられている。油圧通路213は、進角
油圧室121とガイド孔小径部219bとを接続し、進
角油圧室121内の油圧を小径ピストン部210bとガ
イド孔小径部219bとの間の間隙を介して小径ピスト
ン部219b下部に導入するものである。また、油圧通
路215は、遅角油圧室123とガイド孔大径部219
aとを接続し、遅角油圧室123内の油圧をガイド孔大
径部219a内のロックピン大径ピストン部210a下
部に導入するものである。また、ロックピン210は、
大径ピストン部210a上部に配置された圧縮スプリン
グ217により常時下方に付勢されている。
【0047】前述したように、機関始動時等で油圧室1
21及び123の両方に油圧がない状態では、ベーン体
110はハウジング100の回転により図4(A) の最遅
角位置になり、ハウジング100の仕切壁103と当接
した状態で回転する。このとき、最遅角ロックピン21
0と最遅角ロック孔211との位置は整合し、ロックピ
ン210はスプリング217に付勢されて最遅角ロック
孔211に係合する。このため、油圧室121及び12
3の両方に油圧がない状態ではベーン体110は最大遅
角位置に係止された状態になり、吸気弁駆動反力トルク
がベーン体110に作用してもベーン体位置は固定され
る。これにより、機関始動時のベーン体と仕切壁の衝突
による打音や、始動時のベーン体位置変化によるバルブ
タイミングの変動が生じることが防止される。
【0048】一方、機関が始動して潤滑油ポンプの回転
が上がると、油圧室121と123とには充分な量の作
動油が供給されるようになる。この状態で、油圧室12
1と123との内いずれか一方の圧力が上昇すると、油
圧通路213または215を介してロックピン210の
大径ピストン部210a下面または小径ピストン部21
0b下面に油圧が導入され、この油圧が充分に高くなる
と最遅角ロックピン210はスプリング217の付勢力
に抗して上昇し、小径ピストン部210bと最遅角ロッ
ク孔211との係合が解除される。この状態では、進角
油圧室121に充分な圧力の作動油が供給されているた
め、ベーン体110を最遅角位置から進角方向に回動さ
せることが可能となる。
【0049】すなわち、最遅角ロックピン210は機関
始動時等の油圧低下時にベーン体110を最遅角位置に
係止して打音等の発生を防止するとともに、始動後の油
圧上昇とともに自動的にベーン体の係止を解除してバル
ブタイミングの進角を可能とするものである。本実施形
態では、前述のように上記最遅角ロックピン210に加
えて中間位置ロックピン230が設けられている。図6
(A) (B) は中間位置ロックピン230の動作状態を説明
する図であり、図6(A) はベーン体110が中間位置以
外の位置にあり、中間位置ロックピン230と中間位置
ロック孔231とが整合していない状態を、図6(B) は
ベーン体110が図4(B) の中間位置にあり、ロックピ
ン220とロック孔231とが係合した状態を示してい
る。
【0050】本実施形態で、最遅角ロックピン210に
加えて中間位置ロックピン230を設けたのは以下の理
由による。上述したように、機関始動時等で油圧が低い
場合には最遅角ロックピン210によりベーン体110
は最遅角位置に係止される。しかし、始動後油圧が上昇
すると、最遅角ロックピン210による係止は解除され
てしまいベーン体110は油圧室121と123とに供
給される油圧に応じて回動するようになる。
【0051】この状態では、本来であればベーン体位置
(バルブタイミング)のフィードバック制御が可能なは
ずであるが、実際の運転では機関始動後の油温が低いた
め、作動油の粘度が高くOCV25の開度(デューティ
ー比)変化に対する油圧室121、123内の油圧変化
の応答が低下している。このため、実際には機関始動後
油圧が上昇しても油温がある程度上昇するまではバルブ
タイミングのフィードバック制御が安定しない状態が続
き、バルブタイミングが変動する問題がある。
【0052】そこで、本実施形態では、機関始動後油圧
の上昇に伴って最遅角ロックピン210によるベーン体
110の係止が解除された後、油温がフィードバック制
御が安定する温度まで上昇する間中間位置ロックピン2
30を用いてベーン体110を図4(B) の中間位置に係
止するようにしている。これにより、油温が十分に上昇
するまで機関バルブタイミングは性能低下の比較的少な
い中間のバルブタイミングに固定されるため上記問題が
解決される。
【0053】次に図6(A) (B) を用いて中間位置ロック
ピン230の動作について説明する。中間位置ロックピ
ン230は、最遅角ロックピン210と同様大径ピスト
ン部230aと小径ピストン部230bとからなる。ま
た、中間位置ロックピン230を収容するベーン111
内のガイド孔239には、大径ピストン部230aと摺
接する大径部239aと小径ピストン部230bと摺接
する小径部239bとが設けられている。更に、ガイド
孔239には中間位置ロックピン230を下方に付勢す
る圧縮スプリング237が配置されている。また、本実
施形態ではガイド孔大径部239aの中間位置ロックピ
ン大径ピストン部230a下側をOSV240と接続す
る、図3の油通路115と同様な油通路241がカムシ
ャフト11とベーン体111内部に設けられている。
【0054】OSV240はOCV25と同様な構成の
スプール弁であり、ECU30からの制御信号がオンに
なると油通路241を潤滑油ポンプ28等の油圧源に接
続し、制御信号がオフになると油通路241をドレーン
に接続する。OSV240がオフの状態では、中間位置
ロックピン230の大径ピストン部230a下面には油
圧が作用しないため、ロックピン230はスプリング2
37により図の下方向に押圧されている(図6(A) )。
このため、OSV240がオフの状態でベーン体110
が図4(B) の中間位置になると、中間位置ロックピン2
30はスプリング237に押動されて中間位置ロック孔
231と係合し、ベーン体110を中間位置に係止する
(図6(B) )。
【0055】一方、OSV240がオンになるとOSV
240から油通路241を介して中間位置ロックピン大
径ピストン部230a下面に油圧が供給されるため、ロ
ックピン230はスプリング237の付勢力に抗して図
の上方に移動する。この状態では、ロックピン230は
中間位置においても中間位置ロック孔231とは係合せ
ず、ベーン体110は係止されない。また、図6(B) の
ように係止状態にある場合でも、OSV240がオンに
なるとベーン体の係止は解除され、ベーン体は自由に回
動可能となる。
【0056】本実施形態では、ECU30は油温センサ
で検出した油温Tが予め定めた温度以下のときにはOS
V240をオフ状態に保持し、油温Tが予め定めた温度
に到達後はOSV240をオン状態に保持する。これに
より、機関始動後油温が所定値に上昇するまでベーン体
110は中間位置に係止される。次に機関始動から油温
が上昇するまでの最遅角ロックピン210と中間位置ロ
ックピン230との動作について説明する。
【0057】 機関始動時(油圧、油温とも低) この状態では、ECU30はOCV25のデューティー
比を100%(進角油圧室121に作動油を供給する位
置)に設定するとともに、OSV240をオフにする。
機関始動時には潤滑油ポンプの吐出圧力が低いため、O
CV25のデューティー比が100%に設定されていて
も進角油圧室121内の油圧は上昇せず、ベーン体11
0は図4(A) に示した最遅角位置になる。また、この状
態では、最遅角ロックピン210はスプリング217に
より下方に付勢されているため、最遅角ロックピン21
0と最遅角ロック孔211との位置が整合すると最遅角
ロックピン210は最遅角ロック孔211に係合する。
これにより、ベーン体110は最遅角位置に係止される
(図5(A) )。
【0058】また、OSV240がオフのため、中間位
置ロックピン230はスプリング237により下方に押
圧されているが、中間位置ロック孔231の位置と整合
しないため、ロック孔231とは係合しない(図6(A)
)。 機関始動後油圧上昇時(油圧高、油温低) この状態では、OCV25とOSV240は機関始動時
と同じ状態に保持される。このため、機関始動後油圧が
上昇すると、OCV25を通じて進角油圧室121に作
動油が供給され、進角油圧室121内の油圧が上昇す
る。これにより、油圧通路213を通じて最遅角ロック
ピン210の小径ピストン部210b下面に油圧が作用
するようになり、最遅角ロックピン210はスプリング
217の付勢力に抗して上昇し、最遅角ロックピン21
0と最遅角ロック孔211との係合が解除される(図5
(B) )。このため、ベーン体110は進角油圧室121
内の油圧に押され進角方向に回動する。この回動中にベ
ーン体110が図4(B) の中間位置に到達すると、中間
位置ロックピン230と中間位置ロック孔231との位
置が整合し、中間位置ロックピン230はスプリング2
37に押されて中間位置ロック孔231に係合する。こ
れにより、機関始動後油圧が上昇しても、油温が十分に
上昇してフィードバック制御が安定するまでは、バルブ
タイミングは比較的性能低下の少ない位置に固定される
ことになる。
【0059】 機関始動後油温上昇時(油圧、油温と
も高) 機関始動後油温が予め定めた温度以上になると、ECU
30はOSV240をオンにする。これにより、中間位
置ロックピン大径ピストン部230a下面に油圧が作用
し、中間位置ロックピン230はスプリング237の付
勢力に抗して上昇する。これにより、中間位置ロックピ
ン230と中間位置ロック孔231との係合が解除され
る。また、油温が上記所定値に到達するとECU30は
OCV25のフィードバック制御を開始する。この状態
では油温は十分に上昇しているため、フィードバック制
御の応答遅れは生じず、機関バルブタイミングは運転状
態に応じて最適なタイミングに制御されるようになる。 (2) 第2の実施形態 図7、図8はロックピンの構成の第2の実施形態を示す
図4、図6と同様な図である。図7、図8において図
4、図6と同一の参照符号は図4、図6と同様な要素を
表している。
【0060】本実施形態では、第1実施形態と同様、最
遅角ロックピン210と中間位置ロックピン230との
2つのロックピンが用いられている。また、最遅角ロッ
クピン210、中間位置ロックピン230及び最遅角ロ
ック孔211の構成は第1実施形態のものと同一とさ
れ、中間位置ロック孔231の形状のみが第1実施形態
と相違している。
【0061】すなわち、第1実施形態では中間位置ロッ
ク孔231の形状は、中間位置ロックピン230の断面
形状に対応した真円形状であったのに対して、本実施形
態では、中間位置ロック孔231の形状は、ベーン体1
10が最遅角位置(図7(A))から中間位置(図7(B)
)まで回動したときに、中間位置ロックピン230が
描く軌跡に沿った長孔形状とされる。これにより、本実
施形態では中間位置ロックピン230と中間位置ロック
孔231とが係合した状態でもベーン体110は固定さ
れずに、最遅角位置と中間位置との間を回動可能となっ
ている(図8(A)、(B) 参照)。
【0062】次に、本実施形態における最遅角ロックピ
ン210と中間位置ロックピン230との動作について
説明する。 機関始動時(油圧、油温とも低) この状態では、第1実施形態と同様ECU30はOCV
25のデューティー比を100%(進角油圧室121に
作動油を供給する位置)に設定するとともに、OSV2
40をオフにする。このため、第1実施形態と同様に、
最遅角ロックピン210は最遅角ロック孔211と係合
し、ベーン体110は図7(A) に示した最遅角位置に係
止される。しかし、本実施形態では、中間位置ロック孔
231は最遅角位置まで延設されているため、最遅角位
置においても中間位置ロックピン230と中間位置ロッ
ク孔231とが係合可能となっている。このため、中間
位置ロックピン230はスプリング237により下方に
押圧されて中間位置ロック孔231(長孔)と係合する
(図8(A) )。
【0063】 機関始動後油圧上昇時(油圧高、油温
低) 機関始動後油圧が上昇すると、第1の実施形態と同様最
遅角ロックピン210と最遅角ロック孔211との係合
が解除される。この状態では油温が低いため、まだOS
V240はオフにされており中間位置ロックピン230
は中間位置ロック孔231に係合したままになってい
る。しかし、本実施形態では中間位置ロック孔231は
長孔とされているため、進角油圧室121内の油圧が上
昇して最遅角ロックピン210による係止が解除される
と、中間位置ロックピン230と中間位置ロック孔23
1とが係合した状態のままベーン体110は進角方向に
回動する。これにより、中間位置ロックピン230はベ
ーン体の回動につれて中間位置ロック孔231内を移動
する。そして、中間位置ロックピン230が中間位置ロ
ック孔231の最進角側の端部に当接するとベーン体1
10のそれ以上の進角は阻止される(図8(B) )。これ
により、ベーン体110は進角油圧室121内の油圧に
押圧され中間位置にロックされる。
【0064】 機関始動後油温上昇時(油圧、油温と
も高) 機関始動後油温が予め定めた温度以上になると、第1実
施形態と同様、ECU30はOSV240をオンにする
とともに、OCV25のデューティー比のフィードバッ
ク制御を開始する。これにより、中間位置ロックピン2
30と中間位置ロック孔231との係合が解除されると
ともに、機関バルブタイミングが運転状態に応じてフィ
ードバック制御されるようになる。
【0065】第1の実施形態のように、中間位置ロック
ピン230と中間位置ロック孔231との係合がベーン
体110が中間位置になったときにのみ可能な構造とす
ると、ベーン体の回動中に中間位置ロックピン230が
ロック孔と係合可能な状態になる時間が短くなってしま
い、中間位置で確実にベーン体を係止できない場合が生
じる。これに対して本実施形態では、機関始動時から常
に中間位置ロックピン230と中間位置ロック孔231
とを係合させているため、油圧上昇後確実にベーン体1
10を中間位置に係止することができる利点がある。 (3) 第3の実施形態 図9、図10はロックピンの構成の第3の実施形態を示
す図7、図8と同様な図である。本実施形態では、最遅
角ロックピン210は設けられておらず、その代わりに
中間位置ロックピン230と進角制限ピン250とが設
けられている。本実施形態の中間位置ロックピン230
は、図4の最遅角ロックピン210と全く同一の構造と
されており、ただ中間位置(図9(B) )においてのみ真
円の中間位置ロック孔231と係合するようになってい
る点が図4の最遅角ロックピン210と相違している。
すなわち、本実施形態の中間位置ロックピン230は、
進角油圧室121、遅角油圧室123のいずれかの圧力
が上昇した場合には自動的に中間位置ロック孔231と
の係合が解除される。
【0066】一方、進角制限ピン250は、図8の中間
位置ロックピンと全く同一の構成とされており、進角制
限ピン250と係合する進角制限孔251も図8の中間
位置ロック孔231と同様に、最遅角位置から中間位置
に対応する位置まで延設された長孔となっている。本実
施形態においても、進角制限ピン250と進角制限孔と
の係合はOSV240のオン・オフにより制御される。
【0067】本実施形態では、機関停止時に潤滑油回路
中の残油圧力を用いて中間位置までベーン体110を移
動させ、予めベーン体を中間位置にロックしておく点が
第1、第2実施形態と相違している。すなわち、本実施
形態では、機関始動時から油温が上昇するまでの間ベー
ン体110は常に中間位置に係止されることになる。前
述の第1、第2実施形態では機関始動時にはベーン体1
10は最遅角位置に係止され、始動後油圧が上昇すると
中間位置に係止されていた。このため、機関始動後の運
転が安定しない状態でバルブタイミングが最遅角バルブ
タイミングから中間バルブタイミングまで変化すること
になり、機関の始動性が悪化したり、機関運転状態が更
に不安定になるなどの問題が生じる場合がある。
【0068】これに対して、本実施形態では機関始動時
から常にバルブタイミングは一定になるため上記始動性
の悪化や運転状態の不安定化等の問題が生じることが防
止される。以下、本実施形態の中間位置ロックピン23
0と進角制限ピン250との動作について説明する。
【0069】 アイドル運転時(機関停止前) 本実施形態では、ECU30は機関がアイドル運転され
ていることを吸入空気量Gと回転数NEとに基づいて判
断する。そして、アイドル運転時にはバルブタイミング
を最遅角状態に制御する(図9(A) )とともに、進角制
限ピン250のOSV240をオフにする。これによ
り、進角制限ピン250はスプリング259に押動され
て進角制限孔251と係合する。また、この状態では、
油圧室121、123には十分な油圧が発生しているた
め中間位置ロックピン230は中間位置ロック孔231
とは係合しない。
【0070】 機関停止時 アイドル運転から機関が停止されると、ECU30はO
SV240をオフにしたまま、OCV25のデューティ
ー比を100%に設定する。これにより進角油圧室12
1には機関の潤滑油回路の残油圧力により作動油が流入
するようになる。このため、機関停止時にはベーン体1
10は最遅角位置から進角側に回動する。ところが、機
関停止時には進角制限ピン250と進角制限孔251と
が係合したままになっているため、ベーン体110の進
角は進角制限孔251の進角側端部と進角制限ピン25
0とが当接する位置(すなわち中間位置)で制限され、
残油圧力の低下後はベーン体110はこの中間位置に停
止する。
【0071】本実施形態では、油圧室121、123内
の圧力が低下すると中間位置ロックピン230は自動的
に中間位置ロック孔231と係合するため、機関停止後
残油圧の低下により油圧室内圧力が低くなると中間位置
ロックピン230が中間位置ロック孔231に係合し、
ベーン体110は機関停止後中間位置にロックされる
(図9(B) 、図10(B) )。
【0072】なお、アイドル運転から機関が停止されず
再び機関回転数が上昇した場合には、ECU30はOS
V240をオンにして進角制限ピン250と進角制限孔
251との係合を解除するとともに、OCV25により
バルブタイミングを最適タイミングにフィードバック制
御する。 機関始動時 機関が再始動されると、機関始動時の油圧が低い間はベ
ーン体110は中間位置ロックピン230と中間位置ロ
ック孔231との係合により中間位置に係止される。ま
た、機関始動時にECU30は油温が所定温度に到達す
るまでOSV240をオフ状態に保持するとともに、O
CV25のデューティー比を100%に設定する。機関
始動後油圧が上昇すると中間位置ロックピン230によ
る係止は自動的に解除されるが、これにより進角制限ピ
ン250と進角制限孔251との係合は保持されるた
め、進角制限ピン250は進角油圧室121内に供給さ
れる油圧により進角制限孔251の進角側の端面に当接
し、押圧、固定される。これにより、始動後油温が上昇
するまでの間ベーン体110は中間位置に係止される
(図9(B) 図10(B) )。
【0073】 油温上昇後 機関始動後油温が所定値まで上昇すると、ECU30は
OSV240をオンにするとともに、OCV25のデュ
ーティー比を機関の実バルブタイミングに基づいてフィ
ードバック制御する。これにより、進角制限ピン250
と進角制限孔251との係合が解除され、バルブタイミ
ングが機関運転状態に応じて最適なタイミングにフィー
ドバック制御されるようになる。 (4) 第4の実施形態 次に図11を用いてロックピンの構成の第4の実施形態
について説明する。
【0074】本実施形態では、第1の実施形態と同一の
構成の、OSV240により中間位置ロック孔231と
係合、離脱する中間位置ロックピン230が用いられて
おり、中間位置ロック孔231真円断面形状である点も
第1実施形態と同様である。しかし、本実施形態では第
1実施形態における最遅角ロックピン210や第3実施
形態における進角制限ピン250等は設けられておら
ず、代わりにベーン体110を互いに対向する方向に付
勢するスプリング261、263がそれぞれ進角油圧室
121と遅角油圧室123とに配置されている。スプリ
ング261、263は、油圧室121と123とに油圧
が発生していない状態では、ベーン体110が図11に
示した中間位置にある状態でバランスするようにその付
勢力が設定されている。
【0075】本実施形態においても、ベーン体110は
機関停止時または停止後に中間位置に係止され、機関始
動後油温が所定温度まで上昇したときに係止が解除され
る。すなわち、機関停止時にはECU30は中間位置ロ
ックピン230のOSV240をオフにする。このた
め、機関が停止され油圧室121、123内の油圧が低
下するとベーン体はスプリング261、263の付勢力
がバランスする中間位置に回動する。このとき、中間位
置ロックピン230と中間位置ロック孔231との位置
が整合し中間位置ロックピン230が中間位置ロック孔
231と係合する。すなわち、機関停止中はベーン体1
10は中間位置に固定される。
【0076】機関始動時及び機関始動後油温が所定値ま
で上昇する間、ECU30はOSV240をオフ状態に
保持する。このため、機関始動時及びその後油温が上昇
するまでの間、中間位置ロックピン230と中間位置ロ
ック孔231との係合が保持され、第3実施形態と同様
にベーン体110は中間位置に係止されるようになる。
油温が所定値まで上昇すると、ECU30はOSV24
0をオンにして中間位置ロックピン230と中間位置ロ
ック孔231との係合を解除するとともに、OCV25
によるバルブタイミングのフィードバック制御を開始す
る点も第3実施形態と同様である。
【0077】本実施形態によれば、進角制限ピン等を用
いることなく確実に機関始動時から油温が上昇するまで
の間ベーン体110を中間位置に係止することが可能と
なっている。 (5) 第5の実施形態 次に図12と図13とを用いてロックピンの構成の第5
の実施形態について説明する。
【0078】本実施形態では、図6(第1実施形態)と
同一の構造の中間位置ロックピン230及び断面真円形
状の中間位置ロック孔231が設けられている。すなわ
ち、中間位置ロックピン230はOSV240のオン・
オフにより中間位置ロック孔231との係合、離脱が制
御される。また、本実施形態においても、進角制限ピン
250と長孔形状の進角制限孔251とが設けられてい
るが、進角制限孔251はベーン体110の中間位置に
対応する位置から中間位置より進角側の適宜な位置まで
延設されている点が図9、図10(第3実施形態)と相
違している。すなわち、本実施形態では、進角制限ピン
250と進角制限孔251とが係合した状態では、ベー
ン体110の回動範囲は中間位置から中間位置より進角
側の適宜な位置までの範囲に制限されることになる。
【0079】また、本実施形態では進角制限ピン250
の係合、離脱を制御するOSV240(図10)が設け
られておらず、油圧室121、123内に発生する油圧
により進角制限ピン250と進角制限孔251との係
合、離脱が制御される点が図9、図10(第3実施形
態)と相違している。図13(A) から(D) に示すよう
に、本実施形態の進角制限ピン250は、大径ピストン
部250a、小径ピストン部250bとを備え、ベーン
体110のベーン111内には、進角制限ピン250の
ガイド孔259と進角油圧室121、遅角油圧室123
とをそれぞれ連通する油圧通路253、255が設けら
れている。油圧通路253、255は油圧室121、1
23内の油圧を進角制限ピンの大径ピストン部250a
下側に導入するものである。すなわち、進角油圧室12
1または遅角油圧室123のいずれかに十分な油圧が発
生している状態では、進角制限ピン250は大径ピスト
ン部250a下面に作用する油圧により、スプリング2
57の付勢力に抗して上方に移動し、進角制限孔251
との係合が解除される。また、油圧室121、123の
いずれにも油圧が発生していない状態では、進角制限ピ
ン250はスプリング257に付勢されて進角制限孔2
51に係合する。
【0080】以下、本実施形態の中間位置ロックピン2
30と進角制限ピン250との動作について説明する。 アイドル運転時(機関停止前) 本実施形態では、ECU30は機関アイドル運転時には
バルブタイミングを最遅角状態と中間位置との間の位置
に制御する(図12(A) )。また、後述するように油温
が所定値まで上昇した状態ではECU30はOSV24
0をオン状態に保持している。この状態では、油圧室1
21と123との両方に十分な油圧が発生しているた
め、進角制限ピン250は上方に移動しており進角制限
孔251とは係合していない(図13(A) )。また、O
SV240がオン状態に保持されているため、中間位置
ロックピン230も中間位置ロック孔231とは係合し
ていない。
【0081】 機関停止時 アイドル運転から機関が停止されると、ECU30はO
SV240をオフにするとともに、バルブタイミングを
進角させて、進角制限ピン250が進角制限孔251
(長孔)内に入る位置まで潤滑油回路内の残圧によりベ
ーン体110を回動させる(図13(B) )。前述のよう
に、本実施形態では、機関停止前のアイドル運転時には
ベーン体110は最遅角位置と中間位置との間に保持さ
れているため、進角制限ピン250を進角制限孔251
と整合する位置に移動させるためのベーン体110回動
量は比較的小さくなる。従って、機関停止時に潤滑油回
路残油圧力が急速に低下する場合(例えば油温が高い場
合)にも、十分に進角制限ピン250と進角制限孔25
1との位置を整合させることができる。また、進角制限
孔251は長孔に形成されており、ベーン体110の回
動は進角制限孔251の範囲に進角制限ピン250を移
動させるだけで足りるため、厳密なベーン体110の位
置制御は必要とされない。この状態で油圧が低下する
と、進角制限ピン250は進角制限孔251に係合する
(図13(C) )。また、OSV240がオフにされるた
め、中間位置ロックピン230は中間位置ロック孔23
1と位置が整合した場合には係合状態となるが、位置が
整合していない場合には中間位置ロック孔231より進
角側位置に保持される。
【0082】 機関始動時 機関が再始動されると、ECU30はOSV240をオ
フ状態に保持したままOCV25のデューティー比を0
%に設定し、遅角油圧室123に作動油を供給する。し
かし、機関始動中には、潤滑油ポンプ油圧が上昇しない
ため、遅角油圧室123内の油圧は低いままとなる。こ
の状態では、機関停止時に中間位置ロックピン230と
中間位置ロック孔231とが係合していない場合には
(すなわち、中間位置ロックピン230が中間位置ロッ
ク孔231より進角側に保持されていた場合には)、ハ
ウジング100の回転によりベーン体110が遅角側に
回動する。このため、進角制限ピン250は進角制限孔
251と係合したまま遅角側に移動し、制限孔251の
遅角側端部(すなわち中間位置)に当接し、ベーン体1
10が停止する。この状態では、中間位置ロックピン2
30と中間位置ロック孔231との位置が整合するた
め、中間位置ロックピン230が中間位置ロック孔23
1と係合し、ベーン体110は中間位置に係止される。
機関始動後遅角油圧室123内の油圧が上昇すると、進
角制限ピン250は油圧室123内の油圧により進角制
限孔251との係合を解除されるが、OSV240は油
温が上昇するまでオフ状態に保持されるため、中間位置
ロックピン230と中間位置ロック孔231との係合が
保持され、ベーン体110は中間位置に引き続き係止さ
れる。 (6) 第6の実施形態 次に図14と図15とを用いてロックピンの構成の第6
の実施形態について説明する。
【0083】本実施形態では、第5実施形態の中間位置
ロックピン230(図12、図13)を設けずに、進角
制限ピン250に中間位置ロックピン230の機能を持
たせた点が第5実施形態と相違している。第15図に示
すように、本実施形態の進角制限ピン250は、第5実
施形態とは異なり、図8の進角制限ピン250と同様O
SV240により進角制限孔251との係合、離脱が制
御される。また、本実施形態の進角制限孔251は、第
5実施形態と同様な範囲に設けられた長孔形状とされて
いるが、長孔底面のの最も遅角側の部分に進角制限ピン
250と係合しベーン体110を中間位置に係止する中
間位置ロック孔231が設けられた二重構造となってい
る点が第5実施形態と相違している。
【0084】以下、本実施形態の進角制限ピン250の
動作について説明する。 アイドル運転時(機関停止前) 本実施形態では、第5実施形態と同様油温上昇後はOS
V240はオン状態に保持されており、進角制限ピン2
50は進角制限孔251、中間位置ロック孔231とは
係合していない(図15(A) )。機関停止前のアイドル
運転状態では、本実施形態においても第5実施形態と同
様、ベーン体110が最遅角位置と中間位置との間に位
置するようにバルブタイミングが制御される(図14
(A) )。
【0085】 機関停止時 機関停止時には、ECU30はOSV240をオフにす
るとともに、第5実施形態と同様潤滑油回路内の残油圧
力でバルブタイミングを進角させて、進角制限ピン25
0が進角制限孔251の範囲内に入るようにベーン体1
10を移動させる(図14(B) )。この状態では、進角
制限ピン250と中間位置ロック孔231との位置が整
合しない場合、進角制限ピン250は進角制限孔251
と係合し、長孔251の底面と当接する(図15(B)
)。また、進角制限ピン250と中間位置ロック孔2
31との位置が整合した場合には、進角制限ピン250
は更に下方に移動し、中間位置ロック孔231に係合す
る。
【0086】 機関始動時 機関始動時には、ECU30はOSV240をオフ状態
に維持する。始動中の油圧が低い状態では、ハウジング
100の回転によりベーン体110は遅角側に回動する
ため進角制限ピン250は進角制限孔251内を遅角側
に移動し、遅角側の端部に当接して停止する(図14
(C) )。このため、進角制限ピン250と中間位置ロッ
ク孔231との位置が整合し、進角制限ピン250が更
に下方に移動して中間位置ロック孔231と係合する
(図15(C) )。これにより、ベーン体110は中間位
置に係止される。
【0087】 油温上昇後 機関始動後油温が所定値まで上昇すると、ECU30は
OSV240をオンにするとともに、OCV25のデュ
ーティー比を機関の実バルブタイミングに基づいてフィ
ードバック制御する。これにより、進角制限ピン250
と中間位置ロック孔231(及び進角制限孔251)と
の係合が解除され、バルブタイミングが機関運転状態に
応じて最適なタイミングにフィードバック制御されるよ
うになる。
【0088】本実施形態では、第3から第5の実施形態
と同様、バルブタイミングが機関始動時から油温が上昇
するまでの間、中間位置に固定されるようになる。 (7) 第7の実施形態 次に、前述の第5実施形態のように、機関停止時に潤滑
油の残圧を用いてベーン体110を所定の範囲(進角制
限ピン250が進角制限孔251の範囲に入る位置)に
回動させる場合のOCV25の制御についての例を説明
する。
【0089】機関停止時の潤滑油回路残油圧力を用いて
ベーン体110を回動させる場合には機関停止時の残油
圧力及びその降下速度によりベーン体110の最大回動
可能量が定まる。例えば、機関停止前のアイドル回転数
が高く、停止時の残油圧力が高い場合にはベーン体の最
大回動可能量(バルブタイミングの最大可能進角量)が
大きくなる。また、機関停止時の油温が低く潤滑油の粘
性が高い場合には残油圧力の降下速度が小さくなり、ベ
ーン体の最大回動可能量は大きくなる。
【0090】このため、機関停止時のバルブタイミング
進角目標を常に一定値に設定していると、例えば機関停
止時の油圧が高く(アイドル回転数が高く)、油温が低
いような場合にはバルブタイミングが大きく進角(ベー
ン体回動量が大きく)なり、進角制限ピン250が進角
制限孔251の範囲を越えてしまうまでベーン体110
が進角側に回動してしまう過進角が生じる可能性があ
る。一方機関停止時の油圧が低く(アイドル回転数が低
く)、しかも油温が高い場合には同一のバルブタイミン
グ進角目標値であっても進角制限ピン250が進角制限
孔251範囲に到達するまでベーン体110を進角側に
回動できなくなる場合が生じる可能性がある。
【0091】そこで、本実施形態では予め機関停止時バ
ルブタイミング進角可能量(ベーン体110の回動可能
量)と機関停止時の残油圧力と油温との相関を実験等に
より求めておき、この関係に基づいて機関停止時のバル
ブタイミング進角目標値を決定しておく。図16は、本
実施形態における機関停止時のバルブタイミング進角目
標値の油温とアイドル回転数とによる変化を示すグラフ
である。図16に示すように、本実施形態では、例えば
同一の油温であればアイドル回転数が低いほど、また同
一のアイドル回転数であれば油温が高いほど進角目標値
は大きく設定される。OCV25のデューティー比は、
バルブタイミング進角目標値と実際のバルブタイミング
との偏差に基づいて決定されるため、進角目標値が大き
く設定されると、上記偏差が大きくなりデューティー比
は大きな値に設定される。このため、アイドル回転数が
低く油温が高い場合でも油圧がベーン体110を回動で
きなくなる値まで低下してしまう前にベーン体110を
所定位置範囲まで進角させることが可能となる。また、
図16に示すように、逆にアイドル回転数が高く油温が
低い場合にはバルブタイミング進角目標値は小さく設定
されるため、実バルブタイミングとの偏差が小さくなり
OCV25のデューティー比は小さな値に設定される。
このため、油圧が低下する時間が長い場合でもベーン体
110の過進角が生じない。
【0092】図17は、上記バルブタイミング進角目標
値設定操作を説明するフローチャートである。本操作
は、ECU30により一定時間毎に実行されるルーチン
により行なわれる。図17において、操作がスタートす
るとステップ1701では、前回操作実行時から今回操
作実行時までの間に機関停止操作が行なわれたか否か
(機関イグニッションスイッチのオフ操作が行なわれた
か否か)が判定される。機関停止操作が行なわれた場合
には、ステップ1703で機関停止操作実行直後の油温
Tと機関回転数(アイドル回転数)NEとを読み込み、
ステップ1705では図16の関係に基づいてバルブタ
イミング進角目標値を設定する。図16の関係は、油温
Tと機関回転数NEとを用いた数値テーブルの形でEC
U30のROM32に格納されており、ステップ170
5ではこの数値テーブルから進角目標値が読みだされ
る。
【0093】なお、ステップ1701でイグニッション
スイッチのオフ操作が行なわれていない場合には、進角
目標値の設定を行なうことなくそのまま操作を終了す
る。この場合、バルブタイミングは、通常時のフィード
バック制御により設定される。ステップ1705でバル
ブタイミングの進角目標値が設定された場合には、別途
行なわれるバルブタイミング制御操作(図示せず)で、
イグニッションスイッチオフ後のOCV25開度がバル
ブタイミング進角目標値に応じて制御される。
【0094】上記により、本実施形態では機関停止時の
潤滑油回路の残油圧力やその降下速度にかかわらず常
に、機関始動時にベーン体110を中間位置に係止する
ことが可能となる。 (8) 第8の実施形態 次に、機関停止時に潤滑油の残圧を用いてベーン体を所
定の範囲に回動させる場合のOCV25の制御につい
て、上述の第7実施形態とは異なる実施形態について説
明する。
【0095】上記第7実施形態では、機関停止時のアイ
ドル回転数と油温とに基づいてバルブタイミング進角目
標値を変更していたが、本実施形ではバルブタイミング
進角目標値は変更せず、機関停止時にはOCV25のデ
ューティー比は一定値(例えば100%)に固定され
る。このようにOCV25のデューティー比を一定値に
固定した場合には前述したように機関停止時のアイドル
回転数と油温とに応じて停止時のベーン体110の回動
可能量(バルブタイミング進角可能量)が変化する。こ
の場合、機関停止時のアイドル運転中のバルブタイミン
グ(ベーン体110位置)を一定にしたのでは機関停止
後に最終的にベーン体110が停止する位置はベーン体
の回動可能量に応じて変化してしまう。従って、OCV
25のデューティー比を一定値に固定してベーン体の停
止位置を常に一定範囲内に制御するためには、アイドル
運転中のバルブタイミングをベーン体の回動可能量に応
じて変化させる必要がある。
【0096】そこで、本実施形態ではアイドル運転時の
バルブタイミングをアイドル回転数と油温とに応じて変
更するようにしている。例えば、アイドル回転数が低
く、油温が高い場合には停止時のベーン体110の回動
可能量が小さくなる。このため、この場合には機関停止
前のアイドル運転時のバルブタイミングを予め進角させ
ておく。また、アイドル回転数が高く油温が低いような
場合には、停止時のベーン体110回動可能量は大きく
なる。そこで、この場合には機関停止前のアイドル運転
時のバルブタイミングを予め遅角させておく。これによ
り、ベーン体の回動可能量が変化した場合でも、機関停
止時にベーン体110が確実に所定の範囲まで移動する
ようになる。
【0097】図18は、本実施形態におけるアイドル運
転時バルブタイミング設定値の、アイドル回転数と油温
とによる変化を示すグラフである。OCV25のデュー
ティー比を一定値に固定した場合機関停止時のベーン体
110の回動可能量は、同一の油温であればアイドル回
転数が高いほど、また同一のアイドル回転数であれば油
温が低いほど大きくなる。そこで、本実施形態では図1
8に示すようにアイドル時のバルブタイミングが、同一
回転数であれば油温が高いほど進角し、油温が低いほど
遅角するように、また同一油温であればアイドル回転数
が低いほど進角し、アイドル回転数が高いほど遅角する
ように設定している。
【0098】図19は、本実施形態におけるバルブタイ
ミング設定操作を説明するフローチャートである。本操
作はECU30により一定時間毎に実行されるルーチン
により行なわれる。図19において操作がスタートする
と、ステップ1901では、機関吸入空気量G、回転数
NE及び油温Tが読み込まれる。
【0099】次いで、ステップ1903では現在イグニ
ッションスイッチがオフになっているか否かが判定さ
れ、オフになっていない場合には、ステップ1905に
進み、現在アイドル運転中か否かが機関回転数NEと吸
入空気量Gとに基づいて判定される。ステップ1905
で現在アイドル運転中でなかった場合には、次にステッ
プ1907が実行され、機関1回転あたりの吸入空気量
G/NEと機関回転数NEとに基づいて通常運転時のバ
ルブタイミング設定値が算出される。また、ステップ1
905で現在アイドル運転中であった場合には、ステッ
プ1909に進み、アイドル回転数NEと油温Tとに基
づいて前述の図18の関係からアイドル運転時のバルブ
タイミング設定値が算出される。なお、図18の関係は
NEとTとを用いた数値テーブルとしてECU30のR
OM32に格納されている。
【0100】そして、ステップ1911では、実際のバ
ルブタイミングがステップ1907または1909にて
算出されたバルブタイミング設定値になるようにOCV
25のデューティー比が制御される。一方、ステップ1
903で現在イグニッションスイッチがオフになってい
る場合にはステップ1913でOCV25のデューティ
ー比は一定値(例えば100%)に固定される。機関停
止前のアイドル運転中には予め図18のバルブタイミン
グ設定値になるようにバルブタイミングが制御されてい
るため、これによりベーン体110は所定の範囲内に確
実に回動するようになる。 (9) 第9の実施形態 次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【0101】前述の各実施形態では機関始動後油温が所
定値まで上昇する間、中間位置ロックピン230により
ベーン体110は中間位置に係止されている。しかし、
中間位置ロックピン230の作動不良等によりベーン体
110の係止が失敗したような場合には、バルブタイミ
ングが変動してしまい機関運転が不安定になる場合が生
じる。本実施形態では、以下の方法によりベーン体11
0の中間位置係止異常が生じたことを検出する。
【0102】図20は、本実施形態の中間位置係止異常
検出操作を説明するフローチャートである。本操作は、
ECU30により一定時間毎に実行されるルーチンによ
り行なわれる。図20において、操作が開始されるとス
テップ2001では、現在の油温Tが読み込まれる。そ
して、ステップ2003では、上記により読み込んだ油
温Tが所定値T0 に到達しているか否かが判定される。
ここで、所定温度T0 は、各実施形態においてベーン体
110の中間位置係止が解除される温度である。ステッ
プ2003でT≧T0 であった場合には現在中間位置係
止は行なわれていないため、ステップ2005以下の中
間位置係止異常検出操作は行なわず、ステップ2021
で後述する異常フラグXFの値を0にセットして操作を
終了する。
【0103】一方、ステップ2003でT<T0 であっ
た場合には、現在油温が低く中間係止操作が実行されて
いるはずであるため、ステップ2005以下の異常検出
操作を行なう。すなわち、ステップ2007では現在の
機関実バルブタイミングVVTを読み込み、ステップ2
007、2009ではこのVVTが今までの最大値VV
MAXより大きい場合にはVVTMAX の値を更新する。
また同様に、ステップ2011、2013では必要に応
じてVVTの最小値VVTMIN の値を更新する。
【0104】そして、ステップ2015では実バルブタ
イミングVVTの値のばらつきΔVVTをVVTMAX
VVTMIN の差として算出する。ステップ2017で
は、上記により算出したばらつきΔVVTの値が所定値
ΔVVT0 より大きいか否かにより係止異常の有無を判
定する。すなわち、ベーン体110が中間位置に正常に
係止されていれば、ベーン体110の位置の変動は小さ
く、実バルブタイミングの変動(ばらつき)も小さくな
る。一方、中間位置に係止されるべき条件であるにもか
かわらず、ベーン体110が正常に係止されていない場
合にはベーン体110の位置は変動し実バルブタイミン
グのばらつきも大きくなる。
【0105】そこで、ステップ2017でΔVVT≧Δ
VVT0 であった場合には係止異常が生じたとして、ス
テップ2019で異常フラグXFの値が1(異常)にセ
ットされる。また、ΔVVT<ΔVVT0 であった場合
にはステップ2021でフラグXFの値は0にセットさ
れる。これにより、中間位置係止異常の有無をフラグX
Fの値に基づいて判定することが可能となる。 (10)第10の実施形態 次に、本発明の別の実施形態について説明する。本実施
形態では、例えば第9の実施形態等により中間位置係止
異常が検出された場合には、OCV25のデューティー
比を0%に設定し遅角油圧室123のみに油圧を供給す
る。これにより、ベーン体110は最大遅角位置に回動
し、遅角油圧室123内の油圧によりハウジング100
の仕切壁103に押圧されるため、ベーン体110は最
大遅角位置に固定されるようになる。このため、中間係
止異常時にもバルブタイミングが安定し、機関の運転が
不安定になることが防止される。
【0106】なお、中間係止異常が生じるのは、油温が
低くバルブタイミングのフィードバック制御が安定しな
い状態においてであるが、上記のOCV25のデューテ
ィー比を固定することにより確実にベーン体110を最
大遅角位置に固定することが可能となる。図21は、本
実施形態の中間係止異常発生時の制御を示すフローチャ
ートである。本操作は、ECU30により一定時間毎に
実行されるルーチンにより行なわれる。
【0107】図21においてルーチンがスタートする
と、ステップ2101では、図20の異常フラグXFの
値が1にセットされているか否かを判定する。そして、
XF=1の場合にはステップ2103に進み、OCV2
5のデューティー比を0%に設定する。これにより、遅
角油圧室123には作動油が供給され、ベーン体110
が最遅角位置に固定される。また、ステップ2101で
XF≠1であった場合には、現在係止異常が生じていな
いか、又は現在油温が所定値T0 に到達してバルブタイ
ミングのフィードバック制御が可能な状態であるので、
ステップ2103を実行することなく操作を終了する。
これにより、中間位置係止異常が生じた場合にも、バル
ブタイミングの変動により機関運転状態が不安定になる
ことが防止される。 (11)第11の実施形態 次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【0108】例えば、前述の第3の実施形態(図9、図
10)のように中間位置ロックピン230が機関始動時
の油圧が低いときにのみベーン体110を中間位置に係
止し、始動中または始動後に進角油圧室または遅角油圧
室の一方の油圧が上昇すると係止を解除するようにされ
ている場合には、油温上昇後通常のバルブタイミング制
御が行なわれているときに、中間位置ロックピン230
が誤作動してベーン体110を中間位置に係止してしま
う場合が生じ得る。
【0109】第3の実施形態では、油温が上昇すると進
角制限ピン250による中間位置ロックが解除され通常
のバルブタイミングの制御が行なわれるが、進角制限ピ
ン250はOSV240により確実に係止解除状態に保
持されるのに対して、中間位置ロックピン230は油圧
室121と123との油圧のみにより解除状態に保持さ
れるため、油圧室121、123内の油圧が変動すると
本来作動すべきでないときに誤作動してベーン体110
を中間位置に係止してしまう場合が生じる。
【0110】例えば、通常のバルブタイミング制御中に
バルブタイミングを進角または遅角中にはベーン体11
0は中間位置を通過する場合がある。進角または遅角中
には油圧室の一方に作動油が供給され他方からは作動油
が排出される。このため、作動油が供給される側の油圧
室からベーン体とハウジングとの摺動部のクリアランス
を通って他方の油圧室へのリークが生じやすくなる。こ
のリーク量は進角油圧室と遅角油圧室との圧力差に応じ
て増大するため、進角または遅角操作実行中に一時的に
大きくなる場合があり、リーク量の増大が生じると作動
油が供給されている側の油圧も低下してしまい、結果的
に両方の油圧室の油圧が低下する場合が生じる。ところ
が、このような両方の油圧室の油圧低下がベーン体11
0の中間位置通過時に生じると中間位置ロックピン23
0は係合解除位置を維持できず、中間位置通過時に中間
位置ロック孔231と係合してしまう可能性がある。こ
のように進角または遅角中に中間位置ロックピン230
の誤作動が生じると、機関のバルブタイミングは目標バ
ルブタイミングに到達することができず機関性能の低下
が生じる問題がある。
【0111】そこで、本実施形態ではECU30はバル
ブタイミング制御中にベーン体110が中間位置を通過
する際にはOCV25のデューティー比を50%付近の
値に設定するようにしている。デューティー比が50%
付近に設定されると、OCV25からは進角油圧室12
1と遅角油圧室123との両方に作動油が供給されるよ
うになり、両方の油圧室の油圧が上昇する。このため、
ベーン体110の中間位置通過時には中間位置ロックピ
ン230は確実に係合解除位置に保持されるようにな
り、誤作動が防止される。
【0112】図22は、本実施形態の中間位置ロックピ
ン230誤作動防止操作を説明するフローチャートであ
る。本操作はECU30により一定時間毎に実行される
ルーチンにより行なわれる。図22の操作において、ス
テップ2201では、現在の機関実バルブタイミングV
VT及び油温Tが読み込まれる。そして、ステップ22
03では、現在油温が所定値T0 以上になっているか否
かが判定される。所定温度T0 は第3の実施形態おい
て、進角制限ピン250による中間位置の係止が解除さ
れる温度である。ステップ2203でT<T0 であった
場合には現在進角制限ピン250による中間位置係止実
行中であり誤作動防止操作の必要はないため、直ちに本
操作は終了する。
【0113】一方、ステップ2203でT≧T0 であっ
た場合には、現在機関バルブタイミングのフィードバッ
ク制御が行なわれているため、ステップ2205に進
み、現在ベーン体110が中間位置にあるか否かが判定
される。ステップ2205において、VVT1 ≦VVT
≦VVT2 の範囲は、中間位置ロックピン230と中間
位置ロック孔231とが係合可能なベーン体位置に対応
するバルブタイミング範囲である。
【0114】ステップ2205において否定判定がなさ
れた場合には、現在ベーン体110は中間位置にないた
めステップ2207で通常のバルブタイミングフィード
バック制御が行なわれる。このとき、OCV25のデュ
ーティー比DRは目標バルブタイミングと実バルブタイ
ミングVVTとの偏差に基づくフィードバック制御によ
り設定される。
【0115】また、ステップ2205で肯定判定された
場合、すなわち現在ベーン体110が中間位置にある場
合には、次にステップ2209と2213で目標バルブ
タイミングと実バルブタイミングとに基づいて現在バル
ブタイミングの進角操作または遅角操作のいずれかが実
行されているかが判定され、進角操作実行中の場合には
ステップ2211でOCV25のデューティー比DRが
50+α(%)に設定され、遅角操作実行中の場合には
ステップ2215でデューティー比DRは50−α
(%)に設定される。これにより、ベーン体110の中
間位置通過の際、OCV25のデューティー比Rは進角
中であれば50%よりやや大きい値に、また、遅角中で
あれば50%よりやや小さい値に設定される。このた
め、ベーン体110の中間位置通過時には進角油圧室1
21と遅角油圧室123との両方の油圧室に作動油が供
給され両方の油圧室内の油圧が上昇する。これにより、
中間位置ロックピン230は係合解除位置に確実に保持
されるようになる。なお、上記αの値は正の値とされる
が、αを過度に大きく設定すると油圧室の圧力差が大き
くなるため中間位置ロックピンの誤作動が生じやすくな
る。また、逆にαを過度に小さく設定すると中間位置通
過時のバルブタイミング変化速度が遅くなるため、αの
値は実際には実験等により適宜な値に設定することが好
ましい。
【0116】
【発明の効果】上述のように、各請求項に記載の発明に
よれば、内燃機関のバルブタイミング制御装置におい
て、機関性能の低下を最小に抑制し、しかもバルブタイ
ミング調節範囲を狭めることなく作動油温度が上昇する
までの間のバルブタイミング不安定を防止することが可
能となるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態
の概略構成を示す図である。
【図2】図1の可変バルブタイミング機構の構成を説明
する図である。
【図3】図1の可変バルブタイミング機構の構成を説明
する図である。
【図4】本発明の第1の実施形態の構成を説明する略示
図である。
【図5】本発明の第1の実施形態の作動状態を説明する
図である。
【図6】本発明の第1の実施形態の作動状態を説明する
図である。
【図7】本発明の第2の実施形態の構成を説明する略示
図である。
【図8】本発明の第2の実施形態の作動状態を説明する
図である。
【図9】本発明の第3の実施形態の構成を説明する略示
図である。
【図10】本発明の第3の実施形態の作動状態を説明す
る図である。
【図11】本発明の第4の実施形態の構成を説明する略
示図である。
【図12】本発明の第5の実施形態の構成を説明する略
示図である。
【図13】本発明の第5の実施形態の作動状態を説明す
る図である。
【図14】本発明の第6の実施形態の構成を説明する略
示図である。
【図15】本発明の第6の実施形態の作動状態を説明す
る図である。
【図16】本発明の第7の実施形態の動作原理を説明す
る図である。
【図17】本発明の第7の実施形態の動作を説明するフ
ローチャートである。
【図18】本発明の第8の実施形態の動作原理を説明す
る図である。
【図19】本発明の第8の実施形態の動作を説明するフ
ローチャートである。
【図20】本発明の第9の実施形態の動作を説明するフ
ローチャートである。
【図21】本発明の第10の実施形態の動作を説明する
フローチャートである。
【図22】本発明の第11の実施形態の動作を説明する
フローチャートである。
【符号の説明】
1…内燃機関 10…可変バルブタイミング機構 11…カムシャフト 25…オイルコントロールバルブ(OCV) 28…潤滑油ポンプ 30…制御回路(ECU) 100…ハウジング 103…仕切壁 110…ベーン体 111…ベーン 121…進角油圧室 123…遅角油圧室 230…中間位置ロックピン 231…中間位置ロック孔 240…オイルスイッチングバルブ(OSV)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に放射状に形成された仕切壁を有す
    るハウジングと、 前記仕切壁によりハウジング内に形成される区画を、進
    角油圧室と遅角油圧室とに区分する放射状ベーンを有
    し、前記ハウジング内部に回動可能に配置されたベーン
    体と、 前記進角油圧室と遅角油圧室とに供給する作動油圧力を
    制御する油圧制御装置とを備え、 前記ハウジングを内燃機関のカムシャフトとクランクシ
    ャフトとのうち一方に連結し、前記ベーン体を前記カム
    シャフトとクランクシャフトとのうち他方に連結し、前
    記進角油圧室に作動油を供給することにより前記内燃機
    関バルブタイミングが進角する方向に、前記遅角油圧室
    内に作動油を供給することにより前記内燃機関バルブタ
    イミングが遅角する方向に、それぞれ前記ハウジングと
    前記ベーン体とを相対的に回動させる内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置であって、 前記作動油温度が予め定めた温度以下のときに前記ベー
    ン体を前記ハウジングに対して、バルブタイミング最進
    角位置と最遅角位置との中間位置に係止する中間係止手
    段を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置。
  2. 【請求項2】 前記ベーン体は内燃機関の吸気カムシャ
    フトに連結されており、前記油圧室内の作動油圧力が予
    め定めた圧力より低いときに、前記ベーン体を前記ハウ
    ジングに対して、吸気バルブタイミングの最遅角位置近
    傍に係止する最遅角係止手段を備えた、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。
  3. 【請求項3】 前記中間係止手段は、前記ハウジングと
    ベーン体とのうちの一方に形成された係合孔と、前記ハ
    ウジングとベーン体とのうちの他方に前記係合孔と係合
    可能に形成された係合部材とを備え、前記係合孔に前記
    係合部材を係合させることにより前記ベーン体を前記ハ
    ウジングに係止する請求項1に記載の内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置。
  4. 【請求項4】 前記係合孔は、前記ハウジングと前記ベ
    ーン体とが相対的に回動したときの前記係合部材の移動
    軌跡に沿った形状の長孔に形成され、該長孔の一方の端
    部は前記中間位置における前記係合部材位置と対応する
    位置に、他方の端部はバルブタイミング最遅角位置にお
    ける前記係合部材位置と対応する位置に、それぞれ配置
    され、前記油圧制御装置は前記作動油温度が所定温度よ
    り低いときに前記進角油圧室に予め定めた圧力の作動油
    を供給する請求項3に記載の内燃機関のバルブタイミン
    グ制御装置。
  5. 【請求項5】 前記中間係止手段は、機関停止動作中若
    しくは機関停止後に前記ベーン体を前記ハウジングに係
    止する請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制
    御装置。
  6. 【請求項6】 更に、機関停止時に前記ハウジングとベ
    ーン体との相対回動範囲を前記中間位置から前記中間位
    置よりバルブタイミング進角側の予め定めた位置までの
    範囲に制限する制限手段を備え、 前記中間係止手段は、前記ハウジングとベーン体とのう
    ちの一方に形成された係合孔と、前記ハウジングとベー
    ン体とのうちの他方に前記係合孔と係合可能に形成され
    た係合部材と、前記係合部材を前記係合孔に向けて付勢
    する手段とを備え、前記油圧制御装置は機関停止動作中
    にベーン体を前記制限手段により制限された範囲内にな
    るように回動させる請求項1に記載の内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置。
  7. 【請求項7】 前記油圧制御装置は機関停止動作中に前
    記ハウジングとベーン体との相対位置が前記制限手段に
    より制限される範囲内になるように進角油圧室と遅角油
    圧室とに供給する作動油圧力を制御する、請求項6に記
    載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
  8. 【請求項8】 前記油圧制御装置は、作動油温度に基づ
    いて機関停止動作中に前記ベーン体が回動可能な回動量
    を演算する手段と、前記演算された回動量に基づいて機
    関アイドル運転時のバルブタイミングを設定する手段と
    を備えた請求項7に記載の内燃機関のバルブタイミング
    制御装置。
  9. 【請求項9】 更に、前記中間係止手段により前記ハウ
    ジングとベーン体とが係止されているときの実バルブタ
    イミングを検出するとともに、検出したバルブタイミン
    グの変動が予め定めた値以上のときに、前記中間係止手
    段に異常が生じたと判定する異常検出手段を備えた、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。
  10. 【請求項10】 前記油圧制御装置は、前記異常検出手
    段により中間係止手段に異常が生じたと判定されたとき
    に、前記遅角油圧室に作動油を供給し前記ベーン体を機
    関バルブタイミングの最遅角位置に保持する請求項9に
    記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
  11. 【請求項11】 更に、前記進角油圧室と遅角油圧室と
    の両方の油圧が予め定めた圧力より低いときに、前記ベ
    ーン体を前記中間位置に係止し、前記進角油圧室と遅角
    油圧室とのいずれか一方の内部の油圧が前記予め定めた
    圧力以上になったときに前記係止を解除する第2の中間
    係止手段を備え、 前記油圧制御装置は、前記第2の中間係止手段による係
    止が解除された状態で機関バルブタイミングを進角また
    は遅角させる際に、前記ベーン体が前記中間位置を通過
    するときには前記進角油圧室と前記遅角油圧室との両方
    に作動油を供給する請求項1に記載の内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置。
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