(57)【要約】【課題】可変バルブタイミング機構の油圧を制御する制御弁の駆動に伴う騒音を低減する。【解決手段】エンジンのクランキング中である場合、可変バルブタイミング機構のカム角制御弁の駆動を開始し（Ｓ４）、可動子とスプールとの接触による打音をクランキング音に紛れ込ませる。エンジン運転中である場合には、カム角制御弁を停止させることなく駆動状態に維持し（Ｓ５）、可動子とスプールとが離間した状態からの再駆動による騒音発生を回避する。そして、エンジン停止時に、カム角制御弁に対する通電電流を０とし、駆動を停止する（Ｓ２）。これにより、可変バルブタイミング機構の油圧を制御する制御弁の駆動に伴う騒音を低減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク角に対するカム角の回転位相を油圧によって進角又は遅角させる可変バルブタイミング機構を有するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、
上記可変バルブタイミング機構に供給する油圧を制御する制御弁に対して、エンジンのクランキング中に上記制御弁の駆動を開始し、エンジン運転中は上記制御弁を停止させることなく、エンジンが停止されたとき、上記制御弁を停止させる駆動制御部を備えたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
上記制御弁は、電磁ソレノイドの可動子に当接して進退駆動されるスプールを有することを特徴とする請求項１記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
上記駆動制御部は、上記電磁ソレノイドの通電電流を、上記スプールを上記可動子の方向に付勢するスプリングの付勢力より小さい電磁力を発生させる電流として上記可動子と上記スプールとを当接させ、上記制御弁の駆動を開始することを特徴とする請求項２記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
上記駆動制御部は、上記電磁ソレノイドの通電電流を、上記可動子を上記スプールの方向に移動させる電磁力を発生させる電流として、エンジン運転中は上記可動子と上記スプールとが接触した状態に保持することを特徴とする請求項２又は３記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのクランク角に対するカム角の回転位相を油圧によって進角又は遅角させる可変バルブタイミング機構を有するエンジンのバルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を可変する可変バルブタイミング機構システムを備えたエンジンが実用化されており、エンジン運転状態に応じて吸気弁と排気弁との少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更することができる。
【０００３】
このような可変バルブタイミング機構は、特許文献１に開示されているように、油圧によって駆動される油圧駆動式が多く、可変バルブタイミング機構の油圧を制御する制御弁を備えている。この制御弁は、可変バルブタイミング機構内に組み込まれて油回路を切り換えるスプール弁と、このスプール弁を駆動する電磁ソレノイドとによって構成されており、電磁ソレノイドに所定の電流を流すことで、電磁ソレノイドの可動子をスプール弁のスプールに当接させて駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような可変バルブタイミング機構の制御弁は、電気駆動部品である電磁ソレノイドとスプール弁とが別部品として構成されており、電磁ソレノイドとスプール弁を組み込む機構部とを後で組み立てる型式を取ることが一般的である。
【０００６】
しかしながら、このような構造の制御弁では、組み立て後、可動子とスプールとの間には必然的に隙間が生じることとなり、駆動電流を一度ゼロにした後、再度駆動すると、その際にも再度可動子とスプールとが接触し、騒音(打音)が発生する。
【０００７】
この場合、可動子とスプールとを常時当接させておけば打音の発生は防止できるが、スプール弁の中立位置を電磁ソレノイドの可動子に当接させた状態で位置決めしなら、可変バルブタイミング機構（の取り付けられているエンジン）に電磁ソレノイドを取り付けなければならず、位置決め及び調整等に多大な工数が必要となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、可変バルブタイミング機構の油圧を制御する制御弁の駆動に伴う騒音を低減することのできるエンジン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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によるエンジンのバルブタイミング制御装置は、エンジンのクランク角に対するカム角の回転位相を油圧によって進角又は遅角させる可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御装置であって、上記可変バルブタイミング機構に供給する油圧を制御する制御弁に対して、エンジンのクランキング中に上記制御弁の駆動を開始し、エンジン運転中は上記制御弁を停止させることなく、エンジンが停止されたとき、上記制御弁を停止させる駆動制御部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可変バルブタイミング機構の油圧を制御する制御弁の駆動に伴う騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】可変バルブタイミング機構付エンジンの全体構成図
【図２】可変バルブタイミング機構の概略構成を示す説明図
【図３】カム角制御弁駆動制御処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）である。図１においては、エンジン１は、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）の気筒群に分割される水平対向型エンジンを示している。
【００１３】
先ず、エンジン１の吸排気系について説明する。エンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられている。シリンダヘッド２の各吸気ポートには、インテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート直上流に、インジェクタ１１が配設されている。尚、シリンダヘッド２の各気筒毎には、放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ１２が配設されている。
【００１４】
インテークマニホルド３は、各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５に連通されている。スロットルチャンバ５には、スロットルアクチュエータ１０によって駆動されるスロットルバルブ５ａが介装されている。更に、スロットルチャンバ５の上流には、吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。
【００１５】
一方、シリンダヘッド２の各排気ポートには、エキゾーストマニホルド１４が連通され、このエキゾーストマニホルド１４の集合部に排気管１５が連通されている。排気管１５には触媒コンバータ１６が介装され、マフラ１７に連通されている。
【００１６】
次に、エンジン１の動弁系について説明する。エンジン１の左右バンクの各シリンダヘッド２内には、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、各カム軸１９，２０にクランク軸１ｂの回転が伝達される。このクランク軸１ｂの吸気カム軸１９、排気カム軸２０への回転の伝達は、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して行われる。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気弁２５、排気弁２６が開閉駆動される。
【００１７】
また、左右バンクの各動弁系には、吸気カム軸１９のクランク軸１ｂに対する回転位相（変位角）を連続的に変更する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構２７inと、排気カム軸２０のクランク軸１ｂに対する回転位相を連続的に変更する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構２７exとが設けられている。
【００１８】
尚、本実施の形態においては、エンジン１は、吸気側と排気側とにそれぞれ可変バルブタイミング機構２７in,２７exを備えているが、本発明は、これに限定されるものではなく、吸気側と排気側との何れか一方に可変バルブタイミング機構を備えるエンジンにも適用される。
【００１９】
吸気側の可変バルブタイミング機構２７inは、吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間に設けられ、カム角制御弁２８inによって制御される油圧により吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回転させる。一方、排気側の可変バルブタイミング機構２７exは、排気カム軸２０と排気カムプーリ２４との間に設けられ、カム角制御弁２８inによって制御される油圧により排気カムプーリ２４と排気カム軸２０とを相対回転させる。
【００２０】
吸気側の可変バルブタイミング機構２７in，排気側の可変バルブタイミング機構２７exは、同様の構成であり、吸気側の可変バルブタイミング機構２７inで代表して説明すると、可変バルブタイミング機構２７inは、概略的には、図２に示すように、吸気カムプーリ２３に一体回転可能に連結されるハウジング５０内に、吸気カム軸１９の先端部に取付られたロータ５１を収納して構成されている。このロータ５１を油圧によって相対回転させることで、吸気カムプーリ２３に対する吸気カム軸１９の相対回転位相を変更し、吸気弁２５のバルブタイミングを変更する。
【００２１】
具体的には、ハウジング５０に形成される扇状空間部に、ロータ５１に設けられたベーン５１ａが回動自在に収納されている。各扇状空間部は、ベーン５１ａによって進角室（進角作動の油圧室）５２ａと遅角室（遅角作動の油圧室）５２ｂとに区画され、それぞれ、進角用油圧通路５３、遅角用油圧通路５４を介してカム角制御弁２８inに接続されている。
【００２２】
カム角制御弁２８inは、オイルパン１ｃからオイルポンプ（図示せず）及びチェックバルブ５５を介して油圧を供給するメイン油圧通路５６のポート、進角用油圧通路５３，遅角用油圧通路５４の各ポート、後述するドレイン通路５７のポート等を切り換える制御弁であり、可動子６０ａを有する電磁ソレノイド６０と、この電磁ソレノイド６０により進退駆動されて各ポートを開閉するスプール弁６１とで構成されている。スプール弁６１は、ロータ５１の中央部に配設されたスリーブ６２内に、各ポートを切り換えるスプール６３と、このスプール６３を電磁ソレノイド６０の可動子６０ａに当接する方向に付勢するスプリング６４とを収容して構成されている。排気側のカム角制御弁２８exも同様である。
【００２３】
カム角制御弁２８in,２８exは、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）１００によってデューティ制御され、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａを介してスプール弁６１のスプール６３を進退駆動することにより、各ポートが切り換えられる。すなわち、デューティ制御のデューティ比に応じて電磁ソレノイド６０の通電電流が増減され、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａを介してスプール弁６１のスプール６３が軸方向に移動すると、メイン油圧通路５６、進角用油圧通路５３、遅角用油圧通路５４の各ポートが切換えられ、オイルの流れ方向が切り換えられると共にパッセージの開度が調整される。その結果、進角室５２ａ、遅角室５２ｂに供給される油圧の大きさが調整され、吸気弁２５や排気弁２６の開閉タイミングが進角或いは遅角側に制御される。
【００２４】
また、可変バルブタイミング機構２７in,２７exには、エンジンの始動時等、油圧の低い状態においてバルブタイミングを所定のタイミングに固定すべく、カム軸の回転位相を所定のタイミングに対応する位相にてロックするロック機構７０が設けられている。このロック機構７０は、ハウジング５０に設けられたロック孔５０ａと、このロック孔５０ａへ没入可能に配設されるロックピン７１とを主として構成されている。
【００２５】
ロックピン７１は、スプリング７２によってロック孔５０ａ方向に付勢された状態で、ロータ５１に形成されたロックピン孔５１ｂに収納されている。ロックピン孔５１ｂは、ロックピン７１の基部側で拡開され、その拡開部が、ロックピン７１の基部側に形成されたフランジ部を収納し、このフランジ部に油圧を印加してロックピン７１のロック孔５０ａへの係合を解除するためのアンロック用油圧室７３として形成されている。アンロック用油圧室７３は、油圧通路７４を介して遅角用油圧通路５４に連通されている。
【００２６】
カム角制御弁２８in（２８ex）によって遅角用油圧通路５４がドレイン通路５７に連通され、アンロック用油圧室７３の油圧が所定以下の状態では、ロックピン７１がスプリング７２の付勢力によってロック孔５０ａに挿入され、ハウジング５０に対するロータ５１の相対回転が機械的にロックされる。本実施の形態においては、最遅角位置と最進角位置との中間の位置にロックされるよう、ロックピン７１とロック孔５０ａとの係合位置が設定されている。
【００２７】
一方、遅角用油圧通路５４がメイン油圧通路５６に連通され、ドレイン通路５７が閉じられると、メイン油圧通路５６から遅角用油圧通路５４及び油圧通路７４を介してアンロック用油圧室７３に所定の油圧が印加される。この油圧により、スプリング７２の付勢力に抗してロックピン７１がロック孔５０ａから係脱され、ロックが解除される（アンロック）。
【００２８】
次に、エンジン１の状態を検出するためのセンサ類について説明する。スロットルチャンバ５のスロットルバルブ５ａには、スロットルバルブ５ａの開度を検出するスロットルセンサ３０が介装され、吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、吸入空気量センサ３１が介装されている。一方、排気管１５の触媒コンバータ１６の上下流側には、空燃比センサ３２，３３がそれぞれ配設されている。
【００２９】
また、シリンダブロック１ａのクランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３４の外周に、クランク角センサ３５が対設され、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３６に、水温センサ３７が臨まされている。更に、シリンダブロック１ａには、左バンク或いは左バンクで発生するノッキングによってシリンダブロック１ａに伝わる振動を検出するピエゾ式センサ等からなるノックセンサ３８が配設されている。
【００３０】
また、吸気側の可変バルブタイミング機構２７inの作動位置を検出するためのセンサとして、吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周に、吸気カム位置検出用のカム位置センサ４０が対設されている。更に、排気側の可変バルブタイミング機構２７exの作動位置を検出するためのセンサとして、排気カム軸２０の後端に固設されたカムロータ４１の外周に、排気カム位置検出用のカム位置センサ４２が対設されている。
【００３１】
以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ１００に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ１００は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述のインジェクタ１１、スロットルアクチュエータ１０、吸気側の可変バルブタイミング機構２７inのカム角制御弁２８in、排気側の可変バルブタイミング機構２７exのカム角制御弁２８ex等に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル制御、バルブタイミング制御等のエンジン制御を行う。
【００３２】
ここで、バルブタイミング制御においては、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、吸気カム軸１９及び排気カム軸２０の回転位相の各制御目標値である目標バルブタイミングを設定すると共に、クランク角センサ３５から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０，４２から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９，排気カム軸２０の実際の回転角との位相差である実バルブタイミングを算出する。そして、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束するよう、カム角制御弁２８in,２８exをデューティ制御により駆動し、可変バルブタイミング機構２７in,２７exをフィードバック制御する。
【００３３】
その際、カム角制御弁２８in,２８exは、デューティ比０％（通電電流０：駆動停止）〜１００％（連続通電）の範囲で制御可能であるが、この制御範囲においては、例えば基準位置の学習等で可変バルブタイミング機構２７in,２７exを機械的にロックした場合等には、カム角制御弁２８in,２８exを駆動する必要がない場合がある。このため、カム角制御弁２８in,２８exを一旦停止させ、その後、停止状態から再駆動すると、騒音が発生し、運転者に不快感を与える虞がある。
【００３４】
すなわち、カム角制御弁２８in,２８exの駆動を停止したとき、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３とが離間して隙間が生じる場合がある。この状態でデューティ制御による再駆動を開始すると、可動子６０ａとスプール６３との離間及び衝突により耳障りな騒音（打音）が発生し、運転者に不快感を与える虞がある。
【００３５】
従って、ＥＣＵ１００は、カム角制御弁２８in,２８exに対する駆動制御部としての機能により、以下の（１）、（２）で示す条件に従って駆動制御を行い、カム角制御弁２８in,２８exの駆動に伴う騒音を低減する。
【００３６】
（１）エンジン始動時
エンジン始動時には、クランキング中にカム角制御弁２８in,２８exの駆動を開始する。上述したように、エンジン停止によりカム角制御弁２８in,２８exの駆動を停止した状態では、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３とが離間して隙間が生じている可能性が大きい。従って、ＥＣＵ１００は、エンジンのクランキング開始を監視し、クランキング開始と共に電磁ソレノイド６０の通電電流を所定値以上として、可動子６０ａとスプール６３とを当接させて結合させる。
【００３７】
このクランキング時の電磁ソレノイド６０の通電電流は、スプール弁６１のスプリング６４による付勢力より小さい電磁力を発生させる電流値に設定し、可動子６０ａとスプール６３とを当接させる。このとき、打音が発生するが、クランキング音に比較して小さいため、クランキング音に紛れ込ませることができ、運転者にはほとんど聴こえないため、運転者に不快感を与えることを防止することができる。
【００３８】
（２）エンジン運転中
エンジン始動後は、エンジンが停止されるまで、カム角制御弁２８in,２８exの駆動を停止せず、再駆動を行わない。カム角制御弁２８in,２８exの駆動を開始した後は、可変バルブタイミング機構２７in,２７exを正常に駆動できる間は、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束するよう、エンジン運転状態に応じてカム角制御弁２８in,２８exをデューティ制御し、例えば基準位置の学習等で可変バルブタイミング機構２７in,２７exが機械的にロックされた場合であっても、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３とが接触した状態を保持可能な最低電流以上として、カム角制御弁２８in,２８exを停止させない。
【００３９】
このとき、電磁ソレノイド６０に通電する最低電流は、可動子６０ａがスプール６３の方向に移動する電磁力を発生させる電流として可動子６０ａとスプール６３とが常時接触した状態に保ち、可動子６０ａとスプール６３とが離間した状態から再接触することによる騒音の発生を抑制する。尚、電磁ソレノイド６０自体に可動子６０ａを初期状態に戻すようなリターンスプリングを備えている場合には、リターンスプリングの付勢力とは逆方向の付勢力を可動子６０ａに与え、リターンスプリングの付勢力を打ち消す電磁力を発生させる電流を流し続ける。
【００４０】
具体的には、カム角制御弁２８in,２８exに対する駆動制御は、図３のフローチャートに示すプログラム処理によって実行される。以下、この駆動制御について説明する。
【００４１】
先ず、ステップＳ１で、クランク角センサ３５からの信号等に基づいて、エンジンが停止しているか否かを判断する。エンジン停止の場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進んでカム角制御弁２８in,２８exの電磁ソレノイド６０に対する通電電流を０とし、駆動を停止する。
【００４２】
一方、ステップＳ１でエンジンが停止していない場合には、ステップＳ１からステップＳ３へ進み、クランク角センサ３５からの信号やスタータモータの駆動信号等に基づいて、エンジン始動時のクランキング中か否かを判定する。その結果、クランキング中である場合には、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、スプール弁６１のスプリング６４による付勢力より小さい力を発生させる電流を電磁ソレノイド６０に通電し、可動子６０ａとスプール６３とを接触させ、そのときの接触による打音をクランキング音に紛れ込ませる。
【００４３】
また、ステップＳ３において、クランキング中でなく既にエンジンが始動して運転中である場合には、ステップＳ３からステップＳ５へ進み、カム角制御弁２８in,２８exを停止させることなく駆動状態に維持し、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３とが離間した状態からの再駆動による騒音発生を回避する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、エンジン始動時のクランキング中に、カム角制御弁２８in,２８exの駆動を開始し、エンジン運転中は、カム角制御弁２８in,２８exの駆動を停止することなく、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３と常時接触した状態に保持する。
【００４５】
これにより、カム角制御弁２８in,２８exの駆動開始時には、電磁ソレノイド６０の可動子６０ａとスプール弁６１のスプール６３との衝突による打音をクランキング音で打ち消し、エンジン運転中は、打音の発生を回避することができ、運転者に不快感を与えることがない。特に、本実施の形態におけるエンジンのように、吸気側と排気側とにそれぞれ可変バルブタイミング機構を備えるエンジンでは、顕著な騒音低減効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  エンジン
１ｂ  クランク軸
１９  吸気カム軸
２０  排気カム軸
２７in,２７ex  可変バルブタイミング機構
２８in,２８ex  カム角制御弁
１００  電子制御装置（駆動制御部）
【図１】
2011074839.tif 000003
【図２】
2011074839.tif 000004
【図３】
2011074839.tif 000005