(57)【要約】【課題】カムトルク変動による油圧式バルブタイミング可変機構の暴れに起因した構成部品間の衝突を好適に抑制する。【解決手段】吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角を可変とするリフト量／作用角可変機構７と、油圧により駆動されて吸気バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構５とが搭載された内燃機関において、電子制御ユニット１は、油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値の双方をバルブ作用角に応じて可変とするようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方を可変とするリフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用されるとともに、油圧により駆動されて前記機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置において、
前記バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じて、前記油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値の双方を可変とするガード値可変手段を備える
ことを特徴とする油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置。
【請求項２】
前記ガード値可変手段は、前記バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方が増大するほど、前記進角ガード値をより遅角側の値に、前記遅角ガード値をより進角側の値にそれぞれ変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置。
【請求項３】
前記油圧式バルブタイミング可変機構は、
カムシャフト及び機関出力軸のいずれか一方に駆動連結されるとともに、その外周から径方向に突出するベーンの形成されたベーンローターと、
前記カムシャフト及び機関出力軸の他方に駆動連結されるとともに、前記ベーンローターと同軸を有して相対回転可能とされ、且つ前記ベーンを収容する凹部がその内周に形成されたハウジングと
を備えるとともに、
前記凹部を前記ベーンにて区画することで前記ベーンの周方向両側にそれぞれ形成された進角側及び遅角側の油室内の油圧調整に基づいて前記ベーンローターと前記ハウジングとを相対回転させることで、前記機関バルブのバルブタイミングを可変とするように構成されてなる
請求項１又は２に記載の油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置。
【請求項４】
機関バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方を可変とするリフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用されるとともに、油圧により駆動されて前記機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構を制御する方法であって、
前記油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値を設定するとともに、それら進角ガード値及び遅角ガード値の双方を、前記バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じて可変とする
ことを特徴とする油圧式バルブタイミング可変機構の制御方法。
【請求項５】
前記バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方が増大するほど、前記進角ガード値がより遅角側の値に、前記遅角ガード値がより進角側の値にそれぞれ変更される
ことを特徴とする請求項４に記載の油圧式バルブタイミング可変機構の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧により駆動されて機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置及び制御方法に関し、特に機関バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を可変とするバルブリフト量／バルブ作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用される装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載等の内燃機関に搭載される機構として、吸気バルブのバルブ特性を可変とする様々なバルブ特性可変機構が提案され、実用されている。そうしたバルブ特性可変機構としては、吸気バルブのバルブリフト量やバルブ作用角を可変とするリフト量／作用角可変機構や、吸気バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構などが知られている。
【０００３】
上記リフト量／作用角可変機構とバルブタイミング可変機構との双方を搭載する内燃機関では、バルブリフト量やバルブ作用角が拡大された状態で、バルブタイミングを進角させると、吸気バルブとピストンとの衝突、いわゆるバルブスタンプが発生する虞がある。そこで従来、こうした２つの機構を搭載する内燃機関では、特許文献１に見られるように、バルブリフト量が大きくなるほど目標バルブタイミング進角量の上限値（進角ガード値）が小さい値となるように、進角ガード値をバルブリフト量に応じて可変設定することで、上記のようなバルブスタンプの発生を回避する制御が実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バルブタイミング可変機構としては、油圧により駆動される油圧式の可変機構が広く実用されている。図５は、そうした油圧式バルブタイミング可変機構の一例の正面断面構造を示している。同図に示すように、この油圧式バルブタイミング可変機構は、ベーンローター５０とハウジング５１との２つの回転体を備えて構成されている。このうち、ベーンローター５０は、吸気カムシャフトに一体回転可能に固定されている。またハウジング５１は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに駆動連結されたカムスプロケットに一体回転可能に固定されている。
【０００６】
略円筒形状に形成されたベーンローター５０の外周には、その外周より径方向に突出した複数の（同図のものでは３つの）ベーン５２が形成されている。また略円環形状に形成されたハウジング５１の内周には、ベーン５２と同数の凹部５３が形成されている。そして各凹部５３には、ベーン５２がそれぞれ１つずつ収容されている。
【０００７】
凹部５３の内部には、これに収容されたベーン５２によって、２つの油室が区画形成されている。このうち、ベーン５２のカムシャフト反回転方向に形成された油室は、ハウジング５１に対してベーンローター５０をカムシャフト回転方向に相対回動させるための油圧が導入される進角油室５４となっている。またベーン５２のカムシャフト回転方向に形成された油室は、ハウジング５１に対してベーンローター５０をカムシャフト反回転方向に相対回動させるための油圧が導入される遅角油室５５となっている。
【０００８】
ここで進角油室５４に油圧を印加し、遅角油室５５から油圧を抜くと、ベーンローター５０は、進角油室５４の油圧により付勢されて、ハウジング５１に対してカムシャフト回転方向に相対回動されるようになる。こうしてベーンローター５０がカムシャフト回転方向に相対回動されると、カムシャフトの回転位相が早められて、吸気バルブのバルブタイミングが進角されるようになる。一方、遅角油室５５に油圧を印加し、進角油室５４から油圧を抜くと、ベーンローター５０は、遅角油室５５の油圧により付勢されて、ハウジング５１に対してカムシャフト反回転方向に相対回動されるようになる。こうしてベーンローター５０がカムシャフト反回転方向に相対回動されると、カムシャフトの回転位相が遅らされて、吸気バルブのバルブタイミングが遅角されるようになる。
【０００９】
ところで吸排気バルブを開閉駆動するカムシャフトには、バルブスプリングのばね力やバルブ自身の慣性が作用して常時トルク変動が生じている。そしてそうしたカムトルクの変動により、カム角位相の保持不良、いわゆる油圧式バルブタイミング可変機構の暴れが発生することがある。こうした油圧式バルブタイミング可変機構の暴れは、油温が高くなり、その粘度が低下したときに特に顕著となる。そして油圧式バルブタイミング可変機構の暴れが大きくなると、図６に示すように、ハウジング５１に対してベーン５２が大きく揺れて、凹部５３の周方向側壁５３Ａにベーン５２が衝突することがある。
【００１０】
上記従来の技術のように、目標バルブタイミング進角ガード値をバルブリフト量に応じて可変設定するだけでは、バルブタイミングが最遅角付近に位置されたときには、何らの制限もなされないため、最遅角位置付近でのベーン５２の衝突については、その防止に何らの抑止効果も持たないことになる。
【００１１】
なお、こうした問題は、図５に例示した構成のものに限らず、油圧により駆動される油圧式バルブタイミング可変機構に概ね共通して発生するものとなっている。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、カムトルク変動による油圧式バルブタイミング可変機構の暴れに起因した、構成部品間の衝突を好適に抑制することのできる油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、機関バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方を可変とするリフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用されるとともに、油圧により駆動されて前記機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置をその前提としている。そして請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するため、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じて、油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値の双方を可変とするガード値可変手段を備えるようにしている。
【００１３】
油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角側及び遅角側の双方にガードを設定し、同機構を構成部材の衝突が発生する動作範囲の最進角位置及び最遅角位置の付近に至らないようすれば、カムトルク変動による機構の暴れに起因した構成部材間の衝突を防止することができる。ただし、余裕を持たせるべく、ガードの範囲を広くとれば、油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲が狭くなってしまう。
【００１４】
一方、リフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関でのカムトルク変動の大きさは、バルブリフト量やバルブ作用角の設定により変化する。したがって、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じてガード範囲を設定すれば、そのときのカムトルク変動の大きさに応じてガード範囲を過不足なく設定することが可能となる。
【００１５】
したがって、請求項１に記載の発明によれば、制御範囲の縮小を抑えながらも、カムトルク変動による油圧式バルブタイミング可変機構の暴れに起因した、構成部品間の衝突を好適に抑制することができるようになる。
【００１６】
ちなみに、通常、カムトルク変動は、バルブリフト量やバルブ作用角が増大するほど大きくなる。したがって請求項２によるように、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方が増大するほど、進角ガード値をより遅角側の値に、遅角ガード値をより進角側の値にそれぞれ変更するように上記ガード値可変手段を構成すれば、構成部品間の衝突を的確に防止することができるようになる。
【００１７】
ちなみに、こうした本発明の油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置は、請求項３によるような、カムシャフト及び機関出力軸のいずれか一方に駆動連結されるとともに、その外周から径方向に突出するベーンの形成されたベーンローターと、カムシャフト及び機関出力軸の他方に駆動連結されるとともに、ベーンローターと同軸を有して相対回転可能とされ、且つベーンを収容する凹部がその内周に形成されたハウジングとを備えるとともに、凹部をベーンにて区画することでベーンの周方向両側にそれぞれ形成された進角側及び遅角側の油室内の油圧調整に基づいてベーンローターとハウジングとを相対回転させることで、機関バルブのバルブタイミングを可変とするように構成された油圧式バルブタイミング可変機構への適用が好適なものとなっている。
【００１８】
また油圧式バルブタイミング可変機構の制御方法としての請求項４に記載の発明は、機関バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方を可変とするリフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用されるとともに、油圧により駆動されて前記機関バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構を制御する方法であって、油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値を設定するとともに、それら進角ガード値及び遅角ガード値の双方を、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じて可変とするようにしている。
【００１９】
上記方法によれば、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じて、油圧式バルブタイミング可変機構の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値の双方が可変とされるようになる。したがって、かかる態様で油圧式バルブタイミング可変機構を制御すれば、制御範囲の縮小を抑えながらも、カムトルク変動による油圧式バルブタイミング可変機構の暴れに起因した、構成部品間の衝突を好適に抑制することができるようになる。
【００２０】
なお、請求項５によるように、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方が増大するほど、進角ガード値をより遅角側の値に、遅角ガード値をより進角側の値にそれぞれ変更するようにすれば、油圧式バルブタイミング可変機構の構成部品間の衝突を的確に防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置の適用される内燃機関の可変動弁系の制御構造を模式的に示す略図。
【図２】バルブ作用角とカムトルク及びカム角位相の振れ幅との関係を示すグラフ。
【図３】上記実施形態に採用されるＶＶＴ進角／遅角ガード値設定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態におけるバルブ作用角と進角／遅角ガード値との関係を示すグラフ。
【図５】油圧式バルブタイミング可変機構の一例の正面断面構造を示す断面図。
【図６】同油圧式バルブタイミング可変機構のベーン及びその周辺部を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。本実施の形態の油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置は、吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角を可変とするリフト量／作用角可変機構を搭載する内燃機関に適用されるものとなっている。
【００２３】
図１は、本実施の形態の適用される内燃機関の可変動弁系の制御構造を示している。この内燃機関の可変動弁系には、吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作用角を可変とするリフト量／作用角可変機構７と、油圧により駆動されて吸気バルブのバルブタイミングを可変とする油圧式バルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）５とが設けられている。なお、本実施の形態に採用される油圧式バルブタイミング可変機構５は、先の図５に例示したものと同様の構成となっている。
【００２４】
こうした可変動弁系の制御は、電子制御ユニット１により実行されるようになっている。電子制御ユニット１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）及び入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、可変動弁系の制御に係る各種演算処理を実行し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部との信号の授受を媒介するインターフェイスとして機能する。
【００２５】
こうした電子制御ユニット１の入力ポートには、クランク角センサー２、カム角センサー３、及び作用角センサー４等の検出信号が入力されている。ここでクランク角センサー２は、機関出力軸であるクランクシャフトの回転角を検出するセンサーとなっており、カム角センサー３は、回転に応じて吸気バルブを開閉駆動する吸気カムシャフトの回転角を検出するセンサーとなっている。また作用角センサー４は、リフト量／作用角可変機構７によって可変とされる吸気バルブのバルブ作用角を検出するセンサーとなっている。
【００２６】
電子制御ユニット１は、油圧式バルブタイミング可変機構５の各油室（図５参照）に印加される油圧を調整する油圧制御弁６に指令することで、油圧式バルブタイミング可変機構５を駆動して、吸気バルブのバルブタイミングを制御する。また電子制御ユニット１は、アクチュエーター８に指令することで、リフト量／作用角可変機構７を駆動して吸気バルブのバルブリフト量、バルブ作用角を制御する。
【００２７】
ところで、内燃機関の吸気カムシャフトには、バルブスプリングのばね力やバルブ自身の慣性が作用して常時トルク変動が生じている。そしてそうしたカムトルクの変動により、カム角の保持不良が、いわゆる油圧式バルブタイミング可変機構５の暴れが発生する。そしてそうした暴れによっては、油圧式バルブタイミング可変機構５の構成部品間の衝突が発生することがある。
【００２８】
こうした暴れによる構成部品間の衝突は、油圧式バルブタイミング可変機構５がその動作範囲の最進角位置や最遅角位置の近傍に位置するときに発生する。したがって、暴れによる構成部品間の衝突を回避するには、進角側、遅角側の双方にガードを設定することで油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲を制限して、油圧式バルブタイミング可変機構５が最進角位置や最遅角位置の近傍に至らないようにすれば良い。
【００２９】
一方、図２に示すように、カムトルクの変動振幅は、吸気バルブのバルブリフト量やバルブ作用角が大きくなる程増大する。そして、油圧式バルブタイミング可変機構５の暴れ振れ幅も、そうしたカムトルクの変動振幅の増大に応じて大きくなる。よって、バルブリフト量及びバルブ作用角に応じてガード範囲を設定すれば、そのときのカムトルク変動の大きさに応じてガード範囲を過不足なく設定することが可能となる。そこで本実施の形態では、作用角可変制御の実施中には、油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値を、そのときのバルブ作用角に応じて可変設定するようにしている。
【００３０】
図３は、こうした本実施の形態に採用されるＶＶＴ進角／遅角ガード値設定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、内燃機関の運転中、電子制御ユニット１によって、一定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。
【００３１】
本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、吸気バルブの作用角可変制御が実施中であるか否かが確認される。ここで作用角可変制御の実施中でなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、作用角可変制御の実施中であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に移行し、そのステップＳ１０１において、現状の吸気バルブのバルブ作用角に応じて油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値が設定される。
【００３２】
図４に、このときの進角ガード値及び遅角ガード値の設定態様を示す。同図に示すように、バルブ作用角が増大するほど、進角ガード値はより遅角側の値に、遅角ガード値はより進角側の値にそれぞれ変更されるようになっている。
【００３３】
なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット１が上記ガード値可変手段に相当する構成となっている。
以上説明した本実施の形態の油圧式バルブタイミング可変機構の制御装置及び制御方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３４】
（１）本実施の形態では、電子制御ユニット１は、バルブ作用角に応じて、油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲の進角ガード値及び遅角ガード値の双方を可変とするようにしている。油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲の進角側及び遅角側の双方にガードを設定し、同機構を構成部材の衝突が発生する動作範囲の最進角位置及び最遅角位置に至らないようすれば、カムトルク変動による機構の暴れに起因した構成部材間の衝突を防止することができる。ただし、余裕を持たせるべく、ガードの範囲を広くとれば、油圧式バルブタイミング可変機構５の制御範囲が狭くなってしまう。一方、リフト量／作用角可変機構７を搭載する内燃機関でのカムトルク変動の大きさは、バルブリフト量やバルブ作用角の設定により変化する。したがって、バルブリフト量及びバルブ作用角の少なくとも一方に応じてガード範囲を設定すれば、そのときのカムトルク変動の大きさに応じてガード範囲を過不足なく設定することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、制御範囲の縮小を抑えながらも、カムトルク変動による油圧式バルブタイミング可変機構の暴れに起因した、構成部品間の衝突を好適に抑制することができるようになる。
【００３５】
（２）本実施の形態では、バルブ作用角の少なくとも一方が増大するほど、進角ガード値をより遅角側の値に、遅角ガード値をより進角側の値にそれぞれ変更するように電子制御ユニット１を構成している。カムトルク変動は、バルブリフト量やバルブ作用角が増大するほど大きくなる。そのため、構成部品間の衝突を的確に防止することができるようになる。
【００３６】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、吸気バルブのバルブ作用角に応じて進角ガード値及び遅角ガード値を可変設定するようにしていたが、バルブ作用角と同時にバルブリフト量も変更されるようにリフト量／作用角可変機構７が構成されている場合には、進角ガード値及び遅角ガード値をバルブリフト量に応じて可変設定することもできる。
【００３７】
・上記実施の形態では、油圧式バルブタイミング可変機構５及びリフト量／作用角可変機構７が吸気側に設けられた内燃機関への適用例を説明したが、本発明はそれら機構が排気側に設けられた内燃機関にも同様に適用することが可能である。
【００３８】
・上記実施の形態では、バルブ作用角と同時にバルブリフト量も変更されるようにリフト量／作用角可変機構７が構成されていたが、本発明は、バルブ作用角及びバルブリフト量のいずれか一方のみを可変とする可変機構を搭載する内燃機関にも、上記実施の形態と同様或いはそれに準じた態様で適用することが可能である。
【００３９】
・本発明の制御装置及び制御方法は、油圧により駆動されて前記機関バルブのバルブタイミングを可変とする機構であれば、図５に例示した構成のものに限らず、任意の油圧式バルブタイミング可変機構に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…電子制御ユニット（ガード値可変設定手段）、２…クランク角センサー、３…カム角センサー、４…作用角センサー、５…油圧式バルブタイミング可変機構、６…油圧制御弁、７…リフト量／作用角可変機構、８…アクチュエーター、５０…ベーンローター、５１…ハウジング、５２…ベーン、５３…凹部（５３Ａ…周方向側壁）、５４…進角側油室、５５…遅角側油室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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