(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを構成するクランク軸の駆動力が無端伝動部材を介して伝達されるカム軸の回転位相を制御するエンジンのカム位相制御装置であって、
前記無端伝動部材を押圧するテンショナ装置と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記カム軸の回転位相を変更する可変バルブタイミング機構と、
エンジンの運転状態毎に設定され、前記可変バルブタイミング機構の目標制御値を補正するための値であって、前記可変バルブタイミング機構が前記目標制御値で制御された場合に前記カム軸の目標回転位相に対して生じると予想される前記カム軸の予想位相ずれ量またはその予想される位相ずれを抑制するように設定された補正値が記憶された記憶部と、
前記運転状態検出手段により検出されたエンジンの運転状態に対応する予想位相ずれ量または補正値を前記記憶部から読み出し、読み出した予想位相ずれ量または補正値に基づいて前記可変バルブタイミング機構の補正制御値を算出し、前記補正制御値に基づいて、予想される回転位相ずれを抑制するよう前記可変バルブタイミング機構を制御する制御部とを備え、
前記テンショナ装置は、作動油の供給により発生する作動油圧によって前記無端伝動部材を押圧するものであって、
前記エンジンの運転状態は、エンジン回転数、エンジン負荷、および前記テンショナ装置に供給される作動油の温度であることを特徴とする、エンジンのカム位相制御装置。
【請求項２】
前記回転位相ずれ量または補正値は、クランク角の連続的な変化に対応して設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンのカム位相制御装置。
【請求項３】
前記目標回転位相に対する前記カム軸の位相ずれ量を検出する位相ずれ検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記位相ずれ検出手段により検出された位相ずれ量に基づいて、前記カム軸の位相ずれ量が小さくなる状態に、前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載のエンジンのカム位相制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのカム位相制御装置に関する。      
【背景技術】
【０００２】
クランク軸に対するカム軸の回転位相は、エンジンのクランクスプロケットおよびカムスプロケットに掛け回されるタイミングチェーンの張り具合に応じて、正規の状態（目標回転位相）からずれることがある。
【０００３】
従来、この位相ずれの問題に対処するための技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、カム軸の位相ずれ量を、クランク軸の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサおよびカム軸の回転角度を検出するカム角センサの各々の検出値に基づいて、クランク角が１８０°進む毎に算出し、算出された位相ずれ量が所定値を超えた場合に、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）により、カム軸の位相が正規の状態に近づくようにカム軸の位相を補正することが記載されている（特許文献１の図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０９９９４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、タイミングチェーンの張り具合は刻々と変化し、その変化の仕方はエンジン回転数、エンジン負荷（トルク）等のエンジンの運転状態によって異なる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、位相ずれ量の算出が、クランク角が１８０°進む毎に行われ、その算出の都度、位相が補正されるに過ぎないため、位相ずれへの対応が間欠的なものとなっており、クランク角が１８０°進む間の位相ずれは解消されない。このため、特許文献１に記載の技術では、位相ずれを精度よく抑制することができない。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、カム軸の回転位相が正規の状態からずれるのを精度よく抑制することができるエンジンのカムタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンを構成するクランク軸の駆動力が無端伝動部材を介して伝達されるカム軸の回転位相を制御するエンジンのカム位相制御装置であって、前記無端伝動部材を押圧するテンショナ装置と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記カム軸の回転位相を変更する可変バルブタイミング機構と、エンジンの運転状態毎に設定され、前記可変バルブタイミング機構の目標制御値を補正するための値であって、前記可変バルブタイミング機構が前記目標制御値で制御された場合に前記カム軸の目標回転位相に対して生じると予想される前記カム軸の予想位相ずれ量またはその予想される位相ずれを抑制するように設定された補正値が記憶された記憶部と、前記運転状態検出手段により検出されたエンジンの運転状態に対応する予想位相ずれ量または補正値を前記記憶部から読み出し、読み出した予想位相ずれ量または補正値に基づいて前記可変バルブタイミング機構の補正制御値を算出し、前記補正制御値に基づいて、予想される回転位相ずれを抑制するよう前記可変バルブタイミング機構を制御する制御部とを備え、前記テンショナ装置は、作動油の供給により発生する作動油圧によって前記無端伝動部材を押圧するものであって、前記エンジンの運転状態は、エンジン回転数、エンジン負荷、および前記テンショナ装置に供給される作動油の温度であることを特徴とする、エンジンのカム位相制御装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、可変バルブタイミング機構が目標制御値で制御された場合にカム軸の目標回転位相に対して生じると予想されるカム軸の予想位相ずれ量またはその予想される位相ずれを抑制するように設定された補正値がエンジンの運転状態毎に設定される。そして、その予想位相ずれ量または補正値に基づいて可変バルブタイミング機構の補正制御値が算出され、その補正制御値に基づいてカム軸の位相制御が行われるため、カム軸の位相ずれの発生が未然に抑制される。従って、本発明によれば、エンジンの運転状態に拘わらず、カム軸の回転位相ずれを精度よく抑制することができる。
特に、エンジン回転数、エンジン負荷、およびテンショナ装置の作動油の温度が変化してもカム軸の位相ずれの発生が未然に抑制されるように、可変バルブタイミング機構が制御されるため、カム軸の回転位相ずれを精度よく抑制することができる。
【０００９】
本発明においては、前記予想位相ずれ量または前記補正値は、クランク角の連続的な変化に対応して設定されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、全てのクランク角においてカム軸の位相ずれの発生が未然に抑制される。
【００１７】
本発明においては、前記目標回転位相に対する前記カム軸の位相ずれ量を検出する位相ずれ検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記位相ずれ検出手段により検出された位相ずれ量に基づいて、前記カム軸の位相ずれ量が小さくなる状態に、前記可変バルブタイミング機構を制御することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、無端伝動部材が伸びることにより、カム軸の位相ずれが発生しても、その位相ずれ量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、正規の状態（目標回転位相）からのカム軸の回転位相ずれの発生を精度よく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンのカム位相制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエンジンの運転状態を、エンジン回転数、エンジン負荷、および作動油温度で三次元的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態における予想回転ずれ量および制御値の例を示す図であり、（ａ）は、エンジン回転数がａ１、エンジン負荷がｂ１、作動油温度がｃ１である場合の予想回転ずれ量（実線）および補正値（一点鎖線）を示す図、（ｂ）は、エンジン回転数がａ２、エンジン負荷がｂ２、作動油温度がｃ２である場合の予想回転ずれ量（実線）および補正値（一点鎖線）を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態による効果を示す図であり、（ａ）は、図４におけるステップＳ６の制御を行わない場合のクランク角とバルブリフト量との関係を示すグラフ、（ｂ）は、図４におけるステップＳ６の制御を行った場合のクランク角とバルブリフト量との関係を示すグラフである。
【図６】従来のカム位相制御装置による効果を示す図であり、（ａ）は、カム位相制御を行う前のクランク角とバルブリフト量との関係を示すグラフ、（ｂ）は、従来のカム位相制御装置による制御を行った場合のクランク角とバルブリフト量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。
【００２２】
本実施形態に係るエンジンのカム位相制御装置１は、クランク軸１８の駆動力がタイミングチェーン（本発明の「無端伝動部材」に相当）１４を介して伝達される排気カム軸２０および吸気カム軸２１の回転位相を制御する装置である。
【００２３】
カム位相制御装置１は、スロットルセンサ５と、油温センサ６と、クランク角センサ７と、カム角センサ８と、ＥＣＵ（Engine  Control  Unit）４と、排気側可変バルブタイミング機構（以下、「排気側ＶＶＴ（Variable  Valve  Timing  system）」と称する）２と、吸気側可変バルブタイミング機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」と称する）３と、テンショナ装置１３とを備えている。
【００２４】
アクセル開度センサ５、油温センサ６、クランク角センサ７、吸気カム角センサ１２、排気カム角センサ１１、およびＥＣＵ４は、本発明の「運転状態検出手段」に相当する。アクセル開度センサ５、油温センサ６、クランク角センサ７、吸気カム角センサ１２、および排気カム角センサ１１は、ＥＣＵ４の入力端子に接続されている。
【００２５】
アクセル開度センサ５は、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度として検出する。検出したアクセル開度を基にエンジンの燃焼室に供給される空気量を算出する。そのため、アクセル開度センサ５に代えてスロットル開度を検出するスロットル開度センサを用いてもよい。油温センサ６は、テンショナ装置１１に供給される作動油の温度を検出する。クランク角センサ７は、クランク軸１８の回転角度を検出する。吸気カム角センサ１２は、吸気カム軸２１の回転角度を検出し、排気カム角センサ１１は、排気カム軸２０の回転角度を検出する。
【００２６】
排気側ＶＶＴ２は、排気カム軸２０に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸１８に対する排気カム軸２０の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブの開閉タイミングを変更する。排気側ＶＶＴ２を介して、排気カム軸２０と排気側スプロケット１５とが接続されている。
【００２７】
吸気側ＶＶＴ３は、吸気カム軸２１に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸１８に対する吸気カム軸２１の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブの開閉タイミングを変更する。吸気側ＶＶＴ３を介して、吸気カム軸２１と吸気側スプロケット１６とが接続されている。
【００２８】
クランク軸１７には、クランクスプロケット１７が設けられている。クランクスプロケット１７、排気側スプロケット１５、および吸気側スプロケット１６に、タイミングチェーン１４が掛け回されている。クランクスプロケット１７は、図１において時計回り（右回り）に回転し、その回転に伴って、タイミングチェーン１４は時計回りに回動される。
【００２９】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるメモリ４ａとを備えたマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ（本発明の「制御部」に相当する）がメモリ４ａに格納されたプログラムおよびデータを参照して各種処理を実行することにより、所定の機能が実現される。
【００３０】
メモリ４ａは、排気側ＶＶＴ２の目標制御値（クランク軸１８に対する排気カム軸２０の目標進角量または目標遅角量）を補正する補正値（図３（ａ），（ｂ）における一点鎖線Ｌ１参照）と、吸気側ＶＶＴ３の目標制御値（クランク軸１８に対する吸気カム軸２１の目標進角量または目標遅角量）を補正する補正値（図３（ａ），（ｂ）における一点鎖線Ｌ１参照）とを予め記憶している。排気側ＶＶＴ２の目標制御値および吸気側ＶＶＴ３の目標制御値は、エンジン回転数およびエンジン負荷（トルク）に基づいて算出される。
【００３１】
排気側ＶＶＴ２の補正値は、実験等により求められた値であり、エンジン９の運転状態毎に設定されている。排気側ＶＶＴ２の補正値は、排気側ＶＶＴ２が目標制御値で制御された場合に排気カム軸２０の目標回転位相（クランク軸１８に対する排気カム軸２０の目標進角量または目標遅角量）に対して生じると予想される排気カム軸２０の回転位相ずれを抑制するように設定されている。この位相ずれは、エンジン回転数、エンジン負荷（トルク）等のエンジンの運転状態に応じて、タイミングチェーン１４の張力が刻々と変化することにより生じるものである。本実施形態では、排気側ＶＶＴ２の補正値は、排気カム軸２０の目標回転位相に対して生じると予想される排気カム軸２０の予想位相ずれ量（図３（ａ），（ｂ）における実線Ｌ２参照）と大きさが同じで正負が逆の値である。すなわち、排気カム軸２０の予想位相ずれ量に排気側ＶＶＴ２の補正値を加えると、予想位置ずれ量が相殺される。
【００３２】
詳しく説明すると、本実施形態における「エンジン９の運転状態」は、エンジン回転数、エンジン負荷（トルク）、およびテンショナ装置１３に供給される作動油の温度（以下、「作動油温度」と称する）である。そして、補正値は、エンジン回転数［ｒｐｍ］、エンジン負荷［Ｎ・ｍ］、作動油温度［℃］、およびクランク角［ｄｅｇ］の４つの値をパラメータとして予め設定された値である。
【００３３】
具体的には、例えば、エンジン回転数ａ１［ｒｐｍ］、エンジン負荷ｂ１［Ｎ・ｍ］、および作動油温度ｃ１［℃］の３つの値（図２参照）には、クランク角［ｄｅｇ］と補正値［ｄｅｇ］との関係を示す１つの補正パターン（図３（ａ）参照）が対応する。補正値は、図３（ａ）に示されるように、クランク角の連続的な変化に対応して設定されている。図３（ａ）に示される例では、クランク角の連続的な変化に対して、補正値が正弦波状に変化している。
【００３４】
また、エンジン回転数ａ２［ｒｐｍ］、エンジン負荷ｂ２［Ｎ・ｍ］、および作動油温度ｃ２［℃］の３つの値（図２参照）には、クランク角［ｄｅｇ］と補正値［ｄｅｇ］との関係を示す１つの補正パターン（図３（ｂ）参照）が対応する。
【００３５】
吸気側ＶＶＴ３の補正値は、実験等により求められた値であり、エンジン９の運転状態毎に設定されている。吸気側ＶＶＴ３の補正値は、吸気側ＶＶＴ３が目標制御値で制御された場合に吸気カム軸２１の目標回転位相（クランク軸１８に対する吸気カム軸２１の目標進角量または目標遅角量）に対して生じると予想される吸気カム軸２１の予想位相ずれを抑制するように設定されている。本実施形態では、吸気側ＶＶＴ３の補正値は、吸気カム軸２１の目標回転位相に対して生じると予想される吸気カム軸２１の予想位相ずれ量と大きさが同じで正負が逆の値である。すなわち、吸気カム軸２１の予想位相ずれ量に吸気側ＶＶＴ３の補正値を加えると、予想位置ずれ量が相殺される。
【００３６】
テンショナ装置１３は、クランクスプロケット１７と排気側スプロケット１５の間の区間において、タイミングチェーン１４を押圧するものである。テンショナ装置１３は、タイミングチェーン１４に接触した状態で、エンジン９の側面に揺動可能に取り付けられたテンショナアーム１０と、このテンションアーム１０を押圧するアクチュエータであるテンショナ本体１９とを備えている。テンショナ本体１９は、油圧式のアクチュエータであり、アクチュエータに供給される作動油の温度は、エンジンの油圧回路中に設定される温度センサ（図示略）により検出される。この温度センサは、通信線を介してＥＣＵ４に接続されている。
【００３７】
次に、ＥＣＵ４が行う処理について、図４を参照しつつ説明する。
【００３８】
まず、ＥＣＵ４は、排気カム角センサ１１の検出値に基づいて、排気カム軸２０の目標回転位相に対する排気カム軸２０の回転位相ずれ量を検出するとともに、吸気カム角センサ１２の検出値に基づいて、吸気カム軸２１の目標回転位相に対する吸気カム軸２１の回転位相ずれ量を検出する（ステップＳ１）。
【００３９】
回転位相ずれ量の検出は、例えば、排気側ＶＶＴ２および吸気側ＶＶＴ３の最遅角位置と所定のカム軸の位相との位置関係を基準位置として予めＥＣＵ４に記憶させておき、実際のＶＶＴの最遅角位置とカム軸位相との位置関係を算出し、基準位置からのずれ量を算出することで行われる。
【００４０】
次いで、ＥＣＵ４は、ステップＳ１で検出された排気カム軸２０の回転位相ずれ量に基づいて、排気カム軸２０の回転位相ずれが小さくなる状態に、排気側ＶＶＴ２を制御する。同様に、ＥＣＵ４は、ステップＳ１で検出された吸気カム軸２１の回転位相ずれ量に基づいて、吸気カム軸２１の回転位相ずれが小さくなる状態に、吸気側ＶＶＴ３を制御する（ステップＳ２）。
【００４１】
ステップＳ２の制御は、エンジンの長期使用等によってタイミングチェーン１４が摩耗し、伸びることにより、排気カム軸２０の目標回転位相に対して排気カム軸２０に回転位相ずれが生じたり、或いは吸気カム軸２１の目標回転位相に対して吸気カム軸２１に回転位相ずれが生じた場合に、それら回転位相ずれを事後的に小さくするための制御である。
【００４２】
次に、ＥＣＵ４は、車両の運転状態、すなわち、エンジン回転数、エンジン負荷、および作動油温度の３つの値を検出する（ステップＳ３）。具体的には、ＥＣＵ４は、クランク角センサ７の検出値に基づいてエンジン回転数を検出し、クランク角センサ７の検出値およびアクセル開度センサ５の検出値に基づいて、エンジン負荷を算出する。
【００４３】
次いで、ＥＣＵ４は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、排気側ＶＶＴ２の目標制御値および吸気側ＶＶＴ３の目標制御値を算出する（ステップＳ４）。
【００４４】
次いで、ＥＣＵ４は、検出されたエンジン回転数、エンジン負荷、および作動油温度に対応する排気側ＶＶＴ２の補正パターン（図３（ａ），（ｂ）の一点鎖線Ｌ１参照）をメモリ４ａから読み出し（ステップＳ５）、読み出した補正パターンに基づいて排気側ＶＶＴ２の目標制御値を補正することにより排気側ＶＶＴ２の補正制御値を算出し、その補正制御値に基づいて、運転状態の変化によって起こると予想される回転位相ずれを抑制するよう排気側ＶＶＴ２を制御する（ステップＳ６）。
【００４５】
同様に、ＥＣＵ４は、検出されたエンジン回転数、エンジン負荷、および作動油温度に対応する吸気側ＶＶＴ２の補正パターン（図３（ａ），（ｂ）の一点鎖線Ｌ１参照）をメモリ４ａから読み出し（ステップＳ５）、読み出した補正パターンに基づいて吸気側ＶＶＴ３の目標制御値を補正することにより吸気側ＶＶＴ３の補正制御値を算出し、その補正制御値に基づいて、運転状態の変化によって起こると予想される回転位相ずれを抑制するよう吸気側ＶＶＴ３を制御する（ステップＳ６）。
【００４６】
図５は、本実施形態による効果を示す図である。本実施形態によれば、図４におけるステップＳ６の制御を行うことにより、排気カム軸２０および吸気カム軸２１の回転位相ずれが、クランク角０〜７２０［ｄｅｇ］の全範囲に亘ってほぼゼロとなり、その結果、図５（ｂ）に示されるように、クランク角０〜７２０［ｄｅｇ］の全範囲に亘って、バルブの目標リフト量（破線Ａ１参照）と実際のリフト量（実線Ａ３参照）とのずれがほぼゼロとなる。なお、図５（ａ）は、図４におけるステップＳ６の制御を行わない場合の、バルブの目標リフト量（破線Ａ１参照）と実際のリフト量（実線Ａ２参照）との関係を示す図である。ステップＳ６の制御を行わない場合には、目標リフト量（破線Ａ１参照）と実際のリフト量（実線Ａ２参照）とのずれが大きいことが分かる。
【００４７】
これに対し、特許文献１に記載されているような位相補正を行った場合には、クランク軸回転の所定周期平均の位相ずれ補正であるため、カム軸の回転位相ずれは、完全には解消されず、その結果、図６（ｂ）に示されるように、クランク角０〜７２０［ｄｅｇ］のうち、その大部分の範囲に亘って、バルブの目標リフト量（破線Ａ１参照）と実際のリフト量（実線Ａ４参照）とのずれが解消されないこととなる。なお、図６（ａ）は、特許文献１に記載のカム位相制御を行う前のクランク角とバルブリフト量との関係を示すグラフである。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、排気側ＶＶＴ２が目標制御値で制御された場合に排気カム軸２０の目標回転位相に対して生じると予想される排気カム軸２０の回転位相ずれを抑制するために、排気側ＶＶＴ２の目標制御値を補正する補正値がエンジン９の運転状態毎に設定される。そして、その補正値に基づいて排気側ＶＶＴ２の補正制御値が算出され、その補正制御値に基づいて排気カム軸２０の位相制御が行われるため、排気カム軸２０の位相ずれの発生が未然に抑制される。吸気カム軸２１についても同様である。従って、本実施形態によれば、エンジン９の運転状態に拘わらず、排気カム軸２０および吸気カム軸２１の回転位相ずれを精度よく抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、補正値は、クランク角の連続的な変化に対応して設定されているため、全てのクランク角において排気カム軸２０および吸気カム軸２１の位相ずれの発生が未然に抑制される。
【００５０】
また、本実施形態によれば、エンジン回転数、エンジン負荷、およびテンショナ装置１３の作動油の温度が変化しても排気カム軸２０および吸気カム軸２１の位相ずれの発生が抑制されるように、排気側ＶＶＴ２および吸気側ＶＶＴ３が制御される。従って、排気カム軸２０および吸気カム軸２１の回転位相ずれを精度よく抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、タイミングチェーン１４が伸びることにより、排気カム軸２０および吸気カム軸２１の位相ずれが発生しても、その位相ずれ量を小さくすることができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、メモリ４ａに補正値（図３の一点鎖線Ｌ１参照）を記憶させているが、これに代えて、メモリ４ａに予想位相ずれ量（図３の実線Ｌ２参照）を記憶させ、この予想位相ずれ量に基づいて補正値を算出して位相制御を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  カム位相制御装置
４  ＥＣＵ（制御部）
４ａ  メモリ（記憶部）
９  エンジン
１１  テンショナ装置  
１４  タイミングチェーン（無端伝動部材）
１８  クランク軸
２０  排気カム軸
２１  吸気カム軸
【図１】
0006332186.tif 000002
【図２】
0006332186.tif 000003
【図３】
0006332186.tif 000004
【図４】
0006332186.tif 000005
【図５】
0006332186.tif 000006
【図６】
0006332186.tif 000007