(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトに接続されて該クランクシャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、
該カムスプロケットからの駆動力により回転駆動されるカムシャフトと、
該カムスプロケットと該カムシャフトとの間に介装され、該カムスプロケットに対して該カムシャフトの位相を変更する位相変更機構と、
該位相変更機構の作動を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、該カムシャフトの目標位相角が最遅角のときは該位相変更機構に対する制御信号をオフに設定し、
該制御信号がオフに設定された後は、所定期間該制御信号のオフを維持する
ことを特徴とする、可変バルブタイミング機構。
【請求項２】
該所定期間は、該目標位相が該最遅角よりも進角側に所定値以上となるまでの期間であることを特徴とする、請求項１記載の可変バルブタイミング機構。
【請求項３】
該位相変更機構は、
カムスプロケットとカムシャフトとの間に設けられた油圧室と、
該油圧室に供給される作動油量を調整する調圧弁とをそなえ、
該制御信号がオフになると、該調圧弁が閉弁されるとともに油圧室の作動油がドレーンされるように構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の可変バルブタイミング機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの吸気弁や排気弁の開閉タイミングやバルブリフト量を変更できるようにした、可変バルブタイミング機構（或いは可変バルブタイミングリフト機構）が種々開発されており、実用化されている。
このような可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）には、さまざまなタイプのものが知られているが、このうちのひとつに、いわゆるベーン式ＶＶＴ機構がある（下記の特許文献１参照）。
【０００３】
このベーン式のＶＶＴ機構は、内周面に凹部が形成された筒状のハウジングがカムスプロケットと同軸上に固定されている。また、カムシャフトには羽部（ベーン）をそなえたロータが設けられ、ベーンが凹部内に位置するようにロータがハウジング内に収納される。そして、このように構成することにより、凹部内でベーンが移動しうる範囲内で、カムシャフトのカムスプロケットに対する相対的な位相を変更することができるようになっている。
【０００４】
また、上記のベーンとハウジングの凹部とで区画される空間には油圧室が形成され、この油圧室への作動油の給排状態を制御することでカムスプロケットに対するカムシャフトの位相を進角又は遅角させることができ、これにより弁の開閉タイミングを変更することができる。
【特許文献１】特開２００１−２６３１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、油圧室への作動油の供給状態を制御する手法としては、油圧室と油圧源との間に油圧回路を介装し、この油圧回路中に、油圧室への作動油の供給を制御する油圧制御弁（オイルコントロールバルブ；ＯＣＶ）を設けることが考えられる。
そして、コントローラからの制御信号（電流値）に応じて油圧制御弁の開度が増大するように設定するとともに、目標位相が最遅角のときには最遅角位置を保持するために油圧制御弁に対し保持電流を供給している。
【０００６】
この場合、ＶＶＴ機構が最遅角制御されているときには、常に保持電流を供給しなければならず、バッテリや燃費等に不利となる問題がある。
この問題を解消するために最遅角制御時には油圧制御弁に保持電流を供給しない状態（制御信号オフ）で最遅角に保持できるようにすれば、無駄な電流消費が生じないので好ましい。
【０００７】
しかしながら、制御信号オフにより目標位相が最遅角となっても、上記制御信号オフ後から微小時間（例えば２００ｍｓｅｃ程度）内に目標位相が最遅角を離脱した場合、実電流値にオーバシュートが発生してしまい、実位相角がオーバシュートしてしまうという課題があった。
これを図４を用いて説明すると、（ａ）はＶＶＴ機構が最小電流値モード（制御信号オフ）か否かを示す図、（ｂ）はＶＶＴ機構の目標位相角を示す図、（ｃ）はＶＶＴ機構の実位相角を示す図、（ｄ）はＶＶＴ機構の調圧弁に対する目標電流値及び実電流値を示す図である。
【０００８】
図４（ｂ）に示すように、目標位相角が最遅角近傍から最遅角に設定されると、図４（ａ）に示すように、最小電流値モードとなり、この結果、図４（ｄ）に示すように、僅かな遅れを伴って目標電流値が０にまで低下するとともに実電流も低下する。また、これにより実位相角も図４（ｃ）に示すように最遅角となる。
しかし、このような最小電流値モード突入（ＯＮ）後、微小時間内（ここでは１００ｍｓｅｃ）においては、図４（ｄ）に示すように実電流が実際には０にまで低下しておらず、僅かに電流が残った状態となる。
【０００９】
そして、このような状態で、図４（ｂ）に示すように目標位相角が最遅角以外に新たに設定されて、図４（ａ）に示すように最小電流値モードを離脱すると、実際に出力される電流値が目標電流値よりも大きな値となってしまい（オーバシュート）、この結果実位相角もオーバシュートしてしまう。特に、アイドリング時に、目標位相が最遅角近傍で変動を繰り返すと、オーバシュートが頻繁に発生し、ショックや振動が生じるという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ドライバビリティを損なうことなくＶＶＴ機構の目標位相のオーバシュートを防止できるようにした、可変バルブタイミング機構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】
【００１１】
本発明の可変バルブタイミング機構は、エンジンのクランクシャフトに接続されて該クランクシャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、該カムスプロケットからの駆動力により回転駆動されるカムシャフトと、該カムスプロケットと該カムシャフトとの間に介装され、該カムスプロケットに対して該カムシャフトの位相を変更する位相変更機構と、該位相変更機構の作動を制御する制御手段とをそなえ、該制御手段は、該カムシャフトの目標位相角が最遅角のときは該位相変更機構に対する制御信号をオフに設定し、該制御信号がオフに設定された後は、所定期間該制御信号のオフを維持することを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
また、該所定期間は、該目標位相が該最遅角よりも進角側に所定値以上となるまでの期間とするのが好ましい（請求項２）
また、該位相変更機構は、カムスプロケットとカムシャフトとの間に設けられた油圧室と、該油圧室に供給される作動油量を調整する調圧弁とをそなえ、該制御信号がオフになると、該調圧弁が閉弁されるとともに油圧室の作動油がドレーンされるように構成するのが好ましい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の可変バルブタイミング機構によれば、制御信号がオフに設定された後は、所定期間制御信号のオフを維持するので、制御上のオーバシュートを確実に防止することができる。また、これによりショックや振動を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の一実施形態に係る可変バルブタイミング機構について説明すると、図１はその全体構成を示す模式図、図２は本発明が適用されるエンジンのカムシャフトの回転方向を示す模式図、図３はその要部構成の一例について示す模式図である。
図１において、符号３はエンジンであって、このエンジン３の吸気系には、吸気管６，サージタンク７及び吸気マニホールド８等が設けられている。また、吸気マニホールド８の下流端部には吸気ポート１１が形成されており、吸気弁４が開弁することにより吸気ポート１１とシリンダ９内の燃焼室１０とが連通するように構成されている。また、吸気系には、アクセル開度に応じて燃焼室１０内へ流入する吸入空気量を調節するスロットルバルブ１２，上記スロットルバルブ１２の開度を検出するスロットル開度センサ１３，吸入空気量を検出するエアフローセンサＡＦＳ等が設けられている。
【００１５】
一方、エンジン３の排気系には、排気マニホールド２２の上流端部には排気ポート１４が形成され、排気弁５が開弁することにより排気ポート１４と燃焼室１０とが連通するようになっている。また、排気マニホールド２２の下流には図示しない排ガス浄化用の触媒が設けられている。また、エンジン３には上述の吸気系および排気系の他にピストン１５，スパークプラグ１６，インジェクタ１７等を備えて構成されている。
【００１６】
また、符号２は吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）であって、本実施形態では、ＶＶＴ機構２は排気弁５のバルブタイミングを変更する排気側のＶＶＴ機構（排気ＶＶＴ）２ａと吸気弁４のバルブタイミングを変更する吸気側のＶＶＴ機構（吸気ＶＶＴ）２ｂとから構成されている。なお、本実施形態で適用されるＶＶＴ機構は、吸気弁及び排気弁の開弁時期及び閉弁時期を変更することで開弁期間を変更することなく、バルブリフト特性を全体的に進角させたり遅角させたりするものである。
【００１７】
また、図２に示すように、排気ＶＶＴ２ａは、主にスプロケット（カムスプロケット）３１と、排気カムシャフト２５と、上記カムスプロケット３１と排気カムシャフト２５との位相を変更する位相変更機構２３ａとから構成されている。また、同様に、吸気ＶＶＴ２ｂは主にスプロケット３２と、吸気カムシャフト２７と、上記スプロケット３２と吸気カムシャフト２７との位相を変更する位相変更機構２３ｂとから構成されている。
【００１８】
また、排気側のスプロケット３１と、吸気側のスプロケット３２とはタイミングベルト１９を介してエンジン３のクランクシャフト１８に接続されており、クランクシャフト１８が矢印Ｃ方向へ回転することにより両スプロケット３２，３１がそれぞれクランクシャフト１８と同方向（矢印Ｃ2 ，Ｃ1 参照）に同期したタイミングで駆動されるようになっている。なお、タイミングベルト１９はテンショナ３３によって適当なテンションが保持されるようになっている。
【００１９】
そして、上記の位相変更機構２３ａ，２３ｂにより、排気側スプロケット３１と排気カムシャフト２５との相対位相及び吸気側スプロケット３２と吸気カムシャフト２７との相対位相をそれぞれ独立して変更することで排気弁５および吸気弁４の開閉タイミングを、クランクシャフト１８の位相に対して変更・調整できるようになっている。
なお、タイミングベルト１９の進行方向への位相変更、即ち図２中矢印Ｄ1 ，Ｄ2 で示す方向への位相変更が進角側への位相変更となり、タイミングベルト１９の進行方向とは逆方向への位相変更、即ち、矢印Ｅ1 ，Ｅ2 で示す方向への位相変更が遅角側への位相変更となる。
【００２０】
以下、ＶＶＴ機構２の詳細な機構について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。なお、以下では吸気ＶＶＴ２ｂについて説明するが、排気ＶＶＴ２ａも同様に構成されている。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、吸気カムシャフト２７とカムスプロケット３２とは同軸上に配設されている。また、位相変更機構２３ｂは、上記スプロケット３２とカムシャフト２７との間に介装されている。また、位相変更機構２３ｂは、主に油圧室４０と、後述する調圧弁（オイルコントロールバルブ；ＯＣＶ）２１とを備えて構成されており、上記調圧弁２１により油圧室４０に給排される作動油の流量を変更することにより、スプロケット３２に対するカムシャフト２７の位相が変更されるようになっている。
【００２１】
具体的に説明すると、図３に示すように、スプロケット３２には複数のボルト３５によりハウジング３４が締結されており、また、このハウジング３４には等位相に４箇所に凹部３４ａが形成されている。
また、上記のカムシャフト２７にはセンタボルト４４によりロータ３６が締結されており、このロータ３６はカムシャフト２７に対して相対回転しないように固定されている。また、このロータ３６には４枚のベーン３９が外方へ放射状に固設されている。
【００２２】
そして、図３（ａ）に示すように、ハウジング３４内にロータ３６が収納されるとともに、各凹部３４ａにそれぞれベーン３９が配置されるようになっている。そして、スプロケット３２とベーン３９とハウジング３４とによって区画された空間が油圧室４０として機能するようになっている。
また、図３（ｂ）に示すように、ロータ３６とハウジング３４との間にはトーションスプリング４１が介装されており、ロータ３６は図３（ａ）中において反時計回り方向（即ち遅角側）に付勢されている。したがって、油圧室４０内の油圧が低下するとロータ３６はトーションスプリング４１の付勢力によって遅角側に回動されるようになっている。
【００２３】
また、ＶＶＴ機構２には、図１に示すような油圧回路５１が接続されており、この油圧回路５１には、エンジン３によって駆動される油圧ポンプ５０が接続されている。
また、油圧回路５１中には、位相変更機構２３の油圧室４０に対して、油圧ポンプ５０で加圧された作動油の供給量を調整する調圧弁（ＯＣＶ）２１が設けられており、例えばこの調圧弁２１を開弁することにより、油圧回路５１を介して油圧ポンプ５０から作動油が油圧室４０に供給されるようになっている。また、これとは逆に、調圧弁（ＯＣＶ）２１を閉弁すると、油圧室４０内の作動油がドレーンされるようになっている。
【００２４】
なお、調圧弁２１は排気側調圧弁２１ａと吸気側排気側調圧弁２１ｂとをそれぞれ備えているが、以下、排気側と吸気側とで特に区別しない場合には単に符号２１を用いる。また、これと同様に、ＶＶＴ機構及び位相変更機構についても、排気側と吸気側とで特に区別しない場合にはそれぞれ、単に符号２及び２３を用いる。
そして、調圧弁２１を開弁して油圧室４０に作動油が供給されると、油圧室４０内に配設されたベーン３９が油圧を受けてロータ３６が図３（ａ）中矢印Ｄ２で示す方向に駆動され、これによりカムシャフト２７も矢印Ｄ２方向へ回動し、スプロケット３２とカムシャフト２７との相対位相が進角方向に変更される。
【００２５】
また、調圧弁２１を閉じることにより、油圧室４０の油圧が低下してスプロケット３１，３２の駆動力とカムシャフト２５，２７との回転慣性力との差、さらにはトーションスプリング４１の付勢力によってロータ３６及びカムシャフトは矢印Ｄ２と反対方向へ回動されて、スプロケット３１，３２とカムシャフト２５，２７との相対位相が遅角方向に変更される。
【００２６】
ところで、図１に示すように、エンジン３には、ＶＶＴ機構２をはじめインジェクタ１７や点火プラグ１６等の種々の機器の作動を制御するための制御手段（コントローラ又はＥＣＵという）が設けられており、調圧弁２１はこのＥＣＵ１からの制御信号に基づきその作動が制御されるようになっている。また、調圧弁２１は図示しないソレノイドコイルを備えて構成され、このソレノイドコイルに供給される電流値に応じて、調圧弁の開度が調整されるようになっており、本装置では制御信号として電流値が設定されるようになっている。具体的にはＥＣＵ１から調圧弁２１に出力される電流値が大きくなるほど調圧弁２１の開度が大きくなるようになっている。また、電流値が小さくなるほど調圧弁２１の開度が小さくなるようになっている。
【００２７】
したがって、ＥＣＵ１から調圧弁２１に出力される制御信号（電流値）を最大値に設定することでＶＶＴ機構２のバルブ開閉タイミングを最も進角させることができるほか、上記の電流値を最小値に設定することでバルブ開閉タイミングを最も遅角させることができる。
ところで、ＥＣＵ１には、上述したスロットル開度センサ１３及びエアフローセンサＡＦＳ以外にも、エンジン負荷としての吸気マニホールド圧（マニ圧）を検出する圧力センサ（マニ圧センサ）や、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ（いずれも図示省略）等の種々のセンサが接続されている。
【００２８】
また、ＥＣＵ１の内部にはマニ圧（エンジン負荷）とエンジン回転数とをパラメータとして吸気弁４及び排気弁５の目標位相が記憶されたマップ（目標位相設定手段）２０が設けられている。ここで目標位相設定マップ２０は吸気弁４の目標開弁時期（ＩＯ）と、排気弁５の目標閉弁時期（ＥＣ）とをそれぞれ設定するものであって、このＶＶＴ機構２が設定しうる最遅角を基準として（即ち、最遅角＝０°として）、マニ圧とエンジン回転数とに応じた目標位相が所定位相毎（例えば０．０５度毎）に、記憶されている。
【００２９】
さて、上述したように、目標位相が最遅角の場合には、調圧弁２１に対する電流値が最小値に設定される。このため、目標位相が最遅角の場合、即ち、調圧弁２１に対する電流値が最小値になる場合を以降では最小電流値モードという。
ここで最小電流値としては、電流値＝０（制御信号オフ）に設定されており、制御信号オフで調圧弁２１が閉じられるように構成されている。そして、このように構成することにより、目標位相が最遅角のときには電流供給を断つという簡素な制御ロジックを実現でき、また、電流消費量を低減することができる。
【００３０】
しかし、このように目標位相が最遅角になった場合、最小電流値モード突入後（電流オフ後）に僅かな時間（例えば２００ｍｓｅｃ程度）内に目標位相が最遅角以外となって最遅角モードを離脱した場合、実電流値にオーバシュートが発生してしまい、実位相角がオーバシュートしてしまう場合があった。これは一旦目標位相が最遅角（電流値＝０）となっても、微小時間内はソレノイドコイル内に電流が残る場合があり、このような状況下で新たな目標位相に応じた電流値を出力すると、本来要求される電流値よりも大きな電流が調圧弁２１に流れて実電流値がオーバシュートするためである。（図４参照）
そこで、本装置では、目標位相が最遅角（例えば０°）に設定された後は、目標位相が最遅角よりも進角側に所定値（例えば１．２５°）未満の場合には制御信号のオフ（電流値＝０）を維持するとともに、目標位相が進角側に上記の所定値以上（所定期間）となった場合にのみ目標位相に応じた制御信号を設定するようになっている。つまり、一旦最小電流値モードに突入した場合には、目標位相が所定値以上とならない限り最小電流値モードを維持するように設定しているのである。
【００３１】
これにより、例えば目標位相が最遅角近傍で頻繁に変動するような場合において、最小電流値モードへの突入と離脱とのハンチングを防止でき、調圧弁２１対する実電流値のオーバシュートを防止することができる。また、ＶＶＴ機構２の実位相角のオーバシュートを防止することができ、安定した制御を実現することができる。
なお、進角側に所定値以上の目標位相が設定されると当然ながら最小電流値モードを離脱するので、最小電流値モード突入から微小時間以内であれば実電流のオーバシュートが生じることになるが、このような進角側に比較的大きな目標位相が設定される場合は、ドライバが比較的アクセルペダルを踏み込んで加速意図がある場合と考えられるので、多少の位相角のオーバシュートが生じてもドライバビリティを損なうこともない。
【００３２】
本発明の一実施形態に係る可変バルブタイミング機構は上述のように構成されているので、以下のような作用及び効果を奏する。まず、エンジン３の運転中には、図示しない圧力センサにより吸気マニホールド８の圧力（マニ圧）が検出されるとともに、やはり図示しないエンジン回転数センサによりエンジン回転数が検出される。
一方、ＥＣＵ１では、上記エンジン回転数及びマニ圧（負荷）に基づいて、目標位相設定マップ２０から吸気弁４及び排気弁５の開閉タイミングの目標位相が読み出され、この目標位相に対応した制御信号（電流値）が設定される。
【００３３】
そして、この制御信号を調圧弁２１に対して出力することで、調圧弁２１の開度が調整されて、ＶＶＴ機構２の位相変更機構２３に設けられた油室４０に供給される油量が調整される。これにより、カムシャフト２５，２７がカムスプロケット３１，３２に対して進角又は遅角して、吸気弁４及び排気弁５の開閉タイミングが変更される。
また、目標位相が最遅角に設定された場合には、最小電流値モードに移行し、電流値が０に設定される。これにより、油圧室４０への作動油の供給が停止するとともに、既に供給されていた作動油がドレーンされて、カムシャフト２５，２７の位相がスプロケット３１，３２に対して最も遅角した状態となる。
【００３４】
また、このように目標位相が最遅角に設定されると、その後目標位相角が変更されても、目標位相角が所定値未満の場合には（即ち、所定期間は）最小電流値モードが維持され、目標位相が所定値以上となった場合（即ち、所定期間経過後）にのみ目標位相に応じた電流値が設定される。
したがって、目標位相が最遅角から微小な進角位相に変更されても、最小電流値モードが維持されて最小電流値モードからの離脱を防止できる。これにより、調圧弁２１対する実電流値のオーバシュート、及びＶＶＴ機構２の実位相角のオーバシュートを防止することができる。
【００３５】
また、所定値以上の目標位相が設定された場合には、目標位相に応じた電流値が設定される。このときには実電流のオーバシュートが生じることも考えられるが、この場合はドライバが加速を要求している場合であるので、ドライバの意思を優先して最小電流値モードを離脱させることでドライバビリティが確保される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、吸気側及び排気側の両方にＶＶＴ機構２を設けた場合について説明したが、吸気側又は排気側のいずれか一方にのみＶＶＴ機構を設けても良い。
【００３６】
また、ＶＶＴ機構２の位相変更手段２３は図３に示したものに限定されず、ロータ，ベーン及びハウジングの形状等について種々の変更が可能である。また、ＶＶＴ機構２の位相変更手段２３としては、油圧により位相を変更するようにしたもの以外にも、カムシャフトとカムスプロケットとの間にモータ（例えばステッパモータ）を設け、このモータへの電流値を制御することで位相を変更するように設定するとともに、モータへの電流値をオフにすることで位相を最遅角に設定するように構成してもよい。
【００３７】
また、上述ではエンジン３の負荷をマニ圧から求めているが、エンジン負荷はスロットル開度から求めても良いし、吸入空気量から求めるようにしてもよい。
また、上述では所定期間として目標位相が所定値以上となるまでの期間を設定しているが、目標位相が最遅角に設定された後に、制御信号のオフ（電流値＝０）を所定時間維持するようにタイマーを設定してもよい。この場合、例えば進角側に比較的大きな目標位相が設定されるとき所定時間応答性が遅れることになるが、簡単な制御でハンチングやオーバシュートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変バルブタイミング機構の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明が適用されるエンジンのカムシャフトの回転方向を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る可変バルブタイミング機構の要部構成の一例について示す模式図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面における断面図である。
【図４】本発明の課題について説明する図であって、（ａ）はＶＶＴ機構が最小電流値モード（制御信号オフ）か否かを示す図、（ｂ）はＶＶＴ機構の目標位相角を示す図、（ｃ）はＶＶＴ機構の実位相角を示す図、（ｄ）はＶＶＴ機構の調圧弁に対する目標電流値及び実電流値を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    制御手段（コントローラ又はＥＣＵ）
２，２ａ，２ｂ    可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）
３    エンジン
４    吸気弁
５    排気弁
６    吸気管
７    サージタンク
８    吸気マニホールド
９    シリンダ
１０    燃焼室
１１    吸気ポート
１２    スロットルバルブ
１３    スロットル開度センサ
１４    排気ポート
１５    ピストン
１６    スパークプラグ
１７    インジェクタ
１８    クランクシャフト
１９    タイミングベルト
２０    マップ（目標位相設定手段）
２１，２１ａ，２１ｂ    調圧弁（オイルコントロールバルブ；ＯＣＶ）
２２    排気マニホールド
２５，２７  カムシャフト
２３，２３ａ，２３ｂ    位相変更機構
３１，３２  スプロケット（カムスプロケット）
３３    テンショナ
３４    ハウジング
３６    ロータ
３９    ベーン
４０    油圧室
５０    油圧ポンプ
５１  油圧回路
【図１】
0004427514.tif 000002
【図２】
0004427514.tif 000003
【図３】
0004427514.tif 000004
【図４】
0004427514.tif 000005