(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧によってバルブタイミングを変化させるエンジンの可変バルブタイミング装置であって、
エンジンの始動を検出して最大バルブオーバーラップ量に相当する油圧制御信号を出力する一方、実際のバルブタイミングが始動時における許容バルブオーバーラップ量を越えた時点で通常のオーバーラップ量に相当する油圧制御信号に戻して、
エンジンの始動時に、通常の低負荷，低回転時のバルブタイミングに対してバルブオーバーラップを拡大する方向にバルブタイミングを変更することを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの可変バルブタイミング装置に関し、詳しくは、エンジンの始動性を高めるためのバルブタイミングの制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用エンジンにおいて、カム軸の回転位相を油圧によって変化させることで、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする可変バルブタイミング機構が知られている（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変バルブタイミング機構においては、アイドル等の低負荷・低回転時には、通常、バルブオーバーラップが最小となるバルブタイミングに制御され、始動時においても、バルブオーバーラップは最小に制御されていた。
一方、エンジンの始動性を高めるためには、始動開始からの回転速度の立ち上がりを早めることが有効であることが知られているが、前記立ち上がり応答をスタータモータのトルクを増大させて早めようとすると、スタータモータとして大型のものが必要になって、コストアップやスタータモータの設置スペースの拡大を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、可変バルブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、バルブタイミングの変更によって始動時の回転の立ち上がり応答を早めることができるようにして、コストアップ等を招くことなく始動性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、エンジンの始動を検出して最大バルブオーバーラップ量に相当する油圧制御信号を出力する一方、実際のバルブタイミングが始動時における許容バルブオーバーラップ量を越えた時点で通常のオーバーラップ量に相当する油圧制御信号に戻して、エンジンの始動時に、通常の低負荷，低回転時のバルブタイミングに対してバルブオーバーラップを拡大する方向にバルブタイミングを変更する。
【００１０】
かかる構成によると、油圧を制御することでバルブタイミングが変更される構成において、始動が開始されると、最大バルブオーバーラップ量に相当する油圧制御信号を出力し、バルブタイミングを最大バルブオーバーラップとなる位置に向けて変化させるようにする。ここで、油圧の応答遅れによって実際のバルブオーバーラップは制御信号に対して遅れて変化することになるので、その後の実際のバルブタイミングを監視し、最大オーバーラップ量よりも小さな許容オーバーラップ量を越えた段階で通常のバルブタイミングに戻す。即ち、最大バルブオーバーラップ量に相当する油圧制御信号を出力してから、実際のオーバーラップ量が許容オーバーラップ量に達するまでの間で、バルブオーバーラップの拡大が行われることになる。これにより、低負荷，低回転時にオーバーラップ量を最小に制御する設定であっても、始動時には、例えば吸気バルブの開時期を早めるなどしてオーバーラップを大きくする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、オーバーラップ量が拡大する方向へバルブタイミングを応答良く変化させることができると共に、過剰にオーバーラップ量が大きくなって、燃焼性が大きく悪化することを防止できるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態における可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのシステム構成を示す図である。
この図１において、エンジン１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【００１４】
吸気側カム軸５には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを開閉角一定のまま連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられている。
前記可変バルブタイミング機構６は、エンジン駆動される油圧ポンプによって供給される油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる油圧式の機構であり、回転位相の進角方向へ作用する油圧と遅角方向へ作用する油圧とをそれぞれに制御して、カム軸の回転位相を目標の回転位相に制御するものであり、前記油圧はコントロールユニット７からの油圧制御信号によって調整される構成となっている。
【００１５】
また、前記可変バルブタイミング機構６には、回転位相の遅角方向と進角方向との双方に、回転位相の変化を規制する機械的なストッパが設けられており、このストッパ位置によって最進角位置及び最遅角位置が規定されるようになっている。更に、前記最遅角位置に向けて付勢するリターンスプリングが設けられている。
【００１６】
尚、吸気側カム軸５の回転位相の遅角方向とは、吸気バルブ３の開時期が遅れて排気バルブと吸気バルブとのオーバーラップ量が減少する方向であり、進角方向とは、吸気バルブ３の開時期が早まって排気バルブと吸気バルブとのオーバーラップ量が拡大する方向である。
前記可変バルブタイミング機構６は、図２に示すように、吸気側カム軸５のカムスプロケット21に付設され、クランク軸と吸気側カム軸５との位相を変化させる位相調整機構22と、該位相調整機構22への動作油圧の供給を制御するコントロールバルブ23とからなる。
【００１７】
前記位相調整機構22において、カムスプロケット21に内蔵のプランジャ24のフロント側に油圧を供給するフロント側油圧通路25と、前記プランジャ24のリア側に油圧を供給するリア側油圧通路26とが設けられている。
前記プランジャ24は、ヘリカルギヤ27でカムスプロケット21及び吸気側カム軸５と噛み合っており、フロント側に供給される油圧とリア側に供給される油圧とのバランスによって、プランジャ24は回転しながらカム軸５の軸方向に沿って移動する。このとき、カムスプロケット21は、図示しないタイミングチェーン（又はタイミングベルト）によって固定されるから、カム軸５側がプランジャ24と共に回転し、カムスプロケット21とカム軸５との位相位置が変化することになり、本実施形態では、プランジャ24をカム軸５に近づける方向（図２の右方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は進角方向に変化し、逆に、プランジャ24をカム軸５から離れる方向（図２の左方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は遅角方向に変化するようになっている。
【００１８】
また、プランジャ24をカム軸から離れる方向に付勢するリターンスプリング28が設けられており、該リターンスフリング28の付勢力よりもプランジャ24のフロント側の油圧が小さい状態においては、前記リターンスプリング28の付勢力によって、プランジャ24はカム軸５から離れた最遅角位置に移動するようにしてある。
【００１９】
プランジャ24のフロント側及びリア側に対する供給油圧を制御する前記コントロールバルブ23は、リニアソレノイド29とスプール弁30とからなり、リニアソレノイド29によってスプール弁30の位置を変化させることで、フロント側油圧通路25を介してプランジャ24のフロント側に供給される油圧と、リア側油圧通路26を介してプランジャ24のリア側に供給される油圧とを制御する。
【００２０】
前記リニアソレノイド29は、前記コントロールユニット７によってその通電のＯＮ・ＯＦＦがデューティ制御されるようになっており、デューティ比（ＯＮ時間割合）が０％のときには、専らプランジャ24のリア側に油圧が供給され、カム軸５は最遅角位置（最小オーバーラップ位置）に制御される一方、デューティ比が100 ％のときには、専らプランジャ24のフロント側に油圧が供給され、カム軸５は最進角位置（最大オーバーラップ位置）に制御されるようになっている。
【００２１】
尚、図２において、31は油圧源（エンジン駆動される油圧ポンプ）であり、32はスプール弁30からのドレイン通路である。
また、図２に示すように、カム軸５の所定角度位置で検出信号を出力するカムセンサ９が設けられている。
更に、クランク軸の所定角度位置で検出信号を出力するクランク角センサ８が設けられていて、コントロールユニット７は、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号に基づいて、クランク軸に対するカム軸５の回転位相を検出し、以て、吸気バルブ３の開閉タイミングを検出すると共に、前記クランク角センサ８からの検出信号に基づいてエンジン１の回転速度Ｎｅを算出する。
【００２２】
前記コントロールユニット７には、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号の他、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10、エンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ11等からの検出信号が入力される。
そして、コントロールユニット７は、エンジン負荷，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて、カム軸５の位相の目標進角値を決定し、該目標進角値に対応するデューティの油圧制御信号を前記リニアソレノイド29に出力する。
【００２３】
ここで、少なくともアイドルを含む所定の低回転，低負荷領域では、前記目標進角値が０°に設定されることで、デューティ０％の油圧制御信号が前記リニアソレノイド29に出力され、カム軸５の位相が最遅角側（最小オーバーラップ量）に制御されるようになっている。
しかし、本実施形態では、始動時においては、たとえ低回転，低負荷条件であっても通常に最遅角側に制御するのではなく、より進角側に制御してバルブオーバーラップ量を拡大させるようになっており、かかる始動時における吸気バルブ３の開閉タイミング制御の様子を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００２４】
図３のフローチャートにおいて、Ｓ１では、スタートスイッチのＯＮ・ＯＦＦを判別する。
そして、スタートスイッチがＯＦＦであれば、Ｓ６へ進み、少なくともアイドルを含む所定の低回転，低負荷領域であれば前記目標進角値を０°（最小オーバーラップ量相当）に設定する通常制御に従って吸気バルブ３の開閉タイミングを制御する。
【００２５】
一方、スタートスイッチがＯＮである始動時には、Ｓ２へ進み、スタートスイッチがＯＮされてからの経過時間が所定時間以上になっているか否かを判別し、所定時間内であれば、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、エンジン回転速度Ｎｅが完爆状態として認められる基準回転速度Ｎｓ（例えば800rpm) 以下であるか否かを判別し、基準回転速度Ｎｓ以下であれば、Ｓ４へ進む。
【００２６】
Ｓ４では、前記クランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号に基づいて検出される実際のカム軸５の進角値（実際のバルブオーバーラップ量）が、始動時における許容最大進角値（許容バルブオーバーラップ量）以下であるか否かを判別する。前記許容最大進角値は、始動時に正常に燃焼させることができる進角範囲の最大値であり、前記可変バルブタイミング機構６における最大進角値以下の値に設定されることになる。
【００２７】
Ｓ４で、実際のカム軸５の進角値が許容最大進角値以下であると判別されると、Ｓ５へ進んで、前記油圧制御信号としてデューティ100 ％（最大オーバーラップ量相当の）の信号を前記リニアソレノイド29に出力する。
従って、スタートスイッチのＯＮと同時に、前記油圧制御信号としてデューティ100 ％の信号が前記リニアソレノイド29に出力されることになり、この最進角位置（最大オーバーラップ量）に対応するデューティ100 ％の油圧制御信号を出力することで、吸気側カム軸５の回転位相を最大の応答で進角側に変化させるようにするものである。
【００２８】
そして、スタートスイッチのＯＮからデューティ100 ％の油圧制御信号を継続的に出力し、スタートスイッチがＯＦＦされた場合、スタートスイッチのＯＮから所定時間以上経過した場合、エンジン回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｓを越えた場合、実際のカム軸５の進角値が許容最大進角値を越えた場合には、Ｓ６へ進んで通常の制御に復帰させることで、それまで進角されていたカム位相を通常の最遅角位置（最小オーバーラップ量）に制御させるようにする。
【００２９】
ここで、前述のように、始動開始と同時にデューティ100 ％の油圧制御信号をリニアソレノイド29に出力しても、油圧の応答遅れがあり、また、特に始動時には油圧ポンプ下流の油圧経路の油圧が抜けていている場合があるため、図４に示すように、デューティ100 ％の油圧制御信号の出力から遅れて実際のバルブタイミングが進角方向に変化し始めることになる。
【００３０】
図４のタイムチャートには、スタートスイッチのＯＮと同時に、デューティ100 ％の油圧制御信号の出力を開始した後、エンジン回転速度Ｎｅが基準回転速度Ｎｓを越えたために、通常（最遅角位置（最小オーバーラップ量）に相当するデューティ０％）に復帰させた場合の例を示してある。
上記構成によると、始動時に吸気バルブの開閉タイミングを通常よりも進角させて、吸気バルブ３と排気バルブ４とのオーバーラップ量を拡大させるので、吸・排気の負荷が軽減し、以て、回転（クランキング速度）の立ち上がり応答が改善され、始動性が向上する。
【００３１】
また、スタートスイッチがＯＦＦされたとき，所定時間以上経過したとき，基準速度を越える速度になったとき、許容最大進角値を越える進角値となったときには、直ちに通常の進角値（最遅角位置，最小オーバーラップ位置）に戻すので、過剰な進角制御によって却って始動性を悪化させることを防止できる。
更に、スタートスイッチのＯＮと同時に、デューティ100 ％の油圧制御信号を出力することで、吸気側カム軸５の回転位相を最大の応答で進角側に変化させることができる。
【００３２】
尚、上記実施形態では、吸気バルブ３の開閉タイミングを進角させることで、オーバーラップ量を拡大させる構成としたが、吸気バルブ３と共に又は吸気バルブ３に代えて排気バルブ４の開閉タイミングを遅らせてオーバーラップ量を拡大する構成であっても良い。
また、クランク軸に対するカム軸の位相を変化させることで、バルブタイミングを開閉角一定のまま変更する機構に限定するものではなく、開閉角の増大を伴ってオーバーラップ量を拡大させる構成の可変バルブタイミング機構を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す部分断面図。
【図３】実施の形態における始動時のバルブタイミング制御の様子を示すフローチャート。
【図４】実施の形態における始動時のバルブタイミング制御の特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１    エンジン
２    スロットルバルブ
３    吸気バルブ
４    排気バルブ
５    吸気側カム軸
６    可変バルブタイミング機構
７    コントロールユニット
８    クランク角センサ
９    カムセンサ
10    エアフローメータ
11    水温センサ
21    カムスプロケット
22    位相調整機構
23    コントロールバルブ
24    プランジャ
25    フロント側油圧通路
26    リア側油圧通路
27    ヘリカルギヤ
28    リターンスプリング
29    リニアソレノイド
30    スプール弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003779475.tif 000005