JP2008057349A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】可変バルブタイミング装置およびカムシャフトの回転により作動される補機を備えたエンジンシステムにおいて、可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動機の容量を小さくする。
【解決手段】インテークカムシャフト１１２０には、インテークバルブを開閉駆動するためのカム１１２５が設けられ、さらに、電動モータをアクチュエータとするＶＶＴ機構２０００が取付けられる。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、タイミングチェーン１００５によりクランクシャフトと連結される。高圧燃料ポンプを駆動するポンプカム１１５０は、高圧燃料ポンプの作動に伴ってインテークカムシャフト１１２０の回転負荷の増大により電動モータの回転抵抗が増大することがないように、インテークカムシャフト１１２０を避けてエキゾーストカムシャフト１１３０に設けられる。
【選択図】図１３

Description

この発明はエンジンシステムに関し、より特定的には、電動機をアクチュエータとする可変バルブタイミング装置を備えたエンジンシステムに関する。

従来より、インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング（ＶＶＴ）が知られている。一般的に、可変バルブタイミング装置では、インテークバルブやエキゾーストバルブを開閉駆動するカムシャフトをスプロケット等に対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転される。

また、エンジンの回転に伴って回転されるカムシャフトの回転力を動力源として補助機器（補機）を作動させる構成が知られている。

たとえば、特開２００５−２３９４２（特許文献１）は、排気弁のカムシャフトに取付けられたポンプ駆動カムによって作動される高圧燃料ポンプを開示する。特許文献１の構成では、高圧燃料ポンプがエンジン始動時からの燃圧の上昇の促進を行ない、エンジン始動の短縮化、排気ガス物質削減およびエンジン出力の向上等を図ることができるように、クランク角センサの出力信号検出時期から、クランク角センサとポンプ駆動カムの位置を検出するカム角センサとの位相が確定する時期までに、高圧燃料ポンプに少なくとも２回以上の駆動信号を出力することを特徴としている。また、特許文献１の構成では、吸気弁のカムシャフトに可変バルブタイミング装置が備えられる一方で、排気弁のカムシャフトにポンプ駆動カムが設けられる。

同様に、特開平１０−１７６５０８号公報（特許文献２）の図１２には、内燃機関の動弁装置において、燃料噴射ポンプを駆動するためのポンプカムが形成された吸気カムシャフトに対して、同シャフトの回転位相を変更するバルブタイミング変更機構が設けられる構成が開示されている。特に、特許文献２に開示された内燃機関の動弁装置では、バルブタイミング変更機構により回転位相が変更されるカムシャフトにポンプカムを形成することによって、バルブタイミング変更機構によりカムシャフトの回転位相が変更された場合でも、カムシャフトのトルク変動とポンプ駆動トルクの変動との角位相が同期して変化するようにしている。これにより、ポンプ駆動トルクの変動によってバルブ駆動トルクの変動が増幅されることを抑制できる。

あるいは、特開２００３−３４３３８１号公報（特許文献３）は、可変バルブタイミング装置に相当する連続位相制御手段の作動に影響を及ぼすことがない高圧サプライポンプとして、スプロケットホイールとともにポンプカムが回転することによりポンプ部が駆動される構成とすることによって、ポンプ部の作動負荷がカムシャフトに作用することがないようにしたものを開示する。

また、特開２００４−１００５５６号公報（特許文献４）は、カムシャフトによって駆動される補機の他の例として、スロットル弁開度が大きい場合にも吸気管に負圧を発生させるための負圧ポンプがカムシャフトに設けられたカムによって駆動される構成を開示する。
特開２００５−２３９４２号公報 特開平１０−１７６５０８号公報 特開２００３−３４３３８１号公報 特開２００４−１００５５６号公報

ところで、油圧を駆動源とした可変バルブタイミング装置では、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり油圧制御の応答性が低下して、可変バルブタイミング制御精度が低下するという問題点があるため、アクチュエータとして電動モータを用いた可変バルブタイミング装置が提案されている。

このように、電動モータの回転によってカムシャフトの位相を変更させる機構においては、電動モータの回転抵抗を減少させることが、アクチュエータの小型化に大きく影響する。すなわち、電動モータの回転抵抗が大きくなると、一定のバルブタイミング変化速度を確保するために必要な電動モータの容量が増大し、省スペース化やコスト、燃費の面で問題となる可能性がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、可変バルブタイミング装置およびカムシャフトの回転により作動される補機を備えたエンジンシステムにおいて、可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動機の容量を小さくすることである。

この発明によるエンジンシステムは、燃料燃焼により駆動力を発生するエンジンと、エンジンに設けられ、カムシャフトによってそれぞれ開閉駆動されるインテークバルブおよびエキゾーストバルブと、インテークバルブおよびエキゾーストバルブの一方のバルブの開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング装置と、いずれかのカムシャフトの回転力を動力源として作動するように構成された補助機器とを備える。可変バルブタイミング装置は、アクチュエータとしての電動機と、変更機構とを含む。変更機構は、上記一方のバルブを駆動する一方のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相差を、該カムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差に応じた変化量で変化させることによって上記一方のバルブ開閉タイミングを変更するように構成される。そして、補助機器は、可変バルブタイミング装置が配置されない他方のバルブを駆動する他方のカムシャフトの回転力によって作動するように構成される。

上記エンジンシステムによれば、インテークバルブおよびエキゾーストバルブをそれぞれ駆動するカムシャフトについて、電動機をアクチュエータとする可変バルブタイミング装置が備えられる一方のカムシャフトではなく、他方のカムシャフトの回転によって補助機器（補機）の作動エネルギが得られる。このため、補機の動作によって可変バルブタイミング装置が取付けられた一方のカムシャフトの回転抵抗が増大して、電動機の回転抵抗を増大させることがないので、上記一方のカムシャフトから補機の作動エネルギを得る構成と比較して、同一のアクチュエータ作動量（電動機回転速度）を確保するために必要な電動機電力を減少させることができる。この結果、所定のバルブ開閉タイミング速度を得るために必要な電動機の容量を小さくすることができ、装置の小型化および可変バルブタイミング装置の消費電力の低減による燃費向上を図ることができる。

好ましくは、補助機器は、上記他方のカムの回転に伴って作動する燃料ポンプを含む。
これにより、可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動機の容量を増大させることなく、補機として燃料ポンプを動作させることができる。

また好ましくは、補助機器は、上記他方のカムシャフトの回転に伴って作動する負圧ポンプである。

これにより、可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動機の容量を増大させることなく、補機として負圧ポンプを動作させることができる。

この発明のエンジンシステムによれば、電動機をアクチュエータとする可変バルブタイミング装置およびカムシャフトの回転により作動される負荷を備えたエンジンシステムにおいて、電動機の容量を小さくすることができ、装置の小型化および可変バルブタイミング装置の消費電力の低減による燃費向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を搭載した車両のエンジンシステムについて説明する。

エンジン１０００は、第１バンク１０１０および第２バンク１０１２に、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、本発明の適用はエンジン形式を限定するものではなく、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンについても、以下に説明する可変バルブタイミング装置を適用可能である。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０の内部（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０が押し下げられることにより、クランクシャフト１０９０が回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。

シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、チェーンやギヤ等により連結されて、同じ回転速度（クランクシャフト１０９０の回転速度の２分の１）で回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。

インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。

インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０６０（図３において図示）により作動する。電動モータ２０６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０００により制御される。電動モータ２０６０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検知され、ＥＣＵ４０００に入力される。エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、油圧により作動する。

ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。

本実施の形態においてＥＣＵ４０００は、エンジン運転状態を示すパラメータ、代表的にはエンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータに対応して予め目標位相を決定したマップの参照により、現在のエンジン運転状態に対応したインテークバルブ１１００の目標位相を逐次決定する。一般的に、インテークバルブ１１００の目標位相を決定するための上述のマップは水温別に複数記憶される。

以下、電動モータにより作動されるインテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。なお、本実施の形態と反対に、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を以下に説明するＶＶＴ機構２０００と同じ構成とし、かつ、インテーク用ＶＶＴ機構を油圧により作動するようにしてもよい。

図３に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、カムプレート２０２０、リンク機構２０３０、ガイドプレート２０４０、減速機２０５０、および電動モータ２０６０から構成される。

スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０と同様に、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。

カムプレート２０２０は、ピン（１）２０７０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。カムプレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、カムプレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。

リンク機構２０３０は、アーム（１）２０３１とアーム（２）２０３２とから構成される。図３におけるＡ−Ａ断面である図４に示すように、インテークカムシャフト１１２０の回転軸に対して点対称になるように、一対のアーム（１）２０３１がスプロケット２０１０内に設けられる。各アーム（１）２０３１は、ピン（２）２０７２を中心として搖動可能であるようにスプロケット２０１０に連結される。

図３におけるＢ−Ｂ断面である図５、および図５の状態からインテークバルブ１１００の位相を進角させた状態である図６に示すように、アーム（１）２０３１とカムプレート２０２０とが、アーム（２）２０３２により連結される。

アーム（２）２０３２は、ピン（３）２０７４を中心として、アーム（１）２０３１に対して搖動可能であるように支持される。また、アーム（２）２０３２は、ピン（４）２０７６を中心として、カムプレート２０２０に対して搖動可能であるように支持される。

一対のリンク機構２０３０により、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。そのため、一対のリンク機構２０３０のうちのいずれか一方が破損等して折れた場合であっても、他方のリンク機構によりインテークバルブ１１００の位相を変更することが可能である。

図３に戻って、各リンク機構２０３０（アーム（２）２０３２）のガイドプレート２０４０側の面には、制御ピン２０３４が設けられる。制御ピン２０３４は、ピン（３）２０７４と同心軸に設けられる。各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０に設けられたガイド溝２０４２内を摺動する。

各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０のガイド溝２０４２内を摺動することにより、半径方向に移動される。各制御ピン２０３４が半径方向に移動されることにより、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対回転せしめられる。

図３におけるＣ−Ｃ断面である図７に示すように、ガイド溝２０４２は、ガイドプレート２０４０が回転することにより各制御ピン２０３４を半径方向に移動させるように、渦巻形状に形成される。なお、ガイド溝２０４２の形状はこれに限らない。

制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相はより遅角される。すなわち、位相の変化量は、制御ピン２０３４が半径方向に変化することによるリンク機構２０３０の作動量に対応した値になる。なお、制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相がより進角されるようにしてもよい。

図７に示すように、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接すると、リンク機構２０３０の作動が制限される。そのため、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する位相が、最遅角もしくは最進角の位相になる。

図３に戻って、ガイドプレート２０４０には、ガイドプレート２０４０と減速機２０５０とを連結するための凹部２０４４が、減速機２０５０側の面において複数設けられる。

減速機２０５０は、外歯ギヤ２０５２および内歯ギヤ２０５４から構成される。外歯ギヤ２０５２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。

内歯ギヤ２０５４には、ガイドプレート２０４０の凹部２０４４に収容される凸部２０５６が複数形成される。内歯ギヤ２０５４は、電動モータ２０６０の出力軸の軸心２０６４に対して偏心して形成されたカップリング２０６２の偏心軸２０６６を中心に回転可能に支持される。

図３におけるＤ−Ｄ断面を、図８に示す。内歯ギヤ２０５４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０５２と噛合うように設けられる。電動モータ２０６０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０６２および内歯ギヤ２０５４は外歯ギヤ２０５２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が維持される。

電動モータ２０６０により、カップリング２０６２が、軸心２０６４を中心に外歯ギヤ２０５２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０５４全体が軸心２０６４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０５４が偏心軸２０６６を中心に自転する。内歯ギヤ２０５４の回転運動により、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０６０の作動量）が、減速機２０５０、ガイドプレート２０４０およびリンク機構２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。なお、電動モータ２０６０の出力軸には、この出力軸の回転角（回転方向における出力軸の位置）を表す信号を出力するモータ回転角センサ５０５０が設けられる。モータ回転角センサ５０５０は、一般的には、電動モータ２０６０の出力軸が所定角度回転する度にパルス信号を発生するように構成される。このモータ回転角センサ５０５０の出力に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ２０６０の回転数とも称する）を検知可能である。

図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比Ｒ（θ）、すなわち、位相の変化量に対する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数の比は、インテークバルブ１１００の位相に応じた値をとり得る。なお、本実施の形態においては、減速比が大きいほど、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量がより小さくなる。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角からＣＡ（１）までの第１の領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）（ＣＡ（２）はＣＡ（１）よりも進角側）から最進角までの第２の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（２）（Ｒ（１）＞Ｒ（２））となる。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）からＣＡ（２）までの第３の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、予め定められた変化率（（Ｒ（２）−Ｒ（１））／（ＣＡ（２）−ＣＡ（１）））で変化する。

以上のような構造に基づき発現する、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構２０００の作用について説明する。

インテークバルブ１１００の位相（インテークカムシャフト１１２０）を進角させる場合、電動モータ２０６０を作動させ、ガイドプレート２０４０をスプロケット２０１０に対して相対的に回転させると、図１０に示すように、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相を遅角する場合は、位相を進角する場合とは逆方向に電動モータ２０６０の出力軸がスプロケット２０１０に対して相対回転される。位相を遅角する場合も、進角する場合と同様に、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、位相が遅角される。また、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速され、位相が遅角される。

これにより、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対的な回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブ１１００の位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。

また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジン１０００の運転に伴なってインテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸を回転させるためには大きなトルクが必要になる。そのため、電動モータ２０６０の停止時等において、電動モータ２０６０がトルクを発生しない状態であっても、インテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。また、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、制御上の位相から実際の位相が変化する、意図しない位相変化が発生することを抑制できる。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の第３の領域にある場合、予め定められた変化率で変化する減速比で、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角されたり、遅角されたりする。

これにより、位相が第１の領域から第２の領域に、もしくは第２の領域から第１の領域に変化する場合において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量を漸増もしくは漸減させることができる。そのため、位相の変化量がステップ状に急変することを抑制して、位相が急変することを抑制することができる。その結果、位相の制御性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構によれば、インテークバルブの位相が最遅角からＣＡ（１）までの領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブの位相がＣＡ（２）から最進角までの領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（１）よりも小さいＲ（２）となる。これにより、電動モータの出力軸の回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブの位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジンの運転に伴なってインテークカムシャフトに作用するトルクにより電動モータの出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。その結果、大きな範囲で位相を変化させ、かつ、位相を精度よく制御することができる。

図１１は、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。

図１１を参照して、図１でも説明したように、エンジン１０００は、クランクシャフト１０９０からの動力がタイミングチェーン１００５（またはタイミングベルト）により各スプロケット２０１０，２０１２を介してインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０に伝達されるように構成されている。また、インテークカムシャフト１１２０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号Ｐｉｖを出力するカムポジションセンサ５０１０が取付けられている。一方、クランクシャフト１０９０の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号Ｐｃａを出力するクランク角センサ５０００が取付けられている。また、電動モータ２０６０の回転子（図示せず）には、所定の回転角度毎にモータ回転角信号Ｐｍｔを出力するモータ回転角センサ５０５０が取付けられている。これらのカム角信号Ｐｉｖ、クランク角信号Ｐｃａおよびモータ回転角信号Ｐｍｔは、ＥＣＵ４０００へ入力される。

ＥＣＵ４０００は、さらに、エンジン１０００の状態を検出するためのセンサ群の出力および運転条件（運転者ペダル操作、現車速等）に基づき、エンジン１０００に対して要求される出力が得られるように、エンジン１０００の動作を制御する。そのエンジン制御の一環として、ＥＣＵ４０００は、図２に示したマップに基づき、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の目標位相を設定する。さらに、ＥＣＵ４０００は、インテークバルブ１１００の実位相をこの目標位相に合致させるように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。

この回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、以下に説明するように、アクチュエータ作動量に相当する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）との相対回転数に対応させて決定される。電動機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）４１００は、ＥＣＵ４０００からの回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従い、電動モータ２０６０の回転数制御を行なう。
（カムシャフトから動力を得る補機の配置）
次に、カムシャフトの回転によって動力を得る補機の配置について説明する。

図１２は、このような補機の一例として示される高圧燃料ポンプの構成を示すブロック図である。

図１２を参照して、低圧燃料ポンプ１１７０は、燃料タンク１１６５内の燃料を吸引した燃料を所定圧力（低圧設定値）で吐出する。低圧燃料ポンプ１１７０からの吐出燃料は、燃料フィルタ１１７５および燃圧レギュレータ１１８０を介して低圧燃料通路１１９０へ圧送される。燃圧レギュレータ１１８０は、低圧系の燃料圧力が上昇しようとすると開放されて、低圧燃料通路１１９０のうちの燃圧レギュレータ１１８０近傍に存在する燃料、すなわち低圧燃料ポンプ１１７０によって汲み上げられたばかりの燃料を燃料タンク１１６５内へ戻す経路を形成する。これにより、低圧燃料通路１１９０の燃料圧は所定圧力に維持される。

高圧燃料ポンプ１２００は、シリンダヘッド（図示せず）に取付けられ、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたポンプ用カム１１５０の回転駆動により、ポンプシリンダ１２１０内のプランジャ１２２０を往復駆動させている。高圧燃料ポンプ１２００は、さらに、ポンプシリンダ１２１０およびプランジャ１２２０によって区画形成された高圧ポンプ室１２３０と、低圧燃料通路１１９０と連結されたギャラリ１２４５と、電磁スピル弁１２５０とを含む。電磁スピル弁１２５０は、ギャラリ１２４５と高圧ポンプ室１２３０との間の連通遮断を制御する開閉弁である。

高圧燃料ポンプ１２００の吐出側は、高圧燃料通路１２６０を介して、図１に示したインジェクタ１０５０へ燃料を分配するデリバリパイプ（図示せず）と連結されている。なお、高圧燃料通路１２６０には、高圧燃料ポンプ１２００側へ燃料が逆流することを規制するチェック弁（逆止弁）１２４０が設けられている。また、高圧燃料ポンプ１２００の吸入側は、低圧燃料通路１１９０を介して燃料タンク１１６５内に設けられた低圧燃料ポンプ１１７０が連結されている。

ポンプ用カム１１５０の回転に伴ってプランジャ１２２０のリフト量が減少する吸入行程では、プランジャ１２２０の往復駆動により高圧ポンプ室１２３０の容積が拡大する。吸入行程では、電磁スピル弁１２５０は開状態に維持される。電磁スピル弁１２５０の開弁期間には、ギャラリ１２４５と高圧ポンプ室１２３０とは連通しているので、吸入行程では高圧ポンプ室１２３０内に低圧燃料通路１１９０からギャラリ１２４５を介して燃料が吸入される。

一方、ポンプ用カム１１５０の回転に伴ってプランジャ１２２０のリフト量が増大する吐出行程では、プランジャ１２２０の往復駆動により高圧ポンプ室１２３０の容積が縮小する。吐出行程では、電磁スピル弁１２５０の開閉は、図示しないＥＣＵからの開閉制御信号によって制御される。

吐出行程中における電磁スピル弁１２５０の開弁期間には、ギャラリ１２４５と高圧ポンプ室１２３０とは連通しているので、高圧ポンプ室１２３０内に吸入された燃料は、ギャラリ１２４５を介して低圧燃料通路１１９０側へ溢流する。すなわち、燃料は高圧燃料通路１２６０へ圧送されることなく、ギャラリ１２４５を介して低圧燃料通路１１９０側へ吐き戻される。

これに対して、電磁スピル弁１２５０の開弁期間には、ギャラリ１２４５と高圧ポンプ室１２３０とは連通していない。このため、吐出行程で加圧された燃料は、ギャラリ１２４５へ逆流することなく、高圧燃料通路１２６０へ圧送される。したがって、高圧燃料ポンプ１２００からの吐出燃料量および燃料圧力は、電磁スピル弁１２５０の開閉期間設定（デューティ比）によって制御される。

図１３を参照して、インテークカムシャフト１１２０には、インテークバルブ１１００を開閉駆動するためのカム１１２５が設けられ、同様に、エキゾーストカムシャフト１１３０には、エキゾーストバルブ１１１０を開閉駆動するためのカム１１３５が設けられる。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、タイミングチェーン１００５によりクランクシャフト１０９０（図１）と連結されている。さらに、上述のように、ＶＶＴ機構２０００は、インテークカムシャフト１１２０に対して設けられている。

ここで、図１２に示した高圧燃料ポンプ１２００を駆動するためのポンプ用カム１１５０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられている。これにより、高圧燃料ポンプ１２００の作動に伴って、ＶＶＴ機構２０００が設けられたインテークカムシャフト１１２０の回転負荷の増大により、ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転抵抗が増大することがない。したがって、ポンプ用カム１１５０をインテークカムシャフト１１２０に設ける構成と比較して、電動モータ２０６０の同一回転速度を得るために必要な消費電力を低減することが可能となり、所定のインテークバルブ位相変化速度を確保するために必要となる電動モータ２０６０の容量を低減できる。これにより、装置の小型化および可変バルブタイミング装置の消費電力の低減による燃費向上を図ることができる。

図１４には、図１に示したエンジンシステムに負圧ポンプ１４００が付加されたエンジンシステムが示される。負圧ポンプ１４００は、カムシャフトによって駆動される補機の他の例として示される。

負圧ポンプ１４００は、スロットルバルブ開度が大きい場合にも吸気管に負圧を発生させるために配置される。たとえば、スロットルバルブを開度大の状態に維持したままで、インテークバルブのバルブリフト量を可変制御することにより、燃焼室内への導入空気量を制御する、バルブリフト可変機構を搭載したエンジンシステムにおいて、負圧ポンプ１４００の配置が必要とされる。なお、このバルブリフト可変機構には、バルブリフト量を連続可変する構成、２段階に切換える構成、あるいは、一部気筒のバルブのみを開弁する構成等のいずれもが適用され得る。

図１４を参照して、サージタンク１０２２には、同サージタンク１０２２内に発生する吸気負圧をブレーキブースタ１３１０に供給する負圧供給通路１３３０が接続されている。この負圧供給通路１３３０には、サージタンク１０２２側からブレーキブースタ１３１０側への気体の流れを規制する逆止弁１３４０が設けられている。ブレーキブースタ１３１０には、さらに負圧ポンプ１４００からの負圧を供給する負圧供給通路１３５０が接続されている。この負圧供給通路１３５０には、負圧ポンプ１４００側からブレーキブースタ１３１０側への気体の流れを規制する逆止弁１３６０が設けられている。負圧ポンプ１４００は、ポンプ駆動軸１１６０を回転駆動することによって作動する。

ブレーキブースタ１３１０は、ブレーキペダル１３２０と接続されており、サージタンク１０２２および負圧ポンプ１４００から供給された負圧を利用して、ブレーキペダル１３２０の踏力を軽減するとともに車両制動力を増大する。

図１５を参照して、負圧ポンプ１４００のポンプ駆動軸１１６０は、エキゾーストカムシャフト１１３０と連結され、エキゾーストカムシャフト１３００の回転に伴って共に回転される。

これにより、負圧ポンプ１４００の作動に伴って、ＶＶＴ機構２０００が設けられたインテークカムシャフト１１２０の回転負荷の増大により、ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転抵抗が増大することがない。したがって、ポンプ駆動軸１１６０をインテークカムシャフト１１２０に設ける構成と比較して、電動モータ２０６０の同一回転速度を得るために必要な消費電力を低減することが可能となり、所定のインテークバルブ位相変化速度を確保するために必要となる電動モータ２０６０の容量を低減できる。これにより、装置の小型化および可変バルブタイミング装置の消費電力の低減による燃費向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では、カムシャフトによって駆動される補機の例として、高圧燃料ポンプおよび負圧ポンプを例示したが、本発明の限定は、このような例に限定されるものではない。すなわち、インテークバルブおよびエキゾーストバブルの一方について電動モータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置が設けられたエンジンシステムにおいて、カムシャフトによって駆動される補機を駆動するためのカムあるいは駆動軸の配置について、いずれのバルブに電動モータ駆動の可変バルブタイミング装置を配置するか、ならびに、補機の種類を問わず本発明を適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置が搭載された車両のエンジンシステムを示す概略構成図である。 インテークカムシャフトの位相を定めたマップを示す図である。 インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その１）である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その２）である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図３のＤ−Ｄ断面図である。 インテーク用ＶＶＴ機構全体として減速比を示す図である。 スプロケットに対するガイドプレートの位相とインテークカムシャフトの位相との関係を示す図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。 補機の一例である高圧燃料ポンプの構成を示すブロック図である。 高圧燃料ポンプを駆動するポンプカムの配置を説明する概略図である。 補機の他の例である負圧ポンプの配置を示す概略構成図である。 負圧ポンプの駆動軸の配置を説明する概略図である。

符号の説明

１０００ エンジン、１００５ タイミングチェーン、１０１０，１０１２ バンク、１０２０ エアクリーナ、１０２２ サージタンク、１０３０ スロットルバルブ、１０３２ 吸気通路、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０８０ ピストン、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１２５ カム（インテークバルブ）、１１３０ エキゾーストカムシャフト、１１３５ カム（エキゾーストバルブ）、１１５０ ポンプ用カム、１１６０ ポンプ駆動軸、１１６５ 燃料タンク、１１７０ 低圧燃料ポンプ、１１７５ 燃料フィルタ、１１８０ 燃圧レギュレータ、１１９０ 低圧燃料通路、１２００ 高圧燃料ポンプ、１２１０ ポンプシリンダ、１２２０ プランジャ、１２３０ 高圧ポンプ室、１２４５ ギャラリ、１２５０ 電磁スピル弁、１２６０ 高圧燃料通路、１３００ エキゾーストカムシャフト、１３１０ ブレーキブースタ、１３２０ ブレーキペダル、１３３０ 負圧供給通路、１３４０，１３６０ 逆止弁、１３５０ 負圧供給通路、１４００ 負圧ポンプ、２０１０，２０１２ 各スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、２０３４ 制御ピン、２０４０ ガイドプレート、２０４２ ガイド溝、２０４４ 凹部、２０５０ 減速機、２０５２ 外歯ギヤ、２０５４ 内歯ギヤ、２０５６ 凸部、２０６０ 電動モータ、２０６２ カップリング、２０６４ 軸心、２０６６ 偏心軸、３０００ ＶＶＴ機構（エキゾーストバルブ）、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ、５０５０ モータ回転角センサ、Ｎｍｒｅｆ 回転数指令値、Ｐｃａ クランク角信号、Ｐｉｖ カム角信号、Ｐｍｔ モータ回転角信号。

Claims (3)

1. 燃料燃焼により駆動力を発生するエンジンと、
   前記エンジンに設けられ、カムシャフトによってそれぞれ開閉駆動されるインテークバルブおよびエキゾーストバルブと、
   前記インテークバルブおよび前記エキゾーストバルブの一方のバルブの開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング装置とを備え、
   前記可変バルブタイミング装置は、
   アクチュエータとしての電動機と、
   前記一方のバルブを駆動する一方のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相差を、前記一方のカムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差に応じた変化量で変化させることによって前記一方のバルブ開閉タイミングを変更するように構成された変更機構とを含み、
   いずれかの前記カムシャフトの回転力を動力源として作動するように構成された補助機器をさらに備え、
   前記補助機器は、前記可変バルブタイミング装置が配置されない他方のバルブを駆動する他方のカムシャフトの回転力によって作動する、エンジンシステム。
2. 前記補助機器は、前記他方のカムシャフトに装着されたカムの回転に伴って作動する燃料ポンプを含む、請求項１記載のエンジンシステム。
3. 前記補助機器は、前記他方のカムシャフトの回転に伴って作動する負圧ポンプである、請求項１記載のエンジンシステム。

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