JP3699645B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、運転状態に応じて吸気および排気のバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、特に冷機アイドル時にバルブタイミングを進角側に制御することにより触媒の昇温促進および有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載された内燃機関（エンジン）においては、環境に対する配慮から、エンジンから大気中に放出される排気ガス中の有害物質に対する規制が厳しくなっており、排気ガス中の有害物質を低減することが要求されている。
【０００３】
一般に、有害な排気ガスを低減させるためには、２通りの方法が知られており、１つは、エンジンから直接排出される有害ガスを低減する方法であり、他の１つは、排気管の途中に設けられた触媒コンバータ（以下、単に「触媒」という）により後処理して低減する方法である。
【０００４】
この種の触媒は、周知のように、ある程度の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こらないので、たとえばエンジンの冷機始動時においても、触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題となる。
【０００５】
また、従来のほとんどのエンジンにおいて、吸気用および排気用のバルブ開閉タイミングを決定するカムシャフトは、クランクシャフトからタイミングベルト（または、タイミングチェーン）などを介して回転駆動されている。
【０００６】
したがって、吸気用および排気用の各バルブの開閉タイミング（カム角）は、要求されるバルブタイミングが運転状態によって異なるにもかかわらず、クランク角に対して一定に制御されている。
【０００７】
しかし、近年、エンジン出力を向上させるため、また、排気ガスおよび燃費を低減させるために、バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御装置が採用されるようになってきた。
この種のバルブタイミング制御装置は、たとえば特開平９−３２４６１３号公報に参照することができる。
【０００８】
上記バルブタイミング制御装置において、可変バルブタイミング機構（以下、「ＶＶＴ機構」という）は、吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトの位相を変化させるために、ハウジング内で回転するベーン（後述する）を有している。
【０００９】
ＶＶＴ機構のベーンは、エンジン始動時においては、ほぼ中間位置（始動時対応位置）に保持されて、クランク角に対するカム角の相対回動を規制し、始動時から所定時間経過後に回動規制を解除するようになっている。
【００１０】
図６は一般的な内燃機関のバルブタイミング制御装置を示すブロック構成図であり、エンジン１の周辺部と関連付けて示している。
図６において、エンジン１には、エアクリーナ２およびエアフローセンサ３を介して、吸気管４からの吸入空気が供給される。
【００１１】
エアクリーナ２は、エンジン１に対する吸入空気を浄化し、エアフローセンサ３は、エンジン１の吸入空気量を計測する。
吸気管４内には、スロットルバルブ５、アイドルスピードコントロールバルブ（以下、「ＩＳＣＶ」という）６およびインジェクタ７が設けられている。
【００１２】
スロットルバルブ５は、吸気管４を通過する吸入空気量を調節してエンジン１の出力を制御し、ＩＳＣＶ６は、スロットルバルブ５をバイパスして通過する吸入空気を調節して、アイドリング時の回転数制御などを行う。
インジェクタ７は、吸入空気量に見合った燃料を吸気管４内に供給する。
【００１３】
エンジン１の燃焼室内には点火プラグ８が設けられており、点火プラグ８は、燃焼室内の混合気を燃焼させるための火花を発生する。
点火コイル９は、点火プラグ８に高電圧エネルギを供給する。
【００１４】
排気管１０は、エンジン１内で燃焼した排気ガスを排出する。
排気管１０内には、Ｏ₂センサ１１および触媒１２が設けられており、Ｏ₂センサ１１は、排気ガス内の残存酸素量を検出する。
【００１５】
触媒１２は、周知の三元触媒からなり、排気ガス内の有害ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を同時に浄化することができる。
【００１６】
クランク角検出用のセンサプレート１３は、エンジン１により回転されるクランクシャフト（図示せず）と一体に回転しており、所定のクランク角位置に突起（図示せず）が設けられている。
【００１７】
クランク角センサ１４は、センサプレート１３に対向配置されており、センサプレート１３上の突起がクランク角センサ１４を横切るときに電機信号を発生して、クランクシャフトの回転位置（クランク角）を検出する。
【００１８】
エンジン１には、吸気管４および排気管１０への連通タイミングを決定するバルブが設けられており、吸気用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、クランクシャフトの１／２の速度で回転するカムシャフト（後述する）により決定されている。
【００１９】
カム位相可変用のアクチュエータ１５および１６は、吸気用および排気用の各バルブタイミングを個別に変更する。
具体的には、各アクチュエータ１５および１６は、互いに区分された遅角油圧室および進角油圧室（後述する）を有し、クランクシャフトに対する各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの回転位置（位相）を相対的に変更する。
【００２０】
カム角センサ１７および１８は、カム角検出用センサプレート（図示せず）に対向配置されており、クランク角センサ１４と同様に、カム角検出用センサプレート上の突起によりパルス信号を発生してカム角を検出する。
【００２１】
オイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」という）１９および２０は、オイルポンプ（図示せず）とともに油圧供給装置を構成しており、各アクチュエータ１５および１６に供給される油圧を切り替えて、カム位相を制御する。なお、オイルポンプは所定油圧でオイルを供給するようになっている。
【００２２】
マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２１は、エンジン１の制御手段を構成しており、各種センサ手段３、１１、１４、１７および１８により検出される運転状態に応じて、インジェクタ７および点火プラグ８を制御するとともに、各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃのカム角位相を制御する。
【００２３】
また、ここでは図示されていないが、スロットルバルブ５には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサが設けられ、エンジン１には、冷却水温を検出する水温センサが設けられており、スロットル開度および冷却水温は、上記各種センサ情報と同様に、エンジン１の運転状態を示す情報として、ＥＣＵ２１に入力されている。
【００２４】
次に、図６に示した従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による一般的なエンジン制御動作について具体的に説明する。
まず、エアフローセンサ３は、エンジン１の吸入空気量を計測し、運転状態を示す検出情報としてＥＣＵ２１に入力する。
【００２５】
ＥＣＵ２１は、計測された吸入空気量に見合った燃料量を演算して、インジェクタ７を駆動するとともに、点火コイル９の通電時間および遮断タイミングを制御して点火プラグ８を駆動し、エンジン１の燃焼室内の混合気を適切なタイミングで点火する。
【００２６】
また、スロットルバルブ５は、エンジン１への吸入空気量を調節し、エンジン１から発生する出力を制御する。
エンジン１のシリンダ内で燃焼した後の排気ガスは、排気管１０を通って排出される。
【００２７】
このとき、排気管１０の途中に設けられた触媒１２は、排気ガス中の有害物質であるＨＣ（未燃焼ガス）、ＣＯおよびＮＯｘを、無害なＣＯ₂およびＨ₂Ｏに浄化して大気中に排出する。
【００２８】
ここで、触媒１２による浄化効率を最大限に引き出すために、排気管１０にはＯ₂センサ１１が取り付けられており、Ｏ₂センサ１１は、排気ガス中の残存酸素量を検出してＥＣＵ２１に入力している。
これにより、ＥＣＵ２１は、燃焼前の混合気が理論空燃比となるように、インジェクタ７から噴射される燃料量をフィードバック制御する。
【００２９】
また、ＥＣＵ２１は、運転状態に応じて、アクチュエータ１５および１６（ＶＶＴ機構）を制御して、吸気用および排気用のバルブタイミングを変更する。
次に、図７〜図１４を参照しながら、従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの位相角制御動作について具体的に説明する。
【００３０】
なお、バルブタイミングが変更されない一般のエンジン（図示せず）の場合、クランクシャフトの回転トルクは、タイミングベルト（タイミングチェーン）からプーリ（およびスプロケット）に伝達され、プーリと一体回転するカムシャフトに伝達される。
【００３１】
一方、図６のようにＶＶＴ機構を有するエンジン１においては、上記プーリおよびスプロケットに代えて、クランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの相対的な位相位置を変更するためのアクチュエータ１５および１６が設けられている。
【００３２】
図７はクランク角［°ＣＡ］の位相位置とバルブリフト量（バルブ開放量）［ｍｍ］との関係を示す説明図であり、ＴＤＣは各シリンダにおける圧縮上死点を示している。
【００３３】
図７において、一点鎖線は機械的に停止する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は機械的に停止する最進角時のバルブリフト量の変化を示し、実線はロック機構（後述する）により設定されるロック位置でのバルブリフト量の変化を示す。
【００３４】
また、ＴＤＣを中心として、遅角側（図面右側）のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの全開位置に対応し、進角側（図面左側）のバルブリフト量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。
【００３５】
したがって、遅角側および進角側における各ピークの変動幅（一点鎖線と破線との差）は、各バルブタイミングの可動範囲を示している。
すなわち、バルブタイミングは、吸気および排気のいずれにおいても、破線から一点鎖線までの間で可変可能となっている。
【００３６】
図８はクランク角センサ１４とカム角センサ１７または１８との各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャートである。
図８においては、最遅角時および最進角時におけるカム角センサ１７または１８の出力パルスを示している。
【００３７】
なお、クランク角センサ１４の出力信号（クランク角位置）に対するカム角センサ１７または１８の出力信号の位相位置は、カム角センサ１７および１８の取り付け位置によって異なる。
【００３８】
ここで、バルブタイミングを遅角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して遅角する（遅くなる）ことを意味し、逆に、バルブタイミングを進角させることは、吸気用および排気用の両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進角する（早くなる）ことを意味する。
【００３９】
吸気用および排気用の各バルブの開放開始タイミングは、ＶＶＴ機構を構成するアクチュエータ１５および１６により変更され、図７に示す可動範囲内の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
【００４０】
図９〜図１１はほぼ同一構造からなるアクチュエータ１５および１６の内部構造を示す透視図であり、図９はカム角位相が最遅角位置（図７内の一点鎖線に対応）に調整された状態、図１０はカム角位相がロック位置（図７内の実線に対応）に調整された状態、図１１はカム角位相が最進角位置（図７内の破線に対応）に調整された状態をそれぞれ示している。
【００４１】
図９〜図１１において、各アクチュエータ１５および１６は、矢印方向に回転するハウジング１５１と、ハウジング１５１とともに回転するベーン１５２と、ハウジング１５１内に設けられた遅角油圧室１５３、進角油圧室１５４、ロックピン１５５およびスプリング１５６と、ベーン１５２に形成されたロック凹部１５７とを備えている。
【００４２】
ハウジング１５１には、クランクシャフトからの動力が、ベルトおよびプーリ（図示せず）を介して、１／２に減速されて伝達される。
ベーン１５２は、遅角油圧室１５３または進角油圧室１５４に選択的に油圧が供給されることにより、ハウジング１５１内で位相位置がシフトされる。
【００４３】
遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４は、ベーン１５２の動作範囲を決定している。
スプリング１５６は、ロックピン１５５を突出方向に付勢しており、ロック凹部１５７は、ロックピン１５５の先端と対向するようにベーン１５２の所定のロック位置に設けられている。
【００４４】
なお、ロック凹部１５７には、オイル供給口（図示せず）が設けられており、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４のいずれか油圧の高い方からのオイルが切り替え供給されるようになっている。
【００４５】
遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４（動作範囲）内で動作して位相シフトされるベーン１５２は、吸気用および排気用の各バルブを駆動するためのカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃに結合されている。
【００４６】
また、ここでは図示しないが、排気側のアクチュエータ１６には、カムシャフト１６Ｃの反力を相殺するために、ベーン１５２を進角側に付勢するためのスプリングが設けられている。
【００４７】
アクチュエータ１５および１６は、ＯＣＶ１９および２０から供給されるエンジン１の潤滑油（油圧）により駆動される。
アクチュエータ１５および１６のカム角位相を図９〜図１１のように制御するためには、アクチュエータ１５および１６内に流入するオイル量（油圧）が制御される。
【００４８】
たとえば、図９のように、カム角位相を最遅角位置に調整するためには、遅角油圧室１５３内にオイルを流入させればよい。
逆に、図１１のように、カム角位相を最進角位置に調整するためには、進角油圧室１５４内にオイルを流入させればよい。
【００４９】
ＯＣＶ１９および２０は、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４のどちらにオイルを流入させるかを制御する。
図１２〜図１４は同一構造からなるＯＣＶ１９および２０の内部構造を示す側断面図である。
【００５０】
図１２〜図１４において、各ＯＣＶ１９および２０は、円筒形状のハウジング１９１と、ハウジング１９１内に摺動自在に収納されたスプール１９２と、スプール１９２を連続的に駆動するコイル１９３と、スプール１９２を復帰方向に付勢するスプリング１９４とを備えている。
【００５１】
ハウジング１９１は、ポンプ（図示せず）に連通されたオリフィス１９５と、アクチュエータ１５または１６に連通されたオリフィス１９６および１９７と、オイルパンに連通されたドレーン用のオリフィス１９８および１９９とを備えている。
【００５２】
オリフィス１９６は、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３、または、アクチュエータ１６の進角油圧室１５４に連通されている。
オリフィス１９７は、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４、または、アクチュエータ１６の遅角油圧室１５３に連通されている。
【００５３】
オリフィス１９６および１９７は、スプール１９２の軸方向位置に応じて、選択的にオイル供給用のオリフィス１９５に連通される。
オリフィス１９５は、図１２においてはオリフィス１９６に連通され、図１４においてはオリフィス１９７に連通されている。
【００５４】
同様に、ドレーン用のオリフィス１９８および１９９は、スプール１９２の軸方向位置に応じて、選択的にオリフィス１９７または１９６に連通される。
図１２においては、オリフィス１９７とオリフィス１９８とが連通され、図１４においては、オリフィス１９６とオリフィス１９９とが連通されている。
【００５５】
ロック凹部１５７内のオイル供給口は、ＯＣＶ１９および２０の励磁駆動状態（図１４参照）でオイル供給される油路構成となっており、ロック凹部１５７への油圧がスプリング１５６の付勢力を上回ると、ロックピン１５５がロック凹部１５７から押し出されて、ロック状態が解除されるようになっている。
【００５６】
図１２はコイル１９３への通電電流が最小値の場合を示しており、スプリング１９４が最大限に伸張されている。
図１２に示すＯＣＶが吸気側のＯＣＶ１９の場合、オリフィス１９５を介してポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９６を介してアクチュエータ１５の遅角油圧室１５３に流入し、アクチュエータ１５は図９に示した状態になる。
【００５７】
これにより、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４内のオイルは、オリフィス１９７を介してＯＣＶ１９にドレーンされ、さらに、オリフィス１９８を介してオイルパンにドレーンされる。
【００５８】
一方、図１２に示すＯＣＶが排気側のＯＣＶ２０である場合は、上記の逆となり、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９６を介してアクチュエータ１６の進角油圧室１５４に流入し、アクチュエータ１６は図１１に示した状態になる。
【００５９】
このとき、アクチュエータ１６の遅角油圧室１５３内のオイルは、オリフィス１９７および１９８を介してオイルパンにドレーンされる。
【００６０】
図１２に示す油路構成により、たとえば吸気側および排気側のＯＣＶ１９および２０のいずれかに断線などの無通電となる故障が発生した場合でも、バルブオーバラップが最小となるので、耐エンスト性に対して有利に作用する。
【００６１】
図１４はコイル１９３への通電電流が最大値の場合を示しており、スプリング１９４が最小限に圧縮されている。
たとえば、図１４のＯＣＶが吸気側のＯＣＶ１９である場合、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９７を介してアクチュエータ１５の進角油圧室１５４に流入し、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３内のオイルは、オリフィス１９６および１９９介してドレーンされる。
【００６２】
一方、図１４のＯＣＶが排気側のＯＣＶ２０である場合には、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９７を介してアクチュエータ１６の遅角油圧室１５３に流入し、アクチュエータ１６の進角油圧室１５４内のオイルは、オリフィス１９６および１９９を介してドレーンされる。
【００６３】
また、図１３はバルブタイミング制御終了位置またはロック位置（中間位置）に相当する状態を示し、このとき、アクチュエータ１５および１６内のベーン１５２は、任意の目標位置または図１０に示した状態にある。
【００６４】
なお、図１３の状態において、オイル供給用側のオリフィス１９５は、アクチュエータ側のオリフィス１９６または１９７に直接連通されていないが、洩れオイルにより、ロック凹部１５７（図１０参照）のオイル供給口に供給され得る。
【００６５】
したがって、たとえばベーン１５２がロック位置にあっても、洩れオイルによるオイル供給口への油圧が、スプリング１５６の付勢力に打ち勝つ油圧（ロック解除用の所定油圧）に到達すれば、ロック凹部１５７からロックピン１５５が外れて、ベーン１５２がハウジング１５１内で動作可能な状態となる。
【００６６】
なお、ロック解除用の所定油圧は、スプリング１５６の付勢力などの調整により、必要最小限の任意値に設定され得る。
また、バルブタイミングを決定する各アクチュエータ１５および１６のベーン１５２の位置（位相）は、カム角センサ１７および１８で検出されることにより、任意に制御され得る。
【００６７】
カム角センサ１７および１８は、クランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの相対位置を検出することができる位置に取り付けられている。
図８において、バルブタイミングが最進角位置（図７の破線参照）でのクランク角センサ出力との位相差はＡで示され、バルブタイミングが最遅角位置（図７内の一点鎖線参照）でのクランク角センサ出力との位相差はＢで示される。
【００６８】
ＥＣＵ２１は、検出された位相差Ａ〜Ｂが目標値と一致するように、フィードバック制御することにより、任意位置でのバルブタイミング制御を実行する。
【００６９】
たとえば、吸気側において、クランク角センサ１４の検出タイミングに対するカム角センサ１７の検出位置が、ＥＣＵ２１内で演算された目標位置よりも遅角側にある場合には、カム角センサ１７の検出位置を目標位置まで進角させるために、検出位置と目標位置との偏差に応じてＯＣＶ１９のコイル１９３への通電電流量を制御し、スプール１９２を制御する。
【００７０】
また、目標位置と検出位置との位相差が大きい場合には、目標位置に早く追従させるために、ＯＣＶ１９のコイル１９３への通電量を増大させる。
これにより、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４に連通されたオリフィス１９７の開口量が大きくなり、進角油圧室１５４への供給オイル量が増大する。
【００７１】
以下、検出位置が目標位置に近づくにつれて、ＯＣＶ１９のスプール１９２の位置が図１３の状態に近づくように、コイル１９３への通電量を低減させる。
そして、検出位置と目標位置とが一致した時点で、図１３に示すように、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３、進角油圧室１５４への通路を遮断する状態となるようにコイル１９３への通電量を制御する。
【００７２】
なお、通常の運転状態（暖機後の走行状態など）での目標位置は、たとえば運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）に応じた２次元マップ値をあらかじめＥＣＵ２１内のＲＯＭに記憶させておくことにより、各運転状態に応じた最適なバルブタイミングとなるように設定され得る。
【００７３】
一方、始動時においては、エンジン１により駆動されるオイルポンプの回転数が不十分であることから、アクチュエータ１５への供給オイル量も不十分であり、上記のような油圧による進角位置の制御は不可能となる。
【００７４】
したがって、図１０に示すように、ロックピン１５５をロック凹部１５７に係合させることにより、油圧不足によるベーン１５２のばたつきを防止する。
【００７５】
このとき、吸気バルブを過遅角させると実圧縮比が低下し、逆に、吸気バルブを過進角させると排気バルブとのオーバラップ期間が大きくなるので、吸気バルブを過遅角または過進角させることは、いずれもポンピングロスを低減させる結果となる。
【００７６】
したがって、吸気バルブの過遅角制御や過進角制御は、始動時（クランキング時）の回転数上昇および初爆発生のためには有利であるが、実質的な燃焼状態が不十分であることから、完爆まで至らずに結局始動性を損なう結果となり得る。
【００７７】
一方、排気バルブを過遅角すると、吸気バルブを過進角した場合と同様に、排気バルブと吸気バルブとのオーバラップ期間が大きくなり、逆に、排気バルブを過進角すると、実膨張比が低下して燃焼エネルギをクランクシャフトに十分に伝達することができなくなってしまう。
【００７８】
したがって、始動時および始動直後においては、各バルブタイミングを過遅角制御しても過進角制御しても、始動性の悪化状態（または、始動不可能な状態）を招くおそれがある。
【００７９】
そこで、始動時においては、図１０のように、ロックピン１５５をロック凹部１５７に係合することより、ベーン１５２をロック位置（最遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置）に固定設定している。
【００８０】
以下、始動後においては、エンジン回転数の上昇に応じて潤滑オイルの油圧が上昇するので、スプール１９２が図１３に示す位置にあっても、前述の洩れオイルにより、アクチュエータ１５および１６にも油圧が供給される。
【００８１】
したがって、前述した通り、ロック凹部１５７への油圧がスプリング１５６の付勢力に打ち勝った時点で、ロック凹部１５７からロックピン１５５が外れてベーン１５２が動作可能になる。
【００８２】
以下、ロック解除後にＯＣＶ１９および２０を制御することにより、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４に油圧供給が制御され、バルブタイミングの遅角制御および進角制御が実行される。
【００８３】
このとき、特に、エンジン１の高回転域において、吸気慣性効果を得るとともに、体積効率を増大させて出力を向上させるために、始動時よりも遅角側にバルブタイミングを制御する。
【００８４】
このように、エンジン始動時においては、アクチュエータ１５および１６のロックピン１５５を最遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置にロックして始動性を向上させ、エンジン始動後（ロック機構の解除後）においては、特に高回転域で遅角制御することにより出力特性を向上させている。
【００８５】
しかしながら、上記従来装置においては、排気ガスの改善および触媒１２の昇温促進という技術観点については何ら考慮していない。
【００８６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置は以上のように、排気ガスの改善および触媒１２の昇温促進を考慮していないので、排気ガスの改善および触媒１２の昇温促進を十分に達成することができないという問題点があった。
【００８７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、始動時には最遅角位置と最進角位置の間にアクチュエータをロックし、始動後にはロックを解除するとともに、特に冷機アイドル時にバルブタイミングを進角側に制御することにより、触媒の昇温促進および有害排気ガスの低減を効果的に実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
【００８８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、内燃機関の運転状態に応じて油圧供給装置からアクチュエータへの供給油圧を制御し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段とを備え、アクチュエータは、相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、相対位相を変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、油圧供給装置から供給される所定油圧に応答してロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、制御手段は、内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、ロック機構を駆動して相対位相をロック位置に制御し、内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、ロック解除機構によりロック機構を解除するとともに、油圧供給装置から遅角油圧室および進角油圧室への供給油圧を制御して、相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、相対位相を進角側に制御するものであって、内燃機関が暖機アイドル状態を示す場合には、相対位相を前記ロック位置に制御するものである。
【００８９】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１において、ロック位置は、内燃機関の始動時および始動直後の制御に好適な位相位置に設定されたものである。
【００９０】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１または請求項２において、油圧供給装置は、内燃機関が少なくとも冷機アイドル状態を示す場合に、所定油圧を発生させるものである。
【００９２】
また、この発明の請求項４に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が冷機アイドル状態を示す場合には、内燃機関の点火時期を遅角制御するものである。
【００９３】
また、この発明の請求項５に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が冷機アイドル状態を示す場合には、内燃機関への燃料供給量を減量制御するものである。
【００９４】
また、この発明の請求項６に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が少なくとも暖機後におけるアイドル以外の運転状態を示す場合には、運転状態に応じた相対位相の遅角制御および進角制御を実行するものである。
【００９５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図であり、前述（図６参照）と同様のものについては同一符号を付して詳述を省略する。
【００９６】
したがって、この場合、吸気側および排気側の各バルブタイミングの変更制御範囲は図７に示した通りであり、クランク角センサ出力とカム角センサ出力との関係は図８に示した通りである。
【００９７】
また、アクチュエータ１５および１６の具体的構成は、図９〜図１１に示した通りであり、ＯＣＶ１９および２０の具体的構成は、図１２〜図１４に示した通りである。
【００９８】
また、図１内のＥＣＵ２１Ａは、前述と同様に、エンジン始動時においてロック機構によりアクチュエータ１５および１６をロック位置に制御するロック制御手段と、エンジン始動後にはロック解除機構によりアクチュエータ１５および１６を遅角制御および進角制御するロック解除制御手段とを含む。
【００９９】
さらに、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、アクチュエータ１５および１６により、クランクシャフトに対するカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの相対位相を進角側に制御する冷機アイドル制御手段を含んでいる。
【０１００】
また、ＥＣＵ２１Ａ内のロック解除制御手段は、エンジン１が少なくとも冷機アイドル状態を示す場合に、オイルポンプからロック解除用の所定油圧を発生させるようになっている。
【０１０１】
また、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１が暖機アイドル状態を示す場合には、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御する暖機アイドル制御手段を備えている。
【０１０２】
さらに、この場合、アクチュエータ１５および１６のロック位置は、エンジン１の始動および始動直後に好適な位置となるように設定されている。
すなわち、ロックピン１５５（図１０参照）によるベーン１５２のロック位置は、始動時に適したバルブタイミングとなるように設定される。
【０１０３】
前述したように、エンジン始動時および始動直後においては、バルブタイミングが過遅角されても過進角されても、始動性を悪化させることになるので、ロックピン１５５およびロック凹部１５７の相対位置は、図１０に示した中間位置に限らず、始動時および始動直後に良好なバルブタイミングとなるようにあらかじめ設定される。
【０１０４】
また、エンジン始動後の冷機アイドル状態においては、各バルブのリフトタイミングを進角位置に制御するために、各アクチュエータ１５および１６のロックピン１５５をロック凹部１５７から解除させる必要がある。
【０１０５】
この場合も、アクチュエータ１５および１６の作動（ロックピン１５５の係合解除も含む）には、エンジン１の潤滑油圧が用いられており、エンジン潤滑油圧は、エンジン回転数および油温などに依存して変化する。
【０１０６】
上述したように、少なくとも、冷機アイドル状態で進角制御を行う場合には、ロックピン１５５を解除するための油圧を発生させる必要がある。
また、冷機アイドル状態での進角制御が終了した後は、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御する。
【０１０７】
このとき、ロック解除用の油圧を保持して、ロック位置付近でのフィードバック制御を実行してもよく、ロック位置でロックピン１５５を係合させてもよい。
この状態で、車両を走行させるためにアクセルを踏み込むと、エンジン回転数が上昇するので、ロック状態が解除され、エンジン１の運転状態に応じた遅角位置または進角位置（ロック位置でない）での制御も可能となる。
【０１０８】
次に、前述の図７〜図１４とともに、図２のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による制御動作について説明する。
図２の処理ルーチンは、ＥＣＵ２１Ａ内で所定タイミングごとに実行される。
図２において、まず、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の運転状態が始動状態またはエンスト状態か否かを判定する（ステップＳ１）。
【０１０９】
ステップＳ１において、エンジン１が始動状態またはエンスト状態（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ＯＣＶ１９および２０のコイル１９３に対する供給電流を最小電流値ＭＩＮに設定し（ステップＳ２）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１０】
最小電流値ＭＩＮは、無通電値（＝０ｍＡ）であってもよいが、次回の動作用の待機電流として、１００ｍＡ程度に設定しておくことが望ましい。
【０１１１】
一方、ステップＳ１において、始動状態またはエンスト状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【０１１２】
このとき、ステップＳ３の判定は、周知のように、アイドルスイッチのオンオフ、または、スロットル開度が全閉か否かなどにより行われる。
【０１１３】
ステップＳ３において、エンジン１がアイドル状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、エンジン１の運転状態に見合ったマップ位置（遅角位置または進角位置）に制御し（ステップＳ４）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１４】
ステップＳ４においては、ＥＣＵ２１Ａ内のＲＯＭにマップデータとして記憶された目標位置となるように、フィードバック制御が実行される。
前述した通り、マップデータは、エンジン回転数およびエンジン負荷により補間参照されるようになっている。
【０１１５】
一方、ステップＳ３において、エンジン１がアイドル状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、エンジン１が冷機状態であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
【０１１６】
ここで、冷機状態とは、たとえば、エンジン１の冷却水温が４０℃以下を示す状態である。
【０１１７】
ステップＳ５において、エンジン１が冷機状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、アクチュエータ１５および１６のベーン１５２をロック位置で制御し（ステップＳ６）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１１８】
このとき、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御することにより、バルブタイミングを決定するカム位相は、前述の始動時および始動直後に適した位置であって、且つアイドル安定性にも適した位置に固定設定される。
【０１１９】
一方、ステップＳ５において、エンジン１が冷機状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、バルブタイミングを進角側に制御し（ステップＳ７）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１２０】
ステップＳ７において、バルブタイミングを進角制御する場合、最進角位置に制御してもよいが、ロック位置と最進角位置との間の任意位置に制御してもよい。
【０１２１】
たとえば、ステップＳ７における進角位置は、触媒１２の昇温効果の大きい（排気ガス温度が最も上昇する）制御位置に設定することが望ましく、また、排気ガス中のＨＣの排出量が最も少なくなる制御位置に設定することが望ましい。
【０１２２】
このように、エンジン１の運転状態が始動後の冷機アイドル状態を示す場合に、バルブタイミングを進角側に制御（ステップＳ７）することにより、排気ガスの温度が速やかに上昇するので、触媒１２の昇温促進に効果がある。
【０１２３】
特に、排気バルブの開弁開始タイミングを早くすることにより、燃焼途中の排気ガスを排気管１０に排出することになり、触媒１２の昇温を促進させることができる。
【０１２４】
また、吸排気の両バルブを同時に進角側に制御することにより、バルブオーバラップ期間が変化しないので、アイドル運転状態の安定性を向上させることができる。
【０１２５】
また、アクチュエータ１５および１６内のロック機構は、変更範囲内（最遅角位置および最進角位置を除く）で、エンジン始動時の始動および始動直後に好適なロック位置でベーン１５２を係止するので、エンジン始動性を向上させることができる。
【０１２６】
また、エンジン始動後の少なくとも冷機アイドル時において、ロック機構は、オイルポンプから供給される所定油圧によりロック解除されるので、アクチュエータ１５および１６の進角制御を可能にし、冷機アイドル時においても高温の排気ガスを排出して触媒１２の活性化を促進して、有害排気ガスを低減することができる。
【０１２７】
また、エンジン始動後の暖機アイドル時（始動時と近似した運転状態）において、始動時と同様に、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御することにより、運転性を向上させることができる。
【０１２８】
また、少なくとも暖機後におけるアイドル以外の運転状態（通常の走行状態）においては、運転状態に応じた通常のバルブタイミングの遅角制御および進角制御を実行することができる。
【０１２９】
なお、図１においては、吸気用および排気用の各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの両方にアクチュエータ１５および１６を設けたが、一方のカムシャフト１５Ｃまたは１６Ｃに対応したアクチュエータ１５または１６のみを設けてもよい。
【０１３０】
また、アクチュエータ１５および１６として、図９〜図１１のように、ハウジング１５１内で位相変更用のベーン１５２を回転移動させるタイプを用いたが、ヘリカルタイプなど、他のアクチュエータを用いてもよい。
【０１３１】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、エンジン１の冷機アイドル時に、アクチュエータ１５および１６の進角制御のみにより、触媒１２の昇温および排気ガスの向上を促進させたが、アクチュエータ１５および１６の進角制御のみならず、エンジン１の点火時期を遅角（リタード）制御してもよい。
【０１３２】
以下、エンジン１の冷機アイドル時に点火時期を遅角制御したこの発明の実施の形態２について説明する。
図３はこの発明の実施の形態２による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１３３】
この場合、ＥＣＵ２１Ａ（図１参照）は、ステップＳ３およびＳ５において、エンジン１の運転状態が冷機アイドル状態を示す（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、アクチュエータ１５および１６を進角側に制御（ステップＳ７）するとともに、エンジン１の点火時期を遅角制御し（ステップＳ８）、図３の処理ルーチンを抜け出る。
【０１３４】
このように、ステップＳ８において点火時期を遅角側に制御することにより、エンジン１の燃焼室における燃焼速度が低下するので、排気ガスの温度上昇が促進される。
【０１３５】
したがって、前述のバルブタイミングの進角制御と組み合わせることにより、さらに触媒１２の昇温効果が向上する。
また、この場合も、前述と同様に吸排気用の両方のバルブを進角側に制御することにより、各バルブのオーバラップ期間が変化しないので、アイドル運転状態の安定性を向上させることができる。
【０１３６】
このように、エンジン１の冷機アイドル時において、バルブタイミングを進角側に制御し且つ点火時期を遅角制御することにより、前述よりも高温の排気ガスが触媒１２に流入するので、さらに触媒１２を昇温促進して早期に活性化させることができる。
【０１３７】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、エンジン１の冷機アイドル時に、アクチュエータ１５および１６の進角制御に加えて、点火時期を遅角制御したが、エンジン１への燃料供給量を減量制御してもよい。
【０１３８】
以下、エンジン１の冷機アイドル時に燃料供給量を減量制御したこの発明の実施の形態３について説明する。
図４はこの発明の実施の形態３による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２、図３参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１３９】
この場合、ＥＣＵ２１Ａ（図１参照）は、ステップＳ３およびＳ５において、エンジン１の運転状態が冷機アイドル状態を示す（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、アクチュエータ１５および１６を進角側に制御（ステップＳ７）するとともに、エンジン１への燃料供給量を減量制御して空燃比Ａ／Ｆをリーン化し（ステップＳ９）、図４の処理ルーチンを抜け出る。
【０１４０】
このように、エンジン１が冷機アイドル状態であると判定された場合に、バルブタイミングを進角側に制御（ステップＳ７）するとともに、燃料噴射量を減量して空燃比Ａ／Ｆをリーン化（ステップＳ９）することにより、前述の触媒１２の昇温促進効果に加えて、ＨＣなどの有害成分の排出量がさらに減少し、排気ガスをさらに向上させることができる。
【０１４１】
したがって、冷機アイドル時において、触媒１２を昇温促進させて早期に活性化させつつ、排気ガスに含まれるＨＣをさらに低減させることができる。
【０１４２】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態２、３では、エンジン１の冷機アイドル時に、アクチュエータ１５および１６の進角制御に加えて、点火時期の遅角制御または燃料供給量の減量制御を実行したが、点火時期の遅角制御および燃料供給量の減量制御を同時に実行してもよい。
【０１４３】
以下、エンジン１の冷機アイドル時に点火時期の遅角制御および燃料供給量の減量制御を同時に実行したこの発明の実施の形態４について説明する。
図５はこの発明の実施の形態４による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２〜図４参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１４４】
この場合、ＥＣＵ２１Ａ（図１参照）は、ステップＳ３およびＳ５において、エンジン１の運転状態が冷機アイドル状態を示す（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、アクチュエータ１５および１６を進角側に制御（ステップＳ７）するとともに、点火時期の遅角制御（ステップＳ８）および空燃比Ａ／Ｆのリーン化（ステップＳ９）を実行し、図５の処理ルーチンを抜け出る。
【０１４５】
このように、冷機アイドル時に、アクチュエータ１５および１６（バルブタイミング）の進角制御とともに、点火時期の遅角制御および燃料供給量の減量制御を実行することにより、排気ガスの昇温による触媒１２の昇温をさらに促進するとともに、ＨＣをさらに低減させることができる。
【０１４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、内燃機関の運転状態に応じて油圧供給装置からアクチュエータへの供給油圧を制御し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段とを備え、アクチュエータは、相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、相対位相を変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、油圧供給装置から供給される所定油圧に応答してロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、制御手段は、内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、ロック機構を駆動して相対位相をロック位置に制御し、内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、ロック解除機構によりロック機構を解除するとともに、油圧供給装置から遅角油圧室および進角油圧室への供給油圧を制御して、相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、相対位相を進角側に制御するものであって、内燃機関が暖機アイドル状態を示す場合には、相対位相を前記ロック位置に制御するようにしたので、触媒の昇温および有害排気ガスの低減を促進させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られ、かつ、始動状態と近似した暖機アイドル時の運転性を向上させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０１４７】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、ロック位置は、内燃機関の始動時および始動直後の制御に好適な位相位置に設定されているので、始動性を向上させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０１４８】
また、この発明の請求項３によれば、請求項１または請求項２において、油圧供給装置は、内燃機関が少なくとも冷機アイドル状態を示す場合に、所定油圧を発生させるようにしたので、冷機アイドル時にロック機構を解除してアクチュエータの進角制御を可能とし、触媒の昇温および排気ガスの低減を促進させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０１５０】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が冷機アイドル状態を示す場合には、内燃機関の点火時期を遅角制御するようにしたので、触媒の昇温および有害排気ガスの低減をさらに促進させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０１５１】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が冷機アイドル状態を示す場合には、内燃機関への燃料供給量を減量制御するようにしたので、有害排気ガスの低減をさらに促進させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０１５２】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、制御手段は、内燃機関が少なくとも暖機後におけるアイドル以外の運転状態を示す場合には、運転状態に応じた相対位相の遅角制御および進角制御を実行するようにしたので、通常時の運転性を向上させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による制御動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態２による制御動作を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態３による制御動作を示すフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態４による制御動作を示すフローチャートである。
【図６】 従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置を示すブロック構成図である。
【図７】 従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による位相変更範囲をクランク角位置に対するバルブリフト量の関係により示す説明図である。
【図８】 一般的なクランク角センサおよびカム角センサの各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャートである。
【図９】 一般的なアクチュエータの最遅角位置での内部構造を示す透視図である。
【図１０】 一般的なアクチュエータのロック位置での内部構造を示す透視図である。
【図１１】 一般的なアクチュエータの最進角位置での内部構造を示す透視図である。
【図１２】 一般的なＯＣＶ（油圧供給装置）の非励磁状態での内部構造を示す側断面図である。
【図１３】 一般的なＯＣＶのロック状態での内部構造を示す側断面図である。
【図１４】 一般的なＯＣＶの励磁状態での内部構造を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン、３ エアフローセンサ、４ 吸気管、７ インジェクタ、８ 点火プラグ、９ 点火コイル、１０ 排気管、１１ Ｏ₂センサ、１２ 触媒、１４ クランク角センサ、１５、１６ アクチュエータ、１５Ｃ、１６Ｃ カムシャフト、１７、１８ カム角センサ、１９、２０ ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）、２１Ａ ＥＣＵ、１５２ ベーン、１５３ 遅角油圧室、１５４ 進角油圧室、１５５ ロックピン、１５６ スプリング、１５７ ロック凹部、１９２ スプール、１９３ コイル、１９４ スプリング、Ｓ３、Ｓ５ 冷機アイドル状態を判定するステップ、Ｓ７ 相対位相を進角制御するステップ、Ｓ８点火時期を遅角制御するステップ、Ｓ９ 燃料供給量を減量制御するステップ。

Claims (6)

1. 内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、
   前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して前記内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、
   前記吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置から前記アクチュエータへの供給油圧を制御し、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を変更する制御手段とを備え、
   前記アクチュエータは、
   前記相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、
   前記相対位相を前記変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、
   前記油圧供給装置から供給される所定油圧に応答して前記ロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、前記ロック機構を駆動して前記相対位相を前記ロック位置に制御し、
   前記内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、前記ロック解除機構により前記ロック機構を解除するとともに、前記油圧供給装置から前記遅角油圧室および前記進角油圧室への供給油圧を制御して、前記相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、
   前記運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、前記相対位相を進角側に制御するものであって、前記内燃機関が暖機アイドル状態を示す場合には、前記相対位相を前記ロック位置に制御することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記ロック位置は、前記内燃機関の始動時および始動直後の制御に好適な位相位置に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 前記油圧供給装置は、前記内燃機関が少なくとも前記冷機アイドル状態を示す場合に、前記所定油圧を発生させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関が前記冷機アイドル状態を示す場合には、前記内燃機関の点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関が前記冷機アイドル状態を示す場合には、前記内燃機関への燃料供給量を減量制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 前記制御手段は、前記内燃機関が少なくとも暖機後におけるアイドル以外の運転状態を示す場合には、前記運転状態に応じた前記相対位相の遅角制御および進角制御を実行することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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