JP4657238B2

JP4657238B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4657238B2
Application number: JP2007097651A
Authority: JP
Inventors: 玲永楽; 錠二山口
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: EP2133516A1; CN101663468B; JP2008255857A; EP2133516B1; WO2008123613A1; CN101663468A; US20100126449A1; US8166935B2; EP2133516A4

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。より詳細には、内燃機関の各気筒のバルブの開閉タイミングを変更する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の各気筒のバルブの開閉タイミングを運転状態等に応じて変更する開閉タイミング変更機構を備えた内燃機関が公知である。そして、このような開閉タイミング変更機構として油圧で制御されるものが知られている。すなわち例えば、バルブの開閉タイミングを進角させる場合には、進角側油路を介して進角油圧室に作動油を供給すると共に遅角側油路を介して遅角油圧室から作動油を排出することによって油圧作動アクチュエータを作動させ、バルブ駆動用カムの回転位相を進角させるようになっている。また逆にバルブの開閉タイミングを遅角させる場合には、遅角側油路を介して遅角油圧室に作動油を供給すると共に進角側油路を介して進角油圧室から作動油を排出することによって油圧作動アクチュエータを作動させ、バルブ駆動用カムの回転位相を遅角させるようになっている。

そして、上記進角側油路及び遅角側油路に、任意に逆止弁として作用させることのできる弁を設け、作動油が意図する向きとは逆に流れてしまうのを防止するようにしたものも公知である。

また、内燃機関の各気筒のバルブを開閉駆動するバルブカムシャフトに、バルブ駆動用カムに加えてポンプ駆動用カムを設けて内燃機関の燃料ポンプを駆動するようにした内燃機関が知られている。そしてこのようにバルブカムシャフトにポンプ駆動用カムを設けた場合には、バルブカムシャフトにはバルブ開閉駆動に伴う反力トルク（バルブ開閉駆動反力トルク）の変動に加えて燃料ポンプ駆動に伴う反力トルク（燃料ポンプ駆動反力トルク）の変動が加わることになる。

すなわち、より詳細には、上記バルブ開閉駆動反力トルクは、バルブ駆動用カムの作動においてバルブを開方向に駆動するカムリフト最大位置よりも前の期間では、バルブスプリングを圧縮するためにバルブカムシャフトの回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）として作用し、バルブを閉方向に駆動するカムリフト最大位置よりも後の期間では、バルブスプリングの復元力のためにバルブカムシャフトの回転方向のトルク（負のトルク）として作用する。また、上記燃料ポンプ駆動反力トルクについても上記バルブ開閉駆動反力トルクと同様に、ポンプ駆動用カムの作動においてカムリフト最大位置よりも前の期間では、バルブカムシャフトの回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）として作用し、カムリフト最大位置よりも後の期間では、バルブカムシャフトの回転方向のトルク（負のトルク）として作用する。

そして、バルブカムシャフトには上記バルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプ駆動反力トルクを合成した合成反力トルクが作用することになるのであるが、この合成反力トルクの最大値や変動幅が大きくなると、バルブカムシャフトの駆動に要するトルクが大きくなったり、クランクシャフトからバルブカムシャフトに動力を伝達する部材（例えば、タイミングチェーン、タイミングベルト、タイミングギヤ等）の寿命が低下する等の問題が生じる。

そのため、従来技術の中にはこのような問題に対処すべく、上記バルブ駆動用カムの回転位相と上記ポンプ駆動用カムの回転位相とを、上記のような合成反力トルクの平準化を図り、その最大値が小さくなるように、もしくは、上記のような合成反力トルクの変動幅が小さくなるように設定するようにしたものがある（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特開２００１-２２７４２５号公報特開２００６−２０７４４０号公報特開２００６−２９０９３号公報

ところで、上記のようにバルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムとが共にバルブカムシャフトに設けられている内燃機関において、上述したような油圧で制御される開閉タイミング変更機構が用いられる場合、その制御の応答性には、上記作動油の圧力の他、上記バルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプ駆動反力トルクとの合成反力トルクが大きく影響する。これはバルブ駆動用カムの回転位相を変更するための油圧作動アクチュエータは、結果的には上記作動油の圧力によって発生する駆動トルクと上記合成反力トルクとの合成トルクによって作動させられることになるからである。

すなわち、上記バルブ駆動用カムの回転位相を目標とする回転位相に変更しようとする場合において、上記作動油の圧力により発生する駆動トルク以上の大きさの合成反力トルクが反対向きに作用している時には、上記バルブ駆動用カムの回転位相を目標とする回転位相に近付けることはできないため、このような期間が長い場合には制御の応答性は悪化する。また、上記作動油の圧力により発生する駆動トルクが反対向きに作用している合成反力トルクよりも大きい場合であっても、その差が小さい場合には十分な応答性を得ることはできない。

一方、逆に上記合成反力トルクが上記作動油の圧力により発生する駆動トルクと同じ向きに作用している時には、上記バルブ駆動用カムの回転位相を目標とする回転位相に容易に近付けることができるため、このような期間が長い場合には制御の応答性が向上する。更にこの場合、上記合成反力トルクが大きい程、上記バルブ駆動用カムの回転位相を迅速に目標とする回転位相に近付けることができるため、制御の応答性は向上することになる。
そしてこのような合成反力トルクの応答性への影響は、作動油の圧力が低い場合、例えば機関回転数の低い場合に特に顕著になる。

ここで上述した従来技術のように上記合成反力トルクの平準化を図った場合を考えてみると、これらの場合では上記合成反力トルクの平準化が図られ、その最大値が小さくなるように、もしくは、合成反力トルクの変動幅が小さくなるようにされているので、結果として、バルブカムシャフトの回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）が作用している期間が長くなる。したがって、このような場合には、バルブの開閉タイミングを進角させる場合において十分な応答性を得られない可能性があり、特に、作動油の圧力が低い場合には、その応答性が相当に悪化してしまうことが懸念される。

本発明は以上のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムとが共にバルブカムシャフトに設けられている内燃機関において、内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを応答性良く制御することのできる内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。

１番目の発明は、内燃機関の気筒に設けられたバルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムを設けたバルブカムシャフトにポンプ駆動用カムを設けて内燃機関の燃料ポンプを駆動するようにした内燃機関において、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを変更する内燃機関の制御装置であって、開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段を有すると共に、開閉タイミングを目標とする開閉タイミングの方向へ変更するのに上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用するバルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプの駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用する燃料ポンプ駆動反力トルクとの合成反力トルクを利用することを考慮して上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が設定されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置を提供する。

１番目の発明のように開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段を有している場合、同手段によって開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのが抑制されるので、上記合成反力トルクによって開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されてしまうことについて考慮する必要が無い。したがってこのような場合には、上記合成反力トルクを、開閉タイミングを目標とする開閉タイミングの方向へ変更するのに利用することが可能となる。そのため、上記合成反力トルクを、開閉タイミングを目標とする開閉タイミングの方向へ変更するのに利用することを考慮して上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相を設定することで、上記合成反力トルクを上記開閉タイミングの制御に効率的に利用することが可能となり、開閉タイミングの制御の応答性の向上を図ることができる。

このようなことから１番目の発明によれば、バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムとが共にバルブカムシャフトに設けられている内燃機関において、内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを応答性良く制御することができる。

２番目の発明は、内燃機関の気筒に設けられたバルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムを設けたバルブカムシャフトにポンプ駆動用カムを設けて内燃機関の燃料ポンプを駆動するようにした内燃機関において、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを変更する内燃機関の制御装置であって、開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段を有すると共に、上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用するバルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプの駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用する燃料ポンプ駆動反力トルクとの合成反力トルクの値の変動幅が最大になるように設定されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置を提供する。

２番目の発明のようにすることによって、上記開閉タイミングを目標とする開閉タイミングの方向へ変更するのに寄与する合成反力トルクの値を最大にすることができる。その結果、２番目の発明によっても、１番目の発明と同様、バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムとが共にバルブカムシャフトに設けられている内燃機関において、内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを応答性良く制御することが可能となる。

３番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記バルブ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングと上記ポンプ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングとが一致するように設定されている。

３番目の発明によっても１番目または２番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。なおここで、上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相は、上記バルブ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングの全てが上記ポンプ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングと一致するように設定されている必要はなく、上記バルブカムシャフトの一回転中に少なくとも一度は上記バルブ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングと上記ポンプ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングとが一致するように設定されていればよい。

４番目の発明では１番目から３番目の何れかの発明において、上記バルブカムシャフトの一回転中に上記バルブ駆動用カムがバルブを開閉駆動する回数が、上記ポンプ駆動用カムが燃料ポンプを駆動する回数より多くなっている。

４番目の発明のようになる場合は、例えば、上記バルブカムシャフトの一回転中にバルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムのカム山の数が、上記ポンプ駆動用カムのカム山の数より多い場合であり、このような場合であっても１番目から３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。

５番目の発明では１番目の発明において、上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記合成反力トルクの値の変動幅が予め定めた変動幅未満になるように設定されている。

上述したように、上記合成反力トルクの値の変動幅が大きくなるとクランクシャフトからバルブカムシャフトに動力を伝達する部材の寿命が低下する等の問題が生じる。したがって、５番目の発明のようにすれば、上記予め定めた変動幅を適切に設定することによって、上記開閉タイミングの制御の応答性の向上を図りつつ、上記動力伝達部材の寿命の低下等、上記合成反力トルクの値の変動幅が大きくなることに起因する問題の発生を抑制することができる。

６番目の発明では１番目から５番目の何れかの発明において、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングの変更が、少なくとも一つの油圧室に油路を介して作動油を供給して油圧作動アクチュエータを作動させることによって行われ、上記開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段として上記油路に上記油圧室に作動油へ供給すべきときに作動油が逆流しないように機能する逆流防止手段が設けられている。
６番目の発明によっても１番目から５番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。

各請求項に記載の発明は、バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムとが共にバルブカムシャフトに設けられている内燃機関において、内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを応答性良く制御することを可能にするという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、自動車用直列４気筒ＤＯＨＣ機関に本発明を適用した実施形態のカムシャフト配置を説明するための図である。図１において、１は吸気バルブカムシャフト、３は排気バルブカムシャフト、５は機関のクランクシャフトを示す。バルブカムシャフト１及び３は、タイミングベルト７を介してクランクシャフト５に同期して駆動されている。

また、本実施形態では各気筒にはそれぞれ吸気バルブ１１、排気バルブ３１がそれぞれ２つずつ、合計４つの弁が設けられており、それぞれの弁に対応して吸気バルブカムシャフト１には各気筒毎に２つの吸気バルブ駆動用カム１３が、また排気バルブカムシャフト３には各気筒毎に２つの排気バルブ駆動用カム３３が、それぞれ設けられている。

また、図１において２０で示すのは、吸気バルブ１１の開閉タイミングを変更する開閉タイミング変更機構である。つまり、開閉タイミング変更機構２０を作動することにより、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角側に変更したり、遅角側に変更したりすることができ、これによってバルブオーバーラップ量の調整を行うこともできる。また、本実施形態において開閉タイミング変更機構２０は油圧で制御される。すなわち、本実施形態では油圧作動アクチュエータである開閉タイミング変更機構２０を作動させることにより開閉タイミングの変更が行われるようになっている。なお、開閉タイミング変更機構２０の作動については後に更に詳細に説明する。

また、図１において１５０で示すのは、燃料ポンプ２００を駆動するためのポンプ駆動用カムであり、吸気バルブカムシャフト１の端部に設けられている。図２は、図１の吸気バルブカムシャフト１の部分を示す図であるが、この図に示すようにポンプ駆動用カム１５０は吸気バルブカムシャフト１の上部（図１において吸気バルブカムシャフト１に対してクランクシャフト５と反対側）に配置された燃料ポンプ２００のプランジャの端部と係合し、吸気バルブカムシャフト１の回転に同期して燃料ポンプ２００のプランジャを上方向に押動することにより、燃料ポンプ２００から燃料を吐出する。

そして本実施形態のように吸気バルブカムシャフト１に吸気バルブ駆動用カム１３に加えてポンプ駆動用カム１５０を設けた場合には、吸気バルブカムシャフト１には吸気バルブ１１の開閉駆動に伴う反力トルク（吸気バルブ開閉駆動反力トルク）Ｔｖの変動に加えて燃料ポンプ２００の駆動に伴う反力トルク（燃料ポンプ駆動反力トルク）Ｔｐの変動が加わることになる。

すなわちより詳細には、上記吸気バルブ開閉駆動反力トルクＴｖは、吸気バルブ駆動用カム１３の作動において吸気バルブ１１を開方向に駆動するカムリフト最大位置よりも前の期間では、バルブスプリングを圧縮するために吸気バルブカムシャフト１の回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）として作用し、吸気バルブ１１を閉方向に駆動するカムリフト最大位置よりも後の期間では、バルブスプリングの復元力のために吸気バルブカムシャフト１の回転方向のトルク（負のトルク）として作用する。また、上記燃料ポンプ駆動反力トルクＴｐについても上記吸気バルブ開閉駆動反力トルクＴｖと同様に、ポンプ駆動用カム１５０の作動においてカムリフト最大位置よりも前の期間では、吸気バルブカムシャフト１の回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）として作用し、カムリフト最大位置よりも後の期間では、吸気バルブカムシャフト１の回転方向のトルク（負のトルク）として作用する。そして、吸気バルブカムシャフト１には上記吸気バルブ開閉駆動反力トルクＴｖと上記燃料ポンプ駆動反力トルクＴｐを合成した合成反力トルクＴｔが作用することになる。

次に開閉タイミング変更機構２０の作動について説明する。図３は、本実施形態における開閉タイミング変更機構２０の作動について説明するための図である。図中、２０は開閉タイミング変更機構、２２はオイルコンロールバルブ（ＯＣＶ）、２３は作動油ポンプである。

開閉タイミング変更機構２０は、いわゆるベーン式位相角変更機構であり、内燃機関のクランクシャフト５からタイミングベルト７により回転駆動されるタイミングプーリ３５と、そのタイミングプーリ３５と一体になって回転駆動されるハウジング３６と、このハウジング３６内に回動可能に配置され、ハウジング３６内に進角油圧室３７と遅角油圧室３８とを区画形成する、吸気バルブカムシャフト１に連結されたベーン体３９とを備えている。このような開閉タイミング変更機構２０では、上記進角油圧室３７と遅角油圧室３８とに作動油を供給することにより、ハウジング３６とベーン体３９とを相対的に回動させてクランクシャフト５と吸気バルブカムシャフト１との回転位相を変化させて吸気バルブ１１の開閉タイミングを変更する。

すなわち、進角油圧室３７に進角側油路２４を介して作動油を供給するとともに遅角油圧室３８から遅角側油路２５を介して作動油を排出することにより、ベーン体３９をハウジング３６に対して位相角が進角する側に相対回動させ、遅角油圧室３８に遅角側油路２５を介して作動油を供給し進角油圧室３７から進角側油路２４を介して作動油を排出することにより、ベーン体３９をハウジング３６に対して位相角が遅角する方向に相対回動させる。また、位相角を一定の位相角に維持する場合には進角油圧室３７と遅角油圧室３８との内部の作動油圧力を同じ圧力に制御することにより、ハウジング３６とベーン体３９との相対位置を一定に保持する。

このような各油圧室３７、３８内の作動油圧力の制御、すなわちこれら油圧室３７、３８への作動油の供給制御はＯＣＶ２２によって行われる。ＯＣＶ２２は、スプール４０を有するスプール弁であり、進角油圧室３７に通じる油圧ポート４０ａ、遅角油圧室３８へ通じる油圧ポート４０ｂ、機関出力軸に駆動される作動油ポンプ２３に接続されたポート４０ｃ及び２つのドレーンポート４０ｄ、４０ｅを備えている。ＯＣＶ２２のスプール４０はポート４０ａと４０ｂのうちの何れかをポート４０ｃに連通し、他方をドレーンポートに接続するように動作する。

すなわち、図３においてスプール４０が左方向に移動すると、進角油圧室３７に連通するポート４０ａはポート４０ｃを介して作動油ポンプ２３に接続され、ドレーンポート４０ｄは閉鎖される。また、この時同時に遅角油圧室３８に通じるポート４０ｂはドレーンポート４０ｅに連通する。このため、開閉タイミング変更機構２０の進角油圧室３７には、作動油ポンプ２３から作動油が流入し、進角油圧室３７内の油圧を上昇させてベーン体３９を図３の矢印Ｒの方向（進角方向）に押動する。また、この時遅角油圧室３８内の作動油はＯＣＶ２２のポート４０ｂを通りドレーンポート４０ｅから排出される。このため、ベーン体３９はハウジング３６に対して図３の矢印Ｒの方向に回動する。

また、図３において逆にスプール４０が右方向に移動すると、ポート４０ｂはポート４０ｃに接続され、ポート４０ａはドレーンポート４０ｄに接続される。これにより、遅角油圧室３８には作動油が流入し、進角油圧室３７からは作動油が排出されるため、ベーン体３９はハウジング３６に対して図３の矢印Ｒとは逆の方向に回動する。そして、スプール４０が図３に示した中立位置にある時は、ポート４０ａ、４０ｂは両方とも閉鎖される。

図３に４１で示すのは、スプール４０を駆動するリニアソレノイドアクチュエータである。リニアソレノイドアクチュエータ４１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２７からの制御信号に応じてスプール４０を移動させる。

更に、本実施形態においては図３に示したように、上記進角側油路２４及び遅角側油路２５にそれぞれ任意に逆止弁として作用させることのできる制御弁２８、２９が設けられており、作動油が意図する向きとは逆に流れてしまうのを防止するようになっている。

すなわち、上記進角側油路２４に設けられた制御弁２８は、進角油圧室３７に進角側油路２４を介して作動油を供給して開閉タイミングを進角させるべき時には、進角油圧室３７に向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁として作用し、それ以外の時には双方向の流れを許容する弁として作用するように制御される。また、上記遅角側油路２５に設けられた制御弁２９は、遅角油圧室３８に遅角側油路２５を介して作動油を供給して開閉タイミングを遅角させるべき時には、遅角油圧室３８に向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁として作用し、それ以外の時には双方向の流れを許容する弁として作用するように制御される。そして、これらの制御弁２８、２９の制御もＥＣＵ２７からの制御信号によって行われる。

すなわち本実施形態では、上記制御弁２８、２９が上記進角油圧室３７及び遅角油圧室３８に作動油を供給すべきときに作動油が逆流しないように機能する逆流防止手段として機能している。また、上記制御弁２８、２９のような制御弁は、例えば、当該制御弁本体内に、逆止弁を有する管路と、同逆止弁をバイパスする管路と、これら二つの管路を通る経路を切替える切替え弁とを設けることにより構成することができる。なお、本実施形態では上記制御弁２８、２９を一体的な弁としたが、他の実施形態では同様な機能が達成されるのであれば（すなわち、任意に逆止弁として作用させるという機能が達成されるのであれば）上記制御弁２８、２９の代わりに、例えば、逆止弁を有する管路と、同逆止弁をバイパスする管路と、これら二つの管路を通る経路を切替える切替え弁とを有する配管の構成を用いてもよい。更に同様な機能が達成されるものであれば全く別の構成を用いてもよい。

そして本実施形態では、以上のような構成を前提として、上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相が以下で説明するように設定され、開閉タイミングが応答性良く制御できるようになっている。すなわち、本実施形態では、上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相が、上記開閉タイミング変更機構２０による開閉タイミングの変更の際に、上記合成反力トルクＴｔを、開閉タイミングを目標とする開閉タイミング（目標開閉タイミング）の方向へ変更するのに利用することを考慮して設定されている。

つまりより詳細には、本実施形態では、上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相が、上記吸気バルブ開閉駆動反力トルクＴｖと上記燃料ポンプ駆動反力トルクＴｐとを合成した上記合成反力トルクＴｔの値の変動幅が最大になるように設定されている。そしてこのようにすると後述するように上記開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するのに寄与する合成反力トルクの値を最大にすることができる。

より具体的には本実施形態では、上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相が、上記バルブ駆動用カム１３のカムリフト最大となるタイミングと上記ポンプ駆動用カム１５０のカムリフト最大となるタイミングとが一致するように設定されている。

図４は、本実施形態におけるバルブ駆動用カム１３とポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相について示すための図であり、図２の矢印Ａの方向で見た場合の図である。図４（ａ）が上記バルブ駆動用カム１３について示した図であり、図４（ｂ）が上記ポンプ駆動用カム１５０について示した図である。

そして、図５は本実施形態において吸気バルブカムシャフト１に作用する各反力トルクＴｖ、Ｔｐ、Ｔｔの変動について示す図である。すなわち、図４に示すように上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相が、上記バルブ駆動用カム１３のカムリフト最大となるタイミングと上記ポンプ駆動用カム１５０のカムリフト最大となるタイミングとが一致するように設定されると、図５に示すように上記吸気バルブ開閉駆動反力トルクＴｖの変動と上記燃料ポンプ駆動反力トルクＴｐの変動との位相が一致し、これらの反力トルクＴｖ及びＴｐを合成した合成反力トルクＴｔの変動幅が最大になる。

図５に示した合成反力トルクＴｔの変動において、正のトルクとして示されている部分は吸気バルブカムシャフト１の回転を妨げる方向のトルクが作用する部分であり、換言すれば、開閉タイミングを遅角させる方向のトルクが作用する部分である。また、負のトルクとして示されている部分は吸気バルブカムシャフト１の回転方向のトルクが作用する部分であり、換言すれば、開閉タイミングを進角させる方向のトルクが作用する部分である。

そして、本実施形態のように油圧で作動される開閉タイミング変更機構２０が用いられる場合、その制御の応答性には、上記作動油の圧力の他、上記合成反力トルクＴｔが大きく影響する。これは、吸気バルブ駆動用カム１３の回転位相を変更するために作動される上記開閉タイミング変更機構２０のベーン体３９は、結果的には上記作動油の圧力によって発生する駆動トルクと上記合成反力トルクＴｔとの合成トルクによって作動させられることになるからである。

そして、まずここで上記制御弁２８、２９を有していない場合について考えてみると、この場合には図４に示すように上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相を設定し、図５に示すように上記合成反力トルクＴｔの変動幅が最大になるようにしても、開閉タイミングの制御における十分な応答性の向上を得ることはできないと考えられる。

すなわち、図５に示すように上記合成反力トルクＴｔの変動幅が最大になるようにすると、開閉タイミングを目標開閉タイミングにする方向のトルクも最大になるのであるが、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向とは逆方向に戻そうとするトルクも最大になる。そして上記制御弁２８、２９を有していない場合には、上記進角油圧室３７及び遅角油圧室３８に作動油を供給すべきときに作動油が逆流することが防止されないため、特に油圧が十分に高くない時には開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されることになる。したがって、この場合には開閉タイミングを変更するときに一進一退を繰り返しながら目標開閉タイミングまで到達することになり、十分な応答性の向上を期待することができない。そしてこのようなことから、上記制御弁２８、２９を有していない場合には、上記合成反力トルクＴｔを、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するのに十分に利用することはできないと言える。

その一方、本実施形態のように上記制御弁２８、２９を有している場合には、これらの制御弁２８、２９が、開閉タイミングを変更すべく上記進角油圧室３７及び遅角油圧室３８に作動油を供給すべきときに作動油が逆流しないように機能するため、開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのが抑制される。したがって、本実施形態のように上記制御弁２８、２９を有している場合には、上記合成反力トルクによって開閉タイミングが目標開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されてしまうことについては考慮する必要が無い。

つまり、この場合には上記合成反力トルクＴｔは、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するように作用する部分のみ考慮すればよく、上記合成反力トルクＴｔを、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するのに利用することができる。

すなわち、例えば図５に示される本実施形態の場合、合成反力トルクＴｔの変動において、負のトルクとして示される部分の最小値の大きさにかかわらず正のトルクとして示される部分の最大値が大きい程、開閉タイミングを遅角させるときの応答性が向上する。また、正のトルクとして示される部分の最大値の大きさにかかわらず負のトルクとして示される部分の最小値が小さい程、開閉タイミングを進角させるときの応答性が向上する。

したがって、本実施形態のように上記制御弁２８、２９を有している場合には、図４に示すように上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相を設定し、図５に示すように上記合成反力トルクＴｔの変動幅が最大になるようにすることによって、開閉タイミングの制御における応答性を向上することができる。

以上のように、本実施形態のように上記制御弁２８、２９を有している場合にのみ、上記合成反力トルクＴｔを、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するのに利用することが可能であり、その場合に上記合成反力トルクＴｔを、開閉タイミングを目標開閉タイミングの方向へ変更するのに利用することを考慮して上記バルブ駆動用カム１３と上記ポンプ駆動用カム１５０の相対回転位相を設定することで、上記合成反力トルクＴｔを上記開閉タイミングの制御に効率的に利用することができ、開閉タイミングの制御の応答性の向上を図ることができる。そしてその結果として、ドライバビリティの向上、燃費及び排気エミッションの改善等を図ることができる。

なお上述したように、一般に上記合成反力トルクＴｔの変動幅が大きくなるとクランクシャフトからバルブカムシャフトに動力を伝達する部材の寿命が低下する等の問題が生じることが判明している。そのため他の実施形態においてはこの点を考慮し、吸気バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムの相対回転位相を、上記合成反力トルクＴｔの開閉タイミング変更への利用を考慮しつつ、上記合成反力トルクＴｔの値の変動幅が予め定めた変動幅未満になるように設定するようにしてもよい。

このようにすると、上記予め定めた変動幅を適切に設定することによって、開閉タイミングの制御の応答性の向上を図りつつ、上記動力伝達部材の寿命の低下等、上記合成反力トルクＴｔの値の変動幅が大きくなることに起因する問題の発生を抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては図４で示したように、上記吸気バルブカムシャフト１の一回転中に吸気バルブ１１を開閉駆動するバルブ駆動用カム１３のカム山の数とポンプ駆動用カム１５０のカム山の数は共に４個であり同数であった。すなわち、上述の実施形態においては、上記吸気バルブカムシャフト１の一回転中にバルブ駆動用カム１３が吸気バルブ１１を開閉駆動する回数が、ポンプ駆動用カム１５０が燃料ポンプ２００を駆動する回数と同じであった。

しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の実施形態では例えば、吸気バルブカムシャフトの一回転中に吸気バルブ駆動用カムが吸気バルブを開閉駆動する回数が、ポンプ駆動用カムが燃料ポンプを駆動する回数よりも多くなっていてもよい。

図６はこのような場合の一実施形態におけるバルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムについて示した図４と同様の図である。すなわち、図６（ａ）が上記バルブ駆動用カムについて示しており、図６（ｂ）が上記ポンプ駆動用カムについて示している。図６に示されているように、この例では上記吸気バルブカムシャフトの一回転中に吸気バルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムのカム山の数が４個であるのに対し、ポンプ駆動用カムのカム山の数が３個である。したがってこの場合、吸気バルブカムシャフトの一回転中にバルブ駆動用カムが吸気バルブを開閉駆動する回数が、ポンプ駆動用カムが燃料ポンプを駆動する回数よりも１回多くなるようになっている。また、ポンプ駆動用カムの３個のカム山とバルブ駆動用カムの４個のカム山のうちの３個のカム山の相対回転位相が一致している。

そしてこれまでの説明からも明らかなように、このようにしても上記合成反力トルクＴｔの変動幅が大きくされるため、上述の実施形態と同様、開閉タイミングを応答性良く制御することが可能となる。

また、上述の実施形態では本発明を直列４気筒ＤＯＨＣ機関に適用したが、本発明は他の型式の内燃機関にも適用可能である。例えば図７は本発明をＶ型６気筒機関に適用した場合における吸気バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムについて示した図４と同様の図である。すなわち、図７（ａ）が吸気バルブ駆動用カムについて示しており、図７（ｂ）がポンプ駆動用カムについて示している。

更に、上述の実施形態では油圧作動アクチュエータである開閉タイミング変更機構２０を作動させることにより開閉タイミングの変更が行われるようになっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の実施形態では油圧作動アクチュエータ以外の手段によって開閉タイミングの変更が行われるようになっていてもよい。また、以上では、吸気バルブの開閉タイミングを変更する場合について説明したが、本発明が排気バルブの開閉タイミングを変更する場合についても全く同様に適用できることは明らかである。

図１は、自動車用直列４気筒ＤＯＨＣ機関に本発明を適用した実施形態のカムシャフト配置を説明するための図である。図２は、図１の吸気バルブカムシャフトの部分を示す図である。図３は、開閉タイミング変更機構の作動について説明するための図である。図４は、バルブ駆動用カムとポンプ駆動用カムの相対回転位相について示すための図であり、図２の矢印Ａの方向で見た場合の図である。（ａ）がバルブ駆動用カムについて示し、（ｂ）がポンプ駆動用カムについて示している。図５は、吸気バルブカムシャフトに作用するバルブ開閉駆動反力トルクＴｖ、燃料ポンプ駆動反力トルクＴｐ、合成反力トルクＴｔの変動について示す図である。図６は、別の実施形態についての図４と同様の図であり、（ａ）がバルブ駆動用カムについて示し、（ｂ）がポンプ駆動用カムについて示している。図７は、本発明をＶ型６気筒機関に適用した場合についての図４と同様の図であり、（ａ）がバルブ駆動用カムについて示し、（ｂ）がポンプ駆動用カムについて示している。

符号の説明

１吸気バルブカムシャフト
３排気バルブカムシャフト
５クランクシャフト
７タイミングベルト
１１吸気バルブ
１３吸気バルブ駆動用カム
２０開閉タイミング変更機構
２８制御弁
２９制御弁
３１排気バルブ
３３排気バルブ駆動用カム
１５０ポンプ駆動用カム
２００燃料ポンプ

Claims

内燃機関の気筒に設けられたバルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムを設けたバルブカムシャフトにポンプ駆動用カムを設けて内燃機関の燃料ポンプを駆動するようにした内燃機関において、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを変更する内燃機関の制御装置であって、
開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段を有すると共に、開閉タイミングを目標とする開閉タイミングの方向へ変更するのに上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用するバルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプの駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用する燃料ポンプ駆動反力トルクとの合成反力トルクを利用することを考慮して上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が設定されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
内燃機関の気筒に設けられたバルブを開閉駆動するバルブ駆動用カムを設けたバルブカムシャフトにポンプ駆動用カムを設けて内燃機関の燃料ポンプを駆動するようにした内燃機関において、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングを変更する内燃機関の制御装置であって、
開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段を有すると共に、上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用するバルブ開閉駆動反力トルクと上記燃料ポンプの駆動に伴って上記バルブカムシャフトに作用する燃料ポンプ駆動反力トルクとの合成反力トルクの値の変動幅が最大になるように設定されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記バルブ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングと上記ポンプ駆動用カムのカムリフト最大となるタイミングとが一致するように設定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
上記バルブカムシャフトの一回転中に上記バルブ駆動用カムがバルブを開閉駆動する回数が、上記ポンプ駆動用カムが燃料ポンプを駆動する回数より多いことを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
上記バルブ駆動用カムと上記ポンプ駆動用カムの相対回転位相が、上記合成反力トルクの値の変動幅が予め定めた変動幅未満になるように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
上記内燃機関の気筒に設けられたバルブの開閉タイミングの変更が、少なくとも一つの油圧室に油路を介して作動油を供給して油圧作動アクチュエータを作動させることによって行われ、
上記開閉タイミングの変更中に開閉タイミングが目標とする開閉タイミングの方向とは逆方向に戻されるのを抑制する手段として上記油路に上記油圧室へ作動油を供給すべきときに作動油が逆流しないように機能する逆流防止手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。