JP4166644B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）を制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、特許文献１に開示されるようなものがある。この装置においては、機関始動時における吸気バルブのバルブタイミングは、ストッパ等によって機械的に決定されるデフォルト位置（最遅角位置）となっている。
特開平６−２９９８７６号公報

ところで、上記従来の装置におけるデフォルト位置は、以下に記すように、始動性要求と最高出力要求との双方をある程度満足させるようにしか設定することができなかった。

すなわち、機関の始動性要求を満足させるためには、実圧縮比の低下によって着火性が悪化することを防止すべく、始動時における吸気バルブの閉弁タイミング（ＩＶＣ）を比較的進角側に設定する必要がある。つまり、始動性要求からは、上記デフォルト位置を進角側に設定するのが望ましいことになる。

一方、高回転時に最高出力要求を満足させるためには、ＩＶＣを慣性過給の作用によって体積効率が上昇する遅角側に設定する必要がある。つまり、最高出力要求からは、上記デフォルト位置を遅角側に設定するのが望ましいことになる。

このように、始動性要求と最高出力要求とで望ましいＩＶＣが逆方向になっていることから、機関始動時の吸気バルブのバルブタイミングを最遅角位置であるデフォルト位置とする上記従来の装置では、このデフォルト位置を始動性要求と最高出力要求とのトレードオフの関係から設定せざるを得ないため、始動性要求と最高出力要求との双方をある程度満足させることはできるとしても、機関の性能を十分に発揮させることができないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、始動性と出力特性とを向上できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明は、機関始動から動作可能に構成された可変バルブタイミング機構を有し、吸気バルブのバルブタイミングを目標バルブタイミングに制御する構成において、機関始動から完爆までの間における吸気バルブの目標バルブタイミングを、完爆後における目標バルブタイミングよりも進角側に設定するようにした。

かかる構成によると、例えば、機関始動から完爆までの間においては、始動性の面で適切なバルブタイミングとなるような比較的進角側の目標バルブタイミングを設定し、完爆後においては、燃焼安定性や出力特性の面で適切なバルブタイミングとなるような遅角側の目標バルブタイミングが設定される。

これにより、機関始動から完爆までの間は、吸気バルブの目標バルブタイミングを比較的進角側に設定することで、実圧縮比の低下を防止して始動性（着火性）を向上できると共に、完爆後には、吸気バルブの目標バルブタイミングを遅角側に制御することで、排気の吸気への吹き返しを減少させて燃焼の安定化を図ることができる。また、高回転時においては、体積効率を向上させることもできる。従って、機関の各運転状態に応じて適切なバルブタイミング制御を実現でき、始動性要求、始動直後における燃焼安定性要求及び最高出力要求を十分に満足させることができる。

また、請求項１記載の発明は、機関始動から完爆までの間においては、前記目標バルブタイミングとして、前記吸気バルブの目標閉弁タイミングを設定し、前記吸気バルブの閉弁タイミングが前記目標閉弁タイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御し、完爆後においては、前記目標バルブタイミングとして、機関の運転状態に基づいて前記吸気バルブの目標開弁タイミングを設定し、前記吸気バルブの開弁タイミングが前記目標開弁タイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御するようにした。

かかる構成によると、例えば、機関始動から完爆までの間は、適切な実圧縮比を確保できるように吸気バルブの閉弁タイミングが制御され、完爆後においては、各運転状態において安定した燃焼、最高出力等を確保できるように吸気バルブの開弁タイミングが制御される。

これにより、吸気バルブのバルブタイミングは、機関始動から完爆までの間は比較的進角側で制御され、完爆後は比較的遅角側で制御されることになるので、始動性の向上、始動直後（低回転時）の燃焼安定性の向上及び高回転時における出力特性の向上をより効果的に図ることができる。

請求項２記載の発明は、機関始動から完爆までの間において設定する前記吸気バルブの目標閉弁タイミングを、機関の温度に応じて設定する構成とする。
これにより、機関始動から完爆までの間は、機関の温度による着火性への影響を考慮して、機関の温度に応じて適切な実圧縮比を確保できるように吸気バルブの閉弁タイミングが制御される。

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、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。

この図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。

前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３が設けられている。

このＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。

なお、本実施形態では吸気バルブ１０５側にのみＶＴＣ１１３を備える構成としたが、排気バルブ１０７側にもＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。

また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。

マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。

前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２、バッテリ電圧ＶＢを検出する電圧センサ１３３等が設けられている。

なお、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。

次に、前記ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。

ＶＴＣ１１３は、（吸気側）カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６とを含んで構成される。

前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。

前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられ、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。

前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。

また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。

前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。

なお、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。

前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。

また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。

更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。

また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。

本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。

前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。

この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。

前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。

前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成される一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。

前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃに圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。

一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。

このような構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。

図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。

一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。

上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。

前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。

前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。

また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位するガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。

前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。

即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂ（弾性体）と、リテーナ２２ｃと、球２２（球状部材）とが順に挿入されている。

また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。

そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。

また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４、５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。

従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。

逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。

次に、増減速機構４１について詳細に説明する。

前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。

前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。

図２、図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。

前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。

また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。

なお、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。

また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじで固定されている。

また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。

従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。

この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４、５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。

一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。

なお、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。

前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６、３５の制動面３６ｂ、３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ、２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ、２７ｒを有している。

これらの円管部材２６ｒ、２７ｒには、コイル２６ｃ、２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ、２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ、３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ、２７ｂが装着されている。

また、各円管部材２６ｒ、２７ｒ及び各制動プレート３５、３６は、コイル２６ｃ、２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。

それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ、２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５、３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。

前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。なお、この組付角ストッパ６０により規制される最遅角位置及び最進角位置は、前記相対回動可能な範囲を規定するための設けられるものであり、始動時におけるバルブタイミング等を設定するために用いるものではない。

更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。

ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。

前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、吸気バルブ１０５からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。

前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されていると共に、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。

従って、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ、ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ、ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。

よって、各電磁ブレーキ２６、２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。

なお、前記リンクアーム１４に入力された力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このときの分力ＦＡ、ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。

ここで、上記ＶＴＣ１１３の作用を説明する。

クランクシャフト１２０とカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。

第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。

このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。

なお、この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。

更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。

一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１電磁ブレーキ２６に通電する。

これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用することで、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動して、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。

なお、この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される。

更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。

つまり、このＶＴＣ１１３では、アクチュエータとしての第１電磁ブレーキ２６又は第２電磁ブレーキ２７が通電されることで、機関始動から吸気バルブ１０５のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させることができる。

そして、前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の、すなわち、バルブタイミングの目標進角値（目標回転位相）θｔｇｉを機関の運転状態に基づいて設定する一方（図９参照）、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦとカムセンサ１３２のカム信号ＣＡＭとの位相差を計測することで実際の進角値（回転位相）を検出し（図６〜８参照）、この実際の進角値が目標進角値θｔｇｉに一致するように、前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電（すなわち、ＶＴＣ１１３）をフィードバック制御する。

図６〜８は、前記実際の進角値を検出するためのフローチャートである。

図６は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのリセット処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から基準クランク信号ＲＥＦが出力されると実行される。

図６において、Ｓ１１ではクランク角センサ１１７からの単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳを０とする。

図７は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのカウントアップ処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から単位角度信号ＰＯＳが出力されると実行される。図７において、Ｓ２１ではカウント値ＣＰＯＳを１アップする。

以上の図６、７のフローによって、前記カウント値ＣＰＯＳは基準クランク角信号ＲＥＦの発生時に０にリセットされ、その後の単位角度信号ＰＯＳの発生数を計数した値となる。

図８は、進角値を検出するフローチャートであり、カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力されると実行される。図８において、Ｓ３１では、基準クランク角信号ＲＥＦの発生からカム信号ＣＡＭの発生までの前記カウント値ＣＰＯＳを読み込む。

Ｓ３２では、読み込んだカウント値ＣＰＯＳに基づいてクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の進角値θｄｅｔを検出する。

つまり、本実施形態においては、クランクシャフト１２０の対するカムシャフト１３４の進角値θｄｅｔは、カム信号ＣＡＭが出力される毎（クランク角１８０°毎）に検出され、更新されるようになっており、機関運転中は直前に検出された進角値が、機関始動時においては機関停止直前に検出された進角値又は機関停止と共に所定の初期値に戻る場合にはその初期値が、実際の進角値とされる。

図９、１０は、前記目標進角値θｔｇｉを設定するためのフローチャート及びブロック図であり、スタートＳＷがＯＮされてスタータが作動してから所定時間（例えば、１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。

Ｓ４１では、機関の始動判定を行う。本実施形態においては、機関回転速度Ｎｅが所定の始動判定回転速度Ｎｅ１以上となったとき、及び／又は、バッテリ電圧ＶＢが所定の始動判定電圧ＶＢｓ以上となったときに、機関が始動したと判定する。機関が始動していればＳ４２に進み、機関が始動していなければ本フローを終了する。

Ｓ４２では、機関の完爆判定を行う。本実施形態においては、機関回転速度Ｎｅが所定の完爆判定回転速度Ｎｅ２（＞Ｎｅ１）以上となったときに、機関が完爆したと判定する。機関が完爆していればＳ４３に進み、完爆していなければＳ４５に進む。

Ｓ４３では、完爆後のバルブタイミング制御を実行すべく、機関の運転状態（トルク・回転）に基づいて吸気バルブ１０５の目標開弁タイミング（目標ＩＶＯ）を設定する。本実施形態においては、あらかじめ運転状態毎に目標ＩＶＯを割り付けたマップを作成しておき、このマップを参照することで目標ＩＶＯを設定する（図１０のＡ部参照）。

この目標ＩＶＯの設定によって、後述するように、機関始動から完爆までの間に進角側に設定されていた吸気バルブ１０５のバルブタイミングが、遅角側へと制御されることになるが、これにより、バルブオーバーラップ量が減少し、完爆直後の低回転時（アイドル時等）においては、排気の吸気への吹き返しをなくしてアイドル回転（燃焼）の安定化が図れ、高回転時においては、体積効率を向上できる（最高出力が上昇する）。

なお、完爆後のバルブタイミング制御に際し、上記のように目標ＩＶＯを設定するようにしたのは、バルブオーバーラップ量が吸気バルブ１０５の開弁タイミング（ＩＶＯ）によって定まるところ、このＩＶＯを精度よく制御するためであり、また、より遅角側での制御を可能にするためである。

そして、Ｓ４４において前記目標ＩＶＯから目標進角値（吸気バルブ１０５の開弁タイミングが目標ＩＶＯとなるような最遅角位置からの進角量）θｔｇ１を算出し（図１０のＢ、Ｃ部参照）、本フローを終了する。これにより、吸気バルブのバルブタイミングは、完爆後遅角側に制御されることになる。

一方、Ｓ４５では、機関始動から完爆までの間のバルブタイミング制御を実行すべく、機関冷却水温度Ｔｗに基づいて吸気バルブ１０５の目標閉弁タイミング（目標ＩＶＣ）を設定する。本実施形態においては、あらかじめ機関冷却水温度Ｔｗに応じた目標閉弁タイミングＩＶＣをテーブルとして作成しておき、このテーブルを検索することで目標ＩＶＣを設定する（図１０のＤ部参照）。このように、機関冷却水温度Ｔｗに基づいて目標ＩＶＣを設定することにより、機関温度による着火性への影響を考慮して最適な実圧縮比を確保することができる。

この目標ＩＶＣの設定によって、機関始動から完爆までの間の吸気バルブ１０５のバルブタイミングが設定されることになるが、かかる期間は、実圧縮比の低下による着火性の悪化を防止する必要があることから、バルブタイミング（閉弁タイミング）をあまり遅角側にすることは望ましくない。従って、ここでは、比較的進角側のバルブタイミングが設定されることになる。

なお、機関始動から完爆までの間のバルブタイミング制御に際し、上記のように目標ＩＶＣを設定するようにしたのは、実圧縮比が吸気バルブ１０５の閉弁タイミング（ＩＶＣ）によって変化することから、始動時に要求される実圧縮比となるようにＩＶＣを精度よく制御するためであり、また、より進角側での制御を可能とするためである。

そして、Ｓ４６において前記目標ＩＶＣから目標進角値（吸気バルブ１０５の閉弁タイミングが目標ＩＶＣとなるような最遅角位置からの進角量）θｔｇ２を算出し（図１０のＥ、Ｆ部参照）、本フローを終了する。これにより、機関始動から完爆までの間は、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが比較的進角側に制御されることになる。

以上説明したように、本実施形態では、機関始動から完爆までの間においては、機関冷却水温度Ｔｗに応じて目標ＩＶＣを設定し、この目標ＩＶＣとなるようにＶＴＣ１１３を制御することで吸気バルブ１０５のバルブタイミングを比較的進角側に制御する一方、完爆後においては、機関の運転状態（トルク・回転）に基づいて目標ＩＶＯを設定し、この目標ＩＶＯとなるようにＶＴＣ１１３を制御することで進角側に設定された吸気バルブ１０５のバルブタイミングを遅角側へと制御する。

このように、機関始動から動作可能なＶＴＣ１１３を採用し、機関始動から完爆までの間と完爆後とを切り分けて、別々にＶＴＣ１１３（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を制御するようにしたので、完爆に至るまでは、従来よりも吸気バルブのバルブタイミングを進角側に設定することができ、着火性を向上させて始動性要求を十分に満足させることができる。また、完爆後には、吸気バルブのバルブタイミングが遅角側に設定されるので、燃焼の安定化（アイドル回転の安定化）を図ることができる。

そして、従来のように始動性要求と最高出力要求とのトレードオフから吸気バルブ１０５の閉弁タイミングの最遅角位置を設定する必要がないので、図１１に示すように、特に高回転時において、従来の最遅角位置（図１１において、破線で示す：６５ｄｅｇＣＡ ＡＢＤＣ）よりも更に遅角側（図１１において、実線で示す：７５ｄｅｇＣＡ ＡＢＤＣ）にＩＶＣを制御できることになり、体積効率を向上させて最高出力要求をも十分に満足させることが可能となる。

なお、以上では、機関始動から完爆までの間において機関冷却水温度Ｔｗに応じて目標ＩＶＣを設定するようにしているが、一定の進角位置に制御する（一定の目標ＩＶＣを設定する）ようにしてもよい。このようにすれば、より制御を簡易なものとしつつ上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、スパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用しているが、機関始動から動作可能の構成されていれば、他の構造の可変バルブタイミング機構であってもよい。

実施形態における内燃機関のシステム構成図である 実施形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図である。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 基準クランク角信号ＲＥＦ毎のＣＰＯＳリセット処理を示すフローチャートである。 単位角度信号ＰＯＳ毎のＣＰＯＳのカウントアップ処理を示すフローチャートである。 カム信号ＣＡＭ毎の進角値（回転位相）θｄｅｔの検出処理を示すフローチャートである。 目標進角値θｔｇの設定処理を示すフローチャートである。 目標進角値θｔｇの設定処理を示すブロック図である。 本実施形態の効果（最高出力の向上）を示す図である。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…吸気カムシャフト

Claims (2)

1. 内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   機関始動から動作可能に構成され、機関の吸気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
   前記吸気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
   機関の状態を検出する機関状態検出手段と、
   目標バルブタイミングを設定し、前記吸気バルブのバルブタイミングが前記目標バルブタイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を含んで構成され、
   前記制御手段は、機関始動から完爆までの間における目標バルブタイミングを、完爆後における目標バルブタイミングよりも進角側に設定する一方、
   機関始動から完爆までの間においては、前記目標バルブタイミングとして、前記吸気バルブの目標閉弁タイミングを設定し、前記吸気バルブの閉弁タイミングが前記目標閉弁タイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御し、
   完爆後においては、前記目標バルブタイミングとして、機関の運転状態に基づいて前記吸気バルブの目標開弁タイミングを設定し、前記吸気バルブの開弁タイミングが前記目標開弁タイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を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. 前記制御手段は、機関始動から完爆までの間において設定する前記吸気バルブの目標閉弁タイミングを、機関の温度に応じて設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

Images