JP2001107759A - 内燃機関のバルブ特性制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機関の内部ＥＧＲ量について、高精度な制御と
高ダイナミックレンジでの制御との好適な両立を図るこ
とのできる内燃機関のバルブ特性制御方法及び制御装置
を提供する。 【解決手段】吸気カムには、機関の出力性能などを決定
する主カム山と、排気行程中に補助的に吸気バルブを開
弁する補助カム山が備えられ、同補助カム山は、吸気側
カムシャフトの軸方向に連続的にその高さが変化するよ
うに形成される。機関出力軸から動力を得る吸気側カム
シャフトには、同カムシャフトを軸方向に変位させるリ
フト量可変アクチュエータ及び、同機関出力軸との回転
位相を変更する回転位相差可変アクチュエータ（バルブ
タイミング可変機構）が設けられている。排気行程中に
おける吸気バルブの補助的な開弁時期は、排気圧力の考
慮のもとに、要求されるＥＧＲ量に応じて最適な時期に
決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
特性制御方法及び制御装置に係り、詳しくは当該機関の
出力特性等を決定する主たる吸排気バルブの開閉とは別
途に吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を補助
的に開弁することによって同機関の燃焼室内部のＥＧＲ
（排気還流）量等を制御する制御方法及び制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、排気中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を低減する方法として、排気の一部を吸気に戻す
ＥＧＲ（排気還流）制御がある。そして、この排気の一
部を吸気に戻す方法の一つとして、吸気行程において排
気バルブを、又は排気行程において吸気バルブを補助的
に開弁させる方法が従来より知られている。

【０００３】この方法に基づいたいわゆる内部ＥＧＲ制
御を行う装置として、例えば特開平１０−８９０３３号
公報には、排気カムの主体部を構成する主カム山の回転
後方等に補助カム山を設けるとともに、この補助カム山
の高さがカムシャフトの一端から他端に向かうにつれて
連続的に変化するように形成し、吸気行程において排気
バルブを補助的に開弁させつつ、機関の運転状態に応じ
てカムシャフトを軸方向に変位させることにより、その
リフト量を併せて調整可能としたものが記載されてい
る。この構成によれば、吸気行程における排気バルブの
補助的な開弁等に際し、そのリフト量が連続的に可変と
されることで、ＥＧＲの確保のみならず、そのＥＧＲ量
の調整も可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排気は、そ
の圧力が絶えず一定というわけではなく脈動しているた
めに、吸気行程における上記排気バルブのリフト量の変
化とＥＧＲ量の変化との間には線形的な対応があるわけ
ではない。したがって、上記リフト量を増加させた割に
はＥＧＲ量が増加しなかったり、また逆に、同リフト量
の増加に伴いＥＧＲ量が急激に増加したりするといった
ことも生じうる。

【０００５】このため、例えばＥＧＲ制御のダイナミッ
クレンジ（制御幅）を高める目的で、排気圧力の高い領
域において上記排気バルブの補助的な開弁を行う場合に
は、ＥＧＲ量そのものの制御精度の低下が懸念されるよ
うになる。一方、ＥＧＲ量を高精度に制御する目的で、
排気圧力の低い領域において同排気バルブの補助的な開
弁を行う場合には、その制御幅すなわちダイナミックレ
ンジの低下が懸念される。したがって、上記従来の装置
のように、単にＥＧＲ量の調整が可能であるからといっ
て、機関の全運転領域にわたってＥＧＲ量を高精度に制
御することと高ダイナミックレンジで制御することとの
両立は極めて困難なものとなっている。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、機関の内部ＥＧＲ量について、高
精度な制御と高ダイナミックレンジでの制御との好適な
両立を図ることのできる内燃機関のバルブ特性制御方法
及び制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１記載の発明は、内燃機関の出力特性を決定する主た
る吸排気バルブの開閉とは別途に吸気バルブ及び排気バ
ルブの少なくとも一方の補助的な開弁に基づきそれら吸
気バルブと排気バルブとが同時に開弁される期間を生じ
させることで同機関の燃焼室内部の排気還流量を制御す
る内燃機関のバルブ特性制御方法において、前記吸気バ
ルブ及び排気バルブの少なくとも一方による補助的な開
弁の開弁時期を当該機関の排気圧力に応じて可変とする
ことをその要旨とする。

【０００８】前述したように、排気圧力は絶えず一定と
いうわけではなく、脈動している。しかも、この排気圧
力の変化態様は機関の運転状態に依存しており、例えば
機関の各行程やそれら行程での機関出力軸の回転角度等
から同排気圧力を推定することは可能である。このた
め、上記制御方法によるように、排気圧力の脈動に応じ
て、例えば排気圧力が高くなるタイミングに上記補助的
な開弁の開弁時期を設定することとすれば、高いダイナ
ミックレンジをもって機関燃焼室内部の排気還流量を制
御することができるようになり、逆に排気圧力が低くな
るタイミングに同補助的な開弁の開弁時期を設定するこ
ととすれば、高い精度をもって同機関燃焼室内部の排気
還流量を制御することができるようになる。したがっ
て、当該機関のその都度の運転領域において要求される
排気還流量、並びにその制御要求（ダイナミックレンジ
か精度か）に応じて、上記排気圧力の脈動を考慮しつ
つ、上記補助的な開弁の開始時期を可変設定することと
すれば、それら制御要求についての両立を図ることがで
きるようになる。そしてこの場合には、（イ）要求され
る排気還流量が大きいときには上記補助的な開弁の開始
時期を排気圧力の高いタイミングに設定し、要求される
排気還流量が小さいときには同補助的な開弁の開始時期
を排気圧力の低いタイミングに設定することで、機関の
全運転領域にわたって排気還流量についての要求量を満
たす制御、あるいは（ロ）高地走行時等、車両環境に応
じて排気還流量を増減補正する必要がある場合の上記排
気圧力の脈動に応じた微調整制御、等々の実現も容易で
ある。

【０００９】請求項２に記載の発明は、吸気バルブ及び
排気バルブの少なくとも一方を駆動するカムが当該バル
ブの主たる開弁を行う主カム山に加えて同主カム山によ
る開弁期間以外の期間中に同バルブの補助的な開弁を行
うことで吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁される
期間を生じさせる補助カム山を有するとともに、該補助
カム山はその高さがカムの軸方向に連続的に変化する３
次元カムとして形成された動弁手段と、前記カムが設け
られたカムシャフトをその軸方向に変位させて前記補助
カム山によるバルブリフト量を調量するバルブリフト可
変機構と、機関運転状態に応じて前記補助カム山による
開閉対象バルブの開弁時期を可変とする開弁時期可変手
段とを備えることをその要旨とする。

【００１０】上記構成によれば、主カム山とは独立に設
けられる補助カム山のバルブ特性を可変とするといっ
た、動弁手段を構成するカムの形状及び機関運転状態に
応じて前記補助カム山による開閉対象バルブの開弁時期
を可変とする開弁時期可変手段を通じて請求項１記載の
発明の方法を的確に実現する装置を容易に構成すること
ができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記開弁時期可変手段は、当該機関の
出力軸と前記動弁手段の設けられたカムシャフトとの相
対回転位相を可変とするバルブタイミング可変機構から
なることをその要旨とする。

【００１２】上記構成によれば、請求項２に記載の装置
にあって、その開弁開始時期可変手段をバルブタイミン
グ可変手段といった既成の手段を用いて容易に実現する
ことができる。

【００１３】請求項４記載の発明は、前記バルブタイミ
ング可変機構は、当該機関の排気圧力に応じてその進角
量が操作されることをその要旨とする。上記構成によれ
ば、請求項２に記載した装置において請求項１に記載の
方法を的確に実現することができる。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記開弁時期可変手段は、前記補助カム山
の前記カム軸方向に連続的に高さの異なる頂点が同カム
軸と差交する方向に連続的に偏倚された同補助カム山の
３次元偏倚カムプロフィールからなることをその要旨と
する。

【００１５】上記構成によれば、上述した排気圧力の脈
動を考慮した補助カム山による補助的な開弁の開弁時期
を同補助カム山の上記３次元偏倚カムプロフィールを通
じて実現することができるようになる。したがって、バ
ルブタイミング可変機構を用いずとも上記開弁時期可変
手段を構成することが可能となり、請求項２に記載の装
置の簡素化を図ることができるようになる。更に、この
構成によれば、主カム山による主たるバルブ特性が変更
されることもない。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記補助カム山の前記カム軸方向に連続的
に高さの異なる頂点が同カムの回転方向後方に徐々に高
くなる方向に偏倚されてなることをその要旨とする。

【００１７】上記構成によれば、補助カム山の頂点が高
くなるほど、補助カム山による当該バルブの開弁時期が
遅角側に移行される。したがって、例えば排気圧力が次
第に高くなる期間に対応してこの補助カム山の上記偏倚
態様を設定することとすれば、補助カム山による開弁量
が小さいときには、排気圧力の小さいタイミングで開弁
させることができ、高精度での排気還流量の制御が可能
となる。また、補助カム山による開弁量が大きいときに
は、排気圧力の大きいタイミングで開弁させることがで
き、高いダイナミックレンジを得ることができる。一
方、排気圧力が次第に小さくなる期間に対応してこの補
助カム山の上記偏倚態様を設定することとすれば、補助
カム山による開弁量が小さいときには、排気圧力の大き
いタイミングで開弁させることができ、排気還流量の制
御の開始に際し迅速に排気還流量を増加させることがで
きる。また、補助カム山による開弁量が大きいときに
は、排気圧力の小さいタイミングで開弁させることがで
き、高精度の制御で排気還流量を制御することができ
る。したがって、要求される排気還流量が大きいときに
精度を維持しつつ、排気還流制御の開始に迅速に対応す
ることができる。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記補助カム山の前記カム軸方向に連続的
に高さの異なる頂点が同カムの回転方向前方に徐々に高
くなる方向に偏倚されてなることをその要旨とする。

【００１９】上記構成によれば、補助カム山の頂点が高
くなるほど、補助カム山による開弁時期を進角側に移行
させることができる。したがって、例えば排気圧力が次
第に小さくなる期間に対応してこの補助カム山の上記偏
倚態様を設定することとすれば、補助カム山による開弁
量が小さいときには、排気圧力の小さいタイミングで開
弁させることができ、高精度での排気還流量の制御が可
能となる。また、補助カム山による開弁量が大きいとき
には、排気圧力の大きいタイミングで開弁させることが
でき、高いダイナミックレンジを得ることができる。一
方、排気圧力が次第に大きくなる期間に対応してこの補
助カム山の上記偏倚態様を設定することとすれば、補助
カム山による開弁量が小さいときには、排気圧力の大き
いタイミングで開弁させることができ、排気還流量の制
御の開始に際し迅速に排気還流量を増加させることがで
きる。また、補助カム山による開弁量が大きいときに
は、排気圧力の小さいタイミングで開弁させることがで
き、高精度の制御で排気還流量を制御することができ
る。したがって、要求される排気還流量が大きいときに
精度を維持しつつ、排気還流制御の開始に迅速に対応す
ることができる。

【００２０】請求項８記載の発明は、請求項２記載の発
明において、当該機関はその燃焼室に直接燃料が噴射供
給される筒内直接噴射式の内燃機関であるとともに、前
記補助カム山は排気バルブを駆動するカムに対し設けら
れたものであり、前記開弁時期可変手段は、機関の吸気
行程中に前記補助カム山を通じて排気バルブを開弁する
開弁時期を、同吸気行程での燃料噴射時期に応じて可変
とするものであることをことをその要旨とする。

【００２１】混合気の形成の自由度を高めて燃費の向上
を図るべく燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃
機関が従来より知られている。しかしながら、上記筒内
噴射式内燃機関においては、燃焼室内で燃料が十分に気
化せず燃焼性が阻害されやすいという問題がある。この
点、上記構成によれば、燃焼室内へ排気を取り込む時期
を燃料噴射時期に基づいて可変制御することが可能とな
り、高温の排気により燃焼室に噴射された燃料の気化を
促進させることができるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１〜図８を
参照して、内燃機関（エンジン）の吸気側カムシャフト
に対して設けられたこの発明に係るバルブ特性制御装置
の第１の実施形態について説明する。

【００２３】図１に、内燃機関として直列４気筒の車載
用ガソリンエンジン１１における動弁系を中心とする概
略構成を示す。このエンジン１１においては、バルブ特
性制御装置１０が吸気側カムシャフト２２に設けられて
いる。

【００２４】エンジン１１は、往復移動するピストン１
２が設けられたシリンダブロック１３と、シリンダブロ
ック１３の下側に設けられたオイルパン１３ａと、シリ
ンダブロック１３の上側に設けられたシリンダヘッド１
４とを備えている。

【００２５】このエンジン１１の下部には出力軸である
クランクシャフト１５が回転可能に支持され、同クラン
クシャフト１５にはコンロッド１６を介してピストン１
２が連結されている。そして、ピストン１２の往復移動
は、コンロッド１６によってクランクシャフト１５の回
転へと変換される。また、ピストン１２の上側には燃焼
室１７が設けられ、この燃焼室１７には吸気ポート１８
および排気ポート１９が接続されている。そして、吸気
ポート１８と燃焼室１７とは吸気バルブ２０により連通
・遮断され、排気ポート１９と燃焼室１７とは排気バル
ブ２１により連通・遮断されるようになっている。

【００２６】一方、シリンダヘッド１４には、吸気側カ
ムシャフト２２および排気側カムシャフト２３が平行に
設けられている。吸気側カムシャフト２２は回転可能か
つ軸方向へ移動可能にシリンダヘッド１４上に支持され
ており、排気側カムシャフト２３は回転可能であるが軸
方向には移動不可能にシリンダヘッド１４上に支持され
ている。

【００２７】吸気側カムシャフト２２の一端部には、タ
イミングスプロケット２４ａを備えクランクシャフト１
５と吸気側カムシャフト２２との回転位相差を変更する
ための回転位相差可変アクチュエータ２４（バルブタイ
ミング可変機構に相当）が設けられている。また、吸気
側カムシャフト２２の他端部には吸気側カムシャフト２
２を回転軸方向へ移動させるためのリフト量可変アクチ
ュエータ２２ａ（バルブリフト可変機構に相当）が設け
られている。また、排気側カムシャフト２３の一端部に
はタイミングスプロケット２５が取り付けられている。
このタイミングスプロケット２５および回転位相差可変
アクチュエータ２４のタイミングスプロケット２４ａ
は、タイミングチェーン１５ｂを介して、クランクシャ
フト１５に取り付けられたタイミングスプロケット１５
ａに連結されている。そして、駆動側回転軸としてのク
ランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン１５ｂ
を介して、従動側回転軸としての吸気側カムシャフト２
２および排気側カムシャフト２３に伝達される。このこ
とによって、吸気側カムシャフト２２および排気側カム
シャフト２３はクランクシャフト１５の回転に同期して
回転する。なお、図１の例では、クランクシャフト１
５、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト
２３は、タイミングスプロケット１５ａ，２４ａ，２５
側から見て、右回り（時計回り）に回転する。

【００２８】吸気側カムシャフト２２には、吸気バルブ
２０の上端に取り付けられたバルブリフタ２０ａに当接
する吸気カム２７が設けられ、排気側カムシャフト２３
には、排気バルブ２１の上端に取り付けられたバルブリ
フタ２１ａに当接する排気カム２８が設けられている。
そして、吸気側カムシャフト２２が回転すると、吸気カ
ム２７により吸気バルブ２０が開閉駆動され、排気側カ
ムシャフト２３が回転すると、排気カム２８により排気
バルブ２１が開閉駆動される。

【００２９】ここで、排気カム２８は、エンジン１１の
出力特性などを決定する主カム山を有し、同主カム山
は、排気側カムシャフト２３の軸方向に対して一定とな
っている。一方、吸気カム２７は、図２に示すように、
エンジン１１の出力特性などを決定する主カム山２７ａ
と、同主カム山２７ａとは独立に補助的に吸気バルブ２
０を開弁するための補助カム山２７ｂとを有する。そし
て、この補助カム山２７ｂの頂点は、吸気側カムシャフ
ト２２の軸方向に連続的変化している。これにより、リ
フト量可変アクチュエータ２２ａにより、吸気側カムシ
ャフト２２を軸方向に変位させることで、吸気バルブ２
０の補助的な開弁におけるリフト量を調整することがで
きる。

【００３０】上述した回転位相差可変アクチュエータ２
４及びリフト量可変アクチュエータ２２ａは、電子制御
装置（以下「ＥＣＵ」という）１２０により制御されて
いる。なお、ＥＣＵ１２０は、吸気管内の圧力を測定す
る吸気圧センサ１２１、及びエンジン１１の回転数を測
定するクランクセンサ１２２等からの検出結果が電気信
号として供給され、これらに基づいて制御を行ってい
る。

【００３１】次に、吸気側カムシャフト２２をその軸方
向へ移動させるためのリフト量可変アクチュエータ２２
ａ、および、そのリフト量可変アクチュエータ２２ａを
油圧により駆動するための給油構造について図３に基づ
き説明する。

【００３２】図３に示すように、リフト量可変アクチュ
エータ２２ａは、筒状をなすシリンダチューブ３１と、
シリンダチューブ３１内に設けられたピストン３２と、
シリンダチューブ３１の両端開口部を塞ぐように設けら
れた一対のエンドカバー３３とから構成されている。こ
のシリンダチューブ３１はシリンダヘッド１４に固定さ
れている。

【００３３】ピストン３２には一方のエンドカバー３３
を貫通した補助シャフト３３ａを介して吸気側カムシャ
フト２２が連結されている。なお補助シャフト３３ａと
吸気側カムシャフト２２との間は転がり軸受３３ｂが介
在し、リフト量可変アクチュエータ２２ａは、回転する
吸気側カムシャフト２２を補助シャフト３３ａと転がり
軸受３３ｂとを介して回転軸方向に円滑に駆動できるよ
うにしている。

【００３４】シリンダチューブ３１内は、ピストン３２
により第１圧力室３１ａおよび第２圧力室３１ｂに区画
されている。第１圧力室３１ａには、一方のエンドカバ
ー３３に形成された第１給排通路３４が接続され、第２
圧力室３１ｂには、他方のエンドカバー３３に形成され
た第２給排通路３５が接続されている。

【００３５】第１給排通路３４または第２給排通路３５
を介して、第１圧力室３１ａと第２圧力室３１ｂとに対
し選択的に作動油を供給すると、ピストン３２は吸気側
カムシャフト２２の回転軸方向に移動する。このピスト
ン３２の移動に伴い、吸気側カムシャフト２２も回転軸
方向へ移動する。

【００３６】第１給排通路３４および第２給排通路３５
は、第１オイルコントロールバルブ３６に接続されてい
る。この第１オイルコントロールバルブ３６には供給通
路３７および排出通路３８が接続されている。そして、
供給通路３７はクランクシャフト１５の回転に伴って駆
動されるオイルポンプＰを介してオイルパン１３ａに接
続されており、排出通路３８はオイルパン１３ａに直接
接続されている。

【００３７】第１オイルコントロールバルブ３６はケー
シング３９を備え、ケーシング３９には、第１給排ポー
ト４０、第２給排ポート４１、第１排出ポート４２、第
２排出ポート４３、および供給ポート４４が設けられて
いる。第１給排ポート４０には第１給排通路３４が接続
され、第２給排ポート４１には第２給排通路３５が接続
されている。更に、供給ポート４４には供給通路３７が
接続され、第１排出ポート４２および第２排出ポート４
３には排出通路３８が接続されている。また、ケーシン
グ３９内には、４つの弁部４５を有してコイルスプリン
グ４６および電磁ソレノイド４７によりそれぞれ逆の方
向に付勢されるスプール４８が設けられている。

【００３８】電磁ソレノイド４７の消磁状態において
は、スプール４８がコイルスプリング４６の弾性力によ
りケーシング３９の一端側（図３における右側）に配置
されて、第１給排ポート４０と第１排出ポート４２とが
連通し、第２給排ポート４１と供給ポート４４とが連通
する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が供
給通路３７、第１オイルコントロールバルブ３６および
第１給排通路３４を介して、第１圧力室３１ａへ供給さ
れる。また、第２圧力室３１ｂ内にあった作動油が第２
給排通路３５、第１オイルコントロールバルブ３６およ
び排出通路３８を介してオイルパン１３ａ内へ戻され
る。その結果、ピストン３２が図示右側へ移動し、ピス
トン３２に連動して吸気側カムシャフト２２が矢印Ｓに
示す方向の内、方向Ｒへ移動する。

【００３９】一方、電磁ソレノイド４７が励磁されたと
きには、スプール４８がコイルスプリング４６の弾性力
に抗してケーシング３９の他端側（図３において左側）
に配置されて、第２給排ポート４１が第２排出ポート４
３と連通し、第１給排ポート４０が供給ポート４４と連
通する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が
供給通路３７、第１オイルコントロールバルブ３６およ
び第２給排通路３５を介して第２圧力室３１ｂへ供給さ
れる。また、第１圧力室３１ａ内にあった作動油が第１
給排通路３４、第１オイルコントロールバルブ３６およ
び排出通路３８を介してオイルパン１３ａ内に戻され
る。その結果、ピストン３２が図示左側へ移動し、ピス
トン３２に連動して吸気側カムシャフト２２が矢印Ｓに
示す方向の内、方向Ｆへ移動する。

【００４０】更に、電磁ソレノイド４７への給電を制御
し、スプール４８をケーシング３９の中間に位置させる
と、第１給排ポート４０および第２給排ポート４１が閉
塞され、それら給排ポート４０，４１を通じての作動油
の移動が禁止される。この状態では、第１圧力室３１ａ
および第２圧力室３１ｂに対して作動油の給排が行われ
ず、第１圧力室３１ａおよび第２圧力室３１ｂ内に作動
油が充填保持される。このことにより、ピストン３２お
よび吸気側カムシャフト２２の回転軸方向での位置が固
定される。図６に示す状態はこの位置固定の状態を表し
ている。

【００４１】また、電磁ソレノイド４７への給電をデュ
ーティ制御することで、第１給排ポート４０における開
度あるいは第２給排ポート４１における開度を調整し
て、供給ポート４４から第１圧力室３１ａまたは第２圧
力室３１ｂへの作動油の供給速度を制御できる。

【００４２】次に、吸気側カムシャフト２２の回転位相
差を調整するための回転位相差可変アクチュエータ（可
変バルブタイミング機構に相当）２４について図４に基
づき詳しく説明する。

【００４３】図４に示すように、回転位相差可変アクチ
ュエータ２４はタイミングスプロケット２４ａを備え
る。このタイミングスプロケット２４ａは吸気側カムシ
ャフト２２が貫通する筒部５１と、筒部５１の外周面か
ら突出する円板部５２と、円板部５２の外周面に設けら
れた複数の外歯５３とを備えている。タイミングスプロ
ケット２４ａの筒部５１は、シリンダヘッド１４のジャ
ーナル軸受１４ａとカムシャフトベアリングキャップ１
４ｂとに挟持されて回転可能に支持されている。そし
て、吸気側カムシャフト２２は、筒部５１内を回転軸方
向へ摺動して移動できるように筒部５１を貫通してい
る。

【００４４】更に、吸気側カムシャフト２２の先端部を
覆うように設けられたインナギヤ５４が、ボルト５５に
より固定されている。このインナギヤ５４は図８に示す
ごとく、平歯の大径ギヤ部５４ａと、斜歯の小径ギヤ部
５４ｂとが２段に形成された構成をなしている。

【００４５】更に、インナギヤ５４の小径ギヤ部５４ｂ
には、図５に示す平歯の外歯５６ａと斜歯の内歯５６ｂ
とを備えたサブギヤ５６が、その内歯５６ｂにて、図４
に示すごとく噛み合わされている。この噛み合せの際に
は、インナギヤ５４とサブギヤ５６との間にリング状の
スプリングワッシャ５７が配置され、サブギヤ５６をイ
ンナギヤ５４から離すように軸方向に付勢している。な
お、インナギヤ５４とサブギヤ５６との外径は同一であ
る。

【００４６】タイミングスプロケット２４ａの円板部５
２には、複数のボルト５８（ここでは４本のボルト）に
より、ハウジング５９と、ハウジング５９の内部の内、
後述する第１圧力室７０および第２圧力室７１とを密閉
するカバー６０とが取り付けられている。なお、カバー
６０の中心には、後述する円筒状空間６１ｃを開放して
吸気側カムシャフト２２の軸方向への摺動を円滑に行う
ための穴部６０ａが設けられている。

【００４７】図６に、上記ボルト５８、カバー６０およ
びボルト５５を取り外してハウジング５９の内部を図４
において左から見た状態を示す。なお、図４の回転位相
差可変アクチュエータ２４は、図６におけるＢ−Ｂ線で
の断面状態を示している。

【００４８】同図６に示されるように、ハウジング５９
は、内周面５９ａから中心方向に向かって突出する複数
の壁部６２，６３，６４，６５（ここでは４つ）を備え
ている。そして、その壁部６２，６３，６４，６５の先
端面に対して、外周面６１ａにて接する円盤状のベーン
ロータ６１が回動可能に配置されている。

【００４９】円盤状のベーンロータ６１の中心部には円
筒状空間６１ｃ（図４）が形成されており、特に本実施
形態にあって、その内周面全体には吸気側カムシャフト
２２の軸方向に沿って直線状に延びるスプライン部６１
ｂが形成されている。前述したインナギヤ５４の大径ギ
ヤ部５４ａとサブギヤ５６の外歯５６ａとは共にこのス
プライン部６１ｂに噛み合わされている。

【００５０】斜歯の内歯５６ｂと斜歯の小径ギヤ部５４
ｂとの噛み合わせと、スプリングワッシャ５７との作用
により、インナギヤ５４の大径ギヤ部５４ａとサブギヤ
５６の外歯５６ａとは相対的に逆方向に回動する付勢力
を生じるようになる。このため、スプライン部６１ｂと
ギヤ５４，５６との間のバックラッシュが吸収され、ベ
ーンロータ６１に対してインナギヤ５４を高精度に配置
することができるとともに、その打音も抑制されるよう
になる。

【００５１】また、円盤状のベーンロータ６１は、その
外周面６１ａに、壁部６２，６３，６４，６５の間の空
間に突出して、先端をハウジング５９の内周面５９ａに
接しているベーン６６，６７，６８，６９を備えてい
る。これらのベーン６６，６７，６８，６９が壁部６
２，６３，６４，６５間の空間を区画することにより、
第１圧力室７０と第２圧力室７１とを形成している。

【００５２】上述した構成において、エンジン１１の駆
動によりクランクシャフト１５が回転すると、その回転
がタイミングチェーン１５ｂを介してタイミングスプロ
ケット２４ａに伝達される。このとき、タイミングスプ
ロケット２４ａおよび吸気側カムシャフト２２が、調整
されている回転位相差状態で一体に回転する。この吸気
側カムシャフト２２の回転に伴なって吸気バルブ２０
（図１）が開閉駆動される。

【００５３】そして、エンジン１１の駆動時に、第１圧
力室７０および第２圧力室７１に対する油圧制御によ
り、ハウジング５９に対してベーンロータ６１を回転方
向に相対的に回動させる。すなわち吸気側カムシャフト
２２をクランクシャフト１５に対し進角する側に回転位
相差の調整制御を行うと、吸気バルブ２０の作用角全体
が進角して吸気バルブ２０の開閉タイミングは早くな
る。

【００５４】逆に、ハウジング５９に対してベーンロー
タ６１を回転方向とは逆方向に相対的に回動させる。す
なわち吸気側カムシャフト２２をクランクシャフト１５
に対し遅角する側に回転位相差の調整制御を行うと、吸
気バルブ２０の作用角全体が遅角して吸気バルブ２０の
開閉タイミングは遅くなる。

【００５５】次に、回転位相差可変アクチュエータ２４
にあって、吸気側カムシャフト２２の回転位相差を調整
するために、ハウジング５９とベーンロータ６１間の回
転位相差を油圧制御する構成について説明する。

【００５６】図４及び図６に示したごとく、ハウジング
５９の内部に突出する各壁部６２〜６５の第１圧力室７
０側には、それぞれ進角用油路開口部８０が開口し、各
壁部６２〜６５の第２圧力室７１側には、それぞれ遅角
用油路開口部８１が開口している。また、進角用油路開
口部８０に接する各壁部６２〜６５の内で円板部５２側
には、ベーン６６〜６９が進角用油路開口部８０を塞い
でいても、ベーンロータ６１が進角方向に回動する油圧
を与えることができるように、凹部６２ａ〜６５ａが設
けられている。同様に、遅角用油路開口部８１に接する
各壁部６２〜６５の内で円板部５２側には、ベーン６６
〜６９が遅角用油路開口部８１を塞いでいても、ベーン
ロータ６１が遅角方向に回動する油圧を与えることがで
きるように、凹部６２ｂ〜６５ｂが設けられている。

【００５７】一方、図４に示されるように、各進角用油
路開口部８０は、円板部５２内の進角制御油路８４、筒
部５１内の進角制御油路８６，８８により、筒部５１の
一方の外周溝５１ａに接続されている。また、各遅角用
油路開口部８１は、円板部５２内の遅角制御油路８５、
筒部５１内の遅角制御油路８７，８９により、筒部５１
の他方の外周溝５１ｂに接続されている。

【００５８】また、筒部５１内の遅角制御油路８７から
分岐した潤滑油路９０は筒部５１の内周面５１ｃに設け
られた幅広の内周溝９１に接続している。このことによ
り、遅角制御油路８７内を流れる作動油を、筒部５１の
内周面５１ｃと吸気側カムシャフト２２の端部外周面２
２ｂに潤滑油として導く。

【００５９】筒部５１の一方の外周溝５１ａは、シリン
ダヘッド１４内の進角制御油路９２を介して第２オイル
コントロールバルブ９４に接続され、筒部５１の他方の
外周溝５１ｂはシリンダヘッド１４内の遅角制御油路９
３を介して第２オイルコントロールバルブ９４に接続さ
れている。

【００６０】第２オイルコントロールバルブ９４には、
供給通路９５および排出通路９６が接続されている。そ
して、供給通路９５は第１オイルコントロールバルブ３
６にて用いたと同一のオイルポンプＰを介してオイルパ
ン１３ａに接続しており、排出通路９６はオイルパン１
３ａに直接接続している。したがって、オイルポンプＰ
は、オイルパン１３ａから二つの供給通路３７，９５へ
作動油を送り出すようになっている。

【００６１】第２オイルコントロールバルブ９４は第１
オイルコントロールバルブ３６と同様に構成されてい
る。すなわち、第２オイルコントロールバルブ９４は、
ケーシング１０２、第１給排ポート１０４、第２給排ポ
ート１０６、弁部１０７、第１排出ポート１０８、第２
排出ポート１１０、供給ポート１１２、コイルスプリン
グ１１４、電磁ソレノイド１１６、およびスプール１１
８を備えている。そして、第１給排ポート１０４にはシ
リンダヘッド１４内の進角制御油路９２が接続され、第
２給排ポート１０６にはシリンダヘッド１４内の遅角制
御油路９３が接続されている。また、供給ポート１１２
には供給通路９５が接続され、第１排出ポート１０８お
よび第２排出ポート１１０には排出通路９６が接続され
ている。

【００６２】したがって、電磁ソレノイド１１６の消磁
状態においては、スプール１１８がコイルスプリング１
１４の弾性力によりケーシング１０２の一端側（図４に
おいて右側）に配置される。このことにより、第１給排
ポート１０４と第１排出ポート１０８とが連通し、第２
給排ポート１０６が供給ポート１１２と連通する。この
状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が、供給通路９
５、第２オイルコントロールバルブ９４、遅角制御油路
９３、外周溝５１ｂ、遅角制御油路８９、遅角制御油路
８７、遅角制御油路８５、遅角用油路開口部８１、およ
び凹部６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂを介して回転位
相差可変アクチュエータ２４の第２圧力室７１へ供給さ
れる。また、回転位相差可変アクチュエータ２４の第１
圧力室７０内にあった作動油は、凹部６２ａ，６３ａ，
６４ａ，６５ａ、進角用油路開口部８０、進角制御油路
８４、進角制御油路８６、進角制御油路８８、外周溝５
１ａ、進角制御油路９２、第２オイルコントロールバル
ブ９４、および排出通路９６を介してオイルパン１３ａ
内へ戻される。その結果、ベーンロータ６１がハウジン
グ５９に対して遅角方向へ相対回動し、前述したように
吸気側カムシャフト２２はクランクシャフト１５に対し
遅角する方向に相対回転する。

【００６３】一方、電磁ソレノイド１１６が励磁された
ときには、スプール１１８がコイルスプリング１１４の
弾性力に抗してケーシング１０２の他端側（図４におい
て左側）に配置される。このことにより、第２給排ポー
ト１０６が第２排出ポート１１０と連通し、第１給排ポ
ート１０４が供給ポート１１２と連通する。この状態で
は、オイルパン１３ａ内の作動油が、供給通路９５、第
２オイルコントロールバルブ９４、進角制御油路９２、
外周溝５１ａ、進角制御油路８８、進角制御油路８６、
進角制御油路８４、進角用油路開口部８０、および凹部
６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａを介して、回転位相差
可変アクチュエータ２４の第１圧力室７０へ供給され
る。また、回転位相差可変アクチュエータ２４の第２圧
力室７１内にあった作動油は、凹部６２ｂ，６３ｂ，６
４ｂ，６５ｂ、遅角用油路開口部８１、遅角制御油路８
５、遅角制御油路８７、遅角制御油路８９、外周溝５１
ｂ、遅角制御油路９３、第２オイルコントロールバルブ
９４、および排出通路９６を介してオイルパン１３ａ内
へ戻される。その結果、ベーンロータ６１がハウジング
５９に対して進角方向へ相対回動し、前述したように吸
気側カムシャフト２２はクランクシャフト１５に対し進
角する方向に相対回転する。

【００６４】更に、電磁ソレノイド１１６への給電を制
御し、スプール１１８をケーシング１０２の中間に位置
させると、第１給排ポート１０４および第２給排ポート
１０６が閉塞され、それら給排ポート１０４，１０６を
通じての作動油の移動が禁止される。この状態では、回
転位相差可変アクチュエータ２４の第１圧力室７０およ
び第２圧力室７１に対して作動油の給排が行われない。
この結果、第１圧力室７０および第２圧力室７１内には
作動油が充填保持されて、ベーンロータ６１はハウジン
グ５９に対する相対回動は停止する。したがって、吸気
側カムシャフト２２とクランクシャフト１５との回転位
相差は、ベーンロータ６１が固定されたときの状態に保
持される。

【００６５】また、電磁ソレノイド１１６への給電をデ
ューティ制御することで、第１給排ポート１０４におけ
る開度あるいは第２給排ポート１０６における開度を調
整して、供給ポート１１２から第１圧力室７０あるいは
第２圧力室７１への作動油の供給速度を制御できる。

【００６６】次に、本実施形態に係るバルブ特性制御方
法について、図１、図７及び図８を用いて詳細に説明す
る。本実施形態において、ＥＣＵ１２０内のメモリに
は、吸気圧センサ１２１の検出結果（吸気管圧力）とク
ランクセンサ１２２により求められた回転数との値から
上述したリフト量可変アクチュエータ２２ａ及び回転位
相差可変アクチュエータ２４の制御量を定めた２次元マ
ップが収納されている。この２次元マップの値がエンジ
ン１１のその都度の運転状態に応じた動作指令としてＥ
ＣＵ１２０からリフト量可変アクチュエータ２２ａ及び
回転位相差可変アクチュエータ２４に供給されて、主に
前述したＥＧＲ（排気還流）制御が行われる。すなわ
ち、図２に示す吸気カム２７の補助カム山２７ｂによ
り、排気バルブ２１の開弁期間に、補助的に吸気バルブ
２０を開弁することにより、排気の一部を吸気に戻す制
御が行われる。

【００６７】ところで、図７に示すように、排気の圧力
は一定ではなく、エンジン１１の運転状態に応じて絶え
ず脈動している。すなわち、排気行程中では、領域ａに
おいて排気圧がほぼ最大の圧力値に達するまで上昇して
いき、領域ａと領域ｂとの間では、その圧力値でほぼ一
定に保たれている。そして、領域ｂにおいては排気圧力
が低下していく。したがって、補助カム山２７ｂによる
開弁のリフト量が同じであっても、補助カム山２７ｂに
よる吸気バルブ２０の開弁時期によって、取り込まれる
ＥＧＲ量、したがってＥＧＲ率も変化する。

【００６８】図８に、補助カム山２７ｂによる吸気バル
ブ２０の開弁の中心（吸気２段リフト中心）と燃焼室１
７に取り込まれるＥＧＲ率との関係を示す。同図８に示
すように、領域ａ内に吸気バルブ２０の開弁の中心があ
る場合には、その中心位置が遅角側にシフトしていくほ
ど同じリフト量でも取り込まれるＥＧＲ率が増加する。
しかしながら、領域ａと領域ｂとの間の領域内に吸気バ
ルブ２０の開弁の中心がある場合には、上述した排気圧
力脈動から予想されるように、その中心位置を移動させ
ても取り込まれるＥＧＲ率は略一定に保たれる。

【００６９】したがって、エンジン１１が要求するＥＧ
Ｒ率が大きな運転領域においては、図７及び図８に示す
高ＥＧＲ量要求域側へ補助カム山２７ｂによる吸気バル
ブ２０の開弁時期を設定する制御を行うことが好まし
い。一方、エンジン１１が要求するＥＧＲ率が小さな運
転領域において、図８に示す高ＥＧＲ量要求域側で補助
カム山２７ｂの開弁を行うと、僅かなリフト量の増加が
大きなＥＧＲ量の増加を引き起こすことになり、ＥＧＲ
量を高精度に制御することが困難になるおそれがある。
したがって、エンジン１１が要求するＥＧＲ量が小さな
運転領域では、補助カム山２７ｂによる吸気バルブ２０
の開弁時期を図７及び図８に示す低ＥＧＲ量要求域側に
設定する制御を行うことが好ましい。

【００７０】なお、図８のリフト中心、及びリフト量に
対するＥＧＲ量の増減態様によれば、同図８の特に高Ｅ
ＧＲ量要求域において、リフト量変化に対するＥＧＲ量
（率）の変化は、リフト量が大きくなるときの方が、リ
フト量が小さくなるときよりも小さいという特性を有す
ることがわかる。したがって、高ＥＧＲ量要求域におい
てリフト量を大きくした制御をおこなった場合は、同領
域においてリフト量を小さくした制御をおこなった場合
よりも、取り込まれるＥＧＲ率の誤差は小さくなる。

【００７１】本実施形態においては、これらの特性に鑑
みて、エンジン１１が要求するＥＧＲ率が大きい運転領
域に移行していくほど、補助カム山２７ｂの開弁の開始
時期を図７及び図８に示す高ＥＧＲ量要求域側へ移行さ
せるべく上述した回転位相差可変アクチュエータ２４の
制御進角値を定めている。

【００７２】すなわち、要求されるＥＧＲ率が小さいと
きには、図７及び図８の低ＥＧＲ量要求域において、補
助カム山２７ｂによる吸気バルブ２０の開弁時期を設定
し、同領域内でリフト量可変アクチュエータ２２ａによ
るリフト量の調整を行うことで、ＥＧＲ量を高精度に制
御する。一方、要求されるＥＧＲ率が大きいときには、
図７及び図８の高ＥＧＲ量要求域において、補助カム山
２７ｂによる吸気バルブ２０の開弁時期を設定し、同領
域内でリフト量可変アクチュエータ２２ａによるリフト
量の調整を行うことで、ＥＧＲ量を高いダイナミックレ
ンジをもって制御する。

【００７３】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の効果が得られるようになる。 （１）出力特性等を決定する主たるバルブ特性と別途
に、補助的に吸気バルブ２０を開弁することで、燃焼室
１７内にＥＧＲガスを取り込むＥＧＲ量の制御に際し、
同吸気バルブ２０の補助的な開弁時期を排気圧力に基づ
いて設定することとしたことで、要求されるＥＧＲ量に
応じた最適な制御を行うことができる。

【００７４】（２）エンジン１１が要求するＥＧＲ量が
大きい運転領域において、補助カム山２７ｂによる吸気
バルブ２０の開弁時期を排気圧力が高い領域に設定した
ことにより、要求されるＥＧＲ量を確実に確保すること
ができる。一方、エンジン１１が要求するＥＧＲ量が小
さい運転領域において、補助カム山２７ｂによる吸気バ
ルブ２０の開弁時期を排気圧力が低い領域に設定したこ
とにより、ＥＧＲ量を高精度に制御することができる。
また、高ＥＧＲ量要求域においてリフト量が大きくなる
制御を行った場合には、相対的に誤差が小さくなる傾向
があるため、高精度且つ高ダイナミックレンジでのＥＧ
Ｒ制御が可能ともなる。

【００７５】（３）主カム山２７ａとは独立に設けられ
る補助カム山２７ｂ、補助カム山２７ｂによる吸気バル
ブ２０のリフト量を可変とするリフト量可変アクチュエ
ータ２２ａ及び補助カム山による吸気バルブ２０の開弁
時期を可変とする回転位相差可変アクチュエータ２４を
用いてバルブ特性制御装置を構成したことで、上記
（１）及び（２）の効果を的確に得ることのできる装置
を比較的容易に構成することができる。

【００７６】なお、上記第１の実施形態のバルブ特性制
御装置は、以下のように変更して実施してもよい。 ・上記実施形態においては、エンジン１１が高ＥＧＲ量
が要求される運転領域へ移行するにつれて、補助カム山
２７ｂの開弁時期を排気圧力が高い方へ移行させていく
ように設定したが、例えば高地走行等、車両環境等に応
じてＥＧＲ量の増減補正を行う場合には更に、減量側は
排気圧力が低い方へ増量側は排気圧力が高い側へ補助カ
ム山２７ｂの開弁時期を変位させるようにしてもよい。
この制御をリフト量の制御と組み合わせる等することに
より、更に高精度なＥＧＲ制御を行うことができる。

【００７７】・上記実施形態においては、吸気カム２７
に補助カム山２７ｂを設け、これにより補助的な開弁を
行うことでＥＧＲ制御を行ったが、図９に示すように排
気カム２８に補助カム山を設け、領域ｃにおいて排気バ
ルブ２１を開弁させるようにしてもよい。また、吸気カ
ム２７及び排気カム２８の両方に補助カム山を設けても
よい。

【００７８】・上記実施形態においては、回転位相差可
変アクチュエータ２４として、ベーン式のものを用いた
が、ヘリカルスプライン式の油圧ピストン（リングギ
ヤ）を用いたものなど任意のものでよい。またクランク
シャフト１５から駆動力を受け取る方式として、スプロ
ケット式のものを用いたが、タイミングプーリを用いた
ものなどでもよい。

【００７９】・上記実施形態においては、リフト量可変
アクチュエータ２２ａ及び回転位相差可変アクチュエー
タ２４をＥＧＲ制御のために用いたが、例えば排気系に
両アクチュエータ２２ａ、２４をＥＧＲ制御のために設
け、吸気系に両アクチュエータ２２ａ、２４を出力特性
等を決定するいわゆるメインバルブ特性の制御のために
用いる等してもよい。

【００８０】・上記実施形態においては、補助カム山２
７ｂの開弁時期の変更を回転位相差可変アクチュエータ
２４を用いて行ったが、必ずしもこの方式を用いる必要
はなく、例えば、カムが１回転する間のカムの回転速度
を可変とする可変バルブ作動角制御方式等を用いてもよ
い。

【００８１】（第２の実施形態）次に、本発明に係る第
２の実施形態について、主として第１の実施形態との相
違点を中心に図１０〜図１２に基づいて説明する。

【００８２】本実施形態においては、吸気系にリフト量
可変アクチュエータ２２ａのみを設け、回転位相差可変
アクチュエータ２４を設けない。その代わりに、排気圧
力脈動を考慮して、吸気カム２７に設ける補助カム山２
７ｂ’の形状を、図１０に示すような形状とする。

【００８３】図１０に示すように、吸気カム２７の補助
カム山２７ｂ’は、カム軸方向に連続的に高さの異なる
頂点が同カムの回転方向後方に徐々に高くなる方向に偏
倚されるように形成されている。これは、リフト量が増
加するにつれて開弁期間の中心（リフト中心）が連続的
に遅角側に移行することを狙ったものである。更に補助
カム山２７ｂ’の頂点の高さが最大となる位置は、排気
圧力が最も高まる時期、すなわち図１１に示す領域ａの
最遅角側に設定されている。このような形状をもって吸
気カム２７の補助カム山２７ｂ’を形成することによ
り、図１１に示すように、補助カム山２７ｂ’の開弁の
開始時期を略一定に保ちながら、そのリフト量の増加と
共に、リフト中心を排気圧力の高い方へと移行させるこ
とができるようになる。更にこの場合、出力特性などを
決定するいわゆるメインバルブ特性（ＥＸメイン、ＩＮ
メイン）に影響を与えることなく、補助カム２７ｂ’に
よるいわば補助バルブ特性の変更（ＥＧＲ制御）を行う
ことができるようにもなる。

【００８４】こうした補助カム山２７ｂ’のリフト中
心、リフト量、及び確保することのできるＥＧＲ率との
関係を、図１２に太線の特性として示す。本実施形態に
あっては、同図１２に示すように、補助カム山２７ｂ’
による吸気バルブ２０のリフト量が小さいときには、リ
フト中心が低ＥＧＲ量要求域側に設定される。したがっ
て、エンジン１１が要求するＥＧＲ率が小さい運転領域
においては、高精度にＥＧＲ量を制御することができ
る。また、補助カム山２７ｂ’による吸気バルブ２０の
リフト量が大きくなるにつれて、リフト中心が高ＥＧＲ
量要求域側にシフトしていく。したがって、エンジン１
１が要求するＥＧＲ率が大きな運転領域においては、そ
の供給量を確実に確保することができる。これにより、
ＥＧＲ制御を高いダイナミックレンジで行うことを可能
にしている。

【００８５】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の効果が得られるようになる。 （１）補助カム２７ｂ’による吸気バルブ２０の開弁時
期を、排気圧力脈動を考慮して設定したことにより、Ｅ
ＧＲ量の要求量に応じた最適な制御を行うことができ
る。

【００８６】（２）エンジン１１が要求するＥＧＲ率が
小さい運転領域においては、高精度のＥＧＲ制御を行
い、エンジン１１が要求するＥＧＲ率が大きい運転領域
においては、その要求量を十分に確保する制御を行うこ
とができる。

【００８７】（３）回転位相差可変アクチュエータ２４
を用いないために、エンジン１１の出力特性等を決定す
るいわゆるメインバルブ特性を変更することなく、ＥＧ
Ｒ量の制御を行うことができる。

【００８８】なお、上記第２の実施形態のバルブ特性制
御装置は、以下のように変更して実施してもよい。 ・上記実施形態においては、リフト中心がクランク角度
で２３０°ほどのところで、リフト量が最大となるよう
に設定したが、リフト中心の変化態様は、必ずしもこれ
に限られない。例えば、リフト中心がクランク角度で２
５０°ほどのところで、リフト量が最大となるように設
定してもよい。図１２に示されるように、リフト中心が
クランク角度で２４０°より遅角側では、リフトが高く
なるほどリフト変化の割に取り込まれるＥＧＲ率が増加
しない傾向があるため、上述の設定によれば、エンジン
１１の要求するＥＧＲ率が大きな運転領域における精度
を上げることができる。また、これらリフト中心の変化
態様は、各エンジンの特性に基づいた排気圧力脈動に応
じて任意に定めることができる。

【００８９】・上記実施形態においては、吸気カム２７
の補助的な開弁時期を図１１の領域ａに設定したが、同
開弁時期についてはこれを領域ｂとしてもよい。ただ
し、領域ｂにて上記実施形態と同様な作用効果を得るた
めには、補助カム山２７ｂ’の代わりに、図１３に示す
補助カム山２７ｂ”を用いる必要がある。同図１３に示
す補助カム山２７ｂ”においては、そのカム軸方向に連
続的に高さの異なる頂点が、同カムの回転方向前方に徐
々に高くなる方向に偏倚されるように形成されている。
更に、補助カム山２７ｂ”の頂点の高さが最大となる位
置は、図１１に示す領域ｂにおいて排気圧力が最も高ま
る時期、すなわち同領域ｂの最進角側に設定されてい
る。これによっても、排気圧力の高い時期には大きなリ
フト量をもって吸気バルブ２０が開弁されるようにな
り、要求されるＥＧＲ量を十分に確保することができる
ようになる。一方、排気圧力が低くなるにつれて同吸気
バルブ２０のリフト量（開弁量）も徐々に小さくなるた
め、高い精度でのＥＧＲ制御が可能となる。

【００９０】・図１３に示した上記補助カム山２７ｂ”
による吸気バルブ２０の開弁が、図１１の領域ａ内で行
われるようにしてもよい。この場合のリフト中心、リフ
ト量、及び取り込まれるＥＧＲ率との関係を図１４に太
線の特性として示す。同図１４から明らかなように、吸
気バルブ２０の補助的な開弁特性をこのような設定とす
ることにより、リフト量の大きな領域でのＥＧＲ制御精
度を高めることができるようになり、しかもリフト量可
変アクチュエータ２２ａの作動に伴う早急なＥＧＲ量の
確保が可能ともなる。

【００９１】（第３の実施形態）次に、本発明に係る内
燃機関のバルブ特性制御装置の第３の実施形態につい
て、図１５〜図１７を参照して説明する。

【００９２】本実施形態において対象とするエンジン
は、その各気筒内に直接燃料を噴射する周知の筒内直接
噴射式のエンジンである。すなわち、先の実施形態にお
いて対象としたエンジンと各対応する部材には便宜上同
一の符号を付して図１５に示すように、本実施形態にお
いて対象とするエンジンには、シリンダブロック１３及
びピストン１２により区画形成される燃焼室１７に燃料
を直接噴射すべく、インジェクタ１３０が設けられてい
る。また、本実施形態に係るバルブ特性制御装置は、排
気側カムシャフト２３に対して設けられており、その構
成は、先の第１の実施形態と同様、排気カム２８に設け
られた補助カム山、この補助カム山の３次元カム形状を
通じて排気バルブ２１の補助的な開弁量（リフト量）を
可変とするリフト量可変アクチュエータ（バルブリフト
可変機構）、そして排気カムシャフト２３とクランクシ
ャフト１５との相対回転位相を可変とする回転位相差可
変アクチュエータ（バルブタイミング機構）からなる。
またこの場合、上記補助カム山は、排気カム２８の主カ
ム山の回転方向後方に設けられ、吸気行程中に補助的に
排気バルブ２１を開弁する。

【００９３】ところで、上述のような筒内直接噴射式の
エンジンにおいては、燃料噴射時期を可変とすること
で、混合気の形成の自由度を高めることができ、燃費を
向上するためのきめ細かな制御が可能となる反面、燃焼
室１７内で燃料が十分に気化せず、燃焼性が阻害されや
すいといった懸念がある。そこで本実施形態では、吸気
行程において燃料噴射が行われている間の排気バルブ２
１の補助的な開弁時期を、それら燃料噴射が行われるタ
イミングよりも少し前、すなわち同燃料噴射タイミング
よりもやや進角側に設定している。これによって、図１
５に示す如く、吸気行程中に燃焼室１７内に取り込まれ
た高温のＥＧＲガスにインジェクタ１３０から噴射され
た燃料が当たり、同燃料の気化が促進されるようにな
る。

【００９４】以下、本実施形態において補助的に排気バ
ルブ２１の開弁時期を制御する過程について、図１６及
び図１７を併せ参照して説明する。ここで、図１６は、
上記制御に係る制御手順を示すフローチャートである。
この制御ルーチンは、例えば、所定のクランク角周期の
割り込み処理としてＥＣＵ１２０により繰り返し実行さ
れる。また、図１７は、吸気行程中での燃料噴射時期に
応じた排気バルブ２１の補助的な開弁の開弁時期につい
てその一例を示すタイミングチャートである。

【００９５】筒内直接噴射式のエンジンの制御において
は、運転状態に見合った最適な燃料噴射タイミングで燃
料を噴射すべく、同噴射タイミングが可変となってい
る。この燃料噴射タイミングは、成層燃焼を目的として
圧縮行程中に設定するか、又は均質燃焼を目的として吸
気行程中に設定するかに大別される。また、これら各行
程中における噴射タイミングも、更に運転状態に応じて
可変とされる。本実施形態にあっては、特に吸気行程中
のこうして可変とされる燃料噴射タイミングに対して排
気バルブ２１の補助的な開弁時期を制御する。

【００９６】さて、同制御の実行に際してはまず、ステ
ップ１００において、エンジン１１の噴射時期が吸気行
程中に行われているか否かが判断される。その結果、吸
気行程噴射が実行されていると判断されると、ステップ
１０１に移行する。ステップ１０１においては、図１７
に示すように、燃料噴射タイミングよりも所定の値だけ
進角側に補助カム山２７ｂによる排気バルブ２１の補助
的な開弁（ＥＸ２段）の開弁時期を設定し、ステップ１
０２へ移行する。一方、吸気行程噴射が実行されていな
いと判断されると、ステップ１０３へ移行し、補助カム
山２７ｂによる排気バルブ２１の補助的な開弁の開弁時
期を、予め設定された通常の開弁時期（基本値）に設定
し、ステップ１０２へ移行する。

【００９７】ステップ１０２においては、ＥＧＲ実行条
件が成立しているか否かが判断される。その結果、成立
していないと判断されると、ステップ１０４へ移行し、
補助カム山２７ｂによる補助的な排気バルブ２１の開弁
量である補助リフト量を「０」と設定する。一方、ステ
ップ１０２において、ＥＧＲ実行条件が成立していると
判断されると、ステップ１０５へ移行する。ステップ１
０５においては、要求されるＥＧＲ量を確保すべく、上
述した補助リフト量を算出する。本実施形態において、
この算出にはまず、吸気圧センサ１２１の検出結果に基
づく負荷、及びクランクセンサ１２２の検出結果に基づ
く回転数に基づいて要求されるＥＧＲ量を算出する。次
いで、ステップ１０１又はステップ１０３により設定さ
れた補助リフト開弁開始時期から、その開弁時期におけ
る排気圧力に基づいて、要求されるＥＧＲ量に見合った
補助リフト量が算出される。

【００９８】ステップ１０４又はステップ１０５の処理
が終了すると、このルーチンは一旦終了され、別途の図
示しないアクチュエータ駆動ルーチンを通じて、上記設
定若しくは算出された値に基づく補助リフトのための開
弁時期制御及びリフト量制御が実行される。

【００９９】本実施形態おいては、このように、吸気行
程噴射が実行されているときの燃料噴射タイミングに応
じて、回転位相差可変アクチュエータが制御され、図１
７に示すように、当該噴射タイミングに応じた排気バル
ブ２１の補助的な開弁の開弁時期が設定される。これに
より、排気バルブ２１の開弁によって導入される高温の
ＥＧＲガスにその都度噴射される燃料が当たることとな
り、同燃料の気化が促進されるようになる。しかも、こ
のＥＧＲ量は、上記設定された開弁時期における排気圧
力に基づいて、その正確な要求量が求められており、こ
の求められたＥＧＲ要求量に基づいて上記リフト量可変
アクチュエータの制御態様が決定される。

【０１００】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の効果が得られるようになる。 （１）吸気行程において燃料噴射が行われている間の排
気バルブ２１の補助的な開弁時期を、同燃料噴射タイミ
ングよりもやや進角側に設定することで、吸気行程中に
燃焼室１７内に取り込まれた高温のＥＧＲガスにインジ
ェクタ１３０から噴射された燃料が当たり、同燃料の気
化が促進されるようになる。したがって、良好な燃焼を
得ることができる。

【０１０１】（２）排気バルブ２１の補助的な開弁時期
に併せてそのリフト量も可変としたことで導入するＥＧ
Ｒ量を好適に調整することができる。 （３）燃料噴射タイミングに応じて設定された補助的な
開弁時期における排気圧力に基づいて、上記リフト量を
算出することで、要求される量のＥＧＲガスを正確に導
入することができる。

【０１０２】なお、上記第３の実施形態のバルブ特性制
御装置は、以下のように変更して実施してもよい。 ・上記実施形態においては、排気バルブ２１の補助的な
開弁の開弁時期を、燃料噴射タイミングから所定値だけ
進角側に設定したが、この進角側への移行値を排気圧力
に基づいて微調整する構成としてもよい。これにより、
燃焼室１７に噴射される燃焼の気化の促進を図りなが
ら、要求されるＥＧＲ量を導入することにより最適な開
弁時期を設定することができる。

【０１０３】・上記実施形態においては、排気バルブ２
１の補助的な開弁の開始時期による排気圧力の変化を加
味してリフト量の制御を行うこととしたが、この排気圧
力脈動によるリフト量の補正を必ずしも行わなくとも、
燃焼室１７に噴射される燃料の気化を促すことはでき
る。

【０１０４】・上記実施形態においては、排気バルブ２
１の補助的な開弁時期に併せてそのリフト量も可変とし
たが、リフト量については固定とすることでも燃焼室１
７に噴射される燃料の気化を促すことはできる。

【０１０５】その他、上記各実施形態のバルブ特性制御
装置に共通して変更可能な要素としては以下のものがあ
る。 ・上記各実施形態においては、吸気バルブ２０及び排気
バルブ２１を機関駆動式としたが、それら吸排気バルブ
として電磁開閉弁やロータリーバルブ等を採用した場合
においても、それら各実施形態に準じたかたちで本発明
を適用することができる。要は、エンジンの出力特性を
決定する主たる吸排気バルブの開閉とは別途に、吸気バ
ルブ及び排気バルブの少なくとも一方の補助的な開弁に
基づき、それら吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁
される期間を生じさせることで燃焼室１７内部の排気還
流量を制御するバルブ特性制御に際し、吸気バルブ及び
排気バルブの少なくとも一方による補助的な開弁の開弁
時期をエンジンの運転状態、詳しくは排気圧力に応じて
可変とするものであればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のバルブ特性制御装置が適用さ
れるエンジンの概略構成図。

【図２】同実施形態のバルブ特性制御装置を構成する吸
気カムの構造を示す斜視図。

【図３】同実施形態のバルブ特性制御装置を構成するリ
フト量可変アクチュエータの構成を示す部分断面図。

【図４】同実施形態のバルブ特性制御装置を構成する回
転位相差可変アクチュエータの構成を示す部分断面図。

【図５】同回転位相差可変アクチュエータに用いられる
インナギヤ及びサブギヤの形状を示す斜視図。

【図６】同回転位相差可変アクチュエータの内部構成を
示す正面図。

【図７】同実施形態におけるバルブ特性制御態様を示す
タイミングチャート。

【図８】同実施形態による吸気バルブの補助的な開弁時
期とＥＧＲ量との関係を示すグラフ。

【図９】第１の実施形態の変形例におけるバルブ特性制
御態様を示すタイミングチャート。

【図１０】第２の実施形態において用いられる吸気カム
の形状を示す三面図。

【図１１】同第２の実施形態におけるバルブ特性制御態
様を示すタイミングチャート。

【図１２】同第２の実施形態における吸気バルブの補助
的なリフト量、開弁時期及びＥＧＲ量の関係を示すグラ
フ。

【図１３】第２の実施形態の変形例において用いられる
吸気カムの形状を示す三面図。

【図１４】同変形例における吸気バルブの補助的なリフ
ト量、開弁時期及びＥＧＲ量の関係を示すグラフ。

【図１５】第３の実施形態のバルブ特性制御装置が適用
される筒内直接噴射式のエンジンの一部断面図。

【図１６】同第３の実施形態における排気バルブの補助
的な開弁開始時期を算出する手順を示すフローチャー
ト。

【図１７】同第３の実施形態におけるバルブ特性制御態
様を示すタイミングチャート。

【符号の説明】

１０…バルブ特性制御装置、１１…エンジン、１２…ピ
ストン、１３…シリンダブロック、１３ａ…オイルパ
ン、１４…シリンダヘッド、１４ａ…ジャーナル軸受、
１４ｂ…カムシャフトベアリングキャップ、１５…クラ
ンクシャフト、１５ａ…タイミングスプロケット、１５
ｂ…タイミングチェーン、１６…コンロッド、１７…燃
焼室、１８…吸気ポート、１９…排気ポート、２０…吸
気バルブ、２０ａ…バルブリフタ、２１…排気バルブ、
２１ａ…バルブリフタ、２２…吸気側カムシャフト、２
２ａ…リフト量可変アクチュエータ、２２ｂ…端部外周
面、２３…排気側カムシャフト、２４…回転位相差可変
アクチュエータ、２４ａ…タイミングスプロケット、２
５…タイミングスプロケット、２７…吸気カム、２７ａ
…主カム山、２７ｂ…補助カム山、２８…排気カム、３
１…シリンダチューブ、３１ａ…第１圧力室、３１ｂ…
第２圧力室、３２…ピストン、３３…エンドカバー、３
３ａ…補助シャフト、３３ｂ…転がり軸受、３４…第１
給排通路、３５…第２給排通路、３６…第１オイルコン
トロールバルブ、３７…供給通路、３８…排出通路、３
９…ケーシング、４０…第１給排ポート、４１…第２給
排ポート、４２…第１排出ポート、４３…第２排出ポー
ト、４４…供給ポート、４５…弁部、４６…コイルスプ
リング、４７…電磁ソレノイド、４８…スプール、５１
…筒部、５１ａ，５１ｂ…外周溝、５１ｃ…内周面、５
２…円板部、５３…外歯、５４…インナギヤ、５４ａ…
大径ギヤ部、５４ｂ…小径ギヤ部、５５…ボルト、５６
…サブギヤ、５６ａ…外歯、５６ｂ…内歯、５７…スプ
リングワッシャ、５８…ボルト、５９…ハウジング、５
９ａ…内周面、６０…カバー、６０ａ…穴部、６１…ベ
ーンロータ、６１ａ…外周面、６１ｂ…スプライン部、
６１ｃ…円筒状空間、６２，６３，６４，６５…壁部、
６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６２ｂ，６３ｂ，６
４ｂ，６５ｂ…凹部、６６，６７，６８，６９…ベー
ン、７０…第１圧力室、７１…第２圧力室、８０…進角
用油路開口部、８１…遅角用油路開口部、８４…進角制
御油路、８５…遅角制御油路、８６…進角制御油路、８
７…遅角制御油路、８８…進角制御油路、８９…遅角制
御油路、９０…潤滑油路、９１…内周溝、９２…進角制
御油路、９３…遅角制御油路、９４…第２オイルコント
ロールバルブ、９５…供給通路、９６…排出通路、１０
２…ケーシング、１０４…第１給排ポート、１０６…第
２給排ポート、１０７…弁部、１０８…第１排出ポー
ト、１１０…第２排出ポート、１１２…供給ポート、１
１４…コイルスプリング、１１６…電磁ソレノイド、１
１８…スプール、１２０…ＥＣＵ、１２１…吸気圧セン
サ、１２２…クランクセンサ、１３０…インジェクタ。

フロントページの続き (72)発明者 入澤 泰之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA08 AA19 BA28 BA36 BA40 BA43 BB04 CA24 CA26 DA06 DA22 DA23 GA00 3G092 AA01 AA06 DA01 DA04 DA09 DF04 DF06 DG02 DG06 DG09 EA22 EA28 EA29 EC08 FA06 FA21 GB06 HA05Z HA13X HA13Z HB02Z HD07X HD08Z HE01Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の出力特性を決定する主たる吸排
   気バルブの開閉とは別途に吸気バルブ及び排気バルブの
   少なくとも一方の補助的な開弁に基づきそれら吸気バル
   ブと排気バルブとが同時に開弁される期間を生じさせる
   ことで同機関の燃焼室内部の排気還流量を制御する内燃
   機関のバルブ特性制御方法において、 前記吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方による
   補助的な開弁の開弁時期を当該機関の排気圧力に応じて
   可変とすることを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御
   方法。
2. 【請求項２】吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一
   方を駆動するカムが当該バルブの主たる開弁を行う主カ
   ム山に加えて同主カム山による開弁期間以外の期間中に
   同バルブの補助的な開弁を行うことで吸気バルブと排気
   バルブとが同時に開弁される期間を生じさせる補助カム
   山を有するとともに、該補助カム山はその高さがカムの
   軸方向に連続的に変化する３次元カムとして形成された
   動弁手段と、 前記カムが設けられたカムシャフトをその軸方向に変位
   させて前記補助カム山によるバルブリフト量を調量する
   バルブリフト可変機構と、 機関運転状態に応じて前記補助カム山による開閉対象バ
   ルブの開弁時期を可変とする開弁時期可変手段と、 を備える内燃機関のバルブ特性制御装置。
3. 【請求項３】前記開弁時期可変手段は、当該機関の出力
   軸と前記動弁手段の設けられたカムシャフトとの相対回
   転位相を可変とするバルブタイミング可変機構からなる
   請求項２記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
4. 【請求項４】前記バルブタイミング可変機構は、当該機
   関の排気圧力に応じてその進角量が操作される請求項３
   記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
5. 【請求項５】前記開弁時期可変手段は、前記補助カム山
   の前記カム軸方向に連続的に高さの異なる頂点が同カム
   軸と差交する方向に連続的に偏倚された同補助カム山の
   ３次元偏倚カムプロフィールからなる請求項２記載の内
   燃機関のバルブ特性制御装置。
6. 【請求項６】前記補助カム山の前記カム軸方向に連続的
   に高さの異なる頂点が同カムの回転方向後方に徐々に高
   くなる方向に偏倚されてなる請求項５記載の内燃機関の
   バルブ特性制御装置。
7. 【請求項７】前記補助カム山の前記カム軸方向に連続的
   に高さの異なる頂点が同カムの回転方向前方に徐々に高
   くなる方向に偏倚されてなる請求項５記載の内燃機関の
   バルブ特性制御装置。
8. 【請求項８】請求項２記載の内燃機関のバルブ特性制御
   装置において、 当該機関はその燃焼室に直接燃料が噴射供給される筒内
   直接噴射式の内燃機関であるとともに、前記補助カム山
   は排気バルブを駆動するカムに対し設けられたものであ
   り、 前記開弁時期可変手段は、機関の吸気行程中に前記補助
   カム山を通じて排気バルブを開弁する開弁時期を、同吸
   気行程での燃料噴射時期に応じて可変とするものである
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。