JPH06257477A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノックセンサ等を使用することなくノッキング
の抑制を図り、併せて燃費の悪化を抑える。 【構成】ＶＶＴ２３を油圧で駆動させることにより、吸
気バルブ８の開閉タイミングを変更させる。ＥＣＵ７０
はエアフローメータ６２、回転数センサ６６等の信号に
基づいてエンジン１の運転領域を演算する。その演算結
果が低回転・低負荷、又は低回転・高負荷の領域のと
き、吸気バルブ８の開閉タイミングが進角させるべくＶ
ＶＴ２３を駆動させる。一方、演算結果が低回転・中負
荷、又は中回転以上の領域のとき、吸気バルブ８の開閉
タイミングを遅角させるべくＶＶＴ２３を駆動させる。
従って、ノッキングの発生し易い低回転・中負荷の運転
領域では、吸気バルブ８の開閉タイミングが遅れ、燃焼
室４に一旦導入されてから逃げようとする吸入空気が増
え、吸入空気量が減って有効圧縮比が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の運転中に
吸気バルブの開閉タイミングを可変にするバルブタイミ
ング制御装置に関する。詳しくは、バルブタイミングを
変えることによりノッキングを抑制するようにした内燃
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】従来、ガソリンエンジン等の内燃機関に
おけるノッキングの制御では、機関本体に設けられたノ
ックセンサからの信号に基づきノッキングの発生が判断
される。そして、ノッキングの発生と判断された場合
に、点火時期が遅角されることにより、ノッキングの抑
制が行われている。しかしながら、点火時期を遅角させ
ることは燃費の悪化を招くおそれがあることから、これ
に代わるノッキングの制御が望まれていた。

【０００３】そこで、特開昭５９−９３９３９号公報で
は、点火時期の制御に代わって吸気バルブの開閉タイミ
ング、即ちバルブタイミングを制御することによりノッ
キングの抑制を図る技術が開示されている。この従来技
術は、バルブタイミングを変えることにより内燃機関の
有効圧縮比が変わることに着目して提案されたものであ
る。そして、ノックセンサからの検出信号に基づきノッ
キングの発生と判断された場合には、バルブタイミング
が遅角されるようにバルブタイミングの可変機構が制御
される。一方、ノッキングでない場合には、バルブタイ
ミングが進角されるようにバルブタイミングの可変機構
が制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術では、ノッキングの発生の判断を行うことが前提とな
っていることから、ノックセンサが必要となり、内燃機
関の制御に必要なセンサの数を増やす結果となってい
た。しかも、ノッキングの発生の判断の処理が必要とな
り、そのための制御プログラムが必要となっていた。

【０００５】加えて、前記従来技術では、実際にノッキ
ングの発生が判断されたときにバルブタイミングが遅角
されることから、ノッキングを抑制する反面、燃費を犠
牲にしなければならない場合があった。即ち、図９のグ
ラフは内燃機関の負荷に相関する出力トルクと燃費との
関係を示している。又、吸気バルブの開きタイミングを
進角させる場合の特性曲線と、ベースタイミングに遅角
させる場合の特性曲線とがそれぞれ破線、２点鎖線で示
されている。このグラフからも明らかなように、進角の
特性曲線と遅角の特性曲線とでは、任意の出力トルクに
対する燃費の良否が二つの特性曲線の交差点で逆転して
いることが分かる。つまり、交差点よりも小出力トルク
側では進角の特性曲線の方が燃費が良く、交差点よりも
大出力トルク側で遅角の特性曲線の方が燃費が良くなっ
ている。ここで、従来技術のバルブタイミングの制御に
おいて、ノッキングの発生が判断されるノッキング発生
点が、交差点よりも小出力トルク側となる場合がある。
その場合の燃費の変化は、同図に実線で示すように、ノ
ッキング発生点から直ちに遅角の特性曲線へ移ることに
なる。そして、ノッキング発生点から全負荷点まで出力
トルクの増加が要求された場合には、燃費は遅角の特性
曲線に則してそのまま変化することになり、全負荷点で
は更に出力トルクを増大させるために進角の特性曲線へ
と戻されることになる。従って、同図にハッチングで示
すように、ノッキング発生点から交差点までの領域で燃
費が悪化することになった。

【０００６】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、ノックセンサ等を使用して
ノッキングの発生を判断することなくノッキングの抑制
を図り、併せて燃費の悪化を抑えることの可能な内燃機
関のバルブタイミング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】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては図１に示すように、内燃機関
Ｍ１の回転に同期して駆動され、燃焼室Ｍ２に通じる吸
気通路Ｍ３及び排気通路Ｍ４をそれぞれ開閉するための
吸気バルブＭ５及び排気バルブＭ６と、吸気バルブＭ５
の開閉タイミングを可変にするために駆動される可変バ
ルブタイミング機構Ｍ７と、内燃機関Ｍ１の運転状態を
検出するための運転状態検出手段Ｍ８と、その運転状態
検出手段Ｍ８の検出結果に基づき、吸気バルブＭ５の開
閉タイミングを変更させるべく可変バルブタイミング機
構Ｍ７を駆動制御するための駆動制御手段Ｍ９とを備え
た内燃機関のバルブタイミング制御装置において、運転
状態検出手段Ｍ８の検出結果に基づき、内燃機関Ｍ１の
運転領域を演算するための運転領域演算手段Ｍ１０と、
その運転領域演算手段Ｍ１０の演算結果が低回転で低負
荷の領域、又は低回転で高負荷の領域である場合に、駆
動制御手段Ｍ９の制御により変更されるべき吸気バルブ
Ｍ５の開閉タイミングを進角側に設定する進角設定手段
Ｍ１１と、運転領域演算手段Ｍ１０の演算結果が低回転
で中負荷の領域、又は中回転以上の領域である場合に、
駆動制御手段Ｍ９の制御により変更されるべき吸気バル
ブＭ５の開閉タイミングを遅角側に設定するための遅角
設定手段Ｍ１２とを備えたことを趣旨としている。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、図１に示すように、内燃
機関Ｍ１の運転時に、吸気バルブＭ５及び排気バルブＭ
６が内燃機関Ｍ１の回転に同期して駆動され、燃焼室Ｍ
２に通じる吸気通路Ｍ３及び排気通路Ｍ４がそれぞれ開
閉されて燃焼室Ｍ２における吸排気が行われる。又、駆
動制御手段Ｍ９により可変バルブタイミング機構Ｍ７が
駆動制御されることにより、吸気バルブＭ５の開閉タイ
ミングが変更される。又、これにより吸気バルブＭ５と
排気バルブＭ６とのバルブオーバラップが変更さる。

【０００９】そして、転領域演算手段Ｍ１０では、運転
状態検出手段Ｍ８の検出結果に基づいて、内燃機関Ｍ１
の運転領域が演算される。そして、その運転領域の演算
結果が低回転で低負荷の領域、又は低回転で高負荷の領
域である場合には、駆動制御手段Ｍ９の制御により変更
されるべき吸気バルブＭ５の開閉タイミングが、進角設
定手段Ｍ１１により進角側に設定される。一方、運転領
域の演算結果が低回転で中負荷の領域、又は中回転以上
の領域である場合には、駆動制御手段Ｍ９の制御により
変更されるべき吸気バルブＭ５の開閉タイミングが、遅
角設定手段Ｍ１２により遅角側に設定される。

【００１０】従って、内燃機関Ｍ１がノッキングの発生
し易い低回転で中負荷の運転領域にある場合には、吸気
バルブＭ５の開閉タイミングが遅角されることから、吸
気行程から圧縮行程へ移る前後での吸気バルブＭ５の閉
じが遅くなる。よって、燃焼室Ｍ２に一旦導入されてか
ら逃げようとする吸入空気が増え、実質的な吸入空気量
が減って有効圧縮比が小さくなる。

【００１１】又、内燃機関Ｍ１が低回転で低負荷、又は
低回転で高負荷の運転領域ににある場合には、吸気バル
ブＭ５の開閉タイミングが進角されることから、吸気行
程から圧縮行程へ移る前後での吸気バルブの閉じが早く
なる。よって、燃焼室Ｍ２に一旦導入されてから逃げよ
うとする吸入空気が減り、実質的な吸入空気量が増えて
有効圧縮比が大きくなる。

【００１２】更に、内燃機関Ｍ１が中回転以上の運転領
域にある場合には、吸気バルブＭ５の開閉タイミングが
遅角されることから、吸気行程から圧縮行程へ移る際の
吸気バルブＭ５の閉じが遅くなる。しかし、この運転領
域では、吸入空気の勢いが大きくて吸入空気の慣性効果
が得られることから、燃焼室Ｍ２に対する吸入空気の充
填効率が良くなる。よって、吸気バルブＭ５の閉じが多
少遅れても、燃焼室Ｍ２に導入される実質的な吸入空気
量が増えて有効圧縮比が大きくなる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明における内燃機関のバルブタ
イミング制御装置をガソリンエンジンに具体化した一実
施例を図２〜図８に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図２はこの実施例における内燃機関のバル
ブタイミング制御装置を示す概略構成図である。複数気
筒よりなる内燃機関としてのエンジン１には、各気筒毎
のシリンダ２内においてピストン３が上下動可能にそれ
ぞれ設けられ、各ピストン３の上側が燃焼室４となって
いる。各燃焼室４には点火プラグ５がそれぞれ設けられ
ている。又、各燃焼室４には吸気ポート６ａ及び排気ポ
ート７ａを通じて吸気通路６及び排気通路７がそれぞれ
連通して設けられている。そして、吸気ポート６ａ及び
排気ポート７ａには、開閉用の吸気バルブ８及び排気バ
ルブ９がそれぞれ設けられている。これら吸気バルブ８
及び排気バルブ９は吸気側カムシャフト１０及び排気側
カムシャフト１１の回転によって駆動される。又、各カ
ムシャフト１０，１１の一端には、吸気側タイミングプ
ーリ１２及び排気側タイミングプーリ１３がそれぞれ設
けられている。更に、各タイミングプーリ１２，１３
は、タイミングベルト１４を介して図示しないクランク
シャフトに駆動連結されている。

【００１５】従って、エンジン１の運転時には、クラン
クシャフトからタイミングベルト１４及び各タイミング
プーリ１２，１３を介して各カムシャフト１０，１１に
回転動力が伝達され、各カムシャフト１０，１１の回転
により吸気バルブ８及び排気バルブ９が開閉駆動され
る。又、これら吸気バルブ８及び排気バルブ９の開閉タ
イミングは、クランクシャフトの回転に同期して、即ち
吸気行程、圧縮行程、爆発・膨張行程及び排気行程の一
連の４行程に同期して、所定のタイミングで開閉駆動さ
れる。

【００１６】吸気通路６の入口側にはエアクリーナ１５
が設けられている。各気筒毎の吸気ポート６ａの近傍に
は、燃料噴射用のインジェクタ１６がそれぞれ設けられ
ている。そして、吸気通路６にはエアクリーナ１５を通
じて外気が取り込まれる。又、その外気の取り込みと同
時に、吸気ポート６ａには各インジェクタ１６から燃料
が噴射される。そして、エンジン１では、それら外気と
燃料との混合気が、吸入行程における吸気バルブ８の開
きに同期して燃焼室４に導入される。又、エンジン１で
は、燃焼室４に導入された混合気が点火プラグ５の点火
により爆発・燃焼されて駆動力が得られる。又、燃焼後
の排気ガスは、排気行程における排気バルブ９の開きに
同期して排気ポート７ａから導出され、更に排気通路７
を通じて外部へと排出される。

【００１７】吸気通路６の途中には、図示しないアクセ
ルペダルの操作に連動して開閉されるスロットルバルブ
１７が設けられている。このスロットルバルブ１７が開
閉されることにより、吸気通路６への外気の取り込み量
である吸入空気量Ｑが調節される。吸気通路６において
スロットルバルブ１７の下流側には、吸入空気の脈動を
平滑化させるためのサージタンク１８が設けられてい
る。又、吸気通路６においてエアクリーナ１５の近傍に
は、吸気温度ＴＨＡを検出するための吸気温センサ６１
が設けられている。同じく、エアクリーナ１５の近傍に
は、吸入空気量Ｑを検出するためのエアフローメータ６
２が設けられている。又、スロットルバルブ１７の近傍
には、そのスロットル開度ＴＡを検出するためのスロッ
トルセンサ６３が設けられている。

【００１８】一方、排気通路７の途中には、排気ガスを
浄化するための三元触媒１９を内蔵してなる触媒コンバ
ータ２０が設けらている。又、排気通路７の途中には、
排気中の酸素濃度を検出するための酸素センサ６４が設
けられている。

【００１９】又、エンジン１には、その冷却水の温度
（冷却水温）ＴＨＷを検出するための水温センサ６５が
設けられている。各気筒毎の各点火プラグ５には、ディ
ストリビュータ２１にて分配された点火信号が印加され
る。ディストリビュータ２１はイグナイタ２２から出力
される高電圧をクランクシャフトの回転、即ちクランク
角に同期して各点火プラグ５に分配する。そして、各点
火プラグ５の点火タイミングはイグナイタ２２からの高
電圧出力タイミングにより決定される。

【００２０】ディストリビュータ２１には、排気側カム
シャフト１１に連結されてクランクシャフトに連動して
回転される図示しないロータが内蔵されている。そし
て、ディストリビュータ２１には、そのロータの回転か
らエンジン１の回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出す
るための回転数センサ６６が取り付けられている。又、
ディストリビュータ２１には、同じくロータの回転に応
じてエンジン１のクランク角基準位置ＧＰを所定の割合
で検出するための気筒判別センサ６７が取り付けられて
いる。この実施例では、エンジン１における吸気行程、
圧縮行程、爆発・膨張行程及び排気行程の一連の４行程
に対してクランクシャフトが２回転するものとして、回
転数センサ６６では１パルス当たり３０°ＣＡの割合で
クランク角が検出される。又、気筒判別センサ６７では
１パルス当たり３６０°ＣＡの割合でクランク角が検出
される。

【００２１】この実施例では、上記したエアフローメー
タ６２、スロットルセンサ６３及び回転数センサ６６等
によりエンジン１の運転状態を検出するための運転状態
検出手段が構成されている。

【００２２】加えて、この実施例において、吸気側タイ
ミングプーリ１２には、吸気バルブ８の開閉タイミング
を可変にするために油圧により駆動される可変バルブタ
イミング機構（以下単に「ＶＶＴ」という）２３が設け
られている。

【００２３】ここで、このＶＶＴ２３等の構成について
図３に従って詳しく説明する。カムシャフト１０はその
カムジャーナル１０ａがエンジン１のシリンダヘッド１
ａとベアリングキャップ１ｂとの間で回転可能に支持さ
れている。そして、カムシャフト１０の一端部に、タイ
ミングプーリ１２と一体に設けられたＶＶＴ２３が設け
られている。

【００２４】タイミングプーリ１２は、外周に複数の外
歯３１を有すると共に一側に収容凹部３２を備えてい
る。又、その収容凹部３２を覆うようにカムシャフト１
０の先端にはキャップ３３がボルト３４により締付け固
定されている。更に、タイミングプーリ１２の開口端と
キャップ３３の外周との間には、そのプーリ１２に圧入
固定されたアウタープレート３５と、キャップ３３に形
成されたインナープレート３６等とからなる緩衝用の周
知の粘性継手（ビスカスカップリング）３７が設けられ
ている。

【００２５】このタイミングプーリ１２とカムシャフト
１０との間にはリングギヤ３８が介在され、両者１２，
１０が連結されている。即ち、キャップ３３により密閉
されたタイミングプーリ１２の収容凹部３２にはリング
ギヤ３８が収容されている。このリングギヤ３８は、そ
の内外周に設けられた複数の歯３８ａ，３８ｂの両方が
ヘリカル歯になっており、軸方向への移動によってカム
シャフト１０と相対回動可能になっている。リングギヤ
３８の内外周の歯３８ａ，３８ｂはタイミングプーリ１
２の内歯１２ａ及びキャップ３３の内歯３３ａにそれぞ
れ噛み合わされている。又、タイミングプーリ１２はそ
の外歯３１に掛装されたタイミングベルト１４を介し
て、図示しないクランクシャフトに駆動連結されてい
る。

【００２６】従って、クランクシャフトからタイミング
ベルト１４を介してタイミングプーリ１２に駆動伝達さ
れることにより、更にリングギヤ３８で連結されたタイ
ミングプーリ１２とキャップ３３とが一体的に回転さ
れ、カムシャフト１０が回転駆動される。この時、リン
グギヤ３８が軸方向（図３の左右方向）へ移動されるこ
とにより、カムシャフト１０にタイミングプーリ１２に
対する捩じりが付与される。その結果、カムシャフト１
０とタイミングプーリ１２との回転方向における相対位
置が変えられ、吸気バルブ８の開閉タイミングが変えら
れる。このカムシャフト１０の捩じりの際にリングギヤ
３８のバックラッシに起因するガタツキは、ビスカスカ
ップリング３７の作用ににより緩衝されて異音の発生が
抑えられる。

【００２７】リングギヤ３８を油圧により駆動させるた
めに、タイミングプーリ１２の収容凹部３２において、
リングギヤ３８の軸方向一端側は、作動油による油圧を
導入する加圧室３９となっている。又、同じく収容凹部
３２において、リングギヤ３８の他端側は、その油圧に
対抗する釣り合い用のスプリング４０を収容するスプリ
ング室４１となっている。更に、加圧室３９に作動油に
よる油圧を供給するために、エンジン１のシリンダヘッ
ド１ａ及びカムシャフト１０には、互いに連通するヘッ
ド油路４２及びシャフト油路４３がそれぞれ形成されて
いる。

【００２８】一方、加圧室３９から作動油を抜くため
に、タイミングプーリ１２及びカムシャフト１０の一部
には、加圧室３９からスプリング室４１へ洩れ出た作動
油を導出するための戻し油路４４が形成されている。
又、その戻し油路４４に連通して、タイミングプーリ１
２の一端側には、カムシャフト１０、シリンダヘッド１
ａ、ベアリングキャップ１ｂ及びゴム製のシール４５に
よって囲まれた油回収室４６が設けられている。更に、
カムシャフト１０の下側位置にて、シリンダヘッド１ａ
の一部には、油回収室４６にて回収された作動油をエン
ジン１のオイルパン４７へ戻すための油戻し孔４８が形
成されている。

【００２９】尚、シリンダヘッド１ａの上側はヘッドカ
バー４９によって覆われている。又、シリンダヘッド１
ａには、カムジャーナル１０ａに潤滑油を供給するため
のヘッド油路５０が形成されている。

【００３０】この実施例では、作動油としてエンジン１
の潤滑油が利用されている。即ち、図２，３に示すよう
に、エンジン１の運転に連動するオイルポンプ５１が駆
動されることにより、オイルパン４７に溜まった潤滑油
が吸い上げられる。そして、その潤滑油がオイルフィル
タ５２から第１のオイルスイッチングバルブ（ＯＳＶ）
５３を介して作動油として、シリンダヘッド１ａのヘッ
ド油路４２に供給される。又、オイルポンプ５１により
吸い上げられた潤滑油は、オイルフィルタ５２から別の
ヘッド油路５０へ導かれ、カムジャーナル１０ａに供給
される。一方、ヘッド油路４２からの戻りの潤滑油は、
ドレン用の第２のＯＳＶ５５を介してオイルパン４７に
ドレンされる。

【００３１】加圧室３９に対するの作動油の供給とその
解除は、第１及び第２のＯＳＶ５３，５４のオン・オフ
切換えにより制御される。つまり、第１のＯＳＶ５３が
オンされ、第２のＯＳＶ５４がオフされた時には、ヘッ
ド油路４２へ作動油が供給され、作動油はヘッド油路４
２からシャフト油路４３を通じて加圧室３９に導入され
る。そして、その油圧によりリングギヤ３８がスプリン
グ４０の付勢力に抗して軸方向の一方（図３の右方向）
へ押圧される。これにより、カムシャフト１０に捩じり
が付与されてタイミングプーリ１２に対する回転位相が
変えられる。即ち、図５（ｂ）に示すように、吸気バル
ブ８の開き・閉じのタイミング、即ち開閉タイミングが
早められ（進角され）、吸気行程における吸気バルブ８
と排気バルブ９とのバルブオーバラップが大きくなる方
向へ変えられる。

【００３２】一方、第１のＯＳＶ５３がオフされ、第２
のＯＳＶ５４がオンされた時には、ヘッド油路４２への
作動油の供給が遮断される。これにより、加圧室３９で
は油圧が抜け、リングギヤ３８がスプリング４０の付勢
力によって軸方向の他方（図３の左方向）へ押圧されて
戻される。これにより、カムシャフト１０に逆の捩じり
が付与されてタイミングプーリ１２に対する回転位相が
変えられる。即ち、図５（ａ）に示すように、吸気バル
ブ８の開閉タイミングが遅らされ（遅角され）、吸気行
程におけるバルブオーバラップが小さくなる方向へ変え
られる。この時、加圧室３９からスプリング室４１へ洩
れ出る作動油は、戻し油路４４を通じて油回収室４６へ
と導かれ、油戻し孔４８を通じてオイルパン４７へとド
レンされる。

【００３３】各インジェクタ１６、イグナイタ２２、第
１及び第２のＯＳＶ５３，５４は電子制御装置（以下単
に「ＥＣＵ」という）７０に電気的に接続され、同ＥＣ
Ｕ７０の作動によりそれらの駆動タイミングが制御され
る。このＥＣＵ７０により駆動制御手段、運転領域演算
手段、進角設定手段及び遅角設定手段が構成されてい
る。そして、ＥＣＵ７０には前述した吸気温センサ６
１、エアフローメータ６２、スロットルセンサ６３、酸
素センサ６４、水温センサ６５、回転数センサ６６及び
気筒判別センサ６７がそれぞれ接続されている。ＥＣＵ
７０はこれら各センサ６１，６３〜６７及びエアフロー
メータ６２からの出力信号に基き各インジェクタ１６、
イグナイタ２２、第１及び第２のＯＳＶ５３，５４を好
適に制御する。

【００３４】次に、ＥＣＵ７０に係る電気的構成につい
て図４のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７０は中
央処理装置（ＣＰＵ）７１、所定の制御プログラム等を
予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）７２、ＣＰ
Ｕ７１の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）７３、予め記憶されたデータを保存する
バックアップＲＡＭ７４等を備えている。そして、ＥＣ
Ｕ７０は各部財７１〜７４と外部入力回路７５及び外部
出力回路７６等とをバス７７によって接続した理論演算
回路として構成されている。

【００３５】外部入力回路７５には、前述した吸気温セ
ンサ６１、エアフローメータ６２、スロットルセンサ６
３、酸素センサ６４、水温センサ６５、回転数センサ６
６及び気筒判別センサ６７がそれぞれ接続されている。

【００３６】一方、外部出力回路７６には、各インジェ
クタ１６、イグナイタ２２、第１のＯＳＶ５３及び第２
のＯＳＶ５４がそれぞれ接続されている。そして、ＣＰ
Ｕ７１は外部入力回路７５を介して入力される各センサ
６１，６３〜６７及びエアフローメータ６２等からの出
力信号を入力値として読み込む。又、ＣＰＵ７１はその
読み込まれた入力値に基づき、各インジェクタ１６、イ
グナイタ２２、第１及び第２のＯＳＶ５３，５４等を好
適に制御する。

【００３７】次に、前述したＥＣＵ７０により実行され
るバルブタイミング制御の処理動作について図６〜図８
に従って説明する。図６のフローチャートはＥＣＵ７０
により実行される各処理のうち、吸気バルブ７の開閉タ
イミングを切り換えるために行われる「バルブタイミン
グ制御ルーチン」を示しており、エンジン１の運転中に
所定時間（この実施例では「１０ｍｓ」）毎の定時割り
込みで実行される。

【００３８】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１０１において、エアフローメータ６２、スロッ
トルセンサ６３及び回転数センサ６６からの各出力信号
に基づき、吸入空気量Ｑ、スロットル開度ＴＡ及びエン
ジン回転数ＮＥをそれぞれ読み込む。

【００３９】続いて、ステップ１０２において、エンジ
ン１がアイドル運転状態であるか否かを判断する。この
判断は、今回読み込まれたスロットル開度ＴＡ及びエン
ジン回転数ＮＥ等に基づいて行われる。ここで、アイド
ル運転状態である場合には、ステップ１０３において、
ＶＶＴ２３を駆動させて吸気バルブ８の開閉タイミング
を遅角させるために、第１のＯＳＶ５３をオフさせると
共に第２のＯＳＶ５４をオンさせる。そして、このステ
ップ１０３の処理を終了した後、その後の処理を一旦終
了する。

【００４０】一方、ステップ１０２において、アイドル
運転状態でない場合には、ステップ１０４において、今
回読み込まれた吸入空気量Ｑ及びエンジン回転数ＮＥよ
り、エンジン１の負荷状態を指示する負荷相当値ＱＮを
求める。即ち、吸入空気量Ｑをエンジン回転数ＮＥで割
り算した結果を負荷相当値ＱＮとして設定する。

【００４１】又、ステップ１０５において、その負荷相
当値ＱＮとエンジン回転数ＮＥとに基づき、エンジン１
の運転領域を演算する。即ち、エンジン１が低回転、中
回転、或いは高回転の運転領域であるか、並びにエンジ
ン１が低負荷、中負荷、或いは高負荷の運転領域である
かを演算する。

【００４２】そして、ステップ１０６において、今回演
算された運転領域が、吸気バルブ８の開閉タイミングを
進角させるべき「進角領域」であるか否かを判断する。
この判断は、図７に示すようなＶＶＴ制御マップを参照
して行われる。このマップにおいて、中高回転の運転領
域は、負荷領域に関係なく、エンジン１の出力トルクの
向上を図るために、吸気バルブ８の開閉タイミングを遅
角させるべき「遅角領域」に設定されている。又、低回
転で高負荷の運転領域は、同じくエンジン１の出力トク
ルの向上を図るために、吸気バルブ８の開閉タイミング
を進角させるべき「進角領域」に設定されている。又、
アイドル運転領域を除く低回転で低負荷の運転領域で
は、燃費の向上と炭化水素（ＨＣ）の排出低減とを図る
ために、吸気バルブ８の開閉タイミングを進角させるべ
き「進角領域」に設定されている。更に、低回転で中負
荷の運転領域は、ノッキングの発生緩和と燃費の向上と
を図るために、吸気バルブ８の開閉タイミングを遅角さ
せるべき「遅角領域」に設定されている。

【００４３】ここで、通常のバルブタイミング制御にお
いて、低回転で中負荷の運転領域では、出力トルクの向
上を狙って、吸気バルブの開閉タイミングを進角させる
ことが一般的に行われている。しかし、低回転で中負荷
の運転領域では、吸気バルブ８の開閉タイミングを進角
させることで、ノッキングが発生し易くなり、燃費が悪
化することが確認されている。その意味から、低回転で
中負荷の運転領域では、吸気バルブ８の開閉タイミング
を遅角させるように設定されているのである。又、この
ＶＶＴ制御マップにおいて、低回転の運転領域における
「進角領域」及び「遅角領域」の設定は、図８に示すよ
うなグラフに整合するように設定されている。即ち、図
８のグラフは前述した図９のグラフに相応するものであ
り、吸気バルブ８の開きを進角させた場合の特性曲線
と、遅角させた場合の特性曲線とがそれぞれ破線、２点
鎖線で示されている。このグラフにおいて、出力トルク
はエンジン１の負荷相当値ＱＮに相対するものである。
そして、二つの特性曲線が交差する交差点を境に、それ
よりも小出力トルク側で進角の特性曲線の方が燃費が良
く、交差点よりも大出力トルク側で遅角の特性曲線の方
が燃費が良くなっている。この実施例では、図７に示す
ようなＶＶＴ制御マップを使用して吸気バルブ８の開閉
タイミングを制御することにより、図８のグラフに実線
で示すように、交差点より小出力トルク側では進角の特
性曲線に則して燃費が変化する。又、交差点より大出力
トルク側では、全負荷の手前まで、遅角の特性曲線に則
して燃費が変化することになる。

【００４４】そして、ステップ１０６において、エンジ
ン１の運転領域が「進角領域」である場合には、ステッ
プ１０７において、ＶＶＴ２３を駆動させ、吸気バルブ
８の開閉タイミングを進角させるために、第１のＯＳＶ
５３をオンさせると共に第２のＯＳＶ５４をオフさせ
る。そして、このステップ１０７の処理を終了した後、
その後の処理を一旦終了する。

【００４５】一方、ステップ１０６において、エンジン
１の運転領域が「進角領域」でない場合、即ち「遅角領
域」である場合には、ステップ１０３へ移行し、前述し
たと同様の処理を実行した後、その後の処理を一旦終了
する。

【００４６】上記のようにして、吸気バルブ８の開閉タ
イミングを変更させるためのバルブタイミング制御が実
行される。以上説明したように、この実施例によれば、
吸気バルブ８の開閉タイミングを制御するに当たり、エ
ンジン１の運転領域が「進角領域」であるか「遅角領
域」であるかが図７に示すＶＶＴ制御マップを参照して
判断される。そして、その判断結果に応じて第１及び第
２のＯＳＶ５３，５４がオン・オフされることによりＶ
ＶＴ２３が駆動され、吸気バルブ８の開閉タイミングが
進角側又は遅角側へ変更される。又、それによって、吸
気バルブ８と排気バルブ９とのバルブオーバラップが大
小に変更される。

【００４７】従って、エンジン１が中回転以上の運転領
域にある場合には、負荷領域に関係なく、吸気バルブ８
の開閉タイミングが遅角される。そのため、排気行程か
ら吸気行程へ移る直前での吸気バルブ８の開きが遅くな
り、バルブオーバラップが小さくなる。又、吸気行程か
ら圧縮行程へ移る前後での吸気バルブ８の閉じが遅くな
る。しかし、この運転領域では、吸入空気の勢いが大き
くて吸入空気の慣性効果が得られることから、燃焼室４
に対する吸入空気の充填効率が良くなる。そのため、吸
気バルブ８の閉じが多少遅れても、燃焼室４に取り込ま
れる実質的な吸入空気量が増えて有効圧縮比が大きくな
る。その結果、エンジン１の出力トルクを向上させるこ
とができる。

【００４８】一方、エンジン１が低回転で低負荷の運転
領域にある場合には、アイドル運転状態を除いて、吸気
バルブ８の開閉タイミングが進角される。そのため、排
気行程から吸気行程へ移る直前での吸気バルブ８の開き
が早くなり、バルブオーバラップが大きくなる。又、吸
気行程から圧縮行程へ移る前後での吸気バルブ８の閉じ
が早くなる。よって、この運転領域では、吸入空気の量
と勢いが小さいにもかかわらず、排気のバックブロー
（内部ＥＧＲ）が大きくなり、その分だけポンピングロ
スが少なくなり、実質的な吸入空気量が増えて有効圧縮
比が大きくなる。その結果、エンジン１の出力トルクを
向上させることができると共に、燃費を向上させること
ができる。併せて、内部ＥＧＲの増加によって燃焼室４
における吸入空気の温度が高まることから、混合気燃焼
時におけるＨＣの発生を抑えることができ、エンジン１
からのＨＣの排出量を低減させることができる。

【００４９】又、アイドル運転状態では、吸気バルブ８
の開閉タイミングが遅角されることから、排気行程から
吸気行程へ移る直前での吸気バルブ８の開きが遅くな
り、バルブオーバラップが小さくなる。よって、この運
転領域では、吸入空気の量と勢いが小さいのに合わせ
て、燃焼室４にうまく吸入空気が導入され、アイドル運
転を安定させることができる。

【００５０】更に、エンジン１が低回転で高負荷の運転
領域にある場合には、吸気バルブ８の開閉タイミングが
進角される。そのため、排気行程から吸気行程へ移る前
後での吸気バルブ８の開きが早くなり、バルブオーバラ
ップが大きくなる。又、吸気行程から圧縮行程へ移る前
後での吸気バルブ８の閉じが早くなる。よって、この運
転領域では、燃焼室４に一旦導入されてから逃げようと
する吸入空気が減り、吸入空気の勢いが小さいにもかか
わらず、実質的な吸入空気量が増えて有効圧縮比が大き
くなる。その結果、エンジン１の出力トルクを向上させ
ることができ、燃費を向上させることができる。

【００５１】又、エンジン１がノッキングの発生し易い
低回転で中負荷の運転領域にある場合には、吸気バルブ
８の開閉タイミングが遅角される。そのため、排気行程
から吸気行程へ移る前後での吸気バルブ８の開きが遅く
なり、バルブオーバラップが小さくなる。又、吸気行程
から圧縮行程へ移る前後での吸気バルブ８の閉じが遅く
なる。よって、この運転領域では、燃焼室４に一旦導入
されてから逃げようとする吸入空気が増え、実質的な吸
入空気量が減って有効圧縮比が小さくなる。その結果、
ノッキングの発生を抑えることができると共に、燃費を
向上させることができる。つまり、この実施例では、ノ
ッキングの発生し易い低回転で中負荷の運転領域におい
て、吸気バルブ８の開閉タイミングを遅角させることに
より、ノッキングの発生を抑制することができ、併せて
燃費の向上を図ることができるのである。従って、ノッ
クセンサやノッキング発生の判断を実行するための制御
プログラム等を用いることなくノッキングの抑制を図る
ことができる。しかも、この実施例では、図８のグラフ
に示すように、進角の特性曲線と遅角の特性曲線との交
差点よりも小出力トルク側では、進角の特性曲線に則し
て燃費が変化することになる。よって、この実施例で
は、図９のグラフに示すようにノッキング発生点と分岐
点との間で燃費が悪化するものとは異なり、ノッキング
の抑制のために燃費を犠牲にすることがなくなり、その
分だけ燃費を確実に向上させることができる。

【００５２】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部
を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例では、二つのＯＳＶ５３，５４により
駆動切換えされる油圧式のＶＶＴ２３を用いたが、これ
に限定されるものではなく、一つのＯＳＶを使用して駆
動切換えされるＶＶＴを用いてもよい。

【００５３】（２）前記実施例では、油圧で駆動切り換
えされるＶＶＴ２３を採用したが、ステップモータで駆
動切り換えされるＶＶＴを採用してもよい。 （３）前記実施例では、低回転の低負荷及び高負荷の運
転領域ではアイドル運転領域を除いて「進角領域」に設
定し、他の運転領域では「遅角領域」に設定したＶＶＴ
制御マップを使用した。これに対し、ＶＶＴ制御マップ
において、基本的な特徴は同じとして「進角領域」の形
状を適宜に変更することもできる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、内燃機関の運転領域が低回転で低負荷の領域、又は
低回転で高負荷の領域である場合には、吸気バルブの開
閉タイミングを進角させ、運転領域が低回転で中負荷の
領域、又は中回転以上の領域である場合には、吸気バル
ブの開閉タイミングを遅角させるようにしている。

【００５５】従って、ノッキングの発生し易い低回転で
中負荷の運転領域において、吸気バルブの開閉タイミン
グが遅角されることから、燃焼室に一旦導入されてから
逃げようとする吸入空気が増え、実質的な吸入空気量が
減って有効圧縮比が小さくなる。その結果、ノックセン
サ等を使用してノッキングの発生を判断することなくノ
ッキングを抑制することができ、併せて燃費の悪化を抑
えることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本的な概念構成を説明する概念構
成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例における内燃機
関のバルブタイミング制御装置を示す概略構成図であ
る。

【図３】一実施例においてＶＶＴ等の構成を示す断面図
である。

【図４】一実施例においてＥＣＵ等の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】一実施例において吸気バルブ及び排気バルブの
開閉タイミングの関係を説明し、（ａ）は吸気バルブの
開閉タイミングを遅角させた場合の説明図、（ｂ）は吸
気バルブの開閉タイミングを進角させた場合の説明図で
ある。

【図６】一実施例においてＥＣＵにより実行される「バ
ルブタイミング制御ルーチン」を説明するフローチャー
トである。

【図７】一実施例において、吸気バルブの開閉タイミン
グを変更するために使用されるＶＶＴ制御マップであ
る。

【図８】一実施例において、エンジンの出力トルクと燃
費との関係において、吸気バルブの開きタイミングを進
角させた場合の特性曲線と、遅角させた場合の特性曲線
とを示すグラフである。

【図９】従来技術において、内燃機関の出力トルクと燃
費との関係において、吸気バルブの開きタイミングを進
角させた場合の特性曲線と、遅角させた場合の特性曲線
とを示すグラフである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、４…燃焼室、６…吸気
通路、７…排気通路、８…吸気バルブ、９…排気バル
ブ、２３…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）、６２
…エアフローメータ、６３…スロットルセンサ、６６…
回転数センサ（６２，６３，６６は運転状態検出手段を
構成している）、７０…ＥＣＵ（駆動制御手段、運転領
域演算手段、進角設定手段及び遅角設定手段を構成して
いる）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の回転に同期して駆動され、燃
   焼室に通じる吸気通路及び排気通路をそれぞれ開閉する
   ための吸気バルブ及び排気バルブと、 前記吸気バルブの開閉タイミングを可変にするために駆
   動される可変バルブタイミング機構と、 前記内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出
   手段と、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記吸気バ
   ルブの開閉タイミングを変更させるべく前記可変バルブ
   タイミング機構を駆動制御するための駆動制御手段とを
   備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、 前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記内燃機
   関の運転領域を演算するための運転領域演算手段と、 前記運転領域演算手段の演算結果が低回転で低負荷の領
   域、又は低回転で高負荷の領域である場合に、前記駆動
   制御手段の制御により変更されるべき前記吸気バルブの
   前記開閉タイミングを進角側に設定するための進角設定
   手段と、 前記運転領域演算手段の演算結果が低回転で中負荷の領
   域、又は中回転以上の領域である場合に、前記駆動制御
   手段の制御により変更されるべき前記吸気バルブの前記
   開閉タイミングを遅角側に設定するための遅角設定手段
   とを備えた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。