JPH11218035A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気バルブと排気バルブのそれぞれにバルブ
特性制御装置を有する内燃機関においてオーバーラップ
を増大するときのショックの発生を防止する。 【解決手段】 負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大さ
れる場合は、まず吸気バルブ特性制御装置１００による
吸気カムシャフト５０の位相の遅れ側位置から進み側位
置への変更が開始され、その変更が全変更量に対して所
定の割合に達した後に、排気バルブ特性制御装置１０
０’による排気カムシャフト５０’の位相の進み側位置
から遅れ側位置への変更が開始される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバルブの開閉特性を
可変制御するバルブ特性制御装置を有する内燃機関、特
に吸気バルブと排気バルブの両方のバルブ特性制御装置
を有する内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気バルブと排気バルブのそれぞれにつ
いて、その開閉特性を制御するバルブ特性制御装置を備
えオーバーラップを変更するようにした内燃機関が公知
である（特開平９−７９０５６号公報参照）。ところ
で、排気バルブと吸気バルブが共に開弁しているオーバ
ーラップ期間を増大すると体積効率が向上するのでオー
バーラップの増大は出力の要求度が高い負荷が増大され
た場合である。ところが、この様に負荷が高められた場
合は他の制御パラメータ、例えば、燃料量も増量され出
力を高めようとする。それに、オーバーラップの増大に
よる体積効率の向上が重なると出力が急激に増大するこ
とになりショックを生じるおそれがある。

【０００３】特に、上記公報の装置のように吸気バルブ
と排気バルブのそれぞれについて、バルブ特性制御装置
を備えた場合には、オーバーラップを大きくすることが
多く上記の問題に配慮が必要である。しかしながら、上
記の問題に配慮したものはない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、吸気バルブと排気バルブのそれぞれについて、バ
ルブ特性制御装置を備えた内燃機関においてオーバーラ
ップを増大するときにショックが発生しないようにする
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項の発明によれば、
運転負荷を検出する運転負荷検出手段と、運転負荷に応
じて設定された吸気バルブと排気バルブの目標開閉タイ
ミングを記憶する目標バルブ開閉タイミング記憶手段
と、吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉
するように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気
バルブ特性制御装置と、排気バルブが設定された目標開
閉タイミングで開閉するように排気バルブの開閉タイミ
ングを調整する排気バルブ特性制御装置とを備え、目標
バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標開閉
タイミングは、第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブ
の開閉タイミングが遅れ側の吸気第１タイミングで、排
気バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミン
グであって、第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの
開閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気
バルブの開閉タイミングが進み側の排気第１タイミング
であって、第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開
閉タイミングが進み側の吸気第２タイミングで、排気バ
ルブの開閉タイミングが遅れ側の排気第２タイミングで
あって、負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バ
ルブまたは排気バルブのいずれか一方の開閉タイミング
のみ変更する内燃機関が提供される。

【０００６】この様に構成された内燃機関では、負荷が
１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまたは排気
バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更されオ
ーバーラップが急増しない。

【０００７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大される
場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開
閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タイミ
ングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達した後
に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タ
イミングの排気第１タイミングから排気第２タイミング
へ変更を開始するようにされた内燃機関が提供される。

【０００８】この様に構成された内燃機関では、負荷が
軽負荷から高負荷に急激に増大される場合は、吸気バル
ブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミングの吸
気第１タイミングから吸気第２タイミングへの変更が全
変更量に対して所定の割合に達した後に、排気バルブ特
性制御装置による排気バルブの開閉タイミングの排気第
１タイミングから排気第２タイミングへ変更を開始さ
れ、吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タ
イミングの同時変更が回避されオーバーラップが急増し
ない。

【０００９】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少される
場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開
閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミ
ングへの変更と、排気バルブ特性制御装置による排気バ
ルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排気第
１タイミングへの変更とを同時に開始するようにされた
内燃機関が提供される。

【００１０】この様に構成された内燃機関では、負荷が
高負荷から軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バル
ブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが
同時にオーバーラップ無しになるように変更され、負荷
の急減による燃焼の不安定化が抑制される。

【００１１】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
において、負荷が高負荷から中負荷に減少された場合
に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉タ
イミングの排気第２タイミングから排気第１タイミング
への変更に加えて、吸気バルブ特性制御装置による吸気
バルブの開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気
第１タイミングへの変更を同時におこない、その後、吸
気バルブ特性制御装置により吸気バルブの開閉タイミン
グを吸気第１タイミングから吸気第２タイミングへ変更
するようにされた内燃機関が提供される。

【００１２】この様に構成された内燃機関では、負荷が
高負荷から中負荷に減少された場合に吸気バルブの開閉
タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオ
ーバーラップ無しに一旦戻され、その後、吸気バルブの
開閉タイミングが変更されるので、負荷の減少による燃
焼の不安定化が抑制される。

【００１３】請求項５の発明によれば、請求項１の発明
において、負荷の高負荷への増大にともない排気バルブ
の開閉タイミングを排気第１タイミングから排気第２タ
イミングに変更する場合に、該変更の開始前に、排気弁
が閉じ吸気弁が開いている期間に燃料が噴射されるよう
に燃料噴射弁の燃料の噴射タイミングを変更するように
された内燃機関が提供される。

【００１４】この様に構成された内燃機関では、負荷の
高負荷への増大にともない排気バルブの開閉タイミング
を排気第１タイミングから排気第２タイミングに変更す
る場合に、該変更の開始前に、排気弁が閉じ吸気弁が開
いている期間に燃料が噴射されるように燃料噴射弁の燃
料の噴射タイミングが変更され吹き抜けが防止される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形
態の全体の構造を示す図である。エンジン１の吸気ポー
ト（図示せず）には、吸気管２、サージタンク３、吸気
マニホールド４を介して吸入空気が供給される。吸気管
２にはエアクリーナ５とエアフローメータ２１１と電子
スロットル２５１が配設されている。吸気マニホールド
４には各気筒毎に燃料噴射弁２５２が取り付けられてい
る。

【００１６】電子スロットル２５１は、アクセルペダル
（図示しない）の踏み込み量に応じてスロットル開度を
変化せしめるが、また、スロットル開度センサとしての
機能も有する。

【００１７】一方、エンジン１の排気ポート（図示しな
い）には排気マニホールド６が取り付けられている。こ
こで、このエンジンの点火の順序は＃１気筒→＃３気筒
→＃４気筒→＃２気筒の順であるが、これに対して、図
示される様に、排気マニホールド６は、＃１気筒と＃４
気筒が、＃２気筒と＃３気筒が、それぞれ等長的に一旦
集合され、それがさらに１本に集合されている。そし
て、オーバーラップ期間中に排気ポートが負圧になるよ
う長さが最適にされている。

【００１８】排気マニホールド６の下流に接続された排
気管７内には触媒８が配設されている。触媒８の上流に
は空燃比センサ２１５が配設されていて、空燃比センサ
２１５の信号をもとに、触媒８が最適に浄化作用をおこ
なうように燃料噴射弁２５２の燃料噴射量がフィードバ
ック制御される。また、エンジン１の各気筒に対してイ
グナイタ一体式の点火栓２５３が配設されている。

【００１９】また、エンジン１には、特に、本発明に係
わるものとして、前述した、エアフローメータ２１１の
他に、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク
ポジションセンサ２１２、エンジンの冷却水温を検出す
る水温センサ２１３、吸気カムシャフト５０、排気カム
シャフト５０’の位相を検出するカム角センサ２１４、
２１４’等のセンサが配設されていて、これらのセンサ
からの信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００に送ら
れる。

【００２０】エアフローメータ２１１は負荷としての吸
気管通過空気量に応じた信号電圧を発生する。クランク
ポジションセンサ２１２は構造の詳細は省略するが、例
えば、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板
の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁
ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生す
る。信号発生円板の突起は１０°毎に設けられている
が、２つ欠歯しているので３４個ある。欠歯箇所は例え
ば１番気筒の上死点に対して所定の角度位置に設けられ
ているので、欠歯箇所が発した信号から上死点を正確に
求めるもとができる。そして、１０°おきに発生される
信号はさらに分周され計測時点の上死点からのクランク
角度を精確にもとめることができる。

【００２１】エンジン水温センサ２１３はエンジン１の
冷却水温ＴＷに対応した信号を発生する。吸気カム角セ
ンサ２１４と排気カム角センサ２１４’は、カムシャフ
トの適切な場所に設けられた信号発生突起に近接して電
磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生す
るというものである。この突起は、カムシャフトの１回
転につき１回、すなわちクランクシャフト２回転につき
１回信号を発生する。この突起は、例えば、第１気筒の
カム山の最大リフト時に信号を発生する様に設けられて
いる。

【００２２】ＥＣＵ２００は相互に連結された入力イン
ターフェイス２１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２
０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３０、リード
オンリメモリ（ＲＯＭ）２４０、出力インターフェイス
２５０から成るデジタルコンピュータである。ＥＣＵ２
００のＣＰＵ２２０は、入力インターフェイス２１０に
入力された各センサの信号、ＲＯＭ２４０に記憶された
データ等、から後述する本発明にかかわる演算をおこな
い出力インターフェイス２５０を介して、電子スロット
ル２５１、点火栓２５３や後述のバルブ特性制御装置１
００、１００’に出力して本発明の制御を実行するが、
その他、空燃比のフィードバック制御、点火時期の制御
等をおこなう。

【００２３】そして、吸気バルブ（図示しない）の開弁
期間の位相、および、排気バルブ（図示しない）の開弁
期間の位相を変えてオーバーラップ期間を変更するため
に、同じ構造のベーンタイプのバルブ特性制御装置１０
０と１００’が、吸気カムシャフト５０、排気カムシャ
フト５０’に取り付けられている。そこで、以下、吸気
カムシャフト５０に取り付けられたバルブ特性制御装置
１００を例にして説明する。

【００２４】なお、同じ番号で“’”が付されたのは排
気用のものである。

【００２５】図２は吸気カムシャフト５０に取り付けら
れたこのベーンタイプのバルブ特性制御装置１００を吸
気カムシャフト５０の中心軸線Ｘを通る平面で切った断
面図である。図２を参照すると、クランクシャフト（図
示しない）によりチェーン（図示しない）を介して１／
２の回転比で駆動されるギア１０に、ギア１０と共働し
て進角油室１１０と遅角油室１２０を形成するハウジン
グ２０とサイドカバ−３０がＢ１（４本の内１本のみ図
示）により固定されている。ハウジング２０の内側には
ロータ４０が所定角度回動自在に配設されている。ロー
タ４０は吸気カムシャフト５０にボルトＢ２で固定され
ている。

【００２６】図３はサイドカバー３０とボルトＢ１、ボ
ルトＢ２を除去した状態でバルブ特性制御装置１を軸端
側（図１の左側）から見た図である。図３に示されるよ
うにハウジング２０は外周部２１と４つの内側突起部２
２からなる。内側突起部２２の内周側にはシール部材２
３が配設されている。２４はボルトＢ１が通る穴であ
る。図２においては、ハウジング２０は吸気カムシャフ
ト５０の中心軸線Ｘよりも上側では外周部２１と内側突
起部２２が一体でシール部材２３と共に示され、吸気カ
ムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではハウジング
２０は外周部２１が示されており、破線２０ａは外周部
２１と内側突起部２２の境目である。

【００２７】また、図３に示されるように、ロータ４０
はボス４１とそこから放射状に外側に突き出た４つのベ
ーン４２から成る。各ベーン４０の外周側にはシール部
材４３が配設されている。図２においては、ロータ４０
は、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側では
ボス４１のみが示され、吸気カムシャフト５０の中心軸
線Ｘよりも下側ではボス４１とベーン４２が一体でシー
ル部材４３と共に示されており、破線４０ａはボス４１
とベーン４２の境目である。

【００２８】ロータ４０のボス４１には進角時にカムシ
ャフト内進角油路５５を通って来た作動油をボス４１の
中央部のボルトＢ２の周りに形成される中央油室４４に
導く２本の傾斜油路４５と、中央油室４４から、ロータ
４０のベーン４２とハウジング２０の内側突起部２２の
間に形成される、進角油室１１０に作動油を導入する４
本の分配油路４６が形成されている。

【００２９】図２に戻り吸気カムシャフト５０に注目す
ると、吸気カムシャフト５０は外側フランジ５１と内側
フランジ５２の間で、半割りの上側メタルベアリング６
０Ａ、下側メタルベアリング６０Ｂを介して、シリンダ
ヘッド７０とカムキャップ８０により回転自在に支持さ
れている。そして、外側フランジ５１と内側フランジ５
２の間で、内側フランジ５２に近い方に環状進角油路５
３が、外側フランジ５２に近い方に環状遅角油路５４が
形成されている。

【００３０】環状進角油路５３は中心軸線Ｘに平行に形
成されたカムシャフト内進角油路５５と短い油路５５ａ
を介して連通している。そしてカムシャフト内進角油路
５５はロータ４０の傾斜油路４５に連通している。環状
遅角油路５４は中心軸線Ｘに平行に形成されたカムシャ
フト内遅角油路５６と短い油路５６ａを介して連通して
いる。カムシャフト内進角油路５６は外側フランジ５１
よりも軸端側に設けられている軸端側環状遅角油路５７
に連通している。

【００３１】軸端側環状遅角油路５７は、ギヤ１０の内
周側に設けられたギヤ内環状油路１１とギヤ内分配油路
１２を介して、遅角油室１２０に連通している。

【００３２】一方、シリンダヘッド７０には各油室への
作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ９０
が嵌入されている。図４にオイルコントロールバルブ９
０の詳細を示す。図４に示されているようにオイルコン
トロールバルブ９０はスリーブ９１内で電磁ソレノイド
９２のプランジャ９３とスプリング９４によってスプー
ル弁９５を移動して作動油の流れ方向を切り換える。

【００３３】スリーブ９１は進角ポート９１ａ、遅角ポ
ート９１ｂ、供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１
ｄ、９１ｅを有している。一方、スプール弁９５は、４
つのランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、３つの
溝通路９５ｅ、９５ｅ、９５ｆを有する。そして電磁ソ
レノイド９２は電子コントロールユニット（以下ＥＣ
Ｕ）２００からの信号によりデューテイ制御で励磁され
るがそのデューティ比を変えることによりスプール弁９
５の位置が変化させて作動油の進角油室１１０、遅角油
室１２０への給排を制御する。

【００３４】例えば、デューティ比１００％で励磁され
るとスプール弁９５は最も左側まで移動し進角ポート９
１ａは全開で供給ポート９１ｃと連通され、遅角ポート
９１ｂが全開でドレインポート９１ｅと連通され、バル
ブ特性制御装置１００の進角油室１１０に向けて作動油
が最大能力で供給され、遅角油室１２０から作動油が最
大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシ
ャフトに対して最大速度で進角方向に移動する。

【００３５】また、デューテイ比０％（励磁されない）
の場合は、スプール弁９５は最も右側まで移動し供給ポ
ート９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通され、進角
ポート９１ａがドレインポート９１ｄと全開で連通さ
れ、バルブ特性制御装置１００の遅角油室１２０に向け
て作動油が最大能力で供給され、進角油室１１０から作
動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はク
ランクシャフトに対して最大速度で遅角方向に移動す
る。

【００３６】図４はこの供給ポート９１ｃと遅角ポート
９１ｂが全開で連通された状態を示している。

【００３７】一方、エンジン１は前述のように吸気カム
シャフト５０のクランクシャフトに対する位相差を検出
する吸気カム角センサ２１４を有していて（図１参
照）、吸気カムシャフト５０のクランクシャフトに対す
る位相差が予め定めた位相差になると、電磁ソレノイド
９２は中間のデューテイ比で励磁されスプール弁９５は
ランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄによって、進角
ポート９１ａと供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１
ｄとの連通をそれぞれ遮断し、遅角ポート９１ｂと供給
ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞ
れ遮断する位置で停止し、吸気カムシャフト５０はクラ
ンクシャフトに対してその位相差を保つ。

【００３８】図２において、７１で示されるのはオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａと吸気カム
シャフト５０に形成された環状進角油路５３を連通する
ためのシリンダヘッド内進角油路である。また、７２で
示されるのはオイルコントロールバルブ９０の遅角ポー
ト９１ｂと吸気カムシャフト５０に形成された環状遅角
油路５４を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路で
ある。

【００３９】同じく、図２において７３で示されるのは
オイルコントロールバルブ９０の供給ポート９１ｃとオ
イルポンプ（図示しない）を連通するための供給油路で
あり、７４で示されるのはオイルコントロールバルブ９
０のドレーンポート９１ｄ、９１ｅとオイルパンを連通
するためのドレーン油路である。

【００４０】図５は図２の４−４線に沿って見た断面図
であって、環状進角油路５３とシリンダヘッド内進角油
路７１との連通、および、環状遅角油路５４とシリンダ
ヘッド内遅角油路７２との連通を示している。図４に示
されるように、シリンダヘッド内進角油路７１はオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキ
ャップ８０に向かって上方に延伸しシリンダヘッド７０
の上面７６に突き抜けている。

【００４１】このシリンダヘッド内進角油路７１と上側
ベアリングメタル６０Ａの外側を結ぶようにカムキャッ
プ８０の下面８１に溝８２が形成されている。一方、上
側ベアリングメタル６０Ａには穴６１が形成されてい
て、穴６１の径は環状進角油路５３の幅よりも大きく設
定されている。そして、この穴６１とカムキャップ８０
の下面８１に溝８２を連通するように傾斜油路８３が形
成されている。

【００４２】一方、シリンダヘッド内遅角油路７２はオ
イルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカ
ムキャップ８０に向かって上方に延伸するが途中で斜め
に曲がって下側ベアリングメタル６０Ｂの外側の開口７
２ａに達している。上記の開口７２ａの径よりも幅の大
きな断面三日月状の溝７８が、この開口７２ａから軸端
方向に向かって、下側ベアリングメタル６０Ｂを受ける
シリンダヘッド７０に形成されている。

【００４３】一方、下側ベアリングメタル６０Ｂには、
そのフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に切り欠き６２
が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは
少なくとも溝７８の三日月状の断面よりも大きく、切り
欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内
接する吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４の幅よ
りも大きい。

【００４４】したがって、進角用の作動油はオイルコン
トロールバルブ９０の進角ポート９１ａから、シリンダ
ヘッド内油路７１、カムキャップ８０の溝８２、傾斜油
路８３、上側ベアリングメタル６０Ａの穴６１を通っ
て、吸気カムシャフト５０の環状進角油路５３に達す
る。環状進角油路５３からは短い連絡油路５５ａを通っ
てカムシャフト内進角油路５５に入って軸端方向に進
み、ロータ４０の傾斜油路４５を通って中央油室４４に
達し、そこから分配油路４６を通って各進角油室１１０
に分配される。

【００４５】また、遅角用の作動油はオイルコントロー
ルバルブ９０の遅角ポート９１ｂからシリンダヘッド内
油路７２から、断面三日月状の溝７８と下側ベアリング
メタル６０Ｂの背面の間に形成される油路７９に入って
軸端方向に進み、下側ベアリングメタル６０Ｂの軸端の
フランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に形成された切り欠
き６２を通って吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５
４に達する。環状遅角油路５４からは短い連絡油路５６
ａを通ってカムシャフト内遅角油路５６に入って軸端方
向に進み、短い連絡油路５６ｂを通って軸端側環状遅角
油路５７に達する。そこからは、軸端側環状遅角油路５
７に対向してギヤ１０に形成された環状油路１１を経て
傾斜分配油路１２に入り、各遅角油室１２０に分配され
る。

【００４６】次に、排気マニホールド６の長さの最適化
について説明する。前述したように、このエンジンは排
気マニホールド６の長さが最適にされてオーバーラップ
の期間に排気ポートの圧力Ｐｅが負圧になるようにされ
ている。したがって、スロットル開度が大きくなると排
気ポートの圧力よりも吸気ポートＰｉの圧力が高くなり
吸気が排気ポートへ吹き抜ける。図６はその説明図であ
る。

【００４７】以下、上記の様に構成された、本発明の実
施の形態における制御について説明する。この制御は、
図７に示すように負荷に応じてオーバーラップの量が設
定されていて、負荷の変化にともないオーバーラップの
量を変える時にショックが発生しないようにするもので
ある。

【００４８】図８はオーバーラップ無し、中、大の時の
吸気カム５０および排気カム５０’の位相を示したもの
であって、以下のように設定されている。 ＜オーバーラップ量が無しの場合＞ 吸気カム５０の位相 ：遅れ側のＩＮＲＥＴ 排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ ＜オーバーラップ量が中の場合＞ 吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＡＤＶ 排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ ＜オーバーラップ量が大の場合＞ 吸気カム５０の位相 ：進み側のＩＮＲＥＴ 排気カム５０’の位相：進み側のＥＸＡＤＶ

【００４９】図９はオーバーラップ無し、中、大の時の
排気バルブと吸気バルブの開き始め位置と開き終わり
（閉じ）位置の例を示したものであって、（ａ）はオー
バーラップ無しの場合、（ｂ）はオーバーラップ中の場
合、（ｃ）はオーバーラップ大の場合である。

【００５０】図１０〜図１３が制御を実行するためのフ
ローチャートである。図１０のステップ１０１から１０
６までは、各パラメータを読み込むステップである。ス
テップ１０７では負荷、例えばスロットル開度ＴＨＡ、
の今回の値と、前回の値を比較することによって、加速
（一定速を含む）か、減速かを判定し、加速の場合は図
１１のステップ１０８に進み、減速の場合は図１２のス
テップ１１９に進む。

【００５１】先ず、加速と判定された場合について説明
する。加速には次の様なケースが想定される。 （１）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域から
オーバーラップ大（高負荷）の領域への急加速。 （２）図７のオーバーラップ無し（軽負荷）の領域から
オーバーラップ中（中負荷）の領域への加速。 （３）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオ
ーバーラップ大（高負荷）の領域への加速。 （４）各領域内での小さな加速。

【００５２】本実施例では、上記の各ケースの内、
（４）のケースはオーバーラップの変更の必要がないの
で何もしないようにする。（１）〜（３）のケースの
内、（１）のケースは本発明の特徴としてショックをさ
けるために吸気カムシャフト５０の位相変更が要求され
る位相変更量に対して予め定めた割合に達してから排気
カムシャフト５０’の位相変更してからおこなう。

【００５３】ステップ１０８の判定は吸気カムシャフト
５０の現在の位相ＩＮＡＣＴがマップから求めた目標値
ＩＮＭＡＰに一致していないか否かの判定であるので、
図８より、上記（１）、（２）のケースでは肯定判定さ
れ、（３）、（４）のケースでは否定判定される。
（１）、（２）のケースでは、上記のようにステップ１
０８で肯定判定された後、ステップ１１０、１１１にお
いて吸気カムシャフト５０のセット値（指令値）ＩＮＳ
ＥＴをオーバーラップ大にするための値ＩＮＲＥＴにし
てステップ１１２に進む。

【００５４】ステップ１１２では排気カムシャフト５
０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値
ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定をおこなう。
（２）のケースでは排気カムシャフト５０’の位相は変
わらないから否定判定されそのままリターンする。
（１）のケースでは肯定判定されステップ１１３に進
む。

【００５５】ステップ１１３では吸気カムシャフト５０
の位相変更が要求される位相変更量に対して予め定めた
割合に達していないか否かを判定する。ステップ１１３
で肯定判定された場合はステップ１１４で排気カムシャ
フト５０’の位相のセット値を現在の値にして、すなわ
ちマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにするのを中止し
て、リターンする。

【００５６】やがて、吸気カムシャフト５０の位相変更
が要求される位相変更量に対して予め定めた割合に達す
ると、ステップ１１３で否定判定される。吸気カムシャ
フト５０の位相変更が要求される位相変更量に対して予
め定めた割合に達すると排気カムシャフト５０’の位相
のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにする
が、その前にステップ１１５、１１６で噴射時期の変更
を完了せしめる。この噴射時期の変更については後述す
る。

【００５７】そして、噴射時期の変更が完了した後、ス
テップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’の位相
のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにして
リターンする。

【００５８】一方、（３）、（４）のケースの場合はス
テップ１０８で否定判定されステップ１０９に進む。ス
テップ１０９では排気カムシャフト５０’の現在の位相
ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰに一致
していないか否かの判定がされるので（４）のケースの
場合は否定判定され、そのまま何もせずにリターンす
る。（３）のケースの場合はステップ１０９で肯定判定
され、その後、（１）のケースの場合と同様に、ステッ
プ１１５、１１６で噴射時期の変更を完了せしめてか
ら、ステップ１１７、１１８で排気カムシャフト５０’
のセット値をマップから求めた目標値ＥＸＭＡＰにして
リターンする。

【００５９】次に、減速と判定された場合について説明
する。減速には次の様なケースが想定される。 （５）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオ
ーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。 （６）図７のオーバーラップ大（高負荷）の領域からオ
ーバーラップ中（中負荷）の領域への減速。 （７）図７のオーバーラップ中（中負荷）の領域からオ
ーバーラップ無し（軽負荷）の領域への減速。 （８）各領域内での小さな減速。

【００６０】本実施例では、上記の各ケースの内、
（８）のケースはオーバーラップの変更の必要がないの
で何もしないようにする。（５）〜（８）のケースの
内、（６）のケースは最終的にはオーバーラップを中に
するものであるが、減速にともなう燃焼の不安定を回避
するために、この場合も一旦オーバーラップ無しにして
からオーバーラップ中に戻すようにする。

【００６１】ステップ１１９の判定は排気カムシャフト
５０’の現在の位相ＥＸＡＣＴがマップから求めた目標
値ＥＸＭＡＰに一致していないか否かの判定であるの
で、図８より、上記（５）、（６）のケースでは肯定判
定され、（７）、（８）のケースでは否定判定される。
（５）、（６）のケースでは、上記のようにステップ１
１９で肯定判定された後、ステップ１２０、１２１にお
いて排気カムシャフト５０’のセット値ＥＸＳＥＴをオ
ーバーラップ無しにするための値ＥＸＡＤＶにする。

【００６２】その後、ステップ１２２、１２３において
噴射時期の変更を完了せしめてからステップ１２４、１
２５において吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥ
Ｔをオーバーラップ無しにするための値ＩＮＲＥＴにす
る。

【００６３】上述したように、（６）のケースでは吸気
カムシャフト５０の位相をＩＮＲＥＴにした後に再びＩ
ＮＡＤＶに戻す必要がある。そこで、ステップ１２６に
おいて吸気カムシャフト５０のセット値ＩＮＳＥＴがＩ
ＮＡＤＶであるかどうかの判定をおこなう。（６）のケ
ースでは肯定判定されるが、（５）のケースでは否定判
定される。

【００６４】（５）のケースで否定判定された場合はそ
のままリターンする。そして、（６）のケースで肯定判
定された場合はステップ１２７に進み、吸気カムシャフ
ト５０の現在の位相ＩＮＡＣＴが前回の位相ＩＮＡＣＴ
_OLD より遅れ側にあるか否かを判定する。ステップ１２
７で肯定判定されるということはこれは吸気カムシャフ
ト５０の位相がＩＮＲＥＴに変更中であって、すなわち
ＩＮＲＥＴに達していないことを意味するので、この場
合は、何もせずにリターンする。

【００６５】逆にステップ１２７で否定判定された場合
は、吸気カムシャフト５０の位相がＩＮＲＥＴに達した
ことを意味するのでその場合はステップ１２８、１２９
において目標位相ＩＮＳＥＴをＩＮＭＡＰにしてリター
ンする。

【００６６】次に前述の（７）のケースの場合を考え
る。この場合は図８の表から排気カムシャフト５０’は
目標位相ＥＸＳＥＴが変わらないのでステップ１１９で
否定判定されステップ１３０に進む。ステップ１３０で
は吸気カムシャフト５０の現在の位相が目標位相ＩＮＭ
ＡＰと異なるか否かを判定する。したがって、（７）の
ケースの場合は肯定判定されてステップ１３１、１３２
で目標位相ＩＮＭＡＰをセットしてリターンする。

【００６７】なお、（８）のケースの場合はステップ１
３０で否定判定され何もせずにリターンする。

【００６８】次に、上記のようにおこなわれるオーバー
ラップ量の変更について説明する。オーバーラップを拡
大する場合について以下説明する。オーバーラップの拡
大は、指令値に従って吸気バルブの開弁期間を進角側に
ずらすこと、および、または、排気バルブの開弁期間を
遅角側にずらすことにより行われる。これらは、吸気カ
ムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の回転位相を
それぞれ、進角側と遅角側に移動することにより達成さ
れる。このカムシャフトの移動は、クランクポジション
センサ２１２と吸気カム角センサ２１４と排気カム角セ
ンサ２１４’で、吸気カムシャフト５０と排気カムシャ
フト５０’の位相を検出しながら以下のようにしてフィ
ードバック制御でおこなう。

【００６９】現在の吸気カムシャフト５０、排気カムシ
ャフト５０’の位相はクランクポジションセンサ２１２
からの信号と、吸気カム角センサ２１４、排気カム角セ
ンサ２１４’からの信号に基づいてもとめる。この位相
をあらわすパラメータとして＃１気筒の圧縮上死点から
吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が
信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リ
フト時点、までのクランク角を計算する。なお、圧縮上
死点は前述のようにクランクポジションセンサ２１２が
欠歯部の信号を発生してから所定のクランク角を過ぎた
点としてもとめる。

【００７０】吸気バルブと排気バルブを、例えば、図９
の（ｃ）に示すように開閉せしめるための位相は図８に
示されていて、図８にはＥＸＲＥＴ、ＩＮＡＤＶで示さ
れているが、実際には前述のカムシャフトの位相の測定
に用いたのと同じパラメータで、すなわち、＃１気筒の
圧縮上死点から吸気カム角センサ２１４、排気カム角セ
ンサ２１４’が信号を発生する時点、すなわち＃１気筒
のカムの最大リフト時点、までのクランク角で、記憶さ
れている。

【００７１】そして、マップからもとめたカムシャフト
の目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が
遅れていた場合は、例えば、吸気カムシャフト５０の位
相を変える場合は、オイルコントロールバルブ９０の電
磁ソレノイド９２にデューテイ比１００％の励磁電流を
送る指令を出し、バルブタイミング制御装置１００の進
角油室１１０に作動油が流れるようにして、カムシャフ
トの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップ
からもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測
したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコ
ントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２を消磁する
指令を出して、バルブタイミング制御装置１００の遅角
油室１２０に作動油が流れるようにして、カムシャフト
の位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシ
ャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比
の励磁電流を送り、その位相を保持する。

【００７２】図１４、１５は、それぞれ、吸気カムシャ
フト５０の位相を最も進角する場合、排気カムシャフト
５０’の位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置
１００、１００’のバルブハウジング２０、２０’の内
側突起部２２、２２’とロータ４０、４０’のベーン４
２、４２’の相対位置関係を示している。なお、各図に
おいて、ハウジング２０、２０’ロータ４０、４０’は
図中矢印の様に時計周りに回転する。また各図において
は見やすくするために最小限の符号しか示していない。

【００７３】まず、図１４の様に吸気カムシャフト５０
の位相を最も進角する場合は、オイルコントロールバル
ブ９０の電磁ソレノイド９２をデューテイ比１００％で
励磁し太い破線の矢印で示されるように導入された作動
油で進角油室１１０を満たし、逆に遅角油室１２０の作
動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値
にしてその状態を保持する。

【００７４】一方、図１５の様に吸気カムシャフト５
０’の位相を最も遅角する場合は、オイルコントロール
バルブ９０’の電磁ソレノイド９２’を消磁し、太い破
線の矢印で示されるように導入された作動油で遅角油室
１２０’を満たし、逆に進角油室１１０’の作動油をす
べて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてそ
の状態を保持する。

【００７５】なお、オイルコントロールバルブ９０、９
０’は電磁ソレノイド９２、９２’をデューテイ比を１
００％に励磁してはじめて進角ポート９１ａ、９１ａ’
が開く、また、０％（消磁）ではじめて遅角ポート９１
ｂ、９１ｂ’が開く，というものではなく、１００％よ
りも低い、あるいは０％よりも大きい、デューテイ比か
ら徐々に開き始め、１００％、０％（消磁）で最大開度
に達するというものであり、常に、１００％、０％にす
る必要はない。むしろ、常に、１００％、０％で制御し
ようとすると、オーバーシュートが発生し目標位相に到
達するのに時間がかかるので望ましくない。そこで、こ
の実施の形態においては、目標位相との差に応じてデュ
ーテイ比を変更するようにされているが詳細は省略す
る。

【００７６】次に、図１１のフローチャートのステップ
１１５、１１６および図１２のフローチャートのステッ
プ１２２、１２３における噴射時期の変更について説明
する。この実施の形態において、燃料噴射時期は回転数
と負荷に基づき予め定めたマップにしたがって決定する
のが基本であって、燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝０の時
に、この決定方法にしたがって燃料噴射時期が決定され
る。そして、公知の様に、吸気弁の開弁前に噴射が完了
するようにした方が燃料の霧化が良くなる。したがっ
て、マップはその様に設定されている。

【００７７】ところが、本実施の形態の内燃機関では、
負荷が大きいところでは前述のように排気ポート負圧が
吸気ポート負圧より大きくなり、上述のように燃料噴射
時期を設定していると気筒内に導入された燃料の一部が
空気とともに排気ポートに吹き抜けてしまい未燃のＨＣ
（ハイドロカーボン）の排出量が増大する。そこで、こ
の実施の形態においては高負荷への移行にともなう排気
カムシャフト５０’の位相の変更の前に燃料噴射がオー
バーラップ終了後の排気バルブ閉、吸気バルブ開の状態
でおこなわれるようにする。燃料噴射フラグＦＩＮＪ＝
１の時にこの様な燃料噴射時期とされる。

【００７８】図１５に示すのがそのフローチャートであ
って、フラグＦＩＮＪが１になった場合（ステップ１５
０２で肯定判定された場合）には、図８のマップから排
気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣを計算し（ステップ１５
０３）、排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＶＣに予め定めた
適切な時間ＴＡＳを加算して燃料噴射弁の開弁時期ＴＩ
ＢＧＮを決定し（ステップ１５０４）、燃料噴射弁の開
弁時期ＴＩＢＧＮに別途計算される燃料噴射時間ＴＡＵ
を加算して燃料噴射弁の閉弁時期ＴＩＦＩＮを決定する
（ステップ１５０６）。図１４のフローチャートのルー
チンの実行において空気量決定方法フラグＦＯＬＧが０
の場合（ステップ１５０２で否定判定された場合）には
ステップ１５０５で通常のマップ（図示せず）からＴＩ
ＢＧＮを決定する。

【００７９】このようにして決定されたタイミングで燃
料を噴射することにより燃料は排気ポートに吹き抜ける
ことなく気筒内に流入することができ、気筒内に残留す
る空気とともに適切な空燃比の混合気を形成し燃焼の悪
化等の問題の発生が防止される。

【００８０】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、吸気バ
ルブの開閉タイミングと、排気バルブの開閉タイミング
が同時にオーバーラップ増大方向に変更されることがな
くオーバーラップの急増が防止されショックの発生が防
止される。特に請求項３のようにすれば負荷が高負荷か
ら軽負荷に急激に減少される場合は、吸気バルブの開閉
タイミングと、排気バルブの開閉タイミングが同時にオ
ーバーラップ無しになるように変更され、負荷の急減に
よる燃焼の不安定化が抑制される。

【００８１】特に請求項３のようにすれば負荷の高負荷
への増大にともない排気バルブの開閉タイミングを排気
第１タイミングから排気第２タイミングに変更する場合
に、該変更の開始前に、排気弁が閉じ吸気弁が開いてい
る期間に燃料が噴射されるように燃料噴射弁の燃料の噴
射タイミングが変更され燃料が排気ポートに吹き抜ける
のが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体の構成を示す図であ
る。

【図２】バルブタイミング制御装置の構造をカム中心軸
を通る平面で切った断面図である。

【図３】図１の装置を軸方向から見た図である。

【図４】オイルコントロールバルブ９０の構造を示す図
である。

【図５】図１の４−４線に沿って見たオイルコントロー
ルバルブ９０とカムシャフト５０内の油路の連通を示す
断面図である。

【図６】排気管長の最適化による排気ポート圧力の低下
を説明する図である。

【図７】機関回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨＡに対す
るオーバーラップの量の変化を示すマップである。

【図８】各オーバーラップ量に対する排気カムと吸気カ
ムの位相を示す図表である。

【図９】オーバーラップ大、中、無しの時の排気バルブ
と吸気バルブの開弁期間、オーバーラップ期間を示す図
であって、（ａ）オーバーラップ無しの場合、（ｂ）オ
ーバーラップ中の場合、（ｃ）オーバーラップ大の場
合、である。

【図１０】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャ
ートである。

【図１１】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャ
ートである。

【図１２】オーバーラップ制御のルーチンのフローチャ
ートである。

【図１３】吸気カムシャフトの位相を、最も進角する場
合のバルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０
とロータ４０の相対位置関係を示している。

【図１４】排気カムシャフトの位相を、最も遅角する場
合のバルブ特性制御装置１００’のバルブハウジング２
０’とロータ４０’の相対位置関係を示している。

【図１５】噴射タイミングの演算のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２…吸気管 ３…サージタンク ４…吸気マニホールド ５…エアクリーナ ６…排気マニホールド ７…排気管 １０…ギヤ ２０、２０’…ハウジング ２２、２２’…内側突出部 ３０…サイドカバー ４０、４０’…ロータ ４２、４２’…ベーン ５０、５０’…カムシャフト ７０…シリンダヘッド ８０…カムキャップ ９０…オイルコントロールバルブ １００、１００’…バルブ特性制御装置 ２００…ＥＣＵ ２１１…エアフローメータ ２１２…クランクポジションセンサ ２１３…冷却水温センサ ２１４、２１４’…カム角センサ ２１５…Ｏ₂ センサ ２５１…電子スロットル ２５３…点火栓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転負荷を検出する運転負荷検出手段
   と、 運転負荷に応じて設定された吸気バルブと排気バルブの
   目標開閉タイミングを記憶する目標バルブ開閉タイミン
   グ記憶手段と、 吸気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉する
   ように吸気バルブの開閉タイミングを調整する吸気バル
   ブ特性制御装置と、 排気バルブが設定された目標開閉タイミングで開閉する
   ように排気バルブの開閉タイミングを調整する排気バル
   ブ特性制御装置とを備え、 目標バルブ開閉タイミング記憶手段が記憶している目標
   開閉タイミングは、 第１段階の軽負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミン
   グが遅れ側の吸気第１タイミングで、排気バルブの開閉
   タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、 第２段階の中負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミン
   グが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉
   タイミングが進み側の排気第１タイミングであって、 第３段階の高負荷に対しては吸気バルブの開閉タイミン
   グが進み側の吸気第２タイミングで、排気バルブの開閉
   タイミングが遅れ側の排気第２タイミングであって、 負荷が１段階のみ増大された場合には、吸気バルブまた
   は排気バルブのいずれか一方の開閉タイミングのみ変更
   することを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 負荷が軽負荷から高負荷に急激に増大さ
   れる場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブ
   の開閉タイミングの吸気第１タイミングから吸気第２タ
   イミングへの変更が全変更量に対して所定の割合に達し
   た後に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開
   閉タイミングの排気第１タイミングから排気第２タイミ
   ングへ変更を開始する、ことを特徴とする請求項１に記
   載の内燃機関。
3. 【請求項３】 負荷が高負荷から軽負荷に急激に減少さ
   れる場合は、吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブ
   の開閉タイミングの吸気第２タイミングから吸気第１タ
   イミングへの変更と、排気バルブ特性制御装置による排
   気バルブの開閉タイミングの排気第２タイミングから排
   気第１タイミングへの変更とを同時に開始することを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 負荷が高負荷から中負荷に減少された場
   合に、排気バルブ特性制御装置による排気バルブの開閉
   タイミングの排気第２タイミングから排気第１タイミン
   グへの変更に加えて、 吸気バルブ特性制御装置による吸気バルブの開閉タイミ
   ングの吸気第２タイミングから吸気第１タイミングへの
   変更を同時におこない、その後、吸気バルブ特性制御装
   置により吸気バルブの開閉タイミングを吸気第１タイミ
   ングから吸気第２タイミングへ変更することを特徴とす
   る請求項３に記載の内燃機関。
5. 【請求項５】 負荷の高負荷への増大にともない排気バ
   ルブの開閉タイミングを排気第１タイミングから排気第
   ２タイミングに変更する場合に、該変更の開始前に、排
   気弁が閉じ吸気弁が開いている期間に燃料が噴射される
   ように燃料噴射弁の燃料の噴射タイミングを変更するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。