エンジンのバルブタイミング制御装置
【課題】ミスシフト等に起因してエンジンＥが過加速状態になっても、これによるバルブタイミングの遅角側へのずれを減殺し、排気バルブ９のピストン３との干渉を防止する。
【解決手段】車速の所定以上に高い状態で、ミスシフトがあったか（ステップＳ２，３）或いはエンジン回転の過度の急上昇が始まろうとすれば（Ｓ４）、トランスミッション側からエンジンＥに過大な加速トルクが加わることを予測して、排気ＶＶＴ２０を進角側へ作動させる（Ｓ５）。これにより、排気側スプロケット２２の位置ずれによる排気バルブタイミングの遅角側へのずれを遅れなく減殺して、排気バルブ９のピストン３との干渉を防止し、エンジンＥの耐久信頼性を確保することができる。
【解決手段】車速の所定以上に高い状態で、ミスシフトがあったか（ステップＳ２，３）或いはエンジン回転の過度の急上昇が始まろうとすれば（Ｓ４）、トランスミッション側からエンジンＥに過大な加速トルクが加わることを予測して、排気ＶＶＴ２０を進角側へ作動させる（Ｓ５）。これにより、排気側スプロケット２２の位置ずれによる排気バルブタイミングの遅角側へのずれを遅れなく減殺して、排気バルブ９のピストン３との干渉を防止し、エンジンＥの耐久信頼性を確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも排気側のバルブタイミングを連続的に変更可能な位相可変機構を備えたエンジンに関し、特にその位相可変機構がカムシャフトの端部にボルト締めされている場合に起こり得る位置ずれへの対策に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より一般に、エンジンの吸気バルブタイイングの位相を連続的に変更するようにした位相可変式のバルブタイミング制御装置は公知であり、これによりアイドル安定性の向上、エミッションの低減、ポンピングロスの低減及び出力の向上等々、種々の特性改善が図られている。また、最近では排気側についても同様に位相可変機構を装着するものがあり、こうすれば前記種々の特性のさらなる改善が図られる。
【０００３】
ところで、マニュアルトランスミッションを搭載した車両においては、運転者の操作ミスによって２以上離れた変速段にシフトダウン操作されることがあり、このときに車速の所定以上に高い状態であると、高速走行中の車両の慣性によってトランスミッション側からエンジンに非常に大きな力が加わり、過度の急加速状態（以下、過加速状態という）になる。
【０００４】
このとき、クランクシャフトから無端伝動部材（ベルトやチェーン）を介して駆動される動弁系の回転部材（プーリやスプロケット）にも過大なトルクが作用することになり、この回転部材や位相可変機構がカムシャフトの端部にセンターボルトによって締結されていると、それらの位置が回転方向前側にずれてしまい、カムシャフトの（即ち吸排気バルブの）クランクシャフトに対する回転位相が遅角側にずれる虞れがある。
【０００５】
そうしてカムシャフトの位相が遅角側にずれた場合、それが排気側のカムシャフトであると、排気バルブの閉じる時期が遅れることになって、排気行程の終盤における排気バルブのリフト量が相対的に大きくなることから、上死点付近にあるピストンの冠面との干渉が懸念される。
【０００６】
この点につき特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置では、プーリとタイミングベルトとの歯飛びによって吸気カムシャフトの回転位相が進角側にずれると、吸気バルブがピストンの冠面と干渉することに着目し、例えばエンジンの急加速や急減速等、エンジン回転数の変化が所定以上に大きいときに吸気側カムシャフトのＶＶＴ（位相可変機構）を最遅角側に作動させるようにしている。
【０００７】
すなわち、吸気バルブの場合は、その作動タイミングが進角側にずれたときにピストンとの干渉の虞れが生じるから、前記のようにタイミングベルトの歯飛びによって吸気側カムシャフトの回転位相が進角側にずれるときに、それを打ち消すようにＶＶＴによって吸気バルブタイミングを遅角させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２１８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、前記従来例のバルブタイミング制御装置では、エンジン回転数の変化が所定以上に大きいときにタイミングベルトの歯飛びが生じると判定するようにしているものの、エンジン回転数には元々サイクル変動があるため、その変化量に基づいて正確かつ迅速な判定を行うことは困難と言わざるを得ない。
【００１０】
この点、一般にエンジンの制御においてエンジン回転数を検出するときには、移動平均等を用い回転変動をなますようにしているが、こうすると前記の判定が遅れ勝ちになる。特に油圧作動タイプの位相可変機構を用いた場合はそれ自体の作動遅れも比較的大きいから、前記のように判定が遅れれば吸気バルブタイミングの遅角側への変更が間に合わなくなって、バルブとピストンとの干渉を阻止し得ないのが実情である。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン回転の過加速に起因して排気バルブタイミングが遅角側にずれることを予測し、これに対し遅れなく位相可変機構を作動させることにより、バルブのピストンとの干渉をより確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために本発明では、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じるようなエンジンの過加速状態は、主にマニュアルトランスミッションの操作ミスに起因するものと考えて、それを判定したときに排気バルブタイミングを進角側に変更するようにしたものである。
【００１３】
具体的に請求項１の発明では、エンジンのクランクシャフトにより無端伝動部材を介して少なくとも排気側のカムシャフトを駆動するとともに、この排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を連続的に変更可能な位相可変機構を備えているバルブタイミング制御装置を対象とする。
【００１４】
そして、前記エンジンがマニュアルトランスミッションを介して車輪に駆動力を伝達するものであり、前記位相可変機構が、前記無端伝動部材の巻き掛けられる回転部材と前記カムシャフトとの間に介在されて、当該カムシャフトの端部にその回転軸心に沿って延びるセンターボルトによって締結されている場合に、前記マニュアルトランスミッションからエンジンに、その回転を加速する向きに所定以上の大きなトルクが加わることを予測する過加速予測手段と、これによる予測に応じて前記位相可変機構を、排気バルブの作動タイミングが進角側に変化するように作動させる排気バルブ制御手段と、を備える構成とする。
【００１５】
前記の構成により、例えば運転者による変速操作のミス（ミスシフト）によって、トランスミッション側からエンジンに所定以上の大きな加速トルクが加わる過加速状態では、クランクシャフトから無端伝動部材（ベルトやチェーン）を介して動弁系の回転部材（プーリやスプロケット）にも過大なトルクが作用し、このトルクがボルトの締結力を越えれば回転部材及び位相可変機構がカムシャフトに対し進角側に回動変位（位置ずれ）することになる。これは排気バルブタイミングの位相が遅角側にずれることを意味する。
【００１６】
これに対し前記過加速状態の起こることを予測して、排気バルブ制御手段により位相可変機構を作動させ、排気バルブタイミングを進角側に変化させるようにすれば、前記のようにトランスミッション側から過大なトルクによって排気側カムシャフトの回転位相が遅角側にずれようとするときに、遅れずにそれを減殺することができる。よって、排気バルブタイミングの遅角側へのずれを極小化して、バルブとピストンとの干渉をより確実に防止することができる。
【００１７】
前記の作用を得るためには、例えば車速の所定以上に高い状態でマニュアルトランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたときに、エンジンの過加速状態が起きると予測するようにすればよい（請求項２）。こうすれば、過加速状態を十分に早いタイミングで予測できるから、位相可変機構の作動遅れがあっても排気バルブタイミングを遅れなく制御することができる。
【００１８】
或いは、車速の所定以上に高い状態でエンジンの回転加速度が所定以上に高くなったときに、前記エンジンの過加速状態が起きると予測することもできる（請求項３）。こうすれば、トランスミッションの操作状態を検知することなく主にエンジン側で過加速状態の予測が可能になるから、制御の簡略化に有利である。
【００１９】
そうして過加速状態の予測に応じて排気バルブタイミングを進角側に変化させた後に、好ましくは排気バルブタイミングの実際の位相ずれ（排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれ）を検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる（請求項４）。
【００２０】
こうすれば、カムシャフトと回転部材との位置ずれによる排気バルブタイミングのずれを解消して、本来の適切なタイミングに戻すことができる。勿論、仮に過加速状態の予測に誤りがあって、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じていないときにも有効である。
【００２１】
ここで一般的に吸気及び排気のカムシャフトはいずれもクランクシャフトによって駆動されているから、前記のように排気側でカムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じているとすれば、吸気側でも位置ずれが生じていて、バルブタイミングが適値からずれていると考えられる。
【００２２】
そこで好ましいのは、前記過加速状態の予測の後に吸気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれも検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させることである（請求項５）。尚、吸気バルブについては、前記のように過加速状態においてタイミングが遅角側にずれたとしてもピストンとの干渉は生じないから、排気側のように過加速状態の予測に応じて位相可変機構を作動させる必要はない。
【００２３】
そうして一旦、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じた場合、前記のように位相可変機構によって一時的にバルブタイミングを適値に戻すことはできるものの、この状態では位相可変機構の可動範囲が狭くなってしまうから、このときには車両の運転者に警報を発することが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明したように本発明に係るバルブタイミング制御装置によると、ミスシフト等によってトランスミッション側からエンジンに過大な加速トルクが加わって、これによりカムシャフトの回転部材等に位置ずれの生じる虞れがあるときに（過加速状態）、これを予測して排気側の位相可変機構を作動させるようにしたので、前記回転部材等の位置ずれを遅れなく減殺し、排気バルブタイミングの遅角側へのずれを極小化して、バルブとピストンとの干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成図。
【図２】動弁系の概略構成図。
【図３】吸排気のリフトカーブ(a)と、これを可変とするＶＶＴの概略構成(b)と、を示す説明図。
【図４】過加速状態でのバルブタイミングのずれ(a)と、これを減殺する排気側ＶＶＴの制御(b)と、を示す説明図。
【図５】ＶＶＴの制御手順の一例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２７】
−エンジンの概略構成−
図１には本発明に係るエンジンＥの概略構成を示し、これは例えば自動車（車両）に搭載された火花点火式の直噴エンジンである。この実施形態では自動車は、図示は省略するが、車体前部のエンジンルームに搭載したエンジンＥによって前輪を駆動する所謂ＦＦ車であり、エンジンＥの駆動力は、図外のマニュアルトランスミッションを介して自動車の前輪に伝達されるようになっている。
【００２８】
図示のようにエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには上下に往復動するようにピストン３が収容され、それぞれがコネクティングロッドによってクランクシャフト４に連結されている。
【００２９】
各シリンダＣ毎にピストン３の上方には燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部はシリンダヘッド２の下面に窪み状に形成され、図の例では吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状を有している。そして、図では右側の傾斜面に吸気ポート６が、また、左側の傾斜面に排気ポート７がそれぞれ開口し、その各開口部が吸気バルブ８及び排気バルブ９によって開閉されるようになっている。
【００３０】
そうして吸気バルブ８により開閉される燃焼室５側の開口から斜め上向きに延びて、吸気ポート６はシリンダヘッド２の側面（吸気側面）に開口し、ここにおいて吸気通路１０の下流端に連通している。この吸気通路１０の下流側は各シリンダＣ毎の独立吸気通路であって、図の例ではサージタンク１１と一体の吸気マニホルドとして構成されている。
【００３１】
一方、排気ポート７は、排気バルブ９により開閉される燃焼室５側の開口から概ね水平に延びて、シリンダヘッド２の排気側面に開口し、ここにおいて排気通路１２の上流端に連通している。この排気通路１２の上流側は、各シリンダＣ毎の独立排気通路が集合した排気マニホールドとして構成され、その下流端に触媒コンバータ１３が接続されている。
【００３２】
また、各シリンダＣ毎に吸気ポート６の下方にはインジェクタ１４が配設されている。インジェクタ１４は、先端部の噴口をシリンダＣ毎２つの吸気ポート６の開口部間に臨ませて燃焼室５に直接、燃料を噴射するようになっている。インジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５が接続され、図示しない高圧燃料ポンプ等からの燃料を分配する。
【００３３】
また、燃焼室５にその天井部略中央から臨むように点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６の基端側には点火コイルユニット１７が接続され、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。こうして燃焼室５の中央寄りで混合気に点火することは熱損失を小さくし、良好な火炎伝播のために好ましい。
【００３４】
−バルブタイミングの可変機構−
さらに、この実施形態では、吸排気バルブ８，９を各々駆動する動弁系のカムシャフト１８，１９に、それぞれクランクシャフト４に対する回転位相を所定角度範囲（例えば４０〜６０°ＣＡ）内で連続的に変更可能な公知の油圧作動式位相可変機構２０（Variable Valve Timing：以下、ＶＶＴと略称する）を備えている。
【００３５】
すなわち、まず、図２に示すようにエンジンＥの長手方向一端面には、クランクシャフト４のスプロケット２１と吸気及び排気の各スプロケット２２，２２（回転部材）とに共通のカムチェーン２３（無端伝動部材）を巻き掛けてなる、従来一般的なチェーン駆動の動弁系が配設されており、これにより吸排気のカムシャフト１８，１９がそれぞれクランクシャフト４の回転に同期して駆動されるようになっている。
【００３６】
尚、図２は、エンジンＥ上部のヘッドカバー、下部のオイルパンの双方を省略し、且つフロントカバーを外した状態を示しており、図示の符号２４はチェーンガイド、符号２５はチェーンテンショナである。また、図例のエンジンＥでは、ロワブロック２６に２次バランサユニット２７が支持されており、符号２８は、図示しないバランサシャフトの駆動スプロケット、符号２９はオイルポンプの駆動スプロケットである。
【００３７】
そして、前記のように吸排気のカムシャフト１８，１９がクランクシャフト４により駆動されることで、各シリンダＣ毎の吸排気バルブ８，９がそれぞれ図３(a)に実線で示すリフトカーブIn，Exのように開閉される。これに加えて、吸排気それぞれのＶＶＴ２０の作動によって、同図に仮想線で示すように吸排気バルブ８，９のそれぞれの作動タイミングが進角側、遅角側に変更されるようになっている。
【００３８】
ここで、同図(b)には、排気側のカムシャフト１９の前端部に配設されたＶＶＴ２０の構造を示す（吸気側のＶＶＴ２０も同じ構造である）。ＶＶＴ２０は、排気側のカムシャフト１９の前端部にセンターボルト２０ａによって締結されたロータ２０ｂと、このロータ２０ｂを外周から覆うように配置され、これに対しカムシャフト１９の軸心周りに相対回動可能なケーシング２０ｃとからなる。ケーシング２０ｃには、カムチェーン２３の巻き掛けられるスプロケット２２が固定されている。
【００３９】
前記ロータ２０ｂの外周には外方に向かって放射状に突出する４つのベーンが設けられ、一方、ケーシング２０ｃの内周には内方に向かって延びる４つの区画壁が設けられていて、それらが周方向に交互に並んでいる。隣り合うベーンと区画壁との間にはそれぞれ進角側及び遅角側の油圧作動室２０ｄ，２０ｅ，…が周方向に１つおきに形成されており、カムチェーン２３からスプロケット２２に入力する回転入力は、ケーシング２０ｃ、油圧作動室２０ｄ，２０ｅ及びロータ２０ｂを介してカムシャフト１９に伝達される。
【００４０】
その際、油圧作動室２０ｄ，２０ｅ，…に供給されるエンジンオイルの油圧が、図外のオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）によって調整されることにより、前記ロータ２０ｂとケーシング２０ｃとの、言い換えるとカムシャフト１９とスプロケット２２との相対的な回転位置が変更されて、該カムシャフト１９のクランクシャフト４に対する回転位相が連続的に変更されることになる。
【００４１】
より具体的に、進角側の油圧作動室２０ｄ，…の油圧力が増大すれば、ロータ２０ｂがケーシング２０ｃに対しカムシャフト１９の回転する向き（図に矢印で示す）に回動され、これによりカムシャフト１９の回転位相が進角側に変更される。反対に遅角側作動室２０ｅ，…の油圧力が増大すればロータ２０ｂはケーシング２０ｃに対して前記とは逆向きに回動され、カムシャフト１９の回転位相は遅角側に変更される。こうして、同図(a)に仮想線で示すように排気バルブタイミングは進角側、遅角側に変化するのである。
【００４２】
そのようなバルブタイミングの進角側ないし遅角側への変更は、吸気側についても同様に行われる。すなわち、図１に模式的に示すように、この実施形態のエンジンＥのコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、少なくとも、クランクシャフト４の回転角を検出するクランク角センサ３１、吸気及び排気のカムシャフト１８，１９の回転角を検出するカム角センサ３２，３２、エアフローセンサ３３、アクセル開度センサ３４、車速センサ３５等からの信号が入力され、これらに基づいてエンジンＥの運転状態が判定され、これに応じてインジェクタ１４、点火回路１７、吸排気ＶＶＴ２０，２０等の制御が行われる。
【００４３】
一例としてこの実施形態のエンジンＥでは、基本的にシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、吸気と十分に混合した後に点火して燃焼させる。そのために噴射時期は、吸気の流速が最も高くなる吸気行程の中盤に設定されている。また、燃料の噴射量はシリンダＣへの吸気の充填量に応じて、基本的に理論空燃比になるように制御される。
【００４４】
また、吸排気のＶＶＴ２０については、基本的には吸気側のバルブタイミング優先し、低負荷ではポンピングロスが最小となるように、一方、高負荷ではシリンダＣへの吸気の充填効率が高くなるように制御するとともに、これに対して適切なオーバーラップ状態になるように排気バルブタイミングを制御するようにしている。
【００４５】
加えて、図の例ではＥＣＵ３０にはトランスミッションのシフト位置センサ３６からの信号が入力され、運転者の変速操作を検出できるようになっている一方、その運転者にとって見易い位置に配置されたＶＶＴ２０の故障警報ランプ３７（警報手段）に、ＥＣＵ３０からの制御信号が入力されるようになっている。これらシフト位置センサ３６及び警報ランプ３７は、以下に述べるミスシフトのときのＶＶＴ制御にも用いられる。
【００４６】
−ミスシフトのときのＶＶＴ制御−
次に、ミスシフトのときのＶＶＴ制御について説明する。ここでミスシフトというのは、運転者がマニュアルトランスミッションの操作を誤って、例えば５速から２速というように２以上離れた変速段へのシフトダウン操作が行われたときのことであり、このときに自動車の車速が所定以上（例えば２速へのシフトダウンであれば時速９５ｋｍ／ｈ以上、１速へのシフトダウンであれば時速５０ｋｍ／ｈ以上）であると、その走行慣性によってトランスミッション側からエンジンＥのクランクシャフト４には過度に大きな加速トルクが加わって（過加速状態）、エンジン回転数が跳ね上がることになる。
【００４７】
この過加速状態では、クランクシャフト４からカムチェーン２３を介して駆動される排気側スプロケット２２にも過大なトルクが作用することになり、そのトルクがセンターボルト２０ａの締結トルクを上回ると、ＶＶＴ２０のロータ２０ｂの位置がカムシャフト１９の端部において回転方向前側にずれてしまう。このことは、当該カムシャフト１９の（即ち排気バルブ９の）クランクシャフト４に対する回転位相が遅角側にずれることを意味する。
【００４８】
すなわち、図４(a)には黒い矢印で示すように排気バルブ９のリフトカーブExが遅角側にずれることになり、排気行程の終盤における排気バルブ９のリフト量が大きくなることから、上死点付近にあるピストン３の冠面（同図に仮想線Ｐとして示す）との間で、同図においてはハッチングを入れて強調して示すように干渉の起きる虞れがある。その結果、排気バルブ９の傘部が損傷すると、排気ポート７をしっかりと閉ざすことができなくなり、エンジンＥの出力低下やエミッションの増大等、種々の不具合が生じ得る。
【００４９】
このようなミスシフトに起因する不具合に鑑みて、この実施形態ではミスシフトを検出したときに、これにより過加速状態になることを予測して排気側のＶＶＴ２０を作動させ、図４(b)に白抜きの矢印で示すように排気バルブタイミングを一時的に進角側に変更するようにしたものである。
【００５０】
より具体的には図５のフローチャートに示すように、この実施形態では、スタート後のステップＳ１においてクランク角センサ３１、カム角センサ３２，３２、エアフローセンサ３３、アクセル開度センサ３４、車速センサ３５、シフト位置センサ３６等からの信号を入力する。続いてステップＳ２において車速が所定以上に高いかどうか（高車速か？）判定し、ＮＯであれば後述のステップＳ９に進んで、通常のＶＶＴ制御を行う一方、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進む。
【００５１】
ここではシフト位置センサ３６からの信号に基づいて、トランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたかどうか（ミスシフトか？）判定し、判定がＹＥＳであれば、ミスシフトによってトランスミッションの側からエンジンＥに、過大な加速トルクが加わること（過加速状態になること）を予測して、ステップ５に進む。
【００５２】
一方、前記ミスシフトの判定がＮＯであればステップＳ４に進み、所定時間内のエンジン回転数の変化量ΔＮｅ、即ち瞬時のエンジン回転加速度が予め設定した値以上かどうか判定する（ΔＮｅ≧ΔＮｅ１）。この判定がＹＥＳであれば前記の過加速状態になることを予測して、ステップＳ５に進む一方、判定がＮＯならばステップＳ９に進み、後述するように通常のＶＶＴ制御を行う。
【００５３】
そして、前記のようにステップＳ３，Ｓ４のいずれかにおいて過加速状態になることを予測してステップＳ５に進んだときには、排気側のＶＶＴ２０への制御指令値を進角側に所定値（例えば最進角位置までとしてもよい）補正する。これにより排気側のＶＶＴ２０が進角側に作動し、排気側カムシャフト１９のクランクシャフト４に対する回転位相が、即ち排気バルブタイミングが進角側に変更される。
【００５４】
つまり、自動車の車速が所定以上に高いときにミスシフトを検出したか、或いはエンジン回転の過度の急上昇が始まろうとすれば、エンジンＥが過加速状態となることを予測して排気ＶＶＴ２０を進角側に作動させるようにしており、これにより、過加速状態において排気側カムシャフト１９の回転位相が遅角側にずれようとするときに、遅れなくそれを減殺することができる。
【００５５】
そうして排気ＶＶＴ２０を進角側に作動させた後にステップＳ６では、吸排気それぞれのカム角センサ３２，３２からの信号に基づいて、吸気バルブ８及び排気バルブ９の実際のタイミングの位相ずれを検出する。これは、前記過加速状態において引き起こされた可能性のある、スプロケット２２，２２のカムシャフト１８，１９に対する位置ずれに因るものである。そして、ステップＳ７では、バルブタイミングのずれがなくなるように吸排気それぞれのＶＶＴ２０を作動させる（バルブタイミングの補正）。
【００５６】
そうすることで、仮に吸排気のカムシャフト１８，１９とスプロケット２２，２２との間で位置ずれが生じ、バルブタイミングに位相ずれが生じても、これを前記のＶＶＴ２０の補正制御によって打ち消して、適正なバルブタイミングに戻すことができる。但し、その補正制御によってＶＶＴ２０を進角側に例えば１０°ＣＡ作動させたととすれば、その分、１０°ＣＡはＶＶＴ２０をさらに進角側に作動させる余裕がなくなってしまう。即ちバルブタイミングを進角させることのできる範囲が狭くなってしまう。
【００５７】
そこで、ステップＳ９において警報ランプ３７を点灯させ、ＶＶＴ２０の異常が発生していることを運転者に報知して、制御終了となる（エンド）。この警報を受けた運転者が自動車をサービス工場に持ち込んで修理を依頼することにより、カムシャフト１８，１９とスプロケット２２，２２との位置ずれを容易に直すことができる。
【００５８】
一方で、前記フローのステップＳ２、Ｓ４のいずれかでＮＯと判定して進んだステップＳ９では通常のＶＶＴ制御を行う。例えば、クランク角センサ３１からの信号によりエンジン回転数を演算し、これとアクセル開度とに基づいてエンジン負荷を演算する。こうして求めたエンジンＥの負荷及び回転数に基づき、所定の制御マップ（図示せず）を参照して吸排気それぞれの適切なバルブタイミングを決定して、このバルブタイミングになるように吸排気のＶＶＴ２０をそれぞれフィードバック制御する。
【００５９】
前記図５の制御フローにおけるステップＳ２〜Ｓ４には、車速の所定以上に高い状態でトランスミッションのミスシフトが行われたか、或いはエンジンの瞬間的な回転加速度が所定以上に高くなったときに、エンジンＥに所定以上の過大な加速トルクが加わることを、即ち過加速状態になることを予測する制御の手順が示されている。よって、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の過加速予測手段３０ａを制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６０】
また、ステップＳ５には、前記の過加速状態の予測に応じて排気側のＶＶＴ２０を作動させ、排気バルブタイミングを進角側に変更する制御の手順が示されており、このことでＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の排気バルブ制御手段３０ｂを制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６１】
さらに、ステップＳ６，７には、前記のように排気バルブタイミングを進角側に変更した後に吸排気のバルブタイミングを検出し、これを本来のバルブタイミングになるように補正する制御の手順が示されている。よって、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の吸気バルブ制御手段３０ｃも制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６２】
加えてステップＳ８には、排気バルブタイミングのずれを検出したときに車両の運転者に警報を発する制御の手順が示されており、このことで、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の警報手段３０ｄも制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６３】
したがって、この実施形態に係るエンジンＥのバルブタイミング制御装置によると、例えばミスシフトによってトランスミッション側からエンジンＥに過大な加速トルクが加わり（過加速状態）、これにより排気側のカムシャフト１９とスプロケット２２との間に位置ずれが生じても、このことを予測して排気ＶＶＴ２０を作動させることによって、前記の位置ずれによる排気バルブタイミングの遅角側へのずれを遅れなく減殺することができる。よって、排気バルブ９のピストン３との干渉を防止して、エンジンＥの耐久信頼性を確保することができる。
【００６４】
また、そうして過加速状態の予測に応じて直ちに排気ＶＶＴ２０を進角作動させた後に、吸気及び排気の両方のバルブタイミングの制御目標値からのずれ（位相ずれ）を検出し、これがなくなるように補正することで、前記のように過加速状態でバルブタイミングの位相ずれが生じたとしても、これを本来の適正なタイミングに戻して、エンジンＥの性能を維持することができる。
【００６５】
排気バルブタイミングについては、仮に前記過加速状態の予測に誤りがあって位相ずれが生じていないにも拘わらず、前記のように進角させた場合に、それを直ちに適正なタイミングに戻すことができる。
【００６６】
−他の実施形態−
尚、前記の実施形態では、マニュアルトランスミッションの変速操作の状況とエンジン回転数の変化（回転加速度）との双方に基づいて、エンジンＥの過加速状態の発生を予測するようにしているが、これに限らず、変速操作かエンジン回転加速度のいずれか一方のみによって予測を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、前記実施形態のエンジンＥでは、吸排気の両方にＶＶＴ２０が設けられているが、例えば吸気側にはバルブの位相及びリフト量を連続的に変更可能な機構を設けることもあり、この場合にＶＶＴ２０は排気側のみに設けられることもあり得る。ＶＶＴ２０としては前記実施形態のような油圧作動式のものに限らず、より応答性の高い電磁駆動式のものも用いられる。
【００６８】
また、前記実施形態のエンジンＥでは所謂チェーン駆動の動弁系を採用しているが、これは、カムシャフト１８，１９に設けたプーリにタイミングベルトを巻き掛けてなる所謂ベルト駆動のものであってもよい。特に問題になる排気側での位置ずれを防止するために、排気側のカムシャフト１９のセンターボルト２０ａを吸気側に比べて太いものとしてもよい。
【００６９】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のような直噴式のものに限らず、ポート噴射のものであってもよい。また、エンジンＥを搭載する自動車が所謂ＦＦでなくてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上、説明したように本発明に係るバルブタイミング制御装置は、ミスシフト等に起因するエンジンの耐久信頼性の低下を防止することができるものであるから、マニュアルトランスミッションを搭載した自動車用エンジンに好適である。
【符号の説明】
【００７１】
Ｅ エンジン
４ クランクシャフト
８ 吸気バルブ
９ 排気バルブ
１８ 吸気側カムシャフト
１９ 排気側カムシャフト
２０ ＶＶＴ（位相可変機構）
２０ａ センターボルト
２２ カムスプロケット（回転部材）
２３ カムチェーン（無端伝動部材）
３０ ＥＣＵ
３０ａ 過加速予測手段
３０ｂ 排気バルブ制御手段
３０ｃ 吸気バルブ制御手段
３０ｄ 警報手段
３７ 警報ランプ（警報手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも排気側のバルブタイミングを連続的に変更可能な位相可変機構を備えたエンジンに関し、特にその位相可変機構がカムシャフトの端部にボルト締めされている場合に起こり得る位置ずれへの対策に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より一般に、エンジンの吸気バルブタイイングの位相を連続的に変更するようにした位相可変式のバルブタイミング制御装置は公知であり、これによりアイドル安定性の向上、エミッションの低減、ポンピングロスの低減及び出力の向上等々、種々の特性改善が図られている。また、最近では排気側についても同様に位相可変機構を装着するものがあり、こうすれば前記種々の特性のさらなる改善が図られる。
【０００３】
ところで、マニュアルトランスミッションを搭載した車両においては、運転者の操作ミスによって２以上離れた変速段にシフトダウン操作されることがあり、このときに車速の所定以上に高い状態であると、高速走行中の車両の慣性によってトランスミッション側からエンジンに非常に大きな力が加わり、過度の急加速状態（以下、過加速状態という）になる。
【０００４】
このとき、クランクシャフトから無端伝動部材（ベルトやチェーン）を介して駆動される動弁系の回転部材（プーリやスプロケット）にも過大なトルクが作用することになり、この回転部材や位相可変機構がカムシャフトの端部にセンターボルトによって締結されていると、それらの位置が回転方向前側にずれてしまい、カムシャフトの（即ち吸排気バルブの）クランクシャフトに対する回転位相が遅角側にずれる虞れがある。
【０００５】
そうしてカムシャフトの位相が遅角側にずれた場合、それが排気側のカムシャフトであると、排気バルブの閉じる時期が遅れることになって、排気行程の終盤における排気バルブのリフト量が相対的に大きくなることから、上死点付近にあるピストンの冠面との干渉が懸念される。
【０００６】
この点につき特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置では、プーリとタイミングベルトとの歯飛びによって吸気カムシャフトの回転位相が進角側にずれると、吸気バルブがピストンの冠面と干渉することに着目し、例えばエンジンの急加速や急減速等、エンジン回転数の変化が所定以上に大きいときに吸気側カムシャフトのＶＶＴ（位相可変機構）を最遅角側に作動させるようにしている。
【０００７】
すなわち、吸気バルブの場合は、その作動タイミングが進角側にずれたときにピストンとの干渉の虞れが生じるから、前記のようにタイミングベルトの歯飛びによって吸気側カムシャフトの回転位相が進角側にずれるときに、それを打ち消すようにＶＶＴによって吸気バルブタイミングを遅角させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２１８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、前記従来例のバルブタイミング制御装置では、エンジン回転数の変化が所定以上に大きいときにタイミングベルトの歯飛びが生じると判定するようにしているものの、エンジン回転数には元々サイクル変動があるため、その変化量に基づいて正確かつ迅速な判定を行うことは困難と言わざるを得ない。
【００１０】
この点、一般にエンジンの制御においてエンジン回転数を検出するときには、移動平均等を用い回転変動をなますようにしているが、こうすると前記の判定が遅れ勝ちになる。特に油圧作動タイプの位相可変機構を用いた場合はそれ自体の作動遅れも比較的大きいから、前記のように判定が遅れれば吸気バルブタイミングの遅角側への変更が間に合わなくなって、バルブとピストンとの干渉を阻止し得ないのが実情である。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン回転の過加速に起因して排気バルブタイミングが遅角側にずれることを予測し、これに対し遅れなく位相可変機構を作動させることにより、バルブのピストンとの干渉をより確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために本発明では、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じるようなエンジンの過加速状態は、主にマニュアルトランスミッションの操作ミスに起因するものと考えて、それを判定したときに排気バルブタイミングを進角側に変更するようにしたものである。
【００１３】
具体的に請求項１の発明では、エンジンのクランクシャフトにより無端伝動部材を介して少なくとも排気側のカムシャフトを駆動するとともに、この排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を連続的に変更可能な位相可変機構を備えているバルブタイミング制御装置を対象とする。
【００１４】
そして、前記エンジンがマニュアルトランスミッションを介して車輪に駆動力を伝達するものであり、前記位相可変機構が、前記無端伝動部材の巻き掛けられる回転部材と前記カムシャフトとの間に介在されて、当該カムシャフトの端部にその回転軸心に沿って延びるセンターボルトによって締結されている場合に、前記マニュアルトランスミッションからエンジンに、その回転を加速する向きに所定以上の大きなトルクが加わることを予測する過加速予測手段と、これによる予測に応じて前記位相可変機構を、排気バルブの作動タイミングが進角側に変化するように作動させる排気バルブ制御手段と、を備える構成とする。
【００１５】
前記の構成により、例えば運転者による変速操作のミス（ミスシフト）によって、トランスミッション側からエンジンに所定以上の大きな加速トルクが加わる過加速状態では、クランクシャフトから無端伝動部材（ベルトやチェーン）を介して動弁系の回転部材（プーリやスプロケット）にも過大なトルクが作用し、このトルクがボルトの締結力を越えれば回転部材及び位相可変機構がカムシャフトに対し進角側に回動変位（位置ずれ）することになる。これは排気バルブタイミングの位相が遅角側にずれることを意味する。
【００１６】
これに対し前記過加速状態の起こることを予測して、排気バルブ制御手段により位相可変機構を作動させ、排気バルブタイミングを進角側に変化させるようにすれば、前記のようにトランスミッション側から過大なトルクによって排気側カムシャフトの回転位相が遅角側にずれようとするときに、遅れずにそれを減殺することができる。よって、排気バルブタイミングの遅角側へのずれを極小化して、バルブとピストンとの干渉をより確実に防止することができる。
【００１７】
前記の作用を得るためには、例えば車速の所定以上に高い状態でマニュアルトランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたときに、エンジンの過加速状態が起きると予測するようにすればよい（請求項２）。こうすれば、過加速状態を十分に早いタイミングで予測できるから、位相可変機構の作動遅れがあっても排気バルブタイミングを遅れなく制御することができる。
【００１８】
或いは、車速の所定以上に高い状態でエンジンの回転加速度が所定以上に高くなったときに、前記エンジンの過加速状態が起きると予測することもできる（請求項３）。こうすれば、トランスミッションの操作状態を検知することなく主にエンジン側で過加速状態の予測が可能になるから、制御の簡略化に有利である。
【００１９】
そうして過加速状態の予測に応じて排気バルブタイミングを進角側に変化させた後に、好ましくは排気バルブタイミングの実際の位相ずれ（排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれ）を検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる（請求項４）。
【００２０】
こうすれば、カムシャフトと回転部材との位置ずれによる排気バルブタイミングのずれを解消して、本来の適切なタイミングに戻すことができる。勿論、仮に過加速状態の予測に誤りがあって、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じていないときにも有効である。
【００２１】
ここで一般的に吸気及び排気のカムシャフトはいずれもクランクシャフトによって駆動されているから、前記のように排気側でカムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じているとすれば、吸気側でも位置ずれが生じていて、バルブタイミングが適値からずれていると考えられる。
【００２２】
そこで好ましいのは、前記過加速状態の予測の後に吸気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれも検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させることである（請求項５）。尚、吸気バルブについては、前記のように過加速状態においてタイミングが遅角側にずれたとしてもピストンとの干渉は生じないから、排気側のように過加速状態の予測に応じて位相可変機構を作動させる必要はない。
【００２３】
そうして一旦、カムシャフトと回転部材との間に位置ずれが生じた場合、前記のように位相可変機構によって一時的にバルブタイミングを適値に戻すことはできるものの、この状態では位相可変機構の可動範囲が狭くなってしまうから、このときには車両の運転者に警報を発することが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明したように本発明に係るバルブタイミング制御装置によると、ミスシフト等によってトランスミッション側からエンジンに過大な加速トルクが加わって、これによりカムシャフトの回転部材等に位置ずれの生じる虞れがあるときに（過加速状態）、これを予測して排気側の位相可変機構を作動させるようにしたので、前記回転部材等の位置ずれを遅れなく減殺し、排気バルブタイミングの遅角側へのずれを極小化して、バルブとピストンとの干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成図。
【図２】動弁系の概略構成図。
【図３】吸排気のリフトカーブ(a)と、これを可変とするＶＶＴの概略構成(b)と、を示す説明図。
【図４】過加速状態でのバルブタイミングのずれ(a)と、これを減殺する排気側ＶＶＴの制御(b)と、を示す説明図。
【図５】ＶＶＴの制御手順の一例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２７】
−エンジンの概略構成−
図１には本発明に係るエンジンＥの概略構成を示し、これは例えば自動車（車両）に搭載された火花点火式の直噴エンジンである。この実施形態では自動車は、図示は省略するが、車体前部のエンジンルームに搭載したエンジンＥによって前輪を駆動する所謂ＦＦ車であり、エンジンＥの駆動力は、図外のマニュアルトランスミッションを介して自動車の前輪に伝達されるようになっている。
【００２８】
図示のようにエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには上下に往復動するようにピストン３が収容され、それぞれがコネクティングロッドによってクランクシャフト４に連結されている。
【００２９】
各シリンダＣ毎にピストン３の上方には燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部はシリンダヘッド２の下面に窪み状に形成され、図の例では吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状を有している。そして、図では右側の傾斜面に吸気ポート６が、また、左側の傾斜面に排気ポート７がそれぞれ開口し、その各開口部が吸気バルブ８及び排気バルブ９によって開閉されるようになっている。
【００３０】
そうして吸気バルブ８により開閉される燃焼室５側の開口から斜め上向きに延びて、吸気ポート６はシリンダヘッド２の側面（吸気側面）に開口し、ここにおいて吸気通路１０の下流端に連通している。この吸気通路１０の下流側は各シリンダＣ毎の独立吸気通路であって、図の例ではサージタンク１１と一体の吸気マニホルドとして構成されている。
【００３１】
一方、排気ポート７は、排気バルブ９により開閉される燃焼室５側の開口から概ね水平に延びて、シリンダヘッド２の排気側面に開口し、ここにおいて排気通路１２の上流端に連通している。この排気通路１２の上流側は、各シリンダＣ毎の独立排気通路が集合した排気マニホールドとして構成され、その下流端に触媒コンバータ１３が接続されている。
【００３２】
また、各シリンダＣ毎に吸気ポート６の下方にはインジェクタ１４が配設されている。インジェクタ１４は、先端部の噴口をシリンダＣ毎２つの吸気ポート６の開口部間に臨ませて燃焼室５に直接、燃料を噴射するようになっている。インジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５が接続され、図示しない高圧燃料ポンプ等からの燃料を分配する。
【００３３】
また、燃焼室５にその天井部略中央から臨むように点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６の基端側には点火コイルユニット１７が接続され、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。こうして燃焼室５の中央寄りで混合気に点火することは熱損失を小さくし、良好な火炎伝播のために好ましい。
【００３４】
−バルブタイミングの可変機構−
さらに、この実施形態では、吸排気バルブ８，９を各々駆動する動弁系のカムシャフト１８，１９に、それぞれクランクシャフト４に対する回転位相を所定角度範囲（例えば４０〜６０°ＣＡ）内で連続的に変更可能な公知の油圧作動式位相可変機構２０（Variable Valve Timing：以下、ＶＶＴと略称する）を備えている。
【００３５】
すなわち、まず、図２に示すようにエンジンＥの長手方向一端面には、クランクシャフト４のスプロケット２１と吸気及び排気の各スプロケット２２，２２（回転部材）とに共通のカムチェーン２３（無端伝動部材）を巻き掛けてなる、従来一般的なチェーン駆動の動弁系が配設されており、これにより吸排気のカムシャフト１８，１９がそれぞれクランクシャフト４の回転に同期して駆動されるようになっている。
【００３６】
尚、図２は、エンジンＥ上部のヘッドカバー、下部のオイルパンの双方を省略し、且つフロントカバーを外した状態を示しており、図示の符号２４はチェーンガイド、符号２５はチェーンテンショナである。また、図例のエンジンＥでは、ロワブロック２６に２次バランサユニット２７が支持されており、符号２８は、図示しないバランサシャフトの駆動スプロケット、符号２９はオイルポンプの駆動スプロケットである。
【００３７】
そして、前記のように吸排気のカムシャフト１８，１９がクランクシャフト４により駆動されることで、各シリンダＣ毎の吸排気バルブ８，９がそれぞれ図３(a)に実線で示すリフトカーブIn，Exのように開閉される。これに加えて、吸排気それぞれのＶＶＴ２０の作動によって、同図に仮想線で示すように吸排気バルブ８，９のそれぞれの作動タイミングが進角側、遅角側に変更されるようになっている。
【００３８】
ここで、同図(b)には、排気側のカムシャフト１９の前端部に配設されたＶＶＴ２０の構造を示す（吸気側のＶＶＴ２０も同じ構造である）。ＶＶＴ２０は、排気側のカムシャフト１９の前端部にセンターボルト２０ａによって締結されたロータ２０ｂと、このロータ２０ｂを外周から覆うように配置され、これに対しカムシャフト１９の軸心周りに相対回動可能なケーシング２０ｃとからなる。ケーシング２０ｃには、カムチェーン２３の巻き掛けられるスプロケット２２が固定されている。
【００３９】
前記ロータ２０ｂの外周には外方に向かって放射状に突出する４つのベーンが設けられ、一方、ケーシング２０ｃの内周には内方に向かって延びる４つの区画壁が設けられていて、それらが周方向に交互に並んでいる。隣り合うベーンと区画壁との間にはそれぞれ進角側及び遅角側の油圧作動室２０ｄ，２０ｅ，…が周方向に１つおきに形成されており、カムチェーン２３からスプロケット２２に入力する回転入力は、ケーシング２０ｃ、油圧作動室２０ｄ，２０ｅ及びロータ２０ｂを介してカムシャフト１９に伝達される。
【００４０】
その際、油圧作動室２０ｄ，２０ｅ，…に供給されるエンジンオイルの油圧が、図外のオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）によって調整されることにより、前記ロータ２０ｂとケーシング２０ｃとの、言い換えるとカムシャフト１９とスプロケット２２との相対的な回転位置が変更されて、該カムシャフト１９のクランクシャフト４に対する回転位相が連続的に変更されることになる。
【００４１】
より具体的に、進角側の油圧作動室２０ｄ，…の油圧力が増大すれば、ロータ２０ｂがケーシング２０ｃに対しカムシャフト１９の回転する向き（図に矢印で示す）に回動され、これによりカムシャフト１９の回転位相が進角側に変更される。反対に遅角側作動室２０ｅ，…の油圧力が増大すればロータ２０ｂはケーシング２０ｃに対して前記とは逆向きに回動され、カムシャフト１９の回転位相は遅角側に変更される。こうして、同図(a)に仮想線で示すように排気バルブタイミングは進角側、遅角側に変化するのである。
【００４２】
そのようなバルブタイミングの進角側ないし遅角側への変更は、吸気側についても同様に行われる。すなわち、図１に模式的に示すように、この実施形態のエンジンＥのコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、少なくとも、クランクシャフト４の回転角を検出するクランク角センサ３１、吸気及び排気のカムシャフト１８，１９の回転角を検出するカム角センサ３２，３２、エアフローセンサ３３、アクセル開度センサ３４、車速センサ３５等からの信号が入力され、これらに基づいてエンジンＥの運転状態が判定され、これに応じてインジェクタ１４、点火回路１７、吸排気ＶＶＴ２０，２０等の制御が行われる。
【００４３】
一例としてこの実施形態のエンジンＥでは、基本的にシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、吸気と十分に混合した後に点火して燃焼させる。そのために噴射時期は、吸気の流速が最も高くなる吸気行程の中盤に設定されている。また、燃料の噴射量はシリンダＣへの吸気の充填量に応じて、基本的に理論空燃比になるように制御される。
【００４４】
また、吸排気のＶＶＴ２０については、基本的には吸気側のバルブタイミング優先し、低負荷ではポンピングロスが最小となるように、一方、高負荷ではシリンダＣへの吸気の充填効率が高くなるように制御するとともに、これに対して適切なオーバーラップ状態になるように排気バルブタイミングを制御するようにしている。
【００４５】
加えて、図の例ではＥＣＵ３０にはトランスミッションのシフト位置センサ３６からの信号が入力され、運転者の変速操作を検出できるようになっている一方、その運転者にとって見易い位置に配置されたＶＶＴ２０の故障警報ランプ３７（警報手段）に、ＥＣＵ３０からの制御信号が入力されるようになっている。これらシフト位置センサ３６及び警報ランプ３７は、以下に述べるミスシフトのときのＶＶＴ制御にも用いられる。
【００４６】
−ミスシフトのときのＶＶＴ制御−
次に、ミスシフトのときのＶＶＴ制御について説明する。ここでミスシフトというのは、運転者がマニュアルトランスミッションの操作を誤って、例えば５速から２速というように２以上離れた変速段へのシフトダウン操作が行われたときのことであり、このときに自動車の車速が所定以上（例えば２速へのシフトダウンであれば時速９５ｋｍ／ｈ以上、１速へのシフトダウンであれば時速５０ｋｍ／ｈ以上）であると、その走行慣性によってトランスミッション側からエンジンＥのクランクシャフト４には過度に大きな加速トルクが加わって（過加速状態）、エンジン回転数が跳ね上がることになる。
【００４７】
この過加速状態では、クランクシャフト４からカムチェーン２３を介して駆動される排気側スプロケット２２にも過大なトルクが作用することになり、そのトルクがセンターボルト２０ａの締結トルクを上回ると、ＶＶＴ２０のロータ２０ｂの位置がカムシャフト１９の端部において回転方向前側にずれてしまう。このことは、当該カムシャフト１９の（即ち排気バルブ９の）クランクシャフト４に対する回転位相が遅角側にずれることを意味する。
【００４８】
すなわち、図４(a)には黒い矢印で示すように排気バルブ９のリフトカーブExが遅角側にずれることになり、排気行程の終盤における排気バルブ９のリフト量が大きくなることから、上死点付近にあるピストン３の冠面（同図に仮想線Ｐとして示す）との間で、同図においてはハッチングを入れて強調して示すように干渉の起きる虞れがある。その結果、排気バルブ９の傘部が損傷すると、排気ポート７をしっかりと閉ざすことができなくなり、エンジンＥの出力低下やエミッションの増大等、種々の不具合が生じ得る。
【００４９】
このようなミスシフトに起因する不具合に鑑みて、この実施形態ではミスシフトを検出したときに、これにより過加速状態になることを予測して排気側のＶＶＴ２０を作動させ、図４(b)に白抜きの矢印で示すように排気バルブタイミングを一時的に進角側に変更するようにしたものである。
【００５０】
より具体的には図５のフローチャートに示すように、この実施形態では、スタート後のステップＳ１においてクランク角センサ３１、カム角センサ３２，３２、エアフローセンサ３３、アクセル開度センサ３４、車速センサ３５、シフト位置センサ３６等からの信号を入力する。続いてステップＳ２において車速が所定以上に高いかどうか（高車速か？）判定し、ＮＯであれば後述のステップＳ９に進んで、通常のＶＶＴ制御を行う一方、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進む。
【００５１】
ここではシフト位置センサ３６からの信号に基づいて、トランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたかどうか（ミスシフトか？）判定し、判定がＹＥＳであれば、ミスシフトによってトランスミッションの側からエンジンＥに、過大な加速トルクが加わること（過加速状態になること）を予測して、ステップ５に進む。
【００５２】
一方、前記ミスシフトの判定がＮＯであればステップＳ４に進み、所定時間内のエンジン回転数の変化量ΔＮｅ、即ち瞬時のエンジン回転加速度が予め設定した値以上かどうか判定する（ΔＮｅ≧ΔＮｅ１）。この判定がＹＥＳであれば前記の過加速状態になることを予測して、ステップＳ５に進む一方、判定がＮＯならばステップＳ９に進み、後述するように通常のＶＶＴ制御を行う。
【００５３】
そして、前記のようにステップＳ３，Ｓ４のいずれかにおいて過加速状態になることを予測してステップＳ５に進んだときには、排気側のＶＶＴ２０への制御指令値を進角側に所定値（例えば最進角位置までとしてもよい）補正する。これにより排気側のＶＶＴ２０が進角側に作動し、排気側カムシャフト１９のクランクシャフト４に対する回転位相が、即ち排気バルブタイミングが進角側に変更される。
【００５４】
つまり、自動車の車速が所定以上に高いときにミスシフトを検出したか、或いはエンジン回転の過度の急上昇が始まろうとすれば、エンジンＥが過加速状態となることを予測して排気ＶＶＴ２０を進角側に作動させるようにしており、これにより、過加速状態において排気側カムシャフト１９の回転位相が遅角側にずれようとするときに、遅れなくそれを減殺することができる。
【００５５】
そうして排気ＶＶＴ２０を進角側に作動させた後にステップＳ６では、吸排気それぞれのカム角センサ３２，３２からの信号に基づいて、吸気バルブ８及び排気バルブ９の実際のタイミングの位相ずれを検出する。これは、前記過加速状態において引き起こされた可能性のある、スプロケット２２，２２のカムシャフト１８，１９に対する位置ずれに因るものである。そして、ステップＳ７では、バルブタイミングのずれがなくなるように吸排気それぞれのＶＶＴ２０を作動させる（バルブタイミングの補正）。
【００５６】
そうすることで、仮に吸排気のカムシャフト１８，１９とスプロケット２２，２２との間で位置ずれが生じ、バルブタイミングに位相ずれが生じても、これを前記のＶＶＴ２０の補正制御によって打ち消して、適正なバルブタイミングに戻すことができる。但し、その補正制御によってＶＶＴ２０を進角側に例えば１０°ＣＡ作動させたととすれば、その分、１０°ＣＡはＶＶＴ２０をさらに進角側に作動させる余裕がなくなってしまう。即ちバルブタイミングを進角させることのできる範囲が狭くなってしまう。
【００５７】
そこで、ステップＳ９において警報ランプ３７を点灯させ、ＶＶＴ２０の異常が発生していることを運転者に報知して、制御終了となる（エンド）。この警報を受けた運転者が自動車をサービス工場に持ち込んで修理を依頼することにより、カムシャフト１８，１９とスプロケット２２，２２との位置ずれを容易に直すことができる。
【００５８】
一方で、前記フローのステップＳ２、Ｓ４のいずれかでＮＯと判定して進んだステップＳ９では通常のＶＶＴ制御を行う。例えば、クランク角センサ３１からの信号によりエンジン回転数を演算し、これとアクセル開度とに基づいてエンジン負荷を演算する。こうして求めたエンジンＥの負荷及び回転数に基づき、所定の制御マップ（図示せず）を参照して吸排気それぞれの適切なバルブタイミングを決定して、このバルブタイミングになるように吸排気のＶＶＴ２０をそれぞれフィードバック制御する。
【００５９】
前記図５の制御フローにおけるステップＳ２〜Ｓ４には、車速の所定以上に高い状態でトランスミッションのミスシフトが行われたか、或いはエンジンの瞬間的な回転加速度が所定以上に高くなったときに、エンジンＥに所定以上の過大な加速トルクが加わることを、即ち過加速状態になることを予測する制御の手順が示されている。よって、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の過加速予測手段３０ａを制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６０】
また、ステップＳ５には、前記の過加速状態の予測に応じて排気側のＶＶＴ２０を作動させ、排気バルブタイミングを進角側に変更する制御の手順が示されており、このことでＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の排気バルブ制御手段３０ｂを制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６１】
さらに、ステップＳ６，７には、前記のように排気バルブタイミングを進角側に変更した後に吸排気のバルブタイミングを検出し、これを本来のバルブタイミングになるように補正する制御の手順が示されている。よって、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の吸気バルブ制御手段３０ｃも制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６２】
加えてステップＳ８には、排気バルブタイミングのずれを検出したときに車両の運転者に警報を発する制御の手順が示されており、このことで、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の警報手段３０ｄも制御プログラムの態様で備えていると言える。
【００６３】
したがって、この実施形態に係るエンジンＥのバルブタイミング制御装置によると、例えばミスシフトによってトランスミッション側からエンジンＥに過大な加速トルクが加わり（過加速状態）、これにより排気側のカムシャフト１９とスプロケット２２との間に位置ずれが生じても、このことを予測して排気ＶＶＴ２０を作動させることによって、前記の位置ずれによる排気バルブタイミングの遅角側へのずれを遅れなく減殺することができる。よって、排気バルブ９のピストン３との干渉を防止して、エンジンＥの耐久信頼性を確保することができる。
【００６４】
また、そうして過加速状態の予測に応じて直ちに排気ＶＶＴ２０を進角作動させた後に、吸気及び排気の両方のバルブタイミングの制御目標値からのずれ（位相ずれ）を検出し、これがなくなるように補正することで、前記のように過加速状態でバルブタイミングの位相ずれが生じたとしても、これを本来の適正なタイミングに戻して、エンジンＥの性能を維持することができる。
【００６５】
排気バルブタイミングについては、仮に前記過加速状態の予測に誤りがあって位相ずれが生じていないにも拘わらず、前記のように進角させた場合に、それを直ちに適正なタイミングに戻すことができる。
【００６６】
−他の実施形態−
尚、前記の実施形態では、マニュアルトランスミッションの変速操作の状況とエンジン回転数の変化（回転加速度）との双方に基づいて、エンジンＥの過加速状態の発生を予測するようにしているが、これに限らず、変速操作かエンジン回転加速度のいずれか一方のみによって予測を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、前記実施形態のエンジンＥでは、吸排気の両方にＶＶＴ２０が設けられているが、例えば吸気側にはバルブの位相及びリフト量を連続的に変更可能な機構を設けることもあり、この場合にＶＶＴ２０は排気側のみに設けられることもあり得る。ＶＶＴ２０としては前記実施形態のような油圧作動式のものに限らず、より応答性の高い電磁駆動式のものも用いられる。
【００６８】
また、前記実施形態のエンジンＥでは所謂チェーン駆動の動弁系を採用しているが、これは、カムシャフト１８，１９に設けたプーリにタイミングベルトを巻き掛けてなる所謂ベルト駆動のものであってもよい。特に問題になる排気側での位置ずれを防止するために、排気側のカムシャフト１９のセンターボルト２０ａを吸気側に比べて太いものとしてもよい。
【００６９】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のような直噴式のものに限らず、ポート噴射のものであってもよい。また、エンジンＥを搭載する自動車が所謂ＦＦでなくてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上、説明したように本発明に係るバルブタイミング制御装置は、ミスシフト等に起因するエンジンの耐久信頼性の低下を防止することができるものであるから、マニュアルトランスミッションを搭載した自動車用エンジンに好適である。
【符号の説明】
【００７１】
Ｅ エンジン
４ クランクシャフト
８ 吸気バルブ
９ 排気バルブ
１８ 吸気側カムシャフト
１９ 排気側カムシャフト
２０ ＶＶＴ（位相可変機構）
２０ａ センターボルト
２２ カムスプロケット（回転部材）
２３ カムチェーン（無端伝動部材）
３０ ＥＣＵ
３０ａ 過加速予測手段
３０ｂ 排気バルブ制御手段
３０ｃ 吸気バルブ制御手段
３０ｄ 警報手段
３７ 警報ランプ（警報手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトにより無端伝動部材を介して少なくとも排気側のカムシャフトを駆動するとともに、この排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を連続的に変更可能な位相可変機構を備えているバルブタイミング制御装置であって、
前記エンジンは、マニュアルトランスミッションを介して車輪に駆動力を伝達するものであり、
前記位相可変機構は、前記無端伝動部材の巻き掛けられる回転部材と前記カムシャフトとの間に介在されて、当該カムシャフトの端部にその回転軸心に沿って延びるセンターボルトによって締結され、
前記マニュアルトランスミッションからエンジンに、その回転を加速する向きに所定以上の大きなトルクが加わることを予測する過加速予測手段と、
前記過加速予測手段による予測に応じて前記位相可変機構を、排気バルブの作動タイミングが進角側に変化するように作動させる、排気バルブ制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記過加速予測手段は、車速の所定以上に高い状態でマニュアルトランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたとき、エンジンに所定以上の加速トルクが加わることを予測する、請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記過加速予測手段は、車速の所定以上に高い状態でエンジンの回転加速度が所定以上に高くなったとき、エンジンに所定以上の加速トルクが加わることを予測する、請求項１又は２のいずれかに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記排気バルブ制御手段は、前記過加速予測手段による予測に応じて排気バルブの作動タイミングを進角側に変化させた後に、排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれを検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる、請求項１〜３のいずれか１つに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記過加速予測手段による予測の後に吸気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれを検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる、吸気バルブ制御手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項６】
前記排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれが検出されたとき、車両の運転者に警報を発する警報手段を備える、請求項４に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトにより無端伝動部材を介して少なくとも排気側のカムシャフトを駆動するとともに、この排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を連続的に変更可能な位相可変機構を備えているバルブタイミング制御装置であって、
前記エンジンは、マニュアルトランスミッションを介して車輪に駆動力を伝達するものであり、
前記位相可変機構は、前記無端伝動部材の巻き掛けられる回転部材と前記カムシャフトとの間に介在されて、当該カムシャフトの端部にその回転軸心に沿って延びるセンターボルトによって締結され、
前記マニュアルトランスミッションからエンジンに、その回転を加速する向きに所定以上の大きなトルクが加わることを予測する過加速予測手段と、
前記過加速予測手段による予測に応じて前記位相可変機構を、排気バルブの作動タイミングが進角側に変化するように作動させる、排気バルブ制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記過加速予測手段は、車速の所定以上に高い状態でマニュアルトランスミッションが２以上離れた変速段にシフトダウン操作されたとき、エンジンに所定以上の加速トルクが加わることを予測する、請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記過加速予測手段は、車速の所定以上に高い状態でエンジンの回転加速度が所定以上に高くなったとき、エンジンに所定以上の加速トルクが加わることを予測する、請求項１又は２のいずれかに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記排気バルブ制御手段は、前記過加速予測手段による予測に応じて排気バルブの作動タイミングを進角側に変化させた後に、排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれを検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる、請求項１〜３のいずれか１つに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記過加速予測手段による予測の後に吸気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれを検出し、その検出値に基づいて位相のずれがなくなるように位相可変機構を作動させる、吸気バルブ制御手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項６】
前記排気側のカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相のずれが検出されたとき、車両の運転者に警報を発する警報手段を備える、請求項４に記載のバルブタイミング制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８５９５１（Ｐ２０１０−２８５９５１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１３８１（Ｐ２００９−１４１３８１）
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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