JP2002309972A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関のクランクシャフトの回転動作に対し
吸気バルブや排気バルブの相対的な動作特性を変更する
機能を有して、且つ、当該動作特性をその可変範囲の中
間で固定する機構を備えた装置において、当該機構の誤
作動による機関運転性能の低下を好適に抑制することの
できる内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】バルブタイミング可変機構１００は、電子
制御装置５０のデューティ指令値に基づいて油圧制御さ
れ、クランクシャフトと吸気バルブとの相対位相（バル
ブタイミング）を可変調整する。中間位置ロックピン１
３１は、バルブタイミングをその可変範囲内の中間位置
で適宜固定する機能を有する。電子制御装置５０は、内
部ＥＧＲ量の増大要求に応じてバルブタイミングの進角
制御を行う際、中間位置ロックピン１３１の誤作動によ
って生じる内部ＥＧＲの不足を解消するために、内燃機
関（エンジン）への燃料噴射量を補正する制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の運転
中に各気筒の吸気バルブや排気バルブの動作特性を制御
する内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、内燃機関の出力
軸の回転位相に対応する吸気バルブや排気バルブの動作
特性、すなわち、各バルブの動作量に関する時間軸上の
プロフィールを最適化するために用いられる。

【０００３】例えば、内燃機関の吸気バルブや排気バル
ブについて、それらの作動タイミング（バルブタイミン
グ）を可変制御する装置として周知のバルブタイミング
制御装置は、エンジン（内燃機関）の１本のカムシャフ
トを回転軸として共有する第１の回転部及び第２の回転
部を構成要素として含む機構（バルブタイミング可変機
構）を備える。第１の回転部はクランクシャフトにチェ
ーン等で駆動連結され同クランクシャフトに同期して回
転し、第２の回転部はカムシャフトと一体に形成され同
カムシャフトに同期して回転する。さらに、第１の回転
部と第２の回転部との相対的な回転位相は、油圧制御を
通じて変更可能とされる。すなわちバルブタイミング制
御装置は、バルブタイミング可変機構を油圧駆動して、
同機構を構成する２つの回転部の相対位相を変更するこ
とで、バルブタイミングを連続的に変化させる制御（バ
ルブタイミング制御）を行う。

【０００４】図１４は、従来知られているバルブタイミ
ング可変機構の一例を概略的に示す断面図である。

【０００５】同図１４に示すように、バルブタイミング
可変機構５００は、エンジンのクランクシャフト（図示
略）に駆動連結されるハウジング（第１の回動部）５０
２と、カムシャフトに係止された内部ロータ（第２の回
動部）５０１とを主要構成要素として備える。ハウジン
グは、その内周面から回転軸心に向かって突出する複数
の凸部５０２ａを備え、内部ロータ５０１は、その外周
面から放射状に突出する複数の凸部（ベーン）５０１ａ
を備える。ハウジング５０２の各凸部５０２ａ間は内部
ロータ５０１のベーン５０１ａによって区画され、各ベ
ーン５０１ａの左右に油圧室５０１，５０２が形成され
る。当該機構が搭載されるエンジンが機関運転を行って
いるときには、エンジン出力によって駆動する油圧ポン
プ（図示略）の作用で各油圧室５０１，５０２に所定油
圧の作動油が満たされる。そして、電子制御装置等の指
令信号に基づきこれら作動油の油圧が適宜変更されるこ
とにより、両回転部５０１，５０２の相対位相、すなわ
ちクランクシャフトおよびカムシャフト間の相対的な回
転位相が可変制御される。

【０００６】ところで、機関始動時等、作動油の温度が
低く、その粘性が高い状態にあると、各油圧室に十分な
油圧が付与されない。このように、ハウジング５０２内
の油圧室に十分な油圧が付与されていない条件下では、
例えばバルブの往復運動に起因する振動（バルブ反力ト
ルク）がカムシャフトを介して内部ロータに伝達され、
内部ロータ５０１のベーン５０１ａがハウジング５０２
内で揺動する。この結果、両回転部５０１，５０２の相
対位相を所望の配置で安定させることが困難となるばか
りか、ベーン５０１ａとハウジング５０２内壁とが衝突
及び離反を繰り返して打音を発生させるといった不具合
も生じる。このため、同図に示すロックピン機構５３１
Ａのように、ハウジング５０２および内部ロータ５０１
を互いに係合させ当該両回転部の相対位相を特定位置で
固定することのできる機構構成を用いて、機関始動時等
には、両回転部５０１，５０２の相対位相によって決定
づけられるバルブタイミングが最も遅角される状態とな
るところで当該両回転部５０１，５０２の相対位相を固
定するのが一般的である。なお、このときの両回転部５
０１，５０２の相対位相を、以下「最遅角位置」とい
う。

【０００７】ロックピン機構５３１Ａは、内部ロータ５
０１及びハウジング５０２を適宜連結する柱状のロック
ピンと、内部ロータ５０１のベーン５０１ａをカムシャ
フト方向に向かって貫通形成されその内部にロックピン
を収容するロックピン収容孔と、ロックピン収容孔に収
容されたロックピンをハウジング内壁に向かって付勢す
るコイルバネと、当該ハウジング内壁に形成される係止
穴とを主要構成要素として備える。また、両回転部５０
１，５０２が最遅角位置にある場合、ロックピン収容孔
及び係止穴は互いに連通する。

【０００８】すなわち、バルブタイミング可変機構５０
０がその作動を停止している際には、コイルバネのバネ
力がロックピンの先端部を係止穴に押し出し、両回転部
５０１，５０２の相対位相が最遅角位置で固定される。
一方、バルブタイミング可変機構５００が作動状態にあ
る際には、所定の油路を通じて係止穴及びロックピン収
容孔内に供給される作動油の油圧がコイルバネの付勢力
と相反する方向に作用し、ロックピンをロックピン収容
孔内に押し戻す。

【０００９】この結果、機関始動時には両回転部５０
１，５０２の相対位相が最遅角位置に係止され、ハウジ
ング５０２内に供給される作動油が、バルブタイミング
可変機構５００に駆動力を伝達する媒体として十分に機
能するようになった時点で、両回転部５０１，５０２に
よる相互に独立した動作が許容されるようになる。

【００１０】上記のようなロックピン機構（以下、遅角
位置ロックピン機構という）を適用し、機関始動時に両
回転部の相対位相を最遅角位置で係止すれば、機関始動
時におけるバルブタイミング可変機構の作動状態の不安
定や打音の発生等は解消される。

【００１１】ところが、上記のような遅角位置ロックピ
ン機構を適用する場合、機関始動後、相当期間に亘って
両回転部の相対位相を最遅角位置に係止したまま機関運
転を継続せざるを得なくなる。作動油の油温が上昇して
バルブタイミング可変機構の機能を十分に発揮させるよ
うになるには、かなり長い時間を要するからである。ま
た、両回転部の相対位相が最遅角位置にある状態に対応
するバルブタイミングは、内燃機関が通常の運転状態に
ある場合の最適なバルブタイミングとはかなり相違する
ため、両回転部の相対位相を最遅角位置で係止したまま
では、好適な排気特性やドライバビリティは望み得な
い。すなわち、バルブタイミングの最適化といった面か
ら排気特性やドライビリティを向上させる機会を、機関
始動後長期に亘って逸することになる。

【００１２】このような問題に対し、特開平１１−２１
０４２４号公報に記載された制御装置では、上記遅角位
置ロックピン機構とほぼ同様の原理で動作し、バルブタ
イミング可変機構を構成する両回転部の相対位相をその
可変範囲の中間位置に固定することのできるロックピン
機構（以下、中間位置ロックピン機構という）を上記遅
角位置ロックピン機構と別途に備える装置構成を採用し
ている。すなわち、機関始動時には、バルブタイミング
可変機構を構成する両回転部の相対位相を、遅角位置ロ
ックピン機構を用いて最遅角位置に固定しておき、その
後、当該機関の運転状態を参照しつつ中間位置に移行さ
せ、中間位置ロックピン機構を用いてそこに固定する。
そして作動油の油温が上昇してバルブタイミング可変機
構の機能を十分に発揮させるようになったところで両回
転部の相対位相の固定を解除する。

【００１３】このような中間位置ロックピン機構の機能
を活用すれば、作動油の油温が低いためにバルブタイミ
ング可変機構の作動に際して十分な制御性が得られない
条件下であれ、バルブタイミングの調整が十分になされ
ないことに起因して生ずる機関性能の低下を、最小限に
とどめることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような中間位置ロックピン機構は、バルブタイミング可
変機構を構成する両回転部の相対位相をその可変範囲の
中間位置に適宜係止する機能特性を有することから、万
一誤作動を起こすと、両回転部の相対位相を変更する制
御を、その可変範囲の途中で妨げることになる。

【００１５】このような不具合が生じると、バルブタイ
ミング可変機構を駆動してバルブタイミング制御を実施
する際、当該制御の信頼性を損なうばかりでなく、当該
バルブタイミング制御において目標となるバルブタイミ
ングを基にして行う他の運転制御に及ぼす影響も小さく
ない。結果として、排気特性の悪化やドライバビリティ
の低下等を招くこととなっていた。

【００１６】なお、上記のようなバルブタイミング可変
機構を採用してバルブタイミング制御を行う装置のみな
らず、吸気バルブや排気バルブの往復動作にかかる動作
範囲（各バルブのリフト量、カムシャフトの作用角等）
を変更する機構等、内燃機関のクランクシャフトの回転
動作に対し吸気バルブや排気バルブの相対的な動作特性
を変更する機能を有して、且つ、当該動作特性をその可
変範囲の中間で固定する機構を備えた装置について、こ
のような問題がかねがね共通したものとなっていた。

【００１７】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、内燃機関のクランクシャフトの回転動作
に対し吸気バルブや排気バルブの相対的な動作特性を変
更する機能を有して、且つ、当該動作特性をその可変範
囲の中間で固定する機構を備えた装置において、当該機
構の誤作動による機関運転性能の低下を好適に抑制する
ことのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的
とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、内燃機関出力軸の回転動作に連動し
て往復動作する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも
一方について、前記出力軸の回転動作に対応する動作特
性を可変とするバルブ特性可変機構と、前記動作特性が
可変とされるバルブについて、前記出力軸の回転動作に
対応する実際の動作特性を検出する実特性検出手段と、
前記動作特性が可変とされるバルブについて、当該機関
の運転状態に基づき目標となる動作特性を設定する目標
特性設定手段と、前記実際の動作特性および前記目標と
なる動作特性に基づき、前記実際の動作特性が前記目標
となる動作特性に一致するよう前記バルブ特性可変機構
の制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段と、前記可
変とされるバルブの動作特性を、その可変範囲の中間位
置に係止する係止機構と、前記係止機構の動作状態を制
御する係止機構制御手段と、を有する内燃機関の制御装
置において、前記目標となる動作特性と前記制御ゲイン
に基づいて変更された前記実際の動作特性との差異を演
算する差異演算手段と、前記演算される差異に基づいて
当該機関の運転制御に関するパラメータを補正する補正
手段と、を備えることを要旨とする。

【００１９】ここで、出力軸の回転動作に対応する吸気
バルブ又は排気バルブの動作特性とは、出力軸の回転位
相に対する各バルブの開閉動作量（例えば各バルブのリ
フト量、カムシャフトの作用角）に関する時間軸上のプ
ロフィールを意味する。また、可動範囲の中間位置と
は、可動範囲内の何れの位置をも意味する。

【００２０】前記バルブ特性可変機構が正常に機能して
いれば、前記動作特性が可変となるバルブについて、そ
の実際の動作特性は、前記目標となる動作特性に逐次追
従する。ところが、前記係止機構に誤動作等の不具合が
生じると、前記実際の動作特性が、前記目標となる動作
特性に追従しなくなるため、当該目標となる動作特性に
対応する当該内燃機関の運転状態（例えば、排気特性や
トルク特性等）が得られなくなる。同構成によれば、前
記係止機構の動作状態に不具合が生じた場合であれ、そ
うした不具合に起因して発生する当該内燃機関の運転状
態の乱れが、当該乱れの発生タイミングに同期して速や
かに修正される。従って、当該内燃機関が作動する上
で、前記可変となるバルブについて目標となる動作特性
に見合った運転状態が安定して確保されるようになる。

【００２１】また、第２の発明は、内燃機関出力軸の回
転動作に連動して往復動作する吸気バルブ及び排気バル
ブの少なくとも一方について、前記出力軸の回転動作に
対応する動作特性を可変とするバルブ特性可変機構と、
前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
性検出手段と、前記動作特性が可変とされるバルブにつ
いて、当該機関の運転状態に基づき目標となる動作特性
を設定する目標特性設定手段と、前記実際の動作特性お
よび前記目標となる動作特性に基づき、前記実際の動作
特性が前記目標となる動作特性に一致するよう前記バル
ブ特性可変機構の制御ゲインを設定する制御ゲイン設定
手段と、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性
に十分近似したときに、そのときの動作特性を保持する
保持制御手段と、前記可変とされるバルブの動作特性
を、その可変範囲の中間位置に係止する係止機構と、前
記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段と、
を有する内燃機関の制御装置において、前記実際の動作
特性が前記中間位置を含む所定の範囲にある場合、前記
動作特性の保持を禁止する保持禁止手段を備えることを
要旨とする。

【００２２】同構成によれば、前記動作特性が可変とさ
れるバルブについて、その動作特性が、前記係止機構に
よる係止位置近傍に保持されることがなくなるため、前
記係止機構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生確
率が最小化される）。よって、前記可変となるバルブの
実際の動作特性を、前記目標となる動作特性に追従させ
るための制御に関し、その追従性や信頼性が向上するよ
うになる。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、前
記動作特性が可変とされるバルブについて、目標となる
動作特性に見合った運転状態が、安定して確保されるよ
うになる。

【００２３】また、第３の発明は、内燃機関出力軸の回
転動作に連動して往復動作する吸気バルブ及び排気バル
ブの少なくとも一方について、前記出力軸の回転動作に
対応する動作特性を可変とするバルブ特性可変機構と、
前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
性検出手段と、前記動作特性が可変とされるバルブにつ
いて、当該機関の運転状態に基づき目標となる動作特性
を設定する目標特性設定手段と、前記実際の動作特性お
よび前記目標となる動作特性に基づき、前記実際の動作
特性が前記目標となる動作特性に一致するよう前記バル
ブ特性可変機構の制御ゲインを設定する制御ゲイン設定
手段と、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性
に十分近似したときに、そのときの動作特性を保持する
保持制御手段と、前記可変とされるバルブの動作特性
を、その可変範囲の中間位置に係止する係止機構と、前
記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段と、
を有する内燃機関の制御装置において、前記目標特性設
定手段は、前記中間位置を含む所定の範囲の範囲外に、
前記目標となる動作特性を設定することを要旨とする。

【００２４】同構成によれば、前記動作特性が可変とさ
れるバルブについて、その動作特性が、前記係止機構に
よる係止位置近傍に収束することがなくなるため、前記
係止機構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生確率
が最小化される）。よって、前記可変となるバルブの実
際の動作特性を、前記目標となる動作特性に追従させる
ための制御に関し、その追従性や信頼性が向上するよう
になる。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、前記
動作特性が可変とされるバルブについて、目標となる動
作特性に見合った運転状態が安定して確保されるように
なる。

【００２５】また、第４の発明は、内燃機関出力軸の回
転動作に連動して往復動作する吸気バルブ及び排気バル
ブの少なくとも一方について、前記出力軸の回転動作に
対応する動作特性を可変とするバルブ特性可変機構と、
前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
性検出手段と、前記動作特性が可変とされるバルブにつ
いて、当該機関の運転状態に基づき目標となる動作特性
を設定する目標特性設定手段と、前記実際の動作特性お
よび前記目標となる動作特性に基づき、前記実際の動作
特性が前記目標となる動作特性に一致するよう前記バル
ブ特性可変機構の制御ゲインを設定する制御ゲイン設定
手段と、前記可変とされるバルブの動作特性を、その可
変範囲の中間位置に係止する係止機構と、前記係止機構
の動作状態を制御する係止機構制御手段と、を有する内
燃機関の制御装置において、前記可変とされるバルブの
動作特性が前記中間位置を含む所定の範囲にあるとき、
その動作特性の変更速度を増大させる加速手段と、を備
えることを要旨とする。

【００２６】同構成によれば、前記動作特性が可変とさ
れるバルブについて、その動作特性の変更速度が前記係
止機構による係止位置近傍で高くなるため、前記係止機
構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生確率が最小
化される）。よって、前記可変となるバルブの実際の動
作特性を、前記目標となる動作特性に追従させるための
制御に関し、その追従性や信頼性が向上するようにな
る。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、前記動作
特性が可変とされるバルブについて、目標となる動作特
性に見合った運転状態が、安定して確保されるようにな
る。

【００２７】なお、上記各構成は、例えば内燃機関出力
軸の回転位相に対するカムシャフトの回転位相を変位せ
しめて吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の
（動作特性としての）作動タイミングを可変とする（バ
ルブ特性可変機構としての）バルブタイミング可変機構
と、前記機関出力軸の回転位相と前記カムシャフトの回
転位相の位相差に基づき当該バルブの（動作特性として
の）実作動バルブタイミングを演算する実作動バルブタ
イミング演算手段と、当該機関の運転状態に基づき同バ
ルブの目標バルブタイミングを演算する演算手段と、こ
れら演算値に基づき、前記実作動バルブタイミングが目
標バルブタイミングに一致するよう前記バルブタイミン
グ可変機構の制御ゲインを設定する制御手段と、前記実
作動バルブタイミングを、その可変範囲の中間位置に係
止する係止機構と、を有する内燃機関の制御装置に対
し、好適に適用することができる。

【００２８】また、上記各構成は、例えば内燃機関のカ
ムシャフトと出力軸とのうちの一方に連結されるととも
に、内部に放射状に形成された仕切壁を有するハウジン
グと、前記カムシャフトと出力軸とのうち他方に連結さ
れるとともに、前記ハウジング内部に回動可能に配置さ
れ、前記仕切壁によりハウジング内に形成される区画を
進角油圧室と遅角油圧室とに区分する放射状ベーンを有
するベーン体と、前記進角油圧室と遅角油圧室とに供給
する作動油圧力を制御し前記ベーン体を前記ハウジング
に対して相対回転させることにより出力軸とカムシャフ
トとの相対回転位相を変化させる油圧制御装置と、前記
ベーン体に設けられ、前記油圧室内の圧力が所定の圧力
より低いときにベーン体から突出してハウジングに設け
られた係合孔に係合し、ベーン体とハウジングとの相対
回転位相（バルブタイミング）をその最進角位置と最遅
角位置との中間位置に係止する（係止機構としての）中
間位置ロックピンと、を有する内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置に対し、好適に適用することができる。

【００２９】また、上記バルブタイミング制御装置は、
前記実作動バルブタイミングと前記目標バルブタイミン
グとが十分近似したときに、そのときの実作動バルブタ
イミングを保持するための保持制御ゲインを演算する保
持制御ゲイン演算手段を更に有するのが好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施の形態について説明する。本
実施の形態の装置は、車載用エンジンに設けられる制御
装置（バルブタイミング制御装置）である。

【００３１】図１において、内燃機関としての車載用エ
ンジン（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ
１１を備えて構成される。各シリンダ１１内に往復動可
能に設けられたピストン１２は、コネクティングロッド
１３を介して、エンジン１の出力軸であるクランクシャ
フト１４に接続されている。シリンダ１１内においてピ
ストン１２の上側には燃焼室１５が形成されている。イ
グナイタ１６は、適宜のタイミングで高電圧を誘起し、
点火プラグ１７に電気火花を発生させる。燃焼室１５に
導入された混合気は、点火プラグ１７の発生する電気火
花によって点火される。燃焼室１５は、吸気ポート３０
を通じて吸気通路３１に、また、排気ポート４０を通じ
て排気通路４１に連通している。

【００３２】また、吸気ポート３０に噴孔を臨ませるよ
うに燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８
は、加圧ポンプ（図示略）を介し燃料タンク（図示略）
から移送された燃料（ガソリン）を、吸気ポート３０内
（燃焼室へ向かう方向）に噴射供給する。吸気通路３１
の通路途中には、吸気の脈動を抑制するためのサージタ
ンク３２や、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアク
リーナボックス３３が設けられている他、同通路３１内
を流れる新気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信
号を出力するエアフローメータ５１が取り付けられてい
る。吸気通路３１においてエアフローメータ５１より下
流の部位には、同吸気通路３１内を流れる吸気の流量を
調整するスロットルバルブ３４が設けられている。

【００３３】スロットルバルブ３４には、同バルブ３４
を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ３４ａや、
スロットルバルブ３４の開度（スロットル開度）ＴＡに
対応した電気信号を電子制御装置（ＥＣＵ）５０に出力
するスロットルポジションセンサ５２の他、アクセルペ
ダル３５に機械的に接続され同アクセルペダル３５の操
作量に対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力するアクセ
ルポジションセンサ５３が取り付けられている。

【００３４】一方、排気通路４１の通路途中には、触媒
ケーシング４２やマフラー（図示略）が設けられている
他、同通路４１を通じて触媒ケーシング４２に流入する
排気の空燃比に対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力す
る空燃比センサ５４が取り付けられている。

【００３５】触媒ケーシング４２は、例えば、同触媒ケ
ーシング４２に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍
の所定の空燃比であるときに、排気中に含まれる炭化水
素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ
x）を浄化する三元触媒等をその内部に備える。

【００３６】また、クランクシャフト１４の端部に取り
付けられたタイミングロータ５５ａと、タイミングロー
タ５５ａ近傍に取り付けられた電磁ピックアップ５５ｂ
とを備えて構成されるクランク角センサ５５は、クラン
クシャフト１４の回転位相に応じた電気信号をＥＣＵ５
０に出力する。このクランク角センサ５５の出力する信
号の時間間隔に基づいて機関回転数ＮＥが演算される。
また、シリンダ１１の外郭をなすシリンダブロック１ａ
や、吸気ポート３０や排気ポート４０の外郭をなすシリ
ンダ１１ヘッド１ｂの内部には、冷却水通路１ｃが形成
されている。冷却水通路１ｃの所定部位には水温センサ
５６が設けられており、同冷却水通路１ｃ内を流れる冷
却水の温度（冷却水温）ＴＨＷに応じた電気信号をＥＣ
Ｕ５０に出力する。

【００３７】燃焼室に臨む吸気ポート３０の開口端は、
シリンダヘッド１ｂに進退自在に支持された吸気バルブ
３６によって開閉される。また、燃焼室に臨む排気ポー
ト４０の開口端は、同じくシリンダヘッド１ｂに進退自
在に支持された排気バルブ４６によって開閉される。こ
れらバルブ３６，４６は、それぞれ吸気カムシャフト３
７および排気カムシャフト４７の回転動作に連動す
る。。また、吸気カムシャフト３７及び排気カムシャフ
ト４７各々の先端部に取り付けられたカムスプロケット
３８，４８は、タイミングチェーン１９を介してクラン
クシャフト１４につながっている。

【００３８】エンジン１の運転時には、クランクシャフ
ト１４の回転力がタイミングチェーン１９および吸気カ
ムスプロケット３８，４８を介して各カムシャフト３
７，４７に伝達される。この結果、各カムシャフト３
７，４７がクランクシャフト１４の回転に同期して回転
し、ピストン１２の往復動に対応する所定のタイミング
で各バルブ３６，４６を開閉する。すなわち、各バルブ
３６，４６は、ピストン１２の上下動に応じたエンジン
１の吸気行程、圧縮行程、爆発・膨張行程及び排気行程
に同期して、所定のタイミングで作動可能となってい
る。

【００３９】また、吸気カムスプロケット３８が取り付
けられる吸気カムシャフト３７の先端部は、吸気カムス
プロケット３８および吸気カムシャフト３７間の相対的
な回転位相、言い換えるとクランクシャフト１４および
吸気カムシャフト３７間の相対的な回転位相（吸気バル
ブ３６のバルブタイミング）を可変調整するためのバル
ブタイミング可変機構１００を構成する。なお、バルブ
タイミング可変機構１００は、ＥＣＵ５０の指令信号に
基づく油圧制御によって作動する。また、吸気カムシャ
フト３７の端部に取り付けられたタイミングロータ（図
示略）と、同タイミングロータの近傍に取り付けられた
電磁ピックアップ５７ｂとを備えて構成されるカム角セ
ンサ５７は、吸気カムシャフト３７の回転位相に応じた
電気信号をＥＣＵ５０に出力する。

【００４０】ＥＣＵ５０は、周知のマイクロコンピュー
タである。ＥＣＵ５０の内部では、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ、タイマーカ
ウンタ、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路、外部出力回
路等が相互に接続され、論理演算回路を構成している。

【００４１】このように構成されたＥＣＵ５０は、上記
スロットルポジションセンサ５２、アクセルポジション
センサ５３、空燃比センサ５４、クランク角センサ５
５、水温センサ５６およびカム角センサ５７の他、エン
ジン１の各部位に取り付けらた各種センサの出力する検
出信号を外部入力回路を介して入力し、エンジン１の運
転状態に関連する各種情報を把握する。そして、これら
各種情報に基づき、イグナイタ１６、燃料噴射弁１８、
スロットルバルブ３４やバルブタイミング可変機構１０
０等、エンジン１の各構成部材を駆動する。すなわち、
ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１８を通じて行う吸気ポート
３０への燃料噴射の制御（燃料噴射制御）、燃焼室１５
に導入された混合気の点火時期（イグナイタに電流を付
与するタイミング）を決定する制御（点火時期制御）、
或いはバルブタイミング可変機構１００の駆動制御（バ
ルブタイミング制御）等、エンジン１の運転に関する各
種制御を併せて実行する。

【００４２】なお、上記バルブタイミング可変機構１０
０は、同機構１００を油圧駆動するための各種周辺部材
（ＥＣＵ５０を含む）と併せて、エンジン１のバルブタ
イミング制御装置を構成する。

【００４３】以下、このような構成を備えたバルブタイ
ミング制御装置について詳細に説明する。

【００４４】図２には、バルブタイミング可変機構１０
０の正面断面構造及び同機構１００の各種周辺部材の概
略構成を示す。

【００４５】同図２に示すように、バルブタイミング可
変機構１００の内部に設けられた内部ロータ１０１は、
吸気カムシャフト３７の先端にボルト等で締結されるこ
とで同吸気カムシャフト３７と一体回転可能とされる。
この内部ロータ１０１の外周には、４枚の羽根体（ベー
ン）１０１ａが放射状に形成されている。

【００４６】また、この内部ロータ１０１の外周を覆う
ようにハウジング１０２が設けられている。これらのハ
ウジング１０２は、複数の取り付けボルト１０３により
吸気カムスプロケット３８に固定されることで、同吸気
カムスプロケット３８と一体回転可能とされる。なおハ
ウジング１０２の内周には、内部ロータ１０１のベーン
１０１ａと同数（４枚）の凸部１０２ａが形成されてお
り、隣り合った凸部１０２ａの間に形成された凹部１０
４内に個々のベーン１０１ａが収容されている。

【００４７】ベーン１０１ａの先端は凹部１０４の内周
と摺接し、凸部１０２ａの先端は内部ロータ１０１の外
周と摺接している。その結果、内部ロータ１０１及び吸
気カムシャフト３７と、吸気カムスプロケット３８及び
ハウジング１０２は、互いに同一の軸心を中心として相
対回動可能となる。

【００４８】また、凹部１０４には、ベーン１０１ａに
よって区画されることで２つの空間１０５，１０６が形
成されている。以後、これら２つの空間１０５，１０６
のうち、ベーン１０１ａに対して吸気カムシャフト３７
の回転方向（矢指α方向）側の空間１０５を遅角油圧
室、その反対側の空間１０６を進角油圧室という。 ま
た、内部ロータ１０１に設けられた２つのベーン１０１
ａ各々には、カムシャフト３７の軸方向に沿って貫通孔
（収容孔）１２０，１３０が貫通形成されている。収容
孔１２０には遅角位置ロックピン１２１が、収容孔１３
０には中間位置ロックピン１３１が収容されている。遅
角位置ロックピン１２１および中間位置ロックピン１３
１は、内部ロータ１０１及びハウジング１０２を特定の
相対位相に固定する機能を有する。

【００４９】このように構成されたバルブタイミング可
変機構１００では、遅角油圧室１０５や進角油圧室１０
６等、各部位に供給される油圧の制御を通じて、両回転
部１０１，１０２間の相対位相が自在に変更或いは保持
される。

【００５０】次に、上記バルブタイミング可変機構１０
０の各部位に供給する油圧を制御する油圧制御系につい
て説明する。

【００５１】同図２において、オイルポンプ２０１は、
クランクシャフト３７の回転力に基づき機械的に駆動さ
れ、オイルパン２０２内の作動油を吸引し、供給油路Ｐ
１を介してオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２０３
に作動油を供給する。

【００５２】このＯＣＶ２０３はデューティ制御に基づ
き開度制御される４ポート弁であり、上記供給油路Ｐ１
に加え、作動油をオイルパン２０２に還流する２本の排
出油路Ｐ２，Ｐ３と、上記バルブタイミング可変機構１
００の遅角油圧室１０５に連通する遅角油路Ｐ４と、進
角油圧室１０６に連通する進角油路Ｐ５とが接続されて
いる。ＯＣＶ２０３は往復摺動可能に配設されたスプー
ル２０４と、同スプール２０４を付勢するコイルバネ２
０５と、電圧を印加されることによってスプール２０４
を矢指β方向に吸引する電磁ソレノイド（図示略）を内
蔵する。

【００５３】上記電磁ソレノイドに印加される電圧は、
ＥＣＵ５０によってデューティ制御されている。電磁ソ
レノイドが発生する吸引力は、印加される電圧のデュー
ティ比に応じて変化する。この電磁ソレノイドが発生す
る吸引力とコイルバネ２０５の付勢力との釣り合いによ
って、スプール２０４の位置が決められる。

【００５４】スプール２０４が移動することによって、
遅角油路Ｐ４及び進角油路Ｐ５と、供給油路Ｐ１及び排
出油路Ｐ２，Ｐ３との連通量が変化し、遅角油路Ｐ４及
び進角油路Ｐ５に対して供給される作動油の量、あるい
はこれら油路Ｐ４，Ｐ５より排出される作動油の量が変
化する。ＥＣＵ５０は、このようにして上記遅角油圧室
１０５及び進角油圧室１０６内の油圧を調節することに
より、内部ロータ１０１及びハウジング１０２の相対的
な動きと遅角位置ロックピン１２１の作動状態とを併せ
て制御する。

【００５５】他方、オイルポンプ２０１によって吸引さ
れた作動油の一部は、供給油路Ｐ１から分岐する油路Ｐ
６を通じてオイルスイッチングバルブ（ＯＳＶ）２５０
に供給される。ＯＳＶ２５０は、ＯＣＶ２０３と同様、
電磁ソレノイド（図示略）及びコイルバネ（図示略）の
協働によって往復動するスプール（図示略）を内蔵し、
同電磁ソレノイドへの供給電圧がＥＣＵ５０によってデ
ューティ制御されることで開度制御される３ポート弁で
ある。ＯＳＶ２５０には、上記油路Ｐ６に加え、作動油
をオイルパン２０２に還流する排出油路Ｐ７と、中間位
置ロックピン１３１を備えたベーン１０１ａが収容され
る凹部１０４内の所定部位に連通するロックピン制御油
路Ｐ８とが接続されている。ＥＣＵ５０は、ＯＣＶ２０
３と同様、ロックピン制御油路Ｐ８を通じて供給する作
動油の油圧を調節することにより、中間位置ロックピン
１３１の作動状態を制御する。

【００５６】ここで、上記遅角位置ロックピン１２１
と、中間位置ロックピン１３１の構造及び機能につい
て、詳しく説明する。

【００５７】図３（ａ）において模式的に示すように、
遅角位置ロックピン１２１は、内部ロータ１０１（吸気
カムシャフト３７）及びハウジング１０２（吸気カムス
プロケット３８）の相対位相によって決定づけられる吸
気バルブ３６のバルブタイミング（以下、単にバルブタ
イミングという）が最も遅角される状態となるところ
で、内部ロータ１０１及びハウジング１０２の相対位相
を固定する。なお、このときの両回転部１０１，１０２
の相対位相を、以下「最遅角位置」という。

【００５８】一方、図３（ｂ）おいて模式的に示すよう
に、中間位置ロックピン１３１は、内部ロータ１０１
（吸気カムシャフト３７）及びハウジング１０２（吸気
カムスプロケット３８）の相対位相によって決定づけら
れるバルブタイミングがその可変範囲内の中間状態にあ
るところで、内部ロータ１０１及びハウジング１０２の
相対位相を固定する。なお、この相対位相に対応するバ
ルブタイミングを、以下「中間位置のバルブタイミン
グ」という。

【００５９】図４（ａ）及び図４（ｂ）には、内部ロー
タ１０１及びハウジング１０２の相対位相が最遅角位置
にあるときの遅角位置ロックピン１２１及びその周辺部
位の断面構造、すなわち図３（ａ）の状態にあるバルブ
タイミング可変機構１００について、IV−IV線に沿った
断面構造を示す。なお、図４（ａ）は、各油圧室１０
５，１０６に油圧が付与されていない状態を示す。ま
た、図４（ｂ）は、各油路Ｐ４，Ｐ５（図２を併せ参
照）を通じて作動油が供給され、各油圧室１０５，１０
６に所定の油圧が付与されている状態を示す。

【００６０】両図４（ａ），（ｂ）に示すように、収容
孔１２０は、その内部において遅角位置ロックピン１２
１が往復動可能となるように形成されている。ハウジン
グカバー１１０及び側板１１１は、ボルト締結等によっ
てハウジング１０２と一体形成され、内部ロータ１０１
をクランクシャフト３７の軸方向両端から挟持する。

【００６１】側板１１１には、ロックピン１２１の先端
部１２１ａと係合する形状を有する係止穴１１１ａが設
けられている。係止穴１１１ａは、ハウジングカバー１
１０と対峙する方向に向かって開口している。また、遅
角位置ロックピン１２１の後端部にはコイルバネ１２１
ｂを収容するバネ収容穴１２１ｃが設けられている。コ
イルバネ１２１ｂは、収容孔１２０内に収容された遅角
位置ロックピン１２１をハウジングカバー１１０側から
側板１１１側に向けて付勢する。

【００６２】また、収容孔１２０が形成されたベーン１
０１ａには、遅角油圧室１０５と収容孔１２０とを連通
させる油路１０１ｂと、進角油圧室１０６とを連通させ
る油路１０１ｃとが形成されている。なお、図４
（ａ），（ｂ）においては内部ロータ１０１及びハウジ
ング１０２の相対位相が最遅角位置にあるため、進角油
圧室１０６は存在していない。

【００６３】ここで、図４（ａ）に示すように、各油圧
室１０５，１０６に油圧が付与されていない状態では、
コイルバネ１２１ｂのバネ力により、遅角位置ロックピ
ン１２１の先端部１２１ａが係止穴１１１ａに係合し、
内部ロータ１０１及びハウジング１０２の相対位相が固
定される。

【００６４】一方、図４（ｂ）に示すように、各油路１
０１ａ，１０１ｂを通じて矢指Ａ，Ｂ方向に十分高い油
圧が付与されると、この油圧がコイルバネ１２１ｂのバ
ネ力に打ち勝って遅角位置ロックピン１２１の先端部１
２１ａを係止穴１１１ａから離間させる。

【００６５】なお、上記遅角位置ロックピン１２１は、
作動油の粘性がある基準より高くなっているとき（例え
ば、エンジン１の始動時或いはその始動直後、作動油の
温度が所定値を下回っているとき）には、係止穴１１１
ａと係合する（図４（ａ））。そして、作動油の粘性が
ある基準より低くなっているとき（エンジン１が通常の
運転状態にあるとき）には、係止穴１１１ａから離間し
た状態を維持する（図４（ｂ））。

【００６６】次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）には、内
部ロータ１０１及びハウジング１０２の相対位相が可変
範囲の中間にあるときの中間位置ロックピン１３１及び
その周辺部位の断面構造、すなわち図３（ｂ）の状態に
あるバルブタイミング可変機構１００について、Ｖ−Ｖ
線に沿った断面構造を示す。なお、図５（ａ）は、ＯＳ
Ｖ２５０によるロックピン制御油路Ｐ８への作動油（油
圧）供給が行われていない状態を示す（図２を併せ参
照）。また、図５（ｂ）は、ＯＳＶ２５０によるロック
ピン制御油路Ｐ８への作動油（油圧）供給が行われてい
る状態を示す（図２を併せ参照）。

【００６７】両図５（ａ），（ｂ）に示すように、収容
孔１３０は、その内部において中間位置ロックピン１３
１が往復動可能となるように形成されている。ハウジン
グカバー１１０及び側板１１１がボルト締結等によって
ハウジング１０２と一体形成され、内部ロータ１０１を
クランクシャフト３７の軸方向両端から挟持することは
上述した通りである。

【００６８】側板１１１には、先の図４（ａ），（ｂ）
において説明した係止穴１１１ａの他、ロックピン１３
１の先端部１３１ａと係合する形状を有する係止穴１１
１ｂが設けられている。係止穴１１１ｂは、ハウジング
カバー１１０と対峙する方向に向かって開口する。ま
た、係止穴１１１ｂの奥部は、ロックピン制御油路Ｐ８
と連通している。一方、中間位置ロックピン１３１の後
端部にはコイルバネ１３１ｂを収容するバネ収容穴１３
１ｃが設けられている。コイルバネ１３１ｂは、収容孔
１３０内に収容された中間位置ロックピン１３１をハウ
ジングカバー１１０側から側板１１１側に向けて付勢す
る。

【００６９】ここで、図５（ａ）に示すように、ＯＳＶ
２５０によるロックピン制御油路Ｐ８への作動油（油
圧）供給が行われていない状態では、コイルバネ１３１
ｂのバネ力により、中間位置ロックピン１３１の先端部
１２１ａが係止穴１１１ｂに係合し、内部ロータ１０１
及びハウジング１０２の相対位相が固定される。

【００７０】一方、図５（ｂ）に示すように、ロックピ
ン制御油路Ｐ８を通じて矢指Ｃ方向に十分高い油圧が付
与されると、この油圧がコイルバネ１３１ｂのバネ力に
打ち勝って中間位置ロックピン１３１の先端部１３１ａ
を係止穴１１１ｂから離間させる。

【００７１】なお、例えばエンジン１が始動を開始した
後、作動油の温度が上昇し（作動油の粘性が低下し）、
バルブタイミング制御の制御性が十分確保されている状
態までには至っていないが、同バルブタイミングを最遅
角位置より進角させた方が、排気特性や燃費等の観点か
らみてエンジン１の運転状態を好適化することができる
ような条件下で、中間位置ロックピン１３１は係止穴１
１１ｂに係合することになる（図５（ａ））。ちなみ
に、作動油の粘性がこれより高い場合には、通常、遅角
位置ロックピン１２１が係止穴１１１ａに係合する。ま
た、作動油の粘性がこれより低い場合等には、ＥＣＵ５
０が油路Ｐ８内の作動油の油圧を上昇させることによ
り、中間位置ロックピン１３１を係止穴１１１ｂから離
間させるように制御する（図５（ｂ））。

【００７２】すなわち、例えば、エンジン１の始動時或
いは始動時直後においては、遅角位置ロックピン１２１
によりバルブタイミングは最遅角位置に固定されてい
る。その後、作動油の温度がある程度以上上昇すると
（作動油の粘性がある程度以上低下すると）、遅角位置
ロックピン１２１によるバルブタイミングの固定機能は
解除され、これに続き、中間位置ロックピン１３１がバ
ルブタイミングをその可変範囲の中間位置で固定するよ
うになる。さらに作動油の温度が上昇すると（作動油の
粘性が低下すると）、ＥＣＵ５０の油圧制御に基づき、
中間位置ロックピン１３１によるバルブタイミングの固
定機能が解除され、通常の運転状態が持続する限りこの
解除状態が保持されることになる。

【００７３】つづいて、このバルブタイミング可変機構
１００の作動制御について説明する。

【００７４】ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５５等の
各種センサの検出結果より把握されるエンジン１の運転
状態に基づき、バルブタイミングの目標値（以下「目標
バルブタイミング」という）ＶＴＴを逐次更新・算出す
る。そして、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５５とカ
ム角センサ５７との出力信号から把握される実際のバル
ブタイミング（以下「実作動バルブタイミング」とい
う）ＶＴと上記目標バルブタイミングＶＴＴとの比較に
基づきデューティ指令値ＤＴを算出する。さらに、ＥＣ
Ｕ５０は、この算出したデューティ指令値ＤＴに応じた
デューティ比の指令信号（電圧）をＯＣＶ２０３の電磁
ソレノイドに印加する。こうしてＯＣＶ２０３の開度を
調節することで、バルブタイミング可変機構１００の各
油圧室１０５，１０６内の油圧を適宜調節し、同機構１
００を作動させる。上記のような態様で、ＥＣＵ５０は
バルブタイミング可変機構１００の作動制御し、もって
吸気バルブ３６のバルブタイミングを変更制御する。

【００７５】さらにこのバルブタイミング制御は、上記
実作動バルブタイミングＶＴを上記目標バルブタイミン
グに収束させるように行う通常のフィードバック制御の
他、保持制御及びその保持制御のための学習制御を含
む。保持制御とは、バルブタイミングを所定の位相に保
持するようＯＣＶ２０３を駆動するためのデューティ指
令値（電圧）ＤＴを所定値（保持デューティ）に設定す
る制御であり、ここでいう学習制御とは、保持制御で得
られた結果を評価し、正確な保持デューティを逐次更新
・記憶していく制御である。

【００７６】例えば図６（ａ）及び図６（ｂ）は、バル
ブタイミング制御の実施中、更新された目標バルブタイ
ミングＶＴＴに追従する実作動バルブタイミングＶＴの
推移態様（図６（ａ））と、このときＯＣＶ２０３に付
与されるデューティ指令値ＤＴの波形ＷＤＴ（図６
（ｂ））とを同一時間軸上に示すタイムチャートの一例
である。

【００７７】両図６（ａ），（ｂ）に示すように、任意
の時刻ｔ0において新たな目標バルブタイミングＶＴＴ
を設定（更新）した場合、ＥＣＵ５０は、実作動バルブ
タイミングＶＴがこの目標バルブタイミングＶＴＴと合
致するようにデューティ指令値ＤＴを変更する（フィー
ドバック制御を行う）。ここで、適用されるデューティ
指令値ＤＴと保持デューティＤＴＨとの偏差（制御ゲイ
ン）が大きいほど、実作動バルブタイミングＶＴが目標
バルブタイミングＶＴＴに近づくときの変化速度（図６
（ａ）における実線の傾きに相当）は大きくなる。この
とき、ＥＣＵ５０は、比較的大きな制御ゲインを採用し
て実作動バルブタイミングＶＴの変更を開始し、同実作
動バルブタイミングＶＴが目標バルブタイミングに近づ
くにつれ、小さな制御ゲインを採用してＯＣＶ２０３を
駆動する。実作動バルブタイミングＶＴが目標バルブタ
イミングＶＴＴに合致し、しかもその状態で保持される
ようになった場合（例えば時刻ｔ1）、ＥＣＵ５０は、
このときのデューティ指令値ＤＴを新たな保持デューテ
ィＤＴＨとして更新・記憶することになる。

【００７８】以下、本実施の形態のエンジン１が行うバ
ルブタイミング制御に関し、その基本的な制御手順につ
いてフローチャートを参照して説明する。

【００７９】図７には、バルブタイミング制御を実施す
るための「バルブタイミング制御ルーチン」を示す。本
ルーチンは、ＥＣＵ５０を通じてエンジン１の運転中、
所定時間毎に実行される。

【００８０】同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ５
０は先ずステップＳ１０１において、バルブタイミング
制御を実施するために必要な情報、例えば機関回転数Ｎ
Ｅ、吸気量ＧＡ、スロットル開度ＴＡ、冷却水温ＴＨＷ
および現在の実作動バルブタイミングＶＴ等を把握す
る。

【００８１】ステップＳ１０２においてＥＣＵ５０は、
上記ステップＳ１０１で把握した各種パラメータＮＥ，
ＧＡ，ＴＡ及びＴＨＷ等に基づき、マップ（図示略）等
を参照して目標バルブタイミングＶＴＴを決定する。

【００８２】目標バルブタイミングＶＴＴは、概ね（機
関）回転数ＮＥと（機関）負荷との関係から決定づけら
れるエンジン１の運転領域（状態）に照らし、以下のよ
うに決定されることになる。

【００８３】例えば、アイドル運転時等の軽負荷運転領
域においてバルブオーバーラップ期間（排気バルブ４６
と吸気バルブ３６とが共に開弁状態にある期間）が長く
設定されていると、機関燃焼後、燃焼室１５から排気ポ
ート４０に排出された排気（不活性ガス成分）が燃焼室
１５を介して吸気ポート３０へ吹き返し、燃焼室１５内
への吸気の導入を妨げる傾向がある。そこで、アイドル
運転時等の軽負荷運転時には、バルブタイミングを遅角
させること（吸気バルブ３６の開弁時期を遅らせるこ
と）により、バルブオーバーラップ期間を短くして（又
はなくして）エンジン１の燃焼状態を安定化させる。

【００８４】また、中負荷領域においては、バルブタイ
ミングを進角させること（吸気バルブ３６の開弁時期を
早くすること）により、バルブオーバーラップ期間を長
くして、吸気ポート３０への排気の吹き返しを積極的に
行う。すると、燃焼室へ導入される混合気中の不活性ガ
ス成分量が増大し、その燃焼温度が低下することで排気
中のＮＯｘ成分量が低減される。さらに、排気中の未燃
ガスが再度機関燃焼に供されることになるため、排気中
のＨＣ成分量も低減される。以下、このように、燃焼室
１５を介して吸気系（吸気ポート３０）へ吹き返す排気
の量を内部ＥＧＲ（Emission Gas Recirculation）量と
いう。

【００８５】また、高負荷低中回転領域では、バルブタ
イミングを進角させること（吸気バルブ３６の閉弁時期
を早くすること）により、圧縮行程の初期における混合
気の吸気ポート３０への吹き返しを抑制する。

【００８６】また、高負荷高回転領域ではピストン１２
の動作速度が速いため、吸気バルブ３６の閉弁時期を早
すぎると充分量の吸気を燃焼室１５に導入することがで
きなくなる。このため、燃焼室１５内への吸気の充填効
率が高まるように、バルブタイミングを遅角する（吸気
バルブ３６の閉弁時期を遅くする）。

【００８７】ステップＳ１０３においては、目標バルブ
タイミングＶＴＴ及び実作動バルブタイミングＶＴ間の
偏差ＤＬＶＴＴを算出する。

【００８８】続くステップＳ１０４においては、上記ス
テップＳ１０３で算出した偏差ＤＬＶＴＴの絶対値が所
定値ＤＬ１より大きいか否かを判断する。ここでＥＣＵ
５０は、偏差ＤＬＶＴＴの絶対値が所定値を上回ってい
れば、目標バルブタイミングＶＴＴ及び実作動バルブタ
イミングＶＴが十分に近似していないと判断し、先の図
６（ａ），（ｂ）における時刻ｔ１以前の制御態様に従
いデューティ指令値ＤＴを適宜変更して、実作動バルブ
タイミングＶＴを目標バルブタイミングＶＴＴに収束さ
せる処理を行う（ステップＳ１０５）。一方、偏差ＤＬ
ＶＴＴの絶対値が所定値を上回っていれば、目標バルブ
タイミングＶＴＴ及び実作動バルブタイミングＶＴが十
分に近似していると判断し、先の図６（ａ），（ｂ）に
おける時刻ｔ１以降の制御態様に従い、現在の実作動バ
ルブタイミングＶＴを保持するための処理（保持デュー
ティＤＴＨの更新）を行う（ステップＳ１０６）。

【００８９】上記ステップＳ１０５若しくはＳ１０６で
の処理を終えた後、ＥＣＵ５０は本ルーチンを一旦抜け
る。

【００９０】ＥＣＵ５０は、先述した遅角位置ロックピ
ン１２１や中間位置ロックピン１３１が係止穴１１１ａ
や係止穴１１１ｂと係合している状態にない限り、上記
処理手順を基本的には所定周期で繰り返す。すなわち、
ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状態に照らして求めら
れた最適値（目標バルブタイミングＶＴＴ）を実作動バ
ルブタイミングＶＴが保持するようフィードバック制御
を継続的に行う。

【００９１】ところで、エンジン１が通常の条件下で運
転されている場合、中間位置ロックピン１３１は、内部
ロータ１０１及びハウジング１０２の相対位相が図５
（ｂ）に示す配置状態にあっても、作動油の油圧作用に
よってベーン１０１ａの収容孔１３０内に保持されるこ
とは上述した通りである。

【００９２】ところが、例えば作動油が高温になる条件
下、すなわち作動油の粘性が低下し漏れ量が増大する条
件下で機関回転ＮＥが低下した場合等には、ロックピン
制御油路Ｐ８を通じて供給される作動油の油圧が中間位
置ロックピン１３１を支持しきれず、同ロックピン１３
１が収容孔１３０から係止穴１１１ｂに向かって突き出
することがある。また、機関回転数ＮＥの変動により作
動油の油圧が脈動し、収容孔１３０内の中間位置ロック
ピン１３１が振動してしまうこともある。そして、何れ
の場合にも、中間位置ロックピン１３１の係止穴１１１
ｂへの引っ掛かりを発生させることになる。こうした条
件下で、収容孔１３０および係止穴１１１ｂが連通する
配置状態になると、収容孔１３０内における中間位置ロ
ックピン１３１の先端部１３１ａが係止穴１１１ｂに引
っ掛かり、目標バルブタイミングＶＴＴに対する実作動
バルブタイミングＶＴの追従性が低下したり、その動き
に段差が生じる等といった不具合、すなわちバルブタイ
ミング可変機構１００の作動不良が発生する。

【００９３】例えば、図８（ａ）〜（ｄ）は、エンジン
１に内部ＥＧＲを増大させる要求が生じた場合に観測さ
れる実作動バルブタイミングＶＴの推移態様（図８
（ａ）及び図８（ｂ））と、内部ＥＧＲの推移態様（図
８（ｃ））と、エンジン１の排気通路に排出されるＮＯ
ｘの量（ＮＯｘ発生量）の推移態様（図８（ｄ））とを
同一時間軸上に例示するタイムチャートである。なお、
図８（ｃ）に示す内部ＥＧＲの推移態様と、図８（ｄ）
に示すＮＯｘ発生量の推移態様とは、何れも図８（ｂ）
に示す実作動バルブタイミングＶＴの推移態様に対応す
るものである。

【００９４】先ず、図８（ａ）には、中間位置ロックピ
ン１３１の誤作動（引っ掛かり）が生じることなく、し
かも目標バルブタイミングＶＴＴの変化に対し実作動バ
ルブタイミングＶＴの変化が速やかに追従している場合
に観測される両パラメータＶＶＴ，ＶＴの推移態様を示
す。

【００９５】同図８（ａ）において、時刻ｔ10に内部Ｅ
ＧＲを増大させる要求が生じると、それまで一定の値に
設定されていた目標バルタイミングＶＶＴが進角側に移
行する。実作動バルブタイミングＶＴを目標バルブタイ
ミングＶＴＴに合致させるためのフィードバック制御
（図６参照）が好適に実施されている場合、実作動バル
ブタイミングＶＴの動きは目標バルブタイミングＶＴＴ
の動きに対し速やかに追従する。このため、巨視的にみ
れば、時間軸上において観測される両パラメータＶＴ，
ＶＶＴの推移態様は概ね一致するようになる。

【００９６】一方、図８（ｂ）には、実作動バルブタイ
ミングＶＴが目標バルブタイミングＶＴＴの動きに追従
して進角側へ移行する（進角制御される）途中、中間位
置ロックピン１３１が係止穴１１１ｂに引っ掛かった場
合に観測される両パラメータＶＴ，ＶＴＴの推移態様を
示す。

【００９７】同図８（ｂ）に示すように、実作動バルブ
タイミングＶＴが進角側へ移行する途中、中間位置ロッ
クピン１３１が係止穴１１１ｂに引っ掛かってしまうと
（時刻ｔ11）、実作動バルブタイミングＶＴの動き（実
線）が目標バルブタイミングＶＴＴの動き（一点鎖線）
に追従できなくなり、所定の期間（時刻ｔ11〜ｔ13）
は、両パラメータＶＴ，ＶＴＴが乖離する。

【００９８】図８（ｃ）に示すように、内部ＥＧＲは、
実作動バルブタイミングＶＴの変化に応じ、これとほぼ
同様の態様で変化する。このため、実作動バルブタイミ
ングＶＴと目標バルブタイミングＶＴＴとの間に上記の
ような乖離が発生した場合、実際の内部ＥＧＲ（実線）
と制御上目標となる内部ＥＧＲ（一点鎖線）との間にも
同様の乖離が発生する。

【００９９】この結果、図８（ｄ）に示すように、バル
ブタイミングの調整を通じてエンジン１の内部ＥＧＲを
増大させることにより、ＮＯｘの発生を抑制する制御を
実施しているにも関わらず、ＮＯｘの発生量が一時的に
増大してしまう。

【０１００】本実施の形態にかかるバルブタイミング制
御装置では、実作動バルブタイミングＶＴを変更する
際、その変更過程で中間位置ロックピン１３１が誤作動
し、実作動バルタイミングＶＴが目標バルブタイミング
ＶＴと異なる動きをした場合には、両パラメータＶＴ，
ＶＴＴ間の乖離を定量的に認識する。そして、このよう
な両パラメータＶＴ，ＶＴＴ間の乖離に起因して発生す
るエンジン１の運転状態の乱れ（例えば、制御上予定さ
れている内部ＥＧＲの動きと、実際の内部ＥＧＲの動き
との乖離）を、同エンジン１の機関運転に関する他の制
御パラメータ（例えば燃料噴射量）を補正することによ
って抑制する。

【０１０１】図９には、燃料噴射弁１８によるエンジン
１への燃料噴射量の補正を行うための「燃料噴射量補正
ルーチン」を示す。本ルーチンは、先の「バルブタイミ
ング制御ルーチン」と同様、ＥＣＵ５０を通じてエンジ
ン１の運転中所定時間毎に実行される。同ルーチンを通
じてＥＣＵ５０は、「バルブタイミング制御ルーチン」
の処理内容を逐次参照しながら、その処理内容に対応す
る制御を実施する。

【０１０２】同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ５
０は先ずステップＳ１１１において、「バルブタイミン
グ制御ルーチン」に関する最新の情報から、現在、内部
ＥＧＲの増大要求に基づく進角制御が行われているか否
かを判断する。そして、その判断が肯定であれば処理を
ステップＳ１１２に移行し、その判断が否定であれば本
ルーチンを一旦抜ける。

【０１０３】ステップＳ１１３においては、目標バルブ
タイミングＶＶＴに向けて実作動バルブタイミングＶＴ
を進角側へ移行させている途中（進角制御の実施中）、
中間位置ロックピン１３１が誤作動して係止穴１１１ｂ
に引っ掛かったか否かを判断する。中間位置ロックピン
１３１の誤作動に関するこのような判断は、例えば、目
標バルブタイミングＶＴＴ及び実作動バルブタイミング
ＶＴ間の乖離の大きさや拡大速度に基づいて行えばよい
（図８（ｂ）参照）。例えば、進角制御中、目標バルブ
タイミングＶＴＴ及び実作動バルブタイミングＶＴ間の
乖離が所定値を上回る速度で拡大する現象が観測された
場合等に、上記中間位置ロックピン１３１の誤作動（引
っ掛かり）が生じていると判断すればよい。なお、中間
位置ロックピン１３１の引っ掛かりが発生していなくて
も、エンジン１の運転状態（例えば作動油の粘性や機関
回転数ＮＥ等）によって、目標バルブタイミングＶＴＴ
に対する実作動バルブタイミングＶＴの追従性（図６参
照）は異なるのが通常である。このため、上記中間位置
ロックピン１３１の引っ掛かりが発生しているか否かを
判断するに際しては、目標バルブタイミングＶＴＴに対
する実作動バルブタイミングＶＴの追従性の相違も考量
するのが好ましい。同ステップＳ１１３において中間位
置ロックピン１３１の引っ掛かりが生じていると判断し
た場合、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１１３に移
行する。一方、中間位置ロックピン１３１の引っ掛かり
が生じていないと判断した場合、本ルーチンを一旦抜け
る。

【０１０４】ステップＳ１１３では、本来、排気中のＮ
Ｏｘ量を低減するために予定されていた内部ＥＧＲ量の
増量と、同等の作用（ＮＯｘの低減作用）を排気特性に
及ぼす要素を上述した燃料噴射制御に反映する。

【０１０５】具体的には、例えば中間位置ロックピン１
３１の引っ掛かりに起因する内部ＥＧＲ量の不足分（図
８（ｃ）における実際の内部ＥＧＲ（実線）と制御上目
標となる内部ＥＧＲ（一点鎖線）との間の差異に相当）
に対応する補正量を予め設定しておき、燃料噴射弁１８
によるエンジン１への燃料噴射量に加える。内部ＥＧＲ
量の不足分は、例えば、図８（ｂ）における実作動バル
ブタイミングＶＴの挙動と、目標バルブタイミングＶＶ
Ｔの挙動（若しくは中間位置ロックピン１３１の誤動作
が生じていないと仮定した場合に推定される実作動バル
ブタイミングＶＴの挙動）との差異に基づいて演算（推
定）すればよい。

【０１０６】ちなみに、燃焼ガスの空燃比が低くなる
程、エンジン１の燃焼温度が低下してＮＯｘの発生量は
抑制される傾向にあるため、基本的には、中間位置ロッ
クピン１３１の引っ掛かりに起因する内部ＥＧＲ量の不
足分（目標値及び実値間の差異）が大きくなるほど燃料
噴射量に加味する（正の）補正量を大きく設定する。

【０１０７】上記ステップＳ１１３を経た後、ＥＣＵ５
０は本ルーチンを一旦抜ける。

【０１０８】このように、本実施の形態のバルブタイミ
ング制御装置では、エンジン１の運転状態に応じて適宜
更新される目標バルブタイミングＶＴＴに実作動バルブ
タイミングＶＴを移行させるフィードバック制御と、バ
ルブタイミングを現在の位相に保持する保持制御とを併
せ行う一方、内部ＥＧＲ量の増大要求に応じて実作動バ
ルブタイミングＶＴを進角させる制御（進角制御）を行
う際、中間位置ロックピン１３１の誤作動によって生じ
る内部ＥＧＲの不足量を定量的に演算し、その演算結果
に基づいてエンジン１への燃料噴射量を補正する。

【０１０９】ここで、上記のような中間位置ロックピン
１３１を備えたバルブタイミング制御装置では、バルブ
タイミング制御の実施中に中間位置ロックピン１３１の
誤作動（引っ掛かり）が発生すると、当該制御の信頼性
を損なうばかりでなく、当該バルブタイミング制御にお
いて目標バルブタイミングＶＴＴを基にして行う他の運
転制御にも影響が及び、結果として、排気特性の悪化や
ドライバビリティの低下等を招くことになるのは先の従
来技術においても説明した通りである。

【０１１０】この点、本実施の形態にかかるバルブタイ
ミング制御装置によれば、中間位置ロックピン１３１の
誤作動に起因して発生する内部ＥＧＲ量の不足が、他の
運転制御に基づいて逐次相殺されていくことになるた
め、排気中のＮＯｘの発生量を抑制すべく行うバルブタ
イミング制御の実施中、中間位置ロックピン１３１が誤
動作してしまい、実作動バルブタイミングＶＴが制御上
予定されていた動きとは異なる動きをした場合であれ、
排気中のＮＯｘ発生量は、図８（ｄ）の一点鎖線に示す
推移を示すようになる。すなわち、制御上予定されてい
た通り好適に抑制される。

【０１１１】よって、エンジン１の排気特性が好適な状
態に保たれるようになる。

【０１１２】なお、上記「燃料噴射量補正ルーチン」に
おいては、中間位置ロックピン１３１の誤作動に起因す
る内部ＥＧＲ量の不足を解消するにあたり、燃料噴射弁
１８を通じたエンジン１への燃料噴射量を補正すること
とした。また、燃料噴射量を補正する制御態様に替え、
例えばスロットルバルブ３４の開度を補正することによ
り燃焼ガスの空燃比を修正する制御態様を適用しても、
本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。

【０１１３】また、内部ＥＧＲの不足分を空燃比の修正
を通じて解消する制御態様に替え、例えばエンジン１の
点火時期を補正（遅角）する制御態様を適用しても、エ
ンジン１の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を抑制
することができる。すなわち、本実施の形態と同等若し
くはこれに準ずる効果を奏することができる。

【０１１４】さらに、エンジン１の吸気系と排気系とを
バイパスするガス通路と、同ガス通路を開閉制御するこ
との可能な制御弁とを備えて構成される周知の排気還流
（ＥＧＲ）装置を適用し、内部ＥＧＲ量の不足分を補う
量の排気を吸気系から再循環させるようにしてもよい。

【０１１５】また、本実施の形態においては、図８にお
いて説明したように、内部ＥＧＲ量の増大要求に応じて
実作動バルブタイミングＶＴを進角させる制御（進角制
御）を行う際、中間位置ロックピン１３１の誤作動によ
って生じる内部ＥＧＲの不足を解消するために、エンジ
ン１の運転制御に関するパラメータ（燃料噴射量等）を
補正する制御を行うこととした。これに限らず、実作動
バルブタイミングＶＴを遅角させる制御（遅角制御）を
行う際、中間位置ロックピン１３１の誤作動によって生
じるエンジン１の運転状態（排気特性や出力特性）に関
する不具合を解消するために、エンジン１の運転制御に
関するパラメータ（燃料噴射量等）を補正する制御を行
うこともできる。

【０１１６】さらに、内部ＥＧＲ量の調整に関して行う
バルブタイミング制御に限らず、例えば機関トルクや機
関出力、或いはノッキング抑制等、エンジン１の運転状
態に関する他のパラメータを好適化すべく行う実作動バ
ルブタイミングＶＴの進角制御又は遅角制御の実施中に
生じる中間位置ロックピン１３１の誤作動に起因する不
具合についても、上記「バルブタイミング制御ルーチ
ン」及び「燃料噴射量補正ルーチン」とほぼ同様の制御
構造を適用して、これを解消することができる。この場
合には、エンジン１の排気特性ばかりでなく、出力特性
やドライバビリティの安定化も図られるようになる。
（第２の実施の形態）次に、本発明を具体化した第２の
実施の形態について、上記第１の実施の形態と異なる点
を中心に説明する。本実施の形態の装置は、上記第１の
実施の形態と同じく車載用エンジンに設けられるバルブ
タイミング制御装置である。

【０１１７】第２の実施の形態の装置にあっても、バル
ブタイミング可変機構１００やＥＣＵ５０を含む車載用
エンジン１の構成、すなわち適用対象のハードウエア構
成は上記第１の実施形態の装置と基本的に同等である。
このため、それら構成に関するここでの重複する説明は
割愛する。

【０１１８】本実施の形態にかかるバルブタイミング制
御装置は、基本的には上記第１の実施の形態において適
用することとしたバルブタイミング制御ルーチンと同様
の制御構造（図７参照）に従ってバルブタイミングのフ
ィードバック制御を行う一方、特定の条件下で保持制御
の実行を禁止する。

【０１１９】以下、本実施の形態のエンジン１が行うバ
ルブタイミング制御に関し、その基本的な制御手順につ
いてフローチャートを参照して説明する。

【０１２０】図１０には、バルブタイミング制御を実施
するための「バルブタイミング制御ルーチン」を示す。
本ルーチンは、ＥＣＵ５０を通じてエンジン１の運転
中、所定時間毎に実行される。なお、本ルーチンのステ
ップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０
５及びＳ１０６において行う処理は、先の第１の実施の
形態におけるバルブタイミング制御ルーチン（図７）に
おいて説明した各ステップでの処理と同等であるため、
ここでの重複する説明は割愛する。

【０１２１】本ルーチン（図１０）において、目標バル
ブタイミングＶＴＴを決定した後（ステップＳ１０
２）、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１２１に移行
する。

【０１２２】ステップＳ１２１においては、現在の実作
動バルブタイミングＶＴが所定範囲内にあるか否かを判
断する。ここでいう所定範囲は、例えば係止穴１１１ｂ
に対する中間位置ロックピン１３１配置が図１１（ａ）
に示す配置にある状態と、図１１（ａ）に示す配置にあ
る状態とに各々対応する実作動バルブタイミングＶＴを
端点として設定すればよい。同ステップＳ１２１での判
断が肯定である場合、現在の実作動バルブタイミングＶ
Ｔを現在の値に保持する制御（保持制御）の実行を禁止
し（ステップＳ１２２）、目標バルブタイミングＶＶＴ
を少なくとも上記範囲外に修正（再設定）する。一方、
同ステップＳ１２１での判断が否定である場合、保持制
御の実行を許可する。

【０１２３】上記ステップＳ１２３又はＳ１２４の何れ
かを経た後は、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０
３に移行し、先の第１の実施の形態において説明した
「バルブタイミング制御ルーチン」（図７）と同様の処
理手順に従って実作動バルブタイミングＶＴの進角制御
又は遅角制御（ステップＳ１０５）、若しくは保持制御
（ステップＳ１０６）を行う。ただし、今回のルーチン
で保持制御の実行を禁止した場合には（ステップＳ１２
２）、ステップＳ１０６に処理を移行しても、保持制御
は行わずに本ルーチンを一旦抜ける。

【０１２４】ＥＣＵ５０は、上記処理手順に基づいて、
エンジン１の運転中継続的に実作動バルブタイミングＶ
Ｔの変更及び保持を行う。

【０１２５】一般に、保持制御が実行されると、実作動
バルブタイミングＶＴは現時点の位相近傍に滞留するよ
うになる。このため、従来の制御装置によるように、実
作動バルブタイミングＶＴが中間位置ロックピン１３１
が係止穴１１１ｂに引っ掛かる可能性のある位相範囲あ
るにも関わらず保持制御を実施すると、先の第１の実施
の形態で説明した作動油の油圧の低下や脈動の発生時
に、中間位置ロックピン１３１の誤作動が生じやすくな
る。

【０１２６】この点、本実施の形態のバルブタイミング
制御装置によれば、バルブタイミング制御の実行中、中
間位置ロックピン１３１が係止穴１１１ｂに引っ掛かる
可能性のある位相範囲における実作動バルブタイミング
ＶＴの保持を禁止するため、そのような中間位置ロック
ピン１３１の誤作動は好適に回避される。

【０１２７】なお、特定の位相範囲で保持制御の実行を
禁止する制御態様として、目標バルブタイミングＶＴＴ
が特定の位相範囲にある場合には保持制御の実行を禁止
するといった方法、或いは目標バルブタイミングＶＴＴ
を特定の位相範囲に設定しないようにするといった方法
も適用し得る。

【０１２８】ただし、目標バルブタイミングＶＴＴに対
する実作動バルブタイミングＶＴの追従性（応答性）が
運転条件等によって異なることから、両パラメータＶ
Ｔ，ＶＴＴの偏差は変動する。すなわち、上記追従性が
非常に高い場合には両パラメータＶＴ，ＶＴＴは各時刻
でほぼ一致するようになる。一方、上記追従性が低くな
ると両パラメータＶＴ，ＶＴＴ間の偏差は乖離していく
傾向を示す。さらに、上記追従性が非常に低くなる条件
下では、実作動バルブタイミングＶＴが目標バルブタイ
ミングＶＴＴに達する（十分近似する）前に、新たな目
標バルブタイミングＶＴＴが設定（更新）されること
も、当該バルブタイミング制御を実施する上で多々起こ
り得る。

【０１２９】例えば、上記追従性が低く実作動バルブタ
イミングＶＴが目標バルブタイミングＶＴＴに達する機
会も少なくなっている条件下は、目標バルブタイミング
ＶＴＴが特定の位相範囲にある場合には保持制御の実行
を禁止するといった制御構造や、目標バルブタイミング
ＶＴＴを特定の位相範囲に設定しないようにするといっ
た制御構造を適用するよりも、実作動バルブタイミング
ＶＴが特定の位相範囲に移行したところで当該実作動バ
ルブタイミングＶＴの保持を禁止する方が、中間位置ロ
ックピン１３１の誤作動を回避する上で優れた効果を奏
する傾向がある。

【０１３０】その一方、上記追従性が高く、実作動バル
ブタイミングＶＴと目標バルブタイミングＶＴＴとが各
時刻でほぼ一致しているような条件下では、目標バルブ
タイミングＶＴＴが特定の位相範囲にある場合には保持
制御の実行を禁止するといった制御態様、或いは目標バ
ルブタイミングＶＴＴを特定の位相範囲に設定しないよ
うにするといった制御態様を適用する方が、実作動バル
ブタイミングＶＴの動きを先読みすることとなるため、
中間位置ロックピン１３１の誤作動の回避性能が増すこ
ともある。

【０１３１】そこで、例えば作動油の温度、機関負荷、
或いは機関回転数ＮＥ等に基づいて設定される条件に応
じ、実作動バルブタイミングＶＴが特定の位相範囲にあ
る場合には保持制御の実行を禁止する制御態様、目標バ
ルブタイミングＶＴＴが特定の位相範囲にある場合には
保持制御の実行を禁止するといった制御態様、或いは目
標バルブタイミングＶＴＴを特定の位相範囲に設定しな
いようにするといった制御態様を切り替えて適用するこ
ととしてもよい。 （第３の実施の形態）次に、本発明を具体化した第３の
実施の形態について、上記第１及び第２の実施の形態と
異なる点を中心に説明する。本実施の形態の装置は、上
記第１及び第２の実施の形態と同じく車載用エンジンに
設けられるバルブタイミング制御装置である。

【０１３２】第３の実施の形態の装置にあっても、バル
ブタイミング可変機構１００やＥＣＵ５０を含む車載用
エンジン１の構成、すなわち適用対象のハードウエア構
成は上記第１及び第２の実施形態の装置と基本的に同等
である。このため、それら構成に関するここでの重複す
る説明は割愛する。

【０１３３】本実施の形態にかかるバルブタイミング制
御装置は、上記第１の実施の形態において適用すること
としたバルブタイミング制御ルーチンと同様の制御構造
（図７参照）に従ってバルブタイミングのフィードバッ
ク制御を行う一方、実作動バルブタイミングＶＴの変更
（遅角若しくは進角）にかかる変更速度（位相変位速
度）を特定の条件下で加速する。

【０１３４】以下、本実施の形態にかかるバルブタイミ
ング制御装置が行うバルブタイミング制御に関し、その
基本的な制御手順についてフローチャートを参照して説
明する。

【０１３５】図１２には、バルブタイミング制御を実施
するための「バルブタイミング制御ルーチン」を示す。
本ルーチンは、ＥＣＵ５０を通じてエンジン１の運転
中、所定時間毎に実行される。なお、本ルーチンのステ
ップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０
５及びＳ１０６において行う処理は、先の第１の実施の
形態におけるバルブタイミング制御ルーチン（図７）に
おいて説明した各ステップでの処理と同等であるため、
ここでの重複する説明は割愛する。

【０１３６】本ルーチン（図１２）において、目標バル
ブタイミングＶＴＴを決定した後（ステップＳ１０
２）、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１２１に移行
する。

【０１３７】ステップＳ１３１においては、実作動バル
ブタイミングＶＴが現在の位相から目標バルブタイミン
グＶＴＴに向かって変更する際、中間位置ロックピン１
３１が、先の図１１（ａ）及び図１１（ｂ）で説明した
両配置を端点として規定される範囲（以下、誤作動発生
領域という）を通過するか否かを判断する。

【０１３８】同ステップＳ１３２における判断が肯定で
ある場合、ＥＣＵ５０はステップＳ１３２に移行し、実
作動バルブタイミングＶＴを変更するに際しＯＣＶ２０
３へ付与するデューティ指令値ＤＴの波形（制御ゲイ
ン）を変更する。

【０１３９】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、通常の
進角制御で採用されるデューティ指令値ＤＴの波形ＷＤ
Ｔ１及び同波形ＷＤＴ１に対応する実作動バルブタイミ
ングＶＴ１の推移態様（破線）と、上記ステップＳ１３
２において設定されるデューティ指令値ＤＴの波形ＷＤ
Ｔ２及び同波形ＷＤＴ２に対応する実作動バルブタイミ
ングＶＴ２（実線）とを、同一時間軸上に併せ示すタイ
ムチャートの一例である。

【０１４０】同図１３（ａ），（ｂ）に示すように、通
常の進角制御においては、先の第１の実施の形態（図６
（ａ））において説明したように、ＥＣＵ５０は、比較
的大きな制御ゲイン（デューティ指令値ＤＴ及び保持デ
ューティＤＴＨ間の偏差）を採用して実作動バルブタイ
ミングＶＴ１の変更を開始し、同実作動バルブタイミン
グＶＴ１が目標バルブタイミングに近づくにつれ、小さ
な制御ゲインを採用してＯＣＶ２０３を駆動する。実作
動バルブタイミングＶＴ（ＶＴ１）が目標バルブタイミ
ングＶＴＴに合致し、しかもその状態で保持されるよう
になった場合、ＥＣＵ５０はこのときのデューティ指令
値ＤＴを新たな保持デューティＤＴＨとして更新・記憶
する。

【０１４１】これに対し、上記ステップＳ１３２での処
理によると、ＥＣＵ５０は、実作動バルブタイミングＶ
Ｔを変更する際、中間位置ロックピン１３１の配置が誤
作動発生領域を通過すると予測される場合には、実作動
バルブタイミングＶＴを制御するための制御ゲインとし
て、デューティ指令値ＤＴの波形ＷＤＴ２を設定する。

【０１４２】そして、このようなデューティ指令値ＤＴ
の波形ＷＤＴ２に基づいて実作動バルブタイミングＶＴ
（ＶＴ２）を変更することにより、その変更速度（変位
速度）がデューティ指令値ＤＴの波形ＷＤＴ１に対応す
る実作動バルブタイミングＶＴ１の変更速度と比べて速
められることになる。そして、このような実作動バルブ
タイミングＶＴの加速にともない、誤作動発生領域を通
過する中間位置ロックピン１３１の速度も速くなる。中
間位置ロックピン１３１の誤動作は、同ロックピン１３
１と係止穴１１１ｂとが機械的に係合することで生じる
ため、誤作動発生領域を通過する中間位置ロックピン１
３１の速度を高めることで、その発生確率は極めて低く
なる。なお、上記ステップＳ１３２では、遅角制御の実
施に際しても同様に、実作動バルブタイミングＶＴを変
更する際、その変更速度（変位速度）を高めるようにデ
ューティ指令値ＤＴの波形（制御ゲイン）ＷＤＴ２を設
定する。

【０１４３】一方、同ステップＳ１３１での判断が否定
である場合、制御ゲインの設定を通常の制御に委ねる。
すなわち、デューティ指令値ＤＴの波形として通常の波
形ＷＤＴ１を採用する。

【０１４４】上記ステップＳ１３２又はＳ１３３の何れ
かを経た後は、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０
３に移行し、先の第１の実施の形態において説明した
「バルブタイミング制御ルーチン」（図７）と同様の処
理手順に従って実作動バルブタイミングＶＴの進角制御
又は遅角制御（ステップＳ１０５）、若しくは保持制御
（ステップＳ１０６）を行い、本ルーチンを一旦抜け
る。

【０１４５】ＥＣＵ５０は、上記処理手順に基づいて、
エンジン１の運転中継続的に実作動バルブタイミングＶ
Ｔの変更及び保持を行う。

【０１４６】このように、本実施の形態のバルブタイミ
ング制御装置によれば、バルブタイミング制御の実施
中、誤作動発生領域を通過する中間位置ロックピン１３
１の速度が加速されることで、中間位置ロックピン１３
１が係止穴１１１ｂに引っ掛かり難くなる。したがっ
て、実作動バルブタイミングＶＴを適宜変更し、目標バ
ルブタイミングＶＴＴに合致させる制御を行う上で、そ
の精度及び信頼性が向上するようになる。

【０１４７】なお、実作動バルブタイミングＶＴの変更
速度（変位速度）を加速するための制御ゲインとして採
用するデューティ指令値ＤＴの波形は、図１３に示すも
のに限られるわけではなく、適用対象となる機構構成上
の特質や機械的な特質等に応じ、誤作動発生領域を通過
する中間位置ロックピン１３１（係止機構）の速度（動
作特性の変更速度）を加速する上で最適なものを適宜設
定するのが好ましい。

【０１４８】また、油圧制御に基づいて行うバルブタイ
ミング可変機構１００の作動制御も、ＯＣＶ２０３への
印加電圧をデューティ制御する方法に限らず、例えば印
加電流をデューティ制御する等、バルブタイミング可変
機構１００への供給油圧を制御し得る他の構成や制御方
法を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏するこ
とはできる。

【０１４９】また、上記各実施の形態では、中間位置ロ
ックピン１３１を遅角位置ロックピン１２１とは別途に
設ける構成を適用することとしたが、単体のロックピン
が両者（１２１，１３１）の機能を備える構成を適用し
てもよい。具体的には、ロックピンの可動範囲のうち、
その端点（例えば最遅角位置）及び中間位置において同
ロックピンを係止する係止穴を設ける等すればよい。

【０１５０】また、上記各実施の形態では、バルブタイ
ミングの変更時にはベーン１０１ａに設けられた収容孔
１３０に収容されている中間位置ロックピン１３１が、
ハウジング１０２に設けられた係止穴１１１ｂに向かっ
て適宜突出することにより、バルブタイミングをその可
変範囲の中間位置で固定する構造を適用する構成を適用
することとした。これに対し、バルブタイミングの変更
時にはハウジングに設けられた収容孔に収容されている
中間位置ロックピンが、ベーンに設けられた係止穴に向
かって適宜突出することにより、バルブタイミングをそ
の可変範囲の中間位置で固定する構造を適用することと
してもよい。

【０１５１】さらに、上記のようにロックピンと係止穴
とを組み合わせて構成された機構ではなくとも、バルブ
タイミングをその可変範囲の中間位置で固定する如何な
る機構を採用する装置であっても、上記各実施の形態で
適用することとした制御構造と同様の制御構造を適用す
ることができる。

【０１５２】また、バルブタイミング可変機構は、吸気
カムシャフト側ではなく排気カムシャフト側に、あるい
は吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの両方に設け
る構成としてもよい。

【０１５３】また、上記各実施の形態では、いわゆるベ
ーン式バルブタイミング可変機構を備えるバルブタイミ
ング制御装置について説明したが、他の作動原理に基づ
くバルブタイミング可変機構、例えばヘリカルスプライ
ン式バルブタイミング可変機構などを備えるバルブタイ
ミング制御装置にあっても、油圧制御に基づき同様のバ
ルブタイミング制御を行う装置であれば、上記各実施の
形態と同様の制御構造を適用することができる。

【０１５４】さらに、上記各実施の形態では、いわゆる
バルブタイミング制御装置、すなわちエンジンのクラン
クシャフトの回転位相に対する吸気カムシャフト（若し
くは排気カムシャフト）の回転位相を変更する機構（バ
ルブタイミング可変機構）に本発明を適用することとし
た。これに対し、例えば吸気バルブ若しくは排気バルブ
の開閉動作に関し、そのリフト量を可変調整する機構
（いわゆるバルブリフト量可変機構）等に対しても上記
各実施の形態の同様の制御構造を適用することができ
る。要は、クランクシャフトの回転位相に対する相対的
な動作特性の変化として時間軸上に現れるパラメータ
（吸気バルブ若しくは排気バルブのリフト量のプロフィ
ール）を可変調整する如何なる装置であれ、当該パラメ
ータを可変範囲の中間位置で固定する機構を備えるもの
であれば、上記各実施の形態と同様の制御構造を適用し
て、当該各実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果
を奏することはできる。

【０１５５】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、係止機構の動作状態に不具合が生じた場合であれ、
そうした不具合に起因して発生する当該内燃機関の運転
状態の乱れが、当該乱れの発生タイミングに同期して速
やかに修正される。従って、当該内燃機関が作動する上
で、前記可変となるバルブについて目標となる動作特性
に見合った運転状態が、安定して確保されるようにな
る。

【０１５６】また、第２の発明によれば、動作特性が可
変とされるバルブについて、その動作特性が、係止機構
による係止位置近傍に保持されることがなくなるため、
前記係止機構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生
確率が最小化される）。よって、前記可変となるバルブ
の実際の動作特性を、前記目標となる動作特性に追従さ
せるための制御に関し、その追従性や信頼性が向上する
ようになる。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、
前記動作特性が可変とされるバルブについて、目標とな
る動作特性に見合った運転状態が、安定して確保される
ようになる。

【０１５７】また、第３の発明によれば、動作特性が可
変とされるバルブについて、その動作特性が、係止機構
による係止位置近傍に収束することがなくなるため、前
記係止機構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生確
率が最小化される）。よって、前記可変となるバルブの
実際の動作特性を、前記目標となる動作特性に追従させ
るための制御に関し、その追従性や信頼性が向上するよ
うになる。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、前
記動作特性が可変とされるバルブについて、目標となる
動作特性に見合った運転状態が、安定して確保されるよ
うになる。

【０１５８】さらに、第４の発明によれば、動作特性が
可変とされるバルブについて、その動作特性の変更速度
が係止機構による係止位置近傍で高くなるため、前記係
止機構の誤作動の発生が好適に抑制される（発生確率が
最小化される）。よって、前記可変となるバルブの実際
の動作特性を、前記目標となる動作特性に追従させるた
めの制御に関し、その追従性や信頼性が向上するように
なる。すなわち、当該内燃機関が作動する上で、前記動
作特性が可変とされるバルブについて、目標となる動作
特性に見合った運転状態が、安定して確保されるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるバルブタイ
ミング制御装置が設けられたエンジンの概要を示す略
図。

【図２】同実施の形態にかかるバルブタイミング可変機
構の正面断面構造を主に示す断面図。

【図３】同実施の形態にかかるバルブタイミング可変機
構の正面断面構造を模式的に示す断面図。

【図４】同実施の形態にかかるバルブタイミング可変機
構の遅角位置ロックピン及びその周辺部位の断面構造を
示す断面図。

【図５】同実施の形態にかかるバルブタイミング可変機
構の中間位置ロックピン及びその周辺部位の断面構造を
示す断面図。

【図６】同実施の形態にかかるバルブタイミング制御の
実施中に観測される実作動バルブタイミングの推移態様
と、このとき採用されるデューティ指令値の波形とを同
一時間軸上に示すタイムチャート。

【図７】同実施の形態のバルブタイミング制御手順を示
すフローチャート。

【図８】エンジンに内部ＥＧＲを増大させる要求が生じ
た場合に観測される実作動バルブタイミングの推移態様
と、内部ＥＧＲの推移態様と、エンジンの排気通路に排
出されるＮＯｘの量（ＮＯｘ発生量）の推移態様とを同
一時間軸上に例示するタイムチャート。

【図９】同実施の形態の燃料噴射量補正手順を示すフロ
ーチャート。

【図１０】本発明の第２の実施の形態にかかるバルブタ
イミング制御手順を示すフローチャート。

【図１１】同実施の形態にかかるバルブタイミング可変
機構の中間位置ロックピン及びその周辺部位の断面構造
を模式的に示す断面図。

【図１２】本発明の第３の実施の形態にかかるバルブタ
イミング制御手順を示すフローチャート。

【図１３】同実施の形態にかかるバルブタイミング制御
の実施中に観測される実作動バルブタイミングの推移態
様と、このとき採用されるデューティ指令値の波形とを
同一時間軸上に示すタイムチャート。

【図１４】従来のバルブタイミング制御装置に備えられ
るバルブタイミング可変機構の正面断面構造を概略的に
示す断面図。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） １ａ シリンダブロック １ｂ シリンダヘッド １ｃ 冷却水通路 １１ シリンダ １２ ピストン １３ コネクティングロッド １４ クランクシャフト １５ 燃焼室 １６ イグナイタ １７ 点火プラグ １８ 燃料噴射弁 １９ タイミングチェーン ３０ 吸気ポート ３１ 吸気通路 ３２ サージタンク ３３ エアクリーナボックス ３４ スロットルバルブ ３４ａ スロットル用アクチュエータ ３５ アクセルペダル ３６ 吸気バルブ ３７ 吸気カムシャフト ３８，４８ カムスプロケット ４０ 排気ポート ４１ 排気通路 ４２ 触媒ケーシング ４６ 排気バルブ ４７ 排気カムシャフト ５０ 電子制御装置（ＥＣＵ） ５１ エアフローメータ ５２ スロットルポジションセンサ ５３ アクセルポジションセンサ ５４ 空燃比センサ ５５ クランク角センサ ５５ａ タイミングロータ ５５ｂ 電磁ピックアップ ５６ 水温センサ ５７ カム角センサ ５７ｂ 電磁ピックアップ １００ バルブタイミング可変機構（バルブ特性可変機
構） １０１ 内部ロータ １０１ａ ベーン １０１ａ，１０１ｂ 各油路 １０１ｂ 油路 １０１ｃ 油路 １０１, 内部ロータ １０２ ハウジング １０２ａ 凸部 １０３ ボルト １０４ 凹部 １０５ 遅角油圧室 １０６ 進角油圧室 １１０ ハウジングカバー １１１ 側板 １１１ａ，１１１ｂ 係止穴 １２０，１３０ 貫通孔（収容孔） １２１ 遅角位置ロックピン １２１ａ 先端部 １２１ｂ コイルバネ １２１ｃ バネ収容穴 １３１ 中間位置ロックピン（係止機構を構成） １３１ａ 先端部 １３１ｂ コイルバネ １３１ｃ バネ収容穴 ２０１ オイルポンプ ２０２ オイルパン ２０３ オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ） ２０４ スプール ２０５ コイルバネ ２５０ オイルスイッチングバルブ（ＯＳＶ） Ｐ１ 供給油路 Ｐ２，Ｐ３ 排出油路 Ｐ４ 遅角油路 Ｐ５ 進角油路 Ｐ６ 油路 Ｐ７ 排出油路 Ｐ８ ロックピン制御油路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加本 明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大井 康広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 渡辺 剛 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） 3G018 AB02 AB16 BA29 BA33 CA19 DA48 DA70 DA73 EA02 EA11 EA16 EA17 EA22 FA01 FA07 GA02 GA32 GA38 3G092 AA01 AA11 AB02 DA10 DF05 DG05 EA13 EA27 EC02 FA03 FA06 FA11 FA14 GA14 HA01Z HA06Z HA13Z HD04Z HE01Z HE08Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関出力軸の回転動作に連動して往復
   動作する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方に
   ついて、前記出力軸の回転動作に対応する動作特性を可
   変とするバルブ特性可変機構と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
   軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
   性検出手段と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、当該機関
   の運転状態に基づき目標となる動作特性を設定する目標
   特性設定手段と、 前記実際の動作特性および前記目標となる動作特性に基
   づき、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に
   一致するよう前記バルブ特性可変機構の制御ゲインを設
   定する制御ゲイン設定手段と、 前記可変とされるバルブの動作特性を、その可変範囲の
   中間位置に係止する係止機構と、 前記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段
   と、 を有する内燃機関の制御装置において、 前記目標となる動作特性と前記制御ゲインに基づいて変
   更された前記実際の動作特性との差異を演算する差異演
   算手段と、 前記演算される差異に基づいて当該機関の運転制御に関
   するパラメータを補正する補正手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】内燃機関出力軸の回転動作に連動して往復
   動作する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方に
   ついて、前記出力軸の回転動作に対応する動作特性を可
   変とするバルブ特性可変機構と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
   軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
   性検出手段と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、当該機関
   の運転状態に基づき目標となる動作特性を設定する目標
   特性設定手段と、 前記実際の動作特性および前記目標となる動作特性に基
   づき、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に
   一致するよう前記バルブ特性可変機構の制御ゲインを設
   定する制御ゲイン設定手段と、 前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に十分近
   似したときに、そのときの動作特性を保持する保持制御
   手段と、 前記可変とされるバルブの動作特性を、その可変範囲の
   中間位置に係止する係止機構と、 前記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段
   と、 を有する内燃機関の制御装置において、 前記実際の動作特性が前記中間位置を含む所定の範囲に
   ある場合、前記動作特性の保持を禁止する保持禁止手段
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】内燃機関出力軸の回転動作に連動して往復
   動作する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方に
   ついて、前記出力軸の回転動作に対応する動作特性を可
   変とするバルブ特性可変機構と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
   軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
   性検出手段と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、当該機関
   の運転状態に基づき目標となる動作特性を設定する目標
   特性設定手段と、 前記実際の動作特性および前記目標となる動作特性に基
   づき、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に
   一致するよう前記バルブ特性可変機構の制御ゲインを設
   定する制御ゲイン設定手段と、 前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に十分近
   似したときに、そのときの動作特性を保持する保持制御
   手段と、 前記可変とされるバルブの動作特性を、その可変範囲の
   中間位置に係止する係止機構と、 前記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段
   と、 を有する内燃機関の制御装置において、 前記目標特性設定手段は、前記中間位置を含む所定の範
   囲の範囲外に、前記目標となる動作特性を設定すること
   を特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】内燃機関出力軸の回転動作に連動して往復
   動作する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方に
   ついて、前記出力軸の回転動作に対応する動作特性を可
   変とするバルブ特性可変機構と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、前記出力
   軸の回転動作に対応する実際の動作特性を検出する実特
   性検出手段と、 前記動作特性が可変とされるバルブについて、当該機関
   の運転状態に基づき目標となる動作特性を設定する目標
   特性設定手段と、 前記実際の動作特性および前記目標となる動作特性に基
   づき、前記実際の動作特性が前記目標となる動作特性に
   一致するよう前記バルブ特性可変機構の制御ゲインを設
   定する制御ゲイン設定手段と、 前記可変とされるバルブの動作特性を、その可変範囲の
   中間位置に係止する係止機構と、 前記係止機構の動作状態を制御する係止機構制御手段
   と、 を有する内燃機関の制御装置において、 前記可変とされるバルブの動作特性が前記中間位置を含
   む所定の範囲にあるとき、その動作特性の変更速度を増
   大させる加速手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。