JP2009133263A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロック機構が固着してアンロック状態になっている場合であってもこれを速やかに解除して位相変更制御を早期に開始することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置５０は油圧調整弁４０の制御量を変更してバルブタイミング変更機構２０に設けられた進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７の油圧を変化させることにより、カムシャフト１２と出力軸１１との相対回転位相を変更する位相変更制御を実行する。バルブタイミング変更機構２０は前記両油圧室２６，２７の少なくとも一方の油圧に基づいてロックピンを抜脱し、ロック状態とアンロック状態とを切り換えるロック機構３０を備えており、電子制御装置５０は位相変更制御の実行に先立って前記両油圧室２６，２７の少なくとも一方の油圧を変動させてロックピンを加振するロックピン加振制御を実行する。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の出力軸に対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより機関バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、前記相対回転位相を所定の位相に保持するロック機構とを備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関にあっては、燃費や出力、排気性状の向上を図るために吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期、いわゆるバルブタイミングを機関運転状態に応じて変更するバルブタイミング変更機構が設けられている。

図６に示されるように、こうしたバルブタイミング変更機構にあっては、内燃機関の出力軸にタイミングチェーンを介して連結されるスプロケット１に一体に形成されたハウジング２の中に、カムシャフト３の先端に固定されたロータ４が回動可能に収容されている。ロータ４にはその径方向に向かって突出する複数のベーン５が設けられているとともに、ハウジング２にはそれらベーン５をそれぞれ収容する収容室６が設けられている。これにより、各収容室６はベーンを介して進角用油圧室７と遅角用油圧室８とにそれぞれ区画されている。

このように構成されたバルブタイミング変更機構を備える内燃機関のバルブタイミング制御装置にあっては、各油圧室７，８内の油圧を調整することによりハウジング２内でロータ４を回動させ、スプロケット１に対するロータ４及びカムシャフト３の相対回転位相を変更する。こうしてカムシャフト３の相対回転位相を進角側又は遅角側に変更することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更することができるようになる。

また、上記のような油圧駆動式のバルブタイミング変更機構にあっては、機関始動時等のように、オイルポンプから供給される油圧が小さいときには各油圧室７，８内の油圧だけではロータ４を保持することが難しく、バルブタイミングが不安定になってしまう。そこで、ロータ４を所定の位相に固定するロック機構９を設けるようにしている（例えば特許文献１）。図６に示されるように、こうしたロック機構９にあっては、ロータ４におけるベーン５の一部に出没可能な状態でロックピン９ａを設けるとともに、ハウジング２の収容室６における所定の位置にこのロックピン９ａが挿入される係合穴９ｂを設けている。

そして、各油圧室７，８内の油圧が小さいときにはロックピン９ａをベーン５から突出させて係合穴９ｂに挿入し、ロックピン９ａと係合穴９ｂとの機械的な係合によりロータ４の回動を規制するロック状態とする。一方で、各油圧室７，８内の油圧が所定圧力以上になるとロックピン９ａをベーン５内に収容し、ロックピン９ａと係合穴９ｂとの係合を解除するアンロック状態とする。

こうしたロック機構９を有するバルブタイミング変更機構によれば、各油圧室７，８内の油圧が十分に確保できないときであっても、バルブタイミングを所定のタイミングに保持し、機関運転状態を安定させることができるようになる。
特開２００２‐３１７６１０号公報

ところで、何らかの理由によりロック機構９によるロック状態が完全に解除される前にロータ４が回動されると、ロック機構９の係合部位、すなわちロックピン９ａと係合穴９ｂとの接触部位における接触圧力が増大し、それによってロックピン９ａが固着状態となってベーン５へのロックピン９ａの収容動作が阻害されるおそれがある。

このようにロック機構９が固着し、ロック状態の解除動作が阻害されると、速やかにバルブタイミングを変更することができなくなってしまう。そればかりか、ロック機構９によるロック状態が解除されていない状態のまま進角用油圧室７又は遅角用油圧室８内の油圧が増大されると、ロックピン９ａの破損や変形等をまねくおそれもある。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はロック機構が固着してアンロック状態になっている場合であってもこれを速やかに解除して位相変更制御を早期に開始することのできる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。

以下、上記目的を達成するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の出力軸に連結される第１の回転体の内部に第２の回転体を回動可能に収容し同第２の回転体の径方向に延伸するベーンによって区画される進角用油圧室及び遅角用油圧室の油圧を作動油供給機構の制御量の変更を通じて変化させることにより前記第２の回転体を回動させて同第２の回転体に固定されたカムシャフトと前記出力軸との相対回転位相を変更するバルブタイミング変更機構と、前記第１の回転体に形成された凹部及び前記ベーンに往復動可能に設けられたロックピンを備え、同ロックピンを凹部に嵌合させて前記第１の回転体に対する前記第２の回転体の相対回動を規制するロック状態と前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室の少なくとも一方に供給される油圧に基づいて前記ロックピンを前記凹部から抜脱して前記第２の回転体の相対回動を許容するアンロック状態とに切り替えられるロック機構とを備え、機関運転中に前記ロック機構を前記アンロック状態とするとともに前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室内の油圧を制御して前記相対回転位相を機関運転状態に基づいて設定される目標位相に一致させる位相変更制御を実行する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記位相変更制御の実行に先立ち、前記作動油供給機構の制御量を所定周期をもって連続的に変動させることにより前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室の少なくとも一方の油圧を変化させて前記凹部に嵌合された前記ロックピンを加振するロックピン加振制御を実行する制御手段を備えることをその要旨とする。

上記構成によれば、位相変更制御の実行に先立ってロックピン加振制御を実行するようにしているため、ロックピンと凹部内壁との接触圧力がロックピンの振動に伴って増減するようになる。そして、このように接触圧力を短期間で増減させることにより、ロックピンと凹部内壁とが固着している場合であってもこの固着を速やかに解消することができ、油圧によってロックピンを凹部から抜脱してロック機構をアンロック状態に移行させることができる。これにより、ロックピンが凹部内壁に固着してロック機構がアンロック状態になっている場合であってもこれを速やかに解除して位相変更制御を早期に開始することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記進角用油圧室と前記遅角用油圧室とに交互に油圧が供給されるように前記作動油供給機構の制御量を変動させることをその要旨とする。

同構成によれば、ロックピン加振制御に伴い進角用油圧室と遅角用油圧室とに交互に油圧が供給されてロックピンと凹部内壁とが離間・近接するようにロックピンが振動することとなるため、ロックピンと凹部内壁とが一部融着しているような強固な固着状態にあってもこれを速やかに解消することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記作動油供給機構はその制御量が基準制御量であるときに前記両油圧室に対する作動油の供給を停止するものであって、同制御量が前記基準制御量よりも大きくなるほど前記両油圧室のうち一方の油圧室に対する作動油の供給量が増大する一方、同制御量が前記基準制御量よりも小さくなるほど前記両油圧室のうち他方の油圧室に対する作動油の供給量が増大するものであり、前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記基準制御量を跨ぐように前記作動油供給機構の制御量を変動させることをその要旨とする。

同構成によれば、作動油供給機構の制御量に基づいて、各油圧室に対する作動油の供給を停止する状態、進角用油圧室に作動油を供給する状態、遅角用油圧室に作動油を供給する状態が切り替えられようになる。また、作動油供給機構の制御量を各油圧室への作動油の供給が停止される基準制御量よりも大きな値と、同基準制御量よりも小さな値とに交互に変更して同基準制御量を跨ぐように変動させることにより進角用油圧室と遅角用油圧室とに交互に作動油を供給してロックピン加振制御を実行することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記制御量を前記基準制御量よりも小さい値と同基準制御量よりも大きい値との間で離散的に変動させることをその要旨とする。

同構成によれば、ロックピン加振制御に際して作動油供給機構の制御量を基準制御量よりも大きい値と小さい値との間で連続的に徐々に変更する場合よりも、進角用油圧室に作動油を供給する状態と遅角用油圧室に作動油を供給する状態とを速やかに切り替えることができる。これにより、ロックピンが振動する際の振動速度を増大させることでき、固着状態を一層速やかに解消することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記作動油供給機構の制御量をその最大変更範囲をもって変動させることをその要旨とする。

同構成によれば、作動油供給機構の制御量をその最大変更範囲をもって変動させるため、進角用油圧室に対する作動油の供給量が最大になる状態と、遅角用油圧室に対する作動油の供給量が最大になる状態との間で作動油供給機構の制御状態が変化するようになる。その結果、ロックピン加振制御に伴って第２の回転体及びロックピンに作用する油圧がより大きく変動するようになり、固着状態を好適に解消することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記ロック機構によるロック状態が解除された旨を判定するロック状態判定手段を更に備え、同ロック状態判定手段によってロック状態が解除された旨の判定がなされたことに基づいて前記ロックピン加振制御を終了し、前記位相変更制御を開始することをその要旨とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記ロック状態判定手段は前記相対回転位相が所定量以上変化したことに基づいてロック状態が解除された旨を判定することをその要旨とする。

例えば、ロックピン加振制御が所定期間継続されたことをもってロック状態が解除されたものとして位相変更制御を開始することもできるが、ロック状態が解除されていないまま位相変更制御が開始されてロック機構に過大な負荷が作用することを確実に回避する上では、上記請求項５に記載されるように、ロック機構によるロック状態が解除された旨を判定するロック状態判定手段を設け、同ロック状態判定手段によってロック状態が解除された旨の判定がなされたことに基づいてロックピン加振制御を終了し、位相変更制御を開始するといった構成をすることが望ましい。

尚、ロックピン加振制御が実行されることよってロック状態が解除された場合には、第２の回転体は前記第１の回転体に対して相対回転可能になるため、上記相対回転位相の変動が大きなものとなる。したがって、具体的には上記請求項７に記載の発明によるように、相対回転位相が所定量以上変化したことに基づいてロック状態が解除された旨の判定を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記ロック状態判定手段によって前記ロック機構のロック状態が解除された旨の判定がなされる前に前記ロックピン加振制御が所定期間以上継続したことを条件に前記バルブタイミング変更機構に異常が生じている旨を判定する異常判定手段を更に備えることをその要旨とする。

同構成によれば、ロックピン加振制御が所定期間以上継続してもロック機構のロック状態が解除された旨の判定がなされない場合には、バルブタイミング変更機構に異常が生じている旨の判定がなされるようになり、この判定に基づいて修理や点検の実施を促すことができるようになる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記作動油供給機構は前記内燃機関の駆動力を利用して駆動される機械式のオイルポンプから吐出される作動油を前記各油圧室に供給するものであり、前記ロックピン加振制御は機関回転速度が所定回転速度未満であることを条件に実行されることをその要旨とする。

同構成によれば、オイルポンプから吐出される作動油の量が少なく、作動油の油圧低下に起因するロック機構の解除不良が発生しやすいときにのみ、ロックピン加振制御を実行するようにしているため、ロックピン加振制御が不必要に実行され位相変更制御の開始が遅くなることを回避して相対回転位相を機関運転状態に即した目標位相に速やかに変更することができるようになる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記ロックピン加振制御は作動油の油温が所定温度以上であることを条件に実行されることをその要旨とする。

同構成によれば、作動油の温度上昇に伴う粘性低下により各油圧室等から漏出する作動油の量が多く、ロック機構の解除不良が発生しやすいときにのみ、ロックピン加振制御を実行するようにしているため、位相変更制御の開始が不必要に遅くなることを回避して、相対回転位相を機関運転状態に即した目標位相に速やかに変更することができるようになる。尚、同構成を上記請求項９に記載の発明に適用する場合にあっては、機関回転速度が所定回転速度未満である、作動油の油温が所定温度以上である、といった二つの条件の論理和が真であるときにロックピン加振制御を実行するようにしてもよいし、その論理積が真であるときにロックピン加振制御を実行するようにしてもよい。

以下、この発明にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置を、バルブタイミング変更機構を備えた車載内燃機関を統括的に制御する電子制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。尚、図１は本実施形態にかかる電子制御装置５０、及びその制御対象としての内燃機関１０の概略構成を示す模式図である。

図１に示されるように本実施形態にかかる内燃機関１０の出力軸１１には、図示しない吸気バルブ、排気バルブを開閉するカムシャフト１２がタイミングチェーン１３を介して連結されている。尚、図１にあっては吸気側のカムシャフト１２のみが図示されている。

各カムシャフト１２の先端にはバルブタイミング変更機構２０がそれぞれ設けられており、タイミングチェーン１３はこのバルブタイミング変更機構２０のスプロケット２１に巻き掛けられている。これにより、機関運転に伴い出力軸１１が回転するとその駆動力がタイミングチェーン１３を介してバルブタイミング変更機構２０に伝達され、バルブタイミング変更機構２０とともにカムシャフト１２が回転する。

図２に示されるようにスプロケット２１と一体に形成されたバルブタイミング変更機構２０のハウジング２２の中には、カムシャフト１２と連結されたロータ２３が回動可能に収容されている。尚、図２はバルブタイミング変更機構２０の内部構造を示す断面図である。

図２に示されるようにロータ２３にはその中心から径方向に突出する４つのベーン２４が設けられているとともに、ハウジング２２にはこれらベーン２４をそれぞれ収容する４つの収容室２５が設けられている。これにより、ハウジング２２内にロータ２３が収容された状態において、収容室２５はベーン２４によって進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに区画されている。このようにベーン２４を挟むように配設された進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７内の油圧を調整することにより、ベーン２４が収容室２５内で移動し、ロータ２３がハウジング２２内で回動するようになる。

進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７への作動油の供給は、図１に示されるように内燃機関１０の出力軸１１に連結された機械式のオイルポンプ１５によって行われる。図１に示されるようにバルブタイミング変更機構２０の進角用油圧室２６には進角用油路４２が、また遅角用油圧室２７には遅角用油路４３がそれぞれ接続されている。進角用油路４２及び遅角用油路４３は、油圧調整弁４０を介して供給油路４１及び還流油路４４に接続されている。

オイルポンプ１５は供給油路４１の途中に設けられており、オイルポンプ１５によってオイルパン１４からくみ上げられた作動油は、供給油路４１を通じて各油圧室２６，２７に選択的に供給される。また、ロータ２３の回動に伴い各油圧室２６，２７から排出される作動油は還流油路４４を通じてオイルパン１４に戻される。尚、オイルポンプ１５から吐出される作動油の一部は、図示しない潤滑油通路を通じて機関各部に潤滑油として供給され、機関各部の潤滑に供された後、オイルパン１４へと戻される。

油圧調整弁４０は電気的な駆動信号に基づいて駆動されるソレノイドバルブからなり、吸気側及び排気側の各バルブタイミング変更機構２０について各別に設けられている。油圧調整弁４０は、駆動信号のデューティー比の大小に応じて上記各油路４１〜４４の接続態様を切り替える。具体的には、デューティー比が５０％のときに図１に示されるように上記各油路４１〜４４の連通を全て遮断する状態になる。そして、デューティー比が５０％よりも小さいときには、供給油路４１と進角用油路４２とを連通するとともに還流油路４４と遅角用油路４３とを連通する状態になり、デューティー比が小さくなるほど進角用油圧室２６に供給される作動油の量を増大させる。一方、デューティー比が５０％よりも大きいときには、供給油路４１と遅角用油路４３とを連通するとともに還流油路４４と進角用油路４２とを連通する状態になり、デューティー比が大きくなるほど遅角用油圧室２７に供給される作動油の量を増大させる。

これにより、デューティー比が５０％よりも小いときには、オイルポンプ１５によってくみ上げられた作動油が供給油路４１及び進角用油路４２を通じて進角用油圧室２６へと供給されるとともに、遅角用油圧室２７内の作動油が遅角用油路４３及び還流油路４４を通じてオイルパン１４へと戻されるようになる。こうして進角用油圧室２６内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図２における右回り、すなわち破線矢印で示される進角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が進角側に回動し、出力軸１１に対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを進角させる方向に変位する。

一方、デューティー比が５０％よりも大きいときには、オイルポンプ１５によってくみ上げられた作動油が供給油路４１及び遅角用油路４３を通じて遅角用油圧室２７へと供給されるとともに、進角用油圧室２６内の作動油が進角用油路４２及び還流油路４４を通じてオイルパン１４へと戻されるようになる。こうして遅角用油圧室２７内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図２における左回り、すなわち破線矢印で示される遅角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が遅角側に回動し、出力軸１１に対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを遅角させる方向に変位する。

また、デューティー比が５０％に設定されたときには、各油圧室２６，２７内の作動油の給排が停止されるため、各油圧室２６，２７内の油圧によってハウジング２２内でのロータ２３の回動が規制され、バルブタイミングが保持される。

ところで、上記のような油圧駆動式のバルブタイミング変更機構２０にあっては、オイルポンプ１５から各油圧室２６，２７に供給される油圧が小さい機関始動時には、各油圧室２６，２７内の油圧が不足してロータ２３を所定の位相に保持することが難しく、バルブタイミングが不安定になってしまう。そこで、本実施形態のバルブタイミング変更機構２０にあっては、機械的な係合によりロータ２３を所定の位相に保持するロック機構３０を設け、機関始動時のように各油圧室２６，２７内の油圧が小さいときには、このロック機構３０によってロータ２３を所定の位相に保持するようにしている。尚、本実施形態のバルブタイミング変更機構２０にあってはロック機構３０によってバルブタイミングが最も遅角側になる最遅角位相にロータ２３を保持するようにしている。

ロック機構３０は、図２及び図３に示されるように４つの収容室２５のうちの１つに形成された係合穴３３と、ベーン２４から出没するように往復動可能に設けられてこの係合穴３３に挿入されるロックピン３１とを含んで構成されている。尚、図３（ａ），（ｂ）はロック機構３０近傍を拡大して示すバルブタイミング変更機構２０の断面図である。

図３に示されるようにロックピン３１はスプリング３２によって常にベーン２４から突出する方向に付勢されている。そして、図３（ａ），（ｂ）の下方に示されるように係合穴３３の底部には進角用油圧室２６から連通してロックピン３１の先端部に進角用油圧室２６内の作動油の油圧を作用させるロック解除用油路が形成されている。これにより、オイルポンプ１５が駆動されず、進角用油圧室２６内の油圧が低下する機関停止時には図３（ａ）に示されるようにスプリング３２による付勢力の作用によってロックピン３１がベーン２４から突出して係合穴３３に係合し、ロータ２３の移動を規制する。

一方、機関運転が開始され、進角用油圧室２６内の油圧が所定の圧力以上になると図３（ｂ）に破線矢印で示されるようにその油圧によってロックピン３１がスプリング３２の付勢力に抗して押し戻されるようになり、ロックピン３１と係合穴３３との係合が解除される。

こうしたロック機構３０を有するバルブタイミング変更機構２０によれば、機関始動時のように各油圧室２６，２７内の油圧を十分に確保できないときであってもロックピン３１の機械的な係合によりロータ２３の回動を規制することができ、バルブタイミングが不安定になることを回避することができるようになる。

こうしたバルブタイミング変更機構２０によるバルブタイミングの変更は内燃機関１０を統括的に制御する電子制御装置５０によって行われる。電子制御装置５０には、内燃機関１０の出力軸１１の回転角ＣＡ、及び出力軸１１の回転速度である機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ５１、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡを検出するカムポジションセンサ５２、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ５３、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ５４、運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ５５等の各種センサが接続されている。電子制御装置５０は、これら各種センサから出力される信号を取り込み、各種演算処理を実行してその結果に基づいて機関各部を制御する。

例えば、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて出力要求の大きさを推定し、出力要求の大きさに見合った出力を発生するように内燃機関１０の燃料噴射量を制御する。また、出力軸１１の回転角ＣＡと、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡとに基づいてバルブタイミング変更機構２０における現在の相対回転位相を算出する。そして、機関回転速度ＮＥや、吸入空気量ＧＡに基づいて最適なバルブタイミングとなるように目標位相を算出し、実際の相対回転位相がこの目標位相に一致するように油圧調整弁４０に出力する駆動信号のデューティー比を設定する。このようにデューティー比を設定して油圧調整弁４０を制御することによって進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７に供給する作動油の量を調整し、出力軸１１とカムシャフト１２の相対回転位相を変更する位相変更制御を実行することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更する。

ところで、何らかの理由によりロック機構３０によるロック状態が完全に解除される前にロータ２３が回動されると、ロック機構３０の係合部位、すなわちロックピン３１と係合穴３３との接触部位における接触圧力が増大し、それによってロックピン３１が固着状態となってベーン２４へのロックピン３１の収容動作が阻害されるおそれがある。

このようにロック機構３０が固着し、ロック状態の解除動作が阻害されると、速やかに位相変更制御を開始してバルブタイミングを変更することができなくなってしまう。そればかりか、ロック機構３０によるロック状態が完全に解除されていない状態のまま位相変更制御が開始され、進角用油圧室２６又は遅角用油圧室２７内の油圧が増大されると、ロックピン３１の破損や変形等をまねくおそれもある。

こうしたロックピン３１の固着によるロック機構３０の解除不良を解消するために、ロックピン３１が固着状態にあるときに、一旦目標とする回転方向と反対側にロータ２３を回動させた後、油圧を徐々に変化させることでロックピン３１を係合穴３３から確実に抜脱した後に位相を変更させるようにすることも考えられる。しかしながら、こうした構成を採用した場合には、固着が解消されない場合に再度これを繰り返す必要がありアンロック状態とするまでに長期間を要することとなる。また、こうしたプロセスを繰り返すことにより固着状態を解消する効果もある程度は期待できるものの、実際には、短期間に集中してロックピン３１と係合穴３３の内壁の接触圧力を変動させなければ、ほとんどの場合、ロックピン３１の固着状態を解消することはできない。

そこで、本実施形態の内燃機関１０にあっては、位相変更制御の実行に先立ってロックピン３１を振動させることにより、短期間に集中してロックピン３１と係合穴３３の内壁との接触圧力を変動させるロックピン加振制御を実行するようにしている。

以下、図４を参照してこのロックピン加振制御について詳しく説明する。尚、図４はロックピン加振制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャートである。この一連の処理は機関運転中に電子制御装置５０によって繰り返し実行される。

この一連の処理が開始されると、まずステップＳ１００において、電子制御装置５０はバルブタイミング変更機構２０の駆動前提条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、バルブタイミング変更機構２０の駆動前提条件としてバルブタイミング変更機構２０が故障していないこと、機関冷却水温ＴＨＷが所定水温ＴＨＷｓｔ以上であることが設定されており、これらの条件の論理積が真であることをもって駆動前提条件が成立している旨の判定がなされる。

ステップＳ１００において、バルブタイミング変更機構２０の駆動前提条件が成立していない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、バルブタイミング変更機構２０を駆動せずにこの処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１００において、バルブタイミング変更機構２０の駆動前提条件が成立している旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、ステップＳ１１０へと進む。そしてステップＳ１１０において、機関運転状態がロックピン３１の固着によるロック機構３０の解除不良が発生しやすい状態にあるか否かを判定する。

オイルポンプ１５から吐出される作動油の量が少なく、進角用油圧室２６内の油圧が低下しているときにはロック解除用油路３４を通じてロックピン３１に作用する油圧が小さくなるため、ロックピン３１の固着によるロック機構の解除不良が発生しやすい。また、作動油の油温ＴＨＯが高いときには、作動油の粘性低下により各油圧室２６，２７から漏出する作動油の量が多く、同様にロックピン３１に作用する油圧が小さくなるため、ロックピン３１の固着によるロック機構３０の解除不良が発生しやすい。

そこで、このステップＳ１１０では、機関回転速度ＮＥが所定回転速度未満である、作動油の油温ＴＨＯが所定温度以上である、といった二つの条件の論理和が真であることをもってロックピン３１の固着によるロック機構３０の解除不良が発生しやすい機関運転状態であると判定する。尚、作動油の油温ＴＨＯは、機関冷却水温ＴＨＷ、及び内燃機関１０の発熱量と高い相関を有する燃料噴射量等に基づいて推定される。

ステップＳ１１０において、機関回転速度ＮＥ及び油温ＴＨＯに基づいて機関運転状態がロック機構３０の解除不良が発生しやすい状態にはない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、ステップＳ２００へと進む。そして、ステップＳ２００において従来行われてきた位相変更制御と同様に機関運転状態に基づいて目標位相を設定し、その目標位相と実際の相対回転位相が一致するように油圧調整弁４０の駆動信号のデューティー比を設定することにより位相変更制御を実行する。こうして位相変更制御を実行するとこの処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１１０において、機関回転速度ＮＥ及び油温ＴＨＯに基づいて機関運転状態がロック機構３０の解除不良が発生しやすい状態にある旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２０へと進む。

ステップＳ１２０では、ロック解除フラグが「ＯＦＦ」であるか否かを判定する。このロック解除フラグはロック機構３０の状態に応じて電子制御装置５０のメモリに記憶されるものであり、ロック機構３０がアンロック状態にある旨の判定がなされているときには「ＯＮ」に、ロック機構３０がロック状態にある旨の判定がなされているときには「ＯＦＦ」に設定される。尚、制御開始時には、このロック解除フラグは初期値である「ＯＦＦ」に設定されている。

ステップＳ１２０において、ロック解除フラグが「ＯＮ」である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）には、既にロック機構３０がアンロック状態になっているため、ステップＳ２００へと進み、上述したように位相変更制御を実行する。

一方、ステップＳ１２０において、ロック解除フラグが「ＯＦＦ」である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）には、ロック機構３０が未だにロック状態にあるため、ステップＳ１３０へと進み、ロックピン加振制御を実行する。

ステップＳ１３０では、油圧調整弁４０に出力する駆動信号のデューティー比を遅角用油圧室２７に対する作動油の供給量が最大になる１００％と、進角用油圧室２６に対する作動油の供給量が最大になる０％とに所定の周期をもって交互に変更することによりロックピン加振制御を実行する。こうしてデューティー比を１００％と０％とに交互に変更することにより、遅角用油圧室２７と進角用油圧室２６とに交互に作動油が供給されるようになり、ロータ２３が遅角側、進角側に交互に回動して振動するとともにベーン２４とハウジング２２とを機械的に係合しているロックピン３１が振動するようになる。

こうしてロックピン加振制御を開始するとステップＳ１４０へと進み、ステップＳ１４０では、バルブタイミング変更機構２０における相対回転位相が所定量α以上になったか否かを判定する。尚、この所定量αは、ロック機構３０がロック状態にある状態でロータ２３が回動し得る回動量、いわゆる「あそび」の範囲よりも大きな値に設定されている。これにより、バルブタイミング変更機構２０の相対回転位相が最遅角位相から所定量α以上にまで変位したことをもって、ロックピン３１の係合が解除されたことが判定されるようになっている。

ステップＳ１４０において、相対回転位相が所定量α未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）には、ロックピン３１が未だに解除されていないと判定し、ステップＳ１３０に戻ってロックピン加振制御を継続する。

一方、ステップＳ１４０において、相対回転位相が所定量α以上になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）には、ロックピン３１の係合が解除されたと判定し、ロックピン加振制御を終了してステップＳ１５０へと進む。

そして、ステップＳ１５０において、ロック解除フラグを「ＯＮ」に設定する。こうしてロック解除フラグを「ＯＮ」に設定するとこの処理を一旦終了する。
こうしてロックピン加振制御を実行してロック機構３０による係合が解除された場合には、ロック解除フラグが「ＯＮ」に設定されているため、次の制御周期におけるステップＳ１２０において、ロック解除フラグが「ＯＮ」に設定されている旨の判定がなされ（ステップＳ１２０：ＮＯ）、ステップＳ２００へと進んで位相変更処理が開始される。

このように機関運転状態がロック機構３０の解除不良が発生しやすい状態にある場合には位相変更制御に先立ってロックピン加振制御が実行され、油圧調整弁４０に出力される駆動信号のデューティー比が１００％と０％に交互に変更されるようになる。これにより、ロータ２３が振動するとともに、進角用油圧室２６の油圧の変動によってロックピン３１が振動し、ロックピン３１の固着が解消されるようになる。

次に、図５を参照してこうしたロックピン加振制御の作用を更に詳しく説明する。尚、図５はロックピン加振制御にかかるデューティー比の変化と、バルブタイミング変更機構２０における相対回転位相の変化との関係を示すタイムチャートである。

図５に示されるように時刻Ｔ１において、ロックピン加振制御が開始されると図５の上段に示されるように油圧調整弁４０の駆動信号のデューティー比が短期間の間に１００％と０％とに交互に変更される。これにより、ロックピン３１が固着してロック機構３０の解除不良が生じている場合には、ロータ２３及びロックピン３１が振動し、図５の下段に示されるように相対回転位相が僅かに変動する。

そして、ロックピン加振制御が継続されることにより、ロックピン３１の固着が解消され、ロック機構３０がロック状態になると、相対回転位相は大きく変化するようになる。
その結果、時刻Ｔ２において、相対回転位相が所定量αよりも大きくなった旨の判定がなされ、ロック機構３０による係合が解除されたと判定されてロックピン加振制御が終了されるとともに、位相変更制御が開始される。

こうして位相変更制御が開始されると、機関運転状態に基づいて目標位相が設定され、相対回転位相がこの目標位相と一致するようにデューティー比が制御される。具体的には、図５に示されるように目標位相と実際の相対回転位相との差が大きいときにはデューティー比が０％に設定され、進角用油圧室２６に対する作動油の供給量が最大になるように油圧調整弁４０が制御される。そして、実際の相対回転位相が目標位相に近づくとともにデューティー比が５０％に近づくよう増大され、遅角用油圧室２７に対する作動油の供給量が次第に減少される。そして、相対回転位相が目標位相と一致するとデューティー比が５０％に設定され、遅角用油圧室２７に対する作動油の供給が停止されて相対回転位相が保持されるようになる（時刻Ｔ３以降）。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）位相変更制御の実行に先立ってロックピン加振制御を実行するようにしているため、ロックピン３１と係合穴３３の内壁との接触圧力がロックピン３１の振動に伴って増減するようになる。そして、このように接触圧力を短期間で増減させることにより、ロックピン３１と係合穴３３の内壁とが固着している場合であってもこの固着を速やかに解消することができ、油圧によってロックピン３１を係合穴３３から抜脱してロック機構３０をアンロック状態に移行させることができる。これにより、ロックピン３１が係合穴３３の内壁に固着してロック機構３０がアンロック状態になっている場合であってもこれを速やかに解除して位相変更制御を早期に開始することができるようになる。

（２）上記実施形態によれば、ロックピン加振制御に際し進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに交互に油圧が供給されるように油圧調整弁４０を駆動するため、ロックピン３１と係合穴３３の内壁とが離間・近接するようにロックピン３１が振動することとなる。そのため、ロックピン３１と係合穴３３の内壁とが一部融着しているような強固な固着状態にあってもこれを速やかに解消することができる。

（３）上記実施形態の油圧調整弁４０は、その制御量である駆動信号のデューティー比が基準制御量の５０％に設定されているときに進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７の双方に対する作動油の供給を停止するものである。そして、デューティー比が５０％よりも大きくなるほど遅角用油圧室２７に対する作動油の供給量が増大する一方、デューティー比が５０％よりも小さくなるほど進角用油圧室２６に対する作動油の供給量が増大する。そのため、油圧調整弁４０の制御量である駆動信号のデューティー比に基づいて、各油圧室２６，２７に対する作動油の供給を停止する状態、進角用油圧室２６に作動油を供給する状態、遅角用油圧室２７に作動油を供給する状態を切り替えることができる。また、デューティー比を基準制御量である５０％よりも大きな値と、５０％よりも小さな値とに交互に変更して同基準制御量を跨ぐように変動させることにより進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに交互に作動油を供給してロックピン加振制御を実行することができる。

（４）ロックピン加振制御に際して油圧調整弁４０の駆動信号のデューティー比を基準制御量である５０％よりも大きな１００％と、５０％よりも小さな０％に交互に変更し、基準制御量よりも小さい値と大きい値との間で離散的に変動させるようにしている。これにより、ロックピン加振制御に際してデューティー比を５０％よりも大きい値と小さい値との間で連続的に徐々に変更する場合よりも、進角用油圧室２６に作動油を供給する状態と遅角用油圧室２７に作動油を供給する状態とを速やかに切り替ることができる。これにより、ロックピン３１が振動する際の振動速度を増大させることでき、固着状態を一層速やかに解消することができる。

（５）油圧調整弁４０の制御量であるデューティー比をその最大変更範囲、すなわち０％〜１００％の間で変動させるため、進角用油圧室２６に対する作動油の供給量が最大になる状態（デューティー比０％）と、遅角用油圧室２７に対する作動油の供給量が最大になる状態（デューティー比１００％）との間で油圧調整弁４０の制御状態が変化するようになる。その結果、ロックピン加振制御に伴ってロータ２３及びロックピン３１に作用する油圧が最も大きく変動するようになり、固着状態を好適に解消することができるようになる。

（６）図４を参照して説明したようにステップＳ１４０において、相対回転位相が所定量α以上になった旨の判定がなされたことに基づいてロック機構３０によるロック状態が解除されたと判定し、ロックピン加振制御を終了して位相変更制御を開始するようにしている。そのため、ロック状態が解除されていないまま位相変更制御が開始されてロック機構３０に過大な負荷が作用することを確実に回避することができる。

（７）機関回転速度ＮＥが所定回転速度未満であることを条件にロックピン加振制御を実行するようにしているため、オイルポンプ１５から吐出される作動油の量が少なく、作動油の油圧低下に起因するロック機構３０の解除不良が発生しやすいときにのみ、ロックピン加振制御を実行することができる。これにより、ロックピン加振制御が不必要に実行され位相変更制御の開始が遅くなることを回避して相対回転位相を機関運転状態に即した目標位相に速やかに変更することができる。

（８）機関冷却水温ＴＨＷ、及び内燃機関１０の発熱量と相関を有する燃料噴射量に基づいて作動油の油温ＴＨＯを推定し、作動油の油温ＴＨＯが所定温度以上であることを条件にロックピン加振制御を実行するようにしている。そのため、温度上昇に伴う作動油の粘性低下により各油圧室２６，２７等から漏出する作動油の量が多く、ロック機構３０の解除不良が発生しやすいときにのみ、ロックピン加振制御を実行することができる。これにより、位相変更制御の開始が不必要に遅くなることを回避して、相対回転位相を機関運転状態に即した目標位相に速やかに変更することができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・バルブタイミング変更機構２０に異常が生じている旨を判定する異常判定手段として、図４を参照して説明したロックピン加振制御にかかる一連の処理の中に、ロック機構３０のロック状態が解除された旨の判定がなされる前にロックピン加振制御が所定期間以上継続したことを条件にバルブタイミング変更機構２０に異常が生じている旨を判定する異常判定を行うステップを更に設けることもできる。

こうした構成を採用すれば、ロックピン加振制御が所定期間以上継続してもロック機構３０のロック状態が解除された旨の判定がなされない場合には、バルブタイミング変更機構２０に異常が生じている旨の判定がなされるようになり、この判定に基づいて修理や点検の実施を促すことができるようになる。

・上記実施形態では、ロック状態判定手段としてロックピン加振制御に伴うバルブタイミング変更機構２０の相対回転位相が所定量α以上になったことに基づいてロック機構３０によるロック状態が解除された旨を判定する構成（ステップＳ１４０）を示した。これに対して、こうしたロック状態判定手段を省略し、ロックピン加振制御が所定期間実行されたことに基づいてロック機構３０が解除されたと推定してロックピン加振制御を終了し、位相変更制御を開始する構成を採用することもできる。

・また、ロック状態判定手段として、ロックピン３１が収容されたことを検出するスイッチ等を設け、ロック機構３０によるロック状態の解除を直接検出する構成を採用することもできる。

・機関回転速度ＮＥが所定回転速度未満である、オイルポンプ１５によって供給される作動油の油温ＴＨＯが所定温度以上である、といったといった二つの条件の論理和が真であることをもってロックピン３１の固着によるロック機構３０の解除不良が発生しやすい機関運転状態であると判定し、ロックピン加振制御を実行する構成を示した。これに対して、このうちどちらか一方の条件のみをロックピン加振制御の実行条件とする構成を採用することもできる。また、これら二つの条件の他に更に実行条件を設ける構成や、こうした実行条件を設けずに位相変更制御の実行に先立って常にロックピン加振制御を実行する構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、デューティー比を１００％と０％に交互に変更することにより、ロックピン加振制御を実行する構成を示したが、ロックピン加振制御はデューティー比を５０％よりも大きな値と、５０％よりも小さな値との間で交互に変更するものであればよい。そのため、ロックピン加振制御に際して変更するデューティー比の値は適宜変更することができ、例えば、デューティー比を８０％と０％に交互に変更することによりロックピン加振制御を実行することもできる。

・また、上記ロックピン加振制御はデューティー比を５０％よりも大きな所定の値と、５０％よりも小さな所定の値の二つの値に交互に変更する構成に限定されるものではない。すなわちデューティー比を変更するにあたり、その値が５０％を跨ぐように増減される構成であれば、デューティー比の変動幅を徐々に増大させる、変動中心を変化させるといった構成を採用し、その値を変化させる構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、作動油供給機構として、ソレノイドバルブからなる油圧調整弁４０を設け、この油圧調整弁４０を制御する駆動信号のデューティー比を変更することによりロックピン加振制御を実行する構成を示したが、作動油供給機構の構成は、進角用油圧室２６、遅角用油圧室２７に供給する作動油の油圧を変更してロックピン３１を振動させることのできるものであればよい。

・また、上記実施形態では、進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに交互に作動油を供給する構成を示したが、進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７の少なくとも一方に供給する作動油の量を増減する構成を採用した場合であっても、ロックピン３１を振動させるロックピン加振制御を実行することができる。

この発明の第１実施形態にかかる電子制御装置、及びその制御対象としての内燃機関の概略構成を示す模式図。 同実施形態にかかるバルブタイミング変更機構の断面図。 （ａ）、（ｂ）は同実施形態にかかるロック機構の断面図。 同実施形態のロックピン加振制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態のロックピン加振制御にかかるデューティー比の変化とバルブタイミング変更機構における相対回転位相の変化との関係を示すタイムチャート。 一般のバルブタイミング変更機構の断面図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…出力軸、１２…カムシャフト、１３…タイミングチェーン、１４…オイルパン、１５…オイルポンプ、２０…バルブタイミング変更機構、２１…スプロケット、２２…ハウジング、２３…ロータ、２４…ベーン、２５…収容室、２６…進角用油圧室、２７…遅角用油圧室、３０…ロック機構、３１…ロックピン、３２…スプリング、３３…係合穴、３４…ロック解除用油路、４０…油圧調整弁、４１…供給油路、４２…進角用油路、４３…遅角用油路、４４…還流油路、５０…電子制御装置、５１…クランク角センサ、５２…水温センサ、５３…エアフロメータ、５４…アクセルポジションセンサ。

Claims (10)

1. 内燃機関の出力軸に連結される第１の回転体の内部に第２の回転体を回動可能に収容し同第２の回転体の径方向に延伸するベーンによって区画される進角用油圧室及び遅角用油圧室の油圧を作動油供給機構の制御量の変更を通じて変化させることにより前記第２の回転体を回動させて同第２の回転体に固定されたカムシャフトと前記出力軸との相対回転位相を変更するバルブタイミング変更機構と、
   前記第１の回転体に形成された凹部及び前記ベーンに往復動可能に設けられたロックピンを備え、同ロックピンを凹部に嵌合させて前記第１の回転体に対する前記第２の回転体の相対回動を規制するロック状態と前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室の少なくとも一方に供給される油圧に基づいて前記ロックピンを前記凹部から抜脱して前記第２の回転体の相対回動を許容するアンロック状態とに切り替えられるロック機構とを備え、
   機関運転中に前記ロック機構を前記アンロック状態とするとともに前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室内の油圧を制御して前記相対回転位相を機関運転状態に基づいて設定される目標位相に一致させる位相変更制御を実行する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記位相変更制御の実行に先立ち、前記作動油供給機構の制御量を所定周期をもって連続的に変動させることにより前記進角用油圧室及び前記遅角用油圧室の少なくとも一方の油圧を変化させて前記凹部に嵌合された前記ロックピンを加振するロックピン加振制御を実行する制御手段を備える
   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。
2. 請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記進角用油圧室と前記遅角用油圧室とに交互に油圧が供給されるように前記作動油供給機構の制御量を変動させる
   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。
3. 請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記作動油供給機構はその制御量が基準制御量であるときに前記両油圧室に対する作動油の供給を停止するものであって、同制御量が前記基準制御量よりも大きくなるほど前記両油圧室のうち一方の油圧室に対する作動油の供給量が増大する一方、同制御量が前記基準制御量よりも小さくなるほど前記両油圧室のうち他方の油圧室に対する作動油の供給量が増大するものであり、
   前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記基準制御量を跨ぐように前記作動油供給機構の制御量を変動させる
   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。
4. 請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記制御量を前記基準制御量よりも小さい値と同基準制御量よりも大きい値との間で離散的に変動させる
   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。
5. 請求項３又は請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記制御手段は前記ロックピン加振制御に際し前記作動油供給機構の制御量をその最大変更範囲をもって変動させる
   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。
6. 前記ロック機構によるロック状態が解除された旨を判定するロック状態判定手段を更に備え、同ロック状態判定手段によってロック状態が解除された旨の判定がなされたことに基づいて前記ロックピン加振制御を終了し、前記位相変更制御を開始する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記ロック状態判定手段は前記相対回転位相が所定量以上変化したことに基づいてロック状態が解除された旨を判定する
   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。
8. 前記ロック状態判定手段によって前記ロック機構のロック状態が解除された旨の判定がなされる前に前記ロックピン加振制御が所定期間以上継続したことを条件に前記バルブタイミング変更機構に異常が生じている旨を判定する異常判定手段を更に備える
   請求項６又は請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 前記作動油供給機構は前記内燃機関の駆動力を利用して駆動される機械式のオイルポンプから吐出される作動油を前記各油圧室に供給するものであり、
   前記ロックピン加振制御は機関回転速度が所定回転速度未満であることを条件に実行される
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
10. 前記ロックピン加振制御は作動油の油温が所定温度以上であることを条件に実行される
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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