JP2009222029A - カム位相可変型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転停止時や油圧制御弁の失陥時に所定のカム位相に固定されるカム位相可変型内燃機関において、円滑な再始動等を実現する技術を提供する。
【解決手段】 エンジン３９の停止時に始動時カム位相が確立されておらず、ステップＳ５２の判定がＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５５で初期値０のクランキングカウンタＣ２が失陥判定閾値Ｃ２ｔｈに達したか否かを判定し、この判定がＮｏであった場合、ステップＳ５６でロック異常フラグＦｌｆを１とし、ステップＳ５７で燃料噴射制御部に燃料噴射禁止を指令し、ステップＳ５８でクランキングカウンタＣ２を１だけインクリメントする。ステップＳ５５の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５９でロック異常フラグＦｌｆを１とし、ステップＳ６０で燃料噴射制御部に燃料噴射許可を指令する。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、運転停止時や油圧制御弁の失陥時等に所定のカム位相に固定されるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、円滑な再始動等を実現するための技術に関する。

４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年ではカム位相とバルブリフトとを個別に連続可変制御することで過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現したものが主流となってきている。カム位相の可変制御に供されるバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control Device：以下、ＶＴＣと記す）は、シリンダヘッドにおけるカムシャフトの端部付近に設置された油圧アクチュエータ（以下、ＶＴＣアクチュエータと記す）や、ＶＴＣアクチュエータへの供給油圧（エンジン油圧）を制御するためのリニアソレノイドおよびスプールバルブ等から構成されている（特許文献１参照）。

特許文献１のＶＴＣアクチュエータは、複数枚のベーンを有するロータと、ロータを相対回転可能に収納するハウジングとを有し、ハウジングに形成された進角室と遅角室とに作動油（エンジンオイル）が適宜供給されるとロータとハウジングとが相対回転する構造が採られており、ロータがカムシャフト側に固着される一方でハウジングにカムスプロケットが一体化されている。この種のＶＴＣアクチュエータを搭載したエンジンでは、進角室や遅角室に作動油を供給する油圧制御機構の失陥（リニアソレノイドの断線、異物の噛み込みによるスプールバルブの作動不良等）が生じた場合、カム位相の制御が行えなくなってしまう可能性がある。そこで、カム位相制御の異常が検出された場合、燃料噴射量を増大させることによってエンジンの失火やストールを防止するフェールセーフ制御が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−２８５８７２号公報 特許第２５６９９９９号

しかしながら、特許文献２のフェールセーフ制御を採用した場合にも、カム位相の可変範囲の設定状況によっては過大なバルブオーバラップが生じ、燃料噴射量を増大させても十分な吸気量が確保できないことによって失火が生じる可能性がある。この場合、エンジンがストールし、再始動させることもできなくなり、整備工場等の施設が無い山間路等において運転者が多大な不安を憶える虞があった。

そこで、本発明者等は、運転停止時や油圧制御弁等の失陥時において、油圧制御弁を駆動するリニアソレノイドに大きな駆動電流を供給すること等によってＶＴＣアクチュエータを進角側あるいは遅角側に作動させ、ロータとハウジングとが始動に適したカム位相（以下、始動時カム位相と記す）となった瞬間にロータとハウジングとをロック機構によって結合させる方法を研究した。ところが、この方法を採用した場合、ロック機構の作動遅れ等によって始動時カム位相がエンジン停止時に確立されていないと、始動時に不適切なカム位相のまま燃料噴射が行われてしまい、始動不良や有害排出ガス成分の増加がもたらされる等の問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、運転停止時や油圧制御弁の失陥時等に所定のカム位相に固定されるカム位相可変型内燃機関において、円滑な再始動等を実現するための技術を提供することを目的とする。

第１の発明は、所定の角度範囲をもってカム位相が可変制御されるカム位相可変型内燃機関であって、クランクシャフトに同期して回転する第１回転部材と、カムシャフトと一体に回転するとともに、前記第１回転部材に相対回転可能に連結される第２回転部材と、前記第１回転部材および前記第２回転部材の間に形成された進角側油圧室と遅角側油圧室とに連絡する油圧回路を切り換えることにより、前記カム位相を進角と遅角と保持との間で変化させるカム位相可変手段と、その作動時において、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の結合角度をもって結合／一体化するカム位相固定手段と、その作動時において、前記カム位相可変手段を前記結合角度側に作動させる結合駆動手段と、所定条件の下で、前記カム位相固定手段と前記結合駆動手段とを起動させる結合制御手段と、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の結合角度をもって結合／一体化されたことを判定する結合判定手段と、運転状態を判定する運転状態判定手段と、燃料噴射禁止指令または燃料噴射許可指令を出力する燃料噴射指令出力手段とを備え、前記結合制御手段は、前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていると判定された場合、前記カム位相固定手段を作動させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射許可指令を出力させ、前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていないと判定された場合、前記カム位相固定手段および前記結合駆動手段を作動させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射禁止指令を出力させ、前記運転状態判定手段によって通常運転状態に移行したと判定された場合、前記カム位相固定手段および前記結合駆動手段の作動を中止させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射禁止指令を出力させないことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記結合制御手段は、前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていないと判定された場合においても、所定時間の経過をもって、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射許可指令を出力させることを特徴とする。

第１の発明によれば、エンジン停止時に始動時カム位相が確立されている場合には、エンジンの円滑な始動が可能となる。また、エンジン停止時に始動時カム位相が確立されていない場合には、始動時カム位相が確立された後に燃料噴射が行われてエンジンが始動されることで、始動不良や有害排出ガス成分の増加が抑制される。また、エンジンが始動後に通常運転状態に移行した場合、カム位相固定手段によるカムの位相が解除され、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等が実現される。一方、第２の発明によれば、ＶＴＣアクチュエータの失陥によって始動時カム位相が確立されない場合にも、緊急的なエンジンの始動が可能となり、長時間にわたるクランキングによる車載バッテリの放電が抑制される。

以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関の一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係る自動車用エンジンの要部透視斜視図であり、図２は実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの分解斜視図であり、図３は実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの概略構成図である。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（カム位相可変型内燃機関）３９は、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１に、各気筒２本ずつの吸気バルブ２および排気バルブ３、これら吸排気バルブ２，３を駆動する吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５を備えている。両カムシャフト４，５は、クランクスプロケット６、カムチェーン７、吸気カムスプロケット８、排気カムスプロケット９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。また、クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方に設置されたオイルポンプ１４を駆動する。

吸気カムシャフト４の前端にはＶＴＣアクチュエータ２１が取り付けられ、シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５にはオイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）をＶＴＣアクチュエータ２１に供給するための油路１６が形成されている。また、シリンダヘッド１にはノーマルオープン型の電磁シャットバルブ（結合駆動手段）１７が装着されており、この電磁シャットバルブ１７によって後述するロックピン３３とバイパスバルブ３６とに対する作動油の供給／排出が行われる。なお、クランクスプロケット６の近傍にはエンジン回転速度を検出するクランク角センサ（回転速度検出手段）１８が設置され、吸気カムシャフト４の後端にはカム位相を検出するカム位相センサ１９が設置されている。また、車室内にはエンジンＥＣＵ２０が設置されている。エンジンＥＣＵ２０は、各種センサ（図示しないアクセルセンサや吸気量センサ、クランク角センサ１８、カム位相センサ１９等）の出力情報に基づき、エンジン３９に付設された各種機器（図示しない燃料噴射弁や点火コイル、電磁シャットバルブ１７、ＶＴＣアクチュエータ２１等）の制御量を決定して駆動制御信号を出力するとともに、結合制御手段、結合判定手段、運転状態判定手段、燃料噴射指令出力手段等を内蔵している。。

＜ＶＴＣアクチュエータ＞
図２に示すように、ＶＴＣアクチュエータ２１は、外周に吸気カムスプロケット８が形成されたハウジング（第１回転部材）２２、ハウジング２２内に回転自在に保持されるとともに吸気カムシャフト４の前端にその後面が締結されるロータ（第２回転部材）２３、ハウジング２２の前面を覆うフロントプレート２４、ハウジング２２の後面を覆うバックプレート２５、フロントプレート２４の内周側に配置されたリードバルブ２６、リードバルブ２６をロータ２３に固定するリードバルブカバー２７、ハウジング２２とロータ２３とを進角方向に相対回動させるバイアススプリング２８、吸気カムシャフト４およびロータ２３の軸心に保持されたバルブスリーブ２９、バルブスリーブ２９に摺動自在に内嵌したスプールバルブ（カム位相可変手段）３０、エンジンＥＣＵ２０によって制御されることによってスプールバルブ３０を軸方向に駆動するリニアソレノイド（カム位相可変手段，結合駆動手段）３１、スプールバルブ３０をリニアソレノイド３１側に付勢するリターンスプリング３２、ロータ２３に保持されたロックピン（カム位相固定手段）３３、ロックピン３３をバックプレート２５側に付勢するロックピンスプリング３４、ロータ２３に保持されてロータ２３内の油路から油路１６への作動油の逆流を防止するチェックバルブ３５、ロータ２３に保持されたバイパスバルブ（結合駆動手段）３６、バイパスバルブ３６をリードバルブ２６側に付勢するバイパスバルブスプリング３７を主要構成要素としている。なお、リニアソレノイド３１は、エンジンＥＣＵ２０によってデューティ駆動され、その駆動デューティ（作動量）に応じて、バルブスリーブ２９に対してスプールバルブ３０を相対摺動させる。

図３に示すように、ロータ２３の外周には比較的薄幅の第１，第２ベーン４１，４２と比較的厚幅の第３，第４ベーン４３，４４とが立設される一方、ハウジング２２の内周にはこれらベーン４１〜４４を所定角度（本実施形態では、３５°）をもって相対回動自在に収容する第１〜第４ベーン室４５〜４８が形成されている。本実施形態の場合、第１ベーン４１および第１ベーン室４５は第１油圧駆動型位相可変機構（Oil Pressure Actuated phaser：以下、ＯＰＡと記す）６１の構成要素であり、第２ベーン４２および第２ベーン室４６は第２ＯＰＡ６２の構成要素であり、第３ベーン４３および第３ベーン室４７はカムトルク駆動型位相可変機構（Cam Torque Actuated phaser：カム位相制御手段：以下、ＣＴＡと記す）６３の構成要素である。

第４ベーン４４にはロックピン３３およびロックピンスプリング３４が収容されており、ロックピン解除油路への作動油の供給が行われない場合にのみ、ロックピンスプリング３４のばね力によってロックピン３３の先端がバックプレート２５に形成されたロック孔２５ａに嵌入可能となる。なお、ロック孔２５ａは、始動時に適したカム位相（始動時カム位相：本実施形態では、最進角位相）が得られる位置に設けられている。図３中、符号４９で示す部材はロータ２３の外周に設けられたロータ側シールであり、符号５０で示す部材はハウジング２２の内周に設けられたハウジング側シールである。

第１，第２ベーン室４５，４６は、第１，第２ベーン４１，４２により、スプールバルブ３０からの作動油が供給油路５１，５２を介して供給される進角側油圧室４５ａ，４６ａと、ドレイン通路５３，５４に接続する遅角室４５ｂ，４６ｂとにそれぞれ区画されている。また、第３ベーン室４７は、第３ベーン４３により、進角側油路５６とリードバルブ２６の第２弁体２６ｂとを介してスプールバルブ３０に連通する進角側油圧室４７ａと、遅角側油路５５とリードバルブ２６の第１弁体２６ａとを介してスプールバルブ３０に連通する遅角側油圧室４７ｂとに区画されている。

＜バイパスバルブ＞
バイパスバルブ３６は、その中間部に連通溝３６ａを有しており、第３ベーン４３に吸気カムシャフト４の軸心と平行に穿設されたバルブ保持孔４３ａ内に摺動自在に保持されている。また、バイパスバルブスプリング３７は、バイパスバルブ３６の軸心に形成されたスプリング保持孔に収容されており、バイパスバルブ３６をリードバルブ２６側に常時付勢している。第３ベーン４３には、バイパスバルブ３６の一端に電磁シャットバルブ１７からの油圧を導入するための油圧導入孔４３ｂと、遅角側油圧室４７ｂとバルブ保持孔４３ａとを接続する連通油路４３ｃと、リードバルブ２６の前面に形成された油室とバルブ保持孔４３ａとを接続する連通油路４３ｄとが形成されている。そして、図４（ａ）に示すように、油圧導入孔４３ｂに油圧が導入されると、バイパスバルブ３６がバックプレート２５側に移動して両連通油路４３ｃ，４３ｄが遮断される。また、図４（ｂ）に示すように、油圧導入孔４３ｂから油圧が排出されると、バイパスバルブスプリング３７のばね力によってバイパスバルブ３６がリードバルブ２６側に移動し、両連通油路４３ｃ，４３ｄがバイパスバルブ３６の連通溝３６ａを介して連通される。

≪実施形態の作用≫
以下、図５〜図１４の模式図やフローチャートを参照して、本実施形態の作用を説明する。
＜通常運転時制御＞
エンジン３９の通常運転時において、エンジンＥＣＵ２０は、ＶＴＣアクチュエータ２１の通常運転時制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。通常運転時制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、アクセルセンサや吸気量センサ、水温センサ等から入力した種々の運転情報に基づき吸気カムシャフト４の目標カム位相を決定した後、目標カム位相を実現するための駆動電流をＶＴＣアクチュエータ２１のリニアソレノイド３１に対して適宜出力する。また、エンジンＥＣＵ２０は、クランク角センサ１８およびカム位相センサ１９の出力信号に基づき、吸気カムシャフト４のカム位相のフィードバック制御を実行する。

（進角作動）
エンジン３９の運転中に吸気カムシャフト４を進角させる場合、エンジンＥＣＵ２０は、図５に示すように、電磁シャットバルブ１７によって油路１６を連通させた状態で、リニアソレノイド３１によってスプールバルブ３０を進角位置（図中、右方）に移動させる。すると、オイルポンプ１４から油路１６を経由して供給された作動油は、ロックピン３３を解除状態で保持するとともに、スプールバルブ３０を介して第１，第２ＯＰＡ６１，６２側の進角側油圧室４５ａ，４６ａに流入して第１，第２ベーン４１，４２を進角側に付勢する。なお、エンジン３９の通常運転時には電磁シャットバルブ１７に駆動電流が供給されず（油路１６が連通され）、オイルポンプ１４からの作動油によってロックピン３３が解除状態で保持される。一方、ＣＴＡ６３では、吸気カムシャフト４に進角側のカムトルクが作用し、ハウジング２２に対してロータ２３が進角側に相対回転するごとにリードバルブ２６の第２弁体２６ｂが開き、遅角側油圧室４７ｂ内の作動油がスプールバルブ３０を介して進角側油圧室４７ａに流入する。また、遅角側のカムトルクが作用した場合には、リードバルブ２６の第１，第２弁体２６ａ，２６ｂは閉じ、作動油の移動は起こらずにカム位相が保持される。これら第１，第２ＯＰＡ６１，６２およびＣＴＡ６３の作動により、ロータ２３がハウジング２２に対して図中時計回りに相対回転し、吸気カムシャフト４が進角する。なお、ＣＴＡ６３への作動油の供給は、エンジン３９の運転開始時に、チェックバルブ３５を介してＣＴＡ６３が満たされるまで行われる。

（遅角作動）
エンジン３９の運転中に吸気カムシャフト４を遅角させる場合、エンジンＥＣＵ２０は、図６に示すように、リニアソレノイド３１によってスプールバルブ３０を遅角位置（図中、左方）に移動させる。すると、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、進角側油圧室４５ａ，４６ａ内の作動油がスプールバルブ３０を介してドレイン通路５３，５４から排出され、第１，第２ベーン４１，４２を進角側に付勢する付勢力がなくなる。一方、ＣＴＡ６３では、吸気カムシャフト４に遅角側のカムトルクが作用し、ハウジング２２に対してロータ２３が遅角側に相対回転するごとにリードバルブ２６の第１弁体２６ａが開き、進角側油圧室４７ａ内の作動油が遅角側油圧室４７ｂに流入する。また、進角側のカムトルクが作用した場合には、リードバルブ２６の第１，第２弁体２６ａ，２６ｂは閉じ、作動油の移動は起こらずにカム位相が保持される。これら第１，第２ＯＰＡ６１，６２およびＣＴＡ６３の作動により、ロータ２３がハウジング２２に対して図中反時計回りに相対回転し、吸気カムシャフト４が遅角する。

（保持作動）
上述した進角作動や遅角作動によって目標とするカム位相が得られると、エンジンＥＣＵ２０は、図７に示すように、リニアソレノイド３１によってスプールバルブ３０を保持位置（図中、中央）に移動させる。すると、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、進角側油圧室４５ａ，４６ａ内の作動油がスプールバルブ３０によって封じ込められ、第１，第２ベーン４１，４２が移動できなくなる。一方、ＣＴＡ６３では、進角側油圧室４７ａと遅角側油圧室４７ｂとの間で作動油が移動できなくなり、第３ベーン４３も移動できなくなる。これら第１，第２ＯＰＡ６１，６２およびＣＴＡ６３の作動により、ロータ２３がハウジング２２に対して相対回転しなくなり、吸気カムシャフト４のカム位相が保持される。

＜停止時制御＞
エンジンＥＣＵ２０は、上述した通常運転時制御と並行して、図８のフローチャートにその手順を示す停止時制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。停止時制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図８のステップＳ１でイグニッションキーがＯＦＦ操作されたか否かを判定し、この判定がＮｏであれば何ら処理を行わずにスタートに戻って制御を繰り返す。これは、イグニッションキーがＯＮの状態では（すなわち、エンジン３９の運転時には）、自動車の走行中等にエンジン３９の発生トルク等が急変する虞があることから、以下に述べる停止時処理を行わないためである。

運転者がイグニッションキーをＯＦＦにすることによってステップＳ１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ２でクランク角センサ１８の検出信号に基づきエンジン回転速度Ｎｅが０となったか否かを判定する。そして、イグニッションキーがＯＦＦにされた直後には、エンジン３９が慣性によって回転を続けることでステップＳ２の判定がＮｏになるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３で初期値０の位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを１とする。位相固定制御フラグＦｌｏｃｋは、ＶＴＣアクチュエータ２１を始動時カム位相で固定させるか否かを決定するフラグであり、「１」であるときにはＶＴＣアクチュエータ２１を始動時カム位相で固定するための処理が行われる。

次に、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ４で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋが１であるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば何ら処理を行わずにスタートに戻って制御を繰り返す。

イグニッションキーがＯＦＦにされた直後にはステップＳ４の判定がＹｅｓになるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５でリニアソレノイド３１に対して進角位置に作動させる駆動電流を供給し（リニアソレノイド３１を１００％の駆動デューティをもって駆動し）、ステップＳ６で電磁シャットバルブ１７にも駆動電流を供給する。

すると、図９に示すように、ロックピン３３に供給されていた作動油が電磁シャットバルブ１７から排出され、ロックピンスプリング３４のばね力によってロックピン３３がバックプレート２５側に付勢されるようになる。また、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、スプールバルブ３０が進角位置に移動することにより、オイルポンプ１４からの作動油がスプールバルブ３０を介して進角側油圧室４５ａ，４６ａに供給され、第１，第２ベーン４１，４２を進角側に付勢する。また、ロックピン３３と同様に、バイパスバルブ３６に供給されていた作動油が電磁シャットバルブ１７から排出され、バイパスバルブスプリング３７のばね力によってバイパスバルブ３６がリードバルブ２６側（図９中の上方）に移動する。これにより、ＣＴＡ６３では、スプールバルブ３０だけでなく、連通油路４３ｃ，４３ｄとバイパスバルブ３６の連通溝３６ａとを介しても、遅角側油圧室４７ｂ内の作動油が進角側油圧室４７ａに流入するようになる。その結果、エンジン３９が停止するまでの間に、ロータ２３がハウジング２２に対して進角側に急速に相対回転し、始動時カム位相になった瞬間に、ロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入してロータ２３とハウジング２２とがロックされる。

一方、エンジン３９の回転が停止してステップＳ２の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ７でエンジン停止後に所定時間Ｔ１（例えば、１秒）が経過したか否かを判定し、この判定がＮｏである間はステップＳ３に移行し、ステップＳ４〜Ｓ６の処理を繰り返す。これにより、エンジン停止時点でロータ２３とハウジング２２とのロックが完了していない場合であっても、エンジン停止時における吸気カムシャフト４の逆回転による大きなカムトルクがＣＴＡ６３に作用することで、始動時カム位相の確立が図られやすくなる。

エンジン停止後に所定時間Ｔ１が経過し、ステップＳ７の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ８で電磁シャットバルブ１７への駆動電流の供給を中止し（リニアソレノイド３１の駆動デューティを０％とし）、ステップＳ９で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを０にリセットして停止時制御を終了する。

＜異常時制御＞
エンジンＥＣＵ２０は、上述した通常運転時制御や停止時制御と並行して、図１０のフローチャートにその手順を示す異常時制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。異常時制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図１０のステップＳ１１で作動油圧（エンジン油圧）Ｐｅが所定の作動油圧Ｐｅより高いか否かを先ず判定する。そして、ステップＳ１１の判定がＮｏであれば、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１２でエンジン回転速度Ｎｅがロック実行回転速度Ｎｅｌｋ以下となっているか否かを更に判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１３で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを１とし、ＮｏであればステップＳ１４で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを０とする。

一方、作動油圧Ｐｅが十分に高く、ステップＳ１１の判定がＹｅｓであれば、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１５でＶＴＣアクチュエータ２１に失陥が生じているか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ１６で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを０とする。なお、ＶＴＣアクチュエータ２１の失陥は、例えば、目標カム位相と実カム位相とのずれが所定量を超える状態が所定時間にわたって継続したこと等によって判定される。

ＶＴＣアクチュエータ２１が失陥し、ステップＳ１５の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１７でエンジン回転速度Ｎｅがロック実行回転速度Ｎｅｌｋ以下となっているか否かを判定する。そして、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１７の判定がＹｅｓであればステップＳ１３で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを１とし、ＮｏであればステップＳ１６で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋを０とする。

次に、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１８で位相固定制御フラグＦｌｏｃｋが１であるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、何の処理も行わずにスタートに戻って制御を繰り返す。

ステップＳ１８の判定がＹｅｓ、すなわち、作動油圧Ｐｅの低下やＶＴＣアクチュエータ２１の失陥が生じ、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが十分に低く、位相固定制御フラグＦｌｏｃｋが１になった場合、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ１９でＶＴＣアクチュエータ２１が始動時カム位相でロックされているか否か（後述する結合フラグＦｃｏｎが１であるか否か）を判定する。

位相固定制御フラグＦｌｏｃｋが１となった直後にはステップＳ１９の判定が当然にＮｏとなるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ２０でリニアソレノイド３１に対して進角位置に作動させる駆動電流を供給し（リニアソレノイド３１を１００％の駆動デューティをもって駆動し）、ステップＳ２１で電磁シャットバルブ１７にも駆動電流を供給する。これにより、スプールバルブ３０が弱く固着していた場合においても、スプールバルブ３０が最進角位置に移動する可能性がある。そして、スプールバルブ３０が最進角位置に移動した場合には、停止時制御の際と同様に、第１，第２ＯＰＡ６１，６２とＣＴＡ６３との作動によってロータ２３がハウジング２２に対して進角側に急速に相対回転し、始動時カム位相になった瞬間に、ロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入してロータ２３とハウジング２２とがロックされる。

また、スプールバルブ３０が保持位置で完全に固着していた場合には、図１１に示すように、ロックピン３３に供給されていた作動油が電磁シャットバルブ１７から排出される一方、ＣＴＡ６３内では、バイパスバルブ３６に供給されていた作動油が電磁シャットバルブ１７から排出され、バイパスバルブスプリング３７のばね力によってバイパスバルブ３６がリードバルブ２６側（図１１中の上方）に移動することで、連通油路４３ｃ，４３ｄとバイパスバルブ３６の連通溝３６ａとを介して、遅角側油圧室４７ｂ内の作動油が進角側油圧室４７ａに流入するようになる。これにより、ロータ２３がハウジング２２に対して進角側に相対回転し、始動時カム位相になった瞬間に、ロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入してロータ２３とハウジング２２とがロックされる。なお、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、周囲の空気が進角側油圧室４５ａ，４６ａ内に流入することにより、ロータ２３のハウジング２２に対する進角側への相対回転が殆ど妨げられることがない。

ＶＴＣアクチュエータ２１が始動時カム位相でロックされ、ステップＳ１９の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ２２でリニアソレノイド３１に対する駆動電流の供給を中止して（リニアソレノイド３１の駆動デューティを０％として）異常時制御を終了する。

＜ロック判定制御＞
エンジンＥＣＵ２０は、上述した停止時制御や異常時制御と平行して、図１２のフローチャートにその手順を示すロック判定制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。ロック判定制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図１２のステップＳ３１で停止時制御または異常時制御が開始されたか否かを判定し、この判定がＮｏであれば何ら処理を行わずにスタートに戻って制御を繰り返す。

停止時制御あるいは異常時制御が行われてステップＳ３１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３２で停止時制御または異常時制御が終了したか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ３３で吸気カムシャフト４のカム位相ＣＡｉｎが始動時カム位相判定値ＣＡｔｈよりも大きいか否か（進角側にあるか否か）を判定する。始動時カム位相判定値ＣＡｔｈは、ロックピン３３やロック孔２５ａの製造交差が基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１が確実に始動時カム位相となる値に設定されている。

エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３３の判定がＹｅｓであればステップＳ３４で初期値０の結合判定カウンタＣ１を１だけインクリメントし、ＮｏであればステップＳ３５で結合判定カウンタＣ１を０にリセットする。すなわち、ロックピン３３がロック孔２５ａと対向する状態になると結合判定カウンタＣ１のカウントアップが開始されるが、作動遅れ等によってロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入せず、その後にロータ２３とハウジング２２とが相対回転すると結合判定カウンタＣ１はリセットされる。

次に、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３６で結合判定カウンタＣ１の値が結合判定閾値Ｃ１ｔｈに達したか否かを判定する。結合判定閾値Ｃ１ｔｈは、ＶＴＣアクチュエータ２１が確実に始動時カム位相で固定されていると判断できる値（例えば、１０（すなわち、１００ｍｓ））に設定されている。

ロック判定制御の開始直後はステップＳ３６の判定は当然にＮｏとなるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３７で結合フラグＦｃｏｎを０とした後、スタートに戻って制御を繰り返す。

ＶＴＣアクチュエータ２１が始動時カム位相となってロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入すると、ステップＳ３３の判定がＹｅｓとなり続けて結合判定カウンタＣ１の値は制御インターバルごとに１ずつ増加する。そして、結合判定カウンタＣ１の値が結合判定閾値Ｃ１ｔｈに達すると、ステップＳ３６の判定がＹｅｓとなるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３８で結合フラグＦｃｏｎを１とする。

停止時制御または異常時制御が終了してステップＳ３２の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ３９で内蔵する不揮発性メモリ（不揮発性記憶手段）に現在の結合フラグＦｃｏｎの値を記憶してロック判定制御を終了する。

＜再始動時制御＞
エンジンＥＣＵ２０は、イグニッションキーがＯＮ位置に操作されると、図１３のフローチャートにその手順を示す再始動時制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。再始動時制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図１３のステップＳ４１でエンジン３９の運転モードが始動モード（始動状態）にあるか否かを判定する。なお、エンジンＥＣＵ２０は、セルフスタータによってエンジン３９のクランキングが開始された後、エンジン回転速度が所定の閾値（例えば、３００ｒｐｍ）に達していないこと等をもって、エンジン３９が始動モードにあると判定する。

運転者によってイグニッションキーがスタート位置に操作され、ステップＳ４１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ４２で不揮発性メモリに記憶した結合フラグＦｃｏｎの値が１であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ４３でリニアソレノイド３１に対する駆動電流の供給を中止し（リニアソレノイド３１の駆動デューティを０％とし）、ステップＳ４４で電磁シャットバルブ１７に駆動電流を供給する。リニアソレノイド３１に対する駆動電流の供給中止は、始動時カム位相が既に確立されている場合、ＶＴＣアクチュエータ２１を進角側に作動させる必要がないことによる。

一方、エンジン３９の停止時に始動時カム位相が確立されておらず、ステップＳ４２の判定がＮｏとなった場合、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ４５でリニアソレノイド３１に対して進角位置に作動させる駆動電流を供給し（リニアソレノイド３１を１００％の駆動デューティをもって駆動し）、ステップＳ４４で電磁シャットバルブ１７にも駆動電流を供給する。これにより、クランキング時における大きなカムトルクがＣＴＡ６３に作用することで、始動時カム位相の確立が図られやすくなる。

エンジン３９が始動した後にその回転速度が上昇し、ステップＳ４１の判定がＮｏとなると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ４６で電磁シャットバルブ１７に対する駆動電流の供給を中止し、ロックピン３３をバックプレート２５のロック孔２５ａから離脱させて再始動時制御を終了する。これにより、ロータ２３とハウジング２２とが相対回転できるようになるため、エンジンＥＣＵ２０は、通常運転時制御によってＶＴＣアクチュエータ２１（すなわち、リニアソレノイド３１）を進角側あるいは遅角側に適宜駆動する。

＜始動時燃料噴射制御＞
エンジンＥＣＵ２０は、イグニッションキーがＯＮ位置に操作されると、図１４のフローチャートにその手順を示す始動時燃料噴射制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。始動時燃料噴射制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図１４のステップＳ５１でエンジン３９の運転モードが始動モードにあるか否かを判定する。

運転者によってイグニッションキーがスタート位置に操作され、ステップＳ５１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５２でロック判定制御で得られた結合フラグＦｃｏｎの値が１であるか否かを判定する。そして、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５２の判定がＹｅｓであれば、ステップＳ５３でロック異常フラグＦｌｆを０とし、ステップＳ５４で図示しない燃料噴射制御部に燃料噴射許可を指令し、これにより、エンジン３９が始動時カム位相で円滑に始動されることになる。なお、ロック異常フラグＦｌｆは、始動時に始動時カム位相が確立されていないことを示すフラグである。

一方、エンジン３９の停止時に始動時カム位相が確立されておらず、ステップＳ５２の判定がＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５５で初期値０のクランキングカウンタＣ２が失陥判定閾値Ｃ２ｔｈ（例えば、１０（すなわち、１００ｍｓ））に達したか否かを判定する。始動時カム位相が確立されていない場合、当初はステップＳ５５の判定がＮｏとなるため、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５６でロック異常フラグＦｌｆを１とし、ステップＳ５７で図示しない燃料噴射制御部に燃料噴射禁止を指令し、ステップＳ５８でクランキングカウンタＣ２を１だけインクリメントする。これにより、始動時カム位相が確立されていない状況では燃料噴射が行われず、エンジン３９の始動不良や有害排出ガス成分の増加が抑制される。なお、クランキング時に始動時カム位相が確立され、ステップＳ５２の判定がＹｅｓになると、ステップＳ５４で燃料噴射許可が指令され、エンジン３９が始動時カム位相で円滑に始動されることになる。

ＶＴＣアクチュエータ２１が失陥してステップＳ５５の判定がＮｏとなり続け、ステップＳ５５の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ５９でロック異常フラグＦｌｆを１とし、ステップＳ６０で燃料噴射制御部に燃料噴射許可を指令する。これにより、ＶＴＣアクチュエータ２１の失陥によって始動時カム位相が確立できない場合においても、緊急的な始動が可能となって運転者が自動車を走行させることができるようになる。

本実施形態では、上述した構成を採用したことにより、始動時においては始動時カム位相が継続的に確立されて円滑な再始動が可能となる一方、通常運転状態に移行した後には最適なカム位相が得られて出力の低下や有害排出ガス成分の増加が抑制される。また、始動時カム位相が確立されている場合、リニアソレノイド３１に不要な電力供給が行われないため、通電によるリニアソレノイド３１の発熱やバッテリーの消耗が生じ難くなる。また、始動時カム位相が確立されていない状態での燃料噴射が禁止されてエンジン３９の始動不良や有害排出ガス成分の増加が抑制されるとともに、ＶＴＣアクチュエータ２１の失陥時にも緊急的な始動が可能となって車載バッテリの放電が抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、Ｖ型エンジンやディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態は吸気カムシャフト側のみにＶＴＣを備えたエンジンに本発明を適用したものであるが、排気カムシャフト側にもＶＴＣを備えたエンジンに適用してもよく、その場合にもシリンダヘッドに設置した１つの電磁シャットバルブで両ＶＴＣのロックピンやリードバルブへの作動油の供給を停止できる。また、ＶＴＣアクチュエータの異常時においては、インストルメントパネル等に設置した警告灯の点灯等を行わせるようにしてもよい。

また、実施形態のＣＴＡでは、進角側油圧室および遅角側油圧室をともに第３ベーン室に形成するようにしたが、例えば、進角側油圧室を第２ベーン室に形成し、遅角側油圧室を第３ベーン室に形成するようにしてもよい。また、上記実施形態では、結合角度を最進角位相に設定したが、最遅角位相に設定してもよいし、最進角位相と最遅角位相との中間に設定してもよい。そして、結合角度を最進角位相と最遅角位相との中間に設定する場合には、ロック機構の公差に応じた結合判定閾値を結合角度の進角側と遅角側との双方に設定すればよい（上限値と下限値とを設ければよい）。更に、上記実施形態は、カム位相制御手段としてＣＴＡとＯＰＡとを有するＶＴＣアクチュエータに本発明を適用したものであるが、本発明は、ＯＰＡのみを有するＶＴＣアクチュエータに適用してもよく、その場合には、ＯＰＡの進角側油圧室と遅角側油圧室とをバイパスバルブによって連通させることになる。その他、ＶＴＣアクチュエータをはじめ、エンジンや動弁機構の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの分解斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの概略構成図である。 実施形態に係るバイパスバルブの作動態様を示す横断面図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの進角作動を示す模式図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの遅角作動を示す模式図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの保持作動を示す模式図である。 実施形態に係る停止時制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの停止作動を示す模式図である。 実施形態に係る異常時制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの異常時作動を示す模式図である。 実施形態に係るロック判定制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る再始動時制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る始動時燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ シリンダヘッド
４ 吸気カムシャフト
８ 吸気カムスプロケット
１０ クランクシャフト
１４ オイルポンプ
１６ 油路
１７ 電磁シャットバルブ（結合駆動手段）
２１ ＶＴＣアクチュエータ
２２ ハウジング（第１回転部材）
２３ ロータ（第２回転部材）
２６ リードバルブ
３０ スプールバルブ（カム位相可変手段）
３１ リニアソレノイド（カム位相可変手段，結合駆動手段）
３２ リターンスプリング
３３ ロックピン（カム位相固定手段）
３６ バイパスバルブ（結合駆動手段）
３９ エンジン
４７ａ 進角側油圧室
４７ｂ 遅角側油圧室
６１ 第１ＯＰＡ
６２ 第２ＯＰＡ
６３ ＣＴＡ

Claims (2)

1. 所定の角度範囲をもってカム位相が可変制御されるカム位相可変型内燃機関であって、
   クランクシャフトに同期して回転する第１回転部材と、
   カムシャフトと一体に回転するとともに、前記第１回転部材に相対回転可能に連結される第２回転部材と、
   前記第１回転部材および前記第２回転部材の間に形成された進角側油圧室と遅角側油圧室とに連絡する油圧回路を切り換えることにより、前記カム位相を進角と遅角と保持との間で変化させるカム位相可変手段と、
   その作動時において、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の結合角度をもって結合／一体化するカム位相固定手段と、
   その作動時において、前記カム位相可変手段を前記結合角度側に作動させる結合駆動手段と、
   所定条件の下で、前記カム位相固定手段と前記結合駆動手段とを起動させる結合制御手段と、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の結合角度をもって結合／一体化されたことを判定する結合判定手段と、
   運転状態を判定する運転状態判定手段と、
   燃料噴射禁止指令または燃料噴射許可指令を出力する燃料噴射指令出力手段と
   を備え、
   前記結合制御手段は、
   前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていると判定された場合、前記カム位相固定手段を作動させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射許可指令を出力させ、
   前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていないと判定された場合、前記カム位相固定手段および前記結合駆動手段を作動させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射禁止指令を出力させ、
   前記運転状態判定手段によって通常運転状態に移行したと判定された場合、前記カム位相固定手段および前記結合駆動手段の作動を中止させるとともに、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射禁止指令を出力させないことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
2. 前記結合制御手段は、前記運転状態判定手段によって始動状態にあると判定され、かつ、前記結合判定手段によって前記結合／一体化がなされていないと判定された場合においても、所定時間の経過をもって、前記燃料噴射指令出力手段に燃料噴射許可指令を出力させることを特徴とする、請求項１に記載されたカム位相可変型内燃機関。

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