JP2010106772A - カム位相可変型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＶＴＣのフェール時におけるエンジンストールの抑制等を図ったカム位相可変型内燃機関を提供する。
【解決手段】 電磁シャットバルブ１７に駆動電流が出力されると、スプール９２が左方に移動し、作動油供給油路１６ｂとドレイン通路９４とが連通する一方、作動油供給油路１６ａとフェール時供給油路８３とが連通する。作動油供給油路１６ｂとドレイン通路９４との連通により、ロックピン３３に供給されていた作動油が排出されるとともに、バイパスバルブ３６に供給されていた作動油も排出される。一方、作動油供給油路１６ａとフェール時供給油路８３との連通により、作動油が図中右端に流入して切換バルブ８１は左方に移動する。すると、作動油は、フェール時供給油路８３とＯＰＡ側遅角油路８５，８６とを介してＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂに流入し、第１，第２ベーン４１，４２を遅角側に相対回転させる。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、油圧アクチュエータとカムトルクアクチュエータとが併設されたＶＴＣを備えるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、カム位相制御装置のフェール時におけるエンジンストールの抑制等を図る技術に関する。

ガソリンエンジンを始め、ディーゼルエンジンやＨＣＣＩ(Homogeneous Charge Compression Ignition：予混合圧縮着火)エンジンにおいては、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を実現すべく、運転状態に応じて吸排気バルブのリフト量や開弁タイミングを変化させる可変動弁装置を搭載したもの（開弁特性可変型内燃機関）が増加している。可変動弁装置としては、バルブリフトを段階的あるいは無段階に可変制御する可変バルブリフト装置（Variable valve Lift Control device：以下、ＶＬＣと記す）が従来より存在する他、カム位相（開弁タイミング）を連続的に可変制御す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）も出現している。

ＶＬＣとしては、カムシャフトに動弁特性の異なる複数のカムを形成するとともに、各カムに対応するロッカアームをバルブに対して選択的に連結させるものが知られている（特許文献１参照）。また、ＶＴＣとしては、高速運転に向いた油圧アクチュエータ（油圧駆動型位相可変機構（Oil Pressure Actuated phaser）：以下、ＯＰＡと記す）と、低速運転に向いたカムトルクアクチュエータ（カムトルク駆動型位相可変機構（Cam Torque Actuated phaser）：以下、ＣＴＡと記す）とを内装し、カムシャフトの端部に設置されるベーン式のものが知られている（特許文献２参照）。この種のＶＴＣでは、スプールバルブやリニアソレノイド等からなる油路切換制御機構を用いて、ＯＰＡへの油圧供給経路とＣＴＡ内での作動油流動方向とを同時に切り換えることが一般的である。
特開２００８−１２１５８５号公報 特開２００２−２３５５１３号公報

上述したＶＴＣでは、カム位相制御装置の失陥（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：以下、フェールと記す）が生じた場合、カム位相の制御が行えなくなる可能性がある。そこで、カム位相制御装置のフェールが検出された場合、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知られている。しかしながら、このフェールセーフ制御を採用しても、ＨＣＣＩモードでの運転が行われている際にフェールが生じたような場合には、ネガティブオーバラップによって大量のＥＧＲガスが残留するため（すなわち、十分な新気が燃焼室に導入されないため）、いたずらに燃料噴射量を増大させても失火が抑制できないことが多い。そして、整備工場等の施設が無い山間路等においては、エンジンがストールして再始動させることもできなくなった場合、運転者が大きな不安を憶える虞があった。

そこで、本発明者等は、ＶＴＣのフェール時において、ＶＴＣアクチュエータへの油圧供給を電磁シャットバルブ等によって絶つとともに、バイパスバルブによってＣＴＡの作動を無効化するフェールセーフ機構を研究した。このフェールセーフ機構が起動すると、油圧供給が絶たれることでＯＰＡも機能しなくなるため、カムトルク反力によってロータとハウジングとが進角側あるいは遅角側に交番的に相対回転する。そして、例えば、所定のカム位相（以下、フェール時カム位相と記す）が確立された時点でロックピンによってロータとハウジングとを結合すれば、ストールしない範囲でエンジンの運転を継続させることが可能となる。しかしながら、このフェールセーフ機構を採用しても、フェール発生時のエンジン回転速度が高い場合にはフェール時カム位相が確立されるまでに時間が掛かり、失火に伴うエンジン回転速度の低下によってエンジンがストールする虞があった。更に、カム位相制御機構のフェール時にＶＬＣ側でバルブリフトが低く設定されていた場合、十分なカムトルク反力が作用しないためにロータとハウジングとの相対回転量が小さくなり、フェール時カム位相の確立自体が行えなくなることもあった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、ＶＴＣのフェール時におけるエンジンストールの抑制等を図ったカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、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た第２回転部材と、前記第１回転部材と前記第２回転部材との間に進角側油室と遅角側油室とを有し、当該進角側油室と当該遅角側油室との少なくとも一方に作動油が供給されることにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材との角度位相を変化させる油圧アクチュエータを有するカム位相可変型内燃機関において、前記油圧アクチュエータに係る失陥を判定する失陥判定手段と、前記油圧アクチュエータを進角側または遅角側に強制駆動する強制駆動手段と、前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記強制駆動手段を作動させる失陥時駆動制御手段とを備えたことを特徴とする。

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、前記カムシャフトに作用するカムトルクを駆動力とし、前記第１回転部材と前記第２回転部材との角度位相を変化または保持させるカムトルクアクチュエータと、前記カムトルクアクチュエータの作動を無効化する無効化手段とを更に備え、前記失陥判定手段は、前記油圧アクチュエータと前記カムトルクアクチュエータとの少なくとも一方に係る失陥を判定し、前記失陥時駆動制御手段は、前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記無効化手段と前記強制駆動手段とを作動させることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の失陥時カム位相で結合／一体化させるカム位相固定手段を更に備え、前記失陥時駆動制御手段は、前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記カム位相固定手段も作動させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記第１回転部材と前記第２回転部材との間に介装され、当該第１回転部材と前記第２回転部材とを前記失陥時カム位相側に付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、カム位相制御装置のフェールが発生すると、第１回転部材と第２回転部材とが油圧アクチュエータによってフェール時カム位相側に強制駆動され、例えば最遅角側に設定されたフェール時カム位相が確立される。また、第２の発明によれば、カムトルクアクチュエータの作動が無効化され、油圧アクチュエータによるフェール時カム位相側への強制駆動が円滑に行われる。また、第３の発明によれば、フェール時カム位相となった時点で第１回転部材と第２回転部材とが固定されるため、フェール時カム位相の確立後における不要な作動が生じなくなる。また、第４の発明によれば、フェール時カム位相の確立がより迅速に行われる。

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。また、図４は実施形態に係るバイパスバルブの作動態様を示す断面図であり、図５は実施形態に係る切換バルブの作動態様を示す断面図であり、図６は実施形態に係る電磁シャットバルブの作動態様を示す断面図である。また、図７は実施形態に係るエンジンＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジンＥ（カム位相可変型内燃機関）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ＨＣＣＩ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。

シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５には、後述するＶＴＣアクチュエータ２０，２１にオイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）を供給するための作動油供給油路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１７が装着されており、この電磁シャットバルブ１７が作動することによってＶＴＣアクチュエータ２０，２１に対する作動油の供給形態が切り換えられる。また、吸気カムシャフト４の後端には吸気側カム角センサ１８が設置され、排気カムシャフト５の後端には排気側カム角センサ１９が設置されている。

吸気カムシャフト４の前端には吸気側ＶＴＣアクチュエータ２０が取り付けられ、排気カムシャフト５の前端には排気側ＶＴＣアクチュエータ２１が取り付けられている。また、吸気カムシャフト４と吸気バルブ２との間には吸気側ＶＬＣ機構５０が介装され、排気カムシャフト５と排気バルブ３との間には排気側ＶＬＣ機構５１が介装されている。

車室内には、各種センサ（両カム角センサ１８，１９、図示しないアクセルセンサ、吸気量センサ、クランク角センサ等）の出力情報に基づき、エンジンＥに付設された各種被制御装置（電磁シャットバルブ１７、両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１、両ＶＬＣ機構５０，５１、図示しない燃料噴射弁や点火コイル等）の制御量を決定して駆動制御信号を出力するエンジンＥＣＵ７０が設置されている。

＜ＶＴＣアクチュエータ＞
図２に示すように、排気側ＶＴＣアクチュエータ２１は、外周に排気カムスプロケット９が形成されたハウジング２２、ハウジング２２内に回転自在に保持されるとともに排気カムシャフト５の前端にその後端面が締結されるロータ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とを遅角方向に相対回動させるバイアススプリング２８、排気カムシャフト５およびロータ２３の軸心に設置されたスプールバルブ２９、エンジンＥＣＵ７０によって制御されることによってスプールバルブ２９を駆動するリニアソレノイド３１、ロータ２３に保持されたロックピン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に保持されたバイパスバルブ３６、バイパスバルブ３６をフロントプレート２４側に付勢するバイパスバルブスプリング３７、ロータ２３に保持された切換バルブ８１、切換バルブ８１をフロントプレート２４側に付勢する切換バルブスプリング８２等を構成要素としている。なお、スプールバルブ２９は、排気カムシャフト５やロータ２３の軸心に保持されたバルブスリーブ３８と、バルブスリーブ３８に摺動自在に内嵌したスプール３９と、スプール３９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４０とから構成されている。

図３に示すように、ロータ２３の外周には第１ベーン４１と第２ベーン４２と第３ベーン４３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４１〜４３を所定角度をもって相対回動自在に収容する第１〜第３ベーン室４５〜４７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１ＯＰＡ６１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ＣＴＡ６３の構成要素である。

第１，第２ベーン室４５，４６は、スプールバルブ２９からの作動油がＯＰＡ側進角油路５１，５２を介して供給されるＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａと、スプールバルブ２９からの作動油がＯＰＡ側遅角油路５３，８５，８６を介して供給されるＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂとに、第１，第２ベーン４１，４２によってそれぞれ区画されている。また、第３ベーン室４７は、第１ＣＴＡ油路５６を介してスプールバルブ２９に連通するＣＴＡ側進角室４７ａと、第２ＣＴＡ油路５５を介してスプールバルブ２９に連通するＣＴＡ側遅角室４７ｂとに、第３ベーン４３によって区画されている。

第１ベーン４１にはロックピン３３とロックピンスプリング３４（図２参照）とが収容されており、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に嵌入する。なお、ロック孔２５ａは、ロータ２３がハウジング２２に対してフェール時カム位相（本実施形態では、最遅角位相）となった際に、ロックピン３３が嵌入する位置に穿設されている。

（バイパスバルブ）
図４に示すように、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に排気カムシャフト５の軸心と平行に穿設されたバルブ保持孔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をフロントプレート２４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、ＣＴＡ側進角室４７ａ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。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がフロントプレート２４側に移動し、バイパスバルブ３６の連通溝３６ａを介して両連通油路４３ｃ，４３ｄが連通する。

（切換バルブ）
図５に示すように、切換バルブ８１は、その中間部に連通溝８１ａを有しており、ロータ２３に排気カムシャフト５の軸心と平行に穿設された切換バルブ保持孔内に摺動自在に保持されている。また、切換バルブスプリング８２は、切換バルブ８１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、切換バルブ８１をフロントプレート２４側に常時付勢している。ロータ２３には、ＯＰＡ側遅角油路５３がＯＰＡ側遅角油路８５，８６に対してバックプレート２５側に所定量オフセットして形成される一方、フェール時供給油路８３がＯＰＡ側遅角油路８５，８６に対してフロントプレート２４側に所定量オフセットして形成されている。図５（ａ）に示すように、フェール時供給油路８３から油圧が導入されていない場合、切換バルブスプリング８２に付勢された切換バルブ８１がフロントプレート２４側に位置し、ＯＰＡ側遅角油路５３が連通溝８１ａを介してＯＰＡ側遅角油路８５，８６と連通する。また、図５（ｂ）に示すように、フェール時供給油路８３から油圧が導入されると、切換バルブ８１がバックプレート２５側に移動し、ＯＰＡ側遅角油路５３とＯＰＡ側遅角油路８５，８６との連通が絶たれると同時に、フェール時供給油路８３からの作動油がＯＰＡ側遅角油路８５，８６を介してＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂに供給される。

（電磁シャットバルブ）
図６に示すように、電磁シャットバルブ１７は、ソレノイドアクチュエータ９１と、２つのランド９２ａ，９２ｂおよび連通溝９２ｃを有するスプール９２と、スプール９２をソレノイドアクチュエータ９１側に付勢するリターンスプリング９３と、ドレイン通路９４とを備えている。図６（ａ）に示すように、ソレノイドアクチュエータ９１が非励磁の状態では、リターンスプリング９３に付勢されたスプール９２が図中右方に位置するため、作動油供給油路１６（１６ａ，１６ｂ）が連通溝９２ｃを介して連通し、オイルポンプ１４からの作動油が両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１に供給される。また、図６（ｂ）に示すように、ソレノイドアクチュエータ９１が励磁されるとスプール９２が図中左方に移動するため、作動油供給油路１６ｂがドレイン通路９４に連通することで両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１から作動油が排出され、同時に連通溝９２ｃを介して作動油供給油路１６ａとフェール時供給油路８３とが連通することでオイルポンプ１４からの作動油が切換バルブ８１側に供給される。

＜エンジンＥＣＵ＞
図７に示すように、エンジンＥＣＵ７０は、入力インタフェース７１と、目標カム位相設定部７２と、目標リフト量設定部７３と、フェール判定制御部７４（失陥判定手段、失陥時駆動制御手段）と、出力インタフェース７５とを備えている。入力インタフェース７１には、アクセル開度や吸気量、冷却水温等の各種運転情報の他、吸気側カム角センサ１８や排気側カム角センサ１９の検出信号が入力する。また、目標カム位相設定部７２は、各種入力情報に基づいて吸排気カムシャフト４，５の目標カム位相をそれぞれ設定し、出力インタフェース７５を介して両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１に駆動信号を出力する。また、目標リフト量設定部７３は、各種入力情報に基づいて吸排気バルブ２，３の目標リフト量を設定し、出力インタフェース７５を介して両ＶＬＣ機構５０，５１に駆動信号を出力する。また、フェール判定制御部７４は、カム角センサ１８，１９によって検出された実カム位相と目標カム位相との差に基づいてＶＴＣアクチュエータ２０，２１のフェール判定を行い、フェール時には出力インタフェース７５を介して電磁シャットバルブ１７に駆動電流を出力する。

≪実施形態の作用≫
以下、図８〜図１５の模式図やフローチャート、グラフを参照して、本実施形態の作用を説明する。
＜通常運転時制御＞
エンジンＥの通常運転時において、エンジンＥＣＵ７０は、両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１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ＥＣＵ７０は、上述した各種運転情報に基づき両カムシャフト４，５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両ＶＴＣアクチュエータ２０，２１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ＥＣＵ７０は、両カム角センサ１８，１９の出力信号に基づき、両カムシャフト４，５に対する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Ｅの運転中に排気カムシャフト５を進角させる場合、エンジンＥＣＵ７０は、図８に示すように、リニアソレノイド３１によってスプール３９を進角ポジション（図中、右方）に移動させる。すると、オイルポンプ１４から作動油供給油路１６を経由して供給された作動油は、スプール３９およびＯＰＡ側進角油路５１，５２を介してＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａに流入し、第１，第２ベーン４１，４２を進角側に相対回転させる。なお、ＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂ内の作動油は、ＯＰＡ側遅角油路８５，８６，５３を介してスプール３９の左方から外部に排出される。

一方、ＣＴＡ６３では、進角ポジションに移動したスプール３９を介して、第２ＣＴＡ油路５５と中央油路５７とが連通する。そして、排気カムシャフト５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、ＣＴＡ側遅角室４７ｂ内の作動油がＣＴＡ側進角室４７ａに流入して第３ベーン４３を進角側に相対回転させる。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はハウジング２２に対して図中時計回りに相対回転し、排気カムシャフト５が進角する。なお、ＣＴＡ６３への作動油の供給は、エンジンＥの運転開始時に、ＣＴＡ６３が満たされるまで行われる。また、エンジンＥ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（作動油供給油路１６ａ，１６ｂ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とともに、バイパスバルブ３６がバックプレート２５側に移動して連通油路４３ｃ，４３ｄ間での作動油の流通を遮断する。

（遅角作動）
エンジンＥの運転中に排気カムシャフト５を遅角させる場合、エンジンＥＣＵ７０は、図９に示すように、リニアソレノイド３１によってスプール３９を遅角ポジション（図中、左方）に移動させる。すると、オイルポンプ１４から作動油供給油路１６を経由して供給された作動油は、スプール３９およびＯＰＡ側遅角油路５３，８５，８６を介してＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂに流入し、第１，第２ベーン４１，４２を遅角側に相対回転させる。なお、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａ内の作動油は、ＯＰＡ側進角油路５１，５２を介してスプール３９の右方から外部に排出される。

一方、ＣＴＡ６３では、遅角ポジションに移動したスプール３９を介して、第１ＣＴＡ油路５６と中央油路５７とが連通する。そして、排気カムシャフト５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、ＣＴＡ側進角室４７ａ内の作動油がＣＴＡ側遅角室４７ｂに流入して第３ベーン４３を遅角側に相対回転させる。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。

（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ＥＣＵ７０は、図１０に示すように、リニアソレノイド３１によってスプール３９を保持ポジション（図中、中央）に移動させる。すると、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａおよびＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂ内の作動油がスプール３９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、ＣＴＡ側進角室４７ａとＣＴＡ側遅角室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、排気カムシャフト５のカム位相が保持される。

＜フェール判定制御＞
エンジンＥＣＵ７０は、上述の通常運転時制御と並行して、図１１のフローチャートにその手順を示すフェール判定制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。フェール判定制御を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１１のステップＳ１で、排気側カム角センサ１９の出力信号に基づき、実カム位相ＥＣＡｒｅａｌを検出する。次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２で排気カムシャフト５の目標カム位相ＥＣＡｔｇｔと実カム位相ＥＣＡｒｅａｌとの差ΔＥＣＡを算出した後、ステップＳ３でその絶対値｜ΔＥＣＡ｜がフェール判定閾値ＥＣＡｔｈを上回っているか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば何ら処理を行わずにスタートに戻る。なお、ステップＳ３の判定は、所定時間にわたって絶対値｜ΔＥＣＡ｜がフェール判定閾値ＥＣＡｔｈを上回った状態が継続しているか否かをもって行うようにしてもよい。また、フェール判定閾値ＥＣＡｔｈは、排気側ＶＴＣアクチュエータ２１の応答性等を考慮して設定されることが望ましい。

排気側ＶＴＣアクチュエータ２１の作動不良等によって目標カム位相ＥＣＡｔｇｔと実カム位相ＥＣＡｒｅａｌとが乖離し、ステップＳ３の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ４で電磁シャットバルブ１７に駆動電流を出力する。

（フェール時作動−進角ポジション）
以下、本実施形態におけるフェール時作動について、スプール３９が進角ポジションで固着した場合を例に説明する。
電磁シャットバルブ１７に駆動電流が出力されると、図１２に示すようにスプール９２が図中左方に移動し、作動油供給油路１６ｂとドレイン通路９４とが連通する一方、作動油供給油路１６ａとフェール時供給油路８３とが連通する。すると、作動油供給油路１６ｂとドレイン通路９４との連通により、ロックピン３３に供給されていた作動油が排出されるとともに、バイパスバルブ３６に供給されていた作動油も排出される。これにより、ロックピン３３は、ロックピンスプリング３４によってバックプレート２５側に付勢され、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。また、ＣＴＡ６３では、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がフロントプレート２４側（図１２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、ＣＴＡ側進角室４７ａからＣＴＡ側遅角室４７ｂへの作動油の移動が可能となる。

一方、作動油供給油路１６ａとフェール時供給油路８３との連通により、作動油が図中右端に流入することで切換バルブ８１は左方に移動する。すると、オイルポンプ１４から作動油供給油路１６を経由して供給された作動油は、フェール時供給油路８３とＯＰＡ側遅角油路８５，８６とを介してＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂに流入し、第１，第２ベーン４１，４２を遅角側に相対回転させる。なお、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａ内の作動油は、ＯＰＡ側進角油路５１，５２、スプール３９、作動油供給油路１６ａおよびドレイン通路９４を介して外部に流出する。

その結果、ロータ２３は、バイアススプリング２８によって遅角方向に付勢されていることも相俟って、ハウジング２２に対して速やかに遅角側に回転する。ロータ２３がハウジング２２に対して最遅角位相まで相対回転すると（フェール時カム位相が確立されると）、ロックピンスプリング３４に付勢されたロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入し、ロータ２３とハウジング２２とがフェール時カム位相でロックされる。これにより、例えば、ＨＣＣＩモードでの運転時にフェールが生じたような場合においても、ネガティブオーバラップに起因する燃焼室内でのＥＧＲガスの残留が低減し、エンジンのストールが効果的に抑制される。

（フェール時作動−進角ポジション以外）
スプール３９が進角ポジション以外で固着した場合、バイパスバルブ３６によるＣＴＡ６３の無効化やロックピン３３の作動、ＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂへの作動油の流入はスプール３９が進角ポジションで固着した場合と同様の機序でなされるが、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａ内からの作動油の流出経路が異なる。例えば、スプール３９が遅角ポジションで固着した場合、図９に示すように、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａ内の作動油は、ＯＰＡ側進角油路５１，５２を介してスプール３９の右方から外部に排出される。また、スプール３９が保持ポジションで固着した場合、図１０に示すように、ＯＰＡ側進角油路５１，５２がスプール３９によって閉塞されるため、作動油はハウジング２２とロータ２３との間隙から排出される（リークする）他、バルブスリーブ３８とスプール３９との間隙から作動油供給油路１６ａおよびドレイン通路９４を介して（あるいはスプール３９の右端から）排出される。

本実施形態では、上述した構成を採用したことにより、排気側ＶＴＣアクチュエータのフェール時においてもエンジンＥの運転が継続されるようになり、運転者が整備工場等に自動車を持ち込むこと等が可能となる。

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、上記実施形態では排気側ＶＴＣアクチュエータのフェール時処理について述べたが、吸気側ＶＴＣアクチュエータのフェール時処理も同様の方法で行うことが可能である。また、エンジンストール等をより効果的に抑制すべく、目標カム位相と実カム位相との現時点での差とその変化速度（差の時間微分値）とに基づきフェール状態への移行を予測し、フェール時処理をより早く行うようにしてもよい。また、ＶＴＣアクチュエータのフェール時においては、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、上記実施形態では、ＯＰＡとＣＴＡとが併設されたＶＴＣアクチュエータを用いたが、ＯＰＡのみを有するＶＴＣアクチュエータを採用してもよい。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、フェール時カム位相を最遅角に設定したが、最進角あるいは最遅角と最進角との中間に設定してもよい。その他、ＶＴＣアクチュエータをはじめ、エンジンやＶＬＣ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断面図である。 実施形態に係る切換バルブの作動態様を示す断面図である 実施形態に係る電磁シャットバルブの作動態様を示す断面図である。 実施形態に係るエンジンＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 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。 実施形態に係るフェール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ＶＴＣアクチュエータのフェール時作動を示す模式図である。

符号の説明

５ 排気カムシャフト
１０ クランクシャフト
１６ 作動油供給油路
１７ 電磁シャットバルブ
１９ 排気側カム角センサ
２１ 排気側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）
２８ バイアススプリング（付勢手段）
３３ ロックピン（カム位相固定手段）
３６ バイパスバルブ（無効化手段）
４５ａ，４６ａ ＯＰＡ側進角室（進角側油室）
４５ｂ，４６ｂ ＯＰＡ側遅角室（遅角側油室）
６１ 第１ＯＰＡ（油圧アクチュエータ）
６２ 第２ＯＰＡ（油圧アクチュエータ）
６３ ＣＴＡ（カムトルクアクチュエータ）
７０ エンジンＥＣＵ（失陥判定手段、失陥時駆動制御手段）
８１ 切換バルブ（強制駆動手段）
８３ フェール時供給油路（強制駆動手段）
Ｅ エンジン（カム位相可変型内燃機関）

Claims (4)

1. 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た第２回転部材と、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材との間に進角側油室と遅角側油室とを有し、当該進角側油室と当該遅角側油室との少なくとも一方に作動油が供給されることにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材との角度位相を変化させる油圧アクチュエータを有するカム位相可変型内燃機関において、
   前記油圧アクチュエータに係る失陥を判定する失陥判定手段と、
   前記油圧アクチュエータを進角側または遅角側に強制駆動する強制駆動手段と、
   前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記強制駆動手段を作動させる失陥時駆動制御手段と
   を備えたことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
2. 前記カムシャフトに作用するカムトルクを駆動力とし、前記第１回転部材と前記第２回転部材との角度位相を変化または保持させるカムトルクアクチュエータと、
   前記カムトルクアクチュエータの作動を無効化する無効化手段と
   を更に備え、
   前記失陥判定手段は、前記油圧アクチュエータと前記カムトルクアクチュエータとの少なくとも一方に係る失陥を判定し、
   前記失陥時駆動制御手段は、前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記無効化手段と前記強制駆動手段とを作動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。
3. 前記第１回転部材と前記第２回転部材とを所定の失陥時カム位相で結合／一体化させるカム位相固定手段を更に備え、
   前記失陥時駆動制御手段は、前記失陥判定手段によって失陥が判定された場合、前記カム位相固定手段も作動させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたカム位相可変型内燃機関。
4. 前記第１回転部材と前記第２回転部材との間に介装され、当該第１回転部材と前記第２回転部材とを前記失陥時カム位相側に付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載されたカム位相可変型内燃機関。

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