JP2010223016A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変バルブタイミング機構が、始動時にロック状態に戻ったか否かの判定を安定して行え、燃料供給の禁止処理を適切に実施させることができるようにする。
【解決手段】エンジン停止時の吸気カムシャフトの相対回転位相を記憶しておき、エンジンの始動時に、ロック機構でロックされる始動時用の回転位相になっているか否かを判断する。そして、始動時用の回転位相よりも進角側で停止していた場合には、カムトルクのピーク値の発生回数、換言すれば、吸気バルブの積算開駆動回数を計数し、前記回数が閾値に達した時点で、始動時用の回転位相に達し、ロック機構でロックされたものと推定し、燃料噴射・点火を許可する。
【選択図】図７

Description

本発明は、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に適用される制御装置に関する。

特許文献１には、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更する可変バルブタイミング機構であって、前記カムシャフトの相対回転位相を、始動時用回転位相にロックするロック機構を有する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関において、始動時に前記始動時用回転位相にロックされていることが判定されるようになるまで、機関への燃料供給を禁止することが記載されている。

特開２００４−３２４４２１号公報

ところで、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更する可変バルブタイミング機構においては、クランクシャフトの回転位置を示す信号と、カムシャフトの回転位置を示す信号とから実際の相対回転位相が検出され、該検出結果が、ロック機構によってロックされる始動時用回転位相に一致していれば、始動時用回転位相へのロック状態が判定されることになる。

しかし、機関の始動時、特にクランキング状態では、機関回転速度の変動が大きく、相対回転位相の検出精度が低下するため、ロック判定される回転位相が大きくばらつき、相対回転位相がロック機構でロックされる始動時用回転位相になるまでの燃料供給の禁止処理を適切に実施させることが難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ロック判定を安定して行え、燃料供給の禁止処理を適切に実施させることが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。

そのため、本発明では、カムシャフトの相対回転位相が始動時用回転位相にロックされていない状態で機関が始動される場合、始動開始からの機関バルブの積算開弁回数が所定値に達した時点で、前記始動時用回転位相にロックされたことを推定するようにし、始動開始から前記始動時用回転位相にロックされたことが推定されるまでの間、機関への燃料供給を禁止する。

上記発明によると、始動時におけるロック判定を安定的に行え、ロック判定されるまでの間における燃料供給の禁止処理を適切に実施させることができる。

本発明に係る制御装置が適用される車両用エンジンの実施形態を示す全体構成図である。 実施形態のエンジンに備えられる可変バルブリフト機構を示す斜視図である。 実施形態のエンジンに備えられる可変バルブリフト機構の部分拡大図である。 実施形態のエンジンに備えられる可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 実施形態のエンジンに備えられる可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構による吸気バルブの開特性（バルブリフト量ＶＬ、バルブ作動ＯＡ、中心位相ＳＰ）の変化を示すグラフである。 実施形態の可変バルブタイミング機構に備えられるロック機構を示す部分拡大断面図である。 実施形態におけるエンジン始動時の相対回転位相及び燃料噴射制御を示すフローチャートである。 実施形態において係合孔が階段状に形成されるロック機構を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置が適用される車両用エンジン（内燃機関）のシステム構成を示す図である。

図１に示すエンジン１０１は直列４気筒ガソリン内燃機関であるが、Ｖ型機関や水平対向機関であってもよく、また、気筒数を４気筒に限定するものではない。
前記エンジン１０１の各気筒に空気を導入するための吸気管１０２には、エンジン１０１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３が設けられている。

前記吸入空気量センサ１０３としては、例えば、質量流量を検出する熱線式流量計などが用いられる。
各気筒の燃焼室１０４の吸気口を開閉する吸気バルブ（機関バルブ）１０５が設けられ、該吸気バルブ１０５の上流側の吸気管１０２には、気筒毎に燃料噴射弁１０６が配置される。

尚、燃料噴射弁１０６が燃焼室１０４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であってもよい。
前記燃料噴射弁１０６から噴射された燃料は、吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランクシャフト１０９に向けて押し下げることで、前記クランクシャフト１０９を回転駆動する。

また、前記燃焼室１０４の排気口を開閉する排気バルブ（機関バルブ）１１０が設けられ、該排気バルブ１１０が開くことで排ガスが排気管１１１に排出される。
前記排気管１１１には、三元触媒等を備えてなる触媒コンバータ１１２が介装されており、前記触媒コンバータ１１２によって排気が浄化されて排出される。

前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１１０は、クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト１１５及び排気カムシャフト２１１の回転によって開動作する。

前記排気バルブ１１０は、一定のリフト特性（最大バルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング）で開動作するが、前記吸気バルブ１０５のリフト特性（最大バルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング）は、可変バルブリフト機構（ＶＥＬ）１１３及び可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１４によって可変とされる。

前記可変バルブリフト機構１１３は、吸気バルブ１０５のバルブ作動角（開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでのクランク角）を最大バルブリフト量と共に連続的に変化させる機構であり、前記可変バルブタイミング機構１１４は、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５の相対回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に進角・遅角変化させる機構である。

また、前記点火プラグ１０７それぞれには、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６が直付けされている。
前記点火モジュール１１６は、点火コイルと該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタとを含んで構成される。

前記燃料噴射弁１０６，可変バルブリフト機構１１３，可変バルブタイミング機構１１４及び点火モジュール１１６は、エンジン制御装置２０１によって制御される。
前記エンジン制御装置２０１は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサ・スイッチからの信号を入力し、予め記憶されたプログラムに従った演算処理を行うことで、前記燃料噴射弁１０６，可変バルブリフト機構１１３，可変バルブタイミング機構１１４及び点火モジュール１１６それぞれの操作量を演算して出力する。

前記エンジン制御装置２０１には、前記吸入空気量センサ１０３からの検出信号が入力される他、クランクシャフト１０９が単位角度だけ回転する毎にパルス信号ＰＯＳを発生するクランク角センサ２０３、アクセルペダル２０７の踏込量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセル開度センサ２０６、吸気カムシャフト１１５の角度信号ＣＡＭを出力するカム位相センサ２０４、前記触媒コンバータ１１２上流側の排気管１１１に設けられ、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ２０９などの検出信号が入力されると共に、エンジン１０１の運転・停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号が入力される。

図２は、前記可変バルブリフト機構１１３の構造を示す斜視図である。
前記吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト１１５が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気カムシャフト１１５には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気カムシャフト１１５と揺動カム４との間に、前記可変バルブリフト機構１１３が設けられ、また、前記吸気カムシャフト１１５の一端部には、前記可変バルブタイミング機構１１４が配設されている。

前記可変バルブリフト機構１１３は、図２及び図３に示すように、吸気カムシャフト１１５に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気カムシャフト１１５と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、モータ（アクチュエータ）１７によりギア列（減速機）１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランクシャフト１０９に連動して吸気カムシャフト１１５が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２が略並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。

これにより、図５の矢印３０１に示すように、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相ＳＰが略一定のままで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角ＯＡが最大バルブリフト量ＶＬと共に連続的に変化する。

尚、バルブ作動角・最大バルブリフト量の変化に伴って、バルブ作動角の中心位相が変化するように構成される可変バルブリフト機構１１３であってもよい。
また、可変バルブリフト機構１１３は、制御軸の軸方向の変位に応じて機関バルブのバルブ作動角・最大バルブリフト量を可変とする機構であってもよい。

前記エンジン制御装置２０１には、前記制御軸１３の角度に応じたレベルの信号を出力する角度センサ２０２の出力信号が入力され、角度センサ２０２の出力信号に基づき前記制御軸１３の角度を検出する一方で、エンジン運転条件（エンジン負荷・エンジン回転速度など）に応じて目標バルブ作動角（目標バルブリフト量）に対応する制御軸１３の目標角度を演算し、角度センサ２０２で検出される制御軸１３の実際の角度が、前記目標角度に近づくように、前記モータ１７への通電を制御する操作量をフィードバック制御する。

図４は、前記可変バルブタイミング機構１１４の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構１１４は、クランクシャフト１０９によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット（タイミングスプロケット）５１と、前記吸気カムシャフト１１５の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で機械的にロックするロック機構６０とを備えている。

前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の開口を閉塞するカバー（図示省略）とから構成される。

前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。

前記回転部材５３は、吸気カムシャフト１１５の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。

前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。

前記ロック機構６０は、相対回転位相を始動時用回転位相にロックする機構であって、ロックピン８４の係合孔８６（図６参照）に対する係入によって、回転部材５３を、前記始動時用回転位相に相当する相対角度位置にロックする。

始動時であって、進角側油圧室８２及び遅角側油圧室８３の油圧が抜けており、しかも、後述のオイルポンプ９７による吐出量が少なく油圧を上げられない状態では、クランキングによって発生するカム反力が吸気カムシャフト１１５に作用すると、相対回転位相が大きく変動してしまい、始動性が悪化する。

そこで、始動時（クランキング時）に相対回転位相が一定に保持されるように、前記ロック機構６０によって相対回転位相を機械的にロックする。
尚、前記ロック機構６０については後で詳細に説明する。

前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対する作動油の給排を制御する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対する作動油の給排を制御する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４とがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の作動油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４の下流端がオイルパン９６に連通している。

前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。

前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４とを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記エンジン制御装置２０１は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号（操作量）に基づいて制御することで、進角側油圧室８２及び遅角側油圧室８３に対する作動油の給排が共に停止される状態と、進角側油圧室８２に作動油が供給され、遅角側油圧室８３から作動油が排出される状態と、進角側油圧室８２から作動油が排出され、遅角側油圧室８３に作動油が供給される状態とに切り換える。

ここで、進角側油圧室８２に作動油が供給され、遅角側油圧室８３から作動油が排出される状態では、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して進角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に進角変化する。

また、進角側油圧室８２から作動油が排出され、遅角側油圧室８３に作動油が供給される状態では、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に遅角変化する。

そして、進角側油圧室８２及び遅角側油圧室８３に対する作動油の給排が共に停止される状態では、そのときの相対回転位相を保持することになる。
このように、前記可変バルブタイミング機構１１４は、図５の矢印３０２に示すように、吸気バルブ１０５のバルブ作動角ＯＡ及び最大バルブリフト量ＶＬを変えずに、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相ＳＰを進・遅角変化させる機構であり、前記制御信号のデューティ比を変更することで、最遅角位置から最進角位置までの間の任意の位置に、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相（バルブタイミング）を変化させることができる。

前記エンジン制御装置２０１は、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づいて、吸気カムシャフト１１５の実際の相対回転位相を検出し、エンジン運転条件（エンジン負荷・エンジン回転速度）から設定される目標位相に実際の相対回転位相を近づけるように、前記電磁アクチュエータ９９に対する通電を制御するデューティ比（操作量）をフィードバック制御する。

ここで、前記可変バルブタイミング機構１１４におけるロック機構６０を、図６に基づいて詳細に説明する。
前記ロック機構６０は、ベーン７８ｄに吸気カムシャフト１１５の軸方向に沿って形成された摺動用孔８５と、前記摺動用孔８５内に摺動自在に設けられるロックピン８４と、前記カムスプロケット５１の内端面に形成された係止穴８６と、前記ロックピン８４を前記係止穴８６（カムスプロケット５１）に向けて付勢するコイルスプリング８７とで構成される。

前記ベーン７８ｄ（回転部材５３）のカムスプロケット５１に対する相対角度が、前記始動時用回転位相に相当する角度位置になったときに、前記摺動用孔８５内と係止穴８６とが同一軸上に並んで連続するように形成されており、前記始動時用回転位相としては、最遅角位置或いは最遅角位置から進角側にずれた位置とする。

前記ロックピン８４は、外端側に弾装されたコイルスプリング８７のばね力で係止穴８６側へ付勢されており、前記始動時用回転位相になって前記摺動用孔８５内と係止穴８６とが同一軸上に並ぶと、前記コイルスプリング８７のばね力でロックピン８４は、係止穴８６に挿入される。

尚、係止穴８６の遅角側係合面及び／又は進角側係合面を、ロックピン８４が挿入される側が広くなる傾斜面或いは階段状に形成し、始動時用回転位相付近に実際の回転位相が戻ったときに、前記傾斜面或いは階段状の係合面に案内されて、始動時用回転位相への復帰を促されるように構成することができる。

特に、ロック位置（始動時用回転位相）を、最遅角位置から進角側にずれた位置とする場合には、最遅角位置でエンジン１０１が停止したときに、ロックピン８４の先端面がコイルスプリング８７のばね力によって係止穴８６の傾斜面に突き当たることで回転部材５３を進角側へ相対回転させる力を発生し、最終的に最遅角位置から進角側にずれた位置で停止しロックされるようにすることができる。

前記摺動用孔８５の後端部には拡径部８５ａが形成されると共に、前記ロックピン８４の外端側にフランジ部８４ａが形成され、前記フランジ部８４ａが前記拡径部８５ａに嵌挿されることで、前記摺動用孔８５の内周壁とロックピン８４と外周壁とで囲まれる環状の圧力室８８が形成され、前記圧力室８８は、連通路８９を介して前記遅角側油圧室８３に連通されている。

ここで、前記遅角側油圧室８３に作動油が供給され、前記遅角側油圧室８３内の油圧が高くなり、前記圧力室８８の油圧がコイルスプリング８７のばね力に打ち勝つようになると、ロックピン８４をコイルスプリング８７のばね力に抗して係止穴８６から抜く方向の力が加わり、ロックピン８４は係止穴８６から抜かれてロック解除状態になる。

また、相対回転位相を進角変化させるべく、遅角側油圧室８３から作動油が排出される場合も、遅角側油圧室８３を押し潰すようにベーンが回転し、遅角側油圧室８３の油圧、引いては、圧力室８８の圧力がコイルスプリング８７のばね力に打ち勝つ圧力に保持され、ロック解除状態が保持されるようになっている。

従って、例えばロック状態で前記遅角側油圧室８３に作動油を供給すれば、ロック解除状態になり、始動時用回転位相が最遅角位置であればその位置を保持し、又は、始動時用回転位相が最遅角位置よりも進角側であればより遅角変化させることができる。

その後進角変化させる場合も、前述のように、圧力室８８の圧力がコイルスプリング８７のばね力に打ち勝つ圧力に保持されるから、ロック機構６０によるロックが行われることなく、相対回転位相を、目標位相まで進角変化させることができる。

また、エンジン１０１の停止過程においては、オイルポンプ９７の吐出量が低下することで、遅角側油圧室８３の圧力が低下し、それに応じてロック機構６０の油圧室８８の圧力が低下し、コイルスプリング８７のばね力に対抗できなくなると、コイルスプリング８７のばね力によって、ロックピン８４は、摺動用孔８５から突出しようとする。

従って、停止過程において、前記摺動用孔８５内と係止穴８６とが同一軸上に並ぶと、コイルスプリング８７のばね力によって係止穴８６に向けて付勢されているロックピン８４が係止穴８６に挿入され、ロック状態になる。

尚、停止過程においてのロックを確実に行わせるべく、始動時用回転位相よりも進角した位置に一旦移動させ、その後、徐々に遅角側に移動させるようにすることができる。
前記ロック機構６０によるロック状態では、カムスプロケット５１（ハウジング５６）に対して回転部材５３（ベーン）が固定されるため、吸気カムシャフト１１５とカムスプロケット５１（ハウジング５６）との組み付け角度が固定され、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが機械的に固定されることになる。

従って、始動時に、油圧室８２，８３から油圧が抜けた状態になっていても、ロック機構６０によって相対回転位相が機械的にロックされていれば、始動に最適なバルブタイミングで吸気バルブ１０５が安定的に開駆動され、高い始動性を維持できる。

一方、ロック機構６０によって始動時用回転位相にロックがなされていない状態では、始動時に実際の相対回転位相が変動し、この状態で燃料噴射を開始させると、空燃比が大きく変動し、排気性状を悪化させたり、燃焼安定性が低下し、始動性が悪化する。

但し、エンストなどによって始動時用回転位相よりも進角した位置で停止していた場合には、クランキングに伴って吸気バルブ１０５が開駆動されることで、カム反力が吸気カムシャフト１１５を遅角方向に相対回転させるように作用し、始動時用回転位相に近づくことになり、始動時用回転位相に到達した時点でロック機構６０によるロックが行われることになる。

従って、始動時用回転位相よりも進角した位置で停止していた場合には、クランキング開始から始動時用回転位相に戻るまで待機させれば、その後燃料噴射を開始させても、排気性状の悪化や燃焼安定性の低下を抑止できる。

しかしながら、クランキング中はエンジン回転変動が大きく、クランクシャフト１０９の回転角と吸気カムシャフト１１５の回転角とから実際の相対回転位相を安定的に検出することができず、始動時用回転位相に戻る前に燃料噴射を開始させてしまったり、始動時用回転位相に戻っているのに燃料噴射が開始されずに、始動時間が長くなってしまう可能性がある。

ここで、前述のように、クランキング時の吸気バルブ１０５の開駆動による反力が、前記相対回転位相を遅角させる方向に作用するため、ロック機構６０によるロックが行われていない状態であって、始動時用回転位相よりも進角側で停止していた状態からクランキングを開始した場合、吸気バルブ１０５の開駆動の反力（カム反力）が発生する毎に、相対回転位相が遅角方向に徐々に変化し、前記始動時用回転位相にまで戻ってロック状態になる。

そこで、本実施形態では、図７のフローチャートに示すようにして、始動時用回転位相に戻ったことを推定して、燃料噴射を開始させる。
図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１００１では、エンジン１０１の始動状態をイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号やエンジン回転速度などから判断し、始動時でない場合（エンジン１０１の運転継続状態の場合）には、ステップＳ１００２へ進み、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４で検出される相対回転位相の最新値を更新記憶する。

従って、エンジン１０１の運転時には、現時点での相対回転位相が順次記憶され、エンジン停止直前まで更新記憶を繰り返すことで、最終的には、エンジン１０１の停止時における相対回転位相が記憶される。

一方、ステップＳ１００１でエンジン１０１の始動開始を判断すると、ステップＳ１００３へ進み、クランキング中であるか否かを判断する。
スタータスイッチがオン状態でありスタータモータでエンジン１０１を回転させているクランキング状態であれば、ステップＳ１００４へ進み、相対回転位相の記憶値、即ち、エンジン１０１の停止時の相対回転位相を読み込む。

そして、次のステップＳ１００５では、ステップＳ１００４で読み込んだ相対回転位相が始動時用回転位相であるか否かを判断する。
エンジン停止時にロック機構６０によるロックがなされていて、クランキングが始動時用回転位相の状態でなされる場合には、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（開閉時期）が始動時に適した状態に機械的に保持されるから、ステップＳ１００９へ進み、燃料噴射・点火を許可する。

従って、エンジン１０１の停止時に始動時用回転位相に戻ってロックされた場合、再始動時には直ちに燃料噴射・点火が許可され、気筒判別などの燃料噴射開始の条件が揃えば、燃料噴射が開始されることになり、短時間でエンジン１０１を始動させることができ、また、始動時用回転位相に機械的にロックされるから始動時における排気性状を良好にできる。

一方、ステップＳ１００５で、エンジン停止時の相対回転位相が始動時用回転位相ではなく、始動時用回転位相から進角側にずれた状態でエンジン始動がなされる場合には、ステップＳ１００６へ進む。

ステップＳ１００６では、吸気バルブ１０５の開駆動の反力がピーク（極大値）となるタイミングであるか否かを判断する。
前記ピークトルクの発生タイミングの判定は、例えば、各気筒の吸気上死点後の所定角度位置が検出されたときにピークトルクが発生したと見なすことができ、前記所定角度は、例えばＡＴＤＣ９０degであり、吸気バルブ１０５のバルブリフト量が最大となるタイミング付近に設定される。

換言すれば、ピークトルクの発生タイミングの判定は、各気筒の吸気バルブ１０５の開駆動の実施を判断することになり、従って、４気筒エンジンでは、クランク角で１８０deg毎に吸気バルブ１０５が開駆動されるから、クランク角１８０deg毎又は１８０degの整数倍毎にピークトルクの発生タイミングの判定させることができる。

尚、ピークトルクの発生タイミングの判定は、クランク角センサ２０３を用いて行うことができ、また、カム位相センサ２０４の信号から判断させることもできる。
そして、ピークトルクの発生タイミングでない場合には、そのまま本ルーチンを終了させ、ピークトルクの発生タイミングが判定されると、ステップＳ１００７へ進み、ピークトルクの発生タイミングの積算回数、換言すれば、始動開始からの吸気バルブ１０５の積算開駆動回数をカウントするカウンタPeekcontをカウントアップさせる。

ステップＳ１００８では、前記カウンタPeekcontの値が閾値ＳＬ（所定値）を超えたか否かを判断することで、吸気カムシャフト１１５の相対回転位相が、始動時用回転位相にまで変化したか否かを判断する。

即ち、クランキングに伴って吸気バルブ１０５が開駆動されることで、カム反力が吸気カムシャフト１１５に作用して、吸気カムシャフト１１５の相対回転位相を遅角方向に変化させることになり、ピークトルクの発生回数（吸気バルブ１０５の積算開駆動回数）が、吸気カムシャフト１１５の相対回転位相の遅角方向への角度変化量に比例する。

従って、前記カウンタPeekcontの値から始動時用回転位相にまで変化したか否かを判断することができる。
ここで、エンジン停止時の相対回転位相と始動時用回転位相との角度差が大きいほど、始動時用回転位相に達するまでに必要なピークトルクの発生回数（吸気バルブ１０５の積算開駆動回数）が多くなることから、前記閾値を、エンジン停止時の相対回転位相と始動時用回転位相との角度差が大きいほど、始動時用回転位相に対してエンジン停止時の相対回転位相が進角側に離れているほど、より大きな値に設定する。

換言すれば、吸気バルブ１０５の１回の開駆動で発生する相対回転位相の遅角方向への角度変化量で、エンジン停止時の相対回転位相と始動時用中間位相との角度差を除算した値を閾値とすることで、前記カウンタPeekcontの値が閾値ＳＬを超えたときに、吸気カムシャフト１１５の相対回転位相が始動時用回転位相にまで変化したと推定できる。

また、吸気バルブ１０５の１回の開駆動で発生する相対回転位相の遅角方向への角度変化量は、カム反力の大きさで変化し、カム反力の大きさは、バルブ作動角・最大バルブリフト量が大きくなるほど大きくなるので、前記可変バルブリフト機構１１３で可変とされるバルブ作動角・最大バルブリフト量が大きいほど、前記閾値ＳＬをより小さく補正する。

即ち、バルブ作動角・最大バルブリフト量が大きいと、カム反力が大きくなり、吸気バルブ１０５の１回の開駆動によって相対回転位相が遅角側に変位する角度が大きくなるから、より少ない積算開駆動回数で（より少ないピークトルクの発生回数で）、始動時用の回転位相に戻れることになるので、バルブ作動角・最大バルブリフト量が大きいほど前記閾値ＳＬをより小さく補正する。

また、前記可変バルブタイミング機構１１４の温度が低いとフリクションが大きくなり、吸気バルブ１０５の１回の開駆動によって相対回転位相が遅角側に変位する角度小さくなるから、前記可変バルブタイミング機構１１４の温度が低いほど前記閾値ＳＬをより大きく補正する。

なお、前記可変バルブタイミング機構１１４の温度は、冷却水温度ＴＷや潤滑油温度などから推定することができ、また、温度センサで作動油の温度等を直接に検出することができる。

また、エンジン停止時の相対回転位相と始動時用中間位相との角度差や、前記可変バルブリフト機構１１３で可変とされるバルブ作動角・最大バルブリフトや、前記可変バルブタイミング機構１１４の温度に応じて閾値ＳＬを補正する代わりに、前記閾値ＳＬと比較する前記カウンタPeekcontの値又はピークトルクの発生毎のカウンタPeekcontのカウントアップのステップ幅を補正することができる。

ステップＳ１００８でカウンタPeekcontの値が前記閾値ＳＬを超えていないと判断された場合には、ロック機構６０でロックされる始動時用回転位相よりも実際の相対回転位相が進角側であると推定し、そのまま本ルーチンを終了させることで、カウンタPeekcontの値が前記閾値ＳＬを超えたと判定されるようになるまで、燃料噴射・点火を禁止する。

即ち、ステップＳ１００８からステップＳ１００９を迂回して本ルーチンを終了させる処理が、燃料供給禁止手段に相当する。
ロック機構６０によるロックがなされていない状態では、実際の回転位相が大きく変動し、吸気バルブ１１０５のバルブタイミングが大きく変動するから、燃料噴射を行うと、空燃比が大きく変動して排気性状（ＨＣの排出量）を悪化させることになるので、ロック機構６０でロックされるまで、燃料噴射を禁止する。

一方、ステップＳ１００８でカウンタPeekcontの値が前記閾値ＳＬを超えたと判断された場合には、ロック機構６０でロックされる始動時用回転位相にまで実際の回転位相が遅角変化し、ロック機構６０によるロックがなされたと推定し、ステップＳ１００９へ進んで、燃料噴射・点火を許可する。

上記のステップＳ１００８からステップＳ１００９へ進む処理が、ロック推定手段に相当する。
クランキング中は、油圧室８２，８３の圧力が低く、コイルスプリング８７のばね力でロックピン８４がカムスプロケット５１側に付勢されるから、エンジン停止状態で始動時用回転位相よりも進角側であった相対回転位相が、カム反力の作用で吸気バルブ１０５が開駆動される毎に遅角変化し、前記摺動用孔８５内と係止穴８６とが同一軸上に並ぶ状態にまで遅角変化すると、その時点で、ロックピン８４が係止穴８６に挿入され、それ以上の遅角変化及び進角変化が阻止されるロック状態になる。

そして、始動時用回転位相に達してロック機構６０によるロックがなされると、たとえ油圧室８２，８３の圧力が抜けていても、相対回転位相（吸気バルブ１１０５のバルブタイミング）が一定に維持される結果、燃料噴射を開始させても大きく空燃比が変動することがないから、燃料噴射・点火を許可する。

ここで、前記ピークトルクの発生タイミングの判定は、エンジン１０１の積算回転数を判断することになるから、クランキング中のような回転変動が大きい状態であっても、確実な判断が可能である。

これに対し、クランク角センサ２０３の検出信号とカム位相センサ２０４からの検出信号との位相差を計測して実際の相対回転位相を検出する場合、クランキング時のような回転変動が大きい状態では、検出誤差が大きくなってしまう。

従って、前記カウンタPeekcontの値が前記閾値ＳＬを超えているか否かに基づいて、実際の相対回転位相が始動時用回転位相に達したか否かを推定し、燃料噴射・点火の許可・禁止を判断するようにすれば、始動時用回転位相に達する前から燃料噴射・点火が開始されてしまい、始動時の排気性状が悪化することを回避しつつ、始動時用回転位相に達しているのに燃料噴射・点火が開始されずに、始動時間が長くなってしまうことを抑制できる。

ステップＳ１００３でクランキングの終了を判断すると、ステップＳ１０１０へ進み、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づく相対回転位相の検出が可能な状態になったか否かを判断する。

具体的には、エンジン１０１の回転速度ＮＥの単位時間当たりの変化が所定値以下にまで低下してエンジン回転の安定状態である場合には、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づく相対回転位相の検出が可能になったと判断する。

即ち、前記回転変化を判断する所定値は、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づく相対回転位相の検出精度が確保できるか否かを判断できるように設定され、エンジン１０１の回転速度ＮＥの単位時間当たりの変化が所定値以下であれば、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づき必要充分な精度で相対回転位相を検出できるようになっていると判断される。

クランキングが終了した直後でエンジン回転がまだ安定していない場合には、相対回転位相の検出が不能であると判断し、次のステップＳ１０１１を迂回してステップＳ１００９へ進むことで、ロック機構６０によって始動時用回転位相を保ったままで、燃料噴射・点火を行わせる。

一方、ステップＳ１０１０で、エンジン回転が安定し、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づき必要充分な精度で相対回転位相を検出できるようになっていると判断されると、ステップＳ１０１１へ進み、クランク角センサ２０３及びカム位相センサ２０４の検出信号に基づき実際の相対回転位相を検出し、該検出された実際の相対回転位相が目標位相に近づくように、前記可変バルブタイミング機構１１４の操作量をフィードバック制御する。

ここで、始動時用中間位相から実際の相対回転位相を変化させようとして油圧を制御すると、ロック機構６０によるロックが解除されて、相対回転位相（回転体５３のカムスプロケット５１に対する相対回転）を変更できる状態になる。

尚、上記実施形態では、ロック機構６０のロックピン８４が、吸気カムシャフト１１５の軸方向に移動する構成としたが、例えば、吸気カムシャフト１１５の径方向に移動することで、ロック状態とロック解除状態とに切り換るロック機構であってもよい。

また、ロックピン８４の係合孔８６からの引き出しを油圧ではなく、電磁ソレノイドで行わせることができる。
また、前記係合孔８６を、図８に示すように、階段状に形成することができる。

即ち、前記係合孔８６ベーン円周方向の進角側係合面８６ａを、下り傾斜状に形成する一方、該進角側係合面８６ａに対して円周方向に対向する遅角側係合部８６ｂを階段状の多段面に形成する。

ここで、遅角側係合部８６ｂは、最高位の遅角側から最低位の進角側までの各段の立ち上がり高さが均一に設定され、最低位からの立ち上がり面８６ｃと前記進角側係合面８６ａとで挟まれる凹部８６ｄに、前記ロックピン８４が嵌挿される位置が、始動時用中間位相に設定される。

また、遅角側係合部８６ｂの最高位のステップ面８６ｅには、最遅角位置においてロックピン８４の先端がコイルスプリング８７の付勢力によって押し当てられるようになっている。

従って、エンジン１０１の停止時に、始動時用回転位相よりも遅角側、例えば、最遅角側で相対回転位相が停止した場合は、図８（Ａ）に示すように、遅角側係合部８６ｂの最高位のステップ面８６ｅにロックピン８４の先端が押し当てられた状態となる。

係る状態から、エンジン再始動に伴ってクランキングされると、吸気バルブ１０５の開駆動に伴って、遅角側に作用するカム反力と進角側に作用するカム反力とが発生するが、カム反力が遅角側に作用する場合には、ロックピン８４の側面が前記遅角側係合部８６ｂの立ち上がり面８６ｃに押し当てられることで、遅角方向への変位が規制される。

しかし、カム反力が進角側に作用する場合、ロックピン８４の進角側への相対移動は許容されるため、図８（Ｂ）に示すように、ロックピン８４が進角側へ相対移動し、その先端が最上位のステップ面８６ｅから外れ、より下位のステップ面８６ｅに相対するようになると、スプリング８７の付勢力によってロックピン８４が押し出され、図８（Ｃ）に示すように、ロックピン８４の側面が一段下位の立ち上がり面８６ｃに係合する状態となる。

即ち、相対回転位相を遅角側に変化させるトルクが進角側に変化させるトルクよりも強く発生するとしても、遅角側に変化させるトルクに対しては、実際の相対回転位相の遅角変化が、ロックピン８４の側面が前記遅角側係合部８６ｂの立ち上がり面８６ｃに係合することで制限され、進角側に作用するトルクによって実際の相対回転位相が進角側に変化することになる。

従って、吸気バルブ１０５の開動作毎に相対回転位相が徐々に進角側に変化し、最終的には、図８（Ｄ）に示すように、前記凹部８６ｄにロックピン８４が嵌挿される状態となり、凹部８６ｄに嵌挿される状態では、ロックピン８４の進角側及び遅角側への変位が規制されることで、遅角側に作用するカム反力と進角側に作用するカム反力とのいずれが発生しても、凹部８６ｄに嵌挿される状態、換言すれば、始動時用回転位相を保持ようになる。

即ち、図８に示すような形状の係合孔８６とすれば、始動時用回転位相よりも進角側にずれた位置で停止した場合、及び、遅角側にずれた位置で停止した場合の双方において、始動開始からの吸気バルブ１０５の開弁動作毎に徐々に始動時用回転位相に近づくことになる。

従って、停止位置が始動用回転位相から進角側にずれた位置であるか遅角側にずれた位置であるかを区別し、該区別に応じてピークトルク発生数（吸気バルブ１０５の積算開弁回数）の閾値を設定すれば、始動用回転位相よりも遅角側にずれた位置で停止した場合においても、実際の相対回転位相が始動時用回転位相に達したことを精度良く判定できる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）前記可変バルブタイミング機構が、
機関のクランクシャフトによって回転駆動する回転体と、
該回転体と相対回動可能なカムシャフトと、
該カムシャフトの端部に固定されて、前記回転体のハウジング内を摺動回転するベーンと、
前記ハウジングの内周面に内方へ突設された複数の隔壁部と、
該隔壁部と前記ベーンの両側面との間に画成された遅角側油圧室及び進角側油圧室と、
該両油圧室に相対的に油圧を給排して前記ベーンを正逆回転させる油圧回路と、
前記各油圧室にそれぞれ接続された油圧回路の油圧通路を機関運転状態に応じて切り替え制御する制御弁と、
を備え、
前記ロック機構が、前記油圧回路を介して供給された油圧によって前記回転体とベーンとの相対回転をロックする機構である請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、所謂ベーン式の可変バルブタイミング機構において、ロック機構でロックされる始動時用回転位相にまで戻ったことを、始動開始からの機関バルブの積算開弁回数に基づいて安定的に判断でき、燃料供給の開始・禁止を的確に判断できる。
（ロ）クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対回転位相を変更する可変バルブタイミング機構であって、前記吸気カムシャフトの相対回転位相を、最遅角位置又は最遅角位置よりも進角側にずれた始動時用回転位相にロックするロック機構を有する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記吸気カムシャフトの相対回転位相が、前記始動時用回転位相にロックされてなく、かつ、前記始動時用回転位相よりも進角側である状態で前記機関が始動される場合、始動開始からの吸気バルブの積算開弁回数が所定値に達した時点で、前記ロック機構によって前記始動時用回転位相にロックされたことを推定するロック推定手段と、
始動開始から前記ロック推定手段によって前記始動時用回転位相にロックされたことが推定されるまでの間、前記機関への燃料供給を禁止する燃料供給禁止手段と、
を含む内燃機関の制御装置。

上記発明によると、吸気カムシャフトの相対回転位相が、吸気バルブが開駆動される毎に遅角側に向けて徐々に移動することから、始動時用回転位相にまで戻ったことを積算開弁回数に基づいて安定的に判断できる。
（ハ）前記ロック推定手段が、前記始動時用回転位相に対して前記機関の停止時における前記カムシャフトの相対回転位相が進角側である場合に、前記積算開弁回数に基づいて前記始動時用回転位相にロックされたことを推定する構成であって、前記始動時用回転位相と前記機関の停止時における相対回転位相との差が大きいほど、前記所定値をより大きく補正するか、又は、前記積算開弁回数をより小さく補正する請求項２記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、停止時の相対回転位相が、始動時用回転位相よりも進角側である場合、停止時の相対回転位相と始動時用回転位相との差が大きいほど、積算開弁回数がより多くなってから、始動時用回転位相に達したことを推定する。
（ニ）前記ロック推定手段が、前記始動時用回転位相に対して前記機関の停止時における前記カムシャフトの相対回転位相が進角側である場合に、前記積算開弁回数に基づいて前記始動時用回転位相にロックされたことを推定する構成であって、バルブ作動角及びバルブリフト量が大きいほど、前記所定値をより小さく補正するか、又は、前記積算開弁回数をより大きく補正する請求項３記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、バルブ作動角及びバルブリフト量が大きいほど、１回の開駆動で遅角側に移動する量が大きくなるので、より少ない積算開弁回数で、始動時用回転位相に達したことを推定する。
（ホ）前記ロック推定手段が、前記可変バルブタイミング機構の温度が低いほど、前記所定値をより大きく補正するか、又は、前記積算開弁回数をより小さく補正する請求項１記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、可変バルブタイミング機構の温度が低いとフリクションが大きくなり、機関バルブの１回の開駆動によって相対回転位相が遅角側に変位する角度小さくなるから、温度が低いほど、積算開弁回数がより多くなってから、始動時用回転位相に達したことを推定する。
（へ）前記ロック機構が、ロックピンと該ロックピンが係合する係合孔とからなり、かつ、前記係合孔の遅角側係合面が遅角側に向けて上位となる階段状に形成される請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、始動時用回転位相よりも遅角側で停止された場合であっても、機関バルブの開駆動に伴って進角側に作用するカム反力が発生することで、回転位相が徐々に進角側に変位し、始動時用回転位相に達するので、始動開始からの機関バルブの積算開弁回数が所定値に達した時点で、ロック機構によって始動時用回転位相にロックされたことを推定できる。

１０１…エンジン（内燃機関）、１０５…吸気バルブ、１０６…燃料噴射弁、１０７…点火プラグ、１０９…クランクシャフト、１１４…可変バルブタイミング機構、１１５…吸気カムシャフト、１１５…点火モジュール、２０１…エンジン制御装置、２０３…クランク角センサ、２０４…カム位相センサ

Claims (3)

1. クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更する可変バルブタイミング機構であって、前記カムシャフトの相対回転位相を、始動時用回転位相にロックするロック機構を有する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記カムシャフトの相対回転位相が前記始動時用回転位相にロックされていない状態で前記機関が始動される場合、始動開始からの機関バルブの積算開弁回数が所定値に達した時点で、前記ロック機構によって前記始動時用回転位相にロックされたことを推定するロック推定手段と、
   始動開始から前記ロック推定手段によって前記始動時用回転位相にロックされたことが推定されるまでの間、前記機関への燃料供給を禁止する燃料供給禁止手段と、
   を含む内燃機関の制御装置。
2. 前記ロック推定手段が、前記始動時用回転位相と、前記機関の停止時における前記カムシャフトの相対回転位相との差に応じて、前記所定値又は前記積算開弁回数を可変に設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関が、前記可変バルブタイミング機構と共に、前記機関バルブのバルブ作動角を最大バルブリフト量と共に可変とする可変バルブリフト機構を備え、
   前記ロック推定手段が、前記可変リフト機構で可変とされるバルブ作動角に応じて、前記所定値又は前記積算開弁回数を可変に設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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