JP2011106319A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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好適に変更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】この装置は、バルブタイミング変更機構と、作動油の圧力低下時に作動して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ロック位相でロックするロック機構とを備える。機関運転状態に基づき設定される目標位相と実際の相対回転位相とが一致するようにバルブタイミング変更機構の作動制御を実行する。バルブタイミング変更機構の作動制御を、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下のときには（Ｓ１０１：ＮＯ）カムシャフトの相対回転位相のロック位相への変更を許可しつつ実行し（Ｓ１０３）、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高いときには（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、カムシャフトの相対回転位相のロック位相への変更を禁止しつつ実行する（Ｓ１０４）。
【選択図】図７

Description

この発明は、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の変更を通じて機関バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング変更機構と上記相対回転位相の変更動作を機械的な係合を通じて規制してこれをロックするロック機構とを備える内燃機関の制御装置に関する。

近年、機関出力性能の向上やエミッションの改善等を図るために、機関バルブの開閉時期（バルブタイミング）を適宜に変更するバルブタイミング変更機構を内燃機関に搭載することが提案されている。

バルブタイミング変更機構としては、内燃機関のクランクシャフトに駆動連結されたハウジングとカムシャフトに駆動連結されたベーン体とを備えて、それらハウジングおよびベーン体がカムシャフトの回転軸を中心として相対回転可能に配設されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。こうしたバルブタイミング変更機構では、ベーン体に径方向に延びるベーンが形成されており、このベーンによってハウジングの内部が進角用圧力室と遅角用圧力室とに区画されている。

それら圧力室にはそれぞれオイルポンプから作動油が圧送供給されており、その作動油の圧力がそれぞれベーンに作用することにより、ハウジングに対するベーン体の相対回転位相、換言すれば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が進角側または遅角側に変更される。そして、このようにカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、機関バルブのバルブタイミングが変更されるようになる。

また、カムシャフトの相対回転位相を所定のロック位相で機械的にロックするロック機構を内燃機関に搭載することも提案されている。ロック機構を備えた内燃機関では、その始動時などといった作動油の供給圧を十分に確保できないときでも、バルブタイミングを機関運転状態に適したタイミングに保持することができる。

ロック機構としては、例えばベーン体に形成された収容孔に出没可能に配設されるロックピン、ハウジングに形成されてロックピンの先端部が挿入される凹部（ロック穴）、同ロックピンをロック穴側に付勢するスプリング等を備えたものが知られている。このロック機構では、ベーン体における上記収容孔の近傍にロック解除用の圧力室が形成されており、この圧力室が上記各圧力室に連通されて作動油の一部が供給されている。そして、ロック解除用の圧力室内の作動油の圧力（ロック解除圧）に応じた大きさの付勢力がロックピンに作用することにより、同ロックピンがロック穴から離間する側に付勢される。

こうしたロック機構では、スプリングの付勢力とロック解除圧に基づく付勢力との大小関係に応じてロックピンの出没状態、すなわちハウジングおよびベーン体の相対回動が規制される状態（ロック状態）と同規制が解除された状態（解除状態）とが選択的に切り換えられる。

具体的には、内燃機関の運転停止時には、オイルポンプからの作動油の供給が停止されており作動油の圧力が低い。このとき上記ロック解除圧が所定圧（ロック機構がロック状態になる圧力）より低く、スプリングの付勢力が同ロック解除圧に基づく付勢力より大きいために、スプリングの付勢力によってロックピンがロック穴側に押圧されて同ロックピンの先端部がロック穴に挿入されたロック状態になる。

一方、内燃機関の運転中には、オイルポンプの供給圧が高くロック解除圧が上記所定圧より高いために、同ロック解除圧に基づく付勢力がスプリングの付勢力より大きい。そのため、ロック解除圧に基づく付勢力によってロックピンがロック穴から離間する側に押圧されて、同ロックピンの先端部がロック穴から離脱した解除状態になる。

なお、本発明にかかる先行技術文献としては、上記特許文献１の他にも以下の特許文献２が挙げられる。

特開２００７−１５３２１２号公報 特開２００４−３２４４２１号公報

ここで、作動油はその温度上昇に伴って粘度が低下するといった特性を有する。そのため、内燃機関の運転に伴って作動油の温度が高くなると、バルブタイミング変更機構およびロック機構の内部やそれらに作動油を供給する作動油供給系の内部において不要に漏れる作動油の量が多くなり、作動油の圧力が低くなって前記ロック解除圧も低くなる。したがって、前述した装置において作動油の温度が過度に高くなるようなことがあると、上記ロック解除圧が、内燃機関の運転中においてロック機構を解除状態で維持することの可能なレベルの圧力を下回るおそれがある。そして、そうした状況ではロック機構をロック状態から解除状態に変更することができなくなるために、ロック機構がロック状態になると、その後において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ことができなくなってしまう。

なお、こうした作動油の温度上昇に起因して生じる不都合は、油圧作動式のロック機構が搭載された内燃機関であれば、例えば電気駆動式のバルブタイミング変更機構などといった油圧作動式以外のバルブタイミング変更機構が搭載された内燃機関においても同様に生じる。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、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好適に変更することのできる内燃機関の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およびその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、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バルブタイミング変更機構と、圧力室への作動油の供給が停止された状態で前記相対回転位相がロック位相になると機械的な係合を通じて前記相対回転位相を前記ロック位相でロックするロック状態になり、前記圧力室に作動油が供給されると同作動油の圧力によって前記機械的な係合が解除されて前記ロックを解除した解除状態になるロック機構と、を備え、機関運転状態に基づき目標位相を設定するとともに該目標位相と前記相対回転位相とを一致させるように前記バルブタイミング変更機構の作動制御を実行する内燃機関の制御装置において、前記作動制御を、前記作動油の温度が判定温度以下のときには前記相対回転位相の前記ロック位相への変更を許可しつつ実行し、前記作動油の温度が前記判定温度より高いときには前記相対回転位相の前記ロック位相への変更を禁止しつつ実行することをその要旨とする。

上記構成によれば、作動油の温度が低い状況、換言すればロック機構がロック状態になった場合であってもその後において解除状態への変更が可能な状況では、カムシャフトの相対回転位相をロック位相にするべくバルブタイミング変更機構の作動制御が実行されることを許可することができる。そのためカムシャフトの相対回転位相の変更を、ロック位相を含めたかたちで好適に行うことができる。

しかも、作動油の温度が高い状況、換言すればカムシャフトの相対回転位相がロック位相になったときにロック機構がロック状態になるとともにその後における解除状態への変更ができなくなるおそれのある状況では、相対回転位相をロック位相にするべくバルブタイミング変更機構の作動制御が実行されることを回避することができる。そのため、ロック機構がロック状態になって解除状態に変更できない状況になることを好適に抑えることができる。

したがって上記構成によれば、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好適に変更することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、機関出力を調節する機関運転制御と前記内燃機関の出力軸に駆動連結された発電機の発電量を調節する発電機運転制御とをそれぞれアクセル操作部材の操作状態に基づき実行するものであり、前記作動油の温度が前記判定温度より高いときであり、且つ同作動油の温度が前記判定温度以下であるとの仮定のもとでは前記目標位相として前記ロック位相が設定されるときに、機関出力が前記仮定のもとでの機関出力より大きくなるように前記機関運転制御を実行して前記ロック位相への変更を禁止し、前記発電機の発電量が前記仮定のもとでの発電量より多くなるように前記発電機運転制御を実行することをその要旨とする。

上記構成によれば、作動油の温度が高いときに、目標位相としてロック位相が設定される機関運転状態にならないように機関運転制御を実行することができ、カムシャフトの相対回転位相のロック位相への変更を禁止することができる。しかも、発電機の発電量を多くした分だけクランクシャフトに作用する負荷が増加するために、その増加分と機関出力の増加分の一部とを相殺することができ、これにより上記相対回転位相のロック位相への変更の禁止に伴うクランクシャフトの回転トルクの変化を抑えることができる。

本発明を具体化した一実施形態にかかる内燃機関の制御装置が適用されるハイブリッド車両の駆動系の概略構成を示す略図。 内燃機関およびその周辺機器の概略構成を示す略図。 バルブタイミング変更機構の内部構造を示す断面図。 ［ａ］および［ｂ］バルブタイミング変更機構におけるロック機構近傍の断面構造を示す断面図。 ハイブリッド車両の制御構造を概略的に示す略図。 目標バルブタイミングの算出マップのマップ構造を示す略図。 切り換え処理の実行手順を示すフローチャート。 内燃機関の運転中における機関出力と機関回転速度との関係の一例を示す関係図。 変形例にかかる算出処理の実行手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態にかかる内燃機関の制御装置について説明する。
図１に、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置が適用されるハイブリッド車両の駆動系の構成を示す。

同図１に示すように、このハイブリッド車両には、内燃機関ＥＮＧと二つの回転機（第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２）とが搭載されている。第１回転機ＭＧ１は主にバッテリ（図示略）への充電電力の供給や上記第２回転機ＭＧ２への駆動電力の供給を行うための発電機として機能する。第２回転機ＭＧ２は主に、車両の加速時や発進時などといった大きい出力が必要とされるときに同車両の駆動軸であるプロペラシャフトＰＳに回転トルクを付与するための電動機として機能する。また車両のトランスアクスルには、動力分配機構と二つの遊星歯車機構（フロント遊星歯車機構Ｐ１およびリア遊星歯車機構Ｐ２）とが設けられている。

内燃機関ＥＮＧの出力軸（後述するクランクシャフト１１）は、サンギアｓ１、キャリアｃ１、リングギアｒ１の３回転要素からなるフロント遊星歯車機構Ｐ１のキャリアｃ１に接続されている。フロント遊星歯車機構Ｐ１のサンギアｓ１は、上記第１回転機ＭＧ１の回転子に一体回転可能に接続されている。またフロント遊星歯車機構Ｐ１のリングギアｒ１は、リア遊星歯車機構Ｐ２のリングギアｒ２に一体回転可能に接続されている。リア遊星歯車機構Ｐ２は、トランスアクスルの出力軸ＯＳに、ひいてはプロペラシャフトＰＳに一体回転可能に接続されたサンギアｓ２と、回転不能に固定されたキャリアｃ２とを備えている。そしてプロペラシャフトＰＳには、第２回転機ＭＧ２の回転子が一体回転可能に接続されている。

図２に、上記内燃機関ＥＮＧおよびその周辺機器の概略構成を示す。
同図２に示すように、内燃機関ＥＮＧのクランクシャフト１１には、図示しない吸気バルブを開閉する吸気カムシャフト１２がタイミングチェーン１３を介して連結されている。吸気カムシャフト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、機関運転に伴いクランクシャフト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とともに吸気カムシャフト１２が回転する。このバルブタイミング変更機構２０の作動を通じて、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト１２の相対化移転位相が変更される。

図３に、バルブタイミング変更機構２０の内部構造を示す。
同図３に示すように、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の内部には、吸気カムシャフト１２に連結されたロータ２３が回動可能に収容されている。

このロータ２３にはその中心から径方向に突出する４つのベーン２４が設けられており、ハウジング２２にはそれらベーン２４を各別に収容する４つの収容室２５が形成されている。そうしたハウジング２２内にロータ２３が収容されることにより、各収容室２５がベーン２４によってそれぞれ進角用圧力室２６と遅角用圧力室２７とに区画されている。そして、ベーン２４を挟むように配設された進角用圧力室２６および遅角用圧力室２７内の油圧を調整することにより、ベーン２４が収容室２５内で移動して、ロータ２３がハウジング２２内で回動するようになる。

図２に示すように、バルブタイミング変更機構２０の進角用圧力室２６および遅角用圧力室２７への作動油の供給は、内燃機関ＥＮＧのクランクシャフト１１に駆動連結された機械式のオイルポンプ１５によって行われる。進角用圧力室２６には進角用油路４２が接続されており、遅角用圧力室２７には遅角用油路４３が接続されている。進角用油路４２および遅角用油路４３は、油圧調整弁４０を介して供給油路４１および還流油路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を通じて各圧力室２６，２７に選択的に供給される。また、ロータ２３の回動に伴い各圧力室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。なおオイルポンプ１５により圧送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、内燃機関ＥＮＧの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を内蔵した電磁駆動式のものであり、機関ＥＣＵ５１から出力される信号（駆動信号）に応じて上記各油路４１〜４４の接続態様を、［保持状態］、［進角状態］、［遅角状態］のうちの何れか一つに選択的に切り替える。

保持状態では、上記各油路４１〜４４の連通が全て遮断される。このとき、各圧力室２６，２７内の作動油の給排が停止されるために、各圧力室２６，２７内の油圧によってハウジング２２内でのロータ２３（図３参照）の回動が規制されてバルブタイミングが保持される。

進角状態では、供給油路４１と進角用油路４２とが連通されるとともに、還流油路４４と遅角用油路４３とが連通される。このとき、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および進角用油路４２を通じて進角用圧力室２６に供給されるとともに、遅角用圧力室２７内の作動油が遅角用油路４３および還流油路４４を通じてオイルパン１４へと戻される。これにより進角用圧力室２６内の油圧が高くなって、ハウジング２２内においてロータ２３が進角側（図３中の破線矢印を参照）に回動するようになる。これに伴い吸気カムシャフト１２が進角側に回動し、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト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。

遅角状態では、供給油路４１と遅角用油路４３とが連通されるとともに、還流油路４４と進角用油路４２とが連通される。このとき、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および遅角用油路４３を通じて遅角用圧力室２７に供給されるとともに、進角用圧力室２６内の作動油が進角用油路４２および還流油路４４を通じてオイルパン１４へと戻される。これにより遅角用圧力室２７内の油圧が高くなると、ハウジング２２内においてロータ２３が遅角側（図３中の破線矢印を参照）に回動するようになる。これに伴い吸気カムシャフト１２が遅角側に回動し、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト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。

ここで、内燃機関ＥＮＧの始動時には機関回転速度ＮＥが低く、オイルポンプ１５の回転速度も低いために、オイルポンプ１５からバルブタイミング変更機構２０の進角用圧力室２６と遅角用圧力室２７とに供給される作動油の圧力も低い。そのため、それら圧力室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できなくなり、バルブタイミングが不安定になるおそれがある。

この点をふまえて本実施形態では、バルブタイミング変更機構２０のロータ２３を機械的な係合によって所定の位相に保持するロック機構３０を設け、このロック機構３０によって内燃機関ＥＮＧの始動時におけるロータ２３の回転位相を所定のロック位相（詳しくは、バルブタイミングが最も遅いタイミングになる最遅角位相）で保持するようにしている。

図４［ａ］，［ｂ］に、バルブタイミング変更機構２０におけるロック機構３０近傍の断面構造を拡大して示す。
図３および図４に示すように、ロック機構３０は、四つの収容室２５のうちの一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とを備えている。

ロックピン３１はスプリング３２（図４）によってベーン２４から突出する方向に常時付勢されている。係合穴３３の底部は、ロック解除用油路３４を介して進角用圧力室２６に連通されている。これにより、ロックピン３１の先端部と係合穴３３の底部とにより区画される圧力室（ロック解除圧力室３５）に進角用圧力室２６内の作動油が供給されるようになっている。

内燃機関ＥＮＧの運転が停止されるとオイルポンプ１５（図２参照）の駆動が停止されて進角用圧力室２６内の油圧が低下するために、ロック解除圧力室３５内の油圧も低下する。そのため、このとき吸気カムシャフト１２の相対回転位相がロック位相になっていると、スプリング３２による付勢力によってロックピン３１がベーン２４から突出して、同ロックピン３１の先端が係合穴３３に係合したロック状態（図４［ａ］に示す状態）になり、ロータ２３の移動が規制されるようになる。

一方、内燃機関ＥＮＧが始動されてオイルポンプ１５が駆動されると、進角用圧力室２６内の油圧が高くなってロック解除圧力室３５内の油圧も高くなるために、同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て、ロックピン３１と係合穴３３との係合が解除された解除状態（図４［ｂ］に示す状態）になる。

図５に、本実施形態のハイブリッド車両の制御構造を概略的に示す。
同図５に示すように、ハイブリッド車両には、その運転状態を制御するための三つの電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ５０、機関ＥＣＵ５１、回転機ＥＣＵ５２）が設けられている。これら電子制御ユニットは、各種センサの出力信号を取り込むとともに各種の演算処理を実行し、その演算結果に基づき内燃機関ＥＮＧの運転制御や回転機の作動制御などといったハイブリッド車両の運転にかかる各種制御を実行する。

各種センサとしては、例えば車両の走行速度（車速ＳＰＤ）を検出するための車速センサ５３や、アクセル操作部材１６（例えばアクセルペダルやアクセルレバーなど）の操作量（アクセル操作量ＡＣＣ）を検出するためのアクセルセンサ５４、内燃機関ＥＮＧの吸入空気量ＧＡを検出するための吸気量センサ５５が設けられている。また、クランクシャフト１１の回転位相（クランク角ＣＡ）および回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ５６や、吸気カムシャフト１２の回転位相（カム角ＣＡＭＡ）を検出するためのカムセンサ５７が設けられている。その他、バルブタイミング変更機構２０に供給される作動油の温度（作動油温度ＴＯ）を検出するための油温センサ５８なども設けられている。

ハイブリッドＥＣＵ５０は、ハイブリッド車両の運転状態を統括的に制御する。具体的には、アクセル操作量ＡＣＣおよび車速ＳＰＤに基づいてプロペラシャフトＰＳに付与する回転トルクの制御目標値（要求トータル出力）を算出するとともに、この要求トータル出力に基づいて機関出力の制御目標値（要求機関出力）と第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の出力の制御目標値（要求回転機出力）とをそれぞれ算出する。なお要求機関出力としては、内燃機関ＥＮＧの運転によってクランクシャフト１１に付与される回転トルクについての制御目標値（パワー要求）と、機関回転速度ＮＥについての制御目標値（目標機関回転速度Ｔｎｅ）とが算出される。そして、要求機関出力は機関ＥＣＵ５１に出力され、要求回転機出力は回転機ＥＣＵ５２に出力される。

機関ＥＣＵ５１は、内燃機関ＥＮＧの運転制御を実行する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ５０から入力される要求機関出力（パワー要求、目標機関回転速度Ｔｎｅ）に基づいて内燃機関ＥＮＧの各種制御パラメータの制御目標値を算出するとともに、それら制御目標値をもとに各種制御パラメータを制御する。

上記制御目標値としては、例えば内燃機関ＥＮＧの吸入空気量ＧＡの調節に用いられるスロットルバルブの開度についての制御目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ）が算出される。そして、この目標スロットル開度Ｔｔａと実際のスロットルバルブの開度とが一致するように同スロットルバルブの開度が制御される。

また上記制御目標値として、インジェクタから噴射される燃料の量についての制御目標値（目標燃料噴射量ＴＱ）が算出される。そして、この目標燃料噴射量ＴＱと同量の燃料が噴射されるようにインジェクタが開弁駆動される。

さらに上記制御目標値として、機関点火時期についての制御目標値（目標点火時期ＴＲ）が算出される。そして、この目標点火時期ＴＲにおいて点火プラグによる点火動作が行われるように同点火プラグの作動が制御される。

また上記制御目標値として、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト１２の相対回転位相についての目標位相（目標バルブタイミングＴｖｔ）が算出される。そして、この目標位相が実際の相対回転位相と一致するようにバルブタイミング変更機構２０（詳しくは、油圧調整弁４０）の作動制御が実行される。なお本実施形態では、クランクセンサ５６により検出されるクランク角ＣＡとカムセンサ５７により検出されるカム角ＣＡＭＡとに基づいて実際の相対回転位相（バルブタイミングＶＴ）が算出されてバルブタイミング変更機構２０の作動制御に用いられる。また本実施形態では、パワー要求および目標機関回転速度Ｔｎｅにより定まる機関運転領域と同運転領域に適した吸気バルブのバルブタイミングとの関係（具体的には、図６に示す算出マップ）が実験やシミュレーションの結果などに基づき予め求められて機関ＥＣＵ５１に記憶されている。本実施形態では、内燃機関ＥＮＧの燃料消費量の低減を図るために、同内燃機関ＥＮＧの中負荷運転領域（同図中にＡで示す領域）における目標バルブタイミングＴｖｔとして最遅角位相が算出される。そして、そうした機関ＥＣＵ５１に記憶されている関係をもとに、パワー要求および目標機関回転速度Ｔｎｅに基づいて目標バルブタイミングＴｖｔが算出される。

回転機ＥＣＵ５２は、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動状態を制御する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ５０から入力される要求回転機出力に基づいて、第１回転機ＭＧ１の制御量の制御目標値Ｔｍｇ１と、第２回転機ＭＧ２の制御量の制御目標値Ｔｍｇ２とが算出される。そして、制御目標値Ｔｍｇ１に応じて第１回転機ＭＧ１（詳しくは、制御回路ＴＲ１）の作動が制御され、制御目標値Ｔｍｇ２に応じて第２回転機ＭＧ２（詳しくは、制御回路ＴＲ２）の作動が制御される。本実施の形態の車両では、第１回転機ＭＧ１が制御回路ＴＲ１を介して、また第２回転機ＭＧ２が制御回路ＴＲ２を介してそれぞれバッテリＢＡＴに接続されている。

ここで、作動油はその温度上昇に伴って粘度が低下するといった特性を有する。そのため、内燃機関ＥＮＧの運転に伴って作動油の温度が高くなると、バルブタイミング変更機構２０およびロック機構３０の内部（詳しくは、その摺動部分）や、それらバルブタイミング変更機構２０およびロック機構３０に作動油を供給する作動油供給系（例えばオイルポンプ１５、油圧調整弁４０）の内部において不要に漏れる作動油の量が多くなる。そして、これに伴って作動油の圧力が低くなって進角用圧力室２６内の作動油の圧力も低くなり、ロック解除用油路３４を介してロック解除圧力室３５に供給される作動油の圧力（ロック解除圧）が低くなる。

本実施形態では、作動油の温度が過度に高くなった場合に、上記ロック解除圧が、内燃機関ＥＮＧの運転中においてロック機構３０を解除状態で維持することの可能なレベルの圧力よりも低くなるおそれがある。そして、そうした状況ではロック機構３０をロック状態から解除状態に変更することができなくなるために、内燃機関ＥＮＧの運転中においてロック機構３０がロック状態になってしまうと、その後においてクランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト１２の相対回転位相を変更することができなくなってしまう。

この点をふまえて本実施形態では、バルブタイミング変更機構２０の作動制御を、作動油の温度が判定温度Ｔ（例えば、１１０度）以下のときには前記相対回転位相の最遅角位相（ロック位相）への変更を許可しつつ実行し、作動油の温度が判定温度Ｔより高いときには上記相対回転位相のロック位相への変更を禁止しつつ実行するようにしている。具体的には、バルブタイミング変更機構２０の作動制御の実行に際して上記相対回転位相がロック位相になるバルブタイミング（ロックタイミング）を目標バルブタイミングＴｖｔとして設定することが、作動油の温度が判定温度Ｔ以下のときには許可される一方、作動油の温度が判定温度Ｔより高いときには禁止される。

これにより、作動油の温度が低い状況、換言すればロック機構３０がロック状態になった場合であってもその後において解除状態への変更が可能な状況では、吸気カムシャフト１２の相対回転位相をロック位相にするべくバルブタイミング変更機構２０の作動制御を実行することが許可される。そのため、吸気バルブのバルブタイミングの調節が、上記ロックタイミングを含めたかたちで好適に行われるようになる。

一方、作動油の温度が高い状況、換言すれば吸気カムシャフト１２の相対回転位相がロック位相になったときにロック機構３０がロック状態になるとともにその後における解除状態への変更ができなくなるおそれのある状況では、上記相対回転位相をロック位相にするべくバルブタイミング変更機構２０の作動制御を実行することが回避される。これにより、吸気バルブのバルブタイミングがロックタイミングになることが抑えられ、ロック機構３０がロック状態になって解除状態に変更することのできない状況になることが抑えられる。そのため、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト１２の相対回転位相を変更可能な状態が維持されるようになる。

以下、作動油の温度に応じてバルブタイミング変更機構２０の作動制御の実行態様を切り換えるための処理（切り換え処理）の実行態様について図７および図８を参照しつつ詳細に説明する。

なお図７のフローチャートに示す一連の処理は、切り換え処理の具体的な実行手順を概念的に示したものであり、実際の処理は所定周期毎の割り込み処理として各電子制御ユニットにより実行される。また図８は、内燃機関ＥＮＧの運転中における機関出力と機関回転速度ＮＥとの関係の一例を示している。

図７に示すように、この処理では先ず、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高いか否かが判断される（ステップＳ１０１）。そして、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高い場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、アクセル操作量ＡＣＣおよび車速ＳＰＤにより定まる車両運転領域が、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下であると仮定した場合において前記ロックタイミングが目標バルブタイミングＴｖｔとして設定される運転領域（ロック領域）であるか否かが判断される（ステップＳ１０２）。

作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下である場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ロック機構３０がロック状態になったとしてもその後に解除状態に変更可能な状況であるとして、通常時の車両運転制御がその実行態様を何ら変更することなく実行される（ステップＳ１０３）。この場合における車両運転制御は、詳しくは、以下のように実行される。

すなわち先ず、アクセル操作量ＡＣＣおよび車速ＳＰＤに基づいてハイブリッドＥＣＵ５０により要求トータル出力が算出されるとともに、この要求トータル出力に基づいて要求機関出力と要求回転機出力とがそれぞれ算出される。これら要求機関出力（パワー要求、目標機関回転速度Ｔｎｅ）および要求回転機出力としては、基本的に、内燃機関ＥＮＧの燃料消費量を少なく抑えた状態で車両を運転することの可能な値が算出される。そして、この要求機関出力に基づいて機関ＥＣＵ５１により内燃機関ＥＮＧの運転制御が実行され、要求回転機出力に基づいて回転機ＥＣＵ５２により第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御が実行される。なお、この場合には、前記ロックタイミングを含むかたちでのバルブタイミング変更機構２０の作動制御が実行されるとともに、その作動制御の実行に見合うように第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御が実行される。

一方、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高く（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、車両運転領域が上記ロック領域でない場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、そもそも目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定されないとして、上述した通常時の車両運転制御が実行される（ステップＳ１０３）。

他方、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高く（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、且つ車両運転領域が上記ロック領域である場合には（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、車両運転制御が、通常時とは異なる実行態様で実行される（ステップＳ１０４）。この場合における車両運転制御は、詳しくは、以下のように実行される。

すなわち先ず、アクセル操作量ＡＣＣおよび車速ＳＰＤに基づいてハイブリッドＥＣＵ５０により要求トータル出力が算出されるとともに、この要求トータル出力に基づいて要求機関出力と要求回転機出力とが算出される。ただし、これら要求機関出力（パワー要求、目標機関回転速度Ｔｎｅ）および要求回転機出力としては、通常時の車両運転制御の実行時と異なる値が算出される。

上記要求機関出力としては詳しくは、パワー要求および目標機関回転速度Ｔｎｅにより定まる機関運転領域が目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定される領域になることのない値が算出される。具体的には、パワー要求および目標機関回転速度Ｔｎｅとして、高い燃費効率での内燃機関ＥＮＧの運転を実現可能な関係（図８に実線で示す関係）を満たす値のうちの、通常時の車両運転制御を実行したと仮定した場合に算出される値（例えば図８中に点Ｂで示す値）より機関出力が大きくなる値（例えば図８中に点Ｃで示す値）が算出される。

そして、上記要求機関出力に基づいて機関ＥＣＵ５１により内燃機関ＥＮＧの運転制御が実行される。これにより、このとき目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定される機関運転状態にならないように内燃機関ＥＮＧの運転制御が実行されて、吸気カムシャフト１２の相対回転位相の前記ロック位相への変更が禁止されるようになる。しかも、内燃機関ＥＮＧの運転制御が高い燃費効率で実行されるようになる。

また、要求回転機出力としては、通常時の車両運転制御の実行時よりも要求機関出力を大きくしたことによる機関出力の増加分を相殺することの可能な分だけ第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２から内燃機関ＥＮＧのクランクシャフト１１に作用する負荷が大きくなる値が算出される。具体的には、要求回転機出力として、通常時の車両運転制御を実行したと仮定した場合における要求回転機出力と比較して小さい値が算出される。

そして、上記要求回転機出力に基づいて回転機ＥＣＵ５２により第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御が実行される。この場合には、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御が、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２のうちの少なくとも一方が発電機として機能するように、且つその発電量が上述した機関出力の増加分を相殺することの可能な分だけ通常時の車両運転制御の実行時より多くなるように実行される。これにより、発電量を多くした分だけ第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２からクランクシャフト１１に作用する負荷を増加させて、その増加分と上記要求機関出力の変更に伴う機関出力の増加分（詳しくは、その一部）とを相殺することができるようになる。そのため、このとき要求機関出力を増加させることによって吸気カムシャフト１２の相対回転位相の上記ロック位相への変更を禁止するようにしているとはいえ、その禁止に伴うクランクシャフト１１の回転トルクの変化が抑えられるようになる。

なお本実施形態の車両運転制御では、車両の加速時や発進時などといった大きい出力が必要とされるときに、第２回転機ＭＧ２を電動機として機能させることによって同第２回転機ＭＧ２から車両のプロペラシャフトＰＳに回転トルクが付与される。このようにして第２回転機ＭＧ２を電動機として機能させる際に、上述した切り換え処理（詳しくは、ステップＳ１０４の処理）を通じてバッテリＢＡＴに余分に充電された電力が同第２回転機ＭＧ２によって消費される。そのため、切り換え処理の実行に伴ってバッテリＢＡＴへの充電量が増加するとはいえ、その増加分が有効に利用されるようになり、さらには同バッテリＢＡＴが過充電状態になることが回避されるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）バルブタイミング変更機構２０の作動制御を、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下のときには吸気カムシャフト１２の相対回転位相のロック位相への変更を許可しつつ実行し、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高いときには上記相対回転位相のロック位相への変更を禁止しつつ実行するようにした。そのため、作動油の温度が低い状況では、吸気バルブのバルブタイミングの調節を、上記ロックタイミングを含めたかたちで好適に行うことができる。しかも、作動油の温度が高い状況では、上記相対回転位相をロック位相にするべくバルブタイミング変更機構２０の作動制御が実行されることを回避することができ、ロック機構３０がロック状態になって解除状態に変更することのできない状況になることを抑えることができる。したがって、クランクシャフト１１に対する吸気カムシャフト１２の相対回転位相を変更可能な状態で維持することができ、同相対回転位相を好適に変更することができる。

（２）作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高いときであり、且つ同作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下であると仮定した場合に目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定されるときに、要求機関出力として上述のように仮定した場合における要求機関出力より大きい値を算出した。また、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２のうちの少なくとも一方を発電機として機能させるとともに、その発電量が上述のように仮定した場合における発電量より多くなるように第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御を実行した。そのため、作動油の温度が高いときに、目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定される機関運転状態にならないように内燃機関ＥＮＧの運転制御を実行することができ、吸気カムシャフト１２の相対回転位相のロック位相への変更を禁止することができる。しかも、発電機として機能する第１回転機ＭＧ１または第２回転機ＭＧ２の発電量を多くした分だけ、クランクシャフト１１に作用する負荷が増加するために、その増加分と切り換え処理の実行に伴う機関出力の増加分とを相殺することができる。そのため、吸気カムシャフト１２の相対回転位相のロック位相への変更の禁止に伴うクランクシャフト１１の回転トルクの変化を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・切り換え処理を通じてバッテリＢＡＴに余分に充電された電力を次のように消費するようにしてもよい。すなわち先ず、切り換え処理の実行に伴う発電量の増加分の積算値を算出して記憶する。そして、車両の加速時や発進時などといった大きい出力が必要とされるときに、上記積算値が「０」になるまで、要求機関出力を前述のように仮定した場合における要求機関出力より小さくするとともに、同要求機関出力を小さくした分が補われるように要求回転機出力を前述のように仮定した場合における要求回転機出力より大きくする。これにより、切り換え処理の実行に伴ってバッテリＢＡＴに余分に充電された電力を的確に消費することができる。

・目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定される機関運転状態にならないように内燃機関ＥＮＧの運転制御を実行することができるのであれば、パワー要求の算出態様および目標機関回転速度Ｔｎｅの算出態様のうちの一方のみを変更するようにしてもよい。

・上記実施形態では、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２のうちの少なくとも一方を発電機として機能させるとともに、その発電量が前述のように仮定した場合の発電量より多くなるように、それら第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動制御を実行した。これに限らず、第１回転機ＭＧ１および第２回転機ＭＧ２の作動によってクランクシャフト１１に作用する負荷が小さくなるのであれば、電動機として機能する第２回転機ＭＧ２（あるいは第１回転機ＭＧ１）の出力トルクを前述のように仮定した場合の出力トルクより小さくするなどしてもよい。

・上記実施形態にかかる内燃機関の制御装置は、駆動源として内燃機関のみが搭載された車両にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。こうした構成を採用する場合、内燃機関ＥＮＧのクランクシャフト１１に駆動連結された発電機と同発電機の発電量を調節するためのシステムとが設けられた車両であれば、前述した実施形態にかかる制御装置に準じた作用効果を得ることができる。

・要求機関出力を前述のように仮定した場合の要求機関出力より大きくする際に、発電機として機能する第１回転機ＭＧ１（あるいは第２回転機ＭＧ２）の発電量を前述のように仮定した場合の発電量より多くしなくてもよい。この場合には、第１回転機ＭＧ１や第２回転機ＭＧ２を省略することができる。

・目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが設定される機関運転状態にならないように内燃機関ＥＮＧの運転制御を実行することに代えて、目標バルブタイミングＴｖｔとしてロックタイミングが算出されないように同目標バルブタイミングＴｖｔの算出処理を実行するようにしてもよい。

そうした算出処理としては、例えば目標バルブタイミングＴｖｔについての遅角ガード処理を実行することが考えられる。この遅角ガード処理としては例えば、前述した算出マップから目標バルブタイミングＴｖｔとして遅角ガード値（ロックタイミングより若干進角側のタイミング）より遅角側のタイミングが算出されたときに同遅角ガード値を目標バルブタイミングＴｖｔとして算出するとの処理を採用することができる。

また上記算出処理としては、目標バルブタイミングＴｖｔの算出に用いる算出マップの切り換えを行うことなども考えられる。図９に、そうした算出処理の一例を示す。同図９に示すように、この処理では、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔ以下であるときには（ステップＳ２０１：ＮＯ）、前述した算出マップ（図６参照）が選択される（ステップＳ２０２）。一方、作動油温度ＴＯが判定温度Ｔより高いときには（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、前述した算出マップと異なる算出マップ（以下、「回避マップ」）が選択される（ステップＳ２０３）。この回避マップは内燃機関ＥＮＧの中負荷運転領域（図６中にＡで示す領域）において算出される値のみが前述した算出マップ（図６参照）と異なり、同回避マップには上記中負荷運転領域においてロックタイミングより若干進角側のタイミングが目標バルブタイミングＴｖｔとして算出されるようになる関係が記憶されている。

・ロック機構３０の構成は、オイルポンプ１５の圧送による作動油の圧力上昇によって解除状態になり、且つオイルポンプ１５の圧送停止による作動油の圧力低下によってロック状態になる構成であれば、任意に変更することができる。

・本発明は、ロック機構のロック位相として最遅角位相が設定された内燃機関に限らず、バルブタイミングが最も早いタイミングになる吸気カムシャフトの相対回転位相（最進角位相）がロック位相として設定された内燃機関にも適用することができる。また、ロック機構のロック位相として最遅角位相より若干進角側の位相が設定された内燃機関や、最進角位相より若干遅角側の位相が設定された内燃機関などにも適用可能である。この場合には目標位相を、ロック位相を跨いで変化することのないように設定することが望ましい。

・本発明は、排気カムシャフトに設けられるバルブタイミング変更機構と同排気カムシャフトの相対回転位相をロックするロック機構とを備えた内燃機関にも適用することができる。

・本発明は、油圧作動式のロック機構が搭載される内燃機関であれば、電動機をアクチュエータとして用いる電気作動式のバルブタイミング変更機構や、空気などの油以外の流体を用いた流体作動式のバルブタイミング変更機構が搭載された内燃機関にも適用することができる。

ＥＮＧ…内燃機関、ＭＧ１…第１回転機、ＭＧ２…第２回転機、ＴＲ１，ＴＲ２…制御回路、Ｐ１…フロント遊星歯車機構（ｓ１…サンギア，ｃ１…キャリア，ｒ１…リングギア）、Ｐ２…リア遊星歯車機構（ｓ２…サンギア，ｃ２キャリア，ｒ２…リングギア）、ＯＳ…トランスアクスルの出力軸、ＰＳ…プロペラシャフト、１１…クランクシャフト、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、１６…アクセル操作部材、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…進角用圧力室、２７…遅角用圧力室、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、３５…ロック解除圧力室、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…ハイブリッドＥＣＵ、５１…機関ＥＣＵ、５２…回転機ＥＣＵ、５３…車速センサ、５４…アクセルセンサ、５５…吸気量センサ、５６…クランクセンサ、５７…カムセンサ、５８…油温センサ。

Claims (2)

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バルブタイミング変更機構と、
   圧力室への作動油の供給が停止された状態で前記相対回転位相がロック位相になると機械的な係合を通じて前記相対回転位相を前記ロック位相でロックするロック状態になり、前記圧力室に作動油が供給されると同作動油の圧力によって前記機械的な係合が解除されて前記ロックを解除した解除状態になるロック機構と、を備え、
   機関運転状態に基づき目標位相を設定するとともに該目標位相と前記相対回転位相とを一致させるように前記バルブタイミング変更機構の作動制御を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記作動制御を、前記作動油の温度が判定温度以下のときには前記相対回転位相の前記ロック位相への変更を許可しつつ実行し、前記作動油の温度が前記判定温度より高いときには前記相対回転位相の前記ロック位相への変更を禁止しつつ実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   機関出力を調節する機関運転制御と前記内燃機関の出力軸に駆動連結された発電機の発電量を調節する発電機運転制御とをそれぞれアクセル操作部材の操作状態に基づき実行するものであり、
   前記作動油の温度が前記判定温度より高いときであり、且つ同作動油の温度が前記判定温度以下であるとの仮定のもとでは前記目標位相として前記ロック位相が設定されるときに、機関出力が前記仮定のもとでの機関出力より大きくなるように前記機関運転制御を実行して前記ロック位相への変更を禁止し、前記発電機の発電量が前記仮定のもとでの発電量より多くなるように前記発電機運転制御を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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