JP2012149591A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキング開始時にバルブタイミングが特定時期にない場合であっても、バルブタイミングを特定時期にまで迅速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】
可変動弁装置３０を備える内燃機関１０の制御部８０は、ロック機構がロック状態にない旨判定されるときに、スタータ２２によるクランキング操作に際してそのクランキング速度の低下及び上昇を連続して複数回実行するクランキング速度変更処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構と同バルブタイミングを特定時期にロックするロック機構とを有する可変動弁装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関に搭載される装置として、カム軸により開閉駆動される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て変更する油圧駆動式の可変機構が知られている。

従来一般の可変機構についてその構成を図１１に示す。図１１（ａ）は、可変機構１００のカバーを取り外した状態の内部構造を示し、同図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す。なお、図１１（ａ）ではカム軸２００の回転方向を矢印ＲＣで示している。

同図１１に示す可変機構１００は、同一の回転軸周りに回転する二つの回転体として、クランク軸にチェーン（いずれも図示略）を介して駆動連結されたスプロケット１０１及びこれに固定されたハウジング１０２と、カム軸２００に駆動連結されたベーンロータ１０３とを備えている。ハウジング１０２の内部に形成された複数の収容室１０５の内部には、ベーンロータ１０３に設けられた複数のベーン１０３Ａがそれぞれ収容され、各収容室１０５はベーン１０３Ａによって進角室１０６と遅角室１０７とにそれぞれ区画されている。そして、これら進角室１０６及び遅角室１０７に供給される油圧により収容室１０５でベーン１０３Ａが変位し、ハウジング１０２とベーンロータ１０３とが相対回転することにより、クランク軸に対するカム軸２００の相対回転位相、換言すればバルブタイミングが変更される。

また、この可変機構１００には、バルブタイミングを最遅角時期及び最進角時期を除くそれらの間の中間時期（以下、「特定時期」という）にロックするロック機構１１０が設けられている。図１１（ｂ）に示すように、このロック機構１１０は、スプロケット１０１に形成された凹部１１２と、この凹部１１２に対して近接離間可能な態様でベーン１０３Ａに収容されたピン１１１とを備えている。さらに、ベーン１０３Ａにおいてピン１１１を収容する空間には、ピン１１１を付勢するばね１１３が設けられるとともに、作動油が供給される解除室１１４が形成されている。ピン１１１は、ばね１１３により凹部１１２に嵌入する方向に付勢される一方、解除室１１４に供給される作動油の圧力に基づく力により凹部１１２から抜脱される方向に付勢される。

また、こうしたロック機構として、例えば特許文献１に記載されるように、凹部に複数の段部が形成されたラチェット機能を有するものが知られている。以下、こうしたラチェット機能について説明する。

機関停止要求に伴ってバルブタイミングが特定時期にロックされなかった場合、すなわちロック機構がロック状態に移行しなかった場合には、バルブタイミングが特定時期とは異なる時期となった状態で内燃機関の運転が停止する。また、このようにロック機構がロック状態に移行しなかった場合には、内燃機関の停止が完了するまでに、進角室及び遅角室の各油圧の低下に伴いバルブタイミングが遅角する方向に向かって両回転体が相対回転するため、バルブタイミングが最遅角時期まで変化することが多い。

ここで、機関運転中には、カム軸のカムによりバルブが開閉駆動される。そのため、カムによるバルブの開閉駆動に伴い、バルブタイミングが遅角側に変化する方向に両回転体を相対回転させようとする正トルクと、バルブタイミングが進角側に変化する方向に両回転体を相対回転させようとする負トルクとがカム軸に対して交互に作用する。こうした交番トルクが、機関始動時であって進角室及び遅角室の油圧が十分上昇していない状況のもとでカム軸に対して作用すると、バルブタイミングが遅角側及び進角側に変化するように両回転体がその向きを変化させつつ相対回転する。そして、交番トルクに基づき両回転体が相対回転すると、ロック機構の凹部の複数の段部にピンが順次嵌入することによりバルブタイミングは最遅角時期から徐々に進角し、最終的に、ハウジングとベーンロータとの相対回転が規制されてバルブタイミングが特定時期にロックされることとなる。

特開２００２−１２２００９号公報

ところで、バルブタイミングが特定時期にロックされずに機関停止した後、すなわち上述したロック機構がロック状態に移行せずに機関停止した後の機関始動時において、カム軸に作用する交番トルクによりバルブタイミングが進角する方向に両回転体が相対回転するときに、その相対回転量が十分確保できない場合には、ロック機構のピンが凹部に嵌入し難くなる。これにより、上述したラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期にまで迅速に進角させることが困難になるため、機関始動が不能となったり、機関始動に長期間を要したりする等、機関始動性の悪化を招くこととなる。なお、ラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期にまで進角させる場合について説明したが、バルブタイミングを特定時期にまで遅角させる場合にあっても同様の課題が生じ得る。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランキング開始時にバルブタイミングが特定時期にない場合であっても、バルブタイミングを特定時期にまで迅速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、クランク軸に駆動連結された第１の回転体とカム軸に駆動連結された第２の回転体とを作動油の油圧に基づき同一の回転軸線周りに相対回転させることにより前記カム軸で開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構と、前記両回転体の一方に設けられたロックピンを前記両回転体の他方に設けられた凹部に嵌入させることにより前記両回転体の相対回転を機械的にロックしてバルブタイミングを最遅角時期と最進角時期との間の機関始動可能な特定時期にロックしたロック状態にする一方、前記凹部から前記ロックピンを抜脱することにより前記両回転体を相対回転可能な状態とするものであり、前記回転体の周方向に沿って前記凹部に形成された複数の段部に対して前記カム軸に作用する交番トルクに基づいて前記両回転体が相対回転するときに前記ロックピンを順次嵌入させてバルブタイミングを前記特定時期まで段階的に進角又は遅角させるラチェット機能を有するロック機構とを有する可変動弁装置を備えた内燃機関の制御装置において、前記ロック機構がロック状態にないときに、機関始動装置によるクランキング操作に際してそのクランキング速度の低下及び上昇を連続して複数回実行するクランキング速度変更処理を実行することを要旨とする。

カムによりバルブを開弁するとき、すなわちバルブリフト量が増大する期間には、バルブスプリングが収縮するために、バルブタイミングが遅角する方向に両回転体を相対回転させようとするトルク（正トルク）がカム軸に対して作用する。一方、バルブが閉弁するとき、すなわちバルブリフト量が減少する期間には、その収縮したバルブスプリングが元の状態に復元するために、バルブタイミングが進角する方向に両回転体を相対回転させようとするトルク（負トルク）がカム軸に対して作用する。

そして、機関始動時にロック機構がロック状態にない場合であって、可変動弁装置の進角室及び遅角室の油圧が十分に上昇しておらずカム軸に作用する交番トルクに基づき両回転体が相対回転する状況のもとでは、バルブリフト量の減少期間においてバルブスプリングの付勢力がカムに作用すると、カム軸に駆動連結された第２の回転体の回転速度がクランク軸に駆動連結された第１の回転体の回転速度を上回るようになる。これによりバルブタイミングが進角する方向に両回転体が相対回転し、一方の回転体の設けられたロックピンが他方の回転体に設けられた凹部の段部に嵌入可能な位置にまで変位したときに、同ロックピンが段部に嵌入可能となる。

しかしながら、たとえこうした交番トルクがカム軸に対して作用する場合であっても、この交番トルクに基づく両回転体の相対回転量が十分ではなく、ロックピンが段部に嵌入可能な位置にまで変位しない場合には、ロックピンを段部に嵌入させることができず、ラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期まで進角することが困難になる。また、交番トルクに基づきロックピンが段部に嵌入可能な位置にまで変位した場合であっても、こうした嵌入可能な状態にある期間がロックピンが段部に向けて変位しこれに嵌入するのに要する期間よりも短い場合には、やはりロックピンを段部に嵌入させることができない。

ここで、バルブリフト量の減少期間であってカム軸に駆動連結された第２の回転体の回転速度がクランク軸に駆動連結された第１の回転体の回転速度を上回る期間において、それら回転速度の相対差が大きくなるほど、両回転体の相対回転量が大きくなる。したがって、第２の回転体の回転速度が第１の回転体の回転速度を大きく上回ったときほど、ロックピンが段部に嵌入しやすくなる。

そこで、この発明では、ロック機構がロック状態ではない旨判定されるときに、機関始動装置によるクランキング操作に際してそのクランキング速度を低下させるクランキング速度変更処理を実行するようにしている。このため、カム軸に駆動連結された第２の回転体の回転速度がクランク軸に駆動連結された第１の回転体の回転速度を上回るときに、それら回転速度の相対差を増大させることができる。そしてこれにより、バルブタイミングが進角する方向への両回転体の相対回転量が大きくなるため、ロックピンが段部に嵌入しやすくなる。したがって、クランキング開始時にロック機構がロック状態になく、バルブタイミングが特定時期にない場合であっても、ロック機構のラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期に迅速に進角させることができるようになる。

さらに、クランキング速度の低下及び上昇が連続して複数回実行されるため、カム軸に駆動連結された第２の回転体の回転速度がクランク軸に駆動連結された第１の回転体の回転速度を上回る機会を多くすることができる。これにより、ロックピンを複数の段部に順次嵌入させることが容易になり、バルブタイミングを特定時期までより迅速に進角させることができるようになる。

なお、バルブタイミングが特定時期よりも遅角側にあるときに、これを段階的に特定時期まで進角させる場合について説明したが、バルブタイミングが特定時期よりも進角側にあるときにこれを段階的に特定時期まで遅角させる場合にあっても、上述したようにクランキング速度の低下及び上昇を連続して複数回実行することにより、同バルブタイミングを特定時期にまで迅速に遅角させ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制御装置において、前記機関始動装置によるクランキング操作はプッシュ式スタートスイッチが押動操作されたことを条件に実行されることを要旨とする。

イグニッションキーの操作位置が始動位置に保持されていることを条件に機関始動装置によるクランキング操作がなされる内燃機関では、上述したクランキング速度変更処理の実行中にイグニッションキーの操作位置が始動位置からオン位置に戻されると、これに合わせて機関始動装置によるクランキング操作も停止されることとなる。このため、クランキング速度変更処理の実行期間を十分に確保することができず、ロック機構のラチェット機能を十分に発揮することができなくなる虞がある。

上記構成によれば、機関始動装置によるクランキング操作はプッシュ式スタートスイッチが押動操作されたことを条件に実行される。すなわち、操作者によりプッシュ式スタートスイッチが一度押動操作されると、クランキングが自動制御されるため、クランキング速度変更処理の実行期間を十分に確保することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関が完爆状態に移行しないまま前記クランキング速度変更処理が所定回数以上実行されたか否かを判定し、前記クランキング速度変更処理が所定回数以上実行された旨判定されるときに前記機関始動装置によるクランキング操作を強制終了することを要旨とする。

内燃機関が完爆状態に移行しないままクランキング速度変更処理を長期間実行することにより機関始動装置によるクランキングを長期間継続すると、この機関始動装置の動力源、具体的にはバッテリに対する負荷が増大することになる。

この点、上記構成によれば、内燃機関が完爆状態に移行しないままクランキング速度変更処理が所定回数以上実行されたか否かを判定し、クランキング速度変更処理が所定回数以上実行された旨判定されるときに機関始動装置によるクランキング操作が強制終了されるため、機関始動装置の動力源であるバッテリに対する負荷を軽減することができるようになる。

なお、上述した所定回数は、クランキング開始時にロック機構がロック状態にない場合であっても、ラチェット機能を通じてロック機構をロック状態に移行させることができると考えられる回数やバッテリの負荷等を考慮して予め設定されている。なお、この所定回数は、機関始動時の機関温度に応じて可変設定するようにしてもよい。

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及びその制御対象である内燃機関の概略構成図。 同実施形態のカム軸をその端部側から見た断面図。 同実施形態の可変機構について、そのスプロケットを取り外した状態でスプロケット側からカバー側を見た内部構造を示す端面図。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面構造を示す断面図。 カム軸の回転に伴い作用するカムトルクを説明する図であって、（ａ）はバルブリフト量の変化態様を示すグラフであり、（ｂ）はカムトルクの変化態様を示すグラフであり、（ｃ）はカムノーズ及びバルブスプリングの状態とカムトルクとの関係を示す図。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面構造を平面上に展開して模式的に示すものであって、（ａ）〜（ｄ）は、機関始動時においてバルブタイミングが最遅角時期から特定時期まで進角する過程を順に示す断面図。 （ａ）は、「クランキング速度変更処理」が実行されない通常時におけるハウジングの回転速度及びベーンロータの回転速度の推移を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は「クランキング速度変更処理」が実行されたクランキング速度低下時におけるハウジングの回転速度及びベーンロータの回転速度の推移を示すタイミングチャートであり、（ｃ）は、クランキングの停止及び再開の時期を示すタイミングチャート。 同実施形態における「始動時処理」の処理手順を示すフローチャート。 機関始動時に「クランキング速度変更処理」が実行されたときにおけるバルブタイミングの変化態様を示すタイミングチャート。 本発明を具体化した他の実施形態のカム軸をその端部側から見た断面図。 （ａ）は従来一般の可変機構についてその内部構造を示す端面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面構造を示す断面図。

以下、図１〜図９を参照し、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の気筒には、ピストン１１が往復動可能に収容されている。このピストン１１の頂面と気筒の内周面とによって燃焼室１２が区画形成されている。燃焼室１２には、同燃焼室１２に吸入空気を供給する吸気通路１３と、同燃焼室１２から排気が排出される排気通路１４とが接続されている。

上述したピストン１１には、その往復運動を回転運動に変換するクランク軸１５がコネクティングロッド１８を介して連結されている。また、内燃機関１０の上部には、吸気バルブ３１を開閉する吸気用カム軸３２と、排気バルブ４１を開閉する排気用の排気用カム軸４２とが設けられている。吸気用カム軸３２の先端には、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置３０が設けられている。この可変動弁装置３０に設けられた吸気用カム軸３２のスプロケット３５、排気用カム軸４２のスプロケット４５、及びクランク軸１５のスプロケット１６は、タイミングチェーン１７を介して駆動連結されている。これにより、クランク軸１５が回転すると、この回転がタイミングチェーン１７を介してスプロケット３５，４５に伝達されて吸気用カム軸３２及び排気用カム軸４２がそれぞれ回転する。

吸気バルブ３１は、吸気用バルブスプリング３４によって閉弁方向に付勢されている。この吸気用バルブスプリング３４が吸気用カム軸３２の回転に伴いこの吸気用カム軸３２に設けられた吸気用カム３３で押圧されて収縮及び復元することにより、吸気バルブ３１が開閉される。

また、排気バルブ４１は、排気用バルブスプリング４４によって閉弁方向に付勢されている。この排気用バルブスプリング４４が排気用カム軸４２の回転に伴いこの排気用カム軸４２に設けられた排気用カム４３で押圧されて収縮及び復元することにより、排気バルブ４１が開閉される。

一方、内燃機関１０の下部には、作動油を貯留するオイルパン２１が取り付けられるとともに、クランク軸１５の回転力により駆動されてオイルパン２１の作動油を組み上げるオイルポンプ２０が設けられている。このオイルポンプ２０により作動油が供給される作動油通路２４には、上述した可変動弁装置３０の各油室に対する作動油の給排状態を変更する油路制御弁（以下、「ＯＣＶ（Oil Control Valve）」という）２５が設けられている。なお、オイルパン２１に貯留される作動油は、可変動弁装置３０を駆動するための油圧を発生する作動油としての機能の他、内燃機関１０の各部を潤滑するための潤滑油としての機能も併せ有している。

また、クランク軸１５には、内燃機関１０の始動時に同クランク軸１５を強制回転（クランキング）させる機関始動装置としてのスタータ２２が接続されている。このスタータ２２には、バッテリ２３から電力が供給される。なお、このスタータ２２は、クランク軸１５に設けられたリングギヤ（図示略）とスタータ２２に設けられたピニオンギヤ（図示略）とが常時噛み合っている常時噛み合い式のスタータである。また、スタータ２２は、ピニオンギヤがリングギヤに対して正回転方向に相対回転しようとするときのみスタータ２２とクランク軸１５との間でトルクを伝達するワンウェイクラッチを備えている。

内燃機関１０には、同内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、こうした各種センサとして、クランク角センサ８１、カム角センサ８２、エアフロメーター８３、吸気温センサ８４等がある。クランク角センサ８１は、クランク軸１５の近傍に設けられてクランク角ＣＡ及び機関回転速度ＮＥを検出する。カム角センサ８２は、吸気用カム軸３２の近傍に設けられて同吸気用カム軸３２の位置を検出する。エアフロメーター８３は、吸気通路１３に設けられて吸入空気量を検出する。吸気温センサ８４は、吸気通路１３に設けられて吸入空気の温度（吸気温Ｔａｉｒ）を検出する。また、内燃機関１０が搭載される車両には、内燃機関１０の始動要求時に操作者により押動操作されるプッシュ式スタートスイッチ８５が設けられている。このスタートスイッチ８５は、押動操作されたときにスタート信号ＳＴＳＷを出力する。これら各種センサから出力される信号は、内燃機関１０の各種装置を統括して制御する制御部８０に取り込まれる。

制御部８０は、演算ユニットをはじめ、各種制御プログラムや演算マップ、制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持する記憶手段（記憶部）としての複数のメモリ８０Ａを備えている。なお、メモリ８０Ａの一部は、バッテリ２３から常時電力が供給されることにより、機関停止中においてもその記憶された情報を保持するバックアップメモリとして機能する。そして、制御部８０は、上述した各センサの検出結果に基づいて内燃機関１０の運転状態を監視し、その運転状態に基づいて、ＯＣＶ２５の制御を通じて吸気バルブ３１のバルブタイミングを制御するバルブタイミング可変制御、スタータ２２による機関始動制御等の各種制御を実行する。

内燃機関１０は、直列三気筒型であって、吸気用カム軸３２には各気筒に対応した３つの吸気用カム３３が設けられている。図２に示すように、これら３つの吸気用カム３３は、吸気用カム軸３２の端部側からみてカムノーズ３３Ａが吸気用カム軸３２まわりに等間隔に配置されるように設けられている。すなわち、カムノーズ３３Ａの頂点は、吸気用カム軸３２の中心軸周りに１２０°ごとに配置されている。

次に、図３を参照し、可変動弁装置３０の構成について説明する。可変動弁装置３０は、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する可変機構５０と、バルブタイミングを最進角時期ＰＡと最遅角時期ＰＲとの間の中間時期（以下、「特定時期ＰＭ」という）に機械的にロックするロック機構５１とを備えている。この特定時期ＰＭは、機関始動可能なバルブタイミングであって、特に極低温始動時に機関始動可能なバルブタイミングが設定されている。同図３は、可変機構５０からスプロケット３５を取り外した状態で、スプロケット３５側からカバー３６側をみた可変機構５０の内部構造を示している。

可変機構５０のハウジング５２、上述したスプロケット３５及びカバー３６は、図示しないボルトによって固定され、吸気用カム軸３２の回転軸線周りに一体回転する。これらハウジング５２、スプロケット３５及びカバー３６は、クランク軸１５に駆動連結された第１の回転体として機能する。なお、吸気用カム軸３２及びハウジング５２は、図３に矢印で示す回転方向ＲＣに回転するものとする。

ハウジング５２には、その径方向内側に延びる３つの区画部５４が設けられている。また、ハウジング５２には、ハウジング５２と同一の回転軸線周りに回転するベーンロータ５３が回動可能に収容されている。ベーンロータ５３は、吸気用カム軸３２に一体回転可能に連結されるボス５３Ａと、ボス５３Ａの径方向外側に突出する３つのベーン５３Ｂを有している。そして、ハウジング５２の各区画部５４とベーンロータ５３のボス５３Ａによって収容室５５が区画形成されるとともに、この収容室５５は各ベーン５３Ｂにより進角室５６と遅角室５７とにそれぞれ区画されている。なお、ベーンロータ５３は、吸気用カム軸３２に駆動連結された第２の回転体として機能する。

ロック機構５１は、互いに異なるベーン５３Ｂにそれぞれ設けられた進角ロック機構６０と遅角ロック機構７０とを備えている。進角ロック機構６０は、バルブタイミングが特定時期ＰＭよりも進角側に変化する方向にハウジング５２とベーンロータ５３とが相対回転することを規制する機能を有している。一方、遅角ロック機構７０は、バルブタイミングが特定時期ＰＭよりも遅角する方向にハウジング５２とベーンロータ５３とが相対回転することを規制する機能を有している。また、進角ロック機構６０及び遅角ロック機構７０は、バルブタイミングを特定時期ＰＭよりも遅角側から特定時期ＰＭまで段階的に進角させるラチェット機能も併せ有している。そして、これら進角ロック機構６０及び遅角ロック機構７０の協働によりバルブタイミングが特定時期ＰＭにロックされる。

次に、図４を参照し、ロック機構５１の詳細な構成について説明する。以下では、吸気用カム軸３２の軸方向において可変機構５０のカバー３６が配置される側を「先端側ＺＡ」とし、スプロケット３５が配置される側を「基端側ＺＢ」とする。

進角ロック機構６０は、ベーン５３Ｂに設けられた円筒状の第１のロックピン６１と、第１のロックピン６１が嵌入又は抜脱する第１の凹部６３とを備えている。この第１の凹部６３は、カバー３６に形成されている。

第１のロックピン６１は、ベーン５３Ｂに形成されたベーン孔６６において先端側ＺＡ及び基端側ＺＢに往復動するとともに、その一部がベーン５３Ｂの外部に突出して第１の凹部６３に嵌入する。ベーン孔６６は、第１のロックピン６１により、基端側ＺＢの第１のばね室６８と、先端側ＺＡの第１の解除室６７とに区画されている。第１のばね室６８には、第１のロックピン６１を先端側ＺＡに付勢する第１のばね６２が収容されている。一方、第１の解除室６７には、上述した作動油通路２４（図１参照）を通じて作動油が供給される。この供給される作動油の圧力に基づく力により第１のロックピン６１は基端側ＺＢに付勢される。

第１の凹部６３は、カバー３６においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第１の凹部６３は、相対的に深さが浅く形成された第１の上段部６４と、相対的に深さが深く形成された第１の下段部６５とから構成されている。第１の上段部６４は、第１の下段部６５よりも遅角側に形成されている。

遅角ロック機構７０は、ベーン５３Ｂに設けられた円筒状の第２のロックピン７１と、第２のロックピン７１が嵌入する第２の凹部７３とを備えている。この第２の凹部７３は、カバー３６に形成されている。

第２のロックピン７１は、ベーン５３Ｂに形成されたベーン孔７６において先端側ＺＡ及び基端側ＺＢに往復動するとともに、ベーン５３Ｂの外部に突出して第２の凹部７３に嵌入する。ベーン孔７６は、第２のロックピン７１により、基端側ＺＢの第２のばね室７８と、先端側ＺＡの第２の解除室７７とに区画されている。第２のばね室７８には、第２のロックピン７１を先端側ＺＡに付勢する第２のばね７２が収容されている。一方、第２の解除室７７には、上述した作動油通路２４（図１参照）を通じて作動油が供給される。この供給される作動油の圧力に基づく力により第２のロックピン７１は基端側ＺＢに付勢される。

第２の凹部７３は、カバー３６においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第２の凹部７３は、相対的に深さが浅く形成された第２の上段部７４と、相対的に深さが深く形成された第２の下段部７５とから構成されている。第２の上段部７４は、第２の下段部７５よりも遅角側に形成されている。

第１のロックピン６１、第２のロックピン７１、第１の凹部６３に形成された第１の上段部６４及び第１の下段部６５、並びに第２の凹部７３に形成された第２の上段部７４及び第２の下段部７５は、吸気用カム軸３２に作用する交番トルクによりバルブタイミングを特定時期ＰＭにまで段階的に進角させるラチェット機能を有する。すなわち、第１の凹部６３に形成された第１の上段部６４及び第１の下段部６５は、第１のロックピン６１がこれら段部６４，６５に嵌入したときに同ロックピン６１の遅角側への変位をそれぞれ規制する。一方、第２の凹部７３に形成された第２の上段部７４及び第２の下段部７５は、第２のロックピン７１が嵌入したときに同ロックピン７１の遅角側への変位をそれぞれ規制する。さらに、第１のロックピン６１が第１の下段部６５に嵌入するとともに第２のロックピン７１が第２の下段部７５に嵌入したときには、第１の下段部６５の進角側の内壁により第１のロックピン６１の進角側への変位が規制される。また、併せて第２の下段部７５の遅角側の内壁により第２のロックピン７１の遅角側への変位が規制される。これにより、バルブタイミングが特定時期ＰＭでロックされる。なお、図４には、ロック機構５１がロック状態であって、バルブタイミングが特定時期ＰＭでロックされた状態を示している。

次に、可変動弁装置３０の作用について説明する。
機関運転に伴いクランク軸１５が回転するとその駆動力がタイミングチェーン１７を介して可変機構５０のスプロケット３５に伝達され、この可変機構５０とともに、吸気用カム軸３２が回転する。これにより、吸気バルブ３１は吸気用カム軸３２に設けられた吸気用カム３３により開閉される。

また、可変機構５０の進角室５６及び遅角室５７に対する作動油の供給又は排出がＯＣＶ２５を通じて制御されると、進角室５６及び遅角室５７の油圧に基づき収容室５５でベーン５３Ｂが変位する。これにより、スプロケット３５及びハウジング５２に対するベーンロータ５３の相対回転位置、すなわちクランク軸１５に対する吸気用カム軸３２の相対回転位置が変更され、吸気バルブ３１のバルブタイミングが変更される。

具体的には、可変機構５０の進角室５６に対して作動油が供給される一方で遅角室５７の作動油が排出されることにより、ベーンロータ５３がハウジング５２に対して進角側方向に相対回転すると、バルブタイミングが進角される。そして、ベーン５３Ｂが遅角室５７の進角側の内壁に接触すると、バルブタイミングは最進角時期ＰＡとなる。また、遅角室５７に対して作動油が供給される一方で進角室５６の作動油が排出されることにより、ベーンロータ５３がハウジング５２に対して遅角側方向に相対回転すると、バルブタイミングは遅角される。そして、ベーン５３Ｂが進角室５６の遅角側の内壁に接触すると、バルブタイミングは最遅角時期ＰＲとなる。

機関停止要求時には、バルブタイミングが特定時期ＰＭになるようにＯＣＶ２５を通じて進角室５６及び遅角室５７の油圧が制御される。そして、進角ロック機構６０の第１の解除室６７から作動油が排出されてこの第１の解除室６７の油圧が解除油圧よりも低くなると、第１のばね６２で付勢された第１のロックピン６１が第１の凹部６３（第１の下段部６５）に嵌入する。併せて、遅角ロック機構７０の第２の解除室７７から作動油が排出されてこの第２の解除室７７の油圧が解除油圧よりも低下すると、第２のばね７２で付勢された第２のロックピン７１が第２の凹部７３（第２の下段部７５）に嵌入する。これにより、第１のロックピン６１の進角側への変位が第１の下段部６５の進角側の内壁で規制されるとともに、第２のロックピン７１の遅角側への変位が第２の下段部７５の遅角側の内壁で規制されて、ロック機構５１がロック状態になる。すなわち、バルブタイミングが特定時期ＰＭにロックされる。以下、このようにロック機構５１がロック状態に移行して機関停止することを「機関通常停止」という。

ここで、上述した機関通常停止の後に、内燃機関１０の始動要求があったときには、ロック機構５１がロック状態にあってバルブタイミングが特定時期ＰＭにロックされた状態でクランキングが開始される。上述したように、この特定時期ＰＭは機関始動可能なバルブタイミングに設定されているため、内燃機関１０は良好に始動することができる。

そして、機関始動後に所定条件が成立すると、第１のロックピン６１及び第２のロックピン７１が第１の凹部６３及び第２の凹部７３からそれぞれ抜脱される。具体的には、進角ロック機構６０の第１の解除室６７に作動油が供給されてこの第１の解除室６７の油圧が解除油圧よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により第１のロックピン６１は基端側ＺＢに移動して第１の凹部６３から抜脱する。また、遅角ロック機構７０の第２の解除室７７に対しても作動油が供給されてこの第２の解除室７７の油圧が解除油圧よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により第２のロックピン７１は基端側ＺＢに移動して第２の凹部７３から抜脱する。これにより、ハウジング５２とベーンロータ５３との相対回転が許容される。その後、バルブタイミングが機関運転状態に適した所望の時期となるように、ＯＣＶ２５の制御が実行される。

一方、機関停止要求時においてロック機構５１がロック状態に移行しなかったときには、特定時期ＰＭとは異なる時期となった状態で内燃機関１０の運転が停止する。以下、このようにロック機構５１がロック状態に移行することなく機関停止することを「機関異常停止」という。

そして、こうした機関異常停止の後に、内燃機関１０の始動要求があったときには、バルブタイミングが特定時期ＰＭにない状態でクランキングが開始されることとなり、機関始動が不能となったり、機関始動に長期間を要したりする等、機関始動性の悪化を招くおそれがある。なお、こうした機関異常停止時には、内燃機関１０の停止が完了するまでに、進角室５６及び遅角室５７の各油圧の低下に伴いバルブタイミングが遅角する方向に向かってベーンロータ５３とスプロケット３５とが相対回転するため、バルブタイミングが最遅角時期ＰＲまで変化することが多い。

そこで、機関異常停止後の機関始動性を向上させるべく、本実施形態のロック機構５１は、上述したラチェット機能を有している。すなわち、ロック機構５１の第１の凹部６３及び第２の凹部７３に複数の段部６４，６５，７４，７５が形成されている。これにより、クランキング時に吸気用カム軸３２に作用する交番トルクを利用して、バルブタイミングを最遅角時期ＰＲから特定時期ＰＭにまで進角させるようにしている。

次に、図５及び図６を参照し、機関始動時においてバルブタイミングが最遅角時期ＰＲから特定時期ＰＭまで進角する過程について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、バルブタイミングが最遅角時期ＰＲから特定時期ＰＭまで進角する過程について順に示したものである。なお、図６（ａ）〜（ｄ）では、進角ロック機構６０の動作状態と遅角ロック機構７０の動作状態との関係を容易に把握できるよう、第１のロックピン６１と第２のロックピン７１とを同一のベーン５３Ｂから互いに逆向きに突出するように示しているとともに、第１の凹部６３と第２の凹部７３とを軸方向に向き合うように示している。

ここで、機関運転中には、吸気用カム３３による吸気バルブ３１の開閉駆動に伴い、バルブタイミングが遅角側に変化する方向にベーンロータ５３とハウジング５２とを相対回転させようとする正トルクと、バルブタイミングが進角側に変化する方向にベーンロータ５３とハウジング５２とを相対回転させようとする負トルクとが吸気用カム軸３２に対して交互に作用する。

すなわち、図５（ｃ）の左図に示すように、バルブリフト量が増大する期間であるタイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間では、吸気用カム軸３２が回転方向ＲＣに回転すると、吸気用カム３３のカムノーズ３３Ａによりリフタ３７を介して吸気用バルブスプリング３４が押圧される。これにより、吸気用バルブスプリング３４が収縮するため、正トルクＦ１が吸気用カム軸３２に作用する。

一方、図５（ｃ）の右図に示すように、バルブリフト量が減少する期間であるタイミングＴ２からタイミングＴ３までの期間では、収縮した吸気用バルブスプリング３４が元の状態に復元するため、負トルクＦ２が吸気用カム軸３２に対して作用する。

なお、図５（ｃ）の中央図に示すように、吸気用バルブスプリング３４が最も収縮するとともにカムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７と接触しているタイミングＴ２では、正トルク及び負トルクのいずれも吸気用カム軸３２に作用しない。

こうした交番トルクが、上述した機関異常停止後の機関始動時であって、進角室５６及び遅角室５７の各油室の油圧が十分に上昇していない状況のもとで、吸気用カム軸３２に対して作用すると、ベーンロータ５３及びハウジング５２が相対回転する。すなわち、負トルクが作用する期間にはロックピン６１，７１はカバー３６に対して進角側に変位し、正トルクが作用する期間にはロックピン６１，７１はカバー３６に対して遅角側に変位する。

例えばバルブタイミングが最遅角時期ＰＲにあるときに上述したような負トルクが吸気用カム軸３２に作用すると、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度がクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度を一時的に上回る。これにより、ベーンロータ５３がハウジング５２に対して進角側方向に相対回転し、第１のロックピン６１及び第２のロックピン７１が進角側に変位する。そして、図６（ａ）に示すように、第１のロックピン６１が第１の上段部６４に嵌入可能な位置にあるときに、すなわち第１のロックピン６１が第１の上段部６４の基端側ＺＢに位置するときに、第１のロックピン６１が第１の上段部６４に嵌入する。この状態において正トルクが吸気用カム軸３２に作用することによりバルブタイミングが遅角する方向にハウジング５２とベーンロータ５３とが相対回転しようとするときには、第１の上段部６４の遅角側の内壁に第１のロックピン６１が接触する。そのため、バルブタイミングが遅角する方向にハウジング５２とベーンロータ５３とが相対回転することが規制される。これにより、最遅角時期ＰＲよりも進角側の第１遅角時期ＰＸ１において、バルブタイミングの遅角が規制される。

そして、この状態で、吸気用カム軸３２に対してさらに作用する交番トルクに基づき、第２のロックピン７１が第２の上段部７４に嵌入し（図６（ｂ））、第１のロックピン６１が第１の下段部６５に嵌入し（図６（ｃ））、第２のロックピン７１が第２の下段部７５に嵌入する（図６（ｄ））。これにより、バルブタイミングの遅角が第２遅角時期ＰＸ２、第３遅角時期ＰＸ３、特定時期ＰＭで順に規制され、バルブタイミングが特定時期ＰＭでロックされた状態に移行する。

図７（ａ）には、図７（ｃ）の実線に示すようにクランキングを継続して実行した「通常時」におけるハウジング５２の回転速度及びベーンロータ５３の回転速度の推移を示している。同図７（ａ）のタイミングＴ２からタイミングＴ３の破線に示すように、バルブリフト量の減少期間であって負トルクが吸気用カム軸３２に作用する期間には、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度がクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度を一時的に上回る。これにより、ベーンロータ５３がハウジング５２に対して進角側方向に相対回転する。このときの両回転体の相対回転量は、同図７（ａ）の斜線で示す範囲で示される。しかし、この相対回転量が十分ではない場合には、たとえ吸気用カム軸３２に対して負トルクが作用する場合であっても、ベーンロータ５３がハウジング５２に対して十分に進角側方向に相対回転しないため、ロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に嵌入可能な位置まで変位しなくなる。そして、ロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に嵌入可能な位置まで変位しない場合には、ロックピン６１，７１を段部６４，６５，７４，７５に嵌入させることができず、ラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期ＰＭまで進角させることが困難になる。また、ロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に嵌入可能な位置にまで変位した場合であっても、こうした嵌入可能な位置にある期間が、ロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に向けて変位しこれに嵌入するのに要する期間よりも短い場合には、やはりロックピン６１，７１を段部６４，６５，７４，７５に嵌入させることができない。

そこで、本実施形態では、ベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量を増大すべく、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、「クランキング速度変更処理」が実行される。具体的には、「クランキング速度変更処理」として、同図７（ｃ）の二点鎖線で示すように、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７と接触するタイミングＴ２を過ぎた時点でクランキングが停止される。すなわち、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７を通過した時点でクランキングが停止される。これにより、クランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度が低下して吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度との相対差を増大させることができる。そのため、同図７（ｂ）の斜線で示される「クランキング速度低下時」のベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量は、図７（ａ）の斜線で示される「通常時」のベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量よりも大きくなる。

ここで、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３は、収縮した吸気用バルブスプリング３４が復元する際に吸気用カム３３に作用する押圧力によりその回転速度が上昇する。したがって、クランキング速度の停止時期が、吸気用バルブスプリング３４が復元する期間であるバルブリフト量の減少期間において早く設定されるほど、ベーンロータ５３の回転速度とハウジング５２の回転速度との相対差が大きくなる。そして、これら回転速度の相対差が大きくなることにより、同図７の斜線で示されるベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量も大きくなる。そこで、本実施形態では、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７を通過した時点であって、吸気用カム軸３２に作用するトルクが正トルクから負トルクに切り替わったとき、すなわち、バルブリフト量の減少期間に切り替わったときにクランキングが停止される。

なお、図７（ａ）、（ｂ）のタイミングＴ１からタイミングＴ２に示すように、バルブリフト量の増大期間であって正トルクが吸気用カム軸３２に作用する期間には、ハウジング５２に対するベーンロータ５３の遅角側への相対回転は、進角室５６の遅角側の内壁（最遅角時期ＰＲにある場合）またはラチェット機能（第１遅角時期ＰＸ１、第２遅角時期ＰＸ２、第３遅角時期ＰＸ３にある場合）により規制される。したがって、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３は、クランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２と同一の回転速度で回転する。

次に、図８を参照し、内燃機関１０の始動時に実行される「始動時処理」の処理手順について説明する。同図に示す一連の処理は、制御部８０により一定周期をもって繰り返し実行される。

本処理が開始されると、まず、処理回数カウンタＣが「０」であるか否かが判定される（ステップＳ１００）。この処理回数カウンタＣの初期値は「０」であって、後述する「クランキング速度変更処理」が１回実行されると「１」インクリメントされる。

ここで、処理回数カウンタＣが「０」である旨判定される場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、始動要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。具体的には、操作者による押動操作に伴いプッシュ式スタートスイッチ８５からスタート信号ＳＴＳＷが出力されたときに始動要求がある旨判定される。そして、始動要求がない旨判定される場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、本処理は終了される。

一方、始動要求がある旨判定される場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、極低温始動時であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。具体的には、吸気温センサ８４により検出される吸気温Ｔａｉｒが摂氏マイナス３０度以下であるとき（Ｔａｉｒ≦−３０℃）に極低温始動時である旨判定される。

ここで、吸気温の極低温時であって内燃機関１０の温度が低い冷間始動時である場合には、作動油の温度が低くその粘性が高くなるため、吸気用カム軸３２に作用する交番トルクによりベーンロータ５３とハウジング５２とが相対回転する際に生じる作動油の抵抗力も増大するようになる。その結果、負トルクが吸気用カム軸３２に作用したときに生じるベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量が小さくなり、クランキングの実行中にバルブタイミングを特定時期ＰＭまで変更してロック機構５１をロック状態に移行させ難くなる。また、冷間始動時には、噴射燃料の気化が促進されず燃焼し難い状態にあるため、クランキング開始から内燃機関１０が完爆状態に移行するまでの期間が長くなる。したがって、こうした冷間始動時においてクランキング開始時にロック機構５１がロック状態ではなくバルブタイミングが特定時期ＰＭにない場合には、機関始動性の悪化がより顕著なものとなる。

一方、極低温始動時ではなく、内燃機関１０の温度が比較的高い場合には、たとえロック機構５１がロック状態になくバルブタイミングが特定時期ＰＭにロックされていない場合であっても、機関始動を完了させることができる可能性が高いと判断することができる。これは、内燃機関１０の温度が比較的高く作動油の粘性が低い時には、クランキング時に吸気用カム軸３２に作用する負トルクにより生じるベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量も比較的大きくなるため、ラチェット機能を通じて比較的良好にバルブタイミングを進角させて特定時期ＰＭにまで移行させることができる可能性が高いと判断することができるためである。さらに、内燃機関１０の温度が比較的高い場合には、燃焼室１２における噴射燃料の気化が比較的良好に行われて、燃焼しやすい状況にあると判断することができるためである。

そこで、上記ステップＳ１０２の判定処理において極低温始動時でない旨判定される場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ロック機構５１のロック状態であるか否かに関わらず、ステップＳ１０３以下の処理が実行されず、通常の機関始動が実行される（ステップＳ１１１）。すなわち、スタータ２２によるクランキングが実行されて本処理は終了される。

一方、上記ステップＳ１０２の判定処理において極低温始動時である旨判定される場合には（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、まず、ロック機構５１がロック状態にあるか否かが判定される。すなわち、スタータ２２によるクランキングが実行された後（ステップＳ１０３）、所定期間Ｔαが経過するまでに内燃機関１０が完爆状態に移行したか否かが判定される（ステップＳ１０４）。具体的には、クランク角センサ８１により検出される機関回転速度ＮＥが完爆回転速度ＮＳに達した場合に（ＮＥ≧ＮＳ）、完爆状態に移行した旨判定される。なお、「完爆」とは、内燃機関１０のクランク軸１５が自律回転可能な状態に達したことを示す。また、「完爆回転速度ＮＳ」とは、クランク軸１５が自律回転可能な状態に達したと判断することのできる機関回転速度ＮＥとして予め設定された値である（例えば４００ｒｐｍ）。上述した所定期間Ｔαは、クランキング開始時にバルブタイミングが特定時期ＰＭにない可能性が高いと判断することのできる期間が予め設定されている（例えば５秒）。

そして、所定期間Ｔαが経過するまでに内燃機関１０が完爆状態に移行した旨判定される場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ロック機構５１がロック状態にあって、良好に機関始動が完了したと判断することができる。そのため、スタータ２２が停止されてクランキングが停止される（ステップＳ１０９）。続いて、処理回数カウンタＣが初期値である「０」に戻されて、または「０」のまま維持されて（ステップＳ１１０）本処理は終了される。

一方、所定期間Ｔαが経過するまでに完爆状態に移行しなかった旨判定される場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ロック機構５１がロック状態になくバルブタイミングが特定時期ＰＭにない状態であると判断することができる。

そこで、処理回数カウンタＣが第２の所定回数Ｎβに達しているか（Ｃ＝Ｎβ）否かが判定される（ステップＳ１０５）。すなわち、本ステップの判定処理実行時よりも前に、「クランキング速度変更処理」がすでに第２の所定回数Ｎβ実行されたか否かが判定される。そして、「クランキング速度変更処理」の実行回数が第２の所定回数Ｎβ未満である旨（Ｃ＜Ｎβ）判定される場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、「クランキング速度変更処理」として、スタータ２２によるクランキングの停止及び再開が第１の所定回数Ｎα繰り返して実行される（ステップＳ１０６）。すなわち、スタータ２２を一旦停止して再び駆動する動作が１セットとされ、このセットが第１の所定回数Ｎα連続して実行される。この第１の所定回数Ｎαは、クランキング開始時にロック機構５１がロック状態になく、バルブタイミングが最遅角時期ＰＲにある場合に、ラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期ＰＭにまで進角するためにクランキングを停止する回数として適切な回数が予め設定されている。本実施形態では、第１の凹部６３及び第２の凹部７３に４つの段部６４，６５，７４，７５が形成されており、４段階で特定時期ＰＭまで進角される。また、上述したように、クランキングを一旦停止すると、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度と、クランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度との相対差が大きくなることにより、ベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量を増大させることができる。こうして相対回転量が増大することにより、ロックピン６１，７１を段部６４，６５，７４，７５に嵌入させることのできる可能性が高まる。そこで、例えば第１の所定回数Ｎαとして、４回に設定される。これにより、１回のクランキング停止に伴いロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に嵌入可能であって１段階進角することが可能な場合には、こうしたクランキング停止が４回実行される「クランキング速度変更処理」が１回実行されることにより、バルブタイミングが特定時期ＰＭにまで進角される。

なお、スタータ２２によるクランキングを一旦停止する時期は、上述したように、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７を通過した時点に設定される。具体的には、制御部８０は、クランク角センサ８１及びカム角センサ８２から出力される信号により吸気用カム軸３２の位置を把握し、この把握した吸気用カム軸３２の位置に基づきスタータ２２の停止時期を制御する。

こうして「クランキング速度変更処理」が実行されると、処理回数カウンタＣが更新されて「１」インクリメントされ（ステップＳ１０７）、本処理は一旦終了される。
そして、ステップＳ１００からの処理が再び実行されると、処理回数カウンタＣが「０」ではないため、ステップＳ１００の判定処理が否定判定される（ステップＳ１００：ＮＯ）。これにより、ステップＳ１０３に移行してクランキングが実行される（ステップＳ１０３）。ここでは、スタータ２２によるクランキングがすでに実行されているため、このクランキングが続行される。そして、ステップＳ１０３に移行した後、所定期間Ｔαが経過するまでに内燃機関１０が完爆状態に移行したか否かが再び判定される（ステップＳ１０４）。ここで、内燃機関１０が完爆状態に移行しなかった旨判定される場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、処理回数カウンタＣが第２の所定回数Ｎβに達するまで、上述したステップＳ１０６の「クランキング速度変更処理」が繰り返し実行される。この第２の所定回数Ｎβは、クランキング開始時にロック機構がロック状態にない場合であっても、ラチェット機能を通じてロック機構をロック状態に移行させることができると考えられる「クランキング速度変更処理」の実行回数や、バッテリ２３の負荷等を考慮して予め設定されている。

ところで、ステップＳ１０５の判定処理において、処理回数カウンタＣが第２の所定回数Ｎβに達した旨（Ｃ＝Ｎβ）判定される場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、スタータ２２によるクランキングが長期間継続されることによりバッテリ２３の負荷が増大している虞があると判断される。そこで、機関始動が中止される（ステップＳ１０８）。すなわち、たとえ内燃機関１０が完爆状態に移行していない場合であっても、スタータ２２によるクランキング操作が強制終了される。これにより、クランキングが停止されるとともに（ステップＳ１０９）、処理回数カウンタＣが初期値である「０」に戻されて（ステップＳ１１０）、本処理は終了される。

次に、図９を参照し、吸気バルブ３１のバルブリフト量及び吸気用カム軸３２に作用するトルク（カムトルク）の推移と、上述した「クランキング速度変更処理」が実行されたときのクランキング及びクランキング速度の推移、並びにバルブタイミングの推移について説明する。なお、同図９には、吸気用カム軸３２に設けられた３つの吸気用カム３３により開閉駆動される吸気バルブ３１の開弁期間が２４０°ＣＡである場合を例に、バルブリフト量及びカムトルクの推移をそれぞれ示している。また、先の図８のステップＳ１０６に示した「クランキング速度変更処理」の第１の所定回数Ｎαが「４回」であるときの例を示している。

バルブタイミングが最遅角時期ＰＲにあるときに機関始動が実行されて、クランキングが開始されると、同図９に示すように、バルブリフト量が増大する期間には、吸気用カム軸３２に正トルクが作用する（例えばタイミングＴ１からタイミングＴ２の期間）。そして、バルブリフト量が減少する期間には吸気用カム軸３２に負トルクが作用するため、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に接触するタイミングＴ２を過ぎたときから、クランキングが停止される。換言すると、吸気用カム軸３２に作用するトルクが正トルクから負トルクに切り替わったときにクランキングが停止される。そして、クランキングが停止されてから所定期間ΔＴの経過後にスタータ２２が再び駆動されてクランキングが再開される。なお、ラチェット機能を通じたバルブタイミングの進角効果は、クランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度と吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度との相対差が大きくなるほどこれら両回転体の相対回転量が大きくなるため、高くなる傾向がある。そこで、上述した所定期間ΔＴは、同図９に示すように、クランキング速度を一旦「０」にまで低下させた上で再び上昇させることができる好適な期間が設定される。

上述したタイミングＴ２をすぎた時点で実行されたクランキングの停止により、最遅角時期ＰＲにあったバルブタイミングが第１遅角時期ＰＸ１にまで進角される。さらに、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に再び接触したタイミングＴ３を過ぎた時点で停止され、これによりバルブタイミングが第２遅角時期ＰＸ２にまで進角される。同様に、タイミングＴ４を過ぎた時点、及びタイミングＴ５を過ぎた時点においてクランキングがそれぞれ停止され、これにより、バルブタイミングが特定時期ＰＭにまで進角される。

こうしてステップＳ１０６で実行される「クランキング速度変更処理」が終了すると、再び実行される「始動時処理」のステップＳ１０４において内燃機関１０が完爆状態に移行したか否かが判定される。同図９に示すように、バルブタイミングが特定時期ＰＭにまで移行することにより機関始動が良好に完了した場合には、ステップＳ１０４において肯定判定がなされるため、「始動時処理」が終了される。一方、「クランキング速度変更処理」が実行された場合であっても、内燃機関１０が完爆状態に移行しなかった旨判定される場合には、ステップＳ１０４において否定判定がなされるため、図９に示す「クランキング速度変更処理」が第２の所定回数Ｎβに達するまで繰り返し実行される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）ロック機構がロック状態ではない旨判定されるときに（ステップＳ１０４：ＮＯ）、スタータ２２によるクランキング操作に際してそのクランキング速度を低下させる「クランキング速度変更処理」が実行される（ステップＳ１０６）。このため、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度がクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度を上回るときに、それら回転速度の相対差を増大させることができる。これにより、バルブタイミングが進角する方向へのベーンロータ５３及びハウジング５２の相対回転量が大きくなるため、ロックピン６１，７１が段部６４，６５，７４，７５に嵌入しやすくなる。したがって、クランキング開始時にロック機構５１がロック状態になく、バルブタイミングが特定時期ＰＭにない場合であっても、ロック機構５１のラチェット機能を通じてバルブタイミングを特定時期ＰＭに迅速に進角させることができるようになる。

（２）「クランキング速度変更処理」により、クランキング中においてクランキング速度の低下が複数回実行されるため（ステップＳ１０６）、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度がクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度を上回る機会を多くすることができる。これにより、ロックピン６１，７１を複数の段部６４，６５，７４，７５に順次嵌入させることが容易になり、バルブタイミングを特定時期ＰＭまでより迅速に進角させることができるようになる。

（３）スタータ２２によるクランキング操作はプッシュ式スタートスイッチ８５が押動操作されたことを条件に実行される。これに対し、オン位置、オフ位置、始動位置、アクセサリ位置といった４種の位置が操作者によるイグニッションキーの操作により選択され、同イグニッションキーの操作位置が始動位置に保持されていることを条件にスタータ２２によるクランキング操作がなされる内燃機関では、上述した「クランキング速度変更処理」の実行中にイグニッションキーの操作位置が始動位置からオン位置に戻されると、これに合わせてスタータ２２によるクランキング操作も停止されることとなる。このため、「クランキング速度変更処理」の実行期間を十分に確保することができず、ロック機構５１のラチェット機能を十分に発揮することができなくなる虞がある。この点、本実施形態では、操作者によりプッシュ式スタートスイッチ８５が一度押圧操作されると、クランキングが自動制御されるため、「クランキング速度変更処理」の実行期間を十分に確保することができるようになる。

（４）内燃機関１０が完爆状態に移行しないまま「クランキング速度変更処理」が第２の所定回数Ｎβ実行された旨判定されるときに（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）スタータ２２によるクランキング操作が強制終了されるため（ステップＳ１０８）、スタータ２２の動力源であるバッテリ２３に対する負荷を軽減することができるようになる。

（５）常時噛み合い式のスタータ２２が使用されているため、スタータ２２に設けられたピニオンギヤとクランク軸１５に設けられたリングギヤとの噛み合い動作が「クランキング速度変更処理」に伴うクランキングの停止及び再開の都度実行されることはない。したがって、スタータに設けられたピニオンギヤとクランク軸１５に設けられたリングギヤとがクランキングの実行時にのみ噛み合うべくこれらギヤの噛み合いと離間とが繰り返されるスタータが使用された場合と比較して、ギヤの摩耗を抑制することができる。

（６）吸気用カム軸３２の位置に基づき、クランキングの停止時期が決定される。詳しくは、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７を通過した時点であって、吸気用カム軸３２に作用するトルクが正トルクから負トルクに切り替わったとき、すなわち、バルブリフト量の減少期間に切り替わったときにクランキングが停止される。したがって、クランキングの停止に伴うベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転量をより大きくすることができ、ラチェット機能を通じてバルブタイミングをより迅速に特定時期ＰＭに進角することができるようになる。

（７）極低温始動時であることを条件に（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ロック機構５１がロック状態にあるか否かを判定すべく始動不良が発生したか否かが判定されるとともに（ステップＳ１０４）、「クランキング速度変更処理」が実行される（ステップＳ１０６）。したがって、作動油の粘性が高いためにラチェット機能を通じてバルブタイミングを迅速に変更し難く、また噴射燃料の気化が促進されず燃焼し難いといった機関始動性の悪化が発生しやすい状況において、これを好適に抑制することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお、この発明にかかる内燃機関の制御装置は、上述した実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、この実施形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態で示した第１の所定回数Ｎα、第２の所定回数Ｎβ及び所定期間Ｔα等は、それぞれ一例であって、適宜変更することができる。また、吸気温や、内燃機関１０の温度に基づき、これらの値を可変設定するようにしてもよい。例えば、吸気温や機関温度が低いときには作動油の粘性が高くなることを考慮し、温度が低いときほど第１の所定回数Ｎαを多く設定するといった態様を採用することもできる。

・上記実施形態では、吸気温センサ８４により検出される吸気温Ｔａｉｒが摂氏マイナス３０度以下である（Ｔａｉｒ≦−３０℃）ときに極低温始動時である旨判定される（ステップＳ１０２）例を示した。しかし、極低温始動時である旨判定する態様としては、この例に限られず適宜変更することができる。例えば、エアフロメーター８３に吸気温を検出するセンサを内蔵するとともに、このエアフロメーター８３により吸気温Ｔａｉｒを検出するようにしてもよい。

・また、極低温始動時である旨判定する際の吸気温Ｔａｉｒの閾値（上記実施形態では摂氏マイナス３０度）についても変更することができる。この閾値としては、内燃機関１０の特性等を考慮して設定するようにすればよい。

・さらに、上記実施形態で示したような吸気温が低温であることを条件とする態様に代わり、内燃機関１０が低温であることを条件とする態様を採用することもできる。例えば、内燃機関１０の冷却水温の温度が所定温度以下であることを条件として、始動不良が発生したか否かを判定するとともに（ステップＳ１０４）、始動不良が発生した旨判定されるとき、すなわちロック機構５１がロック状態にないと判断されるときに（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０６に示した「クランキング速度変更処理」を実行するようにしてもよい。この場合であっても上記各作用効果を奏することができる。なお、たとえ吸気温が低温であっても、内燃機関１０の停止後、再度始動されるまでの期間が比較的短い場合には、内燃機関１０の温度が比較的高く維持されている。そして、こうした温間始動時には、作動油の粘度が比較的低く、ベーンロータ５３とハウジング５２との相対回転が良好に生じることや、噴射燃料の気化が促進されること等により、たとえ機関異常停止後の機関始動であっても、比較的良好に機関始動が完了する可能性がある。したがって、内燃機関１０の温度に基づいて「クランキング速度変更処理」の実行機会を適切に判断することができる。

・上記実施形態では、極低温始動時であることを条件に（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、始動不良が発生したか否かが判定されるとともに（ステップＳ１０４）、「クランキング速度変更処理」が実行される（ステップＳ１０６）例を示した。しかし、極低温始動時であるか否かに関わらず、始動不良が発生した旨判定されるとき、すなわちロック機構５１がロック状態にないと判断されるときに（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０６に示した「クランキング速度変更処理」を実行するようにしてもよい。この場合であっても、上記（１）〜（６）に示した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、常時噛み合い式のスタータ２２が設けられる例を示した。しかし、スタータに設けられたピニオンギヤとクランク軸１５に設けられたリングギヤとがクランキングの実行時にのみ噛み合い、機関回転速度が上昇したときにはこれらギヤの噛み合いが解除されるタイプのスタータを採用するようにしてもよい。この場合であっても、上記（１）〜（４）、（６）、及び（７）に示した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、プッシュ式スタートスイッチ８５が押動操作されたことを条件にクランキング操作が実行される例を示した。これに対し、操作者によりイグニッションキーが始動位置に保持されていることを条件にクランキング操作が実行される態様を採用してもよい。この場合であっても、上記（１）、（２）、及び（４）〜（７）に示した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、クランキング時に内燃機関１０が完爆状態に移行するか否かに基づいて、クランキング開始時にロック機構５１がロック状態にあるか否かが判定される例を示した（ステップＳ１０４）。しかし、ロック機構５１がロック状態に移行したか否かを機関停止時に判定するとともに、この判定結果を制御部８０のメモリ８０Ａに記憶し、次の機関始動時においてメモリ８０Ａを参照することによりロック機構５１がロック状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。

・また、ロック機構５１がロック状態にあるか否かを検出することのできるセンサを設けるとともに、このセンサの検出結果に基づきロック機構５１がロック状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、吸気用カム軸３２の位置に基づいてクランキング速度の低下時期が決定される例を示した。しかし、吸気用カム軸３２の位置に関係なくスタータ２２の停止及び再駆動を実行し、これによりクランキング速度の低下及び上昇を実行するようにしてもよい。この場合には、「クランキング速度変更処理」におけるクランキングの停止及び再開の回数（上述した第１の所定回数Ｎα）を増加させるなど、第１の所定回数Ｎαを適宜変更するようにしてもよい。この場合であっても、上記（１）〜（５）、及び（７）に示した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７を通過した時点でスタータ２２を停止させる例を示した。しかし、こうしたクランキング速度を低下させる時期については変更することもできる。例えば、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に接触した時点、すなわち吸気用バルブスプリング３４が最も収縮している時点で（先の図７に示したタイミングＴ２）スタータ２２を停止させることにより、クランキング速度の低下を開始する態様を採用してもよい。この場合であっても、吸気用カム軸３２が有する慣性力により吸気用カム軸３２が回転方向ＲＣに回転するため、バルブリフト量の減少期間であって吸気用カム軸３２に対して負トルクが作用する期間において、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度とクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度との相対差を大きくすることができる。さらに、こうして吸気用カム軸３２に作用する慣性力を考慮することにより、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に接触する以前にスタータ２２を停止させる態様も採用することができる。すなわち、たとえバルブリフト量の増大期間であって吸気用カム軸３２に対して正トルクが作用する期間においてスタータ２２を停止した場合であっても、吸気用カム軸３２が有する慣性力によりカムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に接触してこれを通過することができる場合には、カムノーズ３３Ａの頂点がリフタ３７に接触する以前にスタータ２２を停止させることもできる。

・上記実施形態では、「クランキング速度変更処理」において、スタータ２２を停止させることによりクランキング速度を低下させる例を示した。これに対し、クランキング速度を可変設定することのできるスタータを設けるとともに、このスタータを停止せずクランキング速度を低下させるようにしてもよい。例えばクランキング速度を半分の速度に低下させるといった態様を採用することもできる。この場合であっても、吸気用カム軸３２に駆動連結されたベーンロータ５３の回転速度とクランク軸１５に駆動連結されたハウジング５２の回転速度の相対差を、クランキング速度を低下させる前と比較して大きくすることができるため、上述した各作用効果を奏することができる。ただし、両回転体の回転速度の相対差を増大させることにより相対回転量を大きくする上では、「クランキング速度変更処理」に伴うクランキング速度の低下勾配は急であるとともに、低下度合いも大きく設定されることが好ましい。したがって、上記実施形態で示したように、クランキングを停止してクランキング速度を「０」にまで低下させることにより相対回転量をより増大させることができ、上記（１）に示した作用効果を好適に得ることができる。

・本発明にかかる制御装置の適用対象となる内燃機関は、上記実施形態で例示した直列三気筒型の内燃機関に限られるものではない。すなわち、Ｖ型の気筒配列とした内燃機関の他、例えば、図１０に示すように、直列四気筒型の内燃機関の制御装置として具体化することもできる。この場合には、カムノーズ１３３Ａの頂点は、カム軸１３２の中心軸周りに９０°ごとに配置される。したがって、先の図９に示したように、２４０°ＣＡごとにクランキングを停止する上記実施形態の実行態様に代わり、カムノーズ１３３Ａの位置を考慮して１８０°ＣＡごとにクランキングを停止することにより、上記各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態で示したロック機構５１の構成については一例であって、適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、進角ロック機構６０及び遅角ロック機構７０は、特定時期ＰＭよりも遅角側にあるバルブタイミングを進角させるラチェット機能を有する例を示した。これに対し、特定時期ＰＭよりも進角側にあるバルブタイミングを遅角させる機能も併せて有するように進角ロック機構６０及び遅角ロック機構７０を構成するようにしてもよい。

・また、上記各実施形態では、ロック機構５１が進角ロック機構６０と遅角ロック機構７０とにより構成される例を示した。これに対し、単一のロック機構によりロック機構５１が構成されていてもよい。この場合であっても、深さが異なる複数の段部が単一のロック機構の凹部に形成されることにより、このロック機構は、バルブタイミングを自律的に変更することのできるラチェット機能を有することが可能である。したがって、上述した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、凹部６３，７３がカバー３６に形成された例を示したが、これら凹部６３，７３をスプロケット３５に形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、第１のロックピン６１及び第２のロックピン７１がいずれもベーンロータ５３に設けられる一方、第１の凹部６３及び第２の凹部７３がいずれもカバー３６に設けられる例を示した。これに対し、ピン６１，７１がいずれもカバー３６に設けられる一方、凹部６３，７３がいずれもベーンロータ５３に設けられる構成を採用してもよい。また、ピン６１，７１が互いに異なる回転体に設けられる構成を採用してもよい。例えば、第１のロックピン６１はベーンロータ５３に設けられるとともに第１の凹部６３がカバー３６に設けられる一方、第２のロックピン７１はカバー３６に設けられるとともに第２の凹部７３がベーンロータ５３に設けられるようにしてもよい。

・また、上記実施形態では、ベーンロータ５３に設けられたロックピン６１，７１が先端側ＺＡ及び基端側ＺＢに往復動するとともに、これらロックピン６１，７１がそれぞれ嵌入する凹部６３，７３がカバー３６に形成された例を示した。これに対し、ベーンロータ５３の外周面から突出する態様でロックピンを設ける一方、このロックピンが嵌入する凹部をハウジング５２の内周面に設ける構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、スプロケット３５がクランク軸１５に駆動連結され、ベーンロータ５３が吸気用カム軸３２に駆動連結された例を示した。しかし、スプロケット３５が吸気用カム軸３２に駆動連結され、ベーンロータ５３がクランク軸１５に駆動連結される態様にて可変動弁装置３０を構成することもできる。この場合であっても、上述した各作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置３０を備える内燃機関の制御装置として具体化した例を示したが、排気バルブ４１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置として本発明を具体化することも可能である。また、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置、及び排気バルブ４１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置のいずれも備える内燃機関の制御装置として本発明を具体化することも可能である。

・上記実施形態では、バルブタイミングが特定時期よりも遅角側にあるときに、これを段階的に特定時期まで進角させる場合について説明したが、バルブタイミングが特定時期よりも進角側にあるときにこれを段階的に特定時期まで遅角させる場合にあっても、上述したようにクランキング速度の低下及び上昇を連続して複数回実行することにより、同バルブタイミングを特定時期にまで迅速に遅角させることができる。

・車両駆動源として内燃機関の他、電動発電機（モータジェネレータ）を備えるハイブリッド車両にあっては、内燃機関の始動操作がこの電動発電機を通じて行われることとなる。上記実施形態において説明した一連の制御は、こうした電動発電機によって内燃機関の始動操作が行われる場合であっても適用することができる。なお、本発明において適用可能な機関始動装置は内燃機関を停止状態から完爆状態に移行させることが可能なものであれば、上述したスタータや電動発電機に限定されない。

１０…内燃機関、１１…ピストン、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…クランク軸、１６…クランク軸用スプロケット、１７…タイミングチェーン、１８…コネクティングロッド、２０…オイルポンプ、２１…オイルパン、２２…スタータ（機関始動装置）、２３…バッテリ、２４…作動油通路、２５…油路制御弁（ＯＣＶ）、３０…可変動弁装置、３１…吸気バルブ、３２，１３２，２００…吸気用カム軸、３３…吸気用カム、３３Ａ，１３３Ａ…吸気用カムノーズ、３４…吸気用バルブスプリング、３５，１０１…スプロケット（第１の回転体）、３６…カバー（第１の回転体）、３７…リフタ、４１…排気バルブ、４２…排気用カム軸、４３…排気用カム、４４…排気用バルブスプリング、４５…排気用カム軸用スプロケット、５０，１００…可変機構、５１，１１０…ロック機構、５２，１０２…ハウジング（第１の回転体）、５３，１０３…ベーンロータ（第２の回転体）、５３Ａ…ボス、５３Ｂ，１０３Ａ…ベーン、５４…区画部、５５，１０５…収容室、５６，１０６…進角室、５７，１０７…遅角室、６０…進角ロック機構、６１…第１のロックピン、６２…第１のばね、６３…第１の凹部、６４…第１の上段部、６５…第１の下段部、６６，７６…ベーン孔、６７…第１の解除室、６８…第１のばね室、７０…遅角ロック機構、７１…第２のロックピン、７２…第２のばね、７３…第２の凹部、７４…第２の上段部、７５…第２の下段部、７７…第２の解除室、７８…第２のばね室、８０…制御部、８０Ａ…メモリ、８１…クランク角センサ、８２…カム角センサ、８３…エアフロメーター、８４…吸気温センサ、８５…プッシュ式スタートスイッチ、１１１…ピン、１１２…凹部、１１３…ばね、１１４…解除室。

Claims (3)

1. クランク軸に駆動連結された第１の回転体とカム軸に駆動連結された第２の回転体とを作動油の油圧に基づき同一の回転軸線周りに相対回転させることにより前記カム軸で開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構と、
   前記両回転体の一方に設けられたロックピンを前記両回転体の他方に設けられた凹部に嵌入させることにより前記両回転体の相対回転を機械的にロックしてバルブタイミングを最遅角時期と最進角時期との間の機関始動可能な特定時期にロックしたロック状態にする一方、前記凹部から前記ロックピンを抜脱することにより前記両回転体を相対回転可能な状態とするものであり、前記回転体の周方向に沿って前記凹部に形成された複数の段部に対して前記カム軸に作用する交番トルクに基づいて前記両回転体が相対回転するときに前記ロックピンを順次嵌入させてバルブタイミングを前記特定時期まで段階的に進角又は遅角させるラチェット機能を有するロック機構と
   を有する可変動弁装置を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記ロック機構がロック状態にないときに、機関始動装置によるクランキング操作に際してそのクランキング速度の低下及び上昇を連続して複数回実行するクランキング速度変更処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記機関始動装置によるクランキング操作はプッシュ式スタートスイッチが押動操作されたことを条件に実行される
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関が完爆状態に移行しないまま前記クランキング速度変更処理が所定回数以上実行されたか否かを判定し、前記クランキング速度変更処理が所定回数以上実行された旨判定されるときに前記機関始動装置によるクランキング操作を強制終了する
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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