JP3699654B2

JP3699654B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP3699654B2
Application number: JP2001024265A
Authority: JP
Inventors: 建彦高橋; 守雄藤原; 浩司和田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002227668A; DE10145160A1; DE10145160C2; KR100417143B1; US6520131B2; KR20020064134A; US20020100442A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、運転状態に応じて吸気および排気のバルブタイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、特に冷機アイドル時に触媒昇温を促進させつつカム角の基準位置を学習することにより、暖機後のアイドル制御性を安定させて回転変動およびエンストの発生を防止するとともに、有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載された内燃機関（エンジン）においては、環境に対する配慮から、エンジンから大気中に放出される排気ガス中の有害物質に対する規制が厳しくなっており、排気ガス中の有害物質を低減することが要求されている。
【０００３】
一般に、有害な排気ガスを低減させるためには、２通りの方法が知られており、１つは、エンジンから直接排出される有害ガスを低減する方法であり、他の１つは、排気管の途中に設けられた触媒コンバータ（以下、単に「触媒」という）により後処理して低減する方法である。
【０００４】
この種の触媒は、周知のように、ある程度の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こらないので、たとえばエンジンの冷機始動時においても、触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題となる。
【０００５】
近年、エンジン出力を向上させるため、また、排気ガスおよび燃費を低減させるために、運転状態に応じてシリンダへの吸排気用のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御装置が採用されるようになってきた。
【０００６】
この種の従来装置においては、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの相対位置を変更する可変手段（アクチュエータ）を設け、クランク角位置およびカムシャフトの相対位相を検出して可変手段の基準位置を記憶し、エンジン運転状態に応じてカムシャフトの相対位相を制御するようになっている。
【０００７】
また、可変手段は、最進角と最遅角との間の位置にロック機構を有し、エンジン始動時にはロック機構に係合され、始動後には運転状態に応じたバルブタイミング制御が行われる。
【０００８】
すなわち、ＥＣＵからなる制御手段は、バルブタイミング制御用のカムシャフトの回転位相を検出して、回転位相の変化方向の動きを機械的に規制した状態で、カムシャフトの基準回転位置との位相差を学習するようになっている。
【０００９】
上記バルブタイミング制御装置において、可変バルブタイミング機構（以下、「ＶＶＴ機構」という）は、吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトの位相を変化させるために、ハウジング内で回転するベーン（後述する）を有している。
【００１０】
ＶＶＴ機構のベーンは、エンジン始動時においては、ほぼ中間位置（始動時対応位置）に保持されて、クランク角に対するカム角の相対回動を規制し、始動時から所定時間経過後に回動規制を解除するようになっている。
【００１１】
この種のバルブタイミング制御装置は、たとえば特開平９−３２４６１３号公報などに参照することができる。
図６は上記公報に参照される一般的な内燃機関のバルブタイミング制御装置を示すブロック構成図であり、エンジン１の周辺部と関連付けて示している。
【００１２】
図６において、エンジン１には、エアクリーナ２およびエアフローセンサ３を介して、吸気管４からの吸入空気が供給される。
【００１３】
エアクリーナ２は、エンジン１に対する吸入空気を浄化し、エアフローセンサ３は、エンジン１の吸入空気量を計測する。
吸気管４内には、スロットルバルブ５、アイドルスピードコントロールバルブ（以下、「ＩＳＣＶ」という）６およびインジェクタ７が設けられている。
【００１４】
スロットルバルブ５は、吸気管４を通過する吸入空気量を調節してエンジン１の出力を制御し、ＩＳＣＶ６は、スロットルバルブ５をバイパスして通過する吸入空気を調節して、アイドリング時の回転数制御などを行う。
インジェクタ７は、吸入空気量に見合った燃料を吸気管４内に供給する。
【００１５】
エンジン１の燃焼室内には点火プラグ８が設けられており、点火プラグ８は、燃焼室内の混合気を燃焼させるための火花を発生する。
点火コイル９は、点火プラグ８に高電圧エネルギを供給する。
【００１６】
排気管１０は、エンジン１内で燃焼した排気ガスを排出する。
排気管１０内には、Ｏ₂センサ１１および触媒１２が設けられており、Ｏ₂センサ１１は、排気ガス内の残存酸素量を検出する。
【００１７】
触媒１２は、周知の三元触媒からなり、排気ガス内の有害ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を同時に浄化することができる。
【００１８】
クランク角検出用のセンサプレート１３は、エンジン１により回転されるクランクシャフト（図示せず）と一体に回転しており、所定のクランク角位置に突起（図示せず）が設けられている。
【００１９】
クランク角センサ１４は、センサプレート１３に対向配置されており、センサプレート１３上の突起がクランク角センサ１４を横切るときに電気信号を発生して、クランクシャフトの回転位置（クランク角）を検出する。
【００２０】
エンジン１には、吸気管４および排気管１０への連通タイミングを決定するバルブが設けられており、吸気用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、クランクシャフトの１／２の速度で回転するカムシャフト（後述する）により決定されている。
【００２１】
カム位相可変用のアクチュエータ１５および１６は、吸気用および排気用の各バルブタイミングを個別に変更する。
具体的には、各アクチュエータ１５および１６は、互いに区分された遅角油圧室および進角油圧室（後述する）を有し、クランクシャフトに対する各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの回転位置（位相）を相対的に変更する。
【００２２】
カム角センサ１７および１８は、カム角検出用センサプレート（図示せず）に対向配置されており、クランク角センサ１４と同様に、カム角検出用センサプレート上の突起によりパルス信号を発生してカム角を検出する。
【００２３】
オイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」という）１９および２０は、オイルポンプ（図示せず）とともに油圧供給装置を構成しており、各アクチュエータ１５および１６に供給される油圧を切り替えて、カム位相を制御する。なお、オイルポンプは、所定油圧でオイルを供給するようになっている。
【００２４】
マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２１は、エンジン１の制御手段を構成しており、各種センサ手段３、１１、１４、１７および１８により検出される運転状態に応じて、インジェクタ７および点火プラグ８を制御するとともに、各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃのカム角位相を制御する。
【００２５】
また、ここでは図示されていないが、スロットルバルブ５には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサが設けられ、エンジン１には、冷却水温を検出する水温センサが設けられており、スロットル開度および冷却水温は、上記各種センサ情報と同様に、エンジン１の運転状態を示す情報として、ＥＣＵ２１に入力されている。
【００２６】
次に、図６に示した従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による一般的なエンジン制御動作について具体的に説明する。
まず、エアフローセンサ３は、エンジン１の吸入空気量を計測し、運転状態を示す検出情報としてＥＣＵ２１に入力する。
【００２７】
ＥＣＵ２１は、計測された吸入空気量に見合った燃料量を演算して、インジェクタ７を駆動するとともに、点火コイル９の通電時間および遮断タイミングを制御して点火プラグ８を駆動し、エンジン１の燃焼室内の混合気を適切なタイミングで点火する。
【００２８】
また、スロットルバルブ５は、エンジン１への吸入空気量を調節し、エンジン１から発生する出力を制御する。
エンジン１のシリンダ内で燃焼した後の排気ガスは、排気管１０を通って排出される。
【００２９】
このとき、排気管１０の途中に設けられた触媒１２は、排気ガス中の有害物質であるＨＣ（未燃焼ガス）、ＣＯおよびＮＯｘを、無害なＣＯ₂およびＨ₂Ｏに浄化して大気中に排出する。
【００３０】
ここで、触媒１２による浄化効率を最大限に引き出すために、排気管１０にはＯ₂センサ１１が取り付けられており、Ｏ₂センサ１１は、排気ガス中の残存酸素量を検出してＥＣＵ２１に入力している。
これにより、ＥＣＵ２１は、燃焼前の混合気が理論空燃比となるように、インジェクタ７から噴射される燃料量をフィードバック制御する。
【００３１】
また、ＥＣＵ２１は、運転状態に応じて、アクチュエータ１５および１６（ＶＶＴ機構）を制御して、吸気用および排気用のバルブタイミングを変更する。
次に、図７〜図１４を参照しながら、従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの位相角制御動作について具体的に説明する。
【００３２】
なお、バルブタイミングが変更されない一般のエンジン（図示せず）の場合、クランクシャフトの回転トルクは、タイミングベルト（タイミングチェーン）からプーリ（およびスプロケット）に伝達され、プーリと一体回転するカムシャフトに伝達される。
【００３３】
一方、図６のようにＶＶＴ機構を有するエンジン１においては、上記プーリおよびスプロケットに代えて、クランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの相対的な位相位置を変更するためのアクチュエータ１５および１６が設けられている。
【００３４】
図７はクランク角［°ＣＡ］の位相位置とバルブリフト量（バルブ開放量）［ｍｍ］との関係を示す説明図であり、ＴＤＣは各シリンダにおける圧縮上死点を示している。
【００３５】
図７において、一点鎖線は機械的に停止する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は機械的に停止する最進角時のバルブリフト量の変化を示し、実線はロック機構（後述する）により設定されるロック位置でのバルブリフト量の変化を示す。
【００３６】
また、ＴＤＣを中心として、遅角側（図面右側）のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの全開位置に対応し、進角側（図面左側）のバルブリフト量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。
【００３７】
したがって、遅角側および進角側における各ピークの変動幅（一点鎖線と破線との差）は、各バルブタイミングの可動範囲を示している。
すなわち、バルブタイミングは、吸気および排気のいずれにおいても、破線から一点鎖線までの間で可変可能となっている。
【００３８】
図８はクランク角センサ１４とカム角センサ１７または１８との各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャートである。
図８においては、最遅角時および最進角時におけるカム角センサ１７または１８の出力パルスを示している。
【００３９】
なお、クランク角センサ１４の出力信号（クランク角位置）に対するカム角センサ１７または１８の出力信号の位相位置は、カム角センサ１７および１８の取り付け位置によって異なる。
【００４０】
ここで、バルブタイミングを遅角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して遅角する（遅くなる）ことを意味し、逆に、バルブタイミングを進角させることは、吸気用および排気用の両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進角する（早くなる）ことを意味する。
【００４１】
吸気用および排気用の各バルブの開放開始タイミングは、ＶＶＴ機構を構成するアクチュエータ１５および１６により変更され、図７に示す可動範囲内の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
【００４２】
図９〜図１１はほぼ同一構造からなるアクチュエータ１５および１６の内部構造を示す透視図であり、図９はカム角位相が最遅角位置（図７内の一点鎖線に対応）に調整された状態、図１０はカム角位相がロック位置（図７内の実線に対応）に調整された状態、図１１はカム角位相が最進角位置（図７内の破線に対応）に調整された状態をそれぞれ示している。
【００４３】
図９〜図１１において、各アクチュエータ１５および１６は、矢印方向に回転するハウジング１５１と、ハウジング１５１とともに回転するベーン１５２と、ハウジング１５１内に設けられた遅角油圧室１５３、進角油圧室１５４、ロックピン１５５およびスプリング１５６と、ベーン１５２に形成されたロック凹部１５７とを備えている。
【００４４】
ハウジング１５１には、クランクシャフトからの動力が、ベルトおよびプーリ（図示せず）を介して、１／２に減速されて伝達される。
ベーン１５２は、遅角油圧室１５３または進角油圧室１５４に選択的に油圧が供給されることにより、ハウジング１５１内で位相位置がシフトされる。
【００４５】
遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４は、ベーン１５２の動作範囲を決定している。
スプリング１５６は、ロックピン１５５を突出方向に付勢しており、ロック凹部１５７は、ロックピン１５５の先端と対向するようにベーン１５２の所定のロック位置に設けられている。
【００４６】
なお、ロック凹部１５７には、オイル供給口（図示せず）が設けられており、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４のいずれか油圧の高い方からのオイルが切り替え供給されるようになっている。
【００４７】
遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４（動作範囲）内で動作して位相シフトされるベーン１５２は、吸気用および排気用の各バルブを駆動するためのカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃに結合されている。
【００４８】
また、ここでは図示しないが、排気側のアクチュエータ１６には、カムシャフト１６Ｃの反力を相殺するために、ベーン１５２を進角側に付勢するためのスプリングが設けられている。
【００４９】
アクチュエータ１５および１６は、ＯＣＶ１９および２０から供給されるエンジン１の潤滑油（油圧）により駆動される。
アクチュエータ１５および１６のカム角位相を図９〜図１１のように制御するためには、アクチュエータ１５および１６内に流入するオイル量（油圧）が制御される。
【００５０】
たとえば、図９のように、カム角位相を最遅角位置に調整するためには、遅角油圧室１５３内にオイルを流入させればよい。
逆に、図１１のように、カム角位相を最進角位置に調整するためには、進角油圧室１５４内にオイルを流入させればよい。
【００５１】
ＯＣＶ１９および２０は、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４のどちらにオイルを流入させるかを制御する。
図１２〜図１４は同一構造からなるＯＣＶ１９および２０の内部構造を示す側断面図である。
【００５２】
図１２〜図１４において、各ＯＣＶ１９および２０は、円筒形状のハウジング１９１と、ハウジング１９１内に摺動自在に収納されたスプール１９２と、スプール１９２を連続的に駆動するコイル１９３と、スプール１９２を復帰方向に付勢するスプリング１９４とを備えている。
【００５３】
ハウジング１９１は、ポンプ（図示せず）に連通されたオリフィス１９５と、アクチュエータ１５または１６に連通されたオリフィス１９６および１９７と、オイルパンに連通されたドレーン用のオリフィス１９８および１９９とを備えている。
【００５４】
オリフィス１９６は、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３、または、アクチュエータ１６の進角油圧室１５４に連通されている。
オリフィス１９７は、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４、または、アクチュエータ１６の遅角油圧室１５３に連通されている。
【００５５】
オリフィス１９６および１９７は、スプール１９２の軸方向位置に応じて、選択的にオイル供給用のオリフィス１９５に連通される。
オリフィス１９５は、図１２においてはオリフィス１９６に連通され、図１４においてはオリフィス１９７に連通されている。
【００５６】
同様に、ドレーン用のオリフィス１９８および１９９は、スプール１９２の軸方向位置に応じて、選択的にオリフィス１９７または１９６に連通される。
図１２においては、オリフィス１９７とオリフィス１９８とが連通され、図１４においては、オリフィス１９６とオリフィス１９９とが連通されている。
【００５７】
ロック凹部１５７内のオイル供給口は、ＯＣＶ１９および２０の励磁駆動状態（図１４参照）でオイル供給される油路構成となっており、ロック凹部１５７への油圧がスプリング１５６の付勢力を上回ると、ロックピン１５５がロック凹部１５７から押し出されて、ロック状態が解除されるようになっている。
【００５８】
図１２はコイル１９３への通電電流が最小値の場合を示しており、スプリング１９４が最大限に伸張されている。
図１２に示すＯＣＶが吸気側のＯＣＶ１９の場合、オリフィス１９５を介してポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９６を介してアクチュエータ１５の遅角油圧室１５３に流入し、アクチュエータ１５は図９に示した状態になる。
【００５９】
これにより、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４内のオイルは、オリフィス１９７を介してＯＣＶ１９にドレーンされ、さらに、オリフィス１９８を介してオイルパンにドレーンされる。
【００６０】
一方、図１２に示すＯＣＶが排気側のＯＣＶ２０である場合は、上記の逆となり、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９６を介してアクチュエータ１６の進角油圧室１５４に流入し、アクチュエータ１６は図１１に示した状態になる。
【００６１】
このとき、アクチュエータ１６の遅角油圧室１５３内のオイルは、オリフィス１９７および１９８を介してオイルパンにドレーンされる。
【００６２】
図１２に示す油路構成により、たとえば吸気側および排気側のＯＣＶ１９および２０のいずれかに断線などの無通電となる故障が発生した場合でも、バルブオーバラップ量が最小となるので、耐エンスト性に対して有利に作用する。
【００６３】
図１４はコイル１９３への通電電流が最大値の場合を示しており、スプリング１９４が最小限に圧縮されている。
たとえば、図１４のＯＣＶが吸気側のＯＣＶ１９である場合、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９７を介してアクチュエータ１５の進角油圧室１５４に流入し、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３内のオイルは、オリフィス１９６および１９９介してドレーンされる。
【００６４】
一方、図１４のＯＣＶが排気側のＯＣＶ２０である場合には、ポンプから供給されたオイルは、オリフィス１９７を介してアクチュエータ１６の遅角油圧室１５３に流入し、アクチュエータ１６の進角油圧室１５４内のオイルは、オリフィス１９６および１９９を介してドレーンされる。
【００６５】
また、図１３はバルブタイミング制御終了位置またはロック位置（中間位置）に相当する状態を示し、このとき、アクチュエータ１５および１６内のベーン１５２は、任意の目標位置または図１０に示した状態にある。
【００６６】
なお、図１３の状態において、オイル供給用側のオリフィス１９５は、アクチュエータ側のオリフィス１９６または１９７に直接連通されていないが、洩れオイルにより、ロック凹部１５７（図１０参照）のオイル供給口に供給され得る。
【００６７】
したがって、たとえばベーン１５２がロック位置にあっても、洩れオイルによるオイル供給口への油圧が、スプリング１５６の付勢力に打ち勝つ油圧（ロック解除用の所定油圧）に到達すれば、ロック凹部１５７からロックピン１５５が外れて、ベーン１５２がハウジング１５１内で動作可能な状態となる。
【００６８】
なお、ロック解除用の所定油圧は、スプリング１５６の付勢力などの調整により、必要最小限の任意値に設定され得る。
また、バルブタイミングを決定する各アクチュエータ１５および１６のベーン１５２の位置（位相）は、カム角センサ１７および１８で検出されることにより、任意に制御され得る。
【００６９】
カム角センサ１７および１８は、クランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの相対位置を検出することができる位置に取り付けられている。
図８において、バルブタイミングが最進角位置（図７の破線参照）でのクランク角センサ出力との位相差はＡで示され、バルブタイミングが最遅角位置（図７内の一点鎖線参照）でのクランク角センサ出力との位相差はＢで示される。
【００７０】
ＥＣＵ２１は、検出された位相差Ａ〜Ｂが目標値と一致するように、フィードバック制御することにより、任意位置でのバルブタイミング制御を実行する。
【００７１】
たとえば、吸気側において、クランク角センサ１４の検出タイミングに対するカム角センサ１７の検出位置が、ＥＣＵ２１内で演算された目標位置よりも遅角側にある場合には、カム角センサ１７の検出位置を目標位置まで進角させるために、検出位置と目標位置との偏差に応じてＯＣＶ１９のコイル１９３への通電電流量を制御し、スプール１９２を制御する。
【００７２】
また、目標位置と検出位置との位相差が大きい場合には、目標位置に早く追従させるために、ＯＣＶ１９のコイル１９３への通電量を増加させる。
これにより、アクチュエータ１５の進角油圧室１５４に連通されたオリフィス１９７の開口量が大きくなり、進角油圧室１５４への供給オイル量が増加する。
【００７３】
以下、検出位置が目標位置に近づくにつれて、ＯＣＶ１９のスプール１９２の位置が図１３の状態に近づくように、コイル１９３への通電量を低減させる。
そして、検出位置と目標位置とが一致した時点で、図１３に示すように、アクチュエータ１５の遅角油圧室１５３、進角油圧室１５４への通路を遮断する状態となるようにコイル１９３への通電量を制御する。
【００７４】
なお、通常の運転状態（暖機後の走行状態など）での目標位置は、たとえば運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷）に応じた２次元マップ値をあらかじめＥＣＵ２１内のＲＯＭに記憶させておくことにより、各運転状態に応じた最適なバルブタイミングとなるように設定され得る。
【００７５】
一方、始動時においては、エンジン１により駆動されるオイルポンプの回転数が不十分であることから、アクチュエータ１５への供給オイル量も不十分であり、上記のような油圧による進角位置の制御は不可能となる。
【００７６】
したがって、図１０に示すように、ロックピン１５５をロック凹部１５７に係合させることにより、油圧不足によるベーン１５２のばたつきを防止する。
【００７７】
このとき、吸気バルブを過遅角させると実圧縮比が低下し、逆に、吸気バルブを過進角させると排気バルブとのオーバラップ期間が大きくなるので、吸気バルブを過遅角または過進角させることは、いずれもポンピングロスを低減させる結果となる。
【００７８】
したがって、吸気バルブの過遅角制御や過進角制御は、始動時（クランキング時）の回転数上昇および初爆発生のためには有利であるが、実質的な燃焼状態が不十分であることから、完爆まで至らずに結局始動性を損なう結果となり得る。
【００７９】
一方、排気バルブを過遅角すると、吸気バルブを過進角した場合と同様に、排気バルブと吸気バルブとのオーバラップ期間が大きくなり、逆に、排気バルブを過進角すると、実膨張比が低下して燃焼エネルギをクランクシャフトに十分に伝達することができなくなってしまう。
【００８０】
したがって、始動時および始動直後においては、各バルブタイミングを過遅角制御しても過進角制御しても、始動性の悪化状態（または、始動不可能な状態）を招くおそれがある。
【００８１】
そこで、始動時においては、図１０のように、ロックピン１５５をロック凹部１５７に係合することより、ベーン１５２をロック位置（最遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置）に固定設定している。
【００８２】
以下、始動後においては、エンジン回転数の上昇に応じて潤滑オイルの油圧が上昇するので、スプール１９２が図１３に示す位置にあっても、前述の洩れオイルにより、アクチュエータ１５および１６にも油圧が供給される。
【００８３】
したがって、前述した通り、ロック凹部１５７への油圧がスプリング１５６の付勢力に打ち勝った時点で、ロック凹部１５７からロックピン１５５が外れてベーン１５２が動作可能になる。
【００８４】
以下、ロック解除後にＯＣＶ１９および２０を制御することにより、遅角油圧室１５３および進角油圧室１５４に油圧供給が制御され、バルブタイミングの遅角制御および進角制御が実行される。
【００８５】
このとき、特に、エンジン１の高回転域において、吸気慣性効果を得るとともに、体積効率を増大させて出力を向上させるために、始動時よりも遅角側にバルブタイミングを制御する。
【００８６】
このように、エンジン始動時においては、アクチュエータ１５および１６のロックピン１５５を最遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置にロックして始動性を向上させ、エンジン始動後（ロック機構の解除後）においては、特に高回転域で遅角制御することにより出力特性を向上させている。
【００８７】
次に、図１５を参照しながら、たとえば特開平１１−２２９９１４号公報に記載された従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による基準位置の学習処理動作について説明する。
図１５は上記公報に記載された従来装置の動作を示すフローチャートである。
【００８８】
図１５において、まず、エンジン１が回転中であるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、回転中でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、以下の処理を実行せずに図１５の処理ルーチンを終了する。
【００８９】
一方、ステップＳ１０１において、エンジン１が回転中である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｏ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００９０】
ステップＳ１０２において、Ｎｅ＜Ｎｅｏ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば図１５の処理ルーチンを終了し、Ｎｅ≧Ｎｅｏ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、エンジン１の冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗｏ以上（暖機状態）であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００９１】
ステップＳ１０３において、エンジン１が冷機状態であって、Ｔｗ＜Ｔｗｏ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図１５の処理ルーチンを終了する。
また、Ｔｗ≧Ｔｗｏ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、オーバラップ量が最小となるストッパ位置にバルブタイミングを制御する（ステップＳ１０４）。
【００９２】
続いて、所定時間ｔｏが経過したか否かを判定し（ステップＳ１０５）、所定時間ｔｏが経過していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図１５の処理ルーチンを終了する。
【００９３】
また、ステップＳ１０５において、所定時間ｔｏが経過した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差ＤＡ１を算出し（ステップＳ１０６）、回転位相差ＤＡ１から基準回転位相差ＤＡｏを減算した値を偏差ＤＤＡとして算出する（ステップＳ１０７）。
【００９４】
最後に、偏差ＤＤＡを学習値としてメモリに記憶し（ステップＳ１０８）、図１５の処理ルーチンを終了する。
【００９５】
上記処理により、エンジン１の暖機アイドル時に吸気側バルブタイミングを最遅角位置に制御し且つ排気側バルブタイミングを最進角位置に制御して、両者のバルブオーバラップ量（シリンダ内の吹き抜けガス量）を最小化させ、暖機アイドル時の制御安定性を向上させることができる。
【００９６】
また、この場合、暖機アイドル時において、吸気側および排気側の最遅角位置および最進角位置を学習値とするので、カム角を変更制御することなく、通常のカム位置の制御範囲内で基準位置を学習することができる。
【００９７】
なお、前述の特開平９−３２４６１３号公報のように、始動時にバルブタイミングをほぼ中間位置で保持するようにした制御装置においては、通常制御とは異なる基準位置を学習するためにカム角を変更制御する必要があり、図１５のような基準位置学習処理を適用することはできない。
【００９８】
また、カム角の基準位置を学習するために、通常とは異なるカム角（最遅角位置および最進角位置）に制御する必要があるので、エンジン性能に影響を与えて回転変動などを発生するおそれがある。
【００９９】
また、上記いずれの従来装置においても、排気ガスの改善および触媒１２の昇温促進という技術観点については、何ら考慮されていない。
【０１００】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置は以上のように、特開平９−３２４６１３号公報記載の装置では、始動時にカム角をほぼ中間位置に保持する従来装置においても、基準位置を学習するために通常とは異なるカム角に制御する必要があり、やはり、回転変動などが発生してエンジン性能に影響を与えるという問題点があった。
【０１０１】
また、特開平９−３２４６１３号公報記載の装置に特開平１１−２２９９１４号公報記載の学習処理を適用したとすると、カム角の基準位置を学習するために通常とは異なるカム角に制御することになり、エンジン性能に影響を与えてしまうので、そのまま適用することはできないという問題点があった。
【０１０２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、冷機アイドル時にバルブタイミングを最進角側（または最遅角側）に制御して触媒昇温を促進させつつカム角の基準位置を学習することにより、暖機後のアイドル制御性を安定させて回転変動およびエンストの発生を防止するとともに、有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
【０１０３】
また、この発明は、暖機後に基準位置が未学習であれば、同様に基準位置を学習することにより、暖機後のアイドル制御性を安定させて回転変動およびエンストの発生を防止するとともに、有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
【０１０４】
また、この発明は、暖機後に基準位置が学習済みであれば、最進角位置と最遅角位置との中間位置に制御してアイドル制御性を安定させた内燃機関のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
【０１０５】
また、この発明は、暖機後に基準位置が未学習の場合に、基準位置を学習するとともに、回転変動などが発生しないように点火時期および燃料量を変更制御して回転変動やエンストの発生を防止するとともに、有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
【０１０６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、内燃機関の運転状態に応じて油圧供給装置からアクチュエータへの供給油圧を制御し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段と、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサと、カムシャフトの回転位置を検出するカム角センサとを備え、アクチュエータは、相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、相対位相を変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、油圧供給装置から供給される所定油圧に応答してロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、制御手段は、内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、ロック機構を駆動して相対位相をロック位置に制御し、内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、ロック解除機構によりロック機構を解除するとともに、油圧供給装置から遅角油圧室および進角油圧室への供給油圧を制御して、相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、相対位相を最進角側または最遅角側に制御するとともに、最進角側または最遅角側でのクランク角センサの検出値とカム角センサの検出値との相対位相差を基準位置として学習記憶するものであって、運転状態が暖機状態を示すときに基準位置が学習記憶されていない場合には、カムシャフトの相対位相を最進角側または最遅角側に制御して、クランク角センサの検出値とカム角センサの検出値との相対位相差を基準位置として学習記憶するものである。
【０１０７】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１において、制御手段は、冷機アイドル状態におけるカムシャフトの制御方向を、内燃機関の排気ガス温度が上昇するように設定するものである。
【０１０９】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１において、制御手段は、暖機状態での基準位置の学習記憶時におけるカムシャフトの制御方向を、冷機アイドル状態における制御方向と同一方向に設定したものである。
【０１１０】
また、この発明の請求項４に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１または請求項３において、制御手段は、暖機状態における基準位置の学習記憶時に、内燃機関の制御を変更するものである。
【０１１１】
また、この発明の請求項５に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項４において、制御手段は、暖機状態における基準位置の学習記憶時に、内燃機関の燃料量、点火時期、ＩＳＣおよびスロットル開度の少なくとも１つを制御し、学習記憶用の制御前の状態と同等となるように内燃機関の出力トルクを変更するものである。
【０１１２】
また、この発明の請求項６に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、制御手段は、カムシャフトの相対位相が通常制御されているときに、各バルブのオーバラップ量を小さくする方向である最遅角側または最進角側に相対位相が制御されたときのカム角センサの検出値を第２の基準位置として学習記憶するものである。
【０１１３】
また、この発明の請求項７に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項６において、制御手段は、基準位置の学習記憶時での制御方向が最進角側に設定された場合には、通常制御中での吸気バルブ側の最遅角位置を第２の基準位置として学習記憶するものである。
【０１１４】
また、この発明の請求項８に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項６または請求項７において、制御手段は、第２の基準位置と、冷機アイドル状態で学習記憶した基準位置とを、各バルブの制御演算に用いるものである。
【０１１５】
また、この発明の請求項９に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項８までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の回転数をアップ制御するものである。
【０１１６】
また、この発明の請求項１０に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項９までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の点火時期をリタード制御するものである。
【０１１７】
また、この発明の請求項１１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、請求項１から請求項１０までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の燃料量を減量制御するものである。
【０１１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図であり、図１において、前述（図６参照）と同様のものについては同一符号を付して詳述を省略する。
【０１１９】
この場合、吸気側および排気側の各バルブタイミングの変更制御範囲は図７に示した通りであり、クランク角センサ出力とカム角センサ出力との関係は図８に示した通りである。
【０１２０】
また、アクチュエータ１５および１６の具体的構成は、図９〜図１１に示した通りであり、ＯＣＶ１９および２０の具体的構成は、図１２〜図１４に示した通りである。
【０１２１】
また、図１内のＥＣＵ２１Ａは、前述と同様に、エンジン始動時においてロック機構によりアクチュエータ１５および１６をロック位置に制御するロック制御手段と、エンジン始動後にはロック解除機構によりアクチュエータ１５および１６を遅角制御および進角制御するロック解除制御手段とを含む。
【０１２２】
さらに、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、アクチュエータ１５および１６により、クランクシャフトに対するカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの相対位相を進角側に制御する冷機アイドル制御手段を含む。
【０１２３】
また、ＥＣＵ２１Ａ内のロック解除制御手段は、エンジン１が少なくとも冷機アイドル状態を示す場合に、オイルポンプからロック解除用の所定油圧を発生させるようになっている。
【０１２４】
また、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１が暖機アイドル状態を示す場合には、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御する暖機アイドル制御手段を備えている。
【０１２５】
暖機アイドル時のアクチュエータ１５および１６のロック位置は、エンジン１の始動および始動直後に好適な位置となるように設定されている。
すなわち、ロックピン１５５（図１０参照）によるベーン１５２のロック位置は、始動時に適したバルブタイミングとなるように設定される。
【０１２６】
前述したように、エンジン始動時および始動直後においては、バルブタイミングが過遅角されても過進角されても、始動性を悪化させることになるので、ロックピン１５５およびロック凹部１５７の相対位置は、図１０に示した中間位置に限らず、始動時および始動直後に良好なバルブタイミングとなるようにあらかじめ設定される。
【０１２７】
また、エンジン始動後の冷機アイドル状態においては、各バルブのリフトタイミングを進角位置（または遅角位置）に制御するために、各アクチュエータ１５および１６のロックピン１５５をロック凹部１５７から解除させる必要がある。
【０１２８】
この場合も、アクチュエータ１５および１６の作動（ロックピン１５５の係合解除も含む）には、エンジン１の潤滑油圧が用いられており、エンジン潤滑油圧は、エンジン回転数および油温などに依存して変化する。
【０１２９】
上述したように、少なくとも、冷機アイドル状態で進角制御（または遅角制御）を行う場合には、ロックピン１５５を解除するための油圧を発生させる必要がある。
また、冷機アイドル状態での進角制御（または遅角制御）が終了した後は、アクチュエータ１５および１６をロック位置に制御する。
【０１３０】
このとき、ロック解除用の油圧を保持して、ロック位置付近でのフィードバック制御を実行してもよく、ロック位置でロックピン１５５を係合させてもよい。この状態で、車両を走行させるためにアクセルを踏み込むと、エンジン回転数が上昇するので、ロック状態が解除され、エンジン１の運転状態に応じた遅角位置または進角位置（ロック位置でない）での制御も可能となる。
【０１３１】
すなわち、図１において、アクチュエータ１５、１６は、始動時には最進角と最遅角との間の位置でロックされ、始動後の冷機アイドル状態では触媒昇温効果を有する位置すなわち機械的停止位置の進角側（または遅角側）に制御される。
【０１３２】
また、ＥＣＵ２１Ａは、冷機アイドル状態での最進角（または最遅角）制御において、カム角センサ１７、１８により検出されるクランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの位相差（相対位相）を基準位置として学習し、バルブタイミング制御実行時の位置制御性を向上させる。
【０１３３】
基準位置を学習することにより、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の暖機後において、最進角と最遅角との間の位置で相対位相を制御して位置制御性を高めるようになっている。
【０１３４】
また、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の暖機後においても、基準位置が未学習であれば、冷機アイドル時と同様に、相対位相を最進角（または最遅角）制御して基準位置を学習する。なお、暖機時の制御方向（最進角または最遅角）は、冷機時の制御方向と同一方向に設定される。
【０１３５】
次に、前述の図７〜図１４とともに、図２のフローチャートを参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による制御動作について説明する。
ここでは、代表的に、基準位置の学習時に最進角制御する場合を示している。
【０１３６】
図２の処理ルーチンは、ＥＣＵ２１Ａ内で所定タイミングごとに実行される。
図２において、まず、ＥＣＵ２１Ａは、エンジン１の運転状態が始動状態またはエンスト状態か否かを判定する（ステップＳ１）。
【０１３７】
ステップＳ１において、エンジン１が始動状態またはエンスト状態（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ＯＣＶ１９および２０のコイル１９３に対する供給電流を最小電流値ＭＩＮに設定し（ステップＳ６）、図２の処理ルーチンを抜け出る。
【０１３８】
最小電流値ＭＩＮは、無通電値（＝０ｍＡ）であってもよいが、次回の動作用の待機電流として、１００ｍＡ程度に設定しておくことが望ましい。
【０１３９】
一方、ステップＳ１において、始動状態またはエンスト状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、エンジン１がアイドル状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【０１４０】
このとき、ステップＳ２におけるアイドル判定は、周知のように、アイドルスイッチのオンオフ、または、スロットル開度が全閉か否かなどにより行われる。
【０１４１】
ステップＳ２において、エンジン１がアイドル状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ７（後述する）に進み、アイドル状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、エンジン１が冷機状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【０１４２】
ここで、冷機状態とは、たとえば、エンジン１の冷却水温Ｔｗ（検出または推測される）が所定温度（暖機温度に対応した４０℃）以下を示す状態である。
冷却水温Ｔｗが所定温度以下の冷機状態においては、触媒を早期に昇温させて活性化させる必要がある。
【０１４３】
ステップＳ３において、冷却水温Ｔｗが所定温度以上（暖機状態）であってエンジン１が冷機状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ９（後述する）に進む。
【０１４４】
また、ステップＳ３において、冷却水温Ｔｗが所定温度以下であってエンジン１が冷機状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、アクチュエータ１５および１６を進角側の機械的停止位置に設定して、カム角の相対位相を最進角に制御する（ステップＳ４）。
【０１４５】
ステップＳ４においては、排気側のＯＣＶ２０の電流が最小値ＭＩＮに設定され、吸気側のＯＣＶ１９の電流が最大値に設定されるか、または、目標進角量が最進角位置になるように設定される。
【０１４６】
上記最進角制御（ステップＳ４）に続いて、最後に、最進角位置でのクランクシャフトとカムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃとの位相差を基準位置として学習し（ステップＳ５）、図２の処理ルーチンを終了する。
【０１４７】
この学習ステップＳ５は、クランク角とカム角との位相差の検出値が最進角位置に達したことを確認するか、または、確実に最進角位置に達すると見込まれる時間だけ待機した後に実行されることが望ましい。
【０１４８】
なお、冷機アイドル時に、ステップＳ４により最進角位置に制御する理由は、排気バルブの開き始めのタイミングを早くすることにより、燃焼途中の高温の燃焼ガスを排気管１０に排出して触媒１２の昇温促進効果を得て、排気ガスを低減させることにある。
【０１４９】
また、バルブタイミングの最進角制御は、排気側のみを対象としてもよいが、吸気側も同時に最進角制御対象とすれば、バルブオーバラップ期間を拡大せずに排気バルブの開き始めを早くすることができるので、アイドル安定性を確保しつつ、触媒１２の昇温効果が得られるというメリットがある。
【０１５０】
一方、図２内のステップＳ２において、エンジン１がアイドル状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、基準位置が学習済みである（１回でも学習した）か否かを判定する（ステップＳ７）。
【０１５１】
ステップＳ７において、基準位置が学習済みである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、エンジン１の運転状態（たとえば、回転数や負荷）に応じた最適なバルブタイミング制御を行うために、運転状態に応じた補間マップを参照して目標進角量を制御し（ステップＳ８）、図２の処理ルーチンを終了する。
【０１５２】
ステップＳ８においては、ＥＣＵ２１Ａ内のＲＯＭにマップデータとして記憶された目標位置となるように、フィードバック制御が実行される。
前述した通り、目標進角位置の参照マップは、ＥＣＵ２１Ａ内のＲＯＭにあらかじめ記憶されており、マップデータは、エンジン回転数およびエンジン負荷により補間されるようになっている。
【０１５３】
また、ステップＳ７において、基準位置が未学習である（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、前述のステップＳ４、Ｓ５に進み、最進角制御を行うとともに、基準位置を学習する。
【０１５４】
一方、ステップＳ３において冷機状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、基準位置が学習済みであるか否かを判定し（ステップＳ９）、学習済みである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、目標進角量を中間ロック位置に制御して（ステップＳ１０）、図２の処理ルーチンを終了する。
【０１５５】
ステップＳ１０における中間ロック位置は、始動時での始動性に適したバルブタイミングに設定されており、アイドル安定性にも適しているので、アイドル時の回転変動を小さくすることができる。
【０１５６】
また、ステップＳ９において、基準位置が未学習である（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、前述のステップＳ４、Ｓ５に進む。
【０１５７】
ステップＳ５において記憶された基準位置（学習値）は、一旦学習されると、車載バッテリが外されてＥＣＵ２１Ａへのバックアップ電源が遮断されない限り保持される。
【０１５８】
したがって、次回のエンジン始動後に、暖機状態であるにもかかわらず最進角制御および学習（ステップＳ４、Ｓ５）を繰り返すという無駄な処理を回避することができる。
【０１５９】
このように、エンジン１の冷機アイドル時においては、触媒１２の早期昇温活性化のためにバルブタイミングを最進角制御して、そのときの最進角位置を基準位置として学習することができる。
【０１６０】
また、エンジン１の暖機後に、バッテリが外されて学習済みの基準位置が消去されるなどにより、未学習状態となった場合には、強制的に最進角位置に制御して基準位置を再学習することができる。
【０１６１】
これにより、通常のエンジン運転状態毎の最適バルブタイミング制御時において、制御性が向上されるので、エンジン性能を十分に発揮させることができる。
【０１６２】
なお、図１においては、吸気用および排気用の各カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの両方にアクチュエータ１５および１６を設けたが、一方のカムシャフト１５Ｃまたは１６Ｃに対応したアクチュエータ１５または１６のみを設けてもよい。
【０１６３】
また、アクチュエータ１５および１６として、図９〜図１１のように、ハウジング１５１内で位相変更用のベーン１５２を回転移動させるタイプを用いたが、ヘリカルタイプなど、他のアクチュエータを用いてもよい。
【０１６４】
また、図２においては、冷機アイドル時に基準位置を学習するために、バルブタイミングを最進角位置に制御したが、エンジン１の設計仕様によっては、最遅角位置に制御してもよい。
【０１６５】
たとえば、エンジン１によっては、冷機アイドル時にバルブタイミングを遅角側に制御する（特に、排気バルブの開動作の完了タイミングを遅く設定する）ことにより、燃焼ガスがシリンダ内に再吸入され、燃焼温度が低下して排気温度が上昇するものがある。
【０１６６】
したがって、この種のエンジンの場合には、図２内のステップＳ４に代えて、冷機アイドル時に最遅角制御して触媒１２の昇温を促進させるとともに、最遅角位置を基準位置として学習することになる。
【０１６７】
また、冷機アイドル時にバルブタイミングを最遅角制御する場合には、暖機後に基準位置を学習する際にも最遅角制御が実行される。
これにより、エンジン１の冷機時と暖機時とにおける挙動差を小さくすることができる。
【０１６８】
このように、冷機アイドル時において、バルブタイミングを最進角位置（または最遅角位置）に制御して基準位置を学習することにより、触媒１２の早期活性化を実現するとともに、カム角の制御精度の向上を実現することができる。
【０１６９】
また、暖機後においては、学習値（基準位置）を用いて制御し、暖機後においても学習値が未学習の場合には、同様にバルブタイミングを最進角（または最遅角）制御して基準位置を学習することができる。
【０１７０】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、ステップＳ７またはＳ９において基準位置が学習済みでない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合に、最進角（または最遅角）制御による基準位置の学習処理（ステップＳ４、Ｓ５）のみを実行したが、エンジン１の制御（燃料噴射制御、点火時期制御など）を追加してもよい。
【０１７１】
この場合、ＥＣＵ２１Ａは、暖機時に最進角位置（または最遅角位置）に制御した場合、エンジン１の回転変動が発生する場合があるので、燃料、点火などを制御して回転変動およびエンストなどを防止するようになっている。
【０１７２】
以下、基準位置が未学習の場合にエンジン制御処理を追加したこの発明の実施の形態２について説明する。
図３はこの発明の実施の形態２による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１７３】
図３において、ステップＳ２でアイドル状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定され、さらにステップＳ７で基準位置が未学習である（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、エンジン１の出力制御（ステップＳ１１）を実行するとともに、学習ステップＳ４、Ｓ５を実行する。
【０１７４】
同様に、ステップＳ３で冷機状態ない（すなわち、ＮＯ）と判定され、さらにステップＳ９で基準位置が未学習である（すなわち、ＮＯ）と判定された場合にも、エンジン１の出力制御（ステップＳ１２）を実行するとともに、学習ステップＳ４、Ｓ５を実行する。
【０１７５】
ステップＳ１１、Ｓ１２におけるエンジン出力制御としては、燃料、点火、ＩＳＣまたはスロットル開度などの変更が含まれる。
すなわち、ＥＣＵ２１Ａは、暖機状態における基準位置の学習記憶時に、エンジン１の燃料量、点火時期、ＩＳＣおよびスロットル開度の少なくとも１つを制御し、学習記憶用の（最進角側または最遅角側への）制御前の状態と同等となるようにエンジン１の出力トルクを変更する。
【０１７６】
このように、冷機アイドル時には最進角位置を基準位置として学習し（ステップＳ４、Ｓ５）、通常制御時には学習値（基準位置）を用いてマップ制御し（ステップＳ８）、暖機時には最進角と最遅角との中間位置に制御し（ステップＳ１０）、基準位置が未学習の場合には、基準位置を学習するとともに、回転変動やエンストを回避するための出力制御（ステップＳ１１、Ｓ１２）を実行する。
【０１７７】
一般に、排気側のバルブタイミングを進角側に制御すると、バルブ開き始めのタイミングが早くなって実膨張行程が短縮されるので、クランクシャフトの回転力となって伝達される燃焼エネルギが減少し、回転変動やエンストが発生するおそれがある。
【０１７８】
そこで、回転変動やエンストの発生を回避するために、上記ステップＳ１１、Ｓ１２において、たとえば燃料の増量制御（空燃比Ａ／Ｆのリッチ化）、点火時期の進角制御、ＩＳＣ開度の増大制御、または、電子スロットル開度の増大制御により、エンジン１の発生トルクを変更する。
【０１７９】
このとき、排気側の最進角制御と同時に、吸気側のバルブタイミングも最進角制御することにより、バルブオーバラップ期間を拡大することなく、排気バルブの開き始めを早めることができるので、バルブオーバラップ拡大による内部ＥＧＲ量の増加に起因したトルク低下を防止することができる。
【０１８０】
また、ステップＳ４の最進角制御に代えて最遅角制御する場合においても、燃焼ガスの再吸入によりエンジン発生トルクが低下するおそれがあるので、上記と同様に出力トルク制御（ステップＳ１１、Ｓ１２）を実行することにより、回転変動を抑制してエンストを回避することができる。
【０１８１】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１では、冷機アイドル時の最進角（または最遅角）制御中のカム角センサ１７、１８の検出値（基準位置）のみを学習記憶したが、通常制御中に、バルブオーバラップ量を小さくする方向に制御されたときのカム角センサ１７、１８の検出値を第２の基準位置として学習記憶してもよい。
【０１８２】
この場合、ＥＣＵ２１Ａは、カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの相対位相が通常のマップ制御（ステップＳ８）されているときに、吸排気バルブのオーバラップ量を小さくする方向（たとえば、最遅角側）に相対位相が制御されたときのカム角センサ１７、１８の検出値を第２の基準位置として学習記憶するようになっている。
【０１８３】
すなわち、エンジン１が冷機状態であって、カムシャフト１５Ｃおよび１６Ｃの相対位相が暖機状態時よりも進角側（または遅角側）に制御されているときに、バルブオーバラップ量が大きくなる方向にある場合には、通常制御状態でのオーバラップ量を小さくする方向の最遅角側（または最進角側）に相対位相を制御したときの検出値（第２の基準位置）を学習記憶する。
【０１８４】
一般に、バルブオーバラップ量が小さい方が、アイドル安定性および内部ＥＧＲ量が低下して燃焼が安定するので、耐エンストなどに対して有利なことが知られている。
また、前述のように、ＯＣＶ１９、２０は、無通電時においては、スプリング１９４により図１２の状態となっている。
【０１８５】
図１２の状態において、バルブオーバラップ量が最小となる油路構成にすることにより、ＯＣＶ１９、２０の断線故障発生時においてもアイドル不安定状態またはエンスト状態などが発生することがなく、フェールセーフ側に作用させることができる。
【０１８６】
したがって、フェールセーフ側を基準側としたときの位置を学習し、制御することが望ましい。
具体的には、基準位置の学習記憶時での制御方向が最進角側に設定された場合には、通常制御中での吸気バルブ側の最遅角位置を第２の基準位置として学習記憶する。
【０１８７】
前述のように、エンジン１の冷機時においては、触媒１２の活性化促進のために、吸排気バルブが両方とも最進角制御（ステップＳ４）されている。
このとき、排気側においては、最進角側がバルブオーバラップ量を最小化する方向であり、フェールセーフ側に作用するので特に問題は生じない。
【０１８８】
しかし、吸気側においては、最遅角側がバルブオーバラップ量を最小化するフェールセーフ側となるので、最遅角側を第２の基準位置として学習し、位相角制御を実行した方がよい。
【０１８９】
以下、通常制御中に第２の基準位置を学習記憶するようにしたこの発明の実施の形態３について説明する。
図４はこの発明の実施の形態３による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２、図３参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１９０】
図４において、まず、ステップＳ７で基準位置が学習済みである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、目標進角量を運転状態に応じた最適の目標位置に追従するように実進角量をマップ制御（ステップＳ８）するとともに、目標進角量が最遅角位置であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【０１９１】
ステップＳ１３において、実進角量も最遅角位置に追従して制御されている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、最遅角位置の検出値を第２の基準位置として学習記憶し（ステップＳ１４）、図４の処理ルーチンを終了する。
【０１９２】
また、ステップＳ１３において、実進角量が最遅角位置に制御されていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１４を実行せずに、図４の処理ルーチンを終了する。
【０１９３】
以下、ＥＣＵ２１Ａは、冷機アイドル状態で学習記憶した基準位置のみならず、第２の基準位置をも用いて、各バルブの制御演算を実行する。
【０１９４】
ここで、目標進角量への実進角量の追従制御（ステップＳ８）において、基準位置の変化にとなもう変更が生じない方が、制御をシンプル化してプログラム作成工数などを少なくすることができる。
【０１９５】
以下、制御プログラムのシンプル化および作成工数の低減を実現した場合の、ステップＳ８による具体的な処理動作について説明する。
【０１９６】
まず、図４内のステップＳ４およびＳ５のように、最進角位置を基準位置として学習記憶した場合、実進角量をＲａ、カム角センサによる検出進角量をＳａ、アクチュエータの作動角をＤａ、最進角学習値をＬａとすれば、実進角量Ｒａは以下の（１）式のように算出される。
【０１９７】
Ｒａ＝Ｓａ＋Ｄａ−Ｌａ・・・（１）
【０１９８】
（１）式において、作動角Ｄａは、ＶＶＴアクチュエータ１５、１６の最進角側から最遅角側までの角度である。
【０１９９】
一方、最進角位置ではなく、最遅角位置を基準位置として学習記憶した場合、最遅角学習値をＬｒとすれば、実進角量Ｒａは以下の（２）式のように算出される。
【０２００】
Ｒａ＝Ｓａ−Ｌｒ・・・（２）
【０２０１】
上記（１）式、（２）式のように、実進角量Ｒａの算出方法を変更するのみでそれ以降の制御を変更する必要はない。
【０２０２】
すなわち、吸気側の位相制御において、最進角学習値Ｌａが学習済みであり、且つ最遅角学習値Ｌｒが学習未完了の場合には、上記（１）式を用いて実進角量Ｒａを算出する。
【０２０３】
また、最進角学習値Ｌａおよび最遅角学習値Ｌｒの両方とも学習完了している場合には、上記（２）式を用いて実進角量Ｒａを算出する。
【０２０４】
なお、上記（１）式および（２）式において、検出進角量Ｓａは、クランク角Ａｃおよびカム角Ａｃａｍを用いて、以下の（３）式により表される。
【０２０５】
Ｓａ＝Ａｃ−Ａｃａｍ・・・（３）
【０２０６】
（３）式において、クランク角Ａｃおよびカム角Ａｃａｍは、クランク角センサ１４の検出パルスの立ち下がり時間と、カム角センサ１７、１８の検出パルスの立ち上がり時間とをそれぞれ角度に変換された値であり、ＥＣＵ２１Ａ内のタイマ計測により得られる。
【０２０７】
本来は、バルブオーバラップ量が小さくなる側のフェールセーフ側を基準位置として学習して進角制御を実行すべきであるが、反フェールセーフ側を基準位置として学習して進角制御を実行しても、フェールセーフ側を未学習時の制御精度を向上させることができる。
【０２０８】
また、上述した通り、実進角量Ｒａを演算するための（１）式および（２）式を変更するのみで、それ以降の制御（たとえば、ＰＤ制御など）は、同一制御でよいので、制御がシンプルであり、プログラムの開発工数を低減させることができる。
【０２０９】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１では、冷機アイドル時におけるエンジン１の制御状態について特に言及しなかったが、冷機アイドル時に基準位置の学習処理に加えてエンジン回転数をアップ制御してもよい。
【０２１０】
以下、冷機アイドル時にエンジン回転数をアップ制御したこの発明の実施の形態４について説明する。
図５はこの発明の実施の形態４による制御動作を示すフローチャートであり、前述（図２〜図４参照）と同様の処理については、同一符号を付して詳述を省略する。
【０２１１】
図５において、ステップＳ３で冷機アイドル状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、基準位置の学習記憶（ステップＳ４、Ｓ５）を実行するのみならず、アイドル回転数のアップ制御（ステップＳ１５）を実行し、アイドル回転数を通常よりも高くする。
【０２１２】
このように、冷機アイドル時にアイドル回転数をアップさせることにより、排気ガス量が増加して熱量が増加するので、触媒１２の活性化が促進される。
したがって、バルブタイミングの進角側制御（ステップＳ４）と合わせて、上記ステップＳ１５を実行することにより、さらに触媒昇温促進効果を奏する。
【０２１３】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態４では、アイドル回転数のアップ制御（ステップＳ１５）を実行したが、ステップＳ１５に代えて、点火時期のリタード制御を実行してもよい。
【０２１４】
このように、冷機アイドル時に点火時期をリタード制御することにより、排気ガスの温度が上昇するので、前述と同様に、触媒活性化をさらに促進させることができる。
【０２１５】
また、ステップＳ１５に代えて、燃料量の減量制御（Ａ／Ｆリーン化）を実行してもよい。
このように、Ａ／Ｆをリーン化することにより、エンジン１から排出される有毒ガス（ＴＨＣ）量を減少させることができる。
【０２１６】
また、バルブタイミングの進角制御（ステップＳ４）に加えて、上記アイドル回転数のアップ制御（ステップＳ１５）のみならず、点火時期のリタード制御および燃料量の減量制御（Ａ／Ｆリーン化）などを任意に組み合わせて実行すれば、それぞれの効果が重畳されることは言うまでもない。
【０２１７】
また、前述した通り、エンジン１の仕様によっては冷機アイドル時に遅角側に制御した方が触媒１２の昇温促進効果を有するものがあるので、冷機アイドル時および基準位置未学習時に、最遅角位置に制御して基準位置を学習記憶し、最遅角位置を基準位置として進角制御を実行してもよい。
【０２１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、内燃機関の運転状態に応じて油圧供給装置からアクチュエータへの供給油圧を制御し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段と、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサと、カムシャフトの回転位置を検出するカム角センサとを備え、アクチュエータは、相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、相対位相を変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、油圧供給装置から供給される所定油圧に応答してロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、制御手段は、内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、ロック機構を駆動して相対位相をロック位置に制御し、内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、ロック解除機構によりロック機構を解除するとともに、油圧供給装置から遅角油圧室および進角油圧室への供給油圧を制御して、相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、相対位相を最進角側または最遅角側に制御するとともに、最進角側または最遅角側でのクランク角センサの検出値とカム角センサの検出値との相対位相差を基準位置として学習記憶するものであって、運転状態が暖機状態を示すときに基準位置が学習記憶されていない場合には、カムシャフトの相対位相を最進角側または最遅角側に制御して、クランク角センサの検出値とカム角センサの検出値との相対位相差を基準位置として学習記憶するようにしたので、アイドル制御性を安定させて、回転変動およびエンストの発生を防止するとともに、有害排気ガスの低減を実現し、かつ、暖機後に基準位置が未学習の場合にも基準位置を学習することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２１９】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、制御手段は、冷機アイドル状態におけるカムシャフトの制御方向を、内燃機関の排気ガス温度が上昇するように設定するようにしたので、確実に有害排気ガスの低減を実現した内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２１】
また、この発明の請求項３によれば、請求項１において、制御手段は、暖機状態での基準位置の学習記憶時におけるカムシャフトの制御方向を、冷機アイドル状態における制御方向と同一方向に設定したので、確実にアイドル制御性を安定させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２２】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１または請求項３において、制御手段は、暖機状態における基準位置の学習記憶時に、内燃機関の制御を変更するようにしたので、確実に回転変動を抑制してエンストを回避した内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２３】
また、この発明の請求項５によれば、請求項４において、制御手段は、暖機状態における基準位置の学習記憶時に、内燃機関の燃料量、点火時期、ＩＳＣおよびスロットル開度の少なくとも１つを制御し、学習記憶用の制御前の状態と同等となるように内燃機関の出力トルクを変更するようにしたので、確実に回転変動を抑制してエンストを回避した内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２４】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、制御手段は、カムシャフトの相対位相が通常制御されているときに、各バルブのオーバラップ量を小さくする方向である最遅角側または最進角側に相対位相が制御されたときのカム角センサの検出値を第２の基準位置として学習記憶するようにしたので、制御演算を複雑化することなく、アイドル制御性を安定させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２５】
また、この発明の請求項７によれば、請求項６において、制御手段は、基準位置の学習記憶時での制御方向が最進角側に設定された場合には、通常制御中での吸気バルブ側の最遅角位置を第２の基準位置として学習記憶するようにしたので、制御演算を複雑化することなく、アイドル制御性を安定させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２６】
また、この発明の請求項８によれば、請求項６または請求項７において、制御手段は、第２の基準位置と、冷機アイドル状態で学習記憶した基準位置とを、各バルブの制御演算に用いるようにしたので、制御演算を複雑化することなく、アイドル制御性を安定させた内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２７】
また、この発明の請求項９によれば、請求項１から請求項８までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の回転数をアップ制御するようにしたので、さらに触媒昇温を促進させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２８】
また、この発明の請求項１０によれば、請求項１から請求項９までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の点火時期をリタード制御するようにしたので、さらに触媒昇温を促進させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【０２２９】
また、この発明の請求項１１によれば、請求項１から請求項１０までのいずれかにおいて、制御手段は、運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、内燃機関の燃料量を減量制御するようにしたので、さらに有害排気ガスを低減させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による制御動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２による制御動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態３による制御動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態４による制御動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置を示すブロック構成図である。
【図７】従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による位相変更範囲をクランク角位置に対するバルブリフト量の関係により示す説明図である。
【図８】一般的なクランク角センサおよびカム角センサの各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャートである。
【図９】一般的なアクチュエータの最遅角位置での内部構造を示す透視図である。
【図１０】一般的なアクチュエータのロック位置での内部構造を示す透視図である。
【図１１】一般的なアクチュエータの最進角位置での内部構造を示す透視図である。
【図１２】一般的なＯＣＶ（油圧供給装置）の非励磁状態での内部構造を示す側断面図である。
【図１３】一般的なＯＣＶのロック状態での内部構造を示す側断面図である。
【図１４】一般的なＯＣＶの励磁状態での内部構造を示す側断面図である。
【図１５】従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置による制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン（内燃機関）、３エアフローセンサ、４吸気管、５スロットルバルブ、６ＩＳＣＶ（ＩＳＣバルブ）、７インジェクタ、８点火プラグ、９点火コイル、１０排気管、１１Ｏ₂センサ、１２触媒、１４クランク角センサ、１５、１６アクチュエータ、１５Ｃ、１６Ｃカムシャフト、１７、１８カム角センサ、１９、２０ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）、２１ＡＥＣＵ、１５２ベーン、１５３遅角油圧室、１５４進角油圧室、１５５ロックピン、１５６スプリング、１５７ロック凹部、１９２スプール、１９３コイル、１９４スプリング。

Claims

内燃機関の運転状態を検出するセンサ手段と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して前記内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフトと、
前記吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一方に結合されたアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置から前記アクチュエータへの供給油圧を制御し、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を変更する制御手段と、
前記クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサと、
前記カムシャフトの回転位置を検出するカム角センサとを備え、
前記アクチュエータは、
前記相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室および進角油圧室と、
前記相対位相を前記変更範囲内のロック位置に設定するためのロック機構と、
前記油圧供給装置から供給される所定油圧に応答して前記ロック機構を解除するためのロック解除機構とを有し、
前記制御手段は、
前記内燃機関の運転状態が始動時を示す場合には、前記ロック機構を駆動して前記相対位相を前記ロック位置に制御し、
前記内燃機関の運転状態が始動後を示す場合には、前記ロック解除機構により前記ロック機構を解除するとともに、前記油圧供給装置から前記遅角油圧室および前記進角油圧室への供給油圧を制御して、前記相対位相の遅角制御および進角制御を実行し、
前記運転状態が冷機アイドル状態を示す場合には、前記相対位相を最進角側または最遅角側に制御するとともに、前記最進角側または前記最遅角側での前記クランク角センサの検出値と前記カム角センサの検出値との相対位相差を基準位置として学習記憶するものであって、前記運転状態が暖機状態を示すときに前記基準位置が学習記憶されていない場合には、前記カムシャフトの相対位相を前記最進角側または前記最遅角側に制御して、前記クランク角センサの検出値と前記カム角センサの検出値との相対位相差を前記基準位置として学習記憶することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記冷機アイドル状態における前記カムシャフトの制御方向を、前記内燃機関の排気ガス温度が上昇するように設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記暖機状態での前記基準位置の学習記憶時における前記カムシャフトの制御方向を、前記冷機アイドル状態における制御方向と同一方向に設定したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記暖機状態における前記基準位置の学習記憶時に、前記内燃機関の制御を変更することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記暖機状態における前記基準位置の学習記憶時に、前記内燃機関の燃料量、点火時期、ＩＳＣおよびスロットル開度の少なくとも１つを制御し、前記学習記憶用の制御前の状態と同等となるように前記内燃機関の出力トルクを変更することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記カムシャフトの相対位相が通常制御されているときに、前記各バルブのオーバラップ量を小さくする方向である最遅角側または最進角側に前記相対位相が制御されたときの前記カム角センサの検出値を第２の基準位置として学習記憶することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記基準位置の学習記憶時での制御方向が最進角側に設定された場合には、前記通常制御中での吸気バルブ側の最遅角位置を前記第２の基準位置として学習記憶することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記第２の基準位置と、前記冷機アイドル状態で学習記憶した基準位置とを、前記各バルブの制御演算に用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、前記内燃機関の回転数をアップ制御することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、前記内燃機関の点火時期をリタード制御することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記制御手段は、前記運転状態が冷機アイドル状態を示す場合に、前記内燃機関の燃料量を減量制御することを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。