JP3748518B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

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】
また、従来のほとんどのエンジンにおいて、吸気用および排気用のバルブ開閉タイミングを決定するカムシャフトは、クランクシャフトからタイミングベルト（または、タイミングチェーン）などを介して回転駆動されている。
【０００６】
したがって、吸気用および排気用の各バルブの開閉タイミング（カム角）は、要求されるバルブタイミングが運転状態によって異なるにもかかわらず、クランク角に対して一定に制御されている。
【０００７】
しかし、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、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。
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号公報に参照することができる。
【０００８】
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。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。
【０００９】
図１７は、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。
図１７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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
エンジン１には、吸気管４および排気管１０への連通、閉鎖を行う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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、図１７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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１８〜図１９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。
【００２９】
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。
【００３０】
一方、図１７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。
【００３１】
図１８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。
【００３２】
図１８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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図１９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１９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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１３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。
【００３９】
図２０〜図２２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２０はカム角位相が最遅角位置（図１８内の一点鎖線に対応）に調整された状態、図２１はカム角位相がロック位置（図１８内の実線に対応）に調整された状態、図２２はカム角位相が最進角位置（図１８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。
【００４０】
図２０〜図２２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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２０〜図２２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。
【００４７】
たとえば、図２０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２２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。
【００４８】
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２３〜図２５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。
【００４９】
図２３〜図２５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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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２３においてはオリフィス１９６に連通され、図２５においてはオリフィス１９７に連通されている。
【００５３】
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２３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２５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。
【００５４】
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２５参照）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。
【００５５】
図２３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２３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２０に示した状態になる。
【００５６】
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。
【００５７】
一方、図２３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２２に示した状態になる。
【００５８】
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。
【００５９】
図２３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。
【００６０】
図２５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２５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。
【００６１】
一方、図２５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。
【００６２】
また、図２４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２１に示した状態にある。
【００６３】
なお、図２４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２１参照）のオイル供給口に供給され得る。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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２５において、バルブタイミングが最進角位置（図１９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１９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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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への通電量を増大させる。
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大する。
【００７０】
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２４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２４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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
したがって、図２１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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
そこで、始動時においては、図２１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。
【００７９】
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２４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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
しかしながら、上記従来装置においては、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していない。
【００８５】
【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構成され、機関始動時は、アクチュエータのロック機構により最進角と最遅角の略中間位置に係合し始動性を向上させ、始動後、ロック機構が解除されると、特に高回転域で始動時よりも遅角側に制御することにより出力特性を向上させるものでる。
【００８６】
また、ロックピン解除後はバルブタイミングの制御は目標進角量に対し、検出進角量を一致させるためのフィードバック制御を実施することが特開平１１−２１０４２４号公報に記載されている。
【００８７】
吸気側の場合、検出進角量が目標進角量よりも遅角側にある場合、進角させるため、ＯＣＶ１９および２０を制御することにより、アクチュエータの進角油圧室１５４にオイルを供給するように制御し、その結果、図２５のように、ＯＣＶはコイル１９３への通電電流値によりスプール１９２を連続的に任意の位置に制御することが可能であり、オイルポンプからアクチュエータ１５および１６へ供給するオイル量を連続的に制御することができる。
【００８８】
検出進角量が目標進角量より進角側にある場合、遅角させるため、ＯＣＶを制御して図２３のようにアクチュエータの遅角油圧室１５３へオイルを供給するように制御する。また、検出進角量が目標進角量と略一致した場合は、図２４のようにアクチュエータの進角油圧室１５４、遅角油圧室１５３ともに通路を遮断する位置で制御する。
【００８９】
目標進角量がピンロック位置にある場合はロックピン１５５がロック凹部１５７の位置となり、ＯＣＶ１９および２０の通路がほとんど遮断されているため、油圧低下が大きく、ロックピン１５５にかかる油圧も小さくなるため、油圧による力がスプリング力よりも小さくなった場合は、ロックピン１５５がロック凹部１５７にロックされてしまう。
【００９０】
ここで、ロックピン１５５がロックされるとピンロック位置と目標進角量にわずかでも差があると、検出進角量を目標進角量に一致させるために積分制御を実施している場合、ロックピン１５５によりロックされてしまっているため積分値を増加もしくは減少させているにも拘わらず検出進角量か動作せず、積分値は制御範囲限界まで増加もしくは減少されてしまい、目標進角量が変化して検出進角量を追従させようとしたときに、制御値が発散しているため、検出進角量が目標進角量にすみやかに追従できない場合がある。
【００９１】
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、バルブタイミング変更によるカム角変更時におけるアクチュエータのロックピンの引っかかりを防止し、すみやかに検出進角量を目標進角量に追従させ、機関性能を充分に発揮し、ドライバビリティ、排ガス性能等の低下を防ぐ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。
【００９２】
【課題を解決するための手段】
この発明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、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、前記ロック機構でのロック位置が所定範囲内から所定範囲外に変更する場合には前記ロック機構の解除動作を実施する際、遅角側、もしくは進角、遅角側の順、もしくは遅角、進角側の順の動作方向に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することで前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【００９３】
また、前記制御手段は、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検出すると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブタイミングである目標進角量を算出し、前記目標進角量もしくは前記検出進角量が前記ロック機構によるロック位置の所定範囲内から所定範囲外に変更する場合に、前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【００９４】
また、前記制御手段は、前記油圧供給装置への制御値を所定制御値にして所定期間前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【００９５】
また、前記制御手段は、前記内燃機関の始動所定期間後に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【００９６】
また、前記制御手段は、前記ロック機構のロック位置の所定範囲内にあるのが所定期間以下であれば前記ロック機構の解除動作を実施しないことを特徴とするものである。
【００９７】
また、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が所定状態以内で前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【００９８】
また、前記内燃機関の運転状態が所定状態以内とは、前記内燃機関の回転数が所定回転以内であることを特徴とするものである。
【０１０１】
また、前記制御手段は、前記ロック機構のロック位置から制御する方向とは逆方向に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することで前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【０１０２】
また、前記制御手段は、前記ロック機構の引っかかりを検出した場合に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【０１０３】
また、前記ロック機構の引っかかりは、検出進角量が目標進角量に追従しているか否かで検出することを特徴とするものである。
【０１０４】
さらに、前記制御手段は、検出進角量が目標進角量に略追従している状態での前記ロック機構でのロック位置の所定範囲内から所定範囲外への制御動作時に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とするものである。
【０１０５】
【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、前述（図１２参照）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。
【０１０６】
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１３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１４に示した通りである。
【０１０７】
また、アクチュエータ１５および１６の具体的構成は、図１５〜図１７に示した通りであり、ＯＣＶ１９および２０の具体的構成は、図１８〜図２０に示した通りである。
【０１０８】
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。
【０１０９】
さらに、ＥＣＵ２１Ａは、ロック機構でのロック位置が所定範囲内から所定範囲外に変更する場合にはロック機構の解除動作を実施する制限手段を含んでいる。これにより、アクチュエータのピンロック位置から進角もしくは遅角制御を実施する場合には、ロックピンを解除させる動作を実施することでロックピンの引っかかりを発生させることなくスムーズに検出進角量を目標進角量に追従させることにより、内燃機関の性能を十分に発揮し、トライバビリティ悪化、燃費、排ガス性能の低下を防ぐ。
【０１１０】
目標進角量は通常の運転状態である暖機後の走行状態等においては、例えば、エンジン回転と負荷による２次元マップ化した目標進角量のマップを予めＥＣＵ２１ＡのＲＯＭに記憶しておき、運転状態に応じた目標進角量を設定しておけば、それぞれの運転状態で最適なバルブタイミングとすることができる。
【０１１１】
オイルポンプは機関により駆動されるため、機関始動時はオイルポンプの回転数が十分でなくアクチュエータへの供給油量が不十分であり、油圧による進角位置の制御が不可能である。よって、図２１に示すようにロックピン１５５をロック凹部１５７に係合することにより、油圧がないことによるベーン１５２のばたつきを防止する。
【０１１２】
始動時は始動に適したバルブタイミングがあり、ロックピン１５５による係合位置を始動時のバルブタイミングとなるようにする。始動時に吸気バルブを進角しすぎるとバルブオーバラップが大きくなり、また遅角しすぎると実圧縮比が低下し、どちらにしてもポンピングロスの低減によりクランキング時の回転数は上昇して初爆発生には有利であるがその後の燃焼が十分でないため完爆まで至らない可能性がある。
【０１１３】
排気バルブを進角しすぎると実膨張比が短くなり燃焼エネルギをクランクに十分に伝達できなくなる。遅角しすぎるとオーバラップが大きくなり吸気の進角しすぎの場合と同じ事となる。
これら始動および始動直後にはバルブタイミングが進角しすぎても遅角しすぎても始動性を悪化もしくは始動不可能となるため、始動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ロックピン１５５によりロックする。
【０１１４】
始動後、エンジン回転の上昇に応じて、油圧が上昇し、アクチュエータにも油圧が供給される。
油圧が供給されると、図示しないロック凹部１５７への油圧供給もされ、油圧がスプリング１５６の力に打ち勝つと、ロック凹部１５７からロックピン１５５がはずれベーン１５２は動作可能となり、ＯＣＶ１９、２０を制御することで遅角室１５３、進角室１５４に油圧の供給をコントロールし、進角、遅角制御可能となる。
【０１１５】
機関運転状態によっては、目標進角量がピンロック位置付近になり、検出進角量が目標進角量に追従すると、ＯＣＶは図２４の位置での制御となる。この場合、進角、遅角の両方への通路が遮断され、アクチュエータにはＯＣＶからの漏れ量だけの油圧が供給されるため、油圧低下が大きく、油圧よりもスプリング１５６の力が勝ってロックピン１５５がロック凹部１５７に入る。この状態でロック位置から進角、遅角へ目標進角量が変化すると、ロックピン１５５がロック凹部１５７に引っかかるため、引っかかりを解消するための制御が必要となる。
【０１１６】
次に、前述の図１８〜図２５とともに、図２のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による吸気側のバルブタイミング制御を例に説明する。
本処理はＥＣＵ２１Ａ内で所定タイミング（例えば２５［ｍｓ］）ごとに実施される。
まず、ＥＣＵ２１Ａは、ステップＳ２０１でクランクシャフトとカムシャフトの位相差である検出進角量Ｖｄを検出する。図１９でのＡおよびＢに相当するものである。そして、ステップＳ２０２で機関の負荷状態である充填効率と機関回転数とにより機関運転状態に適したバルブタイミングである目標進角量Ｖｔを算出する。
【０１１７】
次に、ステップＳ２０３により、目標進角量Ｖｔより検出進角量Ｖｄを減算して制御偏差Ｖｅｒを求め、ステップＳ２０４でロックピンのロックを解除するアンロック条件が成立したかを判定する。その詳細を図３で説明する。
【０１１８】
すなわち、図３に示すように、まず、ステップＳ３０１で目標進角量の前回値（Ｖｔ［ｉ−１］）がロック位置Ｖｒと一致しており、かつ目標進角量Ｖｔがロック位置でない、つまり目標進角量Ｖｔがロック位置より動作したかを判定する。Ｎｏの場合は、ステップＳ３０２で始動後所定期間が経過したかを判定する。所定期間とは、例えば機関が始動してから回転数が上昇しロックピンが解除可能な油圧に達するまでの時間である。
【０１１９】
ステップＳ３０２でＮｏと判定された場合は、ステップＳ３０３でアンロックモードが継続中であるかを判定する。Ｎｏの場合は何もしないでこの処理を終了する。ステップＳ３０１、ステップＳ３０２、ステップＳ３０３のいずれかでＹｅｓの場合は、ステップＳ３０４でアンロックモードである（ｘｕｌをセットする）とする（図２のステップＳ２０８）。
【０１２０】
図２に戻って、ステップＳ２０４でアンロック条件が成立しない場合は、ステップＳ２０５で制御偏差Ｖｅｒが所定偏差（１［℃Ａ］）よりも大きいか否かを判定し、大きい場合、ステップＳ２０６で比例微分制御を実施するＰＤモードであると判定し、ステップＳ２０６でＮｏの場合はステップＳ２０７で保持モードであると判定する。ステップＳ２０５での１［℃Ａ］はバルブタイミングが変動しても機関性能に影響のない任意の値で良い。
【０１２１】
また、図４は、図２でアンロックモードであると判定された場合の処理であり、モード判定処理と同様に所定時間毎に実行される。ステップＳ４０１の判定ステップにより、で前回がアンロックモードでなく（！ｘｕｌ［ｉ−１］）、今回アンロックモード（ｘｕｌ）と判定された場合、ステップＳ４０３でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）をセットする。ステップＳ４０１でＮｏと判定された場合は、ステップＳ４０２でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）をデクリメントする。この場合、０よりも小さい値とならないようにしておく。ステップＳ４０４でアンロック継続カウンタ（ｃｕｌ）がゼロより大きいかを判定し、即ちアンロックモードが継続されている間は、ステップＳ４０５でＯＣＶへの制御電流を最小値である１００［ｍＡ］とする。
【０１２２】
次に、上述したフローチャートに基づく動作について図５および図６を参照して説明する。
図５（ａ）〜（ｄ）は、始動所定時間後に実施されるアンロック動作のタイムチャートである。時点Ａで始動を開始し、時点Ｂで機関回転数が所定回転（５００［ｒ／ｍ］）に達し、完爆完了と判断すると、始動後経過時間カウンタがセットされ、その後カウントされる。時点Ｃで始動後カウンタのカウントが終了する（ゼロになる）と、図３でのステップＳ３０２の条件が成立したこととなり、アンロックモードが実行され、ＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］とする。アンロックモードが完了すると、目標進角量Ｖｔと実進角量Ｖｄの偏差によるフィードバック制御に移行され、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従するように制御される。
【０１２３】
また、図６（ａ）〜（ｃ）は、通常運転時における動作のタイムチャートである。時点Ａまでは所定運転状態にて走行しており、目標進角量Ｖｔはロック位置にある。時点Ａで加速するためにアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度（ＴＶＯ）が大きくなりそれに伴い目標進角量Ｖｔがロック位置から進角側に変化する。このとき、図３でのステップＳ３０１の条件が成立し、アンロックモードに移行して所定期間、ＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］にしてアンロック動作を実施する。
【０１２４】
このように、ＯＣＶのアクチュエータの進角室、遅角室への通路が両方ともほぼ閉じている状態でＯＣＶ下流の油圧が低下してアクチュエータのロックピンがロックしてしまった状態から進角、遅角制御を実施する場合には、遅角側への制御方向にＯＣＶを制御することでピンロックを解消でき、ロックピンのひっかかりによる検出進角量が目標進角量に追従できなくなることを防止できる。このため、機関運転状態に見合ったバルブタイミングに制御でき、ドライバビリティ、排ガス、燃費の悪化を防止することができる。
【０１２５】
始動所定期間後にアンロックモードを実施するのは、冷機始動においては触媒活性化促進のためロック位置よりも進角側もしくは遅角に制御する場合があり、この場合にピンの引っかかりを防止するためである。よって、暖機後、触媒活性化促進の必要がなく、進角もしくは遅角側に制御しない場合はアンロックモードを実施する必要はない。
【０１２６】
始動後、所定期間のかわりに始動後所定の機関回転数を上回ってからとしても油圧が充分に発生してからアンロック動作を実施させることができ、同様の効果が得られる。
【０１２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
図７は、この発明の実施の形態２に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図７において、図３に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１２８】
この実施の形態２では、図７に示すように、ステップＳ７０１で前回の目標進角量（Ｖｔ［ｉ−１］）がロック位置Ｖｒになく、今回の目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒとなったと判定された場合は、ステップＳ７０３でアンロックモード待機カウンタ（ｃｕｌｉ）をセットする。そうでなければステップＳ７０２でアンロックモード待機カウンタ（ｃｕｌｉ）をデクリメントする。アンロックモード待機カウンタ（ｃｕｌｉ）はゼロよりも小さい値とならないようにしておく。そして、ステップＳ７０４で前回の目標進角量（Ｖｔ［ｉ−１］）がロック位置Ｖｒにあり、今回の目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒにない、もしくはアンロック待機カウンタ（ｃｕｌｉ）がゼロ以下即ちアンロックモード待機時間が経過したと判定された場合に、ステップＳ３０４でアンロックモードとする。
【０１２９】
図８（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態２に係る動作のタイムチャートである。図８に示すように、時点Ａでロック位置であった目標進角量Ｖｔがアクセルペダルの踏み込みによりスロットル開度ＴＶＯが変化した場合にはアンロック動作が実施される。時点Ｂから機関回転数の変化に伴い目標進角量Ｖｔが変化し、検出進角量Ｖｄもフィードバック制御により目標進角量Ｖｔに追従する。時点Ｃは目標進角量Ｖｔが一度ロック位置となるがすぐにロック位置から外れるため、ロックピンがロック凹部に入ることがなく、アンロック動作を実施しない。
【０１３０】
このように、目標進角量Ｖｔがロック位置を所定期間内で通過する場合はロックピン１５５がロック凹部１５７に入ることがなく、よって、アンロック動作を実施する必要もないので、アンロック動作の実施を禁止することでロックピン１５５がロック凹部１５７に入っていない状態でのアンロック動作によるバルブタイミングの不測の動作の発生を防止することができ、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができる。
【０１３１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。
図９は、この発明の実施の形態３に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図９において、図３に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１３２】
この実施の形態３では、図９に示すように、図３に対しステップＳ９０１を追加しているのみであり、ステップＳ９０１では機関回転数が所定回転数（４０００［ｒ／ｍ］）よりも低いかを判定しており、低い場合のみアンロックモードに移行するようにしている。
【０１３３】
このように、機関回転数が高い状態では機関の動力により回転しているオイルポンプのオイル吐出量が多く油圧が高いため、ＯＣＶでアクチュエータの進角室、遅角室への通路が両方閉じられた状態であって漏れのみでもＯＣＶ下流の油圧がロックピンを解除するに足りるものとなっており、ロックピンがロック凹部にひっかかることがなく、よって、アンロック動作を実施する必要がない。さらに、ロックピンのひっかかりのない状態でのアンロック動作によるバルブタイミングの不測の動作の発生を防止することができ、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができる。
【０１３４】
本実施の形態３では、所定機関回転数よりも高い状態でアンロック動作を禁止するようにしたが、アクチュエータを駆動する機関潤滑油圧は油温によって変化するため、アンロック動作が必要な回転数も油温によって変化する。このため、アンロックモードに移行する判定回転数を機関温度（水温）によって変化させても良い。また、水温と油温にはずれがあるため、水温と他の機関運転状態パラメータにより油温を推測するようにして推測油温によって変化させても良い。
【０１３５】
また、水温と機関回転数とその他の機関運転パラメータより油圧を推定して推定油圧が所定値以上か否かによりアンロックモードを実施するかを判定しても良い。
【０１３６】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。
図１０は、この発明の実施の形態４に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図１０において、図４に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１３７】
この実施の形態４では、図１０に示すように、ステップＳ４０１で前回がアンロックモードでなく（！ｘｕｌ［ｉ−１］）、今回アンロックモードとなった（ｘｕｌ）と判定された場合、ステップＳ１００２でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）とアンロック進角動作カウンタ（ｃｕｌ２）をセットする。また、ステップＳ４０１でＮｏと判定された場合は、ステップＳ１００１でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）とアンロック進角動作カウンタ（ｃｕｌ２）をデクリメントする。この場合、０よりも小さい値とならないようにしておく。
【０１３８】
そして、ステップＳ４０４でアンロック継続カウンタ（ｃｕｌ）がゼロより大きいかを判定し、大きい即ちアンロックモードが継続されていると判定された場合はステップＳ１００３でアンロック進角動作カウンタ（ｃｕｌ２）がゼロよりも大きいかを判定する。大きい場合はステップＳ１００３でＯＣＶ電流を１０００［ｍＡ］とする。ステップＳ１００３でＮｏと判定された場合はＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］とする。
【０１３９】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態４に係る動作のタイムチャートである。
図１１に示すように、時点Ａまでは所定運転状態にて走行しており目標進角量Ｖｔはロック位置にある。時点Ａで加速するためにアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度ＴＶＯが大きくなりそれに伴い目標進角量Ｖｔがロック位置から進角側に変化する。このとき、所定期間、ＯＣＶ電流を１０００［ｍＡ］通電して進角側の制御を実施した後に、ＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］として遅角側への制御を実施する。
【０１４０】
このように、アンロック動作を進角側、遅角側と交互に振ることで、ロックピンの引っかかり解除動作の効果が向上しロックピンの引っかかりによるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することができる。
【０１４１】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。
図１２は、この発明の実施の形態５に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図１２において、図４に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１４２】
この実施の形態５では、図１２に示すように、ステップＳ４０１で前回がアンロックモードでなく（！ｘｕｌ［ｉ−１］）、今回アンロックモードとなった（ｘｕｌ）と判定された場合、ステップＳ４０３でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）をセットする。また、ステップＳ４０１でＮｏと判定された場合は、ステップＳ４０２でアンロックモード継続カウンタ（ｃｕｌ）をデクリメントする。この場合、０よりも小さい値とならないようにしておく。
【０１４３】
ステップＳ４０４でアンロック継続カウンタ（ｃｕｌ）がゼロより大きいかを判定し、大きい即ちアンロックモードが継続されていると判定された場合はステップＳ１２０１で目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒよりも大きいかを判定する。大きい場合はステップＳ１２０３でＯＣＶ電流を１０００［ｍＡ］とする。ステップＳ１２０１でＮｏと判定された場合はＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］とする。
【０１４４】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態５に係る動作のタイムチャートである。
図１３に示すように、時点Ａまでは所定運転状態にて走行しており目標進角量Ｖｔはロック位置にある。時点Ａで加速するためにアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度ＴＶＯが大きくなりそれに伴い目標進角量Ｖｔがロック位置から進角側に変化する。このとき、目標進角量Ｖｔがロック位置よりも進角側に変化したのでアンロック動作は遅角側であるＯＣＶ電流１００［ｍＡ］とする。また、時点Ｄでは減速のためアクセルの踏み込みを戻しスロットル開度を小さくした場合であり、目標進角量Ｖｔがロック位置よりも遅角側に変化したため、アンロック動作は進角側であるＯＣＶ電流１０００［ｍＡ］とする。時点Ａ、時点Ｄ以外での目標進角量の変化は運転状態に見合ったバルブタイミング制御を行うためのものである。
【０１４５】
このように、目標進角量Ｖｔがロック位置から進角側に変化する場合はアンロック動作を遅角側、目標進角量Ｖｔがロック位置から遅角側に変化する場合はアンロック動作を進角側とすることで、さらに効果的にロックピンの引っかかりを解除することが可能となり、バルブタイミングの制御性が向上し、ドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することが可能となる。
【０１４６】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６について説明する。
図１４は、この発明の実施の形態６に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図１４において、図３に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１４７】
この実施の形態６は、図１４に示すように、図３に対しステップＳ１４０１が追加されたところが変更点である。即ち、目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒから変化したか、始動後所定期間経過して、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従していない場合のみアンロックモードに移行する。
【０１４８】
図１５（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態６に係る動作のタイムチャートである。
図１５に示すように、時点Ａまでは所定運転状態にて走行しており目標進角量Ｖｔはロック位置にある。時点Ａで加速するためにアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度ＴＶＯが大きくなりそれに伴い目標進角量Ｖｔがロック位置から進角側に変化する。このとき、検出進角量Ｖｄはフィードバック制御により目標進角量Ｖｔに追従しようとしてＯＣＶ電流Ｉを増加させるが、ロックピンの引っかかりにより追従できない。ロックピンのひっかかりを例えば制御偏差Ｖｅｒが所定値以上、所定期間継続したかにより判断して時点Ｂでアンロック動作を実施する。
【０１４９】
このように、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従しなければならないにも拘わらず追従できていない場合にのみロックピンのひっかかりと判断してアンロック動作を実施することで、ロックピンがひっかかっていないにも拘わらずにアンロック動作を実施してバルブタイミングの不測の動作の発生を防止することができ、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができる。
【０１５０】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７について説明する。
図１６は、この発明の実施の形態７に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。図１６において、図３に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【０１５１】
この実施の形態７では、図１６に示すように、図３に示すステップＳ３０１が図１６ではステップＳ１６０１に置き換わったところが変更点である。即ち、目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒから変化し、かつ制御偏差の前回値（Ｖｅｒ［ｉ−１］）が所定値（１［℃Ａ］）よりも小さい（前回の検出進角量（Ｖｄ［ｉ−１］）が前回の目標進角量（Ｖｔ［ｉ−１］）に追従している）場合、アンロックモードに移行する。よって、目標進角量Ｖｔがロック位置Ｖｒから変化する場合に、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従できている場合にのみアンロック動作を実施するということである。
【０１５２】
このように、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従していない場合は、ロックピンがロック凹部に入っておらずひっかかることはない。よって、検出進角量Ｖｄが目標進角量Ｖｔに追従している場合のみピンアンロック動作を実施することにより、ロックピンがひっかかっていない場合のアンロック動作に実施によるバルブタイミングの不測の動作を防止することができ、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができる。
【０１５３】
なお、実施の形態１から７では、ロック位置Ｖｒをポイントで定めているが、幅を持った範囲に設定しても良い。
【０１５４】
また、実施の形態１から７は、吸気バルブタイミング制御について記載しているが、排気について実施しても効果があることは言うまでもなく、排気側の場合は、ＯＣＶ電流が小さい側が最進角位置、大きい側が最遅角位置となるため、アンロックモードで進角側とする時は、ＯＣＶ電流を１００［ｍＡ］とし、遅角側とするときは、１０００［ｍＡ］とする。
【０１５５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、始動時等油圧がない時にバルブタイミングの変動を防止するためのバルブタイミング可変手段であるアクチュエータのロックピンが、機関運転中にＯＣＶの進角室、遅角室への両方の通路が閉じられることによるロックピン解除機構への油圧低下により不本意なピンロックが発生した場合においても、ピンロック状態から進角、遅角制御を実施する場合においては、ロックピンのアンロック動作を実施する事により、ロックピンのひっかかりによる進角、遅角制御の不良を解消することができる。
【０１５６】
また、ロックピンがひっかかっていない場合においてはアンロック動作を実施しないようにしているため、ロックピンのひっかかりのない状態でのアンロック動作の実施による進角、遅角制御の不良を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明における内燃機関のバルブタイミング制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すフローチャートである。
【図３】 図２のアンロック条件成立判定ステップの内容を示すフローチャートである。
【図４】 図２でアンロックモードであると判定された場合の処理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１における始動所定時間後に実施されるアンロック動作のタイムチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１における通常運転時における動作のタイムチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態２に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図３に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態２における通常運転時における動作のタイムチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図３に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態４に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図４に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態４における通常運転時における動作のタイムチャートである。
【図１２】 この発明の実施の形態５に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図４に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態５における通常運転時における動作のタイムチャートである。
【図１４】 この発明の実施の形態５に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図３に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図１５】 この発明の実施の形態６における通常運転時における動作のタイムチャートである。
【図１６】 この発明の実施の形態７に係るＥＣＵ２１Ａの制御動作を示すもので、図３に示す実施の形態１に対応するフローチャートである。
【図１７】 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１８】 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１９】 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２０】 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２１】 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２２】 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２３】 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２４】 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２５】 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。
【符号の説明】
１ エンジン、３ エアフローセンサ、４ 吸気管、７ インジェクタ、８ 点火プラグ、９ 点火コイル、１０ 排気管、１１ Ｏ₂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、２０ ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）、２１Ａ ＥＣＵ、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 (11)

1. 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、前記ロック機構でのロック位置が所定範囲内から所定範囲外に変更する場合には前記ロック機構の解除動作を実施する際、遅角側、もしくは進角、遅角側の順、もしくは遅角、進角側の順の動作方向に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することで前記ロック機構の解除動作を実施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。
2. 前記制御手段は、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検出すると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブタイミングである目標進角量を算出し、前記目標進角量もしくは前記検出進角量が前記ロック機構によるロック位置の所定範囲内から所定範囲外に変更する場合に、前記ロック機構の解除動作を実施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。
3. 前記制御手段は、前記油圧供給装置への制御値を所定制御値にして所定期間前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関の始動所定期間後に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 前記制御手段は、前記ロック機構のロック位置の所定範囲内にあるのが所定期間以下であれば前記ロック機構の解除動作を実施しないことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が所定状態以内で前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 前記内燃機関の運転状態が所定状態以内とは、前記内燃機関の回転数が所定回転以内であ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。
8. 前記制御手段は、前記ロック機構のロック位置から制御する方向とは逆方向に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することで前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 前記制御手段は、前記ロック機構の引っかかりを検出した場合に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
10. 前記ロック機構の引っかかりは、検出進角量が目標進角量に追従しているか否かで検出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
11. 前記制御手段は、検出進角量が目標進角量に略追従している状態で の前記ロック機構でのロック位置の所定範囲内から所定範囲外への制御動作時に前記ロック機構の解除動作を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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