JP3750936B2

JP3750936B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

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Publication number: JP3750936B2
Application number: JP2002123349A
Authority: JP
Inventors: 守雄藤原; 建彦高橋; 浩司和田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: US20030226533A1; KR20030084681A; KR100500358B1; US6802286B2; DE10318591A1; DE10318591B4; JP2003314223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、特に、内燃機関の運転条件に応じて吸気弁や排気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）を調整するための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】
従来技術として、例えば、特開平７−９１２８０号公報、特開平１０−２２７２３５号公報にて開示されたものが知られている。これらの公報のものでは、油圧式のアクチュエータを用いたバルブタイミング制御機構により所望のバルブタイミングを得る技術が示されている。また、これらはバルブタイミング制御機構において、各油温におけるオイルの粘性状態の違いによるバルブタイミング制御における制御偏差を解消するための対策をおこなった例が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、制御量の補正を行うため、前者のものでは、油温を検出する油温センサが配設されており、コストアップの原因となっていた。また、後者のものでは、始動時の冷却水温と内燃機関の運転状態（例えば、発熱量）を用いて油温を推定しているが、一旦内燃機関を停止させた後の水温の下がり方は油温に比べて早く、一定時間放置した後の再始動時における水温と油温の差は大きく、正確に油温を推定することはできない。始動直後において冷却水温を油温に代替えした場合、適切な制御量が与えられず、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差が大きくなってしまうという問題点があった。
【０００４】
また、ロック機構を有し、ロックピン解除動作を実施するもので、水温から油温を推定し、制御量を決定する従来装置もあるが、上述のように始動直後において油温推定の精度がよくないため、ロックピンを確実に抜くために余裕代を含んだ制御量の設定となっており、ロックピン解除後も不要なピン抜き動作を実施し、本来の運転状態で要求される目標バルブタイミングへの追従が遅れ、内燃機関のドライバビリティを悪化させてしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、始動時における油温の推定精度を向上させ、適切な制御量を与えることで制御偏差を低減させる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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段とを備え、前記実バルブタイミング制御手段は、前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換え、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定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である。
【０００７】
また、この発明は、内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、前記アクチュエータを所定の相対角度で係止するとともに、前記アクチュエータの進角側あるいは遅角側のいずれか一方に油圧を供給することで前記係止が解除されるロック手段と、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段と、前記ロック手段によるロック位置からバルブタイミングを変更するときに、バルブタイミングが変化する前に前記ロック手段の解除動作を行うよう前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換えるロック解除制御手段とを備え、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定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である。
【０００８】
また、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回の運転時において前記内燃機関の暖機状態が所定期間以上継続し、かつ、現在の運転での始動時水温が所定値以上の場合に、前記油温が所定値以上であると推定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。実施の形態１は、従来技術の始動時の冷却水温と内燃機関の運転状態（例えば、発熱量）を用いて油温の推定を行う油温推定手段が始動時の油温推定における誤差の発生を防止することである。一般に、内燃機関を停止させた後の水温の下がり方は、油温と比べて早く、一定期間放置した後での水温と油温の差は大きく開いている。前記従来技術での油温推定手段では、始動時または、始動直後においては、実油温よりも低い冷却水温の値を推定油温として置き換えることになってしまう。また、この時点における発熱量も始動時では０、始動直後でも冷却水温と実油温の温度差を補うだけの熱量は発生しておらず、実油温よりも低い値の推定油温を用いて制御量を求めることになるため、実油温に対する適切な制御量を与えることはできず、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差が大きくなったり、ハンチングが発生したりする不具合があった。
【００１４】
しかしながら、本実施の形態においては、前回の運転時において暖機状態が所定期間以上続いたかという条件と現在の始動時水温とに基づいて、油温が暖機状態及び冷機状態のどちらかであると推定することで、始動時における油温の推定ずれを小さくすることができる。前述のように暖機状態であると判断された状態から、エンジンを一旦停止させ、一定期間放置させた場合、停止状態における温度の下がり方は、油温よりも水温の方が早いため、エンジンを再始動させる時点における油温は冷却水温よりも高くなっている。そのため、事前に油温が暖機状態にあることを保証する水温を実験的に確認しておき、当該水温の値を所定値として設定する。これにより、始動時において水温がその所定値以上か、それ未満かを判断することで、油温が暖機状態にあるか否かを推定することができ、始動時において油温に適した制御量を切り換えることができ、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差が大きくなったり、ハンチングが発生したりする不具合が解消でき、バルブタイミングを適切に制御することができるようにするものである。
【００１５】
図１４に、油温の暖機状態及び冷機状態に応じて制御量を補正するための補正係数Ｋを示す。また、あるエンジン回転速度における油温に対する油圧の特性を図中に点線で示している。油温−油圧特性において、油温が所定値以上の領域（すなわち、暖機状態）での油圧の変化は、油温が所定値未満の領域（すなわち、冷機状態）にくらべて小さく、ほとんど横這いの状態である。そのため、図１４に示す暖機状態における補正係数Ｋの設定（Ｋ＝１．０）でも、バルブタイミングの制御性が悪化することはほとんどない。しかしながら、暖機状態と冷機状態では、油圧が大きく異なっており、同一の制御量では、油圧が高くなる冷機状態の方が、アクチュエータをより動かす方向にあり、ハンチングしやすくなる。そのため、冷機状態における補正係数Ｋ（Ｋ＝ＫＬ）の設定は、アクチュエータが動きすぎるのを抑えるため、制御量を小さくする方向に設定してある。
【００１６】
また、図１４に示すとおり、油温が低くなるほど、油圧は高くなる傾向にあるため、制御量を徐々に小さく設定していく必要があるが、一方で内燃機関の冷却が進むと（例えば、水温がある温度より低くなった場合）、内燃機関において失火が発生してくるため、バルブタイミングの動作を停止させている領域（図１４の領域Ｂ）が存在する。前述のバルブタイミング動作停止領域（領域Ｂ）を除いたバルブタイミングの動作領域における冷機状態の範囲（すなわち、図１４での領域Ａ）では、油圧の変化は、制御性に影響を与えるほど大きくないので、冷機状態において補正係数ＫＬを変更することなく、バルブタイミングを制御することが可能である。今回の実施の形態では、上述のバルブタイミング動作領域において、２値の補正係数Ｋ（１．０とＫＬ）の切り換えで、充分にバルブタイミング機構を制御するものについて述べている。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置を有する内燃機関の構成図である。図において、１１０１は内燃機関、１１０２は内燃機関１１０１が吸入する空気を浄化するエアクリーナ、１１０３は内燃機関１１０１が吸入する空気量を計量するエアフローセンサ、１１０４は空気を吸入する吸気管、１１０５は吸入する空気量を調節し、内燃機関１１０１の出力をコントロールするスロットルバルブ、１１０６は吸入した空気量に見合った燃料を供給するインジェクタ、１１１１は内燃機関１１０１の燃焼室内の混合気を燃焼させる火花を発生する点火プラグ、１１１０は点火プラグ１１１１に高電圧エネルギを供給する点火コイル、１１０７は燃焼した排気ガスを排出する排気管、１１０８は排気ガス内の残存酸素量を検出するＯ２センサ、１１０９は排気ガス内の有害ガスであるＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化する事の出来る三元触媒である。１１１６はクランク角検出用のセンサプレートで、所定位置に突起（図示なし）が設けられており、クランクシャフトに取り付けられクランクシャフトと一体で回転している。１１１５はクランクシャフトの位置を検出するクランク角センサであり、センサプレート１１１６の突起（図示なし）がクランク角センサ１１１５を横切る時に信号を発するようになっており、クランク角を検出する。１１１３はクランクシャフトに対するカムシャフトの相対角度を変化させるアクチュエータ（バルブタイミング調整装置）である。１１１２はクランク角センサ同様図示しないカム角検出用センサプレートの突起によりパルス信号を発生し、カム角を検出するカム角センサである。１１１４はオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶ）であり、カム位相アクチュエータ（バルブタイミング調整装置）１１１３への供給油圧を調整して、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対角度（カム位相）を制御するものである（油圧調整手段）。１１１７はＥＣＵであり、カム位相の制御を行うと共に、内燃機関１１０１の制御も行っている。１１１８はオイルポンプであり、カム位相アクチュエータ１１１３を駆動する油圧を発生すると共に、内燃機関１１０１の機構部品の潤滑油を各部に圧送する。１１２１は冷却水であり、内燃機関１１１０を冷却する。１１２２は水温センサであり、冷却水１１２１の温度を検出する。なお、補足ながら、図１においては、油圧を検出するための油圧センサ１１１９、及び、油温を検出する油温センサ１１２０が図示されているが、これらは、上述したように、特開平７−９１２８０号公報等に記載された従来装置においては設けられていたが、コストアップの原因となるため、本発明においては設けられていないものとする。
【００１８】
ＥＣＵ１１１７は、内燃機関１１０１の運転状態により目標バルブタイミングＶＴＴを算出する。また、クランク角センサ１１１５で検出したクランク角と、カム角センサ１１１２で検出したカム角とにより、実バルブタイミングＶＴＡを算出する。実バルブタイミングＶＴＡと目標バルブタイミングＶＴＴの偏差ＥＲによりフィードバック制御して、ＯＣＶ１１１４への通電電流値もしくはデューティ比を制御することで、実バルブタイミングＶＴＡを目標バルブタイミングＶＴＴに一致させる。ＯＣＶ１１１４は、カム位相アクチュエータ１１１３に対するオイルの油路を選択し、印加油圧を調整することにより、バルブタイミングを制御する。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ１１１７の油温推定の処理手順を図２及び図３のフローチャートに基づき説明する（油温推定手段）。なお、この油温推定処理は所定時間毎にＥＣＵ１１１７にて繰り返し実行される。図２は、内燃機関が暖気状態であるか否かを３つのパラメータ（冷却水温、エンジンの回転速度（エンジン回転数）、充填効率（吸入空気量））を用いて推定し、暖気状態であると推定された場合にその期間を累積する（すなわち、暖機完了カウンタをカウントアップする。）処理の流れを示したものである。図３は、図２で得られた暖機完了カウンタの値（前回の運転時のもの）と現在の始動時水温とを用いて、油温が所定値以上であるか否かを判定する処理の流れを示したものである。
【００２０】
まず、図２について説明する。図２において、まずステップＳ２０１で水温センサ１１２２が正常であるか否かを判定する。ステップＳ２０１で水温センサ１１２２が正常である場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ２０３で、水温が予め設定された所定値（例えば９０［℃］）以上であるか否かを判定する。一方、ステップＳ２０１でセンサが異常と判定した場合（Ｎｏの場合）は、ステップＳ２０２に移行し、暖機完了カウンタＣＨを０にリセットし、本処理を終了する。ステップＳ２０３で、所定値以上の場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ２０４でエンジンの回転速度（エンジン回転数）が所定値（例えば４００［ｒ/ｍ］）以上であるか否かを判断する。一方、ステップＳ２０３で、所定値未満の場合（Ｎｏの場合）は、暖機完了カウンタを０にリセットし、本処理を終了する。
【００２１】
ステップＳ２０４で、所定値以上の場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ２０６で充填効率（吸入空気量）が所定値（例えば０．３）以上であるか否かを判断し、所定値以上の場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ２０７で暖機完了カウンタＣＨの値を、所定の暖機判定カウンタ処理周期分（例えば１００[msec]）だけ増加させ、本処理を終了する。
【００２２】
ステップＳ２０４で所定値未満の場合（Ｎｏの場合）は、ステップＳ２０５で暖機完了カウンタＣＨの値をそのまま保持し、本処理を終了する。
【００２３】
ステップＳ２０６で充填効率が所定値未満の場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ２０５に移行し、暖機完了カウンタＣＨの値をそのまま保持し、本処理を終了する。
【００２４】
暖機完了カウンタＣＨの値はエンジン停止後（イグニッションスイッチＯＦＦ後）も、ＥＣＵ１１１７に記憶される。
【００２５】
次に、図３の処理に移行し、図２で得られた暖機完了カウンタＣＨの値は、前回運転時における暖機状態が継続した期間を示す値として用いられる。図３において、ステップＳ３０１で、暖機完了カウンタＣＨが所定期間Ｔｈ（例えば６００［sec］）以上であるかが判定される。ステップＳ３０１で所定期間Ｔｈ以上であった場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ３０３に移行し、始動時水温が所定値（例えば８６［℃］）以上であるか否かが判定される。ステップＳ３０３において、所定値以上であった場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ３０４に移行し、油温は所定値以上である（暖機状態（温間再始動））と推定し、本処理を終了する。
【００２６】
一方、ステップＳ３０１で所定値未満の場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ３０２に移行し、油温は所定値よりも小さいと推定し、本処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ３０３で、始動時水温が所定値未満の場合（Ｎｏの場合）は、ステップＳ３０２に移行し、油温は所定値よりも小さい（冷機状態（冷間再始動））と推定し、本処理を終了する。
【００２８】
このように、本実施の形態においては、油温推定手段は、内燃機関が前回運転時において暖機状態が所定期間継続し、かつ、現運転での始動時水温が所定値以上の場合、油温が所定値以上である（温間再始動）であると推定する。
【００２９】
図４は、温間再始動判定動作のタイムチャートである。時点Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９はそれぞれエンジン停止のタイミングであり、時点Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０はそれぞれエンジン始動のタイミングである。また、Ｔ８は上述の温間再始動であり、それ以外は冷間再始動となっている。
【００３０】
時点Ｔ４→Ｔ５の運転時において、水温が所定値（例えば９０［℃］）以上となった時点から、暖機完了カウンタＣＨはカウントアップされていく。
【００３１】
一旦、時点Ｔ５において、イグニッションスイッチがＯＦＦ（ＩＧｓｗＯＦＦ）された場合も暖機完了カウンタＣＨの値は記憶され、時点Ｔ６→Ｔ７の運転時において、水温が所定値よりも小さい場合には、暖機完了カウンタＣＨはカウントアップされずに値を保持したままで、水温が所定時間を越えた時に、暖機完了カウンタＣＨはカウントアップされていく。
【００３２】
時点Ｔ８の始動時において、暖機完了カウンタＣＨが所定期間（例えば６００[sec]）を越えており、また、始動時における水温が所定値（例えば８６[℃]）以上であるので、油温が所定値以上である（「温間再始動」）と判断される。時点Ｔ１０の始動時において、暖機完了カウンタが所定期間（例えば６００［sec］）を越えているが、始動時における水温が所定値よりも小さくなっているので、油温が所定値より小さい（「冷間再始動」）と判断される。その際、暖機完了カウンタも０にリセットされる。
【００３３】
次に、本実施の形態にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置で使用されている実バルブタイミング制御の制御内容を図５のフローチャートに基づいて説明する（実バルブタイミング制御手段）。
【００３４】
図５において、ステップＳ５０１では、クランク角センサ、カム角センサ、吸入空気量センサ、スロットルセンサ、水温センサのそれぞれ（運転状態検出手段）から、エンジン回転数、バルブタイミング、吸入空気量、スロットル開度、冷却水温等のエンジン運転状態信号を入力する。次に、ステップＳ５０２において、クランク角信号とカム角信号により、クランクシャフトに対するカムシャフトの変位角度（実バルブタイミング）ＶＴＡを算出する（実バルブタイミング検出手段）。ステップＳ５０３では、予め運転状態に応じた目標バルブタイミングＶＴＴを規定したマップより、運転状態に応じた目標バルブタイミングＶＴＴを設定する（目標バルブタイミング設定手段）。ステップＳ５０４にて、目標バルブタイミングＶＴＴと実バルブタイミングＶＴＡの偏差ＥＲを求め、ステップＳ５０５では、上述の油温推定処理で推定された油温が所定値（例えば、９０℃）以上であるかを判断し、所定値以上であるならばステップＳ５０６で、補正係数Ｋに、Ｋ＝１．０を代入し、ステップＳ５０７において、偏差ＥＲに補正係数Ｋを乗算することで油温補正後偏差ＥＲＡを求める。
【００３５】
ステップＳ５０５で、油温が所定値よりも小さい場合、ステップＳ５０８にて、図１４に示してあるグラフより、補正係数Ｋ＝低油温補正係数ＫＬとして、ステップＳ５０７に進み、油温補正後偏差ＥＲＡを求める。
【００３６】
ステップＳ５０９において、ＯＣＶ電流値ＩｏｕｔをＩｏｕｔ＝Ｉｃ＋ＫＩ＋（ＫＰ×ＥＲＡ）＋（ＫＤ×△ＥＲＡ）と設定する。ここで、Ｉｃは保持電流値であり、ＫＰは比例動作に対応するゲイン、ＫＤは微分動作に対応するゲイン、ＫＩは油温補正後ＥＲＡに基づいて算出した積分増減値である。△ＥＲＡは、ＥＲＡの単位時間あたりの変化量であり、△ＥＲＡ＝(ＥＲＡ(n)-ＥＲＡ(n-1))／(T(n)-T(n-1))と設定する。
【００３７】
ステップＳ５１０でＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔ（制御信号）を出力し、本処理を終了する。
【００３８】
以上のように、この発明によれば、油温推定手段で内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて推定されたバルブタイミング制御機構における作動油の油温に基づき、前記実バルブタイミング制御手段で決定した制御量を切り換える。このため、油圧センサ等を新たに設けることなく、前記内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて前記バルブタイミング制御機構における作動油の油温を精度よく推定でき、目標バルブタイミングに対して実バルブタイミングを適正に制御することができるので、内燃機関のドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができるという効果が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
本実施の形態における内燃機関の構成は、上述の実施の形態１（図１）と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
まずはじめに、図６〜図９でアクチュエータ（バルブタイミング調整装置）１１１３の構成及び概要を説明する。なお、図６は、ベーン式バルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。図７は、図６のＡ−Ａ線で断面視した縦断面図である。図８は、図６に示したバルブタイミング調整装置におけるロック機構・ロック解除機構の要部を拡大して示す斜視図である。図９は、図８に示したロック機構・ロック解除機構の縦断面図である。これらの図において、１（符号２〜５により構成、図７参照）は、第１の回転体、２はスプロケット、３はケース、３ａはシュー、４（図７参照）はカバー、５は締結部材、６はロータ（第２の回転体）、６ａはベーン、７はカムシャフト、８（図７参照）は締結部材、９は進角側油圧室、１０は遅角側油圧室、１１は第１の油路（圧力室供給通路）、１２は第２の油路（圧力室供給通路）、１３はシール手段、１４（図７参照）は収納孔、１４ａ（図７参照）は背圧部、１５（図７参照）はロックピン（ロック部材）、１６（図７参照）は付勢手段、１７は排出孔、１８（図７参照）は係合孔、１８ａ（図９参照）はロック解除油圧室、１９はチェックバルブ、２０（図８参照）は第１ロック解除油圧供給路、２１は第２ロック解除油圧供給路、２２は進角側圧力分配通路、２３は遅角側圧力分配通路、２４はパージ通路である。
【００４１】
図６〜図９に示すアクチュエータ１１１３においては、エンジン始動時にオイルポンプからの油圧が遅角側油圧室１０に供給され、その途中、空気を噛んだエアはパージ通路２４を経て排出孔１７から装置外へ排出される。空気が排出されると背圧部１４ａ内に供給された油により残油圧が発生し、解除油圧を高めてロック解除を阻止する。進角側油圧に切り替わると油圧は付勢手段１６の付勢力のみに抗してロックピン１５の先端を解除方向に押圧してロック解除する構造のものである。
【００４２】
内燃機関１１０１の始動時、ＯＣＶ１１１４はアクチュエータ１１１３の遅角側油圧室１０にオイルが供給されるように制御される。内燃機関１１０１の停止時には、アクチュエータ１１１３内及びオイルポンプからアクチュエータ１１１３までの油路内のオイルはオイルパンに落ちる可能性があり、その場合の始動時には、油路内のエアもしくはエアを含んだ油を遅角側油圧室１０に導入させる。遅角側油圧室１０に導入されたエアもしくはエアを含んだオイルはパージ通路２４、背圧部１４ａ、排出孔１７を通ってアクチュエータ外に排出する。
【００４３】
始動後は、遅角側圧力分配通路２３からの油圧がロック解除油圧室１８ａにも導入されるが、付勢手段１６の付勢力によりロックピン１５は係合孔１８から抜けない状態が保持される。
【００４４】
これらにより、始動時にロックピン１５が係合孔１８から抜けてロータ６がばたついて異音を発するのを抑制する。
【００４５】
内燃機関１１０１の始動後、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込み、進角側への指令が出た場合、ＯＣＶ１１１４はアクチュエータ１１１３の進角側油圧室９へ油圧を導入するように制御される。
【００４６】
進角側油圧室９のオイルは進角側圧力分配通路２２を通ってロック解除油圧室１８ａに導入される。ＯＣＶ１１１４は遅角側油圧室１０のオイルを排出する位置に制御されるため、遅角側油圧室１０のオイルはＯＣＶ１１１４を通ってオイルパンに排出される。油圧は、付勢手段１６の付勢力のみに抗してロックピン１５の先端を解除方向に押圧して、ロックピン１５は係合孔１８から抜けてロータ６は稼動可能となり、進角側油圧室９の油圧によりロータが進角側に動作することで、進角制御がなされる。
【００４７】
なお、油温推定の処理手順については、実施の形態１（図２及び図３）と同じであるので、説明を省略する。
【００４８】
内燃機関のバルブタイミング制御装置におけるロック解除制御手段について説明する。ロック解除制御は、例えば、ロックピンが係合孔から抜けるよりも遅くロータを動作させるために進角側油圧室への油圧導入がゆっくりとなるようにＯＣＶへの電流増加率を徐々に行うような制御を実施する。ＯＣＶ１１１４に印加する電流の初期値を電流値Ｉｂよりもロック状態を解除しない方向（遅角側）に設定し、さらにロック機構を解除する方向（進角側）へ所定の割合（電流増加率）でＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔを増加させる。
【００４９】
図１２はＯＣＶ上流の油圧が異なる場合の、ＯＣＶ電流とカム位相アクチュエータ１１１３の進角側油圧室９に供給される油圧の関係を示す図である。ＯＣＶ１１１４における油路の絞り開度はＯＣＶ１１１４への印加電流に対して一意的に決まるため、例えばＯＣＶ電流が同一の場合、ＯＣＶ上流の油圧が高い方がカム位相アクチュエータ１１１３へ供給する油圧は高くなる。即ち、ＯＣＶ電流とＯＣＶ下流への供給油圧の関係はＯＣＶ上流の油圧に依存する。
【００５０】
また、クランクシャフトの回転によって駆動されるオイルポンプを有するバルブタイミング制御装置においては、ＯＣＶ上流の油圧は機関の回転速度に依存する。例えば、回転速度が上昇するとＯＣＶ上流油圧は高くなる。さらに油温が変化すると、オイルの粘度が変化するのでオイルポンプの吐出効率が変化する。例えば、油温が高い場合はオイルの粘度が低下するのでオイルポンプの吐出効率が低下し、ＯＣＶ上流の油圧は低下する。従って、完全にロックピン１５を解除できる油圧Ｐ２およびロータ作動油圧Ｐ３を進角油圧室へ供給するために印加すべきＯＣＶ電流値ＩｂおよびＩｃは、内燃機関１１０１の回転速度や油温によって影響を受ける。図１２の例では、或る代表的な運転状態においてカム位相アクチュエータ１１１３の進角側油圧室９に供給される油圧を実線で示している。また、油圧Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ対応するＯＣＶ電流はＩｂ、Ｉｃと示している。一方、ＯＣＶ上流の油圧が高い場合の進角側油圧室９に供給される油圧を一点鎖線で示している。同様に油圧Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ対応するＯＣＶ電流はＩｂ’、Ｉｃ’と示している。図１２より、ロックピン１５が解除可能な電流範囲は（Ｉｃ−Ｉｂ）（符号（２））よりも（Ｉｃ’−Ｉｂ’）（符号（１））の方が狭いことが判る。
【００５１】
従って、同一の電流増加率でＯＣＶ電流を増加させた場合、ＯＣＶ上流油圧の高い方がロックピン１５を解除可能な電流範囲を短い時間で通過してしまい、ロックピン１５をストローク量Ｌｓだけ移動させる時間を確保出来ないことがある。そこで油圧が高い場合は電流増加率を小さくして、ロックピン１５をストローク量Ｌｓだけ移動させる時間を確保する。
【００５２】
前述のように、油温が低い、即ち油圧が高い場合では、油温が高い、即ち油圧が低い場合よりも、ロックピン解除可能な電流範囲を短時間で通過してしまうことになるので、ロックピンを抜くだけの時間が確保できなくなる。そこで図１３に示すように油温が低い場合は、電流増加率を小さくするように設定している。
【００５３】
従来装置の始動時水温のみから油温を推定し、ロックピン解除手段の制御量を決定するものにおいては、実施の形態１における説明の通り、始動時における油温推定の精度がよくないため、ロックピンを確実に抜くために、電流増加率の設定を図１３に示す油温−電流増加率特性の設定（実線）よりも、小さく設定（点線）しなくてはならなかった。そのため、実際にロックピン解除後も、ピン抜けが検出される（実バルブタイミングが所定値まで達する）まで不要なピン抜き動作を実施することになるので、本来の運転状態で要求される目標バルブタイミングへの追従が遅れ、内燃機関のドライバビリティを悪化させていた。
【００５４】
しかしながら、本実施の形態の油温推定手段では、始動時における油温推定の精度が上がることにより、電流増加率を油温に応じた設定（例えば、暖機時における電流増加率の値を冷機時に比べて高く設定）にすることが可能であり、ピン抜き動作を短縮することができ、本来の運転状態で要求される目標バルブタイミングへの追従性が改善され、内燃機関のドライバビリティをよくするものである。
【００５５】
図１１はロータ６が進角側へ回転作動する前にロックピン１５を解除する際のＯＣＶ電流Ｉｏｕｔの制御内容を示すフローチャートである。ステップＳ１１０１でピン解除時間カウンタＣＰを０にリセットする。ステップＳ１１０２でロックピン１５がロック状態であるかを判定し、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ１１０３で目標位相角（目標バルブタイミング）θｔが最遅角位置ではないことを判定する。ステップＳ１１０２でＮｏの判定の場合は、ロックピン解除の処理を終了し、通常の位相フィードバック制御に移行する。ステップＳ１１０３で目標位相角θｔが最遅角位置（即ち０［ｄｅｇ．ＣＡ］）ではないことを判定し、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ１１０４で、油温推定処理で推定された油温が所定値（例えば、９０℃）以上であるかを判断し、所定値以上であるならば、ステップＳ１１０５で、図１３に示すＥＣＵに記憶させたマップから高油温時電流増加率ＡＨを電流増加率Ａとして選択し、ステップＳ１１０６でＯＣＶ電流値ＩｏｕｔをＩｏｕｔ＝Ｉｃ＋Ａ×ＣＰ−Ｉｏｆｓに設定する。ここで、Ｉｃは保持電流値であり、ＡはＯＣＶ電流の増加率（例えば０．１［ｍＡ／ｍｓｅｃ］）であり、ＩｏｆｓはＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔの初期値を遅角側に設定するための所定量（例えば２００［ｍＡ］）である。
【００５６】
ステップＳ１１０５で、油温が所定値よりも小さい場合、ステップＳ１１０７で図１３に示すＥＣＵに記憶させたマップから低油温時電流増加率ＡＬを電流増加率Ａとして選択し、ステップＳ１１０６でＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔの式に電流増加率Ａとして代入し、ＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔを求める。
【００５７】
ステップＳ１１０３でＮｏの場合はロックピン解除の処理を終了し、通常の位相フィードバック制御に移行する。ステップＳ１１０６でピン解除時間カウンタＣＰを処理周期分（例えば２５［ｍｓｅｃ］）加算する。ステップＳ１１０７でピン解除時間カウンタＣＰが時間Ｔｐ’（例えば１５００［ｍｓｅｃ］）を超過したかを判定する。ステップＳ１１０７でＹｅｓの場合は、ロックピン１５の解除を完了したとして、通常の位相フィードバック制御に移行する。ステップＳ１１０７でＮｏの場合はロックピン１５の解除を継続すべくステップＳ１１０２に戻る。図１１のフローチャートは所定時間（２５ｍｓ）毎に実行される。
【００５８】
今回、推定油温に応じて電流増加率Ａの決定は、図１１に示すフローチャート内で実施したが、事前に推定油温に応じて電流増加率Ａを決定しておいて、フローチャート内では決定された電流増加率Ａを使用して、ＯＣＶ電流値を求めても問題はない。
【００５９】
図１５のフローチャートはロックピン１５が係合孔１８に係合されているかを判定する処理である。Ｓ１５０１で検出位相角（実バルブタイミング）（Ｖｄ）が所定量（例えば５［ｄｅｇＣＡ］）以上であるかを判定する。所定量（５［ｄｅｇＣＡ］）以上の場合は、ロータ６は進角側に動作できているので、ロックピン１５は係合孔１８から抜けているため、ピン解除したと判断し、Ｓ１５０２でピンロックフラグにゼロをセットする。Ｓ１５０１でＮＯの場合、Ｓ１５０３で始動モードであるかを判定し、Ｙｅｓの場合は内燃機関１１０１の停止時にオイルポンプの発生油圧がなくなり、ロックピン１５は係合孔１８に係合されるため、ピンロックしていると判断し、Ｓ１５０５でピンロックフラグに１をセットする。
【００６０】
Ｓ１５０３でＮＯの場合、回転速度（Ｎｅ）が所定値（例えば６００［ｒ／ｍ］）より小さく、かつ、水温（ｔｈｗ）が所定値（例えば９０［℃］）よりも高い場合は、Ｓ１５０５でピンロックフラグを１にする。Ｓ１５０４でＮＯの場合はそのまま処理を終了する。よって、Ｓ１５０３で始動モードでなく、Ｓ１５０４で回転速度（Ｎｅ）が所定値以上かつ水温（ｔｈｗ）が所定値以下の場合は、過去に設定されたピンロックフラグの値が残っているため、一度でも始動モードもしくは回転速度（Ｎｅ）が所定値より小さくかつ水温（ｔｈｗ）が所定値よりも大きくなるとピンロックフラグがセットされたままとなる。ロックピン１５も進角側油圧室９に油を導入しないと抜けないので、ピンロックフラグの状態と実際のロックピン１５の動作は一致しており問題はない。
【００６１】
図１０は、一般的な位相フィードバック制御（ＰＩＤ制御）を実行する直前に図１１のフローチャートで示したロックピン１５の解除方法を実施した場合の、目標位相角θｔと検出位相角θａとＯＣＶ電流Ｉｏｕｔの関係を示すタイムチャートである。
【００６２】
時点Ｔａで目標位相角θｔが出力されると同時にロックピン解除の処理が開始される。ＯＣＶ電流Ｉｏｕｔが保持電流値Ｉｃより所定値Ｉｏｆｓだけ小さい値Ｉｂから、徐々に電流が増加させていく。
【００６３】
時点Ｔｂは、検出位相角θａが所定角度θｂ（例えば５℃Ａ）になったと検出された時点であり、この時点でピンロック解除処理は終了し、位相フィードバック制御（ＰＩＤ制御）に移行する。期間Ｔｐ（＝Ｔｂ-Ｔａ）の間で、上述の電流増加率Ａの割合で増加している。
【００６４】
図１３は内燃機関１１０１の油温に対する電流増加率の設定値を示す図である。前述の通り、油圧が高い場合は電流増加率を小さくする必要があるので、油圧が上昇する条件、即ちオイルポンプの吐出効率が高い、油温が低い状態において電流増加率が小さくなる様に設定されている。
【００６５】
図１３の電流増加率ＡをＥＣＵ１１１７に記憶させておき、油温推定手段においてＯＣＶ上流の油温を推定し、ＯＣＶ上流の油圧を油温で推定して図１１のＳ１１０４でＯＣＶ電流Ｉｏｕｔを算出する際に適用する。
【００６６】
この場合、油温センサ、油圧センサを省略することが出来るのでシステムの簡略化が可能であり、コストダウンが図れる。
【００６７】
なお、上記の実施の形態では、図２のフローチャートに示されるように、内燃機関１１０１の暖機状態の推定を回転速度、冷却水温、充填効率（吸入空気量）の組み合わせで行ったが、それぞれ１つのパラメータを用いて暖機状態を推定しても問題はない。また上記以外のパラメータ（例えば、スロットル開度）を複数組み合わせば、内燃機関の暖機状態を精度よく推定できることが可能になる。
【００６８】
このように、ロックピン１５が係合している状態において、目標位相角θｔがロックピン１５の係合する角度位置から変化する場合には、印加すべきＯＣＶ電流値Ｉｏｕｔの初期値を保持電流値Ｉｃよりもロック状態を解除しない方向に設定し、油温推定手段によって推定された油温に応じて電流増加率を決定し、ロック状態を解除する方向にＯＣＶ電流値を変化させることにより、ロックピン１５を短期間で確実に解除する事が出来る。
【００６９】
このため、短期間で確実にロックピン１５を抜くことができ、目標バルブタイミングに対して実バルブタイミングを適正に制御することができ、内燃機関のドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することが可能となる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態における内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、油温推定手段で内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて推定されたバルブタイミング制御機構における作動油の油温に基づき、前記ロック解除制御手段で決定した制御量を切り換える。このため、油圧センサ等を新たに設けることなく、前記内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて前記バルブタイミング制御機構における作動油の油温を精度よく推定でき、ロック機構を短期間で確実に解除し、目標バルブタイミングに対して実バルブタイミングを適正に制御することができるので、内燃機関のドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができるという効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明は、内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段とを備え、前記実バルブタイミング制御手段は、前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換え、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定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であるため、ため、油圧センサ等を新たに設けることなく、前記内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて前記バルブタイミング制御機構における作動油の油温を精度よく推定でき、目標バルブタイミングに対して実バルブタイミングを適正に制御することができるので、内燃機関のドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができるという効果が得られる。
【００７２】
また、この発明は、内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、前記アクチュエータを所定の相対角度で係止するとともに、前記アクチュエータの進角側あるいは遅角側のいずれか一方に油圧を供給することで前記係止が解除されるロック手段と、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段と、前記ロック手段によるロック位置からバルブタイミングを変更するときに、バルブタイミングが変化する前に前記ロック手段の解除動作を行うよう前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換えるロック解除制御手段とを備え、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定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であるため、油圧センサ等を新たに設けることなく、前記内燃機関の前回の運転状態と現在の運転状態に応じて前記バルブタイミング制御機構における作動油の油温を精度よく推定でき、ロック機構を短期間で確実に解除し、目標バルブタイミングに対して実バルブタイミングを適正に制御することができるので、内燃機関のドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することができるという効果が得られる。
【００７３】
また、前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回の運転時において前記内燃機関の暖機状態が所定期間以上継続し、かつ、現在の運転での始動時水温が所定値以上の場合に、前記油温が所定値以上であると推定するので、推定される作動油の油温精度が向上し、結果的に、本装置の信頼性が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術及び本発明における内燃機関のバルブタイミング制御装置およびその周辺の構成を示した構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の動作を説明するための流れ図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の動作を説明するための流れ図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の実バルブタイミング制御手段の制御内容を示す流れ図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置のアクチュエータ（バルブタイミング制御装置）の内部構成を示す横断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線で断面視した縦断面図である。
【図８】図６に示したアクチュエータにおけるロック・ロック解除機構の要部を拡大して示した斜視図である。
【図９】図８に示したロック・ロック解除機構の縦断面図である。
【図１０】内燃機関の油温に対する電流増加率の設定値を示す説明図である。
【図１１】ロックピンを解除する場合のＯＣＶ電流のタイミング図である。
【図１２】ＯＣＶ上流の油圧が異なる場合の、ＯＣＶ電流とカム位相アクチュエータの進角側油圧室に供給される油圧の関係を示す説明図である。
【図１３】内燃機関の油温に対する電流増加率の設定値を示す説明図である。
【図１４】内燃機関の油温に対するバルブタイミング制御における油温補正係数の設定値を示す説明図である。
【図１５】ロックピンがロック状態であることを判定する場合の制御内容を示す流れ図である。
【符号の説明】
２スプロケット、６ロータ（第２の回転体）、６ａベーン、９進角側油圧室、１０遅角側油圧室、１４収納孔、１４ａ背圧部、１５ロックピン（ロック部材）、１６付勢手段、１７排出孔、１８係合孔、１８ａロック解除油圧室、１９チェックバルブ、２０第１ロック解除油圧供給路、２１第２ロック解除油圧供給路、２２進角側圧力分配通路、２３遅角側圧力分配通路、２４パージ通路、１１０１内燃機関、１１１２カム角センサ、１１１３アクチュエータ、１１１４オイルコントロールバルブ、１１１５クランク角センサ、１１１６センサプレート、１１１７ＥＣＵ、１１１８オイルポンプ、１１１９油圧センサ、１１２０油温センサ、１１２２水温センサ。

Claims

内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、
前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、
前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段と
を備え、
前記実バルブタイミング制御手段は、前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換え、
前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する
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。
内燃機関の運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
吸気バルブ及び排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを検出するための実バルブタイミング検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記バルブタイミングに対する目標バルブタイミングを設定する目標バルブタイミング設定手段と、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくともいずれか一方のバルブタイミングを変更するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動すべく前記アクチュエータにオイルを供給すると共にその油圧調整を行う油圧調整手段と、
前記バルブタイミングを前記目標バルブタイミングに追従させるために、前記油圧調整手段を制御することにより前記アクチュエータを制御する実バルブタイミング制御手段と、
前記アクチュエータを所定の相対角度で係止するとともに、前記アクチュエータの進角側あるいは遅角側のいずれか一方に油圧を供給することで前記係止が解除されるロック手段と、
前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する油温推定手段と、
前記ロック手段によるロック位置からバルブタイミングを変更するときに、バルブタイミングが変化する前に前記ロック手段の解除動作を行うよう前記油温推定手段で推定された前記油温に基づいて、前記油圧調整手段を制御するための制御量を切り換えるロック解除制御手段と
を備え、
前記油温推定手段は、前記内燃機関の前回運転時の状態と現在の運転状態とに基づいて、前記油圧調整手段が前記アクチュエータに供給する前記オイルの油温を推定する
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。
前記油温推定手段は、
前記内燃機関の前回の運転時において前記内燃機関の暖機状態が所定期間以上継続し、かつ、現在の運転での始動時水温が所定値以上の場合に、前記油温が所定値以上であると推定する
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。