JP3972831B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の運転状態に応じてそのバルブタイミングを可変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】
こうしたバルブタイミング制御装置にあっては、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、同カムシャフトにより開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを変更するようにしている。こうしたバルブタイミング制御装置の一例としては、ベーン式のバルブタイミング制御装置がある。このベーン式のバルブタイミング制御装置は、例えばクランクシャフトに駆動連結されたハウジングと、同ハウジング内に回動可能に配設され、ハウジング内を進角圧力室と遅角圧力室とに区画するとともにカムシャフトに連結されるベーン体とを備えている。そして、進角圧力室または遅角圧力室に作動油が供給されることにより、ハウジングとベーン体が相対回動し、最終的にクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相、すなわちバルブタイミングが変更される。また、バルブタイミングを保持する場合には、進角圧力室及び遅角圧力室に対する作動油の供給及び排出が停止され、各圧力室における作動油の圧力が等しくされる。
【０００３】
ところで、機関始動時には、オイルポンプによって十分な量の作動油を供給することができないために、上記各圧力室に供給される作動油の圧力は通常運転時と比較して低くなる。ここで、ベーン体には、カムシャフトがバルブを開閉駆動する際に生じる反力トルクが作用するため、このように作動油の圧力が低くなる状況では、ベーン体が反力トルクの変化に応じて回動してしまい、バルブタイミングを一定に維持することが困難になる。また、ベーン体がハウジングの内壁に衝突し、打音が発生する場合もある。
【０００４】
そこで、近年のベーン式のバルブタイミング制御装置には、機関始動時においてハウジングとベーン体との相対回動を規制するロック機構を備えるものが多い。このロック機構は、例えばベーン体に摺動可能に配設されたロックピンと、ハウジングの内壁に設けられ、ロックピンの先端部が挿入されるロック穴とを備えて構成されている。そして、作動油の圧力が低下している機関停止時等には、ロックピンの先端部がロック穴に挿入される。これによりハウジングとベーン体との相対回動が規制される。
【０００５】
また、このロック機構には、ロック解除用の圧力室が設けられており、この圧力室にはロックピンをロック穴から離脱させる方向に押圧する圧力が上記各圧力室から導入される。
【０００６】
そして、機関始動後に、オイルポンプによる十分な作動油の供給が可能となり、上記各圧力室のうちの少なくとも一方の圧力が十分に高まると、ロック解除用の圧力室の圧力も高まり、ロックピンがロック穴から離脱してハウジングとベーン体との相対回動の規制が解除される。こうして相対回動の規制が解除されると、ハウジングとベーン体との相対回動が可能となり、遅角圧力室と進角圧力室との圧力調整に基づいてバルブタイミングの変更が行われるようになる。
【０００７】
ここで、ロックピンの解除は作動油の油圧により行われるため、油圧の状態によっては、ロック機構に誤作動が生じるおそれがある。例えば、機関始動時には、オイルポンプが停止状態から起動することにより、一時的にポンプ吐出圧が急上昇してロックピンが強制的に解除されてしまうおそれがある。そこで特許文献１に記載の装置では、機関始動時において、各圧力室の双方への作動油供給を遮断することにより、一時的なポンプ吐出圧の急上昇に起因するロック機構の誤作動を抑えるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−４１０１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロック機構の誤作動は上述したようなものだけではなく、例えば、次のようなものもある。すなわち、各圧力室からの作動油の漏洩に起因してそれら圧力室の圧力が低下した時や機関始動時などのように作動油の油圧が低い状態において、バルブタイミングを変更しようとすると、ロックピンの解除がなされる前にハウジングとベーン体との相対回動が開始されてしまう場合がある。この場合には、ロックピンがロック穴の側壁などに押し付けられるなどして、ロックが解除されなくなり、バルブタイミング装置の作動不良を引き起こすおそれがある。上記従来の装置ではこのような不具合に対して対処することができず、この点においてなお改善の余地を残すものとなっていた。
【００１０】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロック機構を備える可変バルブタイミング機構にあって、ロックの解除不全の発生を好適に抑制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を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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以下に記載する。
【００２４】
請求項１に記載に発明は、相対回動することにより内燃機関のバルブタイミングを変更可能な第１及び第２の回転体と、同第１の回転体に対する前記第２の回転体の回転位相を変更するための作動流体が供給される第１及び第２の圧力室と、前記第１及び第２の回転体のバルブタイミング最大制御位置に対応した回転位相においてこれら回転体の相対回動を規制すると共に、前記第１及び第２の圧力室の少なくとも一方に供給される流体圧に基づき同規制を解除するロック機構と、作動流体を前記第１及び第２の圧力室に供給するポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備える内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記圧力センサの検出値が、前記作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて設定される許容圧力以上になるまで、前記第１及び第２の圧力室のうち、前記バルブタイミング最大制御位置を維持する側の一方の圧力室に対し作動流体を供給した後に、他方の圧力室に作動流体を供給することをその要旨とする。
【００２５】
同構成では、圧力センサによって検出されるポンプの吐出圧が、許容圧力以上になるまでの間、前記一方の圧力室に対し作動流体を供給するようにしている。ここで、前記一方の圧力室に作動流体が供給される際に圧力センサによって検出されるポンプの吐出圧と、同圧力室内の流体圧とは、作動流体の粘度によって異なるようになる。そこで、上記請求項１に記載の構成では、この作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて上記許容圧力を設定するようにしている。従って、この許容圧力は上記の流体圧差に対応した好適な値が設定され、位相変更に先立って行われる上記圧力室への作動流体の供給を好適に実施することができる。その結果、ロックの解除不全の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、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において、前記許容圧力は、前記作動流体の粘度あるいはその相関値の増大に伴って高く設定されることをその要旨とする。
【００２７】
作動流体の粘度が高くなるほど、流路内の流体圧は上昇するが、その流動性も低下するため、上記制御位置を維持する側の圧力室内の流体圧と、上記圧力センサで検出された流体圧との差が大きくなる。そこで、上記請求項２に記載の構成では、前記作動流体の粘度あるいはその相関値の増大に伴って前記許容圧力を高めるようにしている。そのため、粘度の増加に伴って流動性が低下する状況にあってもより高い圧力で、いわば強制的に上記圧力室に作動流体が供給されるため、確実に上記圧力室内の流体圧を高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、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において、前記相関値は作動流体の温度であることをその要旨とする。
【００２９】
作動流体の粘度は、その流体温度が高くなるほど低下する傾向にある。このような傾向に着目した上記請求項３に記載の構成によれば、作動流体の温度に基づいてその粘度を推定することができ、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、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において、前記相関値は冷却水温であることをその要旨とする。
【００３１】
作動流体の粘度は、内燃機関の冷却水温が高くなるほど低下する傾向にある。このような傾向に着目した上記請求項４に記載の構成によれば、内燃機関に一般的に設けられている水温センサの検出値である冷却水温が、作動流体の粘度についてその相関値として用いられる。従って、作動流体の粘度を検出するためのセンサを別途設けることなく、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、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において、前記相関値は冷却水温及び吸気温であることをその要旨とする。
【００３３】
冷却水温の変化に対する吸気温の影響、換言すれば冷却水温の変化に対する外気温の影響は、作動流体の粘度、換言すれば作動流体の温度の変化に対する吸気温の影響と比較すると小さい。そのため例えば、吸気温が低いときには、冷却水温は高いものの、作動流体の温度は低いといった状況も想定される。この点、上記請求項５に記載の構成によれば、冷却水温のみならず吸気温も考慮に入れた値が、作動流体の粘度と相関関係にある値として利用される。そのため、作動流体の粘度に対する相関関係の精度がより高まり、ひいては上記請求項１または２に記載の作用効果も自ずと精度の高いものとなる。なお、この場合にも、内燃機関に一般的に設けられている水温センサ及び吸気温センサの検出値である冷却水温及び吸気温が、作動流体の粘度の代わりに用いられる。従って、作動流体の粘度を検出するためのセンサを別途設けることなく、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態のバルブタイミング制御装置の可変バルブタイミング機構の構造と、同制御装置の油圧回路構造とを併せて示している。
この図１に示すように、上記可変バルブタイミング機構は、第１の回転体であって略円環形状のハウジング１０３と、その内部に収容された第２の回転体であるベーン体１０１とを有している。ベーン体１０１は、吸気バルブを駆動するカムシャフト１３０に、またハウジング１０３は機関出力軸であるクランクシャフトに同期して回転するカムプーリ１０５に、それぞれ一体回転可能に連結されている。なおこの例では、カムシャフトは同図１の時計回り方向に回転するものとする。
【００３６】
ベーン体１０１の外周には、その径方向に延びる複数のベーン１０２が形成されている。また、ハウジング１０３の内周には、その周方向に延びる複数の凹部１０４が形成されており、ベーン１０２はこの凹部１０４内にそれぞれ配設されている。そして各凹部１０４内には、ベーン１０２によって区画されることで、第１の圧力室である進角圧力室１０６と第２の圧力室である遅角圧力室１０７とがそれぞれ形成されている。なお、図１では、ベーン１０２並びに凹部１０４をそれぞれ２つずつ示すが、この数は適宜に変更してよい。
【００３７】
これら進角圧力室１０６、遅角圧力室１０７はそれぞれ適宜の油通路を介して油圧制御弁１２０に接続されており、同油圧制御弁１２０には、クランクシャフトに駆動連結されたオイルポンプ１２１から送られる作動流体である作動油が供給される。この油圧制御弁１２０は、同弁に印加される電圧のデューティ比に応じて、進角圧力室１０６あるいは遅角圧力室１０７への作動油供給量を調整することのできる弁となっている。そして油圧制御弁１２０は、電子制御装置１２２の指令信号に基づいて動作し、作動油を進角圧力室１０６や遅角圧力室１０７内に供給、あるいは進角圧力室１０６や遅角圧力室１０７内から排出させる。そして、ベーン１０２は、その両側面に形成された進角圧力室１０６内と遅角圧力室１０７内との流体圧の差、すなわち油圧の差により、上記凹部１０４内における相対回動位相が所望の位相に設定される。その結果、ベーン体１０１はハウジング１０３に対して相対回動される、ひいてはカムプーリ１０５に対するカムシャフト１３０の相対回転位相が変更されて、吸気バルブのバルブタイミングが変更される。
【００３８】
なお、バルブタイミング制御は、具体的には次のように行われる。
電子制御装置１２２には、水温センサ１０によって検出される冷却水温ＴＨＷ、クランク角センサによって検出される機関回転速度、及びスロットルセンサによって検出されるスロットル弁開度等の機関運転状態を表すパラメータが入力される。そして、電子制御装置１２２は、これらのパラメータを基に機関運転状態に応じた適切なバルブタイミングを演算し、それに応じたベーン体１０１の相対回動位相の目標値を算出する。この目標値が現在の位相と異なる場合、電子制御装置１２２は、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７のいずれか一方から作動油を排出するとともに、他方に対しては作動油を供給するように油圧制御弁１２０を作動制御する。その結果生じる進角圧力室１０６と遅角圧力室１０７との圧力の偏差に応じてベーン体１０１はハウジング１０３に対して相対回動し、バルブタイミングが調整される。
【００３９】
そして、こうした調整の結果、目標値が現在の位相と一致した場合、電子制御装置１２２は、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７に対する作動油の供給及び排出を停止するよう油圧制御弁１２０を作動制御する。その結果、進角圧力室１０６内及び遅角圧力室１０７内の圧力は均等に保持され、ベーン体１０１の相対回動位相も維持されるようになる。
【００４０】
なお、この可変バルブタイミング機構では、ベーン体１０１は、ベーン１０２が凹部１０４の一方の側壁に当接する位相から同凹部１０４の反対側の側壁に当接する位相までの範囲で相対回動できるようになっている。すなわち、この相対回動可能な位相の範囲が、このバルブタイミング制御装置における回動位相の制御範囲となる。以下では、ベーン体１０１が最も遅角方向（カムシャフト１３０の回転方向とは逆方向）に相対回動したときの位置、すなわち上記制御範囲の遅角側の最大制御位置を「最遅角位置」という。そしてこの位置は、上記油圧制御弁１２０が電子制御装置１２２によって作動制御されていないときの初期位置、すなわち機関停止時の位置として設定されている。一方、最も進角方向（カムシャフト１３０の回転方向）に相対回動したときの位置、すなわち上記制御範囲の進角側の最大制御位置を「最進角位置」という。
【００４１】
このように本実施形態のバルブタイミング制御装置では、進角圧力室１０６内及び遅角圧力室１０７内の圧力制御に基づき、ベーン体１０１を上記「最遅角位置」から「最進角位置」までの範囲で相対回動させている。そしてこの相対回動によって、クランクシャフトに対するカムシャフト１３０の相対回転位相を変更し、同カムシャフト１３０の回転に伴い開閉駆動される吸気バルブの開閉弁時期（バルブタイミング）を可変としている。
【００４２】
また、本実施形態の可変バルブタイミング機構には、機関始動時などの圧力低下時にベーン体１０１の相対回動を規制するロック機構が設けられている。
すなわち、図１に示すように、ベーン１０２の一つには、カムシャフト１３０の軸方向と平行に延びる段付きの収容孔３０が形成されており、この収容孔３０の内部の空間には、ロックピン３１が往復摺動可能に配設されている。
【００４３】
このロックピン３１は、図２及び図３にその断面構造を示すように、外周面が上記収容孔３０の内周面に摺接した状態で、図２に示す位置から図３に示す位置までの間をカムシャフト１３０の軸方向に移動するようになっている。また、ロックピン３１はコイルばね３３によってカムプーリ１０５側に向けて付勢されている。このロックピン３１の端部には拡径された段部３１ａが形成されており、この段部３１ａと上記収容孔３０の段部３０ａとの間には環状の空間であるロック解除用圧力室３７が形成されている。このロック解除用圧力室３７は、上記ベーン１０２に形成された進角側油通路３５を通じて進角圧力室１０６に接続されており、同進角圧力室１０６内の圧力が伝達されるようになっている。
【００４４】
一方、ハウジング１０３には、ベーン体１０１が上記最遅角位置に位置するときに、上記ロックピン３１が挿入可能なロック穴３２が形成されている。図２に示すように、ロックピン３１がコイルばね３３の付勢力によってこのロック穴３２内に挿入することで、ベーン体１０１はハウジング１０３に機械的に締結され、その相対回動が規制（ロック）されるようになる。
【００４５】
このロック穴３２とロックピン３１の先端部とで形成される空間はロック解除用圧力室３８となっており、上記ベーン１０２とハウジング１０３との摺接面に形成された遅角側油通路３６を通じて遅角圧力室１０７に接続され、同遅角圧力室１０７内の圧力が伝達されるようになっている。
【００４６】
上記ロック解除用圧力室３７、３８内の作動油の圧力は、上記ロックピン３１を収容孔３０から離脱させる方向に作用する。したがって、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７の一方若しくは両方の圧力が高まり、これらと接続されたロック解除用圧力室３７、３８内の圧力が十分に高まると、図３に示すように、ロックピン３１は収容孔３０から離脱する方向に移動して、上記相対回動の規制（ロック）が解除される。
【００４７】
他方、上記油圧制御弁１２０が作動制御されていないときには、オイルポンプ１２１と遅角圧力室１０７とが連通するように油回路は構成されている。従って、機関始動時にあって油圧制御弁１２０が動作していないときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７に向けて作動油が供給される。
【００４８】
こうして本実施形態のバルブタイミング制御装置では、機関始動直後の圧力低下時にはベーン体１０１の相対回動を最遅角位置で規制（ロック）し、オイルポンプ１２１が十分な作動油を供給できるようになると上記相対回動の規制を解除して、バルブタイミング制御を行えるようにしている。
【００４９】
ところで、機関始動時にはオイルポンプ１２１が十分な作動油を供給できないため、こうしたバルブタイミング制御装置にあって、機関始動直後に進角要求がなされると、ロックピン３１がロック穴３２から解除される前にハウジング１０３とベーン体１０１との相対回動が開始されてしまう場合がある。この場合には、ロックピン３１がロック穴３２の側壁などに押し付けられるなどして、ロック機構の解除不全が発生し、ひいては可変バルブタイミング機構の作動不良を引き起こすおそれがある。
【００５０】
そこで本実施形態にかかるバルブタイミング制御装置では、機関始動直後に進角要求がなされたときには、所定時間、遅角圧力室１０７に作動油を供給してロック解除用圧力室３８に作動油を供給する。そして、ロックピン３１を解除する方向への予圧をかけた後で、進角圧力室１０６に作動油を供給することで、上記ロック解除用圧力室３７、３８に確実に油圧を作用させ、ロック機構を確実に解除できるようにしている。
【００５１】
ここで、遅角圧力室１０７に作動油を供給する所定時間が短すぎると、同遅角圧力室１０７内の油圧が不足してしまうため、ロックピン３１に対してその解除を行うことのできる十分な予圧をかけることができない。また、上記所定時間が長すぎると、ロックピン３１に十分な予圧をかけることはできるものの、進角要求がなされてから実際に進角圧力室１０６に作動油が供給されるまでの時間が長くなり、不要な待機時間が生じることになる。このように不必要に長い待機時間が設定されると、例えば次のような不具合が生じるおそれがある。
【００５２】
すなわち、近年、電動機及び内燃機関を駆動源として搭載するハイブリット車両が実用化されている。このハイブリット車両では、電動機の出力特性に適合した車両走行状態と内燃機関の出力特性に適合した車両走行状態とに応じて、駆動源が切り替えられる。ここで、電動機を駆動源として車両走行が行われるときにあっても、内燃機関のクランクシャフトは回転しており、同機関の気筒内では吸入空気の圧縮が行われる。この吸入空気の圧縮による負荷は、電動機の負荷抵抗になる。そこで、電動機によって車両走行が行われるときには、内燃機関の吸気バルブの閉じタイミングを圧縮上死点近傍に変更して実質的な圧縮行程の短縮を図って上記負荷を低減するようにしている。一方、内燃機関によって車両走行が行われるときには、吸気バルブの閉じタイミングを進角させて十分な圧縮行程を確保し、車両走行に必要な出力トルクを得るようにしている。逆に言えば、機関始動直後は速やかに吸気バルブを進角させないと十分な出力トルクが得られなくなる。従って、上述した待機時間が不必要に長くなると、機関始動直後の出力トルクの低下時間が長くなってしまう。もちろん、ハイブリッド車両だけではなく、内燃機関のみを駆動源として搭載する車両にあっても、進角要求がなされた後は、できるだけ速やかに進角制御が行われた方がよい。
【００５３】
そこで、本実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給する所定時間を、同遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定することで、ロック機構の解除に必要な予圧を過不足なくに付与するための時間を設定し、ロックの解除不全の発生を抑制するようにしている。
【００５４】
以下、こうした本実施形態における進角待機処理の詳細を、図４、図５を併せ参照して説明する。
図４は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
【００５５】
この処理が開始されるとまず、冷却水温ＴＨＷが読み込まれる（Ｓ１００）。次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ１１０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ１１０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００５６】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ１１０でＹＥＳ）、冷却水温ＴＨＷに基づき、図５に例示する待機時間マップから、待機時間ＷＡＴが求められる。この待機時間マップは、図５に示すように、ある所定の温度に達するまでは、冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて待機時間は短くなるように設定されており、また、所定の温度を超えると、冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて待機時間は長くなるように設定されている。換言すれば、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の場合には、冷却水温ＴＨＷの低下に伴って、待機時間ＷＡＴは増大するように設定されている。また、冷却水温ＴＨＷが所定値以上の場合には、冷却水温ＴＨＷの増大に伴って、待機時間ＷＡＴは増大するように設定されているが、これらは以下の理由による。
【００５７】
一般に冷却水温ＴＨＷが低くなるほど、作動油の温度は低くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が低くなるほど同作動油の粘度は増加して、その流動性は低下し、遅角圧力室１０７への作動油の単位時間当たりの供給量が減少する。そこで、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の領域にあるときには、冷却水温ＴＨＷが低くなるに伴って待機時間ＷＡＴが長くなるように設定することで、遅角圧力室１０７へはより多くの作動油が供給されるようになり、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができるようになる。
【００５８】
他方、冷却水温ＴＨＷが高くなるほど、作動油の温度は高くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が高くなるほど同作動油の粘度は低下する。このように作動油の粘度が低下するほど、油回路内の油圧は低下することが知られている。そこで、冷却水温ＴＨＷが所定値以上の領域にあるときには、冷却水温ＴＨＷが高くなるに伴って待機時間ＷＡＴが長くなるように設定することで、遅角圧力室１０７へはより多くの作動油が供給されるようになり、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができるようになる。
【００５９】
さて、Ｓ１２０にて待機時間ＷＡＴが求められると、次に、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上となったか否かが判定される（Ｓ１３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。ここで、進角要求後時間ＡＴは、電子制御装置１２２から進角要求がなされてから今回の処理が行われるまでの経過時間のことであり、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測されている。そして、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上になるまで、Ｓ１３０での比較判定が繰り返し行われ、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上になると（Ｓ１３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ１４０）。そして、本処理を終了する。
【００６０】
このように、本実施形態では、遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の双方の油圧によって解除されるロックピン３１を備える可変バルブタイミング機構にあって、進角要求がなされたときには、まず、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしている。そのため、進角制御に先立って、ロック解除用圧力室３８には予圧が付与され、ロックピン３１が解除されやすい状態になる。そして、進角制御が実行されて進角圧力室１０６にも作動油が供給されることにより、ロック解除用圧力室３７にも作動油が供給され、ロックピン３１はロック解除用圧力室３７、３８の油圧によって確実に解除されるようになる。このとき、作動油の粘度と相関関係にある冷却水温ＴＨＷに基づいて待機時間ＷＡＴ、すなわち遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、上述した傾向をもって可変設定するようにしている。従って、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることのできる時間が過不足なく設定される。
【００６１】
以上説明したように、第１の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の双方の油圧によって解除されるロックピン３１を備える可変バルブタイミング機構にあって、進角要求がなされたときには、まず、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしている。そのため、ロック機構を確実に解除することができるようになる。
【００６２】
（２）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているが、その供給時間を遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定するようにしている。より具体的には、遅角圧力室１０７に作動油が供給されると、遅角圧力室１０７内の油圧は上昇するようになるが、このときの油圧上昇の態様は作動油の粘度によって変化する。そこで、遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷに基づいて可変設定するようにしている。従って、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給時間を好適に設定することができ、もって、ロック機構の解除に必要な予圧を十分に付与するための時間を好適に設定することができるようになる。
【００６３】
（３）上記待機時間マップを、作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷが所定値以上の領域にある場合には、作動油の粘度低下に伴って待機時間ＷＡＴが増大するように設定している。また、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の領域にある場合には、作動油の粘度増加に伴って待機時間ＷＡＴが増大するようにも設定している。従って、作動流体の粘度の変化に対応して確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００６４】
（４）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているため、進角制御が実行される際の進角圧力室１０６内と遅角圧力室１０７内との油圧の差が小さくなり、ハウジング１０３とベーン体１０１との相対回動も緩やかに行われるようになる。そのため、同相対回動が速やかに実行される場合と比較して、ロック機構の解除に要する時間も確保しやすくなり、ロックピン３１の解除方向への移動速度が低下しやすい油圧低下時、すなわち上述したような機関始動直後にあっても、ロック機構の解除を確実に行うことができるようになる。
【００６５】
（５）遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定することのできるパラメータである作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷに基づいて、上記待機時間ＷＡＴを求めるようにしている。ここで、冷却水温ＴＨＷは、内燃機関に一般的に設けられている水温センサによって検出される値である。従って、作動油の粘度を検出するセンサを別途設けることなく、上述した効果が得られるようになる。
【００６６】
（６）油回路内の油圧が低下している機関始動時に、上記進角待機処理を実行するようにしている。従って、油圧低下に起因するロック機構の解除不全を好適に抑制することができる。
【００６７】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を説明する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、進角待機処理の態様が異なる点以外は基本的に第１の実施形態と同一であり、可変バルブタイミング機構の構成も同一である。そこで以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に、本実施形態における進角待機処理について、図６、図７を併せ参照して詳細に説明する。
【００６８】
さて、内燃機関の運転が停止されると、オイルポンプ１２１も停止される。そのため、機関停止中には遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の作動油が徐々に漏洩するとともに両圧力室内の油圧も低下し、機関始動時おいてロック機構を解除する際の油圧が不足するようになる。そこで、本実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、機関始動前の機関停止時間に基づいて可変設定するようにしている。
【００６９】
図６は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、機関停止時間ＳＴが読み込まれる（Ｓ２００）。この機関停止時間ＳＴは、機関停止がなされたときから機関始動がなされるまでの間の時間であり、イグニッションスイッチのオフ・オン時間を、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測している。
【００７０】
次に、機関停止時間ＳＴに基づき、図７に例示する待機時間マップから、待機時間ＷＴが求められる（Ｓ２１０）。この待機時間マップは、図６に示すように、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、待機時間ＷＴも長くなるように設定されているが、これは以下の理由による。
【００７１】
すなわち、上述したように、機関停止中はオイルポンプ１２１の稼働が停止するため、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、遅角圧力室１０７内や進角圧力室１０６内から漏洩する作動油の量は増大し、両圧力室内の油圧は低下する。そこで、機関停止時間ＳＴが長くなるに伴って、遅角圧力室１０７に作動油が供給される時間である待機時間ＷＴが長くなるように待機時間マップを設定することにより、遅角圧力室１０７から漏洩した分に相当する量の作動油を同遅角圧力室１０７に供給することができる。従って、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００７２】
次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ２２０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ２２０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００７３】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ２２０でＹＥＳ）、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上となったか否かが判定される（Ｓ２３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。ここで、機関始動後時間ＯＮＴは、機関始動がなされてからＳ２２０の判定処理が行われるまでの経過時間のことであり、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測されている。そして、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上になるまで、Ｓ２３０での比較判定が繰り返し行われ、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上になると（Ｓ２３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ２４０）。そして、本処理を終了する。
【００７４】
このような第２の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているが、その供給時間を遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定するようにしている。より具体的には、機関停止時間ＳＴ内に遅角圧力室１０７から漏洩した作動油を補充できるように、上記供給時間である待機時間ＷＴを可変設定するようにしている。従って、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給時間を好適に設定することができ、もって、進角制御が開始されるまでの待機時間を好適に設定することができるようになる。
【００７５】
（２）また、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、上記待機時間ＷＴが長くなるように設定している。そのため、機関停止時間ＳＴ内に低下した、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００７６】
（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を説明する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、進角待機処理の態様が異なるとともに、図８に示すように、油圧制御弁１２０とオイルポンプ１２１との間の油圧、すなわちオイルポンプ１２１の吐出圧を検出する圧力センサ１４０を備える点以外は基本的に第１の実施形態と同一である。そこで以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に、本実施形態における進角待機処理について、図９、図１０を併せ参照して詳細に説明する。
【００７７】
一般に冷却水温ＴＨＷが低くなるほど、作動油の温度は低くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が低くなるほど同作動油の粘度は増加して、その流動性は低下する。そのため、遅角圧力室１０７への作動油供給の初期段階では、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との間に差が生じるとともに、この差は作動油の粘度が高くなるほど大きくなる。そこで、本実施形態では、上記油圧Ｐが、作動油の粘度の増大に伴って高められる許容圧力ＯＫＰ以上になってから、進角制御を行うようにしている。
【００７８】
図９は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、冷却水温ＴＨＷが読み込まれる（Ｓ３００）。次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ３１０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ３１０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００７９】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ３１０でＹＥＳ）、冷却水温ＴＨＷに基づき、図１０に例示する許容圧力算出マップから、許容圧力ＯＫＰが求められる（Ｓ３２０）。この許容圧力ＯＫＰは、遅角圧力室１０７への作動油供給を、進角圧力室１０６への作動油供給に切り替える際の判定に用いられる油圧であり、かつ、上述した予圧を十分に確保できる値となっている。また、許容圧力算出マップは、図１０に示すように、冷却水温ＴＨＷが高くなるほど許容圧力ＯＫＰは高くなるように設定されているが、これは以下の理由による。
【００８０】
上述したように、遅角圧力室１０７への作動油供給の初期段階では、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との間に差が生じる。ここで、冷却水温ＴＨＷが低く、換言すれば作動油の粘度が低くその流動性が高いときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７に速やかに作動油が供給されるため、上記圧力差は速やかに解消される。一方、作動油の粘度が高く、その流動性が低いときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７への作動油供給が滞るため、上記圧力差の解消にはある程度の時間を要する。そこで、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど（作動油の粘度が増大するほど）、上記許容圧力ＯＫＰを高めることで、強制的に遅角圧力室１０７に作動油を供給し、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高められるようにしている。
【００８１】
さて、Ｓ３２０にて許容圧力ＯＫＰが求められると、次に、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上となったか否かが判定される（Ｓ３３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。そして、油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上になるまで、Ｓ３３０での比較判定が繰り返し行われ、油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上になると（Ｓ３３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ３４０）。そして、本処理を終了する。
【００８２】
以上説明したように、第３の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）許容圧力ＯＫＰを冷却水温ＴＨＷに応じて、換言すれば作動油の粘度に応じて設定するようにしている。そのため、上記油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との圧力差に対応した好適な許容圧力ＯＫＰが設定され、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給を好適に実施することができる。その結果、ロック機構の解除不全の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００８３】
（２）また、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど（作動油の粘度が増大するほど）、上記許容圧力ＯＫＰを高めるようにしている。そのため、作動油の流動性が低下するほど、強制的に遅角圧力室１０７に作動油が供給されるようになる。従って、確実に遅角圧力室１０７内の油圧が高められ、もってロック機構の解除を確実に行うことができるようになる。
【００８４】
（３）一般に、油圧制御弁１２０と遅角圧力室１０７との間の油圧は、油圧制御弁１２０の作動や、油圧制御弁１２０と遅角圧力室１０７との間の作動油の量等に影響を受けて変動する。これに較べ、油圧制御弁１２０とオイルポンプ１２１との間の油圧は比較的安定していることが知られている。このような油圧の変化が比較的に穏やかな部位に上記圧力センサ１４０を設けるようにしている。そのため、油圧Ｐと許容圧力ＯＫＰとの比較判定も、自ずと精度の高いものとなる。
【００８５】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００８６】
（ａ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴと、第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴとを比較し、より長い時間が設定されている方の待機時間を採用して、同待機時間が経過するまで、進角制御を待機させるようにしてもよい。
【００８７】
（ｂ）冷却水温ＴＨＷから推定される遅角圧力室１０７内の油圧上昇と、機関停止時間ＳＴから推定される作動油の残留量とに基づいて進角制御を待機する待機時間を求めるようにしてもよい。
【００８８】
そしてこれらの場合には、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００８９】
（ｃ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴ以上に進角要求後時間ＡＴが経過し、かつ、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９０】
このような場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００９１】
（ｄ）第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴ以上に機関始動後時間ＯＮＴが経過し、かつ、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９２】
このような場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第１〜第３の実施形態を組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００９３】
（ｅ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴと、第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴとを比較し、より長い時間が設定されている方の待機時間を採用する。そして、進角要求がなされてから前記選択された待機時間が経過するとともに、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９４】
（ｆ）冷却水温ＴＨＷから推測される遅角圧力室１０７内の油圧変化と、機関停止時間ＳＴから推測される作動油の残留量とに基づいて進角制御を待機する待機時間を求める。そして、進角要求がなされてから前記求められた待機時間が経過するとともに、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９５】
これらの場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第２の実施形態では、機関停止時間ＳＴに基づいて待機時間ＷＴを求めるようにした。ここで、機関停止直後の作動油の粘度が高いほど、遅角圧力室１０７や進角圧力室１０６から漏洩する作動油の量は減少し、遅角圧力室１０７内の油圧低下量も小さくなる。そこで、作動油の粘度あるいはその相関値（例えば冷却水温ＴＨＷ）が増大するほど、待機時間ＷＴが短くなるように補正してもよい。この場合には、待機時間ＷＴを、作動油の漏洩量に対応させてさらに好適に設定することができるようになる。
【００９６】
・一般に、冷却水温ＴＨＷの変化に対する吸気温の影響、換言すれば冷却水温ＴＨＷの変化に対する外気温の影響は、作動油の粘度、換言すれば作動油の温度の変化に対する吸気温の影響と比較すると小さい。そのため例えば、吸気温が低いときには、冷却水温ＴＨＷは高いものの、作動油の温度は低いといった状況も想定される。そこで、第１の実施形態における待機時間ＷＡＴの算出、あるいは第２の実施形態における待機時間ＷＴの算出に際して、冷却水温ＴＨＷのみならず吸気温も考慮した値を作動油の粘度と相関関係にある値として利用してもよい。この場合には、作動油の粘度に対する相関関係の精度がより高まり、ひいては上記各実施形態の作用効果も自ずと精度の高いものとなる。なお、この場合にも、内燃機関に一般的に設けられている水温センサ及び吸気温センサの検出値である冷却水温ＴＨＷ及び吸気温が、作動油の粘度の代わりに用いられる。従って、作動油の粘度を検出するためのセンサを別途設ける必要もない。
【００９７】
・上記第１及び第２の実施形態では、作動油の粘度を表す相関値として冷却水温ＴＨＷを用いるようにしたが、作動油の温度を検出する油温センサを別途内燃機関に設け、その検出値を同粘度を表す相関値として用いるようにしてもよい。
【００９８】
・機関停止中にはオイルポンプ１２１も停止するため、上述したようなロック解除用圧力室３７、３８内の圧力低下も著しいものとなる。そこで、上記各実施形態では、上述した進角待機処理を機関始動時に実行するようにした。他方、機関運転中にあっても、遅角圧力室１０７及び進角圧力室１０６からの作動油の漏洩等により、ロック解除用圧力室３７、３８内の圧力が低下し、ロック機構のロック解除不全が発生するおそれはある。そこで、機関運転中に上記第１及び第３の実施形態で説明した進角待機処理を実行するようにしてもよい。この場合には、機関運転中におけるロック機構のロック解除不全の発生を抑えることができるようになる。
【００９９】
・上記各実施形態では、ロック機構は最遅角位置でベーン体１０１及びハウジング１０３の相対回動を規制する構成としていたが、最進角位置で同ベーン体１０１及びハウジング１０３の相対回動を規制するロック機構を備える構成についても同様に本発明は適用可能である。また、上記各実施形態では、吸気バルブを駆動するカムシャフト１３０に可変バルブタイミング機構を備える場合について例示したが、排気バルブを駆動するカムシャフトに可変バルブタイミング機構を備える場合にも、同様に本発明は適用可能である。
【０１００】
そしてこれらの場合も、上記各実施形態に準じた態様でバルブタイミング制御を行うことで、同様の効果が得られるようになる。
・上記各実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給した後、進角圧力室１０６への作動油供給を行うようにした。この他にも、遅角圧力室１０７内の圧力が進角圧力室１０６内の圧力に対して高くなるように両圧力室に作動油を供給する。そして上記待機時間ＷＡＴ経過後や待機時間ＷＴ経過後、あるいは油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上となってから、進角圧力室１０６内の圧力が遅角圧力室１０７内の圧力に対して高くなるように両圧力室に作動油を供給するようにしてもよい。
【０１０１】
・上記各実施形態では、いわゆるベーン式の可変バルブタイミング機構の制御装置に本発明を適用した場合について説明した。この他にも、ヘリカルギヤ式の可変バルブタイミング機構など、互いに相対回動する回転体を備え、それらの動作により機関バルブのバルブタイミングを変更する機構にあって、各回転体の動作を規制するロック機構を備える可変バルブタイミング機構の制御装置であれば、本発明は同様に適用することができる。
【０１０２】
その他、上記各実施形態あるいはその変形例から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【０１０５】
（ハ）相対回動することにより内燃機関のバルブタイミングを変更可能な第１及び第２の回転体と、同第１の回転体に対する前記第２の回転体の回転位相を変更するための作動流体が供給される第１及び第２の圧力室と、前記第１及び第２の回転体のバルブタイミング最大制御位置に対応した所定回転位相においてこれら回転体の相対回動を規制すると共に、前記第１及び第２の圧力室に供給される流体圧に基づき同規制を解除するロック機構と、作動流体を前記第１及び第２の圧力室に供給するポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備える内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記ロック機構による前記所定回転位相からの位相変更に際して、前記第１及び第２の圧力室のうち、前記バルブタイミング最大制御位置を維持する側の一方の圧力室に対し、前記作動流体の粘度あるいはその相関値と機関始動前の機関停止時間とのうちの少なくとも一方に基づいて可変設定される所定時間が経過するまで作動流体を供給するとともに、前記圧力センサの検出値が、前記作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて設定される許容圧力以上になるまで、前記一方の圧力室に対し作動流体を供給した後に、他方の圧力室に作動流体を供給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。
【０１０６】
同装置によれば、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１の実施形態における可変バルブタイミング機構の構造を示す模式図。
【図２】同実施形態における可変バルブタイミング機構のロック機構についてその断面構造を示す図。
【図３】同実施形態における可変バルブタイミング機構のロック機構についてその断面構造を示す図。
【図４】同実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態において待機時間を算出するためのマップ構造を示す図。
【図６】第２の実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態において待機時間を算出するためのマップ構造を示す図。
【図８】第３の実施形態における油回路の一部を示す模式図。
【図９】同実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】同実施形態において許容油圧を算出するためのマップ構造を示す図。
【符号の説明】
１０…水温センサ、３０…収容孔、３０ａ…段部、３１…ロックピン、３１ａ…段部、３２…ロック孔、３３…コイルばね、３５…進角側油通路、３６…遅角側油通路、３７、３８…ロック解除用圧力室、１０１…ベーン体、１０２…ベーン、１０３…ハウジング、１０４…凹部、１０５…カムプーリ、１０６…進角圧力室、１０７…遅角圧力室、１２０…油圧制御弁、１２１…オイルポンプ、１２２…電子制御装置、１３０…カムシャフト、１４０…圧力センサ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の運転状態に応じてそのバルブタイミングを可変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】
こうしたバルブタイミング制御装置にあっては、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することにより、同カムシャフトにより開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを変更するようにしている。こうしたバルブタイミング制御装置の一例としては、ベーン式のバルブタイミング制御装置がある。このベーン式のバルブタイミング制御装置は、例えばクランクシャフトに駆動連結されたハウジングと、同ハウジング内に回動可能に配設され、ハウジング内を進角圧力室と遅角圧力室とに区画するとともにカムシャフトに連結されるベーン体とを備えている。そして、進角圧力室または遅角圧力室に作動油が供給されることにより、ハウジングとベーン体が相対回動し、最終的にクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相、すなわちバルブタイミングが変更される。また、バルブタイミングを保持する場合には、進角圧力室及び遅角圧力室に対する作動油の供給及び排出が停止され、各圧力室における作動油の圧力が等しくされる。
【０００３】
ところで、機関始動時には、オイルポンプによって十分な量の作動油を供給することができないために、上記各圧力室に供給される作動油の圧力は通常運転時と比較して低くなる。ここで、ベーン体には、カムシャフトがバルブを開閉駆動する際に生じる反力トルクが作用するため、このように作動油の圧力が低くなる状況では、ベーン体が反力トルクの変化に応じて回動してしまい、バルブタイミングを一定に維持することが困難になる。また、ベーン体がハウジングの内壁に衝突し、打音が発生する場合もある。
【０００４】
そこで、近年のベーン式のバルブタイミング制御装置には、機関始動時においてハウジングとベーン体との相対回動を規制するロック機構を備えるものが多い。このロック機構は、例えばベーン体に摺動可能に配設されたロックピンと、ハウジングの内壁に設けられ、ロックピンの先端部が挿入されるロック穴とを備えて構成されている。そして、作動油の圧力が低下している機関停止時等には、ロックピンの先端部がロック穴に挿入される。これによりハウジングとベーン体との相対回動が規制される。
【０００５】
また、このロック機構には、ロック解除用の圧力室が設けられており、この圧力室にはロックピンをロック穴から離脱させる方向に押圧する圧力が上記各圧力室から導入される。
【０００６】
そして、機関始動後に、オイルポンプによる十分な作動油の供給が可能となり、上記各圧力室のうちの少なくとも一方の圧力が十分に高まると、ロック解除用の圧力室の圧力も高まり、ロックピンがロック穴から離脱してハウジングとベーン体との相対回動の規制が解除される。こうして相対回動の規制が解除されると、ハウジングとベーン体との相対回動が可能となり、遅角圧力室と進角圧力室との圧力調整に基づいてバルブタイミングの変更が行われるようになる。
【０００７】
ここで、ロックピンの解除は作動油の油圧により行われるため、油圧の状態によっては、ロック機構に誤作動が生じるおそれがある。例えば、機関始動時には、オイルポンプが停止状態から起動することにより、一時的にポンプ吐出圧が急上昇してロックピンが強制的に解除されてしまうおそれがある。そこで特許文献１に記載の装置では、機関始動時において、各圧力室の双方への作動油供給を遮断することにより、一時的なポンプ吐出圧の急上昇に起因するロック機構の誤作動を抑えるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−４１０１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロック機構の誤作動は上述したようなものだけではなく、例えば、次のようなものもある。すなわち、各圧力室からの作動油の漏洩に起因してそれら圧力室の圧力が低下した時や機関始動時などのように作動油の油圧が低い状態において、バルブタイミングを変更しようとすると、ロックピンの解除がなされる前にハウジングとベーン体との相対回動が開始されてしまう場合がある。この場合には、ロックピンがロック穴の側壁などに押し付けられるなどして、ロックが解除されなくなり、バルブタイミング装置の作動不良を引き起こすおそれがある。上記従来の装置ではこのような不具合に対して対処することができず、この点においてなお改善の余地を残すものとなっていた。
【００１０】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロック機構を備える可変バルブタイミング機構にあって、ロックの解除不全の発生を好適に抑制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を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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以下に記載する。
【００２４】
請求項１に記載に発明は、相対回動することにより内燃機関のバルブタイミングを変更可能な第１及び第２の回転体と、同第１の回転体に対する前記第２の回転体の回転位相を変更するための作動流体が供給される第１及び第２の圧力室と、前記第１及び第２の回転体のバルブタイミング最大制御位置に対応した回転位相においてこれら回転体の相対回動を規制すると共に、前記第１及び第２の圧力室の少なくとも一方に供給される流体圧に基づき同規制を解除するロック機構と、作動流体を前記第１及び第２の圧力室に供給するポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備える内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記圧力センサの検出値が、前記作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて設定される許容圧力以上になるまで、前記第１及び第２の圧力室のうち、前記バルブタイミング最大制御位置を維持する側の一方の圧力室に対し作動流体を供給した後に、他方の圧力室に作動流体を供給することをその要旨とする。
【００２５】
同構成では、圧力センサによって検出されるポンプの吐出圧が、許容圧力以上になるまでの間、前記一方の圧力室に対し作動流体を供給するようにしている。ここで、前記一方の圧力室に作動流体が供給される際に圧力センサによって検出されるポンプの吐出圧と、同圧力室内の流体圧とは、作動流体の粘度によって異なるようになる。そこで、上記請求項１に記載の構成では、この作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて上記許容圧力を設定するようにしている。従って、この許容圧力は上記の流体圧差に対応した好適な値が設定され、位相変更に先立って行われる上記圧力室への作動流体の供給を好適に実施することができる。その結果、ロックの解除不全の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、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において、前記許容圧力は、前記作動流体の粘度あるいはその相関値の増大に伴って高く設定されることをその要旨とする。
【００２７】
作動流体の粘度が高くなるほど、流路内の流体圧は上昇するが、その流動性も低下するため、上記制御位置を維持する側の圧力室内の流体圧と、上記圧力センサで検出された流体圧との差が大きくなる。そこで、上記請求項２に記載の構成では、前記作動流体の粘度あるいはその相関値の増大に伴って前記許容圧力を高めるようにしている。そのため、粘度の増加に伴って流動性が低下する状況にあってもより高い圧力で、いわば強制的に上記圧力室に作動流体が供給されるため、確実に上記圧力室内の流体圧を高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、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において、前記相関値は作動流体の温度であることをその要旨とする。
【００２９】
作動流体の粘度は、その流体温度が高くなるほど低下する傾向にある。このような傾向に着目した上記請求項３に記載の構成によれば、作動流体の温度に基づいてその粘度を推定することができ、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、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において、前記相関値は冷却水温であることをその要旨とする。
【００３１】
作動流体の粘度は、内燃機関の冷却水温が高くなるほど低下する傾向にある。このような傾向に着目した上記請求項４に記載の構成によれば、内燃機関に一般的に設けられている水温センサの検出値である冷却水温が、作動流体の粘度についてその相関値として用いられる。従って、作動流体の粘度を検出するためのセンサを別途設けることなく、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、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において、前記相関値は冷却水温及び吸気温であることをその要旨とする。
【００３３】
冷却水温の変化に対する吸気温の影響、換言すれば冷却水温の変化に対する外気温の影響は、作動流体の粘度、換言すれば作動流体の温度の変化に対する吸気温の影響と比較すると小さい。そのため例えば、吸気温が低いときには、冷却水温は高いものの、作動流体の温度は低いといった状況も想定される。この点、上記請求項５に記載の構成によれば、冷却水温のみならず吸気温も考慮に入れた値が、作動流体の粘度と相関関係にある値として利用される。そのため、作動流体の粘度に対する相関関係の精度がより高まり、ひいては上記請求項１または２に記載の作用効果も自ずと精度の高いものとなる。なお、この場合にも、内燃機関に一般的に設けられている水温センサ及び吸気温センサの検出値である冷却水温及び吸気温が、作動流体の粘度の代わりに用いられる。従って、作動流体の粘度を検出するためのセンサを別途設けることなく、上記請求項１または２に記載の作用効果が得られるようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態のバルブタイミング制御装置の可変バルブタイミング機構の構造と、同制御装置の油圧回路構造とを併せて示している。
この図１に示すように、上記可変バルブタイミング機構は、第１の回転体であって略円環形状のハウジング１０３と、その内部に収容された第２の回転体であるベーン体１０１とを有している。ベーン体１０１は、吸気バルブを駆動するカムシャフト１３０に、またハウジング１０３は機関出力軸であるクランクシャフトに同期して回転するカムプーリ１０５に、それぞれ一体回転可能に連結されている。なおこの例では、カムシャフトは同図１の時計回り方向に回転するものとする。
【００３６】
ベーン体１０１の外周には、その径方向に延びる複数のベーン１０２が形成されている。また、ハウジング１０３の内周には、その周方向に延びる複数の凹部１０４が形成されており、ベーン１０２はこの凹部１０４内にそれぞれ配設されている。そして各凹部１０４内には、ベーン１０２によって区画されることで、第１の圧力室である進角圧力室１０６と第２の圧力室である遅角圧力室１０７とがそれぞれ形成されている。なお、図１では、ベーン１０２並びに凹部１０４をそれぞれ２つずつ示すが、この数は適宜に変更してよい。
【００３７】
これら進角圧力室１０６、遅角圧力室１０７はそれぞれ適宜の油通路を介して油圧制御弁１２０に接続されており、同油圧制御弁１２０には、クランクシャフトに駆動連結されたオイルポンプ１２１から送られる作動流体である作動油が供給される。この油圧制御弁１２０は、同弁に印加される電圧のデューティ比に応じて、進角圧力室１０６あるいは遅角圧力室１０７への作動油供給量を調整することのできる弁となっている。そして油圧制御弁１２０は、電子制御装置１２２の指令信号に基づいて動作し、作動油を進角圧力室１０６や遅角圧力室１０７内に供給、あるいは進角圧力室１０６や遅角圧力室１０７内から排出させる。そして、ベーン１０２は、その両側面に形成された進角圧力室１０６内と遅角圧力室１０７内との流体圧の差、すなわち油圧の差により、上記凹部１０４内における相対回動位相が所望の位相に設定される。その結果、ベーン体１０１はハウジング１０３に対して相対回動される、ひいてはカムプーリ１０５に対するカムシャフト１３０の相対回転位相が変更されて、吸気バルブのバルブタイミングが変更される。
【００３８】
なお、バルブタイミング制御は、具体的には次のように行われる。
電子制御装置１２２には、水温センサ１０によって検出される冷却水温ＴＨＷ、クランク角センサによって検出される機関回転速度、及びスロットルセンサによって検出されるスロットル弁開度等の機関運転状態を表すパラメータが入力される。そして、電子制御装置１２２は、これらのパラメータを基に機関運転状態に応じた適切なバルブタイミングを演算し、それに応じたベーン体１０１の相対回動位相の目標値を算出する。この目標値が現在の位相と異なる場合、電子制御装置１２２は、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７のいずれか一方から作動油を排出するとともに、他方に対しては作動油を供給するように油圧制御弁１２０を作動制御する。その結果生じる進角圧力室１０６と遅角圧力室１０７との圧力の偏差に応じてベーン体１０１はハウジング１０３に対して相対回動し、バルブタイミングが調整される。
【００３９】
そして、こうした調整の結果、目標値が現在の位相と一致した場合、電子制御装置１２２は、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７に対する作動油の供給及び排出を停止するよう油圧制御弁１２０を作動制御する。その結果、進角圧力室１０６内及び遅角圧力室１０７内の圧力は均等に保持され、ベーン体１０１の相対回動位相も維持されるようになる。
【００４０】
なお、この可変バルブタイミング機構では、ベーン体１０１は、ベーン１０２が凹部１０４の一方の側壁に当接する位相から同凹部１０４の反対側の側壁に当接する位相までの範囲で相対回動できるようになっている。すなわち、この相対回動可能な位相の範囲が、このバルブタイミング制御装置における回動位相の制御範囲となる。以下では、ベーン体１０１が最も遅角方向（カムシャフト１３０の回転方向とは逆方向）に相対回動したときの位置、すなわち上記制御範囲の遅角側の最大制御位置を「最遅角位置」という。そしてこの位置は、上記油圧制御弁１２０が電子制御装置１２２によって作動制御されていないときの初期位置、すなわち機関停止時の位置として設定されている。一方、最も進角方向（カムシャフト１３０の回転方向）に相対回動したときの位置、すなわち上記制御範囲の進角側の最大制御位置を「最進角位置」という。
【００４１】
このように本実施形態のバルブタイミング制御装置では、進角圧力室１０６内及び遅角圧力室１０７内の圧力制御に基づき、ベーン体１０１を上記「最遅角位置」から「最進角位置」までの範囲で相対回動させている。そしてこの相対回動によって、クランクシャフトに対するカムシャフト１３０の相対回転位相を変更し、同カムシャフト１３０の回転に伴い開閉駆動される吸気バルブの開閉弁時期（バルブタイミング）を可変としている。
【００４２】
また、本実施形態の可変バルブタイミング機構には、機関始動時などの圧力低下時にベーン体１０１の相対回動を規制するロック機構が設けられている。
すなわち、図１に示すように、ベーン１０２の一つには、カムシャフト１３０の軸方向と平行に延びる段付きの収容孔３０が形成されており、この収容孔３０の内部の空間には、ロックピン３１が往復摺動可能に配設されている。
【００４３】
このロックピン３１は、図２及び図３にその断面構造を示すように、外周面が上記収容孔３０の内周面に摺接した状態で、図２に示す位置から図３に示す位置までの間をカムシャフト１３０の軸方向に移動するようになっている。また、ロックピン３１はコイルばね３３によってカムプーリ１０５側に向けて付勢されている。このロックピン３１の端部には拡径された段部３１ａが形成されており、この段部３１ａと上記収容孔３０の段部３０ａとの間には環状の空間であるロック解除用圧力室３７が形成されている。このロック解除用圧力室３７は、上記ベーン１０２に形成された進角側油通路３５を通じて進角圧力室１０６に接続されており、同進角圧力室１０６内の圧力が伝達されるようになっている。
【００４４】
一方、ハウジング１０３には、ベーン体１０１が上記最遅角位置に位置するときに、上記ロックピン３１が挿入可能なロック穴３２が形成されている。図２に示すように、ロックピン３１がコイルばね３３の付勢力によってこのロック穴３２内に挿入することで、ベーン体１０１はハウジング１０３に機械的に締結され、その相対回動が規制（ロック）されるようになる。
【００４５】
このロック穴３２とロックピン３１の先端部とで形成される空間はロック解除用圧力室３８となっており、上記ベーン１０２とハウジング１０３との摺接面に形成された遅角側油通路３６を通じて遅角圧力室１０７に接続され、同遅角圧力室１０７内の圧力が伝達されるようになっている。
【００４６】
上記ロック解除用圧力室３７、３８内の作動油の圧力は、上記ロックピン３１を収容孔３０から離脱させる方向に作用する。したがって、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７の一方若しくは両方の圧力が高まり、これらと接続されたロック解除用圧力室３７、３８内の圧力が十分に高まると、図３に示すように、ロックピン３１は収容孔３０から離脱する方向に移動して、上記相対回動の規制（ロック）が解除される。
【００４７】
他方、上記油圧制御弁１２０が作動制御されていないときには、オイルポンプ１２１と遅角圧力室１０７とが連通するように油回路は構成されている。従って、機関始動時にあって油圧制御弁１２０が動作していないときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７に向けて作動油が供給される。
【００４８】
こうして本実施形態のバルブタイミング制御装置では、機関始動直後の圧力低下時にはベーン体１０１の相対回動を最遅角位置で規制（ロック）し、オイルポンプ１２１が十分な作動油を供給できるようになると上記相対回動の規制を解除して、バルブタイミング制御を行えるようにしている。
【００４９】
ところで、機関始動時にはオイルポンプ１２１が十分な作動油を供給できないため、こうしたバルブタイミング制御装置にあって、機関始動直後に進角要求がなされると、ロックピン３１がロック穴３２から解除される前にハウジング１０３とベーン体１０１との相対回動が開始されてしまう場合がある。この場合には、ロックピン３１がロック穴３２の側壁などに押し付けられるなどして、ロック機構の解除不全が発生し、ひいては可変バルブタイミング機構の作動不良を引き起こすおそれがある。
【００５０】
そこで本実施形態にかかるバルブタイミング制御装置では、機関始動直後に進角要求がなされたときには、所定時間、遅角圧力室１０７に作動油を供給してロック解除用圧力室３８に作動油を供給する。そして、ロックピン３１を解除する方向への予圧をかけた後で、進角圧力室１０６に作動油を供給することで、上記ロック解除用圧力室３７、３８に確実に油圧を作用させ、ロック機構を確実に解除できるようにしている。
【００５１】
ここで、遅角圧力室１０７に作動油を供給する所定時間が短すぎると、同遅角圧力室１０７内の油圧が不足してしまうため、ロックピン３１に対してその解除を行うことのできる十分な予圧をかけることができない。また、上記所定時間が長すぎると、ロックピン３１に十分な予圧をかけることはできるものの、進角要求がなされてから実際に進角圧力室１０６に作動油が供給されるまでの時間が長くなり、不要な待機時間が生じることになる。このように不必要に長い待機時間が設定されると、例えば次のような不具合が生じるおそれがある。
【００５２】
すなわち、近年、電動機及び内燃機関を駆動源として搭載するハイブリット車両が実用化されている。このハイブリット車両では、電動機の出力特性に適合した車両走行状態と内燃機関の出力特性に適合した車両走行状態とに応じて、駆動源が切り替えられる。ここで、電動機を駆動源として車両走行が行われるときにあっても、内燃機関のクランクシャフトは回転しており、同機関の気筒内では吸入空気の圧縮が行われる。この吸入空気の圧縮による負荷は、電動機の負荷抵抗になる。そこで、電動機によって車両走行が行われるときには、内燃機関の吸気バルブの閉じタイミングを圧縮上死点近傍に変更して実質的な圧縮行程の短縮を図って上記負荷を低減するようにしている。一方、内燃機関によって車両走行が行われるときには、吸気バルブの閉じタイミングを進角させて十分な圧縮行程を確保し、車両走行に必要な出力トルクを得るようにしている。逆に言えば、機関始動直後は速やかに吸気バルブを進角させないと十分な出力トルクが得られなくなる。従って、上述した待機時間が不必要に長くなると、機関始動直後の出力トルクの低下時間が長くなってしまう。もちろん、ハイブリッド車両だけではなく、内燃機関のみを駆動源として搭載する車両にあっても、進角要求がなされた後は、できるだけ速やかに進角制御が行われた方がよい。
【００５３】
そこで、本実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給する所定時間を、同遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定することで、ロック機構の解除に必要な予圧を過不足なくに付与するための時間を設定し、ロックの解除不全の発生を抑制するようにしている。
【００５４】
以下、こうした本実施形態における進角待機処理の詳細を、図４、図５を併せ参照して説明する。
図４は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
【００５５】
この処理が開始されるとまず、冷却水温ＴＨＷが読み込まれる（Ｓ１００）。次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ１１０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ１１０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００５６】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ１１０でＹＥＳ）、冷却水温ＴＨＷに基づき、図５に例示する待機時間マップから、待機時間ＷＡＴが求められる。この待機時間マップは、図５に示すように、ある所定の温度に達するまでは、冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて待機時間は短くなるように設定されており、また、所定の温度を超えると、冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて待機時間は長くなるように設定されている。換言すれば、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の場合には、冷却水温ＴＨＷの低下に伴って、待機時間ＷＡＴは増大するように設定されている。また、冷却水温ＴＨＷが所定値以上の場合には、冷却水温ＴＨＷの増大に伴って、待機時間ＷＡＴは増大するように設定されているが、これらは以下の理由による。
【００５７】
一般に冷却水温ＴＨＷが低くなるほど、作動油の温度は低くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が低くなるほど同作動油の粘度は増加して、その流動性は低下し、遅角圧力室１０７への作動油の単位時間当たりの供給量が減少する。そこで、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の領域にあるときには、冷却水温ＴＨＷが低くなるに伴って待機時間ＷＡＴが長くなるように設定することで、遅角圧力室１０７へはより多くの作動油が供給されるようになり、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができるようになる。
【００５８】
他方、冷却水温ＴＨＷが高くなるほど、作動油の温度は高くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が高くなるほど同作動油の粘度は低下する。このように作動油の粘度が低下するほど、油回路内の油圧は低下することが知られている。そこで、冷却水温ＴＨＷが所定値以上の領域にあるときには、冷却水温ＴＨＷが高くなるに伴って待機時間ＷＡＴが長くなるように設定することで、遅角圧力室１０７へはより多くの作動油が供給されるようになり、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができるようになる。
【００５９】
さて、Ｓ１２０にて待機時間ＷＡＴが求められると、次に、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上となったか否かが判定される（Ｓ１３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。ここで、進角要求後時間ＡＴは、電子制御装置１２２から進角要求がなされてから今回の処理が行われるまでの経過時間のことであり、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測されている。そして、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上になるまで、Ｓ１３０での比較判定が繰り返し行われ、進角要求後時間ＡＴが待機時間ＷＡＴ以上になると（Ｓ１３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ１４０）。そして、本処理を終了する。
【００６０】
このように、本実施形態では、遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の双方の油圧によって解除されるロックピン３１を備える可変バルブタイミング機構にあって、進角要求がなされたときには、まず、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしている。そのため、進角制御に先立って、ロック解除用圧力室３８には予圧が付与され、ロックピン３１が解除されやすい状態になる。そして、進角制御が実行されて進角圧力室１０６にも作動油が供給されることにより、ロック解除用圧力室３７にも作動油が供給され、ロックピン３１はロック解除用圧力室３７、３８の油圧によって確実に解除されるようになる。このとき、作動油の粘度と相関関係にある冷却水温ＴＨＷに基づいて待機時間ＷＡＴ、すなわち遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、上述した傾向をもって可変設定するようにしている。従って、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることのできる時間が過不足なく設定される。
【００６１】
以上説明したように、第１の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の双方の油圧によって解除されるロックピン３１を備える可変バルブタイミング機構にあって、進角要求がなされたときには、まず、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしている。そのため、ロック機構を確実に解除することができるようになる。
【００６２】
（２）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているが、その供給時間を遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定するようにしている。より具体的には、遅角圧力室１０７に作動油が供給されると、遅角圧力室１０７内の油圧は上昇するようになるが、このときの油圧上昇の態様は作動油の粘度によって変化する。そこで、遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷに基づいて可変設定するようにしている。従って、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給時間を好適に設定することができ、もって、ロック機構の解除に必要な予圧を十分に付与するための時間を好適に設定することができるようになる。
【００６３】
（３）上記待機時間マップを、作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷが所定値以上の領域にある場合には、作動油の粘度低下に伴って待機時間ＷＡＴが増大するように設定している。また、冷却水温ＴＨＷが所定値以下の領域にある場合には、作動油の粘度増加に伴って待機時間ＷＡＴが増大するようにも設定している。従って、作動流体の粘度の変化に対応して確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００６４】
（４）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているため、進角制御が実行される際の進角圧力室１０６内と遅角圧力室１０７内との油圧の差が小さくなり、ハウジング１０３とベーン体１０１との相対回動も緩やかに行われるようになる。そのため、同相対回動が速やかに実行される場合と比較して、ロック機構の解除に要する時間も確保しやすくなり、ロックピン３１の解除方向への移動速度が低下しやすい油圧低下時、すなわち上述したような機関始動直後にあっても、ロック機構の解除を確実に行うことができるようになる。
【００６５】
（５）遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定することのできるパラメータである作動油の粘度の相関値である冷却水温ＴＨＷに基づいて、上記待機時間ＷＡＴを求めるようにしている。ここで、冷却水温ＴＨＷは、内燃機関に一般的に設けられている水温センサによって検出される値である。従って、作動油の粘度を検出するセンサを別途設けることなく、上述した効果が得られるようになる。
【００６６】
（６）油回路内の油圧が低下している機関始動時に、上記進角待機処理を実行するようにしている。従って、油圧低下に起因するロック機構の解除不全を好適に抑制することができる。
【００６７】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を説明する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、進角待機処理の態様が異なる点以外は基本的に第１の実施形態と同一であり、可変バルブタイミング機構の構成も同一である。そこで以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に、本実施形態における進角待機処理について、図６、図７を併せ参照して詳細に説明する。
【００６８】
さて、内燃機関の運転が停止されると、オイルポンプ１２１も停止される。そのため、機関停止中には遅角圧力室１０７内及び進角圧力室１０６内の作動油が徐々に漏洩するとともに両圧力室内の油圧も低下し、機関始動時おいてロック機構を解除する際の油圧が不足するようになる。そこで、本実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給する時間を、機関始動前の機関停止時間に基づいて可変設定するようにしている。
【００６９】
図６は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、機関停止時間ＳＴが読み込まれる（Ｓ２００）。この機関停止時間ＳＴは、機関停止がなされたときから機関始動がなされるまでの間の時間であり、イグニッションスイッチのオフ・オン時間を、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測している。
【００７０】
次に、機関停止時間ＳＴに基づき、図７に例示する待機時間マップから、待機時間ＷＴが求められる（Ｓ２１０）。この待機時間マップは、図６に示すように、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、待機時間ＷＴも長くなるように設定されているが、これは以下の理由による。
【００７１】
すなわち、上述したように、機関停止中はオイルポンプ１２１の稼働が停止するため、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、遅角圧力室１０７内や進角圧力室１０６内から漏洩する作動油の量は増大し、両圧力室内の油圧は低下する。そこで、機関停止時間ＳＴが長くなるに伴って、遅角圧力室１０７に作動油が供給される時間である待機時間ＷＴが長くなるように待機時間マップを設定することにより、遅角圧力室１０７から漏洩した分に相当する量の作動油を同遅角圧力室１０７に供給することができる。従って、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００７２】
次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ２２０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ２２０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００７３】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ２２０でＹＥＳ）、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上となったか否かが判定される（Ｓ２３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。ここで、機関始動後時間ＯＮＴは、機関始動がなされてからＳ２２０の判定処理が行われるまでの経過時間のことであり、電子制御装置１２２内のタイマカウンタ等で計測されている。そして、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上になるまで、Ｓ２３０での比較判定が繰り返し行われ、機関始動後時間ＯＮＴが待機時間ＷＴ以上になると（Ｓ２３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ２４０）。そして、本処理を終了する。
【００７４】
このような第２の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）進角制御に先立って、遅角圧力室１０７に作動油を供給するようにしているが、その供給時間を遅角圧力室１０７内の油圧状態を推定するパラメータに基づいて可変設定するようにしている。より具体的には、機関停止時間ＳＴ内に遅角圧力室１０７から漏洩した作動油を補充できるように、上記供給時間である待機時間ＷＴを可変設定するようにしている。従って、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給時間を好適に設定することができ、もって、進角制御が開始されるまでの待機時間を好適に設定することができるようになる。
【００７５】
（２）また、機関停止時間ＳＴが長くなるほど、上記待機時間ＷＴが長くなるように設定している。そのため、機関停止時間ＳＴ内に低下した、遅角圧力室１０７内の油圧を確実に高めることができ、もってロック機構の解除も確実に行うことができるようになる。
【００７６】
（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を説明する。
本実施形態は、第１の実施形態と比較して、進角待機処理の態様が異なるとともに、図８に示すように、油圧制御弁１２０とオイルポンプ１２１との間の油圧、すなわちオイルポンプ１２１の吐出圧を検出する圧力センサ１４０を備える点以外は基本的に第１の実施形態と同一である。そこで以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に、本実施形態における進角待機処理について、図９、図１０を併せ参照して詳細に説明する。
【００７７】
一般に冷却水温ＴＨＷが低くなるほど、作動油の温度は低くなる傾向にある。そしてこのように作動油の温度が低くなるほど同作動油の粘度は増加して、その流動性は低下する。そのため、遅角圧力室１０７への作動油供給の初期段階では、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との間に差が生じるとともに、この差は作動油の粘度が高くなるほど大きくなる。そこで、本実施形態では、上記油圧Ｐが、作動油の粘度の増大に伴って高められる許容圧力ＯＫＰ以上になってから、進角制御を行うようにしている。
【００７８】
図９は、機関始動時に実行される、そうした進角待機処理における電子制御装置１２２の処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、冷却水温ＴＨＷが読み込まれる（Ｓ３００）。次に、電子制御装置１２２から進角要求がなされているか否かが判定される（Ｓ３１０）。そして、進角要求がなされていない場合には（Ｓ３１０でＮＯ）、本処理を終了する。
【００７９】
一方、進角要求がなされている場合には（Ｓ３１０でＹＥＳ）、冷却水温ＴＨＷに基づき、図１０に例示する許容圧力算出マップから、許容圧力ＯＫＰが求められる（Ｓ３２０）。この許容圧力ＯＫＰは、遅角圧力室１０７への作動油供給を、進角圧力室１０６への作動油供給に切り替える際の判定に用いられる油圧であり、かつ、上述した予圧を十分に確保できる値となっている。また、許容圧力算出マップは、図１０に示すように、冷却水温ＴＨＷが高くなるほど許容圧力ＯＫＰは高くなるように設定されているが、これは以下の理由による。
【００８０】
上述したように、遅角圧力室１０７への作動油供給の初期段階では、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との間に差が生じる。ここで、冷却水温ＴＨＷが低く、換言すれば作動油の粘度が低くその流動性が高いときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７に速やかに作動油が供給されるため、上記圧力差は速やかに解消される。一方、作動油の粘度が高く、その流動性が低いときには、オイルポンプ１２１から遅角圧力室１０７への作動油供給が滞るため、上記圧力差の解消にはある程度の時間を要する。そこで、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど（作動油の粘度が増大するほど）、上記許容圧力ＯＫＰを高めることで、強制的に遅角圧力室１０７に作動油を供給し、確実に遅角圧力室１０７内の油圧を高められるようにしている。
【００８１】
さて、Ｓ３２０にて許容圧力ＯＫＰが求められると、次に、圧力センサ１４０で検出された油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上となったか否かが判定される（Ｓ３３０）。すなわち、遅角圧力室１０７に十分な作動油が供給され、同遅角圧力室１０７内の油圧が上昇したか否かが判定される。そして、油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上になるまで、Ｓ３３０での比較判定が繰り返し行われ、油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上になると（Ｓ３３０でＹＥＳ）、油圧制御弁１２０に対して進角制御信号が出力され、実際に可変バルブタイミング機構は進角制御される（Ｓ３４０）。そして、本処理を終了する。
【００８２】
以上説明したように、第３の実施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、次のような効果が得られるようになる。
（１）許容圧力ＯＫＰを冷却水温ＴＨＷに応じて、換言すれば作動油の粘度に応じて設定するようにしている。そのため、上記油圧Ｐと遅角圧力室１０７内の油圧との圧力差に対応した好適な許容圧力ＯＫＰが設定され、進角制御に先立って行われる遅角圧力室１０７への作動油の供給を好適に実施することができる。その結果、ロック機構の解除不全の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００８３】
（２）また、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど（作動油の粘度が増大するほど）、上記許容圧力ＯＫＰを高めるようにしている。そのため、作動油の流動性が低下するほど、強制的に遅角圧力室１０７に作動油が供給されるようになる。従って、確実に遅角圧力室１０７内の油圧が高められ、もってロック機構の解除を確実に行うことができるようになる。
【００８４】
（３）一般に、油圧制御弁１２０と遅角圧力室１０７との間の油圧は、油圧制御弁１２０の作動や、油圧制御弁１２０と遅角圧力室１０７との間の作動油の量等に影響を受けて変動する。これに較べ、油圧制御弁１２０とオイルポンプ１２１との間の油圧は比較的安定していることが知られている。このような油圧の変化が比較的に穏やかな部位に上記圧力センサ１４０を設けるようにしている。そのため、油圧Ｐと許容圧力ＯＫＰとの比較判定も、自ずと精度の高いものとなる。
【００８５】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００８６】
（ａ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴと、第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴとを比較し、より長い時間が設定されている方の待機時間を採用して、同待機時間が経過するまで、進角制御を待機させるようにしてもよい。
【００８７】
（ｂ）冷却水温ＴＨＷから推定される遅角圧力室１０７内の油圧上昇と、機関停止時間ＳＴから推定される作動油の残留量とに基づいて進角制御を待機する待機時間を求めるようにしてもよい。
【００８８】
そしてこれらの場合には、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００８９】
（ｃ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴ以上に進角要求後時間ＡＴが経過し、かつ、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９０】
このような場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００９１】
（ｄ）第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴ以上に機関始動後時間ＯＮＴが経過し、かつ、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９２】
このような場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第１〜第３の実施形態を組み合わせて実施してもよい。例えば以下のようにすることもできる。
【００９３】
（ｅ）第１の実施形態において算出される待機時間ＷＡＴと、第２の実施形態において算出される待機時間ＷＴとを比較し、より長い時間が設定されている方の待機時間を採用する。そして、進角要求がなされてから前記選択された待機時間が経過するとともに、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９４】
（ｆ）冷却水温ＴＨＷから推測される遅角圧力室１０７内の油圧変化と、機関停止時間ＳＴから推測される作動油の残留量とに基づいて進角制御を待機する待機時間を求める。そして、進角要求がなされてから前記求められた待機時間が経過するとともに、第３の実施形態で説明した油圧Ｐが同実施形態で算出される許容圧力ＯＫＰ以上になったときに進角制御を実行するようにしてもよい。
【００９５】
これらの場合にも、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
・第２の実施形態では、機関停止時間ＳＴに基づいて待機時間ＷＴを求めるようにした。ここで、機関停止直後の作動油の粘度が高いほど、遅角圧力室１０７や進角圧力室１０６から漏洩する作動油の量は減少し、遅角圧力室１０７内の油圧低下量も小さくなる。そこで、作動油の粘度あるいはその相関値（例えば冷却水温ＴＨＷ）が増大するほど、待機時間ＷＴが短くなるように補正してもよい。この場合には、待機時間ＷＴを、作動油の漏洩量に対応させてさらに好適に設定することができるようになる。
【００９６】
・一般に、冷却水温ＴＨＷの変化に対する吸気温の影響、換言すれば冷却水温ＴＨＷの変化に対する外気温の影響は、作動油の粘度、換言すれば作動油の温度の変化に対する吸気温の影響と比較すると小さい。そのため例えば、吸気温が低いときには、冷却水温ＴＨＷは高いものの、作動油の温度は低いといった状況も想定される。そこで、第１の実施形態における待機時間ＷＡＴの算出、あるいは第２の実施形態における待機時間ＷＴの算出に際して、冷却水温ＴＨＷのみならず吸気温も考慮した値を作動油の粘度と相関関係にある値として利用してもよい。この場合には、作動油の粘度に対する相関関係の精度がより高まり、ひいては上記各実施形態の作用効果も自ずと精度の高いものとなる。なお、この場合にも、内燃機関に一般的に設けられている水温センサ及び吸気温センサの検出値である冷却水温ＴＨＷ及び吸気温が、作動油の粘度の代わりに用いられる。従って、作動油の粘度を検出するためのセンサを別途設ける必要もない。
【００９７】
・上記第１及び第２の実施形態では、作動油の粘度を表す相関値として冷却水温ＴＨＷを用いるようにしたが、作動油の温度を検出する油温センサを別途内燃機関に設け、その検出値を同粘度を表す相関値として用いるようにしてもよい。
【００９８】
・機関停止中にはオイルポンプ１２１も停止するため、上述したようなロック解除用圧力室３７、３８内の圧力低下も著しいものとなる。そこで、上記各実施形態では、上述した進角待機処理を機関始動時に実行するようにした。他方、機関運転中にあっても、遅角圧力室１０７及び進角圧力室１０６からの作動油の漏洩等により、ロック解除用圧力室３７、３８内の圧力が低下し、ロック機構のロック解除不全が発生するおそれはある。そこで、機関運転中に上記第１及び第３の実施形態で説明した進角待機処理を実行するようにしてもよい。この場合には、機関運転中におけるロック機構のロック解除不全の発生を抑えることができるようになる。
【００９９】
・上記各実施形態では、ロック機構は最遅角位置でベーン体１０１及びハウジング１０３の相対回動を規制する構成としていたが、最進角位置で同ベーン体１０１及びハウジング１０３の相対回動を規制するロック機構を備える構成についても同様に本発明は適用可能である。また、上記各実施形態では、吸気バルブを駆動するカムシャフト１３０に可変バルブタイミング機構を備える場合について例示したが、排気バルブを駆動するカムシャフトに可変バルブタイミング機構を備える場合にも、同様に本発明は適用可能である。
【０１００】
そしてこれらの場合も、上記各実施形態に準じた態様でバルブタイミング制御を行うことで、同様の効果が得られるようになる。
・上記各実施形態では、遅角圧力室１０７に作動油を供給した後、進角圧力室１０６への作動油供給を行うようにした。この他にも、遅角圧力室１０７内の圧力が進角圧力室１０６内の圧力に対して高くなるように両圧力室に作動油を供給する。そして上記待機時間ＷＡＴ経過後や待機時間ＷＴ経過後、あるいは油圧Ｐが許容圧力ＯＫＰ以上となってから、進角圧力室１０６内の圧力が遅角圧力室１０７内の圧力に対して高くなるように両圧力室に作動油を供給するようにしてもよい。
【０１０１】
・上記各実施形態では、いわゆるベーン式の可変バルブタイミング機構の制御装置に本発明を適用した場合について説明した。この他にも、ヘリカルギヤ式の可変バルブタイミング機構など、互いに相対回動する回転体を備え、それらの動作により機関バルブのバルブタイミングを変更する機構にあって、各回転体の動作を規制するロック機構を備える可変バルブタイミング機構の制御装置であれば、本発明は同様に適用することができる。
【０１０２】
その他、上記各実施形態あるいはその変形例から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【０１０５】
（ハ）相対回動することにより内燃機関のバルブタイミングを変更可能な第１及び第２の回転体と、同第１の回転体に対する前記第２の回転体の回転位相を変更するための作動流体が供給される第１及び第２の圧力室と、前記第１及び第２の回転体のバルブタイミング最大制御位置に対応した所定回転位相においてこれら回転体の相対回動を規制すると共に、前記第１及び第２の圧力室に供給される流体圧に基づき同規制を解除するロック機構と、作動流体を前記第１及び第２の圧力室に供給するポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備える内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記ロック機構による前記所定回転位相からの位相変更に際して、前記第１及び第２の圧力室のうち、前記バルブタイミング最大制御位置を維持する側の一方の圧力室に対し、前記作動流体の粘度あるいはその相関値と機関始動前の機関停止時間とのうちの少なくとも一方に基づいて可変設定される所定時間が経過するまで作動流体を供給するとともに、前記圧力センサの検出値が、前記作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて設定される許容圧力以上になるまで、前記一方の圧力室に対し作動流体を供給した後に、他方の圧力室に作動流体を供給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。
【０１０６】
同装置によれば、ロック機構の解除不全の発生をより確実に抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１の実施形態における可変バルブタイミング機構の構造を示す模式図。
【図２】同実施形態における可変バルブタイミング機構のロック機構についてその断面構造を示す図。
【図３】同実施形態における可変バルブタイミング機構のロック機構についてその断面構造を示す図。
【図４】同実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態において待機時間を算出するためのマップ構造を示す図。
【図６】第２の実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態において待機時間を算出するためのマップ構造を示す図。
【図８】第３の実施形態における油回路の一部を示す模式図。
【図９】同実施形態における進角待機処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】同実施形態において許容油圧を算出するためのマップ構造を示す図。
【符号の説明】
１０…水温センサ、３０…収容孔、３０ａ…段部、３１…ロックピン、３１ａ…段部、３２…ロック孔、３３…コイルばね、３５…進角側油通路、３６…遅角側油通路、３７、３８…ロック解除用圧力室、１０１…ベーン体、１０２…ベーン、１０３…ハウジング、１０４…凹部、１０５…カムプーリ、１０６…進角圧力室、１０７…遅角圧力室、１２０…油圧制御弁、１２１…オイルポンプ、１２２…電子制御装置、１３０…カムシャフト、１４０…圧力センサ。
Claims (5)
- 相対回動することにより内燃機関のバルブタイミングを変更可能な第１及び第２の回転体と、同第１の回転体に対する前記第２の回転体の回転位相を変更するための作動流体が供給される第１及び第２の圧力室と、前記第１及び第２の回転体のバルブタイミング最大制御位置に対応した回転位相においてこれら回転体の相対回動を規制すると共に、前記第１及び第２の圧力室の少なくとも一方に供給される流体圧に基づき同規制を解除するロック機構と、作動流体を前記第１及び第２の圧力室に供給するポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備える内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記圧力センサの検出値が、前記作動流体の粘度あるいはその相関値に基づいて設定される許容圧力以上になるまで、前記第１及び第２の圧力室のうち、前記バルブタイミング最大制御位置を維持する側の一方の圧力室に対し作動流体を供給した後に、他方の圧力室に作動流体を供給する
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。 - 前記許容圧力は、前記作動流体の粘度あるいはその相関値の増大に伴って高く設定される
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。 - 前記相関値は作動流体の温度である
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。 - 前記相関値は冷却水温である
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。 - 前記相関値は冷却水温及び吸気温である
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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