JP5141649B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）をその調整可能範囲内に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。

従来より、油圧駆動式の可変バルブタイミング装置においては、特許文献１（特開平９−３２４６１３号公報）、特許文献２（特開２００１−１５９３３０号公報）に記載されているように、エンジン停止時のロック位相をＶＣＴ位相の調整可能範囲の略中間に設定して、バルブタイミング（ＶＣＴ位相）の調整可能範囲を拡大するようにしたものがある。このものは、エンジン停止時にロックする中間ロック位相を始動に適した位相に設定して、この中間ロック位相で始動し、始動完了後のエンジン回転上昇（オイルポンプ回転上昇）により油圧が適正な油圧に上昇してから、ロックを解除してＶＣＴ位相をエンジン運転状態に応じて設定した目標位相にフィードバック制御するようにしている。そして、エンジンを停止させる際やアイドル運転中にロック要求が発生した時点で、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御を実行するようにしている。

特開平９−３２４６１３号公報 特開２００１−１５９３３０号公報

本出願人は、ロック要求が発生したときにＶＣＴ位相を確実に中間ロック位相でロックさせるために、ロック要求が発生したときにカム軸位相を一旦中間ロック位相を所定量だけ通り越した目標位相まで移動させるロック要求時の位相制御を行ってから、中間ロック位相へ向けて戻しながらロックピンを突出させるロックピン突出制御を行ってロックピンによりＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御技術を研究・開発している（特願２００８−３１２８４４）。

また、中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁と、ロックピンを駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁とを別々に設けたものがあるが、本出願人は、部品点数削減・低コスト化のために、１つの油圧制御弁でＶＣＴ位相の駆動油圧とロックピンの駆動油圧の両方を制御する中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置を研究・開発している（特願２００８−３１２８４４）。この場合、油圧制御弁の制御量に応じて、ＶＣＴ位相を遅角方向に駆動する遅角モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を一定に保持する保持モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を進角方向に駆動する進角モードの制御領域と、前記ロックピンをロック方向である突出方向に付勢するロックモードの制御領域とに区分された構成となっている。

このような１つの油圧制御弁でＶＣＴ位相の駆動油圧とロックピンの駆動油圧の両方を制御する構成の可変バルブタイミング装置において、ロック要求が発生したときにカム軸位相を一旦中間ロック位相を所定量だけ通り越した目標位相まで移動させるロック要求時の位相制御を行ってから、中間ロック位相へ向けて戻しながらロックピンを突出させるロックピン突出制御を行ってＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御を行う場合には、ロック要求時の位相制御を遅角モードの制御領域又は進角モードの制御領域で行ってから、ロックモードの制御領域に切り替えてロックピン突出制御を行うことになる。

この場合、ＶＣＴ位相をエンジン運転状態に応じて設定した目標位相にフィードバック制御する通常の位相制御では、ＶＣＴ位相が目標位相を大きく通り越すオーバーシュートを抑えるように位相制御の応答性（制御ゲイン等）が設定されているため、ロック要求時の位相制御を、通常の位相制御と同じ応答性のフィードバック制御で行うと、ＶＣＴ位相を目標位相まで移動させるのに時間がかかってしまい、ロック完了までの時間が長くなってしまう。特に、エンジンを停止させる際に発生するロック要求に対しては、エンジン回転が停止するまでの時間（ロック制御を行うのに必要な油圧を確保できる時間）が短いため、短時間でロック制御を完了しないと、ロックできなくなってしまう。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ロック要求時の位相制御の応答性を速めてロック完了までの時間を短縮できるようにすることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置と、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲内に位置する中間ロック位相でロックするロックピンと、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、所定の位相制御実行条件が成立しているときにＶＣＴ位相を運転条件に応じて設定した目標位相に一致させるように前記油圧制御弁を制御する位相制御（以下「通常の位相制御」という）を実行するＶＣＴ位相制御手段と、ロック要求が発生したときにＶＣＴ位相を一旦前記中間ロック位相を所定量だけ通り越した目標位相まで移動させるロック要求時の位相制御を行ってから前記中間ロック位相へ向けて戻しながら前記ロックピンを突出させるロックピン突出制御を行って前記ロックピンによりＶＣＴ位相を前記中間ロック位相でロックするように制御するロック制御手段とを備え、前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御を行う際に、前記油圧制御弁の制御量を前記通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御量に設定することを特徴とするものである。このようにすれば、ロック要求時の位相制御の応答性を速めてロック完了までの時間を短縮することが可能となる。

この場合、請求項２のように、ロック要求時の位相制御を、通常の位相制御と同様に、少なくとも比例項を含むフィードバック制御により実行し、且つ、ロック要求時の位相制御の比例項のゲインを通常の位相制御の比例項のゲインよりも大きいゲインに設定するようにしても良い。

或は、請求項３のように、ロック要求時の位相制御をオープンループ制御により実行し、且つ、ロック要求時の位相制御の制御量を通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御量に設定するようにしても良い。

或は、請求項４のように、ロック要求時の位相制御を行う際に、目標位相を狙いの位相よりもＶＣＴ位相の動きを加速する方向にオフセットさせるようにしても良い。
上記請求項２〜４のいずれの場合も、ロック要求時の位相制御の応答性を速めることができる。

ところで、ロック要求時の位相制御の応答性が速くなるほど、ロック要求時の位相制御によりＶＣＴ位相が目標位相を通り越すオーバーシュートが大きくなるため、ロックピン突出制御開始時のＶＣＴ位相と目標位相との偏差が大きくなって、ロックピン突出制御開始からロック完了となるまでの時間が長くかかってしまう。

そこで、請求項５のように、ロック要求時の位相制御を行う際に、ＶＣＴ位相と目標位相との偏差が所定値以内且つ目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値以上の場合には、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要はないと判断して、油圧制御弁の制御量を通常の位相制御の場合と同じ制御量に設定するようにすると良い。このようにすれば、ロック要求時の位相制御の応答性を過剰に速めることを防止できて、ＶＣＴ位相が目標位相を通り越すオーバーシュートが大きくなり過ぎることを防止でき、過大なオーバーシュートによりロックピン突出制御開始からロック完了となるまでの時間が長くなり過ぎることを防止できる。

また、請求項６のように、前記油圧制御弁は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と前記ロックピンを駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁を用い、該油圧制御弁の制御量に応じて、ＶＣＴ位相を遅角方向に駆動する遅角モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を一定に保持する保持モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を進角方向に駆動する進角モードの制御領域と、前記ロックピンをロック方向である突出方向に付勢するロックモードの制御領域とに区分された構成としても良い。このようにすれば、１つの油圧制御弁で、ＶＣＴ位相を駆動する油圧とロックピンを駆動する油圧の両方を制御でき、部品点数削減・低コスト化の要求を満たすことができる。

図１は本発明の実施例１，２で用いるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 図２は可変バルブタイミング装置と油圧制御回路の構成を説明する縦断側面図である。 図３は可変バルブタイミング装置の縦断正面図である。 図４はロックピン（進角制限ピン）と遅角制限ピンの機能を説明するための図である。 図５（ａ）は、油圧制御弁の進角ポート、遅角ポート、ロックピン制御ポートの切り替えパターンを説明する図、同図（ｂ）は、ロックモード、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域と位相変化速度との関係を説明する油圧制御弁の制御特性図である。 図６は実施例１のロック制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図７は実施例１のロック要求時の位相制御の一例を比較例と対比して示すタイムチャートである。 図８は実施例２のロック制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３により各スプロケット１４，１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。但し、吸気側カム軸１６には、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の進角量（ＶＣＴ位相）を調整する可変バルブタイミング装置１８（ＶＣＴ）が設けられている。

また、吸気側カム軸１６の外周側には、所定カム角毎にカム角信号のパルスを出力するカム角センサ１９が設置され、一方、クランク軸１２の外周側には、所定クランク角毎にクランク角信号のパルスを出力するクランク角センサ２０が設置されている。これらカム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号は、エンジン制御回路２１に入力される。このエンジン制御回路２１は、特許請求の範囲でいうＶＣＴ位相演算手段として機能し、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力信号パルスの位相差に基づいて吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相）を演算すると共に、クランク角センサ２０の出力パルスの周波数（パルス間隔）に基づいてエンジン回転速度を演算する。その他、エンジン運転状態を検出する各種センサ（吸気圧センサ２２、冷却水温センサ２３、スロットルセンサ２４等）の出力信号がエンジン制御回路２１に入力される。

このエンジン制御回路２１は、上記各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御や点火制御を行うと共に、可変バルブタイミング制御（ＶＣＴ位相フィードバック制御）を行い、吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相）を、エンジン運転状態に応じて設定した目標バルブタイミング（目標ＶＣＴ位相）に一致させるように可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧をフィードバック制御する。

次に、図２乃至図４に基づいて可変バルブタイミング装置１８の構成を説明する。
可変バルブタイミング装置１８のハウジング３１は、吸気側カム軸１６の外周に回動自在に支持されたスプロケット１４にボルト３２で締め付け固定されている。これにより、クランク軸１２の回転がタイミングチェーン１３を介してスプロケット１４とハウジング３１に伝達され、スプロケット１４とハウジング３１がクランク軸１２と同期して回転する。

一方、吸気側カム軸１６の一端部には、ロータ３５がボルト３７で締め付け固定されている。このロータ３５は、ハウジング３１内に相対回動自在に収納されている。

図３に示すように、ハウジング３１の内部には、複数のベーン収容室４０が形成され、各ベーン収容室４０が、ロータ３５の外周部に形成されたベーン４１によって進角室４２と遅角室４３とに区画されている。少なくとも１つのベーン４１の両側部には、ハウジング３１に対するロータ３５（ベーン４１）の相対回動範囲を規制するストッパ部５６が形成され、このストッパ部５６によって実ＶＣＴ位相（カム軸位相）の調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相が規制されている。

可変バルブタイミング装置１８には、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相との間（例えば略中間）に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構５０が設けられている。この中間ロック機構５０の構成を説明すると、いずれか１つ（又は複数）のベーン４１にロックピン収容孔５７が設けられ、このロックピン収容孔５７に、ハウジング３１とロータ３５（ベーン４１）との相対回動をロックするためのロックピン５８が突出可能に収容され、このロックピン５８がスプロケット１４側に突出してスプロケット１４のロック穴５９（図４参照）に嵌り込むことで、ＶＣＴ位相がその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックされる。この中間ロック位相は、エンジン１１の始動に適した位相に設定されている。尚、ロック穴５９をハウジング３１に設けた構成としても良い。

図４に示すように、ロックピン５８は、スプリング６２によってロック方向（突出方向）に付勢されている。また、ロックピン５８の外周部とロックピン収容孔５７との間には、ロックピン５８をロック解除方向に駆動する油圧を制御するためのロック解除用の油圧室が形成されている。

本実施例１では、ロックピン５８は、中間ロック位相より遅角側で制御するＶＣＴ位相が不用意に中間ロック位相を越えて進角側に移動することを阻止する進角制限ピンとしても機能し、ロック穴５９と連続して、該ロック穴５９よりも浅底の進角制限溝６３が最遅角位相の近くの所定位相Ｃまで延びるように形成され、ロックピン５８（進角制限ピン）が進角制限溝６３に嵌まり込むことで、中間ロック位相より遅角側で制御するＶＣＴ位相の範囲が中間ロック位相から最遅角位相の近くの所定位相Ｃまでの範囲に制限されるようになっている。

目標位相が上記所定位相Ｃを超えて最遅角位相側に設定された場合は、油圧によりロックピン５８（進角制限ピン）を進角制限溝６３から抜き出すことで、ＶＣＴ位相を最遅角位相側に移動できるようにする。また、目標位相が中間ロック位相よりも進角側に設定された場合は、油圧によりロックピン５８（進角制限ピン）をロック穴５９から完全に抜き出して、ＶＣＴ位相が中間ロック位相より進角側に移動できるようにする。

同様に、進角側で制御するＶＣＴ位相が不用意に遅角側に移動することを阻止する遅角制限ピン６４と例えば２段の遅角制限溝６５ａ，６５ｂが設けられ、スプリング６６によって遅角制限ピン６４がいずれかの遅角制限溝６５ａ，６５ｂに嵌まり込むことで、進角側で制御するＶＣＴ位相の範囲が例えば２段階に制限されるようになっている。

尚、２段の遅角制限溝６５ａ，６５ｂのうちの一方を省いて１段のみの遅角制限溝としても良いし、３段以上の遅角制限溝としても良い。また、進角制限溝６３と遅角制限溝６５ａ，６５ｂと遅角制限ピン６４を省いた構成としても良い。

図４の構成例では、遅角制限溝６５ａ，６５ｂが最進角位相から中間ロック位相を超えて遅角側の所定位相Ｂ，Ａまで延びているため、中間ロック位相では、ロックピン５８（進角制限ピン）と遅角制限ピン６４がそれぞれロック穴５９と２段目（溝が深い方）の遅角制限溝６５ｂに嵌まり込んだ状態となる。

また、図２に示すように、ハウジング３１には、進角制御時にロータ３５を進角方向に相対回動させる油圧をばね力で補助（アシスト）する付勢手段としてねじりコイルばね等のばね５５が設けられている。吸気バルブの可変バルブタイミング装置１８では、吸気側カム軸１６のトルクがＶＣＴ位相を遅角させる方向に作用することから、上記ばね５５は、ＶＣＴ位相を吸気側カム軸１６のトルク方向と反対方向である進角方向に付勢することになる。

本実施例１では、図４に示すように、ばね５５の付勢力が作用する範囲は、最遅角位相からほぼ中間ロック位相までの範囲に設定され、エンジンストール等の異常停止後の再始動時のフェールセーフを想定して、ロックピン５８がロック穴５９から外れた状態で中間ロック位相より遅角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合に、スタータ（図示せず）によるクランキング中に、ばね５５のばね力により実ＶＣＴ位相を遅角側から中間ロック位相へ進角させる進角動作を補助してロックピン５８をロック穴５９に嵌まり込ませてロックできるように構成されている。

一方、中間ロック位相より進角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合は、クランキング中に吸気側カム軸１６のトルクが遅角方向に作用するため、吸気側カム軸１６のトルクにより実ＶＣＴ位相を進角側から中間ロック位相へ遅角させてロックピン５８をロック穴５９に嵌まり込ませてロックさせることができる。

また、本実施例１では、可変バルブタイミング装置１８のＶＣＴ位相、ロックピン５８及び遅角制限ピン６４を駆動する油圧を制御する油圧制御弁は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能とロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁２５により構成され、エンジン１１の動力によって駆動されるオイルポンプ２８により、オイルパン２７内のオイル（作動油）が汲み上げられて油圧制御弁２５に供給される。この油圧制御弁２５は、例えば８ポート・４ポジション型のスプール弁により構成され、図５に示すように、油圧制御弁２５の制御デューティ（制御量）に応じて、ロックモードＬ１，Ｌ２、進角モードＡ、保持モードＨ、遅角モードＲの４つの制御領域に区分されている。

ロックモードＬ１，Ｌ２の制御領域では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室へのオイル供給油路を遮断してロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向に突出させる。

更に、ロックモードＬ１，Ｌ２の制御領域は、ロックピン５８を突出させながら進角室４２へのオイル供給油路を開放して進角室４２にオイルを供給するオイル充填モードＬ１の制御領域と、ロックピン５８を突出させながら進角室４２と遅角室４３の両方のオイル供給油路を遮断して両室４２，４３の油圧を保持するロック保持モードＬ２の制御領域とに区分されている。

進角モードＡの制御領域では、遅角室４３へのオイル供給油路を遮断して、油圧制御弁２５の遅角ポートをドレンポートに連通させて遅角室４３の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁２５の制御デューティに応じて、進角室４２へのオイル供給油路を開放して、進角室４２にオイルを供給して進角室４２の油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を進角させる。

保持モードＨの制御領域では、進角室４２と遅角室４３の両方のオイル供給油路を遮断して両室４２，４３の油圧を保持して、実ＶＣＴ位相が動かないように保持する。
遅角モードＲの制御領域では、進角室４２へのオイル供給油路を遮断して、油圧制御弁２５の進角ポートをドレンポートに連通させて進角室４２の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁２５の制御デューティに応じて、遅角室４３へのオイル供給油路を開放して、遅角室４３にオイルを供給して遅角室４３の油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を遅角させる。

ロックモードＬ１，Ｌ２以外の制御領域（進角モードＡ、保持モードＨ、遅角モードＲ）では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室へのオイル供給油路を開放してロック解除用油圧室にオイルを充填してロック解除用油圧室の油圧を上昇させ、その油圧によりロックピン５８をロック穴５９から抜き出してロックピン５８のロックを解除する。

尚、本実施例１では、油圧制御弁２５の制御デューティが大きくなるに従って、ロックモードＬ１，Ｌ２、進角モードＡ、保持モードＨ、遅角モードＲの順に制御モードが切り替わるように構成されているが、例えば、油圧制御弁２５の制御デューティが大きくなるに従って、遅角モードＲ、保持モードＨ、進角モードＡ、ロックモードＬ１，Ｌ２の順に制御モードが切り替わるように構成したり、或は、遅角モードＲと進角モードＡの順序を入れ替えて、ロックモードＬ１，Ｌ２、遅角モードＲ、保持モードＨ、進角モードＡの順に制御モードが切り替わるように構成しても良い。

エンジン制御回路２１は、特許請求の範囲でいうＶＣＴ位相制御手段として機能し、所定の位相制御実行条件が成立しているときに、吸気側カム軸１６の実ＶＣＴ位相（吸気バルブの実バルブタイミング）を、エンジン運転条件に応じて設定した目標位相（目標バルブタイミング）に一致させるように油圧制御弁２５の制御デューティ（制御量）を少なくとも比例項を含む例えばＰＤ制御等によりＦ／Ｂ制御して可変バルブタイミング装置１８の進角室４２と遅角室４３に供給する油圧をＦ／Ｂ制御する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同じ）。このＶＣＴ位相制御の制御領域は、遅角モードＲ、保持モードＨ及び進角モードＡの制御領域に跨がっている。以下、位相制御実行条件が成立しているときに実行するＦ／Ｂ制御を「通常の位相制御」という。

更に、エンジン制御回路２１は、特許請求の範囲でいうロック制御手段として機能し、エンジン１１の回転を停止させる際又はアイドル運転中に、ロック要求が発生すると、その時点で、ＶＣＴ位相を一旦中間ロック位相を所定量だけ通り越した目標位相まで移動させるロック要求時の位相制御を少なくとも比例項を含む例えばＰＤ制御等のＦ／Ｂ制御により行ってから、油圧制御弁２５の制御デューティをロックモードの制御領域内に設定して、ＶＣＴ位相を中間ロック位相へ向けて戻しながら、ロックピン５８をロック方向である突出方向に付勢するロックピン突出制御を行ってロックピン５８によりＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするように制御する。

この場合、ＶＣＴ位相をエンジン運転条件に応じて設定した目標位相にＦ／Ｂ制御する通常の位相制御では、ＶＣＴ位相が目標位相を大きく通り越すオーバーシュートを抑えるように位相制御の応答性（比例項ゲイン等）が設定されているため、ロック要求時の位相制御を、通常の位相制御と同じ応答性のＦ／Ｂ制御で行うと、ＶＣＴ位相を目標位相まで移動させるのに時間がかかってしまい、ロック完了までの時間が長くなってしまう。特に、エンジン１１を停止させる際に発生するロック要求に対しては、エンジン回転が停止するまでの時間（ロック制御を行うのに必要な油圧を確保できる時間）が短いため、短時間でロック制御を完了しないと、ロックできなくなってしまう。

そこで、本実施例１では、図７に示すように、ロック要求時の位相制御の比例項ゲイン（以下「Ｐ項ゲイン」という）を通常の位相制御の場合よりも大きいゲインに設定することで、ロック要求時の位相制御を行う際の油圧制御弁２５の制御デューティを通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御デューティに設定するようにしている。或は、ロック要求時の位相制御を行う際に、目標位相を狙いの位相よりもＶＣＴ位相の動きを加速する方向にオフセットさせるようにしても良い（例えば目標位相を中間ロック位相よりも遅角側に設定する場合は、目標位相を遅角側にオフセットさせる）。これにより、ロック要求時の位相制御の応答性を速めてロック完了までの時間を短縮することが可能となる。

ところで、ロック要求時の位相制御の応答性が速くなるほど、ロック要求時の位相制御によりＶＣＴ位相が目標位相を通り越すオーバーシュートが大きくなるため、ロックピン突出制御開始時のＶＣＴ位相と目標位相との偏差が大きくなって、ロックピン突出制御開始からロック完了までの時間が長くかかってしまう。

そこで、本実施例１では、ロック要求時の位相制御を行う際に、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差（絶対値）が所定値Ｋ１以内且つ目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値Ｋ２以上の場合には、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要はないと判断して、ロック要求時の位相制御のＰ項ゲインを通常の位相制御のＰ項ゲインと同じゲインに設定するようにしている。このようにすれば、ロック要求時の位相制御の応答性を過剰に速めることを防止できて、ＶＣＴ位相が目標位相を通り越すオーバーシュートが大きくなり過ぎることを防止でき、過大なオーバーシュートによりロックピン突出制御開始からロック完了までの時間が長くなり過ぎることを防止できる。

以上説明した本実施例１のロック制御は、エンジン制御回路２１によって図６のロック制御ルーチンに従って次のように実行される。図６のロック制御ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうロック制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、ロック要求が発生したか否かを判定し、ロック要求が発生していなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

その後、ロック要求が発生した時点で、上記ステップ１０１からステップ１０２に進み、ロック要求時の位相制御を開始する。ロック要求時の位相制御では、目標位相を中間ロック位相を所定量だけ通り越した位相に設定し、少なくとも比例項を含む例えばＰＤ制御等のＦ／Ｂ制御により実行する。

この後、ステップ１０３に進み、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差（絶対値）が所定値Ｋ１以上又は目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値Ｋ２以下であるか否かを判定する。このステップ１０３で「Ｙｅｓ」と判定されれば、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要があると判断して、ステップ１０４に進み、ロック要求時の位相制御のＰ項ゲインを通常の位相制御のＰ項ゲインよりも大きいゲインに設定する。或は、目標位相を狙いの位相よりもＶＣＴ位相の動きを加速する方向にオフセットさせるようにしても良い（例えば目標位相を中間ロック位相よりも遅角側に設定する場合は、目標位相を遅角側にオフセットさせる）。これにより、ロック要求時の位相制御の応答性を速めることが可能となる。

一方、上記ステップ１０３で「Ｎｏ」と判定されれば、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要がないと判断して、ステップ１０５に進み、ロック要求時の位相制御のＰ項ゲインを通常の位相制御のＰ項ゲインと同じゲインに設定する。或は、目標位相をオフセットさせずに、目標位相を本来の狙いの位相に設定する。

この後、ステップ１０６で、ロック要求時の位相制御により実ＶＣＴ位相が目標位相に到達したか否かを判定し、実ＶＣＴ位相が目標位相に到達するまで、上述した処理を繰り返して、ロック要求時の位相制御を継続する。

その後、実ＶＣＴ位相が目標位相に到達した時点で、ステップ１０７に進み、ロックピン突出制御を実行する。このロックピン突出制御では、油圧制御弁２５の制御デューティをロックモードの制御領域内に設定して、ＶＣＴ位相を中間ロック位相へ向けて戻しながら、ロックピン５８をロック方向である突出方向に付勢するロックピン突出制御を行ってロックピン５８によりＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックする。

以上説明した本実施例１では、ロック要求時の位相制御のＰ項ゲインを通常の位相制御のＰ項ゲインよりも大きいゲインに設定する（或は目標位相を狙いの位相よりもＶＣＴ位相の動きを加速する方向にオフセットさせる）ようにしたので、ロック要求時の位相制御の応答性を速めることができて、ロック完了までの時間を短縮することが可能となる。

しかも、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差が所定値Ｋ１以下且つ目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値Ｋ２以上の場合には、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要はないと判断して、ロック要求時の位相制御のＰ項ゲインを通常の位相制御のＰ項ゲインと同じゲインに設定する（或は目標位相を本来の狙いの位相に設定する）ようにしたので、ロック要求時の位相制御の応答性を過剰に速めることを防止できて、ＶＣＴ位相が目標位相を通り越すオーバーシュートが大きくなり過ぎることを防止でき、過大なオーバーシュートによりロックピン突出制御開始からロック完了までの時間が長くなり過ぎることを防止できる。

尚、ロック要求時の位相制御の応答性を速める方法は、Ｐ項ゲインの増大や目標位相のオフセットに限定されず、例えば、位相制御のＦ／Ｂ制御量を位相制御の応答性を速める方向に補正するようにしても良い。

本発明の実施例２では、図８のロック制御ルーチンを実行することで、ロック要求時の位相制御の応答性を速める場合は、ロック要求時の位相制御をオープンループ制御により実行すると共に、そのオープンループ制御の制御デューティを通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御デューティに設定する。その他の事項は、前記実施例１と同じである。

以下、図８のロック制御ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、ロック要求が発生したか否かを判定し、ロック要求が発生していなけれれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

その後、ロック要求が発生した時点で、上記ステップ２０１からステップ２０２に進み、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差（絶対値）が所定値Ｋ１以上又は目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値Ｋ２以下であるか否かを判定する。このステップ２０２で「Ｙｅｓ」と判定されれば、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要があると判断して、ステップ２０３に進み、ロック要求時の位相制御をオープンループ制御により実行すると共に、そのオープンループ制御の制御デューティを通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御デューティに設定する。これにより、ロック要求時の位相制御の応答性を速めることが可能となる。

一方、上記ステップ２０２で「Ｎｏ」と判定されれば、ロック要求時の位相制御の応答性を速める必要がないと判断して、ステップ２０４に進み、ロック要求時の位相制御を通常の位相制御と同じＦ／Ｂ制御により実行する。

この後、ステップ２０５で、ロック要求時の位相制御により実ＶＣＴ位相が目標位相に到達したか否かを判定し、実ＶＣＴ位相が目標位相に到達するまで、上述した処理を繰り返して、ロック要求時の位相制御を継続する。その後、実ＶＣＴ位相が目標位相に到達した時点で、ステップ２０６に進み、ロックピン突出制御を実行して、ロックピン５８によりＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックする。

以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明は、上記各実施例１，２に限定されず、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御するＶＣＴ位相制御用の油圧制御弁とロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁とを別々に設けた構成としても良い。

また、上記実施例１，２は、本発明を吸気バルブの可変バルブタイミング装置に適用して具体化した実施例であるが、排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用して実施しても良い。本発明を排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用する場合は、排気バルブのＶＣＴ位相の制御方向（「進角」と「遅角」の関係）を吸気バルブのＶＣＴ位相の制御方向とは反対にすれば良い。

その他、本発明は、可変バルブタイミング装置１８の構成や油圧制御弁２５の構成等を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１３…タイミングチェーン、１４，１５…スプロケット、１６…吸気カム軸、１７…排気カム軸、１８…可変バルブタイミング装置（ＶＣＴ）、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２１…エンジン制御回路（ＶＣＴ位相制御手段，ロック制御手段）、２３…冷却水温センサ、２５…油圧制御弁、２８…オイルポンプ、３１…ハウジング、３５…ロータ、４０…ベーン収容室、４１…ベーン、４２…進角室、４３…遅角室、５０…中間ロック機構、５５…ばね、５８…ロックピン（進角制限ピン）、５９…ロック穴、６３…進角制限溝、６４…遅角制限ピン、６５ａ，６５ｂ…遅角制限溝

Claims (6)

1. 内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置と、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲内に位置する中間ロック位相でロックするロックピンと、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   所定の位相制御実行条件が成立しているときにＶＣＴ位相を運転条件に応じて設定した目標位相に一致させるように前記油圧制御弁を制御する位相制御（以下「通常の位相制御」という）を実行するＶＣＴ位相制御手段と、
   ロック要求が発生したときにＶＣＴ位相を一旦前記中間ロック位相を所定量だけ通り越した目標位相まで移動させるロック要求時の位相制御を行ってから前記中間ロック位相へ向けて戻しながら前記ロックピンを突出させるロックピン突出制御を行って前記ロックピンによりＶＣＴ位相を前記中間ロック位相でロックするように制御するロック制御手段とを備え、
   前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御を行う際に、前記油圧制御弁の制御量を前記通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御量に設定することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記ＶＣＴ位相制御手段は、前記通常の位相制御を少なくとも比例項を含むフィードバック制御により実行し、
   前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御を少なくとも比例項を含むフィードバック制御により実行し、且つ、前記ロック要求時の位相制御の比例項のゲインを前記通常の位相制御の比例項のゲインよりも大きいゲイン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可変バルブタイミング制御装置。
3. 前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御をオープンループ制御により実行し、且つ、前記オープンループ制御の制御量を前記通常の位相制御の場合よりもＶＣＴ位相の動きを速くする制御量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可変バルブタイミング制御装置。
4. 前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御を行う際に、前記目標位相を狙いの位相よりもＶＣＴ位相の動きを加速する方向にオフセットさせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
5. 前記ロック制御手段は、前記ロック要求時の位相制御を行う際に、ＶＣＴ位相と前記目標位相との偏差が所定値以内且つ前記目標位相へのＶＣＴ位相の変化速度が所定値以上の場合には、前記油圧制御弁の制御量を前記通常の位相制御の場合と同じ制御量に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
6. 前記油圧制御弁は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と前記ロックピンを駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁を用い、該油圧制御弁の制御量に応じて、ＶＣＴ位相を遅角方向に駆動する遅角モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を一定に保持する保持モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を進角方向に駆動する進角モードの制御領域と、前記ロックピンをロック方向である突出方向に付勢するロックモードの制御領域とに区分されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。

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