JP5240674B2 - 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（エンジン）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の最遅角位相と最進角位相との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位相のフィードバック制御を開始するようにしている。この際、エンジン回転に同期して回転角センサ（カム角センサとクランク角センサ）から出力されるパルス信号に基づいてＶＣＴ位相を演算し、ロック解除後にＶＣＴ位相をエンジン運転状態に応じて設定した目標ＶＣＴ位相に一致させるように可変バルブタイミング装置の駆動油圧をフィードバック制御するようにしている。

特開平９−３２４６１３号公報 特開２００１−１５９３３０号公報

上記構成の中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置では、エンジン停止要求が発生してエンジン回転速度が所定回転速度以下に低下したときに中間ロック機構をロック動作させるロック制御を行うようにしているが、エンジン回転停止間際や始動開始時（クランキング時）の極低回転領域では、回転角センサ（カム角センサとクランク角センサ）の出力パルスがなまってパルスのエッジを判別しにくいため、ＶＣＴ位相を演算することが困難になり、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされているか否か不明である。このため、エンジン停止時にＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするのに失敗した場合でも、それが分からないため、例えば、吸気バルブのＶＣＴ位相が最進角位相付近でエンジンが停止すると、次の始動時に最進角位相付近でエンジンが始動されてしまい、その結果、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する等の課題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置において、ロック制御でＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするのに失敗した場合でも、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止できる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

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吸気バルブのカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させて吸気バルブの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の最遅角位相と最進角位相との間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装置と、ロック要求が発生したときに前記ロックピンを突出させてＶＣＴ位相を前記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前記油圧制御装置を制御するロック制御手段と、内燃機関回転速度を検出する回転速度検出手段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、前記油圧制御装置は、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、前記ロックピンを突出させるロックモードの制御領域とに区分され、且つ、該ロックモードの制御領域では、ＶＣＴ位相が進角方向に緩やかに移動するように構成され、前記ロック制御手段は、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が前記中間ロック位相よりも前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する場合は当該ＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、前記ロックピンを突出させる制御を行うようにしたものである。
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、請求項２のように、ロックモードの制御領域で、ＶＣＴ位相が遅角方向に緩やかに移動するように構成すれば良い。

本発明のように、位相制御用の油圧制御弁機能と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る場合には、ロックモードの制御領域では、ＶＣＴ位相が進角方向（吸気バルブの場合）又は遅角方向（排気バルブの場合）に緩やかに移動するように構成される。従って、ロックモードの制御（ロック制御）中に、現時点のＶＣＴ位相から見て中間ロック位相がＶＣＴ位相移動方向に位置する場合は、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できるため、ロックピンをロック穴に嵌まり込ませることが可能である。この点に着目して、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度以下になった時点で、ロックモードの制御領域でＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できる位相に存在する場合は、ロックピンを突出させる制御を行うようにしたものであり、これにより、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達した時点でロックピンをロック穴に嵌まり込ませることができる。

一方、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する場合は、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できないため、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動するようにしたものであり、これにより、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできない場合でも、ＶＣＴ位相を始動時にプレイグニッション等が発生する位相側（ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側）とは逆方向に移動させることができ、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止できる。

この場合、請求項３のように、内燃機関回転速度が降下する過程で内燃機関回転速度が前記第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度以下になったときに、前記ロック要求が発生して前記ロック制御を実行するようにすれば良い。この場合、アイドル時には、始動時と同様に、オイルポンプの吐出油圧が低下して、ＶＣＴ位相をアイドル運転に適した中間ロック位相付近に保持することが困難になることを考慮して、ロック要求が発生する第２回転速度は、目標アイドル回転速度又はそれよりも少し高い回転速度に設定すれば良く、これにより、内燃機関回転速度がアイドル回転速度領域に低下したときに直ちにロック制御を開始できる。

また、請求項４のように、内燃機関の冷却水温又は油温又は吸気温を検出する温度検出手段を備え、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が前記第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在し、且つ、冷却水温又は油温又は吸気温が所定温度以上の場合は、前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、前記ロックピンを突出させる制御を行うようにしても良い。

要するに、吸気バルブのＶＣＴ位相が最進角位相付近で始動された場合に、内燃機関の温度（冷却水温、油温、吸気温）が高いほど、始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高くなる。従って、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在し、且つ、冷却水温又は油温又は吸気温が所定温度以上である場合は、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高いと判断して、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動するようにしたものであり、これにより、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされていなくても、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを防止できる。この場合、内燃機関の温度（冷却水温、油温、吸気温）が高ければ、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされていなくても、始動性を確保することができる。

一方、冷却水温又は油温又は吸気温が所定温度よりも低い場合には、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する状態であっても、始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が少ないため、ロックピンを突出させる制御を行うようにしたものであり、これにより、ＶＣＴ位相の動きによってはロックが完了する場合もある。また、ＶＣＴ位相の演算誤差によりＶＣＴ位相が誤って中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在すると判定された場合も、ロックを完了させることができる。

本発明は、請求項５のように、内燃機関の回転に同期してパルス信号を出力する回転角センサを設け、前記第１回転速度は、前記回転角センサの出力信号に基づいてＶＣＴ位相を演算できる回転速度領域の下限値又はそれよりも少し高い回転速度に設定すると良い。このようにすれば、ＶＣＴ位相を演算できなくなる直前で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できる位相に存在するか否かを確実に判定することができる。

図１は本発明の一実施例を示す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（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５はエンジン回転停止時の制御例を示すタイムチャートである。 図６はエンジン始動時の制御例を示すタイムチャートである。 図７はエンジン回転停止時ＶＣＴ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 図８はエンジン始動時ＶＣＴ制御プログラムの処理の流れを示す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一実施例を説明する。
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、気筒判別のために特定のカム角でカム角信号パルスを出力するカム角センサ１９（回転角センサ）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パルスを出力するクランク角センサ２０（回転角センサ）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、このエンジン制御回路２１によって吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相）が演算されると共に、クランク角センサ２０（回転速度検出手段）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が演算される。また、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（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及び図３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。

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。 また、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する付勢手段としてねじりコイルばね等のばね５５（図２参照）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。

本実施例では、ばね５５が作用する範囲は、最遅角位相から中間ロック位相直前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がロックピン収容孔５７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をロックピン収容孔５７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をロックピン収容孔５７に嵌まり込ませてロックさせることができる。

また、本実施例では、可変バルブタイミング装置１８のＶＣＴ位相及びロックピン５８を駆動する油圧を制御する油圧制御装置は、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４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（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域に区分されている。

ロックモード（弱進角モード）の制御領域では、油圧制御弁２５のロックピン制御ポートをドレンポートに連通させ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（突出方向）に付勢すると共に、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、油圧制御弁２５の進角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、進角ポートから進角室４２にオイルを少しずつ供給して実ＶＣＴ位相を緩やかに進角方向に駆動する。

進角モードの制御領域では、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、油圧制御弁２５の進角ポートから進角室４２に供給する油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を進角させる。

保持モードの制御領域では、進角室４２と遅角室４３の両方の油圧を保持して、実ＶＣＴ位相が動かないように保持する。
遅角モードの制御領域では、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、油圧制御弁２５の遅角ポートから遅角室４３に供給する油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を遅角させる。

ロックモード以外の制御領域（遅角モード、保持モード、進角モード）では、ロックピン収容孔５７内の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（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モード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、保持モード、進角モード、ロックモード（弱進角モード）の順に制御モードが切り替わるように構成したり、或は、遅角モードと進角モードの順序を入れ替えて、ロックモード（弱進角モード）、遅角モード、保持モード、進角モードの順に制御モードが切り替わるように構成しても良い。また、ロックモード（弱進角モード）の制御領域と遅角モードの制御領域とが連続する場合は、ロックモード（弱進角モード）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（突出方向）に付勢すると共に、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、遅角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、遅角ポートから遅角室４３にオイルを少しずつ供給して実カム軸位相を緩やかに遅角方向に駆動するようにすれば良い。

エンジン制御回路２１は、位相Ｆ／Ｂ制御（可変バルブタイミング制御）中に、エンジン運転条件に基づいて目標ＶＣＴ位相（目標バルブタイミング）を演算して、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）を目標ＶＣＴ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。

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も機能し、ロック要求が発生したときにＶＣＴ位相を中間ロック位相に向けて移動させると共にロックピン５８を突出させてＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御（ロックモードの制御）を実行するように油圧制御弁２５を制御する。

ところで、エンジン停止指令発生後にエンジン回転速度が後述する第２回転速度Ｎｅ２（例えば８００ｒｐｍ）以下に低下したときにロック要求が発生してロック制御を行うようにしているが、エンジン回転停止間際や始動開始時（クランキング時）の極低回転領域では、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力パルスがなまってパルスのエッジを判別しにくいため、ＶＣＴ位相を正確に演算することが困難になり、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされているか否かを確認することが困難である。このため、エンジン停止時にＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするのに失敗した場合でも、それが分からないため、吸気バルブのＶＣＴ位相が最進角位相付近でエンジン１１が停止すると、次の始動時に最進角位相付近でエンジン１１が始動されてしまい、プレイグニッション等の異常燃焼が発生しやすい等の課題があった。

そこで、本実施例では、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度Ｎｅ１以下になった時点で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（本実施例では進角側）に存在する場合は、当該ＶＣＴ位相移動方向とは逆方向（本実施例では遅角方向）にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、ロックピン５８を突出させる制御を行うようにしている。ここで、第１回転速度Ｎｅ１は、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力信号に基づいてＶＣＴ位相を演算できる回転速度領域の下限値又はそれよりも少し高い回転速度に設定すれば良く、本実施例では、第１回転速度Ｎｅ１は例えば３００ｒｐｍに設定されている。

要するに、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する場合は、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できないため、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動するものであり、これにより、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできない場合でも、ＶＣＴ位相を始動時にプレイグニッション等が発生する位相側（本実施例では最進角位相側）とは逆方向に移動させることができ、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止することができる。

更に、本実施例では、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１よりも高く設定された第２回転速度Ｎｅ２以下になった時点ｔ1 で、ロック要求が発生してロック制御を実行する。この場合、アイドル時には、始動時と同様に、オイルポンプ２８の吐出油圧が低下して、ＶＣＴ位相をアイドル運転に適した中間ロック位相付近に保持することが困難になることを考慮して、ロック要求が発生する第２回転速度Ｎｅ２は、目標アイドル回転速度又はそれよりも少し高い回転速度（例えば８００ｒｐｍ）に設定すれば良く、これにより、エンジン回転速度がアイドル回転速度領域に低下したときに直ちにロック制御を開始することができる。

ところで、吸気バルブのＶＣＴ位相が最進角位相付近で始動された場合に、エンジン１１の温度（冷却水温、油温、吸気温）が高いほど、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高くなる。エンジン１１の温度が低い場合には、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（本実施例では進角方向側）に存在する状態であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が少ない。

この点を考慮して、本実施例では、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下になった時点で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（本実施例では進角方向側）に存在する場合に、冷却水温センサ２３（温度検出手段）で検出した冷却水温が所定水温以上であれば、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向（本実施例では遅角方向）にＶＣＴ位相を駆動する制御を行うようにしたものであり、また、冷却水温が所定水温よりも低い場合は、ロックピン５８を突出させる制御を行うようにしている。要するに、冷却水温が所定水温よりも低い場合は、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（本実施例では進角方向側）に存在する状態であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が少ないため、ロックピン５８を突出させる制御を行うようにしたものであり、これにより、ＶＣＴ位相の動きによってはロックが完了する場合もある。

また、本実施例では、始動時にエンジン回転速度がＶＣＴ位相を演算できる第１回転速度Ｎｅ１を越えるまでの期間に、冷却水温が所定水温以上である場合は、ＶＣＴ位相を最遅角位相に駆動する制御を行い、それ以外の場合はロックピン５８を突出させる制御を行うようにしている。始動時にエンジン回転速度がＶＣＴ位相を演算できる第１回転速度Ｎｅ１を越えるまでの期間は、実際のＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされているか否か不明であるが、エンジン１１の温度（冷却水温）が低ければ、ＶＣＴ位相がどの様な位相（例えば最進角位相付近）であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性がほとんどない。従って、エンジン１１の温度に相関する温度情報である冷却水温が所定水温よりも低い場合は、ロックピン５８を突出させる制御を行って、既にロック状態であれば、そのロック状態を継続する（ロック状態でない場合でも、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達すればロック可能である）。これに対し、冷却水温が所定水温以上である場合は、ＶＣＴ位相が最進角位相側であれば、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高くなるため、ＶＣＴ位相を最遅角位相に駆動して、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生するのを防止するものである。

尚、冷却水温の代りに、油温又は吸気温を用いても良く、要は、エンジン１１の温度に相関する温度情報を用いれば良い。

次に、図５及び図６のタイムチャートを用いて本実施例の制御例を説明する。
まず、図５を用いてエンジン回転停止時の制御例を説明する。図５の例では、時刻ｔ0 で、エンジン停止指令が発生して燃料噴射が停止（燃料カット）され、エンジン回転速度が低下し始める。これにより、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１よりも高く設定された第２回転速度Ｎｅ２以下（例えば８００ｒｐｍ以下）になった時点ｔ1 で、ロック要求が発生してロック制御を開始する。このロック制御では、まず、油圧制御弁２５の制御デューティを遅角モードの制御領域に制御して、ＶＣＴ位相を遅角させる。これにより、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に近付くに従って油圧制御弁２５の制御デューティを徐々に低下させ、ＶＣＴ位相が中間ロック位相を所定量通り越した時点ｔ2 で、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に切り替えて、ＶＣＴ位相を中間ロック位相に向けて緩やかに進角させる（図５に実線で示すロック成功の場合）。

一方、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度Ｎｅ１以下（例えば３００ｒｐｍ以下）になった時点ｔ3 で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側である進角側に存在するか否かを判定し、図５に破線で示すように、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも進角側に存在する場合（ロック失敗の場合）は、油圧制御弁２５の制御デューティを遅角モードの制御領域に維持して、ＶＣＴ位相を最遅角位相側に駆動する。これにより、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできない場合でも、ＶＣＴ位相を始動時にプレイグニッション等が発生する最進角位相側とは逆方向に移動させることができ、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止できる。

これに対し、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度Ｎｅ１以下になった時点ｔ3 で、図５に実線で示すように、ＶＣＴ位相が中間ロック位相より進角側に存在しないと判定された場合は、ロック成功と判断して、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の例えばデューティ０％に切り替えて、ロック状態に制御する。

次に、図６を用いてエンジン始動時の制御例を説明する。図６の例では、時刻ｔ4 で、エンジン始動指令（例えばイグニッションスイッチのオン信号）が出力されてスタータによるエンジン１１のクランキングが開始される。エンジン１１のクランキング中は、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下の極低回転領域であるため、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力パルスがなまってパルスのエッジを判別しにくいため、ＶＣＴ位相を正確に演算することが困難であり、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされているか否か不明である。

そこで、エンジン始動時に、エンジン回転速度がＶＣＴ位相を演算できる第１回転速度Ｎｅ１を越えるまでの期間に、冷却水温センサ２３で検出した冷却水温が所定水温以下である場合は、ＶＣＴ位相がどの様な位相（例えば最進角位相付近）であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性がほとんどないと判断して、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の例えばデューティ０％に切り替えて、ロックピン５８を突出させる制御を行う。このとき、前回のエンジン停止時に既にロック状態になっていば、そのロック状態を継続することになる。前回のエンジン停止時にロックに失敗している場合は、図６に実線で示すように、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達すればロック可能である。

これに対し、冷却水温が所定水温以上である場合は、ＶＣＴ位相が最進角位相側であれば、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高くなるため、図６に破線で示すように、油圧制御弁２５の制御デューティを遅角モードの制御領域の例えばデューティ１００％に切り替えて、ＶＣＴ位相を最遅角位相に駆動し、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生するのを防止する。

そして、エンジン回転速度がＶＣＴ位相を演算できる第１回転速度Ｎｅ１を越えた時点ｔ5 で、上述した冷却水温に応じたＶＣＴ位相の制御を終了する。この後は、エンジン回転速度が第２回転速度Ｎｅ２を越えるまでは、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするように制御する。具体的には、図６に破線で示すように、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１を越えた時点ｔ5 で、ＶＣＴ位相が最遅角位相に制御されている場合は、ＶＣＴ位相を最遅角位相から中間ロック位相に向けて緩やかに進角させてロック状態にする。また、図６に実線で示すように、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１を越えた時点ｔ5 で、既にＶＣＴ位相がロックされていれば、そのロック状態を維持する。

以上説明した本実施例のエンジン回転停止時と始動開始時のＶＣＴ制御は、エンジン制御回路２１によって図７及び図８の各プログラムに従って実行される。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
［エンジン回転停止時ＶＣＴ制御プログラム］
図７のエンジン回転停止時ＶＣＴ制御プログラムは、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。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転速度が第２回転速度Ｎｅ２以下（例えば８００ｒｐｍ以下）であるか否かを判定し、まだエンジン回転速度が第２回転速度Ｎｅ２以下になっていなければ、以降の処理を行うことなく、そのまま本プログラムを終了する。

上記ステップ１０１で、エンジン回転速度が第２回転速度Ｎｅ２以下と判定されれば、ステップ１０２に進み、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下（例えば３００ｒｐｍ以下）であるか否かを判定し、まだエンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下になっていない場合は、エンジン回転速度が第２回転速度Ｎｅ２から第１回転速度Ｎｅ１までの範囲内であれば、ステップ１０６に進み、通常のロック制御を実行する。

一方、上記ステップ１０２で、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下と判定されれば、ステップ１０３に進み、(1) 現在（エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下になった直後）のＶＣＴ位相が中間ロック位相よりも進角側に存在し、且つ、(2) 冷却水温センサ２３で検出した冷却水温が所定水温以上であるか否かを判定する。その結果、上記(1) 、(2) の条件を共に満たせば、ステップ１０４に進み、油圧制御弁２５の制御デューティを遅角モードの制御領域の例えばデューティ１００％に切り替えて、ＶＣＴ位相を最遅角位相へ制御して、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止する。

これに対し、上記ステップ１０３で、上記(1) 、(2) の条件のうちのいずれか少なくとも１つの条件が満たさなければ、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性はほとんどないと判断して、ステップ１０５に進み、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の例えばデューティ０％に切り替えて、ロックピン５８を突出させる制御を行う。

［エンジン始動時ＶＣＴ制御プログラム］
図７のエンジン始動時ＶＣＴ制御プログラムは、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。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、エンジン始動時であるか否かを判定し、エンジン始動時でなければ、以降の処理を行うことなく、そのまま本プログラムを終了する。

上記ステップ２０１で、エンジン始動時であると判定されれば、ステップ２０２に進み、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下（例えば３００ｒｐｍ以下）であるか否かを判定し、既にエンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以上に上昇していれば、以降の処理を行うことなく、そのまま本プログラムを終了する。

一方、上記ステップ２０２で、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下と判定されれば、ステップ２０３に進み、冷却水温センサ２３で検出した冷却水温が所定水温以上であるか否かを判定する。その結果、冷却水温が所定水温以上であると判定されれば、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高いと判断して、ステップ２０４に進み、油圧制御弁２５の制御デューティを遅角モードの制御領域の例えばデューティ１００％に切り替えて、ＶＣＴ位相を最遅角位相へ制御して、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止する。

これに対し、上記ステップ２０３で、冷却水温が所定水温以下であると判定されれば、ＶＣＴ位相がどの様な位相（例えば最進角位相付近）であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性がほとんどないと判断して、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の例えばデューティ０％に切り替えて、ロックピン５８を突出させる制御を行う。

以上説明した本実施例によれば、エンジン回転停止過程でエンジン回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度Ｎｅ１以下になった時点で、ロックモードの制御領域でＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できる位相に存在する場合は、ロックピン５８を突出させる制御を行うことで、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達した時点でロックピン５８をロック穴５９に嵌まり込ませることができる。一方、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（進角方向側）に存在する場合は、ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達できないため、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向（進角方向）とは逆方向（遅角方向）にＶＣＴ位相を駆動するものであり、これにより、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックできない場合でも、ＶＣＴ位相を始動時にプレイグニッション等が発生する最進角位相側とは逆方向に移動させることができ、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを未然に防止できる。

しかも、本実施例では、エンジン回転停止過程でエンジン回転速度が第１回転速度Ｎｅ１以下になった時点で、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（進角方向側）に存在し、且つ、冷却水温が所定水温以上である場合は、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高いと判断して、ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動するようにしたので、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされていなくても、次の始動時にプレイグニッション等の異常燃焼が発生することを防止できる。この場合、エンジン１１の温度（冷却水温）が高ければ、ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされていなくても、始動性を確保することができる。

一方、冷却水温が所定水温よりも低い場合には、ＶＣＴ位相が中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（進角方向側）に存在する状態であっても、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が少ないため、ロックピン５８を突出させる制御を行うようにしているため、ＶＣＴ位相の動きによってはロックが完了する場合もある。また、ＶＣＴ位相の演算誤差によりＶＣＴ位相が誤って中間ロック位相よりもロックモードのＶＣＴ位相移動方向側（進角方向側）に存在すると判定された場合も、ロックを完了させることができる。

尚、本実施例は、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（回転角センサ）、２０…クランク角センサ（回転角センサ，回転速度検出手段）、２１…エンジン制御回路（ロック制御手段）、２３…冷却水温センサ（温度検出手段）、２５…油圧制御弁（油圧制御装置）、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（付勢手段）、５８…ロックピン、５９…ロック穴

Claims (5)

1. 内燃機関のクランク軸に対する吸気バルブのカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させて吸気バルブの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の最遅角位相と最進角位相との間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装置と、ロック要求が発生したときに前記ロックピンを突出させてＶＣＴ位相を前記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前記油圧制御装置を制御するロック制御手段と、内燃機関回転速度を検出する回転速度検出手段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、
   前記油圧制御装置は、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、前記ロックピンを突出させるロックモードの制御領域とに区分され、且つ、該ロックモードの制御領域では、ＶＣＴ位相が進角方向に緩やかに移動するように構成され、
   前記ロック制御手段は、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が前記中間ロック位相よりも前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する場合は当該ＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、前記ロックピンを突出させる制御を行う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. 内燃機関のクランク軸に対する排気バルブのカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させて排気バルブの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の最遅角位相と最進角位相との間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装置と、ロック要求が発生したときに前記ロックピンを突出させてＶＣＴ位相を前記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前記油圧制御装置を制御するロック制御手段と、内燃機関回転速度を検出する回転速度検出手段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、
   前記油圧制御装置は、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、前記ロックピンを突出させるロックモードの制御領域とに区分され、且つ、該ロックモードの制御領域では、ＶＣＴ位相が遅角方向に緩やかに移動するように構成され、
   前記ロック制御手段は、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が目標アイドル回転速度よりも低く設定された第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が前記中間ロック位相よりも前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在する場合は当該ＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、前記ロックピンを突出させる制御を行う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。
3. 前記ロック制御手段は、内燃機関回転速度が降下する過程で内燃機関回転速度が前記第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度以下になったときに、前記ロック要求が発生して前記ロック制御を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
4. 内燃機関の冷却水温又は油温又は吸気温を検出する温度検出手段を備え、
   前記ロック制御手段は、内燃機関の回転停止に至る過程で内燃機関回転速度が前記第１回転速度以下になった時点で、ＶＣＴ位相が前記中間ロック位相よりも前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向側に存在し、且つ、冷却水温又は油温又は吸気温が所定温度以上の場合は、前記ロックモードのＶＣＴ位相移動方向とは逆方向にＶＣＴ位相を駆動する制御を行い、それ以外の場合は、前記ロックピンを突出させる制御を行う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. 内燃機関の回転に同期してパルス信号を出力する回転角センサを備え、
   前記第１回転速度は、前記回転角センサの出力信号に基づいてＶＣＴ位相を演算できる回転速度領域の下限値又はそれよりも少し高い回転速度に設定されてい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。

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