JP5257628B2 - 可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、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)を所定のロック位相でロックする機能を備えた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2002−357105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、ロックピンによりVCT位相を中間ロック位相でロックした状態でエンジンを始動し、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、ロックピンを退避させてVCT位相のロックを解除して、VCT位相をエンジン運転状態に応じ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ときに、ロックピンを突出させてVCT位相を中間ロック位相でロックするようにしている。
特開2002−357105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するために、ロック要求が発生したときに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フィードバック制御を行ってから、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2009−178292)。
しかし、VCT位相制御システムの異常が発生した場合(例えばクランク角信号やカム角信号の信号ラインの断線等により実VCT位相を算出できなくなった場合)には、ロック要求が発生したときに実VCT位相を目標位相まで移動させる位相フィードバック制御を実行できないため、VCT位相を中間ロック位相でロックできない可能性があり、次回のエンジン始動時に、エンジンの始動性が悪化する可能性がある。
また、VCT位相の進角側の移動を制限する進角制限ピンと遅角側の移動を制限する遅角制限ピンを備え、少なくとも一方の制限ピンをロックピンとして用いるシステム(特許文献1参照)では、2つの制限ピンを突出させる際に一方の制限ピンが退避位置で固着して正常に突出しない異常が発生した場合や、2つの制限ピンを退避させる際に一方の制限ピンが突出位置で固着して正常に退避しない異常が発生した場合に、突出している方の制限ピン(制限溝に嵌まっている方の制限ピン)が制限溝の内壁面に衝突して異音が発生したり制限ピンや制限溝の摩耗や破損が発生する可能性がある。
また、エンジンストール(いわゆるエンスト)が発生した場合には、エンジン停止指令無しでエンジンが非常に短い時間で停止するため、VCT位相を中間ロック位相でロックできない可能性があり、次回のエンジン始動時に、始動性が悪化する可能性がある。
請求項1に係る発明は、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)を変化させて吸気バルブ又は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内に位置する所定のロック位相でロックするロックピンと、可変バルブタイミング装置及びロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁と、実VCT位相を目標位相に一致させるように油圧制御弁を制御するVCT位相制御を実行するVCT位相制御手段とを備えた可変バルブタイミング制御装置において、VCT位相制御システムの異常の有無を判定する異常判定手段と、この異常判定手段によりVCT位相制御システムの異常有りと判定されたときに、VCT位相に拘らず油圧制御弁の制御量を、ロックピンをロック方向に駆動する制御量に設定する異常時制御手段とを備え、更に、VCT位相を制限する複数の制限ピンを備えると共に、前記複数の制限ピンのうちの少なくとも1つが前記ロックピンとして用いられ、前記異常判定手段は、前記複数の制限ピンを突出させてVCT位相を制限する際に少なくとも1つの制限ピンが正常に突出しない場合に前記VCT位相制御システムの異常有りと判定し、前記異常時制御手段は、前記異常判定手段により前記VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記複数の制限ピンを突出方向に駆動する制御量に設定することを特徴とするものである。
この構成では、VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、油圧制御弁の制御量をロック制御量(ロックピンをロック方向に駆動する制御量)に設定するため、VCT位相制御システムの異常によってVCT位相制御を実行できない状況であっても、エンジン停止までにVCT位相がロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となり、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
しかも、請求項1のように、VCT位相を制限する複数の制限ピンを備えると共に、複数の制限ピンのうちの少なくとも1つがロックピンとして用いられるシステムにおいて、複数の制限ピンを突出させてVCT位相を制限する際に少なくとも1つの制限ピンが正常に突出しない場合にVCT位相制御システムの異常有りと判定し、VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず油圧制御弁の制御量を、複数の制限ピンを突出方向に駆動する制御量に設定するようにすれば、いずれかの制限ピンが退避位置で固着して正常に突出しない異常状態(退避固着異常)の場合に、できるだけ多くの制限ピン(ロックピンを含む)を突出させてVCT位相を制限又はロックすることができ、制限ピンの退避固着異常による不具合(異音、摩耗、破損等)の発生を抑制することができる。
また、請求項2のように、複数の制限ピンを退避させてVCT位相の制限を解除する際に少なくとも1つの制限ピンが正常に退避しない場合にVCT位相制御システムの異常有りと判定し、VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず油圧制御弁の制御量を、複数の制限ピンを突出方向に駆動する制御量に設定するようにしても良い。このようにすれば、いずれかの制限ピンが突出位置で固着して正常に突出しない異常状態(突出固着異常)の場合に、できるだけ多くの制限ピン(ロックピンを含む)を突出させてVCT位相を制限又はロックすることができ、制限ピンの突出固着異常による不具合(異音、摩耗、破損等)の発生を抑制することができる。
本発明は、VCT位相をその調整可能範囲の最遅角位相又は最進角位相でロックするシステムに適用しても良いが、請求項のように、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システムに適用すると良い。VCT位相を中間ロック位相でロックするシステムでは、VCT位相制御システムの異常時にVCT位相を中間ロック位相でロックすることが困難になるため、本発明を適用する効果が大きい。
また、請求項のように、クランク角信号とカム角信号に基づいて実VCT位相を算出するシステムにおいて、クランク角信号又はカム角信号が異常状態で実VCT位相を算出できない場合にVCT位相制御システムの異常有りと判定するようにしても良い。このようにすれば、クランク角信号又はカム角信号が異常状態(例えば信号ラインの断線等によりクランク角信号やカム角信号が入力されない状態)で実VCT位相を算出できない場合(つまりVCT位相制御を実行できない場合)に、VCT位相制御システムの異常有りと判定して、油圧制御弁の制御量をロック制御量に設定することができる。これにより、エンジン停止までにVCT位相がロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることができ、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
更に、請求項のように、実VCT位相を算出する際の基準位置となる基準位相(例えば最遅角位相又は最進角位相又は中間ロック位相)を学習するシステムにおいて、基準位相の学習が未完了でVCT位相制御を開始できない場合にVCT位相制御システムの異常有りと判定するようにしても良い。このようにすれば、基準位相の学習が未完了でVCT位相制御を開始できない場合に、VCT位相制御システムの異常有りと判定して、油圧制御弁の制御量をロック制御量に設定することができる。これにより、エンジン停止までにVCT位相がロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることができ、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
尚、吸気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、基準位相として、例えば最遅角位相又は中間ロック位相を学習し、排気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、基準位相として、例えば最進角位相又は中間ロック位相を学習する。
また、請求項のように、吸気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、VCT位相を中間ロック位相でロックするロックピンとを備えたシステムにおいて、エンジンストールが発生するか否かを予測するエンスト予測手段と、このエンスト予測手段によりエンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らず油圧制御弁の制御量を、ロックピンをロック方向に駆動する制御量、VCT位相を進角方向に駆動する制御量、ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を進角方向に駆動する制御量のうちのいずれかに設定するエンスト時制御手段とを備えた構成としても良い。
エンジンストールが発生すると、エンジン停止指令無しでエンジンが非常に短い時間で停止するが、エンジンストールが発生すると予測したときに、油圧制御弁の制御量をロック制御量(ロックピンをロック方向に駆動する制御量)に設定すれば、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となり、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
ここで、吸気バルブの可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、エンジンストールが発生したときに、VCT位相が最遅角位相(吸気バルブのバルブタイミングが最遅角位置)の状態でエンジンが停止すると、次回のエンジン始動時の始動性が悪化する可能性がある(特に低温時には始動できない可能性がある)。
そこで、エンジンストールが発生すると予測したときに、油圧制御弁の制御量を進角制御量(VCT位相を進角方向に駆動する制御量)や、ロック及び進角制御量(ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を進角方向に駆動する制御量)に設定すれば、エンジン停止までにVCT位相を少なくとも最遅角位相よりも進角させて、VCT位相が最遅角位相の状態でエンジンが停止することを回避でき、次回のエンジン始動時の始動性の悪化を防止することができる。
或は、請求項のように、排気バルブのバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、VCT位相を中間ロック位相でロックするロックピンとを備えたシステムにおいて、エンジンストールが発生するか否かを予測するエンスト予測手段と、このエンスト予測手段によりエンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らず油圧制御弁の制御量を、ロックピンをロック方向に駆動する制御量、VCT位相を遅角方向に駆動する制御量、ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を遅角方向に駆動する制御量のうちのいずれかに設定するエンスト時制御手段とを備えた構成としても良い。
エンジンストールが発生すると予測したときに、油圧制御弁の制御量をロック制御量(ロックピンをロック方向に駆動する制御量)に設定すれば、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となり、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
ここで、排気バルブの可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、エンジンストールが発生したときに、VCT位相が最進角位相(排気バルブのバルブタイミングが最進角位置)の状態でエンジンが停止すると、次回のエンジン始動時の始動性が悪化したり、始動後のドライバビリティが悪化する可能性がある。
そこで、エンジンストールが発生すると予測したときに、油圧制御弁の制御量を遅角制御量(VCT位相を遅角方向に駆動する制御量)や、ロック及び遅角制御量(ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を遅角方向に駆動する制御量)に設定すれば、エンジン停止までにVCT位相を少なくとも最進角位相よりも遅角させて、VCT位相が最進角位相の状態でエンジンが停止することを回避でき、次回のエンジン始動時の始動性や始動後のドライバビリティの悪化を防止することができる。
また、請求項のように、アイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量が所定値以上になったときにエンジンストールが発生すると予測するようにすると良い。アイドル回転速度に対してエンジン回転速度が比較的大きく低下したときには、エンジンストールが発生する可能性が高いため、アイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量が所定値以上になったときには、エンジンストールが発生すると予測できる。
更に、請求項のように、エンジン回転速度の所定時間当りの低下量が所定値以上になったときにエンジンストールが発生すると予測するようにしても良い。エンジン回転速度が急低下したときには、エンジンストールが発生する可能性が高いため、エンジン回転速度の所定時間当りの低下量が所定値以上になったときには、エンジンストールが発生すると予測できる。
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は油圧制御弁の制御特性を説明するための図である。 図6は実施例1の異常時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の異常判定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8は実施例2のエンスト時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9は実施例2のエンスト予測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幾つかの実施例を説明する。
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、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(退避方向)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(退避させる)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(退避させて)、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が設けられている。遅角制限ピン64は、スプリング66によって突出方向に付勢されている。また、遅角制限ピン64の外周部と制限ピン収容孔67との間には、遅角制限ピン64を退避方向に駆動する油圧を制御するための油圧室が形成されている。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、進角制限溝によるVCT位相の制限範囲や、遅角制限溝によるVCT位相の制限範囲は、図4に示す範囲に限定されず、適宜変更しても良い。
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(以下「OCV」と表記する)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OCV25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OCV25に供給される。このOCV25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、OCV25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と共に、制限ピン収容孔67内の油圧室へのオイル供給油路を遮断して制限ピン収容孔67内の油圧室の油圧を抜いて、スプリング66によって遅角制限ピン64を突出させる。
更に、ロックモードL1,L2の制御領域は、ロックピン58及び遅角制限ピン64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及び遅角制限ピン64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、OCV25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、OCV25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、OCV25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、OCV25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と共に、制限ピン収容孔67内の油圧室へのオイル供給油路を開放して制限ピン収容孔67内の油圧室にオイルを充填して油圧室の油圧を上昇させ、その油圧により遅角制限ピン64を遅角制限溝65a,65bから抜き出す。
尚、本実施例1では、OCV25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、OCV25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、所定の基準位相学習条件が成立しているときに、例えば、吸気側カム軸16の実VCT位相を基準位置(最遅角位相又は中間ロック位相)に維持するように可変バルブタイミング装置18を制御して、そのときのカム角センサ19とクランク角センサ20の出力信号パルスの位相差を基準位相としてエンジン制御回路21のバックアップRAM(図示せず)等の書き換え可能な不揮発性メモリ(エンジン制御回路21の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ)に記憶することで基準位相を学習する。更に、所定の位相制御実行条件が成立しているときに、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側カム軸16の実VCT位相(例えば基準位相からの進角量)を算出すると共に、エンジン運転条件に応じて目標位相を設定し、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)を目標位相(吸気バルブの目標バルブタイミング)に一致させるようにOCV25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VCT位相制御を実行する。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。
更に、エンジン制御回路21は、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VCT位相制御を例えばPD制御等のF/B制御により行ってから、OCV25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。
また、エンジン制御回路21は、後述する図6及び図7の異常時ロック制御用の各ルーチンを実行することで、VCT位相制御システムの異常の有無を判定し、VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らずOCV制御量(OCV25の制御デューティ)をロックモード(例えばロック保持モードL2)の制御領域内(ロックピン58をロック方向に駆動する制御量)に設定する。これにより、VCT位相制御システムの異常によってVCT位相制御を実行できない状況であっても、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピン58をロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となる。
以下、エンジン制御回路21が実行する図6及び図7の異常時ロック制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。
[異常時ロック制御ルーチン]
図6に示す異常時ロック制御ルーチンは、エンジン制御回路21の電源オン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異常時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、後述する図7の異常判定ルーチンを実行して、VCT位相制御システムの異常の有無を判定する異常判定処理を行う。
この後、ステップ102に進み、異常判定処理(ステップ101)の判定結果に基づいて、VCT位相制御システムの異常有りであるか否かを判定し、VCT位相制御システムの異常無しと判定された場合には、ステップ103の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
これに対して、上記ステップ102で、VCT位相制御システムの異常有りと判定された場合には、ステップ103に進み、VCT位相に拘らずOCV制御量(OCV25の制御デューティ)をロックモード(例えばロック保持モードL2)の制御領域内(ロックピン58及び遅角制限ピン64を突出方向に駆動する制御量)に設定する。
[異常判定ルーチン]
図7に示す異常判定ルーチンは、前記図6の異常時ロック制御ルーチンのステップ101で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう異常判定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201で、クランク角信号又はカム角信号が異常状態(例えば信号ラインの断線等によりクランク角信号やカム角信号が入力されない状態)であるか否かを判定する。
このステップ201で、クランク角信号又はカム角信号が異常状態であると判定された場合には、クランク角信号又はカム角信号が異常状態で実VCT位相を算出できない(つまりVCT位相制御を実行できない)と判断して、ステップ205に進み、VCT位相制御システムの異常有りと判定する。
一方、上記ステップ201で、クランク角信号とカム角信号が両方とも正常であると判定された場合には、ステップ202に進み、今回のエンジン運転中に基準位相の学習が未完了であるか否かを判定する。
このステップ202で、今回のエンジン運転中に基準位相の学習が未完了であると判定された場合には、実VCT位相を算出する際の基準位置となる基準位相の学習が未完了でVCT位相制御を開始できないと判断して、ステップ205に進み、VCT位相制御システムの異常有りと判定する。
一方、上記ステップ202で、今回のエンジン運転中に基準位相を学習したと判定された場合には、ステップ203に進み、ロックピン58(進角制限ピン)と遅角制限ピン64を突出させる際にロックピン58又は遅角制限ピン64が退避位置で固着して正常に突出しない異常状態(退避固着異常)であるか否かを判定する。ここで、ロックピン58の退避位置は、ロックピン58がロックピン収容孔57内に収容される位置であり、遅角制限ピン64の退避位置は、遅角制限ピン64が制限ピン収容孔67内に収容される位置である。
この場合、例えば、ロックピン58の突出条件(例えばロックピン58に作用する油圧が所定値よりも低いという条件)が成立しているにも拘らず、実VCT位相が進角制限溝63による制限範囲よりも進角側又は遅角側に変化した場合に、ロックピン58が退避固着異常であると判定する。また、遅角制限ピン64の突出条件(例えば遅角制限ピン64に作用する油圧が所定値よりも低いという条件)が成立しているにも拘らず、実VCT位相が遅角制限溝65aによる制限範囲よりも進角側又は遅角側に変化した場合に、遅角制限ピン64が退避固着異常であると判定する。尚、ロックピン58や遅角制限ピン64が退避固着異常であるか否かを判定する方法は、適宜変更しても良い。
このステップ203で、ロックピン58又は遅角制限ピン64が退避固着異常であると判定された場合には、ステップ205に進み、VCT位相制御システムの異常有りと判定する。
一方、上記ステップ203で、ロックピン58と遅角制限ピン64が両方とも退避固着異常ではないと判定された場合には、ステップ204に進み、ロックピン58(進角制限ピン)と遅角制限ピン64を退避させる際にロックピン58又は遅角制限ピン64が突出位置で固着して正常に退避しない異常状態(突出固着異常)であるか否かを判定する。ここで、ロックピン58の突出位置は、ロックピン58がロック穴59又は進角制限溝63に嵌まり込む位置であり、遅角制限ピン64の突出位置は、遅角制限ピン64が遅角制限溝65a又は遅角制限溝65bに嵌まり込む位置である。
この場合、例えば、ロックピン58の退避条件(例えばロックピン58に作用する油圧が所定値以上という条件)が成立しているにも拘らず、実VCT位相を進角制限溝63による制限範囲よりも進角側又は遅角側に変化させることができない場合に、ロックピン58が突出固着異常であると判定する。また、遅角制限ピン64の退避条件(例えば遅角制限ピン64に作用する油圧が所定値以上という条件)が成立しているにも拘らず、実VCT位相を遅角制限溝65aによる制限範囲よりも進角側又は遅角側に変化させることができない場合に、遅角制限ピン64が突出固着異常であると判定する。尚、ロックピン58や遅角制限ピン64が突出固着異常であるか否かを判定する方法は、適宜変更しても良い。
このステップ204で、ロックピン58又は遅角制限ピン64が突出固着異常であると判定された場合には、ステップ205に進み、VCT位相制御システムの異常有りと判定する。
一方、上記ステップ204で、ロックピン58と遅角制限ピン64が両方とも突出固着異常ではないと判定された場合(つまり上記ステップ201〜204で全て「No」と判定された場合)には、ステップ206に進み、VCT位相制御システムの異常無しと判定する。
以上説明した本実施例1では、クランク角信号又はカム角信号が異常状態で実VCT位相を算出できない場合(つまりVCT位相制御を実行できない場合)や、基準位相の学習が未完了でVCT位相制御を開始できない場合に、VCT位相制御システムの異常有りと判定して、OCV制御量をロックモード(例えばロック保持モードL2)の制御領域内に設定するようにしたので、VCT位相制御システムの異常によってVCT位相制御を実行できない状況であっても、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピン58をロック方向に突出させてVCT位相をロックすることができ、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
また、本実施例1では、ロックピン58(進角制限ピン)又は遅角制限ピン64が退避位置で固着して正常に突出しない異常状態(退避固着異常)の場合や、ロックピン58(進角制限ピン)又は遅角制限ピン64が突出位置で固着して正常に退避しない異常状態(突出固着異常)の場合に、VCT位相制御システムの異常有りと判定して、OCV制御量をロックモード(例えばロック保持モードL2)の制御領域内に設定するようにしたので、できるだけ多くの制限ピン(ロックピン58を含む)を突出させてVCT位相を制限又はロックすることができ、制限ピンの退避固着異常や突出固着異常による不具合(異音、摩耗、破損等)の発生を抑制することができる。
尚、上記実施例1では、吸気バルブの可変バルブタイミング装置18を備えたシステムに本発明を適用したが、排気バルブの可変バルブタイミング装置を備えたシステムに本発明を適用しても良い。また、VCT位相を中間ロック位相でロックするシステムに限定されず、VCT位相をその調整可能範囲の最遅角位相又は最進角位相でロックするシステムに本発明を適用しても良い。
次に、図8及び図9を用いて本発明の実施例2を説明する。但し、前記実施例1と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例1と異なる部分について説明する。
本実施例2では、エンジン制御回路21により後述する図8及び図9のエンスト時ロック制御用の各ルーチンを実行することで、エンジンストールが発生するか否かを予測し、エンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らずOCV制御量(OCV25の制御デューティ)をロック保持モードL2の制御領域内(ロックピン58及び遅角制限ピン64を突出方向に駆動する制御量)に設定するようにしている。
以下、エンジン制御回路21が実行する図8及び図9のエンスト時ロック制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。
[エンスト時ロック制御ルーチン]
図8に示すエンスト時ロック制御ルーチンは、エンジン制御回路21の電源オン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エンスト時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301で、後述する図9のエンスト予測ルーチンを実行して、エンジンストールが発生するか否かを予測するエンスト予測処理を行う。
この後、ステップ202に進み、エンスト予測処理(ステップ301)の判定結果に基づいて、エンジンストールが発生すると予測したか否かを判定し、エンジンストールが発生すると予測していない場合には、ステップ303の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
これに対して、上記ステップ302で、エンジンストールが発生すると予測したと判定された場合には、ステップ303に進み、VCT位相に拘らずOCV制御量(OCV25の制御デューティ)をロック保持モードL2の制御領域内(ロックピン58及び遅角制限ピン64を突出方向に駆動する制御量)に設定する。
[エンスト予測ルーチン]
図9に示すエンスト予測ルーチンは、前記図8のエンスト時ロック制御ルーチンのステップ301で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうエンスト予測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401で、エンジン回転速度の所定時間当りの低下量(例えばエンジン回転速度の低下速度)が所定値以上になったか否かを判定し、次のステップ402で、アイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量(例えばアイドル回転速度とエンジン回転速度との差)が所定値以上になったか否かを判定する。
上記ステップ401でエンジン回転速度の所定時間当りの低下量が所定値以上になったと判定された場合(つまりエンジン回転速度が急低下した場合)、又は、上記ステップ402でアイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量が所定値以上になったと判定された場合(つまりアイドル回転速度に対してエンジン回転速度が比較的大きく低下した場合)には、エンジンストールが発生する可能性が高いと判断して、ステップ403に進み、エンジンストールが発生すると予測する。
これに対して、上記ステップ401でエンジン回転速度の所定時間当りの低下量が所定値以上になっていないと判定され、且つ、上記ステップ402でアイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量が所定値以上になっていないと判定された場合には、エンジンストールが発生すると予測することなく、本ルーチンを終了する。
エンジンストールが発生すると、エンジン停止指令無しでエンジン11が非常に短い時間で停止するが、以上説明した本実施例2では、エンジンストールが発生すると予測したときに、OCV制御量をロック保持モードL2の制御領域内に設定するようにしたので、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピン58をロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となり、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
ここで、吸気バルブの可変バルブタイミング装置18を備えたシステムでは、エンジンストールが発生したときに、VCT位相が最遅角位相(吸気バルブのバルブタイミングが最遅角位置)の状態でエンジン11が停止すると、次回のエンジン始動時の始動性が悪化する可能性がある(特に低温時には始動できない可能性がある)。
そこで、エンジンストールが発生すると予測したときに、OCV制御量を、進角モードAの制御領域内(VCT位相を進角方向に駆動する制御量)やオイル充填モードL1の制御領域内(ロックピン58をロック方向に駆動すると共にVCT位相を進角方向に駆動する制御量)に設定するようにしても良い。その際、OCV制御量を進角モードAの制御領域内に設定する場合には、その制御領域内でVCT位相の進角速度が最大となる制御量に設定すると良い。また、OCV制御量をオイル充填モードL1の制御領域内に設定する場合には、その制御領域内でVCT位相の進角速度が最大となる制御量に設定すると良い。このようにすれば、エンジン停止までにVCT位相を少なくとも最遅角位相よりも進角させて、VCT位相が最遅角位相の状態でエンジン11が停止することを回避でき、次回のエンジン始動時の始動性の悪化を防止することができる。
尚、上記実施例2では、吸気バルブの可変バルブタイミング装置18を備えたシステムに本発明を適用したが、排気バルブの可変バルブタイミング装置を備えたシステムにおいて、エンジンストールが発生するか否かを予測し、エンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らずOCV制御量をロック保持モードL2の制御領域内に設定するようにしても良い。このようにしても、エンジン停止までにVCT位相が中間ロック位相になったときにロックピンをロック方向に突出させてVCT位相をロックすることが可能となり、次回のエンジン始動時の始動性を確保することができる。
ここで、排気バルブの可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、エンジンストールが発生したときに、VCT位相が最進角位相(排気バルブのバルブタイミングが最進角位置)の状態でエンジンが停止すると、次回のエンジン始動時の始動性が悪化したり、始動後のドライバビリティが悪化する可能性がある。
そこで、エンジンストールが発生すると予測したときに、OCV制御量を、遅角モードの制御領域内(VCT位相を遅角方向に駆動する制御量)やオイル充填モードの制御領域内(ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を遅角方向に駆動する制御量)に設定するようにしても良い。その際、OCV制御量を遅角モードの制御領域内に設定する場合には、その制御領域内でVCT位相の遅角速度が最大となる制御量に設定すると良い。また、OCV制御量をオイル充填モードの制御領域内に設定する場合には、その制御領域内でVCT位相の遅角速度が最大となる制御量に設定すると良い。このようにすれば、エンジン停止までにVCT位相を少なくとも最進角位相よりも遅角させて、VCT位相が最進角位相の状態でエンジンが停止することを回避でき、次回のエンジン始動時の始動性や始動後のドライバビリティの悪化を防止することができる。
また、上記各実施例1,2では、進角制限ピンをロックピンとして用いる構成としたが、これに限定されず、遅角制限ピンをロックピンとして用いる構成としたり、或は、進角制限ピンと遅角制限ピンをそれぞれロックピンとして用いる構成としても良い。また、VCT位相を駆動する油圧を制御する油圧制御弁と、ロックピンや制限ピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁とを別々に設けた構成としても良い。
その他、本発明は、可変バルブタイミング装置の構成や油圧制御弁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しても良い。
11…エンジン(内燃機関)、12…クランク軸、16…吸気側カム軸、17…排気側カム軸、18…可変バルブタイミング装置、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,異常判定手段,異常時制御手段,エンスト予測手段,エンスト時制御手段)、25…油圧制御弁(OCV)、28…オイルポンプ、50…中間ロック機構、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 (9)

  1. 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)を変化させて吸気バルブ又は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内に位置する所定の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、実VCT位相を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VCT位相制御を実行するVCT位相制御手段とを備えた可変バルブタイミング制御装置において、
    VCT位相制御システムの異常の有無を判定する異常判定手段と、
    前記異常判定手段により前記VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記ロックピンをロック方向に駆動する制御量に設定する異常時制御手段と
    を備え
    更に、VCT位相を制限する複数の制限ピンを備えると共に、前記複数の制限ピンのうちの少なくとも1つが前記ロックピンとして用いられ、
    前記異常判定手段は、前記複数の制限ピンを突出させてVCT位相を制限する際に少なくとも1つの制限ピンが正常に突出しない場合に前記VCT位相制御システムの異常有りと判定し、
    前記異常時制御手段は、前記異常判定手段により前記VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記複数の制限ピンを突出方向に駆動する制御量に設定することを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  2. 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)を変化させて吸気バルブ又は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内に位置する所定の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、実VCT位相を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VCT位相制御を実行するVCT位相制御手段とを備えた可変バルブタイミング制御装置において、
    VCT位相制御システムの異常の有無を判定する異常判定手段と、
    前記異常判定手段により前記VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記ロックピンをロック方向に駆動する制御量に設定する異常時制御手段と
    を備え、
    更に、VCT位相を制限する複数の制限ピンを備えると共に、前記複数の制限ピンのうちの少なくとも1つが前記ロックピンとして用いられ、
    前記異常判定手段は、前記複数の制限ピンを退避させてVCT位相の制限を解除する際に少なくとも1つの制限ピンが正常に退避しない場合に前記VCT位相制御システムの異常有りと判定し、
    前記異常時制御手段は、前記異常判定手段により前記VCT位相制御システムの異常有りと判定したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記複数の制限ピンを突出方向に駆動する制御量に設定することを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  3. 前記ロック位相は、VCT位相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あることを特徴とする請求項1又は2に記載の可変バルブタイミング制御装置。
  4. 前記VCT位相制御手段は、クランク角信号とカム角信号に基づいて実VCT位相を算出する手段を有し、
    前記異常判定手段は、前記クランク角信号又は前記カム角信号が異常状態で実VCT位相を算出できない場合に前記VCT位相制御システムの異常有りと判定す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可変バルブタイミング制御装置。
  5. 前記VCT位相制御手段は、実VCT位相を算出する際の基準位置となる基準位相を学習する手段を有し、
    前記異常判定手段は、前記基準位相の学習が未完了で前記VCT位相制御を開始できない場合に前記VCT位相制御システムの異常有りと判定することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の可変バルブタイミング制御装置。
  6. 前記可変バルブタイミング装置は、前記吸気バルブのバルブタイミングを調整するように構成され、
    エンジンストールが発生するか否かを予測するエンスト予測手段と、
    前記エンスト予測手段によりエンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記ロックピンをロック方向に駆動する制御量、VCT位相を進角方向に駆動する制御量、前記ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を進角方向に駆動する制御量のうちのいずれかに設定するエンスト時制御手段と
    を備え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可変バルブタイミング制御装置。
  7. 前記可変バルブタイミング装置は、前記排気バルブのバルブタイミングを調整するように構成され、
    エンジンストールが発生するか否かを予測するエンスト予測手段と、
    前記エンスト予測手段によりエンジンストールが発生すると予測したときに、VCT位相に拘らず前記油圧制御弁の制御量を、前記ロックピンをロック方向に駆動する制御量、VCT位相を遅角方向に駆動する制御量、前記ロックピンをロック方向に駆動すると共にVCT位相を遅角方向に駆動する制御量のうちのいずれかに設定するエンスト時制御手段と
    を備え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可変バルブタイミング制御装置。
  8. 前記エンスト予測手段は、アイドル回転速度に対するエンジン回転速度の低下量が所定値以上になったときにエンジンストールが発生すると予測することを特徴とする請求項又はに記載の可変バルブタイミング制御装置。
  9. 前記エンスト予測手段は、エンジン回転速度の所定時間当りの低下量が所定値以上になったときにエンジンストールが発生すると予測することを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の可変バルブタイミング制御装置。
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