JP5522203B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更可能な可変動弁機構が設けられた内燃機関に適用される制御装置に関する。

クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を進角させたり遅角させたりすることにより、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性、例えば開閉タイミング、バルブリフト量、開弁期間などを制御可能な可変動弁機構が知られている。例えば、カムシャフトと一体回転するベーンロータと、ベーンロータを内部に収容するとともにクランクシャフトとともに回転するハウジングとを備え、ベーンロータのベーンの一方の側に設けられた進角室及びベーンの他方の側に設けられた遅角室に供給する油圧を制御して開閉タイミングを変化させる可変動弁機構が知られている。このような可変動弁機構の制御装置として、通常運転時は油圧制御弁をフィードバック制御で制御し、低油温時など作動油の粘度が増大するときには制御信号のデューティ比を所定の保持時間だけ大きい値（０又は１００％）に保持する操作と可変動弁機構が動作しないデューティ比（５０％）に保持する操作とを繰り返す強制駆動用の制御を実行するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開２００３−２５４０１７号公報 特開２００１−２８９０７４号公報 特開２０１０−２１６３２５号公報

ハウジングに対してベーンロータを相対回転不能にロックするロック位置と、そのロックを解除するアンロック位置に移動可能なロックピンを備え、遅角室に供給されたオイルの圧力でロックピンをアンロック位置に動かす可変動弁機構が知られている。特許文献１の装置では、冷間始動時等において強制駆動用の制御が実行された場合にデューティ比を０又は１００％にするので、この際に遅角室の油圧と進角室の油圧とのバランスが大きく崩れるおそれがある。そして、これにより遅角室の油圧が低下し、アンロック位置に移動したロックピンが再度ロック位置に移動するおそれがある。この場合、ロックピンが再度アンロック位置に移動するまでベーンロータがハウジングに対して相対回転不能になるので、内燃機関の始動に時間がかかるおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の始動時にロックピンをアンロック位置に保持でき、かつカムシャフトの位相の制御を速やかに開始することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、径方向に延びるベーンを有し、かつクランクシャフト及びカムシャフトのうちのいずれか一方とともに回転する第１回転体と、前記クランクシャフト及び前記カムシャフトのうちのいずれか他方とともに回転し、前記ベーンの周方向の一方の側には進角室が形成されるとともに他方の側には遅角室が形成されるように前記第１回転体を内部に相対回転可能に収容する第２回転体と、前記ベーンに設けられたシリンダ内に挿入され、前記第２回転体に設けられた凹部に一部が嵌り込むロック位置と前記シリンダ内に全体が後退するアンロック位置とに移動可能なロックピンと、前記遅角室と前記シリンダとを通じさせる導入通路と、を備え、前記導入通路を介して前記シリンダに供給されたオイルの圧力が所定の設定圧より高くなると前記ロックピンが前記アンロック位置に移動する位相変更機構と、前記進角室の油圧及び前記遅角室の油圧を制御するオイルコントロールバルブと、を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記位相変更機構の状態が制御されるように前記オイルコントロールバルブをフィードバック制御する制御手段を備えた制御装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の始動時における前記オイルコントロールバルブの制御量である始動時制御量を設定する始動時制御量設定手段と、前記内燃機関の始動時に前記オイルコントロールバルブを前記始動時制御量で制御する始動時制御手段と、を備え、前記始動時制御量設定手段は、前記進角室の油圧が前記遅角室の油圧より高くなり、かつ前記導入通路を介して前記シリンダに供給されるオイルの圧力が前記設定圧より高くなるように前記始動時制御量を設定する（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、導入通路を介してシリンダに供給されるオイルの圧力（以下、ロックピン解除圧力と称することがある。）が設定圧より高くなるように始動時制御量が設定されるので、内燃機関の始動時にロックピンがアンロック位置に移動した後はロックピンをその位置に保持できる。また、始動時制御量は、進角室の油圧が遅角室の油圧より高くなるように設定されるので、ロックピンがアンロック位置に移動した後に速やかにカムシャフトの位相を進角させることができる。そのため、カムシャフトの位相の制御を速やかに開始することができる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記位相変更機構の状態が、前記ロックピンが前記アンロック位置に移動し、前記第１回転体が前記第２回転体に対して相対回転可能なアンロック状態になったか否か判定するアンロック状態判定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記アンロック状態判定手段により前記位相変更機構の状態が前記アンロック状態と判定された場合、前記フィードバック制御による前記オイルコントロールバルブの制御を実行してもよい（請求項２）。この形態によれば、内燃機関の始動時にオイルコントロールバルブにオイルを無駄に供給し続けることを防止できる。また、このようにフィードバック制御を速やかに実行することにより、カムシャフトの位相を内燃機関の運転状態に応じた適切な位相に速やかに制御することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記オイルコントロールバルブは、前記制御手段からの制御量が大きいほど前記進角室の油圧が高くなるとともに前記遅角室の油圧が低くなるように動作し、前記始動時制御量設定手段により設定された前記始動時制御量が、前記導入通路を介して前記シリンダに供給されるオイルの圧力が前記設定圧以下になる所定の始動時上限制御量以上か否か判定する上限判定手段をさらに備え、前記始動時制御手段は、前記上限判定手段により前記始動時制御量が前記始動時上限制御量以上と判定された場合、前記内燃機関の始動時に前記オイルコントロールバルブを前記始動時上限制御量で制御してもよい（請求項３）。この形態によれば、始動時制御量設定手段が誤って始動時上限制御量以上の制御量を始動時制御量に設定した場合には、オイルコントロールバルブが始動時上限制御量で制御されるので、内燃機関の始動時にロックピンを確実にアンロック位置に保持することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は、車両に搭載されており、かつ前記車両の走行中に所定のフューエルカット条件が成立した場合には前記内燃機関への燃料の供給が停止されるフューエルカット制御の適用対象であり、前記オイルコントロールバルブには、前記内燃機関にて駆動されるオイルポンプからオイルが供給され、前記始動時制御手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記フューエルカット制御が中止されて前記内燃機関への燃料の供給が再開される場合以外の場合に、前記オイルコントロールバルブを前記始動時制御量で制御してもよい（請求項４）。フューエルカット制御が実行されている場合であっても内燃機関は車両の駆動輪から伝達される駆動力にて回転駆動されている。そのため、この場合にはオイルポンプも動作している。従って、フューエルカット制御が中止されて内燃機関が始動される場合には始動開始直後から十分な油圧を確保することができる。そこで、このような場合にはオイルコントロールバルブを始動時制御量で制御しない。これにより、内燃機関の始動時にオイルコントロールバルブにオイルを無駄に供給することを防止できる。また、オイルコントロールバルブを無駄に始動時制御量で制御する必要がないため、オイルコントロールバルブの制御に消費される電力を低減できる。従って、燃費を改善できる。そして、フューエルカット制御が中止されて内燃機関が始動される場合には始動開始直後からフィードバック制御でオイルコントロールバルブを制御した場合には、カムシャフトの位相を内燃機関の運転状態に応じた適切な位相に速やかに制御できる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、ロックピン解除圧力が設定圧より高くなるように始動時制御量が設定されるので、内燃機関の始動時にロックピンをアンロック位置に保持できる。また、始動時制御量は、進角室の油圧が遅角室の油圧より高くなるように設定されるので、カムシャフトの位相の制御を速やかに開始することができる。

本発明の一形態に係る吸気側可変動弁機構が組み込まれた内燃機関の要部を示す図。 図１のII−II線における位相変更機構の断面を示す図。 最大遅角状態のときのオイルコントロールバルブを示す図。 保持状態のときのオイルコントロールバルブを示す図。 最大進角状態のときのオイルコントロールバルブを示す図。 デューティ比とロックピン解除油圧との関係及びデューティ比と進角応答遅れ時間との関係を示す図。 エンジンコントロールユニットが実行する可変動弁機構制御ルーチンを示すフローチャート。 エンジンコントロールユニットが実行する最終制御量算出ルーチンを示すフローチャート。 内燃機関の始動時における内燃機関の回転数、デューティ比、オイルコントロールバルブの入口側の油圧、遅角室の油圧、進角室の油圧、ロックピン解除油圧、及び吸気弁の位相の時間変化の一例を示す図。 最終制御量算出ルーチンの変形例を示すフローチャート。 図９に続くフローチャート。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示している。この内燃機関１は、複数の気筒を有し、車両等に走行用動力源として搭載される周知の内燃機関である。また、内燃機関１は複数の気筒が直列に並ぶ直列型内燃機関である。図示は省略したが内燃機関１は、クランクシャフトと、カムシャフトとを備えている。クランクシャフトは、各気筒に挿入されたピストンとコネクティングロッドを介して連結されている。カムシャフトには、各気筒に設けられた吸気弁を開閉駆動するための複数のカムが形成されている。カムシャフトはシリンダヘッド内に配置されている。

内燃機関１には、吸気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構２が設けられている。可変動弁機構２は、位相変更機構１０を備えている。位相変更機構１０は、カムシャフトの一端に設けられている。図２は、図１のII−II線における位相変更機構１０の断面を示している。図１に示すように位相変更機構１０は、第１回転体としてのベーンロータ１１と、ベーンロータ１１が内部に同軸に収容された第２回転体としてのハウジング１２とを備えている。ベーンロータ１１は、ハウジング１２に対して相対回転可能なようにハウジング１２内に収容されている。ベーンロータ１１は、円筒状のロータ本体１３と、ロータ本体１３から径方向外側に延びる４つのベーン１４とを備えている。図２に示すようにロータ本体１３は、センターボルト１５にてカムシャフトに固定される。

ハウジング１２は、カムシャフトに相対回転可能に支持されたスプロケット１６と、ハウジング本体１７と、蓋部１８とを備えている。スプロケット１６には、ハウジング１２がクランクシャフトとともに回転するように不図示のタイミングチェーンが巻き掛けられている。図１に示すようにハウジング本体１７は、円筒状の外壁部１７ａと、その外壁部１７ａから径方向内側に延びる４つの仕切り部１７ｂとを備えている。これによりハウジング本体１７の内部には、４つの収容室１９が形成される。ベーンロータ１１は、ベーン１４が収容室１９内に配置されるようにハウジング本体１７と組み合わされる。そして、図２に示すようにハウジング本体１７の回転軸線Ａｘの方向の一方の側がスプロケット１６にて、他方の側が蓋部１８にて塞がれることによりベーンロータ１１がハウジング１２内に収容される。

図１に示すようにこれにより各収容室１９内がベーン１４にて進角室２０と遅角室２１とに区分される。各ベーン１４の外周側の端部には、シール部材２２がそれぞれ設けられている。シール部材２２は、ベーン１４と外壁部１７ａとの間の隙間を塞ぐ。また、各仕切り部１７ｂの内周側の端部にもシール部材２３がそれぞれ設けられている。シール部材２３は、仕切り部１７ｂとロータ本体１３との間の隙間を塞ぐ。

図１に示すように４つのベーン１４のうちの１つのベーン１４には、シリンダ２４が設けられている。以降ではシリンダ２４が設けられたベーン１４をシリンダベーン１４Ａと称することがある。図２に示すようにシリンダ２４は回転軸線Ａｘの方向に貫通している。スプロケット１６には、ベーンロータ１１がハウジング１２に対して図１に示した位置にある場合にシリンダ２４と対向する凹部２５が設けられている。シリンダ２４には、ロックピン２６が回転軸線Ａｘの方向に移動可能なように挿入されている。ロックピン２６は、円筒状の本体２６ａと、その本体２６ａと同軸に設けられた先端部２６ｂとを備えている。先端部２６ｂの直径は、本体２６ａの直径よりも小さい。そのため、本体２６ａと先端部２６ｂとの間には段差２６ｃが形成される。ロックピン２６は、先端部２６ｂがスプロケット１６側になるようにシリンダ２４内に挿入されている。

ロックピン２６は、スプロケット１６側の先端部２６ｂが凹部２５に嵌り込むロック位置と、全体がシリンダ２４内に後退するアンロック位置とに移動する。図２は、ロックピン２６がロック位置に移動したときを示している。この図に示すようにロック位置におけるロックピン２６の本体２６ａとベーン１４との間には、油圧室２７が形成される。凹部２５には、ロックピン２６がロック位置にある場合に油圧室２７がこのように形成されるように制止部材２８が設けられている。油圧室２７は、その内部に供給されたオイルがロックピン２６をアンロック位置側に押すように形成されている。シリンダベーン１４Ａと隣接する遅角室２１と油圧室２７とは、導入通路２９で通じている。シリンダ２４内には、ロックピン２６をスプロケット１６側に付勢するスプリング３０が設けられている。

各進角室２０及び各遅角室２１へのオイルの供給は、オイル供給装置４０にて行われる。図１に示すようにオイル供給装置４０は、内燃機関１のオイルパン３のオイルをストレーナ４１を介して汲み上げる供給源としてのオイルポンプ４２を備えている。オイルポンプ４２は、内燃機関１に駆動される周知のポンプである。オイルポンプ４２の吐出側には供給通路４３が接続されている。供給通路４３にはオイル中の異物を除去するためのフィルタ４４が設けられている。供給通路４３は、分岐点４３ａにおいてメイン油路４５と動弁用油路４６とに分岐している。メイン油路４５は、クランクシャフトを支持するベアリング及びピストンを冷却するためのオイルジェット機構等にオイルを導く。動弁用油路４６はオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４７にオイルを導く。動弁用油路４６には、供給通路４３からＯＣＶ４７へのオイルの流れは許容し、ＯＣＶ４７から供給通路４３へのオイルの流れは阻止する逆止弁４８が設けられている。

ＯＣＶ４７は、進角用油路４９を介して各進角室２０と接続されている。なお、図示は省略したが進角用油路４９は途中から４本に分岐しており、それらが各進角室２０と接続している。また、ＯＣＶ４７は、遅角用油路５０を介して各遅角室２１と接続されている。遅角用油路５０も進角用油路４９と同様に途中から４本に分岐しており、それらが各遅角室２１のオイル供給口５１と接続している。さらに、ＯＣＶ４７には、第１リターン通路５２及び第２リターン通路５３が接続されている。第１リターン通路５２及び第２リターン通路５３は、ＯＣＶ４７からオイルパン３にオイルを戻すために設けられている。

図３Ａ〜図３Ｃは、ＯＣＶ４７を拡大して示している。これらの図に示したようにＯＣＶ４７は、バルブ本体４７ａと、バルブ本体４７ａ内を図の左右方向に移動可能に設けられたスプール弁４７ｂと、スプール弁４７ｂを図の右側に付勢するスプリング４７ｃと、スプリング４７ｃに抗してスプール弁４７ｂを図の左側に駆動するアクチュエータ４７ｄとを備えている。アクチュエータ４７ｄは、制御信号が入力されたときにスプール弁４７ｂを駆動する力を発生する。そして、スプール弁４７ｂの位置は、アクチュエータ４７ｄに入力される制御信号のオン、オフの比、すなわちデューティ比により制御される。

デューティ比が０％の場合、すなわちアクチュエータ４７が停止中の場合は、スプリング４７ｃの付勢力によりスプール弁４７ｂが図３Ａに示した位置に移動する。この場合、動弁用油路４６と遅角用油路５０とが接続される。そのため、オイルポンプ４２の動作時は遅角室２１にオイルが供給される。また、この図に示したようにスプール弁４７ｂが遅角用油路５０を塞がない。そのため、この場合に遅角室２１に導かれるオイルの量が最も多くなる。また、この場合には進角用油路４９と第２リターン通路５３とが接続される。そのため、進角室２０からオイルが排出される。また、この場合にはスプール弁４７ｂが進角用油路４９を塞がないため、進角室２０から排出されるオイルの量が最も多くなる。この場合、遅角室２１の油圧が上昇するとともに進角室２０の油圧が低下するので、ベーンロータ１１がハウジング１２に対して図１の左回りに回転する。これによりカムシャフトが遅角側に回転する。以下、図３Ａに示したスプール弁４７ｂの位置を最大遅角位置と称し、この際のＯＣＶ４７の状態を最大遅角状態と称することがある。

図３Ａに示した状態からデューティ比を徐々に大きくすると、スプール弁４７ｂが徐々に図の左側に移動する。これにより進角用油路４９及び遅角用油路５０がスプール弁４７ｂにより徐々に閉じられる。そのため、遅角室２１に導かれるオイルの量及び進角室２０から排出されるオイルの量がそれぞれ徐々に減少する。そして、スプール弁４７ｂが図３Ｂに示した位置に移動した場合、進角用油路４９及び遅角用油路５０がスプール弁４７ｂにより塞がれる。この場合、進角用油路４９及び遅角用油路５０が、動弁用油路４６、第１リターン通路５２及び第２リターン通路５３と切り離される。これにより進角室２０の油圧及び遅角室２１の油圧の両方が維持されるので、ハウジング１２に対するベーンロータ１１の位置が保持される。以下、図３Ｂに示したスプール弁４７ｂの位置を保持位置と称し、この際のＯＣＶ４７の状態を保持状態と称することがある。また、ＯＣＶ４７がこの保持状態になるデューティ比を保持制御量と称することがある。

保持制御量からデューティ比をさらに大きくすると、スプール弁４７ｂがさらに図の左側に移動する。この場合、動弁用油路４６と進角用油路４９とが接続されるとともに遅角用油路５０と第１リターン通路５２とが接続される。そのため、オイルポンプ４２の動作時は進角室２０にオイルが供給される。また、遅角室２１からオイルが排出される。これにより進角室２０の油圧が上昇するとともに遅角室２１の油圧が低下するので、ベーンロータ１１がハウジング１２に対して図１の右回りに回転する。これによりカムシャフトが進角側に回転する。そして、デューティ比が大きくなるに従ってスプール弁４７ｂがさらに左側に移動するので、進角用油路４９及び遅角用油路５０が徐々に開けられる。その後、デューティ比が１００％になるとスプール弁４７ｂは図３Ｃに示した位置に移動する。この場合、スプール弁４７ｂが進角用油路４９を塞がないため、進角室２０に導かれるオイルの量が最も多くなる。また、この場合にはスプール弁４７ｂが遅角用油路５０を塞がないため、遅角室２１から排出されるオイルの量が最も多くなる。以下、図３Ｃに示したスプール弁４７ｂの位置を最大進角位置と称し、この際のＯＣＶ４７の状態を最大進角状態と称することがある。

このようにデューティ比が保持制御量より大きくなるとベーンロータ１１がハウジングに対して図１に右回りに回転し始めるが、その回転速度はデューティ比が大きくなるほど大きくなる。そのため、カムシャフトを進角側に回転させる際の応答遅れ時間（以下、進角応答遅れ時間と称することがある。）は、デューティ比が大きくなるほど小さくなる。そのため、デューティ比と進角応答遅れ時間との関係は図４に破線Ｌ１で示したような関係になる。

上述したようにロックピン２６は、油圧室２７内のオイルによりアンロック位置側に押される。そして、ロックピン２６は、油圧室２７の圧力であるロックピン解除油圧が所定の解除設定圧以上になった場合にアンロック位置に移動する。油圧室２７には遅角室２１からオイルが供給されるため、油圧室２７内のロックピン解除油圧もデューティ比に応じて変化する。デューティ比が０％から保持制御量になるまでは遅角室２１にオイルが供給されるので、油圧室２７内のロックピン解除油圧は高くなる。一方、デューティ比が保持制御量より大きくなると、油圧室２７内のロックピン解除油圧は低くなる。そのため、デューティ比と油圧室２７内のロックピン解除油圧との関係は、図４に実線Ｌ２で示したような関係になる。

ＯＣＶ４７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６０にて制御される。ＥＣＵ６０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットである。ＥＣＵ６０は、所定の制御プログラムに従って内燃機関１に設けられた種々の制御対象を制御し、これにより内燃機関１を制御する。例えば、ＥＣＵ６０は、運転者が車両に要求する駆動力に応じて内燃機関１に供給すべき燃料量を算出し、その燃料量が各気筒に供給されるように内燃機関１の燃料噴射弁を制御する。また、ＥＣＵ６０は、車両の速度が予め設定した所定の判定速度以上であり、かつアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダルが踏まれていない場合は内燃機関１への燃料供給を停止するフューエルカット制御を実行する。このように内燃機関１は、フューエルカット制御の適用対象である。ＥＣＵ６０には、内燃機関１の運転状態を取得するための種々のセンサが接続されている。ＥＣＵ６０には、例えばクランク角センサ６１、カム角センサ６２、水温センサ６３及びアクセル開度センサ６４等が接続されている。クランク角センサ６１は、クランクシャフトの角度（クランク角）に対応した信号を出力する。カム角センサ６２は、カムシャフトの角度（カム角）に対応した信号を出力する。水温センサ６３は、内燃機関１の冷却水の温度に対応した信号を出力する。アクセル開度センサ６４は、アクセル開度に対応した信号を出力する。この他にもＥＣＵ６０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。

ＥＣＵ６０は、アクチュエータ４７ｄへのデューティ比を制御してＯＣＶ４７を制御している。そして、これにより可変動弁機構２を制御している。また、ＥＣＵ６０は、内燃機関１の始動開始直後は予め設定した所定時間の間吸気弁の位相が最も遅角されるようにＯＣＶ４７を制御する。そして、所定時間経過後に吸気弁が進角されるようにＯＣＶ４７を制御する。

図５はＥＣＵ６０が可変動弁機構２を制御するために実行する可変動弁機構制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは内燃機関１の運転状態に拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。

図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ６０は、まずステップＳ１で内燃機関１の運転状態を取得する。内燃機関１の運転状態としては、例えばクランク角、カム角、冷却水温及び内燃機関１の回転数等が取得される。また、この処理では、カム角のクランク角に対する絶対角度（以下、カム絶対角と称することがある。）が算出される。次のステップＳ２においてＥＣＵ６０は、最遅角位置学習処理を実行する。この最遅角位置学習処理では、ＥＣＵ６０は、デューティ比が０％のときにカム角がクランク角に対してどのような値になるか取得し、その取得した値を基準値としてＲＡＭ等に記憶する。なお、この学習処理は、デューティ比が０％以外の場合にはスキップされる。

次のステップＳ３においてＥＣＵ６０は、目標値算出処理を実行する。この目標値算出処理では、内燃機関１の運転状態に基づいてクランク角に対するカム角、すなわち吸気弁の開閉タイミングの目標値が算出される。なお、この算出方法には、内燃機関１の回転数及び冷却水温等に基づいて算出する周知の算出方法が用いられる。そのため、算出方法についての説明は省略する。続くステップＳ４においてＥＣＵ６０は、フィードバック制御量算出処理を実行する。この処理では、クランク角に対するカム角を、算出した目標値に制御するための制御量（以下、ＦＢ制御量と称することがある。）が算出される。なお、ＦＢ制御量は、可変動弁機構２の制御として一般的に用いられる周知の算出方法で算出すればよい。そのため、算出方法についての説明は省略する。

次のステップＳ５においてＥＣＵ６０は、最終制御量算出処理を実行する。この処理では、図６に示したルーチンが実行される。このルーチンにおいてＥＣＵ６０は、まずステップＳ１１でＥＣＵ６０の入出力系に異常が有るか否か判定する。この判定は、例えばＥＣＵ６０に設けられている自己診断機能（ダイアグノーシス）の診断結果に基づいて判定すればよい。入出力系に異常があると判定した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ６０はフェールセーフ処理を実行する。このフェールセーフ処理では、例えば運転者に異常を知らせるべくインパネ内に設けられているランプを点灯させる。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、入出力系が正常と判定した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ６０は現在内燃機関１の始動中か否か判定する。この判定は、例えば内燃機関１の回転数等で判定する周知の方法で行えばよい。内燃機関１の始動中ではないと判定した場合はステップＳ１４〜Ｓ１７をスキップしてステップＳ１８に進む。一方、内燃機関１の始動中と判定した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ６０は内燃機関１の始動開始から所定時間経過したか否か判定する。所定時間は、上述したように吸気弁の位相を最も遅角させておく期間である。所定時間は、例えば始動時における内燃機関１の回転数の増加度等に応じて適宜に設定すればよい。内燃機関１の始動開始から所定時間経過していないと判定した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ６０は最終制御量に０％を代入する。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、内燃機関１の始動開始から所定時間経過したと判定した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ６０はカム絶対角の移動平均値θａを算出する。この移動平均値θａには、例えば上述したステップＳ１で算出したカム絶対角のうち直近１０個の値の平均が設定される。

次のステップＳ１７においてＥＣＵ６０は、現在のカム絶対角θが移動平均値θａに所定値Ａを加えた値以上か否か判定する。この処理では、ハウジング１２に対してベーンロータ１１が相対回転したか否か判定している。言い換えると、ロックピン２６がアンロック位置に移動し、位相変更機構１０の状態がアンロック状態になったか否か判定している。そのため、所定値Ａには、ハウジング１２に対してベーンロータ１１が相対回転したことを判定できる値、例えば１°が設定される。なお、この所定値Ａは、カム角センサ６２の検出精度などに応じて適宜の値を設定すればよい。カム絶対角θが移動平均値θａに所定値Ａを加えた値以上と判定した場合、言い換えるとハウジング１２に対してベーンロータ１１が相対回転したと判定した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ６０は保持制御量にＦＢ制御量を加えた値を最終制御量に代入する。その後、今回のルーチンを終了する。なお、ＥＣＵ６０は図５及び図６とは別のルーチンで保持制御量の学習を行っている。そのため、ＥＣＵ６０のＲＡＭには、ＯＣＶ４７が保持状態になるデューティ比が保持制御量として記憶されている。この処理では、このＥＣＵ６０に記憶されている保持制御量が用いられる。

一方、カム絶対角θが移動平均値θａに所定値Ａを加えた値未満と判定した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ６０は保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値を最終制御量に代入する。その後、今回のルーチンを終了する。図４に示したようにデューティ比を大きくしすぎると油圧室２７内のロックピン解除油圧が解除設定圧より低くなる。一方、デューティ比が保持制御量に近すぎると進角応答遅れ時間が大きくなる。そこで、所定デューティ比Ｂには、最終制御量が図４の範囲Ｒ内のデューティ比になるような値が設定される。具体的には、所定デューティ比Ｂには例えば５〜２０％が設定される。

図５に戻って可変動弁機構制御ルーチンの説明を続ける。ステップＳ５を実行した後はステップＳ６に進み、ＥＣＵ６０はバルブ制御を実行する。このバルブ制御では、まずフェールセーフ処理が実行されたか否かが判定される。フェールセーフ処理が実行されていた場合、ＥＣＵ６０はＯＣＶ４７を保持状態にする。一方、フェールセーフ処理が実行されていない場合には、アクチュエータ４７ｄに対して最終制御量を出力する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図７は、内燃機関１の始動時における内燃機関１の回転数、デューティ比、ＯＣＶ４７の入口側すなわちＯＣＶ４７と動弁用油路４６との接続部分の油圧、遅角室２１の油圧、進角室２０の油圧、油圧室２７内のロックピン解除油圧、及び吸気弁の位相の時間変化を示している。なお、この図の実線Ａ１〜Ａ６が本発明の時間変化を示している。この図の破線Ｂ１〜Ｂ６は、内燃機関１の始動時にデューティ比を０％から１００％に変化させた場合の時間変化を示し、一点鎖線Ｃ１〜Ｃ６は内燃機関１の始動時にデューティ比を０％から保持制御量より若干大きい値に変化させた場合の時間変化を示している。

この図では時刻Ｔ１においてクランキングが開始される。上述したように内燃機関１の始動開始から所定時間経過するまでは吸気弁の位相を最も遅角させる。そのため、この図において時刻Ｔ２まではデューティ比に０％が設定される。所定時間経過後、本発明では保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値でＯＣＶ４７を制御する。この場合、油圧室２７内のロックピン解除油圧が解除設定圧以下にならないため、ロックピン２６を確実にアンロック位置に保持することができる。また、進角室２０にオイルが供給されるので、時刻Ｔ４から吸気弁を進角させることができる。

これに対して時刻Ｔ２においてデューティ比を０％から１００％に変化させた場合には、本発明よりも進角室２０に供給されるオイルの量を増加させることができる。そのため、時刻Ｔ３から吸気弁を進角させることができる。しかしながら、この場合には線Ｂ５で示したように油圧室２７内のロックピン解除油圧が設定解除圧以下になる可能性がある。これによりロックピン２６がロック位置に移動した場合にはベーンロータ１１をハウジング１２に対して相対回転させることができなくなる。この場合にはデューティ比を１００％よりも小さくしてロックピン２６をアンロック位置に動かす必要があるため、内燃機関１の始動に時間がかかるおそれがある。

時刻Ｔ２においてデューティ比を０％から保持制御量より若干大きい値に変化させた場合には、進角室２０に供給されるオイルの量が本発明よりも少なくなる。そのため、この場合には一点鎖線Ｃ６で示したように吸気弁を進角させることが可能な時期が時刻Ｔ５になる。従って、内燃機関１の始動に時間がかかる。

以上に説明したように、本発明によれば、内燃機関１の始動時に吸気弁の位相を進角させる場合にＯＣＶ４７を保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値で制御するので、ロックピン２６がアンロック位置に移動した後はロックピン２６をアンロック位置に保持できる。また、ＯＣＶ４７をこのような値で制御することにより、進角室２０の油圧が遅角室２１の油圧より高くなる。そのため、ロックピン２６がアンロック位置に移動した後にカムシャフトの位相、すなわち吸気弁の位相を速やかに進角させることができる。そのため、内燃機関１の始動時にカムシャフトの位相の制御を速やかに開始することができる。そして、カム絶対角θが移動平均値θａに所定値Ａを加えた値より大きくなった場合、すなわちベーンロータ１１がハウジング１２に対して相対回転可能になった場合には、保持制御量にＦＢ制御量を加えた値でＯＣＶ４７を制御する。これによりＯＣＶ４７のフィードバック制御が開始される。そのため、内燃機関１の始動時にＯＣＶ４７にオイルを無駄に供給し続けることを防止できる。また、このようにフィードバック制御を速やかに実行することにより、カムシャフトの位相（吸気弁の位相）を内燃機関１の運転状態に応じた適切な位相に速やかに制御することができる。

なお、図６のステップＳ１９を実行することによりＥＣＵ６０が本発明の始動時制御量設定手段として機能する。そのため、保持制御量の所定デューティ比Ｂを加えた値が本発明の始動時制御量に相当する。また、図６のステップＳ１７を実行することによりＥＣＵ６０が本発明のアンロック状態判定手段として機能する。そして、図５のステップＳ６を実行することによりＥＣＵ６０が本発明の始動時制御手段として機能する。図５のステップＳ４〜Ｓ６を実行してＯＣＶ４７をフィードバック制御することによりＥＣＵ６０が本発明の制御手段として機能する。

図８及び図９は、最終制御量算出ルーチンの変形例を示している。なお、図９は図８に続くルーチンである。この変形例では、ステップＳ１１で入出力系が正常と判定した場合にはステップＳ２１に進み、ＥＣＵ６０は現在内燃機関１に対してフューエルカット制御が実行されているか否か判定する。フューエルカット中と判定した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ６０は最終制御量に、吸気弁の位相が最も遅角される位置に保持される制御量である最遅角保持制御量、すなわち０％を代入する。その後、今回のルーチンを終了する。

一方、フューエルカット中ではないと判定した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ６０は現在内燃機関１の始動中であり、かつフューエルカットからの復帰以外の状態か否か判定する。現在内燃機関１の始動中ではない、又は現在の内燃機関１の始動はフューエルカットからの復帰であると判定した場合は図９のステップＳ１８に進む。一方、現在内燃機関１の始動中であり、この始動はフューエルカットからの復帰以外であると判定した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ６０は内燃機関１の始動開始から所定時間経過したか否か判定する。内燃機関１の始動開始から所定時間経過していないと判定した場合はステップＳ１５で最終制御量に０％を代入し、その後今回のルーチンを終了する。

一方、内燃機関１の始動開始から所定時間経過したと判定した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ６０は移動平均値θａを算出する。次のステップＳ１７においてＥＣＵ６０は、カム絶対角θが移動平均値θａに所定値Ａを加えた値以上か否か判定する。ステップＳ１７が肯定判定された場合は図９のステップＳ１８に進み、以降図６と同様に処理を進める。一方、ステップＳ１７が否定判定された場合は図９のステップＳ１９に進み、ＥＣＵ６０は保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値を最終制御量に代入する。次のステップＳ２４においてＥＣＵ６０は、最終制御量が予め設定した所定の始動時上限量以上か否か判定する。図４に示すようにデューティ比が所定のアンロック保持上限デューティ比Ｄ以上になると油圧室２７内のロックピン解除油圧が解除設定圧以下になる。始動時上限量には。このアンロック保持上限デューティ比Ｄが設定される。最終制御量が始動時上限量未満と判定した場合は、今回のルーチンを終了する。

一方、最終制御量が始動時上限量以上と判定した場合はステップＳ２５に進み、ＥＣＵ６０は最終制御量に始動時上限量を代入する。その後、今回のルーチンを終了する。

上述したようにＥＣＵ６０は保持制御量の学習を行っているが、この学習時の油温、水温、油圧、内燃機関１の回転数及び部品の加工精度のバラツキ等により保持制御量に変動が生じる。そのため、保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値がアンロック保持上限デューティ比Ｄ以上になるおそれがある。この変形例では、保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値がアンロック保持上限デューティ比Ｄ以上と判定した場合には、最終制御量に始動時上限量、すなわちアンロック保持上限デューティ比Ｄを設定するので、内燃機関１の始動時にロックピン２６を確実にアンロック位置に保持することができる。

また、この変形例では、内燃機関１の始動時ではあってもフューエルカットからの復帰時は保持制御量にＦＢ制御量を加えた値を最終制御量に代入する。すなわち、フィードバック制御でＯＣＶ４７が制御される。上述したようにフューエルカット中であっても車両は走行中であるため、内燃機関１はモータリングされている。そして、この場合にはオイルポンプ４２も駆動されている。そのため、フューエルカットからの復帰時は始動開始直後から十分な油圧を確保することができる。そこで、このような場合には保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値でＯＣＶ４７を制御しない。これにより内燃機関１の始動時にＯＣＶ４７にオイルを無駄に供給することを防止できる。また、ＯＣＶ４７を保持制御量に所定デューティ比Ｂを加えた値で無駄に制御する必要がないため、ＯＣＶ４７の制御に消費される電力を低減できる。そのため、燃費を改善できる。そして、フューエルカットからの復帰時は始動開始直後からフィードバック制御でＯＣＶ４７を制御するので、カムシャフトの位相を内燃機関１の運転状態に応じた適切な位相に速やかに制御することができる。

なお、図９のステップＳ２４を実行することによりＥＣＵ６０が本発明の上限判定手段として機能する。そのため、始動時上限量が本発明の始動時上限制御量に相当する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は気筒が直列に配置された内燃機関に限定されない。本発明は、気筒がＶ型に配置されたＶ型内燃機関や、気筒が水平に配置された水平対向型内燃機関に適用してもよい。

オイルコントロールバルブのアクチュエータを制御する方法は、デューティ比の変更による制御に限定されない。例えば、電圧値や電流値の大きさを変更してアクチュエータを制御してもよい。

本発明では、ベーンロータがクランクシャフトとともに回転し、ハウジングがカムシャフトとともに回転してもよい。また、本発明は吸気側の可変動弁機構に限らず、排気側の可変動弁機構に適用してもよい。例えば、排気側可変動弁機構であり、かつベーンロータがロックピンにより進角側で固定される装置の場合では、上述した実施例中の遅角室を進角室に、進角室を遅角室に置き換えることで本発明を適用できる。

１ 内燃機関
１０ 位相変更機構
１１ ベーンロータ（第１回転体）
１２ ハウジング（第２回転体）
１４ ベーン
２０ 進角室
２１ 遅角室
２４ シリンダ
２５ 凹部
２６ ロックピン
２９ 導入通路
４２ オイルポンプ
４７ オイルコントロールバルブ
６０ エンジンコントロールユニット（制御手段、始動時制御量設定手段、始動時制御手段、アンロック状態判定手段、上限判定手段）

Claims (4)

1. 径方向に延びるベーンを有し、かつクランクシャフト及びカムシャフトのうちのいずれか一方とともに回転する第１回転体と、前記クランクシャフト及び前記カムシャフトのうちのいずれか他方とともに回転し、前記ベーンの周方向の一方の側には進角室が形成されるとともに他方の側には遅角室が形成されるように前記第１回転体を内部に相対回転可能に収容する第２回転体と、前記ベーンに設けられたシリンダ内に挿入され、前記第２回転体に設けられた凹部に一部が嵌り込むロック位置と前記シリンダ内に全体が後退するアンロック位置とに移動可能なロックピンと、前記遅角室と前記シリンダとを通じさせる導入通路と、を備え、前記導入通路を介して前記シリンダに供給されたオイルの圧力が所定の設定圧より高くなると前記ロックピンが前記アンロック位置に移動する位相変更機構と、
   前記進角室の油圧及び前記遅角室の油圧を制御するオイルコントロールバルブと、を備えた内燃機関に適用され、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記位相変更機構の状態が制御されるように前記オイルコントロールバルブをフィードバック制御する制御手段を備えた制御装置において、
   前記制御手段は、前記内燃機関の始動時における前記オイルコントロールバルブの制御量である始動時制御量を設定する始動時制御量設定手段と、前記内燃機関の始動時に前記オイルコントロールバルブを前記始動時制御量で制御する始動時制御手段と、を備え、
   前記始動時制御量設定手段は、前記進角室の油圧が前記遅角室の油圧より高くなり、かつ前記導入通路を介して前記シリンダに供給されるオイルの圧力が前記設定圧より高くなるように前記始動時制御量を設定する制御装置。
2. 前記位相変更機構の状態が、前記ロックピンが前記アンロック位置に移動し、前記第１回転体が前記第２回転体に対して相対回転可能なアンロック状態になったか否か判定するアンロック状態判定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記アンロック状態判定手段により前記位相変更機構の状態が前記アンロック状態と判定された場合、前記フィードバック制御による前記オイルコントロールバルブの制御を実行する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記オイルコントロールバルブは、前記制御手段からの制御量が大きいほど前記進角室の油圧が高くなるとともに前記遅角室の油圧が低くなるように動作し、
   前記始動時制御量設定手段により設定された前記始動時制御量が、前記導入通路を介して前記シリンダに供給されるオイルの圧力が前記設定圧以下になる所定の始動時上限制御量以上か否か判定する上限判定手段をさらに備え、
   前記始動時制御手段は、前記上限判定手段により前記始動時制御量が前記始動時上限制御量以上と判定された場合、前記内燃機関の始動時に前記オイルコントロールバルブを前記始動時上限制御量で制御する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記内燃機関は、車両に搭載されており、かつ前記車両の走行中に所定のフューエルカット条件が成立した場合には前記内燃機関への燃料の供給が停止されるフューエルカット制御の適用対象であり、
   前記オイルコントロールバルブには、前記内燃機関にて駆動されるオイルポンプからオイルが供給され、
   前記始動時制御手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記フューエルカット制御が中止されて前記内燃機関への燃料の供給が再開される場合以外の場合に、前記オイルコントロールバルブを前記始動時制御量で制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。

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