JP5692459B2 - 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、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する。

特許文献１には、クランク軸に対するカム軸の位相を中間位相でロックすることが可能な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装置が開示されている。

この特許文献１における中間ロック機構は、クランク軸と同期して回転するハウジングと、ハウジング内に設けられ、カム軸と共に回転するベーンと、カム軸に対して直交する方向に沿って延びるよう形成されるロックピンと、を有し、ハウジングに形成されたロック穴にカム軸側からロックピンを挿入することによって、クランク軸に対するカム軸の相対回転を規制し、バルブタイミングを所定の中間ロック位置に保持するものである。

しかしながら、機関回転速度が大きくなりロックピンに作用する遠心力が大きくなると、中間ロック機構を利用してバルブタイミングが前記中間ロック位置に保持することができなくなる可能性がある。

そこで、本発明では、機関回転速度が大きくなって、中間ロック機構を用いてバルブタイミングを前記中間ロック位置で保持できなくなる運転状態でも、バルブタイミングを前記中間ロック位置に維持することが可能な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を目的としている。

特開２００５−１６４４５号公報

本発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置は、機関弁のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、可変バルブタイミング機構の第１ロータ及び前記第２ロータの回転軸に対して直交する方向に進退可能で、第１ロータ及び第２ロータに係合することで、機関弁のバルタイミングを最進角位置と最遅角位置との間の所定の中間ロック位置に保持可能な中間位置保持部材を有する中間ロック機構と、を備え、前記中間位置保持部材を係合させる条件であっても、機関回転速度が第１機関回転速度以上の場合、前記機関弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置となるようにフィードバック制御を実施することを特徴としている。

本発明によれば、機関弁のバルブタイミングを所定の中間ロック位置とする要求がある場合には、機関回転速度が大きくなっても、機関弁のバルブタイミングを中間ロック位置に保持することができる。

本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置の概略構成を模式的に示した説明図。 デューティ比に対するオイルコントロールバルブ及びオイルスイッチングバルブの作動状況を模式的に示した説明図。 本実施例における可変バルブタイミング機構の動作の一例を示すタイミングチャート。 本実施例における可変バルブタイミング機構の動作の一例を示すタイミングチャート。 本実施例における制御の流れを示すフローチャート。 中間位置復帰制御を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置の概略構成を示す説明図である。この可変バルブタイミング機構２は、作動油の供給を受けてクランクシャフト（図示せず）とカムシャフト（図示せず）の回転位相差を連続的に可変制御して、図示しない機関弁（吸気弁もしくは排気弁）のバルブタイミング（リフト中心角の位相）を所定範囲内で可変可能とするものである。本実施例では、この可変バルブタイミング機構２が吸気弁側に適用されている。

可変バルブタイミング機構２は、図１に示すように、インナロータ２１（第１ロータ）と、インナロータ２１に相対回転可能に嵌合するアウタロータ２２（第２ロータ）と、を備えている。

インナロータ２１は、内燃機関のシリンダブロック（図示せず）に回転可能に支持された吸気カムシャフト（図示せず）の先端部に固定され、この吸気カムシャフトと連動して一体的に回転する。インナロータ２１とともに前記吸気カムシャフトが回転すると、この吸気カムシャフトに設けられたカム（図示せず）により吸気弁が開閉駆動される。このインナロータ２１の外周には、４枚のベーン２３が放射状に設けられている。

アウタロータ２２は、インナロータ２１の外周側に同軸上に配置されている。このアウタロータ２２は、複数の取付ボルト２４により吸気カムスプロケット（図示せず）に固定されている。この吸気カムスプロケットは、図示せぬタイミングチェーン（またはタイミングベルト）を介してクランクシャフトに連動している。

アウタロータ２２の内周には、インナロータ２１のベーン２３と同数（４つ）の凸部２５が形成されており、隣り合った凸部２５の間に形成された凹部２６内に個々のベーン２３が収容されている。

ベーン２３の先端は凹部２６の内周と摺接し、凸部２５の先端はインナロータ２１の外周と摺接している。その結果、インナロータ２１及び吸気カムシャフト４と、前記吸気カムスプロケット及びアウタロータ２２は、互いに同一の軸心を中心として相対回転可能となる。

また、凹部２６には、ベーン２３によって区画されることで２つの空間２７，２８が液密に画成されている。これら２つの空間２７，２８のうち、ベーン２３に対して吸気カムシャフトの回転方向（矢印Ｐ１方向）側の空間２８が遅角側油圧室、その反対側（矢印Ｐ２方向）の空間２７が進角側油圧室となっている。

インナロータ２１内には、進角側油路３０と連通している油路３２と、遅角側油路３１と連通している油路３３とが形成されている。

本実施例においては、進角側油路３０から進角側油圧室２７に作動油が供給され、インナロータ２１に対するアウタロータ２２の相対位相が矢印Ｐ１方向に最も進んだ状態のときに、換言すればベーン２３が例えば凹部２６の一方の端面２６ａや端面２６ａ側のストッパ（図示せず）に突き当たるときに、吸気弁のバルブタイミングが最も進角した状態となる。このときの吸気弁のバルブタイミングの位置を最進角位置とする。一方、遅角側油路３１から遅角側油圧室２８に作動油が供給され、インナロータ２１に対するアウタロータ２２の相対位相が、矢印Ｐ２方向に最も進んだ状態のときに、換言すればベーン２３が例えば、凹部２６の他方の端面２６ｂや端面２６ｂ側のストッパ（図示せず）に突き当たるときに、吸気弁のバルブタイミングが最も遅角した状態となる。このときの吸気弁のバルブタイミングの位置を最遅角位置とする。そして、吸気弁のバルブタイミングが前記最進角位置と前記最遅角位置の間の所定の中間ロック位置のとき、本実施例では、インナロータ２１とアウタロータ２２との間に設けられた中間ロック機構３４ａ、３４ｂによりインナロータ２１及びアウタロータ２２の相対回転位相が保持される。

中間ロック機構３４ａは、インナロータ２１の進角方向（矢印Ｐ１方向）への移動を規制する進角側中間ロック機構であり、中間ロック機構３４ｂはインナロータ２１の遅角方向（矢印Ｐ２方向方向）への移動を規制する遅角側中間ロック機構である。また、本実施例における進角側中間ロック機構３４ａと遅角側中間ロック機構３４ｂとは、略同一構成となっている。

進角側中間ロック機構３４ａは、インナロータ２１及びアウタロータ２２の回転軸に対して直交する方向に進退可能な細長い中間位置保持部材としてのロックキー３５ａと、アウタロータ２２の凸部２５に形成されたロックキー収容室３６ａと、ロックキー収容室３６ａ内に配置され、ロックキー３５ｂをインナロータ２１側に向かって常時付勢するコイルバネ３７ａと、インナロータ２１の外周に形成され、ロックキー３５ａの先端と係合可能な係合凹部３８ａと、から大略構成されている。進角側中間ロック機構３４ａは、前記中間ロック位置でロックキー３５ａの先端が係合凹部３８ａと係合すると、インナロータ２１及びアウタロータ２２の相対回転位相が所定の中間位相から進角側に移動することを規制するものである。なお、係合凹部３８ａには、インナロータ２１に形成された油路４０ａから作動油が供給可能となっている。また、係合凹部３８ａ内の作動油は、油路４０ａを介してドレイン（排出）可能となっている。

遅角側中間ロック機構３４ｂは、進角側中間ロック機構３４ａと略同一構成となっており、インナロータ２１及びアウタロータ２２の回転軸に対して直交する方向に進退可能な細長い中間位置保持部材としてのロックキー３５ｂと、アウタロータ２２の凸部２５に形成されたロックキー収容室３６ｂと、ロックキー収容室３６ｂ内に配置され、ロックキー３５ｂをインナロータ２１側に向かって常時付勢するコイルバネ３７ｂと、インナロータ２１の外周に形成され、ロックキー３５ｂの先端と係合可能な係合凹部３８ｂと、から大略構成されている。遅角側中間ロック機構３４ｂは、前記中間ロック位置でロックキー３５ｂの先端が係合凹部３８ｂと係合すると、インナロータ２１及びアウタロータ２２の相対回転位相が所定の中間位相から遅角側に移動することを規制するものである。なお、係合凹部３８ｂには、インナロータ２１に形成された油路４０ｂから作動油が供給可能となっている。また、係合凹部３８ｂ内の作動油は、油路４０ｂを介してドレイン（排出）可能となっている。

つまり、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより、インナロータ２１及びアウタロータ２２の相対回転位相が前記所定の中間位相から移動することを規制することで、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に保持可能となっている。

可変バルブタイミング機構２は、オイルポンプ４１からの作動油によって駆動される。オイルポンプ４１は、クランクシャフトの回転力に基づき機械的に駆動され、オイルパン４２内の作動油を吸引している。そして、このオイルポンプ４１から、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４３とオイルスイッチングバルブ（ＯＳＶ）４４に作動油が供給されている。オイルコントロールバルブ４３及びオイルスイッチングバルブ４４は、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１１からの指令に基づいてデューティ制御される制御弁である。

オイルコントロールバルブ４３は、進角側油路３０を介して進角側油圧室２７に作動油を供給可能であり、遅角側油路３１を介して遅角側油圧室２８に作動油を供給可能となっている。また、オイルスイッチングバルブ４４は、中間位置保持用油路４５から油路４０ａ、４０ｂを介して中間ロック機構３４ａ、３４ｂの係合凹部３８ａ、３８ｂに作動油を供給可能となっている。なお、オイルスイッチングバルブ４４は、本実施例では、オイルコントロールバルブ４３の進角時に進角側油路３０と連通するポートを目封じしたものと略同一構成となっている。

ＥＣＭ１１は、クランクシャフトの回転角度を検知するクランク角センサ１２や吸気カムシャフトの回転角度を検知するカム角センサ１３のほか、各種センサからの検出信号が入力されており、これらの各種センサの検出結果より把握される機関運転状態に基づき、吸気弁のバルブタイミングの目標値を逐次更新・算出する。そして、ＥＣＭ１１は、機関運転状態に応じてオイルコントロールバルブ４３へ指令信号を出力し、オイルコントロールバルブ４３の切替制御を実施する。吸気弁のバルブタイミングを進角させる場合には進角側油圧室２７に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ４３が切り替えられ、吸気弁のバルブタイミングを遅角させる場合には遅角側油圧室２８に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ４３が切り替えられる。なお、可変バルブタイミング機構２により可変制御される吸気弁のバルブタイミングは、クランク角センサ１２とカム角センサ１３の出力信号に基づいてＥＣＭ１１により検知可能となっている。

図２は、制御指令値であるデューティ比に対するオイルコントロールバルブ４３及びオイルスイッチングバルブ４４の作動状況を模式的に示した説明図である。

オイルコントロールバルブ４３の作動状態は、吸気弁のバルブタイミングを進角させる進角動作と、進角側油圧室２７及び遅角側油圧室２８の双方に作動油の供給を行わない中立動作（不感帯）と、吸気弁のバルブタイミングを遅角させる遅角動作とに大別される。進角動作中には、進角側油圧室２７に作動油が供給される一方で、遅角側油圧室２８内の作動油がドレイン（排出）されるため、吸気弁のバルブタイミングは進角側に変化する。遅角動作中には、遅角側油圧室２８に作動油が供給される一方で進角側油圧室２７内の作動油がドレイン（排出）されるため、吸気弁のバルブタイミングは遅角側に変化する。中立動作中には、進角側油圧室２７及び遅角側油圧室２８に対する作動油の供給と作動油のドレイン（排出）が停止し、吸気弁のバルブタイミングが進角側へも遅角側へも変化しないため、吸気弁のバルブタイミングは現在の状態に保持される。

オイルスイッチングバルブ４４の作動状態は、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持可能なロック状態と、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置で保持されることがないロック解除状態と、前記ロック状態なのか前記ロック解除状態なのか定かではないロック不定状態と、に大別される。

前記ロック状態では、係合凹部３８ａ、３８ｂへの作動油が供給が停止されると共に、係合凹部３８ａ、３８ｂ内の作動油がドレイン（排出）される。そのため、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内にそれぞれ進入可能な状態となり、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置になると、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂと係合し、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持可能となる。

前記ロック解除状態では、係合凹部３８ａ、３８ｂ内に作動油が同時に供給され、ロックキー３５ａ、３５ｂに作用するコイルバネ３７ａ、３７ｂの付勢力よりも大きい油圧が係合凹部３８ａ、３８ｂ内に生じている。そのため、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内に進入できない状態となり、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置になっても前記中間ロック位置に保持されることはなく、中間ロック機構３４ａ、３４ｂによる中間ロックは解除される。

前記ロック不定状態では、係合凹部３８ａ、３８ｂ内に対する作動油の供給と作動油のドレイン（排出）がそれぞれ禁止された状態となるので、係合凹部３８ａ、３８ｂ内がロック不定状態となる直前の状態に保持されることになり、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂと係合する場合もあれば、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂと係合しない場合もある。

ここで、上述した構成の可変バルブタイミング機構２においては、機関回転速度（ＮＥ）が大きい場合、中間ロック機構３４ａ、３４ｂのロックキー３５ａ、３５ｂに作用する遠心力も大きくなる。そのため、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に機械的に保持する場合、機関回転速度が大きくなるほど、ロックキー３５ａ、３５ｂがアウタロータ側に後退して、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂと係合しなくなってしまう可能性がある。

本実施例では、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とする中間ロック要求がある場合、基本的には、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に機械的に保持した状態で、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置よりも進角側、もしくは遅角側に作動させる強制ロック制御を実施している。ここで中間ロック要求とは、例えば、水温や油温が所定温度以下であったり、機関回転速度が所定回転速度以下の場合に発生する。

本実施例における強制ロック制御では、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に機械的に保持した状態で、吸気弁のバルブタイミングが前記最遅角位置となるように可変バルブタイミング機構２をオープン制御すると共に、オイルスイッチングバルブ４４を前記ロック状態に制御する。これにより、遅角側中間ロック機構３４ｂにおいて、ロックキー３５ｂの先端側の一部が係合凹部３８ｂに対して押し付けられると共に、ロックキー３５ｂの後端側の一部がロックキー収容室３６ｂに対して押し付けられる。そして、係合凹部３８ｂ及びロックキー収容室３６ｂに対して押し付けられた部分の摩擦力により、ロックキー３５ｂは、インナロータ２１及びアウタロータ２２の回転軸に対して直交する方向の移動が規制される。

これにより、ロックキー３５ｂに作用する遠心力の影響を軽減でき、ロックキー３５ｂのインナロータ２１及びアウタロータ２２の双方に対する係合の解除、すなわちロックキー３５ｂの係合凹部３８ｂからの抜けを抑制することができる。

なお、強制ロック制御の際に、吸気弁のバルブタイミングが前記最進角位置となるように可変バルブタイミング機構２をオープン制御すれば、進角側中間ロック機構３４ａにおいて、ロックキー３５ａの先端側の一部が係合凹部３８ａに対して押し付けられると共に、ロックキー３５ａの後端側の一部がロックキー収容室３６ａに対して押し付けられることになり、係合凹部３８ａ及びロックキー収容室３６ａに対して押し付けられた部分の摩擦力により、ロックキー３５ａの係合凹部３８ａからの抜けを抑制することができる。

但し、強制ロック制御中に、中間ロック機構３４ａ、３４ｂによる機械的な保持が誤って解除された場合、吸気弁のバルブタイミングが最遅角位置となる方が、吸気弁のバルブタイミングが最進角位置となるよりも、排気性能及び運転性能の悪化度合を小さくできる。

ところで、このような強制ロック制御を実施することによって生じる摩擦力にも限界があり、機関回転速度が大きくなると、この摩擦力とコイルバネ３７ｂの付勢力とで決まるロックキー係合保持力をロックキー３５ｂに作用する遠心力が上回り、強制ロック制御を実施しているにもかかわらずロックキー３５ｂが係合凹部３８ｂから抜け出してしまう可能性がある。ここで、前記ロックキー係合保持力は、ロックキーに対し、ロックキーに作用する遠心力の向きとは反対方向に作用する力である。

そこで、本実施例では、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とする前記中間ロック要求がある場合、そのときの機関回転速度に応じて可変バルブタイミング機構２のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持するための制御を切り替える。

吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置にあり、機関回転速度が所定の第１機関回転速度Ｒ１（例えば５５００ｒｐｍ）よりも大きくなると、中間位置フィードバック制御を実施する。ここで、本実施例における前記第１機関回転速度Ｒ１は、強制ロック制御中に生じる前記ロックキー係合保持力よりも、ロックキー３５ｂに作用する遠心力が大きくなるときの機関回転速度の閾値である。

中間位置フィードバック制御では、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置を目標値としてフィードバック制御すると共に、オイルスイッチングバルブ４４を前記ロック解除状態に制御する。

なお、中間位置フィードバック制御は、前記中間ロック要求があり、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置にあれば、機関回転速度が前記第１機関回転速度Ｒ１よりも小さい所定の第２機関回転速度Ｒ２（例えば３０００ｒｐｍ）以下になるまで継続され、機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２以下になると強制ロック制御に切り替えられる。ここで、本実施例における前記第２機関回転速度Ｒ２は、ロックキー３５ｂに作用するコイルバネ３７ｂの付勢力よりも、ロックキー３５ｂに作用する遠心力が大きくなるときの機関回転速度の閾値である。

吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置にあり、機関回転速度が前記第１機関回転速度Ｒ１以下であり、前記中間位置フィードバック制御の実施中でなければ、強制ロック制御を実施する。

吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置にはなく、機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２よりも小さい場合には、中間位置復帰制御を実施する。中間位置復帰制御では、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置となるようにオープン制御すると共に、オイルスイッチングバルブ４４を前記ロック状態に制御する。

なお、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置にはなく、機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２よりも大きい場合には、上記中間位置フィードバック制御を実施する。

図３は、本実施例における可変バルブタイミング機構２の動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、図３においては、内燃機関の始動後（時刻ｔ１以降）、前記中間ロック要求が連続して生じているものとする。

時刻ｔ１において内燃機関を始動し、前記中間ロック要求が生じる。このとき、吸気弁のバルブタイミング（ＶＴＣ作動角度）は、目標値である前記中間ロック位置とはなっていないので、中間ロック制御許可フラグが「１」となる。中間ロック制御許可フラグは、吸気弁のバルブタイミングの目標値が前記中間ロック位置のときに、機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２よりも小さく、実際の吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置よりも進角側もしくは遅角側に所定量以上外れた位置にある場合に「１」となる。

そのため、オイルコントロールバルブ４３は、吸気弁のバルブタイミングが目標値である前記中間ロック位置となるまで（時刻ｔ１〜ｔ２）、その作動状態が前記進角動作となるように制御される。オイルスイッチグバルブ４４は、時刻ｔ１以降、前記中間ロック要求が生じているので、その作動状態が前記ロック状態となるように制御される。つまり、上記中間ロック要求がある状態で、中間ロック制御許可フラグが「１」となっている時刻ｔ１〜ｔ２の間は、上述した中間位置復帰制御を実施する。なお、時刻ｔ１〜ｔ２は、内燃機関の始動時であり、このときの中間位置復帰制御は、内燃機関の始動安定性を確保するために吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とするための始動時中間ロック制御ということができる。

時刻ｔ２において吸気弁のバルブタイミングが、前記中間ロック位置になると、中間ロック制御許可フラグは「０」となり、中間ロック判定フラグが「１」となる。中間ロック判定フラグは、吸気弁のバルブタイミングの目標値が前記中間ロック位置のときに、実際の吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置よりも進角側もしくは遅角側に所定量以上外れた位置にある場合に「０」となる。

そして、時刻ｔ２になると、前記中間ロック要求があり、中間ロック判定フラグが「１」で、機関回転速度が前記第１機関回転速度Ｒ１以下となっているので、強制ロック制御が開始される。

時刻ｔ３になると、機関回転速度が前記第１機関回転速度Ｒ１となり、遅角側中間ロック機構３４ｂのロックキー３５ｂが遠心力により係合凹部３８から引き抜かれ、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置から遅角側にずれて、中間ロック判定フラグが「０」となる。

そのため、時刻ｔ３からは、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持するために、強制ロック制御に替えて中間位置フィードバック制御が実施される。

これによって、機関回転速度が大きくなり、中間ロック機構３４ａ、３４ｂでは吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持できないような運転状態でも、吸気弁のバルブタイミングを中間位置フィードバック制御により前記中間ロック位置に保持することが可能となる。

つまり、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とする要求がある場合には、機関回転速度に応じて強制ロック制御と中間位置フィードバック制御とを使い分けることで、機関回転速度の大小にかかわらず、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持することができる。

そして、時刻ｔ４で、機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２よりも小さくなると、中間位置フィードバック制御に替えて強制ロック制御が実施される。

中間位置フィードバック制御から強制ロック制御に切り替えられる機関回転速度を第２機関回転速度Ｒ２とすることで、強制ロック制御に切り替わる際には、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにおいて、ロックキー３５ａ、３５ｂに作用する遠心力は小さくなり、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内にそれぞれ確実に進入した状態となっている。

そのため、中間位置フィードバック制御から強制ロック制御へ移行する過渡期において、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に確実に保持することができる。

時刻ｔ５においては、強制ロック制御中に、中間ロック機構３４ａ、３４ｂのロックキー３５ａ、３５ｂが対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内から抜け出してしまい、中間ロック制御許可フラグが「１」となり、中間ロック判定フラグが「０」となっている。そのため、時刻ｔ５にて強制ロック制御が中止される。そして、オイルコントロールバルブ４３は、吸気弁のバルブタイミングが目標値である前記中間ロック位置となるまで（時刻ｔ５〜ｔ６）、その作動状態が前記進角動作となるように制御される。つまり、上記中間ロック要求がある状態で、中間ロック制御許可フラグが「１」となっている時刻ｔ５〜ｔ６の間は、上述した中間位置復帰制御を実施する。

これによって、強制ロック制御中に、中間ロック機構３４ａ、３４ｂのロックキー３５ａ、３５ｂが対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内から抜け出してしまい、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持できなくなった場合には、強制ロック制御が中止され、中間位置復帰制御が実施されるので、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に復帰させることができる。

中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持しているときに、前記中間ロック要求の条件が成立しなくなった場合には、中間ロック機構３４ａ、３４ｂのロックキー３５ａ、３５ｂを対応する係合凹部３８ａ、３８ｂ内から引き抜くことになる。このとき、進角側油圧室２７の油圧と、遅角側油圧室２８の油圧が均等になっていないと、ロックキー３５ａ、３５ｂの一方が対応する係合凹部３８及びロックキー収容室３６の側壁面に押し付けられた状態となるため、この押し付けられたロックキー３５が係合凹部３８からうまく引き抜けず、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が失敗する可能性がある。

そこで、本実施例では、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に保持しているときに、前記中間ロック要求の条件が成立しなくなった場合には、進角側油圧室２７内の油圧と遅角側油圧室２８内の油圧が釣り合うように、進角側油圧室２７と遅角側油圧室２８に交互に油圧を供給してから、オイルスイッチングバルブ４４の作動状態を前記ロック解除状態に切り替える中間ロック解除制御を実施する。

これにより、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端の双方を係合凹部３８ａ、３８ｂ内からそれぞれ円滑に引き抜くことが可能となり、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除の失敗の確率を小さくすることができる。

そして、オイルスイッチングバルブ４４の作動状態を前記ロック解除状態に切り替えてから所定時間経過後に、吸気弁のバルブタイミングが目標値となるように、オイルコントロールバルブ４３を作動させる。このときオイルコントロールバルブ４３を作動させても、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置から動かない場合には、中間ロック機構３４ａ、３４ｂが中間ロック解除に失敗したものと判断する。この場合には、吸気弁のバルブタイミングを目標値とするようなオイルコントロールバルブ４３の作動を停止し、再度上述した中間ロック解除制御を実施する。

これにより、吸気弁のバルブタイミングは、前記中間ロック位置を複数回通過することになるので、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端を係合凹部３８ａ、３８ｂ内から引き抜くことができる。また、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が失敗した状態で、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置以外の目標値に向かって制御されないため、インナロータ２１とアウタロータ２２の相対回転によりロックキー３５ａ、３５ｂに無用の剪断応力が作用することを回避することができる。

図４は、本実施例における可変バルブタイミング機構２の動作の一例を示すタイミングチャートであって、中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミング（ＶＴＣ作動角度）が前記中間ロック位置に機械的に保持されている状態のときに前記中間ロック要求がなくなった場合を示している。

時刻ｔ１１において、前記中間ロック要求がなくなり、中間ロック要求フラグが「０」となると、オイルコントロールバルブ４３は、進角側油圧室２７内の油圧と遅角側油圧室２８内の油圧が釣り合うように、進角側油圧室２７と遅角側油圧室２８に交互に複数回づつ油圧を供給する。

時刻ｔ１２にて、進角側油圧室２７と遅角側油圧室２８への交互の油圧供給が終了すると、ＯＳＶ駆動許可フラグが「０」となり、オイルスイッチングバルブ４４を前記ロック解除状態にする。ＯＳＶ駆動許可フラグは、オイルスイッチングバルブ４４を前記ロック状態にする場合「１」となる。

そして、時刻ｔ１２から所定時間Ｔ１が経過した時刻時刻ｔ１３において、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が成功したものと判定されて吸気弁のバルブタイミングの目標値が前記中間ロック位置よりも遅角側の位置となるように変更され、オイルコントロールバルブ４４が前記遅角動作するよう制御される。

この所定時間Ｔ１は、可変バルブタイミング機構２の応答速度を考慮して設定されており、通常は、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の間で、中間ロック機構３４ａ、３４ｂがロック解除状態となるが、この図４の例では、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の間で中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が失敗しており、時刻ｔ１３で吸気弁のバルブタイミングの目標値を変更しても吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に保持されている。

従って、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が成功したものとされてから所定時間Ｔ２経過した時刻ｔ１４においても、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置となっている。

そのため、この時刻ｔ１４において、所定の中間ロック再解除許可条件が成立して中間ロック再解除許可フラグが「１」となる。中間ロック再解除許可条件は、例えば、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が成功したものと判定されてから所定時間Ｔ２経過した時点で前記中間ロック判定フラグが「１」である場合に成立する。

図４においては、時刻ｔ１４において、中間ロック再解除許可フラグが「１」となり、中間ロック再解除実行フラグが「１」となって、オイルコントロールバルブ４３が、進角側油圧室２７内の油圧と遅角側油圧室２８内の油圧が釣り合うように、進角側油圧室２７と遅角側油圧室２８に交互にそれぞれ複数回油圧を供給する中間ロック再解除制御が実施される。中間ロック再解除制御は、中間ロック解除制御と実質的には同じ制御内容である。

中間ロック再解除制御は、中間ロック再解除許可フラグが「０」となるまで実行される。図４に示す例では、中間ロック再解除制御を２回行った後の時刻ｔ１５において、吸気弁のバルブタイミングの検出値が中間ロック判定領域外の値となり、中間ロック再解除許可フラグが「０」となっている。

また、可変バルブタイミング機構２におけるバルブタイミングの基準位置を学習する場合には、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に中間ロック機構３４ａ、３４ｂによって機械的に保持されている強制ロック制御中に実施すれば、バルブタイミングの基準位置学習精度が向上させることができる。これにより、中間位置フィードバック制御中のバルブタイミング精度が向上し、中間位置フィードバック制御から強制ロック制御へ移行する過渡期において、ロックキー３５ａ、３５ｂを係合凹部３８ａ、３８ｂに対して一層確実に係合させることができ、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に一層確実に保持することができる。

図５は、上述した本実施例における制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１では、吸気弁のバルブタイミングが中間ロック位置にあるか、否かを判定する。中間ロック位置にある場合にはＳ１２へ進み、中間ロック位置にない場合にはＳ２０へ進む。

Ｓ１２では、上述した中間ロック要求の有無を判定する。中間ロック要求がある場合にはＳ１３へ進み、中間ロック要求がない場合にはＳ１４へ進んで、上述した中間ロック解除制御を実施する。

Ｓ１３では、機関回転速度が、前記第１機関回転速度Ｒ１以下であるか否かを判定する。機関回転速度が前記第１機関回転速度Ｒ１以下であればＳ１７へ進み、そうでなければＳ１５へ進む。

Ｓ１５では、所定のフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、フィードバック条件とは、例えば、水温、油温が所定温度（例えば１１０℃）以下の場合に成立するものである。

Ｓ１５にて、所定のフィードバック条件が成立している場合には、Ｓ１６へ進み上述した中間位置フィードバック制御を実施する。

Ｓ１７では、中間位置フィードバック制御中であるか否かを判定し、中間位置フィードバック制御中であればＳ１８へ進み、中間位置フィードバック制御中でなければＳ１９へ進んで上述した強制ロック制御を実施する。

Ｓ１８では、機関回転速度が、前記第２機関回転速度Ｒ２以上であるか否かを判定する。機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２以上であればＳ１５へ進み、そうでなければＳ１９へ進む。

Ｓ２０では、上述した中間ロック要求の有無を判定する。中間ロック要求がある場合にはＳ２１へ進み、中間ロック要求がない場合には今回のルーチンを終了する。

Ｓ２１では、内燃機関の始動に伴い、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に制御するものであるか否かを判定する。内燃機関の始動に伴い、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に制御するものである場合にはＳ２２へ進み、そうでない場合にはＳ２３へ進む。例えば、運転者によるエンジンキーのキーＯＮ操作があった場合に、内燃機関の始動に伴い前記中間ロック位置に制御するものであると判定する。

Ｓ２２では、上述した中間位置復帰制御を実施する。

Ｓ２３では、内燃機関の停止に伴い、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に制御するものであるか否かを判定する。内燃機関の停止に伴い、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に制御するものである場合にはＳ２２へ進み、そうでない場合にはＳ２４へ進む。例えば、運転者によるエンジンキーのキーＯＦＦ操作があった場合に、内燃機関の停止に伴い前記中間ロック位置に制御するものであると判定する。

Ｓ２４では、機関回転速度が、前記第２機関回転速度Ｒ２よりも小さいか否かを判定する。機関回転速度が前記第２機関回転速度Ｒ２よりも小さければＳ２２へ進み、そうでなければＳ１５へ進む。

ここで、Ｓ２２における中間位置復帰制御について詳述する。図６は、中間位置復帰制御の制御の流れ示すフローチャートである。

Ｓ３１では、吸気弁のバルブタイミングの検出値（ＶＴＣ作動角度の検出値）と前記中間ロック位置を比較し、吸気弁のバルブタイミングの検出値が前記中間ロック位置よりも進角側にある場合にはＳ３２へ進み、吸気弁のバルブタイミングの検出値が前記中間ロック位置よりも遅角側にある場合にはＳ３３へ進む。

そして、Ｓ３２では、可変バルブタイミング機構２を最大応答速度で遅角側に駆動する。また、Ｓ３３では、可変バルブタイミング機構２を最大応答速度で進角側に駆動する。

これによって、前記中間ロック要求がある状態で、中間ロック機構３４ａ、３４ｂの中間ロック解除が期せずして行われてしまったとしても、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に可及的速やかに復帰させることができる。

なお、本実施例では、Ｓ３２、Ｓ３３において、それぞれ最大応答速度で可変バルブタイミング機構２を駆動しているが、状況に応じては最大応答速度で可変バルブタイミング機構２を駆動しないようにすることも可能である。

例えば、中間位置復帰制御により、可変バルブタイミング機構２を遅角側に向かって作動させて前記中間ロック位置に復帰させようとしているときに、内燃機関が仮に停止してしまったとしても、機関回転速度が小さくなり、可変バルブタイミング機構２の駆動源となる油圧が低下すると、吸気弁のバルブタイミングは遅角側に変化することになる。

そのため、内燃機関の停止に伴い、吸気弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に制御する場合には、上述した中間位置復帰制御を実施するにあたって、吸気弁のバルブタイミングを遅角側に作動させる際の応答速度を最大応答速度よりも遅い応答速度に設定するようにしてもよい。

ここで、中間位置復帰制御により、吸気弁のバルブタイミングを遅角側に作動させて前記中間ロック位置に復帰させる状況としては、２通りの状況が考えられる。

ケース１は、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端と係合凹部３８ａ、３８ｂとの係合が解除されたときの吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に対して遅角側で、進角側に向かって吸気弁のバルブタイミングを作動させたが、前記中間ロック位置でロックキー３５ａ、３５ｂ先端が対応する係合凹部３８ａ、３８ｂと係合せず、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に対して進角側となってしまった場合である。

ケース２は、ロックキー３５ａ、３５ｂ先端と係合凹部３８ａ、３８ｂとの係合が解除されたときの吸気弁のバルブタイミングが、最初から前記中間ロック位置に対して進角側となる場合である。

ここで、運転者によるエンジンキーのキーオフ操作による内燃機関の停止時に、吸気弁のバルブタイミングを中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより前記中間ロック位置に機械的に保持する場合、仮に中間ロック機構３４ａ、３４ｂにより吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に機械的に保持できていなくても、エンジンキーのキーオフ操作後に所定時間（例えば１秒）が経過すると、運転者に違和感を与えないために内燃機関は停止する。内燃機関が停止すると、可変バルブタイミング機構２の駆動源となる油圧が低下し、吸気弁のバルブタイミングは遅角側に変化する。

つまり、中間位置復帰制御中に、内燃機関が停止するような場合、エンジンが停止したときの吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置よりも進角側であれば、内燃機関の停止中に機関回転速度の低下にともない吸気弁のバルブタイミングが遅角側に移動することになるので、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置よりも進角側にある場合には、遅角側に最大応答速度で復帰させることの利点は小さくなる。

なお、中間位置復帰制御中に吸気弁のバルブタイミングを遅角側に作動させるときの応答速度が遅すぎると、吸気弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置に到達するまでの時間がかかり過ぎることになるので、ケース１、ケース２の両者を考慮して、最大応答速度に対してどの程度遅くするかは適宜チューニングすることになる。

Claims (9)

1. カムシャフトと連動して回転する第１ロータと、当該第１ロータと同軸上に配置され、クランクシャフトに連動して回転する第２ロータと、を有し、前記第１ロータ及び前記第２ロータの相対回転位相を運転状態に応じて変更することで機関弁のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、
   前記第１ロータ及び前記第２ロータの回転軸に対して直交する方向に進退可能で、前記第１ロータ及び前記第２ロータに係合することで、前記機関弁のバルタイミングを前記最進角位置と前記最遅角位置との間の所定の中間ロック位置に保持可能な中間位置保持部材を有する中間ロック機構と、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、
   前記中間位置保持部材を係合させる条件であっても、機関回転速度が第１機関回転速度以上の場合、前記機関弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置となるようにフィードバック制御を実施する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記機関弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とする要求がある状態で、機関回転速度が前記第１機関回転速度以下、かつ前記中間ロック機構により前記第１ロータ及び前記第２ロータが係合状態で、前記フィードバック制御を停止して前記第１ロータ及び前記第２ロータの相対回転位相が進角側もしくは遅角側になるように前記可変バルブタイミング機構を作動させて、前記中間位置保持部材を前記第１ロータ及び前記第２ロータに対して押し当てる強制ロック制御を実施する請求項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. 前記第１機関回転速度は、前記中間位置保持部材に作用する遠心力と、前記強制ロック制御による前記中間位置保持部材と前記第１ロータ及び前記第２ロータとの間に生じる摩擦力とを考慮して設定されている請求項１まは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. 前記フィードバック制御中に、機関回転速度が前記第１機関回転速度以下となった場合には、機関回転速度が前記中間位置保持部材に作用する遠心力を考慮して設定された第２機関回転速度となるまで該フィードバック制御を継続する請求項１〜３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. 前記強制ロック制御中に、前記中間位置保持部材の前記第１ロータ及び前記第２ロータへの係合が解除され、前記機関弁のバルブタイミングが前記中間ロック位置から外れた場合には、前記強制ロック制御を中止し、前記機関弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置に復帰させる中間位置復帰制御を実施する請求項２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
6. 前記中間位置復帰制御は、前記機関弁の現在のバルブタイミングが前記中間ロック位置よりも進角側であるか遅角側であるかを判定し、進角側にある場合には遅角側に向かって、遅角側にある場合には進角側に向かって、それぞれ前記可変バルブタイミング機構を最大応答速度で作動させ、前記中間ロック位置に復帰させる請求項５に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
7. 前記中間位置復帰制御は、前記機関弁の現在のバルブタイミングが前記中間ロック位置に対して進角側であるか遅角側であるかを判定し、遅角側にある場合には進角側に向かって前記可変バルブタイミング機構を最大応答速度で作動させて前記中間ロック位置に復帰させ、進角側にある場合には遅角側に向かって前記可変バルブタイミング機構を最大応答速度よりも遅い応答速度で作動させて前記中間ロック位置に復帰させる請求項５に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
8. 前記強制ロック制御中に、前記可変バルブタイミング機構におけるバルブタイミングの基準位置学習を実施する請求項５〜７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。
9. 前記可変バルブタイミング機構は、前記第１ロータと前記第２ロータとの間に形成された進角室と遅角室に作動油を供排することで、前記第１ロータ及び前記第２ロータの相対回転位相を変更するものであって、
   前記中間位置保持部材が前記第１ロータ及び前記第２ロータに係合している状態で、前記機関弁のバルブタイミングを前記中間ロック位置とする要求がなくなると、
   前記進角室と前記遅角室に均等に油圧を供給してから第１ロータ及び第２ロータへの前記中間位置保持部材の係合を解除する請求項１〜８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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