JP5966781B2 - 弁開閉時期制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、弁開閉時期制御システムに関し、詳しくは、クランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、カムシャフトと一体回転する従動側回転部材とで構成される弁開閉時期制御装置において、内燃機関の始動時に、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相を拘束するロック機構の制御に関する。
上記の弁開閉時期制御システムに関連する技術として特許文献１には、駆動側回転部材（文献では第２回転部材）の内部に従動側回転部材（文献では第１回転部材・ロータ）を嵌め込んだ構成が示されている。また、駆動側部材の内周から従動側部材の外周のロック油通路に対して出退自在にロック体を備え、このロック体を突出方向に付勢するバネを有する構成が示されている。
この特許文献１では、弁開閉時期制御装置の回転に伴い、遠心力によりロック体がロック解除する構成が示されると共に、内燃機関（文献ではエンジン）の始動時には、遠心力によりロック体がロック解除される回転速度に達する以前にロック油通路に作動油を供給することでロック解除を行う制御形態が示されている。
特許文献２には、駆動側回転部材の内周側に複数の流体圧室を形成し、この内部に従動側回転部材を嵌め込み、この従動側回転部材の外面に突設したベーンで流体圧室を仕切ることにより進角室と遅角室とを形成した構成が示されている。また、駆動側回転部材と従動側回転部材との相対回転位相を最進角と最遅角との中間となる中間ロック位相に拘束する中間ロック機構と、相対回転位相が最遅角となる最遅角位相に拘束する最遅角ロック機構との２つのロック機構を備えた構成が示されている。
この特許文献２では、中間ロック機構として、従動側回転部材の外周に形成した溝状の中間ロック溝と、駆動側回転部材に出退自在に備えた一対の中間ロック部材とを備えており、双方の中間ロック部材を中間ロック溝の両端位置に同時に係止することで相対回転位相を中間ロック位相に拘束する点が記載されている。また、最遅角ロック機構として、中間ロック機構とは別に、従動側回転部材の外周に形成された最遅角ロック溝と、駆動側回転部材に出退自在に支持される最遅角ロック部材とを備えており、最遅角ロック溝に対して最遅角ロック部材が係止することで相対回転位相を最遅角位相に拘束する点が記載されている。
特許３８３２７３０号公報 国際公開ＷＯ２０１１／０５５５８９号公報
ハイブリッド型の車両の制御形態を考えると、バッテリーが充分に充電されている場合にはエンジンを停止させ、バッテリーの放電量が設定値を超えた場合や、走行トルクが不足し、アシストを必要とする場合にエンジンを始動させており、このような制御からエンジンの始動と停止とが頻繁に行われる。
また、ハイブリッド型の車両でエンジンを始動する場合には、始動時の振動を抑制する目的から、弁開閉時期制御装置でエンジンの圧縮比を低減する（抑制する）ことも行われている。しかし、圧縮比を低減すると始動性が低下するため、エンジンの回転速度（単位時間あたりの回転数）を高い値（８００〜１２００ｒｐｍ程度）まで上昇させた後にエンジンの混合気の点火を行うのが現状である。
これに対し、一般のエンジンで始動に適した圧縮比でエンジンの始動を行う場合には、クランクシャフトの回転速度を比較的低い値（１００〜３００ｒｐｍ程度）で始動させている。この場合には、クランクシャフトを回転させるスタータモータの消費電力は、それ程大きいものではない。しかし、これとは逆に、上記の如く圧縮比を低減した状態でエンジンを始動する制御では、エンジンの回転速度を、前述したように高い値まで上昇させるためにバッテリーの電力を無駄に消費し、走行距離の短縮に繋がる点において改善の余地がある。
本発明の目的は、内燃機関を始動する際に無駄に電力を消費することのないシステムを合理的に構成する点にある。
本発明の特徴は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、弁開閉用のカムシャフトと同軸状で一体回転する従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に形成される進角室と遅角室との一方を選択して作動油を供給することにより前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を進角方向又は遅角方向に変位させる相対回転位相制御機構と、前記相対回転位相を所定の第１ロック位相で拘束するため第１付勢機構でロック位置に付勢される第１ロック部材、及び、前記相対回転位相を前記第１ロック位相より遅角方向となる第２ロック位相で拘束するため第２付勢機構でロック位置に付勢される第２ロック部材とを備えて弁開閉時期制御装置が構成され、走行に用いられる走行モータからの駆動力、又は、前記内燃機関の始動時に用いられるスタータモータからの駆動力により始動するように前記内燃機関が構成され、前記内燃機関の始動時における前記相対回転位相を異ならせて前記内燃機関を始動するため、前記第１ロック位相で前記内燃機関を始動する際に前記スタータモータ又は前記走行モータを駆動し、前記第２ロック位相で前記内燃機関を始動する際に前記走行モータを駆動する制御ユニットを備えている点にある。
この構成によると、スタータモータにより内燃機関を始動する際には、弁開閉時期制御装置の相対回転位相が、第２ロック位相での圧縮比より高い圧縮比となる第１ロック位相にある。これにより、比較的低い回転速度で点火を行う内燃機関の始動が可能となる。特に、第１ロック位相と第２ロック位相との何れの位相においても走行モータの駆動力により内燃機関を始動するものと比較すると、走行モータと比較して小容量となるスタータモータを用いるので、始動時に消費される電力の低減が可能となる。
また、第２ロック位相において走行モータで内燃機関を始動する場合には、振動の抑制が可能となる。そして、例えば、第１ロック位相から第２ロック位相に変位が可能な構成を有するものでは、第１ロック位相にあっても走行モータでクランキングを開始して第２ロック位相に変位することにより振動を抑制した始動も実現する。
従って、内燃機関を始動する際に無駄に電力を消費することのない弁開閉時期制御システムが構成された。
本発明は、前記弁開閉時期制御装置の回転速度が第１設定速度を超えた場合に、前記第１ロック部材が、遠心力によりロック解除位置まで変位するように、前記第１付勢機構の付勢力が設定され、前記第１ロック部材を前記ロック位置に保持する保持状態と、保持しない自由状態とに切換自在なロック保持機構を備え、前記制御ユニットは、前記第１ロック位相において前記走行モータの駆動で前記内燃機関を始動する場合には、前記ロック保持機構を自由状態に設定することにより、前記相対回転位相の遅角方向への変位を許し、前記相対回転位相が第２ロック位相に達して前記第２ロック部材が拘束する状態で点火を行っても良い。
これによると、ロック保持機構を保持状態に設定して走行モータを駆動してクランキングを行った場合には、第１ロック部材が遠心力によりロック解除位置に達し、カムシャフトの反力等により相対回転位相が遅角方向に変位する。これにより相対回転位相が第２ロック位相まで変位した場合には、第２付勢機構の付勢力で第２ロック部材がロック位置に達する。これにより相対回転位相を第２ロック位相に拘束し、振動を抑制した状態でクランキングを継続して点火を行い、結果として内燃機関の始動が実現する。
本発明は、前記弁開閉時期制御装置の回転速度が第１設定速度を超えた場合に、前記第１ロック部材が、遠心力によりロック解除位置まで変位するように、前記第１付勢機構の付勢力が設定され、前記第１ロック部材を前記ロック位置に保持する保持状態と、保持しない自由状態とに設定可能なロック保持機構を備え、前記制御ユニットは、前記第１ロック位相において前記スタータモータの駆動で前記内燃機関を始動する場合には、前記弁開閉時期制御装置の回転速度が前記第１設定速度より低速且つ点火に必要な回転速度に達するまで前記ロック保持機構を保持状態に設定しても良い。
これによると、ロック保持機構で相対回転位相を第１ロック位相に拘束する状態で、スタータモータの駆動で内燃機関を始動する場合には、始動に適した圧縮比で内燃機関のクランキングが行われる。この後に、点火により内燃機関が始動して回転速度が第１設定速度を超えた場合には、第１ロック機構の第１ロック部材を遠心力によりロック解除位置まで変位させ、相対回転位相を任意に設定できる。
本発明は、前記第１ロック部材を前記ロック位置から離脱させるタイミングが、前記スタータモータによる回転速度より高く、前記走行モータでの始動時に点火を行う回転速度より低い回転速度に設定されても良い。
これによると、点火により内燃機関の回転速度が増大した後に、第１ロック部材をロック位置から離脱させるため、この離脱の後には相対回転位相を任意に設定することが可能となる。また、走行モータにより点火を行う回転速度より低速にある状態で既に点火が行われているので、バッテリーの電力消費も低減できる。
本発明は、前記ロック保持機構が、第１ロック部材を前記ロック位置に保持する油圧を作用させるロック保持油路と、このロック保持油路の作動油の給排を行うロック制御弁とを備えて構成され、前記ロック制御弁を、前記ロック保持油路から排油を行わない抑制ポジションに設定することで前記保持状態を作り出し、前記ロック制御弁を、前記ロック保持油路から排油を行う排油ポジションに設定することで前記自由状態を作り出しても良い。
これによると、相対回転位相を第１ロック位相に維持する場合には、ロック制御弁を抑制ポジションに設定することで、ロック保持油路から作動油が排出されず、第１ロック部材をロック位置に保持する。これとは逆に、相対回転位相を第１ロック位相から変位させる場合には、ロック制御弁を排油ポジションに設定することにより、ロック保持油路から作動油が排出され、遠心力の作用により第１ロック部材をロック位置から離脱させることが可能となる。
弁開閉時期制御装置の断面と内燃機関制御機構の構成とを示す図である。 図１のII−II線断面図であって、中間ロック位相にある弁開閉時期制御装置の断面図である。 中間ロック機構のロックが解除された状態を示す弁開閉時期制御装置の断面図である。 中間ロック位相から最遅角ロック位相に変位する過程の弁開閉時期制御装置の断面図である。 最遅角ロック位相にある弁開閉時期制御装置の断面図である。 中間ロック位相より進角方向に変位した弁開閉時期制御装置の断面図である。 エンジン始動ルーチンを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１及び図２に示すように、内燃機関としてのエンジンＥの吸気バルブ１Ｖの開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置１０と、エンジンＥと、走行モータＭ１と、スタータモータＭ２とを備えると共に、これらを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えて内燃機関制御システムが構成されている。
内燃機関制御システムは、走行モータＭ１の駆動力で走行を行い、走行トルクが不足した場合にエンジンＥの駆動力でアシストを行うハイブリッドシステムを有する車両に備えられている。本発明の内燃機関制御システムは、信号待ち等で停車した際にエンジンＥを自動停止させ、走行直前にエンジンＥを始動するアイドリングストップ制御が行われる車両に適用しても良い。
車両は、エンジンＥのクランクシャフト１からの駆動力を走行系に伝える伝動系に前述した走行モータＭ１を介装しており、この走行モータＭ１は発電が可能なジェネレータとして機能する。また、エンジンＥには、始動専用のスタータモータＭ２を備えている。
エンジン制御ユニット４０は、弁開閉時期制御装置１０による弁開閉時期を制御すると共に、エンジンＥの始動と停止とを制御し、走行モータＭ１とスタータモータＭ２とを制御する。
エンジンＥには、インテークポートあるいは燃焼室に対する燃料の噴射を制御する燃料制御装置５と、点火プラグ（図示せず）による混合気の点火を制御する点火制御装置６とを備えている。エンジンＥには、クランクシャフト１の回転角と回転速度（単位時間あたりの回転数）とを検出するシャフトセンサ１Ｓと、冷却水の水温を検出する水温センサ４６とを備えている。具体的な構成は示していないが、弁開閉時期制御装置１０には外部ロータ１１（駆動側回転部材の一例）と内部ロータ１２（従動側回転部材の一例）との相対回転位相を検出する位相検出センサ４８を備えている。
車両には、走行モータＭ１とスタータモータＭ２とに電力を供給するバッテリー（図示せず）を備えており、このバッテリーの電圧からバッテリーの放電量を取得するバッテリーセンサ４７を備えている。また、ハイブリッドシステムの起動と停止を行う起動スイッチ４５を備えており、シャフトセンサ１Ｓの検出結果と、起動スイッチ４５からの信号と、水温センサ４６の検出結果と、バッテリーセンサ４７の検出結果と、位相検出センサ４８の検出結果とはエンジン制御ユニット４０に入力される。
エンジン制御ユニット４０は、機関制御部４１と、位相制御部４２と、始動モード設定部４３とを備えている。機関制御部４１はエンジンＥの始動と停止とを制御する。位相制御部４２は、エンジンＥが稼動する状況で外部ロータ１１と内部ロータ１２との相対回転位相を制御することで効率的にエンジンＥを稼動させると共に、後述する２種のロック機構を制御する。始動モード設定部４３は、機関制御部４１でエンジンＥを始動する際に後述する２種のロック機構の制御を行う。このエンジン制御ユニット４０に関連する制御構成と、制御形態については後述する。
〔弁開閉時期制御装置〕
図１及び図２に示すように、弁開閉時期制御装置１０は、エンジンＥのクランクシャフト１と同期回転する外部ロータ１１と、エンジンＥの燃焼室の吸気バルブ１Ｖを開閉するカムシャフト３に連結ボルト１３により連結する内部ロータ１２とを備えている。外部ロータ１１の軸芯と、内部ロータ１２の軸芯とが同軸芯となるように、外部ロータ１１の内部に内部ロータ１２を嵌め込んでおり、外部ロータ１１と内部ロータ１２とは回転軸芯Ｘを中心にして相対回転自在となる。この構成では、回転軸芯Ｘは、カムシャフト３の回転軸芯であると同時に、外部ロータ１１と内部ロータ１２との回転軸芯となる。
外部ロータ１１と内部ロータ１２とはフロントプレート１４とリヤプレート１５とに挟み込まれる位置で、複数の締結ボルト１６により締結されている。リヤプレート１５の外周にはタイミングスプロケット１５Ｓが形成されている。内部ロータ１２の中心部位がリヤプレート１５の中央部に形成された開口を貫通する状態で配置され、内部ロータ１２のリヤプレート１５側の端部に吸気側のカムシャフト３が連結する。
外部ロータ１１には、回転軸芯Ｘを基準にして径方向の内側に突出する複数の突出部１１Ｔが一体的に形成されている。内部ロータ１２は複数の突出部１１Ｔの突出端に密接する外周面を有する円柱状に形成されている。これにより、回転方向で隣接する突出部１１Ｔの中間位置で、内部ロータ１２の外周側に複数の流体圧室Ｃが形成される。内部ロータ１２の外周には、流体圧室Ｃに向けて突出するように嵌め込まれた仕切部としての複数のベーン１７を備えている。流体圧室Ｃは、ベーン１７で仕切られることにより進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとが形成される。このベーン１７は回転軸芯Ｘから離間する方向にバネ等で付勢されることにより、突出端が流体圧室Ｃの内周面に接触する。
図１に示すように、内部ロータ１２とフロントプレート１４とに亘って、外部ロータ１１と内部ロータ１２との相対回転位相（以下、相対回転位相と称する）が、最遅角位相から中間ロック位相Ｐ１（第１ロック位相の一例）に達するまで付勢力を作用させるトーションスプリング１８が備えられている。尚、トーションスプリング１８の付勢力が作用する範囲は、中間ロック位相Ｐ１を超えるものでも良く、中間ロック位相Ｐ１に達しないものであっても良い。
エンジンＥのクランクシャフト１に設けた出力スプロケット７と、外部ロータ１１のタイミングスプロケット１５Ｓとに亘ってタイミングチェーン８が巻回され、これにより外部ロータ１１はクランクシャフト１と同期回転する。図面には示していないが、排気側のカムシャフト３の前端にも弁開閉時期制御装置１０と同様の構成の装置が備えられており、この装置に対してもタイミングチェーン８から回転力が伝達される。
尚、クランクシャフト１が１回転する場合に、カムシャフト３が１／２回転するようにタイミングチェーン８による伝動比が設定されている。これにより、カムシャフト３の回転速度は、クランクシャフト１の回転速度の１／２となる。
図２に示すように、弁開閉時期制御装置１０は、クランクシャフト１からの駆動力により外部ロータ１１が駆動回転方向Ｓに向けて回転する。また、内部ロータ１２が外部ロータ１１に対して駆動回転方向Ｓと同方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称する。この弁開閉時期制御装置１０では、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を高め、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する際に変位量の増大に伴い吸気圧縮比を低減するようにクランクシャフト１とカムシャフト３との関係が設定されている。
ベーン１７で仕切られた流体圧室Ｃのうち、作動油が供給されることで相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる空間が進角室Ｃａであり、これとは逆に、作動油が供給されることで相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる空間が遅角室Ｃｂである。ベーン１７が進角方向Ｓａの作動端（ベーン１７の進角方向Ｓａの作動端の近傍の位相を含む）に達した状態での相対回転位相を最進角位相と称し、ベーン１７が遅角方向Ｓｂの作動端（ベーン１７の遅角方向Ｓｂの作動端の近傍の位相を含む）に達した状態での相対回転位相を最遅角位相と称する。
〔弁開閉時期制御装置：ロック機構〕
この弁開閉時期制御装置１０は、第１ロック機構としての中間ロック機構Ｌ１と、第２ロック機構としての最遅角ロック機構Ｌ２との２つのロック機構を備えている。中間ロック機構Ｌ１は、外部ロータ１１と内部ロータ１２との相対回転位相を図２に示す中間ロック位相Ｐ１（第１ロック位相の一例）にロック（拘束）する。最遅角ロック機構Ｌ２は、相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１より遅角方向Ｓｂで図５に示す最遅角ロック位相Ｐ２（第２ロック位相の一例）にロック（拘束）する。
中間ロック位相Ｐ１は、エンジンＥの始動後のアイドリング時にＨＣ排出量を抑制できる相対回転位相であり、エンジンＥの温度が外気温まで低下した状態でエンジンＥの始動を容易に行わせる相対回転位相でもある。尚、最遅角ロック機構Ｌ２は、相対回転位相が中間ロック位相Ｐ１より遅角側の位相において相対回転位相をロックする機能を有するものであれば良く、この最遅角ロック機構Ｌ２は、最遅角に限らず最遅角近傍の相対回転位相でロックするものでも良い。
図２〜図６に示すように、中間ロック機構Ｌ１は、外部ロータ１１の突出部１１Ｔに対して出退自在に備えた中間ロック部材３１（第１ロック部材の一例）と、これを突出方向に付勢する中間ロックバネ３２（第１付勢機構の一例）と、中間ロック部材３１が嵌合するように内部ロータ１２の外周に形成された中間嵌合凹部３３とで構成されている。最遅角ロック機構Ｌ２は、外部ロータ１１の突出部１１Ｔに対して出退自在に備えた最遅角ロック部材３４（第２ロック部材の一例）と、これを突出方向に付勢する最遅角ロックバネ３５（第２付勢機構の一例）と、最遅角ロック部材３４が嵌合するように内部ロータ１２の外周に形成された最遅角嵌合凹部３６とで構成されている。
この構成により、中間ロック位相Ｐ１では、中間ロック部材３１が中間ロックバネ３２の付勢力により中間嵌合凹部３３に嵌合してロック位置に達する。これと同様に、最遅角ロック位相Ｐ２では、最遅角ロック部材３４が、最遅角ロックバネ３５の付勢力により最遅角嵌合凹部３６に嵌合してロック位置に達する。
特に、中間ロック位相Ｐ１にある状態で、クランクシャフト１の回転速度が２００ｒｐｍ程度（カムシャフト３では、１００ｒｐｍ程度）を越えた場合に、遠心力の作用により中間ロック部材３１が中間ロックバネ３２の付勢力に抗して変位する。この変位により、ロック位置から離脱して図３に示す如く、ロック解除位置に達するように、中間ロックバネ３２の付勢力が設定されている。尚、１００ｒｐｍとなるカムシャフト３の回転速度が第１設定速度であり、この第１設定速度は、中間ロック部材３１がロック位置から離脱してロック解除位置に移行する閾値となる。
これとは逆に、最遅角ロック位相Ｐ２にある状態で、クランクシャフト１の回転速度が２０００ｒｐｍ程度（カムシャフト３では１０００ｒｐｍ）を越えても、最遅角ロック部材３４が最遅角嵌合凹部３６に嵌合するロック位置を保持するように、最遅角ロックバネ３５の付勢力が設定されている。
中間嵌合凹部３３には、中間ロック位相Ｐ１を基準にして相対回転位相が遅角方向Ｓｂに連なるように、中間嵌合凹部３３より浅い溝状となるラチェット用の段差部３３Ａが形成されている。これにより、相対回転位相が、最遅角ロック位相Ｐ２から中間ロック位相Ｐ１の方向に変位する場合には、中間ロック部材３１の端部が段差部３３Ａに係入することで相対回転位相の変化を抑制し、この後に、中間ロック部材３１が中間嵌合凹部３３に嵌り込む状態への移行を行わせることが可能となる。
この段差部３３Ａと同様に、中間嵌合凹部３３から進角方向Ｓａに連なるように位置を設定して段差部３３Ａを形成しても良く、進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとの夫々の方向に連なるように２箇所の位置に段差部３３Ａを形成しても良い。
中間ロック部材３１と最遅角ロック部材３４とはプレート状の部材で構成され、これに対応して中間嵌合凹部３３と最遅角嵌合凹部３６とは、内部ロータ１２の外周において回転軸芯Ｘの方向に沿う溝状に形成されている。尚、中間ロック部材３１と最遅角ロック部材３４とをピン状やブロック状に構成しても良く、これに対応して中間嵌合凹部３３と最遅角嵌合凹部３６とを孔状等に形成しても良い。
この弁開閉時期制御装置１０では、中間ロック部材３１と最遅角ロック部材３４とは、複数の突出部１１Ｔのうち回転軸芯Ｘを挟んで対向する位置のものに備えられている。これにより弁開閉時期制御装置１０の回転バランスを良好なものにしている。
〔弁開閉時期制御装置：流体制御機構〕
図２〜図６に示すように、内部ロータ１２には進角室Ｃａに連通する進角制御油路２１と、遅角室Ｃｂに連通する遅角制御油路２２とが形成されている。また、内部ロータ１２には、中間ロック機構Ｌ１の中間ロック部材３１をロック位置に保持する油圧を作用させるロック保持油路２３が、内部ロータ１２から外部ロータ１１に亘って形成され、中間ロック機構Ｌ１の中間嵌合凹部３３の底部にはドレン油路２８が接続する。尚、ドレン油路２８は、中間ロック部材３１の作動時に、中間嵌合凹部３３への作動油の給排を許容して円滑な作動を実現する。
最遅角ロック機構Ｌ２の最遅角嵌合凹部３６に作動油を供給してロック（拘束）を解除するように最遅角嵌合凹部３６の底部に進角制御油路２１が接続しており、この進角制御油路２１がロック解除油路として機能する。更に、内部ロータ１２の外周には、隣接する進角室Ｃａからの作動油を最遅角嵌合凹部３６に供給する供給油路２４が形成されている。
図１に示すように、エンジンＥには、エンジンＥの駆動力でオイルパン１Ａの潤滑油を吸引して作動油として送り出す油圧ポンプ２０を備えている。内燃機関制御システムは、油圧ポンプ２０からの作動油を弁開閉時期制御装置１０の進角室Ｃａと遅角室Ｃｂとの一方を選択して供給する電磁操作型の位相制御弁２６と、油圧ポンプ２０からの作動油をロック保持油路２３に供給する電磁操作型のロック制御弁２７とを備えている。このロック保持油路２３とロック制御弁２７とで本発明のロック保持機構が構成されている。特に、油圧ポンプ２０と、位相制御弁２６と、作動油が給排される油路とを併せて相対回転位相制御機構が構成されている。
位相制御弁２６は、エンジン制御ユニット４０からの制御信号により進角ポジションと中間ポジションと中立ポジションとに操作自在に構成されている。具体的な作動形態として、位相制御弁２６を進角ポジションに操作すると、油圧ポンプ２０からの作動油を進角制御油路２１から進角室Ｃａに供給すると共に、遅角室Ｃｂの作動油を遅角制御油路２２から排出するため、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する。また、位相制御弁２６を遅角ポジションに操作すると、油圧ポンプ２０からの作動油を遅角制御油路２２から遅角室Ｃｂに供給すると共に、進角室Ｃａの作動油を進角制御油路２１から排出するため、相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位する。中立ポジションでは、進角室Ｃａと遅角室Ｃｂのいずれにも作動油は給排されず、相対回転位相が維持される。
ロック制御弁２７は、ロック保持油路２３に作動油を供給するロックポジションと、ロック保持油路２３から排油を行う排油ポジションと、ロック保持油路２３の排油を抑制する抑制ポジションとに操作自在に構成されている。具体的な作動形態として、ロック制御弁２７をロックポジションに操作すると、油圧ポンプ２０からの作動油をロック保持油路２３に供給し、作動油の油圧により中間ロック機構Ｌ１の中間ロック部材３１をロック位置に保持する保持状態にする。排油ポジションでは、ロック保持油路２３から排油を行うことで中間ロック部材３１をロック位置から自由に離脱できる自由状態にする。抑制ポジションではロック保持油路２３から作動油の排出を阻止してロック状態を維持する。
〔エンジン始動の概要〕
ハイブリッドシステムを備えた車両では、エンジンＥの停止と始動とが頻繁に行われる。また、ハイブリッドシステムが起動している状況でバッテリーの充電が充分である場合には、弁開閉時期制御装置１０を最遅角ロック位相Ｐ２に設定してエンジンＥを停止する。これにより、エンジンＥの始動時には、相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２にロック（拘束）して走行モータＭ１でクランキングを行うことにより振動が抑制される。
弁開閉時期制御装置１０を最遅角ロック位相Ｐ２でロックしてエンジンＥを始動する場合には、燃焼室の圧縮率が低下し、始動性が悪化するが、エンジンＥの水温が設定値以上である場合には始動が可能である。しかしながら、最遅角ロック位相Ｐ２でエンジンＥを始動する場合には、クランクシャフト１を高速回転させる必要からバッテリーの電力を大きく消費する傾向にある。
ハイブリッドシステムを起動させた直後のように、エンジンＥの水温が低い場合には、エンジンＥを良好に始動する目的から相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１にロック（拘束）し、スタータモータＭ２の駆動力により始動を行う。このように中間ロック位相Ｐ１でエンジンＥを始動するため、ハイブリッドシステムを停止させる場合には、相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１に設定する。また、中間ロック位相Ｐ１でエンジンＥを始動する場合には高速回転を必要としないため、スタータモータＭ２の使用が可能となる。スタータモータＭ２は走行モータＭ１と比較して容量が小さく、中間ロック位相Ｐ１でエンジンＥを始動する場合にはバッテリーの電力消費を抑制できる。
また、ハイブリッドシステムを停止してから長時間が経過しない時点でハイブリッドシステムを起動し、エンジンＥの水温が設定値以上にある状況でエンジンＥを始動させる条件が成立した場合には、振動を抑制した状態でエンジンＥを始動させることが望ましい。このような理由から、エンジンＥの始動時には、中間ロック位相Ｐ１のロックを解除し、最遅角ロック位相Ｐ２に移行した後に点火を行い、エンジンＥを始動させるように、中間ロック機構Ｌ１が構成されている。尚、エンジンＥを始動させる始動条件とはバッテリーが設定値以上放電したことを検出した場合や、走行トルクが不足しアシストを必要とする状況に達した場合を指す。
〔制御構成・制御形態〕
図１に示すように、エンジン制御ユニット４０には、シャフトセンサ１Ｓと、起動スイッチ４５と、水温センサ４６と、バッテリーセンサ４７と、位相検出センサ４８とからの信号が入力する。また、エンジン制御ユニット４０は、走行モータＭ１と、スタータモータＭ２と、燃料制御装置５と、点火制御装置６の夫々を制御する信号を出力すると共に、位相制御弁２６とロック制御弁２７とに対して制御信号を出力する。
起動スイッチ４５は、ＯＮ操作によりハイブリッドシステムを起動させ、ＯＦＦ操作によりハイブリッドシステムを停止させる。前述したように走行モータＭ１はジェネレータとしても機能するものであり、ハイブリッドシステムは、バッテリーの放電量が設定値を超えた場合には、エンジンＥを始動させてバッテリーの充電を行う。また、走行モータＭ１のトルクが不足する場合にもエンジンＥを始動させ駆動力を走行系に伝えるアシストを行うように基本的な制御形態が設定されている。
特に、ハイブリッドシステムが起動している状況（起動スイッチ４５がＯＮ状態）でエンジン制御ユニット４０がエンジンＥを停止させる場合には、相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２に設定する制御が行われる。また、起動スイッチ４５がＯＦＦ操作された場合には、相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１に設定する。
具体的な制御形態として、起動スイッチ４５がＯＦＦ操作された時点でエンジンＥが稼動している場合には、エンジン制御ユニット４０の位相制御部４２が油圧ポンプ２０の作動油を利用する。そして、ロック制御弁２７の制御により中間ロック部材３１に対してロック保持油路２３からの油圧を作用させる状態で、位相制御弁２６を制御して相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１の方向に変位させ、中間ロック位相Ｐ１に達して時点で中間ロック部材３１を中間嵌合凹部３３に嵌合させ、この後に、エンジンＥを停止する。
尚、起動スイッチ４５がＯＦＦ操作された時点でエンジンＥが停止している場合には、エンジンＥを一時だけ始動させることや、走行モータＭ１からの駆動力を利用することで油圧ポンプ２０を一時的に機能させ、前述と同様の制御を行うことで相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１まで変位させ、中間ロック部材３１を中間嵌合凹部３３に嵌合させる。
〔エンジンの始動時の制御〕
始動モード設定部４３は、エンジンＥの水温が設定値未満である場合には、相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１に保持してスタータモータＭ２でエンジンＥを始動する。これとは逆に、エンジンＥの水温が設定値以上である場合には、相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２に保持して走行モータＭ１でエンジンＥを始動する。このように始動モード設定部４３の基本的な制御形態が設定され、この始動モード設定部４３による制御形態の概要を図７のフローチャートに示している。
エンジンＥの始動条件が成立した場合には、水温センサ４６で水温を取得し、取得した水温が設定値未満である場合には、ロック制御弁２７を抑制ポジションに設定してスタータモータＭ２を駆動する（＃０１〜＃０４ステップ）。
つまり、水温が設定値未満である状況は、ハイブリッドシステムが起動した後の最初のエンジンＥの始動であり、弁開閉時期制御装置１０は図２に示す如く、中間ロック位相Ｐ１にある。また、エンジンＥの始動時に油圧ポンプ２０で作動油を供給できないため、作動油の油圧を利用してロック状態を保持することが不能である。従って、ロック制御弁２７を抑制ポジションに設定することでロック保持油路２３のオイルは排出されず、これにより、弁開閉時期制御装置１０が回転軸芯Ｘを中心に回転して中間ロック部材３１に遠心力が作用する状況でも中間ロック部材３１はロック位置に保持され、相対回転位相は中間ロック位相Ｐ１に保持される。
スタータモータＭ２の駆動の継続によりクランクシャフト１の回転速度が増大し、シャフトセンサ１Ｓで検出される回転速度が１００ｒｐｍに達した時点で、燃料制御装置５が燃焼室に燃料供給を開始し、点火制御装置６が点火プラグに電力を供給して点火を行う（＃０５ステップ）。これによりエンジンＥが始動し、クランクシャフト１の回転速度は更に増大する。
この実施形態では、１００ｒｐｍが、中間ロック位相Ｐ１でのエンジンＥの始動時において点火に必要な回転速度の具体的な数値である。この１００ｒｐｍとなる回転速度は、遠心力により中間ロック部材３１がロック位置から離脱してロック解除位置に移行する閾値となる回転速度（弁開閉時期制御装置１０の回転速度では２００ｒｐｍ）より低速度に設定されている。
次に、シャフトセンサ１Ｓで検出されるクランクシャフト１の回転速度が１００ｒｐｍを越えて所定値まで増速したことを確認した後に、ロック制御弁２７を排油ポジションに設定することでロック保持油路２３の作動油を排出し、中間ロック部材３１の遠心力によるロック解除位置への離脱を許容して、ロック解除が行われる（＃０６ステップ）。
また、中間ロック部材３１をロック位置からロック解除位置に離脱させるタイミングとしては、エンジンＥの回転速度がスタータモータＭ２の最高回転速度より高い回転速度であり、走行モータＭ１の最高回転速度より低い回転速度に設定されている。
これとは逆に、エンジンＥの始動条件が成立した場合に、水温センサ４６で取得される水温が設定値以上である場合には、ロック制御弁２７を排油ポジションに設定して走行モータＭ１を駆動する（＃０２、＃０７、＃０８ステップ）。
つまり、ハイブリッドシステムが起動する状況でエンジンＥが始動した後に、エンジンＥが停止する場合には、水温が設定値以上にあり、弁開閉時期制御装置１０は、図５に示す如く、最遅角ロック位相Ｐ２にある。従って、最遅角ロック機構Ｌ２により相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２に保持した状態で、走行モータＭ１の駆動力によりエンジンＥを始動する制御が行われる。
しかしながら、ハイブリッドシステムの停止から長時間が経過しない時点で、ハイブリッドシステムを再び起動した場合には、エンジンＥの始動条件が成立したタイミングで、水温が設定値以上にあり、弁開閉時期制御装置１０は図２に示す如く、中間ロック位相Ｐ１にある。
このような状況でも、ロック制御弁２７を排油ポジションに設定して走行モータＭ１を駆動することにより、図３に示す如く、遠心力で中間ロックバネ３２の付勢力に抗して中間ロック部材３１をロック位置から離間させ、ロック解除位置に移行させる作動を実現している。
このロック解除後には、カムシャフト３からの反力により、相対回転位相を遅角方向に変位する現象を利用して、図４に示す如く相対回転位相を遅角方向に変位させる。この相対回転位相が最遅角ロック位相Ｐ２に達したタイミングで、最遅角ロックバネ３５の付勢力により最遅角ロック部材３４が最遅角嵌合凹部３６に嵌り込み、図５に示す如く最遅角ロック機構Ｌ２をロック状態に移行する。
そして、相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２に保持した状態で、クランクシャフト１の回転速度が増大し、シャフトセンサ１Ｓで検出されるクランクシャフト１の回転速度が１０００ｒｐｍに達した時点で、燃料制御装置５が燃焼室に燃料を供給し、点火制御装置６が点火プラグに電力を供給して点火を行う（＃０９ステップ）。
次に、進角作動が必要な運転条件時に、位相制御弁２６の制御により進角室Ｃａに作動油を供給する作動を行う。これにより、最遅角嵌合凹部３６の底部に接続する進角制御油路２１からの作動油の油圧により最遅角ロック部材３４をロック解除位置まで変位させて最遅角ロック機構Ｌ２のロック解除が行われ、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位する（＃１０ステップ）。
つまり、水温が設定値以上である状況でエンジンＥを始動させる際に、相対回転位相が最遅角ロック位相Ｐ２にある場合には、このロック状態を保持した状態でエンジンＥの始動を行う。これとは逆に、水温が設定値以上である状況で相対回転位相が中間ロック位相Ｐ１にある場合には、中間ロック機構Ｌ１のロックを解除して相対回転位相を最遅角ロック位相Ｐ２まで変位させてエンジンＥの始動を行うのである。
このようにエンジンＥが始動した後には、位相制御弁２６の制御により進角室Ｃａ又は遅角室Ｃｂに作動油を供給することにより、図６に示す如く、相対回転位相を任意に設定して効率的にエンジンＥを稼動させることが可能となる。
〔実施形態の作用・効果〕
このような構成から、エンジンＥの水温が設定値未満である場合には、中間ロック機構Ｌ１により相対回転位相を中間ロック位相Ｐ１に保持した状態で、スタータモータＭ２の駆動力で始動を行うことで、電力を無駄に消費しないエンジンＥの始動を実現する。
また、エンジンＥの水温が設定値以上である場合に、相対回転位相が最遅角ロック位相Ｐ２に保持されている場合には、走行モータＭ１の駆動力を用いることで振動を抑制した状態でのエンジンＥの始動を実現する。
特に、エンジンＥの水温が設定値以上である場合でも、相対回転位相が中間ロック位相Ｐ１にある場合には、ロック制御弁２７を排油ポジションに設定して走行モータＭ１を駆動することでロック保持油路２３から作動油が排出され、遠心力により中間ロック部材３１が中間ロックバネ３２の付勢力に抗してロック位置から離間する。次に、カムシャフト３からの反力により、相対回転位相が遅角方向に変位する現象を利用して、相対回転位相が遅角方向に変位させる。この相対回転位相が最遅角ロック位相Ｐ２に達したタイミングで、最遅角ロックバネ３５の付勢力により最遅角ロック部材３４が最遅角嵌合凹部３６に嵌り込み、最遅角ロック機構Ｌ２によるロック状態に移行する。これにより最遅角ロック位相Ｐ２でエンジンＥを始動できる。
つまり、エンジンＥの水温が設定値以上である場合には、ロック制御弁２７を抑制ポジションに設定して、スタータモータＭ２を駆動することで、中間ロック位相Ｐ１でのエンジンＥの始動が実現する。また、エンジンＥの水温が設定値未満である場合には、ロック制御弁２７を排油ポジションに設定して走行モータＭ１を駆動することにより、弁開閉時期制御装置１０が何れのロック状態にあっても、最遅角ロック位相Ｐ２においてエンジンＥの始動を行えるのである。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
（ａ）エンジンＥが停止する状態においても作動油を供給するためのアキュムレータを備えることや、電動モータで駆動される油圧ポンプを備え、これらからの作動油を中間ロック部材３１がロック位置から離脱する変位を抑制する方向に作用させるように、ロック保持機構を構成する。
（ｂ）中間ロック部材３１がロック位置から離脱する変位を抑制する保持位置と、ロック位置から離脱する方向への変位を許容する自由移動位置とに切換自在な電磁式の作動部材を供えてロック保持機構を構成する。
（ｃ）エンジンＥ（内燃機関）の温度を検出するために作動油の油温を検出する油温センサを備え、始動モード設定部４３は、油温センサの検出結果に基づいてエンジンＥの始動のモードを設定するように制御形態を設定する。また、本発明では、水温センサ４６と油温センサとの検出結果に基づいてエンジンＥの始動モードを設定するように制御形態を設定しても良い。
（ｃ）実施形態でも説明したように、アイドリングストップを行う車両に本発明の構成を適用しても良い。
（ｄ）第１ロック位相は、図面に示される中間ロック位相Ｐ１に限るものではなく、任意の位相に設定して良い。また、第２ロック位相は図面に示される最遅角ロック位相Ｐ２に限るものではなく、第１ロック位相より遅角側の任意の位相に設定して良い。
本発明は、中間ロック位相と最遅角ロック位相とでロック可能な弁開閉時期制御装置を有するシステムに利用することができる。
１ クランクシャフト
３ カムシャフト
１０ 弁開閉時期制御装置
１１ 駆動側回転部材（外部ロータ）
１２ 従動側回転部材（内部ロータ）
２３ ロック保持油路
２７ ロック制御弁
３１ 第１ロック部材（中間ロック部材）
３２ 第１付勢機構（中間ロックバネ）
３４ 第２ロック部材（最遅角ロック部材）
３５ 第２付勢機構（最遅角ロックバネ）
４０ 制御ユニット（エンジン制御ユニット）
Ｅ 内燃機関
Ｃａ 進角室
Ｃｂ 遅角室
Ｍ１ 走行モータ
Ｍ２ スタータモータ
Ｐ１ 第１ロック位相（中間ロック位相）
Ｐ２ 第２ロック位相（最遅角ロック位相）

Claims (5)

  1. 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転部材と、弁開閉用のカムシャフトと同軸状で一体回転する従動側回転部材と、
    前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との間に形成される進角室と遅角室との一方を選択して作動油を供給することにより前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材との相対回転位相を進角方向又は遅角方向に変位させる相対回転位相制御機構と、
    前記相対回転位相を所定の第１ロック位相で拘束するため第１付勢機構でロック位置に付勢される第１ロック部材、及び、前記相対回転位相を前記第１ロック位相より遅角方向となる第２ロック位相で拘束するため第２付勢機構でロック位置に付勢される第２ロック部材とを備えて弁開閉時期制御装置が構成され、
    走行に用いられる走行モータからの駆動力、又は、前記内燃機関の始動時に用いられるスタータモータからの駆動力により始動するように前記内燃機関が構成され、
    前記内燃機関の始動時における前記相対回転位相を異ならせて前記内燃機関を始動するため、前記第１ロック位相で前記内燃機関を始動する際に前記スタータモータ又は前記走行モータを駆動し、前記第２ロック位相で前記内燃機関を始動する際に前記走行モータを駆動する制御ユニットを備えている弁開閉時期制御システム。
  2. 前記弁開閉時期制御装置の回転速度が第１設定速度を超えた場合に、前記第１ロック部材が、遠心力によりロック解除位置まで変位するように、前記第１付勢機構の付勢力が設定され、
    前記第１ロック部材を前記ロック位置に保持する保持状態と、保持しない自由状態とに切換自在なロック保持機構を備え、
    前記制御ユニットは、前記第１ロック位相において前記走行モータの駆動で前記内燃機関を始動する場合には、前記ロック保持機構を自由状態に設定することにより、前記相対回転位相の遅角方向への変位を許し、前記相対回転位相が第２ロック位相に達して前記第２ロック部材が拘束する状態で点火を行う請求項１記載の弁開閉時期制御システム。
  3. 前記弁開閉時期制御装置の回転速度が第１設定速度を超えた場合に、前記第１ロック部材が、遠心力によりロック解除位置まで変位するように、前記第１付勢機構の付勢力が設定され、
    前記第１ロック部材を前記ロック位置に保持する保持状態と、保持しない自由状態とに設定可能なロック保持機構を備え、
    前記制御ユニットは、前記第１ロック位相において前記スタータモータの駆動で前記内燃機関を始動する場合には、前記弁開閉時期制御装置の回転速度が前記第１設定速度より低速且つ点火に必要な回転速度に達するまで前記ロック保持機構を保持状態に設定する請求項１記載の弁開閉時期制御システム。
  4. 前記第１ロック部材を前記ロック位置から離脱させるタイミングが、前記スタータモータによる回転速度より高く、前記走行モータでの始動時に点火を行う回転速度より低い回転速度に設定されている請求項３記載の弁開閉時期制御システム。
  5. 前記ロック保持機構が、第１ロック部材を前記ロック位置に保持する油圧を作用させるロック保持油路と、このロック保持油路の作動油の給排を行うロック制御弁とを備えて構成され、前記ロック制御弁を、前記ロック保持油路から排油を行わない抑制ポジションに設定することで前記保持状態を作り出し、前記ロック制御弁を、前記ロック保持油路から排油を行う排油ポジションに設定することで前記自由状態を作り出す請求項２又は３記載の弁開閉時期制御システム。
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