WO2013105247A1 - バルブタイミング制御装置 - Google Patents

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WO2013105247A1
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rotating body
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combustion engine
valve timing
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金井 弘
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D2041/001Controlling intake air for engines with variable valve actuation

Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a valve timing control device capable of changing an opening / closing timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine.
  • a lock mechanism that is coupled to a camshaft, can change the relative phase of the camshaft with respect to the crankshaft within a predetermined change range, and sets the relative phase to a lock position.
  • An apparatus including an actuator having the same has been proposed.
  • the unlock mode for unlocking the lock pin is executed Is disclosed (see Patent Document 1).
  • valve timing adjusting device including a first rotating body, a second rotating body, and a lock pin that restrains relative rotation of the first rotating body and the second rotating body
  • a valve timing adjusting device configured to prevent oil from flowing into the retarded chamber until the restraints of the first rotating body and the second rotating body are completely released (see Patent Document 2).
  • a valve timing adjustment device including a vane rotor that rotates together with a camshaft, a housing that rotates relative to the vane rotor, and a lock mechanism that restricts relative rotation of the vane rotor and the housing, torque fluctuation of the camshaft is increased. Therefore, a technique has been proposed in which the rocking of the housing and the vane rotor is vigorously performed so that the lock pin is easily removed (see Patent Document 3).
  • the first rotating body that rotates in synchronization with the crankshaft, the second rotating body that is fixed to the camshaft, and the second rotating body is locked at the first relative angle with respect to the first rotating body.
  • a cam phase actuator having a lock mechanism there is a technology for performing lock pin release control only at the time of advance angle control when it is determined to be in a locked state, and reducing the occurrence of an advance angle operation delay due to the lock pin release control. It has been proposed (see Patent Document 4).
  • the lock pin has a technical problem that shearing force due to torque due to opening / closing drive of at least one of the intake valve and the exhaust valve acts, and it may be difficult to release the lock pin. In the above background art, it is extremely difficult to solve the technical problem.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, for example, and an object of the present invention is to provide a valve timing control device capable of properly releasing a lock pin.
  • valve timing control device of the present invention rotates in synchronization with rotation of a camshaft that opens and closes at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine and has a plurality of vanes.
  • a second rotating body that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft of the internal combustion engine, and that has a plurality of recesses corresponding to the plurality of vanes and defining a movable range of each of the plurality of vanes;
  • a locking mechanism for engaging the first rotating body and the second rotating body with each other so that each of the plurality of vanes is in contact with one end of the corresponding recess at least when the internal combustion engine is stopped; and
  • Each of the recesses is partitioned by a corresponding vane to control a hydraulic pressure related to a liquid chamber formed on at least one side of the corresponding vane, thereby
  • a rotation timing change means capable of changing a relative rotation phase of the camshaft with respect to the engine, and a valve lift amount associated with the intake valve or the exhaust valve when the internal combustion engine is started.
  • An advance angle control start means for starting control of the relative rotation phase to an advance angle side when increasing, and a valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve when the internal combustion engine starts
  • the apparatus further includes at least one of retard angle control start means for starting control of the relative rotation phase toward the retard angle side.
  • the valve timing device includes the first rotating body, the second rotating body, the lock mechanism, and the rotation phase changing means.
  • the first rotating body is, for example, a vane rotor or the like, and has a plurality of vanes.
  • the first rotating body rotates in synchronization with the rotation of the camshaft.
  • the second rotating body is, for example, a housing or the like, and has a plurality of recesses that respectively correspond to the plurality of vanes of the first rotating body and define the movable range of each of the plurality of vanes.
  • the second rotating body rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft.
  • the locking mechanism connects the first rotating body and the second rotating body to each other so that each of the plurality of vanes of the first rotating body is in contact with one end of the corresponding recess of the second rotating body at least when the internal combustion engine is stopped. Engage.
  • the rotation phase changing means is configured to define a hydraulic pressure related to a liquid chamber formed on at least one side of the corresponding vane by dividing each of the plurality of concave portions of the second rotating body with the vanes of the corresponding first rotating body. By controlling (for example, hydraulic pressure), the relative rotation phase of the camshaft with respect to the crankshaft can be changed.
  • the valve timing control apparatus further includes at least one of an advance angle control start unit including a memory, a processor, and the like, and a retard angle control start unit including, for example, a memory, a processor, and the like. .
  • the advance angle control starting means including a memory, a processor, etc. is used when the internal combustion engine is started and when the valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve is increased (that is, when the intake valve or the exhaust valve is lowered). ), Control of the relative rotational phase is started toward the advance side.
  • “At the time of starting the internal combustion engine” refers to the time from the start of cranking or the time before the cranking start time to a predetermined time (for example, the time when the start request signal is transmitted) until the internal combustion engine is completely detonated. Means period.
  • Start control of relative rotation phase toward the advance side means, for example, releasing the engagement of the first rotating body and the second rotating body by the lock mechanism and ensuring the necessary hydraulic pressure, etc. This means that a series of control processes including processes necessary until the phase starts to change toward the advance side is started.
  • the retard control start means including a memory, a processor, etc. is used when the internal combustion engine is started and when the valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve is reduced (that is, when the intake valve or the exhaust valve is raised). ), Control of the relative rotational phase is started toward the retarded angle side.
  • “Start control of the relative rotational phase toward the retarded angle” means, for example, releasing the engagement of the first rotating body and the second rotating body by the lock mechanism and ensuring the necessary hydraulic pressure, etc. This means that a series of control processes including processes necessary until the phase starts to change toward the retarded side is started.
  • the crankshaft when starting the internal combustion engine, typically, the crankshaft is rotated before the engagement of the first rotating body and the second rotating body by the lock mechanism is released.
  • the camshaft is also rotated in conjunction with the rotation of the crankshaft, and the intake valve and the exhaust valve are opened and closed with the rotation of the camshaft.
  • torque fluctuation occurs in the camshaft due to the opening / closing operation of at least one of the intake valve and the exhaust valve, and shear force acts on the lock pin constituting the lock mechanism.
  • shear force acts on the lock pin constituting the lock mechanism.
  • the engagement between the first rotating body and the second rotating body cannot be released or is difficult to release due to the influence of the shearing force.
  • the magnitude of the shear force acting on the lock pin changes periodically. Specifically, for example, when the relative rotational phase is changed to the advance side (that is, in the case of so-called retard lock, in which the first rotary body and the second rotary body are engaged on the retard side), the valve lift When the amount is increased, the magnitude of the shear force acting on the lock pin becomes relatively small. On the other hand, when the relative rotational phase is changed to the retard side (that is, in the case of so-called advance lock where the first rotary body and the second rotary body are engaged on the advance side), the valve lift amount decreases. The shear force acting on the lock pin is relatively small.
  • the advance angle control start means when the internal combustion engine is started and the valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve is increased by the advance angle control start means, control of the relative rotation phase to the advance side is started.
  • the retard control start means starts control of the relative rotation phase toward the retard side.
  • the advance angle control start means is configured to start the internal combustion engine and to increase the lock mechanism when the valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve is increased.
  • the relative rotation phase is controlled to advance toward the advance side so that the engagement of the first rotating body and the second rotating body is released.
  • the lock pin can be reliably released, which is very advantageous in practice.
  • the relative rotational phase (valve timing) can be changed relatively quickly.
  • the advance angle control start means starts control of the relative rotation phase toward the advance angle side so that the engagement of the first rotating body and the second rotating body by the lock mechanism is released when the valve lift amount is increased. If comprised so, the lock pin of a lock mechanism can be cancelled
  • the retard angle control start means is configured to lock the lock when the internal combustion engine is started and a valve lift amount related to the intake valve or the exhaust valve is reduced.
  • the relative rotation phase is controlled to be retarded so that the engagement of the first rotating body and the second rotating body by the mechanism is released.
  • the lock pin can be reliably released, which is very advantageous in practice.
  • the relative rotational phase can be changed relatively quickly.
  • valve timing control device of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an engine according to the embodiment.
  • an engine 1 as an example of an “internal combustion engine” according to the present invention includes a cylinder 11, a piston 12, an intake passage 13, an intake valve 14, an exhaust passage 15, and an exhaust valve 16. .
  • members not directly related to the present invention are not shown.
  • the engine 1 includes: (i) a cam 21 that drives the intake valve 14 to open and close; a camshaft 23 that is connected to the cam 21; and an actuator that is coupled to the camshaft 23 and that can change the rotational phase of the camshaft 23. 25, and an oil control valve (OCV) 27 that supplies hydraulic pressure to the actuator 25, and a variable valve timing mechanism (Variable Valve Timing: VVT) on the intake side, and (ii) a cam 22 that drives the exhaust valve 16 to open and close A camshaft 24 to which the cam 22 is connected, an actuator 26 coupled to the camshaft 24 and capable of changing the rotational phase of the camshaft, an oil control valve 28 for supplying hydraulic pressure to the actuator 26, A variable valve timing mechanism on the exhaust side having It has been made.
  • OCV oil control valve
  • the ECU (Electronic Control Unit: electronic control unit) 30 controls the oil control valves 27 and 28 according to the state of the engine 1 and the like.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a main part of the variable valve timing mechanism on the intake side according to the embodiment.
  • the actuator 25 includes a housing 251 that rotates in synchronization with the rotation of a crankshaft (not shown) of the engine 1, a vane rotor 252 that rotates in synchronization with the rotation of the camshaft 23, and at least the stop of the engine 1.
  • the housing 251 and the vane rotor 252 are configured to include a lock mechanism 253 that engages with each other.
  • the housing 251 corresponds to the plurality of vanes 252a, 252b, 252c, and 252d of the vane rotor 252, respectively, and a plurality of recesses 251a, 251b, 251c, and 251d that define the movable ranges of the plurality of vanes 252a, 252b, 252c, and 252d, respectively.
  • Oil stored in the oil pan of the engine 1 is pumped up through an oil strainer by an oil pump, and after removing foreign matter by an oil filter, an oil control valve is passed through a check valve and a VVT oil passage. 27.
  • the oil control valve 27 includes a liquid chamber (specifically, a plurality of recesses 251a, 251b, 251c, and 251d of the housing 251 that are defined by at least one side of the corresponding vane. Controls the hydraulic pressure (here, hydraulic pressure) related to the advance chamber and retard chamber.
  • the relative position between the housing 251 and the vane rotor 252 is changed, and as a result, the relative rotational phase of the camshaft 23 with respect to the crankshaft is changed.
  • the amount of oil supplied from the oil control valve 27 to the actuator 25 is determined based on the VVT control signal output from the ECU 30.
  • the valve timing control device 100 includes an actuator 25, an oil control valve 27, and an ECU 30. That is, in this embodiment, a part of the functions of the ECU 30 for various electronic controls of the engine 1 (and the vehicle on which the engine 1 is mounted) is used as a part of the valve timing control device 100.
  • FIG. 2 shows a state in which the housing 251 and the vane rotor 252 are engaged in a state in which the plurality of vanes 252a, 252b, 252c, and 252d are adjusted to the most retarded position by the lock mechanism 253. ing.
  • the camshaft 23 is driven to rotate.
  • the cross-sectional shape of the cam 21 is, for example, an egg shape as shown in FIG. 3, the direction of the force that the valve spring of the intake valve 14 applies to the cam 21, and the rotational direction of the camshaft 23 The relationship of changes periodically.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation direction of the camshaft and the torque caused by the valve spring according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the time variation of the valve lift amount and the time variation of the shearing force acting on the retard lock pin according to the embodiment.
  • the shear force applied to the lock pin is large, the hydraulic pressure required to release the lock pin increases. On the other hand, if the shear force applied to the lock pin is small, the hydraulic pressure required to release the lock pin is small. Therefore, when the shearing force applied to the lock pin is small, the lock pin can be released relatively easily if the lock pin is released.
  • the ECU 30 controls the oil control valve 27 so as to release the lock pin when the valve lift amount increases and to start the control of the relative rotation phase of the camshaft 23 relative to the crankshaft to the advance side. Specifically, for example, the ECU 30 starts outputting a VVT advance signal (see the lowermost stage in FIG. 4) to the oil control valve 27 in any of the periods A in FIG.
  • the output of the VVT advance signal can only be started after waiting until time t3).
  • the output of the VVT advance signal can be started. That is, the output of the VVT advance signal can be started relatively early, and the relative rotation phase can be changed to the advance side.
  • the ECU 30 may determine the output timing of the VVT advance signal in consideration of, for example, the time from when the VVT advance signal is output until the hydraulic pressure is actually supplied to the lock pin, friction, and the like. .
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of temporal variation of the engine speed, VVT retarded chamber hydraulic pressure, and lock pin hydraulic pressure.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the calculation processing of the advance amount of the opening / closing timing of the intake valve 14
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control processing related to the oil control valve 27.
  • the ECU 30 first sets an initial value related to the opening / closing timing of the intake valve 14 (step S101). Next, the ECU 30 learns the most retarded position (step S102). Note that various known modes can be applied to the method for learning the most retarded angle position, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the ECU 30 calculates the target VVT advance amount based on, for example, the operating state of the engine 1 (step S103). Since various known modes can be applied to the target VVT advance amount calculation method, a detailed description thereof is omitted.
  • a difference that is, a deviation
  • a control amount related to the oil control valve 27 is calculated based on the obtained difference (step S105). That is, the oil control valve 27 is feedback (FB) controlled based on the obtained difference.
  • the ECU 30 executes the process shown in the flowchart of FIG. That is, in FIG. 7, the ECU 30 first determines whether or not a predetermined time has elapsed since the cranking of the engine 1 was started (step S201).
  • the “predetermined time” may be set as a time until the lock pin hydraulic pressure rises to such an extent that the lock pin can be released when the shearing force applied to the lock pin is relatively low.
  • step S201 When it is determined that the predetermined time has not elapsed since the cranking of the engine 1 is started (step S201: No), the ECU 30 clears the control amount related to the oil control valve 27 (step S207), and once processes Exit.
  • step S201 when it is determined that a predetermined time has elapsed since the cranking of the engine 1 was started (step S201: Yes), the ECU 30 determines whether or not the advance angle start permission flag is ON (step S202). .
  • step S202: Yes When it is determined that the advance angle start permission flag is ON (step S202: Yes), the ECU 30 performs a process of step S205 described later.
  • step S202: No When the advance angle start permission flag is OFF (step S202: No), the ECU 30 determines whether or not the valve lift amount related to the intake valve 14 is being decreased (step S203).
  • step S203 When it is determined that the valve lift amount related to the intake valve 14 is decreasing (step S203: No), the ECU 30 determines that the shear force applied to the retard lock pin is relatively high (see FIG. 4), The process of step S207 is performed.
  • step S203 when it is determined that the valve lift amount related to the intake valve 14 is increasing (step S203: No), the ECU 30 determines that the shear force applied to the retard lock pin is relatively low (see FIG. 4). Thus, the advance angle start permission flag is turned ON (step S204).
  • the ECU 30 acquires the control amount related to the oil control valve 27 calculated in step S105 described above (step S205). Subsequently, the ECU 30 controls the oil control valve 27 by outputting the acquired control amount related to the oil control valve 27 to the oil control valve 27 (step S206).
  • FIG. 8 is a diagram showing a main part of the variable valve timing mechanism on the exhaust side according to the embodiment having the same meaning as in FIG. 2.
  • the actuator 26 includes a housing 261 that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft (not shown) of the engine 1, a vane rotor 262 that rotates in synchronization with the rotation of the camshaft 23, and at least the stop of the engine 1.
  • it is configured to include a locking mechanism 263 that engages the housing 261 and the vane rotor 262 with each other.
  • the housing 261 corresponds to the plurality of vanes 262a, 262b, 262c, and 262d of the vane rotor 262, and a plurality of recesses 261a, 261b, 261c, and 261d that define the movable ranges of the plurality of vanes 262a, 262b, 262c, and 262d, respectively.
  • the oil control valve 28 includes a liquid chamber (specifically, a plurality of recesses 261a, 261b, 261c, and 261d of the housing 261 that are defined by at least one side of the corresponding vane. Controls the hydraulic pressure (here, hydraulic pressure) related to the advance chamber and retard chamber.
  • the relative position between the housing 261 and the vane rotor 262 is changed, and as a result, the relative rotational phase of the camshaft 24 with respect to the crankshaft is changed.
  • the amount of oil supplied from the oil control valve 28 to the actuator 26 is determined based on the VVT control signal output from the ECU 30.
  • the valve timing control device 100 further includes an actuator 26 and an oil control valve 28.
  • FIG. 8 shows a state in which the housing 261 and the vane rotor 262 are engaged in a state where the plurality of vanes 262a, 262b, 262c, and 262d are adjusted to the most advanced angle position by the lock mechanism 263. ing.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the time variation of the valve lift amount and the time variation of the shearing force acting on the advance lock pin according to the embodiment having the same meaning as in FIG. 4.
  • the shear force applied to the advance lock pin (that is, the lock pin of the lock mechanism 263 of the actuator 26) becomes relatively large when the valve lift amount related to the exhaust valve 16 is increased. It becomes relatively small when the valve lift amount is reduced.
  • the ECU 30 controls the oil control valve 28 so as to release the lock pin when the valve lift amount decreases and to start the control to the retard side of the relative rotation phase of the camshaft 24 with respect to the crankshaft. Specifically, for example, the ECU 30 starts outputting a VVT retardation signal (see the lowermost stage in FIG. 9) to the oil control valve 28 in any period B in FIG.
  • step S102 of the flowchart of FIG. 6 is “least advanced position learning” and “target VVT advance amount calculation” in step S103. It should be read as “target VVT retardation amount calculation”.
  • step S202 of the flowchart of FIG. 7 “Is the advance start permission flag ON?” Set to “Is the retard start start enable flag ON?” And “Is the valve lift amount decreasing?” “Increase?” And “advance start start permission flag ON” in step S204 may be read as “retard start start permission flag ON”.
  • the “vane rotor 252” and the “vane rotor 262” according to the embodiment are examples of the “first rotating body” according to the present invention.
  • the “housing 251” and “housing 261” according to the embodiment are examples of the “second rotating body” according to the present invention.
  • the “oil control valve 27” and the “oil control valve 28” according to the embodiment are examples of the “rotation phase changing unit” according to the present invention.
  • “ECU 30” according to the embodiment is an example of “advance control start means” and “retard control start means” according to the present invention.
  • FIG. 9 an example of the shear force applied to each of the retard lock pin and the advance lock pin in the 4-cylinder engine is shown.
  • FIG. 9 The period A in FIG. 9 and the period B in FIG. 9 are only shortened, and the above-described control itself is not changed.

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Abstract

 バルブタイミング制御装置(100)は、内燃機関(1)の始動時、且つ吸気弁(14)又は排気弁(16)に係るバルブリフト量が増加している時に、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を進角側へ制御開始する進角制御開始手段(30)、及び内燃機関の始動時、且つ吸気弁又は排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、相対回転位相を遅角側へ制御開始する遅角制御開始手段(30)、のうち少なくとも一方を備える。このように構成すれば、ロック機構(253、263)による、カムシャフトの回転に同期して回転する第1回転体(252、262)、及びクランクシャフトの回転に同期して回転する第2回転体(251、261)の係合を適切に解除することができる。

Description

バルブタイミング制御装置
 本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能なバルブタイミング制御装置の技術分野に関する。
 この種の装置として、例えば、カムシャフトに結合され、クランクシャフトに対する該カムシャフトの相対位相を所定の変更範囲内で変更可能であると共に、該相対位相をロック位置に設定するためのロック機構を有するアクチュエータを備える装置が提案されている。ここでは特に、ロック機構のロックピンの油圧をエンジン回転数やエンジン始動後の経過時間から予測し、油圧が十分に上昇したと判定された場合に、ロックピン解除のためのアンロックモードが実行されることが開示されている(特許文献1参照)。
 或いは、第1の回転体と、第2の回転体と、該第1の回転体及び第2の回転体の相対回動を拘束するロックピンとを備えるバルブタイミング調整装置であって、ロックピンによる第1の回転体及び第2の回転体の拘束が完全に解除されるまで、遅角室に油が流入しないように構成されたバルブタイミング調整装置が提案されている(特許文献2参照)。
 或いは、カムシャフトとともに回転するベーンロータと、該ベーンロータと相対回動するハウジングと、ベーンロータ及びハウジングの相対回動を規制するロック機構とを備えるバルブタイミング調整装置において、カムシャフトのトルク変動を大きくすることで、ハウジングとベーンロータとの揺動を激しくし、ロックピンが抜けやすい状態にする技術が提案されている(特許文献3参照)。
 或いは、クランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、カムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを備えるカム位相アクチュエータにおいて、ロック状態であると判定された場合の進角制御時のみロックピン解除制御を実施して、ロックピン解除制御による進角動作遅れの発生を低減する技術が提案されている(特許文献4参照)。
特開2002-332874号公報 特開2004-360606号公報 特開2011-117379号公報 特開2003-314311号公報
 ところで、内燃機関の始動時には、クランクシャフトの回転に伴って吸気弁及び排気弁が開閉駆動される。すると、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉駆動に起因するトルクがカムシャフトを介して可変バルブタイミング機構に付与される。このためロックピンには、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉駆動に起因するトルクによるせん断力が働き、該ロックピンの解除が困難になる可能性があるという技術的問題点がある。上記背景技術では、該技術的問題点を解決することは極めて難しい。
 本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、ロックピンを適切に解除することができるバルブタイミング制御装置を提供することを課題とする。
 本発明のバルブタイミング制御装置は、上記課題を解決するために、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉駆動するカムシャフトの回転に同期して回転すると共に複数のベーンを有する第1回転体と、前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して回転すると共に、夫々前記複数のベーンに対応し、前記複数のベーン各々の可動範囲を規定する複数の凹部を有する第2回転体と、少なくとも前記内燃機関の停止時に、前記複数のベーン各々が対応する凹部の一方の端部に接するように前記第1回転体及び前記第2回転体を互いに係合するロック機構と、前記複数の凹部各々が対応するベーンで区画されることによって前記対応するベーンの少なくとも一方の側に形成された液室に係る液圧を制御して、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対回転位相を変更可能な回転位相変更手段と、を備えるバルブタイミング制御装置であって、前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が増加している時に、前記相対回転位相を進角側へ制御開始する進角制御開始手段、及び前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、前記相対回転位相を遅角側へ制御開始する遅角制御開始手段、のうち少なくとも一方を更に備える。
 本発明のバルブタイミング制御装置によれば、バルブタイミング装置は、第1回転体、第2回転体、ロック機構、及び回転位相変更手段を備えて構成されている。
 第1回転体は、例えばベーンロータ等であり、複数のベーンを有している。該第1回転体は、カムシャフトの回転に同期して回転する。第2回転体は、例えばハウジング等であり、第1回転体の複数のベーンに夫々対応し、該複数のベーン各々の可動範囲を規定する複数の凹部を有している。該第2回転体は、クランクシャフトの回転に同期して回転する。
 ロック機構は、少なくとも内燃機関の停止時に、第1回転体の複数のベーン各々が対応する第2回転体の凹部の一方の端部に接するように、第1回転体及び第2回転体を互いに係合する。
 回転位相変更手段は、第2回転体の複数の凹部各々が対応する第1回転体のベーンで区画されることによって、該対応するベーンの少なくとも一方の側に形成された液室に係る液圧(例えば、油圧)を制御して、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更可能に構成されている。
 当該バルブタイミング制御装置は、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる進角制御開始手段と、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる遅角制御開始手段と、の少なくとも一方を更に備えて構成されている。
 例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる進角制御開始手段は、内燃機関の始動時、且つ吸気弁又は排気弁に係るバルブリフト量が増加している時(つまり、吸気弁又は排気弁の下降時)に、相対回転位相を進角側へ制御開始する。「内燃機関の始動時」とは、クランキング開始時点、又は、該クランキング開始時点から所定時間前の時点(例えば、始動要求信号が発信された時点)から、内燃機関が完爆するまでの期間を意味する。
 「相対回転位相を進角側へ制御開始」とは、例えば、ロック機構による第1回転体及び第2回転体の係合の解除や、必要な液圧を確保すること等、実際に相対回転位相が進角側へ変化し始めるまでに必要な処理も含む一連の制御処理を開始することを意味する。
 例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる遅角制御開始手段は、内燃機関の始動時、且つ吸気弁又は排気弁に係るバルブリフト量が減少している時(つまり、吸気弁又は排気弁の上昇時)に、相対回転位相を遅角側へ制御開始する。「相対回転位相を遅角側へ制御開始」とは、例えば、ロック機構による第1回転体及び第2回転体の係合の解除や、必要な液圧を確保すること等、実際に相対回転位相が遅角側へ変化し始めるまでに必要な処理も含む一連の制御処理を開始することを意味する。
 ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、内燃機関の始動時には、典型的には、ロック機構による第1回転体及び第2回転体の係合が解除される前に、クランクシャフトが回転される。該クランクシャフトの回転に連動してカムシャフトも回転し、該カムシャフトの回転に伴い吸気弁及び排気弁の開閉動作が行われる。すると、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉動作に起因してカムシャフトにトルク変動が生じ、ロック機構を構成するロックピンにせん断力が作用する。すると、該せん断力の影響により第1回転体及び第2回転体の係合が解除できない、又は解除しにくくなる可能性がある。
 ところで、カムシャフトに接続されているカムの断面形状は、例えば卵型等であるため、ロックピンに働くせん断力の大きさが周期的に変化する。具体的には例えば、相対回転位相を進角側へ変更する場合(つまり、第1回転体及び第2回転体が遅角側で係合されている、所謂遅角ロックの場合)、バルブリフト量が増加している時に、ロックピンに働くせん断力の大きさが比較的小さくなる。他方、相対回転位相を遅角側へ変更する場合(つまり、第1回転体及び第2回転体が進角側で係合されている、所謂進角ロックの場合)、バルブリフト量が減少している時に、ロックピンに働くせん断力の大きさが比較的小さくなる。
 そこで本発明では、進角制御開始手段により、内燃機関の始動時、且つ吸気弁又は排気弁に係るバルブリフト量が増加している時に、相対回転位相の進角側への制御が開始され、他方、遅角制御開始手段により、内燃機関の始動時、且つ吸気弁又は排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、相対回転位相の遅角側への制御が開始される。
 このため、比較的容易にして、ロック機構による第1回転体及び第2回転体の係合を解除する(即ち、ロックピンを解除する)ことができる。
 本発明のバルブタイミング制御装置の一態様では、前記進角制御開始手段は、前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が増加している時に、前記ロック機構による前記第1回転体及び前記第2回転体の係合が解除されるように、前記相対回転位相を進角側へ制御開始する。
 この態様によれば、ロックピンを確実に解除することができ、実用上非常に有利である。加えて、比較的速やかに相対回転位相(バルブタイミング)を変更することができる。
 相対回転位相の進角側への制御を、バルブリフト量が増加している時に開始したとしても、例えば機械的フリクションに起因するタイムラグ等により、実際にロックピンの解除動作が行われる時にはバルブリフト量が減少に転じ、ロックピンの解除動作が適切に行われない可能性があることが、本願発明者の研究により判明している。
 そこで、進角制御開始手段を、バルブリフト量の増量時に、ロック機構による第1回転体及び第2回転体の係合が解除されるように、相対回転位相の進角側への制御を開始するように構成すれば、ロック機構のロックピンを確実に解除することができる。
 本発明のバルブタイミング制御装置の他の態様では、前記遅角制御開始手段は、前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、前記ロック機構による前記第1回転体及び前記第2回転体の係合が解除されるように、前記相対回転位相を遅角側へ制御開始する。
 この態様によれば、この態様によれば、ロックピンを確実に解除することができ、実用上非常に有利である。加えて、比較的速やかに相対回転位相を変更することができる。
 本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
実施形態に係るエンジンの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る吸気側の可変バルブタイミング機構の要部を示す図である。 実施形態に係るカムシャフトの回転方向と、バルブスプリングに起因するトルクとの関係を示す図である。 実施形態に係るバルブリフト量の時間変動と、遅角ロックピンに作用するせん断力の時間変動と、の一例を示す図である。 エンジン回転数、VVT遅角室油圧及びロックピン油圧の時間変動の一例を示す図である。 吸気弁の開閉タイミングの進角量の演算処理を示すフローチャートである。 オイルコントロールバルブに係る制御処理を示すフローチャートである。 実施形態に係る排気側の可変バルブタイミング機構の要部を示す図である。 実施形態に係るバルブリフト量の時間変動と、進角ロックピンに作用するせん断力の時間変動と、の一例を示す図である。
 以下、本発明のバルブタイミング制御装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
 (エンジンの構成)
 実施形態に係るエンジンの構成について、図1を参照して説明する。図1は、実施形態に係るエンジンの構成を示すブロック図である。
 図1において、本発明に係る「内燃機関」の一例としての、エンジン1は、気筒11、ピストン12、吸気通路13、吸気弁14、排気通路15、及び排気弁16を備えて構成されている。尚、図1では、本発明に直接関係しない部材については図示を省略している。
 エンジン1は、(i)吸気弁14を開閉駆動するカム21と、該カム21が接続されたカムシャフト23と、該カムシャフト23に連結され、該カムシャフト23の回転位相を変更可能なアクチュエータ25と、該アクチュエータ25に油圧を供給するオイルコントロールバルブ(OCV)27と、を有する吸気側の可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing:VVT)と、(ii)排気弁16を開閉駆動するカム22と、該カム22が接続されたカムシャフト24と、該カムシャフト24に連結され、該カムシャフトの回転位相を変更可能なアクチュエータ26と、該アクチュエータ26に油圧を供給するオイルコントロールバルブ28と、を有する排気側の可変バルブタイミング機構と、を更に備えて構成されている。
 ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)30は、エンジン1の状態等に応じて、オイルコントロールバルブ27及び28を夫々制御する。
 (吸気側可変バルブタイミング機構の構成)
 次に、吸気側の可変バルブタイミング機構の構成について、図2を参照して説明を加える。図2は、実施形態に係る吸気側の可変バルブタイミング機構の要部を示す図である。
 図2において、アクチュエータ25は、エンジン1のクランクシャフト(図示せず)の回転に同期して回転するハウジング251と、カムシャフト23の回転に同期して回転するベーンロータ252と、少なくともエンジン1の停止時に、ハウジング251及びベーンロータ252を互いに係合するロック機構253と、を備えて構成されている。
 ハウジング251は、ベーンロータ252の複数のベーン252a、252b、252c及び252dに夫々対応し、該複数のベーン252a、252b、252c及び252d各々の可動範囲を規定する複数の凹部251a、251b、251c及び251dを有する。
 エンジン1のオイルパンに貯留されたオイルは、オイルポンプによりオイルストレーナを介して汲みあげられ、オイルフィルタで異物が除去された後、逆止弁及びVVT用油路を経由して、オイルコントロールバルブ27に供給される。
 オイルコントロールバルブ27は、ハウジング251の複数の凹部251a、251b、251c及び251d各々が対応するベーンで区画されることによって、該対応するベーンの少なくとも一方の側に形成された液室(具体的には、進角室、遅角室)に係る液圧(ここでは、油圧)を制御する。
 オイルコントロールバルブ27により、アクチュエータ25にオイルが供給されることにより、ハウジング251とベーンロータ252との相対位置が変更され、この結果、クランクシャフトに対するカムシャフト23の相対回転位相が変更される。ここで、オイルコントロールバルブ27からアクチュエータ25に供給されるオイル量は、ECU30から出力されるVVT制御信号に基づいて決定される。
 本実施形態に係るバルブタイミング制御装置100は、アクチュエータ25と、オイルコントロールバルブ27と、ECU30と、を備えて構成されている。つまり、本実施形態では、エンジン1(及び、該エンジン1が搭載される車両)の各種電子制御用のECU30の機能の一部を、バルブタイミング制御装置100の一部として用いている。
 尚、図2には、ロック機構253により、複数のベーン252a、252b、252c及び252dが、最遅角位置に調整された状態で、ハウジング251及びベーンロータ252が係合されている状態が示されている。
 エンジン1の始動時には、カムシャフト23が回転駆動される。ここで、カム21の断面形状は、図3に示すように、例えば卵型等をしているので、吸気弁14のバルブスプリングがカム21に加える力の方向と、カムシャフト23の回転方向との関係が周期的に変化する。
 具体的には、バルブリフト量の増加時には、図3(a)に示すように、カムシャフト23の回転方向と、バルブスプリングがカム21に加える力の方向とは互いに反対方向になる。他方、バルブリフト量の減少時には、図3(b)に示すように、カムシャフト23の回転方向と、バルブスプリングがカム21に加える力の方向とは同じになる。
 図3は、実施形態に係るカムシャフトの回転方向と、バルブスプリングに起因するトルクとの関係を示す図である。
 ところで、エンジン1の始動時には、アクチュエータ25におけるハウジング251及びベーンロータ252の係合が解除される(即ち、ロック機構253のロックピンが解除される)。
 上述の如く、吸気弁14のバルブスプリングがカム21に加える力の方向と、カムシャフト23の回転方向との関係が周期的に変化する。この結果、ロック機構253のロックピンに加わるせん断力の大きさが、図4に示すように、周期的に変化する。図4は、実施形態に係るバルブリフト量の時間変動と、遅角ロックピンに作用するせん断力の時間変動と、の一例を示す図である。
 ロックピンに加わるせん断力が大きければ、該ロックピンを解除するために必要な油圧は大きくなる。他方、ロックピンに加わるせん断力が小さければ、該ロックピンを解除するために必要な油圧は小さくなる。従って、ロックピンに加わるせん断力が小さい時に、該ロックピンの解除処理を実施すれば、比較的容易にしてロックピンを解除することができる。
 具体的には、ベーンとハウジングとが押し付けられる状態であれば、ロックピンに加わるせん断力は増加しないが、ベーンとハウジングとが離間しようとする状態であると、ロックピンがかじりついてせん断力が増加する。このため、ロック機構253によりハウジング251及びベーンロータ252が係合されている(即ち、ロックピンが解除されていない)状態で、カムシャフトが回転すると、図4に示すように、せん断力が周期的に増加する。
 そこで、ECU30は、バルブリフト量の増加時にロックピンを解除して、クランクシャフトに対するカムシャフト23の相対回転位相の進角側への制御を開始するように、オイルコントロールバルブ27を制御する。具体的には例えば、ECU30は、図4における期間Aのいずれかにおいて、オイルコントロールバルブ27へのVVT進角信号(図4の最下段参照)の出力を開始する。
 仮に、遅角ロックピン(即ち、アクチュエータ25のロック機構253のロックピン)に加わるせん断力を考慮しなければ、例えば図5に破線で示すように、ロックピン油圧が十分に高くなる時点(即ち、時点t3)まで待ってからでなければ、VVT進角信号の出力を開始することができない。
 しかるに本実施形態に係るバルブタイミング制御装置100では、遅角ロックピンに加わるせん断力が考慮されるので、例えば図5に実線で示すように、ロックピン油圧が比較的低い時点(ここでは、時点t2)に、VVT進角信号の出力を開始することができる。つまり、比較的早期にVVT進角信号の出力を開始して、相対回転位相を進角側へ変更することができる。
 尚、ECU30は、例えば、VVT進角信号が出力されてから実際に油圧がロックピンに供給されるまでの時間、フリクション等を考慮して、VVT進角信号の出力時期を決定してもよい。
 図5は、エンジン回転数、VVT遅角室油圧及びロックピン油圧の時間変動の一例を示す図である。
 (吸気側可変バルブタイミング機構の制御処理)
 次に、以上のように構成されたバルブタイミング制御装置100が、吸気側の可変バルブタイミング機構に対して実施する制御処理について、図6及び図7のフローチャートを参照して説明する。図6は、吸気弁14の開閉タイミングの進角量の演算処理を示すフローチャートであり、図7は、オイルコントロールバルブ27に係る制御処理を示すフローチャートである。
 図6において、ECU30は、先ず、吸気弁14の開閉タイミングに係る初期値を設定する(ステップS101)。次に、ECU30は、最遅角位置を学習する(ステップS102)。尚、最遅角位置の学習方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、詳細な説明は割愛する。
 次に、ECU30は、例えばエンジン1の動作状態等に基づいて、目標VVT進角量を計算する(ステップS103)。尚、目標VVT進角量の計算方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、詳細な説明は割愛する。
 次に、計算された目標VVT進角量と実際の進角量との差分(即ち、乖離分)を求める(ステップS104)。次に、求められた差分に基づいて、オイルコントロールバルブ27に係る制御量を計算する(ステップS105)。つまり、求められた差分に基づいて、オイルコントロールバルブ27をフィードバック(FB)制御する。
 図6のフローチャートで示した処理と並行して、ECU30は、図7のフローチャートで示す処理を実行する。即ち、図7において、ECU30は、先ず、エンジン1のクランキングが開始されてから所定時間経過したか否かを判定する(ステップS201)。ここで、「所定時間」は、例えば、ロックピンに加わるせん断力が比較的低い場合に、該ロックピンを解除可能な程度に、ロックピン油圧が上昇するまでの時間として設定すればよい。
 エンジン1のクランキングが開始されてから所定時間経過していないと判定された場合(ステップS201:No)、ECU30は、オイルコントロールバルブ27に係る制御量をクリアして(ステップS207)、一旦処理を終了する。
 他方、エンジン1のクランキングが開始されてから所定時間経過したと判定された場合(ステップS201:Yes)、ECU30は、進角開始許可フラグがONであるか否かを判定する(ステップS202)。
 進角開始許可フラグがONであると判定された場合(ステップS202:Yes)、ECU30は、後述するステップS205の処理を実施する。進角開始許可フラグがOFFである場合(ステップS202:No)、ECU30は、吸気弁14に係るバルブリフト量の減少中であるか否かを判定する(ステップS203)。
 吸気弁14に係るバルブリフト量の減少中であると判定された場合(ステップS203:No)、ECU30は、遅角ロックピンに加わるせん断力が比較的高い(図4参照)と判定して、ステップS207の処理を実施する。
 他方、吸気弁14に係るバルブリフト量の増加中であると判定された場合(ステップS203:No)、ECU30は、遅角ロックピンに加わるせん断力が比較的低い(図4参照)と判定して、進角開始許可フラグをONにする(ステップS204)。
 次に、ECU30は、上述のステップS105で計算されたオイルコントロールバルブ27に係る制御量を取得する(ステップS205)。続いて、ECU30は、取得されたオイルコントロールバルブ27に係る制御量を、オイルコントロールバルブ27に対して出力することによって、該オイルコントロールバルブ27を制御する(ステップS206)。
 (排気側可変バルブタイミング機構の構成)
 次に、排気側の可変バルブタイミング機構の構成について、図8を参照して説明を加える。図8は、図2と同趣旨の、実施形態に係る排気側の可変バルブタイミング機構の要部を示す図である。
 図8において、アクチュエータ26は、エンジン1のクランクシャフト(図示せず)の回転に同期して回転するハウジング261と、カムシャフト23の回転に同期して回転するベーンロータ262と、少なくともエンジン1の停止時に、ハウジング261及びベーンロータ262を互いに係合するロック機構263と、を備えて構成されている。
 ハウジング261は、ベーンロータ262の複数のベーン262a、262b、262c及び262dに夫々対応し、該複数のベーン262a、262b、262c及び262d各々の可動範囲を規定する複数の凹部261a、261b、261c及び261dを有する。
 オイルコントロールバルブ28は、ハウジング261の複数の凹部261a、261b、261c及び261d各々が対応するベーンで区画されることによって、該対応するベーンの少なくとも一方の側に形成された液室(具体的には、進角室、遅角室)に係る液圧(ここでは、油圧)を制御する。
 オイルコントロールバルブ28により、アクチュエータ26にオイルが供給されることにより、ハウジング261とベーンロータ262との相対位置が変更され、この結果、クランクシャフトに対するカムシャフト24の相対回転位相が変更される。ここで、オイルコントロールバルブ28からアクチュエータ26に供給されるオイル量は、ECU30から出力されるVVT制御信号に基づいて決定される。
 本実施形態に係るバルブタイミング制御装置100は、アクチュエータ26と、オイルコントロールバルブ28と、を更に備えて構成されている。
 尚、図8には、ロック機構263により、複数のベーン262a、262b、262c及び262dが、最進角位置に調整された状態で、ハウジング261及びベーンロータ262が係合されている状態が示されている。
 エンジン1の始動時には、カム22の断面形状に起因して、排気弁16のバルブスプリングがカム22に加える力の方向と、カムシャフト24の回転方向との関係が周期的に変化する。この結果、ロック機構263のロックピンに加わるせん断力の大きさが、図9に示すように、周期的に変化する。図9は、図4と同趣旨の、実施形態に係るバルブリフト量の時間変動と、進角ロックピンに作用するせん断力の時間変動と、の一例を示す図である。
 進角ロックピン(即ち、アクチュエータ26のロック機構263のロックピン)に加わるせん断力は、遅角ロックピンとは反対に、排気弁16に係るバルブリフト量の増加時に比較的大きくなり、排気弁16に係るバルブリフト量の減少時に比較的小さくなる。
 そこで、ECU30は、バルブリフト量の減少時にロックピンを解除して、クランクシャフトに対するカムシャフト24の相対回転位相の遅角側への制御を開始するように、オイルコントロールバルブ28を制御する。具体的には例えば、ECU30は、図9における期間Bのいずれかにおいて、オイルコントロールバルブ28へのVVT遅角信号(図9の最下段参照)の出力を開始する。
 排気側の可変バルブタイミング機構の制御処理については、図6のフローチャートのステップS102における「最遅角位置学習」を「最進角位置学習」と、ステップS103における「目標VVT進角量計算」を「目標VVT遅角量計算」と、読み替えればよい。同様に、図7のフローチャートのステップS202における「進角開始許可フラグONか?」を「遅角開始許可フラグONか?」と、ステップS203における「バルブリフト量減少中?」を「バルブリフト量増加中?」と、ステップS204における「進角開始許可フラグON」を「遅角開始許可フラグON」と、読み替えればよい。
 実施形態に係る「ベーンロータ252」及び「ベーンロータ262」は、本発明に係る「第1回転体」の一例である。実施形態に係る「ハウジング251」及び「ハウジング261」は、本発明に係る「第2回転体」の一例である。実施形態に係る「オイルコントロールバルブ27」及び「オイルコントロールバルブ28」は、本発明に係る「回転位相変更手段」の一例である。実施形態に係る「ECU30」は、本発明に係る「進角制御開始手段」及び「遅角制御開始手段」の一例である。
 尚、実施形態では、4気筒エンジンにおける遅角ロックピン及び進角ロックピン各々に加わるせん断力の一例を示したが、気筒が、例えば6気筒、8気筒等と増加した場合には、図4における期間A、図9における期間Bの長さが短くなるだけであって、上述した制御自体に変更は無い。
 本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うバルブタイミング制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
 1…エンジン、11…気筒、12…ピストン、13…吸気通路、14…吸気弁、15…排気通路、16…排気弁、21、22…カム、23、24…カムシャフト、25、26…アクチュエータ、27、28…オイルコントロールバルブ、30…ECU、100…バルブタイミング制御装置、251、261…ハウジング、252、262…ベーンロータ、253、263…ロック機構

Claims (5)

  1.  内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉駆動するカムシャフトの回転に同期して回転すると共に複数のベーンを有する第1回転体と、前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して回転すると共に、夫々前記複数のベーンに対応し、前記複数のベーン各々の可動範囲を規定する複数の凹部を有する第2回転体と、少なくとも前記内燃機関の停止時に、前記複数のベーン各々が対応する凹部の一方の端部に接するように前記第1回転体及び前記第2回転体を互いに係合するロック機構と、前記複数の凹部各々が対応するベーンで区画されることによって前記対応するベーンの少なくとも一方の側に形成された液室に係る液圧を制御して、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対回転位相を変更可能な回転位相変更手段と、を備えるバルブタイミング制御装置であって、
     前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が増加している時に、前記相対回転位相を進角側へ制御開始する進角制御開始手段、及び前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、前記相対回転位相を遅角側へ制御開始する遅角制御開始手段、のうち少なくとも一方を更に備える
     ことを特徴とするバルブタイミング制御装置。
  2.  前記ロック機構は、前記内燃機関の停止時に、最遅角位置として、前記複数のベーン各々が対応する凹部の一方の端部に接するように前記第1回転体及び前記第2回転体を互いに係合し、
     当該バルブタイミング制御装置は、前記進角制御開始手段を備える
     ことを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング制御装置。
  3.  前記ロック機構は、前記内燃機関の停止時に、最進角位置として、前記複数のベーン各々が対応する凹部の一方の端部に接するように前記第1回転体及び前記第2回転体を互いに係合し、
     当該バルブタイミング制御装置は、前記遅角制御開始手段を備える
     ことを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング制御装置。
  4.  前記進角制御開始手段は、前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が増加している時に、前記ロック機構による前記第1回転体及び前記第2回転体の係合が解除されるように、前記相対回転位相を進角側へ制御開始することを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング制御装置。
  5.  前記遅角制御開始手段は、前記内燃機関の始動時、且つ前記吸気弁又は前記排気弁に係るバルブリフト量が減少している時に、前記ロック機構による前記第1回転体及び前記第2回転体の係合が解除されるように、前記相対回転位相を遅角側へ制御開始することを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング制御装置。
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