WO2014112055A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2014112055A1
WO2014112055A1 PCT/JP2013/050691 JP2013050691W WO2014112055A1 WO 2014112055 A1 WO2014112055 A1 WO 2014112055A1 JP 2013050691 W JP2013050691 W JP 2013050691W WO 2014112055 A1 WO2014112055 A1 WO 2014112055A1
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rotating body
camshaft
valve
oil
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PCT/JP2013/050691
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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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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F02D13/0219—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention provides an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism having a first rotating body that rotates integrally with a camshaft, and a second rotating body that can rotate relative to the first rotating body and rotate integrally with a crankshaft. It relates to the control device.
  • a variable valve mechanism that controls the hydraulic pressure supplied to the retarded angle chamber to change the opening / closing timing of the valve.
  • a lock mechanism provided in such a variable valve mechanism, a lock mechanism that switches to a lock state in which relative rotation between the vane rotor and the housing is prohibited by fitting a lock pin provided in the vane rotor into a recess provided in the housing. It has been known.
  • Patent Document 1 As a control apparatus for an internal combustion engine provided with such a variable valve mechanism with a lock mechanism, when the lock mechanism is not in a locked state when the internal combustion engine is started, the cranking speed of the internal combustion engine is decreased and increased multiple times.
  • Patent Document 2 A control device that controls a starter to be executed is known (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 there is Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.
  • the cranking speed is reduced when the top of the cam nose contacts the valve lifter. Then, the housing and the vane rotor are rotated relative to each other by utilizing the change in the rotational speed of the camshaft caused by the decrease in the rotational speed of the crankshaft and the fluctuation of the cam torque.
  • the cam torque when the apex of the cam nose contacts the valve lifter is zero, there is a possibility that fluctuations in the cam torque cannot be effectively utilized for the relative rotation between the vane rotor and the housing.
  • an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can effectively utilize fluctuations in cam torque for the relative rotation of the first rotating body and the second rotating body of the variable valve mechanism.
  • the control device of the present invention includes a camshaft provided with a cam that drives a valve for opening and closing a cylinder against a valve spring, a first rotating body that rotates integrally with the camshaft, and the first rotating body.
  • a second rotating body provided so as to be relatively rotatable with respect to the crankshaft and a part of a lock pin provided on one of the first rotating body and the second rotating body are provided in the first rotating body.
  • the relative rotational phase between the first rotating body and the second rotating body is set between the most retarded angle phase and the most advanced angle phase by fitting into a recess provided on the other of the rotating body and the second rotating body.
  • a lock that can be switched between a locked state that locks to an intermediate phase set in the middle and an unlocked state that allows the second rotating body to rotate relative to the first rotating body when the lock pin comes out of the recess.
  • a variable valve mechanism having a mechanism; In a control device that is applied to an internal combustion engine that is provided and that has a starting means that starts the internal combustion engine by driving the crankshaft with an electric motor when a predetermined start condition is satisfied, the cam is operated during the operation of the internal combustion engine.
  • the direction in which the shaft rotates is defined as the normal rotation direction
  • the rotation direction opposite to the normal rotation direction is defined as the reverse rotation direction
  • the torque acting on the cam shaft so that the cam shaft rotates in the normal rotation direction is defined as the positive torque.
  • the torque acting on the camshaft so that the camshaft rotates in the reverse rotation direction is set as a negative torque, and the torque applied to the camshaft is changed to the positive torque side and the torque is increased.
  • the torque applied to the camshaft changes to the negative torque side the torque is reduced, the starter is at the start of the internal combustion engine, and the lock mechanism is In the locked state, when the torque applied from the valve to the camshaft is switched from increase to decrease, the output torque of the electric motor decreases and the torque applied from the valve to the camshaft decreases.
  • Rotational speed variation means is provided for controlling the electric motor so that the output torque of the electric motor increases when the motor is switched to increase.
  • the output torque of the motor when the torque (cam torque) applied from the valve to the cam shaft is switched from increase to decrease, that is, when the cam torque reaches the maximum value, the output torque of the motor is decreased. Further, when the cam torque is switched from the decrease to the increase, that is, when the cam torque becomes the minimum value, the output torque of the electric motor is increased. In this way, by changing the output torque of the electric motor, the difference between the torque acting on the first rotating body and the torque acting on the second rotating body can be enlarged. Therefore, according to the present invention, cam torque variation can be effectively utilized for the relative rotation of the first rotating body and the second rotating body. In addition, by increasing the difference between the torque acting on the first rotating body and the torque acting on the second rotating body in this way, the first rotating body and the second rotating body can be relatively moved even if the cam torque fluctuation is small. Can be rotated.
  • the first rotating body has a vane extending in a radial direction
  • the second rotating body has an advance chamber on a side of the vane in the reverse rotation direction, the vane.
  • the first rotating body is accommodated so as to be relatively rotatable inside such that a retarded angle chamber is formed at each side of the forward rotation direction of the oil, and oil is contained in both the advanced angle chamber and the retarded angle chamber.
  • Oil flow control means is further provided that can be switched to an advanced state in which oil flow is controlled so that oil is not discharged from the advance chamber and oil is discharged from the retard chamber while being supplied.
  • the rotation speed variation means switches the oil flow control means to the advance angle state when rotating the first rotating body in the forward rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the Increased torque applied to camshaft
  • the motor output torque is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the camshaft is reduced, the motor output torque is smaller than the reference torque. May be controlled. According to this embodiment, since the oil supplied to the advance chamber is not discharged from the advance chamber, the first rotating body can be rotated in the normal rotation direction, that is, the advance side with respect to the second rotating body.
  • the first rotating body has a vane extending in a radial direction
  • the second rotating body has an advance chamber on a side of the vane in the reverse rotation direction, the vane.
  • the first rotating body is accommodated so as to be relatively rotatable inside such that a retarded angle chamber is formed at each side of the forward rotation direction of the oil, and oil is contained in both the advanced angle chamber and the retarded angle chamber.
  • Oil flow control means is further provided that can be switched to a retarded state in which the oil flow is controlled so that oil is not discharged from the retard chamber and oil is drained from the advance chamber while being supplied.
  • the rotation speed changing means switches the oil flow control means to the retard state when rotating the first rotating body in the reverse rotation direction with respect to the second rotating body, and from the valve to the cam Increased torque applied to the shaft
  • the motor output torque is greater than a predetermined reference torque, and when the torque applied from the valve to the camshaft is reduced, the motor output torque is smaller than the reference torque. May be controlled. According to this aspect, since the oil supplied to the retarding chamber is not discharged from the retarding chamber, the first rotating body can be rotated in the reverse direction, that is, the retarding side with respect to the second rotating body.
  • control device further comprises lock determination means for determining whether or not the lock mechanism has been switched to the locked state when the internal combustion engine is started, and the start means is configured so that the lock determination means uses the lock mechanism.
  • lock determination means for determining whether or not the lock mechanism has been switched to the locked state when the internal combustion engine is started, and the start means is configured so that the lock determination means uses the lock mechanism.
  • the control of the electric motor by the rotation speed variation means may be prohibited, and the operation of the electric motor may be controlled so that the reference torque is output from the electric motor.
  • the locking mechanism is switched to the locked state, relative rotation between the first rotating body and the second rotating body is prohibited by the locking mechanism. Therefore, in this case, control of the electric motor by the rotation speed variation means is prohibited. Thereby, it can avoid changing the output torque of an electric motor wastefully.
  • the figure which shows the internal combustion engine in which the control apparatus which concerns on one form of this invention was integrated.
  • the figure which shows the cross section of the variable valve timing mechanism in the III-III line of FIG. The figure which shows the cross section of the variable valve timing mechanism in the IV-IV line of FIG.
  • the figure for demonstrating the flow of oil when controlling a variable valve timing mechanism to the advance side The figure for demonstrating the flow of oil when controlling a variable valve timing mechanism to the retard side.
  • the flowchart which shows the starting control routine which ECU performs.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine in which a control device according to one embodiment of the present invention is incorporated.
  • the internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) 1 is configured as a spark ignition type four-cycle internal combustion engine mounted on a vehicle as a driving power source.
  • the engine 1 includes four cylinders 2. In FIG. 1, only one of the four is shown. Cylinder numbers # 1 to # 4 are assigned to the cylinders from one end to the other end in the arrangement direction to distinguish them from each other.
  • the explosion interval between the # 1 cylinder 2 and the # 4 cylinder 2 is shifted by 360 ° CA (meaning a crank angle), and the explosion timing of the # 3 cylinder 2 and the # 2 cylinder 2 is # 1.
  • the explosion at equal intervals for each 180 ° CA is realized.
  • the explosion order is set so that explosion occurs in each cylinder 2 in the order of # 1, # 3, # 4, and # 2.
  • the piston 3 is inserted into each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. Thereby, a combustion chamber 4 is formed in the cylinder 2.
  • the piston 3 is connected to the crankshaft 6 via a connecting rod 5.
  • Each cylinder 2 is connected with an intake passage and an exhaust passage (both not shown).
  • Each cylinder 2 is provided with an intake valve 7 for opening and closing the intake passage for the combustion chamber 4 and an exhaust valve 8 for opening and closing the exhaust passage for the combustion chamber 4.
  • a valve lifter 7 a is provided at the upper end of the intake valve 7 so as to be able to reciprocate integrally with the intake valve 7.
  • the intake valve 7 is urged in the valve closing direction by a valve spring 7b.
  • a valve lifter 8 a is provided at the upper end of the exhaust valve 8 so as to be able to reciprocate integrally with the exhaust valve 8.
  • the intake valve 8 is urged in the valve closing direction by a valve spring (not shown).
  • the engine 1 is provided with a starter S that can drive the crankshaft 6 when the engine 1 is started.
  • the starter S is configured to be able to adjust the rotation speed.
  • the engine 1 is provided with a valve operating mechanism 10 for opening and closing the intake valve 7 and the exhaust valve 8.
  • the valve operating mechanism 10 includes an intake valve cam shaft 11 and an exhaust valve cam shaft 12.
  • the intake valve camshaft 11 is provided with a plurality of cams 11 a for opening and closing the intake valves 7 of the respective cylinders 2.
  • the exhaust valve camshaft 12 is provided with a plurality of cams 12a for opening and closing the exhaust valve 8 of each cylinder 2.
  • a variable valve timing mechanism 20 is provided on one end side of the cam shaft 11.
  • the variable valve timing mechanism 20 is provided on the transmission path of the rotational movement from the crankshaft 6 through the timing chain 9 to the camshafts 11 and 12, and changes the relationship between the phase of the crankshaft 6 and the phase of the cam 11a. The timing at which the intake valve 7 opens and closes is changed.
  • variable valve timing mechanism 20 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 shows the variable valve timing mechanism 20 in an enlarged manner.
  • FIG. 3 shows a cross section of the variable valve timing mechanism 20 taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 shows a cross section of the variable valve timing mechanism 20 taken along line IV-IV in FIG.
  • the variable valve timing mechanism 20 includes a vane rotor 21 and a housing 22 in which the vane rotor 21 is accommodated coaxially.
  • the vane rotor 21 is fixed to the tip of the cam shaft 11 with a center bolt (not shown). Therefore, the vane rotor 21 rotates integrally with the cam shaft 11.
  • the vane rotor 21 is accommodated in the housing 22 so as to be rotatable relative to the housing 22.
  • the vane rotor 21 includes a cylindrical rotor main body 23 and three vanes 24 that extend radially outward from the rotor main body 23.
  • the housing 22 includes a sprocket 25 supported by the camshaft 11 so as to be relatively rotatable, a housing main body 26, and a lid portion 27.
  • a timing chain 9 is wound around the sprocket 25.
  • the housing 22 rotates together with the crankshaft 6.
  • the housing body 26 includes a cylindrical outer wall portion 26 a and three partition walls 26 b extending radially inward from the outer wall portion 26 a.
  • three housing chambers 28 are formed inside the housing body 26.
  • the vane rotor 21 is combined with the housing body 26 so that the vane 24 is disposed in the accommodation chamber 28. As shown in FIG.
  • each storage chamber 28 is divided into an advance chamber 29 and a retard chamber 30 by the vane 24. Oil is supplied to the advance chamber 29 and the retard chamber 30.
  • the variable valve timing mechanism 20 adjusts the hydraulic pressure supplied to the advance chamber 29 or the retard chamber 30 to rotate the vane rotor 21 relative to the housing 22.
  • the phase of the camshaft 11 relative to the crankshaft 6 is changed to the advance side or the retard side.
  • the cam shaft 11 rotates in the direction of arrow F in FIG.
  • this direction may be referred to as the forward rotation direction.
  • the forward direction may be referred to as the reverse direction
  • the arrow R direction in FIG. 2 may be referred to as the reverse direction.
  • the phase of the cam shaft 11 with respect to the crankshaft 6 is most retarded.
  • this phase may be referred to as the most retarded phase.
  • the phase of the cam shaft 11 is advanced with respect to the crank shaft 6, the vane rotor 21 is rotated in the normal rotation direction with respect to the housing 22.
  • the phase of the cam shaft 11 with respect to the crankshaft 6 is in the most advanced state.
  • the phase at this time may be referred to as a most advanced angle phase.
  • the variable valve timing mechanism 20 has a relative rotation of the vane rotor 21 with respect to the housing 22 so that the phase of the camshaft 11 with respect to the crankshaft 6 is fixed at an intermediate phase set between the most advanced angle phase and the most retarded angle phase.
  • a lock mechanism 31 for prohibiting the above.
  • the intermediate phase is set so that the intake valve 7 opens and closes at a timing suitable for starting the engine 1.
  • the lock mechanism 31 includes a cylinder 32 provided in one of the three vanes 24 and a lock pin 33 inserted into the cylinder 32.
  • the cylinder 32 is formed so as to penetrate the vane 24 in the direction of the rotation axis Ax.
  • the lock pin 33 is inserted into the cylinder 32 so as to be movable in the direction of the rotation axis Ax.
  • the lock pin 33 is provided so that a part of the lock pin 33 protrudes from the cylinder 32 and fits into a lock hole 34 provided in the sprocket 25. In this way, when the lock pin 33 is fitted in the lock hole 34, relative rotation of the vane rotor 21 with respect to the housing 22 is prohibited.
  • this state may be referred to as a phase locked state.
  • a state in which the lock pin 33 comes out of the lock hole 34 and the vane rotor 21 can rotate relative to the housing 22 may be referred to as an unlocked state.
  • the lock hole 34 is provided in the sprocket 25 so that the phase of the camshaft 11 with respect to the crankshaft 6 is fixed at an intermediate phase.
  • a spring (not shown) is provided in the cylinder 32. This spring is disposed in the cylinder 32 so that the lock pin 33 is biased toward the sprocket 25 side.
  • an operating chamber (not shown) for pulling out the lock pin 33 from the lock hole 34 by applying oil hydraulic pressure is provided at the tip of the lock pin 33.
  • the relative rotation of the vane rotor 21 is prohibited by being biased by a spring and the lock pin 33 fitting into the lock hole 34.
  • a ratchet groove 35 formed so that the bottom of the lock hole 34 is the latest is provided on the side of the lock hole 34.
  • the ratchet groove 35 is provided so that the opening of the lock hole 34 is enlarged toward the retard side.
  • Oil is supplied to the advance chamber 29 and the retard chamber 30 by the oil supply device 40 shown in FIG.
  • the oil supply device 40 includes an oil pump OP that pumps oil from an oil pan 1 a of the internal combustion engine 1 through a strainer 41.
  • the oil pump OP is a known pump that is driven by the crankshaft 6.
  • the discharge side of the oil pump OP is connected to an oil control valve (OCV) 44 through a valve operating oil passage 43.
  • OCV oil control valve
  • a check valve 42 is provided in the valve operating oil passage 43. The check valve 42 allows the oil flow from the oil pump OP to the OCV 44 and blocks the oil flow from the OCV 44 to the oil pump OP.
  • the OCV 44 includes a valve main body 45 and a valve body 46 that can move in the left-right direction in the figure in the valve main body 45.
  • the valve body 45 is provided with an introduction port 45a, a discharge port 45b, a first return port 45c, and a second return port 45d.
  • a valve operating oil passage 43 is connected to the introduction port 45a.
  • a supply passage 47 is connected to the discharge port 45b.
  • the supply passage 47 is branched into a first branch passage 47a and a second branch passage 47b along the way.
  • the first branch passage 47 a is connected to the advance chamber 29.
  • the first branch passage 47 a is provided with a check valve 48 that allows the oil flow from the OCV 44 to the advance chamber 29 and prevents the oil flow from the advance chamber 29 to the OCV 44.
  • a first return passage 49 is branched from a section of the first branch passage 47 a closer to the advance chamber 29 than the check valve 48.
  • the first return passage 49 is connected to the first return port 45c.
  • the second branch passage 47 b is connected to the retard chamber 30.
  • the second branch passage 47b is provided with a check valve 50 that allows the oil flow from the OCV 44 to the retard chamber 30 and prevents the oil flow from the retard chamber 30 to the OCV 44.
  • a second return passage 51 is branched from a section of the second branch passage 47b closer to the retarding chamber 30 than the check valve 50 is.
  • the second return passage 51 is connected to the second return port 45d.
  • the valve body 46 is provided so as to be movable between the advance position shown in FIG. 5 and the retard position shown in FIG.
  • the introduction port 45a, the discharge port 45b, and the second return port 45d are connected as shown in FIG.
  • the portion where the first return port 45 c is provided is divided by the valve body 46.
  • the oil in the retard chamber 30 is returned to the OCV 44 via the second return passage 51.
  • the oil in the advance chamber 29 cannot return to the OCV 44 via the first return passage 49. Therefore, the vane rotor 21 rotates in the normal rotation direction with respect to the housing 22. Therefore, the phase of the cam shaft 11 is advanced with respect to the crank shaft 6.
  • valve body 46 when the valve body 46 is in the retarded position as shown in FIG. 6, the introduction port 45a, the discharge port 45b, and the first return port 45c are connected. A portion where the second return port 45 d is provided is divided by the valve body 46.
  • the oil in the advance chamber 29 is returned to the OCV 44 via the first return passage 49.
  • the oil in the retard chamber 30 cannot return to the OCV 44 through the second return passage 51. Therefore, the vane rotor 21 rotates in the reverse direction with respect to the housing 22. Therefore, the phase of the cam shaft 11 is retarded with respect to the crank shaft 6.
  • FIG. 7 shows an example of the time variation of the lift amount of the intake valve 7 at the start of the engine 1, the torque applied from the intake valve 7 to the camshaft 11, and the output torque of the starter S.
  • the lift amount of the intake valve 7 means the amount of protrusion of the intake valve 7 to the combustion chamber 4.
  • the starter S is controlled according to the torque acting on the camshaft 11, whereby the phase is quickly switched to the intermediate phase.
  • the output torque of the starter S is made larger than a predetermined reference torque T0.
  • the torque output from the starter S during this period P1 may be referred to as a first torque T1.
  • the rotational speed of the crankshaft 6 increases.
  • the output torque of the starter S is made smaller than the predetermined reference torque T0 during the period until the cam torque becomes the minimum value, in other words, during the period P2 when the cam torque decreases.
  • the torque output from the starter S during this period P2 may be referred to as the second torque T2.
  • the first torque T1 and the second torque T2 are set so as to be the reference torque T0 when averaged.
  • the output torque of the starter S is increased from the second torque T2 to the first torque T1.
  • the cam torque is the maximum value
  • the output torque of the starter S is reduced from the first torque T1 to the second torque T2.
  • Such switching of the output torque of the starter S may be performed based on, for example, the crank angle.
  • the period during which the intake valve 7 of each cylinder 2 is opened is determined by the specifications of the engine 1. The period is specified by the crank angle. Therefore, the time when the cam torque becomes the minimum value and the time when the cam shaft becomes the maximum value can be specified by the crank angle. Therefore, the output torque of the starter S may be controlled based on the crank angle. Further, the output torque of the starter S may be controlled based on the cam angle correlated with the crank angle instead of the crank angle.
  • the OCV 44 is appropriately controlled according to the direction in which the vane rotor 21 should be rotated.
  • the vane rotor 21 is rotated in the forward rotation direction with respect to the housing 22, that is, when the vane rotor 21 is advanced, the valve body 46 of the OCV 44 is switched to the advanced position.
  • oil can be introduced into the advance chamber 29 and the vane rotor 21 can be prevented from returning to the retard side.
  • the control of the starter S and the OCV 44 may be referred to as relative torque increase control.
  • the starter S and OCV 44 are controlled by an engine control unit (ECU) 60.
  • the ECU 60 is a computer unit including a microprocessor and peripheral devices such as RAM and ROM necessary for its operation.
  • the ECU 60 controls various control objects provided in the engine 1 according to a predetermined control program, thereby controlling the engine 1.
  • Various sensors for acquiring the operating state of the engine 1 are connected to the ECU 60.
  • a crank angle sensor 61, a cam angle sensor 62, an accelerator opening sensor 63, and the like are connected to the ECU 60.
  • the crank angle sensor 61 outputs a signal corresponding to the angle (crank angle) of the crankshaft 6.
  • the cam angle sensor 62 outputs a signal corresponding to the angle (cam angle) of the cam shaft 11.
  • the accelerator opening sensor 63 outputs a signal corresponding to the accelerator opening.
  • various sensors are connected to the ECU 60, but their illustration is omitted.
  • FIG. 8 shows a start control routine executed by the ECU 60 to start the engine 1. This routine is repeatedly executed at a predetermined cycle regardless of the operating state of the engine 1.
  • the ECU 60 first acquires the state of the engine 1 in step S11. As the state of the engine 1, for example, a crank angle, a cam angle, an accelerator opening, and the like are acquired. In the next step S12, the ECU 60 determines whether or not the engine 1 is stopped. If it is determined that the engine 1 is in operation, the current control routine is terminated.
  • the process proceeds to step S13, and the ECU 60 determines whether or not a predetermined start condition is satisfied. It is determined that the predetermined start condition is satisfied when an operation for requesting start of the engine 1 is performed, for example, an operation of turning on an ignition switch. Further, the engine 1 is a control target of so-called idle stop control, which is a control for stopping the operation of the engine 1 when a predetermined stop condition is satisfied and restarting the engine 1 when a predetermined restart condition is satisfied. In this case, the restart condition is also included in the predetermined start condition.
  • the engine 1 when the engine 1 is mounted on a hybrid vehicle, it is determined that a predetermined start condition is satisfied when the required driving force to the vehicle becomes equal to or greater than a predetermined determination value when traveling with the electric motor. . If it is determined that the start condition is not established, the current control routine is terminated.
  • step S14 the ECU 60 determines whether or not the state of the variable valve timing mechanism 20 is the phase locked state.
  • the phase locked state the phase of the camshaft 11 with respect to the crankshaft 6 is an intermediate phase. Therefore, by comparing the crank angle and the cam angle, it can be determined whether or not the state of the variable valve timing mechanism 20 is in the phase locked state.
  • step S15 the ECU 60 executes the relative torque increase control described above.
  • step S16 the process proceeds to step S16, and the ECU 60 executes normal control.
  • the starter S is controlled so that the reference torque T0 is output from the starter S.
  • step S17 the ECU 60 determines whether or not the engine 1 has been started. Completion of the start of the engine 1 is determined based on the fact that the rotational speed of the engine 1 exceeds a predetermined determination value. The determination value is set to a rotation speed at which the operation can be continued without the assistance of the starter S. If it is determined that the engine 1 has not been started, the process returns to step S13, and the processes of steps S13 to S17 are repeatedly executed until the start of the engine 1 is completed. On the other hand, if it is determined that the engine 1 has been started, the current control routine is terminated.
  • the output torque of the starter S is increased from the second torque T2 to the first torque T1, and when the cam torque is the maximum value, the output torque of the starter S is increased.
  • the first torque T1 is reduced to the second torque T2.
  • the difference of the torque which acts on the vane rotor 21 and the torque which acts on the housing 22 can be expanded.
  • the viscosity of the oil increases, so that the camshaft 11 is difficult to rotate. In this case, the variation in cam torque may be reduced.
  • an engine with a small lift amount of the intake valve 7 may be mounted on the hybrid vehicle.
  • the torque applied from the intake valve 7 to the camshaft 11 is small, so the cam torque fluctuation is small.
  • the combustion temperature is low, so that the temperature is unlikely to rise at the start.
  • the viscosity of the oil may increase and the cam torque fluctuation may decrease.
  • the vane rotor 21 can be rotated relative to the housing 22 by effectively utilizing the cam torque fluctuation. Therefore, the state of the variable valve timing mechanism 20 can be quickly switched to the phase locked state.
  • the vane rotor 21 can be rotated in the reverse rotation direction with respect to the housing 22, that is, the vane rotor 21 can be retarded. .
  • the valve body 46 of the OCV 44 is switched to the retard position.
  • the output torque of the starter S is switched to the first torque T1 during the period P1 during which the cam torque increases, and during the period P2 during which the cam torque decreases.
  • the output torque of S may be switched to the second torque T2.
  • variable valve timing mechanism 20 corresponds to the variable valve mechanism of the present invention.
  • the vane rotor 21 corresponds to the first rotating body of the present invention
  • the housing 22 corresponds to the second rotating body of the present invention.
  • the lock hole 34 corresponds to the recess of the present invention.
  • the OCV 44, the check valve 48, and the check valve 50 correspond to the oil flow control means of the present invention.
  • the starter S corresponds to the electric motor of the present invention.
  • the forward rotation torque corresponds to the positive torque of the present invention, and the reverse rotation torque corresponds to the negative torque of the present invention.
  • the present invention can be implemented in various forms without being limited to the above-described forms.
  • the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a four-cylinder internal combustion engine.
  • the present invention may be applied to a single cylinder internal combustion engine or various internal combustion engines having two or more cylinders.
  • the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a spark ignition type internal combustion engine.
  • the present invention may be applied to a diesel internal combustion engine.
  • the control of the starter shown in the above embodiment is applied to various electric motors used for starting an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is started by the motor / generator.
  • the starter control of the above-described form is applied to this motor generator.
  • the state of the variable valve timing mechanism provided on the camshaft on the intake valve side is controlled.
  • the state of the variable valve timing mechanism provided on the camshaft on the exhaust valve side may be controlled according to the present invention. .

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Abstract

　ベーンロータ（２１）とハウジング（２２）との相対回転を禁止可能なロック機構（３１）を有する可変バルブタイミング機構（２０）を備えた内燃機関（１）に適用され、所定の始動条件が成立した場合に、クランク軸（６）をスタータ（Ｓ）で駆動して内燃機関（１）を始動する制御装置において、内燃機関（１）の始動時であり、かつロック機構（３１）がアンロック状態の場合には、吸気弁（７）からカム軸（１１）に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときにスタータ（Ｓ）の出力トルクが減少し、吸気弁（７）からカム軸（１１）に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときにスタータ（Ｓ）の出力トルクが増加するようにスタータ（Ｓ）が制御される。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、カム軸と一体回転する第１回転体と、第１回転体に対して相対回転可能かつクランク軸と一体回転する第２回転体とを有する可変動弁機構が設けられた内燃機関の制御装置に関する。
　カム軸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軸と一体回転するハウジングとを有し、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バルブの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。また、このような可変動弁機構に設けられるロック機構として、ベーンロータに設けられたロックピンがハウジングに設けられた凹部に嵌ることでベーンロータとハウジングとの相対回転を禁止するロック状態に切り替わるロック機構が知られている。このようなロック機構付きの可変動弁機構が設けられた内燃機関の制御装置として、内燃機関の始動時にロック機構がロック状態でない場合には、内燃機関のクランキング速度の低下及び上昇が複数回実行されるようにスタータを制御する制御装置が知られている（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が存在する。
特開２０１２－１４９５９１号公報 特開２０１１－０５２５６３号公報
　特許文献１の装置では、カムノーズの頂点がバルブリフタに接触したときにクランキング速度を低下させている。そして、これによるクランク軸の回転速度の低下とカムトルクの変動に起因するカム軸の回転速度の変化を利用してハウジングとベーンロータとを相対回転させている。しかしながら、カムノーズの頂点がバルブリフタに接触したときのカムトルクは０であるため、カムトルクの変動をベーンロータとハウジングとの相対回転に有効に活用できていない可能性がある。
　そこで、本発明は、可変動弁機構の第１回転体と第２回転体の相対回転にカムトルクの変動を有効に活用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、気筒開閉用のバルブをバルブスプリングに抗して駆動するカムが設けられたカム軸と、前記カム軸と一体に回転する第１回転体と、前記第１回転体に対して相対回転可能に設けられるとともにクランク軸と一体に回転する第２回転体と、前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか一方に設けられたロックピンの一部が前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか他方に設けられた凹部に嵌って前記第１回転体と前記第２回転体との相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間に設定された中間位相にロックするロック状態と前記ロックピンが前記凹部から抜けて前記第１回転体に対して前記第２回転体が相対回転可能になるアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、を有する可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、所定の始動条件が成立した場合に、前記クランク軸を電動機で駆動して前記内燃機関を始動する始動手段を備えた制御装置において、前記内燃機関の運転時に前記カム軸が回転する方向を正転方向とするとともに前記正転方向と反対の回転方向を逆転方向とし、前記カム軸が前記正転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを正トルクとするとともに前記カム軸が前記逆転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを負トルクとし、前記カム軸に付与されるトルクが前記正トルク側に変化することをトルクの増加とするとともに前記カム軸に付与されるトルクが前記負トルク側に変化することをトルクの減少とし、前記始動手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記ロック機構が前記アンロック状態の場合に、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが減少し、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが増加するように前記電動機を制御する回転速度変動手段を備えている。
　本発明の制御装置では、バルブからカム軸に付与されるトルク（カムトルク）が増加から減少に切り替わったとき、すなわちカムトルクが最大値になったときに電動機の出力トルクを低下させる。また、カムトルクが減少から増加にきりかわったとき、すなわちカムトルクが最小値になったときに電動機の出力トルクを増加させる。このように電動機の出力トルクを変化させることで、第１回転体に作用するトルクと第２回転体に作用するトルクとの差を拡大することができる。そのため、本発明によれば、第１回転体と第２回転体の相対回転にカムトルクの変動を有効に活用することができる。また、このように第１回転体に作用するトルクと第２回転体に作用するトルクとの差を拡大することにより、カムトルクの変動が小さくても第１回転体と第２回転体とを相対回転させることができる。
　本発明の制御装置の一形態において、前記第１回転体は、径方向に延びるベーンを有し、前記第２回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ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なように収容し、前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記進角室からはオイルが排出されず、前記遅角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される進角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、前記回転速度変動手段は、前記第１回転体を前記第２回転体に対して前記正転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記進角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御してもよい。この形態によれば、進角室に供給されたオイルが進角室から排出されないので、第１回転体を第２回転体に対して正転方向、すなわち進角側に回転させることができる。
　本発明の制御装置の一形態において、前記第１回転体は、径方向に延びるベーンを有し、前記第２回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ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なように収容し、前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記遅角室からはオイルが排出されず、前記進角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される遅角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、前記回転速度変動手段は、前記第１回転体を前記第２回転体に対して前記逆転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記遅角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御してもよい。この形態によれば、遅角室に供給されたオイルが遅角室から排出されないので、第１回転体を第２回転体に対して逆転方向、すなわち遅角側に回転させることができる。
　本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関の始動時に前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったか否か判定するロック判定手段をさらに備え、前記始動手段は、前記ロック判定手段により前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったと判定された場合に、前記回転速度変動手段による前記電動機の制御を禁止し、前記電動機から前記基準トルクが出力されるように前記電動機の動作を制御してもよい。ロック機構がロック状態に切り替わった場合は、ロック機構により第１回転体と第２回転体との相対回転が禁止される。そのため、この場合には回転速度変動手段による電動機の制御を禁止する。これにより電動機の出力トルクを無駄に変動させることを回避できる。
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を示す図。 可変バルブタイミング機構を拡大して示す図。 図２のIII－III線における可変バルブタイミング機構の断面を示す図。 図２のIV－IV線における可変バルブタイミング機構の断面を示す図。 可変バルブタイミング機構を進角側に制御するときのオイルの流れを説明するための図。 可変バルブタイミング機構を遅角側に制御するときのオイルの流れを説明するための図。 エンジンの始動時における吸気弁のリフト量、吸気弁からカム軸に付与されるトルク、及びスタータの出力トルクの時間変化の一例を示す図。 ＥＣＵが実行する始動制御ルーチンを示すフローチャート。
　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を示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載される火花点火式の４サイクル内燃機関として構成されている。エンジン１は、４つの気筒２を備えている。なお、図１では４つのうちの１つのみを示す。各気筒にはそれらの並び方向一端から他端側に向かって＃１～＃４の気筒番号を付して互いに区別する。このエンジン１では＃１の気筒２と＃４の気筒２の爆発間隔が３６０°ＣＡ（クランク角を意味する。）ずらされ、＃３の気筒２と＃２の気筒２の爆発時期が＃１の気筒２の爆発時期を基準として１８０°ＣＡ、５４０°ＣＡずらされることにより、１８０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。そして、このエンジン１では＃１、＃３、＃４、＃２の順番で各気筒２において爆発が発生するように爆発順番が設定されている。
　各気筒２には、ピストン３が往復動自在に挿入されている。これにより気筒２内に燃焼室４が形成される。ピストン３は、コネクティングロッド５を介してクランク軸６と連結されている。各気筒２には、吸気通路及び排気通路（いずれも不図示）が接続されている。各気筒２には、燃焼室４に対して吸気通路を開閉するための吸気弁７と、燃焼室４に対して排気通路を開閉するための排気弁８とが設けられている。吸気弁７の上端には、バルブリフタ７ａが吸気弁７と一体的に往復運動可能に設けられている。また、吸気弁７は、バルブスプリング７ｂにて閉弁方向に付勢されている。同様に排気弁８の上端にもバルブリフタ８ａが排気弁８と一体的に往復運動可能に設けられている。吸気弁８は、バルブスプリング（不図示）にて閉弁方向に付勢されている。
　エンジン１には、エンジン１の始動時にクランク軸６を駆動可能なスタータＳが設けられている。このスタータＳは、回転速度を調整可能に構成されている。
　エンジン１には、吸気弁７及び排気弁８を開閉駆動するための動弁機構１０が設けられている。動弁機構１０は、吸気弁用のカム軸１１と、排気弁用のカム軸１２とを備えている。吸気弁用のカム軸１１には、各気筒２の吸気弁７を開閉するための複数のカム１１ａが設けられている。排気弁用のカム軸１２には、各気筒２の排気弁８を開閉するための複数のカム１２ａが設けられている。カム軸１１の一端側には可変バルブタイミング機構２０が設けられている。可変バルブタイミング機構２０は、クランク軸６からタイミングチェーン９を介してカム軸１１、１２に至る回転運動の伝達経路上に設けられ、クランク軸６の位相とカム１１ａの位相との関係を変化させて吸気弁７が開閉するタイミングを変更する。
　図２～図４を参照して可変バルブタイミング機構２０について説明する。なお、図２は可変バルブタイミング機構２０を拡大して示している。図３は、図２のIII－III線における可変バルブタイミング機構２０の断面を示している。図４は、図２のIV－IV線における可変バルブタイミング機構２０の断面を示している。
　図２に示すように、可変バルブタイミング機構２０は、ベーンロータ２１と、ベーンロータ２１が内部に同軸に収容されたハウジング２２とを備えている。ベーンロータ２１は、センターボルト(不図示)にてカム軸１１の先端に固定されている。そのため、ベーンロータ２１はカム軸１１と一体に回転する。ベーンロータ２１は、ハウジング２２に対して相対回転可能なようにハウジング２２内に収容されている。ベーンロータ２１は、円筒状のロータ本体２３と、ロータ本体２３から径方向外側に延びる３つのベーン２４とを備えている。
　図３に示すようにハウジング２２は、カム軸１１に相対回転可能に支持されたスプロケット２５と、ハウジング本体２６と、蓋部２７とを備えている。スプロケット２５には、タイミングチェーン９が巻き掛けられている。これにより、ハウジング２２がクランク軸６とともに回転する。図２に示すようにハウジング本体２６は、円筒状の外壁部２６ａと、その外壁部２６ａから径方向内側に延びる３つの隔壁２６ｂとを備えている。これによりハウジング本体２６の内部には、３つの収容室２８が形成される。ベーンロータ２１は、ベーン２４が収容室２８内に配置されるようにハウジング本体２６と組み合わされる。そして、図３に示すようにハウジング本体２６の回転軸線Ａｘの方向の一方の側がスプロケット２５にて、他方の側が蓋部２７にて塞がれることによりベーンロータ２１がハウジング２２内に収容される。これにより、図２に示すようにベーン２４にて各収容室２８が進角室２９と遅角室３０に区分される。これら進角室２９及び遅角室３０には、オイルが供給される。
　この可変バルブタイミング機構２０では、進角室２９又は遅角室３０に供給する油圧を調整してベーンロータ２１をハウジング２２に対して相対回転させる。そして、これによりクランク軸６に対するカム軸１１の位相を進角側又は遅角側に変更する。なお、このエンジン１では、エンジン１の運転時にカム軸１１が図２の矢印Ｆ方向に回転する。以下、この方向を正転方向と称することがある。また、この正転方向は逆の方向、図２の矢印Ｒ方向を逆転方向と称することがある。クランク軸６に対してカム軸１１の位相を遅角させる場合、ハウジング２２に対してベーンロータ２１を逆転方向に回転させる。そして、ベーン２４の遅角側の側面２４ｒが収容室２８の遅角側の側面２８ｒに接触した場合に、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が最も遅角された状態になる。以下、このときの位相を最遅角位相と称することがある。一方、クランク軸６に対してカム軸１１の位相を進角させる場合、ハウジング２２に対してベーンロータ２１を正転方向に回転させる。そして、ベーン２４の進角側の側面２４ｆが収容室２８の進角側の側面２８ｆに接触した場合に、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が最も進角された状態になる。以下、このときの位相を最進角位相と称することがある。
　可変バルブタイミング機構２０には、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が最進角位相と最遅角位相との間に設定された中間位相で固定されるようにハウジング２２に対するベーンロータ２１の相対回転を禁止するロック機構３１が設けられている。なお、中間位相には、エンジン１の始動に適したタイミングで吸気弁７が開閉する位相が設定されている。ロック機構３１は、３つのベーン２４のうちの１つに設けられたシリンダ３２と、そのシリンダ３２に挿入されたロックピン３３とを備えている。シリンダ３２は、ベーン２４を回転軸線Ａｘの方向に貫通するように形成されている。ロックピン３３は、回転軸線Ａｘの方向に移動可能なようにシリンダ３２に挿入されている。また、ロックピン３３は、その一部がシリンダ３２から突出し、スプロケット２５に設けられたロック穴３４に嵌るように設けられている。このようにロックピン３３がロック穴３４に嵌ることにより、ハウジング２２に対するベーンロータ２１の相対回転が禁止される。以下、この状態を位相ロック状態と称することがある。一方、ロックピン３３がロック穴３４から抜けてベーンロータ２１がハウジング２２に対して相対回転可能な状態をアンロック状態と称することがある。
　ロック穴３４は、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が中間位相で固定されるようにスプロケット２５に設けられている。シリンダ３２内には不図示のスプリングが設けられている。このスプリングは、ロックピン３３がスプロケット２５側に付勢されるようにシリンダ３２内に配置されている。また、ロックピン３３の先端部には、オイルの油圧を作用させてロックピン３３をロック穴３４から引き抜くための不図示の作動室が設けられている。このロック機構３１では、スプリングにて付勢されてロックピン３３がロック穴３４に嵌ることにより、ベーンロータ２１の相対回転が禁止される。そして、作動室にオイルの油圧を作用させてロックピン３３をロック穴３４から引き抜くことにより、ベーンロータ２１の相対回転が許可される。図４に示すようにロック穴３４の側方には、そのロック穴３４の底部が最新となるように形成されたラチェット溝３５が設けられている。このラチェット溝３５は、ロック穴３４の開口部が遅角側に拡大されるように設けられている。
　進角室２９及び遅角室３０へのオイルの供給は、図５に示したオイル供給装置４０にて行われる。この図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１ａのオイルをストレーナ４１を介して汲み上げるオイルポンプＯＰを備えている。オイルポンプＯＰは、クランク軸６に駆動される周知のポンプである。オイルポンプＯＰの吐出側は、動弁用油路４３を介してオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４４と接続されている。動弁用油路４３には、逆止弁４２が設けられている。逆止弁４２は、オイルポンプＯＰからＯＣＶ４４へのオイルの流れは許容し、ＯＣＶ４４からオイルポンプＯＰへのオイルの流れは阻止する。
　ＯＣＶ４４は、バルブ本体４５と、バルブ本体４５内をこの図の左右方向に移動可能な弁体４６とを備えている。バルブ本体４５には、導入ポート４５ａ、吐出ポート４５ｂ、第１リターンポート４５ｃ、及び第２リターンポート４５ｄが設けられている。導入ポート４５ａには、動弁用油路４３が接続されている。吐出ポート４５ｂには、供給通路４７が接続されている。供給通路４７は、その途中で第１分岐通路４７ａと、第２分岐通路４７ｂとに分岐している。第１分岐通路４７ａは、進角室２９と接続されている。第１分岐通路４７ａには、ＯＣＶ４４から進角室２９へのオイルの流れは許容し、進角室２９からＯＣＶ４４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。また、第１分岐通路４７ａのうち逆止弁４８よりも進角室２９側の区間からは第１リターン通路４９が分岐している。第１リターン通路４９は、第１リターンポート４５ｃに接続されている。第２分岐通路４７ｂは、遅角室３０と接続されている。第２分岐通路４７ｂには、ＯＣＶ４４から遅角室３０へのオイルの流れは許容し、遅角室３０からＯＣＶ４４へのオイルの流れは阻止する逆止弁５０が設けられている。第２分岐通路４７ｂのうち逆止弁５０よりも遅角室３０側の区間からは第２リターン通路５１が分岐している。第２リターン通路５１は、第２リターンポート４５ｄに接続されている。
　弁体４６は、図５に示した進角位置と、図６に示した遅角位置との間で移動可能なように設けられている。弁体４６が進角位置にある場合、図５に示すように導入ポート４５ａ、吐出ポート４５ｂ、及び第２リターンポート４５ｄが接続される。一方、第１リターンポート４５ｃが設けられている部分は、弁体４６にて区分される。この場合、図中に矢印で示したように、遅角室３０のオイルは第２リターン通路５１を介してＯＣＶ４４に戻される。一方、進角室２９のオイルは、第１リターン通路４９を介してＯＣＶ４４に戻ることができない。そのため、ハウジング２２に対してベーンロータ２１が正転方向に回転する。そのため、クランク軸６に対してカム軸１１の位相が進角される。
　一方、図６に示すように弁体４６が遅角位置にある場合には、導入ポート４５ａ、吐出ポート４５ｂ、及び第１リターンポート４５ｃが接続される。そして、第２リターンポート４５ｄが設けられている部分が弁体４６にて区分される。この場合、図中に矢印で示したように、進角室２９のオイルが第１リターン通路４９を介してＯＣＶ４４に戻される。一方、遅角室３０のオイルは、第２リターン通路５１を介してＯＣＶ４４に戻ることができない。そのため、ハウジング２２に対してベーンロータ２１が逆転方向に回転する。そのため、クランク軸６に対してカム軸１１の位相が遅角される。
　エンジン１の始動時に、進角室２９及び遅角室３０のいずれもがオイルで満たされておらず、かつロックピン３３がロック穴３４に嵌っていない場合には、クランク軸６の回転に伴ってハウジング２２が正転方向に回転する。そして、これによりベーンロータ２１がハウジング２２に対して遅角側に相対回転する。そのため、エンジン１の始動時には、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が最遅角位相になる。ただし、この位相ではエンジン１の始動時に時間が掛かるため、位相を中間位相に切り替える必要がある。そこで、エンジン１では、エンジン１の始動時に吸気弁７からカム軸１１に付与されるトルクを利用してベーンロータ２１をハウジング２２に対して相対回転させる。そして、これによりクランク軸６に対するカム軸１１の位相を中間位相に切り替える。
　図７は、エンジン１の始動時における吸気弁７のリフト量、吸気弁７からカム軸１１に付与されるトルク、及びスタータＳの出力トルクの時間変化の一例を示している。なお、吸気弁７のリフト量は燃焼室４への吸気弁７の突出量を意味する。
　エンジン１の始動時にスタータＳによってクランク軸６が駆動されるとカム軸１１が回転する。これにより各気筒２の吸気弁７がカム１１ａによって開閉駆動される。この際、カム１１ａにより吸気弁７を開弁方向に駆動している間、すなわち吸気弁７のリフト量が増加している間は、バルブスプリング７ｂが縮められる。そのため、この図に示すように吸気弁７からカム軸１１にカム軸１１が逆転方向に回転するトルク（以下、逆転トルクと称する。）が付与される。なお、この図では逆転トルクを負の値で示している。一方、吸気弁７がバルブスプリング７ｂにより閉弁方向に駆動されている間、すなわち吸気弁７のリフト量が減少している間はバルブスプリング７ｂが伸びる。そのため、吸気弁７からカム軸１１にカム軸１１が正転方向に回転するトルク（以下、正転トルクと称する。）が付与される。そして、これらのトルクが各気筒２の吸気弁７からカム軸１１に付与される。そのため、この図に示すようにカム軸１１には、正転トルクと逆転トルクとが交互に付与される。以下、このトルクを交番トルクと称することがある。そして、カム軸１１に付与されるトルクが正転トルク側に変化することをトルクの増加とし、トルクが逆転トルク側に変化することをトルクの減少とする。
　このエンジン１では、カム軸１１に作用するトルクに応じてスタータＳを制御し、これにより位相を速やかに中間位相に切り替える。図７に示すようにエンジン１では、吸気弁７からカム軸１１に付与されるトルク（以下、カムトルクと称することがある。）が最小値から最大値になるまでの期間、言い換えるとカムトルクが増加する期間Ｐ１にスタータＳの出力トルクを所定の基準トルクＴ０より大きくする。以下、この期間Ｐ１にスタータＳから出力されるトルクを第１トルクＴ１と呼ぶことがある。これによりクランク軸６の回転速度が増加する。一方、カムトルクが最大値から最小値になるまでの期間、言い換えるとカムトルクが減少する期間Ｐ２にはスタータＳの出力トルクを所定の基準トルクＴ０より小さくする。以下、この期間Ｐ２にスタータＳから出力されるトルクを第２トルクＴ２と呼ぶことがある。これによりクランク軸６の回転速度が低下する。なお、第１トルクＴ１及び第２トルクＴ２は、それら平均すると基準トルクＴ０になるように設定される。この図に示すようにエンジン１では、カムトルクが最小値のときにスタータＳの出力トルクを第２トルクＴ２から第１トルクＴ１に増加させる。そして、カムトルクが最大値のときにスタータＳの出力トルクを第１トルクＴ１から第２トルクＴ２に低下させる。なお、このようなスタータＳの出力トルクの切り替えは、例えばクランク角に基づいて行えばよい。周知のように各気筒２の吸気弁７が開弁される期間は、エンジン１の仕様により定められている。そして、その期間はクランク角にて特定されている。そのため、カムトルクが最小値になる時期及びカム軸が最大値になる時期は、クランク角にて特定できる。そこで、クランク角に基づいてスタータＳの出力トルクを制御すればよい。また、クランク角の代わりにクランク角と相関しているカム角に基づいてスタータＳの出力トルクを制御してもよい。
　このようにスタータＳの出力トルクを変動させる場合、ベーンロータ２１を回転させるべき方向に応じてＯＣＶ４４が適宜に制御される。ハウジング２２に対してベーンロータ２１を正転方向に回転させる場合、すなわちベーンロータ２１を進角させる場合には、ＯＣＶ４４の弁体４６が進角位置に切り替えられる。これにより進角室２９にオイルを導入し、ベーンロータ２１が遅角側に戻ることを防止できる。以降、これらスタータＳ及びＯＣＶ４４の制御を相対トルク増加制御と称することがある。
　これらの制御によりベーンロータ２１がハウジング２２に対して進角側に相対回転する。上述したようにロック穴３４には、開口部を遅角側に拡大するラチェット溝３５が設けられている。そのため、このようにベーンロータ２１が進角側に相対回転するとロックピン３３がまずラチェット溝３５に嵌る。そして、ベーンロータ２１がさらに進角側に相対回転するとロックピン３３はラチェット溝３５を進角側に進み、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が中間位相になるとロックピン３３がロック穴３４に嵌る。これによりベーンロータ２１の相対回転が禁止され、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が中間位相に固定される。
　スタータＳ及びＯＣＶ４４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エンジン１に設けられた種々の制御対象を制御し、これによりエンジン１を制御する。ＥＣＵ６０には、エンジン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、及びアクセル開度センサ６３等が接続されている。クランク角センサ６１は、クランク軸６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、カム軸１１の角度（カム角）に対応した信号を出力する。アクセル開度センサ６３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。
　図８はＥＣＵ６０がエンジン１を始動するために実行する始動制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転状態の拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。
　この制御ルーチンにおいてＥＣＵ６０は、まずステップＳ１１でエンジン１の状態を取得する。エンジン１の状態としては、例えばクランク角、カム角、及びアクセル開度等が取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ６０は、エンジン１が停止中か否か判定する。エンジン１が運転中と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
　一方、エンジン１が停止中と判定した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ６０は所定の始動条件が成立したか否か判定する。所定の始動条件は、例えばイグニッションスイッチのオン操作などエンジン１の始動を要求する操作が行われた場合に成立したと判定される。また、エンジン１が、所定の停止条件が成立した場合にエンジン１の運転を停止させ、所定の再始動条件が成立した場合にエンジン１を再始動させる制御、いわゆるアイドルストップ制御の制御対象である場合は、この再始動条件も所定の始動条件に含まれる。さらに、エンジン１がハイブリッド車両に搭載されている場合には、電動モータでの走行時に車両への要求駆動力が所定の判定値以上になった場合に所定の始動条件が成立したと判定される。始動条件が不成立と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
　一方、始動条件が成立したと判定した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ６０は可変バルブタイミング機構２０の状態が位相ロック状態か否か判定する。上述したように位相ロック状態では、クランク軸６に対するカム軸１１の位相が中間位相になる。そのため、クランク角とカム角とを比較することにより、可変バルブタイミング機構２０の状態が位相ロック状態か否か判定できる。可変バルブタイミング機構２０の状態がアンロック状態と判定した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ６０は上述した相対トルク増加制御を実行する。一方、可変バルブタイミング機構２０の状態が位相ロック状態であると判定した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ６０は通常制御を実行する。この通常制御では、スタータＳから基準トルクＴ０が出力されるようにスタータＳが制御される。
　ステップＳ１５又はステップＳ１６で制御を実行した後はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ６０はエンジン１の始動が完了したか否か判定する。エンジン１の始動の完了は、エンジン１の回転速度が所定の判定値を超えたことを基準として判定される。この判定値には、スタータＳの補助なしに運転が継続できる回転速度が設定される。エンジン１の始動が完了していないと判定した場合はステップＳ１３に戻り、エンジン１の始動が完了するまでステップＳ１３～Ｓ１７の処理を繰り返し実行する。一方、エンジン１の始動が完了したと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
　以上に説明したように、本発明では、カムトルクが最小値のときにスタータＳの出力トルクを第２トルクＴ２から第１トルクＴ１に増加させ、カムトルクが最大値のときにスタータＳの出力トルクを第１トルクＴ１から第２トルクＴ２に低下させる。これにより、ベーンロータ２１に作用するトルクとハウジング２２に作用するトルクとの差を拡大することができる。冷間始動時ではオイルの粘度が大きくなるので、カム軸１１が回転し難くなる。そして、この場合にはカムトルクの変動が小さくなる可能性がある。また、ハイブリッド車両には、吸気弁７のリフト量が小さいエンジンが搭載されることがある。このようなエンジンでは吸気弁７からカム軸１１に付与されるトルクが小さくなるので、カムトルクの変動が小さくなる。さらに、アルコール燃料で運転可能なエンジンでは、燃焼温度が低くなるため、始動時に温度が上昇し難い。この場合にもオイルの粘度が大きくなり、カムトルクの変動が小さくなる可能性がある。本発明では、このようにカムトルクの変動が小さい場合でもそのカムトルクの変動を有効に活用してベーンロータ２１をハウジング２２に対して相対回転させることができる。従って、可変バルブタイミング機構２０の状態を位相ロック状態に速やかに切り替えることができる。
　なお、上述した形態では、ベーンロータ２１を進角させる場合を説明したが、相対トルク増加制御では、ハウジング２２に対してベーンロータ２１を逆転方向に回転させること、すなわちベーンロータ２１を遅角させることもできる。この場合には、ＯＣＶ４４の弁体４６を遅角位置に切り替える。これにより遅角室３０に導入したオイルがＯＣＶ４４に戻ることを防止できるので、ベーンロータ２１を遅角させることができる。なお、この場合であってもスタータＳの出力トルクは、図７に示したようにカムトルクが増加する期間Ｐ１にスタータＳの出力トルクを第１トルクＴ１に切り替え、カムトルクが減少する期間Ｐ２にスタータＳの出力トルクを第２トルクＴ２に切り替えればよい。
　上述した形態では、可変バルブタイミング機構２０が本発明の可変動弁機構に相当する。また、ベーンロータ２１が本発明の第１回転体に相当し、ハウジング２２が本発明の第２回転体に相当する。ロック穴３４が本発明の凹部に相当する。ＯＣＶ４４、逆止弁４８、及び逆止弁５０が本発明のオイルフロー制御手段に相当する。スタータＳが本発明の電動機に相当する。正転トルクが本発明の正トルクに相当し、逆転トルクが本発明の負トルクに相当する。図８の始動制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ６０が本発明の始動手段として機能する。また、図８のステップＳ１６を実行することにより、ＥＣＵ６０が本発明の回転速度変動手段として機能する。そして、図８のステップＳ１４を実行することにより、ＥＣＵ６０が本発明のロック判定手段として機能する。
　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４気筒の内燃機関に限定されない。単気筒の内燃機関、又は２つ以上の気筒を有する種々の内燃機関に本発明を適用してよい。また、本発明が適用される内燃機関は火花点火式の内燃機関に限定されない。本発明は、ディーゼル内燃機関に適用してもよい。
　上述した形態で示したスタータの制御は、内燃機関の始動に用いられる種々の電動機に適用される。内燃機関とモータ・ジェネレータとが走行用動力源として搭載されたハイブリッド車両では、モータ・ジェネレータで内燃機関を始動する。この場合、上述した形態のスタータの制御がこのモータ・ジェネレータに適用される。
　上述した形態では吸気弁側のカム軸に設けられた可変バルブタイミング機構の状態を制御したが、本発明によって排気弁側のカム軸に設けられた可変バルブタイミング機構の状態を制御してもよい。

Claims (4)

  1. 　気筒開閉用のバルブをバルブスプリングに抗して駆動するカムが設けられたカム軸と、
    　前記カム軸と一体に回転する第１回転体と、前記第１回転体に対して相対回転可能に設けられるとともにクランク軸と一体に回転する第２回転体と、前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか一方に設けられたロックピンの一部が前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか他方に設けられた凹部に嵌って前記第１回転体と前記第２回転体との相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の中間に設定された中間位相にロックするロック状態と前記ロックピンが前記凹部から抜けて前記第１回転体に対して前記第２回転体が相対回転可能になるアンロック状態とに切り替え可能なロック機構と、を有する可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、
    　所定の始動条件が成立した場合に、前記クランク軸を電動機で駆動して前記内燃機関を始動する始動手段を備えた制御装置において、
    　前記内燃機関の運転時に前記カム軸が回転する方向を正転方向とするとともに前記正転方向と反対の回転方向を逆転方向とし、前記カム軸が前記正転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを正トルクとするとともに前記カム軸が前記逆転方向に回転するように前記カム軸に作用するトルクを負トルクとし、前記カム軸に付与されるトルクが前記正トルク側に変化することをトルクの増加とするとともに前記カム軸に付与されるトルクが前記負トルク側に変化することをトルクの減少とし、
    　前記始動手段は、前記内燃機関の始動時であり、かつ前記ロック機構が前記アンロック状態の場合に、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加から減少に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが減少し、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少から増加に切り替わったときに前記電動機の出力トルクが増加するように前記電動機を制御する回転速度変動手段を備えている制御装置。
  2. 　前記第１回転体は、径方向に延びるベーンを有し、
    　前記第２回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ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なように収容し、
    　前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記進角室からはオイルが排出されず、前記遅角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される進角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、
    　前記回転速度変動手段は、前記第１回転体を前記第２回転体に対して前記正転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記進角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御する請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記第１回転体は、径方向に延びるベーンを有し、
    　前記第２回転体は、前記ベーンの前記逆転方向の側方に進角室が、前記ベーンの前記正転方向の側方に遅角室がそれぞれ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なように収容し、
    　前記進角室及び前記遅角室の両方にオイルが供給されるとともに前記遅角室からはオイルが排出されず、前記進角室からはオイルが排出されるようにオイルの流れが制御される遅角状態に切り替え可能なオイルフロー制御手段をさらに備え、
    　前記回転速度変動手段は、前記第１回転体を前記第２回転体に対して前記逆転方向に回転させる場合に、前記オイルフロー制御手段を前記遅角状態に切り替え、かつ前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが増加しているときには前記電動機の出力トルクが所定の基準トルクより大きく、前記バルブから前記カム軸に付与されるトルクが減少しているときには前記電動機の出力トルクが前記基準トルクより小さくなるように前記電動機を制御する請求項１に記載の制御装置。
  4. 　前記内燃機関の始動時に前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったか否か判定するロック判定手段をさらに備え、
    　前記始動手段は、前記ロック判定手段により前記ロック機構が前記ロック状態に切り替わったと判定された場合に、前記回転速度変動手段による前記電動機の制御を禁止し、前記電動機から前記基準トルクが出力されるように前記電動機の動作を制御する請求項２又は３に記載の制御装置。
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