JP2013194552A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動時における中間ロック位相への自立変位をより早期かつ確実に行えるようにする。
【解決手段】中間ロック機構を有するバルブタイミング可変機構を備える内燃機関において、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには（Ｓ１０１：ＮＯ）、ウェイストゲートバルブを開いて（Ｓ１０３）、触媒の暖機性を向上する一方で、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ウェイストゲートバルブを閉じて（Ｓ１０２）、内燃機関の背圧を高め、機関回転速度の上昇を抑えることで、バルブタイミング可変機構の２つの回転体のカムトルクの変動に伴う相対揺動の振幅を大きくし、中間ロック機構の作動性を高めるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

車載等の内燃機関に適用される機構として、機関バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構が知られている。そしてそうしたバルブタイミング可変機構として、カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、クランクシャフトに駆動連結された第２の回転体とを備え、それら回転体の相対回動によりカムシャフトの回転位相を変更することで、機関バルブのバルブタイミングを可変とする機構が実用されている。

上記２つの回転体の相対回動を油圧により行う機構では、機関始動時には、油圧の供給が不足して、油圧だけでは、バルブタイミングを保持できない。そのため、そうしたバルブタイミング可変機構には、両回転体の相対回動を機械的に係止するロック機構が設けられ、ロック機構を作動させた状態で内燃機関を停止することで、機関始動時のバルブタイミングを始動に適したタイミングに保持している。

一方、近年には、機関始動時のバルブタイミングよりも遅角側への制御を可能とするため、回転体の相対回動範囲の中間においてそれらの相対回動の係止を行う中間ロック機構を備えたバルブタイミング可変機構も実用されている。こうした中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構では、機関停止時に中間ロック機構の作動に失敗した場合には、機関始動時のバルブタイミングを始動に適したタイミングに保持できず、始動性を十分に確保できなくなってしまう。

一方、回転中のカムシャフトには、その回転に際して、バルブスプリングの付勢力に抗した機関バルブの押し下げに伴う反回転方向のトルク（負のカムトルク）と、バルブスプリングの付勢力による助勢を受けた機関バルブの押し上げに伴う回転方向のトクル（正のカムトルク）とが交番に作用する。油圧が抜け、第１の回転体と第２の回転体との相対回動が規制されていない状態では、そうしたカムトルクの変動により、第１の回転体が第２の回転体に対して揺動する。そこで、この種のバルブタイミング可変機構では、こうしたカムトルクの変動に応じた揺動により、２つの回転体の相対回動位相を、中間ロック機構による相対回動の係止が行われる中間ロック位相まで自立変位させるようにしている。ちなみに、特許文献１には、こうしたカムトルクの変動を用いたバルブタイミング可変機構の自立変位をより容易かつ確実とする、ラチェット機構を備えた中間ロック機構付きのバルブタイミング可変機構が記載されている。

特開２００２−１２２００９号公報

ところで、こうした中間ロック位相への自立変位を早期かつ確実に行うには、カムトルクの変動による第１の回転体の揺動振幅が十分に大きくなっていなければならない。しかしながら、状況によっては、クランキングの開始後、機関回転速度が早期に上昇してしまい、中間ロック位相への第１の回転体の自立変位を、ひいては中間ロック機構の作動を早期かつ的確に行えないことがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、機関始動時における中間ロック位相への自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンを迂回する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ付きのターボチャージャーと、を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して前記ウェイストゲートバルブの開度を小さくしている。

上記構成では、機関始動の開始時に中間ロック機構による両回転体の相対回動の係止がなされていないときには、ウェイストゲートバルブの開度が小さくされ、それにより排気タービンを迂回する排気の流量が低減される。こうして排気タービンを迂回する排気の流量が低減されると、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そしてその結果、カムトルクの変動周期が長くなり、第２の回転体に対する第１の回転体の揺動振幅が大きくなる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第１の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。

一方、中間ロック機構が作動した状態で機関始動が開始される場合には、ウェイストゲートバルブの開度が大きくされる。そのため、このときには、触媒に流入する排気の温度が上り、触媒の暖機性が向上するようになる。

また、そうした効果は、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、請求項２によるように、前記ウェイストゲートバルブを閉じ、同機関始動の開始時にその係止がなされているときには、同ウェイストゲートバルブを開くことで、より顕著なものとなる。

また上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンに吹き付ける排気の流速を調整する可変ノズル付きのターボチャージャーとを備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記第１及び第２の回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、前記排気タービンに吹き付ける排気の流速が高くなるように可変ノズルの開度を制御している。

上記構成では、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、排気タービンへの排気の吹き付け速度がより高くなるように、ターボチャージャーの可変ノズルの開度が制御される。そして、その結果、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そのため、カムトルクの変動周期が長くなり、第２の回転体に対する第１の回転体の揺動振幅が大きくなるようになる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第１の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。

更に、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明は、カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、当該内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗を大きくするようにしている。

上記構成では、機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、排気通路における排気の流動抵抗が増加して、内燃機関の背圧が上り、機関回転速度が低下する。そのため、カムトルクの変動周期が長くなり、第２の回転体に対する第１の回転体の揺動振幅が大きくなるようになる。したがって、上記構成によれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときに、その係止が行われる中間ロック位相への第１の回転体の自立変位をより早期かつ確実に行えるようにすることができる。

なお、請求項５によるように、バルブタイミング可変機構に、第１及び第２の回転体の相対回動の位相を、中間ロック機構による相対回動の係止が行われる位相に案内するラチェット機構を備えるようにすれば、機関始動の開始時に中間ロック機構による相対回動の係止がなされていないときの、その係止が行われる中間ロック位相への第１の回転体の自立変位を更に早期かつ確実に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の全体構造を模式的に示す略図。 同実施の形態の適用される内燃機関に設けられるバルブタイミング可変機構の平面断面構造を示す断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿ったバルブタイミング可変機構の側部断面構造を示す断面図。 （ａ）〜（ｄ）バルブタイミング可変機構におけるベーンローターの自立変位動作の様相を示す図。 （ａ）〜（ｄ）図４とは別の視点から見た、バルブタイミング可変機構におけるベーンローターの自立変位動作の様相を示す図。 同実施の形態に適用される始動時ウェイストゲートバルブ制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｃ）同実施の形態の機関始動時の制御態様の一例を示すタイムチャート。 （ａ）〜（ｄ）高回転時及び低回転時のそれぞれにおけるカムトルク及びベーンローター変位の推移を示すグラフ。 （ａ），（ｂ）本発明の第２の実施の形態の適用される内燃機関のターボチャージャーに設けられた可変ノズルの動作を示す略図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施の形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明する。内燃機関の吸気通路１の最上流部には、同吸気通路１に取り込まれた空気を浄化するエアクリーナー２が設けられている。吸気通路１のエアクリーナー２の下流には、吸気を圧縮するターボチャージャー３のコンプレッサー４が配設され、更にその下流には、コンプレッサー４での断熱圧縮で高温となった吸気を冷却するインタークーラー５が配設されている。吸気通路１のインタークーラー５の下流には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ６が配設されている。そして吸気通路１は、吸気バルブ８を介して燃焼室９に接続されている。なお、この内燃機関には、吸気バルブ８のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構１０が設けられている。

また、燃焼室９は、排気バルブ１１を介して排気通路１３に接続されている。排気通路１３には、排気の流勢によりコンプレッサー４を駆動する、ターボチャージャー３の排気タービン１４が配設されている。なお、このターボチャージャー３には、排気タービン１４を迂回する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ１５が設けられている。そして、排気通路１３の排気タービン１４の下流には、排気を浄化する触媒コンバーター１６が配設されている。

こうした内燃機関は、電子制御ユニット１７により制御されている。電子制御ユニット１７は、機関制御のための各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータが記憶された読み込み専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）等を備えている。電子制御ユニット１７には、内燃機関の始動、停止用のスイッチであるイグニッションスイッチ１８や、クランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサー１９、カムシャフトの回転位相を検出するカム角センサー２０等のセンサー類の検出信号が入力されている。そして、電子制御ユニット１７は、それらセンサー類からの信号を基に、機関制御を行っている。

次に、図２〜図５を参照して、こうした内燃機関に設置されたバルブタイミング可変機構１０の詳細を説明する。
図２に示すように、バルブタイミング可変機構１０には、ベーンローター１００が設けられている。ベーンローター１００は、内燃機関の吸気カムシャフトの端部に一体回転可能に固定されている。ベーンローター１００の外周には、複数のベーン１０２が径方向に突出して形成されている。こうしたベーンローター１００は、ハウジング１０１の内部に収容されている。

ハウジング１０１は、ベーンローター１００と同軸を有して相対回動可能に配設されている。そして、ハウジング１０１は、タイミングベルト機構やチェーン機構のような巻き掛け伝動機構を介して内燃機関のクランクシャフトに駆動連結されている。ハウジング１０１の内周には、ベーンローター１００の各ベーン１０２をそれぞれ収容する、ベーン１０２と同数の凹部１０３が形成されている。各凹部１０３の内部は、ベーン１０２によって２つの油室にそれぞれ区画されている。このうち、ベーン１０２のカムシャフト回転方向の逆方向（図中における時計回り方向。以下、進角方向と記載する。）に形成される油室は、ハウジング１０１に対してベーンローター１００を進角方向に相対回動させるための油圧が導入される進角油室１０４となっている。一方、ベーン１０２のカムシャフト回転方向（図中における反時計回り方向。以下、遅角方向と記載する。）に形成される油室は、ハウジング１０１に対してベーンローター１００を遅角方向に相対回動させるための油圧が導入される遅角油室１０５となっている。なお、こうしたバルブタイミング可変機構１０では、ベーンローター１００が、「カムシャフトに駆動連結された第１の回転体」に相当する構成となっている。また、ハウジング１０１が、「第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体」に相当する構成となっている。

ベーンローター１００のベーン１０２の一つには、ロックピン１０６が配設されている。図３に示すように、ロックピン１０６は、スプリング１０７によって、図中下方に付勢されている。一方、ハウジング１０１には、ロックピン１０６と係合可能なロック穴１０８が形成されている。ロック穴１０８は、ベーンローター１００がハウジング１０１に対する回動範囲の中間に位置したときに、ロックピン１０６と同位相となる位置に形成されている。なお、ロックピン１０６には、進角油室１０４や遅角油室１０５への油圧の供給に応じて、ロック穴１０８から離脱する方向（図中上方）に向けて油圧が印加されるようになっている。なお、ロックピン１０６がロック穴１０８に係合するときのベーンローター１００の回動位置は、吸気バルブのバルブタイミングが機関始動に最適なバルブタイミングとなる位置とされている。

一方、ハウジング１０１には、ロック穴１０８に連続して、階段状のラチェット溝１０９が形成されている。ラチェット溝１０９は、ロック穴１０８からカムシャフト反回転方向に延伸されており、ロック穴１０８から離れるに従ってその溝深さが段階的に浅くなるように形成されている。なお、以下では、こうしたラチェット溝１０９の溝深さが一番浅い部分を、同ラチェット溝１０９の一段目と記載し、以降、溝深さが浅い順に同ラチェット溝１０９の二段目、三段目・・・と記載する。

次に、以上のように構成されたバルブタイミング可変機構１０の作用を説明する。
機関始動の開始時のバルブタイミング可変機構１０では、各進角油室１０４及び各遅角油室１０５にオイルは充填されていない状態となっている。また、通常は、ロックピン１０６がロック穴１０８に係合し、中間ロック機構が作動した状態で機関始動が開始されるようになっている。

機関始動が完了して、十分な油圧を確保できるようになると、各進角油室１０４及び各遅角油室１０５にオイルが充填される。また、これとともにロックピン１０６には、油圧が印加され、ロックピン１０６がスプリング１０７の付勢力に抗してロック穴１０８から離脱される。そして、これにより、中間ロック機構の作動が解除され、ベーンローター１００とハウジング１０１の相対回動が許容される。

中間ロック機構の作動が解除されると、進角油室１０４及び遅角油室１０５の油圧調整によるバルブタイミング可変制御が開始される。例えば、進角油室１０４の油圧を高めるとともに、遅角油室１０５の内部の油圧を下げると、ベーン１０２の両側の油圧差により、ベーンローター１００がハウジング１０１に対して進角方向に回動する。そして、それにより、ベーンローター１００に一体回転可能に連結された吸気カムシャフトの回転位相が進角され、その吸気カムシャフトの回転により開閉される吸気バルブ８のバルブタイミングが早められる。また、遅角油室１０５にオイルを供給してその内部の油圧を高めるとともに、進角油室１０４からオイルを抜いてその内部の油圧を下げると、ベーン１０２の両側の油圧差により、ベーンローター１００がハウジング１０１に対して遅角方向に回動する。そして、それにより、ベーンローター１００に一体回転可能に連結された吸気カムシャフトの回転位相が遅角され、その吸気カムシャフトの回転により開閉される吸気バルブ８のバルブタイミングが遅らされる。更に、進角油室１０４及び遅角油室１０５の油圧を均衡させると、ベーン１０２の両側に作用する油圧が釣り合ってハウジング１０１に対するベーンローター１００の回動が停止する。そして、その結果、吸気カムシャフトの回転位相が、ひいては吸気バルブ８のバルブタイミングが保持される。こうして機関運転中のバルブタイミング可変機構１０は、機関運転状況に適した吸気バブルのバルブタイミングが得られるように動作される。

機関停止時には、進角油室１０４及び遅角油室１０５から油圧が抜かれる。このとき、このバルブタイミング可変機構１０では、ベーンローター１００が中間ロック機構による相対回動の係止が行われる位相（中間ロック位相）まで、自立的に変位されるようになっている。すなわち、このバルブタイミング可変機構１０では、ロックピン１０６、スプリング１０７及びラチェット溝１０９によって、ベーンローター１００及びハウジング１０１の相対回動の位相を中間ロック位相に案内するラチェット機構が構成されている。そして、このラチェット機構の働きで、ベーンローター１００が中間ロック位相まで回動されるようになる。

例えば、機関停止が開始された時点でベーンローター１００が、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、ハウジング１０１に対する相対回動範囲の遅角方向の端（最遅角位相）に位置していたとする。この状態で進角油室１０４及び遅角油室１０５の油圧が抜かれると、ベーンローター１００は、ハウジング１０１に対して自由に回動可能となる。

一方、回転中の吸気カムシャフトには、吸気バルブの開閉に伴うトルク（カムトルク）が作用する。すなわち、バルブスプリングの付勢力に抗した吸気バルブの開弁に応じては、カムシャフト反回転方向のトルク、すなわち負のカムトルクが吸気カムシャフトに作用し、バルブスプリングの付勢力による助勢を受ける吸気バルブの閉弁に応じては、カムシャフト回転方向のトルク、すなわち正のカムトルクが吸気カムシャフトに作用する。そのため、回転中の吸気カムシャフトには、正と負のカムトルクが交番に作用する。

進角油室１０４及び遅角油室１０５から油圧が抜かれたことで、自由に揺動可能となったベーンローター１００は、こうしたカムトルクの変動により、ハウジング１０１に対して揺動するようになる。この揺動により、ベーンローター１００が進角方向に一定量回動すると、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、ロックピン１０６がラチェット溝１０９の一段目に係合するようになる。これにより、ラチェット溝１０９の一段目に対するロックピン１０６の係合位相よりも遅角方向へのベーンローター１００の回動が規制され、ベーンローター１００の揺動範囲が進角方向に変位するようになる。

この状態で、ベーンローター１００が更に進角方向に一定量回動すると、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、ロックピン１０６がラチェット溝１０９の二段目に係合するようになる。これにより、ラチェット溝１０９の二段目に対するロックピン１０６の係合位相よりも遅角方向へのベーンローター１００の回動が規制され、ベーンローター１００の揺動範囲が進角方向に更に変位するようになる。

こうして、ベーンローター１００は、ハウジング１０１に対して次第に進角方向に回動していくようになる。そして最終的にベーンローター１００は、図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示すように、中間ロック位相まで回動され、ロックピン１０６がロック穴１０８に係合されるようになる。そしてこれにより、十分な油圧を確保できない機関始動時にも、吸気バルブのバルブタイミングを、機関始動に最適なバルブタイミングに保持するようにしている。

ところで、こうしたバルブタイミング可変機構１０を備える内燃機関では、機関始動時に、ウェイストゲートバルブ１５を開くようにしている。ウェイストゲートバルブ１５が開かれると、排気が排気タービン１４を迂回して、触媒コンバーター１６に直接流れ込むようになる。これにより、触媒コンバーター１６に流入する排気の温度が高まり、触媒コンバーター１６に設けられた排気の昇温が促進される。

一方、上述したように、この内燃機関では、機関停止時にバルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構を作動させるようにしている。しかしながら、状況によっては、機関停止時に中間ロック機構を作動させられないことがある。例えば、内燃機関が急停止されたときには、内燃機関の回転の完全停止に至るまでの時間が短すぎて、中間ロック位相までベーンローター１００を回動し切れないことがある。

こうした場合、内燃機関の始動性を確保するため、機関始動の開始後、ベーンローター１００を中間ロック位相まで速やかに回動して、中間ロック機構を作動させる必要がある。このときの中間ロック位相へのベーンローター１００の回動は、カムトルクの変動によるベーンローター１００の揺動と、ラチェット機構の働きとを利用して行うことが可能である。こうしたベーンローター１００の回動は、カムトルクの変動によるベーンローター１００の揺動の振幅が大きいほど、早期かつ確実に行うことができる。

そこで、本実施の形態では、このときのベーンローター１００の回動をより早期かつ確実に行うことができるように、以下の態様でウェイストゲートバルブ１５の制御を行うようにしている。すなわち、本実施の形態では、図６に示す始動時ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）制御ルーチンの処理を通じて、機関始動時のウェイストゲートバルブ１５の制御を行っている。同ルーチンの処理は、機関始動の開始後、電子制御ユニット１７によって、周期的に繰り返し実行されるものとなっている。

さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、機関始動時であるか否かが判定される。ここで機関始動時でなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、機関始動時であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が進められる。

ステップＳ１０１に処理が進められると、そのステップＳ１０１において、中間ロック機構が作動しているか否かが判定される。ここで中間ロック機構が作動していなければ（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０２において、ウェイストゲートバルブ１５が開かれた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、中間ロック機構が作動していれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０３に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０３において、ウェイストゲートバルブ１５が閉じられた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

続いて、以上のように構成された本実施の形態の内燃機関の制御装置の機関始動時の制御動作を説明する。図７は、本実施の形態の制御装置が適用された内燃機関の機関始動時における（ａ）イグニッションスイッチ（ＩＧ）１８の開閉、（ｂ）ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）１５の開度、及び（ｃ）機関回転速度の推移の一例が示されている。なお、同図では、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときのイグニッションスイッチ１８の開閉及び機関回転速度の推移が一点鎖線で、作動していないときのそれらの推移が実線でそれぞれ示されている。

同図の制御態様の一例では、時刻ｔ０において、イグニッションスイッチ１８がオンとされ、機関始動が開始されている。このとき、バルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構が作動していれば、ウェイストゲートバルブ１５が開かれる。その結果、触媒コンバーター１６には、排気タービン１４を迂回して直接排気が流れ込むようになる。そのため、このときには、同触媒コンバーター１６に流入する排気の温度が高まって、触媒の暖機性が向上される。

一方、機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構が作動していないときには、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）１５は閉じられる。このときの排気は、排気タービン１４を通って流れるようになる。そのため、排気タービン１４の回転抵抗のため、排気の流動抵抗が高まって、内燃機関の背圧が高くなる。そしてその結果、機関回転速度の上昇が鈍るようになる。

ここで、図８（ａ）、（ｃ）に示すように、機関回転速度ＮＥが低いときには、同機関回転速度ＮＥが高いときに比して、カムトルクの変動周期が長くなる。そしてカムトルクの変動周期が長くなれば、正のカムトルクによるベーンローター１００の進角方向への回動、負のカムトルクによるベーンローター１００の遅角方向への回動がより長い時間継続するようになる。そのため、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、機関回転速度ＮＥが低いときには、同機関回転速度ＮＥが高いときに比して、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動振幅が大きくなる。したがって、ウェイストゲートバルブ１５を閉じて内燃機関の背圧を高め、機関回転速度の上昇速度を遅くすれば、機関始動の開始後、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動振幅が大きい状態がより長く継続するようになる。そしてその結果、ベーンローター１００が中間ロック位相に、より早期かつ確実に回動されるようになる。

以上説明した本実施の形態の内燃機関の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構が作動しているときには、ウェイストゲートバルブ１５を開き、作動していないときには、ウェイストゲートバルブ１５を開くようにしている。そのため、中間ロック機構の非作動時には、内燃機関の背圧が高まって機関回転速度の上昇が抑えられて、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動振幅が大きくなる。したがって、中間ロック位相へのベーンローター１００の自立回動をより早期かつ確実に行わせることができるようになる。

（２）機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン１４を迂回して触媒コンバーター１６に排気が直接流れ込むようになり、触媒コンバーター１６に流入する排気の温度が高まるようになる。そのため、このときには、触媒の暖機性を向上することができる。

（３）機関始動の開始時にバルブタイミング可変機構１０の中間ロック機構が作動しているときには、内燃機関の背圧が低くなり、機関回転速度の上昇速度が高まるため、より短い時間で内燃機関の始動を完了することができる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施の形態を、図９を併せ参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態のものと、機能及び構成が同様の部材については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態では、ウェイストゲートバルブ１５を開き、内燃機関の背圧を高めることで、機関始動時の中間ロック機構の作動をより早期かつ確実に行えるようにしていた。一方、ターボチャージャーには、排気タービンに吹き付ける排気の流速を調整する可変ノズルを備えたものがある。こうした可変ノズル付きターボチャージャーを備える内燃機関では、可変ノズルの開度制御により、内燃機関の背圧を昇降することができる。そこで、本実施の形態では、ターボチャージャーの可変ノズルの開度制御により、機関始動時の中間ロック機構の作動性を高めるようにしている。

ここでは、まず可変ノズル付きターボチャージャーの構成を説明する。図９に示すように、この種のターボチャージャーでは、その排気タービン３０の外周に、複数の可変ノズル３１が等間隔に配設されている。各可変ノズル３１は、連動して回動され、それにより、隣接する可変ノズル３１の間に形成される排気の流路の面積が変更されるようになっている。なお、同図（ａ）には、可変ノズル３１が閉じられたときの状態が、同図（ｂ）には、可変ノズル３１が開かれたときの状態がそれぞれ示されている。

本実施の形態では、電子制御ユニット１７は、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、作動しているときに比して、排気タービン３０に吹き付ける排気の流速が高くなるように可変ノズル３１の開度を制御している。例えば、中間ロック機構の作動時には、可変ノズル３１を完全に閉じ、非作動時には、可変ノズル３１を一定量開くようにしたり、中間ロック機構の作動時には、非作動時に比して、可変ノズル３１の開度を小さくしたりする。

こうした場合にも、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、排気の流動抵抗が増して内燃機関の背圧が高まって、機関回転速度の上昇が抑えられる。そのため、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動の振幅を大きくして、中間ロック位相へのベーンローター１００の回動をより早期かつ確実に行わせることが可能となる。

なお、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン３０に吹き付ける排気の流速が低下して、排気タービン３０の回転に要する排気の熱損失が減るため、触媒コンバーター１６に流入する排気の温度が高まるようになる。そのため、このときには、触媒の暖機性が向上されるようになる。また、中間ロック機構の作動時には、機関回転速度の上昇速度が高くなるため、より短い時間で内燃機関の始動を完了することができるようにもなる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施の形態では、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、ウェイストゲートバルブ１５を閉じ、作動しているときには、ウェイストゲートバルブ１５を開くようにしていた。ウェイストゲートバルブ１５の開度を段階的、或いは連続的に変更可能な場合には、機関始動の開始時における中間ロック機構の作動の有無により、ウェイストゲートバルブ１５の開度を変更することで、機関始動時におけるより早期かつ確実な中間ロック機構の作動を可能とすることができる。すなわち、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動していないときには、作動しているときに比してウェイストゲートバルブ１５の開度を小さくすれば、排気タービン１４を迂回する排気の流量が減少して、内燃機関の背圧が高まるようになる。そのため、機関回転速度の上昇が抑えられ、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動の振幅を大きくなり、中間ロック位相へのベーンローター１００の回動をより早期かつ確実に行わせることができる。この場合にも、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、排気タービン１４を迂回する排気の流量が増大されて、触媒コンバーター１６に流入する排気の温度が高められるため、触媒の暖機性が向上されるようになる。

・上記実施の形態では、ウェイストゲートバルブ１５や可変ノズル３１の開度制御により排気の流動抵抗を大きくすることで、機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めていたが、それ以外の方法で排気の流動抵抗を大きくしても、同様に機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めることができる。例えば、排気通路にその流路面積を可変とするバルブを設置してその開度を小さくすることでも、内燃機関の背圧が高まって、ベーンローター１００の揺動振幅が拡大されるようになる。したがって、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動されていないときには、作動しているときに比して、内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗が大きくなるようにすれば、機関始動時における中間ロック機構の作動性を高めることができる。一方、機関始動の開始時に中間ロック機構が作動しているときには、機関回転速度の上昇速度が高まるため、内燃機関の始動をより短時間で完了することが可能となる。

・上記実施の形態では、中間ロック機構のロックピン１０６及びスプリング１０７をラチェット機構としても利用するようにしていたが、同様の機能を有するラチェット機構を中間ロック機構とは完全に別個に設けるようにしても良い。

・上記実施の形態では、カムトルクの変動に伴うベーンローター１００の揺動による中間ロック位相へのベーンローター１００の自立回動をより確実に行うため、バルブタイミング可変機構１０にラチェット機構を設けるようにしていた。そうしたラチェット機構が無くても、中間ロック位相へのベーンローター１００の自立回動が可能であれば、ラチェット機構を割愛した構成としても良い。

・上記実施の形態では、ロックピン１０６をベーンローター１００側に、ロック穴１０８をハウジング１０１側にそれぞれ設ける構成としていたが、ベーンローター１００側にロック穴を、ハウジング１０１側にロックピンを設けるように中間ロック機構を構成しても良い。

・上記実施の形態では、ベーンローター１００がカムシャフトと同期回転し、ハウジング１０１がクランクシャフトに駆動連結されたようにバルブタイミング可変機構１０が構成されていた。これとは逆に、ハウジング１０１がカムシャフトと同期回転し、ベーンローター１００がクランクシャフトに駆動連結されたようにバルブタイミング可変機構１０を構成するようにしても良い。

・バルブタイミング可変機構１０の構成は、上記実施の形態で例示したものに限らず適宜変更しても良い。要は、以下の構成（イ）〜（ハ）を有し、下記（イ）の第１の回転体と下記（ロ）の第２の回転体との相対回動を通じてバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構が設けられた内燃機関であれば、本発明の適用が可能である。
（イ）カムシャフトに駆動連結された第１の回転体。
（ロ）その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体。
（ハ）第１及び第２の回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構。

１…吸気通路、２…エアクリーナー、３…ターボチャージャー、４…コンプレッサー、５…インタークーラー、６…スロットルバルブ、８…吸気バルブ、９…燃焼室、１０…バルブタイミング可変機構、１１…排気バルブ、１３…排気通路、１４…排気タービン、１５…ウェイストゲートバルブ、１６…触媒コンバーター、１７…電子制御ユニット、１８…イグニッションスイッチ、１９…クランク角センサー、２０…カム角センサー、３０…排気タービン、３１…可変ノズル、１００…ベーンローター（第１の回転体）、１０１…ハウジング（第２の回転体）、１０２…ベーン、１０３…凹部、１０４…進角油室、１０５…遅角油室、１０６…ロックピン（中間ロック機構、ラチェット機構）、１０７…スプリング（中間ロック機構、ラチェット機構）、１０８…ロック穴（中間ロック機構）、１０９…ラチェット溝（ラチェット機構）。

Claims (5)

1. カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンを迂回する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ付きのターボチャージャーと、を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、
   機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して前記ウェイストゲートバルブの開度が小さくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 機関始動時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、前記ウェイストゲートバルブが閉じられ、同機関始動時にその係止がなされているときには、同ウェイストゲートバルブが開かれる
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構と、排気タービンに吹き付ける排気の流速を調整する可変ノズル付きのターボチャージャーと、を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、
   機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記第１及び第２の回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、前記排気タービンへの排気の流速が高くなるように前記可変ノズルの開度が制御される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. カムシャフトに駆動連結された第１の回転体と、その第１の回転体と同軸を有して相対回動可能に配設されるとともにクランクシャフトに駆動連結された第２の回転体と、それら回転体の相対回動範囲の中間においてそれら回転体の相対回動を機械的に係止する中間ロック機構とを備えるバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置において、
   機関始動の開始時に前記中間ロック機構による前記回転体の相対回動の係止がなされていないときには、同機関始動の開始時にその係止がなされているときに比して、当該内燃機関の排気通路における排気の流動抵抗が大きくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記バルブタイミング可変機構は、前記第１及び第２の回転体の相対回動の位相を、前記中間ロック機構による相対回動の係止が行われる位相に案内するラチェット機構を備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。