WO2013069137A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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internal combustion
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豊和 中嶋
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トヨタ自動車 株式会社
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    • F01L2800/00Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/01Starting

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a hydraulically driven valve timing changing mechanism.
  • a hydraulically driven valve timing changing mechanism is known as a mechanism for changing the valve timing of an internal combustion engine.
  • the rotor fixed to the tip of the camshaft is housed in the housing fixed to the sprocket.
  • the rotor is provided with a plurality of vanes protruding in the radial direction.
  • the housing is provided with storage chambers for storing these vanes. As a result, each storage chamber is partitioned into an advance hydraulic chamber and a retard hydraulic chamber via vanes.
  • the rotor is rotated in the housing by adjusting the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber and the retard hydraulic chamber, and the rotor with respect to the sprocket and Change the relative rotation phase of the camshaft. As a result, the valve timings of the intake valve and the exhaust valve are changed.
  • a lock mechanism is provided for maintaining the relative rotation phase of the rotor with respect to the sprocket at a lock phase that is a relative rotation phase suitable for starting the engine, and the rotor is fixed to the lock phase by this lock mechanism when the internal combustion engine is stopped.
  • the lock mechanism includes a lock pin and a lock hole with which the lock pin is engaged, and restricts the relative rotation of the rotor with respect to the sprocket by inserting the lock pin into the lock hole.
  • the rotor when the engine is started, it is desirable that the rotor is fixed to the lock phase by the lock mechanism. However, when the rotor cannot be fixed to the lock phase when the engine is stopped, the rotor is locked to the lock phase when the engine is started. It may not be fixed to. In such a case, the valve timing at the time of starting the engine becomes unstable, so that the engine start cannot be completed or the engine start takes time.
  • a plurality of step portions having different depths are provided on the bottom surface of the lock hole, and these step portions are arranged so as to gradually become deeper toward the lock phase.
  • the rotor when the rotor swings in the housing, the rotor is gradually rotated toward the lock phase by sequentially inserting the lock pins into the plurality of step portions having different depths provided in the lock holes of the lock mechanism, Eventually, the rotor reaches the lock phase, and the rotor is fixed by the lock mechanism. That is, in the internal combustion engine described in Patent Document 2, the lock mechanism has a ratchet function, and the rotor rotates to the lock phase when the engine is started by the action of the ratchet function.
  • JP 2001-41012 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-122009
  • An object of the present invention is to quickly rotate the rotor to the lock phase and fix the rotor to the lock phase by the lock mechanism.
  • An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be completed at an early stage.
  • a control device for an internal combustion engine has a housing that rotates in conjunction with rotation of a crankshaft and a rotor connected to a camshaft, and the relative rotation of the rotor with respect to the housing by hydraulic pressure.
  • a hydraulically driven valve timing changing mechanism that changes the valve timing by changing the phase, a lock mechanism that fixes the relative rotational phase of the rotor with respect to the housing to the lock phase by inserting a lock pin into the lock hole, and a camshaft And an auxiliary machine driven using the driving force of
  • the control device for an internal combustion engine according to the present invention rotates the rotor to the advance side to the lock phase and fixes the rotor by the lock mechanism when the rotor is not fixed by the lock mechanism when the engine is started. Furthermore, the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention reduces the amount of operation of the auxiliary machine when the rotor is rotated to the advance side to the lock phase when the engine is started.
  • the higher the operating amount of the auxiliary machine the greater the load that acts when rotating the camshaft. Therefore, the higher the operating amount of the auxiliary machine, the harder the camshaft and rotor rotate to the advance side.
  • the rotor when the rotor is rotated to the advance side to the lock phase, the operation amount of the auxiliary machine driven using the driving force of the camshaft is reduced. Therefore, the rotor can be easily rotated to the advance side. Therefore, even when the rotor is not fixed by the lock mechanism when the engine is started, the rotor can be quickly rotated to the lock phase and the rotor can be fixed to the lock phase by the lock mechanism. As a result, the engine start can be completed early.
  • a plurality of step portions having different depths are arranged on the bottom surface of the lock hole so as to become deeper as they approach the lock phase.
  • the lock mechanism has a ratchet function in which when the rotor swings in the housing, the lock pins are sequentially inserted into a plurality of step portions so that the rotor rotates toward the advance phase toward the lock phase. It has.
  • the action of the ratchet function causes the rotor to advance toward the lock phase when the rotor swings in the housing when the valve opens and closes as the camshaft rotates during engine start. It will turn to the side.
  • the amount of operation of the auxiliary machine is reduced, so that when the rotor swings in the housing, the rotor is easily turned to the advance side. Therefore, even when the oil temperature is low and the viscosity of the hydraulic oil is high, it is possible to prevent the amount of rotation toward the advance side from becoming small.
  • the rotor can be quickly rotated to the lock phase and the rotor can be fixed to the lock phase by the lock mechanism, and the engine start can be completed early. it can.
  • control device for the internal combustion engine rotates the rotor to the advance side to the lock phase by hydraulic pressure.
  • the rotor is rotated forward by the hydraulic pressure toward the lock phase. At this time, the amount of operation of the auxiliary machine is reduced, so that the rotor turns to the advance side even at a low oil pressure. Therefore, even when the engine is difficult to ensure a stable hydraulic pressure, the rotor can be quickly rotated to the lock phase, and the rotor can be fixed to the lock phase by the lock mechanism, so that the engine start can be completed early. .
  • An internal combustion engine equipped with a lock mechanism having a ratchet function adopts a configuration in which the rotor is rotated to the advance side to the lock phase by hydraulic pressure when the engine is started, and both the action by the ratchet function and the action of hydraulic pressure are utilized.
  • the rotor can be rotated to the lock phase.
  • an internal combustion engine is mounted on a vehicle including a brake operation member operated by a driver, a brake booster that assists the operation of the brake operation member using negative pressure, and a parking brake.
  • the accessory includes a vacuum pump that supplies negative pressure to the brake booster.
  • the control apparatus of an internal combustion engine reduces the operating amount of a vacuum pump on condition that the parking brake is act
  • the parking brake if the parking brake is operating, it can be estimated that the vehicle is stopped and that the vehicle can be maintained even if the function of the brake booster is reduced.
  • the engine start can be completed early by reducing the amount of operation of the vacuum pump while maintaining the stopped state even on a slope.
  • a clutch capable of disconnecting the connection between the vacuum pump and the camshaft is provided, and the connection between the vacuum pump and the camshaft is disconnected by the clutch, A configuration for stopping the operation can be adopted.
  • a relief valve that opens the negative pressure supply passage to which the vacuum pump is connected to the atmosphere is provided, and the relief valve is opened to open the negative pressure supply passage to the atmosphere.
  • a configuration can also be adopted.
  • the accessory includes a high pressure fuel pump. Then, the control device for the internal combustion engine reduces the amount of operation of the high-pressure fuel pump on the condition that the state in which the rotation speed of the crankshaft does not rise to a level for determining completion of engine start continues with engine start.
  • the amount of operation of the high-pressure fuel pump is subject to the condition that the crankshaft rotation speed has not increased to the level for determining completion of engine start. It is desirable to reduce If such a configuration is adopted, the amount of operation of the high-pressure fuel pump will be reduced when the engine can be started without reducing the amount of operation of the high-pressure fuel pump. It can suppress that it becomes.
  • a high pressure fuel pump configured to change the amount of fuel to be pumped by controlling the timing of closing the spill valve, the fuel is not pumped by the high pressure fuel pump if the spill valve is held open. The amount of operation can be reduced.
  • a clutch capable of disconnecting the connection between the high-pressure fuel pump and the camshaft is provided, and the connection between the high-pressure fuel pump and the camshaft is disconnected by the clutch.
  • a configuration in which the operation of the fuel pump is stopped may be employed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine control device according to an embodiment of the present invention and an internal combustion engine that is a control target thereof.
  • the end view which shows the internal structure of the valve timing change mechanism of the embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a sectional structure along the line AA in FIG. 3.
  • (A), (b), (c), (d) is sectional drawing which shows a mode that a rotor is advanced to a lock phase by a ratchet function.
  • the flowchart which shows the flow of the process performed at the time of engine starting in the same embodiment.
  • the schematic block diagram which shows the structure for reducing the operating amount of a vacuum pump in other embodiment which actualized this invention.
  • the schematic block diagram which shows the structure for reducing the operation amount of a high pressure fuel pump in other embodiment which actualized this invention.
  • the flowchart which shows the flow of the process performed at the time of engine starting in other embodiment which actualized this invention.
  • the flowchart which shows the flow of the process performed at the time of engine starting in other embodiment which actualized this invention.
  • a piston 12 is accommodated in the cylinder 11 of the internal combustion engine 10 so as to be able to reciprocate.
  • a combustion chamber 13 is defined by the top surface of the piston 12 and the inner peripheral surface of the cylinder 11.
  • a spark plug 18 is attached to the upper portion of the combustion chamber 13.
  • the combustion chamber 13 is provided with a fuel injection valve 19 that directly injects fuel into the combustion chamber 13.
  • an intake passage 14 for introducing air into the combustion chamber 13 and an exhaust passage 15 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 13 are connected to the combustion chamber 13.
  • a crankshaft 16 that converts the reciprocating motion of the piston 12 into a rotational motion is connected to the piston 12 via a connecting rod 17.
  • An intake camshaft 32 that opens and closes the intake valve 31 and an exhaust camshaft 42 that opens and closes the exhaust valve 41 are rotatably accommodated in the upper portion of the internal combustion engine 10.
  • a valve timing changing mechanism 30 for changing the valve timing of the intake valve 31 is attached to the tip of the intake camshaft 32
  • a valve timing changing mechanism 40 for changing the valve timing of the exhaust valve 41 is attached to the tip of the exhaust camshaft. Is attached.
  • These valve timing changing mechanisms 30 and 40 and the crankshaft 16 are connected via a timing chain. Accordingly, when the crankshaft 16 rotates, the rotation is transmitted to the valve timing changing mechanisms 30 and 40 via the timing chain, and the intake camshaft 32 and the exhaust camshaft 42 rotate.
  • the intake valve 31 is urged in the valve closing direction by a valve spring 34.
  • the intake valve 31 is displaced against the urging force of the valve spring 34 by the action of the intake cam 33 provided on the intake camshaft 32, and the intake valve 31 is opened.
  • the exhaust valve 41 is urged in the valve closing direction by a valve spring 44.
  • the exhaust valve 41 is displaced against the urging force of the valve spring 44 by the action of the exhaust cam 43 provided on the exhaust cam shaft 42, and the exhaust valve 41 is opened.
  • the lower part of the internal combustion engine 10 is provided with an oil pan 21 that stores hydraulic oil, and an oil pump 20 that is driven by the driving force of the crankshaft 16 to pump up the hydraulic oil in the oil pan 21.
  • the hydraulic oil pumped up by the oil pump 20 is supplied to the valve timing changing mechanisms 30 and 40 through the hydraulic oil passage 24.
  • the hydraulic oil passage 24 is provided with control valves 25 and 26 for controlling the supply of the hydraulic oil to the hydraulic chambers of the valve timing changing mechanisms 30 and 40 and the discharge of the hydraulic oil from the hydraulic chambers.
  • a part of the hydraulic oil stored in the oil pan 21 is supplied to the valve timing changing mechanisms 30 and 40 and functions as hydraulic oil that generates hydraulic pressure for driving the valve timing changing mechanisms 30 and 40. Also, it functions as a lubricating oil that is supplied to each part of the internal combustion engine 10 and lubricates each part of the internal combustion engine 10.
  • crankshaft 16 is connected to a starter motor 22 that cranks the crankshaft 16 by forcibly rotating the internal combustion engine 10 when the internal combustion engine 10 is started.
  • the fuel injection valve 19 is connected to a delivery pipe 86 that stores high-pressure fuel.
  • the fuel stored in the fuel tank 84 is pumped up by the feed pump 85 and then pressurized by the high-pressure fuel pump 80 and supplied to the delivery pipe 86.
  • the plunger 82 of the high-pressure fuel pump 80 is reciprocated by a cam 83 connected to the intake camshaft 32. That is, the high-pressure fuel pump 80 is one of auxiliary machines that are driven by using the driving force of the intake camshaft 32.
  • the high-pressure fuel pump 80 is provided with a spill valve 81.
  • the spill valve 81 By closing the spill valve 81 in accordance with the reciprocation of the plunger 82, the fuel is pressurized and fed to the delivery pipe 86 by pressure.
  • the amount of fuel pumped to the delivery pipe 86 can be changed by changing the valve closing timing of the spill valve 81.
  • a vacuum pump 90 that supplies negative pressure to the brake booster 91 is connected to the intake camshaft 32.
  • the brake booster 91 assists the stepping operation using negative pressure when the driver performs the stepping operation of the brake pedal (brake operation member) 96 of the vehicle.
  • the vacuum pump 90 discharges the air in the brake booster 91 using the driving force of the intake camshaft 32. That is, the vacuum pump 90 is also an auxiliary machine that is driven by using the driving force of the intake camshaft 32.
  • the negative pressure supply passage 92 connecting the brake booster 91 and the vacuum pump 90 prohibits the flow of air from the vacuum pump 90 side to the brake booster 91 side, and the vacuum pump 90 from the brake booster 91 side.
  • a check valve 93 that allows only air flow to the side is provided.
  • a clutch 94 that can disconnect the connection between the vacuum pump 90 and the intake camshaft 32 is provided between the vacuum pump 90 and the intake camshaft 32.
  • the internal combustion engine 10 is provided with various sensors for detecting the operating state of the internal combustion engine 10.
  • various sensors include a crank position sensor 101, a cam position sensor 102, an air flow meter 103, a water temperature sensor 104, an oil temperature sensor 105, and the like.
  • the crank position sensor 101 is provided in the vicinity of the crankshaft 16 and detects a crank angle that is a rotational phase of the crankshaft 16 and an engine rotational speed that is a rotational speed of the crankshaft 16 per unit time.
  • the cam position sensor 102 is provided in the vicinity of the intake camshaft 32 and detects a cam angle that is a rotational phase of the intake camshaft 32.
  • the air flow meter 103 is provided in the intake passage 14 and detects the amount of air introduced into the combustion chamber 13.
  • the water temperature sensor 104 detects the temperature of the engine cooling water.
  • the oil temperature sensor 105 detects the temperature of the hydraulic oil.
  • a push-type start switch 106 that is operated by an operator when the internal combustion engine 10 is requested to start, or a parking brake switch 107 that detects that the parking brake 97 is operating.
  • the start switch 106 outputs a start signal when operated.
  • the parking brake switch 107 outputs a parking brake signal when the parking brake 97 is operating. Signals output from these various sensors are taken into an electronic control device 100 that controls various devices of the internal combustion engine 10 in an integrated manner.
  • the electronic control device 100 includes a plurality of memories for storing and holding various control programs, calculation maps, data calculated when the control is executed, as well as a calculation unit. Then, the electronic control unit 100 monitors the state of the internal combustion engine 10 based on the detection results of the above-described sensors, and based on the state, the fuel injection control for controlling the fuel injection valve 19 and the spill valve 81, ignition, and the like. Ignition timing control for controlling the plug 18 is executed. Further, the electronic control unit 100 controls the valve timing changing mechanisms 30 and 40 by controlling the control valves 25 and 26 to control the valve timings of the intake valve 31 and the exhaust valve 41, and the starter motor 22. Also performs control such as engine start control by.
  • the configuration of the valve timing changing mechanism 40 is basically the same as the configuration of the valve timing changing mechanism 30. Therefore, the detailed description of the configuration of the valve timing changing mechanism 40 is omitted.
  • the valve timing changing mechanism 30 is configured by closing the housing 36 with the sprocket 35 in a state where the rotor 53 is accommodated in the housing 36.
  • FIG. 2 shows a state in which the sprocket 35 is removed from the valve timing changing mechanism 30, and shows the internal structure of the valve timing changing mechanism 30.
  • the housing 36 is provided with three partition walls 54 extending radially inward.
  • the housing 36 accommodates a rotor 53 that rotates about the same rotational axis as the housing 36 so as to be rotatable.
  • the rotor 53 has a boss 53A connected to the intake camshaft 32 and three vanes 53B protruding outward in the radial direction of the boss 53A.
  • a storage chamber 55 is defined by the partition walls 54 of the housing 36 and the bosses 53A of the rotor 53.
  • the storage chamber 55 is divided into an advance hydraulic chamber 56 and a retard hydraulic chamber 57 by the vanes 53B. Each is partitioned.
  • valve timing changing mechanism 30 When the crankshaft 16 rotates as the engine operates, the driving force is transmitted to the sprocket 35 of the valve timing changing mechanism 30 via the timing chain. As a result, the intake camshaft 32 rotates together with the valve timing changing mechanism 30.
  • the valve timing changing mechanism 30 and the intake camshaft 32 are assumed to rotate clockwise as indicated by arrows in FIG.
  • the intake valve 31 is opened and closed by the intake cam 33 provided on the intake camshaft 32.
  • the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 of the valve timing changing mechanism 30 are controlled through the control valve 25, the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber.
  • the vane 53 ⁇ / b> B is displaced in the accommodation chamber 55 based on the change in the hydraulic pressure in 57, and the rotor 53 rotates in the housing 36.
  • the relative rotational phase of the rotor 53 with respect to the sprocket 35 and the housing 36 is changed, and accordingly, the relative rotational phase of the intake camshaft 32 with respect to the crankshaft 16 is changed, whereby the valve timing of the intake valve 31 is changed.
  • the hydraulic oil is supplied to the advance hydraulic chamber 56 while the hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 57 is discharged, so that the rotor 53 advances in the advance side direction with respect to the housing 36.
  • the valve timing is advanced.
  • the valve timing becomes the most advanced timing.
  • the hydraulic oil is supplied to the retarding hydraulic chamber 57 while the hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 56 is discharged, so that the rotor 53 rotates relative to the housing 36 in the retarding direction. Then, the valve timing is retarded. Then, when the volume of the advance hydraulic chamber 56 becomes the smallest and the vane 53B contacts the partition wall 54, the valve timing becomes the most retarded timing.
  • the valve timing changing mechanism 30 includes a lock mechanism 51 that mechanically fixes the relative rotational phase of the rotor 53 with respect to the housing 36 to the lock phase.
  • This lock phase is a phase located between the phase that makes the valve timing the most retarded timing and the phase that makes the most advanced timing, and the valve timing is set to a valve timing at which the engine can be started.
  • the relative rotation phase is set to a relative rotation phase that realizes a valve timing at which the engine can be started even at a low temperature start.
  • the lock mechanism 51 includes a first lock mechanism 60 and a second lock mechanism 70 provided in different vanes 53B.
  • the lock mechanism 51 constituted by the first lock mechanism 60 and the second lock mechanism 70 advances the relative rotational phase of the rotor 53 with respect to the housing 36 stepwise from the retard side to the lock phase with respect to the lock phase. It also has a ratchet function.
  • the first lock mechanism 60 includes a cylindrical first lock pin 61 housed in the vane 53B, and a first lock hole 63 into which the first lock pin 61 is fitted.
  • the first lock hole 63 is formed in the housing 36.
  • the first lock pin 61 is accommodated in a vane hole 66 formed in the vane 53B and reciprocates, and a part of the first lock pin 61 protrudes to the outside of the vane 53B and fits into the first lock hole 63.
  • the vane hole 66 is partitioned by the first lock pin 61 into a first spring chamber 68 located on the sprocket 35 side and a first release chamber 67 located on the first lock hole 63 side.
  • the first spring chamber 68 accommodates a first spring 62 that urges the first lock pin 61 toward the first lock hole 63.
  • the hydraulic fluid in the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 is supplied to the first release chamber 67. Therefore, when the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 increases, the first lock pin 61 is biased toward the sprocket 35 by the force based on the hydraulic pressure.
  • the first lock hole 63 has an arc shape along the circumferential direction in the housing 36. Specifically, the first lock hole 63 includes a first upper step portion 64 and a first lower step portion 65 formed deeper than the first upper step portion 64. The first upper step portion 64 is formed on the retard side with respect to the first lower step portion 65.
  • the second lock mechanism 70 includes a cylindrical second lock pin 71 accommodated in the vane 53B and a second lock hole 73 into which the second lock pin 71 is fitted.
  • the second lock hole 73 is formed in the housing 36.
  • the second lock pin 71 is accommodated in a vane hole 76 formed in the vane 53B and reciprocates, and a part of the second lock pin 71 protrudes outside the vane 53B and fits into the second lock hole 73.
  • the vane hole 76 is partitioned by the second lock pin 71 into a second spring chamber 78 located on the sprocket 35 side and a second release chamber 77 located on the second lock hole 73 side.
  • the second spring chamber 78 accommodates a second spring 72 that urges the second lock pin 71 toward the second lock hole 73.
  • the hydraulic fluid in the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 is supplied to the second release chamber 77. Therefore, when the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 increases, the second lock pin 71 is biased toward the sprocket 35 by a force based on the hydraulic pressure.
  • the second lock hole 73 has an arc shape along the circumferential direction in the housing 36. Specifically, the second lock hole 73 includes a second upper step portion 74 and a second lower step portion 75 formed deeper than the second upper step portion 74. The second upper stage portion 74 is formed on the retard side with respect to the second lower stage portion 75.
  • the first upper step portion 64 and the first lower step portion 65 formed in the first lock hole 63 cause displacement of the lock pin 61 when the first lock pin 61 is fitted into the step portions 64 and 65. regulate. Further, the second upper step portion 74 and the second lower step portion 75 formed in the second lock hole 73 restrict the displacement of the lock pin 71 when the second lock pin 71 is fitted. Further, when the first lock pin 61 is fitted in the first lower step portion 65 and the second lock pin 71 is fitted in the second lower step portion 75, the inner wall of the first lower step portion 65 on the advance side is used. Displacement of the first lock pin 61 toward the advance side is restricted.
  • FIG. 3 shows a state in which the lock mechanism 51 fixes the relative rotation phase of the rotor 53 to the lock phase.
  • the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber 56 and the retard hydraulic chamber 57 is controlled through the control valve 25 so as to rotate the rotor 53 to the lock phase.
  • the first lock biased by the first spring 62 is applied.
  • the pin 61 is fitted into the first lower step portion 65 of the first lock hole 63.
  • the second spring 72 is biased by the second spring 72.
  • the lock pin 71 is fitted into the second lower step 75 of the second lock hole 73.
  • the displacement of the first lock pin 61 toward the advance side is regulated by the inner wall of the first lower step portion 65 on the advance side, and the displacement of the second lock pin 71 toward the retard side is the first.
  • the rotation of the rotor 53 is restricted by the lock mechanism 51. That is, the valve timing is fixed at a valve timing suitable for engine start.
  • the first lock pin 61 is removed from the first lock hole 63 and the second lock pin 71 is 2 is removed from the lock hole 73.
  • the urging force based on this hydraulic pressure causes the first release chamber 67 to The first lock pin 61 moves toward the sprocket 35 and is removed from the first lock hole 63.
  • the engine start becomes impossible.
  • the engine startability may be deteriorated, for example, it may take a long time to start the engine.
  • the lock mechanism 51 of this embodiment includes the ratchet described above. A function is provided. With this ratchet function, the torque acting on the intake camshaft 32 during cranking is used to advance the rotor 53 to the lock phase.
  • FIGS. 4A to 4D sequentially show the process of the rotor 53 being advanced to the lock phase by the ratchet function.
  • the first lock mechanism 60 and the first lock mechanism 60 are connected to each other so that the relationship between the operation state of the first lock mechanism 60 and the operation state of the second lock mechanism 70 can be easily grasped.
  • the two lock mechanisms 70 are shown side by side.
  • the rotational speed of the rotor 53 connected to the intake camshaft 32 is connected to the crankshaft 16.
  • the rotational speed of the housing 36 is temporarily exceeded.
  • the rotor 53 rotates relative to the housing 36 toward the advance side, and the first lock pin 61 and the second lock pin 71 are displaced toward the advance side.
  • the first lock pin 61 is displaced to a position where the first lock pin 61 can be fitted into the first upper stage portion 64
  • the first lock pin 61 is fitted into the first upper stage portion 64 as shown in FIG. .
  • the lock pins 61 and 71 are sequentially fitted into the step portions 64, 74, 65, and 75 provided in the lock holes 63 and 73 of the lock mechanism 51 having different depths. .
  • the rotor 53 gradually rotates toward the lock phase, and finally the rotor 53 reaches the lock phase and the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51.
  • a series of processing shown in FIG. 5 is executed when the engine is started, and the operation amount of the auxiliary machine driven using the driving force of the intake camshaft 32 is reduced as necessary. ing.
  • the series of processing shown in FIG. 5 is executed by the electronic control device 100 when the engine is started.
  • the electronic control unit 100 first determines whether or not the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51 in step S100. Whether or not the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 can be determined based on the crank angle detected by the crank position sensor 101 and the cam angle detected by the cam position sensor 102. That is, when the relative rotational phase of the intake camshaft 32 with respect to the crankshaft 16 estimated based on the crank angle and the cam angle is a relative rotational phase corresponding to the lock phase, the relative rotational phase of the rotor 53 is locked. The phase is fixed, and it can be determined that the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51.
  • step S100 If it is determined in step S100 that the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51 (step S100: YES), the process proceeds to step S200, and the electronic control unit 100 cannot complete the engine start. It is determined whether or not it is in a state. Whether or not the engine start cannot be completed is a constant state in which the engine rotation speed detected by the crank position sensor 101, that is, the rotation speed of the crankshaft 16 does not rise to a level (for example, 400 rpm) for determining completion of engine start. The determination can be made based on whether or not the period has been continued.
  • a level for example, 400 rpm
  • the length of the predetermined period may be set based on the length of the period during which the engine start should normally be completed.
  • step S200 When it is determined in step S200 that the engine start cannot be completed (step S200: YES), the process proceeds to step 300, and the electronic control unit 100 reduces the operation amount of the auxiliary machine. Specifically, the operating amount of the high-pressure fuel pump 80 is reduced by holding the spill valve 81 of the high-pressure fuel pump 80 in an open state. In this step S300, the operating amount of the vacuum pump 90 is also reduced on condition that the parking brake signal is output from the parking brake switch 107. That is, the operating amount of the vacuum pump 90 is also reduced on condition that the parking brake 97 is operated.
  • the electronic control unit 100 continues to start the engine with the operating amounts of the high-pressure fuel pump 80 and the vacuum pump 90 reduced as described above, and the rotor 53 is fixed to the lock phase by the lock mechanism 51 to complete the engine start. Then, this process is terminated.
  • step S100: NO when it is determined in step S100 that the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 (step S100: NO), the electronic control unit 100 reduces the operating amount of the auxiliary machine. However, the engine start is continued as it is, and when the engine start is completed, this process is terminated. Even when it is determined in step S200 that the engine can be started (step S200: NO), the electronic control unit 100 starts the engine as it is without reducing the operating amount of the auxiliary machine. This process is terminated when the engine start is completed.
  • step S100: YES the driving force of the intake camshaft 32 when the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51
  • step S200: YES the engine start cannot be completed.
  • the high-pressure fuel pump 80 which is an auxiliary machine driven using the driving force of the intake camshaft 32 when the rotor 53 is rotated to the advance side to the lock phase, Since the amount of operation of the vacuum pump 90 is reduced, the rotor 53 is easily rotated to the advance side.
  • the operating amount of the vacuum pump 90 is reduced on condition that the parking brake 97 is operating. Therefore, the engine start can be completed early by reducing the amount of operation of the vacuum pump 90 while maintaining the stop state even on a slope.
  • the operating amount of the high-pressure fuel pump 80 is reduced on condition that the state in which the rotational speed of the crankshaft 16 does not rise to the level for determining completion of engine start has continued with engine start. Therefore, when the engine start can be completed without reducing the amount of operation of the high-pressure fuel pump 80, the amount of operation of the high-pressure fuel pump 80 is reduced, and on the contrary, it takes time to start the engine. Can be suppressed.
  • control device for an internal combustion engine is not limited to the configuration exemplified in the above-described embodiment, and can be implemented as, for example, the following form obtained by appropriately modifying this embodiment.
  • the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 based on whether or not the relative rotation phase of the intake camshaft 32 with respect to the crankshaft 16 is a relative rotation phase corresponding to the lock phase when the engine is started. An example of determining whether or not there is a problem has been shown. On the other hand, whether or not the rotor 53 has been shifted to the state fixed by the lock mechanism 51 is determined when the engine is stopped, and the determination result is stored in the memory of the electronic control unit 100, and at the next engine start. It may be determined whether or not the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 by referring to data stored in the memory.
  • a sensor capable of detecting whether or not the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 is provided, and whether or not the rotor 53 is fixed by the lock mechanism 51 is determined based on a detection result of the sensor. You may do it.
  • the configuration of the lock mechanism 51 shown in the above embodiment is an example, and can be changed as appropriate.
  • the lock mechanism 51 includes the first lock mechanism 60 and the second lock mechanism 70 has been described.
  • the lock mechanism 51 may be configured by a single lock mechanism.
  • the ratchet function can be provided by forming a plurality of step portions having different depths in the lock hole.
  • the first lock pin 61 and the second lock pin 71 are both provided in the rotor 53, while the first lock hole 63 and the second lock hole 73 are both provided in the housing 36.
  • An example is shown.
  • a configuration in which both the lock pins 61 and 71 are provided in the housing 36 and the lock holes 63 and 73 are both provided in the rotor 53 may be adopted.
  • the first lock pin 61 is provided in the rotor 53 and the first lock hole 63 is provided in the housing 36
  • the second lock pin 71 is provided in the housing 36 and the second lock hole 73 is provided in the rotor 53. You may do it.
  • first lock pin 61 is provided in the housing 36 and the first lock hole 63 is provided in the rotor 53, while the second lock pin 71 is provided in the rotor 53 and the second lock hole 73 is provided. You may make it provide in the housing 36.
  • FIG. 1 the first lock pin 61 is provided in the housing 36 and the first lock hole 63 is provided in the rotor 53, while the second lock pin 71 is provided in the rotor 53 and the second lock hole 73 is provided. You may make it provide in the housing 36.
  • a configuration of the lock mechanism a configuration may be adopted in which a lock pin is provided so as to protrude from the outer peripheral surface of the rotor 53, and a lock hole into which the lock pin is fitted is provided on the inner peripheral surface of the housing 36.
  • an example embodied as a control device for an internal combustion engine that includes both the valve timing changing mechanism 30 that changes the valve timing of the intake valve 31 and the valve timing changing mechanism 40 that changes the valve timing of the exhaust valve 41.
  • the present invention can be embodied as a control device for an internal combustion engine that includes only the valve timing changing mechanism 30 that changes the valve timing of the intake valve 31.
  • the present invention can be embodied as a control device for an internal combustion engine that includes only the valve timing changing mechanism 40 that changes the valve timing of the exhaust valve 41.
  • a configuration in which the lock mechanism 51 is provided with a ratchet function and the rotor 53 is rotated to the advance side to the lock phase by using the swing of the rotor 53 when the engine is started is illustrated.
  • the structure which rotates the rotor 53 to an advance side to a lock phase can be changed suitably.
  • a configuration in which the lock mechanism 51 is provided with a ratchet function a configuration in which the rotor 53 is rotated to the advance side to the lock phase by controlling the hydraulic pressure in each hydraulic chamber of the valve timing changing mechanism may be adopted. it can.
  • the rotor 53 is rotated forward by the hydraulic pressure toward the lock phase. At this time, the operating amount of the auxiliary machine is reduced, so that the rotor 53 rotates to the advance side even at a low oil pressure. Therefore, even when the engine is difficult to ensure a stable oil pressure, the rotor 53 is quickly rotated to the lock phase, and the rotor 53 is fixed to the lock phase by the lock mechanism 51 to complete the engine start early. be able to.
  • the configuration in which the operation amount of the vacuum pump 90 is reduced by disconnecting the vacuum pump 90 and the intake camshaft 32 by the clutch 94 and stopping the operation of the vacuum pump 90 has been described.
  • the structure for reducing the operation amount of the vacuum pump 90 can be changed as appropriate.
  • the configuration in which the clutch 94 is provided a configuration in which the relief valve 95 is provided in the negative pressure supply passage 92 as shown in FIG.
  • the electronic control unit 100 opens the relief valve 95 and opens the vacuum pump 90 side portion of the negative pressure supply passage 92 from the check valve 93 to the atmosphere. The amount of operation can be reduced.
  • the configuration in which the operation amount of the high-pressure fuel pump 80 is reduced by holding the spill valve 81 of the high-pressure fuel pump 80 in the open state has been described.
  • the structure which reduces the operation amount of the high pressure fuel pump 80 can be changed suitably.
  • a configuration in which a clutch 87 that can disconnect the connection between the cam 83 of the high-pressure fuel pump 80 and the intake camshaft 32 can be employed.
  • the electronic control unit 100 disconnects the connection between the cam 83 of the high-pressure fuel pump 80 and the intake camshaft 32 by the clutch 87 and stops the operation of the high-pressure fuel pump 80, thereby The operating amount of the pump 80 can be reduced.
  • the high pressure fuel pump 80 and the vacuum pump 90 are shown as auxiliary machines driven using the driving force of the camshaft, and the operation amount of these is reduced.
  • the operating amount of the auxiliary machine driven by the camshaft is reduced, the load acting on the camshaft is reduced, and the rotation of the rotor connected to the camshaft to the advance side is reduced. Since it can promote, the kind of auxiliary machine which reduces operation amount can be changed suitably.
  • step S100: YES when the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51 (step S100: YES) and the engine start cannot be completed (step S200: YES), the high-pressure fuel pump 80 and the vacuum pump 90
  • step S200 the processing of step S200 can be omitted as shown in FIG. That is, when the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51 (step S100: YES), the operating amount of the auxiliary machine is reduced regardless of whether or not the engine start cannot be completed. May be.
  • the rotor 53 can be easily rotated to the advance side, and the rotor 53 is quickly rotated to the lock phase, and the rotor 53 is locked by the lock mechanism 51. Can be fixed.
  • step S200 instead of the process of step S200 for determining whether or not the engine start cannot be completed, it is determined whether or not the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase as shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration that executes step S250.
  • step S100 if it is determined in step S100 that the rotor 53 is not fixed by the lock mechanism 51 (step S100: YES), the process proceeds to step S250, and the electronic control unit 100 It is determined whether the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase. Whether the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase can be determined based on the oil temperature. In short, when the oil temperature is low, the viscosity of the hydraulic oil is high, and it is estimated that the amount of rotation of the rotor 53 that occurs when positive torque and negative torque are applied is small. It can be determined that the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase by the action.
  • the rotor 53 when the rotor 53 is advanced to the lock phase by hydraulic pressure, it is determined whether or not the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase based on the engine rotational speed that is the rotational speed of the crankshaft 16. It can also be estimated. When the engine rotational speed is low, it is estimated that the drive amount of the oil pump 20 driven using the drive force of the crankshaft 16 is low and the hydraulic pressure supplied to the valve timing changing mechanisms 30 and 40 is also low. Therefore, it can be determined that the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase by hydraulic pressure.
  • step S250 determines that the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase (step S250: YES).
  • the process proceeds to step 300, and the electronic control unit 100 compensates. Reduce machine operation.
  • step S250 when it is determined in step S250 that the rotor 53 can be advanced to the lock phase (step S250: NO), the electronic control unit 100 reduces the operation amount of the auxiliary machine. Without stopping, the engine start is continued, and when the engine start is completed, this process is terminated.
  • a hydraulic sensor 108 is provided as indicated by a broken line at the lower right of FIG.
  • a configuration in which this determination is performed based on the magnitude of the hydraulic pressure detected by the hydraulic sensor 108 may be employed. In this case, when the hydraulic pressure detected by the hydraulic pressure sensor 108 is less than the hydraulic pressure required to rotate the rotor 53 to the lock phase, the rotor 53 cannot be advanced to the lock phase. May be determined.
  • SYMBOLS 10 Internal combustion engine, 11 ... Cylinder, 12 ... Piston, 13 ... Combustion chamber, 14 ... Intake passage, 15 ... Exhaust passage, 16 ... Crankshaft, 17 ... Connecting rod, 18 ... Spark plug, 19 ... Fuel injection valve, 20 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Oil pump, 21 ... Oil pan, 22 ... Starter motor, 24 ... Hydraulic oil passage, 25, 26 ... Control valve, 30 ... Valve timing change mechanism, 31 ... Intake valve, 32 ... Intake cam shaft, 33 ... Intake cam, 34 ... Valve spring, 35 ... Sprocket, 36 ... Housing, 40 ... Variable valve timing mechanism, 41 ...

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Abstract

 内燃機関(10)を制御する電子制御装置(100)は、機関始動時にバルブタイミング変更機構(30)のロータをロック位相まで進角側に回動させるときに、吸気カムシャフト(32)の駆動力によって駆動される補機である高圧燃料ポンプ(80)及びバキュームポンプ(90)の稼働量を低減させる。そのため、ロータはロック位相まで速やかに回動して同ロック位置に固定される。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、油圧駆動式のバルブタイミング変更機構を備える内燃機関の制御装置に関するものである。
 内燃機関のバルブタイミングを変更する機構として、油圧駆動式のバルブタイミング変更機構が知られている。油圧駆動式のバルブタイミング変更機構では、スプロケットに固定されたハウジングの中に、カムシャフトの先端に固定されたロータが収容されている。そして、このロータには径方向に向かって突出する複数のベーンが設けられている。一方で、ハウジングにはこれらベーンをそれぞれ収容する収容室が設けられている。これにより、各収容室はベーンを介して進角用油圧室と遅角用油圧室とにそれぞれ区画されている。
 このように構成されたバルブタイミング変更機構を備える内燃機関にあっては、進角用油圧室及び遅角用油圧室内の油圧を調整することによりハウジング内でロータを回動させ、スプロケットに対するロータ及びカムシャフトの相対回転位相を変更する。その結果、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングが変更される。
 機関始動時には機関始動に適したバルブタイミングを実現するためにスプロケットに対するロータ及びカムシャフトの相対回転位相を機関始動に適した相対回転位相に固定する必要がある。しかし、機関始動時は安定した油圧を確保することができないため、進角用油圧室及び遅角用油圧室内の油圧によってスプロケットに対するロータの相対回転位相を保持することは難しい。そこで、スプロケットに対するロータの相対回転位相を機関始動に適した相対回転位相であるロック位相に保持するためのロック機構を設け、内燃機関を停止させる際にこのロック機構によってロータをロック位相に固定するようにしている。なお、ロック機構は、ロックピンと、ロックピンが係合するロック穴とを含み、ロック穴にロックピンを挿入することにより、スプロケットに対するロータの相対回動を規制するものである。
 ところで、機関始動時には、ロック機構によりロータがロック位相に固定されていることが望ましいが、機関停止時にロータをロック位相に固定することができなかった場合などには、機関始動時にロータがロック位相に固定されていないこともある。こうした場合には、機関始動時のバルブタイミングが不安定になるため、機関始動を完了させることができなかったり、機関始動に時間がかかったりすることになる。
 これに対して特許文献1に記載の内燃機関にあっては、機関始動時にロータがロック位相に固定されていない場合には、油圧を利用してロック位相までロータを回動させ、ロック機構によりロータをロック位相に固定するようにしている。
 また、特許文献2に記載の内燃機関にあってはロック穴の底面に深さの異なる複数の段部を設け、これらの段部をロック位相に向かって次第に深くなるように並べている。カムシャフトが回転すると、カムによるバルブの開閉に伴いロータ及びカムシャフトには、バルブタイミングを遅角させる方向にロータ及びカムシャフトを回転させる正トルクと、バルブタイミングを進角させる方向にロータ及びカムシャフトを回転させる負トルクとが交互に作用する。これら正トルク及び負トルクが、進角用油圧室及び遅角用油圧室内の油圧が十分上昇していない機関始動時にロータ及びカムシャフトに作用すると、ハウジング内でロータが進角側と遅角側に交互に揺動する。こうして、ロータがハウジング内で揺動すると、ロック機構のロック穴に設けられた深さの異なる複数の段部にロックピンが順次嵌入することによりロータが徐々にロック位相に向かって回動し、最終的にはロータがロック位相に到達してロック機構によりロータが固定されることとなる。すなわち特許文献2に記載の内燃機関にあっては、ロック機構がラチェット機能を備えており、このラチェット機能の作用によって機関始動時にロータがロック位相まで回動するようになっている。
特開2001-41012号公報 特開2002-122009号公報
 ところが、特許文献1に記載されているように油圧によりロータを回動させたり、特許文献2に記載されているようにラチェット機能を利用してロータを回動させたりすることにより、機関始動時にロータをロック位相まで回動させるようにしている場合であっても、ロータを速やかにロック位相まで回動させることができない場合がある。
 例えば、機関始動時は安定した油圧を確保することができない。そのため、特許文献1に記載されているように油圧を利用してロータを回動させようとしても、ロータをロック位相に到達させ、ロック機構によって固定するまでに長い時間がかかってしまう場合がある。
 また、特許文献2に記載されているようにラチェット機能を有するロック機構を設け、正トルク及び負トルクを利用してロータをロック位相まで回動させる場合には、作動油の温度が低く、作動油の粘性が高い場合に、正トルク及び負トルクが作用したときに生じるロータの回動量が小さくなる。その結果、クランキングの実行中にロータをロック位相まで回動させてロック機構によりロータを固定することが難しくなる。
 本発明の目的は、機関始動時にロータがロック機構により固定されていない状態であったとしても、ロータをロック位相まで速やかに回動させてロータをロック機構によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
 上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の制御装置は、クランクシャフトの回転に連動して回転するハウジングと、カムシャフトに連結されたロータとを有し、油圧によりハウジングに対するロータの相対回転位相を変更することによってバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング変更機構と、ロック穴にロックピンを挿入することによりハウジングに対するロータの相対回転位相をロック位相に固定するロック機構と、カムシャフトの駆動力を利用して駆動される補機とを備える。そして、本発明に従う内燃機関の制御装置は、機関始動時にロック機構によりロータが固定されていないときには、ロータをロック位相まで進角側に回動させ、ロック機構によってロータを固定させる。さらに本発明に従う内燃機関の制御装置は、機関始動時にロータをロック位相まで進角側に回動させるときに補機の稼働量を低減させる。
 カムシャフトの駆動力を利用して補機を駆動している場合、補機の稼働量が高いときほど、カムシャフトを回転させる際に作用する負荷は大きくなる。そのため、補機の稼働量が高いときほど、カムシャフト及びロータは進角側に回動しにくくなる。
 上記構成によれば、ロータをロック位相まで進角側に回動させる際に、カムシャフトの駆動力を利用して駆動される補機の稼働量が低減される。そのため、ロータが進角側に回動しやすくなる。したがって、機関始動時にロータがロック機構により固定されていない状態であったとしても、ロータをロック位相まで速やかに回動させてロータをロック機構によりロック位相に固定することができる。その結果、機関始動を早期に完了させることができるようになる。
 本発明の一態様では、ロック穴の底面には、深さの異なる複数の段部がロック位相に近づくほど深くなるように並べて設けられている。これにより、ロック機構は、ハウジング内でロータが揺動したときに、複数の段部にロックピンが順次嵌入することによりロータがロック位相に向かって進角側に回動するようになるラチェット機能を備えている。
 上記構成によれば、ラチェット機能の作用により、機関始動時にカムシャフトが回転するのに伴ってバルブが開閉する際にハウジング内でロータが揺動したときに、ロータがロック位相に向かって進角側に回動するようになる。このとき補機の稼働量が低減されることにより、ハウジング内でロータが揺動するときにロータが進角側に回動しやすくなる。したがって、油温が低く、作動油の粘性が高いときであっても進角側への回動量が小さくなることを抑制することができる。そのため、油温が低く、作動油の粘性が高いときであっても、ロータをロック位相まで速やかに回動させてロータをロック機構によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる。
 本発明の一態様では、内燃機関の制御装置は、油圧によりロータをロック位相まで進角側に回動させる。
 上記構成によれば、油圧によりロータがロック位相に向かって進角側に回動される。このとき、補機の稼働量が低減されることにより、低い油圧であってもロータが進角側に回動するようになる。したがって、安定した油圧を確保することが難しい機関始動時であってもロータをロック位相まで速やかに回動させてロータをロック機構によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる。
 なお、ラチェット機能を有するロック機構を備えた内燃機関において、機関始動時に油圧によりロータをロック位相まで進角側に回動させる構成を採用し、ラチェット機能による作用と油圧の作用の双方を利用してロータをロック位相まで回動させるようにすることもできる。
 本発明の一態様では、内燃機関は、運転者によって操作されるブレーキ操作部材と、負圧を利用してブレーキ操作部材の操作を助勢するブレーキブースタと、パーキングブレーキとを備える車両に搭載され、補機はブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプを含んでいる。そして、内燃機関の制御装置は、パーキングブレーキが作動していることを条件にバキュームポンプの稼働量を低減させる。
 ブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプの稼働量を低減させた場合には、ブレーキ操作部材の操作に必要な力を低減するブレーキブースタの機能が低下してしまう。
 これに対して、パーキングブレーキが作動していれば、停車中であること、そしてブレーキブースタの機能が低下したとしても停車状態を維持することができる状態であることが推定できる。
 そのため、バキュームポンプの稼働量を低減させる場合には、パーキングブレーキが作動していることを条件にバキュームポンプの稼働量を低減させることが望ましい。こうした構成を採用すれば、坂路などであっても停車状態を維持しつつ、バキュームポンプの稼働量を低減して機関始動を早期に完了させることができる。
 バキュームポンプの稼働量を低減させるための具体的な構成としては、バキュームポンプとカムシャフトとの接続を切り離すことのできるクラッチを設け、クラッチによりバキュームポンプとカムシャフトとの接続を切り離してバキュームポンプの稼働を停止させる構成を採用することができる。
 また、バキュームポンプの稼働量を低減させるための構成として、バキュームポンプが接続されている負圧供給通路を大気開放するリリーフ弁を設け、リリーフ弁を開弁して負圧供給通路を大気開放する構成を採用することもできる。
 本発明の一態様では、補機は高圧燃料ポンプを含んでいる。そして、内燃機関の制御装置は、機関始動に伴ってクランクシャフトの回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続したことを条件に高圧燃料ポンプの稼働量を低減させる。
 高圧燃料ポンプの稼働量を低減させた場合には、適切な燃料噴射を行うための燃料圧力を確保できなくなるおそれがある。
 これに対して、クランクシャフトの回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続している場合には、燃料を噴射していても機関始動を完了させることができない状態であることが推定される。
 そのため、高圧燃料ポンプの稼働量を低減させる場合には、機関始動に伴ってクランクシャフトの回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続したことを条件に高圧燃料ポンプの稼働量を低減させることが望ましい。こうした構成を採用すれば、高圧燃料ポンプの稼働量を低減させなくても機関始動を完了させることができる状態のときに高圧燃料ポンプの稼働量が低減されてしまい、かえって機関始動に時間がかかるようになってしまうことを抑制することができる。
 スピル弁を閉弁するタイミングを制御することによって圧送する燃料の量を変更するように構成される高圧燃料ポンプでは、スピル弁を開弁状態に保持すれば高圧燃料ポンプによって燃料が圧送されなくなるため、稼働量を低減することができる。
 そのため、そのような高圧燃料ポンプの稼働量を低減させるための具体的な方法としては、スピル弁を開弁状態に保持する方法を採用することができる。
 また、高圧燃料ポンプの稼働量を低減させるための構成として、高圧燃料ポンプと前記カムシャフトとの接続を切り離すことのできるクラッチを設け、クラッチにより高圧燃料ポンプとカムシャフトとの接続を切り離して高圧燃料ポンプの稼働を停止させる構成を採用することもできる。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関の制御装置及びその制御対象である内燃機関の概略構成図。 同実施形態のバルブタイミング変更機構の内部構造を示す端面図。 図3におけるA-A線に沿った断面構造を示す断面図。 (a),(b),(c),(d)はラチェット機能によってロータがロック位相まで進角される様子を示す断面図。 同実施形態において機関始動時に実行する処理の流れを示すフローチャート。 本発明を具体化した他の実施形態においてバキュームポンプの稼働量を低減するための構成を示す概略構成図。 本発明を具体化した他の実施形態において高圧燃料ポンプの稼働量を低減するための構成を示す概略構成図。 本発明を具体化した他の実施形態において機関始動時に実行する処理の流れを示すフローチャート。 本発明を具体化した他の実施形態において機関始動時に実行する処理の流れを示すフローチャート。
 以下、図1~5を参照し、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について説明する。
 図1に示すように、内燃機関10の気筒11には、ピストン12が往復動可能に収容されている。このピストン12の頂面と気筒11の内周面とによって燃焼室13が区画形成されている。燃焼室13の上部には、点火プラグ18が取り付けられている。また、燃焼室13には、同燃焼室13内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁19が設けられている。さらに、燃焼室13には、同燃焼室13に空気を導入する吸気通路14と、同燃焼室13から排気を排出する排気通路15とが接続されている。
 ピストン12には、同ピストン12の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト16がコネクティングロッド17を介して連結されている。また、内燃機関10の上部には、吸気バルブ31を開閉する吸気カムシャフト32と、排気バルブ41を開閉する排気カムシャフト42とが回動自在に収容されている。吸気カムシャフト32の先端には吸気バルブ31のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構30が取り付けられており、排気カムシャフト42の先端には排気バルブ41のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構40が取り付けられている。これらバルブタイミング変更機構30,40と、クランクシャフト16はタイミングチェーンを介して連結されている。これにより、クランクシャフト16が回転すると、その回転がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構30,40に伝達されて吸気カムシャフト32及び排気カムシャフト42がそれぞれ回転する。
 吸気バルブ31は、バルブスプリング34によって閉弁方向に付勢されている。吸気カムシャフト32が回転すると、吸気カムシャフト32に設けられた吸気カム33の作用によって吸気バルブ31がバルブスプリング34の付勢力に抗って変位し、吸気バルブ31が開弁される。
 また、排気バルブ41は、バルブスプリング44によって閉弁方向に付勢されている。排気カムシャフト42が回転すると、排気カムシャフト42に設けられた排気カム43の作用によって排気バルブ41がバルブスプリング44の付勢力に抗って変位し、排気バルブ41が開弁される。
 内燃機関10の下部には、作動油を貯留するオイルパン21と、クランクシャフト16の駆動力により駆動されてオイルパン21内の作動油を汲み上げるオイルポンプ20とが設けられている。このオイルポンプ20によって汲み上げられた作動油は作動油通路24を通じてバルブタイミング変更機構30,40に供給される。作動油通路24にはバルブタイミング変更機構30,40の油圧室に対する作動油の供給及び油圧室からの作動油の排出を制御する制御弁25,26が設けられている。
 なお、オイルパン21に貯留される作動油は、その一部がバルブタイミング変更機構30,40に供給されて、これらバルブタイミング変更機構30,40を駆動する油圧を発生する作動油として機能する他、内燃機関10の各部に供給されて内燃機関10の各部を潤滑する潤滑油としても機能する。
 また、クランクシャフト16には、内燃機関10の始動時に同クランクシャフト16を強制的に回転させてクランキングするスタータモータ22が接続されている。
 図1の中央に示されるように燃料噴射弁19は、高圧の燃料を貯留するデリバリパイプ86に接続されている。燃料タンク84内に貯留された燃料はフィードポンプ85によって汲み上げられた後、高圧燃料ポンプ80によって加圧されてデリバリパイプ86に供給される。
 高圧燃料ポンプ80のプランジャ82は、吸気カムシャフト32に連結されたカム83によって往復動される。すなわち、高圧燃料ポンプ80は、吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機の1つである。
 高圧燃料ポンプ80には、スピル弁81が設けられており、プランジャ82の往復動にあわせてこのスピル弁81を閉弁させることにより、燃料が加圧されてデリバリパイプ86に圧送される。高圧燃料ポンプ80では、スピル弁81の閉弁タイミングを変更することにより、デリバリパイプ86に圧送する燃料の量を変更することができるようになっている。
 また、吸気カムシャフト32には、高圧燃料ポンプ80を駆動するカム83に加えて、ブレーキブースタ91に負圧を供給するバキュームポンプ90が接続されている。ブレーキブースタ91は、運転者が車両のブレーキペダル(ブレーキ操作部材)96の踏み込み操作を行う際に、負圧を利用して同踏み込み操作を助勢する。バキュームポンプ90は吸気カムシャフト32の駆動力を利用してブレーキブースタ91内の空気を排出する。すなわちバキュームポンプ90も吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機である。なお、ブレーキブースタ91とバキュームポンプ90とを接続している負圧供給通路92には、バキュームポンプ90側からブレーキブースタ91側への空気の流動を禁止して、ブレーキブースタ91側からバキュームポンプ90側への空気の流動のみを許容する逆止弁93が設けられている。
 また、バキュームポンプ90と吸気カムシャフト32との間には、バキュームポンプ90と吸気カムシャフト32との接続を切り離すことのできるクラッチ94が設けられている。
 内燃機関10には、同内燃機関10の運転状態を検出するための各種のセンサが設けられている。例えば、こうした各種のセンサとしては、クランクポジションセンサ101、カムポジションセンサ102、エアフロメータ103、水温センサ104、油温センサ105などがある。クランクポジションセンサ101は、クランクシャフト16の近傍に設けられてクランクシャフト16の回転位相であるクランク角及び単位時間当たりのクランクシャフト16の回転数である機関回転速度を検出する。カムポジションセンサ102は、吸気カムシャフト32の近傍に設けられて同吸気カムシャフト32の回転位相であるカム角を検出する。エアフロメータ103は、吸気通路14に設けられて燃焼室13に導入される空気の量を検出する。水温センサ104は、機関冷却水の温度を検出する。油温センサ105は、作動油の温度を検出する。
 また、内燃機関10が搭載される車両には、内燃機関10の始動要求時に操作者により操作されるプッシュ式のスタートスイッチ106や、パーキングブレーキ97が作動していることを検知するパーキングブレーキスイッチ107が設けられている。スタートスイッチ106は、操作されたときにスタート信号を出力する。一方で、パーキングブレーキスイッチ107はパーキングブレーキ97が作動しているときにパーキングブレーキ信号を出力する。これら各種センサから出力される信号は、内燃機関10の各種装置を統括して制御する電子制御装置100に取り込まれる。
 電子制御装置100は、演算ユニットをはじめ、各種制御プログラムや演算マップ、制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持する複数のメモリを備えている。そして、電子制御装置100は、上述した各センサの検出結果に基づいて内燃機関10の状態を監視し、その状態に基づいて、燃料噴射弁19やスピル弁81を制御する燃料噴射制御や、点火プラグ18を制御する点火時期制御を実行する。また、電子制御装置100は、制御弁25,26を制御することによりバルブタイミング変更機構30,40を制御して吸気バルブ31及び排気バルブ41のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御や、スタータモータ22による機関始動制御などの制御も実行する。
 次に、図2を参照し、バルブタイミング変更機構30の構成について説明する。なお、バルブタイミング変更機構40の構成は、バルブタイミング変更機構30の構成と基本的に同一である。そのため、バルブタイミング変更機構40の構成についてはその詳細な説明を割愛する。
 バルブタイミング変更機構30は、ハウジング36内にロータ53を収容した状態でスプロケット35によりハウジング36を閉塞することにより構成されている。しかし、説明の便宜上、図2ではバルブタイミング変更機構30からスプロケット35を取り外した状態を図示し、バルブタイミング変更機構30の内部構造を示している。
 ハウジング36には、その径方向内側に延びる3つの区画壁54が設けられている。また、ハウジング36には、ハウジング36と同一の回転軸線周りに回転するロータ53が回動可能に収容されている。ロータ53は、吸気カムシャフト32に連結されるボス53Aと、ボス53Aの径方向外側に突出する3つのベーン53Bを有している。そして、ハウジング36の各区画壁54とロータ53のボス53Aによって収容室55が区画形成されるとともに、この収容室55が各ベーン53Bにより進角用油圧室56と遅角用油圧室57とにそれぞれ区画されている。
 機関運転に伴いクランクシャフト16が回転するとその駆動力がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構30のスプロケット35に伝達される。これにより、バルブタイミング変更機構30とともに吸気カムシャフト32が回転する。なお、バルブタイミング変更機構30及び吸気カムシャフト32は、図2に矢印で示すように右回りに回転するものとする。
 これにより、吸気バルブ31は吸気カムシャフト32に設けられた吸気カム33により開閉される。
 また、バルブタイミング変更機構30の進角用油圧室56及び遅角用油圧室57に対する作動油の供給や排出が制御弁25を通じて制御されると、進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の油圧の変化に基づき収容室55内でベーン53Bが変位し、ハウジング36内でロータ53が回動する。これにより、スプロケット35及びハウジング36に対するロータ53の相対回転位相が変更され、それに伴ってクランクシャフト16に対する吸気カムシャフト32の相対回転位相が変更されることにより吸気バルブ31のバルブタイミングが変更される。
 具体的には、進角用油圧室56に対して作動油が供給される一方で遅角用油圧室57の作動油が排出されることにより、ロータ53がハウジング36に対して進角側方向に相対回転すると、バルブタイミングが進角される。そして、遅角用油圧室57の容積が最も小さくなり、ベーン53Bと区画壁54とが接触すると、バルブタイミングは最も進角側のタイミングになる。また、遅角用油圧室57に対して作動油が供給される一方で進角用油圧室56の作動油が排出されることにより、ロータ53がハウジング36に対して遅角側方向に相対回転すると、バルブタイミングが遅角される。そして、進角用油圧室56の容積が最も小さくなり、ベーン53Bが区画壁54に接触すると、バルブタイミングは最も遅角側のタイミングになる。
 バルブタイミング変更機構30は、ハウジング36に対するロータ53の相対回転位相を、ロック位相に機械的に固定するロック機構51を備えている。このロック位相は、バルブタイミングを最も遅角側のタイミングにする位相と最も進角側のタイミングにする位相の間に位置する位相であり、且つバルブタイミングが機関始動可能なバルブタイミングに設定される相対回転位相であって、低温始動時にも機関始動可能なバルブタイミングを実現する相対回転位相に設定されている。
 ロック機構51は、互いに異なるベーン53Bにそれぞれ設けられた第1のロック機構60と第2のロック機構70とからなっている。第1のロック機構60及び第2のロック機構70によって構成されるロック機構51は、ハウジング36に対するロータ53の相対回転位相を、ロック位相よりも遅角側からロック位相まで段階的に進角させるラチェット機能も有している。
 次に、図2におけるA-A線に沿った断面を示す図3を参照し、ロック機構51の詳細な構成について説明する。
 第1のロック機構60は、ベーン53Bに収容された円筒状の第1のロックピン61と、第1のロックピン61が嵌入する第1のロック穴63とを備えている。この第1のロック穴63は、ハウジング36に形成されている。
 第1のロックピン61は、ベーン53Bに形成されたベーン孔66内に収容されて往復動するとともに、その一部がベーン53Bの外部に突出して第1のロック穴63に嵌入する。ベーン孔66は、第1のロックピン61により、スプロケット35側に位置する第1のスプリング室68と、第1のロック穴63側に位置する第1の解除室67とに区画されている。第1のスプリング室68には、第1のロックピン61を第1のロック穴63側に付勢する第1のスプリング62が収容されている。一方、第1の解除室67には、進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の作動油が供給されるようになっている。したがって進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の油圧が高くなると、その油圧に基づく力により第1のロックピン61はスプロケット35側に付勢される。
 第1のロック穴63は、ハウジング36においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第1のロック穴63は、第1の上段部64と、第1の上段部64よりも深く形成された第1の下段部65とから構成されている。なお、第1の上段部64は、第1の下段部65よりも遅角側に形成されている。
 第2のロック機構70は、ベーン53Bに収容された円筒状の第2のロックピン71と、第2のロックピン71が嵌入する第2のロック穴73とを備えている。この第2のロック穴73は、ハウジング36に形成されている。
 第2のロックピン71は、ベーン53Bに形成されたベーン孔76内に収容されて往復動するとともに、その一部がベーン53Bの外部に突出して第2のロック穴73に嵌入する。ベーン孔76は、第2のロックピン71により、スプロケット35側に位置する第2のスプリング室78と、第2のロック穴73側に位置する第2の解除室77とに区画されている。第2のスプリング室78には、第2のロックピン71を第2のロック穴73側に付勢する第2のスプリング72が収容されている。一方、第2の解除室77には、進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の作動油が供給されるようになっている。したがって進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の油圧が高くなると、その油圧に基づく力により第2のロックピン71はスプロケット35側に付勢される。
 第2のロック穴73は、ハウジング36においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第2のロック穴73は、第2の上段部74と、第2の上段部74よりも深く形成された第2の下段部75とから構成されている。なお、第2の上段部74は、第2の下段部75よりも遅角側に形成されている。
 第1のロック穴63に形成された第1の上段部64及び第1の下段部65は、第1のロックピン61がこれら段部64,65に嵌入したときに同ロックピン61の変位を規制する。また、第2のロック穴73に形成された第2の上段部74及び第2の下段部75は、第2のロックピン71が嵌入したときに同ロックピン71の変位を規制する。さらに、第1のロックピン61が第1の下段部65に嵌入するとともに第2のロックピン71が第2の下段部75に嵌入したときには、第1の下段部65の進角側の内壁により第1のロックピン61の進角側への変位が規制される。そして、併せて第2の下段部75の遅角側の内壁により第2のロックピン71の遅角側への変位が規制される。これにより、ハウジング36に対するロータ53の相対回転位相がロック位相に固定される。なお、図3には、ロック機構51が、ロータ53の相対回転位相をロック位相に固定している状態が示されている。
 機関停止要求時には、ロータ53をロック位相に回動させるように制御弁25を通じて進角用油圧室56及び遅角用油圧室57の油圧が制御される。そして、第1のロック機構60の第1の解除室67から作動油が排出されてこの第1の解除室67内の油圧が低くなると、第1のスプリング62で付勢された第1のロックピン61が第1のロック穴63の第1の下段部65に嵌入する。併せて、第2のロック機構70の第2の解除室77から作動油が排出されてこの第2の解除室77内の油圧が低くなると、第2のスプリング72で付勢された第2のロックピン71が第2のロック穴73の第2の下段部75に嵌入する。これにより、第1のロックピン61の進角側への変位が第1の下段部65の進角側の内壁で規制されるとともに、第2のロックピン71の遅角側への変位が第2の下段部75の遅角側の内壁で規制されて、ロック機構51によりロータ53の回動が規制されることになる。すなわち、バルブタイミングが機関始動に適したバルブタイミングに固定される。
 こうしてロック機構51によりロータ53の回動が規制されている状態で、内燃機関10の始動要求がなされたときには、バルブタイミングが機関始動に適したバルブタイミングに固定された状態でクランキングが開始される。そのため、内燃機関10は良好に始動される。
 そして、機関始動が完了し、オイルポンプ20から供給される油圧が十分に高くなると、第1のロックピン61が第1のロック穴63から抜脱されるとともに、第2のロックピン71が第2のロック穴73から抜脱される。具体的には、第1のロック機構60の第1の解除室67に作動油が供給されてこの第1の解除室67の油圧が解除油圧よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により第1のロックピン61はスプロケット35側に移動して第1のロック穴63から抜脱される。また、第2のロック機構70の第2の解除室77に対しても作動油が供給されてこの第2の解除室77の油圧が解除油圧よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により第2のロックピン71はスプロケット35側に移動して第2のロック穴73から抜脱される。これにより、ハウジング36とロータ53との相対回転が許容されるようになり、バルブタイミングを機関運転状態に適したタイミングに変更するように制御弁25の制御が実行される。
 一方、機関停止要求時がなされたときにロータ53の相対回転位相をロック位相に固定することができなかった場合には、ロック機構51によりロータ53の回動を規制することができず、バルブタイミングを機関始動に適したバルブタイミングに固定することができないまま内燃機関10の運転が停止される。
 このようにバルブタイミングを機関始動に適したバルブタイミングに固定することができないまま内燃機関10の運転が停止された後に、内燃機関10の始動要求があったときには、機関始動が不能となったり、機関始動に長期間を要したりするなど、機関始動性の悪化を招くおそれがある。
 そこで、バルブタイミングを機関始動に適したバルブタイミングに固定することができないまま内燃機関10の運転が停止された場合の機関始動性を向上させるべく、本実施形態のロック機構51には上述したラチェット機能が設けられている。このラチェット機能により、クランキング時に吸気カムシャフト32に作用するトルクを利用して、ロータ53をロック位相まで進角させるようにしている。
 次に、図4を参照し、ラチェット機能によりロータ53がロック位相まで進角する過程について説明する。図4(a)~(d)は、ラチェット機能によりロータ53がロック位相まで進角する過程について順に示したものである。なお、図4(a)~(d)では、第1のロック機構60の動作状態と第2のロック機構70の動作状態との関係を容易に把握できるよう、第1のロック機構60と第2のロック機構70とを上下に並べて図示している。
 機関運転中には、吸気カム33による吸気バルブ31の開閉に伴い、バルブスプリング34の付勢力によってバルブタイミングを遅角させる方向にロータ53及び吸気カムシャフト32を回転させる正トルクと、バルブタイミングを進角させる方向にロータ53及び吸気カムシャフト32を回転させる負トルクとが交互に作用する。こうしたトルクが、ロック機構51によりロータ53が固定されていない機関始動時であって、進角用油圧室56及び遅角用油圧室57内の油圧が十分に上昇していない状況のもとで、ロータ53及び吸気カムシャフト32に対して作用すると、ハウジング36内でロータ53が進角側と遅角側に交互に揺動する。すなわち、負トルクが作用するときにはロータ53はハウジング36に対して進角側に回動し、正トルクが作用するときにはロータ53はハウジング36に対して遅角側に回動する。
 例えばバルブタイミングが最も遅角側になっているときに上述したような負トルクが吸気カムシャフト32に作用すると、吸気カムシャフト32に連結されたロータ53の回転速度がクランクシャフト16に連結されたハウジング36の回転速度を一時的に上回る。これにより、ロータ53がハウジング36に対して進角側に相対回転し、第1のロックピン61及び第2のロックピン71が進角側に変位する。そして、第1のロックピン61が第1の上段部64に嵌入可能な位置まで変位すると、図4(a)に示すように、第1のロックピン61が第1の上段部64に嵌入する。この状態において正トルクが吸気カムシャフト32に作用し、バルブタイミングを遅角させる方向にハウジング36とロータ53とが相対回転しようとするときには、第1の上段部64の遅角側の内壁に第1のロックピン61が接触する。そのため、バルブタイミングが遅角する方向にハウジング36とロータ53とが相対回転することが規制される。
 そして、この状態で負トルクが吸気カムシャフト32に作用すると、ロータ53がハウジング36に対してさらに進角側に相対回転し、第1のロックピン61及び第2のロックピン71が進角側に変位する。そして、第2のロックピン71が第2の上段部74に嵌入可能な位置まで変位すると、図4(b)に示すように、第2のロックピン71が第2の上段部74に嵌入する。この状態において正トルクが吸気カムシャフト32に作用し、バルブタイミングを遅角させる方向にハウジング36とロータ53とが相対回転しようとするときには、第2の上段部74の遅角側の内壁に第2のロックピン71が接触する。そのため、バルブタイミングが遅角する方向にハウジング36とロータ53とが相対回転することが規制される。
 次に負トルクが吸気カムシャフト32に作用すると、ロータ53がハウジング36に対してさらに進角側に相対回転し、第1のロックピン61及び第2のロックピン71が進角側に変位する。そして、第1のロックピン61が第1の下段部65に嵌入可能な位置まで変位すると、図4(c)に示すように、第1のロックピン61が第1の下段部65に嵌入する。この状態において正トルクが吸気カムシャフト32に作用し、バルブタイミングを遅角させる方向にハウジング36とロータ53とが相対回転しようとするときには、第1の下段部65の遅角側の内壁に第1のロックピン61が接触する。そのため、バルブタイミングが遅角する方向にハウジング36とロータ53とが相対回転することが規制される。
 そして、この状態で負トルクが吸気カムシャフト32に作用すると、ロータ53がハウジング36に対してさらに進角側に相対回転し、第1のロックピン61及び第2のロックピン71が進角側に変位する。そして、第2のロックピン71が第2の下段部75に嵌入可能な位置まで変位すると、図4(d)に示すように、第2のロックピン71が第2の下段部75に嵌入し、ロータ53がロック位相に固定される。この状態において正トルクが吸気カムシャフト32に作用し、バルブタイミングを遅角させる方向にハウジング36とロータ53とが相対回転しようとするときには、第2の下段部75の遅角側の内壁に第2のロックピン71が接触する。そのため、バルブタイミングが遅角する方向にハウジング36とロータ53とが相対回転することが規制される。
 このようにロータ53がハウジング36内で揺動すると、ロック機構51のロック穴63,73に設けられた深さの異なる段部64,74,65,75にロックピン61,71が順次嵌入する。これにより、ロータ53が徐々にロック位相に向かって回動し、最終的にはロータ53がロック位相に到達してロック機構51によりロータ53が固定されることとなる。
 ところが、作動油の温度が低く、作動油の粘性が高い場合には、正トルク及び負トルクが作用したときに生じるロータ53の回動量が小さくなる。その結果、ロックピン61,71を進角側に位置する段部64,74,65,75に順次嵌入させることができなくなり、クランキングの実行中にロータ53をロック位相まで回動させてロック機構51によりロータ53を固定することが難しくなる。
 そこで、本実施形態では、機関始動時に図5に示される一連の処理を実行し、吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機の稼働量を必要に応じて低減させるようにしている。
 図5に示す一連の処理は、電子制御装置100により機関始動時に実行される。
 電子制御装置100は、この処理を開始すると、まずステップS100において、ロック機構51によりロータ53が固定されていない状態であるか否かを判定する。ロータ53がロック機構51により固定されているか否かは、クランクポジションセンサ101によって検出されるクランク角と、カムポジションセンサ102によって検出されるカム角とに基づいて判定することができる。すなわち、クランク角とカム角とに基づいて推定されるクランクシャフト16に対する吸気カムシャフト32の相対回転位相が、ロック位相に対応する相対回転位相である場合には、ロータ53の相対回転位相がロック位相に固定されており、ロータ53がロック機構51によって固定されていると判定することができる。一方で、クランク角とカム角とに基づいて推定されるクランクシャフト16に対する吸気カムシャフト32の相対回転位相が、ロック位相に対応する相対回転位相でない場合には、ロータ53がロック機構51によって固定されていないと判定することができる。
 ステップS100において、ロータ53がロック機構51により固定されていない状態である旨の判定がなされた場合(ステップS100:YES)には、ステップS200へと進み、電子制御装置100は機関始動を完了できない状態であるか否かを判定する。機関始動を完了できない状態であるか否かは、クランクポジションセンサ101によって検出される機関回転速度、すなわちクランクシャフト16の回転速度が機関始動完了を判定する水準(例えば400rpm)まで上昇しない状態が一定の期間継続したか否かに基づいて判定することができる。要するに機関始動を開始してから一定の期間が経過してもクランクシャフト16の回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇せず、機関回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が一定の期間継続した場合には、機関始動を完了させることができない状態であると判定することができる。なお、上記の一定の期間の長さは通常であれば機関始動が完了するはずの期間の長さに基づいて設定すればよい。
 ステップS200において、機関始動を完了できない状態である旨の判定がなされた場合(ステップS200:YES)には、ステップ300へと進み、電子制御装置100は補機の稼働量を低減させる。具体的には、高圧燃料ポンプ80のスピル弁81を開弁状態に保持することにより、高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減する。また、このステップS300では、さらにパーキングブレーキスイッチ107からパーキングブレーキ信号が出力されていることを条件にバキュームポンプ90の稼働量も低減させる。すなわち、パーキングブレーキ97が作動していることを条件にバキュームポンプ90の稼働量も低減させる。
 なお、バキュームポンプ90の稼働量を低減させる際には、クラッチ94によりバキュームポンプ90と吸気カムシャフト32との接続を切り離してバキュームポンプ90の稼働を停止させる。
 電子制御装置100は、このように高圧燃料ポンプ80や、バキュームポンプ90の稼働量を低減させた状態で機関始動を継続し、ロータ53がロック機構51によりロック位相に固定されて機関始動が完了するとこの処理を終了させる。
 一方、ステップS100においてロータ53がロック機構51により固定されている状態である旨の判定がなされた場合(ステップS100:NO)には、電子制御装置100は、補機の稼働量を低減させることなく、そのまま機関始動を継続し、機関始動が完了するとこの処理を終了させる。また、ステップS200において機関始動を完了できる状態である旨の判定がなされた場合(ステップS200:NO)にも、電子制御装置100は、補機の稼働量を低減させることなく、そのまま機関始動を継続し、機関始動が完了するとこの処理を終了させる。
 以上説明した実施形態による作用を説明する。
 上記実施形態によれば、ロータ53がロック機構51によって固定されておらず(ステップS100:YES)、且つ機関始動を完了させることができないとき(ステップS200:YES)に吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機である高圧燃料ポンプ80やバキュームポンプ90の稼働量が低減される。
 吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機の稼働量が高いときほど、吸気カムシャフト32を回転させる際に作用する負荷は大きくなる。そのため、吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機の稼働量が高いときほど、吸気カムシャフト32及びロータ53は進角側に回動しにくくなる。これに対して、上記実施形態によれば、ロータ53をロック位相まで進角側に回動させる際に吸気カムシャフト32の駆動力を利用して駆動される補機である高圧燃料ポンプ80やバキュームポンプ90の稼働量が低減されるため、ロータ53が進角側に回動しやすくなる。
 以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
 (1)高圧燃料ポンプ80の稼働量や、バキュームポンプ90の稼働量が低減され、ロータ53が進角側に回動しやすくなる。そのため、機関始動時にロータ53がロック機構51により固定されていない状態であったとしても、ロータ53をロック位相まで速やかに回動させてロータ53をロック機構51によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる。
 (2)ラチェット機能の作用により、機関始動時に吸気カムシャフト32が回転するのに伴って吸気バルブ31が開閉する際にハウジング36内でロータ53が揺動したときに、ロータ53がロック位相に向かって進角側に回動するようになる。このとき、高圧燃料ポンプ80の稼働量や、バキュームポンプ90の稼働量が低減されることにより、ハウジング36内でロータ53が揺動するときにロータ53が進角側に回動しやすくなる。したがって、油温が低く、作動油の粘性が高いときであっても進角側へのロータ53の回動量が小さくなることを抑制することができる。そのため、油温が低く、作動油の粘性が高いときであっても、ロータ53をロック位相まで速やかに回動させてロータ53をロック機構51によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる。
 (3)ブレーキブースタ91に負圧を供給するバキュームポンプ90の稼働量を低減させた場合には、ブレーキペダル96の操作に必要な力を低減するブレーキブースタ91の機能が低下してしまう。
 これに対して、パーキングブレーキ97が作動していれば、停車中であること、そしてブレーキブースタ91の機能が低下したとしても停車状態を維持することができる状態であることが推定できる。
 これに対して、上記実施形態では、パーキングブレーキ97が作動していることを条件にバキュームポンプ90の稼働量を低減させるようにしている。そのため、坂路などであっても停車状態を維持しつつ、バキュームポンプ90の稼働量を低減して機関始動を早期に完了させることができる。
 (4)高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させた場合には、適切な燃料噴射を行うための燃料圧力を確保できなくなるおそれがある。
 これに対して、クランクシャフト16の回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続している場合には、燃料を噴射していても機関始動を完了させることができない状態であることが推定される。
 上記実施形態では、機関始動に伴ってクランクシャフト16の回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続したことを条件に高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させるようにしている。そのため、高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させなくても機関始動を完了させることができる状態のときに高圧燃料ポンプ80の稼働量が低減されてしまい、かえって機関始動に時間がかかるようになってしまうことを抑制することができる。
 (5)クランクシャフト16の回転速度に基づいて機関始動を完了できない状態であるか否かを判定するようにしている。すなわち、実際に機関始動の完了を判定できる水準までクランクシャフト16の回転速度が上昇するかどうかに応じて機関始動が完了するか否かを判定するため、油温や油圧の影響だけでなく、燃焼室13内での燃焼の状態や、機関回転速度の変動の状態を加味して機関始動が完了できない状態であるか否かをより正確に判断することができる。
 なお、この発明にかかる内燃機関の制御装置は、上述した実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、この実施形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
 ・上記実施形態では、プッシュ式のスタートスイッチ106が操作されたときにスタート信号が出力され、機関始動が開始される例を示した。これに対し、イグニッションキーが始動位置に保持されていることを条件に機関始動が実行される態様を採用してもよい。
 ・上記実施形態では、機関始動時にクランクシャフト16に対する吸気カムシャフト32の相対回転位相が、ロック位相に対応する相対回転位相になっているか否かに基づいて、ロータ53がロック機構51によって固定されているか否かを判定する例を示した。これに対して、ロータ53がロック機構51によって固定された状態に移行したか否かを機関停止時に判定するとともに、その判定結果を電子制御装置100のメモリに記憶し、次の機関始動時においてメモリに記憶されたデータを参照することによりロータ53がロック機構51によって固定されているか否かを判定するようにしてもよい。
 ・また、ロータ53がロック機構51によって固定されているか否かを検出することのできるセンサを設けるとともに、このセンサの検出結果に基づきロータ53がロック機構51によって固定されているか否かを判定するようにしてもよい。
 ・上記実施形態で示したロック機構51の構成については一例であって、適宜変更することができる。例えば、上記各実施形態では、ロック機構51が第1のロック機構60と第2のロック機構70とにより構成される例を示した。これに対し、単一のロック機構によりロック機構51が構成されていてもよい。なお、この場合であっても、深さが異なる複数の段部をロック穴に形成することにより、ラチェット機能を設けることができる。
 ・上記実施形態では、第1のロックピン61及び第2のロックピン71がいずれもロータ53に設けられる一方、第1のロック穴63及び第2のロック穴73がいずれもハウジング36に設けられる例を示した。これに対し、ロックピン61,71がいずれもハウジング36に設けられる一方、ロック穴63,73がいずれもロータ53に設けられる構成を採用してもよい。また、第1のロックピン61をロータ53に設けるとともに第1のロック穴63をハウジング36に設ける一方、第2のロックピン71をハウジング36に設けるとともに第2のロック穴73をロータ53に設けるようにしてもよい。さらにこれとは反対に第1のロックピン61をハウジング36に設けるとともに第1のロック穴63をロータ53に設ける一方、第2のロックピン71をロータ53に設けるとともに第2のロック穴73をハウジング36に設けるようにしてもよい。
 ・また、ロック機構の構成として、ロータ53の外周面から突出する態様でロックピンを設ける一方、このロックピンが嵌入するロック穴をハウジング36の内周面に設ける構成を採用してもよい。
 ・上記実施形態では、吸気バルブ31のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構30及び排気バルブ41のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構40のいずれも備える内燃機関の制御装置として具体化した例を示した。これに対して、吸気バルブ31のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構30のみを備える内燃機関の制御装置として本発明を具体化することも可能である。また、排気バルブ41のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構40のみを備える内燃機関の制御装置として本発明を具体化することも可能である。
 ・車両駆動源として内燃機関10の他、電動発電機(モータジェネレータ)を備えるハイブリッド車両にあっては、機関始動がこの電動発電機を通じて行われることとなる。上記実施形態において説明した一連の制御は、電動発電機によって機関始動が行われる場合であっても適用することができる。
 ・上記実施形態では、ロック機構51にラチェット機能を設け、機関始動時のロータ53の揺動を利用してロータ53をロック位相まで進角側に回動させる構成を例示した。これに対して、ロータ53をロック位相まで進角側に回動させる構成は適宜変更することができる。例えば、ロック機構51にラチェット機能を設ける構成に替えて、バルブタイミング変更機構の各油圧室内の油圧を制御することにより、ロータ53をロック位相まで進角側に回動させる構成を採用することもできる。
 こうした構成によれば、油圧によりロータ53がロック位相に向かって進角側に回動される。このとき、補機の稼働量が低減されることにより、低い油圧であってもロータ53が進角側に回動するようになる。したがって、安定した油圧を確保することが難しい機関始動時であってもロータ53をロック位相まで速やかに回動させてロータ53をロック機構51によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができる。
 ・なお、上記実施形態のようにラチェット機能を有するロック機構51を備えた内燃機関10において、機関始動時に油圧によりロータ53をロック位相まで進角側に回動させる構成を採用し、ラチェット機能による作用と油圧の作用の双方を利用してロータ53をロック位相まで回動させるようにすることもできる。
 ・上記実施形態では、クラッチ94によりバキュームポンプ90と吸気カムシャフト32との接続を切り離してバキュームポンプ90の稼働を停止させることにより、バキュームポンプ90の稼働量を低減させる構成を示した。これに対してバキュームポンプ90の稼働量を低減させるための構成は適宜変更することができる。例えば、クラッチ94を設ける構成に替えて、図6に示されるように負圧供給通路92にリリーフ弁95を設ける構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合には、電子制御装置100は、リリーフ弁95を開放して負圧供給通路92における逆止弁93よりもバキュームポンプ90側の部分を大気開放することにより、バキュームポンプ90の稼働量を低減させることができる。
 ・上記実施形態では、高圧燃料ポンプ80のスピル弁81を開弁状態に保持することにより高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させる構成を示した。これに対して高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させる構成は適宜変更することができる。例えば、図7に示されるように高圧燃料ポンプ80のカム83と吸気カムシャフト32との接続を切り離すことのできるクラッチ87を設ける構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合には、電子制御装置100は、クラッチ87により高圧燃料ポンプ80のカム83と吸気カムシャフト32との接続を切り離して高圧燃料ポンプ80の稼働を停止させることにより、高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させることができる。
 ・上記実施形態では、カムシャフトの駆動力を利用して駆動される補機として高圧燃料ポンプ80とバキュームポンプ90を示し、これらの稼働量を低減させる構成を示した。これに対して、カムシャフトによって駆動される補機の稼働量を低減させれば、そのカムシャフトに作用する負荷を低減してこのカムシャフトに連結されたロータの進角側への回動を促進することができるため、稼働量を低減させる補機の種類は適宜変更することができる。
 ・上記実施形態では、ロータ53がロック機構51によって固定されておらず(ステップS100:YES)、且つ機関始動を完了させることができないとき(ステップS200:YES)に高圧燃料ポンプ80やバキュームポンプ90の稼働量を低減させるようにしていたが、図8に示されるようにステップS200の処理を省略することもできる。すなわち、ロータ53がロック機構51によって固定されていない場合(ステップS100:YES)には、機関始動を完了させることができない状態であるか否かに拘わらず補機の稼働量を低減させるようにしてもよい。
 この場合にも、補機の駆動量を低減することにより、ロータ53が進角側に回動しやすくなり、ロータ53をロック位相まで速やかに回動させてロータ53をロック機構51によりロック位相に固定させることができる。
 ただし、こうした構成を採用した場合には、ロータ53がロック機構51により固定されていないものの、高圧燃料ポンプ80の稼働量を低減させなくても機関始動を完了させることができる状態のときにも、高圧燃料ポンプ80の稼働量が低減されてしまう。そのため、ロータ53をロック機構51により速やかに固定することができるようになるものの、かえって機関始動に時間がかかるようになってしまうおそれがある。したがって、機関始動にかかる時間を極力短くする上では、上記実施形態のようにロータ53がロック機構51によって固定されておらず(ステップS100:YES)、且つ機関始動を完了させることができないとき(ステップS200:YES)に高圧燃料ポンプ80やバキュームポンプ90の稼働量を低減させるようにすることが望ましい。
 ・機関始動を完了できない状態であるか否かを判定するステップS200の処理に替えて、図9に示されるようにロック位相までロータ53を進角させることができない状態であるか否かを判定するステップS250を実行する構成を採用することもできる。
 この場合には、ステップS100において、ロータ53がロック機構51により固定されていない状態である旨の判定がなされた場合(ステップS100:YES)には、ステップS250へと進み、電子制御装置100はロック位相までロータ53を進角させることができない状態であるか否かを判定する。ロック位相までロータ53を進角させることができない状態であるか否かは、油温に基づいて判定することができる。要するに油温が低い場合には、作動油の粘性が高くなっており、正トルク及び負トルクが作用したときに生じるロータ53の回動量が小さくなっていることが推定されるため、ラチェット機の作用によりロック位相までロータ53を進角させることができない状態であると判定することができる。
 また、油圧によってロータ53をロック位相まで進角させる場合には、クランクシャフト16の回転速度である機関回転速度に基づいてロック位相までロータ53を進角させることができない状態であるか否かを推定することもできる。機関回転速度が低い場合には、クランクシャフト16の駆動力を利用して駆動されるオイルポンプ20の駆動量も低く、バルブタイミング変更機構30,40に供給される油圧も低いことが推定されるため、油圧によりロック位相までロータ53を進角させることができない状態であると判定することができる。
 そして、こうしてステップS250において、ロータ53をロック位相まで進角させることができない状態である旨の判定がなされた場合(ステップS250:YES)には、ステップ300へと進み、電子制御装置100は補機の稼働量を低減させる。
 一方、ステップS250においてロータ53をロック位相まで進角させることができる状態である旨の判定がなされた場合(ステップS250:NO)には、電子制御装置100は、補機の稼働量を低減させることなく、そのまま機関始動を継続し、機関始動が完了するとこの処理を終了させる。
 こうした構成を採用した場合にも、上記実施形態と同様に、機関始動時にロータ53がロック機構51により固定されていない状態であったとしても、ロータ53をロック位相まで速やかに回動させてロータ53をロック機構51によりロック位相に固定し、機関始動を早期に完了させることができるようになる。
 ・油温に基づいてロータ53をロック位相まで進角させることができる状態であるか否かを判定する構成に替えて、図1の右下方に破線で示されるように油圧センサ108を設け、油圧センサ108によって検出されている油圧の大きさに基づいてこの判定を行う構成を採用することもできる。この場合には、油圧センサ108によって検出されている油圧がロータ53をロック位相まで回転させるために必要な油圧未満である場合に、ロータ53をロック位相まで進角させることができない状態である旨を判定するようにすればよい。
 10…内燃機関、11…気筒、12…ピストン、13…燃焼室、14…吸気通路、15…排気通路、16…クランクシャフト、17…コネクティングロッド、18…点火プラグ、19…燃料噴射弁、20…オイルポンプ、21…オイルパン、22…スタータモータ、24…作動油通路、25,26…制御弁、30…バルブタイミング変更機構、31…吸気バルブ、32…吸気カムシャフト、33…吸気カム、34…バルブスプリング、35…スプロケット、36…ハウジング、40…バルブタイミング可変機構、41…排気バルブ、42…排気カムシャフト、43…排気カム、44…バルブスプリング、51…ロック機構、53…ロータ、53A…ボス、53B…ベーン、54…区画壁、55…収容室、56…進角用油圧室、57…遅角用油圧室、60…第1のロック機構、61…第1のロックピン、62…第1のスプリング、63…第1のロック穴、64…第1の上段部、65…第1の下段部、66…ベーン孔、67…第1の解除室、68…第1のスプリング室、70…第2のロック機構、71…第2のロックピン、72…第2のスプリング、73…第2のロック穴、74…第2の上段部、75…第2の下段部、76…ベーン孔、77…第2の解除室、78…第2のスプリング室、80…高圧燃料ポンプ、81…スピル弁、82…プランジャ、83…カム、84…燃料タンク、85…フィードポンプ、86…デリバリパイプ、87…クラッチ、90…バキュームポンプ、91…ブレーキブースタ、92…負圧供給通路、93…逆止弁、94…クラッチ、95…リリーフ弁、96…ブレーキペダル、97…パーキングブレーキ、100…電子制御装置、101…クランクポジションセンサ、102…カムポジションセンサ、103…エアフロメータ、104…水温センサ、105…油温センサ、106…スタートスイッチ、107…パーキングブレーキスイッチ、108…油圧センサ。

Claims (9)

  1.  クランクシャフトの回転に連動して回転するハウジングと、カムシャフトに連結されたロータとを有し、油圧により前記ハウジングに対する前記ロータの相対回転位相を変更することによってバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング変更機構と、
     ロック穴にロックピンを挿入することにより前記ハウジングに対する前記ロータの相対回転位相をロック位相に固定するロック機構と、
     前記カムシャフトの駆動力を利用して駆動される補機とを備え、
     機関始動時に前記ロック機構により前記ロータが固定されていないときには、前記ロータを前記ロック位相まで進角側に回動させ、前記ロック機構によって前記ロータを固定させる内燃機関の制御装置において、
     機関始動時に前記ロータを前記ロック位相まで進角側に回動させるときに前記補機の稼働量を低減させる
     ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2.  前記ロック穴の底面には、深さの異なる複数の段部が前記ロック位相に近づくほど深くなるように並べて設けられており、
     前記ロック機構は、前記ハウジング内で前記ロータが揺動したときに、前記複数の段部に前記ロックピンが順次嵌入することにより前記ロータが前記ロック位相に向かって進角側に回動するようになるラチェット機能を備えている
     請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3.  前記制御装置は、油圧により前記ロータをロック位相まで進角側に回動させる
     請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
  4.  前記内燃機関は、運転者によって操作されるブレーキ操作部材と、負圧を利用して前記ブレーキ操作部材の操作を助勢するブレーキブースタと、パーキングブレーキとを備える車両に搭載され、
     前記補機は前記ブレーキブースタに負圧を供給するバキュームポンプを含み、
     前記制御装置は、前記パーキングブレーキが作動していることを条件に前記バキュームポンプの稼働量を低減させる
     請求項1~3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  5.  前記制御装置は、前記バキュームポンプと前記カムシャフトとの接続を切り離すことのできるクラッチを備え、
     同制御装置は、前記バキュームポンプの稼働量を低減させるべく、前記クラッチにより前記バキュームポンプと前記カムシャフトとの接続を切り離して同バキュームポンプの稼働を停止させる
     請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
  6.  前記制御装置は、前記バキュームポンプが接続されている負圧供給通路と、同負圧供給通路を大気開放するリリーフ弁とを備え、
     同制御装置は、前記バキュームポンプの稼働量を低減させるべく、前記リリーフ弁を開弁して前記負圧供給通路を大気開放する
     請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
  7.  前記補機は高圧燃料ポンプを含み、
     前記制御装置は、機関始動に伴って前記クランクシャフトの回転速度が機関始動完了を判定する水準まで上昇しない状態が継続したことを条件に前記高圧燃料ポンプの稼働量を低減させる
     請求項1~6のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  8.  前記高圧燃料ポンプはスピル弁を有し、同スピル弁を閉弁するタイミングを制御することによって圧送する燃料の量を変更するように構成され、
     前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプの稼働量を低減させるべく、前記スピル弁を開弁状態に保持する
     請求項7に記載の内燃機関の制御装置。
  9.  前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプと前記カムシャフトとの接続を切り離すことのできるクラッチを備え、
     同制御装置は、前記高圧燃料ポンプの稼働量を低減させるべく、前記クラッチにより前記高圧燃料ポンプと前記カムシャフトとの接続を切り離して同高圧燃料ポンプの稼働を停止させる
     請求項7に記載の内燃機関の制御装置。
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