(57)【要約】【課題】中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置において、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行できるようにする。【解決手段】中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置において、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相を推定し、基準位相の学習が完了している場合よりも目標位相の設定可能範囲を狭めて、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定してカム軸位相を制御する。これにより、基準位相の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行できる。【選択図】図４
2010138732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、前記カム軸位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構と、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御装置とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
前記中間ロック機構により前記カム軸位相が前記中間ロック位相でロックされていると判断される時に当該カム軸位相を前記中間ロック位相として学習する中間ロック位相学習手段と、
前記カム軸位相がその調整可能範囲の最遅角位相又は最進角位相に到達していると判断される時に当該カム軸位相を基準位相として学習する基準位相学習手段と、
前記基準位相の学習値を基準にして目標位相を設定して前記カム軸位相を前記目標位相に一致させるように制御するカム軸位相制御手段とを備え、
前記カム軸位相制御手段は、前記基準位相の学習が未完了で且つ前記中間ロック位相の学習が完了している場合は、前記中間ロック位相の学習値に基づいて前記基準位相を推定し、前記基準位相の学習が完了している場合よりも前記目標位相の設定可能範囲を狭めて、前記基準位相の推定値を基準にして前記目標位相を設定して前記カム軸位相を制御することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記カム軸位相制御手段は、前記基準位相の推定値を基準にして前記目標位相を設定する場合に、前記目標位相の設定可能範囲を前記カム軸位相の調整可能範囲の両端からそれぞれ所定量ずつ狭めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
冷機始動時に前記カム軸位相を暖機時よりも進角側又は遅角側に制御する早期暖機制御を所定期間実行する早期暖機制御手段を備え、
前記早期暖機制御手段は、前記基準位相の学習が未完了で且つ前記中間ロック位相の学習が完了している場合は、前記中間ロック位相の学習値に基づいて推定した前記基準位相の推定値を基準にして前記早期暖機制御の目標位相を設定して当該早期暖機制御を実行し、
前記基準位相学習手段は、前記早期暖機制御の終了後に前記カム軸位相を前記基準位相に制御して当該基準位相を学習することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記油圧制御装置は、前記可変バルブタイミング装置を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁と、前記中間ロック機構を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁とを個別に有する構成となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記油圧制御装置は、前記可変バルブタイミング装置を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と前記中間ロック機構を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁を用いる構成となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧を駆動源として内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧駆動式の可変バルブタイミング装置においては、特許文献１（特開平９−３２４６１３号公報）、特許文献２（特開２００１−１５９３３０号公報）に記載されているように、カム軸位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構を設けて、カム軸位相の調整可能範囲を拡大するようにしたものがある。このものは、エンジンを停止させる際に、カム軸位相を中間ロック位相よりも進角側に制御した状態で、可変バルブタイミング装置に供給する油圧を低下させることで、カム軸位相がカムトルクにより自然に遅角側に変化していき、その過程で、カム軸位相が中間ロック位相に到達した時点で、ロックピンがスプリングにより押し出されてロック穴に嵌まり込むことで、カム軸位相が中間ロック位相でロックされるようになっている。このものは、中間ロック位相を始動に適した位相に設定して、この中間ロック位相で始動し、始動完了後にロックを解除してカム軸位相をエンジン運転状態に応じて設定した目標位相に制御するようにしている。
【０００３】
また、可変バルブタイミング装置の製造ばらつきや経時変化等によるカム軸位相の誤差を補正するために、特許文献３（特開２００１−８２１９０号公報）に記載されているように、カム軸位相を強制的にカム軸位相の調整可能範囲の一方の限界位相（例えば最遅角位相）まで変化させて、当該限界位相をカム軸位相の基準位相として学習し、この基準位相を基準にして実際のカム軸位相（例えば基準位相からの実進角量）を算出すると共に、基準位相を基準にして目標位相（例えば基準位相からの目標進角量）をエンジン運転状態に応じて設定して、カム軸位相を目標位相に制御する可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）を実行するようにしている。
【特許文献１】特開平９−３２４６１３号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９３３０号公報
【特許文献３】特開２００１−８２１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置では、中間ロック位相で始動するため、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）を学習するには、始動完了後にロック解除してから、カム軸位相を基準位相に制御する必要があるが、始動完了直後にロック解除して無条件に基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御すると、燃焼安定性が悪化してエンジン回転が不安定になったり、エミッションが悪化する可能性がある。従って、始動後に、燃焼安定性を悪化させずにカム軸位相を基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御できるエンジン運転状態になるまで待ってから、基準位相を学習する必要があるため、基準位相の学習機会が少なくなり、基準位相の学習が完了するまでに時間が長くかかる可能性がある。
【０００５】
基準位相の学習が完了するまでは、可変バルブタイミング制御を実行できないため、基準位相の学習が完了するまでに時間が長くかかれば、可変バルブタイミング制御を実行できない時間も長くなり、その間、可変バルブタイミング制御による燃費節減や出力向上の効果が得られない。
【０００６】
尚、中間ロック位相を基準位相として学習して、中間ロック位相の学習値を基準にして制御することが考えられるが、中間ロック位相の学習値には、製造ばらつきや経時変化による誤差に加え、ロックピンをロック穴に嵌め込むためのクリアランス（遊び）分の誤差も含まれるため、カム軸位相の調整可能範囲の限界位相（最遅角位相又は最進角位相）を基準位相として学習する場合と比べて基準位相の学習精度が悪くなる。
【０００７】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置において、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行することができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、前記カム軸位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構と、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御装置とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、前記中間ロック機構により前記カム軸位相が前記中間ロック位相でロックされていると判断される時に当該カム軸位相を前記中間ロック位相として学習する中間ロック位相学習手段と、前記カム軸位相がその調整可能範囲の最遅角位相又は最進角位相に到達していると判断される時に当該カム軸位相を基準位相として学習する基準位相学習手段と、前記基準位相の学習値を基準にして目標位相を設定して前記カム軸位相を前記目標位相に一致させるように制御するカム軸位相制御手段とを備え、前記カム軸位相制御手段は、前記基準位相の学習が未完了で且つ前記中間ロック位相の学習が完了している場合は、前記中間ロック位相の学習値に基づいて前記基準位相を推定し、前記基準位相の学習が完了している場合よりも前記目標位相の設定可能範囲を狭めて、前記基準位相の推定値を基準にして前記目標位相を設定して前記カム軸位相を制御するようにしたものである。
【０００９】
中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置では、中間ロック機構によりカム軸位相が中間ロック位相でロックされた状態で内燃機関が始動されるため、中間ロック位相の学習は、始動後に速やかに行うことができる。
【００１０】
この点を考慮して、本発明では、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相（最遅角位相又は最進角位相）を推定するため、始動後に速やかに基準位相を推定することができるが、前述したように、中間ロック位相の学習値には、製造ばらつきや経時変化による誤差に加え、ロックピンをロック穴に嵌め込むためのクリアランス（遊び）分の誤差も含まれるため、基準位相の推定値が実際のカム軸位相の調整可能範囲の限界位相を越えてしまう可能性がある。このため、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定すると、目標位相が最遅角位相近傍又は最進角位相近傍である場合に、目標位相が実際のカム軸位相の調整可能範囲の限界位相を越えてしまう可能性がある。もし、目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲を越えた位相に設定してカム軸位相を制御すると、可変バルブタイミング装置の可動部品（ベーン）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ）に勢い良く衝突して大きな衝突音が発生して運転者に不快感を与えてしまったり、可変バルブタイミング装置の構成部品が損傷して耐久性が劣化する可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明では、中間ロック位相の学習値から推定した基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定する場合は、基準位相の学習が完了している場合（つまり基準位相の学習値を基準にして目標位相を設定する場合）よりも目標位相の設定可能範囲を狭めるようにしている。このようにすれば、基準位相の推定値を基準にして設定した目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲内に収めることが可能となり、目標位相が実際のカム軸位相の調整可能範囲を越えた位相に設定されることを防止できて、可変バルブタイミング装置の可動部品（ベーン）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ）に勢い良く衝突して大きな衝突音が発生することを防止できると共に、可変バルブタイミング装置の構成部品が損傷して耐久性が劣化することも防止できる。これにより、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行することができる。
【００１２】
この場合、請求項２のように、中間ロック位相の学習値から推定した基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定する場合に、目標位相の設定可能範囲をカム軸位相の調整可能範囲の両端からそれぞれ所定量Ａ，Ｂ（図４参照）ずつ狭めるようにすると良い。ここで、所定量Ａ，Ｂは、基準位相の推定誤差を見込んで、可変バルブタイミング装置の可動部品（ベーン）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ）に衝突しないように設定すれば良く、これにより、目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲内に確実に収めることができる。
【００１３】
また、請求項３のように、冷機始動時にカム軸位相を暖機時よりも進角側又は遅角側に制御する早期暖機制御（例えば内部ＥＧＲ率を増加させて排気温度を上昇させて暖機を促進する制御）を所定期間実行する早期暖機制御手段を備えたシステムに本発明を適用する場合は、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している時には、中間ロック位相の学習値に基づいて推定した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を設定して早期暖機制御を実行し、当該早期暖機制御の終了後にカム軸位相を基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御して当該基準位相を学習するようにすると良い。このようにすれば、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、冷機始動後に速やかにカム軸位相を進角側又は遅角側に制御する早期暖機制御を実行できると共に、早期暖機制御の終了後に速やかに基準位相を学習することができる。
【００１４】
尚、請求項４のように、油圧制御装置は、可変バルブタイミング装置を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁と、中間ロック機構を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁とを個別に有する構成のものを用いても良いし、請求項５のように、可変バルブタイミング装置を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と中間ロック機構を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁を用いても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を吸気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用して具体化した３つの実施例１〜３を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３により各スプロケット１４，１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。但し、吸気側カム軸１６には、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の進角量（カム軸位相）を調整する可変バルブタイミング装置１８が設けられている。
【００１７】
また、吸気側カム軸１６の外周側には、気筒判別のために特定のカム角でカム角信号パルスを出力するカム角センサ１９が設置され、一方、クランク軸１２の外周側には、所定クランク角毎にクランク角信号パルスを出力するクランク角センサ２０が設置されている。これらカム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号は、エンジン制御回路２１に入力され、このエンジン制御回路２１によって吸気バルブの実バルブタイミング（実カム軸位相）が演算されると共に、クランク角センサ２０の出力パルスの周波数（パルス間隔）に基づいてエンジン回転速度が演算される。また、エンジン運転状態を検出する各種センサ（吸気圧センサ２２、水温センサ２３、スロットルセンサ２４等）の出力信号がエンジン制御回路２１に入力される。
【００１８】
このエンジン制御回路２１は、上記各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御や点火制御を行うと共に、可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）を行い、吸気バルブの実バルブタイミング（吸気側カム軸１６の実カム軸位相）を目標バルブタイミング（目標位相）に一致させるように可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧をフィードバック制御する。
【００１９】
次に、図２及び図３に基づいて可変バルブタイミング装置１８の構成を説明する。
可変バルブタイミング装置１８のハウジング３１は、吸気側カム軸１６の外周に回動自在に支持されたスプロケット１４にボルト３２で締め付け固定されている。これにより、クランク軸１２の回転がタイミングチェーン１３を介してスプロケット１４とハウジング３１に伝達され、スプロケット１４とハウジング３１がクランク軸１２と同期して回転する。
一方、吸気側カム軸１６の一端部には、ロータ３５がボルト３７で締め付け固定されている。このロータ３５は、ハウジング３１内に相対回動自在に収納されている。
【００２０】
図３に示すように、ハウジング３１の内部には、複数のオイル充填室４０が形成され、各オイル充填室４０が、ロータ３５の外周部に形成されたベーン４１によって進角室４２（進角用油圧室）と遅角室４３（遅角用油圧室）とに区画されている。少なくとも１つのベーン４１の両側部には、ハウジング３１に対するロータ３５（ベーン４１）の相対回動範囲を規制するストッパ部５６が形成され、このストッパ部５６によってカム軸位相の調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相が規制されている。
【００２１】
可変バルブタイミング装置１８には、カム軸位相をその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構５０が設けられている。この中間ロック機構５０の構成を説明すると、いずれか１つ又は複数のベーン４１にロックピン収容孔５７が設けられ、このロックピン収容孔５７に、ハウジング３１とロータ３５（ベーン４１）との相対回動をロックするためのロックピン５８が突出可能に収容され、このロックピン５８がスプロケット１４側に突出してスプロケット１４のロック穴５９に嵌り込むことで、カム軸位相がその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックされる。この中間ロック位相は、エンジン１１の始動に適した位相に設定されている。尚、ロック穴５９をハウジング３１に設けた構成としても良い。
【００２２】
ロックピン５８は、スプリング６２によってロック方向（突出方向）に付勢されている。また、ロックピン５８の外周部とロックピン収容孔５７との間には、ロックピン５８をロック解除方向に駆動する油圧を制御するためのロック解除用の油圧室が形成されている。尚、ハウジング３１には、進角制御時にロータ３５を進角方向に相対回動させる油圧をばね力で補助するねじりコイルばね５５（図２参照）が設けられている。
【００２３】
本実施例１では、可変バルブタイミング装置１８及び中間ロック機構５０のロックピン５８を駆動する油圧を制御する油圧制御装置は、可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁２５と、中間ロック機構５０のロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁２６とを個別に有する構成となっている。位相制御用の油圧制御弁２５は、例えば５ポート・３ポジション型のスプール弁により構成され、ロック制御用の油圧制御弁２６は、例えば３ポート・２ポジション型のスプール弁により構成されている。
【００２４】
エンジン１１の動力によって駆動されるオイルポンプ２８により、オイルパン２７内のオイルが汲み上げられて各油圧制御弁２５，２６に供給され、位相制御用の油圧制御弁２５によって可変バルブタイミング装置１８の進角室４２と遅角室４３に供給する油圧（オイル量）が制御され、ロック制御用の油圧制御弁２６によってロックピン５８をロック解除方向に駆動する油圧（オイル量）が制御される。尚、位相制御用の油圧制御弁２５の入口ポート側には、オイルの逆流を防止する逆止弁２９が設けられている。
【００２５】
エンジン制御回路２１は、位相フィードバック制御（可変バルブタイミング制御）中にエンジン運転条件に基づいて目標位相（目標バルブタイミング）を演算して、吸気側カム軸１６の実カム軸位相（吸気バルブの実バルブタイミング）を目標位相（目標バルブタイミング）に一致させるように位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティ（制御量）をフィードバック制御して可変バルブタイミング装置１８の進角室４２と遅角室４３に供給する油圧をフィードバック制御する。
【００２６】
この位相フィードバック制御中にロック要求が発生した時には、次のようにして、ロックピン５８をスプロケット１４のロック穴５９に嵌り込ませて実カム軸位相を中間ロック位相でロックするロック制御を実行する。まず、ロック制御用の油圧制御弁２６をドレンポートに切り替えてロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢しながら、実カム軸位相が中間ロック位相を通り越すように位相制御用の油圧制御弁２５を制御する位相可変制御を実行し、この位相可変制御中に実カム軸位相が中間ロック位相付近で動かなくなった時に、位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティを実カム軸位相を動かす方向に更に所定量変化させてみて、それでもなお実カム軸位相が動かない場合に、ロック完了（ロックピン５８がロック穴５９に嵌り込んで実カム軸位相が中間ロック位相でロックされた）と判定して、このロック完了判定時の実カム軸位相を中間ロック位相の学習値としてバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリ（記憶手段）に記憶する。尚、中間ロック位相の学習値をＲＡＭ等の揮発性メモリに記憶しても良い。
【００２７】
更に、本実施例１では、ロックピン５８のロック制御及びロック完了の判定をより確実に行うために、位相可変制御中に実カム軸位相が中間ロック位相付近で動かなくなった時に、位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティを進角方向と遅角方向に交互に所定量ずつ変化させてみて、実カム軸位相がどちらの方向にも動かない場合にロック完了と判定するようにしている。
【００２８】
また、エンジン１１を始動する場合は、ロックピン５８により実カム軸位相を中間ロック位相でロックした状態でエンジン１１をスタータ（図示せず）でクランキングして始動し、始動後にロックモードから位相フィードバック制御モードに移行する前に、可変バルブタイミング装置１８の進角室４２及び遅角室４３にオイルを充填するオイル充填制御を実行すると共に、始動後にオイル充填制御が完了するまで、ロックピン５８のロック解除を禁止してロックピン５８をロック状態に維持する。
【００２９】
また、本実施例１では、エンジン運転中に所定の基準位相学習実行条件が成立した時に、カム軸位相を強制的にカム軸位相の調整可能範囲の一方の限界位相である例えば最遅角位相まで変化させて（つまりベーン４１がストッパ部５６に突き当たるまで遅角させて）、例えば最遅角位相をカム軸位相の基準位相として学習して、この基準位相の学習値をバックアップＲＡＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリ（記憶手段）に記憶する。尚、基準位相の学習値をＲＡＭ等の揮発性メモリに記憶しても良い。
【００３０】
基準位相の学習完了後に、可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）を実行する場合は、基準位相の学習値を基準にして実カム軸位相（例えば基準位相からの実進角量）を算出すると共に、基準位相の学習値を基準にして目標位相（例えば基準位相からの目標進角量）をエンジン運転状態に応じて設定して、実カム軸位相を目標位相にフィードバック制御する。
【００３１】
ところで、バッテリをバックアップ電源とするバックアップＲＡＭに基準位相の学習値を記憶する場合は、エンジン停止中でも、基準位相の学習値の記憶データは保持されるが、車両からバッテリが取り外された場合には、基準位相の学習値の記憶データが消えてしまい、基準位相の学習が未完了の状態となるため、基準位相を学習し直す必要がある。また、基準位相の学習値をＲＡＭ等の揮発性メモリに記憶する場合は、エンジン停止毎に、毎回、基準位相の学習値の記憶データが消えてしまうため、エンジン始動毎に、毎回、基準位相を学習する必要がある。
【００３２】
しかし、始動完了直後にロック解除して無条件に基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御すると、燃焼安定性が悪化してエンジン回転が不安定になったり、エミッションが悪化する可能性がある。従って、始動後に、燃焼安定性が悪化せずにカム軸位相を基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御できるエンジン運転状態になるまで待ってから、基準位相を学習する必要があるため、基準位相の学習機会が少なくなり、基準位相の学習が完了するまでに時間が長くかかる可能性がある。基準位相の学習が完了するまでは、可変バルブタイミング制御を実行できないため、基準位相の学習が完了するまでに時間が長くかかれば、可変バルブタイミング制御を実行できない時間も長くなり、その間、可変バルブタイミング制御による燃費節減や出力向上の効果が得られない。
【００３３】
そこで、本実施例１では、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相を推定し、基準位相の学習が完了している場合よりも目標位相の設定可能範囲を狭めて、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定してカム軸位相を制御するようにしている。
【００３４】
この場合、エンジン停止中に中間ロック位相の学習値の記憶データが消えても、エンジン１１を始動する場合は、ロックピン５８により実カム軸位相が中間ロック位相でロックされた状態でエンジン１１が始動されるため、中間ロック位相の学習は、始動後に速やかに行うことができる。
【００３５】
この点を考慮して、本実施例１では、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相（最遅角位相又は最進角位相）を推定するため、始動後に速やかに基準位相を推定することができるが、前述したように、中間ロック位相の学習値には、製造ばらつきや経時変化による誤差に加え、ロックピン５８をロック穴５９に嵌め込むためのクリアランス（遊び）分の誤差も含まれるため、基準位相の推定値が実際のカム軸位相の調整可能範囲の限界位相を越えてしまう可能性がある。このため、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定すると、目標位相が最遅角位相近傍又は最進角位相近傍である場合に、目標位相が実際のカム軸位相の調整可能範囲の限界位相を越えてしまう可能性がある。もし、目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲を越えた位相に設定してカム軸位相を制御すると、可変バルブタイミング装置１８の可動部品（ベーン４１）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ部５６）に勢い良く衝突して大きな衝突音が発生して運転者に不快感を与えてしまったり、可変バルブタイミング装置１８の構成部品が損傷して耐久性が劣化する可能性がある。
【００３６】
そこで、本実施例１では、中間ロック位相の学習値から推定した基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定する場合は、図４に示すように、基準位相の学習が完了している場合（つまり基準位相の学習値を基準にして目標位相を設定する場合）よりも目標位相の設定可能範囲をカム軸位相の調整可能範囲の両端からそれぞれ所定量Ａ，Ｂずつ狭めるようにしている。ここで、所定量Ａ，Ｂは、基準位相の推定誤差を見込んで、可変バルブタイミング装置１８のベーン４１がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ部５６）に衝突しないように設定すれば良い。
【００３７】
このようにすれば、基準位相の推定値を基準にして設定した目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲内に収めることが可能となり、目標位相が実際のカム軸位相の調整可能範囲を越えた位相に設定されることを防止できて、可変バルブタイミング装置１８の可動部品（ベーン４１）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ部５６）に勢い良く衝突して大きな衝突音が発生することを防止できると共に、可変バルブタイミング装置１８の構成部品が損傷して耐久性が劣化することも防止できる。これにより、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行することができる。
【００３８】
以上説明した本実施例１の可変バルブタイミング制御は、エンジン制御回路２１によって図５の可変バルブタイミング制御ルーチンに従って次のようにして実行される。
図５の可変バルブタイミング制御ルーチンは、エンジン制御回路２１の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうカム軸位相制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が完了しているか否か（バックアップＲＡＭ等の記憶手段に基準位相の学習値の記憶データが存在するか否か）を判定し、基準位相の学習が未完了であると判定されれば、ステップ１０２に進み、中間ロック位相の学習が完了しているか否か（バックアップＲＡＭ等の記憶手段に中間ロック位相の学習値の記憶データが存在するか否か）を判定する。
【００３９】
その結果、中間ロック位相の学習が未完了であると判定されれば、ステップ１０３に進み、ロック制御を実行する。これにより、ロック制御用の油圧制御弁２６をドレンポートに切り替えてロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢しながら、実カム軸位相が中間ロック位相を通り越すように位相制御用の油圧制御弁２５を制御する位相可変制御を実行し、この位相可変制御中に実カム軸位相が中間ロック位相付近で動かなくなった時に、位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティを実カム軸位相を動かす方向に更に所定量変化させてみて、それでもなお実カム軸位相が動かない場合に、ロック完了（ロックピン５８がロック穴５９に嵌り込んで実カム軸位相が中間ロック位相でロックされた）と判定して、このロック完了判定時の実カム軸位相を中間ロック位相の学習値としてバックアップＲＡＭ等の記憶手段に記憶する。この処理が特許請求の範囲でいう中間ロック位相学習手段としての役割を果たす。
【００４０】
一方、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合（ステップ１０１で「Ｎｏ」且つステップ１０２で「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ１０４に進み、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相の推定値を算出する。この基準位相の推定値は、中間ロック位相の学習値から所定量αだけ遅角側に離れた位相に設定する。
基準位相推定値＝中間ロック位相学習値−α
【００４１】
ここで、所定量αは、中間ロック位相から基準位相（最遅角位相又は最進角位相）までの位相差の設計値、製造ばらつき範囲の中央値又は平均値等を用いれば良い。所定量αの設計値、製造ばらつき範囲の中央値又は平均値等のデータは、予め車両製造工程でＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶させておけば良い。
【００４２】
この後、ステップ１０５に進み、実カム軸位相（基準位相からの実進角量）を、絶対カム軸位相（カム軸位相の検出値）から基準位相推定値を差し引いて求める。
実カム軸位相＝絶対カム軸位相−基準位相推定値
この後、ステップ１０６に進み、基準位相の推定値を基準にして目標位相（基準位相からの目標進角量）をエンジン運転状態に応じて算出する。
【００４３】
この後、ステップ１０７に進み、目標位相が図４に示す基準位相未学習時の目標位相設定可能範囲内に収まるように目標位相をガード処理する。具体的には、上記ステップ１０６で算出した目標位相の算出値が基準位相未学習時の目標位相設定可能範囲を越える場合は、基準位相未学習時の目標位相設定可能範囲の限界位相を最終的な目標位相に設定し、当該目標位相の算出値が基準位相未学習時の目標位相設定可能範囲内に収まる場合は、当該目標位相の算出値をそのまま最終的な目標位相として用いる。この後、ステップ１０８に進み、ガード処理後の最終的な目標位相を用いて、基準位相推定値を基準とする位相フィードバック制御を実行する。
【００４４】
その後、所定の基準位相学習実行条件が成立した時に、カム軸位相を強制的にカム軸位相の調整可能範囲の一方の限界位相である例えば最遅角位相まで変化させて（つまりベーン４１がストッパ部５６に突き当たるまで遅角させて）、例えば最遅角位相をカム軸位相の基準位相として学習して、この基準位相の学習値をバックアップＲＡＭ等の記憶手段に記憶する。この処理が特許請求の範囲でいう基準位相学習手段としての役割を果たす。
基準位相の学習完了後は、前述したステップ１０１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１０９に進み、基準位相学習値を基準とする位相フィードバック制御に移行する。
【００４５】
以上説明した本実施例１では、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相を推定し、基準位相の学習が完了している場合よりも目標位相の設定可能範囲を狭めて、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定してカム軸位相を制御するようにしたので、基準位相の推定値を基準にして設定した目標位相を実際のカム軸位相の調整可能範囲内に収めることが可能となり、目標位相が実際のカム軸位相の調整可能範囲を越えた位相に設定されることを防止できて、可変バルブタイミング装置１８の可動部品（ベーン４１）がカム軸位相の調整可能範囲の限界位相の壁（ストッパ部５６）に勢い良く衝突して大きな衝突音が発生することを防止できると共に、可変バルブタイミング装置１８の構成部品が損傷して耐久性が劣化することも防止できる。これにより、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、始動後に速やかに可変バルブタイミング制御（位相フィードバック制御）に移行することができて、可変バルブタイミング制御による燃費節減や出力向上の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、図６及び図７を用いて、本発明の実施例２を説明する。但し、上記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化して、主として上記実施例１と異なる部分について説明する。
【００４７】
本実施例２では、冷機始動時に吸気側カム軸位相を暖機時よりも進角側（又は排気側カム軸位相を暖機時よりも遅角側）に制御して、例えば内部ＥＧＲ率（排気残留率）を増加させて排気温度を上昇させて触媒の暖機を促進する早期暖機制御を実行するようにしている。
【００４８】
更に、本実施例２では、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて推定した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を設定して早期暖機制御を実行し、当該早期暖機制御の終了後にカム軸位相を基準位相に制御して当該基準位相を学習するようにしている。
【００４９】
以上説明した本実施例２の可変バルブタイミング装置１８の冷機始動時の制御例を図６を用いて説明する。図６の例では、時刻ｔ1 で、ロックピン５８により実カム軸位相が中間ロック位相でロックされた状態で、クランキングを開始すると同時に、位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティを進角室４２にオイルを充填する進角側デューティである例えば最進角位相の制御デューティ（０％）に設定して、進角室４２にオイルを充填する進角室オイル充填制御を実行する。この進角室オイル充填制御を所定時間だけ実行した時点ｔ2 で、位相制御用の油圧制御弁２５の制御デューティを、遅角室４３にオイルを充填する遅角側デューティである例えば最遅角位相の制御デューティ（１００％）に切り替えて遅角室４３にオイルを充填する遅角室オイル充填制御に移行する。クランキング開始から進角室オイル充填制御と遅角室オイル充填制御が完了するまでは、ロックピン５８のロック解除が禁止され、ロックピン５８がロック状態に維持される。
【００５０】
そして、遅角室オイル充填制御を所定時間だけ実行した時点ｔ3 で、冷機始動時と判断されれば、ロックピン５８のロックを解除して、早期暖機制御に移行する。この早期暖機制御中は、目標位相を暖機時よりも進角側（又は遅角側）に制御して、内部ＥＧＲ率を増加させて排気温度を上昇させて触媒の暖機を促進する。
【００５１】
この早期暖機制御を開始するまでに、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて推定した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を設定して早期暖機制御を実行する。
【００５２】
この早期暖機制御を所定時間（又は触媒の暖機が完了するまで）実行した時点ｔ4 で、目標位相を基準位相である例えば最遅角位相に設定して、カム軸位相を強制的にカム軸位相の調整可能範囲の一方の限界位相である例えば最遅角位相まで変化させて（つまりベーン４１がストッパ部５６に突き当たるまで遅角させて）、例えば最遅角位相をカム軸位相の基準位相として学習して、この基準位相の学習値をバックアップＲＡＭ等の記憶手段に記憶する。
【００５３】
この基準位相学習期間中は、カム軸位相が基準位相（最遅角位相又は最進角位相）に制御されることで燃焼安定性が低下するため、早期暖機制御時の目標アイドル回転速度を通常の目標アイドル回転速度よりも高く設定して、早期暖機制御時のアイドル回転速度を通常よりも上昇させることで、燃焼安定性を確保する。基準位相の学習を完了した時点ｔ5 で、通常の制御（ロック制御又は位相フィードバック制御）に移行する。
【００５４】
尚、図６の例では、クランキング開始後に進角室オイル充填制御を行ってから遅角室オイル充填制御に切り替えるようにしたが、これとは逆に、遅角室オイル充填制御を行ってから進角室オイル充填制御に切り替えるようにしても良い。
【００５５】
以上説明した本実施例２の可変バルブタイミング制御は、エンジン制御回路２１によって図７の可変バルブタイミング制御ルーチンに従って次のようにして実行される。
図７の可変バルブタイミング制御ルーチンは、エンジン制御回路２１の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうカム軸位相制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が完了しているか否かを判定し、基準位相の学習が未完了であると判定されれば、ステップ２０２に進み、中間ロック位相の学習が完了し且つ進角室・遅角室オイル充填制御が完了しているか否かを判定する。
【００５６】
このステップ２０２で「Ｎｏ」と判定された場合（つまり中間ロック位相の学習が未完了及び／又は進角室・遅角室オイル充填制御が未完了であると判定された場合）には、ステップ２０３に進み、ロック制御を実行して、中間ロック位相を学習して、中間ロック位相の学習値をバックアップＲＡＭ等の記憶手段に記憶すると共に、進角室・遅角室オイル充填制御を実行する。
【００５７】
一方、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習と進角室・遅角室オイル充填制御の両方が完了している場合（ステップ２０１で「Ｎｏ」且つステップ２０２で「Ｙｅｓ」と判定された場合）は、ステップ２０４に進み、前記実施例１で説明した図５のステップ１０４と同様の方法で、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相の推定値を算出する。
基準位相推定値＝中間ロック位相学習値−α
【００５８】
この後、ステップ２０５に進み、実カム軸位相（基準位相からの実進角量）を、絶対カム軸位相（カム軸位相の検出値）から基準位相推定値を差し引いて求める。
実カム軸位相＝絶対カム軸位相−基準位相推定値
【００５９】
この後、ステップ２０６に進み、早期暖機制御実行条件が成立している否かを、例えば次の条件(1),(2) 等を満たすか否かで判定する。
(1) エンジン冷却水温が所定温度以下であること（冷機始動時であること）
(2) アイドル運転状態であること
これらの条件(1),(2) 等を全て満たせば、早期暖機制御実行条件が成立し、いずれか１つでも満たさない条件があれば、早期暖機制御実行条件が不成立となる。
【００６０】
上記ステップ２０６で、早期暖機制御実行条件が成立していると判定されれば、ステップ２０７に進み、上記ステップ２０４で算出した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を算出する。この後、ステップ２０８に進み、ロックピン５８のロックを解除して、早期暖機制御を実行する。
【００６１】
この早期暖機制御により触媒の暖機（エンジン冷却水温が所定温度以上）が完了した時点で、上記ステップ２０６で、早期暖機制御実行条件が不成立と判定して、早期暖機制御を終了して、ステップ２０９に進み、カム軸位相を強制的にカム軸位相の調整可能範囲の一方の限界位相である例えば最遅角位相まで変化させて（つまりベーン４１がストッパ部５６に突き当たるまで遅角させて）、例えば最遅角位相をカム軸位相の基準位相として学習して、この基準位相の学習値をバックアップＲＡＭ等の記憶手段に記憶する。
【００６２】
基準位相の学習完了後は、前述したステップ２０１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ２０９に進み、通常の制御（基準位相学習値を基準とする位相フィードバック制御又はロック制御）に移行する。
【００６３】
以上説明した本実施例２では、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合には、中間ロック位相の学習値に基づいて推定した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を設定して早期暖機制御を実行し、当該早期暖機制御の終了後にカム軸位相を基準位相に制御して当該基準位相を学習するようにしたので、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了の場合でも、冷機始動後に速やかにカム軸位相を進角側又は遅角側に制御する早期暖機制御を実行できると共に、早期暖機制御の終了後に速やかに基準位相を学習することができる。
【実施例３】
【００６４】
前記実施例１，２では、可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁２５と、中間ロック機構５０のロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁２６とを個別に有する構成としたが、図８及び図９に示す本発明の実施例３では、可変バルブタイミング装置７０を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能と中間ロック機構５０のロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁７１を用いている。
【００６５】
本実施例３の可変バルブタイミング装置７０の構成は、前記実施例１で説明した可変バルブタイミング装置１８と実質的に同じ構成であるので、前記実施例１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
一方、位相制御用の油圧制御弁機能とロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した油圧制御弁７１は、例えば８ポート・４ポジション型のスプール弁により構成されている。図９に示すように、油圧制御弁７１の制御デューティに応じて、ロックモード（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域に区分されている。
【００６７】
ロックモード（弱進角モード）の制御領域では、油圧制御弁７１のロックピン制御ポートをドレンポートに連通させてロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢すると共に、遅角ポートをドレンポートに連通させて遅角室４３の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁７１の制御デューティに応じて、油圧制御弁７１の進角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、進角ポートから進角室４２にオイルを少しずつ供給して実カム軸位相を緩やかに進角方向に駆動する。
【００６８】
進角モードの制御領域では、油圧制御弁７１の遅角ポートをドレンポートに連通させて遅角室４３の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁７１の制御デューティに応じて、油圧制御弁７１の進角ポートから進角室４２に供給する油圧を変化させて実カム軸位相を進角させる。
【００６９】
保持モードの制御領域では、進角室４２と遅角室４３の両方の油圧を保持して、実カム軸位相が動かないように保持する。
遅角モードの制御領域では、油圧制御弁７１の進角ポートをドレンポートに連通させて進角室４２の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁７１の制御デューティに応じて、油圧制御弁７１の遅角ポートから遅角室４３に供給する油圧を変化させて実カム軸位相を遅角させる。
【００７０】
ロックモード以外の制御領域（遅角モード、保持モード、進角モード）では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室にオイルを充填してロック解除用油圧室の油圧を上昇させ、その油圧によりロックピン５８をロック穴５９から抜き出してロックピン５８のロックを解除する。
【００７１】
尚、本実施例３では、油圧制御弁７１の制御デューティが大きくなるに従って、ロックモード（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モードの順に制御モードが切り替わるように構成されているが、例えば、油圧制御弁７１の制御デューティが大きくなるに従って、遅角モード、保持モード、進角モード、ロックモード（弱進角モード）の順に制御モードが切り替わるように構成したり、或は、遅角モードと進角モードの順序を入れ替えて、ロックモード（弱進角モード）、遅角モード、保持モード、進角モードの順に制御モードが切り替わるように構成しても良い。また、ロックモード（弱進角モード）の制御領域と遅角モードの制御領域とが連続する場合は、ロックモード（弱進角モード）の制御領域では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢すると共に、進角ポートをドレンポートに連通させて進角室４２の油圧を抜いた状態で、油圧制御弁７１の制御デューティに応じて、遅角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、遅角ポートから遅角室４３にオイルを少しずつ供給して実カム軸位相を緩やかに遅角方向に駆動するようにすれば良い。
【００７２】
本実施例３においても、前記実施例１と同様に、基準位相の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて基準位相を推定し、基準位相の学習が完了している場合よりも目標位相の設定可能範囲を狭めて、基準位相の推定値を基準にして目標位相を設定してカム軸位相を制御するようにすれば良い。      
【００７３】
或は、前記実施例２と同様に、基準位相（最遅角位相又は最進角位相）の学習が未完了で且つ中間ロック位相の学習が完了している場合は、中間ロック位相の学習値に基づいて推定した基準位相の推定値を基準にして早期暖機制御時の目標位相を設定して早期暖機制御を実行し、当該早期暖機制御の終了後にカム軸位相を基準位相に制御して当該基準位相を学習するようにしても良い。
【００７４】
尚、本発明は、吸気バルブの可変バルブタイミング制御装置に限定されず、排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用して実施しても良い。
その他、本発明は、可変バルブタイミング装置１８，７０の構成や、油圧制御弁２５，２６，７１の構成等を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例１を示す制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１の可変バルブタイミング装置と油圧制御回路の構成を説明する縦断側面図である。
【図３】実施例１の可変バルブタイミング装置の縦断正面図である。
【図４】実施例１の基準位相未学習完了後の目標位相設定可能範囲と基準位相未学習時の目標位相設定可能範囲とカム軸位相の調整可能範囲との関係を説明する図である。
【図５】実施例１の可変バルブタイミング制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施例２の可変バルブタイミング装置の冷機始動時の制御例を説明するタイムチャートである。
【図７】実施例２の可変バルブタイミング制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３の可変バルブタイミング装置と油圧制御回路の構成を説明する縦断側面図である。
【図９】（ａ）は実施例３の油圧制御弁の進角ポート、遅角ポート、ロックピン制御ポートの切り替えパターンを説明する図、（ｂ）は、ロックモード、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域と位相変化速度との関係を説明する油圧制御弁の制御特性図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１３…タイミングチェーン、１４，１５…スプロケット、１６…吸気カム軸、１７…排気カム軸、１８…可変バルブタイミング装置、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２１…エンジン制御回路（カム軸位相制御手段，中間ロック位相学習手段，基準位相学習手段，オイル充填制御手段）、２５…位相制御用の油圧制御弁（油圧制御装置）、２６…ロック制御用の油圧制御弁（油圧制御装置）、２８…オイルポンプ、３１…ハウジング、３５…ロータ、４０…流体室、４１…ベーン、４２…進角室、４３…遅角室、５０…中間ロック機構、５８…ロックピン、５９…ロック穴、６２…スプリング、７０…可変バルブタイミング装置、７１…油圧制御弁（油圧制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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