(57)【要約】【課題】第１回転体に対する第２回転体の相対回転位相を進角させるためのアシストスプリングを備える可変バルブタイミング機構において、アシストスプリングの異常を検出することができる異常検出装置を提供する。【解決手段】油圧制御機構は、クランクシャフトと同期して回転するハウジングロータ３１に対するカムシャフト２３と一体となって回転するベーンロータ３５の相対回転位相を目標回転位相となるように、進角室３８及び遅角室３９への作動油の給排をフィードバック制御する。アシストスプリング３５Ａは、ベーンロータ３５を第１位相に進角させる。電子制御装置は、相対回転位相をアシストスプリング３５Ａの弾性力がベーンロータ３５に作用する目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９から作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出する。【選択図】図２
2013185546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと同期して回転する第１回転体と、カムシャフトと一体となって回転する第２回転体と、前記第１回転体に対する前記第２回転体の相対回転位相を作動油の油圧に基づいて変更する進角室及び遅角室と、同進角室及び遅角室における作動油の給排を前記相対回転位相が目標回転位相になるようにフィードバック制御する油圧制御機構と、前記相対回転位相を進角させるアシストスプリングとを備える可変バルブタイミング機構に適用される異常検出装置において、
前記油圧制御機構はその指令値の変更を通じて前記進角室及び前記遅角室の作動油の給排態様を変更するものであり、前記相対回転位相を前記アシストスプリングの弾性力が前記第２回転体に作用する所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときの指令値と同所定の位相領域外の目標回転位相に保持するときの指令値との差が減少したときに前記アシストスプリングが異常である旨を検出する
ことを特徴とする可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【請求項２】
クランクシャフトと同期して回転する第１回転体と、カムシャフトと一体となって回転する第２回転体と、作動油の油圧に基づいて前記第１回転体に対する前記第２回転体の相対回転位相を変更する進角室及び遅角室と、同進角室及び遅角室における作動油の給排を前記相対回転位相が目標回転位相になるようにフィードバック制御する油圧制御機構と、前記相対回転位相を進角させるアシストスプリングとを備える可変バルブタイミング機構に適用される異常検出装置において、
前記相対回転位相を前記アシストスプリングの弾性力が前記第２回転体に作用する所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときに、前記油圧制御機構が前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室からの作動油の排出を停止している場合には、前記アシストスプリングが異常である旨を検出する
ことを特徴とする可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【請求項３】
前記所定の位相領域内の目標回転位相は、前記第２回転体に作用する前記アシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも大きくなる位相である
請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【請求項４】
前記相対回転位相を前記所定の位相領域内の目標回転位相に保持するに際し、前記所定の位相領域の全域にわたって、前記油圧制御機構が前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油の排出を停止していることを条件に、前記アシストスプリングが異常である旨を検出する
請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【請求項５】
前記油圧制御機構は、指令値の変更により前記進角室及び前記遅角室への作動油の給排態様を変更するものであり、
前記相対回転位相を前記所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときの指令値が、前記相対回転位相を前記所定の位相領域外の目標回転位相に保持するときに前記指令値がとりうる値の範囲内にある場合には、前記アシストスプリングが異常である旨を検出する
請求項２〜４の何れか１項に記載の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【請求項６】
前記アシストスプリングが異常である旨を検出したことを報知する報知機構を備える
請求項１〜５の何れか１項に記載の可変バルブタイミング機構の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示されるように、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更して内燃機関の吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構が知られている。
【０００３】
特許文献１の可変バルブタイミング機構では、クランクシャフトと同期して回転する第１回転体とカムシャフトと一体となって回転する第２回転体とによって進角室及び遅角室が区画形成され、それら進角室及び遅角室への作動油の給排を通じて第１回転体に対する第２回転体の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ等のバルブタイミングが変更される。こうした可変バルブタイミング機構では、機関運転中において、第２回転体に対してカムフリクションによる遅角方向の力が常に作用する。そこで、特許文献１に記載の可変バルブタイミング機構は、第２回転体の相対回転位相を保持しやすくするために、第２回転体に対して進角方向の力を作用させるためのアシストスプリングを備えている。
【０００４】
また、こうした可変バルブタイミング機構では、第２回転体の位相を吸気バルブ等の目標バルブタイミングに対応した目標回転位相とすべく、進角室及び遅角室への作動油の給排がフィードバック制御される。そして、たとえば、第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持する場合には、以下のような制御が行われる。すなわち、アシストスプリングにより第２回転体に対して進角方向への力が作用する位相領域では、第２回転体に対して遅角方向の力を作用させるべく遅角室の油圧が進角室の油圧よりも大きくなるように制御される。そして、このときには、進角室への作動油の給排を停止して第２回転体の位相を保持するとともに、アシストスプリングによる進角方向の力が作用することによって生じる遅角室からの作動油の漏れを補うべく、遅角室に作動油が供給される。
【０００５】
一方、カムフリクションにより第２回転体に対して遅角方向の力が作用する位相領域では、第２回転体に対して進角方向の力を作用させるべく進角室の油圧が遅角室の油圧よりも大きくなるように制御される。そして、このときには、遅角室への作動油の給排を停止して第２回転体の位相を保持するとともに、カムフリクションによる遅角方向への力が作用することにより生じる進角室からの作動油の漏れを補うべく、進角室に作動油が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の可変バルブタイミング機構では、アシストスプリングの弾性力が低下していたり、アシストスプリングが所定の配設箇所から外れたりする等の異常が生じている場合、第２回転体の相対回転位相を安定させるといったアシストスプリングの機能が低下する。そのため、こうした可変バルブタイミング機構では、アシストスプリングの異常を検出する必要がある。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１回転体に対する第２回転体の相対回転位相を進角させるためのアシストスプリングを備える可変バルブタイミング機構において、アシストスプリングの異常を検出することができる異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、クランクシャフトと同期して回転する第１回転体と、カムシャフトと一体となって回転する第２回転体と、前記第１回転体に対する前記第２回転体の相対回転位相を作動油の油圧に基づいて変更する進角室及び遅角室と、同進角室及び遅角室における作動油の給排を前記相対回転位相が目標回転位相になるようにフィードバック制御する油圧制御機構と、前記相対回転位相を進角させるアシストスプリングとを備える可変バルブタイミング機構に適用される異常検出装置において、前記油圧制御機構はその指令値の変更を通じて前記進角室及び前記遅角室の作動油の給排態様を変更するものであり、前記相対回転位相を前記アシストスプリングの弾性力が前記第２回転体に作用する所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときの指令値と同所定の位相領域外の目標回転位相に保持するときの指令値との差が減少したときに前記アシストスプリングが異常である旨を検出することをその要旨とする。
【００１０】
アシストスプリングが第２回転体の相対回転位相を進角させるのに十分な弾性力を有している場合、第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持するときには、アシストスプリングの弾性力が第２回転体を進角させるように作用する。そのため、第２回転体の相対回転位相をこのような位相領域の目標回転位相に保持するためには、遅角室の作動油と進角室の作動油との差圧に基づく力が、第２回転体に対して進角方向に作用するアシストスプリングの弾性力と第２回転体に対して遅角方向に作用するカムフリクションとの合力と釣り合うように制御される。ここで、アシストスプリングの弾性力が第２回転体を進角側に相対回転させるように作用している状況のもとで第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持するためには、通常であれば、アシストスプリングの弾性力によって生じる遅角室の作動油の漏れを補うべく遅角室に作動油が供給される一方、第２回転体の位相を保持すべく進角室の作動油の給排が停止される（以下、これを「第１の状態」と称する）。これに対してこうしたアシストスプリングの弾性力が第２回転体に作用していない場合には、カムフリクションにより第２回転体を遅角側に相対回転させるとする力が作用するため、通常であれば、カムフリクションによって生じる進角室の作動油の漏れを補うべく進角室に作動油が供給される一方、第２回転体の位相を保持すべく遅角室の作動油の給排が停止される（以下、これを「第２の状態」と称する）。したがって、目標回転位相がアシストスプリングの弾性力が作用する所定の位相領域にあるか否かによって進角室及び遅角室における作動油の給排状態、換言すれば油圧制御機構の指令値は自ずと異なるものとなる。
【００１１】
しかしながら、こうした油圧制御機構における指令値の差はアシストスプリングにおいて所定の弾性力が発生していることを前提にしているものであるため、アシストスプリングの弾性力が低下し、あるいはそもそも作用していない等の異常時においては、その指令値の差が小さくなる。したがって、上記構成によれば、こうした指令値の差が減少したことをもってアシストスプリングが異常である旨を検出することができる。なお、第１の状態及び第２の状態における指令値が例えば作動油温や機関運転状態等によって一定の値に定まらず、所定の領域内で変化する場合にあっては、その変化する範囲において一方の状態における指令値の最大値と他方の状態の最小値との差が減少したこと、各指令値の領域が重畳していない状態から重畳する状態に移行したことをもって、指令値の差が減少した旨判定することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、クランクシャフトと同期して回転する第１回転体と、カムシャフトと一体となって回転する第２回転体と、前記第１回転体に対する前記第２回転体の相対回転位相を作動油の油圧に基づいて変更する進角室及び遅角室と、同進角室及び遅角室における作動油の給排を前記相対回転位相が目標回転位相になるようにフィードバック制御する油圧制御機構と、前記相対回転位相を進角させるアシストスプリングとを備える可変バルブタイミング機構に適用される異常検出装置において、前記相対回転位相を前記アシストスプリングの弾性力が前記第２回転体に作用する所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときに、前記油圧制御機構が前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室からの作動油の排出を停止している場合には、前記アシストスプリングが異常である旨を検出することを要旨とする。
【００１３】
アシストスプリングが第２回転体の相対回転位相を進角させるのに十分な弾性力を有している場合、第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持するときには、アシストスプリングの弾性力が第２回転体を進角させるように作用する。そのため、第２回転体の相対回転位相をこのような位相領域の目標回転位相に保持するためには、遅角室の作動油と進角室の作動油との差圧に基づく力が、第２回転体に対して進角方向に作用するアシストスプリングの弾性力と第２回転体に対して遅角方向に作用するカムフリクションとの合力と釣り合うように制御される。ここで、アシストスプリングの弾性力が第２回転体を進角側に相対回転させるように作用している状況のもとで第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持するためには、通常であれば、アシストスプリングの弾性力によって生じる遅角室の作動油の漏れを補うべく遅角室に作動油が供給される一方、第２回転体の位相を保持すべく進角室の作動油の給排が停止される。したがって、第２回転体の相対回転位相を目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリングの弾性力が低下している又はアシストスプリングの弾性力が作用していないことに起因して第２回転体に対して進角方向に作用する力が低下している可能性が高いと判断することができる。これにより、上記構成では、第２回転体の相対回転位相を所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリングが異常である旨を検出することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定の位相領域内の目標回転位相は、前記第２回転体に作用する前記アシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも大きくなる位相であることを要旨とする。
【００１５】
アシストスプリングの弾性力が低下していない場合でも、アシストスプリングの弾性力が第２回転体に作用する位相領域には、その弾性力がさほど大きくなくカムフリクションのほうが大きくなる位相領域が含まれる場合もある。そして、このような位相領域では、アシストスプリングの弾性力とカムフリクションとの合力は第２回転体に対して遅角方向に作用することになるため、第２回転体の相対回転位相をこのような位相領域の目標回転位相に保持するためには、遅角室の作動油と進角室の作動油との差圧に基づく力が、第２回転体に対して進角方向に作用するように制御される。そのため、第２回転体の相対回転位相をこの目標回転位相に保持するには、アシストスプリングの弾性力が低下していない場合でも、油圧制御機構が進角室の油圧が遅角室の油圧よりも高くなるように制御するとともに、進角室に作動油を供給しつつ遅角室の作動油の排出が停止される。したがって、第２回転体の相対回転位相をこの目標回転位相に保持するときの油圧制御機構の給排態様に基づいてアシストスプリングの異常検出を行うと、アシストスプリングが異常である旨の誤検出をしてしまう可能性がある。
【００１６】
一方、アシストスプリングが第２回転体に作用する位相領域には、アシストスプリングの弾性力が低下していない場合に、アシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも大きくなる位相領域がある。そして、第２回転体の相対回転位相をこの位相領域内の目標回転位相に保持するためには、上述したように、遅角室の油圧が進角室の油圧よりも高くなるように制御されるとともに、遅角室の作動油の漏れを補うべく遅角室に作動油が供給される一方、進角室の作動油の排出が停止される。したがって、第２回転体が、この位相領域内の目標回転位相に保持されるときに、油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリングが異常である旨を検出することができる。第２回転体の相対回転位相をこのような目標回転位相に保持するときの油圧制御機構による作動油の給排態様に基づいてアシストスプリングの異常検出を行うことで、アシストスプリングが異常である旨の誤検出を抑制することができる。なお、第２回転体に作用するアシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも大きくなる目標回転位相となるときとしては、例えば第２回転体の相対回転位相が最遅角位相あるいはその近傍の位相になるときを挙げることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記相対回転位相を前記所定の位相領域内の目標回転位相に保持するに際し、前記所定の位相領域の全域にわたって、前記油圧制御機構が前記進角室に作動油を供給するとともに前記遅角室から作動油の排出を停止していることを条件に、前記アシストスプリングが異常である旨を検出することを要旨とする。
【００１８】
上記のように、アシストスプリングの弾性力が低下していない場合でも、アシストスプリングの弾性力が第２回転体に作用する位相領域には、その弾性力がさほど大きくなくカムフリクションのほうが大きくなる位相領域と、アシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも大きくなる位相領域とが混在する場合がある。したがって、上記構成によるように、所定の位相領域の全域にわたって油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室から作動油の排出を停止している場合、すなわちアシストスプリングの弾性力による進角作用が所定の位相領域の全域にわたってみられないことを条件に、アシストスプリングが異常である旨を検出することで、異常である旨の誤検出を抑制することができる。
【００１９】
なお、上記構成において、所定の位相領域の全域での油圧制御機構の給排態様は、所定の位相領域の全域を複数の位相領域に区分してその位相領域における油圧制御機構の給排態様に基づいて把握するようにしてもよいし、アシストスプリングの弾性力が最も大きくなる位相（たとえば、最遅角位相）での油圧制御機構の給排態様に基づいて把握するようにしてもよい。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の何れか１項に記載の発明において、前記油圧制御機構は指令値の変更により前記進角室及び前記遅角室への作動油の給排態様を変更するものであり、前記相対回転位相を前記所定の位相領域内の目標回転位相に保持するときの指令値が、前記相対回転位相を前記所定の位相領域外の目標回転位相に保持するときに前記指令値がとりうる値の範囲内にある場合には、前記アシストスプリングが異常である旨を検出することを要旨とする。
【００２１】
アシストスプリングの弾性力が第２回転体に作用しない位相領域では、遅角室の作動油と進角室の作動油との差圧が、カムフリクションに抗して作用するように制御されるため、この差圧が第２回転体に対して進角方向に作用するように制御される。そのため、第２回転体の相対回転位相をこの目標回転位相に保持するには、進角室の油圧を遅角室の油圧よりも高くするとともに、進角室に作動油を供給しつつ遅角室への作動油の給排が停止されるように油圧制御機構の指令値が設定される。そのため、相対回転位相をアシストスプリングの弾性力が作用する目標回転位相に保持するときの指令値が、相対回転位相をアシストスプリングの弾性力が第２回転体に作用しない所定の位相領域外の目標回転位相に保持するときの指令値に含まれる場合には、油圧制御機構を通じて進角室に作動油を供給するとともに遅角室への作動油の排出が停止されているため、アシストスプリングが異常である旨を判断することができる。このように指令値に基づく検出を行うことで、アシストスプリングの異常を容易に検出することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の発明において、前記アシストスプリングが異常である旨を検出したことを報知する報知機構を備えることを要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、報知機構によりアシストスプリングの異常を報知することができるため、ユーザーに可変バルブタイミング機構の点検やアシストスプリングの交換を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変バルブタイミング機構の異常検出装置及び同可変バルブタイミング機構が搭載される内燃機関を示す模式図。
【図２】同実施形態の可変バルブタイミング機構において（ａ）はカムシャフトの軸方向に沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】同実施形態におけるベーンロータの相対回転位相とベーンロータに作用するトルクとの関係を示すグラフ。
【図４】同実施形態のオイルコントロールバルブの断面図であり、（ａ）は進角モード、（ｂ）は準進角モード、（ｃ）は閉鎖モードにおける状態を示す。
【図５】同実施形態のオイルコントロールバルブの断面図であり、（ａ）は準遅角モード、（ｂ）は遅角モードにおける状態を示す。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、同実施形態のオイルコントロールバルブについて、デューティ比と各ポートの開口面積とバルブタイミングの変位速度とを示すグラフ。
【図７】同実施形態におけるバルブタイミング制御の実行手順を示すフローチャート。
【図８】同実施形態における可変バルブタイミング機構の異常検出の実行手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２実施形態に係る可変バルブタイミング機構をカムシャフトの軸線に直交する方向の断面図。
【図１０】同実施形態におけるベーンロータの相対回転位相とベーンロータに作用するトルクとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明を、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の異常検出装置に具体化した第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
【００２６】
図１に示すように、内燃機関１では、燃焼室１４に吸気通路１６と排気通路１７とがそれぞれ接続されている。燃焼室１４と吸気通路１６とは吸気カムシャフト２３により往復駆動される吸気バルブ２１によって連通遮断され、燃焼室１４と排気通路１７とは吸気カムシャフト２３により排気バルブ２２によって連通遮断される。内燃機関１は、吸気バルブ２１のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構３０を備えている。また、クランクシャフト１５の下方には内燃機関１の各部位を潤滑するための潤滑油が貯留されるオイルパン１３が設けられている。オイルパン１３の潤滑油は、可変バルブタイミング機構３０においては後述するように作動油としても機能する。
【００２７】
図２に示すように、可変バルブタイミング機構３０は、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５とを備えている。図２（ｂ）の矢印Ｘは、吸気カムシャフト２３の回転方向Ｘを示している。
【００２８】
ハウジングロータ３１は、タイミングチェーンを介してクランクシャフト１５に連結されたスプロケット３３と、スプロケット３３の内側に組みつけられてスプロケット３３と一体的に回転するハウジング本体３２と、ハウジング本体３２に取り付けられるカバー３４とを備えている。すなわち、ハウジングロータ３１は、クランクシャフト１５に同期して回転する第１回転体を構成する。ハウジング本体３２には、径方向においてハウジングロータ３１の回転軸（吸気カムシャフト２３）に向けて突出する３つの区画壁３１Ａが設けられている。
【００２９】
ベーンロータ３５は、吸気カムシャフト２３の端部にボルトで固定されており、吸気カムシャフト２３と一体となって回転する第２回転体を構成する。ベーンロータ３５は、ハウジング本体３２内の空間に配置されている。ベーンロータ３５には、ハウジング本体３２の隣り合う区画壁３１Ａの間に向けて突出した３つのベーン３６が設けられている。各ベーン３６は、区画壁３１Ａの間に形成されているベーン収容室３７を進角室３８および遅角室３９に区画する。
【００３０】
進角室３８は、ベーン収容室３７内においてベーン３６よりも吸気カムシャフト２３の回転方向Ｘの後方側に位置している。遅角室３９は、ベーン収容室３７内においてベーン３６よりも吸気カムシャフト２３の回転方向Ｘの前方側に位置している。
【００３１】
ハウジングロータ３１に対するベーンロータ３５の相対回転位相（以下、単に「ベーンロータ３５の位相」という）は、ベーンロータ３５がその回動可能範囲において、回転方向Ｘの最も前方側にあるときの最進角位相とベーンロータ３５が回転方向Ｘの最も後方側にあるときの最遅角位相の間で変位する。ベーンロータ３５の位相は、吸気バルブ２１のバルブタイミングに対応しており、その最進角位相は、吸気バルブ２１のバルブタイミングの最進角タイミングに対応し、最遅角位相は、吸気バルブ２１のバルブタイミングの最遅角タイミングに対応している。
【００３２】
図１に示すように、可変バルブタイミング機構３０は、さらに、進角室３８及び遅角室３９に作動油の給排を行う油圧制御機構５０を備えている。油圧制御機構５０は、クランクシャフト１５の回転により駆動してオイルパン１３の作動油を吸い込み吐出するオイルポンプ５２と、オイルポンプ５２が吐出した作動油の進角室３８及び遅角室３９への供給態様とこれら各室３８，３９からの作動油の排出態様とを切り替えるオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５３と、ＯＣＶ５３の給排態様を制御する制御部７０を備えている。また、油圧制御機構５０では、オイルパン１３、オイルポンプ５２、ＯＣＶ５３、進角室３８及び遅角室３９が油路５１により接続されている。ＯＣＶ５３の切り替えにより、進角室３８へ作動油が供給されるとともに遅角室３９からの作動油の排出される状態となると、進角室３８の容積が増大するとともに遅角室３９の容積が減少する。これにより、図２に示すように、ベーンロータ３５が回転方向Ｘに回転することで、その位相が進角側に変位し、吸気バルブ２１のバルブタイミングが進角側に変位する。一方、ＯＣＶ５３の切り替えにより、進角室３８から作動油を排出するとともに遅角室３９へ作動油を供給する状態となると、遅角室３９の容積が増大するとともに進角室３８の容積が減少する。これにより、ベーンロータ３５の位相が回転方向Ｘとは反対方向に回転することで、その位相が遅角側に変位し、吸気バルブ２１のバルブタイミングが遅角側に変位する。なお、ＯＣＶ５３の構成、及びその制御態様については、後に詳細に説明する。
【００３３】
図２に示すように、可変バルブタイミング機構３０は、さらに、ハウジングロータ３１に対するベーンロータ３５の位相を最進角と最遅角との間の中間ロック位相ＰＬに固定する中間ロック機構４０と、ベーンロータ３５を回転方向Ｘ、すなわち進角方向に付勢するアシストスプリング３５Ａを備えている。このアシストスプリング３５Ａはコイル状をなし、その一端がハウジングロータ３１に固定される一方、他端がベーンロータ３５に固定されている。また、中間ロック機構４０は、ハウジングロータ３１に設けられたピンをベーンロータ３５に設けられた凹部に嵌入させることにより両ロータ３１，３５の相対回転を規制する。
【００３４】
アシストスプリング３５Ａは、ベーンロータ３５の位相が上記中間ロック位相ＰＬよりも進角側の位相である第１位相Ｐ１よりも遅角側の位相となるときに圧縮された状態となり、最遅角位相となるときに最も圧縮された状態となる。そして、アシストスプリング３５Ａは、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５を、上記第１位相Ｐ１とすべく、ベーンロータ３５に対して進角方向の力を付与する。そのため、図３に示すように、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓは、ベーンロータ３５の位相が、最遅角位相から第１位相Ｐ１までの位相領域である所定の位相領域Ｐｓにあるときに、ベーンロータ３５を進角方向に回転させるトルクとして作用し、その大きさは最遅角位相から第１位相Ｐ１にかけて漸次小さくなる。
【００３５】
また、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓと、ベーンロータ３５に作用する他の力との関係は、以下のようになっている。すなわち、ベーンロータ３５には、吸気カムシャフト２３を回転させて吸気バルブ２１を開閉駆動するときの反力であるカムフリクションＴｃが、ベーンロータ３５を遅角方向に回転させるトルクとして作用する。このカムフリクションＴｃは、作動油の粘度、温度、内燃機関１の回転速度等のパラメータにより変動するものの、図３には、カムフリクションＴｃが内燃機関１の設計上において最大値となるときの値を示している。そして、ベーンロータ３５の位相が中間ロック位相ＰＬよりも遅角側の第２位相Ｐ２であるときに、カムフリクションＴｃ（最大値）とアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとが釣り合うようになる。なお、カムフリクションが内燃機関１の設計上において最小値となるときは、ベーンロータ３５の位相が第２位相Ｐ２と中間ロック位相ＰＬとの間で、カムフリクションとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとが釣り合うようになる。そして、ベーンロータ３５の位相が、この位相よりも進角側であるときには、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓよりもカムフリクションが大きくなり、この位相よりも遅角側にあるときにはアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓがカムフリクションよりも大きくなる。
【００３６】
また、上述したように、進角室３８及び遅角室３９への作動油の給排により、進角室３８と遅角室３９との作動油の差圧を、ベーンロータ３５を遅角方向に回転させる力として作用させた場合には、この差圧による力とカムフリクションＴｃとの合力をアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓよりも大きくすることができる。そのため、作動油による油圧が作用する状況では、ベーンロータ３５を、第２位相Ｐ２よりも遅角側へと変更することが可能となる。また、第２位相Ｐ２よりも進角側においても、進角室３８と遅角室３９との作動油の差圧を、ベーンロータ３５を進角方向に回転させる力として作用させた場合には、この差圧による力とアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとの合力をカムフリクションＴｃよりも大きくすることができる。そのため、作動油による油圧が作用する状況では、ベーンロータ３５を、第２位相Ｐ２よりも進角側へと変更することが可能となる。
【００３７】
アシストスプリング３５Ａは、可変バルブタイミング機構３０に作動油の油圧やカムフリクションが作用しない機関停止時には、その弾性力Ｔｓによりベーンロータ３５を第１位相まで回転させる。このようにベーンロータ３５の位相が第１位相Ｐ１となっている状態で、内燃機関１の始動が開始されることによりベーンロータ３５にカムフリクションＴｃが作用すると、その位相が遅角側に変位する。そして、ベーンロータ３５が、中間ロック位相ＰＬとなったときに、中間ロック機構４０による中間ロック位相ＰＬでの固定がなされる。
【００３８】
図４に示すように、ＯＣＶ５３は、スリーブ６１と、スリーブ６１内で変位するスプール６２と、スリーブ６１内におけるスプール６２の位置を変更する電磁式のアクチュエータ６４とを備えている。スリーブ６１の一端側には内部にコイルスプリング６３が設けられている。コイルスプリング６３の一端は、スリーブ６１に取り付けられる一方、他端はスプール６２の一端に取り付けられており、スプール６２が軸方向に変位することにより、コイルスプリング６３の圧縮状態が変化する。アクチュエータ６４は、スプール６２の他端に設けられており、指令値であるデューティ比が変更されることにより、スリーブ６１内におけるスプール６２の位置を変更する。
【００３９】
スリーブ６１には、その軸方向に沿って一端側から順に進角室３８に通じる油路５１に接続される進角ポート６１Ａと、遅角室３９に通じる油路５１に接続される遅角ポート６１Ｂとが形成されている。さらに、スリーブ６１には、進角ポート６１Ａ及び遅角ポート６１Ｂが形成される部位と反対側の部位に、その軸方向に沿って一端側から順に、進角室３８から作動油を排出するための進角排出ポート６１Ｄと、作動油を供給するための油路５１に接続される供給ポート６１Ｃと、遅角室３９から作動油を排出するための遅角排出ポート６１Ｅとが形成されている。
【００４０】
スプール６２には、その軸方向に沿って一端側から順に進角弁６２Ａおよび遅角弁６２Ｂが設けられている。進角弁６２Ａは、進角ポート６１Ａに対応して設けられ、進角ポート６１Ａの開口面積を変更する。遅角弁６２Ｂは、遅角ポート６１Ｂに対応して設けられ、遅角ポート６１Ｂの開口面積を変更する。そして、スプール６２では、進角弁６２Ａと遅角弁６２Ｂとの間の空間が供給連通部６２Ｃとなり、進角弁６２Ａにおける供給連通部６２Ｃと反対側が進角排出連通部６２Ｄとなり、遅角弁６２Ｂにおける供給連通部６２Ｃと反対側が遅角排出連通部６２Ｅとなっている。
【００４１】
ＯＣＶ５３は、スプール６２の先端がスリーブ６１の一端側に最も近い状態から遠ざかるにつれて、進角モード、準進角モード、閉鎖モード、準遅角モード及び遅角モードの５つのモードに切り替えらえる。図２、図４及び図５を参照して、ＯＣＶ５３のこれらの各モードにおける作動油の給排態様と、ベーンロータ３５及び吸気バルブ２１のバルブタイミングについて説明する。
【００４２】
図４（ａ）に示す進角モードでは、ＯＣＶ５３は、スプール６２の先端がスリーブ６１の一端に最も近い状態となり、コイルスプリング６３が最も圧縮された状態となる。このモードでは、進角ポート６１Ａが供給連通部６２Ｃを通じて供給ポート６１Ｃに連通するとともに、遅角ポート６１Ｂが遅角排出連通部６２Ｅを通じて遅角排出ポート６１Ｅに連通する。これにより、作動油が進角室３８に供給されるとともに遅角室３９の作動油が排出され、ベーンロータ３５はハウジングロータ３１に対して進角側に回転する。すなわち、このモードでは吸気バルブ２１のバルブタイミングは進角する。
【００４３】
図４（ｂ）に示す準進角モードでは、ＯＣＶ５３は、その進角ポート６１Ａが供給連通部６２Ｃを通じて供給ポート６１Ｃに連通するとともに、遅角ポート６１Ｂが遅角弁６２Ｂにより閉鎖される。これにより、作動油が進角室３８に供給されるとともに遅角室３９の作動油の給排が停止される。このモードは、ベーンロータ３５に遅角方向の力が作用する状態、すなわち、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓよりもカムフリクションＴｃが大きくなる状態やアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが作用しない状態において、ベーンロータ３５の位相を保持するために用いられる。すなわち、遅角室３９の作動油の給排を停止することでその位相を保持し、ベーンロータ３５に遅角方向の力が作用するため、進角室３８からの作動油の漏れを補うべく進角室３８に作動油を供給する。そして、このモードでは吸気バルブ２１のバルブタイミングも保持される。
【００４４】
図４（ｃ）に示す閉鎖モードでは、ＯＣＶ５３は、進角ポート６１Ａが進角弁６２Ａで閉塞され、遅角ポート６１Ｂが遅角弁６２Ｂで閉塞された状態となり、進角室３８及び遅角室３９の双方において作動油の給排が停止される。このモードは、ベーンロータ３５に作用するカムフリクションＴｃとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが均衡する状態において、ベーンロータ３５の位相を保持するために用いられる。したがって、このモードにおいても吸気バルブ２１のバルブタイミングが保持される。
【００４５】
図５（ａ）に示す準遅角モードでは、ＯＣＶ５３は、進角ポート６１Ａが進角弁６２Ａにより閉鎖されるとともに、遅角ポート６１Ｂが供給連通部６２Ｃを通じて供給ポート６１Ｃに連通する。これにより、進角室３８の作動油の給排が停止されるとともに、遅角室３９に作動油が供給される。このモードでは、図２に示すベーンロータ３５に進角方向の力が作用する状態、すなわち、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓよりもカムフリクションＴｃが小さくなる状態おいて、ベーンロータ３５の位相を保持するために用いられる。すなわち、進角室３８の作動油の給排を停止することでその位相を保持し、ベーンロータ３５に進角方向の力が作用するため、遅角室３９からの作動油の漏れを補うべく遅角室３９に作動油を供給する。したがって、このモードにおいても吸気バルブ２１のバルブタイミングが保持される。
【００４６】
図５（ｂ）に示す遅角モードでは、ＯＣＶ５３は、スプール６２の先端がスリーブ６１の一端から最も遠ざかる状態となり、コイルスプリング６３の圧縮度合いが最も小さい状態となる。このモードでは、進角ポート６１Ａが進角排出連通部６２Ｄを通じて進角排出ポート６１Ｄに連通するとともに、遅角ポート６１Ｂが供給連通部６２Ｃを通じて供給ポート６１Ｃに連通する。これにより、進角室３８から作動油が排出されるとともに遅角室３９に作動油が供給され、図２に示すベーンロータ３５はハウジングロータ３１に対して遅角側に回転する。すなわち、このモードでは吸気バルブ２１のバルブタイミングを遅角させる。
【００４７】
このようにしてＯＣＶ５３の５つのモードは、スリーブ６１内でスプール６２が変位することにより変更され、換言すれば、スプール６２を変位させるためのアクチュエータ６４のデューティ比を変化させることにより変更される。図６を参照して、このデューティ比と、進角ポート６１Ａおよび遅角ポート６１Ｂの開口面積と、吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度との関係を説明する。なお、デューティ比と吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度との関係は、潤滑油の温度、油圧、オイルポンプ５２からの潤滑油の供給油量、可変バルブタイミング機構３０内の各摺動部品のフリクションの大きさ等により変化する。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、デューティ比がとり得る値の設定範囲は、ＯＣＶ５３の構造と関係付けられて区分されている。すなわち、デューティ比の設定範囲は、進角モードに対応する進角帯と、準進角モードに対応する準進角帯と、閉鎖モードに対応する閉鎖帯と、準遅角モードに対応する準遅角帯と、遅角モードに対応する遅角帯との５つの領域に区分される。
【００４９】
図６（ａ）に示すようにデューティ比が遅角帯の値であるとき、ＯＣＶ５３は遅角モードで動作する。線Ａにて示す遅角ポート６１Ｂの供給時開口面積は、遅角室３９に作動油を供給するために「０」よりも大きく、線Ｂにて示す進角ポート６１Ａの排出時開口面積は、進角室３８から作動油を排出するために「０」よりも大きい。そして、遅角ポート６１Ｂの供給時開口面積（線Ａ）は、進角ポート６１Ａの排出時開口面積（線Ｂ）よりも常に大きい。したがって、デューティ比が大きくなるにつれて、遅角ポート６１Ｂの供給時開口面積（線Ａ）および進角ポート６１Ａの開口面積が大きくなるため、図６（ｂ）に示すように、遅角側への吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度が大きくなる。
【００５０】
図６（ａ）に示すようにデューティ比が準遅角帯の値であるとき、ＯＣＶ５３は準遅角モードで動作する。遅角ポート６１Ｂの供給時開口面積（線Ａ）は、遅角室３９に作動油を供給するために「０」よりも大きく、デューティ比が大きくなるにつれて大きくなる。また、進角ポート６１Ａの排出時開口面積（線Ｂ）は「０」である。そして、図６（ｂ）に示すようにデューティ比が変わっても、吸気バルブ２１のバルブタイミング変位速度は殆ど「０」である。
【００５１】
図６（ａ）に示すようにデューティ比が準進角帯の値であるとき、ＯＣＶ５３は準進角モードで動作する。線Ｃにて示す進角ポート６１Ａの供給時開口面積は、進角室３８に作動油を供給するために「０」よりも大きく、その面積はデューティ比が小さくなるにつれて大きくなる。また、線Ｄにて示す遅角ポート６１Ｂの排出時開口面積は「０」である。そして、図６（ｂ）に示すように、準進角帯では、デューティ比が変わっても、吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度は殆ど「０」である。
【００５２】
図６（ａ）に示すようにデューティ比が進角帯の値であるとき、ＯＣＶ５３は進角モードで動作する。線Ｃにて示す進角ポート６１Ａの供給時開口面積は、進角室３８に作動油を供給するために「０」よりも大きく、線Ｄにて示す遅角ポート６１Ｂの排出時開口面積は、遅角室３９から作動油を排出するために「０」よりも大きくなっている。そして、進角ポート６１Ａの供給時開口面積（線Ｃ）は、遅角ポート６１Ｂの排出時開口面積（線Ｄ）よりも常に大きく、デューティ比が小さくなるにつれて進角ポート６１Ａの供給時開口面積（線Ｃ）および遅角ポート６１Ｂの排出時開口面積（線Ｄ）が大きくなる。したがって、図６（ｂ）に示すように、デューティ比が小さくなるにつれて進角側への吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度が大きくなる。
【００５３】
これに対して、図６（ａ）に示すようにデューティ比が閉鎖帯の値であるとき、ＯＣＶ５３は閉鎖モードで動作する。進角ポート６１Ａは進角弁６２Ａにより閉鎖され、かつ遅角ポート６１Ｂは遅角弁６２Ｂにより閉鎖されているため、進角ポート６１Ａの供給時開口面積（線Ｃ）及び排出時面積（線Ｂ）、ならびに遅角ポート６１Ｂの供給時開口面積（線Ａ）及び排出時開口面積（線Ｄ）はいずれも「０」である。図６（ｂ）に示すように、閉鎖帯では、デューティ比が変わっても吸気バルブ２１のバルブタイミングの変位速度は殆ど「０」である。
【００５４】
制御部７０は、上述したＯＣＶ５３の制御に加え、その他の内燃機関１の各種制御を制御部７０実行する。制御部７０は、内燃機関１に関する各種情報を予め記憶するとともに、内燃機関１に設けられる各種センサ７２，７３からの検出信号が入力されることで、これらの情報や信号に基づいて、内燃機関１の各種機構を制御する。内燃機関１に設けられるセンサとしては、クランクシャフト１５の回転角度に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ７２、及び吸気カムシャフト２３の回転角度に応じた信号を出力する吸気カムポジションセンサ７３等が挙げられる。また、制御部７０は、上述したカムフリクションＴｃとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとが均衡する第２位相Ｐ２の情報などを予め記憶している。そして、制御部７０は、内燃機関１の各部位を駆動するための駆動信号を出力する。制御部７０の出力端子は、ＯＣＶ５３のアクチュエータ６４や、可変バルブタイミング機構３０の異常を検出した場合にその旨をユーザーに報知するための警告灯７５等に接続されている。
【００５５】
制御部７０によって実行される制御としては、吸気バルブ２１のバルブタイミングを機関運転状態に適した目標タイミングに制御するバルブタイミング制御が挙げられる。この制御は、図７のフローチャートに示す処理手順に従って、所定周期毎の割り込み処理として実行される。
【００５６】
図７に示すように、バルブタイミング制御がスタートすると、まずステップＳ１１において、吸気バルブ２１のバルブタイミングの目標タイミングを算出する。制御部７０は、機関負荷や機関回転速度などの機関運転状態に適した吸気バルブ２１のバルブタイミングを目標タイミングとして算出する。なお、吸気バルブ２１のバルブタイミングは、ベーンロータ３５の位相に対応しているため、このベーンロータ３５の位相を目標回転位相に変更することで吸気バルブ２１の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制御することができる。
【００５７】
次にステップＳ１２に移り、吸気バルブ２１の実際のバルブタイミングである実タイミングが算出される。すなわち、制御部７０は、クランクポジションセンサ７２の出力信号に基づいて、クランクシャフト１５の回転角度を算出するとともに、吸気カムポジションセンサ７３からの出力信号に基づいて、吸気カムシャフト２３の回転角度を算出する。そして、制御部７０は、算出されたクランクシャフト１５の回転角度と吸気カムシャフト２３の回転角度との差に基づいて吸気バルブ２１のバルブタイミングの実タイミングとして算出する。
【００５８】
次にステップＳ１３に移り、算出された目標タイミングと実タイミングとの偏差が許容値を超えているか否かが判定される。すなわち、吸気バルブ２１のバルブタイミングの実タイミングが目標タイミングから乖離していることによって、実タイミングを変更する必要があるか否かが判定される。ステップＳ１３において、目標タイミングと実タイミングとの偏差が許容値を超えていると判定されると、ステップＳ１４に移り、吸気バルブ２１のバルブタイミングを目標タイミングとするためのＯＣＶ５３のデューティ比が算出される。すなわち、実タイミングと目標タイミングとの位相差θに対応したデューティ比が算出される。
【００５９】
例えば、デューティ比は、現在のデューティ比と比例ゲイン（Ｐ）、積分ゲイン（Ｉ）、微分ゲイン（Ｄ）とを用いて次の（１）式により算出される。
デューティ比←現在のデューティ比＋Ｐ・θ＋Ｉ・∫θｄｔ＋Ｄ・ｄθ／ｄｔ…（１）
そして、ステップＳ１５に移り、制御部７０は、ＯＣＶ５３におけるアクチュエータ６４のデューティ比がステップＳ１３において算出した値となるように制御する。これにより、ベーンロータ３５の位相が目標回転位相に変更され、吸気バルブ２１のバルブタイミングが機関運転状態に適したタイミングとなるように進角室３８及び遅角室３９の作動油の給排状態がフィードバック制御されることとなる。その後、制御部７０は、本制御を一旦終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ１３において、目標タイミングと実タイミングとの偏差が許容値以下であると判定される場合には、吸気バルブ２１のバルブタイミングが目標タイミングに収束していると判断することができる。そのため、ステップＳ１３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１６に移り、ＯＣＶ５３の現在のデューティ比を、現在の目標バルブタイミングにおける保持デューティ比として学習する。すなわち、吸気バルブ２１のバルブタイミングを保持するときのデューティ比を、目標バルブタイミングと関連づけて学習する。
【００６１】
なお、保持デューティ比は、上述したカムフリクションＴｃとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとの関係により変動する。すなわち、カムフリクションＴｃとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとは相反する方向に作用する。
【００６２】
そして、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなるときには、これらの合力がベーンロータ３５の位相を進角させる方向、すなわち吸気バルブ２１のバルブタイミングを進角させる方向に作用するため、保持デューティ比は準遅角帯の値に制御される。また、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも小さくなるときは、これらの合力がベーンロータ３５の位相を遅角させる方向、すなわち吸気バルブ２１のバルブタイミングを遅角させる方向に作用するため、保持デューティ比は準進角帯の値に制御される。そして、カムフリクションＴｃとアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとが釣り合うときには、ベーンロータ３５に所定方向への回転力を付与することなく、ハウジングロータ３１に対しベーンロータ３５を所定回転位相に維持されることが可能となるため、保持デューティ比は閉鎖帯の値に制御される。
【００６３】
このようにして保持デューティ比を学習した後に、ステップＳ１５に移り、制御部７０は、ＯＣＶ５３におけるアクチュエータ６４のデューティ比を学習した保持デューティ比に維持されるように制御し、本制御を一旦終了する。
【００６４】
以上のように吸気バルブ２１のバルブタイミング制御が行われることで、機関運転中に吸気バルブ２１のバルブタイミングをその運転状態に適したタイミングとすることができる。また、機関始動開始時には、油圧制御機構５０による作動油の給排が可能となるのにはある程度の時間を要するものの、アシストスプリング３５Ａによってベーンロータ３５の位相が第１位相Ｐ１まで進角されているため、機関運転の開始によりカムフリクションＴｃが作用することによりベーンロータ３５の位相が中間ロック位相ＰＬに固定される。これにより、機関始動時には、吸気バルブ２１のバルブタイミングを、この中間ロック位相ＰＬに対応したタイミング、すなわち始動に適したタイミングとすることができる。
【００６５】
ところで、可変バルブタイミング機構３０において、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下していたり、アシストスプリング３５Ａが配設箇所から外れたりする等の異常が生じている場合、機関始動開始時にアシストスプリング３５Ａによりベーンロータ３５を第１位相Ｐ１まで進角させておくことができない。そのため、機関始動開始後にベーンロータ３５を中間ロック位相ＰＬに固定することができず、吸気バルブ２１のバルブタイミングを始動に適した位相とすることができないといった事態が生じうる。そこで、本実施形態では、制御部７０がアシストスプリング３５Ａの異常を検出するとともに、このような異常を検出した場合に、警告灯７５を点灯させるようにしている。
【００６６】
制御部７０による可変バルブタイミング機構３０の異常検出処理は、図８のフローチャートに示す処理手順に従って、所定周期毎の割り込み処理として実行される。以下、制御部７０によって実行される可変バルブタイミング機構３０の異常検出処理を図８に基づいて説明する。
【００６７】
図８に示すように、可変バルブタイミング機構３０の異常検出処理がスタートすると、ステップＳ２１において、ベーンロータ３５の位相が第２位相よりも遅角側となる目標回転位相に保持されるときに、保持デューティ比が準進角帯の値となっているか否かを判定する。すなわち、先の図７に示した制御のステップＳ１６では、吸気バルブ２１のバルブタイミングと関連づけて、そのタイミングに保持するときの保持デューティ比が学習されている。したがって、こうして学習した保持デューティ比に基づいて、ベーンロータ３５の位相が第２位相よりも遅角側となる目標回転位相に保持されるとき、すなわち、吸気バルブ２１のバルブタイミングが、ベーンロータ３５の位相が第２位相よりも遅角側の目標回転位相となるタイミングに保持されるときの保持デューティ比が準進角帯の値となっているか否かを判定する。
【００６８】
ここで、図３に示したように、アシストスプリング３５Ａがベーンロータ３５を第１位相Ｐ１に進角させることが可能な弾性力Ｔｓを有している状況のもと、ベーンロータ３５の位相が第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持されるときには、ベーンロータ３５に作用するアシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなる。そのため、ベーンロータ３５に対してアシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓとカムフリクションＴｃとの合力が進角方向の力として作用する。したがって、作動油の油圧が、この進角方向の力に抗して作用するように制御され、遅角室３９の油圧が進角室３８の油圧よりも高くなるように制御されるとともに、保持デューティ比は、準遅角帯内の値をとり、ＯＣＶ５３は準遅角モードに設定される。すなわち、遅角室３９の作動油の漏れを補うべく遅角室３９に作動油が供給される一方、進角室３８の作動油の給排が停止される。しかしながら、このときの保持デューティ比が準進角帯内の値であると判定される場合には、ベーンロータ３５の位相が、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなる目標回転位相に保持される領域であるにも拘わらず、ＯＣＶ５３が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９への作動油の給排を停止する準進角モードに設定されていることになる。したがって、ベーンロータ３５に対して作動油の油圧以外に作用する力がベーンロータ３５を遅角方向に回転させるように作用していると判断することができる。すなわち、通常は、ベーンロータ３５に対してアシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなる位相において、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも小さくなっていたり、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが作用していなかったりする可能性が高いと判断することができる。これにより、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下していたり、アシストスプリング３５Ａが所定の配設箇所から外れていたりするといった異常が生じていると判断することができる。
【００６９】
そこで、ステップＳ２１において、ベーンロータ３５の位相が第２位相よりも遅角側となる目標回転位相に保持されるときの保持デューティ比が準進角帯の値であると判定された場合には、ステップＳ２２に移り、アシストスプリング３５Ａが異常である旨の検出を行う。なお、アシストスプリング３５Ａの弾性力が低下している場合には、ベーンロータ３５の位相が、第２位相Ｐ２よりも遅角側となる位相領域のうちの進角寄りの位相領域にあるときに、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓよりもカムフリクションＴｃのほうが大きくなり、それよりも遅角寄りの位相領域にあるときに、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓよりもカムフリクションＴｃのほうが小さくなることがある。そこで、ステップＳ２１では、第２位相Ｐ２よりも遅角側となる位相領域の全域にわたって保持デューティ比が準進角帯の値である場合のみならず、第２位相Ｐ２よりも遅角側となる位相領域の一部のみにおいて保持デューティ比が準進角帯の値である場合にも、肯定判定がなされる。そして、ステップＳ２３に移り、制御部７０は警告灯７５を点灯させることで、ユーザーにアシストスプリング３５Ａの異常を報知し、本制御を一旦終了する。
【００７０】
なお、先のステップＳ２１において、ベーンロータ３５の相対回転位相が第２位相よりも遅角側となる目標回転位相において、保持デューティ比が準進角帯の値となっていないと判定された場合には、制御部７０は、本処理を一旦終了する。
【００７１】
以上詳述した第１実施形態では、以下のような作用を奏する。
制御部７０は、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときに、ＯＣＶ５３のアクチュエータ６４のデューティ比が準進角帯の値であるときには、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出する。すなわち、デューティ比が準進角帯の値であるときは、ＯＣＶ５３が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９から作動油の給排を停止する準進角モードに設定されており、作動油の油圧以外にベーンロータ３５に作用する力が、ベーンロータ３５を遅角方向に回転させようとしていると判断することができる。したがって、通常は、ベーンロータ３５に対してアシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きいことにより、ベーンロータ３５に進角方向の力が作用する位相において、ベーンロータ３５に対してこれらの合力が遅角側に作用していると判断することができる。そのため、この判定に基づいて、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下している又はアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが作用していないといった異常が生じていることを検出する。
【００７２】
以上詳述した第１実施形態では、以下の（１）〜（４）の効果を奏することができる。
（１）制御部７０は、ベーンロータ３５の位相をアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓがベーンロータ３５に作用する所定の位相領域Ｐｓ内における第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構５０が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９から作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出するようにしている。
【００７３】
アシストスプリング３５Ａがベーンロータ３５の位相を第１位相Ｐ１に進角させることが可能な弾性力Ｔｓを有している場合に、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときには、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓがベーンロータ３５の位相を進角させるように作用する。そのため、ベーンロータ３５を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するためには、遅角室３９の作動油と進角室３８の作動油との差圧に基づく力が、ベーンロータ３５に対して進角方向に作用するアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓとベーンロータ３５に対して遅角方向に作用するカムフリクションＴｃとの合力と釣り合うように制御される。ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するためには、通常であれば、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓによって生じる遅角室３９の作動油の漏れを補うべく遅角室３９に作動油が供給される一方、ベーンロータ３５の位相を保持すべく進角室３８の作動油の給排が停止される。したがって、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構５０が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下している又はアシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが作用していないことに起因してベーンロータ３５に対して進角方向に作用する力が低下している可能性が高いと判断することができる。これにより、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構５０が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出することができる。
【００７４】
（２）制御部７０は、ベーンロータ３５の位相を、ベーンロータ３５に作用するアシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなる第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときの油圧制御機構５０の給排態様に基づいて、アシストスプリング３５Ａの異常を検出するようにしている。
【００７５】
アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下していない場合であっても、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓがベーンロータ３５に作用する所定の位相領域Ｐｓには、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓよりもカムフリクションＴｃのほうが大きくなる第２位相Ｐ２よりも進角側の位相領域が含まれる。そして、この位相領域では、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓとカムフリクションＴｃとの合力はベーンロータ３５に対して遅角方向に作用することになるため、ベーンロータ３５の位相をこのような位相領域内の目標回転位相に保持するには、遅角室３９の作動油と進角室３８の作動油との差圧に基づく力が、ベーンロータ３５に対して進角方向に作用するように制御される。そのため、ベーンロータ３５の位相をこの位相に保持するには、アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓが低下していない場合でも、油圧制御機構５０が進角室３８の油圧が遅角室３９の油圧よりも高くなるように制御するとともに、進角室３８に作動油を供給しつつ遅角室３９への作動油の排出を停止する。したがって、ベーンロータ３５の位相をこの位相に保持するときの油圧制御機構５０の給排態様に基づいてアシストスプリング３５Ａの異常検出を行うと、アシストスプリング３５Ａが異常である旨の誤検出をしてしまう可能性がある。
【００７６】
一方、ベーンロータ３５の位相が第２位相Ｐ２よりも遅角側となるときには、アシストスプリング３５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも大きくなる。そして、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するためには、遅角室３９の油圧が進角室３８の油圧よりも高くなるように制御されるとともに、遅角室３９の作動油の漏れを補うべく遅角室３９に作動油が供給される一方、進角室３８の作動油の排出が停止される。したがって、ベーンロータ３５の位相が、第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持されるときに、油圧制御機構５０が進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９への作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出することができる。したがって、ベーンロータ３５の位相をこのような目標回転位相に保持するときの油圧制御機構５０による作動油の給排態様に基づいてアシストスプリング３５Ａの異常検出を行うことで、アシストスプリング３５Ａが異常である旨の誤検出を抑制することができる。
【００７７】
（３）油圧制御機構５０は、電磁式のアクチュエータ６４のデューティ比の変更によりＯＣＶ５３による進角室３８又は遅角室３９への作動油の給排態様を変更するものであり、ベーンロータ３５の位相を目標回転位相に保持するときのデューティ比が準進角帯の値である場合には、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出するようにしている。
【００７８】
アシストスプリング３５Ａの弾性力Ｔｓがベーンロータ３５に作用しない位相領域では、遅角室３９の作動油と進角室３８の作動油との差圧が、カムフリクションＴｃに抗して作用するように制御されるため、この差圧がベーンロータ３５に対して進角方向に作用するように制御される。そして、ベーンロータ３５の位相をこの位相に保持するには、油圧制御機構５０が、進角室３８の油圧を遅角室３９の油圧よりも高くするとともに、進角室３８に作動油を供給しつつ遅角室３９への作動油の給排を停止されるようにし、このときのデューティ比は準進角帯の値に設定される。そのため、ベーンロータ３５の位相を第２位相Ｐ２よりも遅角側の目標回転位相に保持するときのデューティ比が、準進角帯内の値である場合には、油圧制御機構５０を通じて進角室３８に作動油を供給するとともに遅角室３９への作動油の排出を停止していることを判断することができ、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を判断することができる。このようにアクチュエータのデューティ比に基づく検出を行うことで、アシストスプリング３５Ａの異常を容易に検出することができる。
【００７９】
（４）制御部７０は、アシストスプリング３５Ａが異常である旨を検出すると、警告灯７５を点灯させる。これにより、アシストスプリング３５Ａの異常を報知することができるため、アシストスプリング３５Ａの交換作業等を含め、ユーザーに可変バルブタイミング機構３０の点検を促すことができる。
【００８０】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を、図９及び図１０を参照して説明する。第２実施形態では、ベーンロータに対するアシストスプリングの弾性力の作用態様が、上記第１実施形態と異なっている。ここでは、上記第１実施形態と異なる点のみ説明する。なお、特に説明しないその他の構成、作用及び効果は上記第１実施形態と同様である。
【００８１】
図９は、第２実施形態にかかるバルブタイミング可変機構８０を吸気カムシャフトの軸線Ｌに直交する方向に沿った断面構造を示している。図９に示すように、ハウジングロータ８１に形成される４つの区画壁８１Ａの間には、ベーンロータ８５の４つのベーン８６Ａ〜８６Ｄが配設されており、各区画壁８１Ａと各ベーン８６Ａ〜８６Ｄとの間の空間が、進角室８８及び遅角室８９となっている。
【００８２】
ベーンロータ８５の４つのベーン８６Ａ〜８６Ｄのうちの２つのベーン８６Ｂ，８６Ｄには、アシストスプリング８５Ａが設けられている。アシストスプリング８５Ａは、一方が、ベーンに取り付けられ、他方が押しピン８５Ｂで覆われている。押しピン８５Ｂの先端が進角室８８の内側面に当接した状態にあっては、アシストスプリング８５Ａによってベーンロータ８５が進角方向に付勢される。
【００８３】
本実施形態のアシストスプリング８５Ａは、ベーンロータ８５の位相が第１位相Ｐ１よりも遅角側の位相となるときに圧縮された状態となり、最遅角位相となるときに最も圧縮された状態となる。そして、アシストスプリング８５Ａは、ベーンロータ８５を第１位相Ｐ１とすべく、ベーンロータ８５に対して進角方向の力を付与する。そのため、図１０に示すように、アシストスプリング８５Ａの弾性力Ｔｓは、ベーンロータ８５の位相が、最遅角位相から第１位相Ｐ１までの位相領域である所定の位相領域Ｐｓにあるときに、ベーンロータ３５を進角方向に回転させる力となり、その大きさは最遅角位相から第１位相Ｐ１にかけて漸次小さくになる。また、アシストスプリング８５Ａの弾性力ＴｓとカムフリクションＴｃとの関係は以下のようになっている。図１０には、カムフリクションＴｃが内燃機関１の設計上において最大値となるときの値を示しているが、ベーンロータ８５の位相が所定の位相領域Ｐｓにあるときには、常にアシストスプリング８５Ａの弾性力がカムフリクションＴｃよりも大きい。なお、本実施形態では、アシストスプリング８５Ａの弾性力Ｔｓがちょうど「０」となるときのベーンロータ８５の位相である第１位相Ｐ１において中間ロック機構９０による位相の固定がなされ、この位相に対応する吸気バルブのバルブタイミングが内燃機関の始動に適したタイミングとなっている。
【００８４】
本実施形態では、アシストスプリング８５Ａの弾性力Ｔｓがこのように設定されているため、ベーンロータ８５の位相を、所定の位相領域Ｐｓ内の目標回転位相に保持するときには、アシストスプリング８５Ａの弾性力ＴｓがカムフリクションＴｃよりも常に大きい。したがって、ベーンロータ８５の位相を、アシストスプリング８５Ａがベーンロータ８５に作用する所定の位相領域Ｐｓ内の目標回転位相に保持するときに、油圧制御機構５０が進角室８８に作動油を供給するとともに遅角室８９から作動油の排出を停止している場合には、アシストスプリング８５Ａが異常である旨を検出することができる。そして、このような検出を行っても異常の誤検出がなされることを抑制することができる。
【００８５】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、以下に示すように変更して実施することができる。
【００８６】
・上記各実施形態では、ベーンロータの位相を目標回転位相に保持するに際し、アシストスプリングがベーンロータに作用する所定の位相領域の全域にわたって、油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室から作動油の排出を停止していることを条件に、アシストスプリングが異常である旨を検出するようにしてもよい。すなわち、アシストスプリングがベーンロータに作用する位相領域には、アシストスプリングの弾性力がカムフリクションよりも小さい位相領域が含まれる場合もあるため、この位相領域のみにおける作動油の給排態様に基づいてアシストスプリングの異常検出を行う誤検出がなされる可能性がある。しかしながら、アシストスプリングがベーンロータに作用する所定の位相領域の全域にわたって、油圧制御機構が進角室に作動油を供給するとともに遅角室から作動油の排出を停止していることを条件に、アシストスプリングが異常である旨を検出すれば、異常である旨の誤検出がなされることを抑制することができる。なお、電子制御装置は、アシストスプリングがベーンロータに作用する所定の位相領域の全域を油圧制御機構の給排態様を把握するにあたり、この位相領域を複数の位相領域に区分してその位相領域における油圧制御機構の給排態様に基づいて把握するようにしてもよいし、アシストスプリングの弾性力が最も大きくなる最遅角位相やその近傍の位相領域での油圧制御機構の給排態様に基づいて把握するようにしてもよい。
【００８７】
・上記第１実施形態では、第２位相Ｐ２を、アシストスプリングの弾性力とカムフリクションの機関設計上の最大値とが釣り合うベーンロータの位相とした。しかしながら、カムフリクションが機関運転状態に応じて変化するのに伴い、アシストスプリングの弾性力とカムフリクションとが均衡するベーンロータの位相も変化するため、このときの位相を第２位相としてもよい。この場合、図８のフローチャートにおけるステップＳ２１において、ベーンロータの位相を第２位相よりも遅角側の目標回転位相に保持するときの保持デューティ比が準進角帯の値にあるか否かを判定するにあたって、この判定を行う度に第２位相Ｐ２は、保持デューティ比を学習したときのカムフリクションに基づいて算出される。
【００８８】
・上記実施形態では、可変バルブタイミング機構の異常検出装置が、異常を報知する放置機構を備えているが、この報知機構は、警告灯に限定されずアラーム等であってもよい。また、可変バルブタイミング機構の異常検出装置は、異常を報知する報知機構を備えていなくてもよく、たとえば、異常を検出した場合に、アシストスプリングが異常である場合でも中間ロック機構によるロックがなされる異常時専用の制御を実行する等、アシストスプリングの異常に対する対策がとられていればよい。
【００８９】
・上記実施形態では、ベーンロータの相対回転位相をアシストスプリングの弾性力がベーンロータに作用する位相領域内の目標回転位相に保持するときの保持デューティ比が準進角帯の値であるときには、アシストスプリングが異常である旨を検出するようにしている。しかしながら、異常の検出にあたっては、ベーンロータの相対回転位相をアシストスプリングの弾性力がベーンロータに作用する位相領域内の目標回転位相に保持するときの保持デューティ比とアシストスプリングの弾性力がベーンロータに作用する位相領域外の目標回転位相に保持するときの保持デューティ比との差が減少したときにアシストスプリングが異常である旨を検出するようにしてもよい。
【００９０】
アシストスプリングの弾性力がベーンロータを進角側に相対回転させるように作用している状況のもとでベーンロータの相対回転位相を目標回転位相に保持するためには、アシストスプリングの弾性力がカムフリクションより大きい位相では、アシストスプリングの弾性力によって生じる遅角室の作動油の漏れを補うべく遅角室に作動油が供給される一方、ベーンロータの位相を保持すべく進角室の作動油の給排が停止される（以下、これを「第１の状態」と称する）。これに対してこうしたアシストスプリングの弾性力がベーンロータに作用していない場合には、カムフリクションによりベーンロータを遅角側に相対回転させるとする力が作用するため、通常であれば、カムフリクションによって生じる進角室の作動油の漏れを補うべく進角室に作動油が供給される一方、ベーンロータの位相を保持すべく遅角室の作動油の給排が停止される（以下、これを「第２の状態」と称する）。したがって、目標回転位相がアシストスプリングの弾性力が作用する所定の位相領域にあるか否かによって進角室及び遅角室における作動油の給排状態、換言すれば油圧制御機構の指令値は自ずと異なるものとなる。
【００９１】
しかしながら、こうした油圧制御機構における指令値の差はアシストスプリングにおいて所定の弾性力が発生していることを前提にしているものであるため、アシストスプリングの弾性力が低下し、あるいはそもそも作用していない等の異常時においては、その指令値の差が小さくなる。したがって、上記構成によれば、こうした指令値の差が減少したことをもってアシストスプリングが異常である旨を検出することができる。なお、第１の状態及び第２の状態における指令値が例えば作動油温や機関運転状態等によって一定の値に定まらず、所定の領域内で変化する場合にあっては、その変化する範囲において一方の状態における指令値の最大値と他方の状態の最小値との差が減少したこと、各指令値の領域が重畳していない状態から重畳する状態に移行したことをもって、指令値の差が減少した旨判定することができる。
【００９２】
・上記各実施形態では、油圧制御機構のアクチュエータの保持デューティ比に基づいて、アシストスプリングの異常を検出するようにしているが、作動油の給排態様がその他のパラメータの検出により把握できれば、これに基づいてアシストスプリングの異常を検出するようにしてもよい。
【００９３】
・上記各実施形態では、可変バルブタイミング機構が、ベーンロータの位相を中間ロック位相に固定するための中間ロック機構を備えていたが、中間ロック機構を備えない構成であってもよい。中間ロック機構を備えていない場合であっても、アシストスプリングを有していることによって、ベーンロータの位相を機関始動時においても最遅角位相よりも進角させた位相に維持することができるため、吸気バルブのバルブタイミングも始動時に適した位相とすることができる。また、カムフリクションが常に作用するベーンロータに、カムフリクションと相反するアシストスプリングの弾性力を作用させることにより、ベーンロータの位相を安定させることができる。
【００９４】
・上記各実施形態では、吸気バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構に本発明を適用したが、排気バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…内燃機関、１３…オイルパン、１４…燃焼室、１５…クランクシャフト、１６…吸気通路、１７…排気通路、１９…吸気バルブ、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２３…吸気カムシャフト、２４…排気カムシャフト、３０，８０…可変バルブタイミング機構、３１，８１…ハウジングロータ、３１Ａ，８１Ａ…区画壁、３２…ハウジング本体、３３…スプロケット、３４…カバー、３５，８５…ベーンロータ、３５Ａ，８５Ａ…アシストスプリング、３６，８６Ａ〜８６Ｄ…ベーン、３７…ベーン収容室、３８，８８…進角室、３９，８９…遅角室、４０，９０…中間ロック機構、５０…油圧制御機構、５１…油路、５２…オイルポンプ、５３…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、６１…スリーブ、６１Ａ…進角ポート、６１Ｂ…遅角ポート、６１Ｃ…供給ポート、６１Ｄ…進角排出ポート、６１Ｅ…遅角排出ポート、６２…スプール、６２Ａ…進角弁、６２Ｂ…遅角弁、６２Ｃ…供給連通部、６２Ｄ…進角排出連通部、６２Ｅ…遅角排出連通部、６３…コイルスプリング、６４…アクチュエータ、７０…制御部、７２…クランクポジションセンサ、７３…吸気カムポジションセンサ、７５…警告灯。
【図１】
2013185546.tif 000003
【図２】
2013185546.tif 000004
【図３】
2013185546.tif 000005
【図４】
2013185546.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013185546.tif 000008
【図７】
2013185546.tif 000009
【図８】
2013185546.tif 000010
【図９】
2013185546.tif 000011
【図１０】
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