JP2003201871A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動流体圧の低下を防止し、速やかな弁作動
態様の変更を実現することができる内燃機関の制御装置
を提供する。 【解決手段】 内燃機関の制御装置は、油圧ポンプから
作動油の供給を受けて吸気弁１６および排気弁１８のバ
ルブタイミングを変更するＶＶＴ機構２０，２２と、エ
ンジン１の運転状態に応じて目標位相を設定し、この目
標位相に基づきＶＶＴ機構２０，２２の作動を制御する
ＥＣＵ３０とを備えており、ＶＶＴ機構２０，２２の一
方の作動により極端な油圧の低下が見込まれるとき、Ｅ
ＣＵ３０により他方の作動を禁止する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
吸排気弁の作動態様を変更する技術に係り、特にその動
作特性を向上させた内燃機関の制御装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種の制御装置に関する技術は、例え
ば特開平８−１７７４３３号公報、特開平１１−８２０
７５号公報および特開２０００−２２７０１３号公報等
に記載されている。これら公知の技術はいずれも内燃機
関の吸気弁および排気弁のそれぞれについてバルブタイ
ミングやバルブリフト量等の弁作動態様を変更する変更
機構を備えており、その両方を駆動する場合に一方の変
更機構の作動を禁止したり、遅延させたりしてその作動
を抑制している。 【０００３】上述した公知の技術によれば、両方の変更
機構が同時に作動されることがないため、最小限容量の
油圧ポンプを使用しても作動油圧の低下が抑えられるも
のと考えられる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た公知の技術はいずれも、両方の変更機構を作動させる
場合を作動油圧の低下が発生しやすい状況として一律に
推定しているだけであり、変更機構の具体的な作動量
（例えば進角・遅角量や動作ストローク等）を根拠とし
て作動油圧の低下を判断していない。このため、実際に
は作動油圧の低下がわずかであるにもかかわらず一律に
一方の変更機構の作動が禁止されるので、内燃機関の出
力低下やレスポンスの悪化を招きやすいという問題があ
る。 【０００５】そこで本発明は、作動流体圧の低下を防止
しつつ、速やかに弁作動態様の変更を実現することがで
きる内燃機関の制御装置の提供を課題としたものであ
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の制御
装置は吸気弁または排気弁のバルブタイミングまたはリ
フト量を油圧により変更可能な第１弁作動態様変更手段
および第２弁作動態様変更手段を備えており、内燃機関
の運転状態に応じて吸気弁または排気弁の目標値を設定
し、この目標値になるように第１弁作動態様変更手段お
よび第２弁作動態様変更手段を制御する。このとき本発
明の制御装置は、いずれか一方の弁作動態様変更手段の
作動に伴う必要油量と相関関係にある値が所定値よりも
大きい場合に他方の弁作動態様変更手段の作動を禁止ま
たは抑制することで上記の課題を解決している。 【０００７】上述した制御装置によれば、目標値までの
作動量（例えば進角・遅角量や動作ストローク等）から
必要油量と相関関係にある値を判断し、その値が所定値
より大きくなる場合に他方の弁作動態様変更手段の作動
が抑制される。このため、作動油圧の低下が見込まれる
場合にだけ他方の弁作動態様変更手段の作動が抑制さ
れ、その他の場合は通常どおり両方の弁作動態様変更手
段の作動が制御される。したがって、必要以上に弁作動
態様の変更が遅れることはない。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明は例えば、図１に示される
筒内噴射型内燃機関であるエンジン１の制御装置として
の実施形態をとることができる。ただし、本発明の適用
が筒内噴射型内燃機関のみに限定されるものではない。
図１に示されるエンジン１は、例えば直列４気筒型のシ
リンダレイアウトを有しており、そのシリンダヘッド２
には気筒毎に点火栓４および燃料噴射弁６が取り付けら
れている。個々の燃料噴射弁６は燃焼室８内に燃料を直
接に噴射することができる。 【０００９】吸気系のインテークマニホールド１０に
は、その始端部にサージタンク１２が形成されている。
サージタンク１２の入口には電子スロットルバルブ１４
が取り付けられており、この電子スロットルバルブ１４
には図示しない吸気管が接続されている。エンジン１
は、その吸気弁１６および排気弁１８の動弁系にそれぞ
れ可変バルブタイミング機構（以下、単に「ＶＶＴ機
構」と称する。）２０，２２を備えている。これらＶＶ
Ｔ機構２０，２２は例えば、カムシャフトを駆動するカ
ムスプロケットに油圧式アクチュエータを内蔵してお
り、この油圧式アクチュエータへの作動油の給排によ
り、カム回転位相角を自在に進角および遅角させること
ができる。 【００１０】作動油は図示しない油圧ポンプから供給さ
れており、各ＶＶＴ機構２０，２２への作動油の給排
は、例えばオイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣ
Ｖ」と略称する。）２４により行うことができる。各Ｖ
ＶＴ機構２０，２２についてＯＣＶ２４からの油給排路
２６，２８が設けられており、それゆえＯＣＶ２４はＶ
ＶＴ機構２０，２２の油圧式アクチュエータに対して別
々に作動油の給排を行うことができる。なお、ＯＣＶを
複数設けて油給排路２６，２８を別々のＯＣＶによって
制御してもよい。 【００１１】またエンジン１の制御装置は、上述した点
火栓４、燃料噴射弁６、電子スロットルバルブ１４等の
電子機器類の作動を制御するための電子制御ユニット
（以下、「ＥＣＵ」と略称する。）３０を備えている。
このＥＣＵ３０はさらに、ＯＣＶ２４を含めたＶＶＴ機
構２０，２２の作動をも制御することができる。具体的
には、ＶＶＴ機構２０，２２にはそれぞれ、カムシャフ
トの回転角パルスを出力する位相角センサ３２，３４が
取り付けられており、ＥＣＵ３０はこれら位相角センサ
３２，３４から出力される回転角パルスとクランク角セ
ンサ３６から出力されるクランク角パルスとの間の出力
位相差に基づき、それぞれのカム位相角を検出すること
ができる。ＥＣＵ３０は検出したカム位相角をフィード
バック信号として取り込み、その制御上の目標位相角
（目標値）との間の偏差に応じてＯＣＶ２４の駆動デュ
ーティ率をフィードバック制御する。ＯＣＶ２４は、Ｅ
ＣＵ３０から指示されるデューティ率に応じてソレノイ
ドを駆動し、各油圧式アクチュエータに対する油圧の給
排を調節してカムシャフトを目標位相角まで進角または
遅角させ、あるいは中立に保持する。 【００１２】上述したＶＶＴ機構２０，２２の制御によ
り吸気弁１６および排気弁１８のバルブタイミングが変
更され、例えば慣性吸気量の増大により充填効率が高め
られると、エンジン１の出力増大を図ることができる。
以上はＥＣＵ３０による通常のＶＶＴ機構２０，２２に
対する位相角制御機能であるが、本実施形態ではさら
に、ＥＣＵ３０はＶＶＴ機構２０，２２の制御に際して
作動油の必要供給量を考慮し、ＶＶＴ機構２０，２２の
動作特性を改善する機能を有している。 【００１３】以下に具体的な実施例を挙げてＥＣＵ３０
の制御機能を説明する。また、以下の説明により、制御
装置のその他の構成もまた明確となる。図２は、本実施
例においてＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンの好まし
い一例を示している。本制御ルーチンにおいてＥＣＵ３
０は２種類のフラグを使用する。一つは吸気側のＶＶＴ
機構２０に関するものであり、ここではＶＶＴ（１）動
作禁止フラグと呼称する。もう一つは排気側のＶＶＴ機
構２２に関するものであり、こちらはＶＶＴ（２）動作
禁止フラグと呼称する。なお、これらフラグはいずれも
ＥＣＵ３０の内部で設定される識別信号であり、そのオ
ンまたはオフの切り換えもＥＣＵ３０の内部で行われ
る。 【００１４】ＥＣＵ３０は制御ルーチンの実行に伴い、
先ずＶＶＴ（１）動作禁止フラグの設定を確認する（ス
テップＳ１）。このフラグがオン、つまりセットされて
いなければ（ステップＳ１＝Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は続い
てＶＶＴ（２）動作禁止フラグの設定を確認する（ステ
ップＳ５）。さらにこのフラグもセットされていなけれ
ば（ステップＳ＝Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は次にフラグをセ
ットすべきか否かの判断を行う。 【００１５】具体的には、ＥＣＵ３０は排気側のＶＶＴ
機構２２について制御上の目標位相と実位相との差を求
め、その絶対値が所定値α以上（｜目標位相−実位相｜
≧α）であるか否かを判定する（ステップＳ９）。この
判定が成立しなければ（ステップＳ＝Ｎｏ）、ＥＣＵ３
０は続いて吸気側のＶＶＴ機構２０について同様の判定
を行う（ステップＳ１１）。いずれの判定も成立しなけ
れば（ステップＳ９＝Ｎｏ，ステップＳ１１＝Ｎｏ）、
ＥＣＵ３０はここで一旦制御ルーチンをリターンする。 【００１６】これに対し、吸気側または排気側のＶＶＴ
機構２０，２２について少なくとも一方の判定が成立す
るとき（ステップＳ９＝ＹｅｓまたはステップＳ１１＝
Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０はその他方について動作禁止フラ
グをオン、つまりセットする（ステップＳ１０，Ｓ１
２）。ここで、上述した絶対値（＝｜目標位相−実位相
｜）は、ＶＶＴ機構２０，２２の作動に伴う作動油の必
要供給量と相関関係にある値となる。すなわち、油圧ア
クチュエータの動作特性上、実位相から目標位相までの
差（進角・遅角量）が大きいほど動作ストロークは大き
くなるため、その分、より多くの作動油の供給を必要と
する。一方、この値と比較される所定値αは油圧ポンプ
の供給能力と相関関係にある値として設定されており、
例えば油圧ポンプの吐出容量（ｌ／min）に基づいて定
められる。この構成により、作動油圧を直接検出した
り、常時モニタしたりする必要がなくなるとともに、油
圧により制御される最終的要素であるＶＶＴ機構の位相
を検出しているので油圧の応答遅れによるＶＶＴ機構の
位相のずれの影響を排除することが可能となり、正確な
必要供給量との相関値を求めることができるのである。 【００１７】ＥＣＵ３０はいずれかのフラグをセットす
ると、そこで制御ルーチンをリターンする。次に制御ル
ーチンを再スタートさせると、ＥＣＵ３０は動作禁止フ
ラグがセットされている方のＶＶＴ機構の動作を禁止す
る（ステップＳ２，Ｓ６）。図３は、制御ルーチンの実
行に伴う各種状態の時間的変化を示している。上述のよ
うに、ＥＣＵ３０はエンジン１の運転状態に応じてＶＶ
Ｔ機構２０，２２の目標位相を設定する（目標値設定手
段）。そして、ＥＣＵ３０はＯＣＶ２４を作動させ、設
定した目標位相に向けてカム位相を変更するべくＶＶＴ
機構２０，２２の作動をそれぞれ制御する（弁作動時期
制御手段）。 【００１８】このとき、例えば吸気側のＶＶＴ機構２２
について設定された目標位相Ｐａと実位相Ｐｒとの差が
所定値α以上であると（｜Ｐａ−Ｐｒ｜≧α）、上述の
ようにＥＣＵ３０は、その他方の排気側についてＶＶＴ
（２）動作禁止フラグをセットする（ステップＳ１
２）。次回の制御ルーチンにおいてＶＶＴ（２）動作禁
止フラグがセットされていると（ステップＳ１＝Ｎｏ，
ステップＳ５＝Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は排気側のＶＶＴ
機構２２についてその動作を禁止する（ステップＳ
６）。この場合、ＥＣＵ３０は時刻ｔ₁から吸気側のＶ
ＶＴ機構２０について通常どおり制御を行い、図３中に
実線で示されるように、その目標位相Ｐａに向けてＶＶ
Ｔ機構２０を作動させる。 【００１９】この間、ＥＣＵ３０は吸気側のＶＶＴ機構
２０について実位相Ｐｒをフィードバックし、目標位相
Ｐａとの差が所定値αより小さくなったかを判定する
（ステップＳ７）。この判定が成立しない間（ステップ
Ｓ７＝Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は吸気側のＶＶＴ機構２０の
作動のみを制御し、排気側のＶＶＴ機構２２についての
制御を禁止することでその実効を減少させている（弁作
動抑制手段）。 【００２０】この後、吸気側のＶＶＴ機構２０について
目標位相Ｐａと実位相Ｐｒとの差が所定値αを下回ると
（ステップＳ７＝Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０はＶＶＴ（２）
動作禁止フラグをオフ、つまりリセットする（ステップ
Ｓ８）。これにより、ＥＣＵ３０は排気側のＶＶＴ機構
２２について通常どおり制御を開始する。この結果、図
３中に実線で示されるように、例えば時刻ｔ₃からその
実位相が目標位相Ｐａに向けて変更される。 【００２１】上述した一実施例のように、ＥＣＵ３０が
ＶＶＴ機構２０，２２の制御に際して本制御ルーチンを
実行することにより、個々のＶＶＴ機構２０，２２につ
いて油圧ポンプから作動油の必要供給量が確保される。
この点、排気側のＶＶＴ機構２２について目標位相Ｐａ
と実位相Ｐｒとの差が所定値α以上となる状況におい
て、仮に両方のＶＶＴ機構２０，２２の制御を同時に開
始した場合、油圧ポンプからの作動油の必要供給量が確
保できず、図３中に２点鎖線で示されるように供給元の
油圧が大きく落ち込む。この場合、いずれのＶＶＴ機構
２０，２２も充分な動作応答性が得られず、図３中に２
点鎖線で示されるように目標位相Ｐａに到達するまで長
時間を要することとなる。 【００２２】これに対し、本実施例では一方（排気側）
の制御を禁止するものとしているので、図３中に実線で
示されるように吸気側および排気側のＶＶＴ機構２０，
２２のいずれも良好な動作応答性を得ることができ、結
果として両方のＶＶＴ機構２０，２２が動作を完了する
までの時間が短縮されている。以上の実施例では排気側
のＶＶＴ機構２２の動作を禁止する場合について説明し
ているが、逆に排気側のＶＶＴ機構２２について目標位
相Ｐａと実位相Ｐｒとの差が所定値α以上となる場合
（ステップＳ９＝Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０はＶＶＴ（１）
動作禁止フラグをセットする（ステップＳ１０）。これ
により、次の制御ルーチンがスタートされると、既にＶ
ＶＴ（１）動作禁止フラグがセットされているため（ス
テップＳ１＝Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は吸気側のＶＶＴ機
構２０の動作を禁止する（ステップＳ２）。 【００２３】この後、排気側のＶＶＴ機構２２について
目標位相Ｐａと実位相Ｐｒとの差が所定値αを下回る
と、ＥＣＵ３０はＶＶＴ（１）動作禁止フラグをリセッ
トし（ステップＳ４）、吸気側のＶＶＴ機構２０の制御
を開始する。この場合も同様に、油圧ポンプからの作動
油の必要供給量が充分に確保され、結果としてＶＶＴ機
構２０，２２の応答性が向上する。 【００２４】上述した制御ルーチンでは、吸気側または
排気側のＶＶＴ機構２０，２２について、その目標位相
Ｐａと実位相Ｐｒとの差が所定値α以上となった方から
先に制御が開始されることとなる。この場合、エンジン
１に対するトルク要求に速やかに応答することができる
ので、特にエンジン１が車両に搭載されている場合は運
転フィーリングの向上にもつながる点で一層有利な実施
例となる。 【００２５】なお、上述の実施例では他方のＶＶＴ機構
の動作を禁止して制御の実効を減少させるものとしてい
るが、適宜、その動作速度や動作量等を抑制することで
制御の実効を減少させるようにしてもよい。この場合、
図３に示されるような同時動作禁止期間は設けられず、
一方の目標位相Ｐａと実位相Ｐｒとの差が所定値α以上
となるＶＶＴ機構については通常どおり制御が行われ、
他方のＶＶＴ機構については動作応答の緩やかな制御が
行われる。 【００２６】また、一実施例ではＥＣＵ３０が動作禁止
フラグ設定して場合分けを行っているが、単に目標位相
Ｐａと実位相Ｐｒとの差を検出して制御上の場合分けを
行うようにしてもよい。さらに、一実施形態では吸気弁
１６および排気弁１８の作動態様としてバルブタイミン
グを変更しているが、その他に作動態様としてバルブリ
フト量を変更するものであってもよい。この場合、作動
態様変更手段は内燃機関の運転状態（例えば負荷、回転
速度等）に応じてカムプロフィールの異なる複数のカム
を切り換え動作する。またこの場合、設定される目標値
はカムの選択・切換指令となる。そして、カムの切り換
え動作に伴うアクチュエータの動作ストロークから必要
供給量に相関関係のある値を求め、これを所定値と比較
して他方の制御を禁止または抑制すればよい。さらに吸
気弁の作動態様を複数のＶＶＴ機構により変更するもの
や、排気弁の作動態様を複数のＶＶＴ機構により変更す
るものであってもよい。例えばカムシャフトの位相を変
更する第１の作動態様変更手段とカムプロフィールの異
なる複数のカムを切り換え動作する第２の作動態様変更
手段としてもよい。 【００２７】 【発明の効果】本発明の内燃機関の制御装置は、応答性
の低下による燃費の悪化やレスポンスの低下を防止しつ
つ、必要以上に弁作動態様の変更が抑制されるのを防止
して内燃機関の出力向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】一実施形態に係る内燃機関の制御装置を概略的
に示した図である。 【図２】ＥＣＵが実行する制御ルーチンのフローチャー
トである。 【図３】制御ルーチンの実行に伴う各種状態の時間的な
変化を示した図である。 【符号の説明】 １ エンジン １６ 吸気弁 １８ 排気弁 ２０，２２ ＶＶＴ機構（弁作動態様変更手段） ３０ ＥＣＵ（目標値設定手段、弁作動時期制御手段、
弁作動抑制手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気弁または排気弁のバルブタイミング
   またはリフト量を油圧により変更可能な第１弁作動態様
   変更手段と、 吸気弁または排気弁のバルブタイミングまたはリフト量
   を油圧により変更可能な第２弁作動態様変更手段と、 内燃機関の運転状態に応じて吸気弁または排気弁の作動
   態様の目標値を設定する目標値設定手段と、 前記目標値となるように前記第１弁作動態様変更手段お
   よび前記第２弁作動態様変更手段を制御する弁作動時期
   制御手段と、 いずれか一方の前記弁作動態様変更手段の作動に伴う必
   要油量と相関関係にある値が所定値よりも大きい場合に
   他方の前記弁作動態様変更手段の作動を禁止または抑制
   する弁作動抑制手段とを具備したことを特徴とする内燃
   機関の制御装置。