JP2004197675A

JP2004197675A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

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Publication number: JP2004197675A
Application number: JP2002368343A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Miyamoto; 勝彦宮本; Hiroyuki Tanaka; 寛之田中; Kenji Goshima; 賢司五島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】各運転条件下においてもより正確なバルブタイミング位相制御を実現できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを連続可変で調整する手段と、前記バルブを駆動させるカムのカム位相に基づいて推定バルブタイミング位相を算出する手段と、前記バルブの閉弁着座振動を検出できるとき、該着座振動の検出によるバルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出する手段と、前記実バルブタイミング位相に基づいて前記推定バルブタイミング位相を補正すべく、補正バルブタイミング位相を算出する手段(S410)と、を備え、前記開閉タイミングを連続可変で調整する手段は、前記補正バルブタイミング位相を内燃機関の運転条件で決定される目標バルブタイミング位相とすべく、前記開閉タイミングを調整するよう構成する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に係り、詳しくは、各運転条件下においてもより正確なバルブタイミング位相制御を実現させる内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、吸排気バルブの開閉タイミングを連続的に可変とする技術には、例えば、エンジン回転に応じて回転するカムシャフトとカムスプロケットとの結合位相（ＶＶＴ位相）を所定範囲内で可変とした可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構が実用化されている。
【０００３】
ＶＶＴ機構は、カムスプロケット内に進角用油圧室及び遅角用油圧室を設け、両油圧室に生ずる油圧を制御して前記結合位相を進角又は遅角させることで、吸気バルブのみ、若しくは排気バルブのみ、又は吸気バルブ及び排気バルブ両方の開閉タイミングを変更している。これにより、内燃機関の各運転条件に応じて異なるバルブタイミングを実現でき、エンジン性能等の向上に効果を発揮する。具体的には、運転条件毎に最適なバルブタイミングを設定できることは、エンジン性能、排ガス特性、並びに燃焼安定性等に与える影響が大きいものである。よって、バルブタイミングを可変とする場合には、その進遅位相を可能な限り正確に目標値（目標バルブタイミング位相）に制御する必要がある。
【０００４】
上述のＶＶＴ機構における進遅位相は、機械的にそれ以上進角しないとの最進角状態、又は機械的にそれ以上遅角しないとの最遅角状態を除き、油圧のバランスで決定され、ＶＶＴ機構に対するバルブタイミング位相制御は、オープンループ制御ではなくフィードバック制御で行われている。
このフィードバック制御によるバルブタイミング位相制御において、バルブタイミング位相をクランク角に対するカム角の位相から推定する方法がある。この方法では、具体的には、ＶＶＴ位相が、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサと、カムシャフトの回転位置を検出するカム角センサとの位相差から検出されることから、クランク角センサの基準パルスとカム角センサのパルスとを時間軸上で比較し、クランク角に対するカム角の位相を求め、これをバルブタイミング位相（推定バルブタイミング位相）として推定するようにしている。これにより、内燃機関の各運転条件でも、カム位相の検出を正確に行うことができる。
【０００５】
しかし、このカム位相によるバルブタイミング位相の推定では、仮にカム角センサの取り付けに対する誤差が存在する場合には、カム位相に誤差が含まれるので、推定されたバルブタイミング位相にも誤差が含まれるとの問題が生ずる。
そこで、この問題を解決すべく、前記位相制御の制御量には、バルブの閉弁着座時期を検出し、バルブタイミング位相として実際に検出する方法があり、これに関するバルブタイミング検出装置の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
当該検出装置では、バルブタイミング位相（実バルブタイミング位相）が、クランク角に対するバルブの閉弁着座時期の位相によって直接的に検出され、バルブタイミングを正確に検出する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０４−０７６２０７号公報（第２頁右上欄第１２行〜右下欄第２０行、図３等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の運転中には他の機械の作動振動が当然に発生している。
よって、バルブの着座振動の信号には、しばしばノイズが伴うものである。つまり、バルブの着座振動の検出による閉弁着座時期は、内燃機関の運転条件によっては、検出値が不正確、又は検出不可能になる。換言すれば、前記従来技術の如くの閉弁着座時期の実際の検出によるバルブタイミング位相制御には検出時に対する制約があり、各運転条件下でより正確なバルブタイミング位相制御を実現することができないとの問題がある。
【０００９】
一方、上述のバルブタイミング位相の推定によるバルブタイミング位相制御では、当該位相制御の問題点たるカム角センサの上記取り付け誤差を補正すべく、機械的にそれ以上遅角しない最遅角制御時のカム位相を求め、このカム位相を最遅角時の正しいカム位相とみなして学習することが考えられる。
しかし、この取り付け誤差の補正では、仮に最遅角のバルブタイミング自体が、タイミングチェーン若しくはタイミングベルトの伸び等によって、ずれを有している場合には、上記の学習を行っても設計上のバルブタイミングを実現することができないことになる。すなわち、カムシャフトを駆動させるタイミングベルトの伸び等によって、カムスプロケットを駆動させるタイミングのずれ分を逆に誤補正するおそれがあり、推定によるバルブタイミング位相制御においても、より正確なバルブタイミング位相制御を実現できない場合があるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、各運転条件下においてもより正確なバルブタイミング位相制御を実現できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の本発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを連続可変で調整する手段と、前記バルブを駆動させるカムのカム位相に基づいて推定バルブタイミング位相を算出する手段と、前記バルブの閉弁着座振動を検出できるとき、該着座振動の検出によるバルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出する手段と、前記実バルブタイミング位相に基づいて前記推定バルブタイミング位相を補正すべく、補正バルブタイミング位相を算出する手段と、を備え、前記開閉タイミングを連続可変で調整する手段は、前記補正バルブタイミング位相を内燃機関の運転条件で決定される目標バルブタイミング位相とすべく、前記開閉タイミングを調整することを特徴としている。
【００１２】
すなわち、フィードバック制御に用いられるバルブタイミング位相は補正バルブタイミング位相である。カム位相に基づいて算出される推定バルブタイミング位相は常時算出可能であるが、誤差を含む可能性があるという問題がある。他方、バルブの閉弁着座振動からの実バルブタイミング位相は正確な位相であるが、検出可能な運転条件が制限される。よって、請求項１記載の発明では、バルブの閉弁着座振動を検出できる時に算出した実バルブタイミング位相に基づいて、常時算出可能である推定バルブタイミング位相を補正して補正バルブタイミング位相を算出する。したがって、常時正確な補正バルブタイミング位相が得られ、この位相がフィードバック制御に用いられるので、バルブの着座振動信号に対するノイズの他、センサの取り付け誤差、並びにタイミングチェーンのばらつきや伸び等の構造の経年変化にも影響されることなく、常により正確なバルブタイミング位相に基づいて目標バルブタイミング位相への調整が行え、エンジン性能、排ガス特性、並びに燃焼安定性が向上し、燃費やドライバビリティの悪化が防止される。
【００１３】
このように、請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、推定値を用いたバルブタイミング位相制御と、実際の検出値を用いたバルブタイミング位相制御との双方の問題の解決を図り、常により正確なバルブタイミング位相制御を実現すべく構成されている。
なお、バルブの閉弁着座振動の検出には、着座振動検出用の振動センサの他、ノックセンサによることも可能であり、この場合にはノックの検出と着座振動の検出とを一つのセンサで行える。
【００１４】
また、請求項２記載の発明では、前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記目標バルブタイミング位相へのフィードバック制御が行われていないときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴としている。
このように、バルブタイミング位相へのフィードバック制御が行われていないときには、一般に目標バルブタイミング位相が最遅角側に固定され、位相が一定にされていることから、実バルブタイミング位相に過渡的要素が含まれず、バルブタイミング位相制御の信頼性が向上する。
【００１５】
さらに、請求項３記載の発明では、前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴としている。
このように、閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときには、着座の検知が安定するので、実バルブタイミング位相も安定し、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性が向上する。
【００１６】
さらに、請求項４記載の発明では、前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときとは、前記内燃機関が低負荷のときであることを特徴としている。これにより、ノッキングが発生しないような低負荷のときに着座を検知し、着座の検知の安定化を図り、バルブタイミング位相制御の信頼性が一層向上する。
なお、閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときは、ノッキングが発生しない場合として、内燃機関が低負荷かつ低回転のときが好ましい。
【００１７】
さらに、請求項５記載の発明では、前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときとは、前記内燃機関の燃料カット運転のときであることを特徴としている。これにより、インジェクタノイズ及びノッキングの影響をともに受けることなく、着座の検知の安定化を図り、バルブタイミング位相制御の信頼性が一層向上する。
【００１８】
なお、閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときとしては、内燃機関のアイドル運転のときも好ましい。
さらに、請求項６記載の発明では、前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記内燃機関が低回転速度のときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴としている。
【００１９】
このように、内燃機関が低回転速度のときには、閉弁着座振動のパルス間隔が長くなり、閉弁着座振動の時間分解能が良好になって高精度の実バルブタイミング位相を求めることができ、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性が向上する。
さらに、請求項７記載の発明では、前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、一のバルブのバルブ着座時期と該一のバルブとは異なる他のバルブのバルブ着座時期とが重ならないときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴としている。
【００２０】
このように、一のバルブのバルブ着座時期と該一のバルブとは異なる他のバルブのバルブ着座時期とが重ならないときには、着座振動信号に対するノイズの影響を確実に無くして高精度の実バルブタイミング位相を求めることができ、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用されるシステム構成図が示されており、以下図１に基づき本発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の構成を説明する。
【００２２】
内燃機関１は、図示しない燃焼室内に燃料を直接噴射する火花点火式の筒内噴射エンジンとして構成される。すなわち、エンジン１のシリンダヘッドには、ピストンの往復運動によって区画される燃焼室内に臨んで、インジェクタや点火プラグ（ともに図示せず）が配設されているとともに、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。なお、点火プラグには点火コイルが接続されている。
【００２３】
吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ４及びスロットル弁５が設けられており、さらに下流にはサージタンク６が設けられている。
これにより、外部からの空気は、エアクリーナ４を通過し、スロットル弁５、サージタンク６及び吸気通路２を経て燃焼室内に流入される。この際、吸入空気量がエアフローセンサ７で検出される。また、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）８が設けられており、ＴＰＳ８では、スロットル弁５の開度（スロットル開度）が検出される。なお、スロットル弁５は、図示しないアクセルペダルに対して電気的に接続された、いわゆるドライブバイワイヤ式のスロットル弁（ＥＴＶ）であり、ドライバのアクセル踏み込み量以外にもエンジン運転状態に応じてその開度が変更される。
【００２４】
吸気通路２は、吸気マニホールド及び吸気ポートから構成され、この吸気ポートは、気筒毎にシリンダヘッド内に略直立方向に形成される。吸気ポートの燃焼室側には、吸気ポートと燃焼室との連通及び遮断を行う吸気バルブ１２が設けられている。また、排気通路３は、排気ポート及び排気マニホールドから構成され、この排気ポートは、気筒毎にシリンダヘッド内に略水平方向に形成される。排気ポートの燃焼室側には、排気ポートと燃焼室との連通及び遮断を行う排気バルブ１３が設けられている。
【００２５】
吸気バルブ１２には、開閉時期が油圧調整によって可変にする可変バルブタイミング機構が接続されている。可変バルブタイミング機構は、カムシャフトとカムスプロケットとの結合位相（ＶＶＴ位相）を所定範囲内で可変とした所謂ＶＶＴとして実用化されており、結合位相を進角或いは遅角操作することで、吸気バルブ１２の開閉タイミングを変更できる。例えば、可変バルブタイミング機構によるバルブオーバラップ量の拡大によって、内部ＥＧＲ量がレスポンス良く増加する。なお、本実施形態では吸気バルブ１２のみの開閉タイミングの変更を行っているが、吸気バルブ１２のみの他、排気バルブ１３のみ、又は吸気バルブ１２及び排気バルブ１３両方の開閉タイミングを変更できる。
【００２６】
また、入出力装置、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、カウンタ、ＣＰＵ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）１０が設けられており、ＥＣＵ１０により、バルブタイミング制御を含めたエンジン１の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ１０の入力側には、上述したエアフローセンサ７、ＴＰＳ８の他、クランクシャフトの回転位置を検出し、該クランク角信号に基づきエンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ９、吸気バルブ１２を作動させるカムシャフトの回転位置を検出するカム角センサ１２ａ、ドライバのアクセル踏み込み量から要求トルクを検出するアクセル開度センサ（図示せず）等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。そして、これら各センサ出力からエンジン１の運転状態を得て、吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、並びに点火時期等のエンジン１の主要な操作量が最適に演算される。
【００２７】
また、本実施形態においては、吸気バルブ１２の閉弁着座信号を検出する振動センサ１４が吸気バルブ１２付近に配設されており、この振動センサ１４もまた、ＥＣＵ１０の入力側に接続されている。
一方、ＥＣＵ１０の出力側には、上述のインジェクタや点火プラグの他、可変バルブタイミング機構等の各種出力デバイス類が接続されており、ＥＣＵ１０内で演算された燃料噴射量が開弁パルス信号に変換されてインジェクタに送られ、また、演算された点火時期に基づいて点火プラグ駆動信号が点火コイルに送られる。すなわち、インジェクタから噴射された燃料は、吸気通路２からの調整された空気と混合されて燃焼室内にて混合気を形成し、該混合気は、所定の点火時期で点火プラグから発生される火花により爆発し、その燃焼圧によってエンジン１が駆動される。爆発後の排気は、排気通路３を経て排気浄化用触媒コンバータ（図示せず）側に送られる。
【００２８】
なお、エンジン１は、少なくとも、主として圧縮行程で燃料噴射を行い理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で希薄成層燃焼運転を行うリーン運転モードと、主として吸気行程で燃料噴射を行い理論空燃比近傍でストイキオフィードバック燃焼運転を行うストイキオ運転モードとを有しており、これらの運転モードが切り替え可能に構成されている。そして、当該エンジン１では、上述した種々のセンサ等からの入力データに基づいてＥＣＵ１０で運転モードの切り替え制御や各種の制御が行われる。
【００２９】
特に、本実施形態のＥＣＵ１０には、推定値を用いたバルブタイミング位相制御と、実際の着座振動の検出値を用いたバルブタイミング位相制御との双方の問題の解決を図り、常により正確なバルブタイミング位相制御を実現する機能を備えている。具体的には、ＥＣＵ１０は、バルブタイミング制御部１０Ａを備え、このバルブタイミング制御部１０Ａは、推定バルブタイミング位相算出手段と、実バルブタイミング位相算出手段と、バルブタイミング補正手段と、バルブタイミング変更調整手段とを備えている。
【００３０】
推定バルブタイミング位相算出手段（推定バルブタイミング位相を算出する手段）は、可変バルブタイミング機構によって可変にされた吸気バルブ１２を駆動させるカムの位相情報からカム位相を求め、該カム位相に基づいてバルブタイミング位相を推定し、フィードバック位相制御の制御量を求めている。
実バルブタイミング位相算出手段（実バルブタイミング位相を算出する手段）は、吸気バルブ１２の閉弁着座振動が検出できるときには、該着座振動の検出によるバルブ着座時期を求め、該バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を直接的に検出し、フィードバック位相制御の制御量を求めている。
【００３１】
バルブタイミング補正手段（補正バルブタイミング位相を算出する手段）は、実バルブタイミング位相に基づいて推定バルブタイミング位相を補正する、換言すれば、カム角センサ１２ａの取り付け誤差やベルトの伸び等の誤差を除くために補正バルブタイミング位相を算出している。
そして、バルブタイミング変更調整手段（開閉タイミングを連続可変で調整する手段）は、補正バルブタイミング位相を算出した後、補正バルブタイミング位相を目標バルブタイミング位相とすべく吸気バルブ１２の開閉タイミングを調整している。なお、目標バルブタイミング位相は、最適に実現したいタイミングをいい、エンジン回転速度及びエンジン負荷等のエンジン１の運転条件に基づいてＥＣＵ１０内のマップ等から決定される。
【００３２】
以下、上記のように構成されたバルブタイミング制御装置の本発明に係る作用について説明する。
図２を参照すると、バルブタイミング制御部１０Ａの推定バルブタイミング位相算出手段により実施されるフローチャートが示されている。
同図のステップＳ２０１では、クランク角センサ９の基準パルスの立ち下がり位置Ａを通過したか否かを判別し、立ち下がり位置Ａを通過したと判定された場合、すなわちＹＥＳのときには、ステップＳ２０２に進み、フリーランニングカウンタで立ち下がり位置Ａの通過時刻ＦＲＣ（Ａ）を記憶し、ステップＳ２０３で後述するカム位相検出済フラグをクリアし、ステップＳ２０４でカム位相検出期間タイマＴＭ１をセットしてステップＳ２０５に進む。一方、ステップＳ２０１にて立ち下がり位置Ａを通過していないと判定された場合には、そのままステップＳ２０５に進む。
【００３３】
ステップＳ２０５では、カム位相検出期間タイマＴＭ１が０よりも大きいか否かを判別し、ＴＭ１が０よりも大きいと判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ２０６に進んでカウンタを１減算してステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、カム位相検出済フラグをセットしているか否かを判別し、カム位相検出済フラグをセットしていないと判定された場合、つまりＮＯのときには、ステップＳ２０８に進んでカム角センサ１２ａの基準パルスの立ち下がり位置Ｃを通過したか否かを判別し、立ち下がり位置Ｃを通過したと判定された場合、すなわちＹＥＳのときには、ステップＳ２０９に進み、フリーランニングカウンタで立ち下がり位置Ｃの通過時刻ＦＲＣ（Ｃ）を記憶し、ステップＳ２１０でカム位相検出済フラグをセットして、このルーチンを抜ける。一方、ステップＳ２０７にて、カム位相検出済フラグをセットしていると判定された場合、又はステップＳ２０８でカム角センサ１２ａの基準パルスの立ち下がり位置Ｃを通過していないと判定された場合にも、このルーチンを抜ける。
【００３４】
ここで、ステップＳ２０５にて、カム位相検出期間タイマＴＭ１が０以下と判定された場合には、ステップＳ２１１に進み、カム位相検出済フラグをセットしているか否かを判別し、カム位相検出済フラグをセットしていると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ２１２に進み、推定位相瞬時値Ｔを図示の式から算出してステップＳ２１３に進む。推定位相瞬時値Ｔは、クランク角に対するカム角の位相に基づき推定された推定バルブタイミング位相に相当する。そして、ステップＳ２１３では、推定位相検知フラグをセットしてこのルーチンを抜ける。なお、ステップＳ２１１でカム位相検出済フラグをセットしていないと判定された場合には、推定位相瞬時値Ｔを算出することなく、このルーチンを抜ける。
【００３５】
なお、タイマＴＭ１は、クランク角センサ基準パルス立ち下がりからカム角センサ基準パルス立ち下がりまでの、可能性のある最大時間に若干の余裕を加えた時間である。このタイマ時間内にカム角センサ基準パルス立ち下がり位置が通過しなかった場合には、何らかの原因で当該立ち下がり位置検出に失敗したと判断してルーチンを抜けるようにしている。
【００３６】
図３及び図４を参照すると、バルブタイミング制御部１０Ａの実バルブタイミング位相算出手段により実施されるフローチャートが示されている。
同図のステップＳ３０１では、エンジン１がアイドル運転であるか否かを判別し、アイドル運転であると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ３０２に進み、目標バルブタイミング位相へのフィードバック制御を行っているか否かを判別する。
【００３７】
具体的には、目標バルブタイミング位相が最遅角側にあるか否かを判別し、最遅角にある場合、すなわちＹＥＳで目標バルブタイミング位相へのフィードバック制御を行っていないときにはステップＳ３０３に進み、クランク角センサ９の基準パルスの立ち下がり位置Ｂを通過したか否かを判別し、この立ち下がり位置Ｂを通過していると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ３０４に進んで、フリーランニングカウンタで立ち下がり位置Ｂの通過時刻ＦＲＣ（Ｂ）を記憶し、ステップＳ３０５で後述する振動センサ検出済フラグをクリアし、ステップＳ３０６でバルブ着座信号検出期間タイマＴＭ２をセットしてステップＳ３０７に進む。一方、ステップＳ３０３にて立ち下がり位置Ｂを通過していないと判定された場合には、そのままステップＳ３０７に進む。
【００３８】
ステップＳ３０７では、バルブ着座信号検出期間タイマＴＭ２が０よりも大きいか否かを判別し、ＴＭ２が０よりも大きいと判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ３０８に進んでカウンタを１減算してステップＳ３０９に進む。なお、ステップＳ３０７でＴＭ２が０以下と判定されたときには、後述するステップＳ３１５に進む。
【００３９】
ステップＳ３０９では、振動センサ検出済フラグを既にセットしているか否かを判別し、振動センサ検出済フラグを既にセットしていないと判定された場合、つまりＮＯのときにはステップＳ３１０に進み、振動センサ１４の値ＳＳを取り込み、ステップＳ３１１では、そのピークをみるべくｄＳＳを算出し、ステップＳ３１２に進む。
【００４０】
ステップＳ３１２では、ｄＳＳが所定値よりも大きいか否かを判別し、ｄＳＳが所定値よりも大きいと判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ３１３に進んでフリーランニングカウンタで振動センサ１４の検出時Ｄの時刻ＦＲＣ（Ｄ）を記憶してステップＳ３１４に進み、振動センサ検出済フラグをセットしてこのルーチンを抜ける。
【００４１】
ステップＳ３１５では、振動センサ検出済フラグをセットしているか否かを判別し、振動センサ検出済フラグをセットしている場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ３１６に進み、実位相瞬時値Ｓ１を図示の式から算出してステップＳ３１７に進む。
ステップＳ３１７では、推定バルブタイミング位相との比較にあたり、基準位置を同じにすべく実位相瞬時値Ｓ１に所定補正量を加味することによって、クランク角センサの立ち下がり位置Ｂに対する吸気バルブ１２の閉弁時期Ｄに基づき、実際に検出された実バルブタイミング位相Ｓを求める。そして、ステップＳ３１８では、実位相検知フラグをセットしてこのルーチンを抜ける。
【００４２】
なお、ステップＳ３０１でアイドル運転ではないと判定された場合、ステップＳ３０２でＶＶＴ位相が最遅角ではないと判定された場合、ステップＳ３０９で振動センサ検出済フラグを既にセットしている場合、ステップＳ３１２でｄＳＳが所定値よりも小さいと判定された場合又はステップＳ３１５で振動センサ検出済フラグをセットしていないと判定された場合にも、実位相瞬時値Ｓ１を算出することなくこのルーチンを抜ける。
【００４３】
ここで、上記ステップＳ３１０における振動センサ１４によるセンサ値ＳＳの取り込みは、吸気バルブ１２の閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難い特定条件として、ステップＳ３０１の如くエンジン１のアイドル運転時とし、この特定条件においてステップＳ３０２の如くＶＶＴ最遅角状態で行われ、位相を一定にして実バルブタイミング位相に過渡的要素が含まれないようにされている。
【００４４】
なお、バルブ着座信号検出期間タイマＴＭ２は、クランク角センサ基準パルス立ち下がりからバルブ閉弁着座までの、可能性のある最大時間に若干の余裕を加えた時間である。このタイマ時間内に閉弁着座信号を検出しなかった場合には、何らかの原因で当該信号検出に失敗したと判断してルーチンを抜けるようにしている。すなわち、推定バルブタイミング位相算出におけるタイマＴＭ１と類似の機能を果たしている。
【００４５】
また、振動センサ１４によるセンサ値ＳＳの取り込み時期としては、上記の他、エンジン１が低回転速度のときの如く、計測精度の向上を図ることができる場合であっても良い。
さらに、吸気バルブ１２の閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難い特定条件としては、上記の他、エンジン１が低負荷のとき、若しくは低負荷かつ低回転速度のとき、又はエンジン１の燃料カット運転のときであっても良い。
【００４６】
図５を参照すると、バルブタイミング制御部１０Ａのバルブタイミング補正手段により実施されるフローチャートが示されている。
同図のステップＳ４０１では、推定位相検知フラグをセットしているか否かを判別し、推定位相検知フラグをセットしていると判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ４０２に進み、実位相検知フラグをセットしているか否かを判別し、実位相検知フラグをセットしている場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ４０３に進む。
【００４７】
ステップＳ４０３では、実バルブタイミング位相に基づいて推定バルブタイミング位相を補正すべく、実バルブタイミング位相Ｓと推定バルブタイミング位相Ｔとから補正量瞬時値Ｈ１、つまり、カム角センサ１２ａの取り付け等の誤差を算出し、ステップＳ４０４では、補正量瞬時値Ｈ１をフィルタ処理して補正量Ｈ２ｎを求めてステップＳ４０５に進む。
【００４８】
ステップＳ４０５では、補正量Ｈ２カウンタをインクリメントし、ステップＳ４０６では、推定位相検知フラグ及び実位相検知フラグをともにクリアにしてステップＳ４０７に進む。
ステップＳ４０７では、補正量Ｈ２カウンタが所定値よりも大きいか否か判別し、補正量Ｈ２カウンタが所定値よりも大きいと判定された場合、すなわちＹＥＳのときにはステップＳ４０８に進んで補正量Ｈ２の更新をし、ステップＳ４０９で補正量Ｈ２のカウンタをリセットしてステップＳ４１０に進む。
【００４９】
一方、ステップＳ４０１で推定位相検知フラグをセットしていないと判定された場合、若しくはステップＳ４０２で実位相検知フラグをセットしていないと判定された場合、又はステップＳ４０７で補正量Ｈ２カウンタが所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ４１１に進み、補正量Ｈ２を前回の補正量のままで更新せずにステップＳ４１０に進む。
【００５０】
ステップＳ４１０では、推定バルブタイミング位相Ｔと上記いずれかの補正量Ｈ２とから補正位相瞬時値Ｈを算出する。この補正位相瞬時値Ｈは、実バルブタイミング位相に基づいて推定バルブタイミング位相を補正するための補正バルブタイミング位相に相当し、これにより、カム角センサ１２ａの取り付け等の誤差が除かれる。
【００５１】
このように、補正量Ｈ２は、バルブ閉弁着座振動が検出可能な時には最新値に逐次更新され、当該検出ができない場合には前回の値が用いられる。つまり、制御に用いられるバルブタイミング位相は常に補正量Ｈ２により正確に補正される。
なお、本実施形態では、複数回算出した補正量瞬時値Ｈ１をフィルタ処理して一つの補正量Ｈ２を求めている。補正量Ｈ２カウンタは、一つの補正量Ｈ２を求めるための補正量瞬時値Ｈ１の算出回数に相当する。
【００５２】
図６を参照すると、バルブタイミング制御部１０Ａのバルブタイミング変更調整手段により実施されるフローチャートが示されている。
同図のステップＳ５０１では、エンジン１の回転速度及び負荷等を読み込み、ステップＳ５０２にて目標バルブタイミング位相に相当する目標位相値Ｍを算出し、ステップＳ５０３に進む。
【００５３】
ステップＳ５０３では、補正バルブタイミング位相Ｈと目標バルブタイミング位相Ｍとの差が不感帯幅よりも遅角側にあるか否かを判定し、例えば＋０．３度等の如くの第一の所定値（所定値１）よりも大きい場合には、ステップＳ５０５に進んで進角側に油圧制御してこのルーチンを抜ける。
一方、ステップＳ５０３で補正バルブタイミング位相Ｈと目標バルブタイミング位相Ｍとの差が第一の所定値以下のときには、ステップＳ５０４に進み、補正バルブタイミング位相Ｈと目標バルブタイミング位相Ｍとの差が所定値よりも小さいか否かを判定し、例えば−０．３度等の如くの第二の所定値（所定値２）よりも小さい場合には、ステップＳ５０６に進んで遅角側に油圧制御してこのルーチンを抜ける。
【００５４】
なお、ステップＳ５０４で第二の所定値以上のときには、油圧制御は前回の制御のままでこのルーチンを抜ける。
以上説明した本実施形態の図２乃至図６のフローチャートは、バルブタイミング制御部１０Ａのメインルーチン（演算周期）毎に実施される。
図７は、バルブタイミング制御（ステップＳ２１２、ステップＳ３１６等）のタイムチャートである。
【００５５】
本実施形態のエンジン１は、直列４気筒のものであり、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に点火され、図示のように、＃１気筒のオーバラップ上死点におけるクランク角を０度として設計している。
ここで、まずは設計値にて考えると、クランク角センサ９の基準パルスの立ち下がりは、各気筒のオーバラップ上死点前５度にて発生している。したがって図中のクランク角センサの基準パルス立ち下がり時点Ａは−５度になる。なお、各気筒の排気バルブ１３は、図中点線で示すように、−２１０〜＋３０度の間に固定されて開弁する。これに対し、吸気バルブ１２は、図中実線で示すように、最遅角時には＋１０〜＋２５０度の間で開弁する。また、吸気バルブ１２は、開弁期間及びバルブリフトを一定にしたまま４０度の範囲で進角側に位相を変更することができる。すなわち、図中一点鎖線で示すように、最進角時には−３０〜＋２１０度の間で開弁する。
【００５６】
次に、カム角センサ１２ａの基準パルス立ち下がりは、吸気バルブ１２の最遅角時では図中Ｃrで示すように＋５５度に発生する（最進角時では図中Ｃaで示すように＋１５度に発生する）。したがって、本実施形態では、クランク角センサ基準パルスに対するカム角センサ基準パルスの期間Ｔr（Ａ〜Ｃr）が＋６０度（Ｔa（Ａ〜Ｃa）が＋２０度）となり、これが設計上の推定バルブタイミング位相に相当する。なお、本実施形態の位相は＋２０〜＋６０度であるが、位相とは相対量であり、例えば、＋１００〜＋１４０度の如くでも構わない。
【００５７】
さらに、クランク角センサ９の基準パルスの立ち下がりは、各気筒のオーバラップ上死点前５度でも発生しているので、クランク角センサ９の次の基準パルス立ち下がり位置Ｂでは＋１７５度になる。そして、＃１気筒の吸気バルブ１２の閉弁着座振動は、最遅角時には、図中Ｄrで示すように＋２５０度に発生する（最進角時には、図中Ｄaで示すように＋２１０度に発生する）。したがって、本実施形態では、クランク角センサ基準パルスに対する振動センサ値の取り込みの期間Ｓr（Ｂ〜Ｄr）が＋７５度（Ｓa（Ｂ〜Ｄa）が＋３５度）となり、これが設計上の実バルブタイミング位相に相当する。
【００５８】
そして、このように実バルブタイミング位相の検出が可能な場合には、設計上の推定バルブタイミング位相と設計上の実バルブタイミング位相との差による所定補正量（本実施形態では−１５度）を求め、図４のステップＳ３１７の如く、該補正量に実位相瞬時値Ｓ１を加えることで実バルブタイミング位相Ｓが求まる。
【００５９】
次に、カム角センサ１２ａの取り付け誤差及びベルト等の伸びに対する本実施形態のバルブタイミング制御部１０Ａの作用を説明する。
まず、カム角センサ１２ａの取り付け誤差によって２度遅れた信号が発生され、さらに、ベルト等の伸びによって５度遅れたカムスプロケットの駆動信号が発生されていると仮定する。
【００６０】
ここで、カム角センサ１２ａの取り付け誤差による２度は信号が遅れるだけである。これに対し、ベルト等の伸びによる５度は実際の位相、信号共に遅れることになる。
したがって、カム位相から単に推定バルブタイミング位相を求めただけの場合には、実際の位相は＋６５度、推定バルブタイミング位相は＋６７度となる。つまり、推定バルブタイミング位相が実際の位相よりも２度分遅れた位相を示すことになる。また、カム角センサ１２ａの取り付け誤差の補正を行うべく、目標バルブタイミング位相を強制的に最遅角側にした際の推定バルブタイミング位相を設計上の最遅角値（＋６０度）と読み替えることも考えられる。この場合、実際の位相は＋６５度、推定バルブタイミング位相は＋６０度となる。すなわち、推定バルブタイミング位相は、この取り付け誤差分（＋２度）については正しく補正するものの、逆にベルト等の伸び分（＋５度）を誤補正し、前記実際の位相よりも５度分進んだ位相を示すことになる。つまり、いずれの場合でも、双方の誤差を除くことができない。
【００６１】
そこで、本実施形態のバルブタイミング制御部１０Ａは、これらを解消すべく、実バルブタイミング位相が検出できるときには、この検出値に基づいて推定バルブタイミング位相を補正している。
具体的には、図示のように、まず、目標バルブタイミング位相が＋６０度とされるのに対して、推定バルブタイミング位相が＋６７度として求められる。次に、＃１気筒の吸気バルブ１２は設計上＋２５０度で着座するものであるが、上記のベルトの伸び等によって＋２５５度で着座することになり、このときの実位相瞬時値Ｓ１もまた＋５度分増えて＋８０度と検出される。
【００６２】
しかし、本実施形態では、図４のステップＳ３１７にて示したように、設計上の推定バルブタイミング位相と設計上の実バルブタイミング位相との差による所定補正量が予め算出されていることから、実位相位相瞬時値Ｓ１（＋８０度）にこの所定補正量（−１５度）を加味した実バルブタイミング位相Ｓ（＋６５度）が求められる。
【００６３】
そして、実バルブタイミング位相Ｓ（＋６５度）と推定バルブタイミング位相Ｔ（＋６７度）との差である補正量瞬時値Ｈ１（−２度）が求まり、これが更新されると、推定バルブタイミング位相Ｔ（＋６７度）に補正量瞬時値Ｈ１（−２度）が加味されて補正バルブタイミング位相Ｈ（＋６５度）になり、補正バルブタイミング位相は実際の位相に合致する。よって、カム角センサ１２ａの取り付け誤差やベルト等の伸びによる誤差が除かれる。
【００６４】
すなわち、バルブタイミング制御部１０Ａは、推定バルブタイミング位相のみからフィードバック位相制御の制御量を求めるのではなく、実バルブタイミング位相をも用いた制御量を求めることにより、正しいバルブタイミング位相を求めることができる。そして、前記補正バルブタイミング位相と目標バルブタイミング位相とから位相制御のより正確なフィードバック制御を行うことができる。
【００６５】
ところで、図中に一点鎖線で示すように、最進角時における＃１気筒の吸気バルブ１２の閉弁着座時期Ｄaは、図中に点線で示すように、＃３気筒の排気バルブ１３の閉弁着座時期に重なっていることが分かる。この場合には、本実施形態のバルブタイミング制御部１０Ａは、＃１気筒の吸気バルブ１２の閉弁着座振動にはノイズの影響があり得ることを考慮して、実バルブタイミング位相の検出を行わないこととしている。
【００６６】
以上のように、本発明のバルブタイミング制御装置は、バルブタイミング位相制御において、推定バルブタイミング位相算出手段によるカム位相に基づいて算出される推定バルブタイミング位相（常時検出可）を算出するとともに、実バルブタイミング位相算出手段によるバルブ閉弁着座振動からの実バルブタイミング位相（正確）を用いて推定バルブタイミング位相の補正を行っているので、センサの取り付け誤差、タイミングチェーンのばらつきや伸び等の構造の経年変化による影響が包含されたままの制御量の算出を防ぐことができ、カム位相による推定値を用いたバルブタイミング位相制御と、着座振動による検出値を用いたバルブタイミング位相制御との双方の問題の解決を図り、常により正確なバルブタイミング位相制御を実現することができる。これにより、エンジン性能、排ガス特性、並びに燃焼安定性の向上を図り、燃費やドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００６７】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、吸気バルブ１２の閉弁時期を検出する構成として振動センサ１４を用いているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、ノッキングを検出するノックセンサを利用することもできる。この場合には、上記と同様の効果の他、製造コストの抑制を図ることができる。なお、ノッキングが検出されているときには、バルブ着座振動の検出は禁止される。
【００６８】
また、上記実施形態のカム角センサ１２ａは回転位相を検出するタイプであり、カム位相はカムの位相情報に基づいて求められることになるが、このタイプの他、いわゆる立体カム式であっても良く、この場合のカム位相は、カムの位置情報に基づいて求められることになる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、バルブの閉弁着座振動を検出できる時に算出した正確である実バルブタイミング位相に基づいて更新された或いは以前の補正量によって、常時算出可能である推定バルブタイミング位相を補正し、補正された推定バルブタイミング位相として補正バルブタイミング位相を算出し、常時正確な補正バルブタイミング位相を用いてフィードバック制御を行うので、センサの取り付け誤差、タイミングチェーンのばらつきや伸び等の構造の経年変化、並びにバルブの着座振動信号に対するノイズに影響されることなく、常により正確なバルブタイミング位相に基づいて目標値への調整を行うことができ、エンジン性能、排ガス特性、並びに燃焼安定性の向上を図り、燃費やドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００７０】
また、請求項２記載の発明によれば、バルブタイミング位相へのフィードバック制御が行われていないときの実バルブタイミング位相の算出には、一般に目標バルブタイミング位相が最遅角側に固定され、位相が一定にされていることから、実バルブタイミング位相に過渡的要素が含まれず、バルブタイミング位相制御の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、請求項３記載の発明によれば、閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときには、着座の検知が安定するので、実バルブタイミング位相も安定し、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性を向上させることができる。
さらにまた、請求項４記載の発明によれば、ノッキングが発生しないときに着座を検知して着座の検知の安定化を図り、バルブタイミング位相制御の信頼性を一層向上させることができる。
【００７２】
また、請求項５記載の発明によれば、インジェクタノイズ及びノッキングの影響をともに受けることなく、着座の検知の安定化を図り、バルブタイミング位相制御の信頼性を一層向上させることができる。
さらに、請求項６記載の発明によれば、内燃機関が低回転速度のときには、閉弁着座振動のパルス間隔が長くなり、閉弁着座振動の時間分解能が良好になって高精度の実バルブタイミング位相を求めることができ、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性を向上させることができる。
【００７３】
また、請求項７記載の発明によれば、一のバルブのバルブ着座時期と該一のバルブとは異なる他のバルブのバルブ着座時期とが重ならないときには、着座振動信号に対するノイズの影響を確実に無くして高精度の実バルブタイミング位相を求めることができ、この場合にもバルブタイミング位相制御の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用されるシステム構成図である。
【図２】図１のバルブタイミング制御部における推定バルブタイミング位相算出手段のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図１のバルブタイミング制御部における実バルブタイミング位相算出手段のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図１のバルブタイミング制御部における実バルブタイミング位相算出手段のルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図１のバルブタイミング制御部におけるバルブタイミング補正手段のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図１のバルブタイミング制御部におけるバルブタイミング変更調整手段のルーチンを示すフローチャートである。
【図７】バルブタイミング制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
７エアフローセンサ
８スロットルポジションセンサ
９クランク角センサ
１０ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
１０Ａバルブタイミング制御部
１２吸気バルブ
１２ａカム角センサ
１３排気バルブ
１４振動センサ

Claims

吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを連続可変で調整する手段と、
前記バルブを駆動させるカムのカム位相に基づいて推定バルブタイミング位相を算出する手段と、
前記バルブの閉弁着座振動を検出できるとき、該着座振動の検出によるバルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出する手段と、
前記実バルブタイミング位相に基づいて前記推定バルブタイミング位相を補正すべく、補正バルブタイミング位相を算出する手段と、を備え、
前記開閉タイミングを連続可変で調整する手段は、前記補正バルブタイミング位相を内燃機関の運転条件で決定される目標バルブタイミング位相とすべく、前記開閉タイミングを調整することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記目標バルブタイミング位相へのフィードバック制御が行われていないときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときとは、前記内燃機関が低負荷のときであることを特徴とする請求項３記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記閉弁着座振動のパルスにノイズがのり難いときとは、前記内燃機関の燃料カット運転のときであることを特徴とする請求項３記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、前記内燃機関が低回転速度のときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
前記実バルブタイミング位相を算出する手段は、一のバルブのバルブ着座時期と該一のバルブとは異なる他のバルブのバルブ着座時期とが重ならないときに前記閉弁着座振動を検出し、前記バルブ着座時期に基づいて実バルブタイミング位相を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。