JP2006138233A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の可変バルブ装置の油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振する事態を回避できるようにする。
【解決手段】 油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミングとの共振が発生しない回転速度領域では、油圧制御弁の駆動周波数を通常の駆動周波数（例えば３００Ｈｚ）で一定にして可変バルブ制御を行い、通常の駆動周波数で共振が発生する回転速度領域では、油圧制御弁の駆動周波数を共振が発生しない周波数（例えば２５０Ｈｚ）に切り替えて可変バルブ制御を行う。この際、油圧制御弁の駆動周波数の切り替え特性にヒステリシスを持たせる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の可変バルブ装置の駆動油圧を油圧制御弁で制御する内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング、リフト量、作用角等を可変する可変バルブ装置を採用したものが増加しつつある。例えば、バルブタイミング（以下「ＶＶＴ」と表記する）を可変制御するＶＶＴ制御装置では、特許文献１（特開平８−７４５３０号公報）に示すように、目標ＶＶＴと実ＶＶＴとの偏差に基づいて油圧制御弁の駆動信号であるデューティ値（駆動パルス幅／駆動パルス周期）を算出し、そのデューティ値によって油圧制御弁を駆動してＶＶＴ制御装置の進角室や遅角室に供給する作動油の流量（油圧）を変化させることで、ＶＶＴを進角又は遅角させるようにしたものが多い。
特開平８−７４５３０号公報（第６頁等）

最近の本発明者らの研究結果によれば、ＶＶＴ制御性を悪化させる原因として、次のような問題点が新たに判明した。図３は、従来のＶＶＴ制御装置において、目標ＶＶＴ、実ＶＶＴ、点火タイミング、電源電圧、油圧制御弁の駆動デューティの経時的変化の一例を示すタイムチャートである。一般に、ＶＶＴ制御装置の電源は、高電圧で駆動する点火系や噴射系と共通の電源（車両に搭載したバッテリ）が用いられているため、点火系や噴射系の電圧印加タイミングである点火タイミングや噴射タイミングで、ＶＶＴ制御装置の電源電圧が瞬間的に低下する現象が発生する。エンジン回転速度等の運転条件が変化しても、油圧制御弁の駆動周波数は一定で変化しないが、点火や噴射によって電源電圧が低下するタイミング（以下「電源電圧低下タイミング」という）はエンジン回転速度によって変化する。このため、特定のエンジン回転速度で、油圧制御弁の駆動パルスと点火、噴射による電源電圧低下タイミングとが重なり合う状態が何回も連続して続いたり、その後に、両者が重ならない状態が何回も連続するという現象が交互に繰り返される状態になる。これにより、特定のエンジン回転速度で、油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振して油圧制御弁の制御電圧が変動して実ＶＶＴと目標ＶＶＴとの偏差（ずれ）が大きくなり、ＶＶＴ制御性が悪化するという問題が発生していた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振する事態を回避することができ、上記共振による可変バルブ制御の制御性の悪化を防止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に、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミング、リフト量、作用角等の少なくとも１つ（以下「バルブ可変量」という）を可変する可変バルブ装置と、前記可変バルブ装置の駆動油圧を制御する油圧制御弁と、前記油圧制御弁をデューティ駆動する制御手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えたものにおいて、前記回転速度検出手段で検出した内燃機関の回転速度に応じて前記油圧制御弁の駆動周波数を変化させるようにしたものである。このようにすれば、油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振しないように内燃機関の回転速度に応じて油圧制御弁の駆動周波数を変化させることが可能となり、上記共振による可変バルブ制御の制御性の悪化を防止することができる。

この場合、請求項２のように、油圧制御弁の駆動周波数の変化特性にヒステリシスを持たせるようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の回転速度の微小振動によって油圧制御弁の駆動周波数が頻繁に切り替えられるチャタリング（ハンチング）現象を防止することができ、油圧制御弁の駆動周波数の制御を安定させることができる。

本発明は、内燃機関の回転速度に応じて油圧制御弁の駆動周波数を連続的若しくは段階的に変化させるようにしたり、或は、請求項３のように、回転速度検出手段で検出した内燃機関の回転速度が油圧制御弁の駆動周波数と点火タイミング又は噴射タイミングとが共振する回転速度領域内に入っているときに油圧制御弁の駆動周波数を上記共振を回避する周波数に切り替えるようにしても良い。このようにすれば、油圧制御弁の駆動周波数の切り替えを、共振が発生する必要最小限の領域のみに限定することができ、現状の可変バルブ装置の制御システムに対しても本発明を容易に実施することができる。

以下、本発明を可変バルブタイミング制御装置に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。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（又はタイミングベルト）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の回転位相（カム軸位相）を変化させて吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミング（バルブ可変量）を可変する可変バルブタイミング装置１８が設けられている。この可変バルブタイミング装置１８の油圧回路には、オイルパン１９内の作動油がオイルポンプ２０により供給され、その油圧を油圧制御弁２１の駆動デューティで制御することで、吸気バルブのバルブタイミングが制御される。油圧制御弁２１は、リニアソレノイド３８に供給される電流に応じて弁体を駆動して各油圧ポートの開度を連続的に変えることによって、可変バルブタイミング装置１８の各進角室３２及び各遅角室３３に供給する作動油量を増減して、吸気バルブのバルブタイミングを可変する。

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を出力するカム角センサ２２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を出力するクランク角センサ２３（回転速度検出手段）が設置されている。これらカム角センサ２２及びクランク角センサ２３の出力信号は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２４に入力され、このＥＣＵ２４によって吸気バルブの実バルブタイミングが演算されると共に、クランク角センサ２３の出力パルスの周波数からエンジン回転速度が演算される。

また、図示しない各種センサ（スロットルセンサ、吸気管圧力センサ、冷却水温センサ等）の出力信号もＥＣＵ２４に入力される。このＥＣＵ２４は、これら各種の入力信号に基づい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を行い（以下「バルブタイミング」を「ＶＶＴ」と表記する）、吸気バルブの実ＶＶＴ（吸気側カム軸１６の実カム軸位相）を目標ＶＶＴ（吸気側カム軸１６の目標カム軸位相）に一致させるように油圧制御弁２１の駆動デューティをフィードバック制御する。

図２に示すように、バッテリボックス４０に設置されたバッテリ４１の電力は、配電ボックス４２を介して各気筒の点火装置４３と燃料噴射弁４４に配電されると共に、油圧制御弁２１にも配電される。このように、油圧制御弁２１の電源は、高電圧で駆動する点火装置４３や燃料噴射弁４４と共通の電源（バッテリ４１）が用いられているため、図４に示すように、点火装置４３や燃料噴射弁４４の電圧印加タイミングである点火タイミングや噴射タイミングで、油圧制御弁２１の電源電圧が瞬間的に低下する現象が発生する。このため、従来のシステムでは、図３に示すように、特定のエンジン回転速度で、油圧制御弁の駆動パルスと点火や噴射によって電源電圧が低下するタイミング（電源電圧低下タイミング）とが重なり合う状態が何回も連続して続いたり、その後に、両者が重ならない状態が何回も連続するという現象が交互に繰り返される状態になる。これにより、特定のエンジン回転速度で、油圧制御弁の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振して油圧制御弁の駆動電圧が変動して実ＶＶＴと目標ＶＶＴとの偏差が大きくなり、ＶＶＴ制御性が悪化するという問題が発生していた。

要するに、従来の制御では、図５（ａ）に示すように、油圧制御弁の駆動周波数を例えば３００Ｈｚで一定にしてＶＶＴ制御を行っているため、例えばＶ型８気筒エンジンの場合、エンジン回転速度が１１２５ｒｐｍ付近、２２５０ｒｐｍ付近、４５００ｒｐｍ付近、９０００ｒｐｍ付近で上記共振が発生してＶＶＴ制御性が悪化するという問題が発生していた。

そこで、本実施例では、図５（ｂ）に示すように、共振が発生しない回転速度領域（以下「非共振領域」という）では、油圧制御弁２１の駆動周波数を通常の駆動周波数である例えば３００Ｈｚで一定にしてＶＶＴ制御を行い、通常の駆動周波数（３００Ｈｚ）で共振が発生する回転速度領域（以下「共振領域」という）では、油圧制御弁２１の駆動周波数を共振が発生しない周波数（例えば２５０Ｈｚ）に切り替えてＶＶＴ制御を行うようにしている。

例えば、Ｖ型８気筒エンジンでは、共振領域は、１１２５±１００ｒｐｍ、２２５０±１００ｒｐｍ、４５００±１００ｒｐｍ、９０００±１００ｒｐｍである。尚、共振領域の幅は、共振ピーク位置±１００ｒｐｍに限定されず、これよりも狭くても広くても良い。共振領域は、エンジン１１の気筒数によって変化する。

更に、本実施例では、図６に示すように、油圧制御弁２１の駆動周波数の切り替え特性にヒステリシスを持たせ、３００Ｈｚ→２５０Ｈｚの切り替えタイミングと、２５０Ｈｚ→３００Ｈｚの切り替えタイミングとを例えば５０ｒｐｍ（これよりも小さくても大きくも良い）だけずらすようにしている。

以上説明した本実施例の油圧制御弁２１の駆動周波数の切り替え制御は、ＥＣＵ２４によって図７の駆動周波数切り替えルーチンに従って実行される。本ルーチンはエンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう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、エンジン回転速度が通常の駆動周波数である３００Ｈｚと共振する“共振領域”であるか否かを判定し、共振領域でなければ、ステップ１０３に進み、油圧制御弁２１の駆動周波数を通常の駆動周波数である３００Ｈｚに維持する（又は図６の駆動周波数切り替え特性に従って油圧制御弁２１の駆動周波数を２５０Ｈｚから３００Ｈｚに切り替える）。

これに対して、上記ステップ１０１で、エンジン回転速度が共振領域であると判定されれば、ステップ１０２に進み、図６の駆動周波数切り替え特性に従って油圧制御弁２１の駆動周波数を３００Ｈｚから２５０Ｈｚに切り替える（又は２５０Ｈｚに維持する）。

以上説明した本実施例では、共振が発生しない回転速度領域（非共振領域）では、油圧制御弁２１の駆動周波数を通常の駆動周波数（３００Ｈｚ）で一定にしてＶＶＴ制御を行い、通常の駆動周波数（３００Ｈｚ）で共振が発生する回転速度領域（共振領域）では、油圧制御弁２１の駆動周波数を共振が発生しない周波数（２５０Ｈｚ）に切り替えてＶＶＴ制御を行うようにしたので、図５（ｂ）に示すように、油圧制御弁２１の駆動周波数と点火、噴射による電源電圧低下タイミング（点火、噴射タイミング）とが共振しないようにエンジン回転速度に応じて油圧制御弁２１の駆動周波数を変化させることが可能となり、上記共振によるＶＶＴ制御の制御性の悪化を防止することができる。

しかも、本実施例では、油圧制御弁２１の駆動周波数の切り替え特性にヒステリシスを持たせるようにしたので、エンジン回転速度の微小振動によって油圧制御弁２１の駆動周波数が頻繁に切り替えられるチャタリング（ハンチング）現象を防止することができ、油圧制御弁２１の駆動周波数の切り替え制御を安定させることができる利点がある。

尚、本実施例では、油圧制御弁２１の通常の駆動周波数を３００Ｈｚとしたが、これ以外の周波数を通常の駆動周波数としても良く、同様に、共振領域の駆動周波数も２５０Ｈｚに限定されず、これ以外の周波数であっても良いことは言うまでもない。

また、本実施例では、通常の駆動周波数で共振が発生する共振領域のみで油圧制御弁２１の駆動周波数を変化させるようにしたが、これ以外の領域でも、エンジン回転速度に応じて油圧制御弁２１の駆動周波数を連続的若しくは段階的に変化させるようにしても良い。

また、本実施例は、本発明を、吸気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置に適用した実施例であるが、本発明を、排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置に適用しても良いことは言うまでもない。また、本発明は、吸気バルブや排気バルブのリフト量、作用角等を可変する可変バルブ装置に適用しても良い。

その他、本発明は、８気筒エンジンに限らず、他の気筒数のエンジンにも適用して実施できる等、種々変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施例における可変バルブタイミング制御システムを概略的に示す図である。 電源供給回路の構成を示すブロック図である。 従来のＶＶＴ制御装置において、目標ＶＶＴ、実ＶＶＴ、点火タイミング、電源電圧、油圧制御弁の駆動デューティの経時的変化の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例において、目標ＶＶＴ、実ＶＶＴ、点火タイミング、電源電圧、油圧制御弁の駆動デューティの経時的変化の一例を示すタイムチャートである。 （ａ）は従来の油圧制御弁の駆動周波数とＶＶＴ制御共振度合いとエンジン回転速度との関係を説明する図であり、（ｂ）は本発明の実施例の油圧制御弁の駆動周波数とＶＶＴ制御共振度合いとエンジン回転速度との関係を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる共振領域における駆動周波数切り替え特性を示す図である。 駆動周波数切り替えルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１６…吸気側カム軸、１７…排気側カム軸、１８…可変バルブタイミング装置（可変バルブ装置）、２０…オイルポンプ、２１…油圧制御弁、２２…カム角センサ、２３…クランク角センサ（回転速度検出手段）、２４…ＥＣＵ（制御手段）、３２…進角室、３３…遅角室

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミング、リフト量、作用角等の少なくとも１つ（以下「バルブ可変量」という）を可変する可変バルブ装置と、
   前記可変バルブ装置の駆動油圧を制御する油圧制御弁と、
   前記油圧制御弁をデューティ駆動する制御手段と、
   内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した内燃機関の回転速度に応じて前記油圧制御弁の駆動周波数を変化させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記油圧制御弁の駆動周波数の変化特性にヒステリシスを持たせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した内燃機関の回転速度が前記油圧制御弁の駆動周波数と点火タイミング又は噴射タイミングとが共振する回転速度領域内に入っているときに前記油圧制御弁の駆動周波数を前記共振を回避する周波数に切り替え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制御装置。

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