JP2008128055A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＶＴの駆動条件が厳しい状況下でバルブリフト量が小リフト設定であるときに生じる問題を、オイルポンプの吐出量を過剰に大きくすることなく解消する。
【解決手段】吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの両方を駆動する条件（エンジン回転数・負荷の変化）が成立したときに、可変バルブリフト機構３００が設置された吸気側のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定し、バルブリフト量が小リフト状態であるときには、排気側（非リフト可変側）ＶＶＴ１００ｅを優先して駆動し、これに遅延して、吸気側（リフト可変側）ＶＶＴ１００ｉを駆動することで、ＶＶＴ１００ｉ，１００ｅの駆動条件が厳しい低回転域において小リフト設定であるときに生じる問題、つまり、リフト可変側に設置の吸気側ＶＶＴ１００ｉと非リフト可変側に設置の排気側ＶＶＴ１００ｅとの応答速度のアンバランスを解消する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）を個別に調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構と、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方のバルブリフト量を調整する可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関の制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、クランクシャフトの回転がタイミングベルト等を介してカムシャフトに伝達される。エンジンの機関バルブ（吸気バルブ・排気バルブ）は、カムシャフトのカムにより周期的に押し下げられて往復動し、吸気通路・排気通路を開閉する。このタイプのエンジンでは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相は常に一定である。これに対し、近年では、エンジンに可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構を搭載している（例えば、特許文献１参照）。可変バルブタイミング機構は、エンジンの出力向上、燃費向上、排気エミッション低減などを目的として、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、機関バルブのバルブタイミングを変更する機構である。

可変バルブタイミング機構としては、例えばヘリカルスプライン式とベーン式の機構がある。これらのうち、ベーン式可変バルブタイミング機構（油圧駆動式）は、例えば、内周面に凹部が形成されたハウジングと、そのハウジングの凹部を２つの油圧室（遅角側油圧室、進角側油圧室）に区画するベーンを有するベーンロータとを備え、前記ハウジングをタイミングベルト等を介してクランクシャフトに連結し、ベーンロータをカムシャフトに連結した状態で、前記遅角側油圧室及び進角側油圧室に供給する油圧をオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）によって制御することにより、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相をずらして機関バルブの開閉タイミングを連続的に変化させる構造となっている。

また、機関バルブの可変動弁機構として、機関バルブの最大リフト量（バルブリフト量）をエンジンの運転状態に応じて可変とする可変バルブリフト機構がある。この可変バルブリフト機構によれば、例えば低回転低負荷域では、吸気バルブの最大リフト量を小さくして吸入空気量を制御することで、スロットルバルブの開度制御によって生ずるポンピングロスを小さくし、燃費の向上をはかることができる。また、高回転高負荷域においては吸気バルブの最大リフト量を大きくし、吸気充填効率の向上により出力の増加を確保することができる。

可変バルブリフト機構としては、例えば、ロッカアーム式の動弁機構において、カムシャフトに設けられたカムとロッカアームとの間に配置され、カムシャフトのカムに当接する入力アームが形成された入力部と、ロッカアームのローラに当接する出力アームが形成された出力部と、入力アームと出力アームとの相対位相を変更する位相変更機構部と、この位相変更機構部を駆動するアクチュエータとを備え、前記位相変更機構部の駆動によって、入力アームと出力アームとの相対位相を変更することで、バルブリフト量及び作用角を調整する可変バルブリフト機構が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

そして、車両等に搭載されるエンジンにおいては、例えば、吸気側及び排気側の両方に油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を設置して、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）をエンジンの運転状態に応じて可変とするとともに、吸気側（または排気側）のみに可変バルブリフト機構を設置して、吸気バルブ（または排気バルブ）のバルブリフト量をエンジンの運転状態に応じて可変とする可変動弁系を構成している。このように、吸気側及び排気側の両方に可変バルブタイミング機構を設置した構成では、吸気側及び排気側の両方の可変バルブタイミング機構を基本的に同時に駆動している。また、単一の機械式オイルポンプを用いて吸気側及び排気側の両方の可変バルブタイミング機構に作動油（潤滑油）を均等に供給している。
特開２０００−０８７７６９号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

ところで、エンジンの吸気側及び排気側の両方に油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を設置し、吸気側（または排気側）のみに可変バルブリフト機構を設置した場合、以下のような点が問題となる。

まず、エンジン回転数が低回転域にあるときには、エンジンの回転で駆動されるオイルポンプの吐出圧が低いため、可変バルブタイミング機構の駆動条件が厳しくなる。このような状況下において、可変バルブリフト機構が設置されている側の吸気バルブ（または排気バルブ）のバルブリフト量が小リフト設定であると、この可変バルブリフト機構が設置される側（リフト可変側）のカムシャフトのトルク変動が小さいため、可変バルブタイミング機構を駆動するのに必要な駆動力は小さくなるが、他方の非リフト可変側の可変バルブタイミング機構を駆動するのに大きな駆動力が必要になる。

このため、小リフト設定のときに、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構を同時に駆動すると、リフト可変側（必要駆動力が小さい側）の可変バルブタイミング機構の応答速度が速く、非リフト可変側（必要駆動力が大きい側）の可変バルブタイミング機構の応答速度が遅くなるという応答速度のアンバランスが生じる。

このような応答速度のアンバランスを解消するには、オイルポンプの吐出量を、応答速度が遅い側の可変バルブタイミング機構を基準として設定すればよいが、そのように設定すると、応答速度が速い側の可変バルブタイミング機構にとっては供給される油圧が過剰になってしまい、オイルポンプ内のフリクションが増大する。また、応答速度が遅い可変バルブタイミング機構に合わせて吐出量の大きなオイルポンプを選定すると、コストアップの要因となる。

本発明は、そのような実情を考慮してなされたもので、吸気側及び排気側の両方に設置される油圧駆動式の可変バルブタイミング機構と、吸気側または排気側のいずれか一方に設置される可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関において、可変バルブタイミング機構の駆動条件が厳しい状況下で、バルブリフト量が小リフト設定であるときに生じる問題（可変バルブタイミング機構の応答速度のアンバランス）を、オイルポンプの吐出量を過剰に大きくすることなく解消することがき、吸気側及び排気側の両方の可変バルブタイミング機構を常に適正に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、吸気側及び排気側の両方に設置される油圧駆動式の可変バルブタイミング機構と、吸気側または排気側のいずれか一方に設置される可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関の制御装置において、前記吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構を駆動する条件が成立したときに、前記可変バルブリフト機構が設置されている側のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記バルブリフト量が低リフト状態であると判定されたときに、前記吸気側と排気側の２つの可変バルブタイミング機構のうち、前記可変バルブリフト機構が設置されていない側の可変バルブタイミング機構を先に駆動し、その後に、他方の可変バルブタイミング機構を駆動する一方、前記判定手段により前記バルブリフト量が低リフト状態でないと判定されたときには、前記吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構を同時に駆動する制御手段とを備えていることを特徴としている。

本発明では、吸気側及び排気側の両方の可変バルブタイミング機構を駆動する際に、可変バルブリフト機構が設置されたリフト可変側のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定し、バルブリフト量が小リフト状態であるときには、非リフト可変側（応答速度が遅い側）の可変バルブタイミング機構を優先して駆動し、これに遅延して、リフト可変側（応答速度が速い側）の可変バルブタイミング機構を駆動しているので、非リフト可変側の可変バルブタイミング機構とリフト可変側の可変バルブタイミング機構との応答速度のアンバランスを解消することが可能になる。これによってオイルポンプの吐出量を、応答速度が遅い側（非バルブ可変側）の可変バルブタイミング機構に合わせるといった過剰な設定を行うことなく、吸気側及び排気側の両方の可変バルブタイミング機構を常に適正に制御することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、オイルポンプの吐出量を適正に設定することが可能になるので、オイルポンプの吐出量を応答速度が遅い側（駆動力が大きい側）の可変バルブタイミング機構に合わせる場合と比較して、オイルポンプのフリクション及びコストを低減することができる。

ここで、本発明において、バルブリフト量が低リフト状態であるか否かを判定する判定基準と、非リフト可変側の可変バルブタイミング機構に対し遅延して駆動するリフト可変側の可変バルブタイミング機構の遅延時間と、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構に油圧を供給するオイルポンプの吐出量の各パラメータは、可変バルブタイミング機構を適正に制御できる条件、具体的には、非リフト可変側の可変バルブタイミング機構の駆動に対し、遅れて駆動するリフト可変側の可変バルブタイミング機構の動作が、その遅れ分を回復して非リフト可変側の可変バルブタイミング機構の動作に追いつくことができるという条件を満足するように設定する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

エンジン１は、車両に搭載されるポート噴射型多気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の突起（歯）１７ａ・・１７ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）３７が配置されている。クランクポジションセンサ３７は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａには冷却水温を検出する水温センサ３１が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（電子制御ユニット）４００によって制御される。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下部には、潤滑油を貯留するオイルパン１８が設けられている。このオイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナ２０（図３参照）を介してオイルポンプ１９によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などに供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、このようにして供給された潤滑油は、エンジン１の各部の潤滑・冷却等のために使用された後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプ１９によって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。また、この例においては、オイルパン１８に貯留された潤滑油を、後述する可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴという）１００ｉ，１００ｅの作動油にも利用している。なお、オイルポンプ１９は、エンジン１のクランクシャフト１５の回転によって駆動される機械式ポンプである。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１３と排気通路１４とが接続されている。吸気通路１３には、エアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３２、吸気温センサ３３（エアフロメータ３２に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットルポジションセンサ３６によって検出される。エンジン１の排気通路１４には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３４及び三元触媒８などが配置されている。

吸気通路１３と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１１が設けられており、この吸気バルブ１１を開閉駆動することにより、吸気通路１３と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１４と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１２が設けられており、この排気バルブ１２を開閉駆動することにより、排気通路１４と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングベルト等を介して伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２の各端部にはそれぞれ吸気側ＶＶＴ１００ｉと排気側ＶＶＴ１００ｅとが設置されている。また、吸気カムシャフト２１と吸気バルブ１１との間に可変バルブリフト機構３００が設置されている。これら吸気側ＶＶＴ１００ｉ、排気側ＶＶＴ１００ｅ、及び、可変バルブリフト機構３００については後述する。

吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の近傍にはそれぞれカムポジションセンサ３８，３９が配置されている。各カムポジションセンサ３８，３９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２に一体的に設けられたロータ外周面の１個の突起（図示せず）に対向するように配置されており、その各カムシャフト２１，２２が回転する際にパルス状の信号を出力する。なお、各カムシャフト２１，２２は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が７２０°回転するごとに各カムポジションセンサ３８，３９が１つのパルス状の信号を発生する。

そして、吸気通路１３には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。インジェクタ２には燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１３内に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によりピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１は運転状態はＥＣＵ４００によって制御される。

−ＶＶＴ−
吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅは、図２及び図３に示すように、略中空円盤状のハウジング１０１と、このハウジング１０１内に回転自在に収容されたベーンロータ１０４とを備えている。ベーンロータ１０４には複数（この例では４枚）のベーン１０５が一体形成されている。ベーンロータ１０４はセンタボルト１０６によって吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）に固定されており、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）と一体となって回転する。

ハウジング１０１の前面側はフロントカバー１０７によって覆われている。これらハウジング１０１とフロントカバー１０７はボルト１０８にてタイミングプーリ１０９に固定されており、ハウジング１０１及びフロントカバー１０７はタイミングプーリ１０９と一体となって回転する。タイミングプーリ１０９は、タイミングベルト１１０を介してクランクシャフト１５に連結される。

ハウジング１０１の内部には、ベーンロータ１０４のベーン１０５と同数の凸部１０２が形成されており、その各凸部１０２間に形成された凹部１０３内にベーンロータ１０４の各ベーン１０５が収容されている。各ベーン１０５の先端面は凹部１０３の内周面に摺動可能に接触している。ベーンロータ１０４は、作動油の圧力をベーン１０５で受けることによりハウジング１０１に対して相対回転する。この相対回転により、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相が変化する。

ハウジング１０１の各凹部１０３には、ベーンロータ１０４のベーン１０５によって区画された２つの空間が形成されている。これら２つの空間のうち、ベーン１０５に対してカムシャフト回転方向（図３の矢印の方向）の後側の空間が進角側油圧室１１１を構成し、カムシャフト回転方向の前側の空間が遅角側油圧室１１２を構成している。

以上の構造のＶＶＴ１００ｉ，１００ｅでは、進角側油圧室１１１内の油圧と遅角側油圧室１１２内の油圧によってベーンロータ１０４がハウジング１０１に対して相対回転する。すなわち、進角側油圧室１１１内の油圧を遅角側油圧室１１２内の油圧よりも高くすると、ベーンロータ１０４はハウジング１０１に対して吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転方向に相対回転する。このとき、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相はクランクシャフト１５の回転位相に対して進められる（進角）。これとは逆に、遅角側油圧室１１２内の油圧を進角側油圧室１１１の油圧よりも高くすると、ベーンロータ１０４はハウジング１０１に対して吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転方向と逆方向に相対回転され、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相はクランクシャフト１５の回転位相に対して遅らされる（遅角）。そして、このような回転位相の調整によって吸気バルブ１１（または排気バルブ１２）のバルブタイミングを可変とすることができる。

次に、進角側油圧室１１１と遅角側油圧室１１２に供給する作動油の油圧を制御する油圧制御系の構成について図３及び図４を参照して説明する。

まず、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅには、その各進角側油圧室１１１と遅角側油圧室１１２とに供給する作動油の油圧を制御するオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）２００ｉ，２００ｅが接続されている。ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅには、オイルポンプ１９によってオイルパン１８からオイルストレーナ２０を介して汲み上げられた潤滑油（作動油）がオイル供給通路１３１を介して供給される。また、各ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅには２つのオイル排出通路１３２，１３３が接続されている。ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅは電磁駆動式の流量制御弁であり、ＥＣＵ４００によって制御される。

ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅは、４ポート弁であって、ケーシング２０１の内部に往復移動可能に配設されたスプール２０２と、スプール２０２に弾性力を付勢する圧縮コイルばね２０３と、電磁ソレノイド２０４とを備えており、電磁ソレノイド２０４に電圧が印加されたときにスプール２０２が吸引されるようになっている。電磁ソレノイド２０４に印加する電圧は、ＥＣＵ４００によってデューティ制御される。電磁ソレノイド２０４が発生する吸引力は印加電圧のデューティ比に応じて変化する。この電磁ソレノイド２０４が発生する吸引力と圧縮コイルばね２０３の付勢力との釣り合いによってスプール２０２の位置が決定される。

そして、スプール２０２が移動することによって、進角側通路１２１及び遅角側通路１２２と、オイル供給通路１３１及びオイル排出通路１３２，１３３との連通量が変化し、進角側通路１２１及び遅角側通路１２２に対して供給される作動油の量、あるいは、これら進角側通路１２１及び遅角側通路１２２から排出される作動油の量が変化する。

例えば、吸気側のＯＣＶ２００ｉは、電磁ソレノイド２０４に印加される電圧のデューティ比が大きいほど、進角側通路１２１に供給される作動油の供給量が多くなって吸気カムシャフト２１の回転位相が進角される。一方、デューティ比が小さいほど、遅角側通路１２２に供給される作動油の供給量が多くなって吸気カムシャフト２１の回転位相が遅角される。このようにして進角側油圧室１１１及び遅角側油圧室１１２内の油圧を調整することにより、ベーンロータ１０４の回転位相（クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１の回転位相）を調整することができ、これによって図５に示すように、吸気バルブ１１のバルブタイミングを最遅角位置から最進角位置までの範囲で任意に調整することができる。なお、排気側のＯＣＶ２００ｅについても、吸気側のＯＣＶ２００ｉと同様にデューティ制御され、排気バルブ１２のバルブタイミングを最進角位置から最遅角位置までの範囲で任意に調整することができる。ただし、遅角と進角との関係が吸気側のＯＣＶ２００ｉの場合とは逆になる。

以上の吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの制御（ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅの制御）は、ＥＣＵ４００によって、エンジン１の運転状態（例えばエンジン回転数・負荷）に基づいて、各ＶＶＴ１００ｉ，１００ｅに対しそれぞれ個別に設定されたマップを参照して制御される。

−可変バルブリフト機構−
可変バルブリフト機構３００は、吸気バルブ１１のバルブリフト量（最大リフト量）及び作用角を連続的に変更するための機構であって、吸気カムシャフト２１の吸気カム２１１とロッカアーム２３との間に配設されている。

この例の可変バルブリフト機構３００は、図６に示すように、吸気カムシャフト２１のカム２１１に当接する入力アーム３０１ａが形成された入力部３０１、ロッカアーム２３のローラ２３ａに当接する出力アーム３０２ａが形成された出力部３０２、入力アーム３０１ａと出力アーム３０２ａとの相対位相を変更する位相変更機構部、及び、この位相変更機構部を駆動するアクチュエータ３０３（図８）などによって構成されている（例えば特開２００１−２６３０１５号公報参照）。

このような構成の可変バルブリフト機構３００において、吸気カムシャフト２１のカム２１１によって入力アーム３０１ａが揺動されると、その揺動が出力アーム３０２ａを介してロッカアーム２３に伝達され、このロッカアーム２３が揺動されることによって吸気バルブ１１が開閉される。そして、アクチュエータ３０３による位相変更機構部の駆動によって、入力アーム３０１ａと出力アーム３０２ａとの相対位相が大きく設定されると、ロッカアーム２３の揺動量が増大して吸気バルブ１１のバルブリフト量及び作用角も増大される。一方、入力アーム３０１ａと出力アーム３０２ａとの相対位相が小さく設定されると、ロッカアーム２３の揺動量が減少し、吸気バルブ１１のバルブリフト量及び作用角も減少される。

このように、入力アーム３０１ａと出力アーム３０２ａとの相対位相が変更されることで、図７に示すように、吸気バルブ１１のバルブリフト量は、上限リフト量ＶＬｍａｘから下限リフト量ＶＬｍｉｎまでの範囲において連続的に変更される。また、この最大リフト量の連続的な変更に同期して、吸気バルブ１１の作用角も連続的に変更される。より具体的には、上限リフト量ＶＬｍａｘにおいて作用角が最大となり、最大リフト量ＶＬが小さくなるほど作用角も短くなっていく。そして、下限リフト量ＶＬｍｉｎにおいて作用角が最小となる。なお、作用角とは、吸気バルブ１１の開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでの角度範囲である。

以上の構造の可変バルブリフト機構３００のアクチュエータ３０３はＥＣＵ４００によって駆動制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ４００は、図８に示すように、ＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３及びバックアップＲＡＭ４０４などを備えている。ＲＯＭ４０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ４０３はＣＰＵ４０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ４０４はエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、及び、バックアップＲＡＭ４０４はバス４０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース４０５及び出力インターフェース４０６と接続されている。

入力インターフェース４０５には、水温センサ３１、エアフロメータ３２、吸気温センサ３３、Ｏ₂センサ３４、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ３５、スロットルポジションセンサ３６、クランクポジションセンサ３７、及び、カムポジションセンサ３８，３９などの各種センサが接続されている。出力インターフェース４０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、ＯＣＶ２００ｉ，２００ｅ、及び、可変バルブリフト機構３００のアクチュエータ３０３などが接続されている。

そして、ＥＣＵ４００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ２の噴射時期制御及び点火プラグ３の点火時期制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ４００は、エンジン１の運転状態に応じて可変バルブリフト機構３００を駆動制御し、さらにＥＣＵ４００は下記の「ＶＶＴの駆動制御」を実行する。

−ＶＶＴ駆動制御−
この例のエンジン１では、吸気側及び排気側の両方に油圧駆動式の吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅを設置するとともに、吸気側のみに可変バルブリフト機構３００を設置しているので、エンジン回転数が低回転域にあるときに、以下のような点が問題となる。

まず、エンジン回転数が低回転域にあるときには、エンジン１の回転で駆動されるオイルポンプ１９の吐出圧が低いため、ＶＶＴ１００ｉ，１００ｅの駆動条件が厳しくなる。このような状況下において、可変バルブリフト機構３００によって吸気バルブ１１が小リフト状態に設定されていると、吸気カムシャフト２１の駆動変動が小さくなるため、可変バルブリフト機構３００が設置された側（リフト可変側）の吸気側ＶＶＴ１００ｉを駆動するのに必要な駆動力は小さくなるが、他方の非リフト可変側の排気側ＶＶＴ１００ｅを駆動するのに大きな駆動力が必要になる。

ここで、この例では、図４に示すように、単一の機械式オイルポンプ１９を用いて吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの両方に作動油（潤滑油）を均等に供給するようにしているので、吸気バルブ１１のバルブリフト量が小リフト設定であると、必要駆動力が小さい吸気側ＶＶＴ１００ｉの応答速度が速く、必要駆動力が大きい排気側ＶＶＴ１００ｅの応答速度が遅くなるという応答速度のアンバランスが生じる。

このような応答速度のアンバランスを解消するための具体的な制御（ＶＶＴ駆動制御）の一例を図９のフローチャートを参照して説明する。なお、図９のＶＶＴ駆動制御ルーチンはＥＣＵ４００において所定時間（例えば数ｍｓ）毎に繰り返して実行される。

まず、ステップＳＴ１において、エンジン回転数・負荷が変化したか否かを判定し、エンジン回転数または負荷のいずれか一方もしくは双方が変化したときには、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの両方の駆動が必要であると判断してステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ１の判定結果が否定判定である場合はこのルーチンを一旦抜ける。

なお、エンジン回転数は、クランクポジションセンサ３７の出力信号から読み込む。また、負荷は、例えばエアフロメータ３２の検出信号から得られる吸入空気量などに基づいて検出する。

ステップＳＴ２において、吸気バルブ１１のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定する。このステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ５に進み、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの両方を同時に駆動した後、このルーチンを一旦抜ける。なお、吸気バルブ１１のバルブリフト量は、吸気側に設置している可変バルブリフト機構３００の制御指令信号から認識する。

一方、ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定である場合、つまり、吸気バルブ１１のバルブリフト量が小リフト状態である場合には、まずは、排気側ＶＶＴ１００ｅ（可変バルブリフト機構３００が設置されていない側のＶＶＴ）を先に駆動し（ステップＳＴ３）、この後、所定時間遅延して、吸気側ＶＶＴ１００ｉ（可変バルブリフト機構３００が設置されている側のＶＶＴ）を駆動する（ステップＳＴ４）。このようなＶＶＴ制御を実行した後に、このルーチンを一旦抜ける。

なお、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの駆動とは、各ＶＶＴ１００ｉ，１００ｅがそれぞれ所定の進角位相（または遅角位相）に保持されている状態（例えばＯＣＶ２００ｉ，２００ｅの電磁ソレノイド２０４への印加電圧のデューティ比が略５０％の状態）から、進角側油圧室１１１または遅角側油圧室１１２に供給する作動油の供給量を多くして、各カムシャフト２１，２２の回転位相を保持位相から進角または遅角する動作のことである。

以上のように、この例のＶＶＴ駆動制御では、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅの両方を駆動する条件（エンジン回転数・負荷の変化）が成立したときに、可変バルブリフト機構３００が設置された吸気側のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定し、バルブリフト量が小リフト状態であるときには、排気側ＶＶＴ１００ｅ（非リフト可変側のＶＶＴ）を先に駆動し、これに遅延して、吸気側ＶＶＴ１００ｉ（リフト可変側のＶＶＴ）を駆動しているので、ＶＶＴ１００ｉ，１００ｅの駆動条件が厳しい低回転域において小リフト設定であるときに生じる問題、つまり、リフト可変側に設置の吸気側ＶＶＴ１００ｉと非リフト可変側に設置の排気側ＶＶＴ１００ｅとの応答速度のアンバランスを解消することができる。これによって、オイルポンプ１９の吐出量を応答速度が遅い排気側ＶＶＴ１００ｅに合わせるといった過剰な設定を行うことなく、吸気側ＶＶＴ１００ｉ及び排気側ＶＶＴ１００ｅを常に適正に制御することが可能になる。

このように、この例では、オイルポンプ１９の吐出量を適正に設定することが可能になるので、オイルポンプ１９の吐出量を応答速度が遅い排気側ＶＶＴ１００ｅに合わせる場合と比較して、オイルポンプ１９のフリクション及びコストを低減することができる。

ここで、可変バルブリフト機構３００のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定する判定基準（ステップＳＴ２に設定する判定基準）と、排気側（非リフト可変側）ＶＶＴ１００ｅに対し遅延して駆動する吸気側（リフト可変側）ＶＶＴ１００ｉの遅延時間と、オイルポンプ１９の吐出量とは相互に関係し合うパラメータであるので、これら小リフト判定基準、遅延時間、オイルポンプ１９の吐出量、及び、排気側ＶＶＴ１００ｅの必要駆動力の相互関係を考慮し、オイルポンプ１９の吐出量が適正となるように、その各パラメータを予め実験・計算等によって決定すればよい。

具体的には、排気側（駆動速度が遅い側）ＶＶＴ１００ｅの駆動に対し、遅れて駆動する吸気側（駆動速度が速い側）ＶＶＴ１００ｉの動作が、その遅れ分を回復して排気側ＶＶＴ１００ｅの動作に追いつくことができるという条件、及び、オイルポンプ１９の吐出量を低減して適正化することが可能な条件を満足するように、小リフト判定基準、遅延時間及びオイルポンプ１９の吐出量を各パラメータを実験・計算等によって適合するという方法で決定する。

−他の実施形態−
以上の例では、可変バルブリフト機構を吸気側のみに設置した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、排気側のみに可変バルブリフト機構を設置したエンジンにも適用することができる。

この場合、排気バルブのバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定し、バルブリフト量が小リフト状態であるときには、吸気側（非リフト可変側）のＶＶＴを優先して駆動し、これに遅延して排気側（リフト可変側）のＶＶＴを駆動するようにすればよい。

また、エンジンの吸気側または排気側に設置する可変バルブリフト機構としては、図６に示した構造に限られることなく、例えば特開２０００−０８７７６９号公報に記載された構造などの他の任意の構造の可変バルブリフト機構であってもよい。なお、特開２０００−０８７７６９号公報に記載の構造では、カムシャフトのカムのプロフィールを、カムシャフトの軸方向に連続的に変化する傾斜形状とし、カムシャフトを軸方向に移動させ、カム傾斜面の軸方向のどの領域でバルブをリフトさせるかを適宜に設定することでバルブリフト量を可変としている。

以上の例では、ベーン式ＶＶＴを搭載したエンジンの制御について説明したが、これに替えて、例えばヘリカルスプライン式ＶＶＴ等の他の油圧駆動式のＶＶＴを搭載したエンジンの制御にも本発明を適用することができる。

以上の例では、ポート噴射型ガソリンエンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジンにも適用可能である。また、直列多気筒ガソリンエンジンのほか、Ｖ型多気筒ガソリンエンジンにも本発明を適用することができる。

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンに搭載するＶＶＴの分解斜視図である。 図２のＶＶＴの断面図及びそのＶＶＴの油圧制御系の概略構成図を併記して示す図である。 ＶＶＴの油圧制御系の概略構成を示すブロック図である。 ＶＶＴによる吸気・排気バルブの開閉タイミングの変化を示す図である。 可変バルブリフト機構の概略構成図である。 可変バルブリフト機構による吸気・排気バルブの最大リフト量及び作用角の変化を示す図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ＥＣＵが実行するＶＶＴ駆動制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１５ クランクシャフト
１８ オイルパン
１９ オイルポンプ
２０ ストレーナ
２１ 吸気カムシャフト
２２ 排気カムシャフト
１００ｉ 吸気側ＶＶＴ
１００ｅ 排気側ＶＶＴ
１０９ タイミングプーリ
１１０ タイミングベルト
１１１ 進角側油圧室
１１２ 遅角側油圧室
２００ｉ，２００ｅ ＯＣＶ
３００ 可変バルブリフト機構
３０３ アクチュエータ
４００ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 吸気側及び排気側の両方に設置される油圧駆動式の可変バルブタイミング機構と、吸気側または排気側のいずれか一方に設置される可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構を駆動する条件が成立したときに、前記可変バルブリフト機構が設置されている側のバルブリフト量が小リフト状態であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記バルブリフト量が低リフト状態であると判定されたときに、前記吸気側と排気側の２つの可変バルブタイミング機構のうち、前記可変バルブリフト機構が設置されていない側の可変バルブタイミング機構を先に駆動し、その後に、他方の可変バルブタイミング機構を駆動する一方、前記判定手段により前記バルブリフト量が低リフト状態でないと判定されたときには、前記吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング機構を同時に駆動する制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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