JP2010065708A - 電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置 - Google Patents

電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】安定した機関の始動を実現することのできる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置を提供する。
【解決手段】電動可変バルブタイミング調節機構20の制御装置10は、内燃機関のスタータ30と同一のバッテリ40から供給される電力により駆動され、内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを調節する電動可変バルブタイミング調節機構20を機関始動中に制御する。機関始動中にバッテリ40の電圧がスタータ30の始動性が悪化する所定の電圧よりも低くなることを条件に電動可変バルブタイミング調節機構20は吸気バルブ及び排気バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるようにバルブタイミングを保持する。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を調節する電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置に関する。
内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を調節する可変動弁機構として、例えば特許文献1に記載されるように、同機構を駆動する駆動源として電動モータを利用する電動可変バルブタイミング調節機構が知られている(特許文献1)。こうした電動可変バルブタイミング調節機構では通常、吸気バルブと排気バルブとが重複して開いている期間、すなわちバルブオーバーラップ期間を機関始動中にゼロとすることで、燃焼室内から一旦排出された排気ガスが燃焼室内や吸気ポート等に吹き返されることを抑制している。
近年では、機関始動中の燃焼性をさらに向上させる目的から、上記バルブオーバーラップ期間を完全にゼロとするのではなく、吸気バルブの開弁時期をやや進角させるなどして同期間を制御しつつ機関始動を行うようにしている。
特開2004−150397号公報
ところで、こうした電動可変バルブタイミング調節機構は、図6に示されるように、スタータ30(始動装置)や電子制御装置1とバッテリ40(電源)を共有している。このため上述したように、機関始動中にバルブオーバーラップ期間を制御する場合には当然、電動可変バルブタイミング調節機構2を駆動すべくバッテリ40から電力を供給する必要がある。しかしながら、このように機関始動中に電動可変バルブタイミング調節機構2に対して電源40から電力を供給すれば、スタータ30に対して十分な電力を供給することができなくなり、スタータ30の駆動力を低下させてしまうことがある。すなわちこの場合、機関始動中にバルブオーバーラップ期間が制御されることで燃焼性が向上するといった正の効果が生じる他に、上記電動可変バルブタイミング調節機構2に対して電力が供給されることでスタータ30の駆動力が低下してしまい、始動性が悪化するといった負の効果も生じる。そして、こうした始動性を悪化させる負の効果が、燃焼性を向上させる正の効果を上回る場合には、同機構2を駆動することでかえって機関の始動性を悪化させるおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、安定した機関の始動を実現することのできる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置を提供することにある。
以下、上記目的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。
この発明は、内燃機関の始動装置と同一の電源から供給される電力により駆動され、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを調節する電動可変バルブタイミング調節機構を機関始動中に制御する制御装置において、機関始動中に前記電源の電圧が前記始動装置の始動性が悪化する所定の電圧よりも低くなることを条件に前記電動可変バルブタイミング調節機構は前記両バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるようにバルブタイミングを保持することを要旨とする。
ここで、前記所定の電圧は、前記始動装置を駆動するために最低限必要な電圧としてもよいし、前記電源から供給される電力により作動される装置の動作を保証する電圧であってもよい。機関始動中に電動可変バルブタイミング調節機構の駆動を抑制するか否かを判断する電源電圧の閾値として、上記電源から供給される電力により作動される装置の動作を保証する電圧を採用している。このため、始動装置を駆動することができるのは言うまでも無く、上記電源から供給される電力により作動される装置の動作も保証されるため、安定した機関の始動を実現することができる。
また、前記電動可変バルブタイミング調節機構についてこれを前記電源から電力が供給されないときには前記両バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるようにバルブタイミングを保持するものとし、前記制御装置は、前記電動可変バルブタイミング調節機構に対する前記電源からの電力の供給を停止してその駆動を禁止するものであるとした構成を採用することが望ましい。
こうした構成によれば、機関始動中に電源の電圧が始動装置の始動性が悪化する所定の電圧よりも低くなるときには、電動可変バルブタイミング調節機構の駆動が禁止される。このため、上記電動可変バルブタイミング調節機構への電力の供給が低減されることで、始動装置に対して多くの電力が供給されることとなる。したがって、機関始動中に始動装置の駆動力が十分確保されることにより安定した機関の始動を実現することができる。ここで、機関始動中においては機関回転数が低いため、吸気バルブおよび排気バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が長い場合には、燃焼室内から一旦排出された排気ガスが燃焼室内や吸気ポートに吹き返されることで燃焼性が悪化してしまう。このため、電動可変バルブタイミング調節機構の駆動が禁止されてバルブオーバーラップ期間が長くなった場合には燃焼性が悪化するおそれがある。
この点、上記構成によれば、電源から上記電動可変バルブタイミング調節機構に対して電力が供給されないときには上記バルブオーバーラップ期間が最短となるよう保持される。その結果、上記バルブオーバーラップ期間は最短となるため、燃焼性が低下することを抑制することができる。
本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置およびその周辺装置についての電気的構成を示すブロック図。 上記電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置における制御の処理手順を示すフローチャート。 バッテリ電圧の時間変化態様を示すタイムチャート。 本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置における制御の変更例についての処理手順を示すフローチャート。 バッテリ電圧の時間変化態様を示すタイムチャート。 従来の電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置およびその周辺装置についての電気的構成を示すブロック図。
<第1実施形態>
本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置を具体化した第1実施形態について、図1〜図3を参照して詳細に説明する。なお本実施の形態では、電動可変バルブタイミング調節機構の一例として内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを調節するものを例示する。
図1は、本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置としての電子制御装置10およびその周辺装置についての電気的構成を示したブロック図である。
本実施の形態における上記各種装置は、大きくは電子制御装置10(制御装置)、電動可変バルブタイミング調節機構20、スタータ30(始動装置)、およびバッテリ40(電源)によって構成される。バッテリ40としては、例えば最大電圧が14Vの鉛蓄電池式のものを採用している。
スタータ30はスタータモータ32を備えており、機関始動中に上記バッテリ40から供給される電力により駆動力を得て、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトを回転駆動させる。運転者が機関始動を行う場合には、運転席等に設けられるイグニッションスイッチ34をオン状態とすることで、バッテリ40からスタータ30への電力供給が開始される。
電子制御装置10はバッテリ40から供給される電力により作動され、各種センサ50から出力される機関運転状態を示す各種信号に基づいて電動可変バルブタイミング調節機構20等の各種装置を制御する。電子制御装置10は、同図1に示されるように、その内部にバッテリ電圧比較部12を備えている。バッテリ電圧比較部12は、電圧検出器42からの電圧信号に基いて機関始動中におけるバッテリ40の電圧Vaと後述する閾値Veとを比較し、その結果に応じて電動可変バルブタイミング調節機構20に対して駆動許可信号および駆動禁止信号のいずれか一方の信号を出力する。
電動可変バルブタイミング調節機構20は、上記バッテリ40から供給される電力により回転駆動される電動モータ22と、スイッチ24とを備えている。電動モータ22は、機関始動中に上記電子制御装置10から出力される駆動信号に応じて、吸気バルブを開閉駆動するための吸気カムシャフトの回転位相を、クランクシャフトの回転位相に対して進角或いは遅角させるよう調節することで、吸気バルブの開閉タイミングを進角或いは遅角させる機能を備えている。スイッチ24は電子制御装置10から出力される上記駆動許可信号および上記駆動禁止信号のいずれか一方の信号を受けて、バッテリ40から電動モータ22に対して電力を供給するか否かを切り換えるものである。本実施の形態では、初期状態において機関始動開始時に上記電動可変バルブタイミング調節機構20に対して駆動許可信号が出力される状態となっている。また、電子制御装置10からスイッチ24に対して駆動禁止信号が出力された場合、すなわち上記バッテリ40から電動可変バルブタイミング調節機構20への電力供給が停止された場合には、同機構20の備えるロック機構により両バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるよう保持される。
以下、機関始動中に電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動しつづけるか、或いは禁止するかを決定するための手順について、図2のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置10によって機関始動中、つまり機関始動が開始されてから完爆状態となってスタータ30の駆動が停止されるまでの期間において所定の周期をもって繰り返し実行される。
同図2に示されるように、この一連の処理ではまず、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が許可されているか否かが判定される(ステップ100)。本実施形態においては上述したように、初期状態において機関の始動開始時に電動可変バルブタイミング調節機構20に対して駆動許可信号が出力された状態、すなわちスイッチ24がオン状態であってバッテリ40から電動モータ22に対して電力が供給された状態となっている。このため、ステップ100での最初の処理では必ず「YES」となり、その後はステップ110の処理へと進むこととなる。そして次回以降の処理において、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動状態がステップ100にて判定されることとなる。
こうした判定処理を通じて、駆動が許可されている状態であると判定された場合(ステップ100:YES)、現在のバッテリ40の電圧Vaが、予め設定されている閾値Veよりも低いか否かが判定される(ステップ:110)。ここで、上記閾値Veは、電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動しつづけるか禁止するかを決定するための電圧であり、本実施の形態では電子制御装置10の動作を保証するための動作保証電圧Ve(例えば8V)となっている。
この判定処理を通じてバッテリ40の電圧Vaが動作保証電圧Veよりも低い状態である旨判定された場合には(ステップ110:YES)、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止される(ステップ120)。具体的には、電子制御装置10からスイッチ24に対して駆動禁止信号が出力されることで同スイッチ24がオフ状態となり、バッテリ40から上記電動可変バルブタイミング調節機構20への電力の供給が停止される。このようにしてバッテリ40の電圧Vaが閾値Veよりも低いことに基づいて上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止された後、この一連の処理は一旦終了される。
一方、上記判定処理を通じてバッテリ40の電圧Vaが動作保証電圧Veよりも低い状態でない旨判定された場合には(ステップ110:NO)、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が許可される。具体的には、電子制御装置10からスイッチ24に対して駆動許可信号が出力されることで、同スイッチ24のオン状態が継続され、バッテリ40から上記電動可変バルブタイミング調節機構20へ電力が引き続き供給される。このようにしてバッテリ40の電圧Vaが閾値Ve以上であることに基づいて上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が許可された後、この一連の処理は一旦終了される。
また、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が一旦禁止された場合は、機関始動終了まで同機構20の駆動は禁止される(ステップ100:NO、ステップ120)。
以上説明した電動可変バルブタイミング調節機構20の制御に基くバッテリ電圧の変化について、図3を参照して従来技術と比較の上説明する。
図3は、機関始動中におけるバッテリ40の電圧の時間変化を示すものである。なお、実線(a)で示されるものは、バッテリ40の電圧Vaが十分高く、機関始動中において閾値Veを下回らない場合におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。また実線(b)で示されるものは、バッテリの電圧Vaが低い場合であって、本実施形態の電動可変バルブタイミング調節機構20の制御におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。また一点鎖線(c)で示されるものは、上記(b)と同じくバッテリの電圧Vaが低い場合であって、従来の電動可変バルブタイミング調節機構20の制御におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。
バッテリ40からスタータ30へ電力が供給されて機関始動が開始されると、同図3に示されるように、バッテリ40の電圧Vaは、スタータ30や電動可変バルブタイミング調節機構20等へ電力を供給することによりΔVだけ低下する。こうしてバッテリ40の電圧Vaが低下したとしても、バッテリ40の電圧Vaが十分高い場合には同電圧Vaが上述した閾値Veよりも高くなるため(図3(a))、電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動しつつも、スタータ30や電子制御装置10等の装置に対して十分な電力が供給される。このため、これらの装置の作動が不安定となることはない。
一方、バッテリ40の電圧Vaが低い場合には同電圧Vaが上述した閾値Veを下回ることとなる。従来技術(図3(c))においては、この場合も電動可変バルブタイミング調節機構20が引き続き駆動されるため、電子制御装置10やスタータ30等に十分な電力を供給することができない。
これに対して本実施形態(図3(b))では、バッテリ40の電圧Vaが閾値Veを下回ることを条件に電動可変バルブタイミング調節機構20への電力の供給が停止される。このため、バッテリ40の電圧Vaが一旦閾値Veを下回るものの、その直後にバッテリ40の電圧Vaが閾値Veを上回るようになり、上記スタータ30や電子制御装置10等の装置に対して再び十分な電力が供給されることとなる。
<実施形態の効果>
以上詳述したように、本実施形態にかかる電動可変バルブタイミング調節機構20の制御装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(1)機関始動中にバッテリ40の電圧Vaが電子制御装置10の動作を保証する電圧Veよりも低くなることを条件に電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を禁止する。このため、上記電動可変バルブタイミング調節機構20への電力の供給が停止されることで、電子制御装置10やスタータ30等の装置に対して多くの電力が供給されることとなる。したがって、スタータ30を駆動することができるのは言うまでも無く、上記バッテリ40から供給される電力により作動される電子制御装置10の動作も保証されるため、安定した機関の始動を実現することができる。
(2)電子制御装置10は、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を禁止することにより同機構20の駆動を抑制する。よって、簡単な制御により安定した機関の始動を実現することができる。
(3)機関始動中においては機関回転数が低いため、吸気バルブおよび排気バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が長い場合には、燃焼室内から一旦排出された排気ガスが燃焼室内や吸気ポートに吹き返されることで燃焼性が悪化してしまう。このため、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止されてバルブオーバーラップ期間が長くなった場合には燃焼性が悪化するおそれがある。この点本実施形態によれば、バッテリ40から上記電動可変バルブタイミング調節機構20に対して電力が供給されないときであっても、上記バルブオーバーラップ期間が最短となるよう保持される。その結果、上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止された場合であっても、燃焼性が低下することを抑制することができる。
<第2実施形態>
本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置を具体化した第2実施形態について、図4,5を参照して説明する。本実施形態では、機関始動開始時(機関始動を行う前)におけるバッテリ40の電圧Vaが機関始動中に上述した閾値Veを下回るか否かを予測し、電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動するか否かを機関始動開始時に決定する点が第1実施形態と異なっている。なお、電動可変バルブタイミング調節機構20の制御装置は、第1実施形態と同様に図1に示される構成を備えている。以下、相違点を中心に説明する。
同図4に示すように、この処理ではまず、機関始動開始時に現在のバッテリ40の電圧Vaが、後述する閾値Vpよりも低いか否かが判定される(ステップ100)。ここで、上記閾値Vpは、機関始動開始時に電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動するか否かを決定するための電圧である。本実施形態では、上記閾値Vpを、電子制御装置10の動作を保証するための動作保証電圧Veに、機関始動開始時と開始後とのバッテリ40の電圧Vaの低下分ΔVを加えた値(Vp=Ve+ΔV)としている(図5参照)。
上記判定処理を通じてバッテリ40の電圧Vaが閾値Vpよりも低い状態である旨判定された場合には(ステップ200:YES)、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を禁止して機関始動が開始される(ステップ210)。具体的には、電子制御装置10からスイッチ24に対して駆動禁止信号が出力されることで、同スイッチ24がオフ状態となり、バッテリ40から上記電動可変バルブタイミング調節機構20への電力の供給が停止される。この場合も、第1実施形態と同様にバルブオーバーラップ期間が最短となるよう保持される。このようにしてバッテリ40の電圧Vaが閾値Vpよりも低いことに基づいて上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止された後、この処理は終了される。
一方、上記判定処理を通じてバッテリ40の電圧Vaが閾値Vpよりも低い状態でない旨判定された場合には(ステップ200:NO)、電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が許可される。具体的には、電子制御装置10からスイッチ24に対して駆動許可信号が出力されることで、同スイッチ24がオン状態となり、バッテリ40から上記電動可変バルブタイミング調節機構20へ電力が供給される。このようにしてバッテリ40の電圧Vaが閾値Vp以上であることに基づいて上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が許可された後、この一連の処理は終了される。
以上説明した電動可変バルブタイミング調節機構20の制御に基くバッテリ電圧の変化について、図5を参照して従来技術と比較の上説明する。
図5は、図3と同様に機関始動中におけるバッテリ40の電圧の時間変化を示すものである。なお、図5において実線(d)、一点鎖線(e)で示されるものはともに、機関始動時においてバッテリの電圧Vaが低い場合におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。図5における一点鎖線(e)は、図3における一点鎖線(c)と同様のものであり、従来の電動可変バルブタイミング調節機構20の制御におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。一方、図5における直線(d)は、本実施形態の電動可変バルブタイミング調節機構20の制御におけるバッテリ40の電圧Vaの時間変化を示している。
本実施形態では、機関始動開始時にバッテリ40の電圧Vaが上記閾値Vp(Vp=Ve+ΔV)よりも小さい場合には、予め電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を禁止する。このため、図5に示されるように、機関始動にともないバッテリ40の電圧Vaが低下した場合であっても機関始動中にバッテリ40電圧Vaが閾値Veを下回ることはない。
<実施形態の効果>
以上詳述したように、本実施形態にかかる電動可変バルブタイミング調節機構20の制御装置によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
(1)機関始動開始時にバッテリ40の電圧Vaが、電子制御装置10の動作を保証する電圧Veに機関始動中におけるバッテリ40の電圧Vaの低下分ΔVを加えた値、すなわち閾値Vpよりも低いことを条件に電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を禁止する。このため、上記電動可変バルブタイミング調節機構20への電力の供給が予め停止されることで、スタータ30や電子制御装置10に対して多くの電力が供給されることとなる。したがって、スタータ30を駆動することができるのは言うまでも無く、上記電源から供給される電力により作動される電子制御装置10の動作も保証されるため、安定した機関の始動を実現することができる。
<変更例>
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・本発明にかかる電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置の制御対象は、吸気バルブの開閉タイミングを調節する電動可変バルブタイミング調節機構20に限られない。例えば内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの双方の開閉タイミングを調節する電動可変バルブタイミング調節機構や、内燃機関の吸気バルブのリフト量を調節する電動バルブリフト量調節機構であってもよい。要するに、内燃機関の始動装置と同一の電源から供給される電力により駆動され、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を調節する電動可変バルブタイミング調節機構であればよい。
・上記電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動を抑制する制御方法としては、上述したように同機構の駆動を禁止するといったものに限られない。例えば、バッテリの電圧Vaが機関始動中に上記閾値Veよりも低くなる場合に、上記機構へ供給する電力を低く抑えるといった方法を採用してもよい。或いは、バッテリの電圧Vaが機関始動開始時に上記閾値Vpよりも低い場合に、上記機構へ供給する電力を予め低く抑えるといった方法を採用してもよい。要するにバッテリ40の電圧Vaが低いときに、上記電動可変バルブタイミング調節機構20へ供給する電力を低減させることで、スタータ30や電子制御装置10により多くの電力を供給することができればよい。
・上記閾値は、先の実施の形態において例示した電圧Veや電圧Vpに限られない。例えば閾値を、スタータ30(始動装置)を駆動するために最低限必要な電圧Vs(Vs<Ve)としてもよい。この場合も、最低限内燃機関の始動を行うことはできる。また、バッテリ40の電圧Vaが低くなっても、スタータ30を駆動することのできる最低限の電圧Vsまでは電動可変バルブタイミング調節機構20の駆動が禁止しないようにしてもよい。この場合は、機関始動中にバッテリ40の電圧Vaが多少低い場合であっても、電動可変バルブタイミング調節機構20を駆動することにより始動性を向上させつつ、スタータ30を好適に駆動することができる。また機関始動開始時における閾値Vpについては、上記閾値Vsを用いてVq(=Vs+ΔV)としてもよい。要するに、電子制御装置10、電動可変バルブタイミング調節機構20、およびスタータ30等においてそれぞれ消費される電力の大きさに基いて、始動装置の始動性が許容され得る電圧の値を閾値として決めればよい。
1,10…電子制御装置、12…バッテリ電圧比較部、2…電動可変バルブタイミング調節機構、20…電動可変バルブタイミング調節機構、22…電動モータ、24…スイッチ、30…スタータ、32…スタータモータ、34…イグニッションスイッチ、40…バッテリ、42…電圧検出器、50…各種センサ。

Claims (4)

  1. 内燃機関の始動装置と同一の電源から供給される電力により駆動され、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを調節する電動可変バルブタイミング調節機構を機関始動中に制御する制御装置において、
    機関始動中に前記電源の電圧が前記始動装置の始動性が悪化する所定の電圧よりも低くなることを条件に前記電動可変バルブタイミング調節機構は前記両バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるようにバルブタイミングを保持する
    ことを特徴とする電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置。
  2. 前記所定の電圧は、前記始動装置を駆動するために最低限必要な電圧である請求項1に記載の電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置。
  3. 前記所定の電圧は、前記電源から供給される電力により作動される装置の動作を保証する電圧である請求項1に記載の電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置。
  4. 前記電動可変バルブタイミング調節機構は前記電源から電力が供給されないときには前記両バルブが重複して開くバルブオーバーラップ期間が最短となるようにバルブタイミングを保持するものであり、
    前記制御装置は、前記電動可変バルブタイミング調節機構に対する前記電源からの電力の供給を停止してその駆動を禁止するものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動可変バルブタイミング調節機構の制御装置。
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