JP2010071188A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの位相の精度を向上する。
【解決手段】ＥＣＵは、ＶＶＴ機構が設けられたエンジンにおいて気筒休止運転を行なうステップ（Ｓ１０４）と、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開するステップ（Ｓ１０８）と、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、インテークバルブの位相を保持しながら、エンジンが停止するように制御するステップ（Ｓ１１０）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図７

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、吸気バルブもしくは排気バルブの位相を変更する可変バルブタイミング機構が設けられたエンジンを制御する技術に関する。

従来より、吸気バルブもしくは排気バルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更するＶＶＴ（Variable Valve Timing）が知られている。一般的に、ＶＶＴにおいては吸気バルブや排気バルブを開閉させるカムシャフトをスプロケットなどに対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータなどのアクチュエータにより回転される。

吸気バルブもしくは排気バルブの位相を変更することによって、吸気バルブおよび排気バルブのオーバーラップを調整することが可能である。そのため、たとえば内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量を増やすことによって、ポンピングロスなどを減らすことが可能である。また、吸気バルブが閉じるタイミングが遅くなるように位相を変更すれば、アトキンソンサイクル（ミラーサイクル）を実現することが可能になる。この場合においても、ポンピングロスを減らすことができる。

複数の気筒のうちの一部の気筒において吸気および排気を休止する気筒休止運転が行なわれる気筒休止システム（可変気筒システム）も、ポンピングロスを減らすことができる技術として知られている。

特開２００２−８９３０７号公報（特許文献１）は、車両が停止し且つ可変気筒エンジンがアイドル運転させられている状態であると判定された場合には、可変気筒エンジンの部分気筒運転を行なうと同時に変速機を中立状態とする車両の制御装置を開示する。

気筒休止システムにおいては、たとえば、ロッカーアームがカムに追従して動かないように、ロッカーアームをカムに対してフリーにすることによって、吸気バルブおよび排気バルブの上下動を休止する。
特開２００２−８９３０７号公報

しかしながら、複数の気筒のうちの一部の気筒に対して設けられたロッカーアームがカムに対してフリーになることによって、気筒休止運転を行なわない場合に比べてカムシャフトに作用するカムトルクが小さくなり得る。また、カムトルクが作用する時期が変化し得る。すなわち、全ての気筒が実働している場合には、カムシャフトが１回転する間にカムトルクが略一定の周期で変動するのに対して、気筒休止運転中には、カムトルクの変動周期が不均一になり得る。そのため、気筒休止運転中には、カムトルクが不安定になり得る。その結果、ＶＶＴ機構ならびに気筒休止システムの両方を備えたエンジンにおいては、気筒休止運転中において、吸気バルブおよび排気バルブの位相の制御性が悪化し得る。よって、位相の精度が悪化し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バルブの位相の精度を向上することができるエンジンの制御装置を提供することである。

第１の発明に係るエンジンの制御装置は、複数の気筒と、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの位相を変更する可変バルブタイミング機構とが設けられたエンジンの制御装置である。この制御装置は、吸気および排気を複数の気筒のうちの一部の気筒において休止するように制御するための休止制御手段と、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、位相を保持しながら、エンジンを停止するように制御するための停止制御手段とを備える。

この構成によると、吸気および排気を複数の気筒のうちの一部の気筒が休止された場合には、休止された気筒において吸気および排気を再開した後に、バルブの位相を保持しながらエンジンが停止される。これにより、エンジンを停止する際、気筒休止運転を行なっている場合に比べてカムトルクが安定した状態においてバルブの位相を保持することができる。そのため、バルブの位相の精度を向上することができるエンジンの制御装置を提供することができる。

第２の発明に係るエンジンの制御装置においては、第１の発明の構成に加え、可変バルブタイミング機構は、モータにより作動する。停止制御手段は、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、モータの回転角がコギングトルクが大きい回転角として定められた回転角となるように制御することによって位相を保持しながら、エンジンを停止するように制御するための手段を含む。

この構成によると、モータのコギングトルクを利用して位相を保持することができる。 第３の発明に係るエンジンの制御装置においては、第１または２の発明の構成に加え、休止制御手段は、エンジンのアイドル時に、吸気および排気を複数の気筒のうちの一部の気筒において休止するように制御するための手段を含む。

この構成によると、エンジンのアイドル時に休止運転が行なわれる。これにより、アイドル時における燃料の消費量を低減することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。

エンジン１０００は、「Ａ」バンク１０１０と「Ｂ」バンク１０１２とに、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンを用いるようにしてもよい。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０押し下げられ、クランクシャフト１０９０が回転する。

シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０とエキゾーストカムシャフト１１３０とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。

インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、位相（開閉タイミング）が制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０がインテーク用ＶＶＴ機構２０００により回転されることにより、インテークバルブ１１００の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。また、インテークバルブ１１００に加えて、エキゾーストバルブ１１１０の位相（開閉タイミング）を変更するようにしてもよい。

インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０４０（図１において図示せず）により作動する。電動モータ２０４０は、ＥＣＵ４０００により制御される。電動モータ２０４０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検知され、ＥＣＵ４０００に入力される。

エンジン１０００には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００に加えて、気筒休止機構３０００が設けられる。気筒休止機構３０００は、たとえば、ロッカーアームがカムに追従して動かないように、ロッカーアームをカムに対してフリーにすることによって、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の上下動を休止する。

インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の上下動が休止されることによって、複数の気筒のうちの一部の気筒において吸気および排気を休止する気筒休止運転が行なわれる。たとえば、８つの気筒のうち、「Ｂ」バンク１０１２の気筒のみにおいて、吸気および排気が休止される。なお、吸気および排気を休止する気筒はこれらに限らない。

インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の上下動が休止された場合には、インジェクタ１０５０からの燃料噴射ならびに点火プラグ１０６０による点火が停止される。

なお、気筒休止運転については、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰り返さない。

ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。

本実施の形態において、ＥＣＵ４０００は、図２に示すように、エンジン回転数ＮＥと負荷ＫＬとをパラメータとしたマップに基づいて、インテークバルブ１１００の位相を決定する。インテークバルブ１１００の位相を決定するためのマップは、水温別に複数記憶される。

以下、インテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。図３に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、プレート２０２０、減速機２０３０、および電動モータ２０４０から構成される。

スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。

プレート２０２０は、ピン２０５０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。プレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、プレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。

プレート２０２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転すると、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

プレート２０２０には、プレート２０２０と減速機２０３０とを連結するための凹部２０２２が、減速機２０３０側の面において複数設けられる。

減速機２０３０は、外歯ギヤ２０３２および内歯ギヤ２０３４から構成される。外歯ギヤ２０３２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。

内歯ギヤ２０３４には、プレート２０２０の凹部２０２２に収容される凸部２０３６が複数形成される。内歯ギヤ２０３４は、電動モータ２０４０の出力軸の軸心２０４４に対して偏心して形成されたカップリング２０４２の偏心軸２０４６を中心に回転可能に支持される。

図３におけるＡ−Ａ断面を、図４に示す。内歯ギヤ２０３４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０３２と噛合うように設けられる。電動モータ２０４０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０４２および内歯ギヤ２０３４は外歯ギヤ２０３２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、プレート２０２０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が保持される。

電動モータ２０４０により、カップリング２０４２が、軸心２０４４を中心に外歯ギヤ２０３２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０３４全体が軸心２０４４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０３４が偏心軸２０４６を中心に自転する。内歯ギヤ２０３４の回転運動により、プレート２０２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０４０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０４０の作動量）が、減速機２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０４０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。

図５を参照して、ＥＣＵ４０００の機能について説明する。なお、以下に説明する機能は、ソフトウェアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。

ＥＣＵ４０００は、休止制御部４００２と、停止制御部４００４とを備える。休止制御部４００２は、気筒休止運転を行なうようにエンジン１０００を制御する。より具体的には、エンジン１０００のアイドル時に、気筒休止運転を行なうようにエンジン１０００を制御する。なお、アイドル時以外に気筒休止運転を行なうようにしてもよい。

停止制御部４００４は、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、すなわち、８つの全ての気筒が実働を開始した後に、インテークバルブ１１００の位相を保持しながらエンジン１０００を停止するように制御する。

たとえば、気筒休止運転の実行中に、イグニッションスイッチ（もしくはスタートスイッチ）がオフにされると、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、インテークバルブ１１００の位相を保持しながらエンジン１０００を停止するように制御される。また、インテークバルブ１１００の位相は、エンジン１０００の始動性が良好となるように定められた位相に保持される。

図６に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた目標の回転角になるように制御することによって、インテークバルブ１１００の位相が保持される。すなわち、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０のコギングトルクを利用して、インテークバルブ１１００の位相が保持される。

図６に示すように、目標の回転角は、コギングトルクが最大になる回転角よりも前であって、コギングトルクが正値となり得る範囲で定められる。

たとえば、予め定められた時間ならびに予め定められた回数だけ電動モータ２０４０を作動することによって、電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた目標の回転角で止まるように制御される。電動モータ２０４０の駆動時間ならびに駆動回数は、たとえばシミュレーションもしくは実験などにより定められる。

なお、インテークバルブ１１００の位相を保持する方法ならびに、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた回転角になるように制御する方法はこれに限らない。

図７を参照して、ＥＣＵ４０００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ４０００は、エンジン１０００がアイドル中であるか否かを判断する。アイドル中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。Ｓ１０２にて、ＥＣＵ４０００は、気筒休止運転を行なう。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１０００は、エンジン１０００を停止するか否かを判断する。たとえば、イグニッションスイッチもしくはスタートスイッチがオフにされると、エンジン１０００を停止すると判断される。エンジンを停止する場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１０００は、気筒休止運転中であるか否かを判断する。気筒休止運転中であると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１０００は、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開する。すなわち、８つの全ての気筒が実働するように制御される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１０００は、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた回転角になるように制御することによってインテークバルブ１１００の位相を保持しながら、エンジン１０００が停止するように制御する。インテークバルブ１１００の位相は、始動性が良好となるように定められた位相に保持される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、エンジン１０００の動作について説明する。

エンジン１０００がアイドル中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、燃料の消費量を抑制すべく、気筒休止運転が行なわれる（Ｓ１０２）。エンジン１０００を停止すると判断されると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、気筒休止運転中であるか否かが判断される（Ｓ１０６）。

ところで、エンジン１０００を停止する際には、次回の始動時に備えて、インテークバルブ１１００の位相を、始動性が良好になるように定められた位相に保持しておくことが望ましい。

そこで、気筒休止運転中である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、ならびに気筒休止運転中でない場合（Ｓ１０６にてＮＯ）のいずれの場合においても、最終的には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた回転角になるように制御することによってインテークバルブ１１００の位相を保持しながら、エンジン１０００が停止するように制御されるる（Ｓ１１０）。

ところが、気筒休止運転においては、複数の気筒のうちの一部の気筒に対して設けられたロッカーアームがカムに対してフリーになることによって、インテークカムシャフト１１２０に作用するカムトルクが変化する。

すなわち、全ての気筒が実働している場合には、インテークカムシャフト１１２０が１回転する間にカムトルクが略一定の周期で変動するのに対して、気筒休止運転中には、カムトルクの変動周期が不均一になり得る。

したがって、気筒休止運転中である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）には、不安定なカムトルクの影響により、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた回転角にならない場合があり得る。そのため、インテークバルブ１１００の位相が、始動性が良好になるように定められた位相とは異なり得る。

そこで、気筒休止運転中であると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気が再開される（Ｓ１０８）。すなわち、８つの全ての気筒が実働するように制御される。

その後、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の電動モータ２０４０の回転角が、コギングトルクが大きくなる回転角として定められた回転角になるように制御することによってインテークバルブ１１００の位相を保持しながら、エンジン１０００が停止するように制御される（Ｓ１１０）。

これにより、エンジン１０００を停止する際に、気筒休止運転中でない場合と同様の条件、すなわち、気筒休止運転を行なっている場合に比べてカムトルクが安定した状態において、インテークバルブ１１００の位相を保持することができる。そのため、インテークバルブ１１００の位相の精度を向上することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

エンジンを示す概略構成図である。 インテークカムシャフトの位相を定めたマップを示す図である。 インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 電動モータのコギングトルクを示す図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０００ エンジン、１０１０ 「Ａ」バンク、１０１２ 「Ｂ」バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１３０ エキゾーストカムシャフト、２０００ インテーク用ＶＶＴ機構、２０１０ スプロケット、２０２０ プレート、２０１０ スプロケット、２０２０ プレート、２０２２ 凹部、２０３０ 減速機、２０３２ 外歯ギヤ、２０３４ 内歯ギヤ、２０３６ 凸部、２０４０ 電動モータ、２０４２ カップリング、２０４４ 軸心、２０４６ 偏心軸、２０５０ ピン、３０００ 気筒休止機構、４０００ ＥＣＵ、４００２ 休止制御部、４００４ 停止制御部、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ。

Claims (3)

1. 複数の気筒と、吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの位相を変更する可変バルブタイミング機構とが設けられたエンジンの制御装置であって、
   吸気および排気を前記複数の気筒のうちの一部の気筒において休止するように制御するための休止制御手段と、
   吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、前記位相を保持しながら、前記エンジンを停止するように制御するための停止制御手段とを備える、エンジンの制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構は、モータにより作動し、
   前記停止制御手段は、吸気および排気を休止した気筒において吸気および排気を再開した後に、前記モータの回転角がコギングトルクが大きい回転角として定められた回転角となるように制御することによって位相を保持しながら、前記エンジンを停止するように制御するための手段を含む、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記休止制御手段は、前記エンジンのアイドル時に、吸気および排気を前記複数の気筒のうちの一部の気筒において休止するように制御するための手段を含む、請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。

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