JP2011001888A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造誤差にかかわらず、機関弁のバルブタイミングが中間位置に固定されているか否かを検知し、中間位置に固定された後に内燃機関を停止する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、機関弁バルブタイミングを中間位置に固定可能なロック機構１４を有する可変バルブタイミング機構１を有し、内燃機関の停止信号が検出され、吸気弁のバルブタイミングを前記中間位置に向けて変更している際に、吸気弁のバルブタイミングの位相変化量が所定値以下になると、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定されたと判定する。そして、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定されたと判定された後に内燃機関を停止する。これによって、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定されているか否かを確実に検知でき、中間位置に固定された後に内燃機関を停止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、機関弁のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の停止時に、吸気弁の開閉時期の位相を進角制御し、吸気弁の開閉時期の位相が中間ロック位相よりも進角したことを検知してから前記進角制御を停止することで、位相固定手段により内燃機関の始動前に吸気弁の開閉時期の位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に固定することが可能な連続可変バルブタイミング調整装置が開示されている。

特開２００２−２１３２６２号公報

しかしながら、この特許文献１においては、位相固定手段の製造時の誤差によって、位相固定手段を構成する溝やピンが設定通りに位置しない場合があり、実際には吸気弁の開閉時期の実位相が中間ロック位相以上に進角していないにもかかわらず、実位相が中間ロック位相よりも進角したと検知して進角制御を停止してしまい、位相固定手段で吸気弁の開閉時期を中間ロック位相に固定できない虞がある。また、この対策として所定のマージンを設けると、前記進角制御の実施期間が相対的に長くなり、内燃機関の停止時間が長引いてしまう虞がある。

そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置は、所定の中間位置に固定可能な中間位置固定手段を有する可変バルブタイミング機構を有し、内燃機関の停止信号が検出され、機関弁のバルブタイミングを前記中間位置に向けて変更している際に、前記機関弁のバルブタイミングの位相変化量が所定値以下になると、前記機関弁のバルブタイミングが前記中間位置に固定されたと判定する。そして、前記機関弁のバルブタイミングが前記中間位置に固定されたと判定された後に内燃機関を停止する。

本発明によれば、製造時の誤差等によって、中間位置固定手段によって固定される中間位置がずれていても、機関弁のバルブタイミングの実際の位相変化から、機関弁のバルブタイミングが中間位置固定手段により中間位置に固定されているか否かを検知できるので、確実に機関弁のバルブタイミングが中間位置に固定された後に内燃機関を停止することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図を模式的に示した説明図。 内燃機関停止時における各種パラメータの変化の様子を示したタイミングチャート。 内燃機関停止時におけるバルブタイミングの位相の変化の様子を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の制御装置の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図であって、内燃機関の吸気側に適用した場合を示している。

内燃機関の制御装置は、作動油の供給を受けてクランクシャフト（図示せず）と吸気カムシャフト（図示せず）の回転位相差を連続的に可変制御して、吸気弁のバルブタイミングを遅進する可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１を有している。この可変バルブタイミング機構１の基本的な構成は、例えば特開２００３−２４７４０３号公報等にも開示されているように公知であるため概略のみを説明する。

この可変バルブタイミング機構１は、図１に示すように、インナロータ２と、インナロータ２に相対回転可能に嵌合するアウタロータ３と、を備えている。

インナロータ２は、内燃機関のシリンダブロックに回転可能に支持された前記吸気カムシャフトの先端部に固定され、前記吸気カムシャフトと連動して一体的に回転する。インナロータ２とともに前記吸気カムシャフトが回転すると、該吸気カムシャフトに設けられたカムにより内燃機関の吸気弁が開閉駆動される。このインナロータ２の外周には、４枚のベーン４が放射状に設けられている。

アウタロータ３は、インナロータ２を覆うようにインナロータ２の外周側に同軸上に配置されている。このアウタロータ３は、複数の取付ボルト５により吸気カムスプロケット（図示せず）に固定されている。そして、この吸気カムスプロケットと内燃機関のクランクシャフトのギヤとにタイミングチェーン又はタイミングベルト等の伝達部材が巻き掛けられ、この伝達部材を経て、アウタロータ３がクランクシャフトに連動して回転する。

アウタロータ３の内周には、インナロータ２のベーン４と同数（４つ）の凸部６が形成されており、隣り合った凸部６の間に形成された凹部７内に個々のベーン４が収容されている。

ベーン４の先端は凹部７の内周と摺接し、凸部６の先端はインナロータ２の外周と摺接している。その結果、インナロータ２及び吸気カムシャフトと、吸気カムスプロケット及びアウタロータ３は、互いに同一の軸心を中心として相対回動可能となる。

また、凹部７には、ベーン４によって区画されることで２つの空間８，９が液密に画成されている。これら２つの空間８，９のうち、ベーン４に対して吸気カムシャフトの回転方向（矢印Ｓ１方向）側の空間８が進角側油圧室、その反対側（矢印Ｓ２方向）の空間９が遅角側油圧室となっている。

インナロータ２内には、位相制御用油路である進角側油路１０と連通している油路１２と、位相制御用油路である遅角側油路１１と連通している油路１３とが形成されている。尚、進角側油圧室８と、遅角側油圧室９に同時に作動油が供給されることはない。

また、インナロータ２とアウタロータ３との間には、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相を所定の中間位相に固定可能な中間位置固定手段としてのロック機構１４（詳細は後述）が設けられている。

可変バルブタイミング機構１は、オイルポンプ１５からの作動油によって駆動される。オイルポンプ１５は、クランクシャフトの回転力に基づき機械的に駆動され、オイルパン１６内の作動油を吸引している。そして、このオイルポンプ１５から、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）１７とオイルスイッチングバルブ（ＯＳＶ）１８に作動油が供給されている。オイルコントロールバルブ１７及びオイルスイッチングバルブ１８は、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１９からの指令に基づいてデューティ制御される制御弁である。

オイルコントロールバルブ１７は、進角側油路１０を介して進角側油圧室８に作動油を供給可能であり、遅角側油路１１を介して遅角側油圧室９に作動油を供給可能となっている。また、オイルスイッチングバルブ１８は、中間位置固定用油路２０を介してロック機構１４のロック解除用油圧室２３（詳細は後述）に作動油を供給可能となっている。

ＥＣＭ１９は、クランク角センサ２１、カム角センサ２２等の各種センサからの検出信号が入力されており、これらの各種センサの検出結果より把握される機関運転状態に基づき、吸気弁のバルブタイミングの目標値（目標吸気バルブタイミング）を逐次更新・算出する。そして、ＥＣＭ１９は、機関運転状態に応じてオイルコントロールバルブ１７へ指令信号を出力し、オイルコントロールバルブ１７の切換制御を実施する。吸気弁のバルブタイミングを進角させる場合には進角側油圧室８に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ１７が切り換えられ、吸気弁のバルブタイミングを遅角させる場合には遅角側油圧室９に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ１７が切り換えられる。尚、可変バルブタイミング機構１による吸気弁のバルブタイミングは、クランク角センサ２１とカム角センサ２２の出力信号に基づいてＥＣＭ１９により検出可能となっている。

オイルコントロールバルブ１７の切換制御により、ベーン４が凹部７内を、機械的に係止される最遅角位相（位置）から最進角位相（位置）の可動範囲内で移動する。最遅角位相は、例えばベーン４が突部６の一方の端面６ａや端面６ａ側のストッパ（図示せず）に突き当たる位置であり、遅角側油圧室９の容積が最も増加する位相である。最進角位相は、例えばベーン４が突部６の他方の端面６ｂや端面６ｂ側のストッパ（図示せず）に突き当たる位置であり、進角側油圧室８の容積が最も増加する位相である。

例えば、最遅角位置では、吸気バルブ閉時期（ＩＶＣ）が吸気下死点よりも大きく遅れるようにし、これによって吸気弁の開期間と排気弁の開期間とが重複しないようにする（バルブオーバーラップをなくす）。また、最進角位置では、吸気弁の閉時期を吸気下死点に近づけ、これによってバルブオーバーラップを大きくする。すなわち、本実施形態の内燃機関は、「最進角位置」及び「最遅角位置」間で吸気バルブタイミング（吸気弁開時期や吸気弁閉時期）が可変可能となる。

ここで、機関始動時には、内燃機関の設計仕様によっては上記の最遅角位置では実圧縮比の低下により良好な始動性を得られないことがあるため、機関始動時のインナロータ１及びアウタロータ２の相対回転位相を最遅角位置よりも進角した中間位置に設定する。つまり、中間位置は、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相の可動範囲の中で、機械的に係止される両端位置である最遅角位置と最進角位置を除く中間的な位置であって、かつ、機能的には、内燃機関の円滑な始動性が得られるように設定された機関始動用の位置である。

つまり、前述のロック機構１４は、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相を、上記の中間位置にメカニカルに保持（固定）するものであって、本実施形態においては、同一構成の２つのロック機構１４、１４によりメカニカルに保持（固定）することが可能となっている。

各ロック機構１４は、インナロータ２の外周部に凹設されたロック解除用油圧室２３と、アウタロータ３の突部４に径方向に移動可能に支持され、インナロータ２の内周部より径方向内側へ突出する先端部が突出姿勢でロック解除用油圧室２３に係合・嵌合するロックキー２４と、を有している。また、各ロックキー２４の背面側には、各ロックキー２４をロック方向である径内方向へ付勢するバネ２５がそれぞれ設けられている。

インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相を所定の中間位置でロックする場合には、ＥＣＭ１９から指令により各ロック解除用油圧室２３に作動油が供給されないように、オイルスイッチングバルブ１８が切り換えられる。ロック解除用油圧室２３内の油圧が低く、かつインナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相が所定の中間位置になると、バネ２５の付勢力によりロックキー２４がロック方向である径内方向へ自動的に移動し、ロック解除用油圧室２３にロックキー２４の先端部が係止することにより、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相がロックされ、インナロータ２及びアウタロータ３は中間位置を保った状態で一体的に回転する。

内燃機関の駆動条件に応じてインナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相を変化させる場合には、ＥＣＭ１９から指令により各ロック解除用油圧室２３に作動油が供給されるように、オイルスイッチングバルブ１８が切り換えられる。各ロック解除用油圧室２３に作動油が供給されることによってロックキー２４の先端部が加圧されるので、ロックキー２４を径外方向に移動してロックが解除される。このようにロックキー２４がロック解除されているとき、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転は可能となり、内燃機関の駆動条件に応じて、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフトの回転位相、つまりアウタロータ３に対するインナロータ２の回転位相位置を、遅角方向（矢印Ｓ１方向）または進角方向（矢印Ｓ２方向）に調整して、吸気弁のバルブタイミングを調整することができる。

そして、本実施形態においては、内燃機関の始動時に予めバルブオーバーラップが設定されているように、可変バルブタイミング機構１による吸気弁のバルブタイミングが所定の中間位置に固定されたと判定された後に、内燃機関を停止している。

図２は、内燃機関停止時における各種パラメータの変化の様子を示したタイミングチャートである。

本実施形態では、アイドル時に、吸気弁のバルブタイミングが最遅角位置となっている。そして、アイドル時でバルブタイミングが最遅角位置になっている状態において、内燃機関の停止信号（イグニッションスイッチオフ）が検出されると、まずロック機構１４により、インナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相を所定の中間位置でロックできるよう、オイルスイッチングバルブ１８が切り換えられる。すなわちロック解除用油圧室２３に作動油が供給されないように、オイルスイッチングバルブ１８が切り換えられる。

オイルコントロールバルブ１７は、オイルスイッチングバルブ１８が切り換えられてから所定時間ｔ経過後に、吸気弁のバルブタイミングを進角させるべく作動させる。すなわち、前記所定時間ｔ経過後に、進角側油圧室８に作動油が供給されるように、オイルコントロールバルブ１７が切り換えられる。つまり、内燃機関の停止信号が検出された際に吸気弁のバルブタイミングを中間位置に向けて変更する停止時位相変更手段は、実質的にはＥＣＭ１９とオイルコントロールバルブ１７によって構成されている。

可変バルブタイミング機構１は、オイルコントロールバルブ１７が切り換えられた後、所定の応答遅れをもって、徐々に最遅角位置から進角する。

そして、吸気弁のバルブタイミングの位相変化量が予め設定されている所定値Δθ以下となった場合に、ロック機構１４によりインナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相が所定の中間位置でロックされたと判定し、燃料噴射を停止して内燃機関が停止する。

このように、本実施形態においては、製造時の誤差等により、ロック機構１４によって固定される中間位置が仮にずれていたとしても、吸気弁のバルブタイミングの実際の位相変化から、吸気弁のバルブタイミングがロック機構１４により中間位置に固定されているか否かが検知できるので、確実に吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定された後に内燃機関を停止することができる。

ここで、本実施形態においては、図３に示すように、オイルコントロールバルブ１７が切り換えられた後、所定時間Ｔ０が経過し、かつ吸気弁のバルブタイミングの位相が最遅角位置よりも進角側の所定値θ０以上なってから、吸気弁のバルブタイミングの位相変化量を算出している。そして、算出された位相変化量が予め設定された所定値Δθ以下となった場合に、ロック機構１４によりインナロータ２及びアウタロータ３の相対回転位相が所定の中間位置でロックされたと判定している。つまり、吸気弁のバルブタイミングの位相変化量を検出する位相変化量検出手段と、ロック機構１４により吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定されたと判定する中間位置固定判定手段とは、実質的にはＥＣＭ１９、クランク角センサ２１及びカム角センサ２２によって構成されている。

本実施形態では、このように可変バルブタイミング機構１により吸気弁のバルブタイミングの位相が確実に進角側に変化を開始してからの位相変化量を用いて、中間位置でロックされたか否かを判定している。

吸気弁のバルブタイミングを中間位置に向けて変更する際には、オイルコントロールバルブ１７が切り換えられてから吸気弁のバルブタイミングが中間位置に向けて動き出すまでにタイムラグが発生する。そのため、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に向けて動き出す前に位相変化量を検出すると、検出された位相変化量が所定値Δθ以下の値となって、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に固定されたと誤って判定される可能性がある。そのため、本実施形態においては、吸気弁のバルブタイミングが中間位置に向けて動き出す前に位相変化量が検出されることが確実に防止されるので、ロック機構１４により吸気弁のバルブタイミングが中間位置でロックされたか否かの判定精度を向上させることができる。

また、進角側油圧室８と遅角側油圧室９への作動油の供給経路と、ロック解除用油圧室２３に供給される作動油の供給経路とが互いに独立しているので、内燃機関の停止時の吸気弁のバルブタイミング進角制御によって、中間位置でロック機構１４により固定することができる。

さらに、ロック機構１４により中間位置で固定されなかった場合に備え、吸気弁のバルブタイミングが所定の中間位置を越えた規定値αに達した場合には、可変バルブタイミング機構１によるバルブタイミングの位相の進角を中止するように設定されている。そのため、過剰なバルブオーバラップによる燃焼悪化を防止することができる。

図４は、本実施形態おける制御の流れを示すフローチャートである。
ステップ（以下、単にＳと記す）１では内燃機関の停止信号が検出されたか否かを判定し、検出された場合にはＳ２へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

Ｓ２では、内燃機関の停止信号が検出をうけて、オイルスイッチングバルブ１８を作動させる。すなわち、ロック解除用油圧室２３に作動油が供給されないようにオイルスイッチングバルブ１８が切り換えられる。

Ｓ３では、ロック解除用油圧室２３に作動油が供給されないようにオイルスイッチングバルブ１８が切り換えられてから予め設定された所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間経過した場合にはＳ４へ進む。

Ｓ４では、吸気弁のバルブタイミングを進角させるべくオイルコントロールバルブ１７を作動させる。すなわち、進角側油圧室１０に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ１７が切り換えられる。

Ｓ５では、進角側油圧室８に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ１７が切り換えられてから、予め設定された所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間経過した場合にはＳ６へ進む。

Ｓ６では、進角側油圧室８に作動油が供給されるようにオイルコントロールバルブ１７が切り換えられてから、吸気弁のバルブタイミングの位相が予め設定された所定値θ０以上変化したか否かを判定し、所定値θ０以上変化した場合にはＳ７へ進む。

Ｓ７では、吸気弁のバルブタイミングの位相変化量が所定値Δθ以下となったか否かを判定し、位相変化量が所定値Δθ以下の場合は、ロック機構１４により中間位置にて吸気弁のバルブタイミングが固定されたものと判定してＳ９へ進み、そうでない場合にはＳ８へ進む。

Ｓ８では、吸気弁のバルブタイミングの位相が、中間位置を越えた規定値αよりも大きいか否かを判定し、規定値αを越えていない場合はＳ７へ進む、規定値を超えている場合には、中間位置にて吸気弁のバルブタイミングが固定されたと判定されてはいないものの、始動時における過剰なバルブオーバーラップの防止や内燃機関停止時の時間短縮の観点から、内燃機関停止時における吸気弁のバルブタイミングの位相のこれ以上の進角を中止するべくＳ９へ進む。

そして、Ｓ９では内燃機関を停止する。

尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は内燃機関の排気側にも適用可能である。つまり、上述した可変バルブタイミング機構１を内燃機関の排気側に設け、クランクシャフト（図示せず）と排気カムシャフト（図示せず）の回転位相差を連続的に可変制御可能として、内燃機関の停止時に排気弁のバルブタイミングが所定の中間位置に確実に固定されるようにしても、上述した実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。但し、排気弁側に設けられた可変バルブタイミング機構１は、アイドル時に、排気弁のバルブタイミングが最進角位置となっており、内燃機関の停止信号が検出されると、この状態（最進角位置）から中間位置に向かって排気弁のバルブタイミングを遅角させることで、中間位置での排気弁のバルブタイミングの固定が可能となっている。

また、内燃機関の吸気側と排気側にそれぞれ可変バルブタイミング機構１を設け、内燃機関の停止時には、吸気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングの双方がそれぞれ中間位置に固定されるようにしてもよい。

１…可変バルブタイミング機構
２…インナロータ
３…アウタロータ
８…進角側油圧室
９…遅角側油圧室
１４…ロック機構
１７…オイルコントロールバルブ
１８…オイルスイッチングバルブ
１９…ＥＣＭ
２３…ロック解除用油圧室
２４…ロックキー

Claims (5)

1. 機関弁のバルブタイミングを最遅角位置と最進角位置との間の所定の中間位置に固定可能な中間位置固定手段を有し、かつ前記機関弁のバルブタイミングを前記最遅角位置と前記最進角位置との間で遅進可能な可変バルブタイミング機構と、
   内燃機関の停止信号が検出された際に前記機関弁のバルブタイミングを前記中間位置に向けて変更する停止時位相変更手段と、
   前記機関弁のバルブタイミングの位相変化量を検出する位相変化量検出手段と、
   前記停止時位相変更手段により前記機関弁のバルブタイミングの位相を変更している際に、前記位相変化量が所定値以下になると、前記中間位置固定手段により前記機関弁のバルブタイミングが前記中間位置に固定されたと判定する中間位置固定判定手段と、を有し、
   前記中間位置固定判定手段により前記機関弁のバルブタイミングが前記中間位置に固定されたと判定された後に内燃機関を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記位相変化量検出手段は、前記停止時位相変更手段により機関弁のバルブタイミングを中間位置に向けて変更を開始してから所定時間経過後、前記機関弁のバルブタイミングの位相変化量を検出す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. 前記位相変化量検出手段は、前記停止時位相変更手段により機関弁のバルブタイミングを中間位置に向けて変更を開始してから前記機関弁のバルブタイミングの位相が所定量以上変化した後、前記機関弁のバルブタイミングの位相変化量を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記機関弁のバルブタイミングが前記中間位置を越えて所定量以上変化した場合には、前記停止時位相変更手段による前記機関弁のバルブタイミングの変更を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記可変バルブタイミング機構は、位相制御用油路を介して供給された作動油によって前記機関弁のバルブタイミングを遅進し、
   中間位置固定手段は、中間位置固定用油路を介して供給された作動油によって前記機関弁のバルブタイミングを前記中間位置に固定するものであって、
   前記位相制御用油路と前記中間位置固定用油路とが互いに独立していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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