JP2011032951A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速時の燃料カット中に、可変バルブタイミング機構のロック位置学習の有無に拘わらず減速度を一定に維持し、ドライバへの違和感を防止する。
【解決手段】減速燃料カット中であるとき、中間ロック位置の学習を実行中であるか否かを調べる（Ｓ１，Ｓ３）。そして、中間ロック位置の学習中でない場合、減速燃料カットで所定の減速度を得られる通常のスロットル開度とし（Ｓ２）、中間ロック位置の学習中である場合には、同程度の減速度を得られるよう減速燃料カット時の通常のスロットル開度よりもスロットル開度が大きくなるよう制御する（Ｓ４）。これにより、減速時の燃料カット中に、可変バルブタイミング機構のロック位置学習の有無に拘わらず減速度を一定に維持することができ、ドライバへの違和感を防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整する可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御装置に関する。

近年、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムを備えたエンジンが実用化されており、このような可変バルブタイミング機構付きエンジンでは、エンジン運転状態に応じて吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更する。

ここで、可変バルブタイミング機構は、一般に、油圧によって駆動される油圧駆動式が採用されることが多く、所定の基準位置で機械的にロックするロック機構を備えており、この基準位置を学習することにより、可変タイミング機構の個体バラツキや経年変化の影響による制御性の低下を防止するようにしている。

例えば、特許文献１には、可変バルブタイミングを最進角位置と最遅角位置の間の基準位置に機械的に係止（ロック）することで、エンジンの始動後油温が低い間は、吸入空気量を確保して内燃機関の始動を容易にする技術が開示されている。

また、特許文献２には、最遅角位置を基準位置として、アイドル時以外に最遅角位置に機械的にロックして最遅角量を学習することで、最遅角量のばらつきを防止する技術が開示されている。

特開平１１−２１０４２４号公報 特開２０００−３２８９６９号公報

ところで、可変バルブタイミング機構のロック位置がアイドル運転時の進遅角位置と異なるシステムでは、アイドル運転時以外にロック位置を学習させる必要があり、エンジンの発生トルクに影響を与え難い運転状態、例えば、減速時の燃料カット実行時にロック位置学習を行うようにしている。

しかしながら、ロック位置学習を減速時に行うと、ロック位置学習をしている場合とロック位置を学習していない場合とでカムタイミングが異なるため、ポンピングロスの相違によって減速度が変化してしまい、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、減速時の燃料カット中に、可変バルブタイミング機構のロック位置学習の有無に拘わらず減速度を一定に維持し、ドライバへの違和感を防止することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整してクランク角に対するカム角を進角又は遅角させる可変バルブタイミング制御機構を有するエンジンの制御装置であって、上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置にロックして上記カム角の位相差を学習するロック位置学習を所定の頻度で実行するロック位置学習部と、上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記ロック位置学習を実行中のスロットル開度を制御するスロットル制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、減速時の燃料カット中に、可変バルブタイミング機構のロック位置学習の有無に拘わらず減速度を一定に維持することができ、ドライバへの違和感を防止することができる。

可変バルブタイミング機構付エンジンの全体構成図 最遅角時と中間ロック時のカムタイミングを示す説明図 減速燃料カット時のスロットル開度を示す説明図 スロットル開度制御ルーチンのフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）である。図１においては、エンジン１は、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）に分割される水平対向型４気筒エンジンを示している。

先ず、エンジン１の吸排気系について説明する。エンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に形成されている。

シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａには、インテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート２ａの直上流に、インジェクタ１１が配設されている。インテークマニホルド３は、各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５に連通されている。

スロットルチャンバ５には、スロットルアクチュエータ１０によって開閉駆動されるスロットルバルブ５ａが介装されている。更に、スロットルチャンバ５の上流に、吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。

一方、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂには、エキゾーストマニホルド１４が連通され、このエキゾーストマニホルド１４の集合部に排気管１５が連通されている。排気管１５には触媒コンバータ１６が介装され、マフラ１７に連通されている。

尚、シリンダヘッド２の各気筒毎には、放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ１２が配設されている、各点火プラグ１２は、イグナイタ内蔵のイグニッションコイル１３に接続されている。

次に、エンジン１の動弁系について説明する。エンジン１の左右バンクの各シリンダヘッド２内には、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、各カム軸１９，２０にクランク軸１ｂの回転が伝達される。このクランク軸１ｂの吸気カム軸１９、排気カム軸２０への回転の伝達は、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して行われる。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気バルブ２５、排気バルブ２６が開閉駆動される。

また、左右バンクの各吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間には、吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回動してクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）を連続的に変更する可変バルブタイミング機構２７がそれぞれ配設されている。可変バルブタイミング機構２７は、周知の油圧駆動式バルブタイミング機構であり、本実施の形態においては、各バンクの吸気カム軸１９側にのみ可変バルブタイミング機構２７が設けられている。すなわち、可変バルブタイミング機構２７は、吸気カムプーリ２３に連結されるハウジング内に、吸気カム軸１９に連結されるベーン体を収納して構成され、このベーン体を油圧によって相対回転させることで、吸気カムプーリ２３に対する吸気カム軸１９の相対回転位相を変更し、排気バルブ２６に対する吸気バルブ２５のバルブタイミングを変更する。

各バンクの可変バルブタイミング機構２７には、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して供給される作動油圧を調整するためのオイルフロー制御弁２８が備えられている。オイルフロー制御弁２８は、例えば電磁スプール弁等からなり、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）５０によってデューティ制御され、可変バルブタイミング機構２７の油圧室（ハウジング内にベーン体によって区画・形成される油圧室）に供給する油圧の大きさを調整する。

すなわち、デューティ制御による通電電流に比例してオイルフロー制御弁２８のスプールが軸方向に移動すると、可変バルブタイミング機構２７の進角室（進角作動の油圧室）、遅角室（遅角作動の油圧室）に連通する各ポートが切換えられ、オイルの流れ方向が切換えられると共にパッセージの開度が調整される。その結果、可変バルブタイミング機構２７の進角室、遅角室に供給する油圧の大きさが調整され、吸気バルブ２５の開閉タイミングが進角或いは遅角側に制御される。

尚、可変バルブタイミング機構２７には、エンジンの始動時等、油圧の低い状態においてバルブタイミングを所定のタイミングに固定すべく、カム軸の回転位相を所定のタイミングに対応する位相にてロックするロック機構が設けられている。このロック機構は、例えばハウジングに設けられるロック穴と、ばね等によって同ロック穴方向に付勢された状態でベーン体に設けられるロックピンとから構成され、ロックピンとロック穴との係合により、ハウジングに対するベーン体の相対回転が機械的にロックされる。本実施の形態においては、最遅角位置と最進角位置との中間の位置にロックされるよう、ロックピンとロック穴との係合位置が設定されている。

次に、エンジン１の状態を検出するセンサ類について説明する。エンジン１の吸気量及び燃料量に係るパラメータ検出用として、吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、吸入空気量センサ３０が介装され、また、図示しないアクセルペダルに、その踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ３１が連設されている。

また、エンジン１の運転状態パラメータの検出用として、オイルパン１ｃに油温センサ３２が臨まされると共に、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３３に水温センサ３４が臨まされている。更に、触媒コンバータ１６の上流側には、空燃比センサ３５が配設されている。

一方、エンジン１の作動位置パラメータの検出用として、クランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３６の外周に、クランク角センサ３７が対設され、各バンクの吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周には、カム位置検出用のカム位置センサ４０がそれぞれ対設されている。

以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ５０は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述のインジェクタ１１、イグニッションコイル１３に内蔵されるイグナイタ、スロットルアクチュエータ１０、可変バルブタイミング機構２７のオイルフロー制御弁２８等に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル制御、バルブタイミング制御等のエンジン制御を行う。

ここで、バルブタイミング制御においては、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、クランク軸１ｂの回転角と吸気カム軸１９の回転角との位相差の制御目標値である目標バルブタイミングを設定すると共に、クランク角センサ３７から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９の実際の回転角との位相差である実バルブタイミングを算出する。そして、この実バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束するよう、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７をフィードバック制御する。

また、ＥＣＵ５０は、所定の条件下で可変バルブタイミング機構２７のロック位置（基準位置）を学習し、可変バルブタイミング機構２７の個体差や温度による影響（エンジンの熱膨張等）等による実バルブタイミングとのずれを防止する。上述したように、可変バルブタイミング機構２７は最遅角位置と最進角位置との中間の位置でロックされるようになっている。この中間ロック位置は、エンジン始動時の排気エミッションを低減する最適点を狙って設定されており、暖機完了後のアイドル時の進角量とは異なる位置である。

すなわち、エンジン始動時は、エンジンが暖まっていないため、燃料が気化し難い。そこで、可変バルブタイミング機構２７のロック位置を暖機完了後のアイドル時よりも進角側に設定して吸気ポートを早期に開き、排気ガスを吸気側に送ることで燃料を気化し易くし、排気エミッションの改善を図るようにしている。

この場合、暖機完了後のアイドル運転時に、可変バルブタイミング機構２７のロック位置学習を行うと、充填効率の低下によってアイドル運転が不安定になる虞がある。そのため、ＥＣＵ５０は、燃焼状態に影響を与え難い（エンジン発生トルクに影響を与え難い）コースティング走行時の燃料カット時（減速燃料カット時）に、可変バルブタイミング機構２７の中間ロック位置を学習するロック位置学習部としての機能を備えている。

この中間ロック位置の学習は、必要最低限の頻度で適宜実行されるが、減速時に可変バルブタイミング機構２７を中間位置でロックして学習を実行すると、中間ロックしていない場合と中間ロックしている場合とで吸気バルブの位相角が異なり、エンジンのポンピングロスが異なることになる。このため、減速燃料カット実行中の減速度が、中間ロック学習の有無によって異なってしまう。

例えば、図２に示すように、減速燃料カット時における遅角時と中間ロック時のバルブタイミング（吸気カムタイミング）を比較すると、図中のＡ部に示すように、圧縮行程では、最遅角時よりも中間ロック時の方が吸気バルブの閉じるタイミングが早くなることから、ポンピングロスが多くなり、減速時の減速度が強まる傾向となる。このため、減速時に中間ロックしていない場合と中間ロックしている場合とでドライバが感じる減速感が異なってしまい、違和感を与える可能性がある。

従って、ＥＣＵ５０は、スロットル制御部の機能として、コースト走行時の減速燃料カット実行中は、可変バルブタイミング機構２７の中間ロック位置学習時のスロットル開度を、中間ロック位置を学習していない場合のスロットル開度よりも大きくなるように制御する。すなわち、図３に示すように、通常、減速燃料カット時には、バルブタイミングは最遅角位置に制御される。これに対して、中間ロック位置学習時には、ＥＣＵ５０は、そのときのスロットル開度θ２を、最遅角位置でのスロットル開度θ１よりも大きくなるようにスロットルアクチュエータ１０を介して制御する。

これにより、本実施の形態においては、吸気行程でスロットル開度が通常より大きい開度となり、吸気抵抗が減ってポンピングロスを少なくすることができる。従って、減速燃料カット時に、中間ロック位置の学習をしているかいないかに拘わらず（カム位相に拘わらず）、減速度を一定に保つことができ、ドライバに違和感を与えることを防止することができる。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図４のフローチャートに示すスロットル開度制御ルーチンを実行して減速燃料カット時のスロットル開度制御を行う。次に、このスロットル開度制御ルーチンについて説明する。

図４に示すスロットル開度制御ルーチンは、所定時間毎或いは所定周期毎に実行されるプログラム処理であり、先ず、ステップＳ１において、現在、減速燃料カットを実行中であるか否かを調べる。その結果、減速燃料カット中でない場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、エンジン運転状態に基づく通常のスロットル開度制御を行ってルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１において減速燃料カット中である場合には、ステップＳ１からステップＳ３へ進み、中間ロック位置の学習を実行中であるか否かを調べる。そして、中間ロック位置の学習中でない場合には、ステップＳ３からステップＳ２の通常のスロットル開度制御へ進んで、減速燃料カットで所定の減速度を得られるスロットル開度に制御してルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ３で中間ロック位置の学習中である場合には、ステップＳ３からステップＳ４の中間ロック時スロットル開度制御へ進み、通常の減速燃料カット時のスロットル開度による減速度と同程度の減速度を得られるよう、通常のスロットル開度よりも大きい開度のスロットル開度となるよう制御してルーチンを抜ける。

このように本実施の形態においては、減速燃料カット時に、可変バルブタイミング機構２７のロック位置学習有りの場合のスロットル開度が、ロック位置学習無しの場合のスロットル開度よりも大きくなるように制御し、ロック位置学習の有無に拘わらず、一定の減速度を得られるように制御している。これにより、コースティング走行時にドライバに与える減速感を一定に維持することができ、ドライバへの違和感を防止することができる。

尚、本実施の形態においては、減速燃料カット時に、中間ロック位置学習中のバルブタイミングが、中間ロック位置学習中でないときのバルブタイミングよりも進角側であるため、ポンピングロスを少なくするためにスロットル開度を大きくなるよう制御しているが、他の実施例として、中間ロック位置学習中のバルブタイミングが中間ロック位置学習中でないときのバルブタイミングよりも遅角側にある場合には、ポンピングロスを多くするためにスロットル開度を小さくなるよう制御することもできる。この実施の形態においても、ロック位置学習の有無に拘わらず、コースティング走行時にドライバに与える減速感を一定に維持することができ、ドライバへの違和感を防止することができる。

１ エンジン
１ｂ クランク軸
５ａ スロットルバルブ
１０ スロットルアクチュエータ
１９ 吸気カム軸
２０ 排気カム軸
２７ 可変バルブタイミング機構
２８ オイルフロー制御弁
５０ 電子制御装置（ロック位置学習部、スロットル制御部）
θ１，θ２ スロットル開度

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整してクランク角に対するカム角を進角又は遅角させる可変バルブタイミング制御機構を有するエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置にロックして上記カム角の位相差を学習するロック位置学習を所定の頻度で実行するロック位置学習部と、
   上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記ロック位置学習を実行中のスロットル開度を制御するスロットル制御部と
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記基準位置が、上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中で上記ロック位置学習が実行されていないときのカム角の位相より進角側にある場合、上記スロットル制御部は、上記ロック位置学習実行中のスロットル開度が上記ロック位置学習が実行されていないときのスロットル開度よりも大きくなるよう制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記基準位置が、上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中で上記ロック位置学習が実行されていないときのカム角の位相より遅角側にある場合、上記スロットル制御部は、上記ロック位置学習実行中のスロットル開度が上記ロック位置学習が実行されていないときのスロットル開度よりも小さくなるよう制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
4. 上記基準位置は、最遅角位置と最進角位置との間で、アイドル運転時の最適位相よりも進角側の位置であることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載のエンジンの制御装置。