JP2013011213A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変バルブタイミング機構の学習制御における誤学習を未然に防止して制御の精度を一層高める。
【解決手段】吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングとなった場合においてＯＣＶ９に入力している制御信号のデューティ比を学習し、以後の可変バルブタイミング制御に使用するシステムにおいて、内燃機関のアイドリングストップの際には学習を禁止することとし、エンジン回転数が低下せずに安定的している状況に限定して学習を行うこととした。これにより、バルブタイミングを真の基準タイミングよりも遅角させてしまう制御信号を学習値として学習することがなく、バルブタイミング制御の応答性の悪化や可変バルブタイミング機構６が故障しているとの誤検知を回避することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関が備えている液圧式可変バルブタイミング機構を制御する制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関について、吸気弁及び／または排気弁のバルブタイミングを可変制御できる液圧式の可変バルブタイミング機構を備えたものが知られている。この種の可変バルブタイミング機構は、液圧ポンプから供給される作動液の流量及び向きを、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）に制御信号を入力して操作し、その作動液圧を用いて吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角または遅角させるものである。

内燃機関を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、吸気弁及び／または排気弁が所定の基準タイミングで開閉している場合にＯＣＶに入力している制御信号を学習値として学習、記憶するとともに、バルブタイミングを基準タイミングから進角または遅角させるときには、前記学習値にその進角量または遅角量に対応した変化量を加味した制御信号をＯＣＶに入力する演算処理を行う（例えば、下記特許文献を参照）。

従来、学習値の学習は、バルブタイミングが基準タイミングとなる都度実施している。しかしながら、バルブタイミングが基準タイミングからずれているにもかかわらず、そのときの制御信号を誤って学習してしまうことがある。

ＥＣＵは、クランクシャフトに付設されたエンジン回転センサの出力するパルス信号と、カムシャフトに付設されたカム角センサの出力するパルス信号とを参照して、内燃機関の各気筒の上死点、及び、ある上死点から次の上死点までの期間内における吸気弁及び／排気弁の相対的な開弁時期を実測している。それ故、エンジン回転が減速している最中に測定されたバルブタイミングは、実際の開閉タイミングよりも進角したものとなる。

このような状況の下で学習機会が発生すると、バルブタイミングを真の基準タイミングよりも遅角させる制御信号を学習値として学習してしまうことから、バルブタイミング制御の応答性の悪化を招いたり、可変バルブタイミング機構が故障していると誤検知したりするおそれがあった。

特に、近時では、信号待ちその他の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を自動的に停止させるアイドリングストップシステムを実装することが普遍化しつつある。学習とアイドリングストップとが重なると、誤学習になる可能性が高い。しかも、アイドリングストップの頻度は小さくない。

特開２００６−１８３５７８号公報

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであって、可変バルブタイミング制御の精度を一層高めることを所期の目的としている。

本発明では、切換制御弁に制御信号を入力して液圧ポンプから供給される作動液の流量及び向きを操作することを通じ、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを変化させることができる液圧式の可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを制御するものであって、吸気弁または排気弁が所定の基準タイミングで開閉している場合において前記切換制御弁に入力している制御信号を学習値として記憶し、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを前記基準タイミングから進角または遅角させるときには、前記学習値にその進角量または遅角量に対応した変化量を加味した制御信号を前記切換制御弁に入力するとともに、内燃機関のアイドリングストップを行う際には吸気弁または排気弁が前記基準タイミングで開閉していたとしても前記学習値の記憶を行わないことを特徴とする制御装置を構成した。

本発明によれば、バルブタイミングが基準タイミングからずれているにもかかわらず学習値の学習を実行してしまうことが抑止され、可変バルブタイミング制御の精度が一層高められる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。

図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。

その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気弁の開閉タイミングを変化させるものである。

可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１１と遅角室６１２とに区画されている。

可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁たるＯＣＶ９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１１または遅角室６１２に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気弁の開閉タイミングを進角または遅角させることができる。

ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１１と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１２と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。

スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。例えば、制御信号ｍのデューティ比が０％で全体的にＯＦＦのとき、スプール９６は最も一端側（図２中左方）に位置して、流路断面積が最大の状態でＢポート９３を供給ポート９１に連通させ、かつＡポート９２をドレインポート９４に連通させるように内部流体経路を設定する。

制御信号ｍのデューティ比が増大するにつれて、ソレノイド９７に吸引されるスプール９６が他端側（図２中右方）に向かって移動する。デューティ比が５０％付近に増大するまでは、ＯＣＶ９の内部流体経路は切り換わらず、デューティ比の増大とともに流路断面積が減少してゆく。

そして、デューティが略５０％となると、スプール９６は中立位置をとり、ＯＣＶ９の内部流体経路を完全に遮断する。尤も、中立位置を実現するデューティ比は、内燃機関や補機の運転状況、環境変化、個体差等により上下するので、常に一定ではない。

制御信号ｍのデューティ比をさらに増大させると、ＯＣＶ９の内部流体経路が切り換わる。つまり、スプール９６が中立位置よりも他端側に変位して、Ａポート９２を供給ポート９１に連通させ、かつＢポート９３をドレインポート９５に連通させるように内部流体経路を設定する。デューティ比の増大とともに流路断面積も増大してゆき、制御信号ｍのデューティ比が１００％で全体的にＯＮとなったとき、スプール９６は最も他端側に位置して、流路断面積が最大の状態となる。

制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１１に供給される一方、既に遅角室６１２に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１１の容積が拡大、遅角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気弁のバルブタイミングが進角化する。

逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１２に供給される一方、既に進角室６１１に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１２の容積が拡大、進角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気弁のバルブタイミングが遅角化する。

総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が大きいほど吸気弁のバルブタイミングが進角し、デューティ比が小さいほど吸気弁のバルブタイミングが遅角する。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度ひいてはエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットル弁３３の開度を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｄ、吸気通路３内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、例えば１０°ＣＡ（クランク角度）毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。

出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｊ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲート弁４４に対して開度操作信号ｌ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気弁の要求バルブタイミング等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

制御装置たるＥＣＵ０は、吸気弁が所定の基準タイミングで開閉している場合にＯＣＶ９に入力している制御信号ｍのデューティ比を学習値として予めメモリに記憶保持しており、吸気弁のバルブタイミングを当該基準タイミングから進角または遅角させるに際して、記憶している学習値にその進角量または遅角量に応じた変化量を加味したデューティ比を演算し、同デューティ比の制御信号ｍをＯＣＶ９に入力する。このような学習制御を行うのは、可変バルブタイミング機構６の組み付け誤差や経年変化等により生ずる個体差に対処するためである。

基準タイミングは一意に限定されないが、本実施形態では、可変バルブタイミング制御上最も吸気弁のバルブタイミングが遅角するときの吸気カムシャフトの変位角を基準タイミングとして扱う。故に、可変バルブタイミング制御では、基準タイミングからどれだけバルブタイミングを進角させるかを決定し、その要求される進角量の分だけ制御信号ｍのデューティ比を増大させるということになる。一般的に、要求される吸気弁のバルブタイミングの進角量は、エンジン回転数が高いほど大きくなる。

ＥＣＵ０は、吸気弁のバルブタイミングの進角量を実測するにあたり、エンジン回転信号ｂ及び排気カム信号ｇを参照する。エンジン回転信号ｂからは各気筒１の上死点を読み取ることができ、排気カム信号ｂからは各気筒１における吸気弁の開弁または閉弁のタイミングを読み取ることができる。吸気弁の開弁または閉弁のタイミングは、ある気筒１の上死点のタイミングと、次の気筒１の上死点のタイミングとの間に訪れる。ＥＣＵ０は、ある気筒１の上死点から吸気弁の開弁または閉弁までの経過時間と、その開弁または閉弁から次の気筒１の上死点までの経過時間とを計測し、双方の経過時間の比率を求めることで吸気弁のバルブタイミングの進角量を得る。

そして、ＥＣＵ０は、エンジン回転数が変動少なく安定し、吸気弁のバルブタイミングが基準タイミングまたはこれに近いタイミングとなっているときの制御信号ｍを学習して記憶する。具体的には、上記の比率が基準タイミングのそれに合致している場合における、制御信号ｍのデューティ比を学習値として記憶する。以後のバルブタイミング制御では、この学習値を基点として、吸気弁のバルブタイミングの進角補正を行う。

但し、内燃機関のアイドリングストップを行う際には、吸気弁が基準タイミングで開閉していたとしても学習値の記憶は行わない。アイドリングストップは、
・車速が所定値（例えば、７ｋｍ／ｈ）以下
・ブレーキペダルが踏まれている
・変速段がＤレンジ（走行レンジ、ＡＴ車の場合）
・バッテリ電圧が十分あり、冷却水温が十分高く暖機不要
・ウィンカーを付けていない、エアコンディショナその他の電気負荷が大きくない
等といった条件がおしなべて成立している場合に実施する。ＥＣＵ０は、このようなアイドリングストップ条件が成立しておらず、エンジン回転数が降下傾向にない（単位時間当たりのエンジン回転数の変化量が閾値以下に収まっている）場合に限り、学習値の学習を行う。

本実施形態では、切換制御弁９に制御信号ｍを入力して液圧ポンプ８２から供給される作動液の流量及び向きを操作することを通じ、吸気弁の開閉タイミングを変化させることができる液圧式の可変バルブタイミング機構６を備えた内燃機関における、吸気弁の開閉タイミングを制御する制御装置０であって、吸気弁が所定の基準タイミングで開閉している場合において前記切換制御弁９に入力している制御信号ｍを学習値として記憶し、吸気弁の開閉タイミングを前記基準タイミングから進角させるときには、前記学習値にその進角量に対応した変化量を加味した制御信号ｍを前記切換制御弁９に入力するとともに、内燃機関のアイドリングストップを行う際には吸気弁が前記基準タイミングで開閉していたとしても前記学習値の記憶を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、アイドリングストップに起因したエンジン回転数の低下によりバルブタイミングの実測値に誤差が発生し、実際にはバルブタイミングが基準タイミングからずれているにもかかわらず学習を実行してしまうことが阻止される。従って、バルブタイミング制御の応答性が悪化したり、可変バルブタイミング機構６が故障していると誤検知したりする問題を有効に回避できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態における内燃機関は、吸気弁側にのみ可変バルブタイミング機構６を実装しており、専ら吸気弁のバルブタイミングが制御対象となっていたが、排気弁側にのみ、または吸排気弁の両方に可変バルブタイミング機構を実装している内燃機関のバルブタイミング制御に本発明を適用することが可能であることは言うまでもない。

また、基準タイミングは最も遅角したバルブタイミングには限定されない。最遅角以外の変位角を基準タイミングとするならば、バルブタイミング制御において、バルブタイミングを基準タイミングから遅角させることが当然あり得る。最も進角したバルブタイミングを基準タイミングとする態様をとることも考えられる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
６…可変バルブタイミング機構
９…切換制御弁（ＯＣＶ）

Claims (1)

1. 切換制御弁に制御信号を入力して液圧ポンプから供給される作動液の流量及び向きを操作することを通じ、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを変化させることができる液圧式の可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁または排気弁の開閉タイミングを制御する制御装置であって、
   吸気弁または排気弁が所定の基準タイミングで開閉している場合において前記切換制御弁に入力している制御信号を学習値として記憶し、
   吸気弁または排気弁の開閉タイミングを前記基準タイミングから進角または遅角させるときには、前記学習値にその進角量または遅角量に対応した変化量を加味した制御信号を前記切換制御弁に入力するとともに、
   内燃機関のアイドリングストップを行う際には吸気弁または排気弁が前記基準タイミングで開閉していたとしても前記学習値の記憶を行わない
   ことを特徴とする制御装置。

Images