JP3772699B2 - 機関作動特性変更手段のロック防止作動制御方法 - Google Patents

機関作動特性変更手段のロック防止作動制御方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の作動特性を変更する技術に係わり、特に吸気圧縮比の可変制御により内燃機関の作動特性を変更すべく第一と第二の作動状態の間に変化するようになっている機関作動特性変更手段が、その第一の作動状態にロック手段によりロックされ得るようになっている場合の、機関作動特性変更手段のロックに関連する制御に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関に於いて、機関暖機後の通常運転時には吸気圧縮比を比較的低くして機関を低振動且つ高燃費にて運転し、機関暖機前の機関冷温時、特に機関冷温でのクランキング時には吸気圧縮比を高めて機関の始動性をよくすることが従来より知られている。また、吸気圧縮比は機関暖機後の運転時にも負荷の高低に応じて増減制御されてよく、これによって内燃機関の燃費を改善することができる。ピストン式内燃機関の吸気圧縮比の変更は、弁開閉タイミング制御装置により吸気弁が閉じる位相を前後に偏倚させること、吸気行程より圧縮行程に移行する間の適宜の位相を選んで排気弁を一時開弁させること、吸排気弁駆動用カムを３次元カムとしてそのリフトを適宜調節すること、ピストンロッドとクランク軸或はピストンロッドとピストンの間の連結部に調節可能な偏心軸受を設けること等、種々の方法により可能である。
【０００３】
その一例として、吸気弁の閉じ位相を前後に偏倚させることにより吸気圧縮比を変更する装置の例が、本件出願人と同一人の出願になる特開２０００−３２０３５６号公報に開示されている。この構造による吸気圧縮比の変更は、吸気弁開閉タイミング制御装置による吸気弁の開閉位相をクランク軸の回転位相に対し図１に示す如く可変に制御し、特にその閉じ位相をピストンの往復動位相に対し相対的に進めたり遅らせたりすることにより、吸気弁が閉じられる瞬間にシリンダ室内に装填される吸気の量を増減して吸気の圧縮比を可変に制御するものである。４サイクルエンジンに於ける吸気弁閉じ位相は、従来一般に下死点以後（After Bottom Dead Center、略してＡＢＤＣ）で測って７０°近辺にあるが、これが吸気弁開閉タイミング制御装置により１１０〜１２０°程度まで更に大きくされる（遅らされる）と、吸気弁が閉じる時点にてシリンダ室内に捕捉される吸気の量が少なくなることにより吸気圧縮比が下がる。かかる吸気弁開閉タイミング制御装置による吸気弁閉じ位相の変更により、圧縮行程終了時に於ける筒内圧は、図２に例示する如く大きく変化する。
【０００４】
上記の如く吸気圧縮比を可変に制御される内燃機関は、機関暖機状態では、吸気圧縮比を下げ、高めのクランキング回転数とすることにより、低振動にて静粛に機関が始動され、機関が冷温状態にて始動されるべきときには、吸気圧縮比を上げることによりその始動性を確保することができるので、現今燃料資源の節約と環境保全の必要から注目されてきている信号待ち等の車輌一時停止時に内燃機関を一時停止させるエコラン車や内燃機関による駆動と電動機による駆動とを適宜織り交ぜて行うハイブリッド車に適している。
【０００５】
図３〜５は、上記公報に示されている吸気弁開閉タイミング制御装置を、本発明の目的に合わせて一部修正して再現し、ハイブリッド車に適用した例を示したものであり、このうち図４および５は図３における断面Ａ-Ａを２つの作動態様にて示す図である。図３に於いて、ｅは内燃機関であり、そのクランク軸ｃに電動機と発電機の両機能を備えた第一および第二の電動発電機（モータ・ジェネレータ）ｍｇ１およびｍｇ２が遊星歯車式のトルク分配装置ｐを介して駆動連結されており、また、かかる内燃機関と電動発電機よりなる原動回生装置に対し、一対の車輪ｗが、車軸ｓ、差動歯車ｄ、変速機ｔを経て電動発電機ｍｇ１の回転軸の部分にて駆動連結されている。電動発電機ｍｇ１およびｍｇ２はインバータｉを介して蓄電装置ｂと電気的に接続され、車輌の運行状態に応じて電動機または発電機として作動するようになっている。
【０００６】
１０にて全体的に示されている部分が上記の吸気弁開閉タイミング制御装置であり、後述の通り吸気圧縮比の観点からみれば吸気圧縮比制御手段である。この吸気弁開閉タイミング制御装置は、内燃機関のクランク軸ｃより無端ベルト１２を経てクランク軸に同期して回転駆動される歯車１４と、吸気弁作動カム１６を担持する吸気弁カム軸１８との間に作用する、ロータリアクチュエータの構造を有している。
【０００７】
より詳細には、歯車１４には４本のボルト２０によって内歯スプライン状の環状部材２２と、環状の端板２４とが組み合わされて、４つの内向きの放射状隔壁部２６を備えた作動室空間が郭定されている。そしてこの作動室空間内には、ボルト２８によりカム軸１８の一端に固定されたロータ３０が設けられている。このロータ３０はその中心のハブ部の周りに４つの羽根部３２を有するものであり、各羽根部は、その周方向両側に位置する一対の郭壁部２６の間に形成された扇形室３４内にて、図４に示されている如き回動位置と、図５に示されている如き回動位置との間で、歯車１４、環状部材２２、端板２４とからなるハウジングに対し、相対的に回動し得るようになっている。
【０００８】
同ハウジングは、クランク軸の正回転に伴って、無端ベルト１２により歯車１４の部分にて図４および５において矢印にて示されている如く時計廻り方向に駆動されるので、図４に示されている状態では、カム軸１８はクランク軸に対し最も位相を遅らされた状態にあり、図５に示されている状態では、逆にカム軸１８はクランク軸に対し最も位相を進められた状態にある。
【０００９】
羽根部３２の一つには段付きシリンダ孔３６が設けられており、該段付きシリンダ孔内にはその大径部に大径のヘッド部３８にてピストン式に係合したロックピン４０がはめ込まれている。ロックピン４０の小径部４２は段付きシリンダ孔３６の小径部に係合し、それに沿って摺動するよう案内されている。そしてこの小径部４２は、カム軸１８がクランク軸に対して最も進角されたとき、即ちロータ３０の羽根部３２が環状部材２２に対し図５に示されている回動位置に来たとき、歯車１４の対応する個所に設けられた窪み孔４４内に嵌入し得るようになっている。ロックピン４０は圧縮コイルばね４６により窪み孔４４へ向けて付勢されており、段付きシリンダ孔３６の大径部内にロックピン４０のヘッド部３８との間に形成された環状の作動室（符号３６の引出し位置）内に後述の要領にて油圧が供給されていないときには、ロータ３０が環状部材２２に対し図５に示されている如き最進角位置に来たとき、ロックピン４０は圧縮コイルばね４６のばね力によりその小径部４２の端部が窪み孔４４内へ落とし込まれ、クランク軸に対するカム軸１８の相対的回動位置関係を最進角位置に係止するようになっている。
【００１０】
環状部材２２の４つの郭壁部２６の隣接するものどうしの間に形成された作動室３４の各々に対しては、その内部に配置されたロータ３０の羽根部３２に対しこれを環状部材２２に対し図４または５でみて反時計廻り方向へ駆動する油圧を供給する第一のポート４８と、逆に羽根部３２を環状部材２２に対し図４または５でみて時計廻り方向へ駆動する油圧を供給する第二のポート５０とが開口している。第一のポート４８は環状の油路５２に連通しておリ、第二のポート５０は環状の油路５４に連通している。油路５２は更に段付きシリンダ孔３６の上記の環状作動室（符号３６の引出し位置）にも連通している。環状溝５２はカム軸１８の端部内に形成された油路５６を経て内燃機関のシリンダヘッド部に形成されたカム軸１８のための軸受部５８に形成された環状油路６０に連通している。一方、環状油路５４は同じくカム軸１８の端部内に形成された油路６１、６２を経て軸受部５８に形成された環状油路６４に連通している。環状油路６０はポート６６およびそれに接続された油路６８を経て電磁作動の油圧切換弁７０の第一のポート７２に接続されており、一方、環状油路６４はポート７４より油路７６を経て電磁式油圧切換弁の第二のポート７８に接続されている。
【００１１】
電磁式油圧切換弁７０は、上記のポート７２および７８に加えて、油圧ポンプ８０よりその吐出油圧を受ける油圧ポート８２と、第一のポート７２を選択的に油溜８４へ向けて逃がす第一のドレンポート８６と、第二のポート７８を選択的に油溜８４へ向けて逃がす第二のドレンポート８８とを有する弁ハウジング９０と、該弁ハウジング内にソレノイド９２と圧縮コイルばね９４との作用の下に往復動して上記の各ポート間の連通を制御する弁スプール９６とを有している。
【００１２】
ソレノイド９２は、コンピュータを組み込んだ車輌運転制御装置（ＥＣＵ）９８からの指令信号によりその作動を制御される。ソレノイド９２が通電されていないときには、弁スプール９６は圧縮コイルばね９４の作用により図示の如く右方へ一杯に変位した位置にあり、このとき第二のポート７８は油圧ポート８２に連通され、第一のポート７２は第一のドレンポート８６へ連通される。従って、かかる状態にてポンプ８０が作動されると、油路７６を経て供給された油圧はポート７４より環状油路６４を経て油路６２へ供給され、これより油路６１を経て環状油路５４へ供給され、更にポート５０を経て作動室３４へ供給される。従って、このときにはロータ３０の羽根部３２は環状部材２２に対し図４または５で見て時計廻り方向へ駆動され、吸気弁閉じ位相は進角される。かかる進角方向の駆動が終端に達すると、ロックピン４０は窪み孔４４に整合し、ロックピンは圧縮コイルばね４６の作用により図３でみて右方へ駆動され、その小径端４２が窪み孔４４内に嵌入し、カム軸１８はクランク軸に対し最進角位置にロックされることになるが、機関始動時には油圧ポンプ８０の吐出油圧は未だ立ち上がっていないので、油圧によるかかる最進角位置への進角は機関始動時には生じない。
【００１３】
これに対しソレノイド９２が連続的に通電されると、弁スプール９６は圧縮コイルばね９４の作用に抗して図３で見て左方へ一杯に駆動される。このときには第一のポート７２が油圧ポート８２に連通し、第二のポート７８は第二のドレンポート８８に連通する。弁スプール９６がかかる位置にあるとき、油圧ポンプ８０が作動されると、それが発生する油圧は、油路６８を経てポート６６より環状油路６０へ供給され、これより油路５６および環状油路５２を経てポート４８より作動室３４へ供給されると同時に、段付きシリンダ孔３６の上記環状作動室へも供給される。従って、このときにはロックピン４０は圧縮コイルばね４６の作用に抗して図３に示されている位置へ駆動され、その小径端部４２が窪み孔４４に嵌入していたときには、その嵌入が解除されるとともに、ロータ３０の羽根部３２は環状部材２２に対し図４または図５でみて反時計廻り方向へ駆動され、カム軸１８はクランク軸に対し遅角方向へ変位される。
【００１４】
ソレノイド９２への通電がオンオフパルス通電として制御されるときには、弁スプール９６はパルス電流のデューティ比に応じて上記の２つの極端位置の間の任意の中間位置に設定され、それに応じてロータ３０の羽根部３２の両側に作用する油圧の大きさが相対的に平衡制御され、クランク軸に対するカム軸１８の相対的角度位置は、最進角位置と最遅角位置の間の任意の中間位置に設定される。
【００１５】
車輌運転制御装置（ＥＣＵ）９８には、図には示されていない車輌のキースイッチよりそれがオンとされたか否か、さらにそれが機関のクランキングを行なうクランキング位置まで回動されたか否かを表す信号Ｓｋ、アクセルペダルの踏込み量を表す信号Ｄａ、車速を表す信号Ｖｅ、機関回転数を表す信号Ｎｅ、機関温度を表す信号Ｔｅ、クランク軸ｃの回転角を表す信号Ａｃ、吸気弁作動カム軸１８の回転角を表す信号Ａｖ、電動発電機ｍｇ１およびｍｇ２の回転速度を表す信号ωｒ、ωｓ等が供給され、車輌自動制御装置９８はこれらの入力信号に基づいて所定の制御プログラムによる制御演算を行い、その一環としてソレノイド９２の作動を上記の要領にて制御し、ピストンの往復動に対する吸気弁の開閉タイミングを制御する。
【００１６】
図３に於いて解図的に示されている遊星歯車式トルク分配装置ｐは、より詳細には、図６に示す通り、遊星歯車機構のプラネタリキャリアに内燃機関ｅのクランク軸ｃが連結され、リングギアに第一の電動発電機ｍｇ１の回転軸が連結され、サンギアに第二の電動発電機ｍｇ２の回転軸が連結されたものであり、これによって内燃機関と第一および第二の電動発電機は、それぞれ遊星歯車機構によって定まる相互の差動回転関係を保って回転するようになっている。従って、その一つの作動状態として、電動発電機ｍｇ１が停止（Ａ）しており、電動発電機ｍｇ２も停止（Ｂ）しており、内燃機関も停止している状態がある。また、他の一つの作動状態として、電動発電機ｍｇ１が正転（Ｃ）しており、電動発電機ｍｇ２も正転（Ｄ）しており、内燃機関も正転している状態がある。この状態には、内燃機関については、それが出力運転している場合も、エンジンブレーキ状態にある場合も、ただ空転している場合も、始動のためにクランキングされている場合もある。また、電動発電機ｍｇ１およびｍｇ２については、各々、電動機として駆動力を出している場合も、発電機として動力を吸収している場合も、ただ空転している場合もある。電動発電機ｍｇ１およびｍｇ２が、正転または逆転方向の各回転に於いて、電動機として作動するか発電機として作動するかは、インバータｉによって制御される電気回路の切換えの問題である。更に、内燃機関が一時停止した状態でハイブリッド車が電動走行している場合であって、車軸ｓと連結された電動発電機ｍｇ１は電動機として正転（Ｃ）し、電動発電機ｍｇ２も電動機として逆転（Ｅ）している場合がある。更に、機関停止状態で車輌が後進駆動される場合であって、電動発電機ｍｇ１は電動機として逆転（Ｆ）し、電動発電機ｍｇ２は電動機として正転（Ｇ）している場合がある。また、車輌運行開始時に吸気圧縮比を高める前記第一の作動状態を達成するためクランク軸を逆転駆動すべく、電動発電機ｍｇ１は停止（Ａ）したままで、電動発電機ｍｇ２を逆転駆動（Ｈ）する場合がある。更にまた、以下に記載の本発明が解決しようとする課題の対象となる作動状態として、内燃機関がほぼ停止している状態で電動発電機ｍｇ１と電動発電機ｍｇ２との間の回転平衡のずれ（Ｉ、Ｊ）により内燃機関が逆転される場合がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
吸気圧縮比制御手段を備えた内燃機関は、機関暖機後の通常運転時には吸気圧縮比を下げた状態にある。これを上記の図３〜５に示した吸気弁開閉タイミング制御装置の例について見ると、機関暖機後の通常運転時には、図４に示された状態乃至それに近い状態にあり、吸気弁の開閉タイミングは最遅角位置乃至それに近い位置にある。このように吸気弁開閉タイミングが最遅角位置乃至それに近い位置まで遅らされていても、機関一時停止後の機関始動時には、機関はまだ暖機状態にあるので、そのままの吸気圧縮比を下げた状態にてクランキングが行われてよく、かかる低圧縮比によるクランキングにより、振動の少ない静かな機関始動を達成することができる。
【００１８】
これに対し、車輌の運行開始時に機関を始動するときには機関は通常冷えており、また車輌運行途中の機関一時停止の場合にもそれが長引いたときには機関は冷えた状態となるので、クランキングは吸気弁開閉タイミング制御装置を進角位相に進めてから行なえば、機関の始動はより容易となる。しかし機関始動前には上記の油圧ポンプ８０の如き吸気弁開閉タイミング制御のための油圧源は未だ得られないので、油圧によって吸気弁開閉タイミングを進角位置へ進めることができないことから、クランキングに先立って発電機電動機ｍｇ１、ｍｇ２の一方または両方により機関のクランク軸ｃを一時逆回転方向に回動させ、カム軸１８と共に停止しているロータ３０に対し環状部材２２の側を逆転させることにより、ロータ３０を環状部材２２に対し相対的に図５に示されている如き最進角位置へもたらし、ここで両者をロックピン４０により機械的に係止して吸気弁開閉タイミングを最進角位置にロックすることが行なわれる。こうしてクランキングに先立って吸気圧縮比を高める制御が行なわれれば、機関冷温時の機関始動は、それによってより容易且つ確実となる。しかし、吸気圧縮比を高めてのクランキングには、吸気圧縮比を下げたままでのクランキングに比して、振動が大きいという欠点がある。
【００１９】
吸気圧縮比の増減制御ができる機関作動特性変更手段を備えたエコラン車やハイブリッド車に於いて、内燃機関が暖機状態にあって吸気圧縮比を下げて運転されていた状態から、車輌運転制御装置の制御判断により機関が一時停止されたとき、機関の吸気圧縮比は通常そのままに保持されるか、或は更に下がる方向に変化する。これは、吸気圧縮比の変更が上記の如き幾つかの方法のいづれによって行なわれても、吸気圧縮比の制御はクランク軸の回転に同期したものとなることから、それはクランク軸の回転に対して何らかの制御要素を追随させ、その追随変位を制御することになり、吸気圧縮比制御手段は制御力が消滅すると吸気圧縮比を下げる方向に偏倚するからである。しかし、図３に例示する如く内燃機関が二つの電動発電機ｍｇ１、ｍｇ２と組み合わされ、これら三者の各々の回転が相互に関連するようになっている場合には、上に図６について電動発電機ｍｇ１が正回転（Ｉ）しており、電動発電機ｍｇ２が逆回転（Ｊ）している例として示した如く、停止している内燃機関のクランク軸が、二つの電動発電機の回転平衡のずれにより、逆転方向に駆動され、上記のロックピン４０が窪み孔４４に係合して吸気圧縮比増大ロックが生ずるる虞れがある。もしこのような吸気圧縮比増大ロックが、暖機状態にある内燃機関に生ずると、機関の吸気圧縮比が無用に高められ、機関暖機状態での始動クランキング時或は機関の暖機運転時に振動が生じ、車輌の乗り心地が害されることになる。
【００２０】
本発明は、上記の如く吸気圧縮比を可変に制御でき且つ吸気圧縮比を高める作動状態にロック手段によりロックできるようになっている機関作動特性変更手段に於いて、歓迎されない吸気圧縮比増大ロックが生ずる可能性があることに想到し、この点に於いて改良された機関作動特性変更手段の制御方法を提供することを課題としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、第一の作動状態と第二の作動状態との間に変化し、前記第一の作動状態に於いては前記第二の作動状態に於けるより吸気圧縮比を高くし、ロック手段により前記第一の作動状態にロックされ得るようになっている内燃機関の作動特性変更手段の作動を制御する方法にして、前記機関作動特性変更手段が前記第一の作動状態にあるべきでないときに前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあるか否かを判断し、ロックされる虞れありと判断されたとき、該ロックを防止する対策を講じることを特徴とする機関作動特性変更手段の作動制御方法を提供するものである。
【００２２】
この場合、前記第一の作動状態が前記第二の作動状態より吸気圧縮比を高めるのは該第一の作動状態に於ける内燃機関のクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相が該第二の作動状態に於けるより進角されることによるものであってよい。
【００２３】
更には、クランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相は、クランク軸の回転を吸気弁開閉カム軸に伝達する回転伝達手段の途中に設けられた吸気弁開閉タイミング制御手段により制御され、前記ロック手段は該吸気弁開閉タイミング制御手段のクランク軸に同期して回転する第一の回転部材と該第一の回転部材と同心で吸気弁開閉カム軸に同期して回転する第二の部材との間に作用し、該第一および第二の回転部材がクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相をその調節範囲内にて進み側にある所定の位相に設定するとき該第一の回転部材と該第二の回転部材の間の相対的回転をその相対回転位置に係止するようになっていてよい。
【００２４】
この場合、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との間の回転角度差が所定の第一のしきい値回転角度差以下になったとき、或はまた、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との間の回転角度差が所定の第二のしきい値回転角度差以下であって該回転角度差の変化率が所定の負のしきい値変化率以下になったとき、機関作動特性変更手段がロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断してよい。
【００２５】
一方、ロックを防止する対策としては、前記吸気弁開閉タイミング制御手段が前記第二の回転部材を前記第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動する駆動手段を含んでいれば、かかる駆動手段により前記第二の回転部材を前記第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動することであってよい。
【００２６】
或はまた、車輌は、内燃機関が差動機構を経て第一および第二の電動発電機に連結され、これら第一および第二の電動発電機を対向回転させることにより内燃機関の回転を停止させることも逆転させることもできるハイブリッド車であり、前記第一の回転部材の前記第二の回転部材に対する進み方向または遅れ方向への駆動は前記第一および第二の電動発電機の対向回転の制御により行なえるようになっていてよく、その場合、前記第一および第二の電動発電機の対向回転により内燃機関が所定のしきい値角速度以上の角速度にて逆転するとき機関作動特性変更手段が前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断してよい。またこの場合のロック防止対策は、前記第一および第二の電動発電機の対向回転の平衡制御により内燃機関の逆転を防止することであってよい。
【００２７】
いづれの場合にも、前記ロック手段はロックピンをピン受け孔に嵌入させる構造であり、ロック防止対策はロックピンがピン受け孔に整合することを阻止することを含んでいてよい。
【００２８】
また、上記いづれの場合にも、制御はロック防止対策が発動される頻度を見直す制御調整を行なうことを含んでいてよく、この制御調整は、ロックの虞れありと判断する基準の修正とロック防止作動の修正の一方または両方であってよい。更にまた、制御はロック防止対策にも拘わらずロック手段が所定回数以上作動したときロック防止対策を強化することを含んでいてよい。この所定回数は所定時間内に起った数とされてもよい。
【００２９】
【発明の作用及び効果】
上記の通り、第一の作動状態と第二の作動状態との間に変化し、第一の作動状態に於いては第二の作動状態に於けるより内燃機関の吸気圧縮比を高くし、ロック手段により第一の作動状態にロックされ得るようになっている内燃機関用作動特性変更手段の作動を制御するに当って、先ず、機関作動特性変更手段が第一の作動状態にあるべきでないときにロック手段により第一の作動状態にロックされる虞れがあるか否かを判断することを行なえば、吸気圧縮比が高くされるべきでない機関作動条件時に吸気圧縮比の無用にして且つ有害な増大を招くというロック手段の一つの重大な誤作動の発生の虞れを感知することができ、また虞れありと判断されたときにはそれに対処してロックを防止する対策を講じれば、そのようなロック手段の好ましからざる作動により機関振動が発生し、快適性という車輌の重大な品質の一部が損なわれることを回避することができる。
【００３０】
第一の作動状態が第二の作動状態より吸気圧縮比を高めるのは該第一の作動状態に於ける内燃機関のクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相が該第二の作動状態に於けるより進角されることであり、クランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相はクランク軸の回転を吸気弁開閉カム軸に伝達する回転伝達手段の途中に設けられた吸気弁開閉タイミング制御手段により制御され、ロック手段は吸気弁開閉タイミング制御手段のクランク軸に同期して回転する第一の回転部材と該第一の回転部材と同心で吸気弁開閉カム軸に同期して回転する第二の部材との間に作用し、該第一および第二の回転部材がクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相をその調節範囲内にて進み側にある所定の位相に設定するとき該第一の回転部材と該第二の回転部材の間の相対的回転をその相対回転位置に係止するようになっている場合には、両者の間の回転角度差が縮小することは第一の回転部材に対し相対的に第二の回転部材が進角方向へ変位することであり、図４および５で見て吸気弁開閉タイミング制御手段の状態が図４の状態より図５の状態に近づくことである。従って、第一の回転部材と第二の回転部材間の回転角度差を監視し、それが所定の第一のしきい値回転角度差以下になったときには、機関作動特性変更手段がロック手段により第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断することができる。
【００３１】
或はまた、上記の構造に於いて、第一の回転部材と第二の回転部材との間の回転角度差が上記第一のしきい値回転角度差とは異なる所定の第二のしきい値回転角度差以下であって該回転角度差の変化率が所定の負のしきい値変化率以下になったとき、機関作動特性変更手段がロック手段により第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断するようにすれば、ロック状態へ向かう両回転部材間の回転角度差の縮小の速さに基づき、微分予測を伴って機関作動特性変更手段がロック手段により第一の作動状態にロックされる虞れを判断することができる。
【００３２】
吸気弁開閉タイミング制御手段が、図３〜５に例示されている構造のように、ロータ３０の如き第二の回転部材を歯車１４、環状部材２２、端板２４とからなるハウジングの如き第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動する液圧ロータリアクチュエータ式の駆動手段を含んでいれば、ロック防止対策は、かかる駆動手段により第二の回転部材を第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動することにより達成できる。
【００３３】
また、車輌が図３に例示されている如き内燃機関と第一および第二の電動発電機とを含む駆動手段を有するハイブリッド車であり、内燃機関が差動機構を経て該第一および第二の電動発電機に連結され、該第一および第二の電動発電機を対向回転させることにより内燃機関の回転を停止させることも逆転させることもできるようになっており、第一の回転部材の第二の回転部材に対する進み方向または遅れ方向への駆動は第一および第二の電動発電機の対向回転の制御により行なえるようになっている場合には、該第一および第二の電動発電機の対向回転により内燃機関が逆転すると、やがては第二の回転部材は第一の回転部材に対し最進角位置に達し、第一の作動状態にロックされる虞れがある。従って、そのような機関逆転の角速度が所定のしきい値角速度以上になったときには、第一および第二の電動発電機の対向回転の平衡を修正することにとり内燃機関の逆転を防止すれば、機関作動特性変更手段が第一の作動状態にロックされるのを防止することができる。
【００３４】
更に、上記いづれの機関作動特性変更手段についての作動状態判断およびロック防止作動が行なわれるときにも、ロック防止対策が発動される頻度に基づいて機関作動特性変更手段が第一の作動状態にロックされる虞れがあるか否かの判断の基準が修正されるようにしておけば、機関作動特性変更手段のロック防止作動の発動頻度が所定の好ましい目標値に自動的に調整され、この発明による機関作動特性変更手段のロック防止作動制御を最適化することができる。更にまた、ロック防止対策にも拘わらずロック手段が所定回数または頻度以上作動したときには、ロック防止対策を強化する制御が行なわれれば、このことによってもロック防止作動制御をより適切なものとすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図７は、上記の如き本発明による機関作動特性変更手段の作動制御方法の基本的作動過程を示すフローチャートである。かかるフローチャートによる機関の作動制御は、図３に９８として示されている車輌運転制御装置が信号Ｓｋとして示されているキースイッチの作動を表す信号により車輌の運転開始を指令されたときから開始される。
【００３６】
制御が開始されると、ステップ１０にて、制御に関連する各種データの読込みが行われる。この読込みデータの中には、図３に示されているキースイッチの作動を表す信号Ｓｋ、アクセルペダルの踏込み量を表す信号Ｄａ、車速を表す信号Ｖｅ、機関回転数を表す信号Ｎｅ、機関温度を表す信号Ｔｅ、クランク軸ｃの回転角を表す信号Ａｃ、吸気弁作動カム軸１８の回転角を表す信号Ａｖ、電動発電機ｍｇ１、ｍｇ２の回転速度を表す信号ωｒ、ωｓ等が含まれている。そして、これらの読み込まれたデータに基づき、次のステップ３０にて、上記の信号Ｄａ、Ｖｅ、Ｎｅ、Ｔｅ等から分かる現在の内燃機関の作動状態から判断して、機関作動特性変更手段は吸気圧縮比を高める第一の作動状態にあるべきか否かが判断される。答がイエスのときには、本発明による制御は必要ないので、制御はステップ１０へ戻り、データを読み直しつつステップ１０、３０、５０を通って循環する。
【００３７】
ステップ３０の答がノーのときには、制御はステップ１００へ進み、機関作動特性変更手段の作動状態、即ち、図３〜５に示した機関作動特性変更手段の例では、それが図４に示す状態と図５に示す状態の間の何処にあるか、またどのように変化しつつにあるか、が判断される。それ実施例は以下の図８〜１０示されている。そして、それに基づき、ステップ１５０にてロックの虞れがあるか否かが判断される。答がノーであれば、制御はステップ１０へ戻り、データを読み直しつつステップ３０、１００を通って循環する。そしてステップ１５０の答がイエスになると、制御はステップ２００へ進み、ロック防止対策としてのロック防止作動がおこなわれる。
【００３８】
図８は、図７のステップ１００にて行なわれる機関作動特性変更手段の作動状態を判断する作動の第一の実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いては、機関作動特性変更手段が図３〜５に例示した構造のものであるとして、ステップ１１０にて内燃機関のクランク軸および吸気弁開閉カム軸の回転角度を表す信号ＡｃおよびＡｖから，両回転角度の差がある比較的小さい所定のしきい値回転角度差以下になったか否かが判断される（Ａｃ−Ａｖ＜ΔＡ？）。答がノーであれば、ロックの虞れはないとして制御はステップ１０へ戻るが、答がイエスであれば、制御はステップ１１１へ進み、ロックの虞れありとの作動状態判断がなされる。
【００３９】
図９は、図７のステップ１００にて行なわれる機関作動特性変更手段の作動状態を判断する作動の第二の実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いては、同じく機関作動特性変更手段が図３〜５に例示した構造のものであるとして、ステップ１２０にて内燃機関のクランク軸および吸気弁開閉カム軸の回転角度を表す信号ＡｃおよびＡｖから，両回転角度の差が、回転角度差としてはロック作動まではまだかなり余裕のある所定のしきい値回転角度差以下になったか否かが判断され（Ａｃ−Ａｖ＜Ａｏ？）。答がノーであれば、ロックの虞れはないとして制御はステップ１０へ戻るが、答がイエスであれば、制御はステップ１２１へ進み、該回転角度差の時間的変化率が所定の負のしきい値以下（絶対値では以上）であるか否かが判断される（ｄ（Ａｃ−Ａｖ）／ｄｔ＜−α？））。こうして両回転角度の差が所定のしきい以下であり且つ該回転角度差が所定の速度以上で減小しつつあるとき、ロックの虞れありとの作動状態判断がなされる。
【００４０】
図１０は、図７のステップ１００にて行なわれる機関作動特性変更手段の作動状態を判断する作動の第三の実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いては、同じく機関作動特性変更手段が図３〜５に例示した構造のものであり、また内燃機関が図３及び図６に示された要領にて遊星歯車式の駆動力分配装置（差動装置）により第一および第二の電動発電機と駆動連結されているとして、ステップ１３０に於いては、一時停止状態にある内燃機関のクランク軸が、絶対値では比較的小さい或る負の所定の回転速度にて逆転されているか否かが判断される（ωｃ＜−Δω）。
【００４１】
図６に示す如き遊星歯車機構では、サンギア、リングギア、キャリアの回転速度をそれぞれωｓ、ωｒ、ωｃ、とし、サンギアおよびリングギアの歯数の比をｆ（ｆ＜１）とすると、ωｃ＝（ωｒ＋ｆωｓ）／（１＋ｆ）である。内燃機関が一時停止状態にあってそのクランク軸が殆ど回転していない状態では、クランク軸回転角度信号Ａｃよりクランク軸の僅かな逆転を検出するのは困難であるが、機関の一時停止が図３及び図６に示された駆動構造に於いて二つの電動発電機の対向回転によりもたらされているときには、電動発電機ｍｇ１およびｍｇ２の回転数に対応するωｒおよびωｓはそれぞれ実質的な値となっており、また機関のクランク軸が逆転駆動されるのは、ωｒおよびωｓの間の平衡関係によるので、ωｒおよびωｓの値を監視することにより、ωｃが或る比較的小さな負の所定しきい値−Δω以下（絶対値では以上）になることを検出することができる。こうして機関のクランク軸が絶対値にてΔωを越えるような速度で逆転し始めると、やがて吸気弁開閉タイミング制御装置は図５の状態となり、進角ロックが生ずるので、ステップ１３０の答がイエスに転じたときには、制御はステップ１３１へ進み、ロックの虞れありとの判断がなされる。
【００４２】
図１１は、図７のステップ２００にて行なわれるロック防止作動の第一の実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いては、同じく機関作動特性変更手段が図３〜５に例示した構造のものであるとして、ロック防止作動は油圧切換弁７０のソレノイド９２に対する通電のデューティ比を増大させることにより行なわれる。従来技術として上に記載した通り、図３〜５に例示した構造の吸気弁開閉タイミング制御装置は、従来の制御に於いては、機関始動時には作動油圧がまだ得られないので、機関の冷温始動に当って図５に示す最進角状態を達成するためにクランク軸を逆転するものとしていたが、本発明が解決せんとする問題、即ち機関作動特性変更手段が吸気圧縮比を高めた第一の作動状態にあるべきでないときにそれがロック手段により第一の作動状態にロックされるという問題は、主として車輌の運行中に内燃機関が一時停止されることに付随して生ずる問題であり、この場合作動油圧は得られる状態である。そこで、ソレノイド９２に対する通電のデューティ比が増大されると、その弁スプール９６は図３で見て左方へ偏倚され、油圧ポンプ８０の吐出圧はポート７２より油路６８、５６，５２を経てポート４８より扇形室３４へ導かれ、ロータ３０を歯車１４、環状部材２２、端板２４とからなるハウジングに対し図５に示されている進角状態より図４に示されている遅角状態へ向けて押しやり、進角ロックが掛かることを防止する。
【００４３】
図１２は、図７のステップ２００にて行なわれるロック防止作動の第二の実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いても、機関作動特性変更手段は同じく図３〜５に例示した構造のものであるとし、また内燃機関が図３及び図６に示された要領にて遊星歯車式の駆動力分配装置（差動装置）により第一および第二の電動発電機と駆動連結されているとして、ロック防止作動は電動発電機ｍｇ１および／またはｍｇ２の回転平衡の制御により行なわれる。この場合、ステップ２２０にて、先ず車輌が前進中であるか否かが判断される。図３及び図６に示された構造では、車軸ｓは差動歯車ｄおよび変速機ｔを経て第一の電動発電機機ｍｇ１に連結されているので、内燃機関が一時停止していて車両が前進している状態は、図６に於けるｍｇ１が正転（Ｃ）でｍｇ２が逆転（Ｅ）の状態である。答がイエスであれば制御はステップ２２１へ進み、答がノーであれば制御はステップ２２２へ進む。
【００４４】
ステップ２２１にては、即ち車輌が前進中であるときには、ロック防止作動は電動発電機ｍｇ１の正転回転数を増大させるか、電動発電機ｍｇ２の逆転回転数を減小させるか、これら両方により行なわれてよい。一方、ステップ２２２にては、即ち車輌が後進中であるときには、ロック防止作動は電動発電機ｍｇ１の逆転回転数を減小させるか、電動発電機ｍｇ２の正転回転数を増大させるか、これら両方により行なわれてよい。尚、車輌停止中のロック防止作動はステップ２２２に含まれてよい。
【００４５】
図１３は、図７のフローチャートに、そのステップ２００に於けるロック防止作動の発動の頻度を所定の好ましい目標値に自動的に合わせる制御を組み込んだ一つの修正実施例を示すフローチャートである。この実施例に於いては、所定の時間が経過する度に、機関作動特性変更手段が吸気圧縮比を高める第一の作動状態にあるべきでないときにロック手段により第一の作動状態にロックされる虞れに対しロック防止作動を発動する頻度、或はロック防止制御の感度、が所定の好ましい目標頻度に自動的に調整され、或はるようになっている。制御が開始されると、ステップ１０に於けるデータの読込みの後、ステップ１１にてフラグＦ１が１であるか否かが判断される。フラグＦ１は本制御の開始時および後述のステップ１８にて０にリセットされるので、制御開始の当初またはステップ３０を経てのリターン直後のステップ１１の答はノーであり、制御はステップ１２へ進み、図示の例では車輌運転制御装置９８を構成するコンピュータの一部に組み込まれたタイマがセットされ、タイムカウントが開始される。タイマセット後はステップ１３にてフラグＦ１が１にセットされ、一回のタイムカウントが終り、Ｆ１がステップ１８にて０にリセットされるまで、ステップ１２はバイパスされる。
【００４６】
次いで制御はステップ１４へ進み、タイマがタイムアウトしたか否かが判断される。当初は答はノーであり、制御はステップ３０へ進み、図７について説明した要領にて、必要に応じてロック防止作動が行なわれる。制御がステップ２００へ進んでロック防止作動が発動されたときには、制御はステップ２０１へ進み、フラグＦ２が１であるか否かが判断される。Ｆ２も当初は０にリセットされているので、答はノーであり、制御はステップ２０２へ進み、ここで図示の例では同じく車輌運転制御装置９８を構成するコンピュータの一部に組み込まれたカウンタのカウント値Ｎ１が０より始まって１だけ増分される。次いでステップ２０３にてフラグＦ２が１にセットされる。一回のロック防止作動が終了すると、ステップ１５０の答はノーに転ずるので、それより制御はステップ２０８へ進み、フラグＦ２が０にリセットされる。次回のロック防止作動が行なわれると、カウントＮ１はまた１だけ増分される。こうしてカウント値Ｎ１はロック防止作動が発動された回数を示すことなる。
【００４７】
更に、この実施例では、上記のロック防止作動発動回数Ｎ１をけ計数した後、ステップ２０４にてステップ２００に於けるロック防止作動の発動にも拘わらずロック手段が作動したか否かが判断される。そして答がイエスであれば、その作動回数がステップ２０５〜２０７によりカウント値Ｎ１と同様に車輌運転制御装置９８のコンピュータに組み込まれたカウンタのカウント値Ｎ２として計数される。このためのフラグＦ３もステップ２０８にてリセットされる。
【００４８】
タイマによる設定時間が経過すると、ステップ１４の答はイエスとなり、制御はステップ１５へ進み、カウント値Ｎ１が所定の目標値Ｎａと比較されてその差が求められ（ΔＮ＝Ｎ１−Ｎａ）、差ΔＮに基づいてステップ１５０にてロックの虞れがあるか否かの判断を行なう際の基準またはステップ２００にて行なわれるロック防止作動の強さが、カウント値Ｎを目標値Ｎａに近づけるよう、即ちΔＮが０になるよう、修正される。
【００４９】
次いで制御はステップ１６へ進み、ステップ２０６にて計数されたロック防止作動の発動にも拘わらず生じたロック手段の作動の回数Ｎ２の値が適当に設定された所定値Ｎｂ以上となったか否かが判断される。そして答がイエスのときには、制御はステップ１７へ進み、ロック防止作動を強化する制御が行われる。尚、ステップ１５に於けるロックの虞れありの基準またはロック防止作動の修正とステップ１７に於けるロック強化とは、図１３の実施例では重ねて行なわれるように示されているが、これは図を簡略化するために両者を同一のフローチャートに組み込んだに過ぎず、両者はいづれも任意の追加構成の一つである。また図１３の実施例では、Ｎ２は所定時間内毎の値として計数されているが、Ｎ２は絶対積算値であってもよい。
【００５０】
かくしてこの修正実施例によれば、ステップ１００および１５０にて行なわれるロックの虞れありの判断およびステップ２００にて行われるロック防止作動が図８〜１２に例示した如きいづれの態様によるものであっても、ロック防止作動が発動される頻度を所定の目標値に近づけるよう制御を見直し修正し、この発明によるロック防止制御の感度を適正に自動調整することが行なわれる。
【００５１】
以上に於いては本発明をいくつかの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸気圧縮比を可変に制御するために吸気弁の開閉位相を可変に制御する要領を排気弁の開閉位相と共に示す線図。
【図２】吸気弁閉じ位相の下死点後角度の大小に応じてクランキングにより筒内圧が上昇する経過を例示するグラフ。
【図３】吸気弁開閉タイミング制御装置の一例の基本構成をハイブリッド車に適用したものとして幾分解図的に示す説明図。
【図４】図３の吸気弁開閉タイミング制御装置を吸気弁閉じ位相が最遅角された状態にて示す図３のＡ−Ａによる矢視図。
【図５】図３の吸気弁開閉タイミング制御装置を吸気弁閉じ位相が最進角された状態にて示す図３のＡ−Ａによる矢視図。
【図６】図３に示す遊星歯車式トルク分配装置ｐの更なる詳細と、ここに於ける内燃機関と第一および第二の電動発電機の間の作動平衡関係を示す解図。
【図７】本発明による機関作動特性変更手段のロック防止作動制御方法の基本的作動を示すフローチャート。
【図８】図７のステップ１５０に於ける機関作動特性変更手段の作動状態判断作動の第一の実施例を示すフローチャート。
【図９】図７のステップ１５０に於ける機関作動特性変更手段の作動状態判断作動の第二の実施例を示すフローチャート。
【図１０】図７のステップ１５０に於ける機関作動特性変更手段の作動状態判断作動の第三の実施例を示すフローチャート。
【図１１】図７のステップ２００に於けるロック防止作動の第一の実施例を示すフローチャート。
【図１２】図７のステップ２００に於けるロック防止作動の第二の実施例を示すフローチャート。
【図１３】図７に示す機関作動特性変更手段のロック防止作動制御方法の基本的作動にロック防止作動の発動頻度の自動調整機能を組み込んだ一つの修正実施例を示すフローチャート。
【符号の説明】
ｅ…内燃機関
ｃ…クランク軸
ｍｇ１、ｍｇ２…電動発電機
ｐ…遊星歯車式トルク分配装置
ｔ…変速機
ｄ…差動歯車
ｗ…車輪
ｓ…車軸
ｉ…インバータ
ｂ…蓄電装置
１０…吸気弁開閉タイミング制御装置
１２…無端ベルト
１４…歯車
１６…吸気弁作動カム
１８…吸気弁カム軸
２０…ボルト
２２…スプライン状の環状部材
２４…環状の端板
２６…放射状隔壁部
２８…ボルト
３０…ロータ
３２…羽根部
３４…扇形室
３６…段付きシリンダ孔
３８…大径のヘッド部
４０…ロックピン
４２…ロックピンの小径部
４４…窪み孔
４６…圧縮コイルばね
４８…ポート
５０…ポート
５２…環状油路
５４…環状油路
５６…油路
５８…軸受部
６０…環状油路
６１、６２…油路
６４…環状油路
６６…ポート
６８…油路
７０…油圧切換弁
７２…ポート
７４…ポート
７６…油路
７８…ポート
８０…油圧ポンプ
８２…油圧ポート
８４…油溜
８６、８８…ドレンポート
９０…弁ハウジング
９２…ソレノイド
９４…圧縮コイルばね
９６…弁スプール
９８…車輌運転制御装置

Claims (12)

  1. 第一の作動状態と第二の作動状態との間に変化し、前記第一の作動状態に於いては前記第二の作動状態に於けるより吸気圧縮比を高くし、ロック手段により前記第一の作動状態にロックされ得るようになっている内燃機関の作動特性変更手段の作動を制御する方法にして、前記機関作動特性変更手段が前記第一の作動状態にあるべきでないときに前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあるか否かを判断し、ロックされる虞れありと判断されたとき、該ロックを防止する対策を講じることを特徴とする機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  2. 前記第一の作動状態が前記第二の作動状態より吸気圧縮比を高めるのは該第一の作動状態に於ける該内燃機関のクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相が該第二の作動状態に於けるより進角されることによることを特徴とする請求項１に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  3. クランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相はクランク軸の回転を吸気弁開閉カム軸に伝達する回転伝達手段の途中に設けられた吸気弁開閉タイミング制御手段により制御され、前記ロック手段は該吸気弁開閉タイミング制御手段のクランク軸に同期して回転する第一の回転部材と該第一の回転部材と同心で吸気弁開閉カム軸に同期して回転する第二の部材との間に作用し、該第一および第二の回転部材がクランク軸回転位相に対する吸気弁閉じ位相をその調節範囲内にて進み側にある所定の位相に設定するとき該第一の回転部材と該第二の回転部材の間の相対的回転をその相対回転位置に係止するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  4. 前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との間の回転角度差が所定の第一のしきい値回転角度差以下になったとき、前記機関作動特性変更手段が前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断することを特徴とする請求項３に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  5. 前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との間の回転角度差が所定の第二のしきい値回転角度差以下であって該回転角度差の変化率が所定の負のしきい値変化率以下になったとき、前記機関作動特性変更手段が前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断することを特徴とする請求項３に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  6. 前記吸気弁開閉タイミング制御手段は前記第二の回転部材を前記第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動する駆動手段を含み、前記対策は前記駆動手段により前記第二の回転部材を前記第一の回転部材に対し相対的に遅れ側へ駆動することであることを特徴とする請求項３〜５のいづれかに記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  7. 車輌は、内燃機関が差動機構を経て第一および第二の電動発電機に連結され、前記第一および第二の電動発電機を対向回転させることにより前記内燃機関の回転を停止させることも逆転させることもできるハイブリッド車であり、前記第一の回転部材の前記第二の回転部材に対する進み方向または遅れ方向への駆動は前記第一および第二の電動発電機の対向回転の制御により行なえることを特徴とする請求項３に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  8. 前記第一および第二の電動発電機の対向回転により前記内燃機関が所定のしきい値角速度以上の角速度にて逆転するとき前記機関作動特性変更手段が前記ロック手段により前記第一の作動状態にロックされる虞れがあると判断することを特徴とする請求項７に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  9. 前記対策は前記第一および第二の電動発電機の対向回転の平衡制御により前記内燃機関の逆転を防止することであることを特徴とする請求項７または８に記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  10. 前記ロック手段はロックピンをピン受け孔に嵌入させる構造であり、前記対策は該ロックピンが該ピン受け孔に整合することを阻止することを含むことを特徴とする請求項１〜９のいづれかに記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  11. 前記ロック防止対策が発動される頻度を見直す制御調整を行なうことを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいづれかに記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
  12. 前記ロック防止対策にも拘わらず前記ロック手段が所定回数以上作動したとき前記ロック防止対策を強化することを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいづれかに記載の機関作動特性変更手段の作動制御方法。
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