JP3956658B2 - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのバルブタイミング制御装置に関し、特に吸排気両方に可変バルブタイミング機構(VVT機構)を備えたデュアルVVTシステムの改良技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、エミッション規制の強化に対応するために、可変バルブタイミング機構(VVT機構)を採用してエンジンを制御する技術がある。具体的には、例えば吸気バルブの開弁時期をVVT機構を用いて可変に制御し、吸気バルブと排気バルブとの開弁オーバーラップの期間を調整するようにしていた。
【0003】
また近年では、エミッション規制がより一層強化される傾向にあり、そのより厳しいエミッション規制に対応するべく、VVT機構を吸気側だけでなく排気側にも実装する、いわゆるデュアルVVTシステムが開発されている。このデュアルVVTシステムでは、吸気側VVT機構と排気側VVT機構とを両方動作させ、エンジンの何れの回転領域であっても最適なVVT制御を実現するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記デュアルVVTシステムでは、吸気側VVT機構と排気側VVT機構とを相互に可変制御することにより最適なVVT制御を行うが、吸気側或いは排気側の何れかで制御系の異常が発生すると、その異常発生した方のVVT機構は正しく動作しなくなる。例えば吸気側、排気側に各々設けられたカムセンサの何れかが断線した場合、その異常発生した方のVVT機構では、センサ信号に基づくVVT制御が実施できなくなる。この場合、両方のVVT機構が正しく動作していて初めて最適なエンジン制御ができるため、正常である片側のVVT機構だけ動作しても最適な制御が実現できず、制御の不安定感を生ずる。
【0005】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、吸排気両方にVVT機構を備えるデュアルVVTシステムにおいて、異常発生時にも制御の不安定さを解消し、適正なエンジン制御を実施することができるエンジンのバルブタイミング制御装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、エンジンの吸気側及び排気側のカムシャフトに可変バルブタイミング機構(VVT機構)がそれぞれ設けられており、その都度のエンジン運転状態に基づいて吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構がそれぞれ独立に制御されるようになっている。また、異常検出手段により、吸気側及び排気側のバルブタイミング制御系の何れで異常が発生したかが検出される。そして、前記異常検出手段により異常有りが検出された場合、異常時制御手段により、異常検出された方の可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に固定すると共に、異常検出されていない方の可変バルブタイミング機構を、単独の可変バルブタイミング機構で制御可能となるよう適合した異常時用データを用いて制御する。
【0007】
要するに、吸排気両方に可変バルブタイミング機構を備えるシステム(デュアルVVTシステム)では、異常発生に伴う一方のバルブタイミング制御を停止し、他方のバルブタイミング制御をそのまま継続すると、制御性が悪化して不安定さを生じる。これは、片側だけのバルブタイミング制御では、吸排気のバルブオーバーラップ量等が当初の要求通りに制御できなくなったりするためである。これに対し本発明では、異常発生した方だけでなく異常発生していない方についても、すなわち吸排気両方の可変バルブタイミング機構について異常時用データを用いたバルブタイミング制御への切り替えが行われる。従って、不安定な制御が実施されることもなく、適正なエンジン制御を実施し、エンジンの一定の運転性能を確保することができる。
【0009】
特に本発明では、異常検出された方の可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に固定すると共に、異常検出されていない方の可変バルブタイミング機構を、単独の可変バルブタイミング機構で制御可能となるよう適合した異常時用データを用いて制御する。この場合、異常発生していない方の可変バルブタイミング機構だけで可変制御が継続されるが、その際にも制御の適合がとられており、異常発生後にも所望の制御精度が維持できる。
【0010】
上記請求項1の発明では、請求項2に記載したように、異常検出されていない方の可変バルブタイミング機構を制御する際、目標進角マップを通常用マップから異常時用マップに切り替えると良い。この場合、目標進角マップを用い、その都度のエンジン運転状態に基づいて可変バルブタイミング機構の目標進角値が算出される。
【0011】
請求項3に記載の発明では、吸気側及び排気側のカムセンサによるカム信号の異常が各々検出される。この場合、センサ故障や断線等によりカム信号が無効となった時に、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構がそれぞれ異常時用データを用いて制御される。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、自動車用多気筒ガソリンエンジンの制御装置に本発明を具体化しており、特に、エンジンの吸気側及び排気側にはそれぞれに可変バルブタイミング機構(VVT機構)を設けている。そして、吸気バルブの開弁タイミングと排気バルブの開弁タイミングとを各々独立して制御するよう構成している。
【0013】
図1は、本実施の形態における制御システムの概要を示す図面である。図1において、エンジン10には、吸気バルブを開閉駆動するための吸気側カムシャフト11と、排気バルブを開閉駆動するための排気側カムシャフト12とが設けられており、これら吸気側及び排気側のカムシャフト11,12は、タイミングベルト13を介してクランクシャフト14に駆動連結されている。
【0014】
また、吸気側カムシャフト11には、吸気バルブの開弁タイミングを調整するための吸気側可変バルブタイミング機構(以下、吸気VVTという)15が設けられると共に、排気側カムシャフト12には、排気バルブの開弁タイミングを調整するための排気側可変バルブタイミング機構(以下、排気VVTという)16が設けられている。これら吸気VVT15と排気VVT16は、オイルポンプから供給される油圧により駆動されるものであり、各VVT15,16への油圧は油圧制御弁(OCV)17,18により制御される。この場合、油圧制御弁17,18の駆動に伴い、吸気バルブや排気バルブの開弁タイミングが進角側又は遅角側に制御される。
【0015】
吸気側カムシャフト11及び排気側カムシャフト12にはそれぞれに、同シャフトの回転位置を検出するためのカムセンサ21,22が設けられている。また、クランクシャフト14には、同シャフト14の回転位置を検出するためのクランクセンサ23が設けられている。
【0016】
ECU30は、周知のマイクロコンピュータを備える電子制御ユニットであり、前述のカムセンサ21,22やクランクセンサ23の検出信号を取り込む他、図示しない各種センサより水温、吸入空気量、吸気圧等の検出信号を逐次取り込む。また、ECU30は、吸気VVT15と排気VVT16とをそれぞれ独立に制御する。すなわち、逐次取り込む各種信号に基づいて吸気VVT15及び排気VVT16の制御量を算出し、その制御量により油圧制御弁17,18の駆動を各々デューティ制御する。
【0017】
図2には、エンジン1サイクル(720°CA)分のクランク信号とカム信号を示す。クランクセンサ23で発生するクランク信号は、4サイクルエンジンのクランク軸の回転に対応した所定角度間隔毎のパルス列よりなり、このパルス列の途中にパルスを抜いた欠歯(基準位置部)を有する。本実施の形態でのクランク信号は60パルス毎に2パルス分抜ける欠歯の構成となっている(60−2歯構造)。つまり、パルス列のパルス間隔が6°CAであり、このパルス列の途中に欠歯を360°CA毎に有し、そのうちの一方が表欠歯であり、他方が裏欠歯である。
【0018】
また、カムセンサ21,22で発生するカム信号(吸気カム信号、排気カム信号)は、気筒位置を特定するための気筒判別信号である。これらカム信号はその立ち下がりエッジが144°CA間隔であり、吸気カム信号に対して排気カム信号が318°CA進角側にずれている。吸気カム信号及び排気カム信号は、同一信号レベルの継続期間(例えば、立ち上がりから立ち下がりまでの角度間隔)がエンジン気筒毎に相違するよう構成されており、カム信号レベルのH期間又はL期間でのクランク信号数を数えることで、その都度の気筒が判別できるようになっている。
【0019】
次に、本実施の形態におけるVVT制御の作動を図3〜図5のフローチャートを用いて説明する。ここで、図3は、吸気カム信号及び排気カム信号の最遅角位置を学習するための学習処理を示すフローチャートであり、この処理は、36°CA角度同期処理としてECU30により実施される。
【0020】
図3において、先ずステップ101では、吸気カム信号及び排気カム信号についてTDCと立ち下がりエッジとの間の時間(TDC−エッジ間時間)を算出する。図2で説明すれば、図中のT11,T12,T21,T22等の時間間隔を算出する。但しこのTDC−エッジ間時間は、カムエッジ位置と所定の基準位置との時間間隔であれば良い。次に、ステップ102では、前記ステップ101で算出したTDC−エッジ間時間を角度に変換する。
【0021】
その後、ステップ103では、吸気カム信号が正常有り且つ、吸気VVT15が最遅角位置で制御されているかどうかを判別する。そして、ステップ103がYESであることを条件に、ステップ104では、吸気カム信号の最遅角位置学習値を更新する。すなわち、前記算出した吸気カム信号のTDC−エッジ間時間を最遅角位置学習値としてバックアップメモリに格納する。
【0022】
また、ステップ105では、排気カム信号が正常有り且つ、排気VVT16が最遅角位置で制御されているかどうかを判別する。そして、ステップ105がYESであることを条件に、ステップ106では、排気カム信号の最遅角位置学習値を更新する。すなわち、前記算出した排気カム信号のTDC−エッジ間時間を最遅角位置学習値としてバックアップメモリに格納する。なお、ステップ103,105では、各カム信号のエッジの有無等により正常か異常かが判別されれば良い。
【0023】
以上の学習処理により、カムセンサ21,22の個体差や組み付け誤差、経時変化等によるカム信号のズレ分が分かり、それが学習値としてECU30に記憶保持される。なお上記の処理は、所定の時間周期で実施されても良く、この場合にはクランク信号が正常かどうかの判定を行い、クランク信号正常の条件下でのみ学習を実施する。
【0024】
次に、吸気側及び排気側のVVT制御手順について説明する。先ずはじめに、図4は吸気VVT制御処理を示すフローチャートであり、この処理はECU30により所定時間周期(例えば16msec周期)で実施される。
【0025】
図4において、ステップ201では吸気カム信号が正常かどうかを判別し、続くステップ202では排気カム信号が正常かどうかを判別する。吸気カム信号、排気カム信号が共に正常であればステップ203に進み、吸気VVT15の可変制御を実行する。つまり、その時々のエンジン運転状態(エンジン回転数、水温等)に基づいて吸気VVT15の目標進角値を算出する。その後、ステップ204では、その時の実際の進角値(実進角値)と目標進角値との偏差に基づいて吸気側の油圧制御弁(OCV)17の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁17を駆動する。これにより、吸気VVT15が所望の進角位置に可変に制御される。
【0026】
また、吸気カム信号、排気カム信号の少なくとも何れかが異常であればステップ205に進み、吸気VVT15の最遅角固定制御を実施する。つまり、吸気VVT15の進角位置を最遅角位置とする。その後、ステップ204では、吸気VVT15が最遅角位置となるよう吸気側の油圧制御弁(OCV)17の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁17を駆動する。これにより、吸気VVT15が強制的に最遅角位置に固定される。
【0027】
因みに本実施の形態では、VVT15の初期状態すなわち無制御の状態が最遅角位置であり、油圧制御弁17の駆動Dutyを0%とすることで、VVT15が最遅角位置に固定されるようになる。勿論、VVT15を最遅角位置に固定するための駆動Dutyはシステムにより相違する。
【0028】
また、図5は排気VVT制御処理を示すフローチャートであり、この処理はECU30により所定時間周期(例えば16msec周期)で実施される。但し、この図5の処理は、前述した図4と同等の処理である。
【0029】
先ずステップ301,302では、吸気カム信号が正常かどうか、排気カム信号が正常かどうかを判別する。吸気カム信号、排気カム信号が共に正常であればステップ303に進み、排気VVT16の可変制御を実行する。つまり、その時々のエンジン運転状態(エンジン回転数、水温等)に基づいて排気VVT16の最適な進角位置を算出する。その後、ステップ304では、排気側の油圧制御弁(OCV)18の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁18を駆動する。これにより、排気VVT16が所望の進角位置に可変に制御される。
【0030】
また、吸気カム信号、排気カム信号の少なくとも何れかが異常であればステップ305に進み、排気VVT16の最遅角固定制御を実施する。つまり、排気VVT16の進角位置を最遅角位置とする。その後、ステップ304では、排気VVT16が最遅角位置となるよう排気側の油圧制御弁(OCV)18の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁18を駆動する。例えば、駆動Duty=0%とする。これにより、排気VVT16が強制的に最遅角位置に固定される。
【0031】
なお本実施の形態では、図4のステップ201,202と図5のステップ301,302が特許請求の範囲に記載した「異常検出手段」に相当し、図4のステップ205と図5のステップ305が同「異常時制御手段」に相当する。
【0032】
以上詳述した本実施の形態によれば、吸気側又は排気側の何れかのカム信号異常時において吸排気両方のVVT15,16を最遅角位置(基準位置)に固定するので、不安定な制御が実施されることもなく、エンジンの一定の運転性能が確保できる。
【0033】
この場合特に、VVT制御の異常時用データとして、最遅角固定のための制御データ(例えば駆動Duty=0%)を用いるため、簡易な構成にて異常時制御が実現できる。
【0034】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態について、上述した第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。本実施の形態では、吸気カム信号、排気カム信号のうち何れか一方が異常となった場合、異常発生側のVVT機構を所定の基準位置に固定してVVT可変制御を停止すると共に、正常側のVVT制御に使う目標進角マップを、通常モード用のマップから異常モード用のマップに切り替えることとする。これにより、デュアルVVTの一方が故障し、シングルVVTのようになった時にも制御性を損なうことなくVVT制御が継続できる。
【0035】
以下、本実施の形態における吸気側及び排気側のVVT制御手順について説明する。先ずはじめに、図6は吸気VVT制御処理を示すフローチャートであり、この処理はECU30により所定時間周期(例えば16msec周期)で実施される。
【0036】
図6において、先ずステップ401では吸気カム信号が正常かどうかを判別し、続くステップ402では排気カム信号が正常かどうかを判別する。吸気カム信号、排気カム信号が共に正常であればステップ403に進み、通常時の目標進角マップを用いて目標進角値を算出する。そして、ステップ405では、吸気VVT15の可変制御を実行する。続くステップ406では、その時の実進角値と目標進角値との偏差に基づいて吸気側の油圧制御弁(OCV)17の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁17を駆動する。これにより、吸気VVT15が目標進角値通りに可変に制御される。
【0037】
また、吸気カム信号が異常の場合(ステップ401がNOの場合)、ステップ407に進み、吸気VVT15の最遅角固定制御を実施する。つまり、吸気VVT15の進角位置を最遅角位置とする。その後、ステップ406では、吸気VVT15が最遅角位置となるよう吸気側の油圧制御弁(OCV)17の駆動Dutyを算出し、その駆動Dutyにて油圧制御弁17を駆動する。これにより、吸気VVT15が強制的に最遅角位置に固定される。
【0038】
また、排気カム信号だけが異常の場合(ステップ401がYES、ステップ402がNOの場合)、ステップ404に進み、排気カム信号の異常時にのみ用いる異常時用の目標進角マップにより目標進角値を算出する。この異常時用の目標進角マップは、正常に制御可能な吸気VVT15だけで適合された異常時用データであり、通常時用の目標進角マップと共にECU30(ROM等)に予め格納されている。そして、ステップ405では、吸気VVT15の可変制御を実行し、続くステップ406では、その時の実進角値と目標進角値との偏差に基づいて吸気側の油圧制御弁(OCV)17の駆動Dutyを算出して油圧制御弁17を駆動する。これにより、異常時の目標進角値に従い、吸気VVT15が可変に制御される。
【0039】
また、図7は排気VVT制御処理を示すフローチャートであり、この処理はECU30により所定時間周期(例えば16msec周期)で実施される。但し、この図7の処理は、前述した図6と同等の処理である。
【0040】
図7において、先ずステップ501では排気カム信号が正常かどうかを判別し、続くステップ502では吸気カム信号が正常かどうかを判別する。排気カム信号、吸気カム信号が共に正常であればステップ503に進み、通常時の目標進角マップを用いて目標進角値を算出する。そして、ステップ505,506では、排気VVT16の可変制御を実行し、その時の実進角値と目標進角値との偏差に基づいて排気側の油圧制御弁(OCV)18を駆動する。これにより、排気VVT16が目標進角値通りに可変に制御される。
【0041】
また、排気カム信号が異常の場合(ステップ501がNOの場合)、ステップ507に進み、排気VVT16の最遅角固定制御を実施する。つまり、排気VVT16の進角位置を最遅角位置とする。その後、ステップ506では、排気VVT16が最遅角位置となるよう排気側の油圧制御弁(OCV)18を駆動する。これにより、排気VVT16が強制的に最遅角位置に固定される。
【0042】
また、吸気カム信号だけが異常の場合(ステップ501がYES、ステップ502がNOの場合)、ステップ504に進み、吸気カム信号の異常時にのみ用いる異常時用の目標進角マップにより目標進角値を算出する。この異常時用の目標進角マップは、正常に制御可能な排気VVT16だけで適合された異常時用データであり、通常時用の目標進角マップと共にECU30(ROM等)に予め格納されている。そして、ステップ505,506では、排気VVT16の可変制御を実行し、排気側の油圧制御弁(OCV)18の駆動Dutyを算出して油圧制御弁18を駆動する。これにより、異常時の目標進角値に従い、排気VVT16が可変に制御される。
【0043】
なお本実施の形態では、図6のステップ401,402と図7のステップ501,502が特許請求の範囲に記載した「異常検出手段」に相当し、図6のステップ404,407と図7のステップ504,507が同「異常時制御手段」に相当する。
【0044】
以上第2の実施の形態によれば、吸気側又は排気側のうち、異常検出された方のVVT機構を最遅角位置(基準位置)に固定すると共に、異常検出されていない方のVVT機構を、単独のVVT機構で制御可能とするよう適合した異常時用の目標進角マップ(異常時用データ)を用いて制御するので、異常発生後にも所望の制御精度を維持しつつVVT可変制御が継続できる。
【0045】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、センサ故障や断線等による吸気カム信号、排気カム信号の異常の有無を判定し、これらカム信号の異常時にVVTの異常時制御を実施したが、これに限らず、VVT制御系に何らかの異常が発生した際、VVTの異常時制御を実施しても良い。例えば、VVT制御の目標値に対して実際のVVT進角位置がなかなか収束しない場合(F/B異常時)や、油圧制御弁(OCV)の駆動Dutyとして所定の許容範囲を越える値が算出された場合、VVT制御系の異常と判定し、上述の異常時制御を実施する。
【0046】
上記第1の実施の形態では、異常発生時に、吸気排気両方のVVT15,16を最遅角位置に固定したが、この位置は最進角位置であったり中間位置であったりしても良い。要は、予め規定した所定の基準位置にVVT機構を固定するものであれば良い。また、吸気VVT15と排気VVT16とで固定の位置を各々別個に設定しても良い。例えば、吸気VVT15は最遅角位置で固定し、排気VVT16は中間位置で固定しても良い。これは、第2の実施の形態において、異常側のVVT機構を制御する場合も同様である。
【0047】
上記第2の実施の形態において、異常時用データとして用いる目標進角マップは、通常時用の目標進角マップに比べてデータ数の少ない簡易的なマップとしても良い。この場合、構成が簡素化できる。
【0048】
また、上記第2の実施の形態において、異常時用データは目標進角マップとして与えられる構成以外に、通常時用マップにより設定されたデータ(目標進角値)に対して補正を行ったものであっても良い。何れにしても、単独のVVT機構で制御可能に適合されたデータであれば良い。
【0049】
上記第1,第2の実施の形態を組み合わせて実現することも可能である。例えば、吸気カム信号又は排気カム信号の何れかが異常となった際、その当初は、第2の実施の形態(図6,図7)のように、異常側での最遅角固定制御と正常側での異常時用データによる可変制御とを実施し、所定時間が経過した際、第1の実施の形態(図4,図5)のように、吸排気両方のVVT機構を最遅角固定制御とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態におけるデュアルVVTシステムの概要を示す構成図。
【図2】回転信号の形態を示すタイムチャート。
【図3】最遅角位置の学習手順を示すフローチャート。
【図4】吸気VVTの制御手順を示すフローチャート。
【図5】排気VVTの制御手順を示すフローチャート。
【図6】吸気VVTの制御手順を示すフローチャート。
【図7】排気VVTの制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
10…エンジン、11…吸気側カムシャフト、12…排気側カムシャフト、15…吸気VVT、16…排気VVT、21,22…カムセンサ、30…ECU。
Claims (3)
- エンジンの吸気側及び排気側のカムシャフトに各々設けられた可変バルブタイミング機構を備え、その都度のエンジン運転状態に基づいて吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構をそれぞれ独立に制御するエンジンのバルブタイミング制御装置において、
吸気側及び排気側のバルブタイミング制御系の何れで異常が発生したかを検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常有りが検出された場合、異常検出された方の可変バルブタイミング機構を所定の基準位置に固定すると共に、異常検出されていない方の可変バルブタイミング機構を、単独の可変バルブタイミング機構で制御可能となるよう適合した異常時用データを用いて制御する異常時制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。 - 目標進角マップを用い、その都度のエンジン運転状態に基づいて可変バルブタイミング機構の目標進角値を算出するようにしたバルブタイミング制御装置であって、前記異常時制御手段は、異常検出されていない方の可変バルブタイミング機構を制御する際、目標進角マップを通常用マップから異常時用マップに切り替える請求項1に記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
- 吸気側及び排気側のカムシャフトに各々設けられ該カムシャフトの回転位置を検出するためのカムセンサを備え、カムセンサの検出信号に基づき吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構を所望の位置に制御するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、前記異常検出手段は、吸気側及び排気側のカムセンサによるカム信号の異常を各々検出するものである請求項1又は請求項2に記載のエンジンのバルブタイミング制御装置。
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