JP4666187B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの空燃比制御に関する。

車両等に搭載されるエンジンにおいて、出力性能及び燃費性能を向上させるために、吸排気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構の採用が増加している。可変バルブタイミング機構は、例えばカムシャフトに備えられたベーン式のカム位相可変機構に圧油を給排して作動させ、カムの位相を進角あるいは遅角させる油圧駆動式が広く採用されている。このような油圧駆動式の可変バルブタイミング機構では、作動油温が低温状態である場合には、良好に作動できなくなる虞があるので作動規制せざるを得ない。そして、作動油温（エンジンの油温）は直接検出し難いので、作動油温の代わりにエンジンの冷却水温に基づいて、可変バルブタイミング機構を作動規制するか否かを判定することが行われている。

しかしながら、エンジンの構造上、作動油は冷却水と比較して熱し難く冷め難い状況下にある。したがって、例えば冷態始動時のように冷却水及び作動油の温度が低温状態から上昇する場合には、作動油に対して冷却水の温度の上昇スピードが早く、実際には作動油温が十分に上昇していないのに、冷却水温が上昇して可変バルブタイミング機構の作動を容認させてしまう虞がある。

そこで、このような問題を解決すべく、冷却水温と吸気温との差が所定値以上である場合には、可変バルブタイミング機構の作動を規制するか否かを判定するための冷却水温の閾値を変更する技術が開発されている（特許文献１）。
特開２００２−３４９３００号公報

上記特許文献１では、冷態始動時に可変バルブタイミング機構の誤作動を防止することが可能となる。しかしながら、エンジン停止から数時間経過した後にエンジンを再始動するような状況では、冷却水温が低下しているものの作動油温が高く維持されている場合がある。このような場合には、可変バルブタイミング機構が正常に作動可能であるにも拘わらず、冷却水温に基づいて可変バルブタイミング機構が作動規制されてしまう。可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは、通常、エンジン始動時には、排気性能を向上させるべく、可変バルブタイミング機構の作動を前提として、吸気の空燃比がリーンとなるように制御されている。しかしながら、上記のように可変バルブタイミング機構が規制されてしまうと、始動時の空燃比が許容以上に希薄となり、エンジンの始動が不安定となる虞がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジン始動時において可変バルブタイミング機構の作動規制時に、始動安定性を確保できるエンジンの制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの制御装置において、エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段と、吸気温を検出する吸気温検出手段と、エンジン始動時に水温検出手段により検出した冷却水温が、吸気温検出手段により検出した吸気温より所定値以上大きい場合に、エンジンが冷態始動したと判定し可変バルブタイミング機構を作動規制する規制手段と、エンジン始動時に検出した前記冷却水温が所定範囲内でありかつ規制手段によりエンジンが冷態始動したと判定され可変バルブタイミング機構が作動規制された場合に、エンジン始動時の空燃比を可変バルブタイミング機構が作動規制されない場合に設定される通常空燃比よりリッチにする制御手段とを備え、所定範囲は、エンジンの始動前の状態に拘わらず冷却水温度から推定される可変バルブタイミング機構の作動油温が作動保障温度以上となる第１の温度と、エンジンの始動前の状態に拘わらず作動油温が作動保障温度より低くなる第２の温度との間であることを特徴とする。

本発明の請求項１のエンジンの制御装置によれば、吸気温より所定値以上大きい場合には、可変バルブタイミング機構の作動が規制されるので、例えば冷態始動時のようにエンジンの冷却水温と油温との差が大きい場合に可変バルブタイミング機構の誤作動を防止することができる。
そして、始動時の冷却水温が所定範囲内でありかつ吸気温より所定値以上大きく可変バルブタイミング機構の作動が規制されたときに、空燃比を通常空燃比よりリッチにするので、エンジンの始動安定性を確保することができる。

また、冷却水温が第１の温度より高い場合には、エンジンの始動前の状態に拘わらず可変バルブタイミング機構の作動油温が作動保証温度以上となるので、可変バルブタイミング機構の規制が不要となる。したがって、制御手段により空燃比を通常空燃比よりリッチにする必要がなくなるので、燃費の低下を抑制することができる。

さらに、冷却水温が第２の温度より低い場合には、エンジンの始動前の状態に拘わらず可変バルブタイミング機構の作動油温が作動保証温度より低くなるので、常に空燃比をリッチ化することで、始動安定性を確保するための制御を確実にすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を備えたエンジン１の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、気筒毎に燃焼室３と連通する吸気ポート４及び排気ポート５が形成されているとともに、燃焼室３と吸気ポート４との間を開閉する吸気弁６、燃焼室３と排気ポート５との間を開閉する排気弁７が設けられている。吸気弁６及び排気弁７は、カムシャフト８、９により、エンジン１の回転駆動に伴って駆動される。

また、シリンダヘッド２には、吸気ポート４に連通するように吸気マニホールド１１の一端が接続されているとともに、排気ポート５に連通するように排気マニホールド１２の一端が接続されている。吸気マニホールド１１の他端にはスロットル弁１３を介して吸気導入用の吸気管１５が接続されている。
更に、シリンダヘッド２には、電磁式の燃料噴射弁２０が設けられており、該燃料噴射弁２０は図示しない燃料タンクから供給された燃料を吸気ポート４内に噴射する機能を有する。

排気マニホールド１２の他端には、排気管２１が接続されており、この排気管２１には三元触媒等の排気浄化触媒２２を介してマフラー（図示せず）が接続されている。
エンジン１には、可変バルブタイミング機構が備えられている。可変バルブタイミング機構は、カムシャフト８、９の一端部に、ベーン式のカム位相可変機構３０、３１を備え、このカム位相可変機構３０、３１に圧油を給排することでカムの回転位置（位相）を進角あるいは遅角させて、吸気弁６及び排気弁７の開閉時期を可変制御する。

また、吸気マニホールド１１には、吸気温を検出する吸気温センサ４０が備えられている。エンジン１の冷却水の経路には、冷却水温を検出する水温センサ４１が備えられている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット：制御手段）５０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、図示しないアクセル開度センサやクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ５０の出力側には、燃料噴射弁２０やスロットル弁１３の他に点火コイルを介した点火プラグ４３等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ５０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。これにより、適正なタイミングでスロットル弁１３が開閉操作されるとともに、吸気に適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、筒内に適正な空燃比の混合気が流入して、適正なタイミングで火花点火が実施される。また、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構の制御部を備え、上記各種センサから入力した検出情報に基づき吸気弁６及び排気弁７の開閉時期を演算し、カム位相可変機構３０、３１を作動制御する。

ＥＣＵ５０は、特に、エンジン始動時において水温センサ４１により検出した冷却水温（始動時水温ＣＲＷＴ）に基づいて、カム位相可変機構３０、３１の作動規制制御を行う（規制手段）。以下、図２及び図３を用いてカム位相可変機構３０、３１の作動規制制御について説明する。
図２は、始動時水温ＣＲＷＴと推定油温との関係を示すマップである。図３は、始動時吸気温ＣＲＡＴと始動時水温ＣＲＷＴとに基づくカム位相可変機構３０、３１の作動規制判定に用いられるマップである。

図２に示すように、始動時水温ＣＲＷＴから推定油温（カム位相可変機構３０、３１の作動油温）が求められる。ＥＣＵ５０は、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨ（第１の温度）より高い場合には、カム位相可変機構３０、３１の作動を常に許可する。制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨは、エンジン始動前の状態、例えば始動前のエンジンの停止時間に拘わらず、推定油温がカム位相可変機構３０、３１の作動が保証される作動保証温度Ｔo（例えば−１０℃）以上となる冷却水の温度である（例えば３５℃）。

また、ＥＣＵ５０は、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬ（第２の温度）より低い場合には、カム位相可変機構３０、３１を常に作動規制する。制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬは、エンジン始動前の状態に拘わらず推定油温が作動保証温度Ｔoより常に低くなる冷却水の温度である（例えば−１０℃）。
更に、ＥＣＵ５０は、図３に示すように、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬと制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨとの間では、始動時水温ＣＲＷＴから始動時吸気温ＣＲＡＴを減算した差が所定値Ｔ1以上である場合（図中斜線部）には、カム位相可変機構３０、３１を作動規制する。所定値Ｔ1は、冷却水温の検出のバラツキを考慮して例えば５度程度に設定すればよい。

図４は、エンジン始動時の空燃比設定要領を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の始動時、詳しくはイグニッションスイッチのオン時にその都度実行される。
イグニッションスイッチをオンにして本ルーチンがスタートすると、まずステップＳ１０では、水温センサ４１により水温を始動時水温ＣＲＷＴとして読み込む。また、吸気温センサ４０により吸気温を始動時吸気温ＣＲＡＴとして読み込む。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で読み込んだ始動時水温ＣＲＷＴから始動時吸気温ＣＲＡＴを減算し、その差が所定値Ｔ1以上であるか否かを判別する。ＣＲＷＴ−ＣＲＡＴ≧Ｔ1である場合には、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、ステップＳ１０で読み込んだ始動時水温ＣＲＷＴが所定範囲内であるか、詳しくは制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬ（第２の温度）以上かつ制御許可上限水温ＰＲＥＷＨ（第１の温度）以下であるか否かを判別する。ＰＲＥＷＴＬ≦ＣＲＷＴ≦ＰＲＥＷＨである場合には、ステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ２０及びＳ３０は、上述したカム位相可変機構３０、３１の作動規制が行われるか否かを判別するものである。

ステップＳ４０では、エンジンを始動させる。そして、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、吸気の空燃比をカム位相可変機構３０、３１の作動を前提として設定される通常空燃比ＰＷに対してリッチ側に補正した値である空燃比ＰＲＥＰＷに設定する。なお、空燃比のリッチ側への補正は、例えば燃料噴射量を増量補正するように燃料噴射弁４３を制御したり、吸気量が絞られるようにスロットル弁１３を制御したりして行えばよい。そしてステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、空燃比をＰＲＥＰＷからＰＷに徐々に増加するように制御する。そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ２０においてＣＲＷＴ−ＣＲＡＴ≧Ｔ1でない場合、またはステップＳ３０においてＰＲＥＷＴＬ≦ＣＲＷＴ≦ＰＲＥＷＨでない場合には、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、空燃比を通常空燃比ＰＷに設定する。そして、本ルーチンを終了する。

以上の制御により、本実施形態のＥＣＵ５０では、図３中斜線部に示すように、始動時水温ＣＲＷＴと始動時吸気温ＣＲＡＴとの差がＴ1以上であり、かつ始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬと制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨとの間である場合に、カム位相可変機構３０、３１の作動が規制されるが、これとともに空燃比を通常空燃比ＰＷからリッチ側に補正した空燃比ＰＲＥＰＷに変更する。始動時水温ＣＲＷＴと始動時吸気温ＣＲＡＴとの差がＴ1以上である場合、例えば、エンジン停止してから数時間経過後に始動した場合のように、冷却水温が完全に気温まで低下していない状態で始動した場合には、作動油温が高く維持されている可能性があり、このような場合では始動時水温ＣＲＷＴと始動時吸気温ＣＲＡＴとの差に基づいてカム位相可変機構３０、３１が作動規制されてしまう。しかしながら、本実施形態では、カム位相可変機構３０、３１が作動規制されても、空燃比をリッチ側に補正することで、空燃比がリーンとなり過ぎることなく、始動安定性を確保することができる。

また、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬより低い場合には、カム位相可変機構３０、３１が正常に作動できなくなる虞のある領域であるが、カム位相可変機構３０、３１の作動規制を前提にした空燃比とすることで、空燃比の制御を容易かつ確実にすることができる。また、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨより高い場合には、エンジン始動前の状態に拘わらず作動油温がカム位相可変機構３０、３１の作動保証温度Ｔo以上となるので、カム位相可変機構３０、３１の作動が許容され、空燃比のリッチ側への補正を行う必要がなくなる。そして、本実施形態では、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬと制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨとの間でのみ、始動時時水温ＣＲＷＴと始動時吸気温ＣＲＡＴとの差に基づく空燃比のリッチ側への補正を行うことで、不要な空燃比のリッチ側への補正を抑制し、排気性能及び燃費性能を確保することができる。

なお、本実施形態では、ＣＲＷＴ−ＣＲＡＴ≧Ｔ1かつＰＲＥＷＴＬ≦ＣＲＷＴ≦ＰＲＥＷＨである場合にカム位相可変機構３０、３１を作動規制し、該作動規制時に空燃比をリッチ側に補正しているが、本願発明はこれに限定するものではない。例えば、ＣＲＷＴ−ＣＲＡＴ≧Ｔである場合にカム位相可変機構３０、３１を作動規制し、該作動規制時にＰＲＥＷＴＬ≦ＣＲＷＴ≦ＰＲＥＷＨとなった時点で空燃比をリッチ側に補正するものも本願発明に含まれる。このように、カム位相可変機構３０、３１の作動規制時に、始動時水温ＣＲＷＴが制御許可下限水温ＰＲＥＷＴＬと制御許可上限水温ＰＲＥＷＴＨとの間である場合に空燃比をリッチ側に補正することで、カム位相可変機構３０、３１の作動規制時における始動安定性を確保することができる。

本発明に係る制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。 始動時水温と推定油温との関係を示すマップである。 始動時吸気温と始動時水温とに基づくカム位相可変機構の作動規制判定用のマップである。 エンジン始動時の空燃比設定要領を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１３ スロットル弁
３０、３１ カム位相可変機構
４０ 吸気温センサ
４１ 水温センサ
４３ 燃料噴射弁
５０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの制御装置において、
   エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段と、
   吸気温を検出する吸気温検出手段と、
   エンジン始動時に前記水温検出手段により検出した冷却水温が、前記吸気温検出手段により検出した吸気温より所定値以上大きい場合に、前記エンジンが冷態始動したと判定し前記可変バルブタイミング機構を作動規制する規制手段と、
   エンジン始動時に検出した前記冷却水温が所定範囲内でありかつ前記規制手段により前記エンジンが冷態始動したと判定され前記可変バルブタイミング機構が作動規制された場合に、エンジン始動時の空燃比を前記可変バルブタイミング機構が作動規制されない場合に設定される通常空燃比よりリッチにする制御手段とを備え、
   前記所定範囲は、前記エンジンの始動前の状態に拘わらず前記冷却水温度から推定される前記可変バルブタイミング機構の作動油温が作動保障温度以上となる第１の温度と、前記エンジンの始動前の状態に拘わらず前記作動油温が前記作動保障温度より低くなる第２の温度との間であることを特徴とするエンジンの制御装置。

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