JP5249887B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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

可変バルブタイミング機構は、上述の基準位置の学習時のみならず、エンジン始動時にもロックされる。エンジン始動時は、可変バルブタイミング機構を確実にロックしてバルブタイミングを固定し、始動性を確保している。

このため、エンジン始動時と同様に可変バルブタイミング機構をロックしてロック位置学習を行うと、ドライバがアクセルを踏み込んだ場合、ロック位置学習を終了してロックを解除し、目標バルブタイミングの制御へ移行するまでに加速応答遅れが生じ、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、可変バルブタイミング機構のロック位置学習中にドライバによるアクセル操作がなされたとき、速やかにロックを解除して目標バルブタイミング制御へ移行させ、ドライブフィーリングの悪化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の位相を進角又は遅角させる油圧式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実行するロック位置学習部と、上記ロック位置学習の実行中、上記ロックを解除する油圧を切り換える切換弁を、エンジン始動時のロック状態よりもロック解除側となるように制御するロック制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、可変バルブタイミング機構のロック位置学習中にドライバによるアクセル操作がなされたとき、速やかにロックを解除して目標バルブタイミング制御へ移行させることができ、ドライブフィーリングの悪化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 オイルフロー制御弁の概略構成を示す説明図 オイルフロー制御弁のデューティ制御と可変バルブタイミングの動作状態との関係を示す説明図 エンジン始動時のオイルフロー制御弁のスプール位置を示す説明図 ロック位置学習時のオイルフロー制御弁のスプール位置を示す説明図 アンロック状態でのオイルフロー制御弁のスプール位置を示す説明図

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の上流には、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。

可変バルブタイミング機構２７は、概略的には、吸気カムプーリ２３に一体回転可能に連結されるハウジング内に、吸気カム軸１９の先端部に取付られた図示しないベーン体を収納して構成されている。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、クランク軸１ｂに対する吸気バルブ２５のバルブタイミングを変更する。尚、吸気カムプーリ２３の外周には、タイミングベルト２２を掛装するための外歯が多数形成されている。

具体的には、ハウジングに形成された各扇状空間部に、ベーン体が回動自在に収納されて、ベーンによって進角室（進角作動の油圧室）と遅角室（遅角作動の油圧室）とに区画され、それぞれが油圧通路を介して図２に示すようなオイルフロー制御弁５３に接続されている。オイルフロー制御弁５３は、可変バルブタイミング機構２７の油圧通路を切り換えるマルチポートの切換弁であり、例えば、電磁ソレノイド５４と、この電磁ソレノイド５４により進退駆動されて各ポートを開閉するスプール弁５５とで構成されている。尚、図２及び以下に説明する図４，図５，図６においては、第１油圧通路５６，第２油圧通路５７、アンロック用油圧通路５８、ドレイン通路５９、進遅角用油圧通路６０のみを図示し、他の通路は図示を省略している。

可変バルブタイミング機構２７へ供給される油圧は、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して第１油圧通路５６により圧送される。同様に第２油圧通路５７へも図示しないオイルポンプを解して油圧が供給され、オイルフロー制御弁５３からぞれぞれ、図示しない進角室，遅角室に連通されている進遅角用油圧通路６０を通り圧送される。

オイルフロー制御弁５３は、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）１００によってデューティ制御され、電磁ソレノイド５４のロッド５４ａを介してスプール弁５５のスプール５５ａが進退駆動されることにより各ポートが切り換えられる。すなわち、デューティ制御のデューティ比に応じて電磁ソレノイド５４の通電電流が増減され、電磁ソレノイド５４のロッド５４ａを介してスプール弁５５のスプール５５ａが軸方向に移動すると、各通路へのポートが切換えられ、オイルの流れ方向が切り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の進角室と遅角室に供給され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。

また、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図示しない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孔と、スプリングによって同ロック孔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を主として構成されている。ロック孔には、アンロック用油圧通路５８が連通され、このアンロック用油圧通路５８がオイルフロー制御弁５３の該当ポートに接続され、第１油圧通路５６とドレイン通路５９とに選択的に連通される。

すなわち、オイルフロー制御弁５３によってアンロック用油圧通路５８がドレイン通路５９に連通されると、ロックピンがスプリングの付勢力によってロック孔に挿入され、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孔との係合位置が設定されている。一方、アンロック用油圧通路５８が第１油圧通路５６に連通された状態では、第１油圧通路５６からアンロック用油圧通路５８を介してロック孔に所定の油圧が供給され、スプリングの付勢力に抗してロックピンがロック孔から係脱され、ロックが解除される（アンロック）。

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、ＥＣＵ１００に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ１００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５３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５３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、ＥＣＵ１００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、本実施の形態においては、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おり、この中間ロック位置で学習を行う。

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、ＥＣＵ１００は、ロック位置学習部としての機能により、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。

また、ＥＣＵ１００は、ロック位置学習中にドライバによるアクセル踏み込み操作がなされ、アクセル開度が設定開度以上になった場合、ロック位置学習を終了してロック解除を行い、その後、目標進角量への制御を開始する。従って、コースティング走行からのドライバのアクセル操作に対して、ロック解除時間分の目標進角量への制御遅れが生じることは避けられず、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。

このため、ＥＣＵ１００は、ロック制御部としての機能により、エンジン始動時には、ロック機構へアンロック用油圧が供給されにくいデューティ比でオイルフロー制御弁５３を制御し、可変バルブタイミング機構２７を確実にロックさせて始動性を向上させる。一方、ロック位置学習中は、オイルフロー制御弁５３をエンジン始動時よりもロック解除側に制御する。すなわち、アンロック用油圧をロック機構へ速やかに供給可能なデューティ比でオイルフロー制御弁５３を制御し、ロック位置学習中にドライバがアクセルを踏み込んだ場合、迅速にロックを解除して目標進角量制御に移行させる。

本実施の形態においては、図３に示すように、オイルフロー制御弁５３をデューティ比０〜４０％で駆動するとき、可変バルブタイミング機構２７がロックされ、デューティ比４０％を超えると可変バルブタイミング機構２７のロックが解除される（アンロック動作）。

具体的には、エンジン始動時には、オイルフロー制御弁５３をできるだけ低いデューティ比、例えばデューティ比０％で駆動する。この駆動条件下では、オイルフロー制御弁５３は、図４に示すように、第１油圧通路５６のポートを閉じてアンロック用油圧通路５８のポートとドレイン通路５９のポートとを連通させ、ロック機構からオイルが排出され、ロックピンがロック孔に嵌合し、可変バルブタイミング機構２７が機械的にロックされる。

このとき、オイルフロー制御弁５３のスプール５５ａの位置は、第１油圧通路５６のポートを開いてドレイン通路５９のポートを閉じるまでに所定のストロークを要する位置に制御される。これにより、可変バルブタイミング機構２７を確実にロックして、始動性を確保することができる。

一方、ロック位置学習時には、オイルフロー制御弁５３をロック範囲内のできるだけ高いデューティ比、例えばデューティ比４０％で駆動する。このとき、図５に示すように、オイルフロー制御弁５３のスプール５５ａの位置は、第１油圧通路５６のポートを閉じてアンロック用油圧通路５８のポートとドレイン通路５９のポートとを連通させながら、ロック解除位置（第１油圧通路５６のポートを開いてドレイン通路５９のポートを閉じる）の近傍からロック解除位置の直前に制御される。

従って、ロック位置学習中にアクセルが踏まれた場合、オイルフロー制御弁５３のデューティ比を大きく増加させることなく、直ちに第１油圧通路５６のポートを開いてドレイン通路５９を閉じることが可能となる。これにより、ロック機構に速やかに油圧を供給し、ロック孔からロックピンを迅速に係脱してロックを解除することが可能となる。

可変バルブタイミング機構２７のロックを解除したアンロック状態では、オイルフロー制御弁５３のスプール位置は、図６に示すように、第１油圧通路５６のポートとアンロック用油圧通路５８のポートとを連通させてドレイン通路５９のポートを閉じる位置に制御され、ロック機構に油圧を供給してアンロック状態が維持される。このとき、第２油圧通路５７のポートが開かれ、進遅角用油圧通路６０から進角室或いは遅角室へ油圧が供給され、可変バルブタイミング機構２７による進角側或いは遅角側への制御がなされる。

このように本実施の形態においては、可変バルブタイミング機構２７のロック位置学習中に、ドライバによってアクセルペダルが踏み込まれたとき、ロックを解除するための油圧回路の切換に要する時間を短縮することができ、迅速にロックを解除することができる。これにより、ロック位置学習を終了して速やかに目標進角量への制御に移行させることができ、ドライブフィーリングの悪化を防止することができる。

１ エンジン
１ｂ クランク軸
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
５３ オイルフロー制御弁
５５ａ スプール
１００ 電子制御装置（ロック位置学習部、ロック制御部）

Claims (5)

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の位相を進角又は遅角させる油圧式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実行するロック位置学習部と、
   上記ロック位置学習の実行中、上記ロックを解除する油圧を切り換える切換弁を、エンジン始動時のロック状態よりもロック解除側となるように制御するロック制御部と
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記ロック位置学習の実行中、上記切換弁をロック解除位置近傍に制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 上記切換弁は、上記可変バルブタイミング機構に油圧を供給する複数のポートを切り換えるスプールを備え、
   上記ロック位置学習の実行中、上記スプールがエンジン始動時よりもロック解除側に保持されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
4. 上記ロック位置学習の実行中、上記スプールがロック解除位置直前で保持されることを特徴とする請求項３記載のエンジンの制御装置。
5. 上記切換弁をデューティ制御により駆動し、上記ロック位置学習の実行中は、エンジン始動時よりも高いデューティ比で上記切換弁を駆動して上記可変バルブタイミング機構をロックすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの制御装置。

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