JP6097061B2 - 連続可変バルブリフトエンジンの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続可変バルブリフトエンジンの制御方法に係り、より詳しくは、エンジンのアイドル状態におけるノッキング現象を防ぐための連続可変バルブリフトエンジンの制御方法に関する。

内燃機関（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ）は、燃料と空気とを、設定した割合で混合した混合気を、設定された点火方式を用いて燃焼させることにより、爆発圧力を用いて動力を生じさせる。
このとき、爆発圧力によるシリンダーの直線運動をクランクシャフトによって回転運動に切り換え、クランクシャフト（Ｃｒａｎｋ Ｓｈａｆｔ）と連結されたタイミングベルトによりカムシャフト（Ｃａｍ Ｓｈａｆｔ）が駆動されて吸気バルブ（Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ）及び排気バルブ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ）が作動する。そして、吸気バルブが開かれている間に燃焼室への空気の吸入が行われ、排気バルブが開かれている間に燃焼室から燃焼ガスの排出が行われる。

このような吸気バルブ及び排気バルブの動作は、エンジンの回転速度に応じてバルブリフト及びバルブの開閉時間（タイミング）を調節する必要があり、この調節が行われなければ、最適なエンジン性能を確保することができない。
エンジンの回転速度に応じて吸気バルブ及び排気バルブを適切に動作させるために、吸気バルブ及び排気バルブを駆動するカムを複数化して設計したり、吸気バルブ及び排気バルブがエンジンの回転数に応じて異なるバルブリフトにて動作したりする連続可変バルブリフト（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｖａｒｉａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｌｉｆｔ、以下ＣＶＶＬと記すことがある）装置が開発されて適用されている（例えば特許文献１を参照）。

一方、エンジンがアイドル状態では、チップイン（Ｔｉｐ ｉｎ）となる場合に、急激な空気量の増大によって圧縮比が高くなり、自家発火してノッキング（ｋｎｏｃｋｉｎｇ）現象が生じてしまう。
このような現象を防ぐために、ＣＶＶＬ装置が装備された車両には、２種類の方式が採用可能である。一方は、吸気カムをパーキング位置にし、バルブリフトをハイリフト（ｈｉｇｈ ｌｉｆｔ）にして有効圧縮比を低めることであり、他方は、吸気カムを最進角させ、バルブリフトをローリフト（ｌｏｗ ｌｉｆｔ）にして有効圧縮比を低めることである。これらの２種類の方式のうち、後者の吸気カムを最進角させ、バルブリフトをローリフトにする方式の方が燃費の観点からは有利である。

従来は、２種類の方式の中の何れか一方の方式を指定して有効圧縮比を低めることによりノッキング現象を防いでいたが、エンジンがアイドル状態である場合にはオイル圧の不足により吸気カムが進角不能になる状態が発生することがある。このような場合、従来はカムが進角不能になることを考慮した対処方法がなかったため適切に対応することができず、その結果、ノッキング現象が発生したり燃費が悪化したりすることがあった。

特開２０１０−１１６８１９号公報

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンのアイドル状態でも有効圧縮比を効率よく低下させることにより、燃費の悪化を防ぎ且つノッキング現象を防止することができる連続可変バルブリフト制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決するための手段として、本発明の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法は、車両の制御部が、エンジンがアイドル状態であり、且つ、エンジンのオイル温度が設定された範囲内か否かを判断するステップと、エンジンがアイドル状態であり、且つ、オイル温度が設定された範囲内であればエンジンを所定の調節状態に制御するステップと、調節状態においてエラーが発生した場合に、エラー発生時間を測定し、エラー発生時間が予め設定された時間を超える場合にエンジンを所定のパッシブ状態に切り換えて制御するステップと、を含み、
調節状態は、連続可変バルブリフトの吸気カムが最進角状態であり、エンジン速度が設定された基本アイドル回転数であり、且つ、連続可変バルブリフトが所定のハイリフトである状態であり、エラーは、エンジンを調節状態に制御したとき、エンジンの回転数が低くオイル圧が不足して前記吸気カムが前記設定された最進角まで進角できない状態であり、パッシブ状態は、吸気カムがパーキング状態であり、エンジン速度が基本アイドル回転数よりも大きく、且つ、連続可変バルブリフトが所定のローリフト状態であることを特徴とする。

また前記エラーは、吸気カムが進角できない状態であることが好ましい 。
更に前記制御部は、調節状態において、制御する場合にカムタイミングをモニターし、吸気カムが最進角状態である場合のカムタイミングと、実際に測定されたカムタイミングとの差が設定値よりも大きい場合にエラーが発生したと判断することを特徴とする。

更に前記制御部は、パッシブ状態に入ってからの経過時間が設定値を超える場合に、調節状態に切り換えるステップを更に含むことを特徴とする。
更に前記制御部が、調節状態からパッシブ状態へと切り換わる回数を数えるステップと、前記回数が設定値を超えた場合に、パッシブ状態を所定の時間強制的に維持するステップと、を更に含むことを特徴とする。

更に前記ハイリフト状態は、バルブリフトが６ｍｍ以上の状態であることを特徴とする。
更に前記ローリフト状態は、バルブリフトが２ｍｍ以下の状態であることを特徴とする。

本発明の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法は、エンジンのアイドル状態において十分なオイル圧が供給されないために、調節状態への制御が不可能な場合であっても、制御部においてこれを判断してパッシブ状態に切り換えて制御することにより、エンジンのノッキング現象を防ぐことができるという効果がある。

また、本発明の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法によれば、パッシブ状態に制御してから所定の時間が経過すれば更に調節状態に切り換えて制御することにより、ノッキング現象を防ぐと共に、燃費も向上させることができるという効果がある。

本発明による連続可変バルブリフトエンジンの制御システムの概略構成図である。 本発明による連続可変バルブリフトエンジンの制御方法の流れを示すフローチャートである。 本発明のパッシブ状態の強制維持方法の流れを示すフローチャートである。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に記述する。
図１は、本発明による連続可変バルブリフトエンジンの制御システムの概略構成図である。

図１に示すように、制御部１００は、バルブリフト値１１０と、エンジン２００のオイル温度１２０と、要求トルク及び回転速度１３０と、吸／排気カムの位置１４０と、スロットル開度量１５０と、燃料噴射量１６０と、点火時期１７０と、カムタイミング１８０などの情報を受信し、これらを用いてエンジン２００の連続可変バルブリフト２１０、インジェクター２２０、シリンダー２３０、吸気及び排気バルブ２４０などを制御する。

車両には、オイル温度１２０を検出するオイル温度センサー、スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサー、バルブリフト値１１０を検出する変位センサー、カムタイミング１８０を検出するカムセンサー、吸入空気量を検出する空気流量センサー、エンジンの冷却水温を検出する水温センサー、吸入空気温度を検出する吸入温度センサーなど各種のセンサーが取り付けられてエンジンの運転状態を電気信号に切り換えて制御部１００に伝える。

制御部１００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であってもよく、ＥＣＵは、各種のセンサーから受信した電気信号を分析・判断して車両及びエンジン２００の運転状態を判断し、判断された運転状態に応じて連続可変バルブリフト２１０、バルブ２４０などを制御する。

エンジン２００は、連続可変バルブリフト２１０、インジェクター２２０、シリンダー２３０、吸気又は排気バルブ２４０を備える。連続可変バルブリフト２１０は、バルブが開かれるバルブリフトの高さを連続して変えることができる。

制御部１００は、バルブリフトがハイリフトの駆動条件であるか、あるいは、ローリフトの駆動条件であるかを区別可能なエンジン２００の情報、例えば、エンジン２００の回転数やエンジン２００の負荷、冷却水温、オイル温度などを受信して連続可変バルブリフト２１０を作動させる。ここで、ハイリフトとは、バルブが大きくリフトされる状態を意味し、ローリフトとは、バルブが小さくリフトされる状態を意味する。

図２は、本発明による連続可変バルブリフトエンジンの制御方法の流れを示すフローチャートである。
図２に示すように、ステップＳ１０において、制御部１００は、オイル温度１２０が予め設定された特定の温度範囲内にあるか否かを判断する。

一つ又は多数の実施形態において、特定の温度範囲は、予めエンジン２００において許容されるオイル温度の最大値（ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ）と最小値（ｍｉｎｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ）との間に設定されてもよい。
ステップＳ２０において、制御部１００は、判断されたオイル温度が設定された温度範囲内に属し、且つ、各種センサーにより判断されたエンジン２００の状態がアイドル状態である場合に、エンジン２００を所定の調節状態（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔａｔｅ）に制御する。

調節状態は、連続可変バルブリフト２１０の吸気カムが最進角状態であり、エンジン２００の速度が設定された基本アイドル回転数であり、且つ、バルブリフトが所定のハイリフトである状態である。

一つ又は多数の実施形態において、基本アイドル回転数は、６５０〜７００ＲＰＭに設定されてもよく、ハイリフトの値は、バルブリフトが６ｍｍ以上の状態であってもよい。このため、制御部１００は、連続可変バルブリフト２１０を制御し、バルブリフトを６ｍｍ以上に制御し、エンジン２００の回転数を７００ＲＰＭに制御し、吸気カムが最進角となるように制御する。

制御部１００の制御によりこのような調節状態になると、シリンダー２３０の内部の有効圧縮比が低くなって、エンジン２００がアイドル状態からチップイン状態へと切り換わっても自家発火が発生せず、ノッキングを防ぐことが可能になる。このような調節状態になると、ハイリフト及び吸気カムの最進角によって燃費が有利になる効果がある。

ステップＳ３０において、制御部１００は、調節状態の制御にエラーが発生したか否かを判断する。
ここでエラーとは、吸気カムが設定された目標（最進角）まで進角できない進角不能の状態と定義する。

即ち、ステップＳ２０において、制御部１００がエンジン２００を調節状態に制御したとき、吸気カムが最進角の状態になる必要があるにも拘わらず、エンジン２００がアイドル状態である場合には、エンジン２００の回転数が低くオイル圧が不足して吸気カムを進角できない状態が発生する。

一つ又は多数の実施形態において、制御部１００は、調節状態に制御する時点からカムタイミングをモニターし、吸気カムが最進角状態である場合のカムタイミングと、実際に測定されたカムタイミングと、の差の移動平均値が予め定められた設定値よりも大きければエラーが発生したと判断する。ここで、実際のカムタイミングはカムセンサーによって測定されてもよい。

もし、上述した移動平均値が設定値以下であればエラーが発生していないと判断されるので、制御部１００は、ステップＳ２０に戻り、調節状態へのエンジン２００の制御を続ける。
もし、演算された移動平均値が設定値を超えた場合に、制御部１００はエラーが発生したと判断し、ステップＳ４０へ移動する。

ステップＳ４０において、制御部１００は、上記のようなエラーが発生するとエラーの発生時間を測定し、エラー発生時間の移動平均値が予め設定された時間（Ａ）を超える場合にエンジン２００を所定のパッシブ状態（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓｔａｔｅ）に切り換えて制御する。

ここでパッシブ状態は、吸気カムがパーキング状態であり、エンジン２００の速度が基本アイドル回転数よりも大きく、且つ、バルブリフトが所定のローリフト状態であると定義される。

一つ又は多数の実施形態において、パッシブ状態は吸気カムが進角及び遅角しないパーキング状態であり、パッシブ状態のエンジン２００の回転数は８５０ＲＰＭであってもよく、ローリフトはバルブリフトが２ｍｍ以下であってもよい。
パッシブ状態になると、シリンダー２３０の内部の有効圧縮比が低くなってエンジン２００がアイドル状態からチップイン状態へと切り換わっても自家発火が発生しないのでノッキングを防ぐことが可能になる。しかしながら、パッシブ状態は調節状態に比べて燃費の観点からは不利になる。

制御部１００は、ステップＳ４０によりパッシブ状態に入ってから経過した時間が、予め設定された時間（Ｂ）を超えるか否かを判断する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０において、経過時間が予め設定された時間（Ｂ）を超えると、ステップＳ２０に戻り、調節状態に切り換わる。
前述したように、パッシブ状態は、調節状態に比べて燃費の観点から不利であるという問題があるため、燃費を向上させるために、所定の時間が経過した後には調節状態に切り換えるのである。

ステップＳ５０からステップＳ２０へ戻ると、再びステップＳ３０に移動し、ステップＳ３０において、制御エラーの発生時間が設定された時間（Ａ）を超えると、ステップＳ４０において、更にパッシブ状態に切り換えて制御することになる。即ち、ステップＳ２０からステップＳ５０を繰り返し行う。

図３は、本発明のパッシブ状態の強制維持方法の流れを示すフローチャートである。
図３に示すように、制御部１００は、調節状態（Ｓ３０）からパッシブ状態（Ｓ４０）へと切り換わる場合にその回数を数える（ステップＳ６０）。
制御部１００は、数えた回数が予め設定された設定値（Ｃ）を超えるか否かを判断する（ステップＳ７０）。

ステップＳ７０において、制御部１００は、数えた回数が設定値（Ｃ）を超える場合に、所定の時間の間パッシブ状態を強制的に維持することにより、調節状態へと切り換わることを防ぐ（ステップＳ８０）。更に、パッシブ状態に強制的に維持される所定の時間が経過した後には、ステップＳ２０又はステップＳ４０に戻り、エンジンの状態を制御してもよい。
ステップＳ７０において制御部１００は、回数が設定値（Ｃ）を超えない場合には、ステップＳ４０に戻り（ステップＳ９０）、ステップＳ２０からステップＳ５０を繰り返し行う。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１００ 制御部
１１０ バルブリフト値
１２０ オイル温度
１３０ 要求トルク及び回転速度
１４０ 吸／排気カムの位置
１５０ スロットル開度量
１６０ 燃料噴射量
１７０ 点火時期
１８０ カムタイミング
２００ エンジン
２１０ 連続可変バルブリフト
２２０ インジェクター
２３０ シリンダー
２４０ バルブ

Claims (6)

1. 連続可変バルブリフトエンジンの制御方法であって、
   車両の制御部が、
   エンジンがアイドル状態であり、且つ、エンジンのオイル温度が設定された範囲内か否かを判断するステップと、
   前記エンジンがアイドル状態であり、且つ、前記オイル温度が前記設定された範囲内であれば前記エンジンを所定の調節状態に制御するステップと、
   前記調節状態においてエラーが発生した場合に、エラー発生時間を測定し、前記エラー発生時間が予め設定された時間を超える場合に前記エンジンを所定のパッシブ状態に切り換えて制御するステップと、
   を含み、
   前記調節状態は、連続可変バルブリフトの吸気カムが最進角状態であり、前記エンジンの速度が設定された基本アイドル回転数であり、且つ、前記連続可変バルブリフトが所定のハイリフトである状態であり、
   前記エラーは、エンジンを調節状態に制御したとき、エンジンの回転数が低くオイル圧が不足して前記吸気カムが前記設定された最進角まで進角できない状態であり、
   前記パッシブ状態は、前記吸気カムがパーキング状態であり、前記エンジンの速度が基本アイドル回転数よりも大きく、且つ、前記連続可変バルブリフトが所定のローリフト状態であることを特徴とする連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
2. 前記制御部は、前記調節状態において、制御する場合にカムタイミングをモニターし、前記吸気カムが最進角状態である場合のカムタイミングと、実際に測定されたカムタイミングとの差が設定値よりも大きい場合にエラーが発生したと判断することを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
3. 前記制御部は、前記パッシブ状態に入ってからの経過時間が設定値を超える場合に、前記調節状態に切り換えるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
4. 前記制御部が、
   前記調節状態から前記パッシブ状態へと切り換わる回数を数えるステップと、
   前記回数が設定値を超える場合に、前記パッシブ状態を所定の時間強制的に維持するステップと、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
5. 前記ハイリフトの状態は、前記バルブリフトが６ｍｍ以上の状態であることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
6. 前記ローリフトの状態は、前記バルブリフトが２ｍｍ以下の状態であることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフトエンジンの制御方法。
   

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