JP6243304B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、車両に搭載される内燃機関において、可変バルブタイミング機構と、可変バルブタイミング機構に作動油を供給するオイルポンプとを備えるものが知られている。そして、このような内燃機関における可変バルブタイミング機構の応答性の向上を図る技術が種々提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置では、エンジン（内燃機関）の運転状態に応じて吸気バルブの目標進角量を演算し、実進角量を目標進角量に一致させるように油圧制御弁を制御して、可変バルブタイミング機構を駆動する油圧をフィードバック制御している。そして、現在のエンジンの運転状態が過渡状態である場合に、フィードバックゲインを大きくすることにより、可変バルブタイミング機構の応答性が向上されている。なお、過渡状態の判定方法として、単位時間当たりのスロットル開度の変化量が大きくなるほど、過渡の度合いが大きいと判定する例が挙げられている。

特許文献２のバルブタイミング調整システムでは、ベーンロータが作動している場合に、ベーンロータの目標位相と実際の位相との差が大きいと、位相調整部に供給する油圧を高圧にするようになっている。これにより、吸気弁の開閉タイミングの応答性が向上されている。

特許文献３のバルブタイミング制御装置では、バルブ作動特性可変機構が低速バルブタイミングから高速バルブタイミングに切り換えられるときに、高速バルブタイミング領域に移行する直前の予備切換領域で油圧制御バルブの直上流の油圧を予め高くしている。これにより、高速バルブタイミング領域に入って油圧制御バルブを開弁したときに、バルブ作動特性可変機構を即座に作動させて高速バルブタイミングを速やかに確立することが可能になる。

特開２００１−３０３９９０号公報 特開２０１３−１０４３５３号公報 特開２０００−３４５８７２号公報

ここで、可変バルブタイミング機構およびオイルポンプを備える内燃機関では、燃費の改善を図るために、オイルポンプが内燃機関の出力軸から受ける動力を必要最小限に抑えることが求められている。このように、オイルポンプからの吐出油圧を下げる要求がある一方で、オイルポンプからの油圧を動力源とする可変バルブタイミング機構においては、動作の応答性を確保するために、その動作開始前までにある程度の油圧（非動作時よりも高い油圧）が必要であるという相反する要求がある。これは、油圧の目標値を上げてから実際に反映されるまでにディレイが生じるため、可変バルブタイミング機構の動作開始後に油圧の目標値を上げても間に合わないためである。

なお、特許文献１および２の技術では、可変バルブタイミング機構の動作中における応答性を向上させることが可能であるが、可変バルブタイミング機構の動作前に予め油圧を高くするものではないので、動作開始直後の応答性を確保することが困難である。

また、特許文献３の技術では、動作開始直後の応答性を確保することが可能であるが、高速バルブタイミングと低速バルブタイミングとで位相差が一定であることから、予め高くされる油圧（昇圧量）が一定であるため、可変バルブタイミング機構の位相が連続的に変化するものに適用すると、必要以上に油圧を上げてしまうことが生じ得る。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、燃費の改善を図りながら、可変バルブタイミング機構の応答性を確保することが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による内燃機関の制御装置は、可変バルブタイミング機構と、可変バルブタイミング機構にオイルを供給するオイルポンプとを備える内燃機関を制御するものである。可変バルブタイミング機構は、オイルポンプから供給される油圧を制御する油圧制御弁を含み、油圧制御弁により制御される油圧でクランクシャフトに対するカムの位相を変更することによってバルブタイミングを変更し、かつ、吸入空気量に応じて目標位相を設定してその目標位相と実位相との偏差が無くなるように制御するように構成されている。そして、内燃機関の制御装置は、スロットル開度に基づいて将来の目標位相を算出するとともに、将来の目標位相から将来の実位相の推定値を算出し、将来の目標位相と将来の実位相の推定値との偏差である先読み偏差を算出し、先読み偏差が大きいほどオイルポンプからの吐出油圧を高くするように構成されている。将来の目標位相は、現在のスロットル開度から所定時間が経過する時点で予測される吸入空気量に応じて設定され、所定時間は、スロットルに対する吸入空気の応答遅れを考慮して予め設定された時間である。

このように構成することによって、スロットル開度から可変バルブタイミング機構の動作を予測し、可変バルブタイミング機構が動作を開始する前にオイルポンプからの吐出油圧を上げることができる。このため、可変バルブタイミング機構が動作を開始する直前の適切なタイミングで、可変バルブタイミング機構の油圧制御弁に供給される油圧を高くすることができる。さらに、先読み偏差が大きいほどオイルポンプからの吐出油圧を高くすることによって、先読み偏差が小さい場合には油圧の上げ幅を小さくするとともに、先読み偏差が大きい場合には油圧の上げ幅を大きくすることができるので、必要以上に油圧が上がるのを抑制することができる。したがって、燃費の改善を図りながら、可変バルブタイミング機構の応答性を確保することができる。

上記内燃機関の制御装置において、現在の目標位相と現在の実位相との偏差である実偏差を算出し、先読み偏差と実偏差とを比較して大きい方を選択し、その選択された偏差に応じてオイルポンプからの吐出油圧を設定するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、先読み偏差が収束しても実偏差が収束するまで、油圧を高くすることができる。これにより、現在の目標位相に実位相が収束するまで、油圧を確保し続けることができるとともに、適切なタイミングで油圧を下げることができる。

この場合において、可変バルブタイミング機構は、吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気側可変バルブタイミング機構と、排気バルブのバルブタイミングを変更する排気側可変バルブタイミング機構とを含み、吸気側可変バルブタイミング機構の先読み偏差および実偏差と、排気側可変バルブタイミング機構の先読み偏差および実偏差とを算出し、それらの中から最も大きいものを選択し、その選択された偏差に応じてオイルポンプからの吐出油圧を設定するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、燃費の改善を図りながら、吸気側可変バルブタイミング機構の応答性を確保するとともに、排気側可変バルブタイミング機構の応答性を確保することができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃費の改善を図りながら、可変バルブタイミング機構の応答性を確保することができる。

本発明の一実施形態によるＥＣＵにより制御されるエンジンの一例を示した概略構成図である。 エンジンのオイルポンプにおいてポンプ容量が最大の状態を示した断面図である。 エンジンのオイルポンプにおいてポンプ容量が最小の状態を示した断面図である。 オイルポンプのポンプ容量を制御するＯＣＶを説明するための図であって、制御空間のオイルをドレンしている状態を示した図である。 オイルポンプのポンプ容量を制御するＯＣＶを説明するための図であって、制御空間にオイルを供給している状態を示した図である。 エンジンの可変バルブタイミング機構を模式的に示した概略構成図である。 エンジンを制御するＥＣＵの概略構成を示したブロック図である。 可変バルブタイミング機構の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 可変バルブタイミング機構の先読み偏差を説明するための図である。 可変バルブタイミング機構の先読み偏差および実偏差とオイルポンプの目標吐出油圧との関係を説明するための図である。 ＥＣＵにより実行されるオイルポンプの油圧制御の一例を示したフローチャートである。 図１１のステップＳ２における目標吐出油圧の算出を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、車両に搭載されるエンジン１を制御するＥＣＵ１００に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジンの概略構成−
まず、図１を参照して、エンジン１の概略構成について説明する。なお、図１では、エンジン１の外形を仮想線で示した。

エンジン（内燃機関）１は、たとえば、クランクシャフト１３の長手方向（以下、前後方向という）に４つのシリンダ（図示省略）が設けられた直列４気筒ガソリンエンジンである。それぞれのシリンダにはピストン１２（図には１つのみ示す）が収容され、コネクティングロッド１２ａを介してクランクシャフト１３に連結されている。クランクシャフト１３は、複数のクランクジャーナル１３ａによってエンジン１の下部（クランクケース）に回転自在に支持されている。

また、エンジン１の上部には、各シリンダの吸気バルブ１２ｂおよび排気バルブ１２ｃを駆動する動弁系のカムシャフト１４および１５が配設されている。一例として動弁系は、ＤＯＨＣタイプのものであり、吸気側のカムシャフト１４が複数のカムジャーナル１４ａによって回転自在に支持され、排気側のカムシャフト１５が複数のカムジャーナル１５ａによって回転自在に支持されている。カムシャフト１４および１５には、それぞれ、クランクシャフト１３に対する回転位相を変更するための可変バルブタイミング機構７０および８０が設けられている。

可変バルブタイミング機構７０および８０には、それぞれカムスプロケット１４ｂおよび１５ｂが取り付けられ、クランクシャフト１３の前端部には、クランクスプロケット（図示省略）が取り付けられている。そして、クランクスプロケット、カムスプロケット１４ｂおよび１５ｂには、タイミングチェーン３が巻き掛けられている。

クランクシャフト１３には、クランクスプロケットの後側に隣接して、オイルポンプ５を駆動するためのスプロケット（図示省略）も取り付けられている。オイルポンプ５はクランクシャフト１３の前端部の下方に配設され、その入力軸５ａにはポンプスプロケット５ｂが取り付けられている。そして、そのポンプスプロケット５ｂとクランクシャフト１３のスプロケットとの間にチェーン４が巻き掛けられている。

かかる構成により、クランクシャフト１３の回転がチェーン４などを介して入力軸５ａに伝達され、オイルポンプ５が動作するようになっている。このオイルポンプ５の動作によって、エンジン１の下部のオイルパン１６内に貯留されているエンジンオイル（以下、単にオイルともいう）が、図示省略のオイルストレーナを介して吸い上げられ、そして、オイルポンプ５から吐出油路６ａに吐出される。

こうしてオイルポンプ５から吐出されたオイルは、吐出油路６ａを流通してオイルフィルタ６に至り、ここで異物や不純物などが濾過された後にオイル供給系２のメインギャラリ２０に流入する。メインギャラリ２０は、図１の例ではエンジン１の前後方向に延びていて、複数の分岐オイル通路２１〜２３にオイルを分配する。たとえば、メインギャラリ２０から下方に延びる複数の分岐オイル通路２１によって、クランクジャーナル１３ａにオイルが供給される。また、メインギャラリ２０の両端からそれぞれ上方に延びる分岐オイル通路２２および２３によって、カムジャーナル１４ａおよび１５ａなどにオイルが供給される。

−オイルポンプ−
次に、図２および図３を参照して、オイルポンプ５について説明する。オイルポンプ５は、たとえば内接歯車型であり、入力軸５ａにより回転される外歯車のドライブロータ５１と、これに噛み合って回転される内歯車のドリブンロータ５２とを備える。ドリブンロータ５２の外周は調整リング５３によって保持されている。

オイルポンプ５のハウジング５０には、ドライブロータ５１、ドリブンロータ５２、調整リング５３などを収容する収容部５０ａが設けられている。この収容部５０ａは、ハウジング５０に形成された凹状部５０ｂと、凹状部５０ｂの開放端を塞ぐように設けられたカバー（図示省略）とにより構成されている。凹状部５０ｂには貫通孔（図示省略）が形成され、その貫通孔に入力軸５ａが挿通されている。この入力軸５ａにはドライブロータ５１が取り付けられている。

ドライブロータ５１には、外周にトロコイド曲線またはトロコイド曲線に近似した曲線（たとえばインボリュート、サイクロイドなど）を有する外歯５１ａが複数形成されている。一方、ドリブンロータ５２は、リング状に形成され、その内周にドライブロータ５１の外歯５１ａと噛み合う内歯５２ａが複数形成されている。本実施形態では、外歯５１ａが１１個設けられるとともに、内歯５２ａが外歯５１ａよりも１つ多い１２個設けられている。

また、ドリブンロータ５２の中心はドライブロータ５１の中心に対して所定量偏心しており、それらの中心を結ぶ偏心方向における一方側（図２では左上側）においてドライブロータ５１の外歯５１ａとドリブンロータ５２の内歯５２ａとが噛み合っている。

そして、ドライブロータ５１とドリブンロータ５２との間の空間には、円周方向に並んで複数の作動室Ｒが形成され、これらの作動室Ｒが、ドライブロータ５１およびドリブンロータ５２の回転に連れて円周方向に移動しながら、その容積が増減するようになっている。

より詳しくは、ドライブロータ５１およびドリブンロータ５２が互いに噛み合う位置（図２では左上の位置）から、図２に矢印で示すロータ回転方向に約１８０度に亘る範囲（図２では左下側の範囲）において、徐々に作動室Ｒの容積が増大する。一方、残りの約１８０度に亘る範囲（図２では右上側の範囲）では、徐々に作動室Ｒの容積が減少する。

そして、作動室Ｒの容積が増大する範囲が、吸入ポート５０ｃからオイルが吸入される吸入範囲であり、作動室Ｒの容積が減少する範囲が、オイルが加圧されながら吐出ポート５０ｄに送り出される吐出範囲である。なお、吸入ポート５０ｃおよび吐出ポート５０ｄは、ハウジング５０の凹状部５０ｂに設けられており、吸入ポート５０ｃが吸入範囲に対応するように配置され、吐出ポート５０ｄが吐出範囲に対応するように配置されている。

吸入ポート５０ｃは、油路（図示省略）を介してオイルストレーナに連通されている。なお、吸入ポート５０ｃの一部は、調整リング５３の外側においても開口しており、後述する低圧空間ＴＬに連通している。一方、吐出ポート５０ｄは、ハウジング５０の内部に形成された油路５０ｅを介して吐出油路６ａに連通されている。

このように構成されたオイルポンプ５は、クランクシャフト１３の回転力を受けて入力軸５ａが回転することにより、ドライブロータ５１およびドリブンロータ５２が互いに噛み合いながら回転し、それらの間に形成される作動室Ｒに吸入ポート５０ｃからオイルを吸い込んで、吐出ポート５０ｄから吐出する。

−容量可変機構−
オイルポンプ５は、制御空間ＴＣの容積を変更することで、入力軸５ａの１回転あたりの吐出量、すなわちポンプ容量を変更可能な容量可変機構を備えている。この容量可変機構は、ハウジング５０の収容部５０ａ内に形成した制御空間ＴＣの油圧によって調整リング５３を変位させるものである。この調整リング５３の変位によって、ドライブロータ５１およびドリブンロータ５２の吸入ポート５０ｃおよび吐出ポート５０ｄに対する相対的な位置が変化し、ポンプ容量が変更される。

詳しくは、調整リング５３は、ドリブンロータ５２を保持するリング状の本体部５３ａと、この本体部５３ａの外周から外方に張り出す張出部５３ｂと、これよりも大きく外方に延びるアーム部５３ｃとが一体に形成されたものである。そして、アーム部５３ｃに作用するコイルバネ５４の押圧力によって、調整リング５３は、入力軸５ａの周りを図２の時計回りに回動（変位）するように付勢されている。すなわち、コイルバネ５４は、制御空間ＴＣの容積が小さくなる向きに調整リング５３を付勢している。

そのような調整リング５３の変位の軌跡は、ハウジング５０の凹状部５０ｂに突設されたガイドピン５５および５６によって規定されている。すなわち、調整リング５３の張出部５３ｂには、入力軸５ａの軸芯を中心とする円弧状の長穴５３ｄおよび５３ｅが形成されており、その内部にガイドピン５５および５６が遊嵌状態で収容されている。これにより、調整リング５３が入力軸５ａの周りを公転することが可能である。

また、調整リング５３のアーム部５３ｃは、ハウジング５０の収容部５０ａ内に周方向に並んで形成される制御空間ＴＣと低圧空間ＴＬとの間を仕切っている。このアーム部５３ｃの先端側には第１のシール材５７が配設され、その第１のシール材５７が対向する凹状部５０ｂの周壁と摺接するようになっている。この第１のシール材５７によって、制御空間ＴＣと低圧空間ＴＬとの間のオイルの流通が制限されている。

低圧空間ＴＬは、図２においては収容部５０ａ内の左側から下側にかけて、調整リング５３の本体部５３ａの外周と凹状部５０ｂの周壁とによって囲まれる領域に形成されている。そして、上述したように低圧空間ＴＬに臨んで吸入ポート５０ｃの一部が開口しており、低圧空間ＴＬは吸入ポート５０ｃと連通している。

一方、制御空間ＴＣは、調整リング５３の張出部５３ｂの外周と凹状部５０ｂの周壁とによって囲まれ、かつ、第１のシール材５７と第２のシール材５８とによってオイルの流れが制限される領域に形成されている。なお、第２のシール材５８は、張出部５３ｂの外周に配設され、対向する凹状部５０ｂの周壁と摺接するようになっている。

また、凹状部５０ｂの周壁と調整リング５３との間には第３のシール材５９が配設されている。これらのシール材５７〜５９は、たとえば、耐摩耗性に優れた樹脂材などによって形成されている。

そして、凹状部５０ｂには制御空間ＴＣに臨んで丸穴６１ａが形成され、その丸穴６１ａが制御油路６１に連通されている。これにより、制御空間ＴＣには、後述するＯＣＶ６０から制御油圧が供給されるようになっている。この制御油圧によってアーム部５３ｃには、調整リング５３を反時計回りに回動させるような押圧力が作用し、この押圧力とコイルバネ５４の押圧力（付勢力）との関係によって、調整リング５３の位置が決まることになる。

そのような制御油圧の調整により、調整リング５３を変位させて、オイルポンプ５の容量を制御することができる。すなわち、制御油圧が小さいときに調整リング５３は、コイルバネ５４の押圧力によって、図２に示す最大ポンプ容量位置に位置付けられる。制御油圧が大きくなると、これを受けた調整リング５３は、コイルバネ５４の押圧力に抗して反時計回りに回動（変位）する。これによりポンプ容量は小さくなってゆき、最終的には図３に示す最小ポンプ容量位置になる。

−ＯＣＶ−
次に、図４および図５を参照して、制御油圧を調整するためのＯＣＶ（Oil Control Valve：油圧制御弁）６０について説明する。

ＯＣＶ６０は、スリーブ６２内を移動するスプール６３と、スプール６３を付勢するコイルバネ６４と、コイルバネ６４の付勢力に抗してスプール６３を移動させるための電磁駆動部６５とを備えている。

スリーブ６２には、制御ポート６２ａ、供給ポート６２ｂおよび排出ポート６２ｃが形成されている。制御ポート６２ａは、制御油路６１を介して制御空間ＴＣ（図２および図３参照）に接続されている。供給ポート６２ｂは、オイルポンプ５の吐出油路６ａから分岐する供給油路６ｂ（図２および図３参照）に接続されている。

スプール６３は、スリーブ６２内を移動可能に構成されており、制御ポート６２ａと排出ポート６２ｃとを連通する状態（図４に示す状態）と、制御ポート６２ａと供給ポート６２ｂとを連通する状態（図５に示す状態）とを切り換え可能になっている。また、スプール６３は、コイルバネ６４により付勢されており、後述するロッド６５ｃに当接されている。

電磁駆動部６５は、プランジャ６５ａと、プランジャ６５ａを移動させるためのソレノイド６５ｂとを含んでいる。プランジャ６５ａにはロッド６５ｃが連結されており、そのロッド６５ｃにスプール６３が当接されている。このため、プランジャ６５ａが移動されると、ロッド６５ｃが一体的に移動され、そのロッド６５ｃの移動に追従するようにスプール６３が移動される。ソレノイド６５ｂには、後述するＥＣＵ１００から出力されるＤｕｔｙ信号が供給され、その電流値に応じてプランジャ６５ａの位置が変化するようになっている。

そして、ＯＣＶ６０では、ソレノイド６５ｂに供給される電流値が所定値よりも小さい場合には、コイルバネ６４の付勢力によってスプール６３が一方端部側（Ｘ１方向側）に配置されるので、制御ポート６２ａと排出ポート６２ｃとが連通される。このため、制御空間ＴＣから制御油路６１を介して制御ポート６２ａまで還流してきたオイルが、図４に示すようにＯＣＶ６０内の油路を流通して、排出ポート６２ｃから排出（ドレン）されるようになる。

その一方、ソレノイド６５ｂに供給される電流値が所定値よりも大きくなると、ソレノイド６５ｂの発生する電磁力が大きくなり、コイルバネ６４の付勢力に抗してスプール６３が他方端部側（Ｘ２方向側）に移動されるので、制御ポート６２ａと供給ポート６２ｂとが連通される。このため、オイルポンプ５から供給油路６ｂを介して供給ポート６２ｂに供給されてきたオイルが、図５に示すようにＯＣＶ６０内の油路を流通して、制御ポート６２ａから制御油路６１へ送り出されるようになる。そして、制御ポート６２ａと供給ポート６２ｂとが連通された状態でスプール６３の位置が変化すると、油路の断面積が変化するため、制御ポート６２ａから送り出されるオイルの圧力、すなわち制御油圧が変化される。

−可変バルブタイミング機構−
次に、図６を参照して、エンジン１に設けられた可変バルブタイミング機構７０および８０について説明する。可変バルブタイミング機構７０および８０は、それぞれ、クランクシャフト１３（図１参照）に対するカムの位相を油圧で変更することにより、吸気バルブ１２ｂおよび排気バルブ１２ｃ（図１参照）のバルブタイミング（開弁時期）を変更するように構成されている。

吸気側の可変バルブタイミング機構７０は、ベーンロータ７１と、ベーンロータ７１を収容するハウジング７２とを備えている。ベーンロータ７１は、吸気側のカムシャフト１４（図１参照）に連結されており、そのカムシャフト１４と一体的に回転するように構成されている。ハウジング７２は、カムスプロケット１４ｂ（図１参照）に連結されており、そのカムスプロケット１４ｂと一体的に回転するように構成されている。そして、ベーンロータ７１およびハウジング７２は、同軸上に配置され、相対的に回動可能に設けられている。

ハウジング７２の内部には、ベーンロータ７１のベーンによって仕切られる進角室７３ａおよび遅角室７３ｂが形成されている。進角室７３ａは、ベーンに対してベーンロータ７１の回転方向とは反対側に配置され、遅角室７３ｂは、ベーンに対してベーンロータ７１の回転方向側に配置されている。

また、吸気側の可変バルブタイミング機構７０には、ハウジング７２に対するベーンロータ７１の相対的な位置を調節するためのＯＣＶ７４が設けられている。ＯＣＶ７４は、スリーブ７５内を移動するスプール７６と、スプール７６を付勢するコイルバネ７７と、コイルバネ７７の付勢力に抗してスプール７６を移動させるための電磁駆動部７８とを含んでいる。

スリーブ７５には、進角室７３ａに接続される進角ポート７５ａと、遅角室７３ｂに接続される遅角ポート７５ｂと、メインギャラリ２０を介してオイルポンプ５に接続される供給ポート７５ｃと、オイルパンに接続される排出ポート７５ｄおよび７５ｅとが形成されている。

スプール７６は、スリーブ７５内を移動可能であり、スリーブ７５内における位置に応じて各ポートの接続状態を変化させるようになっている。電磁駆動部７８は、後述するＥＣＵ１００からＤｕｔｙ信号が供給されるソレノイドなどを含み、ＥＣＵ１００からの電流値に応じてスプール７６を移動させるように構成されている。

そして、可変バルブタイミング機構７０では、進角ポート７５ａと供給ポート７５ｃとが連通されるとともに、遅角ポート７５ｂと排出ポート７５ｅとが連通された場合には、オイルポンプ５からメインギャラリ２０を介して進角室７３ａに油圧が供給されるとともに、遅角室７３ｂの油圧がオイルパンにドレンされる。これにより、ベーンロータ７１がハウジング７２に対して進角側（ベーンロータ７１の回転方向側）に回動される。すなわち、クランクシャフト１３に対する吸気側のカムシャフト１４の回転位相が進角され、吸気バルブ１２ｂのバルブタイミングが進角される。

その一方、遅角ポート７５ｂと供給ポート７５ｃとが連通されるとともに、進角ポート７５ａと排出ポート７５ｄとが連通された場合には、オイルポンプ５からメインギャラリ２０を介して遅角室７３ｂに油圧が供給されるとともに、進角室７３ａの油圧がオイルパンにドレンされる。これにより、ベーンロータ７１がハウジング７２に対して遅角側（ベーンロータ７１の回転方向とは反対側）に回動される。すなわち、クランクシャフト１３に対する吸気側のカムシャフト１４の回転位相が遅角され、吸気バルブ１２ｂのバルブタイミングが遅角される。

なお、スプール７６により、進角ポート７５ａおよび遅角ポート７５ｂが閉塞された場合には、進角室７３ａおよび遅角室７３ｂに対するオイルの給排が停止されるので、ベーンロータ７１のハウジング７２に対する位置が維持される。

排気側の可変バルブタイミング機構８０は、ベーンロータ８１と、ベーンロータ８１を収容するハウジング８２と、ハウジング８２に形成された進角室８３ａおよび遅角室８３ｂと、ハウジング８２に対するベーンロータ８１の相対的な位置を調節するためのＯＣＶ８４とを備えている。なお、可変バルブタイミング機構８０は、上記した可変バルブタイミング機構７０とほぼ同様に構成されているため、重複する説明を省略する。

−ＥＣＵ−
次に、図７を参照して、エンジン１を制御するＥＣＵ１００について説明する。なお、ＥＣＵ１００は、本発明の「内燃機関の制御装置」の一例である。

本実施形態によるＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、バックアップＲＡＭ１０４と、入力インターフェース１０５と、出力インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップなどに基づいて演算処理を実行する。ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１による演算結果や各種センサの検出結果などを一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、イグニッションをオフする際に保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１１０、吸入空気量を計測するエアフロメータ１１１、吸入空気温度を計測する吸気温センサ１１２、排気系に備えられたＯ₂センサ１１３、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ１１４、スロットルバルブの開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１１５、クランクシャフト１３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１１６、吸気側のカムシャフト１４の回転位置を検出するカムポジションセンサ１１７ａ、排気側のカムシャフト１５の回転位置を検出するカムポジションセンサ１１７ｂ、メインギャラリ２０内の油圧（実吐出油圧）を検出する油圧センサ１１８、および、メインギャラリ２０内の油温を検出する油温センサ１１９などが接続されている。

出力インターフェース１０６には、インジェクタ７、点火プラグのイグナイタ８、スロットルバルブのスロットルモータ９、オイルポンプ５のＯＣＶ６０、吸気側の可変バルブタイミング機構７０のＯＣＶ７４、および、排気側の可変バルブタイミング機構８０のＯＣＶ８４などが接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出結果などに基づいて、スロットル開度、燃料噴射量および点火時期などを制御することにより、エンジン１の運転状態を制御可能に構成されている。

具体的には、ＥＣＵ１００は、吸入空気量に応じて吸気側の可変バルブタイミング機構７０の目標位相を設定して、その目標位相と実位相との偏差が無くなるようにＯＣＶ７４を制御する。たとえば、図８に示すように、スロットル開度が大きくされると、そのスロットルの変化に遅れて吸入空気量が増加する。このとき、ＥＣＵ１００では、吸入空気量の増加に応じて可変バルブタイミング機構７０の目標位相を遅角側から進角側にするとともに、その目標位相に実位相が追従するようにＯＣＶ７４を制御する。なお、吸入空気量は、エアフロメータ１１１によって検出され、可変バルブタイミング機構７０の実位相は、クランクポジションセンサ１１６およびカムポジションセンサ１１７ａの検出結果に基づいて算出される。また、可変バルブタイミング機構７０の目標位相は、たとえば、吸入空気量をパラメータとする第１のマップから導出される。

同様に、ＥＣＵ１００は、吸入空気量に応じて排気側の可変バルブタイミング機構８０の目標位相を設定して、その目標位相と実位相との偏差が無くなるようにＯＣＶ８４を制御する。なお、排気側の可変バルブタイミング機構８０の実位相は、クランクポジションセンサ１１６およびカムポジションセンサ１１７ｂの検出結果に基づいて算出される。また、可変バルブタイミング機構８０の目標位相は、たとえば、吸入空気量をパラメータとする第２のマップから導出される。なお、可変バルブタイミング機構８０の目標位相を導出するための第２のマップと、可変バルブタイミング機構７０の目標位相を導出するための第１のマップとは、異なるマップである。

さらに、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態などに応じてオイルポンプ５の吐出油圧を制御するとともに、その制御された吐出油圧となるようにＯＣＶ６０によりポンプ容量を制御する。具体的には、ＥＣＵ１００では、オイルポンプ５の目標吐出油圧と、オイルポンプ５から実際に吐出された実吐出油圧との偏差に基づいてフィードバック制御を行うことにより、オイルポンプ５に要求する要求吐出油圧を算出し、その要求吐出油圧がオイルポンプ５から出力されるようなＤｕｔｙ信号が生成されてＯＣＶ６０に供給される。これにより、オイルポンプ５がオイルを吐出するのに必要な動力（エンジン１から受ける動力）を必要最小限に抑えてエンジン１の燃費の改善を図ることが可能である。

ここで、オイルポンプ５からの油圧を動力源とする可変バルブタイミング機構７０および８０においては、動作の応答性を確保するために、その動作開始前までにある程度の油圧（非動作時よりも高い油圧）が必要になる。そこで、本実施形態のＥＣＵ１００では、可変バルブタイミング機構７０および８０の動作を予測し、可変バルブタイミング機構７０および８０が動作を開始する前にオイルポンプ５の目標吐出油圧を上げるように構成されている。そして、可変バルブタイミング機構７０および８０の動作が完了する（実位相が目標位相に収束する）まで、オイルポンプ５の目標吐出油圧を上げた状態で維持するようになっている。

なお、可変バルブタイミング機構７０および８０は吸入空気量に応じて動作するように構成されており、吸入空気はスロットルに遅れて変化するため、スロットル開度に基づいて将来の吸入空気量を先読みすることによって、可変バルブタイミング機構７０および８０の動作を予測することが可能である。また、目標吐出油圧を上げるとは、可変バルブタイミング機構７０および８０の動作が予測されておらず、かつ、可変バルブタイミング機構７０および８０が動作していない場合に比べて目標吐出油圧を上げることを意味する。

具体的には、ＥＣＵ１００は、スロットル開度に基づいて可変バルブタイミング機構７０の将来の目標位相を予測する（先読みする）とともに、その将来の目標位相から将来の実位相を推定し、将来の目標位相と将来の実位相の推定値との偏差である先読み偏差を算出する。なお、将来の目標位相は、現在のスロットル開度から所定時間Ｔ（図８参照）が経過する時点で予測される吸入空気量に応じて設定され、所定時間Ｔは、スロットルに対する吸入空気の応答遅れを考慮して予め設定された時間である。このため、将来の目標位相は、たとえば、現在のスロットル開度から所定時間Ｔが経過する時点で予測される吸入空気量（将来の吸入空気量）を用いて、上記した第１のマップから導出される。すなわち、ＥＣＵ１００は、現時点に対して所定時間Ｔが経過した時点である将来の目標位相をスロットル開度から先読みする。

そして、本実施形態では、将来の実位相の推定値として、将来の目標位相をなましたなまし値を用いている。将来の目標位相のなまし値は、将来の目標位相に遅れて追従するようになっている。たとえば、将来の目標位相のなまし値は、将来の目標位相に対して一次遅れ処理を施すことによって算出される。なお、一次遅れの時定数は、吸入空気の応答遅れを考慮して予め設定された値である。将来の目標位相のなまし値の算出式の一例としては、以下の式（１）が挙げられる。

Ｐｈｓ（ｎ）＝Ｐｈｓ（ｎ−１）＋（Ｐｈ（ｎ）−Ｐｈｓ（ｎ−１））／Ｋ・・（１）
なお、式（１）において、Ｐｈｓ（ｎ）は、今回の制御周期での将来の目標位相のなまし値であり、Ｐｈｓ（ｎ−１）は、前回の制御周期での将来の目標位相のなまし値である。Ｐｈ（ｎ）は、今回の制御周期での将来の目標位相である。Ｋは、なまし係数であり、時定数および制御周期によって定められる値である。

このため、たとえば、図９に示すように、スロットル開度が大きくされ、将来の目標位相が大きくなると、将来の目標位相からそのなまし値（将来の実位相の推定値）が乖離されて先読み偏差が発生する。ここで、将来の目標位相は、応答遅れを考慮して所定時間Ｔ分だけ目標位相を先読みしたものであり、スロットルが変化するとすぐに立ち上がるので、スロットルの変化直後に先読み偏差が発生する。なお、スロットル開度の変化度合いが大きくなるほど、将来の目標位相からのなまし値の乖離が大きくなることから、先読み偏差が大きくなる。

また、ＥＣＵ１００は、可変バルブタイミング機構７０の現在の目標位相と現在の実位相との偏差である実偏差を算出する。なお、現在の目標位相は、現在の吸入空気量から第１のマップを用いて導出され、現在の実位相は、クランクポジションセンサ１１６およびカムポジションセンサ１１７ａの検出結果に基づいて算出される。

同様に、ＥＣＵ１００は、スロットル開度に基づいて可変バルブタイミング機構８０の将来の目標位相を予測する（先読みする）とともに、その将来の目標位相から将来の実位相を推定し、将来の目標位相と将来の実位相の推定値との偏差である先読み偏差を算出する。なお、将来の目標位相は、たとえば、現在のスロットル開度から所定時間Ｔが経過する時点で予測される吸入空気量（将来の吸入空気量）を用いて、上記した第２のマップから導出される。また、将来の実位相の推定値は、たとえば、将来の目標位相のなまし値であり、将来の目標位相に対して一次遅れ処理を施すことによって算出される。

また、ＥＣＵ１００は、可変バルブタイミング機構８０の現在の目標位相と現在の実位相との偏差である実偏差を算出する。なお、現在の目標位相は、現在の吸入空気量から第２のマップを用いて導出され、現在の実位相は、クランクポジションセンサ１１６およびカムポジションセンサ１１７ｂの検出結果に基づいて算出される。

そして、ＥＣＵ１００は、吸気側の可変バルブタイミング機構７０の先読み偏差および実偏差と、排気側の可変バルブタイミング機構８０の先読み偏差および実偏差との中から最も大きいものを選択し、その選択された偏差に応じてオイルポンプ５の目標吐出油圧を設定するように構成されている。なお、選択された偏差の値が大きくなるほど、目標吐出油圧が高くなるように構成されている。

これにより、図１０に示すように、スロットル開度が大きくされ、吸気側の可変バルブタイミング機構７０が進角されるとともに、排気側の可変バルブタイミング機構８０が動作しない場合（可変バルブタイミング機構７０の先読み偏差および実偏差が発生し、可変バルブタイミング機構８０の先読み偏差および実偏差が発生しない場合）を一例として説明すると、可変バルブタイミング機構７０が動き出す前に先読み偏差が発生して、オイルポンプ５の目標吐出油圧が予め高く設定される。このため、可変バルブタイミング機構７０が動作を開始する前に、メインギャラリ２０の油圧、すなわちＯＣＶ７４に供給される油圧を予め高くしておくことができる。そして、可変バルブタイミング機構７０が動き始めて実偏差が発生すると、先読み偏差が無くなったとしても、実偏差が無くなるまで、目標吐出油圧を高くしておくことができる。すなわち、実位相が目標位相に収束して、可変バルブタイミング機構７０の動作が完了されるまで、油圧を確保するとともに、適切なタイミングで油圧を下げることができる。なお、図１０では説明を簡略化するために可変バルブタイミング機構７０の先読み偏差および実偏差のみを示したが、実際には、動作しない場合にはゼロのままであるが可変バルブタイミング機構８０の先読み偏差および実偏差も算出され、４つの偏差のうち最も大きい偏差に応じて目標吐出油圧が設定されるようになっている。

−オイルポンプの油圧制御−
次に、図１１を参照して、ＥＣＵ１００により実行されるオイルポンプ５の油圧制御について説明する。なお、以下のフローは、ＥＣＵ１００により所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、オイルポンプ５から実際に吐出された実吐出油圧が算出される。この実吐出油圧は、たとえば、油圧センサ１１８によって検出されるメインギャラリ２０内の油圧である。

次に、ステップＳ２において、エンジン１の回転数および負荷率や可変バルブタイミング機構７０および８０の状態などに基づいて目標吐出油圧が算出される。なお、この目標吐出油圧の算出については、後で詳細に説明する。

次に、ステップＳ３において、目標吐出油圧と実吐出油圧とに基づいてフィードバック制御を行うことにより、オイルポンプ５に要求する要求吐出油圧が算出される。

次に、ステップＳ４において、オイルポンプ５が要求吐出油圧を出力するようにＯＣＶ６０が制御される。すなわち、オイルポンプ５が要求吐出油圧を出力するようなポンプ容量になるように、Ｄｕｔｙ信号が算出されてＯＣＶ６０に供給される。その後、リターンに移る。

［目標吐出油圧の算出］
次に、図１２を参照して、上記したステップＳ２における目標吐出油圧の算出について詳細に説明する。

まず、ステップＳ１１において、吸気側の可変バルブタイミング機構７０の先読み偏差が算出される。具体的には、現在のスロットル開度に基づいて可変バルブタイミング機構７０の将来の目標位相を予測（算出）し、その将来の目標位相に基づいて先読み偏差が算出される。なお、この先読み偏差は、可変バルブタイミング機構７０の将来の目標位相と、その将来の目標位相のなまし値（将来の目標位相から算出される将来の実位相の推定値）との偏差である。

次に、ステップＳ１２において、排気側の可変バルブタイミング機構８０の先読み偏差が算出される。具体的には、現在のスロットル開度に基づいて可変バルブタイミング機構８０の将来の目標位相を予測（算出）し、その将来の目標位相に基づいて先読み偏差が算出される。なお、この先読み偏差は、可変バルブタイミング機構８０の将来の目標位相と、その将来の目標位相のなまし値（将来の目標位相から算出される将来の実位相の推定値）との偏差である。

次に、ステップＳ１３において、吸気側の可変バルブタイミング機構７０の実偏差が算出される。なお、この実偏差は、可変バルブタイミング機構７０の現在の目標位相と現在の実位相との偏差である。

次に、ステップＳ１４において、排気側の可変バルブタイミング機構８０の実偏差が算出される。なお、この実偏差は、可変バルブタイミング機構８０の現在の目標位相と現在の実位相との偏差である。

次に、ステップＳ１５において、吸気側の可変バルブタイミング機構７０の先読み偏差、吸気側の可変バルブタイミング機構７０の実偏差、排気側の可変バルブタイミング機構８０の先読み偏差、および、排気側の可変バルブタイミング機構８０の実偏差の４つの中から最大のものが選択される。

次に、ステップＳ１６において、選択された偏差に応じてオイルポンプ５の目標吐出油圧が算出される。なお、偏差の値が大きくなるほど、目標吐出油圧が高くされる。その後、エンドに移る。

−効果−
本実施形態では、上記のように、スロットル開度から可変バルブタイミング機構７０および８０の動作を予測し、可変バルブタイミング機構７０および８０が動作を開始する前にオイルポンプ５の目標吐出油圧を高くすることによって、可変バルブタイミング機構７０および８０が動作を開始する直前の適切なタイミングで、ＯＣＶ７４および８４に供給される油圧を高くすることができる。さらに、偏差が大きいほどオイルポンプ５の目標吐出油圧を高くすることによって、偏差が小さい場合には油圧の上げ幅を小さくするとともに、偏差が大きい場合には油圧の上げ幅を大きくすることができるので、必要以上に油圧が上がるのを抑制することができる。したがって、燃費の改善を図りながら、可変バルブタイミング機構７０および８０の応答性を確保することができる。

また、本実施形態では、可変バルブタイミング機構７０および８０の先読み偏差および実偏差の中から最大のものを選択し、選択された偏差に応じて目標吐出油圧を設定することによって、先読み偏差が収束しても実偏差が収束するまで、油圧を高くすることができる。これにより、現在の目標位相に実位相が収束するまで、油圧を確保し続けることができるとともに、適切なタイミングで油圧を下げることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、吸気側の可変バルブタイミング機構７０と排気側の可変バルブタイミング機構８０とが設けられる例を示したが、これに限らず、吸気側または排気側のいずれか一方のみに可変バルブタイミング機構が設けられていてもよい。

また、本実施形態では、将来の実位相の推定値として将来の目標位相のなまし値を示したが、これに限らず、将来の実位相がその他の手段によって推定されるようにしてもよい。

また、本実施形態において、所定時間Ｔは、固定値（たとえば、３００ｍｓ）であってもよいし、運転状態などに応じて設定される値であってもよい。

また、本実施形態では、バルブタイミングが可変である例を示したが、これに限らず、バルブタイミングに加えてリフト量が可変であってもよい。

また、本実施形態では、エンジン１が直列４気筒ガソリンエンジンである例を示したが、これに限らず、エンジンがディーゼルエンジンなどであってもよいし、エンジンの気筒数や形式（Ｖ型や水平対向型等）はどのようなものであってもよい。

また、本実施形態では、オイルポンプ５が内接歯車型である例を示したが、これに限らず、オイルポンプがベーンポンプやピストンポンプなどであってもよい。

本発明は、可変バルブタイミング機構と、可変バルブタイミング機構にオイルを供給するオイルポンプとを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に利用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
５ オイルポンプ
１２ｂ 吸気バルブ
１２ｃ 排気バルブ
１３ クランクシャフト
７０ 可変バルブタイミング機構（吸気側可変バルブタイミング機構）
７４ ＯＣＶ（油圧制御弁）
８０ 可変バルブタイミング機構（排気側可変バルブタイミング機構）
８４ ＯＣＶ（油圧制御弁）
１００ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims (3)

1. 可変バルブタイミング機構と、前記可変バルブタイミング機構にオイルを供給するオイルポンプとを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記可変バルブタイミング機構は、前記オイルポンプから供給される油圧を制御する油圧制御弁を含み、前記油圧制御弁により制御される油圧でクランクシャフトに対するカムの位相を変更することによってバルブタイミングを変更し、かつ、吸入空気量に応じて目標位相を設定してその目標位相と実位相との偏差が無くなるように制御するように構成されており、
   スロットル開度に基づいて将来の目標位相を算出するとともに、前記将来の目標位相から将来の実位相の推定値を算出し、前記将来の目標位相と前記将来の実位相の推定値との偏差である先読み偏差を算出し、前記先読み偏差が大きいほど前記オイルポンプからの吐出油圧を高くするように構成され、
   前記将来の目標位相は、現在のスロットル開度から所定時間が経過する時点で予測される吸入空気量に応じて設定され、前記所定時間は、スロットルに対する吸入空気の応答遅れを考慮して予め設定された時間であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   現在の目標位相と現在の実位相との偏差である実偏差を算出し、前記先読み偏差と前記実偏差とを比較して大きい方を選択し、その選択された偏差に応じて前記オイルポンプからの吐出油圧を設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記可変バルブタイミング機構は、吸気バルブのバルブタイミングを変更する吸気側可変バルブタイミング機構と、排気バルブのバルブタイミングを変更する排気側可変バルブタイミング機構とを含み、
   前記吸気側可変バルブタイミング機構の先読み偏差および実偏差と、前記排気側可変バルブタイミング機構の先読み偏差および実偏差とを算出し、それらの中から最も大きいものを選択し、その選択された偏差に応じて前記オイルポンプからの吐出油圧を設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images