JP6380918B2

JP6380918B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6380918B2
Application number: JP2016070469A
Authority: JP
Inventors: 賢也末岡; 匡聡日高; 敏彰 ▲高▼橋
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017180355A

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、油圧式可変動弁機構によって吸気弁の開閉を制御するエンジンの制御装置に関する。

従来から、エンジンの制御装置においては、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁の時期を適切に制御することにより、特に圧縮自己燃焼運転領域におけるエンジンの運転効率を高める技術が知られている。そして、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁を制御するための手段としては、弁の開閉を、カムの表面に設けられたカム山の形状に応じて一定の間隔で、且つ一定のリフト量で開閉弁させる、いわゆるメカニカル可変動弁機構や、カム山の形状に完全には依存せず、リフト開始のタイミングやリフト量を油圧で制御する油圧式可変動弁機構が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１２１４８１号公報

特許文献１に記載された油圧式可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を備えている。そして、このような可変動弁機構によれば、カムの形状に完全に依存することなく、油圧バルブによって弁の開閉のリフト開始タイミング及びリフト量を制御することができる。

上述した油圧式可変動弁機構は、エンジンオイルの圧力の変化に応じて弁のリフト開始タイミング及びリフト量を制御することができるが、リフト開始タイミング及びリフト量制御の精度は、エンジンオイルの油温の影響を受け易い、という問題があった。即ち、例えば寒冷地ではエンジンオイルの油温が低くなるためエンジンオイルの粘度が高まり、その結果、圧力室内をカムプロフィールに応じて加圧したときに圧力室内の油圧が想定よりも高くなってしまう場合がある。一方で、熱帯地や夏期は、エンジンオイルの油温が高くなるためエンジンオイルの粘度が低下し、その結果、圧力室をカムプロフィールに応じて加圧したときに圧力室内の油圧が想定よりも低くなってしまい、リフト開始タイミングが所望のタイミングよりも遅れてしまい、また、所望のリフト量を得ることができなくなる。

上述した問題は、特に、吸気弁側に油圧式可変動弁機構を適用した場合に顕著になる。具体的には、エンジンオイルの油温が高くエンジンオイルの粘度が低い状態では、吸気行程におけるエンジンピストンの動作に対して吸気弁のリフト開始のタイミングが遅れてしまう。そして、吸気工程では、エンジンピストンが上死点を通過するタイミングで吸気弁のリフトを開始させることが最も効率的であるが、エンジンオイルの油温が高い場合には、吸気弁のリフト開始が遅れてしまうため効率的に新気を獲得することができない。

そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、エンジンオイルの油温に応じて弁のリフト開始タイミングを制御することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、エンジンの気筒内に往復動可能に設けられたピストンと、エンジンオイルによる油圧を用いてエンジンの吸気側に設けられた吸気弁のリフト開始タイミングを制御する油圧式可変動弁機構と、クランクシャフトの回転に対してカムシャシャフトの回転に位相差を生じさせる位相変化型の機械式可変動弁機構と、を備えるエンジンの制御装置であって、エンジンオイルの油温を検出する油温センサを備え、油温センサによって検出されたエンジンオイルの油温が所定値よりも高い場合には、機械式可変動弁機構により、ピストンが吸気上死点に達する時期に吸気弁のリフトが開始するようエンジンの吸気行程における吸気弁のリフト開始タイミングを油圧式可変動弁機構の最大進角時期よりも進角させる、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、油圧センサによって検出されたエンジンオイルの油温に応じて弁のリフト開始タイミングを制御することができる。そして、エンジンオイルの油温が所定値よりも高い場合には、エンジンの粘度が低いものとして、吸気弁のリフト開始タイミングを所定のタイミングよりも進角させることができる。これにより、エンジンピストンの動作に対して弁のリフト開始のタイミングを適切に制御することができる。さらに、吸気行程においてエンジンピストンが上死点を通過するタイミングで吸気弁のリフトを開始させることができ、吸気効率を高めることができる。

本発明において、好ましくは、油圧式可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填されカムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており開閉することにより吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する。

本発明において、好ましくは、油温センサによって検出されたエンジンオイルの油温が第２の所定値よりも低い場合には、油圧式可変動弁機構により、ピストンが吸気上死点に達する時期に吸気弁のリフトが開始するようエンジンの吸気行程における吸気弁のリフト開始タイミングを油圧式可変動弁機構の最大進角時期よりも遅角させる。

このように構成された本発明によれば、エンジンオイルの油温が第２の所定値よりも低い場合には、エンジンオイルの粘度が高いものとして、吸気弁のリフト開始タイミングを所定のタイミングよりも遅角させることができる。これにより、エンジンピストンの動作に対して吸気弁のリフト開始のタイミングを適切に制御することができる。

以上のように、本発明によれば、エンジンオイルの油温に応じて弁のリフト開始タイミングを制御することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図である。本発明の実施形態によるエンジンにおける吸気弁に適用される油圧式可変動弁機構の概略側面図である。本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。本発明の実施形態による吸気側の油圧式可変動弁機構の特性についての説明図である。本発明の実施形態による吸気弁の動作についての説明図である。本発明の実施形態による吸気弁の動作についての説明図である。本発明の実施形態による吸気弁の動作についての説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンについて説明する。

［エンジンの構成］
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの吸気弁に適用される油圧式可変動弁機構の側断面図であり、図３は、本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。

図１に示すように、エンジン１は、車両に搭載される、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、エンジンオイルが貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンの燃焼室に適用されるリエントラント型燃焼室を形成するようなキャビティ１４１が設けられている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、インジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、燃焼室１９に連通する吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

図２に示すように、吸気弁２１には、油圧式可変動弁機構７２が取り付けられており（図４参照）、この油圧式可変動弁機構７２は、油圧を用いて吸気弁２１の開閉時期及び／又はリフト量を変化させる。また、吸気弁２１には、所定の条件下でのみ作動する機械式可変動弁機構７４が取り付けられている。

図２に示すように、吸気弁２１に適用される油圧式可変動弁機構７２は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路７２ａと、オイル供給路７２ａ上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ７２ｂと、オイル供給路７２ａからソレノイドバルブ７２ｂを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室７２ｃと、を有する。
ソレノイドバルブ７２ｂは、通電されていない状態では開弁しており、通電されている状態では閉弁する。そして、ソレノイドバルブ７２ｂの上流側のオイル供給路７２ａ上には、図示しない逆止弁などが設けられており、オイル供給路７２ａ内をエンジンオイルが逆流しないように構成されている。このような油圧式可変動弁機構７２では、ソレノイドバルブ７２ｂが通電しておらず開弁している場合に、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとが流体連通される。これにより、オイル供給路７２ａからのエンジンオイルは、圧力室７２ｃへと供給される（図２中の矢印Ａ１１参照）。

また、油圧式可変動弁機構７２は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト２３上に設けられたカム７２ｄと、カム７２ｄから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア７２ｅと、圧力室７２ｃに連結されており、ローラーフィンガーフォロア７２ｅによって動作されて、圧力室７２ｃ内のエンジンオイルの圧力（油圧）を上昇させるポンプユニット７２ｆと、を有する。加えて、油圧式可変動弁機構７２は、ソレノイドバルブ７２ｂを介して圧力室７２ｃに連結され、圧力室７２ｃ内の油圧によって吸気弁２１を開弁させるように動作するブレーキユニット７２ｇと、ブレーキユニット７２ｇが動作していないときに吸気弁２１の閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング７２ｈと、を有する。このような油圧式可変動弁機構７２では、ソレノイドバルブ７２ｂが閉弁すると、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとの流体連通が遮断され、同時に、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとが流体連通されることで、圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇに作用する（図２中の矢印Ａ１２参照）。

油圧式可変動弁機構７２が吸気弁２１を開弁させる動作について具体的に説明する。カム７２ｄが吸気カムシャフト２３と同期して回転すると、カム７２ｄに形成されたカム山（換言するとカムロブ）が所定時間にわたってローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触する。そして、カム山がローラーフィンガーフォロアに接触している間、カム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅをポンプユニット７２ｆ方向に押し込む。ローラーフィンガーフォロア７２ｅがポンプユニット７２ｆ方向に押し込まれると、ローラーフィンガーフォロア７２ｅがポンプユニット７２ｆを付勢して、ポンプユニット７２ｆが圧力室７１ｃ内のエンジンオイルを圧縮する。これにより、圧力室７２ｃ内の油圧が上昇する。そして、圧力室７２ｃ内の油圧が上昇している間にソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、上昇した圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇに作用する。これにより、ブレーキユニット７２ｇが吸気弁２１を付勢し、吸気弁２１がリフトして開弁する。

基本的には、カム７２ｄに形成されたカム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、吸気弁２１を開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ７２ｂを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、吸気弁２１の開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、吸気行程において吸気弁２１を開弁できるように、カム７２ｄ上の所定位置にカム山が形成されている。

また、図２に示すように、吸気カムシャフト２３の端には、機械式可変動弁機構７４が取り付けられている。機械式可変動弁機構７４は、例えば、クランクシャフトの回転に対して吸気カムシャフト２３の回転に位相差を生じさせる位相変化型の可変動弁機構、異なるプロフィールを有する複数のカムを備えエンジンの運転状態に応じてカムを切り替えるカム切り替え型の可変動弁機構等の公知の機構によって構成されている。

また、エンジンの排気側にも、吸気側と同様に機械式及び油圧式可変動弁機構を設け、排気行程において排気弁２２を開弁できるように構成してもよい。

図１を再度参照すると、シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。換言すれば、キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含み、かつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火（具体的には火花点火）する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。

エンジン１は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール（以下では「ＰＣＭ」と呼ぶ。）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジンオイルの油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて、（直噴）インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気側の油圧式可変動弁機構７２、吸気側の機械式可変動弁機構７４、燃料供給システム６２、及び、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータに対して制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。特に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、吸気側の油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂに対して制御信号を出力して（詳しくはソレノイドバルブ７２ｂに対して電圧又は電流を供給する）、ソレノイドバルブ７２ｂの開閉を切り替えることで、吸気弁２１の開閉時期を変化させる制御を実行する。

［吸気弁の動作］
次に、本発明の実施形態による吸気弁２１の動作について具体的に説明する。

まず、図４を参照して、吸気弁２１を動作させる吸気側の油圧式可変動弁機構７２の特性について説明する。

図４（ａ）の上には、吸気側の油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１を比較的早い時期ｔ１１にて開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図４（ａ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂの開閉状態を示している。例えば、開弁時期ｔ１１は、油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１の開弁時期を最大に進角させたときの開弁時期（以下では適宜「最大進角時期」と呼ぶ。）である。一方、図４（ｂ）の上には、比較的遅い時期ｔ１２に、具体的には図４（ａ）に示した開弁時期ｔ１１から遅角させた時期ｔ１２に（矢印Ａ２１参照）、油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１を開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図４（ｂ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂの開閉状態を示している。また、図４（ｂ）の上には、比較のために、図４（ａ）の上に示したリフトカーブを破線にて重ねて示してある。

図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、吸気弁２１の開弁時期を遅角させると、吸気弁２１のリフト量が小さくなることがわかる（矢印Ａ２２参照）。また、符号Ａｒ２で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値が、符号Ａｒ１で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値よりも小さいことがわかる。このように吸気弁２１の開弁時期を遅角させるとリフト量及びリフト量積分値が小さくなる理由は、以下の通りである。

上述したように、油圧式可変動弁機構７２においては、カム７２ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触しているときに、このカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅを押し込むことで、ポンプユニット７２ｆによって圧力室７２ｃ内の油圧が上昇される。このようにカム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用しているときに、ソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、上昇された圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇを介して吸気弁２１に作用することで、吸気弁２１が開弁する。ここで、圧力室７２ｃ内の油圧は、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めると上昇していくが、カム山の頂点がローラフィンガフォロワ７２ｅに到達した後、圧力室７２ｃ内の油圧は低下していく。

したがって、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めた初期の所定のタイミングでは、圧力室７２ｃ内の油圧が高くなるため、このタイミングにおいてソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、相対的に早い時期から高圧室の圧力は上昇するため、排気弁２２の開弁は早くなり、その後もカム山によって押し込まれるポンプユニットの動きに合わせてリフトするため、リフト量及びリフト量積分値は最も大きくなる（図４（ａ）参照）。この場合、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が最も大きくなるような吸気弁２１の開弁時期が、吸気弁２１の最大進角時期として規定される。他方で、そのような最大進角時期から吸気弁２１の開弁時期を遅角させていくと、圧力室７２ｃ内の油圧が低くなって、吸気弁２１に付与される力が小さくなるため、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が小さくなるのである（図４（ｂ）参照）。

そして、吸気弁２１のリフト量積分値は、実質的に、気筒１８内に導入される新気の量に相当する。従って、油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを閉弁する時期を制御することにより、実質的に、気筒１８内に導入される新気の量を制御することができる。

上述した吸気弁２１の動作は、エンジンのピストン１４の動作タイミングに併せて制御される。そして、図５は、ピストンの動作タイミングと、吸気弁の動作タイミングとを重ねて示したグラフである。

図５では、ピストンの上下動の動作を破線Ｌ１で示し、最大進角時期における吸気弁２１の動作を実線Ｌ２で示す。なお説明の便宜上、図５では、ピストンの下向きの動き（燃焼室１９を圧縮する動作）をＹ軸の正方向に示し、ピストンの上向きの動き（燃焼室１９を膨張させる動作）をＹ軸の負方向に示す。

一般的には、燃料燃焼後の既燃ガスの排気工程においてピストン１４が燃焼室１９を圧縮して上死点を通過する時期ｔ２で吸気弁２１がリフトを開始することにより、燃焼室１９内に最も効率的に新気を取り込むことができる。これは、時期ｔ２よりも早い時期、例えば時期ｔ１において吸気弁２１のリフトを開始すると、既燃ガスが吸気ポート１６側に排出されてしまい、また、時期ｔ２よりも遅い時期、例えば時期ｔ３において吸気弁２１のリフトを開始すると、燃焼室１９内に導入できる新気の総量が減少してしまうからである。

しかしながら、上述したように油圧式可変動弁機構７２は、エンジンオイルによる油圧によって制御されるものであるところ、エンジンオイルの油温によっては、油圧式可変動弁機構７２の動作のタイミングを正確に制御できなくなる場合がある。即ち、エンジンオイルの粘度は、エンジンオイルの油温によって著しく変化することが知られており、エンジンオイルの油温が高い場合には、エンジンオイルの粘度が低下し、一方でエンジンオイルの油温が低い場合には、エンジンオイルの粘度が増加する。従って、例えばエンジンオイルの温度が高くエンジンオイルの粘度が低い状態で、最大進角時期のベースカーブ（線Ｌ２）に沿って吸気弁２１を制御しようとした場合、エンジンオイルの粘度が低いことに起因して、油圧式可変動弁機構７２の圧力室７２ｃ内の油圧が上昇し始める時期が遅くなる。そして圧力室７２ｃ内の油圧が上昇し始める時期が遅くなると、ブレーキユニット７２ｇの作動開始時期が遅くなり、その結果、吸気弁２１のリフト開始時期が遅くなる。そして、吸気弁２１のリフト開始時期が遅くなると、図４（ｂ）を用いて説明したように、リフト量積分値が小さくなり、所望の量の新気を燃焼室１９内に導入することができない。

一方で、エンジンオイルの温度が低くエンジンオイルの粘度が高い状態で、最大進角時期のベースカーブ（線Ｌ２）に沿って吸気弁２１を制御しようとした場合、エンジンオイルの粘度が低いことに起因して、油圧式可変動弁機構７２の圧力室７２ｃ内の油圧が上昇し始める時期が早くなる。

そして、エンジンオイルの温度が高い状態におけるベースカーブは、図５の一点鎖線Ｌ３に示すようなプロフィールを描き、エンジンオイルが低い状態におけるベースカーブは、図５の一点鎖線Ｌ４に示すようなプロフィールを描く。

通常のベースカーブＬ２は、ピストン１４が上死点に達した時期ｔ２から吸気弁２１のリフトを開始するように決定されているが、油温が高い場合におけるベースカーブＬ３では、時期ｔ２よりも遅い時期ｔ３において吸気弁２１のリフトを開始し、油温が低い場合におけるベースカーブＬ４では、時期ｔ２よりも早い時期ｔ１においてリフトを開始するようになる。従って、油温が高い場合、及び低い場合の何れの場合にも、吸気弁２１のリフト開始時期が適切ではなく、燃焼室１９内に効率的に新気を導入することができない。

そこで本実施形態では、油温に応じて吸気弁２１のリフト開始の時期を制御することにより、燃焼室１９内に効率的に新気を導入するようになっている。

図６は、油温センサＳＷ１８によって検出された油温が、所定値よりも高い場合における、ピストンの動作タイミングと、吸気弁の動作タイミングとを重ねて示したグラフである。

油温が所定値よりも高い場合には、図６に示すように、吸気弁２１のリフト開始のタイミングを最大進角時期よりも所定量進角させ、ピストン１４が上死点に達する時期ｔ２において吸気弁２１のリフトが開始するようになっている。これにより、進角後のベースカーブＬ３’は、時期ｔ２において立ち上がるプロフィールを描く。油圧式可変動弁機構７２による最大進角時期よりも進角時期を早める制御は、機械式可変動弁機構７４を用いることにより実行される。機械式可変動弁機構７４によって吸気弁２１の開弁時期を、最大進角時期よりも更に早めるためには、ソレノイドバルブ７２ｂを通電して閉弁し、ローラーフィンガーフォロア７２ｅの動作がそのまま吸気弁２１に伝わるようにする。これにより、機械式可変動弁機構７４のカムタイミングによって吸気弁２１のリフトを開始させることができる。

また、油温が第２の所定値よりも低い場合には、図７に示すように、吸気弁２１のリフト開始タイミングを最大進角時期よりも所定量遅角させ、ピストン１４が上死点に達する時期ｔ２において吸気弁２１のリフトが開始するようになっている。この場合、吸気弁２１のリフトの開始のタイミングは、油圧式可変動弁機構７２を用い、図４（ｂ）に示す例で説明した方法により制御される。

吸気弁２１のリフト開始のタイミングの進角量及び遅角量は、油温に応じて予め決定された値であり、上述したように、油温が所定値よりも高い場合には、予め決定された量だけリフト開始タイミングを進角させ、かつ油温が第２所定値よりも低い場合には、予め決定された量だけリフト開始タイミングを遅角させることができる。また、リフト開始タイミング決定の別の方法としては、油温の減少と、リフト開始タイミングとを比例させて表示したチャートを予め準備し、油温センサＳＷ１８の検出値からリフト開始タイミングをその都度読み出し、読み出したタイミングで吸気弁２１を作動させてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、油圧センサＳＷ１８によって検出されたエンジンオイルの油温に応じて吸気弁２１のリフト開始タイミングを制御することができる。そして、エンジンオイルの油温が所定値よりも高い場合には、エンジンオイルの粘度が低いものとして、弁のリフト開始タイミングを所定のタイミングよりも進角させることができる。これにより、ピストン１４の動作に対して吸気弁２１のリフト開始のタイミングを適切に制御することができる。

また、本実施形態によれば、油温センサＳＷ１８によって検出されたエンジンオイルの油温が第２の所定値よりも低い場合には、エンジンの吸気行程における吸気弁２１のリフト開始タイミングを遅角させることができる。これにより、エンジンオイルの油温が第２の所定値よりも低い場合には、エンジンの粘度が高いものとして、吸気弁２１のリフト開始タイミングを所定のタイミングよりも遅角させることができる。これにより、エンジンピストンの動作に対して弁のリフト開始のタイミングを適切に制御することができる。

１エンジン
１０ＰＣＭ
１８気筒
２１吸気弁
２５点火プラグ
６７インジェクタ
７２油圧式可変動弁機構
７２ｂソレノイドバルブ
７２ｃ圧力室
７４機械式可変動弁機構
ＳＷ１８油温センサ

Claims

エンジンの気筒内に往復動可能に設けられたピストンと、エンジンオイルによる油圧を用いてエンジンの吸気側に設けられた吸気弁のリフト開始タイミングを制御する油圧式可変動弁機構と、クランクシャフトの回転に対してカムシャシャフトの回転に位相差を生じさせる位相変化型の機械式可変動弁機構と、を備えるエンジンの制御装置であって、
前記エンジンオイルの油温を検出する油温センサを備え、前記油温センサによって検出された前記エンジンオイルの油温が所定値よりも高い場合には、前記機械式可変動弁機構により、前記ピストンが吸気上死点に達する時期に前記吸気弁のリフトが開始するようエンジンの吸気行程における前記吸気弁のリフト開始タイミングを前記油圧式可変動弁機構の最大進角時期よりも進角させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記油圧式可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され前記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、前記圧力室に接続されており開閉することにより前記吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する請求項１記載のエンジンの制御装置。
前記油温センサによって検出された前記エンジンオイルの油温が第２の所定値よりも低い場合には、前記油圧式可変動弁機構により、前記ピストンが吸気上死点に達する時期に前記吸気弁のリフトが開始するようエンジンの吸気行程における前記吸気弁のリフト開始タイミングを前記油圧式可変動弁機構の最大進角時期よりも遅角させる、請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置。