JP6589923B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
まず、図1〜図6を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
本実施形態のシステムが備える内燃機関1は、車両に搭載され、その動力源として使用される。本実施形態の内燃機関1は、一例として、直列4気筒型の4ストロークエンジンである。内燃機関1の点火順序は、一例として、1番気筒#1、3番気筒#3、4番気筒#4および2番気筒#2の順である。
可変動弁装置10は、各気筒の吸気バルブを駆動するためのカムシャフト12を備えている。カムシャフト12は、図示省略するタイミングプーリーおよびタイミングチェーン(もしくはベルト)を介してクランクシャフト(図示省略)と連結されており、クランクシャフトの1/2の速度で回転するようにクランクシャフトのトルクによって駆動される。
可変動弁装置10は、各気筒の個々の吸気バルブに対し、プロフィールの異なる複数(一例として、2つ)の吸気カム14、16を備えている。吸気カム14、16は、後述の態様でカムシャフト12に設けられている。一方の吸気カム14のプロフィールは、吸気バルブのリフト量および作用角として相対的に小さなリフト量および作用角を得るための「小カム」として設定されている。もう一方の吸気カム16のプロフィールは、吸気カム14により得られるリフト量および作用角よりも大きなリフト量および作用角が得られる「大カム」として設定されている。なお、複数の吸気カムのプロフィールの1つは、カムシャフト12の軸心からの距離が等しいベース円部のみであってもよい。すなわち、吸気カムの1つは、吸気バルブに押圧力を付与しないゼロリフトカムとして設定されてもよい。
可変動弁装置10は、さらに、カム切替機構20を備えている。カム切替機構20は、吸気バルブを駆動するカム(換言すると、吸気バルブと機械的に連結される対象となるカム)である「バルブ駆動カム」のプロフィールを吸気カム14、16のプロフィールの間で切り替えるカム切替動作を行うものである。カム切替機構20は、気筒毎に、カムキャリア22とアクチュエータ24とを備えている。
図2は、図1に示すカム溝26の具体的な構成を説明するための図である。より詳細には、図2(A)は、カムキャリア22の外周面に形成されたカム溝26を平面上に展開して得られた図である。カム溝26は、後に詳述される一対の係合ピン28a、28bに対応して、一対のカム溝26a、26bとして備えられている。なお、カム溝26に対する係合ピン28の進行は、カムシャフト12の回転に基づくものであるため、その進行方向は、図2(A)に示すように、カムシャフト12の回転方向と逆方向になる。
アクチュエータ24は、カム溝26と対向する位置において、シリンダヘッド等の静止部材27に固定されている。アクチュエータ24は、一対のカム溝26a、26bにそれぞれ係脱可能な一対の係合ピン28a、28bを有している。アクチュエータ24は、一対の係合ピン28a、28bのうちの1つを選択的にカムシャフト12に向けて(より詳細には、カム溝26に向けて)突き出し可能に構成されている。
本実施形態のシステムは、制御装置としてのECU40を備えている。ECU40には、内燃機関1およびこれを搭載する車両に搭載された各種センサと、内燃機関1の運転を制御するための各種アクチュエータとが電気的に接続されている。
次に、図5を参照して、カム切替機構20を用いたカム切替動作について説明する。吸気バルブを駆動するカムとして吸気カム(小カム)14と吸気カム(大カム)16のどちらを用いるかは、例えば、エンジン運転条件(主に、エンジン負荷とエンジン回転速度Ne)および運転者からの要求トルクの変化率の大きさに応じて決定される。
図5は、カム切替機構20によるカム切替動作の一例を説明するための図である。より詳細には、図5に示す例は、バルブを駆動するカムを吸気カム(小カム)14から吸気カム(大カム)16に切り替える際のカム切替動作に相当する。図5には、カム角A〜Dのそれぞれにおけるカムキャリア22およびアクチュエータ24が表されている。なお、図5では、カムシャフト12の回転に伴ってカム溝26が紙面の上方から下方に向けて移動している。
吸気カム(大カム)16から吸気カム(小カム)14へのカム切替動作は、上述の吸気カム(小カム)14から吸気カム(大カム)16へのカム切替動作と同様であるため、ここでは、以下のように概略的な説明を行う。
3−1.各気筒のカム切替動作を行う際の課題
各気筒のバルブ駆動カムを吸気カム(小カム)14と吸気カム(大カム)16との間で切り替えるカム切替要求が出された場合には、挿入区間に向けて係合ピン28の突き出し動作を行えるタイミングが最初に到来した気筒からカム切替動作が実行されることになる。より詳細には、複数(一例として、4つ)の気筒を有するマルチシリンダ式の内燃機関1では、各気筒において係合ピン28の突き出し動作を行えるタイミングは、図3に示されるように点火順序に応じた順で所定間隔(一例として、180°CA)毎に連続して到来する。したがって、点火順序に従う順番で各気筒において係合ピン28の突き出し動作が実行されるようにカム切替機構20を制御することで、各気筒のバルブ駆動カムのプロフィールをカムシャフト12の回転に伴って1燃焼サイクル内で順に切り替えることができる。
本実施形態では、上記の課題に鑑み、複数の気筒(本実施形態では、内燃機関1の全気筒)のバルブ駆動カムのプロフィールを切り替えるカム切替動作を行った際に、一部の気筒でプロフィールの切り替えに失敗したとしても、気筒間でバルブ駆動カムのプロフィールが異なる状態になる確率を下げられるようにするために、次のような制御が実行される。ここでは、説明の便宜上、カム切替要求が出された場合の切り替え前のバルブ駆動カムの(全気筒で共通の)プロフィールを「第1プロフィール」と称し、切り替え後のバルブ駆動カムの(全気筒で共通の)プロフィールを「第2プロフィール」と称する。
図6は、本発明の実施の形態1に係るカム切替機構20の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関1の運転中に、所定の制御周期で繰り返し実行される。
以上説明した図6に示すルーチンの処理によれば、全気筒のそれぞれのバルブ駆動カムのプロフィールを第1プロフィールから第2プロフィールに切り替えるための第1カム切替動作(第1プロフィールから第2プロフィールへの切り替え)が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わない場合に、第2プロフィールへのプロフィールの切り替えが成功した正常気筒を含めて全気筒を対象として、バルブ駆動カムのプロフィールを第1プロフィールに切り替えるための第2カム切替動作が実行される。
また、上記ルーチンの処理によれば、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わない場合には、第2プロフィールへのプロフィールの切り替えが成功した正常気筒だけではなく、全気筒を対象として、第2カム切替動作が実行される。このように全気筒を対象として第2カム切替動作を行うことには、次のような利点がある。すなわち、例えば、ステップS104の処理による切替完了信号の検出に関する異常が生じていたときには、第1カム切替動作が実際には成功していたにもかかわらず第1カム切替動作に失敗したと誤判定される気筒が生じる場合があり得る。しかしながら、このような場合であっても、全気筒を対象として第2カム切替動作を行うことにより、上記のように誤判定された気筒のバルブ駆動カムのプロフィールを第2プロフィールに戻すことを試みることができるようになる。そして、このことは、気筒間で異なるバルブ駆動カムのプロフィールが混在する確率を下げるうえで有効である。
また、上述のように、図6に示すルーチンの処理では、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のそれぞれのバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった場合において第2カム切替動作が実行される状況の中に、エンジン回転速度Neの上昇時が含まれている。
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
以下の説明では、実施の形態2に係るシステムの構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。また、本実施形態のカム切替動作は、以下に説明するカム切替機構20の制御に関する点を除き、実施の形態1のカム切替動作と同様である。
2−1.実施の形態2に係るカム切替機構の制御の概要
上述した実施の形態1においては、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった場合には、直ちに第2カム切替動作が実行される。これに対し、本実施形態では、ECU40は、エンジン回転速度Neの上昇時に、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった場合には、第1カム切替動作の再実行のために要する時間T1と仮に当該再実行が失敗したときに第2カム切替動作を実行するために要する時間T2との和である再実行余裕時間が、エンジン回転速度Neが切替上限値Neth(実施の形態1で既述した値)に到達するまでの間に残っているか否かを判定する。そして、ECU40は、再実行余裕時間が残っている場合には、第1カム切替動作をカム切替機構20に再実行させ、一方、再実行余裕時間が残っていない場合には、第2カム切替動作をカム切替機構20に実行させる。
図7は、本発明の実施の形態2に係るカム切替機構20の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図7に示すルーチン中のステップS100〜S110の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
以上説明した図7に示すルーチンの処理によれば、エンジン回転速度Neの上昇時(加速時)にカム切替要求が出された場合に、当該カム切替要求に従うプロフィールへの切り替えを極力試みつつ、その試行の結果として一部の気筒でプロフィールの切り替えに失敗が生じたとしても、気筒間で異なるバルブ駆動カムのプロフィールが混在する確率を実施の形態1と共通の処理によって下げられるようになる。
図8は、オイルの温度に基づくエンジン回転速度Neの切替上限値Nethの設定例を表した図である。既述したように、内燃機関1の各部(吸気カム14、16等の可変動弁装置10の各部を含む)を潤滑するオイルの温度が低いためにオイルの粘度が高いと、係合ピン28の突き出し動作がオイルによって妨げられ易くなる。そこで、上述したステップS200の判定を行う際に、オイルの温度を例えば油温センサ44を用いて取得したうえで、図8に示すようにオイルの温度が低いほど小さくなるように決定される切替上限値Nethが用いられてもよい。このような制御例によれば、オイルの温度(粘度)が係合ピン28の突き出し動作に与える影響をも考慮して、再実行余裕時間をステップS200の判定においてより正確に評価できるようになる。
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
以下の説明では、実施の形態3に係るシステムの構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。また、本実施形態のカム切替動作は、以下に説明するカム切替機構20の制御に関する点を除き、実施の形態1のカム切替動作と同様である。
2−1.実施の形態3に係るカム切替機構の制御の概要
上述した実施の形態1においては、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった場合には、直ちに第2カム切替動作が実行される。これに対し、本実施形態では、ECU40は、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のそれぞれのバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった回数を示す切替失敗カウンタの値Ncsfが所定の閾値Ncsfguardに到達していない間は、第2カム切替動作を実行する。そして、ECU40は、切替失敗カウンタの値Ncsfが閾値Ncsfguardに到達した場合には、第2カム切替動作の実行に代えて、MIL58を点灯させる処理を実行する。
図9は、本発明の実施の形態3に係るカム切替機構20の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図9に示すルーチン中のステップS100〜S110の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
以上説明した図9に示すルーチンの処理によれば、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のそれぞれのバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わなかった回数を示す切替失敗カウンタの値Ncsfが閾値Ncsfguardに到達した場合には、第2カム切替動作の実行に代えて、MIL58が点灯される。このような処理によれば、カム切替機構20に異常が生じていることをより正確に判断でき、そして、異常が生じていることを運転者に知らせることができる。
上述した実施の形態3に係るカム切替機構の制御に対して、実施の形態2に係るカム切替機構の制御を組み合わせてもよい。具体的には、図9に示すルーチンのステップS304の処理が不成立となった場合に図7に示すルーチンのステップS200の処理を実行するようにしてもよい。そして、ステップS200の判定が成立する場合には処理がステップS102に進み、ステップS200の判定が不成立となる場合には処理がステップS106に進むようにしてもよい。また、ステップS200の判定を行う際に、図8に示す関係に従って、オイルの温度に応じて切替上限値Nethが変更されてもよい。
(気筒群単位でのカム切替動作)
上述した実施の形態1〜3においては、複数の吸気カム14、16とカム溝26が形成されたカムキャリア22と、これに対応するアクチュエータ24とを気筒毎に備える例を挙げた。つまり、カム切替動作が気筒毎に行われる構成を例に挙げた。しかしながら、このようなカムキャリアおよびアクチュエータは、2つ以上の気筒からなる気筒群毎に備えられてもよい。より詳細には、切替対象の気筒群に含まれる複数の気筒のカムの共通のベース円区間を係合ピンが通過しているときにカムキャリアがスライドするように、カム切替機構を構成すればよい。
上述した実施の形態1〜3においては、第1カム切替動作が実行されたにもかかわらず全気筒のバルブ駆動カムのプロフィールが第2プロフィールで揃わない場合には、第2プロフィールへのプロフィールの切り替えが成功した正常気筒だけではなく、全気筒を対象として、第2カム切替動作が実行される。しかしながら、第2カム切替動作は、1または複数の正常気筒のみを対象として実行されてもよい。このような処理は、例えば、第1カム切替動作の成功の有無を精度良く判定できる構成を備えている場合に実行すると好適である。その理由は、プロフィールを揃える対象の「複数の気筒」のすべてのバルブ駆動カムのプロフィールを第2プロフィールで揃えるための指令が必要最小限で済むためである。なお、本発明における「第2プロフィールへのプロフィールの切り替えが成功した1または複数の気筒である1または複数の正常気筒」には、気筒単位で切り替えが行われる例における一部の気筒、または、気筒群単位で切り替えが行われる例における一部の気筒群に含まれる複数の気筒が相当する。
上述実施の形態1〜3に係るカム切替機構20は、カムシャフト12の外周面(より詳細には、カムキャリア22の外周面)に設けられたカム溝26と、カム溝26に係脱可能な係合ピン28を有し、かつ、係合ピン28をカムシャフト12に向けて突き出し可能なアクチュエータ24とを含み、係合ピン28がカム溝26に係合しているときに、バルブ駆動カムがカムシャフト12の回転に伴って複数の吸気カム14、16の間で切り替わるように構成されている。しかしながら、本発明の対象となるカム切替機構は、気筒単位もしくは気筒群単位で、複数の気筒のそれぞれにおいて燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムであるバルブ駆動カムのプロフィールを複数のカムのプロフィールの間で切り替えるという構成Xを有するものであれば、カム切替機構20を利用する例に限られない。すなわち、カム切替機構は、例えば、国際公開第2011/064852号に記載された機構のように、カムシャフトの外周面に設けられたカム溝は利用するけれども、カムのスライド動作を伴わないものであってもよい。さらには、カム切替機構は、上記の構成Xを有するものであれば、カム溝を利用しない機構であってもよい。
上述した実施の形態1〜3においては、ここでいう「複数の気筒」が内燃機関1の全気筒である例を挙げた。しかしながら「複数の気筒」は、必ずしも内燃機関の全気筒に限られず、例えば、複数の気筒からなるバンクを複数備える内燃機関であれば、個々のバンクに属する複数の気筒であってもよい。
上述した実施の形態1〜3におけるフェール処理では、MIL58の点灯によって、カム切替機構20に関する異常を運転者に知らせることとしている。しかしながら、本発明における「異常報知装置」は、MIL58を利用する例に限られるものではなく、例えば、警告音もしくは音声を利用して異常を報知するものであってもよい。
10 可変動弁装置
12 カムシャフト
14 吸気カム(小カム)
16 吸気カム(大カム)
20 カム切替機構
22 カムキャリア
24 アクチュエータ
26(26a、26b) カム溝
28(28a、28b) 係合ピン
30(30a、30b) 電磁石
40 電子制御ユニット(ECU)
42 クランク角センサ
44 油温センサ
48 アクセルポジションセンサ
50 車速センサ
52 シフトポジションセンサ
Claims (4)
- 複数の気筒と、
前記複数の気筒のそれぞれに対して配置され、プロフィールの異なる複数のカムと、
気筒単位もしくは気筒群単位で、前記複数の気筒のそれぞれにおいて燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムであるバルブ駆動カムのプロフィールを前記複数のカムのプロフィールの間で切り替えるように構成されたカム切替機構と、
を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記複数の気筒のそれぞれの前記バルブ駆動カムのプロフィールを第1プロフィールから第2プロフィールに切り替えるための第1カム切替動作を前記カム切替機構に実行させたにもかかわらず前記複数の気筒のすべての前記バルブ駆動カムのプロフィールが前記第2プロフィールで揃わない場合に、前記第2プロフィールへのプロフィールの切り替えが成功した1または複数の気筒である1または複数の正常気筒を少なくとも対象として、前記バルブ駆動カムのプロフィールを前記第1プロフィールに切り替えるための第2カム切替動作を前記カム切替機構に実行させるように構成され、
少なくとも前記1または複数の正常気筒を対象とする前記第2カム切替動作は、エンジン回転速度の上昇時に、前記第1カム切替動作を前記カム切替機構に実行させたにもかかわらず前記複数の気筒のそれぞれの前記バルブ駆動カムのプロフィールが前記第2プロフィールで揃わない場合に実行されるものであって、
前記制御装置は、
エンジン回転速度の上昇時に、前記第1カム切替動作を前記カム切替機構に実行させたにもかかわらず前記複数の気筒のすべての前記バルブ駆動カムのプロフィールが前記第2プロフィールで揃わない場合には、前記第1カム切替動作の再実行のために要する時間と仮に当該再実行が失敗したときに前記第2カム切替動作を実行するために要する時間との和である再実行余裕時間が、エンジン回転速度が前記バルブ駆動カムのプロフィールを切り替え可能なエンジン回転速度の切替上限値に到達するまでの間に残っているか否かを判定し、
前記再実行余裕時間が残っている場合には、前記第1カム切替動作を前記カム切替機構に再実行させ、前記再実行余裕時間が残っていない場合には、前記第2カム切替動作を前記カム切替機構に実行させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - エンジン回転速度の前記切替上限値は、前記複数の気筒のそれぞれに配置された前記複数のカムを潤滑するオイルの温度が低いほど小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記第1カム切替動作を前記カム切替機構に実行させたにもかかわらず前記複数の気筒のそれぞれの前記バルブ駆動カムのプロフィールが前記第2プロフィールで揃わなかった回数が所定回数を超えた場合に、前記内燃機関を搭載する車両の運転者に前記カム切替機構に関する異常を知らせるために異常報知装置を作動させる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記カム切替機構は、
カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、
前記カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、前記係合ピンを前記カムシャフトに向けて突き出し可能なアクチュエータと、
を含み、
前記カム切替機構は、前記係合ピンが前記カム溝に係合しているときに、前記バルブ駆動カムが前記カムシャフトの回転に伴って前記複数のカムの間で切り替わるように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
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