JP6695292B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を可変とするバルブタイミング可変機構を制御する技術に関する。
特許文献１には、吸気側バルブタイミング可変機構、排気側バルブタイミング可変機構、吸気バルブタイミングをロック時期でロックするロック機構、クランク角信号を出力するクランク角センサ、吸気カム信号を出力する吸気カムセンサ、排気カム信号を出力する排気カムセンサを備える内燃機関において、クランク角センサの異常時に、ロック機構をロック状態にするために排気カム信号に基づく吸気バルブタイミング可変機構の作動制御を実行し、吸気カム信号に基づき算出した推定クランク角に基づいて機関制御を実行する、制御装置が開示されている。
特開２０１３−２１７３３９号公報
ところで、クランク角信号が、例えばクランク角１０degなどの所定角度毎に出力されるよう構成される一方で、吸気カム信号及び排気カム信号が、気筒間の行程位相差に相当するクランク角毎（例えば、４気筒機関ではクランク角１８０deg毎）の信号である場合、クランク角信号に基づく機関回転速度の検出周期よりも吸気カム信号又は排気カム信号に基づく機関回転速度の検出周期が長くなる。
このため、クランク角信号に異常が発生したときに、制御装置が、吸気カム信号又は排気カム信号に基づき機関回転速度を検出する場合、機関回転速度に基づき位相差時間をクランク角に換算する処理の精度が特に機関回転速度（角速度）の変化が大きい始動状態で悪化する。
したがって、クランク角信号に異常が発生し、制御装置が、吸気カム信号及び排気カム信号に基づきバルブタイミング可変機構を制御する場合に、内燃機関の始動状態で相対位相角の検出精度が悪化してバルブタイミング可変機構の制御精度が低下し、内燃機関の始動性が悪化する場合があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、クランク角信号に異常が発生したときの相対位相角の検出精度の低下を抑制し、以って、バルブタイミング可変機構の制御精度の低下を抑制できる、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角である吸気側位相角の検出値と、内燃機関が始動状態であるか始動後であるかによって変更される前記吸気側位相角の目標値とに基づき、吸気側バルブタイミング可変機構を制御する制御手段であって、クランク角信号が正常であるときは、前記クランク角信号と吸気カム信号とに基づき前記吸気側位相角の検出値を求め、前記クランク角信号に異常が生じたときは、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角である排気側位相角を機械的に位置決めされる基準位相角に固定した状態で、前記吸気カム信号と排気カム信号との位相差に基づき前記吸気側位相角の検出値を求める、前記制御手段を備え、前記クランク角信号に異常が生じたときに、前記排気側位相角を前記基準位相角に固定した状態での前記排気カム信号と、前記吸気側位相角を前記内燃機関の始動状態での目標値としたときの前記吸気カム信号とを同位相とし、前記吸気カム信号と前記排気カム信号との位相差が前記内燃機関の始動状態よりも始動後に大きくなるよう構成した。
上記発明によると、クランク角信号に異常が発生している内燃機関の始動状態で、排気カム信号と吸気カム信号との位相差が小さく抑制されるため、相対位相角の検出精度の低下を抑制でき、以って、クランク角信号に異常が発生している状態での吸気側バルブタイミング可変機構の制御精度の低下を抑制できる。
本発明の実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 本発明の実施形態における吸気カムセンサの構成図である。 本発明の実施形態における排気カムセンサの構成図である。 本発明の実施形態におけるクランク角センサの構成図である。 本発明の実施形態における吸気カム信号ＣＡＭint、排気カム信号ＣＡＭexh、クランク角信号CRANKの出力特性を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における吸気側位相角の検出処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるクランク角信号CRANKが正常であるときの吸気側位相角の検出処理を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるクランク角信号CRANKが異常であるときの吸気側位相角の検出処理を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるクランク角信号CRANKが異常であるときの始動状態での吸気カム信号ＣＡＭint及び排気カム信号ＣＡＭexhの出力特性を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるクランク角信号CRANKが異常であるときの吸気側位相角の検出処理を説明するためのタイムチャートである。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用する車両用内燃機関の一態様を示すシステム構成図である。
図１において、内燃機関１０は、吸気カムシャフト１１、排気カムシャフト１２、クランクシャフト１３を備え、吸気カムシャフト１１は図外の吸気バルブを開閉するカムを一体的に備え、排気カムシャフト１２は図外の排気バルブを開閉するカムを一体的に備えている。
吸気カムシャフト１１、排気カムシャフト１２それぞれの端部にはプーリ１１ａ，１２ａが軸支され、吸気カムシャフト１１、排気カムシャフト１２は、プーリ１１ａ，１２ａに巻回されたタイミングベルト１４を介してクランクシャフト１３からの回転力を受けて回転することで吸気バルブ、排気バルブを開閉する。
なお、本実施形態では、内燃機関１０を４ストローク直列４気筒機関とする。
また、吸気カムシャフト１１には、吸気カムシャフト１１の所定回転位置で吸気カム信号ＣＡＭintを出力する吸気カムセンサ１５を設けてあり、排気カムシャフト１２には、排気カムシャフト１２の所定回転位置で排気カム信号ＣＡＭexhを出力する排気カムセンサ１６を設けてある。
吸気カムセンサ１５は、図２に示すように、吸気カムシャフト１１の端部に軸支した信号プレート１５ａと、当該信号プレート１５ａの周縁に設けた突起部１５ｂを検出してパルス信号を出力するピックアップ１５ｃとで構成される。
同様に、排気カムセンサ１６は、図３に示すように、排気カムシャフト１２の端部に軸支した信号プレート１６ａと、当該信号プレート１６ａの周縁に設けた突起部１６ｂを検出してパルス信号を出力するピックアップ１６ｃとで構成される。
吸気カムセンサ１５の信号プレート１５ａには、図２に示すように、吸気カムシャフト１１の回転角で９０deg（クランクシャフト１３の回転角で１８０deg）毎に突起部１５ｂを設けてあり、更に、突起部１５ｂは、９０deg間隔の４か所それぞれに１個、１個、２個、２個だけ設けられる。
なお、吸気カムシャフト１１の回転角で９０deg、クランクシャフト１３の回転角で１８０degは、本実施形態の４ストローク直列４気筒内燃機関１０における気筒間の行程位相差に相当する。換言すれば、内燃機関１０は、各気筒の点火タイミングがクランク角７２０deg中にクランク角で１８０degずつ位相をずらして第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒の順で等間隔に設定される。
そして、吸気カムセンサ１５が出力するパルス信号である吸気カム信号ＣＡＭintは、突起部１５ｂを検出する毎に所定期間だけ立ち下がる信号であり、図５に示すように、吸気カムシャフト１１が９０deg回転する毎に、１回の立ち下がり（１個のパルス）、１回の立ち下がり（１個のパルス）、２回の立ち下がり（２個のパルス）、２回の立ち下がり（２個のパルス）をこの順で繰り返す信号となる。
同様に、排気カムセンサ１６の信号プレート１６ａには、図３に示すように、排気カムシャフト１２の回転角で９０deg（クランクシャフト１３の回転角で１８０deg）毎に突起部１６ｂを設けてあり、更に、突起部１６ｂは、９０deg間隔の４か所それぞれに１個、１個、２個、２個だけ設けられる。
そして、排気カムセンサ１６が出力するパルス信号である排気カム信号ＣＡＭexhは、突起部１６ｂを検出する毎に所定期間だけ立ち下がる信号であり、図５に示すように、排気カムシャフト１２が９０deg回転する毎に、１回の立ち下がり（１個のパルス）、１回の立ち下がり（１個のパルス）、２回の立ち下がり（２個のパルス）、２回の立ち下がり（２個のパルス）をこの順で繰り返す信号となる。
また、クランクシャフト１３には、クランクシャフト１３の所定回転位置でクランク角信号CRANKを出力するクランク角センサ１７を設けてある。
クランク角センサ１７は、図４に示すように、クランクシャフト１３の端部に軸支した信号プレート１７ａと、当該信号プレート１７ａの周縁に設けた突起部１７ｂを検出してパルス信号を出力するピックアップ１７ｃとで構成される。
クランク角センサ１７の信号プレート１７ａには、クランクシャフト１３の所定角度（例えば１０deg）毎に突起部１６ｂを設けてあり、更に、クランク角で１８０deg毎に、突起部１６ｂを連続して２個だけ欠落させてある。
そして、クランク角センサ１７が出力するパルス信号であるクランク角信号CRANKは、突起部１６ｂを検出する毎に所定期間だけ立ち下がり、クランクシャフト１３の回転角を所定角度単位で検出するパルス信号である。
本実施形態では所定角度＝１０degとしてあり、図５に示すように、クランク角信号CRANKは、１６回だけ１０deg毎に立ち下がり、２回分の立ち下がりが欠落して論理レベルとしてハイレベルを保持した後、１６回だけ１０deg毎に立ち下がり、再度２回分の立ち下がりが欠落して論理レベルとしてハイレベルを保持することを繰り返す信号となる。
なお、クランク角信号CRANKの歯抜け領域から立ち下がり数（パルス発生数）が所定値になる位置が、各気筒の吸気ＴＤＣの位置に一致するように、クランク角信号CRANKの発生位置（立ち下がり位置及び歯抜け領域）を調整してある。
また、内燃機関１０は、クランクシャフト１３に対する吸気カムシャフト１１の相対位相角を可変とすることで、吸気バルブの作動角を一定としたままで作動角の中心位相を連続的に進角又は遅角させる吸気側バルブタイミング可変機構１８と、クランクシャフト１３に対する排気カムシャフト１２の相対位相角を可変とすることで、排気バルブの作動角を一定としたままで作動角の中心位相を連続的に進角又は遅角させる排気側バルブタイミング可変機構１９とを備える。
そして、吸気側バルブタイミング可変機構１８が作動し、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角が変化することで、クランク角信号CRANKに対する吸気カム信号ＣＡＭintの相対位相角が変化する。同様に、排気側バルブタイミング可変機構１９が作動し、クランクシャフト１３に対する排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角が変化することで、クランク角信号CRANKに対する排気カム信号ＣＡＭexhの相対位相角が変化する。
なお、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９として、電動式や油圧式などの公知のバルブタイミング可変機構を適宜採用でき、また、例えば、一方を電動式とし、他方を油圧式とすることもできる。
また、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９は、最進角位置及び最遅角位置がストッパによって規定される可変範囲内で相対位相角を連続的に変化させる機構であり、相対位相角を可変範囲の中間位置に機械的にロックするロック機構を備えることができ、更に、ロック機構によるロック位置を、内燃機関１０の始動状態における目標位相角に設定することができる。
吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９は、制御装置（制御手段）２０によって制御される。
制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、吸気カムセンサ１５が出力する吸気カム信号ＣＡＭint、排気カムセンサ１６が出力する排気カム信号ＣＡＭexh、クランク角センサ１７が出力するクランク角信号CRANK、更に、内燃機関１０の機関負荷を検出する機関負荷センサ２１が出力する機関負荷信号ＴＰ、内燃機関１０が始動状態（クランキング状態）であるか否かを示す始動指令信号などを入力し、吸気側バルブタイミング可変機構１８の操作信号及び排気側バルブタイミング可変機構１９の操作信号を出力する。
制御装置２０は、吸気側バルブタイミング可変機構１８の操作量及び排気側バルブタイミング可変機構１９の操作量を、目標の相対位相差と実際の相対位相差との比較に基づき設定し、目標の相対位相差に実際の相対位相差が近づくように操作量を変更するフィードバック制御を実施する。
ここで、制御装置２０は、吸気側バルブタイミング可変機構１８の目標位相差（目標吸気バルブタイミング）及び排気側バルブタイミング可変機構１９の目標位相差（目標排気バルブタイミング）を、例えば、機関負荷ＴＰ、機関回転速度ＮＥ、内燃機関１０が始動状態であるか否かなどの機関運転条件に基づき可変に設定する。
一方、制御装置２０は、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角、及び、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角を、吸気カム信号ＣＡＭint、排気カム信号ＣＡＭexh、クランク角信号CRANKを用いて検出する。
制御装置２０は、クランク角信号CRANKの周期（sec）を計測することでパルスの歯抜け領域を検出し、パルスの歯抜け領域後のクランク角信号CRANKの発生数に基づき基準クランク角位置ＲＥＦ（基準ピストン位置：例えば各気筒の吸気ＴＤＣ）を検出する。
そして、制御装置２０は、基準クランク角位置ＲＥＦ（吸気ＴＤＣ）から吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりまでの角度を吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角を示す角度として検出し、基準クランク角位置ＲＥＦから排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がりまでの角度を排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角を示す角度として検出する。
更に、制御装置２０は、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）の異常の有無を検出し、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）に異常が発生したときに、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角を機械的に位置決めされる基準位相角に固定した上で、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角をカム信号ＣＡＭint、ＣＡＭexhに基づいて検出し、検出した相対位相角と目標位相角とに基づいて吸気側バルブタイミング可変機構１８を制御する機能（フェイルセーフ機能）をソフトウェアとして備えている。
ここで、制御装置２０による吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９の制御手順を図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
制御装置２０は、まず、ステップＳ１０１において、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）の異常の有無を検出する異常診断処理を実施する。
制御装置２０は、例えば、クランク角信号CRANKが一定値（ハイレベル又はローレベル）を一定時間以上保持したとき、換言すれば、クランク角信号CRANKの出力変化（立ち下がり）が一定時間以上発生しなくなったときに、クランク角信号CRANKの異常を検出することができる。
また、制御装置２０は、クランク角信号CRANKの実際の出力パターンと正規の出力パターンとを比較し、歯抜け領域後に１６回だけ一定周期で立ち下がる正規の出力パターンとは異なるパターンでクランク角信号CRANKが出力変化したときに、クランク角信号CRANKの異常を検出することができる。
なお、クランク角センサ１７の異常診断処理として、公知の種々の方法を適用でき、上記に例示した診断処理に限定されるものではない。
制御装置２０は、次のステップＳ１０２で、ステップＳ１０１での異常診断処理でクランク角信号CRANKの異常が検出されたか否か、つまり、クランク角センサ１７が異常であるか正常であるかを判別する。
そして、クランク角センサ１７が正常である場合、制御装置２０は、ステップＳ１０３に進み、吸気カム信号ＣＡＭint、排気カム信号ＣＡＭexh、クランク角信号CRANKを用いて相対位相角を求め、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９を制御する通常制御（正常時制御）を実施する。
図７のタイムチャートは、通常制御（正常時制御）における相対位相角の検出処理を例示する図であって、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角を検出する処理を例示する。なお、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角の検出も同様にして行わる。
制御装置２０は、クランク角信号CRANKの立ち下がりの時間周期Ｔ１０を計測することでクランク角信号CRANKの歯抜け領域を検出し、クランクカウンタCRKCNTの値を、歯抜け領域直後のクランク角信号CRANKの立ち下がりタイミングで零にリセットし、その後クランク角信号CRANKの立ち下がりを検知する毎にクランクカウンタCRKCNTの値を１だけ増やす処理を実施する。
そして、制御装置２０は、クランクカウンタCRKCNTの値が設定値になったタイミングを、相対位相角の計測基準とする基準クランク角位置ＲＥＦとして定める。図７に示す例では、クランクカウンタCRKCNTの値が５になるタイミング（時刻ｔ２０）が各気筒の吸気ＴＤＣの位置であり、制御装置２０は、各気筒の吸気ＴＤＣを基準クランク角位置ＲＥＦとして定める。
制御装置２０は、位相検出用クランクカウンタVTCRCNTを、基準クランク角位置ＲＥＦで零にリセットし、その後クランク角信号CRANKの立ち下がりを検知する毎に位相検出用クランクカウンタVTCRCNTの値を１だけ増やす処理を実施する。
そして、基準クランク角位置ＲＥＦから基準クランク角位置ＲＥＦ後の最初の吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりまでの角度を、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角に相関する角度（位相角）として検出する。
更に、制御装置２０は、吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりを検知した時点（時刻ｔ２２）での位相検出用クランクカウンタVTCRCNT、つまり、基準クランク角位置ＲＥＦから吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりまでの間でのクランク角信号CRANKの発生数と、吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり直前のクランク角信号CRANKの立ち下がりから吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりまでの時間Ｔとに基づき、下式にしたがって吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角（以下、吸気側位相角ともいう）を算出する。
吸気側位相角（deg）＝VTCRCNT×１０deg＋（Ｔ／Ｔ１０×１０deg）
つまり、クランク角信号CRANKはクランク角で１０deg毎に立ち下がる信号であるので、「VTCRCNT×１０deg」は、基準クランク角位置ＲＥＦ（時刻ｔ２０）から吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり直前のクランク角信号CRANKの立ち下がり（時刻ｔ２１）までのクランク角度を示し、「Ｔ／Ｔ１０×１０deg」は、吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり直前のクランク角信号CRANKの立ち下がり（時刻ｔ２１）から吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり（時刻ｔ２２）までの時間Ｔをクランク角度に換算した値となる。
そこで、制御装置２０は、これらの角度を求めて加算することで、基準クランク角位置ＲＥＦから吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がりまでの角度を吸気側位相角として算出する。
制御装置２０は、上記と同様にして、基準クランク角位置ＲＥＦから排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がりまでの角度を、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角（排気側位相角）に相当する角度として検出する。
そして、制御装置２０は、上記のようにして検出した相対位相角が目標の相対位相角に近づくように、吸気側バルブタイミング可変機構１８の操作量及び排気側バルブタイミング可変機構１９の操作量をそれぞれに決定し、係る操作量に基づき吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９を制御する。
このように、クランク角信号CRANKが正常であるとき、制御装置２０は、クランク角信号CRANKに基づき検出した基準クランク角位置からカム信号ＣＡＭint，ＣＡＭexhまでのクランク角度を、クランク角信号CRANKの発生数に基づく角度検出と、クランク角信号CRANKに基づく機関回転速度ＮＥの情報（Ｔ１０）に応じて計測時間をクランク角度に換算する処理（１０deg未満の位相角度の検出処理）との組み合わせによって検出する。
一方、制御装置２０は、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）に異常が発生している場合、ステップＳ１０４に進み、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角（排気側バルブタイミング可変機構１９）を基準位相角に固定した上で、カム信号ＣＡＭint，ＣＡＭexhを用いて吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角を検出し、検出した吸気側位相角が目標位相角に近づくように吸気側バルブタイミング可変機構１８を制御する、フェイルセーフ制御を実施する。
ここで、排気側バルブタイミング可変機構１９の基準位相角とは、機械的に位置決めされる位相角である。例えば、排気側バルブタイミング可変機構１９の最進角位置及び最遅角位置がストッパによって規定される場合に、制御装置２０は、ステップＳ１０４において、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角を最進角位置に固定することができる。
制御装置２０は、相対位相角を進角方向に変位させるトルクを連続的に発生させるように排気側バルブタイミング可変機構１９を制御することで、最進角位置側のストッパに突き当たる状態を維持させることができる。つまり、基準位相角としての最進角位置は、相対位相角の検出が不能であっても、制御装置２０によるフィードフォワード制御によって実現できる位相角である。
なお、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）に異常が発生したときに、排気側バルブタイミング可変機構１９を固定する基準位相角を最遅角位置とすることができる。但し、位相角を固定したときの内燃機関１０の運転性への影響が最遅角位置と最進角位置とで異なり、排気側バルブタイミング可変機構１９を備えず相対位相角が固定である内燃機関での相対位相角に近い側を基準位相角として選択することで、異常発生に伴う運転性の低下を抑制できる。
また、排気側バルブタイミング可変機構１９が、相対位相角を最遅角位置と最進角位置との中間に位置する位相角にロックするロック機構を備える場合、係るロック機構によってロックされる位相角を基準位相角とすることができる。前記ロック機構がロックする中間の位相角としては、例えば内燃機関１０の始動状態における目標位相角が設定される。
上記のようにして、排気側バルブタイミング可変機構１９を基準位相角に固定し、排気カムシャフト１２のクランクシャフト１３に対する相対位相角を既知の位相角に固定すれば、排気カム信号ＣＡＭexhが出力される（立ち下がる）クランク角位置が既知のクランク角度に固定されることになる。
したがって、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差は、吸気側バルブタイミング可変機構１８による相対位相角の変更に応じて変化することになり、制御装置２０は、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差から、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角（吸気側位相角）を検出することができる。
図８のタイムチャートは、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差を、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角に相関する角度として検出する処理を説明するための図である。
図８において、排気側バルブタイミング可変機構１９が基準位相角（最進角位置）に固定されたときに、排気カム信号ＣＡＭexhは各気筒の吸気ＴＤＣの間の所定クランク角度であるときに立ち下がる。
制御装置２０は、係る排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり（２個パルス連続する場合は先頭の立ち下がり）から吸気カム信号ＣＡＭintが立ち下がるまでの時間を、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差を示す位相差時間Ｔint（sec）として計測する。
そして、制御装置２０は、位相差時間Ｔintの終期タイミング（時刻ｔ２）で、位相差時間Ｔintを排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり周期Ｔ180（sec）に基づきクランク角に換算し、求めたクランク角を吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角に相関する角度とする。
吸気側位相角＝Ｔint／Ｔ180×１８０deg…式（１）
排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり周期Ｔ180は、排気カムシャフト１２が９０degだけ回転するのに要した時間であるが、排気カムシャフト１２の９０degは、クランクシャフト１３の１８０degに相当するため、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり周期Ｔ180はクランクシャフト１３が１８０degだけ回転するのに要した時間になる。
したがって、「Ｔint／Ｔ180」は、クランクシャフト１３が１８０degだけ回転するのに要する時間に対する位相差時間Ｔintの割合になり、係る割合に１８０degを乗算すれば、位相差時間Ｔintをクランク角度に換算できることになる。
なお、時刻ｔ２において、吸気側位相角の演算に用いる排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり周期Ｔ180は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間であって、時刻ｔ１にて更新された値である。
ここで、位相差時間Ｔintが短いほど、換言すれば、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がりから吸気カム信号ＣＡＭintが立ち下がるまでの位相差時間Ｔintが短いほど、より直近に求めた周期Ｔ180のデータを、位相差時間Ｔintをクランク角度（吸気側位相角）に換算するのに用いることになり、位相差時間Ｔintをクランク角度（吸気側位相角）に換算する精度が高くなる。
特に内燃機関１０の始動状態では、内燃機関１０の回転速度の変動が大きく、直近に周期Ｔ180を更新してから位相差時間Ｔintをクランク角度（吸気側位相角）に換算するタイミングまでの時間（換言すれば位相差時間Ｔint）が長くなると、吸気側位相角の検出精度が低下する。
つまり、位相差時間Ｔintが短いほど吸気側位相角の検出精度が増し、内燃機関１０の回転速度が大きい始動状態では始動後よりも検出精度の低下が発生し易くなる。
そこで、吸気側位相角が内燃機関１０の始動状態での目標値であり、排気側位相角を基準位相角としたときに、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差角度（deg）が最も小さくなり、排気側位相角が基準位相角に保持される一方で始動後に吸気側位相角の目標値が変更されることで、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差角度が始動状態よりも大きくなるように、排気カム信号ＣＡＭexh及び吸気カム信号ＣＡＭintの出力タイミングを設定してある。
ここで、吸気側位相角が内燃機関１０の始動状態での目標値であり、排気側位相角を基準位相角としたときに、図９に示すように、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとが同位相になるように（クランク角１８０deg毎のパルス信号の立ち下がりタイミングが同じになるように）、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９を構成することができる。
また、吸気側位相角が内燃機関１０の始動状態での目標値であり、排気側位相角を基準位相角としたときに、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差角度（deg）が、クランク角信号CRANKの立ち下がり周期（deg）以下になるように、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９を構成することができる。
例えば、クランク角信号CRANKの立ち下がり周期（deg）が１０degである場合、吸気側位相角が内燃機関１０の始動状態での目標値であり、排気側位相角を基準位相角としたときに、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差角度（deg）が零よりも大きく１０deg以下になるように、吸気側バルブタイミング可変機構１８及び排気側バルブタイミング可変機構１９を構成することができる。
吸気側位相角が内燃機関１０の始動状態での目標値であり、排気側位相角を基準位相角としたときに、排気カム信号ＣＡＭexhと吸気カム信号ＣＡＭintとの位相差角度が、クランク角信号CRANKの立ち下がり周期（deg）以下（零を含む）になるように構成すれば、位相差時間Ｔint（sec）をクランク角度に換算する処理において用いる回転速度（時間周期データ）の更新タイミングから実際に換算演算を実施するまでの時間が、クランク角信号CRANKが正常であるときと同様になって、吸気側位相角の演算精度が、回転速度の変動が大きい始動状態で大きく低下することを抑制できる。
なお、吸気側バルブタイミング可変機構１８が、吸気側位相角を始動時の目標位相角にロックするロック機構を備える場合には、係るロック機構によるロック状態での吸気カム信号ＣＡＭintと、排気側位相角を基準位相角としたときの排気カム信号ＣＡＭexhとの位相差角度が最も小さくなるように構成することができる。
また、図８に示した例は、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり直後に吸気カム信号ＣＡＭintが立ち下がる場合であり、この場合、始動後に吸気側位相角が遅角されることで位相差時間Ｔintはより長くなり、時間をクランク角度に換算するのに用いる回転速度データは時間的により旧いデータになる。換言すれば、吸気側位相角が遅角されると、回転速度データの更新タイミングから位相差時間Ｔintをクランク角度に換算するタイミングまでの時間が長くなる。
しかし、始動時に比べて始動後の回転速度の変動は小さい（変化速度は遅い）から、回転速度データの更新タイミングから位相差時間Ｔintをクランク角度に換算するタイミングまでの時間が長くなることの影響が相殺され、始動後に吸気側位相角の演算精度が低下することを抑制できる。
なお、図１０に示すように、始動状態において吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり直後に排気カム信号ＣＡＭexhが立ち下がる設定とすることができ、この場合、吸気カム信号ＣＡＭintから排気カム信号ＣＡＭexhまでの時間（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの時間）を位相差時間Ｔintとして計測し、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がりタイミングである時刻ｔ１２において、下記の式にしたがって、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角に相関する角度を求める。
吸気側位相角＝１８０deg−（Ｔint／Ｔ180×１８０deg）…式（２）
なお、時刻ｔ１２は、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がりタイミングであって、排気カム信号ＣＡＭexhの立ち下がり周期Ｔ180が更新されるタイミングであり、制御装置２０は、時刻ｔ１２において、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの時間である周期Ｔ180に基づき、位相差時間Ｔintをクランク角に換算する処理を実施する。
そして、式（１）及び式（２）のいずれの場合も、排気カム信号ＣＡＭexhが立ち下がった後に吸気カム信号ＣＡＭintが立ち下がるまでの角度が吸気側位相角として求められることになる。
ここで、図１０に示すような吸気カム信号ＣＡＭintと排気カム信号ＣＡＭexhとの位相関係であるときに、制御装置２０が、排気カム信号ＣＡＭexhが立ち下がってから吸気カム信号ＣＡＭintが立ち下がるまでの時間を位相差時間Ｔintとして計測し、時刻ｔ１１において式（１）に従って吸気側位相角を算出する構成とすると、吸気側位相角の検出誤差が大きくなる。
つまり、図１０の時刻ｔ１１にて吸気側位相角の算出に用いられる立ち下がり周期Ｔ180のデータは時刻ｔ１０で更新された値となり、式（２）を採用する場合に比べて吸気側位相角の算出タイミングとＴ180のデータの更新タイミングとの時間差がより長くなり、実際の機関回転速度ＮＥとの誤差が大きいＴ180のデータに基づき位相差時間Ｔintをクランク角に換算することになって、吸気側位相角の誤差が大きくなる。
そこで、制御装置２０は、図１０に示すように、始動状態で吸気カム信号ＣＡＭintの立ち下がり直後に排気カム信号ＣＡＭexhが立ち下がる設定の場合は、吸気カム信号ＣＡＭintから排気カム信号ＣＡＭexhまでの位相差時間Ｔintを計測し、係る位相差時間Ｔintをクランク角度に換算することで、位相差角度の検出精度の低下を抑制する。更に、制御装置は、位相差時間Ｔintから求めた角度を１８０degから減算することで、図８の場合と同様に、排気カム信号ＣＡＭexh（基準クランク角位置）から吸気カム信号ＣＡＭintまでの角度として吸気側位相角を求めることができる。
換言すれば、制御装置２０は、吸気カム信号ＣＡＭintから排気カム信号ＣＡＭexhまでの位相差時間Ｔintと、排気カム信号ＣＡＭexhから吸気カム信号ＣＡＭintまでの位相差時間Ｔintとのうちのより短い方を、クランク角度に換算して吸気側位相角を求めることができる。
上記構成において、制御装置２０は、排気カム信号ＣＡＭexhの出力周期（Ｔ180）を内燃機関の回転速度に相当するパラメータとして検出するが、吸気カム信号ＣＡＭintの出力周期（Ｔ180）を内燃機関の回転速度に相当するパラメータとして検出することができる。そして、吸気カム信号ＣＡＭintから内燃機関の回転速度を求める場合は、図８及び図１０において、吸気カム信号ＣＡＭintを排気カム信号ＣＡＭexhに読み替え、排気カム信号ＣＡＭexhを吸気カム信号ＣＡＭintに読み替えることで、排気カム信号ＣＡＭexhから内燃機関の回転速度を求める場合と同様な作用効果が得られる。
つまり、制御装置２０は、吸気カム信号ＣＡＭintと排気カム信号ＣＡＭexhとのうちの内燃機関の回転速度を求めるのに用いる一方のカム信号が他方のカム信号の直後に出力される場合は、前記他方のカム信号が出力されてから前記一方のカム信号が出力されるまでの位相差時間Ｔintを計測し、前記一方のカム信号が前記他方のカム信号の直前に出力される場合は、前記一方のカム信号が出力されてから前記他方のカム信号が出力されるまでの位相差時間Ｔintを計測し、計測した位相差時間Ｔintを内燃機関の回転速度に基づきクランク角度に変換することができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、クランク角センサ１７は、クランク角信号CRANKを歯抜けすることなく所定角度（所定の角度検出単位）毎に出力する構成とし、基準クランク角信号を出力するセンサを別途設けることができる。
また、吸気カム信号ＣＡＭint、排気カム信号ＣＡＭexhは、クランク角１８０deg毎に１パルス→１パルス→２パルス→２パルスの出力を繰り返す出力パターンに限定されない。
また、内燃機関１０は４ストローク直列４気筒内燃機関に限定されず、直列又はＶ型の６気筒内燃機関などに、本願発明を適用できる。
また、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）の異常発生時に、制御装置２０が、内燃機関１０を搭載する車両の運転者に対して異常の発生を警告する構成とすることができる。
また、制御装置２０は、クランク角センサ１７（クランク角信号CRANK）の異常発生時に、吸気側バルブタイミング可変機構１８による吸気カムシャフト１１のクランクシャフト１３に対する相対位相角の可変範囲を、正常時よりも狭く制限することができる。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
内燃機関の制御装置は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの所定回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関において、前記クランク角信号が正常であるときは、前記クランク角信号と前記吸気カム信号とに基づき前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御し、前記クランク角信号に異常が生じたときは、前記排気側バルブタイミング可変機構を制御して前記排気カムシャフトの相対位相角を基準位相角に設定した状態で前記吸気カム信号と前記排気カム信号とに基づき前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御する制御手段を備え、前記排気カムシャフトの相対位相角を前記基準位相角に制御した状態での前記排気カム信号と前記吸気カムシャフトの相対位相角が目標値であるときの前記吸気カム信号との位相差が、前記内燃機関の始動状態よりも始動後に大きくなるよう構成した。
前記内燃機関の制御装置の好ましい態様において、前記クランク角センサは、前記クランクシャフトの回転角を所定角度単位で検出するクランク角信号を出力し、前記排気カムシャフトの相対位相角を前記基準位相角に制御した状態での前記排気カム信号と前記吸気カムシャフトの相対位相角が目標値であるときの前記吸気カム信号との位相差が、前記内燃機関の始動状態で前記所定角度以下である。
別の好ましい態様では、前記排気カムシャフトの相対位相角を前記基準位相角に制御した状態での前記排気カム信号と前記吸気カムシャフトの相対位相角が前記内燃機関の始動状態での目標値であるときの前記吸気カム信号とが同位相である。
更に別の好ましい態様では、前記排気カムシャフトの前記基準位相角は、前記排気側バルブタイミング可変機構において前記排気カムシャフトの相対位相角が機械的に位置決めされる相対位相角である。
更に別の好ましい態様では、前記制御手段は、前記クランク角信号が正常であるときは前記クランク角信号に基づき前記内燃機関の回転速度を求め、前記クランク角信号に異常が生じたときは前記吸気カム信号又は前記排気カム信号に基づき前記内燃機関の回転速度を求め、前記内燃機関の回転速度に基づき位相差時間をクランク角に変換する。
更に別の好ましい態様では、前記制御手段は、前記吸気カム信号と前記排気カム信号とのうちの前記内燃機関の回転速度を求めるのに用いる一方のカム信号が他方のカム信号の直後に出力される場合は、前記他方のカム信号が出力されてから前記一方のカム信号が出力されるまでの位相差時間を計測し、前記一方のカム信号が前記他方のカム信号の直前に出力される場合は、前記一方のカム信号が出力されてから前記他方のカム信号が出力されるまでの位相差時間を計測し、計測した位相差時間を前記内燃機関の回転速度に基づきクランク角度に変換する。
また、内燃機関の制御装置は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの回転角を所定角度単位で検出するクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関において、前記排気カムシャフトの相対位相角を機械的に位置決めされる相対位相角である基準位相角に設定した状態での前記排気カム信号と、前記吸気カムシャフトの相対位相角が目標値であるときの前記吸気カム信号との位相差が、前記内燃機関の始動状態で前記所定角度以下になるよう構成した。
また、内燃機関の制御装置は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの回転角を所定角度単位で検出するクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関において、前記排気カムシャフトの相対位相角を機械的に位置決めされる相対位相角である基準位相角に設定した状態での前記排気カム信号と、前記吸気カムシャフトの相対位相角が前記内燃機関の始動状態での目標値であるときの前記吸気カム信号とが同位相になるよう構成した。
また、内燃機関の制御装置は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの所定回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関において、前記クランク角信号に異常が生じたときに、前記排気側バルブタイミング可変機構を制御して前記排気カムシャフトの相対位相角を基準位相角に設定した状態で前記吸気カム信号と前記排気カム信号とに基づき前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記吸気カム信号と前記排気カム信号とのうちの前記内燃機関の回転速度を求めるのに用いる一方のカム信号が他方のカム信号の直後に出力される場合は、前記他方のカム信号が出力されてから前記一方のカム信号が出力されるまでの位相差時間を計測し、前記一方のカム信号が前記他方のカム信号の直前に出力される場合は、前記一方のカム信号が出力されてから前記他方のカム信号が出力されるまでの位相差時間を計測し、計測した位相差時間を前記内燃機関の回転速度に基づきクランク角度に変換する。
また、内燃機関の制御方法は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの所定回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関において、前記クランク角信号の異常の有無を検出するステップと、前記クランク角信号が正常であるときに、前記クランク角信号と前記吸気カム信号とに基づき前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御するステップと、前記クランク角信号が正常であるときに、前記クランク角信号と前記排気カム信号とに基づき前記排気側バルブタイミング可変機構を制御するステップと、前記クランク角信号が異常であるときに、前記排気側バルブタイミング可変機構を制御して前記排気カムシャフトの相対位相角を基準位相角に設定するステップと、前記クランク角信号が異常であるときに、前記吸気カム信号と前記排気カム信号とに基づき前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御するステップと、を含み、前記排気カムシャフトの相対位相角を前記基準位相角に制御した状態での前記排気カム信号と前記吸気カムシャフトの相対位相角が目標値であるときの前記吸気カム信号との位相差が、前記内燃機関の始動状態よりも始動後に大きくなるよう構成した。
１０…内燃機関、１１…吸気カムシャフト、１２…排気カムシャフト、１３…クランクシャフト、１５…吸気カムセンサ、１６…排気カムセンサ、１７…クランク角センサ、１８…吸気側バルブタイミング可変機構、１９…排気側バルブタイミング可変機構、２０…制御装置

Claims (2)

  1. クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角である吸気側位相角を可変とする吸気側バルブタイミング可変機構と、前記クランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角である排気側位相角を可変とする排気側バルブタイミング可変機構と、前記吸気カムシャフトの所定回転位置で吸気カム信号を出力する吸気カムセンサと、前記排気カムシャフトの所定回転位置で排気カム信号を出力する排気カムセンサと、前記クランクシャフトの所定回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、を備えた内燃機関の制御装置において、
    前記吸気側位相角の検出値と、前記内燃機関が始動状態であるか始動後であるかによって変更される前記吸気側位相角の目標値とに基づき、前記吸気側バルブタイミング可変機構を制御する制御手段であって、
    前記クランク角信号が正常であるときは、前記クランク角信号と前記吸気カム信号とに基づき前記吸気側位相角の検出値を求め、
    前記クランク角信号に異常が生じたときは、前記排気側位相角を機械的に位置決めされる基準位相角に固定した状態で、前記吸気カム信号と前記排気カム信号との位相差に基づき前記吸気側位相角の検出値を求める、
    前記制御手段を備え、
    前記クランク角信号に異常が生じたときに、前記排気側位相角を前記基準位相角に固定した状態での前記排気カム信号と、前記吸気側位相角を前記内燃機関の始動状態での目標値としたときの前記吸気カム信号とを同位相とし、前記吸気カム信号と前記排気カム信号との位相差が前記内燃機関の始動状態よりも始動後に大きくなるよう構成した、
    内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御手段は、
    前記クランク角信号が正常であるときは前記クランク角信号に基づき前記内燃機関の回転速度を求め、前記クランク角信号に異常が生じたときは前記吸気カム信号又は前記排気カム信号に基づき前記内燃機関の回転速度を求め、
    前記吸気カム信号と前記排気カム信号との位相差を示す時間の計測値を、前記内燃機関の回転速度に基づきクランク角に変換して、前記吸気側位相角の検出値を求める、
    請求項１記載の内燃機関の制御装置。
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