JP7361221B2 - 可変バルブタイミング装置の制御装置 - Google Patents
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Description
<エンジン構成>
図1は、本発明の可変バルブタイミング装置が適用される本実施形態に係わるエンジンシステムの構成図である。
本実施形態のエンジンシステムは、走行用のトラクションモータと、発電専用のエンジンを搭載するシリーズハイブリッド自動車のものである。シリーズハイブリッド自動車では、バッテリー充電容量が、ある閾値より低くなると、エンジンを動作させて発電し、バッテリー充電容量が、ある閾値より高くなるとエンジンを停止させる制御が行われる。
前記クランク角センサ6とカム角センサ13により検知したクランクシャフト5と吸気カム11・排気カム12の回転数信号をECU26に入力することによって、クランクシャフト5とカムシャフトの相対的な位相差が算出される。本エンジン構成では、クランク角は6deg.CA毎、カム角180deg.CA毎に角度を取得する。前記吸気カム11に設けた可変バルブタイミング装置27は電動式とし、その構成を図2と図3に示す。
次に、前記可変バルブタイミング装置27による位相変換駆動原理を踏まえて、エンジン停止処理時の動作シーケンスを示す。エンジン停止処理時の可変バルブタイミング装置27への要求動作は、可変バルブタイミング装置27の制御装置によって吸気カム11の位相を、エンジン停止前に最進角位置となるように制御し、前記位相を保持したままエンジンを完全に停止(ゼロ回転)させることである。
次に、本実施例における制御フローについて説明する。本実施例では、ECU26における燃料カット信号がONになった状態での、エンジン回転数200rpmを制御の切換え条件(第1閾値)と定義し、エンジン回転数200rpm以上の領域を通常制御領域、エンジン回転数200rpm未満を低回転制御領域と定義する。
エンジン動作中の可変バルブタイミング装置27の制御は前記の通り、通常制御として、クランク角センサ6からの信号をもとにECU26にて算出するエンジン回転数に比例したDuty比のPWM信号をコントロールユニット27cに対して出力する。
ECU26によって、エンジン停止フラグを満たしているか判断する。例えば、バッテリー充電容量を確認する。この時、バッテリー充電容量が上限値に到達した状態をエンジン停止準備完了とする。バッテリー充電容量が上限値に到達していない状態では、キーオフされない限り、仮に車両が信号や渋滞等によって停止してもエンジンは停止させないものとする。
エンジンは、停止する前に、燃料噴射を停止させる燃料カット運転に移行するというプロセスを経る。この際、エンジントルクが不要なため、エンジンは燃料カット運転モードに入り、ECU26からインジェクタ14への燃料噴射信号をオフとし、燃焼室への燃料供給が停止される。燃料カット後の燃料カット運転期間中は、エンジンが惰性で回転され、最終的にエンジン回転数はゼロとなる。そのため、燃料噴射が停止されたことを確認したことをエンジン低回転制御に移行するためのフラグの一つとする。
燃料カット開始と同時に、可変バルブタイミング装置27に対して吸気カム11の位相を進角させるように、ECU26が制御を行う。燃料カット後の吸気カム11の目標位相は、最進角位置(図5における吸気カムの最進角プロファイル9a)とし、最進角位置への位相変換の完了をエンジン低回転制御に移行するためのフラグの一つとする。
通常制御と低回転制御を切り替える条件として、前記のようにエンジン回転数(=クランクシャフトの回転数)を閾値として切り替える。本実施例における第1閾値は、エンジン回転数200rpmとして説明を行う。つまり、前記の通り、低回転制御に入る条件はエンジン回転数が200rpm未満かつ燃料カットかつ吸気カム11が最進角位置に位相制御されていること、のアンド条件とする。
クランク角センサ6からECU26への信号が、ある一定期間入力されなくなったタイミングで、エンジン回転が完全に停止したエンジン停止と判定し、ECU26からコントロールユニット27cへのPWM信号によるDuty10%固定の出力を停止し、スタンバイ状態とする。
前記ECU26からのPWM出力のDuty比を切り替える仕様としたことで、エンジン停止時の吸気カム11の位相を可変バルブタイミング装置27によって最進角位置に制御でき、次回エンジン再始動時に吸気カム11の位相を最進角位置から起動することを可能とする。
前回のエンジン停止以降、次回エンジン再始動までの間をスタンバイ状態として、各装置の準備を行う。
各機器の起動条件フラグが全てONになった以降、ECU26からのエンジン始動判定フラグがONとなった時点で、可変バルブタイミング装置27のコントロールユニット27cに回転指令を与え、吸気カム駆動用モータ27bへの通電を開始する。
可変バルブタイミング装置27に対して、最進角ストッパ27fの方向に押し付ける、回転指令を与える。この時の回転指令は、エンジン停止処理中と同様に、低回転制御としてカムシャフトの回転方向と同方向への回転指令としてDuty比10%の固定値を与える。ECU26ではクランク角センサ6からの信号を受け、クランクシャフト5の回転数を算出する。クランクシャフト5の回転数が、第2閾値である200rpmを超えた段階で、低回転制御を終了し、ステップS16へ移行する。
ステップS16では、低回転制御から通常制御に切り替えを行う。ここでは、ECU26からコントロールユニット27cへのPWM出力におけるDuty比とエンジン回転数が比例する通常制御によって、吸気カム11の位相を最進角に保持制御する。
前記のエンジン再始動時のNVH低減に向けて、本実施例ではエンジン回転数1000rpmを第3閾値とし、エンジン回転数が1000rpmとなるまでは、吸気カム11の位相を最進角位置に保持制御する。つまり、ステップS17では、低回転制御から通常制御に切り替わった後のエンジン回転数をモニタし、NVH低減のための位相と初爆の位相を切り替えるトリガの役割を持つ。
ステップS17に示す通り、エンジン回転数が第3閾値である1000rpmを超えた段階で、吸気カム11の最進角位置への保持制御を終えて、吸気カム11の位相変換を開始する。位相変換が必要な理由は、吸気カム11の位相が最進角ストッパ27fに当接する位置(バルブププロファイル9a)に存在することで、吸気圧縮量が足りず、そのままでは点火を行えないためである。そのため、第3閾値の1000rpmを超えた段階から、吸気バルブのバルブタイミングを予め設定した任意の初爆バルブタイミング位置に変換する必要がある(ステップS19)。初爆のバルブタイミングに到達したことをECU26が確認し、初爆に向けてECU26からインジェクタ14へ燃料噴射信号をオンとし、燃焼室への燃料供給を開始する。
以降次回エンジン停止時まで、エンジン回転数とDuty比を比例させて、可変バルブタイミング装置27を駆動する通常制御へと切り替える。
以上の制御により、エンジン停止から再始動に伴うエンジン回転数変動の低減及び車体振動(NVH)の低減することが可能となる。
<適用エンジン構成>
本実施例における、エンジン及びその周辺機器の基本構成は実施例1と同様に図1の通りである。本実施例のエンジンはタイプとして、遅閉じミラーサイクルを採用したエンジンとする。遅閉じミラーサイクルの吸気バルブ9及び排気バルブ10のプロファイルを図17と図18に示す。図17には遅閉じミラーサイクルエンジンにおいて、吸気カム11の位相を最進角位置に設定した場合のプロファイルを示し、図18には遅閉じミラーサイクルエンジンにおいて、吸気カム11の位相を最遅角位置に設定した場合のプロファイルを示している。遅閉じミラーサイクルの機能を有するエンジンではカムプロファイルとして、早閉じミラーサイクルの機能を有するエンジンのカムと比較し、カム幅・カムのリフト量共に大きいという傾向がある。
遅閉じミラーサイクルではエンジン再始動時に吸気カム11の位相を最遅角位置に制御した状態で再始動することが望ましい。遅閉じミラーサイクルを搭載するエンジンでは早閉じミラーサイクルとは反対に、4サイクルエンジンの行程において、吸気行程の途中で吸気バルブ9を開弁し、圧縮行程に入ってから吸気バルブ9を閉じる位相を可能とする機構を有している。そのため、エンジン再始動時の吸気カム11の位相を最遅角位置に制御することで、圧縮行程におけるエンジン筒内の空気流量を低減でき、エンジン再始動時のクランクシャフト5の回転上昇時の回転数変動の低減及びエンジン再始動時の車体振動(NVH)の抑制を図ることが可能となる。本実施例ではこの動作を吸気カムシャフトに搭載したバルブタイミング装置による位相変換によって成立させる。
一方、前記方式によりエンジン停止時の吸気カム11の位相を最遅角位置に保持制御でき、以降、エンジン停止時も吸気カム11の位相を最遅角位置に制御できた場合、次回エンジン再始動時においても最遅角位置から始動することを可能とする。エンジン再始動時における制御切り替えについても、エンジン回転数200rpmを閾値とする。エンジン再始動時の初爆を迎えるまでの期間において、クランク角センサ6からの信号をECU26が取得し、エンジン回転数を算出し、200rpm以上の回転数を検出した段階で、低回転制御から通常制御へと切り替え、以降エンジン回転数に追従させるDuty比をECU26から可変バルブタイミング装置27のコントロールユニット27cにPWM信号として出力する。
Claims (2)
- 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を前記カムシャフトに連結されたモータのモータ回転数の調整によって変化させる可変バルブタイミング装置を備えた内燃機関に適用され、前記可変バルブタイミング装置を制御する制御部を有する制御装置であって、
前記制御部は、前記内燃機関のエンジン停止処理中において、前記クランクシャフトの回転数が第1閾値以上のときは、前記クランクシャフトの回転数に応じて前記モータに供給される電流又は電圧を調整して前記カムシャフトの相対回転位相を最進角位置又は最遅角位置へ変化させる通常制御と、前記クランクシャフトの回転数が第1閾値よりも低くなってからゼロ回転になるまでの間、前記モータに供給される電流又は電圧を一定に固定して前記カムシャフトの相対回転位相を最進角位置又は最遅角位置に保持する低回転制御と、を行い、
前記可変バルブタイミング装置は、指示パルスを有するPWM信号に基づいて前記モータに前記電流又は電圧を供給して前記モータを駆動するモータドライバを備え、
前記制御部は、前記通常制御では、前記クランクシャフトの回転数に比例したDuty比のPWM信号を前記モータドライバに出力し、前記低回転制御では、一定値に固定された固定Duty比のPWM信号を前記モータドライバに出力することを特徴とする可変バルブタイミング装置の制御装置。 - 前記モータドライバは、一定値に固定された固定Duty比の前記PWM信号が前記制御部から入力された場合に、前記モータに設定電流値以下の電流又は設定電圧値以下の電圧を供給することを特徴とする請求項1に記載の可変バルブタイミング装置の制御装置。
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US11002163B2 (en) | Valve timing controller and valve timing control method |
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