JPH11270368A - 内燃機関用バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＶＶＴ（可変バルブタイミング制御機構）及
び電子スロットルシステムを備えた内燃機関において、
アクセル操作量に応じた発生トルクの変動を抑制するこ
と。 【解決手段】 油温ＴＨＯ等に基づきＶＶＴ１０による
トルク変動分が検出され、この検出されたトルク変動分
に基づきアクセル操作量としてのアクセル開度ＡＰとは
独立して内燃機関１への吸気量ＱＡをＤＣモータ１３に
て調節する電子スロットルシステムにおけるスロットル
開度ＴＡが補正される。これにより、油温ＴＨＯが低く
ＶＶＴ１０の応答性が不足しているときには、ＶＶＴ１
０の応答性に起因して損なわれる発生トルクの不足分が
スロットルバルブ１４の開度により補正され制御される
ため、アクセル操作量に応じた発生トルクの変動が抑制
されドライバビリティの向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気バ
ルブまたは排気バルブの少なくとも何れか一方の開閉タ
イミングまたはリフト量を運転状態に応じて変更自在な
内燃機関用バルブタイミング制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関用バルブタイミング制御
装置に関連する先行技術文献としては、特開昭６４−８
０７３３号公報にて開示されたものが知られている。こ
のものでは、アクセル操作量等に応じてモータを駆動し
てスロットル開度（スロットルバルブの開度）を制御す
る所謂、『電子スロットルシステム』と、内燃機関の吸
気バルブの開閉タイミングを運転状態に応じて変更自在
とする可変バルブタイミング制御機構（弁作動変更機
構）とを備えている。そして、可変バルブタイミング制
御機構におけるカムを切替作動させる際に発生するトル
ク差によるショックを、アクセル操作量とスロットル開
度との関係を変更して解消させる技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のもの
では、作動油の油温を検出し要求される可変バルブタイ
ミング制御機構の応答性が満足される油温となるまで、
その可変バルブタイミング制御機構による制御量を所定
以下に制限または制御を禁止している。このような制御
では、可変バルブタイミング制御機構を備えた内燃機関
が冷間時から暖機中、そして暖機後と遷移するときに、
同等の発生トルクを得ようとするとアクセル操作量が変
化することとなる。即ち、アクセル操作量が同じである
と暖機後に比べて冷間時では発生トルクが小さくなり満
足なドライバビリティ(Drivability）が得られないとい
う不具合があった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、可変バルブタイミング制御機
構及び電子スロットルシステムを備えた内燃機関におい
て、アクセル操作量に応じた発生トルクの変動を抑制し
ドライバビリティの向上が可能な内燃機関用バルブタイ
ミング制御装置の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関用バ
ルブタイミング制御装置によれば、トルク変動検出手段
で各種情報に基づき可変バルブタイミング制御機構によ
るトルク変動が検出され、この検出されたトルク変動に
基づきスロットル補正手段でアクセル操作量とは独立し
て内燃機関への吸気量を調節するスロットル制御手段に
よるスロットルバルブの開度が補正される。これによ
り、例えば、油温が低く可変バルブタイミング制御機構
の応答性が不足しているときには、可変バルブタイミン
グ制御機構の応答性に起因して損なわれる発生トルクの
不足分がスロットルバルブの開度により補正され制御さ
れるため、アクセル操作量に応じた発生トルクの変動が
抑制されドライバビリティを向上することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【０００７】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された
ダブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示
す概略構成図である。

【０００８】図１において、１は内燃機関、２は内燃機
関１の駆動軸としてのクランクシャフト３１の回転角θ
1 信号を検出するクランク角センサ、３は内燃機関１の
冷却水温ＴＨＷ信号を検出する水温センサ、４は内燃機
関１の吸気バルブ３２側の従動軸としてのカムシャフト
３３の回転角θ2 信号を検出し、クランク角センサ２か
らの回転角θ1 信号との位相差から相対回転角（変位
角）を算出するためのカム角センサ、５はスロットルバ
ルブ１４のスロットル開度ＴＡ信号を検出するスロット
ル開度センサ、６は内燃機関１への吸気量（吸入空気
量）ＱＡ信号を検出するエアフローメータ等の吸気量セ
ンサ、７は油路の途中に設置され、作動油の油温ＴＨＯ
信号を検出する油温センサ、８はアクセル操作量として
のアクセル開度ＡＰ信号を検出するアクセル開度セン
サ、９は作動油の油圧を調整制御する油圧制御バルブ
（Oil-flow Control Valve：以下『ＯＣＶ』と記す）、
１０はＯＣＶ９にて調整された油圧にてカムシャフト３
３をクランクシャフト３１との目標とする位相差である
目標相対回転角（目標変位角）に制御するアクチュエー
タとしての吸気バルブ３２側に設置された油圧式の可変
バルブタイミング制御機構（Variable Valve Timming C
ontrol Mechanism：以下、『ＶＶＴ』と記す）、１１は
作動油を内燃機関１のオイルパン内より吸上げるための
オイルストレーナ、１２は作動油を圧送するオイルポン
プ、１３は電子スロットルシステムにおけるスロットル
バルブ１４を駆動するアクチュエータとしてのＤＣモー
タ、２０は各種センサからの入力信号に基づき内燃機関
１の運転状態を検知し、最適な制御値を演算し、ＯＣＶ
９やＤＣモータ１３に駆動信号を出力するＥＣＵ（Elec
tronic Control Unit:電子制御ユニット）である。

【０００９】次に、ＥＣＵ２０の電気的構成について図
２を参照して説明する。

【００１０】図２において、ＥＣＵ２０は、周知の中央
処理装置としてのＣＰＵ２１、制御プログラムを格納し
たＲＯＭ２２、各種データを格納するＲＡＭ２３、水温
センサ３からの冷却水温ＴＨＷ信号、スロットル開度セ
ンサ５からのスロットル開度ＴＡ信号、吸気量センサ６
からの吸気量ＱＡ信号、油温センサ７からの油温ＴＨＯ
信号及びアクセル開度センサ８からのアクセル開度ＡＰ
信号の各アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換回路２４、クランク角センサ２からの回転角θ1
信号及びカム角センサ４からの回転角θ2 信号を波形整
形する波形整形回路２５、これら各種情報に基づきＣＰ
Ｕ２１で算出される後述のＯＣＶＤuty（デューティ
比）制御値ＤＯＣＶに基づく駆動信号ＩDOCVをＯＣＶ
９、出力スロットル開度ＴＡＥＸに基づく駆動信号ＩTA
EXをＤＣモータ１３にそれぞれ出力するための出力回路
２６からなる論理演算回路として構成されている。

【００１１】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されて
いるＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１のベースルーチンを示す
図３のフローチャートに基づき説明する。なお、このベ
ースルーチンは所定時間毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行
される。

【００１２】図３において、まず、電源の投入と同時
（電源起動時）にステップＳ１００で、初期化が実行さ
れる。この初期化では、ＲＡＭ２３等のメモリ内容が初
期値に設定されたり、各種センサからの入力信号がチェ
ックされる。このステップＳ１００による初期化のの
ち、以下のループ内の本格的な制御処理が繰返し実行さ
れる。

【００１３】ステップＳ２００では、内燃機関１のトル
ク変動検出処理が実行される。次にステップＳ３００に
移行して、ＶＶＴ相対回転角制御処理が実行される。次
にステップＳ４００に移行して、スロットル制御処理が
実行されたのち、ステップＳ２００に戻り同様な処理が
繰返し実行される。

【００１４】次に、上述のベースルーチンにおける各処
理を各サブルーチン毎に詳細に説明する。

【００１５】図３のステップＳ２００におけるトルク変
動検出処理ルーチンの詳細について、図４のフローチャ
ートに基づいて説明する。なお、このサブルーチンは１
２０ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。

【００１６】図４において、まず、ステップＳ２０１で
内燃機関１の潤滑油の油温ＴＨＯ〔℃〕、吸気圧ＰＭ
〔ｋｇｆ／ｃｍ² 〕が読込まれる。なお、本実施例で
は、エアフローメータ等の吸気量センサ６が配設された
所謂、Ｌ−Ｊetronic 方式であるため、吸気圧ＰＭは吸
気量センサ６で検出される吸気量ＱＡの換算によって求
められる。次にステップＳ２０２に移行して、ステップ
Ｓ２０１で読込まれた油温ＴＨＯと吸気圧ＰＭとに基づ
きマップからＶＶＴ１０の作動状態に応じてトルク補正
するためのスロットル開度相当分としてのトルク変動分
が算出される。ここで、マップから例えば、ＰＭ＝ｐm
1，ＴＨＯ＝ｔho1 のときトルク変動分としてＴＲＱＴ
Ａが算出される。このマップから求まるトルク変動分は
予め計算・実験等により求められた最適値である。

【００１７】次にステップＳ２０３に移行して、このと
きの機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕に対する速度補正係数Ｆ
ＮＥがマップに基づき算出される。次にステップＳ２０
４に移行して、ステップＳ２０２で算出されたトルク変
動分ＴＲＱＴＡにステップＳ２０３で算出された速度補
正係数ＦＮＥが乗算されトルク補正スロットル開度ＲＴ
ＲＱＴＡが算出され、本ルーチンを終了する。

【００１８】本実施例では、吸気側のみにＶＶＴ１０に
よる可変バルブタイミング制御を実施する方式であり、
吸気バルブ３２に対する進角／遅角の考え方は、図５に
示すように、ＴＤＣ(Top Dead Center：上死点）に対し
て排気バルブ３４の開閉タイミングが固定され、フレキ
シブルに吸気バルブ３２の開閉タイミングを進角／遅角
させることでオーバラップ量が制御されている。

【００１９】次に、図３のステップＳ３００におけるＶ
ＶＴ相対回転角制御処理ルーチンの詳細について、図６
のフローチャートに基づき説明する。なお、このサブル
ーチンは１６ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行され
る。

【００２０】図６において、ステップＳ３０１で機関回
転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕、吸気量ＱＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕が読込
まれる。次にステップＳ３０２に移行して、ステップＳ
３０１で読込まれた機関回転数ＮＥと吸気量ＱＡとに基
づきマップからＶＶＴ１０の目標相対回転角が算出され
る。ここで、マップから例えば、ＮＥ＝ｎe1，ＱＡ＝ｑ
a1のとき目標相対回転角としてａが算出される。このマ
ップから求まる目標相対回転角は予め計算・実験等によ
り求められた最適値である。

【００２１】次にステップＳ３０３に移行して、ステッ
プＳ３０２で算出された目標相対回転角ａがＲＡＭ２３
の目標相対回転角の記憶領域の“ＶＴＴ”に格納され
る。したがって、以下の説明においては目標相対回転角
ＶＴＴと記す。次にステップＳ３０４に移行して、クラ
ンク角センサ２及びカム角センサ４からの各入力信号に
基づくＶＶＴ１０の現在の相対回転角（実相対回転角と
もいう）ＶＴが読込まれる。次にステップＳ３０５に移
行して、前回の相対回転角ＶＴ(i-1）と今回の相対回転
角ＶＴ(i）との偏差から微分値ＤＬＶＴが算出される。
次にステップＳ３０６に移行して、今回の相対回転角Ｖ
Ｔ(i）と目標相対回転角ＶＴＴとの偏差から相対回転角
偏差ＥＲＶＴが算出される。

【００２２】次にステップＳ３０７に移行して、ステッ
プＳ３０６で算出された相対回転角偏差ＥＲＶＴに基づ
きテーブルからＰ（比例）項補正値ＰＶＴが算出され
る。次にステップＳ３０８に移行して、ステップＳ３０
５で算出された微分値ＤＬＶＴに基づきテーブルからＤ
（微分）項補正値ＤＶＴが算出される。なお、ステップ
Ｓ３０７でテーブルから算出されるＰ項補正値ＰＶＴ及
びステップＳ３０８でテーブルから算出されるＤ項補正
値ＤＶＴは予め計算・実験等により求められた最適値で
ある。次にステップＳ３０９に移行して、ステップＳ３
０７で算出されたＰ項補正値ＰＶＴとステップＳ３０８
で算出されたＤ項補正値ＤＶＴと前回のＯＣＶＤuty 制
御値ＤＯＣＶとが加算され最終的なＯＣＶＤuty 制御値
ＤＯＣＶが算出され、本ルーチンを終了する。このＯＣ
ＶＤuty 制御値ＤＯＣＶが出力されるＯＣＶ９を介して
ＶＶＴ１０によりＶＶＴ相対回転角制御が実行される。
ここで、ＯＣＶ９の作動では、図７に特性図を示すよう
に、ＯＣＶＤuty 制御値ＤＯＣＶ〔％〕に比例して油量
が増加されることで相対回転角制御値〔°ＣＡ（Crank
Angle:クランク角）〕が増加される。

【００２３】次に、図３のステップＳ４００におけるス
ロットル制御処理ルーチンの詳細について、図８のフロ
ーチャートに基づき説明する。なお、このサブルーチン
は１６ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。

【００２４】図８において、ステップＳ４０１でアクセ
ル開度ＡＰが読込まれる。次にステップＳ４０２に移行
して、ステップＳ４０１で読込まれたアクセル開度ＡＰ
に対する目標スロットル開度ＴＴＡがテーブルから算出
される。このテーブルには、アクセル開度ＡＰに対し内
燃機関１のドライバビリティや制御性等を考慮し変換し
たときの目標スロットル開度ＴＴＡが設定されている。
次にステップＳ４０３に移行して、目標スロットル開度
ＴＴＡと上述の図４で算出されたトルク補正スロットル
開度ＲＴＲＱＴＡとが加算され最終的な出力スロットル
開度ＴＡＥＸが算出される。

【００２５】次にステップＳ４０４に移行して、現在の
スロットル開度ＴＡが読込まれる。次にステップＳ４０
５に移行して、ステップＳ４０４で読込まれた現在のス
ロットル開度ＴＡがステップＳ４０３で算出された出力
スロットル開度ＴＡＥＸを越えているかが判定される。
現在のスロットル開度ＴＡが出力スロットル開度ＴＡＥ
Ｘを越えているときには、ステップＳ４０６に移行し、
スロットルバルブ１４を開閉するＤＣモータ１３を閉側
に駆動し現在のスロットル開度ＴＡを出力スロットル開
度ＴＡＥＸに一致させる操作処理を行い、本ルーチンを
終了する。

【００２６】一方、ステップＳ４０５の判定条件が成立
しないときには、ステップＳ４０７に移行し、ステップ
Ｓ４０４で読込まれた現在のスロットル開度ＴＡがステ
ップＳ４０３で算出された出力スロットル開度ＴＡＥＸ
未満であるかが判定される。現在のスロットル開度ＴＡ
が出力スロットル開度ＴＡＥＸ未満であるときには、ス
テップＳ４０８に移行し、スロットルバルブ１４を開閉
するＤＣモータ１３を開側に駆動し現在のスロットル開
度ＴＡを出力スロットル開度ＴＡＥＸに一致させる操作
処理を行い、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ
４０７の判定条件が成立しないときには、現在のスロッ
トル開度ＴＡが出力スロットル開度ＴＡＥＸに一致して
いるとしてステップＳ４０９に移行し、スロットルバル
ブ１４を開閉するＤＣモータ１３を停止状態とし現在の
スロットル開度ＴＡをホールド（保持）する処理を行
い、本ルーチンを終了する。

【００２７】次に、本実施例による作用について、図９
のタイムチャートを用いて説明する。

【００２８】従来、前述したように、内燃機関１の冷間
時（暖機中も含む）であって、ＶＶＴ１０を作動するた
めの油温ＴＨＯが低くＶＶＴ１０における応答性が不足
しているときには、アクセル操作量に基づく目標相対回
転角ＶＴＴ〔°ＣＡ〕は冷間時として図９に破線で示す
ように所定値以下に低く制限したり、制御そのものを禁
止するしかなかった。このとき、スロットル開度ＴＡ
〔°〕は冷間時（制御なし）として図９に破線で示すよ
うに遷移され、内燃機関１の発生トルク〔Ｎ・ｍ〕は冷
間時（制御なし）として図９に破線で示すように低く抑
えられた状態となる。

【００２９】ここで、目標相対回転角ＶＴＴは暖機後で
は十分な応答性が得られることで図９に実線で示すよう
に、冷間時よりも急峻に遷移されることとなる。即ち、
アクセル操作量が同じであっても時刻ｔ1 〜時刻ｔ2 お
ける目標相対回転角ＶＴＴの変化量は大きく異なり、時
刻ｔ2 以降の目標相対回転角ＶＴＴの値も異なることと
なる。このため、内燃機関１による発生トルクが、図９
に破線で示す冷間時（制御なし）と図９に一点鎖線で示
す暖機後（制御なし）とでは著しく異なってしまうので
ある。

【００３０】そこで、本実施例では、目標相対回転角Ｖ
ＴＴに対するＶＶＴ１０の応答性に起因して損なわれる
発生トルクを補正すべく、スロットル開度ＴＡが冷間時
（制御有り）として図９に実線で示すように補正される
のである。即ち、スロットル開度ＴＡが補正され内燃機
関１の発生トルクが冷間時（制御有り）として図９に実
線で示すように、冷間時（制御なし）に比べて大きく適
切に補正され暖機後（制御なし）と等しくされる。これ
により、アクセル操作量に応じた発生トルクの変動が抑
制されドライバビリティが向上される。

【００３１】このように、本実施例の内燃機関用バルブ
タイミング制御装置は、内燃機関１の駆動軸としてのク
ランクシャフト３１から吸気バルブ３２を開閉する従動
軸としてのカムシャフト３３に駆動力を伝達する駆動力
伝達系に設けられ、吸気バルブ３２の開閉タイミングを
変更自在なＶＶＴ１０と、内燃機関１の運転状態に応じ
てＶＶＴ１０により開閉タイミングを制御するＥＣＵ２
０内のＣＰＵ２１にて達成されるバルブ制御手段と、各
種情報に基づき前記バルブ制御手段で制御される開閉タ
イミングが制限または禁止されるときの内燃機関１にお
けるトルク変動を検出するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１に
て達成されるトルク変動検出手段と、各種情報に基づき
アクセル操作量とは独立して内燃機関１への吸気量ＱＡ
を調節するスロットルバルブ１４のスロットル開度ＴＡ
を制御するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるス
ロットル制御手段と、前記トルク変動検出手段で検出さ
れたトルク変動に基づき前記スロットル制御手段で制御
されるスロットル開度ＴＡを補正するＥＣＵ２０内のＣ
ＰＵ２１にて達成されるスロットル補正手段とを具備す
るものである。

【００３２】したがって、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１に
よって各種情報としての油温ＴＨＯ、吸気圧ＰＭ、機関
回転数ＮＥに基づきＶＶＴ１０によるトルク変動分とし
てのトルク補正スロットル開度ＲＴＲＱＴＡが検出さ
れ、この検出されたトルク補正スロットル開度ＲＴＲＱ
ＴＡに基づきアクセル操作量としてのアクセル開度ＡＰ
とは独立して内燃機関１への吸気量ＱＡを調節するスロ
ットル開度ＴＡが補正される。これにより、油温ＴＨＯ
が低くＶＶＴ１０の応答性が不足しているときには、Ｖ
ＶＴ１０の応答性に起因して損なわれる発生トルクの不
足分がスロットル開度ＴＡにより補正され制御されるた
め、アクセル操作量に応じた発生トルクの変動が抑制さ
れドライバビリティの向上を図ることができる。

【００３３】ところで、上記実施例では、トルク変動検
出において、直接、油温センサ７により作動油の油温を
検出しているが、本発明を実施する場合には、これに限
定されるものではなく、内燃機関１の冷却水温の遷移状
態やシリンダ壁の温度の遷移状態、始動時の冷却水温、
経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数等から
推定してもよい。即ち、内燃機関１の運転状態における
冷却水温の遷移状態、内燃機関１の爆発行程やシリンダ
等の摩擦による総発熱量に基づき作動油の油温が推定さ
れることで、上述の実施例における油温センサ７を必ず
しも配設する必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用されたダ
ブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示す
概略構成図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置におけるＥＣＵ
内の電気的構成を示すブロック図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されてい
るＥＣＵ内のＣＰＵにおけるベースルーチンの処理手順
を示すフローチャートである。

【図４】 図４は図３におけるトルク変動検出の処理手
順を示すフローチャートである。

【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置における吸気バ
ルブに対する進角／遅角制御を示す説明図である。

【図６】 図６は図３におけるＶＶＴ相対回転角制御の
処理手順を示すフローチャートである。

【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられてい
るＯＣＶの作動特性図である。

【図８】 図８は図３におけるスロットル制御の処理手
順を示すフローチャートである。

【図９】 図９は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置における作用を
示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ クランク角センサ ４ カム角センサ ５ スロットル開度センサ ７ 油温センサ ８ アクセル開度センサ ９ ＯＣＶ（油圧制御バルブ） １０ ＶＶＴ（可変バルブタイミング制御機構） １３ ＤＣモータ １４ スロットルバルブ ２０ ＥＣＵ（電子制御ユニット） ３１ クランクシャフト（駆動軸） ３３ カムシャフト（従動軸）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の駆動軸から吸気バルブまたは
   排気バルブの少なくとも何れか一方を開閉する従動軸に
   駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記吸気バ
   ルブまたは前記排気バルブの開閉タイミングまたはリフ
   ト量を変更自在な可変バルブタイミング制御機構と、 前記内燃機関の運転状態に応じて前記可変バルブタイミ
   ング制御機構により前記開閉タイミングまたは前記リフ
   ト量を制御するバルブ制御手段と、 各種情報に基づき前記バルブ制御手段で制御される前記
   開閉タイミングまたは前記リフト量が制限または禁止さ
   れるときの前記内燃機関におけるトルク変動を検出する
   トルク変動検出手段と、 各種情報に基づきアクセル操作量とは独立して前記内燃
   機関への吸気量を調節するスロットルバルブの開度を制
   御するスロットル制御手段と、 前記トルク変動検出手段で検出された前記トルク変動に
   基づき前記スロットル制御手段で制御される前記スロッ
   トルバルブの開度を補正するスロットル補正手段とを具
   備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制
   御装置。