KR20140037758A - 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법 - Google Patents

가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로 컴퓨터를 내장한 전자 제어 장치가 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 밸브 타이밍의 변화량을 검출하는 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 밸브 타이밍을 목표 변화량에 수속시킨다.

Description

가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR VARIABLE VALVE TIMING MECHANISM}
본 발명은 크랭크 샤프트에 대한 캠축의 회전 위상을 변화시킴으로써, 흡기밸브 및 배기 밸브의 적어도 한쪽의 밸브 타이밍 (개폐 타이밍)을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구 (VTC)의 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엔진 운전 상태에 따라 밸브 타이밍을 변경하기 위하여, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 액추에이터로 변화시키는 VTC가 공지되어 있다. VTC를 탑재한 엔진에서는 일본 공개 특허 공보 2009-13975호에 기재되어 있는 바와 같이, 엔진 정지시에 VTC를 시동에 적합한 밸브 타이밍으로 변경함으로써, 엔진의 시동성을 확보한 기술이 제안되어 있다. VTC에 있어서는 엔진 정지 중에 밸브 타이밍을 변경할 수 없기 때문에, 크랭크 샤프트의 회전이 검지된 것을 계기로 하여 목표 각도와 실제의 각도 (실각도)와의 편차에 따른 피드백 제어가 개시되어 있다. 　
그런데, 캠 샤프트의 단부에 장착되는 VTC는 캠 샤프트의 회전에 수반하여, 밸브 스프링의 반력 및 가동부의 질량에 의한 관성력으로 이루어지는 교번 토크 (캠 토크)를 받는다. 크랭크 샤프트의 회전이 검지된 것을 계기로 하여, VTC의 피드백 제어를 개시하는 방법으로는, 실제로 엔진이 시동된 타이밍으로부터의 지연이 있기 때문에, 피드백 제어를 개시하기까지, 시동시의 캠 토크에 의하여 밸브 타이밍이 목표 각도로부터 크게 어긋나버릴 우려가 있었다.
밸브 타이밍을 변경하는 VTC의 제어 장치는 밸브 타이밍의 변화량을 검출하는 센서를 구비하여 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 밸브 타이밍을 목표 변화량에 수속시킨다.
이 발명의 다른 목적과 여러 가지 실시 형태는, 첨부 도면에 관련하는 실시 형태에 대한 다음의 설명으로 명백하게 될 것이다.
도 1은 차량용 엔진 시스템의 구성도이다.
도 2는 VTC의 상세를 나타내는 사시도이다.
도 3은 제어 프로그램의 메인 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 엔진 정지시의 제어를 행하는 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 엔진 시동시의 제어를 행하는 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 엔진 시동시의 제어에 의한 작용 및 효과를 설명하는 타임차트이다.
도 7은 종래 기술에 의한 엔진 시동 직후의 밸브 타이밍의 제어 상태를 나타내는 상태도이다.
도 8은 본 기술에 의한 엔진 시동 직후의 밸브 타이밍의 제어 상태를 나타내는 상태도이다.
도 9는 통상시의 제어를 행하는 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 엔진 시동시의 제어를 행하는 다른 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 VTC의 제어 장치가 적용되는 차량용 엔진의 시스템 구성을 나타낸다.
엔진(10)은, 예컨대 직렬 4 기통 가솔린 엔진이며, 각 기통에 흡기 (흡입 공기)를 도입하기 위한 흡입관(12)에는, 엔진(10)의 부하의 일례로서의 흡기 유량(Q)를 검출하는 흡기 유량 센서(14)가 장착되어 있다. 흡기 유량 센서(14)로서는, 예를 들면 에어 플로우 미터 등의 열선식 유량계를 사용할 수 있다. 또한, 엔진(10)의 부하로서는, 흡기 유량(Q)에 한정하지 않고, 예를 들면, 흡기 부압, 과급 압력, 스로틀 개도, 액셀 개도 등, 토크와 밀접하게 관련되는 상태량을 사용할 수 있다.
각 기통의 연소실(16)에 흡기를 도입하는 흡기 포트(18)에는 그 개구(開口)를 개폐하는 흡기 밸브(20)가 설치되어 있다. 흡기 밸브(20)의 흡기 상류에 위치하는 흡입관(12)에는 흡기 포트(18)를 향하여 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(22)가 장착되어 있다. 연료 분사 밸브(22)는 전자 코일에의 통전에 의하여 자기 흡인력이 발생하면, 스프링에 의하여 폐변(閉弁) 방향으로 지지되고 있는 밸브체가 리프트하여 개변하여, 연료를 분사하는 전자식의 분사 밸브이다. 연료 분사 밸브(22)에는 그 개변 시간에 비례한 연료가 분사되도록, 소정 압력으로 압력이 조절된 연료가 공급되고 있다.
연료 분사 밸브(22)로부터 분사된 연료는 흡기 포트(18)와 흡기 밸브(20)의 간극을 통하여 연소실(16)에 흡기와 함께 도입되어 점화 플러그(24)의 불꽃 점화에 의하여 착화 연소하고, 그 연소에 의한 압력이 도파 플런저(26)를 크랭크 샤프트 (도시하지 않음)를 향하여 압압함으로써, 크랭크 샤프트를 회전 구동시킨다.
또한, 연소실(16)로부터 배기를 도출하는 배기 포트(28)에는 그 개구를 개폐하는 배기 밸브(30)가 설치되어, 배기 밸브(30)이 개변함으로써, 배기 포트(28)와 배기 밸브(30)의 간극을 통하여, 배기가 배기관(32)에 배출된다. 배기관(32)에는 촉매 컨버터(34)가 설치되어 있어서, 배기 내의 유해 물질은 촉매 컨버터(34)에 의하여 무해 성분으로 정화된 후, 배기관(32)의 종단 개구로부터 대기 중에 방출된다. 이 때, 촉매 컨버터(34)로서는, 예를 들면 배기 중의 CO (일산화탄소), HC (탄화수소) 및 NOx (질소산화물)를 동시에 정화하는 삼원 촉매를 사용할 수 있다.
흡기 밸브(20)를 개폐 구동하는 흡기 캠 샤프트(36)의 단부에는 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 위상을 변화시킴으로써, 흡기 밸브(20)의 밸브 타이밍을 변경하는 VTC(38)가 장착되어 있다. VTC(38)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 크랭크 샤프트의 회전 구동력을 전달하는 캠 체인이 감기는 캠 스프로켓(38A)과 일체화되어, 감속기가 내장된 전동 모터(38B) (전동 액추에이터)에 의하여, 캠 스프로켓(38A)에 대하여 흡기 캠 샤프트(36)를 상대 회전시킴으로써, 밸브 타이밍을 진각 또는 지각시킨다. 이 때, 도 2에 있어서 부호 38C로 나타내는 것은 전동 모터(38B)에 전력을 공급하는 하네스를 접속하기 위한 커넥터이다.
또한, VTC(38)로서는, 도 2에 나타내는 구성의 것에 한정하지 않고, 전동 모터, 유압 모터 등의 각종 액추에이터에 의하여 밸브 타이밍을 변경 가능하면 어떠한 구성으로 되어 있어도 좋다. 또한, VTC(38)는 흡기 밸브(20)에 한정하지 않고, 흡기 밸브(20) 및 배기 밸브(30)의 적어도 한쪽에 구비할 수 있으면 된다.
연료 분사 밸브(22), 점화 플러그(24) 및 VTC(38)는 마이크로 컴퓨터를 내장한 전자 제어 장치(40)에 의하여 제어된다. 전자 제어 장치(40)는 각종 센서로부터의 신호를 입력하고, 미리 기억된 제어 프로그램에 따라서, 연료 분사 밸브(22), 점화 플러그(24) 및 VTC(38)의 각 조작량을 결정하여 출력한다. 연료 분사 밸브(22)에 의한 연료 분사 제어에 있어서는, 예를 들면 각 기통의 흡기 행정에 맞추어 개별의 연료 분사를 실시하는 이른 바「시퀀셜 분사 제어」를 한다. 또한, VTC(38)의 제어는 전자 제어 장치(40)와는 다른 별체의 전자 제어 장치로 실시하도록 하여도 된다.
전자 제어 장치(40)에는 흡기 유량 센서(14)의 신호에 추가하여, 엔진(10)의 냉각수 온도 (수온)(Tw)를 검출하는 수온 센서(42), 엔진(10)의 회전 속도(Ne)를 검출하는 회전 속도 센서(44), 크랭크 샤프트의 회전 각도 (기준 위치로부터의 각도)θCRK를 검출하는 크랭크 각도 센서(46), 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM을 검출하는 캠 각도 센서(48), VTC(38)에 의한 밸브 타이밍의 변경 각도 (VTC 각도) θVTC를 검출하는 VTC 각도 센서(50)의 각 신호가 입력된다. 또한, 전자 제어 장치(40)에는 스타터 스위치의 ON/OFF 신호를 입력 가능하도록, 예를 들면, CAN (Controller Area Network) 등의 차재 네트워크를 통하여, 엔진(10)을 전자 제어하는 엔진 제어 장치(52)에 접속되어 있다. VTC 각도 센서(50)로서는, 임의의 타이밍으로 변경 각도 θVTC를 검출 가능하도록, 예를 들면, 단위 각도마다 연속하여 회전 각도를 출력하는 센서를 사용할 수 있다.
이 때, VTC 각도 센서(50)가 밸브 타이밍의 변화량을 검출하는 센서의 일례로서 들 수 있다.
또한, VTC 각도 센서(50)로서 단위 각도마다 연속적으로 회전 각도를 출력하는 크랭크 각도 센서(46) 및 캠 각도 센서(48)를 사용하여, 이 센서들로부터의 출력에 따라 VTC 각도 θVTC를 간접적으로 검출하도록 하여도 된다. 또한, 엔진(10)의 제어에서 사용하는 흡기 유량(Q), 수온(Tw), 회전 속도(Ne), 크랭크 샤프트의 회전 각도θCRK 및 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM은 각 센서로부터 읽어들이는 대신에, 엔진 제어 장치(52)로부터 읽어들이도록 하여도 좋다.
전자 제어 장치(40)는, 후술하는 VTC(38)의 제어에 추가하여, 다음과 같이 연료 분사 밸브(22) 및 점화 플러그(24)를 제어한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 흡기 유량 센서(14) 및 회전 속도 센서(44)로부터 흡기 유량(Q) 및 회전 속도(Ne)를 각각 읽어들여, 이들에 기초하여 엔진 운전 상태에 따른 기본 연료 분사량을 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 수온 센서(42)로부터 수온(Tw)을 읽어들이고, 기본 연료 분사량을 수온(Tw) 등으로 보정한 연료 분사량을 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진 운전 상태에 따른 타이밍에, 연료 분사량에 따른 연료를 연료 분사 밸브(22)로부터 분사시켜서, 점화 플러그(24)를 적절하게 작동시켜 연료와 흡기와의 혼합기(混合氣)를 발화 연소시킨다. 이 때, 전자 제어 장치(40)는 도시를 생략한 공연비 센서로부터 공연비를 읽어들여, 배기 중의 공연비가 이론 공연비에 가까워지도록, 연료 분사 밸브(22)를 피드백 제어한다.
도 3은 전자 제어 장치(40)가 기동된 것을 계기로 하여, 전자 제어 장치(40)가 반복적으로 실행하는 제어 프로그램의 메인 루틴의 일례를 나타낸다. 또한, 제어 프로그램은 전자 제어 장치(40)의 전원이 차단될 때까지 반복하여 실행되지만, 엔진 스톨의 판정이 이루어질 때까지 반복하여 실행되어도 좋다.
스텝 1 (도에서는 「S1」라고 약기한다. 이하 동일.)에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면, 엔진 제어 장치(52)로부터 스타터 스위치의 신호를 읽어들이고, 이것이 ON으로부터 OFF로 변화하였는지 아닌지를 통하여, 엔진(10)의 정지 지령이 있었는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)의 정지 지령이 있었다고 판정하면 처리를 스텝 2로 진행하는 한편 (Yes), 엔진(10)의 정지 지령이 없다고 판정하면 처리를 스텝 3으로 진행한다 (No).
스텝 2에서는, 전자 제어 장치(40)가, 엔진 정지시의 제어를 행하는 서브루틴 (상세에 대하여는 후술함)을 실행한다.
스텝 3에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 엔진 제어 장치(52)로부터 스타터 스위치의 신호를 읽어들여, 이것이 OFF로부터 ON으로 변화하는지 아닌지를 통하여, 엔진(10)의 시동 지령이 있었는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)의 시동 지령이 있었다고 판정하면 처리를 스텝 4로 진행하는 한편 (Yes), 엔진(10)의 시동 지령이 없다고 판정하면 처리를 스텝 5로 진행한다 (No).
스텝 4에서는, 전자 제어 장치(40)가, 엔진 시동시의 제어를 행하는 서브 루틴 (상세에 대하여는 후술함)을 실행한다.
스텝 5에서는, 전자 제어 장치(40)가, 통상시의 제어, 즉 엔진 정지시 및 엔진 시동시의 제어는 아닌, 엔진 가동 중의 제어를 행하는 서브 루틴 (상세에 대하여는 후술한다)을 실행한다.
이와 같은 메인 루틴에 의하면, 엔진 정지 지령이 있었을 경우에는 엔진 정지시의 제어가 실행되어, 엔진 시동 지령이 있었을 경우에는 엔진 시동시의 제어가 실행된다. 또한, 엔진 정지 지령 및 엔진 시동 지령이 없는 경우에는 엔진 가동 중의 통상시의 처리가 실행된다.
도 4는 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 정지시의 제어를 행하는 서브루틴의 일례를 나타낸다.
스텝 11에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 프레시 ROM (Read Only Memory)으로부터 제어값을 읽어냄으로써, 엔진(10)의 시동에 적절한 VTC(38)의 목표 각도를 산출한다. 이 때, VTC(38)의 목표 각도로서는, 예를 들면 흡기 밸브(20)의 지연된 닫힘에 의한 연비 향상과 시동성을 양립시키는 각도로 할 수 있다.
스텝 12에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 실각도 (기준 위치로부터의 실제의 각도)를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 크랭크 각도 센서(46) 및 캠각도 센서(48)로부터, 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK 및 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM를 각각 읽어들인다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM으로부터 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK를 감산함으로써, 진각측을 정치(正値)로 한, VTC(38)의 실각도를 구한다.
스텝 13에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 목표 각도와 실각도와의 편차에 기초하여, VTC(38)의 조작량 (예를 들면, 전동 모터(38B)에 인가하는 전압, 듀티비 등)을 산출한다.
스텝 14에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을, 액추에이터로서의 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 15에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 실각도가 목표 각도에 도달하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 실각도가 목표 각도에 도달하였다고 판정하면 처리를 종료시키는 한편 (Yes), 실각도가 목표 각도에 도달하고 있지 않다고 판정하면 처리를 스텝 12로 되돌려보낸다 (No).
이러한 엔진 정지시의 제어에 의하면, VTC(38)가 엔진(10)의 시동에 적절한 목표 각도까지 변경된다. 이 때문에, 엔진(10)을 재시동하는 경우에, 엔진(10)의 연비 향상과 시동성을 양립시킬 수 있다.
또한, VTC(38)의 실각도를 목표 각도에 수속하는 처리는 엔진 제어 장치 (52)에 의하여 스타터 스위치의 키 오프가 검지되고나서 엔진(10)이 정지할 때까지 실시하면, 캠 토크의 영향이 적다. VTC(38)의 전동 모터(38B)가 충분한 토크를 발생할 수 있는 경우에는, 엔진(10)이 정지한 후에도 VTC(38)의 실각도를 목표 각도로 변경하는 것이 가능하기 때문에, 이 처리는 엔진 정지 후에 하여도 좋다.
도 5는 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 시동시의 제어를 행하는 서브루틴의 일례를 나타낸다. 이 때, 도 4에 나타내는 플로우차트와 공통되는 처리에 대하여는 중복 설명을 배제하기 위하여, 그 설명을 간략화한다 (이하 동일).
스텝 21에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC 각도 센서(50)로부터 VTC 각도 θVTC를 읽어들인다.
스텝 22에서는, 전자 제어 장치(40)가 제어 주기 (제어 간격)에 있어서 변화한 VTC 각도 θVTC의 변화량 (각도 변화량) Δ를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 전회에 검출한 VTC 각도 θVTC와 금회에 검출한 VTC 각도 θVTC와의 차의 절대값을 구하고, 이것을 각도 변화량 Δ로 한다.
스텝 23에서는, 전자 제어 장치(40)가 각도 변화량 Δ이 소정 값보다 커졌는지 아닌지를 판정한다. 이 때, 소정 값은 VTC(38)의 각도 변화가 일어난 것을 통하여, 엔진(10)이 시동되었는지 아닌지를 판정하기 위한 역치인데, 예를 들면, VTC 각도 센서(50)의 각도 검출 오차 이상의 값을 취한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 각도 변화량 Δ이 소정 값보다 커졌다고 판정하면 처리를 스텝 24로 진행하는 한편 (Yes), 각도 변화량 Δ이 소정값 이하라고 판정하면 처리를 스텝 21로 되돌려보낸다 (No).
스텝 24에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 시동시의 목표 각도와 VTC 각도 θVTC와의 편차에 기초하여 VTC(38)의 조작량을 산출하고, 이 조작량을, 액추에이터로서의 전동 모터(38B)에 출력한다. 요컨데, 전자 제어 장치(40)는 VTC(38)의 목표 각도와 VTC 각도 θVTC와의 편차에 기초하여, VTC 각도 θVTC가 목표 각도에 수속되도록 한다. 또한, 스텝 24의 처리는 크랭크 각도 센서(46)의 출력에 의하여 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지 반복하여 실행된다.
이와 같은 엔진 시동시의 제어에 의하면, 엔진(10)의 시동 조작을 하고 나서 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지의 사이에, VTC(38)에 의한 밸브 타이밍의 각도 변화량 Δ이 소정값보다 크면, VTC(38)의 목표 각도와 VTC 각도 θVTC와의 편차에 따른 조작량이 전동 모터(38B)에 출력된다. 즉, 스타터 스위치를 ON으로 하여 시동 조작을 실시하면, 스타터에 의하여 크랭킹이 개시되지만, 크랭크 샤프트의 회전 각도를 검출하는 크랭크 각도 센서(46)의 저회전역에서의 각도 검출 주기가 길기 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 엔진 시동 판정에 지연이 생긴다. 그러나, 크랭크 각도 신호에 의하여 엔진 시동 판정이 이루어지기 전에, 크랭크 샤프트가 회전하기 시작하기 때문에, 흡기 캠 샤프트(36)가 회전하여, VTC 각도 θVTC가 변화한다. 또한, VTC 각도 θVTC의 변화량이 VTC 각도 센서(50)의 각도 검출 오차 이상인 소정 값보다 커지면, 크랭크 샤프트가 회전하기 시작하였다고 판정할 수 있기 때문에, VTC(38)의 목표 각도와 VTC 각도 θVTC와의 편차에 따른 조작량이 전동 모터(38B)에 출력된다.
이 때문에, VTC 각도 θVTC가 목표 각도로부터 어긋나기 시작하면, 이 어긋남량에 따른 조작량에 의하여 VTC(38)가 구동되어, VTC 각도 θVTC가 목표 각도에 수속하도록 제어된다. 또한, 크랭크 각도 신호에 의하여 엔진 시동 판정이 이루어지면, 후술하는 바와 같이, 크랭크 각도 센서(46) 및 캠 각도 센서(48)의 출력에 기초하여 VTC(38)가 피드백 제어된다.
따라서, 엔진 시동 조작을 하고 나서 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지의 사이이더라도, 엔진이 실제로 시동되면, VTC(38)의 제어가 행해지므로, 도 7에 도시하는 바와 같이, 시동시의 캠 토크에 의하여 밸브 타이밍이 어긋나 있던 것이, 도 8에 도시하는 바와 같이, 목표 각도로 제어된다. 따라서, 엔진 시동에 적절한 VTC 각도를 유지할 수 있다.
도 9는 전자 제어 장치(40)가 실행하는 통상시의 제어를 행하는 서브 루틴의 일례를 나타낸다.
스텝 31에서는, 전자 제어 장치(40)가, 엔진 운전 상태에 따른 VTC(38)의 목표 각도를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 흡기 유량 센서(14), 수온 센서(42) 및 회전 속도 센서(44)로부터, 흡기 유량(Q), 수온(Tw) 및 회전 속도(Ne)를 각각 읽어들인다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 예를 들면, 수온마다 회전 속도 및 흡기 유량에 따른 목표 각도가 설정된 테이블을 참조하여, 수온(Tw), 회전 속도(Ne) 및 흡기 유량(Q)에 따른 목표 각도를 구한다.
스텝 32에서는, 전자 제어 장치(40)가, 스텝 12와 동일한 방법으로, VTC(38)의 실각도를 산출한다.
스텝 33에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 목표 각도와 실각도와의 편차에 기초하여, VTC(38)의 조작량을 산출한다.
스텝 34에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 35에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 실각도가 목표 각도에 도달하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 실각도가 목표 각도에 도달하였다고 판정하면 처리를 종료시키는 한편 (Yes), 실각도가 목표 각도에 도달하지 않았다고 판정하면 처리를 스텝 32로 되돌려보낸다 (No).
통상시의 제어에 의하면, VTC(38)가, 엔진 운전 상태에 따른 목표 각도로 제어된다. 이 때문에, 엔진 운전 상태에 따른 목표 각도를 적절하게 설정함으로써, 예를 들면, 응답성, 토크, 연비 등을 향상시킬 수 있다.
도 10은 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 시동시의 제어를 행하는 서브루틴 외의 예를 나타낸다.
스텝 41에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 캠 토크를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)은 크랭크 각도 센서(46), 캠 각도 센서(48) 및 VTC 각도 센서(50)로부터, 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM 및 VTC 각도 θVTC를 각각 읽어들여, 이들에 기초하여 캠 토크를 추정한다. 이 때, 엔진 시동시의 캠 토크는, 예를 들면 크랭크 샤프트의 회전 각도, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 및 VTC 각도에 따른 추정 값이 설정된 테이블을 참조하여 구할 수 있다. 또한, 엔진 시동시의 캠 토크는 흡기 캠 샤프트(36)의 변형으로부터 구하도록 하여도 좋다.
스텝 42에서는, 전자 제어 장치(40)가 캠 토크를 이겨내고 흡기 캠 샤프트(36)를 회전시킬 수 있는 VTC(38)의 조작량의 최소값을 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 VTC(38)의 조작량의 최소값으로서 「캠 토크＜모터 토크」가 되는 조작량을 산출한다.
스텝 43에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC 각도 센서(50)로부터 VTC 각도 θVTC 를 읽어들인다.
스텝 44에서는, 전자 제어 장치(40)가 제어 주기에 있어서 변화한 VTC 각도 θVTC의 변화량 Δ을 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 전회에 검출한 VTC 각도 θVTC와 금회에 검출한 VTC 각도 θVTC와의 차의 절대값을 구하고, 이것을 각도 변화량 Δ로 한다.
스텝 45에서는, 전자 제어 장치(40)가 각도 변화량 Δ이 소정 값보다 커졌는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 각도 변화량 Δ이 소정값보다커졌다고 판정하면 처리를 스텝 46으로 진행하는 한편 (Yes), 각도 변화량 Δ이 소정값 이하라고 판정하면 처리를 스텝 43으로 되돌려보낸다 (No).
스텝 46에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 시동시의 목표 각도와 VTC 각도 θVTC와의 편차에 기초하여 VTC(38)의 조작량을 산출한다.
스텝 47에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을 필요에 따라서 보정한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 VTC(38)의 조작량과 VTC(38)의 조작량의 최소값을 비교하고, 「조작량＜조작량 최소값」인 경우에, VTC(38)의 조작량을 조작량 최소값으로 한다. 또한, 스텝 41 및 42의 처리는 제어 정밀도를 향상시킬 수 있도록, VTC(38)의 조작량을 보정하기 직전에 실시하여도 좋다.
스텝 48에서는, 전자 제어 장치(40)가 도시하지 않은 전압계로부터 배터리 전압(VB)를 읽어들여, 이것이 소정 전압보다 높은지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 배터리 전압(VB)이 소정 전압보다 높다고 판정하면 처리를 스텝 49로 진행하는 한편 (Yes), 배터리 전압(VB)이 소정 전압 이하라고 판정하면 대기한다(No). 이 때, 소정 전압으로서는, 예를 들면 소정의 정수, 윤활유 온도 또는 냉각수 온도에 따른 값, 배터리의 충전 상태 또는 열화 상태에 따른 값, 이들을 적당히 조합한 값 등을 사용할 수 있다. 또한, 스텝 48의 처리를 생략하여도 좋다.
스텝 49에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을, 액추에이터로서의 전동 모터(38B)에 출력하고, VTC 각도 θVTC가 목표 각도에 수속되도록 한다. 또한, 스텝 49의 처리는 크랭크 각도 센서(46)의 출력에 의하여 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지, 반복하여 실행된다.
이러한 엔진 시동시의 제어에 의하면, 도 5에 나타내는 제어의 작용 및 효과에 추가하여 전동 모터(38B)에 출력하는 VTC(38)의 조작량은 엔진 시동시의 캠 토크를 이겨내는 크기가 된다. 이 때문에, 캠 토크에 저항하여 VTC(38)를 작동시키는 것이 가능하게 되어, VTC(38)를 목표 각도로 제어하기 쉬워진다. 또한, VTC(38)의 조작량은 배터리 전압(VB)이 소정 전압보다 높을 때에 출력되기 때문에, 모터 토크가 부족한 상태에서의 VTC(38)의 부적절한 제어를 억제할 수 있다.
또한, 엔진 시동시의 제어에 있어서, 도 5에 나타내는 제어와 도 9에 나타내는 제어를 적절하게 조합하도록 하여도 좋다.
이와 같은 제어에 있어서는, VTC(38)의 각도 변화량 Δ 은 제어 주기의 변화량으로 하였지만, 단위 시간당의 변화량, 제어 주기의 변화량과 단위 시간당의 변화량의 조합이어도 좋다. 엔진(10)이 시동이 되었는지 아닌지를 판정하기 위한 소정 값은 소정의 정수에 한정하지 않고, 윤활유 온도 또는 냉각수 온도에 따른 값, 캠 토크에 따른 값, 배터리의 충전 상태 또는 열화 상태에 따른 값, 이들의 조합이어도 좋다. 이 때, 소정 값을 윤활유 온도 또는 냉각수 온도에 따른 값으로 하였을 경우에는 저온이 될수록 작은 값으로 함으로써, 검지율을 향상시킬 수 있다. 또한, 소정 값을 캠 토크에 따른 값으로 하였을 경우에는 캠 토크가 작아질수록 작은 값으로 함으로써, 조기에 검지할 수 있다.
또한, 각 실시예에 기재된 사항의 일부를 서로 바꾸거나, 적절하게 조합하거나 하여도 좋다.
우선권 주장을 수반하여 2012년 9월 19일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-206300호의 전체 내용은 참조로써 여기에 통합된다.
본원 발명을 설명하기 위하여 선택된 실시예들만 들었지만, 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 첨부한 청구범위에 규정된 본원 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것은 분명할 것이다.
또한, 본원 발명에 따른 실시예들에 대한 전술한 설명들은 예시를 위한 것일 뿐 첨부된 청구범위와 그 균등물에 의하여 규정하는 본 발명을 한정하는 것을 목적으로 하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 밸브 타이밍의 변화량을 검출하는 센서와,
    마이크로 컴퓨터를 내장한 전자 제어 장치
    를 가지고,
    상기 전자 제어 장치는 상기 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 엔진의 회전이 검지되고 있지 않은 기간에도, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 엔진의 회전이 검지되어 있지 않은 기간은 상기 엔진의 시동 조작이 행하여지고나서 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지의 기간인,
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 상기 밸브 타이밍의 조작량을 상기 가변 밸브 타이밍 기구의 전동 액추에이터에 출력하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 크랭크 샤프트의 회전 각도, 캠 샤프트의 회전 각도 및 밸브 타이밍의 변화량으로부터 캠 토크를 추정하고, 추정한 캠 토크에 따라서 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 캠 샤프트의 변형으로부터 캠 토크를 추정하고, 추정한 캠 토크에 따라 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가변 밸브 타이밍 기구가 전동 액추에이터에 의하여 밸브 타이밍을 변경하는 경우,
    상기 전자 제어 장치는 배터리 전압이 소정 전압 이상일 때, 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 윤활유 온도, 냉각수 온도, 배터리의 충전 상태 및 배터리의 열화 상태 중 적어도 하나에 따라 상기 소정 전압을 설정하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 센서는 단위 각도마다 회전 각도를 연속하여 출력하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  10. 제1항 내지 제9항의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자 제어 장치는 상기 센서의 출력값이 소정 값보다 큰 경우에, 상기 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  11. 마이크로컴퓨터를 내장한 전자 제어 장치가 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 밸브 타이밍의 변화량을 검출하는 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 엔진의 회전이 검지되어 있지 않은 기간에도, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엔진의 회전이 검지되어 있지 않은 기간은 상기 엔진의 시동 조작을 행한 후 크랭크 샤프트의 회전이 검지될 때까지의 기간인,
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 상기 밸브 타이밍의 조작량을 상기 가변 밸브 타이밍 기구의 전동 액추에이터에 출력하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 크랭크 샤프트의 회전 각도, 캠 샤프트의 회전 각도 및 밸브 타이밍의 변화량으로부터 캠 토크를 추정하고, 추정한 캠 토크에 따라 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 캠 샤프트의 변형으로부터 캠 토크를 추정하고, 추정한 캠 토크에 따라 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 가변 밸브 타이밍 기구가 전동 액추에이터에 의하여 밸브 타이밍을 변경하는 경우,
    상기 전자 제어 장치가 배터리 전압이 소정 전압 이상일 때에, 상기 밸브 타이밍의 조작량을 보정하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 윤활유 온도, 냉각수 온도, 배터리의 충전 상태 및 배터리의 열화 상태 중 적어도 하나에 따라 상기 소정 전압을 설정 하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 센서는 단위 각도마다 회전 각도를 연속하여 출력하는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 상기 센서의 출력값이 소정 값보다 큰 경우에, 상기 센서의 출력과 목표 변화량과의 편차에 따라서, 상기 밸브 타이밍을 상기 목표 변화량에 수속시키는
    것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
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