(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の可変バルブタイミング装置のバルブタイミング変更機構を制御して吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更してバルブオーバーラップ量を変更する可変バルブタイミング装置の位相制御装置であって、
内燃機関のクランク角度位置を検出するクランク角度位置検出部と、
内燃機関のカム角度位置を検出するカム角度位置検出部と、
前記クランク角度位置検出部の検出結果から内燃機関の回転数を算出する内燃機関回転数算出部と、
前記クランク角度位置検出部および前記カム角度位置検出部で検出されるクランク角度位置及びカム角度位置から前記バルブタイミング変更機構を制御するためのカム軸位相角を算出するカム軸位相角算出部と、
内燃機関の回転数が所定の閾値以下の時に、前記カム軸位相角算出部により算出されたカム軸位相角が吸気側の場合に前回のカム軸位相角に対して進角側、排気側の場合に前回のカム軸位相角に対して遅角側、に現れた場合に、算出されたカム軸位相角に対して更新制限を行うカム軸位相角制御部と、
を備えたことを特徴とする可変バルブタイミング装置の位相制御装置。
【請求項２】
前記カム軸位相角制御部が、前記カム軸位相角算出部により算出されたカム軸位相角に、内燃機関回転数に応じて変更されるフィルタ係数を用いた１次遅れフィルタ処理を行いカム軸位相角を更新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位相制御装置。
【請求項３】
前記カム軸位相角制御部が、内燃機関回転数に応じて前記カム軸位相角算出部により算出されたカム軸位相角に上限を設けて更新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位相制御装置。
【請求項４】
内燃機関の可変バルブタイミング装置のバルブタイミング変更機構を制御して吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更してバルブオーバーラップ量を変更する可変バルブタイミング装置の位相制御方法であって、
内燃機関のクランク角度位置を検出する工程と、
内燃機関のカム角度位置を検出する工程と、
検出されたクランク角度位置から内燃機関の回転数を算出する工程と、
検出されたクランク角度位置及びカム角度位置から前記バルブタイミング変更機構を制御するためのカム軸位相角を算出する工程と、
内燃機関の回転数が所定の閾値以下の時に、算出されたカム軸位相角が吸気バルブ側の場合に前回のカム軸位相角に対して進角側、排気バルブ側の場合に前回のカム軸位相角に対して遅角側、に現れた場合に、算出されたカム軸位相角に対して更新制限を行う工程と、
を備えたことを特徴とする可変バルブタイミング装置の位相制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの運転状況に応じて吸気バルブと排気バルブの一方もしくは両方の開閉タイミングを調整するためのバルブタイミング調整装置の位相制御装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される内燃機関においては、燃費向上、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置を採用したものが多い。現在、可変バルブタイミング装置の多くは、カム軸位相角(クランク軸に対するカム軸の回転位相)を変化させることで、カム軸によって開閉駆動される吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変化させている。
【０００３】
バルブタイミングを変化させるために、カム軸位相角(クランク軸に対するカム軸の回転位相)を検出する必要があり、検出方法としてクランク角信号入力とカム角信号入力の時間差と直近のクランク角信号入力周期からクランク角度換算して求める方法がある。カム軸位相角の検出は、アクチュエータの固着などの故障状態を検出するために、エンジン回転数の全領域で検出する必要がある。しかし、エンジンが低回転領域の時は、回転変動が大きくなり、またエンジン停止寸前では逆回転する場合もあり、前記のクランク角信号とカム角信号から演算すると、誤ったカム軸位相角を検出する可能性がある。
【０００４】
前記の低回転領域でもカム軸位相角を検出する手段として、下記特許文献１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置では、低回転領域時はカム軸位相角検出を行うための区間(クランク角度)を小さくして検出し、カム軸位相角検出を実施することが提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エンジンの逆回転が発生した場合、上述のカム軸位相角検出を行うための区間(クランク角度)を小さくして検出する上記特許文献１の手法を用いても、クランク間角度を正しく検出できないため、誤ったカム軸位相角を検出することになる。誤ったカム軸位相角を検出することで、カム軸位相角に基づく制御が設計意図どおりの動作とならない問題があった。
【０００７】
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、内燃機関の回転変動が大きくなり、内燃機関が逆回転するような低回転領域で、一時的に正しく演算できないカム軸位相角の進角量、遅角量を制限し、また、カムが吸気側の場合は進角側、排気側の場合は遅角側に固着している場合は、正しい進角量、遅角量を算出できる可変バルブタイミング装置の位相制御装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、内燃機関の可変バルブタイミング装置のバルブタイミング変更機構を制御して吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更してバルブオーバーラップ量を変更する可変バルブタイミング装置の位相制御装置であって、内燃機関のクランク角度位置を検出するクランク角度位置検出部と、内燃機関のカム角度位置を検出するカム角度位置検出部と、前記クランク角度位置検出部の検出結果から内燃機関の回転数を算出する内燃機関回転数算出部と、前記クランク角度位置検出部および前記カム角度位置検出部で検出されるクランク角度位置及びカム角度位置から前記バルブタイミング変更機構を制御するためのカム軸位相角を算出するカム軸位相角算出部と、内燃機関の回転数が所定の閾値以下の時に、前記カム軸位相角算出部により算出されたカム軸位相角が吸気側の場合に前回のカム軸位相角に対して進角側、排気側の場合に前回のカム軸位相角に対して遅角側、に現れた場合に、算出されたカム軸位相角に対して更新制限を行うカム軸位相角制御部と、を備えたことを特徴とする可変バルブタイミング装置の位相制御装置等にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、内燃機関の回転変動が大きくなり、内燃機関が逆回転するような低回転領域で、一時的に正しく演算できないカム軸位相角の進角量、遅角量を制限し、また、カムが吸気側の場合は進角側、排気側の場合は遅角側に固着している場合は、正しい進角量、遅角量を算出できる可変バルブタイミング装置の位相制御装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施の形態による可変バルブタイミング装置の位相制御装置を含むバルブタイミング変更機構を設けた内燃機関の制御システムの概略構成図である。
【図２】この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置の制御動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置における処理手順の一例を示す動作フローチャートである。
【図４】この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置における処理手順の別の例を示す動作フローチャートである。
【図５】カム軸位相角(クランク軸に対するカム軸の回転位相)の算出方法を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に一般的なカム軸位相角の算出方法を図５を用いて簡単に説明する。なお、図５は吸気側の説明であるが、排気側は吸気側とは逆に考え、進角と遅角を入れ替えて考えればよいため、説明は省略する。θＴは位相検出用カム信号入力後の最初のクランク角信号[ｄｅｇＣＡ]の基準角度に対する位相角(回転角)を示す。θＡはクランク角信号[ｄｅｇＣＡ]間の位相角(回転角)を示す。Ｔは位相検出用カム信号をはさむクランク角信号間の時間を示す。ｔは位相検出用カム信号と位相検出用カム信号入力後の最初のクランク角信号との間の時間を示す。前記値を使用し、次式(１)からカム軸位相角を検出する。
【００１２】
カム軸位相角＝θＴ−（θＡ×ｔ／Ｔ）          (１）
【００１３】
上記式(１)に示すように、位相検出用カム信号をはさむクランク角信号間の時間Ｔと、位相検出用カム信号と位相検出用カム信号入力後の最初のクランク角信号との間の時間ｔからクランク角度換算し、カム軸位相角を検出する。
【００１４】
しかしながら上述のように、エンジンの逆回転が発生した場合、従来のカム軸位相角検出を行うための区間(クランク角度)を小さくして検出しても、クランク間角度を正しく検出できないため、誤ったカム軸位相角を検出することになる。
【００１５】
この発明では、前記のような課題を解決するため、エンジンが逆回転するような低回転領域では、吸気側において進角側(排気側の場合は遅角側、以下同様)へ動作させる油圧が確保できないため、カム軸位相角は進角側へは動作しない。よって、油圧アクチュエータを作動させる油圧が確保できない回転数を下回る領域において、カム軸位相角演算値が進角側に更新された場合は、カム軸位相角が正しく演算できていない可能性が高いため、カム軸位相角の進角側への更新を遅らせ、または、進角側への更新に上限を設けることで、実際のカム軸位相角に近い状態とし、前記課題を解消する。
【００１６】
以下、この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。また、説明の便宜上、以下では吸気側の場合について説明するが、この発明は吸気側と排気側の双方に適用されるものであり、排気側では吸気側の説明内の進角を遅角に置き換えることで実現可能である。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態による可変バルブタイミング装置の位相制御装置を含むバルブタイミング変更機構を備えた内燃機関の制御システムの概略構成を示す。各気筒１００(１気筒のみが図示されている)内には、その内部を往復動するピストン１０１により燃焼室１００ａが形成され、燃焼室１００ａ上部のシリンダヘッドには、点火プラグ１０２が設けられ、その先端を燃焼室１００ａ内に臨ませている。各気筒１００には、燃焼室１００ａに吸気を導く吸気管１０３と燃焼室１００ａから燃焼ガスを排気するための排気管１０４とが接続されている。吸気管１０３が燃焼室１００ａへ開口する吸気ポートには吸気バルブ１１７が設けられ、また、排気管１０４が燃焼室１００ａへ開口する排気ポートには排気バルブ１１８が設けられている。
【００１８】
吸気管１０３内には、燃焼室１００ａへ供給される吸気量を制御するためのスロットルバルブ１０８が設けられ、このスロットルバルブ１０８の開度は、その近傍において吸気管１０３に取り付けたスロットル開度検出センサ１１２により検出される。また、吸気管１０３内において、スロットルバルブ１０８の下流側には、吸気管１０３へ燃料を供給するための燃料噴射弁１０５と、吸気管１０３内の圧力を検出するための圧力センサ１１３とが設けられている。さらに、気筒１００には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ１０７が取り付けられており、排気管１０４には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ１０６が設けられている。
【００１９】
また、吸気バルブ１１７及び排気バルブ１１８の上方には、各バルブを開閉駆動させるためのカム１１５ｂを設けた吸気カムシャフト１１５及びカム１１９ｂを設けた排気カムシャフト１１９が配置されており、吸気カムシャフト１１５及び排気カムシャフト１１９には、吸気側タイミングプーリ１２０及び排気側タイミングプーリ１１９ａが取り付けられている。吸気側タイミングプーリ１２０及び排気側タイミングプーリ１１９ａは、ピストンロッド１１６ａを介して各気筒１００内のピストン１０１に連結されたクランクシャフト１１６に、図示しないタイミングベルトを介して作動連結されており、従って、吸気カムシャフト１１５及び排気カムシャフト１１９は、クランクシャフト１１６の回転に同期して回転駆動される。
【００２０】
吸気カムシャフト１１５の端面には、内燃機関の潤滑油により駆動される油圧アクチュエータ(ＶＶＴ ＡＣＴ)１１４が連結されており、油圧アクチュエータ１１４は吸気バルブ１１７のバルブ開閉タイミングを変更する。すなわち、油圧アクチュエータ１１４は、吸気側タイミングプーリ１２０に対する吸気カムシャフト１１５の変位角度を変化させることにより、吸気バルブ１１７のバルブ開閉タイミングを連続的に変更する。カム角度位置検出センサ１１１は吸気カムシャフト１１５のカム角度位置を検出する。
【００２１】
オイル・コントロール・バルブ(ＯＣＶ)１２１は、油圧アクチュエータ１１４に作動油を供給するとともに作動油の油量を調整し、油圧アクチュエータ１１４を駆動して吸気バルブ１１７の開閉タイミングを変更する。なお上述のように図１は吸気側のバルブタイミングのみを変更するシステムについて示しているが、排気側のバルブタイミングを変更するシステムについても同様に構成される。
【００２２】
クランクシャフト１１６には、外周に凹凸を設けた回転板１１６ｂが固着され、また、この回転板１１６ｂに近接してその外周部に対向するように配置されたクランク角度位置検出センサ１１０により、回転板１１６ｂ外周の凹凸を検出して、クランクシャフト１１６の回転位置(クランク角度位置)及び内燃機関の回転数(以下、エンジン回転数と称する)を検出する。クランク角度位置検出センサ１１０、スロットル開度検出センサ１１２、圧力センサ１１３、吸入空気量検出センサ(図示せず)、酸素センサ１０６、水温センサ１０７など各種センサの出力信号は、エンジン制御装置(以下、ＥＣＵと称する)１２２に入力され、ＥＣＵ１２２はそれらの情報から内燃機関の運転状態を検出して、検出された内燃機関運転状態に応じて点火プラグ１０２、燃料噴射弁１０５、オイル・コントロール・バルブ１２１等を制御する。
【００２３】
図２はこの発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置の制御動作を説明するためのタイムチャートを示す。ここで、図２は吸気側を示した図である。排気側は進角と遅角が逆になるのみのため説明は省略する。(ａ)のＴ２０１は、エンジン回転数(内燃機関回転数)の経時変化を示している。(ｂ)のＴ２０２は、Ｔ２０１で示すエンジン回転数に応じてカム軸位相角検出方法に従って算出されたカム軸位相角の経時変化を示している。カム軸位相角の算出は油圧アクチュエータ１１４の固着などを検出するために、回転数が低回転域(停止寸前では逆回転する場合もある)の場合も算出を続ける。
【００２４】
しかし、Ｔ２０３で示すように、エンジンが停止寸前では逆回転する場合があり、上述の式(１)でカム軸位相角を演算した場合に、正しく演算できないことにより進角側の演算結果となる。そこで、Ｔ２０３のように低回転領域で進角側(吸気側の場合)への演算結果が算出された場合は正しく演算できていない可能性が高いことと、低回転領域ではカム軸位相角は進角側に動作しないことから、Ｔ２０４に示すようにエンジンの所定の閾値回転数を設けて、エンジン回転数が閾値回転数Ｔ２０４以下の場合は、カム軸位相角の検出が進角側であれば、カム軸位相角を更新する時に、フィルタをかけることにより、更新を遅らせるようにする(Ｔ２０５参照)。進角側の更新を遅らせることにより、カム軸位相角の更新量を制限することができる。また、位相の更新量に上限を設けることで、カム軸位相角の更新量を制限してもよい。前記のとおり、カム軸位相角の更新量を制限することで、実際の位相角に近い角度で更新することができる。
【００２５】
図３は、この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置の動作フローチャートの一例である。この制御動作はＥＣＵ１２２で行われる。図３は吸気側の説明であるが、排気側は吸気側の説明内の進角を遅角に置き換えることで実現可能である。なお、この動作は、所定のクランク角度位置(例えば、ＢＴＤＣ７５°ＣＡ)毎の処理を示す。
【００２６】
まずステップＳ３０１では、クランク角度位置検出センサ１１０によりクランク角度位置検出信号ＳＧＴを検出する。すなわちクランク角度位置検出センサ１１０からのクランク角度位置検出信号ＳＧＴを入力してクランク角度位置を得る。
次にステップＳ３０２では、カム角度位置検出センサ１１１によりカム角度位置検出信号ＳＧＣを検出する。すなわちカム角度位置検出センサ１１１からのカム角度位置検出信号ＳＧＣを入力してカム角度位置を得る。
次にステップＳ３０３では、ステップＳ３０１で検出したクランク角度位置検出信号ＳＧＴからエンジン回転数Ｎｅを算出する。
【００２７】
次にステップＳ３０４では、検出されたクランク角度位置及びカム角度位置から上記式(１)に従って、バルブタイミング変更機構のオイル・コントロール・バルブ１２１を制御するためのカム軸位相角を算出する。
【００２８】
次にステップＳ３０５では、ステップＳ３０３で算出したエンジン回転数Ｎｅが判定値Ｎ１以下であるか否かを判定する。判定値Ｎ１は油圧アクチュエータ１１４を作動させる油圧が確保できない低回転域となる所定のエンジン回転数とする。エンジン回転数Ｎｅが判定値Ｎ１以下と判定すれば、ステップＳ３０６に進む。
ステップＳ３０６では、算出されたカム軸位相角が進角側に現れているか否か判定する。カム軸位相角が進角側に現れていればステップＳ３０７へ進む。
【００２９】
次にステップＳ３０７では、以下の式(２)によりフィルタをかける。
【００３０】
(前回)カム軸位相角×係数Ｋ＋(今回)カム軸位相角×(１−係数Ｋ)      (２)
【００３１】
式(２)は、係数Ｋ(０≦Ｋ≦１)を持つ、フィルタ演算の式である。係数Ｋを０以上１以下の範囲で変更することにより、前回のカム軸位相角または、今回のカム軸位相角のどちらに重点を置いて処理するかを決定する一般的なフィルタ演算式である。ステップＳ３０７では今回検出されたカム軸位相角は正しく演算できていない可能性が高いため、係数Ｋには１に近い値を設定することで、今回検出されたカム軸位相角の反映を遅らせる。この係数Ｋは例えば、エンジン回転数に応じて(エンジン回転数が低い程大きく)変更される。
【００３２】
一方、ステップＳ３０６で、カム軸位相角が進角側に現れていない場合は、ステップＳ３０８へ進む。
ステップＳ３０８では、前記式(２)の係数Ｋに０を設定する。係数Ｋに０を設定するということは、フィルタなしを意味し、前回カム軸位相角の値はカム軸位相角の更新に使用しないことを意味している。
【００３３】
また、ステップＳ３０５で、エンジン回転数が判定値Ｎ１より大きいと判定した場合は、ステップＳ３０９に進む。
ステップＳ３０９では、ステップＳ３０８の説明と同様に係数Ｋは０を設定する。
そしてステップＳ３０７からステップＳ３０９で設定したフィルタ係数を使用し、ステップＳ３１０においてカム軸位相角の更新を行う。そしてこれらの更新されたカム軸位相角に従ってオイル・コントロール・バルブ１２１を制御する。
【００３４】
図４は、この発明による可変バルブタイミング装置の位相制御装置の動作フローチャートの別の例である。この制御動作はＥＣＵ１２２で行われる。図３と同様に、図４は吸気側の説明であるが、排気側は吸気側の説明内の進角を遅角に置き換えることで、排気側も実現可能である。なお、この動作も、所定のクランク角度位置(例えば、ＢＴＤＣ７５°ＣＡ)毎の処理を示す。
【００３５】
ステップＳ４０１からＳ４０５までの処理は図３のステップＳ３０１からＳ３０５までの処理と同じであり説明を省略する。
【００３６】
ステップＳ４０６では、算出されたカム軸位相角が進角側に現れているか否か判定する。カム軸位相角が進角側に現れていれば、ステップＳ４０７へ進む。
ステップＳ４０７では、算出されたカム軸位相角と予め設定した上限値Ｋ１を比較し、小さいほうを今回のカム軸位相角とする。なお、上限値Ｋ１は実際のカム軸位相角に近い角度を設定する。
一方、ステップＳ４０６で、カム軸位相角が進角側に現れていない場合は、検出した値を今回のカム軸位相角とする。
【００３７】
そしてステップＳ４０５でエンジン回転数が判定値Ｎ１より大きいと判定した場合も、検出した値を今回のカム軸位相角とする。
そしてこれらの更新されたカム軸位相角に従ってオイル・コントロール・バルブ１２１を制御する。
【００３８】
なお、油圧アクチュエータ１１４，吸気カムシャフト１１５、カム１１５ｂ、吸気バルブ１１７，排気バルブ１１８，排気カムシャフト１１９，排気側タイミングプーリ１１９ａ，カム１１９ｂ，吸気側タイミングプーリ１２０，オイル・コントロール・バルブ１２１が可変バルブタイミング装置を構成し、
油圧アクチュエータ１１４，オイル・コントロール・バルブ１２１がバルブタイミング変更機構(１１４，１２１)を構成し、
ＥＣＵ１２２，クランク角度位置検出センサ１１０，カム角度位置検出センサ１１１等が位相制御装置を構成し、
クランク角度位置検出センサ１１０，ＥＣＵ１２２でのステップＳ３０１，Ｓ４０１がクランク角度位置検出部を構成し、
カム角度位置検出センサ１１１，ＥＣＵ１２２でのステップＳ３０２，Ｓ４０２がカム角度位置検出部を構成し、
ＥＣＵ１２２でのステップＳ３０３，Ｓ４０３が内燃機関回転数算出部を構成し、
ＥＣＵ１２２でのステップＳ３０４、Ｓ４０４がカム軸位相角算出部を構成し、
ＥＣＵ１２２でのステップＳ３０５−Ｓ３１０、Ｓ４０５−Ｓ４０７カム軸位相角制御部を構成する。
【００３９】
以上詳述した本実施の形態によれば、カム軸位相角検出において、エンジンが逆回転する可能性がある低回転領域で、一時的に正しく演算できないカム軸位相角の吸気側であれば進角量、排気側であれば遅角量を制限し、また、カムが進角側(遅角側)に固着している場合は、正しい進角量(遅角量)を検出できる可変バルブタイミング装置の位相制御装置等を得ることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００  気筒、１００ａ  燃焼室、１０１  ピストン、１０２  点火プラグ、１０３  吸気管、１０４  排気管、１０５  燃料噴射弁、１０６  酸素センサ、１０７  水温センサ、１０８  スロットルバルブ、１１０  クランク角度位置検出センサ、１１１  カム角度位置検出センサ、１１２  スロットル開度検出センサ、１１３  圧力センサ、１１４  油圧アクチュエータ、１１５  吸気カムシャフト、１１５ｂ  カム、１１６  クランクシャフト、１１６ａ  ピストンロッド、１１６ｂ  回転板、１１７  吸気バルブ、１１８  排気バルブ、１１９  排気カムシャフト、１１９ａ  排気側タイミングプーリ、１１９ｂ  カム、１２０  吸気側タイミングプーリ、１２１  オイル・コントロール・バルブ、１２２  ＥＣＵ。
【図１】
0005611309.tif 000002
【図２】
0005611309.tif 000003
【図３】
0005611309.tif 000004
【図４】
0005611309.tif 000005
【図５】
0005611309.tif 000006