(57)【要約】【課題】可変バルブ機構のバルブリフト特性の切換えに伴う点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量の切換えを精度良く行う。【解決手段】複数の異なるバルブリフト特性を有し、運転条件に応じて前記バルブリフト特性を切換える可変バルブ機構２を有する内燃機関において、運転状態に応じて前記バルブリフト特性の切換指令を出すリフト切換指令手段６と、バルブ９，１０の着座振動を検出する着座振動検出手段５と、前記着座振動の周波数成分及び強度を比較する実バルブ切換判定手段６と、前記リフト切換指令手段６からの信号と前記実バルブ切換判定手段６からの判定結果に基づいて切換え遅れ時間を計測する手段と、前記切換え遅れ時間に基づいて、燃焼制御量の切換えを決定する燃焼制御量切換手段６とを備える。【選択図】        図１
2004353611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なるバルブリフト特性を有し、運転条件に応じて前記バルブリフト特性を切換える可変バルブ機構を有する内燃機関において、
運転状態に応じて前記可変バルブ機構に前記バルブリフト特性の切換指令を出すリフト切換指令手段と、
バルブの着座振動を検出する着座振動検出手段と、
前記着座振動検出手段からの周波数成分及び強度を比較する実バルブ切換判定手段と、
前記リフト切換指令手段からの信号と前記実バルブ切換判定手段からの判定結果に基づいて切換え遅れ時間を設定する手段と、
前記切換え遅れ時間に基づいて、燃焼制御量の切換えを決定する燃焼制御量切換手段とを備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記切換え遅れ時間を学習値として記憶し、また、バルブリフト特性切換え動作毎に前記学習値を更新する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記学習値を内燃機関の運転状態に応じて複数設ける請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気バルブの作動（リフト）特性を運転状態に応じて可変に制御する可変バルブ機構を備えた内燃機関の制御に関し、特に可変バルブ機構の切換えに伴う点火時期や燃料噴射時期等の切換え制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、低速運転時には高トルク、そして高速運転時には高出力という相反する特性が要求される。これら両方の要求を満足させる技術として、トルク性能を重視したリフト特性をもつ低速用カムシャフトと、出力性能を重視したリフト特性をもつ高速用カムシャフトを備えて、運転状態に応じてこれらのカムシャフトを使い分けることによって、吸気バルブ、または排気バルブのリフト特性を運転状態に適したものに切換える、いわゆる可変バルブ機構が知られている。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関に振動センサを設け、この振動センサによって検出された検出信号からバルブ着座振動の周波数解析を行い、周波数成分の強度から、現在低速用カムシャフトもしくは高速用カムシャフトのどちらが作動しているかを診断する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３８８２２号公報
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１は低速用カムシャフト、高速用カムシャフトのどちらが作動しているかの診断についてのみ開示されており、カムシャフトの切換え動作については何ら記載がされていない。しかし実際の運転状態においては、バルブリフト特性の切換えによって吸入空気量が変化するので、これに伴って点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量等の切換えも行う必要がある。これらの切換えタイミングがずれると、空燃比が過剰に濃く、もしくは薄くなりノッキングやショックが発生し、運転性の低下につながるので、バルブリフト特性が切換わるタイミングの診断が重要となる。
【０００６】
そこで、本発明ではカムシャフトの切換わるタイミングを精度よく検出し、これに合わせて点火時期、燃料噴射時期および燃料噴射量の切換えも精度良く行うことが可能な制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の制御装置は、複数の異なるバルブリフト特性を有し、運転条件に応じて前記バルブリフト特性を切換える可変バルブ機構を有する内燃機関において、運転状態に応じて可変バルブ機構に前記バルブリフト特性の切換指令を出すリフト切換指令手段と、バルブの着座振動を検出する着座振動検出手段と、前記着座振動検出手段からの周波数成分及び強度を比較する実バルブ切換判定手段と、前記リフト切換指令手段からの信号と前記実バルブ切換判定手段からの判定結果に基づいて切換え遅れ時間を設定する手段と、前記切換え遅れ時間に基づいて、燃焼制御量の切換えを決定する燃焼制御量切換手段とを備える。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、着座振動検出手段によって検出されるバルブの着座振動を用いてバルブリフト特性の実際の切換わりタイミングを検知し、これに基づいて点火時期、燃料噴射時期および燃料噴射量等といった空気量以外の燃焼制御量の切換えを行うので、バルブリフト特性および燃焼制御量の切換えタイミングを精度良く合わせることが可能となり、前述した切換わりタイミングのずれによって発生するノッキングやショックを防止することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明のシステムの概略図である。
【００１１】
１は内燃機関（エンジン）であり、運転状態に応じて吸気バルブ９および排気バルブ１０のリフト特性を可変に制御可能な可変バルブ機構２を備える。
【００１２】
また、エンジン１にはクランクシャフト３の回転角度を検出するクランク角センサ４、エンジン１の振動を検出するノックセンサ５、吸気カムシャフト７もしくは排気カムシャフト８の回転角を検出するカムセンサ２４等を備え、これらの検出信号はコントロールユニット（ＥＣＵ）６に読込まれる。
【００１３】
ＥＣＵ６には上記センサ以外にも、例えば冷却水温を検知する水温センサ、エンジン回転数を検知する回転数センサ、車両の走行速度を検出する車速センサ等の検出信号が読込まれる。
【００１４】
ＥＣＵ６は上記各センサの検出値に基づいて、可変バルブ機構２のリフト特性を変更してエンジン１に供給する空気量を制御するとともに、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量といった、即時切換え可能な空気以外の燃焼に寄与する燃焼制御量の制御を行う。
【００１５】
図２は可変バルブ機構２のシステムの概略図である。なお、図２はあくまでも可変バルブ機構２の一例であり、本実施形態を適用可能な可変バルブ機構２は、以下に示すものに限られるわけではない。
【００１６】
本システムは、吸気側と排気側が同様の機構であるので、ここでは、吸気側の機構を用いて説明する。
【００１７】
吸気カムシャフト７には、中央に高リフト・高作動角の高速用カム１８、その両側に低リフト・低作動角の低速用カム１７という配列でカムが設けてある。
【００１８】
ロッカーシャフト１２には、低速カム１７に接する低速フォロア１５を有するロッカーアーム１４と、高速カム１８に接する高速フォロア１６を有するサブロッカーアーム２３が設けられる。前記ロッカーアーム１４のロッカーシャフト１２と反対側の端部付近は、吸気バルブ９のバルブステム９ａ上端部と接している。
【００１９】
また、ロッカーシャフト１２には、ロッカーアーム１４がロッカーシャフト１２を軸として回転可能に取り付けられ、サブロッカーアーム２３がロッカーシャフト１２と平行なシャフト３１を軸として回転可能に取り付けられる。
【００２０】
これにより、吸気カムシャフト７が回転すると低速フォロワ１５及び高速フォロワ１６はそれぞれ低速カム１７、高速カム１８のプロフィールにしたがって上下動するので、ロッカーアーム１４およびサブロッカーアーム２３がそれぞれの軸回りに回転する。そして後述する切換機構により、ロッカーアーム１４もしくはサブロッカーアーム２３のいずれか一方の動きのみが吸気バルブ９に伝達される。
【００２１】
ここで、低速カム１７、高速カム１８の切換機構について説明する。
【００２２】
ロッカーシャフト１２の内部には油路１３が設けられており、この油路１３はオイルポンプ２４と接続されており、その途中にはＥＣＵ６によってＯＮ・ＯＦＦ制御されるソレノイド１１が設けられている。
【００２３】
図３、４はそれぞれ低速カム選択時、高速カム選択時のカム切換機構周辺の詳細図である。
【００２４】
サブロッカーアーム２３の下面にはバネ等の弾性部材で構成されるロストモーション機構１９が設けられる。ロストモーション機構１９は前記バネが伸縮することによってサブロッカーアーム２３の動きを吸収する。したがってロストモーション機構１９が機能している場合は、高速カム１８に駆動されるサブロッカーアーム２３の動きは吸収されてしまい、ロッカーアーム１４に伝わらない。
【００２５】
ロッカーシャフト１２の吸気バルブ９側の側面には、油路１３と連通する凹部が設けられ、ここに油圧プランジャー２２が収められる。油圧プランジャー２２は油路１３の油圧がかかると凹部から突出する。
【００２６】
油圧プランジャー２２の先端部２２ａはレバー２０の一方の端部付近と接触している。レバー２０は、ロッカーシャフト１２に設けられたロッカーシャフト１２と平行なシャフト３０を軸として回転可能であり、前記油圧プランジャー２２によって一方の端部が押されるとシャフト３０を軸として回転する。このときシャフト３０を挟んで一方の端部と略対向する位置にある他方の端部はサブロッカーアーム２３下面に設けられた切り欠き３２と係合する。これにより、ロストモーション機構１９が機能しなくなり、ロッカーアーム１４とサブロッカーアーム２３が結合状態になる。また、油圧プランジャー２２に油圧がかかっていない場合には、リターンスプリング２１によって油圧プランジャー２２を凹部に押付ける方向に押される。このとき他方の端部は前記座部ロッカーアーム２３の切り欠き３２と係合せず、ロッカーアーム１４とサブロッカーアーム２３は非結合状態となる。
【００２７】
上記のように構成された可変バルブ機構２は、低速カム１７選択時にはソレノイド１１がＯＦＦになり、ロッカーシャフト１３への油路１３が閉じられる。したがって図３に示すように油圧プランジャー２２に油圧がかからず、レバー２０はリターンスプリング２１に押されて、ロッカーアーム１４とサブロッカーアーム２３は非結合状態となる。したがって、低速カム１７と高速カム１８のリフト差はロストモーション機構１９によって吸収され、ロッカーアーム１４には低速カム１７が作用することになる。
【００２８】
高速カム選択時は、ソレノイド１１がＯＮになりロッカーシャフト１２への油路１３が開き、図４に示すようにレバー２０は油圧プランジャー２２に押されて、ロッカーアーム１４とサブロッカーアーム２３が結合される。
【００２９】
これにより、低速カム１７と高速カム１８のリフト差は、ロストモーション機構１９に吸収されてなくなるので、ロッカーアーム１４には高速カム１８が作用する。
【００３０】
上記の可変バルブ機構２において、低速カム１７、高速カム１８の切換え条件は、例えば、吸気側は冷却水温６０度以上、車速３０ｋｍ／ｈ、かつエンジン回転数約５６００ｒｐｍ以上になればソレノイド１１をＯＮにし、排気側は冷却水温６０度、車速３０ｋｍ／ｈ、かつエンジン回転数約６７００ｒｐｍになればソレノイド１１をＯＮにする、と定める。
【００３１】
次に、上記の可変バルブ機構２の切換え時の動作について、図５のタイムチャートを用いて説明する。
【００３２】
Ｔ１でバルブリフト特性の切換え（低速カム１７から高速カム１８への切り換え、もしくはその逆）の信号が出されると、ソレノイド１１や油圧プランジャー２２の動作時間だけ遅れ（応答遅れ時間）が生じて、実際にカムが切換わるのはＴ２である。点火時期や燃料噴射時期等はカムの切換えに応じて変更するが、これらは電気信号の切換えのみで切換動作が終了するので、バルブリフト特性の切換えに対して応答速度が速い。したがって、バルブリフト特性の切換え信号が発信されてから応答遅れ時間が経過したＴ２で切換え信号を発信することになる。
【００３３】
しかし、前記応答遅れ時間は、オイルの劣化による油圧低下や、オイルポンプ２４の経年劣化等の要因によりばらつきがあり、Ｔ３もしくはＴ４で切換えが終了する場合もある。これにより点火時期や燃料噴射量等の切換えとバルブリフト特性の切換えにずれが生じると、ノッキングやショック等が発生することになる。
【００３４】
そこでＥＣＵ６は、点火時期や燃料噴射量等の切換えとバルブリフト特性の切換えのずれを解消するために、実際の遅れ時間に基づいて点火時期、燃料噴射量等の補正を行う。図６にＥＣＵ６が行う制御のフローチャートを示す。
【００３５】
ステップＳ１００では、バルブリフト特性の切換え信号が入力されたか否かの判定を行う。これは、例えば前述したバルブリフト特性の切換え条件が成立して、ＥＣＵ６がソレノイド１１に切換え信号を入力したか否かで判定可能である。
切換え信号を入力していない場合はルーチンを終了する。切換え信号を入力した場合はステップＳ１０１に進み、ＥＣＵ６内に備えた前記応答遅れ時間計測用のタイマーを始動してカウントを開始してステップＳ１０２に進む。
【００３６】
ステップＳ１０２ではクランク角センサ４、冷却水温センサ、車速センサ、エンジン回転数センサ等からの信号および、本実施形態のバルブの着座振動検出手段であるノックセンサ５からの信号をＥＣＵ６に読込む。
【００３７】
ステップＳ１０３ではステップＳ１０２で読込んだクランク角センサ信号からクランク角度および上死点（ＴＤＣ）を算出する。
【００３８】
ステップＳ１０４ではステップＳ１０３で読込んだノックセンサ５からの信号に基づいてエンジン１の振動の周波数解析を行う。
【００３９】
具体的には、ＥＣＵ６内に備えたアナログフィルタ、ディジタルフィルタ、ＦＦＴ、Ｗａｖｅｌｅｔ  等を有する周波数検出部によりノックセンサ５の検出信号の周波数成分及びその強度を算出する。
【００４０】
ステップＳ１０５では、吸気バルブ９、排気バルブ１０の閉着座時期を、ステップＳ１０３で算出したクランク角度およびＴＤＣと、ステップＳ１０４で算出した周波数成分およびその強度とに基づいて算出する。これにより、現在、低速カム１７、高速カム１８のいずれのカムで駆動されているかがわかる。
【００４１】
ステップＳ１０６では、実際にバルブリフト特性が切換わったか否かの判定を行う。これはステップＳ１００で入力されたバルブリフト特性の切換え信号とステップＳ１０５で算出された閉着座時期から判定できる。例えば、ステップＳ１００で低速カム１７から高速カム１８への切換信号が入力された場合に、ステップＳ１０５で現在高速カム１８で駆動されていると判定されれば、バルブリフト特性が切換わったと判断できる。切換わっている場合にはステップＳ１０７に進み、前記遅れ時間計測用のタイマーのカウントを停止してからステップＳ１０８に進む。なお、前記タイマーによって計測された遅れ時間は後述するステップＳ１１２でＥＣＵ６に学習値として格納する。バルブリフト特性が切り換わっていない場合にはステップＳ１０２に戻る。
【００４２】
ステップＳ１０８では、ソレノイド１１に油路１３切換え信号が入力されてから、実際のバルブリフト特性が切換わるまでの時間、つまり実際の応答遅れ時間を算出し、これと応答初期値との差分（実動作ばらつき）を求めてステップＳ１０９に進む。なお、応答遅れ時間初期値とは、前回運転時に同様の方法により検出された応答遅れ時間をＥＣＵ６に格納しておいたものである。したがって図５において応答遅れ時間初期値をＴ２とすると、実動作ばらつきはＴ４−Ｔ２、Ｔ３−Ｔ２で表される。
【００４３】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で求めた実動作ばらつきの大きさが所定範囲内であるか否かの判定を行い、所定範囲内にある場合はそのままルーチンを終了し、所定範囲から外れる場合は、ステップＳ１１０に進む。なお所定範囲は、バルブリフト特性の切り換えタイミングと燃料噴射タイミング等がずれることによりノッキングやショックが生じても、それが許容できる程度に小さい範囲を予め調べて設定するものである。これにより演算負荷を軽減することが可能となる。
【００４４】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で算出した応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）に基づいて点火時期や燃料噴射量等の切換えタイミングの補正を行う。
【００４５】
これにより、点火時期や燃料噴射量等の切換えを、バルブリフト特性の切換えタイミングに応じた適切なタイミングで行うことが可能となる。
【００４６】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１０８で算出した応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）をＥＣＵ６に格納する。なお、ＥＣＵ６には既に前回切り換え時の応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）が格納されているが、今回の値で上書きする。
【００４７】
ステップＳ１１２では、今回検出した実応答遅れ時間を、新たな応答遅れ初期値としてＥＣＵ６に格納して本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ１１１と同様に、既に格納されている値を今回の値で上書きする。
【００４８】
ステップＳ１１１、Ｓ１１２で、応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）および応答遅れ初期値を今回の実測値により上書きすることによって、エンジンオイルの劣化、オイルポンプの油圧低下等により応答遅れ時間に変化が生じても、それに対応した点火時期等の切り換えを行うことが可能である。
【００４９】
以上により、本実施形態では、実際のバルブリフト特性の切り換えタイミングを精度良く検出し、それに応じて点火時期、燃料噴射量等といった、燃焼に寄与する空気以外の燃焼制御量の補正を行うので、バルブリフト特性の切り換えに応じた適切なタイミングで点火時期や燃料噴射量等の切り換えを行うことが可能となり、バルブリフト特性と空気以外の燃焼制御量の切り換えタイミングがずれることによって生じるノッキングやショックの発生を防止することができる。
【００５０】
さらに、その応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）を学習値として記憶させて次回切り換え時に反映させるので、例えばエンジンオイルの劣化やオイルポンプの油圧低下等によってバルブリフト特性の切り換え時に生じる応答遅れ時間が変化しても、それに対応した点火時期や燃料噴射量等の切り換えを行うことが可能である。
【００５１】
着座振動の検出には、従来のエンジン１にも装備されているノックセンサ５を利用するので、本実施形態のために新たなセンサを追加する必要がない。
【００５２】
なお、ＥＣＵ６に格納する応答遅れ初期値と実応答遅れ時間の差分（補正代）は一つだけに限られるわけではなく、エンジンの運転状態、例えば回転数、負荷、油温等の条件毎に複数格納してもよい。これにより、エンジンの運転状態に応じて、より適切な応答遅れ時間初期値を設定することが可能となり、点火時期、燃料噴射量等もより適切に切り換えることが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のシステム構成の概略図である。
【図２】可変バルブ機構の概略図である。
【図３】低速カムが作用している場合の可変バルブ機構の詳細図である。
【図４】高速カムが作用している場合の可変バルブ機構の詳細図である。
【図５】バルブタイミング切り換え動作をタイムチャートに表したものである。
【図６】第１実施形態の制御フローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
２  可変バルブ機構
３  クランクシャフト
４  クランク角センサ
５  ノックセンサ
６  コントロールユニット（ＥＣＵ）
７  吸気カムシャフト
８  排気カムシャフト
９  吸気バルブ
１０  排気バルブ
１１  ソレノイド
１２  ロッカーシャフト
１３  油路
１４  ロッカーアーム
１５  低速フォロワ
１６  高速フォロワ
１７  低速カム
１８  高速カム
１９  ロストモーション機構
２０  レバー
２１  リターンスプリング
２２  プランジャー
２３  サブロッカーアーム
２４  オイルポンプ
【図１】
2004353611.tif 000003
【図２】
2004353611.tif 000004
【図３】
2004353611.tif 000005
【図４】
2004353611.tif 000006
【図５】
2004353611.tif 000007
【図６】
2004353611.tif 000008