(57)【要約】【課題】本発明は、アイドル時、減速・惰行時の吸気負圧を確保すること、確保した吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させることを目的としている。【解決手段】このため、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に可変動弁機構の位相を変更する制御装置を備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、所定の運転条件として内燃機関の温度とアクセル開度と吸気負圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、検出された内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ、検出されたアクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ、検出された吸気負圧が所定値以下である場合、可変動弁機構の前記作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に可変動弁機構の位相を変更する制御装置を備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、前記所定の運転条件として内燃機関の温度とアクセル開度と吸気負圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、検出された前記内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ、検出された前記アクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ、検出された吸気負圧が所定値以下である場合、前記可変動弁機構の前記作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
【請求項２】
前記可変動弁機構を吸気バルブのみに備え、所定の吸気負圧を生じる前記所定の作動角は、吸気バルブの作動角を遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、吸気バルブの作動角を進角する程増大する排気バルブとのオーバラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気不圧が増大する中間進角位置とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置。
【請求項３】
前記可変動弁機構を吸気バルブおよび排気バルブのそれぞれに備え、所定の吸気負圧を生じる前記所定の作動角は、排気バルブの作動角を進角する程減少する吸気バルブとのオーバラップに伴う内部ＥＧＲの減少によって吸気負圧が増大する排気バルブの作動角の最進角位置とする。ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関が生じる吸気負圧を利用して補機類やブレーキ装置を動作する制御技術に関する。
特に、可変動弁機構（「可変バルブタイミング機構」または「ＶＶＴ機構」、あるいは単に「ＶＶＴ」ともいう。）を備えた内燃機関において補機類やブレーキ装置を動作する為の吸気負圧制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車におけるブレーキ装置には、ブレーキ制動力を高めるためのブレーキブースタが組み合わせられている。
このブレーキブースタは、インテークマニホルド（以下「インマニ」ともいう。）内の負圧を利用するものが一般的である。
このため、前記ブレーキ装置のブレーキブースタの倍力機構の動作は、吸気負圧（「インテークマニホルド内圧」ともいう。）を利用して行っている。
一方、可変動弁機構付きの車両では、可変動弁機構の制御目標値は燃費向上のために負圧を少なくする設定としている。
そのためにブレーキに必要な負圧を確保できない場合がある。
また、補機類の動作として、燃料タンクからの蒸発ガスを燃焼室へ吸入するパージ動作、ブローバイガス（内燃機関の燃焼室からクランクケース内に漏れた混合気や燃焼ガス）を燃焼室へ吸入する動作は、吸気負圧を利用して行っている。
このとき、吸気バルブが十分な位相変更角を有する可変動弁機構を持つエンジンであれば、可変動弁角度を変化させることで、吸気負圧を増加させたり、減少させたりすることができる。
そして、ブレーキブースタに必要な吸気管圧を確保する為に、可変動弁機構を変化させる技術が知られている。
例えば、後述の特許文献１に開示されるものである。
最近のガソリンエンジンでは、燃費向上のため、スロットル閉じに因る吸気抵抗増大を抑制し、アイドルでの吸気負圧を少なくする設定としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６３５号公報
【特許文献２】特開２００９−８５１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の内燃機関の可変動弁機構制御装置においては、吸気負圧が一時的に弱くなってもブレーキブースタの容量により倍力機構の動作は可能であるが、やや長い時間にわたり吸気負圧が弱くなると使用頻度に応じて倍力機構の動作は弱くなり、最終的には倍力機構の動作がなくなってしまうので、運転者の操作力だけでブレーキ装置を動作させることになり、不便である。
また、吸気負圧が一時的に弱くなっても、その間の補機類の動作が止まるだけで済むが、やや長い時間にわたり吸気負圧が弱くなると、蒸発ガスやブローバイガスを排出させることができなくなり、潤滑油の劣化を早めたり、未燃ガスの大気放出が生じたりする可能性が生じるという不都合がある。
しかし、アイドルでの吸気負圧を少なくする設定とするように一律に制御していると、大気圧が低くなる高地やエンジン負荷が大きいときには、必要な吸気管圧が確保できないことがある。
例えば、特許文献２に開示されるように、ブレーキブースタの負圧を検出して可変動弁機構の位相を変更する場合、ブレーキ操作の使用によって負圧が減るので、位相変更によってブレーキブースタの負圧を増加させる目的を果たすことができ、この制御が行われている間は、これに付随して補機類の動作を行うこともできる。
しかし、高地における登坂が続く場合、ブレーキの使用頻度がなくブレーキブースタに負圧が確保されている状況では、ブレーキ装置への負圧確保の為の可変動弁機構の位相変更制御が働かないので、吸気負圧が極めて小さい状態が続き、蒸発ガスやブローバイガスを排出させる機会が著しく低くなるという不都合がある。
【０００５】
この発明は、アイドル時、減速・惰行時の吸気負圧（インテークマニホルド内圧）を確保すること、確保した吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に可変動弁機構の位相を変更する制御装置を備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、前記所定の運転条件として内燃機関の温度とアクセル開度と吸気負圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、検出された前記内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ、検出された前記アクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ、検出された吸気負圧が所定値以下である場合、前記可変動弁機構の前記作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に可変動弁機構の位相を変更する制御装置を備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、所定の運転条件として内燃機関の温度とアクセル開度と吸気負圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、検出された内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ、検出されたアクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ、検出された吸気負圧が所定値以下である場合、可変動弁機構の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させる。
従って、内燃機関が暖機されたアイドル状態で、吸気負圧が低い場合には、ＶＶＴの位置変更によって、吸気負圧を増大させるので、ブレーキ装置や補機の動作を確保することができ、吸気負圧が高いなど他の場合では、燃費要求や排ガス浄化性能要求等に応える位置とすることができ、ブレーキ装置や補機の動作の確保と良好な燃費等とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は内燃機関の可変動弁機構制御装置の制御用フローチャートである。（実施例１）
【図２】図２は内燃機関の可変動弁機構制御装置のシステム図である。（実施例１）
【図３】図３はリフト量とクランクアングルとの関係を示す図である。（実施例１）
【図４】図４は内燃機関の可変動弁機構制御装置のシステム図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１〜図３はこの発明の第１実施例を示すものである。
図２において、１は内燃機関（図示せず）の可変動弁機構制御装置である。
この可変動弁機構制御装置１は、図２に示す如く、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構（「可変バルブタイミング機構」または「ＶＶＴ機構」ともいう。）２と、所定の運転条件が成立した場合に可変動弁機構２の位相を変更する制御装置３を備えている。
このとき、この制御装置３は、各種信号を入力して所定の運転条件が成立した場合に、前記可変動弁機構２の位相を変更するＶＶＴ制御機能を有している。
また、前記可変動弁機構制御装置１は、前記制御装置３の入力側に、水温センサ４と、クランク角センサ５と、吸気カム角センサ６と、スロットル／アクセル開度センサ７と、大気圧センサ８と、吸気圧センサ９とを備えている。
このとき、前記水温センサ４は、エンジン水温を検出して内燃機関の温度を検出するものである。
前記クランク角センサ５は、クランク角から回転速度を検出する。
前記吸気カム角センサ６は、図示しない吸気カムの位相を検出する。
前記スロットル／アクセル開度センサ７は、アクセル開度を検出する。
前記大気圧センサ８は、大気圧を検出する。
前記吸気圧センサ９は、吸気負圧（「インテークマニホルド内圧」ともいう。）を検出する。
つまり、前記可変動弁機構制御装置１は、前記所定の運転条件として内燃機関の温度とアクセル開度と吸気負圧とを検出している。
そして、前記可変動弁機構制御装置１は、前記制御装置３の出力側に、前記可変動弁機構２を備えている。
【００１１】
また、前記可変動弁機構制御装置１は、検出された前記内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ、検出された前記アクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ、検出された吸気負圧が所定値以下である場合、前記可変動弁機構の前記作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させる構成を有している。
詳述すれば、前記可変動弁機構制御装置１は、検出された前記内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上、つまり、前記水温センサ４により検出されたエンジン水温Ｔがエンジン水温条件である一定値ｔ以上であるか否かの判断を行う。
また、前記可変動弁機構制御装置１は、検出された前記アクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下、つまり、前記スロットル／アクセル開度センサ７により検出されたアクセル開度Ａがアクセル開度条件である一定値ａ以下であるか否かの判断を行う。
更に、前記可変動弁機構制御装置１は、検出された吸気負圧が所定値以下、つまり、前記吸気圧センサ９により検出された吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが負圧条件である所定値ｐ以下であるか否かの判断を行う。このとき、吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉは、大気圧Ｐ＿Ａからインテークマニホルド内圧Ｐ＿Ｉを減じることにより算出する。
そして、前記可変動弁機構制御装置１は、エンジン水温Ｔが一定値ｔ以上、かつ、アクセル開度Ａが一定値ａ以下かつ、吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐ以下である場合に、前記可変動弁機構２の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させるものである。
従って、内燃機関が暖機されたアイドル状態で、吸気負圧が低い場合には、前記可変動弁機構２の位置変更によって、吸気負圧を増大させるので、ブレーキ装置や補機の動作を確保することができ、吸気負圧が高いなど他の場合では、燃費要求や排ガス浄化性能要求等に応える位置とすることができ、ブレーキ装置や補機の動作の確保と良好な燃費等とを両立することができる。
【００１２】
追記すれば、前記可変動弁機構２を動作させると、吸入空気量が変化し、これに伴いインテークマニホルド（図示せず）内の負圧が変化する。
通常、前記可変動弁機構２の制御目標値は、燃費向上のために負圧を少なくする設定としている。
一方、エアコンやオルタネータ等の補機負荷が大きいときには、ブレーキ負圧不足が起こることがある。
これを回避するため、インテークマニホルドに取り付けられた前記吸気圧センサ９で検出した負圧値に応じて前記可変動弁機構２の制御目標値を変化させることでブレーキ負圧を確保する。
【００１３】
更に、前記可変動弁機構制御装置１は、前記可変動弁機構２を吸気バルブ（図示せず）のみに備える。
つまり、この可変動弁機構２を、図２に示す如く、吸気バルブを最適なバルブタイミング（進角量及び遅角量）とするために吸気ＯＣＶ（「吸気オイルコントロールバルブ」ともいう。）１０によって構成する。
また、前記可変動弁機構制御装置１は、所定の吸気負圧を生じる所定の作動角を、吸気バルブの作動角を遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、吸気バルブの作動角を進角する程増大する排気バルブとのオーバラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気不圧が増大する中間進角位置とする。
従って、排気バルブの閉じタイミングに関わらず、吸気バルブのリフト中の開き時間がクランク角１８０度より明らかに大きく設定されている場合でも、吹き返しと内部ＥＧＲとのバランスを採って最も吸気負圧が大きい位置に作用角を収束させることができる。
【００１４】
追記すれば、前記可変動弁機構制御装置１を備える内燃機関では、前記可変動弁機構２は、図３に示す如く、基準となるイニシャル位置から進角側へ動かす。
そして、吸気バルブのリフト中の開き時間（クランク角範囲）がピストンの吸気行程に相当する１８０度より大きく設定（例えば１〜４割程度アップ）した前記可変動弁機構２を用いている。
また、前記内燃機関は、アクセル開度Ａが一定値ａ以下となるアイドル制御では、吸気バルブを遅く閉じる設定、すなわち吸気バルブが閉じるタイミングを下死点より遅いタイミングとする設定としておき、吸気バルブにおける燃焼室内への吸入ガスをピストンが上昇する圧縮行程中にインテークマニホルド側へ所定量戻すこと、つまり、吹き返しにより、ポンピングロスを軽減している。これに伴い、吸気負圧は減少する。
そして、図３に示す如く、進角方向、すなわち、吸気バルブが早く閉じる方向へ動かすことによって、吹き返しを減少させ、負圧を確保できるようになる。つまり、負圧を確保するために、前記可変動弁機構２の作動角を進角方向、すなわち、吸気バルブを早く閉じる方向へ動かしている。
一方、進角が進み、吸気バルブの開きタイミングが排気バルブの閉じタイミングより早くなると、バルブオーバラップが生じる。バルブオーバラップが増加すると、内部ＥＧＲ（再吸引されたり、滞留したりして燃焼室内残存する排気ガス）が増加する。排気ガスの圧力は吸気管内圧と比べ比較的高いため、進角させ過ぎると、ガスの流れや圧力の相互影響によって、逆に、吸気負圧が減少することになる。
ここでは、吸気バルブの作動角を閉じ、タイミングが下死点を超えて遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、吸気バルブの作動角を進角する程増大する排気バルブとのオーバラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気負圧が増大する中間進角位置、すなわち、トレードオフの関係にある両者の谷間となる位置に定まる吸気負圧が増大する中間進角位置を設定し、この位置に収束するように前記可変動弁機構２を作動させている。
このため、進角量については、個々のエンジン諸元に依存するところが大きく、各エンジン固有の進角量の設定を決めるためには、事前に進角量と負圧との相関を実験等により把握しておく必要がある。
機関温度が低く完全暖機となっていない場合、例えば、可変動弁機構２の制御性が充分に確保できない可能性がある一方で、早期暖機するためのファーストアイドル制御により、吸気量および燃料噴射量を増量補正するなどを実施している。このため、このような状況では、負圧確保のための本制御を行わない方がこのましい。
吸気負圧は、大気圧を基準として絶対圧ゼロに近づく程負圧が大きいことになる為、吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐ以下とは、吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐより大気圧に近いことを指す。
【００１５】
次に図１の内燃機関の前記可変動弁機構制御装置１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００１６】
この可変動弁機構制御装置１の制御用プログラムがスタート（１０１）すると、検出された内燃機関の温度が暖機状態とみなせる一定値以上、つまり、前記水温センサ４により検出されたエンジン水温Ｔが一定値ｔ以上であるか否かの判断（１０２）に移行する。
この水温センサ４により検出されたエンジン水温Ｔが一定値ｔ以上であるか否かの判断（１０２）がＮＯの場合には、後述する前記可変動弁機構制御装置１の制御用プログラムのストップ（「エンド」ともいう。）（１０６）に移行する。
上述の水温センサ４により検出されたエンジン水温Ｔが一定値ｔ以上であるか否かの判断（１０２）がＹＥＳの場合には、検出されたアクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下、つまり、前記スロットル／アクセル開度センサ７により検出されたアクセル開度Ａが一定値ａ以下であるか否かの判断（１０３）に移行する。
このアクセル開度Ａが一定値ａ以下であるか否かの判断（１０３）がＮＯの場合には、前記可変動弁機構制御装置１の制御用プログラムのストップ（１０６）に移行する。
上述のアクセル開度Ａが一定値ａ以下であるか否かの判断（１０３）がＹＥＳの場合には、検出された吸気負圧が所定値以下、つまり、前記吸気圧センサ９により検出された吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐ以下であるか否かの判断（１０４）に移行する。
この前記吸気圧センサ９により検出された吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐ以下であるか否かの判断（１０４）がＮＯの場合には、前記可変動弁機構制御装置１の制御用プログラムのストップ（１０６）に移行する。
上述の前記吸気圧センサ９により検出された吸気負圧Ｐ＿Ａ−Ｐ＿Ｉが所定値ｐ以下であるか否かの判断（１０４）がＹＥＳの場合には、前記可変動弁機構制御装置１によって目標ＶＶＴ作動角変更、つまり、前記制御装置３から前記可変動弁機構２に制御信号を出力し、前記吸気ＯＣＶ１０を動作させてバルブタイミングを変更する処理（１０５）に移行し、この処理（１０５）の後に前記可変動弁機構制御装置１の制御用プログラムのストップ（１０６）に移行する。
【実施例２】
【００１７】
図４はこの発明の第２実施例を示すものである。
この第２実施例において、上述第１実施例のものと同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
【００１８】
この第２実施例の特徴とするところは、内燃機関の前記可変動弁機構制御装置１１の可変動弁機構１２を吸気バルブおよび排気バルブのそれぞれに備えた点にある。
【００１９】
すなわち、前記可変動弁機構制御装置１１は、図４に示す如く、前記制御装置１３の入力側に、水温センサ４と、クランク角センサ５と、吸気カム角センサ６と、スロットル／アクセル開度センサ７と、大気圧センサ８と、吸気圧センサ９とを備えるとともに、排気カム角センサ１４を備えている。
この排気カム角センサ１４は、図示しない排気カムの位相を検出する。
また、前記可変動弁機構１２を、図４に示す如く、吸気バルブを最適なバルブタイミング（進角量及び遅角量）とするための吸気ＯＣＶ（「吸気オイルコントロールバルブ」ともいう。）１０と、吸気バルブを最適なバルブタイミング（進角量及び遅角量）とするための排気ＯＣＶ（「排気オイルコントロールバルブ」ともいう。）１５とによって構成する。
前記可変動弁機構制御装置１１は、所定の吸気負圧を生じる前記所定の作動角は、排気バルブの作動角を進角する程減少する吸気バルブとのオーバラップに伴う内部ＥＧＲの減少によって吸気負圧が増大する排気バルブの作動角の最進角位置とする。
従って、前記可変動弁機構１２によって前記吸気ＯＣＶ１０が様々に変更されていても、その制御状態からの影響を受け難く、ほぼ安定して吸気負圧を増加させることができる。
また、前記可変動弁機構１２によって前記排気ＯＣＶ１４のみを制御するので、制御が簡素で演算負荷が少なく、移行中も制御安定性を確保できる。
【００２０】
追記すれば、内燃機関諸元やアイドルでの前記可変動弁機構１２の動作状況によっては、前記排気ＯＣＶ１４を動かすことでも負圧確保できる場合がある。この第２実施例においては、一つの吸排気ＶＶＴである前記吸気ＯＣＶ１０及び前記排気ＯＣＶ１５を備える内燃機関の例を示す。
また、前記可変動弁機構１２の排気ＯＣＶ１５は、基準となるイニシャル位置から遅角側へ動かす。これは、基準となるイニシャル位置から進角側へ動かす前記可変動弁機構１２の吸気ＯＣＶ１０とは逆である。燃費要求などの理由により、内燃機関のアイドル時に、遅角側へ動かしていた場合、イニシャル位置方向へ戻すように進角させることで負圧を増加させることができる。
更に、この内燃機関の場合、前記可変動弁機構１２の排気ＯＣＶ１５の最進角（イニシャル位置）で最も負圧が出る。内燃機関固有の最も負圧が出るＶＶＴ位置を探して設定すれば良い。この位置が複数ある場合は、他の条件に基づくＶＶＴ制御から移行する際の応答性などを考慮して設定すれば良い。
【００２１】
なお、この発明は上述第１及び第２実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００２２】
例えば、圧力センサを採用していない車両の場合には、エアフローセンサで測定した実流量から推定したモデルインマニ圧を使用する特別構成とすることも可能である。
また、可変動弁機構の目標値変更をアイドルのみに限定させる特別構成とすることで、走行時の燃費要求とアイドルで必要な負圧要求とを両立することができる。
更に、ブレーキブースタ圧力を測定できる車両においては、インテークマニホルド内圧の代わりに、ブレーキブースタ圧力を使用する特別構成とすることにより、ブレーキ要求に限定したＶＶＴ目標値変更とすることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  内燃機関の可変動弁機構制御装置
２  可変動弁機構
３  制御装置
４  水温センサ
５  クランク角センサ
６  吸気カム角センサ
７  スロットル／アクセル開度センサ
８  大気圧センサ
９  吸気圧センサ
１０  吸気ＯＣＶ（「吸気オイルコントロールバルブ」ともいう。）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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