(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記可変バルブタイミング機構の応答性が不足する前記内燃機関の冷却時に、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。
【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６４−８０７３３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、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機構の応答性が不足する前記内燃機関の冷却時に、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θ1 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３３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 Control 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、ＯＣＶ９やＤＣモータ１３に駆動信号を出力するＥＣＵ（Electronic 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ＣＰＵ２１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ＯＣＶ９、出力スロットル開度ＴＡＥＸに基づく駆動信号ＩTAEX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１２０ｍｓ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＝ｐm1，ＴＨＯ＝ｔho1 のときトルク変動分としてＴＲＱＴＡ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ＦＮＥがマップに基づき算出される。次にステップＳ２０４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ＲＴＲＱＴＡ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ＶＶＴ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Ｓ３０１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＝ｑa1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ＶＴ(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Ｓ３０５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Ｓ３０７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ＯＣＶＤuty 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Ｓ４０５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ＴＡＥＸ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Ｓ４０７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ＶＴＴ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ＥＣＵ２０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ＣＰＵ２１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ＲＴＲＱＴＡ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、ＶＶＴ１０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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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