(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのバルブタイミングを変更可能な油圧駆動式可変バルブタイミング機構を制御するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、
エンジンの水温を検出する水温検出手段と、
エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、
を備え、
エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記可変バルブタイミング機構の作動保証油温以上である場合に、水温が前記作動保証油温よりも高い第１作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、
エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合に、水温が前記第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、
エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であっても、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度を超える場合は、水温が前記第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可することを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
エンジンのバルブタイミングを変更可能な油圧駆動式の可変バルブタイミング機構を制御するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、
エンジンの水温を検出する水温検出手段と、
エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、
を備え、
エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度以下である場合に、水温が前記可変バルブタイミング機構の作動保証油温よりも高い第１作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、
エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が前記所定温度を超える場合に、水温が前記第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、
エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度以下であっても、エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合には、水温が前記第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可することを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
エンジンのバルブタイミングを変更可能な油圧駆動式可変バルブタイミング機構を制御するエンジンのバルブタイミング制御装置であって、
エンジンの水温を検出する水温検出手段と、
エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、
エンジン始動時の水温及び吸気温を、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動保証油温と比較すると共に、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差を所定温度と比較し、両方の比較結果に基づいて前記可変バルブタイミング機構の作動を許可する水温の閾値を設定する許可温度設定手段と、
該許可温度設定手段で設定した閾値以上に水温が上昇したときに、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動を許可する作動許可手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンのバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記許可温度設定手段が、前記エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であって、かつ、前記偏差が前記所定温度以下である場合に、前記閾値として前記作動保証油温よりも高い第１作動許可水温を設定し、
前記エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合に、前記閾値として第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温を設定し、
前記エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であって、かつ、前記偏差が前記所定温度を超える場合に、前記閾値として前記第２作動許可水温を設定することを特徴とする請求項３記載のエンジンの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、油圧駆動式可変バルブタイミング機構を制御するエンジンのバルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動許可を判断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を変更可能な油圧駆動式可変バルブタイミング機構が知られている。
前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構においては、冷機時にオイルの粘度が高くなってバルブタイミングの制御応答が低下し、この応答遅れによってバルブオーバーラップ量が過度に大きくなると失火が発生する可能性がある。
【０００３】
そこで、特開平１０−１７６５５７号公報に開示されるバルブタイミング制御装置では、可変バルブタイミング機構の応答性と相関の高い油温を、エンジンの水温（冷却水温度）に基づいて推定し、低水温時には、オーバーラップ量を縮小させるようにしていた。
また、特開平７−２３３７４４号公報に開示される装置では、水温と吸気温とから油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動遅れ時間を推定し、バルブタイミングの切換えに伴うトルク段差を吸収するための点火時期制御を、前記作動遅れ時間に基づいて行わせるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水温の上昇変化に対する油温の変化代は必ずしも一定ではなく、運転条件によって大きなばらつきを生じる。
このため、前述のように水温に基づいてオーバーラップ量に制限を加える構成の場合には、前記ばらつきがあっても失火の発生を確実に回避できるように、比較的高い温度領域までオーバーラップ量を制限することになり、オーバーラップ量を拡大できる領域が狭くなってしまうという問題があった。
【０００５】
また、低油温時の可変バルブタイミング機構の応答性低下に伴う燃焼悪化（燃焼室残留ガス量の増大）に起因する運転性への影響は、点火時期制御のみでは充分に対策できないという問題もあった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、油圧駆動式可変バルブタイミング機構の応答性に相関する油温を精度良く推定でき、以って、オーバーラップ量を拡大できる領域を最大限に確保しつつ、応答性の低下による運転性の悪化を確実に回避できるエンジンのバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、エンジンの水温を検出する水温検出手段と、エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、を備え、エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記可変バルブタイミング機構の作動保証油温以上である場合に、水温が前記作動保証油温よりも高い第１作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合に、水温が前記第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であっても、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度を超える場合は、水温が前記第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可する構成とした。
【０００７】
かかる構成によると、エンジン始動時における水温及び吸気温が共に作動保証油温以上であるときには、油温も作動油保証温度以上であると推定され、可変バルブタイミング機構の応答遅れによる運転性の悪化はないと推定されるので、バルブタイミングの変更が許容される水温条件である第１作動許可水温まで水温が上昇した段階で作動（オーバーラップ量の拡大）を許可する。
【０００８】
一方、始動時における水温と吸気温との少なくとも一方が作動保証油温よりも低い場合には、油温が作動油保証温度よりも低い可能性があると推定されるので、前記第１作動許可水温よりも高く、油温が確実に作動保証油温を上回ると推定される第２作動許可水温まで上昇するまで待って作動を許可する。
【０００９】
また、エンジン始動時の水温及び吸気温が共に作動保証油温以上であるときに、更に、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度を超えるか否かを判別し、前記偏差が所定温度以下であって、始動時の水温と吸気温とが近い場合には水温が第１作動許可水温以上になったときに作動を許可し、前記偏差が所定温度を超える場合には、油温が確実に作動保証油温を上回ると推定される第２作動許可水温まで上昇するまで待って作動を許可する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、エンジンの水温を検出する水温検出手段と、エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、を備え、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度以下である場合に、水温が前記可変バルブタイミング機構の作動保証油温よりも高い第１作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が前記所定温度を超える場合に、水温が前記第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可し、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度以下であっても、エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合には、水温が前記第２作動許可水温以上になったときに、前記可変バルブタイミング機構の作動を許可する構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、始動時における水温と吸気温との偏差が所定温度以下であって、始動時の水温と吸気温とが近い場合には、水温が第１作動許可水温以上になったときに可変バルブタイミング機構の作動を許可するが、前記偏差が所定温度を超える場合には、より高い第２作動許可水温以上になってから作動を許可する。
【００１３】
更に、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差が所定温度以下であっても、エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が作動保証油温よりも低い場合には、水温が第２作動許可水温以上になったときに作動を許可し、エンジン始動時の水温及び吸気温が共に作動保証油温以上であれば、水温が第１作動許可水温以上になったときに作動を許可する。
【００１４】
請求項３記載の発明は、エンジンの水温を検出する水温検出手段と、エンジンの吸気温を検出する吸気温検出手段と、エンジン始動時の水温及び吸気温を、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動保証油温と比較すると共に、エンジン始動時の水温と吸気温との偏差を所定温度と比較し、両方の比較結果に基づいて前記可変バルブタイミング機構の作動を許可する水温の閾値を設定する許可温度条件設定手段と、該許可条件設定手段で設定した閾値以上に水温が上昇したときに、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構の作動を許可する作動許可手段と、を含んで構成した。
【００１７】
かかる構成によると、エンジン始動時の水温及び吸気温を作動保証油温と比較した結果、及び、始動時における水温と吸気温との偏差に応じて、可変バルブタイミング機構の作動を許可する水温条件（閾値）が異なる値に設定される。請求項４記載の発明では、請求項３において、前記許可条件設定手段が、前記エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であって、かつ、前記偏差が前記所定温度以下である場合に、前記閾値として前記作動保証油温よりも高い第１作動許可水温を設定し、前記エンジン始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合に、前記閾値として第１作動許可水温よりも高い第２作動許可水温を設定し、前記エンジン始動時の水温及び吸気温が共に前記作動保証油温以上であって、かつ、前記偏差が前記所定温度を超える場合に、前記閾値として前記第２作動許可水温を設定する構成とした。
【００１８】
かかる構成によると、始動時の水温及び吸気温が共に作動保証油温以上であって、かつ、前記偏差が所定温度以下であるときには、第１作動許可水温を閾値として設定し、始動時の水温と吸気温との少なくとも一方が前記作動保証油温よりも低い場合には、第２作動許可水温を閾値として設定し、始動時の水温及び吸気温が共に作動保証油温以上であっても、前記偏差が所定温度を超えるときには、第２作動許可水温を閾値として設定する。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、始動時における水温及び吸気温が作動保証油温よりも高い場合であっても、例えばエンジン停止直後の再始動時であるような場合には、より高い水温で作動を許可させることで、応答性が低い状態での作動をより確実に回避できるという効果がある。
【００２０】
請求項２記載の発明によると、例えばエンジン停止直後の再始動時で、水温に基づく油温の推定精度が低下するときに、より確実な高い側の水温で作動を許可させるので、応答性が低い状態での作動を回避でき、また、油温が作動保証油温よりも低いと推定されるときに、作動保証油温に確実に到達してから作動を許可させることができ、応答性が低い状態での作動をより確実に回避できるという効果がある。
【００２３】
請求項３記載の発明によると、エンジン停止直後の再始動時であるか否かを判断して、応答性が低い状態での作動を回避できる作動許可水温を設定させることが可能になるという効果がある。請求項４記載の発明によると、応答性が低い状態での作動をより確実に回避でき、かつ、可変バルブタイミング機構を早く作動させることができる作動許可水温を設定させることができるという効果がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態におけるエンジンのバルブタイミング制御装置の構成ブロック図である。
車両に搭載されるエンジン本体１には、油圧駆動式可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）２が付設されている。
【００２５】
前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構２は、吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）の変更によって、バルブオーバーラップ量を変化させる機構であり、非作動時には、バルブオーバーラップ量が最小に設定され、作動によってバルブオーバーラップ量がより大きく変更される構成である。
【００２６】
前記可変バルブタイミング機構２としては、例えば特開平５−２３１１１１号公報に開示されるように、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる機構を採用することができる。
この可変バルブタイミング機構は、カムスプロケットとカム軸とを、油圧に応動するヘリカルギヤを介して連結し、前記ヘリカルギヤに作用する油圧を制御することにより、前記ヘリカルギヤを回転軸方向に移動させ、カムスプロケットとカム軸とを相対回転させる機構である。
【００２７】
但し、前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構２を、上記のヘリカルギヤを用いてクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる機構に限定するものではない。
前記油圧駆動式可変バルブタイミング機構２は、エンジンコントロールユニット３（以下、ＥＣＵ３と略す。）から出力される制御信号に基づき制御回路４を介して駆動される。
【００２８】
前記ＥＣＵ３には、エンジンの吸入空気量を検出するエアーフローメータ５、エンジンの冷却水温度ＴＷ（以下、水温ＴＷと略す。）を検出する水温センサ６（水温検出手段）、エンジンの吸気温ＴＩＮＴを検出する吸気温センサ７（吸気温検出手段）からの検出信号が入力される。
また、前記ＥＣＵ３には、バルブタイミング演算回路８からバルブタイミングの演算結果が入力される。
【００２９】
前記バルブタイミング演算回路８は、クランク軸に対するカム軸の回転位相（バルブタイミング）を、クランク角度センサ９及びカム角度センサ１０からの検出信号に基づいて演算する。
上記油圧駆動式可変バルブタイミング機構２においては、図２に示すように、油温が低下して油の粘度が増大すると、応答速度が低下するため、運転性から要求される応答速度の限界を下回る応答状態（油温）での作動を禁止することが必要とされる。
【００３０】
しかし、本実施形態では、可変バルブタイミング機構２の油温を直接検出するセンサを備えないので、前記ＥＣＵ３が、図３のフローチャートに示すように、水温ＴＷ及び吸気温ＴＩＮＴから油温を推定して、前記可変バルブタイミング機構２の作動を許可するか否かを判断するようになっている。
尚、本実施形態において、許可温度設定手段，作動許可手段としての機能は、図３のフローチャートに示すように、前記ＥＣＵ３がソフトウエア的に備える。
【００３１】
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、スタートスイッチがＯＮされたか否かを判別する。
ステップＳ１でスタートスイッチがＯＮされたと判別されると、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、スタートスイッチがＯＮされたときに、水温センサ６で検出された水温ＴＷ，及び、吸気温センサ７で検出された吸気温ＴＩＮＴを読み込み、それぞれを始動時の温度データとしてＴＷｓ，ＴＩＮＴｓに設定する。
【００３２】
ステップＳ３では、前記始動時水温ＴＷｓが、前記可変バルブタイミング機構２の作動保証油温Ｔh以上であるか否かを判別する。
前記作動保証油温Ｔhは、図２に示す応答速度の要求限界を示す最低油温に相当する。
ステップＳ３で始動時水温ＴＷｓが作動保証油温Ｔh以上であると判別されると、ステップＳ４へ進み、始動時吸気温ＴＩＮＴｓが前記作動保証油温Ｔh以上であるか否かを判別する。
【００３３】
ステップＳ４で始動時吸気温ＴＩＮＴｓが前記作動保証油温Ｔh以上であると判別されると、ステップＳ５へ進み、始動時水温ＴＷｓと始動時吸気温ＴＩＮＴｓとの偏差の絶対値が所定温度ΔＴ以下（｜ＴＷｓ−ＴＩＮＴｓ｜≦ΔＴ）であるか否かを判別する。
尚、前記所定温度ΔＴは、３℃＋水温センサの検知水温ばらつき（＝約５℃）程度の値とすることが好ましい。
【００３４】
｜ＴＷｓ−ＴＩＮＴｓ｜≦ΔＴであるときには、ステップＳ６へ進み、最新に検出された水温ＴＷが第１作動許可水温ＴＷ１以上であるか否かを判別する。
そして、始動後に水温ＴＷが第１作動許可水温ＴＷ１以上になったときに、ステップＳ８へ進んで、前記可変バルブタイミング機構２の作動を許可し、水温ＴＷが第１作動許可水温ＴＷ１以上になるまではステップＳ９へ進んで、前記可変バルブタイミング機構２の作動を禁止する。
【００３５】
尚、第１作動許可水温ＴＷ１＞作動保証油温Ｔhである。
一方、ステップＳ３〜ステップＳ５のいずれかでＮＯの判別がなされたとき、即ち、以下の３条件のうちの１つでも成立する場合には、ステップＳ７へ進む。
（１）始動時水温ＴＷｓが作動保証油温Ｔhよりも低い。
（２）始動時吸気温ＴＩＮＴｓが作動保証油温Ｔhよりも低い。
【００３６】
（３）｜ＴＷｓ−ＴＩＮＴｓ｜＞ΔＴ
ステップＳ７では、最新に検出された水温ＴＷが第２作動許可水温ＴＷ２以上であるか否かを判別する。
尚、第２作動許可水温ＴＷ２＞第１作動許可水温ＴＷ１＞作動保証油温Ｔhである。
【００３７】
そして、始動後に水温ＴＷが第２作動許可水温ＴＷ２以上になったときに、ステップＳ８へ進んで、前記可変バルブタイミング機構２の作動を許可し、水温ＴＷが第２作動許可水温ＴＷ２以上になるまではステップＳ９へ進んで、前記可変バルブタイミング機構２の作動を禁止する。
次に、上記図３のフローチャートに示した前記可変バルブタイミング機構２の作動許可・禁止の判別を詳細に説明する。
【００３８】
始動時水温ＴＷｓと始動時吸気温ＴＩＮＴｓとの偏差の絶対値が所定温度ΔＴ以下である（｜ＴＷｓ−ＴＩＮＴｓ｜≦ΔＴ）場合は、水温ＴＷが吸気温ＴＩＮＴと平衡状態にあると推定され、この状態で始動時水温ＴＷｓ及び始動時吸気温ＴＩＮＴｓが共に作動保証油温Ｔh以上であれば、可変バルブタイミング機構２における油温も作動保証油温Ｔh以上であるものと推定される（図４「Ａ」参照）。
【００３９】
この場合、作動油は、可変バルブタイミング機構２の応答性を保証できる油温条件を満足し、可変バルブタイミング機構２の応答遅れによる運転性の低下は回避できる。
しかし、エンジンの低温時に、バルブオーバーラップ量を大きくすると、既燃ガスの吹き返しにより、壁面付着燃料が増大して冷間ヘジテーションが発生する。
【００４０】
そこで、低温時の壁面付着燃料の低減による冷間ヘジテーションの防止のために、バルブオーバーラップ量を運転条件（負荷・回転）に適した値に増大制御しても、冷間ヘジテーションの防止できる最低温度条件である第１作動許可水温ＴＷ１まで水温ＴＷが上昇してから、可変バルブタイミング機構２の作動、即ち、バルブオーバーラップ量の拡大を許可する。
【００４１】
尚、本実施形態における油温推定は、油温は常に吸気温以上であるという前提に基づいている。これは、吸気温上昇が最も著しい長時間のアイドル運転放置状態であっても、吸気温が油温よりも高温になることが無いという実車評価結果に基づくものである。
一方、始動時水温ＴＷｓと始動時吸気温ＴＩＮＴｓとの少なくとも一方が作動保証油温Ｔhよりも低い場合には（図５「Ｃ」「Ｄ」参照）、油温が作動保証油温Ｔhを下回っていると推定されるので、油温が確実に作動保証油温Ｔh以上となる水温である第２作動許可水温ＴＷ２以上になってから、可変バルブタイミング機構２の作動、即ち、バルブオーバーラップ量の拡大を許可する。
【００４２】
前記第２作動許可水温ＴＷ２は、実車における水温ＴＷと油温との相関のばらつきを予め実験的に求めて、該相関に基づき設定されるものであり、前記相関において、水温ＴＷに対し最も低い油温を示す特性上（下限値）で、作動保証油温Ｔhに対応する水温ＴＷに相当する（図６参照）。
従って、水温ＴＷが第２作動許可水温ＴＷ２以上であれば、少なくとも油温が作動保証油温Ｔh以上になっているものと推定され、可変バルブタイミング機構２の応答遅れによる運転性の悪化を回避できると共に、第２作動許可水温ＴＷ２＞第１作動許可水温ＴＷ１であるから、低温時の壁面付着燃料の低減による冷間ヘジテーションの防止を図れる。
【００４３】
また、始動時水温ＴＷｓ及び始動時吸気温ＴＩＮＴｓが作動保証油温Ｔh以上であっても、始動時水温ＴＷｓと始動時吸気温ＴＩＮＴｓとの偏差の絶対値が所定温度ΔＴを超え（｜ＴＷｓ−ＴＩＮＴｓ｜＞ΔＴ）、エンジン停止直後の再始動時であると推定される場合には（図４「Ｂ」参照）、水温ＴＷに基づく温度条件の推定精度が低下する。
【００４４】
そこで、可変バルブタイミング機構２の応答遅れによる運転性の悪化を確実に回避でき、かつ、低温時の壁面付着燃料の低減による冷間ヘジテーションの防止を図れる第２作動許可水温ＴＷ２以上になってから、可変バルブタイミング機構２の作動、即ち、バルブオーバーラップ量の拡大を許可する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるバルブタイミング制御装置の構成ブロック図。
【図２】油温と可変バルブタイミング機構の応答速度との相関を示すグラフ。
【図３】実施形態における可変バルブタイミング機構の作動許可・禁止判断の流れを示すフローチャート。
【図４】水温，油温，吸気温と可変バルブタイミング機構の作動許可条件との相関を示すタイムチャート。
【図５】水温，油温，吸気温と可変バルブタイミング機構の作動許可条件との相関を示すタイムチャート。
【図６】油温と第２作動許可水温ＴＷ２との相関を示すグラフ。
【符号の説明】
１…エンジン本体
２…可変バルブタイミング機構
３…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
４…制御回路
５…エアーフローメータ
６…水温センサ
７…吸気温センサ
８…バルブタイミング演算回路
９…クランク角度センサ
１０…カム角度センサ
【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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