(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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可変させる可変バルブタイミング制御装置において、
少なくともエンジン回転速度を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、
カム軸の実位相角を検出する実位相角検出手段と、
運転状態に基づいて目標位相角を設定する目標位相角設定手段と、
上記実位相角を上記目標位相角とするよう上記カム軸の位相角を制御する位相角制御手段と、
少なくとも上記目標位相角が所定位相角のとき、上記実位相角検出手段の出力値を基準位相角として学習する基準位相角学習手段と、
上記エンジン回転速度が所定値以下のとき、上記基準位相角の学習を禁止する学習禁止手段と
を備えたことを特徴とする可変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、エンジンの吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを調整する可変バルブタイミング制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えば、この種の可変バルブタイミング制御装置は、タイミングベルトを介してクランク軸により回転駆動されるタイミングプーリに設けられて、内部に配置したベーンロータをカム軸と連結し、油圧によりベーンロータを任意の方向に回転駆動することにより、クランク軸に対するベーンロータの位相、即ちカム軸の位相を可変し、その結果、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを調整するように構成されている。カム軸の目標位相角は、エンジンの運転状態に応じて設定され、センサにて検出された実位相角が目標位相角となるように可変バルブタイミング制御装置の油圧を制御している。
【０００３】
ところで、上記のように構成された可変バルブタイミング制御装置において、実位相角を検出するセンサの取付誤差やセンサ自体の検出誤差が発生している場合、或いは運転に伴って経年変化が発生した場合には，検出された実位相角に誤差が含まれ、その誤った実位相角に基づいてカム軸の位相角が制御されて、適切な位相制御を実現できないという不具合が生じる。
【０００４】
そこで、例えば特開平６−２９９８７６号公報に記載の可変バルブタイミング制御装置では、実位相角を学習することにより上記した誤差の影響を排除している。即ち、この可変バルブタイミング制御装置では、アイドル運転時の目標位相角が最遅角位置（カム軸を最も遅角させた位置）に設定されることから、アイドル運転が開始されて所定時間が経過したときには、実際のカム軸が最遅角位置にあるものと見なして、このときのセンサにて検出された実位相角を学習するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変バルブタイミング制御装置に作動油を供給するためのオイルポンプはエンジンにて駆動されることから、エンジン回転速度が低いアイドル運転時には十分な油圧が発生せずに位相制御が緩慢化してしまい、更に経年変化や汚損等の要因が加わると所定時間経過しても最遅角位置に到達しない虞も生じる。その結果、最遅角位置に到達しない状態で学習処理が行われる場合があり、これにより誤学習された実位相角に基づいて不適切な位相制御が実施されるという不具合があった。
【０００６】
本発明の目的は、常に適切な実位相角を学習し、その学習値に基づいてカム軸の位相制御を高い精度で実施することができる可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、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可変させる可変バルブタイミング制御装置において、少なくともエンジン回転速度を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、カム軸の実位相角を検出する実位相角検出手段と、運転状態に基づいて目標位相角を設定する目標位相角設定手段と、実位相角を目標位相角とするようカム軸の位相角を制御する位相角制御手段と、少なくとも目標位相角が所定位相角のとき、実位相角検出手段の出力値を基準位相角として学習する基準位相角学習手段と、エンジン回転速度が所定値以下のとき、基準位相角の学習を禁止する学習禁止手段とを備えた。
【０００８】
従って、目標位相角が所定位相角のときに、実位相角検出手段の出力値が基準位相角学習手段により基準位相角として学習されると共に、エンジン回転速度が所定値以下のとき、即ち、位相角制御手段の円滑な作動が望めない状況では、この学習処理が学習禁止手段により禁止される。その結果、実際の位相角が所定位相角に到達しない状態で学習処理が実行される事態が未然に防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型エンジン用の可変バルブタイミング制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１の概略構成図において、１は自動車用の筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンであり、燃焼室や吸気装置等が筒内噴射専用に設計されている。エンジン１にはＤＯＨＣ４弁式の動弁機構が採用されており、そのシリンダヘッド２の上部に設けられた吸気カム軸３ａ及び排気カム軸３ｂの前端にはタイミングプーリ４ａ，４ｂが接続され、これらのタイミングプーリ４ａ，４ｂはタイミングベルト５を介してクランク軸６に連結されている。クランク軸６の回転に伴ってタイミングプーリ４ａ，４ｂと共にカム軸３ａ，３ｂが回転駆動され、これらのカム軸３，３ｂにより吸気バルブ７ａ及び排気バルブ７ｂが開閉駆動される。
【００１０】
吸気カム軸３ａと吸気側のタイミングプーリ４ａとの間には，位相角制御手段としてのバルブタイミング可変機構８が設けられ、バルブタイミング可変機構８は、エンジン１により駆動されるオイルポンプ９に対してオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）１０を介して接続されている。バルブタイミング可変機構８は、吸気側のタイミングプーリ４ａに設けたハウジング内にベーンロータを回動可能に設け、そのベーンロータに吸気カム軸３ａを連結して構成されている。この構成は、例えば特開２０００−２７６０９号公報等で公知のため詳細は説明しないが、オイルポンプ９から供給される作動油をＯＣＶ１０にて切換制御してバルブタイミング可変機構８に供給し、その油圧によりベーンロータを任意の方向に回動し、タイミングプーリ４ａに対するカム軸３ａの位相、即ち、吸気バルブ７ａの開閉タイミングを調整し得るようになっている。そして、このバルブタイミング可変機構８では、ＯＣＶ１０の非通電時においてオイルポンプ９からの油圧がベーンロータを遅角させる方向に作用して、カム軸３ａを最遅角位置（最も遅角した位置）に保持する構造となっている。
【００１１】
一方、シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ１１と共に電磁式の燃料噴射弁１２が取り付けられており、図示しない燃料ポンプから供給された高圧燃料が、燃料噴射弁１２より燃焼室１３内に直接噴射されるようになっている。シリンダヘッド２には、両カム軸３ａ，３ｂ間を抜けるようにして略直立方向に吸気ポート１４が形成され、スロットルバルブ１５により流量調整された吸入空気は、吸気バルブ７ａの開弁に伴って吸気ポート１４から燃焼室１３内に導入されるようになっている。一方、排気ポート１６については通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されており、燃焼後の排ガスが排気バルブ７ｂの開弁に伴って、排気ポート１６から排気通路１７を経て排出されるようになっている。
【００１２】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ２１の入力側には、運転状態検出手段としてのクランク角センサ２２、実位相角検出手段としてのカム角センサ２３、スロットルバルブ１５の開度θthを検出するスロットルセンサ２４、エンジン１の冷却水温Ｔwを検出する水温センサ２５等の各種センサ類が接続されている。クランク角センサ２２及びカム角センサ２３は、タイミングロータとピックアップコイルとから構成され、クランク軸６やカム軸３ａと共にタイミングロータを回転させて、その外周の多数の歯によりピックアップコイルに磁界変化を発生させ、回転に応じた交流のクランク角信号やカム角信号を発生させるものである。
【００１３】
又、ＥＣＵ２１の出力側には、前記したＯＣＶ１０、点火プラグ１１、燃料噴射弁１２が接続されている。ＥＣＵ２１は、各センサからの検出情報に基づいて、バルブタイミング可変機構の目標位相角、点火時期、燃料噴射量等を決定し、ＯＣＶ１０、点火プラグ１１、燃料噴射弁１２を駆動制御すると共に、エンジン１が所定の運転状態のときにバルブタイミング可変機構８の基準位置を学習する。
【００１４】
次に、以上のように構成された筒内噴射型エンジン１の可変バルブタイミング制御装置によって実施される位相角制御と学習処理について説明する。
ＥＣＵ２１は図２に示すカム位相角制御・学習処理ルーチンを所定の制御インターバルで実行し、まず、ステップＳ２で運転状態の検出処理を実行する。具体的には、スロットルセンサ２４やクランク角センサ２２等からの検出情報の入力、及びこれらの検出情報に基づくセンサの異常判定等を行う。続くステップＳ４ではバルブタイミング可変機構８の目標位相角を設定する。この設定処理は予め設定されたマップに従って行われ、例えば、スロットル開度θth等から求めた目標平均有効圧Ｐe（エンジン負荷を表す）と、クランク角信号から求めたエンジン回転速度Ｎeとに基づいて目標位相角が設定される（目標位相角設定手段）。次いで、ステップＳ６で目標位相角が最遅角位置か否かを判定し、ＹＥＳ（肯定）のときにはステップＳ８に移行してＯＣＶ１０の通電を中止する。従って、これによりバルブタイミング可変機構８は最遅角位置へと作動することになる。続くステップＳ１０では位相学習条件が成立したか否かを判定する。この位相学習条件は、以下の３種の要件が所定時間ｎ継続して満たされたときに成立する。
【００１５】
ａ）ＯＣＶが非通電状態であること
ｂ）エンジン回転速度Ｎeが予め設定された回転判定値Ｎ0以上であること
ｃ）冷却水温Ｔwが予め設定された水温判定値Ｔ0未満であること
ここで、回転判定値Ｎ0は、バルブタイミング可変機構８を円滑に作動させる十分な油圧をオイルポンプ９が発生する下限回転速度であり、例えば２０００rpmとして設定され、水温判定値Ｔ0は、油温上昇に伴う油圧低下の虞がない上限水温であり（油温に対し略相関する水温から推定可能なため）、例えば７０℃として設定されている。位相学習条件が成立せずにステップＳ８でＮＯ（否定）の判定を下したときには一旦ルーチンを終了する。
【００１６】
又、位相学習条件が成立してＹＥＳの判定を下したときには、バルブタイミング可変機構８が最遅角位置にあると見なして、ステップＳ１２でクランク角センサ２２及びカム角センサ２３からの検出情報を入力し、ステップＳ１４で基準位置の学習処理を実行した後にルーチンを終了する。ステップＳ１４での学習処理内容は、例えば［関連する背景技術］で述べた特開平６−２９９８７６号公報のような一般的なものであり、この最遅角位置でのクランク角信号とカム角信号との位相差を基準位置として学習する（基準位相角学習手段）。尚、この学習処理はタイミングロータの歯、つまり信号のパルス毎に行われ、ステップＳ１０で位相学習条件が成立している限り、各パルスについての位相差が基準位置として順次学習される。
【００１７】
一方、前記ステップＳ６で目標位相角が最遅角位置でないとしてＮＯの判定を下したときには、ステップＳ１６に移行してクランク角センサ２２及びカム角センサ２３からの検出情報を入力し、ステップＳ１８で現在のパルスに対応する学習値に基づいて、検出されたカム軸３ａの位相角を補正する。具体的には、クランク角信号とカム角信号との位相差より、学習値に基づいて基準位置からの実際のカム軸３ａの進角量を算出する。その後、ステップＳ２０で補正後のカム軸３ａの位相角が目標位相角となるようにＯＣＶ１０に供給する駆動信号のデューティ率をフィードバック制御し（位相角制御手段）、その後にルーチンを終了する。
【００１８】
以上のように本実施形態の可変バルブタイミング制御装置では、基準位置の学習処理を実行するための位相学習条件として、ａ）のＯＣＶ１０が非通電状態であることのみならず、ｂ）のエンジン回転速度Ｎeが回転判定値Ｎ0以上で十分な油圧が確保されていること、及び、ｃ）の冷却水温Ｔwが水温判定値Ｔ0未満で油圧低下の虞がないことが設定されている。
【００１９】
即ち、ａ）の要件が満たされて、実際の位相が最遅角位置に制御されていると推測される場合であっても、ｂ）やｃ）の要件が満たされないとき（オイルポンプからの油圧が低かったり油圧低下が発生して、バルブタイミング可変機構８の作動が緩慢化しているとき）には、位相学習条件が成立しないとして基準位置の学習処理を禁止している（学習禁止手段）。従って、実際の位相角が最遅角位置に到達しない状態で学習処理が行われる事態を未然に防止して、常に適切な学習値を得ることができ、ひいては、その学習値に基づいてバルブタイミング可変機構８の位相制御を高い精度で実施することができる。
【００２０】
又、バルブタイミング可変機構８の劣化等に起因して、学習処理時において油圧が低下して学習値の差が過大となったときには、故障判定を下してバルブタイミング可変機構８を最遅角位置に固定するフェイルセーフ処理が行われるが、上記のような油圧低下に大きく影響を受ける低回転域では学習処理が実行されないため位相制御が継続され、このような状況においても、エンジン回転速度Ｎeと共に油圧が増加する中・高回転域では適切な位相制御を行うことができるという利点もある。
【００２１】
更に、上記のようにｂ）やｃ）の要件が満たされない状況（低回転域で十分な油圧が確保されない状況、高油温で油圧低下を発生している状況）では学習処理を実行しないため、このような状況でも最遅角位置に回動可能なように、バルブタイミング可変機構８のベーンロータの受圧面積を拡大する必要がなくなり、バルブタイミング可変機構８のコンパクト化を実現することができる。
【００２２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、筒内噴射型エンジン１用の可変バルブタイミング制御装置に具体化したが、適用するエンジンの種別はこれに限るものではなく、例えば通常の吸気管内に燃料を噴射する形式のエンジンに適用してもよい。
【００２３】
又、上記実施形態では、基準位置の学習処理を実行する所定位相角として最遅角位置を設定したが、所定位相角はこれに限定されず、例えばＯＣＶ１０の非通電時に最進角位置に保持されるようにバルブタイミング可変機構８が構成されている場合には、所定位相角として最進角位置を設定し、この最進角位置で学習処理を実行するようにしてもよい。
【００２４】
更に、上記実施形態では、吸気側にバルブタイミング可変機構８を設けて、吸気バルブ７ａの開閉タイミングを調整するようにしたが、開閉タイミングを調整する対象は排気側でもよいし、或いは吸排気の両方でもよい。
一方、上記実施形態では、位相学習条件として、本来のａ）の要件に加えて、エンジン回転速度Ｎeに関するｂ）の要件と共に、冷却水温Ｔwに関するｃ）の要件を設定したが、例えばｃ）の要件を排除したり、或いは、別の要件を追加したりしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の可変バルブタイミング制御装置によれば、エンジン回転速度が所定値以下で、位相角制御手段の円滑な作動が望めない状況では学習処理を禁止していることから、実際の位相角が所定位相角に到達しない状態で学習処理が実行される事態が未然に防止され、誤学習を防止して適切な学習値を得て、ひいては、その学習値に基づいてカム軸の位相制御を高い精度で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の筒内噴射型エンジン用の可変バルブタイミング制御装置を示す概略構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するカム位相角制御・学習処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
７ａ  吸気バルブ
７ｂ  排気バルブ
８    バルブタイミング可変機構（位相角制御手段）
２１  ＥＣＵ（目標位相角設定手段、位相角制御手段、基準位相角学習手段、学習禁止手段）
２２  クランク角センサ（運転状態検出手段）
２３  カム角センサ（実位相角検出手段）
【図１】
0003981799.tif 000002
【図２】
0003981799.tif 000003