(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、
前記内燃機関の冷間時で、かつ前記内燃機関の吸気量に基づく負荷が所定以上の中負荷および高負荷であるときには、前記可変バルブタイミング制御機構により前記駆動軸または前記従動軸を相対回転し所定の進角値に制御する進角制御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。
【請求項２】
前記進角制御手段は、前記進角値を前記内燃機関の機関回転数、冷却水温、潤滑油の油温のうち少なくとも何れか１つに基づき設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記進角制御手段は、前記内燃機関の吸気量に基づく負荷を大気圧に基づき補正することを特徴とする請求項１に記載の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、内燃機関の冷間時では、暖機後に比べて燃焼状態が不安定であるため、一般的に、排気ガスの逆流をもたらす吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップ量を最適値よりも小さくするように周知の可変バルブタイミング制御機構が制御されている。これにより、内燃機関の冷間時における燃焼状態の安定化は達成されるが、中・高負荷領域における機関出力が犠牲となっていた。
【０００３】
これに対処するものとしては、特開平７−９１２１８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、スロットル開度が所定値以上の高負荷時のみバルブオーバラップ量を最適値とするようにして中・高負荷領域における機関出力低下を防止する技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、内燃機関の燃焼状態に直接関わっていないスロットル開度により負荷判定している。ここで、内燃機関の燃焼状態は機関回転数と負荷とで決まるものであり、スロットル開度による判定では可変バルブタイミング制御機構による制御が高負荷領域側のみに限定されてしまうという不具合があった。また、外気温がマイナスになるような低温時においては内燃機関の燃焼状態が非常に不安定となるため、機関出力を考慮したバルブオーバラップ量となるまで進角できないという不具合があった。
【０００５】
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、内燃機関の冷間時における燃焼状態の安定化に加え、中・高負荷時の機関出力向上が実現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。
【０００６】
【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、進角制御手段にて内燃機関の冷間時であって内燃機関の吸気量に基づく負荷が所定以上の中負荷および高負荷であるときには可変バルブタイミング制御機構により駆動軸または従動軸が相対回転され所定の進角値となるように制御される。これにより、内燃機関の冷間時においても可変バルブタイミング制御機構による最適なバルブオーバラップ量が得られるため燃焼状態が安定化され、同時に中・高負荷時における機関出力向上も実現することが可能となる。
【０００７】
請求項２の内燃機関用バルブタイミング制御装置における進角制御手段では、進角値が機関回転数、冷却水温、潤滑油の油温のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定される。これにより、可変バルブタイミング制御機構による進角値が適切に設定されることとなり、内燃機関の冷間時における燃焼状態の安定化と中・高負荷時の機関出力向上とを同時に実現することができる。
【０００８】
請求項３の内燃機関用バルブタイミング制御装置における進角制御手段では、内燃機関の吸気量に基づく負荷が大気圧によって補正されるため、例えば、標高差によって空気密度が変化しても混合気のＡ／Ｆ（空燃比）が適切となり内燃機関の冷間時における燃焼状態が安定され、かつ中・高負荷時の機関出力向上も実現できる。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
図１において、１０は内燃機関であり、内燃機関１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１からチェーン１２を介して一対のチェーンスプロケット１３，１４に駆動力が伝達される。このクランクシャフト１１と同期して回転される一対のチェーンスプロケット１３，１４には従動軸としての一対のカムシャフト１５，１６が配設され、これらのカムシャフト１５，１６によって図示しない吸気バルブ及び排気バルブが開閉駆動される。
【００１２】
クランクシャフト１１にはクランクポジションセンサ２１、カムシャフト１５にはカムポジションセンサ２２がそれぞれ配設されている。このクランクポジションセンサ２１から出力されるパルス信号θ1 及びカムポジションセンサ２２から出力されるパルス信号θ2 はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０に入力される。
【００１３】
なお、ＥＣＵ３０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。
【００１４】
ＥＣＵ３０には、これらの信号の他に内燃機関１０の運転状態に対応するエアフローメータ（図示略）からの単位機関回転数当たりの吸気量（吸入空気量）、スロットル開度センサ（図示略）からのスロットル開度、水温センサ（図示略）からの冷却水温等の各種センサ信号が入力されており、後述のクランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の実進角値及び目標進角値が算出される。また、クランクポジションセンサ２１からのパルス信号θ1 に基づき機関回転数が算出される。そして、ＥＣＵ３０からの駆動信号によりＯＣＶ（Oil-flow Control Valve：油圧制御弁）としてのスプールバルブ４０のリニアソレノイド４１がＤuty(デューティ比）駆動され、油タンク４５内の油がポンプ４６により供給油通路４７を通って一方のカムシャフト１５に設けられた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）５０（図１の斜線部）に圧送される。このＶＶＴ５０に供給される油の油量が調整されることで、カムシャフト１５がチェーンスプロケット１３、即ち、クランクシャフト１１に対し所定の位相差を有して回転自在であり、カムシャフト１５が目標進角値に設定可能である。なお、ＶＶＴ５０からの油は排出油通路４８を通って油タンク４５内に戻される。
【００１５】
ここで、クランクシャフト１１が１回転してクランクポジションセンサ２１からのパルス数がＮ個発生するとき、カムシャフト１５の１回転でカムポジションセンサ２２からのパルス数がＮ個発生するようにする。また、カムシャフト１５のタイミング変換角最大値をθmax °ＣＡ（Crank Angle:クランク角）とすると、Ｎ＜（３６０／θmax ）となるようにパルス数Ｎを設定する。これによって、実進角値の算出時、クランクポジションセンサ２１のパルス信号θ1 と、このパルス信号θ1 の次に続いて発生するカムポジションセンサ２２のパルス信号θ2 とを使用することができる。即ち、クランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２の出力信号θ2 からクランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の現在の実際の位相差（＝θ1 −θ2 ）が算出され、最遅角制御状態で学習された位相差を基準としてどれだけ進角〔°ＣＡ〕しているかにより実進角値が算出される。
【００１６】
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ＥＣＵ３０におけるＶＶＴ制御の処理手順を示す図２のメインルーチンに基づいて説明する。なお、このＶＶＴ制御ルーチンは１００ｍｓ毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００１７】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、各種センサ信号としてクランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２の出力信号θ2 、内燃機関１０の運転状態を表す吸気量、機関回転数、冷却水温及びスロットル開度等が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１で読込まれたクランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２の出力信号θ2 からクランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の現在の実際の位相差である実進角値ＶＴ（＝θ1 −θ2 ）が算出される。
【００１８】
次にステップＳ１０３に移行して、後述のように現在の目標位相差である目標進角値ＶＴＴ算出処理が実行される。次にステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０３で算出された目標進角値ＶＴＴからステップＳ１０２で算出された実進角値ＶＴが減算され偏差ＶＴＥＲが算出される。次にステップＳ１０５に移行して、Ｆ／Ｂ（フィードバック）補正量が、例えば、偏差ＶＴＥＲに応じたＰＩＤ(Proportional Integral Differential:比例・積分・微分）制御補正量等に基づいて算出される。そして、ステップＳ１０６に移行し、ステップＳ１０５で算出されたＦ／Ｂ補正量や所定の進角値を維持するために必要なその他の補正量が考慮され最終制御出力値が算出され、本メインルーチンを終了する。
【００１９】
次に、図２のＶＶＴ制御のステップＳ１０３における目標進角値ＶＴＴ算出の処理手順を示す図３のサブルーチンに基づき、図４を参照して説明する。ここで、図４は内燃機関１０の冷間時におけるＶＶＴ５０の目標進角値ＶＴＴを設定するための機関回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとをパラメータとする二次元マップである。
【００２０】
図３において、ステップＳ２０１では、図２のステップＳ１０１で読込まれた各種センサ信号のうち冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満であるかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満と低い内燃機関１０の冷間時にはステップＳ２０２に移行し、吸気量に基づく負荷が所定値Ｂ以上であるかが判定される。この負荷としては本実施例の内燃機関１０ではエアフローメータによる吸気量をパラメータとして検出されるが、吸気圧センサを有するシステムでは検出される吸気圧がパラメータとなる。
【００２１】
ステップＳ２０２の判定条件が成立、即ち、負荷が所定値Ｂ以上と大きいときにはステップＳ２０３に移行し、内燃機関１０の冷間時における目標進角値ＶＴＴが予め小さく抑えられた上限値としての固定値α〔°ＣＡ〕、または図４に示す機関回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとをパラメータとする二次元マップに基づき設定され、本サブルーチンを終了する。なお、図４の二次元マップにて分かるように、目標進角値ＶＴＴ〔°ＣＡ〕は機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕が高くなるに連れて大きくなるが、上限ガードとして冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が低くなるほど小さく抑えられることとなる。
【００２２】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ以上と高く内燃機関１０の暖機後であるとき、またはステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、負荷が所定値Ｂ未満と小さいときにはステップＳ２０４に移行し、通常の暖機時における目標進角値ＶＴＴが設定され、本サブルーチンを終了する。即ち、このときには、図４における冷却水温ＴＨＷ〔℃〕による上限ガードが解除され、目標進角値ＶＴＴ〔°ＣＡ〕は機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕によって一義的に設定される。
【００２３】
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１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１から吸気バルブを開閉する従動軸としてのカムシャフト１５に駆動力を伝達するチェーン１２等からなる駆動力伝達系に設けられ、吸気バルブの開閉タイミングを変更自在なＶＶＴ５０と、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満の冷間時で、かつ内燃機関１０の吸気量に基づく負荷が所定値Ｂ以上であるときには、ＶＶＴ５０によりカムシャフト１５を相対回転し所定の目標進角値ＶＴＴとなるように制御するＥＣＵ３０にて達成される進角制御手段とを具備するものである。
【００２４】
したがって、進角制御手段を達成するＥＣＵ３０にて内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満と低い冷間時であり、かつ内燃機関１０の吸気量に基づく負荷が所定値Ｂ以上と大きいときにはＶＶＴ５０によりカムシャフト１５がクランクシャフト１１に対して目標の位相差である所定の目標進角値ＶＴＴに一致するように実際の位相差である実進角値ＶＴが制御される。これにより、内燃機関１０の冷間時においてもＶＶＴ５０による最適なバルブオーバラップ量が得られるため燃焼状態が安定化され、同時に中・高負荷時における機関出力向上も実現することが可能となる。
【００２５】
また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、ＥＣＵ３０にて達成される進角制御手段が目標進角値ＶＴＴを内燃機関１０の機関回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとに基づき設定するものである。つまり、図４に示すように、目標進角値ＶＴＴが機関回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとをパラメータとして設定される。これにより、目標進角値ＶＴＴが適切に設定されることとなり、内燃機関１０の冷間時における燃焼状態の安定化と中・高負荷時の機関出力向上とを同時に実現することができる。
【００２６】
次に、図２のＶＶＴ制御のステップＳ１０３における目標進角値ＶＴＴ算出の処理手順の変形例を示す図５のサブルーチンに基づき、図４の二次元マップを参照して説明する。
【００２７】
図５において、ステップＳ３０１では、図２のステップＳ１０１で読込まれた各種センサ信号のうち冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満であるかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件が成立、即ち、冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ未満と低い内燃機関１０の冷間時にはステップＳ３０２に移行し、負荷判定値の大気圧補正として負荷判定値Ｂ（図３の所定値Ｂ）に対してそのときの大気圧に基づく所定の大気圧補正値が乗算され所定値Ｂ′が算出される。次にステップＳ３０３に移行して、吸気量に基づく負荷が所定値Ｂ′以上であるかが判定される。ステップＳ３０３の判定条件が成立、即ち、負荷が所定値Ｂ′以上と大きいときにはステップＳ３０４に移行し、内燃機関１０の冷間時における目標進角値ＶＴＴが固定値α〔°ＣＡ〕、または上述の図４に示す二次元マップに基づき設定され、本サブルーチンを終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立せず、即ち、冷却水温ＴＨＷが所定値Ａ以上と高く内燃機関１０の暖機後であるとき、またはステップＳ３０３の判定条件が成立せず、即ち、負荷が所定値Ｂ′未満と小さいときにはステップＳ３０５に移行し、通常の暖機時における目標進角値ＶＴＴが設定され、本サブルーチンを終了する。
【００２９】
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、ＥＣＵ３０にて達成される進角制御手段が内燃機関１０の負荷としての吸気量を大気圧に基づき補正するものである。つまり、内燃機関１０の負荷を吸気量によって判定するのであるが、同じ吸気量であっても例えば、標高差によって空気密度が変化するため大気圧補正が必要となるのである。これにより、混合気のＡ／Ｆ（空燃比）が適切となり内燃機関の冷間時における燃焼状態が安定され、かつ中・高負荷時の機関出力向上も実現できる。
【００３１】
また、上記実施例では、内燃機関１０が冷間時にあることを冷却水温ＴＨＷを用いて判定しているが、この他、潤滑油の油温、吸気温を用いてもよい。
【００３２】
そして、上記実施例では、内燃機関１０の冷間時におけるＶＶＴ５０制御とする判定条件として、負荷の大きさを用いているが更にスロットル開度を加えた両方にて判断してもよい。
【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で使用されているＥＣＵにおけるＶＶＴ制御の処理手順を示すメインルーチンである。
【図３】  図３は図２における目標進角値算出の処理手順を示すサブルーチンである。
【図４】  図４は図３における冷間時のＶＶＴの目標進角値を機関回転数と冷却水温とをパラメータとして算出するマップである。
【図５】  図５は図２における目標進角値算出の処理手順の変形例を示すサブルーチンである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１１  クランクシャフト（駆動軸）
１２  チェーン
１３  チェーンスプロケット
１５  カムシャフト（従動軸）
２１  クランクポジションセンサ
２２  カムポジションセンサ
３０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
４０  スプールバルブ
４１  リニアソレノイド
５０  ＶＶＴ（可変バルブタイミング制御機構）
【図１】
0003956073.tif 000002
【図２】
0003956073.tif 000003
【図３】
0003956073.tif 000004
【図４】
0003956073.tif 000005
【図５】
0003956073.tif 000006