JP3837819B2 - 内燃機関用バルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【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いずれか一方の開閉タイミング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、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、アクセルペダル操作量とスロットルバルブの開度との関係を変更して解消す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、そのバルブタイミング制御機構による制御量を所定以下にガードまたは制御を禁止している。このような制御では、バルブタイミング制御機構を備えた内燃機関におけるエミッション・燃費等の向上に対する有効性を最大限に引出すことができ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、バルブタイミング制御機構によるエミッション・燃費等の向上を図った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。更に、バルブタイミング制御機構の応答性能に応じて急加速を抑制して失火域への突入を防止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、スロットル開度変更時にバルブタイミングが変更される場合、応答性能推定手段で推定されたバルブタイミング制御機構の応答性能に基づき、スロットル開度制御手段で制御されるアクセルペダ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バルブの開度がスロットル開度補正手段にて補正される。これにより、油温が低くバルブタイミング制御機構の応答性能が低下しているときには、その応答性能に基づきスロットルバルブの開度が補正され制御されるため、バルブタイミング制御機構の有効性が最大限に引出されエミッション・燃費等の向上が図られる。更に、バルブタイミング制御機構の応答性能が低下しているときには、急加速が抑制されることで失火域への突入が防止されるという効果が得られる。
【０００６】
請求項２の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、応答性能推定手段でバルブタイミング制御機構の応答性能が油温検出手段で検出された直接的または間接的な作動油の油温に基づき推定され、更に、その推定された応答性能が応答性能補正手段で機関回転速度にて補正されるため、バルブタイミング制御機構の応答性能を内燃機関の運転状態に応じて正確に知ることができるという効果が得られる。
【０００７】
請求項３の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、油温検出手段で内燃機関の現在の冷却水温、始動時の冷却水温、始動後経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数のうち少なくとも１つに基づき油温が間接的に検出、即ち、内燃機関の運転状態における冷却水温の遷移状態、内燃機関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ため、油温センサが不要となるという効果が得られる。
【０００８】
請求項４の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、バルブタイミング制御機構の応答性能からスロットル開度制御手段でスロットルバルブの開度を制御する際のスロットル制御時定数が算出され、そのスロットル制御時定数を用いてスロットル開度補正手段でスロットルバルブの開度が補正される。即ち、スロットルバルブの開度補正としてバルブタイミング制御機構の応答速度に基づきスロットルバルブの開度の制御時のスロットル制御時定数が算出され、そのスロットル制御時定数によりバルブタイミング制御機構の応答性能に対応させスロットルバルブの操作速度が平滑化されているため、バルブタイミング制御機構の有効性と相まって急加速が抑制されるという効果が得られる。
【０００９】
請求項５の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、スロットル開度補正手段でバルブタイミング制御機構の応答性能が低下しており、かつ内燃機関の運転状態が急激に減速側へ移行したと判断されたときには、アクセルペダル操作量に基づきバルブタイミング制御機構の遅角側制御が行われると共に、スロットル閉制御手段でアクセルペダル操作量に対して所定時間遅らせスロットルバルブが閉制御される。これにより、バルブタイミング制御機構の急激な遅角操作に対してバルブタイミング制御機構の遅れによる内部ＥＧＲ（燃焼室内の残留ガス）の増大に起因する内燃機関の失火を防止することができるという効果が得られる。
【００１０】
【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。
【００１１】
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を適用し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。
【００１２】
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はアクセルペダ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はスロットルバルブ１４のスロットル開度を指示される目標スロットル開度に一致させるように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:電子制御装置）である。
【００１３】
次に、ＥＣＵ２０の電気的構成について図２を参照して説明する。
【００１４】
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からの吸入空気量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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
ステップＳ２００では、内燃機関１の運転状態によりＶＶＴ１０の応答性能の推定処理が実行される。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、ステップＳ２００で推定されたＶＶＴ１０の応答性能に適合すべくスロットルバルブ１４のスロットル開度を補正するためのスロットル補正ゲインの演算処理が実行される。次にステップＳ５００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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３のステップＳ２００におけるＶＶＴ応答性能推定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き、図５のＶＶＴ応答特性図を参照して説明する。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。
【００２０】
図４において、まず、ステップＳ２０１でＶＶＴ１０の作動油の油温ＴＨＯが読込まれる。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に対してＶＶＴ１０が進角側へ変位するときの応答速度ＡＲＢＡＳがテーブルから算出される。この油温ＴＨＯと応答速度ＡＲＢＡＳとの関係を表すテーブルは後述のように予め油温ＴＨＯの影響を受けるＶＶＴ応答速度を考慮して実験等により求められた最適値である。次にステップＳ２０３に移行して、同様に、ステップＳ２０１で読込まれた油温ＴＨＯに対してＶＶＴ１０が遅角側へ変位するときの応答速度ＲＲＢＡＳがテーブルから算出される。なお、ＶＶＴ応答速度は同じ油温ＴＨＯに対して進角側と遅角側とではＶＶＴ応答特性が異なるため各々のテーブルが用意されている。
【００２１】
ここで、図５（ａ）に示すように、ＯＣＶ９に出力されるＯＣＶＤuty 制御値ＤＯＣＶを０％から１００％に変化させたときの目標相対回転角ＶＴＴ〔°ＣＡ〕に追従して遷移する相対回転角ＶＴ〔°ＣＡ〕の傾き（Ａ／Ｂ）をＶＶＴ応答速度〔°ＣＡ／ｓｅｃ〕とすると、進角側及び遅角側のＶＶＴ応答速度は油温〔℃〕に対応して図５（ｂ）に示すような特性にて遷移する。
【００２２】
次に、本実施例ではＶＶＴ１０の作動油のオイルポンプ１２は内燃機関１の駆動部に連動しているために機関回転速度ＮＥに比例した吐出量でありＶＶＴ１０の駆動に同じ作動油を用いているため影響を受けることとなり、ステップＳ２０４で機関回転速度ＮＥに対する速度補正係数ＦＮＥがテーブルから算出される。この機関回転速度ＮＥと速度補正係数ＦＮＥとの関係を表すテーブルは予めポンプ特性から計算・実験等により求められた最適値である。
【００２３】
次にステップＳ２０５に移行して、ステップＳ２０２で算出された進角側応答速度ＡＲＢＡＳに速度補正係数ＦＮＥが乗算され最終的な進角側応答速度ＡＲＰＮＳが算出される。次にステップＳ２０６に移行して、ステップＳ２０３で算出された遅角側応答速度ＲＲＢＡＳに速度補正係数ＦＮＥが乗算され最終的な遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが算出され、本ルーチンを終了する。
【００２４】
本実施例では、吸気側のみにＶＶＴ１０による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６に示すように、ＴＤＣ(Top Dead Center：上死点）に対して排気バルブ３４のバルブタイミングが固定され、フレキシブルに吸気バルブのバルブタイミングを進角／遅角させることでオーバラップ量が制御されている。
【００２５】
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７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。
【００２６】
図７において、ステップＳ３０１で機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＱＡ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速度ＮＥと吸入空気量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。
【００２７】
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（実相対回転角とも記す）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。
【００２８】
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８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〕が増加される。
【００２９】
次に、図３のステップＳ４００におけるスロットル補正ゲイン演算処理ルーチンの詳細について、図９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８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。
【００３０】
図９において、ステップＳ４０１で、図７のステップＳ３０５で算出された微分値ＤＬＶＴが読込まれる。次にステップＳ４０２に移行して、微分値ＤＬＶＴが０以上であるかが判定される。微分値ＤＬＶＴが０以上であるときには、相対回転角ＶＴの進角側への変位が指示されているとしてステップＳ４０３に移行し、図４のステップＳ２０５で内燃機関１の運転状態から推定され算出された進角側応答速度ＡＲＰＮＳが読込まれる。次にステップＳ４０４に移行して、ステップＳ４０３で読込まれた進角側応答速度ＡＲＰＮＳに基づきテーブルから進角側制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０４で用いるテーブルにはＶＶＴ１０の応答性能に適合してスロットルバルブ１４の操作速度を制御するための進角側応答速度ＡＲＰＮＳに対応するスロットル制御時定数Ｔが予め計算・実験等により求められ設定されている。
【００３１】
一方、ステップＳ４０２の判定条件が成立せず、微分値ＤＬＶＴが０未満であるときには、相対回転角ＶＴの遅角側への変位が指示されているとしてステップＳ４０５に移行し、図４のステップＳ２０６で内燃機関１の運転状態から推定され算出された遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが読込まれる。次にステップＳ４０６に移行して、ステップＳ４０５で読込まれた遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに基づきテーブルから遅角側制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０６で用いるテーブルにはＶＶＴ１０の応答性能に適合してスロットルバルブ１４の操作速度を制御するための遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに対応するスロットル制御時定数Ｔが予め計算・実験等により求められ設定されている。
【００３２】
次に、図３のステップＳ５００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１０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８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。
【００３３】
図１０において、ステップＳ５０１でアクセル開度ＡＰが読込まれる。次にステップＳ５０２に移行して、ステップＳ５０１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(Drivability）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Ｓ５０３に移行して、目標スロットル開度ＴＴＡに伝達関数のモデル｛１／（１＋Ｔ・Ｓ）｝を介してゲイン補正を行い最終的な出力スロットル開度ＴＡＥＸが算出される。なお、モデル中のＴは図９のステップＳ４０４またはステップＳ４０６で求めたスロットル制御時定数である。
【００３４】
次にステップＳ５０４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Ｓ５０５に移行して、ステップＳ５０４で読込まれた現在のスロットル開度ＴＡがステップＳ５０３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Ｓ５０６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。
【００３５】
一方、ステップＳ５０５の判定条件が成立しないときには、ステップＳ５０７に移行し、ステップＳ５０４で読込まれた現在のスロットル開度ＴＡがステップＳ５０３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Ｓ５０８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Ｓ５０７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Ｓ５０９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。
【００３６】
次に、本実施例の作用について、図１１のタイムチャートを用いて説明する。なお、本タイムチャートでは説明の都合上、ＶＶＴ１０の進角側への制御のみについて述べる。
【００３７】
ＶＶＴ１０を作動するための油温ＴＨＯに基づき、ＶＶＴ１０が追従可能な進角側応答速度ＡＲＰＮＳが求められる。次に、進角側応答速度ＡＲＰＮＳより速いスロットルバルブ１４の加速／減速により失火等の不具合が発生しないよう、適合するスロットル制御時定数Ｔが算出され、このスロットル制御時定数Ｔによりスロットル制御速度、即ち、出力スロットル開度ＴＡＥＸが補正されることで、そのときの油温ＴＨＯにより決定されるＶＶＴ応答速度に対応した目標相対回転角ＶＴＴが設定されるため、目標相対回転角ＶＴＴと現在の相対回転角ＶＴとの偏差である相対回転角偏差ＥＲＶＴを小さく抑えることができる。これにより、燃料系や点火系制御における内燃機関１のバルブタイミングの追従性が良好となり、ドライバビリティやエミッション等が向上される。
【００３８】
更に、上述の実施例では、減速域またはＶＶＴ１０の遅角域においても、スロットル制御時定数ＴによりＶＶＴ１０の応答性能に適合させスロットルバルブ１４の操作速度を平滑化しているが、図１２にタイムチャートを示すように、アクセル操作量としてのアクセル開度ＡＰの閉側へのアクセル開度微分値ＤＬＡＰが所定値γ以上となったときには、アクセル開度ＡＰに基づき予めＶＶＴ１０を遅角側へ操作し所定期間ディレイ（遅延）したのちスロットルバルブ１４を閉側に制御することにより、ＶＶＴ１０の急激な遅角操作に対してＶＶＴ１０の遅れによる内部ＥＧＲの増大に起因する内燃機関１の失火を防止することができる。
【００３９】
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、カムシャフト３３を所定角度範囲内で相対回転自在なＶＶＴ１０と、クランクシャフト３１の回転角θ1 を検出する駆動軸回転角検出手段としてのクランク角センサ２と、カムシャフト３３の回転角θ2 を検出する従動軸回転角検出手段としてのカム角センサ４と、クランク角センサ２で検出されたクランクシャフト３１の回転角θ1 に対するカム角センサ４で検出されたカムシャフト３３の回転角θ2 の位相差、即ち、カムシャフト３３の相対回転角ＶＴを算出するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される相対回転角演算手段と、内燃機関１の運転状態に応じてクランクシャフト３１の回転角θ1 とカムシャフト３３の回転角θ2 との目標とする位相差である目標相対回転角ＶＴＴを算出するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される目標相対回転角演算手段と、前記相対回転角演算手段で算出された相対回転角ＶＴと前記目標相対回転角演算手段で算出された目標相対回転角ＶＴＴとの偏差ＥＲＶＴに応じて制御回転角を算出し、ＶＶＴ１０によりカムシャフト３３を相対回転するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される相対回転角制御手段と、各種情報に基づきアクセルペダ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への吸気量を調節するスロットルバルブ１４の開度を制御するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度制御手段と、ＶＶＴ１０の応答性能を推定するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される応答性能推定手段と、前記応答性能推定手段で推定された応答性能に基づき前記スロットル開度制御手段で制御されるスロットルバルブ１４の開度を補正するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段とを具備するものである。
【００４０】
したがって、応答性能推定手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１で推定されたＶＶＴ１０の応答性能に基づき、スロットル開度制御手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１で制御されるアクセルペダ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への吸気量を調節するスロットルバルブ１４の開度がスロットル開度補正手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて補正される。これにより、油温が低くＶＶＴ１０の応答性能が低下しているときには、その応答性能に基づきスロットルバルブ１４の開度が補正され制御されるため、ＶＶＴ１０の有効性が最大限に引出されエミッション・燃費等の向上が図られる。更に、ＶＶＴ１０の応答性能が低下しているときには、急加速が抑制されることで失火域への突入が防止される。
【００４１】
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、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される応答性能推定手段が、ＶＶＴ１０の作動油の油温ＴＨＯを直接的に油温検出手段としての油温センサ７で検出された油温ＴＨＯに基づきＶＶＴ１０の応答性能を推定し、その推定された応答性能を内燃機関１の機関回転速度ＮＥで補正する応答性能補正手段とを含むものである。即ち、ＶＶＴ１０の応答性能として具体的には、図４に示すように、作動油の油温ＴＨＯに基づき進角側応答速度ＡＲＢＡＳ、遅角側応答速度ＲＲＢＡＳが算出され、更に、機関回転速度ＮＥで補正され進角側応答速度ＡＲＰＮＳ、遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが求められるため、ＶＶＴ１０の応答性能を内燃機関１の運転状態に応じて正確に知ることができる。
【００４２】
そして、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段がＶＶＴ１０の応答性能からＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度制御手段でスロットルバルブ１４の開度を制御する際のスロットル制御時定数Ｔを算出し、そのスロットル制御時定数Ｔを用いてスロットルバルブ１４の開度を補正するものである。即ち、スロットルバルブ１４の開度補正として具体的には、図９に示すように、微分値ＤＬＶＴの正負、ＶＶＴ１０の進角側応答速度ＡＲＰＮＳ、遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに基づきスロットルバルブ１４の開度の制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、図１０に示すように、そのスロットル制御時定数ＴによりＶＶＴ１０の応答性能に適合させスロットルバルブ１４の操作速度が平滑化されているため、ＶＶＴ１０の有効性と相まって急加速が抑制される。
【００４３】
更に、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段がＶＶＴ１０の応答性能が低下しており、かつ内燃機関１の運転状態が急激に減速側へ移行したと判断したときには、アクセルペダル操作量としてのアクセル開度ＡＰに基づきＶＶＴ１０の遅角側制御を行うと共に、アクセル開度ＡＰに対して所定時間遅らせスロットルバルブ１４を閉制御するスロットル閉制御手段を含むものである。即ち、アクセルペダル操作量として具体的には、図１２に示すように、アクセル開度ＡＰの閉側へのアクセル開度微分値ＤＬＡＰが所定値γ以上となったときには、アクセル開度ＡＰに基づき予めＶＶＴ１０を遅角側へ操作し所定期間ディレイしたのちスロットルバルブ１４が閉側に制御されるため、ＶＶＴ１０の急激な遅角操作に対してＶＶＴ１０の遅れによる内部ＥＧＲの増大に起因する内燃機関１の失火を防止することができる。
【００４４】
ところで、上記実施例では、ＶＶＴ応答性能推定において、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、経過時間等から推定してもよい。
【００４５】
このような内燃機関用バルブタイミング制御装置は、油温検出手段が内燃機関１の現在の冷却水温、始動時の冷却水温、始動後経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数のうち少なくとも１つに基づき油温ＴＨＯを間接的に検出するものである。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ため、上述の実施例におけるような油温センサ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を適用し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ＶＶＴ応答性能推定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ＶＶＴ応答特性図である。
【図６】 図６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７】 図７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８】 図８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９】 図９は図３におけるスロットル補正ゲイン演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０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１１】 図１１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説明するタイムチャートである。
【図１２】 図１２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変形例の作用を説明する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
９ ＯＣＶ（油圧制御バルブ）
１０ ＶＶＴ（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（電子制御装置）
３１ クランクシャフト（駆動軸）
３３ カムシャフト（従動軸）
【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いずれか一方の開閉タイミング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、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、アクセルペダル操作量とスロットルバルブの開度との関係を変更して解消す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、そのバルブタイミング制御機構による制御量を所定以下にガードまたは制御を禁止している。このような制御では、バルブタイミング制御機構を備えた内燃機関におけるエミッション・燃費等の向上に対する有効性を最大限に引出すことができ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、バルブタイミング制御機構によるエミッション・燃費等の向上を図った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。更に、バルブタイミング制御機構の応答性能に応じて急加速を抑制して失火域への突入を防止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、スロットル開度変更時にバルブタイミングが変更される場合、応答性能推定手段で推定されたバルブタイミング制御機構の応答性能に基づき、スロットル開度制御手段で制御されるアクセルペダ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バルブの開度がスロットル開度補正手段にて補正される。これにより、油温が低くバルブタイミング制御機構の応答性能が低下しているときには、その応答性能に基づきスロットルバルブの開度が補正され制御されるため、バルブタイミング制御機構の有効性が最大限に引出されエミッション・燃費等の向上が図られる。更に、バルブタイミング制御機構の応答性能が低下しているときには、急加速が抑制されることで失火域への突入が防止されるという効果が得られる。
【０００６】
請求項２の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、応答性能推定手段でバルブタイミング制御機構の応答性能が油温検出手段で検出された直接的または間接的な作動油の油温に基づき推定され、更に、その推定された応答性能が応答性能補正手段で機関回転速度にて補正されるため、バルブタイミング制御機構の応答性能を内燃機関の運転状態に応じて正確に知ることができるという効果が得られる。
【０００７】
請求項３の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、油温検出手段で内燃機関の現在の冷却水温、始動時の冷却水温、始動後経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数のうち少なくとも１つに基づき油温が間接的に検出、即ち、内燃機関の運転状態における冷却水温の遷移状態、内燃機関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ため、油温センサが不要となるという効果が得られる。
【０００８】
請求項４の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、バルブタイミング制御機構の応答性能からスロットル開度制御手段でスロットルバルブの開度を制御する際のスロットル制御時定数が算出され、そのスロットル制御時定数を用いてスロットル開度補正手段でスロットルバルブの開度が補正される。即ち、スロットルバルブの開度補正としてバルブタイミング制御機構の応答速度に基づきスロットルバルブの開度の制御時のスロットル制御時定数が算出され、そのスロットル制御時定数によりバルブタイミング制御機構の応答性能に対応させスロットルバルブの操作速度が平滑化されているため、バルブタイミング制御機構の有効性と相まって急加速が抑制されるという効果が得られる。
【０００９】
請求項５の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、スロットル開度補正手段でバルブタイミング制御機構の応答性能が低下しており、かつ内燃機関の運転状態が急激に減速側へ移行したと判断されたときには、アクセルペダル操作量に基づきバルブタイミング制御機構の遅角側制御が行われると共に、スロットル閉制御手段でアクセルペダル操作量に対して所定時間遅らせスロットルバルブが閉制御される。これにより、バルブタイミング制御機構の急激な遅角操作に対してバルブタイミング制御機構の遅れによる内部ＥＧＲ（燃焼室内の残留ガス）の増大に起因する内燃機関の失火を防止することができるという効果が得られる。
【００１０】
【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。
【００１１】
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を適用し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。
【００１２】
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はアクセルペダ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はスロットルバルブ１４のスロットル開度を指示される目標スロットル開度に一致させるように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:電子制御装置）である。
【００１３】
次に、ＥＣＵ２０の電気的構成について図２を参照して説明する。
【００１４】
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からの吸入空気量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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
ステップＳ２００では、内燃機関１の運転状態によりＶＶＴ１０の応答性能の推定処理が実行される。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、ステップＳ２００で推定されたＶＶＴ１０の応答性能に適合すべくスロットルバルブ１４のスロットル開度を補正するためのスロットル補正ゲインの演算処理が実行される。次にステップＳ５００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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３のステップＳ２００におけるＶＶＴ応答性能推定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き、図５のＶＶＴ応答特性図を参照して説明する。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。
【００２０】
図４において、まず、ステップＳ２０１でＶＶＴ１０の作動油の油温ＴＨＯが読込まれる。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に対してＶＶＴ１０が進角側へ変位するときの応答速度ＡＲＢＡＳがテーブルから算出される。この油温ＴＨＯと応答速度ＡＲＢＡＳとの関係を表すテーブルは後述のように予め油温ＴＨＯの影響を受けるＶＶＴ応答速度を考慮して実験等により求められた最適値である。次にステップＳ２０３に移行して、同様に、ステップＳ２０１で読込まれた油温ＴＨＯに対してＶＶＴ１０が遅角側へ変位するときの応答速度ＲＲＢＡＳがテーブルから算出される。なお、ＶＶＴ応答速度は同じ油温ＴＨＯに対して進角側と遅角側とではＶＶＴ応答特性が異なるため各々のテーブルが用意されている。
【００２１】
ここで、図５（ａ）に示すように、ＯＣＶ９に出力されるＯＣＶＤuty 制御値ＤＯＣＶを０％から１００％に変化させたときの目標相対回転角ＶＴＴ〔°ＣＡ〕に追従して遷移する相対回転角ＶＴ〔°ＣＡ〕の傾き（Ａ／Ｂ）をＶＶＴ応答速度〔°ＣＡ／ｓｅｃ〕とすると、進角側及び遅角側のＶＶＴ応答速度は油温〔℃〕に対応して図５（ｂ）に示すような特性にて遷移する。
【００２２】
次に、本実施例ではＶＶＴ１０の作動油のオイルポンプ１２は内燃機関１の駆動部に連動しているために機関回転速度ＮＥに比例した吐出量でありＶＶＴ１０の駆動に同じ作動油を用いているため影響を受けることとなり、ステップＳ２０４で機関回転速度ＮＥに対する速度補正係数ＦＮＥがテーブルから算出される。この機関回転速度ＮＥと速度補正係数ＦＮＥとの関係を表すテーブルは予めポンプ特性から計算・実験等により求められた最適値である。
【００２３】
次にステップＳ２０５に移行して、ステップＳ２０２で算出された進角側応答速度ＡＲＢＡＳに速度補正係数ＦＮＥが乗算され最終的な進角側応答速度ＡＲＰＮＳが算出される。次にステップＳ２０６に移行して、ステップＳ２０３で算出された遅角側応答速度ＲＲＢＡＳに速度補正係数ＦＮＥが乗算され最終的な遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが算出され、本ルーチンを終了する。
【００２４】
本実施例では、吸気側のみにＶＶＴ１０による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６に示すように、ＴＤＣ(Top Dead Center：上死点）に対して排気バルブ３４のバルブタイミングが固定され、フレキシブルに吸気バルブのバルブタイミングを進角／遅角させることでオーバラップ量が制御されている。
【００２５】
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７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。
【００２６】
図７において、ステップＳ３０１で機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＱＡ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速度ＮＥと吸入空気量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。
【００２７】
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（実相対回転角とも記す）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。
【００２８】
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８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〕が増加される。
【００２９】
次に、図３のステップＳ４００におけるスロットル補正ゲイン演算処理ルーチンの詳細について、図９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８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。
【００３０】
図９において、ステップＳ４０１で、図７のステップＳ３０５で算出された微分値ＤＬＶＴが読込まれる。次にステップＳ４０２に移行して、微分値ＤＬＶＴが０以上であるかが判定される。微分値ＤＬＶＴが０以上であるときには、相対回転角ＶＴの進角側への変位が指示されているとしてステップＳ４０３に移行し、図４のステップＳ２０５で内燃機関１の運転状態から推定され算出された進角側応答速度ＡＲＰＮＳが読込まれる。次にステップＳ４０４に移行して、ステップＳ４０３で読込まれた進角側応答速度ＡＲＰＮＳに基づきテーブルから進角側制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０４で用いるテーブルにはＶＶＴ１０の応答性能に適合してスロットルバルブ１４の操作速度を制御するための進角側応答速度ＡＲＰＮＳに対応するスロットル制御時定数Ｔが予め計算・実験等により求められ設定されている。
【００３１】
一方、ステップＳ４０２の判定条件が成立せず、微分値ＤＬＶＴが０未満であるときには、相対回転角ＶＴの遅角側への変位が指示されているとしてステップＳ４０５に移行し、図４のステップＳ２０６で内燃機関１の運転状態から推定され算出された遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが読込まれる。次にステップＳ４０６に移行して、ステップＳ４０５で読込まれた遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに基づきテーブルから遅角側制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０６で用いるテーブルにはＶＶＴ１０の応答性能に適合してスロットルバルブ１４の操作速度を制御するための遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに対応するスロットル制御時定数Ｔが予め計算・実験等により求められ設定されている。
【００３２】
次に、図３のステップＳ５００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１０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８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて繰返し実行される。
【００３３】
図１０において、ステップＳ５０１でアクセル開度ＡＰが読込まれる。次にステップＳ５０２に移行して、ステップＳ５０１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(Drivability）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Ｓ５０３に移行して、目標スロットル開度ＴＴＡに伝達関数のモデル｛１／（１＋Ｔ・Ｓ）｝を介してゲイン補正を行い最終的な出力スロットル開度ＴＡＥＸが算出される。なお、モデル中のＴは図９のステップＳ４０４またはステップＳ４０６で求めたスロットル制御時定数である。
【００３４】
次にステップＳ５０４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Ｓ５０５に移行して、ステップＳ５０４で読込まれた現在のスロットル開度ＴＡがステップＳ５０３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Ｓ５０６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。
【００３５】
一方、ステップＳ５０５の判定条件が成立しないときには、ステップＳ５０７に移行し、ステップＳ５０４で読込まれた現在のスロットル開度ＴＡがステップＳ５０３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Ｓ５０８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Ｓ５０７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Ｓ５０９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。
【００３６】
次に、本実施例の作用について、図１１のタイムチャートを用いて説明する。なお、本タイムチャートでは説明の都合上、ＶＶＴ１０の進角側への制御のみについて述べる。
【００３７】
ＶＶＴ１０を作動するための油温ＴＨＯに基づき、ＶＶＴ１０が追従可能な進角側応答速度ＡＲＰＮＳが求められる。次に、進角側応答速度ＡＲＰＮＳより速いスロットルバルブ１４の加速／減速により失火等の不具合が発生しないよう、適合するスロットル制御時定数Ｔが算出され、このスロットル制御時定数Ｔによりスロットル制御速度、即ち、出力スロットル開度ＴＡＥＸが補正されることで、そのときの油温ＴＨＯにより決定されるＶＶＴ応答速度に対応した目標相対回転角ＶＴＴが設定されるため、目標相対回転角ＶＴＴと現在の相対回転角ＶＴとの偏差である相対回転角偏差ＥＲＶＴを小さく抑えることができる。これにより、燃料系や点火系制御における内燃機関１のバルブタイミングの追従性が良好となり、ドライバビリティやエミッション等が向上される。
【００３８】
更に、上述の実施例では、減速域またはＶＶＴ１０の遅角域においても、スロットル制御時定数ＴによりＶＶＴ１０の応答性能に適合させスロットルバルブ１４の操作速度を平滑化しているが、図１２にタイムチャートを示すように、アクセル操作量としてのアクセル開度ＡＰの閉側へのアクセル開度微分値ＤＬＡＰが所定値γ以上となったときには、アクセル開度ＡＰに基づき予めＶＶＴ１０を遅角側へ操作し所定期間ディレイ（遅延）したのちスロットルバルブ１４を閉側に制御することにより、ＶＶＴ１０の急激な遅角操作に対してＶＶＴ１０の遅れによる内部ＥＧＲの増大に起因する内燃機関１の失火を防止することができる。
【００３９】
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、カムシャフト３３を所定角度範囲内で相対回転自在なＶＶＴ１０と、クランクシャフト３１の回転角θ1 を検出する駆動軸回転角検出手段としてのクランク角センサ２と、カムシャフト３３の回転角θ2 を検出する従動軸回転角検出手段としてのカム角センサ４と、クランク角センサ２で検出されたクランクシャフト３１の回転角θ1 に対するカム角センサ４で検出されたカムシャフト３３の回転角θ2 の位相差、即ち、カムシャフト３３の相対回転角ＶＴを算出するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される相対回転角演算手段と、内燃機関１の運転状態に応じてクランクシャフト３１の回転角θ1 とカムシャフト３３の回転角θ2 との目標とする位相差である目標相対回転角ＶＴＴを算出するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される目標相対回転角演算手段と、前記相対回転角演算手段で算出された相対回転角ＶＴと前記目標相対回転角演算手段で算出された目標相対回転角ＶＴＴとの偏差ＥＲＶＴに応じて制御回転角を算出し、ＶＶＴ１０によりカムシャフト３３を相対回転するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される相対回転角制御手段と、各種情報に基づきアクセルペダ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への吸気量を調節するスロットルバルブ１４の開度を制御するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度制御手段と、ＶＶＴ１０の応答性能を推定するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される応答性能推定手段と、前記応答性能推定手段で推定された応答性能に基づき前記スロットル開度制御手段で制御されるスロットルバルブ１４の開度を補正するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段とを具備するものである。
【００４０】
したがって、応答性能推定手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１で推定されたＶＶＴ１０の応答性能に基づき、スロットル開度制御手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１で制御されるアクセルペダ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への吸気量を調節するスロットルバルブ１４の開度がスロットル開度補正手段を達成するＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて補正される。これにより、油温が低くＶＶＴ１０の応答性能が低下しているときには、その応答性能に基づきスロットルバルブ１４の開度が補正され制御されるため、ＶＶＴ１０の有効性が最大限に引出されエミッション・燃費等の向上が図られる。更に、ＶＶＴ１０の応答性能が低下しているときには、急加速が抑制されることで失火域への突入が防止される。
【００４１】
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、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成される応答性能推定手段が、ＶＶＴ１０の作動油の油温ＴＨＯを直接的に油温検出手段としての油温センサ７で検出された油温ＴＨＯに基づきＶＶＴ１０の応答性能を推定し、その推定された応答性能を内燃機関１の機関回転速度ＮＥで補正する応答性能補正手段とを含むものである。即ち、ＶＶＴ１０の応答性能として具体的には、図４に示すように、作動油の油温ＴＨＯに基づき進角側応答速度ＡＲＢＡＳ、遅角側応答速度ＲＲＢＡＳが算出され、更に、機関回転速度ＮＥで補正され進角側応答速度ＡＲＰＮＳ、遅角側応答速度ＲＲＰＮＳが求められるため、ＶＶＴ１０の応答性能を内燃機関１の運転状態に応じて正確に知ることができる。
【００４２】
そして、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段がＶＶＴ１０の応答性能からＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度制御手段でスロットルバルブ１４の開度を制御する際のスロットル制御時定数Ｔを算出し、そのスロットル制御時定数Ｔを用いてスロットルバルブ１４の開度を補正するものである。即ち、スロットルバルブ１４の開度補正として具体的には、図９に示すように、微分値ＤＬＶＴの正負、ＶＶＴ１０の進角側応答速度ＡＲＰＮＳ、遅角側応答速度ＲＲＰＮＳに基づきスロットルバルブ１４の開度の制御時のスロットル制御時定数Ｔが算出され、図１０に示すように、そのスロットル制御時定数ＴによりＶＶＴ１０の応答性能に適合させスロットルバルブ１４の操作速度が平滑化されているため、ＶＶＴ１０の有効性と相まって急加速が抑制される。
【００４３】
更に、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１にて達成されるスロットル開度補正手段がＶＶＴ１０の応答性能が低下しており、かつ内燃機関１の運転状態が急激に減速側へ移行したと判断したときには、アクセルペダル操作量としてのアクセル開度ＡＰに基づきＶＶＴ１０の遅角側制御を行うと共に、アクセル開度ＡＰに対して所定時間遅らせスロットルバルブ１４を閉制御するスロットル閉制御手段を含むものである。即ち、アクセルペダル操作量として具体的には、図１２に示すように、アクセル開度ＡＰの閉側へのアクセル開度微分値ＤＬＡＰが所定値γ以上となったときには、アクセル開度ＡＰに基づき予めＶＶＴ１０を遅角側へ操作し所定期間ディレイしたのちスロットルバルブ１４が閉側に制御されるため、ＶＶＴ１０の急激な遅角操作に対してＶＶＴ１０の遅れによる内部ＥＧＲの増大に起因する内燃機関１の失火を防止することができる。
【００４４】
ところで、上記実施例では、ＶＶＴ応答性能推定において、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、経過時間等から推定してもよい。
【００４５】
このような内燃機関用バルブタイミング制御装置は、油温検出手段が内燃機関１の現在の冷却水温、始動時の冷却水温、始動後経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数のうち少なくとも１つに基づき油温ＴＨＯを間接的に検出するものである。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ため、上述の実施例におけるような油温センサ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を適用し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ＶＶＴ応答性能推定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ＶＶＴ応答特性図である。
【図６】 図６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７】 図７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８】 図８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９】 図９は図３におけるスロットル補正ゲイン演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０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１１】 図１１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説明するタイムチャートである。
【図１２】 図１２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変形例の作用を説明する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
９ ＯＣＶ（油圧制御バルブ）
１０ ＶＶＴ（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（電子制御装置）
３１ クランクシャフト（駆動軸）
３３ カムシャフト（従動軸）
Claims (5)
- 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いず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、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方を所定角度範囲内で相対回転自在なバルブタイミング制御機構と、前記駆動軸の回転角を検出する駆動軸回転角検出手段と、前記従動軸の回転角を検出する従動軸回転角検出手段と、前記駆動軸回転角検出手段で検出された前記駆動軸の回転角と前記従動軸回転角検出手段で検出された前記従動軸の回転角との位相差である相対回転角を算出する相対回転角演算手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記駆動軸の回転角と前記従動軸の回転角との目標とする位相差である目標相対回転角を算出する目標相対回転角演算手段と、前記相対回転角演算手段で算出された前記相対回転角と前記目標相対回転角演算手段で算出された前記目標相対回転角との偏差に応じて制御回転角を算出し、前記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する相対回転角制御手段と、各種情報に基づきアクセルペダ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開度制御手段と、前記バルブタイミング制御機構の応答性能を推定する応答性能推定手段と、スロットル開度変更時に、前記応答性能推定手段で推定された応答性能に基づき前記スロットル開度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開度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。
- 前記応答性能推定手段は、前記バルブタイミング制御機構の作動油の油温を直接的または間接的に油温検出手段で検出された油温に基づき前記バルブタイミング制御機構の応答性能を推定し、その推定された応答性能を前記内燃機関の機関回転速度で補正する応答性能補正手段とを含む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。
- 前記油温検出手段は、前記内燃機関の現在の冷却水温、始動時の冷却水温、始動後経過時間、始動後点火回数、始動後燃料噴射回数のうち少なくとも１つに基づき油温を間接的に検出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装置。
- 前記スロットル開度補正手段は、前記バルブタイミング制御機構の応答性能から前記スロットル開度制御手段で前記スロットルバルブの開度を制御する際の時定数を算出し、前記時定数を用いて前記スロットルバルブの開度を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。
- 前記スロットル開度補正手段は、前記バルブタイミング制御機構の応答性能が低下しており、かつ前記内燃機関の運転状態が急激に減速側へ移行したと判断したときには、前記アクセルペダル操作量に基づき前記バルブタイミング制御機構の遅角側制御を行うと共に、前記アクセルペダル操作量に対して所定時間遅らせ前記スロットルバルブを閉制御するスロットル閉制御手段を含む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。
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