JP4096786B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関の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】
周知のように、車載等の内燃機関に搭載される装置として、機関バルブである吸気・排気バルブの開閉時期、すなわちバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構が実用されている。そして可変バルブタイミング機構としては、機関出力軸であるクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を、そしてひいてはそのカムシャフトに配設されたカムのクランクシャフトに対する相対回転位相を可変とする機構が広く採用されている。
【０００３】
従来、そうした可変バルブタイミング機構付き内燃機関のバルブタイミング制御装置として、内燃機関を始動させるとき、或いは停止させるときの吸気バルブの閉時期を圧縮行程中まで遅角させるものが提案されている（特許文献１）。この制御装置では、そうした吸気バルブ閉時期の遅角を通じて実圧縮比を低下させ、圧縮行程中の筒内ガスの圧縮に応じて発生する圧縮反力を低減することで、内燃機関の始動時、停止時の機関振動の抑制を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４９１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のクランクシャフトには、その回転に対する反力として、上記圧縮反力に加え、機関バルブを開く際のカムの駆動反力が作用する。それら圧縮反力及びカムの駆動反力の発生時期が互いに重複すると、たとえ圧縮反力、カムの駆動反力の各々はさほど大きくなくても、クランクシャフトに大きい回転反力が作用するようになり、内燃機関の始動や停止に際して、次のような不都合が生じることとなる。
【０００６】
例えば機関始動に際しては、上記回転反力が増大すれば、クランクシャフトを回転させるために、スタータモータに要求されるトルクが大きくなる。そのため、スタータモータの大型化や電力消費量の増大といった不具合が生じる。
【０００７】
また機関始動時、停止時のいずれにおいても、圧縮反力の発生時期とカム駆動反力の発生時期との重複により、回転反力の変動量が増大して、機関回転速度の変動が大きくなり、機関振動の増大を招いてしまう。
【０００８】
なお停車、発車などの車両の走行状況に応じて、内燃機関を自動的に停止、再始動させる自動停止・始動制御が行われる場合には、機関始動や機関停止の頻度が高くなることから、上記のような不都合の影響がより顕著になる。またそうした場合には、運転者の意志に依らず、内燃機関が停止、始動されるため、上記のような機関振動の増大が、運転者等により大きい違和感を与えることとなる。
【０００９】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の始動時や停止時の内燃機関の回転反力をより効果的に低減することのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記内燃機関を始動させるときにその機関出力軸を回転させる電動機の出力が低下した状態にあるか否かを判断する判断手段と、その判断手段によって前記電動機の出力が低下した状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を始動させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備えることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成では、電動機の出力が低下した状態にあるときには、カムの駆動反力がピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相のずれ量が大きくされ、それら両反力の重複による始動中の機関出力軸の回転反力のピークの増大が低減される。そのため、出力の低下した電動機でも、機関出力軸を容易に回転させることができるようになる。また回転反力のピーク低減により、始動中の機関回転速度の変動が抑えられ、機関振動が抑制されるようにもなる。
【００１２】
ちなみに、上記のような両反力のピークとなる位相のずれ量を増大させるバルブタイミングの変更を行うことで、初爆の成立には不利な条件となるような場合がある。そうした場合にも上記構成では、電動機の出力が低下しておらず、上記両反力の重複による回転反力のピークの増大に拘わらず、機関出力軸を良好に回転可能なときには、初爆の成立に有利なバルブタイミングを設定することが可能である。
【００１３】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記判断手段は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電状態に基づき前記判断を行うことをその要旨とする。
【００１４】
上記構成では、電動機の出力低下を、容易且つ的確に判断することができる。また請求項３に記載の発明は、機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記内燃機関を始動させるときの機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるか否かを判断する判断手段と、その判断手段によって前記回転反力が大きい状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を始動させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備えることをその要旨とする。
【００１５】
上記構成では、カムの駆動反力や内燃機関の圧縮反力などによる機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるときには、カムの駆動反力がピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相のずれ量が大きくされ、それら両反力の重複による始動中の機関出力軸の回転反力の増大が低減される。そのため、機関始動時の機関出力軸の回転に要するトルクの増大が抑えられ、良好に始動を行うことができるようになる。また回転反力のピーク低減により、始動中の機関回転速度の変動が抑えられ、機関振動が抑制されるようにもなる。
【００１６】
ちなみに、上記のような両反力のピークとなる位相のずれ量を増大させるバルブタイミングの変更を行うことで、初爆の成立には不利な条件となるような場合がある。そうした場合にも上記構成では、機関出力軸の回転反力のピークがそもそも低く、両反力がピークとなる位相をずらさずとも、機関出力軸を良好に回転可能なときには、初爆の成立に有利なバルブタイミングを設定することが可能である。
【００１７】
また請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記内燃機関を始動させるときにその機関出力軸を回転させる電動機の出力が低下した状態にあるか否かを判断する更なる判断手段と、その更なる判断手段によって、前記電動機の出力が低下した状態に無いと判断されたときには、前記制御手段による前記バルブタイミングの制御を禁止する禁止手段と、を更に備えることをその要旨とする。
【００１８】
上記構成では、電動機の出力が低下した状態になく、たとえ機関出力軸の回転反力が大きい状態にあっても十分に機関出力軸を回転させることができるときには、バルブタイミングの変更はなされないようになる。そのため、より効率的に始動性を確保することができる。
【００１９】
また請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記更なる判断手段は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電状態に基づき前記出力が低下した状態にあるか否かの判断を行うことをその要旨とする。
【００２０】
上記構成では、電動機の出力低下を、容易且つ的確に判断することができる。また請求項６に記載の発明は、機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記内燃機関を停止させるときの機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるか否かを判断する判断手段と、その判断手段によって前記回転反力が大きい状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を停止させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備えることをその要旨とする。
【００２１】
上記構成では、カムの駆動反力や内燃機関の圧縮反力などによる機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるときには、カムの駆動反力がピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相のずれ量が大きくされ、それら両反力の重複による停止動作中の機関出力軸の回転反力の増大が低減される。そのため、機関出力軸の回転反力による機関回転速度の変動が抑えられ、内燃機関の停止動作中の機関振動が抑制されるようにもなる。
【００２２】
また請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記判断手段は、機関温度状態に基づいて前記回転反力が大きい状態にあるか否かの判断を行うことをその要旨とする。
【００２３】
機関出力軸の回転反力となるカムの駆動反力や内燃機関の圧縮反力の大きさは、機関温度状態に相関性を有している。そのため、機関温度状態に基づくことで回転反力が大きい状態にあるか否かの判断を容易且つ的確に行うことができる。
【００２４】
また請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記内燃機関は、該内燃機関の搭載された車両の走行状況に応じて自動的に停止、再始動されることをその要旨とする。
【００２５】
例えば車両停止に応じて内燃機関を一時的に自動停止させるアイドルストップ制御を行う車両や、内燃機関と電動機との２つの駆動源を有して、状況に応じて駆動源を切り替えるハイブリッド車などに適用される内燃機関では、高い頻度で内燃機関の停止や始動が行われる。またそうした内燃機関では、運転者の操作に依らず内燃機関が自動的に停止、始動されるため、停止中や始動中の機関振動が運転者に違和感をより与えやすくなっている。そのため、上記各構成の効果を、より顕著に奏することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の適用される車載用の内燃機関１０は、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１１を備えて構成されている。内燃機関１０の機関出力軸であるクランクシャフト１２は、自動変速機１３を通じて車両の駆動輪に接続されている。またクランクシャフト１２は、機関始動用の電動機であるスタータ１４に、必要に応じて駆動連結されるようになっている。
【００２７】
更にクランクシャフト１２は、電磁クラッチ１５を介して、ベルト伝動機構１６に駆動連結されている。ベルト伝動機構１６には、空調装置用のコンプレッサやウォータポンプ等の補機類、及び状況に応じて発電機又は電動機のいずれかとして機能する発電電動機１７が配設されている。電磁クラッチ１５は、ベルト伝動機構１６とクランクシャフト１２との駆動連結を、必要に応じて断接可能に構成されている。ちなみに本実施形態では、この発電電動機１７が、内燃機関を始動させるときにその機関出力軸を回転させる上記電動機に相当する構成となっている。
【００２８】
上記スタータ１４及び発電電動機１７は、バッテリ１８に電気接続されている。バッテリ１８は、スタータ１４及び発電電動機１７に電力を供給して、それらを電動機として機能させる。またバッテリ１８には、発電電動機１７が発電機として機能しているときに発電された電力が充電される。
【００２９】
こうした車両の走行に係る各種制御は、電子制御装置２０によって行われる。電子制御装置２０は、上記各種制御を実行するＣＰＵ、同制御に必要な情報の記憶されるメモリ、外部から信号を入力するための入力ポート、外部に指令信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。
【００３０】
電子制御装置２０の入力ポートには、車両の制御に必要な情報を検出するための各種センサが接続されている。そして例えば、機関回転速度を検出するＮＥセンサ２１、車速を検出する車速センサ２２、内燃機関１０の冷却水温度を検出する水温センサ２３、バッテリ１８の充電量を検出するバッテリセンサ２４等の検出信号が、入力ポートを通じて電子制御装置２０に入力されている。またこの入力ポートには、イグニッションスイッチ２５も接続されており、運転者による同イグニッションスイッチ２５の操作状況を通知する信号（ＩＧ信号）が、電子制御装置２０に入力されている。
【００３１】
一方、電子制御装置２０の出力ポートには、内燃機関１０の可変バルブタイミング機構１１や、点火プラグ、インジェクタ、スロットルバルブ等の駆動回路、及び自動変速機１３の油圧制御回路が接続されている。電子制御装置２０は、それらの駆動制御を通じて、内燃機関１０の運転状態の制御や自動変速機１３の変速制御を行っている。またその出力ポートには、スタータ１４や発電電動機１７の制御回路、電磁クラッチ１５の駆動回路等も接続されており、スタータ１４、発電電動機１７及び電磁クラッチ１５の作動も、電子制御装置２０によって制御されている。
【００３２】
次に、上記内燃機関１０に採用された可変バルブタイミング機構１１について、図２を併せ参照して説明する。図２には、可変バルブタイミング機構１１の斜視断面構造が示されている。
【００３３】
同図に示すように、可変バルブタイミング機構１１は、吸気バルブを開閉させるカム３０ａの配設された吸気側カムシャフト３０の一端に配設されており、大きくは、ベーンロータ３１とハウジング３２とを備えて構成されている。
【００３４】
可変バルブタイミング機構１１の配設された吸気側カムシャフト３０の端部には、同吸気側カムシャフト３０に対して相対回動可能にカムスプロケット３３が配設されている。カムスプロケット３３は、上記クランクシャフト１２にタイミングベルト３３ａを介して駆動連結されている。またカムスプロケット３３には、上記ハウジング３２が一体回転可能に固定されている。
【００３５】
ハウジング３２の内部には、同ハウジング３２に対してベーンロータ３１が相対回動可能に配設されている。ベーンロータ３１は、吸気側カムシャフト３０に一体回転可能に固定されている。ベーンロータ３１の外周には、複数のベーン３４が形成されており、各ベーン３４は、ハウジング３２の内周に形成された凹部３５内に、周方向に移動可能に収容されている。各ベーン３４の周方向両側には、ベーンロータ３１の外周面やハウジング３２の内周面等によって区画された圧力室３６、３７がそれぞれ形成されている。
【００３６】
各圧力室３６、３７には、オイルが送り込まれ、そのオイル圧がベーン３４の周方向側面にそれぞれ作用するようになっている。そして両圧力室３６、３７のオイル圧差に応じて、ベーンロータ３１をハウジング３２に対して相対回動させる動力が発生されるようになっている。
【００３７】
ベーンロータ３１とハウジング３２とが相対回動すれば、カムスプロケット３３に対する吸気側カムシャフト３０の相対回転位相が変更され、そしてひいては吸気バルブを開閉させるカム３０ａの、クランクシャフト１２に対する相対回転位相が変更される。これにより、上記両圧力室３６、３７のオイル圧の制御に基づいて、吸気バルブのバルブタイミングが変更されるようになっている。
【００３８】
以上のように構成された可変バルブタイミング機構１１の制御は、次のように行われる。
電子制御装置２０は、機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態に基づいて、吸気バルブのバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングｖｔｔを設定する。ここでの目標バルブタイミングｖｔｔは、可変バルブタイミング機構１１による吸気バルブのバルブタイミングの変更範囲の最遅角位置を基準「０」とし、その最遅角位置からの進角量［°ＣＡ］として表される。
【００３９】
一方、電子制御装置２０は、例えば吸気側カムシャフト３０の回転位相の検出値などに基づき、吸気バルブの実際のバルブタイミングを検出している。そして電子制御装置２０は、その検出された実際のバルブタイミングが目標バルブタイミングｖｔｔと一致するように、両圧力室３６、３７内のオイル圧をフィードバック制御する。これにより、吸気バルブのバルブタイミングが、機関運転状態に応じた最適なタイミングに調整されるようになっている。
【００４０】
一方、この車両では、その走行状況に応じて内燃機関１０の運転を自動的に停止・再始動させるアイドルストップ制御が電子制御装置２０により実行されている。次にこの車両でのアイドルストップ制御の概要を、図３を併せ参照して説明する。
【００４１】
運転者によってイグニッションスイッチ２５が「ＯＦＦ」位置から「ＯＮ」位置へと操作され、電子制御装置２０が起動されると、電子制御装置２０はその制御モードを、通常の機関停止状態を示す「モード０」に設定する。この「モード０」の設定時に、運転者によってイグニッションスイッチ２５を「ＳＴＡ」位置に操作されると、上記スタータ１４がクランクシャフト１２に駆動連結され、そのスタータ１４の出力によって内燃機関１０の始動が行われる。無事、始動が完了すると、電子制御装置２０の制御モードは、通常の機関運転状態を示す「モード１」に移行される。
【００４２】
「モード１」の設定時には、電磁クラッチ１５によってベルト伝動機構１６がクランクシャフト１２に駆動連結され、補機類が内燃機関１０の出力で駆動される。また発電電動機１７も、ベルト伝動機構１６を通じて内燃機関１０の出力が伝達される。このときの発電電動機１７は、発電機として機能され、その発電された電力はバッテリ１８に充電される。
【００４３】
こうした「モード１」の設定中に、運転者によってイグニッションスイッチ２５が「ＯＦＦ」位置に操作されると、電子制御装置２０は、通常の機関停止処理を実行して内燃機関１０を停止させ、その制御モードを上記「モード０」に移行する。
【００４４】
一方、「モード１」の設定中にアイドルストップ実行条件が成立すると、電子制御装置２０の制御モードは、内燃機関１０を自動停止させるための機関停止処理を実行する「モード２」に移行される。本実施形態では、上記アイドルストップ実行条件として、例えば下記の（ａ１）〜（ａ５）等の条件すべての成立をもって、アイドルストップ実行条件の成立を判断している。
（ａ１）アクセル操作量が「０」である。
（ａ２）車速が「０」である。すなわち車両が停止している。
（ａ３）ブレーキペダルが踏込まれている。
（ａ４）冷却水温度が所定温度Ｔａ以上である。
（ａ５）自動変速機１３の作動油温度が所定温度以上である。
（ａ６）バッテリ１８の充電量が所定値以上である、等。
【００４５】
こうして制御モードが「モード２」に移行されると、電子制御装置２０は、燃料供給を停止して内燃機関１０を停止させる。そして内燃機関１０が完全に停止したことが確認されると、電子制御装置２０の制御モードは、アイドルストップによる機関停止状態を示す「モード３」に移行される。
【００４６】
「モード３」の設定がなされると、電磁クラッチ１５によるクランクシャフト１２とベルト伝動機構１６との駆動連結が解除される。これとともに、発電電動機１７が電動機として稼働され、その出力により補機が駆動される。これにより、アイドルストップによる内燃機関１０の停止中も、補機の駆動が維持される。
【００４７】
こうした「モード３」の設定中に機関再始動実行条件が成立すると、電子制御装置２０の制御モードが、内燃機関１０を再始動させるための再始動処理を実行する「モード４」に移行される。本実施形態では、上記再始動実行条件として、例えば下記の（ｂ１）〜（ｂ４）等の条件のいずれかの成立をもって、機関再始動実行条件の成立を判断している。
（ｂ１）ブレーキペダルの踏込みが解除された。
（ｂ２）アクセル操作量が「０」でない。
（ｂ３）Ｐ（パーキング）レンジ、又はＮ（ニュートラル）レンジから、それら以外のシフトレンジへのシフト操作がなされた。
（ｂ４）バッテリ１８の充電量が所定値未満に低下した、等。
【００４８】
こうして制御モードが「モード４」に移行されると、電磁クラッチ１５によってクランクシャフト１２がベルト伝動機構１６に再接続される。これとともに、発電電動機１７が電動機として稼働され、その出力によって内燃機関１０の再始動が行われる。内燃機関１０の再始動が無事完了すると、電子制御装置２０の制御モードが上記「モード１」に移行される。
【００４９】
なお、上記「モード３」の設定中に、システム異常等により、上記「モード４」での内燃機関１０の再始動に不具合が生じたときには、電子制御装置２０の制御モードが上記「モード０」に移行される。この場合には、運転者の直接的な操作によってのみ、内燃機関１０の再始動がなされることと、すなわち自動的には再始動がなされないこととなる。
【００５０】
さて、以上のようなアイドルストップ制御の実施される本実施形態の内燃機関１０では、上記「モード２」での内燃機関１０の自動停止に際して、吸気バルブのバルブタイミングを、上記「モード４」での内燃機関１０の再始動のための始動時バルブタイミングに予め設定しておくようにしている。この始動時バルブタイミングは通常は、図４に実線で示すように設定されている。この通常の始動時バルブタイミングの設定は、燃料着火時期の気筒内に適正な圧縮圧力が得られ、より短時間に内燃機関１０の再始動を完了することのできるように設定されている。
【００５１】
一方、同図には、そうした通常の始動時バルブタイミングが設定されたときのカムの駆動反力の推移が実線で示されている。このカムの駆動反力は、カムによる吸気、排気バルブの開動作に応じて発生するクランクシャフト１２の回転に対する反力である。更に同図には、各気筒の圧縮行程における気筒内での空気圧縮に伴うクランクシャフト１２の回転反力である圧縮反力の推移も併せ示されている。同図に示すように、この内燃機関１０では、上記通常の始動時バルブタイミングを設定したときの、吸気バルブの開度動作に伴うカムの駆動反力がピーク（最大値）を迎える位相と、圧縮反力がピークを迎える位相とがほぼ一致した状態となっている。そのため、このときのクランクシャフト１２には、それらカムの駆動反力と圧縮反力とが重複して、より大きい回転反力が作用することとなる。すなわち、再始動時のクランクシャフト１２の回転反力のピークが高くなることとなる。
【００５２】
その結果、バッテリ充電量の低下等によって上記発電電動機１７の出力が低下した状態にあるときや、上記圧縮反力やカムの駆動反力が高い状態にあるときには、発電電動機１７によるクランクシャフト１２の回転が困難となり、内燃機関１０の再始動が不能となったり、その再始動に、より長い時間や、より多くの電力が必要となったりすることがある。
【００５３】
そこで本実施形態では、上記のような状態にあるときには、同図に一点鎖線で示すように、カムの駆動反力がピークを迎える位相と圧縮反力がピークを迎える位相とをずらすように、始動時バルブタイミングを変更するようにしている。同図の例では、吸気バルブのバルブタイミングを、通常の始動時バルブタイミングよりも進角側に変更するようにしている。これにより、上記両反力の重複が解消され、回転中のクランクシャフト１２の回転反力のピークが低減されるようになる。
【００５４】
なお、カムの駆動反力や圧縮反力の大きさは、下記のように内燃機関１０の温度状態に相関性を有しているため、ここでは、冷却水温度に基づきそれら反力の大きさを推定するようにしている。以下、そうしたカムの駆動反力や圧縮反力の推定態様について説明する。
【００５５】
図５に、冷却水温度とカムの駆動反力のピーク値との関係を示す。
カムの駆動反力は、カムシャフトの軸受け等に供される潤滑油の粘度に依存してその大きさが変化する。潤滑油の粘度は、その温度が低いほど高くなり、低温域ではカムの駆動反力が大きくなる。一方、そうした潤滑油の粘度があまり低くなり過ぎても、上記軸受け等の潤滑状態が悪化して、カムの駆動反力が増大するようになる。そのため、同図に示すように、カムの駆動反力は、極低温域では非常に高くなり、冷却水温度が高くなるにつれ、低下していく。そして、ある程度よりも冷却水温度の上昇した時点で増大に転じるように、カムの駆動反力は変化されている。
【００５６】
なお本実施形態では、上述のように冷却水温度が所定温度Ｔａ未満のときには、アイドルストップが実施されず（条件（ａ４））、再始動も行われないようになっている。また冷却水温度がその所定温度Ｔａまで上昇すれば、潤滑油の粘度は十分低下しており、カムの駆動反力も十分許容できるレベルにある。そのため、アイドルストップからの再始動時には、潤滑油の粘度低下によるカムの駆動トルクの増大が生じる高温域のみが問題となる。
【００５７】
一方、図６には、冷却水温度と圧縮反力のピーク値との関係が示されている。機関温度が高くなると、気筒内に吸入された空気がその内部で熱膨張して筒内圧力を増大させるため、同図に示すように、圧縮反力は冷却水温度が高くなるほど大きくなる。
【００５８】
そこで本実施形態では、冷却水温度が所定値Ｔｂ以上であることをもって、カムの駆動反力及び圧縮反力が大きい状態にあると判断するようにしている。そしてそのように判断されたときに、更に発電電動機１７の出力が低下した状態にあると判断されたときには、上記のような始動時バルブタイミングの変更を行うようにしている。
【００５９】
一方、本実施形態では発電電動機１７の出力低下を、バッテリ１８の充電量に基づき判断するようにしている。すなわち、バッテリ１８の充電量が低下しており、十分な電力を発電電動機１７に供給することができない状態にあることをもって、発電電動機１７の出力が低下した状態にあると判断するようにしている。
【００６０】
図７は、そうした本実施形態の「回転反力低減処理」のフローチャートを示している。本処理は、定時割込み処理として、電子制御装置２０によって周期的に実行されている。
【００６１】
本処理が開始されると、まずステップＳ１００において、上記「モード２」での機関停止処理中であるか否かが判断される。ここで、機関停止処理中でなければ（ＮＯ）、そのまま本処理は一旦終了される。
【００６２】
一方、機関停止処理中であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において、冷却水温度が上記所定値Ｔｂよりも高いか否かが、すなわちカムの駆動反力や圧縮反力等のクランクシャフト１２の回転反力が大きい状態にあるか否かが判断される。また続くステップＳ１２０では、バッテリ充電量が低下した状態にあるか否かが、すなわち発電電動機１７の出力が低下した状態にあるか否かが判断される。
【００６３】
ここで上記状態のいずれかが該当しないのであれば（Ｓ１１０：ＮＯ、又はＳ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１３０において、吸気バルブの目標バルブタイミングｖｔｔが、上記のような最適な始動時間の得られる通常の始動時バルブタイミングＶＴＢＳＴに設定される。これにより、このときの吸気バルブのバルブタイミングは、図４に実線で示されるタイミングに設定される。
【００６４】
一方、上記状態のいずれにも該当するときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ、且つＳ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０において、通常の始動時バルブタイミングＶＴＢＳＴに始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔを加算した値が、目標バルブタイミングｖｔｔに設定される。始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔは、クランクシャフト１２の回転反力のピークが十分に低下されるまで、カムの駆動トルクがピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相とをずらせるだけの、通常の始動時バルブタイミングＶＴＢＳＴに対する目標バルブタイミングｖｔｔの進角補正量として設定されている。これにより、このときの吸気バルブのバルブタイミングは、図４に一点鎖線で示されるタイミングに設定される。
【００６５】
なお、こうした本実施形態では、ステップＳ１１０の処理が、機関出力軸であるクランクシャフト１２の回転反力が大きい状態にあるか否かを判断する上記「判断手段」の処理に相当する。またステップＳ１２０の処理が、電動機の出力が低下した状態にあるか否かを判断する上記「判断手段」の処理、または上記「更なる判断手段」の処理に相当する。更に同ステップＳ１２０の処理は、上記「制御手段」によるバルブタイミングの制御を禁止する上記「禁止手段」の処理にも相当している。更にステップＳ１４０の処理が、上記「制御手段」の処理に相当している。
【００６６】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、バッテリ１８の充電量が低く、発電電動機１７の出力が低下した状態にあるときには、カムの駆動反力がピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相のずれ量を大きくするように、吸気バルブのバルブタイミングが変更される。そのため、それら両反力の重複によるクランクシャフト１２の回転反力のピークの増大が抑制される。そのため、発電電動機１７の出力が低下したときには、クランクシャフト１２の回転がより容易となり、再始動の確実性を向上することができる。
【００６７】
（２）本実施形態では、機関温度状態に基づきカムの駆動反力や内燃機関の圧縮反力が大きい状態にあると判断されるときには、カムの駆動反力がピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相のずれ量を大きくするように、吸気バルブのバルブタイミングが変更される。そのため、それら両反力の重複によるクランクシャフト１２の回転反力のピークの増大が抑制されて、再始動の確実性を向上することができる。
【００６８】
（３）本実施形態では、発電電動機１７の出力が低下した状態にあり、且つカムの駆動反力や内燃機関の圧縮反力が大きい状態にあると判断されたときに限り、上記のような吸気バルブのバルブタイミングの変更を行うようにしている。そのため、不必要な上記バルブタイミングの変更が抑制されるようになり、回転反力の低減を、より効率的に行うことができる。
【００６９】
（４）再始動中のクランクシャフト１２の回転反力のピークが低減されるため、発電電動機１７に要求される出力性能を低減することができる。また、それにより発電電動機１７の小型化・軽量化を図ることができるようにもなる。
【００７０】
（５）再始動中の発電電動機１７の出力をより低くすることができるため、電力消費を抑えることができるようにもなる。
（６）本実施形態によれば、上記のようなバルブタイミングの変更を通じて機関回転速度の変動が抑えられ、再始動中の機関振動が低減されるようにもなる。
【００７１】
（７）本実施形態では、再始動中のバルブタイミングの設定を、それに先立つ機関停止中に行っているため、再始動の開始時に適正なバルブタイミングを、より確実に設定することができる。
【００７２】
（別の実施形態）
以上説明した本実施形態は、次のように変更して実施するようにしても良い。・上記実施形態では、再始動時のバルブタイミングの設定を、機関停止中に予め行っておくようにしていたが、再始動処理の実行直前、或いは再始動処理の開始直後に、そうしたバルブタイミングの設定を行うようにしても良い。
【００７３】
・上記実施形態では、バルブタイミングを進角側に変更することで、カムの駆動トルクがピークとなる位相と圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量を拡大するようにしていたが、バルブタイミングを遅角側に変更することで、同様のずれ量の拡大を図るようにすることもできる。
【００７４】
・上記実施形態では、吸気バルブのバルブタイミングの変更により、カムの駆動トルクがピークとなる位相と、圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量を拡大するようにしていたが、排気バルブのバルブタイミングの変更によって、同様のずれ量の拡大を図ることも可能である。
【００７５】
・上記回転反力低減処理の結果を評価し、その評価に基づいて始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を随時更新する学習制御を適用することもできる。すなわち、上記回転反力低減処理によるバルブタイミングの変更を行った状態で内燃機関１０の再始動を行ったときに、クランクシャフト１２の回転に要した発電電動機１７の出力トルクや電力消費量、機関回転速度の上昇速度やその変動、等を検出する。そして、その検出結果から、設定された始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔが適正な値であるかを評価して、その値を適宜修正する。こうした学習制御を適用すれば、バルブタイミングの過補正や補正不足が抑制され、内燃機関１０の再始動の確実性の向上や、再始動時間の短縮といった上記回転反力抑制処理の効果をより確実に奏することができるようになる。
【００７６】
・上記実施形態では、冷却水温度に基づいて、カムの駆動反力や圧縮反力を推定していたが、同様の推定は、内燃機関１０などに供給される潤滑油やや自動変速機１３の作動油の温度や直前の機関停止からの経過時間などに基づいても行うことができる。要は、内燃機関１０の温度状態を反映するパラメータを用いれば、同様の推定を行うことができる。特にクランクシャフト１２が自動変速機１３に駆動連結された状態で再始動を行う場合には、自動変速機１３の作動油の温度がクランクシャフト１２の回転反力に大きい影響を与えるため、その作動油の温度を考慮することで、より適切な推定を行うことができる。
【００７７】
・上記実施形態では、バッテリ１８の充電量に基づいて、発電電動機１７の出力低下の有無を判断するようにしていたが、そうした判断を、それ以外のパラメータに基づいて行うようにしても良い。なお、発電電動機１７の出力低下は、バッテリ１８の充電量の低下以外にも、経時劣化や高温化による発電電動機１７のコアの減磁等によっても発生する。よって例えば発電電動機１７の温度状態等に基づいて、発電電動機１７の出力低下の有無を判断することもできる。
【００７８】
・上記実施形態では、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔを固定値としていたが、機関温度状態に応じてその値を可変設定するようにしても良い。
図８に、冷却水温度に応じた可変設定の一例を示す。同図の設定例では、図４、図５に示した冷却水温度とカムの駆動反力、内燃機関１０の圧縮反力との関係に応じて、冷却水温度が上記所定値Ｔｂを超えて高くなるにつれ、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値が大きくされている。すなわち、カムの駆動反力や圧縮反力が大きくなるほど、それらがピークとなる位相を、より大きくずらすようにしている。これにより、回転反力の増大を必要なだけ抑えつつ、バルブタイミングの変更量を必要最小限として、バルブタイミングの変更に伴う再始動時間の長期化を抑えることができる。
【００７９】
・また始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を、発電電動機１７の出力低下の度合いに応じて可変設定するようにしても良い。
図９に、バッテリ１８の充電量に応じた可変設定の一例を示す。同図の例では、バッテリ１８の充電量が所定値αから低下するほど、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を大きくするようにしている。このように出力低下の度合いに応じても、回転反力の増大を必要なだけ抑えつつ、バルブタイミングの変更量を必要最小限として、バルブタイミングの変更に伴う再始動時間の長期化を抑えることができる。
【００８０】
・また始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を、再始動の開始からの経過時間に応じて可変設定するようにしても良い。
図１０に、そうした設定の一例を示す。同図の例では、再始動が開始された時刻ｔ０から所定時間の経過した時刻ｔ１より、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を徐々に減少させるようにしている。
【００８１】
始動開始時には、発電電動機１７は自らの出力トルクのみでクランクシャフト１２を回転させなければならないが、一旦、クランクシャフト１２が回転され始めると、その回転に伴う慣性力を利用できるため、クランクシャフト１２の回転に必要な出力トルクは小さくなる。そこで、上記例のように、再始動の開始後、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を減少させても、クランクシャフト１２の回転を維持することはできる。ちなみに、このように設定した場合、内燃機関１０の初爆が開始されるまでに、バルブタイミングの変更量を小さくすることができるため、バルブタイミングの変更に伴う始動時間の長期化を抑えることができるようにもなる。
【００８２】
・更に始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値を、再始動の開始後の機関回転速度に応じて可変設定するようにしても良い。
図１１にそうした設定の一例を示す。同図の例では、機関回転速度の上昇と共に、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値が減少されるようになっている。そのため、上記始動開始後の経過時間に応じて可変設定を行った場合と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また同図の例では、初爆の開始される回転速度まで機関回転速度が上昇するよりも前に、始動時バルブタイミング補正量ｄｖｔの値は「０」とされている。そのため、この設定例では、回転反力低減のためのバルブタイミングの変更が、初爆の成立性に与える悪影響を好適に回避することができる。
【００８４】
・上記実施形態では、カムの駆動反力や圧縮反力の増大、及び発電電動機１７の出力低下の双方を判断して、回転反力低減のためのバルブタイミングの変更を行うようにしていたが、それらの判断の一方を省略しても良い。すなわち、図６のステップＳ１１０の処理、及びステップＳ１２０の処理のいずれか一方を省略するようにしても良い。カムの駆動反力や圧縮反力の増大にのみに基づいても、或いは発電電動機１７の出力低下のみに基づいても、再始動時のクランクシャフト１２の回転が困難な状態となったことを判断することは、十分可能である。
【００８５】
・上記実施形態では、アイドルストップ実施後の内燃機関１０の再始動に際して、回転反力低減処理を適用した場合を説明したが、スタータ１４による通常の機関始動時にも、同様の回転反力低減処理を適用するようにしても良い。その場合にも、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８６】
・内燃機関１０が停止されているときに、カムの駆動反力と圧縮反力との重複によって、クランクシャフト１２の回転反力が増大すれば、機関回転速度の変動が増大して、機関振動が増大する。そうした機関振動の増大は、運転者等に違和感を与える虞がある。
【００８７】
そこで内燃機関１０が停止されているときに、上記のようなバルブタイミングの変更を行い、クランクシャフト１２の回転反力を低減すれば、そうした機関振動の増大を抑制することができる。ただしこの場合には、発電電動機１７の出力低下は、機関振動に影響しないため、カムの駆動反力や圧縮反力が大きい状態にあるか否かのみを判断して、上記のようなバルブタイミングの変更を行えば良い。こうした機関停止に係る回転反力低減処理は、上記「モード２」でのアイドルストップに係る自動停止についても、運転者の操作に基づく通常の機関停止についても同様に適用することができる。
【００８８】
図１２に、そうした内燃機関１０の停止に際しての回転反力の低減に係る回転反力低減処理の一例を示す。
同図の処理が開始されると、まずステップＳ２００において、機関停止処理の開始時であるかか否かが、すなわち制御モードが「モード１」から「モード２」に移行されたか否かが判断される。ここで、機関停止処理の開始時でなければ（ＮＯ）、そのまま本処理は一旦終了される。
【００８９】
一方、機関停止処理の開始時であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２１０において、冷却水温度が上記所定値Ｔｂよりも高いか否かが、すなわちカムの駆動反力や圧縮反力が大きい状態にあるか否かが判断される。
【００９０】
ここで冷却水温度が所定値Ｔｂ以下であれば（Ｓ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２２０において、吸気バルブの目標バルブタイミングｖｔｔが、上記のような最適な始動時間の得られる通常の始動時バルブタイミングＶＴＢＳＴに設定される。これにより、次回の内燃機関１０の再始動の開始時のバルブタイミングが、予め最適な始動時間の得られるタイミングとされる。
【００９１】
一方、冷却水温度が所定値Ｔｂを超えており、カムの駆動反力や圧縮反力が大きい状態にあると判断されたときには（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ステップＳ２３０において、カムの駆動反力がピークとなる位相が、圧縮反力がピークとなる位相を避けるように、目標バルブタイミングｖｔｔが設定される。これにより、内燃機関１０が停止されているときのクランクシャフト１２の回転反力のピークが低減され、機関振動の増大が抑制される。
【００９２】
・図２に示した可変バルブタイミング機構１１とは異なるタイプの可変バルブタイミング機構を採用する内燃機関にも、本発明は同様に適用可能である。要は、機関出力軸に対するカムの相対回転位相を変更することで、そのカムによって開閉される機関バルブのバルブタイミングを可変とする機構を備える内燃機関であれば、上記のような回転反力抑制処理を適用することができる。
【００９３】
・内燃機関と電動機との２つの駆動源を有して、状況に応じて駆動源を切り替えるハイブリッド車などでも、そうした駆動源の切り替えに応じて、内燃機関の自動停止・自動始動が行われる。そうしたハイブリッド車に採用される内燃機関の停止、始動についても、上記と同様、或いはそれに準じた態様での回転反力低減処理を適用することができる。その場合にも、上記実施形態と同様、或いはそれに準じた効果を奏することができる。
【００９４】
・更に、内燃機関の自動停止・自動始動が行われない内燃機関の、運転者等の操作に基づく機関停止や機関始動についても、上記と同様、或いはそれに準じた態様での回転反力低減処理を適用することができる。その場合にも、上記実施形態と同様、或いはそれに準じた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示す模式図。
【図２】同実施形態に適用される内燃機関の可変バルブタイミング機構の斜視断面図。
【図３】同実施形態でのアイドルストップ制御の制御態様図。
【図４】同実施形態の適用される内燃機関におけるバルブリフト量、カムの駆動反力、及び圧縮反力の推移の例を示すタイムチャート。
【図５】同実施形態の適用される内燃機関における機関温度状態とカムの駆動反力との関係を示すグラフ。
【図６】同実施形態の適用される内燃機関における機関温度状態と圧縮反力との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態に適用される回転反力低減処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】機関温度状態に応じた始動時バルブタイミング補正量の設定態様の変更例を示すグラフ。
【図９】電動機出力の低下度合いに応じた始動時バルブタイミング補正量の設定態様の変更例を示すグラフ。
【図１０】始動開始からの経過時間に応じた始動時バルブタイミング補正量の設定態様の変更例を示すグラフ。
【図１１】機関回転速度に応じた始動時バルブタイミング補正量の設定態様の変更例を示すグラフ。
【図１２】本発明を機関停止動作中の回転反力低減に適用した変更例についてその回転反力低減処理のフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）、１２…クランクシャフト、１３…自動変速機、１４…スタータ、１５…電磁クラッチ、１６…ベルト伝動機構、１７…発電電動機、１８…バッテリ、２０…電子制御装置、２１…回転速度センサ、２２…車速センサ、２３…水温センサ、２４…バッテリセンサ、２５…イグニッションスイッチ、３０…吸気側カムシャフト、３０ａ…カム、３１…ベーンロータ、３２…ハウジング、３３…カムスプロケット、３３ａ…タイミングベルト、３４…ベーン、３５…凹部、３６，３７…圧力室。

Claims (8)

1. 機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記内燃機関を始動させるときにその機関出力軸を回転させる電動機の出力が低下した状態にあるか否かを判断する判断手段と、
   その判断手段によって前記電動機の出力が低下した状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を始動させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記判断手段は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電状態に基づき前記判断を行う請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記内燃機関を始動させるときの機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるか否かを判断する判断手段と、
   その判断手段によって前記回転反力が大きい状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を始動させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記内燃機関を始動させるときにその機関出力軸を回転させる電動機の出力が低下した状態にあるか否かを判断する更なる判断手段と、
   その更なる判断手段によって、前記電動機の出力が低下した状態に無いと判断されたときには、前記制御手段による前記バルブタイミングの制御を禁止する禁止手段と、
   を更に備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 前記更なる判断手段は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電状態に基づき前記出力が低下した状態にあるか否かの判断を行う請求項４に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 機関バルブを開閉させるカムと機関出力軸との相対回転位相を変更して前記機関バルブのバルブタイミングを可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記内燃機関を停止させるときの機関出力軸の回転反力が大きい状態にあるか否かを判断する判断手段と、
   その判断手段によって前記回転反力が大きい状態にあると判断されたときには、そうでないときに比して、前記カムの駆動反力がピークとなる位相と当該内燃機関の圧縮反力がピークとなる位相とのずれ量が大きくなるように、前記内燃機関を停止させるときの前記バルブタイミングを制御する制御手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 前記判断手段は、機関温度状態に基づいて前記回転反力が大きい状態にあるか否かの判断を行う請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
8. 前記内燃機関は、該内燃機関の搭載された車両の走行状況に応じて自動的に停止、再始動される請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

Images