JP4525385B2 - 内燃機関の可変動弁機構制御装置 - Google Patents

内燃機関の可変動弁機構制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関において、同機構の駆動態様を制御する内燃機関の可変動弁機構制御装置に関する。
可変動弁機構を備えた内燃機関においては、可変動弁機構を通じて、吸気弁の開閉特性である開弁期間(バルブ作用角)や開閉時期(バルブタイミング)の変更が行われる。特許文献1には、バルブ作用角の変更を行う可変動弁機構とバルブタイミングの変更を行う可変動弁機構とを備えた内燃機関が提案されている。
特開平2001−263015号公報
ところで、内燃機関においては、市場のニーズに応えるためより良好な始動性を確保することが要求される。
始動性の向上を図る提案は種々なされているが、可変動弁機構を利用して上記要求を実現する提案は未だなされていない。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、始動性の向上を図ることのできる内燃機関の可変動弁機構制御装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関に適用されて、前記内燃機関の運転状態に応じて目標の開閉特性を設定するとともに実際の開閉特性が前記目標の開閉特性となるように前記可変動弁機構を制御する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記吸気弁の開閉特性について、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性とし、最初の燃料噴射が行われる前から前記内燃機関の始動動作が完了するまでの間、前記始動開閉特性を目標の開閉特性として設定し、実際の開閉特性が前記始動開閉特性へ変更されてから最初に吸気行程の下死点へ到達する気筒を推定し、該気筒以外の気筒から燃料噴射が開始されることを禁止することを要旨としている。
吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍に設定されているとき、閉弁時期がそれ以外の時期に設定されているときに比べて混合気の実圧縮比が高くなるため、混合気の着火性が向上するようになる。請求項1に記載の発明では、こうしたことを考慮して、内燃機関の始動動作が完了するまで吸気弁の開閉特性を始動開閉特性に設定するようにしているため、内燃機関の始動性の向上を図ることができるようになる。
吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍に設定されていない気筒から燃料噴射が開始された場合、混合気の実圧縮比が小さい状態で燃焼が行われるため、エミッションの悪化をまねくようになる。上記発明では、こうしたこと考慮して、実際の開閉特性が始動開閉特性に変更されてから最初に吸気行程の下死点へ到達する気筒、即ちエミッションの悪化を回避しつつ最も早く燃料噴射を行うことのできる気筒から燃料噴射を開始するようにしているため、より好適に始動性の向上を図ることができるようになる。
(2)請求項2に記載の発明は、可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定されている状態のもとで最初に吸気行程の下死点に到達する気筒から燃料噴射が開始されることを要旨としている。
(3)請求項3に記載の発明は、可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つ実圧縮比に影響を及ぼすパラメータがノッキングの発生をまねく大きさよりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性とは異なる開閉特性に設定されることを要旨としている。
(4)請求項4に記載の発明は、可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つ吸気温度または冷却水温度が予め設定された基準値よりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性とは異なる開閉特性に設定されることを要旨としている。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、吸気弁の開閉特性として前記始動開閉特性が設定されたときにノッキングが生じるか否かを吸気温度または冷却水温度に基づいて判定するための値が前記基準値として設定されることを要旨としている。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項3〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、バルブオーバーラップが設定される吸気弁の開閉特性を重複開閉特性として、前記始動開閉特性とは異なる開閉特性として同重複開閉特性が設定されることを要旨としている。
(7)請求項7に記載の発明は、駆動源としての電動アクチュエータを含む可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つバッテリの電圧が基準の電圧よりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定され、最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つバッテリの電圧が前記基準の電圧よりも小さいとき、前記電動アクチュエータへの通電が行われないことを要旨としている。
上記発明では、内燃機関の始動動作が完了するまで吸気弁の開閉特性を始動開閉特性に設定するようにしているため、内燃機関の始動性の向上を図ることができるようになる。
内燃機関の始動に際しては、バッテリ電圧の低下等に起因してクランキングが正常に行われないこともある。上記発明によれば、バッテリの電圧が基準の電圧よりも小さいときには電動アクチュエータへの通電が行われないため、内燃機関の始動不良が生じる頻度を低減することができるようになる。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項2〜7のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定されている状態のもとで最初に吸気行程の下死点に到達する気筒から燃料噴射が開始されることを要旨としている。
吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍に設定されていない気筒から燃料噴射が開始された場合、混合気の実圧縮比が小さい状態で燃焼が行われるため、エミッションの悪化をまねくようになる。上記発明では、こうしたこと考慮して、エミッションの悪化を抑制しつつ最も早く燃料噴射を行うことのできる気筒から燃料噴射が開始されるようにしているため、より好適に始動性の向上を図ることができるようになる。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、バルブオーバーラップが設定される吸気弁の開閉特性を重複開閉特性として、内燃機関の始動動作が完了した後に吸気弁の開閉特性が同重複開閉特性に設定されることを要旨としている。
上記発明によれば、バルブオーバーラップの設定により高温の燃焼ガスが燃焼室に残留するようになるため、暖機の促進を図ることができるようになる。即ち、始動性の向上と暖機の促進との両立を図ることができるようになる。
(10)請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記可変動弁機構として吸気弁のバルブ作用角を変更するものが設けられるとき、前記重複開閉特性としてのバルブ作用角が前記始動開閉特性としてのバルブ作用角よりも大きいものに設定され、前記可変動弁機構として吸気弁のバルブタイミングを変更するものが設けられるとき、前記重複開閉特性としてのバルブタイミングが前記始動開閉特性としてのバルブタイミングよりも進角側に設定されることを要旨としている。
(11)請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、内燃機関の停止時に吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定されることを要旨としている。
内燃機関の始動時に吸気弁の開閉特性を変更する際、可変動弁機構の応答遅れにより実際の開閉特性が目標の開閉特性へ変更されるまでに若干の時間を要する。上記発明では、こうしたことを考慮し、次回の内燃機関の始動時に備えて内燃機関の停止時に開閉特性を始動開閉特性に変更するようにしているため、より好適に始動性の向上を図ることができるようになる。
(12)請求項12に記載の発明は、請求項1〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記可変動弁機構の駆動源としての電動アクチュエータを含み、スタータモータへの通電が開始されてから待機期間が経過するまでは同アクチュエータへの通電が行われないことを要旨としている。
スタータモータの駆動直後は、スタータモータへの通電によりバッテリの電圧が過度に低下するようになる。上記発明によれば、スタータモータへの通電が開始されてから待機期間が経過するまでの間、電動アクチュエータへの通電が行われないため、クランキング時の内燃機関の挙動を安定させることができるようになる。
(13)請求項13に記載の発明は、請求項1〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記可変動弁機構の駆動源としての電動アクチュエータを含み、クランクシャフトの回転が検出されるまでは同アクチュエータへの通電が行われないことを要旨としている。
内燃機関の始動に際しては、バッテリ電圧の低下等に起因してクランキングが正常に開始されないこともある。上記発明によれば、クランクシャフトの回転が検出されてから電動アクチュエータへの通電が行われるため、電動アクチュエータへの通電に起因してクランキングの開始が妨げられる頻度を低減することができるようになる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。
本実施形態では、燃焼室へ燃料を直接供給する燃料噴射方式を採用するとともに、可変動弁機構として吸気弁のバルブ作用角(吸気弁の開閉特性)を変更するバルブ作用角可変機構を備えた筒内噴射式内燃機関を想定している。
<エンジンの構造>
図1に、エンジン(筒内噴射式内燃機関)の構造を示す。
エンジン1は、シリンダブロック2とシリンダヘッド3とを備えて構成されている。
シリンダブロック2には、複数のシリンダ21が備えられている。
シリンダ21には、ウォータージャケット22が形成されている。
各シリンダ21内には、ピストン23が配置されている。また、シリンダ21の内周面とピストン23の頂面とシリンダヘッド3とに囲まれて燃焼室24が区画形成されている。
ピストン23は、コネクティングロッド25を介してクランクシャフト26と連結されている。
シリンダヘッド3には、インテークポート31及びエキゾーストポート34が設けられている。
インテークポート31には、インテークマニホールド32が接続されている。また、インテークマニホールド32には、インテークパイプ33が接続されている。インテークパイプ33、インテークマニホールド32及びインテークポート31により、外部から燃焼室24へ空気を流通させるための吸気通路が構成されている。
エキゾーストポート34には、エキゾーストマニホールド35が接続されている。また、エキゾーストマニホールド35には、エキゾーストパイプ36が接続されている。エキゾーストパイプ36、エキゾーストマニホールド35及びエキゾーストポート34により、燃焼室24から外部へ排気を流通させるための排気通路が構成されている。
インテークバルブ37は、インテークポート31の開閉状態を切り替える。
エキゾーストバルブ38は、エキゾーストポート34の開閉状態を切り替える。
インテークカムシャフト3Aは、カムを通じてインテークバルブ37をリフトさせる。
エキゾーストカムシャフト3Bは、カムを通じてエキゾーストバルブ38をリフトさせる。
インジェクタ3Cは、燃焼室24へ燃料を直接噴射する。
イグニッションプラグ3Dは、燃焼室24の混合気に点火する。
バルブ作用角可変機構51は、インテークバルブ37のバルブ作用角(インテークバルブ37の開弁から閉弁までのクランク角度)を変更する。また、駆動源として電動アクチュエータ52を備えている。即ち、エンジン1においては、電動アクチュエータ52を通じてバルブ作用角可変機構51を駆動することにより、インテークバルブ37のバルブ作用角を変更することができる。
スタータモータ6は、エンジン1の始動に際してクランクシャフト26を回転させる。
バッテリ7は、スタータモータ6、電動アクチュエータ52、イグニッションプラグ3D、及び電子制御装置9等へ電力を供給する。なお、図1においては、バッテリ7からこれら各装置への電力の供給経路が一点鎖線にて示されている。
エンジン1は、電子制御装置9を通じて統括的に制御される。なお、可変動弁機構制御装置は、電子制御装置9を含めて構成されている。
電子制御装置9は、中央演算処理装置91、リードオンリーメモリ92、ランダムアクセスメモリ93、バックアップメモリ94、インプットポート95及びアウトプットポート96を備えて構成される。
・中央演算処理装置91は、エンジン制御にかかる演算処理を実行する。
・リードオンリーメモリ92は、エンジン制御に必要なプログラムやマップ等を予め記憶している。
・ランダムアクセスメモリ93は、中央演算処理装置の演算結果を一時的に記憶する。
・バックアップメモリ94は、演算結果や記憶されたデータをエンジン停止後も保存する。
・インプットポート95は、外部からの信号を中央演算処理装置91へ入力する。
・アウトプットポート96は、中央演算処理装置91からの信号を外部へ出力する。
電子制御装置9のインプットポート95には、エンジン1の運転状態を検出する各種センサ及びイグニッションスイッチが接続されている。
クランクポジションセンサ81は、クランクシャフト26の回転角度を検出する。クランクポジションセンサ81を通じて検出されたデータは、クランク信号CAとして電子制御装置9に入力される。電子制御装置9は、クランク信号CAに基づいて、クランクシャフト26の回転速度(エンジン回転速度NE)を算出する。
カムポジションセンサ82は、インテークカムシャフト3Aの回転角度を検出する。カムポジションセンサ82を通じて検出されたデータは、カム信号DAとして電子制御装置9に入力される。電子制御装置9は、カム信号DA及びクランク信号CAに基づいて、気筒判別を行う。
水温センサ83は、ウォータージャケット22内の冷却水の温度を検出する。水温センサ83を通じて検出されたデータは、冷却水温度THWとして電子制御装置9に入力される。
吸気温センサ84は、エンジン1内に吸入された空気の温度を検出する。吸気温センサ84を通じて検出されたデータは、吸気温度THGとして電子制御装置9に入力される。
イグニッションスイッチ85は、「OFF」「ACC」「ON」「START」の切替位置を有する。イグニッションスイッチ85が「ON」位置にあるとき、イグニッション信号IGが電子制御装置9へ入力される。イグニッションスイッチ85が「START」位置にあるとき、スタータ信号STAが電子制御装置9へ入力される。
電子制御装置9のアウトプットポート96は、イグニッションプラグ3D及びインジェクタ3C等に接続されている。
電子制御装置9は、イグニッションスイッチ85からの信号に基づいて、エンジン1を始動するための「エンジン始動処理」(図3及び図4)等を行う。また、上記各センサの検出データ等に基づいて、インジェクタ3Cの燃料噴射量を調整する燃料噴射制御、イグニッションプラグ3Dの点火時期を調整する点火時期制御、及び混合気の空燃比を調整する空燃比制御等の各種制御を行う。
<バルブ作用角可変機構によるバルブ作用角の変更態様>
バルブ作用角可変機構51によるインテークバルブ37のバルブ作用角INCAMの変更態様について説明する。
図2に示すように、バルブ作用角INCAMは、最も大きいバルブ作用角(最大バルブ作用角INCAMmax)から最も小さいバルブ作用角(最小バルブ作用角INCAMmin)までの間で連続的に変更される。また、このバルブ作用角INCAMの変化に同期して、インテークバルブ37の最大バルブリフト量INVLも変更される。最大バルブリフト量INVLは、インテークバルブ37が最も閉弁側の位置から最も開弁側の位置までに移動する量を示す。
最大バルブリフト量INVLは、バルブ作用角INCAMが最大バルブ作用角INCAMmaxのときに最も大きい最大バルブリフト量(上限最大バルブリフト量INVLmax)となる。また、バルブ作用角INCAMが最小バルブ作用角INCAMminのときに最も小さい最大バルブリフト量(下限最大バルブリフト量INVLmin)となる。最大バルブリフト量INVLは、バルブ作用角INCAMの変化に同期して、上限最大バルブリフト量INVLmaxから下限最大バルブリフト量INVLminの間で連続的に変化する。
電子制御装置9は、「バルブ作用角可変機構駆動処理」(図5〜図10)を通じて、エンジン1の始動から停止までにおけるバルブ作用角可変機構51の駆動態様を制御する。即ち、同処理を通じてバルブ作用角INCAMの変更が行われる。
<エンジンの始動制御>
図3及び図4を参照して、「エンジン始動処理」について説明する。
本処理は、イグニッション信号IGがオフからオンへ切り替わったことを条件に開始される。
[ステップS110]スタータ信号STAがオフからオンに切り替わったか否かを判定する。
・スタータ信号STAがオフからオンに切り替わったとき、ステップS112の処理を行う。
・スタータ信号STAがオフのとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS110の処理を行う。即ち、スタータ信号STAがオンとなるまでスタータモータ6の駆動の開始を保留する。
[ステップS112]スタータモータ6の駆動を開始する。
[ステップS120]スタータモータ6の駆動期間(駆動を開始してからの経過時間(モータ駆動期間TM))がマスク期間XM(待機期間)以上か否かを判定する。
マスク期間XMは、スタータモータ6の駆動開始にともないバッテリ7の電圧(バッテリ電圧BV)が過度に低下している状態を検出するための値として予め設定されている。
電子制御装置9は、ステップS120の判定処理を通じて、バッテリ電圧BVについて次のように判断する。
(a)モータ駆動期間TMがマスク期間XM未満のとき、スタータモータ6の駆動によりバッテリ電圧BVが過度に低下していると判断する。この判定結果が得られたときは、所定の時間が経過した後に再度ステップS120の判定処理を行う。即ち、バッテリ電圧BVが過度に低下した状態を脱するまで以降の処理の実行を保留する。
(b)モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上のとき、バッテリ電圧BVがスタータモータ6の駆動により過度に低下した状態を脱したと判断する。この判定結果が得られたときは、ステップS122の処理を行う。
[ステップS122]クランクポジションセンサ81及びカムポジションセンサ82の検出信号に基づいて気筒判別を行う。
[ステップS130]気筒判別が完了したか否かを判定する。
・気筒判別が完了したとき、ステップS132の処理を行う。
・気筒判別が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS130の処理を行う。即ち、気筒判別が完了するまで燃料噴射制御及び点火制御の開始を保留する。
[ステップS132]燃料噴射制御及び点火制御の実行を許可する。燃料噴射制御においては、別途の処理(「始動時バルブ作用角変更処理」)を通じて始動シリンダCSが設定されている場合、始動シリンダCSからインジェクタ3Cによる燃料噴射を開始する。それ以外の場合は、通常の制御を通じてインジェクタ3Cによる燃料噴射を行う。
[ステップS140]エンジン1が初爆状態から完爆状態へ移行したか否かを判定する。ここでは、エンジン回転速度NEが判定値以上となったことに基づいて、初爆状態から完爆状態へ移行したと判断する。なお、初爆状態は、混合気の燃焼が行われているもののエンジン1が自立運転できない状態(運転に際してスタータモータ6による補助が必要となる状態)を示す。また、完爆状態は、エンジン1が自立運転できる状態(運転に際してスタータモータ6による補助が必要とならない状態)を示す。
・完爆状態へ移行しているとき、ステップS142の処理を行う。
・完爆状態へ移行していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS140の処理を行う。即ち、完爆状態へ移行するまで、スタータモータ6の駆動を継続する。
[ステップS142]スタータモータ6を停止する。
このように、「エンジン始動処理」ではスタータ信号STAのオンにともなってスタータモータ6の駆動を開始する。即ち、エンジン1の始動動作を開始する。そして、エンジン1が完爆状態へ移行したときにスタータモータ6の駆動を停止する。即ち、エンジン1の始動動作を完了する。
<バルブ作用角可変機構駆動処理>
図5を参照して、「バルブ作用角可変機構駆動処理」について説明する。
本処理は、イグニッション信号IGがオフからオンへ切り替わったことを条件に開始される。
[ステップS200]スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったか否かを判定する。
・スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったとき、ステップS300の処理を行う。
・スタータ信号STAがオフのときは、所定の時間が経過した後に再度ステップS200の処理を行う。即ち、スタータ信号STAがオフからオンに切り替わるまで以降の処理の実行を保留する。
[ステップS300]「始動時バルブ作用角変更処理」(図6及び図7)を実行する。即ち、「始動時バルブ作用角変更処理」を通じてエンジン1の始動時におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。同処理によるバルブ作用角INCAMの設定は、エンジン1の始動動作が完了するまで継続される。なお、詳細な処理手順については後述する。
[ステップS400]「始動後バルブ作用角変更処理」(図8及び図9)を実行する。即ち、「始動後バルブ作用角変更処理」を通じてエンジン1の始動後におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。同処理によるバルブ作用角INCAMの設定は、エンジン1が停止するまで継続される。なお、詳細な処理手順については後述する。
[ステップS500]「停止時バルブ作用角変更処理」(図10)を実行する。即ち、「停止時バルブ作用角変更処理」を通じてエンジン1の停止後におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。なお。詳細な処理手順については後述する。
<始動時バルブ作用角変更処理>
図6及び図7を参照して、「始動時バルブ作用角変更処理」について説明する。
本処理では、エンジン1の始動動作が完了するまでの間、始動バルブ作用角INCAMstaを目標のバルブ作用角(目標バルブ作用角INCAMtrg)として設定することにより、始動性の向上を図るようにしている。一方で、ノッキングをまねくおそれがある場合には、始動バルブ作用角INCAMstaを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定することを禁止することで、ノッキングの発生を抑制するようにしている。なお、始動バルブ作用角INCAMstaは、インテークバルブ37の閉弁時期が吸気行程の下死点となるバルブ作用角INCAMを示す。
[ステップS310]スタータモータ6の駆動期間(駆動を開始してからの経過時間(モータ駆動期間TM))がマスク期間XM以上か否かを判定する。
電子制御装置9は、ステップS310の判定処理を通じて、バッテリ電圧BVについて次のように判断する。
(a)モータ駆動期間TMがマスク期間XM未満のとき、スタータモータ6の駆動によりバッテリ電圧BVが過度に低下していると判断する。この判定結果が得られたときは、所定の時間が経過した後に再度ステップS310の判定処理を行う。
(b)モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上のとき、バッテリ電圧BVがスタータモータ6の駆動により過度に低下した状態を脱したと判断する。この判定結果が得られたときは、ステップS320の処理を行う。
[ステップS320]吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上か否かを判定する。
基準吸気温度XTHGは、バルブ作用角INCAMを始動バルブ作用角INCAMstaに設定した際にノッキングが生じるか否かを判定するための値として予め設定されている。なお、本実施形態では、実圧縮比に影響を及ぼすパラメータとして吸気温度THGを採用している。また、基準吸気温度XTHGが基準値に相当する。
電子制御装置9は、ステップS320の判定処理を通じてバルブ作用角INCAMの変更について次のように判断する。
(a)吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定したことに起因してノッキングをまねくおそれがあると判断する。この判定結果が得られたときは、ステップS340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動完了まで始動バルブ作用角INCAMstaを実際のバルブ作用角INCAMとして設定することを禁止する。
なお、本実施形態においては、エンジン1の停止時にバルブ作用角INCAMが最大バルブ作用角INCAMmaxに変更されるため、吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき、バルブ作用角INCAMとして最大バルブ作用角INCAMmaxが設定された状態となる。
(b)吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満のとき、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定したとしてもノッキングをまねくおそれがないと判断する。この判定結果が得られたときは、ステップS322の処理を行う。
ちなみに、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定した場合には、混合気の実圧縮比が高められるため、吸気温度THGが高いときほどノッキングの発生の可能性が大きくなる。
[ステップS322]始動バルブ作用角INCAMstaを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定する。
[ステップS324]電動アクチュエータ52への通電を開始してバルブ作用角可変機構51を駆動する。ここでは、実際のバルブ作用角INCAMが始動バルブ作用角INCAMstaとなるように電動アクチュエータ52を制御する。なお、実際のバルブ作用角INCAMは、電動アクチュエータ52の制御位置に基づいて把握することができる。
[ステップS326]電動アクチュエータ52の駆動特性及びクランク信号CAに基づいて、実際のバルブ作用角INCAMが始動バルブ作用角INCAMstaへ変更された後において最初に吸気行程の下死点へ到達するシリンダ21を推定する。そして、この推定されたシリンダ21を始動シリンダCSとして設定する。例えば、複数のシリンダ21のうち、第1シリンダが始動シリンダCSとして設定された場合、燃料噴射制御を通じて第1シリンダからインジェクタ3Cによる燃料噴射が開始される。
[ステップS330]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップS332の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS330の処理を行う。即ち、実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致するまでバルブ作用角可変機構51の駆動を継続する。
[ステップS332]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaが設定された状態を維持する。
[ステップS340]エンジン1の始動が完了したか否かを判定する。
・エンジン1の始動が完了しているとき、「始動時バルブ作用角変更処理」を終了して「始動後バルブ作用角変更処理」(図8及び図9)を開始する。
・エンジン1の始動が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動が完了するまで「始動後バルブ作用角変更処理」の実行を保留する。
<始動後バルブ作用角変更処理>
図8及び図9を参照して、「始動後バルブ作用角変更処理」について説明する。
本処理では、エンジン1の始動動作が完了したことに基づいてバルブオーバーラップを設定することにより、暖機の促進を図るようにしている。また、エンジン1の暖機完了後は、運転状態に適合した目標バルブ作用角INCAMtrgを設定することにより、燃費の向上等を図るようにしている。
[ステップS410]最大バルブ作用角INCAMmaxを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定する。即ち、バルブオーバーラップが設定されるように目標バルブ作用角INCAMtrgの変更を行う。なお、ここでは、最大バルブ作用角INCAMmaxを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定しているが、バルブオーバーラップが「0」よりも大きくなるバルブ作用角INCAMであれば、適宜のバルブ作用角INCAMを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定することができる。
[ステップS420]バルブ作用角可変機構51を駆動してバルブ作用角INCAMを現在のバルブ作用角INCAMから最大バルブ作用角INCAMmaxへ変更する。
[ステップS430]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップS432の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS430の処理を行う。即ち、実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致するまでバルブ作用角可変機構51の駆動を継続する。
[ステップS432]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMとして最大バルブ作用角INCAMmaxが設定された状態を維持する。
[ステップS440]エンジン1の暖機が完了しているか否かを判定する。ここでは、冷却水温度THWが判定値以上であることをもってエンジン1の暖機が完了していると判断する。
・エンジン1の暖機が完了しているとき、ステップS442の処理を行う。
・エンジン1の暖機が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS440の処理を行う。即ち、エンジン1の暖機が完了するまで実際のバルブ作用角INCAMとして最大バルブ作用角INCAMmaxが設定された状態を継続する。
[ステップS442]エンジン1の運転状態(エンジン回転速度NEやアクセル開度等)に基づいて、運転状態に適合したバルブ作用角INCAMを算出する。そして、この算出したバルブ作用角INCAMを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定する。
[ステップS450]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップS452の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、ステップS454の処理を行う。
[ステップS452]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMを現在の大きさに維持する。
[ステップS454]バルブ作用角可変機構51を駆動してバルブ作用角INCAMを現在のバルブ作用角INCAMから目標バルブ作用角INCAMtrgへ変更する。
[ステップS460]イグニッション信号IGがオンからオフへ切り替わったか否かを判定する。
・イグニッション信号IGがオンからオフへ切り替わったとき、「始動後バルブ作用角変更処理」を終了して「停止時バルブ作用角変更処理」(図10)を開始する。
・イグニッション信号IGがオンのとき、所定の時間が経過した後に再度ステップS442の処理を行う。即ち、イグニッション信号IGがオフとなるまで、エンジン1の運転状態に適合したバルブ作用角INCAMの算出を継続する。
<停止時バルブ作用角変更処理>
図10を参照して、「停止時バルブ作用角変更処理」について説明する。
[ステップS510]目標バルブ作用角INCAMtrgとして最大バルブ作用角INCAMmaxを設定する。
[ステップS520]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップS522の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、ステップS524の処理を行う。
[ステップS522]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMとして最大バルブ作用角INCAMmaxが設定された状態を維持する。
[ステップS524]バルブ作用角可変機構51を駆動してバルブ作用角INCAMを現在のバルブ作用角INCAMから目標バルブ作用角INCAMtrgへ変更する。
<制御態様の一例>
図11に、エンジン1の始動態様の一例を示す。
以下では、タイミングチャートに示した時刻毎にエンジン1の始動態様について説明する。
(a)時刻t11:イグニッション信号IGのオフからオンへの変化が検出される。
(b)時刻t12:スタータ信号STAのオフからオンへの変化が検出される。このとき、スタータモータ6への通電が開始される。
(c)時刻t13:時刻t12からマスク期間XMが経過したことを受けて、気筒判別及びバルブ作用角可変機構51の駆動が開始される。ここでは、吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満であることにより、最大バルブ作用角INCAMmaxから始動バルブ作用角INCAMstaへの変更が行われる。
(d)時刻t14:気筒判別が完了にともない第1シリンダが吸気行程の上死点であることが検出される。このとき、バルブ作用角INCAMが始動バルブ作用角INCAMstaへ変更された後において、最初に吸気行程の下死点へ到達するシリンダ21が推定される。ここでは、第1シリンダが始動シリンダCSとして設定される。
(e)時刻t15:第1シリンダからインジェクタ3Cによる燃料噴射が開始される。
(f)時刻t16:バルブ作用角INCAMが始動バルブ作用角INCAMstaへ変更されたことにより、バルブ作用角可変機構51が現在の状態に保持される。
(g)時刻t17:混合気の点火が行われる。
(h)時刻t18:エンジン1の始動動作の完了にともない、スタータモータ6が停止される。また、バルブ作用角INCAMが始動バルブ作用角INCAMstaから最大バルブ作用角INCAMmaxへ変更される。
(i)時刻t19:バルブ作用角INCAMが最大バルブ作用角INCAMmaxへ変更されたことにより、バルブ作用角可変機構51が現在の状態に保持される。
<実施形態の効果>
以上詳述したように、この第1実施形態にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置によれば、以下に示すような効果が得られるようになる。
(1)インテークバルブ37の閉弁時期が下死点またはその近傍に設定されているとき、閉弁時期がそれ以外の時期に設定されているときに比べて燃焼室24内の圧力が高くなるため、混合気の着火性が向上するようになる。
本実施形態では、こうしたことを考慮して、エンジン1の始動動作が完了するまでの間、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定するようにしている。これにより、エンジン1の始動性の向上を図ることができるようになる。
(2)また、吸気温度THGと基準吸気温度XTHGとの比較を通じて、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定することに起因してノッキングをまねくおそれがあると判断したとき(吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき)は、始動バルブ作用角INCAMstaを実際のバルブ作用角INCAMとして設定することを禁止するようにしている。これにより、ノッキングの発生を抑制することができるようになる。
(3)エンジン1の始動に際して、インテークバルブ37の閉弁時期が下死点またはその近傍に設定されていないシリンダ21から燃料噴射が開始された場合、実圧縮比が低い状態で混合気の燃焼が行われるため、エミッションの向上が図られないようになる。
本実施形態では、こうしたこと考慮して、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaが設定された後において最初に吸気行程の下死点へ到達するシリンダ21(始動シリンダCS)、即ちエミッションの向上を図りつつ最も早く燃料噴射を行うことのできるシリンダ21から燃料噴射を開始するようにしている。従って、エンジン1の始動性をより向上させることができるようになる。
(4)スタータモータ6の駆動直後は、スタータモータ6への電力の供給によりバッテリ電圧BVが過度に低下するようになる。
本実施形態では、こうしたことを考慮して、モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上となるまでの間、バルブ作用角可変機構51の駆動(電動アクチュエータ52への通電)を禁止するようにしている。これにより、クランキング時のエンジン1の挙動を安定させることができるようになる。
(5)本実施形態では、エンジン1の始動動作が完了したことを検出したとき、バルブ作用角INCAMの変更を通じてバルブオーバーラップを設定するようにしている。これにより、高温の燃焼ガスが燃焼室24へ残留するようになるため、エンジン1の暖機促進を図ることができるようになる。
<変更例>
なお、上記第1実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第1実施形態では、インテークバルブ37の閉弁時期が下死点となるバルブ作用角INCAMを始動バルブ作用角INCAMstaとして採用したが、始動バルブ作用角INCAMstaの設定態様を次のように変更することもできる。即ち、インテークバルブ37の閉弁時期が下死点の近傍となるバルブ作用角INCAMを始動バルブ作用角INCAMstaとすることもできる。この場合も、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏することができるようになる。
・上記第1実施形態において、「始動時バルブ作用角変更処理」に次のような処理を追加することもできる。即ち、クランクポジションセンサ81を通じてクランクシャフト26の回転が検出されるまで、バルブ作用角可変機構51の駆動(電動アクチュエータ52への通電)を禁止する処理を追加することもできる。
エンジン1の始動に際しては、バッテリ電圧BVの低下に起因してクランキングが正常に開始されないこともある。上記処理を追加した場合には、クランクシャフト26の回転が検出されてから電動アクチュエータ52への通電が行われるようになるため、電動アクチュエータ52への通電によりクランキングの開始が妨げられることを回避することができるようになる。また、スタータモータ6の故障等によりクランキングが開始されない場合にあっては、不要にバルブ作用角可変機構51が駆動されることを回避することができるようになる。
・上記第1実施形態において、「始動時バルブ作用角変更処理」に次のような処理を追加することもできる。即ち、バッテリ電圧BVが基準の電圧よりも小さいときには、エンジン1の始動動作が完了するまでの間、バルブ作用角INCAMの変更(電動アクチュエータ52への通電)を禁止する処理を追加することもできる。なお、基準の電圧は、スタータモータ6及び電動アクチュエータ52への通電を行った際にクランキングが正常に行われるか否かを判定するための値として、試験等を通じて予め設定することができる。
上記処理を追加した場合には、スタータモータ6と電動アクチュエータ52とを同時に駆動させることに起因してクランキングが正常に継続されなくなるとき、電動アクチュエータ52への通電が禁止されるため、エンジン1の始動不良を回避することができるようになる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について、図12〜図15を参照して説明する。
先の第1実施形態では、エンジン1の停止時にバルブ作用角INCAMを最大バルブ作用角INCAMmaxへ変更するようにしている。
これに対して、本実施形態では、エンジン1の停止時にバルブ作用角INCAMを始動バルブ作用角INCAMstaへ変更するようにしている。これにともない、「バルブ作用角可変機構駆動処理」「始動時バルブ作用角変更処理」及び「停止時バルブ作用角変更処理」が以下に説明するように変更されている。なお、本実施形態において、以下にて説明する変更点以外については、前記第1実施形態と同様の構成となっている。
<バルブ作用角可変機構駆動処理[2]>
図12を参照して、「バルブ作用角可変機構駆動処理[2]」について説明する。
本処理は、イグニッション信号IGがオフからオンへ切り替わったことを条件に開始される。
[ステップT200]スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったか否かを判定する。
・スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったとき、ステップT300の処理を行う。
・スタータ信号STAがオフのときは、所定の時間が経過した後に再度ステップT200の処理を行う。即ち、スタータ信号STAがオフからオンに切り替わるまで「始動時バルブ作用角変更処理[2]」の実行を保留する。
[ステップT300]「始動時バルブ作用角変更処理[2]」(図13及び図14)を実行する。即ち、「始動時バルブ作用角変更処理[2]」を通じてエンジン1の始動時におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。同処理によるバルブ作用角INCAMの設定は、エンジン1の始動動作が完了するまで継続される。なお、詳細な処理手順については後述する。
[ステップT400]「始動後バルブ作用角変更処理」(図8及び図9)を実行する。即ち、「始動後バルブ作用角変更処理」を通じてエンジン1の始動後におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。同処理によるバルブ作用角INCAMの設定は、エンジン1が停止するまで継続される。
[ステップT500]「停止時バルブ作用角変更処理[2]」(図15)を実行する。即ち、「停止時バルブ作用角変更処理[2]」を通じてエンジン1の停止後におけるバルブ作用角INCAMの設定を行う。なお。詳細な処理手順については後述する。
<始動時バルブ作用角変更処理[2]>
図13及び図14を参照して、「始動時バルブ作用角変更処理[2]」について説明する。
[ステップT310]モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上か否かを判定する。
・モータ駆動期間TMがマスク期間XM未満のとき、所定の時間が経過した後に再度ステップT310の判定処理を行う。
・モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上のとき、ステップT320の処理を行う。
[ステップT320]吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上か否かを判定する。
・吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき、ステップT322の処理を行う。
・吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満のとき、ステップT340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動完了までバルブ作用角INCAMの変更を行わない。
なお、本実施形態においては、エンジン1の停止時にバルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaが設定されるため、吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満のとき、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaが設定された状態となる。
[ステップT322]最大バルブ作用角INCAMmaxを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定する。即ち、バルブオーバーラップが設定されるように目標バルブ作用角INCAMtrgの変更を行う。なお、ここでは、最大バルブ作用角INCAMmaxを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定しているが、バルブオーバーラップが「0」よりも大きくなるバルブ作用角INCAMであれば、適宜のバルブ作用角INCAMを目標バルブ作用角INCAMtrgとして設定することができる。
[ステップT324]電動アクチュエータ52への通電を開始してバルブ作用角可変機構51を駆動する。ここでは、実際のバルブ作用角INCAMが最大バルブ作用角INCAMmaxとなるように電動アクチュエータ52を制御する。
[ステップT330]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップT332の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップT330の処理を行う。即ち、実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致するまでバルブ作用角可変機構51の駆動を継続する。
[ステップT332]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMとして最大バルブ作用角INCAMmaxが設定された状態を維持する。
[ステップT340]エンジン1の始動が完了したか否かを判定する。
・エンジン1の始動が完了しているとき、「始動時バルブ作用角変更処理[2]」を終了して「始動後バルブ作用角変更処理」(図8及び図9)を開始する。
・エンジン1の始動が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップT340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動が完了するまで「始動後バルブ作用角変更処理」の実行を保留する。
<停止時バルブ作用角変更処理[2]>
図15を参照して、「停止時バルブ作用角変更処理[2]」について説明する。
[ステップT510]目標バルブ作用角INCAMtrgとして始動バルブ作用角INCAMstaを設定する。
[ステップT520]実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致しているとき、ステップT522の処理を行う。
・実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgと一致していないとき、ステッT524の処理を行う。
[ステップT522]バルブ作用角可変機構51を現在の状態に保持することにより、バルブ作用角INCAMとして始動バルブ作用角INCAMstaが設定された状態を維持する。
[ステップT524]バルブ作用角可変機構51を駆動してバルブ作用角INCAMを現在のバルブ作用角INCAMから目標バルブ作用角INCAMtrgへ変更する。
<実施形態の効果>
以上詳述したように、この第2実施形態にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置によれば、先の第1実施形態による前記(1)(2)(4)及び(5)の効果に加えて、さらに以下に示すような効果が得られるようになる。
(6)エンジン1の始動時にバルブ作用角INCAMを変更する際、バルブ作用角可変機構51の応答遅れにより実際のバルブ作用角INCAMが目標バルブ作用角INCAMtrgへ変更されるまでに若干の時間を要する。
本実施形態では、こうしたことを考慮し、次回のエンジン1の始動に備えてエンジン1の停止時にバルブ作用角INCAMを始動バルブ作用角INCAMstaへ変更するようにしているため、より好適に始動性の向上を図ることができるようになる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について、図1及び図16〜図22を参照して説明する。
本実施形態では、燃焼室へ燃料を直接供給する燃料噴射方式を採用するとともに、可変動弁機構として吸気弁のバルブタイミング(吸気弁の開閉特性)を変更するバルブタイミング可変機構を備えた筒内噴射式内燃機関を想定している。
<エンジンの構造>
図1に示すように、エンジン1は、バルブタイミング可変機構53を備えて構成される。
バルブタイミング可変機構53は、インテークバルブ37のバルブタイミングを変更する。即ち、クランクシャフト26に対するインテークカムシャフト3Aの相対回転位相を変更する。バルブタイミングの変更により、インテークバルブ37の開弁時期(バルブ開弁時期IVO)及びインテークバルブ37の閉弁時期(バルブ閉弁時期IVC)が同じクランク角度だけ進角または遅角される。
また、バルブタイミング可変機構53は、駆動源として電動アクチュエータ54を備えている。即ち、エンジン1においては、電動アクチュエータ54を通じてバルブタイミング可変機構53を駆動することにより、インテークバルブ37のバルブタイミングを変更することができる。なお、本実施形態のエンジン1において、バルブ作用角可変機構51に代えてバルブタイミング可変機構53が備えられている点以外については、前記第1実施形態のエンジンと同様の構成となっている。
<バルブタイミング可変機構によるバルブタイミングの変更態様>
バルブタイミング可変機構53によるインテークバルブ37のバルブタイミングINVTの変更態様について説明する。
図16に示すように、バルブタイミングINVTは、最も進角側のバルブタイミング(最進角バルブタイミングINVTmax)から最も遅角側のバルブタイミング(最遅角バルブタイミングINVTmin)までの間で連続的に変更される。また、インテークバルブ37のバルブ作用角INCAMが一定に維持された状態で、バルブ開弁時期IVO及びバルブ閉弁時期IVCが変更される。即ち、最進角バルブタイミングINVTmaxにおけるバルブ作用角INCAM(最進角開弁時期IVOmaxから最進角閉弁時期IVCmaxまでの期間)と、最遅角バルブタイミングINVTminにおけるバルブ作用角INCAM(最遅角開弁時期IVOminから最遅角閉弁時期IVCminまでの期間)とが同じ大きさとなる。
電子制御装置9は、「バルブタイミング可変機構駆動処理」(図17〜図22)を通じて、エンジン1の始動から停止までにおけるバルブタイミング可変機構53の駆動態様を制御する。即ち、同処理を通じてバルブタイミングINVTの変更が行われる。
<バルブタイミング可変機構駆動処理>
図17を参照して、「バルブタイミング可変機構駆動処理」について説明する。
本処理は、イグニッション信号IGがオフからオンへ切り替わったことを条件に開始される。
[ステップU200]スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったか否かを判定する。
・スタータ信号STAがオフからオンへ切り替わったとき、ステップU300の処理を行う。
・スタータ信号STAがオフのときは、所定の時間が経過した後に再度ステップU200の処理を行う。即ち、スタータ信号STAがオフからオンに切り替わるまで「始動時バルブタイミング変更処理」の実行を保留する。
[ステップU300]「始動時バルブタイミング変更処理」(図18及び図19)を実行する。即ち、「始動時バルブタイミング変更処理」を通じてエンジン1の始動時におけるバルブタイミングINVTの設定を行う。同処理によるバルブタイミングINVTの設定は、エンジン1の始動動作が完了するまで継続される。なお、詳細な処理手順については後述する。
[ステップU400]「始動後バルブタイミング変更処理」(図20及び図21)を実行する。即ち、「始動後バルブタイミング変更処理」を通じてエンジン1の始動後におけるバルブタイミングINVTの設定を行う。同処理によるバルブタイミングINVTの設定は、エンジン1が停止するまで継続される。なお、詳細な処理手順については後述する。
[ステップU500]「停止時バルブタイミング変更処理」(図22)を実行する。即ち、「停止時バルブタイミング変更処理」を通じてエンジン1の停止後におけるバルブタイミングINVTの設定を行う。なお。詳細な処理手順については後述する。
<始動時バルブタイミング変更処理>
図18及び図19を参照して、「始動時バルブタイミング変更処理」について説明する。
本処理では、エンジン1の始動動作が完了するまでの間、始動バルブタイミングINVTstaを目標のバルブタイミング(目標バルブタイミングINVTtrg)として設定することにより、始動性の向上を図るようにしている。一方で、ノッキングをまねくおそれがある場合には、始動バルブタイミングINVTstaを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定することを禁止することで、ノッキングの発生を抑制するようにしている。なお、始動バルブタイミングINVTstaは、インテークバルブ37の閉弁時期が吸気行程の下死点となるバルブタイミングINVTを示す。
[ステップU310]スタータモータ6の駆動期間(駆動を開始してからの経過時間(モータ駆動期間TM))がマスク期間XM以上か否かを判定する。
・モータ駆動期間TMがマスク期間XM未満のとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU310の判定処理を行う。
・モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上のとき、ステップU320の処理を行う。
[ステップU320]吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上か否かを判定する。
電子制御装置9は、ステップU320の判定処理を通じてバルブタイミングINVTの変更について次のように判断する。
(a)吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaを設定することに起因してノッキングをまねくおそれがあると判断する。この判定結果が得られたときは、ステップU322の処理を行う。
(b)吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満のとき、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaを設定したとしてもノッキングをまねくおそれがないと判断する。この判定結果が得られたときは、ステップU340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動完了までバルブタイミングINVTの変更を行わない。
なお、本実施形態においては、エンジン1の停止時にバルブタイミングINVTが始動バルブタイミングINVTstaに変更されるため、吸気温度THGが基準吸気温度XTHG未満のとき、実際のバルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaが設定された状態となる。
ちなみに、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaを設定した場合には、混合気の実圧縮比が高められるため、吸気温度THGが高いときほどノッキングの発生の可能性が大きくなる。
[ステップU322]最進角バルブタイミングINVTmaxを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定する。即ち、バルブオーバーラップが設定されるように目標バルブタイミングINVTtrgの変更を行う。なお、ここでは、最進角バルブタイミングINVTmaxを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定しているが、バルブオーバーラップが「0」よりも大きくなるバルブタイミングINVTであれば、適宜のバルブタイミングINVTを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定することができる。
[ステップU324]電動アクチュエータ52への通電を開始してバルブタイミング可変機構53を駆動する。ここでは、実際のバルブタイミングINVTが最遅角バルブタイミングINVTminとなるように電動アクチュエータ54を制御する。なお、実際のバルブタイミングINVTは、電動アクチュエータ54の制御位置に基づいて把握することができる。
[ステップU330]実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているとき、ステップU332の処理を行う。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU330の処理を行う。即ち、実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致するまでバルブタイミング可変機構53の駆動を継続する。
[ステップU332]バルブタイミング可変機構53を現在の状態に保持することにより、バルブタイミングINVTとして最進角バルブタイミングINVTmaxが設定された状態を維持する。
[ステップU340]エンジン1の始動が完了したか否かを判定する。
・エンジン1の始動動作が完了しているとき、「始動時バルブタイミング変更処理」を終了して「始動後バルブタイミング変更処理」(図20及び図21)を開始する。
・エンジン1の始動動作が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU340の処理を行う。即ち、エンジン1の始動が完了するまで「始動後バルブタイミング変更処理」の実行を保留する。
<始動後バルブタイミング変更処理>
図20及び図21を参照して、「始動後バルブタイミング変更処理」について説明する。
本処理では、エンジン1の始動動作が完了したことに基づいてバルブオーバーラップを設定することにより、暖機の促進を図るようにしている。また、エンジン1の暖機完了後は、運転状態に適合した目標バルブタイミングINVTtrgを設定することにより、燃費の向上等を図るようにしている。
[ステップU410]最進角バルブタイミングINVTmaxを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定する。即ち、バルブオーバーラップが設定されるように目標バルブタイミングINVTtrgの変更を行う。なお、ここでは、最進角バルブタイミングINVTmaxを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定しているが、バルブオーバーラップが「0」よりも大きくなるバルブタイミングINVTであれば、適宜のバルブタイミングINVTを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定することができる。
[ステップU420]バルブタイミング可変機構53を駆動してバルブタイミングINVTを現在のバルブタイミングINVTから最進角バルブタイミングINVTmaxへ変更する。
[ステップU430]実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているとき、ステップU432の処理を行う。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU430の処理を行う。即ち、実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致するまでバルブタイミング可変機構53の駆動を継続する。
[ステップU432]バルブタイミング可変機構53を現在の状態に保持することにより、バルブタイミングINVTとして最進角バルブタイミングINVTmaxが設定された状態を維持する。
[ステップU440]エンジン1の暖機が完了しているか否かを判定する。ここでは、冷却水温度THWが判定値以上であることをもってエンジン1の暖機が完了していると判断する。
・エンジン1の暖機が完了しているとき、ステップU442の処理を行う。
・エンジン1の暖機が完了していないとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU440の処理を行う。即ち、エンジン1の暖機が完了するまで実際のバルブタイミングINVTとして最進角バルブタイミングINVTmaxが設定された状態を継続する。
[ステップU442]エンジン1の運転状態(エンジン回転速度NEやアクセル開度等)に基づいて、運転状態に適合したバルブタイミングINVTを算出し、この算出したバルブタイミングINVTを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定する。
[ステップU450]実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているとき、ステップU452の処理を行う。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致していないとき、ステップU454の処理を行う。
[ステップU452]バルブタイミング可変機構53を現在の状態に保持することにより、バルブタイミングINVTを現在のタイミングに維持する。
[ステップU454]バルブタイミング可変機構53を駆動してバルブタイミングINVTを現在のバルブタイミングINVTから目標バルブタイミングINVTtrgへ変更する。
[ステップU460]イグニッション信号IGがオンからオフへ切り替わったか否かを判定する。
・イグニッション信号IGがオンからオフへ切り替わったとき、「始動後バルブタイミング変更処理」を終了して「停止時バルブタイミング変更処理」(図22)を開始する。
・イグニッション信号IGがオンのとき、所定の時間が経過した後に再度ステップU442の処理を行う。即ち、イグニッション信号IGがオフとなるまで、エンジン1の運転状態に適合したバルブタイミングINVTの算出を継続する。
<停止時バルブタイミング変更処理>
図22を参照して、「停止時バルブタイミング変更処理」について説明する。
[ステップU510]目標バルブタイミングINVTtrgとして始動バルブタイミングINVTstaを設定する。
[ステップU520]実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているか否かを判定する。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致しているとき、ステップU522の処理を行う。
・実際のバルブタイミングINVTが目標バルブタイミングINVTtrgと一致していないとき、ステップU524の処理を行う。
[ステップU522]バルブタイミング可変機構53を現在の状態に保持することにより、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaが設定された状態を維持する。
[ステップU524]バルブタイミング可変機構53を駆動してバルブタイミングINVTを現在のバルブタイミングINVTから目標バルブタイミングINVTtrgへ変更する。
<実施形態の効果>
以上詳述したように、この第3実施形態にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置によれば、以下に示すような効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、エンジン1の始動動作が完了するまでの間、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaを設定するようにしている。これにより、エンジン1の始動性の向上を図ることができるようになる。
(2)また、吸気温度THGと基準吸気温度XTHGとの比較を通じて、バルブタイミングINVTとして始動バルブタイミングINVTstaを設定することに起因してノッキングをまねくおそれがあると判断したとき(吸気温度THGが基準吸気温度XTHG以上のとき)は、始動バルブタイミングINVTstaを実際のバルブタイミングINVTとして設定することを禁止するようにしている。これにより、ノッキングの発生を抑制することができるようになる。
(3)本実施形態では、モータ駆動期間TMがマスク期間XM以上となるまでの間、バルブタイミング可変機構53の駆動(電動アクチュエータ54への通電)を禁止するようにしている。これにより、クランキング時のエンジン1の挙動を安定させることができるようになる。
(4)本実施形態では、エンジン1の始動動作が完了したことを検出したとき、バルブタイミングINVTの変更を通じてバルブオーバーラップを設定するようにしている。これにより、高温の燃焼ガスが燃焼室24へ残留するようになるため、エンジン1の暖機促進を図ることができるようになる。
<変更例>
なお、上記第3実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第3実施形態では、インテークバルブ37の閉弁時期が下死点となるバルブタイミングINVTを始動バルブタイミングINVTstaとして採用したが、始動バルブタイミングINVTstaの設定態様を次のように変更することもできる。即ち、インテークバルブ37の閉弁時期が下死点の近傍となるバルブタイミングINVTを始動バルブタイミングINVTstaとすることもできる。この場合も、上記第3実施形態と同様の作用効果を奏することができるようになる。
・上記第3実施形態では、「始動時バルブタイミング変更処理」のステップU322において、最進角バルブタイミングINVTmaxを目標バルブタイミングINVTtrgとして設定するようにしたが、ステップU322において設定する目標バルブタイミングINVTtrgを次のように変更することもできる。即ち、始動バルブタイミングINVTsta及びその近傍以外のバルブタイミングであるとともに、始動性の悪化を回避することのできるバルブタイミング(例えば、最進角バルブタイミングINVTmax近傍のバルブタイミング)を目標バルブタイミングINVTtrgとして設定することもできる。
・上記第3実施形態において、「始動時バルブタイミング変更処理」に次のような処理を追加することもできる。即ち、クランクポジションセンサ81を通じてクランクシャフト26の回転が検出されるまで、バルブタイミング可変機構53の駆動(電動アクチュエータ54への通電)を禁止する処理を追加することもできる。
ちなみに、エンジン1の始動に際しては、バッテリ電圧BVの低下に起因してクランキングが正常に開始されないこともある。
上記処理を追加した場合、クランクシャフト26の回転が検出されてから電動アクチュエータ54への通電が行われるようになるため、電動アクチュエータ54への通電によりクランキングの開始が妨げられることを回避することができるようになる。また、スタータモータ6の故障等によりクランキングが開始されない場合にあっては、不要にバルブタイミング可変機構53が駆動されることを回避することができるようになる。
(その他の実施形態)
その他、上記各実施形態に共通して変更することができる要素を以下に列挙する。
・上記各実施形態では、実圧縮比に影響を及ぼすパラメータとして吸気温度THGを採用したが、同パラメータとして、例えば冷却水温度THWを採用することもできる。
・上記各実施形態では、筒内噴射式のエンジンを想定したが、ポート噴射式のエンジンにおいても同様の態様をもって本発明を適用することができる。
本発明にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置を具体化した第1実施形態について、エンジンの全体構造を示す構成図。 同実施形態のバルブ作用角可変機構によるバルブ作用角及び最大バルブリフト量の変化態様を示す概念図。 同実施形態にて行われる「エンジン始動処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「エンジン始動処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「バルブ作用角可変機構駆動処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブ作用角変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブ作用角変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動後バルブ作用角変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動後バルブ作用角変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「停止時バルブ作用角変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるエンジンの始動態様の一例を示すタイミングチャート。 本発明にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置を具体化した第2実施形態について、同実施形態にて行われる「バルブ作用角可変機構駆動処理[2]」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブ作用角変更処理[2]」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブ作用角変更処理[2]」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「停止時バルブ作用角変更処理[2]」の処理手順を示すフローチャート。 本発明にかかる内燃機関の可変動弁機構制御装置を具体化した第3実施形態について、同実施形態のバルブタイミング可変機構によるバルブタイミングの変化態様を示す概念図。 同実施形態にて行われる「バルブタイミング可変機構駆動処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブタイミング変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動時バルブタイミング変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動後バルブタイミング変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「始動後バルブタイミング変更処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にて行われる「停止時バルブタイミング変更処理」の処理手順を示すフローチャート。
符号の説明
1…エンジン。
2…シリンダブロック、21…シリンダ、22…ウォータージャケット、23…ピストン、24…燃焼室、25…コネクティングロッド、26…クランクシャフト。
3…シリンダヘッド、31…インテークポート、32…インテークマニホールド、33…インテークパイプ、34…エキゾーストポート、35…エキゾーストマニホールド、36…エキゾーストパイプ、37…インテークバルブ、38…エキゾーストバルブ、3A…インテークカムシャフト、3B…エキゾーストカムシャフト、3C…インジェクタ、3D…イグニッションプラグ。
51…バルブ作用角可変機構、52…電動アクチュエータ、53…バルブタイミング可変機構、54…電動アクチュエータ。
6…スタータモータ。
7…バッテリ。
81…クランクポジションセンサ、82…カムポジションセンサ、83…水温センサ、84…吸気温センサ、85…イグニッションスイッチ。
9…電子制御装置、91…中央演算処理装置、92…リードオンリーメモリ、93…ランダムアクセスメモリ、94…バックアップメモリ、95…インプットポート、96…アウトプットポート。
CA…クランク信号、DA…カム信号、IG…イグニッション信号、STA…スタータ信号、NE…エンジン回転速度、THW…冷却水温度、THG…吸気温度。
XTHG…基準吸気温度、TM…モータ駆動期間、XM…マスク期間、BV…バッテリ電圧、CS…始動シリンダ。
INCAM…バルブ作用角、INCAMmax…最大バルブ作用角、INCAMmin…最小バルブ作用角、INCAMsta…始動バルブ作用角、INCAMtrg…目標バルブ作用角。
INVL…最大バルブリフト量、INVLmax…上限最大バルブリフト量、INVLmin…下限最大バルブリフト量。
IVO…バルブ開弁時期、IVC…バルブ閉弁時期、IVOmax…最進角開弁時期、IVCmax…最進角閉弁時期、IVOmin…最遅角開弁時期、IVCmin…最遅角閉弁時期。
INVT…バルブタイミング、INVTmax…最進角バルブタイミング、INVTmin…最遅角バルブタイミング、INVTsta…始動バルブタイミング、INVTtrg…目標バルブタイミング。

Claims (13)

  1. 吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関に適用されて、前記内燃機関の運転状態に応じて目標の開閉特性を設定するとともに実際の開閉特性が前記目標の開閉特性となるように前記可変動弁機構を制御する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記吸気弁の開閉特性について、前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性とし、
    最初の燃料噴射が行われる前から前記内燃機関の始動動作が完了するまでの間、前記始動開閉特性を目標の開閉特性として設定し、
    実際の開閉特性が前記始動開閉特性へ変更されてから最初に吸気行程の下死点へ到達する気筒を推定し、該気筒以外の気筒から燃料噴射が開始されることを禁止する
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  2. 可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、
    吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定されている状態のもとで最初に吸気行程の下死点に到達する気筒から燃料噴射が開始される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  3. 可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、
    最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つ実圧縮比に影響を及ぼすパラメータがノッキングの発生をまねく大きさよりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性とは異なる開閉特性に設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  4. 可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、
    最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つ吸気温度または冷却水温度が予め設定された基準値よりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性とは異なる開閉特性に設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    吸気弁の開閉特性として前記始動開閉特性が設定されたときにノッキングが生じるか否かを吸気温度または冷却水温度に基づいて判定するための値が前記基準値として設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  6. 請求項3〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    バルブオーバーラップが設定される吸気弁の開閉特性を重複開閉特性として、
    前記始動開閉特性とは異なる開閉特性として同重複開閉特性が設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  7. 駆動源としての電動アクチュエータを含む可変動弁機構の制御により吸気弁の開閉特性を変更する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記吸気弁の閉弁時期が下死点またはその近傍となる開閉特性を始動開閉特性として、
    最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つバッテリの電圧が基準の電圧よりも大きいとき、吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定され、
    最初に燃料噴射した気筒が吸気行程の下死点に到達してから内燃機関の始動動作が完了するまでの期間内のとき、且つバッテリの電圧が前記基準の電圧よりも小さいとき、前記電動アクチュエータへの通電が行われない
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  8. 請求項2〜7のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定されている状態のもとで最初に吸気行程の下死点に到達する気筒から燃料噴射が開始される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    バルブオーバーラップが設定される吸気弁の開閉特性を重複開閉特性として、
    内燃機関の始動動作が完了した後に吸気弁の開閉特性が同重複開閉特性に設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  10. 請求項9に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記可変動弁機構として吸気弁のバルブ作用角を変更するものが設けられるとき、前記重複開閉特性としてのバルブ作用角が前記始動開閉特性としてのバルブ作用角よりも大きいものに設定され、
    前記可変動弁機構として吸気弁のバルブタイミングを変更するものが設けられるとき、前記重複開閉特性としてのバルブタイミングが前記始動開閉特性としてのバルブタイミングよりも進角側に設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    内燃機関の停止時に吸気弁の開閉特性が前記始動開閉特性に設定される
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記可変動弁機構の駆動源としての電動アクチュエータを含み、
    スタータモータへの通電が開始されてから待機期間が経過するまでは同アクチュエータへの通電が行われない
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
  13. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置において、
    前記可変動弁機構の駆動源としての電動アクチュエータを含み、
    クランクシャフトの回転が検出されるまでは同アクチュエータへの通電が行われない
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
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