JP7413916B2 - エンジン装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン装置の制御装置に関する。

従来、この種のエンジン装置の制御装置としては、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）と燃料ポンプ（高圧燃料ポンプ）と共にエンジン装置に搭載されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。可変バルブタイミング機構は、クランクシャフトの角度に対するカムシャフトの角度を変更することにより吸気バルブの開閉タイミングを変更する。燃料ポンプは、カムシャフトにより駆動されている。この装置では、燃料噴射量と燃圧とに基づいて燃料ポンプから反力としてカムシャフトに作用するトルクを算出している。そして、こうして算出した負荷に基づいて吸気バルブの開閉タイミングの変化速度を補正している。

特開２００９－４６９９５号公報

ところで、一般に、Ｖ型のエンジンを搭載するエンジン装置の制御装置では、両バンクのカムシャフトがそれぞれ異なる駆動装置を駆動することがある。この場合、両バンクのカムシャフトに反力として異なるトルクが作用する。このため、クランクシャフトの角度に対してカムシャフトの角度を変更する際に、カムシャフトの角度の変更速度がバンク毎にばらついてバンク毎に吸気バルブの開閉タイミングにばらつきが生じてしまい、エンジンのトルクの変動が大きくなってしまう。

本発明のエンジン装置の制御装置は、エンジンのトルクの変動を抑制することを主目的とする。

本発明のエンジン装置の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置の制御装置は、
クランクシャフトの角度に対するカムシャフトの角度を変更することにより吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を両バンクに有するＶ型のエンジンと、前記カムシャフトにより駆動される複数の駆動装置と共にエンジン装置に搭載されるエンジン装置の制御装置であって、
一方のバンクの前記カムシャフトが複数の前記駆動装置のうちの少なくとも１つの前記駆動装置を駆動する際に反力として前記一方のバンクの前記カムシャフトに作用する第１反力トルクと、他方のバンクの前記カムシャフトが複数の前記駆動装置のうちの少なくとも１つの前記駆動装置を駆動する際に反力として前記他方のバンクの前記カムシャフトに作用する第２反力トルクと、を算出し、
前記両バンクの前記カムシャフトの角度を進角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクのうち前記カムシャフトの角度の遅角方向において大きいほうのトルクを用いて前記両バンクの前記可変バルブタイミング機構を制御し、
前記両バンクの前記カムシャフトの角度を前記遅角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクのうち前記遅角方向において小さいほうのトルクを用いて前記両バンクの前記可変バルブタイミング機構を制御する、
ことを要旨とする。

この本発明のエンジン装置の制御装置では、一方のバンクのカムシャフトが複数の駆動装置のうちの少なくとも１つの駆動装置を駆動する際に反力として一方のバンクのカムシャフトに作用する第１反力トルクと、他方のバンクのカムシャフトが複数の駆動装置のうちの少なくとも１つの駆動装置を駆動する際に反力として他方のバンクのカムシャフトに作用する第２反力トルクと、を算出する。そして、両バンクのカムシャフトの角度を進角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクのうちカムシャフトの角度の遅角方向において大きいほうのトルクを用いて両バンクの可変バルブタイミング機構を制御し、両バンクのカムシャフトの角度を遅角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクのうち遅角方向において小さいほうのトルクを用いて両バンクの可変バルブタイミング機構を制御する。これにより、両バンクのカムシャフトの角度の変更速度を揃えることができ、バンク毎の吸気バルブの開閉タイミングのばらつきを抑制できる。この結果、エンジンのトルクの変動を抑制できる。

本発明の一実施例としての制御装置を搭載したエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図である。 可変バルブタイミング機構１５０ａの構成の概略を示す構成図である。 可変バルブタイミング機構１５０ａの構成の概略を示す構成図である。 インテークカムシャフト１２９ａの角度を進角させたときの対応する吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、インテークカムシャフト１２９ａの角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、の一例を示す説明図である。 ロックピン１５４の構成の概略を示す構成図である。 ＥＣＵ７０により実行されるカムトルク算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵ７０により実行される反力トルク算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 インテークカムトルクＴｉｎの方向を説明するための説明図である。 ＥＣＵ７０により実行されるエキゾーストカムトルク算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての制御装置を搭載したエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置２０は、図示するように、エンジン２２と、燃料供給装置６０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するＶ型の６気筒や８気筒の内燃機関として構成されている。エンジン２２は、図示するように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂを介して燃焼室に吸入すると共に、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内噴射弁１２６から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。燃焼室からの排気は、排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄを介して浄化装置１３４へ排出され、浄化装置１３４により一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分が浄化されて外気に排出される。エンジン２２は、片方のバンクの気筒を休止した状態で運転することもできる。

エンジン２２は、両バンクのインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂに、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを備え、両バンクのエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄに、排気バルブ１２８ｄ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ，ＶＴｅｘｄを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構１５０ｃ、１５０ｄを備える。図２および図３は、一方のバンクの可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｃの構成の概略を示す構成図である。なお、可変バルブタイミング機構１５０ｂ、１５０ｄは、可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｃと同様の構成なので、図示および詳細な説明を省略する。

可変バルブタイミング機構１５０ａは、図示するように、ベーン式のＶＶＴコントローラ１５２と、ベーンポジションセンサ１５３と、オイルコントロールバルブ１５６と、を備える。ＶＶＴコントローラ１５２は、ハウジング部１５２ａと、ベーン部１５２ｂと、図示しないアシストスプリングと、により構成されている。ハウジング部１５２ａは、クランクシャフト２６にタイミングチェーン１６２を介して接続されたタイミングギヤ１６４に固定されている。ベーン部１５２ｂは、吸気バルブ１２８ａを開閉するインテークカムシャフト１２９ａに固定されている。ベーンポジションセンサ１５３は、ベーン部１５２ｂの位置を検出する。オイルコントロールバルブ１５６は、スリーブ，スプール弁，リニアソレノイド，プランジャなどを有する周知のオイルコントロールバルブとして構成されており、図示しない電流調整部から供給される電流に応じて作動して（スプール弁が移動して）ＶＶＴコントローラ１５２の進角側油室および遅角側油室に油圧を作用させる。

可変バルブタイミング機構１５０ａでは、オイルコントロールバルブ１５６を介してＶＶＴコントローラ１５２の進角側油室および遅角側油室に作用させる油圧を調節することにより、ハウジング部１５２ａに対してベーン部１５２ｂを相対的に回転させる。これにより、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａにおけるインテークカムシャフト１２９ａの角度を連続的に変更する。図４は、インテークカムシャフト１２９ａの角度を進角させたときの吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、インテークカムシャフト１２９ａの角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、の一例を示す説明図である。図中、白抜きの矢印は、インテークカムシャフト１２９ａの角度を進角させたときの吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、インテークカムシャフト１２９ａの角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａと、を示している。なお、図４において、エキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度を進角させたときの排気バルブ１２８ｃの開閉タイミングＶＴｅｘｃと、エキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度を遅角させたときの排気バルブ１２８ｃの開閉タイミングＶＴｅｘｃと、の一例を、斜線のハッチングが施された矢印で示している。排気バルブ１２８ｃの開閉タイミングＶＴｅｘｃについては、後述する。実施例では、エンジン２２から効率よく動力を出力可能な吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａに対応するインテークカムシャフト１２９ａの角度を基準角としている。

ＶＶＴコントローラ１５２のベーン部１５２ｂには、ハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの相対回転を固定するロックピン１５４が取り付けられている。図５は、ロックピン１５４の構成の概略を示す構成図である。ロックピン１５４は、図示するようにロックピン本体１５４ａと、ロックピン本体１５４ａがハウジング部１５２ａの方向に付勢されるスプリング１５４ｂとを備え、インテークカムシャフト１２９ａの角度が最遅角に位置されたときにスプリング１５４ｂのスプリング力によりハウジング部１５２ａに形成された溝１５８に嵌合しベーン部１５２ｂをハウジング部１５２ａに固定する。また、ロックピン１５４は、油路１５９を介してスプリング１５４ｂのスプリング力に打ち勝つ油圧を作用させることにより溝１５８に嵌合されたロックピン本体１５４ａを引き抜くことができるよう図示しない油圧式のアクチュエータが設けられている。図示しない油圧式のアクチュエータは、インテークカムシャフト１２９ａにより駆動されている。図３の周方向におけるハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの間にはロックピン１５４でのロック性を確保するために、ベーン部１５２ｂを進角方向に付勢する図示しないアシストスプリングが取り付けられている。

可変バルブタイミング機構１５０ｂは、排気バルブ１２８ｃの開閉タイミングＶＴｅｘに対応するエキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度を連続的に変更する点やベーン部１５２ｂが排気バルブ１２８ｃを開閉するエキゾーストカムシャフト１２９ｃに固定されている点、ロックピン１５４がエキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度が最進角に位置されたときにスプリング１５４ｂのスプリング力によりハウジング部１５２ａに形成された溝１５８に嵌合しベーン部１５２ｂをハウジング部１５２ａに固定する点を除いて、可変バルブタイミング機構１５０ａと同一の構成である。したがって、可変バルブタイミング機構１５０ｂについては、可変バルブタイミング機構１５０ａと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

可変バルブタイミング機構１５０ｂのＶＶＴコントローラ１５２のロックピン１５４は、エキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度が最進角に位置されたときにスプリング１５４ｂのスプリング力によりハウジング部１５２ａに形成された溝１５８に嵌合しベーン部１５２ｂをハウジング部１５２ａに固定する。

こうして構成された可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂでは、インテークカムシャフト１２９ａの角度を最遅角にすると共にエキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度を最進角にすることにより、バルブオーバーラップをなくして、エンジン２２を運転停止や始動、軽負荷時などに適した状態とすることができる。また、インテークカムシャフト１２９ａの角度を最遅角より進角させると共にエキゾーストカムシャフト１２９ｃの角度を最進角より遅角させることにより、エンジン２２を中高負荷域での運転に適した状態とすることができる。

燃料供給装置６０は、燃料タンク５８の燃料をエンジン２２の筒内噴射弁１２６に供給する装置として構成されている。燃料供給装置６０は、燃料タンク５８内の燃料を加圧して燃料パイプ６３内に供給する燃料ポンプ６２と、燃料パイプ６３内の燃料を加圧して筒内噴射弁１２６が接続されたデリバリパイプ６６に供給する高圧燃料ポンプ６４と、デリバリパイプ６６と燃料タンク５８とに接続されたリリーフパイプ６８に設けられてデリバリパイプ６６内の加圧された燃料の圧力（燃圧）を大気圧との差圧によって減圧可能なリリーフバルブ６７と、を備える。高圧燃料ポンプ６４は、インテークカムシャフト１２９ａの回転によって駆動されて燃料パイプ６３内の燃料を加圧するプランジャ６４ａと、吸入口に取り付けられプランジャ６４ａが燃料を加圧する際に開閉する電磁バルブ６４ｂと、吐出口に取り付けられ燃料の逆流を防止すると共にデリバリパイプ６６内の燃圧を保持するチェックバルブ６４ｃと、を備える。これにより、高圧燃料ポンプ６４は、エンジン２２の運転中に電磁バルブ６４ｂが開弁されると燃料ポンプ６２からの燃料を吸入し、電磁バルブ６４ｂが閉弁されたときにプランジャ６４ａによって圧縮した燃料をチェックバルブ６４ｃを介してデリバリパイプ６６に断続的に送り込むことにより、デリバリパイプ６６に供給する燃料を加圧する。リリーフバルブ６７は、デリバリパイプ６６内の燃圧が過剰となるのを防止すると共にエンジン２２の停止時にデリバリパイプ６６内の燃圧を低下させるように開弁される電磁バルブである。リリーフバルブ６７が開弁されると、デリバリパイプ６６内の燃料はリリーフパイプ６８を介して燃料タンク５８に戻される。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＥＣＵ７０には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂを開閉するインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの回転位置や排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄを開閉するエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカム角θｃｉａ、θｃｉｂ，θｃｅａ、θｃｅｂ、スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨ、吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａ、空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ、酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２などを挙げることができる。また、高圧燃料ポンプ６４の回転数を検出する回転数センサ６４ｄからの回転数Ｎｐ，燃料供給装置６０のデリバリパイプ６６内の燃圧（筒内噴射弁１２６に供給する燃料の燃圧）を検出する燃圧センサ６９からの燃圧Ｐｆなども挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号や筒内噴射弁１２６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、燃料供給装置６０の電磁バルブ６４ｂへの制御信号などを挙げることができる。

ＥＣＵ７０は、クランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。また、ＥＣＵ７０は、クランク角θｃｒに対する吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂのインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂのカム角θｃｉａ、θｃｉｂの角度（θｃｉａ－θｃｒやθｃｉｂ－θｃｒ）に基づいて、両バンクの各気筒の吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂを演算している。ＥＣＵ７０は、クランク角θｃｒに対する排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄのエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄのカム角θｃｅｃ、θｃｅｄの角度（θｃｅｃ－θｃｒ、θｃｅｄ－θｃｒ）に基づいて、両バンクの各気筒の排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘａ、ＶＴｅｘｂを演算している。ＥＣＵ７０は、筒内噴射弁１２６の目標燃料噴射量Ｑｆに基づいて高圧燃料ポンプ６４の吐出量Ｑｄを演算している。

こうして構成された実施例のエンジン装置２０では、ＥＣＵ７０は、エンジン２２が目標負荷率ＫＬ＊で運転されるように、スロットルバルブ１２４の開度を制御する吸入空気量制御や、筒内噴射弁１２６から目標燃料噴射量Ｑｆの燃料が噴射されるように制御する燃料噴射制御、点火プラグ１３０の点火時期を制御する点火制御などを行なう。ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂ、排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂ、ＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄの制御も行なう。

また、実施例のエンジン装置２０では、ＥＣＵ７０は、エンジン２２の目標負荷率ＫＬ＊から吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊と排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの目標開閉タイミングＶＴｅｘ＊とを設定し、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂが目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊となるように可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御すると共に排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄが目標開閉タイミングＶＴｅｘ＊となるように可変バルブタイミング機構１５０ｃ、１５０ｄを制御する。可変バルブタイミング機構１５０ａ～１５０ｄの制御には、後述するインテークカムトルクＴｉｎ，エキゾーストカムトルクＴｅｘが用いられる。

次に、こうして構成されたエンジン装置の動作、特に、可変バルブタイミング機構１５０ａ～１５０ｄによりインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂやエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度を変更する際の動作について説明する。最初に、インテークカムトルクＴｉｎを算出する際の処理について説明する。図６は、ＥＣＵ７０により実行されるインテークカムトルク算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。インテークカムトルク算出処理ルーチンは、目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊が現在の開閉タイミングＶｉｎａ，Ｖｉｎｂから変更されたときに、所定時間（例えば、数ｍｓｅｃなど）毎に繰り返し実行される。

カムトルク算出処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ７０は、インテークカムシャフト１２９ａに反力として作用する第１反力トルクＴｉｎａを算出する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、第１反力トルクＴｉｎａは、図７に例示する反力トルク算出処理ルーチンにより算出される。

反力トルク算出処理ルーチンでは、最初に、エンジン２２の回転数Ｎｅと、燃圧Ｐｆと、開閉タイミングＶＴと、フィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆと、作動フラグＦｐと、を入力する処理を実行する（ステップＳ２００）。エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランク角θｃｒに基づいて演算したものを入力している。燃圧Ｐｆは、燃圧センサ６９に検出されたものを入力している。開閉タイミングＶＴは、対象としているカムシャフトの吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングである。今、インテークカムシャフト１２９ａに反力として作用する第１反力トルクＴｉｎａを算出するから、開閉タイミングＶＴは、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴｉｎａであり、クランク角θｃｒに対するインテークカムシャフト１２９ａのカム角θｃｉａの角度（θｃｉａ－θｃｒ）に基づいて演算した開閉タイミングＶＴｉｎａを入力している。フィードフォワード項Ｑｆｆは、高圧燃料ポンプ６４の吐出量を調整する際に設定したものを入力している。作動フラグＦｐは、高圧燃料ポンプ６４が作動しているか否かを示すフラグである。作動フラグＦｐは、インテークカムシャフト１２９ａが回転していて高圧燃料ポンプ６４が作動しているときには値１に設定され、片バンクの気筒停止に伴ってインテークカムシャフト１２９ａが回転停止して高圧燃料ポンプ６４が作動していないときやインテークカムシャフト１２９ｂに反力として作用する第２反力トルクＴｉｎｂを算出するときには値０に設定される。ここで、高圧燃料ポンプ６４の吐出量の調整について説明する。

高圧燃料ポンプ６４の吐出量の調整は、筒内噴射弁１２６の目標燃料噴射量Ｑｆから目標吐出量Ｑｄ＊を設定し、次式（１）を用いて、電磁バルブ６４ｂの目標開弁時間Ｔｖｏ＊を設定し、電磁バルブ６４ｂの開弁時間Ｔｖｏが目標開弁時間Ｔｖｏ＊となるように電磁バルブ６４ｂを制御することにより行なわれる。式（１）中、第１項、第２項は、吐出量Ｑｄと目標吐出量Ｑｄ＊との偏差を減少させるためのフィードバック項Ｑｆｂである。第３項は、吐出量Ｑｄを目標吐出量Ｑｄ＊とするためのフィードフォワード項Ｑｆｆである。「Ｋｐ」は、比例項のゲインである。「Ｋｉ」は、積分項のゲインである。ステップＳ１００は、このフィードフォワード項Ｑｆｆを入力している。

Tvo*=Kp・(Qd*-Qd)+Ki・Σ(Qd*-Qd)+Qff (1)

ステップＳ２００が実行されると、続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅと燃圧Ｐｆとフィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆと作動フラグＦｐとを用いて、高圧燃料ポンプ６４から反力として算出対象であるカムシャフト（ここでは、インテークカムシャフト１２９ａ）に作用するトルク（燃料ポンプトルク）Ｔｆｐを設定する（ステップＳ２１０）。燃料ポンプトルクＴｆｐは、作動フラグＦｐが値０のときには、高圧燃料ポンプ６４が作動していないことから、値０に設定される。燃料ポンプトルクＴｆｐは、作動フラグＦｐが値１のときには、エンジン２２の回転数Ｎｅと燃圧Ｐｆとフィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆと燃料ポンプトルクＴｆｐとの関係として予め実験や解析などにより定めたポンプトルク設定用マップを用いて設定される。ポンプトルク設定用マップは、ＲＯＭに記憶されている。

ポンプトルク設定用マップでは、エンジン２２の回転数Ｎｅが高いときには低いときに比して燃料ポンプトルクＴｆｐを大きく設定し、燃圧Ｐｆが高いときには低いときに比して燃料ポンプトルクＴｆｐを大きく設定し、フィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆが大きいときには小さいときに比して燃料ポンプトルクＴｆｐを大きく設定している。エンジン２２の回転数Ｎｅが高いときには低いときに比して燃料ポンプトルクＴｆｐを大きくするのは、エンジン２２の回転数Ｎｅが高いときには低いときに比して単位時間当たりに電磁バルブ６４ｂが閉弁してプランジャ６４ａによって燃料を圧送する回数が増加してインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクが大きくなることに基づく。燃圧Ｐｆが高いときには低いときに比して燃料ポンプトルクＴｆｐを大きくするのは、燃圧Ｐｆが高いときには低いときに比してインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクが大きくなることに基づく。フィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆが大きいときには小さいときに比して高圧燃料ポンプ６４から吐出量が多くなりインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクが大きくなることに基づく。

燃料ポンプトルクＴｆｐの算出においてフィードバック（ＦＢ）項Ｑｆｂを用いないのは、以下の理由に基づく。一般に、エンジンの筒内噴射弁に燃料を供給する装置に用いられる高圧燃料ポンプでは、筒内噴射弁の目標燃料噴射量が短時間に変動することから、高圧燃料ポンプの目標吐出量が短時間に変動する。目標吐出量が変化するタイミング（フィードバック項が変化するタイミング）と、トルクが作用するタイミングとが一致しない（トルクは高圧燃料ポンプが実際に吐出を開始する時点から作用する）ことから、フィードバック（ＦＢ）項Ｑｆｂは、こうした短時間の変動に対する追従性が低いことから、フィードバック（ＦＢ）項Ｑｆｂを用いてインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクを算出すると、算出したトルクと実際にインテークカムシャフト１２９ａに作用しているトルクとのタイミングにずれ生じて、算出したトルクと実際にインテークカムシャフト１２９ａに作用しているトルクとの差が大きくなってしまう。また、フィードバック（ＦＢ）項Ｑｆｂを用いてインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクを算出すると、トルクの作用する位置の変動の加味が必要になるなど、算出するための処理負荷が増加してしまう。したがって、フィードバック（ＦＢ）項Ｑｆｂを用いずに、燃圧Ｐｆと、フィードフォワード（ＦＦ）項Ｑｆｆと、エンジン２２の回転数Ｎｅと、作動フラグＦｐに基づいて燃料ポンプトルクＴｆｐを算出することにより、高圧燃料ポンプ６４からインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクの算出の精度の向上を図ると共に算出するための処理負荷の増加を抑制している。

こうして燃料ポンプトルクＴｆｐを設定すると、続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅを用いて、吸気バルブや排気バルブを開閉する際に吸気バルブまたは排気バルブから反力としてカムシャフトに作用する反力トルク（カムフリクショントルク）Ｔｃｆを設定する（ステップＳ２２０）。カムフリクショントルクＴｃｆは、エンジン２２の回転数Ｎｅが高いときには低いときに比して大きくなるように設定される。これは、エンジン２２の回転数Ｎｅが高いときには低いときに比して単位時間当たりに吸気バルブや排気バルブを開閉する回数が高くなりカムシャフトに作用するトルクが大きくなることに基づく。今、インテークカムシャフト１２９ａに反力として作用する第１反力トルクＴｉｎａを算出しているから、カムフリクショントルクＴｃｆは、吸気バルブ１２８ａを開閉する際に吸気バルブ１２８ａから反力としてインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクとして設定される。

次に、開閉タイミングＶＴを用いて図示しないアシストスプリングの反力としてカムシャフトに作用するトルク（スプリングトルク）Ｔｓを設定する（ステップＳ２３０）。スプリングトルクＴｓは、開閉タイミングＶＴが最遅角のタイミングから進角側へ離れるほど小さくなるように設定される。これは、開閉タイミングＶＴが最遅角のタイミングから進角側のタイミングへ離れるほど、アシストスプリングの変位が小さく復元力が小さくなることに基づく。今、インテークカムシャフト１２９ａに反力として作用する第１反力トルクＴｉｎａを算出しているから、スプリングトルクＴｓは、可変バルブタイミング機構１５０ａのアシストスプリングの反力としてインテークカムシャフト１２９ａに作用するトルクとして設定される。

こうして燃料ポンプトルクＴｆｐ、カムフリクショントルクＴｃｆ、スプリングトルクＴｓを設定すると、燃料ポンプトルクＴｆｐとカムフリクショントルクＴｃｆとスプリングトルクＴｓとの和のトルクを仮反力トルクＴｒｔｍｐとして設定し（ステップＳ２４０）、仮反力トルクＴｒｔｍｐに次式（２）を用いてなまし処理を施してカムトルクＴｃａｍを設定して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。式（２）中、「前回Ｔｃａｍ」は、前回本ルーチンを実行したときに設定された反力トルクＴｒである。こうして反力トルクＴｒを設定することにより、反力トルクＴｒの急変を抑制している。

Tr=前回Tr+K・（Trtmp-前回Tr）・・・（２）

図６に例示したインテークカムトルク算出処理ルーチンのステップＳ１００では、こうして算出した反力トルクＴｒを第１反力トルクＴｉｎａに設定する。

こうして第１反力トルクＴｉｎａを算出すると、次に、インテークカムシャフト１２９ｂに反力として作用する第２反力トルクＴｉｎｂを算出する処理を実行する（ステップＳ１１０）。第２反力トルクＴｉｎｂは、図７に例示する反力トルク算出処理ルーチンをインテークカムシャフト１２９ｂに適用して算出された反力トルクＴｒが設定される。

こうして第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂを設定すると、現在の吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂと目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊とを用いてインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が進角方向へ変化しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が進角方向へ変化しているときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち大きいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定し（ステップＳ１３０）、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が進角方向へ変化していないとき、即ち、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が遅角方向へ変化しているときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち小さいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。こうしてインテークカムトルクＴｉｎを設定すると、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂがインテークカムトルクＴｉｎに基づく速度で目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊に向けて変化するように可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御する。

インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が進角方向へ変化しているときに、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち大きいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定するのは、以下の理由に基づく。図８は、第１反力トルクＴｉｎａの方向を説明するための説明図である。第１反力トルクＴｉｎａは、図示するように、インテークカムシャフト１２９ａの遅角方向に作用する。第２反力トルクＴｉｎｂも、第１反力トルクＴｉｎａと同様に、インテークカムシャフト１２９ｂの遅角方向に作用する。そのため、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が進角方向へ変化しているときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂがインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度の変化を妨げる方向へ作用し、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち大きいほうのトルクが作用するインテークカムシャフトの角度が変更される速度が遅くなる。したがって、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち大きいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定して、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂがインテークカムトルクＴｉｎに基づく速度で目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊に向けて変化するように可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御することにより、両バンクのインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度の変更速度を揃えることができ、吸気バルブ１２８ａ、吸気バルブ１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂのばらつきを抑制できる。

インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が遅角方向へ変化しているときに、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち小さいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定するのは、以下の理由に基づく。上述したように、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂは、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの遅角方向に作用する。そのため、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度が遅角方向へ変化しているときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂがインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度の変更速度を速める方向へ作用し、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち小さいほうのトルクが作用するインテークカムシャフトの角度の変更速度が遅くなる。したがって、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち小さいほうのトルクをインテークカムトルクＴｉｎに設定して、吸気バルブ１２８ａ、１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂがインテークカムトルクＴｉｎに基づく速度で目標開閉タイミングＶＴｉｎ＊に向けて変化するように可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御することにより、両バンクのインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度の変更速度を揃えることができ、吸気バルブ１２８ａ、吸気バルブ１２８ｂの開閉タイミングＶＴｉｎａ、ＶＴｉｎｂのばらつきを抑制できる。

次に、エキゾーストカムトルクＴｅｘを算出する際の処理について説明する。図９は、ＥＣＵ７０により実行されるエキゾーストカムトルク算出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。エキゾーストカムトルク算出処理ルーチンは、目標開閉タイミングＶＴｅｘ＊が現在の開閉タイミングＶｅｘｃ，Ｖｅｘｄから変更されたときに、所定時間（例えば、数ｍｓｅｃなど）毎に繰り返し実行される。

カムトルク算出処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ７０は、エキゾーストカムシャフト１２９ｃに反力として作用する第３反力トルクＴｅｘｃを算出する処理を実行する（ステップＳ３００）。ここで、第３反力トルクＴｅｘｃは、図７に例示する反力トルク算出処理ルーチンをエキゾーストカムシャフト１２９ｃに適用して算出された反力トルクＴｒが設定される。

こうして第３反力トルクＴｅｘｃを算出すると、次に、エキゾーストカムシャフト１２９ｄに反力として作用する第４反力トルクＴｅｘｄを算出する処理を実行する（ステップＳ３１０）。第４反力トルクＴｅｘｄは、図７に例示する反力トルク算出処理ルーチンをエキゾーストカムシャフト１２９ｄに適用して算出された反力トルクＴｒが設定される。

こうして第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄを設定すると、現在の排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄと目標開閉タイミングＶＴｅｘ＊とを用いてエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が進角方向へ変化しているか否かを判定する（ステップＳ３２０）。エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が進角方向へ変化しているときには、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄのうち大きいほうのトルクをエキゾーストカムトルクＴｅｘに設定し（ステップＳ３３０）、エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が進角方向へ変化していないとき、即ち、エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が遅角方向へ変化しているときには、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄのうち小さいほうのトルクをエキゾーストカムトルクＴｅｘに設定して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。こうしてエキゾーストカムトルクＴｅｘを設定すると、ＥＣＵ７０は、排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄがエキゾーストカムトルクＴｅｘに基づく速度で目標開閉タイミングＶＴｅｘ＊に向けて変化するように可変バルブタイミング機構１５０ｃ、１５０ｄを制御する。

エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が進角方向へ変化しているときに、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄのうち大きいほうのトルクをエキゾーストカムトルクＴｅｘに設定するのは、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄがエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの遅角方向に作用することから、上述のインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの場合と同様の理由に基づく。こうすれば、両バンクのエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度の変更速度を揃えることができ、排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄのばらつきを抑制できる。

エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度が遅角方向へ変化しているときに、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄのうち小さいほうのトルクをエキゾーストカムトルクＴｅｘに設定するのは、第３、第４反力トルクＴｅｘｃ、Ｔｅｘｄがエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの遅角方向に作用することから、上述のインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの場合と同様の理由に基づく。こうすれば、両バンクのエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄの角度の変化の速度を揃えることができ、排気バルブ１２８ｃ、１２８ｄの開閉タイミングＶＴｅｘｃ、ＶＴｅｘｄのばらつきを抑制できる。

このようにインテークカムトルクＴｉｎとエキゾーストカムトルクＴｅｘとを用いて可変バルブタイミング機構１５０ａ～１５０ｄを制御することにより、エンジン２２のトルクの変動を抑制できる。

以上説明した実施例の制御装置を搭載したエンジン装置２０によれば、第１反力トルクＴｉｎａと第２反力トルクＴｉｎｂと、を算出し、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度を進角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち遅角方向において大きいほうのトルクを用いて可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御し、インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂの角度を遅角方向へ変化させるときには、第１、第２反力トルクＴｉｎａ、Ｔｉｎｂのうち遅角方向において小さいほうのトルクを用いて可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂを制御することにより、エンジン２２のトルクの変動を抑制できる。

実施例の制御装置を搭載したエンジン装置２０では、燃料ポンプトルクＴｆｐとカムフリクショントルクＴｃｆとスプリングトルクＴｓとの和を仮反力トルクＴｒｔｍｐとしている。しかしながら、燃料ポンプトルクＴｆｐとカムフリクショントルクＴｃｆとスプリングトルクＴｓとのうち少なくとも１つを用いて仮反力トルクＴｒｔｍｐを設定すればよく、例えば、燃料ポンプトルクＴｆｐとカムフリクショントルクＴｃｆとスプリングトルクＴｓとのうち１つを仮カムトルクＴｃｔｍｐとしてもよい。

実施例の制御装置を搭載したエンジン装置２０では、仮反力トルクＴｒｔｍｐになまし処理を施したものを反力トルクＴｒとしている。しかしながら、なまし処理を施すことなく、仮反力トルクＴｒｔｍｐを反力トルクＴｒに設定してもよい。

実施例の制御装置を搭載したエンジン装置２０では、可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂをインテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂに取り付け、可変バルブタイミング機構１５０ｃ、１５０ｄをエキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄに取り付けている。しかしながら、インテーク側のカムシャフト（インテークカムシャフト１２９ａ、１２９ｂ）およびエキゾースト側のカムシャフト（エキゾーストカムシャフト１２９ｃ、１２９ｄ）のうちの一方のみに可変バルブタイミング機構を取り付けてもよい。

実施例では、本発明の制御装置を、エンジン装置２０に搭載した形態に適用する場合について例示している。しかしながら、本発明の制御装置を、エンジン装置２０と、前輪や後輪に制動力を付与するブレーキシステムにおいて負圧を生成するために用いられインテークカムシャフト１２９ａにより駆動されるバキュームポンプと、共に自動車に搭載してもよい。この場合、燃料ポンプトルクＴｆｐと、カムフリクショントルクＴｃｆと、スプリングトルクＴｓと、バキュームポンプがインテークカムシャフト１２９ａに作用させる反力としてのトルクと、の和のトルクを仮反力トルクＴｒｔｍｐに設定してもよい。こうすれば、自動車においてより精度よく反力トルクＴｒを算出することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、可変バルブタイミング機構１５０ａ、１５０ｂが「可変バルブタイミング機構」に相当し、エンジン２２が「エンジン」に相当し、高圧燃料ポンプ６４が「駆動装置」に相当し、エンジン装置２０が「エンジン装置」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の制御装置の製造産業などに利用可能である。

２０ エンジン装置、２２ エンジン、５８ 燃料タンク、６０ 燃料供給装置、６２ 燃料ポンプ、６３ 燃料パイプ、６４ 高圧燃料ポンプ、６４ａ プランジャ、６４ｂ 電磁バルブ、６４ｃ チェックバルブ、６４ｄ 回転数センサ、６６ デリバリパイプ、６７ リリーフバルブ、６８ リリーフパイプ、６９ 燃圧センサ、７０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 筒内噴射弁、１２８ａ，１２８ｂ 吸気バルブ、１２８ｃ，１２８ｄ 排気バルブ、１２９ａ，１２９ｂ インテークカムシャフト、１２９ｃ，１２９ｄ エキゾーストカムシャフト、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ａ～１５０ｄ 可変バルブタイミング機構、１５２ ＶＶＴコントローラ、１５２ａ ハウジング部、１５２ｂ ベーン部、１５３ ベーンポジションセンサ、１５４ ロックピン、１５４ａ ロックピン本体、１５４ｂ スプリング、１５６ オイルコントロールバルブ、１５８ 溝、１５９ 油路、１６２ タイミングチェーン、１６４ タイミングギヤ。

Claims (1)

1. クランクシャフトの角度に対するカムシャフトの角度を変更することにより吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を両バンクに有するＶ型のエンジンと、前記カムシャフトにより駆動される複数の駆動装置と共にエンジン装置に搭載されるエンジン装置の制御装置であって、
   一方のバンクの前記カムシャフトが複数の前記駆動装置のうちの少なくとも１つの前記駆動装置を駆動する際に反力として前記一方のバンクの前記カムシャフトに作用する第１反力トルクと、他方のバンクの前記カムシャフトが複数の前記駆動装置のうちの少なくとも１つの前記駆動装置を駆動する際に反力として前記他方のバンクの前記カムシャフトに作用する第２反力トルクと、を算出し、
   前記両バンクの前記カムシャフトの角度を進角方向へ変化させるときには、前記第１、第２反力トルクのうち前記カムシャフトの角度の遅角方向において大きいほうのトルクを用いて前記両バンクの前記可変バルブタイミング機構を制御し、
   前記両バンクの前記カムシャフトの角度を前記遅角方向へ変化させるときには、前記第１、第２反力トルクのうち前記遅角方向において小さいほうのトルクを用いて前記両バンクの前記可変バルブタイミング機構を制御する、
   エンジン装置の制御装置。

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