JP2011043098A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバのアクセル操作によって可変バルブタイミング機構のロック位置学習を終了したとき、目標バルブタイミングへ達するまでの一時的なトルク不足による加速応答遅れを解消し、ドライブフィーリングの悪化を防止する。
【解決手段】ドライバがアクセルペダルを踏み込み、ロック位置学習が終了されたとき、実バルブタイミングＡを検出すると共に目標バルブタイミングＢを算出する（Ｓ２）。そして、｜Ａ−Ｂ｜＞α、或いは｜Ａ−Ｂ｜≦αの状態である時間が設定時間に達していない場合、点火時期の補正を実施し（Ｓ４）、｜Ａ−Ｂ｜≦αの状態が設定時間経過した場合、点火時期補正を終了する（Ｓ５）。これにより、ロック位置学習を終了して目標バルブタイミングへ達するまでの一時的なトルク不足による加速応答遅れを解消し、ドライブフィーリングの悪化を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整する可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御装置に関する。

近年、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整するバルブタイミング制御システムを備えたエンジンが実用化されており、このような可変バルブタイミング機構付きエンジンでは、エンジン運転状態に応じて吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを連続的に変更する。

ここで、可変バルブタイミング機構は、一般に、油圧によって駆動される油圧駆動式が採用されることが多く、所定の基準位置で機械的にロックするロック機構を備えており、この基準位置を学習することにより、可変タイミング機構の個体バラツキや経年変化の影響による制御性の低下を防止するようにしている。

例えば、特許文献１には、可変バルブタイミングを最進角位置と最遅角位置の間の基準位置に機械的に係止（ロック）することで、エンジンの始動後油温が低い間は、吸入空気量を確保して内燃機関の始動を容易にする技術が開示されている。

また、特許文献２には、最遅角位置を基準位置として、アイドル時以外に最遅角位置に機械的にロックして最遅角量を学習することで、最遅角量のばらつきを防止する技術が開示されている。

特開平１１−２１０４２４号公報 特開２０００−３２８９６９号公報

ところで、ロック位置学習中にドライバがアクセルペダルを踏み込むと、ロック位置学習が終了されて目標バルブタイミングへの制御に移行するが、ロックの解除を行ってからカム角の位相が目標バルブタイミングに達するまでの間、一時的にトルクが不足し、ドライバのアクセル踏み込みに対して応答遅れが発生し、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。また、ロック位置学習が終了してロックが解除される前、または学習終了後ロックが解除された状態でドライバのアクセルペダルの踏み込みにより目標バルブタイミングへの制御を開始しても、未だバルブタイミングがロック位置にあるときには、ロックを解除してから目標バルブタイミングへ制御するため、またはロック位置からの目標バルブタイミングへの制御であるため、カム角の位相が目標バルブタイミングに達するまでの間、同様にトルクが不足し、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバのアクセル操作によって可変バルブタイミング機構のロック位置学習を終了したとき、或いはロック位置学習終了後目標バルブタイミングへの制御移行中にドライバによりアクセル操作されたとき、目標バルブタイミングへ達するまでの一時的なトルク不足による加速応答遅れを解消し、ドライブフィーリングの悪化を防止することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの制御装置は、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整してクランク角に対するカム角の位相を進角又は遅角させる可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御装置であって、上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置にロックして上記カム角の位相差を学習するロック位置学習を実行するロック位置学習部と、上記ロック位置学習の実行中或いは終了後目標バルブタイミングへの制御移行中に、アクセル開度が設定開度以上になったとき、上記エンジンの点火時期を所定期間だけ補正する点火時期補正部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ドライバのアクセル操作によって可変バルブタイミング機構のロック位置学習を終了したとき、或いはロック位置学習終了後目標バルブタイミングへの制御移行中にドライバによりアクセル操作されたとき、目標バルブタイミングへ達するまでの一時的なトルク不足による加速応答遅れを解消し、ドライブフィーリングの悪化を防止することができる。

可変バルブタイミング機構付エンジンの全体構成図 ロック位置学習と点火時期補正との関係を示すタイムチャート 点火時期補正ルーチンのフローチャート 他の点火時期補正ルーチンのフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）である。図１においては、エンジン１は、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）に分割される水平対向型４気筒エンジンを示している。

先ず、エンジン１の吸排気系について説明する。エンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に形成されている。

シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａには、インテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート２ａの直上流に、インジェクタ１１が配設されている。インテークマニホルド３は、各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５に連通されている。

スロットルチャンバ５には、スロットルアクチュエータ１０によって駆動されるスロットルバルブ５ａが介装されている。更に、スロットルチャンバ５の上流には、吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。

一方、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂには、エキゾーストマニホルド１４が連通され、このエキゾーストマニホルド１４の集合部に排気管１５が連通されている。排気管１５には触媒コンバータ１６が介装され、マフラ１７に連通されている。

尚、シリンダヘッド２の各気筒毎には、放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ１２が配設されている、各点火プラグ１２は、イグナイタ内蔵のイグニッションコイル１３に接続されている。

次に、エンジン１の動弁系について説明する。エンジン１の左右バンクの各シリンダヘッド２内には、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、各カム軸１９，２０にクランク軸１ｂの回転が伝達される。このクランク軸１ｂの吸気カム軸１９、排気カム軸２０への回転の伝達は、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して行われる。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気バルブ２５、排気バルブ２６が開閉駆動される。

また、左右バンクの各吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間には、吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回動してクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）を連続的に変更する可変バルブタイミング機構２７がそれぞれ配設されている。可変バルブタイミング機構２７は、周知の油圧駆動式バルブタイミング機構であり、本実施の形態においては、各バンクの吸気カム軸１９側にのみ可変バルブタイミング機構２７が設けられている。すなわち、可変バルブタイミング機構２７は、吸気カムプーリ２３に連結されるハウジング内に、吸気カム軸１９に連結されるベーン体を収納して構成され、このベーン体を油圧によって相対回転させることで、吸気カムプーリ２３に対する吸気カム軸１９の相対回転位相を変更し、排気バルブ２６に対する吸気バルブ２５のバルブタイミングを変更する。

各バンクの可変バルブタイミング機構２７には、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して供給される作動油圧を調整するためのオイルフロー制御弁２８が備えられている。オイルフロー制御弁２８は、例えば電磁スプール弁等からなり、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）５０によってデューティ制御され、可変バルブタイミング機構２７の油圧室（ハウジング内にベーン体によって区画・形成される油圧室）に供給する油圧の大きさを調整する。

すなわち、デューティ制御による通電電流に比例してオイルフロー制御弁２８のスプールが軸方向に移動すると、可変バルブタイミング機構２７の進角室（進角作動の油圧室）、遅角室（遅角作動の油圧室）に連通する各ポートが切換えられ、オイルの流れ方向が切換えられると共にパッセージの開度が調整される。その結果、可変バルブタイミング機構２７の進角室、遅角室に供給する油圧の大きさが調整され、吸気バルブ２５の開閉タイミングが進角或いは遅角側に制御される。

尚、可変バルブタイミング機構２７には、エンジンの始動時等、油圧の低い状態においてバルブタイミングを所定のタイミングに固定すべく、カム軸の回転位相を所定のタイミングに対応する位相にてロックするロック機構が設けられている。このロック機構は、例えばハウジングに設けられるロック穴と、ばね等によって同ロック穴方向に付勢された状態でベーン体に設けられるロックピンとから構成され、ロックピンとロック穴との係合により、ハウジングに対するベーン体の相対回転が機械的にロックされる。本実施の形態においては、最遅角位置と最進角位置との中間の位置にロックされるよう、ロックピンとロック穴との係合位置が設定されている。

次に、エンジン１の状態を検出するセンサ類について説明する。エンジン１の吸気量及び燃料量に係るパラメータ検出用として、吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、吸入空気量センサ３０が介装され、また、図示しないアクセルペダルに、その踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ３１が連設されている。

また、エンジン１の運転状態パラメータの検出用として、オイルパン１ｃに油温センサ３２が臨まされると共に、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３３に水温センサ３４が臨まされている。更に、触媒コンバータ１６の上流側には、空燃比センサ３５が配設されている。

一方、エンジン１の作動位置パラメータの検出用として、クランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３６の外周に、クランク角センサ３７が対設され、各バンクの吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周には、カム位置検出用のカム位置センサ４０がそれぞれ対設されている。

以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ５０は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述のインジェクタ１１、イグニッションコイル１３に内蔵されるイグナイタ、スロットルアクチュエータ１０、可変バルブタイミング機構２７のオイルフロー制御弁２８等に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル制御、バルブタイミング制御等のエンジン制御を行う。

ここで、バルブタイミング制御においては、エンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、クランク軸１ｂの回転角と吸気カム軸１９の回転角との位相差の制御目標値である目標バルブタイミングを設定すると共に、クランク角センサ３７から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９の実際の回転角との位相差である実バルブタイミングを算出する。そして、この実バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束するよう、オイルフロー制御弁２８を介して可変バルブタイミング機構２７をフィードバック制御する。

また、ＥＣＵ５０は、所定の条件下で可変バルブタイミング機構２７のロック位置（基準位置）を学習し、可変バルブタイミング機構２７の個体差や温度による影響（エンジンの熱膨張等）等による実バルブタイミングとのずれを防止する。上述したように、本実施の形態においては、可変バルブタイミング機構２７は最遅角位置と最進角位置との中間の位置でロックされるようになっており、この中間ロック位置で学習を行う。

この中間ロック位置は、エンジン始動時の排気エミッションを低減する最適点を狙って設定されており、暖機完了後のアイドル時の進角量とは異なる位置である。すなわち、エンジン始動時は、エンジンが暖まっていないため、燃料が気化し難い。そこで、可変バルブタイミング機構２７のロック位置を暖機完了後のアイドル時よりも進角側に設定して吸気ポートを早期に開き、排気ガスを吸気側に送ることで燃料を気化し易くし、排気エミッションの改善を図るようにしている。

この場合、暖機完了後のアイドル運転時に、可変バルブタイミング機構２７のロック位置学習を行うと、充填効率の低下によってアイドル運転が不安定になる虞がある。そのため、ＥＣＵ５０は、燃焼状態に影響を与え難い（エンジン発生トルクに影響を与え難い）コースティング走行時の燃料カット時（減速燃料カット時）に、可変バルブタイミング機構２７の中間ロック位置を学習するロック位置学習部としての機能を備えている。

また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、ロック位置学習中にドライバによるアクセル踏み込み操作がなされ、アクセル開度が設定開度以上になった場合（例えば、アクセル開度が０％以上になった場合）、ロック位置学習を終了してロック解除を行い、その後、目標進角量への制御を開始する。このとき、コースティング走行からのドライバのアクセル操作に対して一時的にエンジントルクが不足し、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。これは、ロック位置学習の終了後目標バルブタイミングへの制御移行中にドライバがアクセルペダルを踏み込んだときも同様であり、ドライバのアクセル踏み込みに対してレスポンスが低下し、ドライブフィーリングの悪化を招く虞がある。ここで、ロック位置学習終了後目標バルブタイミングへの制御移行中とは、ロック位置学習終了後で未だロック解除が完了していない状況、或いはロック位置学習終了後にロックは解除されたが、未だバルブタイミングがロック位置にある状況（目標バルブタイミングへの制御移行完了前の状況）を含む。

このため、ＥＣＵ５０は、減速燃料カット時のロック位置学習中にドライバがアクセルペダルを踏み込み、ロックが解除されたとき、或いはロック位置学習の終了後目標バルブタイミングへの制御移行中にドライバがアクセルペダルを踏み込んだとき、目標進角量への制御と同時に点火時期を一時的に補正してトルク不足を補う点火時期補正部の機能も備えている。すなわち、図２に示すように、アクセル踏み込みに伴うロック位置学習終了時、或いはロック位置学習終了後にアクセル踏み込みがあったとき、実バルブタイミング（実進角量；図２に破線で示す位相）が目標バルブタイミング（目標進角量）に達するまでの間、実進角量と目標進角量との差に応じて点火時時期を進角させることで、トルク不足を解消する。

詳細には、ロック位置学習中或いはロック位置学習終了後に未だバルブタイミングがロック位置にある状況下でアクセルペダルが踏み込まれ、そのときの目標進角量が基準位置に比べて進角側に位置する場合、基準位置と目標進角量の差（若しくは実進角量と目標進角量の差）に応じて点火時期を一時的に進角させる。これにより、ドライバのアクセル踏み込みに対して、ロック解除後の目標進角量へ制御遅れによる一時的なトルク不足を点火時期進角によって迅速に補うことができ、レスポンスの低下によるドライブフィーリングの悪化を回避することができる。

但し、アクセル踏み込み時の目標進角量が基準位置に比べて遅角側に位置する場合には、基準位置と目標進角量の差（若しくは実進角量と目標進角量の差）に応じて点火時期を一時的に遅角する。これは、ノックの発生やトルクの過剰な増加を抑えるためである。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図３のフローチャートに示す点火時期補正ルーチンにより、ロック位置学習終了から目標進角量制御への移行時におけるレスポンス悪化を抑制する。次に、この点火時期補正ルーチンについて説明する。

図３に示す点火時期補正ルーチンは、コースト時のロック位置学習開始と共に周期的に実行されるプログラム処理であり、先ず、ステップＳ１において、コースト時のロック位置学習が終了されたか否かを調べる。ロック位置学習が終了されていない場合には、本ルーチンを抜け、アクセルポジションセンサ３１の信号からドライバがアクセルペダルを踏み込み、アクセル開度が設定値（例えば０％）以上変化した場合には、ロック位置学習が終了されたと判断し、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、クランク角センサ３７及びカム位置センサ４０の出力に基づいて現在の実バルブタイミング（実進角量）Ａを検出すると共に、現在のエンジン運転状態、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、目標バルブタイミング（目標進角量）Ｂを算出する。次に、ステップＳ３へ進み、実バルブタイミングＡと目標バルブタイミングＢとの差の絶対値｜Ａ−Ｂ｜が設定値α以下の状態である時間が設定時間Ｔｓ以上経過したか否かを調べる。

設定値αは、予め実験やシミュレーション等によって求めた位相差であり、０に近い値である。｜Ａ−Ｂ｜＞αで位相差が大きければ、ステップＳ３からステップＳ４へ進んで点火時期補正を実施する。また、｜Ａ−Ｂ｜≦αの状態の継続時間に対する設定時間Ｔｓは、実位相がロック位置学習終了後に目標位相に達してトルク低下が解消したとみなせる時間であり、同様に、予め実験やシミュレーション等によって求めておく。従って、｜Ａ−Ｂ｜≦αの状態である時間が設定時間Ｔｓに達していない場合にも、ステップＳ３からステップＳ４へ進んで点火時期の補正を実施する。

ステップＳ４での点火時期補正は、現在のバルブタイミングと目標バルブタイミングとの差に応じて予め設定された補正値をマップ等を用いて決定し、この補正値を用いて行う。この点火時期補正の実施により、ロック位置学習終了から目標進角量へ制御する際の一時的なエンジントルクの不足を解消することができる。その後、ルーチンを抜けてスタートへ戻り、ステップＳ３において位相差｜Ａ−Ｂ｜が設定値α以下となり、｜Ａ−Ｂ｜≦αの状態が設定時間Ｔｓ経過した場合には、実バルブタイミングが目標バルブタイミング近辺に収束してトルク不足が生じることはないため、ステップＳ５で点火時期補正を終了し、エンジン運転状態に応じた通常の点火時期に復帰させる。

このように本実施の形態においては、可変バルブタイミング機構２７のロック位置学習中に、ドライバによってアクセルペダルが踏み込まれたとき、所定期間だけ点火時期を補正する。これにより、ロック位置学習終了から目標バルブタイミングへ移行する際の一時的なエンジントルクの不足を補うことができ、ドライブフィーリングの悪化を防止することができる。

なお、図４のフローチャートに示すように、図３の点火時期補正ルーチンを若干変更して、ステップＳ１’において、アクセル開度が設定値以上変化したか否かを判定するようにし、コースト時ロック位置学習が終了する毎にルーチンを実行することで、ロック位置学習終了後目標バルブタイミングへの移行中の状況においても、同様に所定期間だけ点火時期を補正することができる。この場合も、ロック位置学習終了後から目標バルブタイミングへ移行する際の一時的なエンジントルクの不足を補うことができ、ドライブフィーリングの悪化を防止することができる。

１ エンジン
１ｂ クランク軸
５ａ スロットルバルブ
１０ スロットルアクチュエータ
１９ 吸気カム軸
２０ 排気カム軸
２７ 可変バルブタイミング機構
２８ オイルフロー制御弁
５０ 電子制御装置（ロック位置学習部、点火時期補正部）

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整してクランク角に対するカム角の位相を進角又は遅角させる可変バルブタイミング機構を有するエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンが減速運転中且つ燃料カット実行中であると判定された場合、上記可変バルブタイミング機構を所定の基準位置にロックして上記カム角の位相差を学習するロック位置学習を実行するロック位置学習部と、
   上記ロック位置学習の実行中或いは終了後目標バルブタイミングへの制御移行中に、アクセル開度が設定開度以上になったとき、上記エンジンの点火時期を所定期間だけ補正する点火時期補正部と
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記点火時期補正部は、現在の実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの差に応じて点火時期を補正することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 上記点火時期補正部は、現在の実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの差の絶対値が設定値よりも大きいとき、点火時期の補正を実施することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
4. 上記点火時期補正部は、現在の実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの差の絶対値が設定値よりも小さい状態が設定時間経過したとき、点火時期の補正を終了することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。

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