JP2873500B2

JP2873500B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2873500B2
Application number: JP26074090A
Authority: JP
Inventors: 裕之松本; 豊大泉
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH04136437A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本願発明は、バルブタイミング可変機構を備えたエン
ジンの制御装置に関するものである。

（従来の技術）一般には、エンジンの吸気弁及び排気弁の開閉タイミ
ングは、運転状態に応じて種々設定するのが望ましい
が、そのようにすると動弁機構の構造が複雑化するので
通常のエンジンではコスト上のことも考慮して上記開閉
タイミングは一律に設定されている。

しかし、自動車の高級化志向に伴って最近では、例え
ば特開昭60−27711号公報にも記載されているように、
吸気弁又は排気弁の開閉タイミングをバルブタイミング
変更手段で切り換え可能に構成し、高負荷時には低負荷
時よりも吸排気オーバラップ期間を大きく設定するよう
にしたものが種々実用化されている。

低負荷時には吸気流量が少ないことから吸排気オーバ
ラップ期間が大きくすぎると、残留既燃ガス量が増加し
て燃焼性が低下するので好ましくないが、高負荷時には
吸排気オーバラップ期間を大きくしても吸気流量が多い
ので残留既燃ガス量が余り増加せず却って吸気充填効率
が高まり出力の増加を図ることができる。

そして、該バルブタイミング変更手段によるバルブタ
イミングの切り換えは、一般にエンジン回転数が所定の
切り換え回転数になった時点で実行される。例えば、小
さな吸排気オーバラップ期間の低速用カムによる理論空
燃比（A/F＝14.7）のときのトルク特性が或る曲線Ａで
あり、大きな吸排気オーバラップ期間の高速用カムによ
る理論空燃比（A/F＝14.7）のときのトルク特設が或る
曲線Ｂであるとすると、上記曲線Ａと曲線Ｂとが交差す
る点Ｐ（つまりトルクが等しくなる点）のときのエンジ
ン回転数Ncを境にしてバルブタイミングが切り換えられ
ている。つまり、エンジン回転数Ｎ＜Ncのときには低速
用カムが、またＮ＞Ncのときには高速用カムが選択され
るようになっている。

そして、上記各カムの切り替え（アドバンス／リター
ド）は、例えば後述する第２図の構成のような油圧を利
用したバルブタイミング可変機構を使用してなされる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記のように油圧手段を利用して例えば高
速側アドバンスと低速側リタードとの２段階にバルブタ
イミングを変えるようにしたエンジンの場合、そのバル
ブタイミング切り替え過渡時（数秒間必要）において、
例えば作動オイルの粘性や圧力が異なると、当該過渡時
間（応答時間）そのものの長さが変わってくる問題があ
る。そして、その結果、例えばその間に於ける点火時期
や燃料噴射量が不適切な値となって、エンジン出力が変
動しトルクショックを生じたり、空燃比の変化によって
排気エミッションを悪化させたりする問題がある。

（課題を解決するための手段）本願の請求項１〜４記載の各発明は、各々上記のよう
な問題を解決することを目的としてなされたものであっ
て、それぞれ次のように構成されている。

（１）請求項１記載の発明の構成該請求項１記載の発明は、油圧による作動機構を利用
してエンジンのバルブタイミングを変えるバルブタイミ
ング可変手段と、所定の制御ロジックに基づいてエンジ
ンの運転状態を制御するエンジン制御手段とを備えてな
るエンジンにおいて、上記油圧作動機構の作動油の粘性
を検出する作動油粘性検出手段と、該作動油粘性検出手
段により検出された作動油の粘性に応じた遅延時間を設
定し、該遅延時間後に上記エンジン制御手段の制御ロジ
ックを変更する制御ロジック変更手段とを設けたことを
特徴とするものである。

（２）請求項２記載の発明の構成該請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の
構成を基本構成とし、当該構成中のエンジン制御手段の
制御ロジックが点火時期の制御であることを特徴とする
ものである。

（３）請求項３記載の発明の構成該請求項３記載の発明は上記請求項１記載の発明の構
成を基本構成とし、当該構成におけるエンジン制御手段
の制御ロジックが燃料噴射量の制御であることを特徴と
するものである。

（４）請求項４の発明の構成請求項４の発明は、上記請求項１の発明を基本構成と
し、当該構成における作動油粘性検出手段は、油圧と油
温に基づいて作動油の粘性を検出することを特徴とする
ものである。

（作用）上記のように構成された本願の請求項１〜３記載の各
発明は、それら各構成に対応して各々次のような作用を
奏する。

（１）請求項１記載の発明の作用上記のように請求項１記載の発明の構成では、油圧作
動型のバルブタイミング可変手段によってエンジン制御
手段のバルブタイミングが、例えば高低２段に切り変え
られるようになっているとともに、所定の制御ロジック
によってエンジンの運転状態が制御されるエンジンにお
いて、バルブタイミング可変手段の油圧作動機構の作動
油の粘性を検出し、当該検出された作動油の粘性に対応
してエンジン制御手段の制御ロジックを所定の遅延時間
をもって変更するようになっている。

（２）請求項２記載の発明の作用上記の如く請求項２記載の発明の構成では、上記請求
項１記載の発明の構成を基本構成とし、その構成要素の
一つであるエンジン制御手段の制御ロジックが具体的に
エンジンの点火時期制御を内容とするものである。

従って、制御ロジック変更手段によって変更される制
御ロジックは点火時期の変更、つまり点火時期のアドバ
ンス又はリタードとなり、応答性良くエンジンの運転状
態がコントロールされる。

（３）請求項３記載の発明の作用上記の如く、請求項３記載の発明の構成では、上記請
求項１記載の発明の構成を基本構成とし、その構成要素
の一つであるエンジン制御手段の制御ロジックが具体的
にエンジンの燃料供給量の制御を内容とするものであ
る。

従って、上述の制御ロジック変更手段によって変更さ
れる制御ロジックはエンジンへの供給燃料量の変更、つ
まりエンジン空燃比のリッチ又はリーン補正となり、応
答性良くエンジン出力、排気エミッション状態をコント
ロールする。

（発明の効果）従って、上記本願の請求項１〜３記載の各発明による
と、その何れにあってもバルブタイミング切換過渡時の
エンジン制御量の変動を可及的に防止し、トルクショッ
クのないスムーズな切り換え、排気エミッション悪化の
防止等の効果を実現することができる。

（実施例）以下、図面に沿って本願発明の実施例を説明する。先
ず第１図に本願発明実施例の対象である過給機付エンジ
ンの概略構成を示す。

エンジン１の各気筒1aにおいて、ピストン２の上方に
形成される燃焼室３に、吸気弁４によって開閉される吸
気ポート５と排気弁６によって開閉される排気ポート７
が開口され、又吸気ポート５には吸気通路８が接続さ
れ、また排気ポート７には排気通路９が接続されてい
る。

そして、上記エンジン１のシリンダヘッドには各気筒
1aの吸気弁４を開閉駆動するオーバーヘッド型の吸気側
カムシャフト11が配設されると共に、各気筒1aの排気弁
６を開閉駆動するオーバーヘッドの排気側カムシャフト
12が各々配設されている。両カムシャフト11,12はそれ
ぞれの端部に設置されたカムプーリ13,13によってタイ
ミングベルト14を介してエンジン出力軸15の回転に同期
して回転駆動される。

一方、前記吸気ポート５に連通する吸気通路８には、
上流側からエアクリーナ18、吸気量センサ19、スロット
ル弁20が介装され、このスロットル弁20上流に排気ター
ボ式過給機10のコンプレッサ16が配設されている。この
コンプレッサ16は、タービンシャフト17aによって連結
されていて、該タービンシャフト17aが排気エネルギに
よって回転駆動されるのに伴う回転力で吸気の過給を行
うものである。

更に、上記スロットル弁20下流の吸気通路８は、サー
ジタンク22の下流側が各気筒1aに接続される独立吸気通
路8aに形成され、この独立吸気通路8aに燃料を供給する
インジェクタ23が配設されている。

さらに、上記吸気弁４に対する吸気側カムシャフト11
には、その開閉時期を変更して吸気弁４の閉時期を変更
するバルブタイミング可変機構27が設置されている。こ
のバルブタイミング可変機構27の詳細は第２図によって
後述するが、油圧作動式であり、エンジン１のオイルポ
ンプ24からのエンジン潤滑油がオイル送給通路28によっ
て送給されるものであり、該オイル送給通路28の途中に
三方ソレノイドバルブ29（通路切換機構）が介装され、
この三方ソレノイドバルブ29に運転状態に応じてエンジ
ンコントロールユニット36から作動信号が出力され、バ
ルブタイミング可変機構27への油圧の送給とリターン解
放とを切り替える。油圧制御手段26が構成されている。

また、前記排気ターボ式過給機10のタービンシャフト
17aの軸受部25に対する潤滑経路が接続されている。す
なわち、前記バルブタイミング可変機構27に対するオイ
ル送給通路28の三方ソレノイドバルブ29によるリターン
側の開放部分ｂより上流のオイルポンプ24側から分岐し
て、排気ターボ式過給機10の軸受部25に至るオイル通路
30が設置され、この軸受部25を経たオイルはエンジン１
のオイルパン35にリターン通路30aでリターンされる。

上記三方ソレノイドバルブ29の具体的構造例は第２図
に併記するように、シリンダ31内にスプール弁32が挿入
され、一端にリターンスプリング33が縮装され、他端に
駆動用ソレノイド34のロッド34aが当接され、スプール
弁32の移動に応じてバルブタイミング可変機構27に対す
るオイル送給通路28に連通するａポートをシリンダヘッ
ド内に開放するリターン用のｂポート又はエンジン潤滑
用のオイルポンプ24に連通するｃポートに対する連通を
切り換えるように構成されている。なお、ｄポートはリ
ターン側に開放され、スプール弁32の移動を許容させ
る。図中実線でオフ状態を、仮想線でオン状態を示し、
オフ状態ではａポートとｂポートとが連通しバルブタイ
ンミング可変機構27にはオイルの送給は行われない。一
方、オン状態ではスプール弁32の移動によってａポート
とｃポートが連通し、バルブタイミング可変機構27にオ
イルポンプ24からのオイルが供給され所定の油圧が導入
される。

そして、上記三方ソレノイドバルブ29の駆動用ソレノ
イド34にエンジンコントロールユニット36から運転状態
に応じて駆動信号が出力されて、第４図に示すように高
負荷低回転領域Ａの特性運転時に、上記三方ソレノイド
バルブ29にオン信号が出力されてバルブタイミング可変
機構27に油圧を導入し、第５図の実線Ｉで示すように吸
気弁４の閉タイミングIC1を進めて早く閉じて、この低
回転領域Ａでの吸気充填効率を高めるように作動する。
それ以外の低負荷もしくは高回転領域Ｂでは、三方ソレ
ノイドバルブ29にオフ信号が出力されて、第５図の破線
IIで示すように吸気弁４の閉タイミングIC2を遅らせて
遅く閉じるようにしている。

そして、上記エンジンコントロールユニット35には運
転状態を検出するために、エンジン負荷信号として例え
ばスロットルセンサ38からの負荷信号、オイル温度を検
出する油温センサ39からの油温信号、エンジン回転数を
検出する回転センサ40及びエンジンキースイッチ41から
のオン・オフ信号等がそれぞれ入力される。

また、前記三方ソレノイドバルブ29には、エンジン１
のキースイッチ41がオフ状態からオン状態に作動した時
すなわち始動時に、エンジンコントロールユニット36か
らオン状態が出力され、排気ターボ式過給機10に対する
オイル通路30に連通する部分のオイル送給通路28をオイ
ルリターン側ｂとは非接続状態に作動して、このオイル
リターン部分より上流側から圧力の上昇しているオイル
を過給機10に供給するように構成されている。

すなわち、今或る点t₁点でキースイッチ41がオン状態
に操作された際には、このt₁点から三方ソレノイドバル
ブ29にオン信号が出力される。そして、クランキングに
よって次のt2点でエンジン１が始動し回転数が上昇する
のに対して、オイルポンプ24の回転によって軸受部25に
対する油圧P1は急速に上昇し、軸受部25に対するオイル
の供給量が確保される。

上記エンジン始動直後の運転状態は、低負荷領域であ
って前記第４図の運転領域に基づくと、三方ソレノイド
バルブ29にはオン信号を出力して吸気弁４を遅く閉じる
ように制御するものであるが、上記のようにオイル圧の
低い状態では、オン信号を出力してもバルブタイミング
可変機構27は吸気弁４を早く閉じるように作動すること
なく遅く閉じる状態を維持している。しかして、エンジ
ン回転数の上昇に対応してオイル圧が上昇するものであ
って、エンジン回転数が設定回転数Nsに達したt3点で、
三方ソレノイドバルブ29に対するオン信号を停止する。
この停止時の設定エンジン回転数Nsは、油温（水温）の
上昇に応じて高くなるように設定される。

尚、上記のようなエンジンキースイッチ41のオン時に
三方ソレノイドバルブ29に対するオン信号の継続時間
は、固定値に設定したエンジン回転数、タイマーによる
所定時間等によって制御するようにしてもよい。

次に、前記バルブタイミング可変機構27の詳細構造
は、前記第２図に示すように、吸気側カムシャフト11の
端部には筒状のスペーサ53が固定され、このスペーサ53
の外側にタイミングベルト14が係合されるカムプーリ13
が装着されている。このカムプーリ13は一体に固着され
たボス部55の先端において前記スペーサ53の先端外周に
摺接し、また、そのボス部55の基端側は吸気側カムシャ
フト11に回転自在に装着された筒状の連結部材56に固定
されている。そして、この連結部材56の他端にはカム間
ガヤ57がスプライン結合されロックナット58によって固
定されている。このカム間ギヤ57には排気側カムシャフ
ト12の先端に固定されたカム間ギヤ（図示せず）が噛合
連結される。

上記カムプーリ13のボス部55の内側には、前記スペー
サ53との間に環状のピストン60が組み込まれている。ピ
ストン60は軸方向に二分割された構造で、両分割部は円
周方向に等間隔で配置された複数のピン61によって相互
に固定されている。ピストン60の内側及び外側には、互
いに逆方向のヘリカルスプライン62,63が形成されてい
る。そして、ピストン60内側のスプライン62に対して前
記スペーサ53の外側にヘリカルスプライン64が形成さ
れ、また、ピストン60の外側のスプライン63に対してカ
ムプーリ13のボス部55内周にヘリカルスプライン65が形
成されている。ピストン60は前記連結部材56の端面との
間に装着されたスプリング66により先端側に付勢されて
いる。

吸気側カムシャフト11には、軸心に沿ってオイル通路
67が形成されている。このオイル通路67の一端はシャフ
ト外に導出されて、前記オイルポンプ24から三方ソレノ
イドバルブ29を経たオイル送給通路28が連通されてい
る。

一方、前記筒状のスペーサ53は止め部材68を介し固定
ボルト69によって吸気側カムシャフト11に固定されてい
る。そして、この固定ボルト69には上記オイル通路67に
連通する軸方向の貫通穴70が設けられている。また、カ
ムプーリ１のボス部55先端には蓋部材72の固着によっ
て、ピストン60の頭部に面して、前記オイル通路67から
の油圧を導く圧力室71が設けられている。オイル通路67
を介してこれら圧力室71に油圧が導入されスプリング66
を圧縮してピストン60が軸方向に移動すると、このピス
トン60の内周および外周に形成された逆方向のスプライ
ン62,63と嵌合するスペーサ53およびカムプーリ１は、
一方が他方に対し相対的に回転する。これにより、スペ
ーサ53と一体の吸気側カムシャフト11とカムプーリ13と
の位相すなわちバルブタイミングが変わる。なお、上記
バルブタイミング可変機構27の外側にはカバー部材73が
配設されている。

上記油圧の導入制御は、前記三方ソレノイドバルブ29
に対して駆動信号を出力するエンジンコントロールユニ
ット36によって、行われるものであるが、このエンジン
コントロールユニット36は、エンジン負荷（例えばスロ
ットル開度）とエンジン回転数に基づいて、現在の運転
状態に対応したバルブタイミング可変機構27の作動領域
（第４図参照）を判定して三方ソレノイドバルブ29の連
通状態を切り換えるものである。また、キースイッチ41
のオン作動時にも前記のようにオン信号が入力される。

上記のような実施例では、キースイッチ41のオン作動
時の過給機10の潤滑性を得ると共に、キースイッチ41の
オフ時における潤滑性も改善するようにしている。すな
わち、キースイッチ41がオフ状態にされてエンジン１が
停止しても、過給機10のタービン17は慣性によってしば
らく回転を継続するものであり、この状態ではオイルポ
ンプ24の停止に伴ってオイル送給がなくなり、リターン
開放によってバルブタイミング可変機構27のオイル圧が
低下するが、三方ソレノイドバルブ29より上流側から過
給機10へのオイル通路30の分岐により、過給機10に対す
るオイル圧の急激な低下を回避して慣性回転中に潤滑性
を確保するようにしている。

尚、上記実施例においては、バルブタイミング可変機
構27に対する油圧の導入のオン、オフは、三方ソレノイ
ドバルブ29によって切り換えるようにしているが、オン
状態とオフ状態との作動が前記と逆に構成されたもので
も、キースイッチ41がオン作動時にリターン側に接続し
ないように作動すればよいものである。

また、前記第２図の構造によるバルブタイミング可変
機構27は、コンパクトに形成可能であり、吸気弁４の位
相を可変とするほか、他の要求の対応して排気弁６の位
相を可変としても良い。更に、バルブタイミング可変機
構27としてはその他の油圧作動機構に適宜設計変更可能
である。

次に上記エンジンコントロールユニット36によるバル
ブタイミング切替時に於けるエンジンの点火時期及び燃
料噴射量の制御動作について説明する。

先ず、ステップS₁では、例えばエンジン回転数Ne、エ
ンジン負荷Ｒ等の各種のデータを入力する。次に該読み
込まれたエンジン回転数Neとエンジン負荷Ｒの２つのデ
ータをパラメータとして第４図のバルブタイミング制御
マップをリファレンスし、現在の運転領域が何れに属す
るか、該当領域を演算する。

さらに、ステップS₃に進み、上記該当領域に対応して
エンジンが要求するバルブタイミング（リタード又はア
ドバンス量）を演算する。

その後、ステップS₄で現在の制御状態は、上記バルブ
タイミングのリタード状態からアドバンス状態又はアド
バンス状態からリタード状態への切り換え制御を開始し
てから指令された一定時間ｔ秒が経過しているか否か、
つまり現在バルブタイミング切り換え過渡状態であるか
否かを判定し、YESの過渡状態である場合にはステップS
₈〜S₁₂のエンジンオイルの粘性（油温、油圧をパラメー
タとして決定）に応じたエンジン点火時期、燃料噴射量
の制御を行う。

他方、Noの過渡状態ではない場合には、ステップS₅〜
S₆にすすんで通常のリタード状態、非リタード状態（ア
ドバンス）に応じた各マップ値通りの点火時期、燃料噴
射量の制御を行う。

すなわち、エンジンの要求するバルブタイミングがリ
タード状態でない場合、つまりアドバンス状態の場合に
は、ステップS₇に移ってエンジンの点火時期をアドバン
スするとともに、それに対応した燃料マップ値で燃料噴
射量の制御を行う。また、一方、エンジンの要求するバ
ルブタイミングがリタード状態であるときは、ステップ
S₆に進んで通常のマップ値通りでエンジンの点火時期を
リタード制御するとともに、それに対応した燃料マップ
値で燃料噴射量の制御を行う。

他方、上記ステップS₄でYESと判定されてステップS₈
に進んだバルブタイミングの切り換え過渡時には、当該
ステップS₈で先ず上述したバルブタイミング可変機構の
作動油の油圧Ｐ及び油温Thを各々演算し、さらにステッ
プS₉で同演算値P,Thに応じたバルブタイミング切換機構
の応答時間を演算する。

そして、そのうえで更にステップS₁₀に進んで実際の
バルブタイミング切り換え後の経過時間ｔを新たに演算
（カウント）する。

さらに、ステップS₁₁で上記演算値に対応した点火時
期、燃料噴射量のマップ値を読み込み、ステップS₁₂で
それに対応した最適な点火時期、燃料噴射量を最終的に
演算する。

この結果、上記構成のエンジンの制御装置によると、
油圧によるバルブタイミング可変制御機構を有するエン
ジンのバルブタイミング切り換え過渡時のエンジン制御
量の変動を防止し、トルクショックがなく、排気エミッ
ション性能が良好なエンジンを提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の実施例にかかるエンジンの制御装
置の制御システムを示す概略図、第２図は、同実施例装
置におけるバルブタイミング可変機構の断面図、第３図
は、同装置のエンジンコントロールユニットのエンジン
制御動作を示すフローチャート、第４図は、同第３図の
制御で使用される制御領域マップ、第５図は、同実施例
装置のバルブタイミング可変特性を示すタイムチャート
である。１……エンジン４……吸気弁８……吸気通路 10……過給機 11,12……カムシャフト 13……カムプーリ 14……タイミングベルト 15……エンジン出力軸 24……オイルポンプ 26……油圧制御手段 27……バルブタイミング可変機構 29……三方ソレノイドバルブ 36……エンジンコントロールユニット

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−66843（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−80734（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−19131（ＪＰ，Ａ) 特開平５−99006（ＪＰ，Ａ) 特開平３−67031（ＪＰ，Ａ) 特開平３−33439（ＪＰ，Ａ) 特開平７−224746（ＪＰ，Ａ) 特開平４−136403（ＪＰ，Ａ) 特開平３−217611（ＪＰ，Ａ) 特開平３−217610（ＪＰ，Ａ) 特開平２−42152（ＪＰ，Ａ) 特開平２−248637（ＪＰ，Ａ) 特開平２−245445（ＪＰ，Ａ) 特許2806212（ＪＰ，Ｂ２) 特許2672374（ＪＰ，Ｂ２) 特公平７−68921（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 13/00 F02D 41/00 - 45/00 F02P 5/15 F01L 1/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧による作動機構を利用してエンジンの
バルブタイミングを変えるバルブタイミング可変手段
と、所定の制御ロジックに基づいてエンジンの運転状態
を制御するエンジン制御手段とを備えてなるエンジンに
おいて、上記油圧作動機構の作動油の粘性を検出する作
動油粘性検出手段と、該作動油粘性検出手段により検出
された作動油の粘性に応じた遅延時間を設定し、該遅延
時間後に上記エンジン制御手段の制御ロジックを変更す
る制御ロジック変更手段とを設けたことを特徴とするエ
ンジン制御装置。
【請求項２】エンジン制御手段の制御ロジックが点火時
期の制御であ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。
【請求項３】エンジン制御手段の制御ロジックが燃料供
給量の制御であ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。
【請求項４】作動油粘性検出手段は、油圧と油温に基づ
いて作動油の粘性を検出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。