JP2003184586A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
内燃機関の制御装置Info
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、吸気弁及び排気弁の双方に可変動
弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関し、ＶＶＴの動
作不良によって燃費を悪化させることなくドライバビリ
ティの低下を防止できるようにすることを目的とする。 【解決手段】 故障判定手段６１により吸気弁作動態様
変更手段１００INと排気弁作動態様変更手段１００EXと
のいずれか一方の故障が検出された場合には、作動態様
制御手段６３により目標開閉時期に基づいて吸気弁と排
気弁との目標オーバーラップ量を算出し、吸気弁と排気
弁との実オーバーラップ量がこの目標オーバーラップ量
に近づくように、故障が検出されなかった他方の作動態
様変更手段を制御してバルブタイミングを変更する。
弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関し、ＶＶＴの動
作不良によって燃費を悪化させることなくドライバビリ
ティの低下を防止できるようにすることを目的とする。 【解決手段】 故障判定手段６１により吸気弁作動態様
変更手段１００INと排気弁作動態様変更手段１００EXと
のいずれか一方の故障が検出された場合には、作動態様
制御手段６３により目標開閉時期に基づいて吸気弁と排
気弁との目標オーバーラップ量を算出し、吸気弁と排気
弁との実オーバーラップ量がこの目標オーバーラップ量
に近づくように、故障が検出されなかった他方の作動態
様変更手段を制御してバルブタイミングを変更する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸気弁及び排気弁
の双方に可変動弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関
し、詳しくは、自己のシステムの故障を診断して弁開閉
タイミングを好適に調整しうるようにした内燃機関の制
御装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、車両に搭載される内燃機関（エン
ジン）においては、出力向上、燃費節減、排気エミッシ
ョン低減を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミ
ング（バルブタイミング）をそれぞれ独立に制御する可
変動弁機構（ＶＶＴ）を採用したものが増加しつつあ
る。 【０００３】このようなエンジンでは、故障により、例
えば、吸気弁のカム位置が規定位置より進角側或いは排
気弁のカム位置が規定位置より遅角側で固着した場合に
は、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼不安定となり、燃費が
悪化したりエンジンストールを起こしたりすることが予
想される。特に、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを
独立に制御しうるＶＶＴにおいては、吸気弁或いは排気
弁の一方のみ可変制御しうるものに比べて、吸気弁の開
弁時期と排気弁の開弁時期とのオーバーラップ量が大き
くなりうるため、故障時にこのような一方のみ可変制御
しうるＶＶＴと同じ制御を行なっただけでは不十分な場
合がある。 【０００４】そのため、例えば、特開２００１−１５２
８８３号公報に開示された技術では、吸気弁のＶＶＴに
動作不良が生じた場合に、動作不良を生じていない排気
弁のＶＶＴの開閉タイミングを最進角位相となるように
制御し、オーバーラップ量が最低量となるようにしてい
る。このことにより、内部ＥＧＲ量が少なくなるため、
アイドル時や軽負荷時においても燃焼が不安定となら
ず、エンジンストールが防止される。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、故障時のオーバーラップ量が最大であった
場合には、制御前後におけるオーバーラップ量の変動が
大きくなり、内部ＥＧＲ量が極端に増減するため、エン
ジンの点火時期を大きく補正する必要がある。その結
果、ポンプ損失が増大し燃費を悪化させていた。 【０００６】また、点火時期の補正により、ドライバビ
リティを低下させる要因ともなる。本発明は、上述の課
題に鑑み創案されたもので、ＶＶＴの動作不良によって
燃費を悪化させることなくドライバビリティの低下を防
止できるようにした、内燃機関の制御装置を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の制御装置は、吸
気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングと
がそれぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様
変更手段によって独立に変更しうる内燃機関を制御対象
としている。そして、上記目的を達成するために、吸気
弁及び排気弁の目標開閉時期が目標開閉時期設定手段に
よってそれぞれ設定されるとともに、作動態様制御手段
によって吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更
手段とが制御されて吸気弁及び排気弁がこの目標開閉時
期で開閉するようにバルブタイミングが変更される。 【０００８】また、故障判定手段により吸気弁作動態様
変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の
故障が検出された場合には、作動態様制御手段により目
標開閉時期に基づいて吸気弁と排気弁との目標オーバー
ラップ量が算出され、吸気弁と排気弁との実オーバーラ
ップ量がこの目標オーバーラップ量に近づくように、故
障が検出されなかった他方の作動態様変更手段を制御し
てバルブタイミングが変更される。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としての内燃機関の制御装置について説明する
と、図１は本制御装置の機能に着目した模式的な制御ブ
ロック図、図２〜図４はそれぞれ本内燃機関にそなえら
れた可変動弁機構の要部を示す斜視図，断面図及び模式
的配置（軸方向端面から見た模式図）を示す図、図５は
その作用を説明するためのフローチャートである。 【００１０】本実施形態にかかる内燃機関は、レシプロ
式の内燃機関（エンジン）であり、シリンダヘッド１に
は、図２，図３に示すように、図示しない吸気ポート及
び排気ポートを開閉すべく、それぞれのポートに対して
弁２が装備されている。また、この弁２のステム端部２
Ａには、弁２を閉鎖側に付勢するバルブスプリング３
（図４参照）が設置されている。 【００１１】さらに、弁２のステム端部２Ａには、ロッ
カアーム８が当接しており、このロッカアーム８にカム
６が当接している。そして、カム６の凸部６Ａによって
バルブスプリング３の付勢力に抗するようにして弁２が
開方向へ駆動される。ＶＶＴ１００は、このようなカム
６の作動時期を変更するためのものであり、吸気側及び
排気側に別個に設けられ、それぞれ吸気弁作動態様変更
手段及び排気弁作動態様変更手段として機能している。
また、吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と排気弁駆動用のＶ
ＶＴ１００とは同様の構成を有するため、以下では、そ
の一方の構成及び動作について説明する、また、これら
を区別する場合には、構成部材を示す符号にそれぞれＩ
Ｎ，ＥＸを付すこととする。 【００１２】ＶＶＴ１００は、図２，図３に示すよう
に、ベルト４１とプーリ４２とを介して、エンジンのク
ランク軸（図示略）に連動して回転駆動されるカムシャ
フト１１と、このカムシャフト１１の外周に設けられた
カムローブ１２とをそなえ、カム６はこのカムローブ１
２の外周に突設されている。なお、このカムローブ１２
の外周はシリンダヘッド１側の軸受け部７によって回転
自在に軸支されている。 【００１３】また、カムシャフト１１はこのカムローブ
１２を介して軸受け部７に支持されるが、カムシャフト
１１の端部は、同一軸心線上に結合された端部部材４３
を介してシリンダヘッド１の軸受け部１Ａに軸支されて
いる。なお、軸受け部７は図３，図４に示すように、二
つ割れ構造になっており、シリンダヘッド１に形成され
た軸受け下半部７Ａと、この軸受け下半部７Ａに上方か
ら接合される軸受けキャップ７Ｂと、軸受け下半部７Ａ
に軸受けキャップ７Ｂを結合するボルト７Ｃとから構成
される。 【００１４】また、図４に示すように、軸受け下半部７
Ａと軸受けキャップ７Ｂとの接合面７Ｄは、図示しない
シリンダの軸心線と直交するように略水平に設定されて
おり、図３，図４における略鉛直方向（上下方向）に向
けて締結されるボルト７Ｃによって軸受け下半部７Ａと
軸受けキャップ７Ｂとが略鉛直方向に強固に結合されて
いる。 【００１５】また、カムシャフト１１とカムローブ１２
との間には、弁２の開閉時期を連続的又は段階的に調整
できるようにするための不等速継手１３が設けられてい
る。この不等速継手１３は、カムシャフト１１の外周に
回動可能に支持されたコントロールディスク１４と、こ
のコントロールディスク１４に一体的に設けられた偏心
部１５と、この偏心部１５の外周に設けられた係合ディ
スク１６と、係合ディスク１６に接続された第１スライ
ダ部材１７及び第２スライダ部材１８とをそなえてい
る。 【００１６】偏心部１５は、図２に示すように、カムシ
ャフト１１の回転中心Ｏ１から偏心した位置に回転中心
Ｏ２を有しており、係合ディスク１６はこの偏心部１５
の中心Ｏ２の回りに回転するようになっている。第１ス
ライダ部材１７及び第２スライダ部材１８は、図２に示
すように、それぞれその先端にスライダ本体部２１，２
２をそなえ、その他端側にドライブピン部２３，２４を
そなえている。 【００１７】そして、係合ディスク１６の一面には、図
３に示すように、半径方向に、第１スライダ部材１７の
スライダ本体部２１が摺動自在に嵌合したスライダ用溝
１６Ａと、第２スライダ部材１８のスライダ本体部２２
が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ｂとが形成され
ている。ここでは、二つのスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂ
が互いに１８０°だけ回転位相をずらせるように同一直
径上に配置されている。 【００１８】また、カムシャフト１１にはドライブアー
ム１９が設けられ、カムローブ１２にはアーム部２０が
設けられ、ドライブアーム１９には、第１スライダ部材
１７のドライブピン部２３が回転自在に嵌入する穴部１
９Ａが設けられ、アーム部２０には、第２スライダ部材
１８のドライブピン部２４が回転自在に嵌入する穴部２
０Ａが設けられている。 【００１９】なお、ドライブアーム１９は、カムローブ
１２とコントロールディスク１４との間のアーム部２０
を除く空間に、カムシャフト１１から半径方向に突出す
るように設けられ、ロックピン２５によりカムシャフト
１１と一体回転するように結合されている。一方アーム
部２０はカムローブ１２の端部を係合ディスク１６の一
側面に近接する位置まで半径方向及び軸方向へ突出させ
るように一体形成されている。 【００２０】ところで、スライダ本体部２１と溝１６Ａ
との間では、図４に示すように、スライダ本体部２１の
外側平面２１Ｂ，２１Ｃと溝１６Ａの内壁平面２８Ａ，
２８Ｂとの間で、溝１６Ｂとスライダ本体部２２との間
では、溝１６Ｂの内壁平面２８Ｃ，２８Ｄとスライダ本
体部２２の外側平面２２Ｂ，２２Ｃとの間で、それぞれ
回転力の伝達が行なわれる。 【００２１】このように回転を伝達する際に、係合ディ
スク１６が偏心していることにより、係合ディスク１６
はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりする
ことを繰り返し、又、カムローブ１２は係合ディスク１
６に対して先行したり遅延したりしながら、カムローブ
１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようにな
っている。そして、このようなカムシャフト１１の回転
位相に対するカムローブ１２の相対的な回転位相角（即
ち、相対位相角）によって弁２の開閉時期が決まる。 【００２２】そして、本ＶＶＴ１００には、このような
弁２の開閉時期を調整すべく偏心位置調整機構３０が設
けられている。つまり、この偏心位置調整機構３０は、
偏心部１５を有するコントロールディスク１４を回転さ
せることで、偏心部１５によって偏心状態に支持される
係合ディスク１６の回転中心Ｏ２の位置を連続的又は段
階的に変動させ弁開閉時期を調整しうるようにしたもの
である。 【００２３】この偏心位置調整機構３０は、図２，図３
に示すように、コントロールディスク１４の外周に形成
された偏心制御ギア３１と、この偏心制御ギア３１と噛
合するコントロールギア３５をそなえカムシャフト１１
と平行に設置されたコントロールシャフト３２と、この
コントロールシャフト３２を回転駆動するためのアクチ
ュエータ３３とをそなえて構成されており、後述のＥＣ
Ｕ３４によって作動が制御されるようになっている。 【００２４】ところで、コントロールシャフト３２にそ
なえられたコントロールギア３５は、二つのギア３５
Ａ，３５Ｂからなるシザースギアであって、一方のギア
３５Ａはコントロールシャフト３２に固定されている
が、他方のギア３５Ｂはコントロールシャフト３２に対
して回転可能に装備されている。つまり、ギア３５Ｂは
ギア３５Ａに当接するように配設されており、コントロ
ールシャフト３２の外周に固定されるジャーナル３６と
の間に装備された捩じりスプリング３８によって回転方
向への付勢力を受けるように設置され、両ギア３５Ａ，
３５Ｂによってコントロールディスク１４側の偏心制御
ギア３１とコントロールギア３５とがガタつくことなく
噛合するようになっている。 【００２５】なお、偏心位置調整機構３０の設置にあた
っては、既に設置されているカムシャフト１１外周のコ
ントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１に対し
て、両ギア３５Ａ，３５Ｂを噛合させた上で、ジャーナ
ル３６をコントロールシャフト３２に対して回転させな
がら軸方向所定位置に配置することで、ギア３５Ｂに軸
方向付勢力及び回転方向付勢力を与えておいてから、ジ
ャーナル３６を回り止めピン３６Ａによりコントロール
シャフト３２と一体回転するように固定する。 【００２６】また、本ＶＶＴ１００を多気筒エンジンに
適用した場合には、各気筒毎にカムローブ１２及び不等
速継手１３を設け、各気筒に吸気弁駆動用のＶＶＴ１０
０と、排気弁駆動用のＶＶＴ１００とをそなえることに
なる。ＥＣＵ３４は、運転状態に応じてこれらの吸気弁
駆動用のＶＶＴ１００IN及び排気弁駆動用のＶＶＴ１０
０EXをそれぞれ独立に駆動制御するものであり、図示し
ない入力装置や制御プログラム等の記憶に供される記憶
装置、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等をそなえて構成さ
れている。 【００２７】また、ＥＣＵ３４には、図１に示すよう
に、エンジン回転数センサ５２，スロットルポジション
センサ５３が接続され、それぞれエンジン回転数Ｎｅ及
びスロットル開度ＴＰＳが入力されるようになってお
り、これらの入力情報から運転状態を検出しうるように
なっている。さらに、ＥＣＵ３４には、クランク軸の回
転位相を検出するためのクランク角センサ５４とカムロ
ーブ１２の回転位相を検出するためのカム角センサ５５
とが接続され、弁２の実開閉時期（実相対位相角）θＲ
を検出しうるようになっている。 【００２８】ところで、ＥＣＵ３４には、図１に示すよ
うに、目標開閉時期設定手段６２及び作動態様制御手段
６３が機能的に設けられており、運転状態に応じて吸気
弁２ IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期
を設定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EX
のＶＶＴ１００EXを独立に制御することで、吸気弁２ IN
及び排気弁２EXの開閉タイミングを独立に変更しうるよ
うになっている。 【００２９】つまり、目標開閉時期設定手段６２は車速
Ｖ，エンジン回転数Ｎｅ，スロットル開度ＴＰＳ等の情
報に基づいてエンジンの運転状態を判断し、吸気弁２IN
及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期、即
ち、カムシャフト１１とカムローブ１２との目標相対位
相角θＴIN，θＴEXを算出する。また、目標開閉時期設
定手段６２はクランク角及びカム角から吸気弁２IN及び
排気弁２EXの実相対位相角θＲIN，θＲEXを算出し、吸
気弁２IN及び排気弁２EXの相対位相角がそれぞれ設定さ
れた目標相対位相角θＴIN，θＴEXとなるように各アク
チュエータ３３IN，３３EXの回動をフィードバック制御
するようになっている。これにより、吸気弁２IN及び排
気弁２EXの開閉タイミングやオーバーラップ量を任意に
変更し、出力向上と低燃費とを両立することができると
ともに、内部ＥＧＲ量を最適に設定して燃料の燃焼状態
の安定化を図ることが可能となっている。 【００３０】さらに、ＥＣＵ３４には、故障判定手段６
１が機能的に設けられており、実相対位相角θＲと目標
相対位相角θＴとを比較することでＶＶＴ１００に動作
不良が生じているか否かを判定し、吸気弁２INのＶＶＴ
１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXの内のいずれ
か一方のＶＶＴ１００が動作不良と判定された場合に
は、動作の正常な他方のＶＶＴ１００の制御目標相対位
相角Θを下式（１）に従って算出し、正常なＶＶＴ１０
０における相対位相角がこの制御目標相対位相角Θとな
るように、アクチュエータ３３の回動を制御している。 【００３１】 Θ＝θＴN＋θＲF−θＴF＋α ・・・（１） ここで、θＴNは動作の正常なＶＶＴの目標相対位相角
であり、θＴF及びθＲ Fはそれぞれ動作異常を生じたＶ
ＶＴの目標相対位相角及び実相対位相角である。つま
り、正常なＶＶＴ１００を駆動制御することで、吸排気
弁の実際のオーバーラップ量（実オーバーラップ量）が
故障前と故障後とで同等なものにすることができるので
ある。 【００３２】このように、故障判定手段６１により吸気
側ＶＶＴ１００INと排気側ＶＶＴ１００EXとの内いずれ
か一方の故障が検出又は判定された場合には、作動態様
制御手段６３では、目標開閉時期設定手段６２で設定さ
れる吸排気弁の目標開閉時期に基づき、両ＶＶＴ１００
が正常な場合の目標オーバーラップ量を算出し、この目
標オーバーラップ量となるように正常な他方のＶＶＴ１
００の位相角を変更するようになっているのである。 【００３３】なお、αは制御誤差を吸収するための補正
値であり、この補正値は運転状態に応じて設定されるよ
うになっている。また、排気弁駆動用ＶＶＴ１００EX及
び吸気弁駆動用ＶＶＴ１００INの制御態様の違いに基づ
いて、各制御についてαの正負の極性を異ならせてもよ
い。このことにより、故障により吸気弁２IN及び排気弁
２EXの内のいずれか一方の開閉タイミングが固定されて
も、他方の弁２の開閉タイミングをそれに応じて補正す
ることで、故障前後で内部ＥＧＲの変動が極力抑えられ
故障前の最適な状態に維持することができるようになっ
ている。 【００３４】また、上述したようなＶＶＴ１００の故障
時には、下記の〜の制御も同時に実行されるように
なっている。 ＥＧＲ量の制限 ＩＳＣ目標Ｎｅの下限クリップ Ｐｅの水温補正値を所定値に固定 ＩＳＣ変化中のＮｅ−Ｆ／Ｂ禁止 上記はＥＧＲ装置によるＥＧＲガス還流量を制限又は
禁止するものであり、燃焼を安定させる目的で実行され
る。 【００３５】また、はアイドル時の目標回転速度Ｎｅ
が所定値（下限値）以下とならないように、目標回転速
度Ｎｅの下限値をクリップするものであり、アイドル時
のエンジンストールを防止する目的で実行される。ま
た、は目標Ｐｅ（目標トルク）を算出する際に用いら
れる水温補正量を所定値に固定するものであり、これも
主にエンジンストールを防止する目的で実行される。 【００３６】はアイドルの回転変動時において、エン
ジン回転速度のフィードバック制御を禁止するものであ
り、オープンループ制御によりエンジン回転速度制御す
るものである。本発明の一実施形態における内燃機関の
制御装置は上述のように構成されているので、吸気ＶＶ
Ｔ及び排気ＶＶＴの制御は図５に示すフローチャートに
沿って行なわれる。 【００３７】すなわち、ステップＳ１において吸気ＶＶ
Ｔ１００INが動作不良と判定され、更に、ステップＳ２
で排気ＶＶＴ１００EXの動作が正常と判定された場合に
は、ステップＳ３で排気ＶＶＴ１００EXの制御目標位相
角Θが（１）式によって算出され、排気ＶＶＴ１００EX
のアクチュエータ３３EXの回動制御が行なわれる。ま
た、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INの動作が
正常と判定され、更に、ステップＳ４で排気ＶＶＴ１０
０EXが動作不良と判定された場合には、ステップＳ５で
吸気ＶＶＴ１００INの制御目標位相角Θが（１）式によ
って算出され、吸気ＶＶＴ１００INのアクチュエータ３
３INの回動制御が行なわれる。 【００３８】したがって、本実施形態の内燃機関の制御
装置によれば、吸気ＶＶＴ１００IN又は排気ＶＶＴ１０
０EXのいずれか一方が動作不良を生じても、ＶＶＴ１０
０の動作不良が生じる前後での内部ＥＧＲ量の変化が抑
えられる。その結果、エンジンの点火時期の補正量を低
減することが可能となり、ドライバビリティを損なうこ
となく燃費の悪化を防止することができる。 【００３９】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。例えば、可変動弁機構
は上述のものに限定されるものではなく、吸気弁及び排
気弁の開閉タイミングを変更可能であれば他の種々の可
変動弁機構を適用可能である。 【００４０】 【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段との
内のいずれか一方が故障すると、故障していない他方の
作動態様変更手段を制御して吸気弁と排気弁とのオーバ
ーラップ量が目標オーバーラップ量に近づくようにして
いるため、燃費の悪化が防止される。 【００４１】また、故障の前後で内燃機関の内部ＥＧＲ
量が大幅に変化することがないため、点火時期の補正量
が少なくて済み、ドライバビリティが損なわれることが
ない。
の双方に可変動弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関
し、詳しくは、自己のシステムの故障を診断して弁開閉
タイミングを好適に調整しうるようにした内燃機関の制
御装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、車両に搭載される内燃機関（エン
ジン）においては、出力向上、燃費節減、排気エミッシ
ョン低減を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミ
ング（バルブタイミング）をそれぞれ独立に制御する可
変動弁機構（ＶＶＴ）を採用したものが増加しつつあ
る。 【０００３】このようなエンジンでは、故障により、例
えば、吸気弁のカム位置が規定位置より進角側或いは排
気弁のカム位置が規定位置より遅角側で固着した場合に
は、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼不安定となり、燃費が
悪化したりエンジンストールを起こしたりすることが予
想される。特に、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを
独立に制御しうるＶＶＴにおいては、吸気弁或いは排気
弁の一方のみ可変制御しうるものに比べて、吸気弁の開
弁時期と排気弁の開弁時期とのオーバーラップ量が大き
くなりうるため、故障時にこのような一方のみ可変制御
しうるＶＶＴと同じ制御を行なっただけでは不十分な場
合がある。 【０００４】そのため、例えば、特開２００１−１５２
８８３号公報に開示された技術では、吸気弁のＶＶＴに
動作不良が生じた場合に、動作不良を生じていない排気
弁のＶＶＴの開閉タイミングを最進角位相となるように
制御し、オーバーラップ量が最低量となるようにしてい
る。このことにより、内部ＥＧＲ量が少なくなるため、
アイドル時や軽負荷時においても燃焼が不安定となら
ず、エンジンストールが防止される。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、故障時のオーバーラップ量が最大であった
場合には、制御前後におけるオーバーラップ量の変動が
大きくなり、内部ＥＧＲ量が極端に増減するため、エン
ジンの点火時期を大きく補正する必要がある。その結
果、ポンプ損失が増大し燃費を悪化させていた。 【０００６】また、点火時期の補正により、ドライバビ
リティを低下させる要因ともなる。本発明は、上述の課
題に鑑み創案されたもので、ＶＶＴの動作不良によって
燃費を悪化させることなくドライバビリティの低下を防
止できるようにした、内燃機関の制御装置を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の制御装置は、吸
気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングと
がそれぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様
変更手段によって独立に変更しうる内燃機関を制御対象
としている。そして、上記目的を達成するために、吸気
弁及び排気弁の目標開閉時期が目標開閉時期設定手段に
よってそれぞれ設定されるとともに、作動態様制御手段
によって吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更
手段とが制御されて吸気弁及び排気弁がこの目標開閉時
期で開閉するようにバルブタイミングが変更される。 【０００８】また、故障判定手段により吸気弁作動態様
変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の
故障が検出された場合には、作動態様制御手段により目
標開閉時期に基づいて吸気弁と排気弁との目標オーバー
ラップ量が算出され、吸気弁と排気弁との実オーバーラ
ップ量がこの目標オーバーラップ量に近づくように、故
障が検出されなかった他方の作動態様変更手段を制御し
てバルブタイミングが変更される。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としての内燃機関の制御装置について説明する
と、図１は本制御装置の機能に着目した模式的な制御ブ
ロック図、図２〜図４はそれぞれ本内燃機関にそなえら
れた可変動弁機構の要部を示す斜視図，断面図及び模式
的配置（軸方向端面から見た模式図）を示す図、図５は
その作用を説明するためのフローチャートである。 【００１０】本実施形態にかかる内燃機関は、レシプロ
式の内燃機関（エンジン）であり、シリンダヘッド１に
は、図２，図３に示すように、図示しない吸気ポート及
び排気ポートを開閉すべく、それぞれのポートに対して
弁２が装備されている。また、この弁２のステム端部２
Ａには、弁２を閉鎖側に付勢するバルブスプリング３
（図４参照）が設置されている。 【００１１】さらに、弁２のステム端部２Ａには、ロッ
カアーム８が当接しており、このロッカアーム８にカム
６が当接している。そして、カム６の凸部６Ａによって
バルブスプリング３の付勢力に抗するようにして弁２が
開方向へ駆動される。ＶＶＴ１００は、このようなカム
６の作動時期を変更するためのものであり、吸気側及び
排気側に別個に設けられ、それぞれ吸気弁作動態様変更
手段及び排気弁作動態様変更手段として機能している。
また、吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と排気弁駆動用のＶ
ＶＴ１００とは同様の構成を有するため、以下では、そ
の一方の構成及び動作について説明する、また、これら
を区別する場合には、構成部材を示す符号にそれぞれＩ
Ｎ，ＥＸを付すこととする。 【００１２】ＶＶＴ１００は、図２，図３に示すよう
に、ベルト４１とプーリ４２とを介して、エンジンのク
ランク軸（図示略）に連動して回転駆動されるカムシャ
フト１１と、このカムシャフト１１の外周に設けられた
カムローブ１２とをそなえ、カム６はこのカムローブ１
２の外周に突設されている。なお、このカムローブ１２
の外周はシリンダヘッド１側の軸受け部７によって回転
自在に軸支されている。 【００１３】また、カムシャフト１１はこのカムローブ
１２を介して軸受け部７に支持されるが、カムシャフト
１１の端部は、同一軸心線上に結合された端部部材４３
を介してシリンダヘッド１の軸受け部１Ａに軸支されて
いる。なお、軸受け部７は図３，図４に示すように、二
つ割れ構造になっており、シリンダヘッド１に形成され
た軸受け下半部７Ａと、この軸受け下半部７Ａに上方か
ら接合される軸受けキャップ７Ｂと、軸受け下半部７Ａ
に軸受けキャップ７Ｂを結合するボルト７Ｃとから構成
される。 【００１４】また、図４に示すように、軸受け下半部７
Ａと軸受けキャップ７Ｂとの接合面７Ｄは、図示しない
シリンダの軸心線と直交するように略水平に設定されて
おり、図３，図４における略鉛直方向（上下方向）に向
けて締結されるボルト７Ｃによって軸受け下半部７Ａと
軸受けキャップ７Ｂとが略鉛直方向に強固に結合されて
いる。 【００１５】また、カムシャフト１１とカムローブ１２
との間には、弁２の開閉時期を連続的又は段階的に調整
できるようにするための不等速継手１３が設けられてい
る。この不等速継手１３は、カムシャフト１１の外周に
回動可能に支持されたコントロールディスク１４と、こ
のコントロールディスク１４に一体的に設けられた偏心
部１５と、この偏心部１５の外周に設けられた係合ディ
スク１６と、係合ディスク１６に接続された第１スライ
ダ部材１７及び第２スライダ部材１８とをそなえてい
る。 【００１６】偏心部１５は、図２に示すように、カムシ
ャフト１１の回転中心Ｏ１から偏心した位置に回転中心
Ｏ２を有しており、係合ディスク１６はこの偏心部１５
の中心Ｏ２の回りに回転するようになっている。第１ス
ライダ部材１７及び第２スライダ部材１８は、図２に示
すように、それぞれその先端にスライダ本体部２１，２
２をそなえ、その他端側にドライブピン部２３，２４を
そなえている。 【００１７】そして、係合ディスク１６の一面には、図
３に示すように、半径方向に、第１スライダ部材１７の
スライダ本体部２１が摺動自在に嵌合したスライダ用溝
１６Ａと、第２スライダ部材１８のスライダ本体部２２
が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ｂとが形成され
ている。ここでは、二つのスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂ
が互いに１８０°だけ回転位相をずらせるように同一直
径上に配置されている。 【００１８】また、カムシャフト１１にはドライブアー
ム１９が設けられ、カムローブ１２にはアーム部２０が
設けられ、ドライブアーム１９には、第１スライダ部材
１７のドライブピン部２３が回転自在に嵌入する穴部１
９Ａが設けられ、アーム部２０には、第２スライダ部材
１８のドライブピン部２４が回転自在に嵌入する穴部２
０Ａが設けられている。 【００１９】なお、ドライブアーム１９は、カムローブ
１２とコントロールディスク１４との間のアーム部２０
を除く空間に、カムシャフト１１から半径方向に突出す
るように設けられ、ロックピン２５によりカムシャフト
１１と一体回転するように結合されている。一方アーム
部２０はカムローブ１２の端部を係合ディスク１６の一
側面に近接する位置まで半径方向及び軸方向へ突出させ
るように一体形成されている。 【００２０】ところで、スライダ本体部２１と溝１６Ａ
との間では、図４に示すように、スライダ本体部２１の
外側平面２１Ｂ，２１Ｃと溝１６Ａの内壁平面２８Ａ，
２８Ｂとの間で、溝１６Ｂとスライダ本体部２２との間
では、溝１６Ｂの内壁平面２８Ｃ，２８Ｄとスライダ本
体部２２の外側平面２２Ｂ，２２Ｃとの間で、それぞれ
回転力の伝達が行なわれる。 【００２１】このように回転を伝達する際に、係合ディ
スク１６が偏心していることにより、係合ディスク１６
はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりする
ことを繰り返し、又、カムローブ１２は係合ディスク１
６に対して先行したり遅延したりしながら、カムローブ
１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようにな
っている。そして、このようなカムシャフト１１の回転
位相に対するカムローブ１２の相対的な回転位相角（即
ち、相対位相角）によって弁２の開閉時期が決まる。 【００２２】そして、本ＶＶＴ１００には、このような
弁２の開閉時期を調整すべく偏心位置調整機構３０が設
けられている。つまり、この偏心位置調整機構３０は、
偏心部１５を有するコントロールディスク１４を回転さ
せることで、偏心部１５によって偏心状態に支持される
係合ディスク１６の回転中心Ｏ２の位置を連続的又は段
階的に変動させ弁開閉時期を調整しうるようにしたもの
である。 【００２３】この偏心位置調整機構３０は、図２，図３
に示すように、コントロールディスク１４の外周に形成
された偏心制御ギア３１と、この偏心制御ギア３１と噛
合するコントロールギア３５をそなえカムシャフト１１
と平行に設置されたコントロールシャフト３２と、この
コントロールシャフト３２を回転駆動するためのアクチ
ュエータ３３とをそなえて構成されており、後述のＥＣ
Ｕ３４によって作動が制御されるようになっている。 【００２４】ところで、コントロールシャフト３２にそ
なえられたコントロールギア３５は、二つのギア３５
Ａ，３５Ｂからなるシザースギアであって、一方のギア
３５Ａはコントロールシャフト３２に固定されている
が、他方のギア３５Ｂはコントロールシャフト３２に対
して回転可能に装備されている。つまり、ギア３５Ｂは
ギア３５Ａに当接するように配設されており、コントロ
ールシャフト３２の外周に固定されるジャーナル３６と
の間に装備された捩じりスプリング３８によって回転方
向への付勢力を受けるように設置され、両ギア３５Ａ，
３５Ｂによってコントロールディスク１４側の偏心制御
ギア３１とコントロールギア３５とがガタつくことなく
噛合するようになっている。 【００２５】なお、偏心位置調整機構３０の設置にあた
っては、既に設置されているカムシャフト１１外周のコ
ントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１に対し
て、両ギア３５Ａ，３５Ｂを噛合させた上で、ジャーナ
ル３６をコントロールシャフト３２に対して回転させな
がら軸方向所定位置に配置することで、ギア３５Ｂに軸
方向付勢力及び回転方向付勢力を与えておいてから、ジ
ャーナル３６を回り止めピン３６Ａによりコントロール
シャフト３２と一体回転するように固定する。 【００２６】また、本ＶＶＴ１００を多気筒エンジンに
適用した場合には、各気筒毎にカムローブ１２及び不等
速継手１３を設け、各気筒に吸気弁駆動用のＶＶＴ１０
０と、排気弁駆動用のＶＶＴ１００とをそなえることに
なる。ＥＣＵ３４は、運転状態に応じてこれらの吸気弁
駆動用のＶＶＴ１００IN及び排気弁駆動用のＶＶＴ１０
０EXをそれぞれ独立に駆動制御するものであり、図示し
ない入力装置や制御プログラム等の記憶に供される記憶
装置、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等をそなえて構成さ
れている。 【００２７】また、ＥＣＵ３４には、図１に示すよう
に、エンジン回転数センサ５２，スロットルポジション
センサ５３が接続され、それぞれエンジン回転数Ｎｅ及
びスロットル開度ＴＰＳが入力されるようになってお
り、これらの入力情報から運転状態を検出しうるように
なっている。さらに、ＥＣＵ３４には、クランク軸の回
転位相を検出するためのクランク角センサ５４とカムロ
ーブ１２の回転位相を検出するためのカム角センサ５５
とが接続され、弁２の実開閉時期（実相対位相角）θＲ
を検出しうるようになっている。 【００２８】ところで、ＥＣＵ３４には、図１に示すよ
うに、目標開閉時期設定手段６２及び作動態様制御手段
６３が機能的に設けられており、運転状態に応じて吸気
弁２ IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期
を設定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EX
のＶＶＴ１００EXを独立に制御することで、吸気弁２ IN
及び排気弁２EXの開閉タイミングを独立に変更しうるよ
うになっている。 【００２９】つまり、目標開閉時期設定手段６２は車速
Ｖ，エンジン回転数Ｎｅ，スロットル開度ＴＰＳ等の情
報に基づいてエンジンの運転状態を判断し、吸気弁２IN
及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期、即
ち、カムシャフト１１とカムローブ１２との目標相対位
相角θＴIN，θＴEXを算出する。また、目標開閉時期設
定手段６２はクランク角及びカム角から吸気弁２IN及び
排気弁２EXの実相対位相角θＲIN，θＲEXを算出し、吸
気弁２IN及び排気弁２EXの相対位相角がそれぞれ設定さ
れた目標相対位相角θＴIN，θＴEXとなるように各アク
チュエータ３３IN，３３EXの回動をフィードバック制御
するようになっている。これにより、吸気弁２IN及び排
気弁２EXの開閉タイミングやオーバーラップ量を任意に
変更し、出力向上と低燃費とを両立することができると
ともに、内部ＥＧＲ量を最適に設定して燃料の燃焼状態
の安定化を図ることが可能となっている。 【００３０】さらに、ＥＣＵ３４には、故障判定手段６
１が機能的に設けられており、実相対位相角θＲと目標
相対位相角θＴとを比較することでＶＶＴ１００に動作
不良が生じているか否かを判定し、吸気弁２INのＶＶＴ
１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXの内のいずれ
か一方のＶＶＴ１００が動作不良と判定された場合に
は、動作の正常な他方のＶＶＴ１００の制御目標相対位
相角Θを下式（１）に従って算出し、正常なＶＶＴ１０
０における相対位相角がこの制御目標相対位相角Θとな
るように、アクチュエータ３３の回動を制御している。 【００３１】 Θ＝θＴN＋θＲF−θＴF＋α ・・・（１） ここで、θＴNは動作の正常なＶＶＴの目標相対位相角
であり、θＴF及びθＲ Fはそれぞれ動作異常を生じたＶ
ＶＴの目標相対位相角及び実相対位相角である。つま
り、正常なＶＶＴ１００を駆動制御することで、吸排気
弁の実際のオーバーラップ量（実オーバーラップ量）が
故障前と故障後とで同等なものにすることができるので
ある。 【００３２】このように、故障判定手段６１により吸気
側ＶＶＴ１００INと排気側ＶＶＴ１００EXとの内いずれ
か一方の故障が検出又は判定された場合には、作動態様
制御手段６３では、目標開閉時期設定手段６２で設定さ
れる吸排気弁の目標開閉時期に基づき、両ＶＶＴ１００
が正常な場合の目標オーバーラップ量を算出し、この目
標オーバーラップ量となるように正常な他方のＶＶＴ１
００の位相角を変更するようになっているのである。 【００３３】なお、αは制御誤差を吸収するための補正
値であり、この補正値は運転状態に応じて設定されるよ
うになっている。また、排気弁駆動用ＶＶＴ１００EX及
び吸気弁駆動用ＶＶＴ１００INの制御態様の違いに基づ
いて、各制御についてαの正負の極性を異ならせてもよ
い。このことにより、故障により吸気弁２IN及び排気弁
２EXの内のいずれか一方の開閉タイミングが固定されて
も、他方の弁２の開閉タイミングをそれに応じて補正す
ることで、故障前後で内部ＥＧＲの変動が極力抑えられ
故障前の最適な状態に維持することができるようになっ
ている。 【００３４】また、上述したようなＶＶＴ１００の故障
時には、下記の〜の制御も同時に実行されるように
なっている。 ＥＧＲ量の制限 ＩＳＣ目標Ｎｅの下限クリップ Ｐｅの水温補正値を所定値に固定 ＩＳＣ変化中のＮｅ−Ｆ／Ｂ禁止 上記はＥＧＲ装置によるＥＧＲガス還流量を制限又は
禁止するものであり、燃焼を安定させる目的で実行され
る。 【００３５】また、はアイドル時の目標回転速度Ｎｅ
が所定値（下限値）以下とならないように、目標回転速
度Ｎｅの下限値をクリップするものであり、アイドル時
のエンジンストールを防止する目的で実行される。ま
た、は目標Ｐｅ（目標トルク）を算出する際に用いら
れる水温補正量を所定値に固定するものであり、これも
主にエンジンストールを防止する目的で実行される。 【００３６】はアイドルの回転変動時において、エン
ジン回転速度のフィードバック制御を禁止するものであ
り、オープンループ制御によりエンジン回転速度制御す
るものである。本発明の一実施形態における内燃機関の
制御装置は上述のように構成されているので、吸気ＶＶ
Ｔ及び排気ＶＶＴの制御は図５に示すフローチャートに
沿って行なわれる。 【００３７】すなわち、ステップＳ１において吸気ＶＶ
Ｔ１００INが動作不良と判定され、更に、ステップＳ２
で排気ＶＶＴ１００EXの動作が正常と判定された場合に
は、ステップＳ３で排気ＶＶＴ１００EXの制御目標位相
角Θが（１）式によって算出され、排気ＶＶＴ１００EX
のアクチュエータ３３EXの回動制御が行なわれる。ま
た、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INの動作が
正常と判定され、更に、ステップＳ４で排気ＶＶＴ１０
０EXが動作不良と判定された場合には、ステップＳ５で
吸気ＶＶＴ１００INの制御目標位相角Θが（１）式によ
って算出され、吸気ＶＶＴ１００INのアクチュエータ３
３INの回動制御が行なわれる。 【００３８】したがって、本実施形態の内燃機関の制御
装置によれば、吸気ＶＶＴ１００IN又は排気ＶＶＴ１０
０EXのいずれか一方が動作不良を生じても、ＶＶＴ１０
０の動作不良が生じる前後での内部ＥＧＲ量の変化が抑
えられる。その結果、エンジンの点火時期の補正量を低
減することが可能となり、ドライバビリティを損なうこ
となく燃費の悪化を防止することができる。 【００３９】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。例えば、可変動弁機構
は上述のものに限定されるものではなく、吸気弁及び排
気弁の開閉タイミングを変更可能であれば他の種々の可
変動弁機構を適用可能である。 【００４０】 【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段との
内のいずれか一方が故障すると、故障していない他方の
作動態様変更手段を制御して吸気弁と排気弁とのオーバ
ーラップ量が目標オーバーラップ量に近づくようにして
いるため、燃費の悪化が防止される。 【００４１】また、故障の前後で内燃機関の内部ＥＧＲ
量が大幅に変化することがないため、点火時期の補正量
が少なくて済み、ドライバビリティが損なわれることが
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装
置の機能に着目した模式的な制御ブロック図である。 【図２】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す斜視図である。 【図３】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す断面図である。 【図４】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す模式的配置図である。 【図５】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装
置の作用を説明するためのフローチャートである。 【符号の説明】 ２ 弁 ６１ 故障判定手段 ６２ 目標開閉時期設定手段 ６３ 作動態様制御手段 １００ 可変動弁機構（作動態様変更手段）
置の機能に着目した模式的な制御ブロック図である。 【図２】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す斜視図である。 【図３】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す断面図である。 【図４】本発明の一実施形態における内燃機関に備えら
れた可変動弁機構の要部を示す模式的配置図である。 【図５】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装
置の作用を説明するためのフローチャートである。 【符号の説明】 ２ 弁 ６１ 故障判定手段 ６２ 目標開閉時期設定手段 ６３ 作動態様制御手段 １００ 可変動弁機構（作動態様変更手段）
フロントページの続き
(72)発明者 小島 一洋
東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車
工業株式会社内
Ｆターム(参考） 3G084 BA06 BA20 BA23 DA02 DA04
DA27 DA33 FA10 FA33 FA37
FA38
3G092 AA01 AA11 DA01 DA02 DA09
DA12 DG01 EA09 EA11 EA14
EA22 EA25 FA03 FA21 FA24
FB03 FB05 FB06 HA06Z
HA10X HA13X HA13Y HA13Z
HE01Z
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気弁のバルブタイミングを変更可能な
吸気弁作動態様変更手段と、 排気弁のバルブタイミングを変更可能な排気弁作動態様
変更手段と、 エンジンの運転状態に応じて吸気弁及び排気弁の目標開
閉時期を設定する目標開閉時期設定手段と、 上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更
手段とのいずれか一方が故障したことを判定する故障判
定手段と、 上記目標開閉時期設定手段によって設定された目標開閉
時期となるように上記吸気弁作動態様変更手段又は上記
排気弁作動態様変更手段を制御し、上記吸気弁又は上記
排気弁のバルブタイミングを各々独立して変更する作動
態様制御手段とをそなえ、 上記作動態様制御手段は、上記故障判定手段により上記
吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段
とのいずれか一方の故障が検出されると、上記目標開閉
時期設定手段により設定された目標開閉時期に基づいて
上記吸気弁と上記排気弁との目標オーバーラップ量を算
出し、上記吸気弁と上記排気弁との実オーバーラップ量
が上記目標オーバーラップ量に近づくように、故障が検
出されなかった他方の作動態様変更手段を制御してバル
ブタイミングを変更することを特徴とする、内燃機関の
制御装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001381518A JP4075368B2 (ja) | 2001-12-14 | 2001-12-14 | 内燃機関の制御装置 |
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| JP2016037878A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-12-14 JP JP2001381518A patent/JP4075368B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US8014935B2 (en) | 2006-12-28 | 2011-09-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
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| US10233848B2 (en) | 2014-08-06 | 2019-03-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for internal combustion engine |
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