| 【発明の名称】 |
内燃機関の開弁制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大井 康広
【氏名】平工 恵三
【氏名】一瀬 宏樹
【氏名】加本 明
【氏名】渡辺 剛
【氏名】小澤 正弘
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| 【要約】 |
【課題】吸気弁または排気弁の開弁状態を変更することができる内燃機関の開弁制御装置において全ての機関運転領域において内燃機関の出力特性を安定させる。
【解決手段】所定の条件が満たされるまでは機関運転状態とは無関係な所定の開弁状態にて開弁されるように開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定し、所定の条件が満たされた後は開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除し、その後は機関運転状態ごとに定められる開弁状態にて開弁されるように開弁状態変更機構を作動させる。開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定している間に所定の条件が満たされたとしても機関運転状態ごとに定められる開弁状態が上記所定の開弁状態から許容範囲以上にずれているときには開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除せずに継続する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関の吸気弁または排気弁の開弁状態を変更することができる開弁状態変更機構を具備し、所定の条件が満たされるまでは内燃機関の運転状態とは無関係な一定の開弁状態にて吸気弁または排気弁が開弁されるように該開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定し、所定の条件が満たされた後においては上記開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除し、該開弁状態変更機構の動作状態の固定解除後においては内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態にて吸気弁または排気弁が開弁されるように開弁状態変更機構を作動させる内燃機関の開弁制御装置において、開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定している間に上記所定の条件が満たされたとしても上記内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態が上記所定の開弁状態から許容範囲以上にずれているときには開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除せずに継続することを特徴とする開弁制御装置。
【請求項２】 上記開弁状態変更機構が吸気弁または排気弁の開閉弁タイミングを変更することができる開閉弁タイミング変更機構であることを特徴とする請求項１に記載の開弁制御装置。
【請求項３】 内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉弁タイミングを変更することができる開閉弁タイミング変更機構を具備し、内燃機関の運転が始動せしめられてから所定の条件が満たされるまでは最も早いタイミングと最も遅いタイミングとの間の内燃機関の運転状態とは無関係な一定のタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように該開閉弁タイミング変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定し、所定の条件が満たされた後においては上記開閉弁タイミング変更機構の動作状態の固定を解除し、該開閉弁タイミングの動作状態の固定解除後において内燃機関の運転がアイドリング運転状態にあるときには最も遅いタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように開閉弁タイミング変更機構を作動させ、内燃機関の運転がアイドリング運転状態ではないときには内燃機関の運転状態ごとに定められるタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように開閉弁タイミング変更機構を作動させる内燃機関の開弁制御装置において、開閉弁タイミング変更機構の動作状態を上記特定の動作状態に固定している間に上記所定の条件が満たされたとしても内燃機関の運転がアイドリング運転状態にあるときには開閉弁タイミング変更機構の動作状態の固定を解除せずに継続することを特徴とする開弁制御装置。
【請求項４】 上記開閉弁タイミング変更機構が油圧油により作動せしめられ、上記所定の条件が上記油圧油の温度が予め定められた温度よりも高いことであることを特徴とする請求項２または３に記載の開弁制御装置。
【請求項５】 内燃機関の運転が停止されるときに上記開閉弁タイミング変更機構の動作状態が上記特定の動作状態に固定されることを特徴とする請求項２または３に記載の開弁制御装置。
【請求項６】 内燃機関の運転の停止が要求されたときに内燃機関の運転が予め定められた期間に亘って継続され、該予め定められた期間内に上記開閉弁タイミング変更機構の動作状態が上記特定の動作状態に固定され、その後、内燃機関の運転が停止されることを特徴とする請求項５に記載の開弁制御装置。
【請求項７】 上記内燃機関の運転を継続する予め定められた期間を機関回転数が大きくなると短くなるように設定することを特徴とする請求項６に記載の開弁制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の開弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関においては要求機関出力を出力するために機関回転数や要求機関負荷に応じて燃焼室内に吸入される空気の量（以下、吸気量）を変える必要がある。従来では機関吸気通路にスロットル弁を配置し、当該スロットル弁の開度を調節することにより吸気量を制御していた。しかしながらスロットル弁により吸気量を制御するとスロットル弁下流の吸気通路内に負圧が生じ、このため燃焼室内においてポンピングロスが発生し、したがって機関出力効率が低下するという問題があった。そこでスロットル弁を使用せずに吸気量を変える手段として機関回転数や要求機関負荷に応じて吸気弁の開閉弁タイミングを変更するという手段が提案されている。こうした開閉弁タイミング変更手段を採用した内燃機関は特開平１１ー２１０４２４号公報に開示されている。
【０００３】ところで上記公報に記載の開閉弁タイミング変更手段はエンジンオイルの圧力、すなわち油圧を利用して吸気弁の開閉弁タイミングを制御する。ところが内燃機関の運転が始動せしめられた直後においてはエンジンオイルの温度が低いために開閉弁タイミング変更手段による開閉弁タイミングの制御速度は遅いので吸気弁の開閉弁タイミングが所望のタイミングに即座には変更されず、したがって吸気量は即座には所望の量とはならない。そこで上記公報に記載の内燃機関では吸気弁の開閉弁タイミングを内燃機関の運転状態に係わりなく平均して高い機関出力効率を確保することができる一定のタイミングに固定し、エンジンオイルの温度が高くなったときに吸気弁の開閉弁タイミングの固定を解除し、吸気弁の開閉弁タイミングを内燃機関の運転状態ごとに定められるタイミングとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように上記公報に記載の内燃機関ではエンジンオイルの温度が高くなったときに吸気弁の開閉弁タイミングの固定を解除し、吸気弁の開閉弁タイミングを内燃機関の運転状態ごとに定められるタイミングとするがこの開閉弁タイミングの固定解除後のタイミングが一定のタイミングから大きく異なる場合には機関出力負荷が急激に変化する可能性がある。このことは内燃機関の出力安定性の観点からは好ましくない。すなわち一般的に内燃機関には出力安定性が求められているが上記公報に記載の内燃機関ではこの出力安定性が得られない。
【０００５】またこのことは例えば内燃機関の始動直後において排気弁の開閉弁タイミングを一定のタイミングに固定し、エンジンオイルの温度が高くなったときに排気弁の開閉弁タイミングの固定を解除し、吸気弁の開閉弁タイミングを内燃機関の運転状態ごとに定められるタイミングとし、斯くして機関出力効率を高く維持するようにした内燃機関にも当てはまる。
【０００６】さらにこのことは一般的に所定の条件が満たされるまで吸気弁または排気弁の開弁状態を特定の開弁状態に固定し、所定の条件が満たされたときに吸気弁または排気弁の開弁状態の固定を解除し、吸気弁または排気弁の開弁状態を内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態とし、斯くして機関出力効率を高く維持するようにした内燃機関にも当てはまる。
【０００７】こうした事情に鑑み本発明の目的は吸気弁または排気弁の開弁状態を変更することができる内燃機関の開弁制御装置において全ての機関運転領域において内燃機関の出力特性を安定させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために１番目の発明では、内燃機関の吸気弁または排気弁の開弁状態を変更することができる開弁状態変更機構を具備し、所定の条件が満たされるまでは内燃機関の運転状態とは無関係な一定の開弁状態にて吸気弁または排気弁が開弁されるように該開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定し、所定の条件が満たされた後においては上記開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除し、該開弁状態変更機構の動作状態の固定解除後においては内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態にて吸気弁または排気弁が開弁されるように開弁状態変更機構を作動させる内燃機関の開弁制御装置において、開弁状態変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定している間に上記所定の条件が満たされたとしても上記内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態が上記所定の開弁状態から許容範囲以上にずれているときには開弁状態変更機構の動作状態の固定を解除せずに継続する。
【０００９】２番目の発明では１番目の発明において、上記開弁状態変更機構が吸気弁または排気弁の開閉弁タイミングを変更することができる開閉弁タイミング変更機構である。上記課題を解決するために３番目の発明では、内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉弁タイミングを変更することができる開閉弁タイミング変更機構を具備し、内燃機関の運転が始動せしめられてから所定の条件が満たされるまでは最も早いタイミングと最も遅いタイミングとの間の内燃機関の運転状態とは無関係な一定のタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように該開閉弁タイミング変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定し、所定の条件が満たされた後においては上記開閉弁タイミング変更機構の動作状態の固定を解除し、該開閉弁タイミングの動作状態の固定解除後において内燃機関の運転がアイドリング運転状態にあるときには最も遅いタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように開閉弁タイミング変更機構を作動させ、内燃機関の運転がアイドリング運転状態ではないときには内燃機関の運転状態ごとに定められるタイミングにて吸気弁または排気弁が開閉弁されるように開閉弁タイミング変更機構を作動させる内燃機関の開閉弁タイミング制御装置において、開閉弁タイミング変更機構の動作状態を上記特定の動作状態に固定している間に上記所定の条件が満たされたとしても内燃機関の運転がアイドリング運転状態にあるときには開閉弁タイミング変更機構の動作状態の固定を解除せずに継続する。
【００１０】４番目の発明では２番目の発明または３番目の発明において、上記開閉弁タイミング変更機構が油圧油により作動せしめられ、上記所定の条件が上記油圧油の温度が予め定められた温度よりも高いことである。５番目の発明では２番目または３番目の発明において、内燃機関の運転が停止されるときに上記開閉弁タイミング変更機構の動作が上記特定動作状態に固定される。
【００１１】６番目の発明では５番目の発明において、内燃機関の運転の停止が要求されたときに内燃機関の運転が予め定められた期間に亘って継続され、該予め定められた期間内に上記開閉弁タイミング変更機構の動作が上記特定動作状態に固定され、その後、内燃機関の運転が停止される。７番目の発明では６番目の発明において、上記内燃機関の運転を継続する予め定められた期間を機関回転数が大きくなると短くなるように設定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は本発明の開閉弁タイミング制御装置を備えたいわゆる４サイクルガソリンエンジンを示す。図１において１は機関本体、２は吸気ポート、３は吸気弁、４は排気ポート、５は排気弁、６は燃焼室、７は点火栓である。燃焼室６内にはピストン８が配置される。吸気弁３は吸気弁開閉弁特性変更機構により開閉駆動せしめられる。吸気弁開閉弁特性変更機構については後に詳細に説明する。
【００１３】吸気ポート２は吸気マニホルド９に接続される。吸気マニホルド９はサージタンク１０を介して吸気通路１１に接続される。吸気通路１１には吸気量を検出するための質量流量検出器１２が配置される。質量流量検出器１２の上流側の吸気通路１１にはエアクリーナ１３が接続される。一方、質量流量検出器１２の下流側の吸気通路１１にはスロットル弁１５が配置される。スロットル弁１５はピストン８のポンピングロスを最小限に抑えるために大部分の機関運転領域において全開とされている。吸気絞り弁１５の下流側であって吸気ポート２近傍の吸気マニホルド９には燃料噴射弁１６が取り付けられる。燃料噴射弁１６は燃料供給通路１７を介して燃料タンク１８に接続される。燃料供給通路１７には吐出量可変の燃料ポンプ１９が配置される。排気ポート４は排気マニホルド２０に接続される。排気マニホルド２０は排気通路２１に接続される。
【００１４】機関本体１には点火デストリビュータ２５が取り付けられる。点火デストリビュータ２５には二つのクランク角センサ２６および２７が取り付けられる。これらクランク角センサ２６および２７から出力されるパルス信号に基づいて機関回転数が算出される。内燃機関は電子制御装置５０を具備する。電子制御装置５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５、および出力ポート５６を具備する。質量流量検出器１２は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に接続される。クランク角センサ２６および２７は入力ポート５５に直接接続される。点火栓７、燃料噴射弁１６、および燃料ポンプ１９は対応する駆動回路５８を介して出力ポート５６に接続される。アクセルペダル１４には負荷センサ２８が接続される。負荷センサ２８は内燃機関に対する要求機関負荷を検出する。負荷センサ２８は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に接続される。
【００１５】次に図２〜図４を参照して本実施例の吸気弁開閉弁特性変更機構を簡単に説明する。図２は吸気弁開閉弁特性変更機構の全体図である。吸気弁開閉弁特性変更機構は主に吸気弁３の閉弁タイミングを変更するための機構（以下、閉弁タイミング変更機構）と、吸気弁３の開弁量を変更するための機構（以下、開弁量変更機構）とを具備する。閉弁タイミング変更機構を図３に詳細に示し、開弁量変更機構を図４に詳細に示した。なお閉弁タイミング変更機構の代わりに吸気弁３の開弁タイミングを変更するための開弁タイミング変更機構を採用してもよい。
【００１６】閉弁タイミング変更機構は図３に示したようにロータ４３とハウジング４４とを有する。ロータ４３は一定範囲内において回動可能にハウジング４４内に収容される。またロータ４３はカムシャフト３４に回転不能に取り付けられる。さらにロータ４３はその外周壁面から径方向外方へと延びる四つの羽根４５を有する。一方、ハウジング４４はその内周壁面から径方向内方へと延びる四つの隔壁４６を有する。ロータ４３がハウジング４４内に収容されたときにこれら羽根４５と隔壁４６との間に八つの隔室４６ａ、４６ｂが形成される。これら隔室には切換弁４８を介してオイルポンプ４９が接続される。オイルポンプ４９は機関運転により作動せしめられる。オイルタンク４１内のエンジンオイルが隔室４６ａに供給され、油圧が印加されると閉弁タイミングが早くせしめられる。一方、エンジンオイルが隔室４６ｂに供給され、油圧が印加されると閉弁タイミングが遅くせしめられる。このようにエンジンオイルが供給される隔室を変えることにより吸気弁３の閉弁タイミングを変更することができる。なおハウジング４４は歯車であり、図２に示したように内燃機関の出力により回転せしめられる歯車６０に係合する。また隔室に供給される油圧が零となるとロータ４３は閉弁タイミングが最も遅くなる位置に向かって移動するようになっている。
【００１７】なおオイルタンク４１にはエンジンオイルの温度を検出するための油温センサ６７が取り付けられる。油温センサ６７は対応するＡ／Ｄ変換器５７を介して入力ポート５５に接続される。一方、開弁量変更機構は図２に示したように三つのカム３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、これらカムに対応する三つのリフトアーム３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを有する。リフトアーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃはシャフト３５に揺動可能に取り付けられる。したがってこれらリフトアーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃはそれぞれ対応するカム３２ａ，３２ｂ，３２ｃによりシャフト３５周りで揺動せしめられる。各カムが吸気弁３をリフトする量、すなわち開弁量はそれぞれ異なる。図４に示したように中央のリフトアーム３３ａの端部に一つの貫通孔３６が形成される。残りの二つのリフトアーム３３ｂ、３３ｃの端部にはそれぞれ油圧室３７ｂ、３７ｃが形成される。各油圧室３７ｂ、３７ｃ内にはそれぞれ対応してピン３８ｂ、３８ｃが摺動可能に収容される。ピン３８ｂ，３８ｃはコイルバネ３９ｂ，３９ｃにより油圧室３７ｂ，３７ｃ内に引き込まれるように付勢されている。また油圧室３７ｂ、３７ｃは切換弁４０を介してオイルポンプ４９に接続される。
【００１８】オイルタンク４１内のエンジンオイルがいずれの油圧室３７ｂ、３７ｃにも供給されないときにはピン３８ｂ，３８ｃは油圧室３７ｂ，３７ｃ内に引き込まれたままであるのでカム３３ａにより吸気弁３が開弁駆動せしめられる。またエンジンオイルが油圧室３７ｂに供給されたときにはピン３８ｂがコイルバネ３９ｂの付勢力に抗して油圧室３７ｂから突出せしめられて貫通孔３６内に嵌り込むのでカム３３ｂにより吸気弁３が開弁駆動せしめられる。さらにエンジンオイルが油圧室３７ｃに供給されたときにはピン３８ｃがコイルバネ３９ｃの付勢力に抗して油圧室３７ｃから突出せしめられて貫通孔３６内に嵌り込むのでカム３３ｃにより吸気弁３が開弁駆動せしめられる。このようにエンジンオイルが供給される油圧室を変えることにより吸気弁３の開弁量を変更し、燃焼室６内に供給せしめられる吸気量を制御することができる。
【００１９】次に本実施例におけるカムの選択と吸気弁の閉弁タイミングの設定とについて説明する。本実施例では機関回転数Ｎｅと機関要求負荷Ｌとに応じて要求吸気量ＴＧａと要求燃料噴射量ＴＱが算出される。本実施例ではこれら要求吸気量ＴＧａおよび要求燃料噴射量ＴＱとを図５に示したように機関回転数Ｎｅと機関要求負荷Ｌとの関数としてマップの形で予め記憶しておき、当該マップを用いて要求吸気量ＴＧａおよび要求燃料噴射量Ｑを算出する。
【００２０】次いで要求吸気量ＴＧａに応じて開弁量変更機構の三つのカム３３ａ，３３ｂ，３３ｃのいずれのカムにより吸気弁３を開弁させるかを決定する。すなわち吸気弁３を開弁させるためにいずれのカムを実質的に機能させるかを決定する。本実施例では要求吸気量ＴＧａが多いときには吸気弁３を最も大きく開弁することができるカム（以下、大カム）３２ｃが選択され、要求吸気量ＴＧａが中程度の量であるときには吸気弁３を中程度の大きさで開弁することができるカム（以下、中カム）３２ｂが選択され、要求吸気量ＴＧａが少ないときには吸気弁３を最も小さく開弁することができるカム（以下、小カム）３２ａが選択される。
【００２１】ところでこのように要求吸気量ＴＧａに応じて決定されたカムを機能させるように変更しても実際の吸気量（以下、実吸気量）は段階的にしか変化しないので実吸気量を正確に要求吸気量ＴＧａとすることができないことがある。そこで本実施例では吸気弁３の閉弁タイミングを変更すれば実吸気量が変化することを利用して実吸気量が正確に要求吸気量となるようにする。すなわち機能させるカムを変更した後に要求吸気量ＴＧａと実吸気量との間のずれ量に応じて閉弁タイミング変更機構により吸気弁３の閉弁タイミングを変更するようにする。本実施例の閉弁タイミング変更機構は吸気弁３の閉弁タイミングを連続的に変更することができるので実吸気量を正確に要求吸気量ＴＧａとすることができる。
【００２２】次に実吸気量を目標吸気量とするための閉弁タイミングの決定方法について説明する。以下の説明では理解しやすいように大カム３３ｃ、中カム３３ｂ、小カム３３ａの開弁角度範囲が図６に示したようにそれぞれ１８０°、１２０°、９０°である場合について説明する。一般的に燃焼室６内におけるピストン８の移動速度が速いときほど単位時間当たりの吸気量は多くなる。また吸気弁３の開弁量が大きいときほど単位時間当たりの吸気量は多くなる。したがって燃焼室６内におけるピストン８の移動速度が最も速いとき、すなわちクランク角度が吸気下死点前９０°にあるときに吸気弁３の開弁量が最も大きくなるように吸気弁３の閉弁タイミングを設定すれば吸気量が最大となる。したがって大カム３３ｃが機能せしめられているときには閉弁タイミングを吸気下死点に設定すれば吸気弁３は吸気下死点前９０°において最も大きく開弁するので吸気量は大カム３３ｃを機能させたときに可能な範囲で最大となる。同様に中カム３３ｂが機能せしめられているときには閉弁タイミングを吸気下死点前３０°に設定すれば吸気量は中カム３３ｂを機能させたときに可能な範囲で最大となり、小カム３３ａが機能せしめられているときには閉弁タイミングを吸気下死点前４５°に設定すれば吸気量は小カム３３ａを機能させたときに可能な範囲で最大となる。
【００２３】このことを念頭において閉弁タイミングＴＣと吸気量Ｇａとの関係を示せば図７のようになる。すなわち図７の線Ｌは大カム３３ｃを機能させたときにおける閉弁タイミングＴＣと吸気量Ｇａとの間の定性的な関係を示しており、ここでは閉弁タイミングＴＣが吸気下死点ＢＤＣ（図７では０°と表示）に設定されたときに吸気量Ｇａが最も大きく、閉弁タイミングＴＣが吸気下死点ＢＤＣよりも早く設定されるほど吸気量Ｇａは徐々に小さくなる。また図７の線Ｍは中カム３３ｂを機能させたときにおける閉弁タイミングＴＣと吸気量Ｇａとの間の定性的な関係を示し、ここでは閉弁タイミングＴＣが吸気下死点前３０°（図７では−３０°と表示）に設定されたときに吸気量Ｇａが最も大きく、閉弁タイミングＴＣが吸気下死点前３０°よりも早く或いは遅く設定されるほど吸気量Ｇａは徐々に小さくなる。さらに図７の線Ｓは小カム３３ａを機能させたときにおける閉弁タイミングＴＣと吸気量Ｇａとの間の定性的な関係を示し、ここでは閉弁タイミングＴＣが吸気下死点前４５°（図７では−４５°と表示）に設定されたときに吸気量Ｇａが最も大きく、閉弁タイミングＴＣが吸気下死点前４５°よりも早く或いは遅く設定されるほど吸気量Ｇａは徐々に小さくなる。
【００２４】したがって本実施例では上述したように要求吸気量に応じて決定されたカムを機能させるべく開弁量変更機構を作動させ、このときの要求吸気量と実吸気量との間のずれ量と、図７に示した関係とから要求吸気量と実吸気量との間のずれ量が零となるように吸気弁３の閉弁タイミングが決定される。実際には要求吸気量と実吸気量とのずれが零となる吸気弁３の閉弁タイミングを機関回転数Ｎと要求機関負荷Ｌとの関数としてマップの形で予め記憶しておき、このマップから機関回転数Ｎと要求機関負荷Ｌとに基づいて吸気弁３の目標閉弁タイミングが決定される。
【００２５】ところで内燃機関が始動されてから或る一定期間が経過するまでの間（以下、機関始動期間と称す）において内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには要求機関負荷が小さいので内燃機関の燃費を向上するという観点では吸気量を少なくすると共に燃料噴射量をも少なくすることが好ましい。そこで本実施例では内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには小カム３３ａにより吸気弁３が開弁されるようにされる。
【００２６】ところが上述したように内燃機関の燃費を向上するという観点では機関始動期間において内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには吸気量をできるだけ少なくすることが好ましいが機関始動期間においては内燃機関の温度が低いので吸気量が少なすぎると内燃機関の運転が安定しない。そこで機関始動期間において内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには小カム３３ａにより吸気弁３が開弁されるようにすると共に吸気弁３３ａの閉弁タイミングを最も早いタイミングと最も遅いタイミングの概ね中間にある機関運転状態とは無関係な一定のタイミング（以下、中間タイミングと称す）とすることが好ましい。
【００２７】ところが本実施例の閉弁タイミング変更機構の構造的な理由から内燃機関の運転が停止されたとき（以下、機関停止時と称す）には閉弁タイミング変更機構は吸気弁３を最も遅いタイミングにて開弁する状態となる。したがって上述したように内燃機関の運転が始動されたとき（以下、機関始動時と称す）に吸気弁３が中間タイミングにて閉弁されるように閉弁タイミング変更機構を作動する必要がある。ところが機関始動時においてはエンジンオイルの温度（以下、油温と称す）が低く、エンジンオイルの粘性が高いので閉弁タイミング変更機構の動作速度が遅く、したがって機関始動時に吸気弁３の閉弁タイミングを中間タイミングに即座にすることができない。
【００２８】そこで本実施例では機関停止時に閉弁タイミング変更機構のロータ４３の位置を吸気弁３を中間タイミングにて閉弁させる位置に固定するようにする。すなわち内燃機関の運転の停止が要求されたときにはその要求にも係わらず予め定められた期間に亘って内燃機関の運転を継続し、この間にロータ４３の位置を吸気弁３を中間タイミングにて閉弁させる位置に固定し、その後、内燃機関の運転を停止するようにする。これによれば機関始動時に閉弁タイミング変更機構は吸気弁３を中間タイミングにて閉弁するようになっているので内燃機関を安定して運転させることができる吸気量が機関始動直後から確保される。
【００２９】図８に機関停止時に閉弁タイミング変更機構のロータ４３の位置を吸気弁３を中間タイミングにて閉弁させる位置に固定するための回路図を示した。図８において５９はイグニッションスイッチであり、６１はメインリレーであり、６２はサブリレーである。機関運転を停止することが要求されたときにはイグニッションスイッチ５９がオフとされる。しかしながらメインリレー６１およびサブリレー６２は即座にはオフとはされずにイグニッションスイッチ５９がオフとされたことを契機として吸気弁３の閉弁タイミングを中間タイミングとする。斯くして吸気弁３の閉弁タイミングが中間タイミングとされた後にサブリレー６２がオフとされる。これによりライン６３を介して燃料噴射弁１６の作動が停止され、ライン６４を介して点火栓７の作動が停止される。最後にメインリレー６１がオフとされ、これによりライン６５を介して内燃機関のその他の電子機器への電力供給が停止される。
【００３０】また図９には閉弁タイミングを中間タイミングに固定するための手段を示した。図９を参照すると閉弁タイミング変更機構のロータ４３とハウジング４４とが示されている。図示した構成では内燃機関の運転の停止が要求され、ロータ４３の位置が吸気弁３を中間タイミングにて閉弁する位置とされたときにピン６６がロータ４３の羽根４５に形成された凹部内に挿入せしめられ、斯くして内燃機関の運転が停止されたとしてもロータ４３の位置は吸気弁３を中間タイミングにて閉弁する位置に固定される。
【００３１】ところで上述したように本実施例においては機関始動期間において内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには吸気弁３は中間タイミングにて閉弁されるようになっている。これは上述したように内燃機関を安定して運転させる目的以外にも内燃機関の温度を迅速に上昇させるという目的もある。したがって内燃機関の出力効率を高く維持するという観点から油温が高くなったとき（広くは所定の条件が満たされたとき）には吸気弁３の閉弁タイミングを中間タイミングに固定した状態（以下、中間ロックと称す）を解除し、上述したように機関回転数と機関負荷とに応じて定まるタイミングにて吸気弁３が閉弁されるようにすることが好ましい。
【００３２】一方、油温が高くなったとしても内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには吸気量および燃料噴射量共に非常に少ないので燃料は燃焼しづらい。ここで吸気弁３の閉弁タイミングが早すぎると排気弁５が開弁しているうちに吸気弁３が開弁し、燃焼室内に排気ガスが残留することがあり、この場合、燃料はさらに燃焼しづらくなる。そこで本実施例では内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには吸気弁３の閉弁タイミングを最も遅いタイミング（以下、最遅角タイミングと称す）とし、したがって吸気弁３の開弁タイミングを最も遅いタイミングとし、斯くして燃焼室６から排気ガスが十分に排気されて排気弁５が閉弁している状態で吸気弁３が開弁するようにする。
【００３３】本実施例では内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには吸気弁３の閉弁タイミングは最遅角タイミングとされるので機関始動期間において油温が高くなったときに中間ロックを解除したときに内燃機関がアイドリング運転状態にあると吸気弁３の閉弁タイミングは中間タイミングから最遅角タイミングに一気に変わることとなる。このとき吸気量が比較的大きく変化するので機関負荷も大きく変化し、したがって内燃機関の出力特性が安定しない。
【００３４】そこで本実施例では内燃機関の出力特性を安定させるために機関始動期間において油温が高くなったとしても内燃機関がアイドリング運転状態にあるときには中間ロックを継続し、内燃機関がアイドリング運転状態でなくなったときに初めて中間ロックを解除するようにする。斯くして本実施例によれば内燃機関の出力特性が安定する。
【００３５】次に図１０〜図１３のフローチャートを参照して第１実施例における吸気弁の閉弁タイミング制御について説明する。図１０は内燃機関の運転の停止が要求されたときに実行される機関停止時制御を実行するためのルーチンである。図１０では初めにステップ１００において機関運転を継続する期間（以下、閾値）ＰＴＨが算出される。ここでの閾値ＰＴＨは例えば図１１に示した関係を利用して算出される。すなわち図１１を参照すると機関回転数Ｎｅが大きいほど閾値ＰＴＨは短くなる。なぜならば機関回転数Ｎｅが大きいほど油圧は高く、したがって閉弁タイミングが中間タイミングとなるまでの閉弁タイミング変更機構のロータ４３の駆動時間が短くてよいからである。
【００３６】次いでステップ１０１において機関運転の停止要求が発せられてから経過した時間（以下、経過時間）Ｐがカウントアップされる。次いでステップ１０２において中間ロック制御が実行される。すなわち閉弁タイミング変更機構のピン６６がロータ４３の凹部内に挿入され、これにより閉弁タイミング変更機構の動作が特定動作状態に固定され、斯くして吸気弁３の閉弁タイミングが最も早いタイミングと最も遅いタイミングとの間の中間タイミングとされる。
【００３７】次いでステップ１０３において経過時間Ｐが閾値ＰＴＨを超えた（Ｐ≧ＰＴＨ）か否かが判別される。ステップ１０３においてＰ≧ＰＴＨであると判別されたときにはステップ１０４以降のステップにより機関運転が停止される。すなわちステップ１０４において中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋがリセットされる。この中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋは閉弁タイミング変更機構の動作が特定動作状態に固定されたときにリセットされ、閉弁タイミング変更機構の動作の固定が解除されたときにセットされるフラグである。
【００３８】次いでステップ１０５において経過時間Ｐがクリアされ、次いでステップ１０６においてサブリレーがオフとされ、次いでステップ１０７において燃料噴射弁１６からの燃料噴射を停止するいわゆるフューエルカットが実行され、次いでステップ１０８において点火栓７の作動が停止され、最後にステップ１０９においてメインリレーがオフとされる。なおステップ１０７および１０８はステップ１０６においてサブリレーをオフとしようとしてもオフにならない場合に確実に機関運転が停止されるようにするために組み込まれたステップである。
【００３９】図１２は吸気弁の閉弁タイミングを決定するために実行されるルーチンである。図１２では初めにステップ３００において中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋがセットされているか否かが判別される。内燃機関の運転が停止されて初めてステップ３００の判別が行われるときには中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋはリセットされているのでこのときにはステップ３０３に進んで中間ロック解除制御が実行される。中間ロック解除制御は図１３に示したルーチンに従って実行される。
【００４０】この中間ロック解除制御により閉弁タイミング変更機構の動作の固定がいったん解除されると中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋがセットされるのでこの後はステップ３００においてＦｌｏｃｋ＝１であると判別されるのでこのときにはステップ３０１に進んで機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとの関数で吸気弁３の目標閉弁タイミングＴＡが算出され、次いでステップ３０２において閉弁タイミング制御が実行される。閉弁タイミング制御では吸気弁３の閉弁タイミングがステップ３０１にて算出された目標閉弁タイミングＴＡとなるように閉弁タイミング変更機構が動作せしめられる。
【００４１】図１３は図１２のステップ３０３の中間ロック解除制御を実行するためのルーチンである。図１３では初めにステップ４００において油温Ｔｏが所定温度Ｔｔｈよりも高いか否かが判別される。ここで油温Ｔｏは油温センサ７６により直接検出される。しかしながらこれ以外の方法により油温を検出するようにしてもよい。例えば内燃機関を冷却するために冷却水を利用している場合にはこの冷却水の温度から油温を推定することができる。すなわち油温センサを用いる代わりに冷却水の温度に基づいて油温を検出するようにしてもよい。
【００４２】また内燃機関の運転が停止されてから経過した時間から内燃機関の運転が始動されたときにおける油温を推定し、この推定油温を初期油温として内燃機関の運転が始動されてからの油温上昇分をこの初期油温に加算することにより油温を推定するようにしてもよい。ここで内燃機関の運転が始動されてからの油温上昇分は機関始動からのトータルの吸気量または燃料噴射量から推定することができる。すなわちトータルの吸気量（または燃料噴射量）が多くなるほど内燃機関が発生したトータルの熱量が多く、油温が大きく上昇する。したがってこれら機関始動からのトータルの吸気量または燃料噴射量から油温上昇分を推定することができる。
【００４３】内燃機関の運転が停止された後に内燃機関の運転が再開されると内燃機関の運転再開時から或る期間の間は油温Ｔｏは低い。したがってこの期間の間はステップ４００においてＴｏ≦Ｔｔｈであると判別され、ルーチンはそのまま終了する。すなわち内燃機関の運転再開時から或る期間の間は閉弁タイミング変更機構の動作状態は中間ロックされた状態、すなわち特定の動作状態に固定されたままに維持される。
【００４４】一方、内燃機関の運転が再開されてから或る期間が経過すると油温Ｔｏが高くなるのでステップ４００においてＴｏ＞Ｔｔｈであると判別され、ステップ４０１に進む。ステップ４０２では内燃機関がアイドリング運転状態にあるか否かが判別される。ここで内燃機関がアイドリング運転状態にあると判別されたときにはそのままルーチンが終了する。すなわちこの場合には閉弁タイミング変更機構の動作状態は中間ロックされた状態に維持される。
【００４５】一方、ステップ４０２において内燃機関がアイドリング運転状態にないと判別されたときにはステップ４０３に進んで閉弁タイミング変更機構の動作の中間ロック状態が解除され、次いでステップ４０４に進んで中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋがセットされ、ルーチンが終了する。次に第２実施例について説明する。第２実施例の構成および作用は以下で説明する事項を除いて第１実施例と同様である。上述したように内燃機関に対しては出力特性を安定させるという要請がある。第１実施例では中間ロックを解除しようとしたときに内燃機関がアイドリング運転状態にある場合には中間ロックを解除せずに継続するようにしている。しかしながらこのように中間ロックを解除しようとしたときに内燃機関がアイドリング運転状態にない場合においても中間ロックが解除されると吸気弁の閉弁タイミングが中間タイミングから大きく変化することもある。
【００４６】そこで本実施例では機関始動期間において油温が高くなったとしても、すなわち所定の条件が満たされたとしても中間ロックを解除すると吸気弁３の閉弁タイミングが大きく変化する場合には中間ロックを継続し、逆に吸気弁３の閉弁タイミングの変化が許容範囲内にあるときには油温が高くなったときに中間ロックを解除するようにする。これによれば内燃機関の出力特性が安定する。
【００４７】次に図１４に示したフローチャートを参照して第２実施例に従った中間ロック解除制御について説明する。なお機関停止時制御および閉弁タイミング制御は第１実施例のものと同じであり、図１４のルーチンは図１２のステップ３０３にて実行されるルーチンである。図１４では初めにステップ５００において油温Ｔｏが所定温度ＴｏＴＨよりも高いか否かが判別される。ステップ５００においてＴｏ＞ＴｏＴＨであると判別されたときにはステップ５０１に進んで機関運転状態に応じた吸気弁３の閉弁タイミングＴｔが算出され、ステップ５０２に進む。
【００４８】ステップ５０２では閉弁タイミングＴｔと中間タイミングＴｃとの差が所定値Ｋの範囲内にあるか否かが判別される。ステップ５０２においてＴｃ−Ｋ＜Ｔｔ＜Ｔｃ＋Ｋであると判別されたときにはステップ５０３に進んで中間ロックが解除され、中間ロック解除フラグＦｌｏｃｋがセットされ、ルーチンが終了する。一方、ステップ５００においてＴｏ≦ＴｏＴＨと判別されたとき、およびステップ５０４においてＴｃ−Ｋ≧Ｔｔ、或いはＴｔ≧Ｔｃ＋Ｋであると判別されたときにはルーチンが終了する。すなわちこのときには中間ロックが継続される。
【００４９】なお第２実施例は所定の条件が満たされるまでは吸気弁の閉弁タイミングが機関運転状態に無関係な一定のタイミングに固定されるように閉弁タイミング変更機構の動作状態を特定の動作状態に固定するようにした内燃機関に関する実施例であるが、第２実施例の目的と同じ目的を達成するために所定の条件が満たされるまでは吸気弁の開弁量や開弁期間（作用角）を含む吸気弁の開弁状態が機関運転状態に無関係な一定の開弁状態（開弁量または開弁期間）に固定されるように吸気弁の開弁状態（開弁量または開弁期間）を変更することができる機構の動作状態を特定の動作状態に固定するようにした内燃機関に第２実施例の技術思想を適用することもできる。
【００５０】また上述した２つの実施例は吸気弁３の閉弁タイミングを制御するための閉弁タイミング変更機構を採用した内燃機関に関する実施例であるが本発明は吸気弁の開弁タイミングを制御するための機構を備えた内燃機関、または排気弁の開弁タイミング或いは閉弁タイミングを制御するための機構を備えた内燃機関にも適用可能である。
【００５１】また上述した実施例では機関始動期間において油温が予め定められた温度よりも低いときに中間ロックが行われるが機関始動期間以外においても油温が予め定められた温度よりも低くなったときに中間ロックを実行し、その後、油温が予め定められた温度よりも高くなり、中間ロックを解除しようとするときに上述した実施例に従って中間ロックの解除の是非を判断し、中間ロックを解除したり、或いは中間ロックを継続したりするようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば吸気弁または排気弁の開弁状態が一定の開弁状態から内燃機関の運転状態ごとに定められる開弁状態に変更されるときに開弁状態が大きく変化する場合には開弁状態が内燃機関の運転状態とは無関係な一定の開弁状態に維持されるので内燃機関の出力特性が安定する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月２９日（２００１．５．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６８１３８（Ｐ２００２−１６８１３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月１４日（２００２．６．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１６１１１９（Ｐ２００１−１６１１１９） |
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