内燃機関の制御装置
【課題】低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】この発明に係る内燃機関の制御装置である電子制御装置１００が制御する内燃機関には、収容室２５をロータ２３から径方向に突出しているベーン２４によって区画することにより進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とを形成したバルブタイミング変更機構２００が設けられている。電子制御装置１００は、オイル循環システム４００を制御して需要部におけるオイルの需要が少ないときにオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行し、オイルポンプ４０の駆動負荷を低減させる。電子制御装置１００は、高圧制御と低圧制御との切り替え前後にあっては、ロータ２３を可動限界位置まで回動させないようにロータ２３の回動範囲を制限する。
【解決手段】この発明に係る内燃機関の制御装置である電子制御装置１００が制御する内燃機関には、収容室２５をロータ２３から径方向に突出しているベーン２４によって区画することにより進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とを形成したバルブタイミング変更機構２００が設けられている。電子制御装置１００は、オイル循環システム４００を制御して需要部におけるオイルの需要が少ないときにオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行し、オイルポンプ４０の駆動負荷を低減させる。電子制御装置１００は、高圧制御と低圧制御との切り替え前後にあっては、ロータ２３を可動限界位置まで回動させないようにロータ２３の回動範囲を制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオイルポンプの駆動負荷を軽減する低圧制御を実行することのできるオイル循環システムと、カムシャフトに連結されたロータをハウジング内で回動させることによりバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング変更機構とを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、需要部に供給するオイルの循環量を低減する低圧制御を実行することにより、オイルポンプの駆動負荷を軽減して低燃費に貢献することのできるオイル循環システムを備える内燃機関が記載されている。
【０００３】
こうしたオイル循環システムにあっては、オイルの需要量が少ないときにはオイルの循環量を制限し、不必要にオイルポンプが駆動されることを抑制することによってオイルポンプの駆動負荷を軽減する。こうしてオイルポンプの駆動負荷を軽減することにより、必要とされるオイルの量に応じてオイルポンプの仕事量を調整することができるため、内燃機関の燃料消費量を抑制することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９‐４１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、特許文献１に記載の内燃機関は、油圧駆動式のバルブタイミング変更機構を備えている。油圧駆動式のバルブタイミング変更機構にあっては、タイミングチェーンを介して内燃機関の出力軸に連結されるスプロケットと一体に形成されたハウジングの中に、カムシャフトの先端に固定されたロータが収容されている。このロータにはその径方向に向かって突出する複数のベーンが設けられている一方、ハウジングにはこれらベーンをそれぞれ収容する収容室が設けられている。これにより、各収容室はベーンを介して進角用油圧室と遅角用油圧室とにそれぞれ区画されている。
【０００６】
このように構成されたバルブタイミング変更機構を備える内燃機関にあっては、進角用油圧室及び遅角用油圧室内の油圧を調整することによりハウジング内でロータを回動させ、スプロケットに対するロータ及びカムシャフトの相対回転位相を変更する。こうしてカムシャフトの相対回転位相を進角側又は遅角側に変更することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更する。
【０００７】
ところで、バルブタイミング変更機構は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているため、内燃機関の出力トルクが変動すると、そのトルク変動がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構にも入力されるようになる。すなわち、トルク変動が生じた場合には、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているハウジングにそのトルク変動が伝達されるため、ハウジングとロータとの間にはハウジング内でロータを相対回動させるような力が作用することになる。
【０００８】
また、オイルの循環量を制限する低圧制御とオイルの循環量を制限しない高圧制御とを切り替えたときには、バルブタイミング変更機構の各油圧室に供給される油圧も変動する。そのため、その油圧の変動やその影響による油圧の脈動によってもハウジングとロータとの間にはハウジング内でロータを相対回動させるような力が作用することになる。
【０００９】
したがって、オイルの循環量を変更すべく低圧制御と高圧制御を切り替えた場合には、油圧の変動による力とトルク変動による力が重なってハウジング内でロータが回動してしまいしやすく、ベーンがハウジングに衝突してしまうおそれがある。
【００１０】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、ハウジング内に形成された収容室をカムシャフトに連結されたロータから径方向に突出しているベーンによって区画することにより進角用油圧室と遅角用油圧室とを形成し、これら各油圧室内の油圧を制御することによって前記ハウジング内で前記ロータを回動させてバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、前記各油圧室を含む需要部へのオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行することのできるオイル循環システムとを備え、前記需要部におけるオイルの需要が少ないときに前記低圧制御を実行して内燃機関に作用するオイルポンプの駆動負荷を低減させる内燃機関の制御装置において、前記低圧制御を実行しない高圧制御と前記低圧制御との切り替え前後にあっては、前記ロータを可動限界位置まで回動させないように前記ロータの回動範囲を制限することをその要旨とする。
【００１２】
上記構成のようにロータから径方向に突出するベーンによって収容室を進角用油圧室と遅角用油圧室とに区画したバルブタイミング変更機構にあっては、収容室の進角側の側壁にベーンが当接する位置がロータの進角側の可動限界位置になっており、収容室の遅角側の側壁にベーンが当接する位置がロータの遅角側の可動限界位置になっている。すなわち、ロータの可動範囲は収容室内でベーンが変位できる範囲によって決まっている。
【００１３】
上記構成によれば、高圧制御と低圧制御との切り替え前後は、ロータを可動限界位置まで回動させないようにロータの回動範囲が制限されるようになる。これにより、低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーンを収容室の進角側の側壁及び収容室の遅角側の側壁から離間した位置に退避させることができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動の影響によってハウジング内でロータが回動してしまった場合であってもベーンがハウジングに衝突しにくくなる。
【００１４】
したがって上記請求項１に記載の発明によれば、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことを抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記低圧制御を実行する低圧制御領域と前記低圧制御を実行しない高圧制御領域とが区分されている切り替えマップを参照して現在の運転状態が前記低圧制御領域にあるか前記高圧制御領域にあるかを判定し、前記低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を開始する一方、前記高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を終了する請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、前記低圧制御領域から前記高圧制御領域に移行したとき及び前記高圧制御領域から前記低圧制御領域に移行したときに、前記ロータの回動範囲の制限を開始することをその要旨とする。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記低圧制御領域にある状態又は前記高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、前記ロータの回動範囲の制限を解除する請求項２に記載の内燃機関の制御装置である。
【００１７】
低圧制御と高圧制御とを切り替える具体的な方法としては、上記請求項２に記載されているように切り替えマップを参照する方法を採用することができる。そして、上記請求項２に記載されているように低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を開始する一方、高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を終了して高圧制御に切り替える構成を採用している場合には、低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときに、ロータの回動範囲の制限を開始する構成を採用することが望ましい。
【００１８】
こうした構成を採用すれば、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したこと又は高圧制御領域から低圧制御領域に移行したことに基づいてオイルの循環態様が実際に切り替えられる前に切り替えが行われる可能性が高いことを推定し、それに基づいてロータの回動範囲の制限を事前に開始することができるようになる。
【００１９】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことをより的確に抑制することができるようになる。
【００２０】
また、上記請求項３に記載されているように低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、ロータの回動範囲の制限を解除する構成を採用すれば、オイルの循環態様が切り替えられたあとも回動範囲の制限が所定の期間継続されて、高圧制御と低圧制御との切り替えによる油圧の変動の影響が小さくなってから回動範囲の制限が解除されるようになる。
【００２１】
したがって、切り替えマップを参照することによって高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータの回動範囲を制限する構成を容易に具現化することができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことをより適切に抑制することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、オイルの温度が高いときほど、前記回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくすることをその要旨とする。
【００２３】
オイルの温度が高いときほど、オイルの粘性が低くなり、ロータがハウジング内で相対回動しやすくなる。これに対して、上記請求項４に記載の発明のように、オイルの温度が高いときほどロータの回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、オイルの温度が高く、ロータが相対回動しやすいときほど、ロータの回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、オイルの粘性が低く、油圧の変動やトルク変動の影響によってロータが相対回動しやすくなっているときであっても、ベーンがハウジングに衝突してしまうことを好適に抑制することができるようになる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、オイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置である。
内燃機関の各部を循環しているオイルの温度は、機関温度が高いときほど、高くなる。これに対して、機関冷却水温は機関温度と高い相関を有しているため、オイルの温度は、機関冷却水温に基づいて推定することができる。
【００２５】
機関冷却水温は機関温度を推定するための指標として広く用いられているため、多くの内燃機関には水温センサが設けられている。そのため、上記請求項５に記載されているようにオイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する構成を採用すれば、水温センサによって検出される機関冷却水温に基づいてオイルの温度を推定することにより、オイルの温度を検出するための油温センサを新たに設けることなくオイルの温度を推定することができるようになる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を判定する請求項５に記載の内燃機関の制御装置である。
機関冷却水温が低いときほど、機関温度が低いことが推定されるため、内燃機関の内部を循環するオイルの温度も低いことが予想される。そのため、機関冷却水温に基づいてオイルの温度を推定する上では、請求項６に記載されているように機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を推定する構成を採用することが望ましい。
【００２７】
尚、機関冷却水温に加えて、内燃機関における燃焼によって発生する熱量を推定する値として、燃料噴射量の積算値や吸入空気量の積算値等を参照し、これらの値に基づいてオイルの温度を推定する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態に係る電子制御装置と、その制御対象であるバルブタイミング変更機構及びオイル循環システムの関係を示す模式図。
【図２】同実施形態に係るオイル循環システムの高リリーフ圧状態における動作態様を示す模式図。
【図３】同実施形態に係るオイル循環システムの低リリーフ圧状態における動作態様を示す模式図。
【図４】低圧制御の実行領域を示すマップ。
【図５】ロータの回動範囲を制限するか否かを判定するルーチンの処理の流れを示すフローチャート。
【図６】制限された回動範囲を示すバルブタイミング変更機構の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明に係る内燃機関の制御装置を、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置１００として具体化した一実施形態について、図１〜６を参照して説明する。
図１の上方に示されるように内燃機関のカムシャフト１２には、バルブタイミング変更機構２００が取り付けられている。このバルブタイミング変更機構２００の外周部分に形成されたスプロケット２１には、クランクシャフトに巻き掛けられたタイミングチェーンが巻き掛けられる。これにより、機関運転に伴いクランクシャフトが回転するとその駆動力がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構２００に伝達され、バルブタイミング変更機構２００とともにカムシャフト１２が回転するようになっている。
【００３０】
図１に示されるようにスプロケット２１と一体に形成されたハウジング２２の中には、カムシャフト１２に固定されたロータ２３が回動可能に収容されている。そして、このロータ２３には、外側に向かって径方向に突出する４つのベーン２４が設けられている一方、ハウジング２２にはこれらベーン２４をそれぞれ収容する４つの収容室２５が設けられている。
【００３１】
これにより、図１に示されるようにハウジング２２内にロータ２３が収容された状態において、収容室２５はベーン２４によって進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに区画されている。
【００３２】
このようにベーン２４を挟むように形成された進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７内の油圧を調整することにより、ベーン２４が収容室２５内で移動し、ロータ２３がハウジング２２に対して相対回動するようになる。
【００３３】
進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７へのオイルの供給量は、図１の中央に示されるオイルコントロールバルブ３００によって制御される。尚、このオイルコントロールバルブ３００を介してバルブタイミング変更機構２００に導入されるオイルは図１の下方に示されるオイル循環システム４００を介して供給される。
【００３４】
図１の下方に示されるようにオイル循環システム４００のオイルポンプ４０には、供給通路４１が接続されている。尚、オイルポンプ４０は内燃機関のクランクシャフトに連結されており、機関運転に伴って駆動されるようになっている。
【００３５】
オイル循環システム４００は、オイルパン４２に貯留されたオイルをオイルポンプ４０によってくみ上げ、供給通路４１を通じて機関各部の需要部へ供給する。尚、内燃機関の各部に供給されて潤滑等に供されたオイルは、内燃機関の内部を伝い落ちて内燃機関の下部に取り付けられたオイルパン４２に再び貯留されるようになっている。
【００３６】
図１に示されるように供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも下流側の部分には、リリーフバルブ５０が設けられている。このリリーフバルブ５０には、供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に接続する還流通路４３が接続されている。
【００３７】
これにより、供給通路４１内の油圧がリリーフバルブ５０の開弁する圧力であるリリーフ圧以上になったときには、リリーフバルブ５０が開弁し、供給通路４１内のオイルの一部が、還流通路４３を通じて供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に還流されるようになっている。
【００３８】
リリーフバルブ５０は、後述するように、油圧切り替えバルブ６０を制御することによってリリーフ圧を２段階に変更することができるように構成されている。尚、油圧切り替えバルブ６０は、電子制御装置１００からの駆動指令に基づいて駆動される。
【００３９】
また、電子制御装置１００は、オイルコントロールバルブ３００にも接続されており、上述したようにオイルコントロールバルブ３００を制御することによって進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７へのオイルの供給量を制御する。
【００４０】
図１の中央に示されるようにバルブタイミング変更機構２００の進角用油圧室２６には進角用通路４４が接続されており、遅角用油圧室２７には遅角用通路４５が接続されている。進角用通路４４及び遅角用通路４５は、オイルコントロールバルブ３００を介して供給通路４１及び排出通路４６に接続されている。尚、図１にあっては、説明の便宜上、４つある収容室２５のうち、１つの収容室２５にのみ進角用通路４４及び遅角用通路４５が接続されている様子を図示しているが、実際には各収容室２５の進角用油圧室２６には進角用通路４４がそれぞれ接続されており、各収容室２５の遅角用油圧室２７には遅角用通路４５がそれぞれ接続されている。
【００４１】
オイルポンプ４０によってオイルパン４２からくみ上げられたオイルは、供給通路４１を通じて各油圧室２６，２７に選択的に供給される。また、ロータ２３の回動に伴い各油圧室２６，２７から排出されるオイルは排出通路４６を通じてオイルパン４２に戻される。
【００４２】
オイルコントロールバルブ３００は電気的な駆動信号に基づいて駆動されるソレノイドバルブからなり、駆動信号のデューティー比の大小に応じて供給通路４１及び排出通路４６と進角用通路４４及び遅角用通路４５との接続態様を切り替える。
【００４３】
例えば、オイルコントロールバルブ３００は、デューティー比が５０％のときに図１に示されるように上記各通路４１，４４，４５，４６の連通を全て遮断する状態になる。そして、デューティー比が５０％よりも大きいときには、供給通路４１と進角用通路４４とを連通するとともに排出通路４６と遅角用通路４５とを連通する状態になり、デューティー比が大きくなるほど進角用油圧室２６に供給されるオイルの量を増大させる。一方、デューティー比が５０％よりも小さいときには、供給通路４１と遅角用通路４５とを連通するとともに排出通路４６と進角用通路４４とを連通する状態になり、デューティー比が小さくなるほど遅角用油圧室２７に供給されるオイルの量を増大させる。
【００４４】
これにより、デューティー比が５０％よりも大きいときには、オイルポンプ４０によってくみ上げられたオイルが供給通路４１及び進角用通路４４を通じて進角用油圧室２６へと供給されるとともに、遅角用油圧室２７内のオイルが遅角用通路４５及び排出通路４６を通じてオイルパン４２へと戻されるようになる。こうして進角用油圧室２６内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図１における右回り、すなわち破線矢印で示される進角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が進角側に回動し、クランクシャフトに対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを進角させる方向に変位する。
【００４５】
一方で、デューティー比が５０％よりも小さいときには、オイルポンプ４０によってくみ上げられたオイルが供給通路４１及び遅角用通路４５を通じて遅角用油圧室２７へと供給されるとともに、進角用油圧室２６内のオイルが進角用通路４４及び排出通路４６を通じてオイルパン４２へと戻されるようになる。こうして遅角用油圧室２７内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図１における左回り、すなわち破線矢印で示される遅角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が遅角側に回動し、クランクシャフトに対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを遅角させる方向に変位する。
【００４６】
また、デューティー比が５０％に設定されたときには、上述したように各通路４１，４４，４５，４６が全て遮断された状態になり、各油圧室２６，２７内のオイルの給排が停止されるため、各油圧室２６，２７内の油圧によってハウジング２２内でのロータ２３の回動が規制され、バルブタイミングが保持される。
【００４７】
こうしたバルブタイミング変更機構２００によるバルブタイミングの変更は電子制御装置１００によって実行される。電子制御装置１００には、内燃機関のクランクシャフトの回転角ＣＡ、及びクランクシャフトの回転速度である機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ１０１、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡを検出するカムポジションセンサ１０２が接続されている。また、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ１０３、内燃機関の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ１０４、運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ１０５等も接続されている。電子制御装置１００は、これら各種センサから出力される信号を取り込み、各種演算処理を実行してその結果に基づいて機関各部を制御する。
【００４８】
例えば、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて要求出力の大きさを推定し、要求出力の大きさに見合った出力を発生するように内燃機関の燃料噴射量Ｑを制御する。また、クランクシャフトの回転角ＣＡと、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡとに基づいてバルブタイミング変更機構２００における現在の相対回転位相を算出する。そして、機関回転速度ＮＥや、吸入空気量ＧＡに基づいて最適なバルブタイミングとなるように目標位相を算出し、実際の相対回転位相がこの目標位相に一致するようにオイルコントロールバルブ３００に出力する駆動信号のデューティー比を設定する。こうしてオイルコントロールバルブ３００を制御することによって進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７に供給するオイルの量を調整し、クランクシャフトとカムシャフト１２の相対回転位相を変更する位相変更制御を実行することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更する。
【００４９】
また、電子制御装置１００は、供給通路４１を通じて内燃機関の需要部に供給されるオイルの油圧及び循環量を制御するために油圧切り替えバルブ６０を操作する。
以下、本実施形態に係るオイル循環システム４００におけるリリーフバルブ５０の構成並びに動作について図２及び図３を参照して詳しく説明する。
【００５０】
上述したように供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも下流側の部分には、リリーフバルブ５０が設けられている。図２に示されるようにリリーフバルブ５０にあっては、そのハウジング内に、円筒状のスリーブ５１が軸方向に摺動可能に収容されている。そして、このスリーブ５１の径方向の側壁には、同側壁を貫通するリリーフポート５２が形成されている。また、スリーブ５１の内部には、このリリーフポート５２を開閉するようにスリーブ５１の軸方向、すなわち図２における上下方向に摺動可能に有底円筒状の弁体５５が収容されている。
【００５１】
リリーフバルブ５０のハウジングの図２における下方の底面には支持部材５７が固定されている。そして、この支持部材５７と弁体５５との間には圧縮されたスプリング５６が収容されている。これにより、弁体５５は、スプリング５６によって図２における上方、すなわちリリーフポート５２を閉塞する方向に常に付勢されている。
【００５２】
そのため、リリーフバルブ５０にあっては、供給通路４１を流れるオイルの油圧が増大して弁体５５に作用する油圧が増大したときに、矢印で示されるように弁体５５がスプリング５６の付勢力に抗して図２における下方に変位し、リリーフポート５２が開口するようになっている。
【００５３】
図２の右側に示されるようにリリーフポート５２は、還流通路４３内に開口するように形成されている。そのため、弁体５５が開弁位置、すなわちリリーフポート５２が開口される位置まで変位することにより、リリーフポート５２を介して供給通路４１と還流通路４３とが連通されるようになる。
【００５４】
そして、こうしてリリーフポート５２を介して供給通路４１と還流通路４３とが連通されると、供給通路４１を流れるオイルの一部が還流通路４３を通じてオイルポンプ４０の上流側に還流されるようになる。
【００５５】
要するに、このリリーフバルブ５０にあっては、スプリング５６の付勢力の大きさによってリリーフ圧が決定されている。すなわち、供給通路４１を流れるオイルが弁体５５を図２における下方に付勢する付勢力が、スプリング５６の付勢力よりも大きくなったときにリリーフポート５２が開口されて供給通路４１を流れるオイルの一部がオイルポンプ４０の上流側に還流されるようになる。
【００５６】
図２の下方に示されるようにスリーブ５１の底面５１ａと、支持部材５７が固定されているハウジングの底面との間には背圧室５８が形成されている。この背圧室５８には、供給通路４１を流れるオイルの一部が分岐通路６１及び背圧通路６２を通じて導かれるようになっている。
【００５７】
上述したようにスリーブ５１は、リリーフバルブ５０のハウジング内において、その軸方向に摺動可能に支持されている。これにより、このリリーフバルブ５０にあっては、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因して同スリーブ５１を図２における上方へ付勢する付勢力と、頂面５１ｂに作用する油圧に起因して同スリーブ５１を下方へ付勢する力とが発生し、その大小関係に応じてスリーブ５１がハウジング内で上下方向に変位するようになっている。
【００５８】
尚、スリーブ５１は、背圧室５８内の油圧が作用する底面５１ａの面積が、供給通路４１を流れるオイルの油圧が作用する頂面５１ｂの面積よりも大きくなるようにその形状が設計されている。そのため、背圧室５８が分岐通路６１及び背圧通路６２を通じて供給通路４１と連通され、スリーブ５１の底面５１ａ及び頂面５１ｂに等しい油圧が作用するようになったときには、底面５１ａの受圧面積が頂面５１ｂの受圧面積よりも大きい分だけスリーブ５１を上方に付勢する力が大きくなる。その結果、スリーブ５１が上方に変位し、図３に示されるようにハウジング内の上方に位置するようになる。
【００５９】
図２の左側に示されるように供給通路４１に接続されている分岐通路６１と、背圧室５８に接続されている背圧通路６２との間には油圧切り替えバルブ６０が設けられている。この油圧切り替えバルブ６０には、更にドレン通路６３が接続されており、油圧切り替えバルブ６０は、図３に示されるように分岐通路６１と背圧通路６２とを連通する状態と、図２に示されるように背圧通路６２とドレン通路６３とを連通する状態とを切り替えることができるようになっている。
【００６０】
ドレン通路６３は供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に接続されており、油圧切り替えバルブ６０が背圧通路６２とドレン通路６３とを連通する状態に切り替えられているときに背圧室５８内のオイルを供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部分に還流させる。
【００６１】
本実施形態のオイル循環システム４００にあっては、油圧切り替えバルブ６０を操作することにより、背圧室５８内の油圧を制御し、ハウジング内におけるスリーブ５１の位置を変更することによってリリーフ圧を変更する。
【００６２】
具体的には、図３に示されるように分岐通路６１と背圧通路６２とを連通するように油圧切り替えバルブ６０を操作し、供給通路４１内のオイルの一部を背圧室５８に導入するようにした場合には、スリーブ５１の底面５１ａに供給通路４１内のオイルの油圧と等しい油圧が作用するようになる。その結果、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図３における上方に付勢する力が、スリーブ５１の頂面５１ｂに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図３における下方に付勢する力よりも大きくなり、スリーブ５１が上方に変位して図３に示されるように上方に位置するようになる。
【００６３】
一方で、図２に示されるように背圧通路６２とドレン通路６３とを連通するように油圧切り替えバルブ６０を操作した場合には、背圧室５８内のオイルがドレン通路６３を通じて供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部分に還流されるようになり、背圧室５８内の油圧が低下する。その結果、スリーブ５１の頂面５１ｂに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図２における下方に付勢する力が、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図２における上方に付勢する力よりも大きくなり、スリーブ５１が下方に変位して図２に示されるように下方に位置するようになる。
【００６４】
このようにスリーブ５１がハウジング内において下方に位置している場合には、スリーブ５１が図３に示されるように上方に位置している場合よりも、弁体５５を開弁位置まで変位させたときのスプリング５６の圧縮量が多くなる。すなわち、このときには、スリーブ５１が上方に位置している場合と比較して弁体５５がスプリング５６から受ける付勢力が大きくなり、リリーフポート５２が開口するときの供給通路４１内のオイルの油圧、すなわちリリーフ圧が高くなる。
【００６５】
一方で、図３に示されるようにスリーブ５１がハウジング内において上方に位置している場合には、スリーブ５１が下方に位置している場合よりも、弁体５５を開弁位置まで変位させたときのスプリング５６の圧縮量が少なくなる。すなわち、このときには、スリーブ５１が下方に位置している場合と比較して弁体５５がスプリング５６から受ける付勢力が小さくなり、リリーフ圧が低くなる。
【００６６】
このように本実施形態のオイル循環システム４００によれば、油圧切り替えバルブ６０を操作することによって背圧室５８内の油圧を制御することができる。これにより、スリーブ５１をスプリング５６の伸縮方向に変位させ、リリーフ圧が高くなる高リリーフ圧状態（図２に示される状態）と、リリーフ圧が低くなる低リリーフ圧状態（図３に示される状態）とを切り替えることができる。
【００６７】
本実施形態の電子制御装置１００は、機関冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑ、そして機関回転速度ＮＥに基づいて内燃機関におけるオイルの需要の大きさを推定し、オイルの需要がそれほど大きくないときには、油圧切り替えバルブ６０を操作して低リリーフ圧状態に切り替える低圧制御を実行する。
【００６８】
具体的には、図４に示されるような制御切り替えマップを参照して低圧制御を実行する。この制御切り替えマップにあっては、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑをパラメータとして境界ラインＬを境に運転領域が２つに区画されている。境界ラインＬを境に区画された２つの運転領域は、図４に示されるように境界ラインＬよりも低回転速度側且つ低噴射量側の領域が低圧制御を実行する低圧制御領域にされている一方、境界ラインＬよりも高回転速度側且つ高噴射量側の領域が低圧制御を実行しない高圧制御領域にされている。
【００６９】
尚、境界ラインＬは機関冷却水温ＴＨＷに応じて変位するようになっている。具体的には、図４に矢印で示されるように機関冷却水温ＴＨＷが低いときほど低圧制御領域が広くなる一方、機関冷却水温ＴＨＷが高いときほど低圧制御領域が狭くなるように変位する。例えば、機関冷却水温ＴＨＷが低いときには、境界ラインＬが実線で示される位置から破線Ｌ１で示される位置に変位する。そして、それよりも更に機関冷却水温ＴＨＷが低いときには境界ラインＬが破線Ｌ２で示される位置に変位する。
【００７０】
電子制御装置１００は、この切り替えマップを参照し、そのときの機関冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑ、そして機関回転速度ＮＥに基づいて現在の運転状態が低圧制御領域に属するのか高圧制御領域に属するのかを判定する。そして、低圧制御領域に属している状態が所定の期間、例えば１秒間継続したときには、それに基づいて油圧切り替えバルブ６０を操作して低リリーフ圧状態に切り替える低圧制御を実行する。また、低圧制御を実行しているときに高圧制御領域に属している状態が所定の期間、例えば１秒間継続したときには、それに基づいて油圧切り替えバルブ６０を操作して高リリーフ圧状態に切り替え、低圧制御を終了させる。
【００７１】
尚、低回転速度側且つ低噴射量側の低圧制御領域に属しているときに低圧制御を実行するのは、機関回転速度ＮＥが低いときや燃料噴射量Ｑが少ないときには、ピストンやクランクシャフトを潤滑するために必要とされるオイルの量が少なくてすむためである。すなわち、低圧制御領域に属しているときには、ピストンやクランクシャフトの運動速度が低く、燃焼室で発生する燃焼熱も小さいため、オイルの需要がそれほど大きくないことが推定される。そこで、本実施形態の電子制御装置１００は、低圧制御領域に属している状態が所定の期間継続していることに基づいてオイルの需要がそれほど大きくないことを判定し、低圧制御を実行するようにしているのである。
【００７２】
このようにオイルの需要が小さいときに、低リリーフ圧状態に切り替えて供給通路４１内を流れるオイルの油圧を低下させる低圧制御を実行すれば、オイルの循環量を制限し、内燃機関に作用するオイルポンプ４０の駆動負荷を低減して内燃機関の燃料消費量を抑制することができるようになる。すなわち、必要な量に合わせてオイルの循環量を制限し、必要以上にオイルを圧送することによるオイルポンプ４０の余分な駆動を抑制して、燃料を節約することができるようになる。
【００７３】
また、内燃機関の暖機が完了していない機関冷間時に、低圧制御を実行することにより、機関各部の冷却に供されるオイルの循環量が低減されて機関各部の温度が内燃機関の燃焼熱によって速やかに上昇するようになり、暖機の早期完了を図ることもできるようになる。
【００７４】
ところで、バルブタイミング変更機構２００は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているため、内燃機関の出力トルクが変動すると、そのトルク変動がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構２００にも入力されるようになる。すなわち、トルク変動が生じた場合には、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているバルブタイミング変更機構２００のハウジング２２にそのトルク変動が伝達されるため、ハウジング２２とロータ２３との間にはハウジング２２内でロータ２３を相対回動させるような力が作用することになる。
【００７５】
また、オイルの循環量を制限する低圧制御とオイルの循環量を制限しない高圧制御とを切り替えたときには、バルブタイミング変更機構２００の各油圧室２６，２７に供給される油圧も変動する。そのため、その油圧の変動やその影響による油圧の脈動によってもハウジング２２とロータ２３との間にはハウジング２２内でロータ２３を相対回動させるような力が作用することになる。
【００７６】
したがって、オイルの循環量を変更すべく低圧制御と高圧制御とを切り替えた場合には、油圧の変動による力とトルク変動による力が重なってハウジング２２内でロータ２３が回動してしまいしやすく、ベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうおそれがある。
【００７７】
そこで、本実施形態の電子制御装置１００にあっては、高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータ２３の回動範囲を制限し、ベーン２４をハウジング２２と衝突しない位置まで退避させるようにしている。
【００７８】
以下、図５のフローチャートを参照してロータ２３の回動範囲を制限するか否かを判定するためのルーチンの処理の流れを説明する。尚、このルーチンは、電子制御装置１００によって機関運転中に所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００７９】
このルーチンを開始すると電子制御装置１００は、まずステップＳ１００において、低圧制御と高圧制御との切り替え前後であるか否かを判定する。
ステップＳ１００において低圧制御と高圧制御との切り替え前後ではない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、ステップＳ２００へと進み、電子制御装置１００は上述したように図４に示した切り替えマップを参照して通常の制御を実行する。
【００８０】
一方、ステップＳ１００において低圧制御と高圧制御の切り替え前後である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、ステップＳ３００へと進み、電子制御装置１００はバルブタイミング変更機構２００を操作してクランクシャフトとカムシャフト１２の相対回転位相を変更する位相変更制御におけるロータ２３の回動範囲を制限する。
【００８１】
図６に示されるようにベーン２４が収容室２５内に収容されているため、通常のロータ２３の可動範囲は、ベーン２４が収容室２５の進角側の側壁２５ａに当接する位置からベーン２４が遅角側の側壁２５ｂに当接する位置までの間の範囲、すなわち図６における「Ｒ１」と「Ｒ３」と「Ｒ２」とを全て加えた範囲になっている。
【００８２】
これに対して、このステップＳ３００にあっては、位相変更制御における目標位相の設定範囲を通常よりも狭めることによってバルブタイミングの進角量及び遅角量を制限し、ロータ２３を可動限界位置まで変位させないようにする。
【００８３】
具体的には、ロータ２３の回動範囲を図６における「Ｒ３」のみに制限するように目標位相の設定範囲を制限する。これにより、図６に実線で示されるように最も進角側に変位させた場合であってもベーン２４が進角側の側壁２５ａから離間した状態になり、図６に破線で示されるように最も遅角側に変位させた場合であってもベーン２４が遅角側の側壁２５ｂから離間した状態になるようにする。
【００８４】
尚、ロータ２３の回動範囲を制限した状態において最低限確保される各側壁２５ａ、２５ｂとベーン２４との離間量、すなわち図６における「Ｒ１」及び「Ｒ２」の大きさは、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動量に基づいて設定されている。具体的には低圧制御と高圧制御が切り替えられて油圧が変動した場合であっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突しなくなるようにその大きさが設定されている。すなわち、「Ｒ３」の範囲内でベーン２４を変位させている限り、低圧制御と高圧制御が切り替えられて油圧が変動した場合であっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突しなくなるようにその大きさが設定されている。
【００８５】
このように本実施形態の電子制御装置１００にあっては、機関運転中に図５に示されるルーチンを繰り返し実行することにより、低圧制御と高圧制御との切り替え前後のときに、ロータ２３の回動範囲を制限するようにしている。
【００８６】
尚、本実施形態では、上述した切り替えマップを参照することにより、低圧制御と高圧制御との切り替え前後であることを判定するようにしている。
具体的には、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときにそのことに基づいて低圧制御と高圧制御との切り替えが実行される直前の状態である旨を判定するようにしている。そして、低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、低圧制御と高圧制御との切り替え後の状態を脱した旨を判定し、ロータの回動範囲の制限を解除するようにしている。
【００８７】
次に上記のように構成された電子制御装置１００の作用について説明する。
上記実施形態によれば、高圧制御と低圧制御との切り替え前後は、ロータ２３を可動限界位置、すなわちベーン２４が進角側の側壁２５ａに当接する位置や遅角側の側壁２５ｂに当接する位置まで回動しないようにロータ２３の回動範囲が制限されるようになる。これにより、低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーン２４を収容室２５の進角側の側壁２５ａ及び収容室２５の遅角側の側壁２５ｂから離間した位置に退避させることができる。
【００８８】
これにより、上記の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーン２４を収容室２５の進角側の側壁２５ａ及び収容室２５の遅角側の側壁２５ｂから離間した位置に退避させることができる。そのため、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動の影響によってハウジング２２内でロータ２３が回動してしまった場合であってもベーン２４がハウジング２２に衝突しにくくなる。
【００８９】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを抑制することができる。
【００９０】
（２）低圧制御と高圧制御とを切り替える具体的な方法としては、上記実施形態のように切り替えマップを参照する方法を採用することができる。
そして、上記実施形態にあっては、低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を開始する一方、高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を終了して高圧制御に切り替える構成を採用している。そして、低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときに、ロータ２３の回動範囲の制限を開始する構成を採用している。
【００９１】
そのため、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したこと又は高圧制御領域から低圧制御領域に移行したことに基づいてオイルの循環態様が実際に切り替えられる前に切り替えが行われる可能性が高いことを推定し、それに基づいてロータ２３の回動範囲の制限を事前に開始することができる。
【００９２】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを的確に抑制することができる。
【００９３】
（３）低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、ロータ２３の回動範囲の制限を解除する構成を採用している。そのため、オイルの循環態様が切り替えられたあとも回動範囲の制限が所定の期間継続されて、高圧制御と低圧制御との切り替えによる油圧の変動の影響が小さくなってから回動範囲の制限が解除されるようになる。
【００９４】
したがって、切り替えマップを参照することによって高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータ２３の回動範囲を制限する構成を容易に具現化することができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことをより適切に抑制することができる。
【００９５】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・オイルの温度が高いときほど、オイルの粘性が低くなり、ロータ２３がハウジング２２内で相対回動しやすくなる。そのため、オイルの温度が高いときほどロータ２３の回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、オイルの温度が高く、ロータ２３が相対回動しやすいときほど、ロータ２３の回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、上記実施形態の構成に加えて、オイルの温度が高いときほどロータ２３の回動範囲の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、上記（１）〜（３）の効果に加えて下記の（４）の効果を得ることができる。
【００９６】
（４）オイルの温度が高く、ロータ２３が相対回動しやすいときほど、ロータ２３の回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、オイルの粘性が低く、油圧の変動やトルク変動の影響によってロータ２３が相対回動しやすくなっているときであっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを好適に抑制することができる。
【００９７】
・また、内燃機関の各部を循環しているオイルの温度は、機関温度が高いときほど、高くなる。これに対して、機関冷却水温ＴＨＷは機関温度と高い相関を有しているため、オイルの温度は、機関冷却水温ＴＨＷに基づいて推定することが望ましい。
【００９８】
機関冷却水温ＴＨＷは機関温度を推定するための指標として広く用いられているため、多くの内燃機関には水温センサ１０３が設けられている。そのため、オイルの温度を機関冷却水温ＴＨＷに基づいて推定する構成を採用すれば、水温センサ１０３によって検出される機関冷却水温ＴＨＷに基づいてオイルの温度を推定することにより、オイルの温度を検出するための油温センサを新たに設けることなく、オイルの温度を推定することができるようになる。
【００９９】
・機関冷却水温ＴＨＷが低いときほど、機関温度が低いことが推定されるため、内燃機関の内部を循環するオイルの温度も低いことが予想される。そのため、機関冷却水温ＴＨＷに基づいてオイルの温度を推定する上では、機関冷却水温ＴＨＷが低いときほどオイルの温度が低い旨を推定する構成を採用することが望ましい。
【０１００】
尚、機関冷却水温ＴＨＷに加えて、内燃機関における燃焼によって発生する熱量を推定する値として、燃料噴射量Ｑの積算値や吸入空気量ＧＡの積算値等を参照し、これらの値に基づいてオイルの温度を推定する構成を採用することもできる。
【０１０１】
・もちろんオイルの温度を直接検出する油温センサを設け、オイルの温度を直接検出する構成を採用することもできる。
・上記実施形態にあっては、デューティー比が大きくなるほど進角用油圧室２６へのオイルの供給量が増大するように構成されたオイルコントロールバルブ３００を示したが、本願発明はこうした構成のオイルコントロールバルブ３００を備えるものに限定されるものではない。
【０１０２】
例えば、上記の実施形態とは反対にデューティー比が小さくなるほど進角用油圧室２６へのオイルの供給量が増大するように構成されたオイルコントロールバルブを備える内縁機関を制御する制御装置として本願発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１２…カムシャフト、２１…スプロケット、２２…ハウジング、２３…ロータ、２４…ベーン、２５…収容室、２５ａ，２５ｂ…側壁、２６…進角用油圧室、２７…遅角用油圧室、４０…オイルポンプ、４１…供給通路、４２…オイルパン、４３…還流通路、４４…進角用通路、４５…遅角用通路、４６…排出通路、５０…リリーフバルブ、５１…スリーブ、５１ａ…底面、５１ｂ…頂面、５２…リリーフポート、５５…弁体、５６…スプリング、５７…支持部材、５８…背圧室、６０…油圧切り替えバルブ、６１…分岐通路、６２…背圧通路、６３…ドレン通路、１００…電子制御装置、１０１…クランク角センサ、１０２…カムポジションセンサ、１０３…水温センサ、１０４…エアフロメータ、１０５…アクセルポジションセンサ、２００…バルブタイミング変更機構、３００…オイルコントロールバルブ、４００…オイル循環システム。
【技術分野】
【０００１】
この発明はオイルポンプの駆動負荷を軽減する低圧制御を実行することのできるオイル循環システムと、カムシャフトに連結されたロータをハウジング内で回動させることによりバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング変更機構とを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、需要部に供給するオイルの循環量を低減する低圧制御を実行することにより、オイルポンプの駆動負荷を軽減して低燃費に貢献することのできるオイル循環システムを備える内燃機関が記載されている。
【０００３】
こうしたオイル循環システムにあっては、オイルの需要量が少ないときにはオイルの循環量を制限し、不必要にオイルポンプが駆動されることを抑制することによってオイルポンプの駆動負荷を軽減する。こうしてオイルポンプの駆動負荷を軽減することにより、必要とされるオイルの量に応じてオイルポンプの仕事量を調整することができるため、内燃機関の燃料消費量を抑制することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９‐４１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、特許文献１に記載の内燃機関は、油圧駆動式のバルブタイミング変更機構を備えている。油圧駆動式のバルブタイミング変更機構にあっては、タイミングチェーンを介して内燃機関の出力軸に連結されるスプロケットと一体に形成されたハウジングの中に、カムシャフトの先端に固定されたロータが収容されている。このロータにはその径方向に向かって突出する複数のベーンが設けられている一方、ハウジングにはこれらベーンをそれぞれ収容する収容室が設けられている。これにより、各収容室はベーンを介して進角用油圧室と遅角用油圧室とにそれぞれ区画されている。
【０００６】
このように構成されたバルブタイミング変更機構を備える内燃機関にあっては、進角用油圧室及び遅角用油圧室内の油圧を調整することによりハウジング内でロータを回動させ、スプロケットに対するロータ及びカムシャフトの相対回転位相を変更する。こうしてカムシャフトの相対回転位相を進角側又は遅角側に変更することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更する。
【０００７】
ところで、バルブタイミング変更機構は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているため、内燃機関の出力トルクが変動すると、そのトルク変動がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構にも入力されるようになる。すなわち、トルク変動が生じた場合には、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているハウジングにそのトルク変動が伝達されるため、ハウジングとロータとの間にはハウジング内でロータを相対回動させるような力が作用することになる。
【０００８】
また、オイルの循環量を制限する低圧制御とオイルの循環量を制限しない高圧制御とを切り替えたときには、バルブタイミング変更機構の各油圧室に供給される油圧も変動する。そのため、その油圧の変動やその影響による油圧の脈動によってもハウジングとロータとの間にはハウジング内でロータを相対回動させるような力が作用することになる。
【０００９】
したがって、オイルの循環量を変更すべく低圧制御と高圧制御を切り替えた場合には、油圧の変動による力とトルク変動による力が重なってハウジング内でロータが回動してしまいしやすく、ベーンがハウジングに衝突してしまうおそれがある。
【００１０】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、ハウジング内に形成された収容室をカムシャフトに連結されたロータから径方向に突出しているベーンによって区画することにより進角用油圧室と遅角用油圧室とを形成し、これら各油圧室内の油圧を制御することによって前記ハウジング内で前記ロータを回動させてバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、前記各油圧室を含む需要部へのオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行することのできるオイル循環システムとを備え、前記需要部におけるオイルの需要が少ないときに前記低圧制御を実行して内燃機関に作用するオイルポンプの駆動負荷を低減させる内燃機関の制御装置において、前記低圧制御を実行しない高圧制御と前記低圧制御との切り替え前後にあっては、前記ロータを可動限界位置まで回動させないように前記ロータの回動範囲を制限することをその要旨とする。
【００１２】
上記構成のようにロータから径方向に突出するベーンによって収容室を進角用油圧室と遅角用油圧室とに区画したバルブタイミング変更機構にあっては、収容室の進角側の側壁にベーンが当接する位置がロータの進角側の可動限界位置になっており、収容室の遅角側の側壁にベーンが当接する位置がロータの遅角側の可動限界位置になっている。すなわち、ロータの可動範囲は収容室内でベーンが変位できる範囲によって決まっている。
【００１３】
上記構成によれば、高圧制御と低圧制御との切り替え前後は、ロータを可動限界位置まで回動させないようにロータの回動範囲が制限されるようになる。これにより、低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーンを収容室の進角側の側壁及び収容室の遅角側の側壁から離間した位置に退避させることができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動の影響によってハウジング内でロータが回動してしまった場合であってもベーンがハウジングに衝突しにくくなる。
【００１４】
したがって上記請求項１に記載の発明によれば、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことを抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記低圧制御を実行する低圧制御領域と前記低圧制御を実行しない高圧制御領域とが区分されている切り替えマップを参照して現在の運転状態が前記低圧制御領域にあるか前記高圧制御領域にあるかを判定し、前記低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を開始する一方、前記高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を終了する請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、前記低圧制御領域から前記高圧制御領域に移行したとき及び前記高圧制御領域から前記低圧制御領域に移行したときに、前記ロータの回動範囲の制限を開始することをその要旨とする。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記低圧制御領域にある状態又は前記高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、前記ロータの回動範囲の制限を解除する請求項２に記載の内燃機関の制御装置である。
【００１７】
低圧制御と高圧制御とを切り替える具体的な方法としては、上記請求項２に記載されているように切り替えマップを参照する方法を採用することができる。そして、上記請求項２に記載されているように低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を開始する一方、高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を終了して高圧制御に切り替える構成を採用している場合には、低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときに、ロータの回動範囲の制限を開始する構成を採用することが望ましい。
【００１８】
こうした構成を採用すれば、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したこと又は高圧制御領域から低圧制御領域に移行したことに基づいてオイルの循環態様が実際に切り替えられる前に切り替えが行われる可能性が高いことを推定し、それに基づいてロータの回動範囲の制限を事前に開始することができるようになる。
【００１９】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことをより的確に抑制することができるようになる。
【００２０】
また、上記請求項３に記載されているように低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、ロータの回動範囲の制限を解除する構成を採用すれば、オイルの循環態様が切り替えられたあとも回動範囲の制限が所定の期間継続されて、高圧制御と低圧制御との切り替えによる油圧の変動の影響が小さくなってから回動範囲の制限が解除されるようになる。
【００２１】
したがって、切り替えマップを参照することによって高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータの回動範囲を制限する構成を容易に具現化することができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構のベーンがハウジングに衝突してしまうことをより適切に抑制することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、オイルの温度が高いときほど、前記回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくすることをその要旨とする。
【００２３】
オイルの温度が高いときほど、オイルの粘性が低くなり、ロータがハウジング内で相対回動しやすくなる。これに対して、上記請求項４に記載の発明のように、オイルの温度が高いときほどロータの回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、オイルの温度が高く、ロータが相対回動しやすいときほど、ロータの回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、オイルの粘性が低く、油圧の変動やトルク変動の影響によってロータが相対回動しやすくなっているときであっても、ベーンがハウジングに衝突してしまうことを好適に抑制することができるようになる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、オイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置である。
内燃機関の各部を循環しているオイルの温度は、機関温度が高いときほど、高くなる。これに対して、機関冷却水温は機関温度と高い相関を有しているため、オイルの温度は、機関冷却水温に基づいて推定することができる。
【００２５】
機関冷却水温は機関温度を推定するための指標として広く用いられているため、多くの内燃機関には水温センサが設けられている。そのため、上記請求項５に記載されているようにオイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する構成を採用すれば、水温センサによって検出される機関冷却水温に基づいてオイルの温度を推定することにより、オイルの温度を検出するための油温センサを新たに設けることなくオイルの温度を推定することができるようになる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を判定する請求項５に記載の内燃機関の制御装置である。
機関冷却水温が低いときほど、機関温度が低いことが推定されるため、内燃機関の内部を循環するオイルの温度も低いことが予想される。そのため、機関冷却水温に基づいてオイルの温度を推定する上では、請求項６に記載されているように機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を推定する構成を採用することが望ましい。
【００２７】
尚、機関冷却水温に加えて、内燃機関における燃焼によって発生する熱量を推定する値として、燃料噴射量の積算値や吸入空気量の積算値等を参照し、これらの値に基づいてオイルの温度を推定する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態に係る電子制御装置と、その制御対象であるバルブタイミング変更機構及びオイル循環システムの関係を示す模式図。
【図２】同実施形態に係るオイル循環システムの高リリーフ圧状態における動作態様を示す模式図。
【図３】同実施形態に係るオイル循環システムの低リリーフ圧状態における動作態様を示す模式図。
【図４】低圧制御の実行領域を示すマップ。
【図５】ロータの回動範囲を制限するか否かを判定するルーチンの処理の流れを示すフローチャート。
【図６】制限された回動範囲を示すバルブタイミング変更機構の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明に係る内燃機関の制御装置を、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置１００として具体化した一実施形態について、図１〜６を参照して説明する。
図１の上方に示されるように内燃機関のカムシャフト１２には、バルブタイミング変更機構２００が取り付けられている。このバルブタイミング変更機構２００の外周部分に形成されたスプロケット２１には、クランクシャフトに巻き掛けられたタイミングチェーンが巻き掛けられる。これにより、機関運転に伴いクランクシャフトが回転するとその駆動力がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構２００に伝達され、バルブタイミング変更機構２００とともにカムシャフト１２が回転するようになっている。
【００３０】
図１に示されるようにスプロケット２１と一体に形成されたハウジング２２の中には、カムシャフト１２に固定されたロータ２３が回動可能に収容されている。そして、このロータ２３には、外側に向かって径方向に突出する４つのベーン２４が設けられている一方、ハウジング２２にはこれらベーン２４をそれぞれ収容する４つの収容室２５が設けられている。
【００３１】
これにより、図１に示されるようにハウジング２２内にロータ２３が収容された状態において、収容室２５はベーン２４によって進角用油圧室２６と遅角用油圧室２７とに区画されている。
【００３２】
このようにベーン２４を挟むように形成された進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７内の油圧を調整することにより、ベーン２４が収容室２５内で移動し、ロータ２３がハウジング２２に対して相対回動するようになる。
【００３３】
進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７へのオイルの供給量は、図１の中央に示されるオイルコントロールバルブ３００によって制御される。尚、このオイルコントロールバルブ３００を介してバルブタイミング変更機構２００に導入されるオイルは図１の下方に示されるオイル循環システム４００を介して供給される。
【００３４】
図１の下方に示されるようにオイル循環システム４００のオイルポンプ４０には、供給通路４１が接続されている。尚、オイルポンプ４０は内燃機関のクランクシャフトに連結されており、機関運転に伴って駆動されるようになっている。
【００３５】
オイル循環システム４００は、オイルパン４２に貯留されたオイルをオイルポンプ４０によってくみ上げ、供給通路４１を通じて機関各部の需要部へ供給する。尚、内燃機関の各部に供給されて潤滑等に供されたオイルは、内燃機関の内部を伝い落ちて内燃機関の下部に取り付けられたオイルパン４２に再び貯留されるようになっている。
【００３６】
図１に示されるように供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも下流側の部分には、リリーフバルブ５０が設けられている。このリリーフバルブ５０には、供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に接続する還流通路４３が接続されている。
【００３７】
これにより、供給通路４１内の油圧がリリーフバルブ５０の開弁する圧力であるリリーフ圧以上になったときには、リリーフバルブ５０が開弁し、供給通路４１内のオイルの一部が、還流通路４３を通じて供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に還流されるようになっている。
【００３８】
リリーフバルブ５０は、後述するように、油圧切り替えバルブ６０を制御することによってリリーフ圧を２段階に変更することができるように構成されている。尚、油圧切り替えバルブ６０は、電子制御装置１００からの駆動指令に基づいて駆動される。
【００３９】
また、電子制御装置１００は、オイルコントロールバルブ３００にも接続されており、上述したようにオイルコントロールバルブ３００を制御することによって進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７へのオイルの供給量を制御する。
【００４０】
図１の中央に示されるようにバルブタイミング変更機構２００の進角用油圧室２６には進角用通路４４が接続されており、遅角用油圧室２７には遅角用通路４５が接続されている。進角用通路４４及び遅角用通路４５は、オイルコントロールバルブ３００を介して供給通路４１及び排出通路４６に接続されている。尚、図１にあっては、説明の便宜上、４つある収容室２５のうち、１つの収容室２５にのみ進角用通路４４及び遅角用通路４５が接続されている様子を図示しているが、実際には各収容室２５の進角用油圧室２６には進角用通路４４がそれぞれ接続されており、各収容室２５の遅角用油圧室２７には遅角用通路４５がそれぞれ接続されている。
【００４１】
オイルポンプ４０によってオイルパン４２からくみ上げられたオイルは、供給通路４１を通じて各油圧室２６，２７に選択的に供給される。また、ロータ２３の回動に伴い各油圧室２６，２７から排出されるオイルは排出通路４６を通じてオイルパン４２に戻される。
【００４２】
オイルコントロールバルブ３００は電気的な駆動信号に基づいて駆動されるソレノイドバルブからなり、駆動信号のデューティー比の大小に応じて供給通路４１及び排出通路４６と進角用通路４４及び遅角用通路４５との接続態様を切り替える。
【００４３】
例えば、オイルコントロールバルブ３００は、デューティー比が５０％のときに図１に示されるように上記各通路４１，４４，４５，４６の連通を全て遮断する状態になる。そして、デューティー比が５０％よりも大きいときには、供給通路４１と進角用通路４４とを連通するとともに排出通路４６と遅角用通路４５とを連通する状態になり、デューティー比が大きくなるほど進角用油圧室２６に供給されるオイルの量を増大させる。一方、デューティー比が５０％よりも小さいときには、供給通路４１と遅角用通路４５とを連通するとともに排出通路４６と進角用通路４４とを連通する状態になり、デューティー比が小さくなるほど遅角用油圧室２７に供給されるオイルの量を増大させる。
【００４４】
これにより、デューティー比が５０％よりも大きいときには、オイルポンプ４０によってくみ上げられたオイルが供給通路４１及び進角用通路４４を通じて進角用油圧室２６へと供給されるとともに、遅角用油圧室２７内のオイルが遅角用通路４５及び排出通路４６を通じてオイルパン４２へと戻されるようになる。こうして進角用油圧室２６内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図１における右回り、すなわち破線矢印で示される進角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が進角側に回動し、クランクシャフトに対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを進角させる方向に変位する。
【００４５】
一方で、デューティー比が５０％よりも小さいときには、オイルポンプ４０によってくみ上げられたオイルが供給通路４１及び遅角用通路４５を通じて遅角用油圧室２７へと供給されるとともに、進角用油圧室２６内のオイルが進角用通路４４及び排出通路４６を通じてオイルパン４２へと戻されるようになる。こうして遅角用油圧室２７内の油圧が増大すると、ロータ２３がハウジング２２内で図１における左回り、すなわち破線矢印で示される遅角側に回動する。これに伴いカムシャフト１２が遅角側に回動し、クランクシャフトに対するカムシャフト１２の相対回転位相がバルブタイミングを遅角させる方向に変位する。
【００４６】
また、デューティー比が５０％に設定されたときには、上述したように各通路４１，４４，４５，４６が全て遮断された状態になり、各油圧室２６，２７内のオイルの給排が停止されるため、各油圧室２６，２７内の油圧によってハウジング２２内でのロータ２３の回動が規制され、バルブタイミングが保持される。
【００４７】
こうしたバルブタイミング変更機構２００によるバルブタイミングの変更は電子制御装置１００によって実行される。電子制御装置１００には、内燃機関のクランクシャフトの回転角ＣＡ、及びクランクシャフトの回転速度である機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ１０１、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡを検出するカムポジションセンサ１０２が接続されている。また、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ１０３、内燃機関の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ１０４、運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ１０５等も接続されている。電子制御装置１００は、これら各種センサから出力される信号を取り込み、各種演算処理を実行してその結果に基づいて機関各部を制御する。
【００４８】
例えば、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて要求出力の大きさを推定し、要求出力の大きさに見合った出力を発生するように内燃機関の燃料噴射量Ｑを制御する。また、クランクシャフトの回転角ＣＡと、カムシャフト１２の回転角ＣＡＭＡとに基づいてバルブタイミング変更機構２００における現在の相対回転位相を算出する。そして、機関回転速度ＮＥや、吸入空気量ＧＡに基づいて最適なバルブタイミングとなるように目標位相を算出し、実際の相対回転位相がこの目標位相に一致するようにオイルコントロールバルブ３００に出力する駆動信号のデューティー比を設定する。こうしてオイルコントロールバルブ３００を制御することによって進角用油圧室２６及び遅角用油圧室２７に供給するオイルの量を調整し、クランクシャフトとカムシャフト１２の相対回転位相を変更する位相変更制御を実行することにより、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じた適切なタイミングに変更する。
【００４９】
また、電子制御装置１００は、供給通路４１を通じて内燃機関の需要部に供給されるオイルの油圧及び循環量を制御するために油圧切り替えバルブ６０を操作する。
以下、本実施形態に係るオイル循環システム４００におけるリリーフバルブ５０の構成並びに動作について図２及び図３を参照して詳しく説明する。
【００５０】
上述したように供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも下流側の部分には、リリーフバルブ５０が設けられている。図２に示されるようにリリーフバルブ５０にあっては、そのハウジング内に、円筒状のスリーブ５１が軸方向に摺動可能に収容されている。そして、このスリーブ５１の径方向の側壁には、同側壁を貫通するリリーフポート５２が形成されている。また、スリーブ５１の内部には、このリリーフポート５２を開閉するようにスリーブ５１の軸方向、すなわち図２における上下方向に摺動可能に有底円筒状の弁体５５が収容されている。
【００５１】
リリーフバルブ５０のハウジングの図２における下方の底面には支持部材５７が固定されている。そして、この支持部材５７と弁体５５との間には圧縮されたスプリング５６が収容されている。これにより、弁体５５は、スプリング５６によって図２における上方、すなわちリリーフポート５２を閉塞する方向に常に付勢されている。
【００５２】
そのため、リリーフバルブ５０にあっては、供給通路４１を流れるオイルの油圧が増大して弁体５５に作用する油圧が増大したときに、矢印で示されるように弁体５５がスプリング５６の付勢力に抗して図２における下方に変位し、リリーフポート５２が開口するようになっている。
【００５３】
図２の右側に示されるようにリリーフポート５２は、還流通路４３内に開口するように形成されている。そのため、弁体５５が開弁位置、すなわちリリーフポート５２が開口される位置まで変位することにより、リリーフポート５２を介して供給通路４１と還流通路４３とが連通されるようになる。
【００５４】
そして、こうしてリリーフポート５２を介して供給通路４１と還流通路４３とが連通されると、供給通路４１を流れるオイルの一部が還流通路４３を通じてオイルポンプ４０の上流側に還流されるようになる。
【００５５】
要するに、このリリーフバルブ５０にあっては、スプリング５６の付勢力の大きさによってリリーフ圧が決定されている。すなわち、供給通路４１を流れるオイルが弁体５５を図２における下方に付勢する付勢力が、スプリング５６の付勢力よりも大きくなったときにリリーフポート５２が開口されて供給通路４１を流れるオイルの一部がオイルポンプ４０の上流側に還流されるようになる。
【００５６】
図２の下方に示されるようにスリーブ５１の底面５１ａと、支持部材５７が固定されているハウジングの底面との間には背圧室５８が形成されている。この背圧室５８には、供給通路４１を流れるオイルの一部が分岐通路６１及び背圧通路６２を通じて導かれるようになっている。
【００５７】
上述したようにスリーブ５１は、リリーフバルブ５０のハウジング内において、その軸方向に摺動可能に支持されている。これにより、このリリーフバルブ５０にあっては、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因して同スリーブ５１を図２における上方へ付勢する付勢力と、頂面５１ｂに作用する油圧に起因して同スリーブ５１を下方へ付勢する力とが発生し、その大小関係に応じてスリーブ５１がハウジング内で上下方向に変位するようになっている。
【００５８】
尚、スリーブ５１は、背圧室５８内の油圧が作用する底面５１ａの面積が、供給通路４１を流れるオイルの油圧が作用する頂面５１ｂの面積よりも大きくなるようにその形状が設計されている。そのため、背圧室５８が分岐通路６１及び背圧通路６２を通じて供給通路４１と連通され、スリーブ５１の底面５１ａ及び頂面５１ｂに等しい油圧が作用するようになったときには、底面５１ａの受圧面積が頂面５１ｂの受圧面積よりも大きい分だけスリーブ５１を上方に付勢する力が大きくなる。その結果、スリーブ５１が上方に変位し、図３に示されるようにハウジング内の上方に位置するようになる。
【００５９】
図２の左側に示されるように供給通路４１に接続されている分岐通路６１と、背圧室５８に接続されている背圧通路６２との間には油圧切り替えバルブ６０が設けられている。この油圧切り替えバルブ６０には、更にドレン通路６３が接続されており、油圧切り替えバルブ６０は、図３に示されるように分岐通路６１と背圧通路６２とを連通する状態と、図２に示されるように背圧通路６２とドレン通路６３とを連通する状態とを切り替えることができるようになっている。
【００６０】
ドレン通路６３は供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部位に接続されており、油圧切り替えバルブ６０が背圧通路６２とドレン通路６３とを連通する状態に切り替えられているときに背圧室５８内のオイルを供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部分に還流させる。
【００６１】
本実施形態のオイル循環システム４００にあっては、油圧切り替えバルブ６０を操作することにより、背圧室５８内の油圧を制御し、ハウジング内におけるスリーブ５１の位置を変更することによってリリーフ圧を変更する。
【００６２】
具体的には、図３に示されるように分岐通路６１と背圧通路６２とを連通するように油圧切り替えバルブ６０を操作し、供給通路４１内のオイルの一部を背圧室５８に導入するようにした場合には、スリーブ５１の底面５１ａに供給通路４１内のオイルの油圧と等しい油圧が作用するようになる。その結果、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図３における上方に付勢する力が、スリーブ５１の頂面５１ｂに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図３における下方に付勢する力よりも大きくなり、スリーブ５１が上方に変位して図３に示されるように上方に位置するようになる。
【００６３】
一方で、図２に示されるように背圧通路６２とドレン通路６３とを連通するように油圧切り替えバルブ６０を操作した場合には、背圧室５８内のオイルがドレン通路６３を通じて供給通路４１におけるオイルポンプ４０よりも上流側の部分に還流されるようになり、背圧室５８内の油圧が低下する。その結果、スリーブ５１の頂面５１ｂに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図２における下方に付勢する力が、スリーブ５１の底面５１ａに作用する油圧に起因してスリーブ５１を図２における上方に付勢する力よりも大きくなり、スリーブ５１が下方に変位して図２に示されるように下方に位置するようになる。
【００６４】
このようにスリーブ５１がハウジング内において下方に位置している場合には、スリーブ５１が図３に示されるように上方に位置している場合よりも、弁体５５を開弁位置まで変位させたときのスプリング５６の圧縮量が多くなる。すなわち、このときには、スリーブ５１が上方に位置している場合と比較して弁体５５がスプリング５６から受ける付勢力が大きくなり、リリーフポート５２が開口するときの供給通路４１内のオイルの油圧、すなわちリリーフ圧が高くなる。
【００６５】
一方で、図３に示されるようにスリーブ５１がハウジング内において上方に位置している場合には、スリーブ５１が下方に位置している場合よりも、弁体５５を開弁位置まで変位させたときのスプリング５６の圧縮量が少なくなる。すなわち、このときには、スリーブ５１が下方に位置している場合と比較して弁体５５がスプリング５６から受ける付勢力が小さくなり、リリーフ圧が低くなる。
【００６６】
このように本実施形態のオイル循環システム４００によれば、油圧切り替えバルブ６０を操作することによって背圧室５８内の油圧を制御することができる。これにより、スリーブ５１をスプリング５６の伸縮方向に変位させ、リリーフ圧が高くなる高リリーフ圧状態（図２に示される状態）と、リリーフ圧が低くなる低リリーフ圧状態（図３に示される状態）とを切り替えることができる。
【００６７】
本実施形態の電子制御装置１００は、機関冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑ、そして機関回転速度ＮＥに基づいて内燃機関におけるオイルの需要の大きさを推定し、オイルの需要がそれほど大きくないときには、油圧切り替えバルブ６０を操作して低リリーフ圧状態に切り替える低圧制御を実行する。
【００６８】
具体的には、図４に示されるような制御切り替えマップを参照して低圧制御を実行する。この制御切り替えマップにあっては、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑをパラメータとして境界ラインＬを境に運転領域が２つに区画されている。境界ラインＬを境に区画された２つの運転領域は、図４に示されるように境界ラインＬよりも低回転速度側且つ低噴射量側の領域が低圧制御を実行する低圧制御領域にされている一方、境界ラインＬよりも高回転速度側且つ高噴射量側の領域が低圧制御を実行しない高圧制御領域にされている。
【００６９】
尚、境界ラインＬは機関冷却水温ＴＨＷに応じて変位するようになっている。具体的には、図４に矢印で示されるように機関冷却水温ＴＨＷが低いときほど低圧制御領域が広くなる一方、機関冷却水温ＴＨＷが高いときほど低圧制御領域が狭くなるように変位する。例えば、機関冷却水温ＴＨＷが低いときには、境界ラインＬが実線で示される位置から破線Ｌ１で示される位置に変位する。そして、それよりも更に機関冷却水温ＴＨＷが低いときには境界ラインＬが破線Ｌ２で示される位置に変位する。
【００７０】
電子制御装置１００は、この切り替えマップを参照し、そのときの機関冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑ、そして機関回転速度ＮＥに基づいて現在の運転状態が低圧制御領域に属するのか高圧制御領域に属するのかを判定する。そして、低圧制御領域に属している状態が所定の期間、例えば１秒間継続したときには、それに基づいて油圧切り替えバルブ６０を操作して低リリーフ圧状態に切り替える低圧制御を実行する。また、低圧制御を実行しているときに高圧制御領域に属している状態が所定の期間、例えば１秒間継続したときには、それに基づいて油圧切り替えバルブ６０を操作して高リリーフ圧状態に切り替え、低圧制御を終了させる。
【００７１】
尚、低回転速度側且つ低噴射量側の低圧制御領域に属しているときに低圧制御を実行するのは、機関回転速度ＮＥが低いときや燃料噴射量Ｑが少ないときには、ピストンやクランクシャフトを潤滑するために必要とされるオイルの量が少なくてすむためである。すなわち、低圧制御領域に属しているときには、ピストンやクランクシャフトの運動速度が低く、燃焼室で発生する燃焼熱も小さいため、オイルの需要がそれほど大きくないことが推定される。そこで、本実施形態の電子制御装置１００は、低圧制御領域に属している状態が所定の期間継続していることに基づいてオイルの需要がそれほど大きくないことを判定し、低圧制御を実行するようにしているのである。
【００７２】
このようにオイルの需要が小さいときに、低リリーフ圧状態に切り替えて供給通路４１内を流れるオイルの油圧を低下させる低圧制御を実行すれば、オイルの循環量を制限し、内燃機関に作用するオイルポンプ４０の駆動負荷を低減して内燃機関の燃料消費量を抑制することができるようになる。すなわち、必要な量に合わせてオイルの循環量を制限し、必要以上にオイルを圧送することによるオイルポンプ４０の余分な駆動を抑制して、燃料を節約することができるようになる。
【００７３】
また、内燃機関の暖機が完了していない機関冷間時に、低圧制御を実行することにより、機関各部の冷却に供されるオイルの循環量が低減されて機関各部の温度が内燃機関の燃焼熱によって速やかに上昇するようになり、暖機の早期完了を図ることもできるようになる。
【００７４】
ところで、バルブタイミング変更機構２００は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているため、内燃機関の出力トルクが変動すると、そのトルク変動がタイミングチェーンを介してバルブタイミング変更機構２００にも入力されるようになる。すなわち、トルク変動が生じた場合には、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されているバルブタイミング変更機構２００のハウジング２２にそのトルク変動が伝達されるため、ハウジング２２とロータ２３との間にはハウジング２２内でロータ２３を相対回動させるような力が作用することになる。
【００７５】
また、オイルの循環量を制限する低圧制御とオイルの循環量を制限しない高圧制御とを切り替えたときには、バルブタイミング変更機構２００の各油圧室２６，２７に供給される油圧も変動する。そのため、その油圧の変動やその影響による油圧の脈動によってもハウジング２２とロータ２３との間にはハウジング２２内でロータ２３を相対回動させるような力が作用することになる。
【００７６】
したがって、オイルの循環量を変更すべく低圧制御と高圧制御とを切り替えた場合には、油圧の変動による力とトルク変動による力が重なってハウジング２２内でロータ２３が回動してしまいしやすく、ベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうおそれがある。
【００７７】
そこで、本実施形態の電子制御装置１００にあっては、高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータ２３の回動範囲を制限し、ベーン２４をハウジング２２と衝突しない位置まで退避させるようにしている。
【００７８】
以下、図５のフローチャートを参照してロータ２３の回動範囲を制限するか否かを判定するためのルーチンの処理の流れを説明する。尚、このルーチンは、電子制御装置１００によって機関運転中に所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００７９】
このルーチンを開始すると電子制御装置１００は、まずステップＳ１００において、低圧制御と高圧制御との切り替え前後であるか否かを判定する。
ステップＳ１００において低圧制御と高圧制御との切り替え前後ではない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＮＯ）には、ステップＳ２００へと進み、電子制御装置１００は上述したように図４に示した切り替えマップを参照して通常の制御を実行する。
【００８０】
一方、ステップＳ１００において低圧制御と高圧制御の切り替え前後である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、ステップＳ３００へと進み、電子制御装置１００はバルブタイミング変更機構２００を操作してクランクシャフトとカムシャフト１２の相対回転位相を変更する位相変更制御におけるロータ２３の回動範囲を制限する。
【００８１】
図６に示されるようにベーン２４が収容室２５内に収容されているため、通常のロータ２３の可動範囲は、ベーン２４が収容室２５の進角側の側壁２５ａに当接する位置からベーン２４が遅角側の側壁２５ｂに当接する位置までの間の範囲、すなわち図６における「Ｒ１」と「Ｒ３」と「Ｒ２」とを全て加えた範囲になっている。
【００８２】
これに対して、このステップＳ３００にあっては、位相変更制御における目標位相の設定範囲を通常よりも狭めることによってバルブタイミングの進角量及び遅角量を制限し、ロータ２３を可動限界位置まで変位させないようにする。
【００８３】
具体的には、ロータ２３の回動範囲を図６における「Ｒ３」のみに制限するように目標位相の設定範囲を制限する。これにより、図６に実線で示されるように最も進角側に変位させた場合であってもベーン２４が進角側の側壁２５ａから離間した状態になり、図６に破線で示されるように最も遅角側に変位させた場合であってもベーン２４が遅角側の側壁２５ｂから離間した状態になるようにする。
【００８４】
尚、ロータ２３の回動範囲を制限した状態において最低限確保される各側壁２５ａ、２５ｂとベーン２４との離間量、すなわち図６における「Ｒ１」及び「Ｒ２」の大きさは、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動量に基づいて設定されている。具体的には低圧制御と高圧制御が切り替えられて油圧が変動した場合であっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突しなくなるようにその大きさが設定されている。すなわち、「Ｒ３」の範囲内でベーン２４を変位させている限り、低圧制御と高圧制御が切り替えられて油圧が変動した場合であっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突しなくなるようにその大きさが設定されている。
【００８５】
このように本実施形態の電子制御装置１００にあっては、機関運転中に図５に示されるルーチンを繰り返し実行することにより、低圧制御と高圧制御との切り替え前後のときに、ロータ２３の回動範囲を制限するようにしている。
【００８６】
尚、本実施形態では、上述した切り替えマップを参照することにより、低圧制御と高圧制御との切り替え前後であることを判定するようにしている。
具体的には、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときにそのことに基づいて低圧制御と高圧制御との切り替えが実行される直前の状態である旨を判定するようにしている。そして、低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、低圧制御と高圧制御との切り替え後の状態を脱した旨を判定し、ロータの回動範囲の制限を解除するようにしている。
【００８７】
次に上記のように構成された電子制御装置１００の作用について説明する。
上記実施形態によれば、高圧制御と低圧制御との切り替え前後は、ロータ２３を可動限界位置、すなわちベーン２４が進角側の側壁２５ａに当接する位置や遅角側の側壁２５ｂに当接する位置まで回動しないようにロータ２３の回動範囲が制限されるようになる。これにより、低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーン２４を収容室２５の進角側の側壁２５ａ及び収容室２５の遅角側の側壁２５ｂから離間した位置に退避させることができる。
【００８８】
これにより、上記の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）低圧制御と高圧制御との切り替えが行われる前にベーン２４を収容室２５の進角側の側壁２５ａ及び収容室２５の遅角側の側壁２５ｂから離間した位置に退避させることができる。そのため、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動の影響によってハウジング２２内でロータ２３が回動してしまった場合であってもベーン２４がハウジング２２に衝突しにくくなる。
【００８９】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを抑制することができる。
【００９０】
（２）低圧制御と高圧制御とを切り替える具体的な方法としては、上記実施形態のように切り替えマップを参照する方法を採用することができる。
そして、上記実施形態にあっては、低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を開始する一方、高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに低圧制御の実行を終了して高圧制御に切り替える構成を採用している。そして、低圧制御領域から高圧制御領域に移行したとき及び高圧制御領域から低圧制御領域に移行したときに、ロータ２３の回動範囲の制限を開始する構成を採用している。
【００９１】
そのため、運転状態が低圧制御領域から高圧制御領域に移行したこと又は高圧制御領域から低圧制御領域に移行したことに基づいてオイルの循環態様が実際に切り替えられる前に切り替えが行われる可能性が高いことを推定し、それに基づいてロータ２３の回動範囲の制限を事前に開始することができる。
【００９２】
したがって、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを的確に抑制することができる。
【００９３】
（３）低圧制御領域にある状態又は高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、ロータ２３の回動範囲の制限を解除する構成を採用している。そのため、オイルの循環態様が切り替えられたあとも回動範囲の制限が所定の期間継続されて、高圧制御と低圧制御との切り替えによる油圧の変動の影響が小さくなってから回動範囲の制限が解除されるようになる。
【００９４】
したがって、切り替えマップを参照することによって高圧制御と低圧制御との切り替え前後にロータ２３の回動範囲を制限する構成を容易に具現化することができ、低圧制御と高圧制御との切り替えに伴う油圧の変動によってバルブタイミング変更機構２００のベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことをより適切に抑制することができる。
【００９５】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・オイルの温度が高いときほど、オイルの粘性が低くなり、ロータ２３がハウジング２２内で相対回動しやすくなる。そのため、オイルの温度が高いときほどロータ２３の回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、オイルの温度が高く、ロータ２３が相対回動しやすいときほど、ロータ２３の回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、上記実施形態の構成に加えて、オイルの温度が高いときほどロータ２３の回動範囲の制限の度合いを大きくする構成を採用すれば、上記（１）〜（３）の効果に加えて下記の（４）の効果を得ることができる。
【００９６】
（４）オイルの温度が高く、ロータ２３が相対回動しやすいときほど、ロータ２３の回動範囲が可動限界位置からより離れた位置まで制限されるようになる。したがって、オイルの粘性が低く、油圧の変動やトルク変動の影響によってロータ２３が相対回動しやすくなっているときであっても、ベーン２４がハウジング２２に衝突してしまうことを好適に抑制することができる。
【００９７】
・また、内燃機関の各部を循環しているオイルの温度は、機関温度が高いときほど、高くなる。これに対して、機関冷却水温ＴＨＷは機関温度と高い相関を有しているため、オイルの温度は、機関冷却水温ＴＨＷに基づいて推定することが望ましい。
【００９８】
機関冷却水温ＴＨＷは機関温度を推定するための指標として広く用いられているため、多くの内燃機関には水温センサ１０３が設けられている。そのため、オイルの温度を機関冷却水温ＴＨＷに基づいて推定する構成を採用すれば、水温センサ１０３によって検出される機関冷却水温ＴＨＷに基づいてオイルの温度を推定することにより、オイルの温度を検出するための油温センサを新たに設けることなく、オイルの温度を推定することができるようになる。
【００９９】
・機関冷却水温ＴＨＷが低いときほど、機関温度が低いことが推定されるため、内燃機関の内部を循環するオイルの温度も低いことが予想される。そのため、機関冷却水温ＴＨＷに基づいてオイルの温度を推定する上では、機関冷却水温ＴＨＷが低いときほどオイルの温度が低い旨を推定する構成を採用することが望ましい。
【０１００】
尚、機関冷却水温ＴＨＷに加えて、内燃機関における燃焼によって発生する熱量を推定する値として、燃料噴射量Ｑの積算値や吸入空気量ＧＡの積算値等を参照し、これらの値に基づいてオイルの温度を推定する構成を採用することもできる。
【０１０１】
・もちろんオイルの温度を直接検出する油温センサを設け、オイルの温度を直接検出する構成を採用することもできる。
・上記実施形態にあっては、デューティー比が大きくなるほど進角用油圧室２６へのオイルの供給量が増大するように構成されたオイルコントロールバルブ３００を示したが、本願発明はこうした構成のオイルコントロールバルブ３００を備えるものに限定されるものではない。
【０１０２】
例えば、上記の実施形態とは反対にデューティー比が小さくなるほど進角用油圧室２６へのオイルの供給量が増大するように構成されたオイルコントロールバルブを備える内縁機関を制御する制御装置として本願発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１２…カムシャフト、２１…スプロケット、２２…ハウジング、２３…ロータ、２４…ベーン、２５…収容室、２５ａ，２５ｂ…側壁、２６…進角用油圧室、２７…遅角用油圧室、４０…オイルポンプ、４１…供給通路、４２…オイルパン、４３…還流通路、４４…進角用通路、４５…遅角用通路、４６…排出通路、５０…リリーフバルブ、５１…スリーブ、５１ａ…底面、５１ｂ…頂面、５２…リリーフポート、５５…弁体、５６…スプリング、５７…支持部材、５８…背圧室、６０…油圧切り替えバルブ、６１…分岐通路、６２…背圧通路、６３…ドレン通路、１００…電子制御装置、１０１…クランク角センサ、１０２…カムポジションセンサ、１０３…水温センサ、１０４…エアフロメータ、１０５…アクセルポジションセンサ、２００…バルブタイミング変更機構、３００…オイルコントロールバルブ、４００…オイル循環システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に形成された収容室をカムシャフトに連結されたロータから径方向に突出しているベーンによって区画することにより進角用油圧室と遅角用油圧室とを形成し、これら各油圧室内の油圧を制御することによって前記ハウジング内で前記ロータを回動させてバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、前記各油圧室を含む需要部へのオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行することのできるオイル循環システムとを備え、前記需要部におけるオイルの需要が少ないときに前記低圧制御を実行して内燃機関に作用するオイルポンプの駆動負荷を低減させる内燃機関の制御装置において、
前記低圧制御を実行しない高圧制御と前記低圧制御との切り替え前後にあっては、前記ロータを可動限界位置まで回動させないように前記ロータの回動範囲を制限する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記低圧制御を実行する低圧制御領域と前記低圧制御を実行しない高圧制御領域とが区分されている切り替えマップを参照して現在の運転状態が前記低圧制御領域にあるか前記高圧制御領域にあるかを判定し、前記低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を開始する一方、前記高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を終了する請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記低圧制御領域から前記高圧制御領域に移行したとき及び前記高圧制御領域から前記低圧制御領域に移行したときに、前記ロータの回動範囲の制限を開始する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記低圧制御領域にある状態又は前記高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、前記ロータの回動範囲の制限を解除する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
オイルの温度が高いときほど、前記回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
オイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を判定する
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ハウジング内に形成された収容室をカムシャフトに連結されたロータから径方向に突出しているベーンによって区画することにより進角用油圧室と遅角用油圧室とを形成し、これら各油圧室内の油圧を制御することによって前記ハウジング内で前記ロータを回動させてバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、前記各油圧室を含む需要部へのオイルの循環量を低減させる低圧制御を実行することのできるオイル循環システムとを備え、前記需要部におけるオイルの需要が少ないときに前記低圧制御を実行して内燃機関に作用するオイルポンプの駆動負荷を低減させる内燃機関の制御装置において、
前記低圧制御を実行しない高圧制御と前記低圧制御との切り替え前後にあっては、前記ロータを可動限界位置まで回動させないように前記ロータの回動範囲を制限する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記低圧制御を実行する低圧制御領域と前記低圧制御を実行しない高圧制御領域とが区分されている切り替えマップを参照して現在の運転状態が前記低圧制御領域にあるか前記高圧制御領域にあるかを判定し、前記低圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を開始する一方、前記高圧制御領域にある旨の判定が所定の期間継続したときに前記低圧制御の実行を終了する請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記低圧制御領域から前記高圧制御領域に移行したとき及び前記高圧制御領域から前記低圧制御領域に移行したときに、前記ロータの回動範囲の制限を開始する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記低圧制御領域にある状態又は前記高圧制御領域にある状態が所定の期間以上継続したときに、前記ロータの回動範囲の制限を解除する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
オイルの温度が高いときほど、前記回動範囲を狭くするように同回動範囲を制限する際の制限の度合いを大きくする
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
オイルの温度を機関冷却水温に基づいて推定する
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
機関冷却水温が低いときほどオイルの温度が低い旨を判定する
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８４６７５（Ｐ２０１２−１８４６７５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６６６８（Ｐ２０１１−４６６６８）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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