JP2003041960A - 過給式内燃機関のトルク増大時運転方法 - Google Patents
過給式内燃機関のトルク増大時運転方法Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 排気によりタービンを駆動して吸気の過給を
行う内燃機関に於けるトルク増大要求に対する追従遅れ
を機関が有する他の可能な手段により補う。 【構成】 トルク増大要求が出されたとき、先ず体積効
率を増大させて吸気吸入量を増大させ、その状態でトル
クを要求された値まで増大させ、その後、要求トルクを
保持するような緩やかで体積効率を元に戻す。体積効率
はＶＶＴ装置を備えた内燃機関では吸気弁閉じ位相の遅
角の度合いの調節によって行われてよい。
行う内燃機関に於けるトルク増大要求に対する追従遅れ
を機関が有する他の可能な手段により補う。 【構成】 トルク増大要求が出されたとき、先ず体積効
率を増大させて吸気吸入量を増大させ、その状態でトル
クを要求された値まで増大させ、その後、要求トルクを
保持するような緩やかで体積効率を元に戻す。体積効率
はＶＶＴ装置を備えた内燃機関では吸気弁閉じ位相の遅
角の度合いの調節によって行われてよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の運転方
法に係り、特にそのトルク増大時の運転方法に係る。
法に係り、特にそのトルク増大時の運転方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の燃費を改善する一つの手段と
して、機関の排気により機関への吸気を加圧する過給構
造が知られている。これは添付の図１に解図的に示され
ている如く、内燃機関１の排気マニホルド２より排出さ
れる排気ガスにてタービン３を駆動し、このタービンに
より圧縮機４を駆動し、吸気マニホルド５へ供給される
吸気を加圧するものである。
して、機関の排気により機関への吸気を加圧する過給構
造が知られている。これは添付の図１に解図的に示され
ている如く、内燃機関１の排気マニホルド２より排出さ
れる排気ガスにてタービン３を駆動し、このタービンに
より圧縮機４を駆動し、吸気マニホルド５へ供給される
吸気を加圧するものである。
【０００３】一方、燃費を改善する内燃機関の運転方法
の一つとして、内燃機関を高膨張比にて運転することが
知られている。内燃機関を高膨張比にて運転するには、
幾何学的圧縮比を上げた上で吸気弁閉じ位相を遅らせる
ことにより、内燃機関の１吸気行程当りにシリンダ内に
装填される吸気の量を低減すればよい。このときVariab
le Valve Timing装置（略してＶＶＴ装置）を備えた内
燃機関に於いては、これによってクランク軸の回転位相
に対する吸気弁の閉じ位相を早めれば、体積効率の向上
により吸入空気量を増加させられることも知られてい
る。ＶＶＴ装置は、例えば、図１に解図的に示されてい
る如く、内燃機関１の吸気弁および排気弁を駆動するカ
ム軸６をクランク軸７よりプーリ８、９および無端ベル
ト１０を経て駆動する駆動系の途中、特にカム軸６とプ
ーリ９との間に作用するよう組み込まれたロータリアク
チュエータ１１を備え、かかるロータリーアクチュエー
タによってクランク軸７に対するカム軸６の相対的角偏
倚を可変に調節するものである。かかるＶＶＴ装置のよ
り詳細な構造の一例は、本件出願人と同一人の出願に係
る特開２０００−３２０３５６号公報に示されている。
なお、内燃機関に於いて吸気弁の開閉位相が可変に変更
される要領は、図２に示されている如きものであり、吸
気弁閉じ位相が遅らせられる程、吸気行程にては一度シ
リンダ内に吸入された吸気の内のより多くの部分が最終
的にはシリンダ外へ排出され、実質吸入空気量が減少す
る。
の一つとして、内燃機関を高膨張比にて運転することが
知られている。内燃機関を高膨張比にて運転するには、
幾何学的圧縮比を上げた上で吸気弁閉じ位相を遅らせる
ことにより、内燃機関の１吸気行程当りにシリンダ内に
装填される吸気の量を低減すればよい。このときVariab
le Valve Timing装置（略してＶＶＴ装置）を備えた内
燃機関に於いては、これによってクランク軸の回転位相
に対する吸気弁の閉じ位相を早めれば、体積効率の向上
により吸入空気量を増加させられることも知られてい
る。ＶＶＴ装置は、例えば、図１に解図的に示されてい
る如く、内燃機関１の吸気弁および排気弁を駆動するカ
ム軸６をクランク軸７よりプーリ８、９および無端ベル
ト１０を経て駆動する駆動系の途中、特にカム軸６とプ
ーリ９との間に作用するよう組み込まれたロータリアク
チュエータ１１を備え、かかるロータリーアクチュエー
タによってクランク軸７に対するカム軸６の相対的角偏
倚を可変に調節するものである。かかるＶＶＴ装置のよ
り詳細な構造の一例は、本件出願人と同一人の出願に係
る特開２０００−３２０３５６号公報に示されている。
なお、内燃機関に於いて吸気弁の開閉位相が可変に変更
される要領は、図２に示されている如きものであり、吸
気弁閉じ位相が遅らせられる程、吸気行程にては一度シ
リンダ内に吸入された吸気の内のより多くの部分が最終
的にはシリンダ外へ排出され、実質吸入空気量が減少す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関が車輌用原動
機として使用されるときには、運転の途中にて随時トル
クが変動し、しばしば速やかなトルク増大が求められ
る。このとき内燃機関が上記の如く排気により吸気を加
圧する過給構造を備えていると、トルク増大要求に対す
る追従性に劣るという問題がある。これは排気により吸
気を加圧するという過給構造上やむを得ないことであ
る。トルクの増大には吸気流の増大が必要であるが、吸
気流の増大がその一部にて排気流の増大により支えられ
ている以上、吸気流の増大に遅れが生ずることはやむを
得ない。
機として使用されるときには、運転の途中にて随時トル
クが変動し、しばしば速やかなトルク増大が求められ
る。このとき内燃機関が上記の如く排気により吸気を加
圧する過給構造を備えていると、トルク増大要求に対す
る追従性に劣るという問題がある。これは排気により吸
気を加圧するという過給構造上やむを得ないことであ
る。トルクの増大には吸気流の増大が必要であるが、吸
気流の増大がその一部にて排気流の増大により支えられ
ている以上、吸気流の増大に遅れが生ずることはやむを
得ない。
【０００５】そこで本発明は、そのような排気による吸
気過給を行う内燃機関に於けるトルク増大要求に対する
追従遅れを、機関が有する他の可能な手段により補う機
関運転方法を提供することを課題としている。
気過給を行う内燃機関に於けるトルク増大要求に対する
追従遅れを、機関が有する他の可能な手段により補う機
関運転方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する一
つの方法として、本発明は、排気によりタービンを駆動
して吸気の過給を行う内燃機関の運転方法にして、トル
ク増大時には体積効率を増大させることを特徴とする機
関運転方法を提案するものである。
つの方法として、本発明は、排気によりタービンを駆動
して吸気の過給を行う内燃機関の運転方法にして、トル
ク増大時には体積効率を増大させることを特徴とする機
関運転方法を提案するものである。
【０００７】上記の体積効率の増大は、体積効率がクラ
ンク軸の回転位相に対する吸気弁閉じ位相を遅らせるこ
とにより減少されている内燃機関に於いては、トルク増
大要求に対し吸気弁閉じ位相の遅れを低減することによ
り行われてよい。
ンク軸の回転位相に対する吸気弁閉じ位相を遅らせるこ
とにより減少されている内燃機関に於いては、トルク増
大要求に対し吸気弁閉じ位相の遅れを低減することによ
り行われてよい。
【０００８】
【発明の作用及び効果】上記の如き本発明による課題の
解決は、勿論、体積効率が必要ならば増大させられる内
燃機関に於いて可能な方法であり、そのような内燃機関
はいわば高膨張比内燃機関とでもいうべきものではある
が、現在の内燃機関の多くは燃費改善のため多少とも高
膨張比の特性を備えている。本発明はその点に着目し、
上記の通り排気により吸気の加圧を行う過給式内燃機関
に於いて不可避のトルク増大要求に対する吸気の追従遅
れを、吸気膨張比の低減により補うものである。
解決は、勿論、体積効率が必要ならば増大させられる内
燃機関に於いて可能な方法であり、そのような内燃機関
はいわば高膨張比内燃機関とでもいうべきものではある
が、現在の内燃機関の多くは燃費改善のため多少とも高
膨張比の特性を備えている。本発明はその点に着目し、
上記の通り排気により吸気の加圧を行う過給式内燃機関
に於いて不可避のトルク増大要求に対する吸気の追従遅
れを、吸気膨張比の低減により補うものである。
【０００９】また、現在の車輌用内燃機関の多くは、種
々の作動条件の変化に対応して最適運転を行い燃費を改
善するよう上述のＶＶＴ装置を備えているので、必要に
応じて体積効率を増大させることは、かかるＶＶＴ装置
の操作により簡単に達成される。
々の作動条件の変化に対応して最適運転を行い燃費を改
善するよう上述のＶＶＴ装置を備えているので、必要に
応じて体積効率を増大させることは、かかるＶＶＴ装置
の操作により簡単に達成される。
【００１０】図３は、過給式内燃機関に於ける過給圧と
トルクの間の関係を、吸気膨張比がＶＶＴ装置により変
更される場合について示す線図である。図に於いては、
内燃機関が通常の運転状態にあり、吸気弁閉じ位相が遅
れているときの過給圧に対するトルクの対応関係が「Ｖ
ＶＴ遅角」と付記された性能特性曲線（図示の例ではほ
ぼ直線）にて示されており、またこれよりＶＶＴ装置を
進角側へ偏倚させることにより吸気弁閉じ位相が早ま
り、体積効率が増大されたときの過給圧に対するトルク
の対応関係が「ＶＶＴ進角」と付記された性能特性曲線
（図示の例では同じくほぼ直線）にて示されている。
トルクの間の関係を、吸気膨張比がＶＶＴ装置により変
更される場合について示す線図である。図に於いては、
内燃機関が通常の運転状態にあり、吸気弁閉じ位相が遅
れているときの過給圧に対するトルクの対応関係が「Ｖ
ＶＴ遅角」と付記された性能特性曲線（図示の例ではほ
ぼ直線）にて示されており、またこれよりＶＶＴ装置を
進角側へ偏倚させることにより吸気弁閉じ位相が早ま
り、体積効率が増大されたときの過給圧に対するトルク
の対応関係が「ＶＶＴ進角」と付記された性能特性曲線
（図示の例では同じくほぼ直線）にて示されている。
【００１１】今、図中Ａ点に相当する低トルク状態にて
運転されている内燃機関に対しＢ点に相当するトルクへ
のトルク増大が要求されたとすると、従来通りの運転で
は、トルクの増大は過給圧の上昇と相俟ってＶＶＴ遅角
線に沿ってＢ点まで上昇する。過給圧の上昇はタービン
や圧縮機の回転数の増大によって可能となるので、図の
過給圧を示す横座標は、ほぼ時間座標にも相当し、従っ
て機関の作動点がＶＶＴ遅角線に沿ってＡ点からＢ点に
至るにはかなりの時間がかかる。
運転されている内燃機関に対しＢ点に相当するトルクへ
のトルク増大が要求されたとすると、従来通りの運転で
は、トルクの増大は過給圧の上昇と相俟ってＶＶＴ遅角
線に沿ってＢ点まで上昇する。過給圧の上昇はタービン
や圧縮機の回転数の増大によって可能となるので、図の
過給圧を示す横座標は、ほぼ時間座標にも相当し、従っ
て機関の作動点がＶＶＴ遅角線に沿ってＡ点からＢ点に
至るにはかなりの時間がかかる。
【００１２】これに対し、本発明により、上記の如く、
トルク増大時には体積効率を増大させるものとすれば、
Ａ点よりＢ点までトルクを増大すべきときには、先ず体
積効率を増大させる（この実施例ではＶＶＴ装置により
吸気弁閉じ位相を進み側に偏倚させる）ことにより、機
関の作動点をＡ点よりＶＶＴ進角線上のＣ点へ移し、Ｖ
ＶＴ進角線に沿ってＢ点のトルクに対応するＤ点まで機
関のトルクを増大させれば、Ａ点よりＶＶＴ遅角線に沿
ってＢ点に至るよりも遥かに早く同じトルクが得られ
る。Ｄ点に至った後は、吸気弁閉じ位相を過給圧の上昇
に対しＤ点のトルクを保持するような緩やかさで元に戻
し、機関運転をＶＶＴ遅角線上のＢ点に至らしめればよ
い。
トルク増大時には体積効率を増大させるものとすれば、
Ａ点よりＢ点までトルクを増大すべきときには、先ず体
積効率を増大させる（この実施例ではＶＶＴ装置により
吸気弁閉じ位相を進み側に偏倚させる）ことにより、機
関の作動点をＡ点よりＶＶＴ進角線上のＣ点へ移し、Ｖ
ＶＴ進角線に沿ってＢ点のトルクに対応するＤ点まで機
関のトルクを増大させれば、Ａ点よりＶＶＴ遅角線に沿
ってＢ点に至るよりも遥かに早く同じトルクが得られ
る。Ｄ点に至った後は、吸気弁閉じ位相を過給圧の上昇
に対しＤ点のトルクを保持するような緩やかさで元に戻
し、機関運転をＶＶＴ遅角線上のＢ点に至らしめればよ
い。
【００１３】図４は、図３に於けるＡ点からＶＶＴ進角
線に沿ってＢ点に至る機関作動点の偏倚と、Ａ点からＣ
点およびＤ点を経てＢ点に至る機関作動点の偏倚の各場
合に於ける燃費率の相違を示す線図である。図４に於け
るトルク対燃費率の２本の特性曲線であって「ＶＶＴ進
角」および「ＶＶＴ遅角」と付記された曲線は、それぞ
れ図３に於ける過給圧対トルクの線図に於いて「ＶＶＴ
進角」および「ＶＶＴ遅角」と付記された特性曲線に対
応するものである。図示の通り、Ａ点より過給圧一定の
ままＣ点へ進み、これよりＶＶＴ進角線に沿ってＤ点へ
進み、これよりトルクを一定に保ってＶＶＴ遅角線上の
Ｂ点に至る場合には、Ａ点よりＶＶＴ遅角線に沿ってＢ
点に至る場合に比して、確かに一時的には燃費率は低下
する。しかし、それは時間としては極く短時間であり、
それよりもかかる運転方法により機関の増力要求に対す
る応答性が向上し、早期に機関が過渡運転を終了するこ
とにより、機関の平均燃費率は影響を受けないか、寧ろ
改善されることが期待される。
線に沿ってＢ点に至る機関作動点の偏倚と、Ａ点からＣ
点およびＤ点を経てＢ点に至る機関作動点の偏倚の各場
合に於ける燃費率の相違を示す線図である。図４に於け
るトルク対燃費率の２本の特性曲線であって「ＶＶＴ進
角」および「ＶＶＴ遅角」と付記された曲線は、それぞ
れ図３に於ける過給圧対トルクの線図に於いて「ＶＶＴ
進角」および「ＶＶＴ遅角」と付記された特性曲線に対
応するものである。図示の通り、Ａ点より過給圧一定の
ままＣ点へ進み、これよりＶＶＴ進角線に沿ってＤ点へ
進み、これよりトルクを一定に保ってＶＶＴ遅角線上の
Ｂ点に至る場合には、Ａ点よりＶＶＴ遅角線に沿ってＢ
点に至る場合に比して、確かに一時的には燃費率は低下
する。しかし、それは時間としては極く短時間であり、
それよりもかかる運転方法により機関の増力要求に対す
る応答性が向上し、早期に機関が過渡運転を終了するこ
とにより、機関の平均燃費率は影響を受けないか、寧ろ
改善されることが期待される。
【００１４】
【発明の実施の態様】図５は上記の如き本発明による過
給式内燃機関のトルク増大時運転方法を実施する制御過
程の一つの実施例を示すフローチャートである。この制
御は、ステップ１０にてアクセルペダルが踏み込まれた
が否かを判断することから始まる。ステップ１０の判断
がイエスの時には、制御はステップ２０へ進み、アクセ
ルペダル踏込み量に基づき目標トルクＴetおよびトルク
上昇量ΔＴeが計算される。次いで制御はステップ３０
へ進み、トルク上昇量ΔＴeに対応するＶＶＴ装置の進
角偏倚量ΔＡcが、或る予め用意されたマップ等を参照
して計算される。次いで、制御はステップ４０へ進み、
ＶＶＴ装置がΔＡcだけ進角側へ偏倚される。
給式内燃機関のトルク増大時運転方法を実施する制御過
程の一つの実施例を示すフローチャートである。この制
御は、ステップ１０にてアクセルペダルが踏み込まれた
が否かを判断することから始まる。ステップ１０の判断
がイエスの時には、制御はステップ２０へ進み、アクセ
ルペダル踏込み量に基づき目標トルクＴetおよびトルク
上昇量ΔＴeが計算される。次いで制御はステップ３０
へ進み、トルク上昇量ΔＴeに対応するＶＶＴ装置の進
角偏倚量ΔＡcが、或る予め用意されたマップ等を参照
して計算される。次いで、制御はステップ４０へ進み、
ＶＶＴ装置がΔＡcだけ進角側へ偏倚される。
【００１５】一方、ステップ１０における判断結果がイ
エスとなり、制御がステップ２０へ進んだときには、内
燃機関においては、別途スロットル弁と燃料噴射弁の制
御により吸気量と燃料量の増量制御が行われ、機関のト
ルクの増大が行われる。また排気ガス量の増加に伴い、
過給圧も増大する。そこでステップ５０においては、機
関のトルクＴeが上記の目標トルクＴetに達したか否か
が判断される。そして、ここで機関トルクＴeがＴetに
達し、答えがイエスになるまで時間待ちが行われる。
エスとなり、制御がステップ２０へ進んだときには、内
燃機関においては、別途スロットル弁と燃料噴射弁の制
御により吸気量と燃料量の増量制御が行われ、機関のト
ルクの増大が行われる。また排気ガス量の増加に伴い、
過給圧も増大する。そこでステップ５０においては、機
関のトルクＴeが上記の目標トルクＴetに達したか否か
が判断される。そして、ここで機関トルクＴeがＴetに
達し、答えがイエスになるまで時間待ちが行われる。
【００１６】やがてその内、機関のトルクが増大し、Ｔ
eがＴetに達してステップ５０の答えがノーからイエス
に転ずると、制御はステップ６０へ進み、現在の過給圧
に対しトルクをＴetに保持するためＶＶＴ装置偏倚角Ａ
ｃを計算する。次いで制御はステップ７０へ進み、ＶＶ
Ｔ装置の偏倚角をＡｃに設定する。次いで制御はステッ
プ８０へ進み、Ａｃが制御開始時における元の値に復し
たが否かが判断される。答えがノーである間、制御はス
テップ６０の前に戻る。そしてやがてステップ８０の答
えがイエスに転ずると、１回の制御はこれにて終了す
る。
eがＴetに達してステップ５０の答えがノーからイエス
に転ずると、制御はステップ６０へ進み、現在の過給圧
に対しトルクをＴetに保持するためＶＶＴ装置偏倚角Ａ
ｃを計算する。次いで制御はステップ７０へ進み、ＶＶ
Ｔ装置の偏倚角をＡｃに設定する。次いで制御はステッ
プ８０へ進み、Ａｃが制御開始時における元の値に復し
たが否かが判断される。答えがノーである間、制御はス
テップ６０の前に戻る。そしてやがてステップ８０の答
えがイエスに転ずると、１回の制御はこれにて終了す
る。
【００１７】以上においては本発明を一つの実施例につ
いて詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の
範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとっ
て明らかであろう。
いて詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の
範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとっ
て明らかであろう。
【図１】排気により吸気を加圧する過給構造とクランク
軸に対するカム軸の回転位相を可変に設定するＶＶＴ装
置とを備えた内燃機関の一例を示す概略図。
軸に対するカム軸の回転位相を可変に設定するＶＶＴ装
置とを備えた内燃機関の一例を示す概略図。
【図２】ＶＶＴ装置による吸気弁開閉位相の変更の態様
をクランク軸の回転位相および排気弁の開閉位相に対し
示す線図。
をクランク軸の回転位相および排気弁の開閉位相に対し
示す線図。
【図３】過給圧に対するトルクの関係をＶＶＴ装置によ
る吸気弁閉じ位相の変化に対して示す線図。
る吸気弁閉じ位相の変化に対して示す線図。
【図４】トルクに対する燃費率の関係をＶＶＴ装置によ
る吸気弁閉じ位相の変化に対して示す線図。
る吸気弁閉じ位相の変化に対して示す線図。
【図５】本発明による過給式内燃機関のトルク増大時運
転方法を実施する制御過程を一つの実施例について示す
フローチャート。
転方法を実施する制御過程を一つの実施例について示す
フローチャート。
１…内燃機関
２…排気マニホルド
３…タービン
４…圧縮機
５…吸気マニホルド
６…カム軸
７…クランク軸
８,９…プーリ
１０…無端ベルト
１１…ロータリアクチュエータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA04 GD11 GE04 HA09
JA06 JA42 JA45 JA53
3G092 AA11 AA18 BB01 DA01 DB03
EC09 FA08 HA12X HA15X
HA16Z HE06X HF08Z
3G301 HA11 HA19 JA12 LA07 MA11
NC02 PA16Z PE06Z PF03Z
Claims (2)
- 【請求項１】排気によりタービンを駆動して吸気の過給
を行う内燃機関の運転方法にして、トルク増大時には体
積効率を増大させることを特徴とする機関運転方法。 - 【請求項２】体積効率はクランク軸の回転位相に対する
吸気弁閉じ位相を遅らせることにより減少されており、
トルク増大要求に対し吸気弁閉じ位相の遅れを低減する
ことを特徴とする請求項１に記載の機関運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229740A JP2003041960A (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 過給式内燃機関のトルク増大時運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229740A JP2003041960A (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 過給式内燃機関のトルク増大時運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003041960A true JP2003041960A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19062044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001229740A Withdrawn JP2003041960A (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 過給式内燃機関のトルク増大時運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003041960A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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