JP2003049673A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents
内燃機関の吸気制御装置Info
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Abstract
て、必要な要求負圧を確保しつつ可変バルブ機構による
吸入空気量制御を行う。 【解決手段】スロットルバルブ開度を固定して作動角、
バルブリフト量等を可変な可変バルブ機構による吸入空
気量制御を行うスロットルレス運転が要求されていると
きに、ブレーキのマスターバック、蒸発燃料のパージ制
御系、ブローバイガスの制御系から負圧の要求があった
ときには、要求量に応じて目標負圧を算出し、該目標負
圧が得られるように目標スロットルバルブ開度を算出し
て、スロットルバルブ開度を調整する。
Description
御装置に関する。
ルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の
可変バルブ機構が知られている(特開2001−012
262号公報参照)。前記可変バルブ機構は、カム軸と
略平行に配設された制御軸と、該制御軸の外周に偏心し
て固定された制御カムと、該制御カムに揺動自在に軸支
されたロッカアームと、前記カム軸の回転に応じて前記
ロッカアームの一端部を揺動駆動するリンクアーム・偏
心カムと、前記ロッカアームの他端部に連係して揺動し
て吸・排気バルブを開動作させる揺動カムと、前記制御
軸を回転駆動するDCサーボモータと、を備える。
御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する
目標作動角に一致させるべく、前記DCサーボモータを
フィードバック制御するよう構成される。上記可変バル
ブ機構は、バルブリフト量及びバルブ作動角を可変とす
ることで、スロットル弁によらず単独で吸入空気量を制
御することができる。ただし、乗用車等でブレーキの負
圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引する
ため吸気負圧を要する場合は、スロットルバルブを備え
て所定条件で吸気負圧を発生させる必要がある。従来、
例えば、電磁駆動式の吸気バルブを用いて吸入空気量を
制御するもので、該負圧の要求が発生したときには、ス
ロットルバルブを略全閉として、大きな吸気負圧を発生
させていた。
うな従来の負圧要求発生時の制御では、負圧の要求量が
小さい場合にも必要以上に大きな吸気負圧を発生させる
こととなり、吸入空気量制御にも制約が加わることとな
る。本発明は、このような従来の課題に着目してなされ
たもので、必要なだけの吸気負圧を発生させつつ、可能
な限り吸入空気量制御を行えるようにすることを目的と
する。
る発明は、吸気バルブの開閉特性を変化させて吸入空気
量を制御する可変バルブ機構と、吸気通路に介装された
スロットルバルブと、を備えた内燃機関において、負圧
の要求が発生したとき負圧の要求量を検出し、該要求量
に応じて前記スロットルバルブの開度を調整することを
特徴とする。
負圧の大きさに応じて前記スロットルバルブの開度を調
整するので、必要なだけの吸気負圧が発生し、この状態
で可変バルブ機構を制御して可能な限り吸入空気量制御
を行うことができる。また、請求項2に係る発明は、蒸
発燃料の機関吸気系への吸引制御、ブローバイガスの機
関吸気系への吸引制御、ブレーキのマスターバックへの
負圧供給のうち、少なくとも1つの負圧の要求に応じて
前記スロットルバルブの開度を調整することを特徴とす
る。
機関吸気系への吸引制御、ブローバイガスの機関吸気系
への吸引制御、ブレーキのマスターバックへの負圧供給
のうち、少なくとも1つの負圧の要求に応じて前記スロ
ットルバルブの開度を調整することにより、それぞれの
要求に応じた吸気負圧を発生させることができる。
要求が重複して発生したときは、一番大きな要求負圧に
合わせて調整することを特徴とする。請求項3に係る発
明によると、複数の負圧要求が重複して発生したとき
は、一番大きな要求負圧に合わせて調整することによ
り、全ての負圧要求を満たすことができる。
負圧要求量は、マスターバックに装着した負圧センサの
検出値により決定されることを特徴とする。請求項4に
係る発明によると、負圧センサの検出によって、ブレー
キの負圧要求量を高精度に検出することができる。
料の機関吸気系への吸引制御における負圧要求は、一定
の時間間隔で一定の負圧を発生させ、若しくは、継続し
て所定の負圧を発生させる要求であることを特徴とす
る。請求項5に係る発明によると、蒸発燃料の機関吸気
系への吸引制御を、一定の時間間隔で一定の負圧を発生
させて行うことにより、断続的に蒸発燃料の吸引制御
(パージ制御)を行うか、継続して所定の負圧を発生さ
せて継続したパージ制御を行うことができる。
ガスの機関吸気系への吸引制御における負圧要求は、機
関始動後の所定時間後の所定時間で一定の負圧を発生さ
せる要求であることを特徴とする。請求項6に係る発明
によると、ブローバイガスの機関吸気系への吸引制御
を、ブローバイガスが溜まってくる機関始動後の所定時
間後の所定時間で行うことができ、一度で効果的にブロ
ーバイガスを処理することができる。
間は、機関始動時における機関温度に応じて可変に設定
することを特徴とする。ブローバイガスの発生量は、機
関始動時における機関温度に応じて変化するので、ブロ
ーバイガスの吸引制御を行う時間を、機関温度に応じて
可変に設定することにより、必要かつ十分な時間制御す
ることができる。
間は、機関始動時における機関温度が高いほど短い時間
に設定することを特徴とする。請求項8に係る発明によ
ると、機関始動時における機関温度が高いほどピストン
リングとシリンダ壁との圧縮圧力が高くブローバイガス
の発生量が少ないので、吸引制御を行う時間を短くす
る。
可変バルブ機構は、クランク軸に同期し回転する駆動カ
ムと、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動すること
で吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で該駆動
カム側と連係し他端で該揺動カム側と連係する伝達機構
と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制
御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータからなり、
該アクチュエータにより該制御軸を回動制御することに
より吸気バルブリフト特性を変化しえる構成を有するこ
とを特徴とする。
ルブリフト特性を変化しえる構成を有した可変バルブ機
構により、吸入空気量を高精度にかつ応答性良く制御す
ることができる。
基づいて説明する。図1は、実施形態における車両用内
燃機関の構成図であり、内燃機関101の吸気管102
には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ1
03bを開閉駆動する電子制御スロットル104が介装
され、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ10
5を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
07を介して排出され、フロント触媒108及びリア触
媒109で浄化された後、大気中に放出される。前記排
気バルブ107は、排気側カム軸110に軸支されたカ
ム111によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動
角を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ105は、可
変バルブ機構112によってバルブリフト量及びバルブ
作動角(開閉特性)が連続的に変えられるようになって
いる。
ールユニット114は、スロットルバルブ103bの開
度及び吸気バルブ105の開特性によってアクセル開度
に対応する吸入空気量が得られるように、アクセルペダ
ルセンサAPS116で検出されるアクセルペダルの開
度等に応じて前記電子制御スロットル104及び可変バ
ルブ機構112を制御する。
記アクセルペダルセンサAPS116の他、吸入空気量
(質量流量)を検出するエアフローメータ115、クラ
ンク軸から回転信号を取り出すクランク角センサ11
7、スロットルバルブ103bの開度を検出するスロッ
トルセンサ118、機関冷却水温度(水温)を検出する
水温センサ119等からの検出信号が入力される。
ク(負圧倍力装置)132a内に吸気負圧が導かれ、該
マスターバック132a内の負圧を検出する負圧センサ
132bが装着される。また、燃料タンク133内の蒸
発燃料を蒸発燃料通路134を介してキャニスタ135
に一時的に吸着し、パージ制御弁136を備えたパージ
通路137を介して吸気負圧でスロットルバルブ103
b下流の吸気系に吸引処理する蒸発燃料処理装置を備え
ている。
イガスをPCV(ポジティブ・クランクケースベンチレ
ーテッド・バルブ)138を備えたブローバイガスパー
ジ通路139を介して吸気負圧でスロットルバルブ10
3b下流の吸気系に吸引処理し、スロットルバルブ10
3b上流の新気を、新気通路140を介してシリンダヘ
ッドを経由してクランクケース内に導入するブローバイ
ガス処理装置を備えている。
は、前記負圧センサ132aで検出された負圧検出信号
を入力してマスターバック132bの負圧要求量を決定
すると共に、機関運転状態に基づいて蒸発燃料処理装置
によるパージ制御の負圧要求量、ブローバイガス処理装
置によるブローバイ制御の負圧要求量を算出し、これら
のうち、少なくとも1つの負圧の要求が発生したときに
は、前記算出した負圧の要求量が得られるように前記ス
ロットルバルブ103bの開度を調整する。
の構造を詳細に示すものである。図2〜図4に示す可変
バルブ機構は、一対の吸気バルブ105,105と、シ
リンダヘッド11のカム軸受14に回転自在に支持され
た中空状のカム軸13(駆動軸)と、該カム軸13に軸
支された回転カムである2つの偏心カム15,15(駆
動カム)と、前記カム軸13の上方位置に同じカム軸受
14に回転自在に支持された制御軸16と、該制御軸1
6に制御カム17を介して揺動自在に支持された一対の
ロッカアーム18,18と、各吸気バルブ105,10
5の上端部にバルブリフター19,19を介して配置さ
れた一対のそれぞれ独立した揺動カム20,20とを備
えている。
8,18とは、リンクアーム25,25によって連係さ
れ、ロッカアーム18,18と揺動カム20,20と
は、リンク部材26,26によって連係されている。上
記ロッカアーム18,18,リンクアーム25,25,
リンク部材26,26が伝達機構を構成する。
略リング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本
体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15b
とからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔15cが貫通形
成されていると共に、カム本体15aの軸心Xがカム軸
13の軸心Yから所定量だけ偏心している。また、前記
偏心カム15は、カム軸13に対し前記バルブリフター
19に干渉しない両外側にカム軸挿通孔15cを介して
圧入固定されていると共に、カム本体15aの外周面1
5dが同一のカムプロフィールに形成されている。
に、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部18aが
制御カム17に回転自存に支持されている。また、基部
18aの外端部に突設された一端部18bには、リンク
アーム25の先端部と連結するピン21が圧入されるピ
ン孔18dが貫通形成されている一方、基部18aの内
端部に突設された他端部18cには、各リンク部材26
の後述する一端部26aと連結するピン28が圧入され
るピン孔18eが形成されている。
軸16外周に固定されていると共に、図2に示すように
軸心P1位置が制御軸16の軸心P2からαだけ偏心し
ている。前記揺動カム20は、図2及び図6,図7に示
すように略横U字形状を呈し、略円環状の基端部22に
カム軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔2
2aが貫通形成されていると共に、ロッカアーム18の
他端部18c側に位置する端部23にピン孔23aが貫
通形成されている。
2側の基円面24aと該基円面24aから端部23端縁
側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されており、
該基円面24aとカム面24bとが、揺動カム20の揺
動位置に応じて各バルブリフター19の上面所定位置に
当接するようになっている。即ち、図8に示すバルブリ
フト特性からみると、図2に示すように基円面24aの
所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、カム面
24bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲
θ2が所謂ランプ区間となり、更に、カム面24bのラ
ンプ区間θ2から所定角度範囲θ3がリフト区間になる
ように設定されている。
基部25aと、該基部25aの外周面所定位置に突設さ
れた突出端25bとを備え、基部25aの中央位置に
は、前記偏心カム15のカム本体15aの外周面に回転
自在に嵌合する嵌合穴25cが形成されている一方、突
出端25bには、前記ピン21が回転自在に挿通するピ
ン孔25dが貫通形成されている。
直線状に形成され、円形状の両端部26a,26bには
前記ロッカアーム18の他端部18cと揺動カム20の
端部23の各ピン孔18d,23aに圧入した各ピン2
8,29の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔26
c,26dが貫通形成されている。尚、各ピン21,2
8,29の一端部には、リンクアーム25やリンク部材
26の軸方向の移動を規制するスナップリング30,3
1,32が設けられている。
と制御カム17の軸心P1との位置関係によって、図
6,7に示すように、バルブリフト量が変化することに
なり、前記制御軸16を回転駆動させることで、制御カ
ム17の軸心P1に対する制御軸16の軸心P2の位置
を変化させる。前記制御軸16は、図10に示すような
構成により、DCサーボモータ(アクチュエータ)12
1によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるように
なっており、前記制御軸16の作動角を前記アクチュエ
ータ121で変化させることで、吸気バルブ105のバ
ルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する(図
9参照)。
は、その回転軸が制御軸16と平行になるように配置さ
れ、回転軸の先端には、かさ歯車122が軸支されてい
る。一方、前記制御軸16の先端に一対のステー123
a,123bが固定され、一対のステー123a,12
3bの先端部を連結する制御軸16と平行な軸周りに、
ナット124が揺動可能に支持される。
125の先端には、前記かさ歯車122に噛み合わされ
るかさ歯車126が軸支されており、DCサーボモータ
121の回転によってネジ棒125が回転し、該ネジ棒
125に噛み合うナット124の位置が、ネジ棒125
の軸方向に変位することで、制御軸16が回転されるよ
うになっている。
26に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方
向で、逆に、ナット124の位置をかさ歯車126から
遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向とな
っている。前記制御軸16の先端には、図10に示すよ
うに、制御軸16の作動角を検出するポテンショメータ
式の作動角センサ127(調整位置センサ)が設けられ
ており、該作動角センサ127で検出される実際の作動
角が目標作動角に一致するように、前記コントロールユ
ニット114が前記DCサーボモータ121をフィード
バック制御する。
た目標吸入空気量に対応するリフト量に制御すべく、目
標吸入空気量に対応する目標作動角を設定する一方、A
SCD(Auto Speed Control Device)操作信号に基づ
いて定車速走行を行わせるときには、実際の車速が設定
車速に保持されるように目標作動角が設定される。コン
トロールユニット116は、スロットルバルブ103b
の開度及び吸気バルブ107の開特性によってアクセル
開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル
開度センサAPS117で検出されるアクセル開度に応
じて前記電子制御スロットルETC104及び可変バル
ブ機構VEL112を制御する。但し、吸気負圧が要求
される運転条件以外の基本的な運転条件では、スロット
ルバルブ103bは全開に保持され、可変バルブ機構V
EL114L,114Rのみで吸入空気量を制御する。
このように、本実施形態では、左右バンクの気筒群毎に
2つの可変バルブ機構VEL114L、114Rからな
る吸入空気量制御系統を備える。
記アクセル開度センサAPS117の他、吸入空気量
(質量流量)を検出するエアフローメータ118、クラ
ンク軸から回転信号を取り出すクランク角センサ11
9、スロットルバルブ103bの開度を検出するスロッ
トルセンサ120等からの検出信号が入力される。次
に、前記コントロールユニット114による吸気制御
を、フローチャートに従がって説明する。
テップ1では、可変バルブ機構VEL112の目標作動
角VELTRGを算出する。ステップ2では、スロット
ルバルブ103bの目標開度TVOTRGを算出する。
図12は、前記スロットルバルブ103bの目標開度T
VOTRGを算出するサブルーチンを示す。
つまり、スロットルバルブの開度を固定(通常は全開)
して前記可変バルブ機構VEL112による吸入空気量
制御を行う運転領域か否かを判定する。ステップ12で
は、前記ブレーキ131のマスターバック132a、パ
ージ制御、ブローバイ制御のうちの少なくとも1つから
負圧の要求が発生したか否かを判定する。
判定されたときは、ステップ13へ進んで、発生した負
圧の要求量すなわち目標負圧BSTTRGを算出する。
ステップ14では、前記目標負圧BSTTRGと機関回
転速度Neとに基づいて目標スロットル開度TVOTR
Gを算出する。また、ステップ12で、負圧の要求が発
生していないと判定されたときは、ステップ15へ進ん
で、スロットル全開に固定して通常の可変バルブ機構V
ELによる吸入空気量制御を行う。
負圧を算出するサブルーチンを示す。ステップ21で
は、前記負圧センサ132bにより検出されるマスター
バック132a内の負圧MBを読み込む。ステップ22
では、前記負圧MBが所定値以下であるかを判定し、所
定値以下と判定された場合は、ステップ23へ進んで要
求負圧A♯を設定する。
るサブルーチンを示す。ステップ31では、所定時間T
aが経過したかを判定し、経過したときにステップ32
へ進んで要求負圧B♯を設定し、ステップ33で所定時
間Tbの経過を判定し、要求負圧B♯の設定を所定時間
Tb維持して終了する。パージ制御の負圧要求が生じて
いる間、このルーチンが繰り返されるので、図15に示
すように、所定時間Taを置いて所定時間Tb要求負圧
B♯を設定する周期的な動作が繰り返される。
出するサブルーチンを示す。ステップ41では、機関始
動後、所定時間Tcが経過したかを判定し、経過したと
きにステップ42へ進んで要求負圧C♯を設定する。ス
テップ43では、前記水温センサ119で検出される水
温Twに基づいて所定時間Tdを設定する。該所定時間
Tdは、図示のように水温Twが高くなるほど短い時間
に設定されている。高温ほどピストンリングとシリンダ
壁との圧縮圧力が大きくなって、ブローバイガス量が減
少するため、処理時間を短くするためである。
過を判定し、要求負圧C♯の設定を所定時間Td維持し
て終了する。図17は、上記にように設定される要求負
圧に基づいて、最終的に目標負圧を決定するブロック図
を示す。前記要求負圧A♯、B♯、C♯を入力して、セ
レクトロー処理を行い、負圧の要求が重複した場合に
は、最も大きい負圧(A♯>B♯、C♯)を最終的な目
標負圧BSTTRGとして設定する。
求負圧に応じたスロットル開度の調整により、必要でか
つ十分な負圧を発生させることができ、負圧調整を行い
つつ可変バルブ機構VELによる吸入空気量制御も可能
な限り併行して実行することができる。
す断面図(図3のA−A断面図)。
す斜視図。
断面図(図3のB−B断面図)。
断面図(図3のB−B断面図)。
とカム面に対応したバルブリフト特性図。
ブリフトの特性図。
動機構を示す斜視図。
フローチャート。
ローチャート。
のフローチャート。
ローチャート。
すタイムチャート。
のフローチャート。
Claims (9)
- 【請求項1】吸気バルブの開閉特性を変化させて吸入空
気量を制御する可変バルブ機構と、吸気通路に介装され
たスロットルバルブと、を備えた内燃機関において、 負圧の要求が発生したとき負圧の要求量を検出し、該要
求量に応じて前記スロットルバルブの開度を調整するこ
とを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 - 【請求項2】蒸発燃料の機関吸気系への吸引制御、ブロ
ーバイガスの機関吸気系への吸引制御、ブレーキのマス
ターバックへの負圧供給のうち、少なくとも1つの負圧
の要求に応じて前記スロットルバルブの開度を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気制御
装置。 - 【請求項3】複数の負圧要求が重複して発生したとき
は、一番大きな要求負圧に合わせて調整することを特徴
とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の吸気
制御装置。 - 【請求項4】ブレーキの負圧要求量は、マスターバック
に装着した負圧センサの検出値により決定されることを
特徴とする請求項2または請求項3に記載の内燃機関の
吸気制御装置。 - 【請求項5】前記蒸発燃料の機関吸気系への吸引制御に
おける負圧要求は、一定の時間間隔で一定の負圧を発生
させ、若しくは、継続して所定の負圧を発生させる要求
であることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか
1つに記載の内燃機関の吸気制御装置。 - 【請求項6】ブローバイガスの機関吸気系への吸引制御
における負圧要求は、機関始動後の所定時間後の所定時
間で一定の負圧を発生させる要求であることを特徴とす
る請求項2〜請求項5のいずれか1つに記載の内燃機関
の吸気制御装置。 - 【請求項7】前記所定時間は、機関始動時における機関
温度に応じて可変に設定することを特徴とする請求項6
に記載の内燃機関の吸気制御装置。 - 【請求項8】前記所定時間は、機関始動時における機関
温度が高いほど短い時間に設定することを特徴とする請
求項7に記載の内燃機関の吸気制御装置。 - 【請求項9】前記複数の可変バルブ機構は、 クランク軸に同期し回転する駆動カムと、 該駆動軸に固定された駆動カムと、 揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、 一端で該駆動カム側と連係し他端で該揺動カム側と連係
する伝達機構と、 該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸
と、 該制御軸を回動するアクチュエータからなり、 該アクチュエータにより該制御軸を回動制御することに
より吸気バルブリフト特性を変化しえる構成を有するこ
とを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記
載の内燃機関の吸気制御装置。
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