JP2004218522A - Control device for internal combustion engine equipped with variable compression ratio mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構、吸気バルブの開弁・閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関における内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構が提案されている。また、内燃機関の運転状態に応じて、主に吸気バルブの開弁・閉弁時期を変更する可変動弁機構が実用化されている。さらに、内燃機関の気筒内に圧縮された吸入空気を供給する過給機構が実用化されている。
【0003】
また、高効率、低燃費、高出力を得るために内燃機関の運転状態を低負荷領域、中負荷領域および高負荷領域の3つの領域に区分し、各負荷領域において、可変圧縮比機構、可変動弁機構、および過給機構の動作を制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。この他にも、専らノッキングを抑制するために内燃機関の負荷に応じて可変圧縮比機構および過給機構を制御する技術が提案されている(例えば、特許文献2)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭63−120820号公報
【特許文献2】
実開昭63−150048号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術によっては、燃費率の向上が十分ではなく、特に中負荷領域における燃費率の向上が十分でないという問題があった。また、高負荷領域において出力トルクが頭打ちとなるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、中負荷領域における燃費率を向上させることを目的とする。また、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、高負荷領域における出力トルクの増大を図ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第1の態様は、内燃機関の気筒内と大気とを連通または遮断する吸気バルブを有する内燃機関の制御装置を提供する。本発明の第1の態様に係る内燃機関における制御装置は、前記吸気バルブの閉弁時期を変更する可変動弁機構と、前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給する過給機構と、前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、前記検出された要求トルクが中負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅らせ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を高くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる運転制御手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
本発明の第1の態様に係る内燃機関の制御装置によれば、要求トルクが中負荷領域にある場合には、可変動弁機構によって吸気バルブの閉弁時期を遅らせ、可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を高くし、過給機構を作動させて内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させるので、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、中負荷領域における燃費率を向上させることができる。
【0009】
本発明の第1の態様に係る内燃機関の制御装置はさらに、前記過給機構より前記内燃機関の気筒内に導入される圧縮された吸入空気の温度を低下させる冷却器を備えても良い。かかる場合には、気筒内にて圧縮された後も吸入空気の温度を低く保つことができるので、過給器を作動させた場合のノッキングの発生をより防止することができる。
【0010】
本発明の第1の態様に係る内燃機関の制御装置において、前記中負荷領域は、前記過給機構作動時において前記内燃機関が出力する最大トルクの約1/2のトルクが要求トルクとして要求される負荷領域であっても良い。
【0011】
本発明の第1の態様に係る内燃機関の制御装置において、前記運転制御手段は、前記検出された要求トルクが前記中負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進め、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させても良い。
【0012】
本発明の第1の態様に係る内燃機関における制御装置によれば、要求トルクが中負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にある場合には、可変動弁機構によって吸気バルブの閉弁時期を進め、可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を低くし、過給機構を作動させて内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させるので、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、高負荷領域における出力トルクの増大を図ることができる。
【0013】
本発明の第2の態様は、内燃機関の制御装置を提供する。本発明の第2の態様に係る内燃機関における制御装置は、過給機構と、少なくとも吸気バルブの閉弁時期を変更させる可変動弁機構と、前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更させる可変圧縮比機構と、前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、前記検出された要求トルクが第1の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械的な圧縮比を高くし、前記過給機構による過給を行わず、前記検出された要求トルクが前記第1の負荷領域よりも大きい第2の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を高くし、前記過給機構による過給を行い、前記検出された要求トルクが前記第2の負荷領域よりも大きい第3の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関に機械圧縮比を低くし、前記過給機構による過給を行う運転制御手段とを備えることを特徴とする。
【0014】
本発明の第2の態様に係る内燃機関における制御装置によれば、要求トルクが中負荷領域にある場合には、可変動弁機構によって吸気バルブの閉弁時期を遅らせ、可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を高くし、過給機構を作動させて内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させると共に、要求トルクが中負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にある場合には、可変動弁機構によって吸気バルブの閉弁時期を進め、可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を低くし、過給機構を作動させて内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる。したがって、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、中負荷領域における燃費率を向上させることができると共に、高負荷領域における出力トルクの増大を図ることができる。
【0015】
本発明の第2の態様に係る内燃機関における制御装置において、前記運転制御手段は、前記第2の負荷領域から前記第3の負荷領域へと移行するときには、前記内燃機関の実圧縮比を一定に保つよう前記可変動弁機構および前記可変圧縮比機構を制御しても良い。また、前記運転制御手段は、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くすることによって、前記内燃機関の実圧縮比を一定に保っても良い。かかる場合には、第2の負荷領域を実質的に拡張することとなり、燃費性能を向上させることができる。
【0016】
本発明の第3の態様は、内燃機関の気筒内と大気とを連通または遮断する吸気バルブを有する内燃機関の制御装置を提供する。本発明の第3の態様に係る内燃機関における制御装置は、前記吸気バルブの閉弁時期を変更する可変動弁機構と、前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給する過給機構と、前記過給機構より前記内燃機関の気筒内に導入される圧縮された吸入空気の温度を低下させる冷却器と、前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、前記検出された要求トルクが、前記過給機構作動時において前記内燃機関が出力する最大トルクの約1/2のトルクよりも大きなトルクが要求される高負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進め、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる運転制御手段とを備えることを特徴とする。
【0017】
本発明の第3の態様に係る内燃機関における制御装置によれば、検出された要求トルクが、過給機構作動時において内燃機関が出力する最大トルクの約1/2のトルクよりも大きなトルクが要求される高負荷領域にある場合には、可変動弁機構によって吸気バルブの閉弁時期を進め、可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を低くし、過給機構を作動させて内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させるので、可変圧縮比機構、可変動弁機構および過給機構を備える内燃機関において、高負荷領域における出力トルクの増大を図ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施例に基づいて、本発明に係る内燃機関の制御装置について説明する。
【0019】
図1を参照して本実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成について説明する。図1は本実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す説明図である。
【0020】
本実施例に係る内燃機関の制御装置は、気筒内噴射型内燃機関、内燃機関の運転状態を制御する制御ユニットおよび内燃機関の運転状態を検出する各種センサを備えている。内燃機関10は、内部に複数のシリンダ11を有するシリンダブロック12、シリンダ11内を往復動するピストン13、シリンダブロック12の底部に配置されたクランクケース14、シリンダブロック12(シリンダ11)の上部に配置されたシリンダヘッド15を備えている。
【0021】
本実施例における内燃機関10には、内燃機関10の機械圧縮比を所定の範囲内において任意に設定可能な可変圧縮比機構20が備えられている。可変圧縮比機構20は、シリンダブロック12をクランクケース14に対してピストン12の運動方向(シリンダ11の軸方向)に移動させることによって圧縮比を変更する。具体的には、シリンダブロック12側に備えられたアクチュエータ21(例えば、モータ)によってシリンダブロック12の長手方向両側に配置された偏心カム(図示しない)を駆動して、シリンダブロック12をクランクケース14から離間若しくは密着させる。シリンダブロック12がクランクケース14から離間する方向へ移動させることによって機械圧縮比は低くなる。
【0022】
シリンダヘッド15は、各シリンダ11毎に吸気ポート16および排気ポート17を有している。各吸気ポート16には、吸気側カムICによって駆動されて吸気ポート16を開閉する吸気バルブ161が配置されており、各排気ポート17には、排気側カムECによって駆動されて排気ポート17を開閉する排気バルブ171が配置されている。シリンダヘッド15には、この他に、各シリンダ11に対応する位置に火花点火のための点火プラグ31が配置されている。
【0023】
吸気側カムIC(吸気側カムシャフト)には、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフトの位相を変位させて、吸気バルブ161の開弁時期および閉弁時期を通常タイミング(進角)に対して遅らせる(遅角させる)可変動弁機構25が備えられている。可変動弁機構25は、例えば、モータ、油圧制御バルブといったアクチュエータ26によってカムシャフトを変位させる。なお、可変動弁機構25には、バルブタイミングを変更するもののみならず、作用角、バルブリフト量を変更するものも含まれる。本実施例では、吸気バルブ161の閉弁時期を遅らせることができればどのような可変動弁機構であっても良い。また、吸気バルブ161をアクチュエータによって直接駆動するものであっても良い。
【0024】
各吸気ポート16には、吸気管18の分岐端が連結され、各排気ポート17には、排気管(排気マニホールド)19の分岐端が連結されている。吸気管19の途中には、燃焼室への流入吸気量を制御する吸気制御バルブ30が配置されている。
【0025】
吸気管18および排気管19の途中には、排気管19を流れる排気ガス流によって吸入空気を圧縮する過給器28が備えられている。過給器28には、過給圧力を任意の値に設定可能なウェストゲートバルブ281が備えられている。ウェストゲートバルブ281が開かれると、排気ガスは過給器28の排気側タービンを迂回して大気中に放出されるため過給器28は作動しない。吸気管18には、過給器28よりも下流側に、過給された吸入空気を冷却するためのインタークーラー(冷却器)が配置されている。なお、過給器28は、排気ガス流によって吸入空気を圧縮するものばかりでなく、クランクシャフトからの動力によって機械的に駆動されて吸入空気を圧縮するものも含まれる。
【0026】
各吸気ポート16には燃料噴射弁IJが配置されている。すなわち、本実施例に用いられる内燃機関10はポート噴射タイプの内燃機関である。各燃料噴射弁IJは、燃料デリバリパイプFDを介して燃料が供給される。
【0027】
制御ユニット40は、演算処理機能、マップ、プログラム等を格納する記憶機能を備えている。制御ユニット40には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ50、車両速度を検出する車速センサ51、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ52といった各種センサが接続されており、内燃機関10の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。制御ユニット40には、燃料噴射弁IJ、可変圧縮比機構20のアクチュエータ21、可変動弁機構25のアクチュエータ26、ウェストゲートバルブ281、吸気制御バルブ30、点火プラグ31が接続されており、吸気バルブ161の開弁・閉弁時期、機械圧縮比、過給のオン・オフ、燃料噴射時期、点火時期、吸入空気量等が適宜制御される。
【0028】
本実施例に係る内燃機関の制御装置によって実行される内燃機関の運転制御処理について図2〜図8を参照して説明する。図2は本実施例における内燃機関の運転制御処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図3は要求トルクおよび機関回転数に基づいて内燃機関10の負荷領域を判定するためのマップの一例を示す説明図である。図4は判定された負荷領域に応じて設定される負荷別制御条件を示す説明図である。図5は吸気バルブの閉弁時期の変化を示す説明図である。図6は従来の制御に対する本実施例の利点を説明する、低・中・高負荷領域における燃費率とトルクとの関係を表す特性線を示す説明図である。図7は特に中負荷領域における本実施例と従来制御との燃費率とトルクとの対比を示す説明図である。図8は本実施例における、中負荷領域から高負荷領域への移行時における吸気バルブタイミングによる圧縮比の変化、機械圧縮比の変化、実圧縮比の変化の様子を模式的に示す説明図である。
【0029】
図2を参照して内燃機関の運転制御処理について説明する。本処理ルーチンは所定の時間間隔にて繰り返し実行される。制御ユニット40は、アクセルポジションセンサ50によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づいて要求トルクを検出し(ステップS100)、算出された要求トルクとクランクポジションセンサから検出された機関回転数とをパラメータとして図3に示すマップから負荷領域を判定する(ステップS110)。
【0030】
制御ユニット40は、内燃機関10の運転負荷が低負荷領域にあると判定した場合には、圧縮比、吸気バルブ閉弁時期および過給状態を図4に示す低負荷領域条件に設定する(ステップS120)。すなわち、機械圧縮比は高く設定され、吸気バルブの閉弁時期は図5に示すように遅角され、過給は行わない。制御ユニット40は、アクチュエータ21に対して駆動信号を送信してシリンダブロック12とクランクケース14とを密着させることによって機械圧縮比を高くし、アクチュエータ26に対して駆動信号を送信して吸気バルブの閉弁時期を通常タイミングより遅角させ、ウェストゲートバルブ281に対して駆動信号を送信してウェストゲートバルブ281を開く(ステップS130)。
【0031】
この結果、吸気バルブ161の遅閉じによってポンピングロスが低減され、また、機械圧縮比が高く設定されるので、図6に示すように燃費率を下げる(低燃費化)を実現することができる。
【0032】
制御ユニット40は、内燃機関10の運転負荷が中負荷領域にあると判定した場合には、圧縮比、吸気バルブ閉弁時期および過給状態を図4に示す中負荷領域条件に設定する(ステップS140)。すなわち、機械圧縮比は高く設定され、吸気バルブの閉弁時期は図5に示すように遅角され、過給を実行する。制御ユニット40は、アクチュエータ21に対して駆動信号を送信してシリンダブロック12とクランクケース14とを密着させることによって機械圧縮比を高くし、アクチュエータ26に対して駆動信号を送信して吸気バルブの閉弁時期を通常タイミングより遅角させ、ウェストゲートバルブ281に対して駆動信号を送信してウェストゲートバルブ281を閉じる(ステップS150)。
【0033】
本実施例に係る内燃機関の制御装置では、中負荷領域において機械圧縮比を高く設定し、吸気バルブ161を遅閉じし、過給を実行するので(本実施例:図6中L1)、機械圧縮比を低く設定し、吸気バルブ161を早閉じし(通常のタイミング)、過給を実行しない場合(従来制御:図6中L2)と比較して、燃費率を下げる(低燃費化)を図ることができる。なお、中負荷領域とは、例えば、過給器28の作動時において内燃機関10が出力可能な最大トルクの約1/2のトルク程度の負荷領域を言う。
【0034】
すなわち、本実施例によれば、機械圧縮比を高く設定することによって膨張の度合いが高められるため、混合気の燃焼により得られた圧力がピストンに効率的に伝達され(燃焼圧力の損失の低減)、機械圧縮比が低い場合よりも燃費を向上させることができる。また、吸気バルブ161の遅閉じによって、吸気バルブ161を通常のタイミング(進角)で閉じる場合と比較して吸入空気量が減少するため図7中特性線L1上に中黒点で示すように遅角時トルクしか出力できないが、減少した吸入空気量を過給によって補うことにより吸気バルブ161の閉弁時期を進角させた場合(図7中L2)の進角トルク(図7中L2上の中黒点)と同様のトルクを得ることができる。
【0035】
一般的に、機械圧縮比が高い場合には、過給を行うことによるノッキングの発生が問題となるが、本実施例では、吸気バルブ161の閉弁時期を遅らせることによって吸気バルブ161の閉弁時期によって定まる圧縮比(吸気バルブ161が閉弁してからピストン13が圧縮上死点に到達するまでの圧縮比)を下げ、実圧縮比を低くして圧縮による混合気(吸気)の温度上昇を小さくすると共に、過給器28によって圧縮された吸気をインタークーラー29によって冷却する。この結果、点火前の混合気温度の上昇が抑制されノッキングを抑制することができる。なお、実圧縮比とは、吸気バルブ161の閉弁時期と機械圧縮比で定まるシリンダ11内における現実の圧縮比を意味する。
【0036】
したがって、従来制御によって得られるトルクと同一のトルクをより低い燃費にて得ることができる。
【0037】
制御ユニット40は、内燃機関10の運転負荷が高負荷領域にあると判定した場合には、圧縮比、吸気バルブ閉弁時期および過給状態を図4に示す高負荷領域条件に設定する(ステップS160)。すなわち、機械圧縮比は低く設定され、吸気バルブの閉弁時期を図5に示すように進角させ、過給を実行する。制御ユニット40は、アクチュエータ21に対して駆動信号を送信してシリンダブロック12とクランクケース14とを離間させることによって機械圧縮比を低くし、アクチュエータ26に対して駆動信号を送信して吸気バルブの閉弁時期を通常タイミングである進角時期に変更させ、ウェストゲートバルブ281に対して駆動信号を送信してウェストゲートバルブ281を閉じる(ステップS170)。
【0038】
中負荷領域から高負荷領域への切り替えに際しては、制御ユニット40は、吸気バルブ161の閉弁時期の切り替え(遅角から進角)と共に内燃機関10の機械圧縮比の切り替え(高圧縮比から低圧縮比)を同時に実行して、図8に示すように中負荷領域から高負荷領域への移行時における実圧縮比を一定に保つ。
【0039】
本実施例に係る内燃機関の制御装置では、高負荷領域において機械圧縮比を低く設定し、吸気バルブ161を早閉じし、過給を実行するので(本実施例:図6中L1)、機械圧縮比を低く設定し、吸気バルブ161を遅閉じし(通常のタイミング)、過給を実行する場合(従来制御:図6中L2)と比較して、燃費率を下げる(低燃費化)と共により大きなトルクを得ることができる。
【0040】
すなわち、従来制御では吸気バルブ161の閉弁時期が遅角されていたため図7中L3上に中黒点で示す遅角時トルクから過給器によって更なる出力トルクを得ていた(図7中L3)ので、到達可能な出力トルクが小さかった。これに対して、本実施例では、図7中特性線L4として示すように、吸気バルブ161の閉弁時期を進角(通常のタイミング)させているので過給器によらなくとも進角時トルク(特性線L4上の中黒点)を得ることが可能となり、過給器を使用することによって更に大きなトルクを得ることができる。
【0041】
制御ユニット40は、負荷条件に応じた条件の実行が終了すると、実行された条件下において内燃機関10の運転制御を実行し(ステップS180)、本処理ルーチンを終了する。具体的には、内燃機関10の運転状態(負荷)に応じて吸気バルブ30の開弁角度の制御、燃料噴射時期制御並びに点火時期制御を実行する。
【0042】
以上説明したように、本実施例に係る内燃機関の制御装置によれば、中負荷領域において機械圧縮比を高く設定し、吸気バルブ161を遅閉じし、過給を実行するので、従来制御と比較して中負荷領域における燃費率を向上することができる。また、高負荷領域においては、機械圧縮比を低く設定し、吸気バルブ161を早閉じし、過給を実行するので、従来制御と同等の燃費率において出力トルクを増大させることができる。
【0043】
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置によれば、中負荷領域から高負荷領域への移行時における実圧縮比を一定に保つので、略中負荷領域を拡大することが可能となり、圧縮比に起因する燃費の向上を図ることができる。
【0044】
・その他の実施例:
上記実施例では、可変圧縮比機構20としてシリンダブロック12がクランクケース14に対して移動するシリンダ伸縮タイプを例に取って説明したが、この他にも、例えば、ピストンコンロッドの中間にジョイント部を設け、ピストンの上死点位置を変更する中間折れコンロッドタイプを用いても良い。すなわち、内燃機関10の機械圧縮比(幾何学圧縮比)を変更可能な機構を備える可変圧縮機構であれば上記実施例によって、可変動弁機構25、過給器28と相まって中負荷領域における燃費性能の向上、高負荷領域における出力トルクの増大といった効果を得ることができる。
【0045】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る内燃機関の制御装置について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図2】本実施例における内燃機関の運転制御処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】要求トルクおよび機関回転数に基づいて内燃機関10の負荷領域を判定するためのマップの一例を示す説明図である。
【図4】判定された負荷領域に応じて設定される負荷別制御条件を示す説明図である。
【図5】吸気バルブの閉弁時期の変化を示す説明図である。
【図6】従来の制御に対する本実施例の利点を説明する、低・中・高負荷領域における燃費率とトルクとの関係を表す特性線を示す説明図である。
【図7】特に中負荷領域における本実施例と従来制御との燃費率とトルクとの対比を示す説明図である。
【図8】本実施例における、中負荷領域から高負荷領域への移行時における吸気バルブタイミングによる圧縮比の変化、機械圧縮比の変化、実圧縮比の変化の様子を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
10…内燃機関
11…シリンダ
12…シリンダブロック
13…ピストン
14…クランクケース
15…シリンダヘッド
16…吸気ポート
161…吸気バルブ
17…排気ポート
171…排気バルブ
18…吸気管
19…排気管
20…可変圧縮比機構
21…アクチュエータ
25…可変動弁機構
26…アクチュエータ
28…過給器
281…ウェストゲートバルブ
29…インタークーラー
30…吸気制御バルブ
31…昇圧ポンプ
32…点火プラグ
40…制御ユニット
50…アクセル開度センサ
51…速度センサ
52…クランクポジションセンサ
IC…吸気側カム
EC…排気側カム
IJ…燃料噴射弁(インジェクタ)
FD…燃料デリバリパイプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control apparatus for an internal combustion engine including an adjustable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio and a variable valve mechanism capable of changing a valve opening / closing timing of an intake valve.
[0002]
[Prior art]
A variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio of an internal combustion engine according to the operating state of the internal combustion engine has been proposed. Also, a variable valve operating mechanism that mainly changes the valve opening / closing timing of an intake valve according to the operating state of an internal combustion engine has been put to practical use. Further, a supercharging mechanism for supplying compressed intake air into a cylinder of an internal combustion engine has been put to practical use.
[0003]
In order to obtain high efficiency, low fuel consumption, and high output, the operating state of the internal combustion engine is divided into three areas, a low load area, a medium load area, and a high load area. A technique for controlling the operation of a variable valve mechanism and a supercharging mechanism has been proposed (for example, Patent Document 1). In addition, a technique for controlling a variable compression ratio mechanism and a supercharging mechanism in accordance with the load of an internal combustion engine in order to exclusively suppress knocking has been proposed (for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-63-120820 [Patent Document 2]
JP-A-63-150048 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art described above has a problem that the fuel efficiency is not sufficiently improved, particularly in a medium load region. Further, there is a problem that the output torque reaches a peak in a high load region.
[0006]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to improve the fuel efficiency in a medium load region in an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism, a variable valve mechanism, and a supercharging mechanism. . Another object of the present invention is to increase output torque in a high load region in an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism, a variable valve mechanism, and a supercharging mechanism.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention provides a control device for an internal combustion engine having an intake valve for communicating or shutting off the inside of a cylinder of the internal combustion engine and the atmosphere. A control device for an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention includes a variable valve mechanism that changes a valve closing timing of the intake valve, a variable compression ratio mechanism that changes a mechanical compression ratio of the internal combustion engine, A supercharging mechanism that supplies compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine, a required torque detecting unit that detects a required torque for the internal combustion engine, and a case where the detected required torque is in a medium load region. The variable valve mechanism delays the closing timing of the intake valve, the variable compression ratio mechanism increases the mechanical compression ratio of the internal combustion engine, and operates the supercharging mechanism to compress the cylinder into the cylinder of the internal combustion engine. Operation control means for supplying the selected intake air.
[0008]
According to the control device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, when the required torque is in the medium load region, the closing timing of the intake valve is delayed by the variable valve operating mechanism, and the internal combustion engine is controlled by the variable compression ratio mechanism. Since the mechanical compression ratio of the engine is increased and the supercharge mechanism is operated to supply the compressed intake air into the cylinder of the internal combustion engine, the internal combustion engine having the variable compression ratio mechanism, the variable valve mechanism, and the supercharge mechanism Thus, the fuel efficiency in the medium load region can be improved.
[0009]
The control device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention may further include a cooler that lowers the temperature of compressed intake air introduced into the cylinder of the internal combustion engine from the supercharging mechanism. In such a case, since the temperature of the intake air can be kept low even after being compressed in the cylinder, knocking when the supercharger is operated can be further prevented.
[0010]
In the control device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, in the medium load region, a torque that is about 2 of a maximum torque output by the internal combustion engine when the supercharging mechanism is operating is required as a required torque. Load region.
[0011]
In the control device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, when the detected required torque is in a high load region where a load is larger than that in the medium load region, the operation control means may perform the variable operation. The closing timing of the intake valve is advanced by a valve mechanism, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is reduced by the variable compression ratio mechanism, and the intake air compressed into the cylinder of the internal combustion engine by operating the supercharging mechanism May be supplied.
[0012]
According to the control device for the internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, when the required torque is in the high load region where the load is larger than the medium load region, the closing timing of the intake valve is set by the variable valve mechanism. Advance, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is lowered by the variable compression ratio mechanism, and the supercharging mechanism is operated to supply the compressed intake air into the cylinder of the internal combustion engine, so that the variable compression ratio mechanism, the variable valve operating mechanism and In the internal combustion engine including the supercharging mechanism, the output torque in a high load region can be increased.
[0013]
A second aspect of the present invention provides a control device for an internal combustion engine. A control device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention includes a supercharging mechanism, a variable valve mechanism that changes at least a closing timing of an intake valve, and a variable valve mechanism that changes a mechanical compression ratio of the internal combustion engine. A compression ratio mechanism, required torque detecting means for detecting required torque for the internal combustion engine, and closing the intake valve by the variable valve mechanism when the detected required torque is in the first load region. The timing is retarded, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is increased by the variable compression ratio mechanism, the supercharging mechanism is not supercharged, and the detected required torque is higher than the first load region. When the engine is in the second load region, the valve closing timing of the intake valve is retarded by the variable valve mechanism, and the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is increased by the variable compression ratio mechanism. When supercharging is performed by a mechanism, and the detected required torque is in a third load area that is larger than the second load area, the variable valve mechanism advances the valve closing timing of the intake valve. An operation control means for lowering the mechanical compression ratio of the internal combustion engine by the variable compression ratio mechanism and performing supercharging by the supercharging mechanism is provided.
[0014]
According to the control device for the internal combustion engine according to the second aspect of the present invention, when the required torque is in the medium load region, the closing timing of the intake valve is delayed by the variable valve operating mechanism, and the internal combustion engine is controlled by the variable compression ratio mechanism. When the mechanical compression ratio of the engine is increased, the supercharging mechanism is operated to supply the compressed intake air into the cylinder of the internal combustion engine, and when the required torque is in a high load region where the load is larger than the medium load region. Uses a variable valve mechanism to advance the closing timing of the intake valve, a variable compression ratio mechanism to lower the mechanical compression ratio of the internal combustion engine, and activates the supercharging mechanism to reduce the intake air compressed into the cylinder of the internal combustion engine. Let it be supplied. Therefore, in the internal combustion engine including the variable compression ratio mechanism, the variable valve mechanism, and the supercharging mechanism, the fuel efficiency in the medium load region can be improved, and the output torque in the high load region can be increased.
[0015]
In the control device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention, the operation control means keeps the actual compression ratio of the internal combustion engine constant when shifting from the second load range to the third load range. The variable valve mechanism and the variable compression ratio mechanism may be controlled so as to maintain Further, the operation control means advances the valve closing timing of the intake valve by the variable valve operating mechanism and lowers the mechanical compression ratio of the internal combustion engine by the variable compression ratio mechanism, thereby realizing the internal combustion engine. The compression ratio may be kept constant. In such a case, the second load region is substantially expanded, and the fuel efficiency can be improved.
[0016]
A third aspect of the present invention provides a control device for an internal combustion engine having an intake valve for communicating or shutting off the inside of a cylinder of the internal combustion engine and the atmosphere. A control device for an internal combustion engine according to a third aspect of the present invention includes a variable valve mechanism for changing a valve closing timing of the intake valve, a variable compression ratio mechanism for changing a mechanical compression ratio of the internal combustion engine, A supercharging mechanism for supplying compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine, a cooler for reducing a temperature of compressed intake air introduced into the cylinder of the internal combustion engine from the supercharging mechanism, Request torque detecting means for detecting a required torque for the internal combustion engine, wherein the detected required torque requires a torque larger than about one-half the maximum torque output by the internal combustion engine when the supercharging mechanism is operating. In the high load region, the closing timing of the intake valve is advanced by the variable valve operating mechanism, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is reduced by the variable compression ratio mechanism, and the supercharging mechanism is operated. By moving, characterized in that it comprises a driving control means for supplying the intake air compressed into the cylinder of the internal combustion engine.
[0017]
According to the control device for the internal combustion engine according to the third aspect of the present invention, the detected required torque is a torque larger than about の of the maximum torque output by the internal combustion engine during the operation of the supercharging mechanism. When the engine is in the required high load range, the closing timing of the intake valve is advanced by the variable valve operating mechanism, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is reduced by the variable compression ratio mechanism, and the supercharging mechanism is operated to operate the internal combustion engine. The compressed intake air is supplied into the cylinder, and therefore, in the internal combustion engine including the variable compression ratio mechanism, the variable valve mechanism, and the supercharging mechanism, the output torque in a high load region can be increased.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on an embodiment with reference to the drawings.
[0019]
With reference to FIG. 1, a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment.
[0020]
The control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes an in-cylinder injection type internal combustion engine, a control unit for controlling the operation state of the internal combustion engine, and various sensors for detecting the operation state of the internal combustion engine. The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
In the intake-side cam IC (intake-side camshaft), the phase of the intake-side camshaft with respect to the crankshaft is displaced to delay the opening timing and closing timing of the intake valve 161 with respect to the normal timing (advance angle) ( A variable valve mechanism 25 (retarded) is provided. The
[0024]
A branch end of an
[0025]
In the middle of the
[0026]
Each
[0027]
The
[0028]
An internal combustion engine operation control process executed by the internal combustion engine control device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a processing routine executed in the operation control processing of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a map for determining the load region of the
[0029]
The operation control process of the internal combustion engine will be described with reference to FIG. This processing routine is repeatedly executed at predetermined time intervals. The
[0030]
When the
[0031]
As a result, the pumping loss is reduced by the late closing of the intake valve 161 and the mechanical compression ratio is set high, so that the fuel efficiency can be reduced (fuel efficiency can be reduced) as shown in FIG.
[0032]
When the
[0033]
In the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the mechanical compression ratio is set high in the medium load region, the intake valve 161 is closed slowly, and supercharging is performed (this embodiment: L1 in FIG. 6). When the compression ratio is set low, the intake valve 161 is closed early (normal timing), and the supercharging is not executed (conventional control: L2 in FIG. 6), the fuel consumption rate is reduced (fuel consumption reduction). Can be planned. The medium load region is, for example, a load region in which the
[0034]
That is, according to the present embodiment, since the degree of expansion is increased by setting the mechanical compression ratio high, the pressure obtained by combustion of the air-fuel mixture is efficiently transmitted to the piston (reduction of the loss of combustion pressure). ), The fuel efficiency can be improved as compared with the case where the mechanical compression ratio is low. Further, since the intake valve 161 is closed late, as compared with the case where the intake valve 161 is closed at a normal timing (advance angle), the intake air amount is reduced, so that the intake valve 161 is delayed as indicated by a black dot on the characteristic line L1 in FIG. Although only the angular torque can be output, the advanced torque (L2 in FIG. 7) when the valve closing timing of the intake valve 161 is advanced (L2 in FIG. 7) by supplementing the reduced intake air amount by supercharging. The same torque as that of the black spot can be obtained.
[0035]
Generally, when the mechanical compression ratio is high, the occurrence of knocking due to supercharging poses a problem. In this embodiment, however, the closing timing of the intake valve 161 is delayed by delaying the closing timing of the intake valve 161. The compression ratio (compression ratio from when the intake valve 161 is closed until the
[0036]
Therefore, the same torque as that obtained by the conventional control can be obtained with lower fuel consumption.
[0037]
When the
[0038]
When switching from the medium load range to the high load range, the
[0039]
In the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the mechanical compression ratio is set low in the high load region, the intake valve 161 is closed early, and supercharging is performed (this embodiment: L1 in FIG. 6). When the compression ratio is set low, the intake valve 161 is closed slowly (normal timing), and supercharging is performed (conventional control: L2 in FIG. 6), the fuel efficiency is reduced (fuel efficiency is reduced). Greater torque can be obtained.
[0040]
That is, in the conventional control, the valve closing timing of the intake valve 161 is retarded, so that a further output torque is obtained by the supercharger from the retarding torque indicated by the black dot on L3 in FIG. 7 (L3 in FIG. 7). ), The achievable output torque was small. On the other hand, in the present embodiment, as indicated by the characteristic line L4 in FIG. 7, the valve closing timing of the intake valve 161 is advanced (normal timing). It is possible to obtain a torque (middle black spot on the characteristic line L4), and it is possible to obtain a larger torque by using a supercharger.
[0041]
When the execution of the condition corresponding to the load condition ends, the
[0042]
As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the mechanical compression ratio is set high in the medium load region, the intake valve 161 is closed slowly, and supercharging is performed. In comparison, the fuel efficiency in the middle load region can be improved. In the high load range, the mechanical compression ratio is set low, the intake valve 161 is closed early, and supercharging is performed. Therefore, the output torque can be increased at the same fuel efficiency as in the conventional control.
[0043]
Further, according to the control device for the internal combustion engine according to the present embodiment, the actual compression ratio at the time of transition from the medium load region to the high load region is kept constant, so that it is possible to substantially expand the medium load region, The fuel efficiency resulting from the ratio can be improved.
[0044]
-Other examples:
In the above-described embodiment, the cylinder compression / contraction type in which the
[0045]
As described above, the control device for an internal combustion engine according to the present invention has been described based on some examples. However, the above-described embodiment is for facilitating the understanding of the present invention. There is no limitation. The present invention can be modified and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing routine executed in an operation control process of the internal combustion engine in the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a map for determining a load region of the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing load-specific control conditions set according to a determined load area.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in a valve closing timing of an intake valve.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a characteristic line representing a relationship between a fuel consumption rate and a torque in a low, middle, and high load region, illustrating an advantage of the present embodiment over conventional control.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a comparison between fuel efficiency and torque in the present embodiment and the conventional control, particularly in a medium load region.
FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing a change in a compression ratio, a change in a mechanical compression ratio, and a change in an actual compression ratio due to intake valve timing when shifting from a medium load region to a high load region in the present embodiment. It is.
[Explanation of symbols]
FD: Fuel delivery pipe
Claims (8)
前記吸気バルブの閉弁時期を変更する可変動弁機構と、
前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給する過給機構と、
前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記検出された要求トルクが中負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅らせ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を高くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる運転制御手段とを備える内燃機関の運転制御装置。A control device for an internal combustion engine having an intake valve for communicating or shutting off the inside of a cylinder of the internal combustion engine and the atmosphere,
A variable valve mechanism for changing the closing timing of the intake valve;
A variable compression ratio mechanism that changes a mechanical compression ratio of the internal combustion engine,
A supercharging mechanism for supplying compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine,
Required torque detecting means for detecting a required torque for the internal combustion engine,
When the detected required torque is in the middle load range, the closing timing of the intake valve is delayed by the variable valve operating mechanism, and the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is increased by the variable compression ratio mechanism. Operation control means for operating a supercharging mechanism to supply compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine.
前記過給機構より前記内燃機関の気筒内に導入される圧縮された吸入空気の温度を低下させる冷却器を備える内燃機関の制御装置。The control device for an internal combustion engine according to claim 1 further includes:
A control device for an internal combustion engine including a cooler for reducing the temperature of compressed intake air introduced into a cylinder of the internal combustion engine from the supercharging mechanism.
前記運転制御手段は、前記検出された要求トルクが前記中負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進め、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる内燃機関の運転制御装置。The control device for an internal combustion engine according to claim 1,
When the detected required torque is in a high load area where the load is larger than the medium load area, the operation control means advances the valve closing timing of the intake valve by the variable valve mechanism, and An operation control device for an internal combustion engine that lowers a mechanical compression ratio of the internal combustion engine by a ratio mechanism and operates the supercharging mechanism to supply compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine.
過給機構と、
少なくとも吸気バルブの閉弁時期を変更させる可変動弁機構と、
前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更させる可変圧縮比機構と、
前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記検出された要求トルクが第1の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械的な圧縮比を高くし、前記過給機構による過給を行わず、前記検出された要求トルクが前記第1の負荷領域よりも大きい第2の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を高くし、前記過給機構による過給を行い、前記検出された要求トルクが前記第2の負荷領域よりも大きい第3の負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関に機械圧縮比を低くし、前記過給機構による過給を行う運転制御手段とを備える内燃機関の制御装置。A control device for an internal combustion engine,
A supercharging mechanism,
A variable valve mechanism for changing at least the closing timing of the intake valve;
A variable compression ratio mechanism for changing the mechanical compression ratio of the internal combustion engine,
Required torque detecting means for detecting a required torque for the internal combustion engine,
When the detected required torque is in the first load region, the closing timing of the intake valve is retarded by the variable valve operating mechanism, and mechanical compression of the internal combustion engine is performed by the variable compression ratio mechanism. If the detected required torque is in a second load region that is larger than the first load region without increasing the ratio and performing supercharging by the supercharging mechanism, The valve closing timing of the intake valve is retarded, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is increased by the variable compression ratio mechanism, the supercharging is performed by the supercharging mechanism, and the detected required torque is reduced by the second load. When in a third load region that is larger than the region, the valve closing timing of the intake valve is advanced by the variable valve mechanism, and the mechanical compression ratio is reduced by the variable compression ratio mechanism to the internal combustion engine. The supercharging mechanism According control apparatus for an internal combustion engine and a driving control means for performing supercharging.
前記運転制御手段は、前記第2の負荷領域から前記第3の負荷領域へと移行するときには、前記内燃機関の実圧縮比を一定に保つよう前記可変動弁機構および前記可変圧縮比機構を制御する内燃機関の制御装置。The control device for an internal combustion engine according to claim 5,
The operation control means controls the variable valve mechanism and the variable compression ratio mechanism to keep the actual compression ratio of the internal combustion engine constant when shifting from the second load area to the third load area. Control device for an internal combustion engine.
前記運転制御手段は、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くすることによって、前記内燃機関の実圧縮比を一定に保つ内燃機関の制御装置。The control device for an internal combustion engine according to claim 6,
The operation control means advances the valve closing timing of the intake valve by the variable valve mechanism, and lowers the mechanical compression ratio of the internal combustion engine by the variable compression ratio mechanism, thereby realizing the actual compression ratio of the internal combustion engine. Control device for an internal combustion engine that keeps the pressure constant.
前記吸気バルブの閉弁時期を変更する可変動弁機構と、
前記内燃機関の機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給する過給機構と、
前記過給機構より前記内燃機関の気筒内に導入される圧縮された吸入空気の温度を低下させる冷却器と、
前記内燃機関に対する要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記検出された要求トルクが、前記過給機構作動時において前記内燃機関が出力する最大トルクの約1/2のトルクよりも大きなトルクが要求される高負荷領域にある場合には、前記可変動弁機構によって前記吸気バルブの閉弁時期を進め、前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を低くし、前記過給機構を作動させて前記内燃機関の気筒内へ圧縮された吸入空気を供給させる運転制御手段とを備える内燃機関の運転制御装置。A control device for an internal combustion engine having an intake valve for communicating or shutting off the inside of a cylinder of the internal combustion engine and the atmosphere,
A variable valve mechanism for changing the closing timing of the intake valve;
A variable compression ratio mechanism that changes a mechanical compression ratio of the internal combustion engine,
A supercharging mechanism for supplying compressed intake air into a cylinder of the internal combustion engine,
A cooler that lowers the temperature of compressed intake air introduced into the cylinder of the internal combustion engine from the supercharging mechanism;
Required torque detecting means for detecting a required torque for the internal combustion engine,
When the detected required torque is in a high load region in which a torque larger than about ト ル ク of the maximum torque output by the internal combustion engine is required during the operation of the supercharging mechanism, the variable dynamic The closing timing of the intake valve is advanced by a valve mechanism, the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is reduced by the variable compression ratio mechanism, and the intake air compressed into the cylinder of the internal combustion engine by operating the supercharging mechanism An operation control device for an internal combustion engine, the operation control device comprising:
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