JP2004239175A - Control of internal combustion engine when two operation modes different in compression ratio and air fuel ratio are varied - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、圧縮比を変更可能な機構を有する種々の内燃機関が提案されている。圧縮比を高く設定すると、効率よく動力を得ることができるが、ノッキングが発生し易い。このため、圧縮比は、運転条件に応じて変更される。具体的には、内燃機関の負荷が低い場合(すなわちアクセル開度が小さい場合)には、ノッキングが発生し難いため、圧縮比は高く設定される。一方、内燃機関の負荷が高い場合(すなわちアクセル開度が大きい場合)には、ノッキングが発生し易いため、圧縮比は低く設定される。
【0003】
特許文献1では、内燃機関の負荷が低い場合には、高圧縮比かつリーン空燃比(混合気の空燃比が理論空燃比より高い状態)で運転を実行し、内燃機関の負荷が高い場合には、低圧縮比かつリッチ空燃比(混合気の空燃比が理論空燃比より低い状態)で運転を実行する技術が開示されている。高圧縮比かつリーン空燃比で運転を実行する運転モードから低圧縮比かつリッチ空燃比で運転を実行する運転モードへ変更する際には、ノッキングが発生し得る。この技術では、圧縮比の変更と空燃比の変更とを同時にステップ状に実行することによって、ノッキングの発生が抑制されている。また、空燃比が急激に低下(リッチ化)すると出力トルクの急激な増大を招くが、この技術では、空燃比を低下させる同時に、圧縮比をステップ状に低下させることによって、運転モード変更時の出力トルクの段差(変化量)が緩和されている。
【0004】
【特許文献1】
特開昭63−159642号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮比の変更と空燃比の変更とを同時に実行するのは困難である。そして、変更タイミングがずれると、燃焼状態が劣化するという問題がある。具体的には、圧縮比の変更が遅れると、その遅延期間では、高圧縮比かつリッチ空燃比で運転が実行されるため、ノッキングなどの異常燃焼が発生してしまう。また、空燃比の急激な低下に起因する出力トルクの急激な増大は、圧縮比をステップ状に低下させることによって緩和されるが、出力トルクの段差(変化量)は比較的大きいという問題がある。
【0006】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、運転モードを変更する際におけるノッキングなどの異常燃焼の発生と出力トルクの急激な増大とを抑制することのできる技術を提供す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その作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
弁を含み、前記弁の動作を調整することによって前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能な可変動弁系と、
前記燃焼室に燃料を供給するための燃料供給部と、
前記内燃機関の運転条件を検出し、検出結果に応じて前記圧縮比変更部と前記可変動弁系と前記燃料供給部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記内燃機関は、比較的高い圧縮比かつ比較的高い空燃比で運転を実行する第1の運転モードと、比較的低い圧縮比かつ比較的低い空燃比で運転を実行する第2の運転モードと、を有し、
前記制御部は、
前記検出結果に応じて前記第1の運転モードから前記第2の運転モードへ変更する場合に、
(i)少なくとも前記可変動弁系を制御して、運転モード変更期間の始期における吸入空気量が運転モード変更前の吸入空気量よりも小さくなるように、前記弁の動作を調整し、この結果、運転モード変更期間の始期において、空燃比をステップ状に低下させ、
(ii)空燃比低下後の運転モード変更期間中に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を次第に低下させ、この際、前記可変動弁系を制御して、吸入空気量が次第に増大するように、前記弁の動作を調整すると共に、前記燃料供給部を制御して、燃料供給量を次第に増大させることを特徴とする。
【0008】
この装置では、第1の運転モードから第2の運転モードへ変更する場合には、まず、運転モード変更期間の始期において空燃比をステップ状に低下させる。このため、運転モード変更期間の始期では、圧縮比が比較的高い状態に維持され、かつ、空燃比が低下した状態で運転が実行される。しかしながら、空燃比の変更は、吸入空気量を低下させることによって実現されているため、運転モード変更期間の始期における混合気量は比較的小さい。この結果、運転モード変更期間の始期において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することができると共に、出力トルクの急激な増大を抑制することができる。そして、その後の運転モード変更期間中に、圧縮比が次第に変更される。このとき、吸入空気量および燃料供給量が次第に増大するため、混合気量が次第に増大する。この結果、運転モード変更期間中において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することができると共に、出力トルクを次第に増大させることができる。
【0009】
ここで、前記比較的高い空燃比は、理論空燃比よりも大きく設定されており、前記比較的低い空燃比は、理論空燃比とほぼ等しく設定されていることが好ましい。
【0010】
こうすれば、第1の運転モードでは、燃料消費率を向上させることができ、第2の運転モードでは、出力トルクを向上させることができる。
【0011】
上記の装置において、
前記弁は、吸気弁であり、
前記制御部は、前記吸気弁の閉タイミングを変更することによって、実圧縮比を変更可能であり、
運転モード変更期間の始期における実圧縮比は、運転モード変更前の実圧縮比よりも低く設定され、
運転モード変更期間中における実圧縮比は、圧縮比の低下に伴って、次第に増大するように設定されることが好ましい。
【0012】
ここで、実圧縮比とは、吸気弁の閉タイミングにおける燃焼室の容積と、燃焼室の最小容積と、の比である。
【0013】
このように実圧縮比を変更すれば、運転モード変更期間の始期において、吸入空気量を低下させることができ、その後の運転モード変更期間中において、吸入空気量を次第に増大させることができる。また、燃焼室内の混合気が強い圧縮を受けずに済むため、運転モード変更期間におけるノッキングを確実に抑制することができる。
【0014】
なお、この発明は、内燃機関、内燃機関を搭載した移動体、内燃機関を制御するための制御装置および制御方法、制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
A.エンジンの構成:
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は、ガソリンエンジン100の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例のエンジンは車両に搭載されている。
【0016】
エンジン100は、エンジン本体10を備えており、エンジン本体10は、シリンダヘッド20とシリンダブロック30とを備えている。
【0017】
シリンダブロック30は、シリンダとして機能する上部ブロック31と、クランクケースとして機能する下部ブロック32と、を含んでいる。シリンダ内には、上下に往復運動するピストン41が設けられており、クランクケース内には、回転運動するクランクシャフト43が設けられている。ピストン41とクランクシャフト43とは、コネクティングロッド42を介して接続されている。この構成によって、ピストン41の往復運動とクランクシャフト43の回転運動との変換が行われる。なお、シリンダヘッド20とシリンダブロック30とピストン41とで囲まれた領域は、燃焼室を形成する。
【0018】
また、上部ブロック31と下部ブロック32との間には、上部ブロック31を下部ブロック32に対して上下方向に移動させるためのアクチュエータ33が設けられている。上部ブロック31を上方に移動させると、シリンダヘッド20も上方に移動する。このとき、燃焼室の容積が大きくなるため、圧縮比は小さくなる。逆に、上部ブロック31を下方に移動させると、シリンダヘッド20も下方に移動する。このとき、燃焼室の容積が小さくなるため、圧縮比は大きくなる。なお、圧縮比は、ピストンが下死点に位置するときの燃焼室の最大容積Vbとピストンが上死点に位置するときの燃焼室の最小容積Vtとを用いて、Vb/Vtで表される。
【0019】
シリンダヘッド20には、吸気ポート23と排気ポート24とが形成されている。吸気ポート23には、吸気弁21が配置されており、排気ポート24には、排気弁22が配置されている。吸気弁21と排気弁22とは、それぞれ、ピストン41の往復運動に応じて動作する動弁機構(カム機構)25,26によって駆動される。なお、吸気弁21を駆動する動弁機構25は、可変動弁機構である。
【0020】
吸気ポート23には、吸気管50が接続されており、排気ポート24には、排気管58が接続されている。吸気管50には、スロットル弁52と燃料噴射弁55とが設けられている。吸気管50の上流側からはエアクリーナ51を介して空気が供給される。電動アクチュエータ53によって制御されるスロットル弁52は、燃焼室に導かれる空気量を調整する。燃料噴射弁55は、図示しない燃料ポンプから供給される燃料(ガソリン)を吸気ポート23内に噴射する。これにより、空気と燃料との混合気が生成される。混合気は、燃焼室内に供給された後、点火プラグ27が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、燃焼室から排出される。
【0021】
また、エンジン100は、エンジン全体を制御するための電子制御ユニット(ECU:electrical control unit )60を備えている。ECU60は、バスで互いに接続されたCPUとROMとRAMと入出力回路とを備えている。ECU60には、クランクシャフト43に設けられたクランク角センサ61や、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ62、吸気管50に設けられた吸気圧センサ56などが接続されている。そして、ECU60は、これらの検出結果に基づいて、アクチュエータ33や、可変動弁機構25、点火プラグ27、燃料噴射弁55などを制御する。
【0022】
なお、本実施例におけるエンジン本体10が本発明における圧縮比変更部に相当する。また、吸気弁21と可変動弁機構25とが本発明における可変動弁系に相当し、燃料噴射弁55が本発明における燃料供給部に相当する。さらに、ECU60とクランク角センサ61とアクセル開度センサ62とが本発明における制御部に相当する。
【0023】
B.エンジンの制御:
図2は、エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。なお、ECU60は、ステップS101,S102の処理を繰り返し実行する。
【0024】
ステップS101では、エンジンの運転条件が検出される。具体的には、ECU60は、運転条件として、エンジン回転数と要求トルクとを検出する。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ61の検出結果に基づいて決定され、要求トルクは、アクセル開度センサ62の検出結果に基づいて決定される。
【0025】
ステップS102では、ステップS101で検出された運転条件に基づいて、種々の制御が実行される。
【0026】
ステップS102aでは、圧縮比の制御が実行される。具体的には、ECU60は、検出された運転条件(エンジン回転数および要求トルク)に基づいて、目標圧縮比を決定する。また、ECU60は、アクチュエータ33を駆動させることによって、エンジンの圧縮比を目標圧縮比に設定する。
【0027】
ステップS102bでは、空燃比の制御が実行される。具体的には、ECU60は、検出された運転条件(エンジン回転数および要求トルク)に基づいて、目標空燃比を決定する。
【0028】
空燃比の制御には、吸気弁の動作の制御(ステップS102b1)と、燃料噴射の制御(ステップS102b2)と、が含まれている。吸気弁の動作の制御は、燃焼室に吸入される吸入空気量を調整するために実行される。具体的には、ECU60は、可変動弁機構25を制御して吸気弁21の動作を調整し、この結果、燃焼室内に実際に吸入される吸入空気量が調整される。ここで、「吸入空気量」とは、圧縮行程において、燃焼室内で圧縮を受ける空気量を意味している。なお、吸気弁の動作の制御については、さらに後述する。
【0029】
吸入空気量は、吸気圧センサ56の検出結果に基づいて求められる。そして、目標空燃比と吸入空気量とに基づいて、燃料供給量が決定される。本実施例では、単位時間あたりの燃料噴射量と燃料噴射終了時期とは予め定められている。このため、燃料供給量は、燃料噴射開始時期を調整することによって、変更される。燃料噴射弁55による燃料噴射は、クランク角センサ61からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【0030】
ところで、上記の目標圧縮比と目標空燃比とは、ECU60のROM内に格納されたマップを用いて決定されている。図3は、運転条件に応じた目標圧縮比および目標空燃比を示すマップを模式的に示す説明図である。図示するように、本実施例では、要求トルクが比較的小さい条件では、目標圧縮比は比較的高い値に設定され、目標空燃比は比較的高い値(リーン空燃比)に設定される(第1の運転モード)。また、要求トルクが比較的大きい条件では、目標圧縮比は比較的低い値に設定され、目標空燃比は比較的低い値(理論空燃比)に設定される(第2の運転モード)。
【0031】
図3のマップを用いれば、ノッキングの発生を抑制しつつ、比較的高い圧縮比での運転を実行することが可能となる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には、ノッキングが発生し易い。ノッキングの発生は、圧縮比を低くすることによって抑制可能である。このため、図3のマップでは、エンジン負荷が高い場合には、目標圧縮比が低く設定されている。また、図3のマップを用いれば、エンジン負荷が低い場合にはリーン空燃比で運転が実行されるため、燃料消費率を向上させることができる。逆に、エンジン負荷が高い場合には理論空燃比で運転が実行されるため、出力トルクを向上させることができる。
【0032】
ステップS102c(図2)では、検出された運転条件に応じて点火時期の制御が実行される。本実施例では、点火時期は、ECU60のROM内に格納された運転条件に応じた目標点火時期を示すマップを用いて決定される。点火プラグ27による点火は、クランク角センサ61からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【0033】
C.運転モード変更時の制御:
ところで、第1の運転モードから第2の運転モードへ変更する場合には、ノッキングなどの異常燃焼が発生し得る。このため、本実施例では、運転モード変更時におけるノッキングの発生を抑制できるように工夫している。ただし、以下では、本実施例における運転モード変更時の制御内容の説明に先行して、比較例における制御内容を説明する。
【0034】
図4は、比較例における運転モード変更時の制御内容を模式的に示す説明図である。この制御は、例えば、図3のマップにおいて、要求トルクが増大し、運転条件が点Caから点Ccに変化したときに実行される。
【0035】
図4(a)は、要求トルクの変化を示している。図4(b)は、混合気の空燃比の変化を示しており、図4(c),(d)は、それぞれ、吸入空気量の変化と燃料供給量の変化とを示している。図4(e)は、圧縮比の変化を示している。図4(f)は、出力トルクの変化を示している。
【0036】
図4(a)に示すように、要求トルクが比較的小さい期間Taでは、図4(b),(e)に示すように、空燃比は比較的高い値(リーン空燃比)に設定されており、圧縮比は比較的高い値に設定されている。すなわち、期間Taでは、図3に示す第1の運転モードで運転が実行されている。要求トルクが時刻t1で急激に増大すると、空燃比と圧縮比とは、ステップ状に変更される。具体的には、要求トルクが比較的大きい期間Tcでは、空燃比は比較的低い値(理論空燃比)に設定されており、圧縮比は比較的低い値に設定されている。すなわち、期間Tcでは、図3に示す第2の運転モードで運転が実行されている。
【0037】
なお、図4(b)に示すように、空燃比をステップ状に変更するのは、窒素酸化物(NOx)の排出を抑制するためである。すなわち、NOxの排出量は、空燃比が理論空燃比よりもやや高いとき(空燃比が約16のとき)に最大となる。このため、本実施例では、リーン空燃比(例えば約22)から理論空燃比(約14.7)へステップ状に変更されている。また、空燃比が理論空燃比に設定されたときに比較的高い圧縮比で燃焼が行われると、ノッキングが発生する。このため、比較例では、空燃比をステップ状に変更するのと同時に、圧縮比をステップ状に低下させている。
【0038】
要求トルクが急激に大きくなると、スロットル開度も急激に大きくなる(図4(a))。このとき、図4(c)に示すように、吸入空気量も急激に増大する。そして、運転モード変更後の空燃比(すなわち理論空燃比)を実現するために、図4(d)に示すように燃料供給量が急激に増大する。この結果、図4(f)に示すように、出力トルクが急激に増大する。
【0039】
比較例では、空燃比と圧縮比とが同時にステップ状に変更されるため、ノッキングの発生を抑制することが可能となっている。しかしながら、空燃比をステップ状に変更することによって、出力トルクが急激に増大し、この結果、ドライバビリティが損なわれる。なお、比較例では、空燃比の急激な低下(リッチ化)に起因する出力トルクの急激な増大は、空燃比の変更と同時に圧縮比をステップ状に低下させることによって、やや緩和されている。しかしながら、依然、出力トルクの段差(変化量)は、比較的大きい。
【0040】
ところで、比較例では、空燃比と圧縮比とが同時にステップ状に変更されているが、このような変更は、通常、困難である。すなわち、空燃比と圧縮比との変更タイミングは、通常、ずれる。そして、この場合には、正常な燃焼を維持することが困難となる。
【0041】
具体的には、圧縮比の変更が遅れる場合には、その遅延期間において、高圧縮比かつ理論空燃比で燃焼が行われるため、ノッキングなどの異常燃焼が発生してしまう。なお、ノッキングの発生は、点火時期を大幅に遅角させることによって抑制可能であるが、燃料消費率が悪化してしまう。逆に、空燃比の変更が遅れる場合には、その遅延期間において、低圧縮比かつリーン空燃比で燃焼が行われるため、失火やエミッションの悪化を招いてしまう。
【0042】
なお、圧縮比を迅速に変更することは、通常、困難である。大型のアクチュエータを用いれば、運転条件の変化に伴って、圧縮比を迅速に変更することができる。しかしながら、大型のアクチュエータを駆動するためには、大きなエネルギが必要となり、この結果、燃料消費率が悪化してしまう。
【0043】
そこで、本実施例では、運転モードを変更する際の手順を工夫することによって、ノッキングなどの異常燃焼の発生と出力トルクの急激な増大とを抑制している。具体的には、運転モードを変更する際に、圧縮比を比較的長い期間を経て変化させると共に、吸気弁の動作を工夫することによって吸入空気量を調整している。
【0044】
なお、本実施例では、吸入空気量の調整は、吸気弁の位相を変更することによって実現される。この説明から分かるように、本実施例の可変動弁機構25は、可変バルブタイミング方式を採用している。この方式では、カムの位相を変更することによって、吸気弁21の開閉タイミングが変更される。
【0045】
図5は、本実施例における運転モード変更時の処理手順を示すフローチャートである。ただし、図5は、運転モード変更時におけるステップS102(図2)の具体的な処理を、空燃比および圧縮比の変更に注目して示している。すなわち、図5の処理は、図2のステップS101において要求トルクの増大が検出され、ステップS102において運転モードを変更する場合に実行される。
【0046】
図6は、本実施例における運転モード変更時の制御内容を模式的に示す説明図である。図6(a)〜(f)は、それぞれ図4(a)〜(f)に対応する。図6(g)は、吸気弁の位相の変化を示している。なお、図6(a),(b)は図4(a),(b)と同じである。
【0047】
図5のステップS201では、まず、混合気の空燃比が、リーン空燃比から理論空燃比へステップ状に変更される。これは、図6(g)に示すように、吸気弁の位相をステップ状に遅角側に変更することによって実現される。具体的には、吸気弁の位相を変更することによって、吸入空気量がステップ状に低下し(図6(c))、この結果、混合気の空燃比が理論空燃比に設定される。すなわち、本実施例では、空燃比の変更時には、図6(d)に示すように燃料供給量は変更されていない。また、空燃比の変更時には、図6(e)に示すように圧縮比も変更されていない。このため、空燃比の変更直後には、比較的高い高圧縮比かつ理論空燃比で燃焼が実行されることになる。しかしながら、このとき、吸入空気量の低下に伴って、混合気量が低下している。このため、空燃比の変更時において、ノッキングなどの異常燃焼の発生と、空燃比の急激な低下に伴う出力トルクの急激な増大とが、抑制される。
【0048】
図5のステップS202では、図6(e)に示すように、圧縮比を次第に低下させる。また、ステップS203では、混合気量を次第に増大させる。具体的には、吸気弁の位相を次第に進角側へシフトさせることによって(図6(g))、吸入空気量を次第に増大させる(図6(c))。そして、混合気の空燃比が理論空燃比に維持されるように、燃料供給量を次第に増大させる(図6(d))。このように、混合気の空燃比が理論空燃比に維持されたまま、圧縮比を次第に低下させると共に混合気量を次第に増大させれば、圧縮比の変更期間中において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することができると共に、出力トルクを次第に増大させることができる(図6(f))。
【0049】
本実施例では、ステップS202,S203の処理は、ほぼ同時に終了するように設定されている。具体的には、ステップS202の処理は、圧縮比が所定期間Tbを経て目標圧縮比に到達するように、実行される。また、ステップS203の処理は、吸気弁の位相が所定期間Tbを経て運転モード変更前の位相に戻るように、実行される。所定期間Tbは、例えば、要求トルクの単位時間あたりの変化量に基づいて決定されていればよい。すなわち、該変化量が比較的大きい程、要求トルクが比較的迅速に増大していると判断できるため、所定期間を比較的短く設定すればよい。あるいは、所定期間Tbは、要求トルクの単位時間あたりの変化量に関わらず、一定の期間に設定されていてもよい。
【0050】
なお、期間Tbにおける点火時期の制御は、現行圧縮比に適したタイミングで実行されることが好ましい。期間Tbにおける現行圧縮比は、例えば、アクチュエータ33に対する制御量から求められる。
【0051】
図7は、図6の各期間Ta,Tb,Tcにおける吸気弁の具体的な動作を示す説明図である。なお、図7では、吸気弁21の動作と共に、排気弁22の動作も示されている。リフト量の変化から分かるように、排気弁22は、排気行程において開状態に設定され、吸気弁21は、吸入行程において開状態に設定される。期間Taにおける吸気弁の動作は曲線V1aで表され、期間Tcにおける吸気弁の動作は曲線V1cで表される。なお、曲線V1aと曲線V1cとは、同じである。そして、期間Tbにおける吸気弁の動作は、曲線V1bで表される。具体的には、期間Tbにおける吸気弁の位相は、まず、曲線V1aからステップ状に遅角側に変更され、その後に、次第に進角側に変更されて曲線V1cに至る。
【0052】
図示するように、各期間Ta,Tb,Tcにおける作動角(すなわち吸気弁が開いている期間)は等しく設定されているが、期間Ta,Tcにおける開閉タイミングと期間Tbにおける開閉タイミングとは異なっている。より具体的には、期間Tbでは、吸気弁の開閉タイミングは、期間Ta,Tcにおける開閉タイミングよりも遅角側に設定されている。このとき、期間Tbにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差は、期間Ta,Tcにおける吸気弁の閉タイミングと下死点との角度差よりも、大きく設定される。すなわち、図7に示すように吸気弁の位相を変更することによって、期間Tbにおける実圧縮比を、期間Ta,Tcにおける実圧縮比よりも低く設定することができる。なお、実圧縮比は、吸気弁の閉タイミングを基準とする容積比を意味しており、吸気弁の閉タイミングにおける燃焼室の容積Vmと、ピストンが上死点に位置するときの燃焼室の最小容積Vtとを用いて、Vm/Vtで表される。
【0053】
上記のように吸気弁の位相を変更することによって、換言すれば、実圧縮比を変更することによって、期間Tb,Tcにおけるスロットル開度が同じであるにも関わらず(図6(a))、期間Tbの始期における吸入空気量を、期間Taにおける吸入空気量よりも小さく設定することができると共に、期間Tbにおいて、吸入空気量を次第に増大させることができる(図6(c))。また、期間Tbにおける実圧縮比は比較的低く設定されるため、圧縮行程において燃焼室内の混合気が強い圧縮を受けずに済む。これにより、期間Tbにおいて発生し得るノッキングなどの異常燃焼をより確実に抑制することが可能となる。
【0054】
以上説明したように、本実施例の構成を採用すれば、運転モード変更期間の始期において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することができると共に、出力トルクの急激な増大を抑制することができる。また、空燃比低下後の運転モード変更期間中において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することができると共に、出力トルクを次第に増大させることができる。
【0055】
なお、本実施例では、期間Taにおける吸気弁の位相と期間Tcにおける吸気弁の位相とは、ほぼ同じ位相に設定されているが、異なる位相に設定されていてもよい。
【0056】
また、本実施例では、期間Tbにおいて、吸気弁21の位相を遅角側にシフトさせることによって実圧縮比を低下させているが、これに代えて、吸気弁の位相を進角側にシフトさせることによって、より具体的には、吸気弁の閉タイミングを下死点よりも前に設定することによって、実圧縮比を低下させるようにしてもよい。
【0057】
一般には、吸気弁の閉タイミングを変更することによって、運転モード変更期間の始期における実圧縮比を運転モード変更前の実圧縮比よりも低く設定し、運転モード変更期間中における実圧縮比を、圧縮比の低下に伴って、次第に増大するように設定すればよい。
【0058】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0059】
(1)上記実施例では、空燃比低下後の運転モード変更期間中における圧縮比の変更および混合気量の変更(図5のステップS202,S203)は、ほぼ同時に終了するように設定されているが、2つの処理の終了時期は、ずれていてもよい。ただし、上記実施例のようにすれば、空燃比低下後の運転モード変更期間中において、ノッキングなどの異常燃焼の発生を確実に抑制することができると共に、出力トルクを滑らかに増大させることができるという利点がある。
【0060】
一般には、空燃比をステップ状に低下させた後の運転モード変更期間中において、圧縮比を次第に低下させると共に、吸入空気量および燃料供給量を次第に増大させればよい。
【0061】
(2)上記実施例では、運転モード変更期間の始期における空燃比の変更は、吸入空気量のみを変更することによって実現されているが、これに代えて、吸入空気量と共に燃料供給量を変更するようにしてもよい。例えば、運転モード変更期間の始期において、吸入空気量の変化量(低下量)をやや小さく設定すると共に、燃料供給量をやや増大させるようにしてもよい。逆に、運転モード変更期間の始期において、吸入空気量の変化量(低下量)をやや大きく設定すると共に、燃料供給量をやや低下させるようにしてもよい。このようにしても、運転モード変更期間の始期において、空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ変更することができる。ただし、上記実施例のようにすれば、ノッキングなどの異常燃焼の発生や、出力トルクの急激な増大をより抑制することができるという利点がある。
【0062】
また、上記実施例では、空燃比は、運転モード変更期間の始期において、リーン空燃比から理論空燃比へステップ状に変更され、その後、理論空燃比のまま維持されている。しかしながら、これに代えて、空燃比をステップ状に低下させた後の運転モード変更期間中に、空燃比を次第に変更するようにしてもよい。例えば、運転モード変更期間の始期において、空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へステップ状に変更し、その後の運転モード変更期間中において、空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比へ次第に変更するようにしてもよい。
【0063】
一般には、運転モード変更期間の始期において、少なくとも吸入空気量を調整することによって、空燃比をステップ状に低下させればよい。
【0064】
(3)上記実施例では、圧縮比は予め定められた2つの値(図3)のうちのいずれかに設定可能であるが、予め定められた3つ以上の値のうちのいずれかに設定可能であってもよい。また、圧縮比は、予め定められた最大値と最小値との間で連続的に設定可能であってもよい。
【0065】
また、上記実施例では、第2の運転モードの空燃比は理論空燃比に設定されているが、これに代えて、例えば、リッチ空燃比に設定されていてもよい。
【0066】
一般には、内燃機関は、比較的高い圧縮比かつ比較的高い空燃比で運転を実行する第1の運転モードと、比較的低い圧縮比かつ比較的低い空燃比で運転を実行する第2の運転モードと、を有していればよい。
【0067】
(4)上記実施例では、圧縮比は、上部ブロック31を下部ブロック32に対して上下方向に移動させることによって変更されているが、他の方法で変更されてもよい。
【0068】
一般には、圧縮比変更部は、燃焼室を含み、燃焼室の容積を変更することによって、より具体的には、燃焼室の最大容積と最小容積とのうちの少なくとも一方を変更することによって、圧縮比を変更すればよい。
【0069】
(5)上記実施例の可変動弁機構25は、カムの位相を変更可能な可変バルブタイミング方式を採用しているが、他の方式を採用するようにしてもよい。例えば、カムの位相およびリフト量を変更可能な可変バルブタイミング・リフト方式や、カムのリフト量のみを変更可能な可変バルブリフト方式、カムの作動角のみを変更可能な可変バルブ作動角方式などを採用可能である。
【0070】
また、上記実施例では、吸気弁の動作は、カムを有する可変動弁機構によって制御されているが、これに代えて、ソレノイドコイルを有する電磁駆動機構によって制御されていてもよい。こうすれば、吸気弁の位相や、リフト量、作動角などを任意に変更することができるという利点がある。
【0071】
また、上記実施例では、吸気弁の動作を変更することによって、吸入空気量が調整されているが、これに代えて、あるいは、これと共に、排気弁の動作を変更することによって、吸入空気量が調整されるようにしてもよい。
【0072】
一般には、可変動弁系は、弁を含み、弁の動作を調整することによって燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能であればよい。
【0073】
(6)上記実施例では、エンジンは車両に搭載されているが、船舶などの移動体に搭載されていてもよい。また、定置式の装置に搭載されていてもよい。
【0074】
一般には、本発明は、圧縮比変更部を備える内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガソリンエンジン100の概略構成を示す説明図である。
【図2】エンジンの制御の概要を示すフローチャートである。
【図3】運転条件に応じた目標圧縮比および目標空燃比を示すマップを模式的に示す説明図である。
【図4】比較例における運転モード変更時の制御内容を模式的に示す説明図である。
【図5】本実施例における運転モード変更時の処理手順を示すフローチャートである。
【図6】本実施例における運転モード変更時の制御内容を模式的に示す説明図である。
【図7】図6の各期間Ta,Tb,Tcにおける吸気弁の具体的な動作を示す説明図である。
【符号の説明】
10…エンジン本体
20…シリンダヘッド
21…吸気弁
22…排気弁
23…吸気ポート
24…排気ポート
25…可変動弁機構
26…動弁機構
27…点火プラグ
30…シリンダブロック
31…上部ブロック
32…下部ブロック
33…アクチュエータ
41…ピストン
42…コネクティングロッド
43…クランクシャフト
50…吸気管
51…エアクリーナ
52…スロットル弁
53…電動アクチュエータ
55…燃料噴射弁
56…吸気圧センサ
58…排気管
60…ECU
61…クランク角センサ
62…アクセル開度センサ
100…エンジン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine capable of changing a compression ratio.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various internal combustion engines having a mechanism capable of changing a compression ratio have been proposed. When the compression ratio is set high, power can be efficiently obtained, but knocking is likely to occur. Therefore, the compression ratio is changed according to the operating conditions. Specifically, when the load on the internal combustion engine is low (that is, when the accelerator opening is small), knocking is unlikely to occur, so the compression ratio is set to a high value. On the other hand, when the load of the internal combustion engine is high (that is, when the accelerator opening is large), knocking is likely to occur, so the compression ratio is set low.
[0003]
According to
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-63-159642 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to simultaneously change the compression ratio and change the air-fuel ratio. If the change timing is shifted, there is a problem that the combustion state deteriorates. Specifically, if the change of the compression ratio is delayed, the operation is performed at a high compression ratio and a rich air-fuel ratio during the delay period, so that abnormal combustion such as knocking occurs. Further, a sharp increase in the output torque caused by a sharp decrease in the air-fuel ratio is mitigated by decreasing the compression ratio in a stepwise manner, but there is a problem that the step (change amount) of the output torque is relatively large. .
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems in the related art, and is a technique capable of suppressing occurrence of abnormal combustion such as knocking and a sharp increase in output torque when changing operation modes. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
To solve at least part of the above-mentioned problems, an apparatus according to the present invention is an internal combustion engine,
Including a combustion chamber, a compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber,
A variable valve train that includes a valve and that can adjust the amount of intake air drawn into the combustion chamber by adjusting the operation of the valve;
A fuel supply unit for supplying fuel to the combustion chamber,
A control unit for detecting operating conditions of the internal combustion engine, and controlling the compression ratio changing unit, the variable valve system, and the fuel supply unit according to the detection result,
With
The internal combustion engine has a first operation mode in which operation is performed at a relatively high compression ratio and a relatively high air-fuel ratio, and a second operation mode in which operation is performed at a relatively low compression ratio and a relatively low air-fuel ratio. , And
The control unit includes:
When changing from the first operation mode to the second operation mode according to the detection result,
(I) controlling at least the variable valve system so as to adjust the operation of the valve so that the intake air amount at the beginning of the operation mode change period is smaller than the intake air amount before the operation mode change period; At the beginning of the operation mode change period, the air-fuel ratio is reduced stepwise,
(Ii) During the operation mode change period after the air-fuel ratio decreases, the compression ratio changing unit is controlled to gradually reduce the compression ratio. At this time, the variable valve system is controlled to gradually increase the intake air amount. The operation of the valve is adjusted so as to increase, and the fuel supply unit is controlled to gradually increase the fuel supply amount.
[0008]
In this device, when changing from the first operation mode to the second operation mode, first, the air-fuel ratio is reduced stepwise at the beginning of the operation mode change period. Therefore, at the beginning of the operation mode change period, the operation is performed with the compression ratio maintained at a relatively high state and the air-fuel ratio lowered. However, since the change of the air-fuel ratio is realized by reducing the intake air amount, the air-fuel mixture amount at the beginning of the operation mode change period is relatively small. As a result, at the beginning of the operation mode change period, the occurrence of abnormal combustion such as knocking can be suppressed, and the sudden increase in output torque can be suppressed. Then, during the subsequent operation mode change period, the compression ratio is gradually changed. At this time, the intake air amount and the fuel supply amount gradually increase, so that the air-fuel mixture amount gradually increases. As a result, during the operation mode change period, the occurrence of abnormal combustion such as knocking can be suppressed, and the output torque can be gradually increased.
[0009]
Here, it is preferable that the relatively high air-fuel ratio is set larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and the relatively low air-fuel ratio is set substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0010]
In this way, the fuel consumption rate can be improved in the first operation mode, and the output torque can be improved in the second operation mode.
[0011]
In the above device,
The valve is an intake valve;
The control unit can change the actual compression ratio by changing the closing timing of the intake valve,
The actual compression ratio at the beginning of the operation mode change period is set lower than the actual compression ratio before the operation mode change,
The actual compression ratio during the operation mode change period is preferably set so as to gradually increase as the compression ratio decreases.
[0012]
Here, the actual compression ratio is a ratio between the volume of the combustion chamber at the timing of closing the intake valve and the minimum volume of the combustion chamber.
[0013]
By changing the actual compression ratio in this manner, the intake air amount can be reduced at the beginning of the operation mode change period, and the intake air amount can be gradually increased during the subsequent operation mode change period. Further, since the air-fuel mixture in the combustion chamber does not need to be strongly compressed, knocking during the operation mode change period can be reliably suppressed.
[0014]
The present invention relates to an internal combustion engine, a moving object equipped with the internal combustion engine, a control device and a control method for controlling the internal combustion engine, a computer program for realizing the functions of the control device, and a recording medium storing the computer program , Including the computer program, a data signal embodied in a carrier wave, and the like.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A. Engine configuration:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
An
[0019]
An
[0020]
An
[0021]
Further, the
[0022]
Note that the
[0023]
B. Engine control:
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of control of the engine. Note that the
[0024]
In step S101, operating conditions of the engine are detected. Specifically, the
[0025]
In step S102, various controls are executed based on the operating conditions detected in step S101.
[0026]
In step S102a, control of the compression ratio is executed. Specifically, the
[0027]
In step S102b, control of the air-fuel ratio is performed. Specifically, the
[0028]
The control of the air-fuel ratio includes control of the operation of the intake valve (step S102b1) and control of the fuel injection (step S102b2). The control of the operation of the intake valve is executed to adjust the amount of intake air taken into the combustion chamber. Specifically, the
[0029]
The intake air amount is obtained based on the detection result of the
[0030]
Incidentally, the target compression ratio and the target air-fuel ratio are determined using a map stored in the ROM of the
[0031]
By using the map of FIG. 3, it is possible to execute the operation at a relatively high compression ratio while suppressing the occurrence of knocking. That is, when the engine load is high, knocking is likely to occur. The occurrence of knocking can be suppressed by lowering the compression ratio. For this reason, in the map of FIG. 3, when the engine load is high, the target compression ratio is set low. In addition, when the map in FIG. 3 is used, when the engine load is low, the operation is performed at the lean air-fuel ratio, so that the fuel consumption rate can be improved. Conversely, when the engine load is high, the operation is performed at the stoichiometric air-fuel ratio, so that the output torque can be improved.
[0032]
In step S102c (FIG. 2), control of the ignition timing is executed according to the detected operating condition. In the present embodiment, the ignition timing is determined using a map indicating a target ignition timing according to the operating conditions stored in the ROM of the
[0033]
C. Control when changing operation mode:
By the way, when changing from the first operation mode to the second operation mode, abnormal combustion such as knocking may occur. For this reason, the present embodiment is devised so as to suppress the occurrence of knocking when the operation mode is changed. However, in the following, prior to the description of the control content when the operation mode is changed in the present embodiment, the control content in the comparative example will be described.
[0034]
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing control contents when the operation mode is changed in the comparative example. This control is executed, for example, when the required torque increases in the map of FIG. 3 and the operating condition changes from the point Ca to the point Cc.
[0035]
FIG. 4A illustrates a change in the required torque. FIG. 4B shows a change in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, and FIGS. 4C and 4D show a change in the intake air amount and a change in the fuel supply amount, respectively. FIG. 4E shows a change in the compression ratio. FIG. 4F shows a change in the output torque.
[0036]
As shown in FIG. 4A, during a period Ta in which the required torque is relatively small, the air-fuel ratio is set to a relatively high value (lean air-fuel ratio) as shown in FIGS. 4B and 4E. Therefore, the compression ratio is set to a relatively high value. That is, in the period Ta, the operation is performed in the first operation mode shown in FIG. When the required torque sharply increases at time t1, the air-fuel ratio and the compression ratio are changed in a step-like manner. Specifically, during a period Tc where the required torque is relatively large, the air-fuel ratio is set to a relatively low value (theoretical air-fuel ratio), and the compression ratio is set to a relatively low value. That is, in the period Tc, the operation is performed in the second operation mode shown in FIG.
[0037]
The reason why the air-fuel ratio is changed stepwise as shown in FIG. 4B is to suppress the emission of nitrogen oxides (NOx). That is, the emission amount of NOx becomes maximum when the air-fuel ratio is slightly higher than the stoichiometric air-fuel ratio (when the air-fuel ratio is about 16). Therefore, in this embodiment, the air-fuel ratio is changed stepwise from a lean air-fuel ratio (for example, about 22) to a stoichiometric air-fuel ratio (about 14.7). When combustion is performed at a relatively high compression ratio when the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, knocking occurs. For this reason, in the comparative example, the air-fuel ratio is changed stepwise, and at the same time, the compression ratio is reduced stepwise.
[0038]
When the required torque rapidly increases, the throttle opening also rapidly increases (FIG. 4A). At this time, as shown in FIG. 4C, the amount of intake air also increases rapidly. Then, in order to realize the air-fuel ratio after changing the operation mode (that is, the stoichiometric air-fuel ratio), the fuel supply amount is rapidly increased as shown in FIG. As a result, the output torque sharply increases, as shown in FIG.
[0039]
In the comparative example, since the air-fuel ratio and the compression ratio are simultaneously changed stepwise, it is possible to suppress the occurrence of knocking. However, by changing the air-fuel ratio stepwise, the output torque sharply increases, and as a result, drivability is impaired. In the comparative example, the rapid increase in the output torque due to the rapid decrease (enrichment) of the air-fuel ratio is somewhat alleviated by decreasing the compression ratio stepwise at the same time as the change in the air-fuel ratio. However, the step (change amount) of the output torque is still relatively large.
[0040]
By the way, in the comparative example, the air-fuel ratio and the compression ratio are simultaneously changed stepwise, but such a change is usually difficult. That is, the change timing between the air-fuel ratio and the compression ratio is usually shifted. In this case, it is difficult to maintain normal combustion.
[0041]
Specifically, when the change of the compression ratio is delayed, combustion is performed at a high compression ratio and a stoichiometric air-fuel ratio during the delay period, so that abnormal combustion such as knocking occurs. Although the occurrence of knocking can be suppressed by greatly retarding the ignition timing, the fuel consumption rate is deteriorated. Conversely, when the change of the air-fuel ratio is delayed, combustion is performed at a low compression ratio and a lean air-fuel ratio during the delay period, which causes misfiring and emission deterioration.
[0042]
It is usually difficult to change the compression ratio quickly. If a large-sized actuator is used, the compression ratio can be quickly changed according to a change in operating conditions. However, driving a large actuator requires a large amount of energy, and as a result, the fuel consumption rate deteriorates.
[0043]
Therefore, in the present embodiment, the occurrence of abnormal combustion such as knocking and the sudden increase in output torque are suppressed by devising a procedure for changing the operation mode. Specifically, when the operation mode is changed, the compression ratio is changed after a relatively long period, and the intake air amount is adjusted by devising the operation of the intake valve.
[0044]
In this embodiment, the adjustment of the intake air amount is realized by changing the phase of the intake valve. As can be seen from this description, the
[0045]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure when the operation mode is changed in the present embodiment. However, FIG. 5 shows a specific process of step S102 (FIG. 2) when the operation mode is changed, focusing on changes in the air-fuel ratio and the compression ratio. That is, the process in FIG. 5 is executed when an increase in the required torque is detected in step S101 in FIG. 2 and the operation mode is changed in step S102.
[0046]
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the control contents when the operation mode is changed in the present embodiment. FIGS. 6A to 6F correspond to FIGS. 4A to 4F, respectively. FIG. 6G shows a change in the phase of the intake valve. FIGS. 6A and 6B are the same as FIGS. 4A and 4B.
[0047]
In step S201 of FIG. 5, first, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is changed stepwise from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. This is realized by changing the phase of the intake valve to the retard side in a stepwise manner, as shown in FIG. Specifically, by changing the phase of the intake valve, the intake air amount decreases stepwise (FIG. 6C), and as a result, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio. That is, in this embodiment, when the air-fuel ratio is changed, the fuel supply amount is not changed as shown in FIG. When the air-fuel ratio is changed, the compression ratio is not changed as shown in FIG. Therefore, immediately after the change of the air-fuel ratio, combustion is performed at a relatively high compression ratio and a stoichiometric air-fuel ratio. However, at this time, the amount of air-fuel mixture is decreasing with a decrease in the amount of intake air. For this reason, when the air-fuel ratio is changed, occurrence of abnormal combustion such as knocking and a sudden increase in output torque due to a sudden decrease in the air-fuel ratio are suppressed.
[0048]
In step S202 in FIG. 5, as shown in FIG. 6E, the compression ratio is gradually reduced. In step S203, the air-fuel mixture amount is gradually increased. Specifically, by gradually shifting the phase of the intake valve to the advance side (FIG. 6 (g)), the intake air amount is gradually increased (FIG. 6 (c)). Then, the fuel supply amount is gradually increased so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio (FIG. 6D). In this way, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio and the compression ratio is gradually reduced and the air-fuel mixture amount is gradually increased, abnormal combustion such as knocking during the change period of the compression ratio can be achieved. Generation can be suppressed, and the output torque can be gradually increased (FIG. 6F).
[0049]
In the present embodiment, the processing of steps S202 and S203 is set to end almost simultaneously. Specifically, the process of step S202 is executed such that the compression ratio reaches the target compression ratio after a predetermined period Tb. Further, the process of step S203 is executed such that the phase of the intake valve returns to the phase before the operation mode change after a predetermined period Tb. The predetermined period Tb may be determined based on, for example, a change amount of the required torque per unit time. In other words, it can be determined that the required torque increases relatively quickly as the change amount is relatively large, so that the predetermined period may be set relatively short. Alternatively, the predetermined period Tb may be set to a fixed period regardless of the amount of change in the required torque per unit time.
[0050]
It is preferable that the control of the ignition timing in the period Tb is executed at a timing suitable for the current compression ratio. The current compression ratio in the period Tb is obtained, for example, from the control amount for the
[0051]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a specific operation of the intake valve in each of the periods Ta, Tb, and Tc in FIG. FIG. 7 shows the operation of the
[0052]
As shown in the figure, the operating angles (that is, the periods during which the intake valve is open) in each of the periods Ta, Tb, and Tc are set to be equal. I have. More specifically, in the period Tb, the opening and closing timing of the intake valve is set to be more retarded than the opening and closing timing in the periods Ta and Tc. At this time, the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the period Tb is set to be larger than the angle difference between the closing timing of the intake valve and the bottom dead center in the periods Ta and Tc. That is, by changing the phase of the intake valve as shown in FIG. 7, the actual compression ratio in the period Tb can be set lower than the actual compression ratio in the periods Ta and Tc. Note that the actual compression ratio means a volume ratio based on the closing timing of the intake valve, and the volume Vm of the combustion chamber at the closing timing of the intake valve and the volume Vm of the combustion chamber when the piston is located at the top dead center. It is expressed by Vm / Vt using the minimum volume Vt.
[0053]
By changing the phase of the intake valve as described above, in other words, by changing the actual compression ratio, the throttle opening degrees in the periods Tb and Tc are the same (FIG. 6A). In addition, the intake air amount at the beginning of the period Tb can be set smaller than the intake air amount in the period Ta, and the intake air amount can be gradually increased in the period Tb (FIG. 6C). Further, since the actual compression ratio in the period Tb is set relatively low, the air-fuel mixture in the combustion chamber does not need to be strongly compressed in the compression stroke. This makes it possible to more reliably suppress abnormal combustion such as knocking that may occur in the period Tb.
[0054]
As described above, by employing the configuration of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion such as knocking at the beginning of the operation mode change period, and to suppress the rapid increase in output torque. it can. Further, during the operation mode change period after the air-fuel ratio decreases, the occurrence of abnormal combustion such as knocking can be suppressed, and the output torque can be gradually increased.
[0055]
In the present embodiment, the phase of the intake valve in the period Ta and the phase of the intake valve in the period Tc are set to be substantially the same, but may be set to different phases.
[0056]
In the present embodiment, in the period Tb, the actual compression ratio is lowered by shifting the phase of the
[0057]
Generally, by changing the closing timing of the intake valve, the actual compression ratio at the beginning of the operation mode change period is set lower than the actual compression ratio before the operation mode change, and the actual compression ratio during the operation mode change period is What is necessary is just to set so that it may increase gradually as the compression ratio decreases.
[0058]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0059]
(1) In the above embodiment, the change of the compression ratio and the change of the air-fuel mixture (steps S202 and S203 in FIG. 5) during the operation mode change period after the air-fuel ratio is reduced are set to end almost at the same time. However, the end times of the two processes may be shifted. However, according to the above-described embodiment, during the operation mode change period after the air-fuel ratio decreases, the occurrence of abnormal combustion such as knocking can be reliably suppressed, and the output torque can be smoothly increased. There is an advantage.
[0060]
In general, during the operation mode change period after the air-fuel ratio is reduced stepwise, the compression ratio may be gradually reduced, and the intake air amount and the fuel supply amount may be gradually increased.
[0061]
(2) In the above embodiment, the change of the air-fuel ratio at the beginning of the operation mode change period is realized by changing only the intake air amount. Instead, the fuel supply amount is changed together with the intake air amount. You may make it. For example, at the beginning of the operation mode change period, the change amount (decrease amount) of the intake air amount may be set slightly smaller, and the fuel supply amount may be slightly increased. Conversely, at the beginning of the operation mode change period, the amount of change (decrease) in the amount of intake air may be set to be slightly large, and the fuel supply amount may be slightly reduced. Even in this manner, at the beginning of the operation mode change period, the air-fuel ratio can be changed from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. However, according to the above-described embodiment, there is an advantage that occurrence of abnormal combustion such as knocking and a sudden increase in output torque can be further suppressed.
[0062]
Further, in the above embodiment, the air-fuel ratio is changed stepwise from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio at the beginning of the operation mode change period, and thereafter, the stoichiometric air-fuel ratio is maintained. However, instead of this, the air-fuel ratio may be gradually changed during the operation mode change period after the air-fuel ratio is reduced stepwise. For example, at the beginning of the operation mode change period, the air-fuel ratio is changed stepwise from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, and during the subsequent operation mode change period, the air-fuel ratio is gradually changed from the rich air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. You may do so.
[0063]
Generally, at the beginning of the operation mode change period, the air-fuel ratio may be reduced stepwise by adjusting at least the intake air amount.
[0064]
(3) In the above embodiment, the compression ratio can be set to one of two predetermined values (FIG. 3), but is set to one of three or more predetermined values. It may be possible. Further, the compression ratio may be set continuously between a predetermined maximum value and minimum value.
[0065]
Further, in the above embodiment, the air-fuel ratio in the second operation mode is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Alternatively, for example, the air-fuel ratio may be set to the rich air-fuel ratio.
[0066]
In general, an internal combustion engine has a first operation mode in which operation is performed at a relatively high compression ratio and a relatively high air-fuel ratio, and a second operation mode in which operation is performed at a relatively low compression ratio and a relatively low air-fuel ratio. And the mode.
[0067]
(4) In the above embodiment, the compression ratio is changed by moving the
[0068]
In general, the compression ratio changing unit includes a combustion chamber, and by changing the volume of the combustion chamber, more specifically, by changing at least one of the maximum volume and the minimum volume of the combustion chamber, What is necessary is just to change a compression ratio.
[0069]
(5) Although the
[0070]
In the above embodiment, the operation of the intake valve is controlled by a variable valve mechanism having a cam. Alternatively, the operation of the intake valve may be controlled by an electromagnetic drive mechanism having a solenoid coil. This has the advantage that the phase, lift amount, operating angle, and the like of the intake valve can be arbitrarily changed.
[0071]
Further, in the above embodiment, the intake air amount is adjusted by changing the operation of the intake valve, but instead or together with the operation of the exhaust valve, the intake air amount is adjusted. May be adjusted.
[0072]
In general, the variable valve train may include a valve, and may adjust the operation of the valve so that the amount of intake air drawn into the combustion chamber can be adjusted.
[0073]
(6) In the above embodiment, the engine is mounted on the vehicle, but may be mounted on a moving body such as a ship. Further, it may be mounted on a stationary device.
[0074]
Generally, the present invention is applicable to an internal combustion engine including a compression ratio changing unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of engine control.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a map indicating a target compression ratio and a target air-fuel ratio according to operating conditions.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing control contents when an operation mode is changed in a comparative example.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure when the operation mode is changed in the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing control contents when the operation mode is changed in the embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a specific operation of the intake valve in each of the periods Ta, Tb, and Tc in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
61 ... Crank
Claims (3)
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
弁を含み、前記弁の動作を調整することによって前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能な可変動弁系と、
前記燃焼室に燃料を供給するための燃料供給部と、
前記内燃機関の運転条件を検出し、検出結果に応じて前記圧縮比変更部と前記可変動弁系と前記燃料供給部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記内燃機関は、比較的高い圧縮比かつ比較的高い空燃比で運転を実行する第1の運転モードと、比較的低い圧縮比かつ比較的低い空燃比で運転を実行する第2の運転モードと、を有し、
前記制御部は、
前記検出結果に応じて前記第1の運転モードから前記第2の運転モードへ変更する場合に、
(i)少なくとも前記可変動弁系を制御して、運転モード変更期間の始期における吸入空気量が運転モード変更前の吸入空気量よりも小さくなるように、前記弁の動作を調整し、この結果、運転モード変更期間の始期において、空燃比をステップ状に低下させ、
(ii)空燃比低下後の運転モード変更期間中に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を次第に低下させ、この際、前記可変動弁系を制御して、吸入空気量が次第に増大するように、前記弁の動作を調整すると共に、前記燃料供給部を制御して、燃料供給量を次第に増大させることを特徴とする内燃機関。An internal combustion engine,
Including a combustion chamber, a compression ratio changing unit for changing the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber,
A variable valve train that includes a valve and that can adjust the amount of intake air drawn into the combustion chamber by adjusting the operation of the valve;
A fuel supply unit for supplying fuel to the combustion chamber,
A control unit for detecting operating conditions of the internal combustion engine, and controlling the compression ratio changing unit, the variable valve system, and the fuel supply unit according to the detection result,
With
The internal combustion engine has a first operation mode in which operation is performed at a relatively high compression ratio and a relatively high air-fuel ratio, and a second operation mode in which operation is performed at a relatively low compression ratio and a relatively low air-fuel ratio. , And
The control unit includes:
When changing from the first operation mode to the second operation mode according to the detection result,
(I) controlling at least the variable valve system so as to adjust the operation of the valve so that the intake air amount at the beginning of the operation mode change period is smaller than the intake air amount before the operation mode change period; At the beginning of the operation mode change period, the air-fuel ratio is reduced stepwise,
(Ii) During the operation mode change period after the air-fuel ratio decreases, the compression ratio changing unit is controlled to gradually reduce the compression ratio. At this time, the variable valve system is controlled to gradually increase the intake air amount. An internal combustion engine wherein the operation of the valve is adjusted so as to increase, and the fuel supply unit is controlled to gradually increase the fuel supply amount.
前記比較的高い空燃比は、理論空燃比よりも大きく設定されており、
前記比較的低い空燃比は、理論空燃比とほぼ等しく設定されている、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The relatively high air-fuel ratio is set larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
The internal combustion engine, wherein the relatively low air-fuel ratio is set substantially equal to a stoichiometric air-fuel ratio.
前記弁は、吸気弁であり、
前記制御部は、前記吸気弁の閉タイミングを変更することによって、実圧縮比を変更可能であり、
運転モード変更期間の始期における実圧縮比は、運転モード変更前の実圧縮比よりも低く設定され、
運転モード変更期間中における実圧縮比は、圧縮比の低下に伴って、次第に増大するように設定される、内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1,
The valve is an intake valve;
The control unit can change the actual compression ratio by changing the closing timing of the intake valve,
The actual compression ratio at the beginning of the operation mode change period is set lower than the actual compression ratio before the operation mode change,
The internal combustion engine, wherein the actual compression ratio during the operation mode change period is set to gradually increase as the compression ratio decreases.
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