JP2004332662A

JP2004332662A - 内燃機関のアイドル振動低減装置

Info

Publication number: JP2004332662A
Application number: JP2003131623A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kunugi; 隆功刀; Shoji Yonetani; 昭二米谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP4238629B2

Abstract

【課題】奇数気筒数のエンジン、特に３気筒エンジンにおいて、アイドル振動を低減する。
【解決手段】吸気弁及び排気弁の開閉時期を可変制御可能な可変動弁装置を用い、アイドル運転時に、排気行程から吸気行程にかけて排気弁及び吸気弁が共に閉じるマイナスオーバーラップ状態に制御する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（エンジン）のアイドル振動低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明では、後述するように、排気行程から吸気行程にかけて排気弁及び吸気弁が共に閉じるマイナスオーバーラップを利用するが、マイナスオーバーラップを設けること、及びその期間を可変とすることは、特許文献１に記載されている。ここでの目的は、ガソリン自己着火式内燃機関において、安定した自己着火燃焼を起こさせるために、内部ＥＧＲ量を増大し、かつ最適に制御するためである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８０１６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のアイドル振動は以下の３種類の振動に分解できる。
（１）エンジンサイクル回転変動（サイクル振動）、（２）エンジンロール振動、（３）エンジンピッチ振動、である。
【０００５】
サイクル回転変動とロール振動はエンジンの燃焼に起因し、ピッチ振動はピストン・コンロッド等の主運動部品の往復運動に起因する。サイクル回転変動はトランスミッション等の駆動系部品の振動につながり、ロール振動とピッチ振動はエンジンマウンティングから車体に入力し振動させる。車体の振動は乗り心地や各部品の耐久振動性に影響を与える。
【０００６】
特に、気筒数の少ないエンジンにおいては、各気筒の燃焼間隔が広くなることから、振動の周波数が低くなり、振動の振幅が大きくなる。また、エンジンの仕事を分担する気筒数が少ないので、気筒毎の燃焼による発生仕事が大きく、これも振動の振幅を大きくする。従って、少気筒エンジンでは、アイドル振動が大きくなるという問題点があった。
【０００７】
特に、３気筒エンジンにおいては、各気筒の燃焼間隔がクランク角で２４０°と離れており、各気筒の圧縮行程と膨張行程とが重なり合う多気筒エンジンに比べて、３気筒エンジンでは、各気筒の圧縮行程と膨張行程とが殆ど重ならない構成のため、エンジンの回転変動が大きくなり、アイドル振動も大きくなるという問題点があった。
【０００８】
また、エンジンサイクル回転変動を下げるために、フライホイールの重量を増やす等のエンジン回転慣性重量を大きくすることも考えられるが、これはエンジンの回転レスポンスの悪化につながり、エンジン加速時の回転上昇や減速時の回転低下に影響を与える。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑み、アイドル振動を低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、奇数気筒数の内燃機関において、アイドル運転時に、排気行程から吸気行程にかけて排気弁及び吸気弁が共に閉じるマイナスオーバーラップ状態に制御する。
【００１１】
【発明の効果】
上記のマイナスオーバーラップ状態の制御により、排気上死点の前後で、圧縮−膨張運動を生じさせることができる。奇数気筒数の内燃機関において、排気上死点付近での圧縮−膨張運動は、各気筒の燃焼圧発生タイミングの中間に位置するので、筒内圧が上昇する回数は、通常の２倍となる。これにより、エンジン振動の周波数が高くなり、振幅が小さくなることにより、アイドル振動の低減を図ることができる。また、アイドル振動の低減によりアイドル回転数を低くすることが可能となり、燃費向上も望める。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。
【００１３】
エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２を通過後、エアフローメータ３で計量され、電制スロットル弁４に導かれる。ここで吸入空気量の制御が行われる。吸入空気はその後、吸気マニフォルド（コレクタ）５により各気筒へ分配され、吸気ポート６から、吸気弁７を介して、シリンダ８内にて往復運動するピストン９の上方に画成される燃焼室１０に導入される。そして、燃焼室１０内の空気に対して、燃料噴射弁１１より燃料を噴射し、点火プラグ１２で着火燃焼させる。その後、排気弁１３を介して、排気を排気ポート１４、排気マニフォルド１５を経て排出する。
【００１４】
吸気弁７の駆動は、吸気カムシャフト１６に取付けられた吸気カム１７によりなされるが、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト１６の回転位相を制御することにより、吸気弁７の開閉時期を可変制御可能な可変動弁装置１８が設けられている。
【００１５】
同様に、排気弁１３の駆動は、排気カムシャフト１９に形成された排気カム２０によりなされるが、クランクシャフトに対する排気カムシャフト１９の回転位相を制御することにより、排気弁１３の開閉時期を可変制御可能な可変動弁装置２１が設けられている。
【００１６】
ここにおいて、エンジン１の電制スロットル弁４のスロットル開度制御、燃料噴射弁１１の燃料噴射量及び噴射時期制御、点火プラグ１２の点火時期制御、並びに、可変動弁装置１８、２１による吸気弁７及び排気弁１３の開閉時期制御は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２２にて行う。
【００１７】
ＥＣＵ２２には、エアフローメータ３の信号の他、クランク角及びエンジン回転数検出用のクランク角センサ２３の信号、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）検出用のアクセル開度センサ２４の信号などが入力され、これらの信号を基に上記の各制御を行う。
【００１８】
このエンジン１は、奇数気筒数、特に３気筒エンジンとする。従って、図２に示すように、各気筒は、クランク角７２０°で、吸気−圧縮−膨張（燃焼）−排気のサイクル運転を行うが、気筒間の燃焼間隔は２４０°である。
【００１９】
このように３気筒エンジンにおいては、各気筒の燃焼タイミングが２４０°毎と離れており、また、各気筒の膨張行程（燃焼行程）と他気筒の圧縮行程とが完全には重ならないため、エンジンの回転変動が大きくなり、アイドル振動も大きくなる。
【００２０】
そこで、本発明では、アイドル運転時に、可変動弁装置１８、２１を制御して、図３のバルブタイミング特性図に示すように、排気弁１３の閉時期（ＥＶＣ）を排気上死点（ＴＤＣ）より早くすると共に、吸気弁７の開時期（ＩＶＯ）を排気上死点（ＴＤＣ）より遅らせることで、排気上死点（ＴＤＣ）の前後にて排気弁１３及び吸気弁７が共に閉弁するマイナスオーバーラップ状態に制御する。この場合、排気上死点（ＴＤＣ）からその前の排気弁閉時期（ＥＶＣ）までのクランク角α、排気上死点（ＴＤＣ）からその後の吸気弁閉時期（ＩＶＯ）までのクランク角βとを等しくする（α＝β）。
【００２１】
尚、可変動弁装置１８、２１が、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転位相を変化させるタイプ（吸気弁及び排気弁の作動角全体を進遅するタイプ）の場合は、同時に、排気弁開時期（ＥＶＯ）が進角し、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が遅角する。但し、可変動弁装置としては、吸気弁及び排気弁の作動角の延長・短縮を行うタイプのものを用いてもよい。
【００２２】
図４はＥＣＵ２２にて実行される可変動弁装置制御ルーチンのフローチャートである。
Ｓ１では、各種センサの信号に基づいてエンジンの運転状態を検出する。
【００２３】
Ｓ２では、始動時のクランキング状態か否かを判定する。
クランキング時の場合は、Ｓ３へ進み、始動性を考慮して、オーバーラップ量を０にする。すなわち、排気弁閉時期（ＥＶＣ）及び吸気弁開時期（ＩＶＣ）を共に排気上死点（ＴＤＣ）付近とする。
【００２４】
クランキング時でない場合は、Ｓ４へ進む。
Ｓ４では、アイドル運転状態か否かを判定する。
アイドル運転時の場合は、Ｓ５へ進み、マイナスオーバーラップ状態に制御する。すなわち、排気弁閉時期（ＥＶＣ）を排気上死点（ＴＤＣ）よりα早くすると共に、吸気弁開時期（ＩＶＯ）を排気上死点（ＴＤＣ）よりβ（＝α）遅らせることで、排気上死点（ＴＤＣ）の前後に排気弁及び吸気弁が共に閉弁するマイナスオーバーラップ期間が存在するように制御する。
【００２５】
アイドル運転時でない場合は、Ｓ６へ進み、通常制御を行う。
図５はエンジン回転数とオーバーラップ量との関係を示したもので、図中ａのエンジン始動前（クランキング時）は、オーバーラップ量は０である。図中ｂのアイドル運転時（エンジン回転数＝アイドル回転数の時）は、オーバーラップ量はマイナス値（マイナスオーバーラップ）である。図中ｃは通常制御の領域（エンジン回転数がアイドル回転数より高い領域）であり、エンジン回転数に応じてプラス値のオーバーラップ量が設定される。
【００２６】
以上のように、アイドル運転時に、マイナスオーバーラップ状態に制御し、排気弁の閉時期〜排気上死点までに圧縮行程をつくり、排気上死点〜吸気弁の開時期までに膨張行程をつくる。すなわち、この期間にてピストンの往復運動による筒内圧の圧縮−膨張運動を行わせるようにする。
【００２７】
奇数気筒数のエンジンにおいて、排気上死点付近での圧縮−膨張運動は、各気筒の燃焼圧発生タイミングの中間に位置するので、筒内圧が上昇する回数は、通常の２倍となる。これにより、エンジン振動の周波数が高くなり、振幅が小さくなることにより、アイドル振動の低減を図ることができる。
【００２８】
特に、３気筒エンジンにおいては、各気筒の燃焼タイミングが２４０°毎と離れており、各気筒の圧縮行程と膨張行程とが殆ど重ならない特性に対し、今回追加した排気上死点付近での圧縮−膨張運動では、他気筒の燃焼による回転数上昇時に、圧縮による回転数低下作用が重なり、次の気筒の圧縮による回転数低下に対しては、膨張による回転数上昇作用が重なる。このように本来の燃焼による回転変動に対し逆方向に作用する力を与えることで、エンジン回転の平準化を行うことができ、エンジン回転変動の低減が図れる。
【００２９】
本効果の確認例を図６に示す。図６は従来（Ａ）と本発明（Ｂ）とについて筒内圧の波形と回転変動の様子を示している。マイナスオーバーラップを設けることにより、図示Ｃの排気上死点での圧縮−膨張運動による筒内圧変化を生じ、これにより、図示Ｄのごとく、回転変動のピーク山が排気上死点付近で潰され、変動幅が小さくなっていることが解る。
【００３０】
また、３気筒の場合、各気筒の燃焼のちょうど谷間にマイナスオーバラップによる筒内圧上昇が重なり、排気弁閉時期〜排気上死点までのクランク角αと排気上死点から吸気弁開時期までのクランク角βを同じにすることで、燃焼による筒内圧上昇の山の頂上を広く下げることができる
但し、排気弁の閉時期を早めると燃焼室内の残留燃焼ガス量が増加する。この残留燃焼ガスは次の燃焼に悪影響を与え、燃焼の安定性が低下する。この低下代はエンジンの種類や仕様により異なるが、傾向的には排気弁の閉時期を早めるに従って燃焼は悪化する傾向である。従って、エンジンにより最適値を設定する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図
【図２】３気筒エンジンの行程図
【図３】マイナスオーバーラップ時のバルブタイミング特性図
【図４】可変動弁装置制御ルーチンのフローチャート
【図５】エンジン回転数とオーバーラップ量との関係を示す図
【図６】従来との比較で本発明の効果を示す図
【符号の説明】
１エンジン
４電制スロットル弁
６吸気ポート
７吸気弁
８シリンダ
９ピストン
１０燃焼室
１１燃料噴射弁
１２点火プラグ
１３排気弁
１４排気ポート
１６吸気カムシャフト
１７吸気カム
１８可変動弁装置
１９排気カムシャフト
２０排気カム
２１可変動弁装置
２２ＥＣＵ

Claims

奇数気筒数の内燃機関において、
吸気弁及び排気弁の開閉時期を可変制御可能な可変動弁装置を備え、
アイドル運転時に、排気行程から吸気行程にかけて排気弁及び吸気弁が共に閉じるマイナスオーバーラップ状態に制御することを特徴とする内燃機関のアイドル振動低減装置。
３気筒内燃機関であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のアイドル振動低減装置。
排気上死点からその前の排気弁閉時期までのクランク角と、排気上死点からその後の吸気弁閉時期までのクランク角とを略等しくしたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関のアイドル振動低減装置。
クランキング時には、オーバーラップ量を略０とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関のアイドル振動低減装置。