JP2005207347A - 内燃機関の燃料カット制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御する。
【解決手段】 燃料カット制御中での吸気通路への吸気戻りを抑制するために、筒内圧力CPが吸気圧PMに一致するタイミングを吸気バルブの開弁タイミングとして設定している。このことにより一旦燃焼室内の余熱により暖められた吸気が再度吸気通路に戻って冷却されることがなく、排気通路側へ排出される空気も低温化しにくくなる。このように燃焼室の圧力と吸気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中におけるエンジンのポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中に排気浄化触媒が低温化するのを抑制できる。
【選択図】 図5
【解決手段】 燃料カット制御中での吸気通路への吸気戻りを抑制するために、筒内圧力CPが吸気圧PMに一致するタイミングを吸気バルブの開弁タイミングとして設定している。このことにより一旦燃焼室内の余熱により暖められた吸気が再度吸気通路に戻って冷却されることがなく、排気通路側へ排出される空気も低温化しにくくなる。このように燃焼室の圧力と吸気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中におけるエンジンのポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中に排気浄化触媒が低温化するのを抑制できる。
【選択図】 図5
Description
本発明は、可変動弁機構を備えた内燃機関における燃料カット制御装置に関する。
車両等に搭載される内燃機関においては、排気浄化及び燃費の向上を目的として、減速時に燃焼室に燃料を供給しないいわゆる燃料カット制御が実行されている。このような燃料カット制御が採用されている内燃機関では、車両等の運動エネルギーによりクランクシャフトが回転して燃焼室がポンプ室の役目を果たすことで、吸気通路内の空気を燃焼室を介してそのまま排気通路に排出している。
このような内燃機関によるポンピング運動を適切に制御することが、燃料カット制御開始直後のトルク変動防止(例えば特許文献1参照)や、燃料カット制御期間中の排気浄化触媒の低温化防止(例えば特許文献2参照)などの問題解決に重要である。
特開平8−170552号公報(第4−5頁、図4−7)
特開2001−164970号公報(第5頁、図3)
前記燃料カット制御開始直後のトルク変動防止の技術ではバルブオーパラップを時間経過で調節し、排気浄化触媒の低温化防止の技術ではスロットルバルブにより吸入空気量を調節することで目的を達成しようとしている。
本発明は可変動弁機構を備えた内燃機関において、前記従来技術とは別の観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御することを目的とするものである。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の内燃機関の燃料カット制御装置は、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関における燃料カット制御装置であって、内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較する圧力比較手段と、燃料カット制御期間では、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定する燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段とを備えたことにより、燃料カット期間中での内燃機関のポンピング運動を調節することを特徴とする。
請求項1に記載の内燃機関の燃料カット制御装置は、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関における燃料カット制御装置であって、内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較する圧力比較手段と、燃料カット制御期間では、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定する燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段とを備えたことにより、燃料カット期間中での内燃機関のポンピング運動を調節することを特徴とする。
内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力との差は、吸気バルブ又は排気バルブ開弁時での燃焼室と吸気通路又は排気通路との間の吸気流の状態や、燃焼室による吸気のポンピング量に影響する。
したがって圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを設定することにより、前記吸気流の状態やポンピング量を所望の状態に調節することが可能となる。この結果として、燃料カット期間中でのトルクや排気浄化触媒の低温化の程度を調節することができる。
このように従来技術とは別の観点である内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御することが可能となる。
請求項2に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項1において、内燃機関は出力した運動エネルギーを回収する回生機構を備え、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、前記回生機構にて回収される前記運動エネルギーの損失を抑制するために、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定することを特徴とする。
燃料カット制御時において、燃焼室内の圧力がまだ高い時に吸気バルブが開弁すると燃焼室内の圧力が一瞬にして吸気通路側の圧力に低圧化することからポンピング損失が大きくなる。又、燃料カット制御時において、燃焼室内の圧力が低いときに排気バルブを開弁すると燃焼室内の圧力が一瞬にして排気通路側の圧力に高圧化することからポンピング損失が大きくなる。
このようなポンピング損失は回生機構における運動エネルギーの回収量を低下させて、燃費の向上に悪影響を及ぼすことになる。したがって燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段が、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定することで、燃料カット制御期間に回生機構にて回収される運動エネルギーの損失を抑制するようにできる。
このように内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中のポンピング損失抑制が可能となる。
請求項3に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項2において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果により内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに設定することを特徴とする。
より具体的には、基準差圧範囲を設けて、内燃機関の燃焼室と吸気通路又は排気通路との差圧が、この基準差圧範囲内にあるタイミングに吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを設定する。このことにより、燃料カット制御期間に回生機構にて回収される運動エネルギーの損失を抑制することができる。
請求項4に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項3において、前記基準差圧範囲は、内燃機関の燃焼室と吸気通路又は排気通路との圧力が略同一の範囲に設定されていることを特徴とする。
このように基準差圧範囲を設定することにより、ポンピング損失を十分に低下させることができる。
そして、吸気バルブの開弁タイミングを本発明のごとく設定した場合には、更に燃料カット制御期間に内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りも抑制できるので、排気浄化触媒の低温化も抑制できる。
そして、吸気バルブの開弁タイミングを本発明のごとく設定した場合には、更に燃料カット制御期間に内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りも抑制できるので、排気浄化触媒の低温化も抑制できる。
請求項5に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記回生機構は電動機を兼ねており、前記内燃機関とともに車両を駆動するための駆動源として用いられていることを特徴とする。
このようなハイブリッド車両において、内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御でき、ポンピング損失を低下させて、燃費を効果的に向上させることができる。
請求項6に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項1において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りを抑制するために、前記吸気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段における内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路の圧力との比較結果に基づいて設定することを特徴とする。
吸気バルブが開弁している場合には、内燃機関の燃焼室と吸気通路との差圧により、内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りが生じるが、この差圧に応じて吸気戻り量の程度も変化する。
吸気戻り量が多いと、一旦燃焼室内の余熱により暖められた吸気が再度吸気通路に戻って冷却されて再度燃焼室内に吸入される。この結果として燃焼室から排気通路側へ排出される空気も比較的低温化するため、排気浄化触媒も低温化しやすくなる。
したがって燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段が、吸気バルブの開弁タイミングを、内燃機関の燃焼室と吸気通路との圧力比較結果に基づいて設定することで、燃料カット制御期間に内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りを抑制するようにできる。
このように内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中における内燃機関のポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中の排気浄化触媒低温化抑制が可能となる。
請求項7に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項6において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、前記吸気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果により内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路の圧力との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに設定することを特徴とする。
より具体的には、内燃機関の燃焼室と吸気通路との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに吸気バルブの開弁タイミングを設定する。この基準差圧範囲を外れると内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻り量が多量となり燃焼室から排気浄化触媒側へ送られる吸気の低温化を抑制できない。このため内燃機関の燃焼室と吸気通路との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに吸気バルブの開弁タイミングを設定することにより、吸気戻りを抑制し燃焼室から排気浄化触媒側へ送られる吸気の低温化を抑制して、排気浄化触媒の低温化を抑制できる。
請求項8に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、請求項7において、前記基準差圧範囲は、内燃機関の燃焼室と吸気通路との圧力が略同一の範囲に設定されていることを特徴とする。
より具体的には、基準差圧範囲は、内燃機関の燃焼室と吸気通路との圧力が略同一の範囲に設定しても良い。このことにより前述したごとく吸気戻りを抑制して排気浄化触媒の低温化を抑制できる。
更に、このように燃焼室内が吸気通路側よりも高圧である場合に吸気バルブが開弁することがなく、燃焼室内が吸気通路側よりも大きく低圧化してから吸気バルブが開弁することもないので、ポンピング損失も小さくすることができる。このことから、内燃機関が出力した運動エネルギーを回収する回生機構を備えた内燃機関に適用した場合には、前記運動エネルギーの回収量も大きくなり燃費を向上させることができる。
[実施の形態1]
図1は、車両に搭載された内燃機関としてのガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)2、及び制御装置としての電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成図を示している。エンジン2は複数気筒エンジン、ここでは4気筒エンジンであり、この内の1気筒についての可変動弁系を図2の縦断面図に示す。各気筒には吸気バルブ2aと排気バルブ2bとが各2つ設けられて、4バルブエンジンとして構成されている。尚、気筒数は6気筒でも8気筒でも良く、更に2バルブエンジンでも5バルブエンジンでも良い。
図1は、車両に搭載された内燃機関としてのガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)2、及び制御装置としての電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成図を示している。エンジン2は複数気筒エンジン、ここでは4気筒エンジンであり、この内の1気筒についての可変動弁系を図2の縦断面図に示す。各気筒には吸気バルブ2aと排気バルブ2bとが各2つ設けられて、4バルブエンジンとして構成されている。尚、気筒数は6気筒でも8気筒でも良く、更に2バルブエンジンでも5バルブエンジンでも良い。
エンジン2の出力は変速機を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン2には、ピストン6、シリンダブロック8及びシリンダヘッド10により区画された燃焼室12が形成されている。そしてシリンダヘッド10には燃焼室12内の混合気に点火するために点火プラグ14及び燃焼室12内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁16(図1)が設けられている。尚、燃料噴射弁16は燃焼室12に接続している吸気ポート18に燃料を噴射するものであっも良い。
吸気ポート18は吸気バルブ2aの駆動により開閉され、この吸気ポート18に接続された各吸気通路20はサージタンク22に接続されている。サージタンク22の上流側にはモータ24によって開度(スロットル開度TA)が調節されるスロットルバルブ26が設けられている。このスロットルバルブ26は通常はほぼ全開状態にあるが、エンジン2の状態によっては、スロットル開度TAを制御して吸入空気量GAを調節する場合がある。スロットル開度TAはスロットル開度センサ28により検出されECU4に読み込まれている。吸入空気量GAはスロットルバルブ26の上流側に設けられた吸入空気量センサ30により検出され、吸気温THAはスロットルバルブ26の上流側に設けられた吸気温センサ32により検出されてECU4に読み込まれている。
燃焼室12に接続している排気ポート34は排気バルブ2bの駆動により開閉される。排気ポート34に接続された排気通路36の途中には排気浄化用触媒コンバータ38が配置されている。この排気浄化用触媒コンバータ38の上流側の排気通路36に設けられた空燃比センサ40により、排気通路36における排気成分に基づいて空燃比AFが検出され、ECU4に読み込まれている。
ECU4はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このECU4は、上述したスロットル開度センサ28、吸入空気量センサ30、吸気温センサ32、空燃比センサ40以外にもエンジン2の運転状態を検出するセンサ類から信号を入力している。すなわちアクセルペダル42の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ44、クランクシャフト6aの回転からエンジン回転数NEを検出するエンジン回転数センサ46、及び吸気カムシャフトの回転から基準クランク角を決定する基準クランク角センサ48から信号を入力している。又、吸気バルブ2aのバルブ作用角を検出するためのスライドセンサ50、エンジン冷却水温THWを検出する冷却水温センサ52からも信号を入力している。更に上述したセンサ以外にも各種のデータを検出するセンサが設けられている。
ECU4は、上述した各センサからの検出内容に基づいて、燃料噴射弁16、スロットルバルブ用モータ24あるいは点火プラグ14に対する制御信号によりエンジン2の燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットル開度TA及び点火時期等を適宜制御する。特にエンジン2の減速時においては燃料噴射弁16からの燃料噴射を停止する燃料カット制御を実行する。
更にECU4は、アクセル開度ACCP及びエンジン回転数NEに基づいて、吸気バルブ2aのバルブ作用角とバルブタイミングとを調節する可変動弁機構54に対する制御信号により、吸気バルブ2aのバルブ作用角とバルブタイミングとを調節している。この内、主としてバルブ作用角の調節により吸入空気量が調節されている。更に、燃料カット制御期間においては、後述するごとく吸気バルブ2aの開弁タイミング及び閉弁タイミングの制御を実行している。
可変動弁機構54はバルブ作用角調節機構56とバルブタイミング調節機構58とから構成されている。
バルブ作用角調節機構56は図2に示したごとく仲介駆動機構60を備えている。この仲介駆動機構60は、コントロールシャフト82をアクチュエータにて軸方向に移動させることにより、アーム66dとノーズ70dとの位相差を変更できる。このことにより吸気カムシャフト64の回転により生じる吸気カム64aの駆動量の程度を調節して、ローラロッカーアーム62に伝達している。このことにより吸気バルブ2aのリフト量が変更され、作用角が調節される。
バルブ作用角調節機構56は図2に示したごとく仲介駆動機構60を備えている。この仲介駆動機構60は、コントロールシャフト82をアクチュエータにて軸方向に移動させることにより、アーム66dとノーズ70dとの位相差を変更できる。このことにより吸気カムシャフト64の回転により生じる吸気カム64aの駆動量の程度を調節して、ローラロッカーアーム62に伝達している。このことにより吸気バルブ2aのリフト量が変更され、作用角が調節される。
このバルブ作用角調節機構56により、図3の(A)に示すごとく、吸気バルブ2aのバルブ作用角は最小バルブ作用角MINから最大バルブ作用角MAXの範囲で調節可能である。
バルブタイミング調節機構58は吸気カムシャフト64とクランクシャフト6aに連動するタイミングスプロケットとの位相を油圧制御により変更するものである。例えばベーン式の位相調節機構により油圧制御される。このバルブタイミング調節機構58により、図3の(B)に示すごとく、吸気バルブ2aのバルブタイミングの進角遅角が調節可能である。このバルブ作用角調節機構56とバルブタイミング調節機構58との機能を組み合わせることにより、可変動弁機構54は吸気バルブ2aの開弁タイミングと閉弁タイミングとをそれぞれ独立して調節可能としている。尚、排気バルブ2bについては、図3に示したごとく開弁タイミングはBDC(下死点)、閉弁タイミングはTDC(上死点)に固定されている。
上記ECU4により実行される燃料カット制御時バルブタイミング制御処理を図4のフローチャートに示す。本処理は一定のクランク角周期あるいは一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。
本処理が開始されると、まず燃料カット制御期間か否かが判定される(S102)。燃料カット制御期間であれば(S102で「YES」)、次に吸気バルブ2aの閉弁タイミングINclを、図6の(A)に示すごとくBDCより前のタイミング「BBDCa」に設定する(S104)。図6は燃料カット時におけるエンジン2のPV線図を表している。尚、このタイミング「BBDCa」は、後述する開弁タイミングINopとの関係において実現できる最も早い吸気バルブ2aの閉弁タイミングとしても良い。
そして次に吸気バルブ2aの開弁タイミング設定処理開始を設定して(S106)、一旦本処理を終了する。このことにより図5に示す吸気バルブ開弁タイミング設定処理が開始される。
吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)について説明する。本処理は一定のクランク角周期あるいは一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。
まず吸気圧PM計算が実行される(S152)。吸入空気量センサ30により単位時間当たりの吸入空気量GAが判明し、エンジン回転数センサ46により単位時間当たりのエンジン回転数NEが判明しているので、吸入空気量GAとエンジン回転数NEとに基づいて吸気圧PMを算出することができる。この算出は演算式による算出でも良く、予め実験にて吸入空気量GAとエンジン回転数NEとをパラメータとして吸気圧PMマップを作成しておき、この吸気圧PMマップから求めても良い。あるいはサージタンク22や吸気通路20内に吸気圧センサを設けて吸気圧PMを直接検出しても良い。
まず吸気圧PM計算が実行される(S152)。吸入空気量センサ30により単位時間当たりの吸入空気量GAが判明し、エンジン回転数センサ46により単位時間当たりのエンジン回転数NEが判明しているので、吸入空気量GAとエンジン回転数NEとに基づいて吸気圧PMを算出することができる。この算出は演算式による算出でも良く、予め実験にて吸入空気量GAとエンジン回転数NEとをパラメータとして吸気圧PMマップを作成しておき、この吸気圧PMマップから求めても良い。あるいはサージタンク22や吸気通路20内に吸気圧センサを設けて吸気圧PMを直接検出しても良い。
次に筒内圧力CPが吸気圧PMと一致するタイミングθeをクランク角として算出する(S154)。この場合の筒内圧力CPは、排気バルブ2bが閉弁した時の圧力とその後の燃焼室12の容積変化とに依存する。図6の(A)に示すごとく排気バルブ2bの閉弁タイミングEXcl(TDC)では燃焼室12は排気通路36の圧力(排気管圧力)となっている。したがって排気管圧力状態から燃焼室12の容積増大に連動して筒内圧力CPは低下する。この燃焼室12の容積はクランク角に依存しているので、排気管圧力が判明すれば筒内圧力CP=吸気圧PMとなるクランク角が算出できる。
尚、排気管圧力は単位時間当たりにエンジン2が排出する空気量に依存するので、吸入空気量センサ30が検出する吸入空気量GAに基づいて算出することができる。予め吸入空気量GAをパラメータとして実験にて排気管圧力マップを作成しておき、この排気管圧力マップに基づいて吸入空気量GAにより算出しても良い。
このように筒内圧力CPが吸気圧PMと一致するタイミングθeが求められると、このタイミングθeを吸気バルブ2aの開弁タイミングとして設定する(S156)。尚、筒内圧力CPが吸気圧PMと一致するタイミングθeは第1気筒に対するものであるが、可変動弁機構54は全気筒連動しているので、他の気筒についてもそれぞれ筒内圧力CPが吸気圧PMと一致するタイミングで吸気バルブ2aの開弁タイミングが設定されたことになる。
このようにして燃料カット制御期間においては吸気バルブ2aの開弁タイミングと閉弁タイミングとが設定される。このことにより燃料カット制御期間中は、図6の(A)に示すPV線図が実現される。すなわち排気バルブ2bの閉弁タイミングEXclはTDCであるが、吸気バルブ2aはTDCにて開弁せずに燃焼室12内に密閉された空気が容積拡大により圧力低下して吸気通路20の圧力(吸気管圧力)に一致したタイミングINopで吸気バルブ2aが開弁する。そしてBDC前の閉弁タイミングINclにて吸気バルブ2aは閉弁する。その後、燃焼室12が密閉状態でピストン6がBDCに到達した後、圧縮行程と膨張行程とを行った後、BDCにて排気バルブ2bの開弁タイミングEXopとなる。以後、燃料カット制御期間中はこのようなバルブタイミング制御を継続する。
尚、図6の(B)は、比較例であり、筒内圧力CPと吸気圧PMとの関係を考慮せずに吸気バルブ2aをTDCで開弁し、BDCで閉弁した場合を示している。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図4)の説明に戻り、燃料カット制御が終了して燃料カット制御期間ではないと判定されると(S102で「NO」)、次に吸気バルブ2aの開弁タイミング設定処理停止を設定して(S108)、一旦本処理を終了する。このことにより吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)が停止される。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図4)の説明に戻り、燃料カット制御が終了して燃料カット制御期間ではないと判定されると(S102で「NO」)、次に吸気バルブ2aの開弁タイミング設定処理停止を設定して(S108)、一旦本処理を終了する。このことにより吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)が停止される。
以後、燃料カット制御期間でない場合には、エンジン2の運転状態に応じて適切なバルブ作用角あるいはバルブタイミングとなるように可変動弁機構54の制御がなされる。
上述した構成において、請求項との関係は、吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)が圧力比較手段及び燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段としての処理に相当する。
上述した構成において、請求項との関係は、吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)が圧力比較手段及び燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).吸気バルブ2aが開弁している場合には、エンジン2の燃焼室12と吸気通路20との差圧によっては、燃焼室12内から吸気通路20への吸気戻りが生じることがあるが、吸気戻り量の程度は差圧に応じて変化する。
(イ).吸気バルブ2aが開弁している場合には、エンジン2の燃焼室12と吸気通路20との差圧によっては、燃焼室12内から吸気通路20への吸気戻りが生じることがあるが、吸気戻り量の程度は差圧に応じて変化する。
吸気戻り量が多いと、一旦燃焼室12内の余熱により暖められた吸気が再度吸気通路20に戻って冷却されて再度燃焼室12内に吸入される。この結果として燃焼室12から排気通路36側へ排出される空気も比較的低温化するため、排気浄化用触媒コンバータ38内の排気浄化触媒も低温化しやすくなる。
したがって本実施の形態では吸気戻りを抑制するために、吸気バルブ2aの開弁タイミングを、燃焼室12と吸気通路20との圧力比較結果に基づいて設定している。ここでは筒内圧力CPが吸気圧PMに一致するタイミングを吸気バルブ2aの開弁タイミングとして設定している。
このように燃焼室12の圧力と吸気通路20の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中におけるエンジン2のポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中に排気浄化触媒が低温化するのを抑制できる。
[実施の形態2]
本実施の形態の車両は、前記図1に示したエンジンに加えて、別の駆動源として電動モータからの出力トルクも車両の走行駆動トルクとしている、いわゆるハイブリッド型の車両である。この場合の電動モータは、モータジェネレータ(回生機構に相当)を利用しているので、電気的エネルギーを回転運動等の運動エネルギーに変換して出力するモータ機能と、伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機能を併せ持っている。
本実施の形態の車両は、前記図1に示したエンジンに加えて、別の駆動源として電動モータからの出力トルクも車両の走行駆動トルクとしている、いわゆるハイブリッド型の車両である。この場合の電動モータは、モータジェネレータ(回生機構に相当)を利用しているので、電気的エネルギーを回転運動等の運動エネルギーに変換して出力するモータ機能と、伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機能を併せ持っている。
このようなモータジェネレータの配置としては、出力軸をクランクシャフトに直結して、あるいは出力軸をクランクシャフトと共通にして設けても良く、又、電磁クラッチを介してクランクシャフトに係合するものであっても良い。更に両者のタイプのモータジェネレータを両方設けても良い。
このようなエンジンの構成において、ECUは燃料カット制御時にはモータジェネレータを回生モードに切り替えることにより、車両の走行エネルギーを電気エネルギーとして回収するよう構成されている。
他の構成は、前記実施の形態1(図1〜6)にて説明したごとくである。
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).図6の(A)と(B)とを比較して解るように、排気バルブが閉弁してから燃焼室の容積が膨張して燃焼室内が吸気通路側と同じ圧力に低下したタイミングで吸気バルブが開いている。このためポンピング損失を小さくすることができる。このようにポンピング損失が少なくなった分、モータジェネレータによる車両走行エネルギーの回収量が高まり、燃費を向上させることができる。
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).図6の(A)と(B)とを比較して解るように、排気バルブが閉弁してから燃焼室の容積が膨張して燃焼室内が吸気通路側と同じ圧力に低下したタイミングで吸気バルブが開いている。このためポンピング損失を小さくすることができる。このようにポンピング損失が少なくなった分、モータジェネレータによる車両走行エネルギーの回収量が高まり、燃費を向上させることができる。
このようにエンジンの燃焼室の圧力と吸気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中におけるエンジンのポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中のポンピング損失抑制が可能となる。
(ロ).前記実施の形態1の(イ)と同じ効果を生じる。
[実施の形態3]
本実施の形態の車両は、前記実施の形態2のごとくのモータジェネレータがエンジンに組み込まれている。ただし、前記実施の形態1,2とは異なり、エンジンは吸気バルブ用の可変動弁機構と排気バルブ用の可変動弁機構との2つの可変動弁機構を設けており、図7に示すごとく吸気バルブと排気バルブとの両者についてバルブ作用角とバルブタイミングとが調節可能となっている。
[実施の形態3]
本実施の形態の車両は、前記実施の形態2のごとくのモータジェネレータがエンジンに組み込まれている。ただし、前記実施の形態1,2とは異なり、エンジンは吸気バルブ用の可変動弁機構と排気バルブ用の可変動弁機構との2つの可変動弁機構を設けており、図7に示すごとく吸気バルブと排気バルブとの両者についてバルブ作用角とバルブタイミングとが調節可能となっている。
そしてECUは図8に示す燃料カット制御時バルブタイミング制御処理と、図9に示す排気バルブ開弁タイミング設定処理を実行する。尚、図10は燃料カット時におけるエンジンのPV線図を表している。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図8)について説明する。本処理は一定のクランク角周期あるいは一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。
本処理が開始されると、まず燃料カット制御期間か否かが判定される(S302)。燃料カット制御期間であれば(S302で「YES」)、吸気バルブの開弁タイミングINopをTDCに設定する(S304)。次に吸気バルブの閉弁タイミングINclを図10の(A)に「BBDCb」で示すごとく設定する(S306)。タイミングBBDCbはBDCよりも早いタイミングである。
本処理が開始されると、まず燃料カット制御期間か否かが判定される(S302)。燃料カット制御期間であれば(S302で「YES」)、吸気バルブの開弁タイミングINopをTDCに設定する(S304)。次に吸気バルブの閉弁タイミングINclを図10の(A)に「BBDCb」で示すごとく設定する(S306)。タイミングBBDCbはBDCよりも早いタイミングである。
次に排気バルブの閉弁タイミングEXclをTDCに設定する(S308)。そして次に排気バルブ開弁タイミング設定処理開始を設定して(S310)、一旦本処理を終了する。このことにより図9に示す排気バルブ開弁タイミング設定処理が開始される。
排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)について説明する。本処理は一定のクランク角周期あるいは一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。
まず排気通路36内の圧力である排気管圧力ExP計算が実行される(S352)。排気管圧力ExPは前記実施の形態1にて述べたごとく、吸入空気量GAに基づいて算出することができる。あるいは排気通路36内に排気圧センサを設けて排気管圧力ExPを直接検出しても良い。
まず排気通路36内の圧力である排気管圧力ExP計算が実行される(S352)。排気管圧力ExPは前記実施の形態1にて述べたごとく、吸入空気量GAに基づいて算出することができる。あるいは排気通路36内に排気圧センサを設けて排気管圧力ExPを直接検出しても良い。
次に筒内圧力CPが排気管圧力ExPと一致するタイミングθfをクランク角として算出する(S354)。筒内圧力CPは、吸気バルブが閉弁した時の燃焼室の圧力(吸気圧PM)と、その後の燃焼室の容積変化とに依存する。この時には膨張行程と排気行程の両方でそれぞれ筒内圧力CPが排気管圧力ExPと一致するタイミングθfが排気バルブの開弁タイミングとして設定できる。
すなわち吸気圧PMの状態から圧縮行程において一旦高圧化された燃焼室内が、膨張行程時に燃焼室の容積拡大に連動して筒内圧力CPは低下する。更に、排気行程時においても最初に排気バルブを閉じていた場合には燃焼室の容積縮小に連動して筒内圧力CPは再度上昇してゆく。この時の燃焼室の容積はクランク角に依存しているので、前記実施の形態1にて述べたごとく、筒内圧力CPが排気管圧力ExPとなる時のクランク角が算出できる。
このように筒内圧力CPが排気管圧力ExPと一致するタイミングθfが求められると、このタイミングθfを排気バルブの開弁タイミングとして設定する(S356)。
このようにして燃料カット制御期間では、吸気バルブと排気バルブとのバルブタイミングが設定されて、図10の(A)又は(B)に示すPV線図が実現される。図10の(A)は膨張行程において筒内圧力CP=排気管圧力ExPとなるクランク角がタイミングθfとして排気バルブ開弁タイミングEXopに設定された場合である。(B)は排気行程において筒内圧力CP=排気管圧力ExPとなるクランク角がタイミングθfとして排気バルブ開弁タイミングEXopに設定された場合である。
このようにして燃料カット制御期間では、吸気バルブと排気バルブとのバルブタイミングが設定されて、図10の(A)又は(B)に示すPV線図が実現される。図10の(A)は膨張行程において筒内圧力CP=排気管圧力ExPとなるクランク角がタイミングθfとして排気バルブ開弁タイミングEXopに設定された場合である。(B)は排気行程において筒内圧力CP=排気管圧力ExPとなるクランク角がタイミングθfとして排気バルブ開弁タイミングEXopに設定された場合である。
すなわち排気バルブはBDCにて開弁せずに燃焼室内に密閉された空気が容積変化により排気通路36の圧力(排気管圧力ExP)に一致したタイミングで開弁している。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図8)の説明に戻り、燃料カット制御が終了して燃料カット制御期間ではないと判定されると(S302で「NO」)、次に排気バルブ開弁タイミング設定処理停止を設定して(S312)、一旦本処理を終了する。このことにより排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)が停止される。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図8)の説明に戻り、燃料カット制御が終了して燃料カット制御期間ではないと判定されると(S302で「NO」)、次に排気バルブ開弁タイミング設定処理停止を設定して(S312)、一旦本処理を終了する。このことにより排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)が停止される。
以後、燃料カット制御期間でない場合には、エンジン2の運転状態に応じて適切なバルブ作用角あるいはバルブタイミングとなるように吸気バルブ及び排気バルブ用の各可変動弁機構の制御がなされる。
上述した構成において、請求項との関係は、排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)が圧力比較手段及び燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).図10の(A),(B)と、比較例である図6の(B)とを比較して解るように、吸気バルブが閉弁してから燃焼室内が排気通路側と同じ圧力となったタイミングで排気バルブが開いている。このためポンピング損失を小さくすることができる。したがってポンピング損失が少なくなった分、モータジェネレータによる車両の走行エネルギーの回収量が高まり、燃費を向上させることができる。
(イ).図10の(A),(B)と、比較例である図6の(B)とを比較して解るように、吸気バルブが閉弁してから燃焼室内が排気通路側と同じ圧力となったタイミングで排気バルブが開いている。このためポンピング損失を小さくすることができる。したがってポンピング損失が少なくなった分、モータジェネレータによる車両の走行エネルギーの回収量が高まり、燃費を向上させることができる。
このようにエンジンの燃焼室の圧力と排気通路の圧力とを比較するという観点から燃料カット制御中におけるエンジンのポンピング運動を適切に制御でき、燃料カット制御中のポンピング損失抑制が可能となる。
[実施の形態4]
本実施の形態の車両は、前記実施の形態3と同じであり、モータジェネレータがエンジンに組み込まれ、吸気バルブ用と排気バルブ用との2つの可変動弁機構が設けられて図7に示したごとく吸気バルブと排気バルブとの両者についてバルブ作用角とバルブタイミングとが調節可能となっている。
本実施の形態の車両は、前記実施の形態3と同じであり、モータジェネレータがエンジンに組み込まれ、吸気バルブ用と排気バルブ用との2つの可変動弁機構が設けられて図7に示したごとく吸気バルブと排気バルブとの両者についてバルブ作用角とバルブタイミングとが調節可能となっている。
そしてECUは図11に示す燃料カット制御時バルブタイミング制御処理、前記図5に示した吸気バルブ開弁タイミング設定処理、及び前記図9に示した排気バルブ開弁タイミング設定処理を実行する。尚、図12は燃料カット制御時におけるエンジンのPV線図を表している。本実施の形態では、吸気バルブの開弁タイミングと排気バルブの開弁タイミングとの両者を、それぞれ筒内圧力CP=吸気圧PMあるいは筒内圧力CP=排気管圧力ExPのタイミングに設定している点が、前記実施の形態3とは異なる。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図11)について説明する。本処理は一定のクランク角周期あるいは一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。
本処理が開始されると、まず燃料カット制御期間か否かが判定される(S402)。燃料カット制御期間であれば(S402で「YES」)、吸気バルブの閉弁タイミングINclを図12に「BBDCd」で示すごとく設定する(S404)。タイミングBBDCdはBDCよりも早いタイミングである。
本処理が開始されると、まず燃料カット制御期間か否かが判定される(S402)。燃料カット制御期間であれば(S402で「YES」)、吸気バルブの閉弁タイミングINclを図12に「BBDCd」で示すごとく設定する(S404)。タイミングBBDCdはBDCよりも早いタイミングである。
次に排気バルブの閉弁タイミングEXclをTDCに設定する(S406)。そして次に吸気バルブ開弁タイミング設定処理開始を設定し(S408)、排気バルブ開弁タイミング設定処理開始を設定して(S410)、一旦本処理を終了する。このことにより前記図5に示した吸気バルブ開弁タイミング設定処理及び前記図9に示した排気バルブ開弁タイミング設定処理が開始される。
この内、吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)により筒内圧力CPが吸気圧PMと一致するタイミングθeが求められて吸気バルブの開弁タイミングINopに設定される。又、排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)により筒内圧力CPが排気管圧力ExPと一致するタイミングθfが求められて排気バルブの開弁タイミングEXopに設定される。
このようにして燃料カット制御期間では、吸気バルブと排気バルブとのバルブタイミングが設定される。このことにより燃料カット制御期間中は、図12に示すPV線図が実現される。図12は吸入行程の途中で筒内圧力CP=吸気圧PMとなると吸気バルブが開弁し、膨張行程において筒内圧力CP=排気管圧力ExPとなると排気バルブが開弁する制御を示している。
燃料カット制御時バルブタイミング制御処理(図11)の説明に戻る。燃料カット制御が終了して燃料カット制御期間ではないと判定されると(S402で「NO」)、次に吸気バルブ開弁タイミング設定処理停止を設定し(S412)、排気バルブ開弁タイミング設定処理停止を設定して(S414)、一旦本処理を終了する。このことにより吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)及び排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)が停止される。
以後、燃料カット制御期間でない場合には、エンジンの運転状態に応じて適切なバルブ作用角あるいはバルブタイミングとなるように吸気バルブ及び排気バルブ用の各可変動弁機構の制御がなされる。
上述した構成において、請求項との関係は、吸気バルブ開弁タイミング設定処理(図5)及び排気バルブ開弁タイミング設定処理(図9)が、圧力比較手段及び燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態4によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態2,3の効果を生じる。図12に示すごとく特にポンピング損失の低下が著しいので燃費向上効果が高い。
(イ).前記実施の形態2,3の効果を生じる。図12に示すごとく特にポンピング損失の低下が著しいので燃費向上効果が高い。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態においてはガソリンエンジンの場合であったが、ディーゼルエンジンであっても良い。
(a).前記実施の形態においてはガソリンエンジンの場合であったが、ディーゼルエンジンであっても良い。
(b).前記実施の形態1においては、燃料カット制御期間においては吸気バルブの閉弁タイミングINclは、BDCより前のタイミングBBDCaに設定されていたが図13に示すごとくBDCに設定しても良く、図14に示すごとくBDCよりも遅くなるように設定しても良い。
2…エンジン、2a…吸気バルブ、2b…排気バルブ、4…ECU、6…ピストン、6a…クランクシャフト、8…シリンダブロック、10…シリンダヘッド、12…燃焼室、14…点火プラグ、16…燃料噴射弁、18…吸気ポート、20…吸気通路、22…サージタンク、24…スロットルバルブ用モータ、26…スロットルバルブ、28…スロットル開度センサ、30…吸入空気量センサ、32…吸気温センサ、34…排気ポート、36…排気通路、38…排気浄化用触媒コンバータ、40…空燃比センサ、42…アクセルペダル、44…アクセル開度センサ、46…エンジン回転数センサ、48…基準クランク角センサ、50…スライドセンサ、52…冷却水温センサ、54…可変動弁機構、56…バルブ作用角調節機構、58…バルブタイミング調節機構、60…仲介駆動機構、62…ローラロッカーアーム、64…吸気カムシャフト、64a…吸気カム、66d…アーム、70d…ノーズ、82…コントロールシャフト。
Claims (8)
- 吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関における燃料カット制御装置であって、
内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力とを比較する圧力比較手段と、
燃料カット制御期間では、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定する燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段と、
を備えたことにより、燃料カット期間中での内燃機関のポンピング運動を調節することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。 - 請求項1において、内燃機関は出力した運動エネルギーを回収する回生機構を備え、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、前記回生機構にて回収される前記運動エネルギーの損失を抑制するために、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果に基づいて設定することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項2において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、吸気バルブ又は排気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果により内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路又は排気通路の圧力との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに設定することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項3において、前記基準差圧範囲は、内燃機関の燃焼室と吸気通路又は排気通路との圧力が略同一の範囲に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項2〜4のいずれかにおいて、前記回生機構は電動機を兼ねており、前記内燃機関とともに車両を駆動するための駆動源として用いられていることを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項1において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、内燃機関の燃焼室内から吸気通路への吸気戻りを抑制するために、前記吸気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段における内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路の圧力との比較結果に基づいて設定することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項6において、前記燃料カット時バルブ開弁タイミング設定手段は、燃料カット制御期間では、前記吸気バルブの開弁タイミングを、前記圧力比較手段の圧力比較結果により内燃機関の燃焼室の圧力と吸気通路の圧力との差圧が基準差圧範囲内にあるタイミングに設定することを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
- 請求項7において、前記基準差圧範囲は、内燃機関の燃焼室と吸気通路との圧力が略同一の範囲に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料カット制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004016035A JP2005207347A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | 内燃機関の燃料カット制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004016035A JP2005207347A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | 内燃機関の燃料カット制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005207347A true JP2005207347A (ja) | 2005-08-04 |
Family
ID=34901317
Family Applications (1)
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JP2004016035A Pending JP2005207347A (ja) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | 内燃機関の燃料カット制御装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005207347A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010203279A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Nissan Motor Co Ltd | ハイブリッド車のエンジン制御装置 |
JP2015232323A (ja) * | 2014-05-13 | 2015-12-24 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関の制御装置 |
-
2004
- 2004-01-23 JP JP2004016035A patent/JP2005207347A/ja active Pending
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JP2015232323A (ja) * | 2014-05-13 | 2015-12-24 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関の制御装置 |
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