JP2005273462A

JP2005273462A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005273462A
Application number: JP2004083894A
Authority: JP
Inventors: Masahito Ihara; 雅人井原; Katsuhiko Kawamura; 克彦川村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】爆発行程時に筒内に負のエネルギーを発生させないようにする。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、排気弁のバルブリフト特性を変更可能な排気弁側可変動弁機構２と、筒内圧力を算出するＥＣＵ１とを備え、爆発行程時にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるタイミングで、当該気筒の排気弁を開弁させることを特徴とする。これによって、爆発行程にある気筒の筒内に負のエネルギーが発生することがなく、排気弁を開弁した際のポンピングロスの発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒内圧力に応じて排気弁の開弁制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

ミラーサイクルや高膨張比となるよう設定された内燃機関においては、爆発行程において筒内圧力が大気圧以下になる場合がある。爆発行程において、筒内圧力が大気圧以下になると負のエネルギーが生じることになり、燃費悪化の要因となりうる。

爆発行程における筒内圧力は、排気弁の開弁時期を変更することで制御することが可能である。例えば、特許文献１には、多気筒内燃機関の減筒運転時における休止気筒の筒内圧力が所定の範囲内の値となるよう休止気筒の排気弁を開閉制御する技術が開示されている。
特開平７−１１９５０２号公報

しかしながら、上述した特許文献１は、筒内へのオイル上がり防止を目的としており、気筒停止中の筒内圧力が所定値以下にならないように排気バルブタイミングを制御するものであるため、爆発行程に生じる負のエネルギーを解消することができず、効果的に燃費向上を図ることができない虞がある。

そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、排気弁のバルブリフト特性を変更可能な排気バルブタイミング変更手段と、筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段とを備え、爆発行程時にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるタイミングで、当該気筒の排気弁を開弁させることを特徴としている。

本発明によれば、爆発行程にある気筒の筒内に負のエネルギーが発生することがなく、排気弁を開弁した際のポンピングロスの発生を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明が適用される内燃機関は、例えばミラーサイクルのように、吸気弁の閉時期を下死点よりも遅い時期、もしくは吸気弁の閉時期を下死点よりも早い時期として、膨張比が圧縮比に対して大きくなるよう設定されたものである。

本実施形態における内燃機関は、吸気弁と排気弁とを有する多気筒内燃機関であって、各気筒の吸気弁及び排気弁は、それぞれバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構により駆動されている。

排気弁側及び吸気弁側の可変動弁機構は、例えば、本出願人が先に提案した特開２００２−８９３４１号公報により公知となっているものであり、排気弁側の可変動弁機構を例に概要を説明すると、排気弁のリフト・作動角を連続的に可変制御するリフト作動角可変機構と、そのリフト中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を連続的に進角もしくは遅角させる位相可変機構とが組み合わされて構成されている。

図１は、本実施形態における内燃機関の制御装置のシステム構成の概略を示す説明図である。

筒内圧力算出手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１には、エアフローメータ（図示せず）、クランク角センサ（図示せず）、各気筒の筒内圧力を検出する筒内圧力センサ等の各種センサ類からの各種検出信号が入力されている。ＥＣＵ１は、各種センサ類からの各種検出信号に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、各可変動弁機構のバルブリフト特性、スロットル弁（図示せず）、等を制御する。

尚、この実施形態における吸気弁側の可変動弁機構（図示せず）は、吸気弁（図示せず）の閉時期が下死点よりも遅くなるようバルブリフト特性となっている。すなわち、吸気弁の閉時期は、下死点よりも遅くなる所定の範囲内で、運転状態に応じて最適に制御されている。

このＥＣＵ１においては、クランク角センサからの検出信号に基づいて、エンジン回転数及びクランク角位置が演算されている。また、ＥＣＵ１は、クランク角位置から気筒の作動行程を判別可能となっており、気筒が爆発行程であるかどうか判別することができる。

そして、ＥＣＵ１によって、爆発行程にある気筒のピストン（図示せず）が下死点に到達する以前に、当該気筒の筒内圧力が大気圧以下となったと判定されると、排気バルブタイミング変更手段としての排気弁側可変動弁機構２に、ＥＣＵ１から排気バルブタイミング変更信号が送信される。

図２は、筒内圧力の変化、排気弁の動き、筒内容積（シリンダ容積）の変化、を圧縮行程から排気行程にかけて示したタイミングチャートである。尚、図２中の破線は、排気弁を下死点位置で開いた場合を示している。

本発明が適用される内燃機関は、圧縮比に比べて膨張比が大きくなっているため、爆発行程中に排気弁を閉じた状態に維持すると、爆発行程中の時刻Ｔ１以降の筒内圧力が大気圧よりも小さくなる。すなわち、爆発行程時にピストン位置が下死点に到達するまで排気弁を閉弁状態に維持すると当該気筒の筒内圧力が大気圧よりも小さくなる。

上述した実施形態においては、筒内圧力が大気圧となった時刻Ｔ１のタイミングでＥＣＵ１から排気弁側可変動弁機構２に排気バルブタイミング変更信号が送信される。排気弁側可変動弁機構２は、排気バルブタイミング変更信号を受けると直ちに排気弁を開弁する。そして、筒内圧力は排気弁が閉弁するまで大気圧に維持される。

一方、図２中に破線で示すように、排気弁の開時期を下死点位置とした場合には、排気弁を開弁した際に筒内圧力が大気圧に対して負圧となっており、筒内に負のエネルギーが発生することになる。つまり、筒内圧力が大気圧に対して負圧になっている状態のときに排気弁が開弁されるとポンピングロスが発生することになる。

図３は、排気弁のバルブリフトタイミングを変更する制御の流れを示すものであって、上述した実施形態における内燃機関の制御装置の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップ（以下、単にＳと表記する）１では、気筒が爆発行程であるか否かを判定し、気筒が爆発行程でない場合には排気弁側可変動弁機構２にＥＣＵ１から排気バルブタイミング変更信号が送信することなく今回のルーチンを終了する。気筒が爆発行程にある場合にはＳ２へ進む。

Ｓ２では、爆発行程にある気筒の筒内圧力が大気圧より小さいか否か、すなわち爆発行程にある筒内圧力が大気圧に対して負圧か否かを判定し、筒内圧力が大気圧より小さい場合にはＳ３へ進み、そうでない場合にはＳ４へ進む。

Ｓ３では、ＥＣＵ１から排気弁側可変動弁機構２へ排気バルブタイミング変更信号を送信し、排気弁を直ちに開弁する。

Ｓ４では、爆発行程にある気筒において、ピストン位置が下死点に到達ているか否かを判定しする。Ｓ４にて、ピストン位置が下死点に到達している場合にはＳ３へ進み、筒内圧力に関わらず排気弁を直ちに開弁する。一方、Ｓ４にて、ピストン位置が下死点に到達していない場合には排気弁側可変動弁機構２に排気バルブタイミング変更信号を送信することなく今回のルーチンを終了する。つまり、排気弁は、爆発行程中に、当該気筒の筒内圧力が大気圧以下となるか、あるいはピストン位置が下死点位置に到達したときに開弁する。

以上説明したきたように、上述した実施形態においては、爆発行程にある気筒の筒内圧力が大気圧になったタイミイングで排気弁を開弁させることにより、爆発行程にある気筒の筒内に負のエネルギーが発生することがなく、排気弁を開弁した際にポンピングロスが発生せず、燃費の向上を効果的に図ることができる。

尚、上述した実施形態においては、爆破行程にある気筒の筒内圧力を筒内圧力センサで直接的に検知しているが、筒内圧力センサを用いる替わりに、ピストンの上死点位置及び下死点位置から算出される膨張比（エンジン固有の固定値）を用いて、爆発行程にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるクランク角度を算出し、この大気圧相当クランク角度に当該気筒のクランク角度がなったタイミングで排気弁の開弁するようにしてもよい。詳述すると、図４に示すようなマップを予めＥＣＵ１内部のＲＯＭに記憶させておき、吸入空気量をエンジン回転数と上述した膨張比で除した値を算出して、図４のマップから上述した大気圧相当クランク角度を算出し、排気弁の開弁時期を決定するようにしてもよい。

また、爆発行程にある気筒の筒内圧力を、吸入空気量、クランク角度及びエンジン回転数を用いて筒内圧力を推定することも可能である。すなわち、上述した実施形態とは異なり、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧力センサを具備せずに、筒内圧力を推定することも可能である。

また、爆発行程にある気筒の筒内圧力を、クランク角センサの検出信号から演算するようにしてもい。すなわち、各気筒の筒内圧力を直接検出する筒内圧力センサを具備せずに、クランク角センサの検出信号からクランクシャフトの角速度変化を求め、爆発行程にある気筒の筒内圧力を算出するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、吸気弁及び排気弁を可変動弁機構を用いて駆動させているが、可変動弁機構を用いずに、電磁駆動式の吸排気弁、すなわちモータ等のアクチュエータによって吸気弁及び排気弁を駆動させるものであってもよい。

上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
（１）排気弁のバルブリフト特性を変更可能な排気バルブタイミング変更手段と、筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段とを備え、爆発行程時にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるタイミングで、当該気筒の排気弁を開弁させる。これによって、爆発行程にある気筒の筒内に負のエネルギーが発生することがなく、排気弁を開弁した際のポンピングロスの発生を防止することができる。

（２）上記（１）に記載の内燃機関の制御装置は、より具体的には、膨張比が圧縮比に対して大きくなるよう設定され、爆発行程時にピストン位置が下死点に到達するまで排気弁を閉弁状態に維持すると当該気筒の筒内圧力が大気圧よりも小さくなる内燃機関に適用される。

（３）上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置は、より具体的には、筒内圧力算出手段が、筒内圧力を直接検知する筒内圧力センサである。

（４）上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置は、より具体的には、吸入吸気量を検出する吸入空気量検出手段と、クランク角度を検出するクランク角度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を有し、筒内圧力算出手段は、吸入空気量、クランク角度及びエンジン回転数を用いて筒内圧力を推定している。

（５）上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置は、より具体的には、筒内圧力算出手段が、ピストンの上死点位置及び下死点位置から算出される膨張比を用いて爆発行程にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるクランク角度を算出するものである。

本発明に係る内燃機関の制御装置のシステム構成の概略を示す説明図。筒内圧力の変化、排気弁の動き、筒内容積の変化、を圧縮行程から排気行程にかけて示したタイミングチャート。本発明に係る内燃機関の制御装置の制御の流を示すフローチャート。膨張比を用いて筒内圧力を推定する際に用いるマップ。

符号の説明

１…エンジンコントロールユニット（筒内圧力算出手段）
２…排気側可変動弁機構（排気バルブタイミング変更手段）

Claims

排気弁のバルブリフト特性を変更可能な排気バルブタイミング変更手段と、筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段とを備え、爆発行程時にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるタイミングで、当該気筒の排気弁を開弁させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
膨張比が圧縮比に対して大きくなるよう設定され、爆発行程時にピストン位置が下死点に到達するまで排気弁を閉弁状態に維持すると当該気筒の筒内圧力が大気圧よりも小さくなる内燃機関に適用されることを特徴とする請求項１に内燃機関の制御装置。
筒内圧力算出手段は、筒内圧力を直接検知する筒内圧力センサであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
吸入吸気量を検出する吸入空気量検出手段と、クランク角度を検出するクランク角度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、を有し、筒内圧力算出手段は、吸入空気量、クランク角度及びエンジン回転数を用いて筒内圧力を推定していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
筒内圧力算出手段は、ピストンの上死点位置及び下死点位置から算出される膨張比を用いて爆発行程にある気筒の筒内圧力が大気圧近傍となるクランク角度を算出するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。