JP2005315232A - 内燃機関及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、効果的なエンジンブレーキを得ること。
【解決手段】動力源として車両に搭載される内燃機関であって、前記内燃機関の吸気バルブのリフト量を変更できる吸気バルブリフト量制御機構と、前記内燃機関の吸気圧力を取得する吸気圧力取得手段と、を備え、前記車両の減速意思を検出したときには、前記吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量が変化することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気バルブのバルブリフト量を変化させることのできる内燃機関に関し、さらに詳しくは、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、効果的なエンジンブレーキを得ることのできる内燃機関及び内燃機関の制御装置に関する。

レシプロエンジンやロータリーエンジンその他の内燃機関は、これを搭載した車両の走行中に燃料供給を停止すると、ポンピングロスによりいわゆるエンジンブレーキとして機能する。特許文献１には、出力特性の異なるカムプロファイルを持つ複数のカムと、これらのカムを運転状態によって選択的に切り替える機構を有する内燃機関において、エンジンブレーキが要求され、かつ燃料が遮断されるときには、その運転域においてポンピングロスがより大きくなるカムに切り替える内燃機関の制御装置が開示されている。

特開平４−１８７８０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ポンピングロスがより大きくなるカムを選択するので、内燃機関の燃焼室内における負圧が低くなりすぎて、いわゆるオイル上がり、オイル下がりが発生して、エンジンオイルの消費が増加するおそれがある。その結果、エンジンオイルの消費量が許容値を超えてしまい、エンジンオイルの交換サイクルが短くなるおそれがあった。また、内燃機関の耐久性に影響を与えるおそれもあった。そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、効果的なエンジンブレーキを得ることのできる内燃機関及び内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、動力源として車両に搭載される内燃機関であって、前記内燃機関の吸気バルブのリフト量を変更できる吸気バルブリフト量制御機構と、前記内燃機関の吸気圧力を取得する吸気圧力取得手段と、を備え、前記車両の減速意思を検出したときには、前記吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量が変化することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記吸気バルブのリフト量は連続的に変更できることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関が搭載される車両の制動装置が作動した時であって、かつ前記内燃機関の出力を制御するためのアクセルが閉じられたときには、前記吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量が変化することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、動力源として車両に搭載されるとともに、吸気バルブのリフト量を変更できる吸気バルブリフト量制御機構を備える内燃機関を制御するものであって、前記内燃機関及び前記車両の運転条件を判定する運転条件判定部と、前記運転条件判定部が、前記内燃機関が運転中かつ前記車両が走行中である場合に、前記車両の減速意思を検出したときには、前記内燃機関の吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量を決定するバルブリフト量決定部と、を含んで構成される。

次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の制御装置において、前記車両の減速意思は、前記内燃機関の出力を制御するためのアクセルが閉じられたときであって、かつ前記内燃機関が搭載される車両の制動装置が作動したときであることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関及び内燃機関の制御装置は、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、効果的なエンジンブレーキを得ることができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、内燃機関であれば適用できるが、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

この実施例は、車両の駆動源となる内燃機関、及びその制御装置に関するものであり、吸気バルブのリフト量を可変できる吸気バルブリフト量制御機構と、吸気管圧力を取得する吸気管圧力取得手段とを備える内燃機関を搭載する車両の走行中、アクセルが閉じられたときには、前記吸気管圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量を調整する点に特徴がある。

図１は、この実施例に係る内燃機関の一例を示す全体図である。この内燃機関１は、レシプロ式の内燃機関であり、２個のバンクを持つとともに、片バンクに３気筒づつ、計６個の気筒を備える内燃機関である。ここで、バンクとは、直列に配置される気筒の一つのまとまりをいう。なお、本発明は単気筒、多気筒問わず適用でき、また直列の内燃機関、２個のバンクをＶ型、又は水平に配置した内燃機関、あるいは３以上のバンクを備える内燃機関に対しても適用できる。

この内燃機関１は、吸気バルブのリフト量を可変できるバルブリフト量制御機構５０を各バンクに備える。バルブリフト量制御機構５０は、エンジンＥＣＵ３０によって制御されて、内燃機関１の運転条件に応じて吸気バルブのリフト量を調整する。また、内燃機関１は、サージタンク２２に吸気圧力センサ４５を備える。また、クランク角センサ４１により、各気筒のピストン位置及び内燃機関１の機関回転数ＮＥを検出する。吸気圧力センサ４５及びクランク角センサ４１の出力はエンジンＥＣＵ（Engine Control Unit）３０に取り込まれ、内燃機関１の運転制御に用いられる。

図２は、この実施例に係る内燃機関が備える一つの気筒に関する断面図である。図２を用いて、この実施例に係る内燃機関についてより詳細に説明する。図２から分かるように、この内燃機関１は、点火プラグ７によって燃焼室１ｂ内の混合気に点火する、いわゆる火花点火式の内燃機関である。この内燃機関１は、シリンダヘッド１ｈに直噴噴射弁３を備える。そして、この直噴噴射弁３により、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射して混合気を形成して燃焼させる、いわゆる直噴の内燃機関である。なお、この実施例において、内燃機関１は、吸気ポート４へ燃料を噴射するポート噴射弁を備えるものであってもよい。また、内燃機関１は、直噴噴射弁３とポート噴射弁とを備え、運転条件に応じて両者を使い分けるものであってもよい。

内燃機関１の吸気系は、吸気通路２１と、吸気通路２１の入り口に設けられるエアクリーナ２０と、吸気通路２１の途中に設けられる電子スロットル弁７０と、電子スロットル弁７０と内燃機関１の吸気ポート４との間に設けられるサージタンク２２と、サージタンク２２と吸気バルブ２ｉとを含んで構成される。内燃機関１の排気系は、排気ポート９と、排気ポート９の下流に設けられる触媒２３とを含んで構成される。ここで、「下流」とは、排気Ｅｘが流れる方向の下流をいう。

内燃機関１は、吸気通路２１に設けられる電子スロットル弁７０により、吸入空気量が調整される。電子スロットル弁７０は、バタフライバルブ７１と、これを駆動するアクチュエータ７２と、バタフライバルブ７１の開度を検出する開度センサ７３とで構成される。アクセル開度センサ４２は、内燃機関の出力を制御するためのアクセルに取り付けられており、アクセルの開度を検出する。エンジンＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ４２からの出力を取得して、アクチュエータ７２に制御信号を送り、開度センサ７３からのバタフライバルブ開度のフィードバック信号に基づいて、バタフライバルブ７１を適切な開度に制御する。これにより、アクセル開度に応じた適切な量の空気Ａを内燃機関１へ供給することができる。

内燃機関１のシリンダヘッド１ｈには、吸気バルブ２ｉ、及び排気バルブ２ｅが取り付けられている。吸気バルブ２ｉは吸気カムシャフト８ｓｉの吸気カム８ｃｉで、排気バルブ２ｅは排気カムシャフト８ｓｅの排気カム８ｃｅで駆動され、開閉する。吸気バルブ２ｉには、そのバルブリフト量を調整できるバルブリフト量制御機構５０が備えられている。また、吸気バルブ２ｉの近傍には、吸気カム８ｃｉの角度を検出するカムポジションセンサ４６が取り付けられている。このカムポジションセンサ４６の信号に基づき、角気筒の燃料噴射時期、及び点火時期を決定することができる。

吸気バルブ２ｉが開くことにより、電子スロットル弁７０で流量が調整された空気Ａが燃焼室１ｂ内へ導入される。この空気Ａは、直噴噴射弁３から噴射された燃料Ｆと、燃焼室１ｂ内で混合気を形成する。ここで、直噴噴射弁３はデリバリパイプ２４に取り付けられており、デリバリパイプ２４内に１０ＭＰａ前後の圧力で満たされている燃料Ｆが供給される。そして、エンジンＥＣＵ３０からの噴射指令により、所定のタイミングで直噴噴射弁３から内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆが噴射される。

ピストン５がＴＤＣ（点火上死点）に到達する前後のタイミングで、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに取り付けられる点火プラグ７が放電し、燃焼室１ｂ内へ導入された混合気に点火し、火炎伝播によりこれを燃焼させる。混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド６ｃを介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換される。クランク軸６は、ピストン５の往復運動を内燃機関１の出力として取り出す。

燃焼後の混合気は排気Ｅｘとなる。排気Ｅｘは、排気バルブ２ｅが開くことにより燃焼室から排気ポート９へ排出される。この排気Ｅｘは、排気ポート９から触媒２３へ導かれ、ここで浄化される。触媒２３で浄化された排気Ｅｘは、消音器へ導かれて騒音を低減されてから大気中へ放出される。次に、この内燃機関１の運転制御について簡単に説明する。

この内燃機関１は、エンジンＥＣＵ３０が各種センサ類からの信号を取得し、これに基づいて、燃料噴射量、点火時期、吸気バルブ２ｉのリフト量その他の制御パラメータを決定する。そして、エンジンＥＣＵ３０は、決定した制御パラメータに基づいて、直噴噴射弁３や点火プラグ７等の制御対象を制御することよって、内燃機関１の運転を制御する。内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ４１によってクランク軸６のクランク角ＣＡが検出される。検出したクランク角ＣＡからクランク軸６の回転角速度を求めることにより、内燃機関１の機関回転数ＮＥを知ることができる。エンジンＥＣＵ３０は、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、吸気温度センサ４３、エアフローセンサ４４、吸気圧力センサ４５、カムポジションセンサ４６、ブレーキセンサ４７その他のセンサ類からの出力を取得して、点火時期や燃料噴射量を決定する。そして、決定値に基づき、直噴噴射弁３から燃料Ｆを噴射させ、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに取り付けられる点火プラグ７に通電し、点火プラグ７から放電させて、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。次に、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を調整する機構について説明する。

図３−１は、この実施例に係るバルブリフト量調整機構を示す説明図である。図３−２は、この実施例に係るバルブリフト量調整機構の動作を示す説明図である。図３−１に示すように、この実施例に係るバルブリフト量調整機構５０では、吸気カムシャフト８ｓｉの吸気カム８ｃｉが、ロッカーアーム５１を介して吸気バルブ２ｉを開閉する。ロッカーアーム５１は、結合点Ｃで、Ｌ字クランク５２とピン結合されている。これにより、ロッカーアーム５１は、結合点Ｃの周りを回転可能に支持される。

ロッカーアーム５１は、接点Ａで吸気バルブ２ｉと接する。吸気バルブ２ｉは、ばねの作用により、常に閉じるように構成される。ロッカーアーム５１は、吸気バルブ２ｉにより、常に吸気カム８ｃｉへ押し付けられる。吸気カム８ｃｉは、ロッカーアーム５１と接点Ｂで接する。吸気カム８ｃｉが回転することにより、ロッカーアーム５１を結合点Ｃの周りを揺動運動させて、吸気バルブ２ｉを開閉する。

Ｌ字クランク５２は、支点Ｄを中心として回転可能に支持されるとともに、結合点Ｅでアクチュエータ５３の駆動シャフト５４とピン結合されている。ここで、アクチュエータ５３はエンジンＥＣＵ３０からの指令により駆動される。エンジンＥＣＵ３０からの指令により、アクチュエータ５３の駆動シャフト５４が矢印Ｓの方向にストロークすると、Ｌ字クランクの結合点Ｃは、矢印Ｘの方向にストロークする。結合点Ｃはロッカーアーム５１と結合されているので、ロッカーアーム５１は結合点ＣとともにＸ方向へストロークする。このとき、吸気カム８ｃｉの位置及び吸気バルブ２ｉの位置は変化しない。

これにより、ロッカーアーム５１が結合点ＣとともにＸ方向へストロークすると、接点Ｂと結合点Ｃとの距離が変化する。その結果、接点Ｂにおけるストローク量が一定であっても、接点Ａにおけるストローク量が変化する。これについて、図３−２を用いて説明する。吸気カム８ｃｉは接点Ｂの位置で回転する。これにより、結合点ＣがＣ₂の位置にあるとき、接点Ｂにおけるロッカーアーム５１は、ＢからＢＢまでストロークする。このとき接点Ａにおけるロッカーアーム５１（すなわち吸気バルブ２ｉ）は、ＡからＡ₂までストロークする。

Ｌ字クランク５２がＥ₃の位置にストロークすると、結合点ＣはＣ₃の位置にストロークする。すなわち、ロッカーアーム５１は、接点Ａに向かってストロークする。このとき、接点Ｂの位置に変化はないので、接点Ｂにおけるロッカーアーム５１は、ＢからＢＢまでストロークする。一方、ロッカーアーム５１のＢＣ₃間距離はＢＣ₂間距離よりも短くなる。その結果、接点Ａにおけるロッカーアーム５１は、ＡからＡ₃までストロークする。ＡＡ₂＜ＡＡ₃なので、結合点ＣがＣ₃の位置にストロークすることにより、吸気バルブ２ｉのリフト量は、結合点ＣがＣ₂の位置にあったときよりも増大したことになる。

一方、Ｌ字クランク５２がＥ₁の位置にストロークすると、結合点ＣはＣ₁の位置にストロークする。すなわち、ロッカーアーム５１は、接点Ａから遠ざかる方向にストロークする。このとき、接点Ｂの位置に変化はないので、接点Ｂにおけるロッカーアーム５１は、ＢからＢＢまでストロークする。一方、ロッカーアーム５１のＢＣ₁間距離はＢＣ₂間距離よりも長くなる。その結果、接点Ａにおけるロッカーアーム５１は、ＡからＡ₁までストロークする。ＡＡ₁＜ＡＡ₂なので、結合点ＣがＣ₃の位置にストロークすることにより、吸気バルブ２ｉのリフト量は、結合点ＣがＣ₂の位置にあったときよりも減少したことになる。

これにより、このバルブリフト量調整機構５０では、アクチュエータ５３の駆動シャフト５４を連続的に無段階でストロークさせることにより、吸気バルブ２ｉのリフト量を連続的に無段階で変化させることができる。次に、この実施例に係る内燃機関の制御について説明する。なお、以下の説明においては、適宜図１〜３−２を参照されたい。

図４は、この実施例に係る内燃機関の制御装置を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関の制御方法は、この内燃機関の制御装置１０を用いて実現できる。内燃機関の制御装置１０は、エンジンＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。なお、エンジンＥＣＵ３０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の制御装置１０を用意し、これをエンジンＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の制御装置１０が利用できるように構成してもよい。

内燃機関の制御装置１０は、運転条件判定部１１と、バルブリフト量決定部１２とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の制御方法を実行する部分となる。運転条件判定部１１と、バルブリフト量決定部１２とは、内燃機関の制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１９を介して接続される。これにより、運転条件判定部１１と、バルブリフト量決定部１２とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するように構成してもよい（以下同様）。

内燃機関の制御装置１０とエンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐと記憶部３０ｍとは、エンジンＥＣＵ３０に備えられる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１９を介して接続されており、これらの間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の制御装置１０はエンジンＥＣＵ３０が有する、内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の制御装置１０の制御をエンジンＥＣＵ３０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１９には、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、吸気温度センサ４３、エアフローセンサ４４、吸気圧力センサ４５、カムポジションセンサ４６、ブレーキセンサ４７その他の、内燃機関１の運転状態に関する情報を取得するセンサ類が接続されている。これにより、エンジンＥＣＵ３０や内燃機関の制御装置１０は、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１９には、バルブリフト量調整機構５０や直噴噴射弁３その他の制御対象が接続されており、内燃機関の制御装置１０の運転条件判定部１１、バルブリフト量決定部１２、あるいはエンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐからの制御信号によりこれらの動作を制御できるように構成されている。

記憶部３０ｍには、この実施例に係る内燃機関の制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部３０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、内燃機関の制御装置１０やエンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、運転条件判定部１１やバルブリフト量決定部１２へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る内燃機関の制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の制御装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、運転条件判定部１１やバルブリフト量決定部１２の機能を実現するものであってもよい。次に、この内燃機関の制御装置１０を用いて、この実施例に係る内燃機関の制御方法を実現する手順を説明する。なお、次の説明にあたっては、適宜図１〜図４を参照されたい。

図５は、この実施例に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。この実施例に係る制御は、エンジンオイルの消費を抑えつつ、その範囲内ではエンジンブレーキの能力を最大限に発揮させるものである。この実施例に係る内燃機関の制御方法を実行するにあたり、内燃機関の制御装置１０が備える運転条件判定部１１は、エンジンＥＣＵ３０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を介して、センサ類からの情報を取得する。そして、これらの情報を基に、内燃機関１が運転中であり、かつ内燃機関１を搭載した車両が走行中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。前記車両が走行中か否かは、例えば前記車両が備える車速センサを利用することができる。

内燃機関１が運転中であり、かつ内燃機関１を搭載した車両が走行中でない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、内燃機関１の運転を監視する。内燃機関１が運転中であり、かつ内燃機関１を搭載した車両が走行中である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、運転条件判定部１１は、減速意思があるか否かを判定する。具体的には、例えば、運転条件判定部１１が、アクセル開度センサ４２からの信号を取得して、内燃機関１のアクセルが閉じられた状態か否かを判定する（ステップＳ１０２）。車両の走行中にアクセルが閉じられた場合には、減速の意思があると判定できるからである。ただし、このステップでは減速の意思を判定することから、アクセルを閉じることにより内燃機関１の燃料カットが働いてエンジンブレーキが作用する程度まで、アクセルが閉じられることが必要である。なお、車両のアクセルが閉じられ、かつ車両の制動装置であるブレーキを作動させた場合に、減速意思があると判定してもよい。これにより、減速意思の判定精度をより向上させることができ、より違和感の少ない制動を実現できる。なお、減速意思には、運転者の減速意思のほか、衝突回避制御等のように、運転者の減速意思とは関係ないものも含む。

内燃機関１のアクセルが閉じられた状態ではないと判定された場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、バルブリフト量決定部１２は、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を、機関回転数ＮＥ及び負荷から定まる通常の制御値とする（ステップＳ１０８）。内燃機関１のアクセルが閉じられた状態であると判定された場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、運転者には減速意思があると判定できる。この場合、バルブリフト量決定部１２は、クランク角センサ４１からの信号に基づき、内燃機関１の機関回転数ＮＥを取得する（ステップＳ１０３）。なお、内燃機関１に、クランク角センサ４１とは別個に回転数センサを設け、これを利用して機関回転数ＮＥを取得してもよい。

バルブリフト量決定部１２は、取得した機関回転数ＮＥにおいて、内燃機関１のポンピングフリクションＰＦが最大となる吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を算出する（ステップＳ１０４）。ここで、ポンピングフリクションＰＦが大きいということは、内燃機関１を外部から回転させる際には、大きなエネルギーが必要であることを意味する。すなわち、ポンピングフリクションＰＦを大きくすれば、それだけエンジンブレーキを強力に作用させることができる。

次に、ステップＳ１０４において、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を算出する方法について説明する。図６は、機関回転数とポンピングフリクションとの関係を示すバルブリフト量制御マップの一例を示す説明図である。図６のバルブリフト量制御マップ６０に示すように、内燃機関１のポンピングフリクションＰＦは、内燃機関１の機関回転数ＮＥが大きくなるにしたがって増加する。なお、厳密には、ポンピングフリクションＰＦは内燃機関１の負荷によっても変化する。しかし、この実施例では、アクセル開度がほぼ０のときに吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を変更する。したがって、内燃機関１の負荷はほぼ０になるので、機関回転数ＮＥのみを考慮すればよい。このバルブリフト量制御マップ６０は、エンジンＥＣＵ３０の記憶部３０ｍに格納され、必要に応じてバルブリフト量決定部１２がバルブリフト量制御マップ６０を使用する。また、バルブリフト量制御マップ６０は、実験やシミュレーション等によって予め求めることができる。

ポンピングフリクションＰＦは、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量の大きさによって、変化曲線が異なる。すなわち、ある当該機関回転数ＮＥにおいて最大のポンピングフリクションＰＦが得られる吸気バルブ２ｉのバルブリフト量は、機関回転数ＮＥにより異なる。例えば、機関回転数ＮＥがある回転数より小さいときには、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量が小さい程、ポンピングフリクションＰＦは大きい。一方、機関回転数ＮＥがある回転数よりも大きいときには、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量が大きい程、ポンピングフリクションＰＦは大きい。一般に内燃機関においては、機関回転数ＮＥにより、ポンピングフリクションＰＦが最大となるバルブリフト量は、最小バルブリフト量と最大バルブリフト量との間に存在する。

ステップＳ１０４においては、バルブリフト量決定部１２が取得した機関回転数ＮＥをバルブリフト量制御マップ６０に与え、その機関回転数ＮＥで最大のポンピングフリクションＰＦを与える吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を取得する。エンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐは、バルブリフト量決定部１２によって決定された吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を取得する。そして、このバルブリフト量になるようにバルブリフト量調整機構５０を変更する（ステップＳ１０５）。

エンジンブレーキが作用しているということは、内燃機関１がポンプとして機能していることである。したがって、その機能が高くなると、サージタンク２２を含めた吸気系ないの空気密度が低くなる結果、燃焼室１ｂ内の負圧が大きくなる。これに起因して、いわゆるオイル上がり、オイル下がりが発生することがある。オイル上がりは、内燃機関１のクランクケース１ｃ内のエンジンオイルが、ピストン５と気筒１ｓとの間から負圧の燃焼室１ｂ内に吸い上げられ、燃料とともに燃焼するものである。オイル下がりは、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈ周りのオイルが、吸気バルブ２ｉ等のバルブステムを通して、負圧の燃焼室１ｂ内に吸い取られ、燃料とともに燃焼するものである。ある程度のオイル上がり、オイル下がりは内燃機関１の設計上許容されるが、過度のオイル上がり等が発生すると、エンジンオイルが設計値を超えて消費するので、これを回避する必要がある。

このため、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を変更した後、運転条件判定部１１は、内燃機関１の吸気圧力Ｐｉが許容吸気圧力Ｐｉｌの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。吸気圧力Ｐｉを用いるのは、エンジンブレーキ作用時において、吸気圧力Ｐｉが燃焼室１ｂとほぼ等価だからである。この実施例では、サージタンク２２の圧力を吸気圧力Ｐｉとして測定している。なお、測定した吸気圧力Ｐｉ及び許容吸気圧力Ｐｉｌは負圧なので、例えば両者の絶対値を比較することにより、許容吸気圧力Ｐｉｌの範囲内であるか否かを判定できる。吸気圧力Ｐｉが許容吸気圧力Ｐｉｌの範囲内である場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、内燃機関の制御装置１０は、ＳＴＡＲＴに戻って、この実施例に係る内燃機関の制御方法を継続する。

吸気圧力Ｐｉが許容吸気圧力Ｐｉｌの範囲を超えている場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、過大なオイル上がり等が発生するおそれがある。このため、負圧の燃焼室１ｂ内における圧力を正圧側にする必要がある。すなわち、燃焼室１ｂ内における圧力の絶対値を小さくする必要がある。ここで、燃焼室１ｂ内の圧力は、ポンピングフリクションＰＦと比例関係がある。したがって、ポンピングフリクションＰＦを小さくすると、燃焼室１ｂ内の圧力の絶対値も小さくなり、その結果、オイル上がり等を抑制することができる。このため、バルブリフト量決定部１２は、ポンピングフリクションＰＦを減少させるように、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を決定する。

ここで、燃焼室１ｂ内の圧力は吸気圧力Ｐｉとほぼ等価として取り扱えるので、ポンピングフリクションＰＦは、吸気圧力Ｐｉに比例するとして取り扱ってよい。吸気圧力ＰｉとポンピングフリクションＰＦとの関係を求めるため、式（１）を用いる。
ＰＦ＝ｋ×Ｐｉ＋ｌ・・・（１）
ここで、ｋ、ｌは定数であり、内燃機関１の吸気系や排気系の仕様等によって決定される値である。バルブリフト量決定部１２は、式（１）に許容吸気圧力Ｐｉｌを与え、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを求めることができる。また、式（１）に、ある機関回転数における吸気圧力Ｐｉを与えることにより、その機関回転数ＮＥにおけるポンピングフリクションＰＦを求めることができる。

測定した吸気圧力Ｐｉから求めた、ある機関回転数におけるポンピングフリクションＰＦと、許容吸気圧力Ｐｉｌから求めた、許容ポンピングフリクションＰＦ_lとを比較する。そして、ＰＦ≧ＰＦ_lである場合には、ΔＰＦ＝（ＰＦ−ＰＦ_l＋α）分だけ、ポンピングフリクションを減少させるように、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を決定する（ステップＳ１０７）。ここで、αはマージンであり、吸気圧力の測定誤差等により、減少後のポンピングフリクションが許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えることを防止するためのものである。

上記ΔＰＦだけ減少させた後のポンピングフリクションは、（ＰＦ_l−α）となる。このポンピングフリクションは、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えない範囲における最大のポンピングフリクションである。当該ポンピングフリクションが得られる吸気バルブ２ｉのバルブリフト量は、バルブリフト量制御マップ６０から求めることができる。このように制御することにより、エンジンオイルの消費量が許容値に収まる範囲で、最大限のエンジンブレーキを得ることができる。これにより、ブレーキの負担を軽減することができる。

ここで、ステップＳ１０４における、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量の決定方法について、他の方法例を説明する。バルブリフト量決定部１２は、現在の機関回転数ＮＥを取得し、当該機関回転数ＮＥをバルブリフト量制御マップ６０に与える。そして、バルブリフト量決定部１２は、前記機関回転数ＮＥにおけるポンピングフリクションＰＦが許容ポンピングフリクションＰＦ_lよりも小さく、かつその範囲で最大のポンピングフリクションＰＦが得られるように、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を決定する。

図６に示すバルブリフト量制御マップ６０では、例えば、機関回転数がＮＥ１の場合には、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量が最大のときに、最大のポンピングフリクションＰＦ_aが得られる。しかし、このポンピングフリクションＰＦ_aは、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えてしまう。したがって、許容ポンピングフリクションＰＦ_lよりも小さい範囲で、かつ最大のポンピングフリクションが得られるバルブリフト量に変更する。バルブリフト量制御マップ６０に記載されている３段階のバルブリフト量から選択した場合、最大のポンピングフリクションはＰＦ_bであり、このときのバルブリフトは最小である。

このようにすれば、決定したポンピングフリクションＰＦが許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超える危険性を低減できる。また、決定したポンピングフリクションＰＦが許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えた場合でも、その程度は小さいので、オイル上がり等を最小限に抑えることができる。また、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えた場合、上記ステップＳ１０６、Ｓ１０７により、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを下回るように制御する必要がある。このとき、許容ポンピングフリクションＰＦ_lを超えた程度は小さいので、エンジンブレーキの効きの変化を小さくすることができるので、運転者等が感じる違和感を低減できる。また、エンジンオイルの消費量が許容値に収まる範囲で、最大限のエンジンブレーキを得ることができる。これにより、ブレーキの負担を軽減することができる。

なお、この実施例に係るバルブリフト量制御マップ６０には、３段階のバルブリフト量が示してあるが、バルブリフト量の相互間におけるポンピングフリクションＰＦは、例えば関数補間等によって推定することができる。そして、この実施例に係る内燃機関１では、バルブリフト量調整機構５０により、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を連続的に変化させることができる。このため、実際には最小バルブリフト量ではなく、これよりも大きいバルブリフト量を選択して、上記ポンピングフリクションＰＦ_bよりも大きいポンピングフリクションＰＦを得ることができる。このように、吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を連続的に変化できるバルブリフト量調整機構５０によれば、段階的な吸気バルブ２ｉのバルブリフト量の可変機構と比較して、より強いエンジンブレーキを得ることができる。

吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を変更したら（ステップＳ１０７）、エンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐは、バルブリフト量決定部１２によって決定された吸気バルブ２ｉのバルブリフト量を取得する。そして、このバルブリフト量になるようにバルブリフト量調整機構５０を変更する（ステップＳ１０５）。その後、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７を繰り返して、許容ポンピングフリクションＰＦ_lよりも小さい範囲で、かつ最大のポンピングフリクションＰＦが得られるバルブリフト量で、内燃機関１にエンジンブレーキを作用させる。

以上、この実施例では、車両を制動する意思を検出したときには、内燃機関の吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、吸気バルブのリフト量を変化させる。これにより、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、その範囲内では最大限のエンジンブレーキを得ることができる。また、ブレーキの負担を軽減することができる。さらに、リアタイヤにも駆動力をかけることのできる車両においては、エンジンブレーキがリアタイヤにも十分作用する。その結果、４輪すべてを有効に使用して車両にブレーキをかけることができ、制動性能が向上して安全性が向上する。また、吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させることができるので、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、その範囲内では最大限のエンジンブレーキが得られる吸気バルブのバルブリフト量を容易に選択できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の制御装置は、吸気バルブのバルブリフト量を変化させることのできる内燃機関に有用であり、特に、エンジンオイルの消費量を許容値内に収めつつ、効果的なエンジンブレーキを得ることに適している。

この実施例に係る内燃機関の一例を示す全体図である。 この実施例に係る内燃機関が備える一つの気筒に関する断面図である。 この実施例に係るバルブリフト量調整機構を示す説明図である。 この実施例に係るバルブリフト量調整機構の動作を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の制御装置を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関の制御方法の手順を示すフローチャートである。 機関回転数とポンピングフリクションとの関係を示すバルブリフト量制御マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ｈ シリンダヘッド
１ｓ 気筒
１ｂ 燃焼室
２ｅ 排気バルブ
２ｉ 吸気バルブ
８ｃｅ 排気カム
８ｃｉ 吸気カム
８ｓｅ 排気カムシャフト
８ｓｉ 吸気カムシャフト
１０ 内燃機関の制御装置
１１ 運転条件判定部
１２ バルブリフト量決定部
３０ エンジンＥＣＵ
５０ バルブリフト量制御機構

Claims (5)

1. 動力源として車両に搭載される内燃機関であって、
   前記内燃機関の吸気バルブのリフト量を変更できる吸気バルブリフト量制御機構と、
   前記内燃機関の吸気圧力を取得する吸気圧力取得手段と、を備え、
   前記車両の減速意思を検出したときには、前記吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量が変化することを特徴とする内燃機関。
2. 前記吸気バルブのリフト量は連続的に変更できることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関が搭載される車両の制動装置が作動した時であって、かつ前記内燃機関の出力を制御するためのアクセルが閉じられたときには、前記吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量が変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 動力源として車両に搭載されるとともに、吸気バルブのリフト量を変更できる吸気バルブリフト量制御機構を備える内燃機関を制御するものであって、
   前記内燃機関及び前記車両の運転条件を判定する運転条件判定部と、
   前記運転条件判定部が、前記内燃機関が運転中かつ前記車両が走行中である場合に、前記車両の減速意思を検出したときには、前記内燃機関の吸気圧力が許容吸気圧力の範囲に収まるように、前記吸気バルブのリフト量を決定するバルブリフト量決定部と、
   を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記車両の減速意思は、前記内燃機関の出力を制御するためのアクセルが閉じられたときであって、かつ前記内燃機関が搭載される車両の制動装置が作動したときであることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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