JP2008002437A - 可変圧縮比内燃機関のパージ制御 - Google Patents
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Abstract
【課題】可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更された場合は燃焼室内の隙間容積が変わるため、吸入空気量の予測が複雑となる。したがって、圧縮比変更過渡時は、たとえ燃料噴射量等を制御しても空燃比がばらつく場合が多く、内燃機関の出力が不安定になる。空燃比が不安定な圧縮比変更過渡時に、エバポシステムを適用すると、さらに空燃比のばらつきを助長することとなり、より内燃機関の出力を不安定とする可能性が高くなる。
【解決手段】燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有する内燃機関において、圧縮比を変更する過渡時にパージ制御を禁止する。また、パージ制御の禁止は所定期間行なう。
【選択図】 図3
【解決手段】燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有する内燃機関において、圧縮比を変更する過渡時にパージ制御を禁止する。また、パージ制御の禁止は所定期間行なう。
【選択図】 図3
Description
本発明は、可変圧縮比内燃機関のパージ制御に関する。
従来から、燃焼室の隙間容積を変更することで圧縮比を可変とする種々の可変圧縮比内燃機関が提案されている(例えば、特許文献1参照)。可変圧縮比内燃機関は圧縮比を高く設定すると熱効率を向上させることができるが、ノッキングが発生しやすい。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、内燃機関が低負荷であるときは、ノッキングが発生しにくいため燃焼室の隙間容積を小さくすることで圧縮比を高くする。内燃機関が高負荷であるときは、ノッキングが発生しやすいため燃焼室の隙間容積を大きくすることで圧縮比を低くする。
一方、従来からエバポシステムも提案されている。エバポシステムは、燃料タンク内に発生する蒸発燃料が大気中に漏れ出すことを防止するために、蒸発燃料をキャニスタ内に吸着する。そして、このキャニスタと内燃機関の吸気系とを連通するパージ通路に設けたパージ制御弁を開閉制御することで、吸気系の負圧を利用してキャニスタ内に吸着されている蒸発燃料を吸気系へ供給する。上記エバポシステムにおいては、キャニスタに吸着されている蒸発燃料の濃度が一定値でない等により、空燃比を完全に制御することが難しい。
特開2003−206771
可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更された場合は燃焼室内の隙間容積が変わるため、吸入空気量の予測が複雑となる。これは、吸入空気量を算出するエアフロメータより下流の吸入空気が燃焼室の隙間容積変更過渡時にどの程度燃焼室に入るかを算出することが困難だからである。したがって、圧縮比変更過渡時はたとえ燃料噴射量等を制御しても空燃比がばらつく場合が多く、内燃機関の出力が不安定になる。
このように空燃比が不安定な状態において、上記エバポシステムを適用すると、さらに空燃比のばらつきを助長することとなり、より内燃機関の出力を不安定とする可能性が高くなる。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、エバポシステムを有する可変圧縮比内燃機関において、圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止することを目的とする。
請求項1記載の可変圧縮比内燃機関は、燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有し、圧縮比を変更する過渡時に前記パージ制御を禁止することを特徴とする。
請求項2記載の可変圧縮比内燃機関は、上記パージ制御の禁止を所定期間行うことを特徴とする。
本発明によれば、圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止することで、圧縮比変更過渡時の空燃比のばらつきを低減し、内燃機関の出力の変動を軽減することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施例では可変圧縮比内燃機関の一形態として、シリンダブロックをクランクケースに対してシリンダの軸方向に移動させて燃焼室の隙間容積を変化させる可変圧縮比内燃機関を用いて説明するが、これに限るものではない。すなわち、燃焼室の容積を変化させて圧縮比を変更させる機構を有する内燃機関であればよい。
図1は本発明に係る可変圧縮比内燃機関の全体構成図、図2は本発明に係る可変圧縮比機構の構成図である。
[実施例1]
可変圧縮比内燃機関1には、シリンダブロックの冷却水が充満した気筒周壁にサーミスタ等からなる可変圧縮比内燃機関冷却水温(TW)センサ3が挿着され、このTWセンサ3によって検出された可変圧縮比内燃機関冷却水温TWに応じた電気信号が電子コントロールユニット(ECU)5に入力される。
[実施例1]
可変圧縮比内燃機関1には、シリンダブロックの冷却水が充満した気筒周壁にサーミスタ等からなる可変圧縮比内燃機関冷却水温(TW)センサ3が挿着され、このTWセンサ3によって検出された可変圧縮比内燃機関冷却水温TWに応じた電気信号が電子コントロールユニット(ECU)5に入力される。
また、可変圧縮比内燃機関1の図示しない動弁系を動作させるカム軸周囲又はクランク軸周囲には、可変圧縮比内燃機関回転数(NE)センサ7が取付けられている。NEセンサ7は可変圧縮比内燃機関1のクランク軸の180度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス信号(TDCパルス信号)を出力し、ECU5に入力される。
後述する可変圧縮比内燃機関1の可変圧縮比機構(VC)8は、車両運転状況に応じてECU5から駆動信号が与えられ、燃焼室の隙間容積を変更し、圧縮比を変更する。
可変圧縮比内燃機関1の吸気管9の途中にはスロットルボディ11が配置され、その内部にはスロットル弁11aが設けられている。スロットル弁11aにはスロットル弁開度(θTH)センサ13が連結されており、スロットル弁11aの開度θTHに応じた電気信号がECU5に入力される。
吸気管9のスロットル弁11aの上流側には吸気管9を通過する吸入空気量を測定するためのホットワイヤ式エアフローメータ(AM)14が設けられている。このAM14により、吸入空気量に応じた電圧値がECU5に入力される。
また、吸気管9のスロットル弁11aの下流側にはサージタンク15を介して絶対圧(PBA)センサ17が装着され、このPBAセンサ17により検出された吸気管9内の絶対圧PBAに応じた電気信号がECU5に入力される。
また、サージタンク15の下流側の吸気管9には吸気温(TA)センサ19が装着され、このTAセンサ19により検出された吸気温TAに応じた電気信号がECU5に入力される。
燃料噴射弁21は、可変圧縮比内燃機関1とスロットル弁11aとの間で吸気管9の図示しない吸気弁の上流側であって各気筒毎に設けられている。燃料噴射弁21は、第1の燃料供給管23を介して燃料ポンプ25に接続され、ECU5からの駆動信号によりその開弁時間が制御される。また、燃料ポンプ25は第2の燃料供給管27を介して燃料タンク29に接続されている。
第1の燃料供給管23の燃料ポンプ25の下流側には分岐管31を介して燃料圧(PAL)センサ33が装着され、PALセンサ33により検出された燃料圧PALに応じた電気信号がECU5に入力される。
バイパス管35は、燃料ポンプ25と分岐管31との間の第1の燃料供給管23の途中から分岐して設けられ、燃料ポンプ25から吐出されるアルコール
燃料の一部を燃料タンク29に還流させるためのものである。具体的にはECU5はPALセンサ33の検出値に応じた制御信号を、バイパス管35の管路中に設けられた圧力調整弁37に送り、圧力調整弁37の弁開度を調整することにより燃料タンク29から燃料噴射弁21に供給される燃料圧を所定値に制御する。
燃料の一部を燃料タンク29に還流させるためのものである。具体的にはECU5はPALセンサ33の検出値に応じた制御信号を、バイパス管35の管路中に設けられた圧力調整弁37に送り、圧力調整弁37の弁開度を調整することにより燃料タンク29から燃料噴射弁21に供給される燃料圧を所定値に制御する。
また、分岐管35の下流側の第1の燃料供給管23の管壁にはアルコール濃度(ALC)センサ39が取付けられ、ALCセンサ39により検出されたアルコール濃度ALCに応じた電気信号がECU5に入力される。
更に、可変圧縮比内燃機関1の排気管41の途中には排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段たるO2センサ43が装着され、O2センサ43により検出された排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号がECU5に入力される。
次に本願のエバポシステムについて説明する。本願のエバポシステムは燃料の蒸気蒸散を防止するために燃料タンク29で発生した燃料蒸気をフューエルペントライン45及びチェックバルブ47を介してキャニスタ50に導いている。そして、キャニスタ50に図示しないフィルタを介して充填した活性炭等の吸着剤に燃料蒸気を一時貯溜させるようにしている。キャニスタ50の上部空間はパージライン52とパージコントロールバルブ54を介して可変圧縮比内燃機関1の吸気管9に連通されている。キャニスタ50は大気と連通している。
パージコントロールバルブ54は、アルコール濃度ALCや排気ガス中の酸素濃度O2等に基づくECU5からの駆動信号によって開状態又は閉状態に駆動されキャニスタ50からのパージ量を制御する(以下、「パージ制御」とする。)。
ECU5は、上記の各種センサからの入力信号の波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換する等の機能を有する入力回路5aと、中央演算処理装置(CPU)5bと、CPU5bで実行される各種演算プログラムや所定のテーブル等を記憶するROM及び演算結果等を記憶するRAMから成る記憶手段5cと、可変圧縮比機構8や燃料噴射弁21や圧力調整弁37やパージコントロールバルブ54に駆動信号を出力する出力回路5dとから構成されている。
CPU5bは、可変圧縮比内燃機関パラメータである各種のセンサ出力信号に基づいて、種々の可変圧縮比内燃機関運転状態を判別すると共に判別した可変圧縮比内燃機関運転状態に応じ、且つTDCパルス信号に同期して燃料噴射弁21を開弁すべき燃料噴射時間を算出する。
次に、本願の可変圧縮比機構8について説明する。図2には、特開2003−206771号公報で提案された、可変圧縮比機構8の構成が示されている。これは、クランクケース70に対してシリンダブロック72をシリンダの軸方向に移動させることで圧縮比を変更するものであり、シリンダブロック72を移動させる手段としてカム軸が用いられている。カム軸は、軸部74aと、軸部74aの中心軸に対して偏心された状態で軸部74aに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部74bと、カム部74bと同一形状を有し軸部74aに対して偏心した状態で回転可能に取り付けられた可動軸受部74cとから構成される。カム部74bはシリンダブロック72に、可動軸受部74cはクランクケース70にそれぞれ回転可能に取り付けられており、軸部74aがモータ74dによって回転駆動されることで、カム部74bと可動軸受部74cとの軸間距離が変化してクランクケース70に対してシリンダブロック72が移動するようになっている。
次に、本願の可変圧縮比機構8について説明する。図2には、特開2003−206771号公報で提案された、可変圧縮比機構8の構成が示されている。これは、クランクケース70に対してシリンダブロック72をシリンダの軸方向に移動させることで圧縮比を変更するものであり、シリンダブロック72を移動させる手段としてカム軸が用いられている。カム軸は、軸部74aと、軸部74aの中心軸に対して偏心された状態で軸部74aに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部74bと、カム部74bと同一形状を有し軸部74aに対して偏心した状態で回転可能に取り付けられた可動軸受部74cとから構成される。カム部74bはシリンダブロック72に、可動軸受部74cはクランクケース70にそれぞれ回転可能に取り付けられており、軸部74aがモータ74dによって回転駆動されることで、カム部74bと可動軸受部74cとの軸間距離が変化してクランクケース70に対してシリンダブロック72が移動するようになっている。
この可変圧縮比機構8では、クランクケース70に対してシリンダブロック72が移動することで、シリンダ内でのピストン76の往復位置が変化する。この結果、ピストン76のストロークで決まる行程容積は変わらないものの、ピストン76が上死点にあるときの燃焼室78の隙間容積が変化することになり、これにより燃焼室の隙間容積とシリンダ容積の比である圧縮比が変更される。なお、以下では単なる“圧縮比”は上記圧縮比のことであり、機械圧縮比を意味するものとする。圧縮比の変更速度はモータ74dの速度によって決まるが、圧縮比は瞬間的に変更されるのではなく、圧縮比の変更完了までに複数サイクルかかる場合もある。
上記のような車両構成においては、可変圧縮比機構8による圧縮比の変更過渡時に空燃比がばらつく場合が多かった。これは、圧縮比変更過渡時では燃焼室の隙間容積が変わるため、吸入空気量を算出するエアフロメータ14より下流の吸入空気がどの程度燃焼室に入るかを算出することが困難であることに起因する。これにより、機関出力が不安定となる場合があった。
このように空燃比が不安定な状態において、エバポシステムにより燃料蒸気を吸気管9から供給するとより空燃比のばらつきを助長することとなる。これは、外気温等により燃料タンク29内の燃料が蒸発する量が変わるため、キャニスタ50に吸着されている燃料蒸気の濃度が一定値でないことにより、空燃比を制御することが難しいからである。また、エバポシステムは吸気管9に流れる吸気の負圧を利用して燃料蒸気を吸気管9に供給するため、圧縮比変更過渡時のような吸気管9内の吸気圧が変動する場合にはより空燃比を制御することが難しいこともばらつきを助長する原因となる。さらに、パージコントロールバルブ54を開弁していると、キャニスタ50が大気と連通しているためエアフロメータ14より下流の吸入空気量が変化するので、さらに空燃比を制御することが難しいことも考えられる。
そこで、本発明は圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止する。以下、図3を用いて本願発明の制御フローを説明する。
始めにステップ100にて目標圧縮比の算出を行う。目標圧縮比は例えば回転数や機関負荷等により決定する。
次にステップ110に進み、現在の圧縮比とステップ100で算出した目標圧縮比を比較する。現在の圧縮比と目標圧縮比が同じだった場合は可変圧縮比機構8が動作しないため空燃比がばらつくことも無いことからパージ制御を通常の制御にする。現在の圧縮比と目標圧縮比が異なる場合は可変圧縮比機構8が動作し、空燃比がばらつく可能性があるため、ステップ120に進みパージ制御を禁止する。
以上の制御を行うことで、空燃比のばらつきを防止し、機関出力の変動を軽減することができる。
[実施例2]
実施例2は、実施例1で説明した図3の制御フローにおいて、パージ制御を禁止する場合は所定期間継続して禁止することを特徴とする。以下、図4を用いて説明する。なお、車両の構成は実施例1と同一であり、図4において図3と同一制御を行うステップには図3と同一のステップ番号を付し、説明を省略する。
[実施例2]
実施例2は、実施例1で説明した図3の制御フローにおいて、パージ制御を禁止する場合は所定期間継続して禁止することを特徴とする。以下、図4を用いて説明する。なお、車両の構成は実施例1と同一であり、図4において図3と同一制御を行うステップには図3と同一のステップ番号を付し、説明を省略する。
図4において、ステップ100及び110は実施例と同一である。ステップ110において、現在の圧縮比と目標圧縮比が異なる場合には、ステップ130に進む。ステップ130では、実施例1同様空燃比のばらつきをパージ制御が助長するおそれがあるため、パージ制御を禁止するのだが、所定期間パージ制御を禁止することとしている。これは、所定期間経過した後であれば空燃比が安定するためである。所定期間は例えばパージ制御を禁止した直後から1秒間禁止するというものであってもよく、また、現在の圧縮比が目標圧縮比に変更されるまでの所定期間であってもよい。
実施例2の制御を行うことにより、空燃比のばらつきの助長をさらに抑制し、機関出力をさらに安定させることができる。
1 可変圧縮比内燃機関
8 可変圧縮比機構
14 エアフロメータ
50 キャニスタ
52 パージライン
54 パージコントロールバルブ
8 可変圧縮比機構
14 エアフロメータ
50 キャニスタ
52 パージライン
54 パージコントロールバルブ
Claims (2)
- 燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有する内燃機関において、圧縮比を変更する過渡時に前記パージ制御を禁止することを特徴とした可変圧縮比内燃機関。
- 前記パージ制御の禁止は所定期間行われることを特徴とする請求項1記載の可変圧縮比内燃機関。
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- 2006-06-26 JP JP2006175315A patent/JP2008002437A/ja active Pending
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