JP2008298014A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気弁の作動角・リフト量によって吸気量を制御する装置において、ブレーキの真空倍力装置の負圧源に必要な吸気負圧を確保する。
【解決手段】
吸気弁の作動角・リフト量を連続的に変更可能な可変動弁機構により制御される吸気弁の目標作動角を要求トルクに応じて算出すると共に、アクセル開放時は、吸気負圧確保用の下限値と、前記目標作動角とのうち大きい方を選択することにより、目標作動角を下限値以上に制限し、必要な吸気負圧を確保する。
【選択図】図４

Description

本発明は、吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、必要に応じて吸気負圧を確保する技術に関する。

従来、一般的な内燃機関（ガソリンエンジン）では、スロットル弁によって吸入空気量を制御しているが、特許文献１には、スロットル弁による絞り損失を小さくし、燃費向上を図るため、吸気弁の作動角（およびリフト量）を可変制御することによって、吸気量を制御するものが開示してある。

特許文献１では、小吸気量領域でスロットル弁の絞り制御も併用しているが、スロットル弁の閉じ速度が大きいときに、エンジンブレーキ確保のため、吸気弁の作動角・リフト量をより小さく制御している。
特開平９−２５８３６号公報

特許文献１のように、吸気弁の作動角やリフト量で定まる有効開度によって吸気量を制御するものでは、目標空気量が小さい領域で吸気弁の有効開度を小さくすると、吸気弁上流の吸気負圧が小さくなって、ブレーキ踏力を軽減する真空倍力装置の負圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引するための吸気負圧の要求を満たしにくくなる。

スロットル弁の絞り量を大きくすれば、吸気負圧は確保できるが、絞り損失が大きくなって燃費を低下させてしまう。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸気弁による吸気量制御を行いつつ良好な燃費と必要な吸気負圧の確保を両立することを目的とする。

このため本発明は、
吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構によって吸気弁の有効開度を制御する際に、吸気弁の目標有効開度を、機関運転状態に応じて吸気負圧確保用に設定した下限値以上とするように制限する構成とした。

吸気弁の目標有効開度を必要に応じて下限値以上に制限することにより、必要な吸気負圧を確保しながら、良好な燃費も確保できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、エンジン（内燃機関）の構成図である。

エンジン１の各気筒のピストン５１により画成される燃焼室５２には、点火栓５３を囲むように、吸気弁５４及び排気弁５５を備えている。吸気は吸気通路５６を通って吸気弁５４から燃焼室５２内に吸入され、該吸気通路５６の途中にマニホールド部（吸気マニホールド）５７が配設されている。燃焼室５２内の排気は、排気弁５５から排気通路５８を通って排出される。

吸気弁５４は、バルブ作動特性を可変な可変動弁機構１００により制御される。前記可変動弁機構は、後述するように吸気弁５４の作動角及びリフト量を連続的に変更する第１可変動弁機構１０と、吸気弁５４の作動角の中心位相を連続的に変更する第２可変動弁機構２０とで構成される。排気弁５５については、本実施形態では弁特性を固定とするが、吸気弁同様に可変動弁機構によって弁特性を可変な構成としてもよい。

吸気通路５６には、マニホールド部５７の上流に、電制スロットル弁５９が設けられている。吸気通路５６にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁６０が設けられている。

ここにおいて、点火栓５３、第１可変動弁機構１０、第２可変動弁機構２０、電制スロットル弁５９および燃料噴射弁６０の作動は、コントロールユニット（ＥＣＵ）６１により制御される。

このＥＣＵ６１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力することによりクランク角位置θと共にエンジン回転速度Ｎｅを検出可能なクランク角センサ６２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ６３、吸気通路５６のスロットル弁５９上流にてマニホールド部５７へ流入する空気流量を計測する熱線式のエアフローメータ６４、マニホールド部５７内の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ６５等からの信号が入力される。

燃料噴射弁６０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、後述のごとく制御されるシリンダ吸入空気量に対し、所望の空燃比となるように制御する。

点火栓５３による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。

図２は、上記第１可変動弁機構１０を示している。各気筒には一対の吸気弁５４が設けられ、これら吸気弁５４の上方には中空状の吸気駆動軸３が気筒列方向に延在している。吸気駆動軸３には、吸気弁５４のバルブリフタ５４ａに当接して吸気弁５４を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌している。

吸気駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気弁５４の作動角及びリフト量を連続的に変更する電動式の第１可変動弁機構１０が設けられる。本実施形態では、吸気弁５４の作動角およびリフト量によって、吸気弁開期間における平均的な開度に相当する有効開度が定まる。なお、上記のように作動角とリフト量とが同時に変更され、一方を検出して制御することで、他方も同時に制御されるから、以下では、作動角のみの制御で説明する。有効開度を可変な可変動弁機構としては、作動角とリフト量のいずれか一方を連続的に変更するものであってもよい。

吸気駆動軸３の一端部には、図外のクランクシャフトに対する吸気駆動軸３の位相を変化させることにより、上記吸気作動角の中心位相である吸気中心位相を連続的に変更する第２可変動弁機構２０が配設されている。

第１可変動弁機構１０は、図２及び図３に示すように、吸気駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。制御軸１３は、電動アクチュエータ１７によりギヤ列１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。

上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気弁２が開閉駆動される。

また、制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。これにより、吸気中心位相が略一定のままで、吸気作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

吸気弁５４の作動角中心位相を変更する第２可変動弁機構については、詳細な説明を省略するが、油圧式、摩擦制動式、電磁制動式等の周知の機構を用いればよい。

図４は、上記ＥＣＵ６１においてなされる可変動弁機構１０と電制スロットル弁５９の制御ブロック図を示す。

目標シリンダ空気量算出部は、アクセルペダルセンサ６３によって検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ６２によって検出される機関回転速度Ｎｅ等に基づいて、要求トルクに見合った目標シリンダ空気量を算出する。

目標作動角算出部は、前記目標シリンダ空気量に応じて吸気弁２の目標作動角を算出する。

シリンダ実効容積算出部は、機関１の運転状態および前記吸気弁５４の作動特性、特に作動角と作動角中心位相で決まる開時期と閉時期とによって、シリンダの吸気行程相当のシリンダ実効容積を算出する。

目標スロットル開度算出部は、前記吸気温度センサ６５で検出される吸気温度の検出値も考慮して、前記シリンダ実効容積で目標シリンダ空気量を得るのに必要な目標吸気圧を、目標とする応答（規範応答）で得られる目標スロットル開度を算出する。

ここで、目標シリンダ空気量（要求トルク）が小さいときは、吸気弁５４の目標作動角が小さい値に算出され、シリンダ吸入空気量の減少によって吸気弁５４上流の吸気負圧が小さくなる。このため、ブレーキ踏力を軽減する真空倍力装置の負圧源やパージガス、ブローバイガスを吸気系に吸引するための吸気負圧を十分に得にくくなる可能性がある。

そこで、本実施形態では、以下の手段を設けて、上記の可能性が大きくなるアクセル開放時に、吸気弁５４の目標作動角を吸気負圧確保用の下限値で制限する。

作動角下限値設定部は、アクセル開度ＡＰＯが０に近い所定値以下のアクセル開放時において、機関回転速度毎に、上記必要な吸気負圧を得られる吸気弁５４の作動角下限値を設定する。例えば、予め、実験等で求めたデータをテーブル化し、機関回転速度に基づいて検索する構成とすればよい。なお、バラツキ分を加算して設定するのが望ましい。

セレクトハイ部は、前記目標作動角算出部で算出された目標作動角と、作動角下限値設定部で設定された下限値とのうち、大きい方を最終的な目標作動角として選択し、出力する。つまり、目標作動角を下限値以上となるように制限する。

目標作動角切換部は、アクセルペダルセンサからの信号に基づいて、前記アクセル開放状を検出した時は、前記セレクトハイ部を経た下限値以上に制限された目標作動角を選択し、アクセル開度ＡＰＯがアクセル開放より大きいことを検出したときには、目標作動角算出部で算出された目標作動角をそのまま選択して、第１可変動弁機構１０に出力する。

このようにすれば、アクセル開放時に、目標作動角が下限値以上に制限されることにより、ブレーキの真空倍力装置の負圧源として必要な吸気負圧を確保することができ、ブレーキ踏力軽減効果を確保することができ、また、パージガス、ブローバイガスへの吸気系に吸引量を確保することができる。

特に、本実施形態では、アクセル開放毎に目標作動角の制限を行って吸気負圧を確保することにより、以下の効果が得られる。

ブレーキ操作はアクセル開放操作に伴って行われるから、リアルタイムで必要な吸気負圧を確保できる。

ブレーキ操作毎に真空倍力装置の負圧源から負圧が供給されて負圧源内の負圧が弱められるが、アクセル開放毎に吸気負圧を大きくして負圧源に負圧を供給しておくことで、効率よく負圧源内の負圧を確保できる。

アクセル開放時以外は、目標作動角の制限を行わず、要求トルクに応じて設定することで、燃費も良好に維持できる。

なお、目標作動角を下限値以上としてシリンダ吸入空気量を増大しても、アクセル開放時は、燃料カットが行われるか、行われない場合でも燃料噴射量は小さいのでこの際の燃費は無視できる。

また、目標作動角を下限値以上とするときは、スロットル弁の開度を所定量減少するような構成としてもよく、さらに、吸気負圧を大きくし、エンジンブレーキ効果を高めることができる。

また、上記実施形態では、アクセル開放時に目標作動角を下限値以上に制限するものを示したが、アクセル開放以外の所定の運転条件、例えば、目標シリンダ吸入空気量が所定値以下の低負荷領域で、目標作動角の制限を行う構成としてもよい。

また、上記実施形態のように目標作動角と下限値とを比較して大きい方を選択することで、容易に制限することができる。

また、上記実施形態では、第１可変動弁機構１０による吸気弁の作動角（有効開度）と、電制スロットル弁５９の開度とを協調制御することにより、低吸気量域で目標作動角が小さくなって吸気負圧を得にくいものに適用したが、この他の制御方式、例えば、スロットル弁を段階的に切り換えるような方式のものにも適用して同様の効果を得られることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関（エンジン）の構成を示す図である。 同上エンジンに備えられる可変動弁機構を示す斜視図である。 同上可変動弁機構の一部拡大側面図である。 同上実施形態の第１可変動弁機構と電制スロットル弁の制御ブロック図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ 第１可変動弁機構
２０ 第２可変動弁機構
５４ 吸気弁
５７ マニホールド部
５９ 電動スロットル弁
６１ ＥＣＵ
６２ クランク角センサ
６３ アクセルペダルセンサ
６４ エアフローメータ
６５ 吸気温度センサ

Claims (6)

1. 吸気弁の有効開度を連続的に変更可能な可変動弁機構と、該可変動弁機構によって吸気弁の有効開度を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
   機関運転状態に応じて、吸気弁の目標有効開度を、吸気負圧確保用に設定した下限値以上とするように制限することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記下限値以上とする制限は、アクセル開放時に行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記下限値は、機関運転状態に基づいて吸気弁上流側に所定の吸気負圧を確保する値に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
4. 前記目標有効開度と前記下限値とを比較し、大きい方を選択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吸気制御装置。
5. 吸気スロットル弁を備え、吸気弁の有効開度と、吸気スロットル弁の開度とが、協調して制御されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
6. 前記可変動弁機構は、吸気弁の作動角とリフト量を同時に変更して有効開度を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。

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