JP2009030578A - 可変動弁機構付のエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】運転中のレシプロエンジン11を停止するエンジン停止手段52と、吸気弁の開弁期間TIOを変更する吸気開弁期間変更機構31と、吸気開弁期間変更機構31を制御する吸気開弁期間制御部54とを備えて構成する。そして、吸気開弁期間制御部54が、エンジン停止手段52によりレシプロエンジン11の運転が停止される際に、吸気弁21の開弁終了時期ICが圧縮行程の後半となるよう吸気弁21の開弁期間TIOを設定する。
【選択図】図1
Description
このような機構は可変動弁機構と呼ばれるものであって、例えば、以下の特許文献1にその技術の一例が開示されている。
そして、この特許文献1には、エンジンの負荷や回転数に応じて、吸気弁や排気弁のバルブリフト特性を変更することで、燃費を向上させたり、出力を向上させたりすることを狙っている旨が開示されている。
特に、近年、環境保護の重要性が認識される中、ハイブリッド電気自動車(以下、単にハイブリッド車という)が急速に普及してきているが、このハイブリッド自動車において、このような技術のニーズが非常に高い。
また、ハイブリッド車において、エンジンを駆動源として用いるのか、或いは、電気モータを駆動源として用いるのか、或いは、エンジンおよび電気モータの双方を駆動源として用いるのかは、一般的に、車載コンピュータによって自動的に選択されるようになっている。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、エンジンが停止する際の振動や騒音の発生を抑制することが出来る、可変動弁機構付のレシプロエンジンを提供することを目的とする。
また、請求項4記載の本発明の可変動弁機構付のエンジンは、請求項3記載の内容において、該吸気弁位相制御部は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該吸気弁位相変更機構による該吸気バルブリフト特性の位相を最大限に遅らせるように設定することを特徴としている。
また、エンジンの運転が停止する際に、吸気弁の開弁終了時期が圧縮行程の後半となるように、吸気弁の開弁期間および吸気バルブリフト特性の位相を設定することで、より素早く圧縮圧を小さくし、クランクシャフトが逆転するような事態を防ぐことが出来る。(請求項2)
また、エンジンの運転が停止する際に、吸気開弁期間変更機構による吸気弁の開弁期間を最長期間に設定することで制御内容を簡素化し、エンジン停止時の振動や騒音の発生を抑制することが出来る。(請求項3)
また、エンジンの運転が停止する際に、吸気弁位相変更機構による吸気バルブリフト特性の位相を最大限に遅らせるように設定することで、制御内容を簡素化し、エンジン停止時の振動や騒音の発生を確実に抑制することが出来る。(請求項4)
また、エンジンの運転が停止する際に、排気弁の開弁開始時期を早く設定することで、さらに、振動を抑制し、クランキング速度を高めることが出来る。(請求項5)
エンジン11のシリンダ13内にはピストン14が設けられ、また、このピストン14の上方には燃焼室15が形成されている。なお、この図1では、説明の簡略化のため、第1シリンダ13のみを示し、また、この第1シリンダ13に着目して説明を進めるが、このエンジン11は4気筒エンジンであって、実際には、図示しない第2〜第4シリンダも設けられている。
吸気マニホールド16は、車外から取り入れた空気を第1〜第4シリンダの各燃焼室15へそれぞれ供給する多岐管である。また、この吸気マニホールド16の吸気側の入口にはスロットルバルブ23が設けられている。
排気マニホールド17は、各シリンダの燃焼室15と図示しない排気管とを接続する多岐管であって、燃焼室15から排出された排ガスを排気管に送出することが出来るようになっている。
スパークプラグ19は、その先端が燃焼室15内に突出するようにシリンダヘッド25に設けられ、図示しないイグニッションコイルから供給される高圧電流により燃焼室15内で火花を発生させ、燃焼室15内の混合気に点火することが出来るようになっている。また、このスパークプラグ19の点火時期は、ECU51により制御されるようになっている。
吸気弁22は、吸気ポート24と燃焼室15とを開閉するバルブであり、図示しない吸気カムの動きに追従して開閉するようになっている。
さらに、このエンジン11には、吸気開弁期間変更機構31および吸気特性位相変更機構32を有する吸気可変動弁機構(可変動弁機構)33が設けられている。
これらのうち、吸気開弁期間変更機構31は、エンジン11のクランクシャフトの回転速度に対する吸気カムの回転速度を連続的に変更することで、吸気弁21の開弁期間TIOを連続的に変更する機構である。
また、吸気特性位相変更機構32は、図2に示す吸気弁のバルブリフト線(吸気弁のバルブリフト特性)LIO1,LIOstの位相PIを変更する機構である。
なお、この吸気特性位相変更機構32の構造は既に公知であるので、ここでは説明を省略するが、本実施形態においては、油圧によりベーンを回動させる機構(いわゆるベーン機構)のものが適用されている。また、このベーン式の吸気特性位相変更機構32には、図示しないロックピンが内蔵されている。このロックピンは、エンジン11が停止する際に吸気弁特性の位相PIを最遅角させた状態で機械的に固定するものである。
なお、この吸気特性位相変更機構32の構造を示す文献としては、例えば、特許第3498784号公報が挙げられる。
エンジン回転数センサは、エンジン11の回転数NEを検出するものであって、検出結果はECU51によって読み込まれるようになっている。
ECU51は、いずれも図示しないインターフェース,CPU,メモリなどを備える電子制御ユニットである。
また、このECU51のメモリには、いずれもソフトウェアとして、点火制御部(エンジン停止手段)52,駆動力制御部(図示略),モータ制御部53,吸気開弁期間制御部54および吸気特性位相制御部55が設けられている。さらに、このECU51のメモリには、いずれも図示しない吸気開弁期間マップおよび吸気特性位相マップが記録されている。
また、この点火制御部52は、エンジン11の運転を停止する必要がある場合に、イグニッションコイルに対する点火信号の送信を停止するようになっている。
なお、エンジン11を停止する必要がある場合とは、ドライバによりスタートスイッチ(図示略)がオフにされた場合のほか、ECU51の駆動力制御部(図示略;後述する)からエンジン停止指示を受けた場合がなどある。
モータ制御部53は、自動車10に必要な駆動力を出力するように電気モータ12を制御すると共に、停止していたエンジン11のクランクシャフトを強制的に回転させ、エンジン11を始動させるように、電気モータ12を制御するものである。
吸気開弁期間制御部54は、エンジン11の始動から停止に至る運転状況に応じて、吸気開弁期間変更機構31を制御するものである。
この吸気開弁期間制御部54は、アクセル開度センサ(図示せず)等やエンジン回転数センサにより検出されたエンジン回転数NEに基づき、エンジン11が「高負荷・高回転」という運転状態にあると判定した場合、図4に示すように、吸気弁21の開弁期間TIOを「高出力期間TIO1」に設定するようになっている。
また、吸気開弁期間制御部54は、エンジン11に「高負荷運転」との命令が出された場合に吸気弁21の開弁期間TIOを「停止期間TIO2」に設定するようになっている。
つまり、吸気開弁期間制御部54は、下式(1),(2)および(3)の関係が成立するように、高出力期間TIO1と始動期間TIOstとを設定するようになっている。
高出力期間TIO1 < 停止期間TIOfi ・・・(2)
始動期間TIOst = 停止期間TIOfi ・・・(3)
また、吸気開弁期間制御部54は、吸気弁21の開弁終了時期ICが圧縮行程の後半、即ち、+270〜+360°[CA]になるように、この始動期間TIOstおよび停止期間TIOfiを設定するようになっている。
この吸気特性位相制御部55は、アクセル開度センサやエンジン回転数センサにより検出されたエンジン回転数NEに基づき、エンジン11が「高負荷・高回転」という運転状態にあると判定した場合、図4に示すように、吸気弁特性の位相PIを「高出力位相PI1」に設定するようになっている。
つまり、吸気特性位相制御部55は、下式(4),(5)および(6)の関係が成立するように、高出力位相PI1,始動位相PIstおよび停止位相PIfiを設定するようになっている。
高出力位相PI1 < 停止位相PIOfi ・・・(5)
始動位相PIOst = 停止位相PIOfi ・・・(6)
また、吸気特性位相制御部55は、吸気開弁期間制御部54と協動して吸気弁21の開弁終了時期ICが圧縮行程の後半、即ち、+270〜+360°[CA]になるように、この始動位相PIOstおよび停止位相PI1fiを設定するようになっている。
具体的には、排気弁22のバルブリフト特性の位相を変更する排気弁制御機構(吸気特性位相変更機構32に対応する機構)を排気制御部(吸気特性位相制御部55に対応する制御ソフトウェア)が制御することにより、排気弁22の開弁開始時期EOを早め、クランキング時の膨張行程後半での燃焼室15内圧の負圧が小さくすることが出来る。これにより、振動や騒音の発生を抑制しながら、クランキング回転速度の上昇を早め、回転速度を増大させることが可能となり、スムーズなエンジン始動(着火)を実現することが出来る。
また、エンジン11の運転が停止する直前に、吸気弁21の開弁終了時期ICが圧縮行程の後半となるように、吸気弁21の開弁期間TIOが設定され、且つ、吸気バルブリフト特性の位相PIが設定される。これにより、エンジン停止時における燃焼室15内圧を小さくし、クランクシャフトの回転速度を滑らかに低減させることが可能となる。
したがって、エンジン停止時に、燃焼室15内の圧力が高くなることでクランクシャフトが反転し、振動や騒音が発生することを抑制することが出来る。
例えば、上述の実施形態において例示した、排気弁の開弁終了時期EC,吸気弁の開弁開始時期IO,吸気弁の開弁終了時期IC,吸気弁の開弁期間TIO,吸気弁特性の位相PIなどの各値は、本発明の趣旨を満たす範囲で適宜変更可能である。
23 スロットルバルブ開度センサ(負荷検出手段)
31 吸気開弁期間変更機構
32 吸気特性位相変更機構
42 吸気開弁期間制御部
43 吸気特性位相制御部
TIO 吸気弁の開弁期間
TIO1 高出力期間
TIOst 始動期間
TIOfi 停止期間
PI 吸気弁特性の位相
PI1 高出力位相
PIst 始動位相
PIfi 停止位相
IO 吸気弁の開弁開始時期
IC 吸気弁の開弁終了時期
EO 排気弁の開弁開始時期
EC 排気弁の開弁終了時期
Claims (5)
- 可変動弁機構付のエンジンであって、
運転中の該エンジンを停止するエンジン停止手段と、
該可変動弁機構に設けられ吸気弁の開弁期間を変更する吸気開弁期間変更機構と、
該吸気開弁期間変更機構を制御する吸気開弁期間制御部とを備え、
該吸気開弁期間制御部は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該吸気弁の開弁終了時期が圧縮行程の後半となるように該吸気弁の開弁期間を設定する
ことを特徴とする、可変動弁機構付のエンジン。 - 該可変動弁機構に設けられ該吸気弁のバルブリフト特性の位相を変更する吸気特性位相変更機構と、
該吸気特性位相変更機構を制御する吸気特性位相制御部とをさらに備え、
該吸気特性位相制御部は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該吸気弁の開弁終了時期が圧縮行程の後半となるように該吸気バルブリフト特性の位相を設定する
ことを特徴とする、請求項1記載の可変動弁機構付のエンジン。 - 該吸気開弁期間制御部は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該吸気開弁期間変更機構による該吸気弁の開弁期間を最長期間に設定する
ことを特徴とする、請求項1または2記載の可変動弁機構付のエンジン。 - 該吸気弁位相制御部は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該吸気弁位相変更機構による該吸気バルブリフト特性の位相を最大限に遅らせるように設定する
ことを特徴とする、請求項2または3に記載の可変動弁機構付のエンジン。 - 該可変動弁機構に設けられ排気弁の開弁開始時期を変更する排気弁制御機構と、
該排気弁制御機構を制御する排気制御部とを備え、
該排気弁制御機構は、該エンジン停止手段により該エンジンの運転が停止される際に、該エンジンが高い出力を得る運転状態での開弁開始時期よりも早くなるように排気弁の開弁開始時期を設定する
ことを特徴とする、請求項1記載の可変動弁機構付のエンジン。
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