JP2009138544A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、可変動弁機構により弁の作用角を切り替えるときに内燃機関のトルクを速やかに増加させることができる技術を提供する。
【解決手段】吸気管に燃料噴射弁を備え、吸気弁の作用角を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、作用角を大きくするときには、大きくしないときよりも吸気管内の圧力を所定期間低くする圧力低減手段を備える。圧力を低下させることにより、燃料の気化を促進させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

吸気弁または排気弁の作用角またはリフト量を段階的に変更可能な可変動弁機構が知られている。このような可変動弁機構を備えた内燃機関においては、作用角を切り替える前後で出力変動が生じる虞がある。そして、この出力変動の発生を抑制するためにスロットル制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０４−１７１２３０号公報 特開平０４−１９１４４９号公報

ここで、例えば吸気弁の作用角は、低回転低負荷のときよりも高回転高負荷のほうが大きくなるように設定される。つまり、低回転低負荷から加速すると、高回転高負荷に至るまでの途中で、吸気弁の作用角が大きくなる。

しかし、小さな作用角から大きな作用角へ切り替わった直後では、内燃機関の気筒内へ吸入される空気の流速が遅くなるため、燃料がポート壁面に付着してしまうので、トルクの増加が緩慢となる虞がある。

例えば吸気弁の作用角が大きくなると、吸気弁の閉じる時期が遅くなり、吸気弁の開く時期が早くなる。吸気弁の閉じる時期が遅くなると吸気量が少なくなり、吸気弁の開く時期が早くなると吸気の流速が低下する。そのため、燃料がポートに付着し易くなったり、ポートに付着した燃料が気化し難くなったりする。このようなことから、加速時には燃料の不足により加速が緩慢となる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、可変動弁機構により弁の作用角を切り替えるときに内燃機関のトルクを速やかに増加させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
吸気管に燃料噴射弁を備え、吸気弁の作用角を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
前記作用角を大きくするときには、大きくしないときよりも吸気管内の圧力を所定期間低くする圧力低減手段を備えることを特徴とする。

低回転低負荷領域では吸気弁の作用角は比較的小さくされ、高回転高負荷になると作用角がそれよりも大きくされる。

ここで、所定期間とは、ポート等に付着している燃料量が許容値以内となるまでにかかる期間とすることができる。この期間は、規定のサイクル数としてもよい。そして、吸気管内の圧力を低くするのは、作用角の変更直後であっても良く、変更前からであっても良い。

このように吸気管内の圧力を低下させることにより、ポート等に付着している燃料の気化が促進される。つまり、燃料を気筒内へより多く供給することができるため、トルクを速やかに増加させることができる。

また本発明においては、内燃機関の出力軸から伝わる回転を変速して出力する変速装置を備え、前記圧力低減手段は、前記変速装置の変速比を大きくすることにより吸気管内の圧力を低くすることができる。

車両が一定の速度や加速度を維持しているときに、変速装置における変速比を大きくすると、機関回転数は上昇する。つまり、吸気の流速が速くなり、吸気管内の負圧が大きくなる。そのため、燃料が気化し易い状態とすることができる。

さらに、本発明においては、前記圧力低減手段は、前記内燃機関の温度が低いほど吸気管内の圧力を低くすることができる。

内燃機関の温度とは、燃料が付着する箇所の温度としてもよい。これは、内燃機関の暖機状態に代えても良い。そして、内燃機関の温度が低いほど、燃料が気化し難い。つまり、燃料が気化し難い状態であるほど、吸気管内の圧力を低くすることにより、燃料の気化を促進させることができる。また、吸気管内の圧力を燃料の付着状態に応じて低下させることができるため、該圧力を過剰に低下させることを抑制できる。また、機関回転数を必要以上に上昇させることを抑制できる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、可変動弁機構により弁の作用角を切り替えるときに内燃機関のトルクを速やかに増加させることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する車両の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ガソリンエンジンである。

内燃機関１には、気筒２へ通じる吸気ポート１Ａが形成されており、該吸気ポート１Ａには吸気管３が接続されている。吸気管３は４つに分岐して、各気筒２へ通じる吸気ポート１Ａに夫々接続されている。そして、各吸気ポート１Ａ近傍の吸気管３には、燃料噴射弁４が夫々取り付けられている。この燃料噴射弁４は、吸気ポート１Ａへ向けて燃料を噴射する。

また、各気筒２には、吸気弁５が２つ備えられ、該吸気弁５は可変動弁機構５０により駆動される。可変動弁機構５０は、クランクシャフト６と同期して回転するカムシャフト７を備えている。カムシャフト７には、吸気弁５毎に設けられたカム７１が固定されている。また、可変動弁機構５０は、制御軸５１を備えている。制御軸５１には、可変機構５２が取り付けられている。可変機構５２は、制御軸５１の回転位置または軸方向の位置に応じて吸気弁５の作用角およびリフト量を変更する機構である。制御軸５１の一端には、制御軸５１を周方向（回転方向）または軸方向に位置調整する制御軸位置調整装置５３が配置されている。

本実施例における可変動弁機構５０は、吸気弁５の作用角を、比較的小さな小作用角または比較的大きな大作用角の何れか一方に切り替える。なお可変動弁機構５０には、例えば特開２００５−３５１１５４号公報に記載された機構を採用することができる。

図２は、機関回転数と機関負荷と吸気弁５の作用角との関係を例示した図である。横軸が機関回転数、縦軸が機関負荷を示している。（１）で示される範囲では、始動時やアイドル運転時での機関回転数の安定が要求されるため、小作用角が選択される。（２）で示される範囲では、低回転高負荷性能の要求により、小作用角が選択される。（３）で示される範囲では、ポンプ損失を低減して燃費を向上させることと、高回転高負荷性能の要求とにより、大作用角が選択される。

クランクシャフト６は連続可変トランスミッション(Continuously Variable Transmission: 以下、ＣＶＴ８という。) へ接続されている。ＣＶＴ８は、連続的に変速比を変更
する。そして、ＣＶＴ８により車軸９が回転され、車輪１０が駆動される。なお、本実施例ではＣＶＴ８が、本発明における変速装置に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１およびＣＶＴ８を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。

ＥＣＵ２０には、運転者がアクセルペダル２１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ２２、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ２３の他、各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁４、可変動弁機構５０およびＣＶＴ８が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。

ところで、吸気弁５の作用角を切り替えるときに、吸入空気量が変わることがある。図３は、吸気管３内の圧力が等しいとしたときの吸気弁５の閉弁時期と吸入空気量との関係を示した図である。これは、小作用角から大作用角へ切り替わる直前と直後との状態を表している。

吸気弁５が閉じる時期が遅くなるほど、圧縮行程で気筒２内から吸気管へ逆流する空気が多くなるため、吸入空気量は減少する。つまり、小作用角から大作用角へ変更された直後には、吸入空気量が減少する。

また、図４は、吸気管３内の圧力が等しいとしたときの吸気弁５の開弁時期と吸気ポート１Ａ内の吸気の流速との関係を示した図である。これは、小作用角から大作用角へ切り替わる直前と直後との状態を表している。

吸気弁５が開く時期が早くなるほど、気筒２内の圧力が高いために、該気筒２内に空気が流入し難くなる。そのため、吸気の流速が遅くなる。つまり、小作用角から大作用角へ変更された直後には、吸気の流速が遅くなる。

このように、吸気管３内の圧力が等しい条件の下で小作用角から大作用角へ変更すると、変更直後には吸入空気量が減少し且つ吸気の流速が遅くなるため、吸気ポート１Ａに付着した燃料の気化が緩慢となったり、燃料の吸い込み力が弱くなったりする。

これに対し本実施例では、小作用角から大作用角へ変更するときに、一時的にＣＶＴ８における変速比を大きくする。これにより、吸気管３内の負圧を増大させ、燃料の気化を
促進させる。変速比を大きくさせるのは、吸気ポート１Ａ内に付着している燃料が許容範囲内となるまでとしても良く、規定のサイクル数を経過するまでとしても良い。

ＣＶＴ８における変速比を大きくするのと同時に機関回転数を上昇させる。このときに、車輪１０の回転数の上昇率が変速比を大きくする前と変わらないようにする。また、ドライバビリティが悪化しない範囲で機関回転数を制御しても良い。ＣＶＴ８における変速比を大きくするほど吸気管３内の負圧を増大させることができるが、あまり低くしすぎると機関回転数が許容値を超えるため、機関回転数が許容値を超えない範囲で変速比を大きくする。

図５は、小作用角から大作用角へ変更したときの車速等の推移を示したタイムチャートである。Ａで示される時間において加速が開始され、Ｂで示される時間において小作用角から大作用角へ変更されている。実線はＣＶＴ８における変速比を大きくした場合を示し、破線は変速比を大きくしなかった場合を示している。

Ａで示される時間において加速が開始されると、機関回転数が上昇し、吸気管３内の圧力が高くなる。しかし、小作用角のため、吸気ポート１Ａに付着している燃料量（以下、ポートウェット量という。）は、少ないまま推移する。

一方、Ｂで示される時間において大作用角へ変更されると、ＣＶＴ８における変速比を大きくしない場合には、吸入空気量が少なくなり且つ吸気の流速が遅くなる。そのため、ポートウェット量が多くなり、機関回転数の上昇が緩慢となる。そのため、車速の上昇も緩慢となる。

これに対しＢで示される時間において変速比を大きくした場合には、機関回転数が上昇される。これにより、吸気管３内の圧力が低くなるため、ポートウェット量が少なくなる。そのため、車速を速やかに上昇させることができる。

図６は、本実施例における加速時のＣＶＴ制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、作用角の切替要求があり、且つ、急加速時であるか否か判定される。作用角の切替要求とは、図２の（１）及び（２）から（３）へ移行したとき、または（３）から（１）及び（２）へ移行したときのように、作用角を切り替える必要が生じたときになされる要求である。また、急加速時とは、ポートウェット量が多くなることにより要求される加速ができなくなるほど急激な加速を行なったときを示している。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、内燃機関１の冷却水温度に応じて一時的にＣＶＴ８における変速比が大きくされる。本実施例ではステップＳ１０２を実行するＥＣＵ２０が、本発明における圧力低減手段に相当する。

内燃機関１の冷却水温度に応じて行なうのは、該冷却水温度によりポートウェット量が異なるからである。つまり、冷却水温度が高くなるほど、吸気ポート１Ａの壁面温度も高くなるため、ポートウェット量が少なくなる。そのため、吸気管負圧の増大量は小さくて済む。冷却水温度は、内燃機関１に取り付けた温度センサ２４により測定することができる。

図７は、冷却水温度と変速比の変更量との関係を示した図である。このように、本実施例では冷却水温度が高くなるほど、変速比の変更量を小さくしている。つまり、冷却水温度が高くなるほど、変更後の変速比が小さくなる。なお、冷却水温度に応じて変速比を段階的に変更しても良い。また、変速比の大きさを変える代わりに、変速比を大きくする時間を変更しても良い。つまり、冷却水温度が高くなるほど、変速比の変更時間を短くしても良い。

このようにして、吸気ポート１Ａ内に付着していた燃料の気化を促進することができるため、気筒２内へより多くの燃料を供給することができる。これにより内燃機関１のトルクを速やかに増加させることができるので、加速性能を向上させることができる。

実施例に係る内燃機関を適用する車両の概略構成を示す図である。 機関回転数と機関負荷と吸気弁の作用角との関係を例示した図である。 吸気管内の圧力が等しいとしたときの吸気弁の閉弁時期と吸入空気量との関係を示した図である。 吸気管内の圧力が等しいとしたときの吸気弁の開弁時期と吸気ポート内の吸気の流速との関係を示した図である。 小作用角から大作用角へ変更したときの車速等の推移を示したタイムチャートである。 実施例における加速時のＣＶＴ制御のフローを示したフローチャートである。 冷却水温度と変速比の変更量との関係を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１Ａ 吸気ポート
２ 気筒
３ 吸気管
４ 燃料噴射弁
５ 吸気弁
６ クランクシャフト
７ カムシャフト
８ ＣＶＴ
９ 車軸
１０ 車輪
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルペダル
２２ アクセル開度センサ
２３ クランクポジションセンサ
２４ 温度センサ
５０ 可変動弁機構
５１ 制御軸
５２ 可変機構
５３ 制御軸位置調整装置
７１ カム

Claims (3)

1. 吸気管に燃料噴射弁を備え、吸気弁の作用角を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記作用角を大きくするときには、大きくしないときよりも吸気管内の圧力を所定期間低くする圧力低減手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の出力軸から伝わる回転を変速して出力する変速装置を備え、前記圧力低減手段は、前記変速装置の変速比を大きくすることにより吸気管内の圧力を低くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記圧力低減手段は、前記内燃機関の温度が低いほど吸気管内の圧力を低くす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。

Images