JP2010174723A - エンジンの吸気負圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要負圧の確保とエネルギ効率向上とを両立することができるエンジンの吸気負圧制御装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブのバルブタイミングを調整可能な可変バルブタイミング機構を備えるエンジンの吸気負圧を制御する装置であって、現在の吸気負圧を検出する負圧検出手段(Ｓ１１)と、運転状態に応じて必要な吸気負圧を設定する必要負圧設定手段(Ｓ１２)と、現在の吸気負圧が必要な吸気負圧に不足するか否かを判定する判定手段(Ｓ１３)と、現在の吸気負圧が必要な吸気負圧に不足するときは、その必要吸気負圧を達成するためのエンジンの目標回転速度及び吸気バルブの目標バルブタイミングを設定する運転目標設定手段(Ｓ１５，Ｓ１６)と、吸気バルブのバルブタイミングを、設定した目標バルブタイミングにするとともに、目標回転速度でエンジンを運転することでエンジンの吸気負圧を必要な吸気負圧にする運転制御手段(Ｓ１７)と、を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、エンジンの吸気負圧を制御する装置に関する。

エンジンの吸気によってブレーキのマスタバックに必要な負圧を確保する特許文献１のハイブリッド車両では、モータ走行中にブレーキ負圧が不足した場合には、エンジンを始動してブレーキ負圧を確保するようにしている。
特開２００６−２６６７号公報

しかしながらブレーキ負圧を確保するためにエンジンを始動しては燃費が悪化する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、必要負圧の確保とエネルギ効率向上とを両立することができるエンジンの吸気負圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明は、吸気バルブのバルブタイミングを調整可能な可変バルブタイミング機構を備えるエンジンの吸気負圧を制御する装置に関する。現在の吸気負圧を検出する負圧検出手段と、運転状態に応じて必要な吸気負圧を設定する必要負圧設定手段と、現在の吸気負圧が必要な吸気負圧に不足するか否かを判定する判定手段と、現在の吸気負圧が必要な吸気負圧に不足するときは、その必要吸気負圧を達成するためのエンジンの目標回転速度及び吸気バルブの目標バルブタイミングを設定する運転目標設定手段と、を有する。そして吸気バルブのバルブタイミングを、設定した目標バルブタイミングにするとともに、目標回転速度でエンジンを運転することでエンジンの吸気負圧を必要な吸気負圧にする。

本発明によれば、必要吸気負圧に応じて、エンジンの目標回転速度及び吸気バルブの目標バルブタイミングを設定するようにしたので、必要負圧の確保とエネルギ効率向上とを両立することができる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置を適用するシステムの基本構成を示す図である。

エンジン１は、可変バルブタイミング機構(Variable valve Timing Control；以下「ＶＴＣ」という)１０を備える。ＶＴＣ１０は、吸気バルブのバルブタイミングを調整可能な可変動弁機構である。詳細は後述する。

吸気スロットル３０よりも下流側の吸気通路２０から負圧通路２１が分岐してマスタバック４２に連設される。負圧通路２１の気圧は圧力センサ２１ａで検出される。マスタバック４２はエンジン１の吸気負圧を利用してドライバのブレーキペダル踏力をアシストする。エンジン運転中は吸気通路２０は負圧(大気圧よりも低い気圧)になる。この負圧が負圧通路２１を介してマスタバック４２に導入される。マスタバック４２の内部はダイヤフラムで２つのチャンバに区画されている。ドライバがブレーキペダル４１を踏み込んでいないときは両方のチャンバに負圧が導入される。ドライバがブレーキペダル４１を踏み込むとペダル側のチャンバにのみ大気圧が導入される。するとチャンバ間に生じた圧力差によってドライバのブレーキペダル踏力がアシストされる。

図２は可変バルブタイミング機構を説明する図である。

可変バルブタイミング機構(Variable valve Timing Control；以下「ＶＴＣ」という)１０は、ソレノイドバルブ１３によって調整された作動油に応じてＶＴＣ角度を制御する。なおＶＴＣ１０の構造は公知であるので、ここでは簡単に説明する。

ＶＴＣ１０は、カムシャフト１１と、カムシャフト駆動用スプロケット１２と、ソレノイドバルブ１３と、を含む。

カムシャフト１１は、カムによって吸気バルブを開閉する。カムシャフト１１の先端にはベーン１１ａが固設される。

カムシャフト駆動用スプロケット１２は、ベルト又はチェーンを介してエンジンのクランクシャフトと同期回転する。図２ではカムシャフト駆動用スプロケット１２は、右回転する。カムシャフト駆動用スプロケット１２は、カムシャフト１１と同軸である。カムシャフト駆動用スプロケット１２には、ベーン１１ａの回動を許容する空間が形成される。その空間がベーン１１ａによって進角油圧室１２ａ及び遅角油圧室１２ｂに区画される。

進角油圧室１２ａは進角油路１３ａを介して通路切り換え用のソレノイドバルブ１３に接続される。遅角油圧室１２ｂは遅角油路１３ｂを介して通路切り換え用のソレノイドバルブ１３に接続される。

またソレノイドバルブ１３には、進角油路１３ａ及び遅角油路１３ｂのほかにも供給油路１３ｃ及びドレン油路１３ｄが接続される。供給油路１３ｃは、途中にオイルポンプ１４が設けられる。オイルポンプ１４は、オイルパン１５に貯留している作動油を圧送する。ドレン油路１３ｄは、オイルパン１５に作動油を戻す油路である。

ソレノイドバルブ１３への通電量が増大するとソレノイドバルブ１３は通路Ａに切り替える。するとオイルパン１５の作動油が進角油路１３ａを通って進角油圧室１２ａに供給される。また遅角油圧室１２ｂの作動油が遅角油路１３ｂ及びドレン油路１３ｄを通ってオイルパン１５に排出される。このため進角油圧室１２ａの油圧が相対的に高くなってカムシャフト１１とカムシャフト駆動用スプロケット１２との相対角度(ＶＴＣ角度)が進角する。このときのバルブリフト特性は図２(Ｂ)の実線のようになる。

ソレノイドバルブ１３への通電量が減少するとソレノイドバルブ１３は通路Ｂに切り替わる。するとオイルパン１５の作動油が遅角油路１３ｂを通って遅角油圧室１２ｂに供給される。また進角油圧室１２ａの作動油が進角油路１３ａ及びドレン油路１３ｄを通ってオイルパン１５に排出される。このため遅角油圧室１２ｂの油圧が相対的に高くなってカムシャフト１１とカムシャフト駆動用スプロケット１２との相対角度(ＶＴＣ角度)が遅角する。このときのバルブリフト特性は図２(Ｂ)の一点鎖線のようになる。

このようにソレノイドバルブ１３への通電量を制御して油路を切り替えて進角油圧室１２ａ及び遅角油圧室１２ｂへの油圧を適宜変更、保持することで、ＶＴＣ１０のＶＴＣ角度を変更、保持できる。これによって吸気バルブの開閉タイミング(バルブタイミング)を進角／遅角できる。

エンジン及びモータを併用するハイブリッド車では、エンジンを停止してモータでのみ走行するＥＶモードがある。ＥＶモードでのブレーキ操作によってマスタバック内の負圧が消費されたらエンジンを始動して負圧を生成する必要がある。このときできるだけ燃料を消費しないことが望ましい。そこで本件発明者はエンジン回転速度及びＶＴＣ角度を調整することで燃費を向上させることを知見した。以下では具体的な制御内容について説明する。

図３は、本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第１実施形態を説明するフローチャートである。

ステップＳ１１においてコントローラは、圧力センサ２１ａの出力信号に基づいて現在の吸気負圧Ｐｃを検出する。

ステップＳ１２においてコントローラは、運転状態に応じて必要な吸気負圧Ｐｎを設定する。この運転状態とはたとえばエンジンの回転速度や車両速度などである。たとえばエンジンが停止しているが車両速度が高ければ必要な吸気負圧Ｐｎを大きめに設定する。またたとえば負圧タンクを装備している場合は短時間で負圧を確保したい要求があるので飽和領域の負圧になるように吸気負圧Ｐｎを設定すればよい。

ステップＳ１３においてコントローラは、現在負圧Ｐｃが必要負圧Ｐｎに不足するか否かを判定する。不足であればステップＳ１４に処理を移行し、そうでなければ処理を抜ける。

ステップＳ１４においてコントローラは、必要負圧Ｐｎを図４に示す第１マップに適用することで、図５に示す第２マップの特性を得る。第１マップ及び第２マップの詳細については後述する。

ステップＳ１５においてコントローラは、現在のＶＴＣ角度を検出する。具体的にはセンサによって検出してもよいし、またコントローラのＶＴＣ角度指令信号を読み出すことで検出してもよい。

ステップＳ１６においてコントローラは、現在のＶＴＣ角度を図５に示した第２マップに適用することで、目標エンジン回転速度を設定する。

ステップＳ１７においてコントローラは、目標エンジン回転速度になるようにエンジンを制御する。

図４は第１マップの一例を示す図である。

第１マップは、横軸をＶＴＣ角度(右ほど進角)、縦軸を負圧(上ほど大)、としたマップであり、エンジン回転速度ごとに用意されている。なお「負圧が大」とは大気圧から、より大きく乖離することである(すなわち絶対値としては小さくなる)。

この第１マップの設定方法を説明する。はじめにあらかじめ実験を通じてエンジン回転速度ごとのＶＴＣ角度と負圧との関係を設定しておく。エンジン回転速度が一定低回転速度のときは図４(Ａ)のようになる。エンジン回転速度が一定中回転速度のときは図４(Ｂ)のようになる。エンジン回転速度が一定高回転速度のときは図４(Ｃ)のようになる。精度を向上するにはこれらの特性を多く求めておけばよい。そしてこれらをエンジン回転軸ごとに並べることで図４のマップが得られる。なお直接求められない値は前後の値に基づいて補間すればよい。

図５は第２マップの一例を示す図である。

第２マップは第１マップを、ＶＴＣ角度エンジン回転面(図４の底面)に投影したものである。たとえば所定の一定負圧Ａの面で切り出すと、ＶＴＣ角度とエンジン回転速度とは、図５に実線で示した特性になる。すなわち所定負圧Ａを得るには、ＶＴＣ角度が進角側であればあるほどエンジン回転速度は小さくてよい。なおエンジン回転速度やＶＴＣ角度を制御しても負圧には飽和値がある。その飽和負圧ラインが負圧Ａの上側のラインであり、斜線を付した領域が負圧の飽和する領域である。

現在のＶＴＣ角度が得られていれば、そのＶＴＣ角度を第２マップに適用することで、所望の負圧を得るために必要なエンジン回転速度を求めることができる。

本実施形態によれば、ＶＴＣ角度に応じてエンジン回転速度を設定する。すなわちＶＴＣ角度が進角しているほど、エンジン回転速度を低く設定する。したがってエンジン回転速度が過大になってしまうことを防止できる。またエンジンのフリクションは、エンジンの回転速度に比例する。このため本実施形態の構成とすることで、低いエンジン回転速度で負圧を確保し、エンジンのフリクションを抑えて、燃費の悪化を抑制することができる。すなわち良好な燃費が得られるのである。

（第２実施形態）
図６は、本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第２実施形態を説明するフローチャートである。

なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では、運転状態に応じてＶＴＣ角度を設定し(ステップＳ２５)、そのＶＴＣ角度に応じて目標エンジン回転速度を設定し(ステップＳ２６)、そのＶＴＣ角度及びエンジン回転速度でエンジンを制御する(ステップＳ１７)。すなわち図５に示されているように、所定負圧Ａを得るには、ＶＴＣ角度が進角側であればあるほどエンジン回転速度を低くできる。したがってたとえばＥＶモード中のようにエンジン駆動力が不要の場合に、負圧を得るためにエンジンを始動するときは、できるだけＶＴＣ角度を進角設定する。そしてそのＶＴＣ角度に応じてエンジン回転速度を制御すれば、低いエンジン回転速度を必要負圧を達成できるので、良好な燃費が得られる。またエンジンのフリクションが低減する。そしてバルブタイミングを変えない場合に比べて、燃費の悪化をさらに抑制することができる。すなわち必要負圧の確保とエネルギ効率向上とを一層高いレベルで両立できるのである。

（第３実施形態）
図７は、本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第３実施形態を説明するフローチャートである。

本実施形態では、目標エンジン回転速度を設定し(ステップＳ３５)、その目標エンジン回転速度に応じてＶＴＣ角度を設定し(ステップＳ３６)、そのエンジン回転速度及びＶＴＣ角度でエンジンを制御する(ステップＳ１７)。目標エンジン回転速度は、要求される運転状態に応じて設定すればよい。たとえば燃費を優先する場合であれば、必要負圧Ｐｎが得られる、できる限り低いエンジン回転速度を設定すればよい。また発電要求などから所定以上のエンジン回転速度を設定しなければならない場合もある。そのような状況を勘案して目標エンジン回転速度を設定する。そしてそのエンジン回転速度に応じてＶＴＣ角度を進角設定して制御すれば、要求される運転状態を達成しつつ必要な吸気負圧が得られるのである。そしてその必要負圧の確保するためのエンジン回転速度は可能な限り低く抑えられるのでエネルギ効率向上を図れるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記した可変バルブタイミング機構は一例に過ぎず種々の公知の機構を用いればよい。

本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置を適用するシステムの基本構成を示す図である。 可変バルブタイミング機構を説明する図である。 本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第１実施形態を説明するフローチャートである。 第１マップの一例を示す図である。 第２マップの一例を示す図である。 本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第２実施形態を説明するフローチャートである。 本発明によるエンジンの吸気負圧制御装置のコントローラによる制御内容の第３実施形態を説明するフローチャートである。

１ エンジン
１０ 可変バルブタイミング機構(Variable valve Timing Control；ＶＴＣ)
２０ 吸気通路
２１ａ 圧力センサ(負圧検出手段)
４２ マスタバック
ステップＳ１１ 負圧検出手段
ステップＳ１２ 必要負圧設定手段
ステップＳ１３ 判定手段
ステップＳ１５ バルブタイミング検出手段
ステップＳ１６，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ３５，Ｓ３６ 運転目標設定手段
ステップＳ１７ 運転制御手段

Claims (6)

1. 吸気バルブのバルブタイミングを調整可能な可変バルブタイミング機構を備えるエンジンの吸気負圧を制御する装置であって、
   現在の吸気負圧を検出する負圧検出手段と、
   運転状態に応じて必要な吸気負圧を設定する必要負圧設定手段と、
   前記現在の吸気負圧が前記必要な吸気負圧に不足するか否かを判定する判定手段と、
   前記現在の吸気負圧が前記必要な吸気負圧に不足するときは、その必要吸気負圧を達成するためのエンジンの目標回転速度及び吸気バルブの目標バルブタイミングを設定する運転目標設定手段と、
   前記吸気バルブのバルブタイミングを、設定した目標バルブタイミングにするとともに、前記目標回転速度でエンジンを運転することでエンジンの吸気負圧を必要な吸気負圧にする運転制御手段と、
   を有することを特徴とするエンジンの吸気負圧制御装置。
2. 前記吸気バルブの現在のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段をさらに備え、
   前記運転目標設定手段は、前記吸気バルブの目標バルブタイミングとして前記バルブタイミング検出手段で検出した吸気バルブのバルブタイミングを設定し、その吸気バルブバルブタイミングに応じて前記エンジン目標回転速度を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気負圧制御装置。
3. 前記運転目標設定手段は、要求される運転状態に応じて前記吸気バルブの目標バルブタイミングを設定し、その吸気バルブ目標バルブタイミングに応じて前記エンジン目標回転速度を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気負圧制御装置。
4. 前記運転目標設定手段は、前記吸気バルブの目標バルブタイミングが進角しているほど、前記エンジン目標回転速度を低く設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの吸気負圧制御装置。
5. 前記運転目標設定手段は、要求される運転状態に応じて前記エンジン目標回転速度を設定し、そのエンジン目標回転速度に応じて前記吸気バルブの目標バルブタイミングを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気負圧制御装置。
6. 前記運転目標設定手段は、前記エンジン目標回転速度が低いほど、前記吸気バルブの目標バルブタイミングを進角して設定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの吸気負圧制御装置。

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