JP2011256805A - 内燃機関の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可変バルブタイミング機構をスロットル弁の開成動作に併せて進角動作を行う際の、過給圧の急激な変化を抑制することを目的とする。
【解決手段】内燃機関が、排気弁と吸気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構と、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、タービンの上流と下流とを迂回するバイパス通路と、バイパス通路に設けた過給圧逃がし弁とを備え、過給圧逃がし弁を制御して内燃機関の出力を制御する内燃機関の制御方法であって、アクセル開度を検知し、アクセル開度が開であることを検知した場合には前記開閉タイミングを進角させ、かつ過給圧逃がし弁を開き、前記開閉タイミングの進角量がアクセル開度に応じた目標進角値になった時点で、過給圧逃がし弁を過給圧が目標過給圧になるまで制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気過給機を備える内燃機関の出力制御方法に関するものである。

従来、排気エネルギを利用して吸入空気を過給するターボチャージャを備えるとともに、排気弁と吸気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構を備える内燃機が知られている（例えば、特許文献１）。このようなターボチャージャを備えた内燃機関では、例えば低回転（低速）で内燃機関を運転している場合に、加速すべくアクセルペダルを大きく踏み込んでも、この操作に連動してターボチャージャの回転数が上昇しない、いわゆるターボラグと呼ばれる現象が生じる。

特許文献１に記載のものでは、このようなターボラグが生じる場合には、機関回転数が高くなるほど、吸気弁の開閉タイミングを進角させ、吸気に多くの運動エネルギを与えることができ、排気のエネルギを増大させることができる。したがって、ターボチャージャのタービンを駆動する力が大きくなるので、ターボラグを小さくしつつ、エンジン出力を向上させている。

このような構成において、アクセルペダルを操作して、スロットル弁がほぼ全開になる高負荷運転領域で、吸気弁の開閉タイミングを進角させると、吸入行程の初期段階から大量の空気が気筒内に流れ込むことで、急激に過給圧が上昇する。このような現象は例えば、二気筒のもののような排気脈動が大きい内燃機関において顕著である。このため、大幅にトルクが上昇することになり、内燃機関の運転状態に違和感を生じた。

特開平１０‐２８８０５６号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、可変バルブタイミング機構をスロットル弁の開成動作に併せて進角動作を行う際の、過給圧の急激な変化を抑制することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の出力制御方法は、内燃機関が、排気弁と吸気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構と、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、タービンの上流と下流とを迂回するバイパス通路と、バイパス通路に設けた過給圧逃がし弁とを備え、過給圧逃がし弁を制御して内燃機関の出力を制御する内燃機関の制御方法であって、アクセル開度を検知し、アクセル開度が開であることを検知した場合には前記開閉タイミングを進角させ、かつ過給圧逃がし弁を開き、前記開閉タイミングの進角量がアクセル開度に応じた目標進角値になった時点で、過給圧逃がし弁を過給圧が目標過給圧になるまで制御することを特徴とする。

アクセル開度とは、内燃機関のスロットル弁の開閉を操作する手段の操作量を指すものである。例えば、自動車においては、アクセル開度は、アクセルペダルの踏度に基づくものである。

このような構成によれば、例えば低速高負荷領域で内燃機関の出力を確保するために可変バルブタイミング機構を進角作動させても、過給圧逃がし弁によりタービンに供給される排気エネルギを逃がすことで過給圧の急激な変化を抑制することが可能になる。又、このようにして、可変バルブタイミング機構の進角動作と過給圧の調整とを組み合わせてトルクの変動を抑えることで、過給圧を下げ圧縮比を上げることができるので、燃費を向上させることができる。

本発明は、以上説明したような構成であり、可変バルブタイミング機構を進角作動させても、過給圧逃がし弁により過給圧の急激な変化を抑制することができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。 同実施形態の作用説明図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態のエンジン１００は、自動車に搭載される筒内噴射型のものであって、排気エネルギでタービン５２を駆動するターボチャージャ５０を備えるとともに、可変バルブタイミング機構３０を備える。

具体的には、図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の２気筒のもので、その吸気系１には、ターボチャージャ５０を構成するコンプレッサ５１が接続され、コンプレッサ５１の下流には、アクセルペダル４の操作に対応して開閉するスロットル弁２が設けてある。そしてそのスロットル弁２の下流側にはサージタンク３が設けられる。コンプレッサ５１によりインタークーラ５を介してサージタンク３に供給された吸入空気は、吸気ポート１０及び吸気弁３７を介して燃焼室３８内に吸入される。燃焼室３８の天井にはインジェクタ１８及び点火プラグ（図示しない）が設けてあり、このインジェクタ１８及び点火プラグを、電子制御装置６により制御するようにしている。

また、排気系２０には、燃焼室から排気弁３６を介して排出された排気ガスにより駆動される、ターボチャージャ５０を構成するタービン５２が接続される。タービン５２の上流と下流とを接続するバイパス通路５３が設けてあり、そのバイパス通路５３にはエンジン１００の運転状態に応じて開閉制御できる過給圧逃がし弁であるウェイストゲート弁５４が設けてある。この実施形態にあっては、ウェイストゲート弁５４はその開閉を電子制御装置６により制御できる構成であり、バイパス通路５３はターボチャージャ５０に一体に形成してある。さらに、タービン５２までの管路には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂ センサ２１が取り付けられる。さらに、タービン５２の下流には、図示しないマフラに至るまでの位置に三元触媒（図示しない）が取り付けられている。

なお、この実施形態のスロットルバルブ２は、アクセルセンサ１２から出力されるアクセル開度信号ｂ及びスロットルセンサ１６から出力されるスロットル開度信号ｄに基づいて、その時の運転状態に応じてその開度を電気的に制御される型式の、いわゆる電子スロットルと呼ばれるもので、アクセルペダル４が操作されることにより、その操作に対応して必ずしも開度が変更されるものではない。

このエンジン１００は、吸気弁３７の開閉タイミングすなわちバルブタイミングを変更するための可変バルブタイミング機構３０を備えている。可変バルブタイミング機構３０は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフトに固定されたロータと、ロータの外側に嵌められるハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁であるオイルコントロールバルブと、互いに噛み合うように一方をハウジングに取り付けて他方を排気カムシャフトに固定した一対のギアと、排気カムシャフトの端部に取り付けられてクランク角度信号ｍ及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ４１と、吸気カムシャフトの端部に取り付けられて吸気カム信号ｎを出力するタイミングセンサ４２とを備える構成である。

このような構成において、吸気弁３７のバルブタイミングは、電子制御装置６から出力される開閉タイミング信号により可変バルブタイミング機構３０が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構３０は、開閉タイミング信号を受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブにより制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁３６を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁３７の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁３７の開閉タイミングと排気弁３６の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。

可変バルブタイミング機構３０は、例えば作動油により作動する機械式のもので、電子制御装置６により制御されて、排気弁３６と吸気弁３７との内の吸気弁３７の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御できるものである。すなわち、電子制御装置６が出力する信号により、作動油が制御されて作動するものである可変バルブタイミング機構３０は、吸気弁３７を全開にする作動中心を、ピストン３９が最上位置となる排気上死点に対して進角及び遅角する。可変バルブタイミング機構３０は、排気弁３６と吸気弁３７との開弁期間が重なり合うバルブオーバーラップを、吸気弁３７のバルブタイミングを制御することにより達成する。

可変バルブタイミング機構３０とともにエンジン１００の運転を制御する電子制御装置６は、中央演算装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるコンピュータシステムを主体に構成されている。その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、スロットル弁２の開度を検出するスロットルセンサ１６から出力される開度信号ｄ、アクセルペダル４の踏度つまりアクセル開度を検出するアクセルセンサ１２から出力されるアクセル開度信号ｂエンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサから出力される回転数信号、クランクセンサ４１から出力されるクランク角度信号ｍ、タイミングセンサ４２から出力される吸気カム信号ｎ、上記したＯ₂ センサ２１から出力される電圧信号ｈ等が入力される。一方、出力インターフェース１１からは、インジェクタ１８に対して燃料噴射信号ｇが、ウェイストゲート弁５３に対して開閉制御信号ｆが、また火花着火の実施に際してスパークプラグに対して点火信号が出力されるようになっている。

電子制御装置６には、アクセル開度を検知し、アクセル開度が開であることを検知した場合には前記開閉タイミングを進角させ、かつ過給圧逃がし弁を開き、前記開閉タイミングの進角量がアクセル開度に応じた目標進角値になった時点で、過給圧逃がし弁を過給圧が目標過給圧になるまで制御する出力制御プログラムが格納してある。以下において、図２に示すフローチャートに基づいて、出力制御の手順を説明する。

まずステップＳ１において、アクセルペダル４がエンジン１００の運転状態が高負荷領域になるまで踏み込まれた（操作された）か否かを判定する。すなわち、アクセル開度がほぼ全開となるまで、アクセルペダル４が踏み込まれたか否かを判定する。アクセルペダル４が高回負荷領域のアクセル開度まで踏み込まれていないと判定した場合は、所定時間後に再度ステップＳ１を実行する。

ステップＳ１において、アクセル開度が高負荷領域に対応するものであると判定した場合、ステップＳ２では、可変バルブタイミング機構３０を作動させて、吸気弁３７の開閉タイミングつまりバルブタイミングを進角させる。

ステップＳ３では、バルブタイミングの進角を開始するタイミングとほぼ同じタイミングにより、ウェイストゲート弁５４を開く制御を開始し、ウェイストゲート弁５４がほぼ全開になるまで開く。

ステップＳ４では、バルブタイミングの進角量が目標進角量に達したか否かを判定する。バルブタイミングの進角量は、上述した吸気カム信号ｎに基づいて検出する。目標進角量は、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて、例えばマップに設定してある。したがって、アクセルペダル４が踏み込まれてアクセル開度を検出した時点のエンジン回転数とアクセル開度とによりマップを検索して目標進角量を決定する。

ステップＳ４において、進角量が目標進角量であると判定した場合は、ステップＳ５において、過給圧を目標過給圧まで制御する。具体的には、ステップＳ３において開いたウェイストゲート弁５４を徐々に閉じていき、過給圧が上昇するようにウェイストゲート弁５４の開度を制御する。

このような構成において、例えば登り坂を走行する場合に、その勾配に応じてアクセルペダル４をほぼ踏み切る位置まで踏み込む操作を行ったとする。アクセルペダル４をこのように操作することにより、アクセル開度は高負荷領域に対応するものとなるので、ステップＳ１を実行した後、ステップＳ２〜ステップＳ４を実行し、吸気弁３７のバルブタイミングの進角量が目標進角量に達した時点で、ステップＳ５を実行して過給圧が目標過給圧に達するまで、ウェイストゲート弁５４を閉じる制御を行う。

従来の出力制御にあっては、図３に一点鎖線で示すように、アクセルペダル４をほぼ踏み切ることに応じて吸気弁３７のバルブタイミングを進角させると、その進角量の増加に合わせてトルクの過剰な上昇を引き起こす。しかしながら、従来と同様にして低速高負荷運転領域で出力を確保するために吸気弁３７のバルブタイミングを進角する場合に、この実施形態では、アクセルペダル４の操作とタイミングをほぼ合わせてウェイストゲート弁５４を開く構成である。この場合に、可変バルブタイミング機構３０が開閉タイミング信号を受けてから、実際に目標の進角量になるまでは作動の遅れがある。ウェイストゲート弁５４を、その作動の遅れに合わせてほぼ全開まで開くことにより、排気ガスの一部をバイパス通路５３を介してその量が漸次増加するように外部に排出する。

これにより、タービン５２に供給される排気エネルギが減少し、コンプレッサ５１の回転が低下して過給圧の上昇が抑えられる。このため、アクセル開度が高負荷側に変化するタイミングとほぼ同時にバルブタイミングを進角することで高くなる、過給圧の急激な上昇に伴うトルクの変動を抑制することができ、ドライバビリティを向上させることができる。加えて、低速高負荷運転領域におけるトルクの変動を改善するべく過給圧を下げており、同時に吸気弁３７のバルブタイミングを進角させているので圧縮比を上げることができ、燃費を向上させることができる。

そして、過給圧が目標過給圧に達したタイミングとほぼ同じタイミングで、ウェイストゲート弁５４を徐々に閉じるように制御することで、徐々に過給圧を上げることができる。このため、アクセルペダル４の操作に対応したバルブタイミングでの運転状態に対応したトルクを確保することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態にあっては、筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴型のエンジンにおける例を説明したが、吸気ポートに燃料を噴射する型式のエンジンに適用するものであってよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、二気筒ガソリンエンジンや小排気量の内燃機関に対するものが挙げられる。

４…アクセルペダル
６…電子制御装置
１２…アクセル開度センサ
３０…可変バルブタイミング機構
３６…排気弁
３７…吸気弁
５０…ターボチャージャ
５１…コンプレッサ
５２…タービン
５３…バイパス通路
５４…ウェイストゲート弁
１００…エンジン

Claims (1)

1. 内燃機関が、排気弁と吸気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構と、排気エネルギにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機と、タービンの上流と下流とを迂回するバイパス通路と、バイパス通路に設けた過給圧逃がし弁とを備え、過給圧逃がし弁を制御して内燃機関の出力を制御する内燃機関の制御方法であって、
   アクセル開度を検知し、
   アクセル開度が開であることを検知した場合には前記開閉タイミングを進角させ、かつ過給圧逃がし弁を開き、
   前記開閉タイミングの進角量がアクセル開度に応じた目標進角値になった時点で、過給圧逃がし弁を過給圧が目標過給圧になるまで制御する内燃機関の出力制御方法。

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