JP2012172531A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の出力の変動や失火の発生を防止しつつ、吸気カムの切替えを行なうことができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】低負荷運転時用の吸気カム13Lと高負荷運転時用の吸気カム13Hとを備え、内燃機関1の負荷に応じて、吸気バルブ8の実際の開閉駆動に用いる吸気カムを切替えることと、各吸気カムの位相角を変化させることとを行なう。吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角をA1とA2との間で内燃機関1の負荷の増加に伴い遅角方向に変化させ、吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角を、A1とA2との間で内燃機関1の負荷の増加に伴い進角方向に変化させる。吸気カム13L,13Hの位相角を遅角側の所定の位相角に制御した状態で、吸気カムの切り替えを行なう。
【選択図】図3
【解決手段】低負荷運転時用の吸気カム13Lと高負荷運転時用の吸気カム13Hとを備え、内燃機関1の負荷に応じて、吸気バルブ8の実際の開閉駆動に用いる吸気カムを切替えることと、各吸気カムの位相角を変化させることとを行なう。吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角をA1とA2との間で内燃機関1の負荷の増加に伴い遅角方向に変化させ、吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角を、A1とA2との間で内燃機関1の負荷の増加に伴い進角方向に変化させる。吸気カム13L,13Hの位相角を遅角側の所定の位相角に制御した状態で、吸気カムの切り替えを行なう。
【選択図】図3
Description
本発明は、吸気バルブの開弁期間やリフト量を変更可能とした内燃機関の制御装置に関する。
例えば特許文献1に見られる如く、吸気バルブを開閉駆動するために用いる吸気カムとして、吸気バルブの開弁期間の角度幅及びリフト量を規定するプロフィールが互いに異なる複数の吸気カムを備えると共に、クランク軸(内燃機関の出力軸)の位相角に対する吸気カムの位相角を所定の角度範囲内で変化させることができるようにしたものが従来より知られている。
この種の内燃機関では、吸気バルブを実際に開閉駆動するために用いる吸気カムを、VTEC(登録商標)等と言われるバルブリフト可変機構によって選択的に切り替えることで、吸気バルブの開弁期間の角度幅及びリフト量を可変的に変更する。
さらに、VTC等と言われるバルブ位相可変機構によって、クランク軸(内燃機関の出力軸)の位相角に対する吸気カムの位相角を連続的に変化させることで、各吸気カムによる吸気バルブの開弁期間の位相角(開弁開始の位相角と開弁終了の位相角との組)を変化させる。
例えば、特許文献1のものでは、3つの吸気カムを備え、内燃機関の負荷に応じて、これらの吸気カムの切り替えと、各吸気カムの位相角の変更とを行なうようにしている。この場合、内燃機関の負荷が高いほど、吸気バルブの開弁期間の角度幅及びリフト量が大きくなるように、吸気カムの切り替えが行なわれる。また、各吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、内燃機関の負荷が増加するに伴い、吸気バルブの開弁開始の位相角が、上死点(TDC)の位相角よりも進角側の位相角から上死点の位相角に近づいていくように、各吸気カムの位相角の変更が行なわれる。
特許文献1に見られるものでは、吸気バルブを開閉駆動する吸気カムの切り替え時に、吸気バルブの開弁期間の角度幅及びリフト量の小さい低負荷側の吸気カムの位相角は、それにより規定される吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点(TDC)の位相角にほぼ一致するような位相角に制御されると共に、吸気バルブの開弁期間の角度幅及びリフト量の大きい高負荷側の吸気カムの位相角は、それにより規定される吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点(TDC)の位相角よりも大きく進角するような位相角に制御される。
この場合、吸気カムの切り替え時に伴う内燃機関の出力の段差を少なくすることは可能であるものの、吸気カムの切り替えを行なう負荷の近辺で、高負荷側の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動する状況では、排気行程で吸気バルブが比較的大きな開度で開弁することとなるため、該排気行程の次の吸気行程で燃焼室に空気と共に充填される排ガスの量が急変しやすい。ひいては、失火等が生じて、内燃機関の出力性能が低下する恐れがある。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、内燃機関の出力の変動や失火の発生を防止しつつ、吸気カムの切替えを行なうことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の内燃機関の制御装置の第1の態様は、上記の目的を達成するために、吸気バルブを開閉駆動するために選択的に用いられる第1の吸気カム及び第2の吸気カムと、前記吸気バルブを実際に開閉駆動させる吸気カムである実駆動用吸気カムを第1の吸気カム及び第2の吸気カムのいずれか一方に選択的に切替えるバルブリフト可変機構と、クランク軸の位相角に対する第1及び第2の吸気カムの位相角を変化させるバルブ位相可変機構とを有し、第1及び第2の吸気カムのプロフィールが、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合の該吸気バルブのリフト量及び開弁期間の角度幅のそれぞれが、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合よりも大きくなるように設定された吸気バルブ駆動機構が備えられた内燃機関の制御装置であって、
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも小さい角度幅になり、且つ、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第1遅角側開弁開始位相角に一致し、且つ、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第2遅角側開弁開始位相角に一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第1遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第1進角側開弁開始位相角と該第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第2遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第2進角側開弁開始位相角と該第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変化していくように前記バルブ位相可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記第1遅角側開弁開始位相角及び第1進角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第1遅角側開弁開始位相角と第1進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記第2遅角側開弁開始位相角及び第2進角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第2遅角側開弁開始位相角と第2進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする(第1発明)。
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも小さい角度幅になり、且つ、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第1遅角側開弁開始位相角に一致し、且つ、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第2遅角側開弁開始位相角に一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第1遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第1進角側開弁開始位相角と該第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第2遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第2進角側開弁開始位相角と該第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変化していくように前記バルブ位相可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記第1遅角側開弁開始位相角及び第1進角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第1遅角側開弁開始位相角と第1進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記第2遅角側開弁開始位相角及び第2進角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第2遅角側開弁開始位相角と第2進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする(第1発明)。
なお、本発明において、第1の吸気カム又は第2の吸気カムの位相角、あるいは、吸気バルブの開弁開始もしくは開弁終了の位相角というのは、内燃機関のクランク軸(出力軸)の位相角(回転角度位置)に対する位相角、すなわち、クランク軸のある回転角度位置(例えばピストンの上死点又は下死点に相当する回転角度位置)を基準として表現される相対的な角度を意味する。そして、吸気バルブの開弁期間の角度幅というのは、開弁開始の位相角と開弁終了の位相角との差を意味する。これらのことは、後述する第2発明についても同様である。
上記第1発明によれば、内燃機関の低負荷運転用の吸気カムとしての第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を、前記第2遅角側開弁開始位相角と第2進角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変化させていくように前記バルブ位相可変機構が制御される。
この場合、前記第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁期間の角度幅は、上死点と下死点との間の角度幅(180deg)よりも小さいので、該吸気バルブの開弁終了の位相角が、下死点よりも進角側の位相角となるような状態を実現できる。このため、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁駆動時に、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関の運転を実現できる。
そして、前記第2遅角側開弁開始位相角及び第2進角側開弁開始位相角を適切に設定しておくことによって、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を第2進角側開弁開始位相角から第2遅角側開弁開始位相角に向って遅角方向に変化させていく(ひいては、吸気バルブの開弁期間の全体を遅角方向に変化させていく)ことに伴い、該吸気バルブの開弁終了の位相角を下死点の位相角に向って進角側から近づけていくようにしつつ、吸気バルブの開弁期間で内燃機関の燃焼室に充填される空気量を増加させていくようにすることができる。ひいては、内燃機関の負荷の増加に合せて実効圧縮比を増加させていくことができることとなる。
また、内燃機関の高負荷運転用の吸気カムとしての第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を前記第1遅角側開弁開始位相角と第1進角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変位させていくように前記バルブ位相可変機構が制御される。
この場合、前記第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁期間の角度幅は、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも大きいので、該吸気バルブの開弁終了の位相角が、下死点よりも遅角側の位相角となるような状態を実現できる。このため、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁駆動時にも、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関の運転を実現できる。
そして、前記第1遅角側開弁開始位相角及び第1進角側開弁開始位相角を適切に設定しておくことによって、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を第1遅角側開弁開始位相角から第1進角側開弁開始位相角に向って進角方向に変化させていく(ひいては、吸気バルブの開弁期間の全体を進角方向に変化させていく)ことに伴い、該吸気バルブの開弁終了の位相角を下死点の位相角に向って遅角側から近づけていくようにしつつ、吸気バルブの開弁期間で内燃機関の燃焼室に充填される空気量を増加させていくようにすることができる。ひいては、内燃機関の負荷の増加に合せて実効圧縮比を増加させていくことができることとなる。
さらに、第1発明においては、前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行なう。この特定状態での第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角は、前記第2進角側開弁開始位相角と前記第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲で最も遅角側の位相角(すなわち、第2遅角側開弁開始位相角)である。また、前記特定状態での第1の吸気カムによる吸気カムの開弁期間は、前記第1進角側開弁開始位相角と前記第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲で最も遅角側の位相角(すなわち、遅角側開弁開始位相角)である。
そして、該特定状態では、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致する。
このため、内燃機関の負荷の増加中、又は負荷の減少中に、前記特定状態で、各吸気カムの位相角の急激な変化を生じることなく、実駆動用吸気カムの切り替えを迅速に行なうことができると共に、この切り替えの前後で、内燃機関の燃焼室に充填される空気量が不連続的に変化するようなことを防止できることとなる。ひいては、内燃機関の出力トルクの変動が抑制される。
また、実駆動用吸気カムの切り替え時における吸気バルブの開弁開始の位相角、すなわち、前記第1遅角側開弁開始位相角又は第2遅角側開弁開始位相角は、上死点と下死点との間の位相角であるので、実駆動用吸気カムの切り替えの前後で、吸気バルブの開弁期間に燃焼室に空気と共に充填される排ガス(EGR装置により還流する排ガス)の量が急変するようなことが回避される。ひいては、失火の発生が防止される。
従って、第1発明によれば、内燃機関の出力の変動や失火の発生を防止しつつ、吸気カムの切替えを行なうことができる。また、内燃機関の負荷の増減に合せて、燃焼室の実効圧縮比を増減させることができるので、内燃機関の負荷の変化に対する内燃機関のスロットル弁の開度の変化量を少なくし、該スロットル弁の開度を内燃機関の幅広い負荷範囲において、大きめの開度に維持することが可能となる。このため、内燃機関の熱効率を高め、燃料消費を抑制することができる。
なお、第1発明において、第1遅角側開弁開始位相角と第2遅角側開弁開始位相角とは、互いに異なる位相角でよいことはもちろんであるが、互いに同じ位相角であってもよい。同様に、第1進角側開弁開始位相角と第2進角側開弁開始位相角とは、互いに異なる位相角、互いに同じ位相角のいずれであってもよい。
次に、本発明の内燃機関の制御装置の第2の態様は、上記の目的を達成するために、吸気バルブを開閉駆動するために選択的に用いられる第1の吸気カム及び第2の吸気カムと、前記吸気バルブを実際に開閉駆動させる吸気カムである実駆動用吸気カムを第1の吸気カム及び第2の吸気カムのいずれか一方に選択的に切替えるバルブリフト可変機構と、クランク軸の位相角に対する第1及び第2の吸気カムの位相角を変化させるバルブ位相可変機構とを有し、第1及び第2の吸気カムのプロフィールが、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合の該吸気バルブのリフト量及び開弁期間の角度幅のそれぞれが、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合よりも大きくなるように設定された吸気バルブ駆動機構が備えられた内燃機関の制御装置であって、
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも大きい角度幅になり、且つ、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角と第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角とが、上死点の位相角よりも進角側の所定の進角側開弁開始位相角で互いに一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と、該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変位させていくように前記バルブリフト可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記進角側開弁開始位相角及び第1遅角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記進角側開弁開始位相角及び第2遅角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする(第2発明)。
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも大きい角度幅になり、且つ、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角と第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角とが、上死点の位相角よりも進角側の所定の進角側開弁開始位相角で互いに一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と、該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変位させていくように前記バルブリフト可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記進角側開弁開始位相角及び第1遅角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記進角側開弁開始位相角及び第2遅角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする(第2発明)。
かかる第2発明によれば、内燃機関の低負荷運転用の吸気カムとしての第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を前記進角側開弁開始位相角と前記第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化させていくように前記バルブ位相可変機構が制御される。
この場合、前記第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁期間の角度幅は、上死点と下死点との間の角度幅(180deg)よりも大きいので、該吸気バルブの開弁終了の位相角が、下死点よりも遅角側の位相角となるような状態を実現できる。このため、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁駆動時に、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関の運転を実現できる。
そして、前記進角側開弁開始位相角及び第1遅角側開弁開始位相角を適切に設定しておくことによって、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を第1遅角側開弁開始位相角から進角側開弁開始位相角に向って進角方向に変化させていく(ひいては、吸気バルブの開弁期間の全体を進角方向に変化させていく)ことに伴い、該吸気バルブの開弁終了の位相角を下死点の位相角に向って遅角側から近づけていくようにしつつ、吸気バルブの開弁期間で内燃機関の燃焼室に充填される空気量を増加させていくようにすることができる。ひいては、内燃機関の負荷の増加に合せて実効圧縮比を増加させていくことができることとなる。
また、内燃機関の高負荷運転用の吸気カムとしての第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を前記進角側開弁開始制限位相角と前記第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変位させていくように前記バルブ位相可変機構が制御される。
この場合、前記第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁期間の角度幅は、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも小さいので、該吸気バルブの開弁終了の位相角が、下死点よりも進角側の位相角となるような状態を実現できる。このため、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁駆動時にも、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関の運転を実現できる。
そして、前記進角側開弁開始位相角及び第2遅角側開弁開始位相角を適切に設定しておくことによって、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角を進角側開弁開始位相角から第2遅角側開弁開始位相角に向って遅角方向に変化させていく(ひいては、吸気バルブの開弁期間の全体を遅角方向に変化させていく)ことに伴い、該吸気バルブの開弁終了の位相角を下死点の位相角に向って進角側から近づけていくようにしつつ、吸気バルブの開弁期間で内燃機関の燃焼室に充填される空気量を増加させていくようにすることができる。ひいては、内燃機関の負荷の増加に合せて実効圧縮比を増加させていくことができることとなる。
さらに、第2発明においては、前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行なう。この特定状態での第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角は、前記進角側開弁開始位相角と前記第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲で最も進角側の位相角(すなわち、進角側開弁開始位相角)である。また、前記特定状態での第2の吸気カムによる吸気カムの開弁期間は、前記進角側開弁開始位相角と前記2遅角側開弁開始位相角との間の範囲で最も進角側の位相角(すなわち、進角側開弁開始位相角)である。
そして、該特定状態では、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致する。
このため、内燃機関の負荷の増加中、又は負荷の減少中に、前記特定状態で、各吸気カムの位相角の急激な変化を生じることなく、実駆動用吸気カムの切り替えを迅速に行なうことができると共に、この切り替えの前後で、内燃機関の燃焼室に充填される空気量が不連続的に変化するようなことを防止できることとなる。ひいては、内燃機関の出力トルクの変動が抑制される。
また、実駆動用吸気カムの切り替え時における吸気バルブの開弁開始の位相角、すなわち、前記進角側開弁開始位相角は、実駆動用吸気カムの切り替えの前後で変化しないので、該切り替えの前後で、吸気バルブの開弁期間に燃焼室に空気と共に充填される排ガス(EGR装置により還流する排ガスあるいは吸気行程の直前の排気行程で燃焼室から排出される排ガス)の量が急変するようなことが回避される。ひいては、失火の発生が防止される。
従って、第2発明によれば、第1発明と同様に、内燃機関の出力の変動や失火の発生を防止しつつ、吸気カムの切替えを行なうことができる。また、内燃機関の負荷の増減に合せて、燃焼室の実効圧縮比を増減させることができるので、内燃機関の負荷の変化に対する内燃機関のスロットル弁の開度の変化量を少なくし、該スロットル弁の開度を内燃機関の幅広い負荷範囲において、大きめの開度に維持することが可能となる。このため、内燃機関の熱効率を高め、燃料消費を抑制することができる。
なお、第2発明において、第1遅角側開弁開始位相角と第2遅角側開弁開始位相角とは、互いに異なる位相角でよいことはもちろんであるが、互いに同じ位相角であってもよい。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を以下に説明する。図1及び図2を参照して、本実施形態のシステムは、車両に走行用の動力源として搭載された内燃機関1と、この内燃機関1の運転制御を行う電子制御装置50とを備えている。
本発明の第1実施形態を以下に説明する。図1及び図2を参照して、本実施形態のシステムは、車両に走行用の動力源として搭載された内燃機関1と、この内燃機関1の運転制御を行う電子制御装置50とを備えている。
内燃機関1は、本実施形態では、例えば4気筒の内燃機関である。但し、内燃機関1の気筒数は、4個である必要はない。例えば内燃機関1は、単気筒もしくは6気筒の内燃機関であってもよい。
この内燃機関1の吸気系は、各気筒2の燃焼室3で燃焼させる燃料と混合する空気(新気)を、全気筒2に対して共通の吸気通路4と各気筒2の燃焼室3の吸気ポートに連通するインテークマニホールド5とを順に経由して各気筒2の燃焼室3に供給するように構成されている。
この場合、吸気通路4には、これに外部から流入する空気中(大気中)の不要物を除去するエアクリーナ6と、空気の流量を調整するためのスロットル弁7とが上流側から順に介装されている。スロットル弁7は、電動式のスロットル弁であり、その開度が図示しない電動モータを介して制御される。
そして、各気筒2の燃焼室3の吸気ポートを開閉するための吸気バルブ8と、該吸気バルブ8を開閉駆動する吸気バルブ駆動機構9とが内燃機関1に付設されている。
本実施形態では、内燃機関1の各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を可変的に制御可能なアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転を実現するするために、吸気バルブ駆動機構9は、吸気バルブ8の開弁期間の位相角を変化させるための公知のバルブ位相可変機構10(所謂、VTCと言われる機構)と、吸気バルブ8のリフト量(最大開度)と開弁期間の角度幅とを変化させるための公知のバルブリフト可変機構11(所謂、VTEC(登録商標)と言われる機構)とを有する構成とされている。
なお、吸気バルブ8の開弁期間の角度幅というのは、吸気バルブ8の開弁開始から開弁終了までの開弁期間を、内燃機関1の出力軸であるクランク軸12の回転角度幅で表したもの、すなわち、吸気バルブ8の開弁開始時のクランク軸12の位相角(回転角度位置)と吸気バルブ8の開弁終了時のクランク軸12の位相角との間の角度差である。また、吸気バルブ8の開弁期間の位相角というのは、該開弁期間の全体がクランク軸12のどの位相角の範囲に存在するかを代表的に示す位相角を意味し、例えば吸気バルブ8の開弁開始の位相角(開弁開始時のクランク軸12の位相角)又は吸気バルブ8の開弁終了の位相角(開弁終了時のクランク軸12の位相角)により表される。
詳細な構成の図示は省略するが、上記吸気バルブ駆動機構9の概略的な構成は次の通りである。すなわち、図2を参照して、吸気バルブ駆動機構9は、上記バルブ位相可変機構10及びバルブリフト可変機構11を備えると共に、各気筒2毎に、2つの吸気カム13L,13Hを備えており、これらの吸気カム13L,13Hは、吸気側カムシャフト14と一体に回転するようにして該吸気側カムシャフト14に軸支されている。
上記吸気カム13L,13Hのプロフィール(形状パターン)は、吸気バルブ8のリフト量と開弁期間の角度幅との組が互いに異なるものとなるように設定されている。
これらの吸気カム13L,13Hのプロフィールは、図3に実線a,dで示す如く、吸気カム13Hによる吸気バルブ8のリフト量及び開弁期間の角度幅のそれぞれが、吸気カム13Lよる吸気バルブ8のリフト量及び開弁期間の角度幅よりも大きくなるように設定されている(以降、吸気カム13Hを大リフト吸気カム13H、吸気カム13Lを小リフト吸気カム13Lということがある)。なお、図3の横軸のクランク角度は、クランク軸12の位相角を意味する。
この場合、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅は、小リフト吸気カム13Lよる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅よりも、各気筒2のピストン15の上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)により近い角度幅に設定されている。より詳しくは、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅は、例えば、上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)よりも若干大きい角度幅(例えば190deg程度)に設定されている。
また、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅は、上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)よりも小さく、例えば、100deg程度に設定されている。
そして、吸気バルブ駆動機構9は、吸気バルブ8をロッカアーム16を介して実際に開閉駆動する吸気カム(以降、実駆動用吸気カムという)を、油圧式のバルブリフト可変機構11によって、小リフト吸気カム13Lと、大リフト吸気カム13Hとのいずれか一方に選択的に切替えるように構成されている。この場合、小リフト吸気カム13Lは、内燃機関1の低負荷運転用の吸気カムとして用いられ、大リフト吸気カム13Hは、内燃機関1の高負荷運転用の吸気カムとして用いられる。
上記バルブリフト可変機構11は、公知の構造のものであり、例えば特開2005−180306号公報の図2に示されるものと同様の構成のものが採用される。但し、バルブリフト可変機構11は、実駆動用吸気カムを、小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hとのいずれか一方に選択的に切替えることができる機構であれば他の構成のものを採用してもよい。
また、吸気カム13L,13Hを軸支する吸気側カムシャフト14は、内燃機関1のクランク軸12に連動して回転する(クランク軸12の2回転毎に1回転する)ように該クランク軸12にタイミングベルト(図示省略)を介して接続された油室形成部材に(図示省略)に軸支されており、その回転方向での該油室形成部材に対する吸気側カムシャフト14の位相角(角度位置)を所定の角度範囲内で変化させることが可能となっている。
これにより、クランク軸12の位相角に対する吸気側カムシャフト14の位相角、ひいては小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hの位相角を所定の角度範囲内で連続的に変化させることが可能となっている。
そして、吸気バルブ駆動機構9は、クランク軸12の位相角に対する吸気側カムシャフト14の位相角(ひいてはクランク軸12の位相角に対する小リフト吸気カム13L及び大リフト吸気カム13Hの位相角)を、油圧式のバルブ位相可変機構10によって変化させるように構成されている。この構成によって、図3に示す如く、小リフト吸気カム13L及び大リフト吸気カム13Hのそれぞれによる吸気バルブ8の開弁期間の位相角を所定の範囲で連続的に変化させることができるようになっている。
上記バルブ位相可変機構は、公知の構造のものであり、例えば、特開2005−180306号公報の図3に示されるものと同様の構成のものが採用される。但し、バルブ位相可変機構は、クランク軸12の位相角に対する小リフト吸気カム13L及び大リフト吸気カム13Hの位相角を所定の範囲で連続的に変化させることができる機構であれば他の構成のものを採用してもよい。
ここで、吸気カム13L,13Hのプロフィールと、吸気カム13L,13Hの位相角の変化及び吸気カム13L,13Hの切り替えとによって実現される吸気バルブ8の開弁形態についてさらに詳細に説明する。
本実施形態では、吸気カム13L,13Hは、吸気側カムシャフト14と一体に回転するので、吸気カム13L,13Hの相互の位相関係、ひいては、それぞれの吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の相互の位相関係は一定に保たれる。
なお、本実施形態の例では、吸気カム13L,13Hの相互の位相関係は、図3に示す如く、それぞれの吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角が互いに同じ位相角となるように設定されているが、吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角がある程度、異なっていてもよい。
そして、本実施形態では、吸気カム13L,13Hの位相角の変化(ひいては、各吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ3の開弁期間の位相角の変化)は、図3の実線a,dで示す状態と、図3の破線b,cで示す状態との間の範囲で行なわれるようになっている。
図3の実線a,dで示す状態は、吸気カム13L,13Hの位相角が最も進角側に制御された状態である。この状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角は、本実施形態の例では、上死点に近接した所定の位相角A1に設定されている。この位相角A1は、上死点の位相角との差の大きさが、吸気カム13L,13Hのそれぞれによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅に比して十分に微小なものとなるような所定の位相角であり、例えば上死点の位相角から10deg程度、進角側の角度である。
なお、吸気カム13L,13Hのそれぞれによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅と、図3の実線a,dで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角A1とが前記した如く設定されているので、小リフト吸気カム13Lに関する図3の実線aの状態では、吸気バルブ8の開弁終了の位相角A3は、下死点の位相角よりも進角側の位相角(本実施形態では、下死点の位相角から90deg程度、進角側の位相角)に設定されることとなる。また、大リフト吸気カム13Hに関する図3の実線dの状態では、吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、下死点に近接した位相角(下死点の位相角との差の大きさが、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅に比して十分に微小なものとなるような位相角。本実施形態では、下死点と同じ位相角)に設定されることとなる。
また、図3の破線b,cで示す状態は、吸気カム13L,13Hの位相角が最も遅角側に制御された状態である。この状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角は、吸気カム13L,13Hにいずれについても、上死点の位相角よりも遅角側で、且つ、下死点の位相角よりも進角側の所定の位相角A2に設定される。
この位相角A2は、本実施形態では、図3の実線a,dで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角A1から例えば60deg程度だけ遅角させた位相角(従って、上死点から50deg程度だけ遅角した位相角)に設定されている。
このため、大リフト吸気カム13Hに関する図3の破線cで示す状態では、吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、下死点の位相角よりも遅角側の位相角とされ、小リフト吸気カム13Lに関する図3の破線bで示す状態では、吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、下死点よりも進角側の位相角とされている。
本実施形態では、以上の如く、吸気カム13L,13Hのプロフィールや、吸気バルブ8の開弁開始の位相角A1,A2が設定されている。このため、吸気バルブ8を開閉駆動する実駆動用吸気カム13L又は13Hをバルブリフト可変機構11により切り替え、あるいは、吸気カム13L,13Hの位相角をバルブ位相可変機構10によって変化させる(ひいては吸気バルブ8の開弁形態のパターンを上記の如く変化させる)ことによって、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(詳しくは、ストッロル弁7の開度を一定とした場合の空気量)、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比を可変的に設定することが可能となっている。
例えば、小リフト吸気カム10Lにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合に、小リフト吸気カム13Lの位相角を、図3の実線aの状態での位相角(最も進角側の位相角)から破線bの状態での位相角(最も遅角側の位相角)に向って連続的に変化させることによって、図4に示す如く、燃焼室3に充填される上記空気量が連続的に増加する。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を連続的に増加させていくことができることとなる。
より詳しくは、本実施形態では、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開閉駆動時には、小リフト吸気カム13Lの位相角を進角側から遅角側に変化させるに伴い、吸気バルブ8の開弁終了の位相角が、下死点の位相角よりも進角側の位相角から、該下死点の位相角に近づいていくようになっている。このため、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開閉駆動時に、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。同時に、小リフト吸気カム13Lの位相角を進角側から遅角側に変化させることに伴い、各気筒2の燃焼室3に充填される上記空気量、ひいては、実効圧縮比が増加していくこととなる。
また、大リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合に、大リフト吸気カム13Hの位相角を、図3の破線cの状態での位相角(最も遅角側の位相角)から実線dの状態での位相角(最も進角側の位相角)に向って連続的に変化させることによって、図4に示す如く、各気筒2の燃焼室3に充填される上記空気量が連続的に増加する。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を連続的に増加させていくことができることとなる。
より詳しくは、本実施形態では、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開閉駆動時には、大リフト吸気カム13Hの位相角を遅角側から進角側に変化させるに伴い、吸気バルブ8の開弁終了の位相角が、下死点の位相角よりも遅角側の位相角から、該下死点の位相角に近づいていくようになっている。このため、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開閉駆動時にも、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。同時に、大リフト吸気カム13Hの位相角を遅角側から進角側に変化させることに伴い、各気筒2の燃焼室3に充填される上記空気量、ひいては、実効圧縮比が増加していくこととなる。
なお、本実施形態では、図3の実線dの状態では、吸気バルブ8の開弁開始及び開弁終了が、それぞれ上死点、下死点とほぼ同じ位相角で行なわれることとなることから、実効圧縮比が膨張比とほぼ同一となるオットーサイクルでの内燃機関1の運転が実現されることとなる。
また、本実施形態では、吸気カム13L,13Hのそれぞれの位相角を最も遅角側の位相角に制御した状態、すなわち、吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁期間が図3の破線b,cで示す開弁期間となる状態では、実駆動用吸気カムとして小リフト吸気カム13Lを使用した場合と、大リフト吸気カム13Hを使用した場合とのいずれの場合であっても、スロットル弁7の開度を一定とした場合に各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比が、互いに同一もしくはほぼ同一となるように、吸気カム13L,13Hのプロフィールが設定されている。
このため、吸気カム13L,13Hの位相角を、図3の破線b,cの状態に対応する最も遅角側の位相角に制御した状態で、実駆動用吸気カムを吸気カム13L,13Hの一方から他方に切替えるようにすることで、実駆動用吸気カムの切り替え時に、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量をほぼ一定に保つ(実効圧縮比をほぼ一定に保つ)ことができるようになっている。
なお、小リフト吸気カム13Lを使用する場合よりも大リフト吸気カム13Hを使用する場合の方が、実効圧縮比をより高めることができる。このため、小リフト吸気カム13Lは、内燃機関1の低負荷運転時の実駆動用吸気カムとして使用され、大リフト吸気カム13Hは、内燃機関1の高負荷運転時の実駆動用吸気カムとして使用される。
図1の説明に戻って、内燃機関1の排気系は、各気筒2の燃焼室3で生成される排ガスを、各気筒2の燃焼室3の排気ポートに連通するエギゾーストマニホールド17と、全気筒2に対して共通の排気通路18とを順に経由して排気するように構成されている。この場合、排気通路18には、排ガス浄化用の触媒19が介装されている。
そして、各気筒2の燃焼室3の排気ポートを開閉するための排気バルブ20と、該排気バルブ20を開閉駆動する排気バルブ駆動機構21とが内燃機関1に付設されている。
この排気バルブ駆動機構21は、内燃機関1のクランク軸12に連動して回転する(クランク軸12の2回転毎に1回転する)排気側カムシャフト22に、これと一体に回転自在に軸支された排気カム23を各気筒2毎に備えており、この排気カム23により、ロッカアーム24を介して排気バルブ20を開閉駆動する。
この場合、排気カム23のプロフィール(形状パターン)は、それにより規定される排気バルブ20の開弁期間及びリフト量が、例えば図5に示すようなパターンとなるように設定されている。このパターンでは、排気バルブ20の開弁期間の角度幅が、各気筒2のピストン14の下死点の位相角と上死点の位相角との間の角度差(180deg)よりも若干大きい角度幅に設定される。そして、排気バルブ20の開弁開始の位相角と開弁終了の位相角とは、それぞれ下死点の位相角よりも若干進角側の位相角、上死点の位相角よりも若干遅角側の位相角に設定される。
上記の如く構成された内燃機関1の吸気系及び排気系には、さらにEGR装置25が付設されている。
EGR装置25は、排ガスの一部を吸気側に還流させ、その還流させた排ガスを各気筒2の燃焼室3に空気(燃料と混合する新気)と共に供給する装置であり、排気通路18の上流端部(エギゾーストマニホールド17との接続箇所近辺)から分流されてインテークマニホールド5に合流されたEGR通路27(還流される排ガスの通路)を備えている。
このEGR通路27には、吸気側に還流させる排ガスを冷却する排ガス冷却手段としてのEGRクーラ28と、該排ガスの流量を制御するための電動式又は電磁式の流量制御弁29(以下、EGR弁29という)とが介装され、EGR弁29の開度を制御することで、EGR率(燃焼室3に供給する空気と排ガスとの総量に対する排ガス量の割合い)を制御することが可能となっている。
また、内燃機関1には、各気筒2の燃焼室3で燃焼させる燃料を供給する燃料供給装置の構成要素として各気筒2毎に設けられた燃料噴射弁33が付設されている。この燃料噴射弁33には、図示しない燃料タンクからポンプ等により昇圧された燃料(例えばガソリン)が供給されるようになっている。
燃料噴射弁33は、本実施形態では、ポート噴射型のものであり、図2に示す如くインテークマニホールド5に取り付けられている。そして、燃料噴射弁33は、その開弁時間を制御することで、燃料噴射量(燃焼室3への燃料供給量)を制御することが可能となっている。なお、燃料噴射弁33aは直噴型のものであってもよい。
また、内燃機関1には、各気筒2の燃焼室3で圧縮される混合気に点火する点火装置の構成要素として各気筒3毎に設けられた点火プラグ40が付設されている。
点火プラグ40は、図2に示すように各気筒2の燃焼室3の頂部に装着され、所要のタイミングで図示しないディストリビュータから高電圧が供給されて火花放電を発生する。
以上が本実施形態のシステム(内燃機関1及びこれに付帯するシステム)の機構的な構成である。
電子制御装置50は、CPU、RAM、ROM等を含む電子回路ユニットであり、前記スロットル弁7、吸気バルブ駆動機構9のバルブ位相可変機構10及びバルブリフト可変機構11、EGR装置25のEGR弁29、燃料噴射弁33、点火プラグ40の動作を制御する。
これらの制御を担う電子制御装置50には、各種のセンサの検出信号が入力される。本実施形態のシステムでは、以下に示すようなセンサが備えられており、これらのセンサの検出信号が電子制御装置50に入力される。
すなわち、本実施形態のシステムでは、内燃機関1のクランク軸12の回転数NE(回転速度)を検出するための信号(詳しくは、クランク軸12の所定の回転角度毎に発生するパルス信号)を出力する回転数センサ51が内燃機関1に付設されている。
また、吸気通路4を流れる空気の流量Qを検出する空気流量センサ52と、スロットル弁7に流入する空気の圧力P2を検出する圧力センサ53とが吸気通路4に設けられている。
さらに、本実施形態のシステムには、図示を省略する車両のアクセルペダルの踏み込み量(以下、アクセル操作量という)を検出するアクセルセンサ54が備えられている。
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。前記電子制御装置50は、内燃機関1の運転を制御するために、図6のフローチャートに示す制御処理を実行する。
図6のフローチャートに示す制御処理は、内燃機関1の各気筒2の燃焼室3に供給される空気量を制御するために、前記吸気バルブ駆動機構9の動作状態(詳しくは、実駆動用吸気カムとして用いる吸気カムの種類(大リフト吸気カム13H又は小リフト吸気カム13L)、並びに、実駆動用吸気カム13L又は13Hの位相角と、EGR装置25のEGR弁29の開度と、スロット弁7の開度(以下、スロットル開度という)とを制御するための処理である。この場合、吸気バルブ駆動機構9の動作状態の制御処理は、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を制御するための処理であり、EGR弁29の開度の制御処理は、EGR率を制御するための処理である。
図6のフローチャートに示す制御処理では、電子制御装置50は、まず、STEP1で、吸気通路4の空気流量Qの目標値である目標空気量を決定する。
具体的には、電子制御装置50は、内燃機関1の要求トルク(出力トルクの目標値)と、回転数センサ51の出力により認識される回転数NEの計測値とから、図7に示す如く設定されたマップ(要求トルクと回転数NEと目標空気量との間の関係を規定するマップ)に基づいて、要求トルクを実現するために必要な目標空気量を決定する。
図7に示すマップの基本的傾向は、要求トルクが大きいほど、目標空気量が大きくなり、また、回転数NEが高いほど、目標空気量が大きくなるように設定されている。なお、要求トルクは、前記アクセルセンサ54の出力により認識されるアクセル操作量の計測値から、あるいは、該アクセル操作量の計測値と車速の計測値とから、図示しないマップに基づき決定される。この場合、基本的には、要求トルクは、アクセル操作量が大きいほど、大きくなるように決定される。
次いで、STEP2に進んで、電子制御装置50は、目標空気量を実現するための実効圧縮比の目標値と、EGR率の目標値と、スロットル開度の目標値とを設定する。
具体的には、電子制御装置50は、STEP1で決定した目標空気量と、前記圧力センサ53の出力により認識される圧力P2(スロットル弁7に流入する空気の圧力)の計測値と、内燃機関1の回転数NEの計測値とから図8に示す如く設定されたマップ(目標空気量と圧力P2と回転数NEと実効圧縮比の目標値との間の関係を規定するマップ)に基づいて、実効圧縮比の目標値を設定する。図8に示すマップの基本的な傾向は、目標空気量が大きいほど、実効圧縮比の目標値が増加し、また、圧力P2が大きいほど、実効圧縮比の目標値が減少するように設定されている。
また、電子制御装置50は、目標空気量と、圧力P2の計測値と、回転数NEの計測値とから図9に示す如く設定されたマップ(目標空気量と圧力P2と回転数NEとEGR率の目標値との間の関係を規定するマップ)に基づいて、EGR率の目標値を設定する。図9に示すマップの基本的な傾向は、目標空気量が大きいほど、EGR率の目標値が減少し、また、圧力P2が大きいほど、EGR率の目標値が増加するように設定されている。
また、電子制御装置50は、目標空気量と、圧力P2の計測値と、回転数NEの計測値とから図10に示す如く設定されたマップ(目標空気量と圧力P2と回転数NEとスロットル開度の目標値との間の関係を規定するマップ)に基づいて、スロットル開度の目標値を設定する。図10に示すマップの基本的な傾向は、目標空気量が大きいほど、スロットル開度の目標値が増加し、また、圧力P2が大きいほど、スロットル開度の目標値が減少し、また、回転数NEが高いほど、スロットル開度の目標値が増加するように設定されている。
なお、前記目標空気量は、内燃機関1の要求トルクが高いほど、大きくなるように設定されるので、図8のマップを用いて決定される前記実効圧縮比の目標値は、結果的に、該要求トルクが高いほど(換言すれば、内燃機関1の負荷が高いほど)、該実効圧縮比の目標値が大きくなるような特性で決定されることなる。
また、図9のマップを用いて決定される前記EGR率の目標値は、結果的に、該要求トルクが高いほど(内燃機関1の負荷が高いほど)、該EGR率の目標値が小さくなるような特性で決定されることなる。
また、図10のマップを用いて決定される前記スロットル開度の目標値は、結果的に、該要求トルクが高いほど、該スロットル開度の目標値が大きくなるような特性で決定されることなる。
次いで、STEP3に進んで、電子制御装置50は、前記空気流量センサ52の出力により認識される空気流量Qの計測値が、STEP1で決定した目標空気量に一致するか否かを判断する。なお、ここで空気流量Qの計測値が目標空気量に一致するというのは、厳密に等しいということを意味するものではなく、それらの差の絶対値がある所定値以下に収まる状態を意味する。
このSTEP3の判断結果が肯定的である場合には、電子制御装置50は、図6のフローチャートの今回の処理を終了し、次回の演算処理周期まで待機する。この場合には、吸気バルブ駆動機構9の動作状態と、EGR弁29の開度と、スロット開度とは現状の状態に維持される。
一方、STEP3の判断結果が否定的である場合には、電子制御装置50は、STEP4の処理を実行する。このSTEP4では、電子制御装置50は、実際の空気流量Q(計測値)を目標空気量に近づけるように、実際の実効圧縮比と、実際のEGR率と、実際のスロットル開度とを現状の状態から変更する。
そして、電子制御装置50は、STEP3と同じ判断処理をSTEP4に続くSTEP5で実行し、このSTEP5の判断結果が肯定的となるまで、STEP4の処理を繰り返す。
この場合、上記のように繰り返されるSTEP4の処理はより具体的には次のように行なわれる。すなわち、STEP3の次の最初のSTEP4の処理では、前記吸気バルブ駆動機構9の実際の動作状態と、EGR弁29の実際の開度と、実際のスロットル開度とが、それぞれ、STEP2で設定した実効圧縮比の目標値に応じて決定した基準の動作状態、STEP2で設定したEGR率の目標値に応じて決定したEGR弁29の基準の開度、STEP2で設定したスロットル開度の目標値に制御される。
この場合、吸気バルブ駆動機構9の基準の動作状態は、STEP2で設定した実効圧縮比の目標値を実現するための動作状態であり、該目標値に応じて、あらかじめ設定されたマップ等により決定される。また、EGR弁29の基準の開度は、STEP2で設定したEGR率の目標値を実現するための開度であり、該目標値に応じて、あらかじめ設定されたマップ等により決定される。
そして、STEP5の判断処理で空気流量Qが目標空気量よりも小さい場合におけるSTEP4の処理では、実効圧縮比を所定量だけ増やすように吸気バルブ駆動機構9の実際の動作状態を現在の動作状態から変更することと、EGR弁29の実際の開度を現在の開度から所定量だけ減少させる(ひいてはEGR率を減少させる)ことと、実際のスロットル開度を現在の開度から所定量だけ増加させることとが実行される。
また、STEP5の判断処理で空気流量Qが目標空気量よりも大きい場合におけるSTEP4の処理では、実効圧縮比を所定量だけ減らすように吸気バルブ駆動機構9の実際の動作状態を現在の動作状態から変更することと、EGR弁29の実際の開度を現在の開度から所定量だけ増加させる(ひいてはEGR率を増加させる)ことと、実際のスロットル開度を現在の開度から所定量だけ減少させることとが実行される。
このようにして、上記STEP4の処理を繰り返すことによって、吸気バルブ駆動機構9の実際の動作状態と、EGR弁29の実際の開度と、実際のスロットル開度とが、それぞれ、実効圧縮比の目標値に対応する基準の動作状態、EGR率の目標値に対応する基準の開度、スロットル開度の目標値の近辺で調整される。これにより、実際の空気流量Q(計測値)が目標空気量に一致するように、吸気バルブ駆動機構9の実際の動作状態と、EGR弁29の実際の開度と、実際のスロットル開度とがそれぞれ制御されることとなる。
以上が、図6のフローチャートの処理の詳細である。
ここで、上記STEP4における吸気バルブ駆動機構9の動作状態の制御について、さらに詳細に説明する。
上記STEP4における吸気バルブ駆動機構9の動作状態の制御は、より具体的には、図11のフローチャートに示す制御処理によって実行される。
すなわち、電子制御装置50は、STEP11において、要求実効圧縮比とバルブリフト可変機構11の現在の動作状態とを取得する。
この場合、前記STEP3の次の最初のSTEP4の処理では、前記STEP2で決定された実効圧縮比の目標値が、上記要求実効圧縮比として取得される。また、STEP5の判断結果が否定的である場合に実行されるSTEP4の処理では、STEP5の判断処理の直前のSTEP4の処理(1つ前のSTEP4の処理)で取得した要求実効圧縮比(以降、直前の要求実効圧縮比という)を所定量だけ補正してなる値である。
より詳しくは、STEP5の判断処理で空気流量Qが目標空気量よりも小さい場合に、STEP11の処理で取得される要求実効圧縮比は、直前の要求実効圧縮比から所定量だけ増加させた値の圧縮比であり、STEP5の判断処理で空気流量Qが目標空気量よりも大きい場合に、STEP11の処理で取得される要求実効圧縮比は、直前の要求実効圧縮比から所定量だけ減少させた値の圧縮比である。
また、STEP11で取得されるバルブリフト可変機構11の現在の動作状態は、具体的には、現在の実駆動用吸気カムが、小リフト吸気カム13L又は大リフト吸気カム13Hのいずれの吸気カムであるかを示すものである。
次いで、STEP12に進んで、電子制御装置50は、実駆動用吸気カム13L又は13Hの位相角としてのVTC角度の目標値を設定する。
具体的には、電子制御装置50は、STEP11で取得した要求実効圧縮比から、図12又は図13に示す如くあらかじめ設定されたマップ(要求実効圧縮比とVTC角度の目標値との間の関係を規定するマップ)に基づいて、VTC角度の目標値を設定する。
STEP12で使用する上記マップは、現在の実駆動用吸気カムが、小リフト吸気カム13Lである場合と、大リフト吸気カム13Hである場合とで各別に用意されている。そして、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lである場合には、図12に示すマップに基づいてVTC角度の目標値が設定され、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hである場合には、図13に示すマップに基づいてVTC角度の目標値が設定される。
この場合、図12に示すマップの傾向は、要求実効圧縮比が比較的低い側の領域(内燃機関1の低負荷領域)において、小リフト吸気カム13LのVTC角度が、要求実効圧縮比の増加に伴い(内燃機関1の負荷の増加に伴い)、最も進角側の位相角である最進角(図3の実線aで示す状態での小リフト吸気カム13Lの位相角)から、最も遅角側の位相角である最遅角(図3の破線bで示す状態での小リフト吸気カム13Lの位相角)まで遅角方向に変化していくように設定されている。
また、図13に示すマップの傾向は、要求実効圧縮比が比較的高い側の領域において、大リフト吸気カム13HのVTC角度が、要求実効圧縮比の増加に伴い(内燃機関1の負荷の増加に伴い)、最も遅角側の位相角である最遅角(図3の破線cで示す状態での大リフト吸気カム13Hの位相角)から、最も進角側の位相角である最進角(図3の破線dで示す状態での大リフト吸気カム13Hの位相角)まで進角方向に変化していくように設定されている。
ここで、STEP12において、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lである場合には、STEP11で取得した要求実効圧縮比が、図12のマップにおいて最遅角に対応する実効圧縮比Baよりも大きい場合には、VTC角度の目標値を図12のマップに基づいて設定することができない。
同様に、STEP12において、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hである場合には、STEP11で取得した要求実効圧縮比が、図13のマップにおいて最遅角に対応する実効圧縮比Bbよりも小さい場合には、VTC角度の目標値を設定することができない。
そこで、電子制御装置50は、次に、STEP13において、VTC角度の目標を設定不能であるか否かを判断する。この判断結果は、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lであり、且つ、要求実効圧縮比>Baとなる場合と、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hであり、且つ、要求実効圧縮比<Bbとなる場合とで肯定的となり、これら以外の場合では、否定的となる。
そして、STPE13の判断結果が否定的である場合(STEP12においてVTC角度の目標値を正常に設定できた場合)には、STEP16に進む。このSTEP16では、電子制御装置50は、実際のVTC角度を、設定したVTC角度の目標値に一致させるように前記バルブ位相可変機構10を制御する。
一方、STEP13の判断結果が肯定的である場合には、STEP14に進む。このSTEP14では、電子制御装置50は、実駆動用吸気カムを切替えるように前記バルブリフト可変機構11を制御する。すなわち、電子制御装置50は、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lである場合には、実駆動用吸気カムを小リフト吸気カム13Lから大リフト吸気カム13Hに切替えるようにバルブリフト可変機構11を制御する。また、電子制御装置50は、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hである場合には、実駆動用吸気カムを大リフト吸気カム13Hから小リフト吸気カム13Lに切替えるようにバルブリフト可変機構11を制御する。
なお、本実施形態では、図12のマップにおいて最遅角に対応する実効圧縮比Baと、図13のマップにおいて最遅角に対応する実効圧縮比Bbは、Ba>Bbとなるように設定されている。このため要求実効圧縮比の変化に対する実駆動用吸気カムの切り替えは、ヒステリシス特性で行なわれるようになっており、要求実効圧縮比がBa,Bbの近辺で頻繁に増減しても、実駆動用吸気カムが頻繁に切替わることがないようにされている。
次いでSTEP15に進んで、電子制御装置50は、前記STEP12と同じ処理を実行し、VTC角度の目標値を改めて設定する。なお、この場合、VTC角度の目標値を設定するために用いるマップ(図12又は図13に示すマップ)は、STEP14での切替え後の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hとのいずれの吸気カムであるかに応じて選択される。
次いで、電子制御装置50は、前記したSTEP16の処理を実行し、実際のVTC角度を、設定したVTC角度の目標値に一致させるように前記バルブ位相可変機構10を制御する。
以上説明した図11のフローチャートの処理が、前記STEP4における実効圧縮比の制御処理の詳細である。
補足すると、STEP4の処理に関して説明した吸気バルブ駆動機構9の前記基準の動作状態は、STEP11で取得される要求実効圧縮比が、前記STEP2で設定された目標値に一致する場合に、図11のフローチャートの制御処理によって実現される吸気バルブ9の動作状態を意味する。
電子制御装置50は、内燃機関1の運転時に、以上説明した制御処理以外に、燃料噴射弁33の燃料噴射量と、点火プラグ40の点火時期とを制御するための処理も実行する。この場合、燃料噴射弁33の燃料噴射量の制御処理では、電子制御装置50は、前記流量センサ52の検出信号から認識される空気流量Qの計測値と、前記圧力P2(スロットル弁7に流入する空気の圧力)の計測値と、内燃機関1の回転数NEの計測値とから、あらかじめ設定されたマップ(図示省略)に基づいて、燃料噴射量の目標値を設定する。そして、電子制御装置50は、設定した燃料噴射量の目標値に応じて、各気筒2毎の燃料噴射弁33の開弁時間を制御することで、各燃料噴射弁33の実際の燃料噴射量を目標値に制御する。
また、点火プラグ40の点火時期の制御処理では、電子制御装置50は、空気流量Qの計測値と、前記圧力P2の計測値と、内燃機関1の回転数NEの計測値とから、あらかじめ設定されたマップ(図示省略)に基づいて、点火時期の目標値を設定する。そして、電子制御装置50は、各気筒2毎の点火プラグ40の実際の点火時期を目標値に制御する。
本実施形態では、以上の如く電子制御装置50の制御処理が実行され、内燃機関1の運転が制御される。
補足すると、本実施形態では、前記大リフト吸気カム13H、小リフト吸気カム13Lがそれぞれ、前記第1発明における第1の吸気カム、第2の吸気カムに相当する。
また、電子制御装置50は、第1発明における吸気カム切替制御手段、カム位相制御手段としての機能を含んでいる。この場合、吸気カム切替制御手段としての機能は、図11のフローチャートの処理のうちのSTEP14の処理によって実現される。
また、カム位相制御手段としての機能は、図11のフローチャートの処理のうちのSTEP16の処理によって実現される。
さらに、図3に示す位相角A1が、第1発明における第1進角側開弁開始位相角及び第2進角側開弁位相角に相当し、図3に示す位相角A2が、第1発明おける第1遅角側開弁開始位相角及び第2遅角側開弁位相角に相当する。
また、図3の破線b,cの状態に、吸気カム13H,13Lの位相角を制御した状態が、第1発明における特定状態に相当する。
以上説明した本実施形態によれば、吸気バルブ8の動作状態(開弁期間の位相角及びリフト量)は、内燃機関1の負荷(要求トルク)に応じて次のように変化する。
例えば内燃機関1の負荷が低負荷側から高負荷側に増加していく場合に関して説明すると、内燃機関1の負荷が比較的低い状態(要求トルクが小さい状態)では、実駆動用吸気カムとして小リフト吸気カム13Lが使用される。そして、この小リフト吸気カム13Lの位相角(VTC角度)が、内燃機関1の負荷の増加に伴い、進角側から遅角側に連続的に変化する。
このため、吸気バルブ8の動作状態は、図3の実線a側の状態から、破線bの状態に向って連続的に変化していく(図3の矢印Y1を参照)。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比が増加していく。
そして、小リフト吸気カム13Lの位相角(VTC角度)が最遅角まで遅角して、吸気バルブ8の動作状態が図3の破線bの状態まで到達すると、実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lから大リフト吸気カム13Hに切替えられる。この時、大リフト吸気カム13Hの位相角(VTC角度)も最遅角まで遅角しているので、吸気バルブ8の動作状態は、図3の破線bの状態から、破線cの状態に切替わり、リフト量が増加されると共に、開弁期間の角度幅が増加される(図3の矢印Y2を参照)。
この場合、VTC角度が最遅角まで遅角した状態では、前記した如く、実駆動用吸気カムとして小リフト吸気カム13Lを使用した場合と、大リフト吸気カム13Hを使用した場合とのいずれの場合であっても、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(スロットル開度を一定とした場合の空気量)、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比が、互いに同一もしくはほぼ同一となる。
このため、実駆動用吸気カムを切替えても、その切り替えの前後で、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量は、ほぼ一定に保たれる。さらに、その切り替えの前後で、吸気カム13L,13Hの位相角の急激な変化が生じることもない。その結果、実駆動用吸気カムの切り替えによって、内燃機関1の出力トルクの不連続的な変動(ステップ状の変動)が発生することはなく、また、その切り替えを迅速に行なうことができる。
実際、スロットル開度を一定にし、且つ、VTC角度を最進角に制御した状態で内燃機関1の運転を行いながら、実駆動用吸気カムを小リフト吸気カム13Lから大リフト吸気カム13Hに切替えた場合(吸気バルブ8の動作状態を図3の破線bの状態から破線cの状態に切替えた場合)に、図14の実線のグラフ(実施例のグラフ)で示す如く、内燃機関1の出力トルクが一定に保たれることが本願発明者の実験により確認された。
なお、図14の破線のグラフ(比較例のグラフ)は、VTC角度を、例えば最進角に制御した状態で、実駆動用吸気カムを小リフト吸気カム13Lから大リフト吸気カム13Hに切替えた場合(吸気バルブ8の動作状態を図3の実線aの状態から実線dの状態に切替えた場合)に得られたグラフであり、この場合には、実駆動用吸気カムの切り替えによって、内燃機関1の出力トルクのステップ状の変化が生じることが確認された。
また、実駆動用吸気カムの切替えの直前における吸気バルブ8の開弁開始の位相角と切替えの直後における吸気バルブ8の開弁開始の位相角とは、いずれも上死点と下死点との間の位相角であるので、該切替えの前後において、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に空気と共に充填される排ガス(EGR装置25により還流された排ガス)の量が急変するようなことが無い。
そして、本実施形態では、内燃機関1の負荷の増加によって、実駆動用吸気カムを大リフト吸気カム13Hに切替えた後は、この大リフト吸気カム13Hの位相角(VTC角度)が、内燃機関1の負荷(要求トルク)の増加に伴い、遅角側から進角側に連続的に変化する。このため、吸気バルブ8の動作状態は、図3の破線cの状態から、実線dの状態に向って連続的に変化していく(図3の矢印Y3を参照)。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比がさらに増加していく。
以上のようにして、本実施形態では、内燃機関1の負荷が低負荷側から高負荷側に増加していくとき、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、実効圧縮比が、ステップ状に変化したりすることなく滑らかに増加していく。また、各気筒2の燃焼室3に充填される排ガスの量が実駆動要吸気カムの切替えの前後でステップ状に急変するようなことも防止される。
この結果、内燃機関1の失火が発生したりすることなく、内燃機関1の出力トルクを滑らかに増加させていくことができる。
また、内燃機関1の負荷が高負荷側から低負荷側に減少していく場合には、吸気バルブ8の動作状態の変化は、内燃機関1の負荷の増加の場合と逆になる。すなわち、内燃機関1の高負荷運転時には、大リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8が開閉駆動されると共に、該吸気バルブ8の開弁期間の位相角が、内燃機関1の負荷の減少に伴い、図3の実線d側の状態から、破線cの状態に向って遅角方向に変化する。
そして、両吸気カム13L,13Hの位相角が、それぞれ、破線b、cの状態に対応する最遅角に制御されれている状態で、実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hから小リフト吸気カム13Lに切替えられる。
その後の内燃機関1の低負荷運転時には、小リフト吸気カム13Lにより吸気バルブ8が開閉駆動されると共に、該吸気バルブ8の開弁期間の位相角が、内燃機関1の負荷の減少に伴い、図3の破線bの状態から、実線a側の状態に向って進角方向に変化する。
これにより、内燃機関1の負荷が高負荷側から低負荷側に減少する場合であっても、該負荷が増加する場合と同様に、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、実効圧縮比が、ステップ状に変化したりすることなく滑らかに減少していく。また、各気筒2の燃焼室3に充填される排ガスの量が実駆動要吸気カムの切替えの前後でステップ状に急変するようなことも防止される。その結果、内燃機関1の失火が発生したりすることなく、内燃機関1の出力トルクを滑らかに減少させていくことができる。
また、内燃機関1の負荷の増減に合せて、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比が増減するので、内燃機関1の負荷の変化に対するスロットル弁7を変化量を抑制することができ、ひいては、内燃機関1の幅広い負荷範囲において、該スロットル弁7の開度を大きめの開度に維持することができる。その結果、内燃機関1の熱効率を高め、燃料消費を抑制することができる。
なお、本実施形態では、実駆動用吸気カムの切替え時における大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角(最も遅角側の位相角)と、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブの開弁開始の位相角(最も遅角側の位相角)とを同一の位相角(図3のA2)としたが、それらの位相角が若干異なる位相角であってもよい。
また、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角の最も進角側の位相角と、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角の最も進角側の位相角とが互いに異なる位相角に設定されていてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図15〜図17を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、第1実施形態と吸気バルブ駆動機構9に関する一部の構成及び制御処理だけが相違するものであるので、その相違点を中心に説明し、第1実施形態と同一の構成及び制御処理については説明を省略する。
次に、本発明の第2実施形態を図15〜図17を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、第1実施形態と吸気バルブ駆動機構9に関する一部の構成及び制御処理だけが相違するものであるので、その相違点を中心に説明し、第1実施形態と同一の構成及び制御処理については説明を省略する。
本実施形態における吸気バルブ駆動機構9においては、小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hのプロフィールが、第1実施形態のものと相違しており、これ以外の構成は第1実施形態のものと同じである。
具体的には図15を参照して、本実施形態では、大リフト吸気カム13Hのプロフィールは、図15の実線fで示す如く、吸気バルブ8の開弁期間の角度幅が、各気筒2のピストン15の上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)よりも大きく、例えば、260deg程度になるように設定されている。
また、小リフト吸気カム13Lのプロフィールは、図15の実線gで示す如く、該小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅が、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅よりも、上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)により近い角度幅になるように設定されている。より詳しくは、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅は、例えば、上死点の位相角と下死点の位相角との間の角度差(=180deg)よりも若干大きい角度幅(例えば200deg程度)に設定されている。
なお、本実施形態における小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の最大リフト量は、第1実施形態における大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の最大リフト量と同程度とされている。従って、本実施形態における大リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の最大リフト量は、第1実施形態における大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の最大リフト量よりもさらに大きいリフト量とされている。
そして、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、吸気バルブ駆動機構12のバルブリフト可変機構11によって、吸気バルブ8の実際の開閉駆動を行なう実駆動用吸気カムを、小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hとのいずれか一方に選択的に切替えることができるようになっていると共に、バルブ位相可変機構10によって、クランク軸12の位相角に対する吸気カム13L,13Hの位相角(ひいては吸気バルブ8の開弁期間の位相角)を所定の範囲で連続的に変化させることができるようになっている。
ここで、本実施形態において、吸気カム13L,13Hのプロフィールと、吸気カム13L,13Hの位相角の変化及び吸気カム13L,13Hの切り替えとによって実現される吸気バルブ8の開弁形態についてさらに詳細に説明する。
本実施形態においては、吸気カム13L,13Hは、第1実施形態と同様に、吸気側カムシャフト14と一体に回転するので、吸気カム13L,13Hの相互の位相関係、ひいては、それぞれの吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁期間の相互の位相関係は一定に保たれる。
この場合、第1実施形態と同様に、吸気カム13L,13Hの相互の位相関係は、それぞれの吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角が互いに同じ位相角となるように設定されている(図15の実線f,gを参照)。
そして、本実施形態では、吸気カム13L,13Hの位相角の変化(ひいては、各吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ3の開弁期間の位相角の変化)は、大リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合には、図15の実線fで示す状態に対応する位相角と、図15の破線eで示す状態に対応する位相角との間の範囲で行なわれるようになっている。また、小リフト吸気カム13Lにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合には、図15の実線gで示す状態に対応する位相角と、図15の破線hで示す状態に対応する位相角との間の範囲で行なわれるようになっている。
図15の実線fで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角(大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角)と、実線gで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角(小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角)とは互いに一致しており、これらの状態は、吸気カム13L,13Hの位相角を最も進角側の位相角(最進角)に制御した状態である。
この状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角は、吸気カム13L,13Hのいずれについても、上死点よりも進角側の所定の位相角A11に設定されている。この位相角A11は、上死点の位相角から例えば40deg程度、進角側の角度に設定されている。
なお、吸気カム13L,13Hのそれぞれによる吸気バルブ8の開弁期間の角度幅と、図15の実線f,gで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角A11とが前記した如く設定されているので、大リフト吸気カム13Hに関する図15の実線fで示す状態では、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、下死点の位相角よりも遅角側の位相角(本実施形態では、下死点の位相角から40deg程度、遅角側の位相角)となる。また、小リフト吸気カム13Lに関する図15の実線gで示す状態では、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、下死点の位相角よりも進角側の位相角(本実施形態では、下死点の位相角から20deg程度、進角側の位相角)となる。
補足すると、吸気カム13L,13Hの位相角を最も進角側の位相角に制御した状態での大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角と、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開弁開始の位相角とは厳密に一致している必要はなく、若干のずれがあってもよい。
また、図15の破線eで示す状態は、大リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合において、該大リフト吸気カム13Hの位相角を最も遅角側の位相角に制御した状態である。この状態では、大リフト吸気カム13Hに開閉駆動される吸気バルブ8の開弁開始の位相角は、前記位相角A11よりも遅角側の位相角で、上死点の位相角と下死点の位相角との間の所定の位相角A13に設定されている。
この位相角A13は、本実施形態では、図15の実線fで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角A11から例えば60deg程度だけ遅角させた位相角に設定されている。
なお、この状態では、大リフト吸気カム13Hに開閉駆動される吸気バルブ8の開弁終了の位相角は、実線fの状態での開弁終了の位相角よりもさらに遅角した位相角となる。
また、図15の破線hで示す状態は、小リフト吸気カム13Lにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合において、該小リフト吸気カム13Lの位相角を最も進角側の位相角に制御した状態である。この状態では、小リフト吸気カム13Lにより開閉駆動される吸気バルブ8の開弁開始の位相角は、前記位相角A11よりも遅角側の所定の位相角A12に設定されている。
この位相角A12は、本実施形態では、図15の実線gで示す状態での吸気バルブ8の開弁開始の位相角A11から例えば30deg程度だけ遅角させた位相角に設定されている。
本実施形態では、以上の如く、吸気カム13L,13Hのプロフィールや、吸気バルブ8の開弁開始の位相角A11,A12,A13が設定されている。このため、吸気バルブ8を開閉駆動する実駆動用吸気カム13L又は13Hをバルブリフト可変機構11により切り替え、あるいは、吸気カム13L,13Hの位相角をバルブ位相可変機構10によって変化させる(ひいては吸気バルブ8の開弁形態のパターンを上記の如く変化させる)ことによって、第1実施形態の場合と同様に、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(詳しくは、ストッロル弁7の開度を一定とした場合の空気量)、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比を可変的に設定することが可能となっている。
例えば、大リフト吸気カム13Lにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合に、図15の破線eの状態での位相角(最も遅角側の位相角)から実線fの状態での位相角(最も進角側の位相角)に向って連続的に変化させることによって、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(スロットル開度を一定とした場合の空気量)が連続的に増加する。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を連続的に増加させていくことができることとなる。
より詳しくは、本実施形態では、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8を開閉駆動時には、大リフト吸気カム13Hの位相角を遅角側から進角側に変化させるに伴い、吸気バルブ8の開弁終了の位相角が、下死点の位相角よりも遅角側の範囲で該下死点の位相角に近づいていくようになっている。このため、大リフト吸気カム13Hによる吸気バルブ8の開閉駆動時に、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。同時に、大リフト吸気カム13Hの位相角を遅角側から進角側に変化させることに伴い、各気筒2の燃焼室3に充填される上記空気量、ひいては、実効圧縮比が増加していくこととなる。
また、小リフト吸気カム13Lにより吸気バルブ8を開閉駆動する場合に、小リフト吸気カム13Lの位相角を、図15の実線gの状態での位相角(最も進角側の位相角)から破線hの状態での位相角(最も遅角側の位相角)に向って連続的に変化させることによって、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(スロットル開度を一定とした場合の空気量)が連続的に増加する。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比を連続的に増加させていくことができることとなる。
より詳しくは、本実施形態では、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8を開閉駆動時には、小リフト吸気カム13Lの位相角を進角側から遅角側に変化させるに伴い、吸気バルブ8の開弁終了の位相角(A14)が、下死点の位相角よりも進角側の位相角から、該下死点の位相角に近づいていくようになっている。このため、小リフト吸気カム13Lによる吸気バルブ8の開閉駆動時にも、実効圧縮比が膨張比よりも小さくなるアトキンソンサイクル(ミラーサイクル)での内燃機関1の運転が実現される。同時に、小リフト吸気カム13Lの位相角を進角側から遅角側に変化させることに伴い、各気筒2の燃焼室3に充填される上記空気量、ひいては、実効圧縮比が増加していくこととなる。
なお、図15の破線hの状態では、吸気バルブ8の開弁開始及び開弁終了が、それぞれ上死点、下死点とほぼ同じ位相角で行なわれることとなることから、実効圧縮比が膨張比とほぼ同一となるオットーサイクルでの内燃機関1の運転が実現されることとなる。
また、本実施形態では、吸気カム13L,13Hのそれぞれの位相角を最も進角側の位相角に制御した状態、すなわち、吸気カム13L,13Hによる吸気バルブ8の開弁期間が図15の実線f,gで示す開弁期間となる状態では、実駆動用吸気カムとして小リフト吸気カム13Lを使用した場合と、大リフト吸気カム13Hを使用した場合とのいずれの場合であっても、スロットル開度を一定とした場合に各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比が、互いに同一もしくはほぼ同一となるように、吸気カム13L,13Hのプロフィールが設定されている。
このため、吸気カム13L,13Hの位相角を、図15の実線f,gの状態に対応する最も進角側の位相角に制御した状態で、実駆動用吸気カムを吸気カム13L,13Hの一方から他方に切替えるようにすることで、実駆動用吸気カムの切り替え時に、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量をほぼ一定に保つ(実効圧縮比をほぼ一定に保つ)ことができるようになっている。
なお、本実施形態では、大リフト吸気カム13Hを使用する場合よりも小リフト吸気カム13Lを使用する場合の方が、実効圧縮比をより高めることができる。このため、大リフト吸気カム13Hは、内燃機関1の低負荷運転時の実駆動用吸気カムとして使用され、小リフト吸気カム13Lは、内燃機関1の高負荷運転時の実駆動用吸気カムとして使用される。
本実施形態におけるシステム構成(内燃機関1及びこれに付帯するシステムの構成)は、以上説明した以外の構成は、第1実施形態と同じである。
次に、本実施形態における電子制御装置50の制御処理について説明する。
本実施形態では、電子制御装置50は、第1実施形態と同様に、図6のフローチャートに示す処理を実行することで、実効圧縮比、EGR率、及びスロットル開度を制御すると共に、燃料噴射弁33及び点火プラグ40の動作を制御する。
この場合、図6のSTEP4における実効圧縮比に関する制御処理以外は、第1実施形態と同じである。
そして、本実施形態では、図6のSTEP4における実効圧縮比に関する制御処理では、電子制御装置50は、図11のフローチャートに示す処理を、図12及び図13に示したマップとは異なるマップを使用して実行する。
さらに詳細には、本実施形態では、図11のフローチャートのSTEP12、15の処理が、図16又は図17に示すマップを使用して実行される。
具体的には、本実施形態におけるSTEP12の処理では、電子制御装置50は、STEP11で取得した現在のバルブリフト可変機構11の動作状態(実駆動用吸気カムが、吸気カム13L,13Hのいずれであるかを示すもの)に応じて図16及び図17のいずれか一方のマップを選択し、そのマップを使用して、実駆動用吸気カム13L又は13Hの位相角としてのVTC角度の目標値を決定する。
この場合、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hである場合には、図16のマップが使用され、STEP11で第1実施形態と同様に取得した要求実効圧縮比から、図16のマップに基づいてVTC角度(大リフト吸気カム13Hの位相角)の目標値を設定する。
図16に示すマップの傾向は、要求実効圧縮比が比較的低い側の領域(内燃機関1の低負荷領域)において、大リフト吸気カム13HのVTC角度が、実効圧縮比の増加に伴い(内燃機関1の負荷の増加に伴い)、最も遅角側の位相角である最遅角(図15の破線eの状態での大リフト吸気カム13Hの位相角)から、最も進角側の位相角である最進角(図15の実線fで示す状態での大リフト吸気カム13Hの位相角)まで進角方向に変化していくように設定されている。
また、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lである場合には、図17のマップが使用され、STEP11で第1実施形態と同様に取得した要求実効圧縮比から、図17のマップに基づいてVTC角度(小リフト吸気カム13Lの位相角)の目標値を設定する。
図17に示すマップの傾向は、要求実効圧縮比が比較的高い側の領域(内燃機関1の高負荷領域)において、小リフト吸気カム13LのVTC角度が、要求実効圧縮比の増加に伴い(内燃機関1の負荷の増加に伴い)、最も進角側の位相角である最進角(図15の実線gの状態での小リフト吸気カム13Lの位相角)から、最も遅角側の位相角である最遅角(図15の破線hで示す状態での小リフト吸気カム13Lの位相角)まで遅角方向に変化していくように設定されている。
本実施形態におけるSTEP15の処理においても、上記したSTEP12の処理と同様に、図16及び図17のいずれかのマップを使用して、VTC角度の目標値が設定される。この場合、使用するマップは、STEP14の処理によって変更された後の実駆動用吸気カムが、小リフト吸気カム13Lと大リフト吸気カム13Hのいずれであるかに応じて選択される。
なお、本実施形態では、STEP13の判断結果は、現在の実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hであり、且つ、要求実効圧縮比が図16に示すBcよりも大きい場合と、現在の実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lであり、且つ、要求実効圧縮比が図17に示すBdよりも小さい場合とで肯定的となり、これら以外の場合では、否定的となる。
なお、上記Bcは、大リフト吸気カム13Hの最進角(図15の実線fの状態での位相角)に対応する要求実効圧縮比の値であり、上記Bdは、小リフト吸気カム13Lの最進角(図15の実線gの状態での位相角)に対応する要求実効圧縮比の値である。そして、これらのBc,Bdは、Bc>Bdとなるように設定されている。このため要求実効圧縮比の変化に対する実駆動用吸気カムの切り替えは、第1実施形態と同様に、ヒステリシス特性で行なわれるようになっており、要求実効圧縮比がBc,Bdの近辺で頻繁に増減しても、実駆動用吸気カムが頻繁に切替わることがないようにされている。
本実施形態では、以上説明した以外の電子制御装置50の制御処理は、第1実施形態と同じである。
補足すると、本実施形態では、前記大リフト吸気カム13H、小リフト吸気カム13Lがそれぞれ、第2発明における第1の吸気カム、第2の吸気カムに相当する。
また、電子制御装置50は、第2発明における吸気カム切替制御手段、カム位相制御手段としての機能を含んでいる。この場合、吸気カム切替制御手段としての機能は、図11のフローチャートの処理のうちのSTEP14の処理によって実現される。
また、カム位相制御手段としての機能は、図11のフローチャートの処理のうちのSTEP16の処理によって実現される。
さらに、図15に示す位相角A11、A12、A13がそれぞれ、第2発明における進角側開弁開始位相角、第2遅角側開弁終了位相角、第1遅角側開弁終了位相角に相当する。
また、図15の実線f,gの状態に、吸気カム13H,13Lの位相角を制御した状態が、本発明における特定状態に相当する。
以上説明した本実施形態によれば、吸気バルブ8の動作状態(開弁期間の位相角及びリフト量)は、内燃機関1の負荷(要求トルク)に応じて次のように変化する。
例えば内燃機関1の負荷が低負荷側から高負荷側に増加していく場合に関して説明すると、内燃機関1の負荷が比較的低い状態(要求トルクが小さい状態)では、実駆動用吸気カムとして大リフト吸気カム13Hが使用される。そして、この大リフト吸気カム13Hの位相角(VTC角度)が、内燃機関1の負荷の増加に伴い、遅角側から進角側に連続的に変化する。
このため、吸気バルブ8の動作状態は、図15の破線e側の状態から、実線fの状態に向って連続的に変化していく(図15の矢印Y3を参照)。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比が増加していく。
そして、大リフト吸気カム13Hの位相角(VTC角度)が最進角まで進角して、吸気バルブ8の動作状態が図15の実線fの状態まで到達すると、実駆動用吸気カムが大リフト吸気カム13Hから小リフト吸気カム13Lに切替えられる。この時、小リフト吸気カム13Lの位相角(VTC角度)も最進角まで進角しているので、吸気バルブ8の動作状態は、図15の実線fの状態から、実線gの状態に切替わり、リフト量が減少されると共に、開弁期間の角度幅が減少される(図15の矢印Y4を参照)。
この場合、VTC角度が最進角まで進角した状態では、前記した如く、実駆動用吸気カムとして小リフト吸気カム13Lを使用した場合と、大リフト吸気カム13Hを使用した場合とのいずれの場合であっても、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量(スロットル開度を一定とした場合の空気量)、ひいては、該燃焼室3の実効圧縮比が、互いに同一もしくはほぼ同一となる。
このため、実駆動用吸気カムを切替えても、その切り替えの前後で、各気筒2の燃焼室3に充填される空気量は、ほぼ一定に保たれる。その結果、実駆動用吸気カムの切り替えによって、内燃機関1の出力トルクの不連続的な変動(ステップ状の変動)が発生することはない。
また、実駆動用吸気カムの切替えの直前における吸気バルブ8の開弁開始の位相角と、切替えの直後における吸気バルブ8の開弁開始の位相角とは、上死点よりも進角側で互いにほぼ一致するような位相角(本実施形態では、同じ位相角A11)であるので、該切替えの前後において、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に空気と共に充填される排ガス(EGR装置25により還流された排ガスや吸気行程の直前の排気行程で燃焼室3から排出される排ガス)の量が急変するようなことが無い。
そして、本実施形態では、内燃機関1の負荷の増加によって、実駆動用吸気カムを小リフト吸気カム13Lに切替えた後は、この小リフト吸気カム13Lの位相角(VTC角度)が、内燃機関1の負荷(要求トルク)の増加に伴い、進角側から遅角側に連続的に変化する。このため、吸気バルブ8の動作状態は、図15の実線gの状態から、破線hの状態に向って連続的に変化していく(図15の矢印Y5を参照)。これにより、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比がさらに増加していく。
以上のようにして、本実施形態では、内燃機関1の負荷が低負荷側から高負荷側に増加していくとき、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、実効圧縮比が、ステップ状に変化したりすることなく滑らかに増加していく。また、各気筒2の燃焼室3に充填される排ガスの量が実駆動要吸気カムの切替えの前後でステップ状に急変するようなことも防止される。
この結果、第1実施形態と同様に、内燃機関1の失火が発生したりすることなく、内燃機関1の出力トルクを滑らかに増加させていくことができる。
また、内燃機関1の負荷が高負荷側から低負荷側に減少していく場合には、吸気バルブ8の動作状態の変化は、内燃機関1の負荷の増加の場合と逆になる。すなわち、内燃機関1の高負荷運転時には、小リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8が開閉駆動されると共に、該吸気バルブ8の開弁期間の位相角が、内燃機関1の負荷の減少に伴い、図15の破線h側の状態から、実線gの状態に向って進角方向に変化する。
そして、両吸気カム13L,13Hの位相角が、それぞれ、実線g、fの状態に対応する最進角に制御されれている状態で、実駆動用吸気カムが小リフト吸気カム13Lから大リフト吸気カム13Hに切替えられる。
その後の内燃機関1の低負荷運転時には、大リフト吸気カム13Hにより吸気バルブ8が開閉駆動されると共に、該吸気バルブ8の開弁期間の位相角が、内燃機関1の負荷の減少に伴い、図15の実線fの状態から、破線e側の状態に向って遅角方向に変化する。
これにより、内燃機関1の負荷が高負荷側から低負荷側に減少する場合であっても、該負荷が増加する場合と同様に、吸気バルブ8の開弁期間で各気筒2の燃焼室3に充填される空気量、ひいては、実効圧縮比が、ステップ状に変化したりすることなく滑らかに減少していく。また、各気筒2の燃焼室3に充填される排ガスの量が実駆動要吸気カムの切替えの前後でステップ状に急変するようなことも防止される。その結果、内燃機関1の失火が発生したりすることなく、内燃機関1の出力トルクを滑らかに減少させていくことができる。
また、内燃機関1の負荷の増減に合せて、各気筒2の燃焼室3の実効圧縮比が増減するので、第1実施形態と同様に、内燃機関1の幅広い負荷範囲において、該スロットル弁7の開度を大きめの開度に維持することができ、ひいては、内燃機関1の熱効率を高め、燃料消費を抑制することができる。
なお、以上説明した各実施形態では、内燃機関1の燃料としてガソリンを使用するものを例示したが、内燃機関1は、燃料として、例えばエタノール等の高オクタン価燃料を使用するもの、あるいは、エタノール等の高オクタン価燃料とガソリン等の低オクタン価燃料との混合燃料を使用するものであってもよい。そして、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との混合燃料を使用する内燃機関では、該内燃機関の各気筒の燃焼室に対する高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との相互の供給割合を変化させることができるようにしてもよい。
1…内燃機関、3…燃焼室、8…吸気バルブ、9…吸気バルブ駆動機構、10…バルブ位相可変機構、11…バルブリフト可変機構、13H…大リフト吸気カム(第1の吸気バルブ)、13L…小リフト吸気バルブ(第2の吸気バルブ)、50…電子制御装置(吸気カム切替制御手段、カム位相制御手段)。
Claims (2)
- 吸気バルブを開閉駆動するために選択的に用いられる第1の吸気カム及び第2の吸気カムと、前記吸気バルブを実際に開閉駆動させる吸気カムである実駆動用吸気カムを第1の吸気カム及び第2の吸気カムのいずれか一方に選択的に切替えるバルブリフト可変機構と、クランク軸の位相角に対する第1及び第2の吸気カムの位相角を変化させるバルブ位相可変機構とを有し、第1及び第2の吸気カムのプロフィールが、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合の該吸気バルブのリフト量及び開弁期間の角度幅のそれぞれが、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合よりも大きくなるように設定された吸気バルブ駆動機構が備えられた内燃機関の制御装置であって、
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも小さい角度幅になり、且つ、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第1遅角側開弁開始位相角に一致し、且つ、第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角が上死点よりも遅角側で且つ下死点よりも進角側となる所定の第2遅角側開弁開始位相角に一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第1遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第1進角側開弁開始位相角と該第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記第2遅角側開弁開始位相角よりも進角側の所定の第2進角側開弁開始位相角と該第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変化していくように前記バルブ位相可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記第1遅角側開弁開始位相角及び第1進角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第1遅角側開弁開始位相角と第1進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記第2遅角側開弁開始位相角及び第2進角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該第2遅角側開弁開始位相角と第2進角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 吸気バルブを開閉駆動するために選択的に用いられる第1の吸気カム及び第2の吸気カムと、前記吸気バルブを実際に開閉駆動させる吸気カムである実駆動用吸気カムを第1の吸気カム及び第2の吸気カムのいずれか一方に選択的に切替えるバルブリフト可変機構と、クランク軸の位相角に対する第1及び第2の吸気カムの位相角を変化させるバルブ位相可変機構とを有し、第1及び第2の吸気カムのプロフィールが、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合の該吸気バルブのリフト量及び開弁期間の角度幅のそれぞれが、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合よりも大きくなるように設定された吸気バルブ駆動機構が備えられた内燃機関の制御装置であって、
前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールは、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が上死点と下死点との間の角度幅よりも大きい角度幅になり、且つ、第2の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅が、第1の吸気カムによる前記吸気バルブの開弁期間の角度幅よりも、前記上死点と下死点との間の角度幅により近い角度幅になるように設定されていると共に、さらに、第1の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角と第2の吸気カムによる吸気バルブの開弁開始の位相角とが、上死点の位相角よりも進角側の所定の進角側開弁開始位相角で互いに一致するように該第1の吸気カムの位相角と第2の吸気カムの位相角とを制御した状態である特定状態において、第1の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合と、第2の吸気カムにより前記吸気バルブを開閉駆動した場合とで、それぞれの吸気カムによる吸気バルブの開弁期間において前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が互いに一致するように前記第1及び第2の吸気カムのプロフィールが設定されており、
前記第1及び第2の吸気カムのうちの第1の吸気カムを内燃機関の低負荷運転用の吸気カム、第2の吸気カムを内燃機関の高負荷運転用の吸気カムとして、前記実駆動用吸気カムを該内燃機関の負荷に応じて切替えるように前記バルブリフト可変機構を制御する吸気カム切替制御手段と、
前記第1及び第2の吸気カムのそれぞれによる吸気バルブの開閉駆動時において、前記実駆動用吸気カムの位相角を内燃機関の負荷に応じて変化させるように前記バルブ位相可変機構を制御するカム位相制御手段とを備え、
前記カム位相制御手段は、第1の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と、該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、進角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行うと共に、第2の吸気カムによる吸気バルブの開閉駆動時には、該吸気バルブの開弁開始の位相角が、前記進角側開弁開始位相角と該進角側開弁開始位相角よりも遅角側の所定の第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内で、内燃機関の負荷の増加に伴い、遅角方向に変化していくように前記バルブリフト可変機構の制御を行い、
前記吸気カム切替制御手段は、前記特定状態で前記実駆動用吸気カムの切り替えを行ない、
前記進角側開弁開始位相角及び第1遅角側開弁開始位相角は、前記第1の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第1遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の進角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定され、
前記進角側開弁開始位相角及び第2遅角側開弁開始位相角は、前記第2の吸気カムにより吸気バルブを開閉駆動した場合に該吸気バルブの開弁期間で前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量が、該進角側開弁開始位相角と第2遅角側開弁開始位相角との間の範囲内での該吸気バルブの開弁開始の位相角の遅角方向への変化に伴い、増加していくようにあらかじめ設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2011032408A JP2012172531A (ja) | 2011-02-17 | 2011-02-17 | 内燃機関の制御装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2011
- 2011-02-17 JP JP2011032408A patent/JP2012172531A/ja not_active Withdrawn
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