JP2012193688A - 内燃機関の可変動弁機構制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構制御装置において、アイドル運転時、減速・惰行時の吸気負圧を確保することにより、吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させる。
【解決手段】制御手段は、検出された機関温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ検出されたアクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ検出された大気圧が所定値以下である場合に、可変動弁機構の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁機構制御装置に係り、特に可変動弁機構（ＶＶＴ）を備えた内燃機関において補機類やブレーキ装置を動作するための吸気負圧を制御する内燃機関の可変動弁機構制御装置に関する。

車両のブレーキ装置においては、ブレーキ制動力を高めるためのブレーキブースタが組み合わせられている。
このブレーキブースタの倍力機構の動作は、吸気マニホルド内の吸気負圧を利用して行っている。
また、補機類の動作として、燃料タンクからの蒸発ガスを燃焼室へ吸入するパージ動作、ブローバイガス（内燃機関の燃焼室からクランクケース内に漏れた混合気や燃焼ガス）を燃焼室へ吸入する動作は、同様に、吸気負圧を利用して行っている。
吸気バルブが充分な位相変更角度を有する可変動弁機構（ＶＶＴ）を備えた内燃機関であれば、可変動弁機構の作動角を変化させることで、吸気負圧を、増加させたり、あるいは、減少させたりしている。
更に、近年、ガソリンを燃料として用いる内燃機関では、燃費向上のために、スロットルバルブの閉動作による吸気抵抗の増大を抑制し、アイドル運転での吸気負圧を少なくする設定としている。

特開２００５−１６３６３５号公報 特開２００９−８５１４５号公報

特許文献１に係る車両用内燃機関の制御装置は、車両減速時あるいは制動時に、吸気負圧を増大させることにより、ブレーキブースタに必要な吸気負圧を確保するものである。
特許文献２に係る車両用エンジンの吸気制御装置は、負圧室内の圧力が所定圧よりも高いときに、吸気バルブの開口面積が増大する方向に可変動弁機構を制御するとともに、スロットルバルブを閉方向に制御するものである。

ところが、従来、可変動弁機構制御装置において、大気圧が低いときには、吸気負圧が出にくいため、空調装置（エアコン）やオルタネータ等の補機の負荷が大きいときには、ブレーキ操作に必要な吸気負圧が確保できないといった問題があった。
また、吸気負圧が一時的に弱くなっても、ブレーキブースタの容量により倍力機構の動作は可能であるが、やや長い時間にわたり吸気負圧が弱くなると、使用頻度に応じて倍力機構の動作が弱くなり、最終的には、倍力機構の動作がなくなってしまうので、運転者の操作力だけでブレーキ装置を動作させることになって不便であった。
更に、吸気負圧が一時的に弱くなっても、その間の補機類の動作が止まるだけで済むが、やや長い時間にわたり吸気負圧が弱くなると、蒸発ガスやブローバイガスを排出させることができなくなり、潤滑油の劣化を早めたり、未燃ガスの大気放出が生じたりする可能性が生じる不具合があった。
しかし、アイドル運転での吸気負圧を少なくする設定とするように、一律に制御していると、大気圧が低くなる高地や、エンジン負荷が大きいときには、必要な吸気管圧が確保できない場合がある。
例えば、上記の引用文献１では、ブレーキブースタの負圧を検出して可変動弁機構の位相を変更する場合に、ブレーキ操作の使用によって負圧が減るので、位相変更によってブレーキブースタの負圧を増加させる目的を果たすことができ、この制御が行われている間は、これに付随して補機類の動作を行うこともできる。
しかしながら、高地における登坂が続く場合には、ブレーキの使用頻度がなく、ブレーキブースタに負圧が確保されている状況では、ブレーキ装置への負圧確保のための可変動弁機構の位相変更制御が働かないので、吸気負圧が極めて小さい状態が続き、蒸発ガスやブローバイガスを排出させる機会が著しく低くなるという不都合かあった。

そこで、この発明の目的は、アイドル運転時、減速・惰行時の吸気負圧を確保すること、この確保した吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させることができる内燃機関の可変動弁機構制御装置を提供することにある。

この発明は、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に前記可変動弁機構の作動角の位相を変更する制御手段とを備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、前記所定の運転条件として機関温度とアクセル開度と大気圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記制御手段は、検出された機関温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ検出されたアクセル開度がアイドル運転状態とみなせる一定値以下であり、かつ検出された大気圧が所定値以下である場合に、前記可変動弁機構の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させることを特徴とする。

この発明の内燃機関の可変動弁機構制御装置は、アイドル運転時、減速・惰行時の吸気負圧を確保し、また、この確保した吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させることができる。

図１は可変動弁機構制御のフローチャートである。（実施例１） 図２は可変動弁機構制御装置のシステム構成図である。（実施例１） 図３はクランク角とバルブリフト量との関係を示す図である。（実施例１） 図４は吸気バルブ及び排気バルブにおいて最進角及び最遅角を示す図である。（実施例１） 図５は可変動弁機構制御装置のシステム構成図である。（実施例２）

この発明は、アイドル運転時、減速・惰行時の吸気負圧を確保すること、この確保した吸気負圧によって補機類やブレーキ装置を確実に動作させる目的を、検出された機関温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ検出されたアクセル開度がアイドル運転状態とみなせる一定値以下であり、かつ検出された大気圧が所定値以下である場合に、可変動弁機構の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させて実現するものである。

図１〜図４は、この発明の実施例１を示すものである。
図２において、１は車両に搭載される内燃機関である。
この内燃機関１には、吸気側で、吸気カム２Ａを備えた吸気カム軸２及び吸気カム２Ａの回転で作動される吸気バルブ３と、排気側で、排気カム４Ａを備えた排気カム軸４及び排気カム４Ａの回転で作動される排気バルブ５とが設けられ、また、バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構（ＶＶＴ）６が設けられている。
この実施例１では、可変動弁機構６としては、吸気バルブ３側で、吸気可変動弁機構６Ａの一つだけが設けられる。
この吸気可変動弁機構６Ａは、吸気カム軸２に取り付けた吸気油圧アクチュエータ７Ａと、この吸気油圧アクチュエータ７Ａに制御用のオイルを供給する吸気オイル制御弁（ＯＣＶ）８Ａとを備える。
この吸気オイル制御弁８Ａは、可変動弁機構制御装置９を構成する制御手段１０に連絡している。
この制御手段１０には、内燃機関１の冷却水温度を機関温度（水温）として検出可能な水温センサ１１と、クランク角をエンジン回転速度として検出可能なクランク角センサ１２と、吸気カム角（位相）を検出可能な吸気カム角センサ１３と、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度（スロットル開度）として検出するアクセル開度センサ１４と、大気圧を検出する大気圧センサ１５と、吸気負圧（吸気マニホルド内圧）を検出する吸気圧センサ１６と、内燃機関１への吸気流量を検出する吸気流量センサ（エアフローセンサ）１７と、ブレーキペダルが踏み込み状態か否かを検出するブレーキスイッチ１８とが連絡している。
また、制御手段１０は、内燃機関１に連絡して燃料噴射量や吸気量等を制御するエンジン制御機能部１０Ａと、吸気可変動弁機構６Ａを制御するように吸気オイル制御弁８Ａに連絡した可変動弁機構制御機能部１０Ｂとを備える。

吸気可変動弁機構６Ａは、基本的に、基準となるイニシャル位置から進角側へ動かすものであって、吸気バルブ３のリフト中の開き時間（クランク角範囲）がピストンの吸気行程に相当する１８０度より大きく設定するものである。
内燃機関１においては、アクセル開度が一定値以下となるアイドル制御では、吸気バルブ３を遅く閉じる設定、すなわち吸気バルブ３が閉じる時期を下死点（ＢＤＣ）よりも遅い時期とする設定としておき、吸気バルブ３における燃焼室内への吸入ガスをピストンが上昇する圧縮行程中に吸気マニホルド側へ所定量戻すこと、つまり、吹き返しによってポンピングロスを軽減している（図３参照）。これに伴い、吸気負圧は、減少される。これを進角方向、すなわち、吸気バルブ３が早く閉じる方向へ動かすことによって、吹き返しを減少させ、吸気負圧を確保できるようになる。つまり、吸気負圧の確保するために、吸気可変動弁機構６Ａの作動角を進角方向、すなわち吸気バルブ３を早く閉じる方向へ動かしている。
一方、進角が進み吸気バルブ３の開き時期が排気バルブ５の閉じ時期よりも早くなると、バルブオーバーラップが生じる。このバルブオーバーラップが増加すると、内部ＥＧＲ（再吸引されたり、滞留したりして燃焼室内残存する排気ガス）が増加する。この排気ガスの圧力は、吸気負圧と比べて比較的高いため、進角させ過ぎると、排気ガスの流れや排気圧の相互影響によって、逆に、吸気負圧が減少することになる（図３参照）。
この吸気可変動弁機構６Ａにおいて、バルブタイミングの可変角は、図４に示すように、吸気バルブ３及び排気バルブ５が共に、クランク角に対して５０度で、最進角（図４の破線で示す）と最遅角（図４の一点鎖線で示す）とが設定されている。
そこで、この実施例１では、吸気バルブ３の作動角を閉じ時期が下死点（ＢＤＣ）を超えて遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、吸気バルブ３の作動角を進角する程増大する排気バルブ５とのオーバーラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気負圧が増大する中間進角位置、すなわち、トレードオフの関係にある両者の谷間となる位置に定まる吸気負圧が増大する中間進角位置を設定し、この位置に吸気負圧収束するように、吸気可変動弁機構６Ａを作動させている。
このため、進角量については、個々の内燃機関の諸元に依存するところが大きく、各内燃機関の固有の進角量の設定を決めるためには、事前に進角量と負圧との相関を実験等により把握しておく必要がある。
そして、機関温度が低く完全暖機となっていない場合、早期暖機するためのファーストアイドル制御により、吸気量及び燃料噴射量を増量補正するなどを実施している。このため、このような状況では、負圧確保のため、この実施例に係る可変動弁機構６の制御を行わないようにしている。
吸気負圧は大気圧を基準として絶対圧が零（０）に近づく程大きいことになるため、吸気負圧が一定値以下とは、吸気負圧が一定値よりも大気圧に近いことを意味する。

そして、制御手段１０は、内燃機関１の機関温度とアクセル開度と大気圧とを検出して所定の運転条件が成立した場合に、吸気可変動弁機構６Ａの位相を変更する。
また、制御手段１０は、検出された機関温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ検出されたアクセル開度がアイドル状態とみなせる一定値以下であり、かつ検出された大気圧が所定値以下である場合に、吸気可変動弁機構６Ａの作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させる。
これにより、内燃機関１が暖機されたアイドル運転状態で、大気圧が低い場合には、吸気可変動弁機構６Ａの位置変更によって、吸気負圧を増大させるので、ブレーキ装置や補機の動作を確保することができ、大気圧が高い等他の場合では、燃費要求や排ガス浄化性能要求等に応える位置することができ、ブレーキ装置や補機の動作の確保と良好な燃費等とを両立することができる。

また、この実施例１では、制御手段１０は、前記所定の吸気負圧を生じる所定の作動角を、吸気バルブ３の作動角を遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、吸気バルブ３の作動角を進角する程増大する排気バルブ５とのオーバーラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気負圧が増大する中間進角位置とする。
これにより、排気バルブ５の閉じ時期に関わらず、吸気バルブ３のリフト中の開き時間がクランク角１８０度より明らかに大きく設定されている場合でも（図３参照）、吹き返しと内部ＥＧＲのバランスを採って最も吸気負圧が大きい位置に作動角を収束させることができる。

次に、この実施例１の可変動弁機構制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、制御手段１０のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、検出された水温Ｔが一定値ｔ以上かどうかを判断し（ステップＡ０２）、このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、検出されたアクセル開度Ａが一定値ａ以下かどうかを判断し（ステップＡ０３）、このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、検出された大気圧Ｐが所定置ｐ以下かどうかを判断し（ステップＡ０４）、このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、吸気可変動弁機構６Ａの目標作動角を適正に変更する（ステップＡ０５）。
このステップＡ０５の処理後、又は、前記ステップＡ０２がＮＯの場合、又は、前記ステップＡ０３がＮＯの場合、又は、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、プログラムをエンドとする（ステップＡ０６）。
この結果、吸気可変動弁機構６Ａを動作させると、吸気量が変化し、これに伴い、吸気負圧が変化する。通常、吸気可変動弁機構６Ａの制御目標値は、低地においては燃費向上のために吸気負圧を少なくする設定としているが、高地でも同様の設定とすると、ブレーキ負圧の不足が起こるため、大気圧センサ１５で検出した大気圧に応じて吸気可変動弁機構６Ａの制御目標値を変化させることで、ブレーキ負圧を確保できる。

図５は、この発明の実施例２を示すものである。
この実施例２においては、上述の実施例１と同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
この実施例２の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、図５に示すように、可変動弁機構６として、吸気バルブ３側の吸気可変動弁機構６Ａ及び排気バルブ５側の排気可変動弁機構６Ｂとを設ける。また、排気カム軸５には、排気油圧アクチュエータ７Ｂを取り付けている。
制御手段１０には、排気カム角（位相）を検出可能な排気カム角センサ１９と、排気可変動弁機構６Ｂに制御用のオイルを供給する排気オイル制御弁８Ｂとを付加して連絡している。
そして、制御手段１０は、前記所定の吸気負圧を生じる所定の作動角を、排気バルブ５の作動角を進角する程減少する吸気バルブ３とのオーバーラップに伴う内部ＥＧＲの減少によって吸気負圧が増大する排気バルブ５の作動角の最進角位置とする（図４参照）。
即ち、内燃機関の諸元やアイドル運転での可変動弁機構の動作状況によっては、排気可変動弁機構６Ｂを動かすことでも吸気負圧を確保できる場合がある。例として、一つの吸気可変動弁機構６Ａ・排気可変動弁機構６Ｂを備える内燃機関１の例を示す。
排気可変動弁機構６Ｂは、基準となるイニシャル位置から遅角側へ動かす。これは、基準となるイニシャル位置から進角側へ動かす吸気可変動弁機構６Ａとは逆である。燃費要求等の理由により、内燃機関１のアイドル運転時に、遅角側へ動かしていた場合、イニシャル位置方向へ戻すように進角させることで、吸気負圧を増加させることができる。
この実施例２の内燃機関１の場合、排気可変動弁機構６Ｂの最進角（イニシャル位置）で最も負圧が出る。よって、内燃機関固有の最も負圧が出る可変動弁機構の位置を探して、それを設定すれば良い。この位置が複数ある場合には、他の条件に基づく可変動弁機構の制御から移行する際の応答性等を考慮して設定すれば良い。
この実施例２の構成により、可変動弁機構が様々に変更されていても、その制御状態からの影響を受けにくく、略安定して吸気負圧を増加させることができる。
また、排気可変動弁機構６Ｂのみを制御するので、制御が簡素で演算負荷が少なく、移行中も制御の安定性を確保できる。

なお、この発明に係る変形例としては、以下のようなものがある。
先ず、大気圧センサを採用していない車両の場合には、吸気流量センサで測定した実流量とスロットル開度・エンジン回転速度から算出されるモデル流量とを比較し、計算によって算出したモデル等の推測値による大気圧を使用することも可能である。
また、可変動弁機構の目標値変更をアイドル運転のみに限定させることで、走行時の燃費要求とアイドル運転とで必要な負圧要求を両立させることも可能となる。

この発明に係る可変動弁機構制御装置を、各種内燃機関に適用可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気カム軸
３ 吸気バルブ
４ 排気カム軸
５ 排気バルブ
６ 可変動弁機構
６Ａ 吸気可変動弁機構
６Ｂ 排気可変動弁機構
７Ａ 吸気油圧アクチュエータ
７Ｂ 排気油圧アクチュエータ
８Ａ 吸気オイル制御弁
８Ｂ 排気オイル制御弁
９ 可変動弁機構制御装置
１０ 制御手段
１０Ａ エンジン制御機能部
１０Ｂ 可変動弁機構制御機能部
１１ 水温センサ
１２ クランク角センサ
１３ 吸気カム角センサ
１４ アクセル開度センサ
１５ 大気圧センサ１７
１６ 吸気圧センサ
１７ 吸気流量センサ
１８ ブレーキスイッチ
１９ 排気カム角センサ

Claims (3)

1. バルブのリフト時期を決める作動角の位相を変更する可変動弁機構と、所定の運転条件が成立した場合に前記可変動弁機構の作動角の位相を変更する制御手段とを備える内燃機関の可変動弁機構制御装置であって、前記所定の運転条件として機関温度とアクセル開度と大気圧とを検出する内燃機関の可変動弁機構制御装置において、前記制御手段は、検出された機関温度が暖機状態とみなせる一定値以上であり、かつ検出されたアクセル開度がアイドル運転状態とみなせる一定値以下であり、かつ検出された大気圧が所定値以下である場合に、前記可変動弁機構の作動角を所定の吸気負圧を生じる所定の作動角に収束するよう変化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構制御装置。
2. 前記可変動弁機構を吸気バルブ側にのみに備え、前記制御手段は、前記所定の吸気負圧を生じる所定の作動角を、前記吸気バルブの作動角を遅角する程増大する吹き返しによる吸気負圧減少と、前記吸気バルブの作動角を進角する程増大する排気バルブとのオーバーラップに伴う内部ＥＧＲの増大による吸気負圧減少とのバランスによって定まる吸気負圧が増大する中間進角位置とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置。
3. 前記可変動弁機構を吸気バルブ側及び排気バルブ側のそれぞれに備え、前記制御手段は、前記所定の吸気負圧を生じる所定の作動角を、前記排気バルブの作動角を進角する程減少する前記吸気バルブとのオーバーラップに伴う内部ＥＧＲの減少によって吸気負圧が増大する前記排気バルブの作動角の最進角位置とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構制御装置。

Images