JP2018044480A - 可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラ - Google Patents
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Abstract
Description
Vs=V0+A×χs……(1)
尚、V0はピストンが圧縮上死点(TDC)に達した状態での筒内燃焼室容積、Aはボア面積、χsは圧縮上死点(TDC)からのピストン降下長さである。
χs=R×(1-cosθPi)+λ×R×(1-√(Ys))……(2)
ここで、「R」は図1に示すクランクピンの回転半径、「L」は図1に示すコンロッドの軸間距離であり、「λ」はL/R、「Ys」は1−(sin2θP1)/λ2で求められている。つまり、初期ピストン位置で決まる初期クランク角(θPi)を検出し、上述した(1)式、(2)式で、筒内燃焼室容積Vsを求めることができ、理論空燃比で燃焼させる燃料噴射量を容易に算出できるものである。
Va=V0+A×χa……(3)´
ここで、Va=K×Vsであるので、χaを求めることができる。
χa=R×(1-cosθPa)+λ×R×(1-√(Ya))……(4)´
ここで、Ya=1−(sin2θPa)/λ2であるので、χaはθPaの関数になる。そして、χaは(3)式から既に分かっているので、θPaを逆算することができる。
このようにして、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)を求めることができる。ここでは、このクランク角(θPa)が、例えば約140°と求めることができる。
実膨張係数K´=α×K……(5)
したがって、実膨張係数K´を求める場合では、機関温度が低い場合はαを「1」より小さく設定し、逆に高い場合は熱逃げが減少するので、「1」より大きく設定すれば良いものである。
ステップS10では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータを機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップS10でパラメータの検出が終了するとステップS11に移行する。
ステップS11では、内燃機関が停止条件、例えばアイドルストップ条件になったかどうかを判断する。アイドルストップ条件は、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって判断している。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。
ステップS12では、ステップS11でアイドルストップ条件にあると判断されているので、内燃機関を停止すべく燃料噴射カット処理、及び点火カット処理を実行して内燃機関を自動停止させるようにする。この状態になると内燃機関の回転数は停止に向けて低下していくことになる。燃料噴射カット処理、及び点火カット処理が完了すると、ステップS13に移行する。
ステップS13では、低下していく回転数N(rpm)が所定の極低回転数ΔN以下に達したかどうかを判断する。極低回転数ΔN以下に達していないと判断されると再び同じステップS13の判断を実行する。この判断を繰り返して極低回転数ΔN以下に達したと判断されると、内燃機関が停止の直前にあると見做してステップS14に移行する。
ステップS14では、駆動モ−タにより停止すべき初期ピストン位置である初期クランク角(θPi)への制御を行う。例えば、圧縮上死点(TDC)でのクランク角速度から、機関停止時に初爆気筒である膨張行程となる気筒(#2気筒)を判定し、更に同じくこの膨張行程気筒(#2気筒)が目標とする目標初期クランク角(θPit)となるように、駆動モ−タへ制御信号を出力する。これによって目標初期クランク角(θPit)になるようにピストン位置が制御される。ここで、目標初期クランク角(θPit)は、例えば図7に示す圧縮上死点(TDC)後の約90°付近が選ばれる。この処理が完了するとステップS15に移行する。
ステップS15では、回転数N=0になったかどうかを判断して内燃機関が停止したことを検出している。内燃機関が停止していないと判断されるとステップS14に戻って同じ制御を繰り返すことになる。そして、内燃機関が実際に停止するとステップS16に移行する。
ステップS16では、実際に停止した状態のピストン位置に対応した実初期クランク角(θPia)をクランク角センサで読み取る。この状態が初爆気筒(#2気筒)のピストン位置となり、実初期クランク角(θPia)を検出するとステップS17に移行する。
ステップ17では、ステップS16で検出した実際の実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ステップS14では目標とする目標初期クランク角(θPit)になるように駆動モータを制御しており、この制御の結果として実初期クランク角(θPia)が決まるものである。
ステップS18では、ステップS17で実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角(θPia)に対応した排気バルブの目標とする目標開時期(EOSt)を演算して求める。目標開時期(EOSt)は、図7に示す筒内燃焼室が大気圧となるクランク角(θPa)であるので、目標開時期(EOSt)の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。
その結果、例えば、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約90°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS2)が選ばれる。ここで、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約70°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)より進角された開時期(EOS1)が選ばれる。更に、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約110°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS3)が選ばれる。目標開時期(EOSt)が求まるとステップS19に移行する。なお、この場合は、下死点においても筒内圧は正圧であるが、その後のピストン制動作用を抑制するため、下死点付近のEOS3で強制的に排気弁を開くことが選択されるのである。
ステップS19では、ステップS18で求めた目標開時期(EOSt)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって,排気バルブが目標開時期(EOSt)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに,目標とする吸気バルブの目標閉時期(ICSt)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標閉弁時期(ICSt)で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標閉弁時期(ICSt)は通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップS20に移行する。
ステップS19では排気バルブの目標開時期(EOSt)及び吸気バルブの目標閉時期(ICSt)になるように排気VTCと吸気VTCを制御しており、この制御の結果として、実際の実開時期(EOSa)と実際の実閉時期(ICSa)が決まるものである。
ステップS21では、目標とする排気バルブの開時期(EOSt)と、目標とする吸気バルブの閉時期(ICSt)の状態を維持するように、排気VTCと吸気VTCに設けられた電動機に保持電流を流して自動始動に備えるようにする。尚、逆効率特性が高い排気VTCと吸気VTCを使用すれば、保持電流を停止することも可能である。
ステップS30では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータ(機関温度を含む)を機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップS30でパラメータの検出が終了するとステップS31に移行する。
ステップS31では始動条件かどうかが判断される。始動条件が成立しないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、始動条件が成立するとステップS32に移行する。
ステップS32では自動始動条件かどうかが判断される。アイドルストップで停止した状態では、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって自動始動かどうかが判断できる。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。尚、例えば、機関温度が所定温度以下であれば、内燃機機関の機構系のフリクションが大きいので自立燃焼による始動は困難として、通常のスタータモータのような外部駆動モータによる始動が行われる。したがって、自動始動が困難と判断されればステップS33に移行し、自動始動が可能と判断されればステップS38に移行する。
ステップS32で自動始動条件でないと判断されると、通常始動であると見做して、ステップS33〜ステップS37の処理を実行する。尚、通常始動は本発明の趣旨ではないので簡単にまとめて説明する。
ステップS32で、自立始動条件と判断されると、ステップS38の処理が実行される。ステップS38では、クランク角センサによって、初爆気筒の現在の停止クランク角である実初期クランク角(θP´ia=実位置)を検出する。この実初期クランク角から初期開時期情報を求める。
ステップ39では、ステップS38で検出した実際の実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ここで、許容範囲は図7に示している初期クランク角であり、初期クランク角(θP´i1=70°)〜初期クランク角(θP´i3=110°)に決められている。
ステップS40では、ステップS39で実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角(θP´ia)に対応した排気バルブの目標とする目標開時期(EOS´t)を演算して求める。目標開時期(EOS´t)は、筒内燃焼室が大気圧となるクランク角(θP´a)であるので、目標開時期(EOS´t)の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。尚、この場合も大気圧となるクランク角(θP´a)は演算により求めるのではなく、マップをコントローラ22に記憶させて、実際の制御でこのマップを参照することもできる。
ステップS41では、ステップS40で求めた目標とする開時期(EOS´t)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって排気バルブが目標とする開時期(EOS´t)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに目標とする吸気バルブの閉時期(ICS´t)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標とする閉弁時期(ICS´t)で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標とする閉弁時期(ICS´t)は、図8の制御と同様に通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップS42に移行する。
ステップS41では排気バルブの目標開時期(EOS´t)、及び吸気バルブの目標閉時期(ICS´t)になるように排気VTCと吸気VTCを制御しており、この制御の結果として、排気バルブの実際の開時期(EOS´a)と吸気バルブの実際の閉時期(ICS´a)が決まるものである。
ステップS43では、初爆気筒である膨張行程気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の霧化時間の経過後に点火プラグで点火することで、外部駆動モ−タに頼らない、いわゆる自立燃焼による始動に移行する。
ステップS44では、クランクシャフトが回転を開始して所定角度だけ回転したかどうかを判断する。所定角度だけ回転していないと判断されると再びステップS43に戻って同じ処理を実行する。ここで、この所定角度というのは、初爆気筒(図4〜6での#2気筒)の排気バルブの開時期(EOS)を迎える回転角度を越えた値に設定とすれば良い。したがって、所定角度はある程度大きくする必要がある。
ステップS45では、通常始動時の目標開時期(EOE)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって排気バルブが目標開時期(EOE)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに目標とする吸気バルブの目標閉時期(ICE)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標閉弁時期(ICE)で閉弁するように調整する。
ステップS46では、後続の燃焼気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の点火タイミングで点火プラグによって点火することで、通常の点火燃焼を実行する。このように、後続の燃焼気筒でのトルクを高めて回転上昇を促し、更に内燃機関の排気有害成分の低減と触媒の活性化(暖機)の促進により、排気有害成分を大幅に低減すると共に、迅速な始動性を得ることができるようになる。
Claims (17)
- 吸気バルブと排気バルブを備える内燃機関に設けられ、排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構とを備えた可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期(以下、初期開時期と表記する)を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項1に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの前記初期開時期を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項2に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項2に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項3或いは請求項4に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期を進角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項3或いは請求項4に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期を遅角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項5或いは請求項6に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブ開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期に排気バルブを調整することを特徴とする可変動弁装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、排気バルブ開時期を進角側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする可変動弁装置。 - 内燃機関の排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構と、を有する可変動弁装置に用いられ、前記可変動弁装置を制御する可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期情報(以下、初期開時期情報と表記する)を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて求め、求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与え、この前記初期開時期情報に基づいて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項10に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項11に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項11に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項12或いは請求項13に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を進角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項12或いは請求項13に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を遅角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項14或いは請求項15に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記排気バルブ開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。 - 請求項10乃至請求項16のいずれか1項に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与えて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
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