JP3355997B2 - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸排気
バルブの開閉タイミングおよびリフト量がエンジン運転
状態によって制御されるようになっている内燃機関の制
御方法に関するもので、特にエンジンブレーキを用いて
制動力補助を行う制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より車両の減速時には、ブレーキ装
置による制動力とエンジンブレーキによる制動補助力が
用いられてきた。エンジンブレーキは、ブレーキペダル
が操作されたときはアクセルペダルから足が離されるた
めに、エンジンに吸入される空気量を制御するスロット
ル弁が閉じて、燃焼室内が負圧となりポンプ損失が発生
することに起因している。しかし、近年燃費向上のため
エンジンの損失を低減するためのシステムとしてスロッ
トル弁を持たないノンスロットルエンジンが考えられて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ノンスロットルエンジ
ンでは、燃焼室内が負圧とならずポンプ損失がほとんど
発生しないため、エンジンブレーキが弱くなるという問
題が発生する。
【０００４】上記の事情から、本発明は吸気バルブおよ
び排気バルブの開閉タイミングおよびそのリフト量を任
意に制御できる可変バルブ機構を用いて効果的にポンプ
損失を発生させ、車両減速時の制動力を補助することが
できる内燃機関の制御方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と排気弁
を含めた弁機構と、弁機構を制御する弁機構制御手段
と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、ブレーキの踏力を検出するブレーキ踏力検出手段
と、急ブレーキ時に車両の横滑りを防止するアンチロッ
クブレーキシステムを備えた車両に搭載される内燃機関
の制御方法において、ブレーキ踏力検出手段がブレーキ
踏力を検出し、アンチロックブレーキシステムの作動を
検出した時に、吸気弁または排気弁のどちらか一方を閉
弁し、前記吸気弁または排気弁の閉弁しない方の弁をピ
ストンが上死点から下死点に移動する間、すなわち１回
転に１回開弁し、そのリフト量をある所定値に制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。
【０００７】図１に示す内燃機関（以下、エンジンと呼
ぶ）１はコンロッド４およびクランクシャフト５からク
ランク機構を備え、そのクランク機構に連結されたピス
トン２とエンジン１のエンジンヘッド８によって燃焼室
３が形成されている。その燃焼室３はエンジンヘッド８
に装着されている吸気バルブ１０，排気バルブ１１，点
火プラグ１２および燃料噴射弁１３によって密閉され
る。吸気バルブ１０，排気バルブ１１は可変バルブ機構
３０，４０で動作される。可変バルブ機構３０，４０
は、例えばコイルに電流を流した時に発生する電磁力で
バルブに固定された可動子を吸引し、可動子上下のコイ
ルとスプリングを作用させて、その動作の繰り返しでバ
ルブの開閉動作を行う構成のバルブ機構が望ましい。エ
ンジン１はピストン２の往復動作によって、燃焼に必要
な空気を燃焼室３に吸入する。エンジン１に吸入される
空気はエアクリーナ１４で空気中に含まれる塵埃が除去
され、空気量センサ１５で燃料噴射量の演算の基となる
吸入空気量が計測される。エンジン１を制御するコント
ロールユニット５０は、各種センサからの信号を基にエ
ンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段５１
と、エンジン１に装着されている可変バルブ機構３０，
４０の動作を制御する可変バルブ制御手段５４と、燃料
噴射弁１３から噴射される燃料量と噴射時期を制御する
燃料噴射制御手段５３と、点火プラグ１２での点火時期
を制御する点火制御手段５２を備えている。さらに可変
バルブ制御手段５４からの制御信号は可変バルブ駆動回
路５７に送られ、可変バルブ機構３０，４０を操作して
吸排気バルブ１０，１１の動作を制御する。吸排気バル
ブ１０，１１を閉弁させるときはそれぞれコイル３０
ａ，４０ａに電流を流し、可動子を吸引する。吸排気バ
ルブ１０，１１を開弁させるときはそれぞれコイル３０
ｂ，４０ｂに電流を流し、可動子を吸引する。燃料噴射
制御手段５３からの制御信号は燃料噴射弁駆動回路５６
に送られ、燃料噴射弁１３を制御する。点火制御手段５
２からの制御信号は点火コイル５５に送られ、点火プラ
グ１２で点火動作が行われる。
【０００８】エンジン１を搭載した車両の運転者６０に
よって操作されたブレーキペダル６１の操作量はブレー
キ踏力検出手段６２によって電気信号に変換され、コン
トロールユニット５０内の運転状態検出手段５１に入力
される。運転状態検出手段５１に入力される信号とし
て、その他には例えばクランクシャフト５に装着された
クランク角度センサ６，７からの回転信号，前述した空
気量センサ１５からの吸入空気量，排気管内に取り付け
られた空燃比センサ２１からの空燃比，排気触媒２２の
温度を検出する温度センサ２３から触媒温度，燃焼室３
に取り付けられた圧力センサ１８からの燃焼室３内の圧
力，ノックセンサ２２からのノッキング信号などがあ
る。可変バルブ制御手段５４は運転状態検出手段５１か
らの信号を基に吸気バルブ１０を動作させる可変バルブ
機構３０ａ，３０ｂに制御信号を出力し、エンジン１に
吸入される空気量を調整する。燃料噴射制御手段５３は
運転状態検出手段５１からの信号を基に燃料噴射弁１３
に制御信号を出力し、燃料噴射量と噴射時期を調整す
る。点火制御手段５２は運転状態検出手段５１からの信
号を基に点火コイル５５に制御信号を出力し、点火時期
を調整する。エンジン１は吸気ポート１６内に吸入空気
量を調整するスルットル弁を備えていないため、吸入空
気の密度は絞られずに燃焼室３に吸入される。そのため
エンジン１は空燃比が４０以上の超リーンバーン運転が
できる筒内噴射エンジンが望ましい。
【０００９】図２に吸排気バルブ１０，１１の開閉挙動
と筒内圧力波形の関係を示す。吸排気バルブ１０，１１
の開閉弁タイミングは通常の運転状態の場合を示した。
圧力線図７０Ｐは、吸気バルブ１０がリフト７０ＩＮ
で、排気バルブ１１がリフト７０ＥＸで作動した時の燃
焼サイクルのものを表わしている。吸気バルブ１０は最
大リフト付近まで開弁しているので、吸入空気は絞られ
ずに燃焼室３内に入るため、吸気行程中の筒内圧力は大
気圧力７５に近い値となり、ポンプ損失がほぼ無い状態
となっている。この状態から燃料供給を止め、燃焼を止
めるとエンジン１は惰性で回転し、しばらくするとピス
トン２とシリンダ間の摩擦や軸受の摩擦損失で回転数が
低下し、最後にはエンジン１は停止する。この現象は一
般にエンジンブレーキとして利用されているが、吸気バ
ルブ１０が最大リフト付近の場合は、吸気行程時のポン
プ損失が発生しないためエンジンブレーキは弱く、エン
ジン停止までには長い時間がかかる。そこで、吸気バル
ブ１０のリフト量を71ＩＮ，７２ＩＮ，７３ＩＮと小さ
くすると吸気行程中に吸気バルブ１０の開口面積が狭く
なり、吸入空気が絞られることになるため、筒内圧力は
それぞれ７１Ｐ，７２Ｐ，７３Ｐのようになる。すなわ
ち、吸気行程中に燃焼室３内が負圧となり、ポンプ損失
が発生している。このように吸気バルブ１０のリフト量
を変化させることでポンプ損失、すなわちエンジンブレ
ーキの強さを制御する。
【００１０】図３に吸気バルブリフト量とエンジンブレ
ーキの強さの関係を示す。最大リフト量を８mmとした場
合について示した。吸気バルブリフト量が最大の８mmの
時においてもエンジンの摩擦損失のためわずかなエンジ
ンブレーキはかかっている。リフト量を小さくしていく
とエンジンブレーキは実線７５のように強くなってい
く。
【００１１】本発明の別の実施例を図４に示す。吸排気
バルブ１０，１１をそれぞれ76ＩＮ，７７ＥＸのように
常時閉弁した場合、燃焼室３内の空気は上死点(図中Ｔ
ＤＣ)付近では圧縮され、下死点（図中ＢＤＣ）付近で
は膨張して、圧力線図７６Ｐのようになる。この状態で
は圧縮分の仕事と膨張分の仕事が相殺されエンジンブレ
ーキ効果としては小さい。吸気バルブを７７ＩＮのよう
に、すなわち上死点直後に開弁し、下死点で閉弁した時
の圧力線図は７７Ｐのようになり、上死点付近で高い圧
縮圧力が得られている。その直後に吸気バルブ１０を開
弁するので、燃焼室３内の圧縮された空気は吸気ポート
１６側に排出され筒内圧力は直ちに低下する。吸気ポー
ト１６側に排出された空気は、ピストン２の下降運動に
よって再び燃焼室３内に吸入されるが、吸気バルブ１０
のリフト量が最大付近の時はポンプ損失はほとんど発生
しない。下死点付近で吸気バルブ１０を閉弁すると燃焼
室３内の空気は再び圧縮される。この時、エンジン１に
は空気を圧縮するための仕事損失が発生するため、エン
ジンブレーキの作用が働く。さらに、本実施例ではエン
ジンが１回転する間に１回圧縮作用が働くため、強力な
エンジンブレーキが期待できる。また、図４では吸気バ
ルブ１０が開弁し、排気バルブ１１が常時閉弁する例を
示したが、排気バルブ１１が開弁し、吸気バルブ１０が
常時閉弁するようにしても同様の効果が期待できる。図
５に本実施例のエンジンブレーキの強さを点７８で示
す。実線７５は吸気行程中にポンピング損失を発生させ
た場合のエンジンブレーキの強さを表わしていて、圧縮
作用を利用した場合は約２倍の強さのエンジンブレーキ
となる。
【００１２】図６にアクセルペダル,ブレーキペダルの
操作量とエンジン出力およびエンジンブレーキトルクの
関係を示す。発進，加速等の車両を動かすという運転者
６０の意思はアクセルペダルの操作（踏み込み）量に現
われる。アクセルペダルの踏み込み量が大きいときは停
止している車両を発進させる時や加速時などの大きいエ
ンジントルクを要求している時であり、踏み込み量が小
さい時は定常走行時の負荷が小さく、エンジントルクを
あまり必要としない領域である。したがって、アクセル
開度（踏み込み量）と要求エンジントルクの関係は実線
８０のような傾向にある。この直線の傾きはエンジン回
転数によって変化するので、運転状態検出手段５１はエ
ンジン回転数を検出して補正する。減速時にはアクセル
ペダルの踏み込み量は０となり、ブレーキペダルを踏み
込むことになる。ブレーキペダルの操作量はペダルの踏
力を検出するブレーキ踏力検出手段６２によって検出さ
れる。ブレーキの踏力は運転者の減速の意思を表わして
いて、踏力に応じたブレーキ力がブレーキ装置に伝達さ
れる。本発明によると、エンジンはブレーキ踏力に応じ
てエンジンブレーキトルクを発生させて制動力の補助を
行う。実線８４はブレーキ踏力とエンジンブレーキトル
クの関係を示したもので、吸気バルブのリフト量を減少
させてエンジンブレーキを発生させている。急ブレーキ
時などの運転者の減速の意思が強い時はブレーキ踏力が
大きくなり、車両に装備されたアンチロックブレーキシ
ステム（ＡＢＳ）が作動する領域８５に入る。このとき
にエンジンは制動力補助のために実線８６のような強力
なエンジンブレーキを作用させる。この時は圧縮作用を
利用しエンジンブレーキトルクを発生させる。また、ア
クセルペダルもブレーキペダルも踏み込まれていない状
態としてはエンジンが停止している状態８２と、車両は
停止しているがエンジンが回転している状態（すなわ
ち、アイドリング状態）８１と、走行中の車両が惰性で
減速している状態８３がある。状態８１ではエンジンは
摩擦損失などに抵抗して回転するためのわずかなエンジ
ントルクを発生している。状態８３では燃料供給は停止
して、燃焼爆発によるエンジントルクは発生していな
い。そのためエンジンの摩擦抵抗分のわずかなエンジン
ブレーキが発生している。
【００１３】図７に本実施例のフローチャートを示す。
運転状態検出手段５１はブロック９１でアクセルペダル
の踏み込みを検出し、アクセルペダルが踏み込まれてい
る場合は、エンジンブレーキは不要と判定して処理を終
了する。アクセルペダルが踏まれていない場合はブロッ
ク９２でブレーキペダル６１が踏み込まれているかどう
かを判定する。ここで、ブレーキペダル６１が踏み込ま
れていない場合は、ブロック９３で車両速度を検出し、
車両が走行しているかどうかを判定する。車両速度が０
の場合は車両が停止していると判断し、処理を終了す
る。ブロック９３で車両速度が０でない場合は車両が惰
性走行している状態である。この時はブロック９４で減
速時モードとして、吸気バルブのリフト量を最大リフト
量のある所定値（たとえば０.７ 倍）に設定し、燃焼室
３内に負圧を発生させポンプ損失によるエンジンブレー
キを作用させる。これにより車両速度は徐々に低下して
いく。ブロック９５で再びブレーキペダル６１の踏み込
みを検出し、ブレーキペダル６１が踏み込まれていない
場合は処理を最初のブロック９１に戻す。ブロック９５
または９２でブレーキペダル６１が踏み込まれていると
判定した場合は、図８に示したように、ブレーキ踏力検
出手段６２がブレーキペダルの踏力を判定し、まず車両
に装備されたアンチロックブレーキシステムが作動する
領域かどうかを判断する。ＡＢＳ非作動領域と判定した
場合はブロック９６のエンジンブレーキ強度決定手段で
ブレーキ踏力に応じたエンジンブレーキが作用するよう
に吸気バルブ１０のリフト量を決定し、制御信号を出力
する。ＡＢＳ作動領域と判定した場合はブロック９８で
ＡＢＳ作動モードとして、圧縮作用による強力なエンジ
ンブレーキを作用させるように吸気バルブ１または排気
バルブ１１のリフト量および開閉弁タイミングを決定
し、制御信号を出力する。ブロック９６または９８から
の制御信号は可変バルブ制御手段５４に送られ、可変バ
ルブ駆動回路５７によって吸排気バルブ１０，１１が動
作する。
【００１４】本発明の別の実施例について説明する。図
１に記載した可変バルブ機構３０，４０を備えたエンジ
ン１を搭載した車両がステアリング６５に装備されたエ
アバッグ６７が作動するような衝突をした場合、燃焼室
３内に噴射された燃料１７は未燃焼のまま燃焼室３に残
留してしまう。また、エンジン１が停止してしまい、排
気バルブ１１が開いたままになった場合は燃焼室３内に
残った燃料１７が排気管２４に流出する可能性がある。
排気管２４は常時高温の排気ガスにさらされていて３０
０℃位の高温になってるので、この排気管２４に燃焼室
３から燃料１７が漏れ出して来た場合、火災が発生する
可能性がある。図９に本実施例のフローチャートを示
す。車両衝突時に運転状態検出手段５１はブロック１０
６で車両に装備されているエアバッグ６７が作動したか
どうかをエアバッグ検出手段６６で検出し、エアバッグ
６７の作動を検出した場合はブロック１０７でエアバッ
グ作動モードとして、吸排気バルブ１０，１１を閉弁す
るような制御信号を可変バルブ制御手段５４に出力す
る。可変バルブ制御手段５４は可変バルブ駆動回路５７
に閉弁側のコイル３０ａ，４０ａに電流を流して吸排気
バルブ１０，１１を閉弁して、燃焼室３を密閉する。こ
の結果燃焼室３内に未燃焼のまま残った燃料１７が排気
管２４に流出して火災になることを防止できる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の内燃機関の制御方法では、可変
バルブ機構のエンジンブレーキ動作モードを車両に搭載
されるブレーキシステムと関連付けて制御し、車両の制
動力を補助することが出来るので、ブレーキシステムの
小型化，簡略化できる優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が採用されるシステム図。
【図２】吸排気バルブの開閉挙動と筒内圧力波形の関係
を示す図。
【図３】吸気バルブリフト量とエンジンブレーキの強さ
の関係を示す図。
【図４】本発明の別の実施例で、ＡＢＳ作動モード時の
吸排気バルブの開閉挙動と筒内圧力波形の関係を示す
図。
【図５】ＡＢＳ作動モード時のエンジンブレーキの強さ
を示す図。
【図６】アクセルおよびブレーキペダルの操作量とエン
ジン出力およびエンジンブレーキトルクの関係を示す
図。
【図７】エンジンブレーキによる制動力補助制御方法の
フローチャート図。
【図８】ブレーキペダル踏力と吸気バルブリフト量の関
係を示す図。
【図９】本発明の別の実施例のフローチャート図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ピストン、３…燃焼室、４…コンロ
ッド、５…クランクシャフト、８…エンジンヘッド、１
０…吸気バルブ、１１…排気バルブ、１２…点火プラ
グ、１３…燃料噴射弁、１６…吸気ポート、１７…燃
料、１８…圧力センサ、１９…ノッキングセンサ、２１
…空燃比センサ、３０，４０…可変バルブ機構、５０…
コントロールユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３４１ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３４１ 41/04 ３２０ 41/04 ３２０ (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 徳安 昇 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平４−269340（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57848（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−133031（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 13/02 B60K 41/20 B60R 21/32 B60T 8/34 F02D 13/04 F02D 29/02 341 F02D 41/04 320

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 ブレーキの踏力を検出するブレーキ踏力検出手段と、 急ブレーキ時に車両の横滑りを防止するアンチロックブ
    レーキシステムを備えた車両に搭載される内燃機関の制
    御方法において、 前記ブレーキ踏力検出手段がブレーキ踏力を検出し、前
    記アンチロックブレーキシステムの作動を検出した時
    に、前記吸気弁または排気弁の少なくともどちらか一方
    を閉弁し、前記吸気弁または排気弁の閉弁しない方の弁
    をピストンが上死点から下死点に移動する間、すなわち
    １回転に１回開弁し、そのリフト量をエンジンブレーキ
    力の得られる所定値に制御すること、を特徴とする内燃
    機関の制御方法。
  2. 【請求項２】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と
    排気弁を含めた弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 エアバッグシステムを備えた車両に搭載される内燃機関
    の制御方法において、 前記運転状態検出手段が前記エアバッグシステムの作動
    を検出した時に、前記吸気弁および排気弁の両方を閉弁
    制御すること、を特徴とする内燃機関の制御方法。
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