JP3610783B2 - 内燃機関の可変動弁制御装置 - Google Patents
内燃機関の可変動弁制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けた可変動弁機構の制御に関し、特に、内燃機関と電動モータを組み合わせたハイブリッド車両に好適な可変動弁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から排気エミッションを低減するため、エンジンと電動モータを組み合わせて、いずれか一方または双方の駆動力により走行するハイブリッド車両が知られており、例えば、鉄道日本社刊「自動車工学」 ＶＯＬ．４６ Ｎｏ７ １９９７年６月号の第３９頁〜５２頁に開示されるものがある。
【０００３】
このハイブリッド車両では、エンジンの熱効率が低下する低車速域では、主にモータによって車両の推進を行う一方、車速や負荷が増大するとエンジンを始動するとともに、主駆動源をモータからエンジンに切り換えている。
【０００４】
加えて、エンジンには吸気カムシャフトの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えており、例えば、都市部などの走行で発進、停止を繰り返すような運転状況では、エンジンの停止と再始動が頻繁に行われるため、エンジンの始動時には吸気弁閉弁時期を遅らせてエンジンのフリクションを低減することで始動性を向上させ、同様に、エンジンを停止させる際にも、吸気弁閉弁時期を遅らせて、エンジンの実圧縮比を低下させ、起振力を低減させて振動の低減を図っている。また、部分負荷運転時では、バルブオーバーラップを大きく設定することで内部ＥＧＲ率を高めて燃費の向上を図っている。
【０００５】
また、減速時には吸気弁閉弁時期を遅らせて、吸気管内への吹き返しによるポンピングロスを低減することで、回生エネルギーを増大させて燃費の向上を図り、さらに、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めて体積効率を向上させている。
【０００６】
また、特開平９−２４２５２０号公報に開示されるように、図１０に示すように、吸気カムシャフトの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えたエンジンが知られている。
【０００７】
これは、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度及びエンジン冷却水温を検出し、これら検出した運転状態に応じて吸気カムシャフトの位相を変更することで、熱効率や運転性が向上するようにバルブタイミングを設定するもので、例えば、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めて体積効率を向上させ、始動時の安定性を確保している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例において、エンジン始動時の振動低減や部分負荷運転時の燃費向上を優先して吸気弁の位相（弁開閉時期）を設定した場合、特に、エンジン回転数が低いときに高負荷となると、吸気弁閉弁時期を早めているため、有効圧縮比が増大するためノッキング限界空気量が抑制されて、エンジントルクが低下するという問題があり、また、減速時に吸気弁閉弁時期を遅らせて吹き返しによるポンピングロスを低減する場合では、位相可変式の可変動弁機構では、開閉時期の相対関係は一定であるため、吸気弁開弁時期も遅延することになり、バルブオーバーラップが減少して吹き返しの低減を効率よく行うことができないという問題があった。
【０００９】
さらに、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めているが、吸気弁閉弁時期も早まることになって有効圧縮比が低下し、燃料の気化が低下する低水温時始動性が低下したり、燃焼安定性が低下するという問題があった。また、この低水温時に減速が行われると、吸気弁閉弁時期が遅れるため、燃焼室から吸気管内への吹き返しによって、インジェクタ等に未燃焼燃料やオイル等が付着して作動不良を引き起こす原因となる場合があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、可変動弁機構を備えた内燃機関を、燃費と出力の向上を両立させながら、運転性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンに配設されて吸気弁の開閉時期を変更する可変動弁手段と、運転状態を検出する手段と、この運転状態に応じて前記可変動弁手段を制御する吸気弁制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁制御装置において、前記可変動弁手段は、吸気弁の作動角を最小作動角と最大作動角の間で変更可能であり、前記作動角を最小作動角としたとき前記吸気弁の開弁時期が最も遅くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点に最も近くなり、前記作動角を最大作動角としたときに吸気弁の開弁時期が最も早くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点から最も遅くなるように設定し、前記吸気弁制御手段は、運転状態が低回転高負荷域にある場合に前記作動角を小側に設定する一方、負荷の低減または回転数の増大に応じて作動角を増大する。
【００１２】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記可変動弁手段は、前記作動角を最小作動角としたときの前記吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の前半に位置し、前記作動角を最大作動角としたときの吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の後半に位置するよう設定される。
【００１３】
また、第３の発明は、前記第２の発明において、前記可変動弁手段は、吸気弁の開弁時期の変化量に対して閉弁時期の変化量を大きく設定する。
【００１４】
また、第４の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、車両の減速時、エンジン停止時またはエンジン再始動時に、吸気弁の作動角を大側に設定する。
【００１５】
また、第５の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、水温に応じて吸気弁の作動角を変更する。
【００１６】
また、第６の発明は、前記第５の発明において、前記吸気弁制御手段は、前記水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくする。
【００１７】
また、第７の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温で車両が減速する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくする。
【００１８】
【発明の効果】
したがって、第１の発明は、低回転高負荷域では、吸気弁の作動角が小側に設定されて、吸気弁開弁時期が遅くなり、バルブオーバーラップを低減することで残留ガスを低減し、同時に、閉弁時期が早まることにより、吸気管内への吹き返し量を低減することで吸入空気量を確保して出力の向上を図り、運転性を向上することができる。そして、負荷の低減または回転数の増大に応じて作動角を増大することにより、吸気時間が短くなる高回転域では、吸気弁閉弁時期の遅延によって吸気の慣性による吸入空気量を確保でき、同時に、作動角の増大に呼応して吸気弁開弁時期が早められて、バルブオーバーラップが増大することにより掃気効果を高めて残留ガスを低減することが可能となり、エンジンの出力向上を図ることが可能となる。また、部分負荷時には、作動角の増大に応じてバルブオーバーラップが増加し、残留ガスを増大させて自己ＥＧＲ率を高め、同時に、閉弁時期が遅くなることで吸気管への吹き返し量を増大させ、この吹き返しの増大に応じてスロットルバルブを開くことになってポンピングロスの低減を図り燃費の向上が可能となり、特に、エンジンとモータの駆動力を選択して車両の推進を行う一方、減速時にはモータによって回生を行うハイブリッド車両へ適用した場合では、出力の向上と燃費の向上を両立させることができる。
【００１９】
また、第２の発明は、吸気弁の作動角が増大するにつれて、吸気弁の開弁時期を早めると同時に、閉弁時期を遅らせるようにしたため、バルブオーバーラップ量の制御と閉弁時期による吹き返し量の制御を同時に行うことができる。
【００２０】
また、第３の発明は、吸気弁の開弁時期の変化量に対して閉弁時期の変化量を大きく設定することで、吸入空気量の確保による高出力化とポンピングロスの低減による燃費性能の向上を両立させることが可能となる。
【００２１】
また、第４の発明は、車両の減速時、エンジン停止時またはエンジン再始動時に、吸気弁の作動角を大側に設定することにより、例えば、減速時では、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスを低減でき、ハイブリッド車両に適用した場合では、その分回生エネルギーを増大させて燃費性能をさらに向上でき、また、回生状態からエンジンを停止するような場合では、作動角を大側に維持することで、吸気弁閉弁時期を遅らせて有効圧縮比を低下させ、エンジン停止時には圧縮を起振源とするエンジンの振動を抑制でき、また、エンジンの再始動時にも大側に維持しておくことで、再始動時にはエンジンの始動時の振動を抑制することが可能となって、特に、エンジンの始動、停止を繰り返すハイブリッド車両に適用した場合には、静粛性の確保と燃費性能の両立を図ることができる。
【００２２】
また、第５の発明は、エンジンの冷却水温が低温の状態で始動する際には、水温に応じて吸気弁の作動角を変更し、例えば、水温の低下に応じて吸気弁閉弁時期を早めれば、有効圧縮比を向上させて始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、第６の発明は、水温が低温の状態で始動する際には、暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくすることにより、バルブオーバーラップを減少して、吸気行程の初期に発生する燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブの作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させると同時に、有効圧縮比を向上させて始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、第７の発明は、水温が低温の状態でエンジンを始動する際には、暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくすることにより、バルブオーバーラップを減少して、吸気行程の初期に発生する燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブの作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明を適用可能なハイブリッド車両の一例を示し、エンジンまたは電動モータのいずれか一方、または双方の駆動力を用いて走行するものである。
【００２７】
図１において、太実線は機械力の伝達経路を示し、破線は電力の経路を示し、さらに、細実線は制御系統を示し、二重線は油圧系統を示している。
【００２８】
この車両のパワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７及び駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸とエンジン２の出力軸及びクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸及び無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００２９】
クラッチ３の締結時には、エンジン２とモータ４の少なくとも一方が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時には、モータ４のみが車両の推進源となる。これらエンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６及び差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。
【００３０】
ここで、クラッチ３は、例えば、パウダークラッチ等で構成され、解放状態から締結状態までの間で、任意のクラッチ容量に設定することができ、例えば、中間容量のときには、クラッチ３をスリップさせながらトルクを伝達する一方、締結時（最大容量）には、入力軸と出力軸を結合してトルクの伝達を行う。
【００３１】
なお、Ｖベルト式やトロイダル式で構成された無段変速機５には、油圧装置９の図示しないポンプから圧油が供給されており、このポンプはモータ１０によって駆動される。
【００３２】
モータ１（第２モータ）は、主としてエンジン２の始動と発電に用いられ、モータ４（第１モータ）は、主として車両の推進と運動エネルギーの回生に用いられる。
【００３３】
もちろん、クラッチ３の締結時には、モータ１を車両の推進と回生に用いることもでき、モータ４をエンジン２の始動や発電に用いることもできる。なお、モータ１、４、１０は交流機で構成され、それぞれインバータ１１〜１３を介してバッテリ１５に接続される。
【００３４】
上記パワートレインは、マイクロコンピュータを主体に構成されたコントローラ１６によって制御され、このコントローラ１６は、図２に示すように、インバータ１１を介してモータ１による発電やエンジン２の始動を制御するモータ制御部３０、エンジン２の燃料噴射量や点火時期の制御に加え、ソレノイド４１を介して吸気カムシャフトの作動角可変機構５０を制御するエンジン制御部３１、クラッチ３の締結、解放を制御するクラッチ制御部３２、インバータ１２を介してモータ４による推進や回生を制御するモータ制御部３３、車両の運転状態に応じて無段変速機５の変速比を制御するため、インバータ１３、モータ１０を介して油圧装置９を駆動するＣＶＴ制御部３４から構成される。
【００３５】
ここで、運転状態としては、アクセル開度センサ２２が検出したアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃ、エンジン回転数センサ２７が検出したエンジン２の回転数Ｎｅ、エアフローメータ２５が検出した吸入空気量Ｑａ、水温センサ２８が検出したエンジン２の冷却水温Ｔｗ、カム回転角センサ２９が検出した吸気カムの作動角α（開弁から閉弁までのクランク角。以下同様）、入力軸回転センサ２３が検出した無段変速機５の入力軸回転数Ｎｉ、車速センサ２４が検出した車速ＶＳＰ、バッテリ状態センサ２６が検出したバッテリ１５の充電状態（ＳＯＣ＝Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）、バッテリ温度センサ２１が検出したバッテリ１５の温度Ｔｂａｔや図示しないブレーキスイッチが検出したブレーキペダルの踏み込み状態等がコントローラ１６へ入力される。
【００３６】
上記運転状態に基づいて、コントローラ１６は、エンジン２とモータ４の駆動力を選択して車両の駆動を行う一方、アクセルペダルが解放されたときにはモータ４で回生を行い、また、バッテリ１５の状態に応じてエンジン２とモータ１で発電し、バッテリ１５の充電を行うもので、この駆動力制御は、例えば、次表のように設定される。
【００３７】
【表１】
【００３８】
ここで、エンジン２に配設された可変動弁機構としては、図３に示すように、吸気カム５１の作動角（開弁期間及び閉弁時期）を連続的に変更可能なカム作動角可変機構５０を採用した場合について説明する。
【００３９】
これは、特開平９−２４２５２０号公報や特開平９−２６８９３０号公報に開示されるものと同様に、エンジン制御部３１に制御されたソレノイド４１からの油圧に基づいて、偏心軸５３を軸回りに駆動するアクチュエータ５２と、ハウジング５４を介してこの偏心軸５３に連結された吸気カム５１から構成され、回転する吸気カム５１に対して偏心軸５３を軸回りに揺動させることで、図４に示すように、吸気カム５１の作動角を変更して吸気弁（図示せず）の開弁期間及び開閉時期を最大作動角から最小作動角の間で連続的に変更する。
【００４０】
そして、吸気カム５１の作動角は回転角センサ２９によって検出され、エンジン制御部３１は運転状態に応じた値となるようにソレノイド４１を駆動して、吸気カム５１の作動角を制御している。
【００４１】
いま、カム作動角可変機構５０が、図４の一点鎖線に示すように、最小作動角のときには、図示しないピストンの上死点ＴＤＣで吸気弁を開弁させた後、下死吸気弁が開弁する。一方、図４の実線に示すように、最大作動角のときには、図示しないピストンの上死点ＴＤＣより前のθ２（吸気弁開最大進角位置）で吸気弁を開弁させた後、下死点ＢＤＣ後のθ３（吸気弁閉最大遅角位置）で閉弁させ、期間αｍａｘの間だけ吸気弁が開弁し、このとき、クランク角で表される吸気弁開最大進角位置θ２と吸気弁閉最大遅角位置θ３は、
θ２＜ＴＤＣ
ＢＤＣ＜θ１＜θ３
のように設定される。
【００４２】
したがって、作動角αの変化に伴って、吸気弁開弁位置は図４において、最大進角位置θ２から上死点ＴＤＣの間で変化すると同時に、吸気弁閉弁位置は最大値角位置θ３から最大進角位置θ１の間で変化することになる。
【００４３】
また、排気カムと吸気カム５１のオーバーラップは、最小作動角αｍｉｎのとき０°に設定される一方、最大作動角αｍａｘのときには、吸気弁開最大進角位置θ２から上死点ＴＤＣまでの期間が最大オーバーラップΔθに設定される。
【００４４】
ここで、上記エンジン制御部３１で行われる吸気カム５１の作動角制御の一例について、図５のフローチャートを参照しながら以下に詳述する。なお、図５のフローチャートは、所定時間毎、例えば、１０ｍｓｅｃ毎に実行されるものである。
【００４５】
まず、ステップＳ１では、上記図２に示したエンジン回転数センサ２７からエンジン回転数Ｎｅを読み込んで、ステップＳ２で、現在のエンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ０よりも大きいか否かを判定する。
【００４６】
そして、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ０（例えば、アイドル回転数）よりも大きい場合には、作動角制御を行うべくステップＳ３へ進んで、アクセル開度センサ２２が検出したアクセル踏み込み量Ａｃｃを読み込む一方、そうでない場合には、そのまま処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ４ではアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０よりも大きいか否かを判定し、踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０を超える場合にはステップＳ５へ進んで、エアフローメータ２５から吸入空気量Ｑａを読み込む一方、そうでない場合にはステップＳ９以降の処理へ進む。
【００４８】
ステップＳ６では、上記吸入空気量Ｑａとエンジン回転数ＮｅからエンジントルクＴｅを求め、次にステップＳ７では、エンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅより図６に示すマップに基づいて作動角αを設定する。
【００４９】
なお、図６のマップは、エンジン回転数Ｎｅが低くエンジントルクＴｅが大きいときに最小作動角αｍｉｎに設定され、エンジントルクＴｅの低下またはエンジン回転数Ｎｅの増大に伴って作動角αが、α０、α１、α２…αｍａｘと順次増大するように設定される。ただし、αｍｉｎ＜α０＜α１＜α２＜……＜αｍａｘである。
【００５０】
こうして求めた作動角αとなるように、ステップＳ８では、図３に示したソレノイド４１を駆動して吸気カム５１の作動角を設定する。
【００５１】
一方、上記４の判定で、踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０以下の場合、すなわち、アクセルペダルの解放状態等では、ステップＳ９の処理へ進んで、水温センサ２８からエンジン２の冷却水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ１０で、現在の冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０を超えているか否かを判定する。
【００５２】
暖機が終了して冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０を超えていれば、ステップＳ１１へ進んで作動角αを最大作動角αｍａｘに設定してから上記と同様に、ステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行う一方、冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下の低水温時には、ステップＳ１２へ進んで、図７に示すマップより、冷却水温Ｔｗに応じた作動角αに設定した後に、ステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行うステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行う。
【００５３】
いま、アクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃが所定量Ａｃｃ０以上踏み込まれた状態では、図６のマップに基づいて作動角αが決定され、エンジン回転数Ｎｅが低くエンジントルクＴｅが大きい低回転高負荷域では、最小作動角αｍｉｎに設定されるため、吸気弁開弁時期は最遅角位置である上死点ＴＤＣとなって、バルブオーバーラップを低減することで残留ガスを低減し、同時に、閉弁時期を最進角位置θ１に早めることにより、図示しない吸気管内への吹き返し量を低減することができるため、吸入空気量Ｑａを確保して出力の向上を図ることができる。
【００５４】
例えば、吸気カム５１の作動角αと吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の関係を、図８、図９のように設定すれば、図中Ａ点では、燃料消費率が最良となる領域で運転を行うことが可能となって、エンジン２の低回転域での熱効率を向上させることが可能となって、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることができる。
【００５５】
ただし、エンジン回転数Ｎｅが増大する高回転域では、α１、α２と順次作動角αが増大し、吸気弁閉弁位置は、図４において、最大進角位置θ１から最大遅角位置θ３へ向けて遅延することにより、吸気時間が短くなる高回転域では、吸気の慣性によって吸入空気量Ｑａを確保できる。同時に、作動角αの増大に呼応して吸気弁開弁位置は、図４において、最大遅角位置ＴＤＣから最大進角位置θ２へ向けて早められ、バルブオーバーラップが増大することにより掃気効果を高めて残留ガスを低減することが可能となり、エンジン２の出力向上を図ることが可能となる。
【００５６】
また、部分負荷時には、図４において、作動角αを高負荷域よりも増大するように設定したため、吸気弁開弁時期を早めることで、バルブオーバーラップを増加し、残留ガスを増大させて自己ＥＧＲ率を高め、同時に、閉弁時期を遅くすることで吸気管への吹き返し量を増大させ、この吹き返しの増大に応じてスロットルバルブ（図示せず）を開くことになってポンピングロスの低減を図り燃費の向上が可能となる。
【００５７】
一方、暖機中などで冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下の低水温時では、図７のマップに示すように、暖機後（Ｔｗ＞Ｔｗ０）の作動角αよりも減少させることで、バルブオーバーラップを減少し、吸気行程の初期に燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブ（図示せず）の作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させることができ、特に、アクセルペダルを解放する減速時に効果がある。
【００５８】
また、同様に、冷間始動時にも吸気カム５１の作動角αを減少することになり、吸気弁閉弁時期を早めることで有効圧縮比を向上させるとともに、圧縮圧力を増大して始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となって、車速等に応じてエンジン２の始動、停止を繰り返すハイブリッド車両の運転性を向上させることが可能となる。
【００５９】
さらに、上記制御に加えて、上記表１に示したように、高車速域でアクセルペダルを解放する減速、回生時のように、クラッチ３を締結している場合では、吸気カム５１の作動角αを最大作動角αｍａｘに設定することで、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスを低減でき、その分回生エネルギーを増大させて、ハイブリッド車両の燃費性能をさらに向上できる。
【００６０】
また、上記回生状態からクラッチを解放してエンジン２を停止するような場合では、吸気カム５１の作動角αを最大作動角αｍａｘを維持して、吸気弁閉弁時期を最大遅角位置θ３とし、有効圧縮比を低下させ、吸入空気量Ｑａの低減によってエンジン停止時には圧縮を起振源とするエンジン２の振動を抑制でき、また、エンジン２の再始動時にも最大作動角αｍａｘを維持しておくことで、暖機後の始動時にはエンジン２の始動時の振動を抑制することができ、エンジン２の始動、停止を繰り返すハイブリッド車両の静粛性を確保することができる。
【００６１】
そして、作動角αと吸気弁開弁位置及び吸気弁閉弁位置の関係は、図４に示すように、作動角αの変化に対して、吸気弁開弁位置の変化量（θ２とＴＤＣの期間）よりも、吸気弁閉弁位置の変化量（θ１とθ３の期間）の方が大きくなるように設定されているため、吸入空気量Ｑａの確保による高出力化やポンピングロスの低減による燃費性能の向上を両立させることが可能となる。
【００６２】
こうして、ハイブリッド車両のエンジン２に、吸気カム５１の作動角αを連続的に変更可能、かつ、作動角αの増大に応じて開弁時期を早める一方、閉弁時期を遅らせる作動角可変機構５０を備え、低回転高負荷時には最小作動角αminとし、負荷の減少またはエンジン回転数Ｎｅの増大に応じて作動角αを増大させることで、バルブオーバーラップの低減により吸入空気量Ｑａを確保し、全開出力を向上させるとともに、部分負荷時には自己ＥＧＲ率の増大と、吸気管への吹き返しの増大によるポンプロスの低減によって、燃費の向上を図ることができ、出力性能と燃費性能を両立させるとともに、始動または停止時の振動を低減してハイブリッド車両の運転性を確保することができる。
【００６３】
なお、上記実施形態において、吸気カム５１の作動角可変機構として、作動角αを連続的に変更するものについて説明したが、図示はしないが、作動角αが異なる複数のカムを選択的に切り換えて、段階的に作動角αを変更するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両の概略構成図。
【図２】同じくコントローラの概略構成図。
【図３】吸気カムの作動角可変機構の概念図。
【図４】吸気カムの作動角と吸気弁開閉位置及び排気カムとのバルブオーバーラップの変化を示す特性図で、バルブリフトとクランク角の関係を示し、図中実線が最大作動角を、図中一点鎖線が最大作動角をそれぞれ示す。
【図５】エンジン制御部で行われる可変動弁制御の一例を示すフローチャート。
【図６】エンジントルクとエンジン回転数Ｎｅに応じた作動角のマップである。
【図７】エンジンの冷却水温と作動角の関係を示すマップである。
【図８】低回転時のエンジントルクをパラメータとした吸気カムの作動角及び吸気弁の開弁時期と閉弁時期の関係を示す特性図である。
【図９】燃料消費率をパラメータとした吸気カムの作動角と吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の関係を示す特性図である。
【図１０】吸気弁の位相を可変とした場合の、バルブリフトとクランク角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、４ モータ
２ エンジン
３ クラッチ
５ 無段変速機
１２ インバータ
１５ バッテリ
１６ コントローラ
２２ アクセル開度センサ
２５ エアフローメータ
２７ エンジン回転センサ
２８ 水温センサ
２９ カム回転角センサ
３０ モータ制御部
３１ エンジン制御部
３２ クラッチ制御部
３３ モータ制御部
３４ ＣＶＴ制御部
４１ ソレノイド
５０ カム作動角可変機構
５１ 吸気カム
５２ アクチュエータ
５３ 偏心軸
５４ ハウジング
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けた可変動弁機構の制御に関し、特に、内燃機関と電動モータを組み合わせたハイブリッド車両に好適な可変動弁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から排気エミッションを低減するため、エンジンと電動モータを組み合わせて、いずれか一方または双方の駆動力により走行するハイブリッド車両が知られており、例えば、鉄道日本社刊「自動車工学」 ＶＯＬ．４６ Ｎｏ７ １９９７年６月号の第３９頁〜５２頁に開示されるものがある。
【０００３】
このハイブリッド車両では、エンジンの熱効率が低下する低車速域では、主にモータによって車両の推進を行う一方、車速や負荷が増大するとエンジンを始動するとともに、主駆動源をモータからエンジンに切り換えている。
【０００４】
加えて、エンジンには吸気カムシャフトの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えており、例えば、都市部などの走行で発進、停止を繰り返すような運転状況では、エンジンの停止と再始動が頻繁に行われるため、エンジンの始動時には吸気弁閉弁時期を遅らせてエンジンのフリクションを低減することで始動性を向上させ、同様に、エンジンを停止させる際にも、吸気弁閉弁時期を遅らせて、エンジンの実圧縮比を低下させ、起振力を低減させて振動の低減を図っている。また、部分負荷運転時では、バルブオーバーラップを大きく設定することで内部ＥＧＲ率を高めて燃費の向上を図っている。
【０００５】
また、減速時には吸気弁閉弁時期を遅らせて、吸気管内への吹き返しによるポンピングロスを低減することで、回生エネルギーを増大させて燃費の向上を図り、さらに、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めて体積効率を向上させている。
【０００６】
また、特開平９−２４２５２０号公報に開示されるように、図１０に示すように、吸気カムシャフトの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構を備えたエンジンが知られている。
【０００７】
これは、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度及びエンジン冷却水温を検出し、これら検出した運転状態に応じて吸気カムシャフトの位相を変更することで、熱効率や運転性が向上するようにバルブタイミングを設定するもので、例えば、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めて体積効率を向上させ、始動時の安定性を確保している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例において、エンジン始動時の振動低減や部分負荷運転時の燃費向上を優先して吸気弁の位相（弁開閉時期）を設定した場合、特に、エンジン回転数が低いときに高負荷となると、吸気弁閉弁時期を早めているため、有効圧縮比が増大するためノッキング限界空気量が抑制されて、エンジントルクが低下するという問題があり、また、減速時に吸気弁閉弁時期を遅らせて吹き返しによるポンピングロスを低減する場合では、位相可変式の可変動弁機構では、開閉時期の相対関係は一定であるため、吸気弁開弁時期も遅延することになり、バルブオーバーラップが減少して吹き返しの低減を効率よく行うことができないという問題があった。
【０００９】
さらに、冷却水温が低いときには、吸気弁開弁時期を早めているが、吸気弁閉弁時期も早まることになって有効圧縮比が低下し、燃料の気化が低下する低水温時始動性が低下したり、燃焼安定性が低下するという問題があった。また、この低水温時に減速が行われると、吸気弁閉弁時期が遅れるため、燃焼室から吸気管内への吹き返しによって、インジェクタ等に未燃焼燃料やオイル等が付着して作動不良を引き起こす原因となる場合があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、可変動弁機構を備えた内燃機関を、燃費と出力の向上を両立させながら、運転性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンに配設されて吸気弁の開閉時期を変更する可変動弁手段と、運転状態を検出する手段と、この運転状態に応じて前記可変動弁手段を制御する吸気弁制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁制御装置において、前記可変動弁手段は、吸気弁の作動角を最小作動角と最大作動角の間で変更可能であり、前記作動角を最小作動角としたとき前記吸気弁の開弁時期が最も遅くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点に最も近くなり、前記作動角を最大作動角としたときに吸気弁の開弁時期が最も早くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点から最も遅くなるように設定し、前記吸気弁制御手段は、運転状態が低回転高負荷域にある場合に前記作動角を小側に設定する一方、負荷の低減または回転数の増大に応じて作動角を増大する。
【００１２】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記可変動弁手段は、前記作動角を最小作動角としたときの前記吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の前半に位置し、前記作動角を最大作動角としたときの吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の後半に位置するよう設定される。
【００１３】
また、第３の発明は、前記第２の発明において、前記可変動弁手段は、吸気弁の開弁時期の変化量に対して閉弁時期の変化量を大きく設定する。
【００１４】
また、第４の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、車両の減速時、エンジン停止時またはエンジン再始動時に、吸気弁の作動角を大側に設定する。
【００１５】
また、第５の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、水温に応じて吸気弁の作動角を変更する。
【００１６】
また、第６の発明は、前記第５の発明において、前記吸気弁制御手段は、前記水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくする。
【００１７】
また、第７の発明は、前記第１の発明において、前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温で車両が減速する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくする。
【００１８】
【発明の効果】
したがって、第１の発明は、低回転高負荷域では、吸気弁の作動角が小側に設定されて、吸気弁開弁時期が遅くなり、バルブオーバーラップを低減することで残留ガスを低減し、同時に、閉弁時期が早まることにより、吸気管内への吹き返し量を低減することで吸入空気量を確保して出力の向上を図り、運転性を向上することができる。そして、負荷の低減または回転数の増大に応じて作動角を増大することにより、吸気時間が短くなる高回転域では、吸気弁閉弁時期の遅延によって吸気の慣性による吸入空気量を確保でき、同時に、作動角の増大に呼応して吸気弁開弁時期が早められて、バルブオーバーラップが増大することにより掃気効果を高めて残留ガスを低減することが可能となり、エンジンの出力向上を図ることが可能となる。また、部分負荷時には、作動角の増大に応じてバルブオーバーラップが増加し、残留ガスを増大させて自己ＥＧＲ率を高め、同時に、閉弁時期が遅くなることで吸気管への吹き返し量を増大させ、この吹き返しの増大に応じてスロットルバルブを開くことになってポンピングロスの低減を図り燃費の向上が可能となり、特に、エンジンとモータの駆動力を選択して車両の推進を行う一方、減速時にはモータによって回生を行うハイブリッド車両へ適用した場合では、出力の向上と燃費の向上を両立させることができる。
【００１９】
また、第２の発明は、吸気弁の作動角が増大するにつれて、吸気弁の開弁時期を早めると同時に、閉弁時期を遅らせるようにしたため、バルブオーバーラップ量の制御と閉弁時期による吹き返し量の制御を同時に行うことができる。
【００２０】
また、第３の発明は、吸気弁の開弁時期の変化量に対して閉弁時期の変化量を大きく設定することで、吸入空気量の確保による高出力化とポンピングロスの低減による燃費性能の向上を両立させることが可能となる。
【００２１】
また、第４の発明は、車両の減速時、エンジン停止時またはエンジン再始動時に、吸気弁の作動角を大側に設定することにより、例えば、減速時では、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスを低減でき、ハイブリッド車両に適用した場合では、その分回生エネルギーを増大させて燃費性能をさらに向上でき、また、回生状態からエンジンを停止するような場合では、作動角を大側に維持することで、吸気弁閉弁時期を遅らせて有効圧縮比を低下させ、エンジン停止時には圧縮を起振源とするエンジンの振動を抑制でき、また、エンジンの再始動時にも大側に維持しておくことで、再始動時にはエンジンの始動時の振動を抑制することが可能となって、特に、エンジンの始動、停止を繰り返すハイブリッド車両に適用した場合には、静粛性の確保と燃費性能の両立を図ることができる。
【００２２】
また、第５の発明は、エンジンの冷却水温が低温の状態で始動する際には、水温に応じて吸気弁の作動角を変更し、例えば、水温の低下に応じて吸気弁閉弁時期を早めれば、有効圧縮比を向上させて始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、第６の発明は、水温が低温の状態で始動する際には、暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくすることにより、バルブオーバーラップを減少して、吸気行程の初期に発生する燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブの作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させると同時に、有効圧縮比を向上させて始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、第７の発明は、水温が低温の状態でエンジンを始動する際には、暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくすることにより、バルブオーバーラップを減少して、吸気行程の初期に発生する燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブの作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明を適用可能なハイブリッド車両の一例を示し、エンジンまたは電動モータのいずれか一方、または双方の駆動力を用いて走行するものである。
【００２７】
図１において、太実線は機械力の伝達経路を示し、破線は電力の経路を示し、さらに、細実線は制御系統を示し、二重線は油圧系統を示している。
【００２８】
この車両のパワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７及び駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸とエンジン２の出力軸及びクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸及び無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００２９】
クラッチ３の締結時には、エンジン２とモータ４の少なくとも一方が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時には、モータ４のみが車両の推進源となる。これらエンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６及び差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。
【００３０】
ここで、クラッチ３は、例えば、パウダークラッチ等で構成され、解放状態から締結状態までの間で、任意のクラッチ容量に設定することができ、例えば、中間容量のときには、クラッチ３をスリップさせながらトルクを伝達する一方、締結時（最大容量）には、入力軸と出力軸を結合してトルクの伝達を行う。
【００３１】
なお、Ｖベルト式やトロイダル式で構成された無段変速機５には、油圧装置９の図示しないポンプから圧油が供給されており、このポンプはモータ１０によって駆動される。
【００３２】
モータ１（第２モータ）は、主としてエンジン２の始動と発電に用いられ、モータ４（第１モータ）は、主として車両の推進と運動エネルギーの回生に用いられる。
【００３３】
もちろん、クラッチ３の締結時には、モータ１を車両の推進と回生に用いることもでき、モータ４をエンジン２の始動や発電に用いることもできる。なお、モータ１、４、１０は交流機で構成され、それぞれインバータ１１〜１３を介してバッテリ１５に接続される。
【００３４】
上記パワートレインは、マイクロコンピュータを主体に構成されたコントローラ１６によって制御され、このコントローラ１６は、図２に示すように、インバータ１１を介してモータ１による発電やエンジン２の始動を制御するモータ制御部３０、エンジン２の燃料噴射量や点火時期の制御に加え、ソレノイド４１を介して吸気カムシャフトの作動角可変機構５０を制御するエンジン制御部３１、クラッチ３の締結、解放を制御するクラッチ制御部３２、インバータ１２を介してモータ４による推進や回生を制御するモータ制御部３３、車両の運転状態に応じて無段変速機５の変速比を制御するため、インバータ１３、モータ１０を介して油圧装置９を駆動するＣＶＴ制御部３４から構成される。
【００３５】
ここで、運転状態としては、アクセル開度センサ２２が検出したアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃ、エンジン回転数センサ２７が検出したエンジン２の回転数Ｎｅ、エアフローメータ２５が検出した吸入空気量Ｑａ、水温センサ２８が検出したエンジン２の冷却水温Ｔｗ、カム回転角センサ２９が検出した吸気カムの作動角α（開弁から閉弁までのクランク角。以下同様）、入力軸回転センサ２３が検出した無段変速機５の入力軸回転数Ｎｉ、車速センサ２４が検出した車速ＶＳＰ、バッテリ状態センサ２６が検出したバッテリ１５の充電状態（ＳＯＣ＝Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）、バッテリ温度センサ２１が検出したバッテリ１５の温度Ｔｂａｔや図示しないブレーキスイッチが検出したブレーキペダルの踏み込み状態等がコントローラ１６へ入力される。
【００３６】
上記運転状態に基づいて、コントローラ１６は、エンジン２とモータ４の駆動力を選択して車両の駆動を行う一方、アクセルペダルが解放されたときにはモータ４で回生を行い、また、バッテリ１５の状態に応じてエンジン２とモータ１で発電し、バッテリ１５の充電を行うもので、この駆動力制御は、例えば、次表のように設定される。
【００３７】
【表１】
ここで、エンジン２に配設された可変動弁機構としては、図３に示すように、吸気カム５１の作動角（開弁期間及び閉弁時期）を連続的に変更可能なカム作動角可変機構５０を採用した場合について説明する。
【００３９】
これは、特開平９−２４２５２０号公報や特開平９−２６８９３０号公報に開示されるものと同様に、エンジン制御部３１に制御されたソレノイド４１からの油圧に基づいて、偏心軸５３を軸回りに駆動するアクチュエータ５２と、ハウジング５４を介してこの偏心軸５３に連結された吸気カム５１から構成され、回転する吸気カム５１に対して偏心軸５３を軸回りに揺動させることで、図４に示すように、吸気カム５１の作動角を変更して吸気弁（図示せず）の開弁期間及び開閉時期を最大作動角から最小作動角の間で連続的に変更する。
【００４０】
そして、吸気カム５１の作動角は回転角センサ２９によって検出され、エンジン制御部３１は運転状態に応じた値となるようにソレノイド４１を駆動して、吸気カム５１の作動角を制御している。
【００４１】
いま、カム作動角可変機構５０が、図４の一点鎖線に示すように、最小作動角のときには、図示しないピストンの上死点ＴＤＣで吸気弁を開弁させた後、下死吸気弁が開弁する。一方、図４の実線に示すように、最大作動角のときには、図示しないピストンの上死点ＴＤＣより前のθ２（吸気弁開最大進角位置）で吸気弁を開弁させた後、下死点ＢＤＣ後のθ３（吸気弁閉最大遅角位置）で閉弁させ、期間αｍａｘの間だけ吸気弁が開弁し、このとき、クランク角で表される吸気弁開最大進角位置θ２と吸気弁閉最大遅角位置θ３は、
θ２＜ＴＤＣ
ＢＤＣ＜θ１＜θ３
のように設定される。
【００４２】
したがって、作動角αの変化に伴って、吸気弁開弁位置は図４において、最大進角位置θ２から上死点ＴＤＣの間で変化すると同時に、吸気弁閉弁位置は最大値角位置θ３から最大進角位置θ１の間で変化することになる。
【００４３】
また、排気カムと吸気カム５１のオーバーラップは、最小作動角αｍｉｎのとき０°に設定される一方、最大作動角αｍａｘのときには、吸気弁開最大進角位置θ２から上死点ＴＤＣまでの期間が最大オーバーラップΔθに設定される。
【００４４】
ここで、上記エンジン制御部３１で行われる吸気カム５１の作動角制御の一例について、図５のフローチャートを参照しながら以下に詳述する。なお、図５のフローチャートは、所定時間毎、例えば、１０ｍｓｅｃ毎に実行されるものである。
【００４５】
まず、ステップＳ１では、上記図２に示したエンジン回転数センサ２７からエンジン回転数Ｎｅを読み込んで、ステップＳ２で、現在のエンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ０よりも大きいか否かを判定する。
【００４６】
そして、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ０（例えば、アイドル回転数）よりも大きい場合には、作動角制御を行うべくステップＳ３へ進んで、アクセル開度センサ２２が検出したアクセル踏み込み量Ａｃｃを読み込む一方、そうでない場合には、そのまま処理を終了する。
【００４７】
ステップＳ４ではアクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０よりも大きいか否かを判定し、踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０を超える場合にはステップＳ５へ進んで、エアフローメータ２５から吸入空気量Ｑａを読み込む一方、そうでない場合にはステップＳ９以降の処理へ進む。
【００４８】
ステップＳ６では、上記吸入空気量Ｑａとエンジン回転数ＮｅからエンジントルクＴｅを求め、次にステップＳ７では、エンジントルクＴｅとエンジン回転数Ｎｅより図６に示すマップに基づいて作動角αを設定する。
【００４９】
なお、図６のマップは、エンジン回転数Ｎｅが低くエンジントルクＴｅが大きいときに最小作動角αｍｉｎに設定され、エンジントルクＴｅの低下またはエンジン回転数Ｎｅの増大に伴って作動角αが、α０、α１、α２…αｍａｘと順次増大するように設定される。ただし、αｍｉｎ＜α０＜α１＜α２＜……＜αｍａｘである。
【００５０】
こうして求めた作動角αとなるように、ステップＳ８では、図３に示したソレノイド４１を駆動して吸気カム５１の作動角を設定する。
【００５１】
一方、上記４の判定で、踏み込み量Ａｃｃが所定値Ａｃｃ０以下の場合、すなわち、アクセルペダルの解放状態等では、ステップＳ９の処理へ進んで、水温センサ２８からエンジン２の冷却水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ１０で、現在の冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０を超えているか否かを判定する。
【００５２】
暖機が終了して冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０を超えていれば、ステップＳ１１へ進んで作動角αを最大作動角αｍａｘに設定してから上記と同様に、ステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行う一方、冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下の低水温時には、ステップＳ１２へ進んで、図７に示すマップより、冷却水温Ｔｗに応じた作動角αに設定した後に、ステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行うステップＳ８へ進んでカム作動角可変機構５０の駆動を行う。
【００５３】
いま、アクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃが所定量Ａｃｃ０以上踏み込まれた状態では、図６のマップに基づいて作動角αが決定され、エンジン回転数Ｎｅが低くエンジントルクＴｅが大きい低回転高負荷域では、最小作動角αｍｉｎに設定されるため、吸気弁開弁時期は最遅角位置である上死点ＴＤＣとなって、バルブオーバーラップを低減することで残留ガスを低減し、同時に、閉弁時期を最進角位置θ１に早めることにより、図示しない吸気管内への吹き返し量を低減することができるため、吸入空気量Ｑａを確保して出力の向上を図ることができる。
【００５４】
例えば、吸気カム５１の作動角αと吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の関係を、図８、図９のように設定すれば、図中Ａ点では、燃料消費率が最良となる領域で運転を行うことが可能となって、エンジン２の低回転域での熱効率を向上させることが可能となって、ハイブリッド車両の燃費性能を向上させることができる。
【００５５】
ただし、エンジン回転数Ｎｅが増大する高回転域では、α１、α２と順次作動角αが増大し、吸気弁閉弁位置は、図４において、最大進角位置θ１から最大遅角位置θ３へ向けて遅延することにより、吸気時間が短くなる高回転域では、吸気の慣性によって吸入空気量Ｑａを確保できる。同時に、作動角αの増大に呼応して吸気弁開弁位置は、図４において、最大遅角位置ＴＤＣから最大進角位置θ２へ向けて早められ、バルブオーバーラップが増大することにより掃気効果を高めて残留ガスを低減することが可能となり、エンジン２の出力向上を図ることが可能となる。
【００５６】
また、部分負荷時には、図４において、作動角αを高負荷域よりも増大するように設定したため、吸気弁開弁時期を早めることで、バルブオーバーラップを増加し、残留ガスを増大させて自己ＥＧＲ率を高め、同時に、閉弁時期を遅くすることで吸気管への吹き返し量を増大させ、この吹き返しの増大に応じてスロットルバルブ（図示せず）を開くことになってポンピングロスの低減を図り燃費の向上が可能となる。
【００５７】
一方、暖機中などで冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ０以下の低水温時では、図７のマップに示すように、暖機後（Ｔｗ＞Ｔｗ０）の作動角αよりも減少させることで、バルブオーバーラップを減少し、吸気行程の初期に燃焼室や排気管から吸気管内への吹き返しを低減でき、未燃焼燃料やエンジンオイルの付着及び体積を防止して、インジェクタバルブ（図示せず）の作動不良や吸気弁のバルブデポジットを低減させてエンジンの耐久性を向上させることができ、特に、アクセルペダルを解放する減速時に効果がある。
【００５８】
また、同様に、冷間始動時にも吸気カム５１の作動角αを減少することになり、吸気弁閉弁時期を早めることで有効圧縮比を向上させるとともに、圧縮圧力を増大して始動性と始動後の安定性を向上させることが可能となって、車速等に応じてエンジン２の始動、停止を繰り返すハイブリッド車両の運転性を向上させることが可能となる。
【００５９】
さらに、上記制御に加えて、上記表１に示したように、高車速域でアクセルペダルを解放する減速、回生時のように、クラッチ３を締結している場合では、吸気カム５１の作動角αを最大作動角αｍａｘに設定することで、バルブオーバーラップを増大させてポンピングロスを低減でき、その分回生エネルギーを増大させて、ハイブリッド車両の燃費性能をさらに向上できる。
【００６０】
また、上記回生状態からクラッチを解放してエンジン２を停止するような場合では、吸気カム５１の作動角αを最大作動角αｍａｘを維持して、吸気弁閉弁時期を最大遅角位置θ３とし、有効圧縮比を低下させ、吸入空気量Ｑａの低減によってエンジン停止時には圧縮を起振源とするエンジン２の振動を抑制でき、また、エンジン２の再始動時にも最大作動角αｍａｘを維持しておくことで、暖機後の始動時にはエンジン２の始動時の振動を抑制することができ、エンジン２の始動、停止を繰り返すハイブリッド車両の静粛性を確保することができる。
【００６１】
そして、作動角αと吸気弁開弁位置及び吸気弁閉弁位置の関係は、図４に示すように、作動角αの変化に対して、吸気弁開弁位置の変化量（θ２とＴＤＣの期間）よりも、吸気弁閉弁位置の変化量（θ１とθ３の期間）の方が大きくなるように設定されているため、吸入空気量Ｑａの確保による高出力化やポンピングロスの低減による燃費性能の向上を両立させることが可能となる。
【００６２】
こうして、ハイブリッド車両のエンジン２に、吸気カム５１の作動角αを連続的に変更可能、かつ、作動角αの増大に応じて開弁時期を早める一方、閉弁時期を遅らせる作動角可変機構５０を備え、低回転高負荷時には最小作動角αminとし、負荷の減少またはエンジン回転数Ｎｅの増大に応じて作動角αを増大させることで、バルブオーバーラップの低減により吸入空気量Ｑａを確保し、全開出力を向上させるとともに、部分負荷時には自己ＥＧＲ率の増大と、吸気管への吹き返しの増大によるポンプロスの低減によって、燃費の向上を図ることができ、出力性能と燃費性能を両立させるとともに、始動または停止時の振動を低減してハイブリッド車両の運転性を確保することができる。
【００６３】
なお、上記実施形態において、吸気カム５１の作動角可変機構として、作動角αを連続的に変更するものについて説明したが、図示はしないが、作動角αが異なる複数のカムを選択的に切り換えて、段階的に作動角αを変更するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両の概略構成図。
【図２】同じくコントローラの概略構成図。
【図３】吸気カムの作動角可変機構の概念図。
【図４】吸気カムの作動角と吸気弁開閉位置及び排気カムとのバルブオーバーラップの変化を示す特性図で、バルブリフトとクランク角の関係を示し、図中実線が最大作動角を、図中一点鎖線が最大作動角をそれぞれ示す。
【図５】エンジン制御部で行われる可変動弁制御の一例を示すフローチャート。
【図６】エンジントルクとエンジン回転数Ｎｅに応じた作動角のマップである。
【図７】エンジンの冷却水温と作動角の関係を示すマップである。
【図８】低回転時のエンジントルクをパラメータとした吸気カムの作動角及び吸気弁の開弁時期と閉弁時期の関係を示す特性図である。
【図９】燃料消費率をパラメータとした吸気カムの作動角と吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の関係を示す特性図である。
【図１０】吸気弁の位相を可変とした場合の、バルブリフトとクランク角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、４ モータ
２ エンジン
３ クラッチ
５ 無段変速機
１２ インバータ
１５ バッテリ
１６ コントローラ
２２ アクセル開度センサ
２５ エアフローメータ
２７ エンジン回転センサ
２８ 水温センサ
２９ カム回転角センサ
３０ モータ制御部
３１ エンジン制御部
３２ クラッチ制御部
３３ モータ制御部
３４ ＣＶＴ制御部
４１ ソレノイド
５０ カム作動角可変機構
５１ 吸気カム
５２ アクチュエータ
５３ 偏心軸
５４ ハウジング
Claims (7)
- エンジンに配設されて吸気弁の開閉時期を変更する可変動弁手段と、
運転状態を検出する手段と、
この運転状態に応じて前記可変動弁手段を制御する吸気弁制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁制御装置において、
前記可変動弁手段は、吸気弁の作動角を最小作動角と最大作動角の間で変更可能であり、前記作動角を最小作動角としたとき前記吸気弁の開弁時期が最も遅くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点に最も近くなり、前記作動角を最大作動角としたときに吸気弁の開弁時期が最も早くなるとともに、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点から最も遅くなるように設定し、
前記吸気弁制御手段は、運転状態が低回転高負荷域にある場合に前記作動角を小側に設定する一方、負荷の低減または回転数の増大に応じて作動角を増大することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。 - 前記可変動弁手段は、前記作動角を最小作動角としたときの前記吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の前半に位置し、前記作動角を最大作動角としたときの吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の後半に位置するよう設定され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制御装置。
- 前記可変動弁手段は、吸気弁の開弁時期の変化量に対して閉弁時期の変化量を大きく設定したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記吸気弁制御手段は、車両の減速時、エンジン停止時またはエンジン再始動時に、吸気弁の作動角を大側に設定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制御装置。
- 前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、水温に応じて吸気弁の作動角を変更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制御装置。
- 前記吸気弁制御手段は、前記水温が所定値未満の低温でエンジンを始動する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記吸気弁制御手段は、エンジンの冷却水温を検出する手段を備え、この水温が所定値未満の低温で車両が減速する際には、前記水温が所定値以上の暖機状態の作動角に対して、吸気弁の作動角を小さく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制御装置。
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