JP3755253B2 - 圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃焼室内に吸入された空気を圧縮することによって温度上昇させ、この空気と、燃焼室内に噴射供給された燃料とを接触させることによって着火燃焼させる圧縮自着火式内燃機関が知られている。また、内燃機関の始動性及び燃焼騒音を改善するために、機関負荷に応じて、圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期を制御する圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が知られている。この種の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の例としては、例えば実開昭６１−１９６０６号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実開昭６１−１９６０６号公報に記載された装置は、機関回転数や燃焼室内の空燃比に応じて圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期を制御することができない。
【０００４】
そのため、機関回転数が高い場合、機関回転数の高低にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、機関回転数が低い場合に比べて、ピストンの上昇行程が終了する時点が早いために圧縮行程の期間が短くなってしまう。その結果、燃焼室内の空気は十分に温度上昇せず、失火してしまう。
【０００５】
一方、機関回転数が低い場合、機関回転数の高低にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、ピストンの上昇行程が終了する前に自着火してしまう。その結果、燃料の燃焼によるピストンを押し下げようとする力と、上昇行程中にピストンが上昇しようとする力とが打ち消しあってしまい、トルクが低下してしまい、更にピストンとコンロッドとの衝突音が大きくなってしまう。
【０００６】
また、燃焼室内の空燃比がリーンである場合、空燃比がリッチである場合に比べて、圧縮による燃焼室内の空気の時間当たりの温度上昇率が小さい。その結果、空燃比の大小にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、空燃比がリッチである場合に比べて、圧縮行程の期間が不足してしまい、燃焼室内の空気は十分に温度上昇せず、失火してしまう。
【０００７】
一方、燃焼室内の空燃比がリッチである場合、空燃比がリーンである場合に比べて、圧縮による燃焼室内の空気の時間当たりの温度上昇率が大きい。その結果、空燃比の大小にかかわらず同時期に吸気弁を開弁すると、燃焼室内の空気は、ピストンの上昇行程が終了する前に自着火温度に到達し、自着火してしまう。その結果、燃料の燃焼によるピストンを押し下げようとする力と、上昇行程中にピストンが上昇しようとする力とが打ち消しあってしまい、トルクが低下してしまい、更にピストンとコンロッドとの衝突音が大きくなってしまう。
【０００８】
前記問題点に鑑み、本発明は、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止しつつ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、吸気弁を備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、機関回転数の増加に従って前記吸気弁の閉弁時期を早めることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１０】
請求項１に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関回転数が高い場合に、吸気弁の閉弁時期を早めることによって圧縮行程の期間を十分に確保し、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。一方、機関回転数が低い場合に、吸気弁の閉弁時期を遅らせることによって自着火時期を遅らせ、それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼室と吸気弁とを備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比がリーンであるほど、前記吸気弁の閉弁時期を早めることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１２】
請求項２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、空燃比がリーンである場合に、吸気弁の閉弁時期を早めることによって圧縮行程の期間を十分に確保し、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。一方、空燃比がリッチである場合に、吸気弁の閉弁時期を遅らせることによって自着火時期を遅らせ、それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、スロットル弁と前記スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、機関回転数の変化率が正である場合に前記スロットル弁の開度を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１４】
請求項３に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が正である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が不足してしまうにもかかわらず、スロットル開度を増加させることにより、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、スロットル弁と前記スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、機関回転数の変化率が負である場合に前記スロットル弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１６】
請求項４に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が負である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまうにもかかわらず、スロットル開度を減少させることにより、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１はシリンダ内を上下に往復移動するピストン、２はピストン１の移動に従って回転するクランクシャフト２、３はピストン１とクランクシャフト２とを連結しているコンロッドである。４は混合気を燃焼させるための燃焼室、５は吸気ポート、６は排気ポートである。７は吸気ポート５内に設けられた吸気弁、８は排気ポート６内に設けられた排気弁である。９は吸気弁７を駆動するための吸気カム（図示せず）を備えた吸気カムシャフト、１０は排気弁８を駆動するための排気カム（図示せず）を備えた排気カムシャフトである。１１は吸気カムシャフト９に取付けられた吸気カムプーリ、１２は排気カムシャフト１０に取付けられた排気カムプーリ、１３はクランクシャフト２に取付けられたクランクシャフトプーリである。１４はクランクシャフト２の回転駆動力を吸気カムシャフト９及び排気カムシャフト１０に伝達するためのタイミングベルト又はチェーンである。１５は、吸気カムシャフト９と吸気カムプーリ１１との間に設けられた、吸気弁７の作動時期を変更するための公知のＶＶＴ（可変バルブタイミング装置）である。１６は吸気ポート５内に設けられたインジェクタ、１７は吸入空気量を調節するためのスロットル弁である。１８は例えばカム角度センサのような吸気弁７の閉弁時期を検出するための吸気弁閉弁時期検出手段である。１９は排気ポート６内に設けられた空燃比センサ、２０はエンジン回転数センサ、２１はアクセル開度センサである。２２は、ＶＶＴ１５、インジェクタ１６、スロットル弁１７を駆動するスロットル弁駆動手段（図示せず）、吸気弁閉弁時期検出手段１８、空燃比センサ１９、エンジン回転数センサ２０及びアクセル開度センサ２１と電気接続されたＥＣＵである。
【００１９】
図１に示すように、まず、吸気弁７の開弁時のピストン１の下降行程、つまり吸気行程において、空気と燃料とからなる混合気が、吸気ポート５を介して燃焼室４内に吸入される。続いて、吸気弁７の閉弁後のピストン１の上昇行程、つまり圧縮行程において、混合気は温度上昇し、温度上昇した混合気は自着火して爆発する。
【００２０】
図２は本実施形態の弁作動時期制御方法を示すフローチャートである。図１及び図２に示すように、弁作動時期制御が開始すると、まずステップ１０１において、吸気弁閉弁時期検出手段１８により吸気弁７の実際の閉弁時期を読み込む。続いてステップ１０２において、エンジン回転数センサ２０によりエンジン回転数を読み込む。続いてステップ１０３において、排気ポート６内に設けられた空燃比センサ１９が検出した排気の空燃比に基づいて算出された燃焼室４内の混合気の空燃比を読み込む。続いてステップ１０４において、読み込まれたエンジン回転数と、混合気の空燃比と、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された図３に示すマップ値とから目標の閉弁時期を算出する。図３は、エンジン回転数と混合気の空燃比と吸気弁の目標閉弁時期との関係を示したマップである。図３に示すように、吸気弁の目標閉弁時期は、エンジン回転数が増加するに従って早くなり、かつ、混合気の空燃比がリーンになるに従って早くなっている。
【００２１】
図２に戻り、続いてステップ１０５において、吸気弁７の実際閉弁時期が目標閉弁時期よりも早いか否かを判断する。Ｙｅｓと判断した場合には、ステップ１０６において、ＶＶＴ１５により吸気弁７の閉弁時期を遅らせ、続いてステップ１０９に移行する。一方、Ｎｏと判断した場合には、ステップ１０７において、吸気弁７の実際閉弁時期が目標閉弁時期よりも遅いか否かを判断する。Ｙｅｓと判断した場合には、ステップ１０８において、ＶＶＴ１５により吸気弁７の閉弁時期を早め、続いてステップ１０９に移行する。一方、Ｎｏと判断した場合には、そのままステップ１０９に移行する。ステップ１０９において、弁作動時期制御を終了するか否かを判断し、例えばエンジンを停止する場合にはＹｅｓと判断して弁作動時期制御を終了する。一方、弁作動時期制御を継続する場合にはＮｏと判断し、上述したステップを繰り返す。
【００２２】
上述した弁作動時期制御方法により、エンジン回転数が高い場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも早い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０８において吸気弁の閉弁時期を早めることができる。その結果、上死点への到達時期が早いにもかかわらず、圧縮行程の期間を十分に確保することができ、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。
【００２３】
一方、エンジン回転数が低い場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも遅い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０６において吸気弁の閉弁時期を遅らせることができる。その結果、混合気の温度上昇開始時期を遅らせることができ、そのため、上死点への到達時期まで自着火時期を遅らせることができる。それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００２４】
更に混合気の空燃比がリーンである場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも早い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０８において吸気弁の閉弁時期を早めることができる。その結果、温度上昇率の低い混合気を自着火温度まで温度上昇させるのに十分な圧縮行程の期間を確保することができ、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。
【００２５】
一方、空燃比がリッチである場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも遅い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０６において吸気弁の閉弁時期を遅らせることができる。その結果、混合気の温度上昇開始時期を遅らせることができる。そのため、混合気の温度上昇率が高いにもかかわらず、上死点への到達時期まで自着火時期を遅らせることができる。それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００２６】
本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第二の実施形態では、第一の実施形態における弁作動時期制御と共に、エンジン過渡運転時における弁作動時期制御の応答遅れを補うためのスロットル開度変更制御が行われる。図４は本実施形態のスロットル開度変更制御方法を示すフローチャートである。図１及び図４に示すように、スロットル開度変更制御が開始すると、まずステップ２０１において、エンジン回転数センサ２０とアクセル開度センサ２１とにより、第一の時間ｔ1 におけるエンジン回転数Ｎｅ1 （ｔ1 ）とアクセル開度Ｂ1 （ｔ1 ）とを読み込む。続いてステップ２０２において、第一の時間から所定時間経過後の第二の時間ｔ2 におけるエンジン回転数Ｎｅ2 （ｔ2 ）とアクセル開度Ｂ2 （ｔ2 ）とを読み込む。続いてステップ２０３において、エンジン回転数Ｎｅ1 （ｔ1 ）及びＮｅ2 （ｔ2 ）からエンジン回転数の差分ΔＮｅ（＝Ｎｅ2 （ｔ2 ）−Ｎｅ1 （ｔ1 ））を算出する。続いてステップ２０４において、アクセル開度Ｂ1 （ｔ1 ）及びＢ2 （ｔ2 ）からアクセル開度の差分ΔＢ（＝Ｂ2 （ｔ2 ）−Ｂ1 （ｔ1 ））を算出する。
【００２７】
続いてステップ２０５において、エンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜が所定値Ａより大きいか否かを判断する。Ｙｅｓの場合には、エンジン過渡運転時であって弁作動時期制御の応答遅れが発生すると判断してステップ２０６に移行する。Ｎｏの場合には、弁作動時期制御の応答遅れが発生しないと判断してステップ２１３に移行する。ステップ２０６において、エンジン回転数の差分ΔＮｅの値が正であるか否かを判断する。Ｙｅｓである場合には、エンジンの加速時であると判断してステップ２０７に移行する。Ｎｏである場合には、エンジンの減速時であると判断してステップ２１０に移行する。
【００２８】
ステップ２０７において、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された図５に示すマップ値から補正係数αを読み込む。図５は、時刻と補正係数α及びβとの関係を示したマップである。図５に示すように、補正係数αは、正の値であり、スロットル開度変更制御開始から時間の経過と共に減少している。補正係数βは、負の値であり、スロットル開度変更制御開始から時刻の経過と共に増加している。続いてステップ２０８において、補正係数αとアクセル開度の差分の絶対値｜ΔＢ｜とエンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜とからスロットル開度変更制御量ΔＴ（＝α×｜ΔＢ｜×｜ΔＮｅ｜）を算出する。続いてステップ２０９において、ステップ２０８で算出された正のスロットル開度変更制御量ΔＴに基づいて、スロットル弁１７を駆動してスロットル開度を変更制御する、つまりスロットル開度を増加させ、ステップ２１３に移行する。
【００２９】
一方、ステップ２１０においては、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された上述した図５に示すマップ値から補正係数βを読み込む。続いてステップ２１１において、補正係数βとアクセル開度の差分の絶対値｜ΔＢ｜とエンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜とからスロットル開度変更制御量ΔＴ（＝β×｜ΔＢ｜×｜ΔＮｅ｜）を算出する。続いてステップ２１２において、ステップ２１１で算出された負のスロットル開度変更制御量ΔＴに基づいて、スロットル弁１７を駆動してスロットル開度を変更制御する、つまりスロットル開度を減少させ、ステップ２１３に移行する。
【００３０】
ステップ２１３において、スロットル開度変更制御を終了するか否かを判断し、例えばエンジンを停止する場合にはＹｅｓと判断してスロットル開度変更制御を終了する。一方、スロットル開度変更制御を継続する場合にはＮｏと判断し、上述したステップを繰り返す。
【００３１】
図１、図２及び図４において、上述した第一の実施形態の弁作動時期制御では、エンジン過渡運転時のエンジン回転数の差分ΔＮｅの値が正である場合、つまりエンジン回転数の変化率が正である場合、ステップ１０１において実際閉弁時期を読み込んだ時とステップ１０８において閉弁時期を早めた時とでエンジン回転数が変化している。そのため、弁作動時期制御の応答遅れが発生してしまう、つまり、実際に必要なだけ閉弁時期を早めることができない。その結果、実質的な圧縮行程の期間が不足してしまう。上述した第二の実施形態のスロットル開度変更制御では、その場合に、ステップ２０９においてスロットル開度変更制御を行ってスロットル開度を増加させる。その結果、吸気弁７の閉弁時における燃焼室４内の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。尚、上述したように補正係数αは時間の経過と共に減少しているため、弁作動時期制御の応答遅れがなくなるだけ時間が経過すると、スロットル開度変更制御量はゼロになる。
【００３２】
一方、上述した第一の実施形態の弁作動時期制御では、エンジン過渡運転時のエンジン回転数の差分ΔＮｅの値が負である場合、つまりエンジン回転数の変化率が負である場合、ステップ１０１において実際閉弁時期を読み込んだ時とステップ１０６において閉弁時期を遅らせた時とでエンジン回転数が変化している。そのため、弁作動時期制御の応答遅れが発生してしまう、つまり、実際に必要なだけ閉弁時期を遅らせることができない。その結果、実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまう。上述した第二の実施形態のスロットル開度変更制御では、その場合に、ステップ２１２においてスロットル開度変更制御を行ってスロットル開度を減少させる。その結果、吸気弁７の閉弁時における燃焼室４内の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。尚、上述したように補正係数βは時間の経過と共に増加しているため、弁作動時期制御の応答遅れがなくなるだけ時間が経過すると、スロットル開度変更制御量はゼロになる。
【００３３】
尚、上述した実施形態では、エンジン過渡運転時であるか否かをエンジン回転数センサ２０を使用して判断したが、他の実施形態では、トランスミッションの変速が行われたか否かを不図示の検出手段を使用して判断することも可能である。また、図１に示した実施形態ではインジェクタ１６を吸気ポート５内に設けてあるが、他の実施形態では、図６に示すように、インジェクタ１６’を燃焼室４内に設けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、機関回転数が高い場合に、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができると共に、機関回転数が低い場合に、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比がリーンである場合に、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができると共に、空燃比がリッチである場合に、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が正である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が不足してしまうにもかかわらず、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が負である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまうにもかかわらず、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】第一の実施形態の弁作動時期制御方法を示すフローチャートである。
【図３】エンジン回転数と混合気の空燃比と吸気弁の目標閉弁時期との関係を示したマップである。
【図４】本実施形態のスロットル開度変更制御方法を示すフローチャートである。
【図５】時刻と補正係数α及びβとの関係を示したマップである。
【図６】本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の他の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
４…燃焼室
７…吸気弁
１５…ＶＶＴ
１９…空燃比センサ
２０…エンジン回転数センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃焼室内に吸入された空気を圧縮することによって温度上昇させ、この空気と、燃焼室内に噴射供給された燃料とを接触させることによって着火燃焼させる圧縮自着火式内燃機関が知られている。また、内燃機関の始動性及び燃焼騒音を改善するために、機関負荷に応じて、圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期を制御する圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が知られている。この種の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の例としては、例えば実開昭６１−１９６０６号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実開昭６１−１９６０６号公報に記載された装置は、機関回転数や燃焼室内の空燃比に応じて圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期を制御することができない。
【０００４】
そのため、機関回転数が高い場合、機関回転数の高低にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、機関回転数が低い場合に比べて、ピストンの上昇行程が終了する時点が早いために圧縮行程の期間が短くなってしまう。その結果、燃焼室内の空気は十分に温度上昇せず、失火してしまう。
【０００５】
一方、機関回転数が低い場合、機関回転数の高低にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、ピストンの上昇行程が終了する前に自着火してしまう。その結果、燃料の燃焼によるピストンを押し下げようとする力と、上昇行程中にピストンが上昇しようとする力とが打ち消しあってしまい、トルクが低下してしまい、更にピストンとコンロッドとの衝突音が大きくなってしまう。
【０００６】
また、燃焼室内の空燃比がリーンである場合、空燃比がリッチである場合に比べて、圧縮による燃焼室内の空気の時間当たりの温度上昇率が小さい。その結果、空燃比の大小にかかわらず同時期に吸気弁を閉弁すると、空燃比がリッチである場合に比べて、圧縮行程の期間が不足してしまい、燃焼室内の空気は十分に温度上昇せず、失火してしまう。
【０００７】
一方、燃焼室内の空燃比がリッチである場合、空燃比がリーンである場合に比べて、圧縮による燃焼室内の空気の時間当たりの温度上昇率が大きい。その結果、空燃比の大小にかかわらず同時期に吸気弁を開弁すると、燃焼室内の空気は、ピストンの上昇行程が終了する前に自着火温度に到達し、自着火してしまう。その結果、燃料の燃焼によるピストンを押し下げようとする力と、上昇行程中にピストンが上昇しようとする力とが打ち消しあってしまい、トルクが低下してしまい、更にピストンとコンロッドとの衝突音が大きくなってしまう。
【０００８】
前記問題点に鑑み、本発明は、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止しつつ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、吸気弁を備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、機関回転数の増加に従って前記吸気弁の閉弁時期を早めることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１０】
請求項１に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関回転数が高い場合に、吸気弁の閉弁時期を早めることによって圧縮行程の期間を十分に確保し、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。一方、機関回転数が低い場合に、吸気弁の閉弁時期を遅らせることによって自着火時期を遅らせ、それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼室と吸気弁とを備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比がリーンであるほど、前記吸気弁の閉弁時期を早めることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１２】
請求項２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、空燃比がリーンである場合に、吸気弁の閉弁時期を早めることによって圧縮行程の期間を十分に確保し、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。一方、空燃比がリッチである場合に、吸気弁の閉弁時期を遅らせることによって自着火時期を遅らせ、それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、スロットル弁と前記スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、機関回転数の変化率が正である場合に前記スロットル弁の開度を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１４】
請求項３に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が正である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が不足してしまうにもかかわらず、スロットル開度を増加させることにより、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、スロットル弁と前記スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、機関回転数の変化率が負である場合に前記スロットル弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置が提供される。
【００１６】
請求項４に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置では、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が負である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまうにもかかわらず、スロットル開度を減少させることにより、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１はシリンダ内を上下に往復移動するピストン、２はピストン１の移動に従って回転するクランクシャフト２、３はピストン１とクランクシャフト２とを連結しているコンロッドである。４は混合気を燃焼させるための燃焼室、５は吸気ポート、６は排気ポートである。７は吸気ポート５内に設けられた吸気弁、８は排気ポート６内に設けられた排気弁である。９は吸気弁７を駆動するための吸気カム（図示せず）を備えた吸気カムシャフト、１０は排気弁８を駆動するための排気カム（図示せず）を備えた排気カムシャフトである。１１は吸気カムシャフト９に取付けられた吸気カムプーリ、１２は排気カムシャフト１０に取付けられた排気カムプーリ、１３はクランクシャフト２に取付けられたクランクシャフトプーリである。１４はクランクシャフト２の回転駆動力を吸気カムシャフト９及び排気カムシャフト１０に伝達するためのタイミングベルト又はチェーンである。１５は、吸気カムシャフト９と吸気カムプーリ１１との間に設けられた、吸気弁７の作動時期を変更するための公知のＶＶＴ（可変バルブタイミング装置）である。１６は吸気ポート５内に設けられたインジェクタ、１７は吸入空気量を調節するためのスロットル弁である。１８は例えばカム角度センサのような吸気弁７の閉弁時期を検出するための吸気弁閉弁時期検出手段である。１９は排気ポート６内に設けられた空燃比センサ、２０はエンジン回転数センサ、２１はアクセル開度センサである。２２は、ＶＶＴ１５、インジェクタ１６、スロットル弁１７を駆動するスロットル弁駆動手段（図示せず）、吸気弁閉弁時期検出手段１８、空燃比センサ１９、エンジン回転数センサ２０及びアクセル開度センサ２１と電気接続されたＥＣＵである。
【００１９】
図１に示すように、まず、吸気弁７の開弁時のピストン１の下降行程、つまり吸気行程において、空気と燃料とからなる混合気が、吸気ポート５を介して燃焼室４内に吸入される。続いて、吸気弁７の閉弁後のピストン１の上昇行程、つまり圧縮行程において、混合気は温度上昇し、温度上昇した混合気は自着火して爆発する。
【００２０】
図２は本実施形態の弁作動時期制御方法を示すフローチャートである。図１及び図２に示すように、弁作動時期制御が開始すると、まずステップ１０１において、吸気弁閉弁時期検出手段１８により吸気弁７の実際の閉弁時期を読み込む。続いてステップ１０２において、エンジン回転数センサ２０によりエンジン回転数を読み込む。続いてステップ１０３において、排気ポート６内に設けられた空燃比センサ１９が検出した排気の空燃比に基づいて算出された燃焼室４内の混合気の空燃比を読み込む。続いてステップ１０４において、読み込まれたエンジン回転数と、混合気の空燃比と、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された図３に示すマップ値とから目標の閉弁時期を算出する。図３は、エンジン回転数と混合気の空燃比と吸気弁の目標閉弁時期との関係を示したマップである。図３に示すように、吸気弁の目標閉弁時期は、エンジン回転数が増加するに従って早くなり、かつ、混合気の空燃比がリーンになるに従って早くなっている。
【００２１】
図２に戻り、続いてステップ１０５において、吸気弁７の実際閉弁時期が目標閉弁時期よりも早いか否かを判断する。Ｙｅｓと判断した場合には、ステップ１０６において、ＶＶＴ１５により吸気弁７の閉弁時期を遅らせ、続いてステップ１０９に移行する。一方、Ｎｏと判断した場合には、ステップ１０７において、吸気弁７の実際閉弁時期が目標閉弁時期よりも遅いか否かを判断する。Ｙｅｓと判断した場合には、ステップ１０８において、ＶＶＴ１５により吸気弁７の閉弁時期を早め、続いてステップ１０９に移行する。一方、Ｎｏと判断した場合には、そのままステップ１０９に移行する。ステップ１０９において、弁作動時期制御を終了するか否かを判断し、例えばエンジンを停止する場合にはＹｅｓと判断して弁作動時期制御を終了する。一方、弁作動時期制御を継続する場合にはＮｏと判断し、上述したステップを繰り返す。
【００２２】
上述した弁作動時期制御方法により、エンジン回転数が高い場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも早い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０８において吸気弁の閉弁時期を早めることができる。その結果、上死点への到達時期が早いにもかかわらず、圧縮行程の期間を十分に確保することができ、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。
【００２３】
一方、エンジン回転数が低い場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも遅い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０６において吸気弁の閉弁時期を遅らせることができる。その結果、混合気の温度上昇開始時期を遅らせることができ、そのため、上死点への到達時期まで自着火時期を遅らせることができる。それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００２４】
更に混合気の空燃比がリーンである場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも早い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０８において吸気弁の閉弁時期を早めることができる。その結果、温度上昇率の低い混合気を自着火温度まで温度上昇させるのに十分な圧縮行程の期間を確保することができ、それゆえ、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができる。
【００２５】
一方、空燃比がリッチである場合には、ステップ１０４において実際閉弁時期よりも遅い目標閉弁時期を算出し、ステップ１０６において吸気弁の閉弁時期を遅らせることができる。その結果、混合気の温度上昇開始時期を遅らせることができる。そのため、混合気の温度上昇率が高いにもかかわらず、上死点への到達時期まで自着火時期を遅らせることができる。それゆえ、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００２６】
本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第二の実施形態では、第一の実施形態における弁作動時期制御と共に、エンジン過渡運転時における弁作動時期制御の応答遅れを補うためのスロットル開度変更制御が行われる。図４は本実施形態のスロットル開度変更制御方法を示すフローチャートである。図１及び図４に示すように、スロットル開度変更制御が開始すると、まずステップ２０１において、エンジン回転数センサ２０とアクセル開度センサ２１とにより、第一の時間ｔ1 におけるエンジン回転数Ｎｅ1 （ｔ1 ）とアクセル開度Ｂ1 （ｔ1 ）とを読み込む。続いてステップ２０２において、第一の時間から所定時間経過後の第二の時間ｔ2 におけるエンジン回転数Ｎｅ2 （ｔ2 ）とアクセル開度Ｂ2 （ｔ2 ）とを読み込む。続いてステップ２０３において、エンジン回転数Ｎｅ1 （ｔ1 ）及びＮｅ2 （ｔ2 ）からエンジン回転数の差分ΔＮｅ（＝Ｎｅ2 （ｔ2 ）−Ｎｅ1 （ｔ1 ））を算出する。続いてステップ２０４において、アクセル開度Ｂ1 （ｔ1 ）及びＢ2 （ｔ2 ）からアクセル開度の差分ΔＢ（＝Ｂ2 （ｔ2 ）−Ｂ1 （ｔ1 ））を算出する。
【００２７】
続いてステップ２０５において、エンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜が所定値Ａより大きいか否かを判断する。Ｙｅｓの場合には、エンジン過渡運転時であって弁作動時期制御の応答遅れが発生すると判断してステップ２０６に移行する。Ｎｏの場合には、弁作動時期制御の応答遅れが発生しないと判断してステップ２１３に移行する。ステップ２０６において、エンジン回転数の差分ΔＮｅの値が正であるか否かを判断する。Ｙｅｓである場合には、エンジンの加速時であると判断してステップ２０７に移行する。Ｎｏである場合には、エンジンの減速時であると判断してステップ２１０に移行する。
【００２８】
ステップ２０７において、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された図５に示すマップ値から補正係数αを読み込む。図５は、時刻と補正係数α及びβとの関係を示したマップである。図５に示すように、補正係数αは、正の値であり、スロットル開度変更制御開始から時間の経過と共に減少している。補正係数βは、負の値であり、スロットル開度変更制御開始から時刻の経過と共に増加している。続いてステップ２０８において、補正係数αとアクセル開度の差分の絶対値｜ΔＢ｜とエンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜とからスロットル開度変更制御量ΔＴ（＝α×｜ΔＢ｜×｜ΔＮｅ｜）を算出する。続いてステップ２０９において、ステップ２０８で算出された正のスロットル開度変更制御量ΔＴに基づいて、スロットル弁１７を駆動してスロットル開度を変更制御する、つまりスロットル開度を増加させ、ステップ２１３に移行する。
【００２９】
一方、ステップ２１０においては、ＥＣＵ２２のＲＯＭに格納された上述した図５に示すマップ値から補正係数βを読み込む。続いてステップ２１１において、補正係数βとアクセル開度の差分の絶対値｜ΔＢ｜とエンジン回転数の差分の絶対値｜ΔＮｅ｜とからスロットル開度変更制御量ΔＴ（＝β×｜ΔＢ｜×｜ΔＮｅ｜）を算出する。続いてステップ２１２において、ステップ２１１で算出された負のスロットル開度変更制御量ΔＴに基づいて、スロットル弁１７を駆動してスロットル開度を変更制御する、つまりスロットル開度を減少させ、ステップ２１３に移行する。
【００３０】
ステップ２１３において、スロットル開度変更制御を終了するか否かを判断し、例えばエンジンを停止する場合にはＹｅｓと判断してスロットル開度変更制御を終了する。一方、スロットル開度変更制御を継続する場合にはＮｏと判断し、上述したステップを繰り返す。
【００３１】
図１、図２及び図４において、上述した第一の実施形態の弁作動時期制御では、エンジン過渡運転時のエンジン回転数の差分ΔＮｅの値が正である場合、つまりエンジン回転数の変化率が正である場合、ステップ１０１において実際閉弁時期を読み込んだ時とステップ１０８において閉弁時期を早めた時とでエンジン回転数が変化している。そのため、弁作動時期制御の応答遅れが発生してしまう、つまり、実際に必要なだけ閉弁時期を早めることができない。その結果、実質的な圧縮行程の期間が不足してしまう。上述した第二の実施形態のスロットル開度変更制御では、その場合に、ステップ２０９においてスロットル開度変更制御を行ってスロットル開度を増加させる。その結果、吸気弁７の閉弁時における燃焼室４内の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。尚、上述したように補正係数αは時間の経過と共に減少しているため、弁作動時期制御の応答遅れがなくなるだけ時間が経過すると、スロットル開度変更制御量はゼロになる。
【００３２】
一方、上述した第一の実施形態の弁作動時期制御では、エンジン過渡運転時のエンジン回転数の差分ΔＮｅの値が負である場合、つまりエンジン回転数の変化率が負である場合、ステップ１０１において実際閉弁時期を読み込んだ時とステップ１０６において閉弁時期を遅らせた時とでエンジン回転数が変化している。そのため、弁作動時期制御の応答遅れが発生してしまう、つまり、実際に必要なだけ閉弁時期を遅らせることができない。その結果、実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまう。上述した第二の実施形態のスロットル開度変更制御では、その場合に、ステップ２１２においてスロットル開度変更制御を行ってスロットル開度を減少させる。その結果、吸気弁７の閉弁時における燃焼室４内の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。尚、上述したように補正係数βは時間の経過と共に増加しているため、弁作動時期制御の応答遅れがなくなるだけ時間が経過すると、スロットル開度変更制御量はゼロになる。
【００３３】
尚、上述した実施形態では、エンジン過渡運転時であるか否かをエンジン回転数センサ２０を使用して判断したが、他の実施形態では、トランスミッションの変速が行われたか否かを不図示の検出手段を使用して判断することも可能である。また、図１に示した実施形態ではインジェクタ１６を吸気ポート５内に設けてあるが、他の実施形態では、図６に示すように、インジェクタ１６’を燃焼室４内に設けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、機関回転数が高い場合に、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができると共に、機関回転数が低い場合に、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、空燃比がリーンである場合に、圧縮行程の期間の不足に基づく失火を防止することができると共に、空燃比がリッチである場合に、自着火の早過ぎに基づくトルクの低下及びピストンとコンロッドとの衝突音の発生を防止することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が正である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が不足してしまうにもかかわらず、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を増加させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、機関過渡運転時の、機関回転数の変化率が負である場合に、弁作動時期制御の応答遅れが発生して実質的な圧縮行程の期間が過剰になってしまうにもかかわらず、吸気弁の閉弁時の混合気の圧力を減少させることができ、それゆえ、圧縮行程において混合気を必要十分なだけ圧縮し、適切な時期に自着火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】第一の実施形態の弁作動時期制御方法を示すフローチャートである。
【図３】エンジン回転数と混合気の空燃比と吸気弁の目標閉弁時期との関係を示したマップである。
【図４】本実施形態のスロットル開度変更制御方法を示すフローチャートである。
【図５】時刻と補正係数α及びβとの関係を示したマップである。
【図６】本発明の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置の他の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
４…燃焼室
７…吸気弁
１５…ＶＶＴ
１９…空燃比センサ
２０…エンジン回転数センサ
Claims (4)
- 閉弁時期を変更可能な吸気弁を備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、
機関回転数が高くなったときには燃焼室内の混合気の温度が自着火温度に達するように吸気弁の閉弁時期を早くし、且つ機関回転数が低くなったときには燃焼室内の混合気の温度が自着火温度に達する時期が遅くなるように吸気弁の閉弁時期を遅くすることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置。 - 閉弁時期を変更可能な吸気弁と燃焼室とを備えた圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置において、
前記燃焼室に供給される混合気の空燃比が高くなったときには該混合気の温度が自着火温度に達するように吸気弁の閉弁時期を早くし、前記燃焼室に供給される混合気の空燃比が低くなったときには該混合気の温度が自着火温度に達する時期が遅くなるように吸気弁の閉弁時期を遅くすることを特徴とする圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置。 - スロットル弁と該スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、内燃機関の過渡運転時において、機関回転数の変化率が正である場合に前記スロットル弁の開度が増加するように該スロットル弁を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の弁作動時期制御装置。
- スロットル弁と該スロットル弁の開度を変更するスロットル弁開度変更手段とを具備し、前記スロットル弁開度変更手段は、内燃機関の過渡運転時において、機関回転数の変化率が負である場合に前記スロットル弁の開度が減少するように該スロットル弁を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関の便作動時期制御装置。
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