JP4056312B2 - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態に応じて排気バルブの開閉タイミングを変更自在な内燃機関用バルブタイミング制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関用バルブタイミング制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平5−118232号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関に対して外部からの排気還流、即ち、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)制御を行うことなく、燃料消費量の低減(燃費の向上)とNOx (窒素酸化物)の低減との両立を図る技術が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、内燃機関の吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミングの組合わせにより、負荷域全般でNOx を低減させるのに必要な目標の残留排気ガス量、即ち、内部EGR量を確保しつつ、中負荷域以上で燃料消費量の低減が図られるとしている。ここで、前述のものでは、内燃機関の低負荷域において、内部EGR量の増加による燃焼悪化を招くため、燃料消費量を低減することができないばかりか、エミッションを悪化させる可能性が想定される。
【0004】
そこで、この発明はかかる不具合の予測性を解消するためになされたもので、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減可能な内燃機関用バルブタイミング制御装置の提供を課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、クランク角演算手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる直前のクランク角が各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出され、この目標クランク角にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期のクランク角が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【0006】
請求項2の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、クランク角演算手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復するときのクランク角が各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出され、この目標クランク角にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期のクランク角が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧である期間中に排気バルブが開時期となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【0007】
請求項3の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、各種運転パラメータが吸気量、吸気圧に基づく内燃機関の負荷、またはその負荷及び機関回転速度のうち少なくとも何れか1つとされることで、内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出することなく、その遷移状態が各種運転パラメータによって適切に分かるという効果が得られる。
【0008】
請求項4の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、燃焼室内圧検出手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる時点が検出され、この負圧になる時点にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【0009】
請求項5の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、燃焼室内圧検出手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復する時点が検出され、この大気圧近傍まで回復する時点にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧である期間中に排気バルブが開時期となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0011】
〈実施例1〉
図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【0012】
図1において、内燃機関10には吸気通路11が接続され、この吸気通路11には上流側から吸入空気を浄化するエアクリーナ12、吸気量(吸入空気量)QAを検出するエアフローメータ13、この吸気量QAを制御するスロットルバルブ14、吸気脈動を防止するサージタンク15を通って吸気温THAを検出する吸気温センサ16、吸気ポート17に向けて燃料を噴射供給するインジェクタ(燃料噴射弁)18が配設されている。そして、吸気通路11からの空気とインジェクタ18からの燃料との混合気は、吸気ポート17から吸気バルブ19の開閉タイミングに応じて内燃機関10のシリンダブロック20とピストン21とで形成される燃焼室22内に導入される。この燃焼室22内に導入された混合気は、点火プラグ23の火花点火によって燃焼されたのち排気バルブ24の開閉タイミングに応じて排気ポート25を通って排気通路26に排出される。
【0013】
ここで、本実施例の排気バルブ24には、この開閉タイミングを変更自在な電磁アクチュエータ31を用いた周知の可変バルブタイミング制御機構30が接続されている。また、可変バルブタイミング制御機構30には、排気バルブ24のバルブリフト量VLを検出するバルブリフトセンサ32が配設されている。更に、内燃機関10には、そのクランクシャフト27の回転角であるクランク角CAを検出するクランク角センサ28が配設されている。
【0014】
エアフローメータ13からの吸気量QA、吸気温センサ16からの吸気温THA、バルブリフトセンサ32からのバルブリフト量VL、クランク角センサ28からのクランク角CA等が、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)40に入力される。このECU40は周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのCPU、制御プログラムや制御マップ等を格納したROM、各種データ等を格納するRAM、B/U(バックアップ)RAM、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。そして、ECU40からインジェクタ18に対する燃料噴射量TAU、点火プラグ23に対する点火時期Ig、電磁アクチュエータ31に対する排気バルブ24のバルブ駆動信号VD等の制御信号が出力される。
【0015】
次に、本実施例にかかる内燃機関10の吸気バルブ19及び排気バルブ24の開期間に対応する燃焼室22内の圧力Pの挙動について、図2、図3及び図4を参照して説明する。ここで、図2は内燃機関10の低負荷域における燃焼室22内の圧力Pの挙動を示す特性図、図3は図2のA部拡大詳細図である。また、図4は比較のための内燃機関10の中高負荷域における燃焼室22内の圧力Pの挙動を示す特性図である。
【0016】
図4に示すように、内燃機関10の中高負荷域においては、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角〔°CA(Crank Angle)〕に対して燃焼室22内の圧力Pは、太い実線にて示すような挙動となる。つまり、内燃機関10の中高負荷域では、内燃機関10の連続する吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程のうち、TDC(Top Dead Center:圧縮上死点)以降の燃焼行程及び排気行程で、燃焼室22内の圧力Pが大気圧よりも低くなり負圧となることはない。
【0017】
これに対して、図2及び図3に示すように、内燃機関10の低負荷域においては、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角〔°CA〕に対して燃焼室22内の圧力Pは、太い実線にて示すような挙動となる。つまり、内燃機関10の低負荷域では、内燃機関10の連続する吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程のうち、TDC以降の燃焼行程で、燃焼室22内の圧力Pが大気圧よりも低くなる負圧期間がある。この負圧期間中に、通常制御による開期間では、排気バルブ24が開状態となるため、既燃ガスを外部へ排出する際に生じる排気損失としてのポンピングロスとなり、内燃機関10の低負荷域での燃料消費量の悪化を招く要因となっている。
【0018】
そこで、本実施例では、内燃機関10の低負荷域における排気損失としてのポンピングロスをなくすことを主眼とし、排気バルブ24の開期間における開時期(開弁タイミング)を可変バルブタイミング制御機構30を用い、図3に太い実線にて示すような、通常(Standard)制御による燃焼室22内の圧力Pの挙動を、進角制御または遅角制御によって変更するものである。即ち、通常制御による排気バルブ24の開期間における開時期である『STD』位置を、図3に太い破線にて示すように、進角制御によって燃焼室22内の圧力Pが負圧になる直前の『S(進角)』位置まで進めるものであり、または図3に太い一点鎖線にて示すように、遅角制御によって燃焼室22内の圧力Pが一旦負圧になったのち大気圧近傍まで回復する『T(遅角)』位置まで遅らせるものである。
【0019】
まず、本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECU40における可変バルブタイミング制御機構30による進角制御の処理手順を示す図5のフローチャートに基づき、上述の図3及び図4を参照して説明する。なお、この進角制御ルーチンは所定時間毎にECU40にて繰返し実行される。
【0020】
図5において、まず、ステップS101で、エアフローメータ13からの吸気量QA〔g/sec〕が読込まれる。次にステップS102に移行して、吸気温センサ16からの吸気温THA〔℃〕が読込まれる。次にステップS103に移行して、クランク角センサ28からのクランク角CAに基づく機関回転速度NE〔rpm〕が読込まれる。次にステップS104に移行して、このときの運転状態に応じた燃料噴射量TAUが算出される。次にステップS105に移行して、このときの運転状態に応じた点火時期Igが算出される。
【0021】
次にステップS106に移行して、内燃機関10の燃焼行程中の燃焼室22内の圧力Pが、各種運転パラメータとして、吸気量QA、吸気温THA、燃料噴射量TAU、点火時期Igに基づき算出されると共に、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、負圧になる直前、即ち、大気圧に等しくなるときのクランク角が目標クランク角TGCAとして算出される。次にステップS107に移行して、内燃機関10の燃焼行程中に燃焼室22内が負圧になるかが判定される。ステップS107の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関10の燃焼行程中に燃焼室22内の圧力Pが負圧にならず、即ち、内燃機関10の運転状態が中高負荷域にあるときにはステップS108に移行し、通常の開時期による制御処理として、通常制御による排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図4に示す『STD』位置となるよう制御され、本ルーチンを終了する。
【0022】
一方、ステップS107の判定条件が成立、即ち、内燃機関10の燃焼行程中に燃焼室22内の圧力Pが負圧になるような内燃機関10の運転状態が低負荷域にあるときにはステップS109に移行し、排気バルブ24の開時期がステップS106で算出された目標クランク角TGCAとなるようバルブ駆動信号VDが出力される。次にステップS110に移行して、バルブリフトセンサ32による排気バルブ24の現在のバルブリフト量VLが読込まれる。このバルブリフトセンサ32からのバルブリフト量VLは、排気バルブ24の開閉タイミングやバルブリフト量VLの異常を判定するためのものである。
【0023】
次にステップS111に移行して、クランク角センサ28からの現在のクランク角CAが読込まれる。次にステップS112に移行して、目標クランク角TGCAで排気バルブ24が開時期となったかが判定される。ステップS112の判定条件が成立、即ち、ステップS106で算出された目標クランク角TGCAとステップS111で読込まれた現在のクランク角CAとが一致するときには、排気バルブ24が好適な開時期にて開弁しているとして、バルブ駆動信号VDを変更することなく本ルーチンを終了する。
【0024】
一方、ステップS112の判定条件が成立せず、即ち、ステップS106で算出された目標クランク角TGCAとステップS111で読込まれた現在のクランク角CAとが一致しないときにはステップS113に移行し、目標クランク角TGCAよりも排気バルブ24の開時期である現在のクランク角CAの方が早いかが判定される。ステップS113の判定条件が成立、即ち、目標クランク角TGCAよりも排気バルブ24の開時期である現在のクランク角CAの方が早いときにはステップS114に移行し、バルブ駆動信号VDが遅角側に所定クランク角だけ変更され、本ルーチンを終了する。
【0025】
一方、ステップS113の判定条件が成立せず、即ち、目標クランク角TGCAよりも排気バルブ24の開時期である現在のクランク角CAの方が遅いときにはステップS115に移行し、バルブ駆動信号VDが進角側に所定クランク角だけ変更され、本ルーチンを終了する。上述の進角制御ルーチンにより、排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図3に示す『S』位置、即ち、目標クランク角TGCAに一致される。
【0026】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の排気バルブ24の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構30と、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角CAを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ28と、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、負圧になる直前のクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角TGCAとして算出するECU40にて達成されるクランク角演算手段と、クランク角センサ28で検出された排気バルブ24の開時期のクランク角CAが前記クランク角演算手段で算出された目標クランク角TGCAに一致するよう可変バルブタイミング制御機構30を制御するECU40にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、各種運転パラメータを吸気量QAに基づく内燃機関10の負荷及び機関回転速度NEとするものである。
【0027】
つまり、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、負圧になる直前のクランク角が目標クランク角TGCAとして、吸気量QAに基づく内燃機関10の負荷及び機関回転速度NEによって算出され、この目標クランク角TGCAに排気バルブ24の開時期のクランク角CAが一致するよう可変バルブタイミング制御機構30が制御される。これにより、内燃機関10の低負荷域における燃焼室22内の圧力Pが負圧となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【0028】
次に、本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECU40における可変バルブタイミング制御機構30による遅角制御の処理手順を示す図6のフローチャートに基づき、上述の図3を参照して説明する。なお、この遅角制御ルーチンは所定時間毎にECU40にて繰返し実行される。
【0029】
図6において、ステップS201〜ステップS205、ステップS207、ステップS208、ステップS210〜ステップS215については、上述の実施例におけるステップS101〜ステップS105、ステップS107、ステップS108、ステップS110〜ステップS115に対応しているため、その詳細な説明を省略する。
【0030】
ステップS206では、内燃機関10の燃焼行程中の燃焼室22内の圧力Pが、各種運転パラメータとして、吸気量QA、吸気温THA、燃料噴射量TAU、点火時期Igに基づき算出されると共に、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室22内の圧力Pが大気圧近傍まで回復するときのクランク角が目標クランク角TGCAとして算出される。次にステップS209に移行して、排気バルブ24の開時期がステップS206で算出された目標クランク角TGCAとなるようバルブ駆動信号VDが出力される。上述の遅角制御ルーチンにより、排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図3に示す『T』位置、即ち、目標クランク角TGCAに一致される。
【0031】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の排気バルブ24の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構30と、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角CAを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ28と、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室22内の圧力Pが大気圧近傍まで回復するときのクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角TGCAとして算出するECU40にて達成されるクランク角演算手段と、クランク角センサ28で検出された排気バルブ24の開時期のクランク角CAが前記クランク角演算手段で算出された目標クランク角TGCAに一致するよう可変バルブタイミング制御機構30を制御するECU40にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、各種運転パラメータを吸気量QAに基づく内燃機関10の負荷及び機関回転速度NEとするものである。
【0032】
つまり、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室22内の圧力Pが大気圧近傍まで回復するときのクランク角が目標クランク角TGCAとして、吸気量QAに基づく内燃機関10の負荷及び機関回転速度NEによって算出され、この目標クランク角TGCAに排気バルブ24の開時期のクランク角CAが一致するよう可変バルブタイミング制御機構30が制御される。これにより、内燃機関10の低負荷域における燃焼室22内の圧力Pが負圧である期間中に排気バルブ24が開時期となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【0033】
〈実施例2〉
図7は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。なお、図中、上述の第1実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その相違点のみについて説明する。
【0034】
本実施例では、図7に示すように、内燃機関10のシリンダブロック20側壁に燃焼室22内に臨んで筒内圧センサ29が配設され、一方、上述の第1実施例の図1に示す吸気通路11からエアフローメータ13及び吸気温センサ16が取外されている。即ち、本実施例においては、筒内圧センサ29にて燃焼室22内の圧力Pを直接検出することができるため、燃焼室22内の圧力Pをエアフローメータ13からの吸気量QAや吸気温センサ16からの吸気温THA等の運転パラメータによって算出する必要がないのである。
【0035】
次に、本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECU40における可変バルブタイミング制御機構30による進角制御の処理手順を示す図8のフローチャートに基づき、上述の図3を参照して説明する。なお、この進角制御ルーチンは所定時間毎にECU40にて繰返し実行される。
【0036】
図8において、まず、ステップS301で、クランク角センサ28からの現在のクランク角CAが読込まれる。次にステップS302に移行して、ステップS301で読込まれたクランク角CAが排気バルブ24の通常制御による排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図3に示す『STD』位置よりも前であるかが判定される。ステップS302の判定条件が成立せず、即ち、排気バルブ24の通常制御による開時期よりも後であるときにはステップS303に移行し、排気バルブ24が開状態とされ、本ルーチンを終了する。
【0037】
一方、ステップS302の判定条件が成立、即ち、排気バルブ24の通常制御による開時期よりも前であるときにはステップS304に移行し、筒内圧センサ29からの筒内圧(燃焼室22内の圧力)Pが読込まれる。次にステップS305に移行して、ステップS304で読込まれた筒内圧Pが基準圧Pth(図3参照)以下となったかが判定される。ここで、基準圧Pthは可変バルブタイミング制御機構30等の応答遅れを考慮して設定される。ステップS305の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Pが基準圧Pthを越え未だ大きいときにはステップS301に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【0038】
一方、ステップS305の判定条件が成立、即ち、筒内圧Pが基準圧Pth以下と小さくなったときにはステップS306に移行し、排気バルブ24を開状態とするようバルブ駆動信号VDが出力され、本ルーチンを終了する。上述の進角制御ルーチンにより、排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図3に示す『S』位置に一致される。
【0039】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の排気バルブ24の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構30と、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角CAを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ28と、内燃機関10の燃焼室22内の圧力を筒内圧Pとして直接検出する燃焼室内圧検出手段としての筒内圧センサ29と、内燃機関10の燃焼行程で筒内圧Pが降下し、負圧になる時点を筒内圧センサ29により検出し、この時点に排気バルブ24の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構30を制御するECU40にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。
【0040】
つまり、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、負圧になる時点が筒内圧センサ29にて検出され、この負圧になる時点に排気バルブ24の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構30が制御される。これにより、内燃機関10の低負荷域における燃焼室22内の圧力Pが負圧となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【0041】
次に、本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECU40における可変バルブタイミング制御機構30による遅角制御の処理手順を示す図9のフローチャートに基づき、上述の図3を参照して説明する。なお、この遅角制御ルーチンは所定時間毎にECU40にて繰返し実行される。
【0042】
図9において、まず、ステップS401で、クランク角センサ28からの現在のクランク角CAが読込まれる。次にステップS402に移行して、ステップS401で読込まれたクランク角CAから内燃機関10が燃焼行程中であるかが判定される。ステップS402の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関10が排気行程中であるときにはステップS403に移行し、排気バルブ24が開状態とされ、本ルーチンを終了する。
【0043】
一方、ステップS402の判定条件が成立、即ち、内燃機関10が燃焼行程中であるときにはステップS404に移行し、筒内圧センサ29からの筒内圧(燃焼室22内の圧力)Pが読込まれる。次にステップS405に移行して、ステップS404で読込まれた筒内圧Pが基準圧としての、例えば、大気圧以下となったかが判定される。ステップS405の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Pが大気圧を越え未だ大きいときにはステップS401に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【0044】
一方、ステップS405の判定条件が成立、即ち、筒内圧Pが大気圧以下と小さくなったときには、図3に示すBDC(Bottom Dead Center:燃焼下死点)以降に排気バルブ24を開状態とするようステップS406に移行し、クランク角センサ28からの現在のクランク角CAが読込まれる。次にステップS407に移行して、ステップS406で読込まれたクランク角CAから内燃機関10が排気行程中であるかが判定される。ステップS407の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関10が未だ燃焼行程中であるときにはステップS406に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【0045】
そして、ステップS407の判定条件が成立、即ち、内燃機関10が排気行程中であるときにはステップS408に移行し、筒内圧センサ29からの筒内圧Pが読込まれる。次にステップS409に移行して、筒内圧Pが大気圧以上となったかが判定される。ステップS409の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Pが大気圧未満と小さいときにはステップS408に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【0046】
一方、ステップS409の判定条件が成立、即ち、筒内圧Pが大気圧以上と大きくなったときにはステップS410に移行し、排気バルブ24を開状態とするようバルブ駆動信号VDが出力され、本ルーチンを終了する。上述の遅角制御ルーチンにより、排気バルブ24の開期間における開時期であるクランク角CAが、図3に示す『T』位置に一致される。
【0047】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の排気バルブ24の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構30と、内燃機関10のクランクシャフト27の回転角であるクランク角CAを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ28と、内燃機関10の燃焼室22内の圧力を筒内圧Pとして直接検出する燃焼室内圧検出手段としての筒内圧センサ29と、内燃機関10の燃焼行程で筒内圧Pが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室22内の圧力Pが大気圧近傍まで回復する時点を筒内圧センサ29により検出し、この時点に排気バルブ24の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構30を制御するECU40にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。
【0048】
つまり、内燃機関10の燃焼行程で燃焼室22内の圧力Pが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室22内の圧力Pが大気圧近傍まで回復する時点が筒内圧センサ29にて検出され、この大気圧近傍まで回復する時点に排気バルブ24の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構30が制御される。これにより、内燃機関10の低負荷域における燃焼室22内の圧力Pが負圧である期間中に排気バルブ24が開時期となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【0049】
ここで、上記実施例による燃料消費量の低減効果について、排気バルブ24の開期間における開時期と燃料消費量〔g/min〕との関係を示す図10の特性図を参照して説明する。なお、この特性図を得るため、具体的に、内燃機関10を総排気量1.5〔l〕、直列4気筒、圧縮比ε=10.5、その運転条件を1000〔rpm〕、0(無負荷)〔Nm〕、油水温80〔℃〕とした。
【0050】
図10に示すように、排気バルブ24に対する通常制御による開期間の開時期を進角させる進角制御によれば、このときのクランク角〔°CA〕を進角最良値(図3に示す『S』位置)に設定することで、燃料消費量が通常制御による開期間の開時期である『STD』位置のときより2〔%〕少なくできることが分かった。また、図10に示すように、排気バルブ24に対する通常制御による開期間の開時期を遅角させる遅角制御によれば、このときのクランク角〔°CA〕を遅角最良値(図3に示す『T』位置)に設定することで、燃料消費量が通常制御による開期間の開時期である『STD』位置のときより5〔%〕少なくできることが分かった。
【0051】
ところで、上記実施例では、便宜上、内燃機関を構成する1気筒の排気バルブに対する制御について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関が複数気筒からなるものでは、各気筒の排気バルブに対して同様の制御を実施することで、同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図2】 図2は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力変化を示す特性図である。
【図3】 図3は図2のA部拡大詳細図である。
【図4】 図4は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の中高負荷域における燃焼室内の圧力変化を示す特性図である。
【図5】 図5は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECUにおける可変バルブタイミング制御機構による進角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図6】 図6は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECUにおける可変バルブタイミング制御機構による遅角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図7】 図7は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図8】 図8は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECUにおける可変バルブタイミング制御機構による進角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図9】 図9は本発明の実施の形態の第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECUにおける可変バルブタイミング制御機構による遅角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図10】 図10は本発明の実施の形態の第1実施例乃至第2実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置における排気バルブの開時期の進角制御及び遅角制御による燃料消費量の低減効果を示す特性図である。
【符号の説明】
10 内燃機関
13 エアフローメータ
22 燃焼室
24 排気バルブ
27 クランクシャフト
28 クランク角センサ
29 筒内圧センサ
30 可変バルブタイミング制御機構
40 ECU(電子制御ユニット)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve timing control device for an internal combustion engine that can change the opening / closing timing of an exhaust valve in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a prior art document relating to a valve timing control device for an internal combustion engine, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-118232 is known. In this system, reduction of fuel consumption (improvement of fuel consumption) and NOx (nitrogen oxide) are performed without performing exhaust gas recirculation (exhaust gas recirculation) control from the outside to the internal combustion engine. ) Shows a technology for achieving both reductions in
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned, the target residual exhaust gas amount, that is, the internal EGR amount necessary for reducing NOx in the entire load range is secured by combining the opening / closing timings of the intake valve and exhaust valve of the internal combustion engine. However, it is said that fuel consumption can be reduced above the middle load range. Here, in the above-mentioned thing, in the low load region of the internal combustion engine, combustion deterioration due to an increase in the internal EGR amount is caused, so that not only the fuel consumption cannot be reduced but also the possibility of worsening the emission is assumed. .
[0004]
Therefore, the present invention has been made to eliminate the predictability of such a problem, and is a valve timing control device for an internal combustion engine that can reduce fuel consumption without causing deterioration of combustion in a low load region of the internal combustion engine. Offering is an issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the valve timing control device for an internal combustion engine of claim 1, the crank angle immediately before the pressure in the combustion chamber drops and becomes negative in the combustion stroke of the internal combustion engine by the crank angle calculation means is set based on various operating parameters. The variable valve timing control mechanism is controlled by the valve timing control means so that the crank angle calculated as the crank angle and the crank angle of the exhaust valve opening timing detected by the crank angle detection means coincides with the target crank angle. As a result, the pressure in the combustion chamber in the low load region of the internal combustion engine is prevented from becoming a negative pressure, so that the pumping loss as an exhaust loss can be eliminated and the combustion in the low load region of the internal combustion engine is deteriorated. Without incurring fuel consumption.
[0006]
According to the valve timing control apparatus for an internal combustion engine of
[0007]
In the valve timing control device for an internal combustion engine according to claim 3, the various operating parameters are set to at least one of the load of the internal combustion engine based on the intake air amount, the intake pressure, or the load and the engine rotational speed. Without directly detecting the pressure in the combustion chamber, it is possible to obtain an effect that the transition state can be appropriately understood by various operation parameters.
[0008]
According to the valve timing control apparatus for an internal combustion engine of claim 4, the point in time when the pressure in the combustion chamber drops and becomes negative in the combustion stroke of the internal combustion engine is detected by the combustion chamber pressure detection means, and this negative pressure is reached. The variable valve timing control mechanism is controlled by the valve timing control means so that the opening timing of the exhaust valve detected by the crank angle detection means coincides with the time point. As a result, the pressure in the combustion chamber in the low load region of the internal combustion engine is prevented from becoming a negative pressure, so that the pumping loss as an exhaust loss can be eliminated and the combustion in the low load region of the internal combustion engine is deteriorated. Without incurring fuel consumption.
[0009]
According to the valve timing control device for an internal combustion engine of
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
[0011]
<Example 1>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a valve timing control device for an internal combustion engine according to a first example of an embodiment of the present invention is applied and its peripheral devices.
[0012]
In FIG. 1, an
[0013]
Here, a known variable valve
[0014]
The intake air amount QA from the
[0015]
Next, the behavior of the pressure P in the
[0016]
As shown in FIG. 4, in the middle and high load range of the
[0017]
In contrast, as shown in FIGS. 2 and 3, in the low load region of the
[0018]
Therefore, in this embodiment, the main point is to eliminate the pumping loss as the exhaust loss in the low load region of the
[0019]
First, based on the flowchart of FIG. 5 showing the processing procedure of the advance angle control by the variable valve
[0020]
In FIG. 5, first, in step S101, the intake air amount QA [g / sec] from the
[0021]
Next, in step S106, the pressure P in the
[0022]
On the other hand, when the determination condition of step S107 is satisfied, that is, when the operating state of the
[0023]
Next, the process proceeds to step S111, and the current crank angle CA from the
[0024]
On the other hand, if the determination condition in step S112 is not satisfied, that is, if the target crank angle TGCA calculated in step S106 does not match the current crank angle CA read in step S111, the process proceeds to step S113, and the target crank angle It is determined whether the current crank angle CA, which is the opening timing of the
[0025]
On the other hand, when the determination condition of step S113 is not satisfied, that is, when the current crank angle CA, which is the opening timing of the
[0026]
As described above, the valve timing control device for the internal combustion engine of the present embodiment is based on the variable valve
[0027]
That is, the pressure P in the
[0028]
Next, FIG. 6 is a flowchart showing the processing procedure of the retard control by the variable valve
[0029]
In FIG. 6, Step S201 to Step S205, Step S207, Step S208, Step S210 to Step S215 correspond to Step S101 to Step S105, Step S107, Step S108, Step S110 to Step S115 in the above-described embodiment. Therefore, detailed description thereof is omitted.
[0030]
In step S206, the pressure P in the
[0031]
As described above, the valve timing control device for the internal combustion engine of the present embodiment is based on the variable valve
[0032]
That is, after the pressure P in the
[0033]
<Example 2>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which the valve timing control device for an internal combustion engine according to a second example of the embodiment of the present invention is applied and its peripheral devices. In the figure, components having the same configuration or corresponding parts as those in the first embodiment are given the same reference numerals and symbols, and only the differences will be described.
[0034]
In this embodiment, as shown in FIG. 7, an in-
[0035]
Next, FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the advance angle control by the variable valve
[0036]
In FIG. 8, first, in step S301, the current crank angle CA from the
[0037]
On the other hand, when the determination condition of step S302 is satisfied, that is, before the opening timing by the normal control of the
[0038]
On the other hand, when the determination condition of step S305 is satisfied, that is, when the in-cylinder pressure P becomes smaller than the reference pressure Pth, the routine proceeds to step S306, where the valve drive signal VD is output to open the
[0039]
As described above, the valve timing control device for the internal combustion engine of the present embodiment is based on the variable valve
[0040]
That is, when the pressure P in the
[0041]
Next, a flowchart of FIG. 9 showing the processing procedure of the retard control by the variable valve
[0042]
In FIG. 9, first, in step S401, the current crank angle CA from the
[0043]
On the other hand, when the determination condition of step S402 is satisfied, that is, when the
[0044]
On the other hand, when the determination condition in step S405 is satisfied, that is, when the in-cylinder pressure P becomes smaller than the atmospheric pressure, the
[0045]
When the determination condition of step S407 is satisfied, that is, when the
[0046]
On the other hand, when the determination condition of step S409 is satisfied, that is, when the in-cylinder pressure P becomes larger than the atmospheric pressure, the routine proceeds to step S410, where the valve drive signal VD is output to open the
[0047]
As described above, the valve timing control device for the internal combustion engine of the present embodiment is based on the variable valve
[0048]
That is, after the pressure P in the
[0049]
Here, the effect of reducing the fuel consumption by the above embodiment will be described with reference to the characteristic diagram of FIG. 10 showing the relationship between the opening timing of the
[0050]
As shown in FIG. 10, according to the advance angle control for advancing the opening timing of the open period by the normal control for the
[0051]
In the above embodiment, for the sake of convenience, the control for the exhaust valve of one cylinder constituting the internal combustion engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and the internal combustion engine includes a plurality of cylinders. Therefore, the same effect can be expected by performing the same control on the exhaust valve of each cylinder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine and its peripheral devices to which a valve timing control device for an internal combustion engine according to a first example of an embodiment of the invention is applied.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a pressure change in a combustion chamber in a low load region of the internal combustion engine to which the valve timing control device for an internal combustion engine according to the first example of the embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is an enlarged detail view of part A in FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in pressure in the combustion chamber in a medium and high load region of the internal combustion engine to which the valve timing control device for an internal combustion engine according to the first example of the embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of advance angle control by a variable valve timing control mechanism in an ECU used in the valve timing control device for an internal combustion engine according to the first example of the embodiment of the present invention; is there.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of retardation control by a variable valve timing control mechanism in the ECU used in the valve timing control device for an internal combustion engine according to the first example of the embodiment of the present invention; is there.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which the valve timing control device for an internal combustion engine according to a second example of the embodiment of the present invention is applied and its peripheral devices.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the advance angle control by the variable valve timing control mechanism in the ECU used in the valve timing control device for an internal combustion engine according to the second example of the embodiment of the invention. is there.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of retardation control by a variable valve timing control mechanism in the ECU used in the valve timing control device for an internal combustion engine according to the second example of the embodiment of the invention. is there.
FIG. 10 is a fuel consumption amount by the advance control and retard control of the exhaust valve opening timing in the valve timing control device for an internal combustion engine according to the first to second examples of the embodiment of the present invention; It is a characteristic view which shows the reduction effect of.
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine
13 Air flow meter
22 Combustion chamber
24 Exhaust valve
27 Crankshaft
28 Crank angle sensor
29 In-cylinder pressure sensor
30 Variable valve timing control mechanism
40 ECU (Electronic Control Unit)
Claims (5)
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる直前のクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出するクランク角演算手段と、
前記クランク角検出手段で検出された前記排気バルブの開時期のクランク角が前記クランク角演算手段で算出された前記目標クランク角に一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。A variable valve timing control mechanism capable of changing the opening and closing timing of the exhaust valve of the internal combustion engine;
Crank angle detecting means for detecting a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft of the internal combustion engine;
A crank angle calculation means for calculating a crank angle immediately before the pressure in the combustion chamber drops and becomes negative pressure in the combustion stroke of the internal combustion engine as a target crank angle based on various operating parameters;
Valve timing control means for controlling the variable valve timing control mechanism so that the crank angle at the opening timing of the exhaust valve detected by the crank angle detection means matches the target crank angle calculated by the crank angle calculation means; A valve timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で前記燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復するときのクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出するクランク角演算手段と、
前記クランク角検出手段で検出された前記排気バルブの開時期のクランク角が前記クランク角演算手段で算出された前記目標クランク角に一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。A variable valve timing control mechanism capable of changing the opening and closing timing of the exhaust valve of the internal combustion engine;
Crank angle detecting means for detecting a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft of the internal combustion engine;
Based on various operating parameters, the crank angle when the pressure in the combustion chamber drops during the combustion stroke of the internal combustion engine and once becomes negative pressure, and then the pressure in the combustion chamber recovers to near atmospheric pressure in the subsequent exhaust stroke. A crank angle calculating means for calculating the crank angle;
Valve timing control means for controlling the variable valve timing control mechanism so that the crank angle at the opening timing of the exhaust valve detected by the crank angle detection means matches the target crank angle calculated by the crank angle calculation means; A valve timing control device for an internal combustion engine, comprising:
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出する燃焼室内圧検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で前記燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる時点を前記燃焼室内圧検出手段により検出し、この時点に前記排気バルブの開時期が一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。A variable valve timing control mechanism capable of changing the opening and closing timing of the exhaust valve of the internal combustion engine;
Crank angle detecting means for detecting a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft of the internal combustion engine;
Combustion chamber pressure detection means for directly detecting the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine;
The time when the pressure in the combustion chamber drops and becomes negative in the combustion stroke of the internal combustion engine is detected by the combustion chamber pressure detecting means, and the variable valve timing control is performed so that the opening timing of the exhaust valve coincides with this time. A valve timing control device for an internal combustion engine, comprising: valve timing control means for controlling the mechanism.
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出する燃焼室内圧検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で前記燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で前記燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復する時点を前記燃焼室内圧検出手段により検出し、この時点に前記排気バルブの開時期が一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。A variable valve timing control mechanism capable of changing the opening and closing timing of the exhaust valve of the internal combustion engine;
Crank angle detecting means for detecting a crank angle which is a rotation angle of a crankshaft of the internal combustion engine;
Combustion chamber pressure detection means for directly detecting the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine;
The combustion chamber pressure detection means detects when the pressure in the combustion chamber drops during the combustion stroke of the internal combustion engine and once becomes negative pressure, and then the pressure in the combustion chamber recovers to near atmospheric pressure in the subsequent exhaust stroke. And a valve timing control means for controlling the variable valve timing control mechanism so that the opening timing of the exhaust valve coincides with this timing.
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