JP4661646B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁のバルブリフト特性を変更可能な電動の可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、通常よりも空燃比をリッチにすることによって、始動時の圧縮自己着火を防止するようにした技術が開示されている。
特開２００５−６９０４９号公報

しかしながら、空燃比をリッチ化することで圧縮自己着火を防止する方法は、排気性能の悪化が懸念される。

また、一般的に、高吸気温時に低回転での圧縮自己着火を防止する手法としては、アイドル回転数を高くすることや、スロットル開度規制を行うといったことが知られているが、コレクタは始動時大気圧であり、スロットル弁も閉じられているものの回転数が非常に低いため負圧も発達しにくくなっている。そして、始動時は筒内の空気量が多く、クランキングの回転数も低いため、スロットル開度やアイドル回転数を高くするといった制御では圧縮自己着火を回避することは困難となっている。

そこで、本発明は、吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な電動の可変動弁機構と、吸気温を検知する吸気温度検出手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、可変動弁機構は、吸気弁閉時期を可変制御可能なものであって、エンジン始動時に吸気温が予め設定された所定値以上の場合には、クランキング中に、可変動弁機構により吸気弁閉時期をクランキング開始時における吸気弁閉時期よりも下死点から遠ざけることによって、有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下となるよう低下させた後に、燃料噴射を開始することを特徴としている。

本発明によれば、高圧縮比エンジンにおいても効果的に始動時の圧縮自己着火を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置が備える可変動弁機構の全体的な構成を示す構成説明図である。

この可変動弁機構は、吸気弁のバルブリフト特性を可変制御することにより機関の有効圧縮比を可変制御可能なものでる。尚、有効圧縮比とは、作動ガス容積の最大値である有効シリンダ容積と作動ガス容積の最小値である有効隙間容積と、の比である。

可変動弁機構は、吸気弁１のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構１１に、さらに、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２１を組み合わせたものである。但し、第２可変動弁機構２１は、本発明においては必須のものではない。

リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２に固定された偏心カム２３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム２６と、吸気弁１のタペット３０に当接する揺動カム２９と、を備えており、上記偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって連係され、ロッカアーム２６と揺動カム２９とは、リンク部材２８によって連係されている。

ロッカアーム２６は、略中央部が偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン２５を介してリンクアーム２４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン２７を介してリンク部材２８の上端部が連係している。偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心は変化する。

揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介してリンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなすベースサークル面と、該ベースサークル面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらのベースサークル面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてタペット３０の上面に当接する。上記カム面がタペット３０を押圧すると、吸気弁１は、図示せぬバルブスプリング反力に抗して押し開かれることになり、これに伴い、バルブスプリング反力が、揺動カム２９から各部へ作用する。

制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって制御される。制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。

上記第１可変動弁機構１１によれば、上記制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁３のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示される。

なお、図では、１気筒分のみが示されているが、駆動軸２２および制御軸３２は複数気筒に共通のものであり、他の偏心カム２３、リンクアーム２４、ロッカアーム２６、リンク部材２８、揺動カム２９、偏心カム部３８等からなるリンク機構は、気筒毎に設けられている。また、Ｖ型内燃機関等では、各バンク毎に、駆動軸２２および制御軸３２が設けられる。

一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２１は、駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。位相制御用アクチュエータ４３は、電動モータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構２１の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。

従って、第１，第２可変動弁機構１１，２１の制御を組み合わせることにより、吸気弁１の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。

また、コントロールユニット１０には、吸気温を検知する吸気温度検出手段としての吸気温度センサ４５からの信号も入力されている。吸気温度センサ４５は、例えばエアフローメータ（図示せず）と一体となって配置されている。

そして、本実施形態においては、エンジン始動時に、吸気温が予め設定された所定値以上のとなるよう高温状態となっている場合には、クランキング中に、第１可変動弁機構１１を作動させて吸気弁１のリフト・作動角を拡大させることで吸気弁閉時期を遅角させて下死点から遠ざけ、有効圧縮比を低下させている。そして、有効圧縮比を低下させてから燃料噴射を開始する。

図２は、本実施形態におけるエンジン始動時のタイミングチャートを示している。エンジン始動時、吸気弁１は、吸気弁閉時期が下死点前となっている。このとき吸気温が高温状態と判定されると、クランキング中に電動のリフト・作動角制御用アクチュエータ３３を作動させて吸気弁のリフト・作動角を拡大することで吸気弁閉時期を下死点を越えて遅角させ、クランキング開始時の吸気弁閉時期よりも下死点から遠ざける。ここで、吸気弁１のリフト・作動角の拡大は、有効圧縮比が所定の第１有効圧縮比となるような吸気弁閉時期となるように行われる。第１有効圧縮比は、吸気温に応じて決定されるものであって、吸気温が高いほど低い値となる。そして、吸気温に応じて決定された第１有効圧縮比となるような吸気弁閉時期まで、クランキング中に吸気弁１のリフト・作動角が拡大させた後に、燃料噴射が開始される。

このように、エンジン始動時において、燃料が噴射される際には、有効圧縮比が吸気温に応じて決定される第１有効圧縮比まで低下させているので、高圧縮比エンジンにおいても効果的に始動時の圧縮自己着火を防止することができる。

また、始動時の燃料噴射パルス幅は、クランキング中に低下させた有効圧縮比に応じて減少させるようにすれば、常に適正な空燃比で始動できるため、エミッションの悪化を抑えることができる。すなわち、設定された第１有効圧縮比が低いほど、燃料噴射パルス幅を減少させることで、排気性能を向上させることができる。

そして、第１有効圧縮比は、始動時の吸気温が高いほど低くなるよう設定されているので、第１可変動弁機構１１の作動を必要最小限にすることができ、有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下にするまでの時間、すなわち始動時間の遅延を状況に応じた最小限の時間とすることができる。

尚、吸気弁閉時期を下死点から遠ざければ有効圧縮比を下げることができるので、吸気弁１のリフト・作動角を縮小することで吸気弁閉時期を進角させて吸気弁閉時期を下死点から遠ざけて有効圧縮比を下げることも可能である。さらに、第２可変動弁機構２１によりリフト中心角の位相を進角もしくは遅角することで吸気弁閉時期を下死点から遠ざけて有効圧縮比を下げることも可能である。

図３は、上述した高温始動時の制御と、低回転時の圧縮自己着火を回転数増大で回避する制御を組み合わせた場合のタイミングチャートを示している。

吸気温が高温のときには、上述したように、クランキング中に吸気弁閉時期を下死点を越えて遅角させて下死点から遠ざけ、有効圧縮比を低下させてからて燃料を噴射する。そして、エンジン始動後のアイドル時には、吸気弁閉時期を進角させ、通常のアイドル運転時と同等の吸気弁閉時期とすると共に、通常のアイドル回転数よりも高い回転数でアイドル運転を行うことで、圧縮自己着火の発生を回避している。尚、吸気弁閉時期を遅角させることで、通常のアイドル運転時からの回転数の上昇代を小さくすることも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な電動の可変動弁機構と、吸気温を検知する吸気温度検出手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、エンジン始動時に吸気温が予め設定された所定値以上の場合には、クランキング中に、可変動弁機構により有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下となるよう低下させた後に、燃料噴射を開始する。これによって、高圧縮比エンジンにおいても効果的に始動時の圧縮自己着火を防止することができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、可変動弁機構は、具体的には、吸気弁閉時期を可変制御可能なものであって、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることによって有効圧縮比を低下させている。

（３） 上記（２）に記載の内燃機関の制御装置において、可変動弁機構は、具体的には、吸気弁のリフト作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小制御可能なものであって、吸気弁のリフト・作動角を拡大することで吸気弁閉時期を遅らせて、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけている。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、第１有効圧縮比は、吸気温が高いほど低くなるよう設定されている。これによって、可変動弁機構の作動を必要最小限にすることができ、有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下にするまでの時間、すなわち始動時間の遅延を状況に応じた最小限の時間とすることができる。

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、始動時の燃料噴射パルス幅は、クランキング中に低下させた有効圧縮比に応じて減少させる。これによって、常に適正な空燃比でエミッションの悪化を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の燃焼装置に用いられる可変動弁機構を示す構成説明図。 エンジン始動時のタイミングチャート。 高温始動時の制御と、低回転時の圧縮自己着火を回転数増大で回避する制御を組み合わせた場合のタイミングチャート。

符号の説明

１…吸気弁
１１…第１可変動弁機構
２１…第２可変動弁機構

Claims (5)

1. 吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な電動の可変動弁機構と、吸気温を検知する吸気温度検出手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   可変動弁機構は、吸気弁閉時期を可変制御可能なものであって、
   エンジン始動時に吸気温が予め設定された所定値以上の場合には、クランキング中に、可変動弁機構により吸気弁閉時期をクランキング開始時における吸気弁閉時期よりも下死点から遠ざけることによって、有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下となるよう低下させた後に、燃料噴射を開始することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 可変動弁機構は、吸気弁のリフト作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小制御可能なものであって、吸気弁のリフト・作動角を拡大することで吸気弁閉時期を遅らせて、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 第１有効圧縮比は、吸気温が高いほど低くなるよう設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 始動時の燃料噴射パルス幅は、クランキング中に低下させた有効圧縮比に応じて減少させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 吸気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な電動の可変動弁機構と、吸気温を検知する吸気温度検出手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   エンジン始動時に吸気温が予め設定された所定値以上の場合には、クランキング中に、可変動弁機構により有効圧縮比を所定の第１有効圧縮比以下となるよう低下させた後に、燃料噴射を開始し、
   始動時の燃料噴射パルス幅は、クランキング中に低下させた有効圧縮比に応じて減少させることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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