JP5145789B2

JP5145789B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP5145789B2
Application number: JP2007164767A
Authority: JP
Inventors: 良二鈴木
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP2009002259A

Description

この発明は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に係り、特に吸気弁と排気弁との開閉時期を制御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する。

車両の内燃機関においては、クランク軸とカム軸との間の相対回転角を変化させ、吸気弁あるいは排気弁の少なくとも一方の弁の開閉時期（バルブタイミング）を可変制御する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備えたものがある。

従来、内燃機関の制御装置には、可変バルブタイミング機構を備えたものにおいて、内燃機関の冷間時の始動時及び始動後で、バルブタイミングと点火時期とを切り換え、触媒コンバータの上流側でのＨＣ発生量を抑制し、内燃機関の始動後ではバルブタイミングを切り換え、触媒コンバータを早期に活性させるものである。
可変バルブタイミング装置には、冷態始動時の初期に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を増大させ、排気側に抜けた排ガスをシリンダ内に引き戻して燃焼させ、未燃ＨＣの排出を抑制するとともに、排ガスを吸気側に逆流させて燃料の気化促進や吸気ポートの昇温を実現し、その後に排気通路が昇温されると、排気弁を進角させて排気通路内での後燃え効果により触媒を早期活性化するものである。
内燃機関の制御装置には、可変バルブタイミング機構を備えたものにおいて、内燃機関の冷間時に可変バルブタイミング機構を操作し、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を所定量に制御し、触媒コンバータを早期に活性させるものである。
特開２００１−２４１３４０号公報特開２００２−２０６４３６号公報特開平１１−３３６５７４号公報

ところで、従来、上記の特許文献１〜３においては、いずれの場合も、内燃機関が燃焼中に、吸気弁と排気弁との少なくともどちらか一方の弁の開閉時期（バルブタイミング）を切り替え、ＨＣの減少と触媒の活性化を狙ったものであるが、減速時の燃料カットによる非燃焼中の触媒温度の低下を考慮した吸気弁又は排気弁のバルブタイミングの制御を実施しておらず、触媒温度の低下を抑えることが困難であった。

そこで、この発明の目的は、減速時燃料カット中の触媒温度の低下を防止する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

この発明は、吸気弁あるいは排気弁の少なくとも一方の弁の開閉時期を可変制御する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、減速時に予め設定された条件に応じて燃料カットを行う減速時燃料カット実施手段と、ブレーキ信号のオン又はオフを判定する制動力判定手段と、前記減速時燃料カット実施手段により減速時に燃料カットが実施されている状態で且つ前記制動力判定手段によりブレーキ信号がオンに判定されたときには前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバラップ量を増加させるバルブオーバラップ量増加手段とが備えられた制御手段を設け、前記バルブオーバラップ量増加手段は、触媒が活性化されていない状態においてのみ、バルブオーバラップ量を増加させることを特徴とする。

この発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置は、減速時燃料カット中に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を所定に増加することにより、触媒温度の低下を防止することができる。

この発明は、減速時燃料カット中の触媒温度の低下を防止する目的を、減速時の燃料カット中で吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を所定に増加して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は車両に搭載された内燃機関、２はクランク軸、３はピストンロッド、４はピストン、５はシリンダ、６は燃焼室、７は吸気ポート、８は排気ポート、９は動弁機構である。
内燃機関１には、吸気ポート７に連通する吸気管１０と排気ポート８に連通する排気管１１とが連設され、また、点火プラグ１２とこの点火プラグ１２に連絡した点火コイル１３とが設けられている。
吸気管１０には、燃焼室６側で燃料噴射弁１４と、この燃料噴射弁１４よりも上流側でスロットルバルブ１５を備えたスロットルボディ１６と、このスロットルボディ１６よりも上流側でエアクリーナ１７とが設けられている。また、排気管１１には、触媒１８が設けられている。

動弁機構９は、吸気ポート７を開閉する吸気弁１９及びこの吸気弁１９を動作する吸気カム軸２０と、排気ポート８を開閉する排気弁２１及びこの排気弁２１を動作する排気カム軸２２とを備えている。
この動弁機構９には、吸気弁１９あるいは排気弁２１の少なくとも一方の弁の開閉時期（バルブタイミング）を可変制御する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）２３を備えた可変バルブタイミング制御装置２４が設けられる。
可変バルブタイミング機構２３は、吸気カム軸２０に設けられた可変吸気バルブタイミングアクチュエータ２５と、排気カム軸２２に設けられた可変排気バルブタイミングアクチュエータ２６とを備えている。

この可変バルブタイミング機構２３による吸気弁１９と排気弁２１との位相変化の順序は、図５に示されている。
図５において、図５（ａ）では、吸気弁１９の位相が遅角位置に保持され、また、排気弁２１の位相が進角位置に保持され、吸気弁１９と排気弁２１とのバルブオーバラップが殆ど形成されていない。図５（ｂ）では、吸気弁１９の位相が進角側に制御され、これにより、バルブオーバラップ量が所定値に形成され、吸気弁１９の開動作が上死点（ＴＤＣ）以前となる。図５（ｃ）では、排気弁２１の位相が遅角側に制御され、これにより、オーバラップ量が所定値に形成され、排気弁２１の閉動作が上死点（ＴＤＣ）以降となる。図５（ｄ）では、吸気弁１９の位相が進角側に制御され且つ排気弁２１の位相が遅角側に制御され、これにより、バルブオーバラップ量がさらに拡大される。

前記点火コイル１３と燃料噴射弁１４とは、制御手段（ＥＣＵ）２７に連絡している。
また、この制御手段２７には、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ２９と、内燃機関１のノッキング状態を検出するノックセンサ３０と、クランク軸２の回転を検出してエンジン回転数のエンジン回転数検出手段として機能するクランク角センサ３１と、スロットルバルブ１５の開度を検出するスロットルセンサ３２と、吸気管１０の吸気温度を検出する吸気温度センサ３３と、吸気管１０の吸気量を検出するエアフローセンサ３４と、排気管１１の酸素濃度を検出するＯ２センサ３５と、吸気カム軸２０の回転を検出する吸気カム角センサ３６と、排気カム軸２２の回転を検出する排気カム角センサ３７と、車両速度を検出する車速センサ３８と、ブレーキ状態を検出するブレーキスイッチ３９と、変速機のシフトポジションを検出するＴ／Ｍシフトポジション検出手段であるシフトポジションスイッチ４０と、触媒１８の温度を検出する触媒温度センサ４１とが連絡している。

図２に示すように、制御手段２７は、吸気弁１９と排気弁２１とのバルブオーバラップ量を増加させるバルブオーバラップ量増加手段４２を備えている。
このバルブオーバラップ量増加手段４２は、バルブオーバラップ量の目標値を演算するバルブオーバラップ量演算手段４３を備えるとともに、このバルブオーバラップ量演算手段４３の出力側で、第１減速バルブオーバラップ制御手段４４及び第２減速バルブオーバラップ制御手段４５とを備えている。

また、制御手段２７は、バルブオーバラップ量演算手段４３の入力側にに連絡するように、触媒１８の早期活性が必要な条件を判定する触媒早期活性判定手段４６と、減速時に予め設定された条件に応じて燃料カットを行う減速時燃料カット実施手段４７と、ブレーキ信号のオン又はオフを判定する制動力判定手段であるブレーキ判定手段４８とを備えている。
バルブオーバラップ量演算手段４３には、バルブオーバラップ量の演算パラメータとして、エンジン回転数を検出するクランク角センサ３１及び変速機のシフトポジションを検出するシフトポジションスイッチ４０が連絡している。
ブレーキ判定手段４８は、ブレーキ信号のオン又はオフを判定し、第１減速バルブオーバラップ制御手段４４による第１減速バルブオーバラップ制御と第２減速バルブオーバラップ制御手段４５による第２減速バルブオーバラップ制御とを、切り替えさせる機能を有する。

バルブオーバラップ量増加手段４２は、減速時燃料カット実施手段４７により減速時に燃料カットが実施されている状態で且つブレーキ判定手段４８によりブレーキ信号がオンに判定されたときには吸気弁１９と排気弁２１とのバルブオーバラップ量を増加させる。
また、バルブオーバラップ量増加手段４２は、ブレーキ信号がオンの場合に、ブレーキ信号がオフの場合よりもバルブオーバラップ量を低く設定する。
更に、バルブオーバラップ量増加手段４２は、触媒１８が活性化されていない状態においてのみ、バルブオーバラップ量を増加させる。

以下に、このバルブオーバラップ量増加手段４２における可変バルブタイミング制御について、より具体的に説明する。
第１減速バルブオーバラップ制御手段４４は、第１減速バルブオーバラップ制御として、減速時の燃料カット中でも、ブレーキがオンされた時に、バルブオーバラップ量が所定値まで減少するように制御する。これにより、バルブオーバラップ量の拡大によって、シリンダ５から押し出された空気の再流入量を増加し、内燃機関１ヘの新気の流入を減少させ、減速時燃料カット中の触媒温度の低下を抑え、また、内燃機関１ヘの新気の流入の減少とともに、シリンダ５のシリンダ内壁へ付着した未燃焼ＨＣの排気系への流出も抑え、この未燃焼ＨＣがシリンダ５内で撹拌されて気化が促進され、燃料カット復帰後に燃焼させることでＨＣ浄化性能を向上させることが可能となり、さらに、オイル上がり、あるいは、過度のエンジンブレーキを防止させることができる。
第２減速バルブオーバラップ制御手段４５は、第２減速バルブオーバラップ制御として、触媒温度が適温に到達していない状態で減速時に燃料カットする場合に、バルブオーバラップ量が所定値まで拡大するように吸気バルブタイミングを進角及び／又は排気バルブタイミングを遅角させる（図５参照）。これにより、ブレーキのオン中は、エンジンブレーキの効果を高めるとともに、ブレーキマスターバックのバキュームを高めることで、ブレーキ力を増大させることが可能となる。
更に、前記第１減速バルブオーバラップ制御の場合に、エンジン回転数毎とギヤ比とに応じた目標のバルブオーバラップ量を設定することにより、ブレーキのオン中でも過度のエンジンブレーキと、フットブレーキ力の増大、オイル上がりを防止することが可能となる。

次に、この実施例の可変バルブタイミング制御を、図３のフローチャートに基づいて説明する。
図３に示すように、制御手段２７においてプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、触媒早期活性条件が成立したか否かを判断する（ステップＡ０２）。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、減速時の燃料カット中か否かを判断し（ステップＡ０３）、このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、ブレーキがオンか否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、第１減速バルブオーバラップ制御を実施する（ステップＡ０５）。しかし、このステップＡ０４がＮＯの場合には、第２減速バルブオーバラップ制御を実施する（ステップＡ０６）。
一方、前記ステップＡ０２がＮＯ及び前記ステップＡ０３がＮＯの場合には、第１、第２減速バルブオーバラップ制御を解除する（ステップＡ０７）。
前記ステップＡ０５、前記ステップＡ０６、前記ステップＡ０７の処理後は、プログラムをリターンする（ステップＡ０８）。

次いで、図４のタイムチャートに基づいて、可変バルブタイミング制御を説明する。
図４に示すように、内燃機関１が始動すると（時間ｔ１）、エンジン回転数が大きくなるとともに、触媒温度が上昇し始め、また、車速が上昇し始め（時間ｔ２）、そして、バルブオーバラップ量がＬ１値からＬ２値に少しだけ大きくなった後で（時間ｔ３）、減速時では（時間ｔ４）、触媒温度が適温になって触媒早期活性条件が成立するとともに、減速時の燃料カット中であり、且つブレーキがオンの場合であると、第１減速バルブオーバラップ制御を実施する。この第１減速バルブオーバラップ制御では、触媒温度が低下して行く。この場合、従来では、バルブオーバラップ量がＬ２値からＬ１値に低下していたが（点線で示す）、この実施例では、バルブオーバラップ量がＬ２値からＬ３値に拡大される。
そして、触媒温度が低下して触媒温度が適温に到達していない状態で、減速中に燃料カットし、ブレーキがオフになると、吸気バルブタイミングを進角及び／又は排気バルブタイミングを遅角させる第２減速バルブオーバラップ制御を実施し（時間ｔ５）、これにより、バルブオーバラップ量がＬ３値から所定値のＬ４値までに拡大される。
その後、減速して燃料カットが停止すると（時間ｔ６）、第２減速バルブオーバラップ制御が解除し、バルブオーバラップ量がＬ４値からＬ２値と同じＬ５値まで低下する。
そして、触媒温度が高くなり始め、そして、エンジン回転数が大きくなって車速が上昇し始め、その後、バルブオーバラップ量がＬ３値よりも少し低いＬ６値まで拡大する（時間ｔ７）。
そして、減速時では（時間ｔ８）、触媒温度が適温になって触媒早期活性条件が成立するとともに、減速時の燃料カット中であり、且つブレーキがオンの場合であると、第１減速バルブオーバラップ制御を実施する。この第１減速バルブオーバラップ制御では、触媒温度が低下して行く。この場合、従来では、バルブオーバラップ量がＬ６値からＬ１値に低下していたが（点線で示す）、この実施例では、バルブオーバラップ量がＬ６値からＬ４値よりも少し低いＬ７値に拡大される。
そして、触媒温度が低下して触媒温度が適温に到達していない状態で、減速中に燃料カットし、ブレーキがオフになると、吸気バルブタイミングを進角及び／又は排気バルブタイミングを遅角させる第２減速バルブオーバラップ制御を実施し（時間ｔ９）、これにより、バルブオーバラップ量がＬ７値から所定値のＬ８値までに拡大される。
その後、減速して燃料カットが停止すると（時間ｔ１０）、第２減速バルブオーバラップ制御が解除し、バルブオーバラップ量がＬ８値からＬ２値と同じＬ９値まで低下する。
この結果、この図４に示すように、減速時において、触媒温度は、従来（点線で示す）に比べて、所定に高く維持される（実線で示す）。

以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明において、バルブオーバラップ量増加手段４２は、減速時燃料カット実施手段４７により減速時に燃料カットが実施されている状態で且つブレーキ判定手段４８によりブレーキ信号がオンに判定されたときには吸気弁１９と排気弁２１とのバルブオーバラップ量を増加させる。
これにより、燃焼室６から吸気ポート７側へ押し出された空気の再流入量が増加するので、触媒１８が活性化するような温度に到達していない場合でも、減速時燃料カットによる触媒温度の低下を防ぐことが可能である。また、燃焼室６への新気の流入が減少することにより、シリンダ５のシリンダ内壁に付着している未燃焼ＨＣの排気系への流出を防ぐことができる。
この結果、シリンダ５内の残留している未燃焼ＨＣが、燃焼室６内で撹拌され、気化が促進されるので、燃焼されて外部に排気されることがなくなる。また、過度のエンジンブレーキを防止することができる。

また、バルブオーバラップ量増加手段４２は、触媒１８が活性化されていない状態においてのみ、バルブオーバラップ量を増加させる。
これにより、触媒１８が活性化されていない状態においてのみ実施されるので、通常運転時の制御に影響を与えることがない。

減速時の燃料カット中に吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ量を所定に増加する制御を、点火時期制御等と併用することも可能である。

可変バルブタイミング制御装置のシステム構成図である。制御手段の制御ブロック図である。可変バルブタイミング制御のフローチャートである。可変バルブタイミング制御のタイムチャートである。可変バルブタイミング制御による吸気弁と排気弁との位相変化を順に示した説明図である。

符号の説明

１内燃機関
６燃焼室
９動弁機構
１８触媒
１９吸気弁
２０吸気カム軸
２１排気弁
２２排気カム軸
２３可変バルブタイミング機構
２４可変バルブタイミング制御装置
２５可変吸気バルブタイミングアクチュエータ
２６可変排気バルブタイミングアクチュエータ
２７制御手段
３１クランク角センサ
３２スロットルセンサ
３９ブレーキスイッチ
４０シフトポジションスイッチ
４１触媒温度センサ
４２バルブオーバラップ量増加手段
４３バルブオーバラップ量演算手段
４４第１減速バルブオーバラップ制御手段
４５第２減速バルブオーバラップ制御手段
４６触媒早期活性判定手段
４７減速時燃料カット実施手段
４８ブレーキ判定手段

Claims

吸気弁あるいは排気弁の少なくとも一方の弁の開閉時期を可変制御する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、減速時に予め設定された条件に応じて燃料カットを行う減速時燃料カット実施手段と、ブレーキ信号のオン又はオフを判定する制動力判定手段と、前記減速時燃料カット実施手段により減速時に燃料カットが実施されている状態で且つ前記制動力判定手段によりブレーキ信号がオンに判定されたときには前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバラップ量を増加させるバルブオーバラップ量増加手段とが備えられた制御手段を設け、前記バルブオーバラップ量増加手段は、触媒が活性化されていない状態においてのみ、バルブオーバラップ量を増加させることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。