JP5598406B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの吸気弁及び排気弁のバルブリフト量を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls valve lift amounts of an intake valve and an exhaust valve of an engine.
従来、車両の燃費節減や出力の向上,排気エミッションの低減等を目的として、吸気弁や排気弁の動作を変更するための可変動弁機構を備えたエンジンが開発されている。可変動弁機構に搭載される機能としては、主に二種類の機能が挙げられる。第一の機能はバルブの開閉のタイミングを可変とする可変バルブタイミング(VVT,Variable Valve Timing)機能であり、第二の機能はバルブの開放量(バルブリフト量)を可変とする可変バルブリフト(VVL,Variable Valve Lift)機能である。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine having a variable valve mechanism for changing the operation of an intake valve and an exhaust valve has been developed for the purpose of reducing fuel consumption of a vehicle, improving output, and reducing exhaust emission. As the functions mounted on the variable valve mechanism, there are mainly two types of functions. The first function is a variable valve timing (VVT) function that makes the valve opening and closing timing variable. The second function is a variable valve lift that makes the valve opening amount (valve lift amount) variable. VVL, Variable Valve Lift) function.
可変バルブタイミング機能は、例えばクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更する機構によって実現される。これによりバルブの開閉のタイミングが変更され、バルブの開放開始時期や開放終了時期に対応する位相が進角方向、又は遅角方向に制御される。また、可変バルブリフト機能は、例えばカムシャフトに固定されたカムからロッカアームに伝達される揺動の大きさを変更する機構によって実現される。これによりバルブが往復移動する距離が変更され、シリンダ内に導入される空気量やインテークマニホールド内の圧力等が制御される。 The variable valve timing function is realized by a mechanism that changes the relative rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft, for example. As a result, the opening / closing timing of the valve is changed, and the phase corresponding to the opening start timing and the opening end timing of the valve is controlled to advance or retard. The variable valve lift function is realized by a mechanism that changes the magnitude of the swing transmitted from the cam fixed to the camshaft to the rocker arm, for example. As a result, the distance that the valve reciprocates is changed, and the amount of air introduced into the cylinder, the pressure in the intake manifold, and the like are controlled.
ところで、可変動弁機構を備えたエンジンでは、吸気弁が開放される期間と排気弁が開放される期間とを重複させることによって吸排気の慣性効果が変化し、充填効率や新気の吹き抜け量が変化する。そこで、吸排気弁の開放重複期間(バルブオーバーラップ)を変更することによって、エンジンの燃焼状態を制御する技術が開発されている。 By the way, in an engine equipped with a variable valve mechanism, the inertia effect of intake and exhaust changes by overlapping the period when the intake valve is opened and the period when the exhaust valve is opened, so that the charging efficiency and the amount of fresh air blown are changed. Changes. Therefore, a technique for controlling the combustion state of the engine by changing the opening overlap period (valve overlap) of the intake and exhaust valves has been developed.
例えば、特許文献1には、エンジンのリーン燃焼時におけるバルブオーバーラップを制御して空燃比を制御する技術が記載されている。この技術では、膨張行程で筒内に噴射される燃料量に対する新気の吹き抜け量を増減させることによって排気空燃比を増減し、排気エネルギーを確保しつつ排気エミッションの悪化を防止できるとされている。
For example,
筒内に燃料を噴射する直噴エンジンでは、特許文献1に記載されたように、筒内への新気の導入量とは別個に燃料供給量が制御される。すなわち、新気の吹き抜けが停止する排気弁の閉鎖後に燃料を噴射するような制御を実施することも可能であり、比較的自由にバルブオーバーラップを制御することができる。
これに対し、吸気通路内に燃料を噴射するポート噴射式エンジンの場合には、筒内に導入される直前の吸気中に燃料が噴射されるため、吸気の吹き抜け量が直接的に排気エミッション性能に影響を与えることになり、特許文献1に記載のような制御を実施することが難しい。例えば、バルブオーバーラップの期間を延長するほど排気ポート側へ流出するHC(未燃燃料成分)が増大し、これを排気通路上の排気触媒で浄化しなければならなくなるほか、燃費性能の面で不利となる。
このように、ポート噴射式エンジンにおいては、バルブオーバーラップの変更が制御上好ましくない場合があり、排気エミッション性能や燃費を向上させることが難しいという課題がある。
In a direct injection engine that injects fuel into a cylinder, as described in
On the other hand, in the case of a port injection engine that injects fuel into the intake passage, the fuel is injected into the intake air immediately before being introduced into the cylinder, so the amount of intake air blown directly into the exhaust emission performance Therefore, it is difficult to perform the control as described in
As described above, in a port injection type engine, a change in valve overlap may not be preferable in terms of control, and there is a problem that it is difficult to improve exhaust emission performance and fuel consumption.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、ポート噴射式エンジンにおける排気性能及び燃費を向上させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
One of the purposes of the present case was invented in view of the above-described problems, and is to improve the exhaust performance and fuel consumption in a port injection engine.
The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンの吸気弁及び排気弁の開放期間の重複幅を検出する検出手段と、前記エンジンの吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段とを備える。また、前記検出手段で検出された前記重複幅に応じて、前記燃料が噴射された気筒内における吸気の流通方向に対向する一対の前記吸気弁及び前記排気弁の少なくとも何れか一方についてのバルブリフト量を減少させるバルブリフト量制御手段を備える。 (1) An engine control device disclosed herein includes detection means for detecting an overlap width between opening periods of an intake valve and an exhaust valve of an engine, and fuel injection means for injecting fuel into the intake passage of the engine. . Further, a valve lift for at least one of the pair of the intake valve and the exhaust valve facing the flow direction of the intake air in the cylinder into which the fuel is injected according to the overlap width detected by the detection means. Valve lift amount control means for reducing the amount is provided.
(2)また、前記エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段を備え、前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅及び前記吸気圧力に応じて前記バルブリフト量を減少させることが好ましい。 (2 ) It is preferable that an intake pressure detection means for detecting an intake pressure of the engine is provided, and the valve lift amount control means decreases the valve lift amount according to the overlap width and the intake pressure.
(3)また、前記バルブリフト量制御手段が、前記吸気圧力が排気圧力よりも高いとき(例えば、前記気筒内に空気を過給する過給器を備え、過給を実施した場合)に前記バルブリフト量を減少させることが好ましい。
例えば、前記気筒内に空気を過給する過給器を備え、過給を実施した場合には、前記吸気圧力が排気圧力よりも大きくなる。また、過給器を備えない場合であっても吸気絞りが小さい運転領域(スロットル開度のほぼ全開時)では、前記吸気圧力が排気圧力よりも大きくなることがある。なお、排気圧力を把握するための手段として、前記エンジンの排気圧力を検出する排気圧力検出手段(排気圧センサ)を備えてもよいし、前記エンジンの運転状態から排気圧力を推定することとしてもよい。
( 3 ) Further, when the intake pressure is higher than the exhaust pressure (for example, when the turbocharger is provided with a supercharger that supercharges air in the cylinder), It is preferable to reduce the valve lift.
For example, when a supercharger that supercharges air in the cylinder is provided and supercharging is performed, the intake pressure becomes larger than the exhaust pressure. Even in the case where the supercharger is not provided, the intake pressure may be larger than the exhaust pressure in an operation region where the intake throttle is small (when the throttle opening is almost fully open). As means for grasping the exhaust pressure, an exhaust pressure detection means (exhaust pressure sensor) for detecting the exhaust pressure of the engine may be provided, or the exhaust pressure may be estimated from the operating state of the engine. Good.
(4)また、前記エンジンのエンジン回転数を検出する回転速度検出手段を備え、前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅及び前記エンジン回転数に応じて前記バルブリフト量を減少させることが好ましい。
(5)また、前記吸気弁及び前記排気弁をそれぞれ複数個備え、前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅が所定幅以上であるときに、前記一対の吸気弁及び排気弁の少なくとも何れか一方の動作を休止させることが好ましい。すなわち、前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅が所定幅以上であるときに、前記バルブリフト量を0にすることが好ましい。
(6)また、前記燃料噴射手段が、前記吸気弁のステムと前記気筒の外周面との間に向かって前記燃料を噴射することが好ましい。
( 4 ) It is preferable that a rotation speed detection means for detecting the engine speed of the engine is provided, and the valve lift amount control means decreases the valve lift amount according to the overlap width and the engine speed. .
(5) In addition, when each of the intake valve and the exhaust valve is provided and the valve lift amount control means has the overlap width equal to or greater than a predetermined width, at least one of the pair of intake valves and exhaust valves. It is preferable to pause one operation. That is, it is preferable that the valve lift amount control means sets the valve lift amount to 0 when the overlap width is equal to or greater than a predetermined width.
(6) Moreover, it is preferable that the said fuel injection means injects the said fuel toward between the stem of the said intake valve, and the outer peripheral surface of the said cylinder.
(7)また、前記エンジンが、互いに同期して動作する一対の前記吸気弁及び一対の前記排気弁を有するマルチバルブエンジンであって、前記バルブリフト量制御手段が、一対の前記吸気弁及び前記排気弁のうち、前記気筒に吸気を導入している一方の吸気弁に対向する一方の排気弁を休止させるとともに、排気通路に空気を排出している他方の排気弁に対向する他方の吸気弁を休止させることが好ましい。
つまり、前記バルブリフト量制御手段が、開放される(又は閉鎖される)前記吸気弁及び前記排気弁の配置を前記気筒の上面視で千鳥配置とすることが好ましい。
(7) The engine is a multi-valve engine having a pair of intake valves and a pair of exhaust valves that operate in synchronization with each other, wherein the valve lift amount control means includes the pair of intake valves and the pair of exhaust valves. Among the exhaust valves, the other intake valve opposed to the other exhaust valve that stops one exhaust valve facing one intake valve that introduces intake air into the cylinder and exhausts air to the exhaust passage Is preferably paused.
In other words, it is preferable that the valve lift amount control means is arranged in a staggered arrangement in the top view of the cylinder in the arrangement of the intake valve and the exhaust valve that are opened (or closed).
開示のエンジンの制御装置によれば、ポート噴射式エンジンにおいて、対向配置された一対の弁の少なくとも一方のポート開放量がバルブオーバーラップに応じて制御されるため、燃料を含む吸気の排気通路側への吹き抜けを抑制することができる。これにより、燃費及び排気性能を向上させることができる。 According to the disclosed engine control device, in a port injection type engine, the opening amount of at least one of a pair of opposed valves is controlled in accordance with valve overlap. The blow-through to the can be suppressed. Thereby, fuel consumption and exhaust performance can be improved.
図面を参照して制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。 The control device will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment.
[1.装置構成]
[1−1.エンジン構造]
本実施形態のエンジンの制御装置は、図1に示すマルチバルブ式のエンジン10に適用される。ここでは、多気筒のエンジン10に設けられた複数のシリンダ19(気筒)のうちの一つを示す。シリンダ19内を往復摺動するピストン16は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト17に接続される。
[1. Device configuration]
[1-1. Engine structure]
The engine control apparatus of this embodiment is applied to the
このシリンダ19の燃焼室形状は、図2に示すようにペントルーフ型であり、シリンダ19の縦断面で燃焼室の上部が三角屋根状に形成されている。三角屋根の一方の斜面には一対の吸気ポート11が設けられ、他方の斜面に一対の排気ポート12が設けられる。また、図1に示すように、シリンダ19頂面の中央部には、点火プラグ13がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。
The shape of the combustion chamber of the
また、それぞれの吸気ポート11には吸気弁14が設けられ、排気ポート12には排気弁15が設けられる。吸気弁14の開閉駆動により吸気ポート11と燃焼室とが連通又は閉鎖され、排気弁15の開閉駆動により排気ポート12と燃焼室とが連通又は遮断される。一対の吸気弁14は同期して(同時に)動作し、一対の排気弁15も同期して(同時に)動作する。
Each
吸気弁14及び排気弁15の上端部はそれぞれ、ロッカアーム35,37の一端に接続される。ロッカアーム35,37はロッカシャフトに軸支された揺動部材であり、それぞれのロッカアーム35,37の揺動により吸気弁14及び排気弁15が上下方向に往復駆動される。また、ロッカアーム35,37の他端には、カムシャフトに軸支されたカム36,38が設けられる。これにより、ロッカアーム35,37の揺動パターンはカム36,38の形状(カムプロファイル)に応じたものとなる。
The upper ends of the
[1−2.動弁系]
本エンジン10には、ロッカアーム35,37又はカム36,38の動作を制御する可変動弁機構6が設けられる。可変動弁機構6は、吸気弁14及び排気弁15のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更する機構である。可変動弁機構6は、ロッカアーム35,37の揺動量及び揺動のタイミングを変更する機構として、可変バルブリフト機構6aと可変バルブタイミング機構6bとを備える。
[1-2. Valve system]
The
可変バルブリフト機構6aは、吸気弁14や排気弁15の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構である。この可変バルブリフト機構6aは、カム36,38からロッカアーム35,37に伝達される揺動の大きさを変更する機能を有する。ロッカアーム35,37の揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意である。
The variable
吸気弁14側を例に挙げると、カムシャフトに固定されたカム36とロッカアーム35との間に揺動部材を別途介装させ、この揺動部材を介してカムシャフトの回転運動をロッカアーム35の揺動運動に変換する構造とすることが考えられる。この場合、揺動部材の位置を移動させてカム36との接触位置を変更することで、揺動部材の揺動量が変化し、ロッカアーム35の揺動量も変化する。これにより、吸気弁14のバルブリフト量を連続的に変化させることが可能となる。なお、排気弁15側についても同様であり、カム38とロッカアーム37との間に揺動部材を介装する構造とすることで、排気弁15のバルブリフト量を調整可能となる。
Taking the
可変バルブタイミング機構6bは、吸気弁14や排気弁15の開閉のタイミング(バルブタイミング)を変更する機構である。この可変バルブタイミング機構6bは、ロッカアーム35,37に揺動を生じさせるカム36,38又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を有する。カム36,38又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト17の回転位相に対するロッカアーム35,37の揺動のタイミングを連続的にずらすことが可能となる。
The variable
[1−3.吸排気系]
吸気ポート11内には、燃料を噴射するインジェクタ18(燃料噴射手段)が設けられる。図3に示すように、インジェクタ18は、二つの吸気ポート11が合流する位置よりも吸気の上流側に配置される。一対の吸気弁14のうちの一方の符号を14Aとおき他方を14Bとおくと、インジェクタ18から噴射される燃料の噴射方向は、一方の吸気弁14Aのバルブステム50よりもシリンダ19の外周側へ向かう方向に設定される。インジェクタ18から噴射される燃料量は、後述するエンジン制御装置5によって電子制御される。なお、一方の吸気弁14Aに閉鎖される吸気ポート11の開口部を第一吸気ポート開口部11Aと呼び、他方の吸気ポート11の開口部を第二吸気ポート開口部11Bと呼ぶ。
[1-3. Intake and exhaust system]
An injector 18 (fuel injection means) that injects fuel is provided in the
一対の排気弁15のうち、一方の吸気弁14Aに対向するものに符号15Aを付し、他方に符号15Bを付す。ここでいう「対向」とは、シリンダ19の上面視においてそれぞれの吸気弁14A,14Bから導入される吸気のシリンダ19内での流通方向に互いに向き合うことを意味する。本実施形態では、図3に示すように、シリンダ19の頂面の尾根に相当する一点鎖線Xを挟んで一方の吸気弁14Aに向かい合うように、一方の排気弁15Aが配置される。また、他方の排気弁15Bは、破線Xを挟んで他方の吸気弁14Bに向かい合う位置に配置される。なお、一方の排気弁15Aに閉鎖される排気ポート12の開口部を第一排気ポート開口部12Aと呼び、他方の排気ポート12の開口部を第二排気ポート開口部12Bと呼ぶ。
Of the pair of
図1に示すように、インジェクタ18よりも吸気流の上流側には、インテークマニホールド20(以下、インマニと呼ぶ)が設けられる。このインマニ20には、吸気ポート11側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク21が設けられる。サージタンク21よりも下流側のインマニ20は、複数のシリンダ19に向かって分岐するように形成され、その分岐点にサージタンク21が位置する。サージタンク21は、各々のシリンダ19で発生する吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。
As shown in FIG. 1, an intake manifold 20 (hereinafter referred to as an intake manifold) is provided upstream of the
インマニ20の上流端には、スロットルボディ23が接続される。スロットルボディ23の内部には電子制御式のスロットルバルブ24が内蔵され、インマニ20側へと流通する空気量がスロットルバルブ24の開度(スロットル開度)に応じて調節される。スロットル開度は、エンジン制御装置5によって電子制御される。
A
スロットルボディ23のさらに上流側には、吸気通路25が接続される。また、吸気通路25のさらに上流側にはエアフィルタ28が介装される。これにより、エアフィルタ28で濾過された新気が吸気通路25及びインマニ20を介してエンジン10のシリンダ19に供給される。
An
一方、排気ポート12よりも排気流の下流側には、エキゾーストマニホールド30,排気触媒32及び排気通路39が設けられる。エキゾーストマニホールド30は複数のシリンダ19から合流するように形成され、その下流側の排気通路39に接続される。また、排気触媒32は、排気通路39上に介装された触媒装置であって、排気中に含まれるHC(炭化水素)成分や一酸化炭素,窒素酸化物等を浄化する機能を持ち、例えば酸化触媒や三元触媒である。エンジン10の燃焼室から排出された排気中のHCは排気触媒32の働きにより酸化除去される。
On the other hand, an
また、このエンジン10の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ19内に吸気を過給するターボチャージャー31(過給器)が設けられる。ターボチャージャー31は、吸気通路25と排気通路39との両方にまたがって介装された過給器である。ターボチャージャー31は、排気通路39内の排気圧でタービン27を回転させ、その回転力を利用してコンプレッサ26を駆動することにより、吸気通路25側の吸気を圧縮してエンジン10への過給を行う。なお、吸気通路25上におけるコンプレッサ26よりも吸気流の下流側にはインタクーラー29が設けられ、圧縮された空気が冷却されている。
The intake / exhaust system of the
[1−4.検出系]
クランクシャフト17には、その回転角θCRを検出するクランク角センサ33(回転速度検出手段)が設けられる。回転角θCRの単位時間あたりの変化量はエンジン10の実回転数Neに比例する。したがって、クランク角センサ33はエンジン10の実回転数Neを検出する機能を持つものといえる。ここで検出(または演算)された実回転数Neの情報は、エンジン制御装置5に伝達される。なお、クランク角センサ33で検出された回転角θCRに基づき、エンジン制御装置5で実回転数Neを演算する構成としてもよい。以下、エンジン10の実回転数Neのことを単にエンジン回転数Neとも呼ぶ。
[1-4. Detection system]
The crankshaft 17, the crank angle sensor 33 (rotational speed detecting means) is provided for detecting the rotation angle theta CR. The amount of change per unit time of the rotation angle θ CR is proportional to the actual rotation speed Ne of the
スロットルバルブ24の下流側には、吸気圧力P1を検出するインマニ圧センサ22(吸気圧力検出手段)が設けられる。インマニ圧センサ22は、サージタンク21内の圧力(吸気ポート11内の圧力に対応する圧力)を検出するセンサである。なお、各シリンダ19の吸気ポート11内にインマニ圧センサ22を配置してもよい。一方、排気ポート12よりも下流側の任意の位置(例えば、エキゾーストマニホールド30や排気ポート12内)には、排気圧力P2を検出する排気圧センサ46(排気圧力検出手段)が設けられる。ここでは、ターボチャージャー31のタービン27を通過する前の排気の圧力が検出される。これらのセンサで検出された吸気圧力P1及び排気圧力P2の情報は、エンジン制御装置5に伝達される。
An intake manifold pressure sensor 22 (intake pressure detection means) for detecting the intake pressure P 1 is provided on the downstream side of the
車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量θACを検出するアクセルペダルセンサ34が設けられる。アクセルペダルの踏み込み操作量θACは、運転者の加速要求に対応するパラメータであり、すなわちエンジン10への出力要求に対応する。ここで検出された操作量θACの情報は、エンジン制御装置5に伝達される。
An
[1−5.制御系]
この車両には電子制御装置として、エンジン制御装置5(Engine Electronic Control Unit)が設けられる。エンジン制御装置5は、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられたCAN,FlexRay等の通信ラインを介して他の電子制御装置や可変動弁機構6,各種センサ類と接続される。
[1-5. Control system]
This vehicle is provided with an engine control device 5 (Engine Electronic Control Unit) as an electronic control device. The
このエンジン制御装置5は、エンジン10に関する点火系,燃料系,吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを制御する電子制御装置である。エンジン制御装置5の具体的な制御対象としては、インジェクタ18から噴射される燃料量や噴射時期,点火プラグ13での点火時期,吸気弁14及び排気弁15のバルブリフト量及びバルブタイミング,スロットルバルブ24の開度などが挙げられる。本実施形態では、吸気弁14及び排気弁15の開放重複期間(バルブオーバーラップ)に応じて、吸気弁14や排気弁15の動作を休止させる休止制御と、バルブオーバーラップに応じて、スロットルバルブ24のスロットル開度を変更するスロットル開度補正制御との二つの制御について詳述する。
The
[2.制御構成]
エンジン制御装置5には、上記の二種類の制御を実施するための機能を実現するソフトウェア又はハードウェアとして、バルブタイミング制御部1,バルブリフト量制御部2及びスロットル開度制御部3が設けられる。
[2. Control configuration]
The
[2−1.バルブタイミング制御部]
バルブタイミング制御部1(検出手段)は、エンジン回転数Ne及びエンジン負荷に応じて可変バルブタイミング機構6bに信号を出力し、吸気弁14及び排気弁15のそれぞれのバルブタイミング(開弁及び閉弁のタイミング)を変更することによってバルブオーバーラップ(開放期間の重複幅)を増減制御するものである。ここでは、例えば吸気圧力P1及び排気圧力P2に基づいてエンジン負荷が判断される。具体的なバルブオーバーラップの制御内容については任意である。
例えば、エンジン回転数Neが上昇するに連れてバルブオーバーラップが増大するようにバルブタイミングが制御される。一方、バルブオーバーラップが過剰に増加するとかえって充填効率が低下するため、エンジン回転数がある程度高い場合には、バルブオーバーラップが減少するようになっている。
[2-1. Valve timing control unit]
The valve timing control unit 1 (detection means) outputs a signal to the variable
For example, the valve timing is controlled so that the valve overlap increases as the engine speed Ne increases. On the other hand, if the valve overlap is excessively increased, the charging efficiency is lowered. Therefore, when the engine speed is high to some extent, the valve overlap is reduced.
本実施形態では、図4に示すように、エンジン回転数Ne及び吸排気圧力差P2-P1を引数としたマップに基づいてバルブオーバーラップの目標値OL1〜OL8が設定され、実際のバルブオーバーラップがその目標値となるように吸気弁14及び排気弁15のそれぞれのバルブタイミングが制御される。各目標値の大小関係は、OL1<OL2<…<OL7<OL8である。バルブタイミング制御部1は、吸気弁14及び排気弁15の開放期間の重複幅を検出する手段として機能するとともに、その重複幅を変更する手段として機能する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, target values OL 1 to OL 8 for valve overlap are set based on a map using the engine speed Ne and the intake / exhaust pressure difference P 2 -P 1 as arguments. The valve timing of each of the
[2−2.バルブリフト量制御部]
バルブリフト量制御部2(バルブリフト量制御手段)は、エンジン回転数Ne及びエンジン負荷に応じて可変バルブリフト機構6aに制御信号を出力し、吸気弁14及び排気弁15のバルブリフト量を制御するものである。ここでは、例えばアクセルペダルの踏み込み操作量θACに基づいてエンジン負荷が判断される。具体的なバルブリフト量の制御内容については任意である。
[2-2. Valve lift control unit]
The valve lift amount control unit 2 (valve lift amount control means) outputs a control signal to the variable
また、バルブリフト量制御部2は、バルブタイミング制御部1で設定されたバルブオーバーラップの目標値に基づいて吸気弁14や排気弁15の動作を休止させる休止制御を実施する。バルブオーバーラップの目標値はエンジン回転数Ne,吸気圧力P1及び排気圧力P2に基づいて設定されるため、休止制御を実施するための条件はエンジン回転数Ne,吸気圧力P1及び排気圧力P2に基づいて判定されることとしてもよい。
Further, the valve lift
本実施形態では、図4中に太破線で示すように、吸気圧力P1が排気圧力P2よりも高い状態(シリンダ19の吸気ポート11側が排気ポート12側よりも高圧である状態)であり、かつ、バルブオーバーラップが所定値OL7以上となる所定の範囲内にエンジン回転数Neがある場合に、休止制御が実施される。また、たとえバルブオーバーラップが所定値OL7未満であったとしても、吸気圧力P1が排気圧力P2よりも高い状態であってエンジン回転数Neが所定の範囲内にある場合には、休止制御が実施されることとしている。
In the present embodiment, as indicated by a thick broken line in FIG. 4, the intake pressure P 1 is higher than the exhaust pressure P 2 (the state where the
休止制御では、図3に示すように、吸気弁14B及びこれに対向しない排気弁15Aの動作が禁止され、吸気弁14B及び排気弁15Aのバルブリフト量がゼロとなるように可変バルブリフト機構6aが制御される。これにより、シリンダ19の第一吸気ポート開口部11A及び第二排気ポート開口部12Bのみが開放されることになる。
In the stop control, as shown in FIG. 3, the operation of the
このとき、本来は第二吸気ポート開口部11Bを通過すべき吸気が第一吸気ポート開口部11Aを介してシリンダ19内に押し込まれ続ける。これにより、休止制御の非実施時と比較して、第一吸気ポート開口部11Aを通過する吸気の流速が上昇する。休止制御の実施時には非実施時よりも充填効率が低下するものの、その低下量は僅かである。
At this time, the intake air that should originally pass through the second intake
一方、図3中に白抜き矢印で示すように、インジェクタ18から噴射されたHC成分を多く含む吸気流はシリンダ19の外周面に沿ったスワール流を形成する。これにより、第一吸気ポート開口部11Aから第二排気ポート開口部12Bへと吹き抜けようとする吸気の移動距離が増大する。つまり、シリンダ19内の吸気は遠回りしなければ第二排気ポート開口部12Bから脱出できなくなり、HC成分の吹き抜け量が減少する。
On the other hand, as indicated by white arrows in FIG. 3, the intake flow containing a large amount of the HC component injected from the
[2−3.スロットル開度制御部]
スロットル開度制御部3(スロットル開度制御手段)は、エンジン回転数Ne及びエンジン負荷に応じてスロットルバルブ24に制御信号を出力し、スロットル開度を制御するものである。ここでは、例えばアクセルペダルの踏み込み操作量θACに基づいてエンジン負荷が判断される。具体的なスロットル開度の制御内容については任意である。
[2-3. Throttle opening control unit]
The throttle opening control unit 3 (throttle opening control means) outputs a control signal to the
また、スロットル開度制御部3は、バルブリフト量制御部2による休止制御の実施中にエンジン出力が不足した場合に、スロットル開度を開放方向に制御するスロットル開度補正制御を実施する。エンジン出力の不足は、例えばアクセルペダルの踏み込み操作量θACに基づいて判定される。本実施形態では、操作量θACが所定量以上である状態が所定時間継続した場合に、スロットル開度を所定量増加させる制御が実施される。また、これによりエンジン回転数Neが次第に増加し、休止制御の実施条件が不成立になると、スロットル開度制御部3はスロットル開度補正制御を停止する。
Further, the throttle opening
[3.フローチャート]
図5はエンジン制御装置5で実行される制御手順を例示するフローチャートである。このフローは、エンジン制御装置5の内部において所定の周期で繰り返し実施される。
ステップA10では、エンジン制御装置5にエンジン回転数Ne,吸気圧力P1,排気圧力P2及びアクセル操作量θACの情報が入力される。続くステップA20では、バルブリフト量制御部2において休止制御の実施条件が判定される。例えば、エンジン回転数Ne及び吸排気圧力差P2-P1が図4中に破線で示す休止制御の実施範囲内にある場合にはステップA30へ進み、休止制御が実施される。すなわち、バルブリフト量制御部2から可変バルブリフト機構6aに制御信号が出力され、吸気弁14B及び排気弁15Aのバルブリフト量がゼロに制御される。
[3. flowchart]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the
In step A10, the engine speed Ne, the intake pressure P 1 , the exhaust pressure P 2 and the accelerator operation amount θ AC are input to the
これにより、図3に示すように、第一吸気ポート開口部11A及び第二排気ポート開口部12Bのみが開放されることになり、言い換えるとシリンダ19の開口部が千鳥状に開放される。バルブオーバーラップ期間にシリンダ19内に導入された吸気流は、シリンダ19の外周面に沿って円弧状に移動する。これにより、第一吸気ポート開口部11Aから第二排気ポート開口部12Bに至るまでの吸気の移動距離が増大するため、HC成分の吹き抜け量が減少する。なお、ステップA20の判定でエンジン回転数Ne及び吸気圧力P1が休止制御の実施範囲外にある場合にはステップA40へ進む。この場合、休止制御が実施されず、そのままこのフローを終了する。
Thereby, as shown in FIG. 3, only the first
ステップA30に続くステップA50では、スロットル開度制御部3において、スロットル開度補正制御の実施条件が判定される。例えば、アクセルペダルの踏み込み操作量θACが所定量以上である状態が所定時間継続した場合には、ステップA60へ進み、スロットル開度補正制御が実施される。すなわち、スロットル開度制御部3からスロットルバルブ24に制御信号が出力され、スロットル開度が開放方向に制御される。これにより、シリンダ19内に導入される吸気量が増大し、次第にエンジン回転数Neが上昇する。なお、ステップA50の判定でスロットル開度補正制御の実施条件が不成立の場合にはステップA70へ進む。この場合、スロットル開度補正制御が実施されず、そのままこのフローを終了する。
In step A50 following step A30, the throttle opening
[4.効果]
上記のエンジン10の制御装置では、吸気弁14B及び排気弁15Aのバルブリフト量がバルブオーバーラップに応じてゼロに制御される。ここで、四つの吸気弁14及び排気弁15のうち、対向配置されたペアについて着目すると、上記のエンジン10には二組のペアが存在する。第一のペアは、吸気弁14A及びこれに対向する排気弁15Aのペアであり、第二のペアは、吸気弁14B及びこれに対向する排気弁15Bのペアである。
[4. effect]
In the control device for the
上記の休止制御では、第一のペアのうちの一方である排気弁15Aのバルブリフト量がゼロに制御されるとともに、第二のペアのうちの一方である吸気弁14Bのバルブリフト量がゼロに制御される。このように、シリンダ19内における吸気の流通方向に対向する一対の弁の少なくとも何れか一方についてのバルブリフト量を減少させることにより、対向する開口部を介した吸気の直接的な流通量が減少する。したがって、HC成分を含む吸気の排気通路39側への吹き抜けを抑制することができる。これにより、エンジン10の燃費及び排気性能を向上させることができる。さらに、エンジン10から排出されるHC成分量自体が減少するため、排気触媒32の負荷を軽減できるというメリットがある。
In the stop control described above, the valve lift amount of the
また、吸気弁14及び排気弁15がそれぞれ一対設けられた四弁エンジンにおいては、上記のようにシリンダ19の開口部を千鳥状に開放することで、第一吸気ポート開口部11Aから流入した吸気が第二排気ポート開口部12Bから流出するまでの距離を稼ぐことができる。これにより、HC成分の吹き抜け防止効果を高めることができ、エンジン10の燃費及び排気性能をさらに向上させることができる。
Further, in a four-valve engine in which a pair of
また、上記のエンジン10の制御装置では、バルブオーバーラップが所定値以上である場合に吸気弁14B及び排気弁15Aが休止する。このように、シリンダ19内の吸気が吹き抜けやすい状態でバルブの動作を停止させることにより、HC成分の吹き抜け防止効果を高めることができる。
Further, in the control device for the
また、上記のエンジン10の制御装置では、バルブオーバーラップだけでなく吸排気圧力差P2-P1を参照してバルブリフト量を制御している。これにより、吸気が吹き抜けやすい圧力状態(吸気圧力P1>排気圧力P2である状態)でのバルブリフト量を減少させることができる。
なお、上記のエンジン10の制御装置では、エンジン回転数Neを参照してバルブリフト量を制御している。このような構成も、吸気が吹き抜けやすいエンジン10の運転状態を把握する上で有利であり、適切にバルブリフト量を減少させることが可能となり、HC成分の吹き抜け防止効果を高めることができる。
Further, in the control device for the
In the control device for the
さらに、上記のエンジン10の制御装置では、休止制御の実施条件として吸気圧力P1が排気圧力P2よりも高い場合であることを要求している。吸気圧力P1が排気圧力P2よりも低い場合に休止制御を実施しないのは、吸気の吹き抜けが生じないためである。このように、吸気が吹き抜けやすいエンジン10の運転状態で、適切にバルブリフト量を減少させることが可能となり、HC成分の吹き抜け防止効果を高めることができる。
Further, the control device for the
また、上記のエンジン10の制御装置では、図3に示すように、インジェクタ18から噴射される燃料の噴射方向が、休止制御時に開放される吸気弁14のバルブステム50よりもシリンダ19の外周側に設定されるため、吸気中でHC濃度の高い部位をシリンダ19の外周面に沿って流通しやすくすることができる。これにより、シリンダ19の中心部側に向かって燃料を噴射した場合と比較して、吸気の吹き抜けによって排気通路39側へ流出するHC量をより効果的に抑制することができ、エンジン10の燃費及び排気性能をさらに向上させることができる。
Further, in the control device for the
また、上記のエンジン10の制御装置では、休止制御の実施中にエンジン出力が不足した場合に、スロットル開度補正制御が実施されるため、スロットル開度を増大させることで吸気量を増大させてエンジン回転数Neを上昇させることができる。これにより、バルブリフト量を減少させる制御領域から運転領域を脱出させやすくすることができ、出力が低下した状態からの早期復帰が可能となる。また、バルブリフト量の制御によって減少した吸気量をスロットル開度の制御で補填することができ、出力の過剰な低下を防止することができる。
Further, in the control device for the
なお、上記のエンジン10の制御装置では、バルブオーバーラップを制御条件としてバルブリフト量を変更する制御が実施され、バルブオーバーラップの目標値自体は変更されない。したがって、ポート噴射式エンジンにおいてバルブオーバーラップの変更が制御上好ましくないような運転状態であっても、HC成分の吹き抜け防止効果を高めることができ、排気エミッション性能や燃費を向上させることができるという効果がある。
In the control device for the
[5.変形例]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、休止制御時に吸気弁14B及び排気弁15Aの動作を休止させるものを例示したが、少なくともこれらのバルブリフト量を減少させるものであれば、HC成分を含む吸気の排気通路39側への吹き抜けを抑制することができる。したがって、エンジン10の運転状態に応じて、吸気弁14B及び排気弁15Aのバルブリフト量を減少方向に制御するものとしてもよい。この場合、バルブオーバーラップが大きいほどバルブリフト量の減少量を増大させることで、吹き抜けの抑制効果を高めることが可能となる。
[5. Modified example]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately.
In the above-described embodiment, the operation of stopping the operation of the
また、上述の実施形態では、吸排気圧力差P2-P1及びエンジン回転数Neが図3中に示される休止制御の実施範囲内にある場合に休止制御を実施するものを例示したが、休止制御の実施条件はこれに限定されない。例えば、バルブリフト量のみに基づいて休止制御を実施してもよいし、バルブリフト量,吸気圧力P1及びエンジン回転数Neだけでなく、アクセルペダルの踏み込み操作量θAC,エンジン冷却水温,油温,外気温等を加味して実施条件を判定してもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the stop control is performed when the intake / exhaust pressure difference P 2 -P 1 and the engine speed Ne are within the stop control execution range shown in FIG. The execution condition of the pause control is not limited to this. For example, the stop control may be performed based only on the valve lift amount, and not only the valve lift amount, the intake pressure P 1 and the engine speed Ne, but also the accelerator pedal depression operation amount θ AC , the engine coolant temperature, the oil The implementation conditions may be determined taking into account temperature, outside air temperature, and the like.
また、上述の実施形態では、排気圧センサ46を用いて排気圧力P2を検出するものを例示したが、このような構成に代えて、あるいは加えて、エンジン10の運転状態から推定する(すなわち、エンジン制御装置5で排気圧力P2に相当する圧力値を演算する)構成としてもよい。例えば、ターボチャージャー31を備えたエンジン10においては、過給を実施することで一般に吸排気圧力差P2-P1の値が正となる。したがって、排気圧センサ46を用いることなく排気圧力P2の符号を推定することが可能である。また、ターボチャージャー31を備えていないエンジンにおいても、吸気絞りが小さい運転領域(スロットル開度のほぼ全開時)では、前記吸気圧力が排気圧力よりも大きくなることがある。したがって、エンジン回転数Neやスロットル開度に基づいて排気圧力P2や吸排気圧力差P2-P1を推定することが可能である。
In the above-described embodiment, the exhaust pressure sensor 46 is used to detect the exhaust pressure P 2. However, instead of or in addition to such a configuration, it is estimated from the operating state of the engine 10 (that is, The
また、上述の実施形態では、四つの給排気弁を備えたエンジン10を例に挙げて説明したが、バルブの数はこれに限定されない。図6に示すように、三本の吸気弁41,42,43と二本の排気弁44,45を備えた五バルブ式エンジン40の場合には、一方の排気弁44に対向配置された吸気弁41のペアと、他方の排気弁45に対向配置された吸気弁43のペアとに着目して、上述の実施形態と同様の制御を実施することが可能である。
In the above-described embodiment, the
例えば、吸気弁43及び排気弁44を休止制御時に休止させる(あるいはバルブリフト量を減少させる)弁とすることが考えられる。このような制御においても、図6中に白抜き矢印で示すように、HC成分を多く含む吸気流がシリンダ19の外周面に沿って流通するため、排気通路39側への吹き抜け量が減少する。したがって、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
For example, it can be considered that the
なお、二つの吸気弁41,43に挟まれた中央の吸気弁42の動作は任意であり、制御対象としなくてもよいし、完全に動作を休止させてもよい。吸気の吹き抜け防止効果をより向上させる場合には吸気弁42の閉鎖量を大きくすることが好ましく、充填効率の低下を抑制したい場合には吸気弁42の閉鎖量を小さくしておく(開放しておく)ことが好ましいものと考えられる。
The operation of the
1 バルブタイミング制御部(検出手段)
2 バルブリフト量制御部(リフト量制御手段)
3 スロットル開度制御部(スロットル開度制御手段)
5 エンジン制御装置
10 エンジン
14 吸気弁
15 排気弁
18 インジェクタ(燃料噴射手段)
20 インマニ(インテークマニホールド)
22 インマニ圧センサ(吸気圧力検出手段)
30 エキマニ(エキゾーストマニホールド)
31 ターボチャージャー(過給器)
33 クランク角センサ(回転速度検出手段)
46 排気圧センサ(排気圧力検出手段)
1 Valve timing controller (detection means)
2 Valve lift control unit (lift control means)
3 Throttle opening control unit (throttle opening control means)
5
20 Intake manifold (intake manifold)
22 In manifold pressure sensor (intake pressure detection means)
30 Exhaust manifold (Exhaust manifold)
31 Turbocharger (supercharger)
33 Crank angle sensor (rotational speed detection means)
46 Exhaust pressure sensor (exhaust pressure detection means)
Claims (7)
前記エンジンの吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記検出手段で検出された前記重複幅に応じて、前記燃料が噴射された気筒内における吸気の流通方向に対向する一対の前記吸気弁及び前記排気弁の少なくとも何れか一方についてのバルブリフト量を減少させるバルブリフト量制御手段と
を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。 Detecting means for detecting the overlap width of the opening periods of the intake valve and the exhaust valve of the engine;
Fuel injection means for injecting fuel into the intake passage of the engine;
In accordance with the overlap width detected by the detection means, a valve lift amount for at least one of the pair of the intake valve and the exhaust valve opposed to the flow direction of the intake air in the cylinder into which the fuel is injected. An engine control device comprising: a valve lift amount control means for reducing the valve lift amount.
前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅及び前記吸気圧力に応じて前記バルブリフト量を減少させる
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの制御装置。 Intake pressure detection means for detecting the intake pressure of the engine,
The valve lift amount control means, the overlap width and in accordance with the intake pressure and decreases the valve lift control device according to claim 1, wherein the engine.
ことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2 , wherein the valve lift amount control means decreases the valve lift amount when the intake pressure is higher than an exhaust pressure.
前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅及び前記エンジン回転数に応じて前記バルブリフト量を減少させる
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 A rotation speed detecting means for detecting the engine speed of the engine;
The engine control device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the valve lift amount control means decreases the valve lift amount according to the overlap width and the engine speed.
前記バルブリフト量制御手段が、前記重複幅が所定幅以上であるときに、前記一対の吸気弁及び排気弁の少なくとも何れか一方の動作を休止させる
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 A plurality of the intake valves and the exhaust valves, respectively,
5. The valve lift amount control unit according to claim 1, wherein when the overlap width is equal to or greater than a predetermined width, the valve lift amount control unit stops the operation of at least one of the pair of intake valves and exhaust valves . The engine control device according to any one of the preceding claims .
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The engine control according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel injection means injects the fuel between a stem of the intake valve and an outer peripheral surface of the cylinder. apparatus.
前記バルブリフト量制御手段が、一対の前記吸気弁及び前記排気弁のうち、前記気筒に吸気を導入している一方の吸気弁に対向する一方の排気弁を休止させるとともに、排気通路に空気を排出している他方の排気弁に対向する他方の吸気弁を休止させる
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The engine is a multi-valve engine having a pair of intake valves and a pair of exhaust valves that operate in synchronization with each other,
The valve lift amount control means pauses one of the pair of the intake valve and the exhaust valve that faces the one intake valve that introduces intake air into the cylinder, and supplies air to the exhaust passage. The engine control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the other intake valve facing the other exhaust valve that is discharging is deactivated.
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