JP5851463B2 - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、吸気弁が遅閉じの内燃機関において、可変動弁機構を介して吸気弁の閉弁タイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。 The present invention relates to a valve timing control device for an internal combustion engine that controls the closing timing of the intake valve via a variable valve mechanism in an internal combustion engine whose intake valve is slowly closed.
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この内燃機関は、吸気弁の通常の閉弁タイミングが吸気行程の下死点後の30°程度に設定された、吸気弁が遅閉じでない通常のバルブタイミングを有するものである。また、この内燃機関の可変動弁機構は、クランクシャフトに対する吸気カムの位相を変化させることによって、吸気弁の開弁タイミングと閉弁タイミングを常に同じ量、進角側又は遅角側に変更するように構成されている。
As a conventional valve timing control device for an internal combustion engine, for example, one disclosed in
このバルブタイミング制御装置では、例えば内燃機関の中負荷領域において、吸気弁のバルブタイミング(開閉弁タイミング)が、内燃機関の回転領域に応じて、以下のように制御される。まず、低回転領域及び高回転領域では、バルブタイミングを遅角側に設定する。これは、バルブタイミングを進角側に設定すると、低回転領域では燃焼が不安定になりやすく、また、高回転領域では、吸気慣性を利用できず、充填効率が低下するためである。一方、中回転領域では、このような不具合は発生しにくいため、吸気弁のバルブタイミングを進角側に設定することによって、充填効率を向上させ、より大きな出力を得るようにしている。 In this valve timing control device, for example, in the medium load region of the internal combustion engine, the valve timing of the intake valve (open / close valve timing) is controlled as follows according to the rotation region of the internal combustion engine. First, in the low rotation region and the high rotation region, the valve timing is set to the retard side. This is because if the valve timing is set to the advance side, combustion tends to become unstable in the low rotation region, and intake inertia cannot be used in the high rotation region, and the charging efficiency is lowered. On the other hand, in the middle rotation region, such a problem is unlikely to occur. Therefore, by setting the valve timing of the intake valve to the advance side, the charging efficiency is improved and a larger output is obtained.
しかし、上述した従来の制御装置を、吸気弁が遅閉じの内燃機関に用いた場合には、以下の問題が生じる。すなわち、吸気弁が遅閉じの内燃機関では、可変動弁機構により変更される吸気弁のバルブタイミングの最遅角位置が、吸入空気量が最大になるタイミングよりも遅角側に設定されており、上述した従来の制御装置と比較して、吸気弁の閉弁タイミングが全体として遅角側にシフトしている。このため、吸気通路側への吸気の吹き戻し量が大きく、充填効率がもともと低い状態にある。この状態から、従来の制御装置のように、内燃機関の高回転領域において吸気弁のバルブタイミングを遅角側に設定しても、吸気の吹き戻し量が増大側に変化し、吸気慣性が有効に発揮されないため、充填効率がむしろ低下し、内燃機関の出力を十分に得ることができない。 However, when the above-described conventional control device is used for an internal combustion engine whose intake valve is slowly closed, the following problems occur. That is, in an internal combustion engine in which the intake valve is closed late, the most retarded position of the valve timing of the intake valve that is changed by the variable valve mechanism is set to the retard side of the timing at which the intake air amount becomes maximum. Compared with the above-described conventional control device, the closing timing of the intake valve is shifted to the retard side as a whole. For this reason, the amount of air blown back to the intake passage is large, and the charging efficiency is originally low. From this state, even if the valve timing of the intake valve is set to the retard side in the high speed region of the internal combustion engine as in the conventional control device, the intake air blowback amount changes to the increase side, and the intake inertia is effective. Therefore, the charging efficiency is rather lowered and the output of the internal combustion engine cannot be obtained sufficiently.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、吸気弁が遅閉じの内燃機関において、吸気弁の閉弁タイミングを内燃機関の回転数に応じて適切に制御することにより、ノッキングを有効に抑制することによって燃費を向上させるとともに、特に高回転領域において十分な出力を確保することができる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an internal combustion engine in which the intake valve is closed late, appropriately controls the closing timing of the intake valve in accordance with the rotational speed of the internal combustion engine. Accordingly, an object of the present invention is to provide a valve timing control device for an internal combustion engine that can improve fuel efficiency by effectively suppressing knocking and can secure a sufficient output particularly in a high rotation region.
上記の目的を達成するために、本願の請求項1に係る発明は、気筒3aに空気を吸入するために開閉される吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、可変動弁機構(実施形態における(以下、本項において同じ)可変リフト機構12、可変位相機構13)を介して制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、可変動弁機構によって変更可能な吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最遅角位置は、気筒3aに充填される空気量が最大になるタイミングよりも遅角側に設定されており、内燃機関3の回転数NEを検出する回転数検出手段(クランク角センサ20)と、内燃機関3の負荷(要求トルクTRQCMD)を検出する負荷検出手段(アクセル開度センサ24)と、検出された内燃機関3の回転数NEが同一の条件において、検出された内燃機関3の負荷が全負荷(全負荷トルクTRQWOT)よりも小さいときに、吸気弁6の閉弁タイミングIVCを最も進角させる(図8)とともに、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1を、内燃機関3の回転数NEが異なる条件では、内燃機関3の回転数NEが高いほど、より進角側に制御する制御手段(ECU2、図6のステップ3、図10)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この内燃機関は、吸気弁の閉弁タイミングを変更するための可変動弁機構を有するとともに、この可変動弁機構によって変更可能な吸気弁の閉弁タイミングの最遅角位置が、気筒に充填される空気量が最大になるタイミングよりも遅角側に設定された、吸気弁が遅閉じのものである。このような吸気弁が遅閉じの内燃機関では、内燃機関の回転数が増加するのに応じて、吸気弁の閉弁タイミングを進角側に設定するほど、充填効率が高くなることが判明した。これは、前述したように、吸気弁が遅閉じの場合には、遅閉じでない通常の場合と比較して、吸気弁の閉弁タイミングが全体として遅角側にシフトしていて、充填効率がもともと低い状態にあるため、この状態から閉弁タイミングを遅角側に変化させても、吸気慣性は有効に発揮されず、むしろ進角側に変化させた方が、充填効率が高くなるためである。 The internal combustion engine has a variable valve mechanism for changing the valve closing timing of the intake valve, and the most retarded position of the valve closing timing of the intake valve that can be changed by the variable valve mechanism is filled in the cylinder. The intake valve is set to be retarded from the timing at which the amount of air to be maximized is delayed. In such an internal combustion engine with a late closing of the intake valve, it has been found that the charging efficiency increases as the closing timing of the intake valve is set to the advance side as the rotational speed of the internal combustion engine increases. . As described above, when the intake valve is closed late, the closing timing of the intake valve is shifted to the retard side as a whole compared to the normal case where the intake valve is not closed, and the charging efficiency is improved. Since it is originally in a low state, even if the valve closing timing is changed from this state to the retarded angle side, the intake inertia is not exhibited effectively, but rather the change to the advanced angle side increases the charging efficiency. is there.
本発明は、このような新たに知見された技術的観点に基づいており、検出された内燃機関の回転数が高いほど、吸気弁の閉弁タイミングの最進角値をより進角側に制御することによって、充填効率を高めることができ、したがって、特に高回転領域において十分な内燃機関の出力を確保することができる。 The present invention is based on such a newly discovered technical point of view, and the higher the detected rotational speed of the internal combustion engine, the more the advanced angle value of the closing timing of the intake valve is controlled to the advanced angle side. By doing so, the charging efficiency can be increased, and therefore a sufficient output of the internal combustion engine can be ensured particularly in a high rotation region.
また、内燃機関の回転数が低いほど、1燃焼サイクル当たりの時間が長くなるため、ノッキングが発生しやすくなる。これに対し、本発明によれば、エンジン回転数が低いほど、吸気弁の閉弁タイミングの最進角値がより遅角側に制御されるので、ノッキングを有効に抑制し、安定した燃焼状態を確保することによって、燃費を向上させることができる。
さらに、内燃機関が全負荷運転状態のときには、吸気弁の閉弁タイミングが進角しすぎると、ノッキングが発生しやすくなり、燃焼効率が低下する。この構成によれば、内燃機関の回転数が同一の条件において、内燃機関の負荷が全負荷よりも小さいときに、吸気弁の閉弁タイミングを最も進角させ、全負荷のときには最進角位置より遅角側に制御するので、全負荷運転状態において、ノッキングを適切に回避し、燃焼安定性を向上させることができる。
Further, since the time per combustion cycle becomes longer as the rotational speed of the internal combustion engine is lower, knocking is likely to occur. On the other hand, according to the present invention, as the engine speed is lower, the most advanced value of the closing timing of the intake valve is controlled to the more retarded side, so knocking is effectively suppressed and a stable combustion state By ensuring the fuel consumption can be improved.
Further, when the internal combustion engine is in a full load operation state, if the closing timing of the intake valve is advanced too much, knocking is likely to occur and combustion efficiency is reduced. According to this configuration, when the internal combustion engine has the same rotational speed, when the load of the internal combustion engine is smaller than the full load, the valve closing timing of the intake valve is advanced most, and at the full load, the most advanced position Since the control is performed more retarded, knocking can be appropriately avoided and combustion stability can be improved in the full load operation state.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、制御手段は、内燃機関3の回転数NEが高くなるのに応じて、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1を段階的に進角させること(図10)を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the control means controls the valve closing timing IVC of the
この構成によれば、内燃機関の回転数の増減に応じた可変動弁機構の追従性を向上させるとともに、吸気弁の閉弁タイミングの変化に伴う、内燃機関を制御する他の機構の動作への影響を抑制でき、内燃機関の全体的な制御を円滑に行うことができる。 According to this configuration, the followability of the variable valve mechanism according to the increase / decrease in the number of revolutions of the internal combustion engine is improved, and the operation of another mechanism that controls the internal combustion engine in accordance with the change in the closing timing of the intake valve. And the overall control of the internal combustion engine can be performed smoothly.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、制御手段は、内燃機関の負荷が全負荷のときにおける吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、内燃機関3の回転数NEが高いほど、より進角側に制御することを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、内燃機関の負荷が全負荷のときに、内燃機関の回転数が高いほど、吸気弁の閉弁タイミングをより進角側に制御するので、全負荷運転状態において、内燃機関の回転数に応じてその出力を十分に確保するという、請求項1に係る発明の利点を得ることができ、運転者の高い出力要求に良好に応えることができる。
According to this configuration, when the load of the internal combustion engine is a full load, the higher the rotational speed of the internal combustion engine, the closer the intake valve closing timing is controlled to the advance side. The advantage of the invention according to
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示す内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えば4つの気筒3a(1つのみ図示)を有するDOHC型のガソリンエンジンであり、車両(図示せず)に搭載されている。各気筒3aには、ピストン3bとシリンダヘッド3cの間に燃焼室3dが形成されている。このエンジン3では、燃焼室3dなどの容積に基づく幾何学的圧縮比が比較的大きく、13.0以上に設定されている。燃焼室3dには、吸気通路4及び排気通路5が接続され、吸気通路4の吸気ポート及び排気通路5の排気ポートには、これらを開閉する吸気弁6及び排気弁7がそれぞれ設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 shown in FIG. 1 is a DOHC type gasoline engine having, for example, four
また、エンジン3は、吸気弁6を開閉するとともに、そのバルブタイミングを変更する可変動弁機構10と、排気弁7を開閉する動弁機構11を備えている。この排気側の動弁機構11は、通常のカム駆動式のものであり、排気カムシャフト及びそれと一体の排気カム(いずれも図示せず)などで構成され、クランクシャフト3eの回転に伴って、排気弁7を駆動する。それにより、排気弁7は、図3に示すように、排気カムによる一定のバルブリフト曲線に従って、一定のバルブタイミングで開弁する。
The
例えば、排気弁7のリフト(最大リフト量)は、後述する吸気弁6のリフトよりも小さく、また、開弁タイミングEVOは排気行程の開始時の下死点の前に、閉弁タイミングEVCは吸気行程の開始時の上死点(以下「吸気TDC」という)の前に、それぞれ設定されている。なお、図3などに示すように、排気弁7の開弁及び閉弁は、リフト量=1mmを基準として定義されており、このことは、吸気弁6についても同様である。
For example, the lift (maximum lift amount) of the exhaust valve 7 is smaller than the lift of the
一方、吸気弁6を開閉する可変動弁機構10は、吸気弁6のリフトを変更する可変リフト機構12と、吸気弁6の位相を変更する可変位相機構13で構成されている。
On the other hand, the
可変リフト機構12は、吸気弁6のリフトを低リフトと高リフトの2段階で切り換えるものである。可変リフト機構12は、吸気カムシャフト、それと一体の低速カム及び高速カムと、油圧式の切換機構(いずれも図示せず)を備えており、この切換機構は、油圧回路(図示せず)及び切換制御弁12a(図2参照)などを有する。切換制御弁12aは、電磁弁などで構成されており、後述するECU2からの制御信号に応じて、油圧回路に供給される油圧を制御することにより、吸気弁6を低速カムで駆動する低リフトモードと、高速カムで駆動する高リフトモードに切り換える。
The
その結果、図3に示すように、低リフトモードのときには、吸気弁6は、低速カムによるバルブリフト曲線に従って、より低いリフトで開弁する。一方、高リフトモードのときには、吸気弁6は、高速カムによるバルブリフト曲線に従って、より大きなリフトで開弁する。また、高リフトモードのときには、低リフトモードと比較して、吸気弁6の開角期間が若干、広くなり、開弁タイミングIVOは進角側に、閉弁タイミングIVCは遅角側に、それぞれ変化する。
As a result, as shown in FIG. 3, in the low lift mode, the
また、可変位相機構13は、クランクシャフト3eに対する吸気弁6の相対的な位相(以下「吸気位相」という)CAINを無段階に変更するものであり、位相制御モータ13a(図2参照)などを備えている。この位相制御モータ13aは、ECU2からの制御信号に応じて、クランクシャフト3eに対して吸気カムシャフトを相対的に回転させ、両者の相対角度を変化させることにより、吸気位相CAINを所定の最遅角値と最進角値の間で無段階に変更する。
The
図4及び図5は、可変リフト機構12及び可変位相機構13によって設定される吸気弁6のバルブタイミングの一例を示す。低リフトモードで、吸気位相CAINが最遅角値のときには、図4に実線で示すように、吸気弁6の開弁タイミングIVOは、吸気TDC後の約43°であり、閉弁タイミングIVCは、吸気行程の終了時の下死点(以下「吸気BDC」という)後の約76°である。
4 and 5 show an example of the valve timing of the
同様に、高リフトモードで、吸気位相CAINが最遅角値のときには、図5に実線で示すように、吸気弁6の開弁タイミングIVOは、吸気TDC後の約38°であり、閉弁タイミングIVCは、吸気BDC後の約86°である。また、図4及び図5に一点鎖線で示すように、低リフトモード及び高リフトモードのいずれの場合にも、吸気位相CAINが最進角値のときには、最遅角値のときと比較して、吸気弁6のバルブタイミングは、全体として、可変位相機構13の作動範囲(約40°)と等しい大きさで、進角側にシフトする。
Similarly, when the intake phase CAIN is the most retarded value in the high lift mode, the valve opening timing IVO of the
以上のように、吸気位相CAINが最遅角値のときの吸気弁6の閉弁タイミングIVCは、低リフト及び高リフトモードにおいてそれぞれ、吸気BDC後の76°、86°程度であり、気筒3aに充填される空気量が最大になるタイミングよりも大きく遅角側に設定されている。すなわち、本実施形態では、エンジン3は、吸気弁6が遅閉じの高圧縮比エンジン(ミラーサイクルエンジン)として構成されている。また、吸気位相CAINが最遅角値のときの吸気弁6の開弁タイミングIVOは、低リフト及び高リフトモードにおいて、それぞれ吸気TDC後の43°、38°程度であり、通常のエンジンよりも遅開きになっている。
As described above, the closing timing IVC of the
図1に戻り、エンジン3には、気筒3aごとに、点火プラグ15及び燃料噴射弁16が設けられている。点火プラグ15は、シリンダヘッド3cに取り付けられており、火花を発生させることにより、気筒3a内の混合気に点火を行う。燃料噴射弁16は、吸気通路4の吸気マニホルドに取り付けられており、吸気ポートに向かって燃料を噴射する。これらの点火プラグ15の点火時期、及び燃料噴射弁16の燃料噴射量などは、ECU2によって設定されるとともに、ECU2からの制御信号によって制御される。
Returning to FIG. 1, the
吸気通路4には、スロットル弁機構17が設けられている。スロットル弁機構17は、回動自在のスロットル弁17aと、これを駆動するTHアクチュエータ17bなどを備えている。THアクチュエータ17bは、モータとギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの制御信号に応じて、スロットル弁17aを駆動し、その開度を変化させることにより、スロットル弁17aを通過する空気の流量が制御される。
A
また、エンジン3には、EGR装置18が設けられている。EGR装置18は、燃焼室3dから排気通路5に排出された排ガスの一部を吸気通路4側に還流させる外部EGRを実行する。EGR装置18は、吸気通路4のスロットル弁17aよりも下流側と排気通路5に接続されたEGR通路18aと、EGR通路18aに設けられたEGR弁18bと、EGR弁18bを駆動するEGRアクチュエータ18cなどを備えている。
Further, the
EGRアクチュエータ18cは、リニアソレノイドを用いたものであり、ECU2からの制御信号に応じて、EGR弁18bを駆動し、そのリフトを変化させることにより、排ガスの還流量(以下「外部EGR量」という)が制御される。
The
クランクシャフト3eには、クランク角センサ20が設けられている。クランク角センサ20は、クランクシャフト3eの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号及びTDC信号をECU2に出力する。CRK信号は、所定のクランク角度(例えば1°)ごとに出力される。また、TDC信号は、いずれかの気筒3aにおいてピストン3bが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン3が4気筒の場合には、クランク角度180°ごとに出力される。
A
ECU2は、CRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出し、TDC信号及びCRK信号に基づき、クランク角を算出する。
The
また、吸気通路4のスロットル弁17aよりも上流側には、エアフローセンサ21が設けられ、下流側には吸気圧センサ22が設けられている。エアフローセンサ21は、吸気通路4を流れる空気の流量GAIRを検出し、その検出信号をECU2に出力する。また、吸気圧センサ22は、吸気通路4の吸気チャンバ4a内の圧力PBを検出し、その検出信号をECU2に出力する。
An
さらに、ECU2には、水温センサ23からエンジン3の冷却水の温度(以下「エンジン水温」という)TWを表す検出信号が、アクセル開度センサ24から、車両のアクセルペダル(図示せず)の踏込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、車速センサ25から、車両の速度(車速)VPを表す検出信号が、それぞれ入力される(図2参照)。
Further, the
ECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、前述した各種のセンサ20〜25の検出信号などに応じて、エンジン3の運転状態を判別する。また、判別した運転状態に応じて、点火プラグ15の点火時期、燃料噴射弁16の燃料噴射量、スロットル弁17aの開度、及びEGR装置18による外部EGR量などを制御するとともに、可変リフト機構12及び可変位相機構13を介して、吸気弁6のバルブタイミングを制御する。なお、本実施形態では、ECU2が制御手段に相当する。
The
図6は、ECU2で実行される、吸気弁6のバルブタイミングの制御処理を示す。本処理は、所定時間ごとに実行される。本処理ではまず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、エンジン3に要求される要求トルクTRQCMDを算出する。この要求トルクTRQCMDの算出は、検出されたアクセル開度AP及び車速VPに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって行われる。
FIG. 6 shows a control process of the valve timing of the
次に、可変リフト機構12による吸気弁6のリフトモードを低リフトモード又は高リフトモードに決定する(ステップ2)。このリフトモードの決定は、要求トルクTRQCMD及びエンジン回転数NEに応じ、図7に示すマップを検索するとともに、検出されたエンジン水温TWを考慮して行われる。
Next, the lift mode of the
このマップの上側のラインは全負荷トルクTRQWOTを表す。この全負荷トルクTRQWOTは、エンジン3が全負荷、すなわちアクセルペダルが全開状態のときの要求トルクTRQCMDに相当する。このマップでは、リフトモードは、エンジン回転数NEが第1所定値NREF1(例えば1100rpm)よりも小さい低回転領域では、低リフト(Lo)モードに設定され、エンジン回転数NEが第1所定値NREF1以上で、かつ最大回転数に相当する第3所定値NMAX以下である中高回転領域では、基本的に、より大きな吸入空気量を確保するために、高リフト(Hi)モードに設定されている。
The upper line of this map represents the full load torque TRQWOT. The full load torque TRQWOT corresponds to the required torque TRQCMD when the
また、エンジン回転数NEが第2所定値NREF2(例えば3500rpm)以上である高回転領域にあり、かつ要求トルクTQRCMDが全負荷トルクTRQWOTを含む所定の高負荷領域にあるときには、リフトモードは、低リフトモードに設定されている。 Further, when the engine speed NE is in a high rotation range where the second predetermined value NREF2 (for example, 3500 rpm) or more and the required torque TQRCMD is in a predetermined high load range including the full load torque TRQWOT, the lift mode is low. The lift mode is set.
次に、ステップ2で決定されたリフトモードに応じ、ステップ1で算出された要求トルクTRQCMDとエンジン回転数NEに基づいて、吸気位相CAINの目標値である目標吸気位相CAINCMDを算出する(ステップ3)。
Next, a target intake phase CAINCMD that is a target value of the intake phase CAIN is calculated based on the required torque TRQCMD calculated in
次に、決定されたリフトモードに基づく制御信号を、可変リフト機構12の切換制御弁12aに出力することによって、可変リフト機構12を駆動し(ステップ4)、吸気弁6を低リフトモード又は高リフトモードに制御する。
Next, by outputting a control signal based on the determined lift mode to the switching
最後に、ステップ3で算出された目標吸気位相CAINCMDに基づく制御信号を、可変位相機構13の位相制御モータ13aに出力することによって、可変位相機構13を駆動し(ステップ5)、本処理を終了する。これにより、吸気位相CAINが目標吸気位相CAINCMDに制御され、吸気弁6のバルブタイミングが制御される。
Finally, the
次に、上述したバルブタイミング制御によって得られる、要求トルクTRQCMD及びエンジン回転数NEと吸気弁6の閉弁タイミングIVCとの関係について、詳細に説明する。まず、要求トルクTRQCMDが小さい低負荷領域では、図示しないが、吸気弁6の閉弁タイミングIVCは、エンジン回転数NEにかかわらず、最遅角位置に制御される。これは、図9(a)に示すように、低負荷領域では、EGR装置18による外部EGRが実行されず、閉弁タイミングIVCが遅いほどポンピングロスが小さくなることから、閉弁タイミングIVCが最遅角位置のときに正味燃料消費率BSFCが最小になるためである。
Next, the relationship between the required torque TRQCMD and engine speed NE obtained by the valve timing control described above and the valve closing timing IVC of the
また、図8は、中高負荷領域において、エンジン回転数NEが同一の条件のときの、要求トルクTRQCMDに対する吸気弁6の閉弁タイミングIVCの関係を示す。同図に示すように、この条件では、閉弁タイミングIVCは、要求トルクTRQCMDが全負荷トルクTRQWOTよりも小さな所定値TRQ1以下の領域では、要求トルクTRQCMDが大きいほど、より進角側に制御される。これは、以下の理由による。
FIG. 8 shows the relationship of the closing timing IVC of the
すなわち、中負荷及び高負荷領域では、外部EGRが実行され、それによるポンピングロスの低減によって燃費効果が得られるとともに、負荷が増大するにつれて、外部EGR量が増加するように制御されるため、閉弁タイミングIVCがより進角側のときに、空気(新気)の充填効率が高くなり、良好な燃焼状態が得られる。その結果、図9(b)及び(c)に示すように、中負荷及び高負荷領域では、負荷が大きいほど、最小の正味燃料消費率BSFCが得られる閉弁タイミングIVCが、より進角側に移行するためである。なお、図9(c)及び(d)の×印よりも遅角側の領域は、閉弁タイミングIVCが遅すぎるため、充填される空気量が不足することで、安定した燃焼及び出力を維持できない領域を示す。 That is, in the medium load and high load regions, external EGR is executed, and a fuel efficiency effect is obtained by reducing the pumping loss, and the external EGR amount is controlled to increase as the load increases. When the valve timing IVC is on the more advanced side, the charging efficiency of air (fresh air) is increased and a good combustion state is obtained. As a result, as shown in FIGS. 9B and 9C, the valve closing timing IVC at which the minimum net fuel consumption rate BSFC can be obtained as the load increases in the medium load and high load regions is more advanced. This is to shift to. 9C and 9D, the region on the retarded angle side from the cross mark X is too late, so the amount of air to be filled is insufficient, so that stable combustion and output are maintained. Indicates an area that cannot.
また、図8に示すように、吸気弁6の閉弁タイミングIVCは、要求トルクTRQCMDが所定値TRQ1のときに、最進角値IVC1に制御され、要求トルクTRQCMDが所定値TRQ1と全負荷トルクTRQWOTの間の領域では、要求トルクTRQCMDが大きいほど、より遅角側に制御される。これは、全負荷状態では、外部EGRが停止されるため、図9(d)に示すように、閉弁タイミングIVCが進角しすぎると、ノッキングが発生し、それによるエネルギ損失によって燃焼効率が低下する結果、最小の正味燃料消費率BSFCが得られる閉弁タイミングIVCが、高負荷領域よりも遅角側になるためである。なお、図9(d)の点線は、ノッキングの影響を無視したときの正味燃料消費率BSFCを、参考として示したものである。
As shown in FIG. 8, the closing timing IVC of the
なお、図8に例示した以外のエンジン回転数NEに対しても、エンジン回転数NEが同一の条件では、閉弁タイミングIVCは、要求トルクTRQCMDに対して、図8と同様の傾向で制御される。この場合、閉弁タイミングIVCが最進角値IVC1に制御される所定値TRQ1は、エンジン回転数NEが高いほど、要求トルクTRQCMDがより高い側に設定される。 Note that the valve closing timing IVC is controlled with the same tendency as in FIG. 8 with respect to the required torque TRQCMD under the same engine speed NE with respect to the engine speed NE other than that illustrated in FIG. The In this case, the predetermined value TRQ1 at which the valve closing timing IVC is controlled to the most advanced angle value IVC1 is set to a higher required torque TRQCMD as the engine speed NE is higher.
以上のように、要求トルクTRQCMDに応じて吸気弁6の閉弁タイミングIVCを制御することによって、要求トルクTRQCMDに応じた最良の燃費を得ることができる。
As described above, by controlling the valve closing timing IVC of the
次に、前述したバルブタイミング制御によって得られる、エンジン回転数NEと吸気弁6の閉弁タイミングIVCとの関係について説明する。まず、前述したように、低負荷領域では、吸気弁6の閉弁タイミングIVCは、すべてのエンジン回転数NEに対して最遅角位置に制御され、それにより、吸気弁6の遅閉じによる燃費効果が得られる。
Next, the relationship between the engine speed NE and the valve closing timing IVC of the
また、図10は、エンジン回転数NEと、前述したように制御される吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1との関係を示す。なお、同図のNREF1は、図7のマップにおいて、吸気弁6のリフトモードを低リフトモードと高リフトモードに切り換える際のしきい値として用いられる、エンジン回転数NEの第1所定値である。同図に示すように、閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1は、エンジン回転数NEが高いほど、より進角側に段階的に制御される。また、図示しないが、エンジン3が全負荷のときには、吸気弁6の閉弁タイミングIVCは、最進角値IVC1の場合と同様、エンジン回転数NEが高いほど、より進角側に段階的に制御される。以下、その理由を、図11及び図12を参照しながら説明する。
FIG. 10 shows the relationship between the engine speed NE and the most advanced value IVC1 of the closing timing IVC of the
図11は、吸気弁6の閉弁タイミングIVCと正味燃料消費率BSFCとの関係を、回転領域ごとに示したものである。まず、本実施形態のエンジン3のように幾何学的圧縮比が高い場合には、中高負荷領域ではもともとノッキングが発生しやすく、同図(a)に示す低回転領域では特に、1燃焼サイクル当たりの時間が長いため、吸入空気量が少ない場合でも、ノッキングが発生しやすくなる。このため、ノッキングの影響を考慮した正味燃料消費率BSFCは、閉弁タイミングIVCが遅角側にあるときに最小になる。
FIG. 11 shows the relationship between the valve closing timing IVC of the
これに対し、図11(b)(c)に示す中回転及び高回転領域では、エンジン回転数NEが高いほど、1燃焼サイクル当たりの時間がより短くなり、ノッキングが発生しにくくなるため、最小の正味燃料消費率BSFCが得られる閉弁タイミングIVCは、より進角側に移行する。 On the other hand, in the middle and high speed regions shown in FIGS. 11B and 11C, the higher the engine speed NE, the shorter the time per combustion cycle and the less likely knocking occurs. The valve closing timing IVC at which the net fuel consumption rate BSFC is obtained shifts further to the advance side.
また、図12は、エンジン回転数NEと気筒3aへの空気の充填効率ηcとの関係を、吸気弁6の閉弁タイミングIVCごとに示したものである。このうち、同図(b)は、吸気弁が遅閉じでない通常の場合の比較例である。この場合には、充填効率ηcは、低回転領域では、吸気弁の閉弁タイミングが進角側であるほど、より大きいのに対し、高回転領域では、吸気慣性が大きくなるのに伴ってこの関係が逆転し、充填効率ηcは、吸気弁の閉弁タイミングが遅角側であるほど、より大きくなる。
FIG. 12 shows the relationship between the engine speed NE and the efficiency of charging air into the
これに対し、本実施形態のような吸気弁6が遅閉じの場合には、同図(a)に示すように、エンジン回転数NEの大きさにかかわらず、充填効率ηcは、吸気弁6の閉弁タイミングIVCが遅角側であるほど、より大きくなる。これは、前述したように、吸気弁6が遅閉じの場合には、閉弁タイミングが全体として遅角側にシフトしていて、充填効率ηcがもともと低い状態にあるため、この状態から閉弁タイミングを遅角側に変化させても、吸気慣性は有効に発揮されず、むしろ進角側に変化させた方が、充填効率ηcが高くなるためである。
On the other hand, when the
したがって、中高負荷領域において、以上のような、エンジン回転数NEに応じた吸気弁6の閉弁タイミングIVCと正味燃料消費率BSFC及び充填効率ηcとの関係に基づき、エンジン回転数NEが高いほど、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1、及びエンジン3が全負荷のときの吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、より進角側に設定することによって、ノッキングを考慮した最小の正味燃料消費率BSFCを得るとともに、より高い充填効率ηcを得ることができる。
Therefore, in the middle and high load region, the higher the engine speed NE is based on the relationship between the valve closing timing IVC of the
以上のように、本実施形態によれば、図10に示すように、エンジン回転数NEが高いほど、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1を、より進角側に制御する。これにより、ノッキングを有効に抑制し、安定した燃焼状態を確保することによって、燃費を向上させるとともに、より高い充填効率を得ることによって、特に高回転領域において十分なエンジン3の出力を確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, as the engine speed NE is higher, the most advanced value IVC1 of the closing timing IVC of the
また、エンジン3が全負荷のときには、エンジン回転数NEが高いほど、吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、より進角側に制御するので、全負荷運転状態において、エンジン回転数NEに応じてエンジン3の出力を十分に確保するという効果を得ることができ、運転者の高い出力要求に良好に応えることができる。
Further, when the
さらに、前述したように、エンジン3が高回転・高負荷領域にあるときには、吸気弁6のリフトモードが、開弁タイミングIVOがより遅い低リフトモードに設定されるので、それにより排気弁7と吸気弁6とのオーバーラップによる内部EGR量が低減されることによって、充填効率ηcをさらに高め、より高い出力を得ることができる。
Further, as described above, when the
また、エンジン回転数NEが増加するのに応じて、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1、又はエンジン3が全負荷のときの吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、段階的に進角させる。これにより、エンジン回転数NEの増減に応じた可変位相機構13の追従性を向上させるとともに、閉弁タイミングIVCの変化に伴う、エンジン3を制御する他の機構、例えばスロットル弁機構17やEGR装置18の動作への影響を抑制でき、エンジン3の全体的な制御を円滑に行うことができる。
Further, as the engine speed NE increases, the most advanced angle value IVC1 of the closing timing IVC of the
また、中高負荷領域では、エンジン回転数NEが同一の条件において、要求トルクTRQCMDが全負荷トルクTRQWOTよりも小さいときに、吸気弁6の閉弁タイミングIVCを最も進角させ、全負荷トルクTRQWOTのときには最進角値より遅角側に制御するので、全負荷運転状態において、ノッキングを適切に回避し、燃焼安定性を向上させることができる。
In the middle and high load range, when the required torque TRQCMD is smaller than the full load torque TRQWOT under the same engine speed NE, the valve closing timing IVC of the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、エンジン3の負荷として、要求トルクTRQCMDを用いているが、これに代えて、エンジン3の負荷を表す他の適当なパラメータ、例えばアクセル開度APやエアフローセンサ21で検出された空気流量GAIRなどを用いてもよい。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the required torque TRQCMD is used as the load of the
また、実施形態では、吸気弁6の閉弁タイミングIVCの最進角値IVC1を、エンジン回転数NEに応じて、図10に示すように制御するとともに、吸気弁6の閉弁タイミングIVCを、要求トルクTRQCMDに応じて、図8に示すように制御しているが、後者の制御を省略してもよい。さらに、実施形態では、吸気弁6の可変動弁機構として、可変位相機構13に加えて可変リフト機構12を併用しているが、後者を省略してもよい。
In the embodiment, the most advanced angle value IVC1 of the closing timing IVC of the
さらに、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用のディーゼルエンジンの他、船舶用の内燃機関など、産業用の種々の内燃機関に広く適用することができる。さらに、実施形態で示した細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。 Further, the embodiment is an example in which the present invention is applied to a gasoline engine for a vehicle. However, the present invention is not limited to this, and various industrial industrial applications such as a diesel engine for a vehicle and an internal combustion engine for a ship are also included. The present invention can be widely applied to internal combustion engines. Furthermore, the detailed configuration shown in the embodiment is merely an example, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.
2 ECU(制御手段)
3 内燃機関
3a 気筒
6 吸気弁
12 可変リフト機構(可変動弁機構)
13 可変位相機構(可変動弁機構)
20 クランク角センサ(回転数検出手段)
24 アクセル開度センサ(負荷検出手段)
IVC 吸気弁の閉弁タイミング
IVC1 吸気弁の閉弁タイミングの最進角値
CAIN 吸気位相
NE エンジン回転数(内燃機関の回転数)
TRQCMD 要求トルク(内燃機関の負荷)
2 ECU (control means)
3
13 Variable phase mechanism (Variable valve mechanism)
20 Crank angle sensor (rotational speed detection means)
24 Accelerator opening sensor (load detection means)
IVC Intake valve closing timing IVC1 Intake valve closing timing maximum advance value CAIN Intake phase NE Engine speed (speed of internal combustion engine)
TRQCMD Required torque (load of internal combustion engine)
Claims (3)
前記可変動弁機構によって変更可能な前記吸気弁の閉弁タイミングの最遅角位置は、前記気筒に充填される空気量が最大になるタイミングよりも遅角側に設定されており、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記検出された内燃機関の回転数が同一の条件において、前記検出された内燃機関の負荷が全負荷よりも小さいときに、前記吸気弁の閉弁タイミングを最も進角させるとともに、当該吸気弁の閉弁タイミングの最進角値を、前記内燃機関の回転数が異なる条件では、当該内燃機関の回転数が高いほど、より進角側に制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。 A valve timing control device for an internal combustion engine that controls a valve closing timing of an intake valve that is opened and closed to suck air into a cylinder via a variable valve mechanism,
The most retarded position of the closing timing of the intake valve that can be changed by the variable valve mechanism is set to be retarded from the timing at which the amount of air charged in the cylinder becomes maximum,
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
Load detecting means for detecting a load of the internal combustion engine;
When the detected rotational speed of the internal combustion engine is the same, when the detected load of the internal combustion engine is smaller than the full load, the valve closing timing of the intake valve is advanced most, and the intake valve Control means for controlling the most advanced value of the valve closing timing to a more advanced side as the rotational speed of the internal combustion engine is higher under the condition that the rotational speed of the internal combustion engine is different. Engine valve timing control device.
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