JPH09504850A - 内燃機関のシリンダの空気充填の最適化のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エンジンの回転数（Ｎ）に応じて、シリンダ（４₁）に組み合わされた吸気バルブ（２）の閉じ時の遅れの値（ＲＦＡ_tab）をテーブルから引き出し、この遅れに応じてバルブ（２）の閉じの制御を行う。高充填量での安定回転数での動作時に、メモリー内に保管されている遅れから、印加する閉じ遅れを段階（ε）毎に漸進的に変化させ、連続する段階のそれぞれの前後にシリンダの充填量を測定して比較し、この比較によって前述の充填量の増加が示された場合には、充填量の最大値が検出されるまで、メモリー内の遅れの値（ＲＦＡ_tab）を更新する。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のシリンダの空気充填の 最適化のための方法および装置 本発明は、高充填量での内燃機関の空気充填の最適化方法に関するものであり 、とりわけ、このシリンダと組み合わされた吸気バルブの閉じる瞬間を変化させ ることのできる手段を用いて実施されるこうした方法に関するものである。また 、本発明は、この方法の実施のための装置を提供することをもその目的としてい る。 従来、吸気または排気バルブの「リフト」は、エンジンのクランクシャフトと 一体化されたカムあるいはエンジンと同期回転するカムシャフトと一体化された カムによって制御されている。それぞれのバルブとこれに組み合わされた制御用 カムとの間に設けられる機械的連結は、ポジティブドライブ式のものであり、こ の結果、バルブの開きまたは閉じのような「イベント」は、あらかじめ定められ た瞬間に生じ、エンジンの動作サイクル、すなわち、「エンジンサイクル」に対 して不変である。 今日では、これらのイベントを、制御された可変状態で関与させて、例えば、 エンジンのシリンダが吸入する空気または空気と燃料の混合物の量、あるいは、 このシリンダ内に保持される燃焼ガスの量を調節することが考えられている。 このためには、必要なあらゆる柔軟性をもって、すなわち、従来のカム式機構 にはなかった柔軟さをもって、バルブの「リフト」を制御できる手段を有してい ることが前提となる。これを行うために、とりわけ、例えば電磁石式の電気機械 装置、ならびに、添付図１に示されているような機械油圧装置が考案されている 。 図示されている装置は、図をみるとわかるように、例えば４つのシリンダ４₁ ，４₂，４₃，４₄を備えたエンジン４に対して固定されているチャンバ３を介し てバルブ２に作用する従来式のカム１を含んでいる。チャンバ３には、逆止弁７ を備えた配管６を介してオイルポンプ５によって送出されるエンジン潤滑油のよ うな加圧された液体が充填されている。 チャンバ３は、２つの端部ピストン８および９によって閉じられている。ピス トン８は、通常は、チャンバ内に生じる油圧によってカム１を押す。バルブ２は 、ピストン９と一体化されていて、ばね１０によって、この組み合わされたシリ ンダ４₁内に設けられたシートを押さえている。このばねは、チャンバ９内の油 圧だけではバルブの「リフト」が生じないようにするのに十分な強さを有してい る。２方２位置式電磁弁１１により、チャンバを選択的に大気に通じたタンク１ ２に連絡することによって、チャンバ内の油圧を制御することができる。このよ うな装置はよく知られており、これらの装置に関する詳細については、米国特許 Ａ−４１３３３３２号、米国特許Ａ−４６１５３０６号および米国特許Ａ−４７ ９６５７３号を参照することができる。 この場合、図１に示されている機構の動作は、以下のようなものとなる：電磁 弁１１が図示されている位置となるように制御されると、チャンバ３はタンク１ ２から切り離され、逆止弁６が配管６へのあらゆるオイルの戻りを阻止する。チ ャンバ３に含まれるオイルが圧縮不能なため、カム１の押圧力によるピストン８ の移動が、ピストン９ならびにバルブ２に伝達される。この結果、このバルブは 、カム１がこのバルブに課す移動を被る。チャンバ３がタンク１２と通じるよう に電磁弁を動かすと、このチャンバ内の圧力は低下し、この圧力は、少なくとも 部分的に、タンク内に排出され、このとき、カム１がピストン８を下降させる。 こうして、ピストン８の移動のバルブへの伝達はなくなり、バルブは、閉じた位 置でそのシートに押しつけられたままとなる。 説明されている機構は、エンジンの回転数が高い場合にもエンジンの動作サイ クルの時間との相容性をもつ短い応答時間を有しているため、電磁弁１１の付勢 を適切に制御することによって、バルブ２の開閉の瞬 間を変化させることができることがわかる。 この制御では、エンジンに組み合わされたコンピュータ１３が、バルブの開閉 のような制御された「バルブのイベント」が生じるべき瞬間の例えばクランクシ ャフトの角度位置を定める設定値α_cを生成して、これをバルブのリフトの制御 用の他の１つのコンピュータ１４に送出することを前提としている。現代の自動 車は、クランクシャフト角度α_vilおよび／またはエンジンの回転数Ｎ、エンジ ンの吸気マニホルド内圧力Ｐ、冷却液温度Ｔ、アクセルペダルの位置Ａｃ等のセ ンサーから信号を供給されて、点火進み角Ａ、燃料噴射装置の開き時間ｔ_i等の 制御値を生成する点火および／または噴射用コンピュータを一般的に装備してい る。従って、図１に１３の番号で示されているこのようなコンピュータは、上記 のいくつかのセンサーから受け取った信号のうちのいくつか、とりわけ、エンジ ン回転数を表す信号に基づいて、このコンピュータ内に記憶されていてこのコン ピュータによって実行される１つまたは複数の方針に応じてバルブの開閉が生じ るべき瞬間のクランクシャフトの角度位置を定める上記の設定値α_cを生成する ことができ、この結果、このシリンダの吸気バルブの開き時間の間にこのシリン ダによって吸入される空気量を調整することができる。 これらの方針のうちの１つは、エンジンの高充填量 状態で吸気弁が閉じるべき瞬間のクランクシャフトの角度位置の値α_cを制御す るものである。「充填量」とは、ここでは、エンジンのそれぞれの動作サイクル 時にエンジンのシリンダ内に導入される空気または空気／燃料の混合物の量を意 味している。この量は、シリンダの「充填」によって、あるいは、アングロサク ソン語系の表現である「容積効率」によって、すなわち、エンジンのポンプとし ての動作能力、つまり、エンジンの回転数によって変化する吸気マニホールドお よびシリンダ内の圧力波の伝播のような様々な動的作用によって変化する能力に よって左右される。所与の回転数においてエンジンが発揮するトルクを最適化す ることが有利であることは明らかである。トルクはシリンダ内に含まれる空気／ 燃料の混合物の燃焼から得られるエネルギーによって左右されることは明かであ るため、このトルクを最適化するためには、エンジンのシリンダの「充填」を最 適化しなければならない。添付図２には、エンジンのクランクシャフトの対応す る角度位置に応じた吸気バルブの従来の「リフト」のグラフを実線で示した。ま た、例えば４サイクル爆発機関の一部を成すシリンダの吸気時間中に、組み合わ されたシリンダ内を移動するピストンの上死点（ＰＭＨ）および下死点（ＰＭＢ ）の角度位置も示した。図１に示されているバルブの可変リフト制御装置により 、吸気バルブの開き位置α_oおよび閉じ位置α_fを変化 させることが可能である。こうして、シリンダの充填を最適化するためには、角 度α_fは、低回転における下死点ＰＭＢ付近の位置と、高充填量に相当する高い 回転数に向かって変化すればするほど大きくなる閉じ時の遅れＲＦＡだけ送れた 位置との間で変化しなければならないことがわかった。 この結果、コンピュータ１３のメモリー１５内のテーブルに、エンジンの回転 数Ｎに応じた閉じ時の遅れＲＦＡ_tabの様々な値を保管して、このコンピュータ の制御用電子部品１６が、このバルブの閉じ用設定角度α_cの計算時にこのメモ リーに問い合わせを行うようにすることを考えることができる。しかしながら、 大量生産されるエンジンのそれぞれの単体は製造公差による特性の差を有してい るのに対し、このような方法では、こうした大量生産されるエンジンのそれぞれ の単体に遅れＲＦＡのテーブルを適応させることができず、また、このテーブル をそれぞれのエンジンの老朽化に対しても適応させることもできないため、この 方法は、「確固性」の面で満足できるものではない。 本発明は、高充填量での内燃機関のシリンダの空気充填の最適化のための方法 および装置で、上記のような欠点を有さないものを提供することを目的とするも のである。 本発明のこれらの目的ならびに以下の説明を読むことによって明らかになる他 の目的は、エンジンの回転 数に応じて、シリンダに組み合わされた吸気バルブの閉じ時の遅延の値をメモリ ー内のテーブルから引き出し、この遅れに基づいてこのバルブの閉じを制御する ような種類の方法によって達成されるものであり、この方法は、高充填量におけ る安定した回転数での動作時に、印加される閉じの遅れを、メモリーに保管され た遅れから、漸進的に段階毎に変化させ、連続する段階のそれぞれの前後のシリ ンダの充填量を測定して比較し、この比較によって前述の充填量の増加が示され た場合には、充填量の最大値が検出されるまで、メモリー内の遅延の値を更新す ることを特徴とする。 このような吸気バルブの閉じ時の遅れの値のテーブルの更新手順では、例えば 、この更新を定期的に実行して、製造公差によって生じる大量生産されたエンジ ンの各単体の特有の特性、ならびに、それぞれのエンジンに固有の老朽化を考慮 した遅れの値をメモリーに保管することができる。 本発明に基づく方法の実施のために、本発明は、１つの装置を提供するもので あり、この装置は、内燃機関のシリンダの吸気バルブの可変リフト制御手段と、 エンジンの回転数に応じた高充填量での前述のバルブの閉じ時の遅れの値をロー ドされた記憶手段を含んでおり、また、この装置は、更に、エンジンの充填量を 表す信号を送出するセンサーと、スロットルバルブの全開を表す信号を送出する 手段と、この全開信号を感 知して、高充填量でのエンジンの安定回転数において、バルブに印加される閉じ 時遅れの漸進的な段階毎の変化制御を行って、変化の連続段階のそれぞれの前後 に充填量センサーによって測定された充填量を比較する手段を含んでおり、前述 の比較手段が測定充填量の増加を検出した場合に、測定充填量の最大値が検出さ れるまで、現在の安定回転数において記憶されている遅れ値を更新する。 本発明の他の特徴および長所は、以下の説明を読み、また添付図を検討するこ とによって明らかになる。 −図１は、本明細書の序文で既に部分的に説明した本発明に基づく方法の実施の ための装置の概略を示す。 −図２は、前述の序文中で説明したグラフを示す。 −図３は、本発明に基づく最適化方法のフローチャートである。 添付図３において、示されているフローチャートは、コンピュータ１３の計算 用電子部品１６によって実行されるプログラムのフローチャートである。このプ ログラムの開始は、安定したエンジン回転数Ｎにおけるエンジン４の高充填量で の動作の発生およびその検出によって決定される。こうした条件の発生は、従来 の回転数Ｎのセンサー、ならびに、スロットルバルブの全開を表す信号、例えば 、「フルスロットル」接点あるいは予め定められたしきい値を超えるアクセルペ ダルの踏み込み信号の値Ａ_cを送信するセンサーから 受け取った信号に基づいてコンピュータが決定する。それを超えると本発明に基 づいて充填量が「高」であるとみなされる充填量の基準は、例えばベンチ試験で 実施された測定に基づいて専門家が決定することができる。 本発明に基づく最適化方法の実施条件は、電子部品１６によって認識され、こ の電子部品は、メモリー１５に問い合わせを行って、このメモリーから、測定さ れた回転数Ｎにおけるバルブの閉じ角度位置設定値α_cの計算において考慮すべ き閉じ時の遅れＲＥＦ_tabの値を引き出す。次に、この電子部品は、メモリー内 のテーブルから読み込んだ閉じ時の遅れを取り入れた設定値α_cを送出する。そ の後、電子部品１６は、エンジンの充填量を表す信号を読み込む。この信号は、 例えば、エンジンの吸気マニホールド１８内に設置された流量センサー１７によ って測定された空気流量Ｄ₀（例えばエンジンサイクル数でカウントされたこの 流量の安定化期間後のもの）である。このエンジンサイクル数ｘは、エンジン回 転数の顕著な変化のない状態で、吸入空気流量の安定化に必要な時間について、 ベンチ試験で行われた観察に基づいて選択する。 この空気流量Ｄ₀の読み取り後、プログラムは、α_cの計算において考慮する遅れ の増分処理、すなわち、 ＲＦＡ＝ＲＦＡ_tab＋ε によって継続される。 εは増分であり、この増分の評価は、専門家の知識の領域に属する。電子部品 １６は、次に、ｘ回のエンジンサイクルに相当する流量安定化期間後にセンサー １７によって測定された空気流量Ｄ_i（ｉ＝１）を読み込む。その後、電子部品 １６は、流量Ｄ₁とＤ₀の比較に基づくチェックを行う。流量Ｄ₁がＤ₀よりも小さ い場合には、求める流量増加を遅れＲＦＡの増分処理によって達成することがで きない。この場合、プログラムが、遅れを、メモリーから読み込んだ値よりも小 さくし、次に、計算用電子部品１６が、吸気バルブの閉じ角度位置の計算におい て、以下のような遅れを考慮する： ＲＦＡ＝ＲＦＡ_tab−ε このようにして計算された位置を適用した後、また、安定化のためのｘ回のエ ンジンサイクルの経過した後、電子部品は、センサー１７によって供給される流 量Ｄを読み込み、この流量と、遅れＲＦＡ_tabの最初の印加時に観察された流量 Ｄ₀とを比較する。流量の増加が全く観察されない場合には、印加された遅れが 確かに最大流量Ｄを確保するものであるということである。この場合メモリー内 の値ＲＦＡ_tabが確認され 、メモリーに保管すべき値ＲＦＡの学習プログラムは停止される。 前回適用した値ＲＦＡの増分処理によって、流量が増加した場合には、メモリ ー内の値ＲＦＡ_tabが更新され、新しいＲＦＡの増分処理でのループが行われ、 これに対応したメモリー内保管値の増分処理が行われ、これは、流量の増加が観 察されなくなるまで続けられる。 図３のフローチャートに示されているように、上記の値ＲＦＡの減少の場合に もプログラムは同様のループおよび更新方針を適用する。 値ＲＦＡ_tabの学習プログラムは、エンジンの寿命期間全体にわたって、エン ジンの特性の変化の忠実な追従が可能な頻度で自動的に実行して、高充填量での エンジンの空気充填の最適化、つまり、この場合にエンジンが発揮するトルクの 最適化を常に確保することができる。従って、メモリー内の遅れＲＦＡ_tab値の エンジンの固有特性に対する適応化ならびにエンジンの老朽化によるこれらの特 性の変化に対する適応化が完全に保証される。 言うまでもなく、本発明は、以上説明および図示した実施態様のみに限定され るものではなく、これはあくまでも例にすぎない。こうして、エンジンのシリン ダの「充填」の追跡管理は、流量計以外の他のセンサー、例えば、エンジンの出 力トルクセンサー、あるい は、それぞれの燃焼室に組み合わされた圧力センサーによって行うこともできる であろう。同様に、本発明に基づく遅れの最適化手順は、専門家によって、吸気 バルブの閉じの角度位置以外の他の「バルブ・イベント」に適応させることがで きるであろう。 付随的に、本発明は、「圧力−回転数」ではなく「流量−回転数」システムに おいてマッピングを用いて動作する噴射用および／または点火用コンピュータ１ ３を用いた実施態様に適していて有利であることに注目すべきである。すなわち 、これにより、エンジンの吸気マニホールド内の圧力センサーの必要性をなくす ことができるからである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年９月２２日 【補正内容】 させることが可能である。こうして、シリンダの充填を最適化するためには、角 度α_fは、低回転における下死点ＰＭＢ付近の位置と、高充填量に相当する高い 回転数に向かって変化すればするほど大きくなる閉じ時の遅れＲＦＡだけ送れた 位置との間で変化しなければならないことがわかった。 この結果、コンピュータ１３のメモリー１５内のテーブルに、エンジンの回転 数Ｎに応じた閉じ時の遅れＲＦＡ_tabの様々な値を保管して、このコンピュータ の制御用電子部品１６が、このバルブの閉じ用設定角度α_cの計算時にこのメモ リーに問い合わせを行うようにすることを考えることができる。しかしながら、 大量生産されるエンジンのそれぞれの単体は製造公差による特性の差を有してい るのに対し、このような方法では、こうした大量生産されるエンジンのそれぞれ の単体に遅れＲＦＡのテーブルを適応させることができず、また、このテーブル をそれぞれのエンジンの老朽化に対しても適応させることもできないため、この 方法は、「確固性」の面で満足できるものではない。 また、例えば欧州特許第Ａ−０３６８６７５号においては、シリンダ内に入る 空気流の速度を検出するのに適したセンサーを用いて、記憶されたテーブル内に 含まれるバルブの閉じ時の遅れの値を適応させてシリンダの空気充填を最適化す ることも提案されている。しかしながら、このようなシステムは、少なくとも１ つの特殊なセンサーの存在を要求し、また、別個の吸気配管を有する多気筒エン ジンの場合には、シリンダ毎にセンサーが存在することを要求するため、その結 果として、システムのコストは上昇し、その信頼性は低下する。 本発明は、高充填量での内燃機関のシリンダの空気充填の最適化のための方法 および装置で、上記のような欠点を有さないものを提供することを目的とするも のである。 本発明のこれらの目的ならびに以下の説明を読むことによって明らかになる他 の目的は、エンジンの回転

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高充填量での内燃機関のシリンダの空気充填の最適化方法で、この方法にお いては、エンジンの回転数（Ｎ）に応じて、このシリンダに組み合わされた吸気 バルブ（２）の閉じ時の遅れの値（ＲＦＡ_tab）を、メモリー内のテーブルから 引き出し、この遅れに応じてこのバルブの閉じ制御を行う。この方法は、高充填 量での安定回転数での動作時に、メモリー内に保管された遅れから、漸進的にま た段階毎に印加する閉じ遅れ（ＲＦＡ）を変化させ、連続する段階のそれぞれの 前後のシリンダの充填量を測定し比較して、比較により前述の充填量の増加が示 された場合には、充填量の最大値が検出されるまで、メモリー内の遅れの値（Ｒ ＦＡ_tab）を更新することを特徴とする。 ２．請求の範囲の第１項に基づく方法の実施のための装置で、内燃機関（４）の シリンダ（４₁）の吸気バルブ（２）の可変リフト制御のための手段（１，３， １１，１４）と、エンジンの回転数（Ｎ）に応じて、高充填量での前述のバルブ の閉じ時の遅れの値（ＲＦＡ_tab）をロードされた記憶手段（１５）とを含んで いる。この装置は、エンジンの充填量を表す信号を送出するセンサー（１７）と 、スロットルバルブの全開を表す信号を送出する手段と、この 全開信号を感知して、高充填量でのエンジンの安定回転数（Ｎ）において、バル ブに印加される閉じ時の遅れ（ＲＦＡ）の漸進的で段階毎の変化の制御を行い、 変化の連続する段階のそれぞれの前後にセンサー（１７）によって測定される充 填量を比較する手段（１６）とを含んでおり、この比較手段が測定された充填量 の増加を検出した場合には、充填量の最大値が検出されるまで、現在の安定回転 数（Ｎ）においてメモリー内に保管された遅れの値（ＲＦＡ_tab）を更新するこ とを特徴とする。 ３．請求の範囲の第２項に基づく装置で、エンジンの充填量を表す信号を送出す るセンサーが、エンジンの吸気マニホールド内に設置された流量計（１７）であ ることを特徴とする。 ４．請求の範囲の第２項に基づく装置で、エンジンの充填量を表す信号を送出す るセンサーが、エンジンの出力軸上で使用可能なトルクセンサーであることを特 徴とする。 ５．請求の範囲の上記のいずれかの項に基づく装置で、バルブの閉じ時遅れの漸 進的で段階毎な変化の制御手段が、バルブの閉じ位置の計算用電子手段（１６） に組み込まれたソフトウェア手段であることを特徴とする。 ６．請求の範囲の第５項に基づく装置で、前述の電子手段（１６）が、内燃機関 の点火進み角および／ま たは燃料噴射時間用コンピュータ（１３）の一部を成していることを特徴とする 。