JPWO2012060000A1 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

ＥＣＵ（１）は燃焼室（５８）に対して設けられた複数の排気弁（５５）のうち、排気弁（５５Ａ）の開閉時期を排気弁（５５Ｂ）の開閉時期に対して変更可能な排気側ＶＶＴ（５７）を備えるエンジン（５０）に対して設けられる。ＥＣＵ（１）は、エンジン（５０）の加速時に、排気弁（５５Ａ）の開弁時期を排気弁（５５Ｂ）の開弁時期に合わせる位相制御を行う制御手段を備える。制御手段は具体的には排気弁（５５Ａ）の位相を排気弁（５５Ｂ）の位相に合わせる進角制御を行う。

Description

本発明はエンジンの制御装置に関し、特に燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンの排気音をコントロールするエンジンの制御装置に関する。

燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンが知られている。特許文献１では、電磁駆動弁を排気弁として同一気筒に複数有する内燃機関が開示されている。この内燃機関は機関回転数が低くなる程、開弁タイミングの最も早い排気弁と、最も遅い排気弁とのタイミング差を大きくすることで、排気音を抑制している。特許文献２では、１つの燃焼室に対して設けられる同種の機関弁である第１、第２機関弁のバルブタイミングを変更する動弁装置が開示されている。

特開２００１−２４１３３７号公報 特開２００９−１４４５２１号公報

図８はクランク角度に応じた排気圧の脈動変化の一例を示す図である。縦軸は排気圧、横軸はクランク角度を示す。実線は、燃焼室に対して設けられた複数の排気弁を同時に開弁した場合を示す。破線は、複数の排気弁に位相差を設けて開弁した場合を示す。図８に示すように、複数の排気弁に位相差を設けた開弁した場合には、複数の排気弁を同時に開弁した場合と比較して、排気弁開弁中Ｒに排気圧が小さくなる。結果、排気音を抑制できる。

これは、爆発１次の排気音が排気弁開弁時のブローダウン圧に比例して大きくなり、さらにブローダウン圧が排気弁開弁時の開口面積に比例して高くなるためである。しかしながら、フルスロットルで加速する場合など、加速要求の度合いが大きい場合には、排気音を抑制すると逆に加速感が損なわれてしまう。このため、エンジンの加速を考慮した態様で排気音を適切にコントロールできることが望まれる。

本発明は上記課題に鑑み、燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンの排気音を、エンジンの加速を考慮した態様で適切にコントロール可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、少なくとも一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンに対して設けられ、前記エンジンの加速時に、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる位相制御を行う制御手段を備えたエンジンの制御装置である。

また本発明は前記制御手段が、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる進角制御を行う構成であることが好ましい。

また本発明は前記進角制御を行うにあたり、前記制御手段が、前記エンジンの加速要求の度合いに応じて、前記一部の排気弁の進角量を調整する構成であることが好ましい。

また本発明は前記制御手段が、前記エンジンが加速していない場合に、前記一部の排気弁と前記他の排気弁との間の位相差が大きくなるように、前記一部の排気弁の位相を遅角させる遅角制御を行う構成であることが好ましい。

本発明によれば、燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンの排気音を、エンジンの加速を考慮した態様で適切にコントロールできる。

エンジンおよびその周辺の全体構成図である。 エンジンの概略構成図である。 エンジンのバルブ配置図である。 踏み込み変化量と排気弁の開弁時期それぞれの間に設けられる位相差との関係を示す図である。 加速時のバルブタイミングの変更を示す図である。 ＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。 経過時間に応じた過給圧の変化を示す図である。 排気圧の脈動変化の一例を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジン５０およびその周辺の全体構成図である。図２はエンジン５０の概略構成図である。図３はエンジン５０のバルブ配置図である。図１に示す各構成は車両に搭載されている。図１に示すように、吸気系１０はエアフロメータ１１と、インタークーラ１２と、インテークマニホールド１３とを備えている。エアフロメータ１１はエンジン５０の吸入空気量ＧＡを計測する。インタークーラ１２は吸気を冷却する。インテークマニホールド１３はエンジン５０の各気筒５１ａに吸気を分配する。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。触媒２２は排気を浄化する。過給機３０は排気駆動式の過給機であり、エンジン５０に吸気を過給する。過給機３０はコンプレッサ部３１とタービン部３２とを備えている。コンプレッサ部３１は吸気系１０に、タービン部３２は排気系２０にそれぞれ介在するようにして設けられている。

エンジン５０は圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。図２に示すように、エンジン５０はシリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５４と、排気弁５５と、燃料噴射弁５６と、排気側ＶＶＴ（Variable Valve Timing）５７とを備えている。

シリンダブロック５１には気筒５１ａが形成されている。気筒５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５８はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。また、吸気弁５４と排気弁５５とが設けられている。吸気ポート５２ａは燃焼室５８に吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５８からガスを排気する。吸気弁５４は吸気ポート５２ａを開閉し、排気弁５５は排気ポート５２ｂを開閉する。

図３に示すように、エンジン５０には具体的には燃焼室５８に対して吸気弁５４が複数（ここでは２つ）設けられている。また、排気弁５５が複数（ここでは２つ）設けられている。この点、吸気ポート５２ａは具体的には上流側から燃焼室５８に向かって分岐および開口した部分吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２を備えている。また、排気ポート５２ｂは、下流側から燃焼室５８に向かって分岐および開口した部分排気ポートＥｘ１、Ｅｘ２を備えている。そして、２つの吸気弁５４が部分吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２を、２つの排気弁５５が部分排気ポートＥｘ１、Ｅｘ２を開閉する。

図２に示すように、シリンダヘッド５２には燃料噴射弁５６が設けられている。燃料噴射弁５６は筒内に燃料を直接噴射する。シリンダヘッド５２には排気側ＶＶＴ５７が設けられている。排気側ＶＶＴ５７は、燃焼室５８に対して設けられた２つの排気弁５５のうち、少なくとも一方の排気弁５５（以下、排気弁５５Ａと称す）の開弁時期を他方の排気弁５５（以下、排気弁５５Ｂと称す）の開弁時期に対して変更可能な動弁装置である。この点、開弁時期は開閉時期であってもよい。排気弁５５Ａは一部の排気弁、排気弁５５Ｂは他の排気弁に相当する。

排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に対して変更するにあたり、排気側ＶＶＴ５７には、排気弁５５Ａ、５５Ｂのうち、少なくとも排気弁５５Ａの開弁時期を可変にする動弁機構を適用する。排気側ＶＶＴ５７には、例えば排気弁５５Ａ、５５Ｂの開弁時期を互いに独立して設定可能な動弁装置を適用してもよい。かかる動弁装置としては、具体的には例えば前述した特許文献１が開示する電磁駆動弁を排気弁５５Ａ、５５Ｂとして有することで構成した動弁装置を適用できる。また、例えば特許文献２が開示する動弁装置を適用できる。

エンジン５０には各種のセンサが設けられている。具体的には例えばクランク角度や機関回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサ７１が設けられている。また、排気弁５５Ａ、５５Ｂのバルブタイミングを検出するためのバルブタイミングセンサ７２が排気側ＶＶＴ５７に設けられている。吸気系１０には、過給圧を検出するための過給圧センサ７３が設けられている。

ＥＣＵ１はエンジンの制御装置に相当する電子制御装置である。ＥＣＵ１はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータや入出力回路を備えている。ＥＣＵ１にはエアフロメータ１１や、前述したセンサ７１から７３が電気的に接続されている。機関負荷率ＫＬは、例えばエアフロメータ１１の出力に基づきＥＣＵ１で検出できる。

ＥＣＵ１にはこのほか、アクセルペダル８０の踏み込み量αを検出するためのアクセル開度センサ７４など各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。アクセルペダル８０はエンジン５０の加速要求を行うための加速要求手段であり、踏み込み量αは加速要求の度合いである。ＥＣＵ１には燃料噴射弁５６や、排気側ＶＶＴ５７などの各種の制御対象が電気的に接続されている。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段などが機能的に実現される。例えばＥＣＵ１では、以下に示す制御手段が機能的に実現される。

制御手段は、エンジン５０の加速時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を行う。この点、制御手段は具体的にはエンジン５０の加速要求時に位相制御を開始する。エンジン５０の加速要求時は、例えばアクセルペダル８０が踏み込まれた時である。制御手段は、エンジン５０の加速要求時に、さらに具体的には踏み込み変化量Δαが所定値βよりも大きい場合に位相制御を開始する。エンジン５０の加速要求時の踏み込み変化量Δαは、加速要求時の加速要求の度合いを示す。

また、制御手段はエンジン５０の加速時に、エンジン５０の加速要求時から所定時間ｔで吸入空気量ＧＡが所定の大きさ（例えば最大）になるように位相制御を行う。所定時間ｔは、エンジン５０の加速時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を行わなかった場合に、エンジン５０の加速要求時から吸入空気量ＧＡが所定の大きさになるときまでの経過時間ｔ´よりも短く設定できる。

制御手段は、エンジン５０が加速していない場合（車両の定常走行時）に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を中止する。一方、制御手段は、エンジン５０が加速していない場合に、排気弁５５Ａ、５５Ｂの開弁時期それぞれの間に位相差γが生じるように排気弁５５Ａの開弁時期を変更する位相制御を行う。エンジン５０が加速していない場合は、アクセルペダル８０を踏み込んでいない状態のほか、例えばアクセルペダル８０を踏み込んだ状態で、エンジン５０の運転状態が定常状態になった場合（吸入空気量ＧＡが最大になった場合）も含む。

エンジン５０の加速時に位相制御を行うにあたり、制御手段は、さらに踏み込み変化量Δαに応じて、排気弁５５Ａの位相変更量を調整する。図４は踏み込み変化量Δαと位相差γとの関係を示す図である。縦軸は位相差γ、横軸は踏み込み変化量Δαを示す。

図４に示すように、制御手段は踏み込み変化量Δαが所定値βよりも小さい場合ほど位相差γが大きくなるように、排気弁５５Ａの位相変更量を調整する。踏み込み変化量Δαが、所定値βよりも値が小さい所定値β´よりも小さい場合、制御手段は、位相差γが一定になるように排気弁５５Ａの位相変更量を調整してもよい。

制御手段はエンジン５０の加速時に、具体的には排気弁５５Ａの位相を排気弁５５Ｂの位相に合わせる進角制御を行う。また、エンジン５０が加速していない場合に、排気弁５５Ａ、５５Ｂ間の位相差γが大きくなるように排気弁５５Ａの位相を遅角させる遅角制御を行う。

図５はエンジン５０加速時のバルブタイミングの変更を示す図である。縦軸はバルブリフト量、横軸はクランク角度を示す。制御手段は具体的には、排気弁５５Ｂの位相を変更することなく、排気弁５５Ａの位相全体を排気弁５５Ｂの位相全体に合わせる進角制御を行う。但しこれに限られず、制御手段は例えば排気弁５５Ｂの位相を変更する位相制御を行ってもよい。

次にＥＣＵ１の動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１は機関運転状態を検出する（ステップＳ１）。ステップＳ１で、ＥＣＵ１は具体的には例えば機関回転数ＮＥや吸入空気量ＧＡや踏み込み量αを検出する。続いてＥＣＵ１は、フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ２）。フラグは排気弁５５Ａの進角制御を実行中であるか否かを判定するために設けられており、初期状態はＯＦＦである。ステップＳ２で否定判定であれば、ＥＣＵ１は踏み込み変化量Δαを算出する（ステップＳ３）。

続いてＥＣＵ１は、踏み込み変化量Δαがゼロよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。否定判定であれば、エンジン５０が加速していないと判断される。この場合、ＥＣＵ１は、検出した機関運転状態に基づき、排気弁５５Ａの開弁時期を決定する（ステップＳ１１）。排気弁５５Ａの開弁時期は機関運転状態（例えば機関回転数ＮＥおよび機関負荷率ＫＬ）に応じてマップデータで予め設定しておくことができる。ステップＳ１１の後には、本フローチャートを一旦終了する。

一方、ステップＳ４で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はフラグをＯＮにする（ステップＳ５）。そしてステップＳ５、またはステップＳ２の肯定判定に続き、ＥＣＵ１は、踏み込み変化量Δαが所定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。否定判定であれば、ＥＣＵ１は踏み込み変化量Δαに応じて、排気弁５５Ａの進角量を調整する（ステップＳ７）。

ステップＳ６の肯定判定、またはステップＳ７に続き、ＥＣＵ１は排気弁５５Ａの進角制御を行う（ステップＳ８）。そして、ステップＳ２の否定判定を経て、ステップＳ８に進んできた場合に、ステップＳ８でエンジン５０の加速要求時に進角制御が開始されることになる。続いてＥＣＵ１は、エンジン５０が加速していない否かを判定する（ステップＳ９）。

エンジン５０が加速していないか否かは、例えば機関回転数ＮＥを検出するとともに、機関回転数の変化量ΔＮＥを算出し、変化量ΔＮＥが所定値よりも小さいか否かで判定することができる。また、例えば車両の速度を検出するとともに、加速度を算出し、加速度が所定値よりも小さいか否かで判定してもよい。

また、エンジン５０が加速していないか否かは、例えばエンジン５０の加速要求時からの経過時間が、吸入空気量ＧＡが最大になるように設定された所定時間ｔを越えたか否かで判定してもよい。所定時間ｔは例えば踏み込み変化量Δαに応じて予め設定しておくことができる。このほか、エンジン５０が加速していないか否かは、過給機３０の回転数に基づいて判定することなどもできる。

ステップＳ９で否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。この場合には、次のルーチンにおいて、ステップＳ２で肯定判定されることになる。一方、ステップＳ９で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はフラグをＯＦＦにする（ステップＳ１０）。このとき、続くステップＳ１１で、ＥＣＵ１は排気弁５５Ａの遅角制御を行う。そして、ステップＳ１１を経て本フローチャートを一旦終了する。

次にＥＣＵ１の作用効果について説明する。ＥＣＵ１は、エンジン５０の加速時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を行う。具体的には、排気弁５５Ａの位相を排気弁５５Ｂの位相に合わせる位相制御を行う。このためＥＣＵ１は、エンジン５０の加速時に排気音によって加速感を強調できる。

そしてこれにより、ＥＣＵ１は排気側ＶＶＴ５７を備えるエンジン５０の排気音をエンジン５０の加速を考慮した態様で適切にコントロールできる。具体的には例えば車両の定常走行時には排気弁５５Ａ、５５Ｂの開弁時期それぞれの間に位相差γが生じるように、排気弁５５Ａの開弁時期を変更する位相制御を行うことで、逆に排気音を抑制することができる。

この点、ＥＣＵ１はエンジン５０の加速時に排気弁５５Ａの位相を排気弁５５Ｂの位相に合わせる進角制御を行う。この点、排気のブローダウン圧は一般に排気弁５５Ａ、５５Ｂの位相が遅角されるほど小さくなる。このため、ＥＣＵ１は排気弁５５Ａの位相を排気弁５５Ｂの位相に合わせる進角制御を行うことで、排気音を好適に強調できる。

またＥＣＵ１は、車両の定常走行時に排気弁５５Ａ、５５Ｂ間の位相差γが大きくなるように排気弁５５Ａの位相を遅角させる遅角制御を行う。このためＥＣＵ１は、排気弁５５Ａの位相を排気弁５５Ｂの位相に合わせる進角制御を行うことと整合的な態様で、車両の定常走行時にエンジン５０の実圧縮比を低下させることで、同時に燃費向上や排気エミッションの改善を図ることもできる。

また、ＥＣＵ１は踏み込み変化量Δαに応じて、排気弁５５Ａの位相変更量を調整することで、加速要求の度合いに応じて排気音を適切にコントロールすることもできる。また、ＥＣＵ１はエンジン５０の加速要求時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を開始することで、タイミングの面でもエンジン５０の排気音を適切にコントロールできる。

また、ＥＣＵ１は過給機３０が設けられたエンジン５０の加速時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を行うことで、排気エネルギーを増大させることができる。そしてこれにより、過給圧の向上による加速性能の向上とともに、排気音の音圧レベル向上を図ることができる。結果、加速感を好適に強調することができる。

また、ＥＣＵ１は過給機３０が設けられたエンジン５０の加速時に、所定時間ｔで吸入空気量ＧＡが所定の大きさになるように位相制御を行うことで、過給圧を素早く高めることができる。図７は経過時間に応じた過給圧の変化を示す図である。縦軸は過給圧、横軸はエンジン５０の加速要求時からの経過時間を示す。ＥＣＵ１´は、エンジン５０の加速時に、排気弁５５Ａの開弁時期を排気弁５５Ｂの開弁時期に合わせる位相制御を行わなかった場合を示す。

図７に示すように、ＥＣＵ１はＥＣＵ１´よりも過給圧を素早く高めることができる。具体的にはＥＣＵ１は、ＥＣＵ１´の場合に必要なる経過時間ｔ´よりも短い所定時間ｔで、同じ大きさまで過給圧を高めることができる。このため、ＥＣＵ１は加速感をさらに好適に強調することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、エンジンは火花点火式内燃機関であってもよい。また、一部の排気弁や他の排気弁は例えば複数であってもよい。

ＥＣＵ １、１´
過給機 ３０
エンジン ５０
排気弁 ５５、５５Ａ、５５Ｂ
燃料噴射弁 ５６
排気側ＶＶＴ ５７
燃焼室 ５８
アクセルペダル ８０

【０００２】
、排気弁開弁中Ｒに排気圧が小さくなる。結果、排気音を抑制できる。
［０００５］
これは、爆発１次の排気音が排気弁開弁時のブローダウン圧に比例して大きくなり、さらにブローダウン圧が排気弁開弁時の開口面積に比例して高くなるためである。しかしながら、フルスロットルで加速する場合など、加速要求の度合いが大きい場合には、排気音を抑制すると逆に加速感が損なわれてしまう。このため、エンジンの加速を考慮した態様で排気音を適切にコントロールできることが望まれる。
［０００６］
本発明は上記課題に鑑み、燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンの排気音を、エンジンの加速を考慮した態様で適切にコントロール可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
本発明は燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、少なくとも一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンに対して設けられ、前記エンジンの加速時に位相制御を行うにあたり、前記エンジンのアクセルペダルの踏み込み変化量に応じて、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる位相制御を行う制御手段を備えたエンジンの制御装置である。
［０００８］
また本発明は前記制御手段が、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる進角制御を行う構成であることが好ましい。
［０００９］
また本発明は前記進角制御を行うにあたり、前記制御手段が、前記エンジンの加速要求の度合いに応じて、前記一部の排気弁の進角量を調整する構成であることが好ましい。
［００１０］
また本発明は前記制御手段が、前記エンジンが加速していない場合に、前記一部の排気弁と前記他の排気弁との間の位相差が大きくなるように、前記一部の排気弁の位相を遅角させる遅角制御を行う構成であることが好ましい。
発明の効果
［００１１］
本発明によれば、燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、一部の

Claims (4)

1. 燃焼室に対して設けられた複数の排気弁のうち、少なくとも一部の排気弁の開閉時期を他の排気弁の開閉時期に対して変更可能な動弁装置を備えるエンジンに対して設けられ、
   前記エンジンの加速時に、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる位相制御を行う制御手段を備えたエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
   前記制御手段が、前記一部の排気弁の位相を前記他の排気弁の位相に合わせる進角制御を行うエンジンの制御装置。
3. 請求項２記載のエンジンの制御装置であって、
   前記進角制御を行うにあたり、前記制御手段が、前記エンジンの加速要求の度合いに応じて、前記一部の排気弁の進角量を調整するエンジンの制御装置。
4. 請求項２または３記載のエンジンの制御装置であって、
   前記制御手段が、前記エンジンが加速していない場合に、前記一部の排気弁と前記他の排気弁との間の位相差が大きくなるように、前記一部の排気弁の位相を遅角させる遅角制御を行うエンジンの制御装置。
   
   
   

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