KR20200027418A - 밀러 사이클 엔진의 제어 장치 및 밀러 사이클 엔진의 제어 방법 - Google Patents

밀러 사이클 엔진의 제어 장치 및 밀러 사이클 엔진의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

밀러 사이클 엔진 (10) 의 제어 장치는, 상기 제어 유닛을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 흡기 밸브 (36) 가 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하는 디컴프 모드를 실행하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 디컴프 모드의 종료 후에 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 구성된다. 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 지연 폐쇄량은, 상기 가변동 밸브 기구에 의해 상기 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 조기 폐쇄량보다 크다.

Description

밀러 사이클 엔진의 제어 장치 및 밀러 사이클 엔진의 제어 방법{CONTROL SYSTEM OF MILLER CYCLE ENGINE AND METHOD OF CONTROLLING MILLER CYCLE ENGINE}
이 발명은, 밀러 사이클 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흡기 밸브의 작용각을 고정으로 하면서 당해 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변으로 하는 가변동 밸브 기구를 사용하여 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실시하는 밀러 사이클 엔진의 제어 장치 및 밀러 사이클 엔진의 제어 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-061522호에는, 흡기 밸브의 작용각 (밸브 개방 기간) 및 리프트량의 가변 기능과 리프트의 중심각의 가변 기능을 갖는 가변동 밸브 기구 (이하, 간단히 「작용각 가변형의 기구」라고도 칭한다) 를 구비하는 내연 기관의 제어 장치가 개시되어 있다. 이 내연 기관의 운전 중에는, 가변동 밸브 기구를 사용하여 흡기 밸브를 흡기 하사점보다 빨리 폐쇄하는 것에 의한 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드가 실시된다. 그리고, 엔진 시동시에는, 디컴프레이션 작용을 얻기 위해, 흡기 밸브의 폐쇄 시기가 흡기 하사점보다 대폭 진각 (進角) 된다. 작용각 가변형의 기구를 사용함으로써, 개방 시기를 원하는 시기로 조정하면서 폐쇄 시기를 진각시킬 수 있다.
동밸브계의 저코스트화를 도모하면서 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실시하기 위해, 흡기 밸브의 작용각을 고정으로 하면서 당해 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변으로 하는 가변동 밸브 기구 (간단히 「작용각 고정형의 기구」라고도 칭한다) 를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 이와 같은 작용각 고정형의 기구를 사용하여 디컴프 모드의 실행을 위해 폐쇄 시기를 진각시키면, 그에 따라 개방 시기도 진각된다. 그 결과, 배기 상사점 부근의 밸브 리프트량이 커지기 때문에, 피스톤과 밸브가 접촉하는 것을 피하기 위해서는 피스톤의 밸브 리세스를 깊게 하는 것이 필요해진다. 그러나, 밸브 리세스의 확대는, 예를 들어, 통내 가스의 흐트러짐의 감소에서 기인하는 연소 악화를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 작용각 고정형의 가변동 밸브 기구를 사용하여 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실시하는 밀러 사이클 엔진에 있어서, 밸브 리세스의 확대를 필요로 하지 않고 디컴프 모드를 실현할 수 있도록 하는 밀러 사이클 엔진의 제어 장치 및 밀러 사이클 엔진의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는, 가변동 밸브 기구를 포함하는 밀러 사이클 엔진의 제어 장치이다. 상기 가변동 밸브 기구는, 흡기 밸브의 작용각을 고정으로 하면서 상기 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변으로 하는 가변동 밸브 기구를 포함한다. 상기 제어 장치는, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 흡기 밸브가 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하는 디컴프 모드를 실행하고, 또한, 상기 디컴프 모드의 종료 후에 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 구성된다. 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 지연 폐쇄량은, 상기 가변동 밸브 기구에 의해 상기 흡기 밸브가 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 조기 폐쇄량보다 크다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여, 상기 흡기 밸브가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하도록 구성되어도 된다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 밀러 사이클 엔진의 고출력 영역에 있어서, 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드 대신에, 고흡입 효율 모드를 실행하도록 구성되어도 된다. 상기 고흡입 효율 모드는, 상기 흡기 하사점보다 지각측 (遲角側) 으로서 동일 엔진 회전 속도하에서 흡기의 흡입 효율이 가장 높아지는 특정 폐쇄 시기, 또는 상기 흡기 하사점보다 늦게 또한 상기 특정 폐쇄 시기보다 빠른 폐쇄 시기에 상기 흡기 밸브를 폐쇄하는 것이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여, 상기 흡기 밸브가 상기 특정 폐쇄 시기보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하도록 구성되어도 된다.
상기 밀러 사이클 엔진은, 흡기 통로에 배치된 스로틀 밸브를 포함해도 된다. 상기 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 엔진 시동 완료 후에 상기 스로틀 밸브의 하류에 있어서의 상기 흡기 통로 내의 압력이 처음으로 임계값 이하로 내려간 후에, 상기 디컴프 모드에서 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드로의 전환을 실행하도록 구성되어도 된다.
상기 가변동 밸브 기구는, 크랭크축의 회전 위상에 대한 캠축의 회전 위상을 변화시키는 전동 모터를 구비하는 전동 가변 밸브 타이밍 기구여도 된다. 상기 제어 장치에 있어서, 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 지연 폐쇄량은, 크랭크 각도로 90°이상 180°미만이어도 된다,
상기 제어 장치에 있어서, 상기 흡기 밸브의 작용각은, 크랭크각으로 170 ∼ 200°여도 된다.
상기 제어 장치에 있어서, 상기 흡기 밸브의 리프트량은, 6 ∼ 10 ㎜ 여도 된다.
본 발명의 제 2 양태는, 밀러 사이클 엔진의 제어 방법이다. 상기 밀러 사이클 엔진은, 가변동 밸브 기구를 포함한다. 상기 가변동 밸브 기구는, 흡기 밸브의 작용각을 고정으로 하면서 상기 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변으로 하는 가변동 밸브 기구를 포함한다. 상기 제어 방법은 : 상기 흡기 밸브가 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를, 전자 제어 유닛에 의해, 실행하는 것과 ; 엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구를 제어하는 디컴프 모드를, 상기 전자 제어 유닛에 의해, 실행하는 것과 ; 및 상기 디컴프 모드의 종료 후에 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를, 상기 전자 제어 유닛에 의해, 실행하는 것을 포함한다. 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 지연 폐쇄량은, 상기 가변동 밸브 기구에 의해 상기 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브의 조기 폐쇄량보다 크다.
상기 구성에 의하면, 작용각 고정형의 가변동 밸브 기구를 사용하여 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실시하는 밀러 사이클 엔진에 있어서, 흡기 밸브의 지연 폐쇄를 이용하여 디컴프 모드가 실시된다. 이 디컴프 모드용의 지연 폐쇄량은, 가변동 밸브 기구에 의해 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 조기 폐쇄량보다 크다. 이와 같은 지연 폐쇄량으로 디컴프 모드를 실시하도록 함으로써, 밸브 리세스의 확대를 필요로 하지 않고, 최진각시의 조기 폐쇄량의 사용시와 비교하여 높은 감압 효과가 얻어지는 디컴프를 실시할 수 있게 된다. 이로써, 작용각 가변형의 기구를 구비하지 않더라도, 밸브 리세스의 확대에서 기인하는 폐해를 초래하지 않고 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드와 디컴프 모드를 양립시킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 디컴프를 실시하는 3 개의 비교예 1 ∼ 3 을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 흡기 행정 및 압축 행정에 있어서의 텀블비와 밸브 리세스의 깊이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4 는 통내 가스의 흐트러짐과, 플러그-피스톤 정상면 간 거리의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드와 디컴프 모드의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 1 의 흡기 밸브 타이밍 제어에서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 설정 및 제어 범위를 나타낸 도면이다.
도 7 은 디컴프 모드가 실행되는 엔진 시동시의 흡기 밸브 타이밍 제어를 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 흡기 밸브 타이밍 제어에 관한 처리의 루틴을 나타내는 플로 차트이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 2 의 흡기 밸브 타이밍 제어에서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 설정 및 제어 범위를 나타낸 도면이다.
도 10 은 동일 엔진 회전 속도 (NE) 하에서의 내연 기관의 흡입 효율과 폐쇄 시기 (IVC) 의 관계를 나타낸 도면이다.
도 11 은 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 흡기 밸브 타이밍 제어에 관한 처리의 루틴을 나타내는 플로 차트이다.
이하에 나타내는 실시형태에 있어서 각 요소의 개수, 수량, 양, 범위 등의 수로 언급한 경우, 특별히 명시한 경우나 원리적으로 명백하게 그 수로 특정되는 경우를 제외하고, 그 언급한 수로, 이 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 나타내는 실시형태에 있어서 설명하는 구조나 스텝 등은, 특별히 명시한 경우나 명백하게 원리적으로 그것으로 특정되는 경우를 제외하고, 이 발명에 반드시 필수인 것은 아니다.
1. 실시형태 1
먼저, 도 1 ∼ 도 8 을 참조하여, 본 발명의 실시형태 1 에 대하여 설명한다.
1-1. 시스템 구성
도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 에 나타내는 시스템은, 일례로서, 불꽃 점화식의 내연 기관 (예를 들어, 가솔린 엔진) (10) 을 구비하고 있다. 내연 기관 (10) 을 탑재하는 차량은, 일례로서, 내연 기관 (10) 과 함께 모터 제너레이터 (MG) (12) 를 동력원으로서 구비하는 하이브리드 차량이다.
내연 기관 (10) 의 각 기통 (14) 에는, 피스톤 (16) 이 배치되어 있다. 피스톤 (16) 은, 기통 (14) 의 내부를 왕복 이동한다. 내연 기관 (10) 은, 일례로서 과급 엔진이며, 그 흡기 통로 (18) 에는, 터보 과급기 (20) 의 컴프레서 (20a) 가 배치되어 있다. 컴프레서 (20a) 는 배기 통로 (22) 에 배치된 터빈 (20b) 에 의해 회전 구동된다. 컴프레서 (20a) 의 하류에는, 전자 제어식의 스로틀 밸브 (24) 가 배치되어 있다. 배기 통로 (22) 에는, 터빈 (20b) 을 바이패스하는 배기 바이패스 통로 (26) 가 접속되어 있다. 배기 바이패스 통로 (26) 에는, 과급압을 제어하기 위한 웨이스트 게이트 밸브 (WGV) (28) 가 배치되어 있다.
스로틀 밸브 (24) 의 하류에 위치하는 흡기 매니폴드 (18a) 의 집합부 (서지 탱크) 에는, 스로틀 밸브 (24) 의 하류에 있어서의 흡기 통로 (18) 내의 압력 (이하, 간단히 「흡기압」이라고 약기한다) 에 따른 신호를 출력하는 흡기압 센서 (30) 가 배치되어 있다. 또, 내연 기관 (10) 은, 각 기통 (14) 에 배치된 연료 분사 밸브 (32) 와, 점화 장치 (34) 를 구비하고 있다. 연료 분사 밸브 (32) 는, 일례로서 기통 (14) 내에 연료를 직접 분사한다.
흡기 포트 (18b) 를 개폐하는 흡기 밸브 (36) 는, 가변동 밸브 기구 (38) 에 의해 구동된다. 가변동 밸브 기구 (38) 는, 전동 모터 (도시 생략) 를 사용하여 크랭크축의 회전 위상에 대한 캠축의 회전 위상을 변경할 수 있는 전동 가변 밸브 타이밍 기구 (이하, 간단히 「전동 VVT」라고 칭한다) 이다. 전동 VVT (38) 에 의하면, 흡기 밸브 (36) 의 작용각 (밸브 개방 기간 (보다 상세하게는, 흡기 밸브 (36) 가 개방되어 있는 크랭크 각도 폭)) 을 고정으로 하면서 당해 흡기 밸브 (36) 의 개폐 시기 (밸브 개방 기간의 위상) 를 소정의 제어 범위 내에서 연속적으로 변경할 수 있다. 상기 캠축의 주위에는, 캠축의 회전 위상 (캠각) 에 따른 신호를 출력하는 캠각 센서 (40) 가 배치되어 있다.
또한, 본 실시형태의 시스템은, 내연 기관 (10) 및 MG (12) 를 제어하는 제어 장치 (50) 를 구비하고 있다. 제어 장치 (50) 는, 프로세서 (50a) 와 메모리 (50b) 를 갖는 전자 제어 유닛 (ECU) 이다. 메모리 (50b) 는, 내연 기관 (10) 및 MG (12) 를 제어하기 위한 프로그램을 기억하고 있다. 프로세서 (50a) 는, 메모리 (50b) 로부터 프로그램을 판독 출력하여 실행한다. 또한, 제어 장치 (50) 는, 복수의 ECU 로 구성되어 있어도 된다.
제어 장치 (50) 는, 각종 센서로부터 센서 신호를 입력한다. 각종 센서는, 상기 서술한 흡기압 센서 (30) 및 캠각 센서 (40) 에 더하여, 예를 들어, 크랭크각 센서 (52) 및 에어 플로 센서 (54) 를 포함한다. 크랭크각 센서 (52) 및 에어 플로 센서 (54) 는, 각각, 크랭크각 및 흡기 통로 (18) 내의 흡입 공기 유량에 따른 신호를 출력한다. 제어 장치 (50) 는, 크랭크각 센서 (52) 로부터의 신호를 사용하여 엔진 회전 속도 (NE) 를 산출할 수 있다. 또, 프로세서 (50a) 는, 입력된 센서 신호를 사용하여 각종 프로그램을 실행하여, 상기 서술한 액추에이터 (스로틀 밸브 (24), WGV (28), 연료 분사 밸브 (32), 점화 장치 (34) 및 전동 VVT (38)) 를 조작하기 위한 조작 신호를 출력한다.
1-2. 실시형태 1 의 흡기 밸브 타이밍 제어
1-2-1. 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드
제어 장치 (50) 에 의해 실시되는 엔진 제어는, 전동 VVT (38) 를 사용한 흡기 밸브 타이밍 제어 (흡기 밸브 (36) 의 폐쇄 시기 (IVC) 의 제어) 를 포함한다. 이 흡기 밸브 타이밍 제어에 있어서, 제어 장치 (50) 는, 엔진 운전 중에 「조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드」를 실시한다. 이하, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드는, 적당히 「조기 폐쇄 모드」라고 약기된다.
조기 폐쇄 모드는, 흡기 밸브 (36) 가 흡기 하사점 (이하, 간단히 「BDC」라고도 칭한다) 보다 전에 (빨리) 폐쇄되도록 전동 VVT (38) 를 제어함으로써 실시된다. 즉, 내연 기관 (10) 은, 흡기 밸브 (36) 의 조기 폐쇄를 이용한 「밀러 사이클 엔진」이다. 조기 폐쇄 모드에서는, BDC 에 대한 흡기 밸브 (36) 의 폐쇄 시기 (IVC) 의 조기 폐쇄량 (진각량) 은, 엔진 운전 상태에 따라 변경된다. 개략적으로는, 폐쇄 시기 (IVC) 의 조기 폐쇄량은, 요구 엔진 출력이 낮은 경우에는 커지도록 제어된다. 한편, 요구 엔진 출력이 높은 경우에는, 조기 폐쇄량은, 흡기의 흡입 효율 (충전 효율) 을 높이기 위해 작아지도록 (요컨대, 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 에 가까워지도록) 제어된다. 또한, 「조기 폐쇄량」이란, BDC 에 대한 폐쇄 시기 (IVC) 의 진각량 (＝ IVC － BDC ＞ 0) 이다.
1-2-2. 디컴프에 대하여
엔진 시동시 (보다 상세하게는 크랭킹 중) 에는, 기통 내의 압축압을 해방시키기 위한 디컴프레이션 (이하, 「디컴프」라고 약기한다) 을 실시함으로써, 파워 트레인 (내연 기관 및 이것에 접속된 동력 전달 장치) 의 공진에서 기인하는 차량의 플로어 진동의 저감을 도모할 수 있다. 이하, 전동 VVT (38) 와 같은 「작용각 고정형의 기구」를 사용하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 엔진에 있어서의 엔진 시동시의 디컴프에 대하여, 도 2 ∼ 도 4 를 참조하여 설명한다.
도 2 는, 디컴프를 실시하는 3 개의 비교예 1 ∼ 3 을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 2 의 상단의 비교예 1 은, 흡기 밸브를 BDC 보다 나중에 (늦게) 폐쇄함으로써 지연 폐쇄 밀러 사이클 (지연 폐쇄 앳킨슨 사이클) 운전 모드를 실시하는 예이다. 이 예에서는, 폐쇄 시기 (IVC) 는, 작용각 고정형의 기구를 사용하여 도 2 에 나타내는 바와 같이 지연 폐쇄측 (BDC 보다 지각측) 의 소정의 제어 범위 내에서 변경된다. 그리고, 디컴프를 실시하는 경우에는, 폐쇄 시기 (IVC) 가 상기 제어 범위 내에서 가장 지각된다. 요컨대, 이 예에서는, 폐쇄 시기 (IVC) 의 지연 폐쇄량의 증대에 따라 디컴프가 실현되고 있다. 또한, 「지연 폐쇄량」이란, BDC 에 대한 폐쇄 시기 (IVC) 의 지각량 (＝ IVC － BDC ＞ 0) 이다.
중단의 비교예 2 는, 조기 폐쇄 모드를 실시하는 예이다. 그러나, 이 예에서는, 본 실시형태와는 달리, 「작용각 가변형」의 기구가 사용되고 있다. 이 예에 있어서의 폐쇄 시기 (IVC) 는, 개방 시기 (IVO) 를 크게 변화시키지 않고 작용각 (및 리프트량) 을 변화시킴으로써, 도 2 에 나타내는 바와 같이 조기 폐쇄측 (BDC 보다 진각측) 의 소정의 제어 범위 내에서 변경된다. 그리고, 이 예에서는, 비교예 1 의 지연 폐쇄량과 동등해지도록 폐쇄 시기 (IVC) 의 조기 폐쇄량을 증대시킴으로써, 디컴프가 실현되고 있다.
하단의 비교예 3 은, 본 실시형태와 마찬가지로 「작용각 고정형」의 기구를 사용하여 조기 폐쇄 모드를 실시하는 예이다. 작용각 고정형의 이용에 의해, 가변동 밸브 기구의 코스트를 비교예 2 의 그것에 비해 낮출 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 종래의 흡기 밸브 타이밍 제어에 있어서의 디컴프는, 지연 폐쇄를 이용하는 비교예 1 에서는 지연 폐쇄량의 증대에 따라 실현되고, 조기 폐쇄를 이용하는 비교예 2 에서는 조기 폐쇄량의 증대에 따라 실현되는 것이었다. 이와 같은 종래의 사고 방식에 따라, 조기 폐쇄를 이용하는 예의 하나인 비교예 3 에서는, 조기 폐쇄량의 증대에 따라 디컴프가 실현되고 있다.
작용각 고정형의 기구를 이용하는 비교예 3 에 있어서 디컴프를 위해 폐쇄 시기 (IVC) 를 진각시키면, 그에 수반하여 개방 시기 (IVO) 도 진각된다. 그 결과, 배기 상사점 (TDC) 부근의 밸브 리프트량이 커진다. 이것은, 피스톤과 밸브가 접촉하는 것을 피하기 위해 필요한 피스톤의 밸브 리세스가 확대되는 (깊어지는) 것을 의미한다.
도 3 은, 흡기 행정 및 압축 행정에 있어서의 텀블비와 밸브 리세스의 깊이의 관계를 나타낸 도면이다. 보다 상세하게는, 도 3 은, 밸브 리세스의 깊이가 상이한 2 개의 피스톤을 대상으로 하여, 밸브 리세스의 깊이의 차이에 의한 텀블비 (텀블류의 강도) 의 차를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 텀블비는, 기본적으로는, 먼저 흡기 행정에 있어서 흡기 포트로부터의 흡기의 유입에 수반하여 증가되어 가고, 그 후 일단 저하된다. 그리고, 텀블비는, 압축 행정에 있어서 피스톤의 상승에서 기인하여 기통 내에서 상방을 향하는 가스 흐름이 강화됨으로써 다시 증가로 바뀐다. 그 결과, 텀블류는, 압축 행정의 후반에까지 유지된다.
밸브 리세스의 깊이의 차이는, 주로 압축 행정 중의 텀블비에 영향을 미친다. 구체적으로는, 밸브 리세스가 깊으면, 기통 내에서 상방을 향하는 가스 흐름이 강화되기 어려워지기 때문에 텀블비가 저하된다. 보다 상세하게는, 등압축비를 유지하면서 밸브 리세스를 깊게 하고자 하면, 피스톤 정상면 상의 밸브 리세스 이외의 부위 (주로, 피스톤 정상면의 중앙부) 의 위치를 높게 하는 것이 필요해진다. 이것은, 동일 크랭크각에서의 비교에 있어서, 연소실 정상부의 중앙에 배치되는 점화 플러그와 피스톤 정상면의 거리가 작아지는 것을 의미한다. 그리고, 이와 같은 플러그-피스톤 정상면 간 거리가 작으면, 압축 행정 중에 텀블류의 회전이 방해받기 쉬워진다. 이 때문에, 텀블비가 저하된다.
도 4 는, 통내 가스의 흐트러짐과, 플러그-피스톤 정상면 간 거리의 관계를 나타낸 도면이다. 여기서 말하는 「통내 가스의 흐트러짐」이란, 보다 상세하게는 통내 가스의 평균 흐트러짐 속도［m/s］이다. 압축 행정의 후반에 있어서 텀블비가 낮으면, 압축 상사점 부근에 있어서 텀블류의 붕괴에 수반하여 생성되는 통내 가스의 흐트러짐이 약해진다. 따라서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 통내 가스의 흐트러짐은, 플러그-피스톤 정상면 간 거리가 작을수록 (즉, 밸브 리세스가 깊을수록), 압축 행정의 텀블비가 저하되기 때문에 약해진다. 그리고, 통내 가스의 흐트러짐의 저하는, 연소 속도의 저하 (연소 악화) 로 이어진다.
또한, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전의 이용시에 밸브 리세스의 확대에서 기인하는 연소 악화가 보다 현저해지는 이유에 대하여, 지연 폐쇄 밀러 사이클 운전과 비교하면서 설명한다. 먼저, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전은, 지연 폐쇄 밀러 사이클 운전과 비교하여 압축단 온도의 저감을 도모할 수 있다는 이점을 갖는다. 그 한편으로, 작용각 고정형의 기구의 사용을 상정한 경우, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전의 실현을 위해 요구되는 흡기 밸브의 작용각은, 지연 폐쇄 밀러 사이클 운전을 위해 사용되는 작용각과 비교하여 작아진다. 그리고, 작용각이 작아지면, 기본적으로는 그에 연동하여 리프트량도 작아진다. 이 때문에, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전이 이용되면, 지연 폐쇄 밀러 사이클 운전의 이용시와 비교하여, 리프트량의 저하에 따른 흡기 행정 중의 텀블비의 저하에서 기인하여 통내 가스의 흐트러짐이 저하되기 쉬워진다. 이와 같이 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전에서는 본래적으로 통내 가스의 흐트러짐이 저하되기 쉽기 때문에, 작용각 고정형의 기구를 사용하여 디컴프 모드도 조기 폐쇄로 실시하도록 하면, 밸브 리세스의 확대에서 기인하는 연소 악화가 보다 현저해진다.
1-2-3. 실시형태 1 의 흡기 밸브 타이밍 제어의 개요
도 5 는, 실시형태 1 에 관련된 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드와 디컴프 모드의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
「작용각 고정형」의 전동 VVT (38) 를 이용하는 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, 엔진 운전 중에는 조기 폐쇄 모드가 실행된다. 그리고, 엔진 시동시에 디컴프를 실시하는 디컴프 모드에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 흡기 밸브 (36) 를 BDC 보다 늦게 폐쇄하도록 전동 VVT (38) 가 제어된다. 그리고, 상세한 것은 도 7 을 참조하여 후술하지만, 폐쇄 시기 (IVC) 는, 디컴프 모드의 종료 후에 조기 폐쇄측으로 제어된다.
보다 상세하게는, 조기 폐쇄 모드에서는, 도 5 에 예시되는 바와 같이, 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 보다 진각측의 소정의 가변 범위 내에서 엔진 운전 상태에 따라 변경된다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 폐쇄 시기 (IVC) 는, 조기 폐쇄 모드의 실행 중에는 BDC 보다 지각되는 경우는 없고, 디컴프 모드시에 한하여 BDC 보다 지각된다. 이와 같이, 조기 폐쇄를 이용하는 밀러 사이클 엔진인 내연 기관 (10) 에서는, 디컴프 모드시에는, 예외적으로 폐쇄 시기 (IVC) 의 지연 폐쇄가 실행된다.
도 6 은, 실시형태 1 의 흡기 밸브 타이밍 제어에서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 설정 및 제어 범위를 나타낸 도면이다. 먼저, 도 5, 6 에는, 조기 폐쇄량이 가장 클 때 (최진각시) 의 폐쇄 시기 (IVC1) 와 디컴프 모드시의 폐쇄 시기 (IVC2) 가 나타나 있다. 전동 VVT (38) 는, 폐쇄 시기 (IVC1) 부터 폐쇄 시기 (IVC2) 까지의 범위 내에서 폐쇄 시기 (IVC) 를 연속적으로 변경할 수 있다.
본 실시형태에 있어서 디컴프 모드시에 사용되는 폐쇄 시기 (IVC2) 는, 최진각시의 폐쇄 시기 (IVC1) 와의 비교에 있어서 다음과 같이 특정된다. 즉, 디컴프 모드시의 지연 폐쇄량 (D) (＝ IVC2 － BDC ＞ 0) 은, 최진각시의 조기 폐쇄량 (MAX) (＝ IVC1 － BDC ＞ 0) 보다 크다. 도 6 에 나타내는 일례에서는, 폐쇄 시기 (IVC1) 는 하사점 후 -50°(-50°ABDC) 이고, 폐쇄 시기 (IVC2) 는 100°ABDC 이다.
또, 도 6 중의 폐쇄 시기 (IVC3) 는, 지연 폐쇄측의 폐쇄 시기 (IVC2) 와 동등한 감압 효과가 얻어지는 디컴프를 조기 폐쇄에 의해 실현하기 위해 필요한 폐쇄 시기에 상당한다. 「작용각 고정형」의 기구를 이용하여 조기 폐쇄를 실시하는 밀러 사이클 엔진에 있어서 디컴프 모드를 포함하여 폐쇄 시기 (IVC) 의 제어를 조기 폐쇄측에서 완결하고자 하면 (도 2 의 비교예 3), 폐쇄 시기 (IVC3) 까지 진각시킬 수 있는 엔진 구성이 필요해진다. 즉, 밸브 리세스의 확대가 필요해진다. 이에 대해, 상기 서술한 바와 같이 특정되는 지연 폐쇄량 (D) 으로 디컴프 모드를 실시하는 본 실시형태에 의하면, 진각측의 폐쇄 시기의 한계값을 폐쇄 시기 (IVC1) 보다 진각시킬 필요 없이 폐쇄 시기 (IVC3) 와 동등한 감압 레벨로 디컴프를 실현할 수 있게 된다.
또, 도 5, 6 중의 폐쇄 시기 (IVC4) 는, 디컴프 모드의 종료 후에 조기 폐쇄 모드를 개시할 때에 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 일례이다. 보다 상세하게는, 이 폐쇄 시기 (IVC4) 는, 실압축비 (유효 압축비) 의 향상에 의한 시동성 향상을 위해 BDC 가까이 설정되어 있다. 디컴프 모드의 종료 후에는, 폐쇄 시기 (IVC) 는, IVC2 에서 BDC 를 넘어 IVC4 로 변경된다.
폐쇄 시기 (IVC) 의 변화량의 구체예
또한, 도 6 을 참조하여, 본 실시형태에 관련된 디컴프 모드의 실행에 따른 폐쇄 시기 (IVC) 의 변화량의 구체예에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서 사용되는 「작용각 고정형」의 전동 VVT (38) 에 의하면, 전동 모터와 캠축의 기어비의 선정에 의해, 임의의 넓은 가변 범위에서 폐쇄 시기 (IVC) 를 변경할 수 있게 된다. 도 6 에 나타내는 가변 범위 (＝IVC2 － IVC1) 의 예는 150°이다. 본 실시형태에서는, 이와 같은 전동 VVT (38) 를 이용하여, 디컴프 모드를 위해, 90°이상 180°미만의 범위 내의 큰 지연 폐쇄량 (D) (도 6 에 나타내는 일례에서는 100°) 이 확보되어 있다.
따라서, 디컴프 모드를 실시하는 경우에는, 조기 폐쇄 모드에 따른 조기 폐쇄측의 폐쇄 시기 (IVC) 로부터 폐쇄 시기 (IVC2) 를 향해, 90°이상 180°미만의 범위 내의 지연 폐쇄량 (D) 이 얻어지도록 폐쇄 시기 (IVC) 가 제어된다. 환언하면, 도 6 의 좌표 평면 상의 4 개의 상한 (象限) 의 하나인 제 3 상한 (0°＜ IVC ＜ 90°ABDC) 을 스킵하고, 제 4 상한 (90°＜ IVC ＜ 180°ABDC) 내 혹은 90°ABDC 의 폐쇄 시기 (IVC2) 가 얻어지도록 폐쇄 시기 (IVC) 가 제어된다. 덧붙이면, 디컴프 모드를 종료하는 경우에도, 폐쇄 시기 (IVC2) 로부터 조기 폐쇄 모드에 따른 조기 폐쇄측의 폐쇄 시기 (도 6 에 나타내는 예에서는, IVC4) 를 향해, 제 3 상한을 스킵하도록 폐쇄 시기 (IVC) 가 제어된다.
흡기 밸브의 작용각 및 리프트량의 구체예
작용각 고정형의 기구를 이용하여 조기 폐쇄 모드를 실행하고자 하는 경우에 이용할 수 있는 밸브 리프트 커브는 1 종류이다. 따라서, 개방 시기 (IVO) 가 과도하게 진각되지 않도록 하면서 원하는 조기 폐쇄량을 실현할 수 있는 작용각을 선정하는 것이 요구된다. 이 요구를 만족시키기 위해서는, 도 2 중의 지연 폐쇄의 비교예 1 과 조기 폐쇄의 비교예 3 사이에서 흡기 밸브의 작용각을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 조기 폐쇄의 예의 작용각은, 필연적으로 지연 폐쇄의 예의 그것과 비교하여 작아진다. 그 한편으로, 작용각 고정형의 기구를 이용하는 경우에는, 1 개의 밸브 리프트 커브로 저출력 영역에서부터 고출력 영역 (많은 공기량을 확보하는 요구가 높은 영역) 까지의 넓은 엔진 운전 영역을 적절히 커버하는 것도 요구된다. 후자의 요구도 고려하면, 작용각을 작게 하는 것에도 제한이 가해진다.
작용각 고정형의 전동 VVT (38) 에 의해 제어되는 본 실시형태의 흡기 밸브 (36) 의 작용각으로서 사용할 수 있는 값은, 넓게 말하면 특별히 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 서술한 2 개의 요구를 고려한 경우에 바람직한 흡기 밸브 (36) 의 작용각으로서 본건 발명자가 생각하는 수치는, 크랭크각으로 170 ∼ 200°이다. 도 5 에 나타내는 일례에서는, 이 수치 범위 내에 포함되는 180°가 흡기 밸브 (36) 의 작용각으로서 사용되고 있다.
추가로 덧붙이면, 흡기 밸브의 밸브 리프트 커브의 형상은, 주로, 작용각과 함께 리프트량에 따라 특정된다. 여기서 말하는 리프트량은, 보다 상세하게는, 밸브 리프트 커브 상의 최대 리프트량을 가리키고 있다. 흡기 밸브 (36) 의 리프트량으로서 사용할 수 있는 값에 대해서도, 넓게 말하면 특별히 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 서술한 바와 같이 작용각이 170 ∼ 200°의 범위 내에서 선정된 경우에는, 리프트량을 자유롭게 선정할 수 있는 것은 아니다. 즉, 선택할 수 있는 리프트량은, 흡기 밸브 (36) 의 이상 거동 (밸브의 점프 또는 바운스) 의 발생을 회피하는 관점 등의 이유에 의해, 선정된 작용각에 따라 제한받게 된다. 그리고, 작용각이 170 ∼ 200°의 범위 내에서 선정된 경우에 있어서 리프트량의 선정에 관해서도 상기의 후자의 요구를 고려하였을 때에 바람직한 리프트량으로서 본건 발명자가 생각하는 수치는, 6 ∼ 10 ㎜ 이다. 도 5 에 나타내는 일례에서는, 이 수치 범위 내에 포함되는 8 ㎜ 가 흡기 밸브 (36) 의 리프트량 (최대 리프트량) 으로서 사용되고 있다.
1-2-4. 엔진 시동시의 흡기 밸브 타이밍 제어의 동작예
도 7 은, 디컴프 모드가 실행되는 엔진 시동시의 흡기 밸브 타이밍 제어를 설명하기 위한 타임 차트이다. 도 7 중의 시점 (t1) 은, 엔진 시동 요구를 받아 크랭킹이 개시된 시점에 상당한다. 또한, 디컴프 모드용의 폐쇄 시기 (IVC2) 로의 전환은, 일례로서, 이번 엔진 시동 전의 엔진 정지 과정 (연료 컷 후에 엔진 회전 속도 (NE) 가 저하되고 있는 기간) 에서 실행되고 있는 것으로 한다. 단, 내연 기관 (10) 과 같이, 엔진 정지 중이라도 폐쇄 시기 (IVC) 의 조정을 할 수 있는 전동 VVT (38) 를 구비하는 내연 기관에 있어서는, 폐쇄 시기 (IVC2) 로의 전환은, 엔진 정지 중에 실시되어도 된다.
도 7 에 나타내는 예에서는, 크랭킹은 MG (12) 의 토크를 사용하여 실시되고 있다. 크랭킹의 개시와 함께, 엔진 회전 속도 (NE) 가 상승해 간다. 또, 스로틀 밸브 (24) 가 폐쇄되어 있기 때문에, 흡기압 (흡기관압) 은, 엔진 정지 중의 대기압으로부터 저하되어 간다.
도 7 중의 통내압의 파형에 있어서 반복되는 통내압의 상승 및 저하의 각 피크는, 소정의 폭발 순서에 따라 차례로 도래하는 각 기통의 압축 행정 및 팽창 행정 중의 통내압의 피크를 개념적으로 나타낸 것이다 (도 7 중에 나타낸 통내압의 피크의 수는, 실제의 사이클수와는 상이하다). 크랭킹의 개시시에는, 흡기압이 높기 (대기압과 동등하기) 때문에, 도 7 에 나타내는 바와 같이 통내압의 피크값도 높아진다. 그 후, 흡기압의 저하에 따라, 통내압의 피크값도 저하되어 간다.
엔진 회전 속도 (NE) 가 공진 주파수대를 초과하면, 연료 분사 및 점화가 개시된다. 공진 주파수대는, 각 기통의 컴프레션 (가진력) 에서 기인하는 파워 트레인의 공진이 발생하는 회전 속도역이다. 시점 (t2) 은, 연료 분사 및 점화의 개시에 따라, 어느 기통에서 초기 폭발이 발생한 시점에 상당한다. 엔진 회전 속도 (NE) 는, 연소의 개시에 따라, 시점 (t2) 이후에 있어서도 상승을 계속하여, 소정 회전 속도 (도시 생략) 에 있어서 완폭 판정이 이루어진다 (엔진 시동 완료). 그 후, 엔진 회전 속도 (NE) 는 아이들링 영역에 이른다. 또한, 도 7 에 나타내는 예에서는, 디컴프의 실행에 의해, 크랭킹 중의 통내압이 소정의 Noise and Vibration (NV) 크라이테리어를 넘지 않고 있다. 이 NV 크라이테리어란, 차량의 플로어 진동의 허용 상한에 관련된 통내압값이다.
시점 (t2) 보다 후인 시점 (t3) 은, 엔진 시동 완료 (완폭 판정) 후에 흡기압이 처음으로 소정의 임계값 (Pth) 까지 저하된 시점에 상당한다. 본 실시형태에서는, 일례로서, 이와 같은 시점 (t3) 에 있어서, 디컴프 모드용의 폐쇄 시기 (IVC2) 로부터 조기 폐쇄 모드용의 폐쇄 시기 (IVC4) 로의 전환이 개시된다. 또한, 임계값 (Pth) 은, 본 발명에 관련된 「임계값」의 일례이다.
보다 상세하게는, 폐쇄 시기 (IVC2) 로부터 폐쇄 시기 (IVC4) 로의 전환을 실시하는 시기는, 엔진 회전 속도 (NE) 가 공진 주파수대를 초과한 후라면, 임의로 설정되어도 되고, 예를 들어, 연료 분사의 개시 전이어도 된다. 그리고, 본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 관점에 의해, 당해 전환은, 엔진 회전 속도 (NE) 가 공진 주파수대를 초과하였을 때에 바로 실시하는 것이 아니라, 흡기압이 임계값 (Pth) 으로 저하되었을 때에 실시된다. 내연 기관 (10) 의 실압축비는, 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 를 통과할 때에 최대가 되고, 그 결과, 도 7 중에 있어서도 기호 「A」를 부여하면서 개념적으로 나타나 있는 바와 같이, 통내압의 피크값이 높아진다. 실압축비가 높기 때문에 BDC 통과시의 당해 피크값이 높아지면, 노크가 발생하기 쉬워진다. 그래서, 흡기압의 임계값 (Pth) 은, 상기 전환의 과정에서 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 를 통과할 때에 노크를 억제할 수 있기 (보다 상세하게는, 노크의 강도 및 빈도를 각각 소정 레벨 이하로 억제할 수 있기) 때문에 필요한 값으로서 결정되고 있다. 덧붙이면, 엔진 시동 직후에 있어서의 상기 노크의 발생은, 밀러 사이클 엔진의 고팽창비화를 위해 기계적인 압축비 (기통의 최소 용적과 최대 용적의 관계에 의해 정해지는 압축비) 가 높아진 경우에 보다 현저해진다.
폐쇄 시기 (IVC4) 로의 전환의 완료 후의 엔진 운전 중의 폐쇄 시기 (IVC) 는, 엔진 운전 상태에 따른 조기 폐쇄량으로 제어된다 (조기 폐쇄 모드).
1-2-5. 제어 장치의 처리
도 8 은, 실시형태 1 에 관련된 흡기 밸브 타이밍 제어에 관한 처리의 루틴을 나타내는 플로 차트이다. 본 루틴의 처리는, 내연 기관 (10) 을 구비하는 하이브리드 차량의 시스템 기동 중에 반복하여 실행된다.
도 8 에 나타내는 루틴에서는, 제어 장치 (50) 는, 먼저, 엔진 시동 요구가 있었는지의 여부를 판정한다 (스텝 S100). 구체적으로는, 하이브리드 차량에서는, 제어 장치 (50) 로부터 내연 기관 (10) 에 내려지는 시동 지령의 유무가 판정된다.
스텝 S100 의 판정 결과가 부정적인 경우에는, 제어 장치 (50) 는, 이어서, 엔진 정지 요구가 있었는지의 여부를 판정한다 (스텝 S102). 구체적으로는, 제어 장치 (50) 로부터 내연 기관 (10) 에 내려지는 운전 정지 지령의 유무가 판정된다. 이 운전 정지 지령은, 차량 시스템의 기동 중에 내연 기관 (10) 을 간헐적으로 정지시키는 지령을 포함한다. 그 결과, 엔진 정지 요구가 없는 경우에는, 제어 장치 (50) 는, 엔진 정지 중 (엔진 회전 속도 (NE) ＝ 제로) 인지의 여부를 판정한다 (스텝 S104).
스텝 S104 의 판정 결과가 부정적인 경우, 요컨대, 엔진 시동 요구 및 엔진 정지 요구 중 어느 것도 없고, 또한, 엔진 정지 중도 아닌 경우 (엔진 시동 후의 통상 운전 중인 경우) 에는, 처리는 스텝 S106 으로 진행된다. 스텝 S106 에서는, 제어 장치 (50) 는, 엔진 운전 상태에 따른 조기 폐쇄량의 폐쇄 시기 (IVC) 가 얻어지도록 전동 VVT (38) 를 제어한다 (조기 폐쇄 모드). 또한, 이와 같은 폐쇄 시기 (IVC) 의 제어는, 예를 들어, 크랭크각 센서 (52) 및 캠각 센서 (40) 의 신호에 기초하여 크랭크축의 회전 위상에 대한 캠축의 회전 위상을 변경함으로써 실시된다.
한편, 스텝 S102 의 판정 결과가 긍정적인 경우에는, 처리는 스텝 S108 로 진행된다. 엔진 정지 요구가 있으면, 제어 장치 (50) 로부터의 지령에 기초하여, 엔진 정지를 위한 연료 컷 (F/C) 이 실시되게 된다. 본 스텝 S108 에서는, 제어 장치 (50) 는, 이 연료 컷의 실시의 유무를 판정한다.
F/C 가 개시될 때까지는 스텝 S108 의 판정이 반복하여 실행된다. 한편, F/C 의 실시가 확인되면, 처리는 스텝 S110 으로 진행된다. 스텝 S110 에서는, 제어 장치 (50) 는, 디컴프 모드용의 폐쇄 시기 (IVC2) 가 되도록 전동 VVT (38) 를 사용하여 지연 폐쇄를 실행한다 (디컴프 모드). 이와 같은 처리에 의하면, 그 후의 엔진 재시동시를 위해, 폐쇄 시기 (IVC) 를 디컴프 모드용의 폐쇄 시기 (IVC2) 로 사전에 제어해 둘 수 있다. 또한, 폐쇄 시기 (IVC2) 는, 일례로서 고정값이지만, 임의의 엔진 운전 조건에 따라 변경되어도 된다.
한편, 스텝 S100 의 판정 결과가 긍정적인 경우에는, 처리는 스텝 S112 로 진행된다. 엔진 시동 요구가 있으면, 제어 장치 (50) 로부터의 지령에 기초하여, 엔진 시동을 위한 크랭킹, 연료 분사 및 점화가 실시되게 된다. 본 스텝 S112 에서는, 제어 장치 (50) 는, 엔진 시동 완료 후에 흡기압이 처음으로 상기 서술한 임계값 (Pth) 이하가 되었는지의 여부를 판정한다.
흡기압이 임계값 (Pth) 이하로까지 저하되지 않은 동안에는 스텝 S112 의 판정이 반복하여 실행된다. 한편, 임계값 (Pth) 이하로의 흡기압의 저하가 확인되면, 처리는 스텝 S114 로 진행된다. 스텝 S114 에서는, 제어 장치 (50) 는, 전동 VVT (38) 를 사용하여 IVC2 로부터 IVC4 로의 폐쇄 시기 (IVC) 의 전환 (진각) 을 실행한다. 그 결과, 조기 폐쇄 모드가 개시된다.
1-3. 효과
이상 설명한 실시형태 1 에 의하면, 「작용각 고정형」의 전동 VVT (38) 를 사용하여 조기 폐쇄 모드를 실시하는 밀러 사이클 엔진 (내연 기관 (10)) 에 있어서, 디컴프 모드를 실시하는 경우에는 흡기 밸브 (36) 의 지연 폐쇄가 예외적으로 실행된다. 이 디컴프 모드용의 지연 폐쇄량 (D) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 최진각시의 조기 폐쇄량 (MAX) 보다 크다. 이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 밸브 리세스의 확대를 필요로 하지 않고 (디컴프 모드를 위해 조기 폐쇄량 (MAX) 을 증가시킬 필요 없이), 조기 폐쇄량 (MAX) 의 사용시와 비교하여 높은 감압 효과가 얻어지는 디컴프를 실시할 수 있게 된다. 그 결과, 작용각 가변형의 기구를 구비하지 않아도, 밸브 리세스의 확대에서 기인하는 통내 가스의 흐트러짐 저하 및 그에 따른 연소 악화를 회피하면서, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드와 디컴프 모드를 양립시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 디컴프 모드에서 조기 폐쇄 모드로의 전환 (IVC2 에서 IVC4 로의 전환) 은, 엔진 시동 완료 후에 흡기압이 처음으로 임계값 (Pth) 이하로 내려간 후에 실행된다. 이와 같은 처리에 의하면, 당해 전환의 과정에서 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 를 통과할 때의 흡기압을 낮출 수 있다. 이로써, 폐쇄 시기 (IVC) 가 BDC 를 통과할 때의 실압축비의 상승에 따른 노크의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 디컴프 모드를 실시하는 경우에는, 넓은 가변 범위에서 폐쇄 시기 (IVC) 를 변경할 수 있는 전동 VVT (38) 를 이용하여, 90°이상 180°미만의 큰 지연 폐쇄량 (D) 으로 폐쇄 시기 (IVC) 가 제어된다. 이로써, 기본적으로는 조기 폐쇄 모드를 실시하는 밀러 사이클 엔진에 있어서, 밸브 리세스의 확대에 관한 과제를 해결하면서 우수한 감압 효과가 얻어지는 디컴프를 실시할 수 있게 된다.
2. 실시형태 2
도 9 ∼ 도 11 을 참조하여, 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 실시형태 2 에 관련된 시스템의 하드웨어 구성의 일례로서, 도 1 에 나타내는 구성이 사용되고 있는 것으로 한다.
2-1. 실시형태 2 의 흡기 밸브 타이밍 제어의 개요
도 9 는, 실시형태 2 의 흡기 밸브 타이밍 제어에서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 설정 및 제어 범위를 나타낸 도면이다. 본 실시형태에서는, 엔진 운전 중에는, 기본적으로는 실시형태 1 과 마찬가지로 「조기 폐쇄 모드」가 실행된다. 단, 고부하 고회전측에 위치하는 소정의 고출력 영역에서는, 「조기 폐쇄 모드」대신에 이하의 「고흡입 효율 모드」가 실행된다.
도 10 은, 동일 엔진 회전 속도 (NE) 하에서의 내연 기관 (10) 의 흡입 효율 (흡기의 충전 효율) 과 폐쇄 시기 (IVC) 의 관계를 나타낸 도면이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 동일 엔진 회전 속도 (NE) 하에서 흡입 효율이 가장 높아지는 폐쇄 시기 (IVC) (이하, 「IVC5」라고 칭한다) 는, 흡기의 관성 효과의 영향에 의해 BDC 보다 지각측이 된다. 보다 상세하게는, 폐쇄 시기 (IVC5) 는, 엔진 회전 속도 (NE) 가 높을수록 지각된다. 또한, 폐쇄 시기 (IVC5) 는, 본 발명에 관련된 「특정 폐쇄 시기」의 일례이다.
고흡입 효율 모드에서는, 내연 기관 (10) 의 고출력 영역에서 구해지는 높은 엔진 출력 요구를 만족시키기 위해, BDC 보다 조기 폐쇄된 폐쇄 시기 (IVC) 대신에 폐쇄 시기 (IVC5) 가 사용된다. 도 9 에는, 그와 같은 고출력 영역에서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC5) 의 가변 범위 (예를 들어, 40 ∼ 60°ABDC) 가 나타나 있다. 보다 상세하게는, 도 9 에 나타내는 예에 있어서의 폐쇄 시기 (IVC5) 는, 엔진 회전 속도 (NE) 가 상기 고출력 영역 내의 최소값일 때에는 40°ABDC 가 되고, 엔진 회전 속도 (NE) 가 당해 고출력 영역 내의 최대값일 때에는 60°ABDC 가 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 엔진 운전 중에, 「조기 폐쇄 모드」및 「디컴프 모드」와 함께, 상기 서술한 「고흡입 효율 모드」가 이용된다. 요컨대, 엔진 운전 중에는, 실시형태 1 과는 달리, 「디컴프 모드」뿐만 아니라 「고흡입 효율 모드」에 있어서도, 흡기 밸브 (36) 의 지연 폐쇄가 실행되게 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 폐쇄 시기 (IVC) 는, 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여, 폐쇄 시기 (IVC5) 보다 지각되게 된다.
2-2. 제어 장치의 처리
도 11 은, 실시형태 2 에 관련된 흡기 밸브 타이밍 제어에 관한 처리의 루틴을 나타내는 플로 차트이다. 도 11 에 나타내는 루틴 중의 스텝 S100 ∼ S114 의 처리에 대해서는, 실시형태 1 에서 이미 서술한 바와 같다.
도 11 에 나타내는 루틴에서는, 스텝 S104 의 판정 결과가 부정적인 경우 (통상 운전 중) 에는, 처리는 스텝 S200 으로 진행된다. 스텝 S200 에서는, 제어 장치 (50) 는, 엔진 부하와 엔진 회전 속도 (NE) 에 의해 특정되는 현재의 운전 영역이 소정의 고출력 영역인지의 여부를 판정한다. 또한, 엔진 부하 (통내 충전 공기량) 는, 예를 들어, 엔진 회전 속도 (NE) 와 에어 플로 센서 (54) 에 의해 검출되는 흡입 공기 유량을 포함하는 파라미터를 공지된 흡기계의 물리 모델에 입력함으로써 취득할 수 있다.
스텝 S200 의 판정 결과가 부정적인 경우 (현재의 운전 영역이 고출력 영역이 아닌 경우) 에는, 처리는 스텝 S106 으로 진행되어, 조기 폐쇄 모드가 실행된다.
한편, 상기 판정 결과가 긍정적인 경우 (현재의 운전 영역이 고출력 영역인 경우) 에는, 처리는 스텝 S202 로 진행된다. 스텝 S202 에서는, 고흡입 효율 모드의 실행을 위해, 제어 장치 (50) 는, 폐쇄 시기 (IVC) 가 폐쇄 시기 (IVC5) 가 되도록 전동 VVT (38) 를 제어한다. 흡입 효율이 가장 높아지는 폐쇄 시기 (IVC5) 는, 상기 서술한 바와 같이 엔진 회전 속도 (NE) (피스톤 속도) 에 의존한다. 이 때문에, 현재의 엔진 회전 속도 (NE) 에 따른 폐쇄 시기 (IVC5) 는, 예를 들어, 폐쇄 시기 (IVC5) 와 엔진 회전 속도 (NE) 의 관계를 사전에 설정해 둠으로써 취득할 수 있다.
2-3. 효과
이상 설명한 실시형태 2 에 의하면, 고출력 요구를 충분히 만족시키기 위해 고흡입 효율 모드가 이용되는 밀러 사이클 엔진에 있어서, 밸브 리세스의 확대를 필요로 하지 않고, 조기 폐쇄량 (MAX) 의 사용시와 비교하여 높은 감압 효과가 얻어지는 디컴프를 실시할 수 있게 된다. 그 밖에, 실시형태 1 과 동일한 효과를 나타낸다.
2-4. 고흡입 효율 모드의 다른 예
상기 서술한 실시형태 2 에 있어서의 고흡입 효율 모드의 예에서는, 흡기 밸브 (36) 는, 고출력 영역 내의 개개의 엔진 회전 속도 (NE) 하에서 흡입 효율이 가장 높아지는 폐쇄 시기 (IVC5) (특정 폐쇄 시기) 에 폐쇄된다. 그러나, 고흡입 효율 모드의 다른 예에 있어서의 흡기 밸브 (36) 는, BDC 보다 늦게 또한 폐쇄 시기 (IVC5) (특정 폐쇄 시기) 보다 빠른 임의의 폐쇄 시기 (IVC) 에 폐쇄되어도 된다. 요컨대, 고흡입 효율 모드로 사용되는 흡기 밸브 (36) 의 지연 폐쇄량은, 특정 폐쇄 시기에서의 지연 폐쇄량과 동일하거나 그 미만이어도 된다.
3. 다른 실시형태
3-1. 폐쇄 시기 (IVC) 의 변화량의 다른 예
상기 서술한 실시형태 1 및 2 에 있어서는, 디컴프 모드를 실시하는 경우에는, 90°이상 180°미만의 범위 내의 지연 폐쇄량 (D) 이 얻어지도록 폐쇄 시기 (IVC) 가 제어된다. 그러나, 본 발명의 대상이 되는 디컴프 모드시의 「지연 폐쇄량」은, 「가변동 밸브 기구에 의해 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 흡기 하사점에 대한 흡기 밸브의 조기 폐쇄량보다 크다」는 조건을 만족하고 있으면, 반드시 상기의 예에 한정되지 않고, 90°미만이어도 된다.
3-2. 가변동 밸브 기구의 다른 예
본 발명의 대상이 되는 「가변동 밸브 기구」는, 「작용각 고정형」, 즉, 「흡기 밸브의 작용각을 고정으로 하면서 당해 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변으로 하도록」구성되어 있으면, 전동 VVT (38) 와 같은 전동식 대신에 유압식이어도 된다. 보다 상세하게는, 전형적인 유압식의 기구는, 캠축의 일단에 있어서 등각도 간격으로 직경 방향으로 돌출되도록 형성된 복수 (적어도 3 개) 의 베인과, 이들을 각각 수용하는 복수의 유압실을 갖는 캠 풀리를 구비한다. 그리고, 각 유압실에 부여되는 유압을 이용하여, 크랭크축 (캠 풀리) 의 회전 위상에 대한 캠축 (베인) 의 회전 위상이 변경된다. 이와 같은 유압식의 기구에서는, 캠축의 둘레 방향에 있어서 상기 복수의 유압실을 구획하여 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 폐쇄 시기 (IVC) 의 가변 범위는 구조상 제한되고, 그 한계값은 크랭크각으로 70 ∼ 80°정도가 된다. 이와 같은 유압식의 기구에 의한 폐쇄 시기 (IVC) 의 가변 범위 내에서 상기 3-1. 에서 설명한 조건을 만족하는 「지연 폐쇄량」을 실현할 수 있는 경우에는, 유압식의 기구가 사용되어도 된다. 환언하면, 폐쇄 시기 (IVC) 의 가변 범위의 자유도가 높은 전동 VVT (38) 의 이용에 의해, 상기 「지연 폐쇄량 (D)」과 같은 90°이상의 큰 지연 폐쇄량으로 디컴프 모드를 실시할 수 있게 된다.
3-3. 흡기 밸브 타이밍 제어의 다른 예
실시형태 1 에 있어서의 흡기 밸브 (36) 는, 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여 BDC 보다 늦게 폐쇄된다. 또, 실시형태 2 에 있어서의 흡기 밸브 (36) 는, 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여 「IVC5 (특정 폐쇄 시기)」보다 늦게 폐쇄된다. 그러나, 본 발명에 관련된 「흡기 밸브 타이밍 제어」는, 상기 3-1. 에서 설명한 조건을 만족하는 「지연 폐쇄량」을 사용하여 디컴프 모드가 실시되도록 되어 있으면, 반드시 상기의 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 흡기 밸브는, 디컴프 모드 이외의 다른 예외적인 조건에 있어서, 「흡기 하사점」또는 「특정 폐쇄 시기」보다 늦게 폐쇄되어도 된다.
또, 본 발명에 관련된 「조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드」에 있어서 사용되는 폐쇄 시기 (IVC) 의 가변 범위는, BDC 를 포함하지 않는 실시형태 1, 2 의 예 대신에 BDC 를 포함해도 된다. 요컨대, 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드는, 흡기 밸브는 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 제어되는 것이면 된다.
3-4. 시스템 구성의 다른 예
본 발명에 관련된 「밀러 사이클 엔진」은, 실시형태 1 및 2 에서 설명한 하이브리드 차량 대신에 밀러 사이클 엔진만을 동력원으로서 이용하는 차량에 적용되어도 된다. 또, 본 발명에 관련된 「밀러 사이클 엔진」은, 반드시 불꽃 점화식에 한정되는 것은 아니고, 압축 착화식이어도 되고, 또, 터보 과급기 (20) 등의 과급기를 구비하지 않은 자연 흡기 엔진이어도 된다.
이상 설명한 각 실시형태에 기재된 예 및 다른 각 변형예는, 명시한 조합 이외에도 가능한 범위 내에서 적절히 조합하여도 되고, 또, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형해도 된다.

Claims (8)

  1. 밀러 사이클 엔진 (10) 의 제어 장치로서, 상기 밀러 사이클 엔진 (10) 은, 흡기 밸브 (36) 의 작용각을 고정으로 하면서 상기 흡기 밸브 (36) 의 개폐 시기를 가변으로 하도록 구성된 가변동 밸브 기구 (38) 를 포함하고,
    상기 제어 장치는 :
    상기 흡기 밸브 (36) 가 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 ;
    엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브 (36) 가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 디컴프 모드를 실행하고, 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브 (36) 의 지연 폐쇄량은, 상기 가변동 밸브 기구 (38) 에 의해 상기 흡기 밸브 (36) 의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브 (36) 의 조기 폐쇄량보다 크도록 ; 그리고
    상기 디컴프 모드의 종료 후에 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를 실행하도록 구성된 전자 제어 유닛 (50) 을 포함하는, 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여, 상기 흡기 밸브 (36) 가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하도록 구성되는, 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 밀러 사이클 엔진 (10) 의 고출력 영역에 있어서, 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드 대신에, 고흡입 효율 모드를 실행하도록 구성되고,
    상기 고흡입 효율 모드는, 상기 흡기 하사점보다 지각측으로서 동일 엔진 회전 속도하에서 흡기의 흡입 효율이 가장 높아지는 특정 폐쇄 시기, 또는 상기 흡기 하사점보다 늦고 또한 상기 특정 폐쇄 시기보다 빠른 폐쇄 시기에 상기 흡기 밸브 (36) 를 폐쇄하는 것이고,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 디컴프 모드를 실시하는 경우에 한하여, 상기 흡기 밸브 (36) 가 상기 특정 폐쇄 시기보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하도록 구성되는, 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀러 사이클 엔진 (10) 은, 흡기 통로 (18) 에 배치된 스로틀 밸브 (24) 를 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 엔진 시동 완료 후에 상기 스로틀 밸브 (24) 의 하류에 있어서의 상기 흡기 통로 (18) 내의 압력이 처음으로 임계값 이하로 내려간 후에, 상기 디컴프 모드에서 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드로의 전환을 실행하도록 구성되는, 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 가변동 밸브 기구 (38) 는, 크랭크축의 회전 위상에 대한 캠축의 회전 위상을 변화시키는 전동 모터를 구비하는 전동 가변 밸브 타이밍 기구이고,
    상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 지연 폐쇄량은, 크랭크 각도로 90°이상 180°미만인, 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 (36) 의 작용각은, 크랭크각으로 170 ∼ 200°인, 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 (36) 의 리프트량은, 6 ∼ 10 ㎜ 인, 제어 장치.
  8. 밀러 사이클 엔진 (10) 의 제어 방법으로서, 상기 밀러 사이클 엔진 (10) 은, 전자 제어 유닛 (50) 과, 흡기 밸브 (36) 의 작용각을 고정으로 하면서 상기 흡기 밸브 (36) 의 개폐 시기를 가변으로 하도록 구성된 가변동 밸브 기구 (38) 를 포함하고,
    상기 제어 방법은 :
    상기 흡기 밸브 (36) 가 흡기 하사점 이전에 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를, 상기 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 실행하는 것 ;
    엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브 (36) 가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 디컴프 모드를, 상기 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 실행하는 것으로서, 상기 디컴프 모드에 있어서 사용되는 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브 (36) 의 지연 폐쇄량은, 상기 가변동 밸브 기구 (38) 에 의해 상기 흡기 밸브 (36) 의 폐쇄 시기를 가장 빠르게 하였을 때의 상기 흡기 하사점에 대한 상기 흡기 밸브 (36) 의 조기 폐쇄량보다 큰, 엔진 시동시에, 상기 흡기 밸브 (36) 가 상기 흡기 하사점보다 늦게 폐쇄되도록 상기 가변동 밸브 기구 (38) 를 제어하는 디컴프 모드를, 상기 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 실행하는 것 ; 그리고,
    상기 디컴프 모드의 종료 후에 상기 조기 폐쇄 밀러 사이클 운전 모드를, 상기 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 실행하는 것을 포함하는, 제어 방법.
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