JP2005076466A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンが低速、高負荷状態で高温時の場合における過早着火によるノッキングの発生を防止するとともに、トルクの向上を図れるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段３２、３３と、エンジンの温度を検出する温度検出手段３４と、燃焼室４０内の実圧縮比を変更する実圧縮比可変手段８ａと、制御手段３１とを有し、この制御手段３１を用いて、運転状態検出と温度検出手段からの検出情報からエンジンの運転状態と温度を判断し、エンジンの低回転、高負荷の状態の時に、温度上昇に応じても実圧縮比を低下させるように実圧縮比可変手段８ａの動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの実圧縮比を変更可能なエンジンの制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関におけるノッキングの制御では、エンジンに設けられたノックセンサからの信号に基づきノッキングの発生が判断される。そして、ノッキングの発生と判断された場合に、点火時期が遅角されることにより、ノッキングの抑制が行われている。しかしながら点火時期を遅角させることは燃費の悪化を招くおそれがあることから、これに代わるノッキングの制御が望まれていた。

そこで、特許文献１では、点火時期の制御に代わって吸気バルブの開閉タイミング、即ちバルブタイミングを制御することによりノッキングの抑制を図る技術が開示されている。この従来技術は、バルブタイミングを変えることにより内燃機関の有効圧縮比が変わることに着目して提案されたものである。そして、ノックセンサからの検出信号に基づきノッキングの発生と判断された場合には、バルブタイミングが遅角されるようにバルブタイミングの可変機構が制御される。一方、ノッキングでない場合には、バルブタイミングが進角されるようにバルブタイミングの可変機構が制御される。

一般に、バルブタイミングの可変機構を装着したエンジンの場合、低回転、高負荷の運転領域においては、吸気弁の閉じる時期を早めて燃焼室内の燃焼ガスの吸気系へ吹き戻りを少なくすることで、燃焼室内における吸入空気の体積効率を向上させることが知られている。ただし、吸気弁のタイミングを遅角すると、ノッキングを抑制する反面、燃費やトルクを犠牲にしなければならないことがある。

そこで、特許文献２では、ノッキングの発生し易いエンジンの低回転・中負荷の運転領域において、吸気弁の開閉タイミングを遅角させるように可変タイミング機構を制御し、燃焼室に一旦導入されてから逃げようとする吸入空気を増やして有効圧縮比が小さくなる技術が提案されている。

特開昭５９−９３９３９号公報 特開平６−２５７４７７号公報

しかし、近年では、燃費向上を図るために圧縮比が高くなる傾向にあるため、ノッキングが発生し易い。特にエンジン温度が高い場合には、ノッキングが発生し易くなるので、実圧縮比を下げる必要があり、機関トルクの低下を招いてしまう。また、エンジンが長時間高温状態で、低回転、高負荷の運転状態が継続する場合、エンジンの温度の上昇による過早着火による強いノッキングの発生が懸念される。

特許文献２では、ノッキング発生し易い領域において低回転中負荷の運転領域において圧縮比を低減させる技術は開示されているが、エンジンの高負荷時や高負荷になった直後の不具合に対しては考慮されていない。

本発明は、エンジンが低速、高負荷状態で高温時の場合における過早着火によるノッキングの発生を防止するとともに、トルクの向上を図れるエンジン制御装置を提供することを、その目的とする。

本発明は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンの温度を検出する温度検出手段と、エンジンの燃焼室内の実圧縮比を変更する実圧縮比可変手段と、運転状態検出手段と温度検出手段からの検出情報により、エンジンが運転状態と温度を判断し、エンジンが低回数、高負荷の状態の時に、エンジンの温度の上昇に応じて実圧縮比を低下させるように実圧縮比可変手段の動作を制御する制御手段とをことを特徴としている。このため、エンジンが低回数、高負荷の状態となると、エンジンの温度上昇に応じて燃焼室内の実圧縮比が低減される。

実圧縮比可変手段が、燃焼室に通じる吸気ポートを開閉する吸気弁の開弁時期を可変し得る可変タイミング機構であり、制御手段を用いて、エンジンが低回転、高負荷の状態の時に、エンジンの温度の上昇に応じて可変タイミング機構による吸気弁の開弁時期を遅角側に移動制御すると、吸気工程から圧縮工程へ移る前後での吸気弁の閉じが遅くなる。このため、燃焼室内に一旦導入されたから逃げようとする吸入空気が増え、実質的な吸入空気量が減って有効圧縮比が小さくなる。

燃焼室内において点火を行う点火手段による点火時期を、制御手段を用いてエンジンの温度の上昇に応じて進角補正すると、トルクが増大する。可変タイミング機構による吸気弁の開弁時期を遅角する補正は、エンジンの温度が所定の温度を超えている場合に実行しても良い。

本発明によれば、エンジンが低回転、高負荷の状態の時に、エンジンの温度の上昇に応じて実圧縮比を低下させるように実圧縮比可変手段の動作を制御手設で制御するため、エンジンが低回転、高負荷の状態となると、エンジンの温度上昇に応じて燃焼室内の実圧縮比が低減され、高温時における過早着火によるノッキングの発生を防止することができる。また、燃焼室内において点火を行う点火手設による点火時期をエンジンの温度上昇に応じて制御手設で進角補正すると、高温時における過早着火によるノッキングの発生を防止しながらトルクを増大することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１において、符号１は、制御装置を有するエンジン１を示す。このエンジン１は、吸気通路噴射型エンジンとして構成されており、その動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されている。エンジン１を構成するシリンダー２ａの上部にはシリンダーヘッド２が装着されている。吸気側の動弁機構５０は、燃焼室４０に通じるようにシリンダーヘッド２に形成された吸気ポート１１を開閉する吸気弁７ａと、吸気弁７ａの上端に図示しないロッカーアームを介して当接する吸気カム３ａが形成された吸気カムシャフト２１と、吸気弁７ａを閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。動弁機構５１は、燃焼室４０に通じるようにシリンダーヘッド２に形成された排気ポート１７を開閉する排気弁７ｂと、排気弁７ｂの上端に図示しないロッカーアームを介して当接する排気カム３ｂが形成された排気カムシャフト２２と、排気弁７ｂを閉弁方向に付勢する周知のバルブスプリングとから構成されている。

吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２の各前端には、タイミングプーリ４ａ，４ｂがそれぞれ接続されている。これらタイミングプーリ４ａ，４ｂはタイミングベルト５を介してクランク軸６に連結されている。タイミングプーリ４ａ，４ｂとカムシャフト２１，２２は、クランク軸６の回転に伴って回転駆動され、これらのカムシャフト２１，２２により吸気弁７ａ及び排気弁７ｂがエンジン１の回転に同期して開閉駆動される。

各カムシャフト２１，２２とタイミングプーリ４ａ，４ｂとの間には、吸気側及び排気側の可変タイミング機構としてのベーン式のタイミング可変機構８ａ，８ｂ（以下「ＶＶＴ８ａ，８ｂ」と記す）が設けられている。ＶＶＴ８ａ，８ｂの構成は、例えば特開２０００−２７６０９号公報等で公知のため詳細は説明しないが、タイミングプーリ４ａ，４ｂに設けたハウジング内にベーンロータを回動可能に設け、そのベーンロータに吸気カムシャフト２１あるいはカムシャフト２２を連結して構成されている。ＶＶＴ８ａ，８ｂにはオイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」と記す）９ａ，９ｂが接続され、エンジン１のオイルポンプ１０から供給される作動油を利用して、ＯＣＶ９ａ，９ｂの切替えに応じてベーンロータに油圧を作用させ、その結果、タイミングプーリ４ａ，４ｂに対するカムシャフト２１，２２の位相、即ち、吸気弁７ａと排気弁７ｂとの開閉タイミングを調整するようになっている。本形態において、ＶＶＴ８ａは実圧縮比可変手を構成する。

吸気ポート１１と接続する吸気通路１２内には、シリンダー２Ａ内を図１において上下に往復移動するピストン１６の下降に伴って、エアクリーナ１３から吸入空気が導入され、吸気通路１２内に設けられたスロットルバルブ１４の開度に応じて流量調整された後に燃料噴射手段としての燃料噴射弁１５からの噴射燃料と混合され、吸気ポート１１を経て吸気弁７ａの開弁時にシリンダー２Ａ内に流入する。

シリンダーヘッド２には、燃焼室４０に臨み、燃焼室４０内において点火を行う点火手設としての点火プラグ１９が設けられている。この点火プラグ１９には、図示しないディストリビュータにて分配された点火信号が印加される。ディストリビュータは、イグナイタから出力される高電圧をクランクシャフト６の回転、即ちクランク角に同期して点火プラグ１９に分配する。点火プラグ１９の点火時期はイグナイタからの高電圧出カタイミングにより決定される。

排気ポート１７と接続する排気通路１８には、燃焼室４０内での燃焼後の排ガスが、排気弁７ｂの開弁時にピストン１６の上昇に伴って排気ポート１７から案内され、排気通路１８上に設けられた触媒２０及び図示しない消音器を経て外部に排出される。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えた制御手段としてのＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ３１の入力側には、エンジン回転数を検出する回転数検出手段としての回転数センサ３２、エンジン負荷となるスロットルバルブ１４の開度を検出する負荷掲出手段としてのスロットル開度センサ３３、エンジン温度に相関する冷却水の温度を検出する温度検出手設としての水温センサ３４等の各種センサと、図示しないタイマが接続されている。ＥＣＵ３１の出力側には、ＯＣＶ９ａ，９ｂ、燃料噴射弁１５、点火プラグ１９等が接続されている。本形態において、回転数センサ３２とスロットル開度センサ３３は、エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手凌を構成する。

本形態では、エンジン１における吸気行程、圧縮行程、爆発・膨張行程及び排気行程の一連の４行程に対してクランクシャフト６が２回転するものとして、回転数センサ３２では１パルス当たり３０°ＣＡの割合でクランク角が検出される。ＥＣＵ３１は、各センサからの検出情報に基づいて燃料噴射量等を決定し、燃料噴射弁１５を駆動制御する。

ＥＣＵ３１には、所定のエンジン回転数に相当する設定値と所定の負荷に相当する設定値、及びエンジン回転数及びスロットル開度から基本ＶＶＴ位相（ＫＨＮＶＶＴ）と基本点火時期（ＫＨＮＩＧＴ）を算出する図示しないＶＶＴ位相マップと点火時期マップがそれぞれ記憶されている。ＥＣＵ３１には、エンジン回転数とスロットル開度と水温から、ＶＶＴ位相水温補正値（ＶＶＴＷＴ）とＶＶＴ位相水温補正点火時期補正値（ＩＧＴＶＶＴＷＴ）を算出する図示しない補正マップが記憶されている。

ＥＣＵ３１は、これらマップ情報により適宜ＶＶＴ８ａ，８ｂやイグナイタの駆動を制御して、吸気弁７ａと排気弁７ｂのオーバーラップ量や点火時期の制御を行う。本形態では、エンジン１が低回転、高負荷の状態の時に、水温上昇に応じてＶＶＴ８ａによる開弁時期を遅角側に移動制御するようにＯＣＶ９ａを制御するとともに、水温上昇に応じて点火プラグ１９の点火時期を進角補正する制御を実行する。

図２は、水温変化に応じたＶＶＴ位相と点火時期とトルク変化を示す図である。図２において、破線はＶＶＴ８ａの位相が一定の場合のトルクと点火時期の関係を示し、実線はＶＶＴ８ａの位相を可変した場合の、トルクと点火時期の関係を示すものである。図中符号ＴＷはＶＶＴ８ａの位相を切替る所定の温度を示す。

このような構成の制御装置による処理動作の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートはＥＣＵ３１により実行される各処理のうち、吸気バルブ７ａの開閉タイミングの切替と点火プラグ１９による点火時期の切替えを行うためのものである。この処理は、エンジン１の運転中に所定時間毎の所定の間隔で割り込み実行される。

図３の処理が開始されると、ステップＳ１においてエンジン回転数や負荷、冷却水温の情報が、回転数センサ３２、スロットル開度センサ３３、水温センサ３４から検出される。ステップＳ２では、これら検出されたエンジン回転数や負荷によりＶＶＴ位相マップから基本ＶＶＴ位相（ＫＨＮＶＶＴ）を決定し、ステップＳ３では、検出されたエンジン回転数や負荷により点火時期マップから基本点火時期（ＫＨＮＩＧＴ）を決定する。ステップＳ４では、検出されたエンジン回転数と所定値とが比較されてエンジン１が低回転であるか否かが判断される。エンジン回転数が所定値よりも低い場合にはステップＳ５に進む。ステップＳ５では、検出された負荷と所定値とが比較されてエンジン１が高負荷域であるか否かが判断される。この負荷が所定値よりも大きい場合には補正の必要があるものとしてステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、検出されたエンジン回転数やスロットル開度と水温から、ＶＶＴ位相水温補正値（ＶＶＴＷＴ）を算出決定し、ステップＳ７に進んで、ステップＳ２で決定した基本ＶＶＴ位相（ＫＨＮＶＶＴ）に、ＶＶＴ位相水温補正値（ＶＶＴＷＴ）を加算して補正し、ＶＶＴ制御値を決定する。そして、この決定されたＶＶＴ制御値に基づき、ＥＣＵ３１は、ＯＣＶ９ａの駆動を制御してＶＶＴ８ａの位相を遅角側に切換える。どの程度遅角側へ切換えるかは、図２に示すように水温との関係で決定される。本形態では、所定温度ＴＷを境にして温度が上昇するに伴い、ＶＶＴ８ａの遅角側への移動量は増大される。

ステップＳ８では、検出されたエンジン回転数やスロットル開度と水温情報によりＶＶＴ位相水温補正点火時期補正値（ＩＧＴＶＶＴＷＴ）を算出決定し、ステップＳ９に進んで、ステップＳ３で決定した基本点火時期（ＫＨＮＩＧＴ）に、ＶＶＴ位相水温補正点火時期補正値（ＩＧＴＶＶＴＷＴ）を加算して補正し、点火時期補正値を決定する。そして、この決定された点火時期補正値に基づき、ＥＣＵ３１は、イグナイタを制御して点火プラグ１９による点火時期を進角側に切換える。どの程度進角側へ切換えるかは、図２に示すように水温との関係で決定される。本形態では、所定温度ＴＷを境にして温度が上昇するに伴い、点火プラグ１９による点火時期の進角側への移動量は増大される。

一方、ステップＳ４においてエンジン回転数が所定値よりも低くない（高い）場合や、ステップＳ５において負荷が所定値よりも大きくない（小さい）場合には、補正の必要がないものとしてステップＳ１０に進む。そして、ステップＳ２で決定した基本ＶＶＴ位相（ＫＨＮＶＶＴ）をＶＶＴ制御値とするとともに、ステップＳ１１に進んでステップＳ３で決定した基本点火時期（ＫＨＮＩＧＴ）を点火時期制御値とする。

このように、エンジン１が、低回転、高負荷である場合には、ＶＶＴ位相、すなわち、吸気弁７ａの開閉タイミングを遅角すると、排気行程から吸気行程へ移る直前での吸気弁７ａの開きが遅くなる。このため、高温時における燃焼室４０内の実圧縮比が低くなり、過早着火によるノッキングの発生を防止することができる。また、燃焼室４０内において点火を行う点火プラグ１９による点火時期をエンジン１の水温上昇に応じて進角補正するので、トルクを増大することができるとともに、燃費を向上することができる。

上記形態は、吸気側と排気側とにそれぞれＶＶＴ８ａ，８ｂを有する例で説明したが、吸気側にのみＶＶＴ８ａを有するものに本発明を適用してもよい。上記形態では、ベーン式のＶＶＴ８ａ，８ｂを備えたが、可変タイミング機構の構成はこれに限らず、例えば、ヘリカル式の可変タイミング機構に代えてもよいし、カム軸に対するカムの偏心量を変更する偏心式の可変タイミング機構、あるいは、異なる特性のカムを選択的に作動させる切替え式の可変タイミング機構、電磁式アクチュエータによりバルブを直接的に開閉する電磁式のタイミング可変機構等に代えてもよい。

本発明の一実施の形態を示すエンジンの制御装置の構成を示す図である。 吸気弁の位相とトルクと点火時期の関係を示す特性図である。 可変タイミング機構と点火手段に対する制御手畏の制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１１ 吸気ポート
１７ 排気ポート
７ａ 吸気弁
７ｂ 排気弁
８ａ 実圧縮比可変手段（可変タイミング機構）
１９ 点火手設
２３，３３ 運転状態検出手設
３１ 制御手段
３４ 温度検出手段
４０ 燃焼室

Claims (4)

1. エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記エンジンの温度を検出する温度検出手段と、
   前記エンジンの燃焼室内の実圧縮比を変更する実圧縮比可変手段と、
   前記運転状態検出手段と前記温度検出手段からの検出情報により、前記エンジンが運転状態と温度を判断し、前記エンジンが低回数、高負荷の状態の時に、前記エンジンの温度の上昇に応じて実圧縮比を低下させるように前記実圧縮比可変手段の動作を制御する制御手段とをことを特徴とする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において、
   前記実圧縮比可変手段は、前記燃焼室に通じる吸気ポートを開閉する吸気弁の開弁時期を可変し得る可変タイミング機構であり、
   前記制御手段は、前記エンジンが低回転、高負荷の状態の時に、前記エンジンの温度の上昇に応じて前記可変タイミング機構による開弁時期を遅角側に移動制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載のエンジンの弁制御装置において、
   前記燃焼室内において点火を行う点火手段を有し、
   前記制御手段は、前記エンジンの温度の上昇に応じて前記点火手段による点火時期を進角補正することを特徴と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において、
   前記制御手段は、前記エンジンの温度が所定の温度を超えている場合に、前記可変タイミング機構による前記吸気弁の開弁時時期を遅角補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
   

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