JP2015034539A - エンジン制御機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンがアトキンソンサイクルの低回転状態から加速される過程において応答性をより高め得るエンジン制御機構を提供する。【解決手段】ガソリン駆動するエンジンEのエンジン制御機構であって、吸気弁11の弁開閉時期につき、VVT位相を、エンジン始動時には中間ロック位相に設定し、エンジン始動後には中間ロック位相よりも遅角側に設定可能な吸気側VVT4と、排気弁10の弁開閉時期につき、VVT位相を何れかの位相に設定可能な排気側VVT5と、エンジンEの運転状態が、吸気側VVT4の位相が中間ロック位相よりも遅角側にあり且つアトキンソンサイクルの状態からエンジンEの出力を高める過渡運転状態に移行したとき、エンジンEの点火時期を進角制御する制御部6と、制御部6に駆動制御される点火時期変更機構8とを備える。【選択図】図1
Description
ガソリンで駆動するエンジンであって、吸気弁の弁開閉時期を、エンジン始動時には駆動側回転体に対する従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相にして設定し、エンジン始動後には相対位相を中間ロック位相よりも遅角側に変化させて設定可能な吸気側VVT(Variable Valve Timing)と、排気弁の弁開閉時期を、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の何れかの位相にして設定する排気側VVTとを備えたエンジン制御機構に関する。
従来、この種のエンジン制御機構としては、例えば特許文献1に示すものがあった。
この公知技術は、膨張比が圧縮比よりも大きく設定され、過給機を備えた高膨張比サイクルエンジンにおいて、車両発進時等に過給機のレスポンスの低下を防止し、加速過渡時及び低中速域における出力の低下を防止しようとするものである。
この公知技術は、膨張比が圧縮比よりも大きく設定され、過給機を備えた高膨張比サイクルエンジンにおいて、車両発進時等に過給機のレスポンスの低下を防止し、加速過渡時及び低中速域における出力の低下を防止しようとするものである。
具体的には、エンジンが低中速域及び低負荷で運転されているときに、運転状態判定手段がエンジンの加速過渡時であると判定すると、排気弁の開弁時期を進角させるように制御手段が可変バルブタイミング機構を制御するものである。これにより、車両発進時等に、筒内の燃焼エネルギーの一部が運動エネルギーに変換される前に排気エネルギーとなって排出され、過給機による吸気の過給効率を上昇させて過給機のレスポンスを向上させ、ドライバビリティを向上させようとするものである。
ただし、エンジンの運転状態が低中速域および低負荷域である場合、燃焼排ガスのエネルギーはそれほど大きなものではない。よって、過給機の排気タービンに対して早いタイミングで燃焼排ガスを供給したとしても、排気タービンおよび吸気タービンの回転速度が直ちに増大するものではない。
また、排気側VVTを動かそうとする場合、エンジン出力が低い状態ではオイルポンプの吐出圧が低いため、VVTの位相変換制御を行うにも幾分かの遅れが生じる。
また、排気側VVTを動かそうとする場合、エンジン出力が低い状態ではオイルポンプの吐出圧が低いため、VVTの位相変換制御を行うにも幾分かの遅れが生じる。
このように、従来技術では、エンジン回転数の低い状態からエンジン出力を高めようとしてもトルクの立ち上がりに時間を要し、ドライバビリティを高めるにも限界があった。
そこで本発明においては、エンジンがアトキンソンサイクルの低回転状態から加速される過程において応答性をより高め得るエンジン制御機構を提供することを目的とする。
本発明のエンジン制御機構に掛かる特徴構成は、ガソリンで駆動するエンジンの燃焼室に前記ガソリンと空気とが流入するよう前記燃焼室を開閉する吸気弁と、燃焼排ガスが前記燃焼室から流出するよう前記燃焼室を開閉する排気弁とを有するエンジン制御機構であって、第1駆動側回転体および第1従動側回転体を備え、前記吸気弁の弁開閉時期について、前記エンジンの始動時には前記第1駆動側回転体に対する前記第1従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に設定し、前記エンジンの始動後には前記相対位相を前記中間ロック位相よりも遅角側に設定可能な吸気側VVTと、第2駆動側回転体および第2従動側回転体を備え、前記排気弁の弁開閉時期について、前記第2駆動側回転体に対する前記第2従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の何れかの位相に設定する排気側VVTと、前記エンジンの運転状態が、前記吸気側VVTの位相が前記中間ロック位相よりも遅角側にあり且つアトキンソンサイクルの状態から前記エンジンの出力を高める過渡運転状態に移行したとき、前記エンジンの点火時期を進角制御する制御部と、当該制御部によって駆動制御される点火時期変更機構と、を備えた点にある。
本発明に係るエンジンは、アトキンソンサイクルを利用可能である。アトキンソンサイクルでエンジンが稼働しているとき、吸気側VVTの弁開閉時期は従来より遅角側、すなわち実圧縮比が低い側にある。この状態から、運転者がエンジン出力を高めるべくアクセル操作を行うと、従来制御のままでは低い実圧縮比ゆえに燃焼速度が遅くなり、ピストンが上死点を挟んで作動する際の燃焼室の体積と圧力とから求まる時間損失が増加し、熱効率が低下する。つまり、燃焼速度の遅いアトキンソンサイクルだけでは出力が低下するためエンジン出力を最大限に引き出すことができず、運転者はドライバビリティの不足を感じる。
しかし、本構成のごとく、点火時期を進角制御する点火時期変更機構を備えることで、アトキンソンサイクルの状態からエンジン出力の高い状態に速やかに移行させることができる。これはつまり、アトキンソンサイクルでは、吸気側VVTの弁開閉時期が遅く設定されて実圧縮比が低くなるため、エンジンシリンダ内での空気圧縮程度が小さくなっている。このため燃焼速度が遅くなり、エンジンのノッキング限界が進角側に拡大して、点火時期をより進角側に設定することができる。この結果、燃焼時の筒内圧力が高まり、等容度が増加(時間損失低下)してエンジントルクが向上する。
本発明のエンジン制御機構においては、前記制御部による前記点火時期変更機構の駆動制御が、前記アトキンソンサイクルの状態の度合いである、例えば、実圧縮比と前記点火時期の進角補正量との相関を示す制御マップに基づいて行われるように構成してあってもよい。
アトキンソンサイクルでエンジンが稼働しているとき燃焼速度は遅い状態にある。このため通常の運転状態の時と比較してエンジンのノッキング限界が変化しており、点火時期の早期化が可能である。一方、エンジンの応答性を高めるには最適な時期に燃焼ガスの爆発力をできるだけ高める必要がある。つまり、エンジンの運転状態に応じて点火時期を調整し、最大限の出力にする必要がある。そのために本構成では、アトキンソンサイクルの状態の度合い、例えば実圧縮比と点火時期の進角補正量との関係を予め求めておき、これを制御マップ化している。これにより、ECUは、最適点火状態を吸気側VVT位相より演算した実圧縮比から決定することができ、エンジンの応答性を高めることができる。本装置では、この間、仮にノッキングが生じた場合には、従来のノック制御により、ノッキングレベルに応じて点火時期が遅角側に補正されるエンジンの保護機能が作用するように構成されている。
本発明のエンジン制御機構にあっては、エンジンが燃焼排ガスを利用して吸気量を増大させる過給機を備えており、エンジンの運転状態が過渡運転状態に移行したとき、排気側VVTの相対位相を進角制御するように構成することができる。
エンジンの応答性を高めるには、上述のノッキングしない範囲で点火時期を早めることに加え、シリンダへの吸気量を増加させると良い。そのために本構成では、エンジンの燃焼排ガスを利用する過給機を備えてあり、運転者が出力を高めるべくアクセル操作した場合には、排気側VVTを進角制御することとしている。排気側VVTが進角制御されることで排気弁が早期に開き動作する。よって、燃焼排ガスが早いタイミングで過給機に供給され、排気タービンおよび吸気タービンの回転数を高めて吸気量を増大させることができる。この結果、エンジンの応答性がさらに良いものとなる。
本発明のエンジン制御機構においては、前記過渡運転状態において前記吸気側VVTおよび前記排気側VVTのうち少なくとも何れか一方の作動油圧を高める昇圧機構を備えておいてもよい。
アトキンソンサイクル下でエンジン回転数が低い場合、エンジン各部に作動油を供給する機械式オイルポンプの吐出油圧も低くなりがちである。このようなエンジン回転数が低い状態からエンジン出力を速やかに高めるには、VVTの位相変化を早期に達成することも必要である。そのため、本構成では、吸気側VVTおよび排気側VVTの少なくとも何れか一方の作動油圧を高める昇圧機構を備えてある。これにより、エンジン出力を高めようとする運転者のアクセル操作等に応答してVVTに速やかに作動油を供給し、VVTの位相変化を早期に達成してエンジンの運転状態を適正化することができる。
〔装置構成〕
本発明に係るエンジン制御機構の構成例を図1に示す。エンジン制御機構は、ピストン1の動作工程に対して点火時期および吸気・排気タイミングを独立に変更可能であり、燃焼室2への吸気量を増大させる過給機3を備えたエンジンEに関する。さらに、本実施形態のエンジンEは、吸気側VVT4および排気側VVT5を備えている。特に吸気側VVT4は、エンジン始動時に中間ロック位相に固定可能である。さらに吸気側VVT4は、エンジン負荷が低い状態において、VVTの位相をより遅角側に変化させ、弁開閉時期をさらに遅く設定することができる。これによりアトキンソンサイクルでの運転が可能である。
本発明に係るエンジン制御機構の構成例を図1に示す。エンジン制御機構は、ピストン1の動作工程に対して点火時期および吸気・排気タイミングを独立に変更可能であり、燃焼室2への吸気量を増大させる過給機3を備えたエンジンEに関する。さらに、本実施形態のエンジンEは、吸気側VVT4および排気側VVT5を備えている。特に吸気側VVT4は、エンジン始動時に中間ロック位相に固定可能である。さらに吸気側VVT4は、エンジン負荷が低い状態において、VVTの位相をより遅角側に変化させ、弁開閉時期をさらに遅く設定することができる。これによりアトキンソンサイクルでの運転が可能である。
このアトキンソンサイクルは、吸気側VVTの位相が後述する中間ロック位相よりも遅角側にあり、かつ、シリンダにおける吸気の圧縮比よりも膨張比が大きくなっている状態をいう。アトキンソンサイクルであるか否かは、ECU6aに設けたアトキンソンサイクル判定部J1において行う。本実施形態に係るエンジン制御機構は、特にアトキンソンサイクルで運転しているエンジンEのレスポンスを改善し、ドライバビリティを高めようとするものである。
〔点火時期変更機構〕
本実施形態に係るエンジンEは例えばガソリンで駆動されるものが好適である。つまり、ピストン1の上下動とは独立して点火時期を変更できるものが好ましい。例えば、燃料供給機構は、エンジンEにガソリンを噴射するLあるいはDジェトロ吸入空気計量システムを備えたポート燃料噴射方式または直噴方式のものを備えている。点火時期の変更は例えばエンジン各部の作動状態を制御する制御部6として機能するECU6aにより行う。ECU6aは、エンジン回転数や吸気スロットル7の開度等から求まるエンジン負荷に応じて点火プラグ8に供給する電気信号を形成する。このような電気信号は直ちに形成でき、運転中の直近の燃焼気筒から反映可能である。
本実施形態に係るエンジンEは例えばガソリンで駆動されるものが好適である。つまり、ピストン1の上下動とは独立して点火時期を変更できるものが好ましい。例えば、燃料供給機構は、エンジンEにガソリンを噴射するLあるいはDジェトロ吸入空気計量システムを備えたポート燃料噴射方式または直噴方式のものを備えている。点火時期の変更は例えばエンジン各部の作動状態を制御する制御部6として機能するECU6aにより行う。ECU6aは、エンジン回転数や吸気スロットル7の開度等から求まるエンジン負荷に応じて点火プラグ8に供給する電気信号を形成する。このような電気信号は直ちに形成でき、運転中の直近の燃焼気筒から反映可能である。
本装置では、エンジンEの運転状態が、吸気側VVT4の位相が中間ロック位相よりも遅角側にあり且つアトキンソンサイクルの状態からエンジンEの出力を高める過渡運転状態に移行したとき、ECU6aがエンジンEの点火時期を進角制御する。このときECU6aからの点火信号を受け取る昇圧コイル(図外)や、昇圧した電圧に基づいて点火を行う点火プラグ8a等が点火時期変更機構8として機能する。
尚、上記過渡運転状態であるか否かは、アクセルの操作量、吸気バルブ7の開度、エンジンEの回転数などに基づいてECU6aの内部に設けた過渡判定部J2が判定する。
尚、上記過渡運転状態であるか否かは、アクセルの操作量、吸気バルブ7の開度、エンジンEの回転数などに基づいてECU6aの内部に設けた過渡判定部J2が判定する。
ECU6aからの点火信号は、例えば、アトキンソンサイクルの状態の程度と点火時期の進角補正量との相関を示す制御マップ9に基づいて行われる。具体的には、吸気側VVT4における中間位相からの遅延位相差に応じて、点火プラグ8aに着火する際のクランクアングルを設定しておく。このように両者を制御マップ化しておくことで、エンジン制御時のECU6aにおける演算量を軽減し、速やかに点火時期を変更することができる。
この点火時期進角制御によりアクセルを踏み込み操作した直後のエンジン応答性を高めることができる。
この点火時期進角制御によりアクセルを踏み込み操作した直後のエンジン応答性を高めることができる。
尚、あまりに点火時期を進角させるとノッキングが発生するが、その場合にはノッキング制御により点火時期が過度に進角することが防止される。
〔VVT〕
本実施形態のエンジンEは、図1および図2に示す如く、吸気側VVT4および排気側VVT5を備えている。このうち吸気側VVT4は、エンジン始動時の弁開閉時期につき、第1駆動側回転体41に対する第1従動側回転体42の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に設定可能である。また、エンジン始動後には相対位相を中間ロック位相よりも遅角側に変化させることが可能である。後述する排気側VVT5との協働により、吸気弁11を遅く閉じることで燃焼室2の膨張比を大きくとったアトキンソンサイクルでの運転が可能となる。これにより、吸気量を軽減しながら燃焼排ガスの膨張エネルギーを最大限に利用できるため、低速回転においてもトルクのある運転が可能となる。
本実施形態のエンジンEは、図1および図2に示す如く、吸気側VVT4および排気側VVT5を備えている。このうち吸気側VVT4は、エンジン始動時の弁開閉時期につき、第1駆動側回転体41に対する第1従動側回転体42の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に設定可能である。また、エンジン始動後には相対位相を中間ロック位相よりも遅角側に変化させることが可能である。後述する排気側VVT5との協働により、吸気弁11を遅く閉じることで燃焼室2の膨張比を大きくとったアトキンソンサイクルでの運転が可能となる。これにより、吸気量を軽減しながら燃焼排ガスの膨張エネルギーを最大限に利用できるため、低速回転においてもトルクのある運転が可能となる。
一方の排気側VVT5は、第2駆動側回転体51に対する第2従動側回転体52の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の何れかの位相に設定可能である。これにより、アトキンソンサイクルでの運転時にアクセルが踏み込まれ、エンジンEの出力を高めたい場合に、排気弁10の開き時期が早められる。この時期変更もECU6aによって制御される。排気弁10の開き時期が早められると、ピストン1の膨張・排出行程においてピストン1が下死点に到達する前に排気弁10が開き始める。このとき吸気弁11は未だ閉じ状態にある。この結果、膨張過程にある燃焼排ガスが膨張の勢いに乗じて排気弁10を通過し、後述する過給機3の排気タービン3aに流通する。ピストン1が下死点から上昇する際には、燃焼室2の内部の気圧は既に排出された上記燃焼排ガスの分だけ幾分低下した状態となる。よって、ピストン1が上昇する際の抵抗が小さくピストン1の上昇速度が速く維持されて、燃焼室2の内部の燃焼空排ガスが勢いよく排出される。これらによって排気タービン3aおよび吸気タービン3bの回転速度が増し、燃焼室2への吸気量を増やして過渡応答性を高めることができる。
吸気側VVT4および排気側VVT5は、VVT作動油によって駆動される。この作動油を供給するため、エンジンEには、クランクシャフト12と連動する機械式オイルポンプ13と、ECU6aからの指令によって任意のタイミングで動作する電動式オイルポンプ14aとが備えられている。
吸気側VVT4および排気側VVT5には、夫々の駆動側回転体41,51と従動側回転体42,52との位相を変化させるべく、進角室あるいは遅角室に作動油を給排する吸気側OCV15(Oil Control Valve)および排気側OCV16が備えられている。また、吸気側VVT4には、中間ロックに位相を固定するために駆動側回転体と従動側回転体との間で係脱するロック部材43が設けてある。ロック部材43は、例えば第1駆動側回転体41に設けられ、第1従動側回転体42に形成した凹部44に係入・離脱して両回転体どうしを一体化あるいは別体化する。凹部44の底部には油路45が形成してあり、この油路45に作動油を供給することでロック部材43を押し上げ、凹部44から離脱させる。この作動油の給排は吸気側VVT4に連接されたOSV17(Oil Switching Valve)が行う。
〔過給機〕
過給機3は、燃焼後の燃焼排ガスを利用して排気タービン3aおよび吸気タービン3bを回転させ、シリンダ18への吸気量を増大させる。本実施形態では、エンジンEがアトキンソンサイクルの状態から過渡運転状態に移行した段階で、排気側VVT5を進角制御し、排気タービン3aに対する排ガスの供給タイミングを早める。
過給機3の一方の吸入口は、シリンダ18から連通する燃焼排ガス流路19に設けてある。燃焼排ガスは、排気タービン3aを回転させ、その後、触媒20を介して大気解放される。
過給機3は、燃焼後の燃焼排ガスを利用して排気タービン3aおよび吸気タービン3bを回転させ、シリンダ18への吸気量を増大させる。本実施形態では、エンジンEがアトキンソンサイクルの状態から過渡運転状態に移行した段階で、排気側VVT5を進角制御し、排気タービン3aに対する排ガスの供給タイミングを早める。
過給機3の一方の吸入口は、シリンダ18から連通する燃焼排ガス流路19に設けてある。燃焼排ガスは、排気タービン3aを回転させ、その後、触媒20を介して大気解放される。
排気タービン3aには同軸心状に吸気タービン3bが接続してある。吸気タービン3bへは、エアフィルター21およびエアフローセンサ22を通過した空気が吸入され、ここで加速された空気はインタークーラー23で冷却され、温度および体積が減少したのちスロットルバルブ7、吸気弁11を介して燃焼室2に供給される。
この排気側VVT5の作動は、ECU6aの過渡判定部およびアトキンソンサイクル判定部の判断に基づき、排気側OCV16を操作して行われる。
この排気側VVT5の作動は、ECU6aの過渡判定部およびアトキンソンサイクル判定部の判断に基づき、排気側OCV16を操作して行われる。
尚、過給圧が過度に上昇しそうな場合には、過給機3に付属して設けた図外のウェストゲートを作動させて圧縮された吸気を再び過給機3にバイパスして減圧するように構成してある。
アトキンソンサイクルにおけるこのような過給により、エンジンEの回転数が高まってドライバビリティが向上する。
アトキンソンサイクルにおけるこのような過給により、エンジンEの回転数が高まってドライバビリティが向上する。
〔昇圧機構〕
本実施形態のエンジン制御機構には、VVTの作動油圧を昇圧する昇圧機構14の一例として電動式オイルポンプ14aを備えている。図1に示す如く、電動式オイルポンプ14aは、吸気側VVT4およびOSV17、排気側VVT5に対して機械式オイルポンプ13と並列に配置してある。この電動式オイルポンプ14aはアトキンソンサイクルの状態から過渡運転状態に移行した際に、ECU6aからの動作信号に基づいて作動する。
尚、図1では、吸気側OCV15および排気側OCV16、OSV17のすべてに電動式オイルポンプ14aからの作動油が供給されるようになっているが、吸気側OCV15および排気側OCV16のうち少なくとも何れか一方に作動油を供給できるものであれば、過渡運転状態に移行した直後のエンジン応答性を早期に高めることができる。
本実施形態のエンジン制御機構には、VVTの作動油圧を昇圧する昇圧機構14の一例として電動式オイルポンプ14aを備えている。図1に示す如く、電動式オイルポンプ14aは、吸気側VVT4およびOSV17、排気側VVT5に対して機械式オイルポンプ13と並列に配置してある。この電動式オイルポンプ14aはアトキンソンサイクルの状態から過渡運転状態に移行した際に、ECU6aからの動作信号に基づいて作動する。
尚、図1では、吸気側OCV15および排気側OCV16、OSV17のすべてに電動式オイルポンプ14aからの作動油が供給されるようになっているが、吸気側OCV15および排気側OCV16のうち少なくとも何れか一方に作動油を供給できるものであれば、過渡運転状態に移行した直後のエンジン応答性を早期に高めることができる。
尚、本実施形態に拘わらず、電動式オイルポンプ14aの代わりにアキュムレータなどを用いてもよい。要するにアトキンソンサイクルの状態から過渡運転状態に移行した際に作動油圧を昇圧できるものであれば何れの構成であってもよい。
〔制御フローチャート〕
図3乃至図5には、本実施形態におけるエンジン制御のフローチャートを示す。
図3は、点火時期進角補正に係る制御フローチャートである。
ECU6aが運転者のアクセル操作量などから過渡運転状態に移行したと判定すると(ステップ100)、次にアトキンソンサイクルの状態で運転しているか否かを判定する(ステップ200)。ここでアトキンソンサイクル状態ではないと判定した場合には制御を終了する。一方、アトキンソンサイクルの状態であると判定したら、点火時期進角補正制御を行う(ステップ300)。この補正制御は、吸気側VVT4の現在位相に応じて、ECU6aが予め記憶している制御マップ9から実圧縮比に対応した点火時期進角補正量を決定し、この進角量を加味した点火信号を点火時期変更機構8に送信する。
図3乃至図5には、本実施形態におけるエンジン制御のフローチャートを示す。
図3は、点火時期進角補正に係る制御フローチャートである。
ECU6aが運転者のアクセル操作量などから過渡運転状態に移行したと判定すると(ステップ100)、次にアトキンソンサイクルの状態で運転しているか否かを判定する(ステップ200)。ここでアトキンソンサイクル状態ではないと判定した場合には制御を終了する。一方、アトキンソンサイクルの状態であると判定したら、点火時期進角補正制御を行う(ステップ300)。この補正制御は、吸気側VVT4の現在位相に応じて、ECU6aが予め記憶している制御マップ9から実圧縮比に対応した点火時期進角補正量を決定し、この進角量を加味した点火信号を点火時期変更機構8に送信する。
図4は、VVT用作動油圧の昇圧補正に係る制御フローチャートである。ここでは、このフローが点火時期進角補正とは独立して機能する例を示す。
ECU6aが運転者のアクセル操作量などから過渡運転状態に移行したことを判定し(ステップ110)、現実のVVT位相が目標VVT位相に到達したか否かを判定する(ステップ210)。目標VVT位相に到達したと判定した場合には制御を終了する。一方、目標VVT位相未達と判定した場合には、電動式オイルポンプ14aを駆動させてVVTの作動油圧を上昇させる(ステップ310)。
これにより、吸気側VVT4・排気側VVT5の動作速度を高めることができ、エンジン出力を速やかに増大させることができる。
ECU6aが運転者のアクセル操作量などから過渡運転状態に移行したことを判定し(ステップ110)、現実のVVT位相が目標VVT位相に到達したか否かを判定する(ステップ210)。目標VVT位相に到達したと判定した場合には制御を終了する。一方、目標VVT位相未達と判定した場合には、電動式オイルポンプ14aを駆動させてVVTの作動油圧を上昇させる(ステップ310)。
これにより、吸気側VVT4・排気側VVT5の動作速度を高めることができ、エンジン出力を速やかに増大させることができる。
図5は、排気側VVT5の進角補正に係る制御フローチャートである。
ECU6aにより、エンジン運転状態が過渡運転状態に移行したことを判定し(ステップ120)、現実の過給圧が目標過給圧に到達したか否かを判定する(ステップ220)。目標過給圧に到達したと判定された場合には制御を終了し、目標過給圧未達と判定された場合には排気側VVT5をエンジン回転・負荷に応じて進角制御するよう排気側OCV16を駆動させる(ステップ320)。
これにより、早期に排出された燃焼排ガスが直ちに過給機3に供給され、過給機3の回転速度が高まってシリンダ18への吸気量が増大する。この結果、エンジンEの応答性すなわちドライバビリティが向上する。
ECU6aにより、エンジン運転状態が過渡運転状態に移行したことを判定し(ステップ120)、現実の過給圧が目標過給圧に到達したか否かを判定する(ステップ220)。目標過給圧に到達したと判定された場合には制御を終了し、目標過給圧未達と判定された場合には排気側VVT5をエンジン回転・負荷に応じて進角制御するよう排気側OCV16を駆動させる(ステップ320)。
これにより、早期に排出された燃焼排ガスが直ちに過給機3に供給され、過給機3の回転速度が高まってシリンダ18への吸気量が増大する。この結果、エンジンEの応答性すなわちドライバビリティが向上する。
図7には、エンジンEの運転状態が過渡運転状態にあるときの各部の変化態様を示す。
図7は、上段から順に、(1)アクセル開度、(2)吸気スロットル開度、(3)点火時期、(4)排気側VVT位相、(5)インタークーラー出口過給圧、(6)車両の前後加速度、(7)吸気側VVT位相、(8)エンジン負荷、(9)エンジン回転数を示す。図中、実線は本実施形態に係るエンジン制御の例を示し、一点鎖線は、従来のアトキンソンサイクルでの運転が可能なエンジンでの制御例を示す。
図7は、上段から順に、(1)アクセル開度、(2)吸気スロットル開度、(3)点火時期、(4)排気側VVT位相、(5)インタークーラー出口過給圧、(6)車両の前後加速度、(7)吸気側VVT位相、(8)エンジン負荷、(9)エンジン回転数を示す。図中、実線は本実施形態に係るエンジン制御の例を示し、一点鎖線は、従来のアトキンソンサイクルでの運転が可能なエンジンでの制御例を示す。
アトキンソンサイクル状態からエンジン高出力状態への過渡時といってもここではアクセルを大きく踏み込むことを想定しているものではない。むしろ、当該エンジン制御機構は実用燃費が求められる低負荷のアトキンソン運転領域からパーシャル開度で追越加速するような場合に効果を奏する。図7(1)に示したのは、アクセルをその操作ストロークの数分の1程度踏み込み、そのまま維持した状態を示す。
図7(2)に示すように、アクセル操作に伴って吸気スロットル7の開度が僅かに増大する。
アトキンソンサイクルでエンジンEが運転されている場合、実圧縮比が低いためノッキングが発生し難い状態下にある。このため、図7(3)に示すように、アクセルの開き操作を検知した際には、通常の場合に比べて点火時期を早めに設定する。これにより、燃焼排ガスがシリンダ18の内部で点火爆発する際の圧力を高めることができ、エンジンEの出力増大を促進することができる。
本装置では、点火時期の進角補正と同時に排気側VVT5を進角制御する。図7(4)に示すごとく運転者のアクセル開き操作に伴って、排気側VVT5の開きタイミングを所定量進角する。この結果、シリンダ18の内部の燃焼排ガスが早いタイミングで排出され、過給機3の回転開始時期が早まる。
これに伴い、図7(5)に示すごとく、インタークーラー23の出口過給圧が従来例に比べて徐々に差を拡大させながら上昇する。インタークーラー23の効果はエンジン回転数の増大に連動するから、アクセル開き操作から時間が経過するほど出口過給圧が大きくなる。
以上の効果は、図7(6)に示すごとく、車両の前後加速度にも顕著に表れる。点火進角補正により、前後加速度の立上がりが従来のエンジンと同等以上となり、インタークーラー23の出口加給圧が高まり始めるタイミングに合わせて前後加速度も増大する。
図7(7)は吸気側VVT4の位相変化である。運転者がアクセルを開き操作したとき、電動式ポンプ14aを作動させる。これにより、例えば吸気側VVT4が遅角位相から進角位相に変化する速度が高まっていることがわかる。この結果、エンジンEの応答性が高まる。
尚、当該電動式ポンプの稼働により、排気側VVT5の位相変化の速度も大きくなる。図7(4)では、排気側VVT5の位相が直ちに進角側に変化しているが、ここにも当該電動式ポンプの昇圧効果が発揮されている。
尚、当該電動式ポンプの稼働により、排気側VVT5の位相変化の速度も大きくなる。図7(4)では、排気側VVT5の位相が直ちに進角側に変化しているが、ここにも当該電動式ポンプの昇圧効果が発揮されている。
図7(8)は、上記各制御を行った結果のエンジン負荷の変化を示している。エンジン負荷はエンジンEに設けたエアフローセンサ22等の値から求められる。アクセルの開き操作以降、従来のエンジンの場合に比べて僅かにエンジン負荷、即ち出力が増大していることがわかる。
図7(9)は、エンジンEの回転数を示す。このグラフでは従来のエンジンとの差はあまり見られない。つまり、本装置によれば、従来のエンジンに比べてエンジントルクが増大し、ドライバビリティが増大することが理解できる。
〔別実施形態〕
上記実施形態で説明した点火時期進角補正制御、および、VVT用作動油圧の昇圧補正制御、排気側VVT5の進角補正制御は、図6に示すごとく一つのフローチャートで構成することもできる。例えば、ECU6aによる過渡運転判定(ステップ130)およびアトキンソンサイクル判定(ステップ230)に続けて、点火時期進角補正(ステップ330)、および、目標VVT位相に達しているかの判定(ステップ430)と未達の場合にはVVT用作動油圧の昇圧補正(ステップ530)、目標過給圧に到達したかの判定(ステップ630)と未達の場合には排気側VVT5の進角補正(ステップ730)を行う。
上記実施形態で説明した点火時期進角補正制御、および、VVT用作動油圧の昇圧補正制御、排気側VVT5の進角補正制御は、図6に示すごとく一つのフローチャートで構成することもできる。例えば、ECU6aによる過渡運転判定(ステップ130)およびアトキンソンサイクル判定(ステップ230)に続けて、点火時期進角補正(ステップ330)、および、目標VVT位相に達しているかの判定(ステップ430)と未達の場合にはVVT用作動油圧の昇圧補正(ステップ530)、目標過給圧に到達したかの判定(ステップ630)と未達の場合には排気側VVT5の進角補正(ステップ730)を行う。
アトキンソンサイクルの状態から高出力状態への変更は、まず、制御動作の実現が最も早い点火時期の進角補正から行う。これにより、早期にエンジンEの出力を上げることができる。それに伴い、昇圧機構14である電動式オイルポンプ14a等を駆動してVVTへの作動油圧を上昇させる。吸気側OCV15あるいは排気側OCV16から夫々対応するVVTまでの作動油路に存在する作動油の圧力を高めることでVVTの動作速度が高まり、エンジンEの高回転化が早期に実現する。さらに、エンジン回転数の増加に伴い、過給機3の排気タービン3aを回転させる燃焼排ガスのエネルギーが増大する。
過給機3の回転数増加は、上記三つの処理の効果のうち最も後に現れる効果である。よって、夫々の処理を時系列に従って直列に行うよう装置を構成する場合には、上記の順序となるようにするのが好ましい。
ただし、これら三つの処理は夫々独立して実行可能である。よって、これらを時系列的に直列に実行する場合でも、夫々の実行順序は任意に変更可能である。
過給機3の回転数増加は、上記三つの処理の効果のうち最も後に現れる効果である。よって、夫々の処理を時系列に従って直列に行うよう装置を構成する場合には、上記の順序となるようにするのが好ましい。
ただし、これら三つの処理は夫々独立して実行可能である。よって、これらを時系列的に直列に実行する場合でも、夫々の実行順序は任意に変更可能である。
本実施形態のエンジン制御機構は、例えばガソリンで駆動するエンジンであって、ピストンの動作工程に対して点火時期および吸気・排気タイミングを独立に変更可能であり、燃焼室への吸気量を増大させる過給機を備えたエンジンに対して広く適用可能である。
3 過給機
4 吸気側VVT
5 排気側VVT
6 制御部
8 点火時期変更機構
9 制御マップ
10 排気弁
14 昇圧機構
4 吸気側VVT
5 排気側VVT
6 制御部
8 点火時期変更機構
9 制御マップ
10 排気弁
14 昇圧機構
Claims (4)
- ガソリンで駆動するエンジンの燃焼室に前記ガソリンと空気とが流入するよう前記燃焼室を開閉する吸気弁と、燃焼排ガスが前記燃焼室から流出するよう前記燃焼室を開閉する排気弁とを有するエンジン制御機構であって、
第1駆動側回転体および第1従動側回転体を備え、前記吸気弁の弁開閉時期について、前記エンジンの始動時には前記第1駆動側回転体に対する前記第1従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の中間ロック位相に設定し、前記エンジンの始動後には前記相対位相を前記中間ロック位相よりも遅角側に設定可能な吸気側VVTと、
第2駆動側回転体および第2従動側回転体を備え、前記排気弁の弁開閉時期について、前記第2駆動側回転体に対する前記第2従動側回転体の相対位相を最進角位相と最遅角位相との間の何れかの位相に設定する排気側VVTと、
前記エンジンの運転状態が、前記吸気側VVTの位相が前記中間ロック位相よりも遅角側にあり且つアトキンソンサイクルの状態から前記エンジンの出力を高める過渡運転状態に移行したとき、前記エンジンの点火時期を進角制御する制御部と、
当該制御部によって駆動制御される点火時期変更機構と、
を備えたエンジン制御機構。 - 前記制御部による前記点火時期変更機構の駆動制御が、前記アトキンソンサイクルの状態の度合いと前記点火時期の進角量との相関を示す制御マップに基づいて行われる請求項1に記載のエンジン制御機構。
- 前記エンジンが燃焼排ガスを利用して吸気量を増大させる過給機を備えており、前記エンジンの運転状態が前記過渡運転状態に移行したとき、前記排気側VVTの相対位相を進角制御する請求項1または2に記載のエンジン制御機構。
- 前記過渡運転状態において前記吸気側VVTおよび前記排気側VVTのうち少なくとも何れか一方の作動油圧を高める昇圧機構を備えた請求項1〜3の何れか一項に記載のエンジン制御機構。
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