JP2019007442A - 内燃機関システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動カムの切り替え時に発生するトルク段差を抑制する。【解決手段】本発明の内燃機関システムは、複数の気筒を有している。複数の気筒のそれぞれには吸気弁が配置され、吸気弁それぞれに対応して、カムプロフィールの異なる２種類の吸気カムが配置される。また内燃機関の吸気通路には、開閉により吸気通路に導入される吸入空気量を調整するスロットル弁が配置される。内燃機関システムは、更に、切替機構と制御装置とを備える。切替機構は、吸気弁を実際に駆動する駆動カムを２種類の吸気カムの間で切り替える。制御装置は、駆動カムを切り替える際に、駆動カムの切り替え直前の行程が吸気行程となる気筒における、駆動カムの切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングと同時に、駆動カムの切り替え前後で気筒内に導入される空気量の差が小さくなる方向に、スロットル弁の制御を開始するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関システムに関する。更に具体的には、カムプロフィールの異なる２
種類の吸気カムの間で、駆動カムを切り替え可能な機構を備える内燃機関システムに関するものである。

特許文献１には、カムプロフィールの異なる２種類の吸気カムを備え、吸気弁を駆動するカムを２種類の吸気カムの間で切り替え可能な内燃機関の出力を制御する出力制御装置が開示されている。出力制御装置は、カムの切り替え前後におけるトルク段差を抑制するため、カムの切り替え時にスロットル開度や点火時期を補正するように構成されている。

特開平５−４４５５８号公報

特許文献１の出力制御装置は、カムの切り替えと同時にスロットル開度を制御する。しかし吸気量の変化の応答遅れにより、カムの切り換え時のトルク段差を十分に抑制できない恐れがある。

以上の課題を解決するため、本発明は、吸気弁を駆動する駆動カムを２種類の吸気カムの間で切り替え可能な内燃機関システムにおいて、駆動カムの切り替え時に発生するトルク段差を抑制することができるよう改良した内燃機関システムを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関システムは、複数の気筒を有している。複数の気筒のそれぞれには吸気弁が配置されている。吸気弁それぞれに対応して、カムプロフィールの異なる２種類の吸気カムが配置されている。また内燃機関の吸気通路には、開閉により吸気通路に導入される吸入空気量を調整するスロットル弁が配置されている。

内燃機関システムは、更に、切替機構と制御装置とを備える。切替機構は、吸気弁を実際に駆動する駆動カムを２種類の吸気カムの間で切り替える。制御装置は、駆動カムを切り替える際に、駆動カムの切り替え直前の行程が吸気行程となる気筒における、駆動カムの切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングと同時に、スロットル弁の制御を開始するように構成されている。この制御においてスロットル弁は、駆動カムの切り替え前後で気筒内に導入される空気量の差が小さくなる方向に制御される。

本発明によれば制御装置は、駆動カムの切り替えより前に、駆動カムの切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングと同時にスロットル弁の制御を開始する。従って、切り替え直前に吸気行程にある気筒の充填効率に影響を与えない範囲で、スロットル弁の制御を早期に開始することができる。これにより駆動カム切り替えの際の吸気量の変化の遅れを小さくすることができ、駆動カム切り替え時のトルク段差を低減することができる。

本発明の実施の形態における制御の概要について説明するためのタイミングチャートである。

本実施の形態におけるシステムは内燃機関を有している。本実施の形態において、内燃機関は、４つの気筒を有する火花点火式の多気筒エンジン（以下、単にエンジンという）であり、点火順序は、１番気筒＃１、３番気筒＃３、４番気筒＃４、２番気筒＃２の順である。但し、気筒数と配置はこれに限定されない。

エンジンのシリンダヘッドには各気筒の燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートが形成されている。吸気ポートの燃焼室に連通する開口部には、吸気弁が設けられ、排気ポートの燃焼室に連通する開口部には、排気弁が設けられている。吸気ポートは吸気マニホールドに連通し、吸気マニホールドは吸気通路に連通している。吸気通路には、その開閉により吸気通路に導入される吸入空気量を調整するためのスロットル弁が配置されている。排気ポートは排気マニホールドに連通し、排気マニホールドは排気通路に連通している。

各吸気弁に対して、カムプロフィールの異なる２つの吸気カムが設けられており、そのいずれかがロッカーアームを介して吸気弁を駆動する。本実施の形態において２種類の吸気カムの一方は、他方のカムよりも小さい作用角とリフト量とを有しているものとする。以下、説明の便宜上、相対的に小作用角・小リフト量のカムを「小カム」とも称し、相対的に大作用角・大リフト量のカムを「大カム」とも称する。

２つの吸気カムは、カムシャフトの軸方向に隣接して設けられている。カムシャフトにはカムキャリアが設けられている。カムキャリアをスライドさせることで、ロッカーアームに対向するカム（以下「駆動カム」とも称する）を、大カムと小カムとの間で切り替える。これにより、吸気弁を駆動するカムが切り替えられる構成となっている。但し、駆動カムを切り替える切替機構の構成は、これに限定されず、他の構成であってもよい。

本実施の形態のシステムは制御装置としてのＥＣＵを備えている。ＥＣＵは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を備えている。ＥＣＵは、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ、駆動カムを検出するギャップセンサ等が含まれる。ＥＣＵは、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作することで、スロットル開度、点火時期、及び駆動カムの切り替え等を制御する。

図１は、本実施の形態においてＥＣＵが実行する制御の概要について説明するためのタイミングチャートである。図１の例では、駆動カムが小カムから大カムに切り替えられる例を示している。図１において（ａ）は各気筒の行程、（ｂ）は吸気弁リフト量、（ｃ）はスロットル開度、（ｄ）はインマニ圧、（ｅ）は充填効率、（ｆ）は点火時期を表している。また（ｃ）スロットル開度、（ｄ）インマニ圧、（ｅ）充填効率、（ｆ）点火時期における破線は比較例として従来の制御の場合を示し、実線は本実施の形態の制御の場合を示している。

本実施の形態において、小カムは燃費を重視した特性のカムであり、大カムは出力を重視した特性のカムである。内燃機関の運転領域は、大カムが使用される領域と小カムが使用される領域とに分けられている。

ＥＣＵは、例えばアクセル操作量等の現在の運転状況に基づいて、駆動カムの切り替え要求を検知する。駆動カムの切り替え要求が検知されると、「初回切替気筒」と「最終切替気筒」とが特定される。ここで「初回切替気筒」は、駆動カムの切り替えに際し、最初に駆動カムが切り替えられる気筒、即ち、駆動カムの切り替え開始後最初に吸気弁が駆動される気筒である。「最終切替気筒」は、駆動カムの切り替えが最後となる気筒、即ち、駆動カムの切り替え直前の行程が吸気行程である気筒である。図１の例では、初回切替気筒は１番気筒＃１であり、最終切替気筒は２番気筒＃２である。またＥＣＵは、吸気弁のバルブタイミングを検出し、最終切替気筒の現在の（即ち、駆動カム切り替え直前の）吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣを検出する。

ここで大カムと小カムとの間で駆動カムを切り替える場合に、同一のスロットル開度を維持しようとすると切り替え前後でのトルク段差が大きくなる。従って、駆動カム切り替え時には、切り替え前後における発生トルクを等トルクとする目標スロットル開度が算出される。

図１の（ｃ）に示されるように、本施の形態では、スロットル弁を目標スロットル開度にする制御が、駆動カム切り替え開始より前に開始される。これによりスロットル開度が、早期に目標スロットル開度となるようにする。より具体的には、最終切替気筒の吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣと同時に、スロットル弁の閉弁が開始される。

図１の（ｄ）に示されるように、スロットル弁の閉弁に対し、吸気マニホールドの圧力（以下「インマニ圧」）の応答性には遅れがある。この遅れによる駆動カム切り替え前後の発生トルクの差をキャンセルするため、更に、以下の制御が実行される。

まずインマニ圧の応答を考慮して現在のスロットル開度から、充填効率の推定値とシリンダ吸入空気量の推定値とが算出される。シリンダ吸入空気量の推定値をもとに、予想発生トルクの推定値が算出される。予想発生トルクは、現在の運転条件において点火時期をＭＢＴとした場合に発生するトルクである。

予想発生トルクの推定値が算出されると、駆動カム切り替え前の発生トルクに対するトルク増加分が算出され、トルク増加分をキャンセルする点火時期遅角量が算出される。点火時期遅角量に応じて点火時期が遅角補正される。これにより、駆動カム切り替え時のトルク段差の発生が抑制される。

本実施の形態の制御によれば、駆動カム切り替えの前に、スロットル開度の制御が開始されることで、従来の場合に比べて、スロットル弁を早くに目標スロットル開度とすることができる。

スロットル弁の制御に対し、インマニ圧は遅れて変化するが、図１の（ｄ）のインマニ圧に示されるように、従来の制御の場合に比べて、インマニ圧の応答を前出しすることができる。従って、駆動カム切り替え時のトルク段差の発生をより確実に防止することができる。

また、インマニ圧の応答が前出しされることで、図１の（ｅ）の充填効率に示されるように、従来の制御の場合に比べて、シリンダ吸入空気量の増加を抑制することができる。従って、トルク増加分をキャンセルするための点火時期遅角量を、従来の制御の場合に比べて小さく抑えることができ、駆動カム切り替え時の燃費のロスを低減することができる。

なお、本実施の形態では、駆動カムを小カムから大カムに切り替える場合について説明したが、大カムから小カムに切り替えられる場合にも、同様の制御が実行される。即ち、大カムから小カムへ切り替える前に、最終切替気筒における駆動カム切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣと同時に、スロットル弁を目標スロットル開度とする制御が開始される。

但し、スロットル弁の制御開始時期は、最終切替気筒における駆動カム切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣと同時に限らず、駆動カムの切り替えより前に開始される構成としてもよい。但し、駆動カム切り替え直前の、最終切替気筒の吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣ以前にスロットル弁を閉じると、駆動カム切り替え前に充填効率が低下する恐れがある。従って、スロットル弁の制御開始は、駆動カム切り替え直前の、最終切替気筒の吸気弁の閉弁タイミングＩＶＣ以降であることが望ましい。また、初回切替気筒の駆動カム切り替え直後の吸気弁の開弁タイミングＩＶＯ及び吸気ＴＤＣより早いタイミングでスロットル弁の制御が開始されることが望ましい。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

Claims (1)

1. 内燃機関に配置された複数の気筒と、
   前記複数の気筒のそれぞれに配置された吸気弁と、
   前記吸気弁それぞれに対応して配置されたカムプロフィールの異なる２種類の吸気カムと、
   前記吸気弁を実際に駆動する駆動カムを、前記２種類の吸気カムの間で切り替える切替機構と、
   前記内燃機関の吸気通路に配置され、開閉により前記吸気通路に導入される吸入空気量を調整するスロットル弁と、
   前記駆動カムを切り替える際に、前記駆動カムの切り替え直前の行程が吸気行程となる気筒における、前記駆動カムの切り替え直前の吸気弁の閉弁タイミングと同時に、前記駆動カムの切り替え前後で前記気筒内に導入される空気量の差が小さくなる方向に、前記スロットル弁の制御を開始するように構成された制御装置と、
   を備える内燃機関システム。

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