JP4649714B2

JP4649714B2 - Control device for internal combustion engine for vehicle

Info

Publication number: JP4649714B2
Application number: JP2000247193A
Authority: JP
Inventors: 俊一青山; 孝伸杉山; 信一竹村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JP2002061522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるハイブリッド型自動車やアイドルストップ手段を備えた自動車のように、車両運転中に自動的に停止、起動を繰り返す内燃機関に好適な車両用内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、この種の内燃機関に適した吸気弁の可変制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加速時ならびに高速走行時に内燃機関によって車両を駆動するとともに、低速走行時にはモータを用いた走行を行い、この低速走行時や車両停止時に内燃機関を停止させるようにしたハイブリッド型自動車が従来から種々提案されている。この種のハイブリッド型自動車としては、車両を駆動するためのモータと、内燃機関を必要に応じて起動するためのモータと、をそれぞれ個別に備えている構成が一般的であり、車両停止状態から緩やかに発進した場合、走行用モータによって走行が開始され、その後、車速の上昇などにより要求トルクが走行用モータの限界に達した時点で、起動用モータによって内燃機関が自動的に起動されるようになっている。また、通常、これらのモータの双方もしくは一方が、発電用にも利用されるようになっており、低速運転中であっても、バッテリ充電量が減少すると、内燃機関が起動されて、充電が行われる。
【０００３】
また、走行用モータを具備せずに内燃機関のみで駆動される車両にあっても、車両停止時に内燃機関が自動的に停止され、かつ発進時に自動的に起動される、いわゆるアイドルストップ手段を備えたものが知られている。
【０００４】
このような自動的な停止、起動が繰り返される内燃機関に適した吸気弁の制御として、例えば特開２０００−３４９１３号公報には、起動時に吸気弁の作動角を最大にしつつ閉時期を大幅に遅らせてことによって、いわゆるデコンプ作用として圧縮圧力を十分に低く抑え、不快な車体振動を抑制することが開示されている。
【０００５】
また、特開２０００−７３９０１号公報には、吸気弁の閉時期を遅く設定し、実圧縮比よりも膨張比を大としたいわゆるアトキンソンサイクルによってポンプ損失を低減する提案がなされている。
【０００６】
なお、本出願人は、先に、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大，縮小制御可能な可変動弁機構を提案しており（例えば特開平１１−１０７７２５号公報、特開平１１−３２４６２５号公報等参照）、さらに、リフトの中心角の位相を遅進させる機構と組み合わせて、リフト特性の大幅な自由度を得るようにした可変動弁機構を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の熱効率を向上させる上で、車両停止時、あるいはハイブリッド型自動車におけるモータ走行時に、内燃機関を停止することは重要な要素である。しかしながら、停止状態あるいはモータで滑らかに走行している状態で、内燃機関が起動されると、特に回転数が上昇するまでの間、コンプレッションに起因するマウント振動が発生し、車体振動となって不快感を与える、という問題がある。
【０００８】
これを避けるには、マウントの共振点を通過するまで、上記特開２０００−３４９１３号公報に開示されているように、吸気弁の閉時期を大幅に遅らせて圧縮圧力を十分に低く抑えるのが効果的である。
【０００９】
また、ハイブリッド型自動車においては、モータ走行後のバッテリの充電を行う際に、内燃機関を高効率な条件で運転することが燃費向上には必須であり、このためには、上記特開２０００−７３９０１号公報に示されているように、吸気弁の閉時期を遅く設定し、実圧縮比よりも膨張比を大として、ポンプ損失を低減することは有効な手段であると言える。また、特に、上述したような、エンジン再起動時の振動低減にもそのまま適用できる点で合理的ではある。
【００１０】
しかしながら、これらの従来技術のように、吸気弁の閉時期を大幅に遅らせた条件では、実圧縮比の低下が著しいため、内燃機関の起動に際しては、相当な高回転までモータリングしないと良好な初爆が得られない。これは、暖機後の緩加速時の再起動など、燃焼面でも時間的にも余裕のある条件ではそれほど問題にならないが、低温始動時には、バッテリの能力も低下しているために高回転のモータリングには限界があり、特に、急発進時など応答性の要求が厳しい条件では、回転が上昇して起動するまでの僅かな遅れがもたつき感となって、運転者に不快感を与える要因となっていた。
【００１１】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、吸気弁のリフト・作動角ならびにその中心角の位相を最適化することにより、起動時のコンプレッションの低減と、モータリング回転数を大幅に上げることなく初爆に至る良好な起動性の確保と、を両立させることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数および負荷を検出する手段と、この機関回転数および負荷に応じて上記吸気弁のリフト・作動角および中心角を制御する制御手段と、上記内燃機関をクランキングする起動用モータと、を備え、車両停止時に内燃機関の発火運転を停止するとともに車両発進時に上記モータにより内燃機関を起動して発火運転を再開するように構成されるとともに、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時に上記リフト・作動角可変機構および上記位相可変機構により吸気弁閉時期が下死点前に制御される車両用内燃機関の制御装置において、
車両停止に伴う内燃機関の停止直前に、上記吸気弁のリフト・作動角を、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時のリフト・作動角よりも小さく制御するとともに、上記吸気弁の中心角を、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時の中心角よりも進角側に制御して、吸気弁閉時期を下死点前でかつ上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時の閉時期よりも進角側とすることを特徴としている。
【００１３】
これは、車両停止時に内燃機関を停止するいわゆるアイドルストップ手段を備えたものであり、車両の発進の際には、自動的に内燃機関が起動される。
【００１４】
上記リフト・作動角可変機構は、作動角を拡大すると、同時にリフトが大となり、逆に作動角を縮小すると、同時にリフトが小となる構成となっている。停止直前に、リフト・作動角を所定値以下に小さくすると、その後、起動する際には、このリフト・作動角が小さい状態で、モータによるクランキングが開始される。また、同時にリフトの中心角が進角側に制御されるので、吸気弁閉時期は、下死点よりも大幅に進角した位置となる。そのため、圧縮圧力が低下し、いわゆるデコンプ作用によって、クランキング中の不快な振動発生が回避される。また、ピストンの吸入行程中における吸気弁のリフトが小さくなっていることから、吸気弁を通過する吸気の流速は非常に高くなり、点火後の燃焼速度が十分に速く、良好な初爆が得られる。つまり、作動角を拡大して吸気弁閉時期を下死点後に大幅に遅らせた場合と比較すると、仮に実圧縮比が同一となるように設定したとすると、本発明のようにリフト・作動角を縮小しつつ吸気弁閉時期を進角させた方が、筒内ガス流動が活発化し、より低回転で確実な初爆が得られる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数および負荷を検出する手段と、この機関回転数および負荷に応じて上記吸気弁のリフト・作動角および中心角を制御する制御手段と、上記内燃機関を回転駆動するモータと、車両を駆動可能な第２のモータと、を備え、車両停止時および車両低速走行時に内燃機関の発火運転を停止して上記第２のモータによる走行を行うとともに、所定の車両加速時に上記モータにより内燃機関を起動して発火運転を再開するように構成されるとともに、Ｒ／Ｌ走行時に上記リフト・作動角可変機構および上記位相可変機構により吸気弁閉時期が下死点前に制御される車両用内燃機関の制御装置において、
車両運転条件に伴う内燃機関の停止直前に、上記吸気弁のリフト・作動角を、機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時のリフト・作動角よりも小さく制御するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時の中心角よりも進角側に制御して、吸気弁閉時期を下死点前でかつ機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時の閉時期よりも進角側とすることを特徴としている。
【００１６】
これはいわゆるハイブリッド型自動車に適用したものであり、上述した請求項１と同様に、起動の際にデコンプ作用が得られると同時に、筒内ガス流動の活発化による確実な初爆が得られる。
【００１７】
また請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置において、車両停止状態からの急発進の際に、上記のようなリフト・作動角で内燃機関のクランキングと燃料噴射および点火を開始した後、上記吸気弁の中心角を遅角させて、吸気弁閉時期を下死点に近づけるように制御することを特徴としている。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置において、第２のモータによるモータ走行からの急加速の際に、上記のようなリフト・作動角で内燃機関のクランキングと燃料噴射および点火を開始した後、上記吸気弁の中心角を遅角させて、吸気弁閉時期を下死点に近づけるように制御することを特徴としている。
【００１９】
これらの請求項３，４においては、クランキングの初期にデコンプ作用が得られ、その後、吸気弁閉時期が下死点に近付くことから、実圧縮比が速やかに高くなる。これにより、内燃機関のトルクは速やかに上昇する。
【００２０】
また請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置において、車両停止状態からの緩発進の際に、上記のようなリフト・作動角で内燃機関のクランキングを開始した後、所定回転数に達した時点で、燃料噴射および点火を開始するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関の負荷および回転数に対応した所定の進角位置に制御することを特徴としている。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置において、第２のモータによるモータ走行からの緩加速の際に、上記のようなリフト・作動角で内燃機関のクランキングを開始した後、所定回転数に達した時点で、燃料噴射および点火を開始するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関の負荷および回転数に対応した所定の進角位置に制御することを特徴としている。
【００２２】
これらの請求項５，６においては、クランキングを開始してから上記所定回転数に達するまでの間、実圧縮比が低くなり、デコンプ作用が得られる。上記所定回転数としては、例えば、内燃機関を支持するエンジンマウントの共振点である３００〜４００ｒｐｍ付近を過ぎた値に設定することが好ましい。このようにすれば、デコンプ作用により不快な振動が確実に防止できる。
【００２４】
上記リフト・作動角可変機構は、例えば請求項７のように、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと，上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成されている。
【００２５】
また上記位相可変機構は、例えば請求項８のように、上記駆動軸と同心に回転可能に配置され、かつチエーンもしくはタイミングベルトを介してクランクシャフトに従動するスプロケットと、このスプロケットと上記駆動軸との間に装着され、両者の相対的な位相を変化させる手段と、を備えて構成される。
【００２６】
【発明の効果】
この発明に係る車両用内燃機関の制御装置によれば、ハイブリッド型自動車あるいはアイドルストップ手段を備えた自動車のように、自動的に停止，再起動がなされる車両用内燃機関において、起動時にいわゆるデコンプ作用が得られ、不快な振動発生を回避できるとともに、筒内ガス流動の活発化によって低い回転数で初爆に至り、良好な起動性能を確保できる。
【００２７】
特に、請求項３，４の発明によれば、デコンプ作用を得つつ、速やかに起動させてトルクを上昇させることができ、発進、加速性能に優れたものとなる。
【００２８】
また、請求項５，６の発明によれば、機関回転数がエンジンマウントの共振点を越えるまで確実にデコンプ作用を継続させることで、不快な振動発生を一層確実に防止できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、ハイブリッド型自動車に適用した実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は、内燃機関の吸気弁側可変動弁機構の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁機構は、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２と、が組み合わされて構成されている。
【００３１】
図２は、リフト・作動角可変機構１のみを示しており、図１および図２に基づいて、このリフト・作動角可変機構１を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００３２】
リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘッド１１に図示せぬバルブガイドを介して摺動自在に設けられた吸気弁１２と、シリンダヘッド１１上部のカムブラケット１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、この駆動軸１３に、圧入等により固定された偏心カム１５と、上記駆動軸１３の上方位置に同じカムブラケット１４に回転自在に支持されるとともに駆動軸１３と平行に配置された制御軸１６と、この制御軸１６の偏心カム部１７に揺動自在に支持されたロッカアーム１８と、各吸気弁１２の上端部に配置されたタペット１９に当接する揺動カム２０と、を備えている。上記偏心カム１５とロッカアーム１８とはリンクアーム２５によって連係されており、ロッカアーム１８と揺動カム２０とは、リンク部材２６によって連係されている。
【００３３】
上記駆動軸１３は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００３４】
上記偏心カム１５は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸１３の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム２５の環状部２５ａが回転可能に嵌合している。
【００３５】
上記ロッカアーム１８は、略中央部が上記偏心カム部１７によって支持されており、その一端部に、上記リンクアーム２５の延長部２５ｂが連係しているとともに、他端部に、上記リンク部材２６の上端部が連係している。上記偏心カム部１７は、制御軸１６の軸心から偏心しており、従って、制御軸１６の角度位置に応じてロッカアーム１８の揺動中心は変化する。
【００３６】
上記揺動カム２０は、駆動軸１３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部２０ａに、上記リンク部材２６の下端部が連係している。この揺動カム２０の下面には、駆動軸１３と同心状の円弧をなす基円面２４ａと、該基円面２４ａから上記端部２０ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面２４ｂと、が形成されており、これらの基円面２４ａならびにカム面２４ｂが、揺動カム２０の揺動位置に応じてタペット１９の上面に当接するようになっている。
【００３７】
すなわち、上記基円面２４ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム２０が揺動してカム面２４ｂがタペット１９に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００３８】
上記制御軸１６は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１への油圧供給は、エンジンコントロールユニット３３からの制御信号に基づき、第１油圧制御部３２によって制御されている。
【００３９】
このリフト・作動角可変機構１の作用を説明すると、駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５のカム作用によってリンクアーム２５が上下動し、これに伴ってロッカアーム１８が揺動する。このロッカアーム１８の揺動は、リンク部材２６を介して揺動カム２０へ伝達され、該揺動カム２０が揺動する。この揺動カム２０のカム作用によって、タペット１９が押圧され、吸気弁１２がリフトする。
【００４０】
ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１を介して制御軸１６の角度が変化すると、ロッカアーム１８の初期位置が変化し、ひいては揺動カム２０の初期揺動位置が変化する。
【００４１】
例えば偏心カム部１７が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として上方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９から離れる方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、基円面２４ａが長くタペット１９に接触し続け、カム面２４ｂがタペット１９に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００４２】
逆に、偏心カム部１７が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として下方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９に近付く方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、タペット１９と接触する部位が基円面２４ａからカム面２４ｂへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００４３】
上記の偏心カム部１７の位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図３に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。特に、このものでは、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１２の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００４４】
次に、位相可変機構２は、図１に示すように、上記駆動軸１３の前端部に設けられたスプロケット３５と、このスプロケット３５と上記駆動軸１３とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ３６と、から構成されている。上記スプロケット３５は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用油圧アクチュエータ３６への油圧供給は、エンジンコントロールユニット３３からの制御信号に基づき、第２油圧制御部３７によって制御されている。この位相制御用油圧アクチュエータ３６への油圧制御によって、スプロケット３５と駆動軸１３とが相対的に回転し、図４に示すように、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。位相可変機構２としては、油圧式のものに限られず、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。
【００４５】
なお、リフト・作動角可変機構１ならびに位相可変機構２の制御としては、実際のリフト・作動角あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドループ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００４６】
次に、図５に基づいて、ハイブリッド型自動車の駆動系の構成を説明する。同図において、５１は、前述した可変動弁機構を備えた内燃機関であって、そのクランクシャフトの一端には、発電機を兼ねた起動用モータ５２が常時連動している。クランクシャフトの他端は、ベルト式無段変速装置５３の入力軸５４に、電磁クラッチ５５を介して連結されるようになっている。上記入力軸５４には、走行用モータ５６が一体に取り付けられている。この走行用モータ５６は、回生による発電が可能である。また、無段変速装置５３は、終減速装置５７を備え、駆動輪５８を駆動している。また、上記無段変速装置５３へ油圧を供給するために、補機用モータ５８によって駆動される油圧ポンプ５９を備えている。これらの３つのモータ５２，５６，５８は、バッテリ６０の電力によりインバータ６１を介して制御されている。
【００４７】
図６は、上記ハイブリッド型自動車の代表的な作動である車両発進から加速にかけての各部の作動を示している。なお、図中の矢印は、エネルギの流れを表している。車両停止時は、補機等の負荷が大きい場合やバッテリ６０の充電が必要な場合等を除き、通常、内燃機関５１を停止させるため、急発進でない通常の発進の場合は、（Ａ）に示すように、走行用モータ５６がバッテリ６０により無段変速機５３を駆動し、最適な変速比で発進する。なお、このモータ走行の際には、電磁クラッチ５５が遮断されている。その後、低速走行は、バッテリ電源が十分にあれば、原則としてモータ走行を継続するが、所定の車速に達すると、あるいは加速に移行する場合、（Ｂ）に示すように、走行用モータ５６での走行中に、起動用モータ５２によって内燃機関５１を起動する。そして、速やかに回転を同期させ、（Ｃ）に示すように電磁クラッチ５５を接続してエンジン走行に移行する。内燃機関５１のトルク発生に応じて走行用モータ５６の発生トルクは減少し、トルクショック無しにエンジン走行への移行が可能である。
【００４８】
このように、ハイブリッド型自動車では、モータ走行とエンジン走行とがあるため、内燃機関５１の役割として、モータ走行用の電力を発電することが必要となる。この電力は、減速時の走行用モータ５６による回生発電でも得られるが、それだけでは十分ではなく、大部分は、起動用モータ５２を内燃機関５１が駆動して得られる発電電力による。従って、モータ走行後に内燃機関５１を起動した場合、モータ走行で消費した電力を先ず発電することになるから、内燃機関５１の負荷としては、一般路の定常走行（Ｒ／Ｌ走行）の場合でも、相当に大きくなる。一般的に内燃機関の熱効率は、負荷が高くなると向上するため、このような比較的高い負荷の領域で発電と走行に必要な駆動力を発生させることは、機関全体の効率向上に大きな効果があり、アイドル停止、回生とともに、ハイブリッド型自動車の熱効率向上の三大要因となっている。
【００４９】
内燃機関５１の起動時にデコンプ作用で振動を低減し、その後このような発電走行に移行する際に、吸気弁の開閉時期が連続的に最小限の変化でつながることも重要である。また、低速の減速時には、直ちに内燃機関５１を停止させることが多いため、充電用発電時の吸気弁開閉時期のままで十分なデコンプ作用が得られれば、応答性の高い制御は不要となる。
【００５０】
次に、図７は、このようなハイブリッド型自動車におけるエンジン起動の代表的なパターンである緩加速からの起動前後の吸気弁開閉時期の制御特性を示す。
・エンジン停止時
次の再起動に備えて、▲１▼に示すように、小リフト・小作動角で、かつリフトの中心角Φを上死点寄りとして、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも大幅に早い時期とする。
・起動時
▲２▼に示すように、上記▲１▼のエンジン停止時のタイミング設定のまま起動用モータ５２によるクランキングが開始する。この特性では、ＩＶＣが吸気行程の途中となるので、圧縮圧力が低下し、クランキングに伴う不快な振動発生が抑制される。ここで、例えば、従来のように起動時に大リフト・大作動角とする場合は、ＩＶＣを下死点よりも大幅に遅らせてデコンプを行うことになるが、本発明では、逆にＩＶＣを下死点よりも大幅に進めて、吸入行程途中で吸気弁を閉じ、実質的に同じデコンプ作用を得るようにしている。この方式では、ピストンが下死点で停止している場合は、フルコンプレッションとなるため、デコンプ効果が無くなるが、通常の機関停止の際には、ピストンは力学的なバランス作用（コンプレッションによって押し返される力を受ける）によって、行程中央付近で停止することがほとんどであり、下死点で停止する可能性は低い。さらに完璧を期すためには、エンジン停止時に、起動用モータ５２の制御により、所期の位置にピストンを停止させることも可能である。
・点火・初爆時
緩加速の場合には、機関回転数がマウント共振点を越えるまで、燃料噴射ならびに点火が行われずにモータリングされる。そして、マウント共振点を通過した時点で燃料噴射ならびに点火が開始される。ここで、吸気弁の特性としては、マウント共振点を越えた後は、実圧縮比を高めるため、▲３▼のように、リフト・作動角を若干増大させる。この場合でも、吸気弁を通過する吸気の流速は極めて高い状況にあるため、点火後の燃焼速度は十分速く、良好な初爆が得られる。図８は、参考のために、小リフト制御により得られるガス流動強化の効果を示す。標準リフト（１／１リフト）の場合、低速では吸気量が少ないため、筒内ガス流動の目安であるタンブル比が著しく低下する。しかし、１／５リフトあるいは１／１０リフトのように、小リフト制御を行うことによって、高回転時と同程度にタンブル比を維持できる。マウント共振点は通常３〜４００rpmの回転域にあるため、これを越えた領域では、小リフトの場合、いつでも、標準リフト高回転と同程度もしくはそれ以上のタンブル比が得られる。従って、図７の▲３▼に破線でＩＶＣを示したような大リフト・大作動角でＩＶＣを遅らせた従来技術に比べて、実圧縮比はほぼ同一でも、小リフトとすることにより、より低回転で確実な初爆が可能となる。
・Ｒ／Ｌ走行時（発電）
緩加速の場合、内燃機関５１の起動後は速やかにエンジン走行に移行するが、モータ走行の直後でもあり、バッテリ充電のための発電（起動用モータ５２による発電）を行う必要があるので、内燃機関５１は比較的高負荷状態で運転される。この条件では、吸気弁の特性は、▲４▼のようになり、バルブオーバラップを大として適量の残留ガスを筒内に残し、ＩＶＣも下死点よりは進角させた設定となる。これはポンプ損失低減を狙った設定であり、燃費的に優れたものとなる。初爆からこの設定に移行するのは短時間で十分であり、円滑に移行が可能である。また、この条件から減速になった場合、内燃機関５１を停止する場合が多いが、内燃機関５１の完全な停止までに各アクチュエータ３１，３６を▲１▼の状態に制御することは容易である。また、万一、制御の遅れにより▲４▼のタイミングのままで停止しても、かなりのデコンプ効果が得られるため、頻度が少なければ実用上は問題無い。
・全開
発電負荷の無い全開加速の場合は、▲５▼の特性に制御される。これは、吸入空気量を確保するために、作動角をさらに拡大し、ＩＶＣは下死点前後としている。この設定も▲４▼の延長上にあるので、制御の応答性の点で有利となる。
【００５１】
次に、図９に、緩加速時の各機能要素の過渡制御特性を示す。なお、同図には、走行用モータ５６を「モータＡ」と、起動用モータ５２を「モータＢ」と、それぞれ略記してある。図示するように、モータ走行中に、走行用モータ５６の負荷が高くなると、エンジン走行に移行するために、起動用モータ５２により内燃機関５１が起動される。このとき、吸気弁の特性は前述のように制御され、起動がデコンプ状態で行われる。この起動時には、起動用モータ５２はスタータとして機能するが、内燃機関５１の起動後は、発電機として逆に駆動されるようになる。さらに車速が上昇してくると、発電量は徐々に減少し、機関発生トルクのより多くの割合が車両の走行に供給される。また全開加速時は、走行用モータ５６によるアシストが可能であり、その分のモータトルクが機関発生トルクに加えられる。吸気弁のリフト・作動角は、吸気量の増大（エンジン回転数の上昇、負荷の増大）に伴って漸増する設定となっている。
【００５２】
次に、図１０にモータ走行からの急加速の場合を示す。この場合は、起動用モータ５２によるクランキング開始と同時に燃料噴射ならびに点火を開始し、可能な限り早い時期に点火・初爆を行う。また、これと同時に、リフト・作動角を速やかに拡大し、内燃機関としてトルクを最大限に確保し得る吸気弁開閉特性に移行する。このような場合、モータアシストは極めて効果的であり、良好な加速フィーリングが得られる。
【００５３】
図１１は、加速時における吸気弁の開閉時期制御のフローチャートを示しており、以下、これを、その流れに沿って説明する。まず、初めに、ステップ１において、機関回転数、スロットル開度等の運転条件を検出する。そして、車両の停止状態では、ステップ２以降へ進み、Ｒ／Ｌ走行中であれば、ステップ１２以降へ進む。ステップ２では、加速の検出を行い、加速を検出した場合は、さらにステップ３で、急加速が緩加速かを判定する。緩加速であれば、ステップ４へ進み、モータ（走行用モータ５６）で発進する。また、急加速であれば、ステップ５へ進んで、起動用モータ５２により内燃機関５１を起動する。同時に、アクチュエータ３１，３６の制御を開始し（ステップ６）、吸気弁の開時期（ＩＶＯ）、閉時期（ＩＶＣ）および中心角を目標値に制御する（ステップ７）。そして、機関回転数が所定値（ステップ８）に達した時点で点火を開始し（ステップ９）、さらに機関回転数が所定値（ステップ１０）以上となったら、電磁クラッチ５５を接続する（ステップ１１）。なお、急加速の場合、前述したように、ステップ８で所定回転数になるまで待機せずに、直ちに燃料噴射ならびに点火を開始するようにしてもよい。
【００５４】
一方、Ｒ／Ｌ走行中であれば、ステップ１２で加速の検出を行い、加速を検出した場合は、さらにステップ１３で急加速か緩加速かを判定する。緩加速であれば、ステップ１４へ進み、緩加速時用の制御マップを読み込み、急加速であれば、ステップ１５へ進んで、急加速時用の制御マップを読み込む。そして、ステップ１６で起動用モータ５２により内燃機関５１を起動する。同時に、アクチュエータ３１，３６の制御を開始し（ステップ１７）、吸気弁の開時期（ＩＶＯ）、閉時期（ＩＶＣ）および中心角を目標値に制御する（ステップ１８）。そして、機関回転数が所定値（ステップ１９）に達した時点で点火を開始し（ステップ２０）、さらに機関回転数が所定値（ステップ２１）以上となったら、電磁クラッチ５５を接続する（ステップ２２）。なお、急加速の場合、前述したように、ステップ１９で所定回転数になるまで待機せずに、直ちに燃料噴射ならびに点火を開始するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の制御装置に用いられる吸気弁の可変動弁機構を示す斜視図。
【図２】リフト・作動角可変機構を示す断面図。
【図３】リフト・作動角可変機構によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図。
【図４】位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変化を示す特性図。
【図５】ハイブリッド型自動車の基本的構成を示す構成説明図。
【図６】このハイブリッド型自動車の基本的な動作を示す説明図。
【図７】停止状態からの緩加速に伴う吸気弁の開閉特性変化を示す特性図。
【図８】小リフト化に伴うガス流動の強化を示す特性図。
【図９】モータ走行からの緩加速における各部の動作を示すタイミングチャート。
【図１０】モータ走行からの急加速における各部の動作を示すタイミングチャート。
【図１１】この吸気弁の開閉時期制御のフローチャート。
【符号の説明】
１…リフト・作動角可変機構
２…位相可変機構
１３…駆動軸
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…偏心カム部
１８…ロッカアーム
２５…リンクアーム
２６…リンク部材
３１…リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ
３３…エンジンコントロールユニット
３６…位相制御用油圧アクチュエータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine for a vehicle suitable for an internal combustion engine that repeatedly stops and starts automatically during vehicle operation, such as a so-called hybrid vehicle and an automobile equipped with idle stop means. The present invention relates to variable control of an intake valve suitable for a kind of internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Various types of hybrid vehicles have been proposed in the past, in which the vehicle is driven by an internal combustion engine during acceleration and high-speed travel, and the motor is driven during low-speed travel, and the internal combustion engine is stopped during low-speed travel or when the vehicle is stopped. Has been. In general, this type of hybrid vehicle has a configuration in which a motor for driving a vehicle and a motor for starting an internal combustion engine as necessary are individually provided. When the vehicle starts slowly, the running motor starts running. After that, when the required torque reaches the limit of the running motor due to an increase in the vehicle speed, etc., the internal combustion engine is automatically started by the starting motor. It has become. Usually, both or one of these motors is also used for power generation, and even during low-speed operation, when the battery charge decreases, the internal combustion engine is started and charging is performed. Done.
[0003]
Also, For travel Even in a vehicle that is driven only by an internal combustion engine without having a motor, the vehicle is provided with a so-called idle stop means that is automatically stopped when the vehicle is stopped and that is automatically started when the vehicle starts. Are known.
[0004]
As control of an intake valve suitable for an internal combustion engine in which such automatic stop and start are repeated, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-34913 discloses that the closing timing is greatly increased while maximizing the operating angle of the intake valve at the time of startup. By delaying, it is disclosed that the compression pressure is sufficiently suppressed as a so-called decompression action, and unpleasant vehicle body vibration is suppressed.
[0005]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-73901 proposes reducing the pump loss by a so-called Atkinson cycle in which the closing timing of the intake valve is set later and the expansion ratio is larger than the actual compression ratio.
[0006]
The present applicant has previously proposed a variable valve mechanism that can continuously increase and decrease the lift and operating angle of the intake valve (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-107725 and 11-11). In addition, a variable valve mechanism has been proposed in which a significant degree of freedom in lift characteristics is obtained in combination with a mechanism that delays the phase of the center angle of the lift.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine, it is an important factor to stop the internal combustion engine when the vehicle is stopped or when the motor is running in a hybrid vehicle. However, when the internal combustion engine is started in a stopped state or in a state where the motor is running smoothly, a mount vibration due to compression is generated until the rotational speed increases, and this is not a vehicle body vibration. There is a problem of giving pleasure.
[0008]
In order to avoid this, it is necessary to keep the compression pressure sufficiently low by greatly delaying the closing timing of the intake valve until it passes through the resonance point of the mount, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-34913. It is effective.
[0009]
Further, in a hybrid vehicle, it is indispensable to improve the fuel efficiency that the internal combustion engine is operated under high-efficiency conditions when charging the battery after running the motor. As shown in Japanese Patent No. 73901, it can be said that reducing the pump loss by setting the closing timing of the intake valve later and setting the expansion ratio larger than the actual compression ratio is an effective means. In particular, it is reasonable in that it can be directly applied to vibration reduction at the time of engine restart as described above.
[0010]
However, under these conditions, the actual compression ratio is significantly reduced under conditions where the closing timing of the intake valve is greatly delayed. Therefore, when the internal combustion engine is started, it is preferable that motoring is not performed to a considerably high speed. The first explosion cannot be obtained. This is not a major problem under conditions where there is sufficient time in terms of combustion, such as restarting during slow acceleration after warm-up, but at low temperatures, the capacity of the battery is reduced, so high rotation speed There is a limit to motoring, especially under conditions that demand responsiveness, such as when starting suddenly. It was.
[0011]
The present invention has been made paying attention to such problems, and by optimizing the lift valve operating angle and the phase of the central angle of the intake valve, the compression at the start-up is reduced and the motoring rotational speed is reduced. The aim is to achieve both good start-up performance that leads to the first explosion without significant increase.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a lift / working angle variable mechanism capable of simultaneously and continuously expanding and reducing the lift / working angle of the intake valve, and a phase variable for delaying the phase of the center angle of the lift of the intake valve. A mechanism, means for detecting the rotational speed and load of the internal combustion engine, control means for controlling the lift / operating angle and central angle of the intake valve in accordance with the engine rotational speed and load, and the internal combustion engine Cranking Do For startup A motor, and configured to stop the ignition operation of the internal combustion engine when the vehicle is stopped and to restart the ignition operation by starting the internal combustion engine with the motor when the vehicle starts, By the internal combustion engine In a control device for an internal combustion engine for a vehicle in which the intake valve closing timing is controlled before bottom dead center by the lift / operating angle variable mechanism and the phase variable mechanism during R / L traveling,
Immediately before the internal combustion engine is stopped when the vehicle stops, the lift / operating angle of the intake valve is By the internal combustion engine While controlling to be smaller than the lift / operation angle during R / L traveling, the central angle of the intake valve is By the internal combustion engine The intake valve closing timing is controlled before the bottom dead center by controlling the leading angle from the center angle during R / L driving. By the internal combustion engine It is characterized by being on the advance side with respect to the closing timing during R / L traveling.
[0013]
This is provided with so-called idle stop means for stopping the internal combustion engine when the vehicle is stopped, and the internal combustion engine is automatically started when the vehicle starts.
[0014]
The lift / operating angle variable mechanism is configured such that when the operating angle is increased, the lift is simultaneously increased, and conversely, when the operating angle is reduced, the lift is simultaneously decreased. If the lift / operating angle is reduced to a predetermined value or less immediately before the stop, cranking by the motor is started with the lift / operating angle being small when starting up thereafter. At the same time, since the center angle of the lift is controlled to the advance side, the intake valve closing timing is a position that is greatly advanced from the bottom dead center. Therefore, the compression pressure is reduced, and unpleasant vibration during cranking is avoided by the so-called decompression action. In addition, since the lift of the intake valve during the intake stroke of the piston is small, the flow rate of the intake air passing through the intake valve becomes very high, the combustion speed after ignition is sufficiently high, and a good initial explosion is obtained. It is done. In other words, if the actual compression ratio is set to be the same as compared with the case where the operating angle is expanded and the intake valve closing timing is greatly delayed after bottom dead center, the lift / operating angle is as shown in the present invention. When the intake valve closing timing is advanced while reducing the pressure, the in-cylinder gas flow becomes more active, and a reliable initial explosion can be obtained at a lower speed.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a lift / working angle variable mechanism capable of simultaneously and continuously expanding and reducing the lift / working angle of the intake valve and a phase variable for delaying the phase of the center angle of the lift of the intake valve. A mechanism, means for detecting the rotational speed and load of the internal combustion engine, control means for controlling the lift / operating angle and central angle of the intake valve in accordance with the engine rotational speed and load, and rotationally driving the internal combustion engine A motor and a second motor capable of driving the vehicle, the ignition operation of the internal combustion engine is stopped when the vehicle is stopped and the vehicle is traveling at a low speed, and the vehicle is driven by the second motor. The motor is configured to start the internal combustion engine and restart the ignition operation. , R / L When traveling In the control device for an internal combustion engine for a vehicle in which the intake valve closing timing is controlled before bottom dead center by the lift / operating angle variable mechanism and the phase variable mechanism,
Immediately before the internal combustion engine stops due to vehicle operating conditions, the intake valve lift and operating angle are Using engine generated torque R / L When traveling And control the center angle of the intake valve, Using engine generated torque R / L When traveling The intake valve closing timing is set to the position before the bottom dead center. Using engine generated torque R / L When traveling It is characterized by being on the advance side of the closing time of.
[0016]
This is applied to a so-called hybrid-type vehicle, and as in the first aspect described above, a decompression action can be obtained at the time of start-up, and at the same time, a reliable initial explosion can be obtained by activating in-cylinder gas flow.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine for a vehicle according to the first or second aspect, in the case of a sudden start from a vehicle stop state, As above Cranking of internal combustion engine by lift and operating angle When Fuel injection and ignition After starting Further, the present invention is characterized in that the intake valve closing timing is controlled to approach the bottom dead center by delaying the central angle of the intake valve.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to the second aspect, in the case of rapid acceleration from the motor running by the second motor, As above Cranking of internal combustion engine by lift and operating angle When Fuel injection and ignition After starting Further, the present invention is characterized in that the intake valve closing timing is controlled to approach the bottom dead center by delaying the central angle of the intake valve.
[0019]
In these third and fourth aspects, the decompression action is obtained at the initial stage of cranking, and then the intake valve closing timing approaches the bottom dead center, so that the actual compression ratio quickly increases. As a result, the torque of the internal combustion engine quickly increases.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine for a vehicle according to the first or second aspect, when the vehicle starts slowly from a stopped state, As above After starting cranking of the internal combustion engine at the lift / operating angle, fuel injection and ignition are started when the predetermined rotational speed is reached, and the central angle of the intake valve corresponds to the engine load and rotational speed Control is made to a predetermined advance position.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine for a vehicle according to the second aspect, in the slow acceleration from the motor running by the second motor, As above After starting cranking of the internal combustion engine at the lift / operating angle, fuel injection and ignition are started when the predetermined rotational speed is reached, and the central angle of the intake valve corresponds to the engine load and rotational speed Control is made to a predetermined advance position.
[0022]
In these fifth and sixth aspects, the actual compression ratio becomes low and the decompression action is obtained from the time cranking is started until the predetermined rotational speed is reached. The predetermined rotational speed is preferably set to a value that passes the vicinity of 300 to 400 rpm, which is the resonance point of the engine mount that supports the internal combustion engine, for example. In this way, unpleasant vibration can be reliably prevented by the decompression action.
[0024]
The lift / operating angle variable mechanism is, for example, a claim 7 As described above, an eccentric cam that is rotationally driven by a drive shaft, a link arm that is fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and a rotation that is provided in parallel to the drive shaft and includes an eccentric cam portion A control shaft that can be rotated, a rocker arm that is rotatably mounted on an eccentric cam portion of the control shaft, and is swingably supported by the link arm, and is rotatably supported by the drive shaft, and is connected to the rocker arm via a link. And a swing cam that presses the tappet of the intake valve by swinging with the rocker arm, and by changing the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft, The lift and operating angle are configured to increase and decrease simultaneously.
[0025]
The phase variable mechanism is, for example, a claim 8 The sprocket is arranged concentrically with the drive shaft and driven by the crankshaft via a chain or timing belt, and is mounted between the sprocket and the drive shaft so that the relative And means for changing the phase.
[0026]
【The invention's effect】
According to the control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to the present invention, in a vehicle internal combustion engine that is automatically stopped and restarted, such as a hybrid type automobile or an automobile equipped with idle stop means, a so-called decompression unit is started up. As a result, an unpleasant vibration can be avoided, and the activation of the in-cylinder gas flow leads to the first explosion at a low rotational speed, thus ensuring good starting performance.
[0027]
In particular, according to the third and fourth aspects of the invention, the torque can be increased by quickly starting up while obtaining the decompression effect, and the starting and acceleration performance is excellent.
[0028]
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the decompression operation is reliably continued until the engine speed exceeds the resonance point of the engine mount, so that unpleasant vibration can be prevented more reliably.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described.
[0030]
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing the configuration of an intake valve side variable valve mechanism of an internal combustion engine. The variable valve mechanism includes a lift / working angle variable mechanism 1 that changes a lift / working angle of an intake valve; A phase variable mechanism 2 that advances or retards the phase of the center angle of the lift (phase with respect to a crankshaft (not shown)) is combined.
[0031]
FIG. 2 shows only the lift / operating angle variable mechanism 1, and the lift / operating angle variable mechanism 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The lift / operating angle variable mechanism 1 has been previously proposed by the applicant of the present application. However, since it has been publicly known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107725, only the outline thereof will be described.
[0032]
The variable lift / operating angle mechanism 1 has a hollow shape rotatably supported by an intake valve 12 slidably provided on a cylinder head 11 via a valve guide (not shown) and a cam bracket 14 above the cylinder head 11. Drive shaft 13, an eccentric cam 15 fixed to the drive shaft 13 by press-fitting or the like, and a cam bracket 14 that is rotatably supported above the drive shaft 13 and arranged in parallel with the drive shaft 13. The control shaft 16, the rocker arm 18 that is swingably supported by the eccentric cam portion 17 of the control shaft 16, and the swing cam 20 that contacts the tappet 19 disposed at the upper end of each intake valve 12. It has. The eccentric cam 15 and the rocker arm 18 are linked by a link arm 25, and the rocker arm 18 and the swing cam 20 are linked by a link member 26.
[0033]
As will be described later, the drive shaft 13 is driven by a crankshaft of an engine via a timing chain or a timing belt.
[0034]
The eccentric cam 15 has a circular outer peripheral surface, the center of the outer peripheral surface is offset from the shaft center of the drive shaft 13 by a predetermined amount, and the annular portion 25a of the link arm 25 is rotatable on the outer peripheral surface. Is fitted.
[0035]
The rocker arm 18 has a substantially central portion supported by the eccentric cam portion 17, and an extension portion 25 b of the link arm 25 is linked to one end portion of the rocker arm 18, and the link member 26 is connected to the other end portion. The upper end is linked. The eccentric cam portion 17 is eccentric from the axis of the control shaft 16, and accordingly, the rocking center of the rocker arm 18 changes according to the angular position of the control shaft 16.
[0036]
The rocking cam 20 is fitted to the outer periphery of the drive shaft 13 and is rotatably supported. A lower end portion of the link member 26 is linked to an end portion 20a extending to the side. On the lower surface of the swing cam 20, a base circle surface 24a that forms a concentric arc with the drive shaft 13, and a cam surface 24b extending in a predetermined curve from the base circle surface 24a to the end portion 20a, The base circle surface 24a and the cam surface 24b are in contact with the upper surface of the tappet 19 according to the swing position of the swing cam 20.
[0037]
That is, the base circle surface 24a is a section where the lift amount becomes 0 as a base circle section, and when the swing cam 20 swings and the cam surface 24b contacts the tappet 19, it gradually lifts. Become. A slight ramp section is provided between the base circle section and the lift section.
[0038]
As shown in FIG. 1, the control shaft 16 is configured to rotate within a predetermined rotation angle range by a lift / operation angle control hydraulic actuator 31 provided at one end. The hydraulic pressure supply to the lift / operating angle control hydraulic actuator 31 is controlled by the first hydraulic control unit 32 based on a control signal from the engine control unit 33.
[0039]
The operation of the variable lift / operating angle mechanism 1 will be described. When the drive shaft 13 rotates, the link arm 25 moves up and down by the cam action of the eccentric cam 15, and the rocker arm 18 swings accordingly. The swing of the rocker arm 18 is transmitted to the swing cam 20 via the link member 26, and the swing cam 20 swings. The tappet 19 is pressed by the cam action of the swing cam 20, and the intake valve 12 is lifted.
[0040]
Here, when the angle of the control shaft 16 changes via the lift / operating angle control hydraulic actuator 31, the initial position of the rocker arm 18 changes, and consequently, the initial swing position of the swing cam 20 changes.
[0041]
For example, if the eccentric cam portion 17 is positioned upward in the figure, the rocker arm 18 is positioned upward as a whole, and the end 20a of the swing cam 20 is relatively lifted upward. That is, the initial position of the swing cam 20 is inclined in the direction in which the cam surface 24 b is separated from the tappet 19. Therefore, when the swing cam 20 swings with the rotation of the drive shaft 13, the base circle surface 24a continues to contact the tappet 19 for a long time, and the period during which the cam surface 24b contacts the tappet 19 is short. Therefore, the lift amount is reduced as a whole, and the angle range from the opening timing to the closing timing, that is, the operating angle is also reduced.
[0042]
Conversely, if the eccentric cam portion 17 is positioned downward in the figure, the rocker arm 18 is positioned downward as a whole, and the end portion 20a of the swing cam 20 is pushed downward relatively. That is, the initial position of the swing cam 20 is inclined in the direction in which the cam surface 24 b approaches the tappet 19. Accordingly, when the swing cam 20 swings with the rotation of the drive shaft 13, the portion that contacts the tappet 19 immediately shifts from the base circle surface 24a to the cam surface 24b. Therefore, the lift amount is increased as a whole, and the operating angle is increased.
[0043]
Since the position of the eccentric cam portion 17 can be continuously changed, the valve lift characteristic changes continuously as shown in FIG. That is, the lift and the operating angle can be continuously expanded and contracted simultaneously. In particular, in this case, the opening timing and closing timing of the intake valve 12 change substantially symmetrically as the lift and operating angle change.
[0044]
Next, as shown in FIG. 1, the phase variable mechanism 2 is configured so that the sprocket 35 provided at the front end of the drive shaft 13 and the sprocket 35 and the drive shaft 13 are relatively moved within a predetermined angle range. And a hydraulic actuator 36 for phase control that is rotated to the right. The sprocket 35 is linked to the crankshaft via a timing chain or timing belt (not shown). The hydraulic pressure supply to the phase control hydraulic actuator 36 is controlled by the second hydraulic pressure control unit 37 based on a control signal from the engine control unit 33. By the hydraulic pressure control to the phase control hydraulic actuator 36, the sprocket 35 and the drive shaft 13 rotate relatively, and the lift center angle is retarded as shown in FIG. That is, the lift characteristic curve itself does not change, and the whole advances or retards. This change can also be obtained continuously. The phase variable mechanism 2 is not limited to a hydraulic one, and various configurations such as one using an electromagnetic actuator are possible.
[0045]
The lift / working angle variable mechanism 1 and the phase variable mechanism 2 may be controlled by providing a sensor for detecting an actual lift / working angle or phase and performing a closed loop control or depending on operating conditions. It is also possible to simply perform open loop control.
[0046]
Next, the configuration of the drive system of the hybrid vehicle will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 51 denotes an internal combustion engine provided with the variable valve mechanism described above, and an activation motor 52 that also serves as a generator is always linked to one end of the crankshaft. The other end of the crankshaft is connected to an input shaft 54 of a belt type continuously variable transmission 53 via an electromagnetic clutch 55. A travel motor 56 is integrally attached to the input shaft 54. The traveling motor 56 can generate power by regeneration. The continuously variable transmission 53 includes a final reduction gear 57 and drives the drive wheels 58. Further, in order to supply hydraulic pressure to the continuously variable transmission 53, a hydraulic pump 59 driven by an auxiliary motor 58 is provided. These three motors 52, 56, and 58 are controlled via the inverter 61 by the power of the battery 60.
[0047]
FIG. 6 shows the operation of each part from vehicle start to acceleration, which is a typical operation of the hybrid vehicle. In addition, the arrow in a figure represents the flow of energy. When the vehicle is stopped, the internal combustion engine 51 is normally stopped except when the load on the auxiliary machine or the like is large or when the battery 60 needs to be charged. As shown, the traveling motor 56 drives the continuously variable transmission 53 by the battery 60 and starts at an optimum gear ratio. Note that the electromagnetic clutch 55 is disengaged during the motor travel. Thereafter, if the battery power supply is sufficient, the low-speed driving continues in principle as long as the battery power is sufficient. However, when the vehicle reaches a predetermined vehicle speed or shifts to acceleration, as shown in FIG. The internal combustion engine 51 is activated by the activation motor 52 during the traveling of the vehicle. Then, the rotations are quickly synchronized, and the electromagnetic clutch 55 is connected as shown in FIG. The torque generated by the traveling motor 56 decreases in accordance with the torque generation of the internal combustion engine 51, and the transition to engine traveling is possible without torque shock.
[0048]
As described above, in a hybrid vehicle, since there are motor travel and engine travel, it is necessary to generate electric power for motor travel as a role of the internal combustion engine 51. This electric power can also be obtained by regenerative power generation by the traveling motor 56 at the time of deceleration. However, this is not enough, and most of the electric power is generated by the generated electric power obtained by driving the internal combustion engine 51 with the starting motor 52. Therefore, when the internal combustion engine 51 is started after the motor travels, the electric power consumed by the motor travel is generated first. Therefore, the load of the internal combustion engine 51 is a normal road steady travel (R / L travel). , Get quite big. In general, the thermal efficiency of an internal combustion engine increases as the load increases. Therefore, generating a driving force necessary for power generation and traveling in such a relatively high load region has a great effect on improving the efficiency of the entire engine. There are three major factors for improving the thermal efficiency of hybrid vehicles, as well as idling stop and regeneration.
[0049]
It is also important that when the internal combustion engine 51 is started, the vibration is reduced by the decompression action, and then when switching to such power generation running, the opening / closing timing of the intake valve is continuously connected with a minimum change. Further, since the internal combustion engine 51 is often immediately stopped at the time of low speed deceleration, control with high responsiveness becomes unnecessary if a sufficient decompression action is obtained with the intake valve opening / closing timing at the time of power generation for charging.
[0050]
Next, FIG. 7 shows the control characteristics of the intake valve opening / closing timing before and after starting from slow acceleration, which is a typical engine starting pattern in such a hybrid vehicle.
・ When the engine is stopped
In preparation for the next restart, as shown in (1), the intake valve closing timing (IVC) is set to be lower than the bottom dead center with a small lift / small operating angle and the center angle Φ of the lift near the top dead center. The time will be significantly earlier.
・ At startup
As shown in (2), cranking by the starting motor 52 starts with the timing setting at the time of engine stop of (1) above. In this characteristic, since IVC is in the middle of the intake stroke, the compression pressure is reduced, and unpleasant vibrations associated with cranking are suppressed. Here, for example, when a large lift and a large operating angle are set at the time of startup as in the prior art, the decompression is performed with the IVC greatly delayed from the bottom dead center. However, in the present invention, the IVC is lowered. The intake valve is closed in the middle of the intake stroke so as to proceed substantially beyond the dead center so that substantially the same decompression action is obtained. In this method, when the piston is stopped at the bottom dead center, full compression is applied, so the decompression effect is lost.However, when the engine is stopped normally, the piston is pushed back by dynamic balance (compressed by compression). It is almost impossible to stop near the center of the stroke, and it is unlikely to stop at the bottom dead center. For further perfection, it is possible to stop the piston at a desired position by controlling the starting motor 52 when the engine is stopped.
・ Ignition and first explosion
In the case of slow acceleration, motoring is performed without fuel injection and ignition until the engine speed exceeds the mount resonance point. Fuel injection and ignition are started when the mount resonance point is passed. Here, as a characteristic of the intake valve, after exceeding the mount resonance point, the lift / operating angle is slightly increased as shown in (3) in order to increase the actual compression ratio. Even in this case, since the flow rate of the intake air passing through the intake valve is extremely high, the combustion speed after ignition is sufficiently high, and a good initial explosion can be obtained. For reference, FIG. 8 shows the effect of gas flow enhancement obtained by small lift control. In the case of the standard lift (1/1 lift), since the intake amount is small at low speed, the tumble ratio, which is a guideline for in-cylinder gas flow, is significantly reduced. However, the tumble ratio can be maintained at the same level as during high rotation by performing small lift control such as 1/5 lift or 1/10 lift. Since the mount resonance point is usually in the rotation range of 3 to 400 rpm, a tumble ratio equal to or higher than that of the standard lift high rotation can be obtained at any time in the region beyond this range in the case of a small lift. Therefore, compared with the prior art in which IVC is delayed by a large lift and a large operating angle as indicated by broken line IVC in FIG. A reliable first explosion is possible at low rotation.
・ R / L driving (power generation)
In the case of slow acceleration, after the internal combustion engine 51 is started, the engine travels immediately. However, immediately after the motor travels, it is necessary to generate power for charging the battery (power generation by the starter motor 52). The engine 51 is operated in a relatively high load state. Under this condition, the characteristics of the intake valve are as shown in (4), the valve overlap is large, an appropriate amount of residual gas is left in the cylinder, and IVC is also advanced from the bottom dead center. This is a setting aimed at reducing pump loss and is excellent in fuel efficiency. The transition from the first explosion to this setting is sufficient in a short time, and a smooth transition is possible. Further, when the speed is reduced from this condition, the internal combustion engine 51 is often stopped, but it is easy to control the actuators 31 and 36 to the state {circle around (1)} before the internal combustion engine 51 is completely stopped. . In addition, even if it stops at the timing (4) due to a delay in control, a considerable decompression effect can be obtained.
・ Fully open
In the case of full open acceleration without a power generation load, the characteristic is controlled to (5). This further expands the operating angle in order to secure the intake air amount, and IVC is set at around the bottom dead center. Since this setting is also an extension of (4), it is advantageous in terms of control responsiveness.
[0051]
Next, FIG. 9 shows the transient control characteristics of each functional element during slow acceleration. In the figure, the traveling motor 56 is abbreviated as “motor A”, and the starting motor 52 is abbreviated as “motor B”. As shown in the drawing, when the load on the traveling motor 56 increases during motor traveling, the internal combustion engine 51 is activated by the activation motor 52 in order to shift to engine traveling. At this time, the characteristics of the intake valve are controlled as described above, and activation is performed in the decompressed state. At the time of starting, the starting motor 52 functions as a starter, but after the internal combustion engine 51 is started, it is driven reversely as a generator. As the vehicle speed further increases, the amount of power generation gradually decreases, and a larger proportion of the engine-generated torque is supplied to the vehicle. Further, at the time of full opening acceleration, the driving motor 56 can assist, and the corresponding motor torque is added to the engine generated torque. The lift / operating angle of the intake valve is set to gradually increase as the intake amount increases (engine speed increases, load increases).
[0052]
Next, FIG. 10 shows the case of rapid acceleration from motor travel. In this case, fuel injection and ignition are started simultaneously with the start of cranking by the starting motor 52, and ignition and initial explosion are performed as early as possible. At the same time, the lift / operating angle is rapidly increased to shift to an intake valve opening / closing characteristic capable of ensuring the maximum torque as an internal combustion engine. In such a case, the motor assist is extremely effective, and a good acceleration feeling can be obtained.
[0053]
FIG. 11 shows a flowchart of intake valve opening / closing timing control at the time of acceleration, and this will be described along the flow. First, in step 1, operating conditions such as engine speed and throttle opening are detected. Then, when the vehicle is in a stopped state, the process proceeds to step 2 and subsequent steps. In step 2, acceleration is detected. If acceleration is detected, it is further determined in step 3 whether sudden acceleration is slow acceleration. If it is a slow acceleration, it will progress to step 4 and will start with a motor (traveling motor 56). On the other hand, if it is sudden acceleration, the routine proceeds to step 5 where the internal combustion engine 51 is activated by the activation motor 52. At the same time, control of the actuators 31 and 36 is started (step 6), and the opening timing (IVO), closing timing (IVC) and center angle of the intake valve are controlled to target values (step 7). Then, ignition is started when the engine speed reaches a predetermined value (step 8) (step 9), and when the engine speed reaches a predetermined value (step 10) or more, the electromagnetic clutch 55 is connected (step). 11). In the case of rapid acceleration, as described above, fuel injection and ignition may be started immediately without waiting until the predetermined rotational speed is reached in step 8.
[0054]
On the other hand, if the vehicle is traveling in R / L, acceleration is detected in step 12, and if acceleration is detected, it is further determined in step 13 whether it is sudden acceleration or slow acceleration. If it is slow acceleration, the process proceeds to step 14 and the control map for slow acceleration is read. If it is sudden acceleration, the process proceeds to step 15 and the control map for sudden acceleration is read. In step 16, the internal combustion engine 51 is activated by the activation motor 52. At the same time, control of the actuators 31 and 36 is started (step 17), and the opening timing (IVO), closing timing (IVC) and center angle of the intake valve are controlled to target values (step 18). Then, ignition is started when the engine speed reaches a predetermined value (step 19) (step 20), and when the engine speed reaches a predetermined value (step 21) or more, the electromagnetic clutch 55 is connected (step). 22). In the case of rapid acceleration, as described above, fuel injection and ignition may be started immediately without waiting until the predetermined rotational speed is reached in step 19.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a variable valve mechanism of an intake valve used in a control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a lift / operating angle variable mechanism.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing changes in lift / operating angle characteristics by a variable lift / operating angle mechanism;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a phase change of a valve lift characteristic by a phase variable mechanism.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a hybrid vehicle.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the basic operation of this hybrid vehicle.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in opening / closing characteristics of the intake valve accompanying slow acceleration from a stopped state.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the enhancement of gas flow accompanying a small lift.
FIG. 9 is a timing chart showing the operation of each part during slow acceleration from motor travel.
FIG. 10 is a timing chart showing the operation of each part during rapid acceleration from motor travel.
FIG. 11 is a flowchart of the opening / closing timing control of the intake valve.
[Explanation of symbols]
1 ... Lift / operating angle variable mechanism
2 ... Phase variable mechanism
13 ... Drive shaft
15 ... Eccentric cam
16 ... Control axis
17 ... Eccentric cam
18 ... Rocker arm
25 ... Link arm
26 ... Link member
31 ... Hydraulic actuator for lift / operating angle control
33 ... Engine control unit
36 ... Hydraulic actuator for phase control

Claims

吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数および負荷を検出する手段と、この機関回転数および負荷に応じて上記吸気弁のリフト・作動角および中心角を制御する制御手段と、上記内燃機関をクランキングする起動用モータと、を備え、車両停止時に内燃機関の発火運転を停止するとともに車両発進時に上記モータにより内燃機関を起動して発火運転を再開するように構成されるとともに、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時に上記リフト・作動角可変機構および上記位相可変機構により吸気弁閉時期が下死点前に制御される車両用内燃機関の制御装置において、
車両停止に伴う内燃機関の停止直前に、上記吸気弁のリフト・作動角を、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時のリフト・作動角よりも小さく制御するとともに、上記吸気弁の中心角を、上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時の中心角よりも進角側に制御して、吸気弁閉時期を下死点前でかつ上記内燃機関によるＲ／Ｌ走行時の閉時期よりも進角側とすることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。A variable lift / operating angle mechanism that can simultaneously and continuously expand and contract the lift / operating angle of the intake valve, a variable phase mechanism that delays the phase of the central angle of the lift of the intake valve, and the rotational speed of the internal combustion engine And means for detecting the load, control means for controlling the lift / operating angle and central angle of the intake valve according to the engine speed and load, and a starting motor for cranking the internal combustion engine, The ignition operation of the internal combustion engine is stopped when the vehicle is stopped, the internal combustion engine is started by the motor when the vehicle starts, and the ignition operation is restarted, and the lift / operation angle during the R / L traveling by the internal combustion engine In a control device for an internal combustion engine for a vehicle in which the intake valve closing timing is controlled before bottom dead center by the variable mechanism and the phase variable mechanism,
Immediately before the stop of the internal combustion engine accompanying the vehicle stop, the lift / operation angle of the intake valve is controlled to be smaller than the lift / operation angle at the time of R / L traveling by the internal combustion engine , and the central angle of the intake valve is The intake valve closing timing is controlled before the bottom dead center and is advanced from the closing timing during R / L traveling by the internal combustion engine by controlling the central angle at the time of R / L traveling by the internal combustion engine. A control device for an internal combustion engine for a vehicle.

吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、内燃機関の回転数および負荷を検出する手段と、この機関回転数および負荷に応じて上記吸気弁のリフト・作動角および中心角を制御する制御手段と、上記内燃機関を回転駆動するモータと、車両を駆動可能な第２のモータと、を備え、車両停止時および車両低速走行時に内燃機関の発火運転を停止して上記第２のモータによる走行を行うとともに、所定の車両加速時に上記モータにより内燃機関を起動して発火運転を再開するように構成されるとともに、Ｒ／Ｌ走行時に上記リフト・作動角可変機構および上記位相可変機構により吸気弁閉時期が下死点前に制御される車両用内燃機関の制御装置において、
車両運転条件に伴う内燃機関の停止直前に、上記吸気弁のリフト・作動角を、機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時のリフト・作動角よりも小さく制御するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時の中心角よりも進角側に制御して、吸気弁閉時期を下死点前でかつ機関発生トルクを用いたＲ／Ｌ走行時の閉時期よりも進角側とすることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。A variable lift / operating angle mechanism that can simultaneously and continuously expand and contract the lift / operating angle of the intake valve, a variable phase mechanism that delays the phase of the central angle of the lift of the intake valve, and the rotational speed of the internal combustion engine And means for detecting the load, control means for controlling the lift / operating angle and central angle of the intake valve in accordance with the engine speed and load, a motor for rotationally driving the internal combustion engine, and a vehicle capable of being driven And a second motor for stopping the ignition operation of the internal combustion engine when the vehicle is stopped and when the vehicle is traveling at a low speed, and running the second motor, and starting the internal combustion engine with the motor during a predetermined vehicle acceleration. The internal combustion engine for the vehicle is configured so that the ignition operation is restarted and the intake valve closing timing is controlled before the bottom dead center by the lift / operating angle variable mechanism and the phase variable mechanism during R / L traveling The control device Seki,
Immediately before the stop of the internal combustion engine due to vehicle operating conditions, the lift / operating angle of the intake valve is controlled to be smaller than the lift / operating angle during R / L traveling using the engine generated torque, and the center of the intake valve is controlled. The angle is controlled to be more advanced than the center angle during R / L travel using engine-generated torque, and the intake valve closing timing is before bottom dead center and during R / L travel using engine-generated torque. A control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle, characterized by being on the advance side with respect to the closing timing.

車両停止状態からの急発進の際に、上記のリフト・作動角で内燃機関のクランキングと燃料噴射および点火を開始した後、上記吸気弁の中心角を遅角させて、吸気弁閉時期を下死点に近づけるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置。 When suddenly starting from a vehicle stop state, after starting cranking and fuel injection and ignition of the internal combustion engine at the lift / operating angle, the intake valve closing timing is set by retarding the central angle of the intake valve. 3. The control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to claim 1, wherein the control is performed so as to approach the bottom dead center.

第２のモータによるモータ走行からの急加速の際に、上記のリフト・作動角で内燃機関のクランキングと燃料噴射および点火を開始した後、上記吸気弁の中心角を遅角させて、吸気弁閉時期を下死点に近づけるように制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置。 Upon sudden acceleration from the motor running by the second motor, after starting cranking, fuel injection and ignition of the internal combustion engine at the lift / operating angle, the center angle of the intake valve is retarded to The control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to claim 2, wherein the valve closing timing is controlled to approach the bottom dead center.

車両停止状態からの緩発進の際に、上記のリフト・作動角で内燃機関のクランキングを開始した後、所定回転数に達した時点で、燃料噴射および点火を開始するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関の負荷および回転数に対応した所定の進角位置に制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置。 At the time of slow start from the vehicle stop state, after starting cranking of the internal combustion engine at the lift / operating angle, fuel injection and ignition are started when a predetermined number of revolutions is reached, and the intake valve 3. The control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to claim 1, wherein the central angle is controlled to a predetermined advance position corresponding to the load and the rotational speed of the engine.

第２のモータによるモータ走行からの緩加速の際に、上記のリフト・作動角で内燃機関のクランキングを開始した後、所定回転数に達した時点で、燃料噴射および点火を開始するとともに、上記吸気弁の中心角を、機関の負荷および回転数に対応した所定の進角位置に制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置。 At the time of slow acceleration from the motor running by the second motor, after starting cranking of the internal combustion engine at the lift / operating angle, fuel injection and ignition are started when a predetermined number of revolutions is reached, 3. The control apparatus for an internal combustion engine for a vehicle according to claim 2, wherein the central angle of the intake valve is controlled to a predetermined advance position corresponding to the load and the rotational speed of the engine.

上記リフト・作動角可変機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと，上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御装置。The variable lift / operating angle mechanism includes an eccentric cam that is rotationally driven by a drive shaft, a link arm that is fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and an eccentric cam portion that is provided in parallel with the drive shaft. A pivotable control shaft comprising: a rocker arm that is rotatably mounted on an eccentric cam portion of the control shaft and is pivoted by the link arm; and is rotatably supported by the drive shaft, and A rocking cam that is connected to the rocker arm via a link and rocks with the rocker arm to press the tappet of the intake valve, thereby changing the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft. The control device for an internal combustion engine for a vehicle according to any one of claims 1 to 6 , wherein the lift and the operating angle of the intake valve are simultaneously increased or decreased.

上記位相可変機構は、上記駆動軸と同心に回転可能に配置され、かつチエーンもしくはタイミングベルトを介してクランクシャフトに従動するスプロケットと、このスプロケットと上記駆動軸との間に装着され、両者の相対的な位相を変化させる手段と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の車両用内燃機関の制御装置。The phase variable mechanism is disposed so as to be rotatable concentrically with the drive shaft, and is mounted between the sprocket and the drive shaft between a sprocket driven by a crankshaft via a chain or a timing belt, and relative to each other. The vehicle internal combustion engine control device according to claim 7 , further comprising: a means for changing a general phase.