JP5333784B2 - 車両の吸入空気量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の吸入空気量制御装置に係り、内燃機関においてオイル消費量の低減を図る技術に関する。

自動車（車両）に搭載される内燃機関（エンジン）は、スロットルバルブを閉じることによりエンジンの出力を低下させ車両の減速を行っている。
しかしながら、スロットルバルブを全閉にするとインテークマニフォールド（インマニ）内の圧力が負圧側に大きくなり、エンジンの吸気行程におけるシリンダ内の圧力も負圧側に大きくなる。シリンダ内の圧力が負圧側に大きくなるとピストンとシリンダとの隙間よりクランクケース内からシリンダ内にオイルが吸い込まれるオイル上がりが生じ、シリンダ内に導入される混合気の燃焼と一緒に当該オイルも燃焼することになり、オイル消費量が増大することが知られている。

このようなことから、車両の減速を検出すると、インマニ内の負圧が所定値以上とならないようにスロットルバルブ（スロットル弁）の開度を制御して、シリンダ内の負圧を抑制することにより、シリンダ内へのオイル上がりを抑制しオイル消費量を低減するエンジンの吸気制御装置が開発されている（特許文献１）。
また、インマニ内の負圧が所定値以上とならないように、予めスロットルバルブ等の開度を設定し、車両の減速時にスロットルバルブ等の開度が予め設定した開度より閉じないようにＦ／Ｂ制御、或いは予め設定した開度でクリップする技術も公知である。

特開２００５−１４７００９号公報

上述の如く、上記特許文献１の技術を可変動弁機構を採用したエンジンに適用すると、インマニ内の負圧が所定値以下であっても吸気弁の開閉時期やリフト量によってはシリンダ内の空気密度が小さい状態、即ちシリンダ内の圧力が負圧側に大きくなる状態となり、インマニ内の圧力に基づいてスロットルバルブの開度の制御を行ってもシリンダ内の圧力を制御することのできない運転領域が発生することとなり、制御精度の悪化によりオイル消費量が増大し好ましいことではない。

また、上述の公知技術では、スロットルバルブ等の開度を予め設定した開度より閉じないようにＦ／Ｂ制御、或いは予め設定した開度でクリップするようにしている。
しかしながら、例えば、高地等で大気圧の低い場合或いは外気温が高い場合には吸入空気の密度が低下するので、スロットルバルブ等の開度を予め設定した開度としても、インマニ内の負圧が当初設定した所定値よりも大きくなり、シリンダ内の負圧が増大し、オイル消費量が増大することとなり好ましいことではない。また、上記公知技術を可変動弁機構を採用したエンジンに適用すると、可変動弁の作動状態に応じてスロットルバルブ等の開度を予め設定する必要があり工数が増大し好ましいことではない。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、工数の増加を抑制しつつ制御精度を良くしオイル上がりを防止してシリンダ内でのオイル消費量を低減することのできる車両の吸入空気量制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の車両の吸入空気量制御装置は、車両の運転状況を検出する運転状況検出手段の検出結果に基づき該車両の運転状況を判定する運転状況判定手段と、内燃機関の吸気通路に設けられた吸気通路の開口面積を調整する吸気開口調整手段と、吸気弁の開閉特性を可変可能な可変動弁手段と、前記運転状況判定手段にて判定された運転状況に応じて前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とで前記内燃機関に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段の検出結果に基づき、該内燃機関の実際の充填効率である第１の充填効率を算出する第１充填効率算出手段と、大気圧を検出する大気圧センサと、前記大気圧センサの検出結果に基づき、前記内燃機関のシリンダ内を該大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率を算出する第２充填効率算出手段とを備え、前記吸入空気量制御手段は、前記運転状況判定手段にて前記車両が減速中と判定されると、前記第１充填効率算出手段にて算出された第１の充填効率及び前記第２充填効率算出手段にて算出された第２の充填効率に基づいて、前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする。

また、請求項２の車両の吸入空気量制御装置では、請求項１において、前記第１の充填効率と前記第２の充填効率との偏差を算出する偏差算出手段を備え、前記吸入空気量制御手段は、前記偏差算出手段にて算出された偏差が所定値以下となるように前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする。

また、請求項３の車両の吸入空気量制御装置では、請求項２において、前記可変動弁手段は、少なくとも吸気弁のリフト量が可変可能であって、前記吸入空気量制御手段は、前記偏差算出手段にて算出された偏差が所定値を越える場合に前記吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または前記可変動弁手段のリフト量を大きく制御することを特徴とする。
また、請求項４の車両の吸入空気量制御装置では、請求項１において、前記第１の充填効率と前記第２の充填効率との比率を算出する比率算出手段を備え、前記吸入空気量制御手段は、前記比率算出手段にて算出された比率が所定値以下となるように前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする。

また、請求項５の車両の吸入空気量制御装置では、請求項４において、前記可変動弁手段は、少なくとも吸気弁のリフト量が可変可能であって、前記吸入空気量制御手段は、前記比率算出手段にて算出された比率が所定値を越える場合に前記吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または前記可変動弁手段のリフト量を大きく制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、車両が減速中と判定されると吸入空気量より算出される実際の充填効率である第１の充填効率及び内燃機関のシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率に基づいて吸気開口調整手段と可変動弁手段とを制御している。
このように、第１の充填効率及び第２の充填効率に基づいて吸気開口調整手段と可変動弁手段とを制御しているので、インマニの負圧に関係なくシリンダ内の負圧を調整することができる。

従って、シリンダ内へのオイル上がりを抑制することができるのでオイル消費量を低減することができる。
また、請求項２の発明によれば、吸入空気量より算出される実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率から偏差を算出し、該偏差が所定値以下となるように吸気開口調整手段と可変動弁手段とを制御している。

このように、実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率の偏差によりシリンダ内の状態を判断し吸入空気量を調整しているので、大気圧及び外気温等による影響を抑制しシリンダ内の負圧を調整することができる。
従って、制御精度を良くしてオイル消費量を低減することができる。

また、請求項３の発明によれば、可変動弁手段を採用する内燃機関において、実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率の偏差でシリンダ内の状態を判断して吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または可変動弁手段のリフト量を大きく制御し、シリンダ内の圧力の調整を行っているので、従来の如くインマニ内の負圧が所定値以下で、吸気弁が低リフトであり、シリンダ内の圧力が負圧側に大きくなってしまうような状態であっても、シリンダ内の圧力を精度良く所定値に制御することができる。さらに、従来は可変動弁機構の作動状態により予め吸気開口調整手段の開度を設定する必要があったが、シリンダ内の圧力を精度良く制御することができるので予め吸気開口調整手段の開度を設定する必要がなくなり、工数の増大を抑制しつつオイル消費量を低減することができる。

また、請求項４の発明によれば、吸入空気量より算出される実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率から比率を算出し、該比率が所定値以下となるように吸気開口調整手段と可変動弁手段とを制御している。
このように、実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率の比率によりシリンダ内の状態を判断し吸入空気量を調整しているので、請求項２と同様に大気圧及び外気温等による影響を抑制しシリンダ内の負圧を調整することができる。

従って、制御精度を良くしてオイル消費量を低減することができる。
また、請求項５の発明によれば、可変動弁手段を採用する内燃機関において、実際の充填効率である第１の充填効率とシリンダ内を大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率の比率でシリンダ内の状態を判断して吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または可変動弁手段のリフト量を大きく制御し、シリンダ内の圧力の調整を行っているので、従来の如くインマニ内の負圧が所定値以下で、吸気弁が低リフトであり、シリンダ内の圧力が負圧側に大きくなってしまうような状態であっても、請求項３と同様にシリンダ内の圧力を精度良く所定値に制御することができる。さらに、従来は可変動弁機構の作動状態により予め吸気開口調整手段の開度を設定する必要があったが、シリンダ内の圧力を精度良く制御することができるので予め吸気開口調整手段の開度を設定する必要がなくなり、工数の増大を抑制しつつオイル消費量を低減することができる。

本発明に係る車両の吸入空気量制御装置の概略構成図である。 本発明に係る車両の吸入空気量制御装置におけるＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。 本発明に係る吸入空気量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両の吸入空気量制御装置の概略構成図を示し、図２は、本発明に係る車両の吸入空気量制御装置におけるＥＣＵの内部構成を示すブロック図を示している。
以下、本発明の実施の形態の車両の吸入空気量制御装置の構成を説明する。

図１に示すように、エンジン１（内燃機関）は、吸気管噴射型の４サイクル直列４気筒型エンジンであり、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
図１に示すように、エンジン１はシリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。

シリンダブロック２に形成されているシリンダ４内には上下摺動可能にピストン５が設けられている。当該ピストン５はクランクケース１０内においてコンロッド６を介してクランクシャフト７に連結されている。
また、エンジン１には、当該エンジン１の回転速度を検出するクランク角センサ（運転状況検出手段）８が設けられている。

また、シリンダヘッド３とシリンダ４とピストン５で燃焼室９が形成されている。
シリンダヘッド３には、燃焼室９に臨むようにして図示しない点火プラグが設けられている。
また、シリンダヘッド３には、燃焼室９からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１１が形成されており、燃焼室９からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート１２が形成されている。

また、シリンダヘッド３には、燃焼室９と吸気ポート１１との連通及び遮断を行う吸気弁１３、燃焼室９と排気ポート１２との連通及び遮断を行う排気弁１４がそれぞれ設けられている。
そして、シリンダヘッド３上部には、吸気弁１３の開閉タイミングとバルブリフト量とを連続的に可変することのできる連続可変リフト式の可変動弁機構（可変動弁手段）１５が設けられている。また、排気弁１４を開閉駆動させるロッカアーム１６とロッカアーム１６を作動させるカム１７が設けられている。

当該可変動弁機構１５は、制御シャフト１８を電動モータ１９で駆動させることにより、吸気弁１３のバルブリフト量・開閉タイミングを自在に可変させることが可能である。
また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１１と連通するように吸気マニホールド２１が接続されている。
当該吸気マニホールド２１には吸気ポート１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０が設けられている。

また、当該吸気マニホールド２１の吸気上流端には吸気管２２が接続されている。
当該吸気管２２には、開口面積を調整し、吸気管へ流入する空気量を制限する電子制御スロットルバルブ（吸気開口調整手段）２３が設けられている。当該電子制御スロットルバルブ２３には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ２４が備えられている。

また、吸気管２２の上流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ（吸入空気量検出手段）２５及び吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２６が設けられ、吸気管２２の吸気上流端にはエアクリーナ２７が設けられている。
一方、シリンダヘッド３の他側面には排気ポート１２と連通するように排気マニホールド２８が接続されている。当該排気マニホールド２８の排気下流端に図示しない排気管が接続されている。

そして、上記クランク角センサ８、スロットルポジションセンサ２４、エアフローセンサ２５、吸気温センサ２６、エンジン１の加減速操作を行うアクセルペダル３０のアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ（運転状況検出手段）３１、車両の車速を検出する車速センサ（運転状況検出手段）３２及び大気圧を検出する大気圧センサ３３等の各種センサ類は、車両に搭載されている電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０の入力側に電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報が当該ＥＣＵ４０に入力される。

一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上記点火プラグ、電動モータ１９、燃料噴射弁２０、電子制御スロットルバルブ２３等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算されたスロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、吸気弁１３のバルブタイミング及びバルブリフト等の指令がそれぞれ出力される。

詳しくは、図２を参照すると、本発明に係る車両の吸入空気量制御装置におけるＥＣＵ４０の内部構成がブロック図で示されており、以下、同図に基づきＥＣＵ４０の入出力関係について説明する。
ＥＣＵ４０は、クランク角センサ８、アクセルポジションセンサ３１、車速センサ３２での検出値に基づいて、運転状況判定部（運転状況判定手段）４１にて車両が加速状態であるのか、減速状態であるのか等の車両の運転状況を判定する。

また、クランク角センサ８、エアフローセンサ２５、吸気温センサ２６での検出値に基づいて、実充填効率算出部（第１充填効率算出手段）４２にて実際にシリンダ４に吸入される空気量より、実際の充填効率である実充填効率（実Ｅc、第１の充填効率）を算出する。
また、大気圧センサ３３での検出値に基づいて、大気圧相当充填効率算出部（第２充填効率算出手段）４３にてシリンダ４内を大気圧とした場合、即ちシリンダ４内が大気圧の空気で満たされた状態での充填効率である大気圧相当充填効率（大気圧相当Ｅc、第２の充填効率）を算出する。

ここで充填効率は、標準状態でのシリンダ４の容積に対するシリンダ４内に吸入された空気量（体積）の比であり、充填効率が低い場合にはシリンダ４内に吸入されて空気量が少なく、シリンダ４内の空気密度が低くなる。即ち充填効率が１００％より低ければシリンダ４内は負圧となる。また、シリンダ４内が大気圧であれば充填効率は、ほぼ１００％となる。

また、実充填効率算出部４２にて算出された実Ｅcと大気圧相当充填効率算出部４３にて算出された大気圧相当Ｅcとに基づいて、偏差算出部（偏差算出手段）４４にて偏差である充填効率偏差を算出する。
そして、吸入空気量制御部（吸入空気量制御手段）４５にて運転状況判定部４１での車両の運転状況の判定結果と偏差算出部４４にて算出された充填効率偏差とに基づいて、シリンダ４内の空気の状態を判定し吸入空気量を調整するべく電子制御スロットルバルブ２３や可変動弁機構へ制御信号を供給する。

以下、このように構成された本発明に係る車両の吸入空気量制御装置の作用及び効果について詳細に説明する。
図３は、ＥＣＵ４０の実行する吸入空気量制御の制御ルーチンを示すフローチャートを示す。
図３に示すように、ステップＳ１０では、運転状況判定部４１にてクランク角センサ８、アクセルポジションセンサ３１、車速センサ３２の検出値に基づき、車両が減速中か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で車両が減速中であれば、ステップＳ１２に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）であれば、当該ルーチンを抜ける。

ステップＳ１２では、実充填効率算出部４２にてクランク角センサ８、エアフローセンサ２５、吸気温センサ２６の検出値に基づき、実Ｅcを算出する。
ステップＳ１４では、大気圧相当充填効率算出部４３にて大気圧センサ３３の検出値に基づき、大気圧相当Ｅcを算出する。
ステップＳ１６では、偏差算出部４４にて大気圧相当Ｅcから実Ｅcを減算し、充填効率偏差を算出する。

ステップＳ１８では、吸入空気量制御部４５にて充填効率偏差が所定偏差以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で充填効率偏差が所定偏差（所定値）以下であれば、当該ルーチンを抜ける。判別結果が偽（Ｎｏ）で充填効率偏差が所定偏差より大きければ、ステップＳ２０に進み、充填効率偏差が所定偏差以下となるように電子制御スロットルバルブ２３の開度を調整し、ステップＳ１２へ戻る。

なお、電子制御スロットルバルブ２３の開度ではなく可変動弁機構１５の開閉特性を調整しても良く、また、電子制御スロットルバルブ２３の開度と可変動弁機構１５の開閉特性の両方を調整して良い。この場合、可変動弁機構１５の開閉特性の調整は、シリンダ内への吸入空気量の変化に最も影響のある吸気弁１３のリフト量を調整することが好ましい。

このように、本発明に係る車両の吸入空気量制御装置によれば、クランクケース１０内の圧力を大気圧とみなし、実際の充填効率である実Ｅcとシリンダ４内を大気圧とした場合の充填効率である大気圧相当Ｅcとの偏差である充填効率偏差が所定偏差より大きい場合には、実際のシリンダ４内の空気密度が小さく負圧が大きいことを表しており、電子制御スロットルバルブ２３の開度を調整し、充填効率偏差が所定偏差以下となるようにしている。

これにより、可変動弁機構１５を採用したエンジン１においても、充填効率偏差に基づいて電子制御スロットルバルブ２３の開度を調整することや可変動弁機構１５のリフト量を調整することによりによりシリンダ４内の圧力を一定圧力以上に保つことができる。
従って、本発明に係る車両の吸入空気量制御装置によれば、
（１）充填効率偏差に基づき電子制御スロットルバルブ２３の開度や可変動弁機構１５のリフト量を調整しているので、高地や外気温が高く吸入空気の空気密度が低下するような状態及び吸気弁が低リフトでシリンダ内の空気密度が小さくなる状態であっても、シリンダ４内の圧力を精度良く制御してオイル上がりを防止することができ、オイル消費量を低減することができる。
（２）充填効率偏差に基づき電子制御スロットルバルブ２３の開度を調整しているので、可変動弁機構１５の可変動弁の作動状態により電子制御スロットルバルブ２３の開度を予め設定する必要が無く、工数を低減しつつオイル消費量を低減することができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、吸気弁のリフト量を可変する可変動弁機構１５を採用したエンジン１としているが、これに限定されるものではなく、吸気弁の開閉タイミングやリフト期間が可変することによりシリンダ内へ吸入される空気量が変化する可変動弁機構を採用したエンジンであっても良い。

また、上記実施形態では、偏差算出手段として大気圧相当Ｅcから実Ｅcを減算して充填効率偏差を算出したが、大気圧相当Ｅcと実Ｅcの差異が明確になる指数であればどのような指数を用いても良い。具体的には、このような指数として、例えば大気圧相当Ｅcと実Ｅcとの比率を用いるようにしてもよく、この場合、大気圧相当Ｅcに対する実Ｅcの比率が所定比率（所定値）より大きければ、比率が所定比率以下となるように電子制御スロットルバルブ２３の開度を調整すればよい。

また、上記実施形態では、大気圧相当Ｅc（第２の充填効率）と実Ｅc（第１の充填効率）とに基づいて制御を行うようにしているが、実Ｅc（第１の充填効率）のみに基づいて制御を行うようにしてもよい。即ち、実Ｅcのみに基づいて電子制御スロットルバルブ２３の開度や可変動弁機構１５のリフト量を調整するようにしてもよい。

１ エンジン（内燃機関）
８ クランク角センサ（運転状況判定手段）
１５ 可変動弁機構（可変動弁手段）
２３ 電子制御スロットルバルブ（吸気開口調整手段）
２５ エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
２６ 吸気温センサ
３１ アクセルポジションセンサ（運転状況判定手段）
３２ 車速センサ（運転状況判定手段）
３３ 大気圧センサ
４０ ＥＣＵ
４１ 運転状況判定部（運転状況判定手段）
４２ 実充填効率算出部（第１充填効率算出手段）
４３ 大気圧相当充填効率算出部（第２充填効率算出手段）
４４ 偏差算出部（偏差算出手段）
４５ 吸入空気流量制御部（吸入空気量制御手段）

Claims (5)

1. 車両の運転状況を検出する運転状況検出手段の検出結果に基づき該車両の運転状況を判定する運転状況判定手段と、
   内燃機関の吸気通路に設けられた吸気通路の開口面積を調整する吸気開口調整手段と、
   吸気弁の開閉特性を可変可能な可変動弁手段と、
   前記運転状況判定手段にて判定された運転状況に応じて前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とで前記内燃機関に吸入される吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段の検出結果に基づき、該内燃機関の実際の充填効率である第１の充填効率を算出する第１充填効率算出手段と、
   大気圧を検出する大気圧センサと、
   前記大気圧センサの検出結果に基づき、前記内燃機関のシリンダ内を該大気圧とした場合の充填効率である第２の充填効率を算出する第２充填効率算出手段とを備え、
   前記吸入空気量制御手段は、前記運転状況判定手段にて前記車両が減速中と判定されると、前記第１充填効率算出手段にて算出された第１の充填効率及び前記第２充填効率算出手段にて算出された第２の充填効率に基づいて、前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする車両の吸入空気量制御装置。
2. 前記第１の充填効率と前記第２の充填効率との偏差を算出する偏差算出手段を備え、
   前記吸入空気量制御手段は、前記偏差算出手段にて算出された偏差が所定値以下となるように前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする、請求項１に記載の車両の吸入空気量制御装置。
3. 前記可変動弁手段は、少なくとも吸気弁のリフト量が可変可能であって、
   前記吸入空気量制御手段は、前記偏差算出手段にて算出された偏差が所定値を越える場合に前記吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または前記可変動弁手段のリフト量を大きく制御することを特徴とする、請求項２に記載の車両の吸入空気量制御装置。
4. 前記第１の充填効率と前記第２の充填効率との比率を算出する比率算出手段を備え、
   前記吸入空気量制御手段は、前記比率算出手段にて算出された比率が所定値以下となるように前記吸気開口調整手段と前記可変動弁手段とを制御することを特徴とする、請求項１に記載の車両の吸入空気量制御装置。
5. 前記可変動弁手段は、少なくとも吸気弁のリフト量が可変可能であって、
   前記吸入空気量制御手段は、前記比率算出手段にて算出された比率が所定値を越える場合に前記吸気開口調整手段の開口面積を大きく、または前記可変動弁手段のリフト量を大きく制御することを特徴とする、請求項４に記載の車両の吸入空気量制御装置。

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