JP5446706B2 - 内燃機関の制御方法および内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関に関し、更に詳しくは、吸気用、排気用またはその両方のバルブのリフト量の制御精度を向上させることが可能な流体圧式の可変動弁機構を有する内燃機関の制御方法および内燃機関に関する。

従来のディーゼル機関においては、シリンダ内への吸気およびシリンダ内からの排気のための吸気用および排気用のバルブの動作に際して、吸気用および排気用のバルブをカム駆動により開閉させている。カムシャフトは、エンジンの回転と同期して回転するため、吸気用および排気用のバルブの開閉時期はクランクアングルベースでは常に一定のタイミングとなっている。

ところで、近年、ディーゼル機関に対する排ガス規制や燃費規制は年々厳しくなっており、その規制値の達成には燃焼によるエンジン本体からの排出ガスの改善のみならず、エンジン本体からの排出後の排気管中に設置された排気後処理装置による排気ガスの浄化が必要となっている。

燃焼による排気ガス改善手法としては、燃料を圧縮行程早期に噴射し、着火までに混合期間を稼ぐ予混合ディーゼル燃焼を用いる方法が挙げられる。しかしながら、予混合ディーゼル燃焼は、着火が化学反応に依存するために着火時期の制御や高負荷域での適用が困難であるという問題がある。

また、排気後処理装置による排気ガスの浄化は触媒の温度に依存し、特に冷間始動時などにおいては触媒が活性化するまでにある程度の時間を要するという問題がある。

これらの問題に対して、吸気用および排気気用のバルブを従来のカムではなく流体圧により開閉し、吸気用および排気用のバルブの開閉時期を任意に設定することが可能な流体圧式の可変動弁機構の開発が進められている。この流体圧式の可変動弁機構では、高圧の作動流体を制御室に流入する時期および期間を制御することにより、吸気用および排気用のバルブの開閉時期およびリフト量を任意に設定している（例えば特許文献１，２参照）。

このような流体圧式の可変動弁機構を用いた場合、予混合ディーゼル燃料の着火制御や高負荷側での運転に際して吸気用のバルブの閉弁時期を遅角することによる有効圧縮比（圧縮端圧力）の低下が可能となり、また、排気後処理装置の昇温には排気用のバルブの開弁時期を燃焼期間中まで進角することによる高温の排気ガスの供給が可能となる。

しかしながら、流体圧式の可変動弁機構においては吸気用および排気用のバルブを流体圧のみによって開閉しているため、吸気用および排気用のバルブの開閉状態が外乱の影響を受け易い。特に、吸気用および排気用のバルブの開弁時においては、予め設定したバルブリフト量（設定バルブリフト量）を得るために必要なバルブ推力が、吸気用および排気用のバルブの前後（吸排気管側と気筒側）の圧力によって変化し、実際のバルブリフト量が要求値（目標値）からずれてしまう結果、気筒内の吸気量や吸気組成が変動する、という問題がある。

特開２００３−３２８７１３号公報 特開２００７−３２１７３７号公報

本発明の目的は、流体圧式の内燃機関における吸気用、排気用およびその両方のバルブのリフト量の制御精度を向上させることができる内燃機関の制御方法および内燃機関を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、制御室に作動流体を供給することによりクランクシャフトの回転角度に依存しない任意のタイミングで吸気用、排気用またはその両方のバルブを開閉する駆動装置を備える内燃機関の制御方法において、前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、前記内燃機関の気筒内および吸排気口内の圧力を計測するステップと、前記計測された圧力に基づいて、前記気筒内の圧力と前記吸排気口内の圧力との差圧を算出するステップと、前記差圧を用いて、前記吸気用または排気用のバルブの開弁過程におけるリフト量に対する開弁方向へかかる力を求め、前記吸気用または排気用のバルブの設定リフト量を得るために必要なバルブ推力を次式から算出するステップと、前記算出されたバルブ推力を用いて、前記作動流体の必要供給量を算出するステップと、前記算出された作動流体の必要供給量に従って前記制御室に前記作動流体を供給することにより、前記吸気用または排気用のバルブを前記設定リフト量で開くステップとを有する。

Ｗ：バルブ推力、Ｆｖ：開弁方向へかかる力、Ｌ：設定したリフト量

また、上記の内燃機関の制御方法において、前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、さらに、前記算出された作動流体の必要供給量を用いて、前記作動流体を前記制御室内に供給する期間を特性マップにより決定するステップを有する。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、制御室に作動流体を供給することによりクランクシャフトの回転角度に依存しない任意のタイミングで吸気用、排気用またはその両方のバルブを開閉する駆動装置を備える内燃機関において、前記内燃機関の気筒内の圧力を計測する第１圧力センサと、前記内燃機関の吸排気口の圧力を計測する第２圧力センサと、前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、前記第１、第２圧力センサにより測定された気筒内の圧力と吸排気口の圧力との差圧を算出し、この差圧を用いて、前記吸気用または排気用のバルブの開弁過程におけるリフト量に対する開弁方向へかかる力を求め、前記吸気用または排気用のバルブの設定リフト量を得るために必要なバルブ推力を次式から算出し、前記算出されたバルブ推力を用いて、前記作動流体の必要供給量を算出し、前記算出された作動流体の必要供給量に従って前記制御室に前記作動流体を供給することにより、前記吸気用または排気用のバルブを前記設定リフト量で開く制御部とを備えるものである。

Ｗ：バルブ推力、Ｆｖ：開弁方向へかかる力、Ｌ：設定したリフト量

また、上記の内燃機関において、前記制御部は、さらに、前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、前記算出された作動流体の必要供給量を用いて、前記作動流体を前記制御室内に供給する期間を特性マップにより決定する機能を備えるものである。

本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関によれば、流体圧式の可変動弁機構部を持つ内燃機関における吸気用、排気用またはその両方のバルブのリフト量の制御精度を向上させることができる。このため、予混合ディーゼル燃焼の領域拡大、排気後処理装置の迅速な昇温および燃焼効率の向上等を実現することができる。したがって、排気ガスを低減でき、また、燃費を改善することができる。

本発明の実施の形態の内燃機関の要部断面図である。 図１の内燃機関の可変動弁システムの一例の構成図である。 図１の内燃機関の制御行程を示すフロー図である。 図１の内燃機関の圧力状態を示す要部断面図である。 図２の可変動弁システムにおける可変動弁機構部の圧力状態を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態の内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に本実施の形態の内燃機関の要部断面図を示す。本実施の形態の内燃機関は、例えば、トラックのような自動車に搭載される直列４気筒のコモンレール式のディーゼルエンジン１として構成される。なお、本発明はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等に適用することもできる。

このディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１は、シリンダ（気筒）２内のピストン３の頂面に凹設されたキャビティ（燃焼室）４内において圧縮されて高温になった空気に燃料を供給して自己着火させ、この時の自己着火による燃焼で生じる膨張ガスによってピストン３を駆動させる構成を有している。

シリンダ２は、ピストン３の往復運動を誘導するとともに燃料ガスを収める円筒状の部品である。シリンダ２の内周面には図示しないライナが形成されている。シリンダ２においてライナの外側の肉厚部にはシリンダ冷却用の冷却媒体が流れる冷却通路２ａが形成されている。また、シリンダ２の内側上部には、シリンダ２内の圧力を計測する圧力センサ（第１圧力センサ）２ｂが設置されている。圧力センサ２ｂは、後述の電子制御ユニット（制御部：Engine Control Unit：以下、ＥＣＵという）に電気的に接続されている。

シリンダ２の内部には、ピストン３がシリンダ２の内周面のライナに沿って往復運動が可能な状態で設置されている。このピストン３の下部は、コネクティングロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に接続されている。このクランクシャフトにより、ピストン３の往復運動が回転運動に変換される。

このシリンダ２の上部のシリンダヘッド５において、ピストン３の頂面中央に対向する位置（シリンダ２およびピストン３の軸心Ｃ上）には、燃料をキャビティ４内に直接噴射するためのインジェクタ６が設置されている。

また、シリンダヘッド５においてインジェクタ６の左右には、吸気ポート（吸気口）７および排気ポート（排気口）８が設置されている。吸気ポート７は吸気管９に接続され、排気ポート８は排気管１０に接続されている。

また、吸気ポート７には、吸気ポート７内の圧力を計測する圧力センサ（第２圧力センサ）１１ａが設置され、排気ポート８には、排気ポート８内の圧力を計測する圧力センサ（第２圧力センサ）１１ｂが設置されている。圧力センサ１１ａ，１１ｂは、上記のＥＣＵに電気的に接続されている。

また、吸気ポート７側には吸気用のバルブ１４ａ（１４）が設置され、排気ポート８側には排気用のバルブ１４ｂ（１４）が設置されている。吸気用のバルブ１４ａは吸気ポート７を開閉し、排気用のバルブ１４ｂは排気ポート８を開閉する。なお、以下の説明では、吸気用のバルブ１４ａと排気用のバルブ１４ｂとを統合して吸排気用のバルブ１４と記す場合もある。

吸排気用のバルブ１４（１４ａ，１４ｂ）が図１の下方向に移動した時は開弁方向であり、図１の上方向に移動した時は閉弁方向である。これらの吸排気用のバルブ１４（１４ａ，１４ｂ）は、それぞれを駆動する可変動弁機構部（駆動装置）１５（１５ａ，１５ｂ）に機械的に接続されている。

次に、図２に、図１の可変動弁機構部１５を含む可変動弁システムの一例を示す。なお、図２では１個の可変動弁機構部１５（１５ａ，１５ｂ）および１個の吸排気用のバルブ１４（１４ａ，１４ｂ）を例示している。また、図中の矢印は作動油（作動流体）の流れを示している。

まず、燃料噴射系について説明する。燃料タンク１６は、フィルタ１７を介してフィードポンプ１８に接続されている。このフィードポンプ１８の出口にはリリーフ弁（圧力調整弁）１９が接続されており、フィードポンプ１８のフィード圧が一定に保たれている。フィード圧は常圧より大きい（すなわち、燃料は加圧された状態にある）が、後述のコモンレール圧よりは著しく小さい。

また、フィードポンプ１８の出口は、高圧ポンプ２０に接続されている。これにより、燃料タンク１６の燃料は、フィードポンプ１８により吸引された後、リリーフ弁１９により一定の圧力を保ちつつ、高圧ポンプ２０に送られるようになっている。

高圧ポンプ２０は、コモンレール２１に接続されており、高圧ポンプ２０からコモンレール２１に燃料が圧送される。コモンレール２１には、数１０〜数１００ＭＰａのコモンレール圧の高圧燃料が貯留される。コモンレール２１は、複数のインジェクタ６に接続されており、コモンレール２１から各インジェクタ６に上記の高圧燃料が常時供給される。コモンレール２１には、コモンレール圧を検出する圧力センサ（図示せず）が設置されている。この圧力センサは、ＥＣＵ２２に電気的に接続されている。また、インジェクタ６の電磁ソレノイドもＥＣＵ２２に電気的に接続されており、その動作がＥＣＵ２２により制御される。

ＥＣＵ２２は、エンジン１の運転における電気的な制御を総合的に行うためのマイクロコントローラである。ＥＣＵ２２には、エンジン１の運転状態（クランク角度、回転速度、エンジン負荷等）を検出するセンサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２２は、その各センサからの信号に基づいてエンジン１の運転状態を把握し、それに応じた駆動信号をインジェクタ６の電磁ソレノイドに送信することにより、インジェクタ６からの燃料の噴射を実行したり停止したりする。

次に、可変動弁機構部１５について説明する。可変動弁機構部１５は、油圧制御室（制御室）２５内に作動油を供給することによりカムを用いることなくクランクシャフトの回転角度に依存しない任意のタイミングと任意のリフト量とで吸排気用のバルブ１４を開閉する油圧（流体圧）式の可変動弁機構部を有している。なお、吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂのいずれか一方の可変動弁機構部１５ａ，１５ｂのみを油圧式の可変動弁機構部で構成し、他方の可変動弁機構部を、油圧機構を備えない従来技術の可変動弁機構部で構成しても良い。

可変動弁機構部１５のアクチュエータボディ（筐体）２６はシリンダヘッド５に固定されている。アクチュエータボディ２６の中心には軸心に沿って延びる孔２７ａが形成されている。この孔２７ａ内には、吸排気用のバルブ１４のステム部１４ｓがシール性を保ちつつ摺動可能な状態で挿入されている。このバルブ１４のステム部１４ｓの外周において軸方向の途中位置には、ステム部１４ｓの径方向に突出する鍔部１４ｇがステム部１４ｓの外周を一周するように形成されている。

この鍔部１４ｇ下面とシリンダヘッド５との間には、バルブ１４を閉弁方向（図２の上方向）に付勢するバルブスプリング２８が、ステム部１４ｓを囲繞するように、かつ、圧縮状態で設置されている。また、鍔部１４ｇ上面とアクチュエータボディ２６の底面との間には、バルブ１４を閉弁方向に吸引する磁石２９が、ステム部１４ｓを囲繞するように設置されている。

一方、アクチュエータボディ２６の孔２７ａ内において、吸排気用のバルブ１４のステム部１４ｓの上面側には、上記した油圧制御室２５が形成されている。この油圧制御室２５内の圧力（油圧）が制御されることにより、吸排気用のバルブ１４の開閉およびリフト量が制御される。例えば、油圧制御室２５内に作動油が供給されると、吸排気用のバルブ１４が開方向（図２の下方）に押され、その押圧力がバルブスプリング２８および磁石２９の付勢力を上回ると吸排気用のバルブ１４が開く。一方、油圧制御室２５から作動油が排出されると、吸排気用のバルブ１４は閉じる。この油圧制御室２５の底面、すなわち、ステム部１４ｓの上面は、作動油からの圧力を受ける受圧面となる。なお、作動油としては、例えばエンジン１の燃料と共通の軽油が使用されている。

この油圧制御室２５は、孔２７ａの内壁面からアクチュエータボディ２６の外壁面まで貫通する通路３０を通じてバルブユニット（第１作動弁）３１に接続されている。このバルブユニット３１には、低圧室３２の出口が接続されている。低圧室３２は、低圧作動油の供給源であり、その入口には、フィードポンプ１８の出口（リリーフ弁１９よりは下流で、高圧ポンプ２０よりは上流の位置）が接続されている。バルブユニット３１の電磁ソレノイドはＥＣＵ２２に電気的に接続されており、その動作がＥＣＵ２２により制御される。

また、バルブユニット３１には、逆止弁（第２作動弁）３３の入口が接続されている。この逆止弁３３の出口は、フィードポンプ１８の出口（リリーフ弁１９よりは下流で、高圧ポンプ２０よりは上流の位置）が接続されている。逆止弁３３は、入口側と出口側との圧力差に基づいて開弁し、入口側の圧力が出口側の圧力よりも予め設定された圧力分だけ高くなった場合のみ開くようになっている。この逆止弁３３の予め設定された圧力は、上記したフィード圧よりは高く、コモンレール圧よりは著しく低い値とされている。したがって、逆止弁３３は、その入口に低圧燃料が存在する場合は開かないが、その入口に高圧燃料が存在する場合は開く。

一方、油圧制御室２５の上方には、作動弁（第３作動弁）３５が設置されている。この作動弁３５は、油圧制御室２５への高圧燃料の供給または供給停止を切り換えるための装置であり、例えば圧力バランス式制御弁により構成されている。作動弁３５は、圧力バランス式制御弁に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばスプール弁であっても良い。

アクチュエータボディ２６の上部には、上記した孔２７ａよりも大径の孔２７ｂが孔２７ａに連通するように形成されている。この孔２７ｂには、作動弁３５のバランス弁（弁体）３６が、その軸心を吸排気用のバルブ１４の軸心と一致させた状態で、かつ、その軸心に沿って上下に移動可能な状態で配置されている。このバランス弁３６は、例えば孔２７ａよりも大径のニードル状に形成されており、その円錐面が油圧制御室２５に面している。

このバランス弁３６の上面には、軸シール部（図示せず）が形成されている。この軸シール部の下方であって、バランス弁３６の外壁面と孔２７ｂの内壁面との間には通路３８が形成されている。通路３８は、バランス弁３６の開弁（上方に移動）により油圧制御室２５に接続される。

また、軸シール部の上方には弁制御室３９が形成されている。バランス弁３６の上面は、弁制御室３９内の作動油の圧力が作用される受圧面となる。これらの通路３８および弁制御室３９は、高圧作動油の供給源であるコモンレール２１に接続され、常時、コモンレール圧の高圧燃料が供給される。

また、弁制御室３９内には、バランス弁３６を閉弁方向に付勢するバネ４１が圧縮状態で設置されている。また、弁制御室３９は、オリフィス４２を介してリターン通路４３に接続されている。このオリフィス４２の上方には、これを開閉する開閉弁４４が上下に移動可能な状態で設置されている。この開閉弁４４の上方には、開閉弁４４の上下動を制御する電磁ソレノイド４５と、開閉弁４４を閉弁する方向に付勢するスプリング４６とが設置されている。電磁ソレノイド４５は、ＥＣＵ２２に電気的に接続されており、その動作がＥＣＵ２２に制御される。通常、電磁ソレノイド４５がオフの時は、スプリング４６により開閉弁４４が下方に押しつけられ、オリフィス４２が閉じられる。一方、電磁ソレノイド４５がオンの時は、スプリング４６の付勢力に抗して開閉弁４４が上昇し、オリフィス４２が開かれる。電磁ソレノイド４５に代えて、圧電素子（ピエゾアクチュエータ）や超磁歪素子等を用いても良い。

次に、可変動弁機構部１５の動作例を説明する。

まず、吸排気用のバルブ１４を閉弁状態から開弁状態にする場合には、バルブユニット３１を閉じたまま（バルブユニット３１の電磁ソレノイドをオフにしたまま）、作動弁３５を開く（電磁ソレノイド４５をオンにする）。これにより、開閉弁４４が上昇し、オリフィス４２が開き、弁制御室３９の作動油がオリフィス４２を通じてリターン通路４３側に流れる。このため、弁制御室３９の圧力が低圧となるので、バランス弁３６が上昇し、弁座から離間する結果、通路３８が油圧制御室２５に連通し、コモンレール２１側から通路３８を通じて油圧制御室２５に高圧の作動油が流れる。この高圧の作動油により、吸排気用のバルブ１４の受圧面が押圧される。

次に、油圧制御室２５に対して作動油の出入りが無い場合は、吸排気用のバルブ１４は静止状態に維持される。これにより、吸排気用のバルブ１４を任意の期間だけ開弁状態に保持することができる。

次に、吸排気用のバルブ１４を閉弁する場合には、作動弁３５を閉じたまま（電磁ソレノイド４５をオフにしたまま）、バルブユニット３１を開く（バルブユニット３１の電磁ソレノイドをオンにする）。これにより、開閉弁４４が下降し、オリフィス４２が閉じられ、弁制御室３９からの作動油の排出が停止される。このため、弁制御室３９内の圧力が次第に高くなるので、バランス弁３６が下降し着座する。一方、油圧制御室２５の作動油は、通路３０を通じてバルブユニット３１に流れる。この時、逆止弁３３の開弁圧が、コモンレール圧よりも低い値に設定されているので、逆止弁３３が自ずと開き、作動油はフィードポンプ１８の出口側（リリーフ弁１９よりは下流で、高圧ポンプ２０よりは上流の位置）に排出される。このため、油圧制御室２５の圧力が下がり、吸排気用のバルブ１４は、バルブスプリング２８および磁石２９の付勢力により上昇し、閉じる。

次に、本実施の形態のエンジン１の制御方法について図１、図２および図３を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態のエンジン１では、図３のステップ１００に示すように、吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂの開弁時期に、シリンダ２内、吸気ポート７（または排気ポート８）内の圧力を、それぞれ圧力センサ２ｂ，１１ａ（１１ｂ）により計測する。

続いて、図３のステップ１０１に示すように、計測された圧力に基づいて、シリンダ２内の圧力と、吸気ポート７（または排気ポート８）内の圧力との差圧を算出する。

続いて、図３のステップ１０２に示すように、算出された差圧を用いて、吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂの設定リフト量を得るために必要なバルブ推力を算出する。すなわち、その圧力状態（算出された差圧）の時に、吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂのバルブ推力の値をどれくらいに設定すれば、実際の吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂのリフト量を、設定リフト量（要求値）にすることができるかを計算する。

続いて、図３のステップ１０３に示すように、算出されたバルブ推力を用いて、油圧制御室２５内に供給する作動油の必要供給量を算出する。すなわち、その算出されたバルブ推力を実現するために必要な作動油の供給量を算出する。

続いて、図３のステップ１０４に示すように、算出された作動油の必要供給量を用いて、作動油を油圧制御室２５内に供給する期間を特性マップにより決定する。すなわち、算出された作動油の必要供給量を油圧制御室２５内に供給するのにどれくらいの時間が必要かを事前に作成した特性マップにより決定する。

その後、このようにして算出された作動油の必要供給量および供給期間に従って油圧制御室２５に作動油を供給することにより、吸気用または排気用のバルブ１４ａ，１４ｂを設定リフト量で開く。

このような可変動弁機構部１５による吸排気用のバルブ１４の開弁動作におけるバルブ推力は、ＥＣＵ２２のロジックに下記の力学的物理式を加えることにより求める。これを図４および図５を参照しながら説明する。なお、図４は図１のエンジン１の圧力状態を示す要部拡大断面図、図５は図２の可変動弁機構部１５の圧力状態を示す要部拡大断面図をそれぞれ示している。また、ここでは吸気用のバルブ１４ａを例にして説明する。

図４に示すように、吸気ポート７側から吸気用のバルブ１４ａへの力をＦｐ、シリンダ２内からの吸気用のバルブ１４ａへの力をＦｃ、また、図５に示すように、油圧制御室２５内の高圧の作動油が吸気用のバルブ１４ａを押す力をＦｏ、磁石２９の吸引力をＦｍ、バルブスプリング２８の反力をＦｓとする。

この場合、吸気用のバルブ１４ａへの開弁方向へかかる力をＦｖとすると、Ｆｖは次式のように表される。
Ｆｖ＝Ｆｏ−（Ｆｃ−Ｆｐ）−（Ｆｍ＋Ｆｓ） ・・・（１）

ここで、油圧制御室２５へ供給する高圧の作動油の圧力をＰｏとし、油圧制御室２５に面している吸気用のバルブ１４ａの上面（ステム部１４ｓの上面）の直径をΦ１とすると、Ｆｏは、次式のように表される。
Ｆｏ＝Ｐｏ×（Φ１／２）^２×π ・・・（２）

また、式（１）の右辺の（Ｆｃ−Ｆｐ）はシリンダ２内および吸気ポート７にて圧力センサ２ｂ，１１ａにより計測した圧力Ｐｃ，Ｐｐを用い、吸気用のバルブ１４ａのシート径（バルブヘッドの直径）をΦ２とすると、次式のように表される。
Ｆｃ−Ｆｐ＝（Ｐｃ−Ｐｐ）×（Φ２／２）^２×π ・・・（３）

ただし、（Ｐｃ−Ｐｐ）は、吸気用のバルブ１４ａの開弁過程中に変動するため、ウェイブ（ＷＡＶＥ）などのような吸排気系シミュレーションによって特性マップを作成する必要がある。

また、開弁時のＰｃに関しては、圧力センサの応答性を考慮し、開弁時期の直前圧からポリトロープ変化と見なし開弁時のＰｃを算出することにする。

式（１）の右辺の最後の項、（Ｆｍ＋Ｆｓ）については、磁石２９の吸引力を事前に調査しておくことでＦｍの特性マップを作成し、バルブスプリング２８のバネ定数をｋ、取付時の長さを計測しておくことで、次式のように表される。
Ｆｓ＝ｋ×（リフト量＋取付長さ） ・・・（４）

以上の物理式を式（１）に適用することにより、吸気用のバルブ１４ａの開弁過程におけるリフト量に対するＦｖを求めることができる。

これにより、吸気用のバルブ１４ａを、設定したリフト量Ｌまで開弁させるために必要なバルブ推力Ｗ（Ｊ）は、次式のように表される。

上記の物理式をＥＣＵ２２に組み込み、算出された必要なバルブ推力を得るために必要な高圧作動油の供給量を算出し、さらに事前に作成した特性マップにより必要な高圧作動油の供給期間を決定する。

このように本実施の形態のエンジン１によれば、吸排気用のバルブ１４の前後にかかる圧力（吸気ポート７内または排気ポート８内の圧力と、シリンダ２内の圧力と）を考慮してバルブ推力を設定することができるので、油圧式の可変動弁機構部１５における吸排気用のバルブ１４のリフト量の制御精度を向上させることができる。このため、予混合ディーゼル燃焼の領域を拡大することができる。また、排気用のバルブ１４ｂの開弁時期を燃焼期間中まで進角することにより、高温の排気ガスを排気後処理装置に供給することができるので、排気後処理装置を迅速に昇温することができる。さらに、吸気量および吸気組成の精度を向上させることができるので、燃焼効率を向上させることができる。したがって、排気ガスを低減でき、また、燃費を改善することができる。

本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関は、吸排気口の圧力と、気筒内の圧力とを計測し、その圧力状態時において設定リフト量を実現するのに必要なバルブ推力を算出することにより、流体圧式の内燃機関における吸気用、排気用またはその両方のバルブのリフト量の制御精度を向上させることができるので、自動車等の内燃機関の制御方法および内燃機関に利用できる。

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ シリンダ（気筒）
２ｂ 圧力センサ（第１圧力センサ）
３ ピストン
４ キャビティ（燃焼室）
７ 吸気ポート（吸気口）
８ 排気ポート（排気口）
９ 吸気管
１０ 排気管
１１ａ，１１ｂ 圧力センサ（第２圧力センサ）
１４ａ 吸気用のバルブ
１４ｂ 排気用のバルブ
１４ｓ ステム部
１４ｇ 鍔部
１５，１５ａ，１５ｂ 可変動弁機構部
１６ 燃料タンク
１８ フィードポンプ
２０ 高圧ポンプ
２２ 電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御部）
２５ 油圧制御室（制御室）
２６ アクチュエータボディ
２７ａ，２７ｂ 孔
３０ 通路
３１ バルブユニット（第１作動弁）
３２ 低圧室
３３ 逆止弁（第２作動弁）
３５ 作動弁（第３作動弁）
３６ バランス弁（弁体）
３８ 通路
３９ 弁制御室

Claims (4)

1. 制御室に作動流体を供給することによりクランクシャフトの回転角度に依存しない任意のタイミングで吸気用、排気用またはその両方のバルブを開閉する駆動装置を備える内燃機関の制御方法において、
   前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、
   前記内燃機関の気筒内および吸排気口内の圧力を計測するステップと、
   前記計測された圧力に基づいて、前記気筒内の圧力と前記吸排気口内の圧力との差圧を算出するステップと、
   前記差圧を用いて、前記吸気用または排気用のバルブの開弁過程におけるリフト量に対する開弁方向へかかる力を求め、前記吸気用または排気用のバルブの設定リフト量を得るために必要なバルブ推力を次式から算出するステップと、
   前記算出されたバルブ推力を用いて、前記作動流体の必要供給量を算出するステップと、
   前記算出された作動流体の必要供給量に従って前記制御室に前記作動流体を供給することにより、前記吸気用または排気用のバルブを前記設定リフト量で開くステップとを有する内燃機関の制御方法。
   

   

   Ｗ：バルブ推力、Ｆｖ：開弁方向へかかる力、Ｌ：設定したリフト量
2. 前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、さらに、前記算出された作動流体の必要供給量を用いて、前記作動流体を前記制御室内に供給する期間を特性マップにより決定するステップを有する請求項１記載の内燃機関の制御方法。
3. 制御室に作動流体を供給することによりクランクシャフトの回転角度に依存しない任意のタイミングで吸気用、排気用またはその両方のバルブを開閉する駆動装置を備える内燃機関において、
   前記内燃機関の気筒内の圧力を計測する第１圧力センサと、
   前記内燃機関の吸排気口の圧力を計測する第２圧力センサと、
   前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、前記第１、第２圧力センサにより測定された気筒内の圧力と吸排気口の圧力との差圧を算出し、この差圧を用いて、前記吸気用または排気用のバルブの開弁過程におけるリフト量に対する開弁方向へかかる力を求め、前記吸気用または排気用のバルブの設定リフト量を得るために必要なバルブ推力を次式から算出し、前記算出されたバルブ推力を用いて、前記作動流体の必要供給量を算出し、前記算出された作動流体の必要供給量に従って前記制御室に前記作動流体を供給することにより、前記吸気用または排気用のバルブを前記設定リフト量で開く制御部とを備える内燃機関。
   

   

   Ｗ：バルブ推力、Ｆｖ：開弁方向へかかる力、Ｌ：設定したリフト量
4. 前記制御部は、さらに、前記吸気用または排気用のバルブの開弁時期に、前記算出された作動流体の必要供給量を用いて、前記作動流体を前記制御室内に供給する期間を特性マップにより決定する機能を備える請求項３記載の内燃機関。

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