(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気／排気バルブとバルブシートとの間の異物の噛み込みや、バルブないしバルブシートへのデポジットの堆積に対するフェイルセーフを実現する。【解決手段】気筒の燃焼室内圧力を検出可能であり、吸気バルブの閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒の一サイクル中の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている所定時期において検出した燃焼室内圧力が基準圧力よりも所定以上低くなった場合には、以後当該気筒の吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点に近づける方向に補正する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室内圧力を検出可能であり、吸気バルブの閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、
気筒の一サイクル中の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている所定時期において検出した燃焼室内圧力が基準圧力よりも所定以上低くなった場合には、以後当該気筒の吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点に近づける方向に補正する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できる可変バルブタイミング機構を備えたものが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気筒の吸気バルブまたは排気バルブとバルブシートとの間に異物を噛み込んだり、バルブないしバルブシートにデポジットが付着、堆積したりすると、気筒の気密性が十分に担保されなくなる。さすれば、圧縮行程や膨張行程において混合気が気筒から漏出してしまい、エンジントルクが低下して不当な回転変動が発生する。加えて、混合気の燃焼が不安定化し、失火しやすくなる。
【０００５】
本発明は、吸気／排気バルブとバルブシートとの間の異物の噛み込みや、バルブないしバルブシートへのデポジットの堆積に対するフェイルセーフを実現することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するべく、本発明では、気筒の燃焼室内圧力を検出可能であり、吸気バルブの閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒の一サイクル中の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている所定時期において検出した燃焼室内圧力が基準圧力よりも所定以上低くなった場合には、以後当該気筒の吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点に近づける方向に補正する内燃機関の制御装置を構成した。
【０００７】
即ち、吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている時期における燃焼室内圧力を検出し、これを基に気筒から吸気通路または排気通路への混合気の漏れの有無を判断して、混合気の漏れがあるならば吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点寄りとすることで実効圧縮比を少しでも高めるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吸気／排気バルブとバルブシートとの間の異物の噛み込みや、バルブないしバルブシートへのデポジットの堆積に対するフェイルセーフが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態における可変バルブタイミング機構を示す図。
【図３】同実施形態の制御装置による吸気バルブタイミングの補正制御の内容を説明する図。
【図４】同実施形態の制御装置による吸気バルブタイミングの補正制御の内容を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストローク（吸気−圧縮−膨張−排気の一連を一サイクルとする）エンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
【００１４】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブの開閉タイミングを変化させるものである。
【００１５】
可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００１６】
可変バルブタイミング機構６の液圧（油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
【００１７】
ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１２と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１１と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
【００１８】
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。
【００１９】
制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１２に供給される一方、既に遅角室６１１に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１２の容積が拡大、遅角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブのバルブタイミングが進角化する。
【００２０】
逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１１に供給される一方、既に進角室６１２に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１１の容積が拡大、進角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
【００２１】
総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が中立より大きいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く進角し、デューティ比が中立より小さいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く遅角する。
【００２２】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２３】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温（機関の温度を示唆する）を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、各気筒１の燃焼室内圧力を検出する筒内圧センサから出力される筒内圧信号ｈ等が入力される。
【００２４】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。
【００２５】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブタイミングといった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２６】
ＥＣＵ０は、そのときの内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気圧、吸気量、燃料噴射量）］等に基づき、吸気バルブの開閉タイミングの基本量を決定する。吸気バルブタイミングの制御の態様は、内燃機関がアトキンソン（ミラー）サイクルエンジンであるかオットーサイクルエンジンであるかによって異なる。アトキンソンサイクルエンジンでは、吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点よりも顕著に遅らせるが、そのタイミングは中負荷運転領域において最も遅角し、負荷が低くなるか高くなるほど進角する傾向にある。他方、オットーサイクルエンジンでは、通常、負荷または回転数が高くなるほど吸気バルブタイミングが進角する。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の運転領域等を規定するパラメータと、設定するべき吸気バルブタイミングの基本量との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の運転領域等をキーとして当該マップを検索し、吸気バルブタイミングの基本量を知得する。
【００２７】
そして、可変バルブタイミング機構６を操作してその吸気バルブタイミングを実現するのであるが、気筒１の圧縮行程ないし膨張行程にて混合気が燃焼室から吸気通路３または排気通路４に漏出していることを感知したときには、吸気バルブタイミングに補正を加えるフェイルセーフ制御を実行する。
【００２８】
本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている所定時期、例えば圧縮上死点のタイミングにおける当該気筒１の燃焼室内圧力を筒内圧センサを介して計測し、これを基準圧力と比較する。基準圧力は、混合気の漏れがないならば上記の所定時期に（即ち、圧縮上死点のタイミングで）具現されるであろう燃焼室内圧力である。この基準圧力は、そのときの運転領域、吸気温及び冷却水温等に応じて異なる。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の運転領域を規定するパラメータと、基準圧力との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の運転領域等をキーとして当該マップを検索し、基準圧力を知得する。
【００２９】
しかして、計測された燃焼室内圧力が基準圧力よりも低く、両者の差が所定以上であった場合には、圧縮行程ないし膨張行程にて混合気が吸気通路３または排気通路４に漏れていると判断し、以後、吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点に近づける方向に補正する。
【００３０】
即ち、図３に示すように、内燃機関の運転領域等に対応した吸気バルブタイミングの基本量による閉タイミングが吸気下死点よりも遅いならば、吸気バルブタイミングを進角補正する。これにより、気筒１の吸気下死点後に吸気バルブが開いている期間が短くなり、その分だけ気筒１の燃焼室内に貯留される吸気量が増加（吸気下死点後圧縮上死点に向けて上昇するピストンにより気筒１から吸気通路３に押し出される吸気量が減少）するので、実効圧縮比が高くなる。さすれば、吸気／排気バルブの気密性の低下による悪影響が軽減される。なお、図中、補正前の吸気バルブタイミングを破線で表し、補正後の吸気バルブタイミングを実線で表している。
【００３１】
翻って、図４に示すように、内燃機関の運転領域等に対応した吸気バルブタイミングの基本量による閉タイミングが吸気下死点よりも早いならば、吸気バルブタイミングを遅角補正する。これにより、吸気通路３から気筒１に吸気を吸入する期間が長くなり、燃焼室内に充填される吸気量が増加して、実効圧縮比が高くなる。
【００３２】
混合気の漏れを感知した場合に、吸気バルブタイミングの基本量に加味する進角／遅角補正量は、計測された燃焼室内圧力と基準圧力との差が大きいほど多くする。但し、それ以上吸気バルブタイミングを変更しても気筒１の実効圧縮比が高まらない量を上限とする。
【００３３】
本実施形態では、気筒１の燃焼室内圧力を検出可能であり、吸気バルブの閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構６が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒１の一サイクル中の吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じている所定時期において検出した燃焼室内圧力が基準圧力よりも所定以上低くなった場合には、以後当該気筒１の吸気バルブの閉タイミングを吸気下死点に近づける方向に補正する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３４】
本実施形態によれば、吸気／排気バルブとバルブシートとの間の異物の噛み込みや、バルブないしバルブシートへのデポジットの堆積により、気筒１のから吸気通路３または排気通路４に混合気が漏出するようになった場合に発生する、エンジントルクの低下及び回転変動、混合気の燃焼の不安定化を少しでも抑制することができ、車両等の走行性能の維持に寄与し得る。
【００３５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、気筒１の燃焼室内圧力の計測値と基準圧力との比較を通じた混合気の漏れの有無の判断処理は、内燃機関の運転中常時行ってもよいし、圧縮圧が安定する非燃焼時（燃料噴射を一時中断する燃料カット中や、機関始動のためのクランキングの開始直後等）に行ってもよい。
【００３６】
上記実施形態では、気筒１の圧縮上死点のタイミングにおける燃焼室内圧力の計測値を基準圧力と比較していたが、これ以外のタイミング（例えば、圧縮行程の最中）における燃焼室内圧力を比較するものとしてもよい。あるいは、圧縮行程ないし膨張行程のうちの一定の期間の燃焼室内圧力の計測値を積算（時間積分）し、これを基準圧力（積算量）と比較してもよい。
【００３７】
上記実施形態では、基準圧力をそのときの内燃機関の運転領域、吸気温及び冷却水温等に応じて設定していたが、これに代えて、基準圧力は単一値とし、当該基準圧力と比較する燃焼室内圧力の計測値をそのときの内燃機関の運転領域、吸気温及び冷却水温等に応じて調整するようにしてもよい。
【００３８】
可変バルブタイミング機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブ及び／または排気バルブをそれぞれ電磁ソレノイドバルブとしたものや、吸気バルブ及び／または排気バルブを開弁駆動する吸気カム及び／または排気カムをそれぞれ複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００３９】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
６…可変バルブタイミング機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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