(57)【要約】【課題】この発明は、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることが可能であり、特に、低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることが可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を実現することを目的とする。【解決手段】この発明は、吸気バルブの開閉タイミングを、内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段を備え、このエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値未満の場合には、制御手段による制御を停止し、進角量を最遅角値とし、エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値以上の場合には、制御手段により進角量を決定することを特徴とする。【選択図】図２
2008095632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの開閉タイミングを、内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段を備え、このエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値未満の場合には、前記制御手段による制御を停止し、進角量を最遅角値とし、前記エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値以上の場合には、前記制御手段により進角量を決定することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記設定負荷値は、進角量を最遅角値とした時の燃料消費量よりも進角した時の方が燃料消費量が低くなり始める値とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関のバルブタイミング制御装置に係り、特に、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることが可能であり、特に低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることが可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関には、吸気バルブの開閉タイミングを内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段を備えたバルブタイミング制御装置を設けているものがある。バルブタイミング制御装置は、吸気バルブの開閉タイミングを内燃機関の運転状態に応じて制御することにより、ポンピングロスの低減を図ることができる。
【０００３】
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、内燃機関の運転状態が低負荷以外のときには、バイパス通路を閉鎖して燃焼室への補助空気の供給を停止するとともに吸気バルブの閉弁タイミングを予め設定したタイミングにし、内燃機関の運転状態が低負荷のときには、吸気バルブとスロットルバルブとの間の吸気管圧力を大気圧よりもわずかに低い所定圧にすべく燃焼室へ補助空気を供給するとともに、吸入空気量を調整すべく吸気バルブの閉弁タイミングを前記低負荷以外のときのタイミングと異なるタイミングに変更することで、低負荷時におけるポンピングロスを低減しつつ、機関出力の低下を防止して燃費向上を図るものがある。
【特許文献１】特開平５−７１３７０号公報
【０００４】
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置としては、低回転・低負荷運転時に吸気弁の閉弁時期遅延を行う内燃機関で、低回転・高負荷時にはバルブリフトの減少を伴わずに吸気弁の開弁期間を短縮することで、出力低下を防止、広い運転範囲で燃費の向上と出力の増大を得ることができるものがある。
【特許文献２】特開平５−５４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、吸気バルブのカム位相（開閉タイミング）を連続的に進角させるカム位相可変機構を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置においては、一般的に、エンジン回転数とエンジン負荷（吸入空気量等）とから、吸気バルブの目標となる進角量を設定している。その進角量は、高スロットル開度域以外では、燃費率が最小となる値を設定する。
図４は、バルブタイミングの進角量と燃費率との関係を示す図である。中負荷域での吸気バルブの開閉タイミングの進角量に対する燃費率の傾向は、進角量の小さい領域で一旦燃費が悪化し、更に進角すると燃費率が向上し、更に進角するとトルク変動により悪化する傾向となる。一方、低負荷域では、進角するとトルク変動が出易く、最遅角値の位置が最適な進角量となる。このため、進角量は、低負荷域と中負荷域とで、最適燃費となる進角量が急変する問題がある。
内燃機関は、エンジン運転状態により設定した目標進角量のマップ上で、燃費要求通り進角量が急変するように設定すると、実進角量の変化によりエンジン負荷が変化してマップ点が移動し、再び目標進角量が変化することを繰り返し、トルクが変動することがあった。このため、従来では、マップ上の進角量をなだらかに設定する必要があり、これにより、燃費の悪い進角量を使用する状態が発生していた（図２の点線参照）。
【０００６】
この発明は、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることが可能であり、特に低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることが可能な内燃機関のバルブタイミング制御装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、吸気バルブの開閉タイミングを、内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段を備え、このエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値未満の場合には、前記制御手段による制御を停止し、進角量を最遅角値とし、前記エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が、設定負荷値以上の場合には、前記制御手段により進角量を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、エンジン負荷が設定負荷値未満の場合には、制御手段による制御を停止し、進角量を最遅角値とし、エンジン負荷が設定負荷値以上の場合には、制御手段により進角量を決定することで、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることが可能である。特に、低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、エンジン負荷が設定負荷値未満の場合には、進角量を最遅角値とし、エンジン負荷が設定負荷値以上の場合には、制御手段により進角量を決定することで、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることを可能とし、特に低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることを可能とするものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１は内燃機関のバルブタイミング制御装置の制御フローチャート、図２はエンジン負荷と進角量との関係を示す図、図３は内燃機関のバルブタイミング制御装置のシステム構成図である。
図３において、１は車両に搭載される内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダ、５はピストン、６はコンロッド、７はクランク軸、８は燃焼室である。内燃機関１は、シリンダヘッド３に燃焼室８に連通する吸気ポート９と排気ポート１０とを設け、吸気ポート９と排気ポート１０とを夫々開閉する吸気バルブ１１と排気バルブ１２とを設けている。吸気バルブ１１と排気バルブ１２とは、吸気カム軸１３に設けた吸気カム１４と排気カム軸１５に設けた排気カム１６とにより夫々開閉駆動される。また、シリンダヘッド３には、燃焼室８に臨ませて点火プラグ１７を取付けている。点火プラグ１７は、点火コイル１８に接続されている。
内燃機関１は、吸気ポート９に連通する吸気通路１９を形成した吸気管２０の一端側をシリンダヘッド３に接続し、他端側をエアクリーナ２１に接続している。吸気管２０は、途中にスロットルバルブ２２を設け、シリンダヘッド３側に吸気通路１９に臨ませて且つ吸気バルブ１１に指向させてインジェクタ２３を取付けている。また、内燃機関１は、排気ポート１０に連通する排気通路２４を形成した排気管２５の一端側をシリンダヘッド３に接続している。排気管２５には、触媒２６を介装している。
この内燃機関１は、吸気カム軸１３にカム位相可変機構２７を備えている。カム位相可変機構２７は、吸気バルブ１１に対する吸気カム軸１３に設けた吸気カム１４のカム位相（開閉タイミング）を連続的に進角させる。このカム位相可変機構２７には、カム位相を変化させるための油圧機構２８を接続している。油圧機構２８は、カム位相可変機構２７に油圧を給排して作動させ、吸気バルブ１１に対する吸気カム軸１３に設けた吸気カム１４のカム位相を最遅角値から連続的に進角させるように変化させる。
内燃機関１には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２９を設け、スロットルバルブ２２のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３０を設け、排気管２５に排気中の空燃比を検出する空燃比センサ３１を設け、エンジン回転数を検出するためにクランク軸７のクランク角を検出するクランク角センサ３２を設け、吸気カム軸１３に設けた吸気カム１４のカム角を検出するカム角センサ３３を設けている。
前記点火コイル１８と、インジェクタ２３と、油圧機構２８と、エアフローセンサ２９と、スロットル開度センサ３０と、空燃比センサ３１と、クランク角センサ３２と、カム角センサ３３とは、内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４を構成する制御手段３５に接続している。制御手段３５は、各種センサ２９〜３３から信号を入力し、油圧機構２８によりカム位相可変機構２７に油圧を給排して作動させ、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量を内燃機関１の運転状態に応じて進角させるように制御する。
この内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、制御手段３５にエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段３６を備えている。エンジン負荷検出手段３６は、例えばエアフローセンサ２９の検出する吸入空気量からエンジン負荷を検出する。制御手段３５には、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量の制御を停止する条件として、設定負荷値を設定している。
バルブタイミング制御装置３４は、エンジン負荷検出手段３６により検出されたエンジン負荷が設定負荷値未満の場合には、制御手段３５による吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量の制御を停止し、進角量を最遅角値とする。また、バルブタイミング制御装置３４は、エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負荷が設定負荷値以上の場合には、制御手段３５により吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量を内燃機関１の運転状態に応じて決定する。
前記設定負荷値は、進角量を最遅角値とした時の燃料消費量よりも進角した時の方が燃料消費量が低くなり始める値とする。この設定負荷値は、図２に示すように、ヒステリシスを設定している。
【００１１】
次に作用を説明する。
内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、制御手段３５によって、図１に示すように、制御がスタートすると（Ｓ０１）、現在のエンジン回転数から設定負荷値を算出し（Ｓ０２）、現在のエンジン負荷が設定負荷値以上であるか否かを判断する（Ｓ０３）。
この判断（Ｓ０３）がＹＥＳの場合は、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量を内燃機関１の運転状態（エンジン負荷・エンジン回転数）に応じて決定し（Ｓ０４）、この進角量を目標値としてカム位相可変機構２７を作動させて吸気バルブ１１の開閉タイミングをフィードバック制御し、エンドにする（Ｓ０５）。
この判断（Ｓ０３）がＮＯの場合は、カム位相可変機構２７の作動を停止して吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角の制御を停止し、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量を最遅角値とし（Ｓ０６）、エンドにする（Ｓ０５）。
【００１２】
このように、内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、図２に示すように、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角させるエンジン負荷条件に、負荷下限条件を設けている。エンジン負荷の負荷下限条件の値は、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角した方が、最遅角値よりも燃費が良くなり始める負荷値（設定負荷値）とする。
【００１３】
ここで、エンジン負荷の負荷下限条件について説明する。
内燃機関１は、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角していくと、排気バルブ１２とのオーバーラップが増加し、内部ＥＧＲが増加してポンピングロスが減少する一方で、吸気バルブ１１の閉じタイミングが早くなり、吸気の噴き返しが減少してポンピングロスが増加するため、図４に示すように、一旦燃費率が悪化してから向上する傾向となる。よって、燃費率は、吸気カム１４・排気カム１６の形状やエンジン負荷・エンジン回転数等によって変化することになる。
また、内燃機関１は、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角して内部ＥＧＲが増加しすぎると、燃焼が不安定となり、燃費率が悪化する。これは、燃費率が主にエンジン負荷に依存し、エンジン負荷が低いほど内部ＥＧＲが入り易く、また燃焼が不安定となり易いためであり、小さい進角量で燃費が悪化する。また、燃費率は、エンジン回転数や燃焼室・吸気ポート形状にも影響を受ける。
以上のポンピングロスの傾向と燃焼不安定の傾向から、低負荷では、ポンピングロスが最遅角値の位置のポンピングロスより減少する進角量よりも小さい進角量で燃焼不安定となるため（低負荷では、進角量が最遅角位置のポンピングロスの値よりポンピングロスが減少し始める値よりも進角量が少ない側では燃焼が不安定となるため）、最遅角値の位置が最良燃費となり、最遅角値の位置よりポンピングロスが減少する進角量まで進角できるエンジン負荷以上では、燃焼不安定となる手前の進角量が最良燃費となる。
以上のことから、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量を最遅角値から進角に切り替えるエンジン負荷の負荷下限条件値は、同じ内燃機関１では主にエンジン回転数により異なる。また、吸気カム１４・排気カム１６やその他の形状が変更されれば、負荷下限条件値も変化する。
【００１４】
この内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、負荷下限条件値（設定負荷値）未満のエンジン負荷では、エンジン回転数・エンジン負荷による目標進角量マップによる進角値によらず、カム位相可変機構２７の作動を停止させて、進角量を最遅角値とする。また、内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、負荷下限条件値（設定負荷値）以上のエンジン負荷では、進角量を目標進角量マップ値で制御し、目標進角量マップ値は最適燃料消費量となる進角量を設定する。負荷下限条件値未満のマップ値も、負荷下限条件値以上の領域からなだらかに変化する値を設定しておく。
負荷下限条件値（設定負荷値）には、図２に示すようにヒステリシスを設け、カム位相可変機構２７の作動により負荷変化があっても、カム位相可変機構２７の作動・停止が切り替わらないようにする（図２の実線）。
以上により、吸気バルブ１１の開閉タイミングの進角量は、エンジン負荷が負荷下限条件値（設定負荷値）未満では最遅角値の位置となり、エンジン負荷が増加して負荷下限条件値以上となると、一気にマップ値の位置まで進角し、また、エンジン負荷が減少して負荷下限条件値−ヒステリシス未満となると、一気に最遅角値の位置に遅角する動きとなる。これにより、この内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、負荷領域によらず常時最高燃費率となる進角量を使用することができる。
【００１５】
このように、この内燃機関１のバルブタイミング制御装置３４は、エンジン負荷が設定負荷値未満の場合には、制御手段３５による制御を停止し、進角量を最遅角値とし、エンジン負荷が設定負荷値以上の場合には、制御手段３５により進角量を決定することで、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることが可能である。特に、低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることが可能である。
また、設定負荷値は、進角量を最遅角値とした時の燃料消費量よりも進角した時の方が燃料消費量が低くなり始める値とすることで、最良の設定負荷値を用いているため、どんな負荷状態においても燃料消費量を低減させることが可能である。
【００１６】
なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。
例えば、内燃機関１は、エンジン回転数の低回転域においても、吸気バルブ１１の開閉タイミングを進角するとトルク変動が出易い傾向があり、また、油圧機構２８から供給される作動油圧の低下によりカム位相可変機構２７を作動できなくなる。このため、エンジン負荷時の低負荷時と同様に、エンジン回転数に回転数下限条件（設定回転数：ヒステリシス付き）を設けることにより、燃費の悪い進角域を避ける制御とすることができる。
また、上述実施例では、エンジン負荷が設定負荷値未満の場合には、カム位相可変機構２７の作動を停止させて、進角量を最遅角値としたが、カム位相可変機構２７の作動を停止させるのではなく、進角量を０付近に設定した別のマップを設けてマップを切り替えることでも、同様の制御が可能である。特に、エンジン回転数が高回転域で吸気バルブの開閉タイミングを最遅角させると問題がある場合には、この方法を使用することにより問題を回避することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
この発明は、エンジン負荷に設定負荷値を設定して進角量を制御することで、どんな走行条件においても、最良の燃料消費量とすることを可能とし、特に低負荷時において燃焼が不安定になるのを避けることを可能とするものであり、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な内燃機関に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例を示す内燃機関のバルブタイミング制御装置の制御フローチャートである。
【図２】エンジン負荷と進角量との関係を示す図である。
【図３】内燃機関のバルブタイミング制御装置のシステム構成図である。
【図４】バルブタイミングの進角量と燃費率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  内燃機関
８  燃焼室
９  吸気ポート
１０  排気ポート
１１  吸気バルブ
１２  排気バルブ
１３  吸気カム軸
１４  吸気カム
１５  排気カム軸
１６  排気カム
２７  カム位相可変機構
２８  油圧機構
２９  エアフローセンサ
３０  スロットル開度センサ
３１  空燃比センサ
３２  クランク角センサ
３３  カム角センサ
３４  バルブタイミング制御装置
３５  制御手段
３６  エンジン負荷検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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