(57)【要約】【課題】内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減すること。【解決手段】内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力が降下し、負圧になる直前のクランク角が目標クランク角として、エアフローメータ１３からの吸気量ＱＡに基づく内燃機関１０の負荷及びクランク角センサ２８による機関回転速度ＮＥによって算出され、この目標クランク角に排気バルブ２４の開時期のクランク角が一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０が制御される。これにより、内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力が負圧となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。【選択図】　　　図１
2004052666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる直前のクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出するクランク角演算手段と、
前記クランク角検出手段で検出された前記排気バルブの開時期のクランク角が前記クランク角演算手段で算出された前記目標クランク角に一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で前記燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復するときのクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出するクランク角演算手段と、
前記クランク角検出手段で検出された前記排気バルブの開時期のクランク角が前記クランク角演算手段で算出された前記目標クランク角に一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記各種運転パラメータは、吸気量、吸気圧に基づく前記内燃機関の負荷、またはその負荷及び機関回転速度のうち少なくとも何れか１つとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出する燃焼室内圧検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で前記燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる時点を前記燃焼室内圧検出手段により検出し、この時点に前記排気バルブの開時期が一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出する燃焼室内圧検出手段と、
前記内燃機関の燃焼行程で前記燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で前記燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復する時点を前記燃焼室内圧検出手段により検出し、この時点に前記排気バルブの開時期が一致するよう前記可変バルブタイミング制御機構を制御するバルブタイミング制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態に応じて排気バルブの開閉タイミングを変更自在な内燃機関用バルブタイミング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関用バルブタイミング制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平５−１１８２３２号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関に対して外部からの排気還流、即ち、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）制御を行うことなく、燃料消費量の低減（燃費の向上）とＮＯｘ　（窒素酸化物）の低減との両立を図る技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、内燃機関の吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミングの組合わせにより、負荷域全般でＮＯｘ　を低減させるのに必要な目標の残留排気ガス量、即ち、内部ＥＧＲ量を確保しつつ、中負荷域以上で燃料消費量の低減が図られるとしている。ここで、前述のものでは、内燃機関の低負荷域において、内部ＥＧＲ量の増加による燃焼悪化を招くため、燃料消費量を低減することができないばかりか、エミッションを悪化させる可能性が想定される。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合の予測性を解消するためになされたもので、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減可能な内燃機関用バルブタイミング制御装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、クランク角演算手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる直前のクランク角が各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出され、この目標クランク角にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期のクランク角が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【０００６】
請求項２の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、クランク角演算手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復するときのクランク角が各種運転パラメータに基づき目標クランク角として算出され、この目標クランク角にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期のクランク角が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧である期間中に排気バルブが開時期となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【０００７】
請求項３の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、各種運転パラメータが吸気量、吸気圧に基づく内燃機関の負荷、またはその負荷及び機関回転速度のうち少なくとも何れか１つとされることで、内燃機関の燃焼室内の圧力を直接検出することなく、その遷移状態が各種運転パラメータによって適切に分かるという効果が得られる。
【０００８】
請求項４の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、燃焼室内圧検出手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、負圧になる時点が検出され、この負圧になる時点にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期が一致するようバルブタイミング制御手段にて可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【０００９】
請求項５の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、燃焼室内圧検出手段にて内燃機関の燃焼行程で燃焼室内の圧力が降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室内の圧力が大気圧近傍まで回復する時点が検出され、この大気圧近傍まで回復する時点にクランク角検出手段で検出された排気バルブの開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構が制御される。これにより、内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力が負圧である期間中に排気バルブが開時期となることが未然に防止されるため、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができ、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量が低減される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１１】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１２】
図１において、内燃機関１０には吸気通路１１が接続され、この吸気通路１１には上流側から吸入空気を浄化するエアクリーナ１２、吸気量（吸入空気量）ＱＡを検出するエアフローメータ１３、この吸気量ＱＡを制御するスロットルバルブ１４、吸気脈動を防止するサージタンク１５を通って吸気温ＴＨＡを検出する吸気温センサ１６、吸気ポート１７に向けて燃料を噴射供給するインジェクタ（燃料噴射弁）１８が配設されている。そして、吸気通路１１からの空気とインジェクタ１８からの燃料との混合気は、吸気ポート１７から吸気バルブ１９の開閉タイミングに応じて内燃機関１０のシリンダブロック２０とピストン２１とで形成される燃焼室２２内に導入される。この燃焼室２２内に導入された混合気は、点火プラグ２３の火花点火によって燃焼されたのち排気バルブ２４の開閉タイミングに応じて排気ポート２５を通って排気通路２６に排出される。
【００１３】
ここで、本実施例の排気バルブ２４には、この開閉タイミングを変更自在な電磁アクチュエータ３１を用いた周知の可変バルブタイミング制御機構３０が接続されている。また、可変バルブタイミング制御機構３０には、排気バルブ２４のバルブリフト量ＶＬを検出するバルブリフトセンサ３２が配設されている。更に、内燃機関１０には、そのクランクシャフト２７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角センサ２８が配設されている。
【００１４】
エアフローメータ１３からの吸気量ＱＡ、吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ、バルブリフトセンサ３２からのバルブリフト量ＶＬ、クランク角センサ２８からのクランク角ＣＡ等が、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）４０に入力される。このＥＣＵ４０は周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。そして、ＥＣＵ４０からインジェクタ１８に対する燃料噴射量ＴＡＵ、点火プラグ２３に対する点火時期Ｉｇ、電磁アクチュエータ３１に対する排気バルブ２４のバルブ駆動信号ＶＤ等の制御信号が出力される。
【００１５】
次に、本実施例にかかる内燃機関１０の吸気バルブ１９及び排気バルブ２４の開期間に対応する燃焼室２２内の圧力Ｐの挙動について、図２、図３及び図４を参照して説明する。ここで、図２は内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐの挙動を示す特性図、図３は図２のＡ部拡大詳細図である。また、図４は比較のための内燃機関１０の中高負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐの挙動を示す特性図である。
【００１６】
図４に示すように、内燃機関１０の中高負荷域においては、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ　Ａｎｇｌｅ）〕に対して燃焼室２２内の圧力Ｐは、太い実線にて示すような挙動となる。つまり、内燃機関１０の中高負荷域では、内燃機関１０の連続する吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程のうち、ＴＤＣ（Ｔｏｐ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ：圧縮上死点）以降の燃焼行程及び排気行程で、燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧よりも低くなり負圧となることはない。
【００１７】
これに対して、図２及び図３に示すように、内燃機関１０の低負荷域においては、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角〔°ＣＡ〕に対して燃焼室２２内の圧力Ｐは、太い実線にて示すような挙動となる。つまり、内燃機関１０の低負荷域では、内燃機関１０の連続する吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程のうち、ＴＤＣ以降の燃焼行程で、燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧よりも低くなる負圧期間がある。この負圧期間中に、通常制御による開期間では、排気バルブ２４が開状態となるため、既燃ガスを外部へ排出する際に生じる排気損失としてのポンピングロスとなり、内燃機関１０の低負荷域での燃料消費量の悪化を招く要因となっている。
【００１８】
そこで、本実施例では、内燃機関１０の低負荷域における排気損失としてのポンピングロスをなくすことを主眼とし、排気バルブ２４の開期間における開時期（開弁タイミング）を可変バルブタイミング制御機構３０を用い、図３に太い実線にて示すような、通常（Ｓｔａｎｄａｒｄ）制御による燃焼室２２内の圧力Ｐの挙動を、進角制御または遅角制御によって変更するものである。即ち、通常制御による排気バルブ２４の開期間における開時期である『ＳＴＤ』位置を、図３に太い破線にて示すように、進角制御によって燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧になる直前の『Ｓ（進角）』位置まで進めるものであり、または図３に太い一点鎖線にて示すように、遅角制御によって燃焼室２２内の圧力Ｐが一旦負圧になったのち大気圧近傍まで回復する『Ｔ（遅角）』位置まで遅らせるものである。
【００１９】
まず、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ４０における可変バルブタイミング制御機構３０による進角制御の処理手順を示す図５のフローチャートに基づき、上述の図３及び図４を参照して説明する。なお、この進角制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ４０にて繰返し実行される。
【００２０】
図５において、まず、ステップＳ１０１で、エアフローメータ１３からの吸気量ＱＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ〔℃〕が読込まれる。次にステップＳ１０３に移行して、クランク角センサ２８からのクランク角ＣＡに基づく機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が読込まれる。次にステップＳ１０４に移行して、このときの運転状態に応じた燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次にステップＳ１０５に移行して、このときの運転状態に応じた点火時期Ｉｇが算出される。
【００２１】
次にステップＳ１０６に移行して、内燃機関１０の燃焼行程中の燃焼室２２内の圧力Ｐが、各種運転パラメータとして、吸気量ＱＡ、吸気温ＴＨＡ、燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇに基づき算出されると共に、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、負圧になる直前、即ち、大気圧に等しくなるときのクランク角が目標クランク角ＴＧＣＡとして算出される。次にステップＳ１０７に移行して、内燃機関１０の燃焼行程中に燃焼室２２内が負圧になるかが判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１０の燃焼行程中に燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧にならず、即ち、内燃機関１０の運転状態が中高負荷域にあるときにはステップＳ１０８に移行し、通常の開時期による制御処理として、通常制御による排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図４に示す『ＳＴＤ』位置となるよう制御され、本ルーチンを終了する。
【００２２】
一方、ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、内燃機関１０の燃焼行程中に燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧になるような内燃機関１０の運転状態が低負荷域にあるときにはステップＳ１０９に移行し、排気バルブ２４の開時期がステップＳ１０６で算出された目標クランク角ＴＧＣＡとなるようバルブ駆動信号ＶＤが出力される。次にステップＳ１１０に移行して、バルブリフトセンサ３２による排気バルブ２４の現在のバルブリフト量ＶＬが読込まれる。このバルブリフトセンサ３２からのバルブリフト量ＶＬは、排気バルブ２４の開閉タイミングやバルブリフト量ＶＬの異常を判定するためのものである。
【００２３】
次にステップＳ１１１に移行して、クランク角センサ２８からの現在のクランク角ＣＡが読込まれる。次にステップＳ１１２に移行して、目標クランク角ＴＧＣＡで排気バルブ２４が開時期となったかが判定される。ステップＳ１１２の判定条件が成立、即ち、ステップＳ１０６で算出された目標クランク角ＴＧＣＡとステップＳ１１１で読込まれた現在のクランク角ＣＡとが一致するときには、排気バルブ２４が好適な開時期にて開弁しているとして、バルブ駆動信号ＶＤを変更することなく本ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ１１２の判定条件が成立せず、即ち、ステップＳ１０６で算出された目標クランク角ＴＧＣＡとステップＳ１１１で読込まれた現在のクランク角ＣＡとが一致しないときにはステップＳ１１３に移行し、目標クランク角ＴＧＣＡよりも排気バルブ２４の開時期である現在のクランク角ＣＡの方が早いかが判定される。ステップＳ１１３の判定条件が成立、即ち、目標クランク角ＴＧＣＡよりも排気バルブ２４の開時期である現在のクランク角ＣＡの方が早いときにはステップＳ１１４に移行し、バルブ駆動信号ＶＤが遅角側に所定クランク角だけ変更され、本ルーチンを終了する。
【００２５】
一方、ステップＳ１１３の判定条件が成立せず、即ち、目標クランク角ＴＧＣＡよりも排気バルブ２４の開時期である現在のクランク角ＣＡの方が遅いときにはステップＳ１１５に移行し、バルブ駆動信号ＶＤが進角側に所定クランク角だけ変更され、本ルーチンを終了する。上述の進角制御ルーチンにより、排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図３に示す『Ｓ』位置、即ち、目標クランク角ＴＧＣＡに一致される。
【００２６】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の排気バルブ２４の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構３０と、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２８と、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、負圧になる直前のクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角ＴＧＣＡとして算出するＥＣＵ４０にて達成されるクランク角演算手段と、クランク角センサ２８で検出された排気バルブ２４の開時期のクランク角ＣＡが前記クランク角演算手段で算出された目標クランク角ＴＧＣＡに一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０を制御するＥＣＵ４０にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、各種運転パラメータを吸気量ＱＡに基づく内燃機関１０の負荷及び機関回転速度ＮＥとするものである。
【００２７】
つまり、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、負圧になる直前のクランク角が目標クランク角ＴＧＣＡとして、吸気量ＱＡに基づく内燃機関１０の負荷及び機関回転速度ＮＥによって算出され、この目標クランク角ＴＧＣＡに排気バルブ２４の開時期のクランク角ＣＡが一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０が制御される。これにより、内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ４０における可変バルブタイミング制御機構３０による遅角制御の処理手順を示す図６のフローチャートに基づき、上述の図３を参照して説明する。なお、この遅角制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ４０にて繰返し実行される。
【００２９】
図６において、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０５、ステップＳ２０７、ステップＳ２０８、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１５については、上述の実施例におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０５、ステップＳ１０７、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０〜ステップＳ１１５に対応しているため、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
ステップＳ２０６では、内燃機関１０の燃焼行程中の燃焼室２２内の圧力Ｐが、各種運転パラメータとして、吸気量ＱＡ、吸気温ＴＨＡ、燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇに基づき算出されると共に、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧近傍まで回復するときのクランク角が目標クランク角ＴＧＣＡとして算出される。次にステップＳ２０９に移行して、排気バルブ２４の開時期がステップＳ２０６で算出された目標クランク角ＴＧＣＡとなるようバルブ駆動信号ＶＤが出力される。上述の遅角制御ルーチンにより、排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図３に示す『Ｔ』位置、即ち、目標クランク角ＴＧＣＡに一致される。
【００３１】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の排気バルブ２４の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構３０と、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２８と、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧近傍まで回復するときのクランク角を各種運転パラメータに基づき目標クランク角ＴＧＣＡとして算出するＥＣＵ４０にて達成されるクランク角演算手段と、クランク角センサ２８で検出された排気バルブ２４の開時期のクランク角ＣＡが前記クランク角演算手段で算出された目標クランク角ＴＧＣＡに一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０を制御するＥＣＵ４０にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、各種運転パラメータを吸気量ＱＡに基づく内燃機関１０の負荷及び機関回転速度ＮＥとするものである。
【００３２】
つまり、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧近傍まで回復するときのクランク角が目標クランク角ＴＧＣＡとして、吸気量ＱＡに基づく内燃機関１０の負荷及び機関回転速度ＮＥによって算出され、この目標クランク角ＴＧＣＡに排気バルブ２４の開時期のクランク角ＣＡが一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０が制御される。これにより、内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧である期間中に排気バルブ２４が開時期となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【００３３】
〈実施例２〉
図７は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。なお、図中、上述の第１実施例と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その相違点のみについて説明する。
【００３４】
本実施例では、図７に示すように、内燃機関１０のシリンダブロック２０側壁に燃焼室２２内に臨んで筒内圧センサ２９が配設され、一方、上述の第１実施例の図１に示す吸気通路１１からエアフローメータ１３及び吸気温センサ１６が取外されている。即ち、本実施例においては、筒内圧センサ２９にて燃焼室２２内の圧力Ｐを直接検出することができるため、燃焼室２２内の圧力Ｐをエアフローメータ１３からの吸気量ＱＡや吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ等の運転パラメータによって算出する必要がないのである。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ４０における可変バルブタイミング制御機構３０による進角制御の処理手順を示す図８のフローチャートに基づき、上述の図３を参照して説明する。なお、この進角制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ４０にて繰返し実行される。
【００３６】
図８において、まず、ステップＳ３０１で、クランク角センサ２８からの現在のクランク角ＣＡが読込まれる。次にステップＳ３０２に移行して、ステップＳ３０１で読込まれたクランク角ＣＡが排気バルブ２４の通常制御による排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図３に示す『ＳＴＤ』位置よりも前であるかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、排気バルブ２４の通常制御による開時期よりも後であるときにはステップＳ３０３に移行し、排気バルブ２４が開状態とされ、本ルーチンを終了する。
【００３７】
一方、ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、排気バルブ２４の通常制御による開時期よりも前であるときにはステップＳ３０４に移行し、筒内圧センサ２９からの筒内圧（燃焼室２２内の圧力）Ｐが読込まれる。次にステップＳ３０５に移行して、ステップＳ３０４で読込まれた筒内圧Ｐが基準圧Ｐｔｈ（図３参照）以下となったかが判定される。ここで、基準圧Ｐｔｈは可変バルブタイミング制御機構３０等の応答遅れを考慮して設定される。ステップＳ３０５の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Ｐが基準圧Ｐｔｈを越え未だ大きいときにはステップＳ３０１に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【００３８】
一方、ステップＳ３０５の判定条件が成立、即ち、筒内圧Ｐが基準圧Ｐｔｈ以下と小さくなったときにはステップＳ３０６に移行し、排気バルブ２４を開状態とするようバルブ駆動信号ＶＤが出力され、本ルーチンを終了する。上述の進角制御ルーチンにより、排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図３に示す『Ｓ』位置に一致される。
【００３９】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の排気バルブ２４の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構３０と、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２８と、内燃機関１０の燃焼室２２内の圧力を筒内圧Ｐとして直接検出する燃焼室内圧検出手段としての筒内圧センサ２９と、内燃機関１０の燃焼行程で筒内圧Ｐが降下し、負圧になる時点を筒内圧センサ２９により検出し、この時点に排気バルブ２４の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０を制御するＥＣＵ４０にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。
【００４０】
つまり、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、負圧になる時点が筒内圧センサ２９にて検出され、この負圧になる時点に排気バルブ２４の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０が制御される。これにより、内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ４０における可変バルブタイミング制御機構３０による遅角制御の処理手順を示す図９のフローチャートに基づき、上述の図３を参照して説明する。なお、この遅角制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ４０にて繰返し実行される。
【００４２】
図９において、まず、ステップＳ４０１で、クランク角センサ２８からの現在のクランク角ＣＡが読込まれる。次にステップＳ４０２に移行して、ステップＳ４０１で読込まれたクランク角ＣＡから内燃機関１０が燃焼行程中であるかが判定される。ステップＳ４０２の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１０が排気行程中であるときにはステップＳ４０３に移行し、排気バルブ２４が開状態とされ、本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ４０２の判定条件が成立、即ち、内燃機関１０が燃焼行程中であるときにはステップＳ４０４に移行し、筒内圧センサ２９からの筒内圧（燃焼室２２内の圧力）Ｐが読込まれる。次にステップＳ４０５に移行して、ステップＳ４０４で読込まれた筒内圧Ｐが基準圧としての、例えば、大気圧以下となったかが判定される。ステップＳ４０５の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Ｐが大気圧を越え未だ大きいときにはステップＳ４０１に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【００４４】
一方、ステップＳ４０５の判定条件が成立、即ち、筒内圧Ｐが大気圧以下と小さくなったときには、図３に示すＢＤＣ（Ｂｏｔｔｏｍ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ：燃焼下死点）以降に排気バルブ２４を開状態とするようステップＳ４０６に移行し、クランク角センサ２８からの現在のクランク角ＣＡが読込まれる。次にステップＳ４０７に移行して、ステップＳ４０６で読込まれたクランク角ＣＡから内燃機関１０が排気行程中であるかが判定される。ステップＳ４０７の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１０が未だ燃焼行程中であるときにはステップＳ４０６に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【００４５】
そして、ステップＳ４０７の判定条件が成立、即ち、内燃機関１０が排気行程中であるときにはステップＳ４０８に移行し、筒内圧センサ２９からの筒内圧Ｐが読込まれる。次にステップＳ４０９に移行して、筒内圧Ｐが大気圧以上となったかが判定される。ステップＳ４０９の判定条件が成立せず、即ち、筒内圧Ｐが大気圧未満と小さいときにはステップＳ４０８に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【００４６】
一方、ステップＳ４０９の判定条件が成立、即ち、筒内圧Ｐが大気圧以上と大きくなったときにはステップＳ４１０に移行し、排気バルブ２４を開状態とするようバルブ駆動信号ＶＤが出力され、本ルーチンを終了する。上述の遅角制御ルーチンにより、排気バルブ２４の開期間における開時期であるクランク角ＣＡが、図３に示す『Ｔ』位置に一致される。
【００４７】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の排気バルブ２４の開閉タイミングを変更自在な可変バルブタイミング制御機構３０と、内燃機関１０のクランクシャフト２７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２８と、内燃機関１０の燃焼室２２内の圧力を筒内圧Ｐとして直接検出する燃焼室内圧検出手段としての筒内圧センサ２９と、内燃機関１０の燃焼行程で筒内圧Ｐが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧近傍まで回復する時点を筒内圧センサ２９により検出し、この時点に排気バルブ２４の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０を制御するＥＣＵ４０にて達成されるバルブタイミング制御手段とを具備するものである。
【００４８】
つまり、内燃機関１０の燃焼行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが降下し、一旦負圧になったのち、続く排気行程で燃焼室２２内の圧力Ｐが大気圧近傍まで回復する時点が筒内圧センサ２９にて検出され、この大気圧近傍まで回復する時点に排気バルブ２４の開時期が一致するよう可変バルブタイミング制御機構３０が制御される。これにより、内燃機関１０の低負荷域における燃焼室２２内の圧力Ｐが負圧である期間中に排気バルブ２４が開時期となることがなくなり、排気損失としてのポンピングロスをなくすことができるため、内燃機関の低負荷域での燃焼悪化を招くことなく、燃料消費量を低減することができる。
【００４９】
ここで、上記実施例による燃料消費量の低減効果について、排気バルブ２４の開期間における開時期と燃料消費量〔ｇ／ｍｉｎ〕との関係を示す図１０の特性図を参照して説明する。なお、この特性図を得るため、具体的に、内燃機関１０を総排気量１．５〔ｌ〕、直列４気筒、圧縮比ε＝１０．５、その運転条件を１０００〔ｒｐｍ〕、０（無負荷）〔Ｎｍ〕、油水温８０〔℃〕とした。
【００５０】
図１０に示すように、排気バルブ２４に対する通常制御による開期間の開時期を進角させる進角制御によれば、このときのクランク角〔°ＣＡ〕を進角最良値（図３に示す『Ｓ』位置）に設定することで、燃料消費量が通常制御による開期間の開時期である『ＳＴＤ』位置のときより２〔％〕少なくできることが分かった。また、図１０に示すように、排気バルブ２４に対する通常制御による開期間の開時期を遅角させる遅角制御によれば、このときのクランク角〔°ＣＡ〕を遅角最良値（図３に示す『Ｔ』位置）に設定することで、燃料消費量が通常制御による開期間の開時期である『ＳＴＤ』位置のときより５〔％〕少なくできることが分かった。
【００５１】
ところで、上記実施例では、便宜上、内燃機関を構成する１気筒の排気バルブに対する制御について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関が複数気筒からなるものでは、各気筒の排気バルブに対して同様の制御を実施することで、同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の低負荷域における燃焼室内の圧力変化を示す特性図である。
【図３】図３は図２のＡ部拡大詳細図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関の中高負荷域における燃焼室内の圧力変化を示す特性図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵにおける可変バルブタイミング制御機構による進角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵにおける可変バルブタイミング制御機構による遅角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵにおける可変バルブタイミング制御機構による進角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵにおける可変バルブタイミング制御機構による遅角制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態の第１実施例乃至第２実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置における排気バルブの開時期の進角制御及び遅角制御による燃料消費量の低減効果を示す特性図である。
【符号の説明】
１０　内燃機関
１３　エアフローメータ
２２　燃焼室
２４　排気バルブ
２７　クランクシャフト
２８　クランク角センサ
２９　筒内圧センサ
３０　可変バルブタイミング制御機構
４０　ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004052666.tif 000008
【図７】
2004052666.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月13日(2002.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004052666.tif 000013
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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