(57)【要約】【課題】この発明は、低負荷運転時においてバルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現でき、燃料消費量の低減と排気ガス中の有害成分の低減に貢献することができるようにすることにある。【解決手段】この発明は、内燃機関の吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備えた内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記バルブ制御手段は、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、前記吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替える切替制御手段を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備えた内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記バルブ制御手段は、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、前記吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替える切替制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項２】
前記切替制御手段は、吸気行程前期を吸気バルブ開放時から吸気下死点近傍まで設定し、吸気行程前期のバルブリフト量を吸気行程後期よりも低く設定していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項３】
前記切替制御手段は、吸気バルブの閉鎖タイミングを少なくとも機関負荷に応じて可変することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【請求項４】
前記切替制御手段は、吸気行程前期のバルブリフト量を機関負荷に応じて可変することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変バルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の可変バルブ制御装置に係り、特に、低負荷運転時においてバルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現可能であり、燃料消費量の低減と排気ガス中の有害成分の低減に貢献することができる内燃機関の可変バルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関には、バルブの動弁機構を機械式に代えて電磁式とした可変バルブ制御装置が提案されている。可変バルブ制御装置には、吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備え、吸気バルブの開閉時期及びバルブリフト量を自由に制御することができるという特徴を有しているものがある。
【０００３】
従来の内燃機関の可変バルブ制御装置としては、固定子とこの固定子により直線上を進退動作される可動子とを有し、シリンダヘッドに固定した固定子により可動子を進退動作させ、可動子に連結した弁体を弁座に接離させるリニアアクチュエータを備え、開弁及び閉弁のタイミングや速度を自由に設定できるようにしたものがある。
また、従来の内燃機関の可変バルブ制御装置としては、内燃機関の始動時に吸気バルブの閉タイミングを吸入下死点付近に制御し、始動時の有効圧縮比を高くして筒内温度を上昇させ、着火性、燃焼性を向上させたものがある。
さらに、従来の内燃機関の可変バルブ制御装置としては、吸排気弁に弁開閉時期を作動角とともに連続的に可変制御可能な可変動弁機構を備え、機関の部分負荷時に排気弁閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、吸気弁開時期を吸入上支点よりも遅れた位置に制御し、吸気行程初期のポンプ損失を低減し、燃焼を改善するものがある。
【特許文献１】特開２００３−１８９５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−３５１６７号公報
【特許文献３】特開平１０−１８４４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備えた可変バルブ制御装置は、吸気バルブの開閉時期及びバルブリフト量を自由に制御することができるという特徴を利用して、内燃機関のスロットルバルブによる負荷制御を吸気バルブで代替し、吸気行程中のポンプロスを低減することが期待されている。
【０００５】
一般的には、図１０に実線で示すように、吸気バルブの開閉時期及びバルブリフトを設定した第１の従来例の可変バルブ制御装置が提案されている。この第１の従来例の可変バルブ制御装置は、吸気バルブの閉時期を遅らせて、ピストン上昇時にも吸気バルブを開いた状態にすることで、体積効率を低下させ、低負荷状態を実現することができる。このとき、内燃機関は、スロットルバルブが全開のため、燃焼室内が負圧になることはなく、吸気行程中のポンプロスが低減される。
【０００６】
一方、低負荷時においては、図１１に実線で示すように、燃焼改善を目的に、吸気バルブのバルブリフトを設定した第２の従来例の可変バルブ制御装置が提案されている。この第２の従来例の可変バルブ制御装置は、低負荷時に吸気バルブのバルブリフト量を低く維持することで、燃焼室内に流入するガスの流速を向上させ、燃焼改善を図ることができる。ただし、内燃機関は、バルブリフト量が低いと、バルブ周りの抵抗が大きくなるため、燃焼室内の負圧が大きくなり、ポンプロスの低減効果が得られない。
【０００７】
このように、従来の可変バルブ制御装置においては、低負荷状態を実現する吸気バルブのバルブリフトとして、前記図１０・図１１に実線で示すバルブリフトが二者択一的に考えられていた。なお、図１０・図１１において、波線は、排気バルブのバルブリフトを示すものである。
【０００８】
しかし、第１の従来例の可変バルブ制御装置による図１０に実線で示す吸気バルブのバルブリフトでは、図１３に示すように、燃焼室内に流入するガスの流速を向上させることができず、燃焼改善効果を得ることができない不具合があった。また、第２の従来例の可変バルブ制御装置による図１１に示す吸気バルブのバルブリフトでは、図１２に示すように、体積効率の低下によるポンプロス低減効果を得ることができないという不具合があった。
【０００９】
このため、内燃機関の低負荷運転時においてバルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現可能であり、燃料消費量低減と排気ガスの有害成分の低減に貢献することができる内燃機関の可変バルブ制御装置の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、内燃機関の吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備えた内燃機関の可変バルブ制御装置において、前記バルブ制御手段は、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、前記吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替える切替制御手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の内燃機関の可変バルブ制御装置は、吸気バルブの開閉動作を制御するバルブ制御手段を備え、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替える切替制御手段を備えていることにより、内燃機関の低負荷運転時においてバルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現可能であり、燃料消費量の低減と排気ガスの有害成分の低減に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明は、吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替えることにより、内燃機関の低負荷運転時においてバルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現し、燃料消費量低減と排気ガスの有害成分の低減とを図るものである。
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】
【００１３】
図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。図７において、２は図示しない車両に搭載された内燃機関、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッド、８はヘッドカバー、１０はピストン、１２は燃焼室である。内燃機関２は、燃焼室１２に連通する吸気ポート１４及び排気ポート１６を設け、吸気ポート１４及び排気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８及び排気バルブ２０を設けている。
【００１４】
前記吸気バルブ１８は、可変バルブ制御装置２２を構成する電磁式の動弁機構であるリニアモータ２４により開閉動作される。リニアモータ２４は、シリンダヘッド６に固定される固定子２６と、この固定子２６に対して移動可能な移動子２８とから構成される。
【００１５】
固定子２６は、磁性部材である２つのヨーク３０・３２からなり、２つのヨーク３０・３２間に移動子２８を摺動可能に保持する摺動間隙３４を設け、一方のヨーク３０に電磁石３６を内蔵している。移動子２８は、アマチュア３８からなり、２つのヨーク３０・３２間の摺動間隙３４に吸気バルブ１８の軸線方向と同方向に摺動可能に保持され、電磁石３６が発生する磁力と反応する永久磁石（図示せず）を内蔵し、摺動方向一端に吸気バルブ１８が連結されている。
【００１６】
リニアモータ２４は、固定子２６の電磁石３６の発生する磁力に応じて移動子２８の永久磁石３８により吸引力・反発力を生じさせ、移動子２８を移動させて吸気バルブ１８を動作させ、吸気ポート１４を開閉する。リニアモータ２４は、電磁石３６に供給される電流の強さや向きを変化させて、電磁石３６が発生する磁力の強さや極性の向きを変化させることにより、吸気バルブ１８の動作方向や動作量を変化させることができ、吸気バルブ１８の開閉時期及びバルブリフト量を変化させることができる。
【００１７】
前記排気バルブ２０は、機械式の動弁機構である排気スプリング４０により排気ポート１６を閉鎖する方向に付勢され、図示しないクランク軸の回転に同期して回転される排気カム軸４２の排気カム４４により排気ポート１６を開放する方向に押進される。排気バルブ２２は、排気スプリング４０の付勢力と排気カム４４の押進力とにより動作され、排気カム形状により設定された開閉時期及びバルブリフト量で排気ポート１６を開閉する。
【００１８】
前記吸気バルブ１８を開閉動作させるリニアモータ２４の電磁石３６は、可変バルブ制御装置２２のバルブ制御手段４６に接続されている。
【００１９】
バルブ制御手段４６には、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサ４８と、図示しないスロットルバルブのスロットル開度に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ５０と、アクセル開閉速度を検出するアクセル開閉速度センサ５２と、内燃機関２の吸入吸気量を検出する吸入空気量センサ５４と、内燃機関２に連結された図示しない変速機の減速比を検出する減速比センサ５６と、を接続している。
【００２０】
バルブ制御手段４６は、これら各センサ４８〜５６の検出する信号をエンジン制御用パラメータとして入力し、内燃機関２の吸気バルブ１８の開閉動作を制御する。
【００２１】
この可変バルブ制御装置２２のバルブ制御手段４６には、切替制御手段５８を備えている。切替制御手段５８は、図２に示す如く、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、吸気バルブ１８のバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替える。
【００２２】
前期切替制御手段５８は、吸気行程前期を吸気バルブ開放時から吸気下死点近傍まで設定し、吸気行程前期のバルブリフト量を吸気行程後期よりも低く設定している。また、切替制御手段５８は、吸気バルブ１８の閉鎖タイミングを少なくとも内燃機関２の機関負荷に応じて可変する。さらに、切替制御手段５８は、吸気行程前期のバルブリフト量を内燃機関２の機関負荷に応じて可変する。
【００２３】
次に作用を説明する。
【００２４】
可変バルブ制御装置２２は、内燃機関２の負荷制御を、吸気バルブ１８のバルブリフト量を制御することにより行う。可変バルブ制御装置２２は、バルブ制御手段４６に備えた切替制御手段５８によって、図１に示す如く、制御がスタートすると（１０２）、各センサ４８〜５６からエンジン制御用パラメータとして、エンジン回転速度とアクセル開度とアクセル開閉速度と吸入空気量と減速比とを入力する（１０４）。
【００２５】
切替制御手段５８は、アクセル開度とアクセル開閉速度とから運転者の求める要求加減速力を算出し（１０６）、エンジン回転速度と吸入空気量と減速比とから現在の要求エンジン出力を算出し（１０８）、エンジン回転速度と求めたエンジン出力とからマップ設定された吸気バルブ１８のバルブリフト量を設定し（１１０）、設定したバルブリフト量になるようにリニアモータ２４の電磁石３６に制御信号を出力し、吸気バルブ１８のバルブリフト量を変更する（１１２）。
【００２６】
吸気バルブ１８のバルブリフト量は、図２に実線で示す如く、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、二段階に設定している。なお、図２の波線は、排気バルブ２０のバルブリフトを示すものである。
【００２７】
燃焼室１２内に新気が流入する吸気バルブ１８のバルブ開放時から吸気下死点（吸気ＢＤＣ）近傍までは、吸気バルブ１８のバルブリフト量を低く維持することにより、図４に示す如く、第１の従来例に比べて新気の流入速度を向上させることができ、混合気分布の均一化や霧化促進、燃焼速度の向上を得ることができ、燃焼改善を図ることができる。
【００２８】
一方、燃焼室１２内に流入した新気を吸気ポート１４側に吐き戻す吸気下死点（吸気ＢＤＣ）からバルブ閉鎖時までは、吸気バルブ１８のバルブリフト量を高くすることにより、図３に示す如く、第２の従来例に比べてバルブ周りの抵抗が大きいために発生したポンプロス（新気を吐き戻すための負の仕事）を低減することができる。
【００２９】
これより、この可変バルブ制御装置２２は、図５に示す如く、第１・第２の従来例に比べて、燃焼改善効果とポンプロス低減効果との二つを改善することができる。
【００３０】
なお、図２に実線で示す吸気バルブ１８のバルブリフト量は、低負荷時であり、負荷が高くなるにしたがい、閉鎖タイミングを矢印Ａで示すように早くなるように変更し、閉タイミングが吸気下死点（吸気ＢＤＣ）付近になったら、矢印Ｂで示すようにバルブリフト量を増加させるように変更する。
【００３１】
また、低バルブリフト量から高バルブリフト量への切替点は、エンジン回転速度が極低回転時は吸気下死点（吸気ＢＤＣ）、高回転になるほど吸気下死点後（吸気ＢＤＣ後）になるよう、エンジン回転速度に応じて変化させる。
【００３２】
このように、可変バルブ制御装置２２は、バルブ制御手段４６に備えた切替制御手段５８によって、吸気行程を開放タイミングを含む吸気行程前期と閉鎖タイミングを含む吸気行程後期とに分割し、吸気バルブ１８のバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替えている。
【００３３】
これにより、この可変バルブ制御装置２２は、内燃機関２の低負荷運転時において、バルブリフト量から見ると相反する関係を持つ燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現することができ、燃料消費量の低減と排気ガスの有害成分の低減に貢献することができる。
【００３４】
切替制御手段５８は、吸気行程前期を吸気バルブ開放時から吸気下死点近傍まで設定し、吸気行程前期のバルブリフト量を吸気行程後期よりも低く設定していることにより、燃焼室１２内に流入する新気の流入速度を向上させることができ、低負荷時における燃焼改善に貢献することができる。
【００３５】
また、切替制御手段５８は、吸気バルブ１８の閉鎖タイミングを少なくとも内燃機関２の機関負荷に応じて可変することにより、負荷域に応じた閉鎖タイミングを実施することができ、吸気行程前期のバルブリフト量を内燃機関２の機関負荷に応じて可変することにより、燃焼室１２内に流入する新気速度を高める必要の度合いに応じて、的確にバルブリフト量を制御することができる。
【００３６】
なお、この実施例においては、低負荷時のバルブリフト量の変更を説明したが、低バルブリフト量から高バルブリフト量への切替点や低バルブリフト量の値を、エンジン回転速度とエンジン負荷とのマップ制御によって変更することにより、内燃機関２の運転領域全域において、低燃費・低排ガスを達成することができる。
【００３７】
図８は、第１の変形例を示すものである。この可変バルブ制御装置２２は、バルブ制御手段４６に備えた切替制御手段５８によって、開放タイミングを含む吸気行程前期において、吸気バルブ１８のバルブリフト量が交互に増減変化するように制御するものである。
【００３８】
この可変バルブ制御装置２２は、吸気行程前期の吸気バルブ１８のバルブリフト量を増減変化させていることにより、燃焼室１２内に流入する新気の流入速度を向上させることができるとともに流入速度に変化を生じさせことができ、低負荷時における燃焼改善に貢献することができる。
【００３９】
図９は、第２の変形例を示すものである。この可変バルブ制御装置２２は、バルブ制御手段４６に備えた切替制御手段５８によって、開放タイミングを含む吸気行程前期において、クランク角の変化が一定であってもピストン１０の降下速度が変化することを考慮して、ピストン１０の降下速度変化に応じてバルブリフト量が変化するように制御するものである。
【００４０】
この可変バルブ制御装置２２は、吸気行程前期の吸気バルブ１８のバルブリフト量をピストン１０の降下速度変化に応じて変化させる、例えば、ピストン１０の降下速度が速くなるにしたがいバルブリフト量が大きくなるように制御することにより、ピストン１０の降下速度が遅い吸気行程前期の初期にはバルブリフト量を小さくして燃焼室１２内の負圧を強めることにより新気の流入速度を高めることができ、ピストン１０の降下速度が速くなる吸気行程前期の終期になるほど慣性によって新気の流入速度が速まっているので、バルブリフト量を大きくして燃焼室１２内の負圧を弱めても新気の流速低下を招くことがなく、ポンプロスを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明は、吸気バルブのバルブリフト量を吸気行程前期と吸気行程後期とで二段階に変更するように切り替えることにより、内燃機関の低負荷運転時における燃焼改善とポンプロス低減との二つの要素を実現し、燃料消費量低減と排気ガスの有害成分の低減とを図るものであり、従来の車両に搭載された内燃機関だけでなく、内燃機関と電気モータとを搭載したいわゆるハイブリッド車両の内燃機関にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例を示す内燃機関の可変バルブ制御装置の制御フローチャートである。
【図２】吸気バルブのバルブリフトを示す図である。
【図３】図２の吸気バルブのバルブリフトによるＰ−Ｖ線図である。
【図４】燃焼室内への新気の流入速度を示す図である。
【図５】この発明と従来例との効果比較を示す図である。
【図６】可変バルブ制御装置の制御ブロック図である。
【図７】可変バルブ制御装置を備えた内燃機関の要部断面図である。
【図８】第１変形例による吸気バルブのバルブリフトを示す図である。
【図９】第２変形例によるクランク角とピストン速度と吸気バルブのバルブリフトとの関係を示す図である。
【図１０】第１の従来例による吸気バルブのバルブリフトを示す図である。
【図１１】第２の従来例による吸気バルブのバルブリフトを示す図である。
【図１２】第１・第２の従来例による吸気バルブのバルブリフトによるＰ−Ｖ線図である。
【図１３】第１・第２の従来例による燃焼室内への新気の流入速度を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  内燃機関
４  シリンダブロック
６  シリンダヘッド
１０  ピストン
１２  燃焼室
１４  吸気ポート
１８  吸気バルブ
２２  可変バルブ制御装置
２４  リニアモータ
２６  固定子
２８  移動子
４６  バルブ制御手段
４８  エンジン回転速度センサ
５０  アクセル開度センサ
５２  アクセル開閉速度センサ
５４  吸入空気量センサ
５６  減速比センサ
５８  切替制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005282415.tif 000012
【図１１】
2005282415.tif 000013
【図１２】
2005282415.tif 000014
【図１３】
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