(57)【要約】【課題】バルブタイミングを精度よく検出できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供する。【解決手段】制御部１２は、カムポジショニングセンサ１０による検出値であるクランク角と筒内圧センサ１１による検出値から算出した熱発生率とにより、クランク角と熱発生率との関係を得る。制御部１２は、この関係に基づいて、排気バルブ５及び吸気バルブ６の少なくとも一方が開閉するタイミングを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記筒内圧検出手段による検出値から前記気筒内における熱発生率を算出する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記クランク角と前記熱発生率との関係に基づいて、前記内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの少なくとも一方が開閉するタイミングを検出する、内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の燃焼行程中、前記制御部は、前記クランク角と前記熱発生率との関係において前記熱発生率が０から負の値に変化した場合におけるクランク角が前記排気バルブの開くタイミングであることを検出する、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。
【請求項３】
前記内燃機関の圧縮行程中、前記制御部は、前記クランク角と前記熱発生率との関係において前記熱発生率が負の値から０に変化した場合におけるクランク角が前記吸気バルブの閉じるタイミングであることを検出する、請求項１または２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の燃焼行程中、前記制御部は前記熱発生率の変化率を算出し、
前記制御部は、前記クランク角と前記熱発生率との関係において前記熱発生率が０から負の値に変化したときの前記変化率が所定範囲内である場合におけるクランク角が前記排気バルブの開くタイミングであることを検出する、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。
【請求項５】
前記内燃機関の圧縮工程中、前記制御部は前記熱発生率の変化率を算出し、
前記制御部は、前記クランク角と前記熱発生率との関係において前記熱発生率が負の値から０に変化したときの前記変化率が所定範囲内である場合におけるクランク角が前記吸気バルブの閉じるタイミングであることを検出する、請求項１または４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関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃焼の安定化やＮＯｘの低減を目的として、吸気バルブ及び排気バルブが開閉するタイミング（バルブタイミング）を制御する装置、いわゆる可変バルブタイミング機構、が知られている。このような制御装置が、例えば特許文献１に記載されている。この制御装置は、クランク角と筒内圧変化率との関係において、筒内圧の値が急変するときのクランク角からバルブタイミングを検出する。さらに、検出されたバルブタイミングと内燃機関の運転状態に応じた基本バルブタイミングとの偏差に基づいて、バルブタイミングをフィードバック制御するものである。ただし、この制御装置におけるバルブタイミングの検出方法では、内燃機関の燃焼行程中はノックが発生する等してバルブタイミングの誤検出が生じやすいので、バルブタイミングの検出を停止しなければならない。一方、近年の内燃機関には、一般的に排気浄化を目的とした触媒が付与されている。例えば、この触媒の冷間時早期活性化等のために、排気バルブを開くタイミングを進角することで、高温の燃焼ガスを触媒に流す、といった制御が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１６４５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の制御装置では、このような進角制御を行った時には、バルブタイミングを検出できない、つまり、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミング全域で精度を確保することができないといった問題があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、バルブタイミングを全域で精度よく検出できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、筒内圧検出手段による検出値から気筒内における熱発生率を算出する制御部とを備え、制御部は、クランク角と熱発生率との関係に基づいて、内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの少なくとも一方が開閉するタイミングを検出する。筒内圧から熱発生率に基づいてバルブタイミングを検出することにより、バルブタイミングが精度よく検出される。
内燃機関の燃焼行程中、制御部は、クランク角と熱発生率との関係において熱発生率が０から負の値に変化した場合におけるクランク角が排気バルブの開くタイミングであることを検出してもよい。
内燃機関の圧縮行程中、制御部は、クランク角と熱発生率との関係において熱発生率が負の値から０に変化した場合におけるクランク角が吸気バルブの閉じるタイミングであることを検出してもよい。
内燃機関の燃焼行程中、制御部は熱発生率の変化率を算出し、制御部は、クランク角と熱発生率との関係において熱発生率が０から負の値に変化したときの変化率が所定範囲内である場合におけるクランク角が排気バルブの開くタイミングであることを検出してもよい。
内燃機関の圧縮工程中、制御部は熱発生率の変化率を算出し、制御部は、クランク角と熱発生率との関係において熱発生率が負の値から０に変化したときの変化率が所定範囲内である場合におけるクランク角が吸気バルブの閉じるタイミングであることを検出してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、制御部は、クランク角と筒内圧から算出した熱発生率との関係に基づいて、内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの少なくとも一方が開閉するタイミングを検出するようにしたので、バルブタイミングを精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の構成を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１は、内部に図示しないピストンを有する気筒２と、気筒２に連通する吸気ポート３及び排気ポート４とを備えている。気筒２には、気筒２内部の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ１１が設けられている。ここで、筒内圧センサ１１は筒内圧検出手段を構成する。吸気ポート３には、吸気ポート３と気筒２とを連通または遮断する吸気バルブ５が設けられている。排気ポート４には、排気ポート４と気筒２とを連通または遮断する排気バルブ６が設けられている。また、吸気バルブ５を駆動するために、ロッカーアーム７及びカム８が設けられ、ロッカーアーム７と吸気バルブ５のステムとの間のクリアランスを調整するためにラッシュアジャスタ９が設けられている。カム８が設けられた可変バルブタイミング機構付きのカムシャフト１３には、カムシャフト１３の位相を検出するカムポジショニングセンサ１０が設けられている。カムシャフト１３は図示しないクランクシャフトによって駆動されており、カムシャフト１３の一端に配置され、クランクシャフトの駆動力をカムシャフト１３に伝達するプーリとカムシャフト本体の間に可変バルブタイミング機構が設けられており、クランクシャフトに対するカムシャフト１３本体の位相を、運転状態に応じ制御する。なお、クランクシャフトの位相は、クランクシャフトの一端に配置されるクランク角センサ１７により検出される。ここで、クランク角センサ１７はクランク角検出手段を構成する。排気ポート４にも、吸気ポート３と同じように、ロッカーアーム１４、カム１５、ラッシュアジャスタ１６が設けられている。さらに、例えばＥＣＵである制御部１２が設けられ、筒内圧センサ１１、カムポジショニングセンサ１０、及びクランク角センサ１７が制御部１２に電気的に接続されている。
【０００９】
制御部１２は、クランク角センサ１７によって検出されたクランク角θと、筒内圧センサ１１によって検出された筒内圧から算出した熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθとの関係を得るために、以下の式を演算するように構成されている。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
上記計算式中、各パラメータはクランク角θの関数となっており、Ｐ（θ）は筒内圧力であり、Ｖ（θ）は行程容積である。Ｋ（θ）は空燃費によって決まる比熱比であり、クランク角θに関してはほぼ一定と考えられる。ｄＶ（θ）／ｄθは、ディーゼルエンジン１の基本的な仕様から算出できる。尚、Ａは熱の仕事当量である。
【００１２】
次に、この実施の形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の動作について説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１は、吸気ポート３を介して気筒２内に空気を吸気する吸気行程、図示しないピストンが気筒２内の空気を圧縮する圧縮行程、図示しない燃料噴射ノズルから気筒２内の圧縮空気に燃料を噴射して燃焼を生じさせる燃焼行程、及び燃焼後の排気ガスを排気ポート４から排気する排気行程の４つの工程を繰り返すように稼動する。この４つの行程から構成される１サイクルは、図示しないクランクシャフト２回転分に相当する。すなわち、クランク角が０°から７２０°までで１サイクルとなる。尚、クランク角が０°から７２０°まで変化する間に、カムシャフト１３の位相は０°から３６０°まで変化する。ディーゼルエンジン１の稼動中、制御部１２は、クランク角センサ１７によって検出されたクランク角と筒内圧センサ１１による検出値から算出した熱発生率とにより、クランク角と熱発生率との関係を得る。
【００１３】
図２は、ディーゼルエンジン１の標準バルブタイミングを示している。圧縮上死点をクランク角θ＝０°とした場合、排気バルブ６はクランク角θが１２７°のときに開き始め、全開になった後再び閉まり始め、クランク角θが３６０°のとき完全に閉まる。一方、吸気バルブ５は、クランク角θが３６０°のときに開き始め、全開になった後再び閉まり始め、クランク角θが５７１°のときに完全に閉まるようになっている。
【００１４】
標準バルブタイミングの条件で、燃焼行程から排気行程にかけてのクランク角と熱発生率との関係を図３に示す。
クランク角θが０°である圧縮上死点において、図示しない燃料噴射ノズルから気筒２内に燃料が噴射されると気筒２内で燃焼が起こるため、熱発生率は最大値を示す。その後クランク角θの増加と共に熱発生率は低下し、クランク角θが３０〜４０°付近で完全に０となる。その後、熱発生率は０を維持するが、排気バルブ６が開き始めるタイミングであるクランク角θ＝１２７°のときに熱発生率は負の値に変化し、その後熱発生率が低下する。
【００１５】
次に、標準バルブタイミングの条件で、吸気行程から圧縮行程にかけてのクランク角と熱発生率との関係を図４に示す。
吸気下死点であるクランク角＝５４０°において熱発生率は負の値を示し、クランク角が大きくなると、熱発生率は上昇する。吸気バルブ５が完全に閉じたタイミングであるクランク角θ＝５７１°のときに熱発生率は０となり、その後熱発生率は０を維持する。
【００１６】
図３より、ディーゼルエンジン１の燃焼行程において、熱発生率が０から負の値に変化するときと、排気バルブ６が開き始めるタイミングとが一致しているので、制御部１２は、熱発生率が０から負の値に変化したときに、排気バルブ６が開き始めるタイミングであることを検出する。また、図４より、ディーゼルエンジン１の圧縮行程において、熱発生率が負の値から０になるときと、吸気バルブ５が完全に閉まるタイミングとが一致しているので、制御部１２は、熱発生率が負の値から０になるときに、吸気バルブ５が完全に閉まるタイミングであることを検出する。これにより、ディーゼルエンジン１の運転条件により、吸気バルブ５及び排気バルブ６が進角しても、それぞれのバルブタイミングが正確に検出される。
【００１７】
ただし、カムポジショニングセンサ１０または筒内圧センサ１１の誤検出等に起因して、バルブタイミングでないにもかかわらず、バルブタイミングであることを示す熱発生率の変化が検出結果に生じる場合がある。このような異常検出の影響を受けずに排気バルブ６が開くタイミングを検出するためには、図３に示されるように、熱発生率が０から負の値に変化するクランク角における傾きＡ、すなわち熱発生率の変化率を算出する。この変化率は、排気バルブ６の進角量に応じてほぼ決まった値をとる。したがって、熱発生率が０から負の値に変化したときのクランク角において、熱発生率の変化率が所定の範囲内にあるときに、制御部１２は、排気バルブ６が開くタイミングであることを検出するようにする。一方、熱発生率の変化率が所定の範囲内にないときに、熱発生率が０から負の値に変化したときには、異常検出結果と判定する。
吸気バルブ５が完全に閉じるタイミングを検出する場合も同様に、図４に示されるように、熱発生率が負の値から０に変化したときのクランク角における傾きＢ、すなわち熱発生率の変化率が所定の範囲内にある場合に、制御部１２は、吸気バルブ５が完全に閉まるタイミングであることを検出するようにする。そして、熱発生率の変化率が所定の範囲内にないときに、熱発生率が０から負の値に変化したときには、異常検出結果と判定する。
【００１８】
バルブタイミングは、クランク角センサ１７の検出結果、及び、カムポジショニングセンサ１０の検出結果に基づき把握され、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じ、進角又は遅角制御される。しかしながら、ディーゼルエンジン１の稼働時間が長くなると、経年劣化によりカム８，１５に磨耗が生じ、または、ラッシュアジャスタ９，１６の磨耗や油圧の僅かな変化が生じる。このため、カムシャフト１３の位相に対し、バルブの実開閉時期、つまり実バルブタイミングにズレが生じてくる。カムポジショニングセンサ１０によるバルブタイミングの検出と、熱発生率から検出したバルブタイミングとが異なることで、このような現象が生じていることが把握できる。検出された両バルブタイミングの差異が、規定値内の時には、正常な範囲内のズレとして、ズレの値がフィードバックされ、カムポジショニングセンサ１０に基づく可変バルブタイミング機構の制御時の補正に用いられる。
【００１９】
このように、制御部１２は、筒内圧センサ１１によって検出された筒内圧から熱発生率を算出し、クランク角と熱発生率との関係に基づいて、排気バルブ５及び吸気バルブ６の少なくとも一方が開閉するタイミングを検出するので、バルブタイミングを精度よく検出することができる。特に、この検出手段では、燃焼行程など、ディーゼルエンジン１の状態に関わらず、検出を行うことが出来、全域でバルブタイミングの検出が行える。
【００２０】
尚、ディーゼルエンジン１が内部ＥＧＲを採用している場合には、吸気行程において吸気バルブ５が開き始めるまでは、内部ＥＧＲを圧縮していることから、熱発生率は正の値を示す。吸気バルブ５が開き始めると、気筒２内にかかる圧力がなくなるので、熱発生率は０となる。このため、熱発生率が正の値から０になるタイミングを検出することで、吸気バルブ５が開き始めるタイミングを検出することができる。
【００２１】
また、この実施の形態では、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これに限定するものではない。ガソリンエンジンにこの発明に係るバルブタイミング制御装置を適用することによって、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、この実施の形態では、自然給気のエンジンを前提に記載したが、これに限定するものではなく、ターボチャージャ等の過給機付きエンジンにも適用することができる。ただし、過給機を用いた場合、熱発生率の変化率が、バルブの進角量のみならず、過給圧によっても変化する。このため、過給機付きエンジンへの適用時には、過給機下流の吸気通路内圧力（過給圧）の検出手段と、制御部内の記憶手段、つまりメモリ中に、過給圧に対応し変化する熱発生率の変化率の値が、データとして保存されていることと、が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の構成図である。
【図２】この実施の形態に係る内燃機関の標準バルブタイミングを示す図である。
【図３】この実施の形態に係る内燃機関の排気行程において、クランク角と熱発生率との関係を示す図である。
【図４】この実施の形態に係る内燃機関の吸気行程において、クランク角と熱発生率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  気筒、５  吸気バルブ、６  排気バルブ、１１  筒内圧センサ（筒内圧検出手段）、１２  制御部、１７  クランク角センサ（クランク角検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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