(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気弁の弁軸に取付けられる可動子と、該可動子を中立位置に付勢するスプリングと、該可動子を電磁力により一方向に吸着して吸排気弁を開弁させる開弁用電磁コイルと、該可動子を電磁力により他方向に吸着して吸排気弁を閉弁させる閉弁用電磁コイルとを有して、開タイミングと閉タイミングとを独立して制御できる電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備え、
吸気弁の開タイミングを上死点付近の一定タイミングとし、機関運転条件に応じて、吸気弁の閉タイミングを下死点前に制御して、吸気弁の開期間を制御することにより、吸入空気量を制御して、早閉じミラーサイクルでノンスロットル運転を行う内燃機関のトルク制御装置において、
前記電磁コイルの電磁力、前記スプリングのバネ定数、前記可動子を含む可動部質量により定まる吸気弁の駆動速度の制限により、高回転領域でクランク角度で見た吸気弁の最小開期間が大きくなることで、トルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域を判別する高回転低負荷領域判別手段と、
前記高回転低負荷領域にて、排気弁の閉タイミングを上死点付近の一定タイミングとしたまま、排気弁の開タイミングを下死点後に遅らせる排気弁開タイミング遅延手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関のトルク制御装置。
【請求項２】
前記高回転低負荷領域にて、点火時期を遅角する点火時期遅角手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のトルク制御装置。
【請求項３】
前記高回転低負荷領域内のより高回転低負荷側で、４サイクル運転から、４＋２Ｎ（Ｎは１以上の整数）サイクル運転に切換える可変サイクル運転手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関のトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備えて、ノンスロットル運転を行う内燃機関のトルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備え、吸気弁の開期間を制御（早閉じ制御）することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う内燃機関（ミラーサイクルエンジン）が注目されている。
【０００３】
しかしながら、早閉じミラーサイクルでノンスロットル運転を行う際、電磁駆動式の吸気弁の駆動速度の制限から、高回転低負荷領域の成立が困難となる（高回転領域で負荷を落とせなくなる）。
すなわち、トルクを低下させるためには、吸気弁の開期間を短くして、吸入空気量を減少させる必要があるが、吸気弁を開いて、すぐに閉じるとしても、駆動速度は一定（バネ定数と可動部質量とにより定まる）であり、一定の動作時間が必要であるので、高回転領域では、クランク角度で見た最小開期間が大きくなり、吸入空気量の減少によるトルク低下に大きな制限がある。
【０００４】
尚、特開平９−８８６４５号公報には、燃料カット条件を検知すると、吸気弁の開期間を減少させ、また、バッテリへの充電を促進することが開示されているが、バッテリへの充電促進によりある程度のトルク低下が得られるものの、基本的には吸気弁の開期間を減少させるものであり、駆動速度の制限を受けて、最小開期間が決まってしまうことから、この技術を適用しても実用上十分なトルク低下を得ることはできない。
【０００５】
また、特開平８−２０００２５号公報には、大きさの異なる主副の吸気弁を設けて、機関回転数及び負荷に応じて、使用する吸気弁の組み合わせを変えることが開示されているが、これも駆動速度の制限を受けて、最小開期間が決まってしまうという問題の解決にはならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑み、早閉じミラーサイクルでノンスロットル運転を行う際に、吸気弁の最小開期間によりトルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域での十分なトルク低下を可能として、運転性を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、吸排気弁の弁軸に取付けられる可動子と、該可動子を中立位置に付勢するスプリングと、該可動子を電磁力により一方向に吸着して吸排気弁を開弁させる開弁用電磁コイルと、該可動子を電磁力により他方向に吸着して吸排気弁を閉弁させる閉弁用電磁コイルとを有して、開タイミングと閉タイミングとを独立して制御できる電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備え、吸気弁の開タイミングを上死点付近の一定タイミングとし、機関運転条件に応じて、吸気弁の閉タイミングを下死点前に制御して、吸気弁の開期間を制御することにより、吸入空気量を制御して、早閉じミラーサイクルでノンスロットル運転を行う内燃機関のトルク制御装置において、図１に示すように、前記電磁コイルの電磁力、前記スプリングのバネ定数、前記可動子を含む可動部質量により定まる吸気弁の駆動速度の制限により、高回転領域でクランク角度で見た吸気弁の最小開期間が大きくなることで、トルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域を判別する高回転低負荷領域判別手段と、前記高回転低負荷領域にて、排気弁の閉タイミングを上死点付近の一定タイミングとしたまま、排気弁の開タイミングを下死点後に遅らせる排気弁開タイミング遅延手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、通常の排気弁の開タイミングは、最も熱効率の良いタイミングとして、下死点前に設定されるが、吸気弁の最小開期間によりトルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域では、排気弁の開タイミングを下死点後に遅らせることにより、下死点後、排気弁を開けるまでの間で、筒内の燃焼ガスを圧縮するようにして、ポンプロスを増大させることで、トルクを低下させ、また、排気効率を低下させて筒内に残ガスを残すようにして、吸気弁開時に新気が入りにくくし、吸入空気量を減少させることで、トルクを低下させる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、更に、前記高回転低負荷領域にて、点火時期を遅角する点火時期遅角手段を設けたことを特徴とする。
すなわち、通常のＭＢＴ若しくはノック限界の点火時期に対し、点火時期を遅角することで、トルクを低下させることができるので、点火時期の遅角を併用して更なるトルク低下を可能とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、更に、前記高回転低負荷領域内のより高回転低負荷側で、４サイクル運転から、４＋２Ｎ（Ｎは１以上の整数）サイクル運転に切換える可変サイクル運転手段を設けたことを特徴とする。
すなわち、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を用いている場合には、運転サイクル数の可変が可能となるので、更なるトルクの低下が必要となる領域では、通常の４サイクル運転から、８サイクル運転、又は１６サイクル運転、又は３２サイクル運転などに切換え、これによりトルクを実質的に１／２、１／４、１／８などに低下させて、より十分なトルク低下を得るのである。尚、６サイクル運転、１２サイクル運転としてもよい。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、排気弁の開タイミングを下死点後に遅らせることにより、スロットル弁を設けることなく、早閉じミラーサイクルでの高回転低負荷領域での運転が可能となる。
請求項２に係る発明によれば、点火時期の遅角を併用することで、更なるトルク低下が可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、更なるトルクの低下が必要となる領域で、通常の４サイクル運転から、８サイクル運転などに切換えることで、より十分なトルク低下が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の実施形態を示す内燃機関のシステム図である。
内燃機関１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１４】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１５】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１６】
図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０により制御され、このコントロールユニット１０には、機関回転に同期してクランク角信号を出力しこれにより機関回転数を検出可能なクランク角センサ１１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセルペダルセンサ１２、吸気通路７にて吸入空気量を検出するエアフローメータ１３等から、信号が入力されている。
【００１７】
この内燃機関１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５の開期間を制御（早閉じ制御）することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う。
しかし、早閉じミラーサイクルでノンスロットル運転を行う際、電磁駆動式の吸気弁５の駆動速度の制限から、図４に示す高回転低負荷領域Ａの成立が困難となる（高回転領域で負荷を落とせなくなる）。
【００１８】
そこで、高回転低負荷領域では、図５に示すようなバルブタイミングで吸気弁５及び排気弁６を作動させる。
吸気弁５の開タイミング（ＩＶＯ）は上死点（ＴＤＣ）付近の一定タイミングとし、吸気弁５の閉タイミング（ＩＶＣ）は機関運転条件により決定するが、高回転低負荷領域では、開期間が最小となるように、開弁直後に閉弁させる。
【００１９】
排気弁６の開タイミング（ＥＶＯ）は、通常は最も熱効率の良いタイミングとなるように、下死点（ＢＤＣ）前に設定される（点線示）が、吸気弁５の最小開期間によりトルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域では、排気弁６の開タイミング（ＥＶＯ）を下死点（ＢＤＣ）後に遅らせる。排気弁６の閉タイミング（ＥＶＣ）は通常通り上死点（ＴＤＣ）付近の一定タイミングとする。
【００２０】
従って、このように排気弁６の開タイミング（ＥＶＯ）を下死点（ＢＤＣ）後に遅らせることで、下死点（ＢＤＣ）後、排気弁６を開けるまでの間で、筒内の燃焼ガスを圧縮するようにして、ポンプロスを増大させることで、トルクを低下させ、また、排気効率を低下させて筒内に残ガスを残すようにして、吸気弁５の開時に新気が入りにくくし、吸入空気量を減少させることで、トルクを低下させる。ここで、ＥＶＯの設定によっては０ｋｇｍ以下のトルクも実現可能であり、燃料カット領域を含め幅広いトルク領域をカバー可能になる。
【００２１】
図６は上記のような制御を実現するためにコントロールユニット１０内のマイクロコンピュータにより実行される制御フローを示している。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、機関回転数及びアクセル開度を検出する。
ステップ２では、アクセル開度から要求図示トルクを算出する。以上により、機関回転数と要求図示トルクとから、高回転低負荷領域を判別可能となる。
【００２２】
ステップ３では、機関回転数と要求図示トルクとをパラメータとして、バルブタイミングを定めたマップを参照して、バルブタイミングを設定する。
すなわち、吸気弁の開タイミング（ＩＶＯ）は上死点付近の一定タイミングとし、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）を、機関回転数と要求図示トルクとから、図７に示すマップを参照して可変設定する。具体的には、低回転低負荷側では早くし、高回転高負荷側で遅くする。但し、機関回転数が上がると、駆動速度の制限から早いタイミングで吸気弁を閉じることができす、図７のマップ上で縦方向の等高線は制限を受けていることを示している。
【００２３】
また、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）は上死点付近の一定タイミングとし、排気弁の開タイミング（ＥＶＯ）を、機関回転数と要求図示トルクとから、図８に示すマップを参照して可変設定する。
具体的には、高回転低負荷領域以外では、排気弁の開タイミング（ＥＶＯ）は、下死点前で、最も熱効率の良いタイミングに設定する。高回転低負荷領域では、最も熱効率の良いタイミングより遅く、下死点後に設定し、また、その領域内で要求図示トルクが低い程、より遅く設定する。従って、この部分が高回転低負荷領域判別手段及び排気弁開タイミング遅延手段として機能する。
【００２４】
ステップ４では、機関回転数と要求図示トルクとをパラメータとして、点火時期を定めたマップを参照して、点火時期を設定する。
すなわち、点火時期を、機関回転数と要求図示トルクとから、図９に示すマップを参照して設定する。
具体的には、高回転低負荷領域以外では、ＭＢＴ若しくはノック限界の点火時期に設定する。高回転低負荷領域では、ＭＢＴよりリタードした点火時期に設定する。従って、この部分が高回転低負荷領域判別手段及び点火時期遅角手段として機能する。
【００２５】
このように高回転低負荷領域で、点火時期の遅角によるトルク低下を併用することで、トルクを更に低下させることが可能となる。
尚、燃料噴射弁による燃料噴射量は、エアフローメータにより検出される吸入空気量等に基づいて制御する。
次に、可変サイクル運転により、前記高回転低負荷領域内のより高回転低負荷側で、トルクを更に低下させるようにする場合について、図１０〜図１２により説明する。
【００２６】
図１０はその場合の制御フローを示している。
ステップ１〜４の実行後、ステップ５で、所定の８サイクル運転領域か否かを判定する。ここで、８サイクル運転領域は、図１１に示すように、吸気弁の最小開期間によりトルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域Ａ内のより高回転低負荷側の領域Ｂとする。
【００２７】
８サイクル運転領域でない場合は、ステップ６へ進んで、通常の４サイクル運転（吸気−圧縮（点火）−爆発−排気）を行う。
８サイクル運転領域である場合は、ステップ７へ進んで、８サイクル運転を行う。この部分が可変サイクル運転手段に相当する。
可変サイクル運転の手法については、特開平７−２３８８２１号公報、特開平１０−１０３０９２号公報等に記載されているように種々あるが、ここでは、例えば図１２に示すように、吸気−圧縮−膨張−圧縮−膨張−圧縮（点火）−爆発−排気の８サイクル運転を行う。これは、中間にて、電磁駆動式の排気弁及び吸気弁の開作動を休止し、また点火を休止することで、簡単に実現できる。
【００２８】
このような８サイクル運転により、４サイクル運転時に比べ、トルクを１／２に落とすことが可能となる。
尚、必要により、６サイクル運転、１２サイクル運転、１６サイクル運転、３２サイクル運転などを行って、トルクを更に低下させるようにしてもよく、また、例えば高回転になる程、サイクル数を増やすように、多段階の可変サイクル運転を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の実施形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】  吸気弁及び排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】  吸気弁の最小開期間によりトルク低下に制限を受ける高回転低負荷領域を示す図
【図５】  高回転低負荷領域でのバルブタイミングを示す図
【図６】  第１実施形態の制御内容を示すフローチャート
【図７】  吸気弁閉タイミング（ＩＶＣ）制御用のマップを示す図
【図８】  排気弁開タイミング（ＥＶＯ）制御用のマップを示す図
【図９】  点火時期制御用のマップを示す図
【図１０】  第２実施形態の制御内容を示すフローチャート
【図１１】  ８サイクル運転を行う領域を示す図
【図１２】  ８サイクル運転時のバルブタイミングを示す図
【符号の説明】
１  内燃機関
２  ピストン
３  燃焼室
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  コントロールユニット
１１  クランク角センサ
１２  アクセルペダルセンサ
１３  エアフローメータ
【図１】
0004056633.tif 000002
【図２】
0004056633.tif 000003
【図３】
0004056633.tif 000004
【図４】
0004056633.tif 000005
【図５】
0004056633.tif 000006
【図６】
0004056633.tif 000007
【図７】
0004056633.tif 000008
【図８】
0004056633.tif 000009
【図９】
0004056633.tif 000010
【図１０】
0004056633.tif 000011
【図１１】
0004056633.tif 000012
【図１２】
0004056633.tif 000013