JP4877209B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

圧縮空気を利用してエンジンを駆動すれば燃料消費量を抑制でき、排気性能の悪化も抑制できる。例えば、特許文献１では走行中や減速中にタンクへ圧縮空気を回収し、エンジン効率の低下する運転領域で圧縮空気を利用した走行を行うことで上記の実現を狙っている。その実現手段として吸気バルブ、排気バルブ、圧縮空気流制御バルブを油圧アクチュエータにより駆動する可変動弁機構を用いている。
特表２００７−５０２３８９号公報

しかしながら可変動弁機構のコストが高いこと、信頼性が不十分であることを鑑みると、従来の固定カムで実現することが重要である。従来の固定カムでは任意にバルブ開閉を制御できないので、圧縮空気駆動から燃焼によるエンジン駆動へ切り替る際、吸入空気量をスロットルで制御しなければならない。その場合負圧発達に遅れを生じてしまい、切替時に燃焼トルクの不足又は失火により急減速が生じることや、遅れを考慮して燃料噴射量を増やすことで燃焼トルクの急増により急加速やショックが生じるといった運転性の問題があった。また。それらの問題を解決しようと圧縮空気駆動モード中から吸入空気量を制御しようとすると、その分ポンピングロスが増加してしまい、圧縮空気駆動モード中の効率が低下するという問題があった。

また、従来の固定カムとスロットルの構成ではなく、吸気弁のバルブリフト量や開閉時期を可変可能な可変動弁機構を使用して吸入空気量を制御する場合でも、可変動弁機構の作動応答遅れにより吸入空気量を制御できない可能性があり、同じく上記問題があった。

そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸排気弁以外で筒内への空気の流入を制御する制御弁と、前記制御弁と連通した圧縮空気を貯蔵するためのタンクと、前記タンク内の状態を測定するタンク内状態測定手段と、吸気弁を通じて筒内へ吸入させる空気量を決定する目標吸入空気量決定手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を備え、燃焼により駆動する燃焼駆動モードと前記制御弁から圧縮空気を筒内へ流入させて駆動する圧縮空気駆動モードとを運転条件に応じて切り替えるモード切替手段と、圧縮空気駆動モード中に前記制御弁から筒内に流入させる空気量を決定する目標流入空気量決定手段と、前記制御弁を少なくとも膨張行程において開閉させることにより、筒内に流入させる空気量を制御する流入空気量制御手段と、前記圧縮空気駆動モード中において前記吸入空気量制御手段の制御量変更を実施する制御量変更決定手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、運転条件に応じて吸入空気量の制御量変更条件を変更するので、圧縮空気駆動モードから燃焼駆動モードによるエンジン走行に切り替えても、要求されるエンジン負荷に応じた吸入空気量となるので、エンジントルク過不足や失火を抑制でき、また切替以前の圧縮空気駆動モード中のポンプロス増加を抑制できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の概略を模式的に示した説明図であって、通常の車両用のエンジンに、圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵タンクと、圧縮空気の筒内への流入を制御する制御弁（後述する圧縮空気制御弁に相当）が付加された構成となっている。圧縮空気貯蔵タンクは、一定容量で貯蔵する定容タンク又は一定圧力で貯蔵する定圧タンク等とする。また、上記制御弁は、吸気弁以外で筒内への空気の流入を制御するものである。

上記制御弁や上記エンジンを制御するＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）には、エンジン回転速度、車速、アクセル開度、スロットル開度、吸入空気量、圧縮空気貯蔵タンクのタンク圧、クランク角度等が、それぞれ対応するセンサ出力より求められて入力されている。これら各種センサからセンサ信号は、ＥＣＵ内の運転条件検出手段に入力されている。そして、ＥＣＭは、これら各種センサ等からの情報を用いて上記制御弁や上記エンジンを制御している。

ＥＣＭは、モード切り換え手段、制御量変更決定手段、目標吸入空気量決定手段、目標流入空気量決定手段、吸入空気量制御手段及び流入空気量制御手段を有している。

モード切り換え手段は、燃焼により駆動する燃焼駆動モードと上記制御弁から圧縮空気を筒内へ流入させて駆動する圧縮空気駆動モードとを運転条件（例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷としての吸入空気量と圧縮空気貯蔵タンクのタンク圧）に応じて切り替える。制御量変更決定手段は、運転条件（例えばエンジン回転速度とエンジン負荷としての吸入空気量と圧縮空気貯蔵タンクのタンク圧）とモード切り換え手段からの制御信号（駆動モード信号）に基づいた制御量変更信号を目標吸入空気量決定手段及び目標流入空気量決定手段に出力する。目標吸入空気量決定手段は運転条件（例えば、アクセル開度とエンジン回転数）及び制御量変更信号に基づいて、目標吸入空気量を算出する算出する。目標流入空気量決定手段は運転条件（例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷としての吸入空気量）及び制御量変更信号に基づいて、目標流入空気量を算出する。吸入空気量制御手段は、目標吸入空気量決定手段で算出された目標吸入空気量が筒内に供給されるようにスロットル開度を制御する。流入空気量制御手段は、目標流入空気量決定手段で算出された目標流入空気量が筒内に供給されるように制御弁の開閉時期を制御する。

さらに、制御量変更決定手段は、図２に示すように、圧縮空気駆動モード中において圧縮空気駆動モードで駆動できる残り時間（圧縮空気駆動残時間）を算出する圧縮空気駆動残時間算出手段と、圧縮空気駆動モード中において燃焼駆動モードでのエンジン負荷に応じた目標吸入空気量に到達するまでの時間（目標空気量到達時間）を算出する目標空気量到達時間算出手段と、圧縮空気駆動残時間及び目標空気量到達時間に基づいた制御量変更信号を出力する制御量変更実施判定手段と、を有している。

図３は、本発明の第１実施形態におけるエンジン１の概略構成を示す説明図であって、火花点火式ガソリン機関からなるエンジン１は、吸気弁２と排気弁３とを有し、その吸気弁２側の動弁機構は、吸気カムシャフト４の吸気カム４ａにより吸気弁２を駆動する直動型のものであり、そのバルブリフト特性は、常に一定である。排気弁３側の動弁機構は、排気カムシャフト５の排気カム５ａにより排気弁３を駆動する直動型のものであり、そのバルブリフト特性は、常に一定である。

シリンダ６には、ピストン７が摺動可能に配置されている。そして、シリンダブロック上面に固定されたシリンダヘッドとピストン７との間に燃焼室８が形成されている。

この燃焼室８天井面中心部に、接続通路９の一端が接続されている。接続通路９は、その他端に圧縮空気貯蔵タンク１０に接続されている。また、接続通路９には、圧縮空気流量制御弁１３が介装されている。圧縮空気貯蔵タンク１０の内部圧力は、図示せぬ圧力センサによって検知されている。

そして、燃焼室８と接続通路１０との接続部分には、アクチュエータ１２によって開閉駆動する圧縮空気制御弁１１が配置されている。アクチュエータ１２の駆動方式は、油圧式であっても電磁式であってもよい。

この圧縮空気制御弁１１は、所定の運転状態における圧縮行程において、内燃機関の筒内であるシリンダ６内で生成された圧縮空気を圧縮空気貯蔵タンク１０へ吐出し、圧縮空気駆動モード中における膨張行程において、圧縮空気貯蔵タンク１０内の圧縮空気を筒内に吐出することが可能なものである。尚、圧縮空気制御弁１１が開弁する際には、圧縮空気流量制御弁１３も開弁するよう制御されている。また、圧縮空気制御弁１１が閉弁する際には、圧縮空気流量制御弁１３も閉弁するよう制御されている。

ここで、圧縮空気制御弁１１の駆動機構としては、カムの位相を変化させてバルブリフトの中心角を変化させるものや、異なるカムプロフィールを持つ複数のカムの使用を切り替えて用いる等のいわゆる可変動弁機構を適用することも可能である。

また、各気筒の吸気ポートに向かって各気筒毎に燃料を噴射供給するように燃料噴射弁１４が配設されている。尚、本発明はシリンダ内に燃料を直接噴射する直接噴射式のガソリンエンジンに適用することも可能である。

この吸気ポートには、ブランチ通路１５がそれぞれ接続され、かつこの複数のブランチ通路１５の上流端が、コレクタ１６に接続されている。コレクタ１６の一端には、吸気入口通路１７が接続されており、この吸気入口通路１７に、スロットル弁１８が設けられている。このスロットル弁１８は、電気モータからなるアクチュエータ（図示せず）を備え、ＥＣＭから与えられる制御信号によって、その開度が制御される。また、スロットル弁１８の上流には、エアクリーナ１９が設けられている。

また、上述した実施形態において、吸気弁２の動弁機構や排気弁３の動弁機構に、カムの位相を変化させてバルブリフトの中心角を変化させるものや、異なるカムプロフィールを持つ複数のカムの使用を切り替えて用いる等のいわゆる可変動弁機構を適用することも可能である。

より具体的には、図４に示すような可変動弁機構５０を、吸気弁２の動弁機構や排気弁３の動弁機構に適用可能である。説明の便宜上、吸気弁２の動弁機構に図４に示す可変動弁機構５０が適用された場合について以下に説明する。

上記の吸気弁２側の可変動弁機構５０は、例えば特開２００２−８９３４１号公報等によって公知のものであり、吸気弁２のリフト・作動角を連続的に可変制御するリフト・作動角可変機構５１と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を連続的に進角もしくは遅角させる位相可変機構５２と、が組み合わされて構成されている。

このようにリフト・作動角可変機構５１と位相可変機構５２とを組み合わせた可変動弁機構によれば、吸気弁開時期および吸気弁閉時期の双方をそれぞれ独立して任意に制御することが可能であり、また同時に、低負荷域ではリフト量（最大リフト量）を小さくすることで、負荷に応じた吸入空気量に制限することができる。尚、リフト量がある程度大きな領域では、シリンダ内に流入する空気量が主に吸気弁２の開閉時期によって定まるのに対し、リフト量が十分に小さい状態では、主にリフト量によって空気量が定まる。

リフト・作動角可変機構５１の概要を説明すると、このリフト・作動角可変機構５１は、シリンダヘッドに回転自在に支持され、かつクランクシャフトに連動して回転する中空状の駆動軸５３と、この駆動軸５３に固定された偏心カム５５と、駆動軸５３の上方位置において平行に配置された回転自在な制御軸５６と、この制御軸５６の偏心カム部５７に揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、各吸気弁２上端のタペット５９に当接する揺動カム６０と、を備えている。偏心カム５５とロッカアーム５８とはリンクアーム６１によって連係されており、ロッカアーム５８と揺動カム６０とは、リンク部材６２によって連係されている。リンクアーム６１は、その環状部６１ａが偏心カム５５の外周面に回転可能に嵌合している。またリンクアーム６１の延長部６１ｂがロッカアーム５８の一端部に連係しており、該ロッカアーム５８の他端部に、リンク部材６２の上端部が連係している。偏心カム部５７は、制御軸５６の軸心から偏心しており、従って、制御軸５６の角度位置に応じてロッカアーム５８の揺動中心は変化する。

揺動カム６０は、駆動軸５３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、リンク部材６２の下端部が連係している。この揺動カム６０の下面には、駆動軸５３と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から上記端部へと所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されている。上記基円面は、リフト量が０となる区間であり、揺動カム６０が揺動して上記カム面がタペット５９に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。

制御軸５６は、一端部に設けられた例えば電動モータからなるリフト・作動角制御用アクチュエータ６５によって、その回転位置が制御されている。

このアクチュエータ６５により例えば偏心カム部５７が上方位置にあると、ロッカアーム５８は全体として上方へ位置し、揺動カム６０の上記端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム６０の初期位置は、そのカム面がタペット５９から離れる方向に傾く。従って、駆動軸５３の回転に伴って揺動カム６０が揺動した際に、上記基円面が長くタペット５９に接触し続け、上記カム面がタペット５９に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部５７が下方へ位置しているとすると、ロッカアーム５８は全体として下方へ位置し、揺動カム６０の上記端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム６０の初期位置は、そのカム面がタペット５９に近付く方向に傾く。従って、駆動軸５３の回転に伴って揺動カム６０が揺動した際に、リフト量が大きく得られ、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部５７の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図５に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。

次に、位相可変機構５２は、駆動軸５３の前端部に設けられたスプロケット７１と、このスプロケット７１と駆動軸５３とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ７２と、から構成されている。スプロケット７１は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。従って、位相制御用油圧アクチュエータ７２への油圧制御によって、スプロケット７１と駆動軸５３とが相対的に回転し、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。

図６は、圧縮空気によりエンジン１を駆動する方法の概略を示した説明図である。図６（ａ）は、吸排気弁２、３を固定カムにより駆動し、圧縮空気制御弁１１をアクチュエータ１２により駆動する場合のバルブ開閉タイミングを示している。圧縮空気制御弁１１は、膨張行程にて開弁するよう制御され、膨張行程にて圧縮空気が筒内に吐出される。図６（ｂ）は、圧縮空気によりエンジン１を駆動する際のクランク角に対する筒内圧を示している。圧縮空気制御弁１１が開弁し圧縮空気が筒内に吐出されることにより、筒内圧力が上昇する。図６（ｃ）は、圧縮空気によりエンジン１を駆動する際のＰ−Ｖ線図である。図６（ｃ）において、斜線に示すように膨張行程にて筒内圧が圧縮空気により上昇することでピストン７を押し下げる力を得て、それが駆動力となる。つまり、圧縮空気の吐出により筒内圧が上昇する分、駆動力が増大する。

図７は本発明の参考例を示すものであって、圧縮空気駆動モード中によるエンジン走行から燃焼によりエンジン走行する燃焼駆動モードへ切り替る際の各パラメータの特性を示すタイミングチャートである。図７（ａ）のように圧縮空気駆動モードから燃焼駆動モードに切り替える際、要求エンジン負荷（エンジントルク）に応じた吸入空気量をスロットルにて実現すると負圧発達に遅れが生じる。或いは上記のような可変動弁機構によって吸気弁２のバルブ閉じタイミングを変更して空気量を制御しようとしても作動応答遅れなどで目標の吸入空気量を制御できない場合がある。この場合、燃焼トルクが不足したり失火して急減速が生じたり、或いはそれを防ぐために燃料噴射量を増加することで燃焼トルクが急増し、吸加速やショックなどが生じてしまう場合がある。尚、ＢＭＥＰはエンジンが発生するトルクの平均有効圧である。また、図７（ｂ）のように、圧縮空気駆動モード中においてエンジントルクに応じて吸入空気量を制御する場合、ポンプロスの増加に伴い圧縮空気の流入量がその分増えて、燃費向上効果が低下してしまう。換言すれば、図７（ｂ）のように、圧縮空気駆動モードと燃焼駆動モードの切り替えを考えて圧縮空気駆動モード時にも燃焼駆動モード時に要求される吸入空気量とすると、ポンプロスの増加により、ＩＭＥＰが増加する。

図８は、本発明の第１実施形態において、圧縮空気駆動モード中によるエンジン走行から燃焼によりエンジン走行する燃焼駆動モードへ切り替る際の各パラメータの特性を示すタイミングチャートである。

本発明の第１実施形態においては、圧縮空気駆動モードから燃焼駆動モードへの切り替わりに先だって、吸入空気量を切替後の目標の吸入空気量に向けて制御しつつ、切替前のポンプロス増加を抑制するために、吸入空気量を制御するのに必要な時間を推定する。そして制御量変更条件としてモード切替前に推定した最適な時間内で吸入空気量を制御する（燃焼駆動モード時の吸入空気量に向けて制御する）ことで切替前のポンプロス増加の抑制を実現可能としている。尚、制御量変更条件として時間ではなくサイクル数を取り扱っても同様の効果を得られる。すなわち、吸入空気量を制御するのに必要なサイクル数を推定し、制御量変更条件として切替前に推定した最適なサイクル数内で吸入空気量を制御しても、切替前のポンプロス増加の抑制を実現可能である。尚、図８中におけるＩＭＥＰは、エンジンを駆動するトルクの平均有効圧である。従って、このＩＭＥＰにはエンジンを駆動する際のエンジンフリクション（機械摩擦、ポンピングロス等）が含まれている。

図９に本発明の第１実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャートを示す。

Ｓ１０１では、エンジン回転、アクセル開度、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧を読み込む。

Ｓ１０２では、圧縮空気貯蔵タンク１０内の圧縮空気を膨張行程において筒内吐出する圧縮空気駆動モードであるか否かを判定し、圧縮空気駆動モードであればＳ１０３へ進み、圧縮空気駆動モードでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ１０３では、アクセル開度及びエンジン回転速度より燃焼によるエンジン走行時（燃焼駆動モード時）に要求される吸入空気量を算出し、圧縮空気駆動モード時の吸入空気量から燃焼駆動モード時に要求される吸入空気量に達するまでの目標空気量到達時間を推定し、さらに要求エンジントルクと圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧から圧縮空気駆動モードを維持可能な時間である圧縮空気駆動残時間を推定する。これらは各々と相関のあるパラメータを用いているので、精度良く推定が可能である。

Ｓ１０４では、圧縮空気駆動残時間が目標空気量到達時間以下となったら制御量変更条件を満たすと判定してＳ１０５へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

ここで、圧縮空気駆動残時間が目標空気量到達時間を下回らない範囲で、その差が所定値（推定誤差を考慮した幅として所定値）以下となったら制御量変更条件を満たすと判定してＳ１０５へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了するようにしてもよい。

すなわち、目標空気量到達時間は吸入空気量を、圧縮空気駆動残時間は圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧を、それぞれ正確に算出できない可能性を考慮して、圧縮空気駆動残時間が目標空気量到達時間以下（圧縮空気駆動残時間−目標空気量到達時間≦０）となったらではなく、推定誤差を考慮した幅として所定値を設け、圧縮空気駆動残時間が目標空気量到達時間を下回らない範囲でその差が所定値以下（圧縮空気駆動残時間−目標空気量到達時間≦所定値）となった場合に、制御量変更条件を満たすと判定するようにしてもよい。尚、図９におけるＳ１０４は、圧縮空気駆動残時間−目標空気量到達時間≦所定値における所定値を０とした場合を示すものである。

そして、Ｓ１０５では、要求される吸入空気量（燃焼駆動モード時の要求吸入空気量）の制御を開始する。

図１０は、吸入空気量、目標空気量到達時間、圧縮空気駆動残時間の算出に用いる特性図をしている。スロットルにて吸入空気量を調節する場合、スロットルの作動応答遅れ時間は予めＭＡＰに折り込むことで、簡易的に推定することができる。ここでの吸入空気量は運転条件、例えばエンジン回転速度とアクセル開度により決まる、燃焼駆動モード中に要求される吸入空気量のことである。この第１実施形態においては、エンジン負荷としてこの吸入空気量を代用している。

このような第１実施形態においては、切替時のエンジントルク過不足等による急加減速を抑制でき、また切替以前の圧縮空気駆動モード中のポンプロス増加を抑制できる。

尚、図９、図１０においては圧縮空気貯蔵タンク１０を定容タンクとしている。したがって、圧縮空気貯蔵タンク１０として、例えば定圧タンクを用いる場合、タンク圧ではなくタンク容量に応じて各パラメータを算出することで同様の効果を得られる。また、アクセル開度ではなくスロットル開度を用いてもよく、この場合には、アクセル開度ではなくスロットル開度に応じて各パラメータを算出することで同様の効果を得られる。

そして、図９のＳ１０３において、圧縮空気駆動残時間及び目標空気量到達時間の代えて圧縮空気駆動残サイクル及び目標空気量到達サイクルを算出し、圧縮空気駆動残サイクルと目標空気量到達サイクルとを比較することで、制御量変更条件を満たしているか否かを判定するようにしてもよい。

また、上述した第１実施形態において、目標空気量到達時間を、エンジントルクとエンジン回転速度から算出することも可能である。例えば、図１１（ａ）に示すように、アクセル開度とエンジン回転速度とからエンジントルクを算出し、エンジントルクからＩＭＥＰ（圧縮空気にてエンジンを駆動するためのトルクの平均有効圧）を算出し、図１１（ｂ）に示すように、ＩＭＥＰとエンジン回転速度から目標空気到達時間を算出することも可能である。エンジン回転速度に対してエンジンフリクション等を予めＭＡＰで求めておくことでＩＭＥＰを簡易な構成で算出できる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した第１実施形態に対して制御量変更条件が異なるものである。

制御量変更条件を満たしたら吸入空気量を調節するため、目標吸入空気量に対して負圧が発達するほどポンプロスは増加する。よって圧縮空気駆動モード中のエンジンを駆動するトルクは増加し、圧縮空気の流入量が増える。そして、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧の減少率は大きくなる。尚、圧縮空気貯蔵タンク１０が定圧タンクの場合は、ポンプロス増加によりタンク容量の減少率が大きくなる。

そこで、この第２実施形態においては、制御量変更条件を満たしてから切替までに増加するポンプロスを考慮することでさらに精度良く圧縮空気残時間を推定する
図１２は、本発明の第２実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャートである。

Ｓ２０１では、エンジン回転、アクセル開度、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧を読み込む。

Ｓ２０２では、圧縮空気貯蔵タンク１０内の圧縮空気を膨張行程において筒内吐出する圧縮空気駆動モードであるか否かを判定し、圧縮空気駆動モードであればＳ２０３へ進み、圧縮空気駆動モードでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ２０３では、アクセル開度及びエンジン回転速度より燃焼によるエンジン走行時（燃焼駆動モード時）に要求される吸入空気量を算出し、圧縮空気駆動モード時の吸入空気量から燃焼駆動モード時に要求される吸入空気量に達するまでの目標空気量到達時間を推定し、要求エンジントルクと圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧から圧縮空気駆動モードを維持可能な時間である圧縮空気駆動残時間を推定する。そして、さらに制御量変更条件を満たしてから切替までに増加するＩＭＥＰ（ΔＩＭＥＰ）を吸入空気量とエンジン回転数から算出し、このΔＩＭＥＰと圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧から圧縮空気駆動残時間補正値を算出する。

Ｓ２０４では、圧縮空気駆動残時間から圧縮空気駆動残時間補正値を減じたもの第２圧縮空気駆動残時間とする。

Ｓ２０５では、第２圧縮空気駆動残時間が目標空気量到達時間を下回らない範囲でその差が最小となったら制御量変更条件を満たすと判定してＳ２０６へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

そして、Ｓ２０６では、要求される吸入空気量（燃焼駆動モード時の要求吸入空気量）の制御を開始する。

図１３は、ΔＩＭＥＰ及び圧縮空気駆動残時間補正値の算出に用いる特性図を示している。

このような第２実施形態においては、図１３（ａ）に示すように、制御量変更条件を満たしてから切替までに増加するＩＭＥＰ（ΔＩＭＥＰ）を、ポンプロスと相関のある要求吸入空気量とエンジン回転速度を用いて推定する。そして、図１３（ｂ）に示すように、このΔＩＭＥＰと圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧から圧縮空気駆動残時間補正値を算出する。この圧縮空気駆動残時間補正値で圧縮空気駆動残時間を補正して第２圧縮空気駆動残時間とすることで、圧縮空気にて駆動可能な時間を精度良く推定できる。

尚、この第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、圧縮空気貯蔵タンク１０として定圧タンクを用いたり、アクセル開度ではなくスロットル開度を用いて各パラメータを算出するようにしてもよい。

また、図１２のＳ２０３において、圧縮空気駆動残時間、目標空気量到達時間及び圧縮空気駆動残時間補正値に代えて圧縮空気駆動残サイクル及び目標空気量到達サイクル及び圧縮空気駆動残サイクル補正値を算出し、Ｓ２０４で圧縮空気駆動残サイクルから圧縮空気駆動残サイクル補正値を減じて第２圧縮空気駆動残サイクルを算出し、第２圧縮空気駆動残サイクルと目標空気量到達サイクルとを比較することで、制御量変更条件を満たしているか否かを判定するようにしてもよい。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第１実施形態に対して制御量変更条件が異なるものである。

図１４に本発明の第３実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャートを示す。

Ｓ３０１では、エンジン回転、アクセル開度、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧を読み込む。

Ｓ３０２では、圧縮空気貯蔵タンク１０内の圧縮空気を膨張行程において筒内吐出する圧縮空気駆動モードであるか否かを判定し、圧縮空気駆動モードであればＳ３０３へ進み、圧縮空気駆動モードでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ３０３では、アクセル開度及びエンジン回転速度より燃焼によるエンジン走行時（燃焼駆動モード時）に要求される吸入空気量を算出し、圧縮空気駆動モード時の吸入空気量から燃焼駆動モード時に要求される吸入空気量に達するまでの目標空気量到達時間を推定する。また、目標空気量到達時間と圧縮空気貯蔵タンク１０内のタンク圧から補正切替ＩＭＥＰを算出する。

さらに、要求エンジントルクに対して、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧に応じて圧縮空気駆動モードが可能であるか、発生可能なエンジントルク（切替ＩＭＥＰ）を推定する。すなわち、アクセル開度とエンジン回転速度とから算出されたエンジントルクからＩＭＥＰ（圧縮空気にてエンジンを駆動するためのトルクの平均有効圧）を算出し、このＩＭＥＰと圧縮空気貯蔵タンク１０内のタンク圧から切替ＩＭＥＰを算出する。

Ｓ３０４では、切替ＩＭＥＰから補正切替ＩＭＥＰを減じて補正後切替ＩＭＥＰを算出する。

Ｓ３０５では、補正後切替ＩＭＥＰと要求されるＩＭＥＰ（要求エンジントルク時のＩＭＥＰ、つまり圧縮空気駆動モード中におけるＩＭＥＰ）を比較し、補正後切替ＩＭＥＰが要求されるＩＭＥＰ以上であれば、制御量変更条件を満たすと判定してＳ１０５へ進み、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。

図１５は、補正切替ＩＭＥＰ及び補正後切替ＩＭＥＰの算出に用いる特性図を示している。補正切替ＩＭＥＰは、図１５（ａ）に示すように、圧縮空気駆動時間と相関のある圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧と目標空気量到達時間を用いるため精度良く推定できる。また、図１５（ｂ）に示すように、圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧に応じた切替ＩＭＥＰに対して補正を行うため、制御量変更条件を考慮した補正後切替ＩＭＥＰを精度良く推定できる。

このような第３実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、切替時のエンジントルク過不足等による急加減速を抑制でき、また切替以前の圧縮空気駆動モード中のポンプロス増加を抑制できる。

尚、この第３実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、圧縮空気貯蔵タンク１０として定圧タンクを用いたり、アクセル開度ではなくスロットル開度を用いて各パラメータを算出するようにしてもよい。

また、図１４のＳ３０３において、目標空気量到達時間に代えて目標空気量到達サイクルを算出し、目標空気量到達サイクルと圧縮空気貯蔵タンク１０のタンク圧とから補正切替ＩＭＥＰを算出することも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 内燃機関の制御装置は、吸排気弁以外で筒内への空気の流入を制御する制御弁と、前記制御弁と連通した圧縮空気を貯蔵するためのタンクと、前記タンク内の状態を測定するタンク内状態測定手段と、吸気弁を通じて筒内へ吸入させる空気量を決定する目標吸入空気量決定手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を備え、燃焼により駆動する燃焼駆動モードと前記制御弁から圧縮空気を筒内へ流入させて駆動する圧縮空気駆動モードとを運転条件に応じて切り替えるモード切替手段と、圧縮空気駆動モード中に前記制御弁から筒内に流入させる空気量を決定する目標流入空気量決定手段と、前記制御弁を少なくとも膨張行程において開閉させることにより、筒内に流入させる空気量を制御する流入空気量制御手段と、前記圧縮空気駆動モード中において前記吸入空気量制御手段の制御量変更を実施する制御量変更決定手段と、を有する。これによって、運転条件に応じて吸入空気量の制御量変更条件を変更するので、圧縮空気駆動モードから燃焼駆動モードによるエンジン走行に切り替えても、要求されるエンジン負荷に応じた吸入空気量となるので、エンジントルク過不足や失火を抑制でき、また切替以前の圧縮空気駆動モード中のポンプロス増加を抑制できる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の制御装置は、具体的には、前記制御量変更決定を運転条件と前記タンク内の状態に応じて変更する。

（３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置は、前記タンクと前記制御弁間で圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御弁を備え、前記制御弁から筒内に流入させる目標流入空気量に応じて、前記圧縮空気量制御弁の開閉を制御する。これによって、圧縮空気駆動モード中に必要な目標流入空気量を予め圧縮空気流量制御弁により制御することで、制御弁は筒内へ流入させるタイミングのみ制御すればよく、圧縮空気を精度良く流入させることができる。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記制御量変更決定手段は、圧縮空気駆動モード中において圧縮空気駆動モードで駆動できる残り時間を算出する圧縮空気駆動残時間算出手段と、圧縮空気駆動モード中において燃焼駆動モードでのエンジン負荷に応じた目標吸入空気量に到達するまでの時間を算出する目標空気量到達時間算出手段と、前記制御量変更の実施を判定する制御量変更実施判定手段と、を備え、前記圧縮空気駆動モード中において、前記圧縮空気駆動残時間が前記目標空気量到達時間を下回らない範囲で、その差が所定値以下となったら前記制御量変更の実施と判定する。これによって、圧縮空気で駆動可能な時間が目標の吸入空気量に到達するまでの時間を下回らない範囲で所定値以下となるように制御量変更の実施を判定するので、制御量変更条件を満たしてからから切替までに圧縮空気にて駆動できなくなることを防ぎ、ポンプロス増加を最小限に抑制できる。

（５） 上記（４）に記載の内燃機関の制御装置において、前記所定値は前記圧縮空気駆動残時間の推定精度及び前記目標空気量到達時間の推定精度に応じて決定する。これによって、制御量変更条件の算出精度に応じて所定値を設定するので、制御量変更条件の変更タイミングを最適に判定することが可能である。

（６） 上記（４）に記載の内燃機関の制御装置において、前記圧縮空気駆動残時間は、前記圧縮空気駆動残時間の算出を実施する時刻から圧縮空気で駆動できる残り時間までに相当するサイクル数とする。これによって、タンク内状態と相関のあるパラメータを用いるので、精度良く推定することができる。

（７） 上記（４）に記載の内燃機関の制御装置において、前記目標空気量到達時間は、前記目標空気量到達時間の算出を実施する時刻から目標吸入空気量に到達する時間までに相当するサイクル数とする。これによって、負圧の発達と相関のあるパラメータを用いるので、精度良く推定することができる。

（８） 上記（４）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記圧縮空気駆動残時間は、タンク圧又はタンク容積と、エンジン負荷と、エンジン回転速度とに応じて設定する。これによって、圧縮空気駆動残時間と相関のあるパラメータを用いるので、上記時間を精度良く推定することができる。

（９） 上記（８）に記載の内燃機関の制御装置において、前記圧縮空気駆動残時間は、エンジン負荷が高いほど、或いはタンク圧が低いほど、或いはエンジン回転速度が高いほど、短い。これによって、エンジン負荷が高いほど、あるいはタンク圧が低いほど、或いはエンジン回転速度が高いほど、定容タンクではタンク圧が減少し、定圧タンクではタンク容量が減少するため、前記時間を短くすることで吸入空気量の制御量変更中に圧縮空気駆動ができなくなることを防ぐことができる。

（１０） 上記（４）〜（７）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記目標空気量到達時間は、要求吸入空気量又はエンジン負荷の少なくとも一つと、エンジン回転速度とに応じて設定する。これによって、目標空気量到達時間と相関のあるエンジン回転速度と、エンジン負荷、要求吸入空気量の少なくとも一つのパラメータを用いるので、上記時間を精度良く推定することができる。

（１１） 上記（１０）に記載の内燃機関の制御装置において、前記目標空気量到達時間はエンジン回転速度が高いほど、或いは要求吸入空気量が多い又はエンジン負荷が大きいほど、短い。これによって、エンジン回転速度が高いほど目標空気量への到達が早く、またエンジン負荷又や吸入空気量が大きいほどスロットル全開からの変化量は小さいので、目標空気量到達時間を短くすることで、吸入空気量の制御量変更中のポンプロスの増加を最小限に抑えることができる。

（１２） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量制御手段は、スロットル絞り開度、吸気弁閉弁時期、吸気弁リフト量の少なくともいずれか一つを制御する。これによって、制御量を調節することで目標吸入空気量の実現ができる。

（１３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、前記流入空気量制御手段は、電磁力又は油圧によるアクチュエータ駆動によるもの、カム駆動でカムの位相を変化させるもの、カム駆動で異なるプロフィールを持つ複数のカムの使用を切り替えるもの、固定作動するカム駆動のものの少なくともいずれか一つを用いる。これによって、制御量を調節することで目標となる筒内への流入空気量の実現ができる。

（１４） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、前記タンクは、一定容量で圧縮空気を貯蔵する定容タンクとする。これによって、定容タンクを用いることで貯蔵タンクを簡素化できる。

（１５） 上記（１）、（２）または（１４）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記タンク内状態測定手段は、タンク内空気圧力とタンク内空気温度の少なくともいずれか一つを測定する。これによって、タンク内状態を表すパラメータを少なくとも一つ測定することで、精度良くタンク内状態を推定することができる。

（１６） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、前記タンクは、一定圧力で圧縮空気を貯蔵する定圧タンクとする。これによって、定圧タンクを用いることで流入空気量の制御性能が向上し、圧縮空気による駆動範囲を広げることができる。

（１７） 上記（１）、（２）または（１６）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記タンク内状態測定手段は、タンク内空気容量とタンク内空気温度の少なくともいずれか一つを測定する。これによって、タンク内状態を表すパラメータを少なくとも一つ測定することで、精度良くタンク内状態を推定することができる。

本発明の一実施形態の概略を模式的に示した説明図。 図１における制御量変更決定手段を詳細に示したシステムブロック図。 本発明の実施形態におけるエンジンの概略構成を示す説明図。 本発明に適用可能な可変動弁機構の要部を示す説明図。 可変動弁機構によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図。 参考例における圧縮空気によるエンジン駆動の概略を説明する説明図であって、（ａ）は吸気弁と排気弁と圧縮空気制御弁のバルブタイミングを模式的に示した説明図、（ｂ）はクランク角と筒内圧との関係を示す特性線図、（ｃ）は圧縮空気を筒内に吐出した際のＰ−Ｖ線図である。 参考例において、圧縮空気駆動モード中から燃焼駆動モードへ切り替る際の各パラメータの特性を示すタイミングチャートであって、（ａ）は切替時に燃焼トルクに過不足が生じる場合を示し、（ｂ）圧縮空気駆動モード中にポンプロスが増大する場合を示す。 本発明の第１実施形態において、圧縮空気駆動モード中から燃焼駆動モードへ切り替る際の各パラメータの特性を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャート。 （ａ）は吸入空気量の算出に用いる特性図、（ｂ）は目標空気量到達時間の算出に用いる特性図、（ｃ）は圧縮空気駆動残時間の算出に用いる特性図。 （ａ）はアクセル開度とエンジン回転速度からエンジントルクを算出する際にに用いる特性図、（ｂ）はＩＭＥＰとエンジン回転速度から目標空気量到達時間を算出する際に用いる特性図。 本発明の第２実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャート。 （ａ）はΔＩＭＥＰの算出に用いる特性図、（ｂ）は圧縮空気駆動残時間補正値の算出に用いる特性図。 本発明の第３実施形態における制御量変更条件の判定に関するフローチャート。 （ａ）は補正切替ＩＭＥＰの算出に用いる特性図、（ｂ）は補正後切替ＩＭＥＰの算出に用いる特性図。

符号の説明

１…エンジン
２…吸気弁
３…排気弁
９…接続通路
１０…圧縮空気貯蔵タンク
１１…圧縮空気制御弁

Claims (17)

1. 吸排気弁以外で筒内への空気の流入を制御する制御弁と、
   前記制御弁と連通した圧縮空気を貯蔵するためのタンクと、
   前記タンク内の状態を測定するタンク内状態測定手段と、
   吸気弁を通じて筒内へ吸入させる空気量を決定する目標吸入空気量決定手段と、
   吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を備えた内燃機関であって、
   燃焼により駆動する燃焼駆動モードと前記制御弁から圧縮空気を筒内へ流入させて駆動する圧縮空気駆動モードとを運転条件に応じて切り替えるモード切替手段と、
   圧縮空気駆動モード中に前記制御弁から筒内に流入させる空気量を決定する目標流入空気量決定手段と、
   前記制御弁を少なくとも膨張行程において開閉させることにより、筒内に流入させる空気量を制御する流入空気量制御手段と、
   前記圧縮空気駆動モード中において前記吸入空気量制御手段の制御量変更を実施する制御量変更決定手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御量変更決定を運転条件と前記タンク内の状態に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記タンクと前記制御弁間で圧縮空気量を制御する圧縮空気量制御弁を備え、
   前記制御弁から筒内に流入させる目標流入空気量に応じて、前記圧縮空気量制御弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御量変更決定手段は、圧縮空気駆動モード中において圧縮空気駆動モードで駆動できる残り時間を算出する圧縮空気駆動残時間算出手段と、圧縮空気駆動モード中において燃焼駆動モードでのエンジン負荷に応じた目標吸入空気量に到達するまでの時間を算出する目標空気量到達時間算出手段と、前記制御量変更の実施を判定する制御量変更実施判定手段と、を備え、前記圧縮空気駆動モード中において、前記圧縮空気駆動残時間が前記目標空気量到達時間を下回らない範囲で、その差が所定値以下となったら前記制御量変更の実施と判定することを特徴とする請求項１〜３にいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記所定値は前記圧縮空気駆動残時間の推定精度及び前記目標空気量到達時間の推定精度に応じて決定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記圧縮空気駆動残時間は、前記圧縮空気駆動残時間の算出を実施する時刻から圧縮空気で駆動できる残り時間までに相当するサイクル数とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記目標空気量到達時間は、前記目標空気量到達時間の算出を実施する時刻から目標吸入空気量に到達する時間までに相当するサイクル数とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記圧縮空気駆動残時間は、タンク圧又はタンク容積と、エンジン負荷と、エンジン回転速度とに応じて設定することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記圧縮空気駆動残時間は、エンジン負荷が高いほど、或いはタンク圧が低いほど、或いはエンジン回転速度が高いほど、短いことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記目標空気量到達時間は、要求吸入空気量又はエンジン負荷の少なくとも一つと、エンジン回転速度とに応じて設定することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記目標空気量到達時間はエンジン回転速度が高いほど、或いは要求吸入空気量が多い又はエンジン負荷が大きいほど、短いことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記吸入空気量制御手段は、スロットル絞り開度、吸気弁閉弁時期、吸気弁リフト量の少なくともいずれか一つを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記流入空気量制御手段は、電磁力又は油圧によるアクチュエータ駆動によるもの、カム駆動でカムの位相を変化させるもの、カム駆動で異なるプロフィールを持つ複数のカムの使用を切り替えるもの、固定作動するカム駆動のものの少なくともいずれか一つを用いることを特徴と請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記タンクは、一定容量で圧縮空気を貯蔵する定容タンクとすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記タンク内状態測定手段は、タンク内空気圧力とタンク内空気温度の少なくともいずれか一つを測定することを特徴とする請求項１、２または１４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記タンクは、一定圧力で圧縮空気を貯蔵する定圧タンクとすることを特徴とする請求項１または２に内燃機関の制御装置。
17. 前記タンク内状態測定手段は、タンク内空気容量とタンク内空気温度の少なくともいずれか一つを測定することを特徴とする請求項１、２または１６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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