JPH11117777A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御方法

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JPH11117777A
JPH11117777A JP9284853A JP28485397A JPH11117777A JP H11117777 A JPH11117777 A JP H11117777A JP 9284853 A JP9284853 A JP 9284853A JP 28485397 A JP28485397 A JP 28485397A JP H11117777 A JPH11117777 A JP H11117777A
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internal combustion
combustion engine
valve
intake
controlling
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Takuya Shiraishi
拓也 白石
Toshiji Nogi
利治 野木
Minoru Osuga
大須賀　　稔
Yoko Nakayama
容子 中山
Noboru Tokuyasu
徳安　　昇
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は低中負荷時のポンピング損失を大幅に
低減し燃費を改善しつつ、さらに高負荷時にノッキング
を防止することができる内燃機関の制御方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】上記の目的を達成するために、内燃機関の
気筒に組み合わされる吸気バルブと排気バルブを含めた
可変バルブ機構と、可変バルブ機構を制御する可変バル
ブ機構制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転
状態検出手段を備え、アクセルの踏み込み量に応じて吸
入空気量を制御するスロットル弁を備えた内燃機関の制
御方法において、運転状態検出手段が内燃機関の運転状
態を低負荷または中負荷と判定した時に、アクセルの踏
み込み量とは無関係に前記スロットル弁を全開近傍に制
御し、且つ、吸気バルブの閉弁タイミングを制御して吸
入空気量を制御することを特徴とする内燃機関の制御方
法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸排気
バルブの開閉タイミングがエンジン運転状態によって制
御されるようになっている内燃機関の制御方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の負荷制御方法は、負荷に応じ
て吸入空気量を制御しその空気量に見合った燃料量を供
給する方法と、吸入空気量は制限せずに負荷に応じて燃
料を供給する方法の２通りがある。この違いは使用する
燃料の性状によるものであり、前者はガソリンエンジ
ン、後者はディーゼルエンジンに対応する。一般にディ
ーゼルエンジンが燃費が良いといわれているのは吸入空
気量を絞らないので、ポンピング損失が発生しないため
である。一方、ガソリンエンジンでは吸入空気量で負荷
制御を行っているため、低負荷時には空気量を絞る必要
があるため吸気管途中にスロットル弁を設けている。し
たがって、スロットル弁より下流の吸気ポート内は大気
圧より圧力が下がり、負圧となる。排気行程終了時の燃
焼室内圧力はおおむね大気圧となっているため、吸気行
程開始時には吸気バルブ上流（吸気ポート側）では負
圧、下流（燃焼室側）では大気圧となっている。このた
め吸気ポート側から燃焼室側に空気を流入させるために
は、ピストンの下降運動によって空気を吸入してやらな
くてはならず、エンジンは空気を吸入するという仕事を
しなくてはならない。この仕事はエンジンに対しては負
の仕事であり、ポンピング損失と言われている。特に、
低中負荷時はスロットル弁の開度が小さく常にこのポン
ピング損失が発生しているので、燃費が悪いのである。
【０００３】このポンピング損失を低減する技術とし
て、同一燃料量に対して空気量を多くして燃焼させるリ
ーンバーンが提案され実用化されている。しかし、リー
ンバーン方式においても空気量はスロットル弁で制御さ
れており、かなりの運転領域でポンピング損失が発生し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ポンピング損失の発生
を極限まで低減するには、空気量を燃焼室近傍で制御す
ることであり、吸気バルブで制御することが考えられて
いる。吸気バルブの開弁期間およびリフト量を制御する
ことで空気量を調整することができるが、アイドリング
時に必要とする微妙な空気量の制御は、吸気バルブの開
弁期間およびリフト量制御の精度に大きく影響する。
【０００５】上記の事情から、本発明は吸気バルブの制
御により空気量を制御する内燃機関において、運転範囲
の全般に渡ってポンピング損失を低減し燃費を改善する
ことができる内燃機関の制御方法を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では内燃機関の運転状態が低負荷または中
負荷と判定される時に、アクセルの操作量とは無関係に
スロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、吸気バルブ
の閉弁タイミングあるいはリフト量を制御して吸入空気
量を制御するように構成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。
【０００８】図１に示す内燃機関のエンジン１はコンロ
ッド４およびクランクシャフト５からクランク機構を備
え、そのクランク機構に連結されたピストン２とエンジ
ン１のエンジンヘッド８によって燃焼室３が形成されて
いる。その燃焼室３はエンジンヘッド８に装着されてい
る吸気バルブ１０，排気バルブ１１および点火プラグ１
２によって密閉される。吸気バルブ１０，排気バルブ１
１は可変バルブ機構３０，４０で動作される。エンジン
１はスロットルバルブ１７の操作とピストン２の往復動
作によって、燃焼に必要な空気を燃焼室３に吸入する。
エンジン１に吸入される空気はエアクリーナ１５で空気
中に含まれる埃やごみが除去され、空気量センサ１６で
燃料噴射量の演算に基となる吸入空気量が計測される。
スロットルバルブ１７の開度が小さい場合はスロットル
バルブ１７より下流の吸気ポート１９および燃焼室３内
は大気圧より低い負圧となるため、吸気管内圧力センサ
１４は吸気管内の圧力を常に計測し、エンジン１の制御
に反映させている。エンジン１を制御するコントロール
ユニット６３は、各種のセンサからの信号を基にエンジ
ン１の運転状態を検出する運転状態検出手段６６と、エ
ンジン１に装着されている可変バルブ機構３０，４０の
動作を制御する可変バルブ制御手段６４と、燃料噴射弁
１３から噴射される燃料量と噴射時期を制御するコント
ロールユニット６３を備えている。エンジン１を搭載し
た車両の運転者６０によって操作されたアクセルペダル
６１の操作量はポテンショメータ６２によって電気信号
に変換され、コントロールユニット６３内の運転状態検
出手段６６に入力される。運転状態検出手段に入力され
る信号として、その他には例えばクランクシャフト５に
装着されたクランク角度センサ６，７から、前述した空
気量センサ１６から、吸気管内圧力センサ１４から、排
気管内に取り付けられた空燃比センサ２４から、排気触
媒の温度を検出する温度センサ２５から、燃焼室３に取
り付けられ燃焼室３内の圧力を検出する圧力センサ２
１，ノッキングを検出するノックセンサ２２からのもの
がある。可変バルブ制御手段６４は運転状態検出手段６
６からの信号を基にスロットルバルブ１７を動作させる
モータ１８および吸気バルブ１０を動作させる可変バル
ブ機構３０に制御信号を出力し、エンジン１に吸入され
る空気量を調整する。コントロールユニット６３は運転
状態検出手段６６からの信号を基に燃料噴射弁１３に制
御信号を出力し、燃料噴射量と噴射時期を調整する。
【０００９】まず、本発明のポイントである吸気バルブ
１０の閉弁タイミングと吸入空気量の関係を図２を用い
て説明する。横軸は吸気バルブ１０の閉弁タイミングで
あり、開弁タイミングはＴＤＣ近傍のある一定値に固定
されているとする。図のように吸気バルブ１０の閉弁タ
イミングを吸気行程から圧縮行程まで変化させると吸入
空気量は実線１０１，破線１０２のように変化する。吸
気行程中に吸気バルブ１０を閉弁するということは燃焼
室３に流入する空気を遮断することになるので、空気量
が減少することになる。その閉弁タイミングを遅くして
いく（ＢＤＣに近づけていく）と実線１０１のように空
気量が増加していく。吸入空気量の最大値はＢＤＣを少
し（クランク角度で２０〜３０度）過ぎた閉弁タイミン
グで得られる。これは慣性過給といわれている現象で、
吸入空気の慣性（質量）のためにＢＤＣを過ぎたあとに
も空気が流入してくるためである。ＢＤＣ以降は圧縮行
程であるため、そのタイミングを過ぎた後はピストン２
の上昇運動のために燃焼室３内に吸入された空気が押し
戻される（吸気ポート側に吹き戻る）ため、燃焼室３内
の空気量は破線１０２のように減少する。また、点火タ
イミングまでの圧縮が不十分になると燃焼が不完全にな
るので吸気バルブ１０の閉弁タイミングを遅らせ過ぎる
のは好ましくない。
【００１０】次に運転状態検出手段６６がエンジン１の
状態を低・中・高負荷と判定した場合の吸気バルブ１０
の閉弁タイミング決定方法について図３を用いて説明す
る。後述（図９）するようにスロットル弁１７はアイド
リングなどの極低負荷時と高負荷時に空気量を制御する
ために使われているだけで、低中負荷状態ではほぼ全開
状態となっている。そのため、燃焼室３内に流入する空
気量は吸気バルブ１０の開弁期間で制御される。開弁タ
イミングを一定とした場合は吸気バルブ１０の閉弁タイ
ミングで制御されることになる。したがって、吸気バル
ブ１０の閉弁タイミングは図３に示すように低中負荷時
は実線１０５または１０６のように決定される。１０６
は吸気バルブ１０を吸気行程のＢＤＣ前に閉弁する早閉
じ式の場合であり、１０５はＢＤＣ以降に閉弁する遅閉
じの場合である。遅閉じ式の場合は実線１０８で示す点
火タイミングとの時間間隔に注意する必要がある。高負
荷状態と判定した場合は実線１０７のように吸気バルブ
１０の閉弁タイミングはある一定値に固定される。この
一定値とは前述したように空気の慣性を利用した慣性過
給効果が最大になるようなタイミングであり、おおむね
ＢＤＣの２０〜３０度後である。
【００１１】次に、可変バルブ機構と筒内噴射エンジン
を組み合わせた時の制御方法について、ポート噴射エン
ジンの場合と比較して説明する。
【００１２】まず、図４にポート噴射エンジンに可変バ
ルブ機構を組み合わせた場合の、吸排気バルブ１０，１
１の開閉弁動作とその時のエンジン１の状態を模式的に
示した。図１に記載したエンジン１に装着されるクラン
ク角度センサ６，７から出力されるクランク角度に対す
るバルブリフト量を示した。矩形波７０は排気バルブ１
１の、矩形波８０は吸気バルブ１０のバルブリフト量の
変化を示している。クランク角度７４で排気バルブ１１
は開弁動作７１が始まり、直ちに最大リフト量近傍（最
大リフト量含む）のある所定値７２に達し、ある所定期
間そのリフト量を継続維持する。この時エンジンは９０
のような状態にあり、排気バルブ１１のみ開弁しており
燃焼室３内の排気ガスはピストン２の上昇運動によって
矢印90ａのように排出される。クランク角度７５で排気
バルブ１１は閉弁動作７３が始まり、ＴＤＣ前に閉弁が
完了する。次に、ＴＤＣ後のクランク角度８４で吸気バ
ルブ１０が開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量
近傍（最大リフト量含む）のある所定値８２に達し、あ
る所定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジ
ン１は９１のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁
し吸気バルブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降
運動によって燃焼室３内に空気が矢印９１ａのように流
入するとともに、燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴
霧２０が吸入される。この吸気行程中に燃料噴霧２０と
空気は十分に混合し、均一な混合気を形成する。吸気の
ＢＤＣを過ぎるとピストン２は上昇運動を始め、エンジ
ン１は９２のような状態になる。この時、吸気バルブ１
０はまだ開弁しており燃焼室３内の混合気２０ｂは矢印
９２ａのように吸気ポート方向に一部を吹き返してしま
う。ＢＤＣ後のクランク角度８５になって吸気バルブ１
０は閉弁動作８３を開始し、閉弁する。吸気バルブ１０
が閉弁した後のクランク角度８６以降は、エンジン１が
１回転すると再びクランク角度７６の位置となり同様の
動作が繰り返される。したがって、ＢＤＣから閉弁まで
の期間は混合気２０ｂを吹き返すので、燃焼室３内に残
る混合気２０ｂ（すなわち燃料）は減少し、エンジン出
力が低下することになる。また、吸気ポートに吹き返っ
た混合気は次のサイクルで燃焼室３内に吸入されること
になるので、空燃比がずれる原因となる。このことか
ら、吸気ポートエンジンに本発明の可変バルブ機構の制
御方法を採用することは好ましくない。
【００１３】次に図５に筒内噴射エンジンに可変バルブ
機構を組み合わせた場合について説明する。吸気バルブ
１０と排気バルブ１１の動作が図４と同じ場合について
考える。排気バルブ１１が開弁している期間はエンジン
１の状態は９３のようになっていて、排気ガスは矢印９
３ａのように排出される。排気バルブ１１が閉じ、吸気
バルブ１０が開弁するとエンジン１の状態は９４のよう
になる。ピストン２の下降運動によって空気のみが矢印
９４ａのように吸入される。吸気行程のＢＤＣ後はエン
ジン１は９５のような状態で、吸気バルブ１０はまだ開
弁していてピストン２が上昇運動をするため燃焼室３内
の空気は矢印９５ａのように吹き返す。この時吹き返さ
れるのは空気のみである。ＢＤＣ後のクランク角度８５
になって吸気バルブ１０は閉弁動作８３を開始し、閉弁
する。吸気バルブ１０が閉弁し燃焼室３が密閉された後
に燃料２０を噴射することで燃料の吹き返しを防止でき
る。吸気バルブ１０の閉弁後に燃料を噴射することが本
発明のポイントであり、筒内噴射エンジンと組み合わせ
た理由である。このような噴射タイミングの設定は点火
８８までの時間が短くなり燃料の気化時間が十分にとれ
ないので、低負荷，低回転時に限られる。吸気バルブ１
０が閉弁した後のクランク角度８６以降は、エンジン１
が１回転すると再びクランク角度７６の位置となり同様
の動作が繰り返される。
【００１４】図６には吹き返しを発生させないように吸
気バルブ１０を早く閉弁(早閉じ式)する方法を示した。
排気行程終了後のクランク角度８４で吸気バルブ１０が
開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量近傍（最大
リフト量含む）のある所定値８２に達し、ある所定期間
そのリフト量を継続維持する。この時エンジン１は９４
のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁し吸気バル
ブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降運動によっ
て燃焼室３内に空気が矢印９４ａのように流入する。吸
気行程の途中、クランク角度８５で吸気バルブ１０の閉
弁動作８３を開始させると、吸気バルブ１０はＢＤＣよ
りかなり前で閉弁することになり、空気の流入が遮られ
吸入空気量は減少する。閉弁後のエンジン１は９９のよ
うな状態になっていて、燃焼室３内は吸排気バルブ１
０，１１で密閉されていてピストン２が下降運動をす
る。ＢＤＣ後は圧縮行程となり、ピストン２の上昇運動
によって燃焼室３内の空気が圧縮される。この早閉じ式
の場合は吹き返し現象が発生しないので、燃料の噴射タ
イミングは吸気行程でも圧縮行程でもよく、リーンバー
ン運転を行うのに最適な噴射タイミングでかまわない。
【００１５】図７に高負荷時の吸排気バルブ１０，１１
の動作とエンジン状態を示す。運転状態検出手段６６が
エンジン１の状態を高負荷と判定した場合には、吸気バ
ルブ１０は図２に述べたように慣性過給効果を考慮して
空気量が最大になるような閉弁タイミングに制御され
る。排気行程終了後のクランク角度８４で吸気バルブ１
０が開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量近傍
（最大リフト量含む）のある所定値８２に達し、ある所
定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジンは
９７のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁し吸気
バルブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降運動に
よって燃焼室３内に空気が矢印９７ａのように流入する
とともに、燃料噴射弁１３が燃料２０を噴射する。この
吸気行程中に燃料噴霧２０と空気は十分に混合し、均一
な混合気を形成する。高負荷時には多くの空気量を吸入
できるように、吸気バルブ１０はＢＤＣ後２０〜３０度
付近で閉弁するようにクランク角度８５で閉弁動作８３
を開始する。吸気バルブ１０の閉弁タイミングは吸気管
内の慣性過給効果などを考慮して空気量が多くなるよう
に決められる。吸気バルブ１０が閉弁後の燃焼室３内の
状態は９８のように均一混合気２０ｂが形成されてい
る。高負荷時の吸気バルブ１０の動作としては、吸入空
気量が多くなるように吹き返しが最小になるような閉弁
タイミングに設定される。したがって、燃料の噴射タイ
ミングは吸気バルブ１０の閉弁タイミング前に設定し、
吸入空気と燃料を十分混合する。
【００１６】次に、エンジン１の運転状態の判定方法に
ついて説明する。燃焼室３内圧力から判定する方法につ
いて図８を用いて説明する。横軸は吸気バルブ１０の閉
弁タイミングで（開弁タイミングはＴＤＣ近傍の一定値
に固定されている）、縦軸は吸気バルブ１０が閉弁した
時の燃焼室３内圧力である。燃焼室３内圧力はエンジン
１に装着されているセンサ２１で計測される。エンジン
１が過給機を装着している場合、吸入空気量は過給圧力
に比例して増加する。したがって、過給圧力が大気圧以
上に上昇し吸入空気量が増加すると、吸気バルブが閉弁
するときの燃焼室３内圧力も破線１１１のように大気圧
以上となる。このような状態の時は高負荷運転状態と判
定し、大気圧以下の時は低中負荷状態と判定する。エン
ジン１が無過給エンジンの場合は燃焼室３内圧力は実線
１１０のように常に大気圧以下となるため、この判定方
法は適用できない。
【００１７】そこで、無過給エンジンにも適用できる別
の判定方法について説明する。図９にアクセルの踏み込
み量とスロットル弁開度の関係を示した。アクセルペダ
ル６１が踏み込まれていない状態においても、アイドリ
ングに必要な空気量をエンジン１に供給するためスロッ
トル弁１７はわずかに開いている。スロットル弁１７と
アクセルペダル６１がワイヤで接続されている場合は、
スロットル弁１７はアクセル踏み込み量に対応して破線
１１８のように制御される。本発明の１つのポイントは
極低負荷時と高負荷時を除いてスロットル弁１７は全開
すなわち実線１１６の状態として、ポンプ損失を低減す
ることである。極低負荷時においても、アイドリング直
後から実線１１５のように空気量が急激に変化しないよ
うな傾斜をもってスロットル弁１７は制御される。アク
セル踏み込み量は運転者６０の要求トルクを表わす指標
となるので、アクセルペダル６１が最大踏み込み量の３
／４以上踏み込まれた場合は高負荷状態と判定し、実線
１１７のようにスロットル弁１７をアクセル踏み込み量
に連動させる。アクセル踏み込み量３／４までは吸気バ
ルブの閉弁タイミングで吸入空気量を制御するが、３／
４以上では吸気バルブの閉弁タイミングは空気量が最大
限に吸入されるようなタイミングに固定し、スロットル
弁１７や過給機の制御で空気量を増加させる。以上のス
ロットル弁１７の操作はエンジン１に装着されている電
子制御モータ１８で行われる。したがって、アクセル踏
み込み量でエンジンの運転状態を判定することが出来
る。図１０はアクセル踏み込み量と吸気バルブ１０の閉
弁タイミングとの関係を示したもので、その時の吸入空
気量の変化を同時に示している。アクセル踏み込み量が
３／４までは早閉じ式の場合には実線１２１、遅閉じ式
の場合には１２０によって閉弁タイミングが決定され
る。３／４以降は前述したように空気が最大限に吸入さ
れるようなタイミング１２２に制御される。実線で表示
したのは空燃比が理論混合比の場合であり、空燃比を大
きくしてリーンバーン運転を行う場合は同一トルク、す
なわちアクセル踏み込み量に対して、空気量を１３１の
ように増加させる必要があるため、吸気バルブの閉弁タ
イミングは１２３または１２４および１２５のようにな
る。
【００１８】さらに別の判定方法として、ノッキングの
有無で判定する方法について図１１のフローチャートを
用いて説明する。エンジン１に装着されているノックセ
ンサ２２は常にノッキングを検出している。ブロック１
４１でノッキング有無を判定し、ノッキングが発生して
いない場合は低中負荷と判定し、再びノッキング判定ブ
ロック１４１の処理を開始する。ノッキングが発生して
いる場合は高負荷と判定し、ブロック１４２で、まずノ
ッキングの強度を判定する。ノッキングはエンジン破損
の原因になるので極力避けなければならないが、ノッキ
ング強度が小さい場合は高負荷時の運転モード、すなわ
ちブロック１４３で吸気バルブ１０の閉弁タイミングを
前述したＢＤＣ後２０〜３０度付近に設定し、スロット
ル弁１７で空気量を制御し、ブロック１４４で燃料噴射
タイミングを吸気バルブ閉弁タイミングより前に設定す
る。このようにすることによって、燃焼室３内で空気と
燃料が十分に混合し、均一混合気が形成され、燃料の気
化潜熱により燃焼室３内温度が低下し、ノッキングの発
生が防止できる。ブロック１４５でノッキングの有無を
判定し、ノッキングが発生していない場合は処理を終了
する。ブロック145でノッキングが発生している場合
と、ブロック１４２でノッキング強度が大きい場合はノ
ッキング回避制御を行う。この状況で発生しているノッ
キングは燃焼室３内の燃焼圧力が大きくなり過ぎたため
に生じていると考えられるため、吸気バルブ１０の閉弁
タイミングを進角または遅角して実効圧縮比を低下させ
ることで抑えられる。ブロック１４６でノッキングが発
生しないような吸気バルブ閉弁タイミングが決定される
ので、ブロック１４３では、吸気バルブ１０の閉弁タイ
ミングを前述したＢＤＣ後２０〜３０度付近の設定値か
らブロック１４６で決定された値に変更し、スロットル
弁１７で空気量を制御する。さらに、ブロック144で燃
料噴射タイミングを吸気バルブ閉弁タイミングより前に
設定する。このようにして、ノッキングの有無でエンジ
ン１の運転状態を判定し、ノッキングが発生している場
合は高負荷運転モードにするとともにノッキング回避制
御を行う。
【００１９】図１２は空燃比一定で、吸気バルブ閉弁タ
イミングを変化させた時のエンジン試験結果を示したも
のである。エンジンは４サイクル、４気筒の１.８ リッ
トルで、エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内
噴射式のものである。縦軸は燃料消費率であり、横軸は
式（１）に示すようにエンジンのクランク軸から出力さ
れる正味軸トルクＴ（kgｆｍ）を排気量Ｖｓ（Ｌ）で割
り、正味平均有効圧力Ｐｅ（kg／cm2）に変換したもの
である。
【００２０】 Ｐｅ＝１.２５７*Ｔ／Ｖｓ …（１） 吸気バルブ閉弁タイミングが３０°の場合、Ｐｅに対す
る燃料消費率ＳＦＣ（ｇ／psh）は実線１８０のように
変化する。この時の空燃比は１４.７である。自動車用
エンジンではＰｅがａからｅ付近の低中負荷の運転範囲
が多いため、この範囲の燃料消費率を低減することは車
両の燃費（km／Ｌ）を向上させるには効果的である。吸
気バルブ閉タイミングを変更して、例えば５０°の場
合、Ｐｅがａからｄ付近のＳＦＣは○印になり燃料消費
率が改善されていることがわかる。この時の空燃比は１
４.７ である。同様に空燃比一定で吸気バルブ閉弁タイ
ミングを大きくしていくと燃料消費率は改善している。
これはスロットル開度が大きくなりポンプ損失が低減し
たことと、膨張行程が圧縮行程より長くなり熱効率が向
上したためである。しかし、吸気バルブ閉弁タイミング
を大きくし過ぎると圧縮行程が短くなり、すなわち圧縮
圧力が低くなってしまい燃焼が不安定または不完全とな
り好ましくない。最大出力は吸気バルブ閉弁タイミング
が３０°の場合はＰｅがｆであるのに対し、５０°では
吸入空気量の吹き返しのため空気量が少なくなるためｅ
となる。吸気バルブ閉弁タイミングを７０°，９０°と
さらに大きくすると、同様の理由により最大出力はそれ
ぞれｄ，ｂとなる。
【００２１】図１３は空燃比と吸気バルブ閉弁タイミン
グを変化させた時のエンジン試験結果を示したものであ
る。吸気バルブ閉弁タイミングが３０°と７０°の場合
で、空燃比はそれぞれ１４.７ と２０である。実線１８
０は吸気バルブ閉弁タイミングが３０°で空燃比１４.
７ の場合で、空燃比２０のリーンバーン運転した場
合、ＳＦＣは実線１８５のように運転範囲全域で向上す
る。これはリーンバーン運転によりスロットル開度が大
きくなり、ポンプ損失が低減したためである。吸気バル
ブ閉弁タイミングを７０°の場合も、空燃比１４.７ の
実線１８２に対して空燃比２０のリーンバーン運転を行
うと実線１８６となり、リーンバーン運転は可能であ
り、同様の燃費低減効果が期待できるという結果を示し
ている。
【００２２】図１４に吸気バルブのバルブリフト量と吸
入空気量の関係を示す。吸気バルブ１０のバルブリフト
量を制御することで吸入空気量は実線１９０のように変
化する。この時においても図２に記載した吸気バルブ１
０の閉弁タイミングによる空気量制御の効果は期待でき
る。ここでは吸気バルブ１０の閉弁タイミングは一定に
制御されているとする。吸気バルブ１０のバルブリフト
量が増加すると空気の流入面積がそれに比例して増大す
るため、吸入空気量も実線１９０のように増加する。し
たがって、エンジン１の運転状態が低中負荷と判定され
た状態では、スロットル弁１７は全開状態となっていて
も吸入空気量を制御できる。吸入空気量が少ない時はバ
ルブリフト量が小さいので、吸気バルブ１０を通過する
空気流速は大きくなり、燃焼室３内にリーンバーン等に
必要な空気流動を生成できる。エンジン１の運転状態が
高負荷と判定された状態では、バルブリフト量を最大リ
フト量まで大きくし、燃焼室３内に空気が入り易い状況
にする。このようにすることで最大出力も確保できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の内燃機関の制御方法では、可変
バルブ機構とスロットル弁を併用することで空気量を制
御し、アイドリングなどの極低負荷時の燃焼を安定させ
るとともに低中負荷時のポンピング損失を低減し、また
高負荷時には大出力の確保をはかることができる優れた
効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が採用されるシステム図。
【図２】吸気バルブの閉弁タイミングと吸入空気量の関
係を示す図。
【図３】運転状態検出結果と吸気バルブの閉弁タイミン
グを示す図。
【図４】遅閉じ式の本発明を採用した吸気ポート噴射エ
ンジンの状態を示す図。
【図５】遅閉じ式の本発明を採用した筒内噴射エンジン
の状態を示す図。
【図６】早閉じ式の本発明を採用した筒内噴射エンジン
の状態を示す図。
【図７】本発明を採用した筒内噴射エンジンの高負荷運
転時の状態を示す図。
【図８】吸気バルブの閉弁タイミングと燃焼室内圧力の
関係を示す図。
【図９】本発明におけるアクセル踏み込み量とスロット
ル開度の関係を示す図。
【図１０】本発明におけるアクセル踏み込み量と吸気バ
ルブの閉弁タイミング，吸入空気量の関係を示す図。
【図１１】ノッキングによる運転状態判定方法のフロー
チャート図。
【図１２】吸気バルブの閉弁タイミングを変化させたと
きの正味平均有効圧力と燃料消費率の関係を示す図。
【図１３】吸気バルブの閉弁タイミングと空燃比を変化
させたときの正味平均有効圧力と燃料消費率の関係を示
す図。
【図１４】吸気バルブのバルブリフト量と吸入空気量の
関係を示す図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ピストン、３…燃焼室、４…コンロ
ッド、５…クランクシャフト、８…エンジンヘッド、１
０…吸気バルブ、１１…排気バルブ、１２…点火プラ
グ、１３…燃料噴射弁、１９…吸気ポート、２０…燃料
噴霧、２１…燃焼圧力センサ、２２…ノックセンサ、２
４…空燃比センサ、３０…吸気バルブ用可変バルブ機
構、４０…排気バルブ用可変バルブ機構、６３…コント
ロールユニット。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ 41/04 ３１０ 41/04 ３１０Ｃ ３２０ ３２０ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｋ ３０１Ｚ ３０１Ｊ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ ３１４ ３１４Ｈ ３６４ ３６４Ｄ ３６８ ３６８Ａ (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 徳安 昇 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関のシリンダの吸気ポート及び排気
    ポートにそれぞれ設けられた吸気バルブと排気バルブを
    含む弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロッ
    トル弁を備えた内燃機関の制御方法において、 前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を低負荷ま
    たは中負荷と判定した時に、アクセルの操作量とは無関
    係に前記スロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、前
    記吸気バルブの閉弁タイミングおよび／またはリフト量
    を制御して吸入空気量を制御すること、を特徴とする内
    燃機関の制御方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関の制御方法にお
    いて、 前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中
    の下死点を過ぎる前に閉じること、を特徴とする内燃機
    関の制御方法。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の内燃機関の制御方法にお
    いて、 前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中
    の下死点を過ぎた後に閉じること、を特徴とする内燃機
    関の制御方法。
  4. 【請求項４】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バル
    ブと排気バルブを含めた弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロッ
    トル弁を備えた内燃機関の制御方法において、 前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を高負荷と
    判定した時に、前記スロットル弁の開度をアクセル操作
    量に応じて制御し、且つ、前記吸気バルブを前記内燃機
    関のピストンが吸気行程中の下死点後の所定のタイミン
    グで閉弁するように制御すること、を特徴とする内燃機
    関の制御方法。
  5. 【請求項５】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バル
    ブと排気バルブを含めた弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロッ
    トル弁を備えた内燃機関の制御方法において、 前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を低負荷ま
    たは中負荷と判定した時に、アクセルの操作量とは無関
    係に前記スロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、前
    記吸気バルブの閉弁タイミングおよび／またはリフト量
    を制御して吸入空気量を制御すると共に、前記内燃機関
    は前記各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を有
    し、この燃料噴射装置は前記吸気バルブが閉じてから燃
    料を噴射すること、を特徴とする内燃機関の制御方法。
  6. 【請求項６】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バル
    ブと排気バルブを含めた弁機構と、 前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を
    備え、 アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロッ
    トル弁を備えた内燃機関の制御方法において、 前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を高負荷と
    判定した時に、前記スロットル弁の開度をアクセル操作
    量に応じて制御し、且つ、前記吸気バルブを前記内燃機
    関のピストンが吸気行程中の下死点を過ぎた後の所定の
    タイミングで閉弁するように制御すると共に、前記内燃
    機関は前記各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置
    を有し、この燃料噴射装置は前記吸気バルブが閉じる前
    に燃料を噴射すること、を特徴とする内燃機関の制御方
    法。
  7. 【請求項７】請求項１から請求項６のいずれかにおい
    て、 前記運転状態検出手段は燃焼室内圧力検出手段を用いて
    前記内燃機関の運転状態を判定し、 前記燃焼室内圧力が大気圧以下の場合は低負荷または中
    負荷と判定し、 前記燃焼室内圧力が大気圧以上の場合は高負荷と判定す
    ること、を特徴とする内燃機関の制御方法。
  8. 【請求項８】請求項１から請求項６のいずれかにおい
    て、 前記運転状態検出手段はアクセル操作量検出手段を用い
    て前記内燃機関の運転状態を判定し、 前記アクセル操作量が最大操作量の３／４以下の場合は
    低負荷または中負荷と判定し、 前記アクセル操作量が最大操作量の３／４以上の場合は
    高負荷と判定すること、を特徴とする内燃機関の制御方
    法。
  9. 【請求項９】請求項１から請求項６のいずれかにおい
    て、 前記運転状態検出手段はノッキング検出手段を用いて前
    記内燃機関の運転状態を判定し、 前記内燃機関にノッキングが発生した場合は高負荷と判
    定すること、を特徴とする内燃機関の制御方法。
  10. 【請求項１０】請求項１から請求項６のいずれかにおい
    て、 前記運転状態検出手段はノッキング検出手段を用いて前
    記内燃機関の運転状態を判定し、 前記内燃機関にノッキングが発生した場合は高負荷と判
    定すると共に、前記内燃機関は前記弁機構を用いて吸気
    バルブの閉弁タイミングを調整しノッキング回避制御を
    行うこと、を特徴とする内燃機関の制御方法。
  11. 【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれかにお
    いて、 前記内燃機関はリーンバーン運転を行うこと、を特徴と
    する内燃機関の制御方法。
  12. 【請求項１２】請求項１または請求項１０のいずれかに
    おいて、 前記内燃機関は過給機を備えたこと、を特徴とする内燃
    機関の制御方法。
  13. 【請求項１３】機関が所定の中低負荷運転状態の時、ア
    クセルの操作量とは無関係に所定の高開度状態に保持さ
    れるスロットル弁、 前記スロットル弁が、所定の高開度状態に保持されてい
    る間、機関の運転状態に応じて開弁タイミングおよび／
    またはリフト量が制御される電磁駆動形吸気バルブ、と
    を有することを特徴とする内燃機関。
  14. 【請求項１４】シリンダの吸気ポートを開閉する吸気バ
    ルブ、この吸気バルブを電磁的に駆動する電磁駆動機
    構、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するス
    ロットル弁、このスロットル弁を電磁的に駆動する電磁
    アクチュエータ、機関の運転状態に応じて前記電磁駆動
    機構と電磁アクチュエータへ制御信号を与える電子制御
    回路を有するものにおいて、 前記電子制御回路は、機関が低中負荷運転状態の時、前
    記スロットル弁を所定の高開度に保持する制御信号を前
    記電磁アクチュエータを与え、且つ、前記吸気バルブの
    リフト量および／または開閉タイミングを機関の運転状
    態に応じて制御する制御信号を前記電磁駆動機構に与え
    るものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  15. 【請求項１５】各シリンダの吸気ポートを開閉する吸気
    バルブ、この吸気バルブを電磁的に駆動する電磁機構、
    機関の運転状態に応じて前記電磁駆動機構に制御信号を
    与える制御回路を有するものにおいて、 前記制御回路は、機関の低中負荷の特定の運転領域で、
    アクセルの操作量に応じて前記吸気バルブのリフト量お
    よび／または開閉タイミングを制御する制御信号を前記
    電磁駆動機構に与えるものであることを特徴とする内燃
    機関の制御装置。
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