JPH03237237A - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、吸入空気流量を制御することにより出力を制
御する内燃機関の出力制御袋直に関する。

〈従来の技術〉 従来においては、アクセルペダルに連動する絞弁を開閉
制御することにより、絞弁下流の吸気負圧を変化させて
機関の出力トルクを制御するようにしている。ところで
、吸気負圧は、絞弁の開閉に対して主に吸気通路容積に
よって決定される時定数の一時遅れ系になるので、−燃
焼行程毎に出力トルクを制御することが難しい。

また、Ｓ、Ａ、Ｅ、ペーパー８８０３８８の第２図に示
すように、吸気弁上流の吸気通路にロータリバルブを介
装し、このロータリバルブを吸気弁の開閉に同期して開
弁させるようにしている。そして、吸気弁とロータリバ
ルブとの開弁オーバラップ時に、空気を燃焼室にピスト
ンの下降によって吸入するようにしている。ここで、ロ
ータリバルブによって、吸気弁の開弁初期にロータリバ
ルブ下流の空気圧力を略大気圧にすることにより、ボン
ピングロスを低減するようにしている。このとき、ロー
タリバルブ下流の吸気通路容積が小さいので、ロータリ
バルブと吸気弁とのオーバラップ開弁時に吸入空気流量
に略比例する空気量が燃焼室に導入される。

また、ロータリバルブと吸気弁との間の吸気通路容積が
比較的大きいときには、ポンピングロスの低減効果が小
さくなるがロータリバルブ上流の吸気通路に絞弁を設け
るようにしている（Ｓ、Ａ。

Ｅ、ペーパー８８０３８Ｂの第９図参照）。そして、絞
弁により空気を絞り吸気通路内の圧力を予め大気圧より
も低下させておくことにより、ピストンが下死点に位置
するときの燃焼室圧力をアイドル運転時に例えば−５５
０ｍ＋＋＋　Ｈｇに設定できるようにしている。

さらに、吸気弁上流にロータリバルブを備えるものとし
て、特開昭５５−１４８９３２号公報等が挙げられる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来例においては、吸気弁と
直列にロータリバルブを設けるようにしているので、ロ
ータリバルブの回転位相を変化させるためにギアを複数
個組合わせて行う複雑な構造になるため、摩擦損失が大
きく総合的に見るとポンピングロスの低減効果が低下す
るという不具合がある。また、複雑な構造のため気筒毎
に吸入空気流量を制御するのが困難であるという不具合
がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、簡
易な構成でポンピングロスを大幅に低減しつつ吸入空気
流量を気筒毎に高精度に制御して一燃焼行程毎に出力ト
ルクを制御できる内燃機関の出力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〉 このため、本発明は第１図に示すように、ピストン下降
時に吸気弁Ａを開いて燃焼室Ｂに空気を吸入するように
したものにおいて、気筒毎に設けられ各気筒の吸気弁Ａ
に連通ずる吸気通路Ｃを開閉する第１開閉弁りと、各第
１開閉弁り下流の吸気通路Ｃに少なくとも連通ずる連通
路Ｅと、これら連通路Ｅを夫々開閉する第２開閉弁Ｆと
、これら第２開閉弁を駆動する駆動手段Ｇと、エンジン
の要求出力トルクを検出する出力検出手段Ｈと、該出力
トルク検出手段Ｈの検出結果に基づいて前記駆動手段Ｇ
を介して前記各第２開閉弁Ｆを一燃焼行程毎に駆動制御
する制御手段ｆと、を備えるようにした。

〈作用〉 このようにして、気筒毎に設けられた第１開閉弁と並列
に第２開閉弁を介装することにより、簡易な構成でポン
ピングロスを大幅に低減しつつ気筒毎に吸入空気流量を
制御できるようにした。また、検出された要求出力トル
クに基づいて第２開閉弁を一燃焼行程毎に制御すること
により、各気筒の出力トルクを最適に制御できるように
した。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例をｖ４２図〜第１２図に基づ
いて説明する。尚、実施例においては、４気筒内燃機関
を例にとり説明する。

第２図及び第３図において、気筒毎に独立５て形成され
た吸気通路ｌにはアクセルペダルの襠込動作に連動する
第１開閉弁としてのバタフライ式の絞弁２が吸気弁３と
直列に配設されて夫々介装され、各絞弁２をバイパスす
る連ｉｌ！路としてのバイパス通路４が夫々形成されて
いる。前記バイパス通路４には第２開閉弁５が夫々介装
され、第２開窮弁５は駆動手段としての電磁式アクチュ
エータ５Ａにより開閉駆動される。前記アクチュエータ
５Ａには制御手段としての制ｍ装置６から制御信号が人
力されている。ここで、前記絞弁２から吸気弁３に至る
吸気通路ｌの容積は、燃焼室の最大容積（ピストンが下
死点にあるときの燃焼室容積）の約Ｘに設定されている
。

前記制御装Ｗ６には、クランク角センサ７からのレファ
レンス信号（クランク角度で１８０°毎）及びポジシラ
ン信号（クランク角度で例えば１゜毎）と、各気筒の点
火栓８０座金部に埋込まれた出力トルク検出手段として
の筒内圧センサ（図示せず）からの筒内圧検出信号と、
が入力されている。

前記制御装置６は、第４図〜第７図のフローチャートに
従って作動し、制御信号をアクチュエータ５Ａに出力し
て第２開閉弁５を開閉制御するようになっている。

尚、９は燃料噴射弁である。

次に作用を第４図〜第７図のフローチャートに従って説
明する。ここで、第４図及び第７図のフローチャートに
示すルーチンは第８潟に示すようにクランク角センサ７
からレファレンス信号が入力される毎に割込ルーチンに
よって実行される（第８図中レファレンスジョブと称す
）。また、第５図のフローチャートに示すルーチンは第
８図に示すように後述の設定クランク角度（＃１気筒の
上死点付近）になったときに割込ルーチンによって実行
される（第８図中クランクジョブと称す）。

第６図のフローチャートに示すルーチンは、前記割込ル
ーチンが実行されていないときに、常２こ実行される。

まず、第４図のフローチャートについて説明する。

Ｓｌでは、第５図のフローチャートに示すルーチンを実
行させるための設定クランク角度をセントする。この設
定クランク角度は、第９図に示すように、＃ｌ気筒の圧
縮行程において混合気が燃焼開始（点火開始）直前の上
死点付近の債に設定されている。

Ｓ２では、レファレンス信号から＃１気筒か否かを判定
し、ＹＥＳのときにはＳ３に進みＮｏのときにはＳ６に
進む。

Ｓ３では、変数カウンタ値に１を加算してＳ４に進む。

Ｓ４では、加算された変数カウンタ値が３になったか否
かを判定し、ＹＥＳのときにはＳ５に進みＮｏのときに
はＳ６に進む。

Ｓ５では、変数カウンタ値をＯに初期化する。

したがって、変数カウンタ値は、０，１．２，３０．１
．２と繰返され、＃ｌ気筒が圧縮行程にあるときのレフ
ァレンス信号人力時に値か切換えられる。

Ｓ６では、後述のルーチンで読込まれた燃焼室圧力を、
メモリ（ＲＡ　Ｍ　）に、気筒毎に前記変数カウンタ値
に対応するアドレスに記憶させる。したがって、気筒毎
に、４つの燃焼室圧力のデータが第１０図破線示の如く
メモリに記憶される。そして、燃焼室圧力は古いデータ
から順次新たなデータに書換えられる。

Ｓ７では、各気筒毎に、メモリに記憶されている４つの
データを単純平均して平均燃焼室圧力（第１０図中細線
示）を演算する。

次に、第５図及び第６図のフローチャートを説明すると
、第５図のＳｌｌにおいては、前記設定クランク角度毎
にＡ／Ｄ変換器（図示せず）を起動させて筒内圧センサ
により検出された燃焼開始直前の燃焼室圧力を読込む。

ここでは、燃焼開始直前の燃焼室圧力から機関の出力ト
ルクを検出するのである。また、第６図の５２１におい
ては、クランク角センサ７からのレファレンス信号の人
力周期に基づいて機関回転速度を読込む。

次に、第７図のフローチャートを説明する。

Ｓ３１では、前記５２１にて読込まれた機関回転速度と
目標回転速度との回転差ＮＶＡＲを演算する。

Ｓ３２では、演算された回転差Ｎ　Ｖ−Ａ　Ｒを前回の
回転積分値に加算して回転積分値を新たに算出する。ま
た、新たに求められた回転積分値に定数に１０を乗算し
た積分分と、前記回転差ＮＶＡＲに定数Ｋｌｌを乗算し
た比例分と、を加算してＮＰＩを算出する。

Ｓ３３では、前記Ｓ７にて演算された各気筒の平均燃焼
室圧力を加算した後それを気筒数で除算して総平均燃焼
室圧力ＴＯＴＡＬＡＶＥを算出する。

３３４では、気筒毎に、前記総平均燃焼室圧力ＴＯＴＡ
ＬＡＶＥからその気筒の平均燃焼室圧力を減算してずれ
分ＣＹＬＶＡＲを算出する。また、気筒毎に算出された
ずれ分ＣＹＬＶＡＲと前回のＣＹＬＱ分値とを加算して
、気筒毎に、ＣＹＬ積分値を新たに算出する。さらに、
算出されたＣＹＬ積分値に定数に２０を乗じた積分分と
、前記ずれ分ＣＹＬＶＡＲに定数に２１を乗じた比例分
と、を加算して、ＣＹＬＰＩを気筒毎に全気筒の出力ト
ルクが略同様になるように算出する。したがって、総平
均燃焼室圧力ＴＯＴＡＬＡＶＥが要求出力トルクに対応
する。

Ｓ３５では、算出されたＣＹＬＰＩと、前記ＮＰ■に定
数に３０を乗した値と、を加算して、アクチュエータ５
Ａの制御値を気筒毎に算出する。

そして、算出された制御値（第２開開弁５の開弁時期）
に対応する制御信号を、対応する気筒のアクチエエータ
５Ａに第１１図に示すタイミンクで出力し、第２開閉弁
５０開度を気筒毎に制御する。

かかる制御時における第２開閉弁５の開度変化及び絞弁
２下流の吸気圧力変化を第１１図のタイムチャートに従
って説明する。尚、この説明では絞弁２の全閉時すなわ
ちアイドル運転時を例にとり説明し、第１１図中吸気は
吸気行程を示し圧縮は圧縮行程を示し爆発は爆発行程を
示し排気は排気行程を示す。

すなわち、爆発行程、排気行程等においては、第２開閉
弁を、吸気行程開始時の絞弁下流の吸気圧力が大気圧近
傍になるように、全開させる。そして、吸気行程開始時
から所定クランク角度ｄ１だけ遅れをもって、第２開閉
弁を所定開度まで閉弁させる。これにより、ピストンの
下降に従って吸気圧力は減少して吸気行程終了時にはＰ
ｌとなる。この吸気圧力Ｐ１が燃焼室に導入される吸入
空気流量に対応する。

かかる開度制御において、実際の機関回転速度が目標回
転速度よりも高く吸入空気流量が要末量よりも多いとき
には、次の吸気行程にて前記所定クランク角度ｄ２より
も早いクランク角度ｄ３で第２開閉弁を全閉させる。こ
れにより、吸気行程終了時の吸気圧力は前記Ｐ、よりも
低くｐｚとなるので、吸入空気流量が減少して機関回転
速度が目標回転速度に応答性良く近づくようになる。

かかる第２開閉弁の開度を切換えるタイミングを変化さ
せるようにすると、制御を簡易化しつつ吸入空気流量を
高精度に制御できる。この吸入空気流量の高精度制御が
行える理由は、第２開閉弁を全開から所定開度に切換え
るときには第２開閉弁下流の吸気圧力が大気圧付近であ
るので、第２開閉弁の上下差圧が小さくてバイパス通路
を流れる吸入空気流量が少ないため、前記タイミンクを
変化させても吸入空気流量が大きく変化しない（感度が
悪い）からである。

尚、アクチュエータ５Ａをオン・オフデユーティ信号に
より制御してバイパス通路４の吸入空気流量を前述の如
く制御してもよい。

次に、前記制御装置６のハードウェア槽底の一例を第１
２図に基づいて説明する。

すなわち、所定クランク角度における筒内圧力を各気筒
毎に平均化処理圏ｇｌｌＡ−１１Ｄにより平均化処理し
た後、それらを加算器１２にて加算する。

算出された全気筒の平均圧力から各気筒毎の平均圧力を
差分器１４Ａ−１４Ｂにて夫々滅して各気筒毎の圧力差
を算出した後、各気筒毎の圧力差の比例分と積分分とを
ＰＩ処理回路１５Ａ−１５Ｄにて夫々夏山する。

また、クランク角センサ７等により検出された実際の機
関回転速度と目標回転速度との差を差分器１６により算
出した後、この回転速度差の比例分と積分分とをＰＩ処
理回路１７にて算出する。そして、前記圧力差の比例分
及び積分分と回転速度差の比例分及び積分分とを加算器
１８Ａ−１８Ｄにて加算して各気筒毎の補正値を求め、
これによりアクチュエータ５Ａを制御する。

以上説明したように、絞弁２をバイパスするバイパス通
路４に第２開閉弁５を気筒毎に配設すると共に、各絞弁
２下流の吸気道！ｌの容積を燃焼室の最大容積の１７２
に設定し、かつ吸気弁３が開く時点の絞弁２下流の吸気
圧力を大気圧近傍になるように第２開閉弁５を全開させ
ると共に吸気行程においては第２開閉弁５を所定開度ま
で閉弁駆動させるようにしたので、以下の効果がある。

すなわち、吸気弁３が開き始めたときには燃焼室圧力（
吸気通路１の吸気圧力と略同様）大気圧近傍に維持され
るので、ピストンの下降に伴って燃焼室圧力は大気圧か
らアイドル運転時におけるピストン下死点位置での燃焼
室圧力（例えば−５５０〜−５７０□Ｈ，）まで略直線
的に低下する。したがって従来の絞弁制御のみによる吸
気圧力変化よりもポンピングロスを大幅に低減できるた
め、期間出力を最大限に発揮できる。また、バイパス通
路４の第２開閉弁５を電磁式アクチュエータ５Ａにより
制御するようにしたので従来のものより構造を簡易化で
きる。

ここで、絞弁２から吸気弁３に至る吸気通路１の容積を
、燃焼室の最大容積の１７２以下に設定する理由を説明
する。前記燃焼室の最大容積をＡと仮定し、絞弁２から
吸気弁３に至る吸気通路ｌの容積をＢと仮定し圧縮比を
１／１０と仮定し、またアイドル運転時のピストン下死
点位置における燃焼室圧力（吸気圧力）を−４５６，、
Ｈ，（高回転型のエンジンではバルブオーバーランプ期
間が大きいのでこの程度の値になる）と仮定して説明す
る。

すなわち、ピストン上死点時における吸気通路１と燃焼
室との総容積は（Ａ／１１Ｂ）−となり、またピストン
下死点時における吸気通路ｌと燃焼室との総容積は（Ａ
＋８）となる。かかる状態で大気圧（１気圧）から−４
５６□Ｈ，（０，４気圧）に燃焼室圧力及び吸気圧力が
変化するときには（Ａ／１０＋Ｂ）／　（Ａ＋Ｂ）＝０
．４となり、これを解くとＡ＝２Ｂとなる。

したがって、前記吸気通路ｌの容積が燃焼室の最大容積
の約１７２以下のときに、アイドル運転時等の低負荷運
転時に最適なピストン下死点位置における燃焼室圧力を
確保できるのである。

また、全気筒の総平均燃焼室圧力ＴＯＴＡＬＡＶＥから
各気筒毎にズレ分（偏差）ＣＹＬＶＡＲを求めるように
したので、各気筒の燃焼室圧力が前記総平均燃焼室圧力
ＴＯＴＡＬＡＶＥに近つくようになるため、燃焼室圧力
を全気筒にて略同様にできる。これによって、全気筒の
出力トルクを略同様にできるので、アイドル運転時の運
転性を安定化できる。また、各気筒の機関回転速度の目
標回転速度からの回転差（偏差）ＮＶＡＲを求めた後各
気筒毎にＮＰＩを求めで、前記アクチュエータ５Ａの制
御値に機関回転速度に依存するＮＰＩを付加するように
したので、全気筒の機関回転速度を略同様にでき、これ
によってもアイドル運転時の運転性を安定化できる。

また、各気筒において、燃焼室圧力を検出して一燃焼行
程（レファレンス信号）毎にアクチュエータ５Ａの制御
値を求めて第２開閉弁５を制御するようにしたので、各
気筒においても、出力トルク及び機関回転速度を応答性
良く略同様にでき、これによってもアイドル運転時の運
転性を安定化できる。

次に、不発明の実施例を具体例を挙げて従来例と比較し
つつ説明する。

すなわち、第１実施例は第１３図に示すようにニアコン
ディショナ（外部負荷）をオン・オフさせたときのもの
であり、アイドル運転時に従来例においてはエアコンデ
ィジゴナをオンさせたときに、絞弁をバイパスするバイ
パス通路の補助空気制御弁の制御量に、予め設定された
エアコン補正量（第１３図参照）をソイードフォワード
補正により加えて、絞弁下流の吸気圧力を高めるように
しているが、このものでは吸気弁の開閉タイミングに対
応して吸気圧力を制御できないのでニアコンディショナ
オン直後の吸気圧力が徐々にしか高まらないため機関回
転速度が大巾に低下（第１３図参照）するという不具合
がある。これに対し、不発明においては、第２開閉弁５
を一燃焼行程毎に開閉駆動すると共に吸気弁３が開き始
めるときの吸気圧力を常時略大気圧力近傍に制御するよ
うにしたので、ニアコンディショナオン直後にも出力ト
ルクを応答性良く制御できるため、機関回転速度の低下
を大巾に小さく　（第１３Ｍ参照）でき、アイドル安定
性を向上できる。

また、第２実施例は第１４園に示すように加速運転時の
ものであり、従来においては特に低ギヤ位置にて加速運
転を行うと加速運転時に車両が前後方向に振動する現象
（以下、前後振動と称す）が第１４図に示すように発生
する。これは、エンジンから人力されるトルクによって
車両の駆動系がその固有振動数で振動して発生するもの
である。これに対し、本発明においては、前記固有振動
数を打ち消す出力トルクパターンを加速運転状態に対応
させて予め設定し、加速運転開始時（例えばアクセルペ
ダルの操作量から検出する）から前記出力トルクパター
ンになるように？！２開閉弁を制御して出力トルクをフ
ィードバック制御すると加速運転時の前後振動を大巾に
抑制できる（第１４ｉ１参照）。

ここで、従来の補助空気制御弁の制御量を補正すること
により前後振動を抑制することも考えられるが、このと
きには吸入空気流量を吸気弁の開閉タイミングに同期し
て制御できないので出力トルクを良好に制御できないた
め前後振動を充分に抑制できないのである。

かかる実施例を実施するための具体的構成を第１５図に
基づいて説明すると、アクセルペダルの操作量、ニアコ
ンディショナのオン・オフ、ギヤ位置等の信号を受けて
目標トルク設定装置３１は機関の発生出力トルクに対応
する目標出力トルクを時系列的に求め、制御装置３２に
出力する。制御装置３２は人力された目標出力トルクに
実際の出力トルク（ここでは燃焼室圧力）がなるように
フィードバック制御により電磁式アクチュエータ５Ａを
介して各気筒の第２開閉弁を開閉駆動する。

コノヨウに、本発明のものでは、アイドル時の回転落ち
防止１前後振動の抑制等を行うことができ非常に自由度
の高い制御を行うことができる。

尚、実施例においては、燃焼室圧力から機関の要求出力
トルクを検出するようにしたが、吸気圧力、吸入空気流
量、機関の空燃比（例えば排気中の酸素濃度から空燃比
を検出する酸素センサの検出信号）或いは実際の出力ト
ルクに基づいて第２開閉弁を制御してもよく、また運転
者のアクセルペダル操作量を検出してもよい。また、絞
弁をバイパスするバイパス通路に第２開閉弁を介装する
ようにしたが、例えば外部に設けられた蓄圧式のタンク
と絞弁下流の吸気通路とを連通させこの連通路やこ第２
開茅弁を介装させるようにしてもよい。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、気筒毎に設けられた第
１開閉弁下流の吸気通路に連通ずる連通路に第２開閉弁
５を介装するようにしたので、簡易な構成でポンピング
ロスを大幅に低減して出力トルクを向上できると共に吸
入空気流量を気筒毎に制御できる。また、検出された要
求トルクに基づいて各気筒の第２開閉弁を駆動制御する
ようにしたので、各気筒の出力トルクを応答性良く制御
できるため、運転性を向上できると共に機関の制御の自
由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す構成図、第３図は同上の要部拡大図、第４
図〜第７図は同上のフローチャート、第８図〜第１１図
は同上の作用説明図、第１２図は同上のハードウェア構
成図、第１３図は不発明の第２実施例の説明図、第１４
図は本発明の第２実施例の説明図、第１５図は前記実施
例を実施するための構成図である。 第１図 １・・・吸気通路　　２・・・絞弁　　３・・・吸気弁
４・・・バイパス通路　　５・・・第２Ｍ閉弁　　５Ａ
・・・アクチュエータ　　６・・・制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストン下降時に吸気弁を開いて燃焼室に空気を吸入す
   るようにした内燃機関において、気筒毎に設けられ各気
   筒の吸気弁に連通する吸気通路を開閉する第１開閉弁と
   、各第１開閉弁下流の吸気通路に少なくとも連通する連
   通路と、これら連通路を夫々開閉する第２開閉弁と、こ
   れら第２開閉弁を駆動する駆動手段と、エンジンの要求
   出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、該出力ト
   ルク検出手段の検出結果に基づいて前記駆動手段を介し
   て前記各第２開閉弁を一燃焼行程毎に駆動制御する制御
   手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の出力制御
   装置。