JP5316102B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、バルブオーバラップを可変とする可変動弁装置を備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、冷間始動時の制御の改良に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine provided with a variable valve gear that makes a valve overlap variable, and more particularly, to an improvement in control at a cold start.
吸気ポートへ向かって燃料を噴射する吸気ポート噴射型燃料噴射装置においては、機関冷間時に吸気ポート内壁の温度が低いことから、燃料の霧化が悪化し、燃料壁流が増加する、という不具合があり、これに対処するために、吸気ポート内に燃焼室内の残留ガスを積極的に戻し、その熱を利用して燃料の霧化促進を行うことが知られている。例えば、特許文献1は、シリンダ内に流入した吸入空気の一部を、第2の吸気弁を介して吸気ポートへ戻すようにした特殊な構成を開示しているが、吸気弁開時期を遅進し得る可変動弁装置を吸気弁に備えた一般的な内燃機関においても、吸気弁開時期を進角させてバルブオーバラップを拡大することにより、燃焼室の熱の一部を利用して霧化促進を図ることができる。
In an intake port injection type fuel injection device that injects fuel toward the intake port, the temperature of the inner wall of the intake port is low when the engine is cold, so that the atomization of fuel deteriorates and the fuel wall flow increases. In order to cope with this, it is known that the residual gas in the combustion chamber is positively returned to the intake port and the atomization of the fuel is promoted using the heat. For example,
また、冷間時の燃料壁流を抑制するために、吸気弁を通過する吸気の流速が高い吸気弁開期間と重複する期間に燃料を噴射するいわゆる吸気行程噴射の技術も知られている。 In addition, a so-called intake stroke injection technique is also known in which fuel is injected during a period overlapping with an intake valve opening period in which the flow velocity of intake air passing through the intake valve is high in order to suppress a cold fuel wall flow.
可変動弁装置を用いた場合に、機関の冷間始動の直後のごく短時間の間は、種々の制限により、可変動弁装置を駆動できず、バルブオーバラップを十分に拡大できないことがある。例えば、可変動弁装置が油圧駆動式の構成であれば、機関が始動して機関の潤滑油圧が十分に立ち上がるまでの間、可変動弁装置を動かすことができない。また、油圧駆動式でなくても、機械的に駆動される可変動弁装置の正常な動作が確保されるまで、可変動弁装置の駆動が許可されないように構成される場合もある。 When a variable valve system is used, the variable valve system cannot be driven and the valve overlap cannot be sufficiently expanded due to various limitations for a very short time immediately after the cold start of the engine. . For example, if the variable valve mechanism is of a hydraulic drive type, the variable valve mechanism cannot be moved until the engine is started and the lubricating oil pressure of the engine sufficiently rises. Even if not a hydraulic drive type, there is a case where the drive of the variable valve apparatus is not permitted until the normal operation of the mechanically driven variable valve apparatus is ensured.
このような場合には、その間、バルブオーバラップを十分に確保することができず、上述したように吸気ポート内へ噴射された燃料の霧化の悪化による燃料壁流が一時的に増加し、HCが悪化する、という問題がある。 In such a case, the valve overlap cannot be secured sufficiently during that time, and the fuel wall flow due to the deterioration of atomization of the fuel injected into the intake port as described above temporarily increases. There is a problem that HC deteriorates.
また一般的な吸気行程噴射の技術にあっては、可変動弁装置と組み合わせた場合に、バルブオーバラップの状態によっては、却ってHCが増加したり運転性が悪化したりする不具合がある。 Further, in general intake stroke injection technology, when combined with a variable valve operating device, there is a problem that HC increases or operability deteriorates depending on the state of valve overlap.
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気ポートに向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、排気弁閉時期との間のバルブオーバラップを機関運転条件に応じたものとするために吸気弁開時期を変更する可変動弁装置と、燃料噴射終了時期を機関運転条件に応じて変更する噴射時期制御手段と、機関の温度条件を検出する手段と、を備えている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the valve overlap between the fuel injection valve that injects fuel toward the intake port of the internal combustion engine and the exhaust valve closing timing depends on the engine operating conditions. Therefore, a variable valve operating device that changes the intake valve opening timing, an injection timing control means that changes the fuel injection end time according to the engine operating conditions, and a means that detects the engine temperature condition are provided.
そして、機関の冷間始動時に、最小オーバラップにて始動した直後に、そのときの吸気弁開時期に対してHCが最小となる所定の噴射終了時期に制御する第1段階と、上記可変動弁装置の駆動が開始したときに、逐次変化する吸気弁開時期に対応して、各々の吸気弁開時期の下でHCが最小となる所定の噴射終了時期に制御する第2段階と、機関温度が所定温度に達したときに噴射終了時期を通常の吸気弁開時期前の時期に制御する第3段階と、を実行するように構成されている。 When the engine is cold-started, immediately after starting with a minimum overlap, a first stage of controlling to a predetermined injection end timing at which HC is minimum with respect to the intake valve opening timing at that time, and the variable motion A second stage for controlling to a predetermined injection end timing at which HC is minimized under each intake valve opening timing in response to the intake valve opening timing that sequentially changes when driving of the valve device is started; And a third stage for controlling the injection end timing to a timing before the normal intake valve opening timing when the temperature reaches a predetermined temperature.
一つの望ましい形態では、上記の第1段階においては、噴射終了時期が吸気弁開時期より遅れた吸気行程噴射となる。 In one preferred form, Oite the first stage floor above, the injection end timing becomes the intake stroke injection which is delayed from the intake valve opening timing.
機関の始動の際には、最小オーバラップで始動され、完爆後に、第1段階として、噴射終了時期が所定の噴射終了時期となるように制御される。噴射時期の変更は可変動弁装置のように機械的な機構の作動を伴わないので、直ちに実行開始できる。このとき、噴射終了時期が吸気弁開時期の前あるいはその近傍となり、吸気弁を通過する高速の吸気流を利用して燃料の霧化が促進される。そして、可変動弁装置の駆動が開始したら、第2段階として、実際に変化する吸気弁開時期に対しHCが最小となる最適点に噴射終了時期を制御していく。これにより、過渡的なHCの悪化が回避される。そして、機関の温度が所定温度に達したら、第3段階に移行し、噴射終了時期を吸気弁開時期前の通常の時期に戻す。 When the engine is started, the engine is started with a minimum overlap. After the complete explosion, as a first stage, the injection end timing is controlled to be a predetermined injection end timing. Since the change of the injection timing is not accompanied by the operation of a mechanical mechanism unlike the variable valve operating device, the execution can be started immediately. At this time, the injection end timing is before or in the vicinity of the intake valve opening timing, and the atomization of the fuel is promoted using the high-speed intake flow passing through the intake valve. When the driving of the variable valve apparatus starts, as the second stage, the injection end timing is controlled to the optimum point at which HC is minimum with respect to the actually changing intake valve opening timing. Thereby, the transient deterioration of HC is avoided. When the engine temperature reaches a predetermined temperature, the process proceeds to the third stage, and the injection end timing is returned to the normal timing before the intake valve opening timing.
この発明によれば、機関の冷間始動から暖機完了に至るまでの間の吸気ポート壁面の壁流による過渡的なHCの悪化を最小限に抑制することができる。 According to the present invention, transient deterioration of HC due to the wall flow on the wall surface of the intake port from the cold start of the engine to the completion of warm-up can be suppressed to a minimum.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明に係る内燃機関のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関1は、吸気弁3と排気弁4とを有し、かつ吸気弁3の可変動弁装置として、吸気弁3のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第1可変動弁機構(VEL)5と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な位相可変機構すなわち第2可変動弁機構(VTC)6と、を備えている。また、吸気通路7には、モータ等のアクチュエータにより開度が制御される電子制御スロットル弁2が設けられている。これらの第1,第2可変動弁機構5,6および電子制御スロットル弁2は、コントロールユニット10によって制御されている。
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a system configuration of an internal combustion engine according to the present invention. The
また、吸気ポート内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁8が吸気通路7に配設されており、吸入空気量に応じた量の燃料が、この燃料噴射弁8から噴射される。
A fuel injection valve 8 for injecting fuel into the intake port is disposed in the
上記のコントロールユニット10には、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ11からのアクセル開度信号APO、エンジン回転速度センサ12からのエンジン回転速度信号Ne、吸入空気量センサ13からの吸入空気量信号、水温センサ14からの冷却水温信号Twなどが入力されており、コントロールユニット10は、これらの信号に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル弁開度、作動角目標値、中心角目標値、等を演算し、燃料噴射弁8、点火プラグ9、スロットル弁2、第1,第2可変動弁機構5,6、等を制御する。
The
上記第1可変動弁機構5および第2可変動弁機構6は、その機械的な構成は公知であり(例えば、特開2007−285308号公報、特開2002−256905号公報等)、特に、ここでは、第1,第2可変圧縮比機構5,6ともに油圧駆動式の構成であり、機関の潤滑油圧が油圧源として利用されている。なお、本発明においては、少なくとも吸気弁3の開時期のみを遅進する可変動弁装置であれば足り、例えば、上記の第1,第2可変圧縮比機構5,6のいずれか一方のみでもよく、あるいは、他の形式の可変動弁装置であってもよい。
The mechanical configuration of the first variable valve mechanism 5 and the second
次に、本発明の要部である冷間始動の際の制御について説明する。 Next, the control at the time of cold start which is the main part of the present invention will be described.
図4は、上記の可変動弁装置5,6によって実現される吸気弁3のバルブタイミングの一例を示しており、図(a)は、冷間時に残留ガスの吹き戻しにより燃料噴霧の霧化促進を行うために、吸排気弁3,4のバルブオーバラップを比較的大きく確保したときの特性例を示している。具体的には、バルブオーバラップは、14°CAである。
FIG. 4 shows an example of the valve timing of the
一方、図(b)は、負荷の高いときの特性例であり、吸気弁3の開時期が最も遅角側にあり、従って、バルブオーバラップが最小、例えば−6°CA、となっている。可変動弁装置5,6は、油圧が供給されない機関停止時には、この特性(b)に復帰する構成となっており、従って、機関始動時には、基本的に、この特性(b)でもって始動が行われる。そして、機関始動後、油圧が十分に高くなるまでは、バルブリフト特性の可変制御は開始されず、その間、特性(b)での運転が継続される。また、その可変制御が開始されると、吸気弁開時期が徐々に進角し、バルブオーバラップが拡大していって、特性(a)へと変化することになる。
On the other hand, FIG. (B) is an example of characteristics when the load is high. The opening timing of the
図2は、機関冷機時における(i)HC排出量および(ii)燃焼安定性と上記のようなバルブオーバラップの大小との関係を示したものであり、ここでは、バルブオーバラップが14°CAの特性(a)と−6°CAの特性(b)のみを代表として示している。また、横軸は、変数として、噴射時期、特に噴射終了時期を示しており、図左側が進角側、右側が遅角側であって、1目盛りが20°CAである。また、図には、参考として、固定的な排気弁閉時期(EVC)、特性(a)のときの吸気弁開時期(IVO(a)として示す)および特性(b)のときの吸気弁開時期(IVO(b)として示す)を図示してある。 FIG. 2 shows the relationship between (i) HC emissions and (ii) combustion stability and the magnitude of the valve overlap as described above when the engine is cold. Here, the valve overlap is 14 °. Only the characteristic (a) of CA and the characteristic (b) of −6 ° CA are shown as representatives. The horizontal axis indicates the injection timing, particularly the injection end timing, as a variable. The left side of the drawing is the advance side, the right side is the retard side, and one scale is 20 ° CA. Also, in the figure, for reference, a fixed exhaust valve closing timing (EVC), an intake valve opening timing (shown as IVO (a)) at the characteristic (a), and an intake valve opening at the characteristic (b) The timing (shown as IVO (b)) is illustrated.
図示するように、冷機時には、バルブオーバラップが小さい(−6°CA)と、燃料の霧化が悪いことから、HC排出量が多い傾向があり、全体として、バルブオーバラップが大きい(例えば14°CA)方が、残留ガスの熱による霧化向上により、HCは少なくなる。しかし、特性(b)のようにバルブオーバラップが小さいときに、噴射終了時期を遅らせて吸気弁開時期に近付けていくと、HC排出量は急激に減少し、噴射終了時期が吸気弁開時期よりも僅かに遅れたときに極小点(P1)となる。しかし、図から明らかなように、過度に噴射終了時期が遅いと、HCは逆に悪化し、かつ燃焼安定性も悪化してしまう。 As shown in the figure, when the engine is cold, if the valve overlap is small (−6 ° CA), the atomization of the fuel is bad, so there is a tendency that the HC emission amount is large, and the valve overlap is large as a whole (for example, 14 In the case of ° CA), HC is reduced due to the improvement of atomization due to the heat of the residual gas. However, when the valve overlap is small as in the characteristic (b), if the injection end timing is delayed to approach the intake valve opening timing, the HC emission amount decreases rapidly, and the injection end timing becomes the intake valve opening timing. The minimum point (P1) is reached when it is slightly delayed. However, as is apparent from the figure, if the injection end timing is excessively late, HC deteriorates conversely and combustion stability also deteriorates.
噴射終了時期を変化させたときの上記のHC排出量の極小点は、バルブオーバラップが増加すると、それに伴って、進角側に移動する。図では必ずしも明確ではないが、バルブオーバラップが14°CAの特性(a)では、点P2が極小点となる。 As the valve overlap increases, the minimum point of the HC emission amount when the injection end timing is changed moves to the advance side. Although it is not necessarily clear in the figure, in the characteristic (a) where the valve overlap is 14 ° CA, the point P2 is a minimum point.
従って、本発明では、図3の矢印Y1,Y2,Y3に示すように、HC排出量が最小となるように、バルブオーバラップの変化に合わせて、噴射終了時期を可変制御する。図3のIT0は、暖機後の通常の噴射終了時期を示しており、図示するように、吸気弁3が閉じている期間内に燃料噴射が開始・終了する。また、始動(クランキング)の際は、この噴射終了時期IT0でもって燃料噴射が行われる。従って、図3の点P3で冷機時の運転が開始するが、この点P3ではHC排出量が大であるので、直ちに、極小点P1へと向かうように噴射終了時期を遅角させる。つまり、第1段階として、矢印Y1のような移行がなされる。この噴射時期の変更は、可変動弁装置5,6のような機械的な動作を必要としないので、直ちに実行可能である。やがて、機関の潤滑油圧が上昇し、可変動弁装置5,6の駆動が開始したら、逐次変化するバルブオーバラップ(吸気弁開時期IVO)に対応して、各々のバルブオーバラップの下でHCが最小となる所定の噴射終了時期つまり各々の極小点を連ねた形で、噴射終了時期を徐々に進角させる。これが第2段階となり、矢印Y2のような移行がなされる。そして、その後、機関温度条件が所定の条件に達したら、第3段階として矢印Y3のように、噴射終了時期を通常の噴射終了時期IT0に戻す。これにより、図3から明らかなように、HC排出量が最小となり、かつ過渡的な燃焼安定性の悪化を確実に回避できる。
Therefore, in the present invention, as shown by arrows Y1, Y2, and Y3 in FIG. 3, the injection end timing is variably controlled in accordance with the change in the valve overlap so that the HC discharge amount is minimized. IT0 in FIG. 3 indicates the normal injection end timing after warm-up, and as shown in the figure, fuel injection starts and ends within a period in which the
図5は、冷間始動時に行われる制御の流れを示すフローチャートであり、まずはじめに、ステップ1のように、図4の特性(b)でもって機関の始動が行われる。なお、噴射終了時期は上記の通常の噴射終了時期IT0である。完爆して自立運転に移行したら、ステップ2に進み、噴射終了時期ITを遅角し、特性(b)の下でHC排出量が最小となる所定の噴射終了時期とする(第1段階)。ステップ3では、所定の時間の経過あるいは油圧の検出などに基づき、可変動弁装置5,6の駆動を許可する。これにより、可変動弁装置5,6は、図4の特性(a)に向かって実際に動作する。ステップ4では、可変動弁装置5,6の動作に伴って変化する吸気弁開時期を逐次読み込み、この吸気弁開時期に対応して、各々の吸気弁開時期の下でHCが最小となる所定の噴射終了時期に制御する(第2段階)。そして、機関温度条件が所定の条件に達したら、ステップ5において、噴射終了時期を通常の噴射終了時期IT0に戻す(第3段階)。さらに、暖機が完了したら、ステップ6において、可変動弁装置5,6を通常の制御に移行し、運転条件によるが、例えば、バルブオーバラップが縮小する。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of control performed at the time of cold start. First, as in
図6は、冷間始動後に上記のような制御により変化していく吸気弁開時期IVOと噴射終了時期ITの一例を示すタイムチャートであって、機関回転速度REVと車速Vと冷却水温Twの変化を併せて示してある。図のT0の時点で機関が始動し、直ちに第1段階に移行し、T1の時点までは、吸気行程噴射となる。T1の時点で可変動弁装置5,6の駆動が許可されると同時に第2段階に移行し、HC排出量を最小としつつ、吸気弁開時期IVOが進角して、例えば14°CAのオーバラップとなる。その後、冷却水温Twに基づき、T2の時点で、第3段階として、噴射終了時期の遅角が終了し、基準の噴射終了時期IT0に復帰する。そして、同じく冷却水温Twに基づき、T3の時点で、可変動弁装置5,6が通常の制御に移行し、バルブオーバラップが縮小する。
FIG. 6 is a time chart showing an example of the intake valve opening timing IVO and the injection end timing IT that are changed by the control as described above after the cold start, and shows the engine rotational speed REV, the vehicle speed V, and the cooling water temperature Tw. The changes are also shown. The engine starts at the time T0 in the figure, and immediately shifts to the first stage, and the intake stroke injection is performed until the time T1. At the time of T1, the driving of the
3…吸気弁
5,6…可変動弁装置
8…燃料噴射弁
10…コントロールユニット
14…水温センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
排気弁閉時期との間のバルブオーバラップを機関運転条件に応じたものとするために吸気弁開時期を変更する可変動弁装置と、
燃料噴射終了時期を機関運転条件に応じて変更する噴射時期制御手段と、
機関の温度条件を検出する手段と、
を備えてなる内燃機関の制御装置において、
機関の冷間始動時に、最小オーバラップにて始動した直後に、そのときの吸気弁開時期に対してHCが最小となる所定の噴射終了時期に制御する第1段階と、
上記可変動弁装置の駆動が開始したときに、逐次変化する吸気弁開時期に対応して、各々の吸気弁開時期の下でHCが最小となる所定の噴射終了時期に制御する第2段階と、
機関温度が所定温度に達したときに噴射終了時期を通常の吸気弁開時期前の時期に制御する第3段階と、を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A fuel injection valve that injects fuel toward the intake port of the internal combustion engine;
A variable valve gear that changes the intake valve opening timing in order to make the valve overlap between the exhaust valve closing timing and the engine operating conditions,
An injection timing control means for changing the fuel injection end timing according to the engine operating conditions;
Means for detecting engine temperature conditions;
In a control device for an internal combustion engine comprising:
A first stage of controlling to a predetermined injection end timing at which HC is minimum with respect to the intake valve opening timing immediately after starting with a minimum overlap at the time of cold start of the engine;
A second stage of controlling to a predetermined injection end time at which HC is minimized under each intake valve opening timing in response to the intake valve opening timing that sequentially changes when driving of the variable valve device starts. When,
And a third step of controlling the injection end timing to a timing before the normal intake valve opening timing when the engine temperature reaches a predetermined temperature.
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