JP2002213245A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の制御装置において、冷態始動時に
おける燃料の微粒化により気化を促進することでＨＣの
排出抑制を可能とする。 【解決手段】 スロットルバルブ３２の下流側の吸気ポ
ート１６にポートバルブ４１を設けると共に、バルブタ
イミング可変機構４３を設け、エンジン始動時にポート
バルブ４１を閉じて吸気流路を絞り、吸気ポート１６か
ら燃焼室１５に向けて空気流動を発生させる一方、冷態
期間中にポートバルブ４１を所定期間だけ開放させると
共に、バルブタイミング可変機構４３により吸気弁１８
の開弁時期を吸気行程から排気行程に変更してオーバー
ラップ量を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スロットルバルブ
下流の吸気ポートに空気流動を制御するポートバルブが
設けられた内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な自動車用の内燃機関にて、シリ
ンダヘッドの両側に燃焼室に連通する吸気ポート及び排
気ポートが設けられ、この燃焼室と吸気ポート及び排気
ポートとの連通部にそれぞれ吸気弁及び排気弁が設けら
れている。そして、シリンダヘッドの上部には互いに平
行をなす吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトが
配設され、各気筒毎に所定のリフト量をもつ吸気カム及
び排気カムが一体に形成されており、この吸気カム及び
排気カムにより吸気弁及び排気弁が上下動することで、
吸気ポート及び排気ポートが燃焼室に対して開閉される
ようになっている。また、吸気ポートにはアクセルペダ
ルの踏み込み量に応じて開閉することで、吸入空気量を
制御するスロットルバルブが設けられると共に、この吸
入空気量に応じた所定量燃料を噴射するインジェクタが
設けられている。

【０００３】従って、スロットルバルブの開放動作によ
り所定量の空気が吸気ポートに供給されると共に、イン
ジェクタから所定量の燃料が吸気ポートに噴射され、吸
気弁の開放時に空気と燃料との混合気が燃焼室に流入す
る。そして、クランクシャフトの駆動によってピストン
が上下動して燃焼室内の混合気が圧縮され、点火プラグ
により点火されることで、圧縮された混合気の爆発、膨
張が行われてエンジンが作動する。そして、混合気の燃
焼によって発生した排気ガスは排気弁の開放時に排気ポ
ートに排出される。

【０００４】このような内燃機関では、インジェクタか
ら噴射される燃料の微粒化により排出されるＨＣを低減
できることが知られており、吸気弁の上流の吸気ポート
に燃料を噴射する場合は、吸気ポートの壁面への付着を
防止するために吸気弁の傘裏を狙って燃料を噴射するよ
うにしている。ところが、冷態時には吸気ポートや吸気
弁が十分に温まっておらず、噴射燃料が吸気ポートの壁
面や吸気弁の傘裏に付着し、液状あるいは大きな粒状と
なって燃焼室に流入し、燃焼が不安定となってしまうと
いう問題がある。このような問題を解決するものとし
て、例えば、特開平９−１１２２８３号公報に記載され
たものがある。この公報に記載された「エンジン用吸気
制御弁の開閉制御方法」は、吸気系におけるインジェク
タの下流部分に分割された吸気通路の一方を開閉するタ
ンブル制御弁を設け、エンジンの始動時にはこのタンブ
ル制御弁を閉じることで、ガス流動を発生させて燃焼性
を向上させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来の「エンジン
用吸気制御弁の開閉制御方法」では、エンジンの始動時
にはタンブル制御弁を閉じ、エンジンの始動後に設定時
間が経過したらタンブル制御弁を開けるようにしてい
る。ここで、設定時間とは、エンジンの始動からエンジ
ン温度が十分に上昇し、且つ、燃焼効率を向上させるた
めのガス流動の発生が不要となるまでの間となってお
り、言い換えれば、エンジンの冷態始動中はタンブル制
御弁が閉止状態で、温態となってから開放するというこ
とである。

【０００６】エンジンの冷態始動時には、排気行程から
吸気行程に移行するときに、排気行程後期と吸気行程初
期をオーバーラップさせることで、吸気管内に排気を取
り込み、壁面を温めて混合気の気化を促して燃焼を促進
させ、更には排気行程の後期に多量に排出されるＨＣを
再吸入させるようにしている。ところが、冷態始動時に
吸気ポートがタンブル制御弁で閉止されていると、吸気
ポート側の負圧領域が限定され、吸気室内に排気を十分
に取り込むことができず、燃焼促進効果や未燃ＨＣの再
燃焼効果を得ることができない。また、冷態始動直後は
タンブル制御弁の上流は大気圧であってガス流動が発生
するが、数行程後には負圧となって大きなガス流動は発
生せず、微粒化促進効果を十分に得ることができない。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、冷態始動時における燃料の微粒化により気化を
促進することでＨＣの排出抑制を可能とした内燃機関の
制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の内燃機関の制御装置では、スロッ
トルバルブ下流の吸気ポートに空気流動を制御するポー
トバルブを設け、ポートバルブ制御手段が、始動時にこ
のポートバルブを閉じると共に、冷態期間中にポートバ
ルブを所定期間開放させるようにしている。

【０００９】従って、始動時にポートバルブを閉じるこ
とで、吸気流動が発生して燃料の微粒化による気化が促
進されることとなり、特に始動直後はスロットルバルブ
の下流が大気圧に近いためにポートバルブを挟んで差圧
が大きくなり、筒内への空気流動による燃料の微粒化の
効果が大きくなる。しかし、数行程後にはスロットルバ
ルブの下流が負圧となって大きなガス流動が発生しな
い。そこで、この冷態期間中にポートバルブを所定期間
開放させることで、燃焼ガスが負圧となった吸気ポート
側へ逆流し、燃料の微粒化が行われると共に、吸気ポー
トが温められて燃料の気化が促進される。このような燃
料の微粒化等により気化が促進されるため、燃焼効率が
向上して未燃ＨＣの排出を大幅に抑制できる。

【００１０】なお、冷態期間中にポートバルブを開放さ
せる所定期間としては、始動時の燃料増量等で内燃機関
が吹き上がる期間とすることが好ましい。この場合、ポ
ートバルブを開放しても、内燃機関の回転数がアイドル
回転数以上に高まっているため、内部ＥＧＲ量が増加し
ても失火等には至らず、圧縮温度が高くなるので燃料の
完全燃焼が進みやすく、ＨＣの排出抑制が可能となる。
また、燃料増量により排気行程後半に多く排出される未
燃ＨＣも増えるが、これを吸気ポート側へより多く逆流
することで次行程で燃焼することとなり、更にＨＣの排
出を抑制できる。また、ポンプ損失も低減するため、投
入する燃料量も少なくできる。

【００１１】請求項２の発明の内燃機関の制御装置で
は、吸気弁と排気弁の少なくとも一方の開弁時期を変更
してオーバーラップ量を変更可能なバルブタイミング可
変機構を設け、オーバーラップ量制御手段が、冷態期間
中におけるポートバルブの開放動作に伴ってオーバーラ
ップ量を増大させるようにしている。

【００１２】また、請求項３の発明の内燃機関の制御装
置では、吸気弁の開弁時期を変更可能なバルブタイミン
グ可変機構を設け、バルブタイミング制御手段が、冷態
期間中におけるポートバルブの開放動作に伴って吸気弁
の開弁時期を吸気行程から排気行程に変更させるように
している。

【００１３】従って、ポートバルブの開放動作に伴って
オーバーラップ量を増大させたり、吸気弁の開弁時期を
吸気行程から排気行程に変更させることで、内部ＥＧＲ
量を増加させて燃料の微粒化が行われると共に、吸気ポ
ートが温められて燃料の気化が促進される。特に排気行
程後半に多く排出される未燃ＨＣをより多く吸気ポート
へ逆流し、次行程で燃焼してＨＣの排出を抑制できる。
なお、ポートバルブの開放時期、つまり、オーバーラッ
プ量の増大期間は、始動時の燃料増量等による吹き上が
り期間とすることが好ましい。この場合、内燃機関の回
転数がアイドル回転数以上であるため、オーバーラップ
量を増大させても燃焼悪化による失火が起こりにくい。
また、この制御を行うためにアイドルアップを意識的に
行うようにしてもよい。更に、冷態期間中に再びポート
バルブを閉じて吸気流動を増大させてリーン運転を可能
にすることで、未燃ＨＣの低減が更に可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１５】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の制御装置を表す概略構成、図２に及び図３に始動時に
おける各弁の開閉状態及び空気流動を表す概略、図４及
び図５に始動時における各弁の開閉状態を表すタイムチ
ャートを示す。

【００１６】本実施形態の内燃機関の制御装置におい
て、図１に示すように、シリンダブロック１１上にはシ
リンダヘッド１２がボルト締結されており、このシリン
ダブロック１１内のシリンダ１３内にはピストン１４が
上下動自在に嵌合している。シリンダブロック１１とシ
リンダヘッド１２、ピストン１４によって燃焼室１５が
構成され、この燃焼室１５には吸気ポート１６及び排気
ポート１７が接続され、この吸気ポート１６及び排気ポ
ート１７には吸気弁１８と排気弁１９の先端部が臨み、
燃焼室１５と各ポート１６，１７との開閉を行うことが
できるようになっている。また、シリンダブロック１１
の下部には図示しないクランクシャフトが回転自在に配
設されており、このクランクシャフトの偏心部とピスト
ン１４とがコンロッド２０により連結されている。

【００１７】このシリンダヘッド１２の上部には吸気用
カムシャフト２１と排気用カムシャフト２２とが回転自
在に支持され、それぞれ各気筒ごとに所定のリフト量を
もつ吸気カム２３と排気カム２４が一体に形成されてい
る。シリンダヘッド１２にはロッカアーム２５，２６が
回動自在に装着され、各ロッカアーム２５，２６は吸気
カム２３と排気カム２４によって駆動し、バルブスプリ
ング（図示略）により上方に付勢された吸気弁１８及び
排気弁１９を押し下げて燃焼室１５と吸気ポート１６及
び排気ポート１７とを連通可能となっている。更に、シ
リンダヘッド１２の吸気側には吸気ポート１６内に燃料
を噴射するインジェクタ２７が装着されると共に、先端
部が燃焼室１５内に臨む点火プラグ２８が装着されてい
る。

【００１８】また、エアクリーナ２９には吸気管３０を
介してサージタンク３１が接続されており、この吸気管
３０には運転状態に応じて開度を変更して燃焼室内に流
入する空気量を調整するスロットルバルブ３２が取付け
られている。そして、このサージタンク３１は吸気マニ
ホールド３３を介して吸気ポート１６に接続されてい
る。なお、３４はバイパス通路、３５はアイドルバルブ
である。一方、排気ポート１７には図示しない排気マニ
ホールドを介して排気管が接続されている。

【００１９】そして、本実施形態では、スロットルバル
ブ３２の下流側であってインジェクタ２７の上流側の吸
気ポート１６に、この吸気ポート１６内を流れる吸気の
空気流動を制御するポートバルブ４１が設けられてお
り、ポートバルブ制御手段としての制御装置４２によ
り、エンジン始動時にこのポートバルブ４１を閉じて吸
気流路を絞ると共に、冷態期間中に所定期間だけ開放さ
せるように制御可能となっている。

【００２０】また、吸気弁１８と排気弁１９の少なくと
も一方の開弁時期を変更するバルブタイミング可変機構
４３が設けられており、制御装置４２がこのバルブタイ
ミング可変機構４３を制御することで、各弁１８，１９
の開弁時期のオーバーラップ量を変更可能となってい
る。そして、制御装置４２は、冷態期間中におけるポー
トバルブ４１の開放動作に伴って、例えば、吸気弁１８
の開弁時期を吸気行程から排気行程に変更（バルブタイ
ミング制御手段）させることで、このオーバーラップ量
を増大（オーバーラップ量制御手段）させることができ
る。

【００２１】このバルブタイミング可変機構４３は、タ
イミングプーリに一体回転可能なハウジングを装着する
一方、カムシャフト２１，２２の端部に一体回転可能な
ベーン部材を装着してハウジング内に収容し、このハウ
ジングとベーン部材との間に進角用油室及び遅角用油室
を形成し、制御装置４２が油圧制御弁を制御してこの進
角用油室と遅角用油室の一方の油室に作動油を供給する
と同時に他方の油室から作動油を排出することで、タイ
ミングプーリとカムシャフトとの相対位置を変更してバ
ルブ開閉タイミング及び開放時間を調整できるものであ
る。バルブタイミング可変機構としては、その他にテン
ショナ式、ヘリカルスプライン式などがある。

【００２２】ここで、上述した本実施形態の内燃機関の
制御装置の動作を図２乃至図５を用いて説明する。

【００２３】エンジンの始動時、ドライバがイグニッシ
ョンキースイッチをオンとすると、クランクシャフトの
駆動によりピストン１４が図１に示す上死点（ＴＤＣ）
から下降を開始して燃焼室１５内が負圧となり、図２及
び図４に示すように、バルブタイミング可変機構４３が
カムシャフト２１を遅角させて吸気弁１８を開弁すると
共にインジェクタ２７は燃料を噴射する。このとき、吸
気弁１８より上流の吸気ポート１６は大気圧であるが、
ポートバルブ４１が閉じて流路が絞られているために、
ポートバルブ４１の下流側が負圧状態となる。すると、
吸気ポート１６の上流側の空気がポートバルブ４１の絞
りにより高い流速をもって燃焼室１５側に流れ込み、こ
こで吸気流動が発生して噴射された燃料の飛散、微粒
化、拡散による気化が促進されることとなる。特に、エ
ンジンの始動直後はスロットルバルブ３２の下流が大気
圧に近いためにポートバルブ４１を挟んで差圧が大きく
なり、燃焼室１５内への空気流動による燃料の微粒化の
効果が大きくなる。

【００２４】しかし、エンジンを始動してから数行程後
には、スロットルバルブ３２の下流が負圧となり、吸気
ポート１６から燃焼室１５へ大きな空気流動が発生しな
くなり、燃料の気化や微粒化が十分に進んでいない状態
では、燃焼促進効果が得られにくくなる。そこで、エン
ジンが始動して数行程後、図３及び図５に示すように、
冷態始動期間中にポートバルブ４１を所定期間だけ開放
させると共に、バルブタイミング可変機構４３がカムシ
ャフト２１を進角（吸気行程から排気行程に変更）させ
て吸気弁１８を開弁してオーバーラップ量を増大させ
る。すると、大気圧に近い排気ポート１７の排気が燃焼
室１５を通してポートバルブ４１の開放により負圧とな
った吸気ポート１６側へ逆流し、吸気ポート１６の壁面
や吸気弁１８の傘裏に付着した燃料はこの燃焼ガスの逆
流により微粒化が行われると共に、吸気ポート１６が温
められて燃料の気化が促進される。このような燃料の微
粒化等により気化が促進されるために燃料が完全燃焼し
易くなり、未燃ＨＣの排出を大幅に抑制できる。また、
ポートバルブ４１の開放により吸入抵抗が小さくなり、
ポンプ損失が低減されるので、必要燃料量も少なくなっ
て未燃ＨＣ量も少なくなる。

【００２５】なお、エンジンの冷態始動期間中にポート
バルブ４１を開放させる所定期間、つまり、オーバーラ
ップ量の増大期間としては、始動時の燃料増量等でエン
ジンが吹き上がる期間とすることが好ましい。この場
合、ポートバルブ４１を開放しても、エンジン回転数が
アイドル回転数以上に高まっているため、内部ＥＧＲ量
が増加しても失火等には至らず、内部ＥＧＲの熱により
圧縮温度も高くなるので燃料の完全燃焼が進みやすく、
ＨＣの排出抑制が可能となる。また、燃料増量により排
気行程後半に多く排出される未燃ＨＣも増えるが、これ
を吸気ポート１６側へより多く逆流することで次行程で
燃焼することとなり、更にＨＣの排出を抑制できる。ま
た、このような制御を行うためにアイドルアップを意識
的に行うようにしてもよい。

【００２６】そして、冷態始動期間中にエンジンが吹き
上がり、その後、アイドル回転に保持されると、ポート
バルブ４１が開放されてから所定期間経過するため、図
２に示すように、再びポートバルブ４１を閉じ、吸気流
動を増大させてリーン運転を可能にすることで、未燃Ｈ
Ｃの低減が可能となる。

【００２７】なお、上述した実施形態において、吸気ポ
ート１６にポートバルブ４１を設け、このポートバルブ
４１を閉じることで吸気ポート１６の流路を絞って空気
流動を発生させるようにしたが、吸気ポート１６を分割
して一方に開閉可能なポートバルブを設けてもよい。ま
た、バルブタイミング可変機構４３が吸気側カムシャフ
ト２１を進角させることで吸気弁１８の開弁時期を変更
し、オーバーラップ量を増大させるようにしたが、排気
側カムシャフト２２を遅角させることで排気弁１９を開
弁時期を変更し、オーバーラップ量を増大させるように
してもよい。更に、ＳＯＨＣエンジンにおいて、吸排気
カムを同時に進角させ、排気行程期間中のオーバーラッ
プ期間を拡大するようにしてもよい。また。筒内に直接
燃料を噴射する筒内噴射型エンジンに適用してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の内燃機関の制御装置によれば、
スロットルバルブ下流の吸気ポートに空気流動を制御す
るポートバルブを設け、ポートバルブ制御手段が、始動
時にこのポートバルブを閉じると共に、冷態期間中にポ
ートバルブを所定期間開放させるようにしたので、始動
時にポートバルブを閉じることで、吸気流動が発生して
燃料の微粒化による気化が促進されると共に、この冷態
期間中にポートバルブを所定期間開放させることで、燃
焼ガスが負圧となった吸気ポート側へ逆流し、燃料の微
粒化が行われると共に、吸気ポートが温められて燃料の
気化が促進され、燃料が完全燃焼しやすくなって未燃Ｈ
Ｃの排出を大幅に抑制することができる。

【００２９】また、請求項２の発明の内燃機関の制御装
置によれば、吸気弁と排気弁の少なくとも一方の開弁時
期を変更してオーバーラップ量を変更可能なバルブタイ
ミング可変機構を設け、オーバーラップ量制御手段が、
冷態期間中におけるポートバルブの開放動作に伴ってオ
ーバーラップ量を増大させるようにしたので、内部ＥＧ
Ｒ量を増加させて燃料の微粒化が行われると共に、吸気
ポートが温められて燃料の気化が促進され、特に排気行
程後半に多く排出される未燃ＨＣをより多く吸気ポート
へ逆流し、次行程で燃焼してＨＣの排出を抑制すること
ができる。

【００３０】また、請求項３の発明の内燃機関の制御装
置によれば、吸気弁の開弁時期を変更可能なバルブタイ
ミング可変機構を設け、バルブタイミング制御手段が、
冷態期間中におけるポートバルブの開放動作に伴って吸
気弁の開弁時期を吸気行程から排気行程に変更させるよ
うにしたので、内部ＥＧＲ量を増加させて燃料の微粒化
が行われると共に、吸気ポートが温められて燃料の気化
が促進される。特に排気行程後半に多く排出される未燃
ＨＣをより多く吸気ポートへ逆流し、次行程で燃焼して
ＨＣの排出を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置
を表す概略構成図である。

【図２】始動時における各弁の開閉状態及び空気流動を
表す概略図である。

【図３】始動時における各弁の開閉状態及び空気流動を
表す概略図である。

【図４】始動時における各弁の開閉状態を表すタイムチ
ャートである。

【図５】始動時における各弁の開閉状態を表すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

１４ ピストン １５ 燃焼室 １６ 吸気ポート １７ 排気ポート １８ 吸気弁 １９ 排気弁 １７ インジェクタ ３２ スロットルバルブ ４１ ポートバルブ ４２ 制御装置（ポートバルブ制御手段、オーバーラッ
プ量制御手段、バルブタイミング制御手段） ４３ バルブタイミング可変機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/06 ３２０ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３２０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルバルブ下流の吸気ポートに空
   気流動を制御するポートバルブを有する内燃機関の制御
   装置において、始動時に前記ポートバルブを閉じると共
   に冷態期間中に該ポートバルブを所定期間開放させるポ
   ートバルブ制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関
   の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関の制御装置にお
   いて、吸気弁と排気弁の少なくとも一方の開弁時期を変
   更してオーバーラップ量を変更可能なバルブタイミング
   可変機構と、前記冷態期間中における前記ポートバルブ
   の開放動作に伴って前記オーバーラップ量を増大させる
   オーバーラップ量制御手段を設けたことを特徴とする内
   燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の内燃機関の制御装置にお
   いて、吸気弁の開弁時期を変更可能なバルブタイミング
   可変機構と、前記冷態期間中における前記ポートバルブ
   の開放動作に伴って前記吸気弁の開弁時期を吸気行程か
   ら排気行程に変更させるバルブタイミング制御手段を設
   けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。