JP2005201209A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、吸気弁の開閉時期を可変とする内燃機関において、吸気弁の閉弁時期を制御して吸気量を制御するとき、燃焼状態の悪化を抑制するとともにバックファイアを抑制する。
【解決手段】吸気弁の開閉時期を可変とする内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、吸気弁の閉弁時期を遅角側に制御するとともに混合気への点火時期を進角側に制御することで、吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第一燃焼制御手段と、第一燃焼制御手段によって制御される吸気弁の閉弁時期と点火時期との関係において該点火時期が該吸気弁の閉弁時期より進角側の時期となる場合には、該点火時期を該吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の時期に調整することで該吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第二燃焼制御手段と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置であって、特に吸気弁の閉弁時期を調整することで吸気量を制御する燃焼が可能な内燃機関の燃焼制御装置に関する。

内燃機関の吸排気弁、特に吸気弁の開閉時期を任意の時期に制御することが可能な可変動弁手段を有する内燃機関においては、内燃機関に要求される機関負荷等の運転状態に応じた好適な時期に吸排気弁の開閉時期を制御することで、エミッションの改善や燃費の改善を図ることが可能となる。

ここで、上述した可変動弁手段を有する内燃機関においては吸気弁の閉弁時期を調整することで気筒内に確保される吸気量を制御することが可能となり、以て内燃機関の機関出力を制御することが可能となる。これにより、吸気絞り弁により吸気量を制御する場合よりもポンピングロスの軽減を図ることが可能となる。しかし、内燃機関に要求される機関出力が小さいときは、吸気弁の閉弁時期を吸気行程下死点から遅角側に制御することで気筒内に確保される吸気量は少量となり、ピストンによる混合気の圧縮度合いが弱まる。その結果混合気の温度が低下して、燃焼速度が遅くなり、気筒内の燃焼状態が悪化する。

そこで、上述の内燃機関においては、内燃機関に要求される機関出力が小さいために、吸気弁の閉弁時期を吸気行程下死点から遅角側に制御するときは、気筒内の混合気への点火時期を進角側に制御する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、気筒内における燃焼時間を確保することで燃焼状態の悪化を抑制する。
特開２００２−２５７０１８号公報 特開２０００−１２０４８２号公報 特開２００１−１５９３８６号公報 特開２００１−２８０２２８号公報 特開２００１−２２１０９４号公報

吸気弁の開閉時期を任意の時期に制御することが可能な可変動弁手段を有する内燃機関において、ポンピングロスの軽減を図るべく、吸気弁の閉弁時期を制御することで気筒内に確保される吸気量を制御することが可能である。

ここで、内燃機関に要求される機関出力が小さいために、吸気弁の閉弁時期を吸気行程下死点から遅角側に制御するときは、気筒内の混合気への点火時期を進角側に制御することで、燃焼状態の改善を図ることが可能となる。しかし、点火時期が吸気弁の閉弁時期より進角側の時期となった場合には、内燃機関の吸気側に燃焼による火炎が吹き返す、いわゆるバックファイアが発生し、燃焼騒音が顕著となる虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、吸気弁の開閉時期を任意の時期に制御することが可能な可変動弁手段を有する内燃機関で吸気弁の閉弁時期を制御することで気筒内に確保さ
れる吸気量を制御する場合において、燃焼状態の悪化を抑制するとともにバックファイアを抑制する内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明においては、上記した課題を解決するために、混合気への点火時期と吸気弁の閉弁時期との関係に着目した。点火時期が吸気弁の閉弁時期より早い、進角側の時期となることで、内燃機関の吸気側へのバックファイアが発生するからである。

そこで、本発明は、内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能とする可変動弁手段と、前記内燃機関の機関負荷に基づいて前記可変動弁手段によって前記吸気弁の閉弁時期を調整することで、吸気量を制御する閉弁時期制御手段と、前記内燃機関の機関負荷に基づいて、気筒内の混合気への点火時期を制御する点火時期制御手段と、前記内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、前記閉弁時期制御手段によって前記吸気弁の閉弁時期を遅角側に制御するとともに前記点火時期制御手段によって前記点火時期を進角側に制御することで、吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第一燃焼制御手段と、前記第一燃焼制御手段によって制御される前記吸気弁の閉弁時期と前記点火時期との関係において該点火時期が該吸気弁の閉弁時期より進角側の時期となる場合には、該点火時期を該吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の時期に調整することで該吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第二燃焼制御手段と、を備える。

ここで、上記の可変動弁手段は、少なくとも内燃機関の吸気弁の閉弁時期を可変とするものであり、同時に吸気弁のその他の開閉特性を変更するものであってもよい。また、吸気弁と同時に排気弁の開閉特性を変更するものであってもよい。可変動弁手段の具体例としては、吸気弁を電磁駆動弁によって構成する態様等が挙げられる。

そして、上記内燃機関の燃焼制御装置においては、閉弁時期制御手段と点火時期制御手段とによって、内燃機関に要求される機関負荷に応じた燃焼を行うべく、吸気弁の閉弁時期と混合気への点火時期とが制御され、以て気筒内での混合気の燃焼が制御される。

そして、その一つの燃焼制御が第一燃焼制御手段による燃焼制御である。該燃焼制御の特徴は、先ず内燃機関の気筒内に確保される吸気量が、吸気弁の閉弁時期によって調整される点にある。即ち、内燃機関の機関負荷が大きくなるに従い、気筒に確保すべき吸気量が増大するため、吸気弁の閉弁時期を主に圧縮行程において進角側に制御し、特に気筒内に最大吸気量を確保するときは吸気行程下死点近傍の時期を吸気弁の閉弁時期とする。一方で、内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、気筒内に確保すべき吸気量は減少するため、吸気弁の閉弁時期を主に圧縮行程において遅角側に制御し、即ち吸気行程下死点から圧縮行程上死点に向かって吸気弁の閉弁時期を移行することで、該機関負荷に応じた適量の吸気量を気筒内に確保する。また、吸気通路に設けられた吸気絞り弁によらずに吸気量を制御することで、吸気時のポンピングロスを軽減することも可能となる。

そして、第一燃焼制御手段による燃焼制御の次の特徴点は、混合気への点火時期を内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い進角側に、即ち圧縮行程上死点から吸気行程下死点に向かって制御することである。換言すると、上述したように内燃機関の機関負荷に応じた吸気量を吸気弁の閉弁時期によって調整する場合、該吸気量が少なくなるに従い、混合気への点火時期を進角側へ移行することになる。これは、気筒内に確保される吸気量が減少すると圧縮時の気筒内の温度上昇が鈍化して混合気の燃焼速度が低下し、その結果、混合気の燃焼状態が悪化して機関出力が低下するからである。従って、第一燃焼制御手段による燃焼制御によっては、ポンピングロスを軽減するとともに、混合気の燃焼状態の悪化を抑制し、機関出力の低下を回避し得る。

しかし、内燃機関の機関負荷が比較的大きく低下したときに第一燃焼制御手段による燃焼制御が行われると、点火時期が吸気弁の閉弁時期より早い時期、即ち進角側の時期となる場合があり得る。この場合、点火された混合気が、吸気弁が閉弁されていないことにより、内燃機関の吸気側へ吹き返すバックファイアが発生し、燃焼騒音が顕著となる虞がある。

そこで、そのような場合、上記の内燃機関の燃焼制御装置においては、第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われる。第二燃焼制御手段による燃焼制御においては、気筒内への吸気量の確保は第一燃焼制御手段による燃焼制御時と同様に、吸気弁の閉弁時期を制御することで行われる。そして、仮に第一燃焼制御手段による燃焼制御が行われるとしたときに点火時期が吸気弁の閉弁時期より進角側の時期となる場合、換言するとバックファイアが発生する虞がある場合には、点火時期を吸気弁の閉弁時期より遅角側の時期とする。これにより、混合気が点火され、燃焼が行われるときには、既に吸気弁は閉弁されている。

また、点火時期を上述のように調整することで、混合気に対して理想的に点火すべき時期（以下、「理想点火時期」という）から外れた時期に点火が行われることになるが、気筒内の吸気量が少ないとき、即ち内燃機関の機関負荷が比較的小さいときは、混合気への点火時期が理想点火時期からずれた場合の機関出力の変動は、内燃機関の機関負荷が比較的大きいときと比べて、小さくなる。従って、第二燃焼制御手段による燃焼制御によって、機関出力の変動を可及的に抑制した状態で、バックファイアを抑制し得る。

ここで、上述の内燃機関の燃焼制御装置において、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気量を調整する吸気絞り弁を、更に備える場合、前記第一燃焼制御手段によって燃焼制御が行われるとき、および／または前記第二燃焼制御手段によって燃焼制御が行われるときは、前記吸気絞り弁の開度を最大開度としてもよい。このようにすることで、吸気弁の閉弁時期によって、内燃機関の機関負荷に応じた吸気量を気筒内に確保する際のポンピングロスを可及的に小さくすることが可能となる。

また、上述の内燃機関の燃焼制御装置において、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気量を調整する吸気絞り弁と、前記内燃機関の機関負荷に基づいて前記吸気絞り弁の開度を調整することで、吸気量を制御する吸気絞り弁開度制御手段と、前記内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を小さくするとともに前記点火時期制御手段によって前記点火時期を進角側に制御し、且つ前記可変動弁手段によって前記吸気弁の閉弁時期を所定時期とすることで、吸気絞り弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第三燃焼制御手段と、を更に備える場合、前記第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの前記内燃機関における燃費が前記第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの前記内燃機関における燃費より良いときに、前記第三燃焼制御手段による燃焼制御を行ってもよい。

ここで、第三燃焼制御手段による燃焼制御の特徴点は、内燃機関の機関負荷に応じた気筒内への吸気量の確保を、第一燃焼制御手段又は第二燃焼制御手段のように吸気弁の閉弁時期を制御することで行うのではなく、吸気絞り弁の開度を制御することで行う点にある。尚、混合気への点火時期は第一燃焼制御手段又は第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときと同様の制御が行われる。そして、吸気弁の閉弁時期を所定時期とするが、この所定時期とは気筒内への吸気量を制御するために決定される時期ではない時期であって、例えば吸気行程下死点近傍の時期である。

そして、第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われているときは、気筒内への吸気量を吸気絞り弁の開度を制御することで調整するので、第一燃焼制御手段又は第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときと比べて、ポンピングロスが大きくなり、以て内燃機関
の燃費が悪化する虞がある。しかし、内燃機関の機関負荷が比較的小さいときは、上述したように、第一燃焼制御手段による燃焼制御を行うとバックファイアが発生する虞があり、また第二燃焼制御手段による燃焼制御を行うとバックファイアの発生を抑制し得るものの、混合気への点火時期が理想点火時期よりずれることにより機関出力が若干量ながらも低下する。そして、内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い吸気弁の閉弁時期がより遅角側に制御されることを考慮すると、内燃機関の機関負荷が低下するに従い混合気への点火時期と理想点火時期とのずれ量が大きくなるため、機関出力の低下の割合は大きくなり、その結果燃費が悪化する。

そこで、内燃機関の機関負荷の低下とともに第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの燃費が低下して、仮に第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの燃費が第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの燃費よりもよいと判断されるときは、第三燃焼制御手段による燃焼制御を行う。これにより、内燃機関の全体的な燃費をより好適なものとすることが可能となる。

ここで、上述の第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われるようとするとき、第二燃焼制御手段によって内燃機関の機関負荷に応じた吸気弁の閉弁時期から、上記の所定時期へと急に変更される。また、吸気絞り弁においても、第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われるようとするときは、第二燃焼制御手段による燃焼制御時の開度から第三燃焼制御時の開度へ、即ち内燃機関の機関負荷に応じた吸気量を確保し得る開度へ急に変更される。その結果、燃焼制御の切り替わる時点において、気筒内に確保される吸気量が内燃機関の機関負荷に応じた量とならずに、機関出力においてショックが発生する虞がある。特に、第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われているとき、吸気絞り弁の開度が最大開度である場合には、そのショックは顕著なものとなり得る。

そこで、上述の内燃機関の燃焼制御装置において、前記第二燃焼制御手段による燃焼制御が開始される機関負荷から前記第三燃焼手段による燃焼制御が開始される機関負荷までの前記内燃機関の機関負荷範囲において、前記閉弁時期制御手段によって前記吸気弁の閉弁時期を、該第二燃焼制御手段による燃焼制御時の該吸気弁の閉弁時期と該第三燃焼制御手段による燃焼制御開始時の該吸気弁の閉弁時期との間で該内燃機関の機関負荷に基づいて徐々に変更するとともに、前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を、該第二燃焼制御手段による燃焼制御時の該吸気絞り弁の開度から該第三燃焼制御手段による燃焼制御開始時の該吸気絞り弁の開度との間で該内燃機関の機関負荷に基づいて徐々に変更するようにしてもよい。

即ち、第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われている状態から第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われる状態へ急激に変更するのではなく、第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われている時点での吸気弁の閉弁時期と吸気絞り弁の開度を、内燃機関の機関負荷に基づいて、第三燃焼制御手段が開始される時点の吸気弁の閉弁時期と吸気絞り弁の開度に向けて、徐々に変更する制御（以下、「燃焼切替制御」という）が行われる。これにより、燃焼制御の切替時の機関出力におけるショックを抑制し得る。

尚、燃焼切替制御は、第一燃焼制御手段による燃焼制御から第二燃焼制御手段による燃焼制御へ切り替わった直後に直ちに行っても良い。即ち、第一燃焼制御手段による燃焼制御から第三燃焼制御手段による燃焼制御に向かって、吸気弁の閉弁時期および吸気絞り弁の開度を徐々に変更しても良い。このとき、第二燃焼制御手段による燃焼制御時の吸気弁の閉弁時期および吸気絞り弁の開度は、第一燃焼制御手段による燃焼制御終了時の吸気弁の閉弁時期および吸気絞り弁の開度を意味する。

本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置においては、吸気弁の開閉時期を任意の時期に制御することが可能な可変動弁手段を有する内燃機関で吸気弁の閉弁時期を制御することで気筒内に確保される吸気量を制御する場合において、燃焼状態の悪化を抑制するとともにバックファイアを抑制することが可能となる。

ここで、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、ガソリン火花着火式内燃機関であって、気筒２内に直接燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁９および点火栓３を備えている。そして、気筒２内において、ピストン４が往復運動を行う。また、内燃機関１には吸気通路７が燃焼室に接続され、同様に、排気通路８も燃焼室に接続される。ここで、吸気通路７と燃焼室との間には吸気弁５が、排気通路８と燃焼室との間には排気弁６が設けられている。吸気弁５および排気弁６は電磁駆動弁で構成され、各弁の開閉時期等の開閉特性を任意に制御することが可能である。また、吸気通路７の途中には吸気通路７における吸気流量を制御する吸気絞り弁１１が設けられている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、後述する各種の制御ルーチン及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ここで、燃料噴射弁９、吸気絞り弁１１、吸気弁５および排気弁６は、ＥＣＵ１０からの制御信号によって開閉動作を行う。また、点火栓３は、ＥＣＵ１０からの制御信号によって気筒２内の混合気への点火を行う。

また、アクセル開度センサ１２がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ１０はアクセル開度センサ１２からのアクセル開度信号に応じた、内燃機関１の機関負荷を算出する。更に、クランクポジションセンサ１３がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ１０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取って内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ等を算出する。

ここで、図２に基づいて、内燃機関１での燃焼における混合気への点火時期と、内燃機関１が発揮する機関出力との関係について説明する。図２の横軸は、内燃機関１のクランクアングルで表される点火時期を意味し、縦軸は内燃機関１が発揮する機関出力を表す。そして、図２中の線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ内燃機関１に要求される機関負荷が、大負荷、中負荷、小負荷であるときの、点火時期に対する内燃機関１が発揮する機関出力の推移を表す。

線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれに表されるように、混合気への点火時期によって内燃機関１が発揮し得る機関出力は変動し、各機関負荷における最大機関出力が発揮される点火時期である理想点火時期をそれぞれＭＳＢＴ１、ＭＳＢＴ２、ＭＳＢＴ３で表す。即ち、混合気への点火栓３による点火時期が、理想点火時期から外れた時期となるほど、燃焼による機関出力は低下し、内燃機関１における燃費は悪化する。

また、線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に表されるように、内燃機関１の機関負荷が小さくなるに従い、最大機関出力が発揮される点火時期はＭＳＢＴ１からＭＳＢＴ３への方向へ、即ち進角側の方向へ移行する。これは、内燃機関１の機関負荷が小さくなるとき、気筒２内に確
保される吸気量が少なくなるため、ピストン４による圧縮時の気筒２内の温度が低下し、燃焼速度が低下することによる。そこで、内燃機関１の機関負荷が小さくなるに従い、点火栓３による点火時期を進角側に制御することで、即ち、図２に示すようにＭＳＴＢ１からＭＳＴＢ３の方向に移行させることで、混合気の燃焼状態が悪化するのを抑制することが可能となる。

また、内燃機関１においては、気筒２内における吸気の確保は、吸気弁５の閉弁時期を制御することで行う場合と、吸気絞り弁３の開度を制御することで行う場合とがある。そこで、気筒２内への吸気の確保と気筒２内に形成された混合気への点火を行う燃焼制御について、図３に基づいて、説明する。尚、燃料噴射については、アクセル開度センサ１２からの信号に基づいて決定される量の燃料が吸気行程又は圧縮行程において燃料噴射弁９から噴射される。

図３（ａ）は、内燃機関１の機関負荷に対する混合気への点火時期の推移と（図３（ａ）中、線Ｌ５で表される）、内燃機関１の機関負荷に対する吸気弁５の閉弁時期の推移（図３（ａ）中、線Ｌ４で表される）を表す。図の横軸は、内燃機関１の機関負荷を表し、縦軸は、クランクアングルを表す。図３（ｂ）は、気筒２内への吸気の確保方法に対応する、内燃機関１の機関負荷に対する燃費の推移を表す。図３（ｂ）中、線Ｌ６は吸気弁５によって吸気を確保することで行う燃焼制御時の燃費の推移を表し、線Ｌ７は吸気絞り弁１１によって吸気を確保することで行う燃焼制御時の燃費の推移を表す。以下に、内燃機関１における燃焼制御の詳細を説明する。

内燃機関１において気筒２内に吸気を確保するとき、吸気絞り弁１１によって吸気を確保すると、吸気絞り弁１１が吸気通路７における吸気の抵抗となり、ポンピングロスが大きくなる。従って、内燃機関１においては、好ましくは吸気弁５の閉弁時期を制御することで、気筒２内に確保される吸気量を制御する。そこで、内燃機関１の機関負荷が比較的大きく図３に示す区間Ｔ１に属する場合には、内燃機関１の機関負荷が小さくなるに従い、吸気弁５の閉弁時期を遅角側に移行させる。即ち、圧縮行程において吸気弁５の閉弁時期を遅角側に移行させることで、気筒２内に確保される吸気量を少なくする。尚、このとき吸気絞り弁１１の開度は最大開度であり、吸気絞り弁１１による吸気への抵抗は最小となっている。一方で、このとき点火栓３による点火時期は、先述したように内燃機関１の機関負荷が小さくなるに従い、進角側に移行させることで、気筒２内での燃焼状態の悪化を抑制する。

その結果、内燃機関１の機関負荷がｅｋｌｓｔｇｄｈとなったときに、吸気弁５の閉弁時期と点火栓３による点火時期が同時期となる。そこで、内燃機関１の機関負荷が高負荷側からより低負荷側のｅｋｌｓｔｇｄｈとなるまでの区間を、上述した区間Ｔ１とし、区間Ｔ１においては上述した吸気弁５の閉弁時期の制御が行われることで、必要量の吸気を気筒２内に確保するとともに、内燃機関１の機関負荷に応じた点火時期の制御が行われる。これにより、ポンピングロスを軽減するとともに、燃焼状態の悪化を抑制する燃焼制御が行われる。尚、区間Ｔ１における上記の燃焼制御を、第一燃焼制御と称する。

次に、内燃機関１の機関負荷がｅｋｌｓｔｇｄｈより小さくなり、図３に示す区間Ｔ２に属する場合には、区間Ｔ１と同様の吸気弁５の閉弁時期の制御と点火栓３による点火の制御である燃焼制御が行われると、点火栓３によって点火が行われるとき、吸気弁５がまだ閉弁されておらず開弁状態のままである。そのような状態で点火栓３による点火が行われると、燃焼による火炎が吸気通路７の方に吹き返すバックファイアが発生する。

そこで、内燃機関１の機関負荷が区間Ｔ２に属する場合には、吸気弁５の閉弁時期は第一燃焼制御の場合と同様に、内燃機関１の機関負荷が小さくなるに従い遅角側に移行させ
て必要量の吸気を気筒２内に確保し、一方で点火栓３による混合気への点火は、該吸気弁５が閉弁された後において行う。即ち、点火栓３による点火時期は、吸気弁５の閉弁時期より遅角側の時期とする。このようにすることで、点火栓３によって点火が行われるとき、吸気弁５は閉弁状態となっているため吸気通路７へのバックファイアは発生し得ない。尚、このとき、吸気絞り弁１１の開度は、区間Ｔ１のときと同じように、最大開度である。

尚、区間Ｔ１およびＴ２においては、吸気絞り弁１１の開度を最大開度とした上で、吸気弁５の閉弁時期を制御して気筒２内に吸気を確保することで、ポンピングロスを軽減することが可能となる。従って、図３（ｂ）に示すように、区間Ｔ１およびＴ２においては、線Ｌ６で表される吸気弁５による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費が、線Ｌ７で表される吸気絞り弁１１による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費よりも良好なものとなる。

しかし、区間Ｔ２においては、点火栓３による点火時期を理想点火時期（図２中のＭＳＢＴ３等）より遅れた時期とすることでバックファイアの発生を抑制しているため、混合気の燃焼によって発生する機関出力が低下する。そして機関負荷がより小さくなるに従い、理想点火時期と点火栓３による点火時期との差が拡大することより、機関負荷がｅｋｌｓｔｇｄｈより低いｅｋｌｓｔｇｈｌとなったとき、線Ｌ６で表される吸気弁５による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費が、線Ｌ７で表される吸気絞り弁１１による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費と同程度となる。

そこで、内燃機関１の機関負荷がｅｋｌｓｔｇｄｈからｅｋｌｓｔｇｄｌまでの区間を、上述した区間Ｔ２とするものであり、区間Ｔ２においては上述した吸気弁５の閉弁時期の制御が行われることで、必要量の吸気を気筒２内に確保するとともに、点火栓３による点火時期を吸気弁５の閉弁時期より遅角側の時期とする。これにより、ポンピングロスを軽減するとともに、燃焼状態の悪化を抑制する燃焼制御が行われ、更にバックファイアを抑制し得る。尚、区間Ｔ２における上記の燃焼制御を、第二燃焼制御と称する。

次に、内燃機関１の機関負荷がｅｋｌｓｔｇｄｌ以下となり、図３に示す区間Ｔ３に属する場合には、区間Ｔ２と同様の燃焼制御が行われると、上述したように、線Ｌ６で表される吸気弁５による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費が、線Ｌ７で表される吸気絞り弁１１による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費より悪化する。そこで、区間Ｔ３においては、気筒２内への吸気量の確保を吸気絞り弁１１で行うとともに、吸気弁５の閉弁時期を吸気行程開始点近傍の時期とする。従って、内燃機関１の機関負荷に応じて、吸気絞り弁１１の開度が調整されて、気筒内に適量の吸気が確保される。このとき、点火栓３による点火時期は、図３（ａ）に示すように、内燃機関１の機関負荷の減少に従って、進角側へ移行される。尚、区間Ｔ３における上記の燃焼制御を、第三燃焼制御と称する。

また、区間Ｔ３においては、点火栓３による点火時期は、吸気弁５の閉弁時期より遅角側の時期であるため、吸気通路７へのバックファイアは生じない。

ここで、内燃機関１において上述した第一燃焼制御、第二燃焼制御、第三燃焼制御を内燃機関１の機関負荷に応じて切り替えて実行する制御（以下、「混合気燃焼制御」という）について、図４に基づいて説明する。尚、図４に示す混合気燃焼制御は、内燃機関１において繰り返し実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、アクセル開度センサ１２からの信号に基づいて、機関負荷ｅｋｌｓｍを検出する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、クランクポジションセンサ１３からの信号から算出された機関回転速度Ｎｅに基づいて、点火時期調整下限負荷ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐを算出する。ここで、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐとは、図３（ａ）中のｅｋｌｓｔｇｄｌに相当する機関負荷、即ち区間Ｔ２と区間Ｔ３との境界を定める機関負荷である。先述したように、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ（ｅｋｌｓｔｇｄｌ）は、図３（ｂ）中の線Ｌ６で表される吸気弁５による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費と線Ｌ７で表される吸気絞り弁１１による吸気量の確保が行われるときの内燃機関１の燃費との関係から決定される機関負荷であるが、本制御においては予め実験等でｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐの値を求めておく。但し、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐは、機関回転速度Ｎｅに応じてその値が変動するため、機関回転速度Ｎｅをパラメータとするｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐの算出マップをＥＣＵ１０内に格納し、該マップにアクセスすることで、本制御時の機関回転速度Ｎｅに応じたｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐを算出する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、Ｓ１０１で検出された機関負荷ｅｋｌｓｍが、Ｓ１０２で算出されたｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐより大きいか否かが判定される。即ち、内燃機関１の機関負荷ｅｋｌｓｍが、区間Ｔ３に属するか、それ以外の区間（Ｔ１又はＴ２）に属するかが判定される。機関負荷ｅｋｌｓｍが、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐより大きいと判定されるときは、Ｓ１０４へ進む。機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ以下であると判定されるときは、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ３に属することを意味し、従ってＳ１０８へ進み、上述した第三燃焼制御が行われる。

Ｓ１０４では、機関回転速度Ｎｅに基づいて、点火時期調整上限負荷ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐを算出する。ここで、ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐとは、図３（ａ）中のｅｋｌｓｔｇｄｈに相当する機関負荷、即ち区間Ｔ１と区間Ｔ２との境界を定める機関負荷である。先述したように、ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐ（ｅｋｌｓｔｇｄｈ）は、上述の第一燃焼制御が行われる場合において点火栓３による点火時期と吸気弁５の閉弁時期とが同時期となるときの機関負荷であるが、本制御においては予め実験等でｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐの値を求めておく。但し、ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐは、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐと同様に機関回転速度Ｎｅに応じてその値が変動するため、機関回転速度Ｎｅをパラメータとするｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐの算出マップをＥＣＵ１０内に格納し、該マップにアクセスすることで、本制御時の機関回転速度Ｎｅに応じたｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐを算出する。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、Ｓ１０１で検出された機関負荷ｅｋｌｓｍが、Ｓ１０４で算出されたｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐより小さいか否かが判定される。即ち、内燃機関１の機関負荷ｅｋｌｓｍが、区間Ｔ２に属するか、区間Ｔ１に属するかが判定される。機関負荷ｅｋｌｓｍが、ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐより小さいと判定されるときは、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２に属することを意味し、従ってＳ１０７へ進み、上述した第二燃焼制御が行われる。機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐ以上であると判定されるときは、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ１に属することを意味し、従ってＳ１０６へ進み、上述した第一燃焼制御が行われる。

Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８の処理後、本制御は一旦終了し、再びＳ１０１の処理から繰り返し実行される。

本制御によると、内燃機関１の機関負荷に基づいて第一燃焼制御、第二燃焼制御、第三燃焼制御を切り替えて実行することで、ポンピングロスの軽減による内燃機関１の燃費の向上を図るとともに、燃焼状態の悪化およびバックファイアの発生を抑制することが可能となる。

次に、内燃機関１における混合気燃焼制御の第２の実施例について、図５の制御フローに基づいて説明する。尚、図５に示す混合気燃焼制御中の処理が、図４に示す混合気燃焼制御中の処理と同一の内容である場合には、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。

図５に示す混合気燃焼制御の図４に示す混合気燃焼制御に対する相違点は、Ｓ１０５において機関負荷ｅｋｌｓｍが上述の区間Ｔ２に属すると判定された以降の処理である。

ここで、図３（ａ）に示すように、機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｌとなり区間Ｔ２から区間Ｔ３へと変動するときは、吸気弁５の閉弁時期が機関負荷ｅｋｌｓｍの低下に応じて徐々に遅角側に移行されるべく制御されていた状態から、吸気行程下死点近傍の時期に急に変更される。また、吸気絞り弁１１についても、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２に属するときは吸気絞り弁１１の開度は最大開度となっている状態から、機関負荷ｅｋｌｓｍに応じた開度に急に変更される。また、区間Ｔ３においては機関負荷ｅｋｌｓｍは比較的小さいため、区間Ｔ３に切り替わった時点では吸気絞り弁１１の開度は比較的小さい。従って、該時点における吸気絞り弁１１の開度変更量は比較的大きくなる。このように、吸気弁５の閉弁時期や吸気絞り弁１１の開度が急に変更されると、内燃機関１の機関出力においてショックが発生する虞がある。そこで、本制御においては、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２から区間Ｔ３に切り替わるときの機関出力におけるショックを軽減するのを目的とする。

ここで、図６（ａ）、（ｂ）に、本混合気燃焼制御が行われるときの吸気弁５の閉弁時期の機関負荷に対する推移（図６（ａ）中線Ｌ８で表される）、点火栓３による点火時期（図６（ａ）中線Ｌ９で表される）、吸気絞り弁１１の開度の機関負荷に対する推移（図６（ｂ）中線Ｌ１０で表される）を示す。以下に、図６（ａ）、（ｂ）を含めて、本混合気燃焼制御の説明を行う。

本混合気燃焼制御においては、Ｓ１０５で、機関負荷ｅｋｌｓｍが点火時期調整上限負荷ｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐより小さいと判定されると、Ｓ２０１に進む。Ｓ２０１では、機関回転速度Ｎｅに基づいて、燃焼切替時負荷ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐを算出する。ここで、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐとは、区間Ｔ２ａから区間Ｔ２ｂへと切り替えられるときの制御（後述するＳ２０３における燃焼切替制御）の実行判断をするための閾値となる機関負荷である。従って、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、区間Ｔ２は、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐを境に、区間Ｔ２ａと区間Ｔ２ｂとに区別され、区間Ｔ２ｂは区間Ｔ２ａより低負荷側の区間である。尚、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐはｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐより大きくｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐ以下となる値であって、Ｓ２０３における燃焼切替制御の効果である機関出力におけるショックの抑制が得られるべき区間Ｔ２ｂを確保する値である。

本混合気燃焼制御においては予め実験等でｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐの値を求めておく。但し、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐは、ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐおよびｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐと同様に機関回転速度Ｎｅに応じてその値が変動するため、機関回転速度Ｎｅをパラメータとするｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐの算出マップをＥＣＵ１０内に格納し、該マップにアクセスすることで、本制御時の機関回転速度Ｎｅに応じたｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐを算出する。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、Ｓ１０１で検出された機関負荷ｅｋｌｓｍが、Ｓ２０１で算出されたｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐより小さいか否かが判定される。即ち、内燃機関１の機関負荷ｅ
ｋｌｓｍが、区間Ｔ２において区間Ｔ２ｂに属するか又は区間Ｔ２ａに属するかが判定される。機関負荷ｅｋｌｓｍが、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐより小さいと判定されるときは、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２ｂに属することを意味し、従ってＳ２０３へ進み、以下に説明する燃焼切替制御が行われる。機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐ以上であると判定されるときは、機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２ａに属することを意味し、従ってＳ１０７へ進み、上述した第二燃焼制御が行われる。

ここで、Ｓ２０３で行われる燃焼切替制御について説明する。機関負荷ｅｋｌｓｍが区間Ｔ２ｂに属するとき、燃焼切替制御が行われる。燃焼切替制御において、上述した第二燃焼制御と第三燃焼制御とが切り替えられるときにおいて、吸気弁５の閉弁時期および吸気絞り弁１１の開度を急に変更するのではなく、徐々に変更されることを特徴とする。

先ず、吸気弁５の閉弁時期については、機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐとなるときの吸気弁５の閉弁時期をｅｖｔｖｔｍｉｎ＿ｍａｐとし、第三燃焼制御が開始されるときであって機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐとなるときの吸気弁５の閉弁時期をｅｖｔｔａｍａｘ＿ｍａｐとするとき、以下に示す式１に従って、吸気弁５の閉弁時期が制御される。尚、式１において、ｅｖｔｔｆｉｎａｌは、燃焼切替制御が行われるときの吸気弁５の閉弁時期を表す。

ｅｖｔｔｆｉｎａｌ＝（ｅｖｔｖｔｍｉｎ＿ｍａｐ−ｅｖｔｔａｍａｘ＿ｍａｐ）×（ｅｋｌｓｍ−ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ）／（ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐ−ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ）＋ｅｖｔｔａｍａｘ＿ｍａｐ ・・・（式１）

従って、区間Ｔ２ｂでの燃焼切替制御においては、第二燃焼制御が終了時の閉弁時期と第三燃焼制御が開始されるときの閉弁時期とを直線状に結ぶ、式１で表される関数に従い、吸気弁５の閉弁時期は制御される。

次に、吸気絞り弁１１の開度については、機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐとなったときの吸気絞り弁１１の開度を最大開度であるＥＴＥＡＷＯＴとし、第三燃焼制御が開始されるときの機関負荷ｅｋｌｓｍがｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐとなるときの吸気絞り弁１１の開度をｅｔａｔａｍａｘ＿ｍａｐとするとき、以下に示す式２に従って、吸気絞り弁１１の開度が制御される。尚、式２において、ｅｔａｆｉｎａｌは、燃焼切替制御が行われるときの吸気絞り弁１１の開度を表す。

ｅｔａｆｉｎａｌ＝（ＥＴＡＷＯＴ−ｅｔａｔａｍａｘ＿ｍａｐ）×（ｅｋｌｓｍ−ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ）／（ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐ−ｅｋｌｓｔｇｄｌ＿ｍａｐ）＋ｅｔａｔａｍａｘ＿ｍａｐ ・・・（式２）

従って、区間Ｔ２ｂでの燃焼切替制御においては、第二燃焼制御が終了時の開度と第三燃焼制御が開始されるときの開度とを直線状に結ぶ、式２で表される関数に従い、吸気絞り弁１１の開度は制御される。

尚、点火栓３による点火時期は、区間Ｔ２ｂにおいては、図６（ａ）中線Ｌ９で示すように、機関負荷ｅｋｌｓｍの低下に従って徐々に進角側に移行させて、混合気の燃焼状態の悪化を抑制する。

本制御によると、第二燃焼制御と第三燃焼制御との間に燃焼切替制御を介在させることで、燃焼制御の切替時における吸気弁５の閉弁時期と吸気絞り弁１１の開度を急に変化させず徐々に変化させることで、機関出力におけるショックを抑制することが可能となる。尚、機関出力のショックを可及的に小さくするには、区間Ｔ２における区間Ｔ２ｂの占め
る割合を高めて、吸気弁５の閉弁時期と吸気絞り弁１１の開度を徐々に変更するために要する時間を長くすればよい。従って、ｅｋｌｓｔｇｄｅ＿ｍａｐの値を、可及的にｅｋｌｓｔｇｄｈ＿ｍａｐの値に近づけて、最終的に第二燃焼制御を行わずに第一燃焼制御から燃焼切替制御を介して第三燃焼制御へと移行してもよい。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成を表す図である。 本発明の第一の実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置において、各機関負荷毎の、混合気への点火時と発揮される機関出力との関係を表す図である。 本発明の第一の実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置において、機関負荷に対する吸気弁の閉弁時期の推移、点火栓による点火時期の推移、内燃機関の燃費の推移を表す図である。 本発明の第一の実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の機関負荷に応じた燃焼制御を行う混合気燃焼制御に関するフローチャートである。 本発明の第二の実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置において、内燃機関の機関負荷に応じた燃焼制御を行う混合気燃焼制御に関するフローチャートである。 図５に示す混合気燃焼制御が行われるときの、機関負荷に対する吸気弁の閉弁時期の推移、点火栓による点火時期の推移、吸気絞り弁の開度の推移を表す図である。

符号の説明

１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・点火栓
４・・・・ピストン
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気通路
８・・・・排気通路
９・・・・燃料噴射弁
１０・・・・ＥＣＵ
１１・・・・吸気絞り弁
１２・・・・アクセル開度センサ
１３・・・・クランクポジションセンサ

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能とする可変動弁手段と、
   前記内燃機関の機関負荷に基づいて前記可変動弁手段によって前記吸気弁の閉弁時期を調整することで、吸気量を制御する閉弁時期制御手段と、
   前記内燃機関の機関負荷に基づいて、気筒内の混合気への点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   前記内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、前記閉弁時期制御手段によって前記吸気弁の閉弁時期を遅角側に制御するとともに前記点火時期制御手段によって前記点火時期を進角側に制御することで、吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第一燃焼制御手段と、
   前記第一燃焼制御手段によって制御される前記吸気弁の閉弁時期と前記点火時期との関係において該点火時期が該吸気弁の閉弁時期より進角側の時期となる場合には、該点火時期を該吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の時期に調整することで該吸気弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第二燃焼制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気量を調整する吸気絞り弁を、更に備え、
   前記第一燃焼制御手段によって燃焼制御が行われるとき、および／または前記第二燃焼制御手段によって燃焼制御が行われるときは、前記吸気絞り弁の開度を最大開度とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気量を調整する吸気絞り弁と、
   前記内燃機関の機関負荷に基づいて前記吸気絞り弁の開度を調整することで、吸気量を制御する吸気絞り弁開度制御手段と、
   前記内燃機関の機関負荷が小さくなるに従い、前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を小さくするとともに前記点火時期制御手段によって前記点火時期を進角側に制御し、且つ前記可変動弁手段によって前記吸気弁の閉弁時期を所定時期とすることで、吸気絞り弁による吸気量制御を伴う燃焼制御を行う第三燃焼制御手段と、を更に備え、
   前記第三燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの前記内燃機関における燃費が前記第二燃焼制御手段による燃焼制御が行われるときの前記内燃機関における燃費より良いときに、前記第三燃焼制御手段による燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記第二燃焼制御手段による燃焼制御が開始される機関負荷から前記第三燃焼手段による燃焼制御が開始される機関負荷までの前記内燃機関の機関負荷範囲において、前記閉弁時期制御手段によって前記吸気弁の閉弁時期を、該第二燃焼制御手段による燃焼制御時の該吸気弁の閉弁時期と該第三燃焼制御手段による燃焼制御開始時の該吸気弁の閉弁時期との間で該内燃機関の機関負荷に基づいて徐々に変更するとともに、前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を、該第二燃焼制御手段による燃焼制御時の該吸気絞り弁の開度から該第三燃焼制御手段による燃焼制御開始時の該吸気絞り弁の開度との間で該内燃機関の機関負荷に基づいて徐々に変更することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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