JP2006037907A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンで構成される内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine configured with an in-cylinder injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber.
自動車などに搭載される内燃機関(エンジン)においては、環境への配慮から、エンジンから大気中に排出される排気ガス中の有害物質を低減することが要求されている。 In an internal combustion engine (engine) mounted on an automobile or the like, it is required to reduce harmful substances in exhaust gas discharged from the engine into the atmosphere in consideration of the environment.
有害な排気ガスを低減する方法としては、一般に、エンジンの排気系に触媒を配設し、この触媒によって排気ガスを浄化する方法が採られている。 As a method for reducing harmful exhaust gas, a method is generally adopted in which a catalyst is disposed in an engine exhaust system and the exhaust gas is purified by this catalyst.
ただし、この方法に用いられる触媒は、ある程度の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こらない性質を持つことから、エンジンにおいては、たとえば冷機始動時においても、触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題とされている。 However, since the catalyst used in this method does not cause a reaction that renders harmful gases harmless unless a certain temperature is reached, in an engine, for example, even at the time of cold start, the temperature of the catalyst is increased quickly. It is regarded as an important issue.
そこで、かかる課題に応えるべく、従来より、触媒の活性化促進装置を備えたエンジンが多数提案されている(たとえば特許文献1および2参照)。これらのエンジンは、主として、吸気バルブや排気バルブの開閉期間を可変とする、いわゆる可変バルブタイミング機構を備え、冷間時に吸気バルブと排気バルブとの両方が開いているオーバラップ期間を拡大して、触媒の活性化を促進させることを特徴とするものである。
Therefore, in order to meet such a problem, many engines having a catalyst activation promoting device have been proposed (see, for example,
図6は、たとえば特許文献1に記載される、バルブタイミング制御装置を搭載したエンジンを示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an engine equipped with a valve timing control device described in
図6を参照して、エンジン601には、エアクリーナ602およびエアフローセンサ603を介して、吸気管604から吸入空気が供給される。
Referring to FIG. 6, intake air is supplied to
エアクリーナ602は、エンジン601に対する吸入空気を浄化し、エアフローセンサ603は、エンジン601の吸入空気量を計測する。吸気管604の内部には、スロットルバルブ605、アイドルスピードコントロールバルブ606およびインジェクタ607が設けられている。
The
スロットルバルブ605は、吸気管604を通過する吸入空気量を調整してエンジン601の出力を制御する。アイドルスピードコントロールバルブ606は、スロットルバルブ605をバイパスして通過する吸入空気を調整して、アイドリング時のエンジン回転数の制御を行なう。インジェクタ607は、吸入空気量に見合った燃料を吸気管604内に供給する。
The
エンジン601の燃焼室内には、点火プラグ608が設けられる。点火プラグ608は、燃焼室内の混合気を燃焼させるための火花を発生する。点火コイル609は、点火プラグ608に高電圧エネルギを供給する。
A
排気管610は、エンジン601内で燃焼した排気ガスを排出する。排気管610内には、O2センサ611および触媒612が設けられる。O2センサ611は、排気ガス内の残存酸素量を検出する。触媒612は、周知の三元触媒からなり、排気ガス内の有害ガス(HC(未燃焼ガス),CO,NOx)を同時に浄化する。
The
クランク角検出用のセンサプレート613は、エンジン601により回転されるクランクシャフトと一体に回転しており、所定のクランク角位置に突起が設けられている。
The
クランク角センサ614は、センサプレート613に対向配置されており、センサプレート613上の突起がクランク角センサ614を横切るときに電気信号を発生して、クランクシャフトの回転位置(クランク角)を検出する。
The
エンジン601には、吸気管604および排気管610への連通タイミングを決定するバルブが設けられる。吸気用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、以下に示すバルブタイミング制御装置により、クランクシャフトに対するカムシャフト615Cおよび616Cの回転位置(位相)を相対的に変化させることによって制御される。
The
バルブタイミング制御装置は、カムシャフト615C,616Cにそれぞれ結合される、カム位相可変用のアクチュエータ615,616と、アクチュエータ615,616を駆動するオイルコントロールバルブ(OCV)619,620と、アクチュエータ615,616への供給油圧を制御してクランクシャフトに対するカムシャフト615C,616Cの相対位相を変更する電子制御装置(ECU)621Aとを備える。
The valve timing control device includes cam
アクチュエータ615,616は、互いに区分された遅角油圧室と進角油圧室とを有し、クランクシャフトに対するカムシャフト615C,616Cの回転位相を相対的に変更する。
The
カム角センサ617,618は、クランク角センサ614と同様に、カム角検出用センサプレート(図示せず)上の突起によりパルス信号を発生してカム角を検出する。
Similarly to the
オイルコントロールバルブ619,620は、各アクチュエータ615,616に供給する油圧を切替えて、カム位相を制御する。
ECU621Aは、エンジン601の制御手段を構成しており、各種センサ603,611,614,617,618により検出される運転状態に応じて、インジェクタ607および点火プラグ608を制御するとともに、カムシャフト615C,616Cのカム角位相を制御する。
The ECU 621A constitutes a control means of the
図7は、図6に示すバルブタイミング制御装置による位相変更範囲をクランク角の位相位置に対するバルブリフト量の関係により示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the phase change range by the valve timing control device shown in FIG. 6 in relation to the valve lift amount with respect to the phase position of the crank angle.
図7を参照して、一点鎖線は、機械的に停止する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は、機械的に停止する最進角時のバルブリフト量(バルブ開放量)の変化を示し、実線は、ロック機構により設定されるロック位置でのバルブリフト量の変化を示す。なお、TDCは、各シリンダにおける圧縮上死点を示す。 Referring to FIG. 7, the alternate long and short dash line indicates a change in the valve lift amount at the time of the most retarded mechanical stop, and the broken line indicates the valve lift amount (the valve opening amount) at the most advanced angle of mechanical stop. The solid line indicates the change in the valve lift amount at the lock position set by the lock mechanism. TDC indicates a compression top dead center in each cylinder.
TDCを中心として、遅角側のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの全開位置に対応し、進角側のバルブリフト量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。したがって、遅角側と進角側とにおける各ピーク位置の変動幅は、各バルブタイミングの可動範囲を示している。 Centering on TDC, the peak position of the valve lift amount on the retard side corresponds to the fully open position of the intake valve, and the peak position of the valve lift amount on the advance side corresponds to the fully open position of the exhaust valve. Therefore, the fluctuation range of each peak position on the retard side and the advance side indicates the movable range of each valve timing.
ここで、バルブタイミングを遅角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して遅角する(遅くなる)ことを意味し、逆に、バルブタイミングを進角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進角する(早くなる)ことを意味する。吸気バルブと排気バルブとの開放開始タイミングは、アクチュエータ615,616によって、図7に示す可動範囲内の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
Here, retarding the valve timing means that the opening start timing of both valves is retarded (slower) with respect to the crank angle, and conversely, advancing the valve timing is both valves. This means that the opening start timing of the valve advances (becomes faster) with respect to the crank angle. The opening start timing of the intake valve and the exhaust valve is controlled by the
図8は、図6に示すバルブタイミング制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the control operation of the valve timing control device shown in FIG.
図8を参照して、最初に、ECU621Aは、エンジン601が始動状態またはエンスト状態か否かを判定する(ステップS100)。
Referring to FIG. 8, first, ECU 621A determines whether
ステップS100において、エンジン601が始動状態またはエンスト状態であると判定されれば、オイルコントロールバルブ619,620のコイル(図示せず)に対する供給電流を最小電流値MINに設定し、処理ルーチンを終了する(ステップS106)。なお、このときの最小電流値MINには、無通電値もしくは、待機電流としての微小電流値が設定される。
If it is determined in step S100 that the
一方、ステップS100において、エンジン601が始動状態またはエンスト状態でないと判定されると、続いて、エンジン601がアイドル状態であるか否かが判定される(ステップS101)。
On the other hand, if it is determined in step S100 that the
ステップS101において、エンジン601がアイドル状態でないと判定されれば、ECU621Aは、エンジン601の運転状態に見合った遅角位置または進角位置に制御して処理ルーチンを終了する(ステップS105)。具体的には、ECU621Aは、各運転状態に応じた目標位置をマップデータとして予め内部に記憶しており、回転位置が目標位置となるようにフィードバック制御する。
If it is determined in step S101 that the
一方、ステップS101において、エンジン601がアイドル状態であると判定されれば、続いて、エンジン601が冷機状態か否かが判定される(ステップS102)。
On the other hand, if it is determined in step S101 that the
ステップS102において、エンジン601が冷機状態でないと判定されれば、ECU621Aは、アクチュエータ615,616をロック位置に制御して処理ルーチンを終了する(ステップS104)。ロック位置とは、エンジン601の始動および始動直後に好適なカム位相の位置であり、かつアイドル安定性にも適した位置である。
If it is determined in step S102 that the
一方、ステップS102において、エンジン601が冷機状態であると判定されれば、ECU621Aは、バルブタイミングを遅角側に制御する(ステップS103)。
On the other hand, if it is determined in step S102 that the
ここで、ステップS103に示すように、エンジン601の冷機アイドル時にバルブタイミングを遅角側に制御することによって、吸気および排気バルブの閉弁完了タイミングは遅くなる。特に、排気バルブの閉弁完了タイミングを遅くすることにより、排気管610に排出された排気ガスをエンジン601の燃焼室に再吸入させることができる。これにより、燃焼室内での燃焼を緩慢にして排気ガスの温度上昇を促進させることができ、結果として、高温の排気ガスによって触媒612を昇温促進させて早期に活性化させることが可能となる。
ところで、高圧化された燃料をシリンダ内に直接噴射する、筒内噴射式のエンジンにおいては、燃費向上および触媒の早期活性化を図る手段として、成層燃焼による希薄燃焼制御が行なわれる。 By the way, in a cylinder injection engine that directly injects high-pressure fuel into a cylinder, lean combustion control by stratified combustion is performed as means for improving fuel efficiency and early activation of the catalyst.
これによれば、冷間始動直後の圧縮工程後半に燃料を噴射することで、点火プラグ周りのみ可燃混合気が存在する成層混合気が形成され、その状態での点火プラグによる点火で成層混合気の燃焼が行なわれる。燃焼室内に燃料濃度の異なる混合気層を形成することで、混合気の燃料濃度が極めて薄い状況下で良好な燃焼を成立させることができ、燃費の向上を図ることができる。さらに、混合気を成層化して長く燃焼させることで、排気ガスの昇温を図り、触媒の早期暖機を促進することができる。 According to this, by injecting fuel in the latter half of the compression process immediately after the cold start, a stratified mixture is formed in which a combustible mixture exists only around the spark plug, and the stratified mixture is ignited by the ignition plug in that state. Is burned. By forming an air-fuel mixture layer having different fuel concentrations in the combustion chamber, good combustion can be established under a situation where the fuel concentration of the air-fuel mixture is extremely low, and fuel efficiency can be improved. Further, by stratifying the air-fuel mixture and combusting it for a long time, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the early warm-up of the catalyst can be promoted.
さらに、成層燃焼を実行することによって、ピストンが往復移動すると、このピストンの往復移動は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの回転へと変換される。クランクシャフトが回転すると、同回転が動力を伝達する変速機を介して自動車のタイヤに伝達される。 Furthermore, when the piston reciprocates by executing stratified combustion, the reciprocating movement of the piston is converted into rotation of the crankshaft that is the output shaft of the engine. When the crankshaft rotates, the rotation is transmitted to the vehicle tire via a transmission that transmits power.
一般に、クランクシャフトは、変速機に接続されるとともに、オルタネータ、オイルポンプ、エアコンディショナのコンプレッサなどの補機にも接続される。すなわち、エンジンの出力トルクは、車両を駆動するためのトルクと、補機を駆動するためのトルクとに分かれる。このため、補機の負荷状態に応じてエンジン回転数は、リアルタイムで変動することとなる。なお、以下において、補機を駆動するためのトルクを外部負荷とも称する。 In general, the crankshaft is connected to a transmission, and is also connected to an auxiliary machine such as an alternator, an oil pump, and a compressor of an air conditioner. That is, the output torque of the engine is divided into torque for driving the vehicle and torque for driving the auxiliary machine. For this reason, the engine speed varies in real time according to the load state of the auxiliary machine. Hereinafter, the torque for driving the auxiliary machine is also referred to as an external load.
たとえば、補機の負荷状態が高負荷となると、エンジン回転数は低下する。エンジン回転数が低下すると、ECUによるISC(Idle Speed Control)制御によって、このエンジン回転数の低下分を補い、一定回転数に保つようにフィードバック制御が行なわれる。 For example, when the load state of the auxiliary machine becomes a high load, the engine speed decreases. When the engine speed decreases, feedback control is performed so as to compensate for the decrease in the engine speed by ISC (Idle Speed Control) control by the ECU and to keep the engine speed constant.
なお、ISC制御とは、エンジンのアイドリング回転数を一定回転数に維持する制御であり、具体的には、エンジンのスロットルバルブをバイパスする空気通路を設け、その通路の絞り量をアクチュエータにより駆動して、空気(混合気)流量を調節することによりアイドリング回転数を制御するものである。したがって、この場合は、低下したエンジン回転数を高めるために、空気の流量が増加されることになる。 The ISC control is control for maintaining the engine idling speed at a constant speed. Specifically, an air passage that bypasses the throttle valve of the engine is provided, and the throttle amount of the passage is driven by an actuator. The idling speed is controlled by adjusting the air (air mixture) flow rate. Therefore, in this case, the air flow rate is increased in order to increase the decreased engine speed.
このとき、エンジンの燃焼室内では、ISC制御による空気の流量の増加に加えて、先述の可変バルブタイミング制御によっても排気ガスが再吸入されて、空気量が著しく増加する。さらに、燃焼室内では、空気量が増加したことに伴なって、平均的な空燃比を略理論空燃比とするために、燃料噴射量も著しく増加される。この状態で成層燃焼がなされると、点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が非常に高くなる(=空燃比がリッチとなる)ことから、燃焼状態が悪化し、燃焼室から多くの燃料未燃成分が排出されてしまうことになる。以上のことから、筒内噴射式のエンジンにおいては、成層燃焼運転時における燃焼状態の改善が大きな課題とされていた。 At this time, in the combustion chamber of the engine, in addition to the increase in the air flow rate by the ISC control, the exhaust gas is re-inhaled by the above-described variable valve timing control, and the amount of air is remarkably increased. Further, in the combustion chamber, as the air amount increases, the fuel injection amount is remarkably increased in order to make the average air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio. When stratified combustion is performed in this state, the fuel concentration in the air-fuel mixture around the spark plug becomes very high (= the air-fuel ratio becomes rich), so the combustion state deteriorates and a lot of fuel is unburned from the combustion chamber. Ingredients will be discharged. From the above, in the cylinder injection type engine, improvement of the combustion state during the stratified combustion operation has been a major issue.
それゆえ、この発明の目的は、筒内噴射方式のエンジンにおいて、燃焼室内の空燃比の変動に関らず、良好な燃焼状態を安定して実現できる内燃機関を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can stably realize a good combustion state regardless of fluctuations in the air-fuel ratio in the combustion chamber in an in-cylinder injection engine.
この発明によれば、内燃機関であって、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンと、エンジンの触媒暖機制御を行なう制御装置とを備える。エンジンは、開閉動作により燃焼室内と連通して、燃焼室内に吸気する吸気バルブと、開閉動作により燃焼室内と連通して、燃焼室内から排気する排気バルブとを含む。制御装置は、排気バルブの閉弁タイミングを、エンジンの燃焼状態に応じた遅角量で遅角させるバルブタイミング制御手段を含む。 According to the present invention, the engine includes an in-cylinder injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber, and a control device that performs catalyst warm-up control of the engine. The engine includes an intake valve that communicates with the combustion chamber by an opening / closing operation and intakes air into the combustion chamber, and an exhaust valve that communicates with the combustion chamber by an opening / closing operation and exhausts the combustion chamber. The control device includes valve timing control means for retarding the valve closing timing of the exhaust valve by a retard amount corresponding to the combustion state of the engine.
好ましくは、バルブタイミング制御手段は、エンジンの燃焼状態を検知する検知手段と、検知手段により検知したエンジンの燃焼状態に基づいて、遅角量を決定する遅角量決定手段と、排気バルブの閉弁タイミングを決定した遅角量だけ遅角させる遅角手段とを含む。遅角量決定手段は、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知されると、遅角量を相対的に小さい値に決定する。 Preferably, the valve timing control means includes a detecting means for detecting the combustion state of the engine, a retard amount determining means for determining a retard amount based on the combustion state of the engine detected by the detecting means, and a closing of the exhaust valve. Retarding means for retarding the valve timing by the determined retard amount. The retard amount determining means determines the retard amount to a relatively small value when it is detected that the combustion state of the engine is unstable.
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷の大きさに基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。 Preferably, the detection means detects the combustion state of the engine based on the magnitude of the load of the engine auxiliary machine.
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷が大きいほど、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。 Preferably, the detection means detects that the combustion state of the engine is more unstable as the load on the engine auxiliary machine is larger.
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、エンジンの補機の負荷が大きくなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップからエンジンの補機の負荷の大きさに対応する一の遅角量を選出する。 Preferably, the retard amount determining means has a predetermined retard amount map so that the retard amount becomes relatively smaller as the load of the auxiliary engine of the engine increases, and the retard amount map From the above, one retard amount corresponding to the load of the engine auxiliary machine is selected.
好ましくは、検知手段は、エンジンの触媒暖機制御の経過時間に基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。 Preferably, the detection means detects the combustion state of the engine based on the elapsed time of the engine catalyst warm-up control.
好ましくは、検知手段は、経過時間が長いほど、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。 Preferably, the detection means detects that the combustion state of the engine is more unstable as the elapsed time is longer.
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップから経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する。 Preferably, the retard amount determining means has a predetermined retard amount map so that the retard amount becomes relatively smaller as the elapsed time becomes longer, and the elapsed time is calculated from the retard amount map. One retard amount corresponding to the length is selected.
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷の大きさとエンジンの触媒暖機制御の経過時間とに基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。 Preferably, the detection means detects the combustion state of the engine based on the magnitude of the load of the engine auxiliary machine and the elapsed time of the engine catalyst warm-up control.
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷が相対的に大きく、かつ経過時間が相対的に長いと、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。 Preferably, the detection means detects that the combustion state of the engine is unstable when the load on the engine auxiliary machine is relatively large and the elapsed time is relatively long.
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、エンジンの補機の負荷が大きくなり、かつ経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップからエンジンの補機の負荷の大きさおよび経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する。 Preferably, the retard amount determining means has a predetermined retard amount map so that the retard amount becomes relatively smaller as the load on the engine auxiliary equipment becomes larger and the elapsed time becomes longer. Then, one retard amount corresponding to the magnitude of the load on the engine auxiliary machine and the length of the elapsed time is selected from the map of the retard amount.
この発明によれば、筒内噴射式エンジンにおいて、触媒暖機制御時の排気バルブタイミングの遅角量をエンジンの燃焼状態に応じて可変とすることにより、良好な燃焼を安定して実現することができる。 According to the present invention, in a direct injection engine, it is possible to stably realize good combustion by making the retard amount of the exhaust valve timing during catalyst warm-up control variable according to the combustion state of the engine. Can do.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、この発明の実施の形態に従う内燃機関を搭載した全体の構造を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall structure in which an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is mounted.
図1を参照して、内燃機関は、エンジン1と、バルブ特性制御装置100,100’と、自動変速機300と、エンジンECU200とから構成される。
Referring to FIG. 1, the internal combustion engine includes an
エンジン1は、高圧化された燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。
The
エンジン1の吸気ポートには、吸気管2、サージタンク3および吸気マニホールド4を介して吸入空気が供給される。吸気管2には、エアクリーナ5と、エアフローメータ211と、スロットルバルブ251とが配設される。吸気マニホールド4には、各気筒ごとに燃料噴射弁252が取り付けられている。
Intake air is supplied to an intake port of the
エンジン1の排気ポートには、排気マニホールド6が取り付けられている。エンジン1の点火の順序が、#1気筒→#3気筒→#4気筒→#2気筒の順であることに応じて、排気マニホールド6は、#1気筒と#4気筒とが、#2気筒と#3気筒とが、それぞれ略同じ長さとなるように一旦集合され、それがさらに一本に集合されている。
An
排気マニホールド6の下流に接続された排気管7内には、触媒8が配設されている。触媒8の上流には、空燃比センサ215が配設される。空燃比センサ215の検知信号に基づいて、触媒8が最適に浄化作用を行なうように、燃料噴射弁252の燃料噴射量がフィードバック制御される。
A catalyst 8 is disposed in an exhaust pipe 7 connected downstream of the
エンジン1の各気筒に対して、イグナイダ一体式の点火プラグ253が配設される。
An igniter integrated
以上の構成において、スロットルバルブ251により調量された吸入空気は、吸気バルブの開弁に伴なって各気筒の燃焼室に導入される。燃料噴射弁252から燃焼室に直接噴射された燃料は、この導入された吸入空気と混合された後、点火プラグ253により点火される。燃焼後の混合気は、排気バルブの開弁に伴なって排気マニホールド6に排出される。
In the above configuration, the intake air metered by the
なお、成層燃焼の実行時には、冷間始動直後の圧縮工程後半に燃料が噴射されることにより、点火プラグ253の周りにのみ可燃混合気が存在する成層混合気が形成される。この状態で、点火プラグ253によって点火がなされ、成層混合気の燃焼が行なわれる。
When performing stratified combustion, fuel is injected in the latter half of the compression process immediately after the cold start, thereby forming a stratified mixture in which a combustible mixture exists only around the
エンジン1の出力軸であるクランクシャフト(図示せず)には、自動変速機300が連結される。エンジン1の出力は、自動変速機300を介して車輪に走行駆動力として伝達される。
An
クランクシャフトには、さらに、オルタネータ400が連結される。オルタネータ400は、クランクシャフトに生じた動力をたとえばエアコンディショナ(A/C)のコンプレッサなどの補機類に伝達する。
An
エンジン1には、さらに、機関運転状態等を検出するための各種センサが設置される。
The
エアフローメータ211は、エンジン1の負荷としての吸入空気量GAを検出し、その検出した吸入空気量に応じた信号電圧を発生する。
The
クランクポジションセンサ212は、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアップの突起が通過するごとに信号電圧を発生する。
The crank
回転数センサ(図示せず)は、クランクシャフトの回転からエンジン回転数NEを検出し、検出したエンジン回転数NEに応じた信号を発生する。 A rotational speed sensor (not shown) detects the engine rotational speed NE from the rotation of the crankshaft, and generates a signal corresponding to the detected engine rotational speed NE.
エンジン水温センサ213は、エンジン1の冷却水温を検出し、その検出した冷却水温に応じた信号を発生する。
The engine
吸気カム角センサ214は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの位相差を検出する。具体的には、吸気カムシャフト50の適切な場所に設けられた信号発生突起に近接する電磁ピックアップが突起を通過するごとに信号電圧を発生する。
The intake
排気カム角センサ215は、クランクシャフトに対する排気カムシャフトの位相差を検出する。具体的には、排気カムシャフト50’の適切な場所に設けられた信号発生突起に近接する電磁ピックアップが突起を通過するごとに信号電圧を発生する。
The exhaust
エンジンECU200は、内燃機関の各種制御を統括して実行する。各種センサの検出信号は、エンジンECU200に取り込まれる。エンジンECU200は、これら検出信号に基づいて、燃料噴射弁252、点火プラグ253、スロットルバルブ251を駆動するモータ等のアクチュエータを駆動することにより、燃焼モードの切替え制御、空燃比制御およびISC制御といった各種制御を実行する。
The
エンジンECU200は、これらの各種制御を実行するCPU(図示せず)と、各種制御に関するプログラムやその実行に必要となる関数マップ、並びにそれに基づく制御結果を記憶するためのメモリ(図示せず)とを備える。
The
エンジンECU200は、さらに、後述する触媒急速暖機制御の実行開始後からの経過時間を計時するためのカウンタ202を備える。
The
バルブ特性制御装置100は、吸気バルブの開弁期間の位相を制御する部位であり、図1に示すように、吸気カムシャフト50に取り付けられる。
The valve
バルブ特性制御装置100’は、排気バルブの開弁期間の位相を制御する部位であり、図1に示すように、排気カムシャフト50’に取り付けられる。
The valve
バルブ特性制御装置100,100’は、図示は省略するが、同一の構造からなり、各々が、クランクシャフトによりチェーンを介して駆動されるギアと、ギアと共働して進角油室と遅角油室とを形成するハウジングと、各油室への作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブとを含む。
Although not shown in the drawings, the valve
オイルコントロールバルブにおける作動油の給排の制御は、エンジンECU200からの信号に応じて行なわれる。詳細には、オイルコントロールバルブの電磁ソレノイドがエンジンECU200からの信号で指示されるデューティ比に従って励磁されると、電磁ソレノイドのプランジャとスプリングとによってスプール弁が移動され、進角油室および遅角油室における作動油の流れ方向を切り換える。たとえば、排気カムシャフト50’の位相をもっとも遅角するためには、オイルコントロールバルブから導入された作動油で遅角室を満たす一方で、進角油室の作動油をすべて排出させる。
Control of supply and discharge of hydraulic oil in the oil control valve is performed in accordance with a signal from
次に、以上の構成からなる本実施の形態に従う内燃機関において実行される触媒急速暖機制御について説明する。 Next, the rapid catalyst warm-up control executed in the internal combustion engine according to the present embodiment having the above configuration will be described.
触媒急速暖機制御は、先述のように、冷機始動時に触媒を急速に昇温させて、触媒の活性化を促進させる制御である。図2は、本実施の形態に係る触媒急速暖機制御を模式的に示す図である。 As described above, the catalyst rapid warm-up control is a control that accelerates the activation of the catalyst by rapidly raising the temperature of the catalyst at the time of cold start. FIG. 2 is a diagram schematically showing the rapid catalyst warm-up control according to the present embodiment.
図2に示すように、冷間時に、排気バルブの閉弁タイミングを遅角させることによって、吸気バルブと排気バルブとのいずれもが開いているオーバラップ期間を形成する。このオーバラップ期間を拡大することで、燃焼室内には排気ガスが再循環され、内部EGRが増大する。内部EGRとは、燃料燃焼時の燃焼室内に残る排気ガスをいう。この内部EGRの増大によって燃焼速度を遅らせて、排気ガスの温度を上昇させる構成とする。 As shown in FIG. 2, an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open is formed by retarding the closing timing of the exhaust valve when cold. By extending this overlap period, the exhaust gas is recirculated into the combustion chamber and the internal EGR increases. Internal EGR refers to exhaust gas remaining in the combustion chamber during fuel combustion. By increasing the internal EGR, the combustion speed is delayed to increase the temperature of the exhaust gas.
ここで、図1に示すエアコンディショナ500などの補機による外部負荷が高負荷状態となった場合を考える。外部負荷の増加に伴なってエンジン回転数が低下すると、エンジンECU200によって、エンジン回転数を一定に保持するためのISC制御が行なわれる。具体的には、エンジンECU200は、スロットルバルブをバイパスして通過する吸気量を増加させることにより、減少したエンジン回転数を補正する。
Here, consider a case where an external load by an auxiliary machine such as the
これにより、燃焼室内においては、図2に示すように、排気バルブから再循環される排気ガスと吸気バルブから導入される新気とによって、空気量が増加する。エンジンECU200は、燃焼室内の平均の空燃比が略理論空燃比となるように、増加後の空気量に見合った燃料を燃料噴射弁252から吸気ポートを介して燃焼室内に供給する。
Thereby, in the combustion chamber, as shown in FIG. 2, the amount of air increases due to the exhaust gas recirculated from the exhaust valve and the fresh air introduced from the intake valve. The
燃料噴射量が増加すれば、成層燃焼においては、先述のように、点火プラグ253の周りに存在する混合気の空燃比が著しくリッチとなってしまい、燃焼状態が悪化する。結果として、排気ガスには、触媒による浄化作用の効果が得られず、HCなどの有害成分が含まれることとなる。
If the fuel injection amount is increased, in stratified combustion, as described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture existing around the
そこで、本実施の形態では、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量をエンジン1の燃焼状態に応じて変更する構成とする。具体的には、上記のように、エンジン1の燃焼状態は、外部負荷の増大に伴なって悪化することから、外部負荷の大きさに応じて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を変更する構成とする。これによれば、外部負荷の増加に伴なうISC制御によって吸気量が増加したときには、吸気量の増加分を排気ガスの再循環量の減少分によって補償するように排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を小さくすることとする。これにより、空気量の増加が抑えられるため、燃料噴射量も抑えられ、点火プラグ周りの混合気の空燃比をリーンとして燃焼状態を改善することができる。
Therefore, in the present embodiment, the delay amount of the closing timing of the exhaust valve is changed according to the combustion state of the
さらに、エンジン1の燃焼状態は、触媒急速暖機制御の経過時間によっても変動する。これは、燃焼室内の混合気の空燃比が触媒暖機制御の経過期間によって変動することを示す。詳細には、筒内噴射式エンジンでは、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにしている関係から、冷間始動時やその直後など燃焼室の温度が低いときには、噴射燃料の霧化が促進され難い傾向にある。ところが、触媒急速暖機制御を所定の期間継続させるに従って、燃焼室の温度が高くなると、噴射燃料の霧化が進み、燃焼室の空燃比が増加し始める。この場合においても、点火プラグ周りの混合気の空燃比がリッチとなることから、燃焼状態が悪化してしまうことになる。
Further, the combustion state of the
そこで、本実施の形態では、第2の構成として、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を触媒急速暖機制御の経過時間に応じて変更する構成とする。具体的には、触媒暖機制御の実行後において、燃焼室温度が上昇すると、排気ガスの再循環量を減少させるように排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を小さくすることとする。これにより、空気量の増加が抑えられるため、燃料噴射量も抑えられ、点火プラグ周りの混合気の空燃比をリーンとして燃焼状態を改善することができる。 Therefore, in the present embodiment, as a second configuration, the retard amount of the valve closing timing of the exhaust valve is changed according to the elapsed time of the catalyst rapid warm-up control. Specifically, when the combustion chamber temperature rises after the catalyst warm-up control is executed, the retard amount of the exhaust valve closing timing is reduced so as to reduce the exhaust gas recirculation amount. Thereby, since the increase in the air amount is suppressed, the fuel injection amount is also suppressed, and the combustion state can be improved by making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture around the spark plug lean.
なお、本実施の形態では、燃焼室温度の変動が触媒暖機制御実行後の経過時間に略比例することから、燃焼室温度を触媒急速暖機制御経過時間によって簡易に推定するものとする。 In this embodiment, since the variation in the combustion chamber temperature is approximately proportional to the elapsed time after the catalyst warm-up control is executed, the combustion chamber temperature is simply estimated from the catalyst rapid warm-up control elapsed time.
本実施の形態では、さらに、第3の構成として、上記の第1および第2の構成を組み合わせた構成、すなわち、外部負荷の大きさと触媒急速暖機制御の経過時間とからエンジン1の燃焼状態を検知し、検知した燃焼状態に応じて排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を変更する構成をも提案する。これによれば、エンジン1の燃焼状態をより精度良く反映した遅角量に調整することができ、さらに良好な燃焼を成立させることができる。
In the present embodiment, furthermore, as a third configuration, the combustion state of the
図3は、本実施の形態に係る触媒急速暖機制御における、エンジン1の燃焼状態と排気バルブの閉弁タイミングの遅角量との関係を示す図である。なお、本図では、遅角量をエンジン1の燃焼状態の変化に対応する遅角量の大きさの比で表わすものとする。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the combustion state of the
図3を右方向に参照して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量は、外部負荷が大きくなるに従って相対的に小さくなるように設定される。また、図3を下方向に参照して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量は、経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように設定される。 Referring to FIG. 3 in the right direction, the retard amount of the exhaust valve closing timing is set so as to become relatively smaller as the external load becomes larger. Further, referring to FIG. 3 in the downward direction, the retard amount of the closing timing of the exhaust valve is set so as to become relatively smaller as the elapsed time becomes longer.
本図に示す関係は、遅角量を決定する際の制御マップとして、エンジンECU200の図示しないメモリに予め記憶されている。エンジンECU200は、外部負荷および触媒暖機制御経過時間の少なくとも一方の検出結果に基づいて、制御マップから所望の遅角量を選出し、その選出した遅角量を排気カムシャフト50’に設けられるバルブ特性制御装置100’に伝達する。たとえば、上記の第1の構成においては、エンジンECU200は、外部負荷の検出結果(経過時間は考慮しない(=0[ms]とする))に対応する一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置100’に出力する。また、第2の構成においては、エンジンECU200は、経過時間の検出結果(外部負荷は考慮しない(=0[N・m]とする))に対応する一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置100’に出力する。さらに、第3の構成においては、エンジンECU200は、外部負荷の検出結果と経過時間の検出結果とによって決定される一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置100’に出力する。
The relationship shown in this figure is stored in advance in a memory (not shown) of
バルブ特性制御装置100’は、排気バルブの閉弁タイミングが指示された遅角量となるように、オイルコントロールバルブからの作動油の給排を制御する。
The valve
図4は、本実施の形態に従う触媒急速暖機制御を説明するためのフローチャートである。触媒急速暖機制御にあたっては、最初に、図4に示すフローに従って、当該制御が必要か否かの判定が行なわれる。 FIG. 4 is a flowchart for illustrating catalyst rapid warm-up control according to the present embodiment. In the catalyst rapid warm-up control, first, it is determined whether or not the control is necessary according to the flow shown in FIG.
詳細には、まず、エンジンECU200において、各種センサの検出信号に基づいて、各パラメータの読込みが行なわれる(ステップS01)。
Specifically, first,
具体的には、まず、エンジン1の冷却水温TWと予め定めた判定値TWaとを比較して、エンジン1が冷間状態であるか否かが判断される(ステップS02)。このとき、エンジン1の冷却水温TWが判定値TWaよりも低ければ、エンジン1が冷間状態であると判定され、ステップS03に進む。
Specifically, first, it is determined whether or not the
一方、ステップS02において、エンジン1の冷却水温TWが判定値TWaよりも高ければ、エンジン1が冷間状態でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグFCCを“0”にして処理を終了する(ステップS06)。
On the other hand, in step S02, if the coolant temperature TW of the
次に、エンジン回転数NEにおいても、予め定めた判定値NEaと比較して、エンジン1がアイドル状態であるか否かが判断される(ステップS03)。このとき、エンジン回転数NEが判定値NEaよりも低ければ、エンジン1がアイドル状態であると判定される。
Next, also in the engine speed NE, it is determined whether or not the
一方、ステップS03において、エンジン回転数NEが判定値NEaよりも高ければ、エンジン1がアイドル状態でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグFCCを“0”にして処理を終了する(ステップS06)。
On the other hand, if the engine speed NE is higher than the determination value NEa in step S03, it is determined that the
ステップS02,S03において、エンジン1が暖機未了でかつアイドル状態であると判定されると、続いて、エンジン負荷としての吸入空気量GAと予め定めた判定値GAaとを比較する(ステップS04)。このとき、吸入空気量GAが判定値GAaよりも低ければ、エンジン1が低負荷運転であると判定され、触媒暖機制御の実行を指示するフラグFCCを“1”とする(ステップS05)。
If it is determined in steps S02 and S03 that the
一方、ステップS04において、吸入空気量GAが判定値GAaよりも高ければ、エンジン1が低負荷運転でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグFCCを“0”にして処理を終了する(ステップS06)。
On the other hand, if the intake air amount GA is higher than the determination value GAa in step S04, it is determined that the
以上に示すステップS01〜S05のフローに従って、エンジン1に対して触媒暖機制御が必要であると判断されると、続いて、図5に示すフローに従って触媒暖機制御が実行される。
If it is determined that the catalyst warm-up control is required for the
図5は、本実施の形態に係る触媒暖機制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下に示すフローチャートは、上記の3つの構成のうち、エンジン1の燃焼状態を外部負荷と触媒急速暖機制御の経過時間とに基づいて検知する第3の構成に対応する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the catalyst warm-up control according to the present embodiment. In addition, the flowchart shown below respond | corresponds to the 3rd structure which detects the combustion state of the
図5を参照して、まず、フラグFCCが“1”であるか否かに基づいて、触媒暖機制御を実行すべきか否かが判断される(ステップS10)。このとき、フラグFCCが触媒暖機制御の実行を指示する“1”であれば、エンジンECU200は、触媒暖機制御の実行を開始する(ステップS11)。一方、フラグFCCが“1”でなければ、触媒暖機制御が不要であると判断して、処理を終了する。
Referring to FIG. 5, it is first determined whether or not the catalyst warm-up control should be executed based on whether or not flag FCC is “1” (step S10). At this time, if the flag FCC is “1” instructing execution of the catalyst warm-up control, the
エンジンECU200は、触媒暖機制御を実行するにあたって、内部のカウンタ202において、実行開始のタイミングを始期として触媒暖機制御の経過時間を計時する(ステップS12)。これは、先述のように、触媒暖機制御経過時間の長さによって燃焼室内の温度を推定するためである。すなわち、エンジンECU200は、触媒暖機制御時間が長いほど燃焼室温度が高く、よって、燃焼室内の空燃比がリッチであると推定する。
When executing the catalyst warm-up control, the
さらに、エンジン1の燃焼状態は、エアコンディショナ500のコンプレッサなどの補機を作動するための外部負荷の大きさによっても推定される。詳細には、外部負荷は、エンジンECU200において、オルタデューティとエンジン回転数NEとに基づいてトルクとして算出される(ステップS13)。上述のように、算出したトルク値が大きいほど、外部負荷が大きく、よってISC制御におけるエンジン回転数の補正量(増加量)が大きくなることから、空気量および燃料噴射量の増大に伴なって燃焼室内の空燃比がリッチであると推定される。
Further, the combustion state of the
次に、エンジンECU200は、カウンタ202で計時された触媒急速暖機制御経過時間と、算出した外部負荷とに基づいて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を決定する(ステップS14)。詳細には、エンジンECU200は、図3に示すマップデータを予め記憶しており、このマップデータの中から、得られた触媒急速暖機制御経過時間と外部負荷とによって一義的に与えられる遅角量を読み出す。
Next, the
最後に、エンジンECU200は、排気バルブの閉弁タイミングを決定した遅角量だけ遅角させるように、バルブ特性制御装置100’を制御する(ステップS15)。バルブ特性制御装置100’は、オイルコントロールバルブにより、排気バルブポートに与える作動油を調整して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を決定した遅角量に一致させるように制御する。
Finally, the
このように、ステップS10〜S15に従えば、エンジン1の燃焼状態に応じて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量が調整される。これにより、燃焼室内の点火プラグ周りの空燃比は常にリーンに保持されることとなり、安定した燃焼状態が確保される。
Thus, according to steps S10 to S15, the retard amount of the exhaust valve closing timing is adjusted according to the combustion state of the
なお、外部負荷の大きさからエンジン1の燃焼状態を検知する第1の構成については、図5のステップS10〜S15のうちのステップS12を省略したフローが適用される。また、触媒急速暖機制御経過時間からエンジン1の燃焼状態を検知する第2の構成については、図5のステップS10〜S15のうちのステップS13を省略したフローが適用される。
In addition, the flow which abbreviate | omitted step S12 of FIG.5 S10-S15 is applied about the 1st structure which detects the combustion state of the
以上のように、この発明の実施の形態によれば、筒内噴射式のエンジンにおいて、触媒暖機制御時の排気バルブタイミングの遅角量を燃焼状態に応じて可変とすることにより、良好な燃焼を安定して実現することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, in an in-cylinder injection type engine, the retard amount of the exhaust valve timing at the time of catalyst warm-up control is made variable according to the combustion state, which is good. Combustion can be realized stably.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,601 エンジン、2,604 吸気管、3 サージタンク、4 吸気マニホールド、5 エアクリーナ、6 排気マニホールド、7,610 排気管、8,612 触媒、50 吸気カムシャフト、50’ 排気カムシャフト、100,100’ バルブ特性制御装置、200 エンジンECU、202 カウンタ、211 エアフローメータ、212 クランクポジションセンサ、213 冷却水温センサ、214,214’,617,618 カム角センサ、215 空燃比センサ、251 スロットルバルブ、252 燃料噴射弁、253,608 点火プラグ、300 自動変速機、400 オルタネータ、500 エアコンディショナ、603 エアフローセンサ、607 インジェクタ、609 点火プラグ、611 O2センサ、614 クランク角センサ、615,616 アクチュエータ、615C,616C カムシャフト、619,620 オイルコントロールバルブ、621A ECU。
1,601 engine, 2,604 intake pipe, 3 surge tank, 4 intake manifold, 5 air cleaner, 6 exhaust manifold, 7,610 exhaust pipe, 8,612 catalyst, 50 intake camshaft, 50 'exhaust camshaft, 100, 100 'valve characteristic control device, 200 engine ECU, 202 counter, 211 air flow meter, 212 crank position sensor, 213 cooling water temperature sensor, 214, 214', 617, 618 cam angle sensor, 215 air-fuel ratio sensor, 251 throttle valve, 252 fuel injection valve, 253,608
Claims (11)
前記エンジンの触媒暖機制御を行なう制御装置とを備え、
前記エンジンは、
開閉動作により前記燃焼室内と連通して、前記燃焼室内に吸気する吸気バルブと、
開閉動作により前記燃焼室内と連通して、前記燃焼室内から排気する排気バルブとを含み、
前記制御装置は、
前記排気バルブの閉弁タイミングを、前記エンジンの燃焼状態に応じた遅角量で遅角させるバルブタイミング制御手段を含む、内燃機関。 An in-cylinder injection engine that directly injects fuel into the combustion chamber;
A control device for performing catalyst warm-up control of the engine,
The engine is
An intake valve that communicates with the combustion chamber by an opening and closing operation to intake air into the combustion chamber;
An exhaust valve communicating with the combustion chamber by an opening and closing operation and exhausting from the combustion chamber;
The controller is
An internal combustion engine comprising valve timing control means for retarding the valve closing timing of the exhaust valve by a retard amount corresponding to a combustion state of the engine.
前記エンジンの燃焼状態を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知した前記エンジンの燃焼状態に基づいて、前記遅角量を決定する遅角量決定手段と、
前記排気バルブの閉弁タイミングを決定した前記遅角量だけ遅角させる遅角手段とを含み、
前記遅角量決定手段は、前記エンジンの燃焼状態が不安定であると検知されると、前記遅角量を相対的に小さい値に決定する、請求項1に記載の内燃機関。 The valve timing control means includes
Detecting means for detecting a combustion state of the engine;
Retard amount determining means for determining the retard amount based on the combustion state of the engine detected by the detecting means;
A retard means for retarding the valve closing timing of the exhaust valve by the retard amount determined;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the retard amount determining means determines the retard amount to a relatively small value when it is detected that the combustion state of the engine is unstable.
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