JP2008190480A - エンジンの気筒別燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い排温を維持してエミッションの低減を図ることを目的とする。
【解決手段】本発明は、エンジンの各気筒に対応する吸気通路に設けられ、エンジンの運転状態に応じてその吸気通路の一部を開閉し、閉状態で筒内にガス流動を生成する吸気制御弁を備えたエンジンの気筒別燃焼制御装置であって、各気筒の燃焼状態の安定度を検出する安定度検出手段（Ｓ５）と、安定度が所定の安定度限界を超えているときは、その安定度限界となるように、気筒ごとに独立して吸気制御弁を閉制御して燃焼状態を安定化させる燃焼状態安定化手段（Ｓ６）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明はエンジンの気筒別燃焼制御装置に関する。

従来から、スワールコントロールバルブ等の吸気制御弁を気筒ごとに吸気通路に配設し、この吸気制御弁を順番に開閉動作させ、かつ開閉状態に合わせた点火時期を設定することで、各気筒における燃焼状態を適切なものとするエンジンの気筒別燃焼制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１７７６４８号公報

しかしながら、上述した従来のエンジンの気筒別燃焼制御装置は、燃焼状態が悪い気筒の点火時期を進角していたので、排温が下がりエミッションが増加するとういう問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、高い排温を維持してエミッションの低減を図ることを目的とする。

本発明のエンジンの気筒別燃焼制御装置は、エンジンの各気筒に対応する吸気通路に設けられ、エンジンの運転状態に応じてその吸気通路の一部を開閉し、閉状態で筒内にガス流動を生成する吸気制御弁を備え、各気筒の燃焼状態の安定度を検出し、前記安定度が所定の安定度限界を超えているときは、その安定度限界となるように、気筒ごとに独立して前記吸気制御弁を閉制御して燃焼状態を安定化させる。

気筒ごとに燃焼状態の安定度を検出し、気筒ごとに吸気制御弁を制御して最適なガス流動を生成するため、点火時期を進角することなく燃焼状態の安定化を図れる。これにより、高い排温を維持してエミッションの低減を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明によるエンジンの気筒別燃焼制御装置を直列４気筒エンジン１０に適用した場合の実施形態を示す図である。

直列４気筒エンジン１０は、直列に配置された４つの気筒１１を備える。

各気筒１１には、点火手段としての点火栓（図示せず）と筒内圧を検出する筒内圧センサ４１とが設けられる。各気筒１１は吸気ポート１２を介して筒内に空気を供給する吸気装置２０に接続され、排気ポート１３を介して筒内で発生した燃焼ガス等の排気を排出する排気装置３０に接続される。

吸気装置２０は、エアクリーナ２１と、エアフローメータ２２と、スロットルバルブ２３と、吸気マニホールド２４とから構成され、これらが上流から順に吸気管２５で接続される。

エアクリーナ２１は、空気中に含まれる異物を除去する。エアフローメータ２２は、エンジン１０に吸入される空気の流量(吸気量)を検出する。スロットルバルブ２３は、エンジン１０に吸入される空気の量を調整する。吸気マニホールド２４は、気筒ごとに分岐して吸気ポート１２に接続される。

吸気マニホールド２４には、燃料噴射弁２５と、スワールコントロールバルブ（以下「ＳＣＶ」という）２６とが、各気筒に対応して設けられる。燃料噴射弁２５は、運転状態に応じた燃料量を噴射する。ＳＣＶ２６は、開閉制御されて吸気マニホールド２４内の吸気の流れを制御し、筒内に混合気の渦を発生させる。

排気装置３０は、エンジン１０から排出される排気をまとめる排気マニホールド３１と、排気中の炭化水素や窒素酸化物等の有害物質を取り除く触媒コンバータ３２と、排気の騒音を減少させるマフラー３３とから構成され、これらが上流から順に排気管３４で接続される。触媒コンバータ３２の上流の排気管３４には、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ４２が取り付けられる。

コントローラ４０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４０は、運転条件に応じて空燃比を理論空燃比かリーン空燃比かに切り替える。運転条件を検出するために、コントローラ４０には、アクセル開度センサ４３や水温センサ４４、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ４５等からの信号が入力されている。コントローラ４０は、空燃比センサ４２やこれらの信号に基づいて、燃料噴射弁２５の燃料噴射量を制御して空燃比を切り替える。

さらに、コントローラ４０は、筒内圧センサ４１やクランク角センサ４５からの信号に基づいて、エンジン１０の回転変動に相当する各気筒１１の燃焼状態の安定度を算出し、この安定度に基づいて、各気筒１１の燃焼状態が適切となるようにＳＣＶ２６の開閉及び燃料噴射弁２５の燃料噴射量を制御する。以下では、この燃焼状態安定化制御について説明する。

図２は、本発明による気筒ごとに実行される燃焼状態安定化制御について説明するフローチャートである。コントローラ４０は、このルーチンをエンジン１０の運転中に所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、コントローラ４０は、エンジン水温Ｔｗが４０℃未満であるか否かを判定する。コントローラ４０は、エンジン水温Ｔｗが４０℃未満であればステップＳ２に処理を移行し、４０℃以上であれば今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、コントローラ４０は、アイドルスイッチがＯＮかＯＦＦかを判定する。ここで、アイドルスイッチとは、アクセルペダルを踏んでいるかどうかを検出するものであり、アクセルペダルを踏んでいなければＯＮと判定され、少しでも踏んでいればＯＦＦと判定される。コントローラ４０は、アイドルスイッチがＯＮであればステップＳ３に処理を移行し、ＯＦＦであれば今回の処理を終了する。

ステップＳ３において、コントローラ４０は、ＳＣＶ２６を所定角度閉じる。

ステップＳ４において、コントローラ４０は、エンジン回転速度が安定しているか否かを判定する。具体的には、今回の処理おいて検出されたエンジン回転速度ＮＥと、前回の処理おいて検出されたエンジン回転速度ＮＥｚと、の偏差が所定値α以下であれば、エンジン回転速度が安定していると判定して、コントローラ４０はステップＳ５に処理を移行する。そうでなければ、コントローラ４０は今回の処理を終了する。

ステップＳ５において、コントローラ４０は、燃焼状態の安定度σＰｉ演算処理を実行する。具体的な処理については図３を参照して後述する。

ステップＳ６において、コントローラ４０は、燃焼状態安定化処理を実行する。具体的な処理については図５を参照して後述する。

ステップＳ７において、コントローラ４０は、すべての気筒の安定度が所定の安定度限界内に収まっているか否かを判定する。コントローラ４０は、すべての気筒の安定度が所定の安定度限界内に収まっていればステップＳ８に処理を移行し、収まっていなければ今回の処理を移行する。

ステップＳ８において、コントローラ４０は、安定限界度を超えない範囲で点火時期をリタードして排温を上昇させる。

図３は、安定度σＰｉ演算処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、コントローラ４０は、図示平均有効圧力Ｐｉ演算処理を実行する。具体的な処理については図４を参照して後述する。なお、図示平均有効圧力Ｐｉは、所定のサンプリング数（例えば２０程度）だけ記憶されており、Ｐｉ演算処理によって新たに１つ検出されるごとに一番古い値を捨てて、次々と更新されている。

ステップＳ５２において、コントローラ４０は、図示平均有効圧力Ｐｉが、所定のサンプリング数だけ記憶されているか否かを判定する。コントローラ４０は、図示平均有効圧力Ｐｉが、所定のサンプリング数だけ記憶されていればステップＳ５３に処理を移行し、記憶されていなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５３において、コントローラ４０は、所定のサンプリング数だけ記憶された図示平均有効圧力Ｐｉの標準偏差σＰｉを算出する。この標準偏差σＰｉが、エンジン１０の回転変動、すなわち燃焼状態の安定度を表すパラメータである。

図４は、Ｐｉ演算処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１１において、コントローラ４０は、クランク角が、燃焼行程における所定の積算開始角〜終了角までの積算区間か否かを判定する。コントローラ４０は、クランク角が積算区間であればステップＳ５１２に処理を移行し、積算区間でなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５１２において、コントローラ４０は、筒内圧センサ４１によって検出された筒内圧Ｐｃを読み込む。

ステップＳ５１３において、コントローラ４０は、筒内圧Ｐｃの積算値Ｐｃｉｖを算出する。

ステップＳ５１４において、コントローラ４０は、クランク角が積算終了角であるか否かを判定する。コントローラ４０は、クランク角が積算終了角に達していればステップＳ５１５に処理を移行し、達していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５１５において、コントローラ４０は、これまでの筒内圧の積算値Ｐｃｉｖを図示平均有効圧力Ｐｉとして検出する。

ステップＳ５１６において、コントローラ４０は、積算値Ｐｃｉｖをリセットして初期値０に戻す。

図５は、燃焼状態安定化処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ６１において、コントローラ４０は、標準偏差σＰｉと安定度限界値γとを比較する。コントローラ４０は、標準偏差σＰｉが安定度限界値γより小さければ今回の処理を終了し、大きければステップＳ６２に処理を移行する。

ステップＳ６２において、コントローラ４０は、ＳＣＶ２６が全閉状態か否かを判定する。コントローラ４０は、ＳＣＶ２６が全閉状態でなければステップＳ６３に処理を移行し、ＳＣＶ２６が全閉状態であればステップＳ６４に処理を移行する。

ステップＳ６３において、コントローラ４０は、ＳＣＶ２６を所定角度閉じる。

ステップＳ６４において、コントローラ４０は、リーン運転中か否かを判定する。コントローラ４０は、リーン運転中であれば燃料噴射量を増量して燃焼状態を安定させるべくステップＳ６５に処理を移行し、リーン運転中でなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ６５において、コントローラ４０は、燃料噴射量を増量する。

図６はコントローラ４０で実行される本発明による燃焼状態安定化制御のタイムチャートである。なお、必要に応じて４つの気筒１１を＃１〜＃４で示す。

時刻ｔ１で、イグニッションスイッチがＯＮされると（図６（Ａ））、水温センサの信号が読み込まれる。

時刻ｔ２で、スタータスイッチがＯＮされると（図６（Ｂ））、エンジン水温が４０℃未満か否かが判定される（Ｓ１）。

時刻ｔ３で、エンジン水温が４０℃未満で、かつアイドルスイッチがＯＮであれば、全気筒のＳＣＶ２６が同角度閉じられる（図６（Ｃ）（Ｆ）；Ｓ２でＹｅｓ，Ｓ３）。

時刻ｔ４で、エンジン回転速度が安定してくると（図６（Ｄ）；Ｓ４でＹｅｓ）、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉが算出される（Ｓ５１）。

時刻ｔ５で、所定数のＰｉがサンプリングされると、気筒ごとに区間Ｃ１における安定度σＰｉが算出される（図６（Ｅ）；Ｓ５２でＹｅｓ，Ｓ５３）。そして、各気筒とも安定度σＰｉが安定度限界を超えているので、ＳＣＶ２６が所定角度閉じられる（図６（Ｆ）；Ｓ６３）。

時刻ｔ６で、＃１気筒の安定度σＰｉは、安定度限界に収まったため（図６（Ｅ））、ＳＣＶ２６はそのまま状態が維持される（図６（Ｆ）；Ｓ６１でＮｏ）。一方、＃２〜４気筒の安定度σＰｉは、安定度限界を超えているので、ＳＣＶ２６が所定角度閉じられる（図６（Ｆ）；Ｓ６３）。しかしながら全閉状態に達してしまう（図６（Ｆ））。

そこで、時刻ｔ７で＃２〜４気筒の燃料噴射量が増量される（図６（Ｈ）；Ｓ６５）。

これにより、時刻ｔ８で、全ての気筒の安定度σＰｉが、安定度限界に収まったため（図６（Ｅ）；Ｓ７でＹｅｓ）、点火時期がリタードされる（図６（Ｇ）；Ｓ８）。

以上説明した本発明によれば、気筒ごとに燃焼状態の安定度を検出し、気筒ごとにＳＣＶ２６を制御して最適なガス流動を生成するため、点火時期を進角することなく燃焼状態の安定化を図れる。これにより、高い排温を維持してエミッションの低減を図ることができる。また、ＳＣＶ２６が全閉状態の場合であって希薄燃焼しているときは、燃料噴射量を増量して、点火時期を進角することなく燃焼状態の安定化を図る。これにより、高い排温を維持してエミッションの低減を図ることができる。なお希薄燃焼に限らず、ストイキ燃焼においても燃料噴射量を増量してもよい。筒内での燃料密度が高くなり伝播速度が増して燃焼状態がよくなるからである。

さらに、すべての気筒の燃焼安定度が安定度限界内に収まったときは、その安定限界度を超えない範囲で点火時期をリタードするので、排温が上昇して、よりエミッションの低減を図ることができる。

本発明によるエンジンの気筒別燃焼制御装置を直列４気筒エンジンに適用した場合の実施形態を示す図である。 本発明による燃焼状態安定化制御について説明するフローチャートである。 安定度σＰｉ演算処理について説明するフローチャートである。 Ｐｉ演算処理について説明するフローチャートである。 燃焼状態安定化処理について説明するフローチャートである。 本発明による燃焼状態安定化制御のタイムチャートである。

符号の説明

１０ 直列４気筒エンジン（エンジン）
２０ 吸気装置（吸気通路）
２５ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）
２６ スワールコントロールバルブ（吸気制御弁）
Ｓ５ 安定度検出手段
Ｓ６ 燃焼状態安定化手段
Ｓ５１ 図示平均有効圧力演算手段

Claims (4)

1. エンジンの各気筒に対応する吸気通路に設けられ、エンジンの運転状態に応じてその吸気通路の一部を開閉し、閉状態で筒内にガス流動を生成する吸気制御弁を備えたエンジンの気筒別燃焼制御装置であって、
   各気筒の燃焼状態の安定度を検出する安定度検出手段と、
   前記安定度が所定の安定度限界を超えているときは、その安定度限界となるように、気筒ごとに独立して前記吸気制御弁を閉制御して燃焼状態を安定化させる燃焼状態安定化手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの気筒別燃焼制御装置。
2. 前記エンジンに燃料を供給する燃料噴射装置を備え、
   前記燃焼状態安定化手段は、前記安定度が所定の安定度限界を超えている場合であって、前記吸気制御弁が全閉状態のときは、気筒ごとに独立してその安定度限界となるように、前記燃料噴射装置から前記エンジンに供給する燃料を増量して燃焼状態を安定化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
3. 前記エンジンの各気筒内の混合気を着火させる点火装置と、
   すべての気筒の安定度が前記安定度限界内に収まったときは、その安定限界度を超えない範囲で前記点火装置の点火時期をリタードする点火時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。
4. 前記安定度検出手段は、
   各気筒の燃焼圧力を検出する手段と、
   前記燃焼圧力に基づいて、各気筒の図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力演算手段と、
   各気筒の燃焼状態の安定度として前記図示平均有効圧力の標準偏差を算出する標準偏差演算手段と、
   から構成されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載のエンジンの気筒別燃焼制御装置。

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