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

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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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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