JP2009228588A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを可変制御可能な可変動弁機構と、内燃機関の燃料状態を検出する燃焼状態検出手段をそなえ、内燃機関の冷態始動時においては、燃焼状態検出手段からの検出情報に基づいて可変動弁機構をバルブオーバラップが拡大するように制御する。
【選択図】 図3
Description
このため、冷態始動時又は冷態始動直後(以下、まとめて、冷態始動時という)は触媒の温度を早期に活性化温度まで上昇させるために点火時期をリタードするとともに、空燃比を理論空燃比(ストイキ)よりも僅かにリーンにしたいわゆるスライトリーンモードで運転するような技術が知られている。なお、スライトリーンモードでは燃焼安定性が高く健全な燃焼を得ることができるので、点火時期を大幅にリタードさせることが可能となり、これにより、排気通路に比較的高温の排ガスを排出することができ、触媒の早期昇温を図ることができるのである。
例えば、下記特許文献1においては、エンジンの冷却水温又は吸気弁の温度に基づいてエンジン始動時のバルブオーバラップを設定するようにした技術が開示されている。より詳細には、冷却水温又は吸気弁の温度が低いほどオーバラップ期間を長く設定する技術が開示されている。このため、特許文献1の技術では、結果的に冷態始動時にはまずバルブオーバラップを大きく設定し、その後バルブオーバラップを徐々に低減することとなる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、直接燃焼状態を示すパラメータを用いて、安定した燃焼状態を維持しながら冷態始動時のバルブオーバラップを極力大きく設定して、冷態始動維持のHC排出量を大幅に低減できるようにした、可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
該制御手段は、該冷態始動時には、該内燃機関の点火時期をリタードするとともに、目標空燃比を理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比に設定するのが好ましい(請求項3)。
なお、ハンチングを防止する目的で、上記所定値に範囲を待たせてもよい。つまり、上記所定値が所定の下限値と所定の上限値とを有し、燃焼変動を示す指標が下限値を超えない範囲でバルブオーバラップが最大となるように該可変動弁機構の作動を拡大していき、該下限値を超えた場合には、その時点におけるバルブオーバラップを維持する。そして、このような状態においても外乱等により上限値を超えた場合には、バルブオーバラップを減少させる。
また、内部EGRの増大により筒内の燃焼がやや緩慢なものとなることで吸入空気量が増大し、排ガス流量増加によって触媒昇温効果を高めることができる。すなわち、内部EGRが増大すると燃焼速度が低下し、出力不足となり回転が低下する。そこで、回転を維持するべく空気量を増大させ圧縮時のガス温度を上げることで燃焼を改善している。この結果排出ガス量が増大となる。
エンジン1のシリンダ23にはピストン19が摺動可能に収められており、このピストン19はコネクティングロッド20を介して図示しないクランクシャフトに接続されている。また、シリンダ23内の混合気に火花点火するための点火プラグ21が、燃焼室24に臨むように設けられている。
また、吸気側及び排気側の各動弁機構には、いずれも吸気弁10及び排気弁11の開閉時期、すなわちバルブタイミングを変更可能な公知の可変動弁機構31,32が付設されている。
この場合、点火時期を大幅にリタードさせるとともに、空燃比を始動時のリッチな空燃比から理論空燃比(ストイキ)よりも僅かにリーンなスライトリーン空燃比(例えばA/F=15.5程度)に徐々変更するようになっている。また、これと同時に吸気側可変動弁機構31及び排気側可変動弁機構32の作動を制御して、VOLを徐々に拡大するようになっている。
そして、本実施形態では冷態始動時には、図2の点bから点aを目標に徐々にVOLを変更するようになっている。ここで、図2の点bは通常運転(温態時)での運転点であり、オーバラップは存在していない(ネガティブオーバラップ)。また、冷態始動時であるにもかかわらず、このような点bで運転した場合には、燃焼変動に関しては何ら問題が生じず(燃焼変動率15%以下)安定した燃焼状態を得られるもの、HC排出量が約2[g/h]と比較的高い数値となってしまう。
そして、本実施形態では、直接エンジン1の燃焼状態表す指標として燃焼変動率COV Piを用い、この燃焼変動率COV Piが予め設定された燃焼変動限界(本実施形態では例えば21%)を超えない範囲でHC排出量が最低となうように、可変動弁機構31,32の作動を制御することにより、筒内の失火を招くことなく、バルブオーバラップ量を最大限まで設定することができる。なお、図2に示す例では、冷態始動時のHCを約20%にまで低減することができた(低減率80%)。
一方、ステップS3においてアイドル運転中と判定されると、ステップS4に進み、冷態始動時の触媒昇温制御を開始するとともに、この触媒昇温制御を開始してから所定時間経過したかが判定される。なお、上記の条件に代えて、水温が所定水温まで上昇したか、という条件を適用してもよい。
次に、図4のタイムチャートを用いて、本装置の作用の具体例について説明すると、(a)は排気側可変動弁機構32による排気弁の閉弁タイミングを、(b)は吸気側可変動弁機構31による吸気弁の開弁タイミングを示している。なお、(a),(b)ともに上方が進角側、下方が遅角側である。また、(c)は排気ポート3の直後に設けられたフロント触媒22(FCC)の温度、(d)はHC排出量、(e)は空燃比、(f)は吸入空気量、(g)は点火時期、(h)はエンジン回転数の特性を示す。
一方、図4(a),(b)に示すように、イグニッションオン(t=t1)により作動油圧が立ち上がり可変動弁機構31,32が作動可能となると(t=t2)、可変動弁機構31,32を作動させ、排気弁11の閉弁タイミング(EC)及び吸気弁10の開弁タイミング(IO)を所定の初期位相角に設定する。そして、このような初期位相角を空燃比が所定空燃比になるまで保持する。
そして、このようなバルブオーバラップの拡大により内部EGRが増大して、図4(d)に示すように、HC排出量が低減される。また、その後触媒昇温制御を開始して所定時間経過すると(t=t6)、通常制御モードに移行して、図4(a),(b)に示すように、バルブオーバラップが減少していく。また、これと同時に、図4(e)に示すように、空燃比がストイキに変更され、また、点火時期も徐々に進角していく。
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る可変動弁機構の制御装置によれば、冷態始動時において、直接燃焼状態を示すパラメータを用いてバルブオーバラップを設定するので、失火を招くことなく極力バルブオーバラップを大きく設定できる。したがって、冷態始動時の内部EGRを増大させることができHC排出量を大幅に低減することができる。
また、本発明では、燃焼変動率を直接監視しているので、冷態始動直後の失火を確実に防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、制御のハンチングを防止する目的で、上記所定値(所定の変動率)に範囲を待たせてもよい。この場合、上記の所定値に対して下限値と上限値とを設定し、燃焼変動を示す指標COV Piが下限値を超えない範囲でバルブオーバラップが最大となるように可変動弁機構の作動を拡大していき、該下限値を超えた場合には、その時点におけるバルブオーバラップを維持する。また、このような状態においても外乱等により上限値を超えた場合には、バルブオーバラップを減少させる。これにより、可変動弁機構の制御を安定させることができ、ハンチングを防止することが可能となる。
10 吸気弁
11 排気弁
15 ECU(制御手段)
17 クランク角センサ又はエンジン回転数センサ(燃焼状態検出手段)
31 吸気側可変動弁機構
32 排気側可変動弁機構
Claims (3)
- 内燃機関の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを可変制御可能な可変動弁機構と、
該内燃機関の燃料状態を検出する燃焼状態検出手段と、
該内燃機関の冷態始動時においては、該燃焼状態検出手段からの検出情報に基づいて該可変動弁機構をバルブオーバラップが拡大するように制御する制御手段とをそなえている
ことを特徴とする、可変動弁機構の制御装置。 - 該制御手段は、該燃焼状態検出手段から得られる燃焼変動を示す指標が所定値以下の範囲で該バルブオーバラップが最大となるように該可変動弁機構の作動を制御する
ことを特徴とする、請求項1記載の可変動弁機構の制御装置。 - 該制御手段は、該冷態始動時には、該内燃機関の点火時期をリタードするとともに、目標空燃比を理論空燃比よりも希薄なリーン空燃比に設定する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の可変動弁機構の制御装置。
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