JP2009243360A - Engine combustion control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブタイミング可変機構を備えたエンジンの燃焼制御装置に関するものである。 The present invention relates to an engine combustion control device provided with a variable valve timing mechanism.
一般に、自動車用のエンジンでは、燃料を吸気ポート内又は燃焼室内の空気中に噴射して気化ないしは霧化させ、この気化ないしは霧化した燃料と空気の混合物を燃焼させることによって生成される熱エネルギを、ピストンと、コネクチングロッド等の連結機構とを介してクランクシャフトの回転エネルギに変換するようにしている。しかしながら、エンジン始動時、とくに冷間始動時には燃焼室内が低温であるので、燃料が気化しにくく、空気と燃料のミキシングが十分に行われない。このため、混合気の燃焼性が悪く、HC(炭化水素)の排出量が増加するといった問題がある。そこで、エンジン始動時には、吸気バルブないしは排気バルブの開閉タイミングを変更することにより、燃料の燃焼性を改善しあるいはHCの排出量を低減するようしたエンジンが種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Generally, in an automobile engine, fuel is injected into air in an intake port or a combustion chamber to be vaporized or atomized, and thermal energy generated by burning the vaporized or atomized fuel and air mixture. Is converted into rotational energy of the crankshaft through a piston and a connecting mechanism such as a connecting rod. However, when the engine is started, particularly during a cold start, the combustion chamber is at a low temperature, so that the fuel is not easily vaporized, and air and fuel are not sufficiently mixed. For this reason, there exists a problem that the combustibility of air-fuel mixture is bad and the emission amount of HC (hydrocarbon) increases. In view of this, various engines have been proposed that improve the combustibility of the fuel or reduce the amount of HC emission by changing the opening and closing timing of the intake valve or the exhaust valve when starting the engine (for example, Patent Document 1). reference.).
例えば、エンジンの冷間始動時には、吸気バルブあるいは排気バルブの開閉タイミングを変更することにより、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間のオーバーラップ期間を拡大し、排気通路に排出された排気ガスの一部の燃焼室内への還流(すなわち、内部排気還流)により、排気熱を利用して燃焼室内の空気の温度を高め、燃料の気化を促進するようにしたエンジンが提案されている。なお、特許文献1に開示されたエンジンでは、エンジン始動時に触媒の上流で排気通路に2次空気を供給することにより未燃HCを燃焼させてHCの排出量を低減するようにしている。
しかしながら、例えば内部排気還流によって燃焼室内の空気の温度を高めるようにした従来のエンジンでは、エンジン始動時の第1回目のサイクルでは、まだ排気ガスが存在しないので、燃焼室内の空気の温度を高めることはできない。このため、第1回目のサイクルでは燃料が十分に気化ないしは霧化されず、一時的ではあるものの、HC(炭化水素)の発生量が増加するとともにエンジン出力の低下を招くといった問題がある。 However, in the conventional engine in which the temperature of the air in the combustion chamber is increased by, for example, internal exhaust gas recirculation, since the exhaust gas is not yet present in the first cycle when the engine is started, the temperature of the air in the combustion chamber is increased. It is not possible. For this reason, in the first cycle, the fuel is not sufficiently vaporized or atomized, and there is a problem that although it is temporary, the amount of HC (hydrocarbon) generated increases and the engine output decreases.
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、エンジン始動時に、第1回目のサイクルを含めてすべてのサイクルで、燃料を十分に気化ないしは霧化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができ、ひいてはエンジン出力及びエミッション性能を向上させることを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and at the time of starting the engine, the fuel and air are sufficiently vaporized or atomized in all cycles including the first cycle. It is an object to be solved to provide means that can improve the mixing of the engine and, in turn, improve engine output and emission performance.
上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの燃焼制御装置は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング(バルブタイミング)を制御するバルブタイミング制御手段を備えている。このバルブタイミング制御手段は、エンジン始動時の第1回目のサイクル(以下「始動1サイクル目」という。)では、吸気バルブの開弁時期が吸気上死点より遅角側となり、かつ吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とがオーバーラップしないよう制御する。他方、エンジン始動時の第2回目以降のサイクル(以下「始動2サイクル目以降」という。)では、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とがオーバーラップするよう制御する。 An engine combustion control apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes valve timing control means for controlling the opening / closing timing (valve timing) of the intake valve and the exhaust valve. In the first cycle at the time of engine start (hereinafter referred to as “starting first cycle”), the valve timing control means is such that the opening timing of the intake valve is retarded from the intake top dead center, and the intake valve Control is performed so that the valve opening period and the exhaust valve opening period do not overlap. On the other hand, in the second and subsequent cycles when starting the engine (hereinafter referred to as “starting second cycle and thereafter”), control is performed so that the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve overlap.
本発明に係るエンジンの燃焼制御装置において、エンジンが、燃焼室内(気筒内)に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを備えている場合、燃料噴射制御手段は、始動1サイクル目では、排気バルブが閉弁してから吸気バルブが開弁を開始するまでの期間(以下「非オーバーラップ期間」という。)に燃料噴射を開始するよう燃料噴射弁を制御するのが好ましい。 In the engine combustion control apparatus according to the present invention, the engine includes a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber (inside the cylinder), and a fuel injection control unit that controls fuel injection timing of the fuel injection valve. In this case, in the first cycle of starting, the fuel injection control means starts fuel injection during a period from when the exhaust valve is closed until the intake valve starts to open (hereinafter referred to as “non-overlap period”). It is preferable to control the fuel injection valve.
この場合、燃料噴射制御手段は、非オーバーラップ期間と、吸気バルブが開弁を開始した後の期間とを含む少なくとも2つの期間に分割して燃料噴射を行うよう燃料噴射弁を制御するのがより好ましい。 In this case, the fuel injection control means controls the fuel injection valve to perform fuel injection divided into at least two periods including a non-overlap period and a period after the intake valve starts to open. More preferred.
本発明に係るエンジンの燃焼制御装置において、バルブタイミング制御手段は、始動2サイクル目以降では、排気バルブの閉弁時期を遅角させることにより、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせるようになっているのが好ましい。 In the combustion control apparatus for an engine according to the present invention, the valve timing control means delays the valve closing timing of the exhaust valve after the second cycle of starting, thereby opening the intake valve opening period and the exhaust valve opening period. Are preferably overlapped with each other.
本発明に係るエンジンの燃焼制御装置によれば、始動1サイクル目では、吸気行程の初期に、吸気バルブ及び排気バルブがともに閉じられるので、ピストンの下降に伴って燃焼室内(気筒内)が急激に減圧され、真空に近い状態となる。そして、この後で吸気バルブが開弁されたときに、吸気ポートから燃焼室内に空気が非常に高速で流入する。このため、燃焼室内では空気の乱れが非常に強くなり、この空気の強い乱れにより燃料の気化ないしは霧化が促進され、燃焼室内における燃料と空気のミキシングが良くなる。 According to the combustion control apparatus for an engine according to the present invention, in the first cycle of starting, both the intake valve and the exhaust valve are closed at the beginning of the intake stroke. The pressure is reduced to near vacuum. Then, when the intake valve is subsequently opened, air flows from the intake port into the combustion chamber at a very high speed. For this reason, the turbulence of the air becomes very strong in the combustion chamber, and the strong turbulence of the air promotes the vaporization or atomization of the fuel, thereby improving the mixing of the fuel and the air in the combustion chamber.
また、始動2サイクル目以降では、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とがオーバーラップするので、内部排気還流により燃焼室内の空気の温度が高められ、燃料の気化ないしは霧化が促進され、燃焼室内における燃料と空気のミキシングが良くなる。したがって、エンジン始動時に、始動1サイクル目を含めてすべてのサイクルで、燃料を十分に気化ないしは霧化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができ、ひいてはエンジン出力及びエミッション性能を向上させることができる。 Further, in the second and subsequent cycles of the start, the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve overlap, so that the temperature of the air in the combustion chamber is increased by the internal exhaust gas recirculation, and the fuel is vaporized or atomized. This improves the mixing of fuel and air in the combustion chamber. Therefore, at the time of engine start, fuel can be sufficiently vaporized or atomized in all cycles including the first start cycle to improve fuel and air mixing, thereby improving engine output and emission performance. Can do.
本発明に係るエンジンの燃焼制御装置において、始動1サイクル目で非オーバーラップ期間に燃料噴射を開始するようにした場合は、吸気行程の初期にピストンの下降に伴って燃焼室内(気筒内)が真空に近い状態となっているときに、燃焼室内に燃料が噴射される。この場合、始動1サイクル目では燃焼室内に噴射された燃料が減圧沸騰により急激に気化するので、燃料をより効果的に気化させて燃料と空気のミキシングをより良くすることができる。 In the engine combustion control apparatus according to the present invention, when the fuel injection is started in the non-overlap period in the first cycle of the start, the combustion chamber (inside the cylinder) is moved along with the lowering of the piston at the beginning of the intake stroke. When in a state close to a vacuum, fuel is injected into the combustion chamber. In this case, since the fuel injected into the combustion chamber is rapidly vaporized by boiling under reduced pressure in the first start cycle, the fuel can be vaporized more effectively to improve the mixing of the fuel and the air.
また、始動1サイクル目で、非オーバーラップ期間と、吸気バルブが開弁を開始した後の期間とを含む少なくとも2つの期間に分割して燃料噴射を行う場合は、非オーバーラップ期間では、減圧沸騰により燃料を気化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができる。他方、吸気バルブが開弁を開始した後の期間では、真空に近い状態にある燃焼室内に高速で流入する乱れの強い空気により、燃料の気化ないしは霧化を促進して、燃焼室内における燃料と空気のミキシングを良くすることができる。これらが相まって、エンジン始動時における燃料と空気のミキシングを一層良くすることができる。 Further, in the first cycle of starting, when fuel injection is performed by dividing into at least two periods including a non-overlap period and a period after the intake valve starts to open, the pressure is reduced in the non-overlap period. Fuel can be vaporized by boiling to improve mixing of fuel and air. On the other hand, during the period after the intake valve starts to open, the turbulent air flowing at high speed into the combustion chamber in a state close to a vacuum promotes the vaporization or atomization of the fuel, and the fuel in the combustion chamber Air mixing can be improved. Together, the fuel and air mixing at the time of engine start can be further improved.
本発明に係るエンジンの燃焼制御装置において、始動2サイクル目以降で、排気バルブの閉弁タイミングを遅角させることにより吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせる場合は、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間のオーバーラップが、ピストンが下降する吸気行程で生じるので、排気通路内の排気ガスをより多く燃焼室内に還流させることができる。このため、始動2サイクル目以降において燃焼室内の温度をより高くすることができ、燃料をより効果的に気化ないしは霧化させて燃料と空気のミキシングをより良くすることができる。 In the engine combustion control apparatus according to the present invention, when the valve opening period of the intake valve overlaps the valve opening period of the exhaust valve by delaying the valve closing timing of the exhaust valve after the second cycle of starting. Since the overlap between the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve occurs in the intake stroke in which the piston descends, more exhaust gas in the exhaust passage can be recirculated into the combustion chamber. For this reason, the temperature in the combustion chamber can be increased after the second cycle of the start, and the fuel can be vaporized or atomized more effectively to improve the mixing of fuel and air.
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態1、2を具体的に説明する。図1は、本発明に係る燃焼制御装置を備えた気筒内噴射型の火花点火式エンジンE(以下、略して「エンジンE」という。)のシステム構成を示している。エンジンEは4気筒エンジンであるが、図1では1つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。なお、本発明は4気筒エンジンに限定されるものではなく、4気筒以外の多気筒エンジン(例えば、6気筒エンジン、8気筒エンジン…)にも適用することができる。また、エンジンEは気筒内噴射型のエンジンであるが、本発明は、その基本的態様においては、吸気ポートに燃料が噴射されるポート噴射型のエンジンにも適用することができる。
(実施の形態1)
図1に示すように、エンジンEの本体部は、シリンダヘッド1とシリンダブロック2とで構成されている。エンジンEは4気筒4サイクルエンジンであり、4つの気筒3を備えている。このエンジンEにおいては、各気筒3が所定の位相差をもって膨張、排気、吸気、圧縮の各行程からなるサイクルを繰り返すようになっており、これらのサイクルは、第1気筒、第3気筒、第4気筒、第2気筒の順にクランク角で180°(180°CA)の位相差で繰り返される。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the main body of the engine E is composed of a
各気筒3内にはピストン4が嵌挿され、ピストン4の上方に燃焼室5が形成されている。ピストン4はコネクチングロッド6等を備えた連結機構を介してクランクシャフト7に連結されている。各気筒3の燃焼室5の頂部には点火プラグ8が設けられ、プラグ先端部は燃焼室5内に臨んでいる。燃焼室5の側方には、燃焼室5内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁9が設けられている。燃料噴射弁9は、詳しくは図示していないが、ニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力され、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射する。燃料噴射弁9は、点火プラグ8付近に向けて燃料を噴射するように配置されている。なお、燃料噴射弁9には、図示していないが、燃料ポンプによって燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程における燃焼室内の圧力よりも高い圧力で燃料を噴射するようになっている。
A
各気筒3の燃焼室5に対して吸気ポート10及び排気ポート11が開口し、両ポート10、11にそれぞれ吸気バルブ12及び排気バルブ13が設けられている。そして、各気筒3の吸気バルブ12及び排気バルブ13の開閉タイミングは、各気筒3が所定の位相差で膨張・排気・吸気・圧縮の4行程からなる各サイクルを行うように設定されている。
An
ここで、吸気バルブ12は、吸気バルブカム14によって、クランクシャフト7と同期して所定のタイミングで開閉される。そして、吸気バルブカム14に対して、電気式の吸気バルブタイミング可変機構15(VVT)が設けられている。この吸気バルブタイミング可変機構15は、吸気バルブコントローラ16からの制御信号に従って、吸気バルブカム14を介して、吸気バルブ12の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
Here, the
他方、排気バルブ13は、排気バルブカム17によって所定のタイミングで開閉される。そして、排気バルブカム17に対して、電気式の排気バルブタイミング可変機構18(VVT)が設けられている。この排気バルブタイミング可変機構18は、排気バルブコントローラ19からの制御信号に従って、排気バルブカム17を介して、排気バルブ13の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。なお、電気式の吸気バルブタイミング可変機構15及び排気バルブタイミング可変機構18は、エンジン始動後直ちに動作することができ、かつ、油圧式のバルブタイミング可変機構に比べて開閉タイミングをリニア(直線的)に変化させることができる。なお、吸気バルブタイミング可変機構15及び排気バルブタイミング可変機構18の具体的な構造は、図2を参照しつつ後で説明する。
On the other hand, the
吸気ポート10には、燃料燃焼用の空気を燃焼室5に供給する吸気通路20が接続されている。詳しくは図示していないが、この吸気通路20は、燃焼室5に吸入される空気(以下「吸入空気」という。)の流れ方向にみて、上流側では単一の通路(共通吸気通路)であるが、下流側では分岐し、各通路(分岐吸気通路)はそれぞれ対応する気筒3の吸気ポート10に接続されている。そして、吸気通路20の上流側の部分(共通吸気通路)には、吸入空気の流れ方向にみて、上流側から順に、吸入空気中のダスト等を除去するエアクリーナ(図示せず)、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ41(図3参照)、スロットル弁21を備えたスロットルボディ22、吸入空気の流れを安定させるサージタンク(図示せず)等が設けられている。
An
また、吸気通路20のサージタンクより下流側の部分(分岐吸気通路)には、それぞれ、各気筒に個別のタンブルスワールコントロールバルブ23(TSCV)が設けられている。このタンブルスワールコントロールバルブ23は、詳しくは図示していいないが、その開度を変えることにより、対応する気筒3の燃焼室5に生成されるタンブル(縦渦)及びスワール(横渦)の強度を調節ないしは制御する。
Further, an individual tumble swirl control valve 23 (TSCV) is provided for each cylinder in the downstream portion (branch intake passage) of the
他方、排気ポート11には、燃焼室5内で発生した燃焼ガスすなわち排気ガスをエンジン外(大気中)に排出する排気通路25が設けられている。この排気通路25は、排気ガスの流れ方向にみて、上流端近傍部(排気マニホールド)では気筒3毎に分岐して各排気ポート11に接続されているが、下流側では各気筒3に共通な単一の通路(共通排気通路)である。なお、図示していないが、排気通路25(共通排気通路)には、排気ガスを浄化するために、HC及びCOを酸化して浄化する酸化触媒(例えば、白金、ロジウム、パラジウム等からなる触媒)と、NOxを還元して浄化する還元触媒(白金、バリウム等からなる触媒)とを備えた排気ガス浄化装置が設けられている。この排気ガス浄化装置は、触媒温度が活性化温度(例えば、200〜250℃)以上であるときに、触媒作用ないしは排気ガス浄化作用を有効に発揮する。
On the other hand, the
図2に示すように、電気式の吸気バルブタイミング可変機構15は、各気筒3の吸気バルブカム14が取り付けられたカムシャフト30の先端部(前端部)に取り付けられている。そして、吸気バルブタイミング可変機構15は、クランクシャフト7によって駆動されるスプロケット部31と、カムシャフト30に固定され該カムシャフト30と一体回転するリンク機構32と、電動式のVVTモータ33と、スプロケット部31及びリンク機構32とVVTモータ33との間に配置されたチェーンケース34とを備えている。
As shown in FIG. 2, the electric intake valve timing varying
ここで、吸気バルブタイミング可変機構15は、VVTモータ33を駆動することにより、スプロケット部31と、リンク機構32及びカムシャフト30との間の回転位相差、すなわちカムシャフト30の回転位相を変化させることができる。このように、カムシャフト30の回転位相を、該カムシャフト30の正転方向又は逆転方向に変化させることにより、吸気バルブカム14の回転位相、ひいては吸気バルブ12の開閉タイミング(バルブタイミング)を、所定の角度範囲内(例えば、クランク角で−60°〜+60°の範囲内)で進角又は遅角させることができる。なお、電気式の排気バルブタイミング可変機構18も、基本的には、吸気バルブタイミング可変機構15と同様の構造のものであり、排気バルブ13の開閉タイミングを、所定の角度範囲内(例えば、クランク角で−60°〜+60°の範囲内)で進角又は遅角させることができる。
Here, the intake valve timing
以下、エンジンEの制御システムを説明する。
図3に示すように、エンジンEには、その運転状態に関する各種情報を収集するために種々のセンサが設けられている。例えば、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ41、クランクシャフト7の回転数すなわちエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ42、クランク角を検出するクランク角センサ43、スロットル弁21の開度を検出するスロットル開度センサ44、エンジン水温(エンジン温度)を検出する水温センサ45等が設けられている。これらの各センサ41〜45の検出信号は、エンジンEの制御情報としてコントロールユニットCに入力される。
Hereinafter, the control system of the engine E will be described.
As shown in FIG. 3, the engine E is provided with various sensors for collecting various information related to the operating state. For example, an air flow sensor 41 that detects the flow rate of intake air, an
コントロールユニットCは、課題を解決するための手段の欄に記載された「バルブタイミング制御手段」及び「燃料噴射制御手段」を含むエンジンEの総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットCは、制御信号の入出力を行う入出力部(インターフェース)、データや制御情報等を記憶する記憶部(ROM、RAM等)、各種演算処理を行う中央処理装置(CPU)、タイマ、カウンタ等を備えたコンピュータである。 The control unit C is a comprehensive control means of the engine E including “valve timing control means” and “fuel injection control means” described in the section for solving the problems. Although not shown in detail, the control unit C includes an input / output unit (interface) that inputs and outputs control signals, a storage unit (ROM, RAM, and the like) that stores data and control information, and a central unit that performs various arithmetic processes. A computer including a processing unit (CPU), a timer, a counter, and the like.
そして、コントロールユニットCは、前記各センサ41〜45によって検出された各種データに基づいて、点火プラグ8、燃料噴射弁9、吸気バルブタイミング可変機構15(吸気バルブコントローラ16)、排気バルブタイミング可変機構18(排気バルブコントローラ19)、スロットル弁21等を制御ないしは駆動することにより、点火時期制御、燃料噴射制御、吸気バルブ12及び排気バルブ13の通常の開閉タイミング制御等の普通のエンジン制御を行うとともに、エンジン始動時において燃料と吸入空気のミキシングを良くするための本発明に係る制御(以下「エンジン始動制御」という。)を行うようになっている。しかしながら、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないので、その説明を省略する。
And the control unit C is based on the various data detected by each said sensors 41-45, the
以下、図4に示すフローチャートに従って、コントロールユニットCによって実行される、本発明に係るエンジン始動制御の制御手順を具体的に説明する。図4に示すように、このエンジン始動制御は、スタータスイッチ46(図3参照)の出力信号に基づいて、エンジンEのクランキング(始動)が開始されたときに開始される。 Hereinafter, the control procedure of the engine start control according to the present invention, which is executed by the control unit C, will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 4, the engine start control is started when cranking (start) of the engine E is started based on an output signal of the starter switch 46 (see FIG. 3).
このようにエンジン始動制御が開始されると、まずステップS1でエンジン始動が完了したか否か、すなわちクランキングが開始された後においてエンジンEが完爆状態となったか否かが判定される。ここで、エンジン始動が完了していないと判定された場合は(NO)、ステップS2で今回のサイクルが始動1サイクル目(エンジン始動時の第1回目のサイクル)であるか否かが判定される。 When engine start control is started in this manner, it is first determined in step S1 whether or not engine start has been completed, that is, whether or not engine E has reached a complete explosion state after cranking has started. Here, if it is determined that the engine start has not been completed (NO), it is determined in step S2 whether or not the current cycle is the first start cycle (the first cycle at the time of engine start). The
ステップS2で今回のサイクルが始動1サイクル目である判定された場合は(YES)、ステップS3で、吸気バルブ12の開閉タイミングが、該吸気バルブ12の開弁時期が吸気上死点(排気行程と吸気行程の間の上死点)より遅角側となり、かつ、吸気バルブ12の開弁期間と排気バルブ13の開弁期間とがオーバーラップしないように設定される。続いて、ステップS4で、燃料噴射弁5の燃料噴射タイミングが、吸気バルブ12の開弁時期より遅角側に設定され、この後ステップS1に復帰する(リターン)。
If it is determined in step S2 that the current cycle is the first start cycle (YES), the opening / closing timing of the
すなわち、図6に示すように、このエンジンEでは、通常の運転時には、排気バルブ13の開閉タイミングは通常タイミングL1に設定され、吸気バルブ12の開閉タイミングは通常タイミングL2に設定される。この場合、排気バルブ13の開弁期間と吸気バルブ12の開弁期間とはほとんどオーバーラップしないか、吸気上死点付近で若干オーバーラップする。
That is, as shown in FIG. 6, in the engine E, during normal operation, the opening and closing timing of the
これに対して、ステップS3〜S4が実行されるときには、排気バルブ13の開閉タイミングは通常タイミングL1のままであり、とくには変更されない。他方、吸気バルブ12の開閉タイミングは、通常タイミングL2(破線)から所定のクランク角度(例えば、クランク角で20〜60°)だけ遅角され、1サイクル目用のタイミングL3(実線)に変更される。そして、燃料噴射は、Iで示すように、1サイクル目用のタイミングL3で開弁される吸気バルブ12の開弁時期とほぼ同時、ないしはこれより若干遅角側の時点に設定される。
In contrast, when the step S3~S4 is performed, the opening and closing timing of the
この場合、吸気バルブ12及び排気バルブ13がともに閉じられた状態で吸気行程が開始され、ピストン4が吸気上死点位置から下降する。このピストン4の下降に伴って燃焼室5内が急激に減圧され、真空に近い状態となる。そして、この後に吸気バルブ12が開弁されたときに、吸気ポート10から燃焼室5内に、空気が非常に高速で流入する。このため、吸気ポート10ないし燃焼室5内では空気の乱れが非常に強くなる。そして、燃料は、この非常に強い乱れの空気中に噴射されるので、燃料の気化ないしは霧化が促進され、燃焼室5内における燃料と空気のミキシングが非常に良好となる。
In this case, the intake stroke is started with both the
図9に、排気バルブ13の開閉タイミングを通常タイミング(Exh lift)に固定した上で、吸気バルブ12の開閉タイミング(Int lift)を通常タイミング(図6参照)から、クランク角で20°(20°CA)、40°(40°CA)又は60°(60°CA)遅角させた場合における燃焼室5内の圧力(筒内圧)を測定した結果(それぞれ、IO−20°CA、IO−40°CA、IO−60°CA)を示す。図9から明らかなとおり、この吸気バルブ12の開閉タイミング遅角量の範囲では、吸気バルブ12の開閉タイミングの遅角量が大きいときほど、燃焼室5内の圧力は低くなっている。
In FIG. 9, the opening / closing timing of the
図10に、排気バルブ13の開閉タイミングを図9の場合と同様に設定し、吸気バルブ12の開閉タイミングを図9の場合と同様に変化させた場合に、燃焼室5内に流入する空気の流速を測定した結果を示す(それぞれ、IO−20°CA、IO−40°CA、IO−60°CA)。なお、この流速は、吸気バルブ12と吸気ポート10との間の空間部における流速である。図10から明らかなとおり、この吸気バルブ12の開閉タイミング遅角量の範囲では、吸気バルブ12の開閉タイミングの遅角量が大きいときほど、空気の流速は大きくなっている。
In FIG. 10, the opening / closing timing of the
他方、前記のステップS2で今回のサイクルが始動1サイクル目でない判定された場合(NO)、すなわち始動2サイクル目以降(エンジン始動時の第2回目以降のサイクル)であると判定された場合は、ステップS5で、排気バルブ13の開閉タイミングないしは閉弁時期を所定量だけ遅角させることにより、排気バルブ13の開弁期間と吸気バルブ12の開弁期間とがオーバーラップさせられる。続いて、ステップS6で、燃料噴射弁5の燃料噴射タイミングが、通常の燃料噴射時期、すなわち吸気上死点付近に設定され、この後ステップS1に復帰する(リターン)。
On the other hand, if it is determined in step S2 that the current cycle is not the first start cycle (NO), that is, if it is determined that the current cycle is the second cycle or later (the second and subsequent cycles when starting the engine). In step S5, the opening / closing timing or closing timing of the
すなわち、図8に示すように、排気バルブ13の開閉タイミングは通常タイミングN1(破線)から所定のクランク角度(例えば、クランク角で20〜40°)だけ遅角され、2サイクル目以降用のタイミングN2(実線)に変更される。なお、吸気バルブ12の開閉タイミングは通常タイミングN4(破線)に設定される。また、燃料噴射タイミングは、Kで示すように、吸気上死点付近に設定される。
That is, as shown in FIG. 8, the opening / closing timing of the
この場合、図8から明らかなとおり、排気バルブ13の開弁期間と吸気バルブ12の開弁期間のオーバーラップが、ピストン4が下降する吸気行程で生じる。このため、排気ポート11ないしは排気通路25内の排気ガスをより多く燃焼室5内に還流させることができる。したがって、始動2サイクル目以降で燃焼室5内の温度をより高くすることができ、燃料を効果的に気化ないしは霧化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができる。
In this case, as is apparent from FIG. 8, the overlap between the valve opening period of the
なお、排気バルブ13の開閉タイミングを通常タイミングN1に固定した上で、吸気バルブ12の開閉タイミングを、通常タイミングN4(破線)から所定のクランク角度(例えば、クランク角で20〜40°)だけ進角させたタイミングN3(実線)に変更することによっても、排気バルブ13の開弁期間と吸気バルブ12の開弁期間とをオーバーラップさせることができる。しかしながら、この場合は、排気バルブ13の開弁期間と吸気バルブ12の開弁期間のオーバーラップが、ピストン4が上昇する排気行程で生じるので、排気バルブ13の開閉タイミングを遅角させる前記の場合に比べて、排気ガスの還流量が少なくなる。
Incidentally, the opening and closing timing, fix the normal timing N 1, the opening and closing timing of the
ところで、前記のステップS1でエンジン始動が完了していると判定された場合は(YES)、エンジンEはすでに完爆状態にあり、エンジン始動時に固有の前記制御ルーチン(ステップS2〜S6)を実行する必要がないので、ステップS7でエンジンEの通常の運転制御が行われる。この後、ステップS1に復帰する(リターン) By the way, when it is determined in step S1 that the engine start is completed (YES), the engine E is already in a complete explosion state, and the control routine (steps S2 to S6) unique to the engine start is executed. Therefore, normal operation control of the engine E is performed in step S7. Thereafter, the process returns to step S1 (return).
以上、本発明の実施の形態1に係るエンジン始動制御によれば、エンジン始動時に、始動1サイクル目を含めてすべてのサイクルで、燃料を十分に気化ないしは霧化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができ、ひいてはエンジン出力及びエミッション性能を向上させることができる。
As described above, according to the engine start control according to
(実施の形態2)
以下、本発明に実施の形態2を説明する。しかしながら、実施の形態2に係るエンジンの構成は実施の形態1に係るエンジンと同一であり、実施の形態2は、実施の形態1とはエンジン始動制御の制御形態が異なるだけである。また、実施の形態2に係るエンジン始動制御は、実施の形態1に係るエンジン始動制御のステップS4に代えてステップS14を設けた点で相違するだけであり、その他のステップの内容は同一である。そこで、説明の重複を避けるため、以下では、実施の形態1にかかるエンジン始動制御と異なる点のみを説明する。なお、図5に示すフローチャートにおいて、図4に示すフローチャートと同一内容のステップには、同一のステップ番号が付されている。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below. However, the configuration of the engine according to the second embodiment is the same as that of the engine according to the first embodiment, and the second embodiment is different from the first embodiment only in the control mode of engine start control. The engine start control according to the second embodiment is different only in that step S14 is provided instead of step S4 of the engine start control according to the first embodiment, and the contents of the other steps are the same. . In order to avoid duplication of explanation, only the points different from the engine start control according to the first embodiment will be described below. In the flowchart shown in FIG. 5, steps having the same contents as those in the flowchart shown in FIG.
図5に示すように、実施の形態2に係るエンジン始動制御では、ステップS2でエンジンEの今回のサイクルが始動1サイクル目であると判定された場合は(YES)、ステップS3で実施の形態1の場合と同様に吸気バルブ12の開閉タイミングが遅角させられ、この後ステップS14が実行される。そして、ステップS14では、排気バルブ13が閉弁してから吸気バルブ12が開弁を開始するまでの期間、すなわち非オーバーラップ期間と、吸気バルブ12が開弁を開始した後の期間の2つの期間に分割して燃料噴射が行われる。
As shown in FIG. 5, in the engine start control according to the second embodiment, if it is determined in step S2 that the current cycle of the engine E is the first start cycle (YES), the embodiment is performed in step S3. As in the case of 1, the opening / closing timing of the
すなわち、図7に示すように、排気バルブ13の開閉タイミングは通常タイミングM1に設定される。他方、吸気バルブ12の開閉タイミングは、通常タイミングM2(破線)から所定のクランク角度(例えば、クランク角で20〜60°)だけ遅角され、1サイクル目用のタイミングM3(実線)に変更される。
That is, as shown in FIG. 7, the opening and closing timing of the
そして、第1回目の燃料噴射は、J1で示すように、吸気上死点後において排気バルブ13及び吸気バルブ12がともに閉じられ、ピストン4の下降に伴って燃焼室5内が真空に近い状態となっているときに行われる。この場合、燃焼室5内に噴射された燃料が減圧沸騰により急激に気化するので、燃料を効果的に気化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができる。
In the first fuel injection, as indicated by J 1 , both the
他方、第2回目の燃料噴射は、J2で示すように、1サイクル目用のタイミングM3で開弁される吸気バルブ12の開弁時期よりやや遅角側の時点に設定される。この場合、実施の形態1の場合(ステップS4)と同様に、燃料は、燃焼室5内の非常に強い乱れの空気中に噴射されるので、燃料の気化ないしは霧化が促進され、燃焼室5内における燃料と空気のミキシングが非常に良好となる。
On the other hand, the second fuel injection, as indicated by J 2, is set to a slightly retard side point than the valve opening timing of the
その他の点については、実施の形態1と同様である。かくして、実施の形態2によれば、非オーバーラップ期間では、減圧沸騰により燃料を気化させて燃料と空気のミキシングを良くすることができ、他方吸気バルブ12が開弁を開始した後の期間では、真空に近い状態にある燃焼室5内に高速で流入する乱れの強い空気により、燃料の気化ないしは霧化を促進して、燃焼室5内における燃料と空気のミキシングを良くすることができる。こおのため、実施の形態1に比べて、エンジン始動時における燃料と空気のミキシングを一層良くすることができる。
The other points are the same as in the first embodiment. Thus, according to the second embodiment, in the non-overlap period, fuel can be vaporized by boiling under reduced pressure to improve the mixing of fuel and air, while in the period after the
E エンジン、C コントロールユニット、1 シリンダヘッド、2 シリンダブロック、3 気筒、4 ピストン、5 燃焼室、6 コネクチングロッド、7 クランクシャフト、8 点火プラグ、9 燃料噴射弁、10 吸気ポート、11 排気ポート、12 吸気バルブ、13 排気バルブ、14 吸気バルブカム、15 吸気バルブタイミング可変機構、16 吸気バルブコントローラ、17 排気バルブカム、18 排気バルブタイミング可変機構、19 排気バルブコントローラ、20 吸気通路、21 スロットル弁、22 スロットルボディ、23 タンブルスワールコントロールバルブ、25 排気通路、30 カムシャフト、31 カムスプロケット部、32 リンク機構、33 VVTモータ、34 チェーンケース、41 エアフローセンサ、42 エンジン回転数センサ、43 クランク角センサ、44 スロットル開度センサ、45 エンジン水温センサ、46 スタータスイッチ。
E engine, C control unit, 1 cylinder head, 2 cylinder block, 3 cylinder, 4 piston, 5 combustion chamber, 6 connecting rod, 7 crankshaft, 8 spark plug, 9 fuel injection valve, 10 intake port, 11 exhaust port, 12 intake valve, 13 exhaust valve, 14 intake valve cam, 15 intake valve timing variable mechanism, 16 intake valve controller, 17 exhaust valve cam, 18 exhaust valve timing variable mechanism, 19 exhaust valve controller, 20 intake passage, 21 throttle valve, 22 throttle Body, 23 Tumble swirl control valve, 25 Exhaust passage, 30 Camshaft, 31 Cam sprocket, 32 Link mechanism, 33 VVT motor, 34 Chain case, 41
Claims (4)
上記燃料噴射制御手段は、上記第1回目のサイクルでは、排気バルブが閉弁してから吸気バルブが開弁を開始するまでの期間に燃料噴射を開始するよう上記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの燃焼制御装置。 The engine includes a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, and fuel injection control means for controlling fuel injection timing of the fuel injection valve,
In the first cycle, the fuel injection control means controls the fuel injection valve to start fuel injection in a period from when the exhaust valve is closed until the intake valve starts to open. The engine combustion control apparatus according to claim 1, wherein
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JP2011220682A (en) * | 2010-04-02 | 2011-11-04 | Mazda Motor Corp | Valve timing inspection apparatus for engine |
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JP2012225287A (en) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Controller of variable valve device and variable valve device of internal combustion engine |
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