JP2009293458A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】休止気筒の吸気弁を制御することで発生する吸気脈動を、稼動気筒に対して効果的に作用させる。
【解決手段】内燃機関の制御装置において、制御手段は、休止気筒の吸気弁を制御することで吸気脈動を発生させ、稼動気筒の吸気弁における所定のバルブタイミングで当該吸気脈動による圧力波が到達するように、休止気筒の吸気弁を開く制御を行う。例えば、制御手段は、休止気筒のピストンが下死点近傍に到達した際に吸気弁を開く制御を行うことで負圧波を発生させ、稼動気筒の吸気弁における開期間中のバルブタイミングで負圧波を到達させる。また、休止気筒のピストンが上死点近傍に到達した際に吸気弁を開く制御を行うことで正圧波を発生させ、稼動気筒の吸気弁における閉時期直前のバルブタイミングで正圧波を到達させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒内燃機関の各気筒に設けられた吸気弁及び排気弁の制御を行う技術分野に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１乃至３に提案されている。特許文献１及び２には、吸気脈動が生成されるように吸気弁の開閉時期を制御し、吸気慣性を利用して充填効率を高めることが提案されている。また、特許文献３には、吸気慣性効果及び脈動効果が効果的に得られるようなタイミングで、吸気弁及び排気弁の開閉を制御することが提案されている。

特開２００７−５６８３１号公報 特開２００４−３４６７５２号公報 特開２００４−１３７９８２号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至３には、燃焼が行われない気筒（以下、「休止気筒」と呼ぶ。）の吸気弁を適切に制御することで吸気脈動を発生させて、燃焼が行われる気筒（以下、「稼動気筒」と呼ぶ。）に対して当該吸気脈動を効果的に作用させることについては記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、休止気筒の吸気弁を制御することで発生する吸気脈動を、稼動気筒に対して効果的に作用させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、多気筒を有する内燃機関の制御装置は、休止気筒の吸気弁を制御することで吸気脈動を発生させ、前記吸気脈動による圧力波を稼動気筒の吸気弁における所定のバルブタイミングで到達させる制御手段を備える。

上記の内燃機関の制御装置は、多気筒を有する内燃機関に適用され、吸気弁や排気弁などに対する制御を行う。具体的には、制御手段は、休止気筒の吸気弁を制御することで吸気脈動を発生させ、稼動気筒の吸気弁における所定のバルブタイミングで当該吸気脈動による圧力波が到達するように、休止気筒の吸気弁を開く制御を行う。これにより、吸気脈動による圧力波を、稼動気筒に対して効果的に作用させることができる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記休止気筒のピストンが下死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁を開く制御を行うことによって、前記圧力波として負圧波を発生させ、前記稼動気筒の吸気弁における開期間中のバルブタイミングで前記負圧波を到達させる。

この態様によれば、負圧波を吸気通路を通して稼動気筒の吸気弁の開タイミングに引き込むことで、より多くの筒内未燃ガスを吸気ポートに引き込むことができる。よって、当該未燃ガスと新たに噴射される燃料との混合を促進させることができ、ＨＣの排出量（発生量）を効果的に低減することが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記休止気筒のピストンが上死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁を開く制御を行うことによって、前記圧力波として正圧波を発生させ、前記稼動気筒の吸気弁における閉時期直前のバルブタイミングで前記正圧波を到達させる。

この態様によれば、正圧波を吸気通路を通して稼動気筒の吸気弁の閉タイミングに押し込むことにより、吸気温が上昇することで、燃焼を安定させることができる。よって、よりリーンな燃焼を行わせることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両５０の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両５０は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、エンジン（内燃機関）６と、吸気弁７と、排気弁８と、電磁駆動機構（所謂、電磁カム）７ａ、８ａと、点火プラグ９と、排気通路１０と、排気浄化触媒１１と、クランク角センサ１３と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、を有する。エンジン６は、気筒６ａやピストン６ｃなどを備えて構成され、例えばガソリンエンジンなどに相当する。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、エンジン６は少なくとも２つ以上の気筒６ａを有する。

吸気通路３には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する吸気の流量を調整する。そして、スロットルバルブ４で流量が調整された吸気は、一旦サージタンク３ａに貯蔵された後に、吸気ポート３ｂを介してエンジン６の燃焼室６ｂに供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。

更に、エンジン６の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８とが設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。排気弁８は、開閉することによって、排気通路１０と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。吸気弁７及び排気弁８は、それぞれ電磁駆動機構７ａ、８ａによって開弁時期や閉弁時期やリフト量などが制御される。この場合、電磁駆動機構７ａ、８ａは、ＥＣＵ２０から供給される制御信号によって制御される。

燃焼室６ｂ内では、上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、点火プラグ９によって点火されることで燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、当該往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。クランク角センサ１３は、クランク軸の角度（クランク角）を検出し、検出したクランク角に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。更に、エンジン６には排気通路１０が接続されており、燃焼によって生じた排気ガスは排気通路１０から排出される。排気通路１０上には、排気ガスを浄化可能な排気浄化触媒１１が設けられている。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成され、車両５０内の各構成要素に対して制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、主に、電磁駆動機構７ａ、８ａに対して制御信号を供給することで、吸気弁７及び排気弁８の開閉を制御する。つまり、吸気弁７及び排気弁８のバルブタイミングを制御する。したがって、ＥＣＵ２０は、本発明における制御手段に相当する。

［制御方法］
次に、本実施形態における制御方法について説明する。本実施形態では、排気浄化触媒１１の暖機時において未燃炭化水素（ＨＣ）などの排出量を低減させるために排気弁８を早期に閉じる制御（以下、「早閉じ制御」と呼ぶ。）を行っている際において、休止気筒の吸気弁７を制御することで発生する吸気脈動を稼動気筒に対して効果的に作用させるための制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、休止気筒の吸気弁７を制御することで吸気脈動を発生させ、稼動気筒の吸気弁７における所定のバルブタイミングで当該吸気脈動による圧力波が到達するように、休止気筒の吸気弁７を開く制御を行う。

このような制御を行う理由は以下の通りである。前述したように、一般的に、排気浄化触媒１１の暖機完了までに未燃炭化水素（ＨＣ）などの排出量を低減する目的から、排気弁８の早閉じ制御などが行われている。このような排気弁８の早閉じ制御では、燃焼室６ｂ内に未燃ガスが残り、当該未燃ガスと新たに噴射される燃料との混合が十分に行われずに、ＨＣの排出量低減が制限されてしまう場合があった。これは、吸気通路３における内圧（吸気管圧）が大気圧に近いことに起因して、吸気弁７が開いた瞬間に吹き返す量が制限されてしまったためであると考えられる。

したがって、本実施形態では、このような課題を解決するために、暖機時において排気弁８の早閉じ制御を行っている際において、休止気筒の吸気弁７を制御することで吸気脈動を生成し、当該吸気脈動を稼動気筒に対して効果的に作用させる。具体的には、ＥＣＵ２０は、休止気筒の吸気弁７を制御することで吸気脈動を促進（強化）し、稼動気筒の吸気弁７における所定のバルブタイミングで当該吸気脈動による圧力波を到達させる。これにより、筒内の未燃ガスと新たに噴射される燃料との混合を促進させることができたり、吸気温が上昇することで燃焼が安定して、よりリーンな燃焼を行うことができる。よって、ＨＣの排出量などを効果的に低減することが可能となる。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係る制御方法について説明する。第１実施形態では、排気浄化触媒１１の暖機時において排気弁８の早閉じ制御を行っている際において、休止気筒のピストン６ｃが下死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁７を開く制御を行うことによって、前述した圧力波として負圧波を発生させる。つまり、ＥＣＵ２０は、休止気筒が概ね真空状態となっているタイミングで当該休止気筒の吸気弁７を開くことで、負圧波を発生させる。そして、第１実施形態では、このような負圧波を、稼動気筒の吸気弁７における開期間中のバルブタイミングで到達させる。より具体的には、稼動気筒の吸気弁７が開にされる瞬間に、負圧波を到達させる。これにより、負圧波を吸気通路３を通して稼動気筒の吸気弁７の開タイミングに引き込むことができ、排気弁８の早閉じ制御のみを行っている場合と比較して、より多くの筒内未燃ガスを吸気ポート３ｂに引き込むことが可能となる。

なお、排気浄化触媒１１の暖機時のエンジン回転数において負圧波が稼動気筒の吸気弁７の開タイミングに概ね同期するように、インテークマニホールドの長さが設定されている。そのため、上記したように、稼動気筒の吸気弁７が開にされる瞬間に負圧波が到達することとなる。

ここで、図２を参照して、第１実施形態に係る制御方法をより具体的に説明する。図２は、上から順に、稼動気筒のピストン位置、稼動気筒の吸気弁７及び排気弁８の挙動、休止気筒のピストン位置、休止気筒の吸気弁７の挙動を示しており、横軸にクランク角（ｄｅｇＣＡ）を示している。この場合、符号Ａ１１で示すように、排気弁８の早閉じ制御が行われている。つまり、稼動気筒のピストン６ｃが上死点（ＴＤＣ）に到達する前の所定のタイミングで、排気弁８が閉じられている。

符号Ａ１２で示すような休止気筒における吸気弁７の開期間では、当該休止気筒における燃焼室６ａ内のガスが抜けることとなる。つまり、休止気筒が概ね真空状態へ移行する。そして、符号Ａ１３で示す期間において、休止気筒の吸気弁７を開弁させることにより、負圧波が生成されることとなる。つまり、休止気筒のピストン６ｃが下死点（ＢＤＣ）近傍に到達した際に休止気筒の吸気弁７を開弁させることで、概ね真空状態にある休止気筒について吸気弁７を開くことになるため、負圧波が発生することとなる。このように発生した負圧波は、矢印Ｂ１で示すように、吸気通路３を通過して、稼動気筒の吸気弁７が開にされる瞬間に到着する。こうなるのは、前述したように、排気浄化触媒１１の暖機時のエンジン回転数において負圧波が稼動気筒の吸気弁７の開タイミングに概ね同期するように、インテークマニホールドの長さが設定されているからである。

以上説明した第１実施形態によれば、負圧波を吸気通路３を通して稼動気筒の吸気弁７の開タイミングに引き込むことで、排気弁８の早閉じ制御のみを行っている場合と比較して、より多くの筒内未燃ガスを吸気ポート３ｂに引き込むことができる。よって、当該未燃ガスと新たに噴射される燃料との混合を促進させることができ、ＨＣの排出量（発生量）を効果的に低減することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る制御方法について説明する。第２実施形態では、排気浄化触媒１１の暖機時において排気弁８の早閉じ制御を行っている際において、休止気筒のピストン６ｃが上死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁７を開く制御を行うことで正圧波を発生させる点で、第１実施形態と異なる。つまり、第２実施形態では、ＥＣＵ２０は、休止気筒においてガスが圧縮されているタイミングで当該休止気筒の吸気弁７を開くことで、前述した圧力波として正圧波を発生させる。そして、第２実施形態では、このような正圧波を、稼動気筒の吸気弁７における閉時期直前のバルブタイミングで到達させる。これにより、正圧波を吸気通路３を通して稼動気筒の吸気弁７の閉タイミングに押し込むことができ、吸気温が上昇するため、燃焼を安定させることが可能となる。

なお、暖機時のエンジン回転数において正圧波が稼動気筒の吸気弁７の閉タイミングに概ね同期するように、インテークマニホールドの長さが設定されている。そのため、上記したように、稼動気筒の吸気弁７における閉時期直前のバルブタイミングで正圧波が到達することとなる。

ここで、図３を参照して、第２実施形態に係る制御方法をより具体的に説明する。図３は、上から順に、稼動気筒のピストン位置、稼動気筒の吸気弁７及び排気弁８の挙動、休止気筒のピストン位置、休止気筒の吸気弁７の挙動を示しており、横軸にクランク角（ｄｅｇＣＡ）を示している。この場合、符号Ａ２１で示すように、排気弁８の早閉じ制御が行われている。つまり、稼動気筒のピストン６ｃが上死点（ＴＤＣ）に到達する前の所定のタイミングで、排気弁８が閉じられている。

符号Ａ２２で示すような休止気筒における吸気弁７の開期間では、当該休止気筒にガス（吸気）が導入されることとなる。そして、符号Ａ２３で示す期間において、休止気筒の吸気弁７を開弁させることにより、正圧波が生成されることとなる。つまり、休止気筒のピストン６ｃが上死点（ＴＤＣ）近傍に到達した際に休止気筒の吸気弁７を開弁させることで、圧縮状態にある休止気筒について吸気弁７を開くことになるため、正圧波が発生することとなる。このように発生した正圧波は、矢印Ｂ２で示すように、吸気通路３を通過して、稼動気筒の吸気弁７が閉となる前に到着することとなる。つまり、稼動気筒の吸気弁７が閉にされる直前に正圧波が到達することとなる。こうなるのは、前述したように、暖機時のエンジン回転数において正圧波が稼動気筒の吸気弁７の閉タイミングに概ね同期するように、インテークマニホールドの長さが設定されているからである。

以上説明した第２実施形態によれば、正圧波を吸気通路３を通して稼動気筒の吸気弁７の閉タイミングに押し込むことにより、吸気温が上昇することで、燃焼を安定させることができる。よって、よりリーンな燃焼を行わせることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。 第１実施形態に係る制御方法を説明するための図を示す。 第２実施形態に係る制御方法を説明するための図を示す。

符号の説明

３ 吸気通路
５ 燃料噴射弁
６ エンジン
６ａ 気筒
６ｂ 燃焼室
６ｃ ピストン
７ 吸気弁
７ａ、８ａ 電磁駆動機構
８ 排気弁
１０ 排気通路
１１ 排気浄化触媒
２０ ＥＣＵ
５０ 車両

Claims (3)

1. 多気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
   休止気筒の吸気弁を制御することで吸気脈動を発生させ、前記吸気脈動による圧力波を稼動気筒の吸気弁における所定のバルブタイミングで到達させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記休止気筒のピストンが下死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁を開く制御を行うことによって、前記圧力波として負圧波を発生させ、前記稼動気筒の吸気弁における開期間中のバルブタイミングで前記負圧波を到達させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記休止気筒のピストンが上死点近傍に到達した際に当該休止気筒の吸気弁を開く制御を行うことによって、前記圧力波として正圧波を発生させ、前記稼動気筒の吸気弁における閉時期直前のバルブタイミングで前記正圧波を到達させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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