JP2011196200A

JP2011196200A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2011196200A
Application number: JP2010061549A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Sato; 文彦佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）の制御装置（７０）は、少なくとも２以上の気筒（１１）への燃料供給を中断させかつ吸気弁（１４）および排気弁（１５）を閉弁状態にさせる燃料カット閉弁制御処理を行った後に、気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上の場合には、燃料カット閉弁制御処理において閉弁状態にされた吸気弁および排気弁のうち少なくとも一方を開弁状態にさせる開弁制御処理を行う制御手段（７１）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃費を向上させるために、気筒への燃料供給を中断する燃料カット制御処理を行う内燃機関の制御装置が知られている。しかしながら、燃料供給を中断した場合、排気ガス中の酸素濃度が上昇することから、排気浄化触媒に酸化物が付着する等の問題が生じるおそれがある。そこで、燃料供給中断時に、気筒の吸気弁および排気弁を閉弁状態にさせる制御を行う内燃機関の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置によれば、燃料供給中断によって生じる排気ガス中の酸素濃度上昇に伴う排気浄化触媒の性能劣化を抑制することができる。

特開２００１−１８２５７０号公報

しかしながら、内燃機関が複数の気筒を有する場合、仮に燃料供給を中断するときに閉弁タイミングまたは閉弁タイミング時の吸気管内圧力に気筒間バラツキが生じた場合には、各気筒間で、気筒内空気量にバラツキが生じるおそれがある。その結果、トルク変動が生じるおそれがある。

本発明は、気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも２以上の気筒への燃料供給を中断させかつ吸気弁および排気弁を閉弁状態にさせる燃料カット閉弁制御処理を行った後に、気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上の場合には、前記燃料カット閉弁制御処理において前記閉弁状態にされた前記吸気弁および前記排気弁のうち少なくとも一方を開弁状態にさせる開弁制御処理を行う制御手段を備えている。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、開弁制御処理において各気筒の吸気弁および排気弁の少なくとも一方が開弁状態になることによって、気筒内空気量の気筒間バラツキが減少する。その結果、気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる。

上記構成において前記制御手段は、各々の前記気筒内の圧力を検出する気筒内圧力検出手段の出力に基づいて、前記気筒内空気量の気筒間バラツキを取得してもよい。

本発明によれば、気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

図１は、実施例１に係るＥＣＵが用いられる内燃機関システムの構成を示す模式図である。図２は、ＥＣＵが燃料カット閉弁制御処理後に行う処理のフローチャートの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ７０）について説明する。図１は、実施例１に係るＥＣＵ７０が用いられる内燃機関システム１００の構成を示す模式図である。内燃機関システム１００は、内燃機関１０、燃料噴射弁２０、吸気通路３０、排気通路３５、スロットル４０、排気浄化触媒５０、各種センサ（圧力センサ６０、クランクポジションセンサ６１、スロットルポジションセンサ６２、アクセルポジションセンサ６３）およびＥＣＵ７０を備えている。

内燃機関１０は、複数の気筒１１を備えている。各気筒１１の吸気ポートには、吸気通路３０が接続されている。本実施例において、吸気通路３０は、下流側が分岐して各気筒１１の吸気ポートに接続している。吸気通路３０の下流側の分岐部分には、燃料噴射弁２０が配置されている。燃料噴射弁２０は、ＥＣＵ７０によって制御されて燃料を噴射する。それにより、各気筒１１に燃料が供給される。各気筒１１の排気ポートには、排気通路３５が接続されている。本実施例において、排気通路３５は、上流側が分岐して各気筒１１の排気ポートに接続している。

吸気通路３０の上流側部分にはＥＣＵ７０によって制御されるスロットル４０が配置されている。スロットル４０の近傍には、スロットルポジションセンサ６２が配置されている。スロットルポジションセンサ６２の出力は、ＥＣＵ７０に伝えられる。ＥＣＵ７０は、スロットルポジションセンサ６２の出力に基づいて、スロットル開度を取得する。また、アクセル２００の開度を検出するためのアクセルポジションセンサ６３の出力もＥＣＵ７０に伝えられる。ＥＣＵ７０は、スロットルポジションセンサ６２およびアクセルポジションセンサ６３の出力に基づいて、スロットル４０を制御する。

排気通路３５の下流側部分には、排気浄化触媒５０が配置されている。排気浄化触媒５０は、排気浄化機能を有するものであれば特に限定されない。排気浄化触媒５０として、例えば三元触媒等を用いることができる。

気筒１１には、ピストン１２およびコンロッド１３が配置されている。ピストン１２は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１６に接続されている。クランクシャフト１６の近傍には、クランクポジションセンサ６１が配置されている。クランクポジションセンサ６１の出力は、ＥＣＵ７０に伝えられる。ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ６１の出力に基づいて、クランク角および内燃機関１０の回転数を取得する。

また、気筒１１には、気筒１１内の圧力を検出するための圧力センサ６０が配置されている。すなわち、圧力センサ６０は、気筒内圧力検出手段としての機能を有している。圧力センサ６０の出力は、ＥＣＵ７０に伝えられる。

また、気筒１１には、吸気弁１４および排気弁１５が配置されている。吸気弁１４および排気弁１５は、それぞれ吸気ポートおよび排気ポートを開閉するための弁である。吸気弁１４および排気弁１５のバルブ可変量（バルブタイミング、リフト量、作用角等）は、それぞれ可変バルブ機構１７によって、変更される。

可変バルブ機構１７は、ＥＣＵ７０によって制御されて、吸気弁１４および排気弁１５のバルブ可変量を変更するための機構である。本実施例においては、可変バルブ機構１７として、ＥＣＵ７０に制御されることによって、吸気弁１４および排気弁１５を開弁状態（吸気ポートおよび排気ポートが開の状態）にできるとともに、吸気弁１４および排気弁１５を閉弁状態（吸気ポートおよび排気ポートが閉の状態）にできる機構が用いられる。

このような機構を有するものであれば、可変バルブ機構１７は特に限定されない。可変バルブ機構１７として、例えば、ソレノイドの電磁力によって吸気弁１４および排気弁１５を直接駆動する電磁駆動装置、吸気弁１４および排気弁１５に接続されたカムの位相を切替える位相切替え式の可変バルブタイミング機構、吸気弁１４および排気弁１５に接続されたカムのカムプロフィールを切替えるカム切替え式の可変バルブタイミング機構等が、用いられる。

ＥＣＵ７０は、演算部としてのＣＰＵ７１と、記憶部としてのＲＯＭ７２およびＲＡＭ７３と、を有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ７０は、ＲＯＭ７２に記憶されているプログラムに基づいてＲＡＭ７３を一時記憶メモリとして使用しながらＣＰＵ７１が動作することによって、以下に説明する制御処理、算出処理、判定処理等を行う。すなわち、ＣＰＵ７１は、制御処理を行う制御手段、算出処理を行う算出手段、判定処理を行う判定手段としての機能を有している。

まず、ＥＣＵ７０は、所定の開始条件が満たされた場合に、燃料カット閉弁制御処理を行う。燃料カット閉弁制御処理は、ＥＣＵ７０が、気筒１１への燃料供給が中断するように燃料噴射弁２０を制御するとともに、吸気弁１４および排気弁１５が閉弁状態になるように可変バルブ機構１７を制御する制御処理である。燃料供給が中断されることによって、燃費を向上させることができる。また吸気弁１４および排気弁１５が閉弁状態になることによって、排気浄化触媒５０への排気ガスの流入が停止される。それにより、燃料供給の中断で生じる排気ガス中の酸素濃度上昇によって排気浄化触媒に酸化物が付着することを、抑制することができる。すなわち、燃料供給の中断によって生じる排気浄化触媒５０の性能劣化を抑制することができる。

なお、本実施例において、ＥＣＵ７０は、全ての気筒１１について燃料カット閉弁制御処理を行うが、これに限られない。ＥＣＵ７０は、複数の気筒１１のうち少なくとも２以上の気筒１１について燃料カット閉弁制御処理を行えばよい。

燃料カット閉弁制御処理の開始条件は、特に限定されない。この開始条件として、例えば、内燃機関１０または内燃機関１０が搭載された車両の状態が省燃費運転に適した状態であるという条件等が用いられる。内燃機関１０の状態が省燃費運転に適した状態であるという条件の例として、内燃機関１０のトルクが負トルクであるという条件が挙げられる。車両の状態が省燃費運転に適した状態であるという条件の例として、内燃機関システム１００がハイブリッド車両に搭載されている場合において、車両がＥＶ走行モードであるという条件が挙げられる。

図２は、ＥＣＵ７０が燃料カット閉弁制御処理後に行う処理のフローチャートの一例を示す図である。図２を参照しつつ、ＥＣＵ７０の燃料カット閉弁制御処理後に行う処理について説明する。まず、ＥＣＵ７０は、吸気弁１４および排気弁１５が閉弁状態になったときの各気筒１１内に存在する空気量（以下、閉弁時気筒内空気量と称する）を算出する第１空気量算出処理を行う（ステップＳ１０）。

閉弁時気筒内空気量の算出手法は、特に限定されない。本実施例において、ＥＣＵ７０は、一例として、スロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角に基づいて、閉弁時気筒内空気量を算出する。例えば、ＥＣＵ７０は、スロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角と、閉弁時気筒内空気量と、の関係を示すマップを記憶しておく。そして、ＥＣＵ７０は、スロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角に基づいて、マップを参照することによって、閉弁時気筒内空気量を算出する。

次いで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０で得られた閉弁時気筒内空気量に基づいて、閉弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上であるか否かを判定する判定処理を行う（ステップＳ２０）。なお、ＥＣＵ７０は、閉弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上であると判定されるまで、ステップＳ２０を繰り返し行う。

ステップＳ２０において閉弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上であると判定された場合、ＥＣＵ７０は、内燃機関１０が定常状態であるか否かの判定を行う判定処理を行う（ステップＳ３０）。本実施例においては、ＥＣＵ７０は、アクセル開度の変化量が基準値以下であり、かつ内燃機関１０の回転数が基準値以下である場合に、内燃機関１０が定常状態であると判定する。但し、内燃機関１０が定常状態であるか否かを判定できる条件であれば、これに限られない。ＥＣＵ７０は、例えば内燃機関１０の負荷等に基づいて内燃機関１０が定常状態であるか否かを判定してもよい。なお、ＥＣＵ７０は、内燃機関１０が定常状態であると判定されるまで、ステップＳ３０を繰り返し行う。

ステップＳ３０において内燃機関１０が定常状態であると判定された場合、ＥＣＵ７０は、開弁制御処理を行う（ステップＳ４０）。開弁制御処理は、ＥＣＵ７０が、各気筒１１の吸気弁１４および排気弁１５の少なくとも一方が開弁状態になるように可変バルブ機構１７を制御する制御処理である。本実施例において、ＥＣＵ７０は、各気筒１１の吸気弁１４および排気弁１５の両方が開弁状態になるように可変バルブ機構１７を制御する。但し、これに限られず、ＥＣＵ７０は、各気筒１１の吸気弁１４および排気弁１５のいずれか一方が開弁状態になるように可変バルブ機構１７を制御してもよい。

次いで、ＥＣＵ７０は、開弁制御処理後における各気筒１１内に存在する空気量（以下、開弁時気筒内空気量と称する）を算出する第２空気量算出処理を行う（ステップＳ５０）。開弁時気筒内空気量の算出手法は、特に限定されない。本実施例において、ＥＣＵ７０は、一例としてスロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角に基づいて、開弁時気筒内空気量を算出する。

例えば、ＥＣＵ７０は、スロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角と、開弁時気筒内空気量と、の関係を示すマップ等を記憶しておく。そして、ＥＣＵ７０は、スロットル開度、内燃機関１０の回転数およびクランク角に基づいて、マップを参照することによって、開弁時気筒内空気量を算出する。

次いで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ５０で得られた開弁時気筒内空気量に基づいて、開弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値より小さいか否かを判定する判定処理を行う（ステップＳ６０）。基準値としては、例えばステップＳ２０の基準値と同じ値を用いることができる。なお、ＥＣＵ７０は、開弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値より小さいと判定されるまで、ステップＳ６０を繰り返し行う。

ステップＳ６０において開弁時気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値より小さいと判定された場合、ＥＣＵ７０は、閉弁制御処理を行う（ステップＳ７０）。閉弁制御処理は、ＥＣＵ７０が、開弁制御処理において開弁状態にされた吸気弁１４および排気弁１５が閉弁状態になるように可変バルブ機構１７を制御する制御処理である。次いで、ＥＣＵ７０は、フローチャートの実行を終了する。

本実施例に係るＥＣＵ７０によれば、開弁制御処理において各気筒１１の吸気弁１４および排気弁１５の少なくとも一方が開弁状態になることによって、気筒１１内に空気が流入する。それにより、気筒内空気量の気筒間バラツキが減少する。その結果、気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる。

（変形例１）
変形例１に係るＥＣＵ７０は、図２のステップＳ１０において、圧力センサ６０の出力に基づいて、閉弁時気筒内空気量を算出する。また、ＥＣＵ７０は、図２のステップＳ５０において、圧力センサ６０の出力に基づいて、開弁時気筒内空気量を算出する。すなわち、本変形例において、ＥＣＵ７０は、気筒内圧力検出手段（圧力センサ６０）の出力に基づいて、気筒内空気量の気筒間バラツキを検出する。その他の構成は、実施例１と同様のため、説明を省略する。

圧力センサ６０の出力に基づいて閉弁時気筒内空気量を算出する手法は、特に限定されない。例えば、ＥＣＵ７０は、気筒１１内の圧力と閉弁時気筒内空気量との関係を示すマップを記憶しておく。そして、ＥＣＵ７０は、圧力センサ６０の出力に基づいて取得した気筒１１内の圧力に基づいて、このマップを参照することによって、閉弁時気筒内空気量を算出する。

また、圧力センサ６０の出力に基づいて開弁時気筒内空気量を算出する手法は、特に限定されない。例えば、ＥＣＵ７０は、気筒１１内の圧力と開弁時気筒内空気量との関係を示すマップを記憶しておく。そして、ＥＣＵ７０は、圧力センサ６０の出力に基づいて取得した気筒１１内の圧力に基づいて、このマップを参照することによって、開弁時気筒内空気量を算出する。

本変形例に係るＥＣＵ７０においても、開弁制御処理において各気筒１１の吸気弁１４および排気弁１５の少なくとも一方が開弁状態になることによって、気筒内空気量の気筒間バラツキが減少する。その結果、気筒内空気量の気筒間バラツキに伴うトルク変動を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０内燃機関
１１気筒
１４吸気弁
１５排気弁
１７可変バルブ機構
２０燃料噴射弁
３０吸気通路
３５排気通路
４０スロットル
５０排気浄化触媒
６０圧力センサ
７０ＥＣＵ
７１ＣＰＵ
１００内燃機関システム

Claims

少なくとも２以上の気筒への燃料供給を中断させかつ吸気弁および排気弁を閉弁状態にさせる燃料カット閉弁制御処理を行った後に、気筒内空気量の気筒間バラツキが基準値以上の場合には、前記燃料カット閉弁制御処理において前記閉弁状態にされた前記吸気弁および前記排気弁のうち少なくとも一方を開弁状態にさせる開弁制御処理を行う制御手段を備える内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、各々の前記気筒内の圧力を検出する気筒内圧力検出手段の出力に基づいて、前記気筒内空気量の気筒間バラツキを取得する請求項１記載の内燃機関の制御装置。