JP2016205332A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】間欠運転において内燃機関の再始動時のエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】内燃機関の制御装置（２１）は、複数の気筒（１４）と、該複数の気筒各々に接続された吸気通路（１２）と、該吸気通路に設けられ、複数の気筒に夫々対応する複数の燃料噴射弁（１５）と、を有する内燃機関（１）の制御装置である。当該内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転と休止とを交互に繰り返えす間欠運転において、該内燃機関を始動させるときに、複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する補正手段（２１）を備える。該補正手段は、複数の気筒のうち吸気弁が閉弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量よりも、該複数の気筒のうち吸気弁が開弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなるように、複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、複数の気筒と、気筒毎に独立して吸気バルブを開閉駆動する動弁機構とを備える内燃機関において、内燃機関の運転が停止した場合に、全気筒の吸気バルブが開弁状態となるように動弁機構（例えば電磁駆動機構）を制御する装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、内燃機関の吸気弁の燃料付着部の温度を推定し、該推定された温度に基づいて燃料噴射量を制御する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８−０６３９５６号公報 特開２００６−３４８９１０号公報

ところで、内燃機関の停止と再始動とが繰り返し実施される間欠運転時には、内燃機関が停止している期間や開閉状態によって吸気バルブの温度にバラツキが生じる。このとき、何らの対策も採らなければ、エミッションが悪化するという技術的問題点がある。

特許文献１に記載の技術は、内燃機関の停止時に吸気バルブを開弁状態として、全気筒の吸気バルブの温度を均一に維持するものであるが、吸気バルブを個別に制御する動弁機構を有しない内燃機関には適用できないという技術的問題点がある。特許文献２に記載の技術では、間欠運転が考慮されていないという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、エミッションの悪化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課題とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するために、複数の気筒と、前記複数の気筒各々に接続された吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒に夫々対応する複数の燃料噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の運転と休止とを交互に繰り返えす間欠運転において、前記内燃機関を始動させるときに、前記複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する補正手段を備え、前記補正手段は、前記複数の気筒のうち吸気弁が閉弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量よりも、前記複数の気筒のうち吸気弁が開弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなるように、前記複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、当該制御装置は、複数の気筒と、該複数の気筒の各々に接続された吸気通路と、該吸気通路に設けられ、該複数の気筒に夫々対応する複数の燃料噴射弁と、を有する内燃機関を制御する。つまり、本発明に係る内燃機関は、ポート噴射式のフューエルシステムを有する内燃機関である。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる補正手段は、内燃機関の運転と休止とを交互に繰り返えす間欠運転において、該内燃機関を始動させるときに、複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する。具体的には例えば、補正手段は、燃料噴射弁から噴射された燃料のうち吸気弁（更には、排気弁）に付着する燃料である、燃料付着分（以降、適宜“ＷＥＴ”と称する）を考慮して、間欠運転の内燃機関の始動時には、燃料噴射量が増加するように該燃料噴射量を補正する。

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、上述のような燃料噴射量の補正では、例えば内燃機関の冷却水の水温や内燃機関の休止時間等に応じて、補正量が決定されることが多い。ところで、吸気弁の温度は、該吸気弁と接する外部雰囲気との熱伝達により変化する。具体的には例えば、吸気弁が閉弁している状態では、内燃機関のシリンダヘッドの弁座に該吸気弁が接しているので、該吸気弁の温度が低下しやすい。他方、吸気弁が開弁している状態では、該吸気弁が弁座に接していないので、該吸気弁の温度は低下しにくい。

吸気弁に付着した燃料は、該吸気弁の熱を受けて気化するので、吸気弁の温度が高いほど、付着した燃料が気化する割合が高くなる。このため、例えば冷却水の水温や内燃機関の休止時間に応じて燃料噴射量の補正量が一律に決定されると、例えば吸気弁が開弁している状態では、燃料が過剰に供給され、未燃燃料が排気側に吹きぬけてしまう可能性がある。つまり、吸気弁の温度のバラツキに起因してエミッションが悪化する可能性がある。

本発明では、補正手段により、複数の気筒のうち吸気弁が閉弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量よりも、該複数の気筒のうち吸気弁が開弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなるように、複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量が補正される。

このように構成すれば、閉弁状態の吸気弁に比べて高温な、開弁状態の吸気弁から気化する燃料量を抑制することができる。この結果、吸気弁が開弁している気筒への燃料供給量が過剰になることを抑制することができる。他方で、吸気弁が閉弁している気筒へは、ＷＥＴを考慮した適切な燃料量を供給することができる。従って、間欠運転時に内燃機関が再始動される際のエミッションの悪化を好適に抑制することができる。

尚、吸気弁の開閉状態の検出については、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る内燃機関の概要を示す概略構成図である。 付着燃料の様子を説明するための図である。 吸気バルブの状態を説明するための図である。 内燃機関の間欠運転時の吸気バルブ温度の変化の一例を示す図である。 燃料の特性の一例を示す図である。 実施形態に係るサブルーチンを示すフローチャートである。

本発明の内燃機関の制御装置に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。

先ず、実施形態に係る内燃機関の構成について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る内燃機関１は、例えばガソリンを燃料として使用するガソリンエンジンである。

内燃機関１は、複数の気筒１４が設けられた本体部１１と、該本体部１１に連結された吸気通路１２及び排気通路１３と、該吸気通路１２に設けられた複数の燃料噴射弁１５とを備えて構成されている。

尚、本実施形態では、本発明に係る内燃機関の一例として、４気筒の内燃機関を挙げたが、４気筒に限らず、例えば６気筒、８気筒、１２気筒等の各種内燃機関をであってよい。

吸気通路１２と気筒１４との接続部には、吸気バルブ１６（図３参照）が設けられている。同様に、排気通路１３と気筒１４との接続部には、排気バルブ１７（図３参照）が設けられている。

内燃機関１には、その制御装置として、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２１が備えられている。ＥＣＵ２１は、例えば燃料噴射弁１５等の種々の機器が接続されている。また、ＥＣＵ２１には、例えばクランク角センサ２２等の種々のセンサが接続されている。

本実施形態では特に、ＥＣＵ２１は、内燃機関１の運転と休止とを交互に繰り返す間欠運転を実施可能に構成されている。尚、間欠運転の方法については、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

ところで、燃料噴射弁１５から噴射された燃料の一部は、図２に示すように、吸気バルブ１６に付着する。吸気バルブ１６に付着した燃料は該吸気バルブ１６の熱を受けて気化する。つまり、吸気バルブ１６の温度によって、付着した燃料が気化する割合が変化する。間欠運転における内燃機関１の再始動時には、内燃機関１の運転時に比べて該内燃機関の温度が低下している（即ち、吸気バルブ１６の温度が低下している）ので、吸気バルブ１６に付着した燃料の気化割合を考慮して、燃料噴射量が増量補正されることが多い。

ここで、内燃機関１の休止中の吸気バルブ１６の温度は、該吸気バルブ１６と接する外部雰囲気との熱伝達により変化する。具体的には、吸気バルブ１６が閉弁している状態では、図３（ａ）において点線丸印で示すように、内燃機関１の本体部１１のシリンダヘッドの弁座に吸気バルブ１６が接しているので、該吸気バルブ１６の温度が低下しやすい。他方、吸気バルブ１６が開弁している状態では、図３（ｂ）に示すように、吸気バルブ１６が弁座に接していないので、該吸気バルブ１６の温度は低下しにくい。

より具体的には、図４に示すように、間欠運転の際に、吸気バルブ１６が開弁している状態で内燃機関１が休止している場合（図４における（ｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖｉ）参照）と、吸気バルブ１６が閉弁している状態で内燃機関１が休止している場合（図４における（ｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖ）参照）とでは、吸気バルブ１６の温度の低下に著しい差がある（図４下段のグラフにおける“バルブ傘部温度（間欠有り）”参照）。

尚、図４の上段は、エンジン回転数の時間変化の一例を示している。エンジン回転数が“０”である期間が、内燃機関１の休止期間に対応する。図４の下段は、吸気バルブ１６の温度の時間変化、及びエンジン水温の時間変化の一例を示している。図４の下段の「バルブ傘部温度（間欠無し）」は、内燃機関１の連続運転（つまり、間欠運転ではない）時の吸気バルブ１６の温度の時間変化の一例を示している。図４の下段の「エンジン水温（間欠無し）」は、内燃機関１の連続運転時のエンジン水温の時間変化の一例を示している。図４の下段の「エンジン水温（間欠有り）」は、内燃機関１の間欠運転時のエンジン水温の時間変化の一例を示している。

次に、吸気バルブ１６の温度と、該吸気バルブ１６に付着した燃料の気化割合との関係について、図５を参照して説明する。

図５のグラフにおいて、例えば吸気バルブ１６の温度が７０℃（吸気バルブ１６が閉弁している状態で内燃機関１が休止している場合に相当）である場合、蒸発率（即ち、燃料の気化割合）は、約２５％である。他方、吸気バルブ１６の温度が１１０度（吸気バルブ１６が開弁している状態で内燃機関１が休止している場合に相当）である場合、蒸発率は約７０％である。

従って、内燃機関１の再始動時に、例えばエンジン水温や内燃機関１の休止期間に応じて燃料噴射量の補正量が一律に決定されると、吸気バルブ１６の開閉状態に起因して空燃比にバラツキが生じ、エミッション排出量が増加する可能性がある。

そこで、本実施形態に係るＥＣＵ２１は、クランク角センサ２２の出力に基づいて、内燃機関１の再始動時の吸気バルブ１６の開閉状態を特定し、該特定された開閉状態に応じて燃料噴射量を補正する。具体的には、ＥＣＵ２１は、吸気バルブ１６が閉弁している気筒１４に対応する燃料噴射弁１５の燃料噴射量よりも、吸気バルブ１６が開弁している気筒１４に対応する燃料噴射弁１５の燃料噴射量が少なくなるように、燃料噴射量を補正する。

次に、以上のように構成された内燃機関１の主に間欠運転時に、ＥＣＵ２１が実行するサブルーチンについて、図６のフローチャートを参照して説明する。

図６において、先ず、ＥＣＵ２１は、エンジン水温を取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵ２１は、内燃機関１が運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。内燃機関１が運転中であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、一旦処理を終了する。

他方、内燃機関１が運転中でない（即ち、休止中である）と判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ２１は、これまでの内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料噴射弁１５から噴射される燃料量（基本噴射量）を算出する（ステップＳ１０３）。次に、ＥＣＵ２１は、内燃機関１の始動時に燃料噴射量の補正が必要であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

内燃機関１の始動時に燃料噴射量の補正が不要であると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２１は、後述するステップＳ１０９の処理を実施する。ここで、内燃機関１の始動時に燃料噴射量の補正が不要である場合には、例えばエンジン水温が十分に高い場合（具体的には、閉弁している吸気バルブ１６の温度が、付着燃料の半分以上が気化する１００℃以上であると推定される場合）、内燃機関１の休止期間が比較的長い場合（具体的には、開弁している吸気バルブ１６の温度が、例えば７０℃未満まで低下すると推定される場合）、全ての吸気バルブ１６が開弁状態である場合、全ての吸気バルブ１６が開弁した状態で内燃機関１を停止することができる可変リフト機構が該内燃機関１に設けられている場合、等が挙げられる。

内燃機関１の始動時に燃料噴射量の補正が必要であると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、上記ステップＳ１０３の処理において算出された基本噴射量の増量補正を行うことを決定する（ステップＳ１０５）。続いて、ＥＣＵ２１は、クランク角センサ２２の出力に基づいて、内燃機関１の停止クランク角を取得する（ステップＳ１０６）。

次に、ＥＣＵ２１は、取得された停止クランク角に基づいて、内燃機関１の始動時に最初に燃料を供給する気筒１４の吸気バルブ１６が開弁しているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。吸気バルブ１６が開弁していない（即ち、閉弁している）と判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、後述するステップＳ１０９の処理を実施する。尚、この場合の燃料噴射量は、基本噴射量に所定の燃料量が加算された量である。

吸気バルブ１６が開弁していると判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２１は、基本噴射量の増量補正量を低減する（ステップＳ１０８）。この場合の燃料噴射量は、基本噴射量に、上記所定の燃料量よりも少ない燃料量が加算された量である。この結果、吸気バルブ１６が開弁している気筒１４に対応する燃料噴射弁１５の燃料噴射量は、吸気バルブ１６が閉弁している気筒１４に対応する燃料噴射弁１５の燃料噴射量よりも少なくなる。

次に、ＥＣＵ２１は、例えば過渡補正やフィードバック（Ｆ／Ｂ）等の内燃機関１の始動に係る補正以外の所定の補正を実施して（ステップＳ１０９）、一旦処理を終了する。

上述したサブルーチンにより決定された燃料噴射量等は、内燃機関１に係る所定のメインルーチンに反映される。尚、該メインルーチンについては、公知の各種態様を適用可能である。

以上の結果、本実施形態によれば、開弁しており吸気バルブ１６の温度が低下しにくい気筒に対する燃料の過剰供給を抑制することができる。このため、間欠運転における内燃機関１の始動時の空燃比精度を向上することができ、エミッション排出量を低減することができる。

尚、本実施形態に係る「ＥＣＵ２１」は、本発明に係る「内燃機関の制御装置」及び「補正手段」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…内燃機関、１１…本体部、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…気筒、１５…燃料噴射弁、１６…吸気バルブ、１７…排気バルブ

Claims (1)

1. 複数の気筒と、前記複数の気筒各々に接続された吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒に夫々対応する複数の燃料噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転と休止とを交互に繰り返えす間欠運転において、前記内燃機関を始動させるときに、前記複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する補正手段を備え、
   前記補正手段は、前記複数の気筒のうち吸気弁が閉弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量よりも、前記複数の気筒のうち吸気弁が開弁している気筒に対応する燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなるように、前記複数の燃料噴射弁各々の燃料噴射量を補正する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。