JP2017125486A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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崇博 塚越
Takahiro Tsukakoshi
崇博 塚越
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the deterioration of exhaust emission by improving an exhaust emission control rate and suppressing a combustion variation between cylinders at a cold start of an internal combustion engine.SOLUTION: An in-line four-cylinder internal combustion engine comprises a dynamic valve mechanism which selectively performs a both-valve operation motion for operating both a first exhaust valve and a second exhaust valve, and a single-valve stop motion for operating the second exhaust valve by stopping the first exhaust valve, and performs the single-valve stop motion at a cold start of the internal combustion engine. Second exhaust ports communicating with first and fourth cylinders are formed larger in curvature radii of trajectories than those of first exhaust ports. The first and second exhaust ports sequentially communicate with the first and second cylinders along a direction progressing toward the first cylinder from the fourth cylinder, and the first and second exhaust ports sequentially communicate with the third and fourth cylinders along a direction progressing toward the fourth cylinder from the first cylinder.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

例えば特許文献1には、エンジンブロックの各気筒に連通する第1,第2排気ポートと、第1,第2排気ポートをそれぞれ開閉する第1,第2排気バルブとを備えた内燃機関が開示されている。始動直後のような低温時であって排気通路の下流に設けた触媒コンバータが活性化していないときは、排気ポートを早期に昇温させて排気ガス中のHCの酸化反応を促進することが必要となる。特許文献1の内燃機関では、第1,第2排気バルブのうち、第1排気バルブを休止させて第2排気バルブだけを稼動させることが行なわれる。この際、特許文献1の内燃機関では、休止しない2個の第2排気バルブに連なる2個の第2排気ポートを気筒配列方向に隣接させることが行なわれる。これにより、第2排気ポートの昇温が促進されるので、排気ガスに含まれるHCを効果的に酸化反応させることができる。   For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that includes first and second exhaust ports communicating with each cylinder of an engine block and first and second exhaust valves that open and close the first and second exhaust ports, respectively. Has been. When the catalytic converter provided downstream of the exhaust passage is not activated at a low temperature immediately after starting, it is necessary to raise the temperature of the exhaust port early to promote the oxidation reaction of HC in the exhaust gas. It becomes. In the internal combustion engine of Patent Document 1, among the first and second exhaust valves, the first exhaust valve is deactivated and only the second exhaust valve is operated. At this time, in the internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, two second exhaust ports connected to two second exhaust valves that do not stop are adjacent to each other in the cylinder arrangement direction. As a result, the temperature rise of the second exhaust port is promoted, so that the HC contained in the exhaust gas can be effectively oxidized.

特開2007−162605号公報JP 2007-162605 A 特開平07−091237号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-091237

各気筒に第1排気ポートと第2排気ポートが個別に連通する内燃機関では、排気ポートの軌道の曲率が第1排気ポートと第2排気ポートとで異なる場合がある。排気ポートを通過する排気の乱流エネルギーは排気ポートの軌道の曲率によって変化する。このため、乱流エネルギーの大小を考慮していない上記特許文献1の内燃機関では、排気ポートを昇温させる点において改善の余地が残されている。   In an internal combustion engine in which the first exhaust port and the second exhaust port communicate with each cylinder individually, the curvature of the track of the exhaust port may differ between the first exhaust port and the second exhaust port. The turbulent energy of the exhaust passing through the exhaust port varies with the curvature of the exhaust port trajectory. For this reason, in the internal combustion engine of Patent Document 1 in which the magnitude of the turbulent energy is not taken into consideration, there remains room for improvement in terms of raising the temperature of the exhaust port.

また、各気筒の排気ポートの周囲一帯を冷却するための冷却水路がシリンダヘッド内に形成された内燃機関が知られている。このような内燃機関に上記特許文献1の技術を適用すると、第2排気ポートの周囲の冷却水の昇温が部分的に促進されるため、冷却水路内での水温分布が不均一になってしまう。この場合、気筒毎に冷却度合に差が生じて気筒間の燃焼変動が生じるおそれがある。   There is also known an internal combustion engine in which a cooling water passage for cooling a whole area around an exhaust port of each cylinder is formed in a cylinder head. When the technique of Patent Document 1 is applied to such an internal combustion engine, the temperature rise of the cooling water around the second exhaust port is partially promoted, so that the water temperature distribution in the cooling water passage becomes uneven. End up. In this case, a difference in the degree of cooling occurs for each cylinder, and there is a risk that combustion fluctuations between the cylinders may occur.

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることにより排気エミッションの悪化を抑制す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。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses deterioration of exhaust emission by improving the exhaust purification rate and suppressing combustion fluctuation between cylinders at the time of cold start of the internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can be used.

本発明は、上記の目的を達成するため、第1気筒、第2気筒、第3気筒及び第4気筒の順に、4つの気筒が直列に配置された内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記4つの気筒のそれぞれに個別に連通した第1排気ポート及び第2排気ポートと、
前記第1排気ポートに配置された第1排気バルブと、
前記第2排気ポートに配置された第2排気バルブと、
前記第1排気バルブ及び前記第2排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、前記第1排気バルブを閉弁状態で停止して前記第2排気バルブを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行する動弁機構と、
前記シリンダヘッドの内部を気筒配列方向に延在し、前記4つの気筒の前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートの周囲に冷却水を流通させるための冷却水路と、
前記動弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記第1気筒及び前記第2気筒には、前記第4気筒から前記第1気筒へと向かう方向に沿って前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第3気筒及び前記第4気筒には、前記第1気筒から前記第4気筒へと向かう方向に沿って前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第1気筒及び前記第4気筒に連通する前記第2排気ポートのそれぞれは、前記第1
気筒及び前記第4気筒に連通する前記第1排気ポートのそれぞれよりも軌道の曲率が大きく形成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、前記内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、前記動弁機構を制御することによって前記片弁停止動作を実行するように構成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a control device for an internal combustion engine in which four cylinders are arranged in series in the order of a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder.
A first exhaust port and a second exhaust port formed in a cylinder head of the internal combustion engine and individually communicating with each of the four cylinders;
A first exhaust valve disposed in the first exhaust port;
A second exhaust valve disposed in the second exhaust port;
A both-valve operation for operating both the first exhaust valve and the second exhaust valve; and a one-valve stop operation for operating the second exhaust valve by stopping the first exhaust valve in a closed state; A valve mechanism that performs alternatively,
A cooling water passage extending in the cylinder arrangement direction inside the cylinder head, and for circulating cooling water around the first exhaust port and the second exhaust port of the four cylinders;
A control device for controlling the valve mechanism,
The first exhaust port and the second exhaust port communicate with the first cylinder and the second cylinder in this order along the direction from the fourth cylinder to the first cylinder, respectively.
The first exhaust port and the second exhaust port communicate with the third cylinder and the fourth cylinder in this order along the direction from the first cylinder to the fourth cylinder,
Each of the second exhaust ports communicating with the first cylinder and the fourth cylinder has the first cylinder
A curvature of the orbit is formed larger than each of the first exhaust port communicating with the cylinder and the fourth cylinder;
When the water temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined temperature and the engine rotation speed of the internal combustion engine is higher than a predetermined rotation speed, the control device controls the valve mechanism to stop the one-valve stop. It is characterized by being configured to perform an operation.

本発明によれば、内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、片弁停止動作によって排気が第2排気ポートに集中して流れるように構成される。この際、第1気筒及び第4気筒は、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気が集中して流れるため、排気の乱流エネルギーを効果的に高めて排気浄化率を向上させることができる。また、第2気筒及び第3気筒は、それぞれに隣接する第1気筒及び第4気筒において停止される第1排気ポートに隣接する側に第2排気ポートが配置されるので、冷却水路内の温度分布の不均一を抑制することができる。これにより、内燃機関の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。   According to the present invention, when the water temperature of the internal combustion engine is lower than the predetermined temperature and the engine rotation speed of the internal combustion engine is higher than the predetermined rotation speed, the exhaust is concentrated on the second exhaust port by the one-valve stop operation. Configured to flow. At this time, in the first cylinder and the fourth cylinder, the exhaust gas concentrates on the exhaust port having a large orbital curvature, so that the turbulent energy of the exhaust gas can be effectively increased to improve the exhaust gas purification rate. In addition, since the second cylinder and the third cylinder are provided with the second exhaust port on the side adjacent to the first exhaust port stopped in the first cylinder and the fourth cylinder adjacent to each other, the temperature in the cooling water channel Distribution nonuniformity can be suppressed. Thereby, at the time of cold start of the internal combustion engine, it is possible to improve the exhaust gas purification rate and suppress the combustion fluctuation between the cylinders, so it is possible to suppress the deterioration of the exhaust emission.

本発明の実施の形態1のシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the system of Embodiment 1 of this invention. 各気筒に連通する排気ポートの配置の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of arrangement | positioning of the exhaust port connected to each cylinder. 吸気ポートに噴射された燃料の挙動を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the behavior of the fuel injected into the intake port. 燃料の蒸留特性を示す図である。It is a figure which shows the distillation characteristic of a fuel. 空燃比に対する触媒の浄化率を示す図である。It is a figure which shows the purification rate of the catalyst with respect to an air fuel ratio. 各気筒に連通する排気ポートの配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the exhaust port connected to each cylinder. 乱流エネルギーが増加することによる効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect by turbulent flow energy increasing. 排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the magnitude | size of the turbulent energy in an exhaust port. 排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the magnitude | size of the turbulent energy in an exhaust port. 点火時期に対する排気ガス温度特性を図9中のCパターンとDパターンとで比較した図である。FIG. 10 is a diagram comparing the exhaust gas temperature characteristics with respect to the ignition timing between the C pattern and the D pattern in FIG. 9. 点火時期に対するHC排出特性を図9中のCパターンとDパターンとで比較した図である。FIG. 10 is a diagram comparing the HC emission characteristics with respect to the ignition timing between the C pattern and the D pattern in FIG. 9. 実施の形態1のシステムにおける排気ポートの配置の選定例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of selection of exhaust port arrangement in the system according to the first embodiment. 実施の形態1のシステムにおける排気ポートの配置の他の選定例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of the exhaust port in the system of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。4 is a flowchart of a routine executed by the system according to the first embodiment. 図14に示すルーチンの実行時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the various state quantities at the time of execution of the routine shown in FIG.

実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1について図を参照して説明する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステムの構成を示す図である。この図に示すように、実施の形態1のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10は、第1気筒、第2気筒、第3気筒及び第4気筒の順に、4つの気筒が直列に配置された4ストロークのガソリンエンジンとして構成されている。内燃機関は、各気筒の燃焼室内(筒内)に吸入空気を吸込む吸気通路と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路とを備えている。排気通路の途中には排気ガスを浄化するための触媒が配置されている。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in this figure, the system according to the first embodiment includes an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is configured as a 4-stroke gasoline engine in which four cylinders are arranged in series in the order of a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder. The internal combustion engine includes an intake passage that sucks intake air into a combustion chamber (cylinder) of each cylinder and an exhaust passage from which exhaust gas is discharged from each cylinder. A catalyst for purifying exhaust gas is disposed in the middle of the exhaust passage.

内燃機関10の本体はシリンダヘッド12とシリンダブロック14とで構成されている。シリンダヘッド12には、吸入空気を各気筒の筒内へ個別に流入させる第1,第2吸気ポートと、各気筒の筒内の排気ガスを個別に排出する第1,第2排気ポートが連通している。各気筒の第1,第2排気ポートは、シリンダヘッド12の内部でそれぞれ1つに集合し、この集合した排気ポートがシリンダヘッド12の側面に開口している。つまり、第1,第2排気ポートは、各気筒の気筒端から集合部まで延びる分岐ポートとして構成されている。なお、以下の説明及び図面では、第1,第2排気ポートをそれぞれEx1,Ex2と記すことがある。また、内燃機関10の各気筒には、筒内の混合気に点火する点火プラグと、第1,第2吸気ポートを個別に開閉する第1,第2吸気バルブと、第1,第2排気ポートを個別に開閉する第1,第2排気バルブが設けられている。また、内燃機関には、第1排気バルブ及び第2排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、第1排気バルブを閉弁状態で停止して第2排気バルブのみを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行するための公知の動弁機構16を備えている。   The main body of the internal combustion engine 10 includes a cylinder head 12 and a cylinder block 14. The cylinder head 12 communicates with first and second intake ports that allow intake air to individually flow into the cylinders of the cylinders and first and second exhaust ports that individually discharge exhaust gases within the cylinders of the cylinders. doing. The first and second exhaust ports of each cylinder gather together in the cylinder head 12, and the gathered exhaust ports open to the side surface of the cylinder head 12. That is, the first and second exhaust ports are configured as branch ports extending from the cylinder end of each cylinder to the collecting portion. In the following description and drawings, the first and second exhaust ports may be referred to as Ex1 and Ex2, respectively. Each cylinder of the internal combustion engine 10 includes an ignition plug that ignites the air-fuel mixture in the cylinder, first and second intake valves that individually open and close the first and second intake ports, and first and second exhausts. First and second exhaust valves that individually open and close the ports are provided. In addition, the internal combustion engine includes a both-valve operation for operating both the first exhaust valve and the second exhaust valve, and a one-valve stop for operating only the second exhaust valve by stopping the first exhaust valve in a closed state. A known valve mechanism 16 is provided for alternatively performing the operation.

また、実施の形態1のシステムは、内燃機関10の本体内に冷却水を流通させるための冷却水循環システム20を備えている。冷却水循環システム20は、シリンダブロック14の内部に形成された冷却水路22と、シリンダヘッド12の内部に形成された冷却水路24とを含む。冷却水路24は、排気ポート近傍から吸気ポート近傍にかけて、4つの気筒の上方を一帯に覆うように設けられている。なお、冷却水路24は、シリンダヘッド12の内部を気筒配列方向に延在して各気筒の第1排気ポート及び第2排気ポートの周囲に冷却水を流通させるように構成されていれば、その流路形状に限定はない。冷却水路22と冷却水路24とは、シリンダヘッド12とシリンダブロック14との合わせ面に形成された開口を介して接続されている。シリンダブロック14には冷却水路22に連通する冷却水入口が形成され、シリンダヘッド12に冷却水路24に連通する冷却水出口が形成されている。シリンダブロック14の冷却水入口は冷却水導入管26によってラジエータ28の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド12の冷却水出口は冷却水排出管30によってラジエータ28の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管26と冷却水排出管30とは、ラジエータ28をバイパスするバイパス管32によって接続されている。バイパス管32が冷却水導入管26に合流する合流部には、サーモスタット34が設けられている。冷却水導入管26には、冷却水を循環させるためのポンプであって駆動Dutyを可変させることによって流量を調整可能な電動のウォーターポンプ(以下、電動W/P)36が設けられている。   Further, the system of the first embodiment includes a cooling water circulation system 20 for circulating cooling water through the main body of the internal combustion engine 10. The cooling water circulation system 20 includes a cooling water passage 22 formed inside the cylinder block 14 and a cooling water passage 24 formed inside the cylinder head 12. The cooling water passage 24 is provided so as to cover the upper part of the four cylinders from the vicinity of the exhaust port to the vicinity of the intake port. If the cooling water passage 24 is configured to extend in the cylinder arrangement direction in the cylinder head 12 and distribute the cooling water around the first exhaust port and the second exhaust port of each cylinder, There is no limitation on the shape of the flow path. The cooling water passage 22 and the cooling water passage 24 are connected via an opening formed in the mating surface of the cylinder head 12 and the cylinder block 14. A cooling water inlet communicating with the cooling water passage 22 is formed in the cylinder block 14, and a cooling water outlet communicating with the cooling water passage 24 is formed in the cylinder head 12. A cooling water inlet of the cylinder block 14 is connected to a cooling water outlet of the radiator 28 by a cooling water introduction pipe 26, and a cooling water outlet of the cylinder head 12 is connected to a cooling water inlet of the radiator 28 by a cooling water discharge pipe 30. The cooling water introduction pipe 26 and the cooling water discharge pipe 30 are connected by a bypass pipe 32 that bypasses the radiator 28. A thermostat 34 is provided at the junction where the bypass pipe 32 joins the cooling water introduction pipe 26. The cooling water introduction pipe 26 is provided with an electric water pump (hereinafter referred to as electric W / P) 36 that is a pump for circulating the cooling water and can adjust the flow rate by changing the drive duty.

電動W/P36が駆動されると、冷却水入口から冷却水路22,24へと冷却水が導入されて冷却水出口から排出される。この際、サーモスタット34は、冷却水温が所定の温度(例えば80℃)に達していないときに閉弁され、冷却水温が所定の温度に達したときに開弁される。サーモスタット34の閉弁されると、図中に実線で示すように、冷却水出口から排出された冷却水が、冷却水排出管30、バイパス管32、サーモスタット34、冷却水導入管26、電動W/P36を順に流通して冷却水入口へと導入される冷却水流路が形成される。一方、サーモスタット34の開弁されると、図中に実線及び点線で示すように、冷却水出口から排出された冷却水が、冷却水排出管30、ラジエータ28、冷却水導入管26、サーモスタット34、電動W/P36を順に流通して冷却水入口へと導入される冷却水流路が形成される。   When the electric W / P 36 is driven, cooling water is introduced from the cooling water inlet to the cooling water passages 22 and 24 and discharged from the cooling water outlet. At this time, the thermostat 34 is closed when the cooling water temperature does not reach a predetermined temperature (for example, 80 ° C.), and is opened when the cooling water temperature reaches the predetermined temperature. When the thermostat 34 is closed, as shown by the solid line in the figure, the cooling water discharged from the cooling water outlet becomes the cooling water discharge pipe 30, the bypass pipe 32, the thermostat 34, the cooling water introduction pipe 26, the electric W / P36 is circulated sequentially to form a cooling water flow path that is introduced into the cooling water inlet. On the other hand, when the thermostat 34 is opened, as shown by the solid line and the dotted line in the figure, the cooling water discharged from the cooling water outlet is supplied to the cooling water discharge pipe 30, the radiator 28, the cooling water introduction pipe 26, and the thermostat 34. Then, a cooling water flow path is formed through the electric W / P 36 in order and introduced to the cooling water inlet.

また、実施の形態1のシステムは、制御装置としてのECU40(Electronic Control Unit)を備えている。ECU40は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとCPUとを備えている。入出力インタフェースは、内燃機関に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ECUが信号を取り込むセンサには、内燃機関10内を通過した冷却水の水温を検出する水温センサ42や、吸入空気量を検出するエアフローメータが含まれる。ECU40が操作信号を出すアクチュエータには、上述した動弁機構や電動W/P36が含まれる。メモリには、内燃機関を制御するための各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。CPUは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。   The system according to the first embodiment includes an ECU 40 (Electronic Control Unit) as a control device. The ECU 40 includes at least an input / output interface, a memory, and a CPU. The input / output interface is provided to capture sensor signals from various sensors attached to the internal combustion engine and to output an operation signal to an actuator provided in the internal combustion engine. Sensors that the ECU captures a signal include a water temperature sensor 42 that detects the temperature of cooling water that has passed through the internal combustion engine 10 and an air flow meter that detects the amount of intake air. The actuator from which the ECU 40 outputs an operation signal includes the valve mechanism and the electric W / P 36 described above. The memory stores various control programs, maps, and the like for controlling the internal combustion engine. The CPU reads out and executes a control program or the like from the memory, and generates an operation signal based on the acquired sensor signal.

[実施の形態1の動作]
次に、実施の形態1のシステムの動作について説明する。
[Operation of Embodiment 1]
Next, the operation of the system according to the first embodiment will be described.

1.排気バルブの動弁機構の動作概要
ECU40は、動弁機構16を制御して、排気バルブの両弁稼動動作と片弁停止動作をを択一的に実行する。両弁稼動動作は、内燃機関の触媒が暖機された後の通常運転時に行なわれる動作である。両弁稼動動作では、第1,第2排気バルブの両弁が稼動される。両弁稼動動作では、排気バルブ開弁時の筒内既燃ガスの質量に対する排気ポートへ排出された既燃ガスの質量の割合(以下、「掃気効率」と称する)を高く維持することができるので、燃焼サイクル間のトルク変動の増大が抑制される。
1. Outline of Operation of Valve Mechanism of Exhaust Valve The ECU 40 controls the valve mechanism 16 to selectively execute the both-valve operation operation and one-valve stop operation of the exhaust valve. The both-valve operating operation is an operation performed during normal operation after the catalyst of the internal combustion engine is warmed up. In the both-valve operating operation, both the first and second exhaust valves are operated. In the operation of both valves, the ratio of the mass of burned gas discharged to the exhaust port with respect to the mass of burned gas in the cylinder when the exhaust valve is opened (hereinafter referred to as “scavenging efficiency”) can be maintained high. Therefore, an increase in torque fluctuation between combustion cycles is suppressed.

しかしながら、上述した排気バルブの両弁稼動動作は、内燃機関の冷間始動時において排気浄化率が低下するという課題がある。すなわち、両弁稼動動作では、第1,第2排気バルブの両弁が開弁されるため、排気ガスが第1,第2排気ポートの両方に分散される。このため、内燃機関の冷間始動時においては、排気ポート内のガス温の上昇に時間を要すこととなり、その間の排気浄化率が低下してしまう。   However, the above-described two-valve operating operation of the exhaust valve has a problem that the exhaust purification rate is reduced when the internal combustion engine is cold-started. That is, in the both-valve operating operation, both the first and second exhaust valves are opened, so that the exhaust gas is distributed to both the first and second exhaust ports. For this reason, at the time of cold start of the internal combustion engine, it takes time to increase the gas temperature in the exhaust port, and the exhaust purification rate during that time decreases.

上記両弁稼動動作の課題の解決に対して有効な制御として、排気バルブの片弁停止動作が知られている。排気バルブの片弁停止動作は、触媒が活性していない低温始動時に、排気バルブの片弁(第1排気バルブ)を閉弁状態で停止する制御である。片弁停止制御が実行されると、内燃機関から排気される燃焼ガスと排気ポートとの接触面積が減るため、放熱量が低減されて排気ポート内のガス温が上昇する。このため、片弁停止動作によれば、排気ポート内のガス温の上昇によって、未燃HCの酸化反応速度を増加させることができるので、触媒が活性していない低温始動時の排気浄化率を向上させることができる。   As a control effective for solving the problem of the both-valve operating operation, a single valve stop operation of the exhaust valve is known. The single valve stop operation of the exhaust valve is control for stopping the single valve (first exhaust valve) of the exhaust valve in a closed state at a low temperature start when the catalyst is not active. When the one-valve stop control is executed, the contact area between the combustion gas exhausted from the internal combustion engine and the exhaust port is reduced, so that the heat radiation amount is reduced and the gas temperature in the exhaust port is increased. For this reason, according to the one-valve stop operation, the oxidation reaction rate of unburned HC can be increased by increasing the gas temperature in the exhaust port. Can be improved.

2.排気バルブの片弁停止動作の課題
2−1.冷却水温の不均一性の観点からの課題
実施の形態1のシステムでは、早期暖機による燃費の向上やPMの低減の観点から、内燃機関10の冷間始動時に、内燃機関10内に流入する冷却水の流量を所定の低流量に制御する水止め制御が行われる。より詳しくは、水止め制御では、冷却水温が所定温度よりも低い場合に、電動W/P36の駆動Dutyを制御して冷却水の流量を所定の低流量に制御する。なお、所定の低流量は、内燃機関10の早期暖機の効果を奏する流量であればよく、流量をゼロとする完全な水止めでもよい。水止め制御によれば、内燃機関10の冷間時の燃焼改善やフリクション低減によって燃費を向上することができ、また、燃料の気化促進によってPMの排出を低減することができる。
2. Issues of single valve stop operation of exhaust valve 2-1. Problems from the viewpoint of non-uniformity of the cooling water temperature In the system according to the first embodiment, when the internal combustion engine 10 is cold-started, it flows into the internal combustion engine 10 from the viewpoint of improving fuel consumption by early warm-up and reducing PM. Water stop control is performed to control the flow rate of the cooling water to a predetermined low flow rate. More specifically, in the water stop control, when the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature, the drive duty of the electric W / P 36 is controlled to control the flow rate of the cooling water to a predetermined low flow rate. The predetermined low flow rate may be a flow rate that exhibits the effect of early warm-up of the internal combustion engine 10, and may be a complete water stop with a flow rate of zero. According to the water stop control, it is possible to improve fuel efficiency by improving combustion and reducing friction when the internal combustion engine 10 is cold, and it is possible to reduce PM emission by promoting fuel vaporization.

しかしながら、水止め制御が片弁停止動作時に実行されると、冷却水路24内の冷却水が滞留している或いは流れが小さい期間に片弁停止動作が行われることとなる。片弁停止動作時は、排気ガスが第2排気ポートに集中して流れるため、各気筒に連通する第1排気ポートと第2排気ポートの配置によっては冷却水路24内に不均一な水温分布が生じてしまうおそれがある。図2は、各気筒に連通する排気ポートの配置の比較例を示す図である。この図に示す比較例では、#1気筒及び#3気筒には、#1気筒から#4気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第1排気ポート及び第2排気ポートがそれぞれこの順に連通している。また、#2気筒及び#4気筒には、#4気筒から#1気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第1排気ポート及び第2排気ポートがこの順に配置されている。このような排気ポートの配置によれば、#1気筒及び#2気筒の第2排気ポート同士、及び#3気筒及び#4気筒の第2排気ポート同士がそれぞれ隣り合い、#2気筒及び#3気筒の第1排気ポート同士が隣り合う。第2排気ポート同士が隣り合う領域では排気熱の放熱が集中するため、冷却水温が時々刻々と高くなる。これに対して、第1排気ポート同士が隣り合う領域は排気熱が放熱されないため、冷却水温はさほど高くならない。このように、同種の排気ポートが気筒配列方向に隣り合うような排気ポートの配置では、冷却水路24内の冷却水温分布の偏りが大きなものとなってしまう。   However, when the water stop control is executed during the one-valve stop operation, the one-valve stop operation is performed during a period when the cooling water in the cooling water passage 24 is stagnant or the flow is small. When the one-valve stop operation is performed, exhaust gas concentrates on the second exhaust port. Therefore, depending on the arrangement of the first exhaust port and the second exhaust port communicating with each cylinder, a non-uniform water temperature distribution is generated in the cooling water passage 24. It may occur. FIG. 2 is a diagram showing a comparative example of the arrangement of exhaust ports communicating with each cylinder. In the comparative example shown in this figure, the first exhaust port and the second exhaust port communicate with the # 1 cylinder and the # 3 cylinder in this order along the cylinder arrangement direction from the # 1 cylinder to the # 4 cylinder. ing. Further, in the # 2 cylinder and the # 4 cylinder, the first exhaust port and the second exhaust port are arranged in this order along the cylinder arrangement direction from the # 4 cylinder to the # 1 cylinder. According to such an arrangement of the exhaust ports, the second exhaust ports of the # 1 and # 2 cylinders and the second exhaust ports of the # 3 and # 4 cylinders are adjacent to each other, and the # 2 and # 3 cylinders are adjacent to each other. The first exhaust ports of the cylinders are adjacent to each other. In the region where the second exhaust ports are adjacent to each other, the heat radiation of the exhaust heat is concentrated, so that the cooling water temperature increases every moment. On the other hand, since the exhaust heat is not radiated in the region where the first exhaust ports are adjacent to each other, the cooling water temperature is not so high. As described above, when the exhaust ports are arranged such that the same type of exhaust ports are adjacent to each other in the cylinder arrangement direction, the deviation of the cooling water temperature distribution in the cooling water passage 24 becomes large.

冷却水路24内の冷却水温が不均一となると、冷却水が水温の不均一性を維持したまま吸気側へと流れるおそれがある。この場合、吸気ポートの壁温や吸気バルブの温度も不均一になってしまう。図3は、吸気ポートに噴射された燃料の挙動を模式的に示す図である。この図に示すように、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部は、吸気ポートの壁面や吸気バルブに衝突する。この際、衝突した燃料の一部は蒸発するが、蒸発せずに壁面に付着する燃料も存在する。このような付着燃料は、燃焼空燃比に影響を及ぼすため、各気筒の付着燃料量に差がないことが望ましい。しかしながら、上述したように、冷却水路24内の冷却水温に不均一性が生じると、各気筒の吸気ポートや燃焼室壁面の冷却度合に大きな差が生じてしまう。この場合、燃料蒸発量や付着燃料量が過渡的に変化し、各気筒の燃焼空燃比に差が生じてしまう。このことは、例えば、筒内に燃料を直接噴射する構成であっても同様である。   If the cooling water temperature in the cooling water passage 24 becomes uneven, the cooling water may flow to the intake side while maintaining the water temperature non-uniformity. In this case, the wall temperature of the intake port and the temperature of the intake valve also become uneven. FIG. 3 is a diagram schematically showing the behavior of the fuel injected into the intake port. As shown in this figure, a part of the fuel injected from the fuel injection valve collides with the wall surface of the intake port and the intake valve. At this time, part of the collided fuel evaporates, but there is also fuel that does not evaporate and adheres to the wall surface. Since such attached fuel affects the combustion air-fuel ratio, it is desirable that there is no difference in the amount of attached fuel in each cylinder. However, as described above, if non-uniformity occurs in the cooling water temperature in the cooling water passage 24, a large difference occurs in the degree of cooling of the intake port and the combustion chamber wall surface of each cylinder. In this case, the fuel evaporation amount and the attached fuel amount change transiently, and a difference occurs in the combustion air-fuel ratio of each cylinder. This is the same even if the fuel is directly injected into the cylinder, for example.

また、使用する燃料によっては、上記課題がさらに顕著となる場合もある。図4は、燃料の蒸留特性を示す図である。この図に示すように、種々の炭化水素で構成されるガソリンは、温度によって蒸発割合が徐々に変化する。これに対して、高濃度アルコールのように、単一燃料特性に近い燃料では、沸点近傍の温度で蒸発割合が急激に変化する。このため、単一燃料特性に近い燃料では、冷却水の温度差によって、各気筒の燃料蒸発量や付着燃料量に大きな差が生じてしまうことも考えられる。   In addition, depending on the fuel used, the above problem may become more prominent. FIG. 4 is a diagram showing the fuel distillation characteristics. As shown in this figure, the evaporation rate of gasoline composed of various hydrocarbons gradually changes depending on the temperature. On the other hand, in a fuel close to a single fuel characteristic, such as high-concentration alcohol, the evaporation rate changes rapidly at a temperature near the boiling point. For this reason, in the case of fuel close to a single fuel characteristic, it is conceivable that a large difference occurs in the fuel evaporation amount and the adhered fuel amount in each cylinder due to the temperature difference of the coolant.

触媒は活性温度に達することによりHC、CO及びNOxを浄化する機能を発揮する。図5は、空燃比に対する触媒の浄化率を示す図である。この図に示すように、HC、CO及びNOxの浄化率は空燃比に応じて変化する。また、この図に示すように、これらの排気成分が何れも高い浄化率で浄化される空燃比は、理論空燃比である空燃比14.6の近傍の浄化ウインドウに限られる。このため、上述したように各気筒の空燃比が過渡的に変化してしまうと、燃焼空燃比が浄化ウインドウから外れてしまい、排気エミッションが悪化してしまう。   The catalyst exhibits a function of purifying HC, CO and NOx by reaching the activation temperature. FIG. 5 is a diagram showing the purification rate of the catalyst with respect to the air-fuel ratio. As shown in this figure, the purification rates of HC, CO, and NOx change according to the air-fuel ratio. Further, as shown in this figure, the air-fuel ratio at which all of these exhaust components are purified with a high purification rate is limited to the purification window in the vicinity of the air-fuel ratio 14.6 which is the theoretical air-fuel ratio. For this reason, if the air-fuel ratio of each cylinder changes transiently as described above, the combustion air-fuel ratio deviates from the purification window, and exhaust emission deteriorates.

上記課題の対策としては、例えば以下のような排気ポートの配置が考えられる。図6は、各気筒に連通する排気ポートの配置の例を示す図である。この図に示す例では、4つの気筒の全てにおいて、#4気筒から#1気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第1排気ポート及び第2排気ポートがそれぞれこの順に連通している。このような排気ポートの配置によれば、同種の排気ポートが隣合うことはない。このため、排気熱の放熱が特定の領域に集中することが防止されるので、冷却水路24内の冷却水温の不均一が縮小される。   As a countermeasure for the above problem, for example, the following arrangement of exhaust ports can be considered. FIG. 6 is a diagram showing an example of the arrangement of exhaust ports communicating with each cylinder. In the example shown in this figure, in all four cylinders, the first exhaust port and the second exhaust port communicate with each other in this order along the cylinder arrangement direction from the # 4 cylinder to the # 1 cylinder. According to such an arrangement of the exhaust ports, the same kind of exhaust ports are not adjacent to each other. For this reason, it is possible to prevent the exhaust heat from being concentrated in a specific region, so that the non-uniformity of the cooling water temperature in the cooling water passage 24 is reduced.

2−2.乱流エネルギーの観点からの課題
片弁停止動作が実行されると、排気ポート内の乱流エネルギーが増加する。図7は、乱流エネルギーが増加することによる効果を説明するための図である。図7に示すように、乱流混合によって反応物(未燃HCや酸素)に乱れが付与されると、衝突頻度因子が増加する。次式(1)に示すように衝突頻度因子が増加すると反応速度が増大する。このため、排気ポート内の乱流エネルギーが増大すると、未燃HCやその中間生成物と酸素との衝突頻度因子が増加するので、未燃HC等の酸化反応速度を増加させて排気ポートでの後燃えを促進することができる。このように、片弁停止動作によれば、排気ポート内のガス温の上昇及び乱流エネルギーが増加によって、未燃HCの酸化反応速度を増加させることができるので、触媒が活性していない低温始動時の排気浄化率を向上させることができる。

Figure 2017125486
但し、v;反応速度,[ ];濃度,k;反応速度定数,A;衝突頻度因子,Ea;活性化エネルギー,T;ガス温度 2-2. Problems from the viewpoint of turbulent energy When the single valve stop operation is executed, the turbulent energy in the exhaust port increases. FIG. 7 is a diagram for explaining an effect due to an increase in turbulent energy. As shown in FIG. 7, when the reactants (unburned HC and oxygen) are turbulent by turbulent mixing, the collision frequency factor increases. As shown in the following equation (1), when the collision frequency factor increases, the reaction speed increases. For this reason, when the turbulent energy in the exhaust port increases, the collision frequency factor between unburned HC and its intermediate products and oxygen increases. Afterburning can be promoted. Thus, according to the one-valve stop operation, the oxidation reaction rate of unburned HC can be increased by increasing the gas temperature in the exhaust port and increasing the turbulent energy, so that the catalyst is not activated at a low temperature. The exhaust gas purification rate at the start can be improved.
Figure 2017125486
Where, v: reaction rate, []; concentration, k: reaction rate constant, A: collision frequency factor, Ea: activation energy, T: gas temperature

ここで、排気ポート内の乱流エネルギーは、排気ポートの軌道の曲率の影響を受ける。図8は、排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。この図に示すように、第1排気ポートと第2排気ポートが対称な形状を有していれば、各排気ポートの軌道の曲率が同じであるため、第2排気ポートが図中のAパターン及びBパターンの何れの配置であっても、片弁停止動作時の乱流エネルギーに大差は生じない。このため、第1排気ポートと第2排気ポートが対称な形状を有していれば、排気ポートの配置を上述した図6に示す排気ポートの配置にすることにより、冷間始動時の片弁停止動作時の排気エミッションの悪化を抑制することができる。   Here, the turbulent energy in the exhaust port is affected by the curvature of the exhaust port orbit. FIG. 8 is a diagram schematically showing the magnitude of the turbulent energy in the exhaust port. As shown in this figure, if the first exhaust port and the second exhaust port have a symmetrical shape, the curvature of the trajectory of each exhaust port is the same. In any arrangement of the B pattern and the B pattern, there is no great difference in the turbulent energy during the single valve stop operation. For this reason, if the first exhaust port and the second exhaust port have a symmetrical shape, the one-valve at the time of cold start is obtained by arranging the exhaust port as shown in FIG. 6 described above. Deterioration of exhaust emissions during the stop operation can be suppressed.

しかしながら、内燃機関10によっては、第1排気ポートと第2排気ポートの軌道の曲率が異なる場合がある。図9は、排気ポート内の乱流エネルギーの大きさを模式的に示した図である。この図に示す例では、第1排気ポートと第2排気ポートが途中で合流している排気ポートにおいて、合流後の排気ポートの軌道中心が、気筒中心から気筒配列方向の一方にずれている非対称な形状を示している。このような排気ポート形状では、一方の排気ポートの軌道の曲率が他方の排気ポートの軌道の曲率よりも大きくなる。このため、軌道の曲率が小さい排気ポートが第2排気ポートである場合(図中のCパターン)と、軌道の曲率が大きい排気ポートが第2排気ポートである場合(図中のDパターン)とにおいて、片弁停止動作時の乱流エネルギーを比較すると、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気を流通させるDパターンの配置の方が、より大きな乱流エネルギーを発生させる。   However, depending on the internal combustion engine 10, the curvatures of the orbits of the first exhaust port and the second exhaust port may be different. FIG. 9 is a diagram schematically showing the magnitude of turbulent energy in the exhaust port. In the example shown in this figure, in the exhaust port where the first exhaust port and the second exhaust port are joined in the middle, the orbital center of the exhaust port after joining is shifted from the cylinder center to one side in the cylinder arrangement direction. The shape is shown. In such an exhaust port shape, the curvature of the track of one exhaust port is larger than the curvature of the track of the other exhaust port. For this reason, the case where the exhaust port having a small orbital curvature is the second exhaust port (C pattern in the figure), and the case where the exhaust port having a large orbital curvature is the second exhaust port (D pattern in the figure). When comparing the turbulent energy during the one-valve stop operation, the arrangement of the D pattern in which the exhaust gas is circulated through the exhaust port having a large orbital curvature generates larger turbulent energy.

図10は、点火時期に対する排気ガス温度特性を図9中のCパターンとDパターンとで比較した図である。また、図11は、点火時期に対するHC排出特性を図9中のCパターンとDパターンとで比較した図である。図10に示すように、軌道の曲率が大きい排気ポートに排気ガスを流通させたDパターンの方がより大きな乱流エネルギーを生成することができるため、排気ガス温度を効果的に高めることができる。このため、図11に示すように、Dパターンの排気ポート配置の方が、より多くのHCを浄化可能であることが分かる。   FIG. 10 is a diagram comparing the exhaust gas temperature characteristics with respect to the ignition timing between the C pattern and the D pattern in FIG. FIG. 11 is a diagram comparing the HC emission characteristics with respect to the ignition timing between the C pattern and the D pattern in FIG. As shown in FIG. 10, the D pattern in which the exhaust gas is circulated through the exhaust port having a large curvature of the orbit can generate larger turbulent energy, so that the exhaust gas temperature can be effectively increased. . For this reason, as shown in FIG. 11, it can be seen that the exhaust port arrangement of the D pattern can purify more HC.

3.実施の形態1のシステムの特徴
上述したように、内燃機関の冷間始動時における片弁停止動作では、冷却水路24内の冷却水温が不均一となることを抑制しつつ、より大きな乱流エネルギーを生成することが求められる。そこで、実施の形態1のシステムでは、以下に示す排気ポートの配置を採用している。
3. Features of System of Embodiment 1 As described above, in the one-valve stop operation at the time of cold start of the internal combustion engine, a larger turbulent energy while suppressing the cooling water temperature in the cooling water passage 24 from becoming uneven. Is required to be generated. Therefore, the exhaust port arrangement shown below is employed in the system of the first embodiment.

図12は、実施の形態1のシステムにおける排気ポートの配置の選定例を示す図である。なお、この図に示す排気ポートは、#1気筒及び#4気筒の排気ポートが非対称な排気ポートであり、#2気筒及び#3気筒の排気ポートが対称な排気ポートである場合を示している。このような排気ポートの形状は、例えば、各気筒の排気ポートが#2気筒と#3気筒の間付近(つまりシリンダヘッド12の気筒配列方向中央付近)で集合している場合などに採用される形状である。この図に示す例では、#1気筒及び#2気筒には、#4気筒から#1気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第1排気ポート及び第2排気ポートがそれぞれこの順に連通している。また、#3気筒及び#4気筒には、#1気筒から#4気筒へと向かう気筒配列方向に沿って、第1排気ポート及び第2排気ポートがこの順に配置されている。このような排気ポートの配置によれば、#1気筒及び#4気筒に連通する排気ポートのうち、軌道の曲率が大きい方の排気ポートが第2排気ポートに選定されているので、より大きな乱流エネルギーを生成することができる。また、このような排気ポートの配置によれば、#1気筒と#2気筒、及び#3気筒と#4気筒は、同種の排気ポートが隣合うことがないので、同種の排気ポートが隣り合う領域を最小限の1箇所(#2気筒と#3気筒の間の領域)に留めることができる。これにより、内燃機関10の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。また、図12に示す排気ポートの配置によれば、同種の排気ポートが隣り合う領域をシリンダヘッド12の気筒配列方向中央の領域に設けることができるため、その後の冷却水の循環時に温度勾配を効率よく分散させることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of selection of an exhaust port arrangement in the system according to the first embodiment. The exhaust ports shown in this figure show a case where the exhaust ports of the # 1 and # 4 cylinders are asymmetrical exhaust ports, and the exhaust ports of the # 2 and # 3 cylinders are symmetrical exhaust ports. . Such an exhaust port shape is employed, for example, when the exhaust ports of each cylinder are gathered in the vicinity of between the # 2 cylinder and the # 3 cylinder (that is, near the center of the cylinder head 12 in the cylinder arrangement direction). Shape. In the example shown in this figure, the first exhaust port and the second exhaust port communicate with the # 1 cylinder and the # 2 cylinder in this order along the cylinder arrangement direction from the # 4 cylinder to the # 1 cylinder. Yes. Further, in the # 3 cylinder and the # 4 cylinder, the first exhaust port and the second exhaust port are arranged in this order along the cylinder arrangement direction from the # 1 cylinder to the # 4 cylinder. According to such an arrangement of the exhaust ports, since the exhaust port having the larger curvature of the orbit among the exhaust ports communicating with the # 1 cylinder and the # 4 cylinder is selected as the second exhaust port, a larger disturbance. Flow energy can be generated. Further, according to such an arrangement of the exhaust ports, the # 1 cylinder and the # 2 cylinder, and the # 3 cylinder and the # 4 cylinder do not have the same type of exhaust ports adjacent to each other. The area can be limited to a minimum (the area between the # 2 cylinder and the # 3 cylinder). As a result, when the internal combustion engine 10 is cold-started, it is possible to improve the exhaust gas purification rate and suppress the combustion fluctuations between the cylinders, thereby suppressing the deterioration of exhaust emission. Further, according to the arrangement of the exhaust ports shown in FIG. 12, a region where adjacent exhaust ports of the same type can be provided in the central region in the cylinder arrangement direction of the cylinder head 12, so that a temperature gradient is generated during subsequent cooling water circulation. It can be dispersed efficiently.

図13は、実施の形態1のシステムにおける排気ポートの配置の他の選定例を示す図である。この図中の(A)の排気ポートの配置は、#3気筒に連通する第1排気ポート及び第2排気ポートの配置が逆である点を除き、図12に示す排気ポート配置と同じである。また、また、この図中の(B)の排気ポートの配置は、#2気筒に連通する第1排気ポート及び第2排気ポートの配置が逆である点を除き、図12に示す排気ポート配置と同じである。図13に示す排気ポート配置においても、同種の排気ポートが隣り合う領域を最小限の1箇所に留めることができるので、内燃機関10の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができる。   FIG. 13 is a diagram showing another selection example of the arrangement of the exhaust ports in the system of the first embodiment. The arrangement of the exhaust port (A) in this figure is the same as the arrangement of the exhaust ports shown in FIG. 12 except that the arrangement of the first exhaust port and the second exhaust port communicating with the # 3 cylinder is reversed. . Also, the arrangement of the exhaust ports in (B) in this figure is the arrangement of the exhaust ports shown in FIG. 12 except that the arrangement of the first exhaust port and the second exhaust port communicating with the # 2 cylinder is reversed. Is the same. Also in the exhaust port arrangement shown in FIG. 13, the region where adjacent exhaust ports of the same type can be kept at a minimum of one place. Therefore, when the internal combustion engine 10 is cold started, the exhaust purification rate is improved and Combustion fluctuation can be suppressed.

4.実施の形態1のシステムの具体的処理
図14は、実施の形態1のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。また、図15は、図14に示すルーチンの実行時の各種状態量の変化を示すタイムチャートである。なお、図14に示すルーチンは、ECU40によって内燃機関の始動時に実行される。
4). FIG. 14 is a flowchart of a routine executed by the system according to the first embodiment. FIG. 15 is a time chart showing changes in various state quantities during execution of the routine shown in FIG. The routine shown in FIG. 14 is executed by the ECU 40 when the internal combustion engine is started.

図14に示すルーチンでは、先ず、始動時水温ethwstが所定値1(所定温度)よりも小さいか否かが判定される(ステップS10)。所定値1は、内燃機関の備える触媒の暖機要求があるか否かを、始動時の水温によって判定するための水温の判定値であり、ECU40に予め記憶された温度(例えば、40℃)が読み込まれる。ステップS10の判定の結果、始動時水温ethwst<所定値1の判定の成立が認められない場合には、触媒が既に活性状態にあると判断されて、本ルーチンは終了される。この場合、ECU40は他の制御ルーチンを起動して排気バルブの両弁稼動動作を実行する。一方、上記ステップS10において、始動時水温ethwst<所定値1の判定の成立が認められた場合には、触媒が未だ活性状態にないと判断されて、次のステップに移行する。   In the routine shown in FIG. 14, first, it is determined whether or not the starting water temperature ethwst is smaller than a predetermined value 1 (predetermined temperature) (step S10). The predetermined value 1 is a water temperature determination value for determining whether or not there is a request for warming up of the catalyst provided in the internal combustion engine, based on the water temperature at the time of starting, and a temperature (for example, 40 ° C.) stored in advance in the ECU 40. Is read. As a result of the determination in step S10, if the determination that the starting water temperature ethwst <predetermined value 1 is not satisfied, it is determined that the catalyst is already in an active state, and this routine is terminated. In this case, the ECU 40 activates another control routine to execute the both-valve operation of the exhaust valve. On the other hand, if it is determined in step S10 that the starting water temperature ethwst <predetermined value 1 is satisfied, it is determined that the catalyst is not yet in an active state, and the process proceeds to the next step.

次のステップでは、エンジン回転速度eneが所定値2よりも大きいか否かが判定される(ステップS12)。所定値2は、動弁機構の油圧が確保できたか否かを、内燃機関が始動後に完爆したか否かによって判定するためのエンジン回転速度の閾値であって、ECUに予め記憶された値(例えば、700rpm)が読み込まれる。その結果、現在のエンジン回転速度ene>所定値2の成立が認められない場合には、本ステップが繰り返し実行される。そして、現在のエンジン回転速度ene>所定値2の成立が認められた場合には、動弁機構の油圧が確保されたと判断されて、次のステップに移行して、始動後判定フラグがONとされる(ステップS14)。   In the next step, it is determined whether or not the engine speed ene is larger than a predetermined value 2 (step S12). The predetermined value 2 is a threshold value of the engine speed for determining whether or not the hydraulic pressure of the valve mechanism has been secured, based on whether or not the internal combustion engine has exploded completely after starting, and is a value stored in advance in the ECU. (For example, 700 rpm) is read. As a result, when the present engine speed ene> predetermined value 2 is not recognized, this step is repeatedly executed. If it is confirmed that the current engine speed ene> predetermined value 2 is established, it is determined that the hydraulic pressure of the valve mechanism has been secured, the process proceeds to the next step, and the after-start determination flag is set to ON. (Step S14).

図14に示すルーチンでは、次に、片弁停止動作が実行される(ステップS16)。ここでは、具体的には、図15のタイムチャートに示すように、各気筒の第1排気バルブの作用角が0とされて排気バルブの稼動が停止される。   In the routine shown in FIG. 14, next, a one-valve stop operation is executed (step S16). Specifically, as shown in the time chart of FIG. 15, the operating angle of the first exhaust valve of each cylinder is set to 0, and the operation of the exhaust valve is stopped.

次に、積算空気量egasumが所定値3よりも大きいか否かが判定される(ステップS18)。所定値3は、触媒に十分な熱エネルギーが供給されて触媒暖機が完了したか否かを判定するための積算空気量の閾値であって、始動時水温による1次元マップとしてECUに記憶されている。ここでは、エアフローメータの出力信号に基づいて、内燃機関の始動時からの空気量の積算値である積算空気量egasumが算出される。そして、上記ステップS10において検出された始動時水温に対応する積算空気量(例えば、200g,ethwt25℃の場合)が所定値3として読み込まれ、算出された積算空気量egasumと比較される。その結果、積算空気量egasum>所定値3の成立が認められない場合には、未だ触媒暖機が完了していないと判断されて、ステップS16の処理に戻る。一方、上記ステップS18において、積算空気量egasum>所定値3の成立が認められた場合には、触媒暖機が完了したと判断されて、本ルーチンは終了される。本ルーチンが終了されると、ECUは他の制御ルーチンを起動して排気バルブのベース制御を実行する。   Next, it is determined whether or not the integrated air amount egasum is larger than a predetermined value 3 (step S18). The predetermined value 3 is a threshold value of the integrated air amount for determining whether sufficient heat energy is supplied to the catalyst and the catalyst warm-up is completed, and is stored in the ECU as a one-dimensional map based on the water temperature at the start. ing. Here, based on the output signal of the air flow meter, an integrated air amount egasum, which is an integrated value of the air amount since the start of the internal combustion engine, is calculated. Then, the integrated air amount (for example, 200 g, ethwt at 25 ° C.) corresponding to the starting water temperature detected in step S10 is read as a predetermined value 3 and compared with the calculated integrated air amount egasum. As a result, if establishment of the integrated air amount egasum> predetermined value 3 is not recognized, it is determined that the catalyst warm-up has not been completed yet, and the process returns to step S16. On the other hand, if it is determined in step S18 that the accumulated air amount egasum> predetermined value 3 is established, it is determined that catalyst warm-up has been completed, and this routine is terminated. When this routine is completed, the ECU activates another control routine to execute the exhaust valve base control.

このように、実施の形態1のシステムによれば、触媒暖機要求がある内燃機関の始動時において、排気バルブの片弁停止動作が実行される。実施の形態1の内燃機関10では、同種の排気ポートが隣り合う配置を最小限に留めるとともに、非対称な排気ポートを有する気筒では軌道の曲率がより大きい排気ポートが第2排気ポートに選定されている。これにより、内燃機関10の冷間始動時において、排気浄化率の向上と気筒間の燃焼変動の抑制とを図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。   Thus, according to the system of the first embodiment, when the internal combustion engine having a catalyst warm-up request is started, the one-valve stop operation of the exhaust valve is executed. In the internal combustion engine 10 of the first embodiment, the arrangement of adjacent exhaust ports of the same type is kept to a minimum, and an exhaust port having a larger orbital curvature is selected as the second exhaust port in a cylinder having an asymmetrical exhaust port. Yes. As a result, when the internal combustion engine 10 is cold-started, it is possible to improve the exhaust gas purification rate and suppress the combustion fluctuations between the cylinders, thereby suppressing the deterioration of exhaust emission.

10 内燃機関
12 シリンダヘッド
14 シリンダブロック
16 動弁機構
20 冷却水循環システム
22,24 冷却水路
26 冷却水導入管
28 ラジエータ
30 冷却水排出管
32 バイパス管
34 サーモスタット
36 ウォーターポンプ(電動W/P)
40 ECU
42 水温センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Cylinder head 14 Cylinder block 16 Valve mechanism 20 Cooling water circulation system 22, 24 Cooling water path 26 Cooling water introduction pipe 28 Radiator 30 Cooling water discharge pipe 32 Bypass pipe 34 Thermostat 36 Water pump (electric W / P)
40 ECU
42 Water temperature sensor

Claims (1)

第1気筒、第2気筒、第3気筒及び第4気筒の順に、4つの気筒が直列に配置された内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関のシリンダヘッドに形成され、前記4つの気筒のそれぞれに個別に連通した第1排気ポート及び第2排気ポートと、
前記第1排気ポートに配置された第1排気バルブと、
前記第2排気ポートに配置された第2排気バルブと、
前記第1排気バルブ及び前記第2排気バルブの両方を稼動する両弁稼動動作と、前記第1排気バルブを閉弁状態で停止して前記第2排気バルブを稼動する片弁停止動作とを、択一的に実行する動弁機構と、
前記シリンダヘッドの内部を気筒配列方向に延在し、前記4つの気筒の前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートの周囲に冷却水を流通させるための冷却水路と、
前記動弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記第1気筒及び前記第2気筒には、前記第4気筒から前記第1気筒へと向かう方向に沿って前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第3気筒及び前記第4気筒には、前記第1気筒から前記第4気筒へと向かう方向に沿って前記第1排気ポート及び前記第2排気ポートがこの順にそれぞれ連通し、
前記第1気筒及び前記第4気筒に連通する前記第2排気ポートのそれぞれは、前記第1
気筒及び前記第4気筒に連通する前記第1排気ポートのそれぞれよりも軌道の曲率が大きく形成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の水温が所定温度よりも低く、且つ、前記内燃機関の機関回転速度が所定回転速度よりも大きい場合には、前記動弁機構を制御することによって前記片弁停止動作を実行するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
In the control device for an internal combustion engine in which four cylinders are arranged in series in the order of the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder,
A first exhaust port and a second exhaust port formed in a cylinder head of the internal combustion engine and individually communicating with each of the four cylinders;
A first exhaust valve disposed in the first exhaust port;
A second exhaust valve disposed in the second exhaust port;
A both-valve operation for operating both the first exhaust valve and the second exhaust valve; and a one-valve stop operation for operating the second exhaust valve by stopping the first exhaust valve in a closed state; A valve mechanism that performs alternatively,
A cooling water passage extending in the cylinder arrangement direction inside the cylinder head, and for circulating cooling water around the first exhaust port and the second exhaust port of the four cylinders;
A control device for controlling the valve mechanism,
The first exhaust port and the second exhaust port communicate with the first cylinder and the second cylinder in this order along the direction from the fourth cylinder to the first cylinder, respectively.
The first exhaust port and the second exhaust port communicate with the third cylinder and the fourth cylinder in this order along the direction from the first cylinder to the fourth cylinder,
Each of the second exhaust ports communicating with the first cylinder and the fourth cylinder has the first cylinder
A curvature of the orbit is formed larger than each of the first exhaust port communicating with the cylinder and the fourth cylinder;
When the water temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined temperature and the engine rotation speed of the internal combustion engine is higher than a predetermined rotation speed, the control device controls the valve mechanism to stop the one-valve stop. A control apparatus for an internal combustion engine configured to execute an operation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111550315A (en) * 2020-04-22 2020-08-18 天津大学 Method for improving cold start combustion of gasoline engine with variable residual waste gas rate

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111550315A (en) * 2020-04-22 2020-08-18 天津大学 Method for improving cold start combustion of gasoline engine with variable residual waste gas rate
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