JP2019138266A

JP2019138266A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2019138266A
Application number: JP2018024219A
Authority: JP
Inventors: 与史也山下; Yoshiya Yamashita; 英樹寺田; Hideki Terada
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】ピストンでのデポジットの堆積を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】ピストンを収容した気筒を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下部に取り付けられ潤滑用のオイルを貯留したオイルパンと、前記ピストンと前記気筒とにより画定される燃焼室を開閉する吸気弁及び排気弁と、前記排気弁の閉弁タイミングを変更するバルブタイミング機構と、前記吸気弁を閉弁状態で停止させる弁停止機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カットが実行されている場合に、前記排気弁の閉弁タイミングを前記燃料カットが実行されていない場合での前記排気弁の閉弁タイミングよりも進角させ、前記吸気弁が開弁した後に閉弁した状態で前記吸気弁を閉弁状態で停止させるように、前記バルブタイミング機構及び弁停止機構を制御する、内燃機関の制御装置。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の運転状態が低負荷状態の場合に、吸気弁及び排気弁の少なくとも一つの開閉タイミングを変更する技術が開示されている。

特開２０１１−２４７１１３号公報

例えば車両の減速時に、内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カットが実行される場合がある。このような場合には、燃焼室内の圧力が負圧となって、潤滑用のオイルが貯留されたオイルパン側から燃焼室内にオイルが流入する場合がある。これにより、ピストンにデポジットが堆積する可能性がある。

そこで本発明は、ピストンでのデポジットの堆積を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、ピストンを収容した気筒を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下部に取り付けられ潤滑用のオイルを貯留したオイルパンと、前記ピストンと前記気筒とにより画定される燃焼室を開閉する吸気弁及び排気弁と、前記排気弁の閉弁タイミングを変更するバルブタイミング機構と、前記吸気弁を閉弁状態で停止させる弁停止機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カットが実行されている場合に、前記排気弁の閉弁タイミングを前記燃料カットが実行されていない場合での前記排気弁の閉弁タイミングよりも進角させ、前記吸気弁が開弁した後に閉弁した状態で前記吸気弁を閉弁状態で停止させるように、前記バルブタイミング機構及び弁停止機構を制御する、内燃機関の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、ピストンでのデポジットの堆積を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本実施例の制御装置が適用されたエンジンを示した図である。図２Ａは、エンジンの運転状態と燃焼室内に流入するオイル量との関係を示したグラフであり、図２Ｂは、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。図３Ａ〜図３Ｄは、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングとそのリフト量とを示した図である。図４は、弁停止タイミングに応じた燃焼室内の圧力の変化を示したグラフである。

図１は、本実施例の制御装置が適用されたエンジン２０を示した図である。エンジン２０は、内燃機関の一例であり、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。シリンダブロック２１の下部には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン２１ａが設けられている。尚、図示はしていないが、エンジン２０は４つの気筒を有した直列４気筒エンジンであるがこれに限定されない。

エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気弁４２と、排気ポート３０ｅを開閉する排気弁４４とが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。

また、エンジン２０は、吸気弁４２の開弁特性を可変に設定する吸気弁停止機構５２と、排気弁４４の開弁特性を可変に設定する排気動弁機構５４とを備えている。

吸気弁停止機構５２は、吸気カムの入力を受承するアームと、ロッカーアームに当接するアームと、これら２つのアームを連結及び連結解除する連結ピンとを備えている。２つのアームが連結された状態では、吸気カムの入力が２つのアームを介してロッカーアームに伝達されるため、吸気弁４２が駆動される。これに対し、２つのアームの連結が解除されると、吸気カムの入力が一方のアームから他方のアームへと伝達されなくなり、吸気弁４２が閉弁状態で弁停止される。尚、連結ピンによる２つのアームの連結状態は、連結ピンに供給される油圧に応じて２つのアームの連結状態を切り替えられ、油圧はオイルコントロールバルブにより調整される。

排気動弁機構５４も、吸気弁停止機構５２と同様の弁停止機構を備えている。また、排気動弁機構５４は更に排気弁４４の開閉タイミングを変更する可変動弁機構をも備えている。この可変動弁機構は、例えば１つの排気弁４４に対応して排気側カムシャフトに駆動カムが設けられており、駆動カムにより排気弁４４を開閉する。駆動カムは、排気側カムシャフトに対して位相を変更可能に連結されている。これにより、排気弁４４の開閉タイミングを進角又は遅角側に変更することができる。尚、排気側カムシャフトに対する駆動カムの位相は、オイルコントロールバルブにより調整される油圧に応じて切り替えられる。

各気筒の吸気ポート１０ｉは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式のスロットルバルブ１３とが設けられている。

また、各気筒の吸気ポート１０ｉには、燃料を吸気ポート１０ｉ内に噴射するポート噴射弁１２が設置されている。ポート噴射弁１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁４２の開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備える。ＥＣＵ６０は、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御する。ＥＣＵ６０は、エンジン２０の制御装置である。

ＥＣＵ６０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びポート噴射弁１２が電気的に接続されている。またＥＣＵ６０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、ポート噴射弁１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、ポート噴射割合、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。また、ＥＣＵ６０は、吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４に供給される油圧を調整するオイルコントロールバルブに電気的に接続され、このオイルコントロールバルブを制御することにより吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４の駆動を制御し、吸気弁４２及び排気弁４４の駆動を制御する。

ここで、オイルパン２１ａから燃焼室２３内に流入するオイルに起因して、ピストン２４の頂面にデポジットが堆積する場合がある。図２Ａは、エンジン２０の運転状態と燃焼室２３内に流入するオイル量との関係を示したグラフである。図２Ａでは、縦軸はエンジン２０の負荷を示し、横軸はエンジン２０の回転数を示している。図２Ａに示すように、低負荷状態にあるときに、燃焼室２３内へのオイルの流入量が多い。この理由は、低負荷状態の場合にはスロットルバルブ１３の開度は絞られるため、燃焼室２３内では負圧になりやすく、燃焼室２３内の圧力とオイルパン２１ａ内での圧力との差により、ピストン２４とピストン２４が摺接する気筒の内周面との間の隙間を介して燃焼室２３内へのオイルの流入量が増大すると考えられる。従って本実施例では、ＥＣＵ６０は、ピストン２４でのデポジットの堆積を抑制するために、エンジン２０の運転状態が低負荷状態となる燃料カットの実行中に、燃焼室２３を開閉する吸気弁４２及び排気弁４４に対して所定の制御を実行する。

図２Ｂは、ＥＣＵ６０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。最初に、燃料カットの実行中であるか否かが判定される（ステップＳ１）。燃料カット実行中には吸気弁４２及び排気弁４４の双方が閉弁状態となるように要求されるがこれに限定されない。例えば、エンジンブレーキを生じさせる場合には、燃料カットの実行中に吸気弁４２のみが閉弁状態に維持され排気弁４４は開閉動作が維持されることにより、ポンピングロスを増大させる。本フローチャートでは、燃料カットの実行により吸気弁４２及び排気弁４４の双方が閉弁状態となる場合を例として説明する。

ステップＳ１で否定判定の場合には、吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４のそれぞれによる吸気弁４２及び排気弁４４の開閉タイミングを運転状態に応じて予め定められたタイミングに制御する通常制御が実行される（ステップＳ３）。ステップＳ１で肯定判定の場合には、排気動弁機構５４が制御されることにより、排気弁４４の開閉タイミングを、弁停止要求がない以外同じ運転状態で設定される排気弁４４の開閉タイミングよりも進角側に制御される（ステップＳ５）。次に、吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４が制御されて吸気弁４２及び排気弁４４は閉弁状態で停止される（ステップＳ７）。

図３Ａ〜図３Ｄは、吸気弁４２及び排気弁４４の開閉タイミングとそのリフト量とを示した図である。図３Ａ〜図３Ｄにおいて、縦軸はリフト量を示し、横軸はクランク角度を示している。図３Ａでは、上述した通常制御での開閉タイミングを示している。図３Ｂは、排気弁４４が開弁した後に吸気弁４２を開弁することなく吸気弁４２及び排気弁４４を閉弁状態で停止させる弁停止タイミングＡを示している。図３Ｃは、吸気弁４２及び排気弁４４が開弁した後で吸気弁４２及び排気弁４４を閉弁状態で停止させる弁停止タイミングＢを実行した場合での開閉タイミングを示している。図３Ｄは、排気弁４４の開閉タイミングを進角側に制御して、吸気弁４２及び排気弁４４が開弁した後で吸気弁４２及び排気弁４４を閉弁状態で停止させる弁停止タイミングＣを実行した場合での開閉タイミングを示している。

図４は、弁停止タイミングＡ〜Ｃに応じた燃焼室２３内の圧力の変化を示したグラフである。図４では、縦軸を燃焼室２３内の圧力を示し、横軸はクランク角度を示している。弁停止タイミングＡの場合、吸気弁４２は開弁しないため、ピストン２４が下降すると燃焼室２３内は負圧となり、結果的に燃焼室２３内は常時負圧となる。これに対して弁停止タイミングＢの場合では、燃焼室２３内は一時的に正圧の状態となる。この理由は、吸気弁４２が吸気行程で開弁してその後に閉弁することにより、燃焼室２３内に空気が取り込まれる。この状態でピストン２４が上昇することにより燃焼室２３内は正圧となり、ピストン２４が下降することにより燃焼室２３内は負圧となる。弁停止タイミングＣの場合には、排気弁４４が閉じるタイミングが進角側に制御されるため、燃焼室２３内に排気ガスが僅かに残留する。また、弁停止タイミングＣでは、弁停止タイミングＢと同様に吸気弁４２が吸気行程で開弁してその後に閉弁するため、燃焼室２３内に空気が導入される。このため、弁停止タイミングＣでは弁停止タイミングＢよりも燃焼室２３内の圧力を高い状態に維持することができる。

本実施例では、図２Ｂに示したように上述の弁停止タイミングＣで吸気弁４２及び排気弁４４が弁停止されるため、燃焼室２３内の圧力を高い状態に維持することができる。これにより、オイルパン２１ａから燃焼室２３内へのオイルの流入量の増大を抑制でき、ピストン２４の頂面でのデポジットの堆積を抑制できる。

尚、上述したようにエンジンブレーキが実行される場合には、吸気弁４２のみに対して弁停止が要求される。この場合、排気弁４４の開閉は継続されるが、上述したように吸気弁４２が開弁した後に弁停止されるため、燃焼室２３内の圧力の低下が抑制される。このため、排気弁４４の開閉を継続させることによりポンプ損失を発生させてエンジンブレーキを実行させつつ、燃焼室２３内へのオイルの流入量の増大をできる。

本実施例の弁停止制御は、例えばアイドリングストップが実行されるガソリンエンジンや、駆動源としてモータとの間で切り替えられるハイブリッド車両のエンジンに対して、エンジン停止の数サイクル前に実行される。また、アトキンソンサイクルや圧縮比が高く燃費が良いエンジンに対して、本実施例の弁停止制御を適用できる。

尚、図３Ｄでは、排気弁４４の作用角が一定で開弁タイミング及び閉弁タイミングを共に進角させる場合を例に示したが、これに限定されない。例えば、開弁タイミングを一定にしつつ作用角を縮小することにより結果的に排気弁４４の閉弁タイミングを進角させてもよい。

本実施例での弁停止制御は、全ての気筒の吸気弁及び排気弁に対して実行する必要はなく、一部の気筒の吸気弁及び排気弁に対して実行してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。

２１シリンダブロック
２１ａオイルパン
２３燃焼室
２４ピストン
４２吸気弁
４４排気弁
５２吸気弁停止機構（弁停止機構）
５４排気動弁機構（バルブタイミング機構）
６０ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims

ピストンを収容した気筒を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの下部に取り付けられ潤滑用のオイルを貯留したオイルパンと、前記ピストンと前記気筒とにより画定される燃焼室を開閉する吸気弁及び排気弁と、前記排気弁の閉弁タイミングを変更するバルブタイミング機構と、前記吸気弁を閉弁状態で停止させる弁停止機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カットが実行されている場合に、前記排気弁の閉弁タイミングを前記燃料カットが実行されていない場合での前記排気弁の閉弁タイミングよりも進角させ、前記吸気弁が開弁した後に閉弁した状態で前記吸気弁を閉弁状態で停止させるように、前記バルブタイミング機構及び弁停止機構を制御する、内燃機関の制御装置。