JP4539408B2

JP4539408B2 - 吸気制御装置およびその方法

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Publication number: JP4539408B2
Application number: JP2005103627A
Authority: JP
Inventors: 智洋金子; 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006283632A

Description

本発明は、エンジンに対する吸気の制御装置およびその方法に関し、特に低温下での混合気の着火性および引火性を向上させたものである。

外気温が非常に低い状態、例えば外気温が−２０℃前後におけるエンジンの運転時や、このような低温下でのエンジンの始動時には、燃焼室内の混合気の温度が低すぎて燃料の着火性および引火性が悪くなる。特に、このような不具合は点火プラグを持たないディーゼルエンジンにおいて顕著である。

このため、ディーゼルエンジンなどにおいてはグローやヒータなどを吸気通路に組み込み、この吸気通路内を流れる吸気を加熱できるようにしている。

特開平７−９１２６６号公報特公平６−６３４５３号公報特開２０００−２４８９４６号公報

外気温が非常に低い状態におけるエンジンの運転時や、このような低温下でのエンジンの始動時には、燃焼室内の混合気の温度が低すぎて燃料の着火性および引火性が悪くなり、燃焼途中での失火やスモークの発生などの不具合を生ずる。

このような不具合を回避するため、グローやヒータなどを用いて吸気通路内を流れる吸気を加熱した場合、電力消費に伴って燃費が悪化してしまう。

本発明の目的は、外気温が非常に低い場合であっても、燃費の悪化を伴うことなく、失火やスモークの発生などを起こさない吸気制御装置およびその方法を提供することにある。

本発明の第１の形態は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、吸気通路に設けられて吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、前記吸気通路内の吸気温を検出する吸気温センサと、この吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁の開弁時期が前記吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように前記吸気制御弁を制御する制御手段とを具えた吸気制御装置であって、前記制御手段は、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが必要とする最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部と、この開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて前記吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を設定する要求温度設定部と、この要求温度設定部にて設定された要求温度と前記予想吸気温導出部にて導出された予想上昇温度とを比較する温度比較部と、この温度比較部での比較結果に基づき、前記開弁時期設定部にて設定された開弁時期を補正する開弁時期補正部とを有することを特徴とする吸気制御装置にある。

本発明においては、吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁の開弁時期が吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように制御装置が吸気制御弁を制御する。この結果、吸気の流速が高まって燃焼室内に流入する吸気の温度が上昇する。

本発明の第１の形態による吸気制御装置において、開弁時期設定部は、予め設定されたエンジンの許容最大負圧となるような吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を含むものであってよい。

この場合、開弁時期設定部が第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部をさらに含み、開弁時期補正部が温度比較部での比較結果に基づき、第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を選択してこれを補正する開弁時期選択補正部を含むものであってよい。

本発明の第２の形態は、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設けたエンジンに対する吸気制御方法であって、エンジンの運転状態を検出するステップと、吸気通路内の吸気温を検出するステップと、エンジンが必要とする最低限の吸気量を要求最低吸気量として導出するステップと、導出された要求最低吸気量を満たすような吸気制御弁の開弁時期を設定するステップと、設定された開弁時期にて吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温に基づいて導出するステップと、エンジンの運転状態に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を要求温度として設定するステップと、設定された要求温度と前記予想上昇温度とを比較するステップと、この温度比較部での比較結果に基づき、設定された開弁時期を補正するステップとを具えたことを特徴とする吸気制御方法にある。

本発明の吸気制御装置によると、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保しつつ、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。特に、吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、吸気制御弁の開弁時期が吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように吸気制御弁を制御することができる。

予め設定されたエンジンの許容最大負圧となるような吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を開弁時期設定部が含む場合、燃焼室に流入する吸気の流速を最大限に高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性をより一層向上させることができる。

また、開弁時期設定部が第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部をさらに含み、開弁時期補正部が温度比較部での比較結果に基づき、第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を選択してこれを補正する開弁時期選択補正部を含む場合、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を向上させることができる。

本発明の吸気制御方法によると、エンジンの運転状態に応じた最低限の吸気量を確保しつつ、燃焼室に流入する吸気の流速を高めて燃焼室内に流入する吸気の温度を上昇させ、混合気の着火性および引火性を高めることができる。

本発明を圧縮点火機関であるディーゼルエンジンに応用した実施形態について、図１〜図１２を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる型式のものである。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダヘッド１５には、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含む動弁機構１８と、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構１８は、吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングが固定されたものであるが、エンジン１０の運転状態によってこれらの開閉タイミングを変更し得るものであってもよい。

吸気ポート１３に連通するようにシリンダヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路１９を画成する吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１９に導くためのエアクリーナ２１が設けられている。吸気弁１６と吸気管２０の途中に形成されたサージタンク２２との間の吸気管２０の途中には、吸気弁１６の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ２３により吸気通路１９を開閉し得る吸気制御弁２４が組み込まれている。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート１３をそれぞれ有する場合、吸気制御弁２４を各吸気ポート１３毎に独立して設け、各吸気ポート１３を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁２４を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁２４およびそのアクチュエータ２３は、吸気弁１６の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁２４が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。

本実施形態における吸気制御弁２４は、車両の運転状態に基づき、例えばエンジン１０の低回転高負荷運転領域では吸気弁１６の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁１６の閉弁時期に合わせて閉弁する一方、それ以外の運転領域では吸気弁１６の開閉動作に拘らず、基本的に常時全開状態となるように制御装置２５からの指令に基づき、アクチュエータ２３によってその開閉状態が制御される。この結果、エンジン１０の低回転高負荷運転領域ではエンジン１０の吸気行程の途中まで負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁２４よりも上流側に位置する吸気通路１９内の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１２内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁２４を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁２４よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。なお、このような吸気制御弁２４に関する基本的な技術は、２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。

排気ポート１４に連通するようにシリンダヘッド１５に連結されて排気ポート１４と共に排気通路２６を画成する排気管２７の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する触媒２８が組み込まれている。

従って、エアクリーナ２１を通って吸気管２０から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン２９の圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒２８を通って排気管２７から大気中に排出される。

本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置２５が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期，吸気制御弁２４の作動を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３０の踏み込み量を検出してこれを制御装置２５に出力するアクセル開度センサ３１を具えている。また、吸気制御弁２４よりも下流側の吸気管２０の部分には、吸気通路１９内の吸気温Ｔ_Ｓおよび吸気圧を検出してこれらを制御装置２５にそれぞれ出力する吸気温センサ３２および吸気圧センサ３３が取り付けられている。なお、吸気管２０に対する吸気温センサ３２の取り付け位置は、吸気制御弁２４よりも上流側であってもよく、図１の如き位置に限定されるものではない。さらに、ピストン２９が往復動するシリンダブロック３４には、連接棒３５を介してピストン２９が連結されるクランク軸３６の回転位置、つまりクランク角位相を検出してこれを制御装置２５に出力するクランク角センサ３７が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ３７をエンジン回転数センサとして利用している。

制御装置２５は、これらセンサ３１〜３３，３７などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１およびアクチュエータ２３などの作動を制御するようになっている。つまり、この制御装置２５がアクチュエータ２３と共に本発明の制御手段として機能する。本実施形態における制御装置２５は、アクセル開度センサ３１からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を設定する燃料噴射量設定部３８と、この燃料噴射量設定部３８にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定部３９と、予め設定されたエンジン１０の許容最大負圧Ｐ_１となるような吸気制御弁２４の第１の開弁時期Ｃ_１を設定する第１開弁時期設定部４０と、クランク角センサ３７からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１からの検出信号に基づき、エンジン１０が必要とする最低限の吸気量Ｇを導出する要求最低吸気量導出部４１と、この要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たし、かつ第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ_１と同じか、これよりも早い吸気制御弁２４の開弁時期Ｃ_２を設定する第２開弁時期設定部４２と、この第２開弁時期設定部４２にて設定された第２開弁時期Ｃ_２にて吸気制御弁２４を開弁した場合に燃焼室１２に流入する吸気の予想上昇温度Ｔ_Ｍを吸気温センサ３２からの検出信号Ｔ_Ｓに基づいて導出する予想吸気温導出部４３と、クランク角センサ３７からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１からの検出信号に基づき、燃焼室１２に流入する吸気に求められる最低温度Ｔ_Ｏを設定する要求温度設定部４４と、この要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度Ｔ_Ｏと予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度Ｔ_Ｍとを比較する温度比較部４５と、この温度比較部４５での比較結果に基づいて第１開弁時期設定部４０にて設定された第１開弁時期Ｃ_１を選択するか、または第２開弁時期設定部４２にて設定された第２開弁時期Ｃ_２を補正してこれを選択する開弁時期選択補正部４６とを有する。

上述した燃料噴射量設定部３８は、周知のようにエンジン回転数などに応じてあらかじめ設定された燃料の噴射量に関する図示しないマップを有している。燃料噴射量は、エンジン負荷と同義であるので、燃料噴射量の算出に代えてエンジン負荷を算出するようにしてもよい。

本実施形態における噴射時期設定部３９は、圧縮行程において圧縮上死点直前までに燃料の噴射が完了するように、燃料噴射量設定部３８にて算出される燃料噴射量に応じた噴射開始時期を設定するものであるが、複数回に分けて吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する型式のものであってもよい。

吸気行程における燃焼室１２内の圧力の変化を図３に模式的に表す。この図３に示すように、吸気制御弁２４を閉じた状態ではピストン２９が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動するに伴い、燃焼室１２内の圧力が急激に低下する。第１開弁時期設定部４０は、これがエンジン１０の破壊をもたらさない予め設定されたエンジン１０の許容最大負圧Ｐ_１となるクランク角位相Ｃ_１を吸気制御弁２４の第１開弁時期として設定する。この燃焼室１２内の圧力の変化は、シリンダヘッド１５に組み込まれる図示しない筒内圧センサを用いることによって検出することも可能であるが、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内の温度Ｔ_Ｓおよび圧力を検出する吸気温センサ３２および吸気圧センサ３３からの検出信号に基づいて算出することも可能である。また、この第１開弁時期設定部４０は、要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たすような吸気制御弁２４の閉弁時期を併せて設定するようになっている。つまり、クランク角位相Ｃ_１にて吸気制御弁２４を開弁すると共に吸気弁１６の閉弁時期に合わせて吸気制御弁２４を閉弁した場合、燃焼室１２内に導入される吸気が要求最低吸気量Ｇに達しない可能性がある。このような場合、吸気制御弁２４の閉弁時期を吸気弁１６の閉弁時期よりも遅く設定し、吸気弁１６の閉弁後に吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９に空気を充填しておき、次の吸気行程における吸気弁１６の開弁時に吸気制御弁２４が閉じた状態となっていても、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９に充填された空気を燃焼室１２に導くことが可能となり、より多量の空気を燃焼室１２に供給することができる。特に、機械式またはターボ式過給装置などを搭載したエンジン１０においては、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内により多量の空気を充填させておくことが可能となり、都合がよい。

要求最低空気量導出部４３は、エンジン回転数と燃料噴射量、つまりエンジン１０の駆動トルクと要求最低空気量Ｇとを関連付けた図４に示す如きマップを有している。そして、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数と、燃料噴射量設定部３８から読み出される燃料噴射量とに基づき、この図４のマップから要求最低空気量Ｇを読み出す。

吸気行程におけるピストン２９のＴＤＣからＢＤＣに至る任意のクランク角位相にて吸気制御弁２４を開弁し、ＢＤＣにて閉弁した場合の吸気制御弁２４の開弁時期と吸入空気量との関係を図５に示す。この図５は、吸気制御弁２４の開弁時期が横軸のクランク角位相にて示され、吸気制御弁２４の開弁時期を変えることによって、吸入空気量も大きく変化することが理解されよう。第２開弁時期設定部４２は、要求最低空気量導出部４３にて導出された要求最低空気量Ｇを満たし、かつ第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ_１と同じか、あるいはこれよりも早い任意のクランク角位相を第２の開弁時期Ｃ_２として読み出す。つまり、この第２の開弁時期Ｃ_２は、ピストン２９の吸気上死点から第１の開弁時期Ｃ_１までの間において、要求最低空気量Ｇを満たすような任意のクランク角位相を選択し得るが、本実施形態ではこの選択範囲で吸気量が最大となるクランク角位相を吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ_２として設定する。

吸気制御弁２４の開弁時期とこれに応じて燃焼室１２に流入する吸気の温度上昇率との関係を図６に模式的に示す。本実施形態における予想吸気温導出部４３はこのようなグラフを具えており、第２開弁時期設定部４２によって設定された第２の開弁時期Ｃ_２と、吸気温センサ３２からの検出信号Ｔ_Ｓとを乗算して予想上昇温度Ｔ_Ｍを算出する。

要求温度設定部４４は、エンジン回転数とアクセル開度と要求最低温度Ｔ_Ｏとを関連付けた図７に示す如きマップを有しており、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ３１によって検出されるアクセル開度に基づき、この図７のマップから要求最低温度Ｔ_Ｏを読み出す。

予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度Ｔ_Ｍが要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度Ｔ_Ｏ以上であると温度比較部４５が判定した場合、開弁時期選択補正部４６は、第２開弁時期設定部４２にて設定された第２の開弁時期Ｃ_２を選択し、燃焼室１２内への吸気の流速が低下するように、つまり開弁時期が早まるようにこれを補正する。逆に、予想吸気温導出部４３にて導出された予想上昇温度Ｔ_Ｍが要求温度設定部４４にて設定された要求最低温度Ｔ_Ｏよりも低いと温度比較部４５が判定した場合、開弁時期選択補正部４６は、第１開弁時期設定部４０にて設定された第１の開弁時期Ｃ_１を選択する。この場合、要求最低吸気量導出部４１にて導出された要求最低吸気量Ｇを満たすような吸気制御弁２４の閉弁時期も併せて選択する。

なお、第２の開弁時期Ｃ_２を選択してこれを補正する場合、吸気通路１９内を流れる吸気の流速が低下すればよいので、吸気通路１９内にスロットル弁を取り付けたエンジン１０においては、このスロットル弁の開度を絞ることによっても、燃焼室１２に流入する吸気の流速を低下させることが可能である。

このような本実施形態における吸気制御は図８に示すフローチャートに従って行われる。まず、Ｓ１１のステップにて吸気温センサ３２によって検出された吸気温Ｔ_Ｓが予め設定されたエンジン１０の始動性および燃料の着火引火性を実質的に損なうような所定温度Ｔ_Ｒ以下であるか否かが判定される。

ここで、検出された吸気温Ｔ_Ｓが所定温度Ｔ_Ｒよりも高い、すなわち外気温がそれほど低温ではないと判断した場合には、本発明の対象とする吸気制御を行わずにこの制御を終了する。しかしながら、検出された吸気温Ｔ_Ｓが所定温度Ｔ_Ｒ以下である、すなわち外気温が低いので本発明の制御を行う必要があると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して要求最低吸気量Ｇを算出し、Ｓ１３のステップにて吸気制御弁２４の第１の開弁時期Ｃ_１と閉弁時期とを設定する。次に、Ｓ１４のステップにて吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ_２を設定し、さらにＳ１５のステップにて吸気温センサ３２からの検出信号Ｔ_Ｓに基づいて予想吸気温度Ｔ_Ｍを算出する。しかる後、Ｓ１６のステップにて予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏ以上であるか否かが判定される。

ここで、予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏ以上である、つまり燃焼室１２内に流入する吸気の温度が上昇し過ぎると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行して吸気制御弁２４の第２開弁時期Ｃ_２を早め、燃焼室１２内に流入する吸気の流速を低下させて予想吸気温度Ｔ_Ｍを要求最低温度Ｔ_Ｏ低下するように制御を行う。なお、この場合における吸気制御弁２４の閉弁時期は、吸気弁１６の閉弁時期と同じである。

一方、Ｓ１６のステップにて予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏよりも低い、つまり燃焼室１２に流入する吸気の流速が充分ではなく、燃焼室１２の温度上昇が充分ではないと判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行して第１の開弁時期Ｃ_１を選択すると共に吸気制御弁２４の閉弁時期を吸気弁１６の閉弁時期よりも遅らせて吸入空気量の増大を図る。

このように、要求最低吸気量Ｇを満たすように吸気を制御することにより、極低温時のエンジン１０の始動性や着火性を確保しつつ、燃料の失火やスモークの発生を防止することが可能となる。換言すれば、このような不具合を考慮する必要がないのであれば、単に吸気制御弁２４を第１の開弁時期Ｃ_１にて開弁するだけでも本発明を達成し得ることは言うまでもない。また、常に要求最低吸気量Ｇを満たすように吸気を制御する場合には、第２の開弁時期Ｃ_２を基準として吸気制御弁２４を開弁することが望ましい。

このような本発明による吸気制御方法の他の実施形態の作業手順を図９のフローチャートに示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、Ｓ２１のステップにて吸気温センサ３２によって検出された吸気温Ｔ_Ｓが予め設定された所定温度Ｔ_Ｒ以下である、すなわち外気温が低いので本発明の制御を行う必要があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行して要求最低吸気量Ｇを算出し、Ｓ２３のステップにて吸気制御弁２４の第２の開弁時期Ｃ_２を設定し、さらにＳ２４のステップにて吸気温センサ３２からの検出信号Ｔ_Ｓに基づいて予想吸気温度Ｔ_Ｍを算出する。しかる後、Ｓ２５のステップにて予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏ以上であるか否かが判定される。

ここで、予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏ以上である、つまり燃焼室温度が上昇し過ぎると判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行して第２開弁時期Ｃ_２を早め、燃焼室１２内に流入する吸気の流速を低下させて予想吸気温度Ｔ_Ｍが低下するように制御を行う。この吸気制御弁２４の閉弁時期が吸気弁１６の閉弁時期と同時期であることは、先の場合と同様である。

一方、Ｓ２５のステップにて予想吸気温度Ｔ_Ｍが要求最低温度Ｔ_Ｏよりも低い、つまり燃焼室１２に流入する吸気の流速が充分ではなく、燃焼室１２の温度上昇が充分ではないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行して第２開弁時期Ｃ_２を選択し、要求最低吸気量Ｇを満たすようにして燃料の失火やスモークの発生を確実に防止する。

ディーゼルエンジンでは、燃焼室１２内における吸気スワールの形成が非常に重要な場合が多い。上述した吸気制御弁２４の開弁に伴って吸気の流速が高まるため、これに伴って燃焼室１２に形成される吸気スワールも影響を受ける。従って、燃焼室１２における吸気スワールの形成を考慮して上述した吸気制御を行うことも有効である。

このような観点に着目した吸気に関する制御ブロックを図１０に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本参考形態における制御装置２５には、クランク角センサ３７からの検出信号によって得られるエンジン回転数とアクセル開度センサ３１からの検出信号によって得られるアクセル開度とに基づいて燃焼室１２内にて混合気が正常燃焼し得る最低限のスワール比Ｓを導出する要求最低スワール比導出部４７が設けられており、開弁時期設定部４８は、この要求最低スワール比導出部４７にて導出される要求最低スワール比Ｓと、要求最低吸気量導出部４１から導出される要求最低吸気量Ｇとを同時に満たすような吸気制御弁２４の最も遅い開弁時期を設定する。

要求最低スワール比導出部４７は、エンジン回転数とアクセル開度と要求最低スワール比Ｓとを関連付けた図１１に示す如きマップを有している。そして、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ３１から読み出されるアクセル開度とに基づき、この図１１のマップから要求最低スワール比Ｓを読み出す。

開弁時期設定部４８は、吸気制御弁２４の開弁時期とスワール比とを関連付けた図１２に示す如きマップを有しており、要求最低スワール比導出部４７から導出された要求最低スワール比Ｓを満たすような最も遅い開弁時期Ｃを図１２のマップから読み出す。一方、要求最低吸気量導出部４１から導出される要求最低吸気量Ｇを満たすような最も遅い開弁時期Ｃ_０を図５のマップから読み出し、これらを比較して早い方の開弁時期を吸気制御弁２４の最終的な開弁時期として選択する。

このように、要求最低空気量Ｇと要求最低スワール比Ｓとを同時に満たすように吸気制御弁２４の最も遅い開弁時期を設定することにより、極低温時のエンジン１０の始動性や着火性を確保しつつ、所定の吸気スワールを燃焼室１２に形成して燃料の失火やスモークの発生を防止することが可能となる。

上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効であり、アクセル開度に対して独立にスロットル弁の開度を制御することによってもディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。

本発明をディーゼルエンジンに応用した一実施形態のシステム概念図である。図１に示したディーゼルエンジンの制御ブロック図である。吸気制御弁を閉弁した状態での吸気行程における燃焼室内の圧力の変化を表すグラフである。エンジン回転数とアクセル開度と要求最低吸気量との関係を表す等高線マップである。エンジンの吸気行程にて吸気制御弁の開弁時期を変更した場合における吸入空気量の変化を表すマップである。吸気制御弁の開弁時期と燃焼室内における吸気の温度上昇率との関係を表すグラフである。エンジン回転数とアクセル開度と要求温度との関係を表す等高線マップである。図１に示したディーゼルエンジンにおける吸気制御の手順を表すフローチャートである。本発明による吸気制御方法の他の実施形態における手順を表すフローチャートである。本発明の参考形態における吸気に関する制御ブロック図である。エンジン回転数とアクセル開度と要求最低スワール比との関係を表す等高線マップである。吸気制御弁の開弁時期とスワール比との関係を表すグラフである。

符号の説明

１０エンジン
１１燃料噴射弁
１２燃焼室
１３吸気ポート
１４排気ポート
１５シリンダヘッド
１６吸気弁
１７排気弁
１８動弁機構
１９吸気通路
２０吸気管
２１エアクリーナ
２２サージタンク
２３アクチュエータ
２４吸気制御弁
２５制御装置
２６排気通路
２７排気管
２８触媒
２９ピストン
３０アクセルペダル
３１アクセル開度センサ
３２吸気温センサ
３３吸気圧センサ
３４シリンダブロック
３５連接棒
３６クランク軸
３７クランク角センサ
３８燃料噴射量設定部
３９噴射時期設定部
４０第１開弁時期設定部
４１要求最低吸気量導出部
４２第２開弁時期設定部
４３予想吸気温導出部
４４要求温度設定部
４５温度比較部
４６開弁時期選択補正部
４７要求最低スワール比導出部
４８開弁時期設定部
Ｐ_１許容最大負圧
Ｃ_０開弁時期
Ｃ_１第１開弁時期
Ｃ_２第２開弁時期
Ｇ要求最低吸気量
Ｔ_Ｓ吸気温
Ｔ_Ｒ所定温度
Ｔ_Ｍ予想上昇温度
Ｔ_Ｏ要求最低温度
Ｓスワール比

Claims

エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、吸気通路に設けられて吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、前記吸気通路内の吸気温を検出する吸気温センサと、この吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度以下の場合、前記吸気制御弁の開弁時期が前記吸気弁の開弁時期よりも遅くなるように前記吸気制御弁を制御する制御手段とを具えた吸気制御装置であって、前記制御手段は、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、エンジンが必要とする最低限の吸気量を導出する要求最低吸気量導出部と、
この要求最低吸気量導出部にて導出された要求最低吸気量を満たすような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部と、
この開弁時期設定部にて設定された開弁時期にて前記吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温センサからの検出信号に基づいて導出する予想吸気温導出部と、
前記運転状態検出手段からの検出信号に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を設定する要求温度設定部と、
この要求温度設定部にて設定された要求温度と前記予想吸気温導出部にて導出された予想上昇温度とを比較する温度比較部と、
この温度比較部での比較結果に基づき、前記開弁時期設定部にて設定された開弁時期を補正する開弁時期補正部とを有することを特徴とする吸気制御装置。
前記開弁時期設定部は、予め設定されたエンジンの許容最大負圧となるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する第１開弁時期設定部を含むことを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。
前記開弁時期設定部は、前記第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期と同じか、これよりも早い前記吸気制御弁の第２の開弁時期を設定する第２開弁時期設定部をさらに含み、前記開弁時期補正部は、前記温度比較部での比較結果に基づき、前記第１開弁時期設定部にて設定された第１の開弁時期を選択するか、または前記第２開弁時期設定部にて設定された第２の開弁時期を選択してこれを補正する開弁時期選択補正部を含むことを特徴とする請求項２に記載の吸気制御装置。
吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設けたエンジンに対する吸気制御方法であって、
エンジンの運転状態を検出するステップと、
吸気通路内の吸気温を検出するステップと、
エンジンが必要とする最低限の吸気量を要求最低吸気量として導出するステップと、
導出された要求最低吸気量を満たすような吸気制御弁の開弁時期を設定するステップと、
設定された開弁時期にて吸気制御弁を開弁した場合の燃焼室に流入する吸気の予想上昇温度を前記吸気温に基づいて導出するステップと、
エンジンの運転状態に基づき、燃焼室に流入する吸気に求められる最低限の温度を要求温度として設定するステップと、
設定された要求温度と前記予想上昇温度とを比較するステップと、
この温度比較部での比較結果に基づき、設定された開弁時期を補正するステップと
を具えたことを特徴とする吸気制御方法。