JP4691822B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば自動車用の内燃機関として、燃焼室に直接燃料を噴射供給する筒内噴射式のものが知られている。
【0003】
こうした内燃機関においては、冷えた状態からの始動時(冷間始動時)など燃焼室の温度が低いとき、同燃焼室内に噴射された燃料が霧化されにくく液状燃料のままとなり易いことから、燃焼室内に液状燃料が存在した状態で燃料の燃焼が行われることがある。この場合、燃焼室内の液状燃料が燃焼時の熱により焦げ付き、内燃機関からの排気に黒煙が含まれるようになるおそれがあった。
【0004】
そこで、例えば特開平11−324778号公報に示されるように、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させ、これにより燃料燃焼時の燃焼温度を低下させて液状燃料の焦げ付きを抑制するとともに、排気の熱により燃焼室の温度を上昇させて液状燃料の霧化を促進することも考えられる。このように、燃焼室内での液状燃料の焦げ付きを抑制するとともに同燃料の霧化を促進することで、黒煙の発生を抑制することができるようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させるということは、燃料燃焼時の燃焼室内に当該燃焼に寄与しない気体(排気)が存在するということであり、これにより燃料の燃焼が不安定になり易くなることは否めない。従って、このように燃焼状態が不安定になることへの対策を適切に講じないと、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させることで黒煙の発生を抑制することはできても、燃料の燃焼状態が燃焼室内の排気によって不安定になるおそれがある。
【0006】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、黒煙の発生を抑制すべく燃料燃焼時の燃焼室に内燃機関の排気を存在させるとき、それに伴い燃料の燃焼状態が不安定になるのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、機関バルブのバルブタイミングを変化させることにより燃料燃焼時の燃焼室内のガスに含まれる排気の量を調整する調整手段を備える筒内噴射式内燃機関に適用され、同機関からの排気に黒煙が含まれる機関状態である旨判断されたとき、前記ガス中の排気量を増加させる側に前記調整手段を制御する内燃機関の制御装置において、前記調整手段の前記排気量増加側への制御は、内燃機関の冷間始動時に実行されるとともに、前記燃料の燃焼状態を監視する監視手段と、前記監視手段により前記燃焼状態の不安定化が検出されたときには、内燃機関の運転制御に用いられる所定制御系を前記燃焼状態が安定する方向に制御する安定化手段とを備え、さらに、内燃機関の冷間始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、前記調整手段の実際の駆動量と前記燃焼室の推定温度とに基づき、内燃機関の運転制御に用いられる制御系のうち、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系を制御することにより前記排気量の変化過程における前記燃焼状態の不安定化を抑える制御手段を備えた。
【0008】
上記構成によれば、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブといった機関バルブのうち、少なくとも一つのバルブタイミングを変化させてバルブオーバラップ量を変化させることで、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量が調整され、これにより黒煙の発生が抑制される。
また、内燃機関が冷えた状態から始動されるとき、調整手段の排気量増量側への制御により黒煙の発生を抑制することができ、且つ燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
また、調整手段の排気増量側への制御がなされ、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する内燃機関の排気によって燃焼状態が不安定になったときには、内燃機関の所定制御系が前記燃焼状態を安定させる方向に制御される。これにより、燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
また、調整手段の排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、調整手段の実際の駆動量、即ち燃料燃焼時の燃焼室内に存在する実際の排気の量と燃焼室の推定温度とに基づき、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系が制御されることにより前記排気量の変化過程における燃焼状態の不安定化が抑えられる。従って、上記調整手段の制御の際、当該制御による調整手段の駆動に応答遅れ等が生じ、上記制御に基づき燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量が定められた値まで変化するのに応答遅れが生じたとしても、そのときにはバルブタイミングの制御とは別の制御であって燃料の燃焼に関係する制御系の制御が燃料燃焼時の燃焼室内に存在する実際の排気の量に適した態様で行われ、これにより上記応答遅れに伴い燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【0009】
なお、燃料燃焼時の燃焼室内に排気を存在させることは、内燃機関の排気を吸気系に再循環させることや、燃焼室内での燃料燃焼後の排気を残留させることによって実現することができる。
また、燃料の燃焼状態は、内燃機関の回転速度や、その回転速度の変動から知ることができる。そして、上記所定制御系の制御としては、調整手段の排気量減量側への制御、吸入空気量の増量制御、燃焼が安定し易い燃焼形態への燃焼形態切換制御、燃料噴射時期の遅角制御、及び点火時期の進角制御等をあげることができる。
また、上記燃焼に関係する制御系の制御としては、吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、燃料噴射時期制御、及び点火時期制御等をあげることができる。
【0010】
請求項2記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記安定化手段は、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を禁止する禁止手段を備えた。
【0011】
上記構成によれば、調整手段の排気増量側への制御がなされ、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する内燃機関の排気によって燃焼状態が不安定になったときには、上記調整手段の排気増量側への制御が禁止され、燃焼状態の安定化が図られるようになる。従って、燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0017】
請求項3記載の発明では、請求項1または2に記載の発明において、内燃機関がアイドル運転状態であることを条件に、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を許可する許可手段を備えた。
【0018】
上記構成によれば、内燃機関がアイドル運転状態にあるとき、即ち同機関が搭載される車両の走行停止中のとき、調整手段の排気増量側への制御が行われるようになる。そのため、車両の走行中に燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気により燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。従って、車両の走行中に燃焼状態が不安定になり、車両のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【0019】
請求項4記載の発明では、請求項1または2に記載の発明において、前記燃焼室内のガスの流動状態を変更すべく内燃機関の吸気通路に開閉可能に設けられ、前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われるときには前記燃焼室内でのガス流の乱れが大となるように開閉制御される気流制御弁と、前記気流制御弁の開閉制御が完了したことを条件に、前記排気量増加側への前記調整手段の制御を許可する許可手段とを備えた。
【0020】
燃焼室内でのガス流の乱れを大とするための気流制御弁の開閉制御が完了する前に調整手段の排気量増大側への制御が行われ、燃焼室内のガス流の乱れが小であるときに燃料燃焼時の燃焼室のガスに多量の排気が含まれた状態になると、その排気が燃焼室内において偏在するようになる。この状態にあっては、燃焼室内における排気の濃い部分で燃料の燃焼が行われる可能性があり、このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、上記構成によれば、調整手段の排気量増大側への制御が上記気流制御弁の開閉制御完了後に実行されるようになるため、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の偏在に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0021】
請求項5記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記推定温度に基づき、前記調整手段を前記排気量増加側へと制御する際の目標値を設定する設定手段とを備えた。
燃焼室の温度が高くなるほど、黒煙の発生を抑制するのに必要な燃料燃焼時の燃焼室内の排気の量は少なくなる。上記構成によれば、燃焼室の推定温度が高くなるほど上記排気の量が少なくなるよう、調整手段を制御する際の目標値を設定することができる。そして、このように目標値を設定して燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量を調整することで、当該排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとすることができ、その排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0023】
請求項6記載の発明では、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記調整手段は油圧により駆動制御されるものであって、内燃機関の始動開始後において最初に前記調整手段を前記排気量増加側へと制御するときには、その制御のための駆動力を通常よりも大とするものとした。
【0024】
内燃機関が冷えた状態での始動時には、調整手段を駆動するための作動油の粘度が高くなり、調整手段を駆動制御しにくくなる。しかし、上記構成によれば、このようなときでも調整手段を排気量増加側へと制御するための駆動力が通常よりも大とされるため、その調整手段の制御を的確に実行することができる。
【0025】
なお、上記調整手段を排気量増加側へと制御するための駆動力については、通常よりも大とする代わりに最大とすることも考えられる。この場合、作動油の粘度が高い状態のときに調整手段の排気量増加側への制御を的確に行うという点において一層好ましくなる。
【0026】
請求項7記載の発明では、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、内燃機関の始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御は極低温時には実行されないことを要旨とした。
【0027】
上記構成によれば、調整手段を駆動するための作動油の粘度が高くなり過ぎて同調整手段を駆動できなくなるような極低温時には、調整手段の排気量増加側への制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用の筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図1〜図14に従って説明する。
【0034】
図1に示されるエンジン1においては、二つに分岐した状態の吸気通路2から燃焼室3へと空気が吸入され、燃料噴射弁4から燃焼室3内に噴射供給される燃料と上記空気とからなる混合気に対して点火プラグ5による点火が行われる。この点火プラグ5の点火時期はイグナイタ5aによって調整される。そして、この点火により燃焼室3内の混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン6が往復移動し、燃焼後の混合気は排気として排気通路7に送り出されるようになる。
【0035】
エンジン1における燃焼室3内での混合気の燃焼形態は、エンジン1の運転状態に応じて、下記[1]〜[3]に示される成層燃焼、弱成層燃焼、及び均質燃焼の間で切り換えられる。
【0036】
[1]成層燃焼では、圧縮行程での燃料噴射により点火プラグ5周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を形成し、その状態での点火プラグ5による点火で成層混合気の燃焼が行われる。
【0037】
[2]均質燃焼では、吸気行程での燃料噴射により空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を形成し、その状態での点火プラグ5による点火で均質混合気の燃焼が行われる。
【0038】
[3]弱成層燃焼では、吸気行程と圧縮行程との両方での燃料噴射により、燃焼室3内の混合気の状態が上述した成層混合気と均質混合気との中間の状態とされ、その状態での点火プラグ5による点火で上記中間状態の混合気の燃焼が行われる。
【0039】
これら各燃焼形態のうちのいずれかを実行することにより、ピストン6が往復移動するようになる。このピストン6の往復移動は、コネクティングロッド8によってエンジン1の出力軸であるクランクシャフト9の回転へと変換される。そして、クランクシャフト9が回転すると、その回転に対応した信号がクランクポジションセンサ10から出力されるとともに、同回転が変速機等を介して自動車のタイヤに伝達されるようになる。また、上記のようにエンジン1が駆動されるときには冷却水によってエンジン1が冷却されるが、その冷却水の温度は水温センサ36によって検出されるようになる。
【0040】
吸気通路2において、その上流部分には燃焼室3に吸入される空気の量(吸入空気量)を調節すべく開閉動作するスロットルバルブ11が設けられ、スロットルバルブ11よりも下流には吸気通路2内の圧力(吸気圧)を検出するためのバキュームセンサ12が設けられている。上記スロットルバルブ11の開度(スロットル開度)は、自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル13の踏込量(アクセル踏込量)に応じて調整される。なお、アクセル踏込量はアクセルポジションセンサ14によって検出され、スロットル開度はスロットルポジションセンサ15によって検出される。
【0041】
吸気通路2の二つに分岐した部分のうちの一方には、混合気の良好な燃焼が得られるよう燃焼室3内のガスの流動状態を変更する気流制御弁16が設けられている。この気流制御弁16は、吸気通路2内の圧力(負圧)と大気圧との差圧に基づき作動するアクチュエータ17によって開閉駆動される。そして、上記差圧がアクチュエータ17を作動可能な値に達しているときには、同アクチュエータ17を作動させて気流制御弁16を閉弁することができるようになる。
【0042】
気流制御弁16が閉弁しているときには二つに分岐した吸気通路2のうちの一方のみから空気が燃焼室3に吸入されるが、この状態にあっては燃焼室3に吸入されるガスの流速が速まって燃焼室3内のガス流の乱れが大となり、燃焼室3内でのガスの混合が促進される。これに対し、気流制御弁16が開弁しているときには、燃焼室3内のガス流の乱れが小とはなるが、高負荷高回転時等であればエンジン1の吸気抵抗を低減することができる。
【0043】
一方、燃焼室3からの排気が送り込まれる排気通路7には、同排気の一部を吸気通路2に流すためのEGR通路18が接続されている。EGR通路18を通じて排気通路7から吸気通路2に再循環される排気の量(EGR量)は、EGR通路18に設けられたEGRバルブ19の開度を制御することによって調節される。こうした排気の再循環は、例えば燃料の燃焼温度を低下させて窒素酸化物(NOx )の生成を抑制し、エンジン1のNOx エミッションの低減を図るといった目的のもとで実行される。
【0044】
エンジン1において、吸気通路2と燃焼室3との間は吸気バルブ20の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路7と燃焼室3との間は排気バルブ21の開閉動作によって連通・遮断される。そして、吸気バルブ20及び排気バルブ21は、クランクシャフト9の回転が伝達される吸気カムシャフト22及び排気カムシャフト23の回転に伴い開閉動作するようになる。吸気カムシャフト22の近傍には、同シャフト22の回転位置を検出するためのカムポジションセンサ24が設けられている。
【0045】
また、吸気カムシャフト22には、クランクシャフト9の回転に対する吸気カムシャフト22の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ20のバルブタイミング(開閉タイミング)を変更するバルブタイミング可変機構25が設けられている。このバルブタイミング可変機構25には、進角側油路26及び遅角側油路27が接続されている。そして、これら油路26,27は、オイルコントロールバルブ(OCV)28、並びに、供給通路29及び排出通路30を介して、エンジン1のオイルパン31内に繋がっている。
【0046】
上記供給通路29には、クランクシャフト9の回転に伴って駆動されるオイルポンプ32が設けられている。また、上記OCV28は、互いに逆方向に働くコイルスプリング33及び電磁ソレノイド34の付勢力よって切換動作し、供給通路29及び排出通路30と進角側油路26及び遅角側油路27との接続状態を変更する。
【0047】
即ち、OCV28は、電磁ソレノイド34の消磁状態においては、遅角側油路27と供給通路29とを連通するとともに、進角側油路26と排出通路30とを連通する。この場合、オイルパン31内のオイル(作動油)がオイルポンプ32により遅角側油路27へ送り出されるとともに、進角側油路26内にあったオイル(作動油)がオイルパン31内へ戻される。このとき、バルブタイミング可変機構25には遅角側油路27を通じてオイルが供給される。これにより、バルブタイミング可変機構25は、クランクシャフト9に対する吸気カムシャフト22の相対回転位相を遅角させるよう油圧駆動される。その結果、吸気バルブ20のバルブタイミングが遅角側に変化するようになる。
【0048】
また、電磁ソレノイド34が励磁されたときには、遅角側油路27と排出通路30とが連通するとともに、進角側油路26と供給通路29とが連通する。この場合、オイルパン31内のオイルがオイルポンプ32により進角側油路26に送り出されるとともに、遅角側油路27内にあったオイルがオイルパン31内へ戻される。このとき、バルブタイミング可変機構25には進角側油路26を通じてオイルが供給される。これにより、バルブタイミング可変機構25は、クランクシャフト9に対する吸気カムシャフト22の相対回転位相を進角させるよう油圧駆動される。その結果、吸気バルブ20のバルブタイミングが進角側に変化するようになる。
【0049】
次に、本実施形態のエンジン制御装置の電気的構成について説明する。
この制御装置は、エンジン1を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置35を備えている。この電子制御装置35は、イグナイタ5a、燃料噴射弁4、スロットルバルブ11、アクチュエータ17、EGRバルブ19、及びOCV28を駆動制御する。また、電子制御装置35には、クランクポジションセンサ10、バキュームセンサ12、アクセルポジションセンサ14、スロットルポジションセンサ15、カムポジションセンサ24、及び水温センサ36といった各種センサからの検出信号が入力される。
【0050】
電子制御装置35は、クランクポジションセンサ10、スロットルポジションセンサ15、バキュームセンサ12、及びアクセルポジションセンサ14からの検出信号に基づき、エンジン回転速度NE、吸気圧PM、アクセル踏込量ACCP、スロットル開度TAを求める。そして、電子制御装置35は、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率KLを、エンジン回転速度NEと、スロットル開度TA、アクセル踏込量ACCP、及び吸気圧PMなどエンジン1の吸入空気量に関係するパラメータとに基づき算出する。
【0051】
電子制御装置35は、エンジン回転速度NEや負荷率KLなどエンジン1の運転状態に応じて、点火時期制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、吸入空気量制御、気流制御弁16の開閉制御、EGRバルブ19の開度制御、吸気バルブ20のバルブタイミング制御、及び燃焼形態切換制御など、エンジン1の各種運転制御を実行する。
【0052】
次に、エンジン1の冷間始動時など、排気中に黒煙が含まれる機関状態のときに同黒煙の発生を抑制する手順について図2を参照して説明する。
図2は、吸気バルブ20のバルブタイミングを制御して燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに含まれる排気の量を調整して上記黒煙の発生を抑制するとともに、上記のように燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在することに起因して燃焼状態が不安定になるのを抑制する黒煙抑制ルーチンを示すフローチャートである。この黒煙抑制ルーチンは、電子制御装置35を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて周期的に実行される。
【0053】
エンジン1の始動開始時には、混合気を安定して燃焼させることを重視し、エンジン1の燃焼形態として、均質混合気を燃焼させる均質燃焼が選択される。更に、均質燃焼でのエンジン1の始動であることを考慮し、燃焼室3内のガス流の乱れを大として混合気の混合を促進すべく、気流制御弁16が閉弁するようアクチュエータ17が制御される。ただし、このアクチュエータ17は吸気圧PMと大気圧との差圧により作動して気流制御弁16を閉弁させるものであることから、エンジン1の始動開始後において吸気圧PMがアクチュエータ17の作動に必要な値まで真空側に変化するのには所定の時間を要する。従って、エンジン1の始動開始から上記所定の時間が経過するまでは、気流制御弁16は、アクチュエータ17により閉弁させようとしても開弁したままの状態となる。
【0054】
黒煙抑制ルーチンにおいては、まずエンジン1が始動完了しているか否か、例えばエンジン回転速度NEが予め設定されたアイドル回転速度以上の値であるか否かが判断される(S101)。
【0055】
上記ステップS101で否定判定がなされた場合には、エンジン1の始動が完了していない旨判断され、OCV28の駆動制御に用いられるデューティ比Dが「0%」に設定される(S111)。このデューティ比Dは、電子制御装置35を通じて行われるOCV28の電磁ソレノイド34に対する印可電圧のデューティ制御に用いられる。こうしたデューティ制御によって、バルブタイミング可変機構25へのオイル供給が制御され、バルブタイミング可変機構25の駆動に基づき吸気バルブ20のバルブタイミングが調整されるようになる。
【0056】
上記のようにデューティ比Dが「0%」であるときには、バルブタイミング可変機構25に対して遅角側油路27を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ20のバルブタイミングが最遅角状態に保持される。この状態にあっては、吸気バルブ20と排気バルブ21とのバルブオーバラップ量が「0」となり、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が最も少なくされて燃焼状態の安定化が図られ、エンジン1の始動性が良好なものとされる。
【0057】
一方、上記ステップS101で肯定判定がなされた場合には、燃焼室3の温度を推定した値である推定温度Tの算出が行われる(S102)。
実際の燃焼室3の温度は、エンジン1の一回の燃焼サイクル毎に、同燃焼サイクルで消費される燃料量(燃料噴射量Qfin )に対応した分だけ上昇するようになる。従って、ステップS102の処理では、今回の燃焼サイクルにおける燃焼室3の温度上昇分を燃料噴射量Qfin に変換係数Kを乗算することによって算出し、この「Qfin ・K」という値を前回のS102の処理で算出された推定温度Tに加算することにより、今回の推定温度Tが算出されることとなる。
【0058】
上記燃料噴射量Qfin としては、例えばエンジン1の燃料噴射量制御を行うに際して用いられる燃料噴射量の指令値、即ち負荷率KL及びエンジン回転速度NE等から求められる燃料噴射量の指令値が採用される。また、上記燃料噴射量Qfin に乗算される変換係数Kは、エンジン1の一回の燃焼サイクルで消費(燃焼)される燃料量(燃料噴射量Qfin )を、その燃焼による燃焼室3の温度上昇量という単位に変換するためのものである。
【0059】
なお、エンジン1の始動完了後に最初にステップS102の処理が実行されるときには、推定温度Tの算出に用いられる前回の推定温度Tとして、エンジン1の冷却水温から算出される初期温度が採用される。この初期温度は、水温センサ36の検出信号から求められるエンジン1の冷却水温が高くなるほど、高い値となるように算出されるものである。
【0060】
このように燃焼室3の推定温度が算出された後、燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに含まれる排気により黒煙の発生を抑制すべき状況であるか否かが判断される。こうした判断は、
・推定温度Tが所定値a1よりも大であるか否か(S103)、即ちバルブタイミング可変機構25の駆動に支障を来すほどオイルの粘度が高くなるようなエンジン低温状態(極低温状態)でないか否か、
・推定温度Tが所定値a2(a2>a1)以下であるか否か(S104)、即ち燃焼室3の温度が黒煙発生の可能性のある値以下であるか否か、
・アイドル運転状態であるか否か(S105)、即ち自動車が停止した状態であるか否か、
といった判断に基づき行われることとなる。
【0061】
そして、ステップS103〜S105で全て肯定判定であれば、黒煙の発生を抑制すべき状況である旨判断され、吸気バルブ20のバルブタイミングの進角処理が実行される(S106)。この処理では、吸気バルブ20のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御してバルブオーバラップを生じさせることにより、燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに含まれるエンジン1の排気の量を増量側に調整する。
【0062】
この排気によって燃焼室3の温度が上昇させられると、燃焼室3内に噴射供給された燃料が霧化されずに液状燃料のままとなることは抑制される。更に、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気により燃料の燃焼温度が低下するため、燃焼室3内の液状燃料が燃焼熱によって焦げ付くことも抑制される。このようにして、燃焼室3内の液状燃料を少なくしつつ、燃料が燃焼するときの燃焼温度を低下させることで、液状燃料が焦げ付くことによる黒煙の発生を抑制することができるようになる。
【0063】
こうした黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)は、燃焼室3の推定温度が黒煙発生の可能性のある値以下である旨判断されたこと(S104:YES)を条件に、実行される。従って、上述した燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに含まれる排気量の調整は、エンジン1の冷間始動時など黒煙発生の抑制のために真に必要とされるときのみに限定して実行されるようになる。このため、燃料燃焼時の燃焼室3内にエンジン1の排気が多く存在するという、燃焼状態が不安定となる可能性のある状態を極力短くすることができ、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0064】
また、上記吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)は、アイドル運転状態である旨判断されたこと(S105:YES)を条件に、実行される。従って、自動車の走行中に、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の調整が行われることはなく、その調整に伴い燃焼状態が不安定になって自動車のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【0065】
一方、ステップS103〜S105のいずれかで否定判定がなされた場合には、上述した黒煙発生の抑制を実行すべき状況でない旨判断され、黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)が実行されることはない。
【0066】
即ち、ステップS103とステップS105とのいずれかで否定判定がなされた場合には、ステップS106の処理は実行されずに、上述したステップS111の処理が実行されることとなる。従って、推定温度Tが所定値a1以下であるとき(S103:NO)には、黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)が実行されることはないのである。このため、バルブタイミング可変機構25を駆動できなくなるほどオイルの粘度が高くなるような極低温時には、上記バルブタイミング進角制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【0067】
また、ステップS104で否定判定がなされた場合には、燃焼室3内の温度が黒煙発生の可能性のある値よりも大である旨判断され、通常のバルブタイミング制御が実行される(S112)。つまり、通常のバルブタイミング制御が実行されるのは、エンジン1が冷間始動時を脱したときということになる。
【0068】
この通常のバルブタイミング制御では、負荷率KL及びエンジン回転速度NEなどエンジン1の運転状態に応じて、吸気バルブ20のバルブタイミングの進角量が調整される。この進角量とは、バルブタイミングが最遅角状態となったときを基準として、同バルブタイミングがどの程度進角した状態にあるかを示す値である。そして、上記バルブタイミングの進角量の調整は、負荷率KL及びエンジン回転速度NEに応じて設定される目標進角量θtに対し、カムポジションセンサ24の検出信号から求められる実進角量θrが近づくよう、デューティ比Dを変化させることによって行われる。
【0069】
このデューティ比Dが「0%」に設定されたときには、バルブタイミング可変機構25に対して遅角側油路27を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ20のバルブタイミングが最遅角状態となるようバルブタイミング可変機構25が駆動されるのは上述した通りである。これに対し、デューティ比Dが「100%」に設定されたときには、バルブタイミング可変機構25に対して進角側油路26を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ20のバルブタイミングが最進角状態となるようバルブタイミング可変機構25が駆動されることとなる。
【0070】
従って、通常のバルブタイミング制御におけるデューティ比Dは、実進角量θrが目標進角量θtよりもバルブタイミング進角側の値であるときには「0%」寄りの値に設定され、実進角量θrが目標進角量θtよりも遅角側の値であるときには「100%」寄りの値に設定される。このように、デューティ比Dを実進角量θr及び目標進角量θtに基づき変化させることで、実進角量θrが目標進角量θtに近づけられ、吸気バルブ20のバルブタイミングがエンジン1の運転にとって最適なタイミングとされる。
【0071】
次に、黒煙抑制ルーチンにおけるステップS106の処理、即ち吸気バルブ20のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に調整する処理について、バルブタイミング進角ルーチンを示す図3のフローチャートを参照して詳しく説明する。このバルブタイミング進角ルーチンは、黒煙抑制ルーチン(図2)のステップS106に進む毎に電子制御装置35を通じて実行される。
【0072】
バルブタイミング進角ルーチンにおいては、まずエンジン1の始動完了後に吸気バルブ20のバルブタイミングが一回も最進角状態に達したことがないか否かが判断される(S201)。ここで肯定判定であれば、気流制御弁16が閉弁完了したか否かが、例えば吸気圧PMがアクチュエータ17の作動に必要な値にまで真空側に変化したか否かに基づき判断される(S101)。そして、肯定判定であれば、デューティ比Dが「100%」に設定される(S203)。
【0073】
従って、エンジン1の始動完了後において、吸気バルブ20のバルブタイミングが最初に最進角状態に達するまでの間は、気流制御弁16が閉弁完了していることを条件にデューティ比Dが「100%」とされる。このようにデューティ比Dが「100%」とされるときには、吸気バルブ20のバルブタイミングが進角側に変化するようバルブタイミング可変機構25を駆動制御するときの駆動力が最大とされることになる。
【0074】
エンジン1の始動開始直後においては、バルブタイミング可変機構25を駆動するためのオイルが低温状態であることからオイルの粘度が高くなり、バルブタイミング可変機構25を駆動させにくくなる。そのため、黒煙発生を抑制するための吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御も実行しにくくなるが、その制御は上記のように最大の駆動力をもって行われるため、同制御を的確に実行することができるようになる。
【0075】
このようにデューティ比Dを「100%」とすることで、上記のようにバルブタイミング可変機構25を駆動させにくい状況のもとでも、吸気バルブ20のバルブタイミングが最短時間で最進角状態とされる。その結果、速やかにバルブオーバラップ量が最大とされ、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が速やかに最大とされるようになる。
【0076】
また、デューティ比Dを「100%」とし、吸気バルブ20のバルブタイミングを最進角状態とすることは、気流制御弁16が閉弁完了していることを条件に行われることから、エンジン1の始動開始後であって気流制御弁16が閉弁してから実行されることになる。このため、気流制御弁16が閉弁完了しておらず燃焼室3内のガス流の乱れが小であるとき、燃料燃焼時の燃焼室3内に多量の排気が存在することは回避される。
【0077】
仮に、こうした状態になったとすると、燃焼室3内におけるガス流の乱れが小であることから上記多量の排気が燃焼室3内で偏在するようになる。このため、燃焼室3内における排気の濃い部分が点火プラグ5周りにあるとき、当該点火プラグ5による混合気への点火が行われる可能性があり。このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、燃料燃焼時の燃焼室3内に多量の排気が存在するようになるのは、気流制御弁16が閉弁完了した後であって燃焼室3内におけるガス流が大となってからであるため、上記排気が燃焼室3内で偏在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0078】
吸気バルブ20のバルブタイミングが上記のように最進角状態とされると、ステップS201の処理では否定判定がなされる。この場合、推定温度Tに基づき目標進角量θtが算出され(S204)、その目標進角量θtに実進角量θrが近づくようデューティ比Dが算出されるようになる(S205)。
【0079】
ここで、ステップS204で算出される目標進角量θtは、図4に示されるように推定温度Tが大となるほど小さい値(遅角側の値)になる。また、ステップS205で算出されるデューティ比Dは、目標進角量θtに対して実進角量θrが進角側の値であるときには「0%」寄りの値になり、目標進角量θtに対して実進角量θrが遅角側の値であるときには「100%」寄りの値になる。こうしたデューティ比Dの算出により、実進角量θrが目標進角量θtに近づけられ、推定温度Tが大となるほど吸気バルブ20のバルブタイミングが遅角側に変化するようになる。
【0080】
ところで、推定温度Tが高くなるほど、燃焼室3内に噴射供給される燃料のうち霧化されずに液状燃料となるものが少なくなり、吸気バルブ20のバルブタイミングを進角側に調整して燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量を多くしなくても、黒煙の発生を抑制できるようになる。即ち、推定温度Tが高くなるほど、黒煙の発生を抑制するのに必要な燃料燃焼時の燃焼室3内の排気の量は少なくなる。
【0081】
従って、上記のように推定温度Tが高くなるほど、目標進角量θtを遅角側の値として燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量を少なくすることにより、当該排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとし、この排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0082】
上記ステップS203とステップS205とのいずれかの処理が実行されると、エンジン1を運転制御する制御系のうち、燃料の燃焼に関係する制御系が推定温度Tと実進角量θrとに基づき制御される(S206)。このように推定温度Tと実進角量θrとに基づき行われる制御系の制御としては、吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、燃料噴射時期制御、及び点火時期制御等をあげることができる。
【0083】
ここでは、ステップS203或いはステップS205で算出されるデューティ比Dに基づき、バルブタイミング可変機構25が駆動されるとき、その駆動の応答遅れに起因して燃焼状態が不安定になるのを抑制するようにしている。即ち、上記応答遅れが生じて燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が定められた量まで変化するのに応答遅れが生じたとしても、実進角量θrに基づき行われる上記各制御は、燃料燃焼時の燃焼室3内に実際に存在する排気の量に適した態様で行われる。従って、バルブタイミング可変機構25の駆動に応答遅れが生じたとしても、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0084】
以下、推定温度T及び実進角量θrに基づく上記各制御の概要について個別に説明する。
[吸入空気量制御]
推定温度Tが低くなり、且つ実進角量θrが大となるほど、スロットル開度TAが大となるようスロットルバルブ11が駆動制御される。これにより、エンジン1の吸入空気量は、燃焼室3の温度、及び燃料燃焼時の燃焼室3内に実際に存在する排気の量に適した値へと制御される。こうした吸入空気量制御を実行したときにおける推定温度T、実進角量θr、及び吸入空気量の関係を図5に示す。同図から分かるように、吸入空気量は、実進角量θrが大となるほど多くなるとともに、推定温度Tが低くなるほど多くなる。このように吸入空気量が多くなると、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定するようになる。従って、推定温度Tが低くなるとともに実進角量θrが大(燃料燃焼時の燃焼室3内における排気量大)となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、吸入空気量が多くされて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【0085】
[空燃比制御]
図6に示されるように、推定温度Tが低くなり、且つ実進角量θrが大となるほど、エンジン1の空燃比がリッチとなるよう、燃料噴射弁4の駆動制御を通じて燃料噴射量が多くされる。これにより、エンジン1の空燃比は、燃焼室3の温度、及び燃料燃焼時の燃焼室3内に実際に存在する排気の量に適した値へと制御される。燃料の燃焼状態にとって最適な空燃比は燃焼室3の温度が高くなるとともに上記排気の量が多くなるほどリッチ側に移行する傾向にあるが、こうした最適な空燃比が得られるよう上記空燃比制御が実行され、燃焼状態の安定が図られるようになる。
【0086】
[燃焼形態切換制御]
図7に示されるように、実進角量θrが大きいときには燃焼形態が均質燃焼から弱成層燃焼へと切り換えられる。そして、このような燃焼形態の切り換えが行われる実進角量θrの値は推定温度Tが低くなるほど小(遅角側の値)に設定される。弱成層燃焼が実行されると、圧縮行程にて噴射された燃料が点火プラグ5周りに達したときに点火が行われ、点火時の点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度が高められるため、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。更に、弱成層燃焼時には、均質燃焼時に比べて空燃比がリーンとされることから、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定するようになる。従って、推定温度Tが低くなるとともに実進角量θrが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、均質燃焼から弱成層燃焼への切り換えが行われ易くなり、この弱成層燃焼により燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【0087】
[燃料噴射時期制御]
この燃料噴射時期制御は、上記燃焼形態切換制御に基づく弱成層燃焼と併せて行われ、図8に示されるように推定温度Tが低くなり且つ実進角量θrが大となるほど、圧縮行程燃料噴射時の燃料噴射時期が遅角するよう燃料噴射弁4が駆動制御される。このように燃料噴射時期が遅角すると、噴射燃料が燃焼室3内であまり拡散せずに点火プラグ5周りに達し、その状態で点火が行われるようになる。そのため、点火時の点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度を的確に高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、推定温度Tが低くなるとともに実進角量θrが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、圧縮行程での燃料噴射時期が遅角されて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【0088】
[点火時期制御]
図9に示されるように、推定温度Tが低くなり、且つ実進角量θrが大となるほど、点火時期が進角するようイグナイタ5aが駆動制御される。均質燃焼時においては、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在すると燃料の燃焼速度が低下するが、上記のように点火時期を進角して早めに点火を行うことで上記燃焼速度の低下に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。また、弱成層燃焼時においては、点火時期を進角させることにより、圧縮行程にて噴射された燃料があまり拡散していない状態で点火プラグ周りに達して点火が行われる。そのため、点火時の点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度を高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、推定温度Tが低くなるとともに実進角量θrが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、点火時期が進角されて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【0089】
以上、推定温度T及び実進角量θrに基づき行われる各制御の概要について述べたが、バルブタイミング進角ルーチン(図3)におけるステップS206の処理では、上記各制御のうちの少なくとも一つが実行される。このバルブタイミング進角ルーチンが終了すると、処理は黒煙抑制ルーチン(図2)に戻される。
【0090】
黒煙抑制ルーチンにおけるステップS106(バルブタイミング進角ルーチン)の処理が実行された後には、エンジン1(クランクシャフト9)の回転変動dlnが算出される(S107)。即ち、例えば前回の膨張行程における180°CAをクランクシャフト9が通過するのに要した時間から、今回の膨張行程における180°CAをクランクシャフト9が通過するのに要した時間を減算し、この減算した値をフィルタ処理して得られたものを回転変動dlnとする。
【0091】
続いて、上記ステップS106の処理によって燃焼状態が不安定になったか否かが判断される。こうした判断は、
・回転変動dlnが所定値Aよりも大であるか否か(S108)、即ち回転変動dlnが運転者にとって不快なほど大きいか否か、
・エンジン回転速度NEがアイドル回転速度よりも小さい値である所定値B未満であるか否か(S109)、即ちエンジン回転速度NEの回転低下が生じているか否か、
といった判断に基づき行われる。
【0092】
そして、ステップS108とステップS109とのいずれかの処理で肯定判定がなされると、上記ステップS106の処理によって燃焼状態が不安定になった旨判断され、この燃焼状態を安定させるための燃焼安定化処理が実行される(S110)。こうした燃焼安定化処理のため、例えば吸気バルブのバルブタイミング遅角制御、吸入空気量の増量制御、燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御、燃料噴射時期の遅角制御、及び点火時期の進角制御等の各種制御を行うことが考えられる。以下に上記各種制御の概要を個別に説明する。
【0093】
[吸気バルブのバルブタイミング遅角制御]
デューティ比Dを「0%」寄りの値へと変化させ、吸気バルブ20のバルブタイミングを遅角側に制御してバルブオーバラップ量を小とすることで、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が減らされ、当該排気によって燃焼状態が不安定になることは抑制される。このようにバルブタイミング遅角制御を行うことで、燃焼状態の安定化が図られるようになる。なお、デューティ比Dの「0%」寄りの値への変化は、例えばデューティ比Dを「0%」に設定することで実現してもよいし、図10に示されるようにデューティ比Dを回転変動dlnが大となるほど「0%」寄りの値となるよう可変設定することで実現してもよい。
【0094】
[吸入空気量の増量制御]
回転変動dlnが大となるほどスロットル開度TAが開き側の値となるようスロットルバルブ11が駆動制御される。こうして図11に示されるように、回転変動dlnが大となるほど吸入空気量が増量するようになる。吸入空気量が多くなると、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定する。従って、上記のように回転変動dlnに応じて吸入空気量を増量することで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【0095】
[燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御]
燃焼形態が均質燃焼から弱成層燃焼に切り換えられると、圧縮行程にて噴射された燃料が点火プラグ5周りに達したときに点火が行われ、点火時に点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度が高められるため、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。また、弱成層燃焼時には、均質燃焼時に比べて空燃比がリーンとされることから、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定する。従って、上記のように燃焼形態を弱成層燃焼に切り換えることで、燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【0096】
[燃料噴射時期の遅角制御]
この燃料噴射時期の遅角制御は、上記燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御と併せて行われるものであって、図12に示されるように、回転変動dlnが大となるほど圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期が遅角されるよう、燃料噴射弁4を駆動制御することによって実現される。このように燃料噴射時期が遅角すると、噴射燃料が燃焼室3内であまり拡散せずに点火プラグ5周りに達し、その状態で点火が行われるようになる。そのため、点火時の点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度を的確に高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、上記のように回転変動dlnに応じて燃料噴射時期を遅角させることで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【0097】
[点火時期の進角制御]
この点火時期の進角制御では、図13に示されるように回転変動dlnが大となるほど点火時期が進角されるようイグナイタ5aが駆動制御される。均質燃焼時においては、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在することに伴い燃焼速度が低下しても、点火時期を進角して早めに点火を行うことで上記燃焼速度の低下に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。また、弱成層燃焼時においては、点火時期を進角させることにより、圧縮行程にて噴射された燃料があまり拡散していない状態で点火プラグ周りに達して点火が行われる。そのため、点火時の点火プラグ5周りに存在する混合気の燃料濃度を高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。上記のように回転変動dlnに応じて点火時期を進角させることで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【0098】
以上、ステップS106の処理により燃焼状態が不安定になったとき、その燃焼状態を安定化させるための各種制御の概要について述べたが、黒煙抑制ルーチン(図2)におけるステップS110の処理では、上記各種制御のうちの少なくとも一つが実行される。
【0099】
次に、エンジン1の始動開始後に黒煙発生の抑制が行われるに際し、時間経過に伴って、気流制御弁16の開閉状態、デューティ比D、実進角量θr、推定温度Tが、どのように変化するかについて図14のタイムチャートを参照して説明する。
【0100】
エンジン1の始動開始直後においては、アクチュエータ17の作動により気流制御弁16を閉弁させようとしても、吸気圧PMがアクチュエータ17の作動に必要な値まで真空側に低下していないため、気流制御弁16は開弁したままとなる。そして、エンジン1が始動完了すると推定温度Tの算出が開始され、始動完了後に吸気圧PMがアクチュエータ17の作動に必要な値に達して気流制御弁16が閉弁されると、
・推定温度Tが所定値a1以下でないこと、
・推定温度Tが所定値a2よりも大でないこと、
・アイドル運転状態であること、
といった条件が全て成立している限りは、デューティ比Dが「0%」から「100%」へと変更される。
【0101】
これにより、吸気バルブ20のバルブタイミングを最遅角状態から最進角状態とすべく、バルブタイミング可変機構25が駆動制御されるようになる。そして、実進角量θrが最大値に達し、エンジン1の始動開始後において初めて吸気バルブ20のバルブタイミングが最進角状態になると、以後は実進角量θrが推定温度Tに応じて設定される目標進角量θtに近づくようデューティ比Dが算出される。このデューティ比Dに基づきバルブタイミング可変機構25が駆動制御されることで、吸気バルブ20のバルブタイミングが上記目標進角量θtに対応したタイミングとされる。
【0102】
このように、エンジン1の始動開始後において、吸気バルブ20のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御することで、バルブオーバラップにより燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに含まれる排気の量が増量側に調整され、黒煙の発生が抑制されるようになる。また、上記バルブタイミングの進角制御において、バルブタイミング可変機構25に応答遅れが生じ、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が予定されている値まで変化するのに応答遅れが生じても、その排気量の実際値に対応した値である実進角量θrに基づき上述したように燃料の燃焼に関係する制御系の制御が行われ、燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【0103】
一方、上記のような応答遅れが生じないとしても、燃料燃焼時の燃焼室3内にエンジン1の排気が存在するということは、燃料燃焼時の燃焼室3内に当該燃焼に寄与しない気体(排気)が存在するということであり、燃焼状態が不安定になり易くなることは否めない。しかし、燃焼状態が不安定になったときには、エンジン1を運転制御するための所定制御系が燃焼状態を安定させる方向に制御され、燃焼状態の安定化が図られるようになる。従って、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【0104】
上記バルブタイミング進角制御が行われているときにも、推定温度Tは時間経過に伴い徐々に高くなる。そして、推定温度Tが所定値a2よりも高くなると、上記バルブタイミング進角制御に代えて通常のバルブタイミング制御が行われるようになる。
【0105】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)エンジン1の冷間始動時等において、吸気バルブ20のバルブタイミングが最遅角状態から進角側、つまり燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量を増加させる側に制御されること(S106)は、燃焼室3の推定温度Tが黒煙発生の可能性のある値(所定値a2)以下である旨判断されたとき(S104:YES)に実行される。このため、黒煙の発生を抑制するために、上記バルブタイミング進角制御により燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が調整されるのは、それが真に必要とされるときだけとなる。従って、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が多く存在するという燃焼状態が不安定となる可能性のある状態を極力短くすることができ、燃料燃焼時の燃焼室3内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0106】
(2)吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)により、燃焼状態が不安定になったときには、デューティ比Dを「0%」に設定して上記バルブタイミング進角制御を禁止し、燃料燃焼時に燃焼室3内に存在する排気の量を減らして燃焼状態の安定化を図ることができる(S110)。従って、黒煙発生を抑制するために燃料燃焼時の燃焼室3内の排気の量を増量側に調整したとしても、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0107】
(3)また、上記のようにデューティ比Dを「0%」に設定する代わりに、
・デューティ比Dを回転変動dlnに応じて遅角側の値に設定し、燃料燃焼時に燃焼室3内に存在する排気の量を低減する
・吸入空気量を増量する
・燃焼形態を弱成層燃焼に切り換えるとともに、圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期を遅角させる
・点火時期を進角させる
といった燃焼状態を安定化させるための各種制御のうちの少なくとも一つ行うようにすることもできる(S110)。この場合も上記と同様、黒煙発生を抑制するために燃料燃焼時の燃焼室3内の排気の量を増量側に調整したとき、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0108】
(4)エンジン1の始動完了後に吸気バルブ20のバルブタイミングが一回でも最進角状態になった後には、燃焼室3の推定温度に応じて設定される目標進角量θtに実進角量θrが近づくようデューティ比Dが算出され、このデューティ比Dに基づきバルブタイミング可変機構25が駆動制御される。これにより、推定温度Tが高くなるほど吸気バルブ20のバルブタイミングが遅角側に変更され、燃料燃焼時の燃焼室3室内に存在する排気の量が少なくされる。燃焼室3の推定温度Tが高くなるほど黒煙が発生しにくくなることから、上記のようにバルブタイミングが変更されることで燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとすることができ、その排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0109】
(5)吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)は、アイドル運転状態であるとき、即ち自動車の走行停止中に実行されることとなる。そのため、自動車の走行中において、黒煙発生の抑制のために燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が調整されて燃焼状態が不安定になり、それに伴い自動車のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【0110】
(6)吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)は、エンジン1の始動完了後に気流制御弁16が閉弁したことを条件に実行される。仮に、気流制御弁16が開弁した状態で上記バルブタイミング進角制御を実行したとすれば、燃焼室3内でのガス流の乱れが小であるときに燃料燃焼時の燃焼室3内のガスに多量の排気が含まれた状態となるため、その排気が燃焼室3内において偏在することとなる。この状態にあっては、燃焼室3内における排気の濃い部分が点火プラグ5周りにあるとき、当該点火プラグ5による混合気への点火が行われる可能性があり。このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、燃料燃焼時の燃焼室3内に多量の排気が存在するようになるのは、気流制御弁16が閉弁完了した後であって燃焼室3内におけるガス流が大となってからであるため、上記排気が燃焼室3内で偏在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0111】
(7)エンジン1の始動開始後に、吸気バルブ20のバルブタイミングが最初に最進角状態に向けて制御されるときには、デューティ比Dが「100%」に設定され(S203)、上記バルブタイミングを最進角状態とするためのバルブタイミング可変機構25の駆動力が最大とされる。エンジン1の始動開始直後においては、バルブタイミング可変機構25を駆動するためのオイルが低温状態であることから同オイルの粘度が高くなり、バルブタイミング可変機構25を駆動させにくくなる。そのため、黒煙発生を抑制するための上記バルブタイミング進角制御も実行しにくくなるが、その制御は上記のように最大の駆動力をもって行われるため、同制御を的確に実行することができるようになる。
【0112】
(8)吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)は、極低温である旨判断されたとき(S103:NO)には、実行されない。そのため、極低温であってバルブタイミング可変機構25を駆動できないほどオイルの粘度が高くなるときには、上記バルブタイミング進角制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【0113】
(9)上記バルブタイミング進角制御が行われるとき、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する実際の排気の量に対応する値である実進角量θrに基づき、燃料の燃焼に関係する制御系の制御、即ち上述した吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、弱成層燃焼での圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期制御、及び点火時期制御といった制御のうちの少なくとも一つが行われる(S206)。従って、上記バルブタイミングの進角制御において、バルブタイミング可変機構25に応答遅れが生じ、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量が予定されている値まで変化するのに応答遅れが生じても、その排気量の実際値に適した態様で上記制御系の制御が行われ、これにより上記応答遅れに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【0114】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・排気バルブ21のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整したり、排気バルブ21と吸気バルブ20との両方のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整したりして、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気量を調整してもよい。、
・吸気バルブ20のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整し、燃料燃焼時の燃焼室3内に存在する排気の量を調整する代わりに、EGRバルブ19の開度調節により排気通路7から吸気通路2に再循環される排気の量を調整することで、燃料燃焼時に燃焼室3内に存在する排気の量を調整することもできる。
【0115】
・吸気バルブ20のバルブタイミング進角制御(S106)が実行されるとき、必ずしも実進角量θrに応じた燃料の燃焼に関係する制御系の制御を行う必要はない。
【0116】
・エンジン1の始動開始後に吸気バルブ20のバルブタイミングが最初に最進角状態に達するまではデューティ比Dを「100%」に設定し、上記バルブタイミングを最進角状態とすべくバルブタイミング可変機構25を駆動するための駆動力を最大となるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えばデューティ比Dを「80%」といった「100%」以外の値であって、上記バルブタイミングを進角側に制御することの可能な値に設定してもよい。
【0117】
・エンジン1の始動開始後に吸気バルブ20のバルブタイミングが一回は最進角状態となるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジン1の始動開始後に吸気バルブ20のバルブタイミング最初に最進角状態になるまでの間においても、ステップS204での処理のように推定温度Tに基づき目標進角量θtを算出しておき、この目標進角量θtがバルブタイミング最進角時の値以下になるときには、デューティ比Dを強制的に100%に設定する(S203)のではなく、ステップS205での処理のように実進角量θrが目標進角量θtとなるようにデューティ比Dを算出してもよい。また、エンジン1の始動開始後に最初から実進角量θrが推定温度Tに基づき算出される目標進角量θtに近づくよう、デューティ比Dを算出してもよい。この場合においても、エンジン1の冷間始動の開始後では、デューティ比Dがまず「100%」になるようにされ、その後に推定温度Tが上昇して目標進角量θtがバルブタイミング最進角時の値以下になると、実進角量θrが目標進角量θtに近づくようデューティ比Dが「0%」〜「100%」の間で変更されるようになる。
【0118】
・上記バルブタイミング進角制御は、推定温度Tが所定値a1よりも高いこと、推定温度Tが所定値a2以下であること、アイドル運転状態であること、気流制御弁16が閉弁完了していることといった各種条件が成立しているときに実行されるが、こうした条件を必ずしも全て設ける必要はない。
【0119】
・上記バルブタイミング進角制御を行った結果、燃焼状態が不安定になったときには、その燃焼状態の安定化を図るべく所定制御系を制御するようにしたが、こうした制御を必ずしも実行する必要はない。
【0120】
・推定温度Tを燃料噴射量Qfin から算出する代わりに、例えばエンジン1の始動完了からの経過時間に基づき算出してもよい。
・推定温度Tをエンジン1の始動完了後から算出するのではなく、エンジン1の始動開始時点から算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図2】黒煙の発生を抑制する手順を示すフローチャート。
【図3】黒煙の発生を抑制するために吸気バルブのバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御する手順を示すフローチャート。
【図4】推定温度に基づき目標進角量を算出する際における推定温度の変化に対する目標進角量の推移傾向を示すグラフ。
【図5】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して吸入空気量制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び吸入空気量の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図6】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して空燃比制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び空燃比の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図7】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して燃焼形態切換制御が実行されるときの燃焼形態の切換態様を説明するための説明図。
【図8】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して燃料噴射時期制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び燃料噴射時期の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図9】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して点火時期制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び点火時期の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図10】燃焼状態を安定させるためのバルブタイミング遅角制御において、回転変動に応じてデューティ比を可変とする際に、その回転変動の変化に対しデューティ比をどのように変化させるかを示すグラフ。
【図11】燃焼状態を安定させるための吸入空気量の増量制御の際、回転変動の変化に対して吸入空気量をどのように変化させるかを示すグラフ。
【図12】燃焼状態を安定させるための燃料噴射時期の遅角制御の際、回転変動の変化に対して燃料噴射時期をどのように遅角させるかを示すグラフ。
【図13】燃焼状態を安定させるための点火時期の進角制御の際、回転変動の変化に対して点火時期をどのように進角させるかを示すグラフ。
【図14】エンジンの始動開始後に黒煙発生の抑制が行われるとき、時間経過に伴って、気流制御弁の開閉状態、デューティ比、実進角量、推定温度が、どのように変化するかを示すタイムチャート。
【符号の説明】
1…エンジン、3…燃焼室、4…燃料噴射弁、5…点火プラグ、5a…イグナイタ、10…クランクポジションセンサ、11…スロットルバルブ、12…バキュームセンサ、13…アクセルペダル、14…アクセルポジションセンサ、15…スロットルポジションセンサ、16…気流制御弁、17…アクチュエータ、18…EGR通路、19…EGRバルブ、20…吸気バルブ、21…排気バルブ、22…吸気カムシャフト、23…排気カムシャフト、24…カムポジションセンサ、25…バルブタイミング可変機構、26…進角側油路、27…遅角側油路、28…オイルコントロールバルブ(OCV)、29…供給通路、30…排出通路、31…オイルパン、32…オイルポンプ、35…電子制御装置、36…水温センサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an internal combustion engine for an automobile, for example, an in-cylinder type that directly injects fuel into a combustion chamber is known.
[0003]
In such an internal combustion engine, when the temperature of the combustion chamber is low, such as when starting from a cold state (during cold start), the fuel injected into the combustion chamber is difficult to atomize and remains liquid fuel. Fuel combustion may be performed in a state where liquid fuel is present in the combustion chamber. In this case, the liquid fuel in the combustion chamber may be scorched by heat during combustion, and black smoke may be contained in the exhaust from the internal combustion engine.
[0004]
Therefore, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-324778, exhaust of the internal combustion engine is present in the combustion chamber during fuel combustion, thereby reducing the combustion temperature during fuel combustion and suppressing the burning of the liquid fuel. At the same time, the temperature of the combustion chamber may be increased by the heat of the exhaust to promote atomization of the liquid fuel. Thus, by suppressing the burning of the liquid fuel in the combustion chamber and promoting the atomization of the fuel, the generation of black smoke can be suppressed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the presence of exhaust from the internal combustion engine in the combustion chamber during fuel combustion means that there is a gas (exhaust gas) that does not contribute to the combustion in the combustion chamber during fuel combustion. It cannot be denied that it tends to be unstable. Therefore, unless appropriate measures are taken to prevent the combustion state from becoming unstable in this way, the generation of black smoke can be suppressed by allowing the exhaust of the internal combustion engine to exist in the combustion chamber during fuel combustion. However, the fuel combustion state may become unstable due to exhaust in the combustion chamber.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to suppress the combustion of fuel when the exhaust of the internal combustion engine is present in the combustion chamber during fuel combustion in order to suppress the generation of black smoke. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can prevent the state from becoming unstable.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, an in-cylinder injection type equipped with adjusting means for adjusting the amount of exhaust gas contained in the combustion chamber gas during fuel combustion by changing the valve timing of the engine valve. In a control device for an internal combustion engine, which is applied to an internal combustion engine and controls the adjusting means to increase the exhaust amount in the gas when it is determined that the engine state includes black smoke in the exhaust from the engine. The control of the adjustment means to the exhaust amount increase side is performed at the time of cold start of the internal combustion engine, and monitoring means for monitoring the combustion state of the fuel;By the monitoring meansThe combustion stateofunstableDetectedWhenInStabilization means for controlling a predetermined control system used for operation control of the internal combustion engine in a direction in which the combustion state is stabilized;With,further,When the control of the adjusting means to the exhaust amount increasing side at the time of cold start of the internal combustion engine is performed,In the process of changing the displacement of the gas,Of a control system used for operation control of the internal combustion engine based on the actual driving amount of the adjusting means and the estimated temperature of the combustion chamber, a control system related to the combustion of fuel different from the control of the valve timing is selected. ControlThis suppresses instability of the combustion state in the process of changing the displacementControl meansThePrepared.
[0008]
According to the above configuration, by changing the valve overlap amount by changing at least one of the engine valves such as the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine, the exhaust gas existing in the combustion chamber during fuel combustion is changed. The amount is adjusted, thereby suppressing the generation of black smoke.
In addition, when the internal combustion engine is started from a cold state, it is possible to suppress the generation of black smoke by controlling the adjustment means to the exhaust amount increase side, and exhaust exists in the combustion chamber during fuel combustion. Accordingly, it is possible to suppress the combustion state from becoming unstable.
Also, when the adjustment means is controlled to the exhaust increase side and the combustion state becomes unstable due to the exhaust of the internal combustion engine existing in the combustion chamber during fuel combustion, the predetermined control system of the internal combustion engine stabilizes the combustion state. It is controlled in the direction to make. Thereby, it can suppress that a combustion state becomes unstable with exhaust existing in the combustion chamber at the time of fuel combustion.
In addition, when the adjustment unit is controlled to increase the displacement, the controlIn the process of changing the displacement of the gas,A control system related to the combustion of fuel different from the valve timing control based on the actual drive amount of the adjusting means, that is, the actual amount of exhaust gas existing in the combustion chamber during fuel combustion and the estimated temperature of the combustion chamber Is controlledThis suppresses instability of the combustion state in the process of changing the displacement.. Therefore, when controlling the adjusting means, a response delay or the like occurs in the driving of the adjusting means by the control, and the amount of exhaust existing in the combustion chamber at the time of fuel combustion changes to a predetermined value based on the control. Even if a response delay occurs, the control of the control system related to the combustion of the fuel is different from the control of the valve timing and is suitable for the actual amount of exhaust existing in the combustion chamber at the time of fuel combustion. In this manner, the combustion state is prevented from becoming unstable due to the response delay.
[0009]
Existence of exhaust in the combustion chamber during fuel combustion can be realized by recirculating the exhaust of the internal combustion engine to the intake system or by leaving exhaust after combustion of fuel in the combustion chamber.
Further, the combustion state of the fuel can be known from the rotational speed of the internal combustion engine and fluctuations in the rotational speed. And abovePredeterminedThe control system control includes control of the adjustment means to the exhaust amount reduction side, control of increase of intake air amount, combustion mode switching control to a combustion mode in which combustion is likely to be stable, retard control of fuel injection timing, and ignition timing Advance angle control and the like.
Further, examples of the control of the control system related to the combustion include intake air amount control, air-fuel ratio control, combustion mode switching control, fuel injection timing control, and ignition timing control.
[0010]
In invention of Claim 2,In the first aspect of the present invention, the stabilizing means may include prohibiting means for prohibiting the adjustment means from controlling the exhaust amount increasing side.Prepared.
[0011]
According to the above configuration, the adjustment means is controlled to the exhaust increase side, and when the combustion state becomes unstable due to the exhaust of the internal combustion engine existing in the combustion chamber at the time of fuel combustion, the adjustment means to the exhaust increase side. Is prohibited, and the combustion state is stabilized. Therefore, it is possible to suppress the combustion state from becoming unstable due to the presence of exhaust in the combustion chamber during fuel combustion.
[0017]
Claim3In the described invention,In the invention according to claim 1 or 2,On the condition that the internal combustion engine is in an idling operation state, a permitting means for permitting the control of the adjusting means to the exhaust amount increasing side is provided.
[0018]
According to the above configuration, when the internal combustion engine is in an idle operation state, that is, when the vehicle on which the engine is mounted is stopped, the control of the adjusting means to the exhaust gas increase side is performed. Therefore, it is possible to prevent the combustion state from becoming unstable due to the exhaust that exists in the combustion chamber during fuel combustion while the vehicle is running. Therefore, it is possible to prevent the combustion state from becoming unstable while the vehicle is running and deteriorating the drivability of the vehicle.
[0019]
Claim4In the described invention,In the invention according to claim 1 or 2,In order to change the flow state of the gas in the combustion chamber, the intake passage of the internal combustion engine is provided so as to be openable and closable. When the adjustment means is controlled to increase the displacement, the gas flow in the combustion chamber is disturbed. An airflow control valve that is controlled to be opened and closed, and a permission unit that permits control of the adjustment unit to the exhaust amount increase side on the condition that the opening and closing control of the airflow control valve is completed. .
[0020]
Before the opening / closing control of the airflow control valve for increasing the turbulence of the gas flow in the combustion chamber is completed, the adjustment means is controlled to increase the exhaust amount, and the turbulence of the gas flow in the combustion chamber is small. Sometimes, when a large amount of exhaust gas is included in the combustion chamber gas during fuel combustion, the exhaust gas is unevenly distributed in the combustion chamber. In this state, there is a possibility that the fuel is burned in the rich exhaust portion in the combustion chamber. In such a case, the combustion state becomes unstable. However, according to the above configuration, the control to the exhaust amount increase side of the adjusting means is executed after completion of the opening / closing control of the airflow control valve, and accordingly, due to the uneven distribution of exhaust existing in the combustion chamber at the time of fuel combustion It can suppress that a combustion state becomes unstable.
[0021]
In invention of Claim 5, in invention of any one of Claims 1-4,in frontAnd setting means for setting a target value for controlling the adjusting means to the exhaust amount increasing side based on the estimated temperature.
The higher the temperature in the combustion chamber, the smaller the amount of exhaust in the combustion chamber required for suppressing the generation of black smoke during fuel combustion. According to the said structure, the target value at the time of controlling an adjustment means can be set so that the quantity of the said exhaust gas may become so small that the estimated temperature of a combustion chamber becomes high. Then, by setting the target value in this way and adjusting the amount of exhaust existing in the combustion chamber during fuel combustion, the amount of exhaust is limited to the amount necessary to suppress the generation of black smoke. And can prevent the combustion state from becoming unstable due to the exhaust..
[0023]
Claim6In the described invention,In any one of Claims 1-5In the invention described above, the adjusting means is driven and controlled by hydraulic pressure, and the adjusting means is first moved to the exhaust after the start of the internal combustion engine.Volume increaseWhen controlling to the side, the driving force for the control was made larger than usual.
[0024]
When the internal combustion engine is started in a cold state, the viscosity of the hydraulic oil for driving the adjusting means becomes high, and it becomes difficult to drive and control the adjusting means. However, according to the above configuration, the adjustment means is exhausted even in such a case.Volume increaseSince the driving force for controlling to the side is made larger than usual, the control of the adjusting means can be executed accurately.
[0025]
Note that the adjusting means is exhausted.Volume increaseThe driving force for controlling to the side may be maximized instead of being larger than usual. In this case, the exhaust of the adjusting means when the viscosity of the hydraulic oil is highVolume increaseThis is more preferable in that the control to the side is accurately performed.
[0026]
Claim7In the described invention, the claimsAny one of 1-6In the described invention, the exhaust of the adjusting means at the start of the internal combustion engineVolume increaseThe gist is that control to the side is not performed at extremely low temperatures.
[0027]
According to the above configuration, the exhaust of the adjusting means is exhausted at an extremely low temperature at which the operating oil for driving the adjusting means becomes too viscous to drive the adjusting means.Volume increaseThe control to the side can be prevented from being carried out wastefully.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an in-cylinder injection spark ignition engine for an automobile will be described with reference to FIGS.
[0034]
In the engine 1 shown in FIG. 1, air is sucked into the
[0035]
The combustion mode of the air-fuel mixture in the
[0036]
[1] In stratified combustion, a stratified mixture in which a combustible mixture exists only around the spark plug 5 is formed by fuel injection in the compression stroke, and the stratified mixture is burned by ignition by the spark plug 5 in that state. Is called.
[0037]
[2] In the homogeneous combustion, a homogeneous mixture in which fuel is evenly mixed with air is formed by fuel injection in the intake stroke, and the homogeneous mixture is burned by ignition with the spark plug 5 in that state.
[0038]
[3] In weakly stratified combustion, the state of the air-fuel mixture in the
[0039]
By executing any one of these combustion modes, the
[0040]
In the intake passage 2, a throttle valve 11 that opens and closes to adjust the amount of air sucked into the combustion chamber 3 (intake air amount) is provided at an upstream portion thereof, and the intake passage 2 is disposed downstream of the throttle valve 11. A
[0041]
An airflow control valve 16 that changes the flow state of the gas in the
[0042]
When the airflow control valve 16 is closed, air is sucked into the
[0043]
On the other hand, an
[0044]
In the engine 1, the intake passage 2 and the
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
That is, when the
[0048]
When the
[0049]
Next, the electrical configuration of the engine control apparatus of this embodiment will be described.
This control device is provided with an electronic control device 35 mounted on the automobile to control the operation of the engine 1. The electronic control device 35 controls the drive of the igniter 5a, the fuel injection valve 4, the throttle valve 11, the actuator 17, the EGR valve 19, and the
[0050]
Based on detection signals from the
[0051]
The electronic control unit 35 performs ignition timing control, fuel injection amount control, fuel injection timing control, intake air amount control, and air flow control valve 16 opening / closing control in accordance with the operating state of the engine 1 such as the engine speed NE and the load factor KL. Then, various operation controls of the engine 1 such as the opening degree control of the EGR valve 19, the valve timing control of the
[0052]
Next, a procedure for suppressing the generation of black smoke when the engine 1 is in an engine state where black smoke is contained in the exhaust gas, such as when the engine 1 is cold started, will be described with reference to FIG.
FIG. 2 controls the valve timing of the
[0053]
At the start of starting the engine 1, importance is attached to the stable combustion of the air-fuel mixture, and the combustion mode of the engine 1 is selected to be homogeneous combustion that combusts the homogeneous air-fuel mixture. Further, in consideration of starting the engine 1 with homogeneous combustion, the actuator 17 is closed so that the air flow control valve 16 is closed in order to increase the gas flow turbulence in the
[0054]
In the black smoke suppression routine, first, it is determined whether or not the engine 1 has been started, for example, whether or not the engine speed NE is equal to or higher than a preset idle speed (S101).
[0055]
If a negative determination is made in step S101, it is determined that the engine 1 has not been started, and the duty ratio D used for drive control of the
[0056]
As described above, when the duty ratio D is “0%”, oil is supplied to the variable
[0057]
On the other hand, if an affirmative determination is made in step S101, an estimated temperature T, which is a value obtained by estimating the temperature of the
The actual temperature of the
[0058]
As the fuel injection amount Qfin, for example, a command value of the fuel injection amount used when the fuel injection amount control of the engine 1 is performed, that is, a command value of the fuel injection amount obtained from the load factor KL, the engine speed NE, etc. is adopted. The The conversion coefficient K multiplied by the fuel injection amount Qfin is the amount of fuel consumed (combusted) in one combustion cycle of the engine 1 (fuel injection amount Qfin), and the temperature of the
[0059]
When the process of step S102 is first executed after the start of the engine 1, the initial temperature calculated from the cooling water temperature of the engine 1 is adopted as the previous estimated temperature T used for calculating the estimated temperature T. . This initial temperature is calculated so as to increase as the cooling water temperature of the engine 1 obtained from the detection signal of the
[0060]
After the estimated temperature of the
Whether or not the estimated temperature T is higher than the predetermined value a1 (S103), that is, the engine low temperature state (extremely low temperature state) in which the oil viscosity becomes so high as to hinder the driving of the variable
Whether the estimated temperature T is equal to or lower than a predetermined value a2 (a2> a1) (S104), that is, whether the temperature of the
Whether or not the vehicle is in an idle operation state (S105), that is, whether or not the vehicle is stopped;
This is done based on such a judgment.
[0061]
If all the determinations in steps S103 to S105 are affirmative, it is determined that black smoke should be suppressed, and the valve timing advance processing of the
[0062]
When the temperature of the
[0063]
In the valve timing advance control (S106) of the
[0064]
Further, the valve timing advance control (S106) of the
[0065]
On the other hand, if a negative determination is made in any of steps S103 to S105, it is determined that the above-described suppression of black smoke generation is not to be executed, and the
[0066]
That is, when a negative determination is made in either step S103 or step S105, the process of step S111 described above is executed without executing the process of step S106. Accordingly, when the estimated temperature T is equal to or lower than the predetermined value a1 (S103: NO), the valve timing advance control (S106) of the
[0067]
Further, if a negative determination is made in step S104, it is determined that the temperature in the
[0068]
In this normal valve timing control, the advance amount of the valve timing of the
[0069]
When the duty ratio D is set to “0%”, oil is supplied to the variable
[0070]
Therefore, the duty ratio D in the normal valve timing control is set to a value closer to “0%” when the actual advance angle amount θr is a value closer to the valve timing advance angle than the target advance angle amount θt. When the amount θr is a value on the retard side with respect to the target advance amount θt, it is set to a value closer to “100%”. In this way, by changing the duty ratio D based on the actual advance amount θr and the target advance amount θt, the actual advance amount θr can be brought close to the target advance amount θt, and the valve timing of the
[0071]
Next, with respect to the process of step S106 in the black smoke suppression routine, that is, the process of adjusting the valve timing of the
[0072]
In the valve timing advance routine, it is first determined whether or not the valve timing of the
[0073]
Therefore, after the start of the engine 1 is completed, until the valve timing of the
[0074]
Immediately after starting the engine 1, the oil for driving the variable
[0075]
By setting the duty ratio D to “100%” as described above, the valve timing of the
[0076]
Further, setting the duty ratio D to “100%” and setting the valve timing of the
[0077]
If this happens, the gas flow in the
[0078]
When the valve timing of the
[0079]
Here, the target advance amount θt calculated in step S204 becomes smaller as the estimated temperature T becomes larger as shown in FIG. Further, the duty ratio D calculated in step S205 becomes a value close to “0%” when the actual advance amount θr is a value on the advance side with respect to the target advance amount θt, and the target advance amount θt. On the other hand, when the actual advance amount θr is a value on the retard side, the value approaches “100%”. By calculating the duty ratio D, the actual advance amount θr is brought closer to the target advance amount θt, and the valve timing of the
[0080]
By the way, as the estimated temperature T becomes higher, the fuel injected into the
[0081]
Therefore, as the estimated temperature T becomes higher as described above, the target advance amount θt is set to the retard side value, and the amount of exhaust existing in the
[0082]
When one of the processes in step S203 and step S205 is executed, the control system related to the combustion of fuel among the control systems that control the operation of the engine 1 is based on the estimated temperature T and the actual advance angle θr. It is controlled (S206). As control of the control system performed based on the estimated temperature T and the actual advance amount θr in this way, intake air amount control, air-fuel ratio control, combustion mode switching control, fuel injection timing control, ignition timing control, and the like are given. be able to.
[0083]
Here, based on the duty ratio D calculated in step S203 or step S205, when the valve timing
[0084]
Hereinafter, the outline of each control based on the estimated temperature T and the actual advance angle amount θr will be individually described.
[Intake air volume control]
The throttle valve 11 is driven and controlled such that the throttle opening TA increases as the estimated temperature T decreases and the actual advance angle θr increases. Thus, the intake air amount of the engine 1 is controlled to a value suitable for the temperature of the
[0085]
[Air-fuel ratio control]
As shown in FIG. 6, the fuel injection amount is increased through the drive control of the fuel injection valve 4 so that the air-fuel ratio of the engine 1 becomes richer as the estimated temperature T becomes lower and the actual advance amount θr becomes larger. Is done. As a result, the air-fuel ratio of the engine 1 is controlled to a value suitable for the temperature of the
[0086]
[Combustion mode switching control]
As shown in FIG. 7, when the actual advance amount θr is large, the combustion mode is switched from homogeneous combustion to weakly stratified combustion. Then, the value of the actual advance amount θr at which the combustion mode is switched is set to a smaller value (a retarded value) as the estimated temperature T becomes lower. When the weak stratified combustion is executed, ignition is performed when the fuel injected in the compression stroke reaches around the spark plug 5, and the fuel concentration of the air-fuel mixture existing around the spark plug 5 at the time of ignition is increased. Therefore, it is possible to stabilize the combustion state with good ignition of the fuel. Further, since the air-fuel ratio is made leaner during weak stratified combustion than in homogeneous combustion, the amount of oxygen present in the
[0087]
[Fuel injection timing control]
This fuel injection timing control is performed in conjunction with the weak stratified combustion based on the combustion mode switching control. As shown in FIG. 8, as the estimated temperature T decreases and the actual advance angle θr increases, the compression stroke fuel The fuel injection valve 4 is driven and controlled so that the fuel injection timing at the time of injection is retarded. When the fuel injection timing is retarded in this way, the injected fuel does not diffuse so much in the
[0088]
[Ignition timing control]
As shown in FIG. 9, the igniter 5a is driven and controlled so that the ignition timing is advanced as the estimated temperature T is lowered and the actual advance amount θr is increased. During homogeneous combustion, if there is exhaust in the
[0089]
The outline of each control performed based on the estimated temperature T and the actual advance amount θr has been described above. In the process of step S206 in the valve timing advance routine (FIG. 3), at least one of the above controls is executed. Is done. When this valve timing advance routine ends, the process returns to the black smoke suppression routine (FIG. 2).
[0090]
After the process of step S106 (valve timing advance routine) in the black smoke suppression routine is executed, the rotation fluctuation dln of the engine 1 (crankshaft 9) is calculated (S107). That is, for example, the time required for the crankshaft 9 to pass 180 ° CA in the current expansion stroke is subtracted from the time required for the crankshaft 9 to pass 180 ° CA in the previous expansion stroke. A value obtained by filtering the subtracted value is defined as a rotation fluctuation dln.
[0091]
Subsequently, it is determined whether or not the combustion state has become unstable by the process of step S106. These decisions are
Whether or not the rotational fluctuation dln is larger than the predetermined value A (S108), that is, whether or not the rotational fluctuation dln is uncomfortable for the driver,
Whether or not the engine speed NE is less than a predetermined value B that is smaller than the idle speed (S109), that is, whether or not the engine speed NE has been reduced;
It is performed based on such a judgment.
[0092]
If an affirmative determination is made in any one of steps S108 and S109, it is determined that the combustion state has become unstable due to the process in step S106, and combustion stabilization is performed to stabilize this combustion state. Processing is executed (S110). For such combustion stabilization processing, for example, valve timing retardation control of the intake valve, intake air amount increase control, switching control of the combustion mode to weakly stratified combustion, fuel injection timing retardation control, and ignition timing advancement It is conceivable to perform various controls such as control. Below, the outline | summary of the said various control is demonstrated separately.
[0093]
[Valve timing delay control of intake valve]
By changing the duty ratio D to a value close to “0%” and controlling the valve timing of the
[0094]
[Increase control of intake air volume]
The throttle valve 11 is driven and controlled so that the throttle opening degree TA becomes an open side value as the rotational fluctuation dln increases. Thus, as shown in FIG. 11, the intake air amount increases as the rotational fluctuation dln increases. When the amount of intake air increases, the amount of oxygen present in the
[0095]
[Switching control of combustion mode to weakly stratified combustion]
When the combustion mode is switched from homogeneous combustion to weak stratified combustion, ignition is performed when the fuel injected in the compression stroke reaches around the spark plug 5, and the fuel of the air-fuel mixture existing around the spark plug 5 at the time of ignition Since the concentration is increased, the combustion state can be stabilized with good ignition of the fuel. Also, at the time of weak stratified combustion, since the air-fuel ratio is leaner than at the time of homogeneous combustion, the amount of oxygen present in the
[0096]
[Delay control of fuel injection timing]
This retard control of the fuel injection timing is performed in conjunction with the switching control to the weakly stratified combustion of the above-described combustion mode, and as shown in FIG. 12, the compression stroke fuel injection is increased as the rotational fluctuation dln becomes larger. This is realized by controlling the fuel injection valve 4 so that the fuel injection timing is delayed. When the fuel injection timing is retarded in this way, the injected fuel does not diffuse so much in the
[0097]
[Advance control of ignition timing]
In this advance control of the ignition timing, the igniter 5a is driven and controlled so that the ignition timing is advanced as the rotational fluctuation dln increases as shown in FIG. During homogeneous combustion, even if the combustion speed decreases due to the presence of exhaust in the
[0098]
As described above, the outline of various controls for stabilizing the combustion state when the combustion state becomes unstable by the process of step S106 has been described. In the process of step S110 in the black smoke suppression routine (FIG. 2), At least one of the various controls is executed.
[0099]
Next, when the generation of black smoke is suppressed after the start of the engine 1, the open / close state of the air flow control valve 16, the duty ratio D, the actual advance angle θr, and the estimated temperature T are changed as time elapses. Will be described with reference to the time chart of FIG.
[0100]
Immediately after the start of the engine 1, even if the air flow control valve 16 is closed by the operation of the actuator 17, the air pressure control is not performed because the intake pressure PM has not decreased to the value required for the operation of the actuator 17. The valve 16 remains open. Then, calculation of the estimated temperature T is started when the engine 1 is started, and when the intake pressure PM reaches a value necessary for the operation of the actuator 17 after the start is completed and the airflow control valve 16 is closed,
The estimated temperature T is not less than the predetermined value a1,
The estimated temperature T is not greater than the predetermined value a2,
・ Idle operation
As long as all the conditions are satisfied, the duty ratio D is changed from “0%” to “100%”.
[0101]
As a result, the valve timing
[0102]
As described above, after the start of the engine 1 is started, the valve timing of the
[0103]
On the other hand, even if there is no response delay as described above, the presence of exhaust from the engine 1 in the
[0104]
Even when the valve timing advance control is performed, the estimated temperature T gradually increases with time. When the estimated temperature T becomes higher than the predetermined value a2, normal valve timing control is performed instead of the valve timing advance control.
[0105]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1) When the engine 1 is cold started, the valve timing of the
[0106]
(2) When the combustion state becomes unstable due to the valve timing advance control (S106) of the
[0107]
(3) Also, instead of setting the duty ratio D to “0%” as described above,
The duty ratio D is set to a retarded value according to the rotation fluctuation dln, and the amount of exhaust existing in the
・ Increase intake air volume
・ Switch combustion mode to weak stratified combustion and retard fuel injection timing for compression stroke fuel injection
・ Advance ignition timing
It is also possible to perform at least one of various controls for stabilizing the combustion state (S110). In this case as well, when the amount of exhaust gas in the
[0108]
(4) After the start of the engine 1 is completed, after the valve timing of the
[0109]
(5) The valve timing advance control (S106) of the
[0110]
(6) The valve timing advance control (S106) of the
[0111]
(7) After the start of the engine 1, when the valve timing of the
[0112]
(8) The valve timing advance control (S106) of the
[0113]
(9) When the valve timing advance control is performed, the control is related to the combustion of the fuel based on the actual advance amount θr that is a value corresponding to the actual amount of exhaust existing in the
[0114]
In addition, this embodiment can also be changed as follows, for example.
-Fuel combustion by adjusting the valve overlap amount by controlling the valve timing of the
Instead of adjusting the valve overlap amount by controlling the valve timing of the
[0115]
When the valve timing advance control (S106) of the
[0116]
-After the start of the engine 1, until the valve timing of the
[0117]
The valve timing of the
[0118]
The valve timing advance control is performed when the estimated temperature T is higher than the predetermined value a1, the estimated temperature T is lower than the predetermined value a2, the idling operation state, the airflow control valve 16 is closed. It is executed when various conditions such as being present are satisfied, but it is not always necessary to provide all of these conditions.
[0119]
・ As a result of the above valve timing advance control, when the combustion state becomes unstable, the predetermined control system is controlled to stabilize the combustion state. However, it is not always necessary to execute such control. Absent.
[0120]
Instead of calculating the estimated temperature T from the fuel injection amount Qfin, for example, the estimated temperature T may be calculated based on the elapsed time since the start of the engine 1 is completed.
The estimated temperature T may not be calculated after the start of the engine 1 is completed, but may be calculated from the start start time of the engine 1.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire engine to which a control device of an embodiment is applied.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for suppressing generation of black smoke.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for controlling the valve timing of the intake valve from the most retarded state to the advanced side in order to suppress the generation of black smoke.
FIG. 4 is a graph showing a trend of a target advance amount relative to a change in estimated temperature when calculating a target advance amount based on the estimated temperature.
FIG. 5 is an explanatory diagram used to explain the relationship between the actual advance angle amount, the estimated temperature, and the intake air amount when the intake air amount control is executed in anticipation of a response delay of the variable valve timing mechanism.
FIG. 6 is an explanatory diagram used to explain the relationship between an actual advance angle amount, an estimated temperature, and an air-fuel ratio when air-fuel ratio control is executed in anticipation of a response delay of the valve timing variable mechanism.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a combustion mode switching mode when combustion mode switching control is executed in anticipation of a response delay of the valve timing variable mechanism.
FIG. 8 is an explanatory diagram used to explain the relationship between the actual advance angle amount, the estimated temperature, and the fuel injection timing when the fuel injection timing control is executed in anticipation of a response delay of the variable valve timing mechanism.
FIG. 9 is an explanatory diagram used to explain the relationship between the actual advance amount, the estimated temperature, and the ignition timing when the ignition timing control is executed in anticipation of a response delay of the variable valve timing mechanism.
FIG. 10 shows how the duty ratio is changed in response to a change in the rotation fluctuation when the duty ratio is made variable in accordance with the rotation fluctuation in the valve timing retardation control for stabilizing the combustion state. Graph.
FIG. 11 is a graph showing how the intake air amount is changed in response to a change in rotational fluctuation during the increase control of the intake air amount for stabilizing the combustion state.
FIG. 12 is a graph showing how the fuel injection timing is retarded with respect to a change in rotational fluctuation during the retard control of the fuel injection timing for stabilizing the combustion state.
FIG. 13 is a graph showing how the ignition timing is advanced with respect to a change in rotation fluctuation during the ignition timing advance control for stabilizing the combustion state;
FIG. 14 shows how the airflow control valve opening / closing state, duty ratio, actual advance angle amount, and estimated temperature change over time when black smoke generation is suppressed after the engine starts. A time chart showing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 3 ... Combustion chamber, 4 ... Fuel injection valve, 5 ... Spark plug, 5a ... Igniter, 10 ... Crank position sensor, 11 ... Throttle valve, 12 ... Vacuum sensor, 13 ... Accelerator pedal, 14 ... Accelerator position sensor , 15 ... Throttle position sensor, 16 ... Airflow control valve, 17 ... Actuator, 18 ... EGR passage, 19 ... EGR valve, 20 ... Intake valve, 21 ... Exhaust valve, 22 ... Intake camshaft, 23 ... Exhaust camshaft, 24 ... cam position sensor, 25 ... variable valve timing mechanism, 26 ... advance angle side oil passage, 27 ... retard angle side oil passage, 28 ... oil control valve (OCV), 29 ... supply passage, 30 ... discharge passage, 31 ... oil Pan, 32 ... Oil pump, 35 ... Electronic control unit, 36 ... Water temperature sensor.
Claims (7)
前記調整手段の前記排気量増加側への制御は、内燃機関の冷間始動時に実行されるとともに、
前記燃料の燃焼状態を監視する監視手段と、
前記監視手段により前記燃焼状態の不安定化が検出されたときには、内燃機関の運転制御に用いられる所定制御系を前記燃焼状態が安定する方向に制御する安定化手段とを備え、
さらに、内燃機関の冷間始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、前記調整手段の実際の駆動量と前記燃焼室の推定温度とに基づき、内燃機関の運転制御に用いられる制御系のうち、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系を制御することにより前記排気量の変化過程における前記燃焼状態の不安定化を抑える制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。This is applied to an in-cylinder injection internal combustion engine having an adjusting means for adjusting the amount of exhaust gas contained in the gas in the combustion chamber at the time of fuel combustion by changing the valve timing of the engine valve. In a control device for an internal combustion engine that controls the adjusting means to increase the exhaust amount in the gas when it is determined that the engine state is included,
The control of the adjustment means to the exhaust amount increase side is executed at the time of cold start of the internal combustion engine,
Monitoring means for monitoring the combustion state of the fuel;
Wherein when the destabilization of the combustion state is detected by the monitoring means includes a stabilizing means for controlling the predetermined control system used for operation control of the internal combustion engine in the direction in which the combustion state is stable,
Further, the internal combustion engine when the control to the exhaust amount increase side of the adjusting means at the time of cold start is performed, in the course of the exhaust amount of the gas Ri by its control is changed, the actual of said adjusting means Based on the drive amount and the estimated temperature of the combustion chamber, among the control systems used for operation control of the internal combustion engine, the exhaust system is controlled by controlling a control system related to fuel combustion different from the valve timing control. Control means for suppressing instability of the combustion state in the process of changing the amount
Control apparatus for an internal combustion engine, wherein a call.
請求項1に記載の内燃機関の制御装置。The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the stabilization unit includes a prohibiting unit that prohibits the control of the adjusting unit to increase the displacement.
請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising permission means for permitting control of the adjustment means to the exhaust amount increase side on condition that the internal combustion engine is in an idle operation state.
前記気流制御弁の開閉制御が完了したことを条件に、前記排気量増加側への前記調整手段の制御を許可する許可手段とを備える
請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。In order to change the flow state of the gas in the combustion chamber, the intake passage of the internal combustion engine is provided so as to be openable and closable. An air flow control valve that is controlled to open and close,
3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising permission means for permitting the control of the adjustment means to the exhaust amount increase side on the condition that the opening / closing control of the airflow control valve is completed.
請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 Before Symbol Based on the estimated temperature, the control apparatus for an internal combustion engine according to the adjustment means in any one of claims 1 to 4, and a setting means for setting a target value in controlling to the exhaust amount increase side.
請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。The adjusting means is driven and controlled by hydraulic pressure. When the adjusting means is first controlled to the exhaust amount increasing side after the start of the internal combustion engine, the driving force for the control is more than usual. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 .
請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the control of the adjustment means to the exhaust amount increase side at a cold start of the internal combustion engine is not executed at an extremely low temperature.
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