JP4747741B2 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に好適に用いられる内燃機関に関し、特に、機関停止時の制御に関する。

特許文献１では、スタータ無しの内燃機関の始動を可能とするために、機関停止要求を受けると、クランクシャフトが静止するまでの間に、スロットル開度を増加して新気量を増加することによって、クランクシャフトの停止時の回転位置を制御するとともに、燃焼室内の残留ガスの掃気を強化する技術が開示されている。
特開２００４−１６２７０７号公報

図４は、機関停止要求に応じた燃料噴射の停止、つまり燃料カット時の機関回転数（クランクシャフトの回転数）と、燃焼室内に残存する未燃ガスつまり残留ガスの量に相当する残ガス率と、の関係を示している。同図に示すように、燃料カット時の機関回転数が比較的高い（例えば１０００ｒｐｍ以上）場合、クランクシャフトが惰性により比較的多く回転するので、残留ガスはほとんど残らない。これに対し、機関回転数が比較的低い（例えば１０００ｒｐｍ未満）場合、燃料カット時の機関回転数の低下に応じて残留ガスの量つまり残ガス率が急激に上昇する傾向にある。通常、機関停止直前にはアイドル運転状態にあるので、６００〜８００ｒｐｍ程度のアイドル回転数に制御されているアイドル回転状態で、機関停止要求に応じて燃料カットを行うと、クランクシャフトが停止するまでに３回転程度しか惰性で回ることができず、筒内に残存する燃焼ガスの残ガス率が高くなる。このため、点火プラグや燃料噴射弁に残留ガスや未燃燃料や煤（スス）等が付着して、燃料噴射弁の目詰まりや点火プラグのくすぶり等を招くおそれがある。また、残留ガスが多いと、次回の機関始動性の低下を招いてしまう。

上述した特許文献１には、機関の停止要求を受けるとスロットル開度を増加して掃気を促進する技術が開示されているものの、単にスロットル開度を増加するだけでは、燃料カット時の機関回転数が低い場合には十分な新気量を確保することはできず、十分な掃気促進効果を得ることはできない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、機関停止直前に、大量の新気を燃焼室内に導入することによって、燃焼室内の掃気機能を強化するとともに、燃料噴射弁や点火プラグへのデポジットの付着を低減・解消することを主たる目的としている。

内燃機関の燃焼室へ新気を導入する吸気通路を開閉する電制のスロットルと、上記吸気通路又は燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、を備えた内燃機関の制御装置において、
イグニッションキーの操作による機関停止要求を検出する停止要求検出手段と、
機関停止のために燃料噴射を停止する燃料カット手段と、
上記機関停止要求の検出から燃料カット手段による燃料噴射の停止までの間に、機関回転数を高めるために、燃料噴射量を増量する回転数上昇手段と、
上記燃料カット手段による燃料噴射の停止後に、上記点火プラグと上記燃料噴射装置とへのデポジットの付着を抑制するために上記燃焼室内へ導入される新気の量を増加するように、スロットル開度を増加する掃気促進手段と、
吸気通路に設けられるスロットルと吸気弁との間に配置され、吸気通路の一部を閉じることによって、吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁と、
上記燃料カット手段による燃料噴射の停止後に、上記掃気を促進するために上記吸気流動制御弁を閉とする流動強化手段と、
を有することを特徴としている。

このように本発明によれば、燃料カット前に燃料噴射量を増加して機関回転数を上昇させており、かつ、燃料カット後にスロットル開度を増加しているために、燃料カット後に燃焼室内に大量の新気を導入することができる。従って、機関停止直前に大量の新気を燃焼室内に導入することができ、燃焼室内の掃気機能を強化するとともに、燃料噴射弁や点火プラグへのデポジットの付着を低減・解消することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関１のシステム構成の一例を示している。

シリンダ１１内にはピストン１２が昇降可能に嵌合しており、このピストン１２の上方に燃焼室１３が画成されている。この燃焼室１３には、新気を導入するための吸気通路１４と、燃焼後のガスを排出するための排気通路１５と、が接続されている。吸気通路１４は吸気弁３により開閉され、排気通路１５は排気弁４により開閉される。また、燃焼室１３の略中央上部に点火プラグ９が配置されており、この点火プラグ９によって燃焼室１３内の混合気が火花点火される。

吸気系には、吸気通路１４を開閉する電子制御式のスロットル２が設けられるとともに、このスロットル２よりも下流側に、各シリンダ１１の燃焼室１３へ接続する吸気ポート１４Ａに燃料を噴射する燃料噴射装置としての燃料噴射弁８が設けれている。また、吸気ポート１４Ａを上下二分割するスリット板１６の上流側に、各燃焼室１３内へ流入する吸気のタンブル流動を制御する吸気流動制御弁としてのタンブル制御弁（ＴＣＶ）１７が設けられている。

機関運転状態を検出する各種センサ類として、機関回転数を検出する回転数センサ１８、運転者の加速要求・加速意図に対応するアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１９等が設けられている。機関制御部（コントロールユニット：Ｃ／Ｕ）１０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、各種の制御処理を記憶及び実行する機能を有し、つまり上記の各種センサ類からの検出信号や運転者により操作されるイグニッションキー２０からの信号等に基づいて、燃料噴射弁、点火プラグ９、スロットル２及びタンブル制御弁１７等へ制御信号を出力して、その動作を制御する。

図２は、本実施例に係る機関停止制御の流れを示すフローチャートであり、図３は、そのタイムチャートである。図２のルーチンは、ステップ１０において機関停止要求を受けた際に上記の機関制御部１０により開始される。図３の時期Ｔ０が、機関停止要求時に相当する。機関停止要求は、例えばイグニッションキー２０が機関停止に対応するＯＦＦ位置に操作された場合に出力される。

ステップ１１では、後述する掃気促進制御が必要な運転状態であるかを判断する。つまり、直前の機関運転状態により、コーキングが発生する状態であるか、あるいは煤（スス）が多く溜まっている状態か、あるいは残存ガスを減らして次回の機関始動性を改善する必要があるか、等を判定する。掃気促進制御が不要であれば、ステップ１１からステップ１２へ進み、即座に燃料噴射の停止つまり燃料カットを行い、本ルーチンを終了する。燃料カット後に、クランクシャフトは惰性により数回回った後に静止することとなる。

排気促進制御が必要であれば、ステップ１１からステップ１３へ進み、燃料カット時Ｔ１（図３参照）の目標回転数ｒＮｅを設定する。この目標回転数ｔＮｅは、燃料カット後に燃焼室１３内の掃気が十分に行われる程度にクランクシャフトが惰性により回転し得る回転数に相当し、少なくともアイドル回転数（６００〜８００ｒｐｍ程度）よりも高い値で、例えば約１２００ｒｐｍ程度である（図４参照）。この目標回転数ｔＮｅは、固定値であっても良く、あるいは機関温度等に基づいて逐次設定するようにしてもよい。

続くステップ１４では、回転数上昇制御を実行する。一般的にはアイドル運転状態のように機関回転数が低い状態で機関停止要求を受けるので、このステップ１４では、機関回転数を所定の目標回転数ｔＮｅへ向けて上昇させる。具体的には、回転数センサ１８により検出される内燃機関の実回転数ｒＮｅが目標回転数ｔＮｅへ向けて増加するように、実回転数ｒＮｅと目標回転数ｔＮｅとの偏差に基づいて、スロットル２の開度ＴＶＯを増加側へ制御するとともに、このスロットル開度ＴＶＯに応じて燃料噴射量を増加側へ制御する。具体的には図３に示すように、スロットル開度ＴＶＯをアイドル回転数相当の開度ＴＶＯｉから所定の回転数上昇開度ＴＶＯｕｐへ増加するとともに、燃料噴射量をアイドル噴射量ＴＰｉから所定の回転数上昇噴射量ＴＰｕｐへ増加する。

ステップ１５では、実回転数ｒＮｅが目標回転数ｔＮｅに到達したかを判定する。実回転数ｒＮｅが目標回転数ｔＮｅに到達すると、ステップ１６へ進む。このステップ１６では、燃料噴射弁８からの燃料噴射の停止、いわゆる燃料カットを行う。図３のＴ１が燃料カットの時期に相当する。ステップ１７では、スロットル２の開度ＴＶＯを増加、より詳しくは全開にする。ステップ１８では、燃焼室１３内のタンブル流動を強化するために、タンブル制御弁（ＴＣＶ）１７を閉弁する。

ステップ１９では、機関停止が完了したか、具体的には惰性により回転していたクランクシャフトが静止したかを判定する。この判定は、簡易的に燃料カットから所定時間ΔＴ（図３参照）が経過したかを判定するようにしても良い。機関停止が完了すると、ステップ２０へ進み、ステップ１７，１８によるスロットル開度ＴＶＯの増加制御やタンブル制御弁１７の閉弁制御を終了し、つまりスロットル開度ＴＶＯやタンブル制御弁１７を初期状態に戻して、本ルーチンを終了する。図３のＴ２が、機関停止完了の時期に相当する。

以上のように本実施例によれば、機関停止要求を受けると、燃料カットＴ１前に燃料噴射量を増加して機関回転数を上昇させてから、燃料カットを行い、かつ、燃料カットＴ１後に、スロットル開度ＴＶＯを増加（全開）して、掃気を促進させている。このように、燃料カットＴ１時での機関回転数を例えば１２００ｒｐｍ程度に高めることにより、燃料カットＴ１後にクランクシャフトが惰性で回転する量を増やすことができ、かつ、燃料カットＴ１後にスロットル開度ＴＶＯを増加（全開）しているために、燃焼室１３内に大量の新気を導入して確実に掃気を行うことができる。この結果、燃焼室１３や吸気ポート１４Ａに残存する未燃燃料や未燃ガスを低減・解消することができ、燃料噴射弁８や点火プラグ９へのデポジットの付着を抑制・回避することができる。また、燃料カット後に大量の新気が通流することから、燃燃料噴射弁８や点火プラグ９に付着しているデポジットの排出も促進される。

特に、燃料カット後に、スロットル開度ＴＶＯを全開するとともにタンブル制御弁１７を閉弁することにより、燃焼室１３内のタンブル流動を強化して、上記の掃気効果をより一層向上させることができる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想及びその作用効果について、上記実施例を参照して説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更を含むものである。例えば、吸気流動制御弁としては、上記実施例のようなタンブル流動を付与するタンブル制御弁１７に限らず、例えばスワール流動を付与するスワール制御弁を用いても良い。また、上記実施例では吸気ポートへ燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関に本発明を適用しているが、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関にも本発明を適用することができる。

（１）内燃機関１の燃焼室１３へ新気を導入する吸気通路１４を開閉する電制のスロットル２と、上記吸気通路１４又は燃焼室１３へ燃料を噴射する燃料噴射装置８と、を備えた内燃機関の制御装置において、機関停止要求を検出する停止要求検出手段（イグニッションキー２０，ステップ１０）と、機関停止のために燃料噴射を停止する燃料カット手段（ステップ１６）と、上記機関停止要求の検出（時期）Ｔ０から燃料カット手段による燃料噴射の停止Ｔ１までの間に、機関回転数を高めるために、燃料噴射量を増量する回転数上昇手段（ステップ１４）と、上記燃料カット手段による燃料噴射の停止後に、燃焼室１３内へ導入される新気の量を増加するように、スロットル開度ＴＶＯを増加する掃気促進手段（ステップ１７）と、を有している。

このように、機関停止要求Ｔ０を受けると燃料噴射量を増加して機関回転数を上昇させてから燃料カットを行い、かつ、燃料カット後にスロットル開度ＴＶＯを増加して掃気を促進させることによって、燃焼室１３内に大量の新気を導入することができる。この結果、燃焼室１３や吸気ポート１４Ａに残存する未燃燃料や未燃ガスを確実に掃気し、かつ、燃料噴射弁８や点火プラグ９へのデポジットの付着を抑制・解消することができる。

（２）上記の掃気効果が最大限得られるように、好ましくは上記掃気促進手段によりスロットル開度ＴＶＯを全開とする。

（３）好ましくは、吸気通路１４の一部を閉じることによって、吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁１７と、燃料噴射の停止Ｔ１後に、上記吸気流動制御弁１７を閉とする流動強化手段（ステップ１８）と、を有している。このように燃料カット後に吸気流動制御弁１７を閉として吸気流動成分を強化することによって、デポジットや残留ガスの排出効果つまり掃気効果をより一層向上することができる。

（４）更に好ましくは、内燃機関の実回転数ｒＮｅを検出する回転数検出手段（回転数センサ１８）を備え、上記回転数上昇手段（ステップ１４）では、目標回転数ｔＮｅと実回転数ｔＮｅとの偏差に基づいて、スロットル開度ＴＶＯを増加するとともに、燃料噴射量を増加する。これにより、機関停止要求の検出後に短期間に精度良く実回転数ｒＮｅを目標回転数ｔＮｅへ上昇させることができる。

（５）上記内燃機関は、典型的にはガソリンエンジンのような燃焼室１３内の混合気を火花点火する点火プラグ９を備えた火花点火式内燃機関である。

（６）内燃機関１の燃焼室１３内へ新気を供給する吸気通路１４を開閉するスロットル２と、上記燃焼室１３又は吸気通路１４へ燃料を噴射する燃料噴射装置８と、を備えた内燃機関１の制御方法において、機関停止要求を検出するステップ１０と、機関停止要求を検出すると、機関回転数を高めるために、燃料噴射量を増量するステップ１４と、機関停止のために燃料噴射を停止するステップ１６と、燃焼室１３内へ導入される新気の量を増加するように、スロットル開度ＴＶＯを増加するステップ１７と、を有している。この方法によれば、上記（１）と同様、燃焼室１３や吸気ポート１４Ａに残存する未燃燃料や未燃ガスを確実に掃気して、燃料噴射弁８や点火プラグ９へのデポジットの付着を抑制・解消することができる。

本発明の一実施例に係る内燃機関を示すシステム構成図。 本実施例の機関停止時の制御の流れを示すフローチャート。 上記機関停止時のタイムチャート。 燃料カット時の機関回転数と残ガス率との関係を示す特性図。

符号の説明

１…内燃機関
２…スロットル
８…燃料噴射弁（燃料噴射装置）
９…点火プラグ
１０…機関制御部
１３…燃焼室
１４…吸気通路
１７…タンブル制御弁（吸気流動制御弁）
１８…回転数センサ
２０…イグニッションキー

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室へ新気を導入する吸気通路を開閉する電制のスロットルと、上記吸気通路又は燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、を備えた内燃機関の制御装置において、
   イグニッションキーの操作による機関停止要求を検出する停止要求検出手段と、
   機関停止のために燃料噴射を停止する燃料カット手段と、
   上記機関停止要求の検出から燃料カット手段による燃料噴射の停止までの間に、機関回転数を高めるために、燃料噴射量を増量する回転数上昇手段と、
   上記燃料カット手段による燃料噴射の停止後に、上記点火プラグと上記燃料噴射装置とへのデポジットの付着を抑制するために上記燃焼室内へ導入される新気の量を増加するように、スロットル開度を増加する掃気促進手段と、
   吸気通路に設けられるスロットルと吸気弁との間に配置され、吸気通路の一部を閉じることによって、吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁と、
   上記燃料カット手段による燃料噴射の停止後に、上記掃気を促進するために上記吸気流動制御弁を閉とする流動強化手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記掃気促進手段は、スロットル開度を全開とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段を備え、
   上記回転数上昇手段は、燃料噴射停止時の目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、スロットル開度を増加するとともに、燃料噴射量を増加することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の燃焼室内へ新気を供給する吸気通路を開閉するスロットルと、上記燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、を備えた内燃機関の制御方法において、
   イグニッションキーの操作による機関停止要求を検出するステップと、
   機関停止要求を検出すると、機関回転数を高めるために、燃料噴射量を増量するステップと、
   機関停止のために燃料噴射を停止するステップと、
   上記点火プラグと上記燃料噴射装置とへのデポジットの付着を抑制するために上記燃焼室内へ導入される新気の量を増加するように、スロットル開度を増加するステップと、
   吸気通路に設けられるスロットルと吸気弁との間に配置され、吸気通路の一部を閉じることによって、吸気に流動成分を付与する吸気流動制御弁を備え、上記燃料噴射の停止後に、上記掃気を促進するために上記吸気流動制御弁を閉とするステップと、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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