JP5413232B2

JP5413232B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5413232B2
Application number: JP2010030004A
Authority: JP
Inventors: 哲朗石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP2011163306A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の負荷に応じて、スワール流動やタンブル流動等の筒内流動の強弱を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該技術によれば、内燃機関の負荷帯域の如何によらず、筒内燃焼を安定化させると共に、炭化水素（ＨＣ）の排出量を低減することができる。

特開２００７−２３９６０４号公報

ところで、内燃機関のアイドル運転時には、アイドル回転数をアイドル回転領域内に維持するために、アイドルスピードコントロールバルブの開度を調整して吸気流路における吸入空気量を調整している。ここで、アイドルスピードコントロールバルブの動作性能が何らかの理由により低下した場合には、内燃機関のアイドル運転時の筒内燃焼が不安定になると共に、ＨＣの排出量が増加する。

本発明は、上記事情に鑑み、内燃機関のアイドル運転時の筒内燃焼を安定化させると共に、ＨＣの排出量を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒内で生じる筒内流動を調整可能な筒内流動調整部と、前記気筒内に吸入空気を過給する電動過給機と、前記内燃機関がアイドル運転状態であるか否かを判定するアイドル判定部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、前記アイドル判定部により前記アイドル運転状態と判定された場合、前記回転数検出部により検出された前記回転数に基づいて前記筒内流動調整部と前記電動過給機とを制御する制御部と、を備える内燃機関の制御装置であって、前記制御部は、前記アイドル判定部により前記アイドル運転状態と判定され、かつ、前記回転数検出部が目標のアイドル回転数より低い所定の回転数以下を検出した場合、前記筒内流動を強化するように前記筒内流動調整部を制御し、前記吸入空気が増量されるように前記電動過給機を制御することを特徴とする。

上記内燃機関の制御装置において、前記制御部は、目標のアイドル回転数に調整するアイドル回転速度調整手段を備え、前記アイドル回転速度調整手段によるアイドル回転数の調整にもかかわらず、前記回転数検出部が前記目標のアイドル回転数より低い所定の回転数以下を検出した場合、前記筒内流動を強化するように前記筒内流動調整部を制御し、前記吸入空気が増量されるように前記電動過給機を制御することを特徴としてもよい。

上記内燃機関の制御装置において、前記筒内流動調整部は、前記内燃機関に設けられた複数の吸気バルブの開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変化させることにより、前記筒内流動の強弱を調整する可変バルブ機構であることを特徴としてもよい。

上記内燃機関の制御装置によれば、内燃機関のアイドル運転時の筒内燃焼を安定化させると共に、ＨＣの排出量を抑制することができる。

一実施形態に係るアイドルスピード制御装置を適用した内燃機関の概略構成図である。エンジンＥＣＵの構成を示す機能ブロック図である。エンジンＥＣＵによるアイドルスピード制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を適用した電動過給機付内燃機関の概略構成図である。この図に示すように、電動過給機付内燃機関としてのエンジン１は、電動過給機１０と、筒内流動制御装置１００とを備える。
エンジン１は、シリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に燃料と空気とからなる混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを備えている。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を備えている。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１、ピストン２２のヘッド及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室（気筒）２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した一対の吸気ポート３１、各吸気ポート３１を開閉する一対の吸気バルブ３２、燃焼室２５に連通した一対の排気ポート３４、各排気ポート３４を開閉する一対の排気バルブ３５、一対の排気バルブ３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを有するイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１の一部を構成するサージタンク４２、吸気ポート３１とインテークマニホールド４１とサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３とインテークマニホールド４１とに連通された電動過給機１０及びエアフィルタ４４、インテークマニホールド４１内に配されたスロットルバルブ４６、及び、筒内流動制御装置１００を備えている。

電動過給機１０は、モータ１２と、モータ１２の出力により回転するコンプレッサ１４とを備えている。エアフィルタ４４、モータ１２及びコンプレッサ１４は、吸気方向上流側から下流側にこの記載した順番で配されており、吸入空気は、エアフィルタ４４を通過してモータ１２に接触し、そして、コンプレッサ１４により圧縮されてインテークマニホールド４１へ送り出される。即ち、電動過給機１０は、電力により駆動されてエンジン１に空気を過給する。

スロットルバルブ４６は、インテークマニホールド４１に回転可能に支持され、アクセル操作に連動して又はスロットルバルブアクチュエータから駆動されることによって開度が調整されるようになっている。これにより、スロットルバルブ４６は、インテークマニホールド４１の通路断面積を可変とするようになっている。
筒内流動制御装置１００は、一対の吸気バルブ３２を駆動するタイミング・リフト可変型の可変バルブ機構１０２、及び、吸気ポート３１に設けられたタンブルコントロールバルブ１０４を備えている。可変バルブ機構１０２は、吸気バルブ３２の開閉タイミングと吸気バルブ３２のリフト量とを無段階で変化させる。ここで、可変バルブ機構１０２は、一方の吸気バルブ３２を閉じ、他方の吸気バルブ３２を低リフトにすることにより、燃焼室２５内に横回転する渦流であるスワール流を生じさせる。

また、タンブルコントロールバルブ１０４は、吸気ポート３１におけるインジェクタ３９の上流側に配され、板状の弁体１０４Ａの上流側端部が回動軸１０４Ｂにより吸気ポート３１に回動自在に支持されており、アクチュエータ１０６により開閉駆動される。ここで、弁体１０４Ａにより吸気ポート３１の通路断面積が減少された状態で、吸気ポート３１を流れる吸入空気が偏向されることによって、燃焼室２５内に縦回転する渦流であるタンブル流が生じる。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通し該排気ポート３４とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを有する排気管５１、排気管５１内に配設された触媒５２を備えている。
一方、このシステムは、吸気圧センサ６１、クランク角センサ６２、カム角センサ６３、アクセル開度センサ６４、及びエンジンＥＣＵ７０を備えている。

吸気圧センサ６１は、スロットルバルブ４６より下流側における吸入空気の圧力、即ちサージタンク４２内の圧力（以下、インマニ圧という）Pimを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。
クランク角センサ６２は、クランク軸２４の位相角（以下、クランク角という）Craを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。カム角センサ６３は、カムの位相角（以下、カム角という）Cmaを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。アクセル開度センサ６４は、運転者によって操作されるアクセルペダル６５の操作量（以下、アクセル開度という）Accを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。

エンジンＥＣＵ７０は、上述の各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵するマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、インジェクタ３９等の燃料噴射系統、点火プラグ３７（点火系統）、及び、電動過給機１０や筒内流動制御装置１００等の吸気系統へ駆動信号を出力する。
また、エンジンＥＣＵ７０は、クランク角センサ６２により検出されたクランク角Craに基づいてエンジン１の回転数Neを算出する。さらに、ＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ６４により検出されたアクセル開度Accに基づいてエンジン１がアイドル運転状態か否かを判断する。

図２は、エンジンＥＣＵ７０の構成を示す機能ブロック図である。この図に示すように、エンジンＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７１、メモリ７２、入出力ポート（Ｉ．Ｏ）７３等を備えている。入出力ポート７３は、各種センサからの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換する。
入出力ポート７３には、入力信号として、吸気圧センサ６１により検出されるインマニ圧Pimに応じた信号と、クランク角センサ６２により検出されるクランク角Craに応じた信号と、カム角センサ６３により検出されるカム角Cmaに応じた信号と、アクセル開度センサ６４により検出されるアクセル開度Accに応じた信号とが供給される。

メモリ７２は、アイドル判定条件として、アクセル開度Accの判定値Acc0を記憶している。また、メモリ７２は、エンジン１のアイドル運転時に筒内流動を強化させるか否かを判定する条件（以下、筒内流動強化条件という）として、エンジン回転数Neの判定値Ne0を記憶している。
ＣＰＵ７１は、回転数算出部７１Ａと、アイドル判定部７１Ｂと、アイドルスピード制御部７１Ｃとを備えている。回転数算出部７１Ａは、入出力ポート７３に入力されるクランク角Craに基づいてエンジン１の回転数Neを算出する。また、アイドル判定部７１Ｂは、入出力ポート７３に入力されるアクセル開度Accがメモリ７２に記憶されている判定値Acc0以下であるか否かを判定し、判定が肯定された場合にはエンジン１の運転状態をアイドル運転状態と判定する。また、アイドルスピード制御部７１Ｃは、エンジン１の運転状態をアイドル運転状態と判定した場合には、入出力ポート７３に入力される回転数Neがメモリ７２に記憶されている判定値Ne0以下であるか否かを判定する。

アイドルスピード制御部７１Ｃは、アイドル判定部７１Ｂがエンジン１の運転状態をアイドル運転状態と判定し、かつ、回転数Neが判定値Ne0以下の場合には、電動過給機１０に動作指令を出力すると共に、可変バルブ機構１０２に、筒内のスワール流を強化する動作の指令を出力し、かつ、アクチュエータ１０６に、筒内のタンブル流を強化する動作の指令を出力する。即ち、エンジンＥＣＵ７０は、アイドル回転数がアイドル運転状態を維持するために要求される回転数に満たない低アイドル運転状態の場合には、電動過給機１０と空気流動調整部１００との動作状態を、低アイドル時の設定に制御する。

一方、アイドルスピード制御部７１Ｃはアイドル判定部７１Ｂがエンジン１の運転状態をアイドル運転状態と判定し、かつ、回転数Neが判定値Ne0を超えている場合には、電動過給機１０または空気流動調整部１００に動作指令を出力せず、アイドル回転速度調整手によりアイドル回転数が制御される。即ち、エンジンＥＣＵ７０は、アイドル回転数がアイドル運転状態を維持するために要求される回転数に達している場合には、電動過給機１０と空気流動調整部１００との動作にてアイドル回転数を制御せず、アイドル回転速度調整手段にて目標となるアイドル回転数にフィードバック制御される。

図３は、エンジンＥＣＵ７０によるアイドルスピード制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、まず、ステップ１００において、ＣＰＵ７１は、入出力ポート７３から、アクセル開度Accの検出信号を入力する。次に、ステップ１０１において、ＣＰＵ７１は、入力されたアクセル開度Accがメモリ７２に記憶されている判定値Acc0以下であるか否か、即ち、エンジン１の運転状態がアイドル運転状態であるか否かを判定する。判定が肯定された場合には、ステップ１０２へ移行する一方、判定が否定された場合には処理ルーチンを終了する。

ステップ１０２において、ＣＰＵ７１は、クランク角Craの検出信号を入力し、該クランク角Craからエンジン１の回転数Neを算出する。次に、ステップ１０３において、ＣＰＵ７１は、算出した回転数Neが、メモリ７２に記憶されている判定値Ne0以下であるか否か、即ち、回転数Neがアイドル回転速度調整手段でフィードバック制御可能なアイドル運転領域であるか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１０５へ移行する一方、判定が否定された場合にはステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４において、ＣＰＵ７１は、電動過給機１０と筒内流動制御装置１００とを、通常のアイドル運転時の状態に設定する指令を出力する。即ち、電動過給機１０と筒内流動制御装置１００は、作動を停止した状態に維持され又は切換えられる。以上で処理ルーチンを終了する。
一方ステップ１０５においては、ＣＰＵ７１は、電動過給機１０と筒内流動制御装置１００とを、低アイドル運転時の状態に設定する指令を出力する。即ち、電動過給機１０と筒内流動制御装置１００は、低アイドル時の状態に切換えられ又は維持される。以上で処理ルーチンを終了する。

即ち、本実施形態に係るアイドルスピード制御では、アイドル回転数がアイドル運転状態を維持するために要求される回転数に満たない低アイドル運転状態の場合、エンジンＥＣＵ７０は、電動過給機１０を作動させることにより、吸入空気を増量させる。これに際して、エンジンＥＣＵ７０は、可変バルブ機構１０２を、一方の吸気バルブ３２が閉じ、他方の吸気バルブ３２が低リフトとなるように作動させることにより、筒内のスワール流を強化させる。なお、タンブルコントロールバルブ１０４のアクチュエータ１０６を、弁体１０４Ａにより吸気ポート３１の通路断面積が減少される方向に作動させることにより、筒内のタンブル流を強化させてもよい。更に可変バルブ機構１０２とタンブルコントロールバルブ１０４を併用して強力なタンブル流を形成させてもよい。

ここで、空気流動制御装置１００により筒内の空気流動を強化するのに加えて、エンジン１の回転数Neに依存せずに自在に過給できる電動過給機１０により吸入空気が増量されることにより、回転数Neが低い時でも、筒内の空気流動を強化することができる。これにより、回転数Neが低い低アイドル運転状態であるにも関らず、筒内での吸気の流動を活発化させて、霧化された燃料と吸入空気との混合を促進させることができるので、燃料の燃焼を促進させることができると共に筒内での燃焼を安定化させることができる。

従って、アイドル回転数を安定させることができ、エンジンストールを回避できる。また、燃料の燃焼を促進できることから燃料噴射量を低減できるので、ＨＣの排出量を低減できる。また、他方の吸気バルブ３２を低リフトに設定する際に他方の吸気バルブ３２の開弁時期を吸気上死点付近とし、閉弁時期を吸気下死点付近と設定すれば、実圧縮比を確保でき、エンジンストールをより回避できる。なお、空気流動制御装置１００は、エンジン回転数Neが判定値Ne0以下となる低アイドル時に作動させているが、エンジンの冷態時等の燃焼が不安定な状態に判定値Ne0に関係なく作動させてもよい。これにより、アイドル回転数が判定値Ne0以下となることを抑制することができ、電動過給機１０の作動を抑え消費電力を低減できる。更に排気ガスの昇温が要求されている状態でも作動させることにより燃焼温度を高くでき、触媒の昇温が促進されＨＣの排出量を低減できる。

また、通常のアイドル運転時には、電動過給機１０の作動を停止させ、低アイドル運転時に限って、電動過給機１０を作動させることによって、消費電力を低減できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態では、アイドル時の回転数Neが判定値Ne0を超えている場合に、電動過給機１０を非作動としたが、この場合に電動過給機１０を作動させておき、アイドル時の回転数Neが判定値Ne0以下となった場合に、電動過給機１０による吸気量を増加させてもよい。

また、筒内流動調整部１００として、スワール流を生成する可変バルブ機構１０２やタンブル流を生成するタンブルコントロールバルブ１０４とを設けたが、タンブル流を生成する可変バルブ機構やスワール流を生成するスワールコントロールバルブ等を設けることができる。

１エンジン
１０電動過給機
１２モータ
１４コンプレッサ
２０シリンダブロック部
２１シリンダ
２２ピストン
２３コンロッド
２４クランク軸
２５燃焼室
３０シリンダヘッド部
３１吸気ポート
３２吸気バルブ
３４排気ポート
３５排気バルブ
３６エキゾーストカムシャフト
３７点火プラグ
３８イグナイタ
３９インジェクタ
４０吸気系統
４１インテークマニホールド
４２サージタンク
４３吸気ダクト
４４エアフィルタ
４６スロットルバルブ
５０排気系統
５１排気管
５２触媒
６１吸気圧センサ
６２クランク角センサ（回転数検出部）
６３カム角センサ
６４アクセル開度センサ
６５アクセルペダル
７０エンジンＥＣＵ（制御部、アイドル判定部、回転数検出部、アイドル回転速度調整手段）
７１ＣＰＵ（制御部、アイドル判定部、回転数検出部、アイドル回転速度調整手段）
７１Ａ回転数検出部
７１Ｂアイドル判定部
７１Ｃアイドルスピード制御部
７２メモリ
７３入出力ポート
１００筒内流動調整装置（筒内流動調整部）
１０２可変バルブ機構
１０４タンブルコントロールバルブ
１０４Ａ弁体
１０４Ｂ回動軸
１０６アクチュエータ

Claims

内燃機関の気筒内で生じる筒内流動を調整可能な筒内流動調整部と、
前記気筒内に吸入空気を過給する電動過給機と、
前記内燃機関がアイドル運転状態であるか否かを判定するアイドル判定部と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、
前記アイドル判定部により前記アイドル運転状態と判定された場合、前記回転数検出部により検出された前記回転数に基づいて前記筒内流動調整部と前記電動過給機とを制御する制御部と、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記制御部は、前記アイドル判定部により前記アイドル運転状態と判定され、かつ、前記回転数検出部が目標のアイドル回転数より低い所定の回転数以下を検出した場合、前記筒内流動を強化するように前記筒内流動調整部を制御し、前記吸入空気が増量されるように前記電動過給機を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制御部は、目標のアイドル回転数に調整するアイドル回転速度調整手段を備え、前記アイドル回転速度調整手段によるアイドル回転数の調整にもかかわらず、前記回転数検出部が前記目標のアイドル回転数より低い所定の回転数以下を検出した場合、前記筒内流動を強化するように前記筒内流動調整部を制御し、前記吸入空気が増量されるように前記電動過給機を制御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。
前記筒内流動調整部は、前記内燃機関に設けられた複数の吸気バルブの開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変化させることにより、前記筒内流動の強弱を調整する可変バルブ機構であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。