WO2021199224A1 - ４サイクル内燃機関の制御装置 - Google Patents

４サイクル内燃機関の制御装置 Download PDF

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WO2021199224A1
WO2021199224A1 PCT/JP2020/014718 JP2020014718W WO2021199224A1 WO 2021199224 A1 WO2021199224 A1 WO 2021199224A1 JP 2020014718 W JP2020014718 W JP 2020014718W WO 2021199224 A1 WO2021199224 A1 WO 2021199224A1
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internal combustion
intake
combustion engine
operating
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博行 夏井
大地 月原
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a four-cycle internal combustion engine mounted on a vehicle, particularly a saddle-mounted vehicle.
  • NOx When combustion is performed in the stoichiometric state, NOx can be purified by a catalyst, but when combustion is performed in the lean state, NOx cannot be separated due to an excess of oxygen, so reduction of NOx in the lean state is an issue. ..
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which the intake air amount is increased when the combustion state is switched from the stoichiometric state to the lean state in order to quickly pass through the region where a large amount of NOx is discharged as described above. Further, in Patent Document 2, in order to suppress the deterioration of exhaust emission and torque fluctuation as described above, in the preparatory stage for switching from the stoichiometric state to the lean state, the amount of intake air to the combustion chamber is maintained and downstream of the throttle valve. A configuration is adopted in which the pressure is increased and then the intake air amount is increased.
  • the present invention has been made in view of the above prior art, and an object of the present invention is to provide a control device for a four-cycle internal combustion engine that reduces NOx emissions when switching between a stoichiometric state and a lean state. And.
  • the present invention comprises an operating area determining means for determining whether the operating state of the internal combustion engine is in the first operating region or the second operating region. Based on the operating region determined by the operating region determining means, the combustion state of the internal combustion engine is set to a stoichiometric state in which the air-fuel ratio of the internal combustion engine is the stoichiometric air-fuel ratio in the first operating region, and the internal combustion engine is set in the second operating region.
  • the control device of an internal combustion engine that performs switching control so that the air-fuel ratio of is made thinner than the stoichiometric air-fuel ratio to a lean state.
  • the intake air amount is controlled to the first target intake amount so that the combustion state of the internal combustion engine is in a stoichiometric state, and the operating state of the internal combustion engine is changed.
  • the intake air amount controlling means for controlling the intake air amount to the second target intake amount so that the combustion state of the internal combustion engine becomes a lean state, and
  • the operation area switching determination means for determining whether or not the operation area is switched between the first operation area and the second operation area is provided. The determination of the operating area switching determination means is performed in the intake stroke of the internal combustion engine.
  • a stroke other than the intake stroke is set so that the intake air amount becomes the target intake amount corresponding to the switched operating region. It is a control device for a four-cycle internal combustion engine, which is controlled by the intake air amount control means so as to start with and be completed by the next intake stroke.
  • the amount of NOx emitted when the combustion state is switched can be reduced, and the amount of NOx emitted can be significantly reduced by increasing the amount of air in the lean state and lowering the combustion temperature.
  • Judgment of the operating area switching determination means is performed in the intake stroke of the internal combustion engine, control of the intake air amount control means is started in a stroke other than the intake stroke, and is completed by the next intake stroke. It is possible to prevent the discharge of NOx due to the amount of intake air not being reached.
  • the intake air amount control means is a throttle-by-wire device.
  • the throttle-by-wire device As the intake air amount control means, it is possible to easily control the intake air amount in the intake passage (6) with a simple device.
  • the intake port volume from the throttle valve to the intake valve of the throttle-by-wire device is smaller than the single displacement of the cylinder of the internal combustion engine provided downstream of the throttle valve. According to the above configuration, since the intake port volume is smaller than the single displacement of the cylinder, it is possible to surely change to the target intake amount by the next intake stroke when switching the combustion state, and more effectively NOx. Emission can be prevented.
  • the internal combustion engine comprises an intake passage with a main intake passage and a tumble intake passage.
  • the internal combustion engine includes a tumble control valve device that changes the flow rate ratio to the main intake passage and the tumble intake passage.
  • the tumble control valve of the tumble control valve device is closed. NS. Since it is necessary to strengthen the flow in the cylinder in order to execute the lean state, it is possible to effectively generate the tumble by closing the tumble control valve and effectively realize the combustion of the internal combustion engine in the lean state.
  • the operating region switching determination means determines that the operating state of the internal combustion engine has switched from the first operating region to the second operating region, the determination is made.
  • the opening degree of the tumble control valve is set to 0 until the next intake stroke. According to the above configuration, it is possible to generate a tumble flow more effectively.
  • the intake control device of the internal combustion engine for a saddle-type vehicle of the present invention it is possible to prevent NOx emissions due to failure to reach the target intake air amount in the intake stroke, and to significantly reduce NOx emissions. ..
  • FIG. 1 It is a right side view of the motorcycle to which the control device of the 4-cycle internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention is applied. It is a right side sectional view of the internal combustion engine mounted on the motorcycle in FIG. 1. It is a right perspective view of the central main part of a motorcycle seen from diagonally above on the right side around the tumble valve device, the throttle body, and the connecting tube with the fuel tank, the seat, and the rear side cover removed. It is a figure which showed the relationship between each part of a motorcycle, various sensors, and an ECU. This is a map for determining the operating area according to the operating state of the internal combustion engine. It is a flowchart which showed the control method by a control device. It is a figure which showed the flow of setting a target throttle opening degree.
  • FIGS. 1 to 8 A control device for a four-cycle internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
  • the internal combustion engine 3 is mounted on a saddle-mounted vehicle, and in the present embodiment, the saddle-mounted vehicle is a motorcycle 1.
  • the orientation of the front, rear, left, right, up and down, etc. in the description of the present specification shall be in accordance with the orientation of the saddle-type vehicle such as the motorcycle 1.
  • the arrow FR indicates the front of the vehicle
  • LH indicates the left side of the vehicle
  • RH indicates the right side of the vehicle
  • UP indicates the upper part of the vehicle.
  • the body frame 2 of the motorcycle 1 has a head pipe 20 forming a front end, and a main frame 21 having a hanging portion 21a that extends downward from the head pipe 20 and then curves and extends downward.
  • a pair of left and right seat rails 22 extending rearward from the curved portion of the main frame 21, a down frame 23 extending downward from the head pipe 20 at the center of the vehicle width, and a hanging 21a of the main frame 21.
  • It is provided with a pair of left and right pivot plates 24 attached to the lower part of the vehicle, and a pair of left and right rear frames 25 extending rearward from the pivot plate 24 and connecting to the substantially central portion of the seat rail 22 in the front-rear direction of the vehicle.
  • a front fork 12 that supports the front wheel 11 is rotatably attached to the head pipe 20, and a fuel tank 13 is attached to the main frame 21.
  • a swing arm 14 is supported on the pivot plate 24 so as to be swingable up and down.
  • the seat 15 and a pair of left and right rear side covers 10a are attached to the seat rail 22.
  • a steering handle 18 is attached to the upper part of the front fork 12, and the right grip is the accelerator 18a.
  • the accelerator 18a is rotated by the driver's operation, and the motorcycle 1 is in a predetermined running state. ..
  • a front cowl 10b equipped with a headlight, a front winker, etc. is supported in front of the head pipe 20.
  • a front fender 10c that covers the front wheel 11 from above is supported at the lower part of the front fork 12.
  • the swing arm 14 rotatably supports the rear wheel 16 at the rear end.
  • the lower end of the rear cushion unit 17 is attached to the rear portion of the swing arm 14, and the upper end of the rear cushion unit 17 is attached near the connection portion between the rear frame 25 and the seat rail 22.
  • Seat 15 is formed into a two-person tandem seat that is long before and after the driver and passengers can sit.
  • a side stand 19 for parking the motorcycle 1 and a center stand (not shown) At the bottom of the pivot plate 24, a side stand 19 for parking the motorcycle 1 and a center stand (not shown), a step 18A on which the driver puts his foot, and a step bracket 18C supporting the pillion step 18B on which the passenger puts his foot, etc. Is attached.
  • An engine hanger 26 is fixed to the lower part of the down frame 23, and the engine hanger 26 and a pair of left and right pivot plates 24 support a power unit 4 having an internal combustion engine 3 and a transmission 5 integrally.
  • the internal combustion engine 3 includes a crankcase 30 that houses the crankshaft 31, and a cylinder portion 32 that is fastened to the upper portion of the crankcase 30 with the cylinder axis X slightly tilted forward.
  • the cylinder portion 32 includes a cylinder block 33, a cylinder head 34, and a head cover 35 from the crankcase 30 side.
  • the internal combustion engine 3 is arranged in a region surrounded by the main frame 21 and the down frame 23 in a side view.
  • the cylinder block 33 is attached to the crankcase 30 so as to stand up with a slight forward tilt, the front portion of the crankcase 30 is supported by the engine hanger 26, and the rear portion of the crankcase 30 is supported by the pivot plate 24.
  • a throttle body 8 is connected to the rear surface of the cylinder head 34 via a tumble control valve device 7, and an air cleaner 86 is connected to the upstream of the throttle body 8 via a connecting tube 85.
  • the exhaust pipe 39 is connected to the front surface of the cylinder head 34, and the muffler 40 is connected to the downstream of the exhaust pipe 39.
  • a catalyst device 39a is arranged below the internal combustion engine 3.
  • the catalyst device 39a contains a catalyst for exhaust gas purification, which purifies nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (Co) and hydrocarbons (HC), which are harmful components in the exhaust gas.
  • NOx nitrogen oxides
  • Co carbon monoxide
  • HC hydrocarbons
  • the air cleaner 86 is arranged in a triangular area in a side view surrounded by the seat rail 22, the main frame 21, and the rear frame 25.
  • the upper half of the air cleaner 86 is covered on both the left and right sides with a pair of left and right rear side covers 10a made of a resin material.
  • the rear side cover 10a overlaps a part of the rear part of the fuel tank 13 in a side view, extends rearward from the rear part of the fuel tank 13, extends below the seat 15, and extends to the rear lower end of the seat 15. As shown in FIG. 1, the rear side cover 10a covers the rear lower portion of the fuel tank 13 and the lower edge of the seat 15 invisible to the outside, and the appearance is improved. Further, the rear side cover 10a covers the outside of the seat rail 22 in the vehicle width direction, thereby improving the appearance.
  • reference numeral 10d is a rear fender.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the right side of the power unit 4 taken out from the power unit 4 of FIG. 1 and shown in substantially the same orientation as shown in FIG.
  • the cylinder block 33, the cylinder head 34, and the head cover 35 forming the cylinder portion 32 are crankcases with the cylinder axis X slightly tilted forward so that the cross section of the left half surface is shown in FIG. It is provided on 30.
  • the crankcase 30 is shown with the left case half body 30L facing the mating surface 30a with the right case half body (not shown) toward the front side of the drawing.
  • a transmission 5 having a main shaft 51 and a counter shaft 52 parallel to the crankshaft 31 is provided inside the rear portion of the crankcase 30, a transmission 5 having a main shaft 51 and a counter shaft 52 parallel to the crankshaft 31 is provided inside the rear portion of the crankcase 30, a transmission 5 having a main shaft 51 and a counter shaft 52 parallel to the crankshaft 31 is provided.
  • the rotation of the crankshaft 31 accompanying the operation of the internal combustion engine 3 is transmitted to the main shaft 51 via a speed change clutch (not shown), and is shifted by a speed change gear group (not shown) provided on the main shaft 51 and the counter shaft 52 to counter the counter. It is transmitted to the shaft 52.
  • the counter shaft 52 is an output shaft of the internal combustion engine 3, that is, the power unit 4, and includes a drive sprocket 53 fitted to the left shaft end of the counter shaft 52 and a driven sprocket 54 fitted to the rear wheel shaft 16a.
  • a drive chain 55 is hung between the two, and the rear wheels 16 are driven
  • the piston 36 that reciprocates in the cylinder bore 33a of the cylinder block 33 is connected to the crankpin 31a of the crankshaft 31 by a connecting rod 37.
  • a combustion chamber 38 is formed between the top surface 36a of the piston 36 slidably fitted in the cylinder bore 33a of the cylinder block 33 and the combustion chamber ceiling surface 34a of the cylinder head 34 facing the top surface 36a. Will be done.
  • the internal combustion engine 3 employs a SOHC type 2-valve system
  • the cylinder head 34 is provided with a valve operating mechanism 10.
  • a head cover 35 is overlapped and covered on the cylinder head 34 so as to cover the valve operating mechanism 10.
  • an endless cam chain (not shown) is provided on one side of the crankcase 30, the cylinder block 33, and the cylinder head 34 in the crankshaft 31 direction (in the present embodiment, the figure). 2 Passing through a cam chain chamber (not shown) provided on the opposite side (not shown), the cam shaft 91 is hung between the cam shaft 91 and the crank shaft 31, and the cam shaft 91 synchronizes with the crank shaft 31 and has a rotation speed of 1/2 of that. Rotate with.
  • the spark plug 88 is inserted from the side opposite to the cam chain chamber (the other side in the direction of the crankshaft 51, the front side shown in FIG. 2 in the present embodiment) toward the inside of the combustion chamber 38 ( (See FIG. 3).
  • the exhaust port 44 and the intake port 43 are separated from each other in the front-rear direction from the exhaust valve port 42 and the intake valve port 41 opened in the combustion chamber ceiling surface 34a, respectively. It is formed by extending while curving in the direction.
  • the upstream end of the intake port 43 opens toward the rear of the cylinder head 34, is connected to the tumble control valve device 7 with the insulator 62 interposed therebetween, and is connected to the upstream side of the tumble control valve device 7 via the rubber insulator 61.
  • the throttle body 8 is connected.
  • An air cleaner 86 is sequentially connected to the upstream side of the throttle body 8 via a connecting tube 85 (see FIG. 1).
  • the intake air is taken into the combustion chamber from the air cleaner 86 through the connecting tube 85, the air passage 80 of the throttle body 8, the air passage 60 of the rubber insulator 61, the air passage 70 of the tumble control valve device 7, the opening 63 of the insulator 62, and the intake port 43.
  • a continuous intake passage 6 that feeds up to 38 is configured.
  • the downstream end of the exhaust port 44 opens toward the front of the cylinder head 34 and is connected to the exhaust pipe 39.
  • the exhaust pipe 39 wraps around below the power unit 4, and then the muffler 40 on the right side of the rear wheel 16 Connect to (see Figure 1).
  • a cylindrical intake valve guide 45 is integrally fitted to the curved outer wall portion 43a of the intake port 43 in the cylinder head 34, and the intake valve 47 slidably supported by the intake valve guide 45 burns the intake port 43.
  • the intake valve port 41 facing the chamber 38 is opened and closed.
  • the exhaust valve 48 slidably supported by the exhaust valve guide 46 integrally fitted to the curved outer wall portion 44a of the exhaust port 44 in the cylinder head 34 faces the combustion chamber 38 of the exhaust port 44. Open and close the mouth 42.
  • the intake valve 47 and the exhaust valve 48 are urged upward by the valve spring 49 so that the umbrella portions 47a and 48a both close the intake valve port 41 and the exhaust valve port 42 facing the combustion chamber 38.
  • the intake cam of the cam shaft 91, the intake rocker arm 93 that swings in contact with the exhaust cam, and the exhaust rocker arm 94 push down the stem ends 47b and 48b of the intake valve 47 and the exhaust valve 48, and the intake valve 47,
  • the exhaust valve 48 opens, and the intake port 43 and the combustion chamber 38 communicate with each other, and the exhaust port 44 and the combustion chamber 38 communicate with each other to perform intake and exhaust at predetermined timings.
  • the throttle-by-wire device 9 for achieving a predetermined intake air amount and the fuel / air mixture in the combustion chamber 38 in order to obtain more preferable combustion in the combustion chamber 38.
  • a tumble flow T that is, a tumble control valve device 7 for giving vertical rotation is provided.
  • the throttle-by-wire device 9 converts the accelerator opening into an electric signal by the accelerator position sensor 103 attached to the accelerator 18a attached to the right grip of the steering handle 18 and sends it to the engine control unit 100 described later to be sent to the engine control unit 100.
  • the structure is such that 100 determines the accelerator opening in consideration of other information and sends an instruction to the actuator 82 to open and close the throttle valve 81.
  • the tumble control valve device 7 changes the intake flow of the intake passage 6 divided into the main intake passage 6A and the tumble intake passage 6B by opening and closing the tumble control valve 71 driven by the actuator 72. , The generation of the tumble flow is strengthened at a predetermined timing.
  • the throttle body 8 is rotatably supported in the throttle body 8 by a throttle valve shaft 81a oriented substantially horizontally perpendicular to the flow direction F of the air passage 80, that is, the intake passage 6, and is controlled to an arbitrary opening degree. It is provided with a throttle valve 81 that can variably control the passage area of the air passage 80, control the amount of intake air, and open and close the air passage 80.
  • the ventilation passage 70 of the tumble control valve device 7 is connected to the downstream side of the throttle valve 81, and is perpendicular to the ventilation passage 70, that is, the flow direction F of the intake passage 6, and is substantially horizontal.
  • a tumble control valve 71 is provided which is rotatably supported in the tumble control valve device 7 by a tumble valve shaft 71a which is oriented in the direction of the throttle valve shaft 81a and is controlled to an arbitrary opening degree.
  • the intake passage 6 on the downstream side of the tumble control valve 71 is divided into a main intake passage 6A and a tumble intake passage 6B by a partition wall 65 along the passage direction, and is adjacent to the upstream end portion 65a of the partition wall 65.
  • a tumble valve shaft 71a of the tumble control valve 71 is provided.
  • the tumble control valve 71 provided in the ventilation path 70 on the downstream side of the throttle valve 81 is a butterfly type, and is bolted and fixed so as to rotate together with the tumble valve shaft 71a and the tumble valve shaft 71a, and is semicircular upward. It has a tumble valve plate 71b having a shape.
  • the tumble control valve 71 can rotate counterclockwise in the valve opening direction in FIG. 2, and a return spring (not shown) brings the tumble valve plate 71b into the tumble valve closing position where the tumble valve plate 71b contacts the inner surface 70a of the ventilation path 70. It is urged clockwise to be positioned in the valve closing direction.
  • the throttle valve 81 provided in the intake passage 6 of the throttle body 8, that is, the ventilation passage 80 is also a butterfly type, and is a disk fixed by bolting so as to rotate together with the throttle valve shaft 81a and the throttle valve shaft 81a. It has a shaped throttle valve plate 81b.
  • the throttle valve 81 can rotate clockwise in the drawing of FIG. 2 in the valve opening direction, and the throttle valve plate 81b is positioned at a fully closed position in contact with the inner surface 80a of the ventilation path 80 by a return spring (not shown). It is urged counterclockwise in the valve closing direction.
  • the intake passage 6 is divided into upper and lower parts by a partition wall 65 from the tumble control valve device 7 to the intake port 43, and the tumble intake passage 6B defined on the lower side and the tumble intake passage 6B. It is partitioned into the main intake passage 6A except for.
  • the partition wall 65 is configured such that the tumble valve device side partition wall 65A having the upstream end portion 65a, the insulator side partition wall 65B, and the intake port side partition wall 65C are continuously positioned.
  • Fuel is injected and supplied to the throttle body 8 diagonally downstream through the intake passage 6 on the downstream side of the throttle valve 81, that is, the ventilation passage 80 from above and outside (injection schematically shown in FIG. 2).
  • a fuel injection valve 87 arranged as shown in line J) is attached.
  • the tumble control valve 71 is the main intake of the pair of upper and lower main intake passages 6A and the tumble intake passage 6B that divide the intake flow in the intake passage 6 on the downstream side of the tumble valve plate 71b provided above.
  • the passage cross section of the passage 6A is opened and closed to control the intake air supply to the main intake passage 6A, and the intake distribution between the main intake passage 6A of the intake passage 6 and the tumble intake passage 6B is controlled.
  • the tumble flow T shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2 schematically shows the tumble flow T in the combustion chamber 38 when the piston 36 descends in the cylinder bore 33a as shown by the alternate long and short dash line. ..
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between various sensors and parts of a motorcycle and the ECU 100.
  • Various sensors such as an engine rotation speed sensor 101, an intake pressure sensor 102, an accelerator position sensor 103, a LAF sensor 104, and a throttle opening sensor 105 are arranged in various places of the motorcycle 1, and data is sequentially generated from these sensors. It is sent to the ECU 100. Based on these transmitted data, the ECU 100 determines the combustion state of the internal combustion engine 3, the ignition timing of the spark plug 88 which is the ignition device of each cylinder 3a, the injection timing of the fuel injection valve 87, and the fuel injection amount.
  • Drive control is performed by sending an output signal to a TBW actuator that opens and closes the throttle valve 81 connected by the throttle-by-wire device 9, a TVC actuator that opens and closes the tumble control valve 71, and the like. Based on these data, signals are sent to the throttle-by-wire device 9, the tumble control valve device 7, the fuel injection valve 87, the spark plug 88, and the like to perform drive control.
  • the ECU 100 includes an operation area determination means 200, and the operation area determination means 200 is based on a pre-created and stored operation area determination map 230 as shown in FIG. 5, and is currently in an operating state of the internal combustion engine. To judge.
  • the operating state of the internal combustion engine 3 is divided into two operating regions, a first operating region A and a second operating region B.
  • the current operating state of the internal combustion engine 3 is based on the driver's required torque (Nm) calculated from the measured value of the accelerator position sensor 103 and the engine speed (r / min) measured by the engine speed sensor 101. , Judgment is made by applying to the driving area judgment map 230.
  • the operation area determination map 230 has a range in the setting of the area, and when transitioning from the first operation area A to the second operation area B, the area indicated by the broken line is used.
  • the division when shifting from the second operating area B to the first operating area A, each determination is made by the division of the area shown by the solid line, and in the determination of the operating area, hysteresis control is performed.
  • the ECU 100 is provided with an operating area switching determining means 210 for determining whether the current operating area of the internal combustion engine 3 is switched to the operating area of the immediately preceding internal combustion engine 3.
  • the ECU 100 includes an intake air amount control means 220 and a fuel amount adjusting means 225 for adjusting the fuel amount.
  • the intake air amount control means 220 sucks in so that the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine 3 is set to the theoretical air-fuel ratio and the combustion state becomes a stoichiometric state.
  • the air amount is controlled to the first target intake amount, and the fuel amount adjusting means 225 controls the fuel injection so as to have a predetermined fuel amount.
  • the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine 3 is set to be thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the intake air amount is set so that the combustion state becomes the lean state.
  • the target intake amount is controlled, and the injection is controlled to a predetermined fuel amount.
  • a throttle-by-wire device 9 is used as the intake air amount control means 220, and a fuel injection valve 87 is used as the fuel amount adjusting means 225.
  • FIG. 6 shows a flowchart of a control method of the control device of the 4-cycle internal combustion engine of the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the timing corresponding to the crank angle of the crankshaft 31 of the operation of each device controlled by the control device of the 4-cycle internal combustion engine of the present embodiment, and shows the internal combustion engine 3 combustion stroke and intake air.
  • the opening / closing timing of the valve 47 and the exhaust valve 48, the driving timing of the throttle-by-wire device 9, the driving timing of the tumble control valve device 7, and the execution timing of the fuel injection valve are shown.
  • the control method of the control device of the 4-cycle internal combustion engine of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the case where the immediately preceding combustion state is the first operating region A will be described as an example.
  • the ECU 100 stores data for determining the operating area of the internal combustion engine 3 immediately before.
  • step 1 the operating area determination means 200, which is a program stored in the ECU 100, determines the current operating area based on the operating area determination map 230. As shown in FIG. 8, the timing of determining the operating region is performed during the intake stroke of the internal combustion engine 3.
  • step 2 the operating area switching determining means 210, which is a program stored in the ECU 100, determines whether or not the operating area immediately before the internal combustion engine 3 and the current operating area are switched. At this time, since the immediately preceding operation area is the first operation area A, the determination in the operation area determination map 230 is made based on the area division shown by the broken line. If it is determined that the operating area is the same (first operating area A) as compared with the operating area immediately before the internal combustion engine 3 (first operating area A), the process proceeds to step 3, which is the same as the combustion state immediately before the internal combustion engine 3. Control is performed to maintain the stoichiometric state.
  • step 2 If it is determined in step 2 that it is not the same as the immediately preceding operating area (first operating area A) (second operating area B), the process proceeds to step 4, and the combustion state of the internal combustion engine 3 is changed from the stoichiometric state to the lean state. Take control. Therefore, a process of estimating the target slot valve opening degree for setting the combustion state of the internal combustion engine 3 to the lean state as the second target intake amount is performed (steps 4 and 5).
  • the required torque (Nm) is estimated from the current throttle opening ⁇ (deg) and the engine speed N (rpm) based on the torque estimation map 231 input in advance to the ECU 100 (steps 4 and 7).
  • the target throttle opening ⁇ (deg) is determined from the estimated required torque (Nm) and the current engine speed N (rpm) based on the target throttle opening estimation map 232 input in advance (). Step 5 and FIG. 7).
  • step 6 the intake air amount control means 220 controls the target intake amount corresponding to the switched second operating region B.
  • the throttle-by-wire device 9 is used as the intake air amount control means 220. As shown in FIG. 8, the throttle-by-wire device 9 starts driving the actuator 82 that opens and closes the throttle valve 81 in a stroke other than the intake stroke, and the opening degree of the throttle valve 81 is the target throttle opening ⁇ (deg). It is controlled so that it is completed by the next intake stroke.
  • the actuator 72 of the tumble control valve 71 of the tumble control valve device 7 is started to be driven, and the tumble control valve 71 is moved in the closing direction.
  • the tumble control valve 71 is moved in the closing direction.
  • the intake flow velocity flowing into the combustion chamber 38 can be increased, and the tumble flow T of the intake air generated in the combustion chamber 38 can be increased. It becomes possible to maintain good combustion in the combustion chamber 38 while strengthening the above.
  • the opening degree of the tumble control valve 71 is controlled to 0 (deg).
  • step 7 the fuel of the fuel injection valve 87 is injected at a predetermined timing, and ignition is executed by the spark plug 88 in step 8.
  • the intake port volume V1 from the throttle valve 81 to the intake valve 47 when the throttle valve 81 and the intake valve 47 of the internal combustion engine 3 are closed is larger than the single displacement V2 of the cylinder 3a provided downstream from the throttle valve 81. It is set to be smaller. Only one cylinder 3a is connected downstream of one throttle valve 81. When a plurality of cylinders 3a are provided, a throttle valve 81 for controlling the intake amount is provided for each cylinder 3a.
  • FIG. 9 shows the relationship between the engine crank angle and the pressure inside the intake port when the engine crank angle is changed from the stoichiometric state to the lean state in the internal combustion engine having the intake port volume V1 larger than the single displacement V2 during the stoichiometric state operation.
  • FIG. 10 shows the relationship between the engine crank angle and the pressure inside the intake port when the engine crank angle is changed from the stoichiometric state to the lean state in an internal combustion engine in which the intake port volume V1 is smaller than the single displacement V2 during the stoichiometric state operation.
  • the throttle opening is ⁇
  • the relationship between the first cycle in which the throttle opening is changed from ⁇ to ⁇ after the intake stroke and the second cycle in which the operation is in the lean state is shown so as to change to the lean state operation. ..
  • the throttle valve 81 when the throttle valve 81 is closed to change from a lean state with a large intake amount to a stoichiometric state with a small intake amount, the maximum volume of intake in one intake stroke is the volume of about one cylinder, and intake is taken.
  • the port volume V1 is larger than the single displacement V2
  • the opening degree of the throttle valve 81 is reduced, and in order to reduce it to the target intake amount, it is necessary to reduce the pressure of the intake port to the target pressure. That is, as described above, an event occurs in which the adjustment of the intake air amount spans several cycles as in the case of the change from the stoichiometric state to the lean state.
  • the intake port volume V1 from the throttle valve 81 to the intake valve 47 when the throttle valve 81 and the intake valve 47 of the internal combustion engine 3 are closed is provided on the downstream side from the throttle valve 81. If the cylinder 3a is set to be smaller than the single displacement V2, the pressure in the intake port rises quickly, and the target intake amount can be achieved in one cycle.
  • control device for the 4-cycle internal combustion engine of the present embodiment is configured as described above, the following effects are obtained.
  • the present embodiment is based on the operating area determining means 200 for determining whether the operating state of the internal combustion engine 3 is in the first operating area A or the second operating area B, and the operating area determined by the operating area determining means 200.
  • the combustion state of the internal combustion engine 3 was set to a stoichiometric state in which the air-fuel ratio of the internal combustion engine 3 was the stoichiometric air-fuel ratio in the first operating region A, and the air-fuel ratio of the internal combustion engine 3 was made thinner than the stoichiometric air-fuel ratio in the second operating region B.
  • the control device 100 of the internal combustion engine controls the intake air amount to the first target intake amount so that the combustion state of the internal combustion engine 3 becomes a stoichiometric state when the operating state of the internal combustion engine 3 is in the first operating region A.
  • the intake air amount controlling means 220 that controls the intake air amount to the second target intake amount so that the combustion state of the internal combustion engine 3 becomes the lean state.
  • the fuel amount adjusting means 225 for controlling the fuel amount so that the combustion state of the internal combustion engine becomes a stoichiometric state or a lean state is provided.
  • the operation area switching determination means 210 for determining whether or not the operation area is switched between the first operation area A and the second operation area B is provided, and the determination of the operation area switching determination means 210 is internal combustion.
  • the intake air amount is taken by the intake air amount controlling means 220 so as to correspond to the switched operating area. Is set as the target intake amount, and the fuel amount control means controls so that the fuel amount reaches a predetermined amount by starting in a stroke other than the intake stroke and completing by the next intake stroke.
  • the operation area switching determination means 210 is determined in the intake stroke of the internal combustion engine 3, and the control of the intake air amount control means 220 is started in a stroke other than the intake stroke and completed by the next intake stroke. It is possible to prevent the discharge of NOx due to the fact that the target intake air amount is not reached.
  • the throttle-by-wire device 9 as the intake air amount control means 220, it is possible to easily control the intake air amount in the intake passage 6 with a simple device.
  • the intake port volume V1 from the throttle valve 81 to the intake valve 47 of the throttle-by-wire device 9 is smaller than the single displacement V2 of the cylinder 3a of the internal combustion engine 3 provided downstream of the throttle valve 81, it is in a combustion state. At the time of switching, the target intake amount can be reliably changed by the next intake stroke, and NOx discharge can be prevented more effectively.
  • the internal combustion engine 3 includes an intake passage 6 provided with a main intake passage 6A and a tumble intake passage 6B, and the internal combustion engine 3 is a tumble control valve that changes the flow rate ratio to the main intake passage 6A and the tumble intake passage 6B.
  • the operation area switching determination means 210 includes the device 7 and determines that the operating state of the internal combustion engine 3 has changed from the first operation area A to the second operation area B, the tumble control valve 71 of the tumble control valve device 7 is used. Control in the closing direction. Since it is necessary to strengthen the flow in the cylinder in order to execute the lean state, the tumble is effectively generated by closing the tumble control valve 71, and the combustion of the internal combustion engine 3 in the lean state is improved. Can be kept.
  • the operating area switching determining means 210 determines that the operating state of the internal combustion engine 3 has switched from the first operating area A to the second operating area B, it is between the time of the determination and the next intake stroke. Since the opening degree of the tumble control valve 71 is set to 0, the tumble flow can be generated more effectively.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made without departing from the gist thereof, and the scope of the gist of the present invention. It goes without saying that saddle-type vehicles, internal combustion engines, and the like are implemented in various modes. For convenience of explanation, the left-right arrangement of the illustrated embodiment has been described, but even if the left-right arrangement is different, it is included in the present invention as long as it is within the scope of the gist of the invention.

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Abstract

内燃機関3の運転領域を判定する運転領域判定手段200と、判定した運転領域に基づいて、第一運転領域Aにおいて理論空燃比としたストイキ状態とし、第二運転領域Bにおいてリーン状態とするように切り替え制御を行い、運転状態が第一運転領域Aにある場合に、ストイキ状態となるように第一目標吸気量に制御し、第二運転領域Bにある場合にリーン状態となるように第二目標吸気量に制御する吸入空気量制御手段220と、運転領域切り替えを判定する運転領域切替判定手段210とを備え、運転領域切替判定手段210の判定を吸気行程において行い、運転領域が切り替わっていると判定した場合には、吸入空気量を目標吸気量となるように吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するよう吸入空気量制御手段220により制御し、吸気行程で目標とする吸入空気量の未達成によるＮＯｘの排出を防ぎ、ＮＯｘの排出量を大幅に低減できる４サイクル内燃機関の制御装置を提供する。

Description

４サイクル内燃機関の制御装置
　本発明は、車両、特に鞍乗型車両に搭載された４サイクル内燃機関の制御装置に関する。
　従来、４サイクル内燃機関において、空燃比を理論空燃比としたストイキ状態と、理論空燃比よりも薄い空燃比で燃費向上が可能なリーン状態との２つの燃焼状態を、要求運転負荷に合わせて切り替えて排気ガス規制を満足させつつ、燃費、走行性能を両立させる技術がある。
　ストイキ状態で燃焼を行う場合は触媒によってＮＯｘを浄化することができるが、リーン状態で燃焼を行う場合では、酸素過多状態となりＮＯｘを分離できなくなるため、リーン状態時におけるＮＯｘの還元が課題である。
　特許文献１では、上記のようにＮＯｘを大量に排出する領域を速やかに通過させるために、ストイキ状態からリーン状態へと燃焼状態を切り替えるときに吸入空気量を増大させる構成が開示されている。
　また、特許文献２では、上記のような排気エミッションの悪化とトルク変動を抑えるため、ストイキ状態からリーン状態への切り替え準備段階で、燃焼室への吸入空気量を維持しつつスロットル弁の下流の圧力を高め、その後吸入空気量を増大する構成を採用している。
　しかしながら、上記の特許文献では、燃焼状態の切り替え時に、吸入空気量を増大させ始める構成の開示はあるものの、切り替える燃焼状態における目標吸入空気量を達成させるまでの間に、エンジンの吸気行程を実施した場合、ＮＯｘの排出量が一時的に増大する可能性があり、ＮＯｘの排出量を低減させるためにさらになる改善の余地がある。
日本国　特開２００２－３３９７７８号公報 日本国　特許４２９９３０５号公報
　本発明は、かかる従来技術に鑑み成されたものであって、ストイキ状態とリーン状態との燃焼状態の切り替え時におけるＮＯｘの排出量を低減させる４サイクル内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
　上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関の運転状態が、第一運転領域または第二運転領域にいるかを判定する運転領域判定手段と、
　前記運転領域判定手段が判定した運転領域に基づき、前記内燃機関の燃焼状態を、第一運転領域において前記内燃機関の空燃比を理論空燃比としたストイキ状態とし、第二運転領域において前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりも薄くしたリーン状態とするように切り替え制御を行う内燃機関の制御装置において、
　前記内燃機関の運転状態が前記第一運転領域にある場合に、前記内燃機関の燃焼状態がストイキ状態となるように吸入空気量を第一目標吸気量に制御し、前記内燃機関の運転状態が前記第二運転領域にある場合に、前記内燃機関の燃焼状態がリーン状態となるように吸入空気量を第二目標吸気量に制御する吸入空気量制御手段と、
　前記運転領域が、前記第一運転領域と前記第二運転領域との間で切り替わっているか否かを判定する運転領域切替判定手段と、を備え、
　前記運転領域切替判定手段の判定を、前記内燃機関の吸気行程において行い、
　前記運転領域切替判定手段が、前記運転領域が切り替わっていると判定した場合には、吸入空気量を、切り替えられた前記運転領域に対応する前記目標吸気量となるように、吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するよう前記吸入空気量制御手段により制御することを特徴とする４サイクル内燃機関の制御装置である。
　上記構成によれば、燃焼状態の切り替え時におけるＮＯｘの排出量を低減させることができ、リーン状態における空気量を増大させて燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの排出量を大幅に低減させることができる。運転領域切替判定手段の判定を、内燃機関の吸気行程において行い、吸入空気量制御手段の制御を、吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するので、吸気行程において目標とする吸入空気量に達しないことによるＮＯｘの排出を防ぐことができる。
　本発明の好適な実施形態によれば、前記吸入空気量制御手段は、スロットルバイワイヤ装置である。
　吸入空気量制御手段としてスロットルバイワイヤ装置を用いることで、簡易な装置で吸気通路(6)の吸入空気量の制御を容易に行うことができる。
　本発明の好適な実施形態によれば、前記スロットルバイワイヤ装置のスロットル弁から吸気弁までの吸気ポート容積は、前記スロットル弁の下流に設けられた前記内燃機関の気筒の単排気量よりも小さい。
　前記構成によれば、吸気ポート容積が気筒の単排気量よりも小さいので、燃焼状態の切り替え時に、次の吸気行程までに確実に目標吸気量に変更することができ、より効果的にＮＯｘの排出を防ぐことができる。
　本発明の好適な実施形態によれば、前記内燃機関は、メイン吸気通路とタンブル吸気通路を備えた吸気通路を具備し、
　前記内燃機関は、前記メイン吸気通路と前記タンブル吸気通路への流量割合を変更するタンブルコントロール弁装置を備え、
　前記運転領域切替判定手段が、前記内燃機関の運転状態が前記第一運転領域から前記第二運転領域に切り替わったと判定した場合には、前記タンブルコントロール弁装置のタンブルコントロール弁は閉じた状態にされる。
　リーン状態を実行するためには、気筒内の流動を強化する必要があるため、タンブルコントロール弁を閉じることで効果的にタンブルを発生させ、リーン状態における内燃機関の燃焼を効果的に実現できる。
　本発明の好適な実施形態によれば、前記運転領域切替判定手段が、前記内燃機関の運転状態が前記第一運転領域から前記第二運転領域に切り替わったと判定した場合には、判定したときから次の吸気行程までの間に、前記タンブルコントロール弁の開度を０にする。
　前記構成によれば、より効果的にタンブル流を発生させることが可能となる。
　本発明の鞍乗型車両用内燃機関の吸気制御装置によれば、吸気行程において目標とする吸入空気量に達しないことによるＮＯｘの排出を防ぎ、ＮＯｘの排出量を大幅に低減させることができる。
本発明の実施形態に係る４サイクル内燃機関の制御装置が適用された自動二輪車の右側面図である。 図１中の自動二輪車に搭載された内燃機関の右側面断面図である。 燃料タンク、シート、リヤサイドカバーを外し、タンブル弁装置、スロットルボディ、コネクティングチューブの周辺を、右側方斜め上方から見た自動二輪車の中央要部の右側斜視図である。 自動二輪車の各部および各種センサとＥＣＵの関係を示した図である。 内燃機関の運転状態により運転領域を判定するマップである。 制御装置による制御方法を示したフローチャートである。 目標スロットル開度を設定する流れを示した図である。 内燃機関のクランク角に対する制御装置の実行タイミングを示した図である。 吸気ポート容積比が単排気量よりも大きい内燃機関について、運転状態の変更時におけるサイクルごとのエンジンクランク角度に対する吸気ポート内圧力の変化を示したグラフである。 吸気ポート容積比が単排気量よりも小さい内燃機関について、運転状態の変更時におけるサイクルごとのエンジンクランク角度に対する吸気ポート内圧力の変化を示したグラフである。
　図１から図８に基づいて、本発明の一実施の形態に係る４サイクル内燃機関の制御装置について説明する。
　本実施形態において内燃機関３は鞍乗型車両に搭載されており、本実施の形態において鞍乗型車両は自動二輪車１である。
　なお、本明細書記載における前後左右上下等の向きは、自動二輪車１等の鞍乗型車両の、車両の向きに従うものとする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、ＬＨは車両左方を、ＲＨは車両右方を、ＵＰは車両上方を、それぞれ示す。
　自動二輪車１の車体フレーム２は、前端を構成するヘッドパイプ20と、ヘッドパイプ20から後下がりに延出した後、湾曲して更に下方へ延出する垂下部21ａを有する一本のメインフレーム21と、メインフレーム21の湾曲部から後方へ延出する左右一対のシートレール22と、ヘッドパイプ20から車幅中央を下方に延出する一本のダウンフレーム23と、メインフレーム21の垂下部21ａの下部に取り付けられた左右一対のピボットプレート24と、ピボットプレート24から後上がりに延出しシートレール22の車両前後方向略中央部に接続する左右一対のリヤフレーム25とを備えている。
　ヘッドパイプ20には、下部に前輪11を支持するフロントフォーク12が回動自在に取り付けられ、メインフレーム21には、燃料タンク13が取り付けられる。ピボットプレート24には、スイングアーム14が上下に揺動自在に支持される。また、シートレール22には、シート15や左右一対のリヤサイドカバー10ａが取り付けられる。フロントフォーク12の上部には、操舵ハンドル18が取り付けられており、右グリップがアクセル18ａとなっており、運転者の操作によりアクセル18ａが回動されて、自動二輪車１が所定の走行状態となる。
　ヘッドパイプ20の前方には、ヘッドライトやフロントウインカ等を一体に備えたフロントカウル10ｂが支持される。フロントフォーク12の下部には、前輪11を上方から覆うフロントフェンダ10ｃが支持される。スイングアーム14は、後端部に後輪16を回転可能に支持する。スイングアーム14の後部には、リヤクッションユニット17の下端が取り付けられ、リヤクッションユニット17の上端は、リヤフレーム25とシートレール22との接続部近傍に取り付けられる。
　シート15は、運転者と同乗者が着座可能な前後に長い二人用タンデムシートに形成されている。ピボットプレート24の下部には、自動二輪車１を駐車するためのサイドスタンド19と図示しないセンタースタンド、運転者が足を置くステップ18Ａ、および同乗者が足を置くピリオンステップ18Ｂを支持するステップブラケット18Ｃ等が取り付けられる。
　ダウンフレーム23の下部にはエンジンハンガ26が固着され、エンジンハンガ26と、左右一対のピボットプレート24とによって、内燃機関３と変速機５とを一体に備えたパワーユニット４が支持される。
　内燃機関３は、クランク軸31を収容するクランクケース30と、クランクケース30の上部にシリンダ軸線Ｘをやや前傾して締結されるシリンダ部32を備える。
　シリンダ部32は、クランクケース30側から、シリンダブロック33、シリンダヘッド34、ヘッドカバー35を備えて構成される。
　内燃機関３は、側面視でメインフレーム21とダウンフレーム23とによって囲まれる領域内に配置される。
　　シリンダブロック33は、やや前傾して立ち上がるようにしてクランクケース30に取り付けられ、クランクケース30の前部がエンジンハンガ26に支持され、クランクケース30の後部がピボットプレート24に支持される。
　シリンダヘッド34の後面には、タンブルコントロール弁装置７を介してスロットルボディ８が接続され、スロットルボディ８の上流にコネクティングチューブ85を介してエアクリーナ86が接続される。
　また、シリンダヘッド34の前面には排気管39が接続され、排気管39の下流にマフラー40が接続される。排気管39の途中には、内燃機関３の下方に位置して、触媒装置39ａが配設されている。触媒装置39ａには、排気浄化用の触媒が内蔵されており、これにより、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（Ｃｏ）および炭化水素（ＨＣ）が浄化される。
　エアクリーナ86は、シートレール22、メインフレーム21、およびリヤフレーム25で囲まれる側面視で三角形状の領域内に配置される。エアクリーナ86の上半部は左右両側を、樹脂材料からなる左右一対のリヤサイドカバー10ａで覆われる。
　リヤサイドカバー10ａは、燃料タンク13の後部の一部に側面視で重なり、燃料タンク13の後部から後方に延びてシート15の下方に延出し、シート15の後下端まで延びる。図１に示すように、リヤサイドカバー10ａによって、燃料タンク13の後下部とシート15の下縁が外観視不能に覆われ、外観性が向上している。また、リヤサイドカバー10ａによってシートレール22の車幅方向外側を覆い、これによって外観性が向上している。
　なお、図１中、符号10ｄは、リヤフェンダである。
　図２は、図１のパワーユニット４を取出して、図１に示すと略同じ配向により示す、パワーユニット４の右側面断面図である。
　パワーユニット４における内燃機関３は、シリンダ部32をなすシリンダブロック33、シリンダヘッド34およびヘッドカバー35が、図２に左半面の断面が示されるように、シリンダ軸線Ｘをやや前傾させて、クランクケース30上に設けられている。
　クランクケース30は、左ケース半体30Ｌが、図示しない右ケース半体との合わせ面30ａを図示手前に向けて示される。
　クランクケース30の後部の内部には、クランク軸31と平行なメイン軸51、カウンタ軸52を有する変速機５が備えられている。
　内燃機関３の運転に伴うクランク軸31の回転は、図示しない変速クラッチを介してメイン軸51に伝達され、メイン軸51とカウンタ軸52とに設けられた図示しない変速ギヤ群によって変速されてカウンタ軸52に伝達される。
　カウンタ軸52は内燃機関３の、すなわちパワーユニット４の、出力軸となっており、カウンタ軸52の左軸端に嵌装された駆動スプロケット53と、後輪軸16ａに嵌装された従動スプロケット54との間には、駆動チェーン55が掛け渡され、後輪16が走行駆動される。
　シリンダブロック33のシリンダボア33ａ内を往復動するピストン36は、コネクティングロッド37により、クランク軸31のクランクピン31ａと連結されている。
　シリンダブロック33のシリンダボア33ａ内に摺動自在に嵌合されるピストン36の頂面36ａと、頂面36ａが対向するシリンダヘッド34の燃焼室天井面34ａとの間には、燃焼室38が構成される。
　本実施形態において内燃機関３は、ＳＯＨＣ型式の２バルブシステムを採用しており、シリンダヘッド34に動弁機構10が設けられている。
　動弁機構10を覆うように、シリンダヘッド34にはヘッドカバー35が重ねられて被せられる。
　動弁機構10に動弁のための動力伝達を行うため、図示しない無端状のカムチェーンが、クランクケース30、シリンダブロック33、シリンダヘッド34のクランク軸31方向の一方側（本実施形態において図２図示向う側）に設けられた図示しないカムチェーン室を通って、カム軸91とクランク軸31との間に掛け回され、カム軸91はクランク軸31に同期してその１／２の回転速度で回転する。
　なお、シリンダヘッド34において前記カムチェーン室と反対側（クランク軸51方向の他方側、本実施形態において図２図示手前側）から燃焼室38内に向かって点火プラグ88が嵌挿されている（図３参照）。
　シリンダ軸線Ｘをやや前傾したシリンダ部32のシリンダヘッド34において、燃焼室天井面34ａに開口した排気弁口42と吸気弁口41からは、各々排気ポート44と吸気ポート43が互いに前後に離れる方向に湾曲しながら延出して形成される。
　吸気ポート43の上流端は、シリンダヘッド34の後方に向けて開口し、インシュレータ62を挟んでタンブルコントロール弁装置７と接続して、タンブルコントロール弁装置７の上流側に、ゴムインシュレータ61を介してスロットルボディ８が接続される。スロットルボディ８の上流側にはコネクティングチューブ85を介してエアクリーナ86が順次接続される（図１参照）。
　すなわち、コネクティングチューブ85、スロットルボディ８の通気路80、ゴムインシュレータ61の通気路60、タンブルコントロール弁装置７の通気路70、インシュレータ62の開口63、吸気ポート43を通して、エアクリーナ86から吸気を燃焼室38まで送る連続した吸気通路６が構成されている。
　排気ポート44の下流端は、シリンダヘッド34の前方に向けて開口し、排気管39に連結され、排気管39は、パワーユニット４の下方に回り込んだのち、後輪16の右側方のマフラー40に接続する（図１参照）。
　シリンダヘッド34内における吸気ポート43の湾曲外壁部43ａに一体に円筒状の吸気弁ガイド45が嵌着され、吸気弁ガイド45に摺動可能に支持された吸気弁47が、吸気ポート43の燃焼室38に臨む吸気弁口41を開閉する。
　また、シリンダヘッド34内における排気ポート44の湾曲外壁部44ａに一体に嵌着された排気弁ガイド46に摺動可能に支持された排気弁48が、排気ポート44の燃焼室38に臨む排気弁口42を開閉する。
　吸気弁47および排気弁48はその傘部47ａ、48ａが、いずれも燃焼室38に臨む吸気弁口41、排気弁口42を閉じるように、弁ばね49により上方に付勢されているが、カム軸91の吸気カム、排気カムに当接揺動する吸気ロッカアーム93、排気ロッカアーム94によって、吸気弁47、排気弁48のステムエンド47ｂ、48ｂが押し下げられて、所定のタイミングで吸気弁47、排気弁48が開弁し、吸気ポート43と燃焼室38、また、排気ポート44と燃焼室38が連通し、所定のタイミングの吸気、排気がなされる。
　以上のような本実施形態の内燃機関３においては、所定の吸入空気量にするスロットルバイワイヤ装置９と、燃焼室38でのより好ましい燃焼を得るために、燃焼室38において燃料・空気混合気のタンブル流Ｔ、すなわち縦回転を与えるためのタンブルコントロール弁装置７を具備している。
　スロットルバイワイヤ装置９は、操舵ハンドル18の右グリップに取り付けられたアクセル18ａに取り付けられたアクセルポジションセンサ103によりアクセル開度を電気信号に変換して、後述するエンジンコントロールユニット100に送り、エンジンコントロールユニット100がその他の情報を加味してアクセル開度を決定し、アクチュエータ82に指示を送ってスロットル弁81を開閉する構造になっている。
　タンブルコントロール弁装置７は、後述するように、メイン吸気通路６Ａとタンブル吸気通路６Ｂとに分割された吸気通路６の吸気の流れを、アクチュエータ72により駆動されるタンブルコントロール弁71の開閉により変更し、所定のタイミングでタンブル流の発生を強化するものである。
　スロットルボディ８は、その通気路80、すなわち吸気通路６の流れ方向Ｆと垂直で略水平に配向するスロットル弁軸81ａによってスロットルボディ８内に回転自在に軸支されて任意の開度に制御されて通気路80の通路面積を可変制御し、吸入空気量を制御し、また、通気路80を開閉し得るスロットル弁81を備えている。
　また、吸気通路６の流れ方向Ｆにおいてスロットル弁81の下流側には、タンブルコントロール弁装置７の通気路70が接続し、通気路70、すなわち吸気通路６の流れ方向Ｆと垂直で、略水平に配向しスロットル弁軸81ａと平行なタンブル弁軸71ａによってタンブルコントロール弁装置７内に回転自在に軸支され、任意の開度に制御されるタンブルコントロール弁71を備えている。
　そして、タンブルコントロール弁71より下流側の吸気通路６は、通路方向に沿って仕切壁65によってメイン吸気通路６Ａとタンブル吸気通路６Ｂとに分割され、仕切壁65の上流端部65ａに隣接してタンブルコントロール弁71のタンブル弁軸71ａが設けられている。
　スロットル弁81より下流側の、通気路70に設けられたタンブルコントロール弁71は、バタフライ式のもので、タンブル弁軸71ａと、タンブル弁軸71ａに共に回転するようボルト締め固定され上方に半円状をなすタンブル弁板71ｂを有している。
　タンブルコントロール弁71は、図２図示において反時計回りに開弁方向に回転可能となっているとともに、図示しない復帰ばねにより、タンブル弁板71ｂが通気路70の内面70ａに接するタンブル弁閉止位置に位置するように時計回りに閉弁方向に付勢されている。
　また、スロットルボディ８の吸気通路６、すなわち通気路80に設けられたスロットル弁81もバタフライ式のもので、スロットル弁軸81ａと、スロットル弁軸81ａに共に回転するようボルト締め固定された円板状のスロットル弁板81ｂとを有する。
　スロットル弁81は、図２図示において時計回りに開弁方向に回転可能となっているとともに、図示しない復帰ばねにより、スロットル弁板81ｂが通気路80の内面80ａに接する全閉位置に位置するように閉弁方向に反時計回りに付勢されている。
　本実施形態において、吸気通路６は、タンブルコントロール弁装置７から吸気ポート43へと続けて仕切壁65によって、上下に仕切られ、下側に画成されたタンブル吸気通路６Ｂと、タンブル吸気通路６Ｂを除くメイン吸気通路６Ａとに仕切られている。
　仕切壁65は、上流端部65ａを有するタンブル弁装置側仕切壁65Ａと、インシュレータ側仕切壁65Ｂと、吸気ポート側仕切壁65Ｃが連続して位置して構成される。
　スロットルボディ８には、スロットル弁81より下流側の吸気通路６、すなわち通気路80に上方外部から貫通して、斜め下流側に向けて燃料を噴射供給する（図２中、模式的に示す噴射線Ｊ）ように配置された燃料噴射弁87が取り付けられる。
　タンブルコントロール弁71は、上方に設けられたタンブル弁板71ｂによって、それよりも下流側の吸気通路６で、吸気流を分割する上下一対のメイン吸気通路６Ａ、タンブル吸気通路６Ｂのうちのメイン吸気通路６Ａの通路断面を開閉し、メイン吸気通路６Ａへ吸気供給を制御するものであり、吸気通路６のメイン吸気通路６Ａとタンブル吸気通路６Ｂとの吸気配分が制御される。
　図２において２点鎖線で示されるタンブル流Ｔは、ピストン36が２点鎖線で示されるようにシリンダボア33ａ内を下降したときの燃焼室38内のタンブル流Ｔを、模式的に示すものである。
　図４は、自動二輪車の各種センサおよび各部とＥＣＵ100の関係を示した図である。
　自動二輪車１の各所には、エンジン回転数センサ101、吸気圧センサ102、アクセルポジションセンサ103、ＬＡＦセンサ104、スロットル開度センサ105等の各種のセンサが配置され、これらのセンサから逐次それぞれデータがＥＣＵ100に送られる。ＥＣＵ100は、送られてきたこれらのデータに基づいて、内燃機関３の燃焼状態や、各気筒３ａの点火装置である点火プラグ88の点火タイミングや、燃料噴射弁87の噴射タイミング、燃料噴射量、スロットルバイワイヤ装置９で接続されたスロットル弁81を開閉するＴＢＷアクチュエータ、タンブルコント弁71を開閉するＴＶＣアクチュエータ等へ出力信号を送って、駆動制御を行っている。これらのデータに基づいて、スロットルバイワイヤ装置９、タンブルコントロール弁装置７、燃料噴射弁87、点火プラグ88等へ信号を送って、駆動制御を行っている。
　ＥＣＵ100は、運転領域判定手段200を備えており、運転領域判定手段200は、図５に示すような予め作成されて格納されている運転領域判定マップ230に基づいて、現在の内燃機関の運転状態を判定する。内燃機関３の運転状態は、第一運転領域Ａと第二運転領域Ｂとの二つの運転領域に区画されている。内燃機関３の現在の運転状態は、アクセルポジションセンサ103の計測値から算定される運転者の要求トルク(Nm)と、エンジン回転数センサ101が計測したエンジン回転数(r/min)に基づいて、運転領域判定マップ230に当てはめて判定する。
　運転領域判定マップ230は、図５に示されるように、領域の設定に幅が持たされており、第一運転領域Ａから第二運転領域Ｂへ移行する際には破線で示された領域の区分けにより、第二運転領域Ｂから第一運転領域Ａへ移行する際には実線で示された領域の区分けによりそれぞれ判定を行い、運転領域の判定では、ヒステリシス制御が行われている。
　さらに、ＥＣＵ100は、現在の内燃機関３の運転領域が、直前の内燃機関３の運転領域と切り替わっているかを判定する運転領域切替判定手段210を備えている。
　ＥＣＵ100は、吸入空気量制御手段220と燃料量を調整する燃料量調整手段225を備えている。内燃機関３の運転状態が第一運転領域Ａにある場合に、内燃機関３の運転空燃比を理論空燃比に設定して燃焼状態がストイキ状態となるように、吸入空気量制御手段220は吸入空気量を第一目標吸気量に制御し、燃料量調整手段225は所定の燃料量となるように燃料噴射を制御する。
　また、内燃機関３の運転状態が第二運転領域Ｂにある場合に、内燃機関３の運転空燃比を理論空燃比よりも薄く設定し燃焼状態がリーン状態となるように、吸入空気量を第二目標吸気量に制御するとともに、所定の燃料量の噴射となるように制御する。吸入空気量制御手段220として、スロットルバイワイヤ装置９が用いられており、燃料量調整手段225として、燃料噴射弁87が用いられている。
　図６は、本実施の形態の４サイクル内燃機関の制御装置の制御方法のフローチャートを示している。図８は、本実施の形態の４サイクル内燃機関の制御装置により制御される各装置の動作のクランク軸31のクランクアングルに対応するタイミングを示したものであって、内燃機関３燃焼行程、吸気弁47および排気弁48の開閉タイミング、スロットルバイワイヤ装置９の駆動タイミング、タンブルコントロール弁装置７の駆動タイミング、燃料噴射弁の実行タイミングが示されている。
　本実施の形態の４サイクル内燃機関の制御装置の制御方法を、図６のフローチャートに基づいて説明する。直前の燃焼状態が第一運転領域Ａである場合を例にとって説明する。ＥＣＵ100は、直前の内燃機関３の運転領域を判定したデータを記憶している。
　ステップ１において、ＥＣＵ100内に記憶されたプログラムである運転領域判定手段200により、現在の運転領域を、運転領域判定マップ230に基づいて判定する。この運転領域の判定のタイミングは、図８に示されるように、内燃機関３の吸気行程中において行う。
　ステップ２において、ＥＣＵ100内に記憶されたプログラムである運転領域切替判定手段210により、内燃機関３の直前の運転領域と現在の運転領域が切り替わっているか否かを判定する。この時、直前の運転領域が第一運転領域Ａであるので、運転領域判定マップ230における判定は、破線において示された領域区分に基づいて判定する。内燃機関３の直前の運転領域（第一運転領域Ａ）と比較して、同一の運転領域（第一運転領域Ａ）と判定すると、ステップ３に進み、内燃機関３の直前の燃焼状態と同じストイキ状態を維持するよう制御を行う。
　ステップ２において、直前の運転領域（第一運転領域Ａ）と同じでない（第二運転領域Ｂ）と判定すると、ステップ４に進み、内燃機関３の燃焼状態をストイキ状態からリーン状態へと変更する制御を行う。そのために、内燃機関３の燃焼状態をリーン状態とする第二目標吸気量とするための目標スロットバルブ開度を推定する処理を行う（ステップ４およびステップ５）。
　具体的には、図７に示されるような処理を行う。現在のスロットル開度α(deg)およびエンジン回転数Ｎ(rpm)から、ＥＣＵ100に予め入力されているトルク推定マップ231に基づいて、要求トルク(Nm)を推定する（ステップ４および図７）。
 次に、推定された要求トルク(Nm)および現在のエンジン回転数Ｎ(rpm)から、予め入力されている目標スロットル開度推定マップ232に基づいて目標スロットル開度β(deg)を決定する（ステップ５および図７）。
　次に、ステップ６に進み、吸入空気量制御手段220により、切り替えられた第二運転領域Ｂに対応する目標吸気量となるように制御を行いう。
　具体的には、吸入空気量制御手段220は、スロットルバイワイヤ装置９が用いられる。スロットルバイワイヤ装置９は、図８に示されるように、スロットル弁81を開閉するアクチュエータ82の駆動を吸気行程以外の行程で開始し、スロットル弁81の開度が目標スロットル開度β(deg)となるように、次の吸気行程までに完了するよう制御する。
　また、タンブルコントロール弁装置７のタンブルコントロール弁71のアクチュエータ72の駆動を開始して、タンブルコントロール弁71を閉塞方向に動かす。タンブルコントロール弁71を閉塞方向に動かして、吸気を殆どタンブル吸気通路６Ｂに通すことで、燃焼室38内に流入する吸気流速を高めることができて、燃焼室38で発生する吸気のタンブル流Ｔを強化しつつ燃焼室38内の燃焼を良好に維持できるものとなる。本実施の形態では、リーン状態では、タンブルコントロール弁71の開度は０(deg)に制御される。
　ステップ７において、所定のタイミングで燃料噴射弁87の燃料を噴射し、ステップ８に点火プラグ88で点火実行を行う。
　直前の運転状態が第一運転領域Ａである場合について説明したが、直前の運転状態が第二運転領域Ｂである場合でも、同様に制御を行う。
　内燃機関３のスロットル弁81および吸気弁47が閉じた状態におけるスロットル弁81から吸気弁47までの吸気ポート容積Ｖ１は、スロットル弁81から下流側に設けられた気筒３ａの単排気量Ｖ２よりも小さくなるように設定されている。１つのスロットル弁81の下流には、１つの気筒３ａのみが接続されている。複数の気筒３ａを具備している場合には、それぞれの気筒３ａごとに吸気量を制御するスロットル弁81が設けられている。
　図９は、吸気ポート容積Ｖ１が単排気量Ｖ２よりも大きい内燃機関において、ストイキ状態からリーン状態に変更した際の、エンジンクランク角度と、吸気ポート内圧力との関係を、ストイキ状態運転時のスロットル開度がαである場合、リーン状態運転に変更するよう吸気行程以降にスロットル開度をαからβに変更した１サイクル目、２サイクル目、リーン状態運転となった３サイクル目のそれぞれの関係を示している。
　図１０は、吸気ポート容積Ｖ１が単排気量Ｖ２よりも小さい内燃機関において、ストイキ状態からリーン状態に変更した際の、エンジンクランク角度と、吸気ポート内圧力との関係を、ストイキ状態運転時のスロットル開度αである場合、リーン状態運転に変更するよう吸気行程以降にスロットル開度をαからβに変更した１サイクル目、リーン状態運転となった２サイクル目のそれぞれの関係を示している。
　スロットル弁81の位置が、吸気ポート容積Ｖ１が単排気量Ｖ２よりも大きくなるほど吸気弁47から離れていると、図９に示されるように、目標吸気量増加のためにバルブ開度を大きくしても、吸気ポート内の圧力が狙いの圧力まで上昇するのに数サイクルを要し、目標吸気量まで１サイクルで増加できない場合がある。
　吸気ポート容積Ｖ１が単排気量Ｖ２よりも大きい場合では、負圧になっている容積が大きいため、吸気行程以外でスロットル弁81の開口部から流入する空気による吸気ポート圧力の上昇が遅く、狙いの圧力まで上昇するのに時間がかかる為である。
　また、スロットル弁81を閉じて、吸気量が多いリーン状態から吸気量の少ないストイキ状態にする場合、１回の吸気行程で吸気する最大の容積は、気筒約１個分の容積であり、吸気ポート容積Ｖ１が、単排気量Ｖ２よりも大きいとスロットル弁81の開度を小さくし、目標吸気量まで減少させるには、吸気ポートの圧力が狙いの圧力まで下げる行程が必要になる。すなわち、上記したようにストイキ状態からリーン状態への変更と同様に吸気量の調整が数サイクルの行程にまたぐ事象が発生する。
　一方、図１０に示されるように、内燃機関３のスロットル弁81および吸気弁47が閉じた状態におけるスロットル弁81から吸気弁47までの吸気ポート容積Ｖ１が、スロットル弁81から下流側に設けられた気筒３ａの単排気量Ｖ２よりも小さくなるように設定すると、吸気ポート内の圧力上昇が早く、目標吸気量まで１サイクルで達成することができる。
　本実施の形態の４サイクル内燃機関の制御装置は上記したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
　本実施の形態は、内燃機関３の運転状態が、第一運転領域Ａまたは第二運転領域Ｂにいるかを判定する運転領域判定手段200と、運転領域判定手段200が判定した運転領域に基づき、内燃機関３の燃焼状態を、第一運転領域Ａにおいて内燃機関３の空燃比を理論空燃比としたストイキ状態とし、第二運転領域Ｂにおいて内燃機関３の空燃比を理論空燃比よりも薄くしたリーン状態とするように切り替え制御を行う内燃機関の制御装置100である。内燃機関の制御装置100は、内燃機関３の運転状態が第一運転領域Ａにある場合に、内燃機関３の燃焼状態がストイキ状態となるように吸入空気量を第一目標吸気量に制御し、内燃機関３の運転状態が前記第二運転領域Ｂにある場合に、内燃機関３の燃焼状態がリーン状態となるように吸入空気量を第二目標吸気量に制御する吸入空気量制御手段220と、内燃機関の燃焼状態がストイキ状態あるいはリーン状態となるように燃料量を制御する燃料量調整手段225を備えている。さらに、運転領域が第一運転領域Ａと第二運転領域Ｂとの間で切り替わっているか否かを判定する運転領域切替判定手段210と、を備え、運転領域切替判定手段210の判定を、内燃機関３の吸気行程において行い、運転領域切替判定手段210が、運転領域が切り替わっていると判定した場合には、切り替えられた運転領域に対応するように、吸入空気量制御手段220により吸入空気量を目標吸気量とするとともに、燃料量制御手段により所定の燃料量となるように、吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するように制御する。
　このように構成されているので、燃焼状態の切り替え時におけるＮＯｘの排出量を低減させることができ、リーン状態における空気量を増大させて燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの排出量を大幅に低減させることができる。運転領域切替判定手段210の判定を、内燃機関３の吸気行程において行い、吸入空気量制御手段220の制御を、吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するので、吸気行程において目標とする吸入空気量に達しないことによるＮＯｘの排出を防ぐことができる。
　さらに、吸入空気量制御手段220としてスロットルバイワイヤ装置９を用いることで、簡易な装置で吸気通路６の吸入空気量の制御を容易に行うことができる。
　また、スロットルバイワイヤ装置９のスロットル弁81から吸気弁47までの吸気ポート容積Ｖ１は、スロットル弁81の下流に設けられた内燃機関３の気筒３ａの単排気量Ｖ２よりも小さいので、燃焼状態の切り替え時に、次の吸気行程までに確実に目標吸気量に変更することができ、より効果的にＮＯｘの排出を防ぐことができる。
　また、内燃機関３は、メイン吸気通路６Ａとタンブル吸気通路６Ｂを備えた吸気通路６を具備し、内燃機関３は、メイン吸気通路６Ａとタンブル吸気通路６Ｂへの流量割合を変更するタンブルコントロール弁装置７を備え、運転領域切替判定手段210が内燃機関３の運転状態が第一運転領域Ａから第二運転領域Ｂに切り替わったと判定した場合には、タンブルコントロール弁装置７のタンブルコントロール弁71を閉塞方向に制御する。リーン状態を実行するためには、気筒内の流動を強化する必要があるため、タンブルコントロール弁71を閉じることで効果的にタンブルを発生させ、リーン状態における内燃機関３の燃焼を良好な状態に保つことができる。
　さらにまた、運転領域切替判定手段210が、内燃機関３の運転状態が第一運転領域Ａから第二運転領域Ｂに切り替わったと判定した場合には、判定したときから次の吸気行程までの間に、前記タンブルコントロール弁71の開度を０にするので、より効果的にタンブル流を発生させることが可能となる。
　以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能であり、本発明の要旨の範囲で、鞍乗型車両、内燃機関等が、多様な態様で実施されるものを含むことは勿論である。
　なお、説明の便宜上、図示の実施形態の左右配置のものについて説明したが、左右配置の異なるものであっても、発明の要旨の範囲であれば本発明に含まれる。
　３…内燃機関、６…吸気通路、６Ａ…メイン吸気通路、６Ｂ…タンブル吸気通路、７…タンブルコントロール弁装置、９…スロットルバイワイヤ装置、71…タンブルコントロール弁、72…アクチュエータ、81…スロットル弁、82…アクチュエータ、100…エンジンコントロールユニット、200…運転領域判定手段、210…運転領域切替判定手段、220…吸入空気量制御手段、Ａ…第一運転領域、Ｂ…第二運転領域。

Claims (5)

  1. 　内燃機関(3)の運転状態が、第一運転領域(A)における運転状態または第二運転領域(B)における運転状態かを判定する運転領域判定手段(200)と、
    　前記運転領域判定手段(200)が判定した運転領域に基づき、前記内燃機関(3)の燃焼状態を、第一運転領域(A)において前記内燃機関(3)の空燃比を理論空燃比としたストイキ状態とし、第二運転領域(B)において前記内燃機関(3)の空燃比を理論空燃比よりも薄くしたリーン状態とするように切り替え制御を行う４サイクル内燃機関の制御装置において、
    　前記内燃機関(3)の運転状態が前記第一運転領域(A)にある場合に、前記内燃機関(3)の燃焼状態がストイキ状態となるように吸入空気量を第一目標吸気量に制御し、前記内燃機関(3)の運転状態が前記第二運転領域(B)にある場合に、前記内燃機関(3)の燃焼状態がリーン状態となるように吸入空気量を第二目標吸気量に制御する吸入空気量制御手段(220)と、
    　前記運転領域(A,B)が、前記第一運転領域(A)と前記第二運転領域(B)との間で切り替わっているか否かを判定する運転領域切替判定手段(210)と、を備え、
    　前記運転領域切替判定手段(210)の判定を、前記内燃機関(3)の吸気行程において行い、
    　前記運転領域切替判定手段(210)が、前記運転領域(A,B)が切り替わっていると判定した場合には、吸入空気量を、切り替えられた前記運転領域(A,B)に対応する前記目標吸気量となるように、吸気行程以外の行程で開始し、次の吸気行程までに完了するよう前記吸入空気量制御手段(220)により制御することを特徴とする４サイクル内燃機関の制御装置。
  2. 　前記吸入空気量制御手段(220)は、スロットルバイワイヤ装置(9)であることを特徴とする請求項１に記載の４サイクル内燃機関の制御装置。
  3. 　前記スロットルバイワイヤ装置(9)のスロットル弁(81)から吸気弁(47)までの吸気ポート容積(V1)は、前記スロットル弁(81)の下流に設けられた前記内燃機関(3)の気筒(3a)の単排気量(V2)よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の４サイクル内燃機関の制御装置。
  4. 　前記内燃機関(3)は、メイン吸気通路(6A)とタンブル吸気通路(6B)を備えた吸気通路(6)を具備し、
    　前記内燃機関(3)は、前記メイン吸気通路(6A)と前記タンブル吸気通路(6B)への流量割合を変更するタンブルコントロール弁装置(7)を備え、
    　前記運転領域切替判定手段(210)が、前記内燃機関(3)の運転状態が前記第一運転領域(A)から前記第二運転領域(B)に切り替わったと判定した場合には、前記タンブルコントロール弁装置(7)のタンブルコントロール弁(71)は閉じた状態にされることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の４サイクル内燃機関の制御装置。
  5. 　前記運転領域切替判定手段(210)が、前記内燃機関(3)の運転状態が前記第一運転領域(A)から前記第二運転領域(B)に切り替わったと判定した場合には、判定したときから次の吸気行程までの間に、前記タンブルコントロール弁(71)の開度を０にすることを特徴とする請求項４に記載の４サイクル内燃機関の制御装置。
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