(57)【要約】【課題】内燃機関の経時劣化として吸気ポートの内壁面、吸気バルブの弁体または弁座にデポジットが堆積することを効果的に抑制する。【解決手段】吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変動弁機構が付帯する内燃機関を制御するものであって、気筒の排気上死点よりも遅角したタイミングまで吸気バルブを閉弁したまま維持し、その後に吸気バルブを開弁することで、吸気通路から気筒に流入する吸気の流速を高めるクリーニング制御を実施することができる内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変動弁機構が付帯する内燃機関を制御するものであって、
気筒の排気上死点よりも遅角したタイミングまで吸気バルブを閉弁したまま維持し、その後に吸気バルブを開弁することで、吸気通路から気筒に流入する吸気の流速を高めるクリーニング制御を実施することができる内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関には、気筒内での混合気の燃焼温度を低下させてＮＯxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図る排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付随していることが多い。ＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気通路に還流させて吸気に混交するものである。ＥＧＲ通路上には、これを開閉するＥＧＲバルブが設けられており、このＥＧＲバルブの開度操作を通じてＥＧＲガスの還流量を調節することができる。
【０００３】
近時では、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流するＥＧＲガスの量をより増加させる傾向にある。それもあって、気筒に連通する吸気ポートの内壁面や、吸気ポートを開閉する吸気バルブの弁体（特に、その傘部）または弁座に、デポジットが付着し堆積しやすくなっている。吸気通路に流入するＥＧＲガス中に、煤その他の異物が混入していることがあるからである。そして、堆積して肥大したデポジットが吸気バルブの弁体と弁座との間に噛み込まれると、弁体が弁座に緊密に着座しなくなり、圧縮行程ないし膨張行程において、気筒の燃焼室から吸気通路に混合気が逆流しまたは燃焼ガスが漏出する「圧縮漏れ」が起こる。
【０００４】
異物の噛み込みは、停止した内燃機関の始動の遅れや始動不良を招く要因となる。これに対処するべく、異物の噛み込みを検知したときには、気筒に吸入される空気量及び燃料噴射量を増量補正したり（例えば、下記特許文献１を参照）、吸気バルブの閉弁タイミングを気筒の吸気下死点により近づけて気筒の実効圧縮比を高めたり（例えば、下記特許文献２を参照）することが行われる。
【０００５】
上掲の先行技術は、デポジットの噛み込みが生じた場合に内燃機関の出力するエンジントルクを補うフェイルセーフとして機能する。しかしながら、吸気ポートの内壁面や吸気バルブの弁体または弁座にデポジットが堆積してゆくこと自体を予防できるものではない。
【０００６】
デポジットの噛み込みに備えて、吸気バルブの弁体を弁座に対して押圧するバルブスプリングの弾性力を増強したり、煤その他の異物の吸気通路への流入を低減するべくＥＧＲガスの還流量を制限したり、インジェクタに燃料を圧送する燃料ポンプの吐出圧力を高めたりすることも考えられる。だが、これらの対策は何れも、内燃機関の燃費性能を低下させる方向に作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２４０４７９号公報
【特許文献２】特開２０１５−０７８６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、内燃機関の経時劣化として吸気ポートの内壁面、吸気バルブの弁体または弁座にデポジットが堆積することを効果的に抑制しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変動弁機構が付帯する内燃機関を制御するものであって、気筒の排気上死点よりも遅角したタイミングまで吸気バルブを閉弁したまま維持し、その後に吸気バルブを開弁することで、吸気通路から気筒に流入する吸気の流速を高めるクリーニング制御を実施することができる内燃機関の制御装置を構成した。
【００１０】
気筒内でピストンが排気上死点から吸気下死点に向かって運動し筒内容積が拡大する過程で、吸気バルブを閉弁状態に維持することにより、気筒内の圧力が吸気通路内の圧力よりも低下（負圧化）し、それら筒内圧と吸気圧との差圧が拡大する。しかる後に吸気バルブを開弁すれば、吸気通路から気筒に向かって勢いよく吸気が流れ込み、その気流によって吸気ポートの内壁面や吸気バルブの弁体または弁座に付着した煤、潤滑油、未燃燃料成分等のデポジットの前駆物質を吹き飛ばして除去する。これにより、デポジットが堆積して肥大化することを防止する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の吸気ポートの内壁面、吸気バルブの弁体または弁座にデポジットが堆積することを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【図３】同実施形態の制御装置が制御する吸気バルブの開閉タイミング及びバルブリフト量を示すタイミング図。
【図４】同実施形態の制御装置が制御する吸気バルブの開閉タイミング及びバルブリフト量を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１４】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁である電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１５】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１６】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１７】
本実施形態の内燃機関には、各気筒１の吸気バルブ１３の開閉タイミング及び／またはバルブリフト量を変化させることのできる可変動弁機構５が付随する。可変動弁機構５は、例えば、各気筒１の吸気バルブ１３を駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を作動液圧（潤滑油圧）や電動機によって変化させ、以て吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角／遅角するＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構である。カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構５は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、吸気バルブ１３の開閉タイミングを変更する。
【００１８】
可変動弁機構５の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブ１３を開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸気バルブ１３を電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。これらの可変動弁機構５は、吸気バルブ１３の開閉タイミングのみならず、バルブリフト量即ち吸気バルブ１３の弁体が弁座から離反する開度をも変更することができる。
【００１９】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２０】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、車両のシフトレバー（セレクトレバー）のレンジ（Ｄレンジ、Ｎレンジ、Ｒレンジ、Ｐレンジ等）を知得するためのセンサから出力されるシフトレンジ信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。
【００２１】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、可変動弁機構５に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００２２】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸入空気量を推算する。そして、吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、吸気バルブ１３の開閉タイミング及び／またはバルブリフト量等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２３】
また、ＥＣＵ０は、停止した内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドルストップからの再始動であることもある）するにあたり、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））を稼働させるための制御信号ｏを電動機に入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行う。内燃機関の始動のためのクランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、加速するエンジン回転数が完爆判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。クランキングの終了条件となる完爆判定値は、内燃機関の温度等に応じて上下し得る。具体的には、内燃機関の冷却水温が低いほど高く設定することとなる。
【００２４】
ＥＣＵ０は、運転状況に応じて、気筒１への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上に高いことを以て、燃料カット条件が成立したと判断し、インジェクタ１１からの燃料噴射を停止する。
【００２５】
燃料カット中は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量（０または０に近い）に依拠しない開度に開いておく。この操作は、燃料カット中の内燃機関のポンピングロスを低減してエンジン回転数の減速を遅らせることを目的とする。このときのスロットルバルブ３２の開度は、一定値としてもよいし、車速等に応じて増減させてもよいが、何れにせよ比較的大きな開度とすることが好ましい。
【００２６】
しかして、ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した、等のうちの何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したと判断し、燃料カットを終了、インジェクタ１１からの燃料噴射を再開する。燃料カット終了条件の成立後は、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量に応じた開度に操作することは言うまでもない。
【００２７】
本実施形態のＥＣＵ０は、吸気ポートの内壁面、吸気バルブ１３の弁体または弁座にデポジットが付着、堆積し、そのデポジットが肥大化することを抑制するべく、以下に述べるクリーニング制御を実施する。図２に示すように、ＥＣＵ０は、クリーニング制御を実施するための条件が成立したとき（ステップＳ１）、可変動弁機構５を介して吸気バルブ１３の開弁タイミングを平常よりも遅角化する（ステップＳ２）。より具体的には、吸気行程を迎える気筒１において、気筒１の排気上死点よりも遅角したタイミング、例えば排気上死点後９０°ＣＡ（クランク角度）またはそれ以後のタイミングまで吸気バルブ１３を閉弁したまま維持し、それから吸気バルブ１３を開弁する。図３に、このクリーニング制御の模様を示している。図３中、実線はクリーニング制御を実施しない平常時の吸気バルブ１３の開閉タイミング及びバルブリフト量（但し、内燃機関の運転領域等により、平常時の開閉タイミング及び／またはバルブリフト量は変化し得る）を表し、破線はクリーニング制御を実施するときの吸気バルブ１３の開閉タイミング及びバルブリフト量を表している。鎖線は、排気バルブの開閉タイミング及びバルブリフト量を表している。
【００２８】
気筒１内でピストンが排気上死点から吸気下死点に向かって運動し筒内容積が拡大する過程で、吸気バルブ１３を閉じたままの状態に維持することで、気筒１内の圧力が吸気通路３内の圧力よりも低下（負圧化）し、それら筒内圧と吸気圧との差圧が拡大する。しかる後に吸気バルブ１３を開けば、吸気通路３から気筒１に向かって勢いよく吸気が流れ込み、その気流によって吸気ポートの内壁面や吸気バルブ１３の弁体または弁座に付着したデポジットの前駆物質、例えば煤、潤滑油、未燃燃料成分等を吹き飛ばして除去することができる。これにより、デポジットが堆積し肥大化することを予防するのである。
【００２９】
ステップＳ２のクリーニング制御では、図４に示すように、可変動弁機構５を介して吸気バルブ１３の開弁タイミングを平常よりも遅角化することに加えて、開弁する吸気バルブ１３のバルブリフト量を平常よりも小さくしても構わない。
【００３０】
なお、クリーニング制御の実施時には、気筒１の排気上死点後に吸気バルブ１３を開弁することから、平常時と比較して気筒１に充填される吸気量が減少する。故に、クリーニング制御は、内燃機関の出力するエンジントルクの低下が問題とならない状況下で実施することが望ましい。ステップＳ１では、例えば、燃料カットの実行中であるか、内燃機関がアイドル運転中またはアイドル運転に近い低負荷運転中（何れも、アクセルペダルの踏込量が０であり、または閾値以下に小さい）であることを必要条件として、クリーニング制御の実施を許可することとする。さすれば、エンジントルクの低落による車両のドライバビリティの低下を招かずに済む。
【００３１】
さらに、ステップＳ１にて、吸気ポートの内壁面、吸気バルブ１３の弁体または弁座に付着しているデポジットまたはその前駆物質の量を検知するか推測し、その付着量が閾値以上に増加したことを追加条件として（上記の必要条件の成立を前提に）クリーニング制御の実施を許可することとしてもよい。デポジットまたは前駆物質の付着量は、前回クリーニング制御を実施してから経過した時間、燃料噴射及び着火燃焼を行った累積回数、内燃機関のクランクシャフトの回転回数、累積の吸気量または燃料噴射量、等を基に推測することができよう。
【００３２】
あるいは、より単純に、ステップＳ１にて、前回クリーニング制御を実施してから経過した時間、燃料噴射及び着火燃焼を行った累積回数、内燃機関のクランクシャフトの回転回数、累積の吸気量または燃料噴射量等のうちの何れかが閾値に到達したことを、クリーニング制御の実施のための追加条件とすることも考えられる。換言すれば、クリーニング制御を定期的に実施するということである。
【００３３】
また、ステップＳ２のクリーニング制御中は、吸気通路３において吸気バルブ１３の上流に所在するスロットルバルブ３２の開度を、平常よりも大きく開く。特に、燃料カット中にクリーニング制御を実施するのであれば、スロットルバルブ３２をアクセルペダルの踏込量如何によらず（踏込量が小さくまたは踏まれていなかったとしても）できるだけ大きく開き、または全開とする。
【００３４】
本実施形態では、吸気バルブ１３の開閉タイミングを変化させる可変動弁機構５が付帯する内燃機関を制御するものであって、気筒１の排気上死点よりも遅角したタイミングまで吸気バルブ１３を閉弁したまま維持し、その後に吸気バルブ１３を開弁することで、吸気通路３から気筒１に流入する吸気の流速を高めるクリーニング制御を実施することができる内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３５】
本実施形態によれば、吸気ポートの内壁面、吸気バルブ１３の弁体や弁座に付着した煤、潤滑油、未燃燃料成分等がガム質となって固着する前に、これを吹き飛ばして除去することが可能となる。従って、デポジットが堆積して肥大化し、剥離したデポジットが吸気バルブ１３の弁体と弁座との間に噛み込まれることを効果的に予防できる。ひいては、内燃機関の始動の際に圧縮漏れを起こして始動が遅延しまたは始動不良に陥ることが回避される。
【００３６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、内燃機関の吸気通路３に、スロットルバルブ３２とともに吸気絞り弁としてアイドルスピードコントロールバルブが設置されているならば、ステップＳ２のクリーニング制御中に、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を拡大する操作を行うことで、吸気通路３から気筒１に向かって流れる吸気の流量を確保することができる。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流側と下流側とを連通するバイパスを開閉する流量制御弁である。
【００３７】
上記実施形態の内燃機関はポート噴射式のものであったが、インジェクタから気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式（直噴）の内燃機関に本発明を適用することも当然に可能である。
【００３８】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１３…吸気バルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
５…可変動弁機構
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号
ｍ…可変動弁機構の制御信号
【図１】
2020094520.tif 000003
【図２】
2020094520.tif 000004
【図３】
2020094520.tif 000005
【図４】
2020094520.tif 000006