(57)【要約】      （修正有）【課題】気筒の内壁に燃料が付着することに伴う潤滑油の希釈等の不具合と、排気ポートから排気ガスを気筒内に流入させることに伴うスモークの発生等の不具合とを同時に解消する。【解決手段】上死点よりも後に排気弁を閉弁させることができる可変バルブタイミング機構たるＶＶＴを備えた燃料直噴式の内燃機関の制御装置たるＥＣＵが、気筒内に流入する吸入空気の流量Ｆを求め、排気ポートから流入する排気ガスによる熱量Ｑを求め、前記吸入空気の流量Ｆが燃料と十分混合可能となるスモーク発生防止閾値Ｆ0を上回るとともに前記排気ガスの熱量Ｑが燃料を気化させるための閾値であるオイル希釈防止閾値Ｑ0を上回るときに燃料噴射を開始する制御を行うようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上死点よりも後に排気弁を閉弁させることができる可変バルブタイミング機構を備えた燃料直噴式の内燃機関において、
気筒内に流入する吸入空気の流量又は流速を求め、排気ポートから流入する排気ガスによる熱量を求め、前記吸入空気の流量又は流速が燃料と十分混合可能となるスモーク発生防止閾値を上回るとともに前記排気ガスの熱量が燃料を気化させるための閾値であるオイル希釈防止閾値を上回るときに燃料噴射を開始する制御を行うことを特徴とす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、可変バルブタイミング機構を備えた燃料直噴式の内燃機関に用いられる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冬季等の外気温が低い大気条件において、燃料が十分気化せず気筒の内壁に付着することにより以下の不具合が発生することが知られている。すなわち、気筒の内壁に付着した燃料が気筒下方のオイルパンに落下し、潤滑油が希釈されて潤滑不良が発生することがあるという不具合が知られている。
【０００３】
この不具合の発生を防止するための手段の一つとして、排気弁の閉弁時期を上死点よりも後に設定する制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような制御を行うことにより、排気ポートから排気ガスを気筒内に流入させ、この排気ガスの熱により気筒の内壁に付着した燃料が熱せられて気化するので、気筒の内壁に付着した燃料が気筒下方のオイルパンに落下する不具合の発生を防ぐことができる。
【０００４】
ところが、排気ポートから排気ガスが気筒内に流入している際に燃料噴射を行うと、燃料が排気ガスの流れに乗って吸気ポートからの新気と混じり合わず、気筒内の燃料の分布に偏りが発生することがある。さらに、この燃料の分布の偏りに起因してスモークが発生し、燃費も悪化するといった新たな不具合が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８０１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上の点に着目し、気筒の内壁に燃料が付着することに伴う潤滑油の希釈等の不具合と、排気ポートから排気ガスを気筒内に流入させることに伴うスモークの発生等の不具合とを同時に解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような制御を行う。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、上死点よりも後に排気弁を閉弁させることができる可変バルブタイミング機構を備えた燃料直噴式の内燃機関において、
気筒内に流入する吸入空気の流量又は流速を求め、排気ポートから流入する排気ガスによる熱量を求め、前記吸入空気の流量又は流速が燃料と十分混合可能となるスモーク発生防止閾値を上回るとともに前記排気ガスの熱量が燃料を気化させるための閾値であるオイル希釈防止閾値を上回るときに燃料噴射を開始する制御を行う。
【０００８】
このような制御を行うものであれば、排気ガスの熱により燃料を気化させることにより気筒の内壁への燃料の付着を防ぎつつ、新気と燃料とを十分混合させることが可能であるときに燃料を噴射することによりスモークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気筒の内壁に燃料が付着することに伴う潤滑油の希釈等の不具合と、排気ポートから排気ガスを気筒内に流入させることに伴うスモークの発生等の不具合とを同時に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関を示す概略構成図。
【図２】同実施形態における内燃機関の制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の燃焼室の天井部には、燃料を噴射するインジェクタ１１及び点火プラグ１２を取り付けてある。
【００１２】
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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、本実施形態における内燃機関では、図示は省略するが、クランクシャフトと同期回転するクランクスプロケット、吸気側スプロケット、及び排気側スプロケットにタイミングチェーンを巻き掛け、このタイミングチェーンにより、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケットを介して吸気カムシャフト６１に、排気側スプロケットを介して排気カムシャフト６３に、それぞれ伝達している。
【００１５】
その上で、吸気側スプロケットと吸気カムシャフト６１との間、及び排気側スプロケットと排気カムシャフト６３との間に、吸気弁３５及び排気弁４０の開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング機構（以下ＶＶＴ６と称する）をそれぞれ介設している。このＶＶＴ６は、この種の可変バルブタイミング機構として周知のものと同様の構成を有する。すなわち、このＶＶＴ６は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフト６１又は排気カムシャフト６３にそれぞれ固定された図示しないロータと、各ロータにそれぞれ外嵌し前記吸気側スプロケット又は前記排気側スプロケットと同期回転する図示しないハウジング６２、６４と、各ロータと各ハウジング６２、６４とを相対回動させるための電磁式４方向切換制御弁たるオイルコントロールバルブ６５とを備えている。
【００１６】
そして、制御装置であるＥＣＵ０からの制御信号ｍを受けてハウジング６２、６４に流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ６５により制御して、ハウジング６２、６４に対するロータの相対角度を変化させ、排気カムシャフト６３と吸気カムシャフト６１との間に任意の回転位相差を生じさせて、開閉タイミングを可変制御するものである。つまり、図示しないクランクシャフトの回転に対して吸気弁３５及び排気弁４０の開閉タイミングを変化させて、吸気弁３５の開閉タイミングと排気弁４０の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。
【００１７】
内燃機関の運転制御を司る制御装置であるＥＣＵ０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。
【００１８】
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エンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、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温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、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ｆ、吸気カムシャフトまたは排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信号）ｇ、排気ガス温を検出する温度センサから出力される排気ガス温信号ｈ等が入力される。
【００１９】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２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、ＶＶＴ６のオイルコントロールバルブ６２に対して制御信号ｍ等を出力する。
【００２０】
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に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、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、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
ここで、本実施形態のＥＣＵ０は、排気ガスを気筒内に導入する内部ＥＧＲを行うべく排気弁４０を閉じるタイミングを通常よりも遅角させる制御を行う。前記遅角量は、冷却水温信号ｆが示す機関の冷却水温や、吸気温・吸気圧信号ｅが示す吸気圧をパラメータとして決定する。
【００２２】
さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、始動時においてＥＣＵ０のメモリに内蔵した燃料噴射制御プログラムをプロセッサが実行することにより、以下に述べるような制御を行う。すなわち、前記クランク角信号（Ｎ信号）ｂが示すエンジン回転数及び前記吸気温・吸気圧信号ｅが示す吸気圧をパラメータとして気筒内に流入する吸入空気の流量Ｆを求め、前記カム角信号（Ｇ信号）ｇが示す吸気弁及び排気弁の開度をパラメータとして排気ポートから流入する排気ガスによる熱量Ｑを求め、前記吸入空気の流量Ｆが燃料と十分混合可能となるスモーク発生防止閾値Ｆ0を上回るとともに前記排気ガスの熱量Ｑが燃料を気化させるための閾値であるオイル希釈防止閾値Ｑ0を上回るときに燃料噴射を開始する制御を行う。前記吸気弁３５及び排気弁４０の開度はクランク角の時間関数であり、クランク角及び開閉タイミングの遅角量をパラメータとしてＥＣＵ０のメモリの所定領域に別途記憶している弁開度マップを参照することにより決定する。前記排気ガスの熱量Ｑは、排気弁の開度及び排気圧をパラメータとし、ＥＣＵ０のメモリの所定領域に別途記憶している熱量マップを参照することにより求める。前記スモーク発生防止閾値Ｆ0は、吸気弁３５の開度、排気弁４０の開度、吸気圧及び排気圧をパラメータとしてＥＣＵ０のメモリの所定領域に別途記憶しているスモーク発生防止閾値マップを参照することにより決定する。そして、前記オイル希釈防止閾値Ｑ0は、外気温及び燃料噴射量をパラメータとしてＥＣＵ０のメモリの所定領域に別途記憶しているオイル希釈防止閾値マップを参照することにより決定する。この燃料噴射制御プログラムは、排気弁４０の閉弁タイミングを上死点よりも遅角させている場合にのみ実行する。この燃料噴射制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。
【００２３】
まず、エンジン回転数及び吸気圧をパラメータとして気筒内に流入する吸入空気の流量Ｆを求める（Ｓ１）。次いで、排気弁の開度及び排気圧をパラメータとして排気ガスの熱量Ｑを求める（Ｓ２）。それから、吸気弁の開度、排気弁の開度、吸気圧及び排気圧をパラメータとしてスモーク発生防止閾値Ｆ0を決定し（Ｓ３）、前記吸入空気の流量Ｆが前記スモーク発生防止閾値Ｆ0を上回っているか否かを判定する（Ｓ４）。さらに、外気温及び燃料噴射量をパラメータとしてオイル希釈防止閾値Ｑ0を決定し（Ｓ５）、前記排気ガスの熱量Ｑが前記オイル希釈防止閾値Ｑ0を上回っているか否かを判定する（Ｓ６）。そして、吸入空気の流量Ｆが前記スモーク発生防止閾値Ｆ0を上回り、かつ排気ガスの熱量Ｑが前記オイル希釈防止閾値Ｑ0を上回っている場合に燃料噴射を開始する制御を行う（Ｓ７）。
【００２４】
なお、排気弁４０の閉弁タイミングを上死点よりも遅角させていない場合には、ＥＣＵ０は、吸気弁３５の開弁以降のタイミングで燃料を噴射する通常の燃料噴射タイミング制御を行う。
【００２５】
すなわち、本実施形態によれば、排気弁４０の閉弁タイミングを上死点よりも遅角させている際には、排気弁４０及び吸気弁３５がともに開弁しているバルブオーバーラップ期間に排気ガスを燃焼室内に導入し、この排気ガスの熱量が十分大きく気筒の内壁に付着した燃料を気化させることができるとともに、吸入空気の流量が大きく噴射させた燃料を排気ガスでなく新気の流れに混合させることができるタイミングで燃料を噴射させるようにできる。このことにより、気筒の内壁への燃料の付着を防ぎつつ、スモークの発生を抑制し、燃費及び排気ガスの改善を図ることができる。
【００２６】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００２７】
例えば、上述した実施形態ではエンジン回転数及び吸気圧をパラメータとして気筒内に流入する吸入空気の流量を算出するようにしているが、エアフローメータ等により吸入空気の流量を直接検出するようにしてももちろんよい。
【００２８】
また、上述した実施形態では、吸気側スプロケットと吸気カムシャフト６１との間、及び排気側スプロケットと排気カムシャフト６３との間にそれぞれ可変バルブタイミング機構を設けているが、排気側スプロケットと排気カムシャフト６３との間にのみ可変バルブタイミング機構を設けるようにした場合であっても、排気弁の閉弁タイミングを遅角させて気筒内に排気ガスを導入する内部ＥＧＲを実現し、本発明の主要な効果を得ることはできる。
【００２９】
加えて、可変バルブタイミング機構の構成も、上述した実施形態に係るもののような揺動シリンダ機構を利用したものに限らず、例えば、ソレノイドに通電した際の磁力を利用して排気弁の開閉を行う構成の内燃機関であれば、このソレノイドへの通電のタイミングを制御することにより排気弁の開閉タイミングを制御すればよい。
【００３０】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００３１】
０…制御装置（ＥＣＵ）
６…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
４０…排気弁
ｂ…クランク角信号
ｅ…吸気温・吸気圧信号
ｇ…カム角信号
ｈ…排気ガス温信号
【図１】
2014025351.tif 000003
【図２】
2014025351.tif 000004