(57)【要約】【課題】従来とは異なる方法で機関弁の破損を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内部に冷媒を封入した内燃機関の機関弁と、前記内燃機関の減速後の加速期間中に排気温度の上昇を抑制する制御を実行する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒を封入した内燃機関の機関弁と、
前記内燃機関の減速後の加速期間中に排気温度の上昇を抑制する制御を実行する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、点火時期遅角処理、空燃比をリーン側に設定する処理、機関弁の動作特性を変更する処理、過給圧を低下させる処理、圧縮比を上昇させる処理、の少なくとも一つの処理を実行する、請求項１の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の減速後の加速の度合いが所定値以上の場合、前記制御部は複数の前記処理を実行する、請求項２の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に金属ナトリウムを封入した機関弁を備えた内燃機関が知られている。特許文献１には、減速中に金属ナトリウムが凝固しその後の加速中に高温の排気に晒されて機関弁が破損することを防止すために、減速中の金属ナトリウムの凝固を抑制するためのヒータが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３３９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒータを設けることによりコストが上昇する。また、ヒータへの通電により燃費が悪化するおそれがある。また、内燃機関の振動等がヒータの耐久性に悪影響を与えるおそれもある。
【０００５】
そこで、従来とは異なる方法で機関弁の破損を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、内部に冷媒を封入した内燃機関の機関弁と、前記内燃機関の減速後の加速期間中に排気温度の上昇を抑制する制御を実行する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。減速中の冷媒の凝固を抑制するのではなく、減速後の加速期間中に排気温度の上昇を抑制することにより、熱による機関弁の破損を抑制する。
【０００７】
前記制御部は、点火時期遅角処理、空燃比をリーン側に設定する処理、機関弁の動作特性を変更する処理、過給圧を低下させる処理、圧縮比を上昇させる処理、の少なくとも一つの処理を実行してもよい。
【０００８】
前記内燃機関の減速後の加速の度合いが所定値以上の場合、前記制御部は複数の前記処理を実行してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
従来とは異なる方法で機関弁の破損を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施例のエンジンシステムの説明図である。
【図２】図２は、排気弁の説明図である。
【図３】図３Ａ、３Ｂは、スロットル弁の開度と排気弁の温度とを示したグラフである。
【図４】図４は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
【図５】図５Ａ〜５Ｄは、機関弁の動作特性を変更する処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、実施例に係るエンジンシステム２００の説明図である。エンジンシステム２００は、エンジン１０、ＥＣＵ１００を備えている。エンジン１０は、４つの気筒２を有する４気筒エンジンであるがこれに限定されない。ＥＣＵ１００は、エンジンシステム２００の動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する排気温度抑制制御を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、詳しくは後述する制御の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される。
【００１２】
気筒２内にはピストン４が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室５には、吸気ポート６と排気ポート７とが接続されている。吸気ポート６および排気ポート７の燃焼室５への開口部は、それぞれ吸気弁８ａおよび排気弁８ｂによって開閉される。吸気側可変動弁機構９ａ及び排気側可変動弁機構９ｂは、それぞれ吸気弁８ａ、排気弁８ｂの動作特性（作用角、開閉タイミング）を変更できる。また、気筒２には、気筒２内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁３ａと、燃焼室５内の混合気に点火するための点火プラグ１５が設けられている。また、吸気ポート６には、吸気ポート６に向けて燃料を噴射するポート噴射弁３ｂが設けられている。
【００１３】
吸気ポート６および排気ポート７は、それぞれ吸気通路１２および排気通路１３に接続されている。吸気通路１２の途中には、過給機１４のコンプレッサ１４ａが設置されている。一方、排気通路１３の途中には、過給機１４のタービン１４ｂが設置されている。また、コンプレッサ１４ａより上流側の吸気通路１２には、エアフロメータ２５が設けられており、コンプレッサ１４ａより下流側の吸気通路１２には、吸入空気を冷却するためのインタークーラー４１、吸入空気量を制御するスロットル弁４０、吸気通路１２内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧力センサ２４が設けられている。
【００１４】
また、排気通路１３には、タービン１４ｂをバイパスするバイパス通路１３ａが設けられており、バイパス通路１３ａには、ウエストゲートバルブ４２が設けられている。ウエストゲートバルブ４２は、ＥＣＵ１００からの指令によって駆動するアクチュエータ（不図示）によってバイパス通路１３ａの開口面積を調整可能に形成されている。
【００１５】
また、過給機１４には、過給機１４の作動をアシストするための駆動モータ４３が設けられている。駆動モータ４３は、ＥＣＵ１００からの指令に基づいて、作動する。これにより、強制的に過給機１４を駆動することができる。
【００１６】
さらに、エンジン１０には、アクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ２１、および、ピストン４の往復運動と連動して回転するクランク軸（不図示）の回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２６、スロットル弁４０の開度を検出するスロットル開度センサ２７が設けられている。
【００１７】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１０の運転状態を制御するユニットである。エアフロメータ２５や吸気圧力センサ２４、アクセル開度センサ２１、クランクポジションセンサ２２、水温センサ２６、スロットル開度センサ２７の検出信号がＥＣＵ１００に出力される。
【００１８】
また、ＥＣＵ１００には、筒内噴射弁３ａ、ポート噴射弁３ｂ、点火プラグ１５、吸気側可変動弁機構９ａ、排気側可変動弁機構９ｂが電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１００によってこれらが制御される。例えば、ＥＣＵ１００は、吸気側可変動弁機構９ａおよび排気側可変動弁機構９ｂを制御することによって、吸気弁８ａおよび排気弁８ｂの動作特性をそれぞれ制御する。吸気側可変動弁機構９ａ、排気側可変動弁機構９ｂは、例えば、電磁弁によって駆動するものであってもよいし、リフト量が相違する高速用及び低速用カムを備えたものであってもよいし、油圧や電動モータによって位相を可変できるものであってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。
【００１９】
また、アクセル開度センサ２１からの出力に基づいて、ＥＣＵ１００は、スロットル弁４０の開度を制御する。これにより、アクセル開度に対応した吸入空気量がエンジン１０内に導入される。
【００２０】
図２は、排気弁８ｂの説明図である。排気弁８ｂは、軸部８１、傘部８２、軸部８１と傘部８２との間にある首部８３、軸部８１、傘部８２の内部に形成された中空部８５、中空部８５に封入された金属ナトリウムＮ、を含む。金属ナトリウムＮは、冷媒の一例である。冷媒としては、エンジン１０が稼動中（燃料カット中を含む）に凝固する可能性があるものであれば金属ナトリウム以外の冷媒であってもよい。尚、吸気弁８ａも同様に金属ナトリウムを封入しているものであるが、吸気弁８ａ、排気弁８ｂの少なくとも一方が金属ナトリウムを封入していればよい。
【００２１】
次に、減速後に加速した場合のスロットル弁４０の開度と排気弁８ｂの温度とについて説明する。図３Ａ、３Ｂは、スロットル弁４０の開度と排気弁８ｂの温度とを示したグラフである。図３Ａでは、縦軸がスロットル弁４０の開度、横軸が時間を示し、図３Ｂでは、縦軸が排気弁８ｂの外面の温度、横軸が時間を示している。エンジン１０が減速して燃料カットが実行されると、排気温度は低下して排気弁８ｂの温度も低下する。
【００２２】
減速中では、排気弁８ｂの温度が金属ナトリウムＮの融点（９８℃）以下となり、金属ナトリウムＮが凝固するおそれがある。金属ナトリウムＮが凝固した後に加速すると、燃料カットから復帰して排気弁８ｂには高温の排気が晒される。これにより、排気弁８ｂに封入されている金属ナトリウムＮが溶融する前に排気弁８ｂが急激に高温となり、金属ナトリウムＮが排気弁８ｂの熱量を奪えずに、例えば首部８３が折損するおそれがある。図３Ｂの曲線Ｘは、減速後の加速により排気温度が急上昇して排気弁８ｂが折損する場合を例として示している。本実施例のＥＣＵ１００は、減速後の加速期間中に排気温度を抑制する制御を実行することにより、排気弁８ｂの加熱を抑制し上記のような折損を抑制する。図３Ｂの曲線Ａは、上記制御が実行された場合を示している。
【００２３】
図４は、ＥＣＵ１００が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１００は、エンジン１０が減速中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、スロットル開度センサ２７からの出力に基づいてスロットル弁４０の開度が所定の開度未満であり、かつクランクポジションセンサ２２からの出力に基づいてエンジン回転数が所定の回転数未満である場合、ＥＣＵ１００はエンジン１０が減速中であると判定する。否定判定の場合には再度ステップＳ１の処理が実行される。
【００２４】
肯定判定の場合、ＥＣＵ１００は、減速を継続している期間が所定期間以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。例えばＥＣＵ１００は、上記ステップＳ１で肯定判定がなされた時から計時する。尚、上記「所定期間」は、減速中に金属ナトリウムＮが融点以下になり得る期間に設定されている。否定判定の場合には再度ステップＳ１の処理が実行される。
【００２５】
肯定判定の場合には、減速後の加速の度合いを検出し、この加速の度合いが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。減速後の加速の有無の判定は、スロットル開度センサ２７からの出力に基づいて行ってもよいし、クランクポジションセンサ２２からの出力に基づいて行ってもよい。加速の度合いは、例えば、単位時間当たりのスロットル弁４０の開度の変化量である。加速の度合いが所定値未満の場合、ＥＣＵ１００は後述する排気温度を抑制する制御に含まれる複数の処理のうちいずれか一つの処理を実行する（ステップＳ４）。加速の度合いが所定値以上の場合には、ＥＣＵ１００は排気温度を抑制する制御に含まれる複数の処理の少なくとも２以上の処理を実行する（ステップＳ５）。
【００２６】
何れの場合も、ＥＣＵ１００は減速後の加速期間中に排気温度を抑制する制御を実行して、排気弁８ｂが急激に高熱となることを抑制して排気弁８ｂの破損を抑制する。これにより、減速中での金属ナトリウムＮの凝固を防止するヒータを設けなくても排気弁８ｂの破損を抑制でき、ヒータを設けることによるコストの上昇、ヒータへの通電による燃費の悪化、ヒータの耐久性の問題などを解消できる。尚、加速開始から所定期間経過後に、ＥＣＵ１００は排気温度を抑制する制御を停止する。
【００２７】
排気温度を抑制する制御に含まれる複数の処理について説明する。排気温度抑制制御は、点火時期遅角処理、空燃比をリーン側に設定する処理、機関弁の動作特性を変更する処理、過給圧を低下させる処理、圧縮比を上昇させる処理を含む。ＥＣＵ１００は、加速の度合いが大きい場合に上記処理のうち２以上の処理を実行することにより、効果的に排気温度を抑制する。
【００２８】
上記の点火時期遅角処理は、点火プラグ１５による燃料への点火タイミングを、予めエンジン１０の運転状態に応じて定められたタイミングよりも遅らせる処理である。空燃比をリーン側に設定する処理は、筒内噴射弁３ａ、ポート噴射弁３ｂの少なくとも一方側の燃料噴射量を調整して、又はスロットル弁４０の開度を調整することにより吸入空気量を調整して、予めエンジン１０の運転状態に応じて定められた空燃比よりもリーン側に設定する処理である。機関弁の動作特性を変更する処理は、吸気側可変動弁機構９ａ、排気側可変動弁機構９ｂを制御して、予めエンジン１０の運転状態に応じて定められた吸気弁８ａ、排気弁８ｂの開閉タイミング又は吸気弁８ａの作用角等を変更する処理である。過給圧を低下させる処理は、例えば駆動モータ４３を停止させて過給機１４の回転を抑制したり又はウエストゲートバブル４２の開度を大きくして過給機１４の回転を抑制する処理である。圧縮比を上昇させる処理は、本実施例のエンジン１０は備えていないが、圧縮比を変更可能なエンジン（例えば特開２０１２−５２４８３号公報等）において圧縮比を上昇させる処理である。
【００２９】
機関弁の動作特性を変更する処理について説明する。図５Ａ〜５Ｄは、機関弁の動作特性を変更する処理の説明図である。機関弁の動作特性を変更する処理には、図５Ａに示すように吸気弁８ａの閉タイミングを遅角させる、図５Ｂに示すように吸気弁８ａの開タイミングを進角させる、図５Ｃに示すように排気弁８ｂの閉タイミングを遅角させる、図５Ｄに示すように吸気弁８ａの作用角を拡大する、の何れかの処理である。例えば、吸気側可変動弁機構９ａの構造上、吸気弁８ａの作用角を変更できない場合には、図５Ａ〜５Ｃの何れかの処理を実行する。また、吸気側可変動弁機構９ａが設けられておらず排気側可変動弁機構９ｂのみが設けられている場合には、図５Ｃの処理を実行する。尚、吸気側可変動弁機構９ａが吸気弁８ａのリフト量を変更できる場合には、リフト量を低減する処理を実行してもよい。この処理によっても排気温度を抑制できるからである。
【００３０】
このように、加速の度合いに応じて排気温度を抑制の度合いも変更でき、効果的に排気弁８ｂの加熱を抑制でき、折損を抑制できる。
【００３１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３２】
加速度合いが大きいほど、同時に実行される処理の数が増えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
３ａ  筒内噴射弁
３ｂ  ポート噴射弁
８ａ  吸気弁
８ｂ  排気弁
８１  軸部
８２  傘部
８３  首部
８５  中空部
Ｎ  金属ナトリウム（冷媒）
９ａ  吸気側可変動弁機構
９ｂ  排気側可変動弁機構
１０  エンジン
１４  過給機
１５  点火プラグ
１００  ＥＣＵ
２００  エンジンシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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