(57)【要約】【課題】  本発明は可変吸気管長機構を有する内燃機関の制御装置に関し、吸気管長の可変制御することで高い充填効率を保持しつつ、ＭＢＴの進角を抑制して内燃機関の運転効率を高効率に保持できるようにする。【解決手段】  内燃機関の運転状態から決まる基準筒内圧Pcylmと筒内圧検出手段により検出される実筒内圧Pcylとを比較する。基準筒内圧Pcylmよりも実筒内圧Pcylが低い場合には、内燃機関の運転状態から決まる基準吸気管長Lmを所定の微小長さΔLだけ延長する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管の管長を連続的に変更可能な可変吸気管長機構を有する内燃機関の制御装置であって、
前記可変吸気管長機構を操作して前記吸気管の管長を前記内燃機関の運転状態から決まる基準吸気管長に変化させる吸気管長制御手段と、
吸気バルブの閉弁後の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関の運転状態から決まる基準筒内圧と前記筒内圧検出手段により検出される実筒内圧とを比較し、前記基準筒内圧よりも前記実筒内圧が低い場合には、前記基準吸気管長を所定の微小長さだけ延長或いは短縮する吸気管長補正手段と、
を備えることを特徴とする可変吸気管長機構を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態から決まる基準点火時期を前記基準筒内圧の下での目標点火時期とし、前記実筒内圧の前記基準筒内圧に対する不足量が大きいほど、より進角側に目標点火時期を補正する目標点火時期設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の可変吸気管長機構を有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、吸気管の管長を連続的に変更可能な可変吸気管長機構を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変吸気管長機構によって吸気管の管長を変更可能とし、内燃機関の運転状態に応じて吸気管長を変化させることにより、吸気の圧力脈動による吸気慣性効果を得て、充填効率を高めるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１乃至４を参照）。
【特許文献１】特許第３２４８４３９号公報
【特許文献２】特許第３２５０４７５号公報
【特許文献３】特開平６−２０７５１９号公報
【特許文献４】特開平４−１８３９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の可変吸気管長機構を有する内燃機関では、吸気管長を変更した際、ＭＢＴが進角してしまい最良の効率で内燃機関を運転できなくなる場合があった。これは、吸気バルブの閉弁時期が吸気管内の圧力脈動の谷と重なった場合である。燃焼室内の圧力や温度は吸気管内の圧力脈動に応じて変化しているため、吸気バルブの閉弁時期が圧力脈動の谷と重なった場合、圧縮開始時の筒内圧力や筒内温度は通常よりも低下することになる。この場合、圧縮行程以降の筒内圧力や筒内温度も低下することから、点火時期は相対的に早める必要が生じる。つまり、ＭＢＴは進角することになる。ＭＢＴが過度に進角すると、時間損失が増大する分、内燃機関の運転効率（出力や燃費）は低下することになる。
【０００４】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気管長の可変制御することで高い充填効率を保持しつつ、ＭＢＴの進角を抑制して内燃機関の運転効率を高効率に保持できるようにした、可変吸気管長機構を有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】
【０００５】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、吸気管の管長を連続的に変更可能な可変吸気管長機構を有する内燃機関の制御装置であって、
前記可変吸気管長機構を操作して前記吸気管の管長を前記内燃機関の運転状態から決まる基準吸気管長に変化させる吸気管長制御手段と、
吸気バルブの閉弁後の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関の運転状態から決まる基準筒内圧と前記筒内圧検出手段により検出される実筒内圧とを比較し、前記基準筒内圧よりも前記実筒内圧が低い場合には、前記基準吸気管長を所定の微小長さだけ延長或いは短縮する吸気管長補正手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００６】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記内燃機関の運転状態から決まる基準点火時期を前記基準筒内圧の下での目標点火時期とし、前記実筒内圧の前記基準筒内圧に対する不足量が大きいほど、より進角側に目標点火時期を補正する目標点火時期設定手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、吸気管の管長を内燃機関の運転状態から決まる基準吸気管長に変化させた結果、実筒内圧が内燃機関の運転状態から決まる基準筒内圧よりも低い場合には、所定の微小長さだけ基準吸気管長の延長或いは短縮が行われる。吸気管長が僅かにずれることによって吸気管内の圧力脈動の位相に変化が生じ、その結果、吸気バルブの閉弁時期を圧力脈動の谷からずらすことが可能になる。吸気バルブの閉弁時期が圧力脈動の谷からずれることで、圧縮行程以降の筒内圧力や筒内温度の低下も抑えられ、ＭＢＴの進角は抑制される。
【０００８】
第２の発明によれば、実筒内圧の基準筒内圧に対する不足量が大きいほど、目標点火時期はより進角側に設定されるので、ＭＢＴの進角に応じて実際の点火時期も進角させることができる。これにより、実際の点火時期がＭＢＴからずれることを防止することができ、実筒内圧が基準筒内圧よりも低くＭＢＴが進角している場合であっても、ＭＢＴの進角にともなう内燃機関の運転効率の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態としての制御装置が適用された可変吸気管長機構付き内燃機関（以下、単にエンジンという）の概略構成を示す図である。本発明は、火花点火式のガソリンエンジンに適用することができる。本実施形態にかかるエンジンは、内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成している。シリンダヘッド４には、燃焼室１０の頂部から燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０内の圧力（筒内圧）を検出するための筒内圧センサ５６が取り付けられている。
【００１０】
燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。吸気バルブ１２と排気バルブ１４のそれぞれには、バルブタイミングを連続的に変更することができる可変バルブタイミング機構４２，４４が設けられている。可変バルブタイミング機構４２，４４の構造には限定はない。
【００１１】
シリンダヘッド４の吸気ポート１８には、新気を燃焼室１０内に導入するための吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、新気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。エアクリーナ３２の下流には、新気の吸入量を検出するためのエアフローメータ５４が配置されている。吸気通路３０の途中にはサージタンク３４が形成されている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流には電子制御式のスロットル４８が配置されている。吸気通路３０のサージタンク３４の下流は気筒毎（吸気ポート１８毎）に分岐した吸気管３６となっており、各吸気管３６には吸気管長を連続的に変更可能な可変吸気管長機構４６が設けられている。可変吸気管長機構４６の構造には限定はない。各吸気管３６における吸気ポート１８の近傍には、燃料を噴射するためのインジェクタ３８が設けられている。
【００１２】
本実施形態にかかるエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には前述のインジェクタ３８，スロットル４８，点火プラグ１６，可変バルブタイミング機構４２，４４，可変吸気管長機構４６等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ５４や筒内圧センサ５６の他、クランク軸２４の回転角度を検出するクランク角センサ５２等の種々のセンサ類が接続されている。クランク角センサ５２は、クランク軸２４が一定角度回転する毎に信号を出力するセンサである。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
【００１３】
図２は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御の内容をフローチャートで示したものである。図２に示すエンジン制御ルーチンは、各気筒の１サイクル毎に実行される。例えば、本実施形態にかかるエンジンが４気筒エンジンの場合には、本ルーチンは１８０°CA毎に周期的に実行される。
【００１４】
本ルーチンの最初のステップ１００では、イグニッションスイッチがオンとなっているか否か判定される。イグニッションスイッチが未だオフの場合には、本ルーチンは開始されない。また、本ルーチンの実行中にイグニッションスイッチがオフにされた場合には、本ルーチンは終了する。イグニッションスイッチがオンの場合には、ステップ１０２において、エンジン回転数（一分間当たりの回転数）Neが取得される。エンジン回転数Neは、クランク角センサ５２からのクランク角信号を処理することによって算出することができる。
【００１５】
次のステップ１０４では、取得されたエンジン回転数Neがゼロか否か判定される。エンジン回転数Neがゼロでない場合には、エンジンは始動していると判断することができる。エンジンが始動していない場合には、本ルーチンは終了する。エンジンが始動している場合はステップ１０６に進み、エンジンの運転状態をあらわす各種のデータが取得される。具体的には、吸入空気量Ga、噴射燃料量Gf、吸気バルブタイミングVTin、排気バルブタイミングVTexが取得される。
【００１６】
次のステップ１０８では、吸気管３６の基準吸気管長Lmと、吸気バルブ１２の閉弁時の基準筒内圧Pcylmとが算出される。基準吸気管長Lmは、エンジン回転数Ne、吸入空気量Ga、バルブタイミングVTin及びVTexをパラメータとし、これらパラメータをそれぞれ軸とする多次元マップとして記憶されている。同様に、基準筒内圧Pcylmも、エンジン回転数Ne、吸入空気量Ga、バルブタイミングVTin及びVTexをパラメータとし、これらパラメータをそれぞれ軸とする多次元マップとして記憶されている。本ステップでは、各パラメータに応じた基準吸気管長Lm及び基準筒内圧Pcylmがそれぞれのマップから読み出される。
【００１７】
なお、ＥＣＵ５０は、本ルーチンと並行して、可変吸気管長機構４６の動作を制御するための別ルーチンを実行している。この別ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、吸気管３６の吸気管長がステップ１０８で設定された基準吸気管長Lmになるように、可変吸気管長機構４６の動作を制御している。可変吸気管長機構４６の作動により吸気管長が変化することで、吸気管３６内の圧力脈動にも変化が生じる。
【００１８】
次のステップ１１０では、クランク角センサ５２からのクランク角信号によって現在のクランク角CAが取得される。そして、取得されたクランク角CAが当該気筒の吸気バルブ１２の閉弁タイミングに相当するクランク角IVCになっているか否か判定される。なお、可変バルブタイミング機構４２により吸気バルブタイミングが変更されたときには、IVCもバルブタイミングの変化に合わせて変更される。クランク角CAがIVCになるまで、ステップ１００乃至１１０の処理は繰り返し実行される。
【００１９】
クランク角CAがIVCに一致した場合には、その時点、つまり、吸気バルブ１２の閉弁時点における実際の筒内圧Pcylが筒内圧センサ５６からの信号によって取得される（ステップ１１２）。次のステップ１１４では、ステップ１０８で算出された基準筒内圧Pcylmとステップ１１２で取得された実筒内圧Pcylとの差ΔP（ΔP＝Pcylm−Pcyl）が算出され、その差ΔPが予め設定された閾値Pcrよりも大きいか否か判定される。基準筒内圧Pcylmと実筒内圧Pcylとの差ΔPは、吸気バルブ１２の閉弁時期と吸気管３６内の圧力脈動の谷との重なり具合を表している。
【００２０】
ステップ１１４の判定の結果、上記の差ΔPが閾値Pcrよりも大きい場合には、吸気バルブ１２の閉弁時期が吸気管３６内の圧力脈動の谷に重なっていると判断することができる。この場合、次のステップ１１６で吸気管長の補正が行われる。具体的には、ステップ１０８で設定された基準吸気管長Lmを所定の微小長さΔLだけ延長することで得られる吸気管長L（L＝Lm＋L）が、当該運転状態における新たな基準吸気管長Lmとして更新される。
【００２１】
次回、同運転状態が実現したときには、今回更新された基準吸気管長Lmがステップ１０８においてマップから読み出される。そして、吸気管３６の吸気管長が今回更新された基準吸気管長Lmになるように、可変吸気管長機構４６の動作が制御される。次回設定される基準吸気管長Lmは、今回設定された基準吸気管長Lmよりも微小長さΔLだけ延長されるので、吸気管内の圧力脈動の位相に変化が生じ、その結果、吸気バルブ１２の閉弁時期を圧力脈動の谷からずらすことが可能になる。吸気バルブ１２の閉弁時期が圧力脈動の谷からずれることで、基準筒内圧Pcylmと実筒内圧Pcylとの差ΔPは縮小する。
【００２２】
一方、ステップ１１４の判定の結果、上記の差ΔPが閾値Pcr以下の場合には、吸気バルブ１２の閉弁時期は吸気管３６内の圧力脈動の谷からずれていると判断することができる。この場合、吸気管長の補正を行う必要はないので、ステップ１１６の処理はスキップされる。
【００２３】
次のステップ１１８では、目標点火時期（ＴＤＣに対する目標進角度）SAtの設定が行われる。具体的には、先ず、基準点火時期SAが算出される。基準点火時期SAは、エンジン回転数Ne、吸入空気量Ga、噴射燃料量Gf、バルブタイミングVTin及びVTexをパラメータとし、これらパラメータをそれぞれ軸とする多次元マップとして記憶されている。基準点火時期SAは、実筒内圧Pcylが基準筒内圧Pcylmに等しい場合のＭＢＴに相当している。次に、図２に示すマップから、点火時期補正量ΔSAが算出される。このマップでは、点火時期補正量ΔSAは、基準筒内圧Pcylmと実筒内圧Pcylとの差ΔPが大きいほど、大きくなるように設定されている。そして、基準点火時期SAに点火時期補正量ΔSAを加算した値が、目標点火時期SAt（SAt＝SA＋ΔSA）として設定される。
【００２４】
次のステップ１２０では、ステップ１１８で設定された目標点火時期SAに従って点火プラグ１６に点火信号が供給され、燃焼室１０内の混合気への点火が行われる。基準筒内圧Pcylmと実筒内圧Pcylとの差ΔPが大きいほど、ＭＢＴは基準点火時期SAよりも進角することになるが、ステップ１１８の処理が行われる結果、ＭＢＴの進角に応じて目標点火時期SAtも進角される。これにより、吸気管３６内の圧力脈度の影響によって筒内圧力が低下した場合であっても、常にＭＢＴで点火を行うことが可能になる。
【００２５】
以上説明したエンジン制御ルーチンによれば、可変吸気管長機構４６を作動させて吸気管３６の管長をエンジンの運転状態から決まる基準吸気管長Lmに変化させた結果、実筒内圧Pcylがエンジンの運転状態から決まる基準筒内圧Pcylmよりも低くなった場合には、所定の微小長さΔLだけ基準吸気管長Lmの延長が行われる。これにより吸気管３６内の圧力脈動の位相を変化させることができ、吸気バルブ１２の閉弁時期を圧力脈動の谷からずらすことが可能になる。吸気バルブ１２の閉弁時期が圧力脈動の谷からずれることで、圧縮行程以降の筒内圧力や筒内温度の低下も抑えられ、ＭＢＴの進角は抑制される。その際、吸気管長の補正量は僅かであるので、吸気管長の可変制御による高い充填効率は保持される。つまり、上記のエンジン制御ルーチンを実行することにより、高い充填効率を保持しつつ、ＭＢＴの進角を抑制してエンジンの運転効率を高効率に保持することが可能になる。
【００２６】
なお、吸気管長の補正が行われるのは、次回、同運転状態が実現したときであり、今回のサイクルでは、依然として基準筒内圧Pcylmに対して実筒内圧Pcylが不足している可能性がある。しかし、上記のエンジン制御ルーチンによれば、実筒内圧Pcylの基準筒内圧Pcylmに対する不足量が大きいほど、目標点火時期SAtはより進角側に設定されるので、ＭＢＴの進角に応じて実際の点火時期も進角させることができる。これにより、実際の点火時期がＭＢＴからずれることを防止することができ、実筒内圧Pcylが基準筒内圧Pcylmよりも低くＭＢＴが進角している場合であっても、ＭＢＴの進角にともなうエンジンの運転効率の低下を抑えることができる。
【００２７】
上記実施の形態においては、ＥＣＵ５０による上記ステップ１０８の処理、及び可変吸気管長機構４６の動作制御のための別ルーチンの実行により、第１の発明の「吸気管長制御手段」が実現され、上記ステップ１１４，１１６の処理の実行により、第１の発明の「吸気管長補正手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０による、上記ステップ１１８の処理の実行により、第２の発明の「目標点火時期設定手段」が実現されている。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００２９】
上記実施の形態では、基準吸気管長Lm、基準筒内圧Pcylm及び基準点火時期SAを決定するための情報としてエアフローメータ５４により検出される吸入空気量を用いているが、吸気管３６内の圧力（吸気管圧）を検出する吸気管圧センサを備える場合には、吸気管圧を吸入空気量の代わりに用いてもよい。
【００３０】
また、上記実施の形態では、基準筒内圧Pcylmよりも実筒内圧Pcylが低い場合には、基準吸気管長Lmを微小長さΔLだけ延長しているが、基準吸気管長Lmを微小長さΔLだけ短縮してもよい。これによっても吸気管３６内の圧力脈動の位相を変化させることができ、吸気バルブ１２の閉弁時期を圧力脈動の谷からずらすことができる。
【００３１】
また、吸気管長を僅かにずらして吸気管３６内の圧力脈動の位相を変化させる技術は、ノックの回避にも応用することができる。具体的には、先ず、ノックセンサ等によってノックの発生を検出する。そして、ノックの発生が検出されたときには、上記実施の形態とは逆に、吸気バルブ１２の閉弁時期が圧力脈動の谷と重なるように吸気管長を補正する。これによれば、燃焼時の筒内圧が低下するので、効果的にノックを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態としての制御装置が適用された可変吸気管長機構付き内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において実行されるエンジン制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】基準筒内圧Pcylmと実筒内圧Pcylとの差ΔPから点火時期補正量ΔSAを決定するためのマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
４  シリンダヘッド
６  シリンダブロック
８  ピストン
１０  燃焼室
１２  吸気バルブ
１４  排気バルブ
１６  点火プラグ
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
２４  クランク軸
３０  排気通路
３２  エアクリーナ
３４  サージタンク
３６  吸気管
３８  インジェクタ
４２  可変バルブタイミング機構
４４  可変バルブタイミング機構
４６  可変吸気管長機構
４８  スロットル
５０  ＥＣＵ
５２  クランク角センサ
５４  エアフローメータ
５６  筒内圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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