(57)【要約】【課題】優れた燃焼効率及び燃費を維持しつつ、ノッキングの発生及び強度をより良好に制限する。【解決手段】吸気ポート６から吸気弁７を介し燃焼室５内に流入した吸気ガスにより、シリンダヘッド内壁面３ａに沿いつつ吸気弁７側から排気弁９側に進行するタンブル流Ｔが燃焼室５内に形成されるようにした内燃機関１の制御装置は、吸気内向き度合いを強化するとともに、吸気内向き度合いを強化する度合いである内向き強化度合いを変更可能な吸気流制御機構１３と、ピストン最速クランク角に対する吸気弁最大リフト量クランク角の偏差が大きいときには、偏差が小さいときに比べて、内向き強化度合いが低くなるように吸気流制御機構を制御するように構成された制御器１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートから吸気弁を介し燃焼室内に流入した吸気ガスにより、シリンダヘッド内壁面に沿いつつ吸気弁側から排気弁側に進行するタンブル流が燃焼室内に形成されるようにした内燃機関の制御装置であって、
前記吸気ポートからの吸気ガスが前記燃焼室の半径方向中央部に向かう度合いである吸気内向き度合いを強化するとともに、前記吸気内向き度合いを強化する度合いである内向き強化度合いを変更可能な吸気流制御機構と、
ピストンが圧縮下死点から圧縮上死点に向かうまでにピストンの速度が最大となるクランク角であるピストン速度最大クランク角に対する、吸気弁のリフト量が最大となるクランク角である吸気弁リフト量最大クランク角の偏差が大きいときには、前記偏差が小さいときに比べて、前記内向き強化度合いが低くなるように前記吸気流制御機構を制御するように構成された制御器と、
を備える、内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一気筒当たり２つの吸気ポートと２つの吸気弁とを有する内燃機関の吸気装置において、同一気筒の２つの吸気ポートが合流する合流部に配置され、上記各吸気ポート内の吸気の流れを偏向させて、上記各吸気ポートからシリンダ内に流れ込む吸気をシリンダ軸方向からみてシリンダ中央部に集中させることが可能な吸気偏向手段を有する、内燃機関の吸気装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、シリンダ内に流れ込む吸気をシリンダ軸方向からみてシリンダ中央部に集中させることで、シリンダ内のタンブル流が強化され、それによって燃焼効率及び燃費の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タンブル流が過度に強化されると、燃焼室内における火炎伝播が過度に偏るおそれがあり、それによってノッキングが悪化するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、吸気ポートから吸気弁を介し燃焼室内に流入した吸気ガスにより、シリンダヘッド内壁面に沿いつつ吸気弁側から排気弁側に進行するタンブル流が燃焼室内に形成されるようにした内燃機関の制御装置であって、前記吸気ポートからの吸気ガスが前記燃焼室の半径方向中央部に向かう度合いである吸気内向き度合いを強化するとともに、前記吸気内向き度合いを強化する度合いである内向き強化度合いを変更可能な吸気流制御機構と、ピストンが圧縮下死点から圧縮上死点に向かうまでにピストンの速度が最大となるクランク角であるピストン速度最大クランク角に対する、吸気弁のリフト量が最大となるクランク角である吸気弁リフト量最大クランク角の偏差が大きいときには、前記偏差が小さいときに比べて、前記内向き強化度合いが低くなるように前記吸気流制御機構を制御するように構成された制御器と、を備える、内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
優れた燃焼効率及び燃費を維持しつつ、ノッキングの発生及び強度をより良好に制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】内燃機関の概略横断面図である。
【図３（Ａ）−３（Ｂ）】火炎重心位置及び火炎伝播領域の一例を示す概略図である。
【図４】吸気ガス導入量及びピストン速度の経時変化を示す図である。
【図５】吸気弁のリフト量に対する度合い差ｄＤを示す図である。
【図６】偏差ｄＣＡに対するプラグ通過流速を示す図である。
【図７】偏差ｄＣＡに対する内向き強化度合いを示す図である。
【図８】吸気流制御機構による内向き強化度合い制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１及び図２を参照すると、内燃機関１は、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、ピストン４、燃焼室５、吸気ポート６、吸気弁７、排気ポート８、及び排気弁９を備える。ピストン４は、シリンダブロック２内に形成されたシリンダボア２ａ内をシリンダ軸線Ｌ−Ｌに沿いつつ、上向き及び下向きに往復動する。なお、本発明による実施例では、シリンダブロック２からシリンダヘッド３に向かう向きを上向きと称し、シリンダヘッド３からシリンダブロック２に向かう向きを下向きと称している。
【０００９】
吸気ポート６はシリンダ軸線Ｌ−Ｌに関しシリンダヘッド３の一側に形成され、吸気弁７はシリンダ軸線Ｌ−Ｌに関しシリンダヘッド３の内壁面３ａの一側に配置される。本発明による実施例では、吸気ポート６は一対の吸気ポートから構成され、吸気弁７は一対の吸気弁から構成される。一方、排気ポート８はシリンダ軸線Ｌ−Ｌに関しシリンダヘッド３の他側に形成され、排気弁９はシリンダ軸線Ｌ−Ｌに関しシリンダヘッド内壁面３ａの他側に配置される。本発明による実施例では、排気ポート８は一対の排気ポートから構成され、排気弁９は一対の排気弁から構成される。
【００１０】
また、本発明による実施例では、シリンダヘッド内壁面３ａのほぼ中央に、点火プラグ１０が配置される。また、吸気ポート６にはそれぞれ、対応する吸気ポート６内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が配置される。本発明による実施例では、燃料はガソリンから形成される。別の実施例（図示しない）では、燃焼室５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁が、燃料噴射弁１１に代えて又は燃料噴射弁１１とともに、設けられる。
【００１１】
更に、本発明による実施例では、吸気弁７の開弁動作（例えば、開弁時期、閉弁時期、開弁期間のうちの少なくとも１つ）を変更可能な可変動弁機構１２が設けられる。吸気弁７の開弁動作は機関運転状態、例えば機関負荷及び機関回転数に応じて設定される。本発明による実施例では、吸気弁７の開弁動作が変更されると、吸気弁７のリフト量が最大となるクランク角が変更される。
【００１２】
更に、吸気ポート６からの吸気ガスが燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう度合いを吸気内向き度合いと称し、吸気内向き度合いを強化する度合いを内向き強化度合いと称すると、本発明による実施例の内燃機関１は、吸気内向き度合いを強化するとともに、内向き強化度合いを変更可能な吸気流制御機構１３を備える。ここで、吸気ポート６からの吸気ガスが燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに向かう度合いを吸気外向き度合いと称すると、吸気内向き度合いが高くなると吸気外向き度合いが低くなり、吸気内向き度合いが低くなると吸気外向き度合いが低くなる。なお、吸気ガスは空気、又は空気及びＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを含む。
【００１３】
本発明による実施例では、吸気流制御機構１３は図２に示されるように、吸気ポート６内にそれぞれ配置された、バタフライ弁の形の吸気流制御弁１３ａを備える。この例では、吸気流制御弁１３ａの角度位置が図２にＡで示される方向に変更されると、吸気流制御弁１３ａにより燃焼室５の半径方向中央部５ｃに案内される吸気ガスの量が多くなり、したがって吸気内向き度合いが高くなり、吸気外向き度合いが低くなる。吸気流制御弁１３ａの角度位置がＡ方向に更に変更されると、吸気内向き度合いは更に高くなり、吸気外向き度合いは更に低くなる。すなわち、内向き強化度合いが高くなる。これに対し、吸気流制御弁１３ａの角度位置が図２にＢで示される方向に変更されると、吸気流制御弁１３ａにより燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに案内される吸気ガスの量が多くなり、したがって吸気内向き度合いが低くなり、吸気外向き度合いが高くなる。吸気流制御弁１３ａの角度位置がＢ方向に更に変更されると、吸気内向き度合いは更に低くなり、吸気外向き度合いは更に高くなる。すなわち、内向き強化度合いが低くなる。
【００１４】
再び図１を参照すると、内燃機関１は制御器又は電子制御ユニット１４を備える。制御器１４はデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポート及び出力ポートを具備する。アクセルペダルには、機関負荷を表すアクセルペダルの踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサが接続され、負荷センサの出力電圧は対応するＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。更に、クランク角を検出するためのクランク角センサが入力ポートに接続される。ＣＰＵではクランク角センサからの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポートはそれぞれ対応する駆動回路を介して、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、可変動弁機構１２、及び吸気流制御機構１３（吸気流制御弁１３ａ）にそれぞれ接続される。
【００１５】
さて、本発明による実施例では、燃焼室５内に流入した吸気ガスによって燃焼室５内にタンブル流Ｔが形成される。すなわち、図１に示されるように、吸気ポート６から吸気弁７を介し燃焼室５内に流入した吸気ガスは次いで、排気弁９の下方のシリンダボア２ａ内壁面に沿いつつ下向きに進行し、次いでピストン４の頂面に沿いつつ進行し、次いで吸気弁７の下方のシリンダボア２ａ内壁面に沿いつつ上向きに進行した後に、シリンダヘッド内壁面３ａに沿いつつ吸気弁７側から排気弁９側に進行し、したがってシリンダ軸線Ｌ−Ｌに垂直な回転軸線回りに旋回するタンブル流Ｔが燃焼室５内に形成される。
【００１６】
一方、本発明による実施例では、吸気弁７が開弁している間に燃料噴射弁１１から燃料が噴射される。したがって、タンブル流Ｔには燃料ないし混合気が含まれる。この燃料ないし混合気は次いで点火プラグ１０によって点火される。
【００１７】
この場合、タンブル流Ｔによって、火炎伝播が促進され、ノッキングが低減される。すなわち、良好な燃焼を得ることができる。しかも、本発明による実施例では、吸気流制御機構１３により吸気内向き度合いが高められる。その結果、タンブル流Ｔが強くされるので、より良好な燃焼がより確実に得られることになる。
【００１８】
ところが、本願発明者らが鋭意研究したところ、吸気内向き度合い又は内向き強化度合いが過度に高いと、却ってノッキングが悪化するおそれがあることが判明したのである。このことを、図３（Ａ），３（Ｂ）を参照して説明する。なお、図３（Ａ），３（Ｂ）において、破線Ｃは燃焼室５の半径方向中心を通る直線を示している。
【００１９】
図３（Ａ）は吸気流制御機構１３による内向き強化度合いが適度である場合を、図３（Ｂ）は吸気流制御機構１３による内向き強化度合いが過度に高い場合を、それぞれ示している。なお、図３（Ａ），３（Ｂ）において、破線Ｃは燃焼室５の半径方向中心を通る直線を示している。いずれの場合も、火炎重心及び火炎伝播領域は燃焼室５の半径方向中心に対し排気弁側（ＥＸ）に位置する。これは、上述したように、タンブル流Ｔがシリンダヘッド内壁面３ａに沿いつつ吸気弁側（ＩＮ）から排気弁側（ＥＸ）に進行するからである。しかしながら、図３（Ｂ）に示される例では、火炎重心及び火炎伝播領域が燃焼室５の半径方向中心に対し大きく排気弁側（ＥＸ）に偏在している。このため、エンドガスが吸気弁側（ＩＮ）に残存しやすくなり、このエンドガスが燃焼することによってノッキングが生じやすくなるおそれがある。これに対し、図３（Ａ）に示される例では、火炎重心及び火炎伝播領域の偏在の程度はより小さく、ノッキングが生じるとしてもその頻度及び強度は図３（Ｂ）に示される例に比べて小さい。
【００２０】
そこで本発明による実施例では、内向き強化度合いが過度に高くならないように吸気流制御機構１３による内向き強化度合いを制御している。このことを、図４から図８を参照して説明する。
【００２１】
図４は、単位クランク角あたりに吸気弁７を介し燃焼室５内に導入される吸気ガスの量（吸気ガス導入量）、及びピストン４の移動速度（ピストン速度）の経時変化の一例を示している。図４において、ＣＡＰＶｍａｘは、ピストン４が圧縮下死点から圧縮上死点に向かうまでにピストン４の速度が最大となるクランク角であるピストン速度最大クランク角を、ＣＡＩＬｍａｘは、吸気弁７のリフト量が最大となるクランク角である吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘを、それぞれ示している。
【００２２】
図４を参照すると、吸気ガス導入量は概ね、クランク角ＣＡがピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘのときにほぼ最大となる、ことがわかる。また、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘに近いクランク角ＣＡでは、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘから遠いクランク角ＣＡに比べて、吸気ガス導入量は概ね少ない。
【００２３】
一方、吸気内向き度合いＤｉｎと吸気外向き度合いＤｏｕｔとの差を度合い差ｄＤ（＝Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）と称すると、図５は、１回の開弁動作において変化する吸気弁７のリフト量と、度合い差ｄＤとの関係の例を示している。図５において、度合い差ｄＤが正値であるときには吸気ガスが燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう傾向がより強く、差ｄＤが負値であるときには吸気ガスが燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに向かう傾向がより強く、度合い差ｄＤがゼロであるときには吸気ガスが燃焼室５内にほぼ一様に流入する、ことをそれぞれ意味する。また、図５において、実線（プロット○）と破線（プロット□）との違いは、吸気ポート６の違いによる。
【００２４】
図５を参照すると、リフト量が小さいときには、リフト量が大きいときに比べて、度合い差ｄＤは概ね大きく、したがって吸気ガスは、燃焼室５の半径方向周辺部５ｐよりも、燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう傾向がより強い、ことがわかる。言い換えると、１回の開弁動作のうち、吸気弁７のリフト量が比較的小さいときに吸気弁７を介して燃焼室５内に流入した吸気ガス部分は、燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう傾向がより強く、吸気弁７のリフト量が比較的大きいときに吸気弁７を介して燃焼室５内に流入した吸気ガス部分は、燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに向かう傾向がより強い、ということになる。
【００２５】
一方、圧縮行程中のあらかじめ定められたクランク角（例えば、圧縮上死点又は点火時期）においてシリンダヘッド内壁面３ａに沿いつつ点火プラグ１０を通過する吸気ガス流の流速をプラグ通過流速と称し、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘ（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）に対する吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘ（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）の差の絶対値（＝｜ＣＡＩＮｍａｘ−ＣＡＰＴｍａｘ｜）を偏差ｄＣＡと称すると、図６は、偏差ｄＣＡを変化させたときのプラグ通過流速の変化の一例を示している。この場合、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘは内燃機関１に固有の値であり、可変動弁機構１２により吸気弁７の開弁動作を変更することにより吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘは変更可能であるので、偏差ｄＣＡは吸気弁７の開弁動作を変更することにより変更される。また、図６のプロットはいずれも、偏差ｄＣＡが正値の場合を示している。したがって、偏差ｄＣＡを小さくするために吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘが進角され、偏差ｄＣＡを大きくするために吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘが遅角される。一方、図６において、プラグ通過流速が正値であるときには吸気ガス流が吸気弁側（ＩＮ）から排気弁側（ＥＸ）に向かって点火プラグ１０を通過し、プラグ通過流速が負値であるときには吸気ガス流が排気弁側（ＥＸ）から吸気弁側（ＩＮ）に向かって点火プラグ１０を逆流し、プラグ通過流速がゼロであるときには吸気ガス流が点火プラグ１０周りで静止している、ことをそれぞれ意味する。なお、図６において最も右のプロットは、偏差ｄＣＡが図４に示されるピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘ及び吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘによって与えられる場合を示している。
【００２６】
図６を参照すると、偏差ｄＣＡが大きいときには、偏差ｄＣＡが小さいときに比べて、プラグ通過流速が高い、ことがわかる。
【００２７】
偏差ｄＣＡが大きいときには、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘにおける吸気弁７のリフト量が小さい。したがって、吸気弁７のリフト量が小さいときに、多量の吸気ガスが吸気弁７を介し燃焼室５内に流入する（図４参照）。一方、吸気弁７のリフト量が小さいときに燃焼室５内に流入した吸気ガスは、燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう傾向がより強い（図５参照）。その結果、偏差ｄＣＡが大きいときには、多量の吸気ガスが燃焼室５の半径方向中央部５ｃに向かう傾向がより強い。したがって、この場合には、より強いタンブル流Ｔを得ることができる（図６参照）。
【００２８】
これに対し、偏差ｄＣＡが小さいときには、ピストン速度最大クランク角ＣＡＰＶｍａｘにおける吸気弁７のリフト量が大きい。したがって、吸気弁７のリフト量が大きいときに、多量の吸気ガスが吸気弁７を介し燃焼室５内に流入する（図４参照）。一方、吸気弁７のリフト量が大きいときに燃焼室５内に流入した吸気ガスは、燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに向かう傾向がより強い（図５参照）。その結果、偏差ｄＣＡが小さいときには、多量の吸気ガスが燃焼室５の半径方向周辺部５ｐに向かう傾向がより強い。したがって、この場合には、タンブル流Ｔの強度は低く、タンブル流Ｔが逆流するおそれもある（図６参照）。
【００２９】
したがって、偏差ｄＣＡが大きいときに、吸気流制御機構１３により吸気内向き度合いを高くすると、吸気内向き度合いが過度に高くなるおそれがある。逆に、偏差ｄＣＡが小さいときは、吸気流制御機構１３により吸気内向き度合いを高くする必要がある。
【００３０】
そこで本発明による実施例では、図７に示されるように、偏差ｄＣＡが大きいときには、偏差ｄＣＡが小さいときに比べて、吸気流制御機構１３による内向き強化度合いが低くなるように吸気流制御機構１３を制御している。その結果、吸気内向き度合いが過度に高くなるのが制限される。したがって、優れた燃焼効率及び燃費を維持しつつ、ノッキングの発生及び強度をより良好に制限することができる。
【００３１】
図８は、上述した吸気流制御機構１３による内向き強化度合いの制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって繰り返し実行される。図８を参照すると、ステップ１００では、可変動弁機構１２により吸気弁７の開弁動作が制御される。続くステップ１０１では、吸気弁リフト量最大クランク角ＣＡＩＬｍａｘが算出される。続くステップ１０２では偏差ｄＣＡが算出される。続くステップ１０３では、図７から内向き強化度合いが算出され、これを達成する吸気流制御弁１３ａの目標角度位置が算出される。続くステップ１０４では、目標角度位置になるように、吸気流制御弁１３ａの角度位置が制御される。
【符号の説明】
【００３２】
１    内燃機関
３ａ    シリンダヘッド内壁面
４    ピストン
５    燃焼室
６    吸気ポート
７    吸気弁
９    排気弁
１０    点火プラグ
１３    吸気流制御機構
１３ａ    吸気流制御弁
Ｔ    タンブル流
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）−３（Ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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