(57)【要約】【課題】所定の動弁装置を用いて燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行う場合に、動弁装置の異常の有無を判断可能な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関５０は燃料カット中に圧縮行程で排気弁５５を開弁させることで、少なくとも吸気弁５４の開弁中に排気弁５５を開弁させつつ燃焼室Ｅのデコンプレッションを行う動弁装置６０と、燃料カット中の圧力Ｐ（吸気圧）が、動弁装置６０が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧である圧力Ｐ´よりも所定以上大きく上昇しなかった場合に、動弁装置６０に異常があると判断するＥＣＵ７０とを備える。圧力Ｐは燃焼室Ｅに連通する吸気通路のうちスロットル弁１２よりも下流側の部分の吸気圧となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カット中に圧縮行程で排気弁を開弁させることで、少なくとも吸気弁の開弁中に前記排気弁を開弁させつつ燃焼室のデコンプレッションを行う動弁装置と、
燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが、前記動弁装置が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いよりも所定以上大きく上昇しなかった場合に、前記動弁装置に異常があると判断する判断部とを備える内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部をさらに備え、
燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが、前記動弁装置が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いよりも所定以上大きく上昇した場合に、前記動弁装置が正常であると前記判断部が判断し、
前記動弁装置が正常であると前記判断部が判断した場合に、吸入空気量が増加する方向に前記吸入空気量調節部が駆動する内燃機関。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関であって、
燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが上昇し所定値に到達した場合に、前記吸入空気量調節部がさらに吸入空気量が減少する方向に駆動する内燃機関。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関であって、
前記動弁装置が前記排気弁の作動を開弁状態で休止させる排気弁休止装置である内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行うことがある。デコンプレッションを行うことで、燃焼室のガスの圧縮を抑制する分、エンジンブレーキを低下させることができる。結果、エンジンブレーキに使用されなくなったエネルギを回生エネルギとして利用することが可能になる。
【０００３】
特許文献１では燃料カット制御が設定されたときに、吸気弁及び排気弁を常時開状態に制御すると共に車軸側から伝達される回生エネルギにより発電機で発電を行わせるエンジン制御装置が開示されている。このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、特許文献２では燃料カット中に排気系の触媒温度が低下するのを防止する車両の燃料供給停止時の制御装置が開示されている。また、特許文献３ではフューエルカット中にスロットル開度を絞って空気量を少量とする内燃機関の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４９７０号公報
【特許文献３】特開２００６−２５００２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行うにあたり、内燃機関は次に示す動弁装置を備えることができる。すなわち、燃料カット中に圧縮行程で排気弁を開弁させることで、少なくとも吸気弁の開弁中に排気弁を開弁させつつ燃焼室のデコンプレッションを行う動弁装置を備えることができる。
【０００６】
ところが、かかる動弁装置を用いて燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行うにあたり、動弁装置が正常に作動しない場合にはエンジンブレーキの低下が防止或いは抑制される虞がある。結果、取り出すことが可能な回生エネルギがその分小さくなることで、回生エネルギの利用に支障が出る虞がある。このため、回生エネルギの適正な利用を確保するためにも、かかる動弁装置の異常の有無を判断可能な技術が望まれる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、所定の動弁装置を用いて燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行う場合に動弁装置の異常の有無を判断可能な内燃機関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】
【０００８】
本発明は燃料カット中に圧縮行程で排気弁を開弁させることで、少なくとも吸気弁の開弁中に前記排気弁を開弁させつつ燃焼室のデコンプレッションを行う動弁装置と、燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが、前記動弁装置が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いよりも所定以上大きく上昇しなかった場合に、前記動弁装置に異常があると判断する判断部とを備える内燃機関である。
【０００９】
本発明は吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部をさらに備え、燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが、前記動弁装置が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いよりも所定以上大きく上昇した場合に前記動弁装置が正常であると前記判断部が判断し、前記動弁装置が正常であると前記判断部が判断した場合に吸入空気量が増加する方向に前記吸入空気量調節部が駆動する構成とすることができる。
【００１０】
本発明は燃料カット中の吸気圧或いは吸気圧の変化度合いが上昇し所定値に到達した場合に、前記吸入空気量調節部がさらに吸入空気量が減少する方向に駆動する構成とすることができる。
【００１１】
本発明は前記動弁装置が前記排気弁の作動を開弁状態で休止させる排気弁休止装置である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の動弁装置を用いて燃料カット中に燃焼室のデコンプレッションを行う場合に動弁装置の異常の有無を判断できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の概略構成図である。
【図２】第１および第２の作動態様を示す図である。
【図３】内燃機関の吸気系および排気系を示す図である。
【図４】ＥＣＵの制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】デコンプレッションが及ぼす影響の説明図である。
【図６】燃料カットが触媒に及ぼす影響の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【００１５】
図１は内燃機関５０の概略構成図である。図１では内燃機関５０の一気筒につき概略構成を示す。内燃機関５０は多気筒（ここでは４気筒）の内燃機関であり、図示しない車両に搭載されている。内燃機関５０は具体的には例えばハイブリッド車両やアイドルストップを行う車両に搭載することができる。
【００１６】
内燃機関５０はシリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とピストン５３と吸気弁５４と排気弁５５と燃料噴射弁５６と動弁装置６０とＥＣＵ７０とを備えている。シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。ピストン５３は燃焼室Ｅに隣接している。燃焼室Ｅはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２およびピストン５３に囲まれた空間である。
【００１７】
シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。シリンダヘッド５２には、燃焼室Ｅに吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室Ｅからガスを排気する排気ポート５２ｂとが形成されている。また、吸気ポート５２ａを開閉する吸気弁５４と、排気ポート５２ｂを開閉する排気弁５５とが設けられている。吸気弁５４と排気弁５５とは燃焼室Ｅに対して設けられている。内燃機関５０は具体的には気筒毎に吸気ポート５２ａと吸気弁５４とを複数（ここでは２つずつ）備えるとともに、排気ポート５２ｂと排気弁５５とを複数（ここでは２つずつ）備えている。燃料噴射弁５６はシリンダヘッド５２に設けられている。燃料噴射弁５６は吸気ポート５２ａが形成する吸気通路に燃料を噴射する。燃料噴射弁５６は燃焼室Ｅに燃料を噴射する燃料噴射弁であってもよい。
【００１８】
シリンダヘッド５２には動弁装置６０が設けられている。動弁装置６０は燃料カット中に圧縮行程で排気弁５５を開弁させることで、少なくとも吸気弁５４の開弁中に排気弁５５を開弁させつつ燃焼室Ｅのデコンプレッションを行う。動弁装置６０が圧縮行程で排気弁５５を開弁させる場合に、排気弁５５は例えば圧縮行程で開弁してもよく吸気行程で開弁してもよい。動弁装置６０は吸気弁５４が吸気行程から圧縮行程にかけて開弁する場合だけでなく、例えば吸気弁５４が圧縮行程の直前で閉弁する場合でも、吸気行程から圧縮行程にかけて排気弁５５を開弁させることで、少なくとも吸気弁５４の開弁中に排気弁を開弁させつつ燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うことができる。
【００１９】
内燃機関５０が排気弁５５を複数備える場合、動弁装置６０は複数の排気弁５５のうち少なくとも一部の排気弁を圧縮行程で開弁させることで、燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うことができる。動弁装置６０はさらに例えば膨張行程で排気弁５５を開弁させてもよい。内燃機関５０が複数の吸気弁５４を複数備える場合、吸気弁５４の開弁期間は複数の吸気弁５４に共通の開弁期間であってもよく、複数の吸気弁５４のうち少なくとも一部の吸気弁の開弁期間であってもよい。
【００２０】
動弁装置６０は具体的には排気弁５５の作動を開弁状態で休止させる排気弁休止装置となっている。かかる動弁装置６０は排気弁５５の作動を開弁状態で休止させることで、圧縮行程で排気弁５５を開弁させることができる。またこれにより、少なくとも吸気弁５４の開弁中に排気弁５５を開弁させつつ燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うことができる。かかる動弁装置６０には具体的には例えば特許文献１が開示する排気弁駆動部を適用できる。
【００２１】
動弁装置６０はさらに具体的には第１および第２の作動態様間で排気弁５５の作動態様を変更することで、排気弁５５の作動態様を第１または第２の作動態様に設定する。また、第１の作動態様から第２の作動態様に排気弁５５の作動態様を変更することで、排気弁５５の作動を開弁状態で休止させる。第１および第２の作動態様は具体的には次の通りである。
【００２２】
図２（ａ）、図２（ｂ）は第１および第２の作動態様を示す図である。図２（ａ）は第１の作動態様を示し、図２（ｂ）は第２の作動態様を示す。図２（ａ）、図２（ｂ）ではクランク角度に応じた排気弁５５のリフト量を吸気弁５４のリフト量と併せて示す。第１の作動態様は排気弁５５を排気行程で開弁させる態様である。第２の作動態様は排気弁５５の作動を開弁状態で休止させる態様である。第１の作動態様は具体的には膨張行程から排気行程にかけて排気弁５５が開弁する態様となっている。吸気弁５４は吸気行程から圧縮行程にかけて開弁する作動態様を有している。
【００２３】
図３は内燃機関５０の吸気系１０および排気系２０を示す図である。吸気系１０と排気系２０とは内燃機関５０に接続されている。吸気系１０は吸気管１１とスロットル弁１２とを備えている。吸気管１１は吸気通路を形成している。当該吸気通路は吸気ポート５２ａが形成する吸気通路を介して燃焼室Ｅに連通している。スロットル弁１２は吸入空気量を調節可能な吸入空気量調節部であり、具体的には電子制御式のスロットル機構となっている。
【００２４】
排気系２０は排気管２１と触媒２２とを備えている。排気管２１は排気通路を形成している。当該排気通路は排気ポート５２ｂが形成する排気通路を介して燃焼室Ｅに連通している。触媒２２は排気管２１に介在するようにして設けられている。触媒２２は燃焼室Ｅから排出される排気を浄化する。触媒２２は具体的には例えば三元触媒である。
【００２５】
図１、図３に示すＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはスロットル弁１２や燃料噴射弁５６や動弁装置６０が制御対象として電気的に接続されている。また、機関運転状態を検出するための第１のセンサ群３０や、動弁装置６０の状態を検出するための第２のセンサ群４０がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。
【００２６】
第１のセンサ群３０は例えば圧力Ｐを検知する圧力センサや、スロットル弁１２の開度を検出するためのスロットル開度センサや、クランク角度を検出するためのクランク角センサや、内燃機関５０の吸入空気量を計測するエアフロメータや、内燃機関５０に対する加速要求を行うアクセル開度センサや、内燃機関５０の冷却水温を検知する水温センサや、内燃機関５０を搭載する車両の速度を検出する車速センサを含む。第２のセンサ群４０は例えば吸排気弁５４、５５の開弁時期や閉弁時期を検出するためのセンサを含む。圧力Ｐは吸気圧であり、具体的には燃焼室Ｅに連通する吸気通路のうちスロットル弁１２よりも下流側の部分の吸気圧となっている。圧力Ｐは吸気弁５４開弁期間中の吸気圧とすることができる。
【００２７】
ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示す第１の制御部や第２の制御部や判断部が実現される。なお、これらの構成は例えば複数の電子制御装置において実現されてもよい。
【００２８】
第１の制御部は動弁装置６０を制御する。第１の制御部は例えば燃料カット中に圧縮行程で排気弁５５を開弁させることで、少なくとも吸気弁５４の開弁中に排気弁５５を開弁させつつ燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うように動弁装置６０を制御する。このため、動弁装置６０は燃料カット中にこのようにデコンプレッションを行う。
【００２９】
第１の制御部は具体的には燃料カット中に排気弁５５の作動を開弁状態で休止させることで、燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うように動弁装置６０を制御する。したがって、動弁装置６０は具体的には燃料カット中に排気弁５５の作動を開弁状態で休止させることで、燃焼室Ｅのデコンプレッションを行う。動弁装置６０は第１の制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。
【００３０】
判断部は動弁装置６０の異常の有無を判断する。判断部は具体的には燃料カット中に圧力Ｐに基づき動弁装置６０の異常の有無を判断する。判断部は燃料カット中の圧力Ｐが、動弁装置６０が燃料カット中にデコンプレッションを行わないとした場合の吸気圧である圧力Ｐ´よりも所定以上大きく上昇しなかった場合に、動弁装置６０に異常があると判断する。また、圧力Ｐが圧力Ｐ´よりも所定以上大きく上昇した場合に、動弁装置６０が正常であると判断する。圧力Ｐ´は圧力Ｐ´に影響するパラメータ（例えば内燃機関５０の回転数やスロットル開度などの機関運転状態）に応じて予め把握および設定しておくことができる。判断部は圧力Ｐの代わりに例えば吸気圧の変化度合い（すなわち、吸気圧の上昇速度）に基づき動弁装置６０の異常の有無を同様に判断することもできる。
【００３１】
第２の制御部はスロットル弁１２を制御する。第２の制御部は動弁装置６０が正常であると判断部が判断した場合に、スロットル弁１２を開弁方向（すなわち、吸入空気量が増加する方向）に駆動する。スロットル弁１２を開弁方向に駆動するにあたり、第２の制御部は具体的にはスロットル弁１２を全開にする。したがって、スロットル弁１２はかかる場合に開弁方向に駆動し、具体的には全開になる。
【００３２】
第２の制御部はさらに圧力Ｐが上昇し所定値β(例えば大気圧)に到達した場合に、スロットル弁１２を閉弁方向（すなわち、吸入空気量が減少する方向）に駆動する。スロットル弁１２を閉弁方向に駆動するにあたり、第２の制御部は具体的にはスロットル弁１２を全閉にする。したがって、スロットル弁１２はかかる場合に閉弁方向に駆動し、具体的には全閉になる。スロットル弁１２は第２の制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。
【００３３】
次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は燃料カット中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。燃料カット中であるか否かは例えば燃料カットの実行条件が成立しているか否かで判定できる。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は排気弁５５の作動を開弁状態で休止させるように動弁装置６０を制御する（ステップＳ２）。これにより、燃焼室Ｅのデコンプレッションが行われる。
【００３４】
続いてＥＣＵ７０は機関運転状態を検出するとともに（ステップＳ３）、圧力Ｐが上昇したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ３でＥＣＵ７０は具体的には、圧力Ｐ´の取得に必要なパラメータを検出する。ステップＳ４でＥＣＵ７０は具体的には、圧力Ｐから圧力Ｐ´を引いた値が所定の大きさαよりも大きいか否かを判定することで、圧力Ｐが圧力Ｐ´よりも所定以上大きく上昇したか否かを判定する。ステップＳ４で否定判定であれば、ＥＣＵ７０は動弁装置６０に異常があると判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の後には本フローチャートを一旦終了する。
【００３５】
ステップＳ４で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は動弁装置６０が正常であると判断する（ステップＳ５）。この場合、ＥＣＵ７０はスロットル弁１２を開弁方向に駆動する（ステップＳ６）。ステップＳ６でＥＣＵ７０は具体的にはスロットル弁１２を全開にする。続いてＥＣＵ７０は圧力Ｐが所定値βに到達したか否かを判定する（ステップＳ７）。圧力Ｐが所定値βに到達したか否かは例えば、大気圧よりも若干低い値に設定された所定値βよりも圧力Ｐが大きいか否かを判定することで判定されてもよい。ステップＳ７で否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。ステップＳ７で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０はスロットル弁１２を閉弁方向に駆動する（ステップＳ８）。ステップＳ８でＥＣＵ７０は具体的にはスロットル弁１２を全閉にする。ステップＳ８の後には本フローチャートを終了する。
【００３６】
次に内燃機関５０の主な作用効果について説明する。図５は燃料カット中に行われるデコンプレッションが及ぼす影響の説明図である。図５ではデコンプレッションの影響を受けるパラメータとして、吸入空気流量と内燃機関５０の負トルクとを内燃機関５０の回転数に応じて示す。図５では内燃機関５０の場合を実線で示すとともに、燃料カット中にデコンプレッションを行わないように内燃機関５０を変更した場合を破線で示す。
【００３７】
ここで、内燃機関５０では燃料カット中に動弁装置６０が燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うことで、デコンプレッションを行わない場合と比較して負トルクが大きくなる（負トルクの大きさが小さくなる）。すなわち、エンジンブレーキが低下する。また、デコンプレッションを行わない場合と比較して吸入空気流量が減少する。これは、吸気弁５４の開弁中に排気弁５５が開弁状態になっていることで、燃焼室Ｅの圧力が高まったり、排気側から吸気側へのガスの逆流が発生したりするためである。
【００３８】
このため、内燃機関５０では燃料カット中に動弁装置６０が燃焼室Ｅのデコンプレッションを行うことで、圧力Ｐが高まることになる。したがって、前述したようにＥＣＵ７０が動弁装置６０に異常があると判断する構成の内燃機関５０は、動弁装置６０の異常の有無を判断できる。内燃機関５０は動弁装置６０の異常の有無を判断することで、具体的には例えば回生エネルギの適正な利用を確保することができる。
【００３９】
内燃機関５０は具体的にはスロットル弁１２をさらに備え、動弁装置６０が正常であるとＥＣＵ７０が判断した場合に、スロットル弁１２が開弁方向に駆動する構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は圧力Ｐを高めることで、排気側から吸気側へのガスの逆流を防止或いは抑制できる。結果、逆流するガスによって機関再始動性が悪化することをさらに防止或いは抑制できる。
【００４０】
内燃機関５０はさらに圧力Ｐが上昇し所定値βに到達した場合に、スロットル弁１２が閉弁方向に駆動する構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は吸気行程で圧力Ｐが低下することを防止或いは抑制することで、排気側から吸気側へのガスの逆流を引き続き防止或いは抑制しつつ、触媒２２に流入する酸素を低減できる。結果、機関始動性が悪化することを引き続き防止或いは抑制しつつ、触媒２２の劣化や触媒２２の床温低下による排気エミッションの悪化を防止或いは抑制することもできる。
【００４１】
図６は燃料カットが触媒２２に及ぼす影響の説明図である。図６では内燃機関５０の場合における触媒２２の床温を実線で示すとともに、圧力Ｐが上昇し所定値βに到達した場合に、スロットル弁１２が閉弁方向に駆動しないように内燃機関５０を変更した場合における触媒２２の床温を比較例として破線で併せて示す。図６では比較例の場合につき、排気空燃比と触媒２２の酸素吸蔵量とを併せて示す。
【００４２】
ここで、内燃機関５０からは燃料カット中においても例えば５，０００ｐｐｍ程度の未燃ＨＣが排出される。ところが、比較例の場合には燃焼カット開始時からほどなく触媒２２が完全に酸化し、その後触媒２２の床温が大きく低下する。このため、比較例の場合には燃料カット中に排出される未燃ＨＣの浄化が困難になる。
【００４３】
これに対し、内燃機関５０の場合には触媒２２に流入する酸素（新気）を低減することで、触媒２２の酸化を遅らせるとともに触媒２２の床温低下を抑制できる。そして、内燃機関５０はこのようにして触媒２２の劣化や触媒２２の床温低下を抑制することで、具体的には例えば燃料カット中に排出される未燃ＨＣによる排気エミッションの悪化を防止或いは抑制できる。
【００４４】
内燃機関５０は具体的には動弁装置６０が排気弁５５の作動を開弁状態で休止させる排気弁休止装置である構成とすることができる。すなわち、内燃機関５０は具体的には例えば動弁装置６０が排気弁５５の作動を開弁状態で休止させることで、燃焼室Ｅのデコンプレッションを行う構成である場合に動弁装置６０の異常の有無を判断できる。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。
【００４６】
例えば動弁装置は必ずしも排気弁休止装置に限られない。動弁装置は例えば燃料カット中に圧縮行程で排気弁を開弁させることで、少なくとも吸気弁の開弁中に排気弁を開弁させつつ燃焼室のデコンプレッションを行い、さらに排気行程で排気弁を再び開弁させる（すなわち、一燃焼サイクル当たりに排気弁を２度開弁させる）動弁装置であってもよい。かかる動弁装置には具体的には例えば複数のカムのうちから排気弁の駆動に使用するカムを選択するカム切替式の動弁装置を適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
内燃機関                          ５０
吸気弁                            ５４
排気弁                            ５５
動弁装置                          ６０
ＥＣＵ                            ７０
【図１】
2015021395.tif 000003
【図２】
2015021395.tif 000004
【図３】
2015021395.tif 000005
【図４】
2015021395.tif 000006
【図５】
2015021395.tif 000007
【図６】
2015021395.tif 000008