(57)【要約】【課題】エンジン始動後にポンピングロスの増加を抑制して燃費を向上させる。【解決手段】エンジン始動後のアイドル運転中に触媒暖機制御又は電気負荷増大によってＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａよりも大きくなったときやアクセル操作によって要求吸入空気量が所定値Ｂ大きくなったときに、ＴＣＶ（タンブル制御弁）の開度を始動時の開度よりも開き側に制御する。これにより、ポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制する。そして、触媒暖機制御又は電気負荷増大によるＩＳＣ要求吸入空気量の増加がない場合やアクセル操作による要求吸入空気量の増加がない場合には、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むほどＴＣＶの開度を閉じ側に設定する。これにより、暖機が進むに従って要求吸入空気量が減少するのに対応してＴＣＶの開度を閉じ側に制御して燃焼状態の改善効果を大きくして燃費向上効果を大きくする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開度を調整することで筒内の気流強度を制御する気流制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
前記気流制御手段は、内燃機関の始動時に前記気流制御弁の開度を閉じ側に制御し、始動後に暖機状態及び／又は要求吸入空気量に応じて前記気流制御弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関のアイドル運転中に点火時期を遅角して排出ガス浄化用の触媒を暖機する触媒暖機制御を実行する触媒暖機制御手段を備え、
前記気流制御手段は、前記触媒暖機制御によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に前記気流制御弁の開度を開き側に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記気流制御手段は、内燃機関のアイドル運転中に電気負荷増大によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に前記気流制御弁の開度を開き側に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記気流制御手段は、内燃機関の始動後にアクセル操作によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に前記気流制御弁の開度を開き側に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の高温再始動後に前記気流制御手段による前記気流制御弁の開度制御を禁止して該気流制御弁の開度を始動時の開度に維持する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載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、内燃機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開度を調整することで筒内の気流強度を制御する機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両は、内燃機関の排出ガスを浄化するために三元触媒等の触媒が設けられているが、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまでは触媒の排出ガス浄化率が低いため、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまで触媒暖機制御を実行して触媒を短時間で暖機するようにしている。この触媒暖機制御では、一般に、点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて、触媒の暖機を促進するようにしている。更に、触媒暖機制御中（点火時期遅角の実行中）は、通常のアイドル運転中よりも吸入空気量を増量させることで、点火時期遅角によってアイドル回転が不安定になるのを防止するようにしている。
【０００３】
また、特許文献１（特開２００６−１６１６３３号公報）に記載されているように、内燃機関の燃焼状態を改善して燃費や排気エミッションを向上させるために、内燃機関の吸気通路の一部を開閉する気流制御弁（例えばタンブル制御弁やスワール制御弁）を設け、この気流制御弁を閉じて吸入空気の流路を狭くして流速を速めることで、筒内の気流（例えばタンブル流やスワール流）の強度を強くして混合気の均一化（噴射燃料の霧化）を促進するようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００６−１６１６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した気流制御弁を備えたシステムでは、内燃機関の始動時やアイドル運転中等に気流制御弁の開度を閉じ側に制御して筒内の気流強度を強くすることで、噴射燃料の霧化を促進して燃焼状態を改善することができるため、始動時やアイドル運転中等の燃費を向上させることができる。
【０００５】
しかし、内燃機関の始動後に気流制御弁の開度を閉じ側に制御した状態に維持すると、触媒暖機制御（点火時期遅角）等によって要求吸入空気量が大きく増加したときに、気流制御弁の閉じ側制御により吸気流路が狭くなっていることによって、ポンピングロスが大きくなって燃費が悪化する欠点がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の始動後にポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制して始動後の燃費を十分に向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気通路に設けられた気流制御弁の開度を調整することで筒内の気流強度を制御する気流制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動時に気流制御弁の開度を閉じ側に制御し、始動後に暖機状態及び／又は要求吸入空気量に応じて気流制御弁の開度を制御するようにしたものである。
【０００８】
一般に、内燃機関の始動後は、暖機が進むに従って要求吸入空気量が減少するため、暖機状態や要求吸入空気量に応じて気流制御弁の開度を制御するようにすれば、要求吸入空気量が大きいときに気流制御弁の開度を開き側に制御して、要求吸入空気量が小さいときに気流制御弁の開度を閉じ側に制御することが可能となる。要求吸入空気量が大きいときに気流制御弁の開度を開き側に制御すれば、要求吸入空気量が大きい場合でも気流制御弁の開き側制御によってポンピングロスの増加を抑制することができ、ポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制することができる。そして、要求吸入空気量が小さいときに気流制御弁の開度を閉じ側に制御すれば、筒内の気流強度を強くして噴射燃料の霧化を促進して燃焼状態を改善して燃費を向上させることができる。
【０００９】
具体的には、請求項２のように、内燃機関のアイドル運転中に点火時期を遅角して排出ガス浄化用の触媒を暖機する触媒暖機制御を実行するシステムに本発明を適用する場合は、内燃機関の始動後に触媒暖機制御によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に気流制御弁の開度を開き側に制御すると良い。このようにすれば、触媒暖機制御（点火時期遅角）によってアイドル安定性を確保するのに必要な吸入空気量が増加して要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に、気流制御弁の開度を開き側に制御することによってポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制することができる。
【００１０】
また、請求項３のように、内燃機関のアイドル運転中に電気負荷増大によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に気流制御弁の開度を開き側に制御するようにしても良い。このようにすれば、電気負荷増大によってアイドル安定性を確保するのに必要な吸入空気量が増加して要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に、気流制御弁の開度を開き側に制御することによってポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制することができる。
【００１１】
更に、請求項４のように、内燃機関の始動後にアクセル操作によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に気流制御弁の開度を開き側に制御するようにしても良い。このようにすれば、運転者のアクセル操作によって要求吸入空気量が増加して所定値よりも大きくなった場合に、気流制御弁の開度を開き側に制御することによってポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項５のように、内燃機関の高温再始動後に気流制御弁の開度制御を禁止して該気流制御弁の開度を始動時の開度に維持するようにしても良い。内燃機関が高温再始動された場合には、触媒暖機制御（点火時期遅角）がほとんど実行されず、触媒暖機制御による要求吸入空気量の増加によるポンピングロスの影響がほとんどないため、気流制御弁を開き側に制御する必要は無いと判断して、気流制御弁の開度を始動時の開度（閉じ側）に維持することで燃焼状態を改善して燃費を向上させることができる。尚、内燃機関の高温再始動後に電気負荷増大やアクセル操作によって要求吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合には気流制御弁の開度を開き側に制御するようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１４】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の下流部が各気筒の吸気ポート２９に接続されている。
【００１５】
各気筒の吸気マニホールド２０の下流部には、それぞれ吸気通路を上下に仕切る仕切板３０が設けられ、この仕切板３０によって上側通路３１と下側通路３２とが仕切り形成されている。各気筒の下側通路３２の入口部には、それぞれ下側通路３２を開閉するタンブル制御弁３３（気流制御弁）が設けられ、このタンブル制御弁（以下「ＴＣＶ」と表記する）３３を閉じて上側通路３１に吸入空気を流して吸入空気の流速を速めることで、筒内のタンブル流（縦方向の吸気旋回流）の強度を強くして混合気の均一化を促進して燃焼状態を改善するようにしている。
【００１６】
各気筒のＴＣＶ３３は、共通のモータ（図示せず）によって開閉駆動されて、ＴＣＶ３３の開度が全開位置（例えば０°）から全閉位置（例えば９０°）までの間で調整されるようになっている。尚、各気筒毎又は各気筒群毎にＴＣＶ３３を個別のモータで開閉駆動するようにしても良い。
【００１７】
また、各気筒のＴＣＶ３３の下流側には、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられ、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１８】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００１９】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２７が取り付けられている。このクランク角センサ２７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２０】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２１】
また、ＥＣＵ２８は、図示しないアイドル回転速度制御ルーチンを実行することで、アイドル運転中に実アイドル回転速度を目標アイドル回転速度に制御するように吸入空気量（スロットル開度又はアイドル回転制御バルブの開度）をフィードバック制御するアイドル回転速度制御を実行する。
【００２２】
更に、ＥＣＵ２８は、図示しない触媒暖機制御ルーチンを実行することで、触媒暖機制御手段として機能し、所定の触媒暖機制御の実行条件（例えば冷却水温が所定温度よりも低いこと等）が成立したときに、点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて触媒２５の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する。この触媒暖機制御中は、点火時期が遅角側になるほど吸入空気量を増量させることで、点火時期遅角によってアイドル回転が不安定になるのを防止する。
【００２３】
また、ＥＣＵ２８は、後述する図２のＴＣＶ制御ルーチンを実行することで、次のようなＴＣＶ制御を行う。
まず、エンジン始動前の冷却水温が低くなるほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定する。これにより、エンジン始動時にＴＣＶ３３の開度を閉じ側に制御して筒内の気流強度を強くすることで、噴射燃料の霧化を促進して燃焼状態を改善する。これにより、エンジン始動時の排気エミッションを低減する。
【００２４】
この後、エンジン始動後のアイドル運転中に触媒暖機制御（点火時期遅角）又は電気負荷増大（例えばエアコンのオン）によって、アイドル安定性を確保するのに必要な吸入空気量が増加してＩＳＣ要求吸入空気量（アイドル回転速度制御の要求吸入空気量）が所定値Ａよりも大きくなった場合に、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側に制御する。また、運転者のアクセル操作によって要求吸入空気量が増加して所定値Ｂよりも大きくなった場合にも、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側に制御する。これにより、要求吸入空気量が大きい場合でもＴＣＶ３３の開き側制御によってポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制する。
【００２５】
一方、ＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａ以下で、且つ、要求吸入空気量が所定値Ｂ以下の場合には、エンジン始動後の経過時間（暖機状態の情報）に応じてＴＣＶ３３の開度を設定する。この際、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定する。これにより、暖機が進むに従って要求吸入空気量が減少するのに対応してＴＣＶ３３の開度を閉じ側に制御して燃焼状態の改善効果を大きくしてエンジン始動後の燃費を向上させる。
【００２６】
以上説明した本実施例のＴＣＶ制御は、ＥＣＵ２８によって図２のＴＣＶ制御ルーチンに従って実行される。以下、このプログラムの処理内容を説明する。
【００２７】
図２に示すＴＣＶ制御ルーチンは、ＥＣＵ２８の電源オン中（例えばイグニッションスイッチのオン後）に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう気流制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン１１を始動させるためのスタータ（図示せず）がオンされたか否かを判定し、まだスタータがオンされていなければ、エンジン始動前であると判断して、ステップ１０２に進み、図３に示す始動時ＴＣＶ開度のマップを参照して、現在（つまりエンジン始動前）の冷却水温（冷機状態の情報）に応じたＴＣＶ３３の開度を設定する。図３に示す始動時ＴＣＶ開度のマップは、エンジン始動前の冷却水温が低くなるほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定されている。これにより、エンジン１１の温度が低くなるほど噴射燃料の霧化性が低下するのに対応して、ＴＣＶ３３の開度を閉じ側に制御して気流強度を強くするようにしている。尚、冷却水温に代えて、吸気温、外気温、油温等のエンジン始動前の冷機状態の情報となるパラメータを用いるようにしても良い。
【００２８】
この後、ステップ１０３に進み、エンジン始動後所定時間内であるか否かを、エンジン始動後の経過時間が所定値（例えば３００ｓ）以下であるか否かによって判定し、エンジン始動後所定時間内であると判定されれば、ステップ１０４に進み、アイドル運転中に触媒暖機制御（点火時期遅角）又は電気負荷増大（例えばエアコンのオン）によって、ＩＳＣ要求吸入空気量が増加して所定値Ａよりも大きくなったか否かを判定する。ここで、所定値Ａは、触媒暖機制御時や電気負荷増大時にアイドル回転速度を通常よりも高くするアイドルアップ制御時に設定される目標アイドル回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）よりも低い回転速度で且つ通常の目標アイドル回転速度よりも高い回転速度に相当する吸入空気量に設定されている。
【００２９】
このステップ１０４で、アイドル運転中に触媒暖機制御又は電気負荷増大によってＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａよりも大きくなったと判定された場合には、ステップ１０６に進み、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側（例えば３０°）に制御する。これにより、ポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制する。
【００３０】
一方、上記ステップ１０４で、ＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａ以下であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、アクセル操作によって要求吸入空気量が増加して所定値Ｂよりも大きくなったか否かを判定する。ここで、所定値Ｂは、低負荷運転領域の上限側吸入空気量に設定されている。
【００３１】
このステップ１０５で、アクセル操作によって要求吸入空気量が所定値Ｂよりも大きくなったと判定された場合には、ステップ１０６に進み、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側（例えば３０°）に制御する。これにより、ポンピングロスの増加を抑制して燃費の悪化を抑制する。
【００３２】
また、上記ステップ１０４でＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａ以下であると判定され、且つ、上記ステップ１０５で要求吸入空気量が所定値Ｂ以下であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、図４に示す始動後ＴＣＶ開度のマップを参照して、エンジン始動後の経過時間（暖機状態の情報）に応じたＴＣＶ３３の開度を設定する。図４に示す始動後ＴＣＶ開度のマップは、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定されている。これにより、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むに従って要求吸入空気量が減少するのに対応してＴＣＶ３３の開度を閉じ側に制御して燃焼状態の改善効果を大きくするようにしている。尚、エンジン始動後の経過時間に代えて、冷却水温、油温等のエンジン１１の暖機状態の情報となるパラメータを用いるようにしても良い。
【００３３】
また、エンジン１１の高温再始動後にＴＣＶ３３の開度制御を禁止してＴＣＶ３３の開度を始動時の開度に維持するようにしても良い。エンジン１１が高温再始動された場合には、触媒暖機制御（点火時期遅角）がほとんど実行されず、触媒暖機制御による要求吸入空気量の増加によるポンピングロスの影響がほとんどないため、ＴＣＶ３３を開き側に制御する必要は無いと判断して、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度（閉じ側）に維持することで燃焼状態を改善して燃費を向上させることができる。尚、エンジン１１の高温再始動後に電気負荷増大やアクセル操作によって要求吸入空気量が大きくなった場合にはＴＣＶ３３の開度を開き側に制御すると良い。
【００３４】
以上説明した本実施例のＴＣＶ制御の実行例を図５のタイムチャートを用いて説明する。まず、イグニッションスイッチがオンされてＥＣＵ２８の電源がオンされた時点ｔ1 で、エンジン始動前の冷却水温に応じてＴＣＶ３３の開度を設定する。この際、エンジン始動前の冷却水温が低くなるほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定する。
【００３５】
この後、エンジン始動後のアイドル運転中に触媒暖機制御（点火時期遅角）又は電気負荷増大（例えばエアコンのオン）によってＩＳＣ要求吸入空気量が所定値Ａよりも大きくなった時点ｔ2 で、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側（例えば３０°）に制御する。
【００３６】
この後、ＩＳＣ要求吸入空気量が減少して所定値Ａ以下になった時点ｔ3 で、エンジン始動後の経過時間に応じてＴＣＶ３３の開度を設定する。この際、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるように設定する。
【００３７】
この後、アクセル操作によって要求吸入空気量が所定値Ｂよりも大きくなった時点ｔ4 で、再びＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側（例えば３０°）に制御する。
この後、要求吸入空気量が減少して所定値Ａ以下になった時点ｔ5 で、再びエンジン始動後の経過時間に応じてＴＣＶ３３の開度を設定する。
【００３８】
以上説明した本実施例では、エンジン始動後のアイドル運転中に触媒暖機制御又は電気負荷増大によってＩＳＣ要求吸入空気量が大きくなったときやアクセル操作によって要求吸入空気量が大きくなったときに、ＴＣＶ３３の開度を始動時の開度よりも開き側に制御するようにしたので、要求吸入空気量が大きい場合でもＴＣＶ３３の開き側制御によってポンピングロスの増加を抑制することができ、ポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制することができる。そして、触媒暖機制御又は電気負荷増大によるＩＳＣ要求吸入空気量の増加がない場合やアクセル操作による要求吸入空気量の増加がない場合には、エンジン始動後の経過時間が長くなって暖機が進むほどＴＣＶ３３の開度が閉じ側になるようにしたので、暖機が進むに従って要求吸入空気量が減少するのに対応してＴＣＶ３３の開度を閉じ側に制御して燃焼状態の改善効果を大きくして燃費向上効果を大きくすることができる。このような制御により、エンジン始動後にポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制して始動後の燃費を十分に向上させることができる。
【００３９】
尚、上記実施例では、筒内にタンブル流（縦方向の吸気旋回流）を発生させるタンブル制御弁を備えたシステムに本発明を適用したが、筒内にスワール流（横方向の吸気旋回流）を発生させるスワール制御弁を備えたシステムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】ＴＣＶ制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】始動時ＴＣＶ開度のマップの一例を示す図である。
【図４】始動後ＴＣＶ開度のマップの一例を示す図である。
【図５】本実施例のＴＣＶ制御の実行例を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角センサ、２８…ＥＣＵ（気流制御手段，触媒暖機制御手段）、３３…タンブル制御弁（気流制御弁）
【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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