(57)【要約】    【課題】  吸気通路６に吸気流動制御弁１４を備え、運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強めるように、目標開度を設定し、これに基づいて開度を制御する場合に、運転領域の変更によるＥＧＲ率の変化に対し、的確に制御する。    【解決手段】  運転領域の変更により目標開度が変更されたときに、目標開度の変更量に応じて、実際の開度を変更するディレイ時間を設定し、このディレイ時間分遅らせて、吸気流動制御弁の開度を制御する。具体的には、目標開度の変更量が全閉方向に大きいほどディレイ時間を短く設定し、目標開度の変更量が全開方向に大きいほどディレイ時間を長く設定する。【選択図】  図１
2008025548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に吸気流動制御弁を備え、運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強めるように、目標開度を設定し、これに基づいて吸気流動制御弁の開度を制御する内燃機関の吸気流動制御装置において、
運転領域の変更により目標開度が変更されたときに、目標開度の変更量に応じて、実際の開度を変更するディレイ時間を設定する手段を備え、このディレイ時間分遅らせて、吸気流動制御弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項２】
前記吸気流動制御弁の目標開度は、運転領域に応じて、ＥＧＲ率大の領域で、全閉側、ＥＧＲ率小の領域で、全開側に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項３】
前記ディレイ時間設定手段は、目標開度の変更量が全閉方向に大きいほどディレイ時間を短く設定し、目標開度の変更量が全開方向に大きいほどディレイ時間を長く設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の吸気流動制御装置。
【請求項４】
運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強めるように、吸気通路に設けた吸気流動制御弁の目標開度を設定し、これに基づいて吸気流動制御弁の開度を制御するに際し、
運転領域の変更により目標開度が変更されたときに、目標開度の変更量に応じて、実際の開度を変更するディレイ時間を設定し、このディレイ時間分遅らせて、吸気流動制御弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関の吸気流動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の吸気流動（スワール流及び／又はタンブル流）を制御する内燃機関の吸気流動制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、吸気通路に吸気流動制御弁（スワール制御弁、タンブル制御弁）を備え、その開度（閉度）を制御することで、燃焼室内に、吸気流動として、スワール流を生成するもの（特許文献１）や、タンブル流を生成するもの（特許文献２）が知られている。
【特許文献１】特開２０００−０７３８４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、吸気流動制御弁の開度制御に際しては、運転領域に応じて、ＥＧＲ（排気還流）率が大きい領域ほど、吸気流動を強めるように、全閉側に制御する。これは、ＥＧＲ率の増大に伴う燃焼悪化に対し、吸気流動を強めることで、燃焼安定性を確保するためである。
しかしながら、運転領域が変更されて、目標ＥＧＲ率が変更されても、実際のＥＧＲ率が変更されるまでには、時間遅れがあるので、運転領域の変更と同時に吸気流動制御弁の開度を変更すると、ＥＧＲ率と吸気流動制御弁の開度とが好適に対応せず、例えば、ＥＧＲ率大→小の変更時に、まだ実際のＥＧＲ率が大きいにもかかわらず吸気流動が減少して、燃焼悪化を生じるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、運転領域の変更に対し、吸気流動制御弁の開度を好適に制御できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、吸気通路に吸気流動制御弁を備え、運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強めるように、目標開度を設定し、これに基づいて吸気流動制御弁の開度を制御する場合に、運転領域の変更により目標開度が変更されたときに、目標開度の変更量に応じて、実際の開度を変更するディレイ時間を設定し、このディレイ時間分遅らせて、吸気流動制御弁の開度を制御する構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、目標開度の変更量に応じて、実際の開度の変更するディレイ時間を設定することにより、運転領域の変更の態様に応じた適切なタイミングで吸気流動制御弁の開度を変更制御でき、ＥＧＲ率と吸気流動制御弁の開度とを好適に対応させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）の燃焼室回りの構成図である。
エンジンにおいては、シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３によって、各気筒の燃焼室４が画成されている。
燃焼室４は、吸気弁５を介して吸気通路６と接続され、また、排気弁７を介して排気通路８と接続されている。
【０００８】
吸気通路６には、比較的上流側で全気筒の集合位置に吸入空気量を制御する電制スロットル弁９が設けられ、比較的下流側で各気筒への分岐後の位置に各気筒ごとに燃料噴射弁１０が設けられている。燃料噴射弁１０は、吸気弁５の傘裏部へ向けて燃料を噴射するようになっている。尚、燃焼室内に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁を設けてもよい。
燃焼室４には、点火プラグ１１が設けられ、空気と燃料との混合気を着火・燃焼させるようになっている。
【０００９】
排気通路８には、排気浄化触媒（図示せず）が設けられる他、触媒上流から排気の一部を導いて吸気通路６へ還流するＥＧＲ通路１２が設けられ、このＥＧＲ通路１２にはＥＧＲ制御弁１３が介装されている。
また、吸気通路６には、燃料噴射弁１０より上流側に、各気筒ごとに、片持ちフラップ型の吸気流動制御弁１４が設けられ、必要により、その下流側に、吸気通路６を複数の通路に仕切る仕切壁（整流板）１５が設けられている。尚、吸気流動制御弁（弁体）１４は各気筒ごとに設けられるが、弁軸１４ａは共通で、単一のモータにより駆動される。
【００１０】
吸気流動制御弁１４は、吸気通路壁面（底面）に沿って倒伏した全開位置（格納位置）から、弁軸１４ａ回りに回動して、起立することで、吸気通路断面の一部を遮蔽することができる。このときの吸気流動制御弁１４の起立角度は任意に制御でき、前記全開位置と、先端部が弁軸１４ａとは反対側の吸気通路壁面（天井面）近傍に達する全閉位置との間で、任意に中間位置をとることができ、各位置で、様々な強度の吸気流動を生起することができる。全開位置及び全閉位置に対してはこれらを規制するストッパ（図示せず）が設けられる。
【００１１】
尚、本実施形態では、吸気流動として、縦渦と横渦とを合成させた斜め方向の渦であるタンブル・スワール流を生成するものとする。従って、吸気流動制御弁１４をタンブル・スワール・コントロールバルブ（ＴＳＣＶ）ともいう。
図２は制御系の構成図である。
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ１０４、双方向バス１０５、入力インターフェース１０６及び出力インターフェース１０７を含んで構成されている。
【００１２】
入力インターフェース１０６には、エンジンキースイッチ（イグニッションスイッチ、スタートスイッチを含む）２１、クランク角センサ２２、アクセル開度センサ（アイドルスイッチを含む）２３、エアフローメータ２４、水温センサ２５、吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）の開度センサ２６等が接続されている。
出力インターフェース１０７には、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０、点火プラグ１１、ＥＧＲ制御弁１３、吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）１４等が適宜の駆動回路を介して接続されている。
【００１３】
ここにおいて、ＥＣＵ２０により、予め定められたプログラムの下、各種センサの検出情報に従って、電制スロットル弁９の開度、燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び噴射量、点火プラグ１１の点火時期、ＥＧＲ制御弁１３の開度、吸気流動制御弁１４の開度などが制御される。
ＥＧＲ制御弁１３の開度制御については、運転領域（エンジン回転数及び負荷）に応じて、ＮＯｘ排出量低減等のため、目標ＥＧＲ率を定めたマップを有し、このマップに従って、目標ＥＧＲ率を達成するようにＥＧＲ制御弁１３の開度を制御する。
【００１４】
吸気流動制御弁１４の開度制御については、運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強化して燃焼安定性を確保するように、目標開度を定めたマップを有し、このマップに従って、目標開度を達成するように吸気流動制御弁１４の開度を制御する。より詳しくは、開度センサ２６を用いて実開度を検出しつつ、実開度が目標開度に一致するように、モータを駆動して、フィードバック制御する。
【００１５】
図３は運転領域に応じた吸気流動制御弁の目標開度マップを例示したものである。運転領域は、エンジン回転数と負荷（例えば燃料噴射量Ｔｐ）とにより規定している。目標開度は、この例では、１〜５のレベルで表し、「１」が全開、「５」が全閉であり、数値が大きくなるほど、閉じ側（吸気流動強化側）となっている。具体的には、ＥＧＲ率の大きい領域で吸気流動を強める（全閉側にする）よう、中回転・中負荷領域で、目標開度を閉じ側（３〜５）としてある。その一方、低回転・低負荷領域や高回転・高負荷領域で、目標開度を全開側（１〜２）としている。尚、ＥＧＲ率マップについては、図３と同様であり、図３の数値の大きい領域でＥＧＲ率が大きくなっている。
【００１６】
次にＥＣＵ２０により実行される図４の吸気流動制御ルーチンのフローチャートについて説明する。
Ｓ１では、イグニッションスイッチがＯＮになったか否かを判定し、ＯＮになった場合にＳ２へ進む。
Ｓ２では、アイドルスイッチがＯＮ（アイドル状態）か否かを判定する。また、アイドル状態でない場合は、Ｓ３へ進み、アクセル開度ＡＰＯが設定値以上か否かを判定する。
【００１７】
これらの判定の結果、アイドル状態の場合と、アイドル状態ではないが、アクセル開度ＡＰＯが比較的小さい場合は、Ｓ４へ進み、冷機始動時の燃焼性能向上のため、吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）を全閉に制御する。すなわち、目標開度ｔTSCV＝５（全閉）に設定して制御する。
一方、アクセル開度ＡＰＯが比較的大きい場合、言い換えれば加速要求がある場合は、Ｓ５へ進み、出力性能向上のため、吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）を全開に制御する。すなわち、目標開度ｔTSCV＝１（全開）に設定して制御する。
【００１８】
Ｓ４又はＳ５の後は、Ｓ６で、始動（スタートスイッチＯＮ）から所定時間（例えば５秒）経過したか否かを判定し、経過していない場合は、Ｓ２へ戻る。経過した場合は、マップ制御に移行すべく、Ｓ７へ進む。
Ｓ７では、現在の運転領域、すなわちエンジン回転数と負荷（燃料噴射量）を検出し、図３のマップより、現在の運転領域に対応する吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）の目標開度ｔTSVCを設定する。既に述べたように、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強める（閉じ側とする）ように、目標開度ｔTSCVを設定する。
【００１９】
Ｓ８では、今回の目標開度（Ｓ７で今回設定された目標開度）ｔTSCVから、前回の目標開度（Ｓ７で前回設定された目標開度、初めての時はＳ４あるいはＳ５で設定された目標開度）ｔTSCVを減算して、目標開度の変更量ＤＩＦＦを算出する。
変更量ＤＩＦＦ＝今回ｔTSCV−前回ｔTSCV
尚、変更量ＤＩＦＦがプラス側のときは、全閉方向の変更要求、変更量ＤＩＦＦがマイナス側のときは、全開方向の変更要求ということになる。
【００２０】
Ｓ９では、変更量ＤＩＦＦ＝０（変更無し）か否かを判定し、変更無しの場合は、Ｓ１３へ進む。ＤＩＦＦ≠０（変更有り）の場合は、Ｓ１０へ進む。
Ｓ１０では、図５のテーブルを参照し、変更量ＤＩＦＦより、実際の開度を変更するディレイ時間を設定する。
図５は目標開度変更量（運転領域変化）に応じたディレイ時間テーブルを例示したものである。
【００２１】
ここで、目標開度変更量がプラス側に大きいほど（全閉方向に大きいほど）、ディレイ時間を短く設定する。この場合は、ＥＧＲが少→多に変化する場合であり、ＥＧＲが多くなったときに吸気流動が強化されていないと、燃焼悪化を生じるので、早めに吸気流動を強化すべく、ディレイ時間を短く設定し、ＥＧＲ率が増大する前に、余裕をもって、吸気流動を強化するように制御するのである。
【００２２】
また、目標開度変更量がマイナス側に大きいほど（全開方向に大きいほど）、ディレイ時間を短く設定する。この場合は、ＥＧＲが多→少に変化する場合であり、ＥＧＲがまだ多く残っているときに吸気流動が減少してしまうと、燃焼悪化を生じるので、吸気流動の減少をより遅らせべく、ディレイ時間を長く設定して、ＥＧＲ率が確実に減少した後に、吸気流動を弱めるように制御するのである。
【００２３】
Ｓ１１では、Ｓ１０で設定したディレイ時間が経過したか否かを判定し、経過した時点で、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、Ｓ７で設定した目標開度ｔTSCVとなるように、吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）を駆動する。
Ｓ１３では、イグニッションスイッチがＯＦＦになったか否かを判定し、ＯＦＦでなければ、Ｓ７へ戻る。ＯＦＦになった場合は、Ｓ１４へ進む。
【００２４】
Ｓ１４では、開度センサ２６の全開全閉出力学習（全開出力及び全閉出力の学習）を行い、学習終了後に処理を終了する。
この全開全閉出力学習について説明する。
吸気流動制御弁を任意の目標開度（中間開度）に制御する場合、吸気流動制御弁の開度に応じた信号を出力する開度センサを用いて、実開度を検出しつつ、目標開度へフィードバック制御する。
【００２５】
開度センサの出力から実開度を検出する場合は、全閉位置での出力である全閉出力と全開位置での出力である全開出力とを予め学習し、これらに基づいて補正することで、検出精度を向上できる。
このため、エンジン始動時（イグニッションスイッチＯＮ時；厳密にはクランキング前）に、強制的に全閉位置と全開位置とに制御して、全閉出力と全開出力とを学習するのが望ましい。
【００２６】
しかし、エンジン始動時には、エンジン要求から、吸気流動を強化すべく、全閉位置に制御する必要（フローチャートで説明したように、加速要求有りのときは全開位置に制御する必要）があり、イグニッションスイッチＯＮと同時に全閉位置（あるいは全開位置）に制御して待機する必要があるので、一方の学習はできるが、他方の学習はできない。
そこで、本実施形態では、エンジン停止時に、吸気流動制御弁を全開位置に強制的に制御して、全開出力を学習し、次いで、全閉位置に強制的に制御して、全閉出力を学習し、学習結果をバックアップＲＡＭに記憶保持するのである。尚、先に全閉出力の学習を行い、次に全開出力の学習を行っても良く、順番はどちらを先にしてもよい。
【００２７】
以上説明したように、運転領域に応じて、ＥＧＲ率が大きい領域ほど吸気流動を強めるように、吸気流動制御弁の目標開度を設定し、これに基づいて吸気流動制御弁の開度を制御する場合に、運転領域の変更により目標開度が変更されたときに、目標開度の変更量に応じて、実際の開度を変更するディレイ時間を設定し、このディレイ時間分遅らせて、吸気流動制御弁の開度を制御することにより、運転領域の変更の態様に応じた適切なタイミングで吸気流動制御弁の開度を変更制御でき、ＥＧＲ率と吸気流動制御弁の開度とを好適に対応させることが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、吸気流動制御弁の目標開度は、運転領域に応じて、ＥＧＲ率大の領域で、全閉側、ＥＧＲ率小の領域で、全開側に設定することにより、ＥＧＲ率の増大による燃焼悪化を吸気流動の強化で確実に回避することができる。
また、本実施形態によれば、前記ディレイ時間の設定に関しては、目標開度の変更量が全閉方向に大きいほどディレイ時間を短く設定し、目標開度の変更量が全開方向に大きいほどディレイ時間を長く設定することにより、ＥＧＲが少→多に変化する場合に、ＥＧＲ率が増大する前に、余裕をもって、吸気流動を強化することができ、逆に、ＥＧＲが多→少に変化する場合は、ＥＧＲ率が確実に減少した後に、吸気流動を弱めるように制御することができる。これにより、ＥＧＲが多いにもかかわらず、吸気流動が減少してしまう事態を確実に回避できる。
【００２９】
尚、上記の実施形態では、吸気流動制御弁の目標開度の変更時に、ディレイ時間分遅らせて、開度を制御する際、図６（ａ）に示すように、目標開度の変更からディレイ時間経過後に吸気流動制御弁の駆動を開始したが、図６（ｂ）に示すように、目標開度の変更から、ディレイ時間の間、吸気流動制御弁を緩速度で駆動し、ディレイ時間経過時点で目標開度が達成できるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン燃焼室回りの構成図
【図２】制御系の構成図
【図３】運転領域に応じた吸気流動制御弁の目標開度マップを示す図
【図４】吸気流動制御ルーチンのフローチャート
【図５】運転領域変化（目標開度変更量）に応じたディレイ時間テーブルを示す図
【図６】他の実施形態の説明図
【符号の説明】
【００３１】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
３  ピストン
４  燃焼室
５  吸気弁
６  吸気通路
７  排気弁
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  電制スロットル弁
１１  点火プラグ
１２  ＥＧＲ通路
１３  ＥＧＲ制御弁
１４  吸気流動制御弁（ＴＳＣＶ）
１５  仕切壁
２０  ＥＣＵ
【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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【図６】
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