(57)【要約】【課題】フューエルカット復帰時において発生する出力トルクを抑制しつつ燃焼を安定化させてトルク変動を軽減させる内燃機関の吸排気弁制御装置を提供する。【解決手段】機関運転中のフューエルカット状態から燃料供給を再開すべき場合であって機関出力トルク要求がない場合に、機関通常運転時の吸排気弁開弁時期に比べて排気弁開弁時期を進角させると共に吸気弁開弁時期を遅角させるように制御する吸排気弁制御装置を提供する。【選択図】図１
2008280915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転中のフューエルカット状態から燃料供給を再開すべき場合であって機関出力トルク要求がない場合に、機関通常運転時の吸排気弁開弁時期に比べて排気弁開弁時期を進角させると共に吸気弁開弁時期を遅角させるように制御することを特徴とする吸排気弁制御装置。
【請求項２】
機関出力トルク要求があった場合に吸排気弁ベースで制御することを特徴とする請求項１に記載の吸排気弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸排気弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、減速運転時（スロットルバルブ全閉時）に予め定められた第１の回転数以上に機関回転数が上昇している場合に燃費の向上のために行われる燃料供給停止、いわゆるフューエルカット中において、予め定められた第２の回転数以下に機関回転数が低下した場合に、電子制御装置（ＥＣＵ）によって燃料供給再開、すなわちフューエルカット復帰が行われる。フューエルカットは、上記以外にも、機関排気や触媒が高温になりすぎた場合等、機関保護が必要な場合にも行われる。このような場合には、それぞれフューエルカット条件が成立しなくなった場合にフューエルカットからの復帰が行われる。
【０００３】
その復帰の際に発生するトルク変動が運転者に不快なショックとして体感されるが、そのトルク変動を軽減するために、点火時期を出力及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ）よりも遅角させることが一般的である。さらにこれと併せて排気弁開弁時期を、膨張行程の後期（ＢＤＣ付近）から初期（ＴＤＣ付近）の間に進角させ、加速運転時の排気弁開弁時期よりも早めることによって、発生するトルクを抑制することによって体感されるショックを軽減させることが公知である（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、点火時期を遅角させると失火してしまうことがあり、又失火しなくとも圧縮上死点付近における燃焼の後で燃焼室内に残った未燃ガスが燃焼する、いわゆる後燃えによる燃焼変動が大きくなり、排出ガスが燃焼時の高温のまま排気されることによって触媒が高温となって劣化してしまうという問題がある。更に、排気弁開弁時期を進角させると膨脹期間が短くなり、そのため、後述するような燃焼変動による筒内圧変動が大きくなるという問題も発生する。これら大きな筒内圧変動の増加は結果としてトルク変動の増加となり、体感されるショックの増大となる。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、フューエルカット復帰時において発生する出力トルクを抑制しつつ燃焼を安定化させてトルク変動を軽減させる内燃機関の吸排気弁制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、機関運転中のフューエルカット状態から燃料供給を再開すべき場合であって機関出力トルク要求がない場合に、機関通常運転時の吸排気弁開弁時期に比べて排気弁開弁時期を進角させると共に吸気弁開弁時期を遅角させるように制御することを特徴とする吸排気弁制御装置が提供される。排気弁開弁時期を進角させることによって膨脹期間が短くなり、そのため仕事として回収されるエネルギーが減少し、結果として発生するトルクが軽減する。しかし、排気弁開弁時期の進角の影響として後述のように燃焼変動が大きくなり、そのためトルク変動が大きくなってしまう。従って、これと併せて吸気弁開弁時期を遅角させると、燃焼室内の負圧が増大した状態となるため、空気と燃料との混合が促進されることによって燃焼が安定化し、トルク変動も軽減される。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、機関出力トルク要求があった場合に吸排気弁ベースで制御することを特徴とする吸排気弁制御装置が提供される。機関出力トルク要求があった場合に、後述するような通常時の吸排気弁制御である吸排気弁ベースで吸排気弁を制御することによって、軽減された機関出力トルクが回復される。
【発明の効果】
【０００９】
各請求項に記載の発明によれば、フューエルカット復帰時において発生するトルクの出力を抑制しつつ燃焼を安定化させてトルク変動を軽減させるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ１５と、ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７とが配置される。また、吸気ポート７内には吸気ポート７内に燃料を噴射する電気制御式の燃料噴射弁１８が配置される。燃料噴射弁１８は燃料蓄圧室すなわちデリバリパイプ１９と、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２０とを介して燃料タンク２１に連結される。更に、吸気弁６及び排気弁８には、それらの開弁動作を変更する可変動弁機構２２，２３がそれぞれ設けられる。ここで、開弁動作は例えばリフト量、開弁期間（作用角）及び開弁開始時期のうち一つ又は複数によって定められ、本実施形態の機構は公知のいずれの機構も使用可能であるため詳述はしない。一方、排気ポート９は排気マニホルド３０を介して小容量の補助触媒３１に連結され、補助触媒３１は排気管３２を介して大容量の主触媒３３に連結され、主触媒３３は排気管３４に連結される。排気管３２には空燃比を検出するための空燃比センサ３５が取り付けられ、排気管３４には排気ガスの温度を検出することによって主触媒３３の温度を検出する触媒温度センサ３６が取り付けられる。機関本体１には機関冷却水温を検出するための水温センサ３７が取り付けられている。
【００１１】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量を検出するための負荷センサ５０が接続される。ここで、アクセルペダル４９の踏み込み量は要求負荷を表している。エアフローメータ１５、空燃比センサ３５、排気温センサ３６、水温センサ３７、及び負荷センサ５０の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。ＣＰＵ４４ではクランク角センサ５１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４６は対応する駆動回路４８を介して点火栓１０、ステップモータ１６、燃料噴射弁１８、燃料ポンプ２０及び可変動弁機構２２，２３にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいて制御される。
【００１２】
図２は図１の内燃機関の燃料供給制御操作を示している。この操作はＥＣＵにより予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。図２を参照すると、まずステップ１００でフューエルカット中であるか否かが判定される。フューエルカット中ではないとき、すなわち燃料供給が行われているときにはステップ１０１に進み、フューエルカットを実施するための条件が成立しているか否かが判定される。フューエルカットの実施条件とは、例えば前述したように減速運転中であり且つ機関回転数が所定値以上の場合の他、機関排気温度や触媒温度が所定温度以上に上昇したため排気系や触媒を保護する必要がある場合、車速が所定速度を超えたためスピードリミッタが作動した場合等がある。フューエルカットの実施条件が成立しているときにはステップ１０３に進んでフューエルカットを行い、フューエルカットの実施条件が成立していないときには、ステップ１０２に進んで燃料供給を継続する。そしてルーチンを終了する。
【００１３】
一方、ステップ１００においてフューエルカットが既に行われているときにはステップ１０４に進み、フューエルカットを停止するための条件が成立しているか否かが判定される。フューエルカットの停止条件とは、前述の機関回転数の例でいうと、第１の回転数より低い予め定められた第２の回転数以下に機関回転数が低下した場合の他、例えば触媒温度が過度に低下した場合、前述の排気系保護やスピードリミッタ作動等の条件が解除された場合等である。フューエルカットの停止条件が成立していないときにはステップ１０３に進んでフューエルカットを継続し、フューエルカットの停止条件が成立しているときにはステップ１０５に進んで、後の吸排気弁制御操作において本願発明の吸排気弁制御を行うための判定に使用する吸排気弁制御フラグＸＣに１をセットした後、ステップ１０２に進んで燃料供給を再開する。そしてルーチンを終了する。
【００１４】
図３は図１の内燃機関の吸排気弁制御操作を示している。この操作もＥＣＵにより予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。図３を参照すると、まずステップ１１０で機関出力トルク要求があるか否か、すなわちアクセルが踏み込まれているか否かが判定される。機関出力トルク要求があるときには本願発明の吸排気弁制御を行うことはないためステップ１１１に進み、通常の吸排気弁制御である、後述するような吸排気弁ベースによって吸排気弁制御を行うべく、吸排気弁制御フラグＸＣに０をセットする。そしてルーチンを終了する。
【００１５】
一方、ステップ１１０において機関出力トルク要求がないときにはステップ１１３に進み、前述のようにセットされた吸気排気弁制御フラグＸＣが１か否かが判定される。ＸＣ≠１のときにはステップ１１２に進み、吸排気弁ベースによって吸排気弁制御を行い、ＸＣ＝１のときにはステップ１１４に進んで後述するような本発明による吸気弁遅開き且つ排気弁早開きによって吸排気弁制御を行う。そしてルーチンを終了する。
【００１６】
図４は図１の内燃機関において、トルク変動を軽減させるために出力及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ）よりも遅角させた点火時期で、同一諸元により機関を複数サイクル回転させたクランク角に対する筒内圧の挙動を重ねて示している。圧縮上死点付近で燃焼して最高筒内圧を示した後にＰａで示される筒内圧のピークは後燃えによるものである。その筒内圧挙動と併せて、そのクランク角に対する吸気弁（ＩＶ）及び排気弁（ＥＶ）の開弁期間を直線によって開弁時期（○）及び閉弁時期（×）と共に示している。
【００１７】
（ａ）は、例えば、機関加速運転中等の通常時の吸排気弁開弁時期である吸排気弁ベースを示す。それに対して（ｂ）は、本発明による実施形態の吸排気弁開弁時期を示す。吸排気弁ベースに比べて、可変動弁機構２３によって排気弁８の開弁時期を進角させる（矢印ＥＯｍ）と共に可変動弁機構２２によって吸気弁６の開弁時期を遅角させている（矢印ＩＯｍ）。
【００１８】
まず、排気弁８の開弁時期を進角させることによって、すなわち排気弁８を早開きすることによって膨脹期間が短くなり、そのため発生するトルクが軽減される。このときの筒内圧の挙動を見ると、（ａ）に示す吸排気弁ベースにおける排気弁８の開弁時期の筒内圧は、図４に示すような同一諸元により機関を複数サイクル回転させた場合におけるいずれの機関サイクルにおいてもＰ１と略一定となっており、筒内圧変動がほとんど見られない。これは後燃えが収束しているためである。
【００１９】
一方、（ｂ）に示すように排気弁８の開弁時期を進角させると（矢印ＥＯｍ）、図４において筒内圧変動がＰ２からＰ３の範囲で大きくなっている。これは、開弁時期における後燃えの燃焼変動が増大していることを意味し、場合によっては失火してしまうことがある。そのため排気弁開弁時期までに仕事として回収されるエネルギーの変動が大きくなり、結果としてトルク変動が大きくなる。
【００２０】
一方、この燃焼変動を解消するために吸気弁６の開弁時期を遅角させることによって、すなわち吸気弁６を遅開きすることによって燃焼室５内で負圧が増大し、その状態で吸気弁６が開弁されると吸気ポート７内の空気が一気に燃焼室５内に流入する。その結果、燃焼室５内に大きな乱れが形成され、燃焼室５内における空気と燃料との混合が促進されることによって燃焼が安定化する。すなわち、図２の筒内圧挙動においてΔで示されるように後燃えによる筒内圧のピークＰａの分散が小さくなり、そのため開弁時期までに仕事として回収されるエネルギーの変動による筒内圧変動が軽減される。従ってトルク変動も軽減される結果となる。
【００２１】
以上より、フューエルカット復帰時において、吸排気弁ベースに比べて排気弁の開弁時期を早め且つ吸気弁の開弁時期を遅くなるよう吸排気弁の制御を行うことによって、トルクの出力を抑制しつつ燃焼を安定化させてトルク変動を軽減させるという効果が実現できる。
【００２２】
なお、図４（ｂ）を用いて説明した実施形態において、吸排気弁ベースに比べて排気弁の開弁期間を長くしたが、（ｃ）に示すように、排気弁の閉弁時期も開弁時期の進角と同様に進角させ（矢印ＥＣｍ）、吸排気弁の開弁期間が不変となるようにしてもよい。そのような場合には可変動弁機構がより簡略化できる。また、点火時期はいつでも良いが、前述した従来から行われているように、ＭＢＴより遅角させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】本発明による実施形態の燃料供給制御操作を示すフローチャートである。
【図３】本発明による実施形態の吸排気弁制御操作を示すフローチャートである。
【図４】クランク角に対する筒内圧の挙動及び吸排気弁の開閉動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    機関本体
６    吸気弁
８    排気弁
２２，２３    可変動弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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