(57)【要約】【課題】内燃機関において、排気系に付着した粒子状物質を除去することができる技術を提供する。【解決手段】少なくとも排気弁のリフト量を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関であって、内燃機関の運転状態に応じて前記排気弁の基準のリフト量を決定する排気弁リフト量決定手段と、排気弁のリフト量を前記排気弁リフト量決定手段により決定されるリフト量よりも所定の期間毎に小さくする排気弁リフト量変更手段と、を備える。【選択図】図３
2008202524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも排気弁のリフト量を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気弁の基準のリフト量を決定する排気弁リフト量決定手段と、
前記排気弁のリフト量を前記排気弁リフト量決定手段により決定されるリフト量よりも所定の期間毎に小さくする排気弁リフト量変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排気弁リフト量変更手段により前記排気弁のリフト量を小さくするときに、該排気弁のリフト量を小さくする前よりも前記内燃機関の吸入空気量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記可変動弁機構は吸気弁の作用角を変更し、
前記排気弁リフト量変更手段により前記排気弁のリフト量を小さくするときに、該排気弁のリフト量を小さくする前よりも前記吸気弁の作用角を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
排気系に付着する粒子状物質の量を推定する粒子状物質付着量推定手段をさらに備え、
前記粒子状物質付着量推定手段により推定される粒子状物質が閾値以上となったときに排気弁のリフト量を小さくすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項５】
内燃機関の低回転低負荷時に排気弁のリフト量を小さくすることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関。
【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】
吸気系にデポジットが付着していると、該デポジットに燃料が付着することにより空燃比がリーンとなることがある。これに対し、可変バルブタイミング機構の進角速度を遅延させることにより、加速時等の体積効率が急激に増加するときであっても空燃比を追随させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０９−３０３１６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２７１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９３０２号公報
【特許文献４】特開２００６−２９１７４７号公報
【特許文献５】特許第２７２２１６１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、排気系に煤等の粒子状物質（ＰＭ）が付着して、それが固着してしまうと、そのＰＭを取り除くことが困難となる。そして、排気系にＰＭが厚く堆積すると、このＰＭが断熱材となり排気が冷却され難くなる。そのため、排気の温度が高いまま流通することになり、背圧が高くなる。また、排気ポート等の通路面積が小さくなるため、これによっても背圧が高くなる。このように背圧が高くなると、内燃機関の高回転高負荷運転時のような排気の量が多いときに、内燃機関の充填効率が低下するため、機関出力が低下してしまう。
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関において、排気系に付着した粒子状物質を除去することができる技術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】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、
少なくとも排気弁のリフト量を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気弁の基準のリフト量を決定する排気弁リフト量決定手段と、
前記排気弁のリフト量を前記排気弁リフト量決定手段により決定されるリフト量よりも所定の期間毎に小さくする排気弁リフト量変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
排気弁のリフト量を小さくすることで、気筒内から排気ポートへ流れる排気の流速をより速くすることができる。そして、排気の流速を速くすることで、排気系に付着した粒子状物質を吹き飛ばすことができる。前記所定の期間とは、排気系に付着した粒子状物質が固着する前としても良い。つまり、粒子状物資が固着すると排気の流速を速くしても吹き飛ばすことが困難となるため、そうなる前に排気の流速を速くする。
【０００７】
排気弁リフト量決定手段は、内燃機関に要求されるトルクや排気性能等に応じて基準となるリフト量を決定する。この基準となるリフト量は、排気系に付着した粒子状物質を除去するとき以外に用いられる。排気系に付着している粒子状物質を除去するときには、排気弁のリフト量を基準となるリフト量よりも小さくすることにより、排気ポートへ流出する排気の流速を通常よりも早くすることができる。
【０００８】
本発明においては、前記排気弁リフト量変更手段により前記排気弁のリフト量を小さくするときに、該排気弁のリフト量を小さくする前よりも前記内燃機関の吸入空気量を多くすることができる。
【０００９】
ここで、排気弁のリフト量を小さくすると、排気の効率が低下するために機関発生トルクが低下する虞がある。これに対し内燃機関の吸入空気量を増加させることにより、吸気の効率を向上させて機関発生トルクの低下を抑制することができる。
【００１０】
つまり、本発明においては、前記可変動弁機構は吸気弁の作用角を変更し、
前記排気弁リフト量変更手段により前記排気弁のリフト量を小さくするときに、該排気弁のリフト量を小さくする前よりも前記吸気弁の作用角を大きくすることができる。
【００１１】
また、吸気通路にスロットルを備えている場合には、該スロットルの開度を大きくしても良い。
【００１２】
これらにより、内燃機関の吸入空気量を増加させることができるため、排気弁のリフト量を小さくしたことによる機関発生トルクの低下を抑制できる。
【００１３】
本発明においては、排気系に付着する粒子状物質の量を推定する粒子状物質付着量推定手段をさらに備え、
前記粒子状物質付着量推定手段により推定される粒子状物質が閾値以上となったときに排気弁のリフト量を小さくすることができる。
【００１４】
排気弁のリフト量を小さくすると排気の効率が低下するため、頻繁に行なうのは好ましくない。そのため、粒子状物質が排気系にある程度付着してから排気弁のリフト量を小さくする。前記閾値は、前記所定の期間に付着する粒子状物質よりも少ない量である。
【００１５】
例えば車両の走行距離、内燃機関のアイドル運転が行われた時間、空燃比がリッチとされた時間の少なくとも１つに基づいて粒子状物質が閾値以上付着しているか否か判定しても良い。
【００１６】
本発明においては、内燃機関の低回転低負荷時に排気弁のリフト量を小さくすることができる。
【００１７】
ここで、内燃機関の高回転運転時には、排気行程の時間が短いために排気弁のリフト量を小さくすると排気を全て排出することができなくなってしまう。また、内燃機関の高負荷運転時には、排気の量が多くなるため排気弁のリフト量を小さくすると排気を全て排出することができなくなってしまう。これに対し、内燃機関の低回転低負荷時に排気弁のリフト量を小さくすることにより、排気が気筒内に残留することを抑制できる。これにより、内燃機関の性能低下を抑制できる。ただし、アイドル運転時に排気弁のリフト量を小さくすると、トルク変動が大きくなる虞があるため、このときには排気弁のリフト量を小さくすることを禁止しても良い。
【００１８】
低回転とは、内燃機関の最大回転数と最小回転数との中間よりも低い回転数としても良い。また、低負荷とは、内燃機関の最大負荷と最小負荷との中間よりも低い負荷としても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る内燃機関によれば、排気系に付着した粒子状物質を除去することができる
。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００２２】
内燃機関１には、吸気通路２が接続されている。この吸気通路２の途中には、スロットル３が設けられている。このスロットル３は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２３】
さらに、内燃機関１には吸気弁５及び排気弁６が備えられている。吸気弁５の開閉動作は吸気側アクチュエータ５０によって行われ、排気弁６の開閉動作は排気側アクチュエータ６０によって行なわれる。なお、排気弁６のリフト量を変更可能であれば他の手段により排気弁６の開閉と開閉時期の変更若しくはリフト量の変更とを行なってもよい。また、吸気弁５の開閉時期の変更やリフト量の変更は必ずしも必要ではない。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
また、ＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１２、及びクランクシャフト９の回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。そして、アクセル開度センサ１２により機関負荷が検出され、クランクポジションセンサ１３により機関回転数が検出される。
【００２６】
一方、ＥＣＵ１０には、スロットル３、吸気側アクチュエータ５０、及び排気側アクチュエータ６０が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００２７】
そして、本実施例では、所定の期間毎に排気弁６のリフト量を通常よりも小さくすることで気筒内から排気ポートへガスが排出されるときの流速を上げる（この処理を以下「ＰＭ除去処理」と称する）。これにより、排気弁６や排気ポート１６に付着している煤等のＰＭを吹き飛ばす。ここで通常は、機関回転数及び機関負荷に基づいて排気弁６のリフト量が決定される。この通常のリフト量は内燃機関に要求される出力等に応じて予め実験等により求められ、ＥＣＵ１０に記憶されている。なお、本実施例では排気弁６の通常のリフト量を決定するＥＣＵ１０が、本発明における排気弁リフト量決定手段に相当する。また、排気弁６のリフト量を通常よりも小さくするＥＣＵ１０が、本発明における排気弁リフト量変更手段に相当する。
【００２８】
しかし、排気弁６のリフト量を通常よりも小さくすると、排気の効率が低下するため、機関発生トルクが低下する虞がある。そのため、本実施例では排気弁６のリフト量を通常よりも小さくするときに、吸気弁５の開弁時間を通常よりも長くして吸気の効率を向上させることにより機関発生トルクの低下を抑制しても良い。また、吸気弁５のリフト量を通常よりも大きくして吸気の効率を向上させても良い。さらに、スロットル３の開度をより大きくして吸気の効率を向上させても良い。つまり、内燃機関１の吸入空気量をより多くすれば良い。
【００２９】
そして、ＰＭ除去処理を行なうタイミングは、排気弁６等にＰＭがある程度付着し、且つＰＭが固着する前とする。このタイミングは以下のようにして決定しても良い。
【００３０】
（１）車両の積算走行距離が所定距離以上となった場合
車両の積算距離と排気系に付着するＰＭ量とには相関関係があり、車両の積算距離が長くなるほどＰＭの付着量が多くなる。そこで、「排気弁６等にＰＭがある程度付着し、且つＰＭが固着する前」となる積算距離を予め実験等により求めて閾値として設定しておく。そして、車両の実際走行距離を積算しておき、この積算距離が閾値以上となったときにＰＭ除去処理を行なう。なお、車両の積算走行距離に基づいて排気系に付着しているＰＭ量を推定し、この推定値に基づいてＰＭ除去処理を行なっても良い。
【００３１】
（２）内燃機関１のアイドル運転の積算時間が所定時間以上となった場合
内燃機関１のアイドル運転時には空燃比のばらつきが大きく、また燃焼状態が悪化し易いため、ＰＭの発生量が多い。さらにアイドル運転時には排気の量が少ないため、排気弁６等にＰＭが付着し易い。そのため、内燃機関１のアイドル運転の積算時間と排気系に付着するＰＭ量とには相関関係があり、アイドル運転の積算時間が長くなるほどＰＭの付着量が多くなる。そこで、「排気弁６等にＰＭがある程度付着し、且つＰＭが固着する前」となるアイドル運転の積算時間を予め実験等により求めて閾値として設定しておく。そして、内燃機関１の実際アイドル運転時間を積算しておき、この積算時間が閾値以上となったときにＰＭ除去処理を行なう。なお、内燃機関１のアイドル運転の積算時間に基づいて排気系に付着しているＰＭ量を推定し、この推定値に基づいてＰＭ除去処理を行なっても良い。
【００３２】
（３）空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した積算時間が所定時間以上となった場合
空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した場合には、不完全燃焼により排気中の未燃燃料濃度が高くなる。また、空燃比がリッチとされるのは、ほとんどが高負荷運転時であり、このときには排気の量が多い。さらに坂道を登っていたり高速道路を走行していたりする場合には、リッチ空燃比が長時間続くため、大量のＰＭが発生する。このようにリッチ空燃比で運転される場合には排気弁６等にＰＭが付着し易い。そのため、空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した積算時間と排気系に付着するＰＭ量とには相関関係があり、空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した積算時間が長くなるほどＰＭの付着量が多くなる。そこで、「排気弁６等にＰＭがある程度付着し、且つＰＭが固着する前」となる積算時間を予め実験等により求めて閾値として設定しておく。そして、空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した時間を積算しておき、この積算時間が閾値以上となったときにＰＭ除去処理を行なう。なお、空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した積算時間に基づいて排気系に付着しているＰＭ量を推定し、この推定値に基づいてＰＭ除去処理を行なっても良い。
【００３３】
なお、上記（１）から（３）の場合を組み合わせて、何れかの条件が成立したときにＰＭ除去処理を行なっても良い。
【００３４】
ここで、上記（１）から（３）では、排気系に付着したＰＭの量を間接的に推定し、このＰＭ量が閾値以上となったときにＰＭ除去処理を行なっている。つまり、本実施例では車両の走行距離、内燃機関１のアイドル運転の時間、若しくは空燃比をリッチとして内燃機関１を運転した時間を積算しているＥＣＵ１０が、本発明における粒子状物質付着量推定手段に相当する。
【００３５】
そして、本実施例では内燃機関１の低回転低負荷運転時にＰＭ除去処理を行なう。
【００３６】
ここで、図２は、機関回転数と機関負荷とＰＭ除去処理を行なう運転領域との関係を示した図である。図のハッチングを施した運転領域で行なうようにしている。
【００３７】
内燃機関１の高負荷運転時には排気の量が多くなるため、排気弁６のリフト量を通常よりも小さくすると、気筒内に残留する既燃ガスの量が多くなる。また、内燃機関１の高回転運転時には、排気行程の時間が短くなるため排気弁６のリフト量を通常よりも小さくすると、気筒内に残留する既燃ガスの量が多くなる。これにより、機関発生トルクが低下する虞がある。したがって、このような運転状態のときには、ＰＭ除去処理を行なわないようにする。
【００３８】
一方、内燃機関１のアイドル運転時等のトルク変動が起こり易い運転状態のときにもＰＭ除去処理を行なわないようにしても良い。
【００３９】
ところで、フューエルカットが終了して燃料の噴射が開始された直後では、内燃機関１が低回転低負荷で運転されることが多く、さらに燃料噴射開始のトルクショックを抑制するために点火時期を遅角させたりして発生トルクを抑制している。このような場合に排気弁のリフト量を小さくしても、内燃機関１に与える影響が小さいため、このような時期に排気弁のリフト量を小さくしても良い。
【００４０】
次に図３は、本実施例によるＰＭ除去処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４１】
ステップＳ１０１では、走行距離、アイドル運転時間、リッチ空燃比とされた時間の少なくとも１つが積算される。
【００４２】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で積算された値の少なくとも１つが閾値以上となっているか否か判定される。つまり、排気弁６等にＰＭがある程度付着し、且つＰＭが固着する前となっているか否か判定される。
【００４３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４４】
ステップＳ１０３では、ＰＭ除去制御の実行条件が成立しているか否か判定される。つまり、図２のハッチングで示した運転状態であるか否か判定される。判定は、アクセル開度センサ１２及びクランクポジションセンサ１３の出力信号に基づいて行なわれる。
【００４５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００４６】
ステップＳ１０４では、排気弁６のリフト量が通常よりも小さくされ、吸気弁５のリフト量が通常よりも大きくされる。つまり、機関発生トルクの低下を抑制しつつ排気弁６等に付着しているＰＭが吹き飛ばされる。
【００４７】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０１で積算されていた値が０に戻される。
【００４８】
このようにして、排気弁６のリフト量を通常よりも小さくすることで排気弁６や排気ポート１６に付着しているＰＭを排気の力で吹き飛ばすことができる。これにより、ＰＭの固着を抑制できるので、背圧の上昇を抑制することができ、機関発生トルクの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】機関回転数と機関負荷とＰＭ除去処理を行なう運転領域との関係を示した図である。
【図３】実施例によるＰＭ除去処理のフローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     スロットル
５     吸気弁
６     排気弁
９     クランクシャフト
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
１６   排気ポート
５０   吸気側アクチュエータ
６０   排気側アクチュエータ
【図１】
2008202524.tif 000003
【図２】
2008202524.tif 000004
【図３】
2008202524.tif 000005