(57)【要約】【課題】  複数のバンクを有する内燃機関において、同一のバンク内で気筒内の残留ガス量にばらつきが生じる場合に、そのばらつきによる影響を低減し、燃費の損失の低減を図る。【解決手段】  共通の排気マニホールドに接続された複数の気筒を備えるバンクが、複数配置された内燃機関の制御装置において、各気筒はそれぞれ、吸気通路を開閉する吸気弁と、排気通路を開閉する排気弁とを備える。この内燃機関の制御装置は、吸気弁の開閉特性を変動させる開閉特性変動手段と、バンクが同一の気筒のうち、ある気筒の排気弁の閉弁時期と、他の気筒の排気弁の開弁時期とがオーバーラップして、ある気筒内の残留ガス量と他の気筒の残留ガス量との間にばらつきが生じると判定される場合に、ある気筒の吸気弁の開閉特性を、他の気筒の吸気弁の開閉特性とは異なるように制御する。【選択図】      図５
2007100655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の排気マニホールドに接続された複数の気筒を備えるバンクが、複数配置された内燃機関の制御装置であって、
前記各気筒はそれぞれ、吸気通路を開閉する吸気弁と、排気通路を開閉する排気弁とを備え、
前記吸気弁の開閉特性を、気筒ごとに変動させる開閉特性変動手段と、
前記バンクが同一の前記気筒のうち、ある気筒の前記排気弁の閉弁時期と、他の気筒の前記排気弁の開弁時期とがオーバーラップする場合に、前記ある気筒を選択する選択手段と、
選択手段により選択された前記ある気筒の前記吸気弁の開閉特性を、前記他の気筒の前記吸気弁の開閉特性とは異なるように制御する開閉特性制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記開閉特性制御手段は、前記ある気筒の前記吸気弁の開弁時期を遅角させ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】
前記開閉特性制御手段は、前記他の気筒の前記吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より進角制御されている場合に、前記ある気筒の前記吸気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記開閉特性制御手段は、前記他の気筒の前記吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より遅角制御されている場合に、前記ある気筒の前記吸気弁の閉弁時期を進角させ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５】
前記ある気筒内の残留ガス量と前記他の気筒の残留ガス量との間にばらつきが生じるか否かを判定するばらつき判定手段と、
前記残留ガスにばらつきが発生すると判定された場合にのみ、前記開弁特性制御手段による制御を許可する許可手段とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記各気筒は、燃料に点火するための点火手段を備え、
前記ばらつき判定手段により残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、前記他の気筒の点火時期よりも、前記ある気筒の点火時期を進角するように制御する点火時期制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記各気筒に燃料を噴射するためのインジェクタを備え、
前記ばらつき判定手段により残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、前記他の気筒への燃料噴射量よりも、前記ある気筒への燃料噴射量が多くなるように制御する燃料噴射量制御手段を備えることを特徴とする請求項５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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、複数の気筒が配置されたバンクを複数備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特表２００３−５１５０２５号公報には、複数の気筒が直列に接続されたバンクを複数備える内燃機関における各気筒の排気バルブの開弁特性を制御する内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関において、同一バンク内の気筒には共通の排気マニホールドが連通されている。具体的に、この排気マニホールドは１の主管とこの主管に接続する複数の分岐管とを備え、各分岐管の端部が各気筒の排気ポートのそれぞれに接続されている。従って、同一バンク内の各気筒から排出される排気ガスは、共通の排気マニホールドに排出される構造となっている。
【０００３】
この内燃機関は８気筒であり、各気筒への点火間隔はクランク角で９０度ごとになるように制御されている。しかし、バンクごとにみると、ある気筒が点火されてから次の気筒が点火されるまでの間隔は、９０度、１８０度、２７０度の場合があり、均等ではない。また一般に排気バルブは、爆発、膨張後のＢＤＣ（Bottom Dead Center：以下「膨張ＢＤＣ」と称する）付近で開弁し、吸気開始点付近のＴＤＣ（Top Dead Center：以下「吸気ＴＤＣ」と称する）で閉弁する。すなわち各気筒における排気バルブの開弁から閉弁までの間は、１８０度より僅かに大きい角度である。このため、同一バンク内で続けて点火され、その点火間隔が１８０度の気筒間（以下「１８０度気筒対」と称する）で、先に点火される気筒（以下「先点火気筒」と称する）の排気バルブの閉弁タイミングと、後から点火される気筒（以下「後点火気筒」と称する）の排気バルブの開弁のタイミングとが重なり、開弁時期に僅かなオーバーラップ時間が発生する。
【０００４】
ここで、排気バルブの開弁直後にその気筒から排気マニホールド内に排出される排気ガスは高圧である。一方、排気が進むに連れて排気ガスの排出圧力は低くなり排気バルブの閉弁タイミングでの排気ガスの圧力は小さなものとなる。また上記のように１８０度気筒対においては、後点火気筒の排気開始のタイミングで、先点火気筒の排気バルブが閉弁タイミング間近の状態となる。従って、先点火気筒は、排気バルブ閉弁タイミング付近において、後点火気筒から排出される高圧の排気ガスの影響を大きく受けることとなる。その結果、先点火気筒からの排気ガスの排出は困難となり、あるいは先点火気筒内に後点火気筒からの排気ガスが逆流する場合がある。このため、先点火気筒内では排気が進まず、残留ガス量が増加することとなる。
【０００５】
一方、続けて点火される気筒間の間隔が９０度、２７０度である場合、後から点火された気筒からの排気ガスが先に点火された気筒へ与える影響は大きなものではない。従って、先に点火された気筒からの排気行程における排気は比較的容易な状態となっている。このため、１８０度気筒対の先点火気筒とそれ以外の気筒との間で残留ガス量が異なるものとなり、気筒ごとの新気の充填量にばらつきが生じる結果となる。
【０００６】
このばらつきを低減するため、上記従来技術においては、１８０度気筒対において、後点火気筒の排気バルブの開弁タイミングが、先点火気筒の開弁タイミングより遅開きになるように制御して、先点火気筒と後点火気筒との排気バルブの開閉タイミングのオーバーラップ時間を減少させている。上記従来技術によれば、これにより、先点火気筒の排気行程付近における、後点火気筒からの高圧の排気ガスの影響を小さく抑えることができ、気筒ごとの残留ガス量及び新気の充填量のばらつきが抑えられるものとしている。
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５１５０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術においては、１８０度気筒対における排気バルブのオーバーラップ時間を少なくするため、後点火気筒の排気バルブの開弁タイミングが遅角するように排気バルブを制御している。しかし、閉弁タイミングが遅くなると、その気筒において排気が遅れ、その気筒の膨張比に変動が生じる。その結果、先点火気筒と後点火気筒との間で膨張比が異なるものとなる。このように気筒ごとの膨張比にばらつきが存在する場合、全ての気筒について最適な燃費を特定して制御を行うことが困難となり、いずれかの気筒で燃費に損失が発生することとなる。
【０００９】
また、例えば、先点火気筒の排気バルブの閉弁タイミングを早くすることにより、１８０度気筒対における排気バルブのオーバーラップ時間を少なくする手法が考えられる。しかし、後点火気筒の排気ガスが先点火気筒に与える影響の大きさは、その内燃機関の回転数や負荷により変動するものである。従って、例えば排気バルブの閉弁時期を、カムの形状を変化させることにより制御しようとすると、後点火気筒からの排気ガスが先点火気筒に及ぼす影響が少ないような運転条件であっても、先点火気筒では排気バルブの閉弁タイミングが進角して制御されることとなる。その結果、閉弁タイミングを進角した先点火気筒での残留ガス量が却って大きくなり、気筒ごとの残留ガス量のばらつきが生じ、燃費に損失が発生することとなる。
【００１０】
また、先点火気筒の排気バルブの閉弁タイミングを進角する制御を、可変動弁機構等の制御手段により制御することも考えられる。しかし、先点火気筒の排気バルブの閉弁直後に、後点火気筒の排気バルブの開弁タイミングがあるため、先点火気筒の排気バルブの閉弁タイミングの進角に伴って、後点火気筒の排気バルブの開弁タイミングも進角されることとなる。このため、後点火気筒の膨張比が変動し、気筒ごとに膨張比が異なることとなる。従って、全ての気筒について最適な燃費を特定して制御を行うことができず、いずれかの気筒で失う燃費が発生することとなる。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の気筒を有するバンクを複数備える内燃機関において、気筒ごとの残留ガス量のばらつきによる影響を低減し、気筒ごとに発生するトルクのばらつきを抑えるように改良した内燃機関の制御装置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】
【００１２】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、共通の排気マニホールドに接続された複数の気筒を備えるバンクが、複数配置された内燃機関の制御装置であって、
前記各気筒はそれぞれ、吸気通路を開閉する吸気弁と、排気通路を開閉する排気弁とを備え、
前記吸気弁の開閉特性を、気筒ごとに変動させる開閉特性変動手段と、
前記バンクが同一の前記気筒のうち、ある気筒の前記排気弁の閉弁時期と、他の気筒の前記排気弁の開弁時期とがオーバーラップする場合に、前記ある気筒を選択する選択手段と、
選択手段により選択された前記ある気筒の前記吸気弁の開閉特性を、前記他の気筒の前記吸気弁の開閉特性とは異なるように制御する開閉特性制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記開閉特性制御手段は、前記ある気筒の前記吸気弁の開弁時期を遅角させることを特徴とする。
【００１４】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記開閉特性制御手段は、前記他の気筒の前記吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より進角制御されている場合に、前記ある気筒の前記吸気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴とする。
【００１５】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記開閉特性制御手段は、前記他の気筒の前記吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より遅角制御されている場合に、前記ある気筒の前記吸気弁の閉弁時期を進角させることを特徴とする。
【００１６】
また、第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、前記ある気筒内の残留ガス量と前記他の気筒の残留ガス量との間にばらつきが生じるか否かを判定するばらつき判定手段と、
前記残留ガスにばらつきが発生すると判定された場合にのみ、前記開弁特性制御手段による制御を許可する許可手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記各気筒は、燃料に点火するための点火手段を備え、
前記ばらつき判定手段により残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、前記他の気筒の点火時期よりも、前記ある気筒の点火時期を進角するように制御する点火時期制御手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第７の発明は、第５の発明において、前記各気筒に燃料を噴射するためのインジェクタを備え、
前記ばらつき判定手段により残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、前記他の気筒への燃料噴射量よりも、前記ある気筒への燃料噴射量が多くなるように制御する燃料噴射量制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、バンクが同一の気筒のうち、ある気筒の排気弁の閉弁時期と、他の気筒の排気弁の開弁時期とがオーバーラップする場合に、ある気筒の吸気弁の開閉特性を、他の気筒の吸気弁の開閉特性とは異なるように制御する。これにより、気筒間の残留ガス量のばらつきによる影響を低減し、失う燃費を低減することができる。
【００２０】
また、第２によれば、排気弁の開閉時期がオーバーラップする気筒間において、ある気筒の吸気弁の開弁時期を遅角させる。これにより、内燃機関の気筒間での残留ガス量のばらつきの低減を図ることができる。
【００２１】
また、第３の発明によれば、他の気筒の吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より進角制御されている場合に、ある気筒の吸気弁の閉弁時期を遅角させる。これにより、ある気筒における新気の吸気量を他の気筒に比べて大きくすることができ、気筒間での残留ガス率のばらつきの低減を図ることができる。
【００２２】
また、第４の発明によれば、他の気筒の吸気弁の閉弁時期が、圧縮開始点付近の下死点より遅角制御されている場合に、ある気筒の吸気弁の閉弁時期を進角させる。これにより、ある気筒内の新気量を、他の気筒に比べて大きくすることができ、気筒間での残留ガス率のばらつきの低減を図ることができる。
【００２３】
また、第５の発明によれば、ある気筒内の残留ガス量と他の気筒の残留ガス量との間にばらつきが生じる場合にのみ、開弁特性制御手段による制御を許可する。これにより、運転条件等から、残留ガス量にばらつきが生じる場合のみ選択的にバルブタイミングの制御が行われるため、必要な場合にのみ残留ガスのばらつきによる影響を低減する制御を実行することができる。
【００２４】
また、第６の発明によれば、気筒間の残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、他の気筒の点火時期よりも、ある気筒の点火時期を進角するように制御する。残留ガス量が多い気筒では、燃焼の立ち上がりが遅くなり燃焼が安定しない場合がある。第５の発明によれば、ある気筒の残留ガス量にばらつきが生じる場合に、燃焼の開始を早めることにより、ある気筒の燃焼を安定させることができ、気筒間での燃焼のばらつきを低減することができる。
【００２５】
また、第７の発明によれば、気筒間の残留ガス量にばらつきが生じると判定された場合に、他の気筒への燃料噴射量よりも、ある気筒への燃料噴射量が多くなるように制御する。これにより、残留ガス量が多く燃焼しにくい、ある気筒の燃焼を促進することができ、気筒間での燃焼のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２７】
実施の形態１．
[実施の形態１のシステム構成について]
図１は、この発明の実施の形態１における内燃機関の制御システムを説明するための模式図である。図２は、実施の形態１の内燃機関の気筒の配置を説明するための模式図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは内燃機関２を備えている。内燃機関２は気筒４を備えている。図１においては１の気筒４の断面のみを表しているが、後述するように内燃機関２は第１〜第８の８つの気筒４を備えている。気筒４内部にはピストン６が配置されている。ピストン６は、コンロッド８を介してクランクシャフト１０に接続されている。クランクシャフト１０の近傍には、その回転数を検出する回転数センサ１２が配置されている。気筒４内のピストン６の上部には、燃焼室１４が設けられている。燃焼室１４には、先端部が露出するように点火プラグ（点火手段）１６が組み付けられている。
【００２８】
燃焼室１４には、吸気ポート１８及び排気ポート２０が連通している。吸気ポート１８には、吸気ポート１８を開閉する吸気バルブ２２（吸気弁）が備えられている。排気ポート２０には、排気ポート２０を開閉する排気バルブ（排気弁）２４が備えられている。内燃機関２は、吸気バルブ２２を駆動する吸気カム２６と、排気バルブ２４を駆動する排気カム２８とを備えている。吸気カム２６及び排気カム２８は、カムプーリやタイミングベルト等を介して、クランクシャフト１０に接続されている。吸気カム２６及び排気カム２８が、クランクシャフト１０の回転に連動して回転することにより、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４が稼動し、その結果、吸気ポート１８及び排気ポート２０が開閉される。吸気カム２６は、カムシャフト等を介してＶＶＴ機構(Variable Valve Timing Mechanism)（この発明の「開閉特性変動手段」に該当する）３０に連結されている。ＶＶＴ機構３０は、気筒ごとに吸気カム２６を介して吸気バルブ２２の作用角及びリフト量を変化させ得るものとする。排気カム２８は、カムシャフト等を介してＶＶＴ機構３２に連結されている。ＶＶＴ機構３２は、気筒ごとに排気カム２８を介して排気バルブ２４の作用角及びリフト量を変化させ得るものとする。なお、ＶＶＴ機構３０、ＶＶＴ機構３２の構造は特に新規なものではないため、ここではその詳細な説明は省略する。吸気カム２６の近傍には、カムの回転位置を検出するカムポジションセンサ３４が配置され、排気カム２８の近傍には、カムポジションセンサ３６が配置されている。
【００２９】
図２に示すように、内燃機関２は、第１〜第８の８つの気筒を有している。第１、第３、第５、第７気筒は順に直列に接続され第１バンク４０を構成している。第２、第４、第６、第８気筒は順に直列に接続され第２バンク４２を構成している。第１バンク４０及び第２バンク４２は並列に配置されている。ここで第１〜第８の番号は便宜的に配置順に付したものであり、点火順序に関わるものではない。第１バンク４０の各気筒４の排気ポート２０には、共通の排気マニホールド４４が連通され、第２バンク４２の各気筒４の排気ポート２０には、共通の排気マニホールド４６が連通されている。具体的に、排気マニホールド４４は、それぞれ、第１バンク４０の各気筒４の排気ポート２０に連通する４本の分岐管４４ａと、４本の分岐管４４ａが集合して接続する１本の主管４４ｂとを備えている。同様に、排気マニホールド４６は、それぞれ、第２バンク４２の各気筒４の排気ポート２０に連通する４本の分岐管４６ａと、４本の分岐管４６ａが集合して接続する１本の主管４６ｂとを備えている。
【００３０】
図１を参照して、排気ポート２０側と同様に、第１バンク４０の各気筒４の吸気ポート１８には、共通の吸気マニホールド４８ａが、その分岐管の端部において連通され、第２バンク４２の各気筒の吸気ポート１８には、共通の吸気マニホールド４８ｂが、その分岐管の端部において連通されている（図２においては図示を省略）。吸気マニホールド４８ａ（または４８ｂ）の、各気筒４に連通する分岐管には、それぞれインジェクタ５０が組みつけられている。インジェクタ５０の上流の、吸気マニホールド４８ａ（４８ｂ）の主管には電子制御式のスロットルバルブ５２及びエアフロメータ５４が配置されている。一方、排気マニホールド４４、４６の主管４４ｂ、４６ｂには、それぞれ、排気空燃比に応じた出力を発する空燃比センサ５６が配置されている。
【００３１】
内燃機関２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５８を備えている。ＥＣＵ５８は、回転数センサ１２、カムポジションセンサ３４、３６、エアフロメータ５４、及び空燃比センサ５６等の各種センサから、内燃機関２の制御に必要な情報を取得する。また、取得した情報に基づいて、クランクシャフト１０、点火プラグ１６、インジェクタ５０、スロットルバルブ５２、及び、ＶＶＴ機構３０、３２の駆動を制御する。
【００３２】
[内燃機関２のバルブタイミングについて]
図３は、内燃機関２の各気筒４の点火の順序及び各気筒の位相差について説明するための図である。図３に示すように、実施の形態１では、第１気筒、第８気筒、第７気筒、第３気筒、第６気筒、第５気筒、第４気筒、第２気筒の順に繰り返し点火される。点火順序が隣合う気筒間の位相差は内燃機関２全体でみると均等である。つまり、１回の燃焼サイクルがクランク角で７２０度であるから、気筒間の位相差は９０度である。しかし、第１バンク４０、第２バンク４２ごとにみると、点火順序が隣合う気筒間の位相差は必ずしも均一ではない。具体的に、第１バンク４０では、第１−第７気筒間が１８０度、第７−第３気筒間が９０度、第３−第５気筒間が１８０度、第５−第１気筒間が２７０度である。第２バンク４２では、第８−第６気筒間が２７０度、第６−第４気筒間が１８０度、第４−第２気筒間が９０度、第２−第８気筒間が１８０度である。
【００３３】
以下、説明の簡略化のため、同一バンク４０（または４２）内で続けて点火され、先に点火される気筒と後から点火される気筒との位相差が１８０度である気筒を「１８０度気筒対」と称して説明する。実施の形態１では「１８０度気筒対」には、それぞれ、第１と第７気筒、第２と第８気筒、第３と第５気筒、第６と第４気筒が該当する。また、各１８０度気筒対のうち先に点火される気筒を「先点火気筒」（この発明の「ある気筒」に該当する）と称して説明し、１８０度気筒対のうち、後から点火される気筒を「後点火気筒」（この発明の「他の気筒」に該当する）と称して説明する。実施の形態１では、「先点火気筒」には、第１、第２、第３、第６気筒が該当し、「後点火気筒」には、第４、第５、第７、第８気筒が該当する。なお、後点火気筒と、同一バンク４０（４２）内でその後点火気筒の後から点火される気筒（先点火気筒）との位相差は９０度または２７０度である。
【００３４】
図４は、１８０度気筒対の排気バルブの開閉タイミングを説明するための図である。図４において上側のグラフは、先点火気筒(第1,2,3,6)の排気バルブ２４のバルブタイミングを表し、下側のグラフは、後点火気筒(第4,5,7,8)の排気バルブ２４のバルブタイミングを表している。また、図４においてＥＶは排気バルブ２４のバルブタイミングを表している。
【００３５】
図４に示すように、排気バルブ２４は、クランクシャフト１０の動きに連動して、爆発膨張後のＢＤＣ(Bottom Dead Center：以下「膨張ＢＤＣ」と称する)の少し前で開き、吸気のＴＤＣ(Top Dead Center：以下「吸気ＴＤＣ」と称する)の少し後で閉じるように制御されている。ここで、膨張ＢＤＣから吸気ＴＤＣまでのクランクシャフト１０の回転角は１８０度である。また、１８０度気筒対においては、排気バルブ２４のバルブタイミングの位相差も１８０度となる。従って、先点火気筒の排気バルブ２４が閉じる閉弁タイミング（以下、「ＥＶＣ」とする）と、後点火気筒の排気バルブ２４が開く開弁タイミング（以下、「ＥＶＯ」とする）とは、僅かに重なりオーバーラップする。つまり、先点火気筒の排気バルブ２４が閉じる少し前に、後点火気筒の排気バルブ２４が開くようになっている。
【００３６】
ところで、同一のバンク４０（４２）の各気筒４から排出される排気ガスは、共通の排気マニホールド４４（４６）に排出される。ここで、ＥＶＯ直後に排出される排気ガスは特に高圧であり、排気が進むにつれて低圧となる。つまり、１８０度気筒対においては、後点火気筒から高圧の排気ガスが排気マニホールド４４（４６）内に排出開始されるとき、先点火気筒はＥＶＣ付近にあり、先点火気筒から排出される排気ガスは低圧になっている。このため、先点火気筒は、後点火気筒からの高圧の排気ガスの影響を大きく受ける。その結果、先点火気筒からの排気ガスの排出が困難となり、あるいは、先点火気筒内に後点火気筒から排出される高圧の排気ガスが逆流する。その結果、先点火気筒内の残留ガス量が大きなものとなる。
【００３７】
一方、後点火気筒と更にその後から点火される気筒との位相差は９０度又は２７０度である。位相差が９０度の場合、後から点火される気筒の排気が開始されるとき、後点火気筒は排気行程の中間位置付近にあり、排気ガスはある程度大きい圧力で排出されている。従って、後から点火される気筒からの排気ガスによる影響を大きく受けずに、後点火気筒の排気が行われる。また、後点火気筒と更にその後から点火される気筒間の位相差が２７０度ある場合、後から点火される気筒のＥＶＯの時には、後点火気筒の排気バルブ２４は既に閉じられている。従って、後から点火される気筒からの排気ガスの影響を受けることがない。
【００３８】
このように気筒間の位相差によって他の気筒からの排気ガスの影響が異なり、１８０度気筒対における先点火気筒では後点火気筒からの排気ガスの影響が大きく、後点火気筒においては更にその後から点火される気筒からの排気ガスの影響が小さい。このため、気筒ごとに排気ガスの排出量に変動が生じることとなり、気筒ごとの残留ガス量にばらつきが生じることとなる。つまり、先点火気筒の残留ガス量が、後点火気筒の残留ガス量より多くなる場合がある。その結果、内部ＥＧＲが気筒ごとに異なることとなり、全ての気筒について最適な制御を行うことができず、いずれかの気筒において失う燃費が発生することとなる。このような残留ガス量のばらつきの度合いは内燃機関の運転状況によって異なるものであるが、残留ガス量のばらつきが大きい場合、そのばらつきは低減されることが好ましい。
【００３９】
[実施の形態１のシステムの特徴的な制御]
このため、実施の形態１のシステムでは、内燃機関２の気筒４ごとの残留ガス量のばらつきを抑えるように制御を行う。図５は、実施の形態１におけるバルブタイミングを説明するための図である。図５において、上側のグラフは先点火気筒のバルブタイミングを表し、下側のグラフは後点火気筒のバルブタイミングを表している。また、図５においてＥＶは、排気バルブ２４のバルブタイミングを表し、ＩＶは吸気バルブ２２のバルブタイミングを表している。
【００４０】
図５に示すように、先点火気筒、後点火気筒の何れであっても、その気筒４内で排気バルブ２４と吸気バルブ２２とが共に開弁しているオーバーラップ時間を有する。具体的に各気筒において、ＥＶＣ直前に吸気バルブ２２の開弁タイミング（以下「ＩＶＯ」とする）が来るように制御されている。各気筒４においてＩＶＯ直後、吸気ポート１８側の圧力は排気ポート２０側の圧力に比べて相当に小さい状態となっている。このため、吸気バルブ２２と排気バルブ２４とが共に開弁しているオーバーラップ期間、その気筒４内において排気ポート２０側から排気ガスが逆流して吸気ポート１８側にまで流入する。逆流した排気ガスは、吸気ポート１８内に滞留し、ＥＶＣ後、吸入される混合気と共に再び気筒４内に吸入される。
【００４１】
図５に示すように、実施の形態１では吸気バルブ２２のバルブタイミングを気筒４ごとに制御する。具体的に、先点火気筒(第1,2,3,6)のＩＶＯを、後点火気筒(第4,5,7,8)のＩＶＯよりも遅くなるように遅角制御する（図５上側のグラフ）。その結果、先点火気筒において、吸気バルブ２２と排気バルブ２４との開弁時間のオーバーラップが少なくなる。吸気バルブ２２と排気バルブ２４とのオーバーラップが減少すると、上記のような排気ポート２０から吸気ポート１８への排気ガスの逆流量が減少するため、吸気行程において混合気と共に再び気筒内に吸入される残留ガスの量が減少する。上記したように、先点火気筒においては、後点火気筒からの排気ガスの影響を受けて、排出行程において先点火気筒内から排出されずに残る残留ガス量は多いものとなる場合がある。この残留ガス量の増加分を相殺するため、先点火気筒においては、後点火気筒よりも吸排気バルブのオーバーラップ時間を小さくし、吸気ポート１８側に逆流する排気ガス量が小さくなるように制御される。
【００４２】
一方、後点火気筒(第4,5,7,8気筒)については、排気時に他の気筒４からの排気ガスから受ける影響は大きくない。従って、通常の吸気バルブ２２のＩＶＯでの制御を行う。従って、オーバーラップ時間も変化せず、排気ポート２０から吸気ポート１８側へ逆流し、再び混合気と共に気筒内に吸入される排気ガスの量は、先点火気筒に比べて多いものとなる。しかし、後点火気筒においては、その後から点火される気筒からの排気ガスの影響が大きくないため、排気行程において排出されずに残留する排気ガスの量は少ない。従って、先点火気筒のＩＶＯのみを遅角制御することで、先点火気筒と後点火気筒との間の残留ガス量のばらつきを小さく抑えることができる。また、実施の形態１の制御では、排気バルブ２４のバルブタイミングは全ての気筒間で同一のタイミングに制御されている。このため、各気筒間での膨張比は同一であり、全ての気筒のトルクが均一となる。従って、全ての気筒について適切な制御を行うことができ、燃費の損失を小さく抑えることができる。なお、実施の形態１の制御において、ＩＶＯの遅角量は予め定められた値としてＥＣＵ５８に記憶されている。
【００４３】
[実施の形態１の制御のルーチンについて]
図６は、この発明の実施の形態１における制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図６に示すルーチンは内燃機関２の運転中に繰り返し実行されるルーチンである。図６のルーチンにおいて、まず現在の運転条件において各気筒４の残留ガス量にばらつきが発生した場合に、その影響が大きい運転条件か否かが判定される（ステップＳ１０２）。ここでは、例えばエンジン回転数や負荷等が予め設定された値以下であるか否か等により判定が行われる。その結果、残留ガス量のばらつきの影響が大きい運転条件であることが認められない場合、一旦この処理が終了され、通常通りのバルブタイミングで内燃機関２の運転が行われる。
【００４４】
一方、ステップＳ１０２において、残留ガス量のばらつきの影響が大きい運転条件である場合には、ステップＳ１０４において、残留ガスがばらつく条件であるか否かが判定される。つまり、現在のバルブタイミング等から、先点火気筒が後点火気筒から排出される排気ガスの影響を受ける条件で内燃機関２が運転されているか否かが判定される。ステップＳ１０４において、残留ガスがばらつく条件であると認められない場合には、一旦この処理が終了され、通常通りのバルブタイミングで内燃機関２の運転が行われる。
【００４５】
一方、ステップＳ１０４において、残留ガスがばらつく条件であると認められた場合には、現在のバルブタイミングの制御対象となっている気筒が、第１バンク４０及び第２バンク４２のそれぞれにおいて、先点火気筒に該当するか否かが判定される（ステップＳ１０６）。具体的に、実施の形態１では、第１、第２、第３、第６気筒であるか否かが判定される。ステップＳ１０６において、現在の制御対象が先点火気筒であると認められない場合には、一旦この処理が終了され、通常通りのバルブタイミングで内燃機関２の運転が行われる。
【００４６】
一方、ステップＳ１０６において、先点火気筒であると認められた場合には、ＩＶＯが所定の角度遅角制御される（ステップＳ１０８）。具体的にはＥＣＵ５８からの信号を受けてＶＶＴ機構３０により吸気カム２６が制御され、吸気バルブ２２のバルブタイミングが遅角する。これにより、先点火気筒において排気バルブ２４と吸気バルブ２２とが共に開弁しているオーバーラップ時間が後点火気筒の制御の場合よりも少なくなる。従って、排気ポート２０側から吸気ポート１８側に逆流する排気ガス量が少なくなる。その結果、後点火気筒から排出される高圧の排気ガスの影響を相殺することができる。これにより残留ガス量にばらつきが生じる運転条件の場合にも、後点火気筒との残留ガス量のばらつきを小さくすることができる。
【００４７】
なお、実施の形態１においては８気筒の場合において説明した。しかし、この発明は８気筒に限るものではなく、複数の気筒を有する複数のバンクを備える内燃機関において適用することができる。このような内燃機関においては、同一バンク内での各気筒の位相差が均一とならず、気筒間でＥＶＣとＥＶＯとが重なるようなタイミングで制御される場合には、気筒間で残留ガス量にばらつきが生じる場合がある。従って、８気筒の場合に限らず、複数の気筒を有する複数のバンクを備える内燃機関において、実施の形態１に説明した制御を同様に適用することができる。
【００４８】
また、この発明において各気筒の点火順序は、実施の形態１において説明した順序に限るものではなく、他の順序で行われるものであってもよい。この場合にも、先に点火される気筒のＥＶＣと後から点火される気筒ＥＶＯとが重なり僅かにオーバーラップを有するような場合に、先に点火される気筒について、ＩＶＯを遅角するように制御すればよい。
【００４９】
なお、実施の形態１においてステップＳ１０２〜Ｓ１０６を実行することにより、この発明の「ばらつき判定手段」が実現し、ステップＳ１０８を実行することにより「開閉特性制御手段」が実現する。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムの構成は実施の形態１のシステムと同一の構成を有する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステムが気筒４内の残留ガス量のばらつきを低減させる制御を行うのに対して、気筒間の残留ガス率のばらつきを低減させる制御を行う点を除き、実施の形態１のシステムと同じものである。
【００５１】
図７は、実施の形態２におけるバルブタイミングについて説明するためのグラフである。図７に示すように、実施の形態２においては、内燃機関２の各気筒の吸気バルブ２２の閉弁タイミング（以下「ＩＶＣ」とする）は、通常は圧縮開始点付近のＢＤＣ（以下「圧縮ＢＤＣ」とする）より前になるように進角制御されている。実施の形態２においては、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるように進角制御されている場合において、先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けて残留ガス量にばらつきが生じる場合には、先点火気筒のＩＶＣを通常のタイミングより遅角するように制御する。但し、ＩＶＣの遅角量は圧縮ＢＤＣを超えない範囲とする。
【００５２】
ＩＶＣが遅角されることにより、その先点火気筒において通常のタイミングの場合に比較して吸気バルブの開弁時間が長くなる。その結果、その先点火気筒において新気の吸入時間が長くなり、気筒内に吸入される新気量が多くなる。先点火気筒は排気行程において後点火気筒からの排気ガスの影響を受けて、残留ガスの量が後点火気筒よりも多くなっている。従って、実施の形態２においては、ＩＶＣを遅角制御することにより新気の吸入量を増加させることで、先点火気筒内の残留ガス率を小さくする。これにより、後点火気筒内の残留ガス率とのばらつきを低減することができる。なお、ＥＣＵ５８は残留ガス率を低減する必要がある場合にＩＶＣを遅角する遅角量を予め記憶している。
【００５３】
図８は、この発明の実施の形態２が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図８のルーチンは、図６のルーチンに加えてステップＳ２０２を実行し、更に図６のステップＳ１０８に代えてステップＳ２０４を実行する点を除き、図６のルーチンと同じものである。具体的には、まず、ステップＳ２０２においてＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるように制御されているか否かが判定される。実施の形態２の制御はＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるように制御されている場合に適用される制御であるため、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣよりも後になるように制御されている場合には、この処理を終了する。
【００５４】
ステップＳ２０２において、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるように制御されている場合には、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０２、Ｓ１０４により実施の形態２の制御の適用が必要な運転条件であるか否かが判定される。その後、ステップＳ１０６において現在の気筒４が他の気筒からの排気ガスの影響を受ける先点火気筒(第1,2,3,6)であると判定されると、ステップＳ２０４においてＩＶＣを所定角度遅角させる。その結果、この気筒内に吸入される新気の量を大きし、気筒内の残留ガス率を小さくすることができる。その後、この処理を一旦終了する。
【００５５】
以上のように、実施の形態２においては後点火気筒から排出された排気ガスの影響を受ける先点火気筒(第1,2,3,6)について、後点火気筒(第4,5,6,7)より吸入空気量が多くなるように制御される。これにより、先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けて、気筒内の残留ガスが大きくなる場合にも、残留ガス率を小さくすることができる。その結果、後点火気筒内との残留ガス率のばらつきを低減することができる。これにより気筒間の膨張比を均一に保ちつつ、全ての気筒について最適な制御を行うことができ、失う燃費の低減を図ることができる。
【００５６】
なお、実施の形態２においてステップＳ２０２〜Ｓ１０６を実行することにより、この発明の「ばらつき判定手段」が実現し、ステップＳ２０４を実行することにより「開閉特性制御手段」が実現する。
【００５７】
実施の形態３
実施の形態３のシステムの構成は実施の形態１のシステムと同一の構成を有する。実施の形態２の制御が、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるように制御されている場合に行うものであるのに対して、実施の形態３の制御は、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように制御されている場合に行う制御である点を除き、実施の形態２の制御と同じものである。
【００５８】
図９は、実施の形態３におけるバルブタイミングについて説明するためのグラフである。図９に示すように、実施の形態３においては、内燃機関２の各気筒のＩＶＣは、通常は圧縮ＢＤＣより後になるように遅角制御されている。実施の形態３においては、このようにＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように遅角制御されている場合において、先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けて残留ガス量にばらつきが生じるような場合には、先点火気筒のＩＶＣを通常のタイミングより進角するように制御する。但し、ＩＶＣの進角量は圧縮ＢＤＣを超えて進角されない範囲とする。
【００５９】
ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように進角制御されている場合、ピストン６が圧縮ＢＤＣを超えて気筒内を上昇し始めると、吸気ポート１８側に気筒４内の吸入空気が排出されることとなる。その結果気筒４内の吸入空気量が減少する。実施の形態３においては、ＩＶＣを進角することで、ピストン６が圧縮ＢＤＣを超えた後の吸気バルブ２２の開弁時間を短縮する。その結果、吸気ポート１８側に流出される吸入空気量を減らして、気筒４内に残る吸入空気量を多くすることができる。ＩＶＣを進角制御する気筒は、後点火気筒の排気ガスの影響を受けて残留ガス量が多くなった先点火気筒である。従って、先点火気筒における残留ガス率を低減することができ、後点火気筒との残留ガス率のばらつきを低減することができる。なお、ＥＣＵ５８は残留ガス率を低減する必要がある場合にＩＶＣを進角する進角量を予め記憶している。
【００６０】
図１０は、この発明の実施の形態３において実行される制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１０のルーチンは、図８のルーチンのステップＳ２０２、Ｓ２０４に代えてステップＳ３０２、Ｓ３０４を実行する点を除き、図８のルーチンと同じものである。具体的には、まず、ステップＳ３０２においてＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように制御されているか否かが判定される。実施の形態３の制御はＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように制御されている場合に適用されるべき制御であるため、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣよりも前になるように制御されている場合には、この処理を終了する。
【００６１】
ステップＳ３０２において、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になるように制御されていると判定された場合には、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０２、Ｓ１０４により実施の形態３の制御の適用が必要な運転条件であると判定され、その後、ステップＳ１０６において現在の制御の対象となっている気筒４が先点火気筒(第1,2,3,6)であると判定されると、ステップＳ３０４においてＩＶＣが所定角度進角制御される。その結果、この先点火気筒内に圧縮ＢＤＣ後に吸気ポート１８側に排出される新気の量が少なくなり、気筒内の新気量を大きくすることができる。その結果、先点火気筒において残留ガス率を小さくすることができる。その後、この処理を一旦終了する。
【００６２】
以上のように、実施の形態３においては後点火気筒から排出された排気ガスの影響を受ける場合の先点火気筒(第1,2,3,6)について、後点火気筒(第4,5,7,8)よりも新気量が多くなるように制御される。これにより、先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けて、気筒内の残留ガスが大きくなる場合にも、気筒内の残留ガスの割合を小さくすることができる。従って、残留ガス量の少ない後点火気筒と、先点火気筒との間の残留ガス率のばらつきを低減することができる。これにより気筒間の膨張比を均一に保ちつつ、全ての気筒について最適な制御を行うことができ、失う燃費の低減を図ることができる。
【００６３】
なお、実施の形態２においては、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になる場合の制御について説明し、実施の形態３においては、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより後になる場合の制御について別個に説明した。しかし、この発明は内燃機関２の運転がいずれか一方の場合に限るものではなく、例えば、必要に応じて、実施の形態２、３の制御を組み合わせて、内燃機関２の運転中に、ＩＶＣが圧縮ＢＤＣより前になるか後になるかの判定を行い、その結果圧縮ＢＤＣより前になると判定された場合には実施の形態２のように先点火気筒のＩＶＣを遅角させる制御を行い、圧縮ＢＤＣより後になると判定された場合には実施の形態３のように先点火気筒のＩＶＣを進角させる制御を行うようにしてもよい。
【００６４】
なお、実施の形態１においてステップＳ３０２〜Ｓ１０６を実行することにより、この発明の「ばらつき判定手段」が実現し、ステップＳ３０４を実行することにより「開閉特性制御手段」が実現する。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態４のシステム構成は、実施の形態１のシステム構成と同じである。また実施の形態４のシステムにおいては、吸気バルブタイミングの制御に代えて、点火時期を気筒ごとに制御する点を除き、実施の形態１の制御と同じものである。具体的に、実施の形態４のシステムでは、先点火気筒(第1,2,3,6)が後点火気筒の排気ガスの影響を受けて残留ガス量にばらつきが生じるような場合に、先点火気筒の点火時期を後点火気筒の点火時期よりも進角させるように制御する。
【００６６】
先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けている場合、先点火気筒内は残留ガス量が大きくなっている。このため、残留ガス量が少ない後点火気筒に比べて点火後の燃料の燃焼速度が遅くなる。このように燃焼速度が異なる気筒のそれぞれに同じタイミングで点火した場合、先点火気筒の方が圧力の立ち上がりが遅くなり、十分な燃焼とならない場合がある。その結果、先点火気筒と後点火気筒とでトルクにばらつきが発生することとなる。このため、実施の形態３では、点火時期を早めることにより燃焼のピークが各気筒間で一定となるようにすることにより、後点火気筒と先点火気筒とのトルクを均一にする。
【００６７】
図１１は、この発明の実施の形態４における制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図１１のルーチンは、図６のルーチンのステップＳ１０８に代えてステップＳ４０２を実行する点を除き、図６のルーチンと同じものである。具体的には、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０２、Ｓ１０４により実施の形態４の制御の適用が必要な運転条件であると判定され、その後、ステップＳ１０６において現在の制御の対象となっている気筒４が先点火気筒(第1,2,3,6)であると判定されると、ステップＳ４０２において点火時期が進角制御される。その結果、残留ガス量の多い先点火気筒においても十分な燃焼が得られ、気筒間のトルクのばらつきを低減することができる。その後、この処理を終了する。
【００６８】
なお、実施の形態４は点火時期を制御するものに限るものではなく、ステップＳ４０２に代えて、燃料噴射量を制御するものであってもよい。具体的に、先点火気筒が後点火気の影響を受ける場合に、先点火気筒への燃料噴射量を多くするように制御する。先点火気筒が後点火気筒の排気ガスの影響を受けている場合、気筒内の残留ガス量が多く燃焼しにくい状態となっている。このため、先点火気筒内に吸入される混合気を燃料が濃い状態とすることで燃焼しやすい状態とし、確実な燃焼を得られるようにする。これにより残留ガス量が多い気筒についても、確実な燃焼を得てトルクを発生させることができるようにして、気筒間のトルクのばらつきを低減させることができる。
【００６９】
また、空燃比がストイキ付近等に設定された目標空燃比になるように制御しているような場合に、単に先点火気筒の燃料噴射量を多くすると、内燃機関２全体の空燃比も目標空燃比よりもリッチな状態となってしまう。このため、内燃機関２全体としては空燃比がストイキ付近となるように制御するため、先点火気筒の燃料噴射量を増加させ、後点火気筒の燃料噴射量をその分減少させるように制御してもよい。これにより気筒間のばらつきを低減しつつ、内燃機関２全体では排気ガスを目標空燃比に保つことができる。燃料噴射量の制御は、例えばインジェクタ５０からの燃料噴射時間を制御することにより変更させることができる。
【００７０】
なお、実施の形態４においては、先点火気筒の残留ガス量にばらつきが生じると判定した場合に、直ちに点火時期あるいは燃料噴射量を制御する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態１〜３の制御と実施の形態４の制御を組み合わせて行うものであってもよい。具体的には、実施の形態１〜３のいずれかに説明した方法で吸気バルブ２２のバルブタイミングの制御を行い、バルブタイミングの制御のみで残留ガス量のばらつきによる影響を解消できるか判定し、解消できないと判定された場合に、点火時期あるいは燃料噴射量の制御を行うようにしてもよい。これにより、より確実に先点火気筒と後点火気筒とのトルクのばらつきを解消することができ、失う燃費を低減することができる。
【００７１】
なお、実施の形態４においてステップＳ１０２〜Ｓ１０６を実行することにより、この発明の「ばらつき判定手段」が実現し、ステップＳ４０２を実行することにより「点火時期制御手段」が実現する。
【００７２】
また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】この発明の実施の形態１における内燃機関の制御システムを説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における内燃機関の気筒の配置を説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１における内燃機関の気筒の位相差を説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における内燃機関の排気バルブの開閉タイミングを表すための図である。
【図５】この発明の実施の形態１における内燃機関のバルブタイミングを表すための図である。
【図６】この発明の実施の形態１においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２における内燃機関のバルブタイミングを表すための図である。
【図８】この発明の実施の形態２における内燃機関のバルブタイミングを表すための図である。
【図９】この発明の実施の形態３における内燃機関のバルブタイミングを表すための図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における内燃機関のバルブタイミングを表すための図である。
【図１１】この発明の実施の形態４においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
２  内燃機関
４  気筒
６  ピストン
８  コンロッド
１０  クランクシャフト
１２  回転数センサ
１４  燃焼室
１６  点火プラグ
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
２２  吸気バルブ
２４  排気バルブ
２６  吸気カム
２８  排気カム
３０  ＶＶＴ機構
３２  ＶＶＴ機構
３４  カムポジションセンサ
３６  カムポジションセンサ
４０  第１バンク
４２  第２バンク
４４、４６  排気マニホールド
４４ａ、４６ａ  分岐管
４４ｂ、４６ｂ  主管
４８ａ、４８ｂ  吸気マニホールド
５０  インジェクタ
５２  スロットルバルブ
５４  エアフロメータ
５６  空燃比センサ
５８  ＥＣＵ
【図１】
2007100655.tif 000003
【図２】
2007100655.tif 000004
【図３】
2007100655.tif 000005
【図４】
2007100655.tif 000006
【図５】
2007100655.tif 000007
【図６】
2007100655.tif 000008
【図７】
2007100655.tif 000009
【図８】
2007100655.tif 000010
【図９】
2007100655.tif 000011
【図１０】
2007100655.tif 000012
【図１１】
2007100655.tif 000013