(57)【要約】【課題】マスク壁等により燃焼室内の吸気流れを変更でき、かつ内燃機関の出力低下を抑制可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃焼室７に接続される吸気ポート１０の燃焼室側開口部の周囲の一部に設けられ、吸気ポート１０から燃焼室７に流入する吸気の流れと対向する対向面２３ａを有するマスク壁２３と、燃焼室７に吸気を過給するターボ過給機１３と、ターボ過給機１３の過給圧を変更するウェイストゲートバルブ１７と、を備えたエンジン１に適用される制御装置において、燃焼室７の燃焼圧を取得する燃焼圧センサ２２を備え、ＥＣＵ３０は、燃焼圧センサ２２により取得された燃焼圧に基づいてウェイストゲートバルブ１７の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に接続される吸気ポートの燃焼室側開口部の周囲の一部、及び前記吸気ポートを開閉する吸気弁の傘部の少なくともいずれか一方に設けられ、前記吸気ポートから前記燃焼室に流入する吸気の流れと対向する対向面を有する吸気流れ変更手段と、前記燃焼室に吸気を過給する過給機と、前記過給機の過給圧を変更する過給圧変更手段と、を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記燃焼室の燃焼圧を取得する燃焼圧取得手段と、前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧に基づいて前記過給圧変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記動作制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される判定燃焼圧よりも前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧が低い場合に前記過給機の過給圧が上昇するように前記過給圧変更手段の動作を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】
前記過給機としてターボ過給機が設けられるとともに、前記燃焼室に接続される排気ポートを開閉する排気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記判定燃焼圧よりも前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧が低い場合に前記排気弁の開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構の動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記対向面は、前記吸気ポートから前記燃焼室が形成されるシリンダの中心に向かって流入する吸気の流れと対向するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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、吸気ポートから燃焼室に流入する吸気の流れを変更するマスク壁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポートから燃焼室に導入される吸気の流れを偏流させる吸気マスク壁を燃焼室内に備えた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−７１３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この吸気マスク壁は吸気流れの抵抗となるため、燃焼室に吸入される吸入空気量が減少して内燃機関の出力が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、マスク壁等により燃焼室内の吸気流れを変更でき、かつ内燃機関の出力低下を抑制可能な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】
【０００５】
本発明の内燃機関の制御装置は、燃焼室に接続される吸気ポートの燃焼室側開口部の周囲の一部、及び前記吸気ポートを開閉する吸気弁の傘部の少なくともいずれか一方に設けられ、前記吸気ポートから前記燃焼室に流入する吸気の流れと対向する対向面を有する吸気流れ変更手段と、前記燃焼室に吸気を過給する過給機と、前記過給機の過給圧を変更する過給圧変更手段と、を備えた内燃機関に適用される制御装置において、前記燃焼室の燃焼圧を取得する燃焼圧取得手段と、前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧に基づいて前記過給圧変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
燃焼圧は、燃焼室内における燃料の燃焼状態と相関関係を有している。例えば、燃焼室に供給された燃料量に対して吸入空気量が不足すると燃焼室内にて燃料が適切に燃焼しないため、燃焼圧が低下する。本発明の内燃機関によれば、この燃焼圧に基づいて過給機の過給圧を変更することができるので、燃焼室に燃料が適切に燃焼する量の吸気を供給できる。そのため、吸気抵抗吸気流れ変更手段によって燃焼室内の吸気流れを変更しつつ、燃焼室内にて燃料を適切に燃焼させて内燃機関の出力低下を抑制できる。
【０００７】
本発明の制御装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される判定燃焼圧よりも前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧が低い場合に前記過給機の過給圧が上昇するように前記過給圧変更手段の動作を制御してもよい（請求項２）。燃焼室に供給される燃料量は内燃機関の運転状態に基づいて設定され、この燃料量に対して吸入空気量が不足すると燃焼圧が低下する。そこで、内燃機関の運転状態に基づいて設定される判定燃焼圧よりも燃焼圧が低い場合は、過給圧を上昇させて吸入空気量を増加させ、内燃機関の出力低下を抑制する。
【０００８】
この形態においては、前記過給機としてターボ過給機が設けられるとともに、前記燃焼室に接続される排気ポートを開閉する排気弁の開弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、前記動作制御手段は、前記判定燃焼圧よりも前記燃焼圧取得手段により取得された燃焼圧が低い場合に前記排気弁の開弁時期が進角されるように前記可変動弁機構の動作を制御してもよい（請求項３）。排気弁の開弁時期を進角させる、すなわち排気弁の開弁時期を早めることにより、ターボ過給機に開弁時期を進角させる前よりも高温の排気を供給して過給圧を上昇させることができる。そのため、吸入空気量を増加させて内燃機関の出力低下を抑制できる。
【０００９】
本発明の制御装置の一形態において、前記対向面は、前記吸気ポートから前記燃焼室が形成されるシリンダの中心に向かって流入する吸気の流れと対向するように設けられていてもよい（請求項４）。このように対向面を設けることで、シリンダの中心側への吸気の流れを阻害し、吸気をシリンダの外周側に偏って流すことができる。そのため、吸気によってシリンダ内壁を冷却することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上に説明したように、本発明によれば、燃焼圧に基づいて過給圧を変更し、燃焼室に燃料が適切に燃焼可能な量の吸気を供給するので、吸気流れ変更手段によって燃焼室内の吸気の流れを変更しつつ内燃機関の出力低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示している。内燃機関（以降、エンジンと称することもある。）１は車両に走行用動力源として搭載される火花点火式ガソリンエンジンであり、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備えている。シリンダブロック２には複数のシリンダ４（図１では一つのみを示す。）が形成され、各シリンダ４にはピストン５が往復動自在にそれぞれ挿入され、ピストン５はコンロッド６によって不図示のクランク軸と連結されている。各シリンダ４には、シリンダ４の内壁、ピストン５、及びシリンダヘッド３によって燃焼室７がそれぞれ形成される。エンジン１は吸気通路８及び排気通路９を備えており、各燃焼室７には吸気通路８の一部を形成する吸気ポート１０と、排気通路９の一部を形成する排気ポート１１とがそれぞれ接続されている。吸気通路８には、スロットルバルブ１２、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａ、及び吸気を冷却するインタークーラ１４が設けられている。排気通路９には、ターボ過給機１３のタービン１３ｂ、及び排気を浄化するための排気浄化触媒１５が設けられている。また、排気通路９にはターボ過給機１３のタービン１３ｂをバイパスするバイパス通路１６が設けられ、バイパス通路１６にはバイパス通路１６を通過する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ１７が設けられている。ウェイストゲートバルブ１７はアクチュエータ１７ａと弁体１７ｂとを備えており、弁体１７ｂはアクチュエータ１７ａによって開閉駆動される。また、エンジン１は、吸気ポート１０を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１１を開閉する排気弁１９と、吸気弁１８及び排気弁１９の開弁時期、閉弁時期、作用角、及びリフト量などの動弁特性をそれぞれ変更可能な可変動弁機構２０とを備えている。
【００１２】
図２は、燃焼室７を図１の下側から見た図を示している。図１及び図２に示したように燃焼室７には、吸気弁１８、排気弁１９、燃焼室７内の燃焼混合気に点火する点火プラグ２１、燃焼室７の燃焼圧（シリンダ内圧力）に対応した信号を出力する燃焼圧取得手段としての燃焼圧センサ２２が設けられている。吸気ポート１０は共通の吸気ポート上流部１０ａから分岐する２つの吸気ポート下流部１０ｂを備えており、これら２つの吸気ポート下流部１０ｂはシリンダ４の一方の側（図１の左側）に並んで接続されている。排気ポート１１は、シリンダ４の他方の側（図１の右側）に並んで接続される２つの排気ポート上流部１１ａと、これら２つの排気ポート上流部１１ａが合流する排気ポート下流部１１ｂとを備えている。このように燃焼室７には２つの吸気ポート下流部１０ｂ及び２つの排気ポート上流部１１ａがそれぞれ接続されるため、図２に示したように吸気弁１８及び排気弁１９がそれぞれ２つずつ設けられる。
【００１３】
また、図１及び図２に示したように、燃焼室７にはシリンダヘッド３から燃焼室７内に突出するマスク壁２３が、２つの吸気ポート下流部１０ｂに対してそれぞれ設けられる。図２に示したように、各マスク壁２３は、各吸気ポート下流部１０ｂの開口部の周囲のうち吸気ポート下流部１０ｂの並び方向内側でかつシリンダ４の中心側の部分にそれぞれ設けられ、各吸気ポート下流部１０ｂからシリンダ４の中心に向かって流入する吸気の流れに対向する対向面２３ａを備えている。各マスク壁２３は、各吸気ポート下流部１０ｂからシリンダ４の中心側に向かって流れる吸気の流れを対向面２３ａによって阻害し、図１及び図２に矢印Ａで示したように各吸気ポート下流部１０ｂから流入した吸気の流れをシリンダ４の外周側にそれぞれ偏らせる。このように吸気の流れを変更することにより、マスク壁２３は本発明の吸気流れ変更手段として機能する。
【００１４】
ウェイストゲートバルブ１７のアクチュエータ１７ａ及び可変動弁機構２０の動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によってそれぞれ制御されている。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、点火プラグ２１の動作などを制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。例えばＥＣＵ３０は、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａよりも下流の吸気の圧力、すなわち過給圧が予め設定した許容値を超えた場合、ウェイストゲートバルブ１７を開けてバイパス通路１６に排気を流し、過給圧を低下させる。このように過給圧を変更することで、ウェイストゲートバルブ１７は本発明の過給圧変更手段として機能する。なお、以降、このように過給圧によってウェイストゲートバルブ１７の開度を調整する制御を通常制御と呼ぶ。この通常制御の方法は周知のウェイストゲートバルブ１７の制御方法と同様でよいため、ここでの詳細な説明は省略する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を制御する際に参照する情報を取得するために燃焼圧センサ２２、クランク角センサ（不図示）などの種々のセンサが接続されている。
【００１５】
図３は、ＥＣＵ３０がウェイストゲートバルブ１７及び可変動弁機構２０の動作を制御してターボ過給機１３の過給圧を制御するために実行する過給圧制御ルーチンを示している。図３の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００１６】
図３の過給圧制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１において燃焼圧センサ２２によって検出されたエンジン１の燃焼圧（以降、実燃焼圧と称する。）が判定燃焼圧よりも低いか否か判定する。エンジン１の燃焼圧はエンジン１の運転状態に応じて変化する。例えばエンジン１への負荷が大きい、すなわちエンジン１に大きな出力が要求されるほど、燃料量を増加させるので燃焼圧が上昇する。このとき吸入空気量が不足し、燃焼室７にて燃料が適切に燃焼しないとエンジン１の出力が低下する。そこで、燃焼室７にて燃料が適切に燃焼し、エンジン１への負荷に対応できる出力が発生した場合の燃焼圧を判定燃焼圧として設定する。エンジン１の負荷と判定燃焼圧との関係は、予め実験や数値計算などで求め、マップとしてＥＣＵ３０に記憶させておく。なお、この処理において判定に使用する実燃焼圧は、例えばエンジン１のクランク軸が所定角度回転する間、例えば７２０°回転する間に燃焼圧センサ２２によって一回検出を行い、このときに検出された値を使用してもよいし、所定角度回転する間に燃焼圧センサ２２によって複数回検出を行い、これら検出された値の最大値又は平均値など複数回検出された値の代表値を使用してもよい。
【００１７】
実燃焼圧が判定燃焼圧よりも低いと判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ３０はウェイストゲートバルブ１７の開度を調整してターボ過給機１３の過給圧を上昇させる。ＥＣＵ３０は、例えば、ウェイストゲートバルブ１７が開いていた場合にウェイストゲートバルブ１７を閉じてタービン１３ｂに流入する排気量を増加させ、過給圧を上昇させる。なお、このように開いているウェイストゲートバルブ１７を閉じる場合は、実燃焼圧と判定燃焼圧との差が大きいほど過給圧を上昇させるように実燃焼圧と判定燃焼圧との差に基づいて閉じる角度を設定し、この設定した角度分閉じてもよい。このように実燃焼圧と判定燃焼圧との差に応じてウェイストゲートバルブ１７の開度を調整することで、過給圧の制御精度を向上させることができる。一方、ウェイストゲートバルブ１７が閉じていた場合は過給圧が予め設定した許容値を超えてもウェイストゲートバルブ１７を閉弁状態に維持して過給圧を上昇させる。続くステップＳ１３においてＥＣＵ３０は、可変動弁機構２０の動作を制御して両方の排気弁１９の開弁時期を進角させる。すなわち、排気弁１９の開弁時期を早める。なお、開弁時期は予め設定した所定角度進角させてもよいし、実燃焼圧と判定燃焼圧との差に基づいて進角させるべき角度を算出し、この算出した角度分進角させてもよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００１８】
一方、実燃焼圧が判定燃焼圧以上と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はウェイストゲートバルブ１７の開度を通常制御によって制御する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ３０は、排気弁１９の開弁時期をステップＳ１３の処理において進角させる前の標準時期に戻す。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００１９】
この形態によれば、燃焼圧センサ２２によって検出された実燃焼圧が判定燃焼圧よりも低い場合、すなわち吸入空気量が不足して燃焼室７内において燃料が適切に燃焼していない場合は、ウェイストゲートバルブ１７の開度と排気弁１９の閉弁時期とを調整してターボ過給機１３の過給圧を上昇させるので、吸入空気量を増加させて燃焼室７内にて燃料を適切に燃焼させることができる。そのため、エンジン１の出力低下を抑制できる。また、燃焼室７内にマスク壁２３を設け、吸気ポート１０から燃焼室７に流入する吸気の流れをシリンダ４の外周側に偏らせるので、この吸気によってシリンダ４の内壁を冷却することができる。なお、このように燃焼圧センサ２２によって検出された実燃焼圧に基づいてターボ過給機１３の過給圧を変更することでＥＣＵ３０は本発明の動作制御手段として機能する。
【００２０】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、燃焼室に流入する吸気の流れを変更する手段はシリンダヘッドから突出させるマスク壁に限定されない。例えば吸気弁の傘部に吸気ポートからシリンダの中心に向かって流入する吸気の流れに対向する対向面を備えた整流板を設け、この整流板によって吸気の流れを変更してもよい。
【００２１】
本発明が適用される内燃機関の過給機には、過給圧が変更可能な種々の過給機が含まれる。例えば、電動モータによってタービンの回転をアシスト可能な電動モータ付きターボ過給機を備えた内燃機関に本発明を適用してもよい。この場合は、電動モータの動作を制御して過給圧を上昇させる。また、本発明が適用される内燃機関の可変動弁機構には、動弁特性のうち少なくとも排気弁の開弁時期を変更可能な種々の動弁機構が含まれる。例えば、電動モータによってカムを駆動して排気弁を開閉する動弁機構、電磁弁によって排気弁を開閉駆動する動弁機構などを備えた内燃機関に本発明が適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示す図。
【図２】燃焼室を図１の下側から見た図。
【図３】ＥＣＵが実行する過給圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２３】
１  エンジン（内燃機関）
４  シリンダ
７  燃焼室
１０  吸気ポート
１１  排気ポート
１３  ターボ過給機
１７  ウェイストゲートバルブ（過給圧変更手段）
１８  吸気弁
１９  排気弁
２０  可変動弁機構
２２  燃焼圧センサ（燃焼圧取得手段）
２３  マスク壁（吸気流れ変更手段）
２３ａ  対向面
３０  エンジンコントロールユニット（動作制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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