(57)【要約】【課題】吸入空気の脈動の効果を考慮することにより、機関低速運転時におけるエンジンストールの発生を好適に抑制することのできる内燃機関の可変吸気制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の可変吸気制御装置は、内燃機関１０の吸気脈動に対する有効吸気管長を可変とする可変吸気機構６０を備え、機関回転速度に応じて有効吸気管長を変更すべく可変吸気機構６０を駆動制御する。同装置は、アイドル運転時に機関１０にストールが発生するおそれのあることを検出したとき、機関１０が２サイクル経過するまでの期間のみ検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長となるように可変吸気機構６０を駆動制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気脈動に対する有効吸気管長を可変とする可変吸気機構を備え、機関回転速度に応じて前記有効吸気管長を変更すべく前記可変吸気機構を駆動制御する内燃機関の可変吸気制御装置において、
機関低速運転時に機関にストールが発生するおそれのあることを検出したとき、同機関が数サイクル経過するまでの期間のみ前記検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長となるように前記可変吸気機構を駆動制御する
ことを特徴とする内燃機関の可変吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エアクリーナに吸入された空気は、スロットルボディ、サージタンク、インテークマニホルドを通じて吸気ポートに到達し、吸気バルブが開弁した際に機関の燃焼室内へ導入される。ここで、インテークマニホルド内を流れる吸入空気は、空気密度が粗な部分と密な部分とを有する粗密波（脈動流）であることが知られている。
【０００３】
したがって、吸気バルブが開弁するときに、吸入空気の脈動流のうち密な部分を吸気ポートに到達させることができれば、より多くの空気を燃焼室内に導入することができる。すなわち、燃焼室における燃焼効率を向上させることが可能となり、結果として内燃機関の出力特性を向上させることができる。
【０００４】
ここで、機関回転速度が低いときには吸気管長を長くし、機関回転速度が高いときには吸気管長を短くすることにより、上記効果を向上させることができることが知られている。したがって、吸気の脈動を利用してより多くの空気を燃焼室内に導入するためには、機関回転速度に応じて吸気管長を適切に変更することが望ましいこととなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両用の内燃機関では、車両に搭載される補機、例えばエアコンやパワーステアリング等を内燃機関の出力により直接的又は間接的に駆動しているため、同補機がオン操作されると内燃機関の負荷が増加して機関回転速度が低下することがある。このため、上記のような可変吸気制御装置では、内燃機関の補機がオン操作された際に以下のような問題が無視できないものとなる。
【０００６】
すなわち上記可変吸気制御装置は機関回転速度に応じて吸気管長を変更するように駆動制御されているため、補機がオン操作されて機関回転速度が低下した直後においては、吸気の脈動流の周期は機関回転速度が低下する直前の周期を有した状態となる。このため、機関回転速度が低下した直後においては、吸気の脈動を有効に利用できないおそれがある。さらに、吸気バルブの開動作の周期と吸入空気の脈動流の周期との関係が吸気バルブの開弁時に脈動流のうち粗な部分が吸気ポートに到達するような関係であると、吸気ポート内に生じた負圧により排気ポート内の排気が気筒内に吸い戻されることがある。その結果、燃焼室内に残留する排気の割合の増加により燃焼室内の燃焼効率が低下するため、機関回転速度が低い状態にあるとエンジンストールが生じるおそれがある。
【０００７】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸入空気の脈動の効果を考慮することにより、機関低速運転時におけるエンジンストールの発生を好適に抑制することのできる内燃機関の可変吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気脈動に対する有効吸気管長を可変とする可変吸気機構を備え、機関回転速度に応じて前記有効吸気管長を変更すべく前記可変吸気機構を駆動制御する内燃機関の可変吸気制御装置において、機関低速運転時に機関にストールが発生するおそれのあることを検出したとき、同機関が数サイクル経過するまでの期間のみ前記検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長となるように前記可変吸気機構を駆動制御することを要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、機関低速運転時に機関にストールが発生するおそれのあることを検出したとき、同機関が数サイクル経過するまでの期間のみ検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長となるように可変吸気機構を駆動制御する。このため、機関低速運転時に機関回転速度が低下して機関にストールが発生するおそれがあるようなときに、機関回転速度の低下にあわせて吸気脈動に対する有効吸気管長を長くすることができる。その結果、吸気脈動に対する有効吸気管長を機関回転速度に適したものとすることができるため、より多くの空気を燃焼室に導入して燃焼状態を安定させることができる。さらに、このように吸気脈動の効果を向上させることにより、吸気ポート内に生じた負圧によって排気ポート内の排気が気筒内に吸い戻されることを抑制することができる。したがって、燃焼室内に残留する排気の割合を低下させて燃焼状態を更に安定させることができる。
【００１０】
そして、ストール発生のおそれが検出されてから機関が数サイクル経過した後は、有効吸気管長が機関回転速度に応じた有効吸気管長となるように可変吸気機構が駆動制御される。このため、吸気脈動に対する有効吸気管長を一時的に長くした場合であっても、その後は吸気脈動効果の低下による燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【００１１】
なお、吸気脈動に対する有効吸気管長とは、吸入空気の脈動が伝播する吸気管の実質的な長さであり、必ずしも吸気管の長さが変化するものに限られない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を車載用内燃機関の可変吸気制御装置に具体化した一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、この可変吸気制御装置が適用される内燃機関１０は６つの気筒＃１〜気筒＃６を備えている。気筒＃１〜気筒＃３の各気筒は内燃機関１０に形成される吸気ポート２５Ａを介して第１の吸気マニホールド２３に接続されている。気筒＃４〜気筒＃６の各気筒は吸気ポート２５Ｂを介して第２の吸気マニホールド２４に接続されている。これら第１の吸気マニホールド２３及び第２の吸気マニホールド２４には吸気管２０が接続されている。
【００１３】
吸気管２０は、分岐部Ａの下流において第１の分配管２１と第２の分配管２２とに分岐している。そして、第１の分配管２１は第１の吸気マニホールド２３及び吸気ポート２５Ａを介して気筒＃１〜気筒＃３に接続されている。また、第２の分配管２２は第２の吸気マニホールド２４及び吸気ポート２５Ｂを介して気筒＃４〜気筒＃６に接続されている。
【００１４】
吸気管２０には、分岐部Ａの上流に吸入吸気量を調節するためのスロットルバルブ５０が設けられている。スロットルバルブ５０には、スロットルバルブ５０を回転駆動させるためのスロットルバルブアクチュエータ５１が設けられている。また、吸気管２０には、スロットルバルブ５０の上流に吸入空気に含まれる埃を取り除くためのエアクリーナ４０が設けられている。
【００１５】
内燃機関１０の気筒＃１〜気筒＃３の各々は、同内燃機関１０に形成される排気ポート３２を介して排気マニホールド３１に接続されている。この排気マニホールド３１には排気管３０が接続されている。
【００１６】
エアクリーナ４０を通過した吸入空気は吸気管２０、第１の吸気マニホールド２３，第２の吸気マニホールド２４、及び吸気ポート２５Ａ，２５Ｂを通じて内燃機関１０の燃焼室内に導入される。この燃焼室内に導入された吸入空気は内燃機関１０に設けられる燃料噴射弁から噴射される燃料と混合して混合気となる。そして、この混合気が燃焼室内で燃焼した後、この燃焼により生じた排気が燃焼室内から排気ポート３２、排気マニホールド３１、及び排気管３０を通じて外部に排出される。
【００１７】
ここで、本実施形態にかかる吸気管２０には、吸気管２０の有効吸気管長を可変とする可変吸気機構６０が設けられている。有効吸気管長とは、吸入空気の脈動が伝播する吸気管の実質的な長さである。この可変吸気機構６０は、第１の連通管６１，第２の連通管６２、第１の連通制御弁６３、第２の連通制御弁６４、及び連通制御弁アクチュエータ６５を備えて構成されている。
【００１８】
第１の連通管６１は分岐部Ａの下流の第１の連通部Ｂにおいて第１の分配管２１及び第２の分配管２２を連通している。また、第２の連通管６２は第１の連通部Ｂの下流の第２の連通部Ｃにおいて第１の分配管２１及び第２の分配管２２を連通している。第１の連通管６１には同連通管６１を開閉するための第１の連通制御弁６３が設けられている。同様に、第２の連通管６２には同連通管６２を開閉するための第２の連通制御弁６４が設けられている。第１の連通制御弁６３は連通制御弁アクチュエータ６５と駆動連結しており、連通制御弁アクチュエータ６５により第１の連通制御弁６３が回転駆動されて第１の連通管６１の開放及び閉鎖が切り替えられる。また、第２の連通制御弁６４も連通制御弁アクチュエータ６５と駆動連結しており、連通制御弁アクチュエータ６５により第２の連通制御弁６４が回転駆動されて第２の連通管６２の開放及び閉鎖が切り替えられる。
【００１９】
内燃機関１０の出力軸には回転速度センサ８０が設けられており、この回転速度センサ８０により出力軸の回転速度、即ち機関回転速度ＮＥが検出される。また、車両のアクセルペダルにはアクセルセンサ８１が設けられており、このアクセルセンサ８１によりその踏み込み量であるアクセルペダル踏み込み量ＡＣＣＰが検出される。
【００２０】
これらセンサ８０，８１の検出信号は、いずれも内燃機関の電子制御装置７０に取り込まれる。この電子制御装置７０は、各種制御プログラムや演算用マップ、及び制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持するメモリを備えている。また、電子制御装置７０は、上記センサ８０，８１等からの検出信号に基づいてスロットルバルブアクチュエータ５１及び連通制御弁アクチュエータ６５等の各種装置の制御を実行する。
【００２１】
ここで、本実施形態における可変吸気機構６０においては、連通制御弁アクチュエータ６５により第１の連通制御弁６３及び第２の連通制御弁６４が以下の（ａ）〜（ｃ）の３つの状態に駆動される。
【００２２】
（ａ）第１の連通制御弁６３が第１の連通管６１を閉鎖し、且つ第２の連通制御弁６４も第２の連通管６２を閉鎖する状態
（ｂ）第１の連通制御弁６３が第１の連通管６１を開放し、且つ第２の連通制御弁６４が第２の連通管６２を閉鎖する状態
（ｃ）第１の連通制御弁６３が第１の連通管６１を開放し、且つ第２の連通制御弁６４も第２の連通管６２を開放する状態
そして、これら（ａ）〜（ｃ）の状態における吸気管２０の有効吸気管長は以下のようになる。
【００２３】
（ａ）のとき、吸気管２０の有効吸気管長は、分岐部Ａから各気筒＃１〜気筒＃６までとなるため、最も長くなる。
（ｂ）のとき、吸気管２０の有効吸気管長は、第１の連通部Ｂから各気筒＃１〜気筒＃６までとなるため、中程度の長さとなる。
【００２４】
（ｃ）のとき、吸気管２０の有効吸気管長は、第２の連通部Ｃから各気筒＃１〜気筒＃６までとなるため、最も短くなる。
このように、本実施形態にかかる可変吸気機構６０により吸気管２０の有効吸気管長を３つの態様で変更することが可能である。
【００２５】
以下、このような車載用内燃機関の可変吸気制御装置において行われる吸気管２０の可変吸気制御について図２を参照して説明する。なお、図２のフローチャートに示す一連の処理は、電子制御装置７０により所定の周期をもって繰り返し実行される。また、このフローチャートの初期処理として、カウント値ＣＩＮＩＴが「０」に設定される。
【００２６】
図２に示すように、この一連の処理ではまず、センサ８０，８１の検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥ、アクセルペダル踏み込み量ＡＣＣＰが読み込まれる（Ｓ１００）。
このＳ１００に続いて、内燃機関がアイドル運転状態であるか否かが判定される（Ｓ１０１）。具体的には機関回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ１以下であり、且つアクセルペダル踏み込み量ＡＣＣＰが所定踏み込み量ＡＣＣＰ１以下であることに基づいてアイドル運転状態である旨判定される。
【００２７】
この判定処理を通じてアイドル運転状態である旨判定された場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、機関回転速度変化量ΔＮＥが算出される（Ｓ１０２）。具体的には、機関回転速度の前回値ＮＥＦと機関回転速度ＮＥとの偏差から機関回転速度変化量ΔＮＥが算出される。
【００２８】
このＳ１０２に続いて、エンジンストールのおそれがあるか否かが判定される（Ｓ１０３）。具体的には、機関回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ２以下であり、且つ機関回転速度変化量ΔＮＥが所定変化量ΔＮＥ１以上であるときにエンジンストールのおそれがある旨判定される。なお、この判定結果は、Ｓ１１１においてカウント値ＣＩＮＩＴが「０」に設定されるまで維持される。所定回転速度ＮＥ２及び所定変化量ΔＮＥ１は、エンジンストールのおそれがあるか否かを判定するとこができる適切な値に設定されている。
【００２９】
この判定処理を通じてエンジンストールのおそれがある旨判定された場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、カウント値ＣＩＮＩＴが所定カウント値ＣＩＮＩＴＫよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１０４）。ここで、電子制御装置７０にはこの所定カウント値ＣＩＮＩＴＫと機関回転速度ＮＥとの関係を定義する関数マップが記憶されており、電子制御装置７０はこの関数マップを参照して所定カウント値ＣＩＮＩＴＫを算出する。所定カウント値ＣＩＮＩＴＫは、具体的には、内燃機関が機関回転速度ＮＥの状態であるときに機関が２サイクル経過するまでの期間を期間Ｔとすると、この期間Ｔの間に本制御処理が実行されると予想される回数である。なお、機関の１サイクルとは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程が一巡する期間を指すものとする。
【００３０】
この判定処理を通じてカウント値ＣＩＮＩＴが所定カウント値ＣＩＮＩＴＫ以下である旨判定された場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、吸気管２０の有効吸気管長が最も長く設定される（Ｓ１０５）。具体的には、連通制御弁アクチュエータ６５により、第１の連通管６１を閉鎖するように第１の連通制御弁６３を駆動するとともに、第２の連通管６２を閉鎖するように第２の連通制御弁６４を駆動する。
【００３１】
このＳ１０５に続いて、カウント値ＣＩＮＩＴがインクリメントされる（Ｓ１０６）。
一方、アイドル運転状態でない旨判定された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、及びエンジンストールのおそれがない旨判定された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）には、機関高速運転状態であるか否かが判定される（Ｓ１０８）。また、カウント値ＣＩＮＩＴが所定カウント値ＣＩＮＩＴＫを超えている旨判定された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）にも機関高速運転状態であるか否かが判定される（Ｓ１０８）。具体的には、機関回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ３以上であることに基づいて機関高速運転状態である旨判定される。なお、所定回転速度ＮＥ３は、機関が高速運転状態であるか否かを判定するとこができる適切な値に設定されている。
【００３２】
この判定処理を通じて機関が高速運転状態である旨判定された場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、吸気管２０の有効吸気管長が最も短く設定される（Ｓ１０９）。具体的には、連通制御弁アクチュエータ６５により、第１の連通管６１を開放するように第１の連通制御弁６３を駆動するとともに、第２の連通管６２を開放するように第２の連通制御弁６４を駆動する。
【００３３】
また、機関が高速運転状態でない旨判定された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、即ち機関が低速運転状態、或いは中速運転状態にあるときには、吸気管２０の有効吸気管長が中程度の長さに設定される（Ｓ１１０）。具体的には、連通制御弁アクチュエータ６５により、第１の連通管６１を開放するように第１の連通制御弁６３が駆動させられるとともに、第２の連通管６２を閉鎖するように第２の連通制御弁６４が駆動させられる。なお、機関がアイドル運転状態であり且つエンジンストールのおそれがないときにも、吸気管２０の有効吸気管長が中程度の長さに設定される。
【００３４】
これらＳ１０９及びＳ１１０に続いて、カウント値ＣＩＮＩＴが「０」に設定される（Ｓ１１１）。また、カウント値ＣＩＮＩＴが所定カウント値ＣＩＮＩＴＫを超えている旨判定された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）にもカウント値ＣＩＮＩＴが「０」に設定される（Ｓ１１１）。
【００３５】
そして、このＳ１０６及びＳ１１１に続いて、次回の処理に備えて現在の機関回転速度ＮＥが前回値ＮＥＦとして記憶され（Ｓ１０７）、この一連の処理が一旦終了される。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に列記する作用効果が得られる。
【００３６】
（１）アイドル運転時に機関１０にストールが発生するおそれのあることを検出したとき、同機関１０が２サイクル経過するまでの期間のみ検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長となるように可変吸気機構６０を駆動制御する。このため、アイドル時に機関回転速度ＮＥが低下して機関１０にストールが発生するおそれがあるようなときに、機関回転速度ＮＥの低下にあわせて吸気脈動に対する有効吸気管長を長くすることができる。その結果、吸気脈動に対する有効吸気管長を機関回転速度ＮＥに適したものとすることができるため、より多くの空気を気筒＃１〜気筒＃６の各気筒の燃焼室に導入して燃焼状態を安定させることができる。さらに、このように吸気脈動の効果を向上させることにより、吸気ポート２５Ａ，２５Ｂ内に生じた負圧によって排気ポート３２内の排気が気筒＃１〜気筒＃６の各気筒内に吸い戻されることを抑制することができる。したがって、気筒＃１〜気筒＃６の各気筒の燃焼室内に残留する排気の割合を低下させて燃焼状態を更に安定させることができる。
【００３７】
そして、ストール発生のおそれが検出されてから機関１０が２サイクル経過した後は、有効吸気管長が機関回転速度ＮＥに応じた有効吸気管長となるように可変吸気機構６０が駆動制御される。このため、吸気脈動に対する有効吸気管長を一時的に長くした場合であっても、その後は吸気脈動効果の低下による燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【００３８】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、吸気管２０の有効吸気管長が最も長くなるように可変吸気機構６０を駆動する制御を同機関が２サイクル経過するまでの期間のみ実行していたが、このような制御を機関が１〜５サイクル程度経過するまでの期間のみ実行してもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、エンジンストールのおそれがあるか否かの判定を機関回転速度ＮＥ、機関回転速度変化量ΔＮＥに基づいて判定していたが、機関回転速度ＮＥにのみ基づいて判定するようにしてもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、アイドル運転状態であるときにエンジンストールを防止するための可変吸気制御を実行していたが、機関低速運転状態であるときに同可変吸気制御を実行してもよい。具体的には、図２のＳ１０１において、所定回転速度ＮＥ１をアイドル回転速度よりも大きな値に設定するとともに、アクセルペダル踏み込み量ＡＣＣＰが所定踏み込み量ＡＣＣＰ１以下であるという条件を省略すればよい。
【００４１】
・上記実施形態では、アイドル運転時に機関にストールが発生するおそれのあることを検出したときに吸気管２０の有効吸気管長を可変吸気機構６０が設定できる最も短い有効吸気管長に変更するようにしていた。上記検出されたときにおける吸気管２０の目標有効吸気管長は上記検出されたときの有効吸気管長よりも長い有効吸気管長に変更されればよく、可変吸気機構６０において最も短く設定されている必要はない。また、可変吸気機構として、吸気管２０の有効吸気管長を２段階、或いは４段階以上に変更することが可能な可変吸気機構を採用してもよい。
【００４２】
・可変吸気機構の構成は、上記可変吸気機構６０以外の構成、例えば吸気管や吸気マニホールドにバイパスを設けることにより有効吸気管長を変更するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかる可変吸気制御装置の一実施形態についてその概略を示す模式図。
【図２】図１の制御装置における可変吸気制御を実行する際の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４４】
１０…内燃機関、２０…吸気管、２１…第１の分配管、２２…第２の分配管、２３…第１の吸気マニホールド、２４…第２の吸気マニホールド、２５Ａ，２５Ｂ…吸気ポート、３０…排気管、３１…排気マニホールド、３２…排気ポート、４０…エアクリーナ、５０…スロットルバルブ、５１…スロットルバルブアクチュエータ、６０…可変吸気機構、６１…第１の連通管、６２…第２の連通管、６３…第１の連通制御弁、６４…第２の連通制御弁、６５…連通制御弁アクチュエータ、７０…電子制御装置、８０…回転速度センサ、８１…アクセルセンサ。
【図１】
2007297963.tif 000003
【図２】
2007297963.tif 000004