(57)【要約】【課題】燃料を好適に霧化し、燃焼改善を図ることが可能なエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１は、吸気側ＶＶＴ５８および排気側ＶＶＴ５９を備えた筒内直接燃料噴射式エンジンであるエンジン１に対して設けられ、吸気弁５４閉弁時の筒内混合気温度Ｔｉｎｃと、燃料の霧化を促進する目標クランク角度における燃焼室容積である目標燃焼室容積Ｖと、目標クランク角度における燃焼室温度である目標燃焼室温度Ｔとに基づいて、吸気弁５４閉弁時の燃焼室容積Ｖｉｎｃを推定する推定手段と、吸気弁５４閉弁時の実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒが、推定手段が推定した燃焼室容積ＶｉｎｃとなるようにＶＶＴ５８、５９を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一気筒あたりに設けられた吸気弁および排気弁のうち、少なくとも吸気弁のバルブ特性を可変にする可変動弁機構を備えた筒内直接燃料噴射式エンジンに対して設けられ、
前記吸気弁閉弁時の筒内混合気温度と、燃料の霧化を促進する目標クランク角度における燃焼室容積である目標燃焼室容積と、前記目標クランク角度における燃焼室温度である目標燃焼室温度とに基づいて、前記吸気弁閉弁時の燃焼室容積を推定する推定手段と、
前記吸気弁閉弁時の実際の燃焼室容積が、前記推定手段が推定した燃焼室容積となるように前記可変動弁機構を制御する制御手段と、を備えたエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特に可変動弁機構を備えた筒内直接燃料噴射式エンジンについてのエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接燃料噴射式エンジンでは、噴射した燃料の霧化（気化を含む）を促進することで、燃焼改善を図ることができる。特許文献１では、可変動弁機構を制御することで筒内に排気を逆流させ、燃料の気化を促進する技術が開示されている。特許文献２、３では、ポリトロープ変化の状態変化に基づき状態量を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４８１０８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５３７４号公報
【特許文献３】特開２００７−１２７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が提案する技術では、筒内に排気を逆流させることで、燃料の気化を促進している。しかしながら、筒内に高温の排気が逆流すると、例えば筒内酸素濃度が変化する結果、燃焼に影響が及ぶことがある。そしてこの結果、排気エミッションやエンジン運転の安定性に影響が及ぶことがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、燃料を好適に霧化し、燃焼改善を図ることが可能なエンジン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】
【０００６】
本発明は一気筒あたりに設けられた吸気弁および排気弁のうち、少なくとも吸気弁のバルブ特性を可変にする可変動弁機構を備えた筒内直接燃料噴射式エンジンに対して設けられ、前記吸気弁閉弁時の筒内混合気温度と、燃料の霧化を促進する目標クランク角度における燃焼室容積である目標燃焼室容積と、前記目標クランク角度における燃焼室温度である目標燃焼室温度とに基づいて、前記吸気弁閉弁時の燃焼室容積を推定する推定手段と、前記吸気弁閉弁時の実際の燃焼室容積が、前記推定手段が推定した燃焼室容積となるように前記可変動弁機構を制御する制御手段と、を備えたエンジンの制御装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば燃料を好適に霧化し、燃焼改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】エンジンおよび関連する各構成の概略構成図である。
【図２】ＥＣＵの概略構成図である。
【図３】ＥＣＵが行う制御のうち、ＶＶＴの制御をフローチャートで示す図である。
【図４】ＥＣＵが行う制御のうち、回転数補正制御をフローチャートで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００１０】
図１はエンジン５０および関連する各構成の概略構成図である。吸気系１０はエアクリーナ１１と、エアフロメータ１２と、電子制御スロットル１３と、吸気マニホルド１４とを備えている。エアクリーナ１１は吸入空気を濾過する。エアフロメータ１２は、エンジン５０の吸入空気量ＧＡを計測する。電子制御スロットル１３は吸入空気量ＧＡを調節する。電子制御スロットル１３はスロットル開度センサ１３ａを備えている。吸気マニホルド１４は、吸入空気をエンジン５０の各気筒に分配する。吸気マニホルド１４には吸気温センサ７１が設けられている。
【００１１】
エンジン５０は筒内直接燃料噴射式のガソリンエンジンである。図１では、一気筒あたりのエンジン５０の概略構成を示している。エンジン５０はシリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５４と、排気弁５５と、点火プラグ５６と、燃料噴射弁５７と、吸気側ＶＶＴ（ＩｎＶＶＴ）５８と排気側ＶＶＴ（ＥｘＶＶＴ）５９とを備えている。
【００１２】
シリンダブロック５１には、シリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室６０はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びシリンダ５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には、燃焼室６０に吸入空気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室６０からガスを排気する排気ポート５２ｂとが形成されている。またシリンダヘッド５２には、吸気ポート５２ａを開閉する吸気弁５４と、排気ポート５２ｂを開閉する排気弁５５とが設けられている。
【００１３】
点火プラグ５６は、燃焼室６０の中央上部に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に設けられている。燃料噴射弁５７は、燃焼室６０に噴孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に設けられている。燃料噴射弁５７はシリンダヘッド５２のうち、吸気ポート５２ａとシリンダブロック５１との間の部分に設けられている。燃料噴射弁５７は、燃焼室６０に燃料を直接噴射する。なお、燃料噴射弁５７の配置はこれに限られない。
【００１４】
シリンダヘッド５２には、吸気側ＶＶＴ５８と排気側ＶＶＴ５９とが設けられている。吸気側ＶＶＴ５８は吸気弁５４のバルブ特性（例えばバルブタイミングや作用角）を可変にし、排気側ＶＶＴ５９は排気弁５５のバルブ特性を可変にする。ＶＶＴ５８、５９は制御位置など制御量の状態を検出するための状態検出センサ５８ａ、５９ａを備えている。ＶＶＴ５８、５９は一気筒あたりに設けられた吸気弁５４および排気弁５５のうち、少なくとも吸気弁５４のバルブ特性を可変にする可変動弁機構に相当する。
【００１５】
エンジン５０には各種のセンサが設けられている。具体的には例えば、エンジン５０の冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ７２や、エンジン５０のクランク角度を検出するためのクランク角センサ７３や、エンジン５０の筒内圧を検出するための筒内圧センサ７４が設けられている。
【００１６】
図２はＥＣＵ１の概略構成図である。ＥＣＵ１はＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等からなるマイクロコンピュータと入出力回路５、６とを備えている。これらＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、および入出力回路５、６は互いにバス７で接続されている。ＥＣＵ１はエンジン５０を制御するように構成されている。具体的にはＥＣＵ１は電子制御スロットル１３や燃料噴射弁５７やＶＶＴ５８、５９を制御するように構成されている。これらの構成は制御対象としてＥＣＵ１に電気的に接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ１には各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。具体的にはエアフロメータ１２や、スロットル開度センサ１３ａや、状態検出センサ５８ａ、５９ａや、吸気温センサ７１や、水温センサ７２や、クランク角センサ７３や、筒内圧センサ７４が接続されている。これら各種のセンサ・スイッチ類の出力に基づき、ＥＣＵ１では吸入空気量ＧＡや、スロットル開度や、ＶＶＴ５８、５９の制御量の状態や、吸気温度Ｔｉｎや、冷却水温ＴＨＷや、エンジン５０のクランク角度および回転数ＮＥや、筒内圧や、エンジン５０の負荷ＫＬがそれぞれ検出される。
【００１８】
ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ２がＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ４の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の手段などが機能的に実現される。
【００１９】
例えばＥＣＵ１では、以下に示す推定手段と制御手段とが実現される。推定手段は、吸気弁５４閉弁時の筒内混合気温度Ｔｉｎｃと、燃料の霧化を促進する目標クランク角度における燃焼室容積である目標燃焼室容積Ｖと、目標クランク角度における燃焼室温度である目標燃焼室温度Ｔとに基づいて、吸気弁５４閉弁時の燃焼室容積Ｖｉｎｃを推定するように実現される。
【００２０】
筒内混合気温度Ｔｉｎｃは、吸気温センサ７１の出力に基づき検出することができる。但しこれに限られず、筒内混合気温度Ｔｉｎｃは例えば吸入空気と吸気ポート５２ａとの熱の授受などをさらに考慮することで、より精度良く推定されてもよい。また筒内混合気温度Ｔｉｎｃはその他のセンサによって直接的に検出されてもよく、或いはその他のセンサによって間接的に検出された上で推定されてもよい。
【００２１】
目標クランク角度は、燃焼にとって幾何学的に有利な位置に予め設定されている。これは次の理由による。すなわち、燃焼室６０壁面への燃料噴霧の衝突は燃焼に影響を及ぼす。これに対し、エンジン５０にはかかる観点から良好な燃焼性能が得られる幾何学的位置が存在する。このため、目標クランク角度はかかる観点に基づき設定されている。目標クランク角度はエンジン５０の運転状態に応じて予め設定されている。目標クランク角度はエンジン５０の圧縮行程に含まれる。
【００２２】
目標燃焼室容積Ｖと目標燃焼室温度Ｔとは、目標クランク角度に応じて予め設定されている。目標燃焼室容積Ｖは、目標クランク角度に応じて決まってくる。一方、目標燃焼室温度Ｔは燃料の霧化を促進可能な値に設定することができる。すなわち、これらの設定は良好な燃焼性能が得られる幾何学的位置において、燃焼室温度をコントロールすることで、燃料の霧化を促進するために行われる。
【００２３】
燃焼室容積Ｖｉｎｃは次の式（１）に基づき推定される。すなわち、推定手段は具体的には式（１）に基づき燃焼室容積Ｖｉｎｃを推定する。式（１）はポリトロープ変化における気体の状態方程式である。
Ｖｉｎｃκ―１＝Ｔ／Ｔｉｎｃ×Ｖκ−１・・・（１）
κはポリトロープ指数であり、例えば筒内圧と燃焼室容積の履歴から算出できる。また、予め算出したκをマップデータで備えてもよい。
【００２４】
制御手段は、吸気弁５４閉弁時の実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒが、推定手段が推定した燃焼室容積ＶｉｎｃとなるようにＶＶＴ５８、５９を制御するように実現される。具体的には制御手段は、実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒが燃焼室容積Ｖｉｎｃｒである場合に、吸気弁５４が閉弁するようにＶＶＴ５８を制御するように実現される。ＶＶＴ５９に関しては、制御手段は例えば排気弁５５の遅閉じによる筒内への排気の逆流が発生しないように制御することができる。制御手段はこのほか後述する回転数補正制御も行うように実現される。ＥＣＵ１はエンジンの制御装置に相当する。
【００２５】
次にＥＣＵ１の動作を図３、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図３はＶＶＴ５８、５９の制御を示し、図４はＶＶＴ５８、５９の制御と並行して行われる回転数補正制御を示す。図３に示すように、ＥＣＵ１は制御を行うにあたり、安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。本ステップでは、例えばＶＶＴ５８、５９に異常が発生していないかなど制御開始条件が成立しているか否かを判定する。ステップＳ１で否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。ステップＳ１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１は目標回転数および目標負荷を算出する（ステップＳ２）。目標回転数および目標負荷はＶＶＴ５８、５９を制御するにあたり、成立させるべき回転数ＮＥおよび負荷ＫＬである。
【００２６】
続いてＥＣＵ１は、目標回転数および目標負荷に基づき、目標クランク角度を読み込む（ステップＳ３）。すなわち、本ステップでエンジン５０の運転状態に応じて目標クランク角度が決定される。この点、燃料噴射を行う運転状態では、エンジン５０の運転状態として負荷ＫＬを特段考慮しないでもよい。続いてＥＣＵ１は、対応する目標燃焼室容積Ｖおよび目標燃焼室温度Ｔを読み込む（ステップＳ４）。なお、エンジン５０の運転状態に応じて、目標燃焼室容積Ｖおよび目標燃焼室温度Ｔを予め設定することで、目標クランク角度を介することなく、これらを直接読み込むようにしてもよい。
【００２７】
続いてＥＣＵ１は、筒内混合気温度Ｔｉｎｃを検出する（ステップＳ５）。そして、前述の式（１）に基づき、燃焼室容積Ｖｉｎｃを推定する（ステップＳ６）。また、推定した燃焼室容積Ｖｉｎｃに基づき、ＶＶＴ５８、５９の目標制御位置を算出する（ステップＳ７）。その後、ＥＣＵ１は算出した目標制御位置に基づき、実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒが燃焼室容積ＶｉｎｃとなるようにＶＶＴ５８、５９を制御する（ステップＳ８）。
【００２８】
ステップＳ８の後、ＥＣＵ１はＶＶＴ５８、５９の現在の制御位置と目標制御位置との乖離（制御位置乖離）が所定値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ９）。否定判定であればステップＳ８に戻る。肯定判定であれば、本フローチャートを終了する。これにより、排気弁５４閉弁時の実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒを推定した燃焼室容積Ｖｉｎｃにすることができる。
【００２９】
一方、ステップＳ８の後、ＥＣＵ１は並行して、図４に示すように現在の回転数ＮＥと目標回転数との乖離（回転数乖離）が所定値β未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。否定判定であれば、ＥＣＵ１はエンジン５０の回転数補正制御を行う（ステップＳ１１）。回転数補正制御は、例えば電子制御スロットル１３や燃料噴射弁５７を制御することで行うことができる。ステップＳ１１の後には、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ１０で肯定判定であれば、本フローチャートを終了する。これにより、目標回転数を成立させることができる。なお、負荷ＫＬについても同様にして補正制御を行うことができる。
【００３０】
次にＥＣＵ１の作用効果について説明する。ＥＣＵ１は、目標クランク角度において目標燃焼室温度Ｔが得られるように吸気弁５４閉弁時の燃焼室容積Ｖｉｎｃを算出する。そして、実際の燃焼室容積Ｖｉｎｃｒが燃焼室容積ＶｉｎｃになるようにＶＶＴ５８、５９を制御する。これにより、目標クランク角度において燃料の霧化を促進できる。また、この目標クランク角度は良好な燃焼性能が得られる幾何学的位置に設定できる。
【００３１】
このためＥＣＵ１は、良好な燃焼性能が得られる幾何学的位置において燃焼室温度をコントロールすることで、燃料を好適に霧化し、燃焼改善を図ることができる。具体的には噴霧場の温度適正化を図ることで、燃焼効率の向上のほか、未燃ガスの排出減少による排気エミッションの改善や、トルク変動の改善によるエンジン５０の運転安定性の向上を期待できる。
【００３２】
またこのようにして燃料の霧化を促進することは、燃焼を制御する観点からも合理的である。すなわち燃焼を制御するには、台上試験による適合を行うのではなく、噴霧場を直接制御することが道理にかなう。この点、適合のための台上試験は、例えばエンジン５０冷間時の燃料の霧化を改善すべく、環境補正値を算出するために行われる。これに対し、ＥＣＵ１は良好な燃焼性能が得られる幾何学的位置において燃焼室温度をコントロールすることで、燃焼室６０壁面への燃料噴霧の衝突と噴霧場の温度とを直接制御する。そして、このようにして噴霧場を直接制御するＥＣＵ１によれば、暖機中の環境に対するロバスト性向上も期待できる。
【００３３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば上述した実施例では、筒内直接燃料噴射式エンジンがガソリンエンジンである場合について説明した。しかしながら、本発明においてはこれに限られず、筒内直接燃料噴射式エンジンは例えばディーゼルエンジンであってもよい。
また推定手段や制御手段はエンジン５０を制御するＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、その他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。推定手段や制御手段が行う個々の処理それぞれについても同様である。
【符号の説明】
【００３４】
ＥＣＵ                  １
エアフロメータ          １２
電子制御スロットル      １３
エンジン                ５０
吸気弁                  ５４
排気弁                  ５５
点火プラグ              ５６
燃料噴射弁              ５７
吸気側ＶＶＴ            ５８
排気側ＶＶＴ            ５９
吸気温センサ            ７１
水温センサ              ７２
クランク角センサ        ７３
筒内圧センサ            ７４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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