(57)【要約】【課題】２次空気を排気系に供給する場合において、気筒内の残留ガスの掃気効率を向上させることができ、それにより、ノッキングの発生を抑制できるとともに、燃焼効率、発生出力および燃費をいずれも向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関３の制御装置１は、２次空気供給装置３０とＥＣＵ２を備える。２次空気供給装置３０は、第１排気ポート９ｄに対し、気筒３ａ内に向かって、第２排気ポート９ｅから遠ざかる方向に２次空気を噴射する。ＥＣＵ２は、気筒３ａ内の残留ガスを掃気するために、２つの排気弁５，５の開弁期間の終期において２次空気を第１排気ポート９ｄに供給するように、２次空気供給装置３０を制御する（ステップ１０〜２１）。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの排気ポートをそれぞれ開閉する２つの排気弁と吸気弁とを気筒ごとに有する内燃機関の制御装置であって、
前記２つの排気弁の一方が開閉する前記２つの排気ポートの一方に対し、前記気筒内に向かって、前記２つの排気ポートの他方から遠ざかる方向に２次空気を供給する２次空気供給装置と、
前記気筒内の残留ガスを掃気するために、前記２つの排気弁の開弁期間の終期において前記２次空気を前記一方の排気ポートに供給するように、前記２次空気供給装置を制御する２次空気制御手段と、
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】
前記気筒の天壁の、前記一方の排気ポートの開口と前記他方の前記排気ポートの開口との間の部位には、前記２次空気を前記吸気弁側に案内する案内部が設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次空気を内燃機関の排気系に供給する２次空気供給装置を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、４気筒タイプのものであり、その排気通路内に２次空気を供給する２次空気供給装置と、排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒とを備えている。この２次空気供給装置は、４つのノズルを備えており、２次空気供給装置の動作中、これらの４つのノズルによって、２次空気が排気通路の４つの排気分岐通路内にそれぞれ供給される。
【０００３】
この制御装置では、内燃機関の冷間始動時、内燃機関の暖機を促進するために、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に制御される。それと同時に、排ガス浄化触媒の活性化と排ガス浄化を促進するために、２次空気の供給制御が気筒ごとに実行される。すなわち、２次空気供給装置を駆動することにより、そのノズルから排気通路の排気分岐通路に、気筒内に逆流しないようなタイミングで、２次空気が噴射される。それにより、排ガスの空燃比がリーン側に制御されることで、排ガス浄化触媒の活性化と排ガス浄化が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４１１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、内燃機関では、混合気の燃焼によって気筒内に発生した燃焼ガスおよび未燃ガス（以下「筒内ガス」という）は、排気行程で排気弁および排気ポートを介して気筒外に排出されるものの、十分に排出されることなく、残留ガスとして気筒内に残留しやすい。そのため、気筒内の残留ガスの掃気手法として、吸気弁および排気弁が同時に開弁状態となるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、吸気ポートの圧力を排気ポートの圧力よりも高く設定し、空気をバルブオーバーラップ期間中に気筒内に導入する手法が知られている。
【０００６】
しかし、このような掃気手法では、残留ガスを気筒内から効率よく掃気するのは困難であり、結果的に、残留ガスがある程度、気筒内に生じてしまう。特に、排気圧が吸気圧よりも高くなる条件のとき、例えば、内燃機関がターボチャージャ付きで、加速中の過渡運転条件状態にあるときには、上記掃気手法では、残留ガスを掃気することはできない。このように気筒内に残留ガスが発生した場合、それに起因して、筒内温度が上昇することにより、ノッキングが発生しやすくなる。また、ノッキングを回避しようとした場合、燃焼効率が低下し、内燃機関の発生出力および燃費の低下を招いてしまう。上記特許文献１の制御装置の場合、上述した２次空気の供給制御によって、排ガス浄化触媒の活性化と排ガス浄化を促進することは可能であるものの、気筒内の残留ガスを掃気することはできず、そのため、気筒内の残留ガスが発生することで、上述した問題が発生してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、２次空気を排気系に供給する場合において、気筒内の残留ガスの掃気効率を向上させることができ、それにより、ノッキングの発生を抑制できるとともに、燃焼効率、発生出力および燃費をいずれも向上させることができる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、２つの排気ポート（第１および第２排気ポート９ｄ，９ｅ）をそれぞれ開閉する２つの排気弁５，５と吸気弁４とを気筒３ａごとに有する内燃機関３の制御装置１であって、２つの排気弁５，５の一方が開閉する２つの排気ポートの一方（第１排気ポート９ｄ）に対し、気筒３ａ内に向かって、２つの排気ポートの他方（第２排気ポート９ｅ）から遠ざかる方向に２次空気を供給する２次空気供給装置３０と、気筒３ａ内の残留ガスを掃気するために、２つの排気弁５，５の開弁期間の終期において２次空気を一方の排気ポート（第１排気ポート９ｄ）に供給するように、２次空気供給装置３０を制御する２次空気制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０〜２１）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の制御装置によれば、気筒内の残留ガスを掃気するために、２つの排気弁の開弁期間の終期において２次空気を２つの排気ポートの一方に供給するように、２次空気供給装置が制御される。それにより、この２次空気供給装置によって、２つの排気弁の一方が開閉する２つの排気ポートの一方に対し、気筒内に向かって、他方の排気ポートから遠ざかる方向に２次空気が供給されるので、２次空気は、一方の排気弁によって開放されている一方の排気ポートから気筒内に流入する。その際、排気弁の開弁期間の終期では、ピストンが上死点付近に位置しているので、２次空気は、ピストンの頂面および気筒の内壁に沿って吸気弁側に流れた後、他方の排気弁側に流れる。そして、他方の排気弁によって開放されている他方の排気ポートを介して、排気通路側に流れ出る。
【００１０】
以上のように、気筒内に流れ込んだ２次空気は、一方の排気弁の付近、吸気弁の付近および他方の排気弁の付近の順に気筒内を循環した後、他方の排気ポートから排気通路に流れ出るので、この２次空気によって、気筒内の残留ガスを効率よく掃気することができ、残留ガスの掃気効率を向上させることができる。それにより、残留ガスの掃気効率を向上させることができることによって、ノッキングの発生を抑制できる。また、燃焼効率を向上させることができ、内燃機関の発生出力および燃費を向上させることができる。これに加えて、２次空気が残留ガスととも排気通路側に流れ、排ガスの空燃比がリーン側になるので、その分、気筒内の混合気の空燃比をよりリッチ側に制御でき、それにより、ノッキングの発生をさらに抑制できる。その結果、混合気の圧縮比をより高く設定することができることによって、燃焼効率をさらに向上させることができ、内燃機関の発生出力および燃費をさらに向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、気筒３ａの天壁の、一方の排気ポート（第１排気ポート９ｄ）の開口と他方の排気ポート（第２排気ポート９ｅ）の開口との間の部位には、２次空気を吸気弁４側に案内する案内部（案内壁３ｅ）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の制御装置によれば、気筒の天壁の、一方の排気ポートの開口と他方の排気ポートの開口との間の部位には、２次空気を吸気弁側に案内する案内部が設けられているので、一方の排気ポートの開口から気筒内に流入した２次空気を、他方の排気ポートの開口側に流れるのを阻止しながら、吸気弁側に確実に案内することができ、残留ガスの掃気効率をより一層、向上させることができる。その結果、ノッキングの発生をより一層、向上させることができ、燃焼効率、発生出力および燃費をいずれもより一層、向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成およびこれを適用した内燃機関の構成の一部を模式的に示す図である。
【図２】内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。
【図３】各気筒における吸気ポート、排気ポートおよび空気制御弁の配置を平面的に見た透視図である。
【図４】各気筒の２つの排気ポートの開口付近をピストン側から見た図である。
【図５】２次空気供給装置による残留ガスの掃気動作を説明するための透視図である。
【図６】吸気弁および排気弁のバルブリフト曲線と、空気制御弁の開弁期間を示す図である。
【図７】２次過給制御処理を示すフローチャートである。
【図８】２次空気制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、本発明の制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、後述するように、このＥＣＵ２によって、内燃機関（以下「エンジン」という）３における各種の制御処理が実行される。
【００１５】
エンジン３は、図１および図２に示すように、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１つのみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。なお、以下の説明では、４つの気筒３ａを適宜、図２の上側から下側に向かって順に「１〜４番気筒３ａ」と呼ぶ。このエンジン３は、気筒３ａごとに設けられた２つの吸気弁４，４（１つのみ図示）と、気筒３ａごとに設けられた２つの排気弁５，５（１つのみ図示）を備えている。
【００１６】
これらの吸気弁４および排気弁５は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、図示しない動弁機構によって駆動され、それにより、図６に示すバルブリフト曲線で開閉する。同図に示すように、このエンジン３の場合、吸気弁４，４および排気弁５，５が同時に開弁状態となるバルブオーバーラップ期間を有しており、このバルブオーバーラップ期間は、吸気行程開始時のＴＤＣ位置の前後の所定クランク角位置を始点および終点とするように設定されている。
【００１７】
また、同図に示すように、バルブオーバーラップ期間中、クランク角ＣＡが所定値ＣＡ１（一定値）のときに、吸気弁４のリフトと排気弁５のリフトが互いに同じ値になるように構成されている。この場合、後述する２次空気制御処理では、２次空気によって気筒３ａ内の残留ガスが吸気通路８側に吹き戻されるのを防止するために、後述する空気制御弁３５の閉弁タイミングが、クランク角ＣＡがこの所定値ＣＡ１にあるときに設定されている。そのため、以下の説明では、この所定値ＣＡ１を「所定閉弁角ＣＡ１」という。
【００１８】
また、エンジン３には、点火プラグ６、燃料噴射弁７およびクランク角センサ２０が設けられている。点火プラグ６は、気筒３ａごとに設けられており（１つのみ図示）、気筒３ａの天壁の中央部において燃焼室内に臨むように、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ６は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、後述するエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなどの各種の運転状態パラメータに応じて、点火プラグ６の放電タイミングが制御される。すなわち点火時期制御が実行される。
【００１９】
さらに、燃料噴射弁７も、気筒３ａごとに設けられており（１つのみ図示）、各気筒３ａの燃焼室内に燃料を直接噴射するように、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。燃料噴射弁７は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、エンジン回転数ＮＥ、後述する吸気圧ＰＢおよびアクセル開度ＡＰなどの各種の運転状態パラメータに応じて、燃料噴射弁７による燃料の噴射量および噴射時期が制御される。すなわち燃料噴射制御が実行される。
【００２０】
一方、クランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、クランク角１゜ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。
【００２１】
また、エンジン３のディストリビュータ（図示せず）には、気筒判別センサ２１が設けられており、この気筒判別センサは、気筒を判別するためのパルス信号である気筒判別信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づいて、各気筒３ａにおけるクランク角ＣＡを算出する。具体的には、クランク角ＣＡは、その気筒３ａのＴＤＣ信号の発生時に値０にリセットされ、ＣＲＫ信号が発生するごとにインクリメントされる。その結果、各気筒３ａにおけるクランク角ＣＡは、吸気行程開始時のＴＤＣ位置で０°、圧縮行程開始時のＢＤＣ位置で１８０°、膨張行程開始時のＴＤＣ位置で３６０°、排気行程開始時のＢＤＣ位置で５４０°になるように算出されるとともに、吸気行程開始時のＴＤＣ位置まで来たときに７２０゜から０゜にリセットされる。
【００２２】
一方、エンジン３の吸気通路８は、１つの主通路部８ａと、主通路部８ａの下流側に設けられた吸気チャンバ８ｂと、この吸気チャンバ８ｂから４つの気筒３ａ側にそれぞれ延びる４つの分岐通路部８ｃと、４つの分岐通路部８ｃの各々から分岐して各気筒３ａに接続された第１および第２吸気ポート８ｄ，８ｅとを備えている。
【００２３】
吸気通路８の主通路部８ａには、上流側から順に、ターボチャージャ１０、インタークーラ１１およびスロットル弁機構１２などが設けられている。ターボチャージャ１０は、吸気通路８のインタークーラ１１よりも上流側に設けられたコンプレッサブレード１０ａと、排気通路９の途中に設けられ、コンプレッサブレード１０ａと一体に回転するタービンブレード１０ｂと、複数の可変ベーン１０ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン１０ｃを駆動するベーンアクチュエータ１０ｄなどを備えている。このターボチャージャ１０では、排気通路９内の排ガスによってタービンブレード１０ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１０ａも同時に回転することにより、吸気通路８内の空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【００２４】
また、可変ベーン１０ｃは、ターボチャージャ１０が発生する過給圧を変化させるためのものであり、ハウジングのタービンブレード１０ｂを収容する部分の壁に回動自在に取り付けられている。可変ベーン１０ｃは、ＥＣＵ２に接続されたベーンアクチュエータ１０ｄに機械的に連結されている。ＥＣＵ２は、ベーンアクチュエータ１０ｄを介して可変ベーン１０ｃの開度（以下「ベーン開度」という）を変化させ、タービンブレード１０ｂに吹き付けられる排ガス量を変化させることによって、タービンブレード１０ｂの回転速度すなわちコンプレッサブレード１０ａの回転速度を変化させる。より具体的には、ＥＣＵ２は、前述した各種の運転状態パラメータに応じて、ベーン開度を制御する。それにより、過給圧が制御される。
【００２５】
さらに、インタークーラ１１は、車両走行中、走行風がその表面上を流れたときに、外気との熱交換によって冷却動作を実行する空冷式のものであり、その内部を空気が通過する際、ターボチャージャ１０での過給動作によって温度が上昇した空気を冷却する。
【００２６】
一方、スロットル弁機構１２は、スロットル弁１２ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１２ｂなどを備えている。スロットル弁１２ａは、吸気通路の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁１２ａを通過する空気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１２ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２によって制御されることにより、スロットル弁１２ａの開度を変化させる。より具体的には、ＥＣＵ２は、前述した各種の運転状態パラメータに応じて、スロットル弁１２ａの開度を制御する。それにより、吸入空気量が制御される。
【００２７】
また、吸気チャンバ８ｂには、吸気圧センサ２２が設けられており、この吸気圧センサ２２は、吸気チャンバ８ｂ内の圧力である吸気圧ＰＢを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、吸気圧ＰＢは絶対圧として検出される。
【００２８】
一方、エンジン３の排気通路９は、１つの主通路部９ａと、主通路部９ａから上流側に向かって２つに分岐した２つの分岐通路部９ｂ，９ｂと、これらの分岐通路部９ｂ，９ｂから２つに分岐して上流側に延びる計４つの分岐通路部９ｃと、４つの分岐通路部９ｃの各々から上流側に向かって２つに分岐し、各気筒３ａに接続された第１および第２排気ポート９ｄ，９ｅとを備えている。
【００２９】
これらの第１および第２排気ポート９ｄ，９ｅは、平面的に見て、４つの気筒３ａの中心を結んだ線を間にして、第１および第２吸気ポート８ｄ，８ｅとそれぞれ対向するように配置されている。なお、本実施形態では、第１排気ポート９ｄが一方の排気ポートに相当し、第２排気ポート９ｅが他方の排気ポートに相当する。また、排気通路９の主通路部９ａの途中には、前述したタービンブレード１０ｂが設けられている。
【００３０】
さらに、第１気筒３ａの分岐通路部９ｃの途中には、排気圧センサ２３が設けられており、この排気圧センサ２３は、分岐通路部９ｃ内の圧力である排気圧ＰＥＸを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、排気圧ＰＥＸは絶対圧として検出される。
【００３１】
一方、エンジン３には、２次空気供給装置３０が設けられている。この２次空気供給装置３０は、気筒３ａ内の残留ガス（燃焼ガスおよび未燃ガス）を掃気するために、吸気チャンバ８ｂ内の空気を２次空気として第１排気ポート９ｄに供給するものであり、空気供給路３１、電動過給機３２、インタークーラ３３、２次空気チャンバ３４および４つの空気制御弁３５などを備えている。この空気供給路３１は、一端部が吸気チャンバ８ｂに接続されているとともに、他端部が２次空気チャンバ３４に接続されている。
【００３２】
また、電動過給機３２は、空気供給路３１内の２次空気を加圧するものであり、空気供給路３１の途中に設けられているとともに、ＥＣＵ２に電気的に接続された過給機モータ３２ａ（図１参照）と、この過給機モータ３２ａによって駆動されるコンプレッサ（図示せず）とを備えている。この電動過給機３２では、後述する２次過給制御処理の実行中、過給機モータ３２ａがＥＣＵ２によって制御されることにより、コンプレッサが駆動され、２次空気の過給動作が実行される。それにより、空気制御弁３５の後述するノズル３５ａから噴射される２次空気の圧力（以下「２次空気圧」という）Ｐ２Ａは、気筒３ａ内の残留ガスを確実に掃気できるような値に制御される。
【００３３】
さらに、インタークーラ３３は、空気供給路３１の電動過給機３２よりも下流側に配置されている。このインタークーラ３３は、前述したインタークーラ１１と同様の空冷式のものであり、電動過給機３２の過給動作によって温度が上昇した２次空気を冷却する。
【００３４】
一方、２次空気チャンバ３４には、４つの空気制御弁３５が互いに等間隔で接続されている。これら４つの空気制御弁３５の各々は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており（図１に１つのみ図示）、ＥＣＵ２によって、その開弁時間および開弁タイミングが制御される。
【００３５】
図３に示すように、各空気制御弁３５は、筒状のノズル３５ａを備えている。このノズル３５は、その先端部が第１排気ポート９ｄ内に臨むように設けられており、空気制御弁３５が開弁したときに、２次空気を先端部から気筒３ａ側に向かって第１排気ポート９ｄ内に噴射する（図５参照）。このノズル３５ａの軸線Ａ１は、平面的に見て、第１排気ポート９ｄの開口の中心（すなわち排気弁５の軸心）Ｃ１よりも外側で、かつ第２排気ポート９ｄから遠ざかる方向に延びている。なお、図３〜５では、理解の容易化のために、吸気弁４および排気弁５が省略されている。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、気筒３ａの天壁（すなわちシリンダヘッド３ｃの内壁）には、案内部としての案内壁３ｅが設けられている。なお、図４は、ピストン３ａ側から気筒３ａの天壁側を見たものである。この案内壁３ｅは、天壁の、第１および第２排気ポート９ｄ，９ｅの開口の間の部位に配置され、第１排気ポート９ｄの開口の縁に沿って延びているとともに、気筒３ａの天壁から所定高さで突出している。
【００３７】
以上の構成により、この２次空気供給装置３０では、空気制御弁３５が開弁した場合、図５に示すように、２次空気が、ノズル３５ａから第１排気ポート９ｄの開口に向かって、第２排気ポート９ｄから遠ざかる方向に噴射される。その場合、後述するように、ＥＣＵ２によって、空気制御弁３５は、排気弁５の開弁期間の終期に開弁するように制御される（図６参照）とともに、ノズル３５ａから噴射される２次空気圧Ｐ２Ａは、気筒３ａ内の残留ガスを確実に掃気できるような値に制御されるので、ノズル３５ａから噴射された２次空気は、第１排気ポート９ｄの開口から気筒３ａ内に流れ込む。
【００３８】
そして、第１排気ポート９ｄから気筒３ａ内に流入した２次空気は、案内壁３ｅによって、第２排気ポート９ｅ側に流れることなく、第１吸気ポート８ｄ側に流れるように案内される。その際、排気弁５の開弁期間の終期である関係上、ピストン３ｂは比較的、上死点の近傍まで上昇しているので、２次空気は、図５の矢印Ｙ１〜Ｙ３で示すように、ピストン３ｂの頂面（図示せず）および気筒３ａの内壁に沿って、第１吸気ポート８ｄの開口付近、第２吸気ポート８ｅの開口付近および第２排気ポート９ｄの開口付近の順に流れた後、第２排気ポート９ｄ内に流れ込む。それにより、気筒３ａ内の残留ガスが掃気される。
【００３９】
また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２４が接続されている。このアクセル開度センサ２４は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４０】
一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、各種の制御処理を実行する。具体的には、２次過給制御処理および２次空気制御処理を以下に述べるように実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が２次空気制御手段に相当する。
【００４１】
次に、図７を参照しながら、上述した２次過給制御処理について説明する。この制御処理は、電動過給機３２による２次空気の過給動作を制御するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【００４２】
同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、２次過給フラグＦ＿ＣＨＡＲＧＥが「１」であるか否かを判別する。この２次過給フラグＦ＿ＣＨＡＲＧＥは、図示しない判定処理において、２次過給制御処理の実行条件が成立しているときに「１」に設定され、それ以外のときに「０」に設定される。
【００４３】
ステップ１の判別結果がＮＯのときは、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、２次過給制御処理を実行すべきであると判定して、ステップ２に進み、目標２次空気圧ＰＡ２＿ＣＭＤを算出する。この目標２次空気圧ＰＡ２＿ＣＭＤは、２次空気圧ＰＡ２の目標となる値であり、具体的には、吸気圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよび排気圧ＰＥＸなどの運転状態パラメータに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００４４】
次に、ステップ３で、目標２次空気圧ＰＡ２＿ＣＭＤに対応する制御入力信号を過給機モータ３２ａに供給し、これを駆動した後、本処理を終了する。それより、２次空気圧ＰＡ２が目標２次空気圧ＰＡ２＿ＣＭＤになるように制御される。
【００４５】
次に、図８を参照しながら、前述した２次空気制御処理について説明する。この制御処理は、空気制御弁３５の開弁期間すなわち２次空気の気筒３ａ内への供給期間を制御するものであり、ＥＣＵ２によって、ＣＲＫ信号の発生タイミングに同期して気筒３ａごとに実行される。
【００４６】
同図に示すように、まず、ステップ１０で、開弁フラグＦ＿ＶＯＰＥＮが「１」であるか否かを判別する。この開弁フラグＦ＿ＶＯＰＥＮは、空気制御弁３５が開弁状態にあるか否を表すものであり、その値は後述するように設定される。
【００４７】
このステップ１０の判別結果がＮＯで、空気制御弁３５が閉弁状態にあるときには、ステップ１１に進み、制御条件フラグＦ＿ＳＣＡＶＥが「１」であるか否かを判別する。この制御条件フラグＦ＿ＳＣＡＶＥは、２次空気制御処理の実行条件が成立しているか否かを表すものであり、図示しない判定処理において、エンジン３が停止中でなくかつフューエルカット運転中でないことなどの、２次空気制御処理の実行条件が成立しているときに「１」に設定され、それ以外のときに「０」に設定される。
【００４８】
ステップ１１の判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、２次空気制御処理の実行条件が成立しているときには、ステップ１２に進み、開弁角算出済みフラグＦ＿ＣＡｘＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。
【００４９】
この判別結果がＮＯのときには、空気制御弁３５の開弁角ＣＡｘを算出すべきであると判定して、ステップ１３に進み、空気制御弁３５の開弁角ＣＡｘを算出する。この開弁角ＣＡｘは、空気制御弁３５を開弁すべきタイミングをクランク角ＣＡで表したものであり、以下に述べる手法により算出される。
【００５０】
まず、吸気圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよび排気圧ＰＥＸなどの運転状態パラメータに応じて、図示しないマップを検索することにより、空気制御弁３５の開弁期間をクランク角の区間として算出する。そして、算出された開弁期間と、前述した所定閉弁角ＣＡ１とに基づき、空気制御弁３５の開弁角ＣＡｘが算出される。
【００５１】
ステップ１３に続くステップ１４で、空気制御弁３５の開弁角ＣＡｘを算出済みであることを表すために、開弁角算出済みフラグＦ＿ＣＡｘＣＡＬを「１」に設定した後、ステップ１５に進む。このようにステップ１４で開弁角算出済みフラグＦ＿ＣＡｘＣＡＬが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングにおいて、前述したステップ１２の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１５に進む。
【００５２】
以上のステップ１２または１４に続くステップ１５で、クランク角ＣＡが開弁角ＣＡｘになったか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００５３】
一方、ステップ１５の判別結果がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡｘとなったときには、空気制御弁３５を開弁すべきであると判定して、ステップ１６に進み、空気制御弁３５を開弁状態に駆動する。次いで、ステップ１７に進み、空気制御弁３５が開弁状態にあることを表すために、開弁フラグＦ＿ＶＯＰＥＮを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【００５４】
このようにステップ１７で開弁フラグＦ＿ＶＯＰＥＮが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングにおいて、前述したステップ１０の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１８に進み、クランク角ＣＡが前述した所定閉弁角ＣＡ１になったか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップ１８の判別結果がＹＥＳで、ＣＡ＝ＣＡ１となったときには、空気制御弁３５を閉弁すべきであると判定して、ステップ１９に進み、空気制御弁３５を閉弁状態に駆動する。それにより、空気制御弁３５の開弁期間は、図６にハッチングで示すクランク角ＣＡの区間となる。
【００５６】
次に、ステップ２０で、空気制御弁３５が閉弁状態にあることを表すために、開弁フラグＦ＿ＶＯＰＥＮを「０」に設定する。次いで、ステップ２１に進み、前述した開弁角算出済みフラグＦ＿ＣＡｘＣＡＬを「０」に設定した後、本処理を終了する。
【００５７】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、２次過給制御処理において、２次空気圧ＰＡ２が、気筒３ａ内の残留ガスを確実に掃気できるような値に制御される。また、２次空気制御処理において、吸気圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよび排気圧ＰＥＸなどの運転状態パラメータに応じて、空気制御弁３５の開弁期間が、図６に示す開弁角ＣＡｘと所定閉弁角ＣＡ１との間に設定される。そして、その開弁期間中、空気制御弁３５が開弁されることにより、２次空気が空気制御弁３５のノズル３５ａから第１排気ポート９ｄ内に噴射される。
【００５８】
この場合、２次空気は、上述したような２次空気圧ＰＡ２で、気筒３ａ内に向かって第２排気ポート９ｅから遠ざかる方向に、ノズル３５ａから噴射されるので、排気弁５によって開放されている第１排気ポート９ｄから気筒３ａ内に流入した後、案内壁３ｅによって、第１吸気ポート８ｄ側に案内される。この案内壁３ｅは、第１排気ポート９ｄの開口と第２排気ポート９ｅの開口との間の部位に配置され、気筒３ａの天壁からピストン３ｂ側に突出しているので、第１排気ポート９ｄから気筒３ａ内に流入した２次空気は、第２排気ポート９ｅの開口側に流れるのを阻止されながら、第１吸気ポート８ｄ側に確実に案内される。
【００５９】
それにより、２次空気は、図５の矢印Ｙ１〜Ｙ３で示すように、第１吸気ポート８ｄの開口付近、第２吸気ポート８ｅの開口付近および第２排気ポート９ｅの開口付近の順に気筒３ａ内を循環した後、第２排気ポート９ｅから排気通路９に流れ出る。以上により、２次空気によって、気筒３ａ内の残留ガスを効率よく掃気することができ、残留ガスの掃気効率を向上させることができる。それにより、燃焼効率を向上させることができ、エンジン３の発生出力および燃費を向上させることができる。また、残留ガスの掃気効率を向上させることによって、ノッキングの発生を抑制できる。これに加えて、２次空気が残留ガスととも排気通路９側に流れ、排ガスの空燃比がリーン側になるので、その分、混合気の空燃比をよりリッチ側に制御でき、それにより、ノッキングの発生をさらに抑制できる。その結果、混合気の圧縮比をより高く設定することができることによって、燃焼効率をさらに向上させることができ、エンジン３の発生出力および燃費をさらに向上させることができる。
【００６０】
また、本実施形態のエンジン３のようなターボチャージャ付きエンジンにおいて、加速中の過渡運転状態にあり、吸気圧ＰＢ＜排気圧ＰＥＸが成立するときでも、２次空気供給装置３０によって、残留ガスの掃気動作を実行することができる。それにより、吸入空気量を増加させることができ、ターボレスポンスを向上させることができる。同じ理由により、点火時期をより進角側に制御でき、発生出力を向上させることができる。その結果、高い商品性を確保することができる。
【００６１】
なお、実施形態は、２次空気供給装置による２次空気の供給期間を図６にハッチングで示す期間に設定した例であるが、本発明の２次空気供給装置による２次空気の供給期間はこれに限らず、２つの排気弁の開弁期間の終期であればよい。例えば、吸気弁および／または排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構が内燃機関に設けられている場合には、吸気弁および排気弁のバルブオーバーラップの有無にかかわらず、２つの排気弁の開弁期間の終期に２次空気を供給すればよい。また、バルブオーバーラップがかなり大きい状況では、２つの排気弁の開弁期間の終期であって、残留ガスの吸気弁側への吹き戻しが発生しないような期間に２次空気を供給すればよい。
【００６２】
また、実施形態は、２次空気供給装置として、吸気チャンバ８ｂ内の空気を第１排気ポート９ｄに供給するものを用いた例であるが、本発明の２次空気供給装置はこれに限らず、２つの排気ポートの一方に対し、気筒内に向かって、２つの排気ポートの他方から遠ざかる方向に２次空気を供給するものであればよい。例えば、２次空気供給装置として、大気中の空気を一方の吸気ポートに供給するものを用いてもよい。
【００６３】
さらに、実施形態は、案内部として案内壁３ｅを用いた例であるが、本発明の案内部はこれに限らず、気筒の天壁の、一方の排気ポートの開口と他方の排気ポートの開口との間の部位に設けられ、２次空気を吸気弁側に案内するものであればよい。例えば、案内部として、マスク状の部材を設けてもよい。
【００６４】
また、実施形態は、内燃機関の吸気弁として、２つの吸気弁４，４を気筒３ａごとに設けた例であるが、本発明の吸気弁の数はこれに限らず、１つの吸気弁や、３つ以上の吸気弁を気筒ごとに設けてもよい。
【００６５】
さらに、実施形態は、本発明の制御装置１を車両用の内燃機関３に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（２次空気制御手段）
３  内燃機関
３ａ  気筒
３ｂ  ピストン
３ｅ  案内壁（案内部）
４  吸気弁
５  排気弁
９ｄ  第１排気ポート（一方の排気ポート）
９ｅ  第２排気ポート（他方の排気ポート）
３０  ２次空気供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013160182.tif 000009
【図８】
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