(57)【要約】【課題】内燃機関の冷間始動時におけるエミッションの悪化を好適に抑制する。【解決手段】吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁するバルブオーバラップ期間の長さを増減させることができる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の冷間始動時、燃料噴射量を増量補正するとともにバルブオーバラップ期間を設けることとし、その燃料噴射量の増量補正における増分が多いほどバルブオーバラップ期間の長さの上限を低く設定し、さらに、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算とバルブオーバラップ期間とから現在の吸気ポートの暖まり度合いを推測し、その暖まり度合いが大きいほど燃料噴射量の増量補正における増分を減らす内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁するバルブオーバラップ期間の長さを増減させることができる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、
内燃機関の冷間始動時、燃料噴射量を増量補正するとともにバルブオーバラップ期間を設けることとし、その燃料噴射量の増量補正における増分が多いほどバルブオーバラップ期間の長さの上限を低く設定し、
さらに、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算とバルブオーバラップ期間とから現在の吸気ポートの暖まり度合いを推測し、その暖まり度合いが大きいほど燃料噴射量の増量補正における増分を減らす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、可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構が付帯する内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構を備えたものが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０３１７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インジェクタを吸気ポートに配置したポート噴射式の内燃機関の冷間始動時には、吸気ポート周辺の温度が低い状態にあることから、インジェクタから噴射された燃料が液状となって吸気ポートの壁面に付着するポートウェットが発生しやすい。このポートウェット分の燃料は適切に気筒に吸引されないため、混合気の空燃比の乱れを招き、燃焼が不安定化するとともに有害物質の排出量が増大する懸念がある。
【０００５】
現状では、内燃機関の冷間始動時及び冷間始動直後の時期に燃料噴射量の増量補正を行うことで、ポートウェットに起因する混合気の燃焼の不安定化及び有害物質の排出量の増大を回避している。
【０００６】
他方、内燃機関の始動直後からＶＶＴ機構を介して吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングを操作し、吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ期間を設けることで、燃焼室から排出される排気を一部吸気ポートに流出させて液状燃料の霧化を促進することも考えられる。
【０００７】
しかしながら、単純にバルブオーバラップ期間を設けると、燃料噴射量の増量補正にポートウェットの燃料の霧化が重なり、混合気の空燃比が過剰にリッチとなって、却って有害物質の排出量が増大することになりかねない。
【０００８】
本発明は、内燃機関の冷間始動時におけるエミッションの悪化を好適に抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁するバルブオーバラップ期間の長さを増減させることができる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の冷間始動時、燃料噴射量を増量補正するとともにバルブオーバラップ期間を設けることとし、その燃料噴射量の増量補正における増分が多いほどバルブオーバラップ期間の長さの上限を低く設定し、さらに、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算とバルブオーバラップ期間とから現在の吸気ポートの暖まり度合いを推測し、その暖まり度合いが大きいほど燃料噴射量の増量補正における増分を減らす内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の冷間始動時におけるエミッションの悪化を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】内燃機関の冷間始動直後の時期における、燃料噴射量の増量補正の増分とバルブオーバラップ期間の長さの上限との関係を例示する図。
【図３】内燃機関の冷間始動直後の時期における、吸気ポートの暖まり度合いと燃料噴射量の増量補正の増分との関係を例示する図。
【図４】内燃機関の冷間始動直後の時期における、始動からの累積の吸気量（または、累積の燃料噴射量）及びバルブオーバラップ期間の長さと吸気ポートの暖まり度合いとの関係を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１６】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１７】
本実施形態における内燃機関には、吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構６が付随している。ＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを開閉させる吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を電動機によって変化させる既知のもの（モータドライブＶＶＴ）である。
【００１８】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１９】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、車載のバッテリ１７の電流及び／または電圧を検出する電流／電圧センサから出力されるバッテリ電流／電圧信号ｅ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｈ等が入力される。
【００２０】
出力インタフェースからは、イグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構６に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｎ等を出力する。
【００２１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２２】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２３】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の冷間始動直後から、ＶＶＴ機構６の操作を通じて吸気ポート及び排気ポートがともに開弁するバルブオーバラップ期間を設け、気筒１の燃焼室から排出される排気を一部吸気ポートに流出させることにより、吸気ポートを暖めて液状燃料の霧化を促進する。
【００２４】
但し、内燃機関の冷間始動時におけるクランキング中及び完爆直後の時期（アイドリング中を含む）には、燃料噴射量を基本噴射量よりも増量する補正を行っている。ここに言う基本噴射量とは、混合気の空燃比を理論空燃比またはその近傍に設定される目標空燃比とするために必要となる、気筒１に充填される吸気（新気）の量に比例した噴射量のことである。冷間始動時及び冷間始動直後の時期の燃料噴射量の増量補正により、混合気の空燃比は目標空燃比よりもリッチになる。
【００２５】
そして、冷間始動直後の時期に単純にバルブオーバラップ期間を設けると、燃料噴射量の増量補正にポートウェットの燃料の霧化が重なり、混合気の空燃比が過剰にリッチとなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、図２に示すように、冷間始動直後の時期の燃料噴射量の増量補正による基本噴射量からの増分が多いほど、バルブオーバラップ期間の長さの上限を低く設定する。つまり、燃料噴射量の増量補正が比較的大きいときにはバルブオーバラップ期間を短くし、増量補正が比較的小さいときにバルブオーバラップ期間を長くすることで、空燃比が過リッチとなることを予防する。
【００２６】
図３に示すように、冷間始動直後の時期の燃料噴射量の増量補正における基本噴射量からの増分は、吸気ポートの暖まり度合いが大きくなるほど減少させる。これは、吸気ポートが昇温するにつれて、ポートウェットとして吸気ポートの壁面に付着する液状燃料の量が減少することに基づく。
【００２７】
現在の吸気ポートの暖まり度合いは、内燃機関の始動開始から計数される、気筒１に充填された吸気量または燃料噴射量の積算（累積）量、及びバルブオーバラップ期間の長さを基に推測することができる。図４に、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算値（いわば、時間積分）及びバルブオーバラップ期間の長さと、吸気ポートの暖まり度合いとの関係を示す。図４中、実線はバルブオーバラップ期間が比較的短い場合の吸気ポートの温度上昇の推移を表し、破線はバルブオーバラップ期間が比較的長い場合の吸気ポートの温度上昇の推移を表し、鎖線はバルブオーバラップ期間が中程度の場合の吸気ポートの温度上昇の推移を表している。当然ながら、内燃機関の始動からの累積の総吸気量または総燃料噴射量が増加するほど、内燃機関の暖機が進行し、吸気ポートの温度も上昇する。また、バルブオーバラップ期間が長いほど、内部ＥＧＲにより吸気ポートが暖められてその温度が上昇する。
【００２８】
ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算値及びバルブオーバラップ期間の長さ（現在までのバルブオーバラップ期間の積算（時間積分）または時間平均であることがある）と吸気ポートの暖まり度合いとの関係を規定したマップデータ（または、関数式）、吸気ポートの暖まり度合いと燃料噴射量の増量補正における基本噴射量からの増分との関係を規定したマップデータ（または、関数式）、並びに、燃料噴射量の増量補正における基本噴射量からの増分とバルブオーバラップ期間の上限との関係を規定したマップデータ（または、関数式）がそれぞれ格納されている。
【００２９】
内燃機関の冷間始動直後の時期にあって、ＥＣＵは、始動から現在までの吸気量または燃料噴射量の積算値及びバルブオーバラップ期間の長さ（現在までのバルブオーバラップ期間の積算または時間平均であることがある）をキーとしてマップを検索し（または、関数式に代入して演算し）、現在の吸気ポートの暖まり度合いを知得する。次いで、現在の吸気ポートの暖まり度合いをキーとしてマップを検索し（または、関数式に代入して演算し）、燃料噴射量の増量補正における現在設定するべき増分を知得する。さらに、現在の燃料噴射量の増量補正における増分をキーとしてマップを検索し（または、関数式に代入して演算し）、現在設定するべきバルブオーバラップ期間の長さの上限を知得する。その上で、燃料噴射量の増量補正及びＶＶＴ機構６を介した吸気バルブタイミングの操作を実行する。吸気バルブタイミングの操作では、上記のマップから知得した上限の範囲内で、現在のエンジン回転数に応じて定まる本来のバルブオーバラップ期間に補正量を加増し、バルブオーバラップ期間を本来の期間よりも拡大する。
【００３０】
気筒１に充填された吸気量（または、燃料噴射量）の積算値が所定値に到達したならば、内燃機関の各所がある程度以上暖機されたと考えられることから、以後、バルブオーバラップ期間の補正量を逓減させる。
【００３１】
上述したバルブオーバラップ期間の長さを拡大させる補正は、冷間始動時、即ち内燃機関の温度が所定値以下の低温状態での始動時にのみ実行する。内燃機関の温度は、冷却水温信号ｄを参照して知得できる。アイドルストップのような内燃機関の停止期間が短い場合において、始動時の内燃機関の温度が既に所定値以上であるならば、ポートウェットの発生量が少なく、バルブオーバラップ期間の拡大補正は不要である。よって、バルブオーバラップ期間の補正量を０のままとする。
【００３２】
本実施形態では、吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁するバルブオーバラップ期間の長さを増減させることができるＶＶＴ機構６が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の冷間始動時、燃料噴射量を増量補正するとともにバルブオーバラップ期間を設けることとし、その燃料噴射量の増量補正における増分が多いほどバルブオーバラップ期間の長さの上限を低く設定し、さらに、内燃機関の始動からの吸気量または燃料噴射量の積算とバルブオーバラップ期間とから現在の吸気ポートの暖まり度合いを推測し、その暖まり度合いが大きいほど燃料噴射量の増量補正における増分を減らす内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３３】
本実施形態によれば、ポートウェットが発生して燃焼状態が悪化するときに、バルブオーバラップ期間を拡大することで気筒１の燃焼室から排出される排気を一部吸気ポートに流出させ、吸気ポートの壁面に付着した液状燃料の霧化を促進することが可能となる。従って、内燃機関の冷間始動時における有害物質の排出量の増加を好適に抑止できる。のみならず、冷間始動直後の時期の燃料噴射量の増量補正とバルブオーバラップ期間の拡大補正とが相まって混合気の空燃比が過剰にリッチ化する問題を回避できる上、燃料噴射量の増分を可及的に削減して不必要な燃料消費を減らすことができ、燃費性能の向上に寄与する。加えて、冷間始動時のエミッションの悪化に備えて触媒４１に使用していた貴金属の量を削減することが許容されるようになるので、コストの低廉化に資する。
【００３４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、バルブオーバラップ期間を増減させるためのＶＶＴ機構の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、排気バルブを開閉させる排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの、吸気バルブまたは排気バルブを開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸気バルブまたは排気バルブを電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００３５】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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