(57)【要約】【課題】閉弁状態から開弁状態へのＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）の開度増加時における燃焼変動を抑制する。【解決手段】ＴＣＶ２４を吸気通路１６に配置した内燃機関の制御装置において、目標空燃比が第１空燃比Ｄ１に設定されるＴＣＶの閉弁状態から、目標空燃比が第１空燃比Ｄ１より小さい第２空燃比Ｄ２に設定されるＴＣＶの開弁状態に、ＴＣＶの開度を増加させる要求があるとき、閉弁状態から開弁状態にＴＣＶの開度を増加させると共に、シリンダライナのうちの燃焼室１４内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度が目標値（温度Ｂ２）に達する前には目標空燃比を第２空燃比Ｄ２より小さい第３空燃比Ｄ３に設定し、燃焼室内ライナ温度が目標値に達するときに目標空燃比を第２空燃比Ｄ２に設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と、
前記気筒内に配置されたピストンと、
前記気筒と前記ピストンとの間に配置されたシリンダライナと、
前記気筒に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置されたタンブルコントロールバルブとを具備する内燃機関の制御装置において、
目標空燃比が第１空燃比に設定される前記タンブルコントロールバルブの閉弁状態から、目標空燃比が前記第１空燃比より小さい第２空燃比に設定される前記タンブルコントロールバルブの開弁状態に、前記タンブルコントロールバルブの開度を増加させる要求があるとき、
前記閉弁状態から前記開弁状態に前記タンブルコントロールバルブの開度を増加させると共に、
前記シリンダライナのうちの燃焼室内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度が目標値に達する前には目標空燃比を前記第２空燃比より小さい第３空燃比に設定し、前記燃焼室内ライナ温度が前記目標値に達するときに目標空燃比を前記第２空燃比に設定することを特徴とする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、吸気通路に配置されたタンブルコントロールバルブを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸気通路に配置されたタンブルコントロールバルブを有する内燃機関が知られている。この種の内燃機関の例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１の図５には、時間ｔ１〜時間ｔ２にリーン側からリッチ側（詳細には、理論空燃比）に空燃比が切り替えられ、時間ｔ４〜時間ｔ５に閉弁状態から開弁状態にタンブルコントロールバルブの開度が切り替えられる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タンブルコントロールバルブの開度が閉弁状態から開弁状態に切り替えられ、空燃比がリーン側からリッチ側に切り替えられる場合には、タンブルコントロールバルブの開度増加に伴って、シリンダライナのうちの燃焼室内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度が上昇すると共に、筒内ガス温度が低下する過渡期間が存在する。
この過渡期間が長引き、タンブルコントロールバルブの開度切替制御のレスポンスが遅い場合には、燃焼変動に伴うトルク変動が生じ、燃費が悪化してしまう。
【０００５】
前記問題点に鑑み、本発明は、閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブの開度増加時における燃焼変動を抑制す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】
【０００６】
本発明によれば、気筒と、
前記気筒内に配置されたピストンと、
前記気筒と前記ピストンとの間に配置されたシリンダライナと、
前記気筒に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置されたタンブルコントロールバルブとを具備する内燃機関の制御装置において、
目標空燃比が第１空燃比に設定される前記タンブルコントロールバルブの閉弁状態から、目標空燃比が前記第１空燃比より小さい第２空燃比に設定される前記タンブルコントロールバルブの開弁状態に、前記タンブルコントロールバルブの開度を増加させる要求があるとき、
前記閉弁状態から前記開弁状態に前記タンブルコントロールバルブの開度を増加させると共に、
前記シリンダライナのうちの燃焼室内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度が目標値に達する前には目標空燃比を前記第２空燃比より小さい第３空燃比に設定し、前記燃焼室内ライナ温度が前記目標値に達するときに目標空燃比を前記第２空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
【０００７】
目標空燃比が第１空燃比に設定されるタンブルコントロールバルブの閉弁状態から、目標空燃比が第１空燃比より小さい第２空燃比に設定されるタンブルコントロールバルブの開弁状態に、タンブルコントロールバルブの開度を増加させる要求があるときに、閉弁状態から開弁状態にタンブルコントロールバルブの開度を増加させると共に、目標空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り替えると、シリンダライナのうちの燃焼室内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度がタンブルコントロールバルブの開度増加に伴って上昇している過渡期間中に、現実の燃焼状態が理想的な燃焼状態から乖離してしまい、燃焼変動が生じることが、本発明者の鋭意研究により見い出された。
そこで、本発明の内燃機関の制御装置では、タンブルコントロールバルブの開度増加に伴って燃焼室内ライナ温度が上昇している過渡期間を短縮する対策が施されている。
具体的には、本発明の内燃機関の制御装置では、閉弁状態から開弁状態にタンブルコントロールバルブの開度を増加させるとき、最初に、燃焼室内ライナ温度が目標値に達する前には目標空燃比が第２空燃比より小さい第３空燃比に設定され、次いで、燃焼室内ライナ温度が目標値に達するときに目標空燃比が第２空燃比に設定される。
そのため、本発明の内燃機関の制御装置では、燃焼室内ライナ温度が上昇している過渡期間を短縮することができ、それにより、過渡期間中の現実の燃焼状態と理想的な燃焼状態との乖離に伴う燃焼変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブの開度増加時における燃焼変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を説明するための模式図である。
【図２】第１の実施形態の内燃機関の制御装置の燃焼モード切替制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示すルーチンが実行されるときのタンブルコントロールバルブ２４の開度などのタイムチャートである。
【図４】タンブルコントロールバルブ２４の開度を増加させる燃焼モードの切替要求が発生する例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の内燃機関の制御装置の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を説明するための模式図である。
【００１１】
第１の実施形態のエンジンシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒１４’内には、ピストン１２が設けられている。
【００１２】
気筒１４’の内周面とピストン１２との間には、ピストン１２と摺動するためのシリンダライナ（図示せず）が配置されている。
【００１３】
気筒１４’内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００１４】
つまり、気筒１４’と吸気通路１６とが接続され、気筒１４’と排気通路１８とが接続されている。
【００１５】
吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。各気筒１４’に向けて分岐した後の吸気通路１６（詳細には、吸気マニホールドまたは吸気ポート）には、電子制御式のタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２４が設けられている。タンブルコントロールバルブ２４は、吸気通路１６内の吸気の流れに偏りを生じさせることにより、気筒１４’内にタンブル流（縦渦流）を生成させるものである。すなわち、タンブルコントロールバルブ２４は、気筒１４’内のガス流動に影響を及ぼすアクチュエータである。このタンブルコントロールバルブ２４の開度を変更することにより、タンブル流のタンブル比（タンブル流の角速度／エンジン回転速度）を調整することができる。
【００１６】
詳細には、タンブルコントロールバルブ２４によって気筒１４’内のガス流動の乱れを強化することにより、燃焼速度を向上させることができ、燃焼限界空燃比を向上させることができる。
具体的には、タンブルコントロールバルブ２４の開度を減少させることにより、ガスの流れが絞られ、ガス流動の乱れが向上する（ガスの流量は低下する）。一方、タンブルコントロールバルブ２４の開度を増加させることにより、ガスの流れが開放され、ガス流動の乱れが低下する（ガスの流量は増加する）。
【００１７】
吸気通路１６には、吸気通路１６を開閉する吸気弁２６が設けられており、排気通路１８には、排気通路１８を開閉する排気弁２８が設けられている。内燃機関１０の各気筒１４’内には、気筒１４’内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。各気筒１４’内には、更に、混合気に点火するための点火装置（図示せず）の点火プラグ３２が設けられている。より具体的には、点火プラグ３２は、燃焼室１４の上壁面（すなわち、シリンダヘッド側の壁面）の中央部付近に配置されている。
内燃機関１０は、吸気通路１６と排気通路１８とを接続するＥＧＲ通路３４を備えている。ＥＧＲ通路３４の途中には、ＥＧＲ通路３４を通って吸気通路１６に還流されるＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整するためのＥＧＲバルブ３６が配置されている。このＥＧＲバルブ３６の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３４を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。また、排気通路１８には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３８が配置されている。
【００１８】
更に、図１に示すシステムは、制御装置（ＥＣＵ）４０を備えている。制御装置４０の入力部には、上述したエアフローメータ２０および空燃比センサ３８に加え、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ４２等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、制御装置４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２２、タンブルコントロールバルブ２４、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２およびＥＧＲバルブ３６等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。制御装置４０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、燃料噴射制御および点火制御などの所定のエンジン制御を行うものである。
【００１９】
図２は第１の実施形態の内燃機関の制御装置の燃焼モード切替制御を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、リーン燃焼が実行されているときにタンブルコントロールバルブ２４（図１参照）の開度を増加させる燃焼モードの切替要求があり、このルーチンが開始されると、ステップＳ１０１において燃焼モードの切替要求が入力される。次いで、ステップＳ１０２では、タンブルコントロールバルブ２４の開度が、閉弁状態から開弁状態に切り替えられ、ステップＳ１０３に進む。
詳細には、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、タンブルコントロールバルブ２４が閉弁状態の定常運転時に、目標空燃比が例えば第１空燃比Ｄ１（図３（Ｅ）参照）に設定され、タンブルコントロールバルブ２４が開弁状態の定常運転時に、目標空燃比が、例えば第１空燃比Ｄ１より小さい第２空燃比Ｄ２（図３（Ｅ）参照）に設定される。
さらに、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、タンブルコントロールバルブ２４の開度が閉弁状態から開弁状態に切り替えられる過渡運転時に、ステップＳ１０３において、目標空燃比が、一時的に、第２空燃比Ｄ２より小さい第３空燃比Ｄ３（図３（Ｅ）参照）に設定される。
次いで、ステップＳ１０４では、シリンダライナのうちの燃焼室１４（図１参照）内に位置する部分の温度である燃焼室内ライナ温度が目標値まで上昇したか否かが判定される。ＹＥＳのときにはステップＳ１０５に進み、ＮＯのときにはステップＳ１０３に戻る。つまり、所定時間経過後に、ステップＳ１０４が再び実行される。
【００２０】
第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、例えば燃焼室内ライナ温度が冷却水温などに基づいて推定されるが、第２の実施形態の内燃機関の制御装置では、代わりに、燃焼室内ライナ温度を検出するための高応答性熱電対などのセンサ（図示せず）を配置することもできる。
【００２１】
ステップＳ１０５では、目標空燃比が、第３空燃比Ｄ３（図３（Ｅ）参照）から第２空燃比Ｄ２（図３（Ｅ）参照）に切り替えられる。
【００２２】
詳細には、タンブルコントロールバルブ２４が閉弁状態の定常運転時に、ガスの流速が増加し、熱伝達率が増加し、それにより、燃焼室内ライナ温度が低下し、筒内ガス温度が上昇する。また、タンブルコントロールバルブ２４が開弁状態の定常運転時には、ガスの流速が低下し、熱伝達率が低下し、それにより、燃焼室内ライナ温度が上昇し、筒内ガス温度が低下する。
【００２３】
図４はタンブルコントロールバルブ２４（図１参照）の開度を増加させる燃焼モードの切替要求が発生する例を説明するための図である。
図４において、横軸はエンジン回転速度［ｒｐｍ］を示しており、縦軸はエンジントルク［Ｎｍ］を示している。また、「リーン領域」と示されている曲線の下側領域は、リーン燃焼が実行される運転領域を示している。
図４に示す第１例では、タンブルコントロールバルブ２４が閉弁状態にされる「切替前」から、タンブルコントロールバルブ２４が開弁状態にされる「目標例（１）リーン→リーン」に、運転条件が切り替わる。このような運転条件の切替が生じると、燃焼モードの切替要求が発生し、図２に示すルーチンが開始する。
また、図４に示す第２例では、タンブルコントロールバルブ２４が閉弁状態にされる「切替前」から、タンブルコントロールバルブ２４が開弁状態にされる「目標例（２）リーン→ストイキ」に、運転条件が切り替わる。このような運転条件の切替が生じると、燃焼モードの切替要求が発生し、図２に示すルーチンが開始する。
図４に示す第２例では、運転条件がリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えられる例に対して本発明が適用されているが、運転条件がリーン燃焼からリッチ燃焼に切り替えられる例に対して本発明を適用することもできる。
【００２４】
図３は図２に示すルーチンが実行されるときのタンブルコントロールバルブ２４（図１参照）の開度などのタイムチャートである。詳細には、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）はタンブルコントロールバルブ２４の開度、燃焼室内ライナ温度［℃］、筒内ガス温度［℃］、閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブの開度切替時に設定される一般的な目標空燃比、閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブ２４の開度切替時に設定される本発明の目標空燃比のタイムチャートである。
【００２５】
閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブの開度切替時に図３（Ｄ）に示す目標空燃比が設定される一般的な内燃機関では、図４に示す第１例または第２例のようなタンブルコントロールバルブの開度を増加させる燃焼モードの切替要求が発生すると、図３（Ａ）に示すように、時間ｔ１に、タンブルコントロールバルブの開度が閉弁状態から開弁状態に切り替えられると共に、図３（Ｄ）に示すように、時間ｔ１に、目標空燃比が、定常運転時におけるタンブルコントロールバルブが閉弁状態のときの目標空燃比である第１空燃比Ｄ１（図３（Ｄ）参照）から、定常運転時におけるタンブルコントロールバルブが開弁状態のときの目標空燃比である第２空燃比Ｄ２（図３（Ｄ）参照）に切り替えられる。
図３（Ｄ）に示す例のように目標空燃比が設定される一般的な内燃機関では、燃焼室内ライナ温度が温度Ｂ１［℃］から温度Ｂ２［℃］に上昇するのに要する過渡期間、および、筒内ガス温度が温度Ｃ１［℃］から温度Ｃ２［℃］に低下するのに要する過渡期間が、時間（ｔ２−ｔ１）より長くなってしまい、その長い過渡期間中に、現実の燃焼状態が理想的な燃焼状態から乖離してしまい、燃焼変動が生じてしまう。
つまり、図３（Ｄ）に示す例のように目標空燃比が設定される一般的な内燃機関では、タンブルコントロールバルブの開度が閉弁状態から開弁状態に切り替えられ、低流速の条件になった時間ｔ１以降においても、タンブルコントロールバルブの閉弁状態の影響が引き摺られ、燃焼室内ライナ温度が低い状態が続く応答遅れが生じてしまう。その結果、時間ｔ２以降においても、筒内ガス温度が、定常運転時におけるタンブルコントロールバルブが開弁状態のときの筒内ガス温度から乖離し続けてしまい、燃焼変動が生じ、リーン限界が低下してしまう。
【００２６】
一方、閉弁状態から開弁状態へのタンブルコントロールバルブ２４（図１参照）の開度切替時に図３（Ｅ）に示す目標空燃比が設定される第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、図４に示す第１例または第２例のようなタンブルコントロールバルブの開度を増加させる燃焼モードの切替要求が発生すると、図２に示すルーチンが開始されてステップＳ１０１、Ｓ１０２が実行され、図３（Ａ）に示すように、時間ｔ１に、タンブルコントロールバルブ２４の開度が閉弁状態から開弁状態に切り替えられると共に、ステップＳ１０３が実行され、図３（Ｅ）に示すように、時間ｔ１に、目標空燃比が、定常運転時におけるタンブルコントロールバルブが閉弁状態のときの目標空燃比である第１空燃比Ｄ１（図３（Ｅ）参照）から、過渡期間を短縮するための目標空燃比である第３空燃比Ｄ３（＜第２空燃比Ｄ２）に切り替えられる。
そのため、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、図３（Ｂ）に示すように、燃焼室内ライナ温度が温度Ｂ１［℃］から温度Ｂ２［℃］に上昇するのに要する過渡期間を時間（ｔ２−ｔ１）に短縮することができ、図３（Ｃ）に示すように、筒内ガス温度が温度Ｃ１［℃］から温度Ｃ２［℃］に低下するのに要する過渡期間を時間（ｔ２−ｔ１）に短縮することができる。詳細には、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、過渡期間（＝時間（ｔ２−ｔ１））をエンジンの数サイクルに短縮することができる。
その結果、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、過渡期間中の現実の燃焼状態と理想的な燃焼状態との乖離に伴う燃焼変動を抑制することができる。つまり、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、過渡期間中の燃焼を安定させることができ、過渡期間中の燃焼変動に伴うトルク変動を抑制し、燃費を向上させることができる。
【００２７】
次いで、燃焼室内ライナ温度が目標値である温度Ｂ２［℃］（図３（Ｂ）参照）に達する時間ｔ２に、ステップＳ１０４においてＹＥＳと判定され、ステップＳ１０５が実行され、図３（Ｅ）に示すように、目標空燃比が、第３空燃比Ｄ３から第２空燃比Ｄ２に切り替えられる。
そのため、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、目標空燃比が第３空燃比Ｄ３に設定される期間が長期化する場合よりも、燃費を向上させることができ、タンブルコントロールバルブ２４（図１参照）の開度切替制御のレスポンスを向上させることができる。
図３（Ｂ）に示す例では、図２のステップＳ１０４における「目標値」が、タンブルコントロールバルブ２４が開弁状態のときのマップ適合値である温度Ｂ２［℃］に設定されている。また、タンブルコントロールバルブ２４が閉弁状態のときの燃焼室内ライナ温度が、マップ適合値である温度Ｂ１［℃］になるように、タンブルコントロールバルブ２４の閉弁状態が設定されている。
【００２８】
換言すれば、第１の実施形態の内燃機関の制御装置では、主にリーンバーンエンジンにおいて、燃焼状態をリーン燃焼間（図４の目標例（１））、リーン燃焼からストイキ燃焼（図４の目標例（２））、あるいは、リーン燃焼からリッチ燃焼に切り替えるときの燃費を向上させることができる。
【００２９】
第３の実施形態では、上述した第１および第２の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１４’  気筒
１６  吸気通路
１８  排気通路
２０  エアフローメータ
２２  スロットルバルブ
２４  タンブルコントロールバルブ
２６  吸気弁
２８  排気弁
３０  燃料噴射弁
３２  点火プラグ
３４  ＥＧＲ通路
３６  ＥＧＲバルブ
３８  空燃比センサ
４０  制御装置
４２  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
2016223331.tif 000004
【図３】
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【図４】
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