(57)【要約】【課題】燃料カット時に、気筒内の空気の流動を抑制しつつ、内部ＥＧＲ量を増量し、気筒内温度の低下を抑制すること。【解決手段】気筒内の混合気を自己着火させる運転領域において、排気上死点前後にかけて吸気弁及び排気弁を共に閉弁させるバルブタイミング制御手段と、前記気筒内への燃料の供給を停止する、予め定めた燃料カット条件が成立したか否かを判定する燃料カット判定手段と、を備えたガソリンエンジンの制御装置において、前記バルブタイミング制御手段は、前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記排気弁の開弁期間を、排気上死点を跨り、かつ、前記吸気弁の開弁期間と重ならないように変更することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の混合気を自己着火させる運転領域において、排気上死点前後にかけて吸気弁及び排気弁を共に閉弁させるバルブタイミング制御手段と、
前記気筒内への燃料の供給を停止する、予め定めた燃料カット条件が成立したか否かを判定する燃料カット判定手段と、
を備えたガソリンエンジンの制御装置において、
前記バルブタイミング制御手段は、
前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記排気弁の開弁期間を、排気上死点を跨り、かつ、前記吸気弁の開弁期間と重ならないように変更することを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記バルブタイミング制御手段は、
前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記排気弁が最大リフト量となるタイミングを、排気上死点以降とすることを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記バルブタイミング制御手段は、
前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、当該判定後の所定期間経過後に、前記排気弁の開弁期間を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載のガソリンエンジンの制御装置。
【請求項４】
排気通路から吸気通路へ排気を還流する還流通路を開閉するＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御手段を更に備え、
前記ＥＧＲ弁制御手段は、
前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガソリン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、気筒内の混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるガソリンエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの燃費改善や排気清浄化を図るために、気筒内の混合気を圧縮して自己着火により燃焼させる燃焼方式が提案されている。この燃焼方式では、一般に、気筒内温度を高めて自己着火を促進するために、排気上死点前後にかけて吸気弁及び排気弁を共に閉弁させる、負のオーバーラップ期間を設定し、気筒内に既燃ガスがより多く残留するようにしている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２０８３９号公報
【特許文献２】特開２００６−８３７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、車両の減速時やアイドリングストップ時に気筒内への燃料供給をカットして燃焼を一時的に行わない場合は、気筒内温度が低下する。したがって、燃料供給及び燃焼を再開する際に、自己着火燃焼が生じない場合がある。気筒内温度の低下を防止する方法としては、内部ＥＧＲ量を増量すること、つまり、気筒内に残留させる既燃ガスを増量することが挙げられる。内部ＥＧＲ量の増量に関わる技術として、特許文献２には、燃料カット時に吸気系が負圧化することを防止するために、排気弁及び吸気弁の双方を開弁する正のオーバーラップ期間を長くすることが提案されている。しかし、正のオーバーラップ期間を長くすると、気筒内の空気の流動を促進することになり、気筒内温度の低下防止という観点からは望ましくない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、燃料カット時に、気筒内の空気の流動を抑制しつつ、内部ＥＧＲ量を増量し、気筒内温度の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、気筒内の混合気を自己着火させる運転領域において、排気上死点前後にかけて吸気弁及び排気弁を共に閉弁させるバルブタイミング制御手段と、前記気筒内への燃料の供給を停止する、予め定めた燃料カット条件が成立したか否かを判定する燃料カット判定手段と、を備えたガソリンエンジンの制御装置において、前記バルブタイミング制御手段は、前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記排気弁の開弁期間を、排気上死点を跨り、かつ、前記吸気弁の開弁期間と重ならないように変更することを特徴とするガソリンエンジンの制御装置が提供される。
【０００７】
本発明では、燃料カット時に前記排気弁の開弁期間を、排気上死点を跨るように変更することで、排気通路から気筒内への既燃ガスの還流量を増加する。また、前記排気弁の開弁期間を、前記吸気弁の開弁期間と重ならないように変更することで、前記排気弁と前記吸気弁との双方が開弁しないようにし、気筒内の空気の流動を抑制する。こうして、燃料カット時に、気筒内の空気の流動を抑制しつつ、内部ＥＧＲ量を増量し、気筒内温度の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明においては、前記バルブタイミング制御手段は、前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記排気弁が最大リフト量となるタイミングを、排気上死点以降とするようにしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、排気通路から気筒内への既燃ガスの還流量をより増加し、気筒内温度の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記バルブタイミング制御手段は、前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、当該判定後の所定期間経過後に、前記排気弁の開弁期間を変更するようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、燃料カット時の気筒内の掃気性を向上して、燃料供給再開時における自己着火性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明においては、排気通路から吸気通路へ排気を還流する還流通路を開閉するＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御手段を更に備え、前記ＥＧＲ弁制御手段は、前記運転領域において、前記燃料カット判定手段が燃料カット条件が成立したと判定した場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、外部ＥＧＲの活用により、排気通路から気筒内への既燃ガスの還流量をより増加し、気筒内温度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べた通り、本発明によれば、燃料カット時に、気筒内の空気の流動を抑制しつつ、内部ＥＧＲ量を増量し、気筒内温度の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る制御装置Ａを適用した、エンジン１の制御システム図である。エンジン１は、４サイクルガソリンエンジンであり、シリンダブロック２、シリンダヘッド３及びクランクケース４を備える。シリンダブロック２内にはピストン２１が摺動するシリンダ（気筒）２２が形成され、ピストン２１の往復運動はクランク軸４１の回転運動に変換される。
【００１６】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間には燃焼室３１が形成されている。シリンダブロック２内には冷却水が通過するウォータジャケットが設けられ、シリンダブロック２にはウォータジャケットを通過する冷却水の水温を検出する水温センサ２０１が設けられている。
【００１７】
シリンダヘッド３は燃焼室３１に連通した吸気ポート３２、排気ポート３３を備え、吸気ポート３２は吸気弁３４に、排気ポート３３は排気弁３５により開閉される。シリンダヘッド３には、吸気弁３４の開閉タイミング及びシフト量を変化させる可変動弁装置３４１と、排気弁３５の開閉タイミング（バルブタイミング）及びシフト量を変化させる可変動弁装置３５１と、が設けられている。シリンダヘッド３には、また、燃焼室３１に、先端の電極が臨む点火プラグ３６が設けられており、燃焼室３１内に供給される空気と燃料との混合気に火花点火する。
【００１８】
シリンダヘッド３にはまた、電子制御式の燃料噴射弁３７が配設されている。本実施形態の場合、燃料噴射弁３７はシリンダ２２内に、直接噴射（筒内噴射）することで燃料を供給するように配置されている。なお、気筒２２内への燃料の供給はポート噴射でもよい。
【００１９】
クランクケース４にはクランク軸４１の回転角を検出するクランク角センサ４０１が設けられている。吸気ポート３２には吸気通路６が連通している。吸気通路６には、その上流側からエアフィルタ６１、エアフローメータ（吸気量センサ）６０１、電子制御式のスロットル弁６０２、サージタンク６３が配設されている。排気ポート３３には排気通路７が連通している。排気通路７には、その上流側から空燃比センサ（Ｏ2センサ）７０１、触媒コンバータ７１及び７２が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０４とを備える。ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２に記憶された制御プログラムを実行してエンジン１を制御する。ＲＯＭ１０２にはＣＰＵ１０１が実行するプログラムの他、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気弁３４及び排気弁３５の開閉タイミング・シフト量等がエンジン１の運転状態に応じて設定された情報を記憶する。ＲＡＭ１０３には一時的なデータが記憶される。なお、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３としては他の記憶手段でもよい。
【００２１】
Ｉ／Ｆ１０４には、水温センサ２０１、クランク角センサ４０１、エアフローメータ６０１、空燃比センサ７０１、アクセルペダル１０に対する操作量を検出するアクセルペダルセンサ１０ａ、ブレーキペダル１１に対するドライバの操作を検出するブレーキペダルセンサ１１ａ、車速を検出する車速センサ１２の検出結果が入力され、ＣＰＵ１０１がこれらを読み込むことができる。また、ＣＰＵ１０１からの制御命令はＩ／Ｆ１０４を介して、点火プラグ３６、燃料噴射弁３７、スロットル弁６０２、可変動弁装置３４１及び３５１のアクチュエータ（ソレノイド、モータ等）に出力される。
【００２２】
図２はＣＰＵ１０１が実行する処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１では各センサの検出結果を取得する。Ｓ２ではＳ１の検出結果に基づいて、エンジン１の運転領域が自己着火領域か火花点火領域かを判定する。図３（ａ）は運転領域による燃焼方式の違いを示す図である。同図の例では、エンジン１が温間時であることを前提として、相対的に低負荷、低エンジン回数の領域を自己着火領域とし、それ以外を火花点火領域としている。なお、負荷は例えばエアフローメータ６０１の検出結果に基づき、エンジン回転数はクランク角センサ４０１の検出結果に基づく。
【００２３】
Ｓ２でエンジン１の運転領域が自己着火領域でない場合（火花点火領域の場合）、Ｓ３に進み、火花点火によるエンジン１の運転制御を行う。すなわち、シリンダ２２内の混合気を点火プラグ３６により着火してその燃焼を行うことで駆動力を得る。Ｓ３の処理の後、一単位の処理を終了する。
【００２４】
Ｓ２でエンジン１の運転領域が自己着火領域である場合、シリンダ２２内の混合気を圧縮することで自己着火させて燃焼を行うことで駆動力を得る処理を行う。まず、Ｓ４ではＳ１の検出結果に基づいて、シリンダ２２内への燃料の供給を停止する、予め定めた燃料カット条件が成立したか否かを判定する。成立していない場合はＳ５へ進み、成立している場合はＳ７へ進む。燃料カット条件としては、車両の減速が要求されている場合、アイドリングストップを実行する場合が挙げられる。車両の減速が要求されている場合としては、例えば、ブレーキペダルセンサ１１ａがブレーキペダル１１に対する操作を検出した場合、或いは、車速センサ１２の検出結果に基づく車速が減速傾向にあり、かつ、アクセルペダルセンサ１０ａの検出結果に基づくアクセルペダル１０に対する操作が検出されない場合が挙げられる。また、アイドリングストップを実行する場合としては、例えば、車速センサ１２の検出結果に基づく車速が略０でブレーキペダルセンサ１１ａがブレーキペダル１１に対する操作を検出した場合が挙げられる。
【００２５】
Ｓ５では、吸気弁３４及び排気弁３５のバルブタイミングを設定し、可変動弁装置３４１及び３５１へ制御信号を出力する。バルブタイミングの設定では、排気上死点前後にかけて吸気弁３４及び排気弁３５を共に閉弁させる期間（負のオーバーラップ期間）を設ける。図３（ｂ）は自己着火時のバルブタイミングを示す図である。
【００２６】
図３（ｂ）において、排気上死点前後には、吸気弁３４及び排気弁３５が共に閉弁した負のオーバーラップ期間Ｐが設定されている。負のオーバーラップ期間Ｐを設けることで、シリンダ２２内に残留する既燃ガスによりシリンダ２２内の温度をより高温に維持でき、圧縮行程において混合気の圧縮自己着火を促進することができる。
【００２７】
なお、本実施形態の場合、排気弁３５の閉弁開始時から排気上死点までの期間Ｐ１と、排気上死点から吸気弁３４の開弁開始時までの期間Ｐ２とが等しく設定されている。これにより期間Ｐ１における既燃ガスの圧縮エネルギを期間Ｐ２におけるピストン２１の移動の推進力に効果的に用いることができ、エンジン１のポンピングロスを抑制することができる。
【００２８】
図２に戻り、Ｓ６では、燃料噴射弁３７によりシリンダ２２内へ燃料を噴射し、燃焼室３１で混合気を燃焼させる。Ｓ４で燃料カット条件が成立していると判定した場合は、シリンダ２２内へ燃料を噴射せず、燃焼室３１内での燃焼は行わない。まず、Ｓ７では、後述するバルブタイミングの設定変更済みか否かを判定する。設定変更済みの場合は一単位の処理を終了し、設定変更済みでない場合はＳ８へ進む。Ｓ８では、燃料カット条件が成立したと判定してからの期間を計測するためのカウンタを加算する。カウンタはＲＡＭ１０３の一部の記憶領域にカウント値を記憶するソフトウエアカウンタとすることができる。
【００２９】
Ｓ９では、Ｓ８で加算したカウント値が規定値に達したか否かを判定する。該当する場合はＳ１０へ進み、該当しない場合は一単位の処理を終了する。規定値は、カウンタにより計測する上記期間に基づいて設定され、エンジン１のサイクル数を基準としてもよいし、時間を基準としてもよい。エンジン１のサイクル数を基準とする場合、膨張行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程を一単位として、例えば、規定値を３回とすることができる。この場合、燃料カット条件が成立してから排気弁３５が３回開弁した後に、そのバルブタイミングが後述する処理により変更される。
【００３０】
Ｓ１０では、バルブタイミングを設定し、可変動弁装置３４１及び３５１へ制御信号を出力し、Ｓ１１では上記カウンタをリセットして一単位の処理を終了する。Ｓ１０では、排気弁３５の開弁期間を、排気上死点を跨り、かつ、吸気弁３４の開弁期間と重ならないように変更する。本実施形態の場合、吸気弁３４の開弁タイミングは変更せず、排気弁３５の開弁期間を遅角補正する。図３（ｃ）は燃料カット時のバルブタイミングを示す図である。
【００３１】
図３（ｃ）において、吸気弁３４の開弁タイミングは図３（ｂ）と同じであるが、排気弁３５の開弁期間は破線で示すタイミング（図３（ｂ）と同じ）から実線で示すタイミングに遅角補正している。吸気行程においても排気弁３５が開弁しているので、排気行程においてシリンダ２２内から排気ポート３３若しくは排気通路７へ排気された既燃ガスが、再びシリンダ２２内へ吸い込まれ、既燃ガスのシリンダ２２内への還流量が増加する。その際、吸気弁３４は閉弁していないので、シリンダ２２内の空気の流動が抑制される。こうして、本実施形態では、燃料カット時に、シリンダ２２内の空気の流動を抑制しつつ、内部ＥＧＲ量を増量し、気筒内温度の低下を抑制することができる。
【００３２】
なお、排気弁３５の開弁期間は排気弁３５が最大リフト量となるタイミングを、排気上死点以降とすることが好ましい。図４は燃料カット時のバルブタイミングの他の例を示す図である。図４において、排気弁３５の開弁期間は破線で示すタイミング（図３（ｂ）と同じ）から実線で示すタイミングに遅角補正しており、最大リフト量となるタイミングＴが排気上死点以降に設定されている。この場合も、排気弁３５の開弁期間と吸気弁３４の開弁期間とは重ならないようにしている。このように最大リフト量となるタイミングＴを排気上死点以降に設定することで、内部ＥＧＲ量を更に増加し、シリンダ２２内の温度の低下を抑制することができる。
【００３３】
なお、内部ＥＧＲ量を増量すると、シリンダ２２内の既燃ガスの割合が高く、酸素が少ない状態になって、燃料噴射を再開して圧縮自己着火を行うときに、着火性が悪化する場合が懸念される。この点、本実施形態では、燃料カット条件が成立したと判定してから所定期間経過後に排気弁３５の開弁期間を変更することで、燃料カット条件成立直後のシリンダ２２内の掃気性を向上して、シリンダ２２内の酸素量を確保し、燃料供給再開時における自己着火性を向上することができる。掃気性の向上は燃料カット直後に行われるので、シリンダ２２内の温度低下を最小限とすることができる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では内部ＥＧＲ量を増量させることでシリンダ２２内の温度低下を防止したが、本実施形態では、更に、外部ＥＧＲの活用により、シリンダ２２内への既燃ガスの還流量をより増加し、その温度の低下を抑制する。図５は本発明の他の実施形態に係る制御装置Ｂを適用した、エンジン１’の制御システム図である。図１の制御システム図と同じ構成については同様の符合を付して説明を割愛し、異なる構成のみ説明する。
【００３５】
本実施形態では、エンジン１’が、排気通路７から吸気通路６へ排気を還流する還流通路８と、還流通路８を開閉するＥＧＲ弁８１と、を備える。ＥＣＵ１００はＥＧＲ弁８１へ制御信号を送出してその開閉を制御する。本実施形態の場合、ＥＧＲ弁８１は、エンジン１’の運転領域が火花点火領域であって、相対的に低負荷、低エンジン回転の領域において開弁し、それ以外の火花点火領域、及び、自己着火領域で燃焼運転中は閉弁する場合を想定する。
【００３６】
図６は本実施形態においてＣＰＵ１０１が実行する処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートと同じ処理については同じ符合を付して説明を割愛し、異なる処理のみ説明する。
【００３７】
本実施形態の場合、Ｓ２で自己着火領域と判定され、かつ、Ｓ４で燃料カット条件が成立していないと判定された場合は、Ｓ５のバルブタイミングの設定後、Ｓ２１でＥＧＲ弁８１を閉弁する。
【００３８】
また、Ｓ２で自己着火領域と判定され、かつ、Ｓ４で燃料カット条件が成立していると判定された場合は、所定期間の経過後（Ｓ８、Ｓ９）、Ｓ１０でバルブタイミングを設定変更し（図３（ｃ）又は図４）、続いて、Ｓ２２でＥＧＲ弁８１を開弁する。これにより、吸気行程における吸気弁３４の開弁期間において、排気通路７に存在する既燃ガスが吸気通路６及び吸気ポート３２を介してシリンダ２２内に導入され、シリンダ２２内への既燃ガス量が増量する。
【００３９】
こうして本実施形態では、内部ＥＧＲ量の増量及び外部ＥＧＲの活用により、シリンダ２２内の既燃ガス量を増量し、燃料カット中のシリンダ２２内の温度の低下を抑制することができる。また、本実施形態では、ＥＧＲ弁８１を燃料カット条件成立から所定期間経過後に開弁するので、燃料カット条件成立直後のシリンダ２２内の掃気性を向上して、シリンダ２２内の酸素量を確保し、燃料供給再開時における自己着火性を向上することができる。掃気性の向上は燃料カット直後に行われるので、シリンダ２２内の温度低下を最小限とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置Ａを適用した、エンジン１の制御システム図である。
【図２】ＣＰＵ１０１が実行する処理の例を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は運転領域による燃焼方式の違いを示す図、（ｂ）は自己着火時のバルブタイミングを示す図、（ｃ）は燃料カット時のバルブタイミングを示す図である。
【図４】燃料カット時のバルブタイミングの他の例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る制御装置Ｂを適用した、エンジン１’の制御システム図である。
【図６】ＣＰＵ１０１が実行する処理の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ、Ｂ  制御装置
８  還流通路
１００  ＥＣＵ
３４  吸気弁
３５  排気弁
８１  ＥＧＲ弁
３４１、３５１  可変動弁機構
【図１】
2009041540.tif 000003
【図２】
2009041540.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009041540.tif 000006
【図５】
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【図６】
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