(57)【要約】【課題】燃料カット時に、ポンピングロスが過大となることを抑制しつつ、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、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間よりも、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間を短く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、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間よりも、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間を短く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、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間と、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間と、を等しくする一方、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、前記吸気弁の開弁タイミングを進角補正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】
前記吸気弁のリフト量を制御するリフト量制御手段を更に備え、
前記リフト量制御手段は、
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、前記吸気弁のリフト量を小さく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】
前記リフト量制御手段は、
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吸気弁のリフト量を小さくすることを特徴とする請求項３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
【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、吸気弁及び排気弁の双方を燃料カット中、閉弁することも考えられる。しかし、この場合は、ポンピングロスが過大となってエンジンブレーキが強く働いてしまい、乗り心地が悪化する。
【０００５】
従って、本発明の目的は、燃料カット時に、ポンピングロスが過大となることを抑制しつつ、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、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間よりも、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間を短く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、燃料カット時においては前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間よりも、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間を短くすることで、気筒内への新気導入を早める。吸気行程においては、気筒内が膨張することにより気筒内温度が徐々に低下するが、新気導入を早めることで気筒内温度が相対的に高温の時点で新気が導入され、気筒内温度の低下を抑制することができる。また、燃料カット時にも吸排気を行うのでポンピングロスが過大となることも抑制できる。
【０００８】
本発明において、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、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間と、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間と、を等しくする一方、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、前記吸気弁の開弁タイミングを進角補正するようにしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、燃料供給時においては、前記排気弁の閉弁開始時から排気上死点までの期間と、排気上死点から前記吸気弁の開弁開始時までの期間と、を等しくすることで、混合気の圧縮エネルギをピストンの推進力に効果的に用いることができ、ポンピングロスを抑制すると共に、燃料カット時には前記吸気弁の開弁タイミングを進角補正することで、ポンピングロスが過大となることを抑制しつつ、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、前記吸気弁のリフト量を制御するリフト量制御手段を更に備え、前記リフト量制御手段は、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、前記吸気弁のリフト量を小さくするようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、燃料カット時における気筒内への新気導入量を抑制し、気筒内温度の低下を更に抑制できる。
【００１２】
また、本発明においては、前記リフト量制御手段は、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吸気弁のリフト量を小さくするようにしてもよい。
【００１３】
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。
【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、ポンピングロスが過大となることを抑制しつつ、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。そして、Ｓ７で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。ここでは、排気弁３５の閉弁開始時から排気上死点までの期間よりも、排気上死点から吸気弁３４の開弁開始時までの期間を短くする。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は変更せず、吸気弁３４の開弁タイミングを進角補正する。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。
【００２９】
図３（ｃ）において、排気弁３５の閉弁開始時から排気上死点までの期間Ｐ１は図３（ｂ）と同じであるが、吸気弁３４の開弁タイミング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進角補正しており、排気上死点から吸気弁３４の開弁開始時までの期間はＰ２’に変化し、したがって負のオーバーラップ期間はＰ’に変化している。
【００３０】
ここで、シリンダ２２内の温度低下は、吸気行程においてピストン２１が下死点に向かって移動することでシリンダ２２内の既燃ガスが膨張すること、及び、吸気弁３４の開弁によりシリンダ２２内へ新気が導入されること、に起因する。本実施形態では、吸気弁３４の開弁タイミングを早めることで、既燃ガスの膨張によるシリンダ２２内の温度低下が進む前の、相対的にシリンダ２２内が高温の時点で、新気を導入することにより、シリンダ２２内の温度低下を抑制する。その結果、燃料カット中、シリンダ２２内の温度低下が抑制され、燃料カット条件が不成立となって、燃料噴射を再開して圧縮自己着火を行うときに、着火性を向上できる。また、燃料カット中、吸排気を行うのでポンピングロスが過大となることも抑制できる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
本実施形態では、燃料カット時に、更に、吸気弁３４のリフト量を小さくすることで、シリンダ２２内への新気導入量を抑制し、シリンダ２２内の温度低下を抑制する。但し、シリンダ２２内への新気導入量を抑制すると、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。そこで、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吸気弁３４のリフト量を小さくすることで、シリンダ２２内の酸素量を確保する。
【００３２】
図４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。同図において、Ｓ１乃至Ｓ７の処理は図２のＳ１乃至Ｓ７の処理と同様であり、説明を省略する。本実施形態では、Ｓ７の処理に続いてＳ８乃至Ｓ１１の処理を行う。
【００３３】
Ｓ８では吸気弁３４のリフト量を既に小さくしているか否かを判定する。該当する場合は一単位の処理を終了し、該当しない場合はＳ９へ進む。Ｓ９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。
【００３４】
Ｓ１０では、Ｓ９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Ｓ１１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吸気弁３４が３回開弁した後に、そのリフト量が小さくなるように制御される。
【００３５】
Ｓ１１では、吸気弁３４のリフト量を小さくなるように補正し、可変動弁装置３４１へ制御信号を出力する。また、上記カウンタをリセットする。以上により一単位の処理が終了する。
【００３６】
図５（ａ）は本実施形態における燃料カット時のバルブタイミングを示す図であり、図５（ｂ）は燃料カット時の吸気弁３４のリフト量の変化を示す図である。図５（ａ）のバルブタイミングは図３（ｂ）と同じであり、図４のＳ７において吸気弁３４の開弁タイミングが進角補正された状態を示す。図５（ｂ）は図４のＳ１１の処理で吸気弁３４のリフト量が小さくなるように制御された状態を示し、破線が補正前、実線が補正後を示す。
【００３７】
このように本実施形態では、吸気弁３４のリフト量を少なくすることでシリンダ２２内への新気導入量を抑制し、シリンダ２２内の温度低下を抑制することができる。また、吸気弁３４のリフト量は燃料カット条件が成立してから所定期間後に小さくするので、シリンダ２２内の酸素量を確保し、燃料噴射再開時の圧縮自己着火性を維持できる。また、燃料カット条件の成立直後の、シリンダ２２内の温度が相対的に高い場合に新気導入量が相対的に多めに、所定期間経過後の、シリンダ２２内の温度が相対的に低い場合に新気導入量が相対的に少なめになるので、シリンダ２２内の温度低下抑制にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】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。
【図５】（ａ）は、燃料カット時のバルブタイミングを示す図、（ｂ）は燃料カット時の吸気弁のリフト量の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ  制御装置
１００  ＥＣＵ
３４  吸気弁
３５  排気弁
３４１、３５１  可変動弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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