(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに吸入される吸気を過給する過給機と、
過給機の駆動を制御する過給機駆動制御手段と、
シリンダに生起される吸気旋回流の強さを変えるスワールコントロールバルブと、
過給機を迂回してエンジンに吸気を導くバイパス通路と、
バイパス通路を開閉するバイパス流量調整弁と、
過給機またはバイパス通路に導かれる吸気を絞るスロットルバルブと、
第一領域でスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに生起される吸気旋回流を強めるとともに過給機の駆動を停止し、バイパス流量調整弁を全開にして、スロットルバルブの開度により吸入空気量を調節する第一制御手段と、
第一領域よりエンジン負荷またはエンジン回転数が高まる第二領域でスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに生起される吸気旋回流を強めるとともに過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にして、バイパス流量調整弁の開度により吸入空気量を調節する第二制御手段と、
第二領域よりエンジン負荷またはエンジン回転数が高まる第三領域で過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にするとともにバイパス流量調整弁を全閉にして、スワールコントロールバルブの開度により吸入空気量を調節する第三制御手段と、
を備えたことを特徴とする機械式過給機付きエンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジンに吸入される空気量が増大するのに伴って第一制御手段から第二制御手段に切換える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置。
【請求項３】
第一領域と第二領域ではシリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側に調節する構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械式過給機付きエンジンにおいてシリンダに生起される吸気スワールまたは吸気タンブルの強さを吸入空気量に応じて調節する制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄混合気でも安定した燃焼を得る方法として、シリンダに吸気スワールまたは吸気タンブルを生起して点火栓近傍に燃料を集める混合気の成層化が有効である。
【０００３】
運転条件に応じて吸気スワールを生起するため、シリンダに流入する吸気速度を調節するスワールコントロールバルブを吸気通路に介装するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スワールを生起するべくスワールコントロールバルブが閉じていると、吸気抵抗が大きく、機関負荷または回転数が大きくなる領域では、シリンダに吸入される空気量が不足するようになる。このため、スワールコントロールバルブを閉弁しての希薄燃焼領域の拡大には、制限を受ける。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、機械式過給機付きエンジンの制御装置において、シリンダに強い吸気旋回流が生起される運転領域を拡大することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、エンジンに吸入される吸気を過給する過給機と、過給機の駆動を制御する過給機駆動制御手段と、シリンダに生起される吸気旋回流の強さを変えるスワールコントロールバルブと、過給機を迂回してエンジンに吸気を導くバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス流量調整弁と、過給機またはバイパス通路に導かれる吸気を絞るスロットルバルブと、第一領域でスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに生起される吸気旋回流を強めるとともに過給機の駆動を停止し、バイパス流量調整弁を全開にして、スロットルバルブの開度により吸入空気量を調節する第一制御手段と、第一領域よりエンジン負荷またはエンジン回転数が高まる第二領域でスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに生起される吸気旋回流を強めるとともに過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にして、バイパス流量調整弁の開度により吸入空気量を調節する第二制御手段と、第二領域よりエンジン負荷またはエンジン回転数が高まる第三領域で過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にするとともにバイパス流量調整弁を全閉にして、スワールコントロールバルブの開度により吸入空気量を調節する第三制御手段とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１に記載の発明において、エンジンに吸入される空気量が増大するのに伴って第一制御手段から第二制御手段に切換える構成とする。
【００１０】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１又は２に記載の発明において、第一領域と第二領域ではシリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側に調節する構成とする。
【００１１】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域ではスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに強い吸気旋回流を生起する。また、過給機の駆動を停止しているので、バイパス流量調整弁を全開とし、スロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する。しかし、この第一領域では過給機を駆動しておらず、スワールコントロールバルブも閉じているため、スロットルバルブを全開にしても回転数または負荷の増大に伴ってエンジンの吸入空気量が不足する領域が生じる。
【００１２】
エンジン負荷または回転数が高まる第二領域では過給機を駆動することによりスワールコントロールバルブを閉じても吸入空気量を確保し、強い吸気旋回流を生起する運転領域を拡大できる。また、バイパス流量調整弁の開度を変えて吸入空気量を調節することにより、スロットルバルブを全開にすることが可能となり、吸気抵抗を減らして、燃費の低減が図れる。
また、エンジンの負荷または回転数が第二領域より高まる第三領域ではスワールコントロールバルブの開度を変えて吸入空気量を調節することにより、バイパス流量調整弁を全閉にするとともにスロットルバルブを全開にすることが可能となり、過給圧を高めて、出力の向上が図れる。
【００１３】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、吸入空気量の増大に伴って過給機を駆動することにより、強い吸気旋回流を生起する運転領域を拡大できる。
【００１７】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域と第二領域ではスワールコントロールバルブを閉じてシリンダに強い吸気スワールないしは吸気タンブルを生起することにより、シリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側にしても安定した燃焼性が確保され、燃費の低減がはかれる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、吸気通路２は一つのシリンダ１に開口する第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２が分岐形成される。第一、第二吸気ポート１１，１２を機関回転に同期して開閉する各吸気弁が配設され、シリンダ１の中央部に臨んで点火栓が配設される。
【００２０】
吸気通路２の途中には燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられる。インジェクタからの燃料噴射量を制御するコントロールユニットは、図示しない各センサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ                ‥‥（１）
ただし、Ｋ；定数
なる式から演算した後、所定のストイキ域で空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収まるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００２１】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ      …（２）
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦは冷却水温度等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効噴射パルス幅である。
【００２２】
この演算された燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス信号をインジェクタに出力し、燃料噴射制御を行う。
【００２３】
吸気通路２には第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２の分岐点より上流側にスワールコントロールバルブ１０が介装される。
【００２４】
バタフライ式のスワールコントロールバルブ１０は回転軸１６を介して回動する。円盤状をしたスワールコントロールバルブ１０には、その閉弁位置で吸気を通す切欠き部１５が形成される。切欠き部１５は第二吸気ポート１２より第一吸気ポート１１に大きく対峙するように回転軸１６と同方向にオフセットして開口される。これにより、スワールコントロールバルブ１０はその閉弁時に第二吸気ポート１２を通ってシリンダ１に吸入される吸気流を絞り、第一吸気ポート１１からシリンダ１に流入する吸気量の割合を増やし、シリンダ１にシリンダ軸を中心に旋回するスワールを生起するようになっている。
【００２５】
なお、スワールコントロールバルブ１０に形成される切欠き部１５の位置を変えて、スワールコントロールバルブ１０の閉弁時に、シリンダ１に縦方向に旋回するタンブルを生起する構成としてもよい。
【００２６】
スワールコントロールバルブ１０の回転軸１６にアクチューエータ１３が連結される。アクチュエータ１３の作動を制御するコントロールユニット１４は図２に示すマップに基づいて機関負荷と機関回転数によって定められた希薄燃焼領域ではスワールコントロールバルブ１０を閉弁し、希薄燃焼領域以外ではスワールコントロールバルブ１０を開弁する。
【００２７】
吸気通路２の途中には、吸気を絞るスロットルバルブ９が介装され、スロットルバルブ９の下流側に吸気を過給する過給機４が介装される。吸気通路２には図示しないエアクリーナから取り込まれた吸気が、スロットルバルブ９を通過した後、過給機４へと導かれ、過給機４からコレクタ３を介して各気筒に分配される。
【００２８】
過給機４に図示しないクランクシャフトの回転が電磁クラッチ２９を介して伝えられる。電磁クラッチ２９はクランクシャフトから過給機４に伝えられる回転力を断続する過給機駆動制御手段を構成する。
【００２９】
吸気通路２には過給機４を迂回して吸気を導くバイパス通路５が設けられる。バイパス通路５の途中にはバイパス流量調整弁７が介装される。バイパス流量調整弁７は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。
【００３０】
スロットルバルブ９は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。コントロールユニット１４はアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度信号をはじめ機関運転状態を検出する信号を入力し、検出された運転状態に応じてスロットルバルブ９の開度を調節する。
【００３１】
コントロールユニット１４は、機関回転数を入力するとともに、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐを入力し、図２に示すマップに基づいて、負荷と回転数に応じてスワールコントロールバルブ１０を開閉して吸気スワールの強さを制御し、電磁クラッチ２９を断続するとともにバイパス流量調整弁７とスロットルバルブ９を開閉して吸入空気量を制御する。
【００３２】
図３に示すように、負荷または回転数がそれぞれ所定値以下となる第一領域では、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ２９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止する。このとき、図４に示すように、バイパス流量調整弁７を全開にし、スワールコントロールバルブ１０の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００３３】
負荷または回転数がそれぞれ所定の中間値となる第二領域では、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ２９をＯＮにして過給機４を駆動する。このとき、スロットルバルブ９を全開にし、バイパス流量調整弁７の開度を負荷に比例して小さくする制御が行われ、吸入空気量をバイパス流量調整弁７の開度によって調節する。
【００３４】
負荷または回転数がそれぞれ所定値以上となる第三領域では、電磁クラッチ２９をＯＮにして過給機４を駆動し、スロットルバルブ９を全開にするとともに、バイパス流量調整弁７を全閉にし、スワールコントロールバルブ１０の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスワールコントロールバルブ１０によって制御する。
【００３５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００３６】
スワールコントロールバルブ１０が全閉位置に保持されることにより、吸気の大部分が切欠き部１５から第一吸気ポート１１を通ってシリンダ１に吸入され、シリンダ１において吸気がシリンダ軸を中心に旋回するスワールが生起される。このスワールによって燃料の多くを点火栓の近傍に集める混合気の成層化がはかれ、シリンダ１の混合気を希薄化しても、安定した燃焼性が確保される。
【００３７】
負荷が所定値ａ以下の第一領域では、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ２９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調整弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００３８】
負荷が所定値ａに到達すると、スロットルバルブ９が全開し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００３９】
負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いてスワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クッチ２９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調整弁７の開度によって調節する。
【００４０】
すなわち、負荷が所定値ａを越えると、過給機を持たない機関の場合吸入空気量を確保するためスワールコントロールバルブを開弁しなければならないが、本発明では過給機４を駆動することにより、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起することが可能となり、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００４１】
負荷が所定値ｂに到達すると、バイパス流量調整弁７が全閉し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００４２】
負荷が所定値ｂより高くなる第三領域では、負荷が上昇するのに伴ってスワールコントロールバルブ１０を開いて吸入空気量を調節する。スワールコントロールバルブ１０が開かれるのに伴って、シリンダ１に生起される吸気スワールは弱められるが、シリンダ１に供給される混合気を理論空燃比またはリッチ側に調節することにより、安定した燃焼性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図２】同じく制御特性図。
【図３】同じく制御内容を示す図表。
【図４】同じく制御特性図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
４  過給機
５  バイパス通路
７  バイパス流量調整弁
９  スロットルバルブ
１０  スワールコントロールバルブ
１４  コントロールユニット
２９  電磁クラッチ
【図１】
0003804125.tif 000002
【図２】
0003804125.tif 000003
【図３】
0003804125.tif 000004
【図４】
0003804125.tif 000005