JP2006329065A - 車両用内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 フューエルカットから復帰時のシリンダ内の空気量を正確にもとめること。
【解決手段】 エアフローメータが計測した吸入空気量GAAを読み込み(ステップＳ１０)、残留空気量GAEを算出し(ステップＳ２０)。フューエルカット中か、否か、を判定する(ステップＳ３０)。肯定判定された場合はフューエルカット復帰後の回転量をカウントする回転量カウンタをクリアして(ステップＳ４０)から、否定判定された場合はそのまま進んでフューエルカット復帰後の回転量が２以上であるか、否か、を判定する(ステップＳ５０)。肯定判定された場合は吸入空気量GAAをそのままシリンダ内の空気量GACYとし（ステップＳ６０）、否定判定された場合は吸入空気量GAAに残留空気量GAEを加算したものをシリンダ内の空気量GACYとする(ステップＳ７０）。このシリンダ内の空気量GACYに対して目標の空燃比となるような燃料噴射量が決定される。
【選択図】 図３

Description

本発明は内燃機関、特にフューエルカット機構を備えた車両用の内燃機関に関する。

内燃機関において燃焼室に供給される吸入空気量は混合される燃料量の算出の基礎ともされるものであり、非常に重要なパラメータである。この吸入空気量は吸気管に設けられるエアフローメータや圧力センサで計測されることが多い。
ところで、一般的に、内燃機関においては、吸気バルブと排気バルブはオーバーラップ期間を有するように開弁期間が設定されている。その結果、一旦排気されたガスが再度吸入されるという、所謂、内部ＥＧＲが発生するようになっている。エアクリーナを通って新しく吸入された空気と燃料噴射弁から噴射された燃料から成る混合気に、この内部ＥＧＲによる排気ガスがさらに混合されたものが燃焼室内で燃焼せしめられる。

一方、車両用の内燃機関においては、燃費低減のために、車両が惰行走行中に予め定めた所定の２つの速度の間で燃料の供給を停止する、所謂、フューエルカットを備えるものが多い。このフューエルカットからの復帰時には上記の内部ＥＧＲされるガスは、それまで燃焼がされていないことから、排気ガスではなくて、新しい空気となる。したがって、このような場合には、燃焼室には吸気管で計測された吸入空気量よりも多い量の空気が導入される。したがって、エアフローメータで計測された吸入空気量に対応して燃料量を決定すると予定よりもリーンの混合気となりＮＯｘが増加する可能性がある。このようなことからフューエルカットから復帰したときの空気量を正確にもとめることが要求されている。

特許文献１の発明はフューエルカットと内部ＥＧＲ率の関係に関するものであるが、フューエルカット中およびフューエルカットから復帰した時の内部ＥＧＲ量を推定するものであってシリンダに導入された実際の空気量を正確にもとめるものではない。
特許文献２の発明は内部ＥＧＲを正確にもとめようとするものである。しかしながら、フューエルカットから復帰した時にシリンダに導入された実際の空気量を正確にもとめるものではない。

特開２００２−２２７６８７号公報 特開２００１−２２１１０５号公報

本発明は上記の状況に鑑み、車両用内燃機関においてフューエルカットから復帰した時のシリンダ内の実際の空気量を正確にもとめることを目的とする。

請求項１の発明によれば、車両用内燃機関であって、車両の惰行走行時に所定の２つの速度の間でフューエルカットをおこなうようにされているものにおいて、
吸気管を通ってシリンダに吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
吸気バルブと排気バルブのバルブオーバーラップ量を検出するオーバーラップ量検出手段と、
シリンダに残留する残留空気量を、バルブオーバーラップ量に基づいて算出する残留空気量計算手段と、を具備し、
通常運転時には、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量を総吸気量とし、
フューエルカットからの復帰時には、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に残留空気量計算手段が残留空気量を加算したものを総吸気量とし、
総吸気量に基づいて燃料噴射量を決定する、ようにした内燃機関が提供される。

このように構成される内燃機関ではフューエルカットから復帰する際には、吸気管を通って吸入された空気量にシリンダ残留空気量を加算した正しい空気量に対して燃料噴射量が決定されるので目標通りの空燃比が得られる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、内燃機関が四サイクル機関であって、フューエルカット復帰後の２回転について、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に残留空気量計算手段が計算した残留空気量を加算して総空気量とする、内燃機関が提供される。
四サイクル機関では排気弁から排出された空気が残留空気として吸入空気と共に燃焼されるには２回転するので、フューエルカット復帰後の２回転について吸入空気量に残留空気量を加算したものが総吸気量とされる。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を変更可能な可変バルブタイミング機構を備え、各運転条件におけるバルブオーバーラップが最大の時の残留空気量である最大残留空気量と、各バルブオーバーラップ量における残留空気量の最大残留空気量に対する比率である内部残留空気量比率と、を予め記憶しておき、
検出された運転条件に応じてもとめた最大内部残留空気量に、検出されたバルブオーバーラップ量における内部残留空気量比率を乗算して、残留空気量を求めるようにされている。

本発明によれば、フューエルカットからの復帰時に吸気量が正確にもとめられ、それに対して燃料噴射量が決定されるので目標通りの空燃比を得ることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の各実施の形態に共通のハード構成を示す図である。
１は火花点火式の内燃機関を示し、内燃機関１はシリンダヘッド１ａとシリンダブロック１ｂとを備えて成る。シリンダヘッド１ａは吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、および、点火栓４０を備え、点火栓４０には点火コイル４１から高圧電流が供給される。

シリンダブロック１ｂ内をクランク軸３と連結されているピストン２が往復動し、ピストン２とシリンダヘッド１ａの間に燃焼室１ｃが形成される。また、シリンダブロック１ｂにはクランク角センサ５２が取付けられていて、機関回転数はこのクランク角センサ５２からの信号に基いて算出される。

吸気弁７の開弁期間の位相を運転条件にあわせて調整する吸気弁タイミング調整装置７０が吸気カム７ｃに取付けられている。
図２は、吸気弁タイミング調整装置７０の構造を説明する図である。
吸気弁タイミング調整装置７０はハウジング部７１とベーン部７２を有する。ハウジング部７１はチェーン（図示せず）を介してクランク軸３（図１参照）により駆動されるギヤ７５に固定されている。ベーン部７２は吸気カムシャフト７ｃに固定されている。

ハウジング部７１の内部には３つの油圧室７３が形成されていて、各油圧室７３の中にベーン部７２の３つのベーン７４が配置されている。油圧室７３の角度巾はベーン７４の角度巾よりも大きくされていて、油圧室７３はベーン７４を挟んで進角側油圧室７３ａと遅角側油圧室７３ｒに分離されている。

エンジン停止時には、図示しない付勢機構により進角側油圧室７３ａが最小、遅角側油圧室７３ｒが最大になるようにされ、最も遅角側の位相にされる。そして、運転時には運転条件に最適な位相が得られるようにオイルコントロールバルブ（図示せず）を介して進角側油圧室７３ａと遅角側油圧室７３ｒに作用する油圧を調整する。そこで図示はしないがカムポジションを検出するためのカムポジションセンサが付設されている。
なお、排気弁８の開弁期間の位相をも、運転条件にあわせて調整したい場合には、同じような構成の排気弁タイミング調整装置を排気カム８ｃに取付ければよい。

図１において、吸気ポート５内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３１がシリンダヘッド１ａに取付けられている。燃料噴射弁３１には燃料タンク３０から燃料ポンプ（図示せず）により燃料パイプ（図示せず）を介して燃料が送給される。

吸気ポート５には吸気管１０が接続され、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１１が取付けられている。エアクリーナ１１の直下流には吸入空気量を検出するエアフローメータ５１が配置されている。エアフローメータ５１の下流にはスロットルバルブ１２が配置されている。スロットルバルブ１２はスロットルモータ１３で駆動される。一方、アクセルペダル１４にアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ５０が付設されていて、アクセルペダルセンサ５０が検出したアクセルペダル１４の踏み込み量に対応して、スロットルモータ１３によりスロットルバルブ１２の開度が変更せしめられる。

排気ポート６には排気管２０が接続され、排気管２０には三元触媒２１が配設されている。三元触媒２１の上流側近傍には第１空燃比センサ２２が配設され、三元触媒２１の下流側近傍には第２空燃比センサ２３が配設されている。燃焼室１ａで発生した排気ガスは排気弁８で流路が開閉される排気ポート６を経て、排気管２０に導かれ三元触媒２１によって浄化されてから排出される。第１空燃比センサ２２と第２空燃比センサ２３の出力に基いて所定の空燃比が得られるようにポート噴射弁３１、筒内噴射弁３２から噴射される燃料噴射量がフィードバック制御される。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００は入力ポート１０１、出力ポート１０２、ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５等を共通バスで相互に接続してなる。ＥＣＵ１００には各センサの検出した信号が入力され、本発明に関わる制御をおこなう制御信号が各アクチュエータ類に送出される。

以下、上記のようにハード構成された本発明の実施の形態の制御について説明する。
図３が本発明の実施の形態の制御のフローチャートであり、以下、各ステップ毎に説明していく。ステップＳ１０ではエアフローメータ５１が計測した吸入空気量GAAを読み込む。ステップＳ２０では残留空気量GAEを算出する。図４がこのステップＳ２０の残留空気量GAEの算出するサブルーチンであってその詳細は後述する。

ステップＳ３０ではフューエルカット中か、否か、を判定し、肯定判定された場合はステップＳ４０でフューエルカット復帰後の回転量をカウントする回転量カウンタをクリアしてからステップＳ５０に進み、ステップＳ３０で否定判定された場合はそのままステップＳ５０に進む。なお、回転量カウンタはＥＣＵ１００内に回路的に設けられクランク角センサ５２の信号に基づき回転量をカウントする。

ステップＳ５０ではフューエルカット復帰後の回転量が２以上であるか、否か、を判定する。これは、四サイクル機関では排気弁から排出された空気が残留空気として吸入空気と共に燃焼されるには２回転することが必要であることによる。肯定判定された場合はステップＳ６０に進みエアフローメータ５１が計測した吸入空気量GAAをそのままシリンダの吸気量GACYとし、否定判定された場合はステップＳ７０に進みアフローメータ５１が計測した吸入空気量GAAにステップＳ２０で算出した残留空気量GAEを加算したものをシリンダの吸気量GACYとする。そして、ステップＳ８０では回転量カウンタをインクリメントして終了する。
そしてフローチャートは示さないが、ステップＳ６０、ステップＳ７０でもとめたシリンダの吸気量GACYにもとづいて要求される空燃比となるように燃料噴射量が決定される。

次に図４を参照して、図３のステップＳ２０の残留空気量GAEを算出するサブルーチンについて説明する。
ステップＳ２１では吸気弁７と排気弁８のオーバーラップ量OLを読み込み、ステップＳ２２では回転数NEを読み込み、ステップＳ２３では吸気管圧力PMを読み込む。ステップＳ２４では、ステップＳ２２で読み込んだ回転数NEとステップＳ２３で読み込んだ吸気管圧力PMから図５に示すマップに基づき基本残留空気量GAEBを算出し、また、ステップＳ２５ではステップＳ２１で読み込んだ吸気弁７と排気弁８のオーバーラップ量OLから図６に示すマップに基づき読み込み、オーバーラップ量OLに応じた基本残留空気量GAEBの補正係数KOLを算出する。そして、ステップＳ２６においてステップＳ２４で算出した基本残留空気量GAEBにステップＳ２６で算出した補正係数KOLを乗算して残留空気量GAEを算出する。

前述したように、シリンダの吸気量GACYに基づいて燃料噴射量が計算されるが、このシリンダの吸気量GACYがフューエルカットから完全に復帰していない場合にはステップＳ７０のように残留空気量として計算したフューエルカットの名残りの空気の量を加算して計算されるので空気量が実際の状態に近い精度の高いものとされている。したがって、燃料噴射量の基礎となる空気量が実際より少ない値とされ、その結果、燃料が実際の空気量に対して過少となって空燃比がリーンになることが防止される。

本発明は内燃機関に適用することができ、特に車両が惰行走行している時に所定の大小２つの速度の間で燃料噴射を停止するフューエルカット機構を備える車両用の内燃機関に適用するとフューエルカットからの復帰時の吸入空気量が正確に求められ空燃比がずれることを防止することができる。

本発明の実施の形態のハード構成を示す図である。 吸気バルブの開弁期間をシフトするためのＶＶＴの構造を示す図である。 本発明の制御のフローチャートである。 図３のフローチャートのステップＳ２０のサブルーチンのフローチャートである。 図４のフローチャートのステップＳ２４の算出に使用するマップである。 図４のフローチャートのステップＳ２５の算出に使用するマップである。

符号の説明

１ 内燃機関
７ 吸気弁
８ 排気弁
１０ 吸気マニホールド
１２ 吸気管
１３ エアクリーナ
３０ 燃料噴射弁
５０ クランク角センサ
５１ エアフローメータ
７０ 吸気弁タイミング調整装置
１００ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (3)

1. 車両用内燃機関であって、車両の惰行走行時に所定の２つの速度の間でフューエルカットをおこなうようにされているものにおいて、
   吸気管を通ってシリンダに吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   吸気バルブと排気バルブのバルブオーバーラップ量を検出するオーバーラップ量検出手段と、
   シリンダに残留する残留空気量を、バルブオーバーラップ量に基づいて算出する残留空気量計算手段と、を具備し、
   通常運転時には、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量を総吸気量とし、
   フューエルカットからの復帰時には、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に残留空気量計算手段が残留空気量を加算したものを総吸気量とし、
   総吸気量に基づいて燃料噴射量を決定する、
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 内燃機関が四サイクル機関であって、フューエルカット復帰後の２回転について、吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に残留空気量計算手段が計算した残留空気量を加算して総空気量とする、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を変更可能な可変バルブタイミング機構を備え、
   各運転条件におけるバルブオーバーラップが最大の時の残留空気量である最大残留空気量と、各バルブオーバーラップ量における残留空気量の最大残留空気量に対する比率である内部残留空気量比率と、を予め記憶しておき、
   検出された運転条件に応じてもとめた最大内部残留空気量に、検出されたバルブオーバーラップ量における内部残留空気量比率を乗算して、残留空気量を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

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