JP2007327399A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クランキング開始前に、各気筒のピストン停止位置を取得する(ステップ100)。第1圧縮気筒については吸気バルブ遅閉じに設定すると共に、他気筒については吸気バルブ遅開きに設定する(ステップ104)。他気筒のうちの第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDCよりも前である場合には燃料噴射方式をポート噴射に設定する(ステップ108)。一方、第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDC以後である場合には燃料噴射方式を筒内噴射に設定する(ステップ110)。
【選択図】図6
Description
吸気バルブ開弁特性を変更可能な可変動弁機構と、
クランキング開始前の各気筒のピストン位置を取得するピストン位置取得手段と、
前記可変動弁機構を作動させることで各気筒の吸気バルブ開弁特性を制御するバルブ開弁特性制御手段であって、クランキング開始後に最初に圧縮行程を行う第1圧縮気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすると共に、他の気筒の吸気バルブ開弁時期を上死点よりも遅くし、かつ、吸気バルブ閉弁時期を吸気下死点付近にするバルブ開弁特性制御手段と、
気筒毎に設けられ、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと、
気筒毎に設けられ、各気筒の内部に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記他の気筒のうち最初に燃料噴射を行う第1噴射気筒の前記ピストン位置に基づいて、前記ポートインジェクタの燃料噴射率であるポート噴射率と、前記筒内インジェクタの燃料噴射率である筒内噴射率とを設定する噴射率設定手段とを備えたことを特徴とする。
吸気バルブ開弁特性を変更可能な可変動弁機構と、
クランキング開始後に、各気筒のピストン位置を取得するピストン位置取得手段と、
前記可変動弁機構を作動させることで各気筒の吸気バルブ開弁特性を制御するバルブ開弁特性制御手段であって、前記ピストン位置を取得した後に最初に圧縮行程を行う第1圧縮気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすると共に、他の気筒の吸気バルブ開弁時期を上死点よりも遅くし、かつ、吸気バルブ閉弁時期を吸気下死点付近にするバルブ開弁特性制御手段と、
気筒毎に設けられ、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと、
気筒毎に設けられ、各気筒の内部に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記他の気筒のうち最初に燃料噴射を行う第1噴射気筒の前記ピストン位置に基づいて、前記ポートインジェクタの燃料噴射率であるポート噴射率と、前記筒内インジェクタの燃料噴射率である筒内噴射率とを設定する噴射率設定手段とを備えたことを特徴とする。
また、第1圧縮気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすることで、デコンプ作用を得ることができ、クランキング時に機関回転数を速やかに上昇させることができる。よって、第1噴射気筒の燃料噴射までの時間を短縮することができ、内燃機関の始動時間を短縮することができる。
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1によるシステム構成を示す概略図である。図2は、図1に示すシステムにおいて、複数の気筒を示す概略図である。
図1に示すように、本実施の形態1のシステムは、複数の気筒2を有する内燃機関(エンジン)1を備えている。図2に示すように、内燃機関1は、例えば、直列4気筒型のガソリンエンジンである。図2において、#1〜#4は、それぞれ内燃機関1の第1〜第4気筒を表している。この内燃機関1における爆発順序は、一般的なエンジンと同様に、#1→#3→#4→#2である。
ピストン3は、クランク機構を介してクランク軸8に連結されている。クランク軸8の近傍には、クランク角センサ10が設けられている。クランク角センサ10は、クランク軸8の回転角度(クランク角CA)を検出するように構成されている。
ECU60は、クランク角CAに基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ECU60は、スロットル開度TAやアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ECU60は、各センサの出力に基づいて、トータル燃料噴射量を算出する。また、ECU60は、トータル燃料噴射量に対する筒内インジェクタ16の燃料噴射量の割合(以下「筒内噴射率」という。)と、トータル燃料噴射量に対するポートインジェクタ28の燃料噴射量の割合(以下「ポート噴射率」という。)とを設定する。
また、ECU60は、各気筒の可変動弁機構24を作動させることで、各気筒の吸気バルブ開弁特性を制御する。
また、ECU60は、クランク角CAに基づきピストン位置を取得することができる。
上記システムによれば、可変動弁機構24により吸気バルブ開弁時期を吸気TDC後(例えば、ATDC60°)に設定し、吸気バルブ閉弁時期をBDC付近に設定することができる。いわゆる吸気バルブ遅開きを実行することができる。
先ず、吸気行程において吸気バルブ22と排気バルブ44が共に閉じた状態で(すなわち、ネガティブオーバーラップ期間中に)ピストン3が下がるため、筒内負圧が発生する。この筒内負圧によりポンプ損失が発生するため、筒内圧縮端温度が上昇する。これにより、筒内における燃料の霧化を促進することができる。
さらに、吸気バルブ遅開きによれば、上記筒内負圧が発生した状態で、吸気バルブ22が開弁される。そうすると、吸気ポート20から筒内に吸入されるガスの速度(以下「吸入流速」という。)が速くなる。つまり、高速気流を得ることができる。特に、吸気バルブ22のリフト量が小さいほど、より速い高速気流が得られる。これにより、吸気ポート壁面に付着した燃料の筒内への流入を促進することができる。
さらに、吸気バルブ遅開きによれば、吸気バルブ22がBDC付近で閉じられるため、実圧縮比が向上する。そうすると、筒内圧縮端温度が上昇する。これにより、筒内での燃料の霧化を促進することができる。
一方、第1噴射気筒のピストン停止位置Bは、目標吸気バルブ開弁時期よりも前である。よって、第1噴射気筒については、吸気バルブ遅開きによる効果を得ることができる。ここで、本来は、吸気バルブ遅開きの場合、吸気TDCから目標吸気バルブ開弁時期までのクランク角に相当する分の効果Cだけ、吸気バルブ遅開きによる効果が期待される。しかし、第1噴射気筒のピストン位置Bは、吸気TDCよりも後である。このため、図3に示す第1噴射気筒については、実際には、ピストン停止位置Bから目標吸気バルブ開弁時期までのクランク角に相当する分の効果Dだけしか、吸気バルブ遅開きによる効果を得ることができない。すなわち、吸気バルブ遅開きにより期待される効果Cよりも、実際の効果Dの方が小さくなってしまう。このように、始動前ピストン停止位置によっては、上述した吸気バルブ遅開きによる効果を十分に得ることができない場合がある。
先ず、第1圧縮気筒については、上記のような吸気バルブ遅開きに設定せず、吸気バルブ閉弁時期を通常時(例えば、ABDC60°)よりも遅い時期(例えば、ABDC110°)に設定する。すなわち、第1圧縮気筒については、デコンプ作用が得られる吸気バルブ遅閉じに設定する。この吸気バルブ遅閉じにより、圧縮時に筒内に閉じ込められる空気量を低減することができ、振動を低減することができる。さらに、爆発力のアシストが期待できないクランキング開始直後に、機関回転数NEを速やかに上昇させることができ、早期に燃料噴射を可能とする。これにより、内燃機関1の始動時間を短縮することができる。なお、この吸気バルブ遅閉じ時には、燃料の噴射を行わない。さらに、内燃機関始動後は、他の気筒と同様に、吸気バルブ遅閉じから吸気バルブ遅開きに変更する。
図4に示す例では、第1噴射気筒のピストン停止位置Bは、吸気TDCよりも前である。この場合、吸気バルブ遅開きにより期待される効果Cを完全に(100%)得ることができる(図中の実際の効果Dを参照)。すなわち、第1噴射気筒を吸気バルブ遅開きにすることで、ポンプ損失増加による圧縮端温度上昇効果と、高速気流によるポート付着燃料の筒内流入促進効果と、実圧縮比向上による圧縮端温度上昇効果とを完全に得ることができる。本実施の形態1では、このように吸気バルブ遅開きによる効果が十分に得られる場合には、燃料噴射方式をポート噴射に設定する。上述したように、ポート噴射の場合には、吸気ポート壁面に多少の燃料が付着することとなる。しかし、吸気バルブ遅開きによる高速気流を十分に得ることができるため、吸気ポート壁面に付着した燃料を高速気流により筒内に流入させることができる。従って、吸気バルブ遅開きによる効果を十分に活用することができる。さらに、ポート噴射により燃料霧化時間とミキシング時間を十分に確保できるため、良好なエミッション特性とスモーク低減効果を得ることができる。
図6は、本実施の形態1において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、イグニッションON時に起動されるものである。
図7は、本実施の形態1の第1変形例について説明する図である。本変形例は、本発明をV型8気筒エンジンに適用した場合の例である。図7において符号A,Eで示す丸印は、それぞれ第1,第2圧縮気筒のピストン停止位置を表している。一方、符号Bで示す丸印は、第1噴射気筒のピストン停止位置を表している。本変形例によるV型8気筒エンジンの場合には、これらのピストン停止位置A,E,Cは90°CAだけずれている。
図7に示すように、第1及び第2圧縮気筒のピストン停止位置A,Eは、共に目標吸気バルブ開弁時期よりも後である。このため、第1及び第2圧縮気筒については、吸気バルブ遅開きによる効果を全く得ることができない。一方、第1噴射気筒のピストン停止位置Bは、吸気TDCよりも後であり、かつ、目標吸気バルブ開弁時期よりも前である。この場合、図3に示す第1噴射気筒と同様に、第1噴射気筒では、実際には、ピストン停止位置Bから目標吸気バルブ開弁時期までのクランク角に相当する分の効果Dだけしか吸気バルブ遅開きによる効果を得ることができない。すなわち、第1噴射気筒では、吸気バルブ遅開きによる効果を十分に得ることができない。
そこで、図7に示す例では、第1及び第2圧縮気筒については、デコンプ作用が得られる吸気バルブ遅閉じに設定する。一方、第1及び第2圧縮気筒以外の他気筒については、吸気バルブ遅開きに設定する。さらに、他気筒のうちの第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDC以後であるため、燃料噴射方式を筒内噴射に設定する。なお、第2噴射気筒のピストン停止位置Fは吸気TDCよりも前であるため、筒内噴射からポート噴射に変更される。
図8に示すルーチンによれば、上記ステップ106で第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDCよりも前であると判別された場合には、ポート噴射率を筒内噴射率よりも高く設定する(ステップ116)。例えば、ポート噴射率を80%に、筒内噴射率を20%に設定する。
一方、上記ステップ106で第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDC以後であると判別された場合には、筒内噴射率をポート噴射率よりも高く設定する(ステップ118)。例えば、ポート噴射率を20%に、筒内噴射率を80%で設定する。このステップ118では、第1噴射気筒のピストン停止位置が吸気TDCに近いほど、ポート噴射率を高く設定することもできる。これは、ピストン停止位置が吸気TDCに近いほど、高速気流が速くなるため、該気流によりポート付着燃料が筒内に吸入されやすくなるからである。さらに、内燃機関始動後、吸気バルブ遅開きによる効果が十分に得られる気筒(つまり、ピストン停止位置が吸気TDCよりも前である気筒)に対して、ポート噴射率を筒内噴射率よりも高くなるように変更する(ステップ120)。
次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図9は、本実施の形態2において、複数の気筒群を説明するための概略図である。
本実施の形態2では、図1に示す内燃機関1の4つの気筒#1〜#4が、2つの気筒群に分割されている。具体的には、図9に示すように、爆発順序が連続しない第1気筒#1と第4気筒#4とで第1気筒群2Aを構成し、残りの第2気筒#2と第3気筒#3とで第2気筒群2Bを構成している。そして、これらの気筒群毎に、可変動弁機構24により吸気バルブ開弁時期を制御する。すなわち、第1気筒群2Aを構成する第1及び第2気筒の吸気バルブ開弁特性は同一にされる。
本実施の形態2のシステムは、図1及び図9に示すハードウェア構成を用いて、ECU60に、後述する図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上記実施の形態1では、気筒毎に吸気バルブ開弁特性が制御されている。これにより、制御精度を高めることができるものの、可変動弁機構24の構成部品数が増大してしまう場合や、ECU60に対する制御負荷が高くなってしまう場合がある。
図10は、本実施の形態2において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、イグニッションON時に起動されるものである。
次に、上記ステップ100で取得されたピストン停止位置に基づいて、内燃機関始動時の各気筒群2A,2Bの吸気バルブ開弁特性を設定する(ステップ122)。このステップ122では、図6に示すルーチンのステップ104と同様に、ECU60は、先ず、第1圧縮気筒を把握する。そして、この第1圧縮気筒を含む一気筒群については、吸気バルブ遅閉じに設定する。これと共に、他気筒群については、吸気バルブ遅開きに設定する。
次に、図11を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施の形態3のシステムは、図1及び図2に示すハードウェア構成を用いて、ECU60に、後述する図11に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上記実施の形態1では、クランキング開始前の第1圧縮気筒のピストン停止位置に応じて、燃料噴射方式が設定されている。
ところで、システムコスト節減のため、クランキング開始前に各気筒のピストン停止位置を取得する機能を有していないシステムも存在すると考えられる。
従って、クランキング開始前に各気筒のピストン停止位置を取得する機能を有していないシステムにおいても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。よって、上記実施の形態1に比して、システム構成を簡略化することができる。
そこで、本実施の形態3では、クランキング開始からピストン位置取得までの間は、全気筒の吸気バルブ開弁特性を吸気バルブ遅閉じに設定する。これにより、クランキング開始直後に機関回転数NEをスムーズに上昇させることができ、早期にピストン位置を取得することができる。その結果、内燃機関1の始動時間を短縮することができる。
図11は、本実施の形態3において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、イグニッションON時に起動されるものである。
次に、各気筒のピストン位置を取得する(ステップ128)。このステップ128では、クランキング開始後のピストン位置が取得される。ECU60は、クランキング開始後に取得されたクランク角CAに基づいて各気筒のピストン位置を取得する。
その後、図6に示すルーチンと同様に、ステップ112及び114の処理を順次実行する。
2 気筒
2A 第1気筒群
2B 第2気筒群
3 ピストン
10 クランク角センサ
16 筒内インジェクタ
20 吸気ポート
22 吸気バルブ
24 可変動弁機構
28 ポートインジェクタ
60 ECU
Claims (7)
- 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
吸気バルブ開弁特性を変更可能な可変動弁機構と、
クランキング開始前の各気筒のピストン位置を取得するピストン位置取得手段と、
前記可変動弁機構を作動させることで各気筒の吸気バルブ開弁特性を制御するバルブ開弁特性制御手段であって、クランキング開始後に最初に圧縮行程を行う第1圧縮気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすると共に、他の気筒の吸気バルブ開弁時期を上死点よりも遅くし、かつ、吸気バルブ閉弁時期を吸気下死点付近にするバルブ開弁特性制御手段と、
気筒毎に設けられ、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと、
気筒毎に設けられ、各気筒の内部に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記他の気筒のうち最初に燃料噴射を行う第1噴射気筒の前記ピストン位置に基づいて、前記ポートインジェクタの燃料噴射率であるポート噴射率と、前記筒内インジェクタの燃料噴射率である筒内噴射率とを設定する噴射率設定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
吸気バルブ開弁特性を変更可能な可変動弁機構と、
クランキング開始後に、各気筒のピストン位置を取得するピストン位置取得手段と、
前記可変動弁機構を作動させることで各気筒の吸気バルブ開弁特性を制御するバルブ開弁特性制御手段であって、前記ピストン位置を取得した後に最初に圧縮行程を行う第1圧縮気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすると共に、他の気筒の吸気バルブ開弁時期を上死点よりも遅くし、かつ、吸気バルブ閉弁時期を吸気下死点付近にするバルブ開弁特性制御手段と、
気筒毎に設けられ、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと、
気筒毎に設けられ、各気筒の内部に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記他の気筒のうち最初に燃料噴射を行う第1噴射気筒の前記ピストン位置に基づいて、前記ポートインジェクタの燃料噴射率であるポート噴射率と、前記筒内インジェクタの燃料噴射率である筒内噴射率とを設定する噴射率設定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記バルブ開弁特性制御手段は、クランキング開始後から前記ピストン位置を取得するまでの期間は、全気筒の吸気バルブ閉弁時期を通常時よりも遅くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記噴射率設定手段は、前記第1噴射気筒の前記ピストン位置が吸気上死点よりも前である場合には、前記筒内噴射率よりも前記ポート噴射率を高く設定し、前記第1噴射気筒の前記ピストン位置が吸気上死点以後である場合には、前記ポート噴射率よりも前記筒内噴射率を高く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記噴射率設定手段は、前記第1噴射気筒の前記ピストン位置が吸気上死点よりも前である場合には、前記ポート噴射率を100%と設定し、前記第1噴射気筒の前記ピストン位置が吸気上死点以後である場合には、前記筒内噴射率を100%と設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
前記噴射率設定手段により前記ポート噴射率よりも前記筒内噴射率が高く設定された場合に、前記ピストン位置が吸気上死点よりも前である気筒以降、前記筒内噴射率よりも前記ポート噴射率を高く設定する噴射率変更手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項5に記載の内燃機関の制御装置において、
前記噴射率設定手段により前記筒内噴射率が100%と設定された場合に、前記ピストン位置が吸気上死点よりも前である気筒以降、前記ポート噴射率を100%に変更する噴射率変更手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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