JP2008111342A

JP2008111342A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2008111342A
Application number: JP2006293398A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamashita; 浩司山下; Hideki Suzuki; 英樹鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15
Also published as: DE102007000591A1; US20080098977A1; US7472679B2

Abstract

【課題】エンジンの全ての運転領域で混合気の均質化を促進できるようにする。
【解決手段】エンジンの各気筒の２つの吸気ポート１８，１９の上流側に吸気絞り弁１７を配置し、第１の吸気ポート側１８に第１の燃料噴射弁２０を配置すると共に、第２の吸気ポート１９側に第２の燃料噴射弁２１を配置する。吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のときには、第１の吸気ポート１８のみに吸入空気を流入させて筒内にスワール流を発生させながら、第１の燃料噴射弁２０から第１の吸気ポート１８に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。一方、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいときには、第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に吸入空気を流入させならが、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１からそれぞれ第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。
【選択図】図３

Description

本発明は、１つの気筒に２つの吸気ポートを備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置した内燃機関の制御装置に関する発明である。

例えば、特許文献１（特開平８−１２１１８０号公報）に記載されているように、内燃機関の各気筒の吸気マニホールドよりも上流側の吸気管に、吸入空気量を調整するスロットルバルブを配置し、各気筒に設けた２つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポート側の通路にスワール制御弁を配置すると共に、他方の吸気ポート側の通路に燃料噴射弁を配置し、吸入空気量が少なくなる低中負荷運転時には、スワール制御弁を閉じて燃料噴射弁側の吸気ポートのみに吸入空気を流入させることでスワール流を発生させて混合気の均質化を促進し、吸入空気量が多くなる高負荷運転時には、スワール制御弁を開いて両方の吸気ポートに吸入空気を流入させるようにしたものがある。

また、このようなシステムでは、スワール制御弁の開閉を切り換える過渡運転時に、各気筒のスワール制御弁の開閉を同時に切り換えると、吸入空気量が急変してトルクショックが発生する可能性があるため、上記特許文献１では、各気筒のスワール制御弁の開閉タイミングをずらすように制御することで、スワール制御弁の開閉による吸入空気量の急変を防止するようにしている。
特開平８−１２１１８０号公報（第５頁〜第６頁、第２図等）

しかし、上記特許文献１では、高負荷運転時にスワール制御弁を開いて両方の吸気ポートに吸入空気を流入させる場合に、２つの吸気ポートのうちの片方の吸気ポート（燃料噴射弁を配置した側の吸気ポート）にしか燃料を噴射することができないため、混合気を十分に均質化することができないという欠点がある。

また、スワール制御弁の開閉による吸入空気量の急変（トルクショック）を防止するために、各気筒のスワール制御弁の開閉タイミングをずらすように制御する必要があるため、スワール制御弁の制御が複雑化して制御コンピュータの演算負荷が増大するという欠点もある。

更に、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブと、スワール流を発生させるためのスワール制御弁を別々に設ける必要があるため、構成が複雑化してコストアップするという欠点もある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、全ての運転領域で混合気の均質化を促進することができると共に、制御及び構成を簡単化することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、１つの気筒に２つの吸気ポート（一方を「第１の吸気ポート」、他方を「第２の吸気ポート」という）を備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置した内燃機関の制御装置において、吸気絞り弁は、該吸気絞り弁の開度が所定開度以下のときに主に第１の吸気ポートに吸入空気が流入してスワール流が発生し、該吸気絞り弁の開度が所定開度よりも大きいときに第１の吸気ポートと第２の吸気ポートの両方に吸入空気が流入するように設け、第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁を設けると共に、第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を設け、燃料噴射制御手段によって、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度以下のときに第１の燃料噴射弁から燃料を噴射し、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁を制御するようにしたものである。

この構成では、吸気絞り弁の開度が所定開度付近以下のときには、主に第１の吸気ポートに吸入空気を流入させて筒内にスワール流を発生させながら、第１の燃料噴射弁から第１の吸気ポートに燃料を噴射することで、混合気の均質化を促進することができる。一方、吸気絞り弁の開度が所定開度付近よりも大きいときには、第１の吸気ポートと第２の吸気ポートの両方に吸入空気を流入させならが、第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁からそれぞれ第１の吸気ポートと第２の吸気ポートに燃料を噴射することで、混合気の均質化を促進することができる。これにより、吸気絞り弁の開度が小さい低負荷運転領域から吸気絞り弁の開度が大きい高負荷運転領域までの全ての運転領域で混合気の均質化を促進することができる。

また、吸気絞り弁の開度に応じて吸入空気量を調整しながらスワール流の発生を制御することができるため、従来のようにスワール制御弁の開閉による吸入空気量の急変（トルクショック）がほとんど発生しない。このため、吸入空気量の急変を防止するための複雑な制御を行う必要がなく、吸気絞り弁の制御を簡単化することができる。

更に、吸気絞り弁に吸入空気量を調整する機能とスワール流を発生させる機能を兼ね備えることができるため、吸入空気量を調整するためのバルブと、スワール流を発生させるためのバルブを別々に設ける必要がなく、構成を簡単化して低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項２のように、吸気絞り弁の近傍に、吸気絞り弁の開度が所定開度以下のときに第２の吸気ポートに吸入空気が流入するのを阻止するように形成されたボア部材を設けるようにしても良い。このようにすれば、吸気絞り弁の開度が所定開度以下のときに、ボア部材によって第２の吸気ポートに吸入空気が流入するのを阻止して、第１の吸気ポートのみに流入する吸入空気の流れによって効果的にスワール流を発生させることができる。

また、請求項３のように、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに第１の吸気ポートに流入する吸入空気量と第２の吸気ポートに流入する吸入空気量との比率に応じて第１の燃料噴射弁の燃料噴射量と第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を設定するようにしても良い。このようにすれば、吸気絞り弁の開度が所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに、各吸気ポートに流入する吸入空気量に応じて各吸気ポートに噴射する燃料噴射量を変化させることができ、混合気の均質化を更に促進することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、サージタンク１５が設けられ、このサージタンク１５には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６（吸気通路）が設けられている。各気筒の吸気マニホールド１６には、それぞれ吸入空気量を調整する吸気絞り弁１７が設けられ、各気筒の２つの吸気ポート１８，１９（図２、図３参照）の近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０，２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２７が取り付けられている。このクランク角センサ２７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ２８によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出される。

図２及び図３に示すように、エンジン１１の各気筒には、それぞれ２つの独立した吸気ポート１８，１９が設けられ、これら第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９がそれぞれ吸気バルブ２９，３０によって開閉される。第１の吸気ポート側１８には、第１の吸気ポート１８に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁２０が配置され、第２の吸気ポート１９側には、第２の吸気ポート１９に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁２１が配置されている。

図３に示すように、各気筒の１本の吸気マニホールド１６に、それぞれ第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９が接続され、第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の分岐部の近傍に、吸気絞り弁１７が配置されている。各気筒の吸気絞り弁１７は、その中心に連結されたシャフト３１を回動軸にして、図３（ａ）に示す全閉位置（吸気マニホールド１６内の吸入空気の流れ方向に対してほぼ直角となる位置）から図３（ｂ）に示す全開位置（吸気マニホールド１６内の吸入空気の流れ方向とほぼ平行となる位置）までの間を開閉回動するように設けられ、シャフト３１に連結されたモータ３２（図１参照）がエンジン運転状態（アクセル操作量等）に応じて制御されることで、各気筒の吸気絞り弁１７の開度が制御されるようになっている。この吸気絞り弁１７の開度が吸気絞り弁開度センサ３３（図１参照）によって検出される。

図３及び図４に示すように、吸気絞り弁１７に対して第２の吸気ポート１９側の側方には、第２の吸気ポート１９に吸入空気が流入するのを阻止するためのボア部材３４が配置されている。このボア部材３４の内面形状が、吸気絞り弁１７の第２の吸気ポート１９側の外形形状（吸気絞り弁１７が全閉位置付近のときに第２の吸気ポート１９側になる側端部の外形形状）に合致した形状に形成され、吸気絞り弁１７の開度が全閉位置（０ｄｅｇ）から所定開度（例えば６〜７ｄｅｇ）までの範囲内のときに、吸気絞り弁１７の第２の吸気ポート１９側の隙間がボア部材３４で塞がれて、吸気絞り弁１７の第１の吸気ポート１８側のみに吸入空気の流路が形成されるようになっている。このボア部材３４は、吸気絞り弁１７の第２の吸気ポート１９側の外形形状が円形の場合には、ボア部材３４の内面形状が球面状に形成されている。尚、吸気絞り弁１７の第２の吸気ポート１９側の外形形状が直線状の場合には、ボア部材３４の内面形状を円弧面状に形成すれば良く、要は、吸気絞り弁１７の第２の吸気ポート１９側の形状に合致した内面形状のボア部材３４を用いれば良い。

これにより、図３（ａ）に示すように、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のときには、吸気絞り弁１７の第１の吸気ポート１８側のみに吸入空気の流路が形成されて、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８のみに流入して筒内にスワール流を発生させると共に、吸気絞り弁１７の開度が大きくなるほど吸気絞り弁１７の第１の吸気ポート１８側の流路断面積が大きくなって、吸気絞り弁１７を通過する吸入空気量が増加するようになっている。

一方、図３（ｂ）に示すように、吸気絞り弁の開度１７が所定開度よりも大きいときには、吸気絞り弁１７の両側に吸入空気の流路が形成されて、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に流入すると共に、吸気絞り弁１７の開度が大きくなるほど吸気絞り弁１７の両側の流路断面積が大きくなって吸気絞り弁１７を通過する吸入空気量が増加するようになっている。

上述した各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３５に入力される。このＥＣＵ３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０，２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３５は、アクセルセンサ２８で検出したアクセル操作量等に基づいて吸気絞り弁１７の目標開度を算出し、吸気絞り弁１７の実開度を目標開度に一致させるように吸気絞り弁１７のモータ３２を制御する。

更に、ＥＣＵ３５は、後述する図５の燃料噴射制御プログラムを実行することで、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のとき（つまり、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８のみに流入するとき）には、第１の燃料噴射弁２０から燃料を噴射して第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射を停止するように各燃料噴射弁２０，２１を制御する。これにより、第１の吸気ポート１８のみに吸入空気を流入させて筒内にスワール流を発生させながら、第１の燃料噴射弁２０から第１の吸気ポート１８に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。

一方、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいとき（つまり、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に流入するとき）には、第１の吸気ポート１８に流入する吸入空気量と第２の吸気ポート１９に流入する吸入空気量との比率に応じて第１の燃料噴射弁２０の燃料噴射量と第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射量を設定して、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁２０，２１を制御する。これにより、第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に吸入空気を流入させならが、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１からそれぞれ第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。

以下、ＥＣＵ３５が実行する図５の燃料噴射制御プログラムの処理内容を説明する。
［燃料噴射制御プログラム］
図５に示す燃料噴射制御プログラムは、ＥＣＵ３５の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、吸気絞り弁開度センサ３３で検出した吸気絞り弁１７の開度を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、吸気絞り弁１７の開度が所定開度（例えば６〜７ｄｅｇ）以下であるか否かを判定する。

このステップ１０２で、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、第１の燃料噴射弁２０から燃料を噴射して第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射を停止するように各燃料噴射弁２０，２１を制御する。

これにより、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のとき（つまり、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８のみに流入するとき）には、第１の吸気ポート１８のみに吸入空気を流入させて筒内にスワール流を発生させながら、第１の燃料噴射弁２０から第１の吸気ポート１８に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。

一方、上記ステップ１０２で、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいと判定された場合には、ステップ１０４に進み、例えば、吸気絞り弁１７の開度に応じて第１の燃料噴射弁２０の燃料噴射量と第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射量を設定することで、第１の吸気ポート１８に流入する吸入空気量と第２の吸気ポート１９に流入する吸入空気量との比率に応じて第１の燃料噴射弁２０の燃料噴射量と第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射量を設定して、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁２０，２１を制御する。

これにより、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいとき（つまり、吸気絞り弁１７を通過した吸入空気が第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に流入するとき）には、第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に吸入空気を流入させならが、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１からそれぞれ第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９に燃料を噴射して混合気の均質化を促進する。

以上説明した本実施例では、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のときには、第１の吸気ポート１８のみに吸入空気を流入させて筒内にスワール流を発生させながら、第１の燃料噴射弁２０から第１の吸気ポート１８に燃料を噴射して混合気の均質化を促進し、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいときには、第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９の両方に吸入空気を流入させならが、第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１からそれぞれ第１の吸気ポート１８と第２の吸気ポート１９に燃料を噴射して混合気の均質化を促進するようにしたので、吸気絞り弁１７の開度が小さい低負荷運転領域から吸気絞り弁１７の開度が大きい高負荷運転領域までの全ての運転領域で混合気の均質化を促進することができる。

また、吸気絞り弁１７の開度に応じて吸入空気量を調整しながらスワール流の発生を制御することができるため、従来のようにスワール制御弁の開閉による吸入空気量の急変（トルクショック）がほとんど発生しない。このため、吸入空気量の急変を防止するための複雑な制御を行う必要がなく、吸気絞り弁１７の制御を簡単化することができる。

更に、吸気絞り弁１７に吸入空気量を調整する機能とスワール流を発生させる機能を兼ね備えるようにしたので、吸入空気量を調整するためのバルブと、スワール流を発生させるためのバルブを別々に設ける必要がなく、構成を簡単化して低コスト化の要求を満たすことができる。

また、本実施例では、吸気絞り弁１７に対して第２の吸気ポート１９側の側方に、第２の吸気ポート１９に吸入空気が流入するのを阻止するためのボア部材３４を配置するようにしたので、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のときに、ボア部材３４によって第２の吸気ポート１９に吸入空気が流入するのを阻止して、第１の吸気ポート１８のみに流入する吸入空気の流れによって効果的にスワール流を発生させることができる。

また、本実施例では、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいときに、第１の吸気ポート１８に流入する吸入空気量と第２の吸気ポート１９に流入する吸入空気量との比率に応じて第１の燃料噴射弁２０の燃料噴射量と第２の燃料噴射弁２１の燃料噴射量を設定するようにしたので、各吸気ポート１８，１９に流入する吸入空気量に応じて各吸気ポート１８，１９に噴射する燃料噴射量を変化させることができ、混合気の均質化を更に促進することができる。

尚、上記実施例では、吸気絞り弁１７の開度が所定開度以下のときに第１の燃料噴射弁２０から燃料を噴射し、吸気絞り弁１７の開度が所定開度よりも大きいときに第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１の両方から燃料を噴射するようにしたが、燃料噴射を切り換える開度は、必ずしも吸入空気の流れが切り換わる所定開度と一致させる必要はなく、例えば、吸入空気の流れが切り換わる所定開度よりも少し大きい開度（又は少し小さい開度）を燃料噴射切換開度に設定して、吸気絞り弁１７の開度が燃料噴射切換開度以下のときに第１の燃料噴射弁２０から燃料を噴射し、吸気絞り弁１７の開度が燃料噴射切換開度よりも大きいときに第１の燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁２１の両方から燃料を噴射するようにしても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。燃料噴射弁及びその周辺部の斜視図である。（ａ）は吸気絞り弁の全閉時の状態を示す吸気絞り弁及びその周辺部の横断面図であり、（ｂ）は吸気絞り弁の全開時の状態を示す吸気絞り弁及びその周辺部の横断面図である。吸気絞り弁及びその周辺部の拡大横断面図である。燃料噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…吸気マニホールド（吸気通路）、１７…吸気絞り弁、１８…第１の吸気ポート、１９…第２の吸気ポート、２０…第１の燃料噴射弁、２１…第２の燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、３１…シャフト、３２…モータ、３３…吸気絞り弁開度センサ、３４…ボア部材、３５…ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）

Claims

１つの気筒に２つの吸気ポート（一方を「第１の吸気ポート」、他方を「第２の吸気ポート」という）を備え、これら２つの吸気ポートの上流側の吸気通路に吸入空気量を調整する吸気絞り弁を配置した内燃機関の制御装置において、
前記吸気絞り弁は、該吸気絞り弁の開度が所定開度以下のときに主に前記第１の吸気ポートに吸入空気が流入してスワール流が発生し、該吸気絞り弁の開度が前記所定開度よりも大きいときに前記第１の吸気ポートと前記第２の吸気ポートの両方に吸入空気が流入するように設けられ、
前記第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
前記第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、
前記吸気絞り弁の開度が前記所定開度又はその付近の開度以下のときに前記第１の燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記吸気絞り弁の開度が前記所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに前記第１の燃料噴射弁と前記第２の燃料噴射弁の両方から燃料を噴射するように各燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記吸気絞り弁の近傍に、前記吸気絞り弁の開度が前記所定開度以下のときに前記第２の吸気ポートに吸入空気が流入するのを阻止するように形成されたボア部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気絞り弁の開度が前記所定開度又はその付近の開度よりも大きいときに前記第１の吸気ポートに流入する吸入空気量と前記第２の吸気ポートに流入する吸入空気量との比率に応じて前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量と前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。