JP2018003779A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3つの吸気孔64a〜64cのうち両側の吸気孔64a、64bは第1吸気バルブ68により開閉される。中央の吸気孔64cは第2吸気バルブ70により開閉される。第1吸気バルブ68の開閉と第2吸気バルブ70の開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置60を備える。両側の吸気孔64a、64bに接続され、正タンブル流を生成させる第1枝通路74を備える。中央の吸気孔64cにおける燃焼室外周側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第2枝通路76を備える。流量係数の高さが優先される場合には、3弁駆動モードが選択される。正タンブル流の強さを高める場合には、2弁駆動モードが選択される。正タンブル流の生成を抑制させる場合には、第1弁駆動モードが選択される。
【選択図】図7
Description
[実施の形態1のシステム構成の説明]
(全体構成)
図1は、実施の形態1に係るシステム構成を説明する図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10は、一例として、過給エンジンである。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、自然吸気エンジンであってもよい。
図2は、気筒62の燃焼室天井面62aを気筒の軸線方向において下方から見た図である。図3(A)および図3(B)は、気筒62周りの構成を模式的に表した図である。より具体的には、図3(A)は、図2中に示すA−A線で切断された気筒62周りの構成を表しており、図3(B)は、図2中に示すB−B線で切断された気筒62周りの構成を表している。なお、図3(A)は吸気孔64b側の構成を表しているが、吸気孔64a側の構成についても図3(A)に示すものと同様である。
図4は、吸気可変動弁装置60の構成を模式的に表した図である。第1吸気バルブ68aおよび68bと第2吸気バルブ70は、吸気可変動弁装置60により開閉駆動される。なお、図4は、気筒毎に備えられる構成を示している。図4を参照して一例として説明する吸気可変動弁装置60の構成は公知であり、したがって、ここではその概要のみを説明する。また、吸気可変動弁装置としては、後述の図5(A)〜図5(C)に示す各種駆動モードを実現させられる装置であれば、吸気可変動弁装置60に代えて他の任意の公知の装置を用いてもよい。また、排気バルブ72を開閉駆動する動弁装置については、特に限定されないので、その説明を省略する。
(吸気可変動弁装置を利用して実現される筒内気流特性)
上述のように、第1枝通路74によれば、正タンブル流を生成することができ、第2枝通路76によれば、中央の吸気孔64cにおける燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量を多くすることができる。このように構成された第1枝通路74および第2枝通路76と、上述の構成の吸気可変動弁装置60とを組み合わせることで、以下に説明する3つの態様で気筒62内の気流を制御できるようになる。なお、以下の3つの態様で筒内気流を制御するための前提として、中央の吸気孔64cの面積は、両側の2つの吸気孔64bおよび64cの面積の和よりも小さくされている。
次に、実施の形態1における3つの駆動モードの使用例について説明する。図6は、実施の形態1で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。図6に示すように、内燃機関10の運転領域は、エンジン負荷とエンジン回転速度とに基づいて規定することができる。なお、本実施形態における各運転領域では、基本的には、理論空燃比を目標空燃比とするストイキ燃焼運転が行われるものとする。
図7は、実施の形態1においてECU50が実行する処理を示すフローチャートである。なお、この図7に示すルーチンは、内燃機関10の運転開始後に所定の制御周期で繰り返し実行される。
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。以下の説明では、実施の形態2のシステム構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。
(実施の形態2の制御の概要)
図9は、実施の形態2で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。本実施形態においても、エンジン回転速度が閾値Nethよりも高いか否かに応じて3弁駆動モードもしくは2弁駆動モードが選択される点、および、始動時に1弁駆動モードが選択される点は、実施の形態1と同じである。ただし、本実施形態における低中回転かつ中負荷領域は、実施の形態1におけるEGR領域に代え、リーン燃焼領域である。リーン燃焼領域では、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比を目標空燃比としてリーン燃焼運転が実施される。なお、リーン燃焼領域以外の運転領域では、基本的には、ストイキ燃焼運転が行われるものとする。
図9に示す使用領域の一例では、リーン燃焼領域は、閾値Neth以下の低中回転領域内に収まっている。このため、燃費向上のためにリーン燃焼運転を利用する本実施形態においても、実施の形態1の図7に示すルーチンと同様のルーチンをECU50に実行させることにより、各運転条件に応じた適切な筒内気流特性と流量特性とを実現することができる。
次に、図10〜図13を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態の内燃機関100は、吸気可変動弁装置60に代えて吸気可変動弁装置102を備えている点を除き、実施の形態1および2の内燃機関10と同様に構成されている。吸気可変動弁装置102は、第1吸気バルブ68および第2吸気バルブ70を電磁力で駆動するタイプの公知の装置である。図10は、吸気可変動弁装置102の概略構成を表した図である。図10は、第1吸気バルブ68aのための駆動機構を示しているが、吸気可変動弁装置102は、他の第1吸気バルブ68bおよび第2吸気バルブ70のためにも同様の駆動機構を備えている。
(実施の形態3の制御の概要)
図11は、実施の形態3で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。本実施形態においても、始動時に1弁駆動モードが選択される点は実施の形態1と同じである。ただし、本実施形態では、エンジン回転速度とともにエンジン負荷に応じて3弁駆動モードもしくは2弁駆動モードが選択される。なお、本実施形態における各運転領域では、基本的にはストイキ燃焼運転が行われるものとする。
図13は、実施の形態3においてECU50が実行する処理を示すフローチャートである。図13に示すルーチン中のステップ100および104の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
ところで、上述した実施の形態1〜3においては、意図する筒内気流の生成の補助のために、図2に示すように両側の吸気孔64aおよび64bの周りと中央の吸気孔64cの周りの双方に、マスク部(第1マスク部84および第2マスク部78)が設けられている。しかしながら、マスク部は、例えば、以下の図14(A)または図14(B)に示す態様で設けられていてもよい。
次に、図18〜図22を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。以下の説明では、実施の形態4のシステム構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。ただし、第2吸気バルブ70を駆動する第1カム88cのプロフィールとして、実施の形態1および2とは異なり、図19を参照して後述するプロフィールが用いられている。
本実施形態では、高負荷領域での吸気の充填効率の向上とノック軽減のために、筒内残留ガスを低減させる掃気促進制御が実行される。内燃機関10は過給エンジンであり、高負荷側の運転領域では吸気圧が排気圧よりも高くなる。掃気促進制御は、吸気圧が排気圧よりも高くなる運転条件において、吸気バルブの開弁期間と排気バルブ72の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を排気上死点付近で設定するというものである。ここで、バルブオーバーラップ期間の設定のために第1吸気バルブ68と第2吸気バルブ70のうちのどちらを利用するかは本実施形態の特徴部分であり、図19を参照して後述する。
(吸気可変動弁装置の構成)
図19は、実施の形態3で用いられる第1カム88a〜88cのプロフィールにより実現される吸気バルブ68および70のバルブリフトカーブを排気バルブ72のバルブリフトカーブとともに表した図である。
本実施形態の内燃機関10の天井面62aの構成は図2に示す通りである。この構成では、中央の吸気孔64cは、3つの吸気孔64a〜64cのうちで排気孔66から最も遠い場所に配置されている。また、中央の吸気孔64cの周りには、図2に示すように気筒軸線方向において下方から天井面62aを見たときに直交方向Dにおいて燃焼室中心に面する側で中央の吸気孔64cの周囲を取り囲む凸部として、第1マスク部84が天井面62aに形成されている。
(実施の形態4の制御の概要)
図20は、実施の形態4で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。図20に示すように、掃気促進制御が実行される掃気領域は、過給により吸気圧が排気圧よりも高くなる高負荷側の運転領域である。本実施形態では、高回転領域とともに掃気領域において3弁駆動モードが選択される。したがって、掃気領域では、図19に示すバルブリフトカーブが使用される。
図21は、実施の形態4においてECU50が実行する処理を示すフローチャートである。図21に示すルーチン中のステップ100〜108の処理については、実施の形態1において既述した通りであり、その説明を省略または簡略する。
本発明において3つの吸気孔が弧状に並んで形成される場合、3つの吸気孔は、円と異なる曲率で弧状に並んで燃焼室天井面に形成されていてもよい。
12 吸気通路
14 排気通路
18 エアフローセンサ
20 ターボ過給機
24 スロットルバルブ
26 吸気圧センサ
34 EGR装置
50 電子制御ユニット(ECU)
52 クランク角センサ
54 アクセルポジションセンサ
56 燃料噴射弁
58 点火プラグ
60、102 吸気可変動弁装置
62 気筒
62a、116a、118a、120a、122a 燃焼室天井面
64(64a〜64c) 吸気孔
66 排気孔
68(68a〜68c) 第1吸気バルブ
70 第2吸気バルブ
72 排気バルブ
74(74a、74b) 吸気通路の第1枝通路
76 吸気通路の第2枝通路
78(78a、78b) 第2マスク部
80 クランクシャフト
82 燃焼室外周
84 第1マスク部
86 カムシャフト
88(88a〜88c) 第1カム
90(90a〜90c) 第2カム
92 第1ロッカーアーム
94 第2ロッカーアーム
96 連結ピン
(吸気可変動弁装置を利用して実現される筒内気流特性)
上述のように、第1枝通路74によれば、正タンブル流を生成することができ、第2枝通路76によれば、中央の吸気孔64cにおける燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量を多くすることができる。このように構成された第1枝通路74および第2枝通路76と、上述の構成の吸気可変動弁装置60とを組み合わせることで、以下に説明する3つの態様で気筒62内の気流を制御できるようになる。なお、以下の3つの態様で筒内気流を制御するための前提として、中央の吸気孔64cの面積は、両側の2つの吸気孔64aおよび64bの面積の和よりも小さくされている。
Claims (10)
- 気筒の燃焼室天井面に配置された点火プラグと、
前記気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、
弧状もしくは直線状に並んで前記燃焼室天井面に形成され、中央の吸気孔の面積が両側の吸気孔の面積の和よりも小さい3つの吸気孔と、
前記燃焼室天井面に形成された少なくとも1つの排気孔と、
前記両側の吸気孔を開閉する第1吸気バルブと、
前記中央の吸気孔を開閉する第2吸気バルブと、
前記少なくとも1つの排気孔を開閉する少なくとも1つの排気バルブと、
前記第1吸気バルブの開閉と前記第2吸気バルブの開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置と、
前記両側の吸気孔に接続され、かつ、前記気筒内において吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させるように構成された第1枝通路と、前記中央の吸気孔に接続され、かつ、前記中央の吸気孔における燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも前記燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第2枝通路とを含む吸気通路と、
を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記正タンブル流の強さよりも前記第1枝通路および前記第2枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、前記第1吸気バルブと前記第2吸気バルブとがともに開閉される第1駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の強さを高める場合には、前記第1吸気バルブが開閉されつつ前記第2吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第1吸気バルブが開閉されつつ前記第2吸気バルブのリフト量が前記第1駆動モードの実行時の前記第2吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第1吸気バルブが開閉されつつ前記第2吸気バルブの作用角が前記第1駆動モードの実行時の前記第2吸気バルブの作用角よりも小さくされる第2駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の生成を抑制させる場合には、前記第2吸気バルブが開閉されつつ前記第1吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第2吸気バルブが開閉されつつ前記第1吸気バルブのリフト量が前記第1駆動モードの実行時の前記第1吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第2吸気バルブが開閉されつつ前記第1吸気バルブの作用角が前記第1駆動モードの実行時の前記第1吸気バルブの作用角よりも小さくされる第3駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、エンジン回転速度が閾値よりも高い場合には前記第1駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、エンジン回転速度が前記閾値以下である場合には前記第2駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御す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。
- 前記内燃機関は、排気通路を流れる排気ガスの一部をEGRガスとして前記吸気通路に還流させるように構成されたEGR装置を備え、
前記制御装置は、前記EGR装置を用いてEGRガスを前記吸気通路に還流させる場合には、前記第2駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御す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。 - 前記制御装置は、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比でリーン燃焼運転を行う場合には、前記第2駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御す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。
- 前記制御装置は、前記第1吸気バルブおよび前記第2吸気バルブの少なくとも一方の閉じ時期を遅角もしくは進角させてアトキンソンサイクルを利用する場合には、前記第1駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御す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。
- 前記制御装置は、低回転高負荷側のノック領域では、前記第2駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御す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。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に成層燃焼運転を行う場合には、前記第3駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御することを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記中央の吸気孔は、前記3つの吸気孔のうちで前記少なくとも1つの排気孔から最も遠い場所に配置されており、
前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第1マスク部が設けられており、
吸気圧が排気圧よりも高くなる運転領域において前記第1駆動モードが選択される場合に、前記第2吸気バルブの開弁期間のみが前記少なくとも1つの排気弁の開弁期間と重なるバルブオーバーラップ期間が設けられることを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第1マスク部が設けられていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記両側の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室外周に面する側で前記両側の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第2マスク部が設けられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
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