JP3941489B2

JP3941489B2 - 内燃機関の吸気弁制御装置

Info

Publication number: JP3941489B2
Application number: JP2001373722A
Authority: JP
Inventors: 一郎藤森; 智彦高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003172158A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１気筒に２つの吸気弁を有すると共に、これら２つの吸気弁の開閉動作をそれぞれ任意に制御可能な可変動弁装置を有する内燃機関の吸気弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開２０００−３２８９６８号公報に示されるように、１つの気筒に２つの吸気弁を有する場合に、所定の運転条件（低速回転状態）にて、１つの吸気弁のみで内燃機関を運転するように、いずれか一方の吸気弁の動作を閉弁状態で停止させる吸気片弁停止を行うようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、停止させる吸気弁を臨機応変に可変とする構成となっていないため、次のような問題点があった。
１気筒に２つの吸気弁を有する場合、一般に、２方向に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を用い、各吸気弁上流部へ向けて燃料噴射するようにしているが、この場合、次のようなことが挙げられる。
【０００４】
燃料噴射弁の取付位置バラツキ、各方向への流量特性バラツキの他、左右の吸気ポート又は吸気弁において、噴射燃料が衝突して付着する燃料付着部の温度、バルブデポの堆積量、吸気抵抗、吸気流速、通過空気量などが、異なる場合があり、左右の吸気弁のいずれかを通じて吸入された混合気において、その両者の間で、空気応答及び燃料応答に差異が生じ、その結果、停止させる吸気弁により、空燃比応答が異なることがある。
【０００５】
従って、吸気片弁停止時に、左右どちらの吸気弁から停止させるという順序を臨機応変に可変としない構成であった場合、たまたま、空燃比応答が良くない側の吸気弁から停止させてしまうと、空燃比変動のピークが大きく出ることになり、過渡特性が悪化しやすいという問題点があった。
また、吸気片弁停止時に、空燃比応答が良い側の吸気弁を停止させた気筒と、良くない側の吸気弁を停止させた気筒とが混在する場合、気筒間での空燃比応答のバラツキ、燃焼安定度のバラツキが大となってしまう。この場合、空燃比センサが排気管集合部に１つしか設けられていない内燃機関では、前記バラツキを補正することは困難である。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、吸気片弁停止を開始する際に、停止させる吸気弁を的確に選択して、空燃比変動への影響を最小限に抑え、安定性を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、１気筒に２つの吸気弁を有すると共に、これら２つの吸気弁の開閉動作をそれぞれ任意に制御可能な可変動弁装置を有する内燃機関において、所定の運転条件にて、各気筒の２つの吸気弁のうち、いずれか一方の吸気弁の動作を閉弁状態で停止させる吸気片弁停止を行い、吸気片弁停止の開始後、１サイクル毎に、停止させる吸気弁を交互に切換える吸気片弁停止手段と、各気筒の２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁を最初に停止させたときの空燃比変動と、他方の吸気弁を最初に停止させたときの空燃比変動とをそれぞれ計測し、両者を比較して、空燃比変動の小さい方の吸気弁を、最初に停止すべき吸気弁として学習する学習手段と、前記学習手段による学習後に、前記吸気片弁停止を開始する際に、各気筒の２つの吸気弁のうち、前記学習手段により学習した最初に停止すべき吸気弁を最初に停止させる停止吸気弁選択手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気片弁停止を行う際に、２つの吸気弁のうち、各気筒での空燃比変動への影響の少ない方の吸気弁から停止させるようにしたため、吸気片弁停止への切換時の空燃比変動を小さくすることができ、運転性を向上させることができる。また、これにより、燃料補正量を少なくすることができると共に、気筒間の空燃比バラツキを抑えることができる。
【００１０】
また、吸気片弁停止の開始後は、１サイクル毎に、停止させる吸気弁を交互に切換えることで、２方向燃料噴射弁から停止吸気弁の側へ噴射された燃料を次回に確実に吸入させることができるので、空燃比変動を収束させることができる。
また、実際の空燃比変動を計測して、空燃比変動への影響の少ない吸気弁を学習するため、運転状態の変化又は経年変化があった場合においても、臨機応変に先に停止させる吸気弁を的確に選択でき、常に空燃比変動の少ない条件で吸気片弁停止を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）のシステム図、図２は同上エンジンの要部概略平面図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、２つずつ、電磁駆動式の吸気弁５Ａ，５Ｂ及び排気弁６Ａ，６Ｂを備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１２】
吸気弁５Ａ，５Ｂ及び排気弁６Ａ，６Ｂの電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１４】
図１に戻って、吸気通路７には、吸気マニホールドの上流側に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、吸気マニホールドの各ブランチ部（シリンダヘッド側の吸気ポートに臨む位置）に、各気筒毎に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１５】
燃料噴射弁１０は、図２に示されるように、サイヤミーズ型の吸気ポートＰ１，Ｐ２の上流側集合部に位置して、２方向に燃料を噴射する２ホール型であり、各吸気弁５Ａ，５Ｂに向けて燃料を噴射するようになっている。
ここにおいて、吸気弁５Ａ，５Ｂ、排気弁６Ａ，６Ｂ、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１５、排気通路８に設けられる空燃比センサ１６、更に必要により、燃焼圧センサ（又はイオン電流センサ）１７等から、信号が入力されている。
【００１６】
このエンジン１では、所定の運転条件、特に暖機完了後の低回転・低負荷条件において、２つの吸気弁５Ａ，５Ｂのうち、１つの吸気弁のみでエンジンを運転するように、いずれか一方の吸気弁の動作を閉弁状態にて停止させる吸気片弁停止（片弁運転ともいう）を行う。
図４はコントロールユニット１１にて行われる吸気片弁停止制御ルーチンのフローチャートであり、以下これに沿って説明する。
【００１７】
Ｓ１では、所定の吸気片弁停止条件、具体的には暖機完了後の低回転・低負荷条件か否かを、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、冷却水温Ｔｗ等の情報に基づいて、判定する。
この結果、吸気片弁停止条件でない場合は、そのまま本ルーチンを終了し、このときは通常の２弁運転を行う。
【００１８】
吸気片弁停止条件の場合は、Ｓ２へ進み、条件成立後、初回（すなわち２弁運転から片弁停止への切換時）か否かを判定する。
初回の場合は、Ｓ３へ進み、２回目学習が完了しているか否かを判定し、２回目学習が完了していない場合は、Ｓ４へ進む。Ｓ４では、１回目学習が完了しているか否かを判定し、１回目学習が完了していない場合は、Ｓ５へ進む。
【００１９】
Ｓ５では、１回目学習のため、停止吸気弁を予め定めた第１吸気弁５Ａとして、この第１吸気弁５Ａの動作を閉弁状態で停止させ、第２吸気弁５Ｂのみでエンジンを運転する。
次にＳ６では、第１吸気弁５Ａを最初の停止吸気弁としたときの実際の空燃比変動量を計測し、これをＡとして記憶保持する。
【００２０】
次にＳ７では、１回目学習完了フラグをセットし、この後、本ルーチンを終了する。
前記Ｓ４での判定で、１回目学習が完了しているとき（１回目学習完了フラグがセットされているとき）は、Ｓ８へ進む。
Ｓ８では、２回目学習のため、停止吸気弁を予め定めた第２吸気弁５Ｂとして、この第２吸気弁５Ｂの動作を閉弁状態で停止させ、第１吸気弁５Ａのみでエンジンを運転する。
【００２１】
次のＳ９では、第２吸気弁５Ｂを最初の停止吸気弁としたときの実際の空燃比変動量を計測し、これをＢとして記憶保持する。
次のＳ１０では、第１吸気弁５Ａを最初の停止吸気弁としたときの空燃比変動量Ａと、第２吸気弁５Ｂを最初の停止吸気弁としたときの空燃比変動量Ｂと比較する。
【００２２】
この結果、Ａ＜Ｂのときは、第１吸気弁５Ａを最初の停止吸気弁としたときの空燃比変動量Ａの方が小さく、良好であるので、第１吸気弁５Ａを最初に停止すべき停止吸気弁として、学習・記憶する。
逆に、Ａ＞Ｂのときは、第２吸気弁５Ｂを最初の停止吸気弁としたときの空燃比変動量Ｂの方が小さく、良好であるので、第２吸気弁５Ｂを最初に停止すべき停止吸気弁として、学習・記憶する。
【００２３】
次にＳ１１では、２回目学習完了フラグをセットし、この後、本ルーチンを終了する。
前記Ｓ３での判定で、２回目学習が完了しているとき（２回目学習完了フラグがセットされているとき）は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、学習済みのため、停止吸気弁を、前記Ｓ１０にて記憶した吸気弁として、この吸気弁の動作を閉弁状態で停止させ、他の吸気弁のみでエンジンを運転する。これにより、学習結果を反映させて、２弁運転から片弁停止への切換時の空燃比変動を小さくすることができる。
【００２４】
前記Ｓ２での判定で、吸気片弁停止条件の成立後、初回ではない場合、すなわち、既に片弁停止に切換わっている場合は、Ｓ１３へ進み、１サイクル毎に、停止吸気弁を交互に切換える。
すなわち、１回目学習（Ｓ５）又は学習完了後（Ｓ１２）に、最初の停止吸気弁を第１吸気弁５Ａとして、吸気片弁停止を開始した場合は、次のサイクルでは、第２吸気弁５Ｂを停止吸気弁として、吸気片弁停止を行い、その後も、停止吸気弁を交互に切換える。
【００２５】
また、２回目学習（Ｓ８）又は学習完了後（Ｓ１２）に、最初の停止吸気弁を第２吸気弁５Ｂとして、吸気片弁停止を開始した場合は、次のサイクルでは、第１吸気弁５Ａを停止吸気弁として、吸気片弁停止を行い、その後も、停止吸気弁を交互に切換える。
ここで、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０の部分が学習手段に相当し、Ｓ１２の部分が停止吸気弁選択手段に相当し、またＳ１２及びＳ１３の部分が吸気片弁停止手段に相当する。
【００２６】
このような吸気片弁停止制御により、吸気片弁停止を行う際に、２つの吸気弁のうち、各気筒での空燃比変動への影響の少ない方の吸気弁から停止させるようにしたため、切換時の空燃比変動を小さくすることができ、運転性を向上させることができる。本実施形態での電磁式可変動弁装置では、片弁停止の際、停止吸気弁を閉弁状態に保持するために、図３の閉弁用電磁コイル２６に通電する必要があるが、開弁又は閉弁動作のために必要な動作電流に比べ、閉弁状態に保持するための保持電流は極めて小さいので、大幅な電力消費の低減が可能となる。
【００２７】
尚、前記Ｓ６又はＳ９での空燃比変動量の計測は、次の（１）〜（５）に示すような手法で行う。
（１）各気筒排気管又は排気管集合部に設けたリッチ・リーン反転型の空燃比センサ（通常のＯ₂センサ）を用い、その出力から得られた空燃比フィードバック補正量αの周期を計測し、吸気片弁停止から所定時間経過するまでにおけるα周期が大きいときに、リーン状態が長い（リーンピーク量も大きい）、すなわち空燃比変動量が大きいと判定する。
【００２８】
（２）各気筒排気管又は排気管集合部に設けた広域型の空燃比センサを用い、その出力から、吸気片弁停止時の空燃比変動量を検出する。
（３）燃焼圧センサを用い、その信号から吸気片弁停止時の燃焼安定性を検出し、燃焼安定性が低いときに空燃比変動量大と判定する。
（４）イオン電流センサを用い、その信号から吸気片弁停止時の燃焼安定性を検出し、燃焼安定性が低いときに空燃比変動量大と判定する。
【００２９】
（５）吸気片弁停止時に、クランク角センサから求めた角速度変動量を用いて回転変動量（トルク変動量）を求める。又は、コントロールユニット内で算出されたエンジン回転数の所定時間内の変動量を求め、これから回転変動量（トルク変動量を求める。そして、この回転変動量（トルク変動量）が大きいときに空燃比変動量大と判定する。
【００３０】
尚、本実施形態では、説明の簡単化のため、主に１気筒での吸気片弁停止について説明したが、多気筒エンジンの場合に、全気筒又は一部グループ気筒の吸気片弁停止を行う場合も、同様の手法で実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】同上エンジンの要部概略平面図
【図３】吸気弁及び排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】吸気片弁停止制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１エンジン
４点火栓
５Ａ，５Ｂ電磁駆動式の吸気弁
６Ａ，６Ｂ電磁駆動式の排気弁
１０２方向燃料噴射弁
１１コントロールユニット
１２クランク角センサ
１３アクセルペダルセンサ
１６空燃比センサ
１７筒内圧センサ（又はイオン電流センサ）

Claims

１気筒に２つの吸気弁を有すると共に、これら２つの吸気弁の開閉動作をそれぞれ任意に制御可能な可変動弁装置を有する内燃機関において、
所定の運転条件にて、各気筒の２つの吸気弁のうち、いずれか一方の吸気弁の動作を閉弁状態で停止させる吸気片弁停止を行い、吸気片弁停止の開始後、１サイクル毎に、停止させる吸気弁を交互に切換える吸気片弁停止手段と、
各気筒の２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁を最初に停止させたときの空燃比変動と、他方の吸気弁を最初に停止させたときの空燃比変動とをそれぞれ計測し、両者を比較して、空燃比変動の小さい方の吸気弁を、最初に停止すべき吸気弁として学習する学習手段と、
前記学習手段による学習後に、前記吸気片弁停止を開始する際に、各気筒の２つの吸気弁のうち、前記学習手段により学習した最初に停止すべき吸気弁を最初に停止させる停止吸気弁選択手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気弁制御装置。