JP5502033B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
ここで、スワール流(ガス流動)を強化すれば、新気と燃料との混合を促進できるが、スワール流(ガス流動)を強化すると、内部EGRガスに燃料が混ざり易くなり、これによって、EGR成層燃焼における成層度が低下し、内部EGR量を充分に増やすことができなくなってしまうという問題が発生する。
また、本願発明は、第1吸気弁の開時期を上死点前に設定し、第2吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、第1吸気弁の閉時期及び前記第2吸気弁の閉時期を下死点以降に設定すると共に、係るバルブタイミングの設定状態において、第1燃料噴射弁による第1吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを上死点から遅れた時期に設定し、更に、第2燃料噴射弁による燃料噴射量よりも第1燃料噴射弁による燃料噴射量を少なく設定し、第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど第1燃料噴射弁による燃料噴射量をより少なくするようにした。
図1は、本発明に係る制御装置を適用する車両用エンジン(内燃機関)のシステム構成を示す図である。
図1に示すエンジン101は、直列型多気筒内燃機関であるが、V型や水平対向型などの内燃機関であってもよい。
各燃焼室104には、燃焼室104の吸気口を開閉する第1吸気弁105a,第2吸気弁105bが設けられ、吸気弁105a,105bの上流側の吸気管(吸気ポート)102には、気筒毎に燃料噴射弁106を設けてある。
また、各燃焼室104には、燃焼室104の排気口を開閉する第1排気弁110a,第2排気弁110bが設けられ、この排気弁110a,110bが開くことで排ガスが排気管111に排出される。
尚、本実施形態では、前述のように、気筒毎に2つの吸気弁105a,105b及び2つの排気弁110a,110bを備えており、第1吸気弁105a上流側の第1吸気ポート113aと第2吸気弁105b上流側の第2吸気ポート113bとが合流して吸気管102に接続されている。
2つの排気弁110a,110bは、一定のバルブタイミングで開動作するが、2つの吸気弁105a,105bのバルブタイミング(開時期IVO及び閉時期IVC)は、可変動弁機構114a,114bによって可変とされる。
また、第2可変動弁機構114bは、第1吸気弁105aのバルブタイミングを変化させることなく、第2吸気弁105bのバルブタイミングを可変とする機構であり、この第2可変動弁機構114bによって第2吸気弁105bのバルブタイミングを、第1吸気弁105aと同じタイミングから異なるタイミングにまで変化させることができるようになっている。
ここで、第2可変動弁機構114bとして、カム切替機構を用いる場合、図2に示すように、大作動角カムの選択時には、第1吸気弁105a及び第2吸気弁105bのバルブリフト量(最大バルブリフト量)及びバルブ作動角が略同等になり、小作動角カムの選択時には、第2吸気弁105bのバルブリフト量及びバルブ作動角が第1吸気弁105aよりも小さくなるように設定してある。
また、点火プラグ107それぞれには、点火プラグ107に対して点火エネルギを供給する点火モジュール116が直付けされている。点火モジュール116は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
エンジン制御装置(バルブタイミング設定手段)201は、エンジン101の負荷、回転速度、温度(冷却水温度)などの各種運転条件に基づき、各運転条件に適した吸気弁105a,105bのバルブタイミングを設定し、このバルブタイミングになるように可変動弁機構114a,114bを制御する。
まず、図5に示すように、気筒毎に1本の燃料噴射弁106からなる燃料噴射装置を吸気管102に備え、この燃料噴射弁106が、第1吸気弁105aに向かう方向と、第2吸気弁105bに向かう方向との2方向に燃料を噴射する場合の制御を、図6に基づき説明する。
尚、排気弁110a,110bの閉時期EVCは、上死点付近(例えば、上死点TDC後23deg)に設定し、排気弁110a,110bの開時期EVOは、下死点付近(例えば、下死点BDC前5deg)に設定してある。
これにより、第1吸気弁105aは、ピストン上昇中の排気行程で開くことになり、第1吸気弁105aがピストン上昇中に開くと、燃焼室内の燃焼後のガスは、第1吸気弁105a上流の第1吸気ポート113aに吹き返すことになる。
一方、第2吸気弁105bは、ピストン上昇中の排気行程では開かず、ピストンが上死点TDCに達した以降の吸気行程で開くので、第2吸気弁105bの上流側の第2吸気ポート113bに対する吹き返しは発生しない。
尚、燃焼室104内への内部EGRガスの導入がほぼ完了した直後の吸気行程の途中で、第1吸気弁105aを閉じると、スワール流が弱くなってしまうので、吸気弁105a,105bを位相差をもって開弁し、双方の開弁状態を下死点BDC後まで継続させることで、スワール流の強化を図れる。
これによって、内部EGRガス中に燃料が混じることを抑制でき、以って、燃焼室104内における新気と内部EGRガスとの成層度が向上するので、第1吸気弁105aの開時期IVOをより進角させて内部EGR量の増大を図ることができる。更に、ガス流動が強化されて、新気と燃料との混合が促進されるので、混合気の均質度が増加し、燃費を改善できる。
図7のフローチャートは、エンジン制御装置201が一定時間毎に実行する、噴射開始遅れ時間(噴射開始タイミング)の設定ルーチンを示す。
吹き返しEGRガス量Wmの演算は、例えば特開2004−044548号公報に開示される推定方法を用いて行うことができる。
ここで、バルブ開口面積AWmが大きいほど、換言すれば、第1吸気弁105aの開時期IVOが進角するほど、また、吸気弁105aのバルブリフト量が大きいほど、基本吹き返し量Wm0はより大きな値として算出される。
前記吸気圧に応じた補正では、第1吸気弁105aの上流側圧力である吸気管圧が高いほど、吹き返しEGRガス量Wmをより小さく補正する。また、機関回転速度Neが高いほど吹き返しEGRガス量Wmをより小さく補正する。
前記時間Tdelayは、1気筒のシリンダ容積をVOL(cc)、1吸気サイクルの時間をT1(ms)としたときに、下記の式(1)に基づき算出される。
式(1)…Tdelay=(Wm/VOL)×T1
式(2)…T1=(60×1000)/Ne/2
式(3)…VOL=(ボア/2)2×π×ストローク
尚、燃料噴射弁106から噴射された燃料が吸気弁105に到達するまでの輸送時間があるため、係る輸送時間分だけ前記時間Tdelayを補正してもよいが、輸送時間は短い時間であるため、式(1)で算出される時間Tdelayに基づき、噴射開始タイミングを決定すれば、必要充分な精度を得られる。
そこで、第1燃料噴射弁106aと第2燃料噴射弁106bとを備えるエンジン101では、図9のフローチャートに従って、エンジン制御装置201が、第1燃料噴射弁106aの噴射開始タイミングと、第2燃料噴射弁106bの噴射開始タイミングとを個別に設定することができる。
ステップS11では、ステップS1と同様に、吹き返しEGRガス量Wm(cc)を演算し、ステップS12では、ステップS2と同様に、吹き返しガスが燃焼室104内に吸入されるのに要する時間Tdelay(ms)を演算する。
そこで、第2燃料噴射弁106bの噴射開始タイミングIT2については、気化時間を充分に確保でき、かつ、第2吸気弁105bを介して燃焼室内に吸入される新気を均質な燃焼混合気とすることができる適当な時期に設定することができる。
但し、第2燃料噴射弁106bの噴射開始タイミングIT2は、第2吸気弁105bの開時期IVOに限定されるものではなく、例えば、第2吸気弁105bの開時期IVO前(上死点前)に設定することができる。
図10に示した例では、第1燃料噴射弁106aの噴射パルス幅(燃料噴射量)と、第2燃料噴射弁106bの噴射パルス幅(燃料噴射量)とを同等に設定してある。即ち、燃焼室104に吸入される新気量に対応して目標空燃比の混合気を形成させるために要求される燃料量の半分を、第1燃料噴射弁106aから噴射させ、残りの半分を第2燃料噴射弁106bから噴射させている。
従って、均質な可燃混合気を形成させるためには、図11に示すように、第1燃料噴射弁106aが噴射する燃料量よりも、第2燃料噴射弁106bが噴射する燃料量を多くすることが好ましい。
また、内部EGRガス量に応じて第1吸気弁105aを通過する新気量が変化することに対応して、第1燃料噴射弁106aの燃料噴射量と第2燃料噴射弁106bの燃料噴射量との比率を可変に設定することができる。
ステップS21では、吸入空気量センサ103の信号から吸入空気量Qaを演算する。
ステップS22では、吸入空気量Qa、エンジン回転速度Neなどから燃料噴射量Tpを演算する。
ステップS24では、第1吸気弁105aを介して燃焼室104に吸入される新気量と、第2吸気弁105bを介して燃焼室104に吸入される新気量との比率を演算する。
ここで、第1吸気弁105aを介して新気及び吹き返しEGRガスが燃焼室104に吸入され、この新気及び吹き返しEGRガスの総量は、第2吸気弁105aを介して燃焼室104に吸入される新気量と略同等になる。
一方、Qa2=Qa1+Wmであるから、新気量Qa1は、Qa1=Qa2−Wm=(Qa+Wm)/2−Wmとして求められ、新気量比率は、Qa1:Qa2=(Qa+Wm)/2−Wm:(Qa+Wm)/2となる。
即ち、Tp=Tp1+Tp2で、かつ、Tp1:Tp2=Qa1:Qa2となるように、各噴射量Tp1,Tp2を、Tp1=Tp×Qa1/Qa、Tp2=Tp×Qa2/Qaとして演算する。
また、吸気弁105a,105bとして、電磁石による磁気吸入力によって開閉動作する電磁駆動弁を用いることができる。
また、第1吸気弁105aと第2吸気弁105bとの双方に向けて燃料を噴射する2方向燃料噴射弁と、第2吸気弁105bに向けて燃料を噴射する1方向燃料噴射弁とを設け、第1吸気弁105aを通過する新気量に見合った燃料を2方向燃料噴射弁から噴射させ、第2吸気弁105bを通過する新気量に見合った燃料を、2方向燃料噴射弁からの噴射と1方向燃料噴射弁からの噴射との合計で得られるようにすることができる。
また、上記実施形態では、燃費向上条件(EGR成層燃焼モード)において、第1吸気弁105aの閉時期と第2吸気弁105bの閉時期とを、下死点以降の同じ時期としたが、下死点以降の異なる時期に設定することができ、例えば、第1吸気弁105aの開弁期間(作動角)と第2吸気弁105bの開弁期間(作動角)とを同じに設定して、第1吸気弁105aの閉弁時期IVCを、第2吸気弁105bの閉弁時期IVCよりも早くすることができる。
(イ)請求項1から5のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量を、前記第1吸気弁の開時期、内燃機関の吸気圧、及び、内燃機関の回転速度に基づいて推定する吹き返しガス量推定手段を設けた内燃機関の制御装置。
係る構成では、吸気ポート側に吹き返すガス量が、第1吸気弁の開時期、内燃機関の吸気圧、及び、内燃機関の回転速度に応じて変化することに対応して、吹き返しガス量を精度良く推定することができ、引いては、噴射開始タイミングや燃料噴射量を精度良く設定できる。
Claims (5)
- 各燃焼室に設けられた第1吸気弁及び第2吸気弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第1吸気弁及び第2吸気弁それぞれに向けて燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記第1吸気弁のバルブタイミングと前記第2吸気弁のバルブタイミングとを相互に異なるバルブタイミングに変更可能な可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記可変動弁機構を制御して、前記第1吸気弁の開時期を上死点前に設定し、前記第2吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、前記第1吸気弁の閉時期及び前記第2吸気弁の閉時期を下死点以降に設定するバルブタイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段による前記バルブタイミングの設定状態において、前記燃料噴射装置による前記第1吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを、前記第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定する噴射タイミング設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射装置が、前記第1吸気弁に向けて燃料を噴射する第1燃料噴射弁と、前記第2吸気弁に向けて燃料を噴射する第2燃料噴射弁とを含んでなり、
前記噴射タイミング設定手段が、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを前記第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定すると共に、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを前記第1燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングよりも前に設定する請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 各燃焼室に設けられた第1吸気弁及び第2吸気弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第1吸気弁に向けて燃料を噴射する第1燃料噴射弁と、
吸気ポートに設けられ、前記第2吸気弁に向けて燃料を噴射する第2燃料噴射弁と、
前記第1吸気弁のバルブタイミングと前記第2吸気弁のバルブタイミングとを相互に異なるバルブタイミングに変更可能な可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記可変動弁機構を制御して、前記第1吸気弁の開時期を上死点前に設定し、前記第2吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、前記第1吸気弁の閉時期及び前記第2吸気弁の閉時期を下死点以降に設定するバルブタイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段による前記バルブタイミングの設定状態において、前記第1燃料噴射弁による前記第1吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを上死点から遅れた時期に設定する噴射タイミング設定手段と、
前記バルブタイミング設定手段によるバルブタイミングの設定状態において、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射量よりも前記第1燃料噴射弁による燃料噴射量を少なく設定し、前記第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど前記第1燃料噴射弁による燃料噴射量をより少なくする噴射量設定手段と、
を含む内燃機関の制御装置。 - 前記噴射タイミング設定手段が、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、前記第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れたタイミングに設定する請求項3記載の内燃機関の制御装置。
- 前記噴射タイミング設定手段が、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、上死点から遅れた時期に設定すると共に、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングを、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射の開始タイミングよりも前に設定する請求項3又は4記載の内燃機関の制御装置。
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