JP5995548B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls an internal combustion engine with a variable valve timing mechanism.
車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び／または排気バルブのバルブタイミングを可変制御できる可変バルブタイミング機構を備えたものが知られている（例えば、下記特許文献を参照）。 2. Description of the Related Art An internal combustion engine mounted on a vehicle or the like is known that includes a variable valve timing mechanism that can variably control the valve timing of an intake valve and / or an exhaust valve (see, for example, the following patent document).
可変バルブタイミング機構の用途の一つとして、内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。内部ＥＧＲでは、吸気バルブの開弁タイミングを早め、及び／または、排気バルブの閉弁タイミングを遅らせることで、吸気バルブと排気バルブとがともに開いているバルブオーバラップ期間を長く（バルブオーバラップ量を多く）し、気筒から排出された排気ガスを吸気行程の初期に気筒内に逆流させる。 One of uses of the variable valve timing mechanism is internal EGR (Exhaust Gas Recirculation). In the internal EGR, the valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open is lengthened by increasing the opening timing of the intake valve and / or delaying the closing timing of the exhaust valve (valve overlap amount). The exhaust gas discharged from the cylinder is caused to flow back into the cylinder at the beginning of the intake stroke.
このような内部ＥＧＲにより、ＮＯxの低減、ＨＣの再燃焼といったエミッションの良化を期待できる。並びに、ポンピングロスが低減し、燃費が向上する。加えて、高温の排気ガスを吸気ポート側に流出させた後再び気筒に充填することから、内燃機関の暖機の促進や、吸気ポートに付着した液状燃料（ポートウェット）の減少といった副効用を得られる。 Such internal EGR, reducing the NO x, the improved emission such afterburning of HC can be expected. In addition, the pumping loss is reduced and the fuel consumption is improved. In addition, since the high-temperature exhaust gas flows out to the intake port side and then is refilled into the cylinder, secondary effects such as promoting warm-up of the internal combustion engine and reducing liquid fuel (port wet) adhering to the intake port are provided. can get.
しかしながら、冷間始動直後等、内燃機関の温度が顕著に低い状況において内部ＥＧＲを実施すると、気筒の燃焼室内での燃料の燃焼が不安定化し、失火を引き起こすおそれがあった。よって、従来、内燃機関の温度が所定以上に高まるまでの間は、バルブオーバラップ期間を設けず、内部ＥＧＲを行わないこととしていた。 However, if the internal EGR is performed in a situation where the temperature of the internal combustion engine is remarkably low, such as immediately after a cold start, the combustion of fuel in the combustion chamber of the cylinder may become unstable and may cause a misfire. Therefore, conventionally, until the temperature of the internal combustion engine rises to a predetermined level or more, the valve overlap period is not provided and the internal EGR is not performed.
本発明は、内燃機関の温度の低い状況においても内部ＥＧＲを実施できるようにすることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to enable internal EGR even in a low temperature state of an internal combustion engine.
上述した課題を解決するべく、本発明では、可変バルブタイミング機構を備え、気筒における吸気バルブと排気バルブとをともに開くバルブオーバラップ期間を設けることのできる内燃機関を制御するものであって、気筒の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し、その終了時期を判定値と比較することで、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断するとともに、燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合、そうでない場合と比較してバルブオーバラップ期間を短縮（バルブオーバラップ量を少なく）するように可変バルブタイミング機構を操作し、前記バルブオーバラップ期間の短縮量を前記燃焼終了時期と前記判定値との差分の大きさに応じて決定することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。 In order to solve the above-described problem, the present invention controls an internal combustion engine that has a variable valve timing mechanism and can provide a valve overlap period in which both an intake valve and an exhaust valve in a cylinder are opened. By detecting the end timing of combustion in the expansion stroke of the engine and comparing the end timing with a judgment value, it is determined whether there is a possibility of causing a combustion failure or misfire due to valve overlap. If it is determined that there is a cause, as compared with otherwise operate the variable valve timing mechanism so as to reduce the valve overlap period (less valve overlap amount), the amount of shortening of the valve overlap period It is characterized by determining in accordance with the magnitude of the difference between the determined value and the combustion end timing To constitute a control apparatus for an internal combustion engine.
本発明によれば、内燃機関の温度の低い状況においても内部ＥＧＲを実施できるようになる。 According to the present invention, internal EGR can be performed even in a situation where the temperature of the internal combustion engine is low.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment.
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。
The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the
ＥＣＵ０は、燃料の爆発燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、燃焼状態の判定を行う。
The
図２に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a circuit for detecting an ionic current is added to the electric circuit for spark ignition. This detection circuit includes a bias
点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。
The
図３に、正常燃焼における、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧。図中破線で示す）のそれぞれの推移を例示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。 FIG. 3 illustrates respective transitions of the ionic current (indicated by a solid line in the figure) and the combustion pressure in the cylinder 1 (in-cylinder pressure; indicated by a broken line in the figure) in normal combustion. The ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure.
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
図４に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
As shown in FIG. 4, in the internal combustion engine in the present embodiment, a
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブの開閉タイミングを変化させるものである。
In addition, a variable valve timing mechanism 6 is interposed between the
可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１１と遅角室６１２とに区画されている。
The
可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１１または遅角室６１２に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
The hydraulic fluid stored in the
ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図４に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１１と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１２と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図４では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
The
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１１に供給される一方、既に遅角室６１２に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１１の容積が拡大、遅角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブのバルブタイミングが進角化する。
The
逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１２に供給される一方、既に進角室６１１に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１２の容積が拡大、進角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
On the other hand, when the duty ratio of the control signal m is relatively small, the hydraulic fluid pressure discharged from the
総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が大きいほど吸気バルブのバルブタイミングが進角し、デューティ比が小さいほど吸気バルブのバルブタイミングが遅角する。 Generally speaking, the valve timing of the intake valve is advanced as the duty ratio of the control signal m is increased, and the valve timing of the intake valve is delayed as the duty ratio is decreased.
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。機関の冷却水温は、機関の温度を示唆する。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i is output to the
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブの開閉タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
本実施形態のＥＣＵ０は、可変バルブタイミング機構６を介して吸気バルブの開閉タイミングを調節することを通じて、吸気バルブと排気バルブとがともに開いているバルブオーバラップ期間の長さ（バルブオーバラップ量）を一定範囲内で拡縮させることができる。
The
以降、バルブオーバラップ及び内部ＥＧＲの制御に関して詳述する。 Hereinafter, the valve overlap and internal EGR control will be described in detail.
図５に、バルブオーバラップ期間の長さと燃料消費率との関係を例示する。吸気バルブの開弁タイミングを進角して（即ち、早めて）バルブオーバラップ期間を長くとり、内部ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）を増大させることで、内燃機関のポンピングロスを減少させ、燃料消費率を低下させることができる。尤も、バルブオーバラップ期間を過度に長くしてしまうと、却って燃料消費率は上昇する。 FIG. 5 illustrates the relationship between the length of the valve overlap period and the fuel consumption rate. The valve opening timing of the intake valve is advanced (that is, advanced) to increase the valve overlap period and increase the internal EGR amount (or EGR rate), thereby reducing the pumping loss of the internal combustion engine and The consumption rate can be reduced. However, if the valve overlap period is excessively lengthened, the fuel consumption rate increases.
基本的に、バルブオーバラップ期間は、図５に例示した特性曲線における、燃料消費率が極小または極小に近い値をとるような長さに設定する。なお、図５に例示している特性曲線は、内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気管内圧力若しくは吸気量）］によって変化する。 Basically, the valve overlap period is set to such a length that the fuel consumption rate takes a minimum value or a value close to the minimum value in the characteristic curve illustrated in FIG. Note that the characteristic curve illustrated in FIG. 5 varies depending on the operating region of the internal combustion engine [engine speed, required load (or intake pipe pressure or intake air amount)].
ＥＣＵ０のメモリには予め、様々な運転領域毎に、燃料消費率が極小または極小に近い値となるようなバルブオーバラップ期間の長さを規定したマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、現在の運転領域のパラメータをキーとして当該マップを検索し、現在の運転領域に対応したバルブオーバラップ期間の基本量を知得する。
In the memory of the
そして、その知得したバルブオーバラップ期間を具現するように、可変バルブタイミング機構６を操作する。本実施形態における内燃機関では、吸気バルブ側に可変バルブタイミング機構６を実装している。故に、所要のバルブオーバラップ期間に応じて、吸気バルブタイミングを進角させる。 Then, the variable valve timing mechanism 6 is operated so as to realize the obtained valve overlap period. In the internal combustion engine in the present embodiment, the variable valve timing mechanism 6 is mounted on the intake valve side. Therefore, the intake valve timing is advanced according to the required valve overlap period.
しかしながら、燃料消費率が極小に近づくバルブオーバラップ期間を常に実現できるわけではない。本実施形態では、始動直後や冷間始動後の運転中（暖機完了前）、アイドリング等の低負荷時、寒冷地での運転時といった、内燃機関の温度が比較的低い状況においても、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲを実施する。内燃機関の温度が低い状況で、内部ＥＧＲを実施すると、気筒１の燃焼室内での燃料の燃焼が不安定化し、失火に至る懸念もある。 However, it is not always possible to realize a valve overlap period in which the fuel consumption rate approaches a minimum. In this embodiment, the valve is used even in a situation where the temperature of the internal combustion engine is relatively low, such as immediately after start-up or during operation after cold start (before completion of warm-up), at low load such as idling, or during operation in a cold region. Perform internal EGR with overlap. If the internal EGR is performed in a situation where the temperature of the internal combustion engine is low, the combustion of fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 may become unstable, leading to a misfire.
そこで、本実施形態では、内部ＥＧＲの実施による燃焼の不安定化の問題を軽減ないし回避するべく、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を基に燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断し、そのおそれがあると判断した場合、そうでない場合と比較してバルブオーバラップ期間を短くするようにしている。 Therefore, in this embodiment, in order to reduce or avoid the problem of instability of combustion due to the implementation of internal EGR, whether there is a possibility of causing a combustion failure or misfire based on the end timing of combustion in the expansion stroke of the cylinder 1. When it is determined that there is such a possibility, the valve overlap period is shortened as compared with the case where it is not.
気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期は、イオン電流信号ｈを参照して検知することが可能である。ＥＣＵ０は、燃焼の際に点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出する回路を介して、イオン電流信号ｈを反復的に計測する。
The end time of combustion in the expansion stroke of the cylinder 1 can be detected with reference to the ion current signal h. The
そして、図３に示しているように、その時系列に基づく電流値が閾値を下回った時点を、燃焼終了時期として知得する。ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程において基準となる所定のタイミング（例えば、当該気筒１の点火時点や圧縮上死点等）から燃焼終了時期までの経過時間、換言すれば燃焼期間の長さを、クランク角度（°ＣＡ）の値として知得する。この値は、上記の所定タイミングを０°ＣＡとし、所定タイミングから時間が経過するほど大きくなる。クランク角度の値とするのは、そのときのエンジン回転数の高低が影響しないよう正規化する意図である。燃焼終了時期が早い、即ち燃焼期間が短いほど、クランク角度の値は小さくなる。翻って、燃焼終了時期が遅い、即ち燃焼期間が長いほど、クランク角度の値は大きくなる。
As shown in FIG. 3, the time when the current value based on the time series falls below the threshold is known as the combustion end time. The
燃焼終了時期が早いことは、燃料が良好に燃焼しており失火しにくいことを示している。逆に、燃焼終了時期が遅いことは、燃料が不安定または不完全に陥りやすい、失火しやすいことを示している。つまり、燃焼終了時期が遅いということは、内部ＥＧＲ量を増大させると失火を招く危険が高いことを意味する。 An early combustion end time indicates that the fuel is combusting well and is not easily misfired. On the other hand, a late combustion end time indicates that the fuel tends to be unstable or incomplete, and easily misfires. That is, the fact that the combustion end timing is late means that there is a high risk of misfire if the internal EGR amount is increased.
従って、ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を表すクランク角度の値を判定値と比較し、前者が後者を上回るならば、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるものと判断する。
Therefore, the
判定値は、内部ＥＧＲを実施しても失火を引き起こさない限界の燃焼終了時期からあるクランク角度（例えば、１０°ＣＡ）分だけ手前の（数値としては小さい）角度とする。この判定値は、現在の内燃機関の温度に応じて変更することが望ましい。具体的には、内燃機関の温度が低いほど、判定値を引き下げ、燃焼終了時期が早くとも（燃焼期間が短くとも）燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断しやすくする。いわば、判定を厳しくする。これは、内燃機関の温度が低いほど気筒１の燃焼室内での燃焼が不安定となりやすいことによる。 The determination value is an angle (numerically small) that is closer by a certain crank angle (for example, 10 ° CA) from the limit combustion end timing that does not cause misfire even if the internal EGR is performed. This determination value is preferably changed according to the current temperature of the internal combustion engine. Specifically, the lower the temperature of the internal combustion engine, the lower the determination value, making it easier to determine that there is a risk of causing a combustion failure or misfiring even if the combustion end timing is early (even if the combustion period is short). In other words, the judgment is strict. This is because combustion in the combustion chamber of the cylinder 1 tends to become unstable as the temperature of the internal combustion engine decreases.
図６に、内燃機関の冷却水温と判定値との関係を示す。ＥＣＵ０のメモリには予め、様々な冷却水温毎に判定値を規定したマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、現在の冷却水温をキーとして当該マップを検索し、現在の冷却水温に対応した判定値を知得する。そして、その知得した判定値を用いて、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断する。
FIG. 6 shows the relationship between the cooling water temperature of the internal combustion engine and the judgment value. In the memory of the
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合には、バルブオーバラップ期間を、燃料消費率を極小または極小に近い値にするような基本量よりも短くする。即ち、吸気バルブタイミングの進角量を減少させる。 If it is determined that there is a possibility of causing poor combustion or misfire, the valve overlap period is made shorter than the basic amount that makes the fuel consumption rate minimum or close to a minimum value. That is, the advance amount of the intake valve timing is decreased.
図７に、燃焼終了時期及びバルブオーバラップ期間（吸気バルブタイミングの進角量）のそれぞれの推移を例示している。燃焼終了時期を表すクランク角度の値が判定値を上回った時点ｔaにて、バルブオーバラップ期間を運転領域に応じた基本量よりも短縮するべく、吸気バルブタイミングの進角量を減少させる。但し、バルブオーバラップ期間を０にするわけではない（状況によっては、バルブオーバラップ期間を完全になくして内部ＥＧＲ量を０とすることもある）。 FIG. 7 illustrates respective transitions of the combustion end timing and the valve overlap period (advance amount of intake valve timing). At the time point t a when the crank angle value representing the combustion end time exceeds the determination value, the advance amount of the intake valve timing is decreased in order to shorten the valve overlap period from the basic amount corresponding to the operating region. However, the valve overlap period is not zero (in some circumstances, the valve overlap period may be completely eliminated and the internal EGR amount may be zero).
時点ｔaの後、ある条件が成立した時点ｔbにて、バルブオーバラップ期間を運転領域に応じた基本量に戻すよう、吸気バルブタイミングを再び進角させる。このとき、バルブオーバラップ期間を即座に基本量まで増大させてもよいが、本実施形態では、図７に示しているように、時点ｔbの後、バルブオーバラップ期間を徐変させる、即ち吸気バルブタイミングを徐々に進角させるようにしている。 After the time point t a , at a time point t b when a certain condition is satisfied, the intake valve timing is advanced again so that the valve overlap period is returned to the basic amount corresponding to the operation region. At this time, the valve overlap period may be immediately increased to the basic amount, but in the present embodiment, as shown in FIG. 7, after the time t b , the valve overlap period is gradually changed, that is, The intake valve timing is gradually advanced.
時点ｔaにおける、バルブオーバラップ期間の基本量からの短縮量は、燃焼終了時期を表すクランク角度と判定値との差分（クランク角度−判定値）の大きさによる。図８に、差分と短縮量との関係を示す。クランク角度と判定値との差分が大きいほど、つまりは失火の危険が高いほど、バルブオーバラップ期間を基本量から大きく短縮させる。ＥＣＵ０のメモリには予め、差分と短縮量との関係を規定したマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、差分をキーとして当該マップを検索し、差分に対応した短縮量を知得する。そして、知得した縮小量の分だけ、バルブオーバラップ期間を短く補正する。
The amount of reduction from the basic amount of the valve overlap period at time t a depends on the magnitude of the difference (crank angle−determination value) between the crank angle representing the combustion end timing and the determination value. FIG. 8 shows the relationship between the difference and the shortening amount. The greater the difference between the crank angle and the judgment value, that is, the higher the risk of misfire, the greater the valve overlap period from the basic amount. In the memory of the
短縮していたバルブオーバラップ期間を再び基本量まで回復させるための（時点ｔbの）条件には、少なくとも、そのときの燃焼終了時期が判定値を下回っていることが含まれる。 The shortened by to restore again to basic amount of valve overlap period was (time t b) conditions, at least, the combustion end timing of that time involves below the determination value.
これに加えて、気筒１の膨張行程の機会毎の燃焼がばらつかず安定していることが条件に含まれてもよい。具体的には、今回の膨張行程における燃焼終了時期を表すクランク角度の値と、前回の膨張行程の機会における燃焼終了時期を表すクランク角度の値との差分（今回のクランク角度−前回のクランク角度）をとり、その差分の絶対値が所定値（例えば、２°ＣＡ）以下となっていることが所定の膨張行程回数（例えば、３０サイクル）継続した場合に、燃焼がばらつかず安定しているものと見なす。 In addition to this, it may be included in the condition that the combustion for each opportunity of the expansion stroke of the cylinder 1 is stable and stable. Specifically, the difference between the crank angle value representing the combustion end timing in the current expansion stroke and the crank angle value representing the combustion end timing in the previous expansion stroke opportunity (current crank angle−previous crank angle). ), And when the absolute value of the difference is a predetermined value (for example, 2 ° CA) or less continues for a predetermined number of expansion strokes (for example, 30 cycles), combustion does not vary and is stable. It is assumed that
上記の条件が成立した時点ｔbの後のバルブオーバラップ期間の増大の速度、即ち、気筒１における膨張行程の機会毎の吸気バルブタイミングの進角量の増分は、そのときの判定値と燃焼終了時期を表すクランク角度との差分（判定値−クランク角度）の大きさによる。図９に、差分と増分との関係を示す。判定値とクランク角度との差分が大きいほど、つまりは失火の危険が低いほど、バルブオーバラップ期間の増大の速度を高める。ＥＣＵ０のメモリには予め、差分と増大速度との関係を規定したマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、差分をキーとして当該マップを検索し、差分に対応した増大速度を知得する。そして、知得した増大速度に則り、バルブオーバラップ期間をそのときの運転領域に応じた基本量に向けて徐変させる。即ち、吸気バルブタイミングの進角量を徐々に増加させる。
The rate of increase of the valve overlap period after the time point t b when the above condition is satisfied, that is, the increment of the advance amount of the intake valve timing for each opportunity of the expansion stroke in the cylinder 1, is determined at that time and the combustion It depends on the magnitude of the difference (determination value-crank angle) from the crank angle representing the end time. FIG. 9 shows the relationship between the difference and the increment. The greater the difference between the determination value and the crank angle, that is, the lower the risk of misfire, the faster the valve overlap period increases. In the memory of the
図１０に、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲの実施に際してＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し（ステップＳ１）、その燃焼終了時期と判定値とを比較して、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２における判定値は、内燃機関の冷却水温の高さに応じて設定する。
FIG. 10 shows a procedure example of processing executed by the
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがないと判断した場合、バルブオーバラップ期間を、そのときの運転領域に応じた基本量とする（ステップＳ３）。 When it is determined that there is no possibility of causing poor combustion or misfire, the valve overlap period is set to a basic amount corresponding to the operation region at that time (step S3).
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合には、バルブオーバラップ期間を、そのときの運転領域に応じた基本量から短縮する補正を加える（ステップＳ４）。ステップＳ４における短縮量は、燃焼終了時期と判定値との差分の大きさに応じて決定する。 When it is determined that there is a possibility of causing a combustion failure or misfire, a correction is made to shorten the valve overlap period from the basic amount corresponding to the operation region at that time (step S4). The shortening amount in step S4 is determined according to the difference between the combustion end timing and the determination value.
バルブオーバラップ期間を短縮する補正を加えているときにも、ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し続ける（ステップＳ５）。そして、その燃焼終了時期を判定値と比較して、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ５及びＳ６は、ステップＳ１及びＳ２と同様である。
Even when correction for shortening the valve overlap period is added, the
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがないと判断した場合、さらに、所定の膨張行程回数に亘って燃焼がばらつかず安定している状態が継続しているか否かを判断する（ステップＳ７）。 When it is determined that there is no possibility of causing a combustion failure or misfire, it is further determined whether or not a stable state is maintained over a predetermined number of expansion strokes (step S7).
燃焼がばらつかず安定している状態が継続していると判断した場合には、バルブオーバラップ期間を、そのときの運転領域に応じた基本量に向けて徐変させる（ステップＳ８）。 If it is determined that the combustion is not dispersed and is stable, the valve overlap period is gradually changed toward the basic amount corresponding to the operation region at that time (step S8).
バルブオーバラップ期間を基本量に向けて徐変させているときにも、ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し続ける（ステップＳ９）。そして、その燃焼終了時期を判定値と比較して、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ９及びＳ１０は、ステップＳ１及びＳ２と同様である。
Even when the valve overlap period is gradually changed toward the basic amount, the
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがないと判断した場合、バルブオーバラップ期間の徐変を続行する（ステップＳ８）。ステップＳ８における徐変の速度は、判定値と燃焼終了時期との差分の大きさに応じて決定する。 When it is determined that there is no possibility of causing a combustion failure or misfire, the gradual change of the valve overlap period is continued (step S8). The speed of gradual change in step S8 is determined according to the magnitude of the difference between the determination value and the combustion end timing.
バルブオーバラップ期間が基本量まで回復したならば（ステップＳ１１）、バルブオーバラップ期間の徐変を終了する。 If the valve overlap period is restored to the basic amount (step S11), the gradual change of the valve overlap period is terminated.
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合には、ステップＳ４へと遷移し、再度バルブオーバラップ期間を短縮する補正を加える。 If it is determined that there is a possibility of causing a combustion failure or misfire, the process proceeds to step S4, and correction for shortening the valve overlap period is added again.
本実施形態では、可変バルブタイミング機構６を備え、気筒１における吸気バルブと排気バルブとをともに開くバルブオーバラップ期間を設けることのできる内燃機関を制御するものであって、気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し、その終了時期を判定値と比較することで、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断するとともに、燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合、そうでない場合と比較してバルブオーバラップ期間を短くするように可変バルブタイミング機構６を操作することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。
In the present embodiment, the variable valve timing mechanism 6 is provided to control an internal combustion engine that can provide a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve in the cylinder 1 are opened. By detecting the end time of combustion and comparing the end time with a judgment value, it is judged whether there is a possibility of causing a combustion failure or misfire due to valve overlap, and there is a risk of causing a combustion failure or misfire. When it is determined, the
本実施形態によれば、内燃機関の温度が低い状況、即ち、従来バルブオーバラップによる内部ＥＧＲを実施できなかった状況においても、内部ＥＧＲを実施することができ、ポンピングロスを低減して燃費のより一層の向上を図ることができる。 According to the present embodiment, even in a situation where the temperature of the internal combustion engine is low, that is, in a situation where internal EGR due to conventional valve overlap cannot be performed, internal EGR can be performed, reducing pumping loss and improving fuel efficiency. Further improvement can be achieved.
加えて、内部ＥＧＲにより、吸気ポート（ポート噴射式の場合）または点火プラグ１２若しくは燃焼室内の壁面（筒内直接噴射式の場合）に液状燃料が付着する量が減少する。ポートウェット等が減少することは、排気ガスに含まれるＨＣ成分の低減につながる。つまるところ、始動直後や冷間運転時等のエミッションが良化する。
In addition, the amount of liquid fuel adhering to the intake port (port injection type) or the
気筒１の膨張行程における燃焼の終了時期を基に、燃焼不良または失火を引き起こすおそれの有無を判断することは、クランクシャフトの回転速度のむらを検出して何れかの気筒１における失火を検知する手法と比較して即時性が高い。その上、本実施形態によれば、内部ＥＧＲに起因した失火を未然に防ぐことが可能である。 The determination of whether or not there is a possibility of causing a combustion failure or misfire based on the end timing of the combustion in the expansion stroke of the cylinder 1 is a method of detecting misfire in any of the cylinders 1 by detecting unevenness in the rotational speed of the crankshaft. Immediate compared to. Moreover, according to the present embodiment, misfire due to internal EGR can be prevented in advance.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、イオン電流信号ｈが閾値を下回った時点を以て燃焼終了時期としていたが、気筒１の筒内圧（燃焼室内圧力）を検出する筒内圧センサが実装された内燃機関にあっては、その筒内圧が閾値を下回った時点を以て燃焼終了時期とすることができる。あるいは、気筒１の筒内温度（燃焼室内温度）を検出する筒内温度センサが実装された内燃機関にあっては、その筒内温度が閾値を下回った時点を以て燃焼終了時期とすることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above-described embodiment, the combustion end timing is determined when the ion current signal h falls below the threshold. However, in an internal combustion engine in which an in-cylinder pressure sensor that detects the in-cylinder pressure (combustion chamber pressure) of the cylinder 1 is mounted, The time when the in-cylinder pressure falls below the threshold can be set as the combustion end timing. Alternatively, in an internal combustion engine equipped with an in-cylinder temperature sensor that detects the in-cylinder temperature of the cylinder 1 (combustion chamber temperature), the time when the in-cylinder temperature falls below the threshold can be set as the combustion end timing. .
上記実施形態では、吸気バルブの開弁タイミングを進角／遅角させることで、バルブオーバラップ期間の長さを制御していた。これ以外に、排気バルブの閉弁タイミングを進角／遅角させることで、バルブオーバラップ期間の長さを制御することも考えられる。 In the above embodiment, the valve overlap period is controlled by advancing / retarding the opening timing of the intake valve. In addition, it is conceivable to control the length of the valve overlap period by advancing / retarding the closing timing of the exhaust valve.
可変バルブタイミング機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブ及び／または排気バルブをそれぞれ電磁ソレノイドバルブとしたものや、吸気バルブ及び／または排気バルブを開弁駆動する吸気カム及び／または排気カムをそれぞれ複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。 The specific mode of the variable valve timing mechanism 6 is arbitrary and not uniquely limited. In addition to those in which the rotation phase of each of the intake camshaft and / or exhaust camshaft relative to the crankshaft is advanced / retarded by hydraulic pressure, the intake valve and / or the exhaust valve are each an electromagnetic solenoid valve, There are known a plurality of intake cams and / or exhaust cams that open and drive valves and / or exhaust valves and use them appropriately, and a mechanism that changes the lever ratio of the rocker arm with an electric motor. These various mechanisms are allowed to be selected and adopted.
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each unit, the processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
ｈ…イオン電流信号
0 ... Control unit (ECU)
1 ... Cylinder h ... Ion current signal
Claims (1)
気筒の膨張行程における燃焼の終了時期を検知し、その終了時期を判定値と比較することで、バルブオーバラップによる燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあるか否かを判断するとともに、
燃焼不良または失火を引き起こすおそれがあると判断した場合、そうでない場合と比較してバルブオーバラップ期間を短縮するように可変バルブタイミング機構を操作し、前記バルブオーバラップ期間の短縮量を前記燃焼終了時期と前記判定値との差分の大きさに応じて決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine having a variable valve timing mechanism and capable of providing a valve overlap period for opening both an intake valve and an exhaust valve in a cylinder;
By detecting the end timing of combustion in the expansion stroke of the cylinder and comparing the end timing with a determination value, it is determined whether there is a possibility of causing a combustion failure or misfire due to valve overlap,
When it is determined that there is a possibility of causing a combustion failure or misfire, the variable valve timing mechanism is operated so as to shorten the valve overlap period as compared with the case where it is not, and the shortening amount of the valve overlap period is set to the end of the combustion. A control device for an internal combustion engine, which is determined according to a difference between a timing and the determination value .
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