JP2008075569A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フューエルカット時に排気通路への空気の流出を抑制しつつ筒内圧力の低下を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】吸気弁１５及び排気弁１６の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更可能な動弁装置２０を備え、所定のフューエルカット条件が成立した場合に燃料の供給が停止される内燃機関１の制御装置において、ＥＣＵ３０は、所定のフューエルカット条件が成立した場合、吸気弁１５及び前記排気弁１６の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更して吸気弁１５が排気行程にて開弁されるとともに吸気弁１５の開弁期間が排気行程と吸気行程とに跨り、かつ吸気弁１５の開弁後に排気弁１６が開弁されるとともに吸気弁１５の開弁中に排気弁１６が開閉駆動され、さらに排気弁１６の最大リフト量が吸気弁１６の最大リフト量よりも小さくなるように動弁装置２０を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変動弁機構を備え、所定のフューエルカット条件が成立した場合に燃料供給が停止される内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットが行われているとき、吸気弁の開弁時期を早め、吸気弁の全開弁期間が排気弁の開弁期間に重なるように吸気弁の開弁時期を進角制御して吸気行程中に吸気弁が開いている時間を短くするバルブタイミング制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開平１０−１１５２３４号公報 特開２００２−８９３０２号公報 特開２００４−８４５１３号公報

特許文献１の発明では吸気行程中に吸気弁が開いている時間を短くするべく吸気弁の開弁時期を進角制御するため、吸気行程中に吸気弁及び排気弁の両方の弁が閉弁される期間が設けられる。吸気行程時はピストンが上死点から下死点に移動するので、このときに排気弁及び吸気弁の両方が閉弁されると気筒へのガスの流入が阻止されて筒内圧力が過度に低下するおそれがある。そのため、ピストンと気筒の壁面との間から燃焼室内に吸い込まれるオイルの量が増加するおそれがある。特許文献２及び３においても、筒内圧力の過度の低下を考慮して吸気弁及び排気弁の動弁特性を制御していない。

そこで、本発明は、フューエルカット時に排気通路へのガスの流出を抑制しつつ筒内圧力の無駄な低下を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、所定のフューエルカット条件が成立した場合に燃料の供給を停止させる燃料供給停止手段と、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記吸気弁及び前記排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更して前記吸気弁が排気行程にて開弁されるとともに前記吸気弁の開弁期間が前記排気行程と前記排気行程に続く吸気行程とに跨り、かつ前記吸気弁の開弁後に前記排気弁が開弁されるとともに前記吸気弁の開弁中に前記排気弁が開閉駆動され、さらに前記排気弁の最大リフト量が前記吸気弁の最大リフト量よりも小さくなるように前記可変動弁機構の動作を制御する動作制御手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の制御装置では、所定のフューエルカット条件が成立した場合に吸気弁の開弁時期が排気行程中に設定され、かつ吸気弁の開弁中に排気弁が開閉駆動される、すなわち吸気弁が排気弁よりも先に開弁されるので、排気行程時に気筒内のガスが吸気通路に排出される。吸気弁の開弁期間は排気行程と吸気行程とに跨るように設定されるので、吸気弁は吸気行程時も開弁状態を維持し、排気行程時に気筒内から吸気通路に排出されたガスは吸気行程時に吸気通路から気筒内に戻される。このように吸気行程時に気筒内にガスに戻すことによって筒内圧力の無駄な低下を抑制することができる。そのため、ピストンと気筒の壁面との間から燃焼室内にオイルが吸い込まれる、いわゆるオイル上がりを抑制でき、燃焼室内に吸い込まれるオイルの量を低減できる。フューエルカット条件の成立時において排気弁は、吸気弁よりも最大リフト量が小さく設定され、かつ吸気弁の開弁中に開閉駆動される。この場合、気筒内のガスの殆どは吸気通路に排出されるので、気筒内から排気通路へのガスの流出を抑制できる。フューエルカット中は燃焼供給が停止されるため、気筒内からは主に空気が排気通路に流出する。そこで、このように排気通路へのガスの流出を抑制することにより、排気通路に排気浄化触媒が配置されている場合は、その排気浄化触媒の劣化を抑制することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関の運転中、前記吸気弁は排気行程中に開弁されるように開閉駆動され、前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記排気弁の最大リフト量を小さくするとともに前記排気弁の開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ遅角させ、かつ前記排気弁の作用角を小さくしてもよい（請求項２）。この場合、排気弁の最大リフト量を小さくするとともに排気弁の開弁期間を短くするので、気筒内から排気通路へのガスの流出をさらに抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関の運転中、前記吸気弁は排気行程中に開弁されるように開閉駆動され、前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記排気弁を閉弁状態に維持してもよい（請求項３）。このように排気弁を閉弁状態に維持することにより、気筒内から排気通路へのガスの流出をより確実に抑制できる。

排気弁の動弁特性を変更するこれらの形態において、前記可変動弁機構は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方の動弁特性を変更可能であり、前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記吸気弁の開弁時期を進角させてもよい（請求項４）。このように吸気弁の開弁時期を進角させることにより、排気行程中における吸気弁の開弁期間を長くできるので、より確実に気筒内から吸気通路にガスを排出することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記吸気弁の最大リフト量を大きくするとともに前記吸気弁の開弁時期を進角させ、かつ前記吸気弁の作用角を大きくしてもよい（請求項５）。この場合、吸気弁の最大リフト量を大きくするので、排気行程時に気筒内のガスを吸気通路により確実に排出させることができる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、排気行程時に気筒内から吸気通路に排出したガスを吸気行程時に気筒内に戻すので、筒内圧力の無駄な低下を抑制できる。また、所定のフューエルカット条件が成立した場合、排気弁の最大リフト量を吸気弁の最大リフト量よりも小さくさせるとともに吸気弁の開弁中に排気弁を開閉させるので、気筒内から排気通路へのガスの流出を抑えることができる。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関１は、車両に走行用動力源として搭載される４サイクル式レシプロエンジンであり、複数（図１では１つのみを示す。）の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、吸気通路４及び排気通路５が接続されるシリンダヘッド６とを備えている。なお、以降では内燃機関１をエンジンと呼ぶこともある。各気筒２には、ピストン７が往復動可能なようにそれぞれ挿入され、ピストン７と気筒２の壁面とシリンダヘッド６とによって燃焼室８がそれぞれ形成される。ピストン７は、シリンダブロック３に回転自在に支持されるクランクシャフト９とコンロッド１０によって連結されている。吸気通路４には吸気量を調整するためのスロットルバルブ１１が設けられ、排気通路５には三元触媒などの排気浄化触媒を備えた排気浄化装置１２が設けられている。吸気通路４の一部を形成するインテークマニホールド１３には、インジェクタ１４が設けられている。

各燃焼室８には、吸気通路４を開閉する吸気弁１５と、排気通路５を開閉する排気弁１６と、点火プラグ１７とがそれぞれ設けられており、エンジン１は吸気弁１５及び排気弁１６をそれぞれ開閉駆動する可変動弁機構としての動弁装置２０を備えている。動弁装置２０は、吸気弁１５を開閉駆動する吸気側電磁駆動機構２１と、排気弁１６を開閉駆動する排気側電磁駆動機構２２とを備えている。吸気側電磁駆動機構２１は、２つの電磁コイル２１ａ、２１ａを備えており、これらの電磁コイル２１ａ、２１ａへの励磁電流の印可時期及び大きさをそれぞれ調整することにより、吸気弁１５の動弁特性、すなわち開弁時期、閉弁時期、リフト量、作用角などをそれぞれ独立して制御可能な公知の動弁機構である。排気側電磁駆動機構２２は吸気側電磁駆動機構２１と同様の構造を有しており、２つの電磁コイル２２ａ、２２ａへの励磁電流の印可時期及び大きさをそれぞれ調整して排気弁１６の動弁特性を制御する。

動弁装置２０の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、例えばインジェクタ１４及び点火プラグ１７の動作を制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、例えば所定のフューエルカット条件が成立した場合に気筒２への燃料供給が停止される、いわゆるフューエルカット（Ｆ／Ｃ）が行われるようにインジェクタ１４の動作を制御する。なお、このように燃料供給を停止することにより、ＥＣＵ３０は本発明の燃料供給停止手段として機能する。また、ＥＣＵ３０は、各気筒２において吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程がそれぞれ適切な時期に行われるようにクランクシャフト９の回転数などに基づいて動弁装置２０の動作をドライバ２３を介して制御する。以降、この動弁装置２０の制御を通常制御と呼ぶこともある。ＥＣＵ３０にはエンジン１のクランク角度に対応した信号を出力するクランク角センサ３１などの複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ３０はこれらのセンサの出力信号を参照してエンジン１の運転状態を制御する。

ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて吸気弁１５及び排気弁１６の動弁特性がそれぞれ変更されるように動弁装置２０を制御する。図２は、ＥＣＵ３０が動弁装置２０の動作を制御するべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する動弁装置制御ルーチンを示している。

図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は所定のフューエルカット条件が成立しているか否か判断する。所定のフューエルカット条件は、例えばスロットルがオフにされるなどエンジン１の搭載された車両が減速中であり、かつエンジン１の回転数が予め設定した所定回転数以上の場合に成立したと判断される。

所定のフューエルカット条件が成立していると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は通常制御とは異なる動弁特性で吸気弁１５及び排気弁１６が開弁駆動されるように動弁装置２０の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。以降、この処理にて実行する動弁装置２０の制御をＦ／Ｃ動弁制御と呼ぶこともある。図３を参照してＦ／Ｃ動弁制御について説明する。図３は、Ｆ／Ｃ動弁制御にて動弁装置２０が制御されているときの吸気弁１５及び排気弁１６のリフトカーブを示している。なお、図３において線Ｌ１が吸気弁１５のリフトカーブを、線Ｌ２が排気弁１６のリフトカーブをそれぞれ示している。また、図３には比較例として通常制御時の吸気弁１５のリフトカーブ（図３の線Ｌ３）及び排気弁１６のリフトカーブ（図３の線Ｌ４）を示した。図３に線Ｌ３で示したように通常制御時における吸気弁１５の開弁時期は排気行程の末期に、閉弁時期は吸気行程の末期にそれぞれ設定されている。また、線Ｌ４で示したように通常制御時における排気弁１６の開弁時期は排気行程の初期に、閉弁時期は吸気行程の初期に設定されている。

図３に示したように、Ｆ／Ｃ動弁制御で動弁装置２０を制御しているときは、排気弁１６の開弁時期が吸気弁１５の開弁時期よりも遅くなり、かつ排気弁１６の閉弁時期が吸気弁１５の閉弁時期よりも早くなるように、また排気弁１６の最大リフト量が吸気弁１５の最大リフト量よりも小さくなるように吸気弁１５及び排気弁１６の動弁特性をそれぞれ変更する。さらに、排気行程中に吸気弁１５が開弁し、かつ吸気行程中に吸気弁１５が閉弁するように吸気弁１５の動弁特性を変更する。より具体的には、排気弁１６の開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ遅角させるとともに排気弁１６の作用角を通常制御時よりも小さくする。また、排気弁１６の最大リフト量を吸気弁１５の最大リフト量よりも小さく変更する。さらに、吸気弁１５の開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ進角させる。なお、吸気弁１５の作用角及び最大リフト量は変更されず、通常制御時と同様の値がそれぞれ維持される。なお、図３に線Ｌ３で示したように通常制御時においても吸気弁１５の開弁時期は排気行程の末期に設定される。

図２に戻って動弁装置制御ルーチンの説明を続ける。ステップＳ１１で所定のフューエルカット条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は通常制御にて動弁装置２０を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

Ｆ／Ｃ動弁制御で動弁装置２０が制御されると排気行程時に吸気弁１５が開弁され、その後排気弁１６が開弁される。そのため、気筒２内のガスはまず吸気通路４に排出され、その後排気弁１６が開けられると排気通路５に流出する。この場合、気筒２内の殆どのガスを吸気弁１５の開弁時に吸気通路４に排出させることができるので、排気通路５へのガスの流出を抑制できる。ピストン７が上死点（ＴＤＣ）を通過して吸気行程になると、排気弁１６が閉弁され、その後吸気弁１５が閉弁される。吸気行程時はピストン７が上死点から下死点に移動するため気筒２内の圧力が低下するが、図３に示したように吸気弁１５は開弁しているので、排気行程時に吸気通路４に排出させたガスを気筒２内に吸い込ませることができる。このように吸気通路４と気筒２内との間でガスを移動させることにより、吸気行程時に気筒２内の圧力が過度に低下することを抑制できる。言い換えると吸気行程時における気筒２内の圧力の低下を吸気弁１５及び排気弁１６の動弁特性を変更させずにフューエルカットを実施した場合と同程度に抑えることができる。そのため、オイル上がりによって燃焼室８内に吸い込まれるオイルの量を低減できる。

また、Ｆ／Ｃ動弁制御時は、排気弁１６が吸気弁１５の開弁中に開閉され、かつ排気弁１６の最大リフト量が吸気弁１５の最大リフト量よりも小さく変更されるので、排気通路５へのガスの流出を抑制できる。フューエルカット中は燃料の供給が停止されるので、排出行程時には気筒２内からガスとして空気が排出される。周知のように排気浄化触媒は酸素濃度が高いほど劣化が進行するため、Ｆ／Ｃ動弁制御にて動弁装置２０を制御し、気筒２から排気通路５への空気の流出を抑制することにより、排気通路５に設けられた排気浄化装置１２の排気浄化触媒の劣化を抑制できる。

さらにＦ／Ｃ動弁制御時は、吸気弁１５の開弁時期が排気行程と吸気行程とに跨るように吸気弁１５の動弁特性が変更されるので、排気行程時に気筒２から吸気通路４に排出されたガスを吸気行程時に気筒２内に吸い込ませることができる。このように吸気通路４から気筒２内にガスを吸い込ませることにより、吸気通路４の圧力を低下させることができるので、フューエルカット中でも吸気通路４の負圧を利用する機器を適切に動作させることができる。

なお、図２の制御ルーチンを実行して動弁装置２０の動作を制御することにより、ＥＣＵ３０が本発明の動作制御手段として機能する。

図４〜６は、Ｆ／Ｃ動弁制御時における吸気弁１５及び排気弁１６の各リフトカーブの他の例を示している。なお、図３と同様に図４〜図６の線Ｌ３は通常制御時の吸気弁１５のリフトカーブを、線Ｌ４は通常制御時の排気弁１６のリフトカーブをそれぞれ示している。Ｆ／Ｃ動弁制御時には、吸気弁１５の開弁期間が排気行程と吸気行程とに跨るとともに吸気弁１５の開弁中に排気弁１６が開閉され、かつ排気弁１６の最大リフト量が吸気弁１５の最大リフト量よりも小さく変更されるように吸気弁１５及び排気弁１６の各リフトカーブを変更すればよい。

例えば、図４に示したようにＦ／Ｃ動弁制御に吸気弁１５の動弁特性を変化させず、排気弁１６の動弁特性のみを変化させてもよい。具体的には、吸気弁１５の開弁中に排気弁１６が開閉されるように排気弁１６の開弁時期、閉弁時期を遅角させるとともに通常制御時よりも作用角を小さくする。また、排気弁１６の最大リフト量を吸気弁１５の最大リフト量よりも小さく変更する。なお、図４の線Ｌ５が動弁特性変更後の排気弁１６のリフトカーブである。このように排気弁１６のリフトカーブを変化させることによっても吸気行程時における気筒２内の圧力の低下を抑制できる。また、排気通路５への空気の排出を抑制できるので、排気浄化触媒の劣化を抑制できる。さらに吸気行程時に吸気通路４から気筒２内にガスが吸い込まれるので、吸気通路４の圧力を低下させることができる。

また、図５に示したように、Ｆ／Ｃ動弁制御時は吸気弁１５が通常制御時と同様に開閉駆動され、排気弁１６が閉弁状態に維持されるように吸気弁１５及び排気弁１６の動弁特性を変更してもよい。この場合、排気弁１６が閉弁状態に維持されるので、排気通路５への空気の排出をより確実に抑制できる。そのため、排気浄化触媒の劣化をさらに抑制できる。

図６は、Ｆ／Ｃ動弁制御時に排気弁１６の動弁特性を変化させず、吸気弁１５の動弁特性のみを変化させる場合の例を示している。この例では、図６に示したようにＦ／Ｃ動弁制御時に吸気弁１５の開弁時期が進角されるとともに吸気弁１５の作用角が大きく変更され、かつ吸気弁１５の最大リフト量が排気弁１６の最大リフト量よりも大きくなるように変更される。なお、図６の線Ｌ６が動弁特性変更後の吸気弁１５のリフトカーブを示している。この場合も上述した例と同様に、吸気行程時における気筒２内の圧力の低下を抑制できる。Ｆ／Ｃ動弁制御時は排気弁１６よりも先に吸気弁１５が開弁されるので、気筒２内のガスを吸気通路４に排出させることができる。そのため、気筒２から排気通路５に排出される空気の量を低減でき、排気浄化触媒の劣化を抑制できる。また、吸気行程時に吸気通路４から気筒２内にガスが吸い込まれるので、吸気通路４の圧力を低下させることができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明は気筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる筒内直噴型エンジンに適用してもよいし、ディーゼルエンジンに適用してもよい。

本発明が適用される内燃機関の動弁機構は、電磁コイルで吸排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構に限定されない。吸気弁の開弁中に排気弁が開閉され、かつ吸気弁の最大リフト量が排気弁の最大リフト量よりも大きくなるように吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更可能な動弁機構であればよい。このような動弁機構としては、例えば吸排気弁を開閉駆動するためのカムを電動モータで駆動する動弁機構がある。また、弁とカムとの間に弁の作用角及び最大リフト量を連続的に変化させることが可能な中間機構及びカム軸に開閉弁時期を連続的に変化させることが可能な可変バルブタイミング機構の両方の機構を備えた動弁機構でもよい。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。 ＥＣＵが実行する動弁装置制御ルーチンを示すフローチャート。 Ｆ／Ｃ動弁制御時における吸気弁及び排気弁のリフトカーブの一例を示す図。 Ｆ／Ｃ動弁制御時における吸気弁及び排気弁のリフトカーブの第１の他の例を示す図。 Ｆ／Ｃ動弁制御時における吸気弁及び排気弁のリフトカーブの第２の他の例を示す図。 Ｆ／Ｃ動弁制御時における吸気弁及び排気弁のリフトカーブの第３の他の例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
１５ 吸気弁
１６ 排気弁
２０ 動弁装置（可変動弁機構）
３０ エンジンコントロールユニット（燃料供給停止手段、動作制御手段）

Claims (5)

1. 所定のフューエルカット条件が成立した場合に燃料の供給を停止させる燃料供給停止手段と、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方の弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記吸気弁及び前記排気弁の少なくともいずれか一方の動弁特性を変更して前記吸気弁が排気行程にて開弁されるとともに前記吸気弁の開弁期間が前記排気行程と前記排気行程に続く吸気行程とに跨り、かつ前記吸気弁の開弁後に前記排気弁が開弁されるとともに前記吸気弁の開弁中に前記排気弁が開閉駆動され、さらに前記排気弁の最大リフト量が前記吸気弁の最大リフト量よりも小さくなるように前記可変動弁機構の動作を制御する動作制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の運転中、前記吸気弁は排気行程中に開弁されるように開閉駆動され、
   前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記排気弁の最大リフト量を小さくするとともに前記排気弁の開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ遅角させ、かつ前記排気弁の作用角を小さく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。
3. 前記内燃機関の運転中、前記吸気弁は排気行程中に開弁されるように開閉駆動され、
   前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記排気弁を閉弁状態に維持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。
4. 前記可変動弁機構は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方の動弁特性を変更可能であり、
   前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記吸気弁の開弁時期を進角させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記動作制御手段は、前記所定のフューエルカット条件が成立した場合、前記可変動弁機構の動作を制御して前記吸気弁の最大リフト量を大きくするとともに前記吸気弁の開弁時期を進角させ、かつ前記吸気弁の作用角を大きく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。

Images