JP7092519B2

JP7092519B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7092519B2
Application number: JP2018035248A
Authority: JP
Inventors: 与史也山下; 英樹寺田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019148257A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、ピストンの温度が低下している場合であって燃料噴射量が所定量よりも小さい場合に、オイルジェットによりピストンへのオイルの噴射を実行することが開示されている。

特開２０１７－１４５７５７号公報

ところで、内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カットが実行される場合がある。燃料カットの実行中では、燃料の燃焼は行われないため、ピストンの温度が低下する。例えば、上記特許文献１の技術では、燃料カット中であってピストンの温度が低下している場合に、ピストンに向けてオイルが噴射されるため、ピストンの温度が更に低下して、ピストンにデポジットが堆積する可能性がある。

そこで本発明は、ピストンでのデポジットの堆積を抑制する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、ピストンを収容した気筒と、前記ピストンと前記気筒とにより画定される燃焼室を開閉する吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室内に臨むように設けられた点火プラグと、前記燃焼室に前記排気弁を介して連通した排気通路上に設けられた触媒と、前記排気弁の閉弁タイミングを変更するバルブタイミング機構と、前記吸気弁を閉弁状態で停止させる弁停止機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態が所定のサイクル数に亘って低回転低負荷状態であって前記内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カット要求があった場合に、前記燃料カットが実行される前に、点火タイミングを前記燃料カット要求がない場合よりも遅角させるように前記点火プラグを制御しその後に前記排気弁の閉弁タイミングを排気上死点よりも遅角させ前記燃料カット要求がない場合よりも遅角させるように前記バルブタイミング機構を制御し、前記燃料カットの実行中に、前記吸気弁を閉弁状態で停止させるように前記弁停止機構を制御する、内燃機関の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、ピストンでのデポジットの堆積を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本実施例の内燃機関の制御装置が適用されたガソリンエンジンを示した概略構成図である。図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。図３Ａ～図３Ｄは、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングとそのリフト量と点火タイミングとを示した図である。

図１は、本実施例の内燃機関の制御装置が適用されたガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）２０を示した概略構成図である。エンジン２０は、内燃機関の一例である。エンジン２０は、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。シリンダブロック２１の下部には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン２１ａが設けられている。尚、図示はしていないが、エンジン２０は４つの気筒を有した直列４気筒エンジンであるがこれに限定されない。

エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気弁４２と、排気ポート３０ｅを開閉する排気弁４４とが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。

また、エンジン２０は、吸気弁４２の開弁特性を可変に設定する吸気弁停止機構５２と、排気弁４４の開弁特性を可変に設定する排気動弁機構５４とを備えている。

吸気弁停止機構５２は、吸気カムの入力を受けるアームと、ロッカーアームに当接するアームと、これら２つのアームを連結及び連結解除する連結ピンとを備えている。２つのアームが連結された状態では、吸気カムの入力が２つのアームを介してロッカーアームに伝達されるため、吸気弁４２が駆動される。これに対し、２つのアームの連結が解除されると、吸気カムの入力が一方のアームから他方のアームへと伝達されなくなり、吸気弁４２が閉弁状態で弁停止される。尚、連結ピンによる２つのアームの連結状態は、連結ピンに供給される油圧に応じて２つのアームの連結状態を切り替えられ、油圧はオイルコントロールバルブにより調整される。

排気動弁機構５４は、排気弁４４の開閉タイミングを変更する。排気動弁機構５４は、例えば１つの排気弁４４に対応して排気側カムシャフトに駆動カムが設けられており、駆動カムにより排気弁４４を開閉する。駆動カムは、排気側カムシャフトに対して位相を変更可能に連結されている。これにより、排気弁４４の開閉タイミングを進角又は遅角側に変更することができる。尚、排気側カムシャフトに対する駆動カムの位相は、オイルコントロールバルブにより調整される油圧に応じて切り替えられる。

各気筒の吸気ポート１０ｉは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式のスロットルバルブ１３とが設けられている。

また、各気筒の吸気ポート１０ｉには、燃料を吸気ポート１０ｉ内に噴射するポート噴射弁１２が設置されている。ポート噴射弁１２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁４２の開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備える。ＥＣＵ６０は、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御する。ＥＣＵ６０は、エンジン２０の制御装置である。

ＥＣＵ６０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びポート噴射弁１２が電気的に接続されている。またＥＣＵ６０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、ポート噴射弁１２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。また、ＥＣＵ６０は、吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４に供給される油圧を調整するオイルコントロールバルブに電気的に接続され、このオイルコントロールバルブを制御することにより吸気弁停止機構５２及び排気動弁機構５４の駆動を制御し、吸気弁４２及び排気弁４４の駆動を制御する。

ここで、ＥＣＵ６０は、運転状態に応じて燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを実行する場合がある。燃料カット中では燃料は噴射されないため、燃焼室２３内やピストン２４の温度が低下する。例えば、ピストン２４の温度が比較的低くなりやすい低回転低負荷状態で燃料カットが実行されると、燃料カットの実行中にピストン２４の温度が更に低下してピストン２４にデポジットが堆積する場合がある。このようなデポジットの堆積は、オイルパン２１ａから燃焼室２３内に引き込まれたオイルが原因と考えられる。本実施例では、ＥＣＵ６０は、エンジン２０の運転状態が低回転低負荷状態で燃料カット要求があった場合には、ピストン２４の温度の低下を抑制するために以下の制御を実行する。

図２は、ＥＣＵ６０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。図３Ａ～図３Ｄは、吸気弁４２及び排気弁４４の開閉タイミングとそのリフト量と、点火プラグ２７による点火タイミングとを示した図である。図３Ａ～図３Ｄにおいて、縦軸はリフト量を示し、横軸はクランク角度を示している。最初に、燃料カット要求があるか否かが判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１で否定判定の場合には、図３Ａに示すように、点火プラグ２７による点火タイミングや排気弁４４の開閉タイミングを運転状態に応じて予め定められたタイミングに制御する通常制御が実行される（ステップＳ３）。

ステップＳ１で肯定判定の場合には、エンジン２０の運転状態が低回転低負荷状態であるか否かが判定される（ステップＳ５）。ここでの低回転低負荷状態とは、この状態でエンジン２０の運転状態が燃料カットに移行した場合に、ピストン２４にデポジットが発生することが懸念される状態である。エンジン２０の運転状態は、クランク角センサ２５やエアフローメータ１５等の検出値に基づいて判断される。

ステップＳ５で肯定判定の場合には、図３Ｂに示すように、点火プラグ２７による点火タイミングを、燃料カット要求がない場合であって予め運転状態に応じて定められる点火タイミングよりも遅角させる（ステップＳ７）。これにより、ポート噴射弁１２から噴射された燃料に対する未燃燃料の割合が増大し、この未燃燃料は三元触媒３１に供給される。三元触媒３１に未燃燃料が供給されると、未燃燃料が三元触媒３１上で燃焼して、三元触媒３１の熱により三元触媒３１周辺の排気ガスの温度が上昇する。このように、エンジン２０の運転状態が低回転低負荷状態であって排気ガスの温度が比較的低い場合であっても、点火タイミングを遅角させることにより三元触媒３１周辺での排気ガスの温度を上昇させることができる。尚、点火タイミングを遅角させることによりエンジン２０の出力は制限されるが、燃料カット要求がある場合にこのような点火タイミングが遅角されるため、エンジン２０の出力が制限されてもドライバビリティへの影響は少ない。尚、ステップＳ７の処理は、燃料カット要求があって燃料カットが実行されるまでの所定のサイクル数に亘って継続される。

次に、図３Ｃに示すように、排気動弁機構５４が制御されて排気弁４４の開閉タイミングは、燃料カット要求がない場合であって予め運転状態に応じて定められる開閉タイミングよりも遅角される（ステップＳ９）。具体的には、排気弁４４の閉弁タイミングが排気上死点よりも遅角される。これにより、排気弁４４はピストン２４が上死点の位置から閉じ始めるため、排気ガスの一部が燃焼室２３に導入される内部ＥＧＲ量が増大する。尚、図３Ｃには、内部ＥＧＲ量に相当する部分を、ハッチングを付して示している。ここで、上述したように点火タイミングを遅角させたことにより、三元触媒３１周辺の排気ガスの温度が上昇している。従って、排気弁４４の開閉タイミングを遅角することにより、三元触媒３１周辺で温度が上昇した排気ガスの一部が内部ＥＧＲとして燃焼室２３内に導入される。これにより、燃料カットが実行される前に燃焼室２３内の温度の低下が抑制される。尚、ステップＳ９の処理は、燃料カットが実行されるまでの所定のサイクル数に亘って継続される。

次に、燃料カットが実行され（ステップＳ１１）、図３Ｄに示すように吸気弁停止機構５２が制御されて吸気弁４２は閉弁状態で停止される（ステップＳ１３）。吸気弁４２が閉弁状態に維持されるため、排気管３０内に充填されている排気ガスが吸気によって外気へ排出されることが抑制される。更に、内部ＥＧＲとして燃焼室２３内に導入された高温の排気ガスが、吸気弁４２を介して吸気管１０側に排出されることも防止される。これにより、燃料カット中であっても燃焼室２３内を保温することができ、ピストン２４の温度の低下が抑制される。従って、ピストン２４でのデポジットの堆積が抑制される。

尚、ステップＳ５で否定判定の場合には、ステップＳ７及びＳ９の処理は実行されずに、燃料カットが実行され（ステップＳ１１）、吸気弁４２は閉弁状態で停止される（ステップＳ１３）。

上記実施例では、未燃燃料により排気ガスの温度を上昇させる触媒として三元触媒３１を用いたが、これに限定されず、例えば酸化触媒等であってもよい。

上記実施例では燃料カットの実行によりピストン２４にデポジットが堆積しやすい条件として、燃料カット要求時でのエンジン２０の運転状態が低回転低負荷状態である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、低回転低負荷状態が所定のサイクル数に亘って継続されていた後に燃料カット要求があった場合にのみ、燃料カットの実行によりピストン２４にデポジットが堆積しやすい条件が成立したとみなして、上述した点火タイミングの遅角や排気弁４４の開閉タイミングの遅角を実行してもよい。また、燃料カットの実行によりピストン２４にデポジットが堆積しやすい条件として、エンジン２０の回転数や負荷に加えて、油温や冷却水温度、外気温度等を考慮してもよい。

本実施例では、排気弁４４の作用角が一定で開弁タイミング及び閉弁タイミングを共に遅角させる場合を例に示したが、これに限定されない。例えば、開弁タイミングを一定にしつつ作用角を拡大することにより結果的に排気弁４４の閉弁タイミングを遅角させてもよい。

上記の制御は、駆動源としてモータとの間で切り替えられるハイブリッド車両のエンジンに対して適用できる。この場合には、ハイブリッド車両では車両発進時には駆動源としてモータが利用されるため、エンジンの失火限界を気にすることなく排気弁の閉弁タイミングを遅角させることができる。

尚、上記の制御は、例えばアイドリングストップが実行されるガソリンエンジンに適用してもよい。この場合には、燃料カットからの復帰要求があった場合には直ちにエンジン２０を再始動できることが好ましいため、上記の排気弁４４の閉弁タイミングの遅角量は、燃料カットからの復帰可能な量に設定するのが望ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

２０エンジン
２３燃焼室
２４ピストン
２７点火プラグ
４２吸気弁
４４排気弁
５２吸気弁停止機構（弁停止機構）
５４排気動弁機構（バルブタイミング機構）
６０ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims

ピストンを収容した気筒と、前記ピストンと前記気筒とにより画定される燃焼室を開閉する吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室内に臨むように設けられた点火プラグと、前記燃焼室に前記排気弁を介して連通した排気通路上に設けられた触媒と、前記排気弁の閉弁タイミングを変更するバルブタイミング機構と、前記吸気弁を閉弁状態で停止させる弁停止機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態が所定のサイクル数に亘って低回転低負荷状態であって前記内燃機関での燃料噴射を停止する燃料カット要求があった場合に、前記燃料カットが実行される前に、点火タイミングを前記燃料カット要求がない場合よりも遅角させるように前記点火プラグを制御しその後に前記排気弁の閉弁タイミングを排気上死点よりも遅角させ前記燃料カット要求がない場合よりも遅角させるように前記バルブタイミング機構を制御し、前記燃料カットの実行中に、前記吸気弁を閉弁状態で停止させるように前記弁停止機構を制御する、内燃機関の制御装置。