(57)【要約】【課題】この発明は、減速時に燃料カットが禁止されている場合であっても、燃焼限界を拡大することにより、減速感の向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関の減速時に燃料噴射弁による燃料噴射を停止する減速時燃料カットを実行する。前記減速時であっても燃料カット禁止条件が成立する場合は、前記減速時燃料カットを禁止する。前記減速時燃料カットを禁止する場合に、前記内燃機関の吸気バルブの閉じ時期を、前記減速時燃料カットを実行する場合の該吸気バルブの閉じ時期よりも下死点側に設定する。【選択図】図６
2014020220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の減速時に前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止する減速時燃料カットを実行する燃料カット実行手段と、
前記減速時であっても燃料カット禁止条件が成立する場合は、前記減速時燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と、
前記燃料カット禁止手段によって前記減速時燃料カットを禁止する場合に、前記内燃機関の吸気バルブの閉じ時期を、前記減速時燃料カットを実行する場合の該吸気バルブの閉じ時期よりも下死点側に設定する吸気バルブ閉じ時期設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸気バルブ閉じ時期設定手段によって前記吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定する場合に、吸入空気量の目標値を、前記減速時燃料カットを実行する場合よりも小さい値に設定する吸入空気量目標値設定手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料カット禁止条件は、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度が上限閾値以上であること、もしくは減速時燃料カットから燃料噴射を伴う運転に復帰した場合のエミッション悪化が予測されることを成立条件とすること、
を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気バルブ閉じ時期設定手段は、前記吸気バルブの有効開度を小さくすることにより、前記吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を拡大しないように、前記吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定すること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気筒内に供給される燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
前記吸入空気量目標値設定手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記吸入空気量の目標値を小さい値に設定する設定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００９−２８１２４６号公報）に開示されるように、燃費効率の向上を図るために、アクセルペダルＯＦＦ動作による減速走行状態において、燃料の供給を一時的に停止する制御（燃料カット）を実行することが知られている。燃料カットを実行中は燃焼室に燃料が供給されないため、酸素濃度の高い排気が内燃機関の排気通路に流入し、排気通路に設けられた三元触媒は空燃比リーンの下に置かれる。三元触媒が高温状態で空燃比リーンの下に置かれると、触媒性能の劣化を加速させてしまうことが知られている。特許文献１には、三元触媒の劣化を抑制するために、減速走行状態において触媒の温度が閾値を超える場合には、燃料カットを禁止することが開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８１２４６号公報
【特許文献２】特開平１０−２５２５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、触媒の劣化を抑制するために燃料カットを禁止する場合には、減速時にも燃焼によるトルクが生じてしまうため、減速時に燃料カットを実行する場合に比して、減速感が低下することとなる。そのため、減速時の燃料カットを禁止する場合には、極力燃焼によるトルクを抑えるべく、吸入空気量を絞ることが望まれる。しかし、吸入空気量を大きく絞った燃焼は、定常時の機関負荷と比べて温度が低い環境下での燃焼となるため、燃焼速度が遅くなり、その結果燃焼期間が長くなる。燃焼期間が長くなりすぎると、膨張行程で燃焼が完了できず、未燃燃料が生じてしまう。そのため吸入空気量を絞る量には限界がある。
【０００５】
特許文献２（特開平１０−２５２５３２号公報）には、減速時の燃料カットを禁止する場合に、吸入空気量が燃焼限界（失火限界）を下回ることを防止するため、アイドル回転速度制御弁により吸入空気量を調節することが記載されている。このような技術によれば、失火を抑制することはできる。しかしながら、吸入空気量を絞る量の限界を拡大できるものではない。そのため、減速感の低下を改善できるものではない。減速時に燃料カットが禁止されている場合に、吸入空気量を絞る量の限界を拡大して減速感を高めるためには、燃焼限界を拡大する必要がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、減速時に燃料カットが禁止されている場合であっても、燃焼限界を拡大することにより、減速感の向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の減速時に前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止する減速時燃料カットを実行する燃料カット実行手段と、
前記減速時であっても燃料カット禁止条件が成立する場合は、前記減速時燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と、
前記燃料カット禁止手段によって前記減速時燃料カットを禁止する場合に、前記内燃機関の吸気バルブの閉じ時期を、前記減速時燃料カットを実行する場合の該吸気バルブの閉じ時期よりも下死点側に設定する吸気バルブ閉じ時期設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記吸気バルブ閉じ時期設定手段によって前記吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定する場合に、吸入空気量の目標値を、前記減速時燃料カットを実行する場合よりも小さい値に設定する吸入空気量目標値設定手段と、を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記燃料カット禁止条件は、前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度が上限閾値以上であること、もしくは減速時燃料カットから燃料噴射を伴う運転に復帰した時のエミッション悪化が予測されることを成立条件とすることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれかにおいて、
前記吸気バルブ閉じ時期設定手段は、前記吸気バルブの有効開度を小さくすることにより、前記吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を拡大しないように、前記吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第２乃至第４の発明のいずれかにおいて、
前記気筒内に供給される燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
前記吸入空気量目標値設定手段は、前記アルコール濃度が高いほど前記吸入空気量の目標値を小さい値に設定する設定手段と、を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、減速時燃料カットを禁止する場合に、吸気バルブの閉じ時期を、減速時燃料カットを実行する場合の吸気バルブの閉じ時期よりも下死点側に設定する。吸気バルブの閉じ時期を下死点に近づけることにより、吸気ポートへ吹き返す吹き返しガス量が減る。吹き返しガス量が減ると、燃焼室壁面等の筒内からの熱損失が減るため、圧縮端温度が上昇する。そのため、燃焼限界を拡大することができる。具体的には、燃焼速度が速くなり、燃焼期間を短くすることができるため、吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定するほど、より少ない空気量での燃焼が可能となる。よって、第１の発明によれば、減速時に燃料カットが禁止されている場合であっても、燃焼限界を拡大することにより、減速感の向上を図ることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定すると共に、吸入空気量の目標値を、減速時燃料カットを実行する場合よりも小さい値に設定する。吸気バルブの閉じ時期を下死点側に設定することによる燃焼限界の拡大により、失火を回避しつつ吸入空気量を減らすことが可能となる。吸入空気量を減らすことにより、目標空燃比に応じた燃料噴射量も減らすことができる。よって、第２の発明によれば、燃焼によるトルクを低減でき、減速感の向上を図ることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、触媒の温度が上限閾値以上である場合や、減速時燃料カットから燃料噴射を伴う運転に復帰した時のエミッション悪化が予測される場合に、減速時燃料カットを禁止することができる。よって、第３の発明によれば触媒の劣化を抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、吸気バルブの有効開度を小さくすることにより、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量の拡大を抑制することができる。バルブオーバーラップ量の拡大を抑制することにより、内部ＥＧＲ量の増大を抑制し、燃焼を安定させることができる。
【００１６】
第５の発明によれば、アルコール濃度が高いほど吸入空気量の目標値を小さい値に設定する。アルコール濃度が高いほど燃焼速度が速くなるため燃焼限界が拡大する。したがって、アルコール濃度が高いほど、減速時燃料カットを禁止する場合の吸入空気量を少なくすることで減速感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概念図である。
【図２】本発明における吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期について説明するための図である。
【図３】本発明において吸気バルブの閉じ時期を下死点に設定した場合の燃焼限界（失火限界）の拡大について説明するための図である。
【図４】本発明において吸気バルブの閉じ時期を下死点に設定した場合の燃焼限界負荷率とエンジントルクについて説明するための図である。
【図５】各運転条件における減速感について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ステップＳ１４０において設定される吸気バルブの開閉時期を説明するための図である。
【図８】エンジン回転数と吸気流量との関係をＩＶＣ毎に定めた関係マップである。
【図９】本発明の実施の形態１のシステムにおいて、減速時燃料カット要求が有る場合の第１の制御例を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１のシステムにおいて、減速時燃料カット要求が有る場合の第２の制御例を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための概念図である。
【図１２】当量比と層流火炎速度との関係を燃料物質（イソオクタン、ｎ−ヘプタン、トルエン、エタノール）毎に示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図１４】エンジン回転数と吸気流量との関係をアルコール濃度毎に定めた関係マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概念図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも称する。）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストロークエンジンである。
【００２０】
図１には１つの気筒のみが描かれているが、車両用の内燃機関１０は、一般的に複数の気筒から構成されている。各気筒には、その内部を往復運動するピストンが配置されている。各気筒のピストン上面からシリンダヘッドまでの空間は燃焼室１２を形成している。各気筒には、燃焼室１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４が配置されている。燃料として、例えばガソリンやアルコールが用いられる。各気筒には、点火プラグ１６が配置されている。また、ピストンの往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク位置、クランク角速度及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１８が取り付けられている。
【００２１】
内燃機関１０には、空気を気筒内に取り込むための吸気通路２０と、気筒内から排気ガスを排出するための排気通路２２とが接続されている。吸気通路２０の入口近傍には、吸気通路２０に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２４が取り付けられている。エアフローメータ２４の下流には、吸気通路２０を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２６が配置されている。スロットルバルブ２６の近傍にはスロットルバルブ２６の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ２７が取り付けられている。吸気通路２０の下流端には、気筒内と吸気通路２０との間を開閉する吸気バルブ（以下、各図においてＩＮ弁とも称する。）２８が配置されている。
【００２２】
排気通路２２の上流端には、気筒内と排気通路２２との間を開閉する排気バルブ３０が配置されている。排気バルブ３０の下流には、排気ガス中の所定の成分を浄化するスタート触媒（Ｓ／Ｃ）３２と、アンダーフロア触媒（ＵＦ／Ｃ）３４とが直列に配置されている。スタート触媒３２の近傍には、スタート触媒３２の床温に応じた信号を出力する温度センサ３６が取り付けられている。アンダーフロア触媒３４の近傍には、アンダーフロア触媒３４の床温に応じた信号を出力する温度センサ３８が取り付けられている。触媒３２、３４として、例えば三元触媒が用いられる。
【００２３】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したクランク角センサ１８、エアフローメータ２４、スロットル開度センサ２７、温度センサ３６、３８の他、車両のアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ５０の出力部には、上述した燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットルバルブ２６の他、可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する。）５４等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＶＶＴ５４は、少なくとも吸気バルブ２８の有効開度を変更することができる。例えば、吸気バルブ２８に作用するカムの作用角を変更することができる。カムの作用角を変更する手法として、作用角の異なる複数のカムを切り替える手法や、作用角をリニアに変更する手法が公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２５】
（燃料カット実行部）
ＥＣＵ５０は、運転状態に応じて燃料噴射弁１４による燃料噴射を停止する燃料カット（以下、Ｆ／Ｃとも称する。）を実行する燃料カット実行部を備える。燃料カット実行部には、内燃機関１０の減速時に燃料噴射弁１４による燃料噴射を停止する「減速時燃料カット」を実行する減速時燃料カット実行部が含まれる。減速時燃料カットを実行することで、燃費向上が図られる。
【００２６】
（燃料カット禁止部）
ところで、触媒３２、３４が過度の高温状態にある場合に、減速時燃料カットを実行すれば、高温状態の触媒に酸素濃度の高い排気が流入し、空燃比リーンに起因する触媒の劣化が懸念される。また、減速時燃料カットを実行後に燃料噴射を伴う運転に復帰した場合（以下、燃料カット復帰時とも称する。）を仮定し、燃料カット復帰時のエミッション悪化が予測される場合もある。そのため、ＥＣＵ５０は、触媒が高温状態である場合や、燃料カット復帰時のエミッション悪化が予測される場合などの「燃料カット禁止条件」が成立する場合に、減速時燃料カットを禁止する燃料カット禁止部を備える。
【００２７】
一方で、減速時燃料カットを禁止すれば、燃焼によるトルクが発生するため、減速時燃料カットを実行する場合に比して減速感が低下してしまう。減速感を確保するには、吸入空気量を減らせば良いが、吸入空気量を絞りすぎると、燃焼速度が遅くなり、その結果燃焼期間が長くなる。燃焼期間が長くなりすぎると、膨張行程で燃焼が完了できず失火し、未燃燃料が生じてしまう。
【００２８】
（吸入空気量目標値設定部）
そのため、ＥＣＵ５０は、減速時燃料カットを禁止中に、燃焼限界（失火限界）を下回らない、必要最小限の吸入空気量の目標値を設定する吸入空気量目標値設定部を備える。吸入空気量目標値設定部により、燃焼限界（失火限界）付近の吸入空気量の目標値が設定されると、その吸入空気量を実現するようにスロットルバルブ２６等の各種アクチュエータが制御される。制御の一つとしてアイドル回転数制御（ＩＳＣ：Idle Speed Control）が挙げられる。
【００２９】
吸入空気量目標値設定部を備えることで、吸入空気量の目標値を燃焼限界に近づけることができる。しかし、吸入空気量を絞る量の限界を拡大できるものではないため、これだけでは減速感の低下は改善されない。減速時に燃料カットが禁止されている場合に、減速感を高めるためには、燃焼限界を拡大して、吸入空気量を絞る量の限界を拡大する必要がある。
【００３０】
［実施の形態１における特徴的制御］
燃焼限界（失火限界）を拡大するためには、燃焼期間を短くすればよい。燃焼期間は、燃焼速度と伝搬距離の影響を受ける。燃焼速度に影響を与える因子には、乱れ、空燃比、温度、圧力、残留ガス割合がある。伝搬距離に影響を与える因子には、燃焼室形状、点火位置、点火点数がある。上記因子のうち空燃比は、リッチ、リーン過多にならないように制御され、残留ガス割合は、燃焼の安定を図るため低く制御される。また、伝搬距離は、物理的構成に依存するため変更は容易ではない。
【００３１】
そこで、本実施形態のシステムでは、上記因子のうち筒内温度を高めることで、燃焼期間の短縮を図り、燃焼限界を拡大することとした。具体的には、減速時燃料カットを禁止する場合に、吸気バルブ２８の閉じ時期（以下、ＩＶＣとも称する）を、それ以外の燃焼を伴う運転状態におけるＩＶＣよりも下死点（以下、ＢＤＣとも称する）側に設定することとした。好ましくはＩＶＣをＢＤＣに設定する。
【００３２】
図２は、吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の開閉時期について説明するための図である。図２の左図は、吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の開閉時期のベース設定を表している。ベース設定のＩＶＣは、下死点よりも遅角した時期に設定されている。下死点を過ぎても吸気バルブ２８が開いていると、ピストンが上昇することで、筒内に吸入した空気が吸気ポートに押し戻される。その際、筒内の熱を奪いながら空気が押し戻されるため、筒内の温度が下がる。
【００３３】
以下の説明では、本発明との比較容易のため、定常運転時や減速時燃料カット実行時におけるＩＶＣは、ベース設定と同等に設定されているものとする。しかし、定常運転時や減速時燃料カット実行時におけるＩＶＣは、これに限定されるものではなく、減速時燃料カットを禁止する場合に比して下死点から離れた時期に設定されていれば良い。また、各図面においては、ベース設定の状態を、単に「Ｂａｓｅ」とも称する。
【００３４】
図２の右図は、本実施形態のシステムにおいて、減速時燃料カットを禁止する場合における吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の開閉時期の設定を表している。図２の右図では、ＩＶＣをベース時期から進角させて下死点に設定している。下死点で吸気バルブ２８を閉じることで、吸気ポートに押し戻される空気量が減り、燃焼室壁面等の筒内からの熱損失が減るため、筒内の温度低下を抑制できる。その結果、ベース設定に比して、圧縮端温度を上昇させることができる。
【００３５】
図３は、ＩＶＣを下死点に設定した場合の燃焼限界（失火限界）の拡大について説明するための図である。図３（Ａ）は、ベース設定のＩＶＣにおいて失火を回避できる必要最小限の吸入空気量を示す図である。図３（Ｂ）は、ＩＶＣを下死点に設定した場合において失火を回避できる必要最小限の吸入空気量を示す図である。図２の右図のようにＩＶＣを下死点に設定することで、圧縮端温度が上昇し、燃焼限界が拡大される。具体的には、圧縮端温度の上昇により、上述した燃焼速度が速くなり、燃焼期間を短くすることができるため、ＩＶＣを下死点に近づけるほど、より少ない吸入空気量で燃焼が可能となる。そのため、減速時燃料カットを禁止する場合に図３（Ｂ）のようにＩＶＣを下死点に設定することで、図３（Ａ）のベース設定に比して、上述の吸入空気量目標値設定部に設定される吸入空気量の目標値を小さくすることができる。
【００３６】
図４は、ＩＶＣを下死点に設定した場合の燃焼限界負荷率とエンジントルクについて説明するための図である。図４（Ａ）は、エンジン回転数と燃焼限界負荷率との関係を示す図である。上述したようにＩＶＣを下死点に設定することで圧縮端温度が上昇するため、破線で示すベース設定よりも、実線で示す下死点閉じの方が、燃焼限界負荷率が低くなり、燃焼限界が拡大する。図４（Ｂ）は、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す図である。燃焼限界が拡大する分、吸入空気量を小さくできるため、目標空燃比を実現する燃料噴射量も少なくできる。その結果、ベース設定に比して、燃焼によるエンジントルクは低くなる。
【００３７】
図５は、各運転条件における減速感について説明するための図である。図４で説明したように、図５（ｃ）に示すＩＶＣをベース設定のまま減速時燃料カットを禁止する場合に比して、図５（ｄ）に示すＩＶＣを下死点に設定して減速時燃料カットを禁止する場合の方が、燃焼によるトルクを低くできるため、減速感を向上させることができる。
【００３８】
図６は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が随時実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１００において、減速時燃料カット（Ｆ／Ｃ）要求の有無を判定する。例えば、アクセルペダルのＯＦＦ動作による減速走行状態を示すアクセル開度センサ５２の出力値が取得された場合には、減速時燃料カット要求が有ると判定される。減速時燃料カット要求が無いと判定される場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００３９】
ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１０において、燃料カット禁止条件が成立するか否かを判定する。燃料カット禁止条件の一例として、ＥＣＵ５０は、触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｒｅｆよりも高いか否かを判定する。触媒温度は、温度センサ３６、３８の出力値に基づいて算出される。上限温度は、例えば約８００℃に設定される。
【００４０】
ステップＳ１１０において燃料カット禁止条件が成立しないと判定される場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２０において減速時燃料カットの実行を許可する。上述の燃料カット実行部は、燃料噴射弁１４による燃料噴射を停止する減速時燃料カットを実行する。これにより、好適な減速感を得つつ燃費向上を図ることができる。
【００４１】
ステップＳ１１０において燃料カット禁止条件が成立すると判定される場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１３０において燃料カットを禁止する。その結果、減速時であっても燃料カットが禁止される。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０において吸気バルブの開閉時期を設定する。ＥＣＵ５０は、ベース設定のＩＶＣよりも下死点側にＩＶＣの目標値を設定する。好ましくは、ＩＶＣの目標値を下死点に設定する。さらに好ましくは、吸気バルブ２８の有効開度を小さくすることにより、吸気バルブ２８と排気バルブ３０とのバルブオーバーラップ量を拡大しないように、ＩＶＣを下死点側に設定する。具体的には、吸気バルブ２８に作用するカムの作用角を、ベース設定に比して小さくするようにＶＶＴ５４を制御する。
【００４２】
図７は、ステップＳ１４０において設定される吸気バルブ２８の開閉時期を説明するための図である。図７の破線で示すように作用角を変更しない場合には、ＩＶＣを進角すれば吸気バルブ２８の開き時期（以下、ＩＶＯとも称する）も進角するためバルブオーバーラップ量が拡大してしまう。そこで、本発明においては、図７の実線で示すように、ＩＶＣを下死点側に進角させつつ、ＩＶＯはベース設定から変更しないように作用角を小さくする。バルブオーバーラップ量の拡大を防ぐことにより、内部ＥＧＲ量の増大を防ぎ、安定した燃焼を確保できる。
【００４３】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、吸入空気量の目標値を設定する。図８は、エンジン回転数と吸気流量との関係をＩＶＣ毎に定めた関係マップである。図８には、ＩＶＣをベース設定に比して下死点側で閉じるほど、同一エンジン回転数における吸気流量を少なく設定できる傾向が示されている。図８に示す吸気流量は、吸入空気量目標値設定部が設定する燃焼限界を下回らない必要最小限の吸入空気量に対応する量である。ＥＣＵ５０は、図８に相当する関係マップを記憶しており、この関係マップからエンジン回転数とＩＶＣとに応じた吸入空気量の目標値を取得する。なお、エンジン回転数はＩＳＣ制御によりアイドル回転数以上であるものとする。取得した吸入空気量の目標値に基づいて目標空燃比に応じた燃料噴射量の目標値や点火時期の目標値を設定する。設定された吸入空気量の目標値、燃料噴射量の目標値、点火時期の目標値に基づいてスロットルバルブ２６、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６等のアクチュエータが制御される。
【００４４】
次に、図９、図１０を用いて、図６の制御ルーチンによる２つの制御例について説明する。図９は、減速時燃料カット要求が有る場合の第１の制御例を説明するためのタイムチャートである。図９のタイムチャートでは、触媒劣化抑制制御（図９（Ｇ））が実行され、その後燃料カットが実行（図９（Ｉ））されている。図９（Ａ）〜図９（Ｊ）中、実線は「最良設定」を、破線は「比較設定」を示している。
【００４５】
時刻ｔ１において、ステップＳ１１０の処理により、図９（Ａ）に示すように触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｒｅｆよりも高いと判定されると、ステップＳ１３０の処理により燃料カットが禁止される。
【００４６】
時刻ｔ２において、ステップＳ１４０の処理により、ＩＶＣと吸気バルブ２８に作用するカムの作用角が設定される。最良設定（実線）及び比較設定（破線）は、共に、減速時燃料カットを禁止する場合にＩＶＣをベース設定に比して下死点側に設定するものであるが、特に、最良設定では、ＩＶＣを下死点に設定する（図９（Ｂ））。加えて、最良設定では、ＩＶＣを下死点まで進角させつつ、ＩＶＯはベース設定を維持するように吸気バルブ２８に作用するカムの作用角を小さく設定する。（図９（Ｃ））。一方、比較設定は、最良設定との比較のためのものであり、ＩＶＣは最良設定に比して遅角側に設定され（図９（Ｂ））、カムの作用角はベース設定のままである（図９（Ｃ））。
【００４７】
さらに、時刻ｔ２において、ステップＳ１５０の処理により、吸入空気量の目標値を関係マップから取得し設定する。ＩＶＣを下死点側に設定するほど、燃焼限界を拡大できるため、燃焼限界を下回らない必要最小限の吸入空気量の目標値を小さくできる。そのため、最良設定では比較設定に比して、図９（Ｄ）に示すようにＩＳＣ制御量を小さくできる。時刻ｔ３において、図９（Ｆ）に示すように目標スロットル開度にＩＳＣ制御量を加えた最終スロットル開度を設定する。最良設定では比較設定に比して最終スロットル開度を小さくできる。
【００４８】
時刻ｔ５において、触媒温度が触媒劣化のおそれのない温度まで低下すると（図９（Ａ））、ＩＶＣ及びカムの作用角がベース設定に戻される（図９（Ｂ））。その後、時刻ｔ７において、エンジン回転数が燃焼を維持できない回転数（例えば、アイドル回転数以下）になると（図９（Ｈ））、触媒劣化抑制制御フラグがＯＦＦに設定され（図９（Ｇ））、ステップＳ１２０の処理により、燃料カットが実行される（図９（Ｉ））。
【００４９】
以上説明したように、図６に示す制御ルーチンによれば、減速時に燃料カットが禁止されている場合であっても、ＩＶＣを下死点側に設定することで燃焼限界を拡大し、拡大した燃焼限界を下回らないように必要最小限の吸入空気量を設定することで、燃焼によるトルクを減らし、減速感を向上させることができる。
【００５０】
図１０は、減速時燃料カット要求が有る場合の第２の制御例を説明するためのタイムチャートである。図１０を用いて、図６に示す制御ルーチンによりＩＶＣを下死点側に設定することによる更なる効果について説明する。図１０は、ＩＶＣを下死点側に設定する方が、燃焼限界が拡大するため、触媒劣化抑制制御を長期間実行でき、燃料カットの実行を遅らせることが可能となることを説明するための図である。図９と同様の点については説明を省略する。
【００５１】
触媒の劣化が懸念される高温状態であっても、失火を伴う状況下では減速時燃料カットを禁止できず、燃料カットを実行するところ、図１０（Ｂ）に示すように、最良設定では、比較設定に比して燃焼限界が拡大されるため、減速時燃料カットを禁止できる期間をより長く設定できる。その分、図１０（Ｇ）に示すように、触媒劣化抑制制御を長期間実行できる。その結果、図１０（Ｉ）に示すように、燃料カットの実行時期を遅らせることができる。
【００５２】
このように、上述した図６に示す制御ルーチンによれば、ＩＶＣを下死点側に設定することで、極低負荷での燃料カット禁止領域が拡大し、従来、触媒が高温状態にも関わらず、燃料カットを禁止できなかった領域での燃料カットの禁止が可能となる。そのため、図１０に示すように、燃料カットの実行を遅らせることが可能となり、触媒劣化を抑制することができる。
【００５３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、図６のステップＳ１１０で、触媒の温度を温度センサ３６、３８の出力値に基づいて算出することとしているが、これに限定されるものではない。温度センサを用いずに、触媒の温度を運転状態の履歴等に基づいて推定することとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００５４】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、図６のステップＳ１１０で、燃料カット禁止条件として、触媒温度Ｔｓｃが上限温度Ｔｓｃｒｅｆよりも高いことを条件としているが、これに限定されるものではない。燃料カット復帰後のエミッション悪化が懸念される条件を燃料カット禁止条件としても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００５５】
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態１のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００５６】
尚、上述した実施の形態１においては、燃料噴射弁１４が前記第１の発明における「燃料噴射弁」に、ＥＣＵ５０の燃料カット実行部が前記第１の発明における「燃料カット実行手段」に、ＥＣＵ５０の吸入空気量目標値設定部が前記第２の発明における「吸入空気量目標値設定手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料カット禁止手段」が、上記ステップＳ１４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「吸気バルブ閉じ時期設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５７】
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図１１〜図１４を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１３の制御ルーチンを実行させることで実現することができる。
【００５８】
図１１は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための概念図である。図１１に示す構成は、図１の構成に加えてアルコール濃度センサ５６を備えている。アルコール濃度センサ５６は、燃料噴射弁１４への燃料供給経路に設けられ、アルコール含有燃料（例えば、ガソリンとエタノールとの混合燃料）のアルコール濃度に応じた信号を出力する。アルコール濃度センサ５６は、ＥＣＵ５０の入力部に接続されている。
【００５９】
［実施の形態２における特徴的制御］
図１２は、当量比（Equivalence ratio）と層流火炎速度（Laminar burning velocity）との関係を燃料物質（イソオクタン、ｎ−ヘプタン、トルエン、エタノール）毎に示した図である。図１２に示すように、エタノールは、他のガソリン含有物に比して層流火炎速度が速いという特徴がある。そのため、エタノール濃度が高いほど、燃焼限界を下回らない必要最小限の吸入空気量を少なくできる。
【００６０】
そこで、本実施形態のシステムでは、減速時燃料カットを禁止する場合に、エタノール濃度に応じて、吸入空気量の目標値を調整することで、減速感の向上と触媒劣化の抑制を図ることとした。
【００６１】
基本的にＩＶＣを下死点側に設定して、吸入空気量を減らす分、燃料噴射量も減らすが、理論空燃比はエタノール濃度が高いほど小さい値（ガソリン１００％（Ｅ０）で１４．６、エタノール１００％（Ｅ１００）で９．０）になるため、エタノール濃度が高いほど吸入空気量に対する燃料噴射量の割合を高める点も加味して燃料噴射量を設定する。好ましくはストイキ近傍で燃焼速度が速くなる少しリッチな目標空燃比を設定する。
【００６２】
図１３は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンは、ステップＳ１４０の処理後にステップＳ２００の処理が追加されている点、および、ステップＳ１５０の処理がステップＳ２１０に置き換えられている点を除き、図６に示すルーチンと同様である。以下、図１３において、図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６３】
図１３に示すルーチンでは、ステップＳ１４０の処理後に、ＥＣＵ５０は、アルコール濃度センサ５６の出力値に基づいて燃料のアルコール濃度を検出する（ステップＳ２００）。
【００６４】
ステップＳ２１０において、ＥＣＵ５０は、吸入空気量の目標値を設定する。図１４は、エンジン回転数と吸気流量との関係をアルコール濃度毎に定めた関係マップである。図１４には、アルコール濃度が高いほど、同一エンジン回転数における吸気流量を少なく設定できる傾向が示されている。図１４に示す吸気流量は、吸入空気量目標値設定部が設定する燃焼限界を下回らない必要最小限の吸入空気量に対応する量である。図１４は、所定のＩＶＣにおけるマップであるが、実際には、ＥＣＵ５０は、ＩＶＣ毎に図１４に相当する関係マップを予め記憶しており、この関係マップからＩＶＣとエンジン回転数とアルコール濃度とに応じた吸入空気量の目標値を取得する。取得した吸入空気量の目標値に基づいて目標空燃比に応じた燃料噴射量の目標値や点火時期の目標値を設定する。なお、エタノール濃度が高くなるほど理論空燃比が小さい値になるため、エタノール濃度が高いほど吸入空気量に対する燃料噴射量の割合を高める。設定された吸入空気量の目標値、燃料噴射量の目標値、点火時期の目標値に応じてスロットルバルブ２６、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６等のアクチュエータが制御される。
【００６５】
以上説明したように、図１３に示す制御ルーチンによれば、上述した実施の形態１の効果に加えて、アルコール濃度に応じて燃焼限界を下回らない必要最小限の吸入空気量を設定でき、減速感を向上させることできる。
【００６６】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、図１３のステップＳ２００で、アルコール濃度をアルコール濃度センサ５６の出力値に基づいて燃料のアルコール濃度を検出しているが、これに限定されるものではない。アルコール濃度を各種センサの出力値から推定することとしても良い。
【００６７】
尚、上述した実施の形態２においては、アルコール濃度センサ５６が前記第５の発明における「アルコール濃度取得手段」に相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「設定手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００６８】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  燃焼室
１４  燃料噴射弁
１６  点火プラグ
１８  クランク角センサ
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  エアフローメータ
２６  スロットルバルブ
２７  スロットル開度センサ
２８  吸気バルブ（ＩＮ弁）
３０  排気バルブ
３２  スタート触媒
３４  アンダーフロア触媒
３６、３８  温度センサ
５０  ＥＣＵ
５２  アクセル開度センサ
５４  可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）
５６  アルコール濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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