(57)【要約】【課題】  アトキンソンサイクルが行なわれるエンジンにおいて、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角せずに、ノッキングを抑制する。【解決手段】  ＥＣＵは、ノッキングが検出された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、吸気バルブおよび排気バルブのオーバーラップ量を維持したまま、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを進角するステップ（Ｓ１０４）を含む、プログラムを実行する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の制御装置であって、
ノッキングを検出するための検出手段と、
ノッキングが検出された場合、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせた状態で、前記吸気バルブの開弁時期および前記排気バルブの閉弁時期を進角するように、前記吸気バルブおよび排気バルブを制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、吸気バルブの開弁時期および排気バルブの閉弁時期を同じだけ進角するように、前記吸気バルブおよび排気バルブを制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸気バルブの閉弁時期は、開弁時期が進角されることにより進角され、
前記制御装置は、前記吸気バルブの閉弁時期が予め定められた値よりも進角側である場合においてノッキングが検出された場合、前記内燃機関における点火時期を遅角するための手段をさらに含む、請求項１または２に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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を変更してノッキングの発生を抑制する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関において発生するノッキングを抑制する様々な方法が提案されている。特開平１１−３２４７６２号公報（特許文献１）は、吸気弁の閉弁タイミングを遅角するノッキング制御装置を開示する。特許文献１に記載のノッキング制御装置は、ノッキング発生時に吸気弁の閉弁時期を遅角する閉弁時期遅角部と、閉弁時期遅角部により吸気弁の閉弁時期が遅角された後においても依然としてノッキングが発生している時には点火時期を遅角する点火時期遅角部とを含む。
【０００３】
この公報に記載のノッキング制御装置によれば、ノッキングが発生すると、閉弁時期遅角部が吸気弁の閉弁時期を遅角して吸気充填効率を低下させることにより、燃焼圧を下げてノッキングを抑制する。その後においても依然としてノッキングが発生している時には点火時期遅角部が点火時期を遅角するようになっている。こうしてノッキングが抑制されれば、短時間でのノッキング抑制が可能であることに加えて過剰に吸気弁の閉弁時期が遅角されることはなく、機関出力が不必要に低下することは防止される。
【特許文献１】特開平１１−３２４７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の燃焼サイクルには、圧縮工程よりも膨張行程を長くして、効率良くエネルギを取り出すアトキンソン（ミラー）サイクルがある。このようなアトキンソンサイクルにおいては、下死点よりも大幅に遅いクランク角において吸気バルブが閉じられる。すなわち、アトキンソンサイクルにおいては、吸気バルブの閉弁時期の遅角量が通常時（ノッキング不発生時）においてすでに大きいため、ノッキングを抑制するために閉弁時期をさらに遅角することが適切でない場合がある。また、吸気バルブの閉弁時期の遅角量が大きい状態では燃焼が安定し難く、トルク変動が大きいため、さらなる出力低下を招くおそれがある点火時期の遅角によりノッキングを抑制することは適切ではない場合がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、アトキンソンサイクルを行なう内燃機関においてノッキングを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、ノッキングを検出するための検出手段と、ノッキングが検出された場合、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせた状態で、吸気バルブの開弁時期および排気バルブの閉弁時期を進角するように、吸気バルブおよび排気バルブを制御するための制御手段とを含む。
【０００７】
第１の発明によると、ノッキングが検出された場合、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせた状態で、吸気バルブの開弁時期および排気バルブの閉弁時期が進角される。吸気バルブの開弁時期が進角されることにより、筒内に空気が吸入される時期が早められ、より多くの空気が筒内に吸入される。吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップしているため、筒内に吸入された空気によりより多くの排気ガス（燃焼ガス）が筒外に押し出される。このとき、吸気バルブの開弁時期とともに排気バルブの閉弁時期を進角することにより、オーバーラップ量が必要以上に増加することが抑制される。これにより、筒外に押し出された排気ガスが、排気ポートから筒内に吹き返すことを抑制することができる。そのため、内部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)量を低減して、吸気バルブの閉弁時期を遅角させることなく筒内温度を低くし、点火時期を遅角することなくノッキングを抑制することができる。その結果、アトキンソンサイクルが行なわれる内燃機関においてノッキングを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【０００８】
第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加え、吸気バルブの開弁時期および排気バルブの閉弁時期を同じだけ進角するように、吸気バルブおよび排気バルブを制御するための手段を含む。
【０００９】
第２の発明によると、吸気バルブの開弁時期および排気バルブの閉弁時期が同じだけ進角される。これにより、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ量を維持し、筒外に押し出された排気ガスが、排気ポートから筒内に吹き返すことを抑制することができる。そのため、内部ＥＧＲ量の増大を抑制し、筒内温度の上昇を抑制してノッキングの発生を抑制することができる。
【００１０】
第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１または２の発明の構成に加え、吸気バルブの閉弁時期は、開弁時期が進角されることにより進角される。吸気バルブの閉弁時期が予め定められた値よりも進角側である場合において、ノッキングが検出された場合、内燃機関における点火時期を遅角するための手段をさらに含む。
【００１１】
第３の発明によると、吸気バルブの閉弁時期は、開弁時期が進角されることにより進角される。吸気バルブの閉弁時期が十分に進角されると、アトキンソンサイクルにおいて吸気ポートに戻される吸気量が減り、内燃機関のトルク変動が小さくなる。よって、点火時期の遅角による出力低下がドライバビリティに与える影響が小さい。したがって、吸気バルブの開弁時期の進角量が予め定められた値である場合において、ノッキングが検出された場合、点火時期が遅角される。これにより、内燃機関の出力低下による影響を抑制しつつ、ノッキングを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１３】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。
【００１４】
エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はモータにより駆動される電機制御式スロットルバルブである。
【００１５】
空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。
【００１６】
燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。
【００１７】
シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。
【００１８】
シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は吸気バルブ１１８により制御され、シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動され、排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。
【００１９】
吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０は、カム１２２およびカム１２４に設けられたＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構により、開閉タイミングが制御される。本実施の形態においては、カム１２２およびカム１２４がＶＶＴ機構により回転されることにより、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングが制御される。なお、開閉タイミングを制御する方法はこれに限らない。また、ＶＶＴ機構には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００２０】
ＥＣＵ２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸排気バルブの開閉タイミングなどを制御する。ＥＣＵ２００は、カム角センサ３００からカムの位置を表す信号が、クランク角センサ３０２からクランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号が、ノックセンサ３０４からエンジン１００の振動の強度を表す信号が入力される。
【００２１】
ＥＣＵ２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。本実施の形態において、ＥＣＵ２００はノックセンサ３０４から送信された信号に基づいてノッキングの発生を検出し、ノッキングの発生が検出された場合は、吸排気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００２２】
図２を参照して、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングについて説明する。吸気バルブ１１８の閉弁時期は、予め定められた運転状態（たとえば低負荷領域）において、燃焼サイクルがアトキンソンサイクルになるように、ＢＤＣ（Bottom Dead Center）から大幅に遅角されたクランク角度になる。このときのクランク角度は、たとえばＡＢＤＣ(After Bottom Dead Center)７０度〜ＡＢＤＣ１００度程度に設定される。
【００２３】
また、吸気バルブ１１８の開弁期間と排気バルブ１２０の閉弁期間とがオーバーラップするように、吸気バルブ１１８の開弁タイミングは、排気バルブ１２０の閉弁タイミングよりも早い。
【００２４】
図３を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。
【００２５】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが検出されたか否かを判別する。ノッキングが検出されたか否かを判別する方法は、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。ノッキングが検出された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００２６】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、吸気バルブ１１８の開弁タイミングがしきい値よりも進角側にあるか否かを判別する。吸気バルブ１１８の開弁タイミングがしきい値よりも進角側にある場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理は１０４に移される。なお、しきい値は、たとえばＡＢＤＣ７０度程度に設定される。
【００２７】
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングを同じ角度だけ進角する。すなわち、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０のオーバーラップ量を維持したまま、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングを進角する。Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。
【００２８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。
【００２９】
エンジン１００の運転中、ノッキングが検出されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、吸気バルブ１１８の開弁タイミングがしきい値よりも進角側にあるか否かが判別される（Ｓ１０２）。
【００３０】
吸気バルブ１１８の開弁タイミングがしきい値よりも遅角側にある場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、ピストンの上昇により筒内から吸気ポートに戻される空気量が多いため、トルクが安定しない状態であるといえる。このような状態において点火時期を遅角すると、さらなる出力低下を招き、ドライバビリティに悪影響を与え得る。したがって、この場合は、図４に示すように、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０のオーバーラップ量を維持しつつ、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングが進角される（Ｓ１０４）。
【００３１】
吸気バルブ１１８の開弁時期が進角されることにより、筒内に空気が吸入される時期が早められ、より多くの空気が筒内に吸入される。吸気バルブ１１８の開弁期間と排気バルブ１２０の開弁期間とをオーバーラップしているため、筒内に吸入された空気によりより多くの排気ガス（燃焼ガス）が筒外に押し出される。このとき、オーバーラップ量が維持されるため、オーバーラップ量が必要以上に増大されることによる排気ガスの吹き返しを抑制することができる。そのため、内部ＥＧＲ量を低減して筒内温度を低くし、ノッキングを抑制することができる。
【００３２】
開閉タイミングの進角は、ノッキングが検出されるたびに行なわれる。吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０の開閉タイミングを進角してもノッキングが消えず、進角量が大きくなった状態では、アトキンソンサイクルにおいて、筒内から吸気ポートに戻される空気量が減少する。そのため、内燃機関のトルク変動が小さくなる。この場合、点火時期の遅角により出力が低下しても、ドライバビリティに与える影響が小さい。
【００３３】
したがって、開閉タイミングの進角量が大きくなり、吸気バルブ１１８の開弁タイミングがしきい値よりも進角側にある場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、ノッキングを抑制するために点火時期が遅角される（Ｓ１０６）。これにより、出力低下がドライバビリティに与える影響を抑制しつつ、ノッキングを抑制することができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、ノッキングが検出された場合、吸気バルブおよび排気バルブのオーバーラップ量を維持しつつ、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングが進角される。吸気バルブの開弁時期が進角されることにより、筒内に空気が吸入される時期が早められ、より多くの空気が筒内に吸入される。吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップしているため、筒内に吸入された空気によりより多くの排気ガス（燃焼ガス）が筒外に押し出される。このとき、吸気バルブの開弁時期とともに排気バルブの閉弁時期を進角することにより、オーバーラップ量が必要以上に増加することが抑制される。これにより、筒外に押し出された排気ガスが、排気ポートから筒内に吹き返すことを抑制することができる。そのため、内部ＥＧＲ量を低減して筒内温度を低くし、ノッキングを抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、オーバーラップ量を維持して吸排気バルブの開閉タイミングを進角させていたが、ノッキングの抑制やドライバビリティに与える影響が少ない許容範囲内において、オーバーラップ量を増加もしくは減少して、吸排気バルブの開閉タイミングを進角するようにしてもよい。
【００３６】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが搭載された車両のエンジンを示す概略構成図である。
【図２】吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを示す図（その１）である。
【図３】図１のＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図４】吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  エンジン、１０２  エアクリーナ、１０４  スロットルバルブ、１０６  シリンダ、１０８  インジェクタ、１１０  点火プラグ、１１２  三元触媒、１１４  ピストン、１１６  クランクシャフト、１１８  吸気バルブ、１２０  排気バルブ、１２２，１２４  カム、３００  カム角センサ、３０２  クランク角センサ、３０４  ノックセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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