(57)【要約】【課題】燃焼室から吸気通路側へ向かう圧力波によって発生する異音を抑制し得る内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】燃焼室１１に連通する吸気通路２０及び排気通路３０と、吸気バルブ１３と、排気バルブ１４と、を有し、前記排気バルブ１４の駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構１４ａが用いられた内燃機関Ａの制御装置５０であって、前記可変バルブ駆動機構１４ａを制御して、前記内燃機関のクランクシャフト１５の回転運動に対する前記排気バルブ１４の開閉タイミングの位相を調整する排気バルブ制御部５２と、前記吸気通路２０に配設された遮音バルブ２４の開度を制御する遮音バルブ制御部５３を備え、前記遮音バルブ制御部５３は、前記排気バルブ制御部５２が前記排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路との間を開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と前記排気通路との間を開閉する排気バルブと、を有し、前記排気バルブの駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構が用いられた内燃機関の制御装置であって、
前記可変バルブ駆動機構を制御して、前記内燃機関のクランクシャフトの回転運動に対する前記排気バルブの開閉タイミングの位相を調整する排気バルブ制御部と、
前記吸気通路に配設された遮音バルブの開度を制御する遮音バルブ制御部と、を備え、
前記遮音バルブ制御部は、前記排気バルブ制御部が前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御する
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遮音バルブ制御部は、
前記排気バルブ制御部が前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させる前に、前記遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御し、
前記排気バルブ制御部が前記排気バルブの開閉タイミングを吸気行程側に戻すよりも前に、前記遮音バルブを開度が大きくなる方向に制御する
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。
【請求項３】
前記遮音バルブ制御部は、
排気行程と吸気行程の間の圧縮上死点における前記燃焼室の圧力に基づいて、前記遮音バルブの開度を決定し、当該開度となるように前記遮音バルブを制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記遮音バルブ制御部は、
前記排気バルブの開閉タイミングの進角量に基づいて、前記遮音バルブの開度を決定し、当該開度となるように前記遮音バルブを制御する
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、自己着火式の内燃機関である
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関が冷間運転の状態のとき、
前記排気バルブ制御部は、前記排気バルブの開閉タイミングが膨張行程側に進角するように、前記可変バルブ駆動機構を制御し、
前記遮音バルブ制御部は、開度が小さくなる方向に前記遮音バルブを制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関が冷間運転の状態のとき、
前記排気バルブ制御部は、前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させた後、当該進角させる量が段階的に小さくなるように前記可変バルブ駆動機構を制御し、
前記遮音バルブ制御部は、前記遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御した後、当該開度が段階的に大きくなるように前記遮音バルブを制御する
ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路との間を開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と前記排気通路との間を開閉する排気バルブと、を有し、前記排気バルブの駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構が用いられた内燃機関の制御方法であって、
前記可変バルブ駆動機構を制御して、前記内燃機関のクランクシャフトの回転運動に対する前記排気バルブの開閉タイミングの位相を調整する処理と、
前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記吸気通路に配設された遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御する処理と、
を備える内燃機関の制御方法。
【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及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気ガス規制の強化に伴い、エンジンの冷却水温や潤滑油温が低い冷間運転中においても、排気エミッションを低減させる要請がある。
【０００３】
特許文献１では、かかる要請に応えるべく、冷間運転時に排気バルブの開閉タイミングを進角させる（クランクシャフトの回転運動に対する排気バルブの開閉タイミングの位相を膨張行程側に早期化することを意味する。以下同じ。）ことによって、ＮＯｘの低減、排気浄化装置の触媒の早期活性化、暖機時間の短縮等を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３２１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように排気バルブの開閉タイミングを進角させた場合、エンジンの外部に異音が生ずるという問題が生じる。
【０００６】
図１は、かかる問題について説明する図である。
【０００７】
図中の点線Ｌ１は進角させる前における排気バルブのリフト曲線、太い点線Ｌ２は進角させた後の排気バルブのリフト曲線、一点鎖線Ｌ３は吸気バルブのリフト曲線、実線Ｌ４は排気バルブの開閉タイミングを進角させた場合の燃焼室内の圧力の挙動を示している。
【０００８】
図１に示すように、排気バルブの開閉タイミングを進角させた場合には、吸気バルブと排気バルブとが同時に開いているオーバーラップ量が少なくなっており、吸気バルブと排気バルブとが同時に閉じているタイミング等において、燃焼室内で燃焼ガス等の圧縮状態が発生している。かかる状態の燃焼室内の圧力は、排気バルブの開閉タイミングを進角させない場合よりも高くなっているため、吸気バルブが開いた際には、燃焼室内の残留ガス等が、当該燃焼室内の圧力によって吸気側へ吹き返すことになる。その結果、燃焼室から吸気通路側へ向かう圧力波が発生し、この圧力波が、エンジンが外部から空気を吸入する吸気口付近まで到達することによって、エンジンの外部に異音が発生する。
【０００９】
このような異音は、車両の運転者等に不快感を与えることにつながる。特に、ディーゼルエンジンの場合には、ガソリンエンジンよりも燃焼室の圧縮比を高くするため、かかる圧力波が大きくなり、エンジンの外部に生ずる異音も大きくなる傾向にある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼室から吸気通路側へ向かう圧力波によって発生する異音を抑制し得る内燃機関の制御装置及び制御方法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】
【００１１】
前述した課題を解決する主たる本発明は、燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路との間を開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と前記排気通路との間を開閉する排気バルブと、を有し、前記排気バルブの駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構が用いられた内燃機関の制御装置であって、前記可変バルブ駆動機構を制御して、前記内燃機関のクランクシャフトの回転運動に対する前記排気バルブの開閉タイミングの位相を調整する排気バルブ制御部と、前記吸気通路に配設された遮音バルブの開度を制御する遮音バルブ制御部と、を備え、前記遮音バルブ制御部は、前記排気バルブ制御部が前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御する内燃機関の制御装置である。
【００１２】
又、燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と前記吸気通路との間を開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と前記排気通路との間を開閉する排気バルブと、を有し、前記排気バルブの駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構が用いられた内燃機関の制御方法であって、前記可変バルブ駆動機構を制御して、前記内燃機関のクランクシャフトの回転運動に対する前記排気バルブの開閉タイミングの位相を調整する処理と、前記排気バルブの開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記吸気通路に配設された遮音バルブを開度が小さくなる方向に制御する処理と、を備える内燃機関の制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気バルブの開閉タイミングを進角させるときに、燃焼室から吸気通路側へ向かう圧力波を、スロットルバルブによって遮蔽することができ、その結果、当該圧力波によって生ずる異音を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エンジンの外部に生ずる異音について説明する図
【図２】第１の実施形態に係るディーゼルエンジンの全体構成の一例を示す図
【図３】第１の実施形態に係る排気バルブ及びスロットルバルブの制御フローの一例を示す図
【図４】第２の実施形態に係る排気バルブの進角量及びスロットルバルブの開度を設定するための制御マップの一例を示す図
【図５】第２の実施形態に係る制御マップの排気バルブの進角量に対応する位相の位置を示す図
【図６】第２の実施形態に係る排気バルブ及びスロットルバルブの制御フローの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、図２、図３を参照して、第１の実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の構成について説明する。本実施形態では、内燃機関の一例として、自己着火式の内燃機関（以下、ディーゼルエンジンとも言う）について説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態に係るディーゼルエンジンの全体構成の一例を示す図である。
【００１７】
本実施形態に係るディーゼルエンジン（内燃機関）Ａは、エンジン本体１０（燃焼室１１、燃料噴射装置１２、吸気バルブ１３、排気バルブ１４、吸気バルブ駆動機構１３ａ、排気バルブ駆動機構１４ａ、クランクシャフト１５）、吸気通路２０、排気通路３０、エアクリーナー２１、ターボチャージャー２２、インタークーラー２３、吸気スロットルバルブ２４（本発明の「遮音バルブ」に相当）、外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置３１、排気浄化装置３２、各種センサー４１〜４６、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を含んで構成される。
【００１８】
吸気通路２０は、上流側の吸気口２０ａから新気（空気）を吸入し、燃焼室１１に当該新気を導入する流路である。吸気通路２０には、上流側の吸気口２０ａから燃焼室１１にかけて、順に、エアクリーナー２１、ターボチャージャー２２のコンプレッサー、インタークーラー２３、吸気スロットルバルブ２４が設けられている。
【００１９】
排気通路３０は、燃焼室１１から排出される燃焼後の排気ガスを、エンジンＡの外部に排出する流路である。排気通路３０には、燃焼室１１から排気口（図示せず）にかけて、順に、外部ＥＧＲ装置３１、ターボチャージャー２２のタービン、排気浄化装置３２が設けられている。
【００２０】
エアクリーナー２１は、吸気口２０ａから吸入された空気が導入され、当該空気から不純物質を除去してターボチャージャー２２の側に送り出す。
【００２１】
ターボチャージャー２２は、吸気通路２０側に設けられたコンプレッサーと、排気通路３０側に設けられたタービンと、タービンとコンプレッサーとを接続する軸部材を含んで構成される。ターボチャージャー２２は、排気通路３０の排気ガスの圧力を利用してタービンを回転させる。そして、ターボチャージャー２２は、タービンの回転運動によって、同軸上のコンプレッサーを動作させ、エアクリーナー２１から流入する空気を圧縮して、吸気通路２０のインタークーラー２３の側に送り出す。
【００２２】
インタークーラー２３は、ターボチャージャー２２から送り出された圧縮された空気を冷却して、燃焼室１１側に流通させる。
【００２３】
吸気スロットルバルブ２４は、バルブの開度を制御することによって、吸気通路２０を通流する空気の量を調整する。又、吸気スロットルバルブ２４は、バルブの開度を制御することによって、吸気通路２０の開度を調整し、上記した燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波を遮蔽する（詳細は後述する）。吸気スロットルバルブ２４は、例えば、電子制御式のバタフライバルブであって、ＥＣＵ５０からの制御信号ｓｃに応じて、当該バタフライバルブに連結する直流モータが駆動することによって当該バタフライバルブの開度を制御する。尚、吸気スロットルバルブ２４は、全開状態と全閉状態の間で開度を連続的に制御することができる。
【００２４】
ここでは、吸気スロットルバルブ２４は、吸気通路２０のインタークーラー２３の下流側で、且つ、吸気通路２０とＥＧＲ管３１ａとの接続部の上流側に配設されている。つまり、吸気スロットルバルブ２４は、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波が、インタークーラー２３よりも上流側に向かうことを抑制する。
【００２５】
外部ＥＧＲ装置３１は、排気通路３０を流れる排気ガスの一部を吸気通路２０に環流させる。外部ＥＧＲ装置３１は、ＥＧＲ通路３１ａ、ＥＧＲクーラー３１ｂ、及びＥＧＲバルブ３１ｃを含んで構成される。ここで、ＥＧＲ通路３１ａは、排気通路３０と吸気通路２０とを連通し、燃焼室１１から排気通路３０に排気される排気ガスを、吸気通路２０の側に流通させる。ＥＧＲクーラー３１ｂは、ＥＧＲ通路３１ａを流通するＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲバルブ３１ｃは、ＥＧＲ通路３１ａを流通するＥＧＲガスの流量を調整する。
【００２６】
排気浄化装置３２は、排気通路３０内に設けられた不純物除去・フィルターであり、酸化触媒、ディーゼル・パティキュレイト・フィルター（ＤＰＦ）、選択的還元触媒（ＳＣＲ）等を含んで構成される。
【００２７】
エンジン本体１０は、燃焼室１１、燃料噴射装置１２、吸気バルブ１３、吸気バルブ駆動機構１３ａ、排気バルブ１４、排気バルブ駆動機構１４ａ、クランクシャフト１５を含んで構成される。尚、ここでの詳細な説明は省略するが、本実施形態に係るディーゼルエンジンＡは、４気筒エンジンであり、吸気通路２０は、吸気マニホールド（図示せず）を介して四つの燃焼室１１に分岐し、排気通路３０は、当該四つの燃焼室１１から排気マニホールド（図示せず）を介して合流する構成となっている。
【００２８】
燃焼室１１は、シリンダ内のピストンの上面に形成されており、燃焼室１１内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、燃焼ガスの排気行程が繰り返し行われることよって、ピストンが往復動し、当該ピストンに連結するクランクシャフト１５が回動する。
【００２９】
燃料噴射装置１２は、燃焼室１１内が、高温高圧となるピストンの圧縮上死点の近傍で、燃焼室１１内に、燃料を噴射する。燃料噴射装置１２は、燃料噴射ノズルの先端が燃焼室１１内に配設されるように燃焼室１１の上部に設置されている。燃料噴射装置１２は、電磁ソレノイドを制御することによって、当該燃料噴射ノズルから燃焼室１１に燃料を噴射する。
【００３０】
吸気バルブ１３は、吸気通路２０の吸気ポートに設けられ、吸気通路２０を開閉する動作をすることによって、吸気通路２０から燃焼室１１内へ空気を導入する。吸気バルブ１３は、シリンダの上方に設けられる吸気バルブ駆動機構１３ａにより駆動されて、吸気通路２０を開閉する動作を行う。
【００３１】
吸気バルブ駆動機構１３ａは、例えば、クランクシャフト１５の回転運動に連動するカム機構である。吸気バルブ駆動機構１３ａは、クランクシャフト１５が回動するに応じて、当該回転動力がタイミングベルト（図示せず）を介してカムシャフト（図示せず）に伝達され、カムシャフトに付されたカムが吸気バルブ１３を周期的に押し下げることによって、吸気通路２０を開閉するように往復動する構成となっている。
【００３２】
排気バルブ１４は、排気通路３０の排気ポートに設けられ、排気通路３０を開閉する動作をすることによって、燃焼室１１から排気通路３０へ排気ガスを排出する。排気バルブ１４は、シリンダの上方に設けられる排気バルブ駆動機構１４ａにより駆動されて、排気通路３０を開閉する動作を行う。
【００３３】
排気バルブ駆動機構１４ａは、吸気バルブ駆動機構１３ａと同様のカム機構を有するとともに、ＥＣＵ５０からの制御信号によって、排気バルブ１４の開閉タイミングを任意に制御し得る可変バルブ駆動機構となっている。
【００３４】
排気バルブ駆動機構１４ａとしては、例えば、ベーン式可変バルブ駆動機構を用いることができる。ベーン式可変バルブ駆動機構は、クランクシャフト１５の回転運動に対するカムシャフトの回転位相を変化させて、排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させたり、吸気行程側に戻したりする。尚、ベーン式可変バルブ駆動機構は、カムシャフトに連結したロータと、当該ロータを収納し、クランクシャフト１５と連動するハウジングと、当該ハウジングと当該ロータの間に形成された進角室及び遅角室における油の油圧を制御するオイルコントロールバルブを含んで構成される。そして、オイルコントロールバルブが、当該進角室及び遅角室における油の油圧を制御することによって、当該ハウジングに対する当該ロータの回転位相を前後にシフトさせるものである。排気バルブ駆動機構１４ａは、かかる構成によって、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角側又は遅角側に連続的に変化させる。
【００３５】
尚、排気バルブ１４を駆動する可変バルブ駆動機構としては、ベーン式に限定されず、カム切り替え式、電動モーター式、又は、カムレス式等の機構を用いてもよい。又、可変バルブ駆動機構は、排気バルブ１４の開閉タイミングの位相に加えて、排気バルブ１４のリフト量等も調整可能にしてもよい。又、吸気バルブ１３の開閉タイミングを可変にするため、吸気バルブ駆動機構１３ａについても、可変バルブ駆動機構を用いてもよい。
【００３６】
各種センサー４１〜４６は、エンジンＡの各部の状態等を検出するために設けられている。具体的には、エンジンＡの各部には、エンジン回転センサー４１、アクセル開度センサー４２、スロットルバルブポジションセンサー４３、カムポジションセンサー４４、冷却水温センサー４５、排気温度センサー４６等が備え付けられている。そして、これら各種センサー４１〜４６で検出される検出値は、ＥＣＵ５０に送信される。
【００３７】
ここで、エンジン回転センサー４１は、クランクシャフト１５の回転数を検出するセンサーである。又、アクセル開度センサー４２は、アクセル開度を検出するセンサーである。スロットルバルブポジションセンサー４３は、吸気スロットルバルブ２４の開度を検出するセンサーである。カムポジションセンサー４４は、排気バルブ駆動機構１４ａのカムシャフトの回転位相を検出するセンサーである。冷却水温センサー４５は、冷却水循環路内（図示せず）を流れる冷却水温を検出するセンサーである。排気温度センサー４６は、排気通路３０から排気浄化装置３２に流入する排気ガスの温度を検出するセンサーである。尚、これらのセンサーは、いずれも公知のセンサーで実現することができる。
【００３８】
尚、上記のセンサーに加えて、排気浄化装置３２の触媒温度を検出するセンサーを設けたり、燃焼室１１内の圧力を検出するセンサーを設けたりしてもよい。
【００３９】
ＥＣＵ５０（制御装置に相当）は、エンジンＡの各部を統括制御するもので、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を含んで構成されている。
【００４０】
ここでは、ＥＣＵ５０は、例えば、エンジンＡが冷間運転の際には、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させるとともに、遮音のために吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する（図３を参照して後述）。ＥＣＵ５０は、かかる機能を実現するための構成として、運転状態判定部５１、排気バルブ制御部５２、及びスロットルバルブ制御部５３を有する。これらの機能は、例えば、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することで実現される。
【００４１】
運転状態判定部５１は、冷却水温センサー４５や排気温度センサー４６の検出値に基づいて、エンジンＡが冷間運転の状態であるか否かについて判定する。尚、冷間運転とは、エンジンＡを始動した際等、エンジンＡの冷却水温や潤滑油温が低い状態での運転を意味する。
【００４２】
排気バルブ制御部５２は、排気バルブ駆動機構１４ａを制御して、クランクシャフト１５の回転運動に対する排気バルブ１４の開閉タイミングの位相を調整する。排気バルブ制御部５２は、運転状態判定部５１が冷間運転中と判定した場合には、排気バルブ駆動機構１４ａに制御信号ｓａを出力して、排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させる。
【００４３】
スロットルバルブ制御部５３（本発明の「遮音バルブ制御部」に相当）は、吸気通路２０に配設された吸気スロットルバルブ２４を制御して、開度を調整する。スロットルバルブ制御部５３は、排気バルブ制御部５２が排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させた場合には、吸気スロットルバルブ２４に制御信号ｓｃを出力して、開度が小さくなる方向に制御する。そうすることで、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波が、吸気スロットルバルブ２４を通過する領域を狭め、当該圧力波を遮蔽する。尚、「開度が小さくなる方向に制御する」とは、吸気スロットルバルブ２４の開度が、現在の開度よりも小さくなるように制御することを意味する。つまり、スロットルバルブ制御部５３は、吸気スロットルバルブ２４の開度を全開状態と全閉状態とで切り替える態様に限らず、全開状態から半閉状態に制御する態様も含むのは勿論である。又、スロットルバルブ制御部５３は、アクセル開度等に応じて、吸気スロットルバルブ２４の開度を更に微調整してもよい。
【００４４】
尚、ＥＣＵ５０は、上記の他に、アクセル開度に基づいて燃料噴射装置１２の燃料の噴射開始時期及び噴射量を決定し、当該決定された噴射開始時期及び噴射量となるように、燃料噴射装置１２に対して制御信号ｓｂを出力する。又、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ３１ｃの開度を制御するべく、ＥＧＲバルブ３１ｃに対して制御信号ｓｄを出力する。
【００４５】
次に、排気バルブ１４及び吸気スロットルバルブ２４の制御フローの一例について説明する。
【００４６】
図３は、冷間運転時における排気バルブ１４及び吸気スロットルバルブ２４の制御フローの一例を示す図である。尚、図３は、上記したとおり、ＥＣＵ５０がコンピュータプログラムに従って実行するものである。
【００４７】
ここでは、運転状態判定部５１は、冷却水温センサー４５や排気温度センサー４６の検出値に基づいて、エンジンＡが冷間運転中か否かを所定の時間毎（例えば、１秒毎）に判定しているものとする。そして、運転状態判定部５１が、エンジンＡが冷間運転中であると判定した場合には、図３に示すステップＳ１、Ｓ２の処理が実行され、当該冷間運転が終了したと判定した場合には、ステップＳ３、Ｓ４の処理が実行される。尚、運転状態判定部５１は、例えば、冷却水温センサー４５で検出される冷却水温が所定の暖機完了温度よりも低い場合や、排気温度センサー４６で検出される排気温度が所定の触媒活性温度よりも低い場合にエンジンＡが冷間運転であると判定し、例えば、冷却水温が暖機完了温度に達し、且つ、触媒温度が所定の触媒活性温度に達した場合には、冷間運転を終了させるものとする。
【００４８】
冷間運転の際、排気バルブ制御部５２は、図１に示したように、排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させるように、排気バルブ駆動機構１４ａを制御する。より詳細には、排気バルブ制御部５２は、排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させることによって、圧縮上死点に対して早期に排気バルブ１４を開けさせ、高温の燃焼ガスを排気通路３０内に排出させるとともに、圧縮上死点に対して早期に排気バルブ１４を閉じさせ、燃焼室１１内に燃焼ガスを残留させる。
【００４９】
このようにして燃焼室１１内に残留した残留ガスによって、燃焼室１１内における圧縮開始温度を昇温させ、燃焼室１１内での燃料の燃焼を安定化させるとともに、冷間運転から通常運転への切り替え時間を短縮することができる。加えて、排気通路３０内に排出される高温の燃焼ガスによって、排気浄化装置３２の触媒温度を早期に上昇させることもできる。
【００５０】
但し、上記したとおり、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させた場合には、吸気バルブ１３を開けた際に、燃焼室１１で圧縮された残留ガスが吸気通路２０側に吹き出し、これによって、燃焼室１１から吸気通路２０に向かう圧力波が生じ、吸気口２０ａまで到達した場合にはエンジンＡの外部に異音が発生してしまう。そこで、本実施形態に係るＥＣＵ５０は、排気バルブ１４の開閉タイミングの進角制御と連動させるように、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する。
【００５１】
図３に戻って、制御フローについて説明する。
【００５２】
まず、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する（ステップＳ１）。そして、かかる後に、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に所定の角度だけ進角させるように、排気バルブ駆動機構１４ａを制御する（ステップＳ２）。尚、かかる制御は、例えば、スロットルバルブポジションセンサー４３やカムポジションセンサー４４の検出値を参照しながら、フィードバック制御により実行されるものとする。
【００５３】
ステップＳ２の後、ＥＣＵ５０（運転状態判定部５１）は、上記と同様に、かかる状態における冷却水温センサー４５や排気温度センサー４６の検出値等を継続して監視し、冷間運転を終了させるタイミングを判定する。そして、ＥＣＵ５０（運転状態判定部５１）は、冷間運転を終了させ、通常運転に切り替えると判定した場合には、続くステップＳ３の処理を行う。
【００５４】
通常運転に切り替える際には、まず、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の開閉タイミングを吸気行程側に戻すように、排気バルブ駆動機構１４ａを制御する（ステップＳ３）。次に、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、吸気スロットルバルブ２４を開度が大きくなる方向に制御する（ステップＳ４）。
【００５５】
尚、ディーゼルエンジンでは、吸気スロットルバルブ２４によるポンピングロスを軽減するため、車両の走行速度等は、一般に、燃焼室１１への燃料の噴射量によって制御される。そのため、本実施形態では、吸気スロットルバルブ２４は、例えば、ステップＳ１の処理において全開の状態から半開程度まで閉じられ、ステップＳ４の処理において全開の状態まで開かれ、その後は当該状態にて保持されるものとする。
【００５６】
このように、ＥＣＵ５０は、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させるよりも前のタイミングで、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御するとともに、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させた状態から吸気行程側に戻した後のタイミングで、吸気スロットルバルブ２４を開度が大きくなる方向に制御する。そうすることで、吸気スロットルバルブ２４によって、燃焼室１１から吸気通路２０側へ向かう圧力波を確実に抑制することができる。
【００５７】
以上、本実施形態に係るＥＣＵ５０によれば、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させるときに、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する構成としている。そのため、制御装置５０は、燃焼室１１から吸気通路２０側へ向かう圧力波を、吸気スロットルバルブ２４によって遮蔽することができ、その結果、当該圧力波によって生ずる異音を抑制することが可能となる。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、第２の実施形態に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ５０）について説明する。
【００５９】
本実施形態に係るＥＣＵ５０は、冷間運転のとき、排気バルブ１４の進角量を段階的に変化させ、当該排気バルブ１４の進角量に応じて吸気スロットルバルブ２４の開度を変化させる点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
【００６０】
図４は、排気バルブ１４の進角量θ及び吸気スロットルバルブ２４の開度μを設定するための制御マップを示す図である。図５は、制御マップの排気バルブ１４の進角量θ１〜θ４に対応する位相の位置を図示したものである。
【００６１】
本実施形態に係るＥＣＵ５０には、図４に示すような制御マップが予め記憶されているものとする。図４に示す制御マップは、エンジン回転数及びエンジン負荷の実測値に対する、排気バルブ１４の進角量θの目標値及び吸気スロットルバルブ２４の開度μの目標値を予め設定したデータである。そして、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２、スロットルバルブ制御部５３）は、当該制御マップに従って、排気バルブ１４の進角量θを制御するとともに、吸気スロットルバルブ２４の開度μを制御する。尚、エンジン負荷の実測値は、ここでは、アクセル開度に基づいて求められる。
【００６２】
制御マップでは、エンジン回転数及びエンジン負荷の実測値が高くなるほど、進角量θの目標値が小さくなるように設定されている（θ４＞θ１）。換言すると、エンジンＡの始動直後の冷間運転のときには進角量θが大きい（図４中の第４領域）状態として、エンジン回転数が上昇するに応じて進角量θが段階的に小さくなる（図４中の第３領域、第２領域、第１領域）ようになっている。これによって、エンジンＡの始動直後の冷間運転のときには、燃焼室１１の圧縮開始温度が大幅に昇温されることになる。一方、排気バルブ１４の進角量θを大きくすると出力トルクが小さくなることを考慮して、制御マップでは、エンジンＡを始動させて時間とともにエンジン回転数及びエンジン負荷が高くなるに従い、進角量θの目標値が段階的に小さくなるように設定されている。
【００６３】
又、制御マップには、排気バルブ１４の進角量θ１〜θ４の目標値に応じた吸気スロットルバルブ２４の開度μ１〜μ４の目標値が設定されている（μ１＞μ４）。具体的には、制御マップには、排気バルブ１４の進角量θが大きくなるほど、吸気スロットルバルブ２４の開度μが小さくなるように設定されている。つまり、排気バルブ１４の進角量θが大きいほど、燃焼室１１内の圧力は大きくなり、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波も大きくなる。他方、吸気スロットルバルブ２４の開度μを小さくすると吸気スロットルバルブ２４により生ずるポンピングロスも大きくなる。制御マップでは、かかる観点を考慮して、排気バルブ１４の進角量θが段階的に小さくなるに応じて、吸気スロットルバルブ２４の開度μが段階的に大きくなるように設定している。
【００６４】
このように、制御マップは、トルク特性や吸気スロットルバルブ２４によって生ずるポンピングロスを考慮しつつ、冷間運転時におけるＮＯｘの低減、排気浄化装置３２の触媒の早期活性化、暖機時間の短縮等を図ることができるように設定されている。
【００６５】
図６は、制御マップを利用した排気バルブ１４及び吸気スロットルバルブ２４の制御フローの一例を示す図である。ここでは、第１の実施形態と同様に、燃焼室１１から吸気通路２０側へ向かう圧力波を確実に抑制するべく、排気バルブ１４を膨張行程側に進角させる場合には、先に吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御し、排気バルブ１４を吸気行程側に戻す場合には、排気バルブ１４を先に戻した後に吸気スロットルバルブ２４を開度が大きくなる方向に制御する構成となっている。
【００６６】
図６に示す制御フローは、運転状態判定部５１が冷間運転の状態と判定している場合に、所定時間毎（例えば、０．５秒毎）に実行されるものとする。
【００６７】
図６に示す制御フローにおいては、まず、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、制御マップに従って排気バルブ１４の進角量の目標値を算出する（ステップＳ１１）。そして、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の進角量の目標値が、カムポジションセンサー４４から検出される排気バルブ１４の進角量の実測値と一致しているか否かを判定し（ステップＳ１２）、一致している場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理を終了し、一致していない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、排気バルブ１４及び吸気スロットルバルブ２４を制御する。
【００６８】
排気バルブ１４の進角量の目標値が実測値よりも大きい場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、まず、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御し（ステップＳ１４）、その後、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は排気バルブ１４を進角させる（ステップＳ１５）。
【００６９】
一方、排気バルブ１４の進角量の目標値が実測値よりも小さい場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、まず、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の開閉タイミングを吸気行程側に戻し（ステップＳ１６）、その後、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する（ステップＳ１７）。
【００７０】
ＥＣＵ５０は、このような処理を繰り返して、制御マップに設定された排気バルブ１４の進角量の目標値、及び吸気スロットルバルブ２４の開度の目標値となるように、排気バルブ駆動機構１４ａ及び吸気スロットルバルブ２４を制御する。
【００７１】
具体的にエンジンＡを始動した直後から説明すると、エンジンＡを始動した直後には、制御マップ上は、第４領域に対応する（ステップＳ１２：ＮＯ、ステップＳ１３：ＹＥＳ）。そのため、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、まず、進角時の圧力波を抑制するため、吸気スロットルバルブ２４の開度を最小値μ４に制御する（ステップＳ１４）。その後、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の進角量を最大値θ４になるように排気バルブ駆動機構１４ａを制御する（ステップＳ１５）。
【００７２】
エンジン回転数が始動した直後から徐々に上昇し、制御マップの第３領域に到達した場合（ステップＳ１２：ＮＯ、ステップＳ１３：ＮＯ）、ＥＣＵ５０（排気バルブ制御部５２）は、排気バルブ１４の進角量をθ４よりも小さいθ３になるように排気バルブ駆動機構１４ａを制御する（ステップＳ１６）。その後、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、吸気スロットルバルブ２４の開度がμ４よりも大きなμ３になるよう制御する（ステップＳ１７）。
【００７３】
続いて、制御マップの第２領域、第１領域へと移行するに応じて、同様に、まず、ＥＣＵ５０は、排気バルブ１４の進角量を小さくし（ステップＳ１６）、その後、吸気スロットルバルブ２４の開度を大きくする（ステップＳ１７）という処理を実行する。
【００７４】
そして、第１の実施形態と同様に、運転状態判定部５１が冷間運転を終了させると判定した場合には、進角量０の通常運転に移行する。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係る制御装置５０によれば、排気バルブ１４の進角量を段階的に小さくしていくとともに、吸気スロットルバルブ２４の開度を段階的に大きくしていく構成となっている。そのため、吸気スロットルバルブ２４によるポンピングロスやトルク特性を考慮しつつ、ＮＯｘの低減、排気浄化装置の触媒の早期活性化、暖機時間の短縮等を図ることができる。
【００７６】
尚、上記実施形態では、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、排気バルブ１４の進角量やエンジン回転数の実測値等に基づいて、吸気スロットルバルブ２４の開度μを決定する構成となっている。しかし、ＥＣＵ５０（スロットルバルブ制御部５３）は、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波の大きさを直接求めるべく、燃焼室１１内の圧力を測定して、当該燃焼室１１内の圧力の実測値に基づいて、吸気スロットルバルブ２４の開度μを決定してもよいのは勿論である。
【００７７】
（その他の実施形態）
尚、上記実施形態では、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波を遮蔽するための構成の一例として、吸気スロットルバルブ２４を用いる態様を示した。しかし、吸気スロットルバルブ２４以外に、別途、遮音用のバルブを設ける態様としてもよい。又、当該遮音用のバルブは、燃焼室１１から吸気通路２０側に向かう圧力波を遮蔽できればよいため、吸気マニホールドの各吸気ポートそれぞれの位置としてもよいし、吸気通路２０のインタークーラー２３の上流側の位置としてもよい。但し、部品点数を軽減し、コストを低下させる点から、内燃機関Ａに既設の吸気スロットルバルブ２４を用いるのが望ましい。
【００７８】
又、上記実施形態では、ＥＣＵ５０の排気バルブ制御部５２及びスロットルバルブ制御部５３の構成の一例として、冷間運転のときに処理を実行する態様を示した。しかし、排気バルブ制御部５２は、冷間運転のとき以外にも、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させてもよいのは勿論である。例えば、排気バルブ制御部５２は、トルクを低減するべく、エンジンブレーキをかけるときにも、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させてもよい。そして、スロットルバルブ制御部５３は、これにあわせて、吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御してもよい。但し、スロットルバルブ制御部５３は、冷間運転以外の場合に吸気スロットルバルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する際は、燃焼室１１での燃焼に必要な空気量を十分確保するため、冷間運転の場合と比して、開度が大きくなるように当該吸気スロットルバルブ２４を制御するのが望ましい。
【００７９】
又、上記実施形態では、ＥＣＵ５０の運転状態判定部５１の構成の一例として、冷間運転の状態であるか否かを冷却水温センサー４５や排気温度センサー４６の検出値等に基づいて、逐次、判定する態様を示した。しかしながら、運転状態判定部５１の態様は、任意であり、例えば、エンジンＡを始動してから一定時間内を冷間運転の状態と判定する構成としてもよい。
【００８０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００８１】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００８２】
燃焼室１１に連通する吸気通路２０及び排気通路３０と、前記燃焼室１１と前記吸気通路２０との間を開閉する吸気バルブ１３と、前記燃焼室１１と前記排気通路３０との間を開閉する排気バルブ１４と、を有し、前記排気バルブ１４の駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構１４ａが用いられた内燃機関Ａの制御装置５０であって、前記可変バルブ駆動機構１４ａを制御して、前記内燃機関のクランクシャフト１５の回転運動に対する前記排気バルブ１４の開閉タイミングの位相を調整する排気バルブ制御部５２と、前記吸気通路２０に配設された遮音バルブ２４の開度を制御する遮音バルブ制御部５３を備え、前記遮音バルブ制御部５３は、前記排気バルブ制御部５２が前記排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する内燃機関Ａの制御装置５０を開示する。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、排気バルブ１４の開閉タイミングを進角させるときに、燃焼室１１から吸気通路２０側へ向かう圧力波を、遮音バルブ２４によって抑制することができ、その結果、当該圧力波によって生ずる異音を抑制することが可能となる。
【００８３】
又、内燃機関Ａの制御装置５０における前記遮音バルブ制御部５３は、前記排気バルブ制御部５２が前記排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させる前に、前記遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御し、前記排気バルブ制御部５２が前記排気バルブ１４の開閉タイミングを吸気行程側に戻すよりも前に、開度が大きくなる方向に前記遮音バルブ２４を制御するものであってもよい。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、上記した燃焼室１１から吸気通路２０側へ向かう圧力波を確実に抑制することができる。
【００８４】
又、内燃機関Ａの制御装置５０における前記遮音バルブ制御部５３は、排気行程と吸気行程の間の圧縮上死点における前記燃焼室１１の圧力に基づいて、前記遮音バルブ２４の開度を決定し、当該開度となるように前記遮音バルブ２４を制御するものであってもよい。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、遮音バルブ２４によるポンピングロスを考慮しつつ、上記した圧力波の大きさ度合いに応じた遮音バルブ２４の開度となるように制御することができる。
【００８５】
又、内燃機関Ａの制御装置５０における前記遮音バルブ制御部５３は、前記排気バルブ１４の開閉タイミングの進角量に基づいて、前記遮音バルブ２４の開度を決定し、当該開度となるように前記遮音バルブ２４を制御するものであってもよい。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、遮音バルブ２４によるポンピングロスを考慮しつつ、上記した圧力波の大きさ度合いに応じた遮音バルブ２４の開度となるように制御することができる。
【００８６】
又、内燃機関Ａは、自己着火式の内燃機関であってもよい。自己着火式の内燃機関おいては、点火式の内燃機関よりも燃焼室の圧縮比を高くするため、上記した圧力波が大きくなり、エンジンＡの外部に生ずる異音も大きくなる傾向にある。そのため、この内燃機関の制御装置５０は、特に自己着火式の内燃機関の制御装置５０に、より好適に用いることができる。
【００８７】
又、内燃機関Ａの制御装置５０においては、前記内燃機関が冷間運転の状態のとき、前記排気バルブ制御部５２は、前記排気バルブ１４の開閉タイミングが膨張行程側に進角するように、前記可変バルブ駆動機構１４ａを制御し、前記遮音バルブ制御部５３は、前記遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御するものであってもよい。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、進角化により発生する圧力波を遮音バルブ２４によって抑制しつつ、冷間運転時におけるＮＯｘの低減、排気浄化装置３２の触媒の早期活性化、暖機時間の短縮等を図ることができる。
【００８８】
又、内燃機関Ａの制御装置５０においては、前記内燃機関が冷間運転の状態のとき、前記排気バルブ制御部５２は、前記排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させた後、当該進角させる量が段階的に小さくなるように前記可変バルブ駆動機構１４ａを制御し、前記遮音バルブ制御部５３は、前記遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御した後、当該開度が段階的に大きくなるように前記遮音バルブ２４を制御するものであってもよい。この内燃機関Ａの制御装置５０によれば、遮音バルブ２４によって生ずるポンピングロスやトルク特性を考慮しつつ、冷間運転時におけるＮＯｘの低減、排気浄化装置３２の触媒の早期活性化、暖機時間の短縮等を図ることができる。
【００８９】
又、燃焼室１１に連通する吸気通路２０及び排気通路３０と、前記燃焼室１１と前記吸気通路２０との間を開閉する吸気バルブ１３と、前記燃焼室１１と前記排気通路３０との間を開閉する排気バルブ１４と、を有し、前記排気バルブ１４の駆動機構として開閉タイミングを可変とする可変バルブ駆動機構１４ａが用いられた内燃機関の制御方法であって、前記可変バルブ駆動機構１４ａを制御して、前記内燃機関のクランクシャフト１５の回転運動に対する前記排気バルブ１４の開閉タイミングの位相を調整する処理と、前記排気バルブ１４の開閉タイミングを膨張行程側に進角させているときには、前記吸気通路２０に配設された遮音バルブ２４を開度が小さくなる方向に制御する処理と、を備える内燃機関の制御方法を開示する。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室から吸気通路側へ向かう圧力波によって発生する異音を抑制するために好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９１】
Ａ    内燃機関
１０  エンジン本体
１１  燃焼室
１２  燃料噴射装置
１３  吸気バルブ
１４  排気バルブ
１５  クランクシャフト
２０  吸気通路
２１  エアクリーナー
２２  ターボチャージャー
２３  インタークーラー
２４  吸気スロットルバルブ
３０  排気通路
３１  外部ＥＧＲ装置
３２  排気浄化装置
４１  エンジン回転センサー
４２  アクセル開度センサー
４３  スロットルバルブポジションセンサー
４４  カムポジションセンサー
４５  冷却水温センサー
４６  排気温度センサー
５０  ＥＣＵ
５１  運転状態判定部
５２  排気バルブ制御部
５３  スロットルバルブ制御部
【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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