(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、吸気ポート内の吸気ガス温度と吸気ポートの壁面温度との大小関係を考慮することで、吸気バルブの開弁期間の制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことを目的とする。【解決手段】吸気ポート２４を開閉する吸気バルブの開弁期間を可変とする可変動弁装置２６を備える内燃機関１０を制御する制御装置は、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件では、吸気ポート２４内の吸気ガス温度Ｔｉｇが吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌよりも高い場合には、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも低い場合と比べて、吸気バルブの有効開弁期間ＯＰｅを長くする。【選択図】図７
2018119532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートを開閉する吸気バルブの開弁期間を可変とする可変動弁装置を備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
前記吸気バルブの開き時期と閉じ時期とで特定される実開弁期間のうちで吸気上死点から前記閉じ時期までのクランク角期間内に位置する開弁期間を有効開弁期間と称したとき、前記制御装置は、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件では、前記吸気ポート内の吸気ガス温度が前記吸気ポートの壁面温度よりも高い場合には、前記吸気ガス温度が前記壁面温度よりも低い場合と比べて、前記有効開弁期間を長くする
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、ノッキングが発生し易い前記エンジン運転条件において前記有効開弁期間を変更する場合には、前記開き時期は変えずに前記閉じ時期を変化させる
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】
前記内燃機関は、エンジン本体を冷却するエンジン冷却水のエンジン冷却水温度を検出する水温センサを備え、
前記制御装置は、前記水温センサにより検出される前記エンジン冷却水温度に基づいて前記壁面温度を推定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記エンジン冷却水温度が所定値未満となるエンジン暖機過程において、前記エンジン冷却水温度の上昇に対する前記壁面温度の応答遅れを考慮しつつ前記エンジン冷却水温度に基づいて前記壁面温度を推定する
ことを特徴とする請求項３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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、吸気バルブの開弁期間を可変とする可変動弁装置を備える内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、吸気バルブの閉じ時期を可変とする可変バルブタイミング機構を備える内燃機関が開示されている。この内燃機関では、吸気バルブの閉じ時期を吸気下死点よりも遅角側に設定する遅閉じ制御が行われる。このような遅閉じ制御によれば、吸気バルブが吸気下死点で閉じる例と比べて実圧縮比が低下するので、ノッキングの抑制を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０４７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノッキングの抑制には、ノッキングに対する寄与の大きな吸気ガス温度の低減による圧縮端温度の低減が有効である。そして、このためには、吸気ポート内の吸気ガスから吸気ポートの壁面への放熱を促進するか、あるいは、吸気ポートの壁面から吸気ガスへの受熱を抑制する必要がある。この点に関し、圧縮端ガス温度を低減させるうえで適切な吸気バルブの開弁期間の長さは、吸気ポート内の吸気ガス温度と壁面温度との大小関係に応じて異なる。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、この大小関係について着目しておらず、このため、吸気バルブの開弁期間を制御してノッキングを抑制するうえで未だ改善の余地を残すものであった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、吸気ポート内の吸気ガス温度と吸気ポートの壁面温度との大小関係を考慮することで、吸気バルブの開弁期間の制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことが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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気ポートを開閉する吸気バルブの開弁期間を可変とする可変動弁装置を備える内燃機関を制御する。前記吸気バルブの開き時期と閉じ時期とで特定される実開弁期間のうちで吸気上死点から前記閉じ時期までのクランク角期間内に位置する開弁期間を有効開弁期間と称したとき、前記制御装置は、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件では、前記吸気ポート内の吸気ガス温度が前記吸気ポートの壁面温度よりも高い場合には、前記吸気ガス温度が前記壁面温度よりも低い場合と比べて、前記有効開弁期間を長くする。
【０００７】
前記制御装置は、ノッキングが発生し易い前記エンジン運転条件において前記有効開弁期間を変更する場合には、前記開き時期は変えずに前記閉じ時期を変化させてもよい。
【０００８】
前記内燃機関は、エンジン本体を冷却するエンジン冷却水のエンジン冷却水温度を検出する水温センサを備えてもよい。そして、前記制御装置は、前記水温センサにより検出される前記エンジン冷却水温度に基づいて前記壁面温度を推定してもよい。
【０００９】
前記制御装置は、前記エンジン冷却水温度が所定値未満となるエンジン暖機過程において、前記エンジン冷却水温度の上昇に対する前記壁面温度の応答遅れを考慮しつつ前記エンジン冷却水温度に基づいて前記壁面温度を推定してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件では、吸気ポート内の吸気ガス温度が吸気ポートの壁面温度よりも高い場合には、吸気ガス温度が壁面温度よりも低い場合と比べて、有効開弁期間を長くする制御が実行される。吸気ガス温度が壁面温度よりも高い場合には、長い有効開弁期間は、吸気ガスから吸気ポートの壁面への放熱を促進できるので良い。一方、吸気ガス温度が壁面温度よりも低い場合には、短い有効開弁期間は、壁面からの吸気ガスの受熱を抑制できるので良い。このため、本発明によれば、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件において、吸気ガス温度と壁面温度との大小関係がどちらの場合であっても、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切な期間となるように有効開弁期間を制御できるようになる。これにより、吸気バルブの開弁期間制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す可変動弁装置により制御される吸気バルブの開弁特性を説明するためのバルブリフトカーブである。
【図３】ノッキング領域と非ノッキング領域とを概略的に表した図である。
【図４】有効開弁期間ＯＰｅについて説明するための図である。
【図５】吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも高い場合における圧縮端ガス温度と吸気バルブの開弁期間ＯＰとの関係を表した図である。
【図６】吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも低い場合における圧縮端ガス温度と吸気バルブの開弁期間ＯＰとの関係を表した図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る吸気バルブの開弁期間制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図８】エンジン暖機過程におけるエンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび壁面温度Ｔｐｗｌの変化を表したタイムチャートである。
【図９】エンジン冷却水温度Ｔｗｔの変化に対する応答遅れを考慮した推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅの今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）の算出手順を説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る吸気バルブの開弁期間制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】過給エンジンが使用される場合のシステム構成の一例を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１３】
実施の形態１．
まず、図１〜図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１４】
１．実施の形態１のシステム構成
１−１．システム全体の構成
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、自然吸気エンジンであり、一例として直列４気筒型エンジンである。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００１５】
吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６には、吸気通路１２を流れる吸気ガス（空気）の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ１８が設けられている。エアフローセンサ１８の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。
【００１６】
スロットルバルブ２０の下流側には、吸気マニホールド２２が設けられている。吸気マニホールド２２内の通路は吸気通路１２の一部として機能する。吸気マニホールド２２は、サージタンク（集合部）２２ａと、各気筒の（内燃機関１０の一例では４つ）の枝管部２２ｂとを有する。各枝管部２２ｂは、サージタンク２２ａと、シリンダヘッド内に形成された各気筒の吸気ポート２４とを接続する。このため、エアクリーナ１６を通過した吸気ガスは、吸気マニホールド２２において各枝管部２２ｂ内に流入することで、各気筒に向けて分岐する。各枝管部２２ｂ内に流入した吸気ガスは、吸気ポート２４を介して気筒内に吸入される。
【００１７】
各気筒の吸気ポート２４は、吸気バルブ（図示省略）によって開閉される。内燃機関１０は、各気筒の吸気バルブを開閉駆動する可変動弁装置２６を備えている。可変動弁装置２６は、吸気バルブの開弁期間（より詳細には、吸気バルブが開いているクランク角度幅であり、作用角とも呼ばれる）を可変とする機能を有している。そのような機能は、例えば、吸気バルブの開弁期間に関してプロフィールの異なる複数（本実施形態では、一例として２つ）のカムと、吸気バルブを駆動するカムを上記複数のカムの中から切り替える公知の機構とを有するように可変動弁装置２６を構成することで実現できる。可変動弁装置２６によって変更される吸気バルブの２つのリフトカーブの一例は、図２を参照して後述する。
【００１８】
サージタンク２２ａには、吸気ガス温度センサ２８が取り付けられている。吸気ガス温度センサ２８は、吸気通路１２内の吸気ガス温度に応じた信号を出力する。
【００１９】
内燃機関１０の冷却系は、エンジン本体（シリンダブロックおよびシリンダヘッド）３０を冷却するエンジン冷却水が流れる冷却水流路を備えている。図１には、エンジン本体３０の内部およびその周囲に位置する冷却水流路３２のみが表されている。冷却水流路３２には、エンジン冷却水温度Ｔｗｔに応じた信号を出力する水温センサ３４が取り付けられている。
【００２０】
排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（一例として、三元触媒）３６が配置されている。さらに、本実施形態のシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、各種センサと各種アクチュエータとが電気的に接続されている。
【００２１】
上記の各種センサは、上述したエアフローセンサ１８、吸気ガス温度センサ２８および水温センサ３４に加え、クランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ４２を含む。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４２を用いてエンジン回転速度を取得できる。また、上記の各種アクチュエータは、上述したスロットルバルブ２０および可変動弁装置２６に加え、燃料噴射弁４４と点火装置４６とを含む。燃料噴射弁４４は、各気筒に配置され、気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁４４は、このような筒内噴射弁に代え、あるいはそれと併用され、吸気ポート２４に燃料を噴射するポート噴射弁であってもよい。点火装置４６は、各気筒に配置された点火プラグを用いて、気筒内の混合気に点火する。
【００２２】
ＥＣＵ４０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上記の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上記の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。これにより、本実施形態に係る「内燃機関の制御装置」の機能が実現される。
【００２３】
１−２．吸気バルブの開弁特性
図２は、図１に示す可変動弁装置２６により制御される吸気バルブの開弁特性を説明するためのバルブリフトカーブである。可変動弁装置２６によれば、既述したように、２つのバルブリフトカーブ（バルブプロフィール）を選択することができる。図２に示すように、これら２つのバルブリフトカーブのうちの１つは、吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側のタイミングで吸気バルブが閉じる特性（以下、「遅閉じ特性」と称する）を有する。一方、もう１つのバルブリフトカーブは、吸気下死点よりも進角側のタイミングで吸気バルブが閉じる特性（以下、「早閉じ特性」と称する）を有する。
【００２４】
また、図２に示す例では、遅閉じ特性および早閉じ特性における吸気バルブの開き時期は、ともに吸気上死点（ＴＤＣ）付近の同じ時期である。このため、遅閉じ特性の実開弁期間ＯＰ１は、早閉じ特性の実開弁期間ＯＰ２よりも長くなる。なお、図２に示す例では、排気バルブは、吸気上死点付近で閉じるように構成されている。
【００２５】
２．実施の形態１に係る吸気バルブの開弁期間制御
ＥＣＵ４０が行う制御には、吸気バルブの開弁期間制御が含まれている。本実施形態に係る開弁期間制御は、以下に説明するように、エンジン運転条件がノッキングの発生し易い条件であるか、あるいはノッキングが発生しにくい条件であるかに応じて変更される。
【００２６】
２−１．ノッキング領域と非ノッキング領域
図３は、ノッキング領域と非ノッキング領域とを概略的に表した図である。図３に示すようにエンジン運転領域をエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度Ｎｅとで表した場合、高負荷側のエンジン運転領域は、ノッキングが発生し易い「ノッキング領域Ｓ１」となる。より詳細には、ノッキング領域Ｓ１は、エンジン回転速度Ｎｅが低いほど、より低負荷側に広くなる。ノッキング領域Ｓ１よりも低負荷側の運転領域は、「非ノッキング領域Ｓ２」である。非ノッキング領域Ｓ２は、ノッキング領域Ｓ１と比べて、ノッキングが発生しにくい運転領域である。なお、図３中のＷＯＴ曲線は、全負荷トルクの曲線を示している。
【００２７】
２−２．ノッキング領域Ｓ１における吸気バルブの開弁期間制御
本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングを抑制するために、以下に説明するように、吸気ポート２４内の吸気ガス温度Ｔｉｇと吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌとに基づく吸気バルブの開弁期間制御が行われる。
【００２８】
２−２−１．吸気バルブの開弁期間ＯＰの変更に伴う圧縮端ガス温度の変化に対する吸気ガス温度Ｔｉｇと吸気ポートの壁面温度Ｔｐｗｌの影響
ノッキングの改善には、圧縮端ガス温度を低減することが有効である。吸気バルブを吸気下死点に対して遅角または進角することによって内燃機関の実圧縮比（有効圧縮比）を機械圧縮比（ピストンの行程容積と燃焼室容積とから機械的に定まる値）よりも低減させることは、圧縮端ガス温度の低減に有効である。図２に示す遅閉じ特性および早閉じ特性によれば、どちらの例においても、閉じ時期ＩＶＣは吸気下死点から離れているので実圧縮比の低減を図ることができる。
【００２９】
また、ノッキングの改善には、実圧縮比の低減に加え、ノッキングに対して寄与の大きい吸気ガス温度Ｔｉｇの低減による圧縮端ガス温度の低減が重要である。本件発明者の鋭意研究により、圧縮端ガス温度の低減のためには、吸気ポート２４内の吸気ガスと吸気ポート２４の壁面との間の熱の移動時間を、吸気ガス温度Ｔｉｇと吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌとの大小関係に応じて変更させる制御を行うことが有効であることが分かった。
【００３０】
具体的には、吸気ガス温度Ｔｉｇの低減による圧縮端ガス温度の低減のためには、吸気ポート２４内の吸気ガスから吸気ポート２４の壁面への放熱を促進させるか、あるいは、当該壁面からの当該吸気ガスの受熱を抑制する必要がある。この点に関し、吸気ポート２４内において吸気ガスと壁面との間の熱伝達率は、吸気ガスの流速に依存する。このため、吸気ガスと壁面との間の熱移動は、基本的には吸気ポート２４内において吸気ガスの流動が発生する期間に生じる。この期間は、基本的には吸気バルブの開弁期間ＯＰに相当するが、厳密には、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して後述される吸気バルブの「有効開弁期間ＯＰｅ」によって特定される。
【００３１】
上述のように、吸気ガスと壁面との間の熱移動は、基本的には有効開弁期間ＯＰｅにおいて生じる。つまり、有効開弁期間ＯＰｅが長くなると、吸気ガスと壁面との間で熱の移動時間（熱授受期間）が長くなる。したがって、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも高い場合（つまり、吸気ガスから壁面への熱の移動が生じる場合）には、有効開弁期間ＯＰｅが長い方が、吸気ガスから壁面への放熱が行われる期間が長くなるので放熱を促進できる。その結果、気筒内に流入する吸気ガスの温度が低下するので圧縮端ガス温度も低下する。一方、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも低い場合（つまり、壁面から吸気ガスへの熱の移動が生じる場合）には、有効開弁期間ＯＰｅが短い方が、壁面からの吸気ガスの受熱が行われる期間が短くなるので受熱を抑制できる。その結果、気筒内に流入する吸気ガスの温度上昇が抑制されるので圧縮端ガス温度の上昇も抑制される。
【００３２】
２−２−２．有効開弁期間ＯＰｅ
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、有効開弁期間ＯＰｅについて説明するための図である。図４（Ａ）は吸気バルブの開き時期ＩＶＯが吸気上死点と同じ例を示し、図４（Ｂ）は開き時期ＩＶＯが吸気上死点よりも遅角されている例（遅開きの例）を示し、図４（Ｃ）は開き時期ＩＶＯが吸気上死点よりも進角されている例（早開きの例）を示している。
【００３３】
有効開弁期間ＯＰｅとは、吸気バルブの開き時期ＩＶＯと閉じ時期ＩＶＯとで特定される実開弁期間ＯＰａのうちで吸気上死点から閉じ時期ＩＶＣまでのクランク角期間内に位置する開弁期間のことである。したがって、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す例では、有効開弁期間ＯＰｅは実開弁期間ＯＰａと等しくなる。すなわち、これらの例では、有効開弁期間ＯＰｅは実開弁期間ＯＰａの全期間となる。
【００３４】
一方、図４（Ｃ）に示す例では、有効開弁期間ＯＰｅは実開弁期間ＯＰａと異なる（短くなる）。すなわち、この例では、有効開弁期間ＯＰｅは実開弁期間ＯＰａの一部の期間となる。吸気上死点よりも進角側のクランク角期間（排気行程中のクランク角期間）では、吸気バルブが開いていても吸気ガスの流動が有効に生じない。このため、当該クランク角期間は、図４（Ｃ）に例として示すように、有効開弁期間ＯＰｅから除かれる。
【００３５】
さらに付け加えると、図２中に示す遅閉じ特性の例のように実圧縮比の低減のために吸気バルブの閉じ時期ＩＶＣが遅角されると、気筒内に取り込まれた吸気ガスの一部が吸気ポート２４に吹き戻される。吸気ポート２４内では、このような吹き戻しが生じる吹き戻し期間中にも吸気ガスと壁面との間の熱の移動が生じる。そして、吸気ポート２４内に吹き戻されて熱移動の対象となった吹き戻しガスは、次のサイクルにおいて吸気ガスとして気筒内に吸入される。このため、吹き戻し期間が開弁期間ＯＰの中に含まれることになる遅閉じ特性では、吹き戻し期間も有効開弁期間ＯＰｅに含まれる。
【００３６】
２−２−３．高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｐｗｌ）における開弁期間制御
図５は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも高い場合における圧縮端ガス温度と吸気バルブの開弁期間ＯＰとの関係を表した図である。なお、図５は、エンジン運転条件（主にエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度Ｎｅ）が同一の条件での関係を表しており、このことは、後述の図６も同様である。
【００３７】
高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｐｗｌ）、つまり、吸気ガスから壁面への放熱が行われる条件では、上述のように、有効開弁期間ＯＰｅが長い方が放熱を促進できる。有効開弁期間ＯＰｅは、遅閉じ特性の方が早閉じ特性よりも長くなる。このため、高吸気ガス温度条件では、図５に示すように、遅閉じ特性の方が早閉じ特性と比べて、圧縮端ガス温度が低下する（つまり、ノッキングを改善できる）。このため、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングの抑制を図る場合には、高吸気ガス温度条件では遅閉じ特性を選択するのが良いといえる。そこで、本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１において上記高吸気ガス温度条件が成立する場合には、遅閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６が制御される。
【００３８】
２−２−４．低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｐｗｌ）における開弁期間制御
図６は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも低い場合における圧縮端ガス温度と吸気バルブの開弁期間ＯＰとの関係を表した図である。
【００３９】
低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｐｗｌ）、つまり、壁面からの吸気ガスの受熱が行われる条件では、上述のように、有効開弁期間ＯＰｅが短い方が受熱を抑制できる。有効開弁期間ＯＰｅは、早閉じ特性の方が遅閉じ特性よりも短くなる。このため、低吸気ガス温度条件では、図６に示すように、早閉じ特性の方が遅閉じ特性と比べて、圧縮端ガス温度が低下する（つまり、ノッキングを改善できる）。このため、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングの抑制を図る場合には、低吸気ガス温度条件では早閉じ特性を選択するのが良いといえる。そこで、本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１において上記低吸気ガス温度条件が成立する場合には、早閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６が制御される。
【００４０】
２−３．非ノッキング領域Ｓ２における吸気バルブの開弁期間制御
ノッキングの懸念の少ない非ノッキング領域Ｓ２では、遅閉じ特性および早閉じ特性のうちで内燃機関１０の燃費の観点で最適となる方の開弁特性が個々のエンジン動作点において選択されるように、可変動弁装置２６が制御される。
【００４１】
２−４．実施の形態１に係る吸気バルブの開弁期間制御に関するＥＣＵの処理
図７は、本発明の実施の形態１に係る吸気バルブの開弁期間制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００４２】
図７に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷ＫＬ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび吸気ガス温度Ｔｉｇを取得する（ステップＳ１００）。なお、エンジン負荷（より詳細には、負荷率（％））ＫＬは、エアフローセンサ１８に基づく吸入空気流量と、クランク角センサ４２に基づくエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出することができる。エンジン冷却水温度Ｔｗｔは水温センサ３４を用いて検出される。
【００４３】
また、ステップＳ１００では、吸気ポート２４内の吸気ガスの温度である吸気ガス温度Ｔｉｇは、一例として、サージタンク２２ａに配置された吸気ガス温度センサ２８の検出値を用いて取得（推定）される。しかしながら、自然吸気エンジンである内燃機関１０においては、吸気ガス温度Ｔｉｇの取得のための吸気ガス温度センサ２８の位置は、吸気通路１２上であれば特に限定されない。
【００４４】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１００にて取得されたエンジン負荷ＫＬおよびエンジン回転速度Ｎｅによって特定される現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１（図３参照）内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。より具体的には、ＥＣＵ４０には、図３に示すような関係（すなわち、エンジン負荷ＫＬおよびエンジン回転速度Ｎｅと、ノッキング領域Ｓ１および非ノッキング領域Ｓ２との関係）が事前に決定されてマップとして記憶されている。本ステップＳ１０２の判定は、そのようなマップを参照しながら行われる。
【００４５】
なお、現在のエンジン運転条件がノッキングの発生し易いエンジン運転条件であるか否かの判定は、上述のようなマップを利用してエンジン運転領域に基づいて行われるものに限られない。すなわち、上記の判定は、例えば、上記の手法に代え、あるいはそれとともに、内燃機関１０の運転中に水温センサ３４またはノックセンサなどの各種センサからの情報に基づいて行われるものであってもよい。
【００４６】
ＥＣＵ４０は、現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１内にないと判定した場合、つまり、エンジン動作点が非ノッキング領域Ｓ２内にあるためノッキングが発生しにくいエンジン運転条件が成立すると判断できる場合には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、遅閉じ特性および早閉じ特性のうちで内燃機関１０の燃費の観点で最適となる方の開弁特性が個々のエンジン動作点において選択されるように、可変動弁装置２６が制御される。より詳細には、ＥＣＵ４０には、非ノッキング領域Ｓ２内の各エンジン動作点に対して、燃費の観点で最適となる吸気バルブの開弁特性（遅閉じ特性または早閉じ特性）が関連付けられたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップＳ１０４では、そのようなマップを参照して、現在のエンジン動作点において燃費最適となる吸気バルブの開弁特性が選択される。
【００４７】
一方、ステップＳ１０２において現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１にあると判定した場合、つまり、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件が成立すると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いか否かが判定される。
【００４８】
吸気ポート２４の壁面温度である壁面温度Ｔｐｗｌはエンジン冷却水温度Ｔｗｔと相関がある。そこで、本ステップＳ１０６の判定では、エンジン冷却水温度Ｔｗｔを代用し、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが壁面温度Ｔｐｗｌと等価であるとして扱われる（推定される）。なお、壁面温度Ｔｐｗｌの取得のために吸気ポート２４の壁面に専用のセンサを備えてもよいが、水温センサ３４の利用により、当該センサの設置を省略することができる。これにより、コストの増加を防ぐことができる。
【００４９】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いと判定した場合、すなわち、上述の図６に示す低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｐｗｌ）が成立する場合には、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に短い早閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６を制御する（ステップＳ１０８）。
【００５０】
一方、ステップＳ１０６においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇ以下であると判定する場合には、上述の図５に示す高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｐｗｌ）が成立するときも含まれる。この場合には、ＥＣＵ４０は、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に長い遅閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６を制御する（ステップＳ１１０）。
【００５１】
なお、図７に示すルーチンの例では、ステップＳ１０６の判定が不成立となる場合の中に、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときも含まれている。この点に関し、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときは、本実施形態におけるノッキング領域Ｓ１のための吸気バルブの開弁期間制御の対象ではない。このため、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときには、上記の例とは異なり、吸気バルブの開弁特性を変更しない（現状の遅閉じ特性または早閉じ特性を維持する）ようにしてもよい。
【００５２】
２−５．実施の形態１に係る吸気バルブの開弁期間制御の効果
以上説明した図７に示すルーチンによれば、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌ（代用のエンジン冷却水温度Ｔｗｔ）よりも高い場合には、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に長い遅閉じ特性が選択される。その結果、吸気ガスから吸気ポート２４の壁面への放熱を促進できる。一方、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌ（エンジン冷却水温度Ｔｗｔ）よりも低い場合には、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に短い早閉じ特性が選択される。その結果、壁面からの吸気ガスの受熱を抑制できる。すなわち、上記ルーチンによれば、ノッキング領域Ｓ１では、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも高い場合には、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｐｗｌよりも低い場合と比べて有効開弁期間ＯＰｅが長くなるように、可変動弁装置２６が制御される。このように、本実施形態によれば、ノッキング領域Ｓ１における吸気バルブの開弁期間制御に対して、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｐｗｌとの大小関係が考慮されている。このような制御によれば、ノッキング領域Ｓ１における現在の温度条件が高吸気ガス温度条件および低吸気ガス温度条件のどちらであっても、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切な吸気バルブの開弁特性（遅閉じ特性または早閉じ特性）を選択できるようになる。
【００５３】
また、本実施形態では、上記温度条件に応じて遅閉じ特性または早閉じ特性を選択する場合（つまり、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｐｗｌとの比較結果に基づいて有効開弁期間ＯＰｅを変更する場合）には、図２に示すように、開き時期ＩＶＯは変えずに閉じ時期ＩＶＯが変更される。有効開弁期間ＯＰｅの変更は、このような例とは異なり、吸気上死点以降のクランク角期間で開き時期ＩＶＯを変化させることによっても行うことができる。しかしながら、吸気上死点に対する開き時期ＩＶＯの遅角量が増えると、ポンプロスが増大する。これに対し、閉じ時期ＩＶＣが吸気下死点から離れることは、遅閉じ特性および早閉じ特性の何れにおいても、ポンプロスの低減になる。したがって、本実施形態のように閉じ時期ＩＶＣの変更によって有効開弁期間ＯＰｅを変更することで、ノッキング改善のための開弁期間制御をポンプロスを抑制しながら行えるようになる。
【００５４】
実施の形態２．
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００５５】
１．実施の形態２のシステム構成
以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。
【００５６】
２．実施の形態２に係る吸気バルブの開弁期間制御
２−１．壁面温度Ｔｐｗｌの推定手法
図８は、エンジン暖機過程におけるエンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび壁面温度Ｔｐｗｌの変化を表したタイムチャートである。冷間始動後のエンジン暖機過程においては、エンジン冷却水温度Ｔｗｔは、図８に示すように、時間経過とともに上昇していく。吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌも、エンジン冷却水温度Ｔｗｔと同様に時間の経過とともに上昇していく。
【００５７】
より具体的には、吸気ポート２４が形成されたシリンダヘッドは熱容量が大きい。このため、吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌは、図８に示すように、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する応答遅れを伴いつつ上昇する。さらに付け加えると、この応答遅れは、エンジン暖機が完了した後には基本的には解消される。また、この応答遅れは、エンジン暖機完了後にエンジン負荷ＫＬが変化する場合にも生じ得るが、応答遅れのレベルはエンジン暖機過程と比べて十分に低い。
【００５８】
壁面温度Ｔｐｗｌの取得のためにエンジン冷却水温度Ｔｗｔを代用する実施の形態１によれば、内燃機関１０に既存の水温センサ３４を利用して壁面温度Ｔｐｗｌを簡便に取得（推定）することができる。しかしながら、エンジン暖機過程においても、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｐｗｌとの大小関係をより正確に評価しつつノッキング領域Ｓ１のための吸気バルブの開弁期間制御を行うためには、壁面温度Ｔｐｗｌに関する上述の応答遅れが考慮されることが望ましい。
【００５９】
そこで、本実施形態では、以下に図９を参照して説明する推定手法を用いることで、上記応答遅れを考慮しつつ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔから壁面温度Ｔｐｗｌが推定される。より詳細には、吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌの推定値である推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが上記応答遅れを考慮しつつ算出される。
【００６０】
図９は、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの変化に対する応答遅れを考慮した推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅの今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）の算出手順を説明するためのブロック図である。なお、以下の説明において、添字ｉが付記されるそれぞれの変数値は、ｉ回目の取得タイミングにおいて得られるｉ番目の値であることを示している。
【００６１】
図９に示す算出手順によれば、ＥＣＵ４０は、推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を算出する。ＥＣＵ４０には、エンジン冷却水温度Ｔｗｔおよびエンジン回転速度Ｎｅと推定エンジン冷却水流量Ｌｗｔｅとの関係を表す実験式（マップでもよい）が事前に決定されて記憶されている。ＥＣＵ４０は、そのような実験式に対してエンジン冷却水温度の前回値Ｔｗｔ（ｉ−１）およびエンジン回転速度の前回値Ｎｅ（ｉ−１）を代入することで、推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を算出する。
【００６２】
図９中の係数ａは、エンジン冷却水と吸気ポート２４の壁面との間の熱伝達率であり、エンジン冷却水流量に依存する。そこで、ＥＣＵ４０には、推定エンジン冷却水流量Ｌｗｔｅと係数ａとの関係を表す実験式（マップでもよい）が事前に決定されて記憶されている。ＥＣＵ４０は、そのような実験式に対して推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を代入することで、係数ａを算出する。
【００６３】
係数ａの算出と並行して、ＥＣＵ４０は、エンジン冷却水温度の前回値Ｔｗｔ（ｉ−１）と推定吸気ポート壁面温度の前回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ−１）との温度差を、当該温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）として算出する。推定吸気ポート壁面温度の初期値Ｔｐｗｌｅ（０）としては、冷間始動時点（ｔ＝０）のエンジン冷却水温度（初期値Ｔｔｗ（０））が用いられる。なお、ｔは冷間始動時点からの時間である。
【００６４】
さらに、ＥＣＵ４０は、算出された係数ａおよび温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）と、係数ｂとの積を、推定吸気ポート壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）として算出する。係数ｂは、シリンダヘッドの熱容量に応じた値であり、対象とする内燃機関１０の仕様に依存する値（固定値）として事前に特定される。
【００６５】
係数ａと温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）との積は、前回の取得タイミング（ｉ−１）から今回の取得タイミング（ｉ）までの期間（取得周期Δｔ）におけるエンジン冷却水から吸気ポート２４への熱の移動量に相当する。そして、この積に対して係数ｂを乗じて得られる推定吸気ポート壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）は、上記の熱の移動量に応じた吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌの上昇代に相当する。なお、上記期間Δｔは、一例として、以下の図１０に示すルーチンの制御周期と同じである。
【００６６】
図９に示す算出手順によれば、ＥＣＵ４０は、最終的には、推定吸気ポート壁面温度の初期値Ｔｐｗｌｅ（０）と等しいエンジン冷却水温度の初期値Ｔｗｔ（０）に対して、吸気ポート推定壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）のｉ回分の時間積算値を加算することで、推定吸気ポート壁面温度の今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）を算出する。
【００６７】
２−２．推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅを利用した開弁期間制御の概要
本実施形態では、エンジン暖機過程（以下、「冷間モード」とも称する）が終了した後には、実施の形態１と同様に、ノッキング領域Ｓ１においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔを壁面温度Ｔｐｗｌの代わりに用いて開弁期間制御が実行される。一方、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌの応答遅れが生じるエンジン暖機過程（冷間モード）では、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇと推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅとの大小関係の比較結果に応じた開弁期間制御が実行される。
【００６８】
２−３．実施の形態２に係る吸気バルブの開弁期間制御に関するＥＣＵによる処理
図１０は、本発明の実施の形態２に係る吸気バルブの開弁期間制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図１０に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理については、実施の形態１において既述した通りである。
【００６９】
図１０に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２において現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１にあると判定した場合には、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、内燃機関１０の運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）にあるか否かが判定される。この判定は、例えば、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが冷間判定閾値Ｔｃｏ未満であるか否かに基づいて行うことができる。
【００７０】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ２００の判定が不成立となる場合（Ｔｗｔ≧Ｔｃｏ）、すなわち、運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）ではないと判断できる場合には、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０の処理を実行する。
【００７１】
一方、ステップＳ２００の判定が成立する場合（Ｔｗｔ＜Ｔｃｏ）、すなわち、運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）であると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、図９に示す手順で算出される推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅ（今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ））が吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いか否かが判定される。
【００７２】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２において推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いと判定した場合、すなわち、上述の図６に示す低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｐｗｌ）が成立する場合には、ステップＳ１０８の処理と同様に、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に短い早閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６を制御する（ステップＳ２０４）。
【００７３】
一方、ステップＳ２０２において推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが吸気ガス温度Ｔｉｇ以下であると判定する場合には、上述の図５に示す高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｐｗｌ）が成立するときも含まれる。この場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１０の処理と同様に、有効開弁期間ＯＰｅが相対的に長い遅閉じ特性が選択されるように可変動弁装置２６を制御する（ステップＳ２０６）。
【００７４】
２−４．実施の形態２に係る吸気バルブの開弁期間制御の効果
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、冷間モードの実行中（エンジン暖機過程）においては、実施の形態１とは異なり、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する壁面温度Ｔｐｗｌの応答遅れを考慮しつつ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔから推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが算出される。これにより、エンジン暖機過程において、内燃機関１０に既存の水温センサ３４を用いつつ、実施の形態１と比べて推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅをより正確に推定できる。これにより、エンジン暖機過程においてノッキング領域Ｓ１が使用された場合に、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切な吸気バルブの開弁特性（遅閉じ特性または早閉じ特性）を、エンジン暖機過程の各時点においてより正確に選択できるようになる。
【００７５】
その他実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１および２においては、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｐｗｌとの大小関係に基づいて有効開弁期間ＯＰｅを変更するために、可変動弁装置２６を用いて吸気バルブの開き時期ＩＶＯを固定としつつ閉じ時期ＩＶＯを変化させる手法を例に挙げた。しかしながら、本発明の対象となる吸気バルブの開弁期間制御は、有効開弁期間ＯＰｅを制御するものであればよく、閉じ時期ＩＶＣに代え、あるいはそれとともに、開き時期ＩＶＯを調整するものであってもよい。ただし、開き時期ＩＶＯの調整を利用して有効開弁期間ＯＰｅを制御する場合には、既述したように、吸気上死点以降のクランク角期間において開き時期ＩＶＯに差を設ける必要がある。また、本発明に係る吸気バルブの開弁特性制御は、上述の可変動弁装置２６のように構成されたものに限られず、例えば、閉じ時期を連続的に変更可能な可変動弁装置のように任意の構成を有する可変動弁装置を用いて実現されてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態１および２においては、本発明に係る吸気流制御弁の制御が適用される内燃機関として、自然吸気エンジンである内燃機関１０を例に挙げた。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、例えば、以下に図１１を参照して示される内燃機関５０のように、過給エンジンであってもよい。
【００７７】
図１１は、過給エンジンが使用される場合のシステム構成の一例を表した図である。なお、図１１において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７８】
図１１に示す内燃機関５０は、過給機の一例として、ターボ過給機５２を備えている。ターボ過給機５２のコンプレッサ５２ａは、スロットルバルブ２０よりも上流側の吸気通路５４に配置されている。また、コンプレッサ５２ａとスロットルバルブ２０との間には、コンプレッサ５２ａにより圧縮された吸気ガスを冷却するためのインタークーラ５６が配置されている。
【００７９】
図１１に示す構成では、吸気ガス温度センサ２８は、インタークーラ５６の下流に位置している。吸気ガス温度センサ２８は、吸気ポート２４内の吸気ガス温度Ｔｉｇを把握し、当該吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｐｗｌとの大小関係を比較するために使用される。このため、吸気通路５４上の吸気ガス温度センサ２８の位置は、広く言えば、特に限定されない。しかしながら、インタークーラ５６による冷却に伴う吸気ガスの温度変化の影響を受けなくするために、図１１に示す例のようにインタークーラ５６の下流側の位置が望ましい。
【符号の説明】
【００８０】
１０、５０  内燃機関
１２、５４  吸気通路
１４  排気通路
１８  エアフローセンサ
２０  スロットルバルブ
２２  吸気マニホールド
２４  吸気ポート
２６  可変動弁装置
２８  吸気ガス温度センサ
３０  エンジン本体
３２  冷却水流路
３４  水温センサ
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２  クランク角センサ
４４  燃料噴射弁
４６  点火装置
５２  ターボ過給機
５６  インタークーラ
【図１】
2018119532.tif 000003
【図２】
2018119532.tif 000004
【図３】
2018119532.tif 000005
【図４】
2018119532.tif 000006
【図５】
2018119532.tif 000007
【図６】
2018119532.tif 000008
【図７】
2018119532.tif 000009
【図８】
2018119532.tif 000010
【図９】
2018119532.tif 000011
【図１０】
2018119532.tif 000012
【図１１】
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