(57)【要約】【課題】この発明は、低負荷での過渡運転時において、圧縮端圧力を十分に高めて高圧縮比を実現し、排気エミッションを向上させることを目的とする。【解決手段】エンジン１０は、過給機３２と、吸気バルブ２８の位相を可変に設定するＶＶＴ３８と、吸気バルブ２８の作用角及びリフト量を可変に設定する可変動弁機構４０とを備える。ＥＣＵ５０は、少なくともエンジン回転数、吸気バルブ２８の作用角及び閉弁時期に基いて、筒内での圧縮端圧力が最大となる吸気バルブ２８の閉弁時期を、最適な閉弁時期として算出する。そして、低負荷での過渡運転時に、ＶＶＴ３８により実際の閉弁時期が最適な閉弁時期となるように制御する。これにより、吸気バルブ２８の作用角及びリフト量を減少させずに、圧縮端圧力及び有効圧縮比を可能な限り高めることができ、排気ガス中のＴＨＣを効果的に低減することができる。【選択図】図１１
2011236824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの位相を可変に設定する位相可変機構と、
少なくとも機関回転数、前記吸気バルブの作用角及び閉弁時期に基いて、筒内での圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの閉弁時期を最適な閉弁時期として算出する最適閉弁時期算出手段と、
低負荷での過渡運転時において、前記位相可変機構により前記吸気バルブの閉弁時期を前記最適な閉弁時期に制御する位相制御手段と、
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】
前記最適閉弁時期算出手段は、
前記吸気バルブの作用角と機関回転数とに基いて、筒内でのポンプ損失を算出するポンプ損失算出手段と、
前記吸気バルブの閉弁時期に基いて有効圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、
少なくとも吸気圧、前記ポンプ損失及び前記有効圧縮比に基いて前記圧縮端圧力を算出する圧縮端圧力算出手段と、
前記吸気バルブの閉弁時期を仮想的に変更したときの前記圧縮端圧力算出手段の算出結果に基いて、前記圧縮端圧力のピーク位置を特定するピーク位置特定手段と、
を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関回転数と燃料噴射量とに基いて、定常運転時に筒内を通過するガス量である基準ガス量を算出する基準ガス量算出手段と、
吸入空気量、前記基準ガス量及び前記ポンプ損失に基いて、過渡運転時に生じる前記ポンプ損失の増加量を算出するポンプ損失増加量算出手段と、を備え、
前記圧縮端圧力算出手段は、前記ポンプ損失の増加量と前記有効圧縮比とに基いて前記圧縮端圧力を算出する構成としてなる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
吸気バルブの位相を可変に設定する位相可変機構と、
前記吸気バルブの作用角及びリフト量を可変に設定する作用角可変機構と、
前記吸気バルブの作用角に応じて筒内での圧縮端圧力を確保した状態で、有効圧縮比を高くするために、前記位相可変機構により前記吸気バルブの位相を進角させる位相進角制御手段と、
前記圧縮端圧力を最大化するために、前記作用角可変機構により前記吸気バルブの作用角を最大の圧縮端圧力に対応した大きさに保持する作用角保持制御手段と、
低負荷での過渡運転時において、機関回転数が低回転領域を規定する所定の判定値以下の場合には前記位相進角制御手段を作動させ、機関回転数が前記判定値よりも高い場合には前記作用角保持制御手段を作動させる制御切換手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
機関回転数、吸入空気量及び前記吸気バルブの開弁時期に基いて、前記圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの作用角を最適な作用角として算出する最適作用角算出手段を備え、
前記作用角保持制御手段は、前記作用角可変機構により前記吸気バルブの作用角を前記最適な作用角に制御する構成としてなる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項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、ディーゼルエンジン等に好適に用いられ、吸気バルブのバルブ特性を制御することが可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開平７−２６９３８１号公報）に開示されているように、吸気バルブのバルブ特性を制御することが可能なディーゼルエンジンの制御装置が知られている。従来技術では、低負荷運転時に吸気バルブの閉弁時期を下死点の近傍に設定し、これにより筒内圧を確保して燃焼状態を向上させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６９３８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０８９２号公報
【特許文献３】特開２００２−１８０８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンにおいては、低負荷運転時に筒内でのスワール流を抑制し、かつ、高圧縮比を実現することにより、排気ガス中の炭化水素（ＴＨＣ）を低減したいという要求がある。このため、低負荷運転時には、従来技術のように吸気バルブの閉弁時期を下死点の近傍に設定した上で、吸気バルブの開弁時期を上死点の近傍に設定し、上記要求を満たすことが好ましい。
【０００５】
しかしながら、一般的な可変動弁機構等を用いた場合において、上述した吸気バルブ制御を実行すると、吸気バルブの作用角が減少し、これに伴ってリフト量も減少する。この結果、バルブの吸気抵抗によりポンプ損失が増大し、筒内への流入ガス量が減少することになるので、上記要求とは逆に圧縮端圧力（圧縮行程開始時の筒内圧）が低下し、有効圧縮比を十分に高くすることができないという問題がある。この問題は、特に、過給機付きのディーゼルエンジンにおいて、低負荷での過渡運転時に顕著となる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、低負荷での過渡運転時において、圧縮端圧力を十分に高めて高圧縮比を実現し、排気エミッションを向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、吸気バルブの位相を可変に設定する位相可変機構と、
少なくとも機関回転数、前記吸気バルブの作用角及び閉弁時期に基いて、筒内での圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの閉弁時期を最適な閉弁時期として算出する最適閉弁時期算出手段と、
低負荷での過渡運転時において、前記位相可変機構により前記吸気バルブの閉弁時期を前記最適な閉弁時期に制御する位相制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明によると、前記最適閉弁時期算出手段は、
前記吸気バルブの作用角と機関回転数とに基いて、筒内でのポンプ損失を算出するポンプ損失算出手段と、
前記吸気バルブの閉弁時期に基いて有効圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、
少なくとも吸気圧、前記ポンプ損失及び前記有効圧縮比に基いて前記圧縮端圧力を算出する圧縮端圧力算出手段と、
前記吸気バルブの閉弁時期を仮想的に変更したときの前記圧縮端圧力算出手段の算出結果に基いて、前記圧縮端圧力のピーク位置を特定するピーク位置特定手段と、
を備える。
【０００９】
第３の発明は、機関回転数と燃料噴射量とに基いて、定常運転時に筒内を通過するガス量である基準ガス量を算出する基準ガス量算出手段と、
吸入空気量、前記基準ガス量及び前記ポンプ損失に基いて、過渡運転時に生じる前記ポンプ損失の増加量を算出するポンプ損失増加量算出手段と、を備え、
前記圧縮端圧力算出手段は、前記ポンプ損失の増加量と前記有効圧縮比とに基いて前記圧縮端圧力を算出する構成としている。
【００１０】
第４の発明は、吸気バルブの位相を可変に設定する位相可変機構と、
前記吸気バルブの作用角及びリフト量を可変に設定する作用角可変機構と、
前記吸気バルブの作用角に応じて筒内での圧縮端圧力を確保した状態で、有効圧縮比を高くするために、前記位相可変機構により前記吸気バルブの位相を進角させる位相進角制御手段と、
前記圧縮端圧力を最大化するために、前記作用角可変機構により前記吸気バルブの作用角を最大の圧縮端圧力に対応した大きさに保持する作用角保持制御手段と、
低負荷での過渡運転時において、機関回転数が低回転領域を規定する所定の判定値以下の場合には前記位相進角制御手段を作動させ、機関回転数が前記判定値よりも高い場合には前記作用角保持制御手段を作動させる制御切換手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、機関回転数、吸入空気量及び前記吸気バルブの開弁時期に基いて、前記圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの作用角を最適な作用角として算出する最適作用角算出手段を備え、
前記作用角保持制御手段は、前記作用角可変機構により前記吸気バルブの作用角を前記最適な作用角に制御する構成としている。
【００１２】
第６の発明は、内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機を備える。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、最適閉弁時期算出手段は、少なくとも機関回転数、吸気バルブの作用角及び閉弁時期に基いて、圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの最適な閉弁時期を算出することができる。これにより、低負荷での過渡運転時には、吸気バルブの適度な作用角及びリフト量を確保しつつ、位相可変機構を用いた位相制御により吸気バルブの閉弁時期を最適に制御し、圧縮端圧力を最大化することができる。即ち、吸気バルブの作用角及びリフト量を減少させずに、圧縮端圧力及び有効圧縮比を可能な限り高めることができる。これにより、排気ガス中のＴＨＣを効果的に低減し、排気エミッションを向上させることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、圧縮端圧力算出手段は、少なくとも吸気圧と、ポンプ損失算出手段により算出したポンプ損失と、圧縮比算出手段により算出した有効圧縮比とに基いて、圧縮端圧力を算出することができる。そして、ピーク位置特定手段は、吸気バルブの閉弁時期を仮想的に変更したときの圧縮端圧力算出手段の算出結果に基いて、圧縮端圧力のピーク位置を特定し、吸気バルブの最適な閉弁時期を算出することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、ポンプ損失増加量算出手段は、定常運転時のポンプ損失及び基準ガス量と、吸入空気量とに基いて過渡運転時に生じるポンプ損失の増加量を算出することができる。これにより、圧縮端圧力算出手段は、ポンプ損失の増加量と有効圧縮比とに基いて、過渡運転時における圧縮端圧力を算出することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、機関回転数が判定値以下であるために、排気エミッションに対するスワール流の影響が小さい場合には、位相進角制御を実行することができる。これにより、高圧縮比を実現し、排気ガス中のＴＨＣを低減することができる。一方、機関回転数が判定値よりも高く、スワール流の影響が大きい場合には、作用角保持制御を実行することができる。これにより、スワール流が強くなるのを回避しつつ、圧縮端圧力を最大化することができる。従って、運転状態に応じて制御を適切に切換えることができ、排気エミッションを安定的に向上させることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、最適作用角算出手段は、機関回転数、吸入空気量及び吸気バルブの開弁時期に基いて、圧縮端圧力が最大となる吸気バルブの最適な作用角を算出することができる。これにより、作用角保持制御手段は、吸気バルブの作用角が最適な作用角となるように制御することができ、圧縮端圧力を最大化することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、過給機付きの内燃機関では、低負荷での過渡運転時にターボラグ等が原因で圧縮端圧力を十分に高めるのが難しい。これに対し、少なくとも第１，第４の発明によれば、圧縮端圧力を十分に高めて排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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全体構成図である。
【図２】ＶＶＴと可変動弁機構により実現される吸気バルブのバルブ特性を示す特性線図である。
【図３】吸気バルブの閉弁時期と有効圧縮比との関係を示す特性線図である。
【図４】可変動弁機構により実現される吸気バルブの閉弁時期とリフト量との関係を示す特性線図である。
【図５】吸気バルブのリフト量と圧縮端圧力との関係を示す特性線図である。
【図６】吸気バルブの最大リフト量とポンプ損失の改善量との関係をエンジン回転数毎に示す特性線図である。
【図７】吸気バルブの閉弁時期と圧縮端圧力との関係をエンジン回転数毎に示す特性線図である。
【図８】吸気バルブの作用角とポンプ損失の悪化量との関係をエンジン回転数毎に示す特性線図である。
【図９】吸気バルブの作用角とエンジン回転数とに基いてポンプ損失を算出するためのマップデータである。
【図１０】エンジン回転数と燃料噴射量に基いて基準ガス量を算出するためのマップデータである。
【図１１】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図１２】低負荷での過渡運転時における過給圧の挙動を示す特性線図である。
【図１３】図１２に示す運転状態において、ＩＶＣ最適化制御を実行した場合のＩＶＣの挙動を示す特性線図である。
【図１４】図１２に示す運転状態において、ＩＶＣ最適化制御を実行した場合の圧縮端圧力の挙動を示す特性線図である。
【図１５】図１２に示す運転状態において、ＩＶＣ最適化制御を実行した場合のＴＨＣの排出量を示す特性線図である。
【図１６】本発明の実施の形態２において、エンジン回転数に基いて位相進角制御と作用角保持制御とを切換える動作を示す説明図である。
【図１７】吸入空気量が基準ガス量である場合において、エンジン回転数とＩＶＯとに基いて圧縮端圧力が最大となる作用角を算出するためのマップデータである。
【図１８】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図１５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２が設けられており、ピストン１２により燃焼室１４が形成されている。また、ピストン１２は、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１６に連結されている。
【００２１】
エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスを排出する排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２２と、電子制御式のスロットルバルブ２４とが設けられている。スロットルバルブ２４は、アクセル開度等に基いて駆動され、吸入空気量を調整する。また、各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、吸気通路１８を筒内に対して開，閉する吸気バルブ２８と、排気通路２０を筒内に対して開，閉する排気バルブ３０とが設けられている。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３２を備えている。過給機３２は、排気通路２０に設けられたタービン３４と、吸気通路１８に設けられたコンプレッサ３６とを有している。そして、過給機３２の作動時には、タービン３４が排気圧を受けて回転することによりコンプレッサ３６を駆動し、これによりコンプレッサ３６が吸入空気を過給する。
【００２２】
また、エンジン１０は、ＶＶＴ（Variable Valve Timing system）３８と、可変動弁機構４０とを備えている。ＶＶＴ３８は、吸気バルブ２８の位相（開閉タイミング）を可変に設定する位相可変機構を構成し、可変動弁機構４０は、吸気バルブ２８の作用角（開弁期間）及びリフト量を可変に設定する作用角可変機構を構成している。これらの機構の構成を説明するにあたり、まず、吸気バルブ２８の動弁系統について説明すると、この動弁系統は、吸気カムが設けられたカムシャフトと、このカムシャフトに設けられたタイミングプーリとを備えている。タイミングプーリは、タイミングチェーンを介してクランク軸１６に連結されている。このため、エンジンの運転中には、クランク軸１６の回転がタイミングチェーンを介してタイミングプーリに伝達され、タイミングプーリによりカムシャフト（吸気カム）が回転駆動される。これにより、吸気カムの作用力がロッカーアームを介して吸気バルブ２８に伝達されると、吸気バルブ２８は、カムシャフトの回転角に応じて所定のタイミングで開，閉するようになっている。
【００２３】
このように構成された動弁系統において、ＶＶＴ３８は、例えば特開２０００−８７７６９号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、ＶＶＴ３８は、カムシャフトとタイミングプーリとを相対回転させるアクチュエータを備えており、両者の相対回転角に応じて吸気バルブ２８の位相を変化させることができる。一方、可変動弁機構４０は、例えば特開２００７−１３２３２６号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、可変動弁機構４０は、吸気カムの作用力を受承するローラと、このローラが受けた作用力をロッカーアームに伝達する揺動アームとを備えている。また、ローラは、リンク機構を介して制御軸に連結されており、この制御軸はアクチュエータにより回転駆動される。そして、制御軸を回転させると、その回転角に応じてローラの位置が揺動アームの長さ方向に変位し、ローラの位置に応じて吸気カムの作用力に対する揺動アームの揺動量及び揺動タイミング（即ち、ロッカーアームの駆動量及び駆動タイミング）が変化する。これにより、可変動弁機構４０は、制御軸の回転角に応じて吸気バルブ２８の作用角及びリフト量を変化させることができる。
【００２４】
図２は、ＶＶＴと可変動弁機構により実現される吸気バルブのバルブ特性を示す特性線図である。この図に示すように、本実施の形態では、ＶＶＴ３８により吸気バルブ２８の位を進角または遅角させ、また、可変動弁機構４０により吸気バルブ２８の作用角及びリフト量を増大または減少させることができる。なお、本実施の形態では、バルブの作用角及びリフト量を変化させる機構として可変動弁機構４０を例示したが、本発明はこれに限らず、可変動弁機構４０に代えて、例えばＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift system）を用いる構成としてもよい。
【００２５】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ４２及び吸気圧センサ４４を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ４２は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ５０は、この出力に基いてエンジン回転数（機関回転数）及びクランク角を検出することができる。また、吸気圧センサ４４は、吸入空気の圧力（過給圧）を検出する。
【００２６】
また、センサ系統には、前記センサ２４，４２，４４に加えて、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６、ＶＶＴ３８、可変動弁機構４０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２７】
そして、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ４２の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ２２により検出した吸入空気量と、前記エンジン回転数とに基いて燃料噴射量を算出する。また、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期を決定し、燃料噴射弁２６を駆動する。さらに、ＥＣＵ５０は、ＶＶＴ３８、可変動弁機構４０等を駆動することにより、吸気バルブ２８の位相、作用角及びリフト量を制御する。
【００２８】
[実施の形態１の特徴]
まず、図３乃至図７を参照しつつ、低負荷運転時の問題点について説明する。ここで、図３は、吸気バルブの閉弁時期と有効圧縮比との関係を示す特性線図である。また、図４は、可変動弁機構により実現される吸気バルブの閉弁時期とリフト量との関係を示し、図５は、吸気バルブのリフト量と圧縮端圧力との関係を示している。さらに、図６は、吸気バルブの最大リフト量とポンプ損失の改善量との関係をエンジン回転数毎に示すもので、図７は、吸気バルブの閉弁時期と圧縮端圧力との関係をエンジン回転数毎に示すものである。なお、図６及び図７では、エンジン回転数として、８００ｒｐｍ（アイドル回転数）程度の低い回転数と、２０００ｒｐｍ程度の高い回転数とを例示している。
【００２９】
低負荷運転時には、排気ガス中のＴＨＣを低減するために、高圧縮比を実現するのが好ましい。このため、吸気バルブの閉弁時期（ＩＶＣ）を下死点の近傍に設定し、かつ、開弁時期（ＩＶＯ）を上死点の近傍に設定するバルブ制御が実行される。このバルブ制御により、吸気バルブの閉弁時期を早くすれば、図３に示すように、その分だけ有効圧縮比を高くすることができる。しかし、吸気バルブを早閉じすると、図４に示すようにバルブのリフト量が減少し、バルブの吸気抵抗により圧力損失（ポンプ損失）が増大する。この結果、圧縮端圧力は、図５中のＡ部に示すように、リフト量が減少した分だけ低下することになり、吸気バルブの早閉じにより有効圧縮比を増大させる効果が打消されてしまう。
【００３０】
上述したポンプ損失の増大（圧縮端圧力の低下）は、図６及び図７に示すように、エンジン回転数が高いほど顕著となる。このため、エンジン回転数が高い状態では、図７に示すように、吸気バルブを早閉じしても、圧縮端圧力は殆ど増大しない。即ち、エンジン回転数が高い運転領域では、吸気バルブの早閉じにより有効圧縮比を十分に増大させることができず、排気ガス中のＴＨＣが増大し易いという問題がある。なお、エンジン回転数が高くなるにつれて圧縮端圧力が低下するのは、上述したリフト量の減少による作用面積（リフト量と開弁時間との積）の減少に加えて、高回転に伴う時間面積（吸気時間）の減少により、吸気行程での圧力損失が増大することが原因である。一方、上述の問題に対処する方法としては、例えばＩＶＯを早くしてＩＶＣを遅くし（早開き遅閉じ）、リフト量を確保する方法が考えられる。しかし、吸気バルブを早開きすると、筒内でのスワール流が強くなって噴射燃料が拡散し、排気ガス中のＴＨＣが増大する虞れがある。この問題は、特に、過給機付きのディーゼルエンジンにおいて、低負荷での過渡運転時に顕著となる。
【００３１】
（ＩＶＣ最適化制御）
上述した問題を解決するために、本実施の形態では、低負荷での過渡運転中に吸気バルブの適度な作用角及びリフト量を確保しつつ、ＶＶＴ３８を用いた位相制御によりＩＶＣを制御し、圧縮端圧力が最大となるようにＩＶＣを最適化する構成としている。以下の説明では、この制御をＩＶＣ最適化制御と称するものとする。ＩＶＣ最適化制御では、まず、定常運転時のポンプ損失Ｐmepを基準として過渡運転時のポンプ損失増大量ΔＰmepを算出し、このポンプ損失増大量ΔＰmepと有効圧縮比εとに基いて圧縮端圧力Ｐcomp0を算出する。次に、ＩＶＣが変化するときの圧縮端圧力Ｐcomp0のピーク位置を判別し、このピーク位置のＩＶＣを最適な閉弁時期として特定するものである。以下、これらの処理について説明する。
【００３２】
（ポンプ損失Ｐmepの算出）
定常運転時に生じるポンプ損失Ｐmepは、エンジン回転数と吸気バルブの作用角とに基いて算出される。ここで、図８は、吸気バルブの作用角とポンプ損失の悪化量との関係をエンジン回転数毎に示す特性線図である。図８に示すように、ポンプ損失は、エンジン回転数が高いほど、また、吸気バルブの作用角が小さいほど増大する特性があり、この特性は、図９のように表すことができる。図９は、吸気バルブの作用角とエンジン回転数とに基いてポンプ損失を算出するためのマップデータであり、このマップデータはＥＣＵ５０に予め記憶されている。従って、ＥＣＵ５０は、図９のマップデータを参照することにより、ポンプ損失Ｐmepを算出することができる。なお、本実施の形態では、ポンプ損失の算出処理を簡素化するために、ポンプ損失の発生要因を吸気バルブの圧損のみに限定しているが、本発明はこれに限らず、吸気バルブの圧損以外の要因も加味してポンプ損失を算出する構成としてもよい。
【００３３】
（ポンプ損失増加量ΔＰmepの算出）
次の処理では、上述した定常運転時のポンプ損失Ｐmepを基準として、過渡運転時のポンプ損失増加量ΔＰmepを算出する。この算出処理では、まず、図１０に示すマップデータに基いて、定常運転時に筒内を通過するガスの量である基準ガス量Ｇsを算出する。図１０は、エンジン回転数と燃料噴射量に基いて基準ガス量を算出するためのマップデータである。図１０に示すように、基準ガス量Ｇsは、エンジン回転数が高くなるほど、また、燃料噴射量が多いほど、増大する特性を有している。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基いて、予め記憶された図１０のマップデータを参照することにより、基準ガス量Ｇsを算出することができる。
【００３４】
過渡運転時（加速運転時）には、ターボラグ等が原因で実際の吸入空気量Ｇaと基準ガス量Ｇsとの間にずれが生じる。そして、ポンプ損失は、実際の吸入空気量Ｇaに比例して増大する特性がある。このため、定常運転時のポンプ損失Ｐmepを基準とすれば、過渡運転時のポンプ損失増加量ΔＰmepは、上述したポンプ損失Ｐmep、基準ガス量Ｇs及び現在の吸入空気量Ｇaに基いて、下記（１）式のように表される。ＥＣＵ５０は、この（１）式に基いてポンプ損失増加量ΔＰmepを算出する。
【００３５】
ΔＰmep＝Ｇa／Ｇs×Ｐmep      ・・・（１）
【００３６】
（圧縮端圧力Ｐcomp0の算出）
次の処理では、現在のＩＶＣに基いて、ＩＶＣと有効圧縮比との関係を示すマップデータを参照することにより、有効圧縮比εを算出する。このマップデータは、前記図３に相当するもので、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。そして、上記（１）式により算出したポンプ損失増加量ΔＰmepと、吸気圧センサ４４により検出した吸気圧（過給圧）Ｐimと、定数である比熱比κとに基いて、下記（２）式により圧縮端圧力Ｐcomp0を算出する。
【００３７】
Ｐcomp0＝（Ｐim−ΔＰmep）×εκ      ・・・（２）
【００３８】
上記の算出処理によれば、現在の作用角及びＩＶＣにおける圧縮端圧力Ｐcomp0を算出することができる。次の処理では、ＩＶＣを仮想的に少しずつ変化させながら、上記算出方法に基いて圧縮端圧力（以下、仮圧縮端圧力と称す）Ｐcomp(n)を算出する。そして、ＩＶＣが変化するときの仮圧縮端圧力Ｐcomp(n)のピーク位置を特定し、このピーク位置におけるＩＶＣを、圧縮端圧力が最大となる最適な閉弁時期として算出する。
【００３９】
このようにして、吸気バルブの現在の作用角において、圧縮端圧力Ｐcomp0を最大化する最適なＩＶＣを算出することができる。そして、ＩＶＣ最適化制御では、ＶＶＴ３８を駆動することにより、実際のＩＶＣが最適なＩＶＣとなるように吸気バルブ２８の位相を制御する。従って、ＩＶＣ最適化制御によれば、低負荷での過渡運転中に吸気バルブ２８の適度な作用角及びリフト量を確保しつつ、ＶＶＴ３８を用いた位相制御によりＩＶＣを最適に制御し、圧縮端圧力を最大化することができる。即ち、吸気バルブ２８の作用角及びリフト量を減少させずに、圧縮端圧力及び有効圧縮比を可能な限り高めることができる。これにより、排気ガス中のＴＨＣを効果的に低減し、排気エミッションを向上させることができる。
【００４０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図１１は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図１１に示すルーチンでは、まず、センサ系統の出力に基いてエンジンの運転情報を読込む（ステップ１００）。この運転情報には、エンジン回転数、吸入空気量Ｇa、過給圧Ｐim、燃料噴射量等が含まれる。次に、燃料噴射量に基いて低負荷運転時であるか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、そのまま制御を終了する（ステップ１０２）。具体例を挙げると、燃料噴射量が１０ｍｍ３／st以下の場合に低負荷運転時と判定する。
【００４１】
そして、低負荷運転時には、定常運転時の吸気バルブ制御により設定された吸気バルブのバルブ特性パラメータ（ＩＶＯ、ＩＶＣ及び作用角）を読込む（ステップ１０４）。ここで、定常運転時の吸気バルブ制御は、例えばエンジン回転数と燃料噴射量とに基いて吸気バルブの作用角等を制御するもので、一般的に公知な制御である。次の処理では、前述したように、ステップ１０６〜１１４の処理により圧縮端圧力Ｐcomp0を算出する。具体的には、エンジン回転数と燃料噴射量とに基いて基準ガス量Ｇsを算出し（ステップ１０６）、エンジン回転数と作用角とに基いて定常運転時のポンプ損失Ｐmepを算出する（ステップ１０８）。
【００４２】
そして、前記（１）式によりポンプ損失増加量ΔＰmepを算出し（ステップ１１０）、ＩＶＣに基いて有効圧縮比εを算出する（ステップ１１２）。また、前記（２）式により現在の圧縮端圧力Ｐcomp0を算出する（ステップ１１４）。なお、前記（１）式は、過渡運転により実際の吸入空気量Ｇaと基準ガス量Ｇsとの間にずれが生じることで、実効性を発揮する。従って、ＩＶＣ最適化制御が低負荷の過渡運転時に実行されることは、ステップ１０２と前記（１）式とに基いて規定されている。
【００４３】
次の処理では、ステップ１１６〜１２０のループ処理を実行することにより、圧縮端圧力を最大化する最適なＩＶＣを算出する。具体的に述べると、ステップ１１６では、仮想閉弁時期θ(n)を前回の値θ(n-1)に対して少しだけ早閉じ側（低リフト側）に変更し、ステップ１１８では、仮想閉弁時期θ(n)を用いて前記ステップ１０６〜１１４の処理を行うことにより、仮圧縮端圧力Ｐcomp(n)を算出する。そして、ステップ１２０では、仮圧縮端圧力Ｐcomp(n)が前回の値Ｐcomp(n-1)よりも大きいか否かを判定し、この判定が成立する限り、ステップ１１６〜１２０の処理を繰返す。ここで、ｎはループ処理の繰返し回数である。仮想閉弁時期の初期値θ(0)には、現在のＩＶＣが代入され、仮圧縮端圧力の初期値Ｐcomp(0)には、現在の圧縮端圧力Ｐcomp0が代入される。この繰返し処理によれば、現在のＩＶＣよりも早閉じ側の領域において、圧縮端圧力を最大化する最適なＩＶＣを特定することができる。
【００４４】
一方、現在のＩＶＣよりも早閉じ側の領域では、圧縮端圧力が最大とならない場合もある。この場合には、ステップ１２０で初回の判定処理が不成立となるので、この状態をステップ１２２により判定し、ステップ１２４〜１２８のループ処理に移行する。このループ処理は、ステップ１１６〜１２０とほぼ同様の処理であるが、仮想閉弁時期θ(n)を少しずつ遅閉じ側（高リフト側）に変更しながら、圧縮端圧力を最大化する最適なＩＶＣを特定する。以上の処理により、ステップ１３０では、最適なＩＶＣが特定されるので、ステップ１３２では、現在のＩＶＣが最適なＩＶＣとなるように、ＶＶＴ３８により吸気バルブの位相制御を実行する。
【００４５】
なお、実施の形態１では、図１１中に示すステップ１０４〜１３０が請求項１における最適閉弁時期算出手段の具体例を示し、ステップ１３２が位相制御手段の具体例を示している。また、ステップ１０８は請求項２におけるポンプ損失算出手段の具体例、ステップ１１２は圧縮比算出手段の具体例、ステップ１１４は請求項２，３における圧縮端圧力算出手段の具体例、ステップ１１６〜１２８はピーク位置特定手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ１０６は請求項３における基準ガス量算出手段の具体例、ステップ１１０はポンプ損失増加量算出手段の具体例をそれぞれ示している。
【００４６】
次に、図１２乃至図１５を参照しつつ、ＩＶＣ最適化制御の作用効果について説明する。図１２は、低負荷での過渡運転時における過給圧の挙動を示す特性線図である。また、図１３乃至図１５は、図１２に示す運転状態において、ＩＶＣ最適化制御を実行した場合のＩＶＣの挙動、圧縮端圧力の挙動、ＴＨＣの排出量をそれぞれ示す特性線図である。なお、図１３乃至図１５中において、「ｍａｐ−ｏｐｅｎ」と付記した特性線は、ＩＶＣ最適化制御に対する比較例として、定常運転時の吸気バルブ制御だけを実行した場合を例示したものである。まず、低負荷の過渡運転時（加速運転時）には、図１２に示すように、ターボラグ等により実際の過給圧が定常運転時の値よりも小さくなるため、その分だけガス量（吸入空気量）が少量となる。この場合、ＩＶＣ最適化制御によれば、図１３及び図１４に示すように、ＩＶＣを可能な限り早閉じ側に制御しながら、圧縮端圧力を最大化することができる。これにより、図１５に示すように、過渡運転時に生じるＴＨＣ排出量のピークを低減することができる。
【００４７】
実施の形態２．
次に、図１６乃至図１８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているものの、低負荷での過渡運転時に、エンジン回転数に基いて吸気バルブの制御方法を切換えることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４８】
［実施の形態２の特徴］
（位相進角制御）
低負荷の過渡運転時には、前述したＩＶＣ最適化制御を含む位相進角制御を実行することにより、高圧縮比を実現し、排気ガス中のＴＨＣを低減することができる。ここで、位相進角制御とは、吸気バルブの作用角（リフト量）に応じて圧縮端圧力を確保した状態で、ＶＶＴ３８により吸気バルブの位相を進角させるものである。しかし、位相進角制御により吸気バルブを早閉じさせると、これに伴ってバルブが早開きするので、筒内のスワール流が強くなり、制御の目的とは逆に排気ガス中のＴＨＣが増大する場合がある。
【００４９】
本実施の形態は、このような位相進角制御の課題を解決する方法として、エンジン回転数に着目したものである。即ち、筒内のスワール流は、エンジン回転数が高いほど強くなり、低回転領域では比較的弱いという特性がある。そこで、本実施の形態では、低負荷の過渡運転時において、エンジン回転数が低回転領域を規定する判定値Ｎs以下の場合には、位相進角制御を実行する。一方、エンジン回転数が判定値Ｎsよりも大きい場合には、以下に述べる作用角保持制御を実行する構成としている。図１６は、本発明の実施の形態２において、エンジン回転数に基いて位相進角制御と作用角保持制御とを切換える動作を示す説明図である。なお、判定値Ｎsとしては、例えば１６００ｒｐｍ程度の回転数を用いるのが好ましい。
【００５０】
（作用角保持制御）
この制御では、まず、現在のガス量（吸入空気量）Ｇa、エンジン回転数及びＩＶＯに基いて、圧縮端圧力Ｐcompが最大となる吸気バルブの作用角を最適な作用角として算出する。図１７は、吸入空気量が基準ガス量である場合において、エンジン回転数とＩＶＯとに基いて圧縮端圧力が最大となる作用角を算出するためのマップデータである。ＥＣＵ５０には、このマップデータと同様に構成され、かつ、吸入空気量が異なる複数のマップデータが記憶されている。そして、作用角保持制御では、低負荷の過渡運転時において、吸気バルブの作用角が前記最適な作用角となるように、可変動弁機構４０により作用角を制御する。
【００５１】
また、上述した位相進角制御と作用角保持制御との切換制御は、吸気バルブの現状の作用角が前記最適な作用角よりも小さく、かつ、現状の有効圧縮比が目標圧縮比と比較して低い場合に実行するのが好ましい。この場合には、上述の各制御が効果を発揮する余地があるので、排気エミッションを改善することができる。
【００５２】
このように構成される本実施の形態によれば、エンジン回転数が判定値Ｎs以下であるために、排気エミッションに対するスワール流の影響が小さい場合には、位相進角制御を実行することができ、これにより高圧縮比を実現し、排気ガス中のＴＨＣを低減することができる。一方、エンジン回転数が判定値Ｎsよりも高く、スワール流の影響が大きい場合には、作用角保持制御を実行することができ、スワール流が強くなるのを回避しつつ、圧縮端圧力を最大化することができる。従って、運転状態に応じて制御を適切に切換えることができ、排気エミッションを安定的に向上させることができる。
【００５３】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図１８は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図１２に示すルーチンでは、まず、実施の形態１（図１１）のステップ１００，１０４と同様に、センサ系統の出力に基いてエンジンの運転情報を読込むと共に、吸気バルブのバルブ特性パラメータを読込む（ステップ２００）。次に、燃料噴射量に基いて低負荷での過渡運転時であるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、この判定成立時には、エンジン回転数が判定値Ｎsよりも高いか否かを判定し（ステップ２０４）、この判定成立時には、前述した作用角保持制御を実行する（ステップ２０６）。また、ステップ２０４の判定が不成立の場合には、前述した位相進角制御を実行する（ステップ２０８）。
【００５４】
なお、上述した実施の形態２では、図１８中のステップ２０８が請求項４における位相進角制御手段の具体例を示し、ステップ２０６が作用角保持制御手段の具体例を示している。また、ステップ２０４は、制御切換手段の具体例を示している。さらに、図１７のマップデータは、請求項５における最適作用角算出手段の具体例を示している。
【００５５】
また、実施の形態２では、位相進角制御の一例を記載したが、本発明では、実施の形態２で実行する位相進角制御として、実施の形態１で説明したＩＶＣ最適化制御を採用してもよい。
【００５６】
さらに、本発明は、過給機付きのディーゼルエンジンに限定されるものではなく、ガソリンエンジンや、過給機をもたない各種の内燃機関に広く適用し得るものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  エアフローセンサ
２４  スロットルバルブ
２６  燃料噴射弁
２８  吸気バルブ
３０  排気バルブ
３２  過給機
３４  タービン
３６  コンプレッサ
３８  ＶＶＴ（位相可変機構）
４０  可変動弁機構（作用角可変機構）
４２  クランク角センサ
４４  吸気圧センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
2011236824.tif 000003
【図２】
2011236824.tif 000004
【図３】
2011236824.tif 000005
【図４】
2011236824.tif 000006
【図５】
2011236824.tif 000007
【図６】
2011236824.tif 000008
【図７】
2011236824.tif 000009
【図８】
2011236824.tif 000010
【図９】
2011236824.tif 000011
【図１０】
2011236824.tif 000012
【図１１】
2011236824.tif 000013
【図１２】
2011236824.tif 000014
【図１３】
2011236824.tif 000015
【図１４】
2011236824.tif 000016
【図１５】
2011236824.tif 000017
【図１６】
2011236824.tif 000018
【図１７】
2011236824.tif 000019
【図１８】
2011236824.tif 000020