(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関及び車両の減速過程におけるドライバビリティの低下を抑止する。【解決手段】吸気バルブの開弁タイミング及び排気バルブの閉弁タイミングを可変調整できる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関を制御するものであって、内燃機関が減速するとき、排気バルブの閉弁タイミングを最大にまたは最大付近まで遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最大に遅角したタイミングよりも進角させる過渡制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの開弁タイミング及び排気バルブの閉弁タイミングを可変調整できる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関を制御するものであって、
内燃機関が減速するとき、排気バルブの閉弁タイミングを最大にまたは最大付近まで遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最大に遅角したタイミングよりも進角させる過渡制御を行う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、可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを可変制御できる可変バルブタイミング機構を備えたものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。この種の可変バルブタイミング機構は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転位相を各々変化させることを通じて、吸気バルブ及び排気バルブの開閉のタイミングをそれぞれ変化させる。
【０００３】
可変バルブタイミング機構の用途の一つとして、内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。内部ＥＧＲでは、吸気バルブの開弁タイミングを早め、及び／または、排気バルブの閉弁タイミングを遅らせることで、吸気バルブと排気バルブとがともに開いているバルブオーバラップ期間を長くし、気筒から排出された排気ガスを吸気行程の初期に気筒内に逆流させる。
【０００４】
このような内部ＥＧＲにより、ＮＯxの低減、ＨＣの再燃焼といったエミッションの良化を期待できる。並びに、ポンピングロスが低減するとともに、燃料噴射量を削減でき、燃費性能が向上する。
【０００５】
しかしながら、全ての運転領域においてこの内部ＥＧＲを行っているわけではない。中負荷の運転領域では、バルブオーバラップ期間を長大化することにより、内部ＥＧＲガス量を増加させる。一方、内燃機関の始動時ないし始動直後、内燃機関の低温時（冷間始動直後等の暖機時）、アイドリング中、低負荷運転領域または高回転高負荷運転領域においては、内部ＥＧＲが却って悪影響をもたらすおそれがあることから、バルブオーバラップ期間を短縮化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−００２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、内燃機関または車両に対して減速要求があったとき、換言すれば、アクセルペダルの踏み込みが緩められたときには、バルブオーバラップ期間を短くして内部ＥＧＲ量を減少させる制御を行っていた。
【０００８】
その結果、短期的には、気筒に充填される新気の量（酸素量）の増大を招き、これに見合った量の燃料を噴射することで、エンジントルクが不必要に大きくなってしまうことがあった。さすれば、減速要求中であるにもかかわらず、車両が瞬間的に前方に押し出されるような飛び出し感が発生する。
【０００９】
本発明は、内燃機関及び車両の減速過程におけるドライバビリティの低下を抑止することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するべく、本発明では、吸気バルブの開弁タイミング及び排気バルブの閉弁タイミングを可変調整できる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関を制御するものであって、内燃機関が減速するとき、排気バルブの閉弁タイミングを最大にまたは最大付近まで遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最大に遅角したタイミングよりも進角させる過渡制御を行う内燃機関の制御装置を構成した。
【００１１】
すなわち、減速要求があったとき、一時的に吸気バルブと排気バルブとが開弁しているバルブオーバラップ期間を設け、従来生じていた気筒に充填される新気量が不当に増加して、これに見合った量の燃料を噴射することでエンジントルクが不必要に大きくなってしまうという不具合の発生を解消または抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関及び車両の減速過程におけるドライバビリティの低下を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す図。
【図３】同実施形態の制御装置による過渡制御の内容を説明するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。
【００１５】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１６】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１７】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１８】
本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛けて巻掛伝動装置７を構成し、タイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。吸気カムシャフトが各気筒１の吸気バルブを開閉駆動し、排気カムシャフトが各気筒１の排気バルブを開閉駆動することは言うまでもない。
【００２０】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に可変バルブタイミング機構５を介設するとともに、排気側スプロケット７３と排気カムシャフトとの間にも可変バルブタイミング機構６を介設している。
【００２１】
可変バルブタイミング機構５は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより、吸気バルブの開閉のタイミングを変化させる。即ち、可変バルブタイミング機構５のハウジング５１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング５１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ５２は、ハウジング５１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング５１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング５１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ５２の外周部に成形されたベーン５２１によって進角室５１２と遅角室５１１とに区画されている。
【００２２】
同様に、可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する排気カムシャフトの回転位相を変化させることにより、排気バルブの開閉のタイミングを変化させる。即ち、可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、排気側スプロケット７３に固着しており、排気側スプロケット７３とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、排気側スプロケット７３及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００２３】
可変バルブタイミング機構５、６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構５との間、液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間にはそれぞれ、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室５１２、６１２または遅角室５１１、６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング５１、６１がロータ５２、６２に対して相対回動し、吸気バルブ及び排気バルブの各バルブタイミングを進角または遅角させることができる。
【００２４】
ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング５１、６１の進角室５１２、６１２と接続するＡポート９２、ハウジング５１、６１の遅角室５１１、６１１と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部流体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
【００２５】
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。つまり、制御信号ｍ、ｎとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。
【００２６】
制御信号ｍ、ｎのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室５１２、６１２に供給される一方、既に遅角室５１１、６１１に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室５１２、６１２の容積が拡大、遅角室５１１、６１１の容積が縮小するようにベーン５２１、６２１及びロータ５２、６２が回動する。結果、カムシャフトの回転位相、即ちカムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングが進角化する。
【００２７】
逆に、制御信号ｍ、ｎのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室５１１、６１１に供給される一方、既に進角室５１２、６１２に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室５１１、６１１の容積が拡大、進角室５１２、６１２の容積が縮小するようにベーン５２１、６２１及びロータ５２、６２が回動する。結果、カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
【００２８】
総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が中立より大きいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く進角し、デューティ比が中立より小さいほど吸気バルブのバルブタイミングが速く遅角する。並びに、制御信号ｎのデューティ比が中立より大きいほど排気バルブのバルブタイミングが速く遅角し、デューティ比が中立より小さいほど排気バルブのバルブタイミングが速く進角する。
【００２９】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００３０】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温（機関の温度を示唆）を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される吸気カム角信号ｇ、排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム角信号ｈ等が入力される。
【００３１】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、吸気側の可変バルブタイミング機構５を制御するためのＯＣＶ９に対して制御信号ｍ、排気側の可変バルブタイミング機構６を制御するためのＯＣＶ９に対して制御信号ｎ等を出力する。
【００３２】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００３３】
ＥＣＵ０は、内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気管内圧力、吸気量）］その他の条件に応じて、吸気バルブ及び排気バルブの各バルブタイミングを変化させる。特に、中負荷の運転領域にて、吸気バルブの開きタイミングを早めるとともに排気バルブの閉じタイミングを遅らせて、両バルブが開弁しているバルブオーバラップ期間を長大化することにより、内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガス量を増加させ、内燃機関のポンピングロスを低減しながら燃焼ガス中に含まれるＮＯxを減少せしめ、さらにはＨＣの再燃焼を促す。
【００３４】
翻って、内燃機関の始動時ないし始動直後、内燃機関の低温時（冷間始動直後等の暖機時）、アイドリング中、低負荷運転領域または高回転高負荷運転領域においては、内部ＥＧＲが却って悪影響をもたらすおそれがあることから、吸気バルブの開きタイミングを遅らせるとともに排気バルブの閉じタイミングを早めて、バルブオーバラップ期間を短縮化する。排気バルブタイミングを最も進角すると、排気バルブは気筒１の排気上死点にて閉じ切る。吸気バルブタイミングを最も遅角すると、吸気バルブは気筒１の排気上死点にて開き始める。従って、バルブオーバラップ期間が０となる。
【００３５】
ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が多いほど、スロットルバルブ３２の開度を大きく開き、吸気通路３を気筒１に向かって流れる新気の量を増加させる。
【００３６】
また、ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気圧、吸気量、燃料噴射量）］等に基づき、気筒１に充填される吸気中に占めるＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率を決定し、そのＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲバルブ２３の開度を操作する。吸気について要求されるＥＧＲ率は、中負荷運転領域において最も高く、負荷が低くなるか高くなるほど低下する。アイドリング中やアイドリングに近い低負荷領域では、要求ＥＧＲ率は０となるので、ＥＧＲバルブ２３を全閉する。
【００３７】
加えて、ＥＣＵ０は、現在の内燃機関の運転領域等に基づき、吸気バルブ及び排気バルブの開閉弁タイミングを決定する。
【００３８】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関が減速するとき、排気バルブの閉弁タイミングを最大にまたは最大付近まで遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最大に遅角したタイミングよりも進角させる過渡制御を実施する。図３に、過渡制御の内容を示す。
【００３９】
スロットルバルブ３２の開度は、アクセルペダルの踏込量に応じて定める。減速要求が発生した場合には、アクセルペダルの踏込量が０またはほぼ０であることに対応して、スロットルバルブ３２を全閉または全閉に近い小開度に絞る。
【００４０】
そして、過渡制御においては、可変バルブタイミング機構５を介して吸気バルブの開閉弁タイミングを進角化する。この際、内燃機関が減速しない状況と比較して、吸気バルブの開弁タイミングをより進角させる。具体的には、吸気バルブが気筒１の排気上死点にて開き始める吸気バルブタイミングを最も遅角させた状態よりも進角させ、気筒１のピストンが下死点から上死点に向かって上動する排気行程中にも吸気バルブが開いているようにする。なお、この際、減速要求時の新気量の制御精度をより良好なものとするため、ＥＣＵ０により演算された減速前もしくは減速中のＥＧＲ率に応じて、吸気バルブタイミング可変機構５の進角量を可変に制御してもよい。
【００４１】
また、過渡制御においては、可変バルブタイミング機構６を介して排気バルブの開閉弁タイミングを顕著に遅角化し、気筒のピストンが上死点から下死点に向かって下動する吸気行程中にも長期間排気バルブが開いているようにする。さすれば、一旦気筒１から排出された排気の一部を排気行程中に気筒１内に押し戻し、気筒内の気筒１内に入る新気量を減らすことができる。
【００４２】
このように、本実施形態の制御装置０によれば、減速要求時に吸気バルブ及び排気バルブがともに開くバルブオーバラップ期間を一時的に長期化して、内部ＥＧＲ量を上昇させ得る。すなわち、減速要求中であるにもかかわらず吸気通路３の気筒１に向かって流れる新気の流量が一時的に急増することを抑止できる。
【００４３】
詳述すれば、新気の流量が増加すると、気筒１に充填される吸気量に比例して燃料を噴射する（即ち、空燃比を一定範囲内に制御する）都合上、減速要求中であるにもかかわらずエンジントルクが増大しかねない。そこで、本実施形態における過渡制御においては、排気バルブの閉弁タイミングを最も遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最も遅角させた状態より進角させて、両バルブが開弁しているバルブオーバラップ期間を一時的に長大化することにより、内部ＥＧＲガス量を増加させる。しかして、吸気のＥＧＲ率を上昇させて気筒に充填される新気の流量を不当に増大させることがなくなる。そのため、燃料噴射を適切なものとすることができ、エンジントルクが不当に増大して飛び出し感が生じることを抑制できる。
【００４４】
上記の過渡制御は、エンジン回転数が所定以下となる、車速が所定以下となる、燃料噴射を中断する燃料カットを開始する、または、アクセルペダルが踏まれて踏込量が所定以上となる、のうちの何れかが成立したときに終了する。あるいは、過渡制御を開始してから所定時間が経過したら過渡制御を終了するようにしてもよい。過渡制御の終了後は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉弁タイミングを内燃機関の運転領域等に対応した本来のタイミングに設定する。
【００４５】
本実施形態では、吸気バルブの開弁タイミング及び排気バルブの閉弁タイミングを可変調整できる可変バルブタイミング機構５、６を備えた内燃機関を制御するものであって、内燃機関が減速するとき、排気バルブの閉弁タイミングを最大にまたは最大付近まで遅角させるとともに、吸気バルブの開弁タイミングを最大に遅角したタイミングよりも進角させる過渡制御を実行することを特徴とする制御装置０を構成した。
【００４６】
本実施形態によれば、吸気バルブタイミング可変機構５、６により、減速要求時に内部ＥＧＲを一時的に増量し、相対的な新気量の増加を相殺する。これにより減速要求中であるにもかかわらず、車両が瞬間的に前方に押し出されるような飛び出し感が抑制され、良好なドライバビリティが得られる。
【００４７】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、可変バルブタイミング機構の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を液圧により進角／遅角させるもの以外にも、バルブを電磁ソレノイドバルブとしたものや、バルブを開弁駆動するカムをそれぞれ複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００４８】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
５、６…可変バルブタイミング機構
【図１】
2015113794.tif 000003
【図２】
2015113794.tif 000004
【図３】
2015113794.tif 000005