(57)【要約】【課題】加速域への移行のために吸気バルブの開閉タイミングを進角させるにおいて、排気系部材の損傷を防止しつつ燃費の改善とトルクの増大を図る。【解決手段】アクセルペダルの踏み込みによって燃料がリッチ化される加速モードに移行した場合、排気系部材の温度を実測又は推測して、部材温度が危険温度まで上昇しておらずに上昇代（余裕）がある場合は、吸気バルブ２１の進角量Ｋを安全進角量Ｋ１よりも大きい暫定進角量Ｋ２に大きくして、それからある程度の維持時間ｔ１を経過してから安全進角量Ｋ１に戻す。排気系部材の温度が危険領域まで上昇していないのに燃料を無駄に消費することを抑制できるため、燃費悪化を抑制できると共に、トルクをアップして加速応答性を向上できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定常運転状態での吸気バルブの開閉タイミングを予め設定した条件に基づいて目標位相角に近付けるように制御される構成であって、
アクセルペダルが踏み込まれたとき、排気系部材の温度の実測値又は推測値が予め設定した基準温度よりも低くて排気系部材に温度上昇の余裕がある場合は、前記吸気バルブの開閉タイミングを前記目標位相角より大きく進角させて、その後に前記目標位相角に変更するように制御される、
自動車用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、乗用車やトラックのような自動車に搭載される可変バルブ式内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用内燃機関において、吸気バルブの開閉タイミングを可変式できるＶＶＴ機構は広く採用されており、吸気バルブの開閉タイミングは、機関回転数やアクセル踏み込み量（又はスロットル開度）、吸入空気量（吸気負圧）などに基づいて設定されている。
【０００３】
そして、一般には、アクセルペダルの踏み込みによる加速要求（出力増大要求）があった場合は、燃料をリッチ化すると共に吸気バルブの開閉タイミングを進角させて、加速応答性を高めるように制御されているが、機関温度等の条件の運転条件によっては必ずしも進角制御によって加速応答性が高まらないことがあり、そこで、特許文献１は、吸気バルブの進角制御によって燃焼悪化が予想される場合は、進角制御を禁止させることを提案している。
【０００４】
他方、自動車に搭載した内燃機関は、外気温度や道路状態、或いは運転時間等によって機関温度が大きく異なるが、燃焼ガスの温度が高くなり過ぎると、ピストンの焼き付きやオイルの燃焼を発生させたり、排気マニホールドやターボ過給機、或いは排気ガス浄化用触媒のような排気系の部材を損傷させたりするおそれがある。特に、排気浄化用触媒は過剰な高温に晒されると劣化が進む性質がある。
【０００５】
そこで、アクセルペダルが踏み込まれて加速要求があった場合は、所定の条件の下で空燃比をリッチ化して、気筒を冷却することで燃焼温度を抑制することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１１６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
吸気バルブの開閉タイミング制御のブログラムは、燃費やトルク、排気系への燃料の吹き抜け量などを目標値として総合的に考慮して設計されているが、加速時には、全てを満足させることは困難である。例えば、燃料のリッチ化によって排気系への燃料の吹き抜け量が多いと、トルクは確保できても、燃費が悪化するのみならず、燃料の後燃えによって排気系部材（排気ターボ過給機や触媒など）を損傷させるおそれがある。
【０００８】
そして、例えばフルスロットル状態では吸気バルブの開閉タイミングを進角させることで、燃料の吹き抜けを防止しつつ出力応答性を高めているが、進角させ過ぎると燃焼温度が異常に高くなって排気部材の損傷につながるため、異常燃焼に至らない範囲に進角量（目標位相角）を抑えている。従って、リッチ化された燃料が排気系に吹き抜ける量が多くなったり、要求されたトルクが出ないといった問題がある。
【０００９】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、排気ガスの異常高温化（或いは燃焼温度の異常高温化）による排気系部材の損傷等は防止しつつ、燃費の悪化抑制やトルク向上を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の内燃機関は、定常運転状態での吸気バルブの開閉タイミングを予め設定した条件に基づいて目標位相角に近付けるように制御される構成において、アクセルペダルが踏み込まれたとき、排気系部材の温度の実測値又は推測値が予め設定した基準温度よりも低くて排気系部材に温度上昇の余裕がある場合は、前記吸気バルブの開閉タイミングを前記目標位相角より大きく進角させて、その後に前記目標位相角に変更するように制御されるようになっている。
【００１１】
吸気バルブの開閉タイミングを目標位相角に設定するための「予め設定した条件」は、上記のとおり、アクセルベダルの踏み込み量（或いは踏み込み加速度）や機関回転数、吸気量、スロットル開度、吸気系の圧力、外気温度などに基づいて設定される。排気系部材の基準温度の推測値としては、冷却水の温度やオイルの温度が挙げられる。冷却水の温度の二次的利用として、ラジェータへの冷却水の通水の有無や、ラジェータのファンの駆動の有無から判断することも可能である。更に、冷却水の温度や外気温等の複数の要素（因子）を併用することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
さて、上記のとおり、定常運転状態における吸気バルブの開閉タイミングの目標位相角は、アクセルの開度（或いはスロットル開度）や機関回転数、吸気圧等の値に基づいて行われているが、これらの値は、実際に内燃機関を運転して排気ガス温度や各部材温度を計測することで引き出している。つまり、理論的な計算値ではなく、スロットル開度や回転数等がこの程度の数値であれば燃焼ガス（排気ガス）が危険な温度まで上昇するであろうと、実際の運転結果に基づいたデータから演繹的に引き出された数値である。
【００１３】
そして、定常運転状態での条件を引き出すための運転は、所定の温度（例えば２０℃程度）の下で暖機運転が終わった後の状態で行っているため、例えば冬季のように外気温度が低い場合や、始動してさほど時間が経過していない暖機運転状態では、回転数やスロットル開度等の個別要素が設定された条件を満たしていても、実際には機関温度が危険域まで上昇しておらずに、排気系部材等の機関の温度は危険域まで高くなっていない場合も多い。
【００１４】
本願発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、排気系部材の温度の実測値又は推測値が基準値に至っていない場合は、吸気バルブの開閉タイミングを定常状態よりも大きく進角させることで、燃料をできるだけ燃焼させてトルクのアップを図ると共に、燃費の悪化を抑制できる。特に、加速や減速が頻繁に行われる走行の場合は、本願発明の利点が強く発揮されると云える。
【００１５】
定常運転状態の進角量よりも大きく進角させる時間は、現実の排気系部材の温度と設定温度との乖離度に応じて設定したらよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の模式図である。
【図２】各要素（因子）の関係を示す図である。
【図３】制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).内燃機関の概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１を参照として内燃機関の概略を説明する。
【００１８】
内燃機関は、シリンダブロック１とこれに固定されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２に固定されたシリンダヘッドカバー３を有しており、シリンダブロック１のうちクランクケースの開口縁にはオイルパン４を固定している。シリンダブロック１には、ピストン５が摺動自在に嵌まったシリンダボア６が形成されていると共に、連接棒７を介してピストン５で回転駆動されるクランク軸８が回転自在に保持されている。
【００１９】
シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の一側面にはチェーンケース９が固定されており、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の一側面とチェーンケース９との間に形成された空間に、カム軸を駆動するタイミングチェーンが配置されている。クランク軸８の一端部はチェーンケース９の外側に突出しており、この突出部に補機駆動プーリ１０を固定し、これでオルタネータ１１とウォータポンプ１２とを駆動している。
【００２０】
クランク軸８の一端部のうち、チェーンケース９と補機駆動プーリ１０との間の部分には、外周に多数の突起を設けた回転数検知ロータ１３が固定されており、チェーンケース９には、回転数検知ロータ１３の外周の突起を検知する回転センサ１４が固定されている。
【００２１】
内燃機関は、潤滑油を各部位に送り出すオイルポンプ（トロコイドポンプ）１５を備えている。本実施形態のオイルポンプ１５は、チェーンケース９をホンプハウジングに兼用して、ロータがクランク軸８に固定されている。チェーンケース９の内面にはポンプカバーが固定されており、チェーンケース９とポンプカバーとの間に、ロータ（インナーロータとアウターロータ）が回転するポンプ室やオイル通路が形成されている。オイルポンプ１３にはオイルパン４に接続された吸引通路１６と、各潤滑部にオイルを送り出す送油通路１７が接続されており、チェーンケース９に、送油通路１７の油温を検知するオイル温度センサ１８を設けている。
【００２２】
シリンダヘッド２には、シリンダボア６に向けて開口した凹所が形成されており、凹所の中央部には点火プラグ２０の先端が露出している。また、シリンダヘッド２には、吸気弁２１で開閉される吸気ポート２２と排気弁２３が開閉される排気弁２４とが、クランク軸８の軸心を挟んだ両側に配置されている。吸気バルブ２１は、油圧式等のバルブタイミング可変装置２１ａを介してカム２１ｂで押されており、バルブタイミング可変装置２１ａを調節することで、吸気バルブ２１の開閉タイミングを調節できる。
【００２３】
吸気ポート２２はシリンダヘッド２の一側面に開口しており、これに吸気マニホールド２５が連通している。排気ポート２４はシリンダヘッド２の他側面に開口しており、これに排気マニホールド２６が連通している。
【００２４】
吸気マニホールド２６には、エアクリーナ２７を始端とする吸気通路２８が接続されており、吸気通路２８には、スロットルバルブ２９とその下流側に位置したサージタンク３０とが介挿されている。なお、サージタンク３０を吸気マニホールド２６に一体化したり、スロットルバルブ２９をサージタンク３０に一体化したりすることも多い。吸気マニホールド２６の各枝部又は各吸気ポート２２の集合部には、燃料噴射ノブル３１を設けている。
【００２５】
排気マニホールド２６には、排気ターボ過給機３２が接続されている。排気ターボ過給機３２はタービン室とコンプレッサ室とを有しており、本実施形態では、回転軸が紙面と直交した姿勢になっており、コンプレッサ室が紙面に向かって手前側に位置している。コンプレッサ室の吸気入口３３は手前に開口し、吸気出口３４はコンプレッサ翼の接線方向に開口している。コンプレッサ室の吸気入口３３と吸気出口３４は吸気通路２８が接続されている。
【００２６】
また、排気ターボ過給機３２におけるタービン室の排気入口は、タービン翼の接線方向に開口していて、これが排気マニホールド２６の集合部に接続されている。タービン室の排気出口は紙面と直交した奥方向に開口しており、排気出口にＬ形継手を介して上下長手の触媒ケース３５が接続されている。触媒ケース３５の上部と下部とは台錘状の形態を成しており、下端には排気管３６が接続されて、排気管３６の終端寄り部位に消音器３７を設けている。
【００２７】
シリンダヘッド２のうち紙面に向かって奥側の部位には、冷却水の流れを水温に応じて切り換えるサーモスタット弁３８を設けており、サーモスタット弁３８に冷却水の温度を検知する水温センサ３９を設けている。なお、サーモスタット弁３８の働きにより、ラジェータへの通水が自動制御される。
【００２８】
内燃機関は制御装置の一例としてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）４０を備えており、ＥＣＵ４０に、水温センサ３９や点火プラグ２０、スロットルバルブ２９、燃料噴射ノブル３１、回転センサ１４、オイル温度センサ１８が電気的に接続されている。また、アクセルペダル４１の踏み込み量及び踏み込み速度はポテンショメータ（角度センサ）４２で検知できるが、ポテンショメータ４２もＥＣＵ４０に接続されている。エンジンルーム等に設けた外気温センサ４３もＥＣＵ４０に接続されている。
【００２９】
更に、サージタンク３０等に設けた吸気圧センサ４４もＥＣＵ４０に接続されている。バルブタイミング可変装置２１ａもＥＣＵ４０に接続されている（正確には、バルブタイミング可変装置２１ａの駆動装置がＥＣＵ４０に接続されている。）。
【００３０】
(2).制御態様
図２では、排気系部材の温度Ｔ（Ｉ）と吸気バルブ２１の進角量Ｋ（II）とトルクＲ（III）とスロットル開度Ｑ（IV）とアクセルペダル踏み込み量Ａ（Ｖ）との関係を示している。図にも表示しているが、（Ｉ）（II）（III)では本願の実施形態を実線で示し、従来例は点線で表示している。
【００３１】
さて、登り坂への移行や追い越し等において、アクセルペダル４１が踏み込まれてスロットルバルブ２９が全開又はこれに近くなると、回転数は急激に上昇する。この場合の、アクセルペダル４１の踏み込み量（又は踏み込み加速度）が予め設定した基準値を超えると共に機関回転数が予め設定した基準値を超えると、空燃比が出力空燃比より低いパワー空燃比にリッチ化されると共に、定常運転状態での制御マップに基づいて、吸気バルブ２１が進角される。
【００３２】
この場合、定常運転状態での制御マップは、排気系部材の温度も考慮しており、燃焼温度が異常高温化して排気系部材を損傷しないように、吸気バルブ２１の進角量Ｋも抑制された安全進角量Ｋ１になっており、従来は、回転数等が設定値に至ると、単純に安全進角量Ｋ１だけ進角させていた（従って、本実施形態では、安全進角量Ｋ１だけ進角させた位相角が請求項に記載した目標位相角に相当する。）。
【００３３】
これに対して本実施形態では、排気系部材の現実の温度Ｔ１を実測又は推測し、Ｔ１が基準温度Ｔｍより低い場合は、吸気バルブ２１の進角量Ｋを定常運転状態での安全進角量Ｋ１よりも更に大きい暫定進角量Ｋ２に設定し、ある程度の維持時間ｔ１が経過したら、ある程度の遷移時間ｔ２をかけて安全進角量Ｋ１に戻すように制御される。
【００３４】
これにより、排気系部材を損傷させることなく高いトルクを得て加速応答性を向上させることができると共に、排気系への燃料の吹き抜けを抑制して燃費の悪化を抑制することができる。更に、燃焼ガスの温度が高くなることで、排気ターボ過給機３２の能力及び応答性も向上できる。
【００３５】
アクセルペダル４１の踏み込み開始時点で部材温度Ｔが基準温度Ｔｍより低くても、大きい暫定進角量Ｋ２での運転による燃焼温度上昇によって排気系部材の温度Ｔが急激に高まることが予想されるため、ある程度の維持時間ｔ１が経過したら、進角量Ｋを安全進角量Ｋ１に移行させる。
【００３６】
維持時間ｔ１は、現実の部材温度Ｔ１と基準温度Ｔｍとの乖離度合いや外気温度などに基づいて設定される。すなわち、現実の部材温度Ｔ１と基準温度Ｔｍとの乖離度合が大きい場合は、部材温度Ｔの上昇に大きな余裕があるため、維持時間ｔ１を長くとることができる。
【００３７】
また、冬季での運転や寒冷地での運転のように外気温度が低くて機関の温度上昇が緩慢である場合も部材温度Ｔの上昇に大きな余裕があるため、維持時間ｔ１を長くとることができる。始動してからの運転経過時間を設定因子としてプログラムに組み込んで、始動経過時間が短い場合は維持時間ｔ１を長くとるように補正することも可能である。
【００３８】
図２の（III)では維持時間ｔ１が経過してから、ある程度の遷移時間ｔ２をかけて進角量Ｋを安全進角量Ｋ１に戻しているが、維持時間ｔ１の経過と共に瞬時に安全進角量Ｋ１に戻すことも可能である。また、いったん暫定進角量Ｋ２に進角してから、（ｔ１＋ｔ２）の時間をかけて安全進角量Ｋ１に向けて徐々に低下させることも可能である。
【００３９】
アクセルペダル４１の踏み込み加速度が正になる態様として、図２（Ｖ）に例示しているように、ゼロからスタートする場合と、ある程度踏んでいる状態から更に踏み込み込む場合とがある。図では表示していないが、ゼロから１００％まで一気に踏み込むこともよく経験することである。なお、アクセルペダル４１の踏み込み加速度が正になってからスロットル開度Ｑに反映されるには若干のタイムラグがあるが、図では、便宜的に、アクセルペダル４１の動きが瞬時にスロットル開度Ｑ等に反映されるように表示している。
【００４０】
(3).フローチャート
図３では、制御のフローチャートの一例を示している。本実施形態ではプログラムは始動と同時にスタートし、まず、アクセルペダル４１の踏み込みの有無（ΔＡが正）か否かが判断される（Ｓ１）。アクセルペダル４１の踏み込みがあった場合は、回転センサ１４で検知した実際の回転数と予め設定している基準回転数との差が比較回路によって演算され（Ｓ２）、回転数が基準回転数を超えている場合は、スロットル開度Ｑが予め設定した基準開度Ｑ０よりも大きいか否かが判断される（Ｓ３）。この場合の基準開度Ｑ０は１００％でもよいし、例えば９０％程度でもよい。
【００４１】
スロットル開度Ｑの判断に代えて、吸気圧（吸気負圧）Ｐの大きさが予め設定されている基準圧Ｐ１よりも小さいか否かを判断し、基準圧Ｐ１より真空側に高い場合は加速モードと判定することも可能である。スロットル開度Ｑと吸気圧Ｐとの両方を加速モードの判断条件とすることも可能である。
【００４２】
本例では、現実の排気系の部材温度に代替する推測温度としての冷却水温度を代替しており、スロットル開度Ｑが基準開度Ｑ０を超えている場合は、冷却水温度が予め設定している基準温度を超えているか否かが判断され（Ｓ４）。冷却水温度が基準温度を超えている場合は、部材温度の上昇代が存在しないと見なして、吸気バルブ２１の進角量を安全進角量Ｋ１に移行させる。
【００４３】
冷却水温度が基準温度を超えていない場合は、部材温度の上昇代（余裕）が存在するため、吸気バルブ２１の進角量Ｋを暫定進角量Ｋ２に変更する（Ｓ５）と共に、実際の冷却水温度と基準温度との差から、暫定進角量Ｋ２を維持する維持時間ｔ１が演算される（Ｓ６）。次いで、短いインターバルで維持時間ｔ１が経過したか否かが判断されて（Ｓ７）、維持時間ｔ１が経過すると、進角量Ｋを暫定進角量Ｋ２から低下させていき（Ｓ８）、ごく短いインターバルで進角量Ｋが安全進角量Ｋ１に到達したか否かが判断され（Ｓ９）、それから進角量Ｋは安全進角量Ｋ１に維持される。
【００４４】
進角量Ｋが安全進角量Ｋ１に維持された状態でアクセルペダル４１の踏み込み量が一定である場合（ΔＡ＝０の場合）は、進角量Ｋはそのまま維持される。他方、安全進角量Ｋ１での運転中にアクセルペダル４１の開度が低下すると（ΔＡがマイナスになると）、プログラムはリセットされて、スロットル開度Ｑと吸気バルブ２１の開閉タイミングとは通常モード（燃費節約モード）に戻る。プログラムの進行途中でアクセルペダル４１が戻されてΔＡがマイナスになった場合も、プログラムはリセットされてスタートに戻る。
【００４５】
本例では排気系部材の温度の推測代替手段として冷却水の温度のみを使用したが、外気温度や始動後の運転時間、オイルの温度を使用したり、これらのうち複数を組み合わせたりすることも可能である。
【００４６】
また、始動してから加速モード運転があったか否かを記憶させておいて、加速モード運転があった場合は、仮に部材温度が低くても暫定進角量Ｋ２の維持時間ｔ１を短くするというように補正することも可能である。暫定進角量Ｋ２の維持時間ｔ１の設定は、冷却水温度等の因子の値に基づいて無段階に設定してもよいし、幾つかの時間ゾーンを設定しておいて、冷却水温度等の因子の値がある範囲に入ったらその範囲に基づいて時間ゾーンを設定したりすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本願発明は実際に自動車用内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
５  ピストン
８  クランク軸
１４  回転センサ
１８  オイル温度センサ
２１  吸気バルブ
２１ａ  バルブタイミング可変装置
２１ｂ  カム
２５  吸気マニホールド
２６  排気マニホールド
３１  燃料噴射ノブル
３２  排気ターボ過給機
３５  触媒ケース
３９  冷却水温度センサ
４０  制御手段の一例としてのＥＣＵ
４１  アクセルペダル
４２  アクセル開度センサの一例としてのポテンショメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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