(57)【要約】【課題】低温時の失火の発生を抑制しつつドライバビリティを維持できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ２０は、目標バルブオーバラップ量が減少するように制御される減速指示がなされてから実バルブオーバラップ量が減速指示に対応する目標バルブオーバラップ量へと至るまでの応答遅れ期間中に、ウエストゲートバルブ４０を開側に制御し、応答遅れに対応するように、実吸入空気量が減速指示に対応する目標吸入空気量へと至るまでの応答が遅れるように、スロットルバルブ５０の開度を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブの双方が開状態となるバルブオーバラップ量を変更可能な油圧式の可変バルブタイミング機構と、
機関運転状態に対応した目標バルブオーバラップ量に前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブタイミング制御手段と、
前記目標バルブオーバラップ量が減少するように制御される減速指示がなされてから実バルブオーバラップ量が前記減速指示に対応する目標バルブオーバラップ量へと至るまでの応答遅れ期間中に、過給機のタービンをバイパスするためのウエストゲートバルブを開側に制御するウエストゲートバルブ制御手段と、
前記応答遅れに対応するように、実吸入空気量が前記減速指示に対応する目標吸入空気量へと至るまでの応答を遅らせて吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸入空気量制御手段は、実バルブオーバラップ量、実機関回転数及び前記ウエストゲートバルブの開度のうち少なくとも一つに応じて、応答遅れ期間中の吸入空気量を制御する、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。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、吸気圧力よりも排気圧力が高くなることにより、吹き返し現象が発生する恐れがある。この吹き返し現象は、吸気バルブ及び排気バルブの双方が同時に開弁状態となる、いわゆるバルブオーバラップ期間に顕著に発生する現象である。このバルブオーバラップ期間に、燃焼室に多量の既燃ガスが残留して、燃焼の不安定化を招く恐れがあった。また、バルブオーバラップ量を調整可能な可変バルブタイミング機構は、油圧によって駆動するため、低温時にはオイル粘度が増大し、その応答性が悪化する。特許文献１には、このような課題に対する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３７７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、出力の向上を図るために過給機が装備された内燃機関が知られている。この過給機の作用によっては、吸気圧力より排気圧力が高くなる状態を助長する恐れがある。しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、この過給機の作用を考慮したものではない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、低温時の失火の発生を抑制しつつドライバビリティを維持できる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、吸気バルブ及び排気バルブの双方が開状態となるバルブオーバラップ量を変更可能な油圧式の可変バルブタイミング機構と、機関運転状態に対応した目標バルブオーバラップ量に前記可変バルブタイミング機構を制御するバルブタイミング制御手段と、前記目標バルブオーバラップ量が減少するように制御される減速指示がなされてから実バルブオーバラップ量が前記減速指示に対応する目標バルブオーバラップ量へと至るまでの応答遅れ期間中に、過給機のタービンをバイパスするためのウエストゲートバルブを開側に制御するウエストゲートバルブ制御手段と、前記応答遅れに対応するように、実吸入空気量が前記減速指示に対応する目標吸入空気量へと至るまでの応答を遅らせて吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置によって達成できる。
【０００７】
油圧式可変バルブタイミング機構は、低温時に応答遅れが生じやすく、応答遅れ期間中に減速指示が出されると、バルブオーバラップ量が減少し始める前に、吸入空気量が減少し、吸気圧力よりも排気圧力が高くなるおそれがある。これにより、吹き返し現象が発生して内部ＥＧＲが過多な状態となり、失火が発生する恐れがある。しかしながら上記構成のように、可変バルブタイミング機構の応答遅れに対応するように、吸入空気量についても応答を遅らせることにより、吸気圧力の急激な低下を防止でき、吹き返し現象、失火の発生を抑制できる。また、ウエストゲートバブルを開側に制御することにより、排気圧力が低下するので、排気圧力よりも低下しない範囲で吸気圧力を低下させることができる。これにより、減速時のドライバビリティの悪化を抑制できる。
【０００８】
また、上記構成において、前記吸入空気量制御手段は、実バルブオーバラップ量、実機関回転数及び前記ウエストゲートバルブの開度のうち少なくとも一つに応じて、応答遅れ期間中の吸入空気量を制御する、構成を採用できる。
実バルブオーバラップ量が大きい場合、又は実機関回転数が低い場合には、吹き返し現象が発生する可能性が高くなる。また、ウエストゲートバルブの開度が大きい場合には、排気圧力を低下させることができる。従って、これらを考慮して、応答遅れ期間中の吸入空気量を決定することにより、吹き返し現象、失火の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低温時の失火の発生を抑制しつつドライバビリティを維持できる内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
本実施例では、本発明を車両駆動用のエンジンに適用した場合について説明する。図１は、本実施例に係るエンジンおよびその吸排気系の概略構成を示す図である。エンジン１は、４つの気筒２を有する４気筒エンジンである。
【００１１】
気筒２内にはピストン４が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室５には、吸気ポート６と排気ポート７とが接続されている。吸気ポート６および排気ポート７の燃焼室５への開口部は、それぞれ吸気バルブ８および排気バルブ９によって開閉される。また、吸気バルブ８および排気バルブ９には、吸気側バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１０および排気側バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１１がそれぞれ設けられており、それぞれの開閉時期が可変となっている。また、気筒２には、燃焼室５に燃料を噴射する燃料噴射弁３および燃焼室５内の混合気に点火するための点火プラグ１５が設けられている。
【００１２】
吸気ポート６および排気ポート７は、それぞれ吸気通路１２および排気通路１３に接続されている。吸気通路１２の途中には、過給機１４のコンプレッサ１４ａが設置されている。一方、排気通路１３の途中には、過給機１４のタービン１４ｂが設置されている。また、コンプレッサ１４ａより上流側の吸気通路１２には、エアフロメータ２５が設けられており、コンプレッサ１４ａより下流側の吸気通路１２には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ５０、吸気通路１２内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧力センサ２４が設けられている。尚、タービン１４ｂより上流側の排気通路１３を上流側排気通路１３ａと称する。
【００１３】
また、排気通路１３には、タービン１４ｂをバイパスするバイパス通路１３ｂが設けられており、バイパス通路１３ｂには、ウエストゲートバルブ４０が設けられている。ウエストゲートバルブ４０は、ＥＣＵ２０からの指令によって駆動するアクチュエータ（不図示）によってバイパス通路１３ｂの開口面積を調整可能に形成されている。
【００１４】
さらに、エンジン１には、アクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ２１、および、ピストン４の往復運動と連動して回転するクランク軸（不図示）の回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２６、スロットルバルブ５０の開度を検出するスロットル開度センサ２７が設けられている。
【００１５】
以上述べたように構成されたエンジン１には、このエンジン１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフロメータ２５や吸気圧力センサ２４、アクセル開度センサ２１、クランクポジションセンサ２２、水温センサ２６、スロットル開度センサ２７が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
【００１６】
また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３、点火プラグ１５、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。例えば、ＥＣＵ２０は、吸気側バルブタイミング機構１０および排気側バルブタイミング機構１１を制御することによって、吸気バルブ８および排気バルブ９の開閉時期をそれぞれ制御する。これにより、吸気バルブ８と排気バルブ９とが共に開弁状態となっているバルブオーバラップ量が制御される。また、ＥＣＵ２０は、機関運転状態に対応した目標バルブオーバラップ量となるように、吸気側バルブタイミング機構１０および排気側バルブタイミング機構１１を制御する。
【００１７】
また、吸気側バルブタイミング機構１０による吸気バルブ８の変位角を検出する、吸気側変位角センサ３０、排気側バルブタイミング機構１１による排気バルブ９の変位角を検出する、排気側変位角センサ３１が設けられている。吸気側変位角センサ３０及び排気側変位角センサ３１についても、その出力信号がＥＣＵ２０へ出力される。尚、吸気側バルブタイミング機構１０及び排気側バルブタイミング機構１１は、油圧によって駆動する。
【００１８】
また、アクセル開度センサ２１からの出力に基づいて、ＥＣＵ２０は、スロットルバルブ５０の開度を制御する。これにより、アクセル開度に対応した吸入空気量がエンジン１内に導入される。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する、低温時空気量制御処理を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、低温時空気量制御処理の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される構成となっている。
【００２０】
次に、吹き返し現象について説明する。図２は、吹き返し現象が発生し得る機関運転状態を示した図である。吸気圧力よりも排気圧力が高くなる吹き返し領域は、図２に示すように、エンジン回転数と、クランク軸のトルクとの関係に依存する。低負荷領域及び高負荷高回転領域においては、吹き返し領域となる。一方、高負荷低回転領域においては、吹き返し領域とはならず、排気圧力より吸気圧力が高くなる吹き抜け領域となる。この吹き抜け領域においては、排気圧力より吸気圧力が高くなるため、バルブオーバラップ期間を設けたとしても、既燃焼ガスが吸気ポート６へと吹き返される恐れは少ない。
【００２１】
しかしながら、低温始動時などの、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答性が悪化している条件下で、バルブオーバラップが設定されおり、減速指示により機関の運転状態が吹き抜け領域から吹き返し領域へと移行した場合には、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１は、その減速指示に応じたバルブオーバラップ量へと直ちに移行することができずに、吹き返し現象が発生して、失火する恐れがある。そこで、ＥＣＵ２０は、低温時空気量制御処理を実行する
【００２２】
次に、ＥＣＵ２０が実行する低温時空気量制御処理を説明する。図３は、ＥＣＵが実行する低温時空気量制御処理の一例を示したフローチャートである。
【００２３】
ＥＣＵ２０は、水温センサ２６からの出力に基づいて、エンジン冷却水の水温が基準値未満であるかどうかを判定する（ステップＳ１）。この基準値とは、吸気側バルブタイミング機構１０、及び排気側バルブタイミング機構１１が低温により、その応答性が悪化するか否かの基準となる値である。
【００２４】
従って、エンジン冷却水の水温が、所定値以上の場合には、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答性は悪化しない条件下であると判断でき、ＥＣＵ２０は、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１に対して、通常処理を実行する（ステップＳ２）。通常処理とは、機関運転状態に応じて、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１、及びウエストゲートバブル４０を最適に制御する処理である。
【００２５】
エンジン冷却水の水温が所定値未満の場合には、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答性は悪化しない条件下であると判断して、ＥＣＵ２０は、現在の運転状態が吹き抜け領域であり、かつバルブオーバラップが設定されている状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。現在の運転状態が吹き抜け領域であるか否かの判定は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている、図２に示したマップから判定する。バルブオーバラップが設定されている状態であるか否かは、吸気側変位角センサ３０、排気側変位角センサ３１からの出力により判定する。
【００２６】
ステップＳ３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２１から出力により減速指示があったか否かを判定する（ステップＳ４）。次に、減速指示があった場合には、減速指示に対応した目標回転数等から、吸入空気量を減速指示に対応した目標吸入空気量へと直ちに制御した場合に、機関の運転状態が吹き返し領域に突入するか否かを判定する（ステップＳ５）。吹き返し領域に突入するか否かの判定についても、図２に示したマップに基づいて、ＥＣＵ２０が判定する。次に、ＥＣＵ２０は、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の少なくとも一方に指示を出して、減速指示に応じた目標バルブオーバラップ量となるように制御する（ステップＳ６）。尚、前述したように、低温時には、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１に応答遅れが発生する。
【００２７】
次に、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ４０を開側に制御する（ステップＳ７）。これにより、排気がタービン１４ｂをバイパスするため、排気圧力が低下する。
【００２８】
次に、ＥＣＵ２０は、失火が発生しない限界の吸入空気量を、実バルブオーバラップ量、実機関回転数から算出する（ステップＳ９）。実バルブオーバラップ量とは、現時点での実際のバルブオーバラップ量であり、実機関回転数とは、現時点での実際の機関回転数である。実バルブオーバラップ量は、吸気側変位角センサ３０及び排気側変位角センサ３１から、実機関回転数は、クランクポジションセンサ２２の出力から、検出される。
【００２９】
図４は、失火が発生しない限界の吸入空気量と、バルブオーバラップ量との関係を示したマップである。縦軸は、この限界空気量を示しており、横軸はバルブオーバラップ量を示している。図４に示すように、限界空気量は、バルブオーバラップ量が大きいほどに、増大することになる。即ち、失火の発生を抑制するためには、バルブオーバラップ量が大きいほど、必要となる吸入空気量が増大することを示している。バルブオーバラップ量が大きく設定されている場合に吸入空気量を絞ると、吸入空気量が減少し、吸気圧力よりも排気圧力が高くなる状態を助長するため吹き返し現象が発生しやすくなる。これにより、失火が発生する可能性が高くなるからである。また、ＥＣＵ２０のＲＯＭには、機関回転数に応じた上記マップが複数記憶されている。従って、ＥＣＵ２０は、複数の上記マップから、現在の機関回転数に応じたマップを選択し、選択されたマップに基づいて、バルブオーバラップ量に対応した限界空気量を算出する。
【００３０】
尚、図４に示すように、ウエストゲートバルブ４０を開弁している状態と、閉弁している状態とでは、限界空気量が異なる。これは、ウエストゲートバルブ４０を開弁している状態では、閉弁している状態よりも、排気圧力が低下するため、吹き返し現象を抑制でき、その分吸入空気量を低下させた場合であっても、失火を抑制できるからである。従って、ウエストゲートバルブ４０が閉弁している状態よりも、ウエストゲートバルブ４０が開弁している状態の方が、失火が発生しない下限の吸入空気量が低下する。
【００３１】
次に、ＥＣＵ２０は、算出された限界吸入空気量に基づいて、スロットルバルブ５０の開度を制御する（ステップＳ９）。これにより、失火の発生を抑制することができる。また、ウエストゲートバルブ４０を開弁側に制御することにより、失火の発生を抑制する限界空気量が低下するため、減速指示に対するドライバビリティの低下を抑制できる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ２０は、現在の吸入空気量が、減速指示に対応する目標吸入空気量に至ったか否かを判定する（ステップＳ１０）。目標吸入空気量に至っていない場合には、ＥＣＵ２０は、再度ステップＳ８、Ｓ９の処理を実行して、その都度、実バルブオーバラップ量、実機関回転数を検出し、それらに応じた限界空気量を算出して、スロットルバルブ５０の開度を制御する。
【００３３】
即ち、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答遅れ期間中は、ＥＣＵ２０は、ステップＳ８、Ｓ９の処理を実行し、実吸入空気量が減速指示に対応する目標吸入空気量へと至るまでの応答を遅らせるように吸入空気量を制御する。現在の吸入空気量が、減速指示に対応する目標吸入空気量に至った場合には、この本処理を終了する。
【００３４】
尚、ステップＳ３〜Ｓ５の処理において、Ｎｏの場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ２の処理を実行する。
【００３５】
次に、低温時空気量制御処理をタイミングチャートを用いて説明する。
図５は、低温時空気量制御処理のタイミングチャートである。
【００３６】
アクセル開度が、減少して減速指示が出されると（※１）、ＥＣＵ２０からの指示によりバルブオーバラップ量は減少するように制御される（※２）。また、スロットルバルブ５０の開度は、この吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答遅れに対応するように、減速指示に対応した目標開度へと応答が遅れるように制御され（※３）、吸入空気量も同様に目標吸入空気量へと徐々に応答が遅れて制御される（※４）。応答遅れ期間中に、前述したステップＳ８、Ｓ９の処理が実行されるからである。尚、図５においては、目標オーバラップ量がゼロに設定された場合を想定している。
【００３７】
尚、低温時空気量制御処理を実行しない場合には、スロットル開度が直ちに減速指示に対応する目標開度に制御されるため（※５）、吸入空気量も直ちに目標吸入空気量に至る（※６）。従って、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答遅れ期間中に吸入空気量が直ちに低下することになり、失火が発生する恐れがある。
【００３８】
また、低温時空気量制御処理を実行した場合であっても、ウエストゲートバルブ４０が閉じている場合には、排気圧力が低下しにくいため、吸入空気量の低下の割合が小さくする必要がある（※７、※８）。従って、ウエストゲートバルブ４０が閉じている場合には、開いている場合よりも、減速時のドライバビリティが悪化することになる。
【００３９】
以上のように、吸気側バルブタイミング機構１０、排気側バルブタイミング機構１１の応答遅れに対応するように、吸入空気量についても応答を遅らせることにより、吸気圧力の急激な低下を防止でき、吹き返し現象、失火の発生を抑制できる。また、ウエストゲートバルブ４０を開側に制御することにより、排気圧力が低下するので、排気圧力よりも低下しない範囲で吸気圧力を低下させることができる。これにより、減速時のドライバビリティの悪化を抑制できる。
【００４０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４１】
上記実施例において、エンジン１は、吸気側バルブタイミング機構及び排気側バルブタイミング機構の双方を有しているが、このような構成に限定されず、吸気側にのみバルブタイミング機構が設けられている構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施例に係るエンジンおよびその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】吹き返し現象が発生し得る機関運転状態を示した図である。
【図３】ＥＣＵが実行する低温時空気量制御処理の一例を示したフローチャートである。
【図４】失火が発生しない限界の吸入空気量と、バルブオーバラップ量との関係を示したマップである。
【図５】低温時空気量制御処理のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１  内燃機関
２  気筒
３  燃料噴射弁
６  吸気ポート
７  排気ポート
８  吸気バルブ
９  排気弁
１０  吸気側バルブタイミング機構
１１  排気側バルブタイミング機構
１２  吸気通路
１３  排気通路
１３ｂ  バイパス通路
１４  過給機
１４ａ  コンプレッサ
１４ｂ  タービン
２０  ＥＣＵ（ウエストゲートバルブ制御手段、吸入空気量制御手段）
２１  アクセル開度センサ
２２  クランクポジションセンサ
２４  吸気圧力センサ
２５  エアフロメータ
２６  水温センサ
２７  スロットル開度センサ
４０  ウエストゲートバルブ
５０  スロットルバルブ
【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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