(57)【要約】    【課題】  冷機時に、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣをこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを遅角側に変更する際に、排気の悪化を抑制する。    【解決手段】  先ず、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更し、オーバーラップを増大させる。次に、排気弁閉時期ＥＶＣの最終目標まで、排気弁閉時期ＥＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとを等オーバーラップで遅角側に変更する。最後に、吸気弁開時期ＩＶＯをその最終目標まで遅角側に変更する。【選択図】  図４
2008025549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷機時に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期をこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期を遅角側に変更する内燃機関の可変動弁制御装置において、
吸気弁開時期及び排気弁閉時期の遅角側への変更時に、排気弁閉時期の遅角側への変更を、吸気弁開時期の遅角側への変更より所定量先行させて、変更過程にてオーバーラップを増大させる連携手段を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
【請求項２】
前記連携手段は、排気弁閉時期の遅角側への変更を所定量先行させた後は、排気弁閉時期の最終目標まで、排気弁閉時期と吸気弁開時期とを等オーバーラップで遅角側に変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
【請求項３】
前記連携手段は、排気弁閉時期の遅角側への変更の先行期間中、吸気弁開時期を冷機時の位置に保持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
【請求項４】
前記連携手段は、排気弁閉時期の遅角側への変更の先行期間中、吸気弁開時期を冷機時の位置より進角させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
【請求項５】
暖機後の吸気弁開時期及び排気弁閉時期は、吸気上死点後とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
【請求項６】
冷機時に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期をこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期を遅角側に変更する際に、
先ず、排気弁閉時期を所定量遅角側に変更し、
次に、排気弁閉時期の最終目標まで、排気弁閉時期と吸気弁開時期とを等オーバーラップで遅角側に変更し、
最後に、吸気弁開時期をその最終目標まで遅角側に変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御方法。
【請求項７】
冷機時に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期をこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期を遅角側に変更する際に、
先ず、排気弁閉時期を所定量遅角側に変更すると共に、吸気弁開時期を所定量進角側に変更し、
次に、排気弁閉時期の最終目標まで、排気弁閉時期と吸気弁開時期とを等オーバーラップで遅角側に変更し、
最後に、吸気弁開時期をその最終目標まで遅角側に変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷機時のバルブタイミングから暖機後のバルブタイミングへの変更時に排気の悪化を抑制するための内燃機関の可変動弁制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンの運転状態に応じて吸・排気弁のオーバーラップの有無、オーバーラップ量の変化等により大きく変化する内部ＥＧＲ量を逐次高精度に推定しつつ吸気弁の閉時期を補正制御することで、目標吸入空気量に見合った新気量を得て、高精度なトルク制御を行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１１０５号公報（特に段落番号００６２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、冷機時に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期をこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、排気の閉じ込め効果（残ガス率増大）により冷機時のＨＣ排出の悪化を防止し、暖機後（触媒活性後）に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期を遅角側に変更して、残ガス率減少により安定度向上（アイドルの低回転化）を図ることが考えられている。
しかし、バルブタイミングを変更する過程では、燃焼が不安定となることから、ＨＣの悪化を生じ、このＨＣの悪化と、排気の閉じ込め効果の消失とが重なると、排気性能が悪化するという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、バルブタイミングの変更に伴う排気の悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明では、冷機時に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期をこれらが吸気上死点前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期及び排気弁閉時期を遅角側に変更する際に、排気弁閉時期の遅角側への変更を、吸気弁開時期の遅角側への変更より所定量先行させて、変更過程にてオーバーラップを増大させる構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、排気弁閉時期の変更と吸気弁開時期の変更とを連携させて、変更過程にて、オーバーラップを増大させることで、排気（ＨＣ）の吸気側への吸い戻しを生じさせ、これにより、ＨＣの閉じ込め効果と同様に、エンジン出口でのＨＣ排出量を低減することができ、変更過程での排気性能の悪化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気弁５及び排気弁６を備えている。吸気弁５及び排気弁６は、可変動弁装置７、８により開閉時期を調整可能である。
【０００８】
吸気通路９には、各気筒への分岐部より上流側に、モータ駆動の電制スロットル弁１０が設けられている。吸気通路９にはまた、各気筒への分岐部より下流側に、各気筒毎に、電磁式の燃料噴射弁１１が設けられている。
排気通路１２には、排気浄化触媒１３が設けられている。
エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ２１、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２２、吸気通路９の電制スロットル弁１０上流にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２４などから、信号が入力されている。この他、イグニッションスイッチ及びスタータスイッチを有するエンジンキースイッチ（図示せず）からも信号が入力されている。
【０００９】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号からエンジン運転条件を検出し、これに応じて、電制スロットル弁１０の開度、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ４の点火時期を制御する他、可変動弁装置７、８により吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を制御する。
可変動弁装置７、８としては、吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に可変制御可能なバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ）を用いる。ＶＴＣは、具体的には、クランク軸の回転がタイミングベルトにより入力されるスプロケットと、これが取付けられるカム軸との間に、これらの回転位相を制御可能なロータリーソレノイドを装着してなり、ＥＣＵ２０からの信号で、ロータリーソレノイドの通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸との回転位相を変更して、バルブタイミングを変更するものである。
【００１０】
図２にアイドル運転を前提として冷機時及び暖機後に可変動弁装置（ＶＴＣ）を用いて制御する吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を示す。
冷機時（冷間始動時及びその直後のファーストアイドル時）は、図２の実線に示すように、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣをこれらが吸気上死点ＴＤＣ前となるように進角側に制御する（例えばＩＶＯ＝−２０°ATDC、ＥＶＣ＝−１５°ATDC）。オーバーラップ（Ｏ／Ｌ；吸気弁と排気弁とが共に開となる期間）は、０ないし小とする。
【００１１】
このようにするのは、次のような理由による。
排気行程での排気（ＨＣ）の排出パターンには、ファーストピーク（排気弁が開いた瞬間に燃焼ガスが一気に排出）と、セカンドピーク（排気行程後期にピストンの上昇によって掻き上げられたオイルに吸着されているＨＣが排出）とがある。
排気弁閉時期ＥＶＣを吸気上死点ＴＤＣより十分に進角させることで、セカンドピークのときに排気弁が閉じているので、セカンドピークでのＨＣ排出をなくし、ＨＣを燃焼室に閉じ込めることができる（残ガス率増大）。これにより、排気浄化触媒が活性していない冷機時のエンジン出口でのＨＣ排出量を低減でき、エミッションを改善できる。また、残ガス率の増大により、燃焼室内の温度が上昇して排気温度が上昇し、排気浄化触媒の早期活性化を促進できる。これらをＨＣ閉じ込め効果という。
【００１２】
吸気弁開時期ＩＶＯは、排気弁閉時期ＥＶＣの進角に合わせ、オーバーラップが大きくならないように、進角させている。
暖機後（暖機後のアイドル時）は、図２の点線に示すように、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣをこれらが吸気上死点ＴＤＣ後（又はＴＤＣ付近）となるように遅角側に制御する（例えばＩＶＯ＝５°ATDC、ＥＶＣ＝１０°ATDC）。オーバーラップは、０ないし小とする。
【００１３】
このようにするのは、次のような理由による。
暖機後は、排気浄化触媒の活性化により、エンジン出口でのＨＣ排出量低減よりも、アイドル運転の安定度向上が課題となり、安定度向上のためには、残ガス率を小とするのが望ましい。
このため、排気弁閉時期ＥＶＣを遅角させて、ＨＣ閉じ込め効果をなくすことで、残ガス率を小とする。
【００１４】
吸気弁開時期ＩＶＯは、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角に合わせ、オーバーラップが大きくならないように、遅角させている。オーバーラップが大きくなると、残ガス率が増えるからである。
従って、暖機完了時点で、バルブタイミング（吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣ）を、冷機時の遅角位置から、暖機後の進角位置へ、変更することになる。
【００１５】
しかし、バルブタイミングを変更する過程では、燃焼が不安定となることから、ＨＣの悪化を生じ、このＨＣの悪化と、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角によるＨＣ閉じ込め効果の消失とが重なると、エンジン出口でのＨＣ排出量が増大して、エミッションの悪化を招いてしまうという問題点がある。
そこで、本発明（本実施形態）では、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更時に、これらを連携させ、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更を、吸気弁開時期ＩＶＯの遅角側への変更より所定量先行させて、変更過程でオーバーラップを増大させる構成とする。
【００１６】
かかる構成とすることにより、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角によるＨＣ閉じ込め効果は消失するが、変更過程でオーバーラップを増大させることで、排気（ＨＣ）の吸気側への吸い戻しを生じ、ＨＣの閉じ込め効果と同様に、エンジン出口でのＨＣ排出量を低減できるので、バルブタイミング変更過程での排気の悪化を防止できる。また、排気（ＨＣ）の吸気側への吸い戻しにより、吸気側の温度が上昇し、燃料の気化促進に寄与するので、これによってもエンジン出口でのＨＣ排出量を低減でき、排気の悪化を防止できる。これらをＨＣ吸い戻し効果という。
【００１７】
次により具体的な制御についてフローチャート及びタイムチャートにより説明する。
図３は冷機時→暖機後の可変動弁制御の第１実施形態のフローチャートである。
Ｓ１では、イグニッションスイッチ（ＩＧ／ＳＷ）がＯＮか否かを判定し、ＯＮの場合にＳ２へ進む。
Ｓ２では、暖機完了判定のため、水温Ｔｗを読込み、次のＳ３で、暖機完了判定しきい値Ｘと比較し、暖機完了（Ｔｗ≧Ｘ）か否かを判定し、暖機完了の場合はＳ４へ進む。
【００１８】
Ｓ４では、排気弁側の可変動弁装置（「排気ＶＴＣ」という）を所定量遅角作動させる（所定量の先行遅角）。すなわち、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更する。このとき、吸気弁側の可変動弁装置（「吸気ＶＴＣ」という）は遅角作動させず、冷機時の進角位置に保持する。従って、排気ＶＴＣの先行遅角により、オーバーラップが増大する。尚、ここでの所定量は安定度限界を考慮して予め設定される。
【００１９】
Ｓ５では、排気ＶＴＣの先行遅角完了か否かを判定し、先行遅角完了の場合にＳ６へ進む。
Ｓ６では、排気ＶＴＣを更に遅角作動させると共に、吸気ＶＴＣの遅角作動を開始させる。すなわち、排気弁閉時期ＥＶＣの最終目標まで、排気弁閉時期ＥＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとを等オーバーラップで（Ｓ４での先行期間に増大させたオーバーラップを保ったまま）、遅角側に変更する。
【００２０】
Ｓ７では、排気ＶＴＣの最終目標までの遅角が完了したか否かを判定し、最終遅角完了の場合にＳ８へ進む。
Ｓ８では、吸気ＶＴＣを更に遅角作動させる。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯの最終目標まで、吸気弁開時期ＩＶＯを遅角側へ変更する。このとき、吸気ＶＴＣは既に最終目標に達しているので遅角しない。よって、吸気ＶＴＣの残り分の遅角により、オーバーラップが減少し、暖機後の遅角位置に制御される。
【００２１】
Ｓ９では、吸気ＶＴＣの最終目標までの遅角が完了したか否かを判定し、最終遅角完了の場合に、本フローを終了する。
図４は第１実施形態のタイムチャートである。
暖機完了時点ｔ１から、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを遅角側に変更する際に、先ず、第１ステップとして、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更する（ｔ１〜ｔ２）。
【００２２】
次に、第２ステップとして、排気弁閉時期ＥＶＣの最終目標まで、排気弁閉時期ＥＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとを等オーバーラップで遅角側に変更する（ｔ２〜ｔ３）。
最後に、第３ステップとして、吸気弁開時期ＩＶＯをその最終目標まで遅角側に変更する（ｔ３〜ｔ４）。
尚、第２ステップの期間の吸気ＶＴＣ及び排気ＶＴＣの駆動速度は、第１ステップの期間の排気ＶＴＣの駆動速度や、第３ステップの区間の吸気ＶＴＣの駆動速度より緩速度とすることで、バルブタイミングの変更によるトルク変化を抑制できる。
【００２３】
本実施形態によれば、冷機時に、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣをこれらが吸気上死点ＴＤＣ前となるよう進角側に制御し、暖機後に、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを遅角側に変更するエンジンの可変動弁制御装置において、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更時に、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更を、吸気弁開時期ＩＶＯの遅角側への変更より所定量先行させて、変更過程にてオーバーラップを増大させる連携手段を設けたことにより、ＨＣ吸い戻し効果により、ＨＣ閉じ込め効果と同様に、エンジン出口でのＨＣ排出量を低減することができ、変更過程での排気性能の悪化を防止できる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、前記連携手段は、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更を所定量先行させた後は、排気弁閉時期ＥＶＣの最終目標まで、排気弁閉時期ＥＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとを等オーバーラップで遅角側に変更することにより、オーバーラップの不要な変動を防止でき、安定性向上につながる。
また、本実施形態によれば、前記連携手段は、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更の先行期間中、吸気弁開時期ＩＶＯを冷機時の位置に保持することにより、制御を簡素化できる。
【００２５】
また、本実施形態によれば、暖機後の吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣは、吸気上死点ＴＤＣ後とすることにより、暖機後の残ガス率減少をより確実なものとすることができる。
図５は冷機時→暖機後の可変動弁制御の第２実施形態のフローチャートである。
第２実施形態では、第１実施形態のＳ４の部分がＳ４’に変更されている。
【００２６】
Ｓ４’では、排気ＶＴＣを所定量遅角作動させる（所定量の先行遅角）と共に、吸気ＶＴＣを逆に所定量進角作動させる。すなわち、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更すると共に、吸気弁開時期ＩＶＯを所定量進角側に変更する。従って、排気ＶＴＣの先行遅角と、吸気ＶＴＣの進角とにより、オーバーラップが増大する。尚、ここでの所定量も安定度限界を考慮して予め設定される。
【００２７】
図６は第２実施形態のタイムチャートである。
暖機完了時点ｔ１から、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを遅角側に変更する際に、先ず、第１ステップとして、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更すると共に、吸気弁開時期ＩＶＯを所定量進角側に変更する（ｔ１〜ｔ２）。
次に、第２ステップとして、排気弁閉時期ＥＶＣの最終目標まで、排気弁閉時期ＥＶＣと吸気弁開時期ＩＶＯとを等オーバーラップで遅角側に変更する（ｔ２〜ｔ３）。
【００２８】
最後に、第３ステップとして、吸気弁開時期ＩＶＯをその最終目標まで遅角側に変更する（ｔ３〜ｔ４）。
特に、本実施形態によれば、前記連携手段は、排気弁閉時期ＥＶＣの遅角側への変更の先行期間中、吸気弁開時期ＩＶＯを冷機時の位置より進角させることにより、言い換えれば、吸気弁開時期ＩＶＯ及び排気弁閉時期ＥＶＣを遅角側に変更する際に、先ず、第１ステップとして、排気弁閉時期ＥＶＣを所定量遅角側に変更すると共に、吸気弁開時期ＩＶＯを所定量進角側に変更することにより、オーバーラップ量を大きくして、ＨＣ吸い戻し効果をより十分に、あるいはより早期に、発揮させることができる。
【００２９】
尚、上記の実施形態では、可変動弁装置として、吸排気弁のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に可変制御可能なバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ）のみを用いたが、低リフトカムと高リフトカムとを備え、これらを選択的に切換えて、吸排気弁のバルブリフト量を変更することができるバルブリフト可変装置（ＶＶＬ）や、吸排気弁のバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ）を併用してもよい。
【００３０】
また、ＶＴＣなどの代わりに、吸排気弁を電磁アクチュエータにより駆動することで、任意のリフト特性を得ることができる電磁駆動式のものを用いてもよい。
いずれにしても、可変動弁装置としては、少なくとも吸気弁開時期ＩＶＯと排気弁閉時期ＥＶＣとを変更可能なものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】冷機時及び暖機後のバルブリフト特性図
【図３】冷間時→暖機後の可変動弁制御の第１実施形態のフローチャート
【図４】第１実施形態でのタイミングチャート
【図５】冷間時→暖機後の可変動弁制御の第２実施形態のフローチャート
【図６】第２実施形態でのタイミングチャート
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン
２  ピストン
３  燃焼室
４  点火プラグ
５  吸気弁
６  排気弁
７、８  可変動弁装置（ＶＴＣ）
９  吸気通路
１０  電制スロットル弁
１１  燃料噴射弁
１２  排気通路
１３  排気浄化触媒
２０  ＥＣＵ
２１  クランク角センサ
２２  アクセル開度センサ
２３  エアフローメータ
２４  水温センサ
【図１】
2008025549.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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